(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄族系合金からなるエンジンバルブ（１２）を表面改質処理用治具（１０）に装填して表面改質を行うエンジンバルブ（１２）の表面改質処理方法において、
前記エンジンバルブ（１２）の頭部（１４）形状に対応して傾斜した前記表面改質処理用治具（１０）の傾斜部（２８）に、前記頭部（１４）を面接触させる工程と、
前記表面改質処理用治具（１０）を処理炉の内部に設置し、前記表面改質処理用治具（１０）又は前記エンジンバルブ（１２）を陰極として、ガスを流通しながら前記陰極と陽極との間で放電を行うことにより前記ガスを源とするプラズマを発生させる工程と、
を有することを特徴とするエンジンバルブ（１２）の表面改質処理方法。
【請求項２】
鉄族系合金からなるエンジンバルブ（１２）を表面改質処理用治具（１０）に装填して表面改質を行うエンジンバルブ（１２）の表面改質処理方法において、
前記エンジンバルブ（１２）の頭部（１４）形状に対応して環状に形成される前記表面改質処理用治具（１０）のリング部（２４）に、前記頭部（１４）を線接触させる工程と、
前記表面改質処理用治具（１０）を処理炉の内部に設置し、前記表面改質処理用治具（１０）又は前記エンジンバルブ（１２）を陰極として、ガスを流通しながら前記陰極と陽極との間で放電を行うことにより前記ガスを源とするプラズマを発生させる工程と、
を有することを特徴とするエンジンバルブ（１２）の表面改質処理方法。
【請求項３】
鉄族系合金からなるエンジンバルブ（１２）を表面改質処理用治具（１０）に装填して表面改質を行うエンジンバルブ（１２）の表面改質処理方法において、
前記エンジンバルブ（１２）の軸部（１６）形状に対応した前記表面改質処理用治具（１０）の円筒部（３０）に、前記軸部（１６）の外周面を面接触させる工程と、
前記表面改質処理用治具（１０）を処理炉の内部に設置し、前記表面改質処理用治具（１０）又は前記エンジンバルブ（１２）を陰極として、ガスを流通しながら前記陰極と陽極との間で放電を行うことにより前記ガスを源とするプラズマを発生させる工程と、
を有することを特徴とするエンジンバルブ（１２）の表面改質処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面改質処理方法において、
前記プラズマが発生した雰囲気中で、前記エンジンバルブ（１２）に対して水素スパッタリング又は窒化処理の少なくともいずれか一方を行うことを特徴とするエンジンバルブ（１２）の表面改質処理方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の表面改質処理方法において、
前記処理炉を陽極として前記放電を行うことを特徴とするエンジンバルブ（１２）の表面改質処理方法。
【請求項６】
鉄族系合金からなるエンジンバルブ（１２）に対して表面改質処理を施す際に前記エンジンバルブ（１２）を保持する保持部を具備するエンジンバルブ（１２）の表面改質処理用治具（１０）において、
前記保持部は、前記エンジンバルブ（１２）の頭部（１４）形状に対応して傾斜し、且つ前記エンジンバルブ（１２）の頭部（１４）に対して面接触で当接するテーパ状の傾斜部（２８）を有することを特徴とするエンジンバルブ（１２）の表面改質処理用治具（１０）。
【請求項７】
鉄族系合金からなるエンジンバルブ（１２）に対して表面改質処理を施す際に前記エンジンバルブ（１２）を保持する保持部を具備するエンジンバルブ（１２）の表面改質処理用治具（１０）において、
前記保持部は、前記エンジンバルブ（１２）の頭部（１４）形状に対応して環状に形成され、且つ前記エンジンバルブ（１２）の頭部（１４）に対して線接触で当接するリング部（２４）を有することを特徴とするエンジンバルブ（１２）の表面改質処理用治具（１０）。
【請求項８】
鉄族系合金からなるエンジンバルブ（１２）に対して表面改質処理を施す際に前記エンジンバルブ（１２）を保持する保持部を具備するエンジンバルブ（１２）の表面改質処理用治具（１０）において、
前記保持部は、前記エンジンバルブ（１２）の軸部（１６）形状に対応して該軸部（１６）を囲繞し、且つ前記エンジンバルブ（１２）の軸部（１６）に対して面接触で当接する円筒部（３０）を有することを特徴とするエンジンバルブ（１２）の表面改質処理用治具（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のエンジンバルブに対して表面改質処理を施す際に用いられるエンジンバルブの表面改質処理用治具及びそれを用いた表面改質処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、吸気・排気ポートを開閉するためのエンジンバルブを具備する。このエンジンバルブは、前記吸気・排気ポートを閉塞する円形状のヘッド部と、前記ヘッド部に接続されると共に前記内燃機関のシリンダヘッドに保持される軸状のステム部とから構成されている。そして、前記エンジンバルブのステム部は、吸気・排気ポートの開閉時にシリンダヘッドに対して高速で摺動変位するため、その耐摩耗性を向上させるべく、窒化処理等の表面改質処理が施されている。【０００３】
