(57)【要約】【課題】基材に別金属を接合することなくエンジンバルブに部分的に硬化被膜を設けること。【解決手段】所定の基材により軸部２、軸端部５及び傘部３等を備えたエンジンバルブの原形（ワーク）１０を形成した後、そのワーク１０の軸端部の表面に硬化被膜を形成する。この硬化被膜を形成する工程は、被膜材料の融点よりも低い温度のガスを噴射装置２５のノズル２５ａにより高速流にし、そのガス高速流に粉末状の被膜材料を投入して固相状態のまま基材に高速で衝突させ、その衝突時に被膜材料の温度を焼き入れ温度より高くし、かつ、焼き入れ温度より高くなった被膜材料を周囲気体により冷却して焼き入れをする。ガス及び被膜材料は、それぞれ噴射装置２５への導入前にガスヒータ２２及び材料ヒータ２４により予め加熱する。ワーク１０は、クランプ装置２６により回転させる。【選択図】        図３
2008240645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基材により形成され、軸部と傘部を備えたエンジンバルブであって、
前記軸部及び前記傘部の表面の少なくとも一部に硬化被膜を含み、前記硬化被膜は、被膜材料の融点よりも低い温度のガスを高速流にし、そのガス高速流に粉末状の前記被膜材料を投入して固相状態のまま前記基材に高速で衝突させることで形成され、その形成時には前記被膜材料の温度が焼き入れ温度を超え、かつ、前記焼き入れ温度を超えた被膜材料が周囲気体により冷却されて焼き入れされたものであることを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項２】
前記被膜材料は、鋼系材料であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンバルブ。
【請求項３】
前記周囲気体による冷却温度は所定温度であることを特徴とする請求項２に記載のエンジンバルブ。
【請求項４】
前記被膜材料と前記ガスは、衝突前に予め加熱されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のエンジンバルブ。
【請求項５】
前記被膜材料は、粒子を集合させて造粒した構造であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のエンジンバルブ。
【請求項６】
前記硬化被膜は、前記軸部の軸端及び前記傘部の弁フェースの少なくとも一方に形成されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のエンジンバルブ。
【請求項７】
前記基材は、チタン又はチタン合金、若しくはアルミ合金であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のエンジンバルブ。
【請求項８】
軸部と傘部を備えたエンジンバルブの製造方法であって、
所定の基材により前記軸部と前記傘部を備えた原形を形成する工程と、
前記形成された原形の表面の少なくとも一部に硬化被膜を形成する工程と、
前記硬化被膜を形成する工程は、被膜材料の融点よりも低い温度のガスを高速流にし、そのガス高速流に粉末状の前記被膜材料を投入して固相状態のまま前記基材に高速で衝突させ、その衝突時に前記被膜材料の温度を焼き入れ温度より高くし、かつ、前記焼き入れ温度より高くなった被膜材料を周囲気体により冷却して焼き入れすることと
を備えたことを特徴とするエンジンバルブの製造方法。
【請求項９】
前記被膜材料は、鋼系材料であることを特徴とする請求項８に記載のエンジンバルブの製造方法。
【請求項１０】
前記周囲気体による冷却温度は所定温度であることを特徴とする請求項９に記載のエンジンバルブの製造方法。
【請求項１１】
前記被膜材料と前記ガスは、衝突前に予め加熱されることを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載のエンジンバルブの製造方法。
【請求項１２】
前記被膜材料は、粒子を集合させて造粒した構造であることを特徴とする請求項８乃至１１の何れかに記載のエンジンバルブの製造方法。
【請求項１３】
前記硬化被膜は、前記軸部の軸端及び前記傘部の弁フェースの少なくとも一方に形成されることを特徴とする請求項８乃至１２の何れかに記載のエンジンバルブの製造方法。
【請求項１４】
前記基材は、チタン又はチタン合金、若しくはアルミ合金であることを特徴とする請求項８乃至１３の何れかに記載のエンジンバルブの製造方法。
【請求項１５】
