(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の内部冷却バルブ（４）を製造するための方法であって、
・ステムと、バルブステム端部（36）から軸線方向に延在する円筒状孔（26，28）とを備えるワークピース（14，16）を用意するステップと、
・前記バルブステム端部（36）を、前記ステムの成形圧延により、直径がより小さくなるように、圧延機によって成形し、前記円筒状孔の直径を、当該円筒状孔が残留する程度に縮小させるステップと、
・前記バルブステム（８）に隣接する前記ワークピース（14，16）のセクションを、成形圧延により、バルブヘッドに成形するステップと、
を含み、
前記バルブステムの成形圧延時に、前記ワークピース（14，16）の軸線及び成形ロール（42，44）の軸線を、0.5°〜6°、好適には1°〜5°、更に好適には1.5°〜4°の角度で互いに傾斜させ、かつ、少なくとも１個の前記成形ロール（42，44）に表面構造を設けて前記成形圧延時に前記ワークピース材料を軸線方向に搬送し、少なくとも１個の前記成形ロール（44）が、双曲面状の外表面を有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、成形圧延工程前における前記ワークピース（14，16）の直径を、完成後の前記バルブにおけるバルブディスク（６）の直径と少なくとも同じとし、
・前記バルブヘッド及び前記バルブステム（８）間の移行部を、成形圧延により、面取りするステップを更に含む方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法であって、前記ワークピース（16）をカップ状に形成し、該カップ状ワークピース（14，16）における底面の直径を、前記バルブディスク（６）の直径と少なくとも対応させ、前記円筒状孔を、前記バルブステム端部（36）から前記カップ状ワークピース（16）の底面方向に向けて延在する止まり孔（26）として形成し、成形圧延工程が、前記ステム及び前記バルブ本体の成形を含む方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記ワークピース（16）における底面の外表面が、予め前記バルブディスク（６）の形状を有する方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の方法であって、前記ワークピース（16）をカップ状に形成し、該カップ状ワークピース（16）における底面の直径を、前記円筒状ステム領域の直径よりも大きくする方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の方法であって、前記ワークピース（14，16）を、ガイドにより、ロール間に保持する方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の方法であって、前記ワークピース（14，16）を、熱間圧延する方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の方法であって、前記ワークピース（14，16）を、圧延工程時にステム端部（36）に向けて軸線方向に移動させるステップを更に含む方法。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の方法であって、前記ワークピース（14，16）を、圧延工程時に回転させるステップを更に含む方法。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の方法であって、前記バルブステム（８）を、圧延により、所望の内径に成形した後に、前記バルブステム（８）を、所望の外径に成形されるよう回転させるステップを更に含む方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法であって、前記ワークピース（14，16）を用意する前記ステップが、外側輪郭（70）及び前記円筒状孔（26，28）が設けられた非円筒状ステムを有する前記ワークピース（14，16）を含み、成形圧延により前記バルブステム端部（36）を成形する前記ステップが、前記バルブステム端部（36）を、前記ステムの成形圧延により、直径がより小さくなるように成形することを含み、前記円筒状孔の直径を縮小させるとともに、内側輪郭（72）を有する非円筒状孔を残留させる方法。
【請求項１２】
ワークピース（14，16）から内燃機関用の内部冷却バルブ（４）を製造するための装置であって、傾斜圧延をするための圧延機を備え、少なくとも２個の成形ロール（42，44）が、排気バルブのプロファイルを有する装置において、
前記ワークピース（14，16）の軸線及び成形ロール（42，44）の軸線が、0.5°〜6°、好適には1°〜5°、更に好適には1.5°〜4°の角度で互いに傾斜し、少なくとも１個の前記成形ロール（42，44）が、前記ワークピース材料を軸線方向に搬送する表面構造を有し、少なくとも１個の前記成形ロール（44）が、双曲面状の外表面を有することを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、前記ワークピース（14，16）の孔（26，28）内に差し込み可能なマンドレルを更に備え、これにより、前記ワークピース（14，16）が圧延工程時にガイド可能である装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の装置であって、少なくとも１個のガイド部を更に備え、これにより、前記ワークピース（14，16）が前記成形ロール間で保持及びガイドされ、前記少なくとも１個のガイド部が、前記ワークピース（14，16）の外表面に対して当接する摺動部材か、又は前記ワークピース（14，16）の外表面に対して当接する１個以上のローラを有する装置。
【請求項１５】
請求項１１〜１４の何れか一項に記載の装置であって、個別駆動される前記成形ロール（42，44）と、前記少なくとも１個のガイド部上に配置される少なくとも１個のロードセルと、前記ガイド部に作用する力が最小化されるよう前記成形ロール（42，44）の回転数を制御するコントローラとを更に備える装置。
【請求項１６】
請求項１２〜１５の何れか一項に記載の装置であって、軸線方向ガイド部又はクランプチャックを更に備え、これにより、前記ワークピース（14，16）が、ディスク表面側からガイド及び／又は保持される装置。
【請求項１７】
請求項１２〜１６の何れか一項に記載の装置であって、アクチュエータを更に備え、これにより、前記ワークピース（14，16）をその底部からバルブステム端部（36）に向けて軸線方向に移動させる装置。
【請求項１８】
請求項１２〜１７の何れか一項に記載の装置であって、駆動装置を更に備え、これにより、前記ワークピース（14，16）を圧延工程時に所定の回転数で回転させる装置。
【請求項１９】
請求項１２〜１８の何れか一項に記載の装置であって、加熱要素を更に備え、これにより、前記ワークピース（14，16）が圧延工程時に加熱される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における冷却バルブに関する。より具体的には、内燃機関におけるナトリウム冷却される吸気バルブ又は排気バルブに関し、特に、圧延による冷却バルブの製造方法、並びに圧延による冷却バルブの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内部冷却される排気バルブ、又はより具体的にはナトリウム冷却される排気バルブは、遅くとも1935年から従来技術に既知である。
【０００３】
ナトリウム冷却及びその効果は従来技術で周知されており、近年の技術開発は、ナトリウム冷却されるバルブをよりコスト効率良くするために、主としてバルブディスク領域における冷却剤の容積増加と、簡略化された製造工程に関連してきた。