このようなエンジンバルブに施される窒化処理としては、例えば、前記エンジンバルブをアンモニアガス中で加熱させるガス窒化法や、シアン酸ソーダ又はシアン酸カリを含む混合塩によって塩浴させる塩浴窒化法（タフトライド法）、プラズマを連続照射するプラズマ窒化法（イオン窒化法）が知られている。【０００４】
例えば、鉄族系合金からなるエンジンバルブに対してプラズマ窒化処理を施す場合には、先ず、前記エンジンバルブを表面改質処理用治具となる供試体セット台の格子部にセットする。なお、前記エンジンバルブの表面には、自発的に生成した不動態膜（酸化皮膜）が存在し、前記不動態膜は窒化処理の進行の妨げとなる。そこで、前記窒化処理を行う前に水素スパッタリングによって前記不動態膜の除去を行う。次に、連続的にプラズマ窒化処理を行なうことによりエンジンバルブの表面に硬化層を形成している（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
【特許文献１】特許第３５５３５４９号公報
【発明の開示】
【０００６】
ところで、特許文献１に係る従来技術においては、供試体セット台が略矩形状の格子部を有するフレームより形成され、前記格子部にエンジンバルブをセットした際に、前記エンジンバルブの円形状のヘッド部と、略矩形状に形成された格子部との当接部位が点状に散在している。すなわち、ヘッド部と格子部とは、いわゆる点接触した状態となる。そのため、エンジンバルブに対してプラズマ窒化処理を行う際、前記ヘッド部と格子部との接触面積が小さいために接触部位に局部的に過電圧が印加され、前記過電圧に起因して前記ヘッド部の接触部位に放電荒れが発生する懸念がある。一方で、供試セット台側にも同様に、頭部との接触部位に前記過電圧による溶損等が発生することが懸念される。
【０００７】
また、供試セット台とエンジンバルブとが接触していない状態でプラズマ窒化処理が行われた際に、前記供試セット台とエンジンバルブにおけるそれぞれのグロー放電が重なり合い、その部位に放電荒れ及び溶損等が生じることがある。
【０００８】
このような事態が生じると、エンジンバルブの表面が、溶解、剥離等によって凹凸状になると共に、前記エンジンバルブの表面に形成される硬化層の深さにバラツキが生じる原因となる。
【０００９】
本発明の一般的な目的は、エンジンバルブに対して表面改質処理を施す際に使用するためのエンジンバルブの表面改質処理用治具を提供することにある。
【００１０】
本発明の主たる目的は、エンジンバルブに対し、例えば、窒化処理を行った場合、該エンジンバルブに深さが均一な硬化層を形成することが可能なエンジンバルブの表面改質処理用治具を提供することにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、エンジンバルブに対して安定した表面改質処理を施すことが可能なエンジンバルブの表面改質処理方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、エンジンバルブに均一深さの硬化層を形成することが可能なエンジンバルブの表面改質処理方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、鉄族系合金からなるエンジンバルブを表面改質処理用治具に装填し、前記エンジンバルブの頭部及び軸部の少なくともいずれか一方を、前記表面改質処理用治具に対して少なくとも線接触及び面接触のいずれか一方で当接させる工程と、
前記表面改質処理用治具を処理炉の内部に設置し、、前記表面改質処理用治具又は前記エンジンバルブを陰極として、ガスを流通しながら前記陰極と陽極との間で放電を行うことにより前記ガスを源とするプラズマを発生させる工程と、
を有するエンジンバルブの表面改質処理方法が提供される。
【００１４】
なお、「線接触」とは、当接箇所が直線状又は曲線状に延在している状態をいい、「面接触」とは、面同士が互いに当接している状態をいう。
【００１５】
