(57)【要約】【課題】エンジンバルブを構成する弁本体の耐久性を向上させるとともに、大量生産を容易とする。【解決手段】エンジンバルブ１０の傘部１４（弁本体）は、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１％、Ｃｒ：１８〜２１％、Ｃｏ：１２〜１５％、Ｍｏ：３．５〜５％、Ａｌ：１．２〜１．６％、Ｔｉ：２．７５〜３．２５％、Ｂ：０．００３〜０．０１％を含有するＮｉ基合金からなる。さらに、該Ｎｉ基合金の表面硬度は、Ｃスケールのロックウェル硬度（ＨＲＣ）で３０〜４０であり、且つ金属組織中の結晶粒の粒度番号が５．０以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材からなる軸部材と、前記軸部材に接合され且つ該軸部材に比して大径な弁本体とを有するエンジンバルブにおいて、
前記弁本体は、少なくとも、質量％でＣ：０．０２〜０．１％、Ｃｒ：１８〜２１％、Ｃｏ：１２〜１５％、Ｍｏ：３．５〜５％、Ａｌ：１．２〜１．６％、Ｔｉ：２．７５〜３．２５％、Ｂ：０．００３〜０．０１％を含有するＮｉ基合金からなり、
且つその表面硬度がＣスケールのロックウェル硬度で３０〜４０であるとともに、金属組織中の結晶粒の粒度番号が５．０以上であることを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンバルブにおいて、前記弁本体を構成するＮｉ基合金が、質量％でＳｉ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．１％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｆｅ：２％以下をさらに含有することを特徴とするエンジンバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のエンジン等、内燃機関の吸気口又は排気口を開閉するためのエンジンバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の４ストロークエンジンが運転されるに際しては、燃料と空気の混合ガスが吸気口を介して燃焼室に導入される吸入工程、前記燃焼室内で前記混合ガスが圧縮される圧縮工程、圧縮された前記混合ガスを燃焼させて膨張させる燃焼工程、燃焼し終えた前記混合ガスを排気口から排出する排気工程が繰り返される。なお、前記吸気口及び前記排気口の各々には吸気バルブ、排気バルブが開閉自在に配設されており、吸気バルブは吸入工程でのみ開き、排気バルブは排気工程でのみ開くように設定されている。
【０００３】
従来、吸気バルブ及び排気バルブ（以下、両者を一括する場合にはエンジンバルブと表記する）は、耐熱性に優れた鋼材を原材料として、軸部と、該軸部に比して大径な傘部とが一体的に設けられることで作製されている。この中の傘部が、吸気口ないし排気口に設けられたバルブシートに当接する。
【０００４】
ところで、近年における地球環境保護、資源保護の観点から、自動車には、排気ガス中に含まれる酸化窒素、酸化硫黄、炭化水素類を低減することや、燃費を向上させることが求められている。この要請に対応するべく、現在、エンジンの燃焼工程での高温化、エンジンの高回転化、エンジンオイル使用量の低減等が試みられている。
【０００５】
上記したような過酷な条件下であっても安定して運転可能なエンジンとするためには、エンジンを構成する各部材が耐久性に優れたものである必要がある。そこで、エンジンバルブについては、傘部における前記バルブシートに当接する部位に、高硬度で且つ耐腐食性が良好なＣｏ基合金又はＮｉ基合金からなる肉盛り部を設けることが提案されたが、耐久性のさらなる向上のため、傘部全体をＮｉ基合金で形成することが主流になりつつある（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１０９５３９号公報
【特許文献２】特開平１１−２２９０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２記載のＮｉ基合金には、成形加工を行うことが容易ではないという不具合がある。すなわち、傘部を作製するためにはワークを押圧するプレス加工が必要となるが、このプレス加工ができず、結局、傘部を設けることができないことがある。
【０００８】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、成形加工が容易であり、しかも、耐久性に優れた傘部を有するエンジンバルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、鋼材からなる軸部材と、前記軸部材に接合され且つ該軸部材に比して大径な弁本体とを有するエンジンバルブにおいて、
前記弁本体は、少なくとも、質量％でＣ：０．０２〜０．１％、Ｃｒ：１８〜２１％、Ｃｏ：１２〜１５％、Ｍｏ：３．５〜５％、Ａｌ：１．２〜１．６％、Ｔｉ：２．７５〜３．２５％、Ｂ：０．００３〜０．０１％を含有するＮｉ基合金からなり、
