(57)【要約】【課題】処理効率を向上することによりコストを低減する拡散接合方法および接合部品並びにエンジンバルブの製造方法とエンジンバルブを提供する。【解決手段】弁軸部材２０と弁傘部材３０のどちらか一方の部材がチタン系材料からなり、他方の部材が一方の部材に対して拡散接合可能な材料からなる。弁軸部材２０の接合凸部（接合部）２４と弁傘部材３０の接合凹部（接合部）３４とを真空炉内で熱処理を行うことによって拡散接合させるに際し、弁軸部材２０の接合凸部２４と弁傘部材３０の接合凹部３４とを所定の締代で嵌合させた状態で熱処理を行うことで、エンジンバルブ（接合部品）１０を製造する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン系材料からなる第１の部材とその第１の部材に拡散接合可能な材料からなる第２の部材とを真空炉内で熱処理を行うことによって拡散接合させるに際し、前記第１の部材の接合部と前記第２の部材の接合部とを所定の締代で嵌合させた状態で前記熱処理を行うことを特徴とする拡散接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載の拡散接合方法により製造されたことを特徴とする接合部品。
【請求項３】
弁軸部材とその弁軸部材に接合される弁傘部材とを備えるエンジンバルブの製造方法であって、
前記弁軸部材と前記弁傘部材のどちらか一方の部材がチタン系材料からなり、他方の部材が前記一方の部材に対して拡散接合可能な材料からなり、
前記弁軸部材の接合部と前記弁傘部材の接合部とを真空炉内で熱処理を行うことによって拡散接合させるに際し、前記弁軸部材の接合部と前記弁傘部材の接合部とを所定の締代で嵌合させた状態で前記熱処理を行うことを特徴とするエンジンバルブの製造方法。
【請求項４】
弁軸部材とその弁軸部材に接合される軸端部材とを備えるエンジンバルブの製造方法であって、
前記弁軸部材がチタン系材料からなり、前記軸端部材が前記一方の部材に対して拡散接合可能な材料からなり、
前記弁軸部材の接合部と前記軸端部材の接合部とを真空炉内で熱処理を行うことによって拡散接合させるに際し、前記弁軸部材の接合部と前記軸端部材の接合部とを所定の締代で嵌合させた状態で前記熱処理を行うことを特徴とするエンジンバルブの製造方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載のエンジンバルブの製造方法であって、
前記弁軸部材に中空軸材料を使用することを特徴とするエンジンバルブの製造方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１つに記載のエンジンバルブの製造方法により製造されたことを特徴とするエンジンバルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、拡散接合方法および接合部品並びにエンジンバルブの製造方法とエンジンバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、拡散接合方法を用いたチタン系エンジンバルブの製造方法がある（例えば、特開平２−８９５３５号公報参照）。その公開公報に記載の製造方法では、チタン系材料からなる弁軸部材と弁傘部材とを真空炉内で熱処理を行うことによって拡散接合させるに際し、前記真空炉内におけるプレスによって弁傘部材と弁軸部材とを所定の加圧力で加圧した状態で前記熱処理が行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエンジンバルブの製造方法によると、真空炉内において弁傘部材と弁軸部材とを加圧するために、大掛かりな熱間プレスを内蔵した真空炉を用いなければならない。このため、処理効率が低く、コストが高くつくという問題あった。
本発明の課題は、処理効率を向上することによりコストを低減することのできる拡散接合方法および接合部品並びにエンジンバルブの製造方法とエンジンバルブを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明の特許請求の範囲の欄に記載された構成を要旨とする拡散接合方法および接合部品並びにエンジンバルブの製造方法とエンジンバルブにより解決することができる。
すなわち、特許請求の範囲の請求項１に記載された拡散接合方法によると、第１の部材の接合部と第２の部材の接合部を所定の締代で嵌合することにより、両部材の接合部間に所定の加圧力が付与された状態となる。この状態で、真空炉内で熱処理を行うことによって、両部材の接合部を拡散接合させることができる。