本発明によれば、エンジンバルブを、表面改質処理用治具に対してその頭部及び軸部の少なくともいずれか一方が線接触若しくは面接触するように保持することにより、前記エンジンバルブと表面改質処理用治具との接触面積を、前記エンジンバルブと表面改質処理用治具とが点接触している場合と比較して大きく確保することができる。従って、このように表面改質処理用治具に装填されたエンジンバルブに対して表面改質処理を行う際に、陽極と、前記表面改質処理用治具又はエンジンバルブ（陰極）との間に放電された電圧を、前記エンジンバルブと表面改質処理用治具との接触部位に対して広範囲に分散させることが可能となるため、前記接触部位に対して電圧が局部的に印加されることを防止できる。
【００１６】
その結果、前記エンジンバルブと表面改質処理用治具との接触部位に過電圧が印加された際、又は、グロー放電が重なり合った際に生じる前記エンジンバルブにおける表面の放電荒れ等を防止することができ、それに伴って、前記放電荒れ等によってエンジンバルブの表面が凹凸状となることを阻止することができる。そのため、前記エンジンバルブに対して安定した表面改質処理を施すことができ、例えば、窒化処理を行った場合には前記エンジンバルブの表面に対して略均一の深さとなる硬化層を形成することが可能となる。前記表面改質処理の具体例としては、水素スパッタリングやプラズマ窒化処理を挙げることができる。
【００１７】
また、プラズマが発生した雰囲気中で、エンジンバルブに対して水素スパッタリング又は窒化処理の少なくともいずれか一方を行うことにより、前記水素スパッタリングを行った場合に前記エンジンバルブの表面に生成された不動態膜（酸化皮膜）を除去することができる。一方、プラズマ窒化処理を行った場合には、前記エンジンバルブの表面に安定して均一の深さとなる硬化層を形成することができる。なお、水素スパッタリングを行った直後にプラズマ窒化処理を行うようにしてもよいし、前記水素スパッタリングとプラズマ窒化処理とを同時に行うようにしてもよい。
【００１８】
さらに、エンジンバルブの頭部形状に対応して傾斜した表面改質処理用治具の傾斜部に前記頭部を面接触させることにより、前記エンジンバルブを表面改質処理用治具に装填して、例えば、前記エンジンバルブに対して表面改質処理を行うために放電した際、前記表面改質処理用治具とエンジンバルブとの接触面積が、点接触させた場合と比較して大きく確保されているため接触部位に対する過電圧の印加、前記表面改質処理用治具とエンジンバルブとの間のグロー放電の重なり合いを防止できる。その結果、エンジンバルブに対して表面改質処理を安定して行うことができる。
【００１９】
さらにまた、エンジンバルブの頭部形状に対応して環状に形成される表面改質処理用治具のリング部に、前記頭部を線接触させることにより、前記エンジンバルブを表面改質処理用治具に装填し、前記エンジンバルブに対して表面改質処理を行うために放電した際に、前記表面改質処理用治具とエンジンバルブとの接触部位への過電圧の印加及びグロー放電の重なり合いを防止できる。その結果、エンジンバルブに対して表面改質処理を安定して行うことができる。
【００２０】
さらにまた、エンジンバルブの軸部形状に対応した表面改質処理用治具の円筒部に、前記軸部の外周面を面接触させることにより、前記エンジンバルブを表面改質処理用治具に装填し、前記エンジンバルブに対して表面改質処理を行うために放電した際に、前記表面改質処理用治具とエンジンバルブとの接触部位に対する過電圧の印加、グロー放電の重なり合いを防止できる。その結果、エンジンバルブに対して窒化処理を安定して行うことができる。
【００２１】
ここで、陽極は、処理炉内に設置するようにしてもよいが、処理炉自体を陽極として用いるようにしてもよい。この場合、処理炉内に収容するものを表面改質処理用治具及びエンジンバルブのみとすることができるので、これらを熱処理炉内に配置する際の自由度が大きくなるという利点がある。換言すれば、処理炉内のスペースを有効に活用することができる。
【００２２】
本発明の別の一実施形態によれば、鉄族系合金からなるエンジンバルブに対して窒化処理を施す際に前記エンジンバルブを保持する表面改質処理用治具において、
前記エンジンバルブの頭部及び軸部の少なくともいずれか一方に対して線接触及び面接触の少なくともいずれか一方で当接して保持する保持部を備えるエンジンバルブの表面改質処理用治具が提供される。
【００２３】
本発明によれば、エンジンバルブを保持する表面改質処理用治具に、前記エンジンバルブの頭部及び軸部の少なくともいずれか一方が線接触若しくは面接触するように保持部を設けることにより、前記エンジンバルブと表面改質処理用治具との接触面積を、前記エンジンバルブと表面改質処理用治具とが点接触している場合と比較して大きく確保することができる。
【００２４】
