(57)【要約】【課題】通電アプセット成形による厚肉なオニオン形部分に座屈によるしわが生じることを防止し、その後の傘部の成形不良を防止すること。【解決手段】中空バルブの製造方法は、（１）第１工程で、一端部に所定長さだけ芯材を挿入したパイプ素材を準備し、（２）第２工程で、芯材が挿入されているパイプ素材の一端部を通電アプセット成形することで厚肉な中実オニオンに成形し、（３）第３工程で、厚肉な中実オニオンを熱間鍛造により一次傘形部に成形し（４）第４工程で、一次傘形部を切削加工により二次傘形部に整形し、（５）第５工程で、部品組み付けにより傘部端部に傘端部材を組み付け、パイプ素材の先端部に軸端部材を組み付け、（６）第６工程で、部品溶接により傘端部材と軸端部材をパイプ素材に溶接し、（７）第７工程で、粗製品を仕上げ加工することにより中空バルブの最終製品を得る。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなす中空バルブの製造方法であって、
パイプ素材の一端から所定長さだけ前記パイプ素材の中に芯材を挿入し、前記芯材が挿入されている前記パイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより厚肉なオニオン形に成形する工程を備えたことを特徴とする中空バルブの製造方法。
【請求項２】
前記厚肉なオニオン形に成形された前記一端部を熱間鍛造により傘形に成形する工程を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の中空バルブの製造方法。
【請求項３】
前記傘形に成形された前記一端部を所定形状に切削加工する工程を更に備えたことを特徴とする請求項２に記載の中空バルブの製造方法。
【請求項４】
前記所定形状に切削加工された前記一端部に傘端部材を組み付けると共に、前記パイプ素材の他端に軸端部材を組み付ける工程を更に備えたことを特徴とする請求項３に記載の中空バルブの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の中空バルブの製造方法により製造された中空バルブ。
【請求項６】
軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなす中空バルブの製造方法であって、
厚肉かつ大外径なパイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより厚肉なオニオン形に成形する工程と、
前記厚肉なオニオン形に成形された前記一端部を熱間鍛造により傘形に成形する工程と
を備えたことを特徴とする中空バルブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブとして使用される中空バルブに係り、詳しくは、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブとして、軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなした中空バルブが知られている。この種の技術として、例えば、下記の特許文献１〜４に記載される技術が挙げられる。特に、特許文献１には、薄肉のパイプ素材を通電アプセット加工により中空バルブを製造する方法が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭４９−７９９５８号公報
【特許文献２】特開平７−２０８１２７号公報
【特許文献３】特開昭４８−６９６６号公報
【特許文献４】特開平６−３３５７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の製造方法では、通電アプセットによりパイプ素材の先端を厚肉なオニオン形に成形するとき、その厚肉なオニオン形部分の外側に座屈によるシワが生じることがあった。座屈は、パイプ素材を軸方向に圧縮したときその肉が折り込まれることで起きるものである。従って、この厚肉なオニオン形部分を傘形に鍛造成形すると、内部に欠陥が生じるおそれがあった。このため、その後の傘部の成形に際して、成形不良が起きるおそれがあった。
【０００５】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、通電アプセット成形による厚肉なオニオン形部分に座屈によるしわが生じることを防止し、その後の傘部の成形不良を防止することを可能とした中空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】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなす中空バルブの製造方法であって、パイプ素材の一端から所定長さだけ前記パイプ素材の中に芯材を挿入し、前記芯材が挿入されている前記パイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより厚肉なオニオン形に成形する工程を備えたことを趣旨とする。