【０００４】
従来技術においては、管状部材又は止まり孔を有する管状部材で構成されるディスクバルブを製造するための方法が既知である。特許文献１には、例示的な方法が記載されている。この場合、成形圧延及びプレス成形により、スリーブから如何にして中空バルブヘッドを備えるディスクバルブが製造可能であるかが明示されている。特許文献２にも、ブランクを回転、成形圧延及び穿孔により、内部冷却バルブを製造するための方法が開示されている。特許文献３には、鍛造及び圧延で製造可能であると共に、内部を水冷で冷却できるディスクバルブが既知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】英国特許出願公開第452696号明細書
【特許文献２】英国特許出願公開第412359号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第1950953号明細書
【０００６】
しかしながら、内部冷却バルブを安価かつ迅速に製造する必要性のみならず、既存の吸気又は及び排気バルブにおける冷却特性を改善する必要性が依然として存在する。更に、最大限に冷却され、可及的に大きな排気ガス温度においても確実に機能する中空バルブの必要性が存在する。これに加えて、耐久性及びコストの理由から、内部冷却バルブにおける構成要素数及び接合箇所数を減少させる必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００７】
本発明によれば、内燃機関用の内部冷却される吸気又は排気バルブを製造するための方法が提供される。本発明に係る方法は、請求項１の特徴を有する。更に、本発明によれば、内燃機関用の内部冷却される吸気又は排気バルブを製造するための装置が提供される。本発明に係る装置は、請求項12の特徴を有する。有利な実施形態は、従属請求項に記載したとおりである。従来技術における金属切削法の代わりに、ワークピース又は半完成品の成形に基づいている。本発明に係る方法は、ステムと、バルブステム端部から軸線方向に延在する円筒状孔とを備えるワークピースを用意するステップを含む。この場合、ワークピースのバルブステム端部により、加工後の完成バルブにおけるバルブステム端部に位置する部分が構成される。バルブステム端部は、前記ステムの成形圧延により、直径がより小さくなるように成形され、前記円筒状孔の直径は、当該円筒状孔が残留する程度に縮小される。この場合、円筒状孔により、加工後に冷却剤が充填されるキャビティが形成され、そのキャビティ内で冷却剤が移動することにより、非冷却バルブディスクから冷却バルブステム方向に向けて熱が伝達される。更に、本発明に係る方法は、バルブステムに隣接するワークピースのセクションを、成形圧延により、バルブヘッドに成形するステップを含む。この場合、バルブヘッドも、成形圧延により成形される。本発明に係る方法のこの基本的な実施形態において、内部に孔を有する少なくともバルブステムの直径が縮小成形される。本発明に係る方法は、管状ワークピースに適用することも可能であり、従ってステム及びバルブディスク上部が製造される。この場合、バルブディスクの下部は、バルブディスクの上部に結合されるカバーで構成することができる。
【０００８】
本発明に係る方法は、基本的な実施形態において、円筒状ステムと、その内部に配置されると共に、バルブステム端部から軸線方向に延在する円筒状孔とを備えるワークピースの成形に基づいている。バルブステム端部は、直径がより小さくなるように、円筒状ステムの成形圧延により成形され、前記円筒状孔の直径は、当該円筒状孔が残留する程度に縮小されるが、その際に円筒形状が失われる可能性がある。なぜなら、ワークピースにおいて、バルブディスク領域は、バルブステム端部領域ほど強く成形されないからである。当初の円筒状孔は、加工後に冷却剤用のキャビティとして機能する。
【０００９】
本明細書において、用語「ワークピース」は、その意味内容の反復を回避して明細書を冗漫にしないよう、ワークピース及び半完成品の意味で使用されていることに留意されたい。用語「ワークピース」及び「半完成品」は、本明細書において同義語として使用されている。
【００１０】
本発明に係る方法は、成形圧延により、ステムにおける直径及びその内部に位置する孔の縮小、並びにバルブディスクにおける少なくとも裏面の成形を含む。本発明に係る方法の基本的な実施形態において、バルブディスク表面の形成については考慮されない。
【００１１】
本発明に係る方法の例示的な実施形態において、成形圧延工程前におけるワークピースの直径は、完成後のバルブにおけるバルブディスクの直径と少なくとも同じであり、また、本発明に係る方法は、バルブヘッド及びバルブステム間の移行部を、成形圧延により、面取りするステップを更に含む。これにより、バルブディスク裏面が成形圧延により製造される。更に、バルブシート及び／又はディスクリムの面取り部を成形圧延により形成することも可能である。
【００１２】
本発明に係る更なる例示的な実施形態において、ワークピースは、カップ状に形成される。カップ状ワークピースにおける底面の直径は、バルブディスクの直径と少なくとも対応している。円筒状孔は、バルブステム端部からカップ状ワークピースの底面方向に向けて延在する止まり孔として形成される。圧延工程は、ステム及びバルブディスク裏面を有するバルブ本体の成形を含む。本発明に係る方法のこの実施形態においては、特に、バルブシート及びバルブエッジの面取り部も成形圧延により形成される。この実施形態において、ワークピースの底面により、バルブディスク表面が構成され、成形圧延工程前に既に最終形状に形成することができる。ただし、バルブディスク表面にスタブ軸を設けることにより、バルブを圧延工程時により良好にガイドすることも可能である。
【００１３】
本発明に係る更なる例示的な実施形態において、内燃機関用の内部冷却バルブを製造するための方法では、ワークピースの外表面は、バルブディスクの形状を既に有する。このような形式のワークピースにおいては、バルブディスク裏面だけを圧延すればよく、バルブディスク表面は圧延する必要はない。
【００１４】
内燃機関用の内部冷却バルブを製造するための方法の他の例示的な実施形態において、ワークピースは、カップ状に形成されると共に、円筒状ステム領域に比べて底面の直径がより大きい。従って、ワークピースにおいて、直径がより小さなステムが使用可能であるため、成形圧延工程がより容易になる。この場合、ステムは、バルブディスク直径からバルブステム直径まで圧延する必要はなく、より小さな領域に亘って成形をすれば、バルブディスク内にキャビティを有するバルブを製造するのに十分である。
【００１５】
内燃機関用の内部冷却バルブを製造するための方法の更なる例示的な実施形態において、ワークピースは、ガイド部により、成形ロール間に保持される。ガイド部は、バルブステム又はバルブディスクの外表面に対して当接する個々のローラを有することができる。更に、バルブ又はワークピースの外周面に摺動接触すると共に、バルブ又はワークピースを成形ロール間の中央部に保持するガイド部を使用することもできる。ローラ又はスライダは、後発的にガイド可能であるため、バルブ又はワークピースの軸線を、各成形ロールの軸線の広がりによる平面内に保つことができる。
【００１６】
内燃機関用の内部冷却バルブを製造するための方法の更なる例示的な実施形態においては、ワークピースの熱間圧延を含む。更に、本発明に係る方法は、ヒーター、例えば、誘導ヒーター又はガスバーナーによるワークピースの加熱を含むことができる。これにより、ワークピース材料の再結晶化が可能であると共に、ひずみ硬化による影響の打ち消しが可能である。
【００１７】
