(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却されて低温となっているワーク受台に、エンジンバルブの傘部を、その傘表を密着させて載置し、前記エンジンバルブを前記ワーク受台と共に一定方向に回転させつつ、傘部に形成された弁フェース部の表面を局部的に順次加熱溶融し、かつ同時に、加熱部に向かって、Ｎ2又はＣＯ2ガス、又はその両方を供給することにより、前記弁フェース部に、窒化物、炭化物又はその両方が分布された、結晶方向が基材内部からフェース表面に向かって延びる樹枝状組織構造の硬化層を形成することを特徴とするエンジンバルブの製造方法。
【請求項２】
弁フェース部を、不活性ガスの雰囲気内において発生させたレーザー、プラズマアーク等の高密度エネルギにより局部的に順次加熱溶融することを特徴とする請求項１に記載のエンジンバルブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、硬質材料による肉盛を施すことなく、弁フェース部の耐摩耗性を向上させうるようにしたエンジンバルブの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンバルブの弁フェース部は、バルブシートと繰り返し激しく衝接するので、高い耐摩耗性が要求される。
耐摩耗性を向上させる方法として、弁フェース部に、Ｃo基、Ｎi基、Ｆe基等の硬質合金を肉盛することが行われている。
【０００３】
図３(Ａ)〜(Ｃ)は、弁フェース部に肉盛を施す要領を工程順に略示するもので、まず(Ａ)に示すように、肉盛の前工程として、耐熱鋼よりなるエンジンバルブ(01)における傘部(02)の弁フェース部(02a)に、円弧状をなす環状溝(03)を形成する。
【０００４】
ついで、(Ｂ)に示すように、環状溝(03)に、酸素・アセチレンガス、プラズマアーク、レーザー等の溶接手段をもって、例えばステライトと称されるＣo基の硬質合金(04)を肉盛する。
ついで、(Ｃ)に示すように、肉盛部に機械加工を施し、所定形状のフェース面に仕上げる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような硬質合金を肉盛したエンジンバルブには、次のような問題点がある。
(１) 肉盛の前工程として、傘部(02)に環状溝(03)を形成する必要がある。
(２) 肉盛材料、特にＣo基の硬質合金は高価であり、また薄肉盛が困難であるため、その使用量が多く、不経済である。
(３) 肉盛後の仕上加工において切削代が大きくなるため、切削工具の寿命が短かく、その交換頻度が多い。
(４) エンジンバルブの製造コストが高くなる。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、肉盛を施すことなく、弁フェース部の耐摩耗性を向上することにより、硬質合金を不要とし、もって、製造コストを大幅に低減しうるようにしたエンジンバルブの製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
(１)  冷却されて低温となっているワーク受台に、エンジンバルブの傘部を、その傘表を密着させて載置し、前記エンジンバルブを前記ワーク受台と共に一定方向に回転させつつ、傘部に形成された弁フェース部の表面を局部的に順次加熱溶融し、かつ同時に、加熱部に向かって、Ｎ2又はＣＯ2ガス、又はその両方を供給することにより、前記弁フェース部に、窒化物、炭化物又はその両方が分布された、結晶方向が基材内部からフェース表面に向かって延びる樹枝状組織構造の硬化層を形成する。
【０００８】
(２)  上記(１)項において、弁フェース部を、不活性ガスの雰囲気内において発生させたレーザー、プラズマアーク等の高密度エネルギにより局部的に順次加熱溶融する。
【０００９】
【作用】
弁フェース部に、結晶方向が基材内部からフェース表面に向かう樹枝組織構造の硬化層を形成することにより、弁フェース部に肉盛を施すことなく、その部分の耐摩耗性を向上させることができる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。
なお、図３に示す従来のエンジンバルブと同一の部分には、その符号より冒頭の「０」を除いた符号を付して説明する。
【００１１】
図１は、本発明を適用して得られたエンジンバルブ(１)の主要部を示し、バルブ基材は、ＳＵＨ３、ＳＵＨ11、ＳＵＨ36等の耐熱鋼又はインコネル(ＮＣＦ751)により形成されている。
【００１２】
傘部(２)に形成された弁フェース部(2a)の表面には、結晶方向が基材内部からフェース表面に向かう樹枝状(デンドライト)組織構造の硬化層(５)が形成されている。
硬化層(５)における樹枝状組織中には、炭化物又は窒化物を分布させてある。
【００１３】
図２は、上記エンジンバルブ(１)の製造要領、すなわち硬化層(５)を形成する要領を示す。この製造は、公知のプラズマアーク式の粉体肉盛溶接装置(Ｐ)を利用して行われる。
【００１４】
まず装置について簡単に説明すると、(６)は、軸線をほぼ３５゜傾斜させた回転駆動台で、図示しない減速モータにより一定方向に緩速回転させられる。
