(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
傘形形状を有する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るエンジンバルブであって、
Ｎｉの含有量が１０重量％以上３０重量％以下の耐熱鋼からなる棒状体の素材を有し、前記棒状体の一端部が加熱膨出して形成されたアプセット成形体の加熱部に対し、完成品であるエンジンバルブの膨出部の直径と同一の寸法に形成されたキャビティを有するダイによりプレス加工のみを施すことによって前記完成品であるエンジンバルブを形成し、
前記アプセット成形体の加熱部は、アプセット成形によって上方からみて楕円形状に形成され、前記楕円形状の最大直径部（Ｘ）と最小直径部（Ｙ）との寸法差が０．０３ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下からなることを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項２】
傘形形状を有する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るエンジンバルブの製造方法であって、
アプセット成形によりＮｉの含有量が１０重量％以上３０重量％以下の耐熱鋼からなる棒状体の一端部を膨出させ、上方からみて楕円形状の加熱部を有するアプセット成形体を形成する工程と、
前記工程によって得られたアプセット成形体の加熱部に対して、完成品であるエンジンバルブの膨出部の直径と同一の寸法に形成されたキャビティを有するダイによりプレス加工のみを施すことによって、完成品であるエンジンバルブの膨出部の外周部を形成する工程と、
を有し、
前記アプセット成形体の加熱部は、最大直径部（Ｘ）と最小直径部（Ｙ）との寸法差が０．０３ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下からなることを特徴とするエンジンバルブの製造方法。
【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、前記エンジンバルブの膨出部の外周部の研磨工程を省略することが可能なエンジンバルブおよびその製造方法に関する。
【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、前記エンジンバルブの製造工程について概略説明する。
【０００４】
先ず、切断手段によって所定長に切断された棒状部材を、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、棒状部材の一端部が加熱され略球状の加熱部が形成される。このアプセット成形によって得られた前記加熱部に対してプレス装置を介してプレス加工を施し、プレス成形体に対して所定の熱処理加工を施した後、種々の研磨加工を行う。
【０００５】
すなわち、軸部の外周部に対して荒研磨加工を施した後、軸部を所定長の長さに切断し、さらに、膨出部の傾斜する内壁面に対し荒研磨加工を行う。続いて、再度、軸部に対して研磨加工を施した後、膨出部の外周部に対して研磨加工を行う。
【０００６】
さらにまた、軸部の一端部側に環状の溝部を形成した後、前記軸部に仕上げ研磨加工等の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が完成する。
【０００７】
ところで、前記棒状部材としては、耐熱鋼や耐熱超合金等の成形困難な材料が用いられるため、前記アプセット成形を行う際、高電流並びに高加圧力が必要となり、安定した真円度を有する加熱部を形成することが難しいという問題がある。
【０００８】
また、前記アプセット成形によって得られた成形体の加熱部の真円性が安定しないと、次工程においてプレス加工を行う際、加熱手段によって加熱されるアプセット成形体の加熱部に対する加熱温度にばらつきが発生し、プレス成形時における肉流れ性が悪くなり欠肉部分を生じるおそれがある。加熱部の最大直径部および最小直径部と加熱手段との間の離間間隔が異なることにより、加熱部における加熱温度が不均一となるからである。前記欠肉部分の発生を回避するため、前記プレス加工では、高いプレス成形荷重を付与することが必要となり、前記高荷重成形に伴って必然的にバリが発生するという問題がある。
【０００９】
そこで、従来技術では、前記の種々の問題を解消するために、バリが発生する部位である膨出部の外周部の外径寸法を、予め取り代部を含めて完成寸法よりも若干大きめに設定し、図１１に示されるような砥石１によって前記膨出部２の外周部を研磨して前記取り代部を削除することにより、膨出部２の外周部の寸法精度を出している。
【００１０】
例えば、図１２に示される金型装置では、第１下型ダイ３と第２下型ダイ４とを有し、前記第２下型ダイ４にはキャビティ５が形成され、前記キャビティ５の内径寸法Ｄは、取り代部６を含み（図１３参照）、完成品であるエンジンバルブの膨出部７の外径寸法ＥよりもΔＦだけ大きく設定されている。従って、前記金型装置によって得られた成形体８は、図１３に示されるように、完成品であるエンジンバルブの膨出部７の外径寸法Ｅよりも取り代部６であるΔＦだけ大きく形成される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術に係るエンジンバルブの製造方法では、傘形形状を有する膨出部および軸部に対し、高精度且つ高強度が要求されるため、非常に多くの製造工程が必要となる。