且つその表面硬度がＣスケールのロックウェル硬度（以下、ＨＲＣとも表記する）で３０〜４０であるとともに、金属組織中の結晶粒の粒度番号が５．０以上であることを特徴とする。
【００１０】
先ず、前記の成分を上記した組成比で含むＮｉ基合金は、極めて優れた耐摩耗性及び高温強度を示す。このため、該Ｎｉ基合金からなる弁本体では、内燃機関が運転される際に高温となった吸気口ないし排気口に対して離間・着座を繰り返しても、摩耗したり疲労したりすることが長期間にわたって抑制される。
【００１１】
すなわち、弁本体の原材料として前記Ｎｉ基合金を選定することにより、優れた耐久性が長期間にわたって発現するエンジンバルブを構成することができる。
【００１２】
しかも、表面のＨＲＣが３０〜４０、金属組織中の結晶粒の粒度番号が５．０以上のＮｉ基合金は、据え込み成形時やプレス成形時に容易に変形し、その上、割れ等が著しく生じ難い。このため、弁本体を効率よく成形することができるのでエンジンバルブの生産効率が向上するとともに、弁本体、ひいてはエンジンバルブの歩留まりが向上する。換言すれば、エンジンバルブを歩留まりよく大量生産することができるようになり、従って、製造コストを低減することも可能となる。
【００１３】
なお、Ｎｉ基合金は、前記成分の他、質量％でＳｉ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．１％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｆｅ：２％以下をさらに含有するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、所定の成分・組成比のＮｉ基合金を原材料としてエンジンバルブを設けるようにしているので、生産効率及び歩留まりが向上する。すなわち、エンジンバルブを工業的に大量生産することが容易となり、しかも、このことと歩留まりが良好であることとが相俟って、製造コストが低廉化する。
【００１５】
さらに、前記Ｎｉ基合金からなる弁本体は、高温における耐摩耗性や強度に著しく優れるので、長寿命のエンジンバルブを供することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係るエンジンバルブにつき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係るエンジンバルブ１０の概略全体側面図である。この場合、エンジンバルブ１０は、直線状に延在する軸部としてのステム部１２と、該ステム部１２の一端部に設けられて該ステム部１２に比して大径な傘部（弁本体）１４とを有する。この中の傘部１４が、図示しない自動車用エンジン（内燃機関）を構成するシリンダヘッドの吸気口ないし排気口に着座・離間する。エンジンバルブ１０は、高温となった排ガスが通過する排気口に設置することが好ましい。
【００１８】
ここで、ステム部１２と傘部１４との間には、曲率半径が比較的大きな湾曲部１６が設けられている。換言すれば、傘部１４は、湾曲部１６を介してステム部１２に連なっている。
【００１９】
そして、傘部１４は、湾曲部１６に連なってテーパ状に拡径した第１テーパ部１８と、該第１テーパ部１８に連なるとともに該第１テーパ部１８と別角度で傾斜してテーパ状に拡径した第２テーパ部２０と、該第２テーパ部２０に連なって略等径な円盤状部２２とを有し、この中の第２テーパ部２０が、前記内燃機関の吸気・排気ポートに着座する着座部として機能する。また、円盤状部２２の隅部は、面取りが施されることで湾曲されている。
【００２０】
そして、この場合、傘部１４は、Ｃ：０．０２〜０．１％でＣｒ：１８〜２１％、Ｃｏ：１２〜１５％、Ｍｏ：３．５〜５％、Ａｌ：１．２〜１．６％、Ｔｉ：２．７５〜３．２５％、Ｂ：０．００３〜０．０１％、Ｓｉ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．１％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｆｅ：２％以下を含有するＮｉ基合金からなる。なお、数字は質量％であり、以下においても同様である。
【００２１】
Ｃは、ＴｉやＣｒ、Ｍｏとともに炭化物を形成する。これに伴い、結晶粒が粗大化することが抑制されるとともに、クリープ破断強度が向上する。０．０２％未満ではこの効果に乏しい。また、０．１％を超えると、結晶粒界の延性が低下する一方、被研削性が低下する。
【００２２】
Ｃｒは、傘部１４の耐酸化性を向上させる成分である。従って、十分な耐酸化性を確保するべく、Ｃｒの割合は１８％以上に設定される。しかしながら、Ｃｒが過度に存在すると脆化相が生じてしまう。これを回避するべく、Ｃｒの割合は２１％以下に設定される。
【００２３】
Ｃｏは、オーステナイト基地に固溶して加工性を改善する一方、高温強度を向上させる機能を営む。１２％未満では、この効果を得ることが困難となる。また、Ｃｏは高価であるため、１５％を超えるとコスト的に不利である。
【００２４】
Ｍｏは、高温強度及び耐食性を向上させる成分である。３．５％未満では、この効果に乏しい。一方、５％を超えると、組織が不安定となる傾向がある。
【００２５】