【０００７】
上記発明の構成によれば、芯材が挿入されているパイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより、その一端部が厚肉なオニオン形に成形される。ここで、パイプ素材の一端部に芯材が挿入されているので、パイプ素材の肉厚が芯材の分だけ実質的に大きくなる。従って、通電アプセット成形に際してパイプ素材の軸線方向の変形に対して半径方向の変形が小さくなる。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、厚肉なオニオン形に成形された一端部を熱間鍛造により傘形に成形する工程を更に備えたことを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、前工程で厚肉なオニオン形に成形された一端部が熱間鍛造により傘形に成形され、傘部３の粗形が得られる。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、傘形に成形された一端部を所定形状に切削加工する工程を更に備えたことを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、前工程で傘形に成形された一端部が切削加工により所定形状に形成される。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、所定形状に切削加工された一端部に傘端部材を組み付けると共に、パイプ素材の他端に軸端部材を組み付ける工程を更に備えたことを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、前工程で所定形状に切削加工された一端部に傘端部材が組み付けられることにより、その一端部が閉塞されると共に傘部が構成される。パイプ素材の他端部に軸端部材が組み付けられることにより、パイプ素材の他端開口が閉塞される。これにより、内部を密封した中空バルブが得られる。パイプ素材とは別に、傘端部材と軸端部材が組み付けられるので、これら別部材としてパイプ素材より硬い耐久材料を選択することが可能となる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明の中空バルブは、請求項４に記載の中空バルブの製造方法により製造されたことを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、傘部に成形不良のない中空バルブが得られる。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなす中空バルブの製造方法であって、厚肉かつ大外径のパイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより厚肉なオニオン形に成形する工程と、厚肉なオニオン形に成形された一端部を熱間鍛造により傘形に成形する工程とを備えたことを趣旨とする。
【００１７】
上記発明の構成によれば、パイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより、その一端部が厚肉なオニオン形に成形される。ここで、パイプ素材が厚肉かつ大外径をなすので、通電アプセット成形に際して、パイプ素材の軸線方向の変形に対する半径方向の変形が小さくなる。その後、前工程で厚肉なオニオン形に成形された一端部が熱間鍛造により傘形に成形され、傘部の粗形が得られる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、通電アプセット成形による厚肉なオニオン形部分に座屈によるしわが生じることを防止することができ、その後の傘部の成形不良を防止することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、パイプ素材に耐熱材の使用が可能となり、これによって中空バルブの耐熱性を向上させることができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、傘形を任意な形状に整形することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、密閉した中空により冷却効果を得ることができ、傘部及び軸端部の材料特性の変えることができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、中空バルブの耐久性を向上させることができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、通電アプセット成形による厚肉なオニオン形部分に座屈によるしわが生じることを防止することができ、その後の傘部の成形不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