【００１２】
特に、研磨加工では、研磨部位あるいは研磨する砥粒の大小により種々の研磨加工が必要となることから多くの研磨工程に分かれており、前記研磨工程をできるだけ簡素化したいという要請がある。
【００１３】
また、前記アプセット成形によって得られた成形体の加熱部の真円性、すなわち前記加熱部の最大直径部と最小直径部との寸法差を限りなく零に近づけて安定させるとともに、プレス成形する際の成形荷重を抑制することにより偏肉によるバリの発生を阻止したいという他の要請もある。
【００１４】
本発明は、前記の種々の要請を考慮してなされたものであり、膨出部の外周部の研磨工程を省略して製造工程を簡素化するとともに、アプセット成形体の加熱部の真円性を安定させ、しかもプレス成形荷重を抑制することが可能なエンジンバルブおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【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、傘形形状を有する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るエンジンバルブであって、
Ｎｉの含有量が１０重量％以上３０重量％以下の耐熱鋼からなる棒状体の素材を有し、前記棒状体の一端部が加熱膨出して形成されたアプセット成形体の加熱部に対し、完成品であるエンジンバルブの膨出部の直径と同一の寸法に形成されたキャビティを有するダイによりプレス加工のみを施すことによって前記完成品であるエンジンバルブを形成し、
前記アプセット成形体の加熱部は、アプセット成形によって上方からみて楕円形状に形成され、前記楕円形状の最大直径部（Ｘ）と最小直径部（Ｙ）との寸法差が０．０３ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下からなることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、傘形形状を有する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るエンジンバルブの製造方法であって、
アプセット成形によりＮｉの含有量が１０重量％以上３０重量％以下の耐熱鋼からなる棒状体の一端部を膨出させ、上方からみて楕円形状の加熱部を有するアプセット成形体を形成する工程と、
前記工程によって得られたアプセット成形体の加熱部に対して、完成品であるエンジンバルブの膨出部の直径と同一の寸法に形成されたキャビティを有するダイによりプレス加工のみを施すことによって、完成品であるエンジンバルブの膨出部の外周部を形成する工程と、
を有し、
前記アプセット成形体の加熱部は、最大直径部（Ｘ）と最小直径部（Ｙ）との寸法差が０．０３ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下からなることを特徴とする。
【００１８】
本発明では、先ず、アプセット成形によりＮｉの含有量が１０重量％以上３０重量％以下の耐熱鋼からなる棒状体の一端部を膨出させ、上方からみて楕円形状の加熱部を有するアプセット成形体を形成し、続いて、前記アプセット成形体の加熱部に対して、完成品であるエンジンバルブの膨出部の直径と同一の寸法に形成されたキャビティを有するダイによりプレス加工のみを施すことによって、完成品であるエンジンバルブの膨出部の外周部を形成する。この場合、前記アプセット成形体の加熱部は、最大直径部（Ｘ）と最小直径部（Ｙ）との寸法差が０．０３ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下に設定されるとよい。本発明によれば、アプセット成形により加熱部の真円性が安定して得られるとともに、プレス加工のみによってエンジンバルブの膨出部の外周部が形成される。この結果、前記膨出部の外周部の研磨加工が不要となり、製造工程が簡素化される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るエンジンバルブの製造方法について、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。
【００２０】
図１は、エンジンバルブの製造方法において、アプセット成形を行うアプセット成形装置の概略構成図である。
【００２１】
このアプセット成形装置１０は、成形材料である棒状体１２の一端部に当接し該棒状体１２を上方に向かって押圧するピストンロッド１４が設けられた図示しない押圧用シリンダと、前記棒状体１２の他端部に当接し昇降自在に設けられた鍛縮台１６と、前記棒状体１２を挟持する一対のアーム１８ａ、１８ｂが設けられた図示しないクランプシリンダと、前記一対のアーム１８ａ、１８ｂにそれぞれ設けられ、通電することにより棒状体１２を加熱する一対の電極２０ａ、２０ｂとから構成される。
