(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部に傘形形状が形成された第１軸部材と、棒状体からなる第２軸部材とを相互に摩擦接合することにより得られるエンジンバルブの摩擦接合方法であって、
前記第１軸部材および第２軸部材は、同一硬度または実質的に同一硬度を有するとともに、それぞれ略同一の直径を有する異種の金属製材料からなり、
前記第１軸部材または第２軸部材の少なくともいずれか一方を軸心を回転中心として所定方向に回転させつつ、前記第１軸部材および／または第２軸部材を第１押圧力によって相対的に所定量押圧変位させて初期寄代量を得る工程と、
前記初期寄代量が得られた後、前記第１軸部材または第２軸部材の少なくともいずれか一方の回転を維持したまま、前記第１軸部材および／または第２軸部材を、前記第１押圧力よりも大なる第２押圧力によって相対的に所定量押圧変位させて前記初期寄代量に連続する寄代量を得る工程と、
前記第１軸部材および／または第２軸部材を前記第２押圧力によって相対的に所定量押圧変位させて総寄代量に到達する前、コントローラから出力される駆動停止信号に基づいて前記少なくともいずれか一方の回転を停止させる工程と、
前記第１軸部材および／または第２軸部材を前記第２押圧力によって相対的に所定量押圧変位させて総寄代量に到達する工程と、
を有することを特徴とするエンジンバルブの摩擦接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンバルブの製造工程において、傘形形状に形成されたプレス成形体の軸部材と棒状体とを一体的に接合することが可能なエンジンバルブの摩擦接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エンジンの構成部品としてエンジンバルブが用いられている。このエンジンバルブは、一端部が傘形形状に形成された膨出部と、前記膨出部と一体的に形成された軸部とから構成されている。
【０００３】
ここで、図３乃至図７に基づいて、前記エンジンバルブの製造工程を概略説明する。
【０００４】
先ず、図示しない切断手段によって所定長に切断された棒状部材１（図３参照）を、例えば、電気アプセッタ等を介してアプセット成形することにより、棒状部材１の一端部が加熱され略球形状の加熱部２が形成される（図４参照）。
【０００５】
このアプセット成形によって得られた前記加熱部２に対しプレス加工を施し、前記プレス加工によって得られたプレス成形体３の軸部４の端面に対して所定長の棒状体５（図３参照）の端面を摩擦接合し（図６参照）、さらに、所定の熱処理加工を施した後、種々の研磨加工を行うことにより、最終的に製品としてのエンジンバルブ６が完成する（図７参照）。
【０００６】
ところで、前記プレス成形体３は、耐熱性および耐摩耗性が要求されるために、ＨＲＣ３５〜４５のロックウェル硬さを有するオーステナイト系の材料が用いられ、前記プレス成形体３の軸部４に摩擦接合される棒状体５は、ＨＲＣ２３〜３５のロックウェル硬さを有する比較的低廉なマルテンサイト系の材料が用いられている。
【０００７】
この場合、前記材料の硬度差によって接合部に発生する据込み太り７（図８参照）を考慮し、該プレス成形体３の軸部４の直径が約６．１ｍｍ、棒状体５の直径が約５．９ｍｍと異径に設定されている。このため、前記接合されたプレス成形体３の軸部４と棒状体５とをそれぞれ同一の直径とすべく、粗研、中研、精研等の後加工が必要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プレス成形体３の軸部４と棒状体５とをそれぞれ同一の直径に設定して摩擦接合した場合、異径軸の接合と同様に、材料の硬度差によって接合部に半径外方向に沿って膨出する据込み太り７が発生するという不具合がある（図８参照）。
【０００９】
また、図９に示されるように、摩擦溶接によって接合部に発生するバリ８ａ、８ｂを打ち抜きダイ９によって除去する際、異径軸（二点鎖線参照）の場合と比較して同径軸（実線参照）では、応力集中点（Ａ１、Ａ２、Ａ３）が変化し破断線の長さが長くなる。従って、打ち抜きダイ９による打ち抜き荷重が推力をオーバーしてしまい、いわゆるムシレ、傷等が発生して打ち抜き不良となる不具合がある。
【００１０】