内燃機関用の内部冷却バルブを製造するための方法の他の例示的な実施形態においては、ワークピースを圧延工程時にステム端部に向けて軸線方向に移動させるステップを更に含む。これにより、ステムの一部だけが縮小成形されるため、ロール及び圧延装置にかかる機械的負荷が大幅に軽減される。
【００１８】
内燃機関用の内部冷却バルブを製造するための方法の他の例示的な実施形態においては、ワークピースを圧延工程時に回転させるステップを更に含む。この回転ステップは、旋盤上における機械加工に関連するわけではなく、圧延工程時におけるワークピースの駆動に関連する。このステップは、異なる半径を有するセクションに関して、ワークピース又はバルブとロールとの間で滑りを異ならせる必要がある場合に有利である。ワークピースの駆動又は能動的な回転により、圧延工程時にどの直径又は半径であれば滑りを生じさせる（又は生じさせない）かを調整することができる。
【００１９】
更に、圧延により所望の内径が得られた後、回転によりステム外径を縮小することもできる。この場合、圧延工程は、バルブステム内におけるキャビティの内径を得るためにのみ供するものである。この場合、材料の壁厚は、圧延工程自体で求められるよりも大きくすることができる。
【００２０】
本発明に係る方法は、基本的な実施形態において、円筒状ステムと、その内部に配置されると共に、バルブステム端部から軸線方向に延在する円筒状孔とを備えるワークピースの成形に基づいている。バルブステム端部は、直径がより小さくなるように、円筒状ステムの成形圧延により成形され、前記円筒状孔の直径は、当該円筒状孔が残留する程度に縮小されるが、その際に円筒形状が失われる可能性がある。なぜなら、ワークピースにおいて、バルブディスク領域は、バルブステム端部領域ほど強く成形されないからである。当初の円筒状孔は、加工後に冷却剤用のキャビティとして機能する。この場合、冷却剤用のキャビティは、バルブディスク領域においてより大きな直径を有するため、バルブディスクから冷却剤への熱伝達が大幅に向上する。
【００２１】
本発明の更なる態様によれば、内燃機関用の内部冷却バルブをワークピース又は半完成品から製造するための装置が提供される。本発明に係る装置は、円形ロールによるクロス圧延又は傾斜圧延をするための圧延機を備え、少なくとも２個の成形ロールが排気バルブのプロファイルを有する。この場合、成形ロールは、ステム及びバルブディスク裏面を圧延成形により成形するための少なくとも表面を有する。即ち、内部冷却バルブを製造するための装置は、ワークピースからバルブステム及びバルブディスク裏面を成形可能なロールを備える。圧延機は、特に中空ワークピースを加工可能に構成されるため、内部冷却バルブ内にキャビティを形成することができる。この場合、圧延機は、内部冷却される吸気バルブ又は排気バルブにおいて可及的に大きなキャビティが形成されるよう、実質的に円筒状孔又は止まり孔を成形可能に構成される。一実施形態において、装置は、成形ロールのみを備える。この場合、付加的なガイドローラを設けることにより、ワークピースを成形ロール間で保持することができる。バルブステム及びバルブディスクの直径差が大きいため、互いに相互作用する３個のロールを備える圧延装置でバルブを圧延することはできない。
【００２２】
内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の例示的な実施形態において、装置は、ワークピースの孔内に差し込み可能なマンドレルを更に備え、これによりワークピースが圧延工程時にガイド可能である。マンドレルは、一方ではガイド部として機能し、他方では、圧延されたワークピースが所定の内径に達したかを表すゲージとして機能し得る。
【００２３】
内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の更なる例示的な実施形態において、装置は、少なくとも１個のガイド部を更に備え、これによりワークピースが成形ロール間で保持及びガイドされ、少なくとも１個のガイド部は、ワークピースの外表面に対して当接する１個の摺動要素及び／又は１個以上のローラを有する。これらガイド部により、ステム及び／又はディスクがロール間に保持されるため、大きな圧延力がワークピースに加えられる。
【００２４】
内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の更なる例示的な実施形態において、少なくとも１個のガイド部は、ワークピースの外表面に対して当接する複数個のローラ、ワークピースの外表面に対して当接する少なくとも１個の摺動要素、及び／又は、ワークピースの孔内に延在するマンドレルを有する。これにより、ステム領域を所定の内径に形成することができる。更に、バルブステムを延伸させてバルブステムの壁厚を減少させるために、潤滑可能なマンドレル又は離型剤が設けられたマンドレルを使用することもできる。マンドレルが研磨されていれば、圧延工程後のキャビティから容易に引き抜くことができる。マンドレルはテーパ付けすることも可能であり、この場合引き抜きが容易になる。
【００２５】
内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の更なる例示的な実施形態において、少なくとも１個のガイド部は、ワークピースの外表面に対して当接する１個の摺動要素か、又はワークピースの外表面に対して当接する１個以上のローラを有する。摺動要素は、外部から潤滑可能であるため、摺動要素に対する摩擦及び摩耗を低減することができる。更に、複数個のローラは、バルブの輪郭に適合させることができるため、圧延工程時にワークピースに対して均一の圧力を加えられる。ガイド部は、ワークピースの両側か又は片側にのみ配置することができる。更に、個々のローラは、軸線方向に変位可能に配置できるため、ステムに対してローラによる変形が回避される。摺動要素は、バルブにおける負の輪郭に対応する輪郭を有することができるため、ワークピースに対して力を可及的に均一に伝達することが可能である。
【００２６】
内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の他の例示的な実施形態において、装置は、少なくとも１個のガイド部上に配置される少なくとも１個のロードセルと、個別駆動される成形ロールと、ガイド部に作用する力が最小化されるよう成形ロールの回転数を制御するコントローラとを更に備える。この場合、ワークピースは、差動制御された成形ロール間の中央部に保持可能であるため、ガイド部に対する負荷及び摩耗を最小化することができる。適切なコントローラを使用すれば、ガイド部を交換しなければならない間隔を延ばすことができるため、圧延装置の耐用年数を延ばすことも可能である。
【００２７】
内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の他の例示的な実施形態において、少なくとも１個のガイド部は、ワークピースの外表面に対して当接する複数個のローラ、少なくとも１個の摺動部材、及び／又は、ワークピースの孔内に延在するマンドレルを有する。
【００２８】
内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の他の例示的な実施形態において、成形ロールの軸線は、1°〜12°、好適には2°〜10°、更に好適には3°〜8°の角度で互
いに傾斜している。この実施形態は、成形ロールが互いに平行に配置されるのではなく、成形ロールが互いに離間して配置される傾斜圧延法に関連する。この場合、圧延方向及び成形ロール間における離間距離に応じて、ワークピースを圧延工程時に軸線方向に搬送することができる。この効果は、成形ロール間における軸線の（最小）離間距離が、成形ロールの端部近傍に位置していれば特に顕著である。この実施形態において、ワークピースの軸線は、成形ロールの軸線と平行になるよう配置することができる。この場合、ワークピースは、一方の成形ロールに隣接して圧延され、他方の成形ロールは、ワークピース表面の一部にのみ接触するか、又は全面を一度に圧延可能とする表面を有する。