【００２２】
また、図７は、エンジンバルブの製造方法において、プレス成形を行う金型装置を示す。
【００２３】
この金型装置２２は、図示しない基台部に固定され、中央部の上下方向に沿ってノックアウトピン（図示せず）が挿通する貫通孔２４が形成された第１下型ダイ２６と、前記第１下型ダイ２６の孔部２８内に嵌挿され、中央部にキャビティ３０が形成された第２下型ダイ３２と、図示しない昇降手段の駆動作用下に、前記キャビティ３０に挿入されたワークを加圧する上型パンチ３４とを有する。
【００２４】
この場合、第２下型ダイ３２に形成されたキャビティ３０の内径寸法Ｓは、図８に示す完成品であるエンジンバルブ３６の膨出部３８の外径寸法Ｔと同一または略同一に設定されている。
【００２５】
本発明に係るエンジンバルブの製造方法を実施するアプセット成形装置１０および金型装置２２は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００２６】
先ず、成形材料である棒状体１２に対しアプセット成形を行う工程について説明する。図１に示されるように、押圧用シリンダのピストンロッド１４と鍛縮台１６との間に棒状体１２をセットした後、図示しないクランプシリンダの駆動作用下に一対のアーム１８ａ、１８ｂを接近させ、前記一対のアーム１８ａ、１８ｂに設けられた電極２０ａ、２０ｂが棒状体１２に接触した状態でクランプする（図２参照）。
【００２７】
前記棒状体１２が一対のアーム１８ａ、１８ｂによってクランプされた状態において、電極２０ａ、２０ｂに通電して棒状体１２を加熱するとともに押圧用シリンダの駆動作用下にピストンロッド１４を矢印方向に変位させて棒状体を上方に向かって押圧する（図３参照）。
【００２８】
この場合、図４に示されるように、図示しない昇降手段を介して鍛縮台１６を上昇させながら、同時に押圧用シリンダのピストンロッド１４によって棒状体１２を上方に向かって押圧する。
【００２９】
従って、前記電極２０ａ、２０ｂによる加熱作用および押圧用シリンダによる加圧作用下に、鍛縮台１６に当接する棒状体１２の一端部が膨張して略球形状の加熱部４０が形成される（図４参照）。所望の形状を有する加熱部４０が形成された後、前記電極２０ａ、２０ｂに対する通電を停止し、クランプシリンダを駆動させてアーム１８ａ、１８ｂを棒状体１２から離間させることにより、図示しない取り出し手段を介してアプセット成形体４２が取り出される（図５並びに図６参照）。このようにしてアプセット成形が終了する。
【００３０】
ここで、前記アプセット成形装置１０によって複数の成形材料に対してアプセット成形を行った場合の加熱部４０の真円性について説明する。
【００３１】
成形材料としては、素材Ａ（マルテンサイト系耐熱合金）、素材Ｂ（略３０重量％Ｎｉ含有オーステナイト系耐熱合金）、素材Ｃ（略４０重量％Ｎｉ含有オーステナイト系耐熱合金）、素材Ｄ（略６０重量％Ｎｉ含有オーステナイト系耐熱合金）および素材Ｅ（略７５重量％Ｎｉ含有オーステナイト系耐熱合金）の５種類を用いた。また、前記５種類の成形材料に対するアプセット成形によって得られたアプセット成形体４２の加熱部４０の最大直径部をＸとし最小直径部をＹとして、前記最大直径部Ｘから最小直径部Ｙを減算した値（Ｘ−Ｙ）を縦軸に示している。
【００３２】
この場合、従来技術では、棒状体１２である耐熱鋼材のＮｉの含有量が３０％を越えて６０％以下からなる材料を使用しており、最大直径部Ｘと最小直径部Ｙとの差は、０．１５〜０．２５ｍｍと大きくなっている。このため、プレス成形時における欠肉をなくすために比較的に高荷重となりバリが発生しやすくなっている。
【００３３】
そこで、偏肉によるバリや欠肉は、実験によれば、加熱部４０の最大直径部Ｘと最小直径部Ｙとの差が０．１０ｍｍを越えると発生することがわかった。
【００３４】
一方、耐熱鋼材のＮｉの含有量が１０重量％未満になると最大直径部Ｘと最小直径部Ｙとの差がさらに小さくなり加熱部４０の真円性は向上するが、耐久性が劣化することが懸念される。
【００３５】
従って、棒状体１２である耐熱鋼材のＮｉの含有量は、１０重量％以上３０重量％以下であることが好ましく、例えば、素材Ａおよび素材Ｂ等の成形材料が挙げられる。
【００３６】
また、アプセット成形された加熱部４０の最大直径部Ｘと最小直径部Ｙとの差については、前述したように、０．１０ｍｍを越えると偏肉によるバリや欠肉が発生しやすくなるという不具合があり、一方、０．０３ｍｍ未満では耐久性が劣化するおそれがある。
【００３７】
従って、アプセット成形された加熱部の最大直径部Ｘと最小直径部Ｙとの差は、０．０３ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３８】
このように、本実施の形態では、１０重量％以上３０重量％以下のＮｉの含有量を有する成形材料を用いることにより、耐久性を劣化させることなく真円性を向上させ且つ安定した真円性を有するアプセット成形された加熱部４０を得ることができる。
【００３９】
次に、アプセット成形によって得られたアプセット成形体４２に対し、図７に示す金型装置２２によってプレス成形が施される。