さらに、相互に摩擦接合されるプレス成形体３の軸部４の端面および棒状体５の端面は、それぞれ、せん断機によって切断されるため、前記プレス成形体３の軸部４の端面および棒状体５の端面の平坦精度が悪い場合があり、両端面の摩擦接合時に両軸を圧接した際に軸曲がりが発生するという不具合がある。すなわち、図１０に示されるように、プレス成形体３の軸線Ｂと棒状体５の軸線Ｃとが一致せず非同軸となる不具合がある。
【００１１】
本発明は、前記の各種不具合を克服するためになされたものであり、同一の直径を有する一方の軸部材と他方の軸部材とを摩擦接合した場合において、接合部に発生する据込み太りを低減させるとともに、打ち抜き不良を防止し、しかも軸曲がりが発生することを阻止することが可能なエンジンバルブの摩擦接合方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、一端部に傘形形状が形成された第１軸部材と、棒状体からなる第２軸部材とを相互に摩擦接合することにより得られるエンジンバルブの摩擦接合方法であって、
前記第１軸部材および第２軸部材は、同一硬度または実質的に同一硬度を有するとともに、それぞれ略同一の直径を有する異種の金属製材料からなり、
前記第１軸部材または第２軸部材の少なくともいずれか一方を軸心を回転中心として所定方向に回転させつつ、前記第１軸部材および／または第２軸部材を第１押圧力によって相対的に所定量押圧変位させて初期寄代量を得る工程と、
前記初期寄代量が得られた後、前記第１軸部材または第２軸部材の少なくともいずれか一方の回転を維持したまま、前記第１軸部材および／または第２軸部材を、前記第１押圧力よりも大なる第２押圧力によって相対的に所定量押圧変位させて前記初期寄代量に連続する寄代量を得る工程と、
前記第１軸部材および／または第２軸部材を前記第２押圧力によって相対的に所定量押圧変位させて総寄代量に到達する前、コントローラから出力される駆動停止信号に基づいて前記少なくともいずれか一方の回転を停止させる工程と、
前記第１軸部材および／または第２軸部材を前記第２押圧力によって相対的に所定量押圧変位させて総寄代量に到達する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、第１軸部材または第２軸部材の少なくともいずれか一方を軸心を回転中心として所定方向に回転させつつ、前記第１軸部材および／または第２軸部材を第１押圧力によって相対的に所定量押圧変位させて初期寄代量を得る。前記初期寄代量が得られた後、前記第１軸部材または第２軸部材の少なくともいずれか一方の回転を維持したまま、前記第１軸部材および／または第２軸部材を、前記第１押圧力よりも大なる第２押圧力によって相対的に所定量押圧変位させて前記初期寄代量に連続する寄代量を得る。続いて、前記第１軸部材および／または第２軸部材を前記第２押圧力によって相対的に所定量押圧変位させて総寄代量に到達する前、コントローラから出力される駆動停止信号に基づいて前記少なくともいずれか一方の回転を停止させる。さらに、前記第１軸部材および／または第２軸部材を前記第２押圧力によって相対的に所定量押圧変位させることにより、総寄代量に到達する。このように、本発明によれば、第１押圧力によって初期寄代量を得るとともに、前記第１押圧力よりも大なる第２押圧力によって前記初期寄代量に連続する寄代量が得られ、第１軸部材および第２軸部材を、同一硬度または実質的に同一硬度を有する金属製材料で形成し、しかも異種材料且つ同一の直径に設定することにより、接合面に形成される据込み太りが減少する。
【００１５】
また、初期寄代を形成する際、寄代量を形成する第２押圧力よりも小なる第１押圧力によって第１軸部材および／または第２軸部材を相対的に所定量押圧変位させ、相互に接触する端面が溶融且つ清浄化されるため、軸曲がりの発生が阻止される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るエンジンバルブの摩擦接合方法について、これを実施する装置との関連で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係るエンジンバルブの摩擦接合方法に用いられる摩擦接合装置の概略構成図である。なお、前述した図３乃至図７と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００１８】
