(57)【要約】【課題】肉盛り加工時における熱容量を増加させることで、バルブフェース部近傍での溶損の発生や母材希釈によるクラックの発生を防止する。【解決手段】バルブフェース部３以外の各部に予め余肉部７，８，９を付加しておき、その状態でバルブフェース部３に肉盛り加工を施す。肉盛り加工後に、肉盛り層の切削仕上げ加工と併せて各余肉部７，８，９を切削除去する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブフェース部に異種金属の肉盛り層を形成したエンジン用給排気バルブの製造方法であって、
バルブ粗材を予備成形する際に、バルブフェース部を除いた傘部の背面側およびバルブヘッド部側にそれぞれ余肉部を付加した形状に成形する工程と、
バルブフェース部に肉盛り加工を施す工程と、
肉盛り加工後に仕上げ加工を施して余肉部を除去する工程と、を含むことを特徴とするエンジン用給排気バルブの製造方法。
【請求項２】
バルブヘッド部側に付加される余肉部はそのバルブヘッド部と同等もしくはそれよりもわずかに大きな直径の円柱状のものであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン用給排気バルブの製造方法。
【請求項３】
仕上げ加工には、バルブフェース部の仕上げ機械加工と余肉部の切削加工とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン用給排気バルブの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のエンジン用給排気バルブの製造方法に用いるチャックであって、
チャックで把持したバルブ粗材をその軸心を回転中心として回転させながら肉盛り加工を施す際に、そのチャック爪はバルブ粗材のバルブヘッド部側に付加された余肉部の円筒外周面および端面のほぼ全面を把持面としてチャッキングするようになっていることを特徴とするチャック。
【請求項５】
チャック爪には冷却媒体が通流する冷却通路が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のチャック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン用給排気バルブの製造方法およびそれに用いるチャックの構造に関し、特に機能上最も重要なバルブフェース部に異種金属の肉盛り層を形成するようにしたエンジン用給排気バルブの製造方法とその肉盛り加工に用いるのに好適なチャックの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの性能向上や軽量化を目的として、そのエンジン用給排気バルブには例えばアルミニウム合金に代表されるような軽合金材料製のものが採用されつつある。その一方、軽合金材料はそれまで主流を占めてきた鉄系合金材料に比べて特に高温での耐摩耗性が劣ることから、例えば特許文献１に記載されているように、バルブフェース部に耐摩耗性を付与するべくレーザ等の高密度熱源を使用して銅合金のような異種金属材料の肉盛り層を形成することが行われている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２５７０３４号公報  （図１および図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような肉盛り層が形成されることになる給排気バルブは、肉盛り加工までに最終製品形状に近い寸法形状まで仕上げられているのが一般的であるから、特にバルブフェース部を含む傘部は薄肉状であってその熱容量がきわめて小さいものとなっている。したがって、肉盛り加工時の入熱によって傘部が加熱され、母材の溶損のほか母材による肉盛り層の希釈を原因として肉盛り層にクラックが発生するなどの二次的不具合が発生しやすい。
【０００５】
また、溶損や母材希釈を生じないようにその入熱量を調整した場合には、肉盛り加工に長時間を要し、特に量産化に際してその生産性の低下が余儀なくされることとなって好ましくない。
【０００６】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけ肉盛り加工時における給排気バルブ熱容量を増やすことで溶損等の欠陥の発生を防止し、もって肉盛り加工を迅速に且つ安定して行えるようにした製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、バルブフェース部に異種金属の肉盛り層を形成したエンジン用給排気バルブの製造方法であって、バルブ粗材を予備成形する際に、バルブフェース部を除いた傘部の背面側およびバルブヘッド部側にそれぞれ余肉部を付加した形状に成形する工程と、バルブフェース部に肉盛り加工を施す工程と、肉盛り加工後に仕上げ加工を施して余肉部を除去する工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