従って、例えば、このように表面改質処理用治具に装填されたエンジンバルブに窒化処理を行う際、前記表面改質処理用治具が設置される処理炉と、前記表面改質処理用治具又はエンジンバルブとの間に放電された電圧を、前記エンジンバルブと表面改質処理用治具との接触部位を介して広範囲に分散させることができるため、前記接触部位に対する電圧の局部的な印加やグロー放電の重なり合いを防止できる。
【００２５】
その結果、前記エンジンバルブと表面改質処理用治具との接触部位に対する過電圧の印加時等に生じる前記エンジンバルブの放電荒れ等を防止することができるため、前記エンジンバルブに対して安定した表面改質処理を施すことができ、例えば、窒化処理を行った場合には、該エンジンバルブの表面に対して略均一の深さとなる硬化層を形成することができる。
【００２６】
また、保持部には、エンジンバルブの頭部形状に対応して傾斜したテーパ状の傾斜部を有することが好ましい。これにより、前記エンジンバルブが表面改質処理用治具に装填された際に、前記エンジンバルブの頭部をテーパ状の傾斜部によって面接触した状態で保持することができる。その結果、エンジンバルブに対して表面改質処理を行うために放電した際、前記表面改質処理用治具とエンジンバルブとの接触面積を、点接触した場合と比較して大きく確保することができるため、接触部位に対する過電圧の印加やグロー放電の重なり合いを防止でき、前記エンジンバルブに対して表面改質処理を安定して行うことができる。
【００２７】
さらに、保持部には、エンジンバルブの頭部形状に対応して環状に形成されたリング部を有することが好ましい。これにより、前記エンジンバルブが表面改質処理用治具に装填させた際に、前記エンジンバルブの頭部を環状に形成されたリング部によって線接触した状態で保持することができる。そのため、エンジンバルブに対して表面改質処理を行うために放電した際、前記表面改質処理用治具とエンジンバルブとの接触部位に対する過電圧の印加やグロー放電の重なり合いを防止でき、前記エンジンバルブに対して表面改質処理を安定して行うことができる。
【００２８】
さらにまた、保持部には、エンジンバルブの軸部形状に対応して該軸部を囲繞する円筒部を有することが好ましい。これにより、前記エンジンバルブが表面改質処理用治具に装填された際に、前記エンジンバルブの軸部を円筒部によって面接触した状態で保持することができる。その結果、エンジンバルブに対して表面改質処理を行うために放電した際、前記表面改質処理用治具とエンジンバルブとの接触部位に対する過電圧の印加やグロー放電の重なり合いを防止でき、前記エンジンバルブに対して表面改質処理を安定して行うことができる。
【００２９】
なお、保持部は、テーパ部、リング部、又は、円筒部のいずれか１つのみを具備し、前記エンジンバルブが前記保持部に対して線接触及び面接触の少なくともいずれか一方の状態で保持されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るエンジンバルブの表面改質処理用治具の一部省略斜視図である。
【図２】図２は、図１の表面改質処理用治具に装填されるエンジンバルブの単体斜視図である。
【図３】図３は、図１の表面改質処理用治具におけるブロック近傍を示す拡大平面図である。
【図４】図４は、図１の表面改質処理用治具にエンジンバルブが装填された状態を示すブロック近傍の拡大縦断面図である。
【図５】図５は、図３に対してリング部のみでエンジンバルブを保持可能な表面改質処理用治具の変形例を示す拡大平面図である。
【図６】図６は、図３のブロックに形成されたリング部の代わりに一組の円弧部が設けられた表面改質処理用治具の変形例を示す拡大平面図である。
【図７】図７は、図６に対して一組の円弧部のみでエンジンバルブを保持可能な表面改質処理用治具の変形例を示す拡大平面図である。
【図８】図８は、エンジンバルブの製造及び表面改質処理工程を示す概略フロー図である。
【図９】図９は、エンジンバルブのバルブヘッドを保持するヘッド保持部のみが形成されたブロックを有する表面改質処理用治具の変形例を示す一部省略斜視図である。
【図１０】図１０は、図９の表面改質処理用治具のブロック近傍を示す拡大縦断面図である。
【図１１】図１１は、エンジンバルブのバルブステムを保持するステム保持部のみが形成されたブロックを有する表面改質処理用治具の変形例を示す一部省略斜視図である。
【図１２】図１２は、図１１の表面改質処理用治具のブロック近傍を示す拡大縦断面図である。
【図１３】図１３は、エンジンバルブのバルブヘッドを保持可能な平面部を有する表面改質処理用治具の概略拡大縦断面図である。
【図１４】図１４は、エンジンバルブのバルブヘッドを収容可能な凹部を有する表面改質処理用治具の概略拡大縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明に係るエンジンバルブの表面改質処理方法につき、その際に使用される表面改質処理用治具との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。【００３２】