したがって、従来と異なり、真空炉内におけるプレスによって両部材を加圧する必要がなくなり、そのプレスによる処理効率の低下を改善することができることによって、処理効率を向上し、コストを低減することができる。
なお、本明細書でいう「チタン系材料」としては、純Ｔｉ、あるいは、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ（Ｔｉ６４と呼ばれる）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−３Ａｌ−２，５Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｓｎ−４Ｚｒ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｆｅ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ等のチタン合金が挙げられる。また、本明細書でいう「第２の部材」には、第１の部材に対して拡散接合可能なチタン系材料、鋼（ＳＨ１１等）、セラミック等がある。
【０００５】
また、特許請求の範囲の請求項２に記載された接合部品によると、処理効率を向上し、コストを低減することのできる拡散接合方法により製造された接合部品を提供することができる。
【０００６】
また、特許請求の範囲の請求項３に記載されたエンジンバルブの製造方法によると、弁軸部材の接合部と弁傘部材の接合部を所定の締代で嵌合することにより、両部材の接合部間に所定の加圧力が付与された状態となる。この状態で、真空炉内で熱処理を行うことによって、両部材の接合部を拡散接合させたエンジンバルブを製造することができる。したがって、従来と異なり、真空炉内におけるプレスによって両部材を加圧する必要がなくなり、そのプレスによる処理効率の低下を改善することができることによって、エンジンバルブの製造にかかる処理効率を向上し、コストを低減することができる。
【０００７】
また、特許請求の範囲の請求項４に記載されたエンジンバルブの製造方法によると、弁軸部材の接合部と軸端部材の接合部を所定の締代で嵌合することにより、両部材の接合部間に所定の加圧力が付与された状態となる。この状態で、真空炉内で熱処理を行うことによって、両部材の接合部を拡散接合させたエンジンバルブを製造することができる。
【０００８】
また、特許請求の範囲の請求項５に記載されたエンジンバルブの製造方法によると、弁軸部材に中空軸材料を使用することにより、エンジンバルブを軽量化することができる。
【０００９】
また、特許請求の範囲の請求項６に記載されたエンジンバルブによると、処理効率を向上し、コストを低減することのできるエンジンバルブの製造方法により製造されたエンジンバルブを提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１を図面に基づいて説明する。本実施の形態では、拡散接合方法を用いたエンジンバルブの製造方法について説明する。図１は、エンジンバルブの製造方法を示す工程図である。
この製造方法においては、まず、弁軸部材２０と弁傘部材３０とが個別に準備される。なお、弁軸部材２０と弁傘部材３０とは、後述する拡散接合によって一体化されることにより、本明細書でいう「接合部品」に相当するエンジンバルブ１０を構成する。
【００１１】
前記弁軸部材２０は、例えば、Ｔｉ６４（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）のチタン合金製の丸棒材を所定長に切断することによって形成されている。弁軸部材２０の一端部（図１において下端部）は、凸状の接合部（接合凸部という）２４に設定されている。
【００１２】
前記弁傘部材３０は、前記弁軸部材２０と同一のチタン合金製である。弁傘部材３０は、例えば、次の製造方法によって製造されている。
図２は、弁傘部材３０の製造方法を示す工程図である。この製造方法においては、チタン合金製の丸棒材を所定長に切断することによって素材３０ａを形成する。また、素材３０ａは、チタン合金製の板材をプレスにより打ち抜き加工することによって形成することもできる。
次に、前記素材３０ａを鍛造によって弁傘部材３０として成形する。このとき、弁傘部材３０には凹状の接合部（接合凹部という）３４が形成される。
