(57)【要約】【課題】細軸円筒形バルブを効率よく製造することが可能な細軸円筒形バルブの製造方法を提供すること。【解決手段】まず、中実バルブのバルブステムとバルブヘッドとを、それぞれ、第１保持具及び第２保持具で固定する。次いで、前記第１保持具及び前記第２保持具で固定された前記中実バルブのバルブステムエンドから前記バルブヘッドに向かって、ドリルを用いて前記バルブステム内に非貫通孔を形成する。前記第１保持具で保持されている前記バルブステムの長さ（固定長さ）は、前記バルブステムの長さの４０％以上が好ましい。また、前記バルブステムエンドから前記第１保持具までの長さ（固定位置）は、前記バルブステムの長さの３０％以下が好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中実バルブのバルブステムとバルブヘッドとを、それぞれ、第１保持具及び第２保持具で固定する保持工程と、
前記第１保持具及び前記第２保持具で固定された前記中実バルブのバルブステムエンドから前記バルブヘッドに向かって、ドリルを用いて前記バルブステム内に非貫通孔を形成する加工工程と
を備えた細軸円筒形バルブの製造方法。
【請求項２】
前記第１保持具で保持されている前記バルブステムの長さ（固定長さ）は、前記バルブステムの長さの４０％以上である請求項１に記載の細軸円筒形バルブの製造方法。
【請求項３】
前記バルブステムエンドから前記第１保持具までの長さ（固定位置）は、前記バルブステムの長さの３０％以下である請求項１又は２に記載の細軸円筒形バルブの製造方法。
【請求項４】
前記中実バルブは、オーステナイト系ステンレス鋼からなる請求項１から３までのいずれか１項に記載の細軸円筒形バルブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細軸円筒形バルブの製造方法に関し、さらに詳しくは、自動車のエンジン等に用いられるバルブであって、バルブステム内が中空になっている細軸円筒形バルブを効率よく製造することが可能な細軸円筒形バルブの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンには、燃料と空気の混合ガスをシリンダー内に導入するための吸気バルブと、燃焼ガスをシリンダー外に排出するための排気バルブが用いられている。これらの内、排気バルブは高温の燃焼ガスに曝されるため、排気バルブには高温特性（例えば、高温硬さ、疲労特性、高温強度、耐摩耗性、耐酸化性など）の高い材料が用いられている。
【０００３】
バルブは、バルブステム（軸）とバルブヘッド（傘）からなり、バルブステム内に空洞がない中実バルブと、バルブ内に空洞がある細軸円筒形バルブが知られている。細軸円筒形バルブは、通常、バルブステムの空洞内に金属ナトリウムに代表される冷媒が封入される。金属ナトリウム封入バルブは、中実バルブに比べて軽量かつ高熱伝導率であるため、これを排気バルブに用いると、エンジンの性能や燃費を向上させることができる。
【０００４】
このような細軸円筒形バルブ、又は、金属ナトリウム等の冷媒封入バルブの製造方法に関し、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１、２には、
（１）中実丸棒型の素材にパンチ等により中空部を形成し、
（２）中空部の外径及び内径を段階的に絞り加工し、
（３）中空部の外径及び内径がある程度小さくなったところで、中空部にブロック状の金属ナトリウム（又は、金属ナトリウムと固体パラフィン）を投入し、
（４）さらに中空部の外径及び内径が目的のサイズとなるまで絞り加工し、
（５）バルブステムエンドを塑性加工により閉塞させる
金属ナトリウム封入バルブの製造方法が開示されている。
【０００５】
絞り加工により中空部を形成する方法は、材料ロスが少ないという利点がある。しかしながら、排気バルブに用いられる高耐熱性材料は、一般に塑性加工が難しい。そのため、バルブステムの外径及び／又は内径が小さくなるほど、精度の高い加工を効率よく行うことが困難となる。
一方、中実バルブを製造した後、ドリル加工によりバルブステム内に非貫通孔を形成することも考えられる。しかしながら、バルブは軸方向の形状が非対称であり、かつ、バルブステムの直径（Ｄ）に対する長さ（Ｌ）の比（＝Ｌ／Ｄ）が極めて大きいため、加工中にドリル折損や偏心を生じ、不良率が発生しやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２３６８３８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７９３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、細軸円筒形バルブを効率よく製造することが可能な細軸円筒形バルブの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係る細軸円筒形バルブの製造方法は、