【００２９】
内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の他の例示的な実施形態において、ワークピースの軸線及び各成形ロールの軸線は、0.5°〜6°、好適には1°〜5°、更に好
適には1.5°〜4°の角度で互いに傾斜している。この場合、圧延装置は、いわゆる傾斜圧延装置として構成される。傾斜圧延においては、成形ロールの軸線が互いにクロス又は傾斜するよう配置される。これにより、ワークピースは、その軸線周りに回転する際に長手方向に搬送される。ワークピースは、支持ブレード又はガイドローラにより、成形ロール間のギャップに保持される。成形ロールのゲージは、ギャップが狭まるよう構成することができる。傾斜圧延は、適切に構成された成形ロールでも実施可能であり、これにより全体として一定の離間距離を有するギャップが生じる。ただし、この実施形態においては、ギャップは吸気又は排気バルブの輪郭を有するのが望ましい。
【００３０】
内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の他の例示的な実施形態において、少なくとも１個のロール、好適には両方のロールは、双曲面状又は回転双曲面状の外表面を有する。より適切な用語がないため、この場合に双曲面状又は回転双曲面状の外表面とは、直線又は線分で構成される形状ではなく、吸気又は排気バルブのプロファイル、特にステム及びバルブディスク裏面のプロファイルに対応するよう構成される双曲面形状のことを意味する。この場合、双曲面とは、いわゆるくびれ形状を有すると共に、回転対称軸線に対して直角の円を有する単一シェル状の双曲面のことを意味する。この場合、回転双曲面の傾斜度は、ワークピース及びロールにおける軸線の傾斜度に完全に対応している。なぜなら（直線により双曲面が構成される場合）、この条件下で円筒状ワークピースが圧延されるからである。双曲面状ロールがバルブステム及びバルブディスクのプロファイルに対応するよう構成される場合、くびれ形状を有するロールが得られ、そのロールにより、傾斜圧延法で直線的なバルブステムを製造することができる。この実施形態は、製造手段に関して最大のコストを必要とするが、現時点で最適な結果を得ることができる。
【００３１】
内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の更なる例示的な実施形態において、装置は、軸線方向ガイド部又はクランプチャックを更に備え、これによりワークピースは、ディスク表面側からガイド及び／又は保持される。軸線方向ガイド部により、ワークピースは、ロールに対して軸線方向に押圧可能であるため、バルブディスク裏面の面取り部を形成することができる。基本的な実施形態において、軸線方向ガイド部は、圧延工程時にワークピースがロールからバルブディスクに向けて軸線方向に移動するのを回避するよう機能するだけである。クランプチャックを使用する場合、ワークピースは、クランプチャックが係合可能な肩部を有する必要がある。軸線方向ガイド部により、バルブディスク裏面の成形時における安全性を高めることができる。
【００３２】
内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の他の例示的な実施形態において、装置は、アクチュエータを更に備え、これにより、ワークピースをその底部からバルブステム端部に向けて軸線方向に移動させることができる。この場合、アクチュエータは、上述した軸線方向ガイド部又はクランプチャックに直接に作用可能である。アクチュエータにより、バルブステムは、バルブステム端部からバルブディスク方向に向けて徐々に圧延可能になるため、ロールに対する負荷が大幅に軽減される。更に、バルブディスク裏面の成形工程をより正確に監視及び実施することが可能となる。
【００３３】
内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の他の例示的な実施形態において、装置は、駆動装置を更に備え、これにより、ワークピースを圧延工程時に所定（場合により可変）の回転数で回転させることができる。バルブステム及びバルブディスクの直径差が大きいため、圧延時に大きなねじり力が生じ、成形工程時にワークピースが破壊される可能性がある。従って、異なる半径を有するセクションに関しては、圧延工程時にワークピース又はバルブとロールとの間で滑りを異ならせる必要があり得る。この点は、ワークピース、特にバルブディスクを駆動又は能動的に回転させることにより達成することができる。これにより、ワークピース、特にバルブディスクとバルブステムとの間の移行部で、ねじり力が可及的に僅かに抑制される。更に、圧延装置は潤滑可能であるため、滑りが生じるセクションにおけるロールの摩耗が可及的に僅かに維持可能である。
【００３４】
内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の他の例示的な実施形態において、装置は、加熱要素を更に備え、これによりワークピースが圧延工程時に加熱される。これにより、比較的小さなワークピースであっても、圧延工程時に過度に冷却されることなく、比較的大きなロールで熱間圧延可能である。
【００３５】
更に、誘導加熱又は自己加熱又はガス加熱により、成形工程時に更なるエネルギーをワークピースに導入することができる。
【００３６】
本発明は、管状ワークピース又はカップ状ワークピースから、中空バルブヘッド部分及び中空バルブステムを熱間圧延で製造するための方法に関する。本発明の方法によるバルブは、カップ状ワークピースを使用するのであれば、接合箇所なしに製造することができる。製造されたバルブは、バルブディスク領域において、より大きなキャビティを有することができるため、冷却剤として機能するナトリウムがより大容量で収容可能である。本発明に係る方法の特徴には、２個のロール及びガイド部で成形する点が含まれる。この場合、少なくとも１個のロールは、ワークピース軸線及び第２軸線に対して、ある角度で配置される。この場合、各ロールは、ワークピース軸線を指向する端面に、バルブヘッドブランクの負の形状又は凹部形状を有する。
【００３７】
両方のロールは、成形工程時に互いに対して移動可能である。この場合、一方のロールは所定位置に固定しておき、他方のロール（及びワークピース）だけを移動させることもできる。この場合、ワークピースは、ベース上又はガイド部上に配置され、ロールの移動により、ガイド部に対して押圧されると共に回転する。更に、ワークピースは、ロールに対して軸線方向に移動させることもできる。この場合、ロールの端面における負の形状により、バルブヘッドブランクの凹部形状が形成される。この場合、ワークピースの中心軸線の位置は、ロールの中心軸線の下方に位置していてもよい。ガイド部は、ワークピースに対する摩擦を低減するため、ローラに支持させることができる。
【００３８】
内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の他の例示的な実施形態において、成形ロールにおける少なくとも１個は、ワークピース材料を軸線方向に搬送する表面構造を有する。この実施形態においては、ロールの少なくとも１個の表面に微細なねじ山パターン又は他の粗大な表面構造が設けられる。ねじ山パターン又は他の粗大な表面構造は、基本的に、傾斜軸上に配置可能であるか又は配置されるのが望ましい。この場合、ロールは、合金又はセラミック複合材料で構成可能であるか、又は合金或いはセラミック複合材料を含有することができる。
【００３９】
ワークピースに対するロールの角度と、ロールの少なくとも１個におけるねじ山パターン又は他の粗い表面構造により、ワークピースの中央部に引張り力が作用し、これにより直径の縮小に加えてブランクの延伸が達成される。