続いて、弁傘部材３０の接合凹部３４の内周面を、ドリル等の切削工具により所定寸法に切削加工する。この切削加工と同時に、接合凹部３４の底面には貫通孔３６が形成される。なお、この切削加工は、前記鍛造による接合凹部３４の寸法精度が高い場合は省略することができる。また、その鍛造と同時に、弁傘部材３０に貫通孔３６を形成することが可能である。
上記した製造方法によって弁傘部材３０が製造される。なお、弁傘部材３０は、上記の他、機械加工によって形成することができる。また、弁傘部材３０の素材３０ａには棒材、板材の他、管材を用いることも可能である。
【００１３】
次に、図１に示すように、前記弁傘部材３０の接合凹部３４に対し、前記弁軸部材２０の接合凸部２４を所定の締代で嵌合する。その嵌合は、弁傘部材３０の接合凹部３４内に弁軸部材２０の接合凸部２４を圧入、焼き嵌め、冷し嵌め等の締まり嵌めをすることによって行われる。また、弁傘部材３０を熱間鍛造する場合には、その鍛造の残熱を利用した焼き嵌めによって、弁傘部材３０の接合凹部３４内に弁軸部材２０の接合凸部２４を所定の締代で嵌合することができる。
また、弁傘部材３０の接合凹部３４内に弁軸部材２０の接合凸部２４を所定の締代で嵌合する際、接合凸部２４によって接合凹部３４内に閉じ込められようとする空気は、弁傘部材３０の貫通孔３６を通じて排出される。
【００１４】
次に、弁軸部材２０および弁傘部材３０を、図示しない真空炉（真空熱処理炉とも呼ばれている。）内で熱処理する。すなわち、弁軸部材２０および弁傘部材３０を、前記真空炉の真空雰囲気中において、焼鈍処理または溶体化処理等の熱処理を施す。すると、焼鈍処理または溶体化処理等（例えば、８００〜１２００℃）において、弁軸部材２０の接合凸部２４と弁傘部材３０の接合凹部３４が拡散接合される。なお、真空炉、該真空炉による熱処理方法は、周知のものと同様であるから、その詳細な説明は省略する。
【００１５】
上記した拡散接合によって弁軸部材２０の接合凸部２４と弁傘部材３０の接合凹部３４が接合されたエンジンバルブ１０は、以降、周知のように、弁軸部材２０の外周面２０ａの研削加工、弁傘部材３０のフェース面３１の研削加工、弁軸部材２０の軸端面２０ｂの研削加工、弁軸部材２０の軸端部における溝２２の研削加工等が施され、さらに耐摩耗性の向上のために酸化処理が施されることによって完成する。なお、弁軸部材２０の溝２２は、リテーナ取付用のコッタ（図示省略）を嵌合するための溝である。
【００１６】
上記したエンジンバルブ１０の製造方法（図１参照）によると、弁軸部材２０の接合凸部２４と弁傘部材３０の接合凹部３４を所定の締代で嵌合することにより、弁軸部材２０の接合凸部２４と弁傘部材３０の接合凹部３４との間に所定の加圧力が付与された状態となる。この状態で、真空炉内で熱処理を行うことによって、弁軸部材２０の接合凸部２４と弁傘部材３０の接合凹部３４を拡散接合させたエンジンバルブ１０を製造することができる。したがって、従来と異なり、真空炉内におけるプレスによって両部材２０，３０を加圧する必要がなくなり、そのプレスによる処理効率の低下を改善することができることによって、エンジンバルブ１０の製造にかかる処理効率を向上し、コストを低減することができる。
なお、弁軸部材２０と弁傘部材３０とは、同一材料（Ｔｉ６４）で形成されているため、弁軸部材２０を本明細書でいう「第１の部材」に相当するとすれば弁傘部材３０は「第２の部材」に相当し、また、弁傘部材３０を「第１の部材」に相当するとすれば弁軸部材２０は「第２の部材」に相当する。
【００１７】
また、上記したように、処理効率を向上し、コストを低減することのできるエンジンバルブ１０の製造方法により製造されたエンジンバルブ１０（図１参照）を提供することができる。
【００１８】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２を説明する。実施の形態２は、上記した実施の形態１の一部に変更を加えたものであるから、その変更部分について詳述し、重複する説明は省略する。図３は、エンジンバルブの製造方法を示す工程図である。この製造方法においては、前記弁軸部材２０の他端部すなわち上端部に対して拡散接合可能な軸端部材４０が設けられる。軸端部材４０は、例えばＳＵＨ１１等の鋼製である。
【００１９】
しかして、前記弁軸部材２０の上端面には、同一軸線をなす凸状の接合部（軸端側接合凸部という）２７が鍛造あるいは切削加工等によって形成されている。また、前記軸端部材４０は、前記弁軸部材２０と同一外径を有する円柱状に形成されている。軸端部材４０には、凹状の接合部（接合凹部という）４４が鍛造あるいは切削加工等によって形成されている。
【００２０】