中実バルブのバルブステムとバルブヘッドとを、それぞれ、第１保持具及び第２保持具で固定する保持工程と、
前記第１保持具及び前記第２保持具で固定された前記中実バルブのバルブステムエンドから前記バルブヘッドに向かって、ドリルを用いて前記バルブステム内に非貫通孔を形成する加工工程と
を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
中実バルブのバルブステムにドリルを用いて非貫通孔を形成する場合において、バルブステムとバルブヘッドを、それぞれ、第１保持具及び第２保持具で固定すると、加工中におけるバルブステムの振動が抑制される。そのため、ドリル折損や偏心が抑制され、高能率加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ブロック材加工時の外観写真（上段の左図）、ブロック材の孔加工時に発生するスラスト力（上段の中央図）及びブロック材に対する２００孔加工後のドリル先端の写真（上段の右図）、並びに、バルブ材加工時の外観写真（下段の左図）、バルブ材加工時に発生するスラスト力（下段の中央図）及びバルブ材に対する５０孔加工後のドリル先端の写真（下段の右図）である。
【００１１】
【図２】（ａ）ブロック材加工時の外観写真（上段の左図）及びその孔加工時に発生するスラスト力（下段の左図）、（ｂ）バルブ材加工時の外観写真（上端１８ｍｍ拘束）（上段の左から２番目の図）及びその孔加工時に発生するスラスト力（下段の左から２番目の図）、（ｃ）バルブ材加工時の外観写真（上端１８ｍｍ＋下端１８ｍｍ拘束）（上段の左から３番目の図）及びその孔加工時に発生するスラスト力（下段の左から３番目の図）、並びに、（ｄ）バルブ材加工時の外観写真（上端４０ｍｍ拘束）（上段の右図）及びその孔加工時に発生するスラスト力（下段の右図）である。
【００１２】
【図３】保持具で固定されたバルブの模式図（上段の左図）、保持具で固定されたバルブの外観写真（上段の中央図）、並びに、５０孔、１００孔、１５０孔又は２００孔加工後のドリルの逃げ面の写真（中段の図）及びすくい面の写真（下段の図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  細軸円筒形バルブの製造方法］
本発明に係る細軸円筒形バルブの製造方法は、保持工程と、加工工程とを備えている。
【００１４】
［１．１．  保持工程］
まず、中実バルブのバルブステムとバルブヘッドとを、それぞれ、第１保持具及び第２保持具で固定する（保持工程）。
【００１５】
［１．１．１．  バルブの材料］
本発明において、バルブの材料は、特に限定されるものではなく、種々の材料を用いることができる。
バルブの材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、インコネルに代表される超合金などがある。
これらの中でも、オーステナイト系ステンレス鋼や超合金は、一般に孔加工がしにくいので、本発明が適用されるバルブの材料として好適である。
【００１６】
［１．１．２．  バルブの寸法］
本発明が適用されるバルブの寸法は、特に限定されるものではなく、種々の寸法を有するバルブに対して適用することができる。特に、自動車の細軸円筒形バルブのような小径・長尺のバルブステムを持つバルブに対して本発明を適用すると、高い効果が得られる。
具体的には、第１保持具及び第２保持具による固定条件、加工条件等を最適化すると、バルブステムの外径Ｄ1が１０ｍｍ以下、あるいは、６ｍｍ以下のバルブを、高能率で加工することができる。
また、バルブステムの外径Ｄ1に対するバルブステムの長さＬ1の比（＝Ｌ1／Ｄ1）が１０以上、あるいは、１６以上のバルブを、高能率で加工することができる。
【００１７】
［１．１．３．  第１保持具］
第１保持具は、中実バルブ（孔加工前の細軸円筒形バルブ）のバルブステムを固定するためのものである。第１保持具の構造は、特に限定されるものではなく、後述する条件を満たすように、バルブステムを固定可能なものであれば良い。
【００１８】
第１保持具としては、
（１）バルブステムを２方向以上から拘束する油圧チャック、
（２）バルブステムを３方向から拘束する油圧チャック、
（３）バルブステムを回転ローラー等で受ける振れ止め、
などがある。
バルブステムは、１個の第１保持具で固定されていても良く、あるいは、複数個若しくは複数種類の第１保持具で固定されていても良い。