所定の基材に硬化被膜を形成する被膜形成方法であって、
前記硬化被膜を構成する被膜材料の融点よりも低い温度のガスを高速流にし、そのガス高速流に粉末状の前記被膜材料を投入して固相状態のまま前記基材に高速で衝突させ、その衝突時に前記被膜材料の温度を焼き入れ温度より高くし、かつ、前記焼き入れ温度より高くなった被膜材料を周囲気体により冷却して焼き入れすることを特徴とする被膜形成方法。
【請求項１６】
前記被膜材料は、鋼系材料であることを特徴とする請求項１５に記載の被膜形成方法。
【請求項１７】
前記周囲気体による冷却温度は所定温度であることを特徴とする請求項１６に記載の被膜形成方法。
【請求項１８】
前記被膜材料と前記ガスは、衝突前に予め加熱されることを特徴とする請求項１５乃至１７の何れかに記載の被膜形成方法。
【請求項１９】
前記被膜材料は、粒子を集合させて造粒した構造であることを特徴とする請求項１５乃至１８の何れかに記載の被膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの吸気バルブ及び排気バルブとして使用されるエンジンバルブ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンの吸気バルブや排気バルブとして、金属製のエンジンバルブが使われている。一般的なエンジンバルブは、軸端部を含む軸部と、軸部の一端に形成された傘部とを備える。エンジンバルブにおいて、特にロッカーアームやバルブリフタ等と頻繁に接触する軸端部の先端面、あるいは、吸気ポートや排気ポートと頻繁に接触する傘部の外周表面（弁フェース）については、他の部分よりも高い耐摩耗性が要求される。
【０００３】
ここで、例えば、軸端部の硬度を部分的に高める技術は既に周知である。図５に、この種の技術を採用したエンジンバルブの製造方法をフローチャートにより示す。このフローチャートに付された各番号に沿って製造方法を順次説明する。
【０００４】
（１）基材の鍛造を行う。これにより、基材から、軸端部を含む軸部及び傘部を備えた原形状をなすワークが得られる。
（２）ワークの熱処理を行う。これにより、ワークの全体の組織が調整される。例えば、焼鈍組織、又は溶体化及び時効組織となる。
（３）ワークの機械加工を行う。これにより、軸端部に溶接ができるようにワークの外形が整えられる。
（４）軸端部の溶接を行う。これにより、軸端部に耐熱鋼等が溶接される。
（５）ワークの機械加工を行う。これにより、溶接後のワークがエンジンバルブの形に切削、研削加工される。
（６）ワークの仕上げ加工を行う。これにより、エンジンバルブとしての寸法精度や面粗度が仕上げられる。
（７）ワークの表面処理を行う。これにより、軸部等の摺動摩耗する部分に耐摩耗性を付与するために、軸部などにメッキや窒化が施される。
（８）ワークの部分焼き入れを行う。すなわち、火炎や高周波を使って部分焼き入れを行う。これにより、軸端部の端面が硬化する。
（９）ワークの軸端部ラップ加工を行う。これにより、焼き入れにより面粗度が悪化した軸端部表面のラップ仕上げが行われる。
上記の各工程を経ることにより、軸端部の硬度を高めたエンジンバルブが完成する。
【０００５】
一方、金属の耐摩耗性を高める技術して、下記の特許文献１〜５に記載される技術が知られている。例えば、特許文献１には、連続鋳造用鋳型の製造方法に係り、コールドスプレー技術を用いて、被膜材の相変化をさせずに基材に被膜を形成する方法が記載されている。「コールドスプレー技術」とは、溶射材料の融点又は軟化温度よりも低い温度のガスを超音速流にして、その流れのガス中に溶射材料の粒子を投入し、固相状態のまま基材に衝突させて被膜を形成する方法である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３０６１２０号公報
【特許文献２】特開２００６−２６５７３２号公報
【特許文献３】特開２００４−７６１５７号公報
【特許文献４】特開２００６−５２４４９号公報
【特許文献５】特開２００６−１１６５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記したエンジンバルブの従来の製造方法では、軸端部等の硬度を高めるために、軸端部に耐熱鋼等を溶接し、その溶接部分を機械加工しなければならず、その分だけ製造工数が増える傾向にあった。このため、基材に別金属を接合することなくエンジンバルブの一部の硬度を高めることが望まれる。
【０００８】
また、上記特許文献１に記載の技術では、別金属を溶接することはないものの、基材を相変化させないので、焼きが入らず、被膜の硬度が低い傾向にあった。