Ａｌは、Ｔｉとともにγ’相を析出し、これにより傘部１４を析出強化型合金とする役割を果たす。すなわち、高温強度を一層向上させる。この効果を確実に得るべく、Ａｌの割合は１．２％以上に設定される。なお、Ａｌが過度に存在すると、熱間加工性が低下する。従って、Ａｌは最大で１．６％に抑制される。
【００２６】
Ｔｉは、Ｃとともに炭化物を形成することで結晶粒が粗大化することを抑制するとともに、Ａｌとともにγ’相を析出して高温強度を向上させる成分であり、その割合は、２．７５％以上に設定される。２．７５％未満では上記の効果を得ることが困難となるからである。しかしながら、３．２５％を超えて存在すると耐腐食性が低下する傾向がある。
【００２７】
Ｂは、粒界に存在することで傘部１４の強度と延性を向上させる機能を営む。０．００３％未満では、この効果に乏しい。また、０．０１％を超えると加工性を低下させる。
【００２８】
Ｓｉは、脱酸元素として寄与する成分である。しかしながら、過度に存在すると高温強度の低下の原因となる。これを回避するべく、Ｓｉの割合は０．１５％以下に設定される。
【００２９】
ＭｎもＳｉ同様、脱酸に寄与する。Ｍｎも過度に存在すると高温強度を低下させる傾向があるため、その割合は０．１％以下に設定される。
【００３０】
ＰとＳは、０．０１５％以下であれば、不純物として含まれていてもよい。
【００３１】
Ｆｅは、高温域で軟化するオーステナイト基地を形成し、熱間加工性を向上させるために有用な元素である。このため、２％以下の割合で添加される。
【００３２】
以上の成分を含む本実施の形態に係るエンジンバルブ１０の傘部１４は、主成分であるＮｉによってオーステナイト基地が安定化し、優れた高温強度を示す。
【００３３】
そして、この傘部１４の表面硬度は、ＨＲＣで３０〜４０を示す。また、金属組織中の結晶粒の粒度番号は、５．０以上である。
【００３４】
このエンジンバルブ１０は、以下のようにして製造することができる。
【００３５】
先ず、上記した成分・組成比であり、且つＨＲＣが３０〜４０で金属組織中の結晶粒の粒度番号が５．０以上であるＮｉ基合金からなる棒状部材を所定長に切断した後、この棒状部材の一端部を加熱して据え込み成形を行い、該一端部を略球形状とする。この据え込み成形により、他端部に軸部が残留する。
【００３６】
ここで、前記Ｎｉ基合金は、成形温度を高くし且つ成形速度を大きくした場合であっても、割れ等が発生することがほとんどない。このため、据え込み成形を効率よく進行させることができる。また、いわゆる肌荒れも生じ難い。
【００３７】
次に、略球形状となった一端部に対してプレス成形を施し、図１に示す傘部１４に近い形状の予備成形体とする。この予備成形体を形成する過程においても、割れ等が発生することはほとんどない。これに対し、例えば、同一成分・組成比のＮｉ基合金であっても結晶粒の粒度番号が４である棒状部材を用いて据え込み成形及びプレス成形を施すと、大多数の場合、いずれかの成形過程で割れ等が生じる。
【００３８】
このことから諒解されるように、前記Ｎｉ基合金を原材料と選定したことにより、傘部１４を歩留まりよく作製することができる。すなわち、工業的な大量生産が容易であるため、製造コストを低減することが可能となる。また、品質に対する信頼性も向上する。
【００３９】
次に、前記予備成形体の軸部の端面と、所定長の棒状体の端面とを摩擦接合によって接合する。この棒状体が、ステム部１２となる。なお、棒状体としては、例えば、ＳＵＨ１１Ｍ製のものを用いればよい。
【００４０】
その後、焼入れ・焼戻し等の所定の熱処理、矯正加工、焼鈍し等を施し、さらに、種々の研磨加工を行うことにより、最終製品としてのエンジンバルブ１０が得られるに至る。
【００４１】
このエンジンバルブ１０の傘部１４は、上記した成分を含むために耐摩耗性や高温強度が優れているので、エンジンの運転に伴って高温となったシリンダヘッドの吸気口ないし排気口に着座・離間することを繰り返しても、摩耗や疲労が長期間にわたって抑制される。すなわち、高温耐久性（耐熱性）に優れ、長寿命である。
【００４２】
このように、前記Ｎｉ基合金を採用したことにより、大量生産が容易になるのみならず、優れた特性を示すエンジンバルブ１０を供することができるようになる。
【００４３】
なお、上記した実施の形態においては、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｆｅを含有するＮｉ基合金を選定しているが、これらは必須の成分ではない。すなわち、これらを含まないＮｉ基合金から傘部１４を設けるようにしてもよい。
【００４４】
また、ステム部１２の材質はＳＵＨ１１Ｍに特に限定されるものではなく、他の鋼材であってもよいし、前記Ｎｉ基合金をはじめとする各種のＮｉ基合金や、その他の合金であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施の形態に係るエンジンバルブの概略全体側面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…エンジンバルブ                    １２…ステム部
１４…傘部（弁本体）
【図１】
2008291807.tif 000003