［第１実施形態］
以下、本発明における中空バルブの製造方法を具体化した第１実施形態につき図面を提示して詳細に説明する。
【００２５】
図１に、この実施形態の中空バルブ１を正面図により示す。この中空バルブ１は、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブとして使用される。中空バルブ１は、軸部２と、その軸部２の一端部（基端部）に形成された傘部３と、軸部２の他端部（先端部）に設けられた溝部４及び軸端部５とを備える。傘部３の端部は、傘端部材６により構成され、軸部２の先端部は、軸端部材７により構成される。これら傘端部材６及び軸端部材７は、軸部２とは異なる材料により構成される。
【００２６】
次に、この中空バルブ１の製造方法について説明する。図２に、この製造方法をフローチャートにより示す。図３〜図９に、この製造方法の各工程をそれぞれ断面図により示す。以下に、図２のフローチャートに付された各番号に従って順次説明する。
【００２７】
（１）第１の工程では、「パイプ素材の準備」を行う。すなわち、図３に示すように、中空１１ａに芯材１２を挿入したパイプ素材１１をワークとして準備する。このワークは、長尺なパイプを所定長さ（例えば「１５０〜３００  ｍｍ」）に切断することによりパイプ素材１１とし、そのパイプ素材１１の一端から所定長さだけ中空１１ａに芯材１２を挿入することにより得られる。この実施形態では、パイプ素材１１の上端部からパイプ素材１１の中央付近までの長さだけ中空１１ａに芯材１２が挿入されている。パイプ素材１１と芯材１２は、同じ高温強度を有することが好ましく、この実施形態では、それぞれ「ＳＵＳ３１６」が材料として使用される。
【００２８】
（２）第２の工程では、「通電アプセット成形」を行う。ここで、「通電アプセット成形」は、成形部分に大電流を流し、ここに発生する抵抗熱によって加熱し、圧力を加えて成形部分を据込みするものである。この成形を行うために、図４に示すように、短縮台２１に、芯材１２を挿入したパイプ素材１１を立てて装着し、パイプ素材１１の上端、すなわちパイプ素材１１の芯材１２が挿入されている側をアンビル２２により保持する。短縮台２１の上側には、凸部２１ａが設けられる。この凸部２１ａにパイプ素材１１の下端部が差し込まれて位置決めされる。また、アンビル２２の下側近傍にてパイプ素材１１がクランプ電極２３により挟み持たれる。アンビル２２とクランプ電極２３との間隔Ｇ１は、後述する中実オニオン１３の大きさに合わせて決定される。そして、短縮台２１とアンビル２２との間でパイプ素材１１を保持する。この「通電アプセット成形」は、図４に示すように、アンビル２２とクランプ電極２３との間で、所定値（例えば「２〜４  Ｖ」）の電圧により所定値（例えば「１〜２  ｋＡ」）の大電流を流しながら、短縮台２１によりパイプ素材１１をその軸線方向へ所定値（例えば「０.５〜２.０  ｋＮ」）の力で圧縮することにより行われる。クランプ電極２３による通電により、パイプ素材１１の上端部は千数百℃に加熱される。これにより、パイプ素材１１の上端部には、芯材１２を含む厚肉なオニオン形をなす中実オニオン１３が成形される。以下において、パイプ素材１１の中実オニオン１３が成形された側をパイプ素材１１の基端部、その反対側をパイプ素材１１の先端部とする。
【００２９】
（３）第３の工程では、「熱間鍛造」を行う。すなわち、第２の工程で中実オニオン１３が成形されたパイプ素材１１を、図５に示すように、鍛造上型２４と鍛造下型２５との間で所定温度で加熱しながら鍛造することにより、中実オニオン１３を傘形に成形する。この段階で、中空バルブ１１の軸部２と、傘部３のおおよその形状（粗形）となる一次傘形部１４が得られる。ここで、鍛造時の加熱温度は「９００℃〜１２００℃」前後の温度である。この温度は、パイプ素材１１及び芯材１２の融点より低く、変態点より高い。
【００３０】
（４）第４の工程では、「切削加工」を行う。すなわち、第３の工程で粗形に成形された一次傘形部１４を切削により整形することにより、図６に示すように、ホーン形をなす二次傘形部１５に加工する。このとき、パイプ素材１１から芯材１２が取り除かれ、パイプ素材１１は両端が開口した中空状態となる。
【００３１】
（５）第５の工程では、「部品組み付け」を行う。すなわち、図７に示すように、ホーン形に加工された二次傘形部１５の端部開口１５ａに傘端部材６を嵌めることにより、その端部開口１５ａを閉鎖すると共に、傘部３を構成する。また、傘部３とは反対のパイプ素材１１の先端部開口１１ｂに軸端部材７を嵌めてその先端開口１１ｂを封鎖する。この実施形態で、傘端部材６は、「ＳＵＨ３５」を材料として、傘部３の底部を構成する特殊形状に形成される。軸端部材７は、軸部２の一部を構成し、軸部２の外径と同じ外径を有し、「ＳＵＨ１」を材料として棒状に形成される。軸端部材７の一端部には小径部７ａが形成される。この小径部７ａは、パイプ素材１１の先端開口１１ｂの内径とほぼ同じ寸法に形成される。