【０００９】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、基材に別途金属を接合することなく部分的に硬化被膜を有するエンジンバルブを提供することにある。この発明の別の目的は、基材に別金属を接合することなく部分的に硬化被膜を設けることを可能としたエンジン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】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、所定の基材により形成され、軸部と傘部を備えたエンジンバルブであって、軸部及び傘部の表面の少なくとも一部に硬化被膜を含み、硬化被膜は、被膜材料の融点よりも低い温度のガスを高速流にし、そのガス高速流に粉末状の被膜材料を投入して固相状態のまま基材に高速で衝突させることで形成され、その形成時には被膜材料の温度が焼き入れ温度を超え、かつ、焼き入れ温度を超えた被膜材料が周囲気体により冷却されて焼き入れされたものであることを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、軸部及び傘部の表面の少なくとも一部の硬化被膜の部分で耐摩耗性が得られる。この硬化被膜は、被膜材料の融点よりも低い温度のガスを高速流にし、そのガス高速流に粉末状の被膜材料を投入して固相状態のまま基材に高速で衝突させることで形成されるが、この形成時に被膜材料が焼き入れされるので、焼き入れの分だけ硬度の高い被膜となる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、被膜材料は、鋼系材料であることを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、鋼系材料の１つを被膜材料として選択することで被膜組成が調整され、被膜硬度が調整される。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、周囲気体による冷却温度は所定温度であることを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、焼き入れの冷却温度を所定温度とすることで被膜組成が調整され、被膜硬度が調整される。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明において、被膜材料とガスは、衝突前に予め加熱されたことを趣旨とする。
【００１７】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の作用に加え、被膜材料とガスが衝突前に予め加熱されるので、衝突時に被膜材料が焼き入れ温度を容易に超えるようになる。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の発明において、被膜材料は、粒子を集合させて造粒した構造であることを趣旨とする。
【００１９】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の作用に加え、被膜材料が粒子を集合させて造粒した構造であるので、被膜材料のガス高速流への投入が容易となり、ガス内ではもとの粒子に分かれて分散する。
【００２０】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の発明において、硬化被膜は、軸部の軸端及び傘部の弁フェースの少なくとも一方に形成されたことを趣旨とする。
【００２１】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の作用に加え、軸部の軸端及び傘部の弁フェースの少なくとも一方が硬化被膜により硬度が高くなる。
【００２２】
上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れかに記載の発明において、基材は、チタン又はチタン合金、若しくはアルミ合金であることを趣旨とする。
【００２３】
上記発明の構成によれば、基材をチタン又はチタン合金、若しくはアルミ合金とすることで、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の作用を得ることができる。
【００２４】