図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係るエンジンバルブの表面改質処理用治具を示す。【００３３】
先ず、この表面改質処理用治具１０を介して窒化処理が施されるエンジンバルブ１２について説明する。図１及び図２に示されるように、断面略Ｔ字状に形成されるエンジンバルブ１２は、その一端部側に略円盤状に形成されるバルブヘッド（頭部）１４と、前記バルブヘッド１４の略中央部より他端部側に向かって一直線状に延在するバルブステム（軸部）１６とから構成される。このうちのバルブヘッド１４が、図示しない内燃機関におけるシリンダヘッドの吸気・排気ポートに着座・離間する。【００３４】
バルブヘッド１４は、バルブステム１６との接合部位から徐々に拡径するようにテーパ状に形成され、これにより、前記バルブヘッド１４におけるバルブステム１６側にはテーパ面１８が設けられている（図２参照）。このテーパ面１８には、前記内燃機関の吸気・排気ポートに着座する着座部１９が形成されている。この着座部１９は、例えば、機械加工によってテーパ面１８より半径内側に若干だけ縮径するように所定角度傾斜して形成されている。【００３５】
バルブステム１６は、略同一直径からなる細軸状に形成され、バルブヘッド１４から離間する方向に向かって所定長だけ延在するように形成されている。【００３６】
次に、上述したエンジンバルブ１２が装填される表面改質処理用治具１０は、図１に示されるように、金属製のフレーム材２０から略直方形状に形成され、前記表面改質処理用治具１０の上部には、略矩形状に形成された複数のブロック２２が形成されている。なお、前記ブロック２２は、断面略円形状の棒材より格子状に形成されている。また、ブロック２２は、それぞれ略同一形状となるように形成され、前記表面改質処理用治具１０の上部に並列に設けられている。なお、この表面改質処理用治具１０は、図示しない電流供給源に接続され、該電流供給源からの電流が供給される電極（陰極）として機能する。【００３７】
前記ブロック２２は、図１及び図３に示されるように、略同一の長さを有する４辺から構成され、前記ブロック２２の略中央部には円形状のリング部２４が形成されている。そして、前記リング部２４は、該リング部２４の外周からブロック２２の４辺、又は、フレーム材２０に対してそれぞれ略直交するように突出形成された４本の接続部２６ａ〜２６ｄによって、前記ブロック２２又はフレーム材２０に接続されている。すなわち、リング部２４は、４本の接続部２６ａ〜２６ｄを介してブロック２２の略中央部に保持されている。なお、前記リング部２４及び接続部２６ａ〜２６ｄは、前記ブロック２２と同様に、断面略円形状の棒材からそれぞれ形成されている。【００３８】
また、リング部２４の内周側には、該リング部２４の下方に突出し、且つ、表面改質処理用治具１０の下方に向かって徐々に半径内側に縮径するヘッド保持部（傾斜部）２８が一体的に形成され、前記ヘッド保持部２８の下部には略同一直径からなるステム保持部（円筒部）３０が形成されている。前記ステム保持部３０は、前記ヘッド保持部２８から離間する方向に向かって所定長だけ延在するように形成されている。さらに、前記ヘッド保持部２８及びステム保持部３０は、例えば、略一定の厚さからなる薄板材によって形成されている。【００３９】
前記ヘッド保持部２８は、図４に示されるように、リング部２４の中心線Ｄを中心として上方に向かって所定角度θ１（例えば、１２０°）だけ傾斜して開口するように形成され、平面状に形成されるヘッド保持部２８の内壁面には、エンジンバルブ１２におけるバルブヘッド１４のテーパ面１８が当接する。すなわち、ヘッド保持部２８の傾斜角度θ１は、バルブヘッド１４のテーパ面１８の傾斜角度θ２と略同等となるように設定されている（θ１≒θ２）。【００４０】
また、前記ステム保持部３０の内周径は、エンジンバルブ１２のバルブステム１６の外周径と略同等に形成されている。【００４１】
すなわち、表面改質処理用治具１０にエンジンバルブ１２を装填した際、ステム保持部３０にバルブステム１６が挿入され、前記バルブステム１６の外周面が前記ステム保持部３０の内周面に当接した状態で保持されると共に、エンジンバルブ１２のバルブヘッド１４がヘッド保持部２８に当接した状態で保持されている。換言すれば、前記バルブヘッド１４は、平面状に形成されたヘッド保持部２８に対して環状に面接触し、且つ、断面略円形状に形成されたリング部２４に対して環状に線接触すると共に、バルブステム１６が、略同一直径からなるステム保持部３０に対して環状に面接触している。【００４２】