次に、前記弁軸部材２０の軸端側接合凸部２７に対し、前記軸端部材４０の接合凹部４４を所定の締代で嵌合する。その嵌合は、弁傘部材３０の接合凹部３４と弁軸部材２０の接合凸部２４との嵌合と同様に、軸端部材４０の接合凹部４４内に弁軸部材２０の軸端側接合凸部２７を圧入、焼き嵌め、冷し嵌め等の締まり嵌めすることによって行われる。なお、これと相前後して、弁傘部材３０の接合凹部３４内に弁軸部材２０の接合凸部２４が所定の締代で嵌合される。
【００２１】
そして、前記実施の形態１と同様に、前記弁軸部材２０および前記弁傘部材３０並びに前記軸端部材４０を、図示しない真空炉内で熱処理する。これにより、弁軸部材２０の接合凸部２４と弁傘部材３０の接合凹部３４が拡散接合されるとともに、弁軸部材２０の軸端側接合凸部２７と軸端部材４０の接合凹部４４が拡散接合される。
【００２２】
さらに、前記軸端部材４０には、高周波焼入れ処理等の焼入れ処理が施される。これによって、軸端面（図３において上端面）４０ｂおよび溝４２を有する軸端部材４０の耐摩耗性が向上される。なお、軸端部材４０が硬度の大きい鋼製であれば、焼入れ処理を不要にすることができる。また、軸端部材４０の溝４２は、リテーナ取付用のコッタ（図示省略）を嵌合するための溝である。
それ以降の工程は、実施の形態１と同様である。
【００２３】
上記した実施の形態２によっても、前記した実施の形態１とほぼ同様の作用・効果を得ることができる。
【００２４】
また、弁軸部材２０の軸端側接合凸部２７と軸端部材４０の接合凹部４４を所定の締代で嵌合することにより、軸端側接合凸部２７と接合凹部４４との間に所定の加圧力が付与された状態となる。この状態で、真空炉内で熱処理を行うことによって、弁軸部材２０の軸端側接合凸部２７と軸端部材４０の接合凹部４４を拡散接合させたエンジンバルブ１０を製造することができる。この場合、弁軸部材２０は本明細書でいう「第１の部材」に相当し、軸端部材４０は本明細書でいう「第２の部材」に相当する。また、軸端部材４０は、例えばチタン系材料で形成することもできる。
【００２５】
また、軸端部材４０によって、耐摩耗性に優れた軸端面４０ｂを形成することが可能である。このことは、エンジンバルブ１０の軸端面４０ｂにロッカーアームあるいはリフターが摺接する場合において、該軸端面４０ｂの耐久性向上に有益である。
【００２６】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３を説明する。実施の形態３は、上記した実施の形態２の一部に変更を加えたものであるから、その変更部分について詳述し、重複する説明は省略する。図４は、エンジンバルブの製造方法を示す工程図である。この製造方法においては、前記弁軸部材２０に対し鋼製の軸端部材（符号、４０Ａを付す）が摩擦溶接によって接合されている。そして、弁軸部材２０に対する軸端部材４０Ａの摩擦溶接後において、例えば、摩擦溶接による接合面Ａを基準面として弁軸部材２０が所定長さになるように、該弁軸部材２０の下端部が切断される。これにより、弁軸部材２０と軸端部材４０Ａとの接合位置が安定化する。
それ以降の工程は、実施の形態２と同様である。
【００２７】
上記した実施の形態３によっても、前記した実施の形態２とほぼ同様の作用・効果を得ることができる。
【００２８】
［実施の形態４］
本発明の実施の形態４を説明する。実施の形態４は、上記した実施の形態１の一部に変更を加えたものであるから、その変更部分について詳述し、重複する説明は省略する。図５は、エンジンバルブの製造方法を示す工程図である。この製造方法においては、前記弁軸部材（符号、２０Ａを付す）が、例えば、Ｔｉ６４等のチタン合金製の丸管材すなわち中空軸材料を所定長に切断したものとなっている。
【００２９】
そして、前記弁傘部材３０の接合凹部３４に対し、前記弁軸部材２０Ａの下端部を接合凸部２４Ａとして所定の締代で嵌合する。これとともに、弁軸部材２０の他端部すなわち上端部に対して拡散接合可能なＴｉ６４等のチタン合金製の軸端部材（符号、４０Ｂを付す）を所定の締代で嵌合する。その嵌合は、弁傘部材３０の接合凹部３４と弁軸部材２０の接合凸部２４との嵌合と同様に、弁軸部材２０Ａ内に軸端部材４０Ｂを圧入、焼き嵌め、冷し嵌め等の締まり嵌めすることによって行われる。なお、これと相前後して、弁傘部材３０の接合凹部３４内に弁軸部材２０Ａの接合凸部２４Ａが所定の締代で嵌合される。
【００３０】
