(57)【要約】【課題】充填片等の封止材を不要とし、工数を削減することにより、コストを低減することのできる中空エンジンバルブの製造方法を提供する。【解決手段】弁軸部１２の一端部に弁傘部１４を備える中実状のバルブ素材１１に対して一端側から軸方向に延びる中空穴１６を穴あけ加工した後、バルブ素材１１における中空穴１６の開口端の周辺部の素材自体を変形させることにより該開口端の封口処理を行う。バルブ素材１１には、中空穴１６の開口端面側に突出する封口処理用のボス部１５が形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁軸部の一端部に弁傘部を備える中空エンジンバルブの製造方法であって、
弁軸部の一端部に弁傘部を備える中実状のバルブ素材に対して一端側から軸方向に延びる中空穴を穴あけ加工した後、前記バルブ素材における中空穴の開口端の周辺部の素材自体を変形させることにより該開口端の封口処理を行うことを特徴とする中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の中空エンジンバルブの製造方法であって、
前記バルブ素材には、前記中空穴の開口端面側になる面に突出されかつ前記中空穴の開口端の封口処理に際して変形される封口処理用の余肉部が形成されていることを特徴とする中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の中空エンジンバルブの製造方法であって、
前記余肉部は、先細り形状に形成されていることを特徴とする中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の中空エンジンバルブの製造方法であって、
前記封口処理は、前記素材自体を塑性変形させる塑性加工、前記素材自体を加熱源により加熱溶融させる加熱溶融処理の少なくとも１つを行うことを特徴とする中空エンジンバルブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気バルブ、排気バルブ等に用いられる中空エンジンバルブの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気バルブや排気バルブでは、バルブ内部を中空にして軽量化を図るとともに冷却効果を向上する中空エンジンバルブが知られている。このような中空エンジンバルブの製造方法としては、例えば特許文献１（以下、従来例という）に記載されたものがある。従来例は、弁軸部の一端部に弁傘部を備える中実状のバルブ素材に対して一端側から軸方向に延びる中空穴を穴あけ加工した後、中空穴の開口端に充填片を挿入し、中空穴の開口端を溶接により気密に閉鎖している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１８０２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来例にあっては、充填片等の封止材が必要である。また、封止材を中空穴に挿入する工程、及び、中空穴を閉鎖する溶接工程が必要であるため工数が多い。このため、コストアップを余儀なくされるという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、充填片等の封止材を不要とし、工数を削減することにより、コストを低減することのできる中空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】
【０００６】
前記課題は、特許請求の範囲に記載された構成を要旨とする中空エンジンバルブの製造方法により解決することができる。
請求項１に記載された中空エンジンバルブの製造方法によると、弁軸部の一端部に弁傘部を備える中空エンジンバルブの製造方法であって、弁軸部の一端部に弁傘部を備える中実状のバルブ素材に対して一端側から軸方向に延びる中空穴を穴あけ加工した後、前記バルブ素材における中空穴の開口端の周辺部の素材自体を変形させることにより該開口端の封口処理を行うことを特徴とする。このように構成すると、従来例で必要とされた充填片等の封止材を不要とし、その封止材に係る工数を削減することにより、コストを低減することができる。
【０００７】
請求項２に記載された中空エンジンバルブの製造方法によると、前記バルブ素材には、前記中空穴の開口端面側になる面に突出されかつ前記中空穴の開口端の封口処理に際して変形される封口処理用の余肉部が形成されている。このように構成すると、バルブ素材に余肉部を形成することにより、中空穴の封口処理に必要な素材の体積を容易に確保することができる。
【０００８】
請求項３に記載された中空エンジンバルブの製造方法によると、前記余肉部は、先細り形状に形成されている。このように構成すると、例えばバルブ素材を鍛造する場合において、成形時に鍛造型に加わる応力が分散されることにより、鍛造型の寿命を向上することができる。
【０００９】