この摩擦接合装置１０は、前工程において形成されたプレス成形体３（以下、成形体ともいう）を把持固定するクランプアーム１２ａ、１２ｂが設けられたクランプ部１４と、前記成形体３の軸部４に対して接合される棒状体５を回動可能且つ略水平方向に向かって移動可能に把持するスライドユニット１６とから構成される。なお、前記成形体３は第１軸部材、棒状体５は第２軸部材として機能するものである。
【００１９】
スライドユニット１６は、ガイド台１８と、前記ガイド台１８の長手方向に沿って移動可能に設けられたスライドテーブル２０とを備えている。スライドテーブル２０の内部には、一端部に棒状体５を成形体３と同軸に把持する把持孔２２が形成された円柱状の把持部２４が回動可能に設けられている。前記把持部２４の一端部には、駆動モータ２６の回転軸２８が連結され、前記駆動モータ２６の駆動作用下に該把持部２４が棒状体５と一体的に回動するように設けられている。
【００２０】
また、スライドテーブル２０の他端部には、シリンダ３０のピストンロッド３２が連結され、前記シリンダ３０の駆動作用下にスライドテーブル２０がガイド台１８に沿って略水平方向に移動するように設けられている。
【００２１】
摩擦接合装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、本発明の実施形態に係るエンジンバルブの摩擦接合方法について、摩擦接合装置１０の動作とともに説明する。
【００２２】
先ず、図示しないアプセット成形装置によって成形材料（棒状部材１）に対してアプセット成形を行うことにより一端部が略球形状に膨出したアプセット成形体が得られる。このアプセット成形の成形材料である第１軸部材としては、耐熱性および耐摩耗性を有するオーステナイト系の材料、具体的には、ロックウェル硬さＨＲＣ４０の略３０重量％Ｎｉ含有オーステナイト系耐熱合金からなる棒状体で、その直径が約５．８ｍｍのものを用いた。
【００２３】
続いて、図示しないプレス装置によって前記アプセット成形体に対してプレス加工を行い、プレス成形体３が得られる。このプレス成形体３は、傘形形状からなる傘部と短い軸部４とが一体的に形成されている。
【００２４】
そこで、クランプ部１４のクランプアーム１２ａ、１２ｂによって前記プレス成形体３を把持し、一方、把持部２４によって棒状体５を把持する。
【００２５】
この場合、プレス成形体３の軸部４に接合される前記棒状体５の材料としては、所定長の長さに切断されたマルテンサイト系の材料、具体的には、ロックウェル硬さＨＲＣ３８のマルテンサイト系耐熱合金からなる棒状体で、その直径が約５．８ｍｍに形成されたものを用いた。
【００２６】
従って、接合されるプレス成形体３の軸部４と棒状体５は、それぞれ、異種材料で略同一の直径を有し且つ実質的に同一の硬度（ロックウェル硬さ３８、４０）に設定した。すなわち、プレス成形体３の軸部４と棒状体５との接合部に発生する据込み太りは、相互に接合される軸部材の硬度差に起因しているものと推測され、接合される軸部材は、同一または実質的に同一の硬度に設定した。
【００２７】
このような状態において、図示しないコントローラの制御作用下に駆動モータ２６を駆動させて棒状体５を所定の高速回転域まで回動させるとともに、シリンダ３０を駆動させてスライドテーブル２０を矢印方向に移動させることにより、プレス成形体３の軸部４の端面と棒状体５の端面とが接触し、図１に示す状態に至る。
【００２８】
この場合、前記シリンダ３０に小なる第１圧力を供給してスライドテーブル２０を矢印方向にさらに微少距離だけ移動させることにより、前記スライドテーブル２０と一体的に棒状体５が微少距離だけ移動する。従って、固定された成形体３の軸部４の端面を、前記棒状体５の端面を介して小なる第１押圧力によって押圧することにより、微少の初期寄代量が得られる（図２参照）。
【００２９】
その際、プレス成形体３の軸部４と棒状体５との接触面に摩擦熱が発生し、その接触面近傍に高温層が形成される。従って、プレス成形体３の軸部４の端面および／または棒状体５の端面の平坦精度が悪い場合であっても、初期寄代を形成する際、前記端面が摩擦熱によって溶融し、且つ前記高温層によって表面に付着している防錆油等の不純物を焼失させて前記端面が清浄化される。
【００３０】