上記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、軸部と傘部を備えたエンジンバルブの製造方法であって、所定の基材により軸部と傘部を備えた原形を形成する工程と、形成された原形の表面の少なくとも一部に硬化被膜を形成する工程と、硬化被膜を形成する工程は、被膜材料の融点よりも低い温度のガスを高速流にし、そのガス高速流に粉末状の被膜材料を投入して固相状態のまま基材に高速で衝突させ、その衝突時に被膜材料の温度を焼き入れ温度より高くし、かつ、焼き入れ温度より高くなった被膜材料を周囲気体により冷却して焼き入れすることとを備えたことを趣旨とする。
【００２５】
上記発明の構成によれば、軸部及び傘部の表面の少なくとも一部の硬化被膜の部分で耐摩耗性が得られる。この硬化被膜は、被膜材料の融点よりも低い温度のガスを高速流にし、そのガス高速流に粉末状の被膜材料を投入して固相状態のまま基材に高速で衝突させることで形成されるが、この形成時に被膜材料が焼き入れされるので、焼き入れの分だけ硬度の高い被膜となる。
【００２６】
上記目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、被膜材料は、鋼系材料であることを趣旨とする。
【００２７】
上記発明の構成によれば、請求項８に記載の発明の作用に加え、鋼系材料の１つを被膜材料として選択することで被膜組成が調整され、被膜硬度が調整される。
【００２８】
上記目的を達成するために、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、周囲気体による冷却温度は所定温度であることを趣旨とする。
【００２９】
上記発明の構成によれば、請求項９に記載の発明の作用に加え、焼き入れの冷却温度を所定温度とすることで被膜組成が調整され、被膜硬度が調整される。
【００３０】
上記目的を達成するために、請求項１１に記載の発明は、請求項８乃至１０の何れかに記載の発明において、被膜材料とガスは、衝突前に予め加熱されることを趣旨とする。
【００３１】
上記発明の構成によれば、請求項８乃至１０の何れかに記載の発明の作用に加え、被膜材料とガスが衝突前に予め加熱されるので、衝突時に被膜材料が焼き入れ温度を容易に超えるようになる。
【００３２】
上記目的を達成するために、請求項１２に記載の発明は、請求項８乃至１１の何れかに記載の発明において、被膜材料は、粒子を集合させて造粒した構造であることを趣旨とする。
【００３３】
上記発明の構成によれば、請求項８乃至１１の何れかに記載の発明の作用に加え、被膜材料が粒子を集合させて造粒した構造であるので、被膜材料のガス高速流への投入が容易となり、ガス内ではもとの粒子に分かれて分散する。
【００３４】
上記目的を達成するために、請求項１３に記載の発明は、請求項８乃至１２の何れかに記載の発明において、硬化被膜は、軸部の軸端及び傘部の弁フェースの少なくとも一方に形成されることを趣旨とする。
【００３５】
上記発明の構成によれば、請求項８乃至１２の何れかに記載の発明の作用に加え、軸部の軸端及び傘部の弁フェースの少なくとも一方が硬化被膜により硬度が高くなる。
【００３６】
上記目的を達成するために、請求項１４に記載の発明は、請求項８乃至１３の何れかに記載の発明において、基材は、チタン又はチタン合金、若しくはアルミ合金であることを趣旨とする。
【００３７】
上記発明の構成によれば、請求項８乃至１３の何れかに記載の発明の作用に加え、基材がチタン又はチタン合金、若しくはアルミ合金であっても、部分的に硬度を上げるために、他の金属を溶接したり、盛金したりする必要がない。
【００３８】
上記目的を達成するために、請求項１５に記載の発明は、所定の基材に硬化被膜を形成する被膜形成方法であって、硬化被膜を構成する被膜材料の融点よりも低い温度のガスを高速流にし、そのガス高速流に粉末状の被膜材料を投入して固相状態のまま基材に高速で衝突させ、その衝突時に被膜材料の温度を焼き入れ温度より高くし、かつ、焼き入れ温度より高くなった被膜材料を周囲気体により冷却して焼き入れすることを趣旨とする。
【００３９】
上記発明の構成によれば、この硬化被膜は、被膜材料の融点よりも低い温度のガスを高速流にし、そのガス高速流に粉末状の被膜材料を投入して固相状態のまま基材に高速で衝突させることで形成されるが、この形成時に被膜材料が焼き入れされるので、焼き入れの分だけ硬度の高い被膜となる。
【００４０】
上記目的を達成するために、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、被膜材料は、鋼系材料であることを趣旨とする。
【００４１】