請求項４に記載された中空エンジンバルブの製造方法によると、前記封口処理は、前記素材自体を塑性変形させる塑性加工、前記素材自体を加熱源により加熱溶融させる加熱溶融処理の少なくとも１つを行う。このように構成すると、素材自体を塑性変形させる塑性加工、素材自体を加熱源により加熱溶融させる加熱溶融処理の少なくとも１つにより、封口処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１にかかるエンジンバルブを示す断面図である。
【図２】エンジンバルブの製造方法を示す工程図である。
【図３】封口処理方法を示す説明図である。
【図４】実施形態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５】封口処理方法を示す説明図である。
【図６】実施形態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７】封口処理方法を示す説明図である。
【図８】実施形態４にかかる封口処理方法を示す説明図である。
【図９】実施形態５にかかる封口処理方法を示す説明図である。
【図１０】実施形態６にかかる封口処理方法を示す説明図である。
【図１１】実施形態７にかかる封口処理方法を示す説明図である。
【図１２】実施形態８にかかる封口処理方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための実施形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
［実施形態１］
本実施形態にかかる製造方法によって製造された中空エンジンバルブについて説明する。図１は中空エンジンバルブを示す断面図である。
図１に示すように、中空エンジンバルブ１０は、弁軸部１２と、その弁軸部１２の一端部（図１において上端部）に形成された弁傘部１４とを備えている。中空エンジンバルブ１０には、弁傘部１４の端面（上端面）１４ａ側から軸方向（図１において下方）に延びる直線状の中空穴１６が形成されている。中空穴１６の開口端（図１における上端部）は、閉鎖部１８によって閉鎖されている。なお、図中、１２ａは弁軸部１２の端面（下端面）を示す。
【００１３】
次に、前記中空エンジンバルブ１０の製造方法について説明する。図２はエンジンバルブの製造方法を示す工程図である。
図２に示すように、本製造方法は、鍛造工程（図２(a)参照）と、穴あけ工程（図２(b)参照）と、封口処理工程（図２(c)参照）とを備える。以下、順に説明する。
【００１４】
［鍛造工程］
図２(a)に示すように、弁軸部１２の一端部（上端部）に弁傘部１４を備える中実状のバルブ素材１１を準備する。バルブ素材１１は、例えば、軸状素材（図示省略）をアップセット鍛造することによって形成される。また、バルブ素材１１の弁傘部１４の端面（上端面）１４ａの中央部には、同心状に突出するボス部１５が形成されている。ボス部１５は、円柱形状に形成されている。なお、バルブ素材１１の弁傘部１４の端面（上端面）１４ａは本明細書でいう「中空穴の開口端面側になる面」に相当する。また、ボス部１５は本明細書でいう「封口処理用の余肉部」に相当する。
【００１５】
［穴あけ工程］
図２(b)に示すように、前記バルブ素材１１には、弁傘部１４の端面１４ａ側すなわちボス部１５の上端面から軸方向に延びる有底状の中空穴１６が同心状に穴あけ加工される。穴あけ加工には、例えば、ドリルが用いられる。また、中空穴１６の穴径１６ｄは、ボス部１５の外径１５ｄ（図２(a)参照）よりも小さい値に設定されている。このため、ボス部１５は、中空穴１６の形成によって円筒形状に形成されている。
【００１６】
［封口処理工程］
図２(c)に示すように、前記バルブ素材１１における中空穴１６の開口端の封口処理が行われることにより、中空エンジンバルブ１０が得られる。封口処理は、中空穴１６の開口端の周辺部の素材自体に相当するボス部１５（図２(b)参照）を閉鎖部１８として変形させることにより、該開口端を閉鎖すなわち封口する処理である。また、封口処理は、素材自体（ボス部１５）を塑性変形させる塑性加工、素材自体（ボス部１５）を加熱源により加熱溶融させる加熱溶融処理の少なくとも１つを行うことである。また、塑性加工は、冷間あるいは熱間で行うことができる。また、塑性加工としては、かしめ加工を用いることができる。また、加熱溶融処理の加熱源としては、レーザ、電子ビーム、プラズマ等を用いることができる。また、封口処理によってボス部１５が弁傘部１４の端面１４ａと同一面をなすように平坦化されている。なお、封口処理による閉鎖部１８は、弁傘部１４の端面１４ａに対して凸状をなすように形成されてもよいし、あるいは、凹状をなすように形成されてもよい。
【００１７】
図３は封口処理方法を示す説明図である。図３に示すように、前記封口処理を行う場合には、バルブ素材１１を斜めにした状態で回転軸Ｌを中心として軸回りに回転させながら、ボス部１５に対して塑性加工にかかる加圧力を加えたり、加熱溶融処理にかかる加熱源を照射したりするとよい。なお、図３中、矢印Ｙは、塑性加工にかかる加圧方向、又は、加熱源の照射方向を指している。