次に、前記シリンダ３０に大なる第２圧力を供給してスライドテーブル２０を矢印方向に所定距離だけ移動させ、前記スライドテーブル２０と一体的に移動する棒状体５の端面を介して、固定されたプレス成形体３の軸部４の端面を大なる第２押圧力によって押圧することにより、総寄代量が得られる（図２参照）。
【００３１】
この場合、総寄代量に到達する前、プレス成形体３の軸部４と棒状体５との接触部位が、例えば、約６〜８ｍｍだけ溶融したとき、図示しないコントローラからドライバ（図示せず）に駆動停止信号が入力され、前記駆動停止信号に基づいてドライバに接続された駆動モータ２６の回転速度が減速し、停止するに至る。換言すると、総寄代量に到達する所定量だけ前に、図示しないコントローラの制御によって駆動モータ２６の回転を停止させる。
【００３２】
なお、駆動モータ２６の回転速度が減速して停止する間、棒状体５の回転によるイナーシャの作用下に約３〜４ｍｍ溶融して総寄代量が得られる。
【００３３】
次に、摩擦接合する際に接合部に発生したバリを図示しない打ち抜きダイによって除去し、種々の工程を経てエンジンバルブ６が完成する。
【００３４】
本実施の形態では、相互に接合される軸部材の材質が異種材料で且つ略同一の直径であっても、その硬度（ロックウェル硬さ）を同一または実質的に同一としているため、接合部に生じる据込み太りを大幅に減少させるとともに、接合部に生じるバリを打ち抜く際、いわゆるムシレ、傷等が発生することを防止することができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、初期寄代を形成する際、プレス成形体３の軸部４の端面および／または棒状体５の端面の平坦精度が悪く不揃いであっても、端面が摩擦熱によって溶融し、且つ前記高温層によって表面に付着している防錆油等の不純物を焼失させて端面が清浄化されるため、軸曲がりを防止して良好な直線精度を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００３７】
すなわち、相互に接合される軸部材の硬度を同一または実質的に同一としているため、接合部に生じる据込み太りを大幅に減少させるとともに、接合部に生じるバリを打ち抜く際、いわゆるムシレ、傷等が発生することを防止することができる。
【００３８】
また、相互に接合される軸部材の端面の平坦精度が劣る場合であっても、初期寄代を形成する際、前記端面が摩擦熱によって溶融し、且つ前記端面が清浄化されるため、軸曲がりを防止して良好な直線精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンジンバルブの摩擦接合方法に用いられる摩擦接合装置の概略構成図である。
【図２】本発明のエンジンバルブの摩擦接合方法の一実施の形態からなり、駆動モータの回転数、シリンダの圧力、寄代量の関係を示すタイムチャートである。
【図３】エンジンバルブの製造工程の説明に供される説明図である。
【図４】図３に示す棒状部材に対してアプセット成形を施した状態の正面図である。
【図５】図４に示すアプセット成形体に対してプレス成形を施した状態の正面図である。
【図６】図５に示すプレス成形体の軸部に棒状部材を摩擦接合する状態の正面図である。
【図７】完成したエンジンバルブの正面図である。
【図８】従来技術において、プレス成形体の軸部に棒状体を摩擦溶接する際に発生する据込み太りを示す部分正面図である。
【図９】従来技術において、打ち抜きダイによって接合部に発生したバリを除去する際、応力集中点が変化する状態を示す説明図である。
【図１０】従来技術において、相互に摩擦接合された軸部材の軸曲がりを示す説明図である。
【符号の説明】
３…プレス成形体                  ４…軸部
５…棒状体                        ６…エンジンバルブ
１０…摩擦接合装置                １４…クランプ部
２０…スライドテーブル            ２４…把持部
２６…駆動モータ                  ３０…シリンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003671114.tif 000009
【図９】
0003671114.tif 000010
【図１０】
0003671114.tif 000011