【００１９】
［１．１．４．  第２保持具］
第２保持具は、中実バルブのバルブヘッドを固定するためのものである。第２保持具の構造は、特に限定されるものではなく、孔加工時におけるバルブの振動が抑制されるように、バルブヘッドを固定可能なものであれば良い。
【００２０】
第２保持具としては、
（１）バルブヘッドの先端を吸引する吸引チャック、
（２）バルブヘッドの先端を引き込む引き込みチャック、
（３）バルブヘッドの外周を２方向以上から拘束するチャック、
などがある。
バルブヘッドは、１個の第２保持具で固定されていても良く、あるいは、複数個若しくは複数種類の第２保持具で固定されていても良い。
【００２１】
［１．１．５．  第１保持具による固定長さ］
中実バルブのバルブステムを第１保持具で固定する場合、第１保持具によるバルブステムの固定長さは、孔加工時に発生する振動の大きさに影響を与える。一般に、第１保持具による固定長さが長くなるほど、孔加工時における振動抑制効果が大きくなる。
高能率な孔加工を行うためには、第１保持具で保持されているバルブステムの長さ（固定長さ）は、バルブステムの長さの４０％以上が好ましい。固定長さは、さらに好ましくは、バルブステムの長さの６０％以上である。
バルブステムが複数個又は複数種類の第１保持具で固定されている場合、固定長さの合計が上述した範囲内にあれば良い。
【００２２】
［１．１．６．  第１保持具による固定位置］
中実バルブのバルブステムを第１保持具で固定する場合、第１保持具によるバルブステムの固定位置は、孔加工時に発生する振動の大きさに影響を与える。一般に、第１保持具による固定位置がバルブステムエンドに近くなるほど（換言すれば、バルブステムエンドから第１保持具の先端までの長さが短くなるほど）、孔加工時における振動抑制効果が大きくなる。
高能率な孔加工を行うためには、バルブステムエンドから第１保持具までの長さ（固定位置）は、バルブステムの長さの３０％以下が好ましい。固定位置は、さらに好ましくは、バルブステム長さの２０％以下である。
【００２３】
［１．２．  加工工程］
次に、前記第１保持具及び前記第２保持具で固定された前記中実バルブのバルブステムエンドから前記バルブヘッドに向かって、ドリルを用いて前記バルブステム内に非貫通孔を形成する（加工工程）。
【００２４】
加工条件は、特に限定されるものではなく、バルブの寸法や材料に応じて最適な条件を選択する。本発明は、第１保持具及び第２保持具により、バルブの振動が抑えられるので、バルブが難加工性材料からなる場合であっても、高能率加工が可能となる。
具体的には、第１保持具及び第２保持具による固定条件を最適化することによって、ドリルの回転送りを０．０２０ｍｍ／ｒｅｖ以上、０．０２５ｍｍ／ｒｅｖ以上、あるいは、０．０３０以上にすることができる。
また、ドリルの回転速度を６０００ｒｐｍ以上、８０００ｒｐｍ以上、あるいは、１００００ｒｐｍ以上にすることができる。
【００２５】
また、本発明に係る方法を用いると、ドリル折損や偏心を生じさせることなく、深孔を高能率で形成することができる。
具体的には、第１保持具及び第２保持具による固定条件、加工条件等を最適化することによって、穴の深さＬ2が４５ｍｍ以上、あるいは、６０ｍｍ以上である深孔を、高能率で加工することができる。
また、孔の内径Ｄ2に対する孔の深さＬ2の比（＝Ｌ2／Ｄ2）が１５以上、あるいは、２０以上である深孔を、高能率で加工することができる。
【００２６】
［１．３．  その他の工程］
バルブステムに所定の深さの深孔を形成した後、細軸円筒形バルブには、必要に応じて追加の加工が施される。
例えば、細軸円筒形バルブが金属ナトリウム等の冷媒封入バルブである場合、バルブステム内に形成された空洞内に金属ナトリウムが封入される。次いで、塑性加工、溶接等によりバルブステムエンドを閉塞させる。
【００２７】
［２．  作用］
一般に、ドリル加工を用いて小径・長尺材からなるワークに対して深孔を形成する場合、加工時にワークが振動しやすい。そのため、加工中にドリル折損や偏心が起きやすい。バルブは、小径・長尺なバルブステムを備えているだけでなく、バルブステムの先端に慣性の大きいバルブヘッドを備えているため、特にドリル折損や偏心が起きやすい。
【００２８】
これに対し、中実バルブのバルブステムにドリルを用いて非貫通孔を形成する場合において、バルブステムとバルブヘッドを、それぞれ、第１保持具及び第２保持具で固定すると、加工中におけるバルブステムの振動が抑制される。そのため、ドリル折損や偏心が抑制され、高能加工が可能となる。
【実施例】
【００２９】
（実施例１、比較例１）
［１．  試験方法］