上記発明の構成によれば、請求項１５に記載の発明の作用に加え、鋼系材料の１つを被膜材料として選択することで被膜組成が調整され、被膜硬度が調整される。
【００４２】
上記目的を達成するために、請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の発明において、周囲気体による冷却温度は所定温度であることを趣旨とする。
【００４３】
上記発明の構成によれば、請求項１６に記載の発明の作用に加え、焼き入れの冷却温度を所定温度とすることで被膜組成が調整され、被膜硬度が調整される。
【００４４】
上記目的を達成するために、請求項１８に記載の発明は、請求項１５乃至１７の何れかに記載の発明において、被膜材料とガスは、衝突前に予め加熱されることを趣旨とする。
【００４５】
上記発明の構成によれば、請求項１５乃至１７の何れかに記載の発明の作用に加え、被膜材料とガスが衝突前に予め加熱されるので、衝突時に被膜材料が焼き入れ温度を容易に超えるようになる。
【００４６】
上記目的を達成するために、請求項１９に記載の発明は、請求項１５乃至１８の何れかに記載の発明において、被膜材料は、粒子を集合させて造粒した構造であることを趣旨とする。
【００４７】
上記発明の構成によれば、請求項１５乃至１８の何れかに記載の発明の作用に加え、被膜材料が粒子を集合させて造粒した構造であるので、被膜材料のガス高速流への投入が容易となり、ガス内ではもとの粒子に分かれて分散する。
【発明の効果】
【００４８】
請求項１に記載の発明によれば、基材に別途金属を接合することなく部分的に硬化被膜を有するエンジンバルブを得ることができる。
【００４９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、被膜材料により任意の被膜硬度を得ることができる。
【００５０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、冷却温度により任意の被膜硬度を得ることができる。
【００５１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の効果に加え、焼き入れを容易に行うことができる。
【００５２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の効果に加え、ガス高速流による被膜材料の加速効果を向上させることができる。
【００５３】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の効果に加え、軸部の軸端及び傘部の弁フェースの少なくとも一方の耐摩耗性を向上させることができる。
【００５４】
請求項７に記載の発明によれば、基材をチタン又はチタン合金、若しくはアルミ合金とすることで、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の効果を得ることができる。
【００５５】
請求項８に記載の発明によれば、基材に別金属を接合することなくエンジンバルブに部分的に硬化被膜を設けることができる。
【００５６】
請求項９に記載の発明によれば、請求項８に記載の発明の効果に加え、被膜材料により任意の被膜硬度を得ることができる。
【００５７】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項９に記載の発明の効果に加え、冷却温度により任意の被膜硬度を得ることができる。
【００５８】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項８乃至１０の何れかに記載の発明の効果に加え、焼き入れを容易に行うことができる。
【００５９】
請求項１２に記載の発明によれば、請求項８乃至１１の何れかに記載の発明の効果に加え、ガス高速流による被膜材料の加速効果を向上させることができる。
【００６０】
請求項１３に記載の発明によれば、請求項８乃至１２の何れかに記載の発明の効果に加え、軸部の軸端及び傘部の弁フェースの少なくとも一方の耐摩耗性を向上させることができる。
【００６１】
請求項１４に記載の発明によれば、基材をチタン又はチタン合金、若しくはアルミ合金とすることで、請求項８乃至１３の何れかに記載の発明の効果を得ることができる。
【００６２】
請求項１５に記載の発明によれば、基材に別金属を接合することなく部分的に硬化被膜を設けることができる。
【００６３】
請求項１６に記載の発明によれば、請求項１５に記載の発明の効果に加え、被膜材料により任意の被膜硬度を得ることができる。