【００３２】
（６）第６の工程では、「部品溶接」を行う。すなわち、図８に示すように、傘端部材６と二次傘形部１５との接合部を溶接Ｗ１により接合すると共に、軸端部材７の小径部７ａと先端開口１１ｂとの接合部を溶接Ｗ２により接合する。これにより、中空バルブ１の粗製品が得られる。この粗製品の中空１１ａには、冷媒としての空気で満たされている。
【００３３】
（７）第７の工程では、「仕上げ加工」を行う。すなわち、図８に示す粗製品を切削、研削加工することにより、図９に示すように、最終的な中空バルブ１の外形にすると共に、寸法精度や面粗度の仕上げを行う。このとき、軸端部材７には、溝部４及び軸端部５が形成される。このようにして図１に示す中空バルブ１が得られる。
【００３４】
以上説明したこの実施形態の中空バルブ１の製造方法によれば、第２の工程で、芯材１２が挿入されているパイプ素材１１の一端部を通電アプセット成形することにより、その一端部に厚肉な中実オニオン１３が成形される。ここで、パイプ素材１１の一端部に芯材１２が挿入されているので、パイプ素材１１の肉厚が芯材１２の分だけ実質的に大きくなる。従って、通電アプセット成形により、パイプ素材１１が軸線方向に圧縮されるとき、パイプ素材１１の軸線方向の変形に対する半径方向の変形が小さくなる。このため、通電アプセット成形に際して、中実オニオン１３の外周に座屈によるしわが生じることを防止することができる。このことは、後工程である第３の工程で、一次傘形部１４を成形するために中実オニオン１３が熱間鍛造されるときに、その内部に折り込みきず等の鍛造欠陥が生じることを防止することができ、最終的に傘部３の成形不良を防止することができる。この意味で、中空バルブ１の耐久性を向上させることができる。
【００３５】
この実施形態では、第３の工程で、熱間鍛造を行うことにより、前工程である第２の工程で加熱された厚肉な中実オニオン１３の部分が、熱間鍛造により厚肉な傘形をなす一次傘形部１４に成形される。このように熱間鍛造を行うことから、パイプ素材１１に耐久性のある耐熱材を使用することが可能となる。これにより、中空バルブ１の耐熱性を向上させることができる。
【００３６】
この実施形態では、第４の工程で、切削加工を行うことにより、前工程である第３の工程で厚肉な傘形に成形された一次傘形部１４が、切削加工により所定形状の二次傘形部１５に形成される。このように切削加工を行うことから、一次傘形部１４を任意な形状の二次傘形部１５へと整形することができる。また、切削加工によりパイプ素材１１から芯材１２が取り除かれ、二次傘形部１５を有するパイプ素材１１を、その両端が開口した中空状態にすることができる。
【００３７】
この実施形態では、第５及び第６の工程で、部品組み付けと部品溶接が行われる。ここで、前の第４の工程では、パイプ素材１１の両端にそれぞれ端部開口１５ａ及び先端開口１１ｂができる。そして、二次傘形部１５の端部開口１５ａが傘端部材６により閉塞され、パイプ素材１１の先端開口１１ｂが軸端部材７により閉塞されるので、最終的に図９に示すように中空１１ａを密封した中空バルブ１が得られる。このため、中空バルブ１につき、密閉した中空１１ａにより冷却効果を得ることができる。また、傘端部材６及び軸端部材７にパイプ素材１１より硬い耐久材料を選択することが可能となる。このため、傘部３と軸端部５の材料特性を変えることができる。詳しくは、耐久性の高い傘端部材６により、傘部３の耐久性を向上させることができる。また、耐久性の高い軸端部材７により、軸端部５の耐久性を向上させることができる。つまり、傘部３及び軸端部５を他の部位より硬質とすることで耐久性を向上させることができる。特に、軸端部５については、ロッカーアームやバルブリフタ等と頻繁に接触する先端面につき高い耐摩耗性を確保することができる。
【００３８】
［第２実施形態］
次に、本発明における中空バルブの製造方法を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において前記第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【００３９】
この実施形態では、中空バルブの製造方法につき第１〜第３の工程の点で第１実施形態と構成が異なる。以下に図２のフローチャートに従って順次説明する。
【００４０】
（１）第１の工程では、「パイプ素材の準備」を行う。すなわち、図１０に示すように、厚肉かつ大外径で中空３１ａを有するパイプ素材３１を準備する。これは、長尺なパイプを所定長さ（例えば「１５０〜３００  ｍｍ」）に切断することで得られる。この実施形態で、パイプ素材３１の外径Ｄ１は「１０  ｍｍ」であり、従来使われてきたパイプ素材の外径が「６  ｍｍ」であるのに対して「１．５倍」以上の太さを有する。また、この実施形態で、パイプ素材３１の肉