【００１５】
回転駆動台(６)の上面に設けた凹孔(6a)には、上面が閉塞された円筒形のワーク受台(７)が、スペーサ(８)を介して嵌合されている。
ワーク受台(７)は、回転駆動台(６)の上端部外周面に螺挿した緊締環(９)により抜け止めされている。
【００１６】
(10)は、回転駆動台(６)の中心に穿設した挿通孔(6b)を遊通する給水管で、その上端部は、スペーサ(８)を貫通して、ワーク受台(７)の凹部(11)内に位置している。
【００１７】
給水管(10)に供給された冷却水は、凹部(11)内を満たしたのち、スペーサ(８)に穿設した複数の通水孔(8a)、及び給水管(10)の周囲の排水路(12)を通って外部に排出される。
【００１８】
(13)は、軸線が垂直をなすプラズマアーク発生用のトーチで、ワーク受台(７)の上方において上下及び左右方向に移動しうる。
【００１９】
(14)は、ワーク受台(７)の軸線上に設けた回転自在なワーク押えである。
硬化層を形成するには、まず弁フェース部(2'a)を含む傘部(2')を製造しようとするエンジンバルブ(１)とほぼ同形に仕上げたワーク(1')を、ワーク受台(７)の上部に、傘部(2')の傘表(2'b)を密着させて載置し、軸端をワーク押え(14)により押圧する。
【００２０】
ついで、回転駆動台(６)作動させて、ワーク(1')を一定方向に回転させるとともに、弁フェース部(2'a)の直上に臨ませたトーチ(13)よりプラズマアーク(15)を発生させ、弁フェース部(2'a)の表面をバルブ基材の融点以上(例えば1500℃以上)に局部的に加熱して溶融させる。
【００２１】
この際、トーチ(13)の下端におけるプラズマアーク(15)の周囲より、不活性シールドガス(アルゴンガス)(16)を噴射し、加熱部が酸化されるのを防止する。
弁フェース部(2'a)の加熱溶融と同時に、プラズマアーク(15)の周囲のトーチ(13)の先端に開口するプラズマアーク(15)の中心方向を向く複数の供給孔(肉盛用粉体の供給孔)(図示略)より、Ｎ2又はＣＯ2ガス又はその両方を加熱部に向かって供給する。
【００２２】
これにより、加熱された弁フェース部(2'a)の表層に、窒素又は炭素又はその両方が浸入して、窒化又は浸炭処理を施したと同様の作用が生じ、硬質の窒化物又は炭化物又はその両方が生成される。
【００２３】
一方、局部的に加熱された弁フェース部(2'a)は、冷却水により低温となっているワーク受台(７)により、傘表(2'b)側から順次強制的に冷却されるため、結晶方向がフェース表面に向かって延びる樹枝状の組織構造となる。
【００２４】
樹枝状組織は硬度が大きく、かつ組織中に窒化物又は炭化物が分布しているので、ワーク(1')を１回転させて全周を加熱したのちの弁フェース部(2'a)の表面には、硬化層(5')が形成される。
硬化層(5')に仕上加工を施して平滑面とすれば、図１と同様のエンジンバルブ(１)が得られる。
【００２５】
上記のようにして製造した後、弁フェース部(2a)の表面の硬度を測定した。
その結果、何も処理を施していない通常のエンジンバルブの弁フェース部の硬度が、ＨＲＣ３５程度であるのに対し、上記実施例のエンジンバルブ(１)ではＨＲＣ４０〜５５まで高めうることが実証された。これは、通常の肉盛材料であるステライトを肉盛したとほぼ同等の硬度に相当し、優れた耐摩耗性を有すること分かる。
【００２６】
なお、弁フェース部(2'a)を加熱溶融する手段として、上記プラズマアーク式の粉体肉盛溶接装置(Ｐ)の代わりに、酸素・アセチレンガス又はレーザを熱源とする装置を用いることもある。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
(ａ)  弁フェース部に、硬質の窒化物、炭化物又はその両方が分布された樹枝状組織構造の硬化層を容易に形成し、その部分の耐摩耗性を向上しうるので、従来のような高価な硬質合金を用いて肉盛を施す必要はなく、安価なエンジンバルブが得られる。
【００２８】
(ｂ)  請求項２の発明によれば、熱エネルギが弁フェース部のみに集中するので、他の部分に熱ひずみの生じるのを最小限に抑えることができ、かつ加熱部が酸化するのを防止しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法により得られたエンジンバルブの一部切欠正面図である。
【図２】図１のエンジンバルブを、粉体肉盛溶接装置を利用して製造する際の要領を示す中央縦断正面図である。
【図３】従来の肉盛工程を示す説明図である。
【符号の説明】
(１)エンジンバルブ
(1')ワーク
(２)(2')傘部
(2a)(2'a)弁フェース部
(2'b)傘表
(５)(5')硬化層
(６)回転駆動台
(6a)凹孔
(6b)挿通孔
(７)ワーク受台
(８)スペーサ
(8a)通水孔
(９)緊締環
(10)給水管
(11)凹部
(12)排水路
(13)トーチ
(14)ワーク押え
(15)プラズマアーク
(16)不活性シールドガス
(Ｐ)粉体肉盛溶接装置
【図１】
0003550575.tif 000002
【図２】
0003550575.tif 000003
【図３】
0003550575.tif 000004