【００６４】
請求項１７に記載の発明によれば、請求項１６に記載の発明の効果に加え、冷却温度により任意の被膜硬度を得ることができる。
【００６５】
請求項１８に記載の発明によれば、請求項１５乃至１７の何れかに記載の発明の効果に加え、焼き入れを容易に行うことができる。
【００６６】
請求項１９に記載の発明によれば、請求項１５乃至１８の何れかに記載の発明の効果に加え、ガス高速流による被膜材料の加速効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
以下、本発明のエンジンバルブ及びその製造方法を具体化した一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００６８】
図１に、この実施形態におけるエンジンバルブ１を一部破断して正面図により示す。このエンジンバルブ１は、エンジンの吸気バルブや排気バルブとして使用されるものであり、軸部２と、その軸部２の一端（基端）に形成された傘部３と、軸部２の他端（先端）に形成された溝部４及び軸端部５とを備える。この実施形態で、上記構成部位２〜５は、チタン合金を基材として形成される。また、軸端部５の先端には、任意の硬さを有する硬化被膜６が形成される。この硬化被膜６は、後述する「粉末衝突堆積処理」により軸端部５に形成されたものであり、所定の合金鋼から形成される。軸端部５にこの硬化被膜６が設けられることにより、ロッカーアームやバルブリフタ等との頻繁な接触に対して、軸端部５が他の部分よりも高い耐摩耗性を得ることができる。同様の硬化被膜７が、傘部３の外周表面（弁フェース）３ａにも形成される。弁フェース３ａにこの硬化被膜７が設けられることにより、吸気ポートや排気ポートとの頻繁な接触に対して、弁フェース３ａが他の部分よりも高い耐摩耗性を得ることができる。
【００６９】
次に、上記したエンジンバルブ１の製造方法について説明する。図２に、エンジンバルブ１の製造方法をフローチャートにより示す。このフローチャートに付された各番号に沿って順次説明する。
【００７０】
（１）基材の鍛造を行う。これにより、基材から、軸部２、傘部３、溝部４及び軸端部５を含んだ原形状をなすワークが得られる。
（２）ワークの熱処理を行う。これにより、ワークの全体の組織が調整される。ここまでは、従来例の製造方法と同じである。
（３）ワークの機械加工を行う。これにより、ワークがエンジンバルブの形に切削、研削加工される。
（４）ワークの仕上げ加工を行う。これにより、エンジンバルブとしての寸法精度や面粗度が仕上げられる。
（５）ワークの表面処理を行う。これにより、各部位の表面に耐摩耗性を付与するために、メッキや窒化が施される。
（６）この実施形態の技術的特徴である「粉末衝突堆積処理」を行う。この処理は、上記したコールドスプレー技術を利用した処理技術により行われるものであり、この処理により、ワークに硬化被膜６，７が形成される。
【００７１】
ここで、硬化被膜６，７を形成するために粉末状の被膜材料が使用される。この被膜材料は、焼き入れ処理で硬化する成分を含む材料であればよい。この実施形態では、被膜材料として、鋼系材料が使用される。例えば、少なくとも炭素（Ｃ）含有量（重量割合）が「０．３％」以上であり、耐酸化性が必要な場合は、クロム（Ｃｒ）含有量（重量割合）が「５．０％」以上の合金鋼が望ましい。ＪＩＳ規格では、「ＳＵＨ１１」、「ＳＵＨ３」及び「ＳＵＨ１」等が既にあるが、更に硬さが必要な場合は、「Ｓ４５Ｃ」、「Ｓ５５Ｃ」及び「ＳＵＪ２」等を使用することもできる。
【００７２】
図３に、粉末衝突堆積処理のための装置を概略図により示す。図４に、この粉末衝突堆積処理のための各種条件例を表に示す。この処理装置は、噴射ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）、空気等）を調整して供給するガス供給装置２１と、ガス供給装置２１から導出されるガスを加熱するガスヒータ２２と、硬化被膜６，７のために使用される粉末状の被膜材料を供給する材料供給装置２３と、材料供給装置２３から導出される被膜材料を加熱する材料ヒータ２４と、材料ヒータ２４から導出される被膜材料を、ガスヒータ２２から導出されるガスの噴射流に乗せて噴射するノズル２５ａを含む噴射装置２５と、図２の（５）の表面処理を済ませたエンジンバルブのワーク１０をクランプしながら回転させるクランプ装置２６とを備える。ガス供給装置２１は、ガスを溜めたガスボンベ２７と、ガスボンベ２７から導出されるガス流量を調整するガスコントローラ２８とを含む。材料供給装置２３は、粉末状の被膜材料を溜めた材料ボンベ２９と、材料ボンベ２９から導出される材料流量を調整する材料コントローラ３０とを含む。ガスボンベ２７から噴射装置２５までの間に配置された各機器２８，２２は、互いにガス配管３１により接続される。材料ボンベ２９から噴射装置２５までの間に配置された各機器３０，２４は、互いに材料配管３２により接続される。ガスヒータ２２は、噴射装置２５へ供給されるガスを、被膜材料の融点よりも低い温度に加熱するようになっている。