この場合、バルブ粗材の材料は例えばアルミニウムベースの粉末冶金合金とし、また、バルブヘッド部側に付加される余肉部は請求項２に記載のようにそのバルブヘッド部と同等もしくそれよりもはわずかに大きな直径の円柱状のものとする。
【０００９】
したがって、請求項１に記載の発明では、肉盛り加工時の段階ではバルブ粗材に余肉部が付帯しているが故に、その余肉部分だけバルブ粗材としての熱容量が増加したことになり、同時にバルブフェース部近傍は十分に厚肉化されていることから、肉盛り加工に伴う溶損やクラックの発生を未然に防止できるようになる。そして、製品機能の上で不要な余肉部は肉盛り加工後に初めて機械加工等により切削除去されることになる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のエンジン用給排気バルブの製造方法に用いるチャックであって、チャックで把持したバルブ粗材をその軸心を回転中心として回転させながら肉盛り加工を施す際に、そのチャック爪はバルブ粗材のバルブヘッド部側に付加された余肉部の円筒外周面および端面のほぼ全面を把持面としてチャッキングするようになっていることを特徴とする。
【００１１】
この場合、チャック爪は銅やアルミニウム等の熱伝導性に優れた材料で形成するものとし、また請求項５に記載のように、チャック爪には強制冷却のための冷却媒体が通流する冷却通路が形成されていることが望ましい。
【００１２】
したがって、請求項４に記載の発明では、肉盛り加工時におけるバルブ粗材には広い面積で伝熱性にすぐれたチャック爪が接触していることから、肉盛り加工時におけるバルブ粗材のさらなる温度上昇抑制効果を期待できるようになる。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、肉盛り加工に際して余肉部分だけ熱容量が増加することから、バルブ粗材の温度上昇を抑制して溶損やクラック等の不具合の発生を未然に防止でき、肉盛り加工を迅速に且つ安定して行えるとともに、特に量産時の生産性が向上する効果がある。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明によれば、肉盛り加工に際してバルブ粗材を把持することになるチャックとバルブ粗材との接触面積を著しく増加させたため、肉盛り加工時におけるバルブ粗材の温度上昇を一段と抑制でき、請求項１に記載のものと同様の効果に加えて、必要に応じ余肉部量を低減して材料歩留まりの向上を図ることができ、ひいては生産コストの低減に寄与することができる利点がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１〜４は本発明の好ましい実施の形態を示す図であり、特に図１は給排気バルブの製造工程の概略を、図２はバルブ粗材単体の状態を、図３は肉盛り加工時における要部拡大図をそれぞれ示している。
【００１６】
図１の（Ａ）の予備成形工程では、例えばアルミニウムベースの粉末冶金合金を使用してバルブ粗材２を成形するものとし、より具体的にはアルミニウム系焼結丸棒Ｗを素材として用いて機械加工もしくは鍛造によりバルブ粗材２を成形する。本来の給排気バルブ（以下、単にバルブという）１の形状としては、同図（Ｃ）に示すようにバルブフェース部３を含む傘部４とバルブヘッド部（傘表部）５およびバルブステム部６とを有しているものであるが、本実施の形態ではバルブフェース３部以外の部分に積極的に余肉部（駄肉部）７，８，９を付加した形状に成形する。
【００１７】
より詳しくは、図２に示すように、傘部４のうちバルブフェース部３に相当する幅寸法を残してそのバルブフェース部３の傾斜に沿って背面（裏面）側に余肉部７を付加するとともに、バルブヘッド部（傘表部）５側にも同様にバルブフェース部３の傾斜に沿って余肉部８を付加し、さらにその余肉部８に連続して該余肉部８と同等直径の極太の中実円筒状もしくは円柱状の余肉部９を一体的に付加するものとする。なお、図２では各部位に設定した余肉部７，８，９をわかりやすくするためにそれぞれに異なる断面表示としてあるが、いずれも余肉部７，８，９もバルブ粗材２と同一材料をもって一体的に成形されるものである。