【００１８】
前記中空エンジンバルブ１０の製造方法によると、従来例で必要とされた充填片等の封止材を不要とし、その封止材に係る工数を削減することができる。これにより、コストを低減することができる。
【００１９】
また、バルブ素材１１には、中空穴１６の開口端面側になる面（端面１４ａ）に突出されかつ中空穴１６の開口端の封口処理に際して変形される封口処理用のボス部１５が形成されている。したがって、バルブ素材１１にボス部１５を形成することにより、中空穴１６の封口処理に必要な素材の体積を確保することができる。このことは、弁傘部１４の端面１４ａを平坦化する場合に有効である。
【００２０】
また、封口処理は、素材自体（ボス部１５）を塑性変形させる塑性加工、素材自体（ボス部１５）を加熱源により加熱溶融させる加熱溶融処理の少なくとも１つを行う。したがって、素材自体（ボス部１５）を塑性変形させる塑性加工、素材自体（ボス部１５）を加熱源により加熱溶融させる加熱溶融処理の少なくとも１つにより、封口処理を行うことができる。また、塑性加工と加熱溶融処理とを同時に行ってもよい。
【００２１】
［実施形態２］
実施形態２を説明する。本実施形態は、前記実施形態１に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、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。
図４(a)に示すように、本実施形態は、前記実施形態１のバルブ素材１１のボス部１５（図２(a)参照）をボス部２５に変更したものである。ボス部２５は、先細り形状、例えば円錐形状に形成されている。なお、ボス部２５は本明細書でいう「封口処理用の余肉部」に相当する。
【００２２】
図４(b)に示すように、前記バルブ素材１１に穴あけ加工される中空穴１６の穴径１６ｄは、ボス部２５の大径側の外径２５ｄ（図４(a)参照）よりも小さい値に設定されている。このため、ボス部２５は、中空穴１６の形成によって断面直角三角形状の円錐筒形状に形成されている。
【００２３】
本実施形態では、封口処理の１つのかしめ加工として、ローリングかしめ装置（図示省略）を用いてローリングかしめ（スピンかしめ、スピニング等とも呼ばれる）を行う場合を例示する。図５は封口処理方法を示す説明図である。
図５に示すように、バルブ素材１１をローリングかしめ装置の下型（図示省略）に支持した状態で、バルブ素材１１に対して同心状に配置された円柱形状のポンチ２７を回転軸Ｌを中心として軸回りに旋回（矢印Ｒ参照）させながら、ポンチ２７を下動させることにより、ポンチ２７の先端面（下端面）２７ａをバルブ素材１１のボス部２５に押付ける（矢印Ｙ参照）。これにより、ボス部２５が圧潰されることによって、バルブ素材１１の中空穴１６の開口端が封口される（図４(c)参照）。このとき、ボス部２５がポンチ２７の旋回による摩擦熱で溶融させると、ボス部２５を中空穴１６内へ容易に圧潰することができる。なお、ポンチ２７の先端面２７ａは、軸線に直交する平面に形成されている。また、ローリングかしめは、前記実施形態１の封口処理に適用してもよい。
【００２４】
本実施形態によると、ボス部２５が先細り形状すなわち円錐形状に形成されている。したがって、例えばバルブ素材１１（図４(a)参照）を鍛造する場合において、成形時に鍛造型に加わる応力が分散されることにより、鍛造型の寿命を向上することができる。詳しくは、例えばボス部２５を寸胴形状すなわち円柱形状に形成する場合、円柱形状に対応する鍛造型の成形凹部の内周面と内底面との境界に成形時の応力が集中することにより、鍛造型が破損しやすく、寿命が短くなるおそれがある。しかし、本実施形態のように、ボス部２５を先細り形状に形成すると、成形時に鍛造型に加わる応力が分散されることにより、鍛造型の寿命を向上することができる。ひいては、コストを低減することができる。
【００２５】
［実施形態３］
実施形態３を説明する。本実施形態は、前記実施形態２に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図６はエンジンバルブの製造方法を示す工程図である。
図６(a)に示すように、本実施形態は、前記実施形態２のバルブ素材１１のボス部２５（図２(a)参照）をボス部３５に変更したものである。ボス部３５は、先細り形状、例えば円錐台形状に形成されている。なお、ボス部３５は本明細書でいう「封口処理用の余肉部」に相当する。
【００２６】
図６(b)に示すように、前記バルブ素材１１に穴あけ加工される中空穴１６の穴径１６ｄは、ボス部３５の小径側（先端側）の外径３５ｄ（図６(a)参照）よりも小さい値に設定されている。このため、ボス部３５は、中空穴１６の形成によって断面台形形状の円錐台筒形状に形成されている。
【００２７】
本実施形態においても、封口処理の１つのかしめ加工として、前記実施形態２と同様、ローリングかしめを行う（図５参照）。図７は封口処理方法を示す説明図である。