【００７３】
ここで、材料供給装置２３から導出される被膜材料の粉末の粒径は「６５  μｍ以下」（望ましくは「３〜１０  μｍ」）となっている。この被膜材料は、材料ヒータ２４によって所定温度（例えば「２５０  ℃」）に予め加熱されて噴射装置２５へ供給される。この材料加熱温度は、被膜材料の材質、粉末の粒径や、硬化被膜６，７に要求される硬さに応じて設定される。ガス供給装置２１から導出されるガスは、ガスヒータ２２により所定温度（例えば「７００  ℃」）に予め加熱される。このガス加熱温度は、被膜材料の材質、粒径や、硬化被膜６，７に要求される硬さに応じて設定される。そして、所定の圧力と温度に調整されたガスを噴射装置２５のノズル２５ａから高速流にして噴射し、そのガス高速流に、所定の流量と温度に調整された粉末状の被膜材料を投入して、噴射装置２５のノズル２５ａから「３００  ｍ／秒以上」の速度で噴出させる。このとき噴出される粉末状の被膜材料をワーク１０の対象部位である軸端部５に高速で衝突させながら、図３に示すように、ワーク１０をクランプ装置２６により回転させる。このとき、軸端部５では、基材に被膜材料が衝突し、その衝突した被膜材料の粉末及び基材が衝突エネルギーにより塑性変形する。この塑性変形により被膜材料が基材と結合して被膜を形成する。また、この塑性変形に伴う発熱で、被膜材料の粉末の温度が上昇する。この温度上昇の結果、衝突した粉末は、焼き入れ変態点、すなわち「マルテンサイト変態温度」を超える。このとき、個々の粉末の質量は微小であるため、基材や周囲空気への放熱により、粉末が自己冷却する。この冷却が素速く行われることから、衝突した粉末は相変態を起こす。この冷却速度により「ベイナイト変態」や「マルテンサイト変態」が起こり、これら変態により、被膜材料の粉末が軸端部５の基材上に堆積する。この堆積部分が初期状態より高い硬度を有する硬化被膜６となる。弁フェース３ａにも、上記と同様に硬化被膜７が形成される。このようにして、エンジンバルブのワーク１０に局所的に高い硬度が付与される。
【００７４】
すなわち、この実施形態におけるエンジンバルブ１の製造方法（粉末衝突堆積処理）は、先ず、所定の基材により軸部２と傘部３等を備えた原形を形成する工程と、形成された原形の表面の少なくとも一部に硬化被膜６，７を形成する工程とを備え、硬化被膜６，７を形成する工程では、被膜材料の融点よりも低い温度のガスを高速流にし、そのガス高速流に被膜材料を投入して固相状態のまま基材に高速で衝突させ、その衝突時に被膜材料の温度を焼き入れ温度より高くし、かつ、焼き入れ温度より高くなった被膜材料を周囲気体により冷却して焼き入れするようにしている。ここで、周囲気体による冷却温度は所定温度であり、この実施形態では、常温となっている。上記したように被膜材料とガスは、各ヒータ２２，２４により、衝突前に予め加熱される。
【００７５】
（７）最後に、ワーク１０の軸端部ラップ加工を行う。これにより、粉末衝突堆積処理の結果、焼き入れにより面粗度が悪化した軸端部５の表面のラップ仕上げが行われる。
上記の各工程を経ることにより、エンジンバルブ１が完成する。
【００７６】
以上説明したこの実施形態のエンジンバルブ１及びその製造方法によれば、軸部２の軸端部５及び傘部３の弁フェース３ａの表面にそれぞれ硬化被膜６，７が設けられるので、この部分で耐摩耗性が得られる。これら硬化被膜６，７は、被膜材料の融点よりも低い温度のガスを高速流にし、そのガス高速流に粉末状の被膜材料を投入して固相状態のまま基材に高速で衝突させることで形成されるが、この形成時に被膜材料が焼き入れされるので、焼き入れの分だけ硬度の高い被膜となる。このため、この実施形態では、従来例とは異なり、軸端部等の硬度を高めるために、図２に２点鎖線枠で示すように、軸端部に耐熱鋼等を「軸端部溶接」したり、その溶接部分を「機械加工」したりする必要なく、すなわち基材に別途金属を接合することなく、エンジンバルブ１に部分的に（軸端部５と弁フェース３ａに）硬化被膜６，７を設けることができ、分部的に硬化被膜６，７を有するエンジンバルブ１を得ることができる。この結果、上記のように基材に別途金属を接合することのない分だけエンジンバルブ１の製造工数を省略することができる。