【００４０】
すなわち、第２下型ダイ３２に形成されたキャビティ３０内にアプセット成形体４２をセットし、図示しない加熱手段によって加熱部４０を所定温度に加熱した状態において、図示しない昇降手段の駆動作用下に上型パンチ３４を介して前記アプセット成形体４２を加圧する。この結果、アプセット成形体４２の加熱部４０はキャビティ３０の形状に対応して塑性変形し、プレス成形体が得られる。
【００４１】
この場合、第２下型ダイ３２に形成されたキャビティ３０の内径寸法Ｓは、取り代部が加算されておらず、完成品であるエンジンバルブ３６の膨出部３８の外径寸法Ｔと同一または略同一に設定されているため、後加工によって前記取り代部を切削する必要がない。換言すると、完成品であるエンジンバルブ３６の膨出部３８の外径寸法Ｔは、アプセット成形体４２の加熱部４０に対する塑性加工（プレス加工）によってのみ形成される。従って、本実施の形態では、エンジンバルブ３６の製造工程において、前記取り代部を切削する研磨工程を省略することができる。
【００４２】
また、アプセット成形体４２の加熱部４０の真円性が高精度に確保されているため、プレス成形する際、加熱手段によって加熱部４０を均一に加熱することができ、プレス成形時における肉流れ性が良好となり、偏肉によるバリや欠肉部分の発生を防止することができる。
【００４３】
さらに、図１０に示されるように、素材Ｄに対する素材Ｂのプレス成形荷重が約１０％減少し、素材Ｄに対する素材Ａのプレス成形荷重が約１６％減少した。従って、プレス成形時におけるプレス成形荷重を抑制することにより、バリの発生を回避することができる。
【００４４】
なお、前記プレス成形体に対して種々の加工を施すことにより、完成品としてのエンジンバルブが得られる。
【００４５】
このように、アプセット成形における加熱部４０の真円性の向上とプレス成形における金型精度の増大との相乗効果により、後加工によって膨出部３８の外周面の研磨加工を省略することができる。この結果、製造工程の簡素化を図るとともに、製造コストを低減することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００４７】
すなわち、エンジンバルブの膨出部の外周面の研磨工程を省略して製造工程を簡素化することができる。
【００４８】
また、アプセット成形体の加熱部の真円性を安定させ、しかも塑性加工する際の成形荷重を抑制することができる。この結果、膨出部にバリが発生することを防止することができる。
【００４９】
さらに、アプセット成形体の加熱部の真円性が確保されることにより、塑性加工する際、被塑性加工物を均一に加熱することができ、塑性加工時における肉流れ性が良好となり、偏肉によるバリや欠肉部分の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のエンジンバルブの製造方法において、アプセット成形を行うアプセット成形装置の概略構成図である。
【図２】   図１のアプセット成形装置を構成する一対のアームが接近した状態を示す動作説明図である。
【図３】  図１のアプセット成形装置を構成する押圧用シリンダのピストンロッドが上昇した状態を示す動作説明図である。
【図４】   図１のアプセット成形装置を構成する電極に通電するとともに、棒状体を加圧して加熱部を形成する状態を示す動作説明図である。
【図５】  アプセット成形装置によって棒状体の一端部に加熱部が形成された後、アームおよびピストンロッドを離間させる状態を示す動作説明図である。
【図６】  アプセット成形装置によって得られたアプセット成形体の正面図である。
【図７】  本発明のエンジンバルブの製造方法において、プレス成形を行う金型装置の縦断面構成図である。
【図８】  完成品であるエンジンバルブの膨出部の正面図である。
【図９】  複数の成形材料をそれぞれアプセット成形して得られたアプセット成形体の加熱部の最大直径部と最小直径部との関係を示す説明図である。
【図１０】  複数の成形材料のプレス成形時におけるプレス成形荷重を示す説明図である。
【図１１】  従来技術において、砥石によって膨出部の外周面を研磨して取り代部を除去する工程を示す説明図である。
【図１２】  従来技術における金型装置の縦断面構成図である。
【図１３】   図１２に示す金型装置によってプレス成形された成形体の一部省略正面図である。
【符号の説明】
１０…アプセット成形装置                  １２…棒状体
２０ａ、２０ｂ…電極                      ２２…金型装置
２６、３２…下型ダイ                      ３０…キャビティ
４０…加熱部                              ４２…アプセット成形体
【図１】
0003679250.tif 000002
【図２】
0003679250.tif 000003
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003679250.tif 000013
【図１３】
0003679250.tif 000014