所定の寸法を有するバルブ材のバルブステム及びバルブヘッドを、それぞれ、保持具で固定した。この状態でバルブステムにドリル加工を行い、孔加工時のスラスト力を測定した（実施例１）。バルブステムの固定長さは１８ｍｍ（バルブステム長さの約２１％）とし、固定位置はバルブステムエンドから１０ｍｍ（バルブステム長さの約１２％）とした。バルブ材には、オーステナイト系ステンレス鋼を用いた。
また、バルブ材と同一材料からなるブロック材に対して、バルブ材と同一条件下でドリル加工を行い、孔加工時のスラスト力を測定した（比較例２）。さらに、所定個数の孔加工を行った後、ドリル先端を顕微鏡で観察した。
【００３０】
［２．  結果］
図１の上段に、ブロック材加工時の外観写真（上段の左図）、ブロック材の孔加工時に発生するスラスト力（上段の中央図）及びブロック材に対する２００孔加工後のドリル先端の写真（上段の右図）を示す。また、図１の下段に、バルブ材加工時の外観写真（下段の左図）、バルブ材加工時に発生するスラスト力（下段の中央図）及びバルブ材に対する５０孔加工後のドリル先端の写真（下段の右図）を示す。図１より、以下のことが分かる。
【００３１】
（１）バルブ材は、ブロック材に比べて加工時のスラスト力の変動が大きい。
（２）バルブステムの上端を１８ｍｍ拘束するだけでも、深孔加工は可能であった。しかし、加工時の振動が大きいため、５０孔加工時点で、ドリル先端に欠損が発生した。
【００３２】
（実施例２〜３）
［１．  試験方法］
バルブステムの固定長さを上端１８ｍｍ＋下端１８ｍｍ（バルブヘッド直上から１８ｍｍ）とした以外は、実施例１と同様にしてドリル加工を行い、孔加工時のスラスト力を測定した（実施例２）。
また、バルブステムの固定長さを上端４０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてドリル加工を行い、孔加工時のスラスト力を測定した（実施例３）。
【００３３】
［２．  結果］
図２の左から３列目に、バルブ材加工時の外観写真（上端１８ｍｍ＋下端１８ｍｍ拘束）（上段の左から３番目の図）及びその孔加工時に発生するスラスト力（下段の左から３番目の図）（実施例２）を示す。また、図２の左から４列目に、バルブ材加工時の外観写真（上端４０ｍｍ拘束）（上段の右図）及びその孔加工時に発生するスラスト力（下段の右図）（実施例３）を示す。
なお、図２の左から１列目には、ブロック材加工時の外観写真（上段の左図）及びその孔加工時に発生するスラスト力（下段の左図）（比較例１）も併せて示した。
同様に、図２の左から２列目には、バルブ材加工時の外観写真（上端１８ｍｍ拘束）（上段の左から２番目の図）及びその孔加工時に発生するスラスト力（下段の左から２番目の図）（実施例１）も併せて示した。
図２より、以下のことがわかる。
【００３４】
（１）バルブステムの上端１８ｍｍ＋下端１８ｍｍを固定すると、上端１８ｍｍのみを固定した場合に比べて、孔加工時のスラスト力の変動が小さい。
（２）バルブステムの上端４０ｍｍを固定すると、孔加工時のスラスト力の変動がさらに小さくなる。
【００３５】
（実施例４）
［１．  試験方法］
所定の寸法を有するバルブ材のバルブステム及びバルブヘッドを、それぞれ、油圧チャック及び吸引チャックで固定した。この状態でバルブステムにドリル加工を行い、孔加工時のスラスト力を測定した（実施例４）。バルブステムの固定長さは４０ｍｍ（バルブステム長さの約６２％）とし、固定位置はバルブステムエンドから１０ｍｍ（バルブステム長さの約１５％）とした。バルブ材には、オーステナイト系ステンレス鋼を用いた。
【００３６】
［２．  結果］
図３に、保持具で固定されたバルブの模式図（上段の左図）、保持具で固定されたバルブの外観写真（上段の中央図）、並びに、５０孔、１００孔、１５０孔又は２００孔加工後のドリルの逃げ面の写真（中段の図）及びすくい面の写真（下段の図）を示す。図３より、以下のことがわかる。
【００３７】
（１）バルブステム及びバルブヘッドの双方を固定することにより、回転数：１１０００ｒｐｍ、送り：３７５ｍｍ／ｍｉｎの高負荷条件下においても、加工時の振動を抑制することができた。また、２００孔加工後においても、ドリルの逃げ面及びすくい面に欠損は見られなかった。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係る細軸円筒形バルブの製造方法は、自動車のエンジンに用いられる金属ナトリウム封入バルブの製造に用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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