【００４０】
本発明の更なる態様によれば、上述した方法の１つか又は装置で成形及び製造された内燃機関用の内部冷却バルブが提供される。本発明に係るバルブは、ワークピースの成形前に、ステムと、バルブステム端部から軸線方向に延在する円筒状孔とを備えることを特徴とする。この場合、少なくともバルブステムは、前記ステムの成形圧延により、前記円筒状孔が残留する程度に、直径がより小さくなるように成形され、成形圧延工程前におけるワークピースの直径は、加工後のバルブにおけるバルブディスクの直径と少なくとも同じであり、成形圧延により、面取り済みのバルブヘッドが形成される。
【００４１】
バルブの基本的な実施形態において、バルブは、円筒状ステムと、その内部に配置されると共に、バルブステム端部から軸線方向に延在する円筒状孔とを備えるワークピースから成形される。バルブステム端部は、直径がより小さくなるように、円筒状ステムの成形圧延により成形され、前記円筒状孔の直径は、当該円筒状孔が孔として残留する程度に縮小されるが、その際に円筒形状が失われる可能性がある。なぜなら、ワークピースにおいて、バルブディスク領域は、バルブステム端部領域ほど強く成形されないからである。当初の円筒状孔は、加工後に冷却剤用のキャビティとして機能する。このように、不均一な成形により、バルブディスク領域において、より大きな直径、従ってより大きな表面積を有するキャビティが形成可能である。これにより、バルブディスク及び冷却剤間の熱伝達が大幅に向上する。
【００４２】
上述したように、本発明に係るバルブは内部冷却バルブとして構成され、ステム及び少なくともバルブディスク裏面は、少なくとも部分的に圧延工程で製造される。この場合、更なる機械加工を施すことにより、ステム及び／又はバルブディスク裏面における所望の表面特性を得ることができる。基本的な実施形態において、バルブは、管状ワークピースから成形することもできる。この場合、バルブディスクにおける開口は、後にカバーで閉鎖することができる。
【００４３】
内部冷却バルブの他の例示的な実施形態において、ワークピースはカップ状に形成され、カップ状ワークピースにおける底面の直径は、バルブディスクの直径と少なくとも対応し、カップ状ワークピースの円筒状孔は、バルブステム端部からカップ状ワークピースの底面方向に向けて延在する止まり孔として形成される。この実施形態において、バルブディスク領域には、従来の一体的なバルブに比べてより大きなキャビティを形成することができる。
【００４４】
内部冷却バルブの更なる例示的な実施形態において、ワークピースは、カップ状に形成されると共に、円筒状ステム領域に比べて底面の直径がより大きい。この場合、実質的に止まり孔の内径により、バルブディスク領域におけるキャビティの直径が規定される。円筒状ステムの直径がより小さいため、成形工程、従って圧延装置内におけるワークピースの滞留時間を短縮することができる。更に、円筒状ステムの壁厚を大きくすることが可能であり、成形工程にとって好適である。
【００４５】
内部冷却バルブの更なる例示的な実施形態においては、成形工程後の円筒状孔により、バルブステム及びバルブディスク内で延在するキャビティが形成され、そのキャビティの一部にナトリウムが充填されると共に、キャビティが閉鎖される。
【００４６】
内部冷却バルブの更なる例示的な実施形態において、内部冷却バルブは、外側輪郭及び円筒状孔が設けられた非円筒状ステムを有するワークピースから製造される。バルブステム端部を成形圧延で成形することにより実質的に円筒状バルブステムを形成すれば、外側輪郭の少なくとも一部が、成形工程後の非円筒状孔に移動する。成形工程後の非円筒状孔は、外側輪郭に対応する内側輪郭を有する。この点は、圧延工程時におけるステムの延伸を行うか又は行わないに関わらず達成することができる。所望の内側輪郭を形成するための外側輪郭の寸法は、試験により、比較的容易に算出することができる。
【００４７】
以下、本発明を例示的な実施形態に基づいて詳述する。各図は、単なる略図を示すに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図1A〜図1Dは、管状ワークピースから内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置と、関連する製造方法の実施形態を示す説明図である。
【図２】図2A〜図2Cは、カップ状ワークピースから内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置と、関連する方法の更なる実施形態を示す説明図である。
【図３】図3A〜図3Cは、短いカップ状ワークピースから内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置と、関連する方法の他の実施形態を示す説明図である。
【図４】図4A及び図4Bは、傾斜圧延により、短いカップ状ワークピースから内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置の付加的な実施形態を示す説明図である。
【図５】図5A及び図5Bは、短いカップ状ワークピースから内部冷却バルブを製造するための本発明に係る装置と、関連する方法の他の付加的な実施形態を示す説明図である。
【図６】図6A及び図6Bは、ワークピース及び内部冷却バルブの他の付加的な実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
明細書及び図面の両方においては、同一又は類似の構成要素或いは要素を表すのに、同一又は類似の参照符号を使用する。説明を過度に長くしないよう、１つの図で既に記載した要素については、他の図で省略するものとする。
【００５０】
図面の明瞭性を不必要に損なわないようにするため、圧延装置において、ロールを担持、支持、駆動するか又はロール軸線に対して直角に或いはワークピース軸線方向に移動させる部品は図示されていない。更に、ガイド部又は軸線方向ガイド部の支持部又はサスペンションについても図示されていない。
【００５１】
図1Aは、２個の成形ロール42を備える本発明に係る圧延装置を示す。これら成形ロールにはスタブ軸64が設けられ、スタブ軸64により、成形ロールを圧延装置のハウジング内に収容することができる。更に、成形ロール42は、スタブ軸を介して、一緒に駆動させるか又は個別的に駆動させることができる。
【００５２】
図1Aの上部は、軸線を平面図で示す。この場合、ロール42の軸線48及びワークピース14の軸線46は、実質的に図の平面上にある。成形ロール42の外側輪郭は、圧延される吸気又は排気バルブにおける負のプロファイルに対応している。成形ロール42間には、貫通開口又は貫通孔28を有する管状ワークピース14が配置されている。ワークピース14の軸線46及びロール42の軸線48は、互いに平行に整列している。図1Aの下部は、ロール42及びワークピース14を軸線方向図で示す。図1A及び図1Bにおいて、各ロールは、円形ロールによるクロス圧延工程用に構成されている。各ロールは、成形ロール42として構成されている。ロール及びワークピースの回転方向は、矢印60で表されている。円形ロールによるクロス圧延においては、同一方向に回転する２個の成形ロール42間で、ワークピース14がその軸線46周りで成形ロールとは逆方向に回転する。少なくとも１個の工具、即ち少なくとも１個の成形ロール42により、ワークピース14が成形される。図示の実施形態においては、両方のロールをワークピース14に向けて移動方向及び加力方向62に移動させている。ただし、ロール42の一方だけをワークピース14方向に向けて移動させてもよい。この場合、ワークピース14の回転軸線が変位する。図示の実施形態において、ワークピース14は、クランプチャック56により、軸線方向に保持されている（図1A及び図1Bではクランプジョーを示す）。図示の実施形態において、クランプチャック56は、軸線方向ガイド部54として機能するため、圧延工程時にワークピース14が加工後のバルブディスク方向に移動するのが回避される。このような移動は、バルブディスク裏面領域における軸線方向圧延力の一部により生じる。