【００１８】
ここで、余肉部８に連続して極太形状の余肉部９を設定しているのは、バルブヘッド部５側ほど熱容量不足による溶損や母材希釈が発生しやすいためで、余肉部８の最大直径（＝余肉部９の直径）はバルブ１そのもののサイズによっても異なるものの、例えば余肉部８の最大直径は傘部４の最大直径よりも４ｍｍ程度大きく設定し、同時に余肉部９の厚さＨは１０〜３０ｍｍ程度に設定する。
【００１９】
続く図１の（Ｂ）の肉盛り加工工程では、図３にも示すように、所定角度だけ傾斜させたバルブ粗材２をその余肉部９を把持部としてチャック１０にて把持した上でチャック１０とともに回転駆動させ、公知のようにバルブフェース部３に例えば異種金属材料である銅合金粉末を供給しながらレーザビーム１１を照射して肉盛り層１２を形成する。
【００２０】
肉盛り材料である銅合金粉末としては、例えば一般に市販されている三井金属鉱業（株）製の「ＭＣｕＮｉ２」を使用し、バルブフェース部３上への供給量は５０〜７０ｇ／ｍｉｎ程度とする。また、熱源であるレーザとしてはＣＯ２レーザを使用し、バルブフェース部３上でのレーザビーム１１のスポットサイズは２×４ｍｍ程度の楕円形状のものとし、加工点でのレーザ出力は４．０〜４．８ｋＷ、加工速度は１．２ｍ／ｍｉｎ程度とする。
【００２１】
また、バルブ粗材２を把持することになるチャック１０の素材としては、伝熱性に優れた材料として例えば銅あるいはアルミニウム系のＡ５０５６材を使用するものとし、図３および図４から明らかなように、チャック１０の各チャック爪１０ａはバルブ粗材２の把持状態において余肉部９の円筒外周面および端面のほぼ全面に接触するように、すなわち余肉部９の円筒外周面および端面のほぼ全面を把持面としてバルブ粗材２をチャッキングするように設定してある。そして、各チャック爪１０ａには冷却媒体である冷却水にて強制冷却するために冷却通路としてウォータージャケット１３を形成し、図示しない冷却水供給源との間で冷却水を循環させるものとする。
【００２２】
したがって、肉盛り加工中においてはバルブ粗材２に付加した各余肉部７，８，９の分だけその熱容量が飛躍的に増大化されているため、バルブフェース部３近傍での温度上昇が抑制される。同時に、余肉部９のほぼ全面が伝熱性に優れたチャック爪１０ａに接触していて、しかもその各チャック爪１０ａが冷却水にて強制冷却されているため、バルブ粗材２の温度上昇抑制効果ひいてはその冷却効果が一段と向上するようになる。その結果として、バルブフェース部３近傍での溶損や母材希釈によるクラックの発生が未然に防止される。
【００２３】
こうして、肉盛り加工を終えたならば、次工程である図１の（Ｃ）の仕上げ加工工程において肉盛り層１２に切削機械加工を施し、その肉盛り層１２の一部を削り取ることで所定形状に仕上げる。同時に、バルブ機能の上で不要な各余肉部７，８，９を機械加工にて切削除去する。
【００２４】
本発明者が上記工法にて２０本のバルブ１，１…の肉盛り加工を行った結果では、溶損あるいはクラック等の欠陥は一切発生しないことが判明した。その一方、余肉部７，８，９を付加せずに同一の条件で１０本のバルブ１，１…の肉盛り加工を行った結果では、溶損は発生しなかったものの、全てのバルブにおいて肉盛り層１２の終端部（肉盛り始端部と肉盛り終端部とがオーバーラップする部分）で過剰入熱による母材希釈のためにクラックの発生が認められた。
【００２５】
また、各チャック爪１０ａに形成したウォータージャケット１３をもってそのチャック爪１０ａを強制冷却することにより冷却促進効果が期待できることから、必要に応じて余肉部７，８，９の体積を減らすことが可能であり、その場合には材料歩留まりの向上により生産コストの低減が図れるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す概略工程説明図。
【図２】図１におけるバルブ粗材の拡大断面説明図。
【図３】図２のバルブ粗材を用いた肉盛り加工時の拡大断面説明図。
【図４】図３のチャックの平面説明図。
【符号の説明】
１…給排気バルブ
２…バルブ粗材
３…バルブフェース部
４…傘部
５…バルブヘッド部
７，８，９…余肉部
１０…チャック
１０ａ…チャック爪
１１…レーザビーム
１２…肉盛り層
１３…ウォータージャケット（冷却通路）
【図１】
2004278450.tif 000003
【図２】
2004278450.tif 000004
【図３】
2004278450.tif 000005
【図４】
2004278450.tif 000006