【００７７】
この実施形態では、被膜材料として、ＪＩＳ規格の「ＳＵＨ１１」、「ＳＵＨ３」及び「ＳＵＨ１」など、あるいは、「Ｓ４５Ｃ」、「Ｓ５５Ｃ」及び「ＳＵＪ２」等の鋼系材料を使用するが、これらの鋼系材料の１つを具体的に被膜材料として選択することで被膜組成が調整され、被膜硬度が調整されることとなる。このため、上記した硬化被膜６，７につき、被膜材料の選択によって任意の被膜硬度を得ることができる。
【００７８】
この実施形態では、焼き入れの際に、周囲気体による冷却温度を所定温度、例えば、常温とすることで、被膜組成が調整され、被膜硬度が調整されることとなる。このため、上記した硬化被膜６，７につき、冷却温度の選定によっても任意の被膜硬度を得ることができる。例えば、冷却温度を常温よりも低くすることにより、被膜硬度を上げることができる。
【００７９】
この実施形態では、ガス高速流に粉末状の被膜材料を投入して基材に高速で衝突させる前に、被膜材料とガスのそれぞれが各ヒータ２２，２４により予め加熱されるので、衝突時に被膜材料が焼き入れ温度を容易に超えるようになる。このため、被膜材料の衝突時に被膜材料の焼き入れを容易に行うことができる。
【００８０】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して以下のように実施することもできる。
【００８１】
（１）前記実施形態では、ガス高速流に粉末状の被膜材料を投入するようにしたが、被膜材料を、粒子を集合させて造粒した構造としてもよい。この場合、被膜材料が造粒構造であるので、被膜材料のガス高速流への投入が容易となり、ガス内では造粒構造がもとの粒子に分かれて分散することとなる。このため、ガス高速流による被膜材料の加速効果を向上させることができ、この意味で、被膜材料の衝突堆積による被膜の形成を促進することができる。
（２）前記実施形態では、エンジンバルブ１において、軸端部５に硬化被膜６を、傘部３の弁フェース３ａに硬化被膜７をそれぞれ形成したが、軸端部５と傘部３の弁フェース３ａの何れか一方のみに硬化被膜を形成してもよい。この場合、軸端部５と弁フェース３ａの何れか一方が硬化被膜により硬度が高くなる。このため、軸端部５又は弁フェース３ａの何れか一方の耐摩耗性を向上させることができる。
【００８２】
（３）この実施形態では、エンジンバルブ１の基材として、チタン合金を使用したが、基材としてチタン、若しくはアルミ合金（例えば、Ｓｉを１５％以上含有するもの）を使用することもできる。
【００８３】
（４）この実施形態では、エンジンバルブ１の一部に硬化被膜６，７を形成する製造方法について説明したが、硬化被膜を形成する対象は硬化被膜に限られるものではなく、他の用途の部材であってもよい。この場合、その部材を構成する所定の基材に硬化被膜を形成する被膜形成方法を実施することとなる。すなわち、硬化被膜を構成する被膜材料の融点よりも低い温度のガスを高速流にし、そのガス高速流に粉末状の被膜材料を投入して固相状態のまま基材に高速で衝突させ、その衝突時に被膜材料の温度を焼き入れ温度より高くし、かつ、焼き入れ温度より高くなった被膜材料を周囲気体により冷却して焼き入れすることとなる。この場合、被膜材料は、鋼系材料であってもよい。また、周囲気体による冷却温度は常温等の所定温度であってもよい。また、被膜材料とガスは、衝突前に予め加熱されるようにしてもよい。更に、被膜材料は、粒子を集合させて造粒した構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】エンジンバルブを一部破断して示す正面図。
【図２】エンジンバルブの製造方法を示すフローチャート。
【図３】粉末衝突堆積処理のための装置を示す概略図。
【図４】粉末衝突堆積処理のための各種条件例を示す表。
【図５】従来のエンジンバルブの製造方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００８５】
１    エンジンバルブ
２    軸部
３    傘部
３ａ    弁フェース
５    軸端部
６    硬化被膜
７    硬化被膜
【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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