【００５３】
成形圧延工程の利点は、特に、ワークピース14内の分子鎖構造が維持され、滑らかな繊維配向が得られることである。従って、完成後のバルブにおいても、冶金学的方法を利用すれば、結晶構造に基づいて、バルブが成形ロールで製造又は成形されたか否かが確認できる。
【００５４】
成形ロール42の軸線48は、平面を画定している。ワークピース14の軸線はその平面に対して平行に位置してはいるが、同一平面内ではなく、図においては下方の平面に位置している。圧延工程において、ワークピース14は、成形ロール42による圧延工程の開始と同時に下方に押される可能性がある。従って、ワークピース14は、ガイド部、特に半径方向ガイド部52により支持されている。力の平行四辺形の法則を考慮すれば、ガイド部に作用する力は、成形ロール42が互いに移動するときに生じる圧延力に比べて遥かに小さくなり得ることが明らかである。従って、移動方向又は圧延力方向に大きな圧延力が生じたとしても、支持部領域に摺動摩擦が生じる可能性がある。
【００５５】
また、半径方向ガイド部52の表面を潤滑することにより、半径方向ガイド部52との接触面の摩耗を低減することも可能である。ガイド部は、ワークピース14の圧延工程時に軸線46方向上方に向けて後発的にガイド可能であるため、半径方向ガイド部52に作用する負荷を軽減することができる。更に、複数部分で構成されたガイド部を使用し、成形工程における各成形段階、特にバルブヘッド領域の各成形段階に対応することもできる。これに加えて、固定的なガイド部の代わりに、摩耗がより小さい一連のガイドローラを使用することもできる。この場合、各ガイドローラは、軸線方向に移動可能であることにより、ワークピース14に対してガイドローラによる局所的な変形が回避される。
【００５６】
半径方向ガイド部52とは反対側のワークピースの上方には、加熱要素を取り付けることができる。加熱要素により、ワークピース14は、フレーム、放射又は誘導で加熱されるため、成形工程全体に亘って熱間圧延が確実に行われる。
【００５７】
図示の実施形態における圧延法において、ワークピース14は、軸線方向における圧延工程前に、成形ロールの上端部と面一になるまで移動させることができる。ただし、ワークピース14は、圧延工程時に、バルブステム端部が成形ロールの上端部と面一になるまでバルブステム端部方向に上方に向けて移動させることもできる。
【００５８】
また、クランプチャックでワークピース14を駆動させることにより、成形ロール42とワークピース14との間の領域、特にバルブディスク領域、より具体的には、バルブディスク裏面領域で滑りを生じさせることもできる。バルブディスク裏面は、バルブステム外表面に比べて表面積が小さいため、バルブディスク裏面と成形ロール42の対応箇所との間に滑りを生じさせることが望ましい。なぜなら、滑りが生じなければ、バルブディスク裏面とバルブステムとの間のねじり力に起因してバルブが破壊される可能性があるからである。この場合、ステムとバルブディスクとの間の角速度比は、バルブステムとバルブディスクとの間における半径比と少なくとも同じ大きさである。即ち、バルブステムに対するバルブディスクの直径比が約5である場合、ステムに対するバルブディスクの平均的な直径比に関して約2.5の角速度比が生じる。この値は、通常の圧延工程において、バルブディスクをステムからねじ切るか又は引きちぎるのに十分な大きさである。従って、成形圧延時には、ワークピース14をより高速で駆動させて、バルブディスク領域に滑りを生じさせることができる。これにより、バルブディスクからバルブステムへの移行部に作用する負荷が大幅に軽減されるため、成形圧延時にワークピース14の破壊が回避される。ワークピース14の駆動を可能とするために駆動装置（図示せず）が設けられる場合、クランプチャックは回転させることができる。
【００５９】
更に、圧延装置には、単一ロール回転数コントローラ（図1B参照）を設けることができるため、半径方向ガイド部52の摩耗を低減することができる。明瞭性を損なわないようにするため、図1Aにコントローラは示されていない。
【００６０】
図1Bは、図1Aと同一要素、即ち成形ロール42及び成形圧延後のワークピース14Aを示す。この場合、圧延ロール42は、圧延工程の最終位置にある。図1Bは、単なる略図を表すに過ぎない。図1Bにおいては、圧延ロール42により、ワークピース14が成形済みワークピース14Aに成形されている。成形済みワークピース14Aも、バルブステム全体に亘って延在する貫通孔28を依然として有する。
【００６１】
図1Bの成形圧延装置において、少なくとも１個の半径方向ガイド部52には、ロードセル66が設けられ、ロードセル66により、ワークピースが成形ロール42によって半径方向ガイド部52に対して押圧される力を測定することができる。図1Bの成形圧延装置にも、個別的に駆動されると共に、選択された回転数で作動可能な成形ロール42が設けられている。ロードセル又は力センサ66は、成形ロール42の少なくとも１個における少なくとも回転数、即ち駆動力を制御するコントローラ68に接続されている。これにより、ワークピース14，14Aが圧延工程時に半径方向ガイド部52に作用させる力が制限される。更に、コントローラが回転数、特にワークピースの回転数を制御し、これにより半径方向ガイド部52に作用する負荷を軽減するか又は少なくとも制限してもよい。
【００６２】
図示の実施形態において、ワークピースは、差動制御された２個のロール間の中央部又は他の位置に保持可能であるため、ガイド部52に対する負荷及び摩耗を最小化することができる。システムは、２個のガイド部を備える圧延装置の場合でも使用することができる。適切なコントローラを使用すれば、ガイド部を交換しなければならない間隔を延ばすことができるため、圧延装置の耐用年数を延ばすことも可能である。
【００６３】
半径方向ガイド部52に作用する負荷を制限するためのコントローラは図1Bにのみ示されているが、コントローラは、他の図における実施形態においても開示されたものと見なすべきであることを理解されたい。記載を不必要に冗漫にするだけであるため、コントローラは図1Bにのみ示されている。
【００６４】
図1Cは、実質的にバルブ本体を構成している部分を有する、完成後の成形済みワークピース14Aを示す。バルブ本体は、バルブステム８を有し、そのバルブステム８の下端部は、バルブディスク６、より具体的には、バルブディスク裏面24に移行している。図示のバルブ本体には、バルブディスク表面がまだ設けられていない。バルブステム８は、ステム端部36に終端しており、そのステム端部36にてバルブが作動される。ステム端部は、図示のように、成形圧延工程時に製造することができるが、後の段階で製造してもよい。
【００６５】
図1Cにおいて、貫通孔28は、バルブディスク６及びバルブステム８内のキャビティ10として成形されている。貫通孔28又は止まり孔の直径パラメータ及びワークピースの壁厚を、成形圧延工程の前後で得られない場合には、成形によりキャビティ10だけを先に機械加工で構成し、バルブステムを機械加工で最終的な直径に後から仕上げることもできる。
【００６６】
ワークピースは、分離線30を表す点線に沿って、管状残部から分離することができる。この場合、バルブディスク表面には、依然として開口18が存在する。後の段階において、カバーで開口18を閉鎖すれば、完成バルブを得ることができる。
【００６７】