このように、エンジンバルブ１２は、リング部２４、ヘッド保持部２８及びステム保持部３０を介して表面改質処理用治具１０に対して確実且つ安定した状態で保持される。【００４３】
また、図５に示されるように、上述した表面改質処理用治具１０におけるヘッド保持部２８を不要とし、リング部２４のみでエンジンバルブ１２のバルブヘッド１４を保持するようにしてもよい。この場合に、バルブヘッド１４の表面が、リング部２４の周面に沿って一周にわたって線接触した状態で保持されている。【００４４】
さらに、表面改質処理用治具１０は、ブロック２２の略中央部に円形状のリング部２４が形成される場合に限定されるものではなく、図６に示されるように、前記ブロック２２の略中央部に対して所定間隔離間し、互いに対向するように断面略半円状の一組の円弧部３２ａ、３２ｂを形成した表面改質処理用治具１０ａであってもよい。この場合、前記円弧部３２ａ、３２ｂの両端部を、例えば、ブロック２２の対向する２辺に向かって延在する接続部３４ａ、３４ｂによってそれぞれ接続するようにしてもよい。なお、円弧部３２ａ、３２ｂ及び接続部３４ａ、３４ｂは、断面略円形状に形成されている。【００４５】
この場合、円弧部３２ａ、３２ｂの内周側には、下方に向かって徐々に縮径してバルブヘッド１４を保持する一組のヘッド保持部（傾斜部）３６ａ、３６ｂがそれぞれ形成されると共に、前記ヘッド保持部３６ａ、３６ｂの下方にはバルブステム１６を保持する一組の断面略半円状のステム保持部（円筒部）３８ａ、３８ｂがそれぞれ形成されている。換言すれば、ブロック２２の中央部に対して一組の円弧部３２ａ、３２ｂ、ヘッド保持部３６ａ、３６ｂ及びステム保持部３８ａ、３８ｂが対称となるように形成されている。【００４６】
このような構成とすることにより、エンジンバルブ１２は、そのバルブヘッド１４が一組の円弧部３２ａ、３２ｂ及びヘッド保持部３６ａ、３６ｂの間に好適に保持されると共に、バルブステム１６が一組のステム保持部３８ａ、３８ｂの間に好適に保持されるため、前記エンジンバルブ１２を表面改質処理用治具１０ａに対して確実且つ安定した状態で保持することができる。その際、バルブヘッド１４を、平面状に形成された一組のヘッド保持部３６ａ、３６ｂに対してそれぞれ環状に面接触させることができ、且つ、断面略円形状に形成された一組の円弧部３２ａ、３２ｂに対してそれぞれ環状に線接触させることができると共に、バルブステム１６を、一組のステム保持部３８ａ、３８ｂに対してそれぞれ環状に面接触させることができる。【００４７】
また、図７に示されるように、上述した表面改質処理用治具１０ａにおけるヘッド保持部３６ａ、３６ｂを不要とし、一組の円弧部３２ａ、３２ｂのみでエンジンバルブ１２のバルブヘッド１４を保持するようにしてもよい。この場合には、バルブヘッド１４の表面が、円弧部３２ａ、３２ｂの周面に沿って所定範囲で線接触した状態で保持される。【００４８】
本発明の実施の形態に係るエンジンバルブの表面改質処理用治具１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にエンジンバルブ１２に対して窒化処理を施す場合について説明する。【００４９】
先ず、図８に示されるように、例えば、鉄族系合金の軸材から鍛造成形（アプセット鍛造）によってその先端部を拡径し、バルブヘッド１４とバルブステム１６とからなるエンジンバルブ１２を成形する。この鍛造成形の最中に、エンジンバルブ１２の表面には、鍛造成形を行うために付与した熱や、塑性変形による加工熱をエネルギ源として不動態膜（酸化皮膜）が自発的に生成する。【００５０】
次に、前記バルブヘッド１４における図示しないシリンダヘッドの吸気・排気ポートへの当接部位、前記シリンダヘッドに保持されるバルブステム１６の外周面に機械加工（例えば、切削加工）を施すことにより、前記バルブヘッド１４のバルブステム１６側に着座部１９が形成される。なお、この機械加工によって前記着座部１９及びバルブステム１６の外周面に生成されていた不動態膜の一部が除去される。【００５１】
次に、エンジンバルブ１２に対してプラズマ窒化（イオン窒化）処理を行う。先ず、前記表面改質処理用治具１０が設置された処理炉内に窒素ガスを導入し、前記窒素ガス雰囲気中において前記処理炉が陽極、エンジンバルブ１２が陰極となるように通電を行う。そして、前記処理炉とエンジンバルブ１２との間でグロー放電を発生させることにより、前記窒素ガスがプラズマ状態でイオン化されてエンジンバルブ１２を加熱すると同時に、該エンジンバルブ１２の表面に対して窒化処理が行われ、前記エンジンバルブ１２の表面に所定深さからなる硬化層が形成される。【００５２】