図７に示すように、バルブ素材１１をローリングかしめ装置の下型（図示省略）に支持した状態で、バルブ素材１１に対して同心状に配置された円柱形状のポンチ２７を回転軸Ｌを中心として軸回りに旋回（矢印Ｒ参照）させながら、ポンチ２７を下動させることにより、ポンチ２７の先端面２７ａをバルブ素材１１のボス部３５に押付ける（矢印Ｙ参照）。これにより、ボス部３５が圧潰されることによって、バルブ素材１１の中空穴１６の開口端が封口される（図６(c)参照）。なお、ボス部３５の小径側の外径３５ｄ（図６(a)参照）は、中空穴１６の穴径１６ｄよりも小さくしてもよい。この場合、中空穴１６の穴あけ加工後におけるボス部３５は、前記実施形態２のボス部２５（図４(b)参照）と同様、断面直角三角形状の円錐筒形状に形成されることになる。
【００２８】
［実施形態４］
実施形態４を説明する。本実施形態は、前記実施形態２（図５参照）に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図８は封口処理方法を示す説明図である。
図８に示すように、本実施形態は、ポンチ２７の先端面（下端面）２７ｂが、軸線（回転軸Ｌ）に対して傾斜する平面に形成されている。本実施形態によると、ボス部２５のかしめ時において、ポンチ２７の先端面２７ｂにより、ボス部２５を回転軸Ｌ側へ押圧することができる。
【００２９】
［実施形態５］
実施形態５を説明する。本実施形態は、前記実施形態２（図５参照）に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図９は封口処理方法を示す説明図である。
図９に示すように、本実施形態は、ポンチ２７の軸線Ｌ１を、回転軸Ｌに対して偏心させたものである。ポンチ２７は回転軸Ｌを中心として旋回する。本実施形態によると、前記実施形態２（図５参照）と比べて、ポンチ２７の外径（軸径）を小径化することができる。
【００３０】
［実施形態６］
実施形態６を説明する。本実施形態は、前記実施形態５（図９参照）に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図１０は封口処理方法を示す説明図である。
図１０に示すように、本実施形態は、ポンチ２７の先端面（下端面）２７ｂが、軸線Ｌ１に対して傾斜する平面に形成されている。また、ポンチ２７の先端面２７ｂは、回転軸Ｌ側を高く、その反対側を低くするように傾斜されている。本実施形態によると、ボス部２５のかしめ時において、ポンチ２７の先端面２７ｂにより、ボス部２５を回転軸Ｌ側へ押圧することができる。
【００３１】
［実施形態７］
実施形態７を説明する。本実施形態は、前記実施形態５（図９参照）に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図１１は封口処理方法を示す説明図である。
図１１に示すように、本実施形態は、ポンチ２７の軸線Ｌ１を回転軸Ｌに対して傾斜させたものである。これにより、また、ポンチ２７の先端面２７ａは、回転軸Ｌ側を高く、その反対側を低くするように傾斜されている。本実施形態によると、ボス部２５のかしめ時において、ポンチ２７の先端面２７ａにより、ボス部２５を回転軸Ｌ側へ押圧することができる。
【００３２】
［実施形態８］
実施形態８を説明する。本実施形態は、前記実施形態２（図５参照）に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図１２は封口処理方法を示す説明図である。
図１２に示すように、本実施形態は、ポンチ２７の先端面（下端面）２７ｃを、凹型円錐状面に形成したものである。本実施形態によると、ボス部２５のかしめ時において、ポンチ２７の先端面２７ｃにより、ボス部２５を回転軸Ｌ側へ押圧することができる。
【００３３】
本発明は上記した実施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、前記実施形態では、バルブ素材１１に弁傘部１４の端面１４ａ側から軸方向に延びる中空穴１６を穴あけ加工したが、バルブ素材１１に弁軸部１２の端面１２ａ側（図１において下端面側）から軸方向に延びる中空穴１６を穴あけ加工してもよい。また、中空エンジンバルブ１０の中空穴１６に、空気の代わりに、ナトリウム（Ｎａ）を封入することにより伝熱特性を向上させてもよい。また、ボス部１５は、必要に応じて設けられるものであり、省略することもできる。
【符号の説明】
【００３４】
１０…中空エンジンバルブ
１１…バルブ素材
１２…弁軸部
１４…弁傘部
１５…ボス部（余肉部）
１６…中空穴
１８…閉鎖部
２５…ボス部（余肉部）
３５…ボス部（余肉部）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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