図1Dは、成形により製造された完成バルブ４を示す。この場合、バルブ本体は、バルブステム８を有し、そのバルブステム８は、バルブディスク６、より具体的には、バルブディスク裏面24に移行している。バルブディスク表面22の開口18は、溶接個所32において、摩擦溶接、抵抗溶接、電子ビーム溶接、又はレーザー溶接で接合されたカバー20により閉鎖されている。
【００６８】
キャビティ10は、ナトリウム冷却剤12で充填されている。冷却剤としては通常、内燃機関の作動温度にて液体状態で存在するナトリウムが使用される。通常はキャビティ10の全部ではなく、バルブにおけるキャビティの1/4、1/3、1/2、2/3〜3/4だけがナトリウムで充填される。ナトリウムは、内燃機関の作動時にバルブステム８、即ちバルブステム８のキャビティ10内で上下に移動することにより、バルブディスク６の熱を冷却バルブステム８方向に向けて伝導する（シェイキング冷却）。この場合、ナトリウムは、バルブ２が開閉する度にその内部で移動する。図示のバルブ２内におけるキャビティ10は、バルブディスク６のバルブディスク表面22に開口18を設けることにより形成されたものである。
【００６９】
図2Aの実施形態は、実質的に図1Aの実施形態に対応している。図1Aの実施形態に関連して上述した参照符号及び要素については、説明を省略する。図示の実施形態においては、管状ワークピース14の代わりに、カップ状ワークピース16が使用されている。この場合、ワークピース16の底面により、バルブディスク６、即ちバルブディスク表面22が既に形成されている。更に、貫通孔の代わりに止まり孔26が設けられている。
【００７０】
ワークピース16において、バルブディスクに加工される領域の直径は、バルブステム８に加工される領域の直径に比べて大きい。図示のワークピースは、加工後のバルブとほぼ同一の高さ又は同一の高さを有する。図示の実施形態においては、成形圧延により、基本的にバルブステムが形成される。バルブディスクは、機械加工により、既に大部分が形成されている。カップ状ワークピース16は、軸線方向ガイド部54により、軸線方向に保持されている。これにより、バルブディスク裏面を形成することが可能である。更に、カップ状ワークピース16には、クランプチャックが係合可能な肩部を設けることができる。これにより、成形圧延時に、カップ状ワークピースを選択可能な速度で回転させることが可能である。この点については、図1A及び図1Bの実施形態との関連で説明したとおりである。即ち、クランプチャックに保持された肩部により、バルブディスクと成形ロールとの間で滑りを生じさせることができる。肩部は、成形圧延後に機械加工により除去することができる。
【００７１】
図1Aの実施形態とは異なり、カップ状ワークピース16において、バルブステムに加工される部分の壁厚はより小さく形成できる。従って、この場合、加工後におけるバルブステムの壁厚はより小さい。更に、図示の実施形態において、カップ状ワークピース16は、図1A及び図1Bのワークピースに比べて成形される量が小さい。
【００７２】
図2Bのバルブは、成形圧延後の状態にあり、既にほぼ完成している。この場合、キャビティ10は、バルブディスク領域にて大きな直径を有しており、冷却特性が改善されている。ステムは、図1Bの実施形態に比べてより小さな壁厚を有する。図示の実施形態においては成形される量がより小さいため、バルブステムの外径を更なる機械加工ステップで縮小する必要なく、ステムを成形することが可能である。
【００７３】
図2Cは、本発明に係る内部冷却バルブ４を示す。バルブ４は、その下端部でバルブディスクに終端するバルブステムを備える。バルブステム８の上端部は、ステム端部36に終端している。バルブ内部には、冷却剤12で充填されたキャビティ10が設けられている。キャビティは、例えば、バルブステムの開口又は孔を介して冷却剤で充填することができる。本発明に係るバルブは、バルブディスク領域において、バルブステムの直径よりも大きな直径を含むキャビティを有する。この場合、バルブディスク表面22及びバルブディスク裏面24を有するバルブディスク並びにバルブステムは、一体的に形成されている。従って、完成バルブは、バルブディスク領域のみならずバルブステム下端部領域においても、接合箇所を有することがない。キャビティ10は、冷却剤で充填後に、例えば摩擦溶接で取り付けられたバルブステム端部により閉鎖することが可能である。
【００７４】
図3Aは、実質的に図2Aにおける成形圧延装置を示す。図1A又は図2Aの実施形態に関連して上述した参照符号及び要素については、説明を省略する。図2Aにおける成形ロールとは異なり、図3Aにおける成形ロールには、成形圧延工程時に、ワークピース材料を軸線方向に搬送する表面構造58が設けられている。ワークピース材料を軸線方向に搬送する表面構造58は、ねじ山パターンとして構成され、成形ロール42の回転時に、加工後のバルブステム端部方向に軸線方向力を生じさせる。表面構造によって、より短いカップ状ワークピース16を使用することが可能である。成形圧延工程においては、軸線方向力がカップ状ワークピースに作用するため、材料が半径方向のみならず、軸線方向にも成形される。
【００７５】
図示の実施形態において、表面構造58は、ねじ山パターンとして構成されている。ねじ山パターンは、側面高さが小さいのみならずピッチも小さく、力を作用させるだけであり、バルブステムにねじ山を形成することはない。
【００７６】
成形ロールによりカップ状ワークピース16に圧力が加えられると、ワークピース材料は、周方向及び半径方向のみならず、軸線方向力に起因して軸線方向にも移動、即ち変形する。基本的に、この作用は、壁厚がより大きいカップ状ワークピースにおいて生じ、本発明に係る方法の信頼性を大幅に高めることができる。
【００７７】
ワークピース材料を軸線方向に搬送するか又はワークピース材料に軸線方向力を作用させる成形ロールの１個にのみ、表面構造58を設けることも勿論可能である。
【００７８】
図3Bは、カップ状ワークピース16において、バルブステム端部方向における圧延工程を示す。この場合、材料の変位が細い矢印で表されている。
【００７９】
図3A及び図3Bの実施形態において、表面構造58により十分に大きな軸線方向力が生じ、これによりバルブディスク裏面24が成形圧延で変形するのであれば、軸線方向ガイド部を設ける必要はない。
【００８０】
図3Cは、図3A及び図3Bの実施形態における成形圧延装置で製造されたバルブ４を示す。この場合、バルブ４は、図2Cのバルブに比べて、材料の結晶構造の点においてのみ異なる。
【００８１】
図4Aの実施形態は、実質的に図1A〜図3Aの実施形態に対応している。図1A〜図3Aの実施形態に関連して上述した参照符号及び要素については、説明を省略する。
【００８２】
図4Aの実施形態においては、図3A及び図3Bの実施形態と同様、短いカップ状ワークピース16が使用されている。図4A及び図4Bの実施形態においては、互いに平行に整列された軸線を有する円筒状ロールの代わりに、互いに傾斜させた軸線を有する双曲面状ロール44が使用されている。図示の実施形態においては、傾斜圧延が行われる。これは、成形ロールの少なくとも１個がカップ状ワークピースに対して傾斜しているからである。技術的には、各ロールの軸線は互いに傾斜しており、軸線間の角度は、軸線の直交投影における角度と見なすことができる。図示の実施形態において、成形ロールの軸線48は、カップ状ワークピース16の軸線46に対して同一角度で傾斜している。この傾斜及び回転により、圧延時に、加工後のバルブステム端部方向に軸線方向力が生じる。これにより、図3A及び図3Bの実施形態と同様の作用を得ることができる。図4A及び図4Bの実施形態において、成形ロールには、図3A及び図3Bの実施形態に関して上述した表面構造58を設けることも勿論可能である。図示の成形ロール44は、単一シェル状の回転双曲面として構成され、その生成元は、直線ではなく吸気又は排気バルブのプロファイルである。円筒状ロールの場合、円筒状の製品ではなく、単一シェル状の双曲面に対応する製品が製造される。なぜなら、ロールの軸間の離間距離は、最小離間距離から離れるに伴い拡大するからである。この効果を補償するため、ロール自体が双曲面形状を有する必要がある。傾斜圧延においては更に、ロールは、最終製品のプロファイルを有する必要があり、従ってロールのプロファイルは単一シェル状の双曲面に対応するよう形成されている。