この場合、グロー放電が行われる際に陰極となるエンジンバルブ１２は、金属製材料からなる表面改質処理用治具１０に対して線接触及び面接触するように保持されている。すなわち、前記エンジンバルブ１２は、表面改質処理用治具１０のヘッド保持部２８、ステム保持部３０及びリング部２４を介して前記表面改質処理用治具１０との接触面積が大きくなるように保持されているため、前記放電時においてエンジンバルブ１２と表面改質処理用治具１０との接触部位に対して印加される電圧を広範囲に分散させることが可能となり、前記接続部位に対して局部的に過電圧が印加されることがないと共に、前記エンジンバルブ１２及び表面改質処理用治具１０に対してそれぞれグロー放電の重なり合いが生じることがない。【００５３】
そのため、前記エンジンバルブ１２と表面改質処理用治具１０との接触部位に生じる過電圧及びグロー放電に起因した放電荒れ等を防止することができ、それに伴って、前記放電荒れによってエンジンバルブ１２の表面が凹凸状になることを阻止できる。【００５４】
このように、エンジンバルブ１２に対して窒化処理を施す際に、前記エンジンバルブ１２のバルブヘッド１４及びバルブステム１６を面接触及び線接触した状態で保持可能な表面改質処理用治具１０を採用することにより、プラズマ窒化処理を行うために放電を行った場合においても、エンジンバルブ１２と表面改質処理用治具１０との接触部位への過電圧の印加やグロー放電の重なり合いによって生じる放電荒れ等を確実に防止することができる。そのため、前記エンジンバルブ１２に対して安定した窒化処理を施すことができ、該エンジンバルブ１２の表面に対して略均一の深さとなる硬化層を形成することが可能となり、前記エンジンバルブ１２の耐摩耗性を向上させることができる。【００５５】
また、プラズマ窒化処理によって窒化処理が施されたエンジンバルブ１２では、図示しないシリンダヘッドに対して摺動変位するバルブステム１６にのみ硬化層が必要とされる。そのため、図８に示されるように、前記バルブヘッド１４の着座部１９及びバルブステム１６の端部１６ａに対して高周波焼入れを施し、前記着座部１９及びバルブステム１６の端部１６ａの強度を向上させる。【００５６】
そして、前記バルブヘッド１４及びバルブステム１６に対して高周波焼入れが施された後に、前記シリンダヘッドの吸気・排気ポートに当接する着座部１９のみをその寸法精度を向上させる目的で再び機械加工を行う（図８参照）。【００５７】
これにより、最終製品としてのエンジンバルブ１２（図２参照）が得られる。【００５８】
なお、上述したプラズマ窒化処理が行われる前に該エンジンバルブ１２に残存している不動態膜を除去する目的で水素スパッタリングを行うようにしてもよいし、前記水素スパッタリングを前記プラズマ窒化処理と同時に行うようにしてもよい。【００５９】
この水素スパッタリングをエンジンバルブ１２に対して行う場合について以下に説明する。なお、ここでは、プラズマ窒化処理が行われる前に水素スパッタリングを行う場合について説明する。【００６０】
先ず、機械加工が施されたエンジンバルブ１２を、図１及び図４に示されるように、バルブステム１６が下方側、バルブヘッド１４が上方側となるようにして表面改質処理用治具１０のブロック２２にそれぞれ装填する。これにより、バルブステム１６がリング部２４を介してステム保持部３０の内部に挿入され、前記バルブステム１６の外周面が前記ステム保持部３０の内周面によって保持されると共に、バルブヘッド１４のテーパ面１８がリング部２４の内周面及びヘッド保持部２８の内壁面によって保持される。【００６１】
すなわち、バルブヘッド１４が、平面状に形成されたヘッド保持部２８に対して環状に面接触し、且つ、断面略円形状に形成されたリング部２４に対して環状に線接触すると共に、バルブステム１６が、略同一直径からなるステム保持部３０に対して環状に面接触している。なお、前記表面改質処理用治具１０には、複数のブロック２２が設けられているため、複数のエンジンバルブ１２を前記表面改質処理用治具１０に対して同時に装填することが可能である。【００６２】
このようにエンジンバルブ１２が表面改質処理用治具１０のブロック２２に保持された状態で、前記表面改質処理用治具１０を処理炉（図示せず）の内部に設置し、その後に、前記処理炉内を真空状態として内部に水素ガスを導入する。そして、前記水素ガス雰囲気中において前記処理炉が陽極、エンジンバルブ１２が陰極となるように高電圧を印加すれば、前記水素ガスがグロー放電によってイオン化して高速でエンジンバルブ１２の表面に衝突する。その結果、エンジンバルブ１２の表面に生成されていた不動態膜が水素還元され、前記エンジンバルブ１２に残存していた不動態膜が除去される。勿論、この場合にも、エンジンバルブ１２と表面改質処理用治具１０との接触部位に対する過電圧の印加やグロー放電の重なり合いによって生じる放電荒れ等を回避することができる。【００６３】