そして、前記実施の形態１と同様に、前記弁軸部材２０Ａおよび前記弁傘部材３０並びに前記軸端部材４０Ｂを図示しない真空炉内で熱処理する。これにより、弁軸部材２０Ａの接合凸部２４Ａと弁傘部材３０の接合凹部３４が拡散接合されるとともに、弁軸部材２０Ａの上端部と軸端部材４０Ｂが拡散接合される。なお、弁軸部材２０Ａと軸端部材４０Ｂとは、同一材料（Ｔｉ６４）で形成されているため、弁軸部材２０Ａを本明細書でいう「第１の部材」に相当するとすれば軸端部材４０Ｂは「第２の部材」に相当し、また、軸端部材４０Ｂを「第１の部材」に相当するとすれば弁軸部材２０Ａは「第２の部材」に相当する。また、軸端部材４０Ｂは、例えばＳＵＨ１１等の鋼製に代えてもよい。
【００３１】
その後、弁傘部材３０の貫通孔３６内に、例えばＴｉ６４等のチタン合金製の栓３９がレーザー溶接等により溶接されることによって、その貫通孔３６が封止される。このため、エンジンの燃焼室に弁軸部材２０Ａの中空部が連通することによる圧縮比の低下を防止することができる。
それ以降の工程は、実施の形態２と同様である。
【００３２】
上記した実施の形態４によっても、前記した実施の形態１とほぼ同様の作用・効果を得ることができる。
さらに、弁軸部材２０Ａに中空軸材料を使用することにより、エンジンバルブ１０を軽量化することができる。したがって、エンジンの高出力化、低燃費化に有効である。
【００３３】
本発明は上記した実施の形態に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における変更が可能である。例えば、本発明は、エンジンバルブ１０に限らず、その他の二部品以上の接合に幅広く適用することができる。また、弁軸部材２０，２０Ａと弁傘部材３０は、同一材料でなくとも、拡散接合可能であれば異質の材料であってもよい。また、エンジンバルブ１０の拡散接合以降の処理工程については適宜変更することが可能である。
また、弁軸部材２０，２０Ａの接合凸部２４，２４Ａと弁傘部材３０の接合凹部３４は、逆配置としてもよい。すなわち弁軸部材２０，２０Ａに接合凹部を設け、弁傘部材３０に接合凸部を設けてもよい。
また、弁軸部材２０の軸端側接合凸部２７と軸端部材４０の接合凹部４４は、逆配置としてもよい。すなわち弁軸部材２０Ａに接合凹部を設け、軸端部材４０に接合凸部を設けてもよい。
【００３４】
また、弁軸部材２０と弁傘部材３０とは、次のように所定の締代で嵌合することもできる。すなわち、図６に示すように、弁傘部材（符号、３０Ａを付す）に上方を小径として下方を大径とするテーパー孔３８を形成し、そのテーパー孔３８に弁軸部材（符号、２０Ｂを付す）を下方から上方に向けて挿通して引っ張ることにより、弁軸部材２０Ｂに設けたテーパー状の膨出部２８をテーパー孔３８に締代をもって嵌合する。その後の処理工程は、前記した実施の形態１と同様である。この場合、弁傘部材３０Ａから弁軸部材２０Ｂを一層抜け外れにくく構成することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、真空炉内におけるプレスによって両部材を加圧する必要がなくなり、そのプレスによる処理効率の低下を改善することができることによって、処理効率を向上し、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるエンジンバルブの製造方法を示す工程図である。
【図２】弁傘部材の製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかるエンジンバルブの製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明の実施の形態３にかかるエンジンバルブの製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の実施の形態４にかかるエンジンバルブの製造方法を示す工程図である。
【図６】弁軸部材と弁傘部材との嵌合関係の別例を示す工程図である。
【符号の説明】
１０　エンジンバルブ（接合部品）
２０　弁軸部材（第１の部材）
２４　接合凸部（接合部）
２７　軸端側接合凸部（接合部）
２０Ａ　弁軸部材（第１の部材）
２０Ｂ　弁軸部材（第１の部材）
３０　弁傘部材（第２の部材）
３４　接合凹部（接合部）
４０　軸端部材
４４　接合凹部（接合部）
４０Ａ　軸端部材
４０Ｂ　軸端部材
【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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【図６】
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