【００８３】
図1A〜図3Bの実施形態とは異なり、図示の実施形態におけるカップ状ワークピース16は、互いに対向する２個の半径方向ガイド部52により、傾斜させた双曲面状ロール44間でガイドされている。これらガイド部も、成形圧延工程時に、やはり後発的にガイドする必要がある。この場合、図1Bの実施形態における特に単一ロール回転数コントローラを、図4A及び図4Bの実施形態における圧延装置にも使用することが可能である。
【００８４】
図示のワークピースは、軸線方向ガイド部54によりガイド可能だが、クランプチャックの肩部により、保持、ガイド及び／又は回転させることも可能である。
【００８５】
図示の実施形態においても、図1Bの実施形態と同様、両方の半径方向ガイド部52には、コントローラ68に接続された少なくとも１個のロードセル66を設けることができる。コントローラ68により、成形ロール44の少なくとも１個における回転数、即ち駆動力が制御される。この場合も、コントローラは、ロール44間にてワークピース16を正確に保持する目的で、及び／又は、半径方向ガイド部52の摩耗を低減する目的で使用することができる。
【００８６】
図4Bは、双曲面状成形ロール44を成形圧延工程後の最終位置で示す。双曲面状成形ロールが使用される場合、ステムにねじり力が生じる。このねじり力は、ロール軸線の角度が小さいほど小さくなる。
【００８７】
ロール軸線48の角度が大きいほど、より大きな軸線方向力が生じる。
【００８８】
図5A及び図5Bの実施形態も、軸線方向ガイド部を設けずに実現可能である。これは、傾斜ロールにより、十分に大きな軸線方向力が生じるからである。更に、図3A及び図3Bの実施形態における表面構造58を設けることにより、圧延工程時に生じる軸線方向力を更に増加させることも可能である。
【００８９】
図5Aは、図1A、図2A、図3A及び図4Aの各実施形態を組み合わせた実施形態を示す。図示の実施形態においては、図1Aの実施形態と同様、カップ状ワークピースが半径方向ガイド部52で片側だけからガイドされている。左側の成形ロール42は、図1A及び図2Aの実施形態におけるロールと同一形状を有すると共に、その軸線は、カップ状ワークピース16の軸線に対して平行に整列されている。右側の成形ロールは、図4Aの実施形態と同様、双曲面状成形ロール44として構成されている。更に、双曲面状成形ロール44には、図3A及び図3Bの実施形態における表面構造58が設けられている。双曲面状成形ロール44の軸線50は、左側の成形ロール42の軸線48及びカップ状ワークピースの軸線46に対して傾斜している。従って、右側の双曲面状成形ロール44は、成形圧延工程時に、加工後のバルブステム端部方向に大きな軸線方向力を生じさせる。この軸線方向力は、適切な構成において、圧延工程時に短いカップ状ワークピース16を軸線方向に延伸させるのに十分な大きさを有する。
【００９０】
図5Bは、圧延工程の終了時における圧延装置を示す。図示の実施形態において、双曲面状成形ロール44は、成形圧延工程後の最終位置に位置している。右側の双曲面状成形ロール44は、ロール形状に起因し、成形済みのバルブにおけるバルブステム上端部を覆っている。更に、バルブディスクは、ロール形状に起因し、右側の双曲面状成形ロール44の下部を覆っている。同様に、右側の双曲面状成形ロール44は、成形済みワークピース16Aのバルブディスクの一部を覆っている。バルブステム端部は、右側の双曲面状成形ロール44における接触箇所の上部をバルブステム端部で覆っている。
【００９１】
半径方向ガイド部52による片側からのガイドに関して、半径方向ガイド部52の反対側にヒーターを取り付けることが可能である。この場合にカップ状ワークピースは、例えば、誘導ヒーター又はガスヒータで加熱されることにより、熱間圧延、より具体的には、熱間傾斜圧延を行うことのできる温度範囲内で保持する可能である。
【００９２】
図6A及び図6Bは、ワークピース及び内部冷却バルブの他の付加的な実施形態を示す。図6Aのワークピースは、実質的に図2のワークピースに対応している。図2Aのワークピースとは異なり、図6Aのワークピースには、外側輪郭70が設けられている。止まり孔26は、図2の止まり孔と同様、円筒状孔として形成されている。外側輪郭70及び円筒状孔26により、ステムに厚さ変化がもたらされている。
【００９３】
成形工程により、ステムの外表面が実質的に円筒状に成形される。この場合、外側輪郭70は、平坦化されると共に、止まり孔26の内表面に向けて移動する。これにより、内側輪郭が止まり孔内部で形成される。この場合、ステムの厚さ変化は実質的に維持されており、成形工程後の輪郭が内表面、即ちキャビティ10内に内側輪郭72として形成される。この場合、内側輪郭は、バルブディスク６及びバルブステム８間の移行部にラバールノズルが形成される形状を有する。言うまでもなく、この方法により、図示の実施形態において他の形状の内側輪郭を形成することもできる。また、この原理は、成形工程時に、シャンクが延伸される実施形態、例えば、図３〜図５の実施形態にも勿論適用することができる。この場合、軸線方向における輪郭の拡張及び平坦化も考慮する必要がある。図示の実施形態における方法により、ステム及びバルブディスク間で円錐状の移行部を有すると共に、良好な流動特性を有するキャビティ10を容易に形成することができる。この場合、図示の実施形態におけるラバールノズルなどのノズル形状をキャビティ10内に形成するのが望ましいことがある。図示の実施形態における方法により、技術的に極めて簡単に、平坦又は連続的な内側輪郭72をほぼ任意に形成することが可能である。
【００９４】
技術的に実現可能である限り、図1A及び図1B〜図5A及び図5Bの実施形態における特徴の組み合わせも開示されたものと見なされる。これは、特に、少なくとも１個の半径方向ガイド部で測定された力に応じて、個々の成形ロールにおける回転数を制御又は調整する点に該当する。更に、半径方向ガイド部による片側及び両側における支持は、全ての実施形態で実現可能である。
【符号の説明】
【００９５】
４ 本発明に係る内部冷却バルブ
６ バルブディスク
８ バルブステム
10 キャビティ
12 冷却剤
14 管状ワークピース
14A 成形済み管状ワークピース
16 カップ状ワークピース
16A 成形済みカップ状ワークピース
18 開口
20 カバー
22 バルブディスク表面
24 バルブディスク裏面
26 止まり孔
28 貫通孔
30 分離線
32 接合箇所
36 ステム端部
42 成形ロール
44 双曲面状成形ロール
46 ワークピースの軸線
48 成形ロールの軸線
50 双曲面状成形ロールの軸線
52 ガイド部又は半径方向ガイド部
54 軸線方向ガイド部
56 クランプチャック
58 ワークピース材料を軸線方向に搬送する表面構造
60 回転方向
62 移動方向又はロール加力方向
64 スタブ軸
66 ロードセル
68 成形ロールの回転数を測定するコントローラ
70 外側輪郭
72 内側輪郭
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ−１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ−６Ｂ】
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