このように、本実施の形態に係る表面改質処理用治具１０は、水素スパッタリングを行う場合の治具としても好適に使用可能であり、前記水素スパッタリングによって不動態膜が除去されたエンジンバルブ１２に対してプラズマ窒化処理を行うことにより、前記エンジンバルブ１２の表面に対してより安定した均一の深さで硬化層を形成することが可能となる。【００６４】
上述した実施の形態では、エンジンバルブ１２のバルブヘッド１４及びバルブステム１６を保持するためのヘッド保持部２８及びステム保持部３０が設けられている表面改質処理用治具１０について説明したが、特にこれに限定されるものではなく、図９及び図１０に示されるように、表面改質処理用治具５０のブロック５２にバルブヘッド１４を保持するためのヘッド保持部（傾斜部）５４のみを設けるようにしてもよいし、図１１及び図１２に示されるように、表面改質処理用治具６０のブロック６２にエンジンバルブ１２のバルブステム１６を保持するためのステム保持部（円筒部）６４のみを設けるようにしてもよい。【００６５】
図９及び図１０の表面改質処理用治具５０においては、リング部２４とバルブヘッド１４とを環状に線接触させ、且つ、ヘッド保持部５４とバルブヘッド１４とを環状に面接触させた状態で好適に保持することができる。一方、図１１及び図１２の表面改質処理用治具６０においては、ステム保持部６４を介してバルブステム１６と表面改質処理用治具６０とを面接触させることができる。このため、前記バルブヘッド１４と表面改質処理用治具５０、６０との接触部位に対する過電圧の印加やグロー放電の重なり合いを防止し、エンジンバルブ１２に対する放電荒れ等の発生を確実に防止できる。すなわち、いずれの場合においても、エンジンバルブ１２に対して安定したプラズマ窒化処理を施すことが可能となり、前記エンジンバルブ１２の表面に略均一の深さとなる硬化層を形成して耐摩耗性を向上させることができる。
【００６６】
なお、上述した実施の形態では、水素スパッタリングとプラズマ窒化処理を例示して説明したが、エンジンバルブ１２に対する表面改質処理はこれらに限定されるものではなく、放電によってプラズマを発生させ、前記プラズマの雰囲気中で前記エンジンバルブ１２の表面改質を行う処理であればよい。【００６７】
また、図１３に示されるように、エンジンバルブ１２のバルブヘッド１４を保持可能な平面部７０を有する表面改質処理用治具７２を採用してもよい。この表面改質処理用治具７２では、前記平面部７０に対して前記エンジンバルブ１２のテーパ面１８と反対側に形成される平面７４を当接させ、その後に、例えば、セラミック等からなる保持部材７６によってバルブヘッド１４の一部を上方より覆うことによりエンジンバルブ１２を固定している。これにより、バルブヘッド１４が変位することがなく、表面改質処理用治具７２に対して確実に位置決めされる。【００６８】
さらに、図１４に示されるように、平面部７０から所定深さだけ窪んだ凹部７８を有する表面改質処理用治具８０を採用し、前記凹部７８にバルブヘッド１４を収容させて保持してもよい。これにより、バルブヘッド１４が半径方向に変位することがなく、表面改質処理用治具８０に対して位置決めされる。【００６９】
これらの場合には、エンジンバルブ１２が、バルブヘッド１４の平面７４を介して表面改質処理用治具７２の平面部７０、又は、表面改質処理用治具８０における凹部７８の底面に面接触した状態で保持される。これにより、エンジンバルブ１２と表面改質処理用治具７２、８０との接触面積をさらに増大させることが可能となるため、前記エンジンバルブ１２に対する放電荒れ等の発生をより一層確実に防止できる。
【００７０】
いずれの場合においても、熱処理炉を陽極とすることに替えて、熱処理炉内に適宜の陽極を設置するようにしてもよい。この場合、陽極を任意の位置に設定することができるので、表面改質を行うのに効果的な位置にプラズマを発生させることが可能となる。すなわち、プラズマを高濃度で発生させることを所望する位置、ひいてはエンジンバルブ１２の表面改質を所望する位置の近傍に陽極を配置すれば、表面改質を効率よく実施することができる。しかも、この場合、表面処理を安価で且つ容易に実施することができるという利点がある。
【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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【図１３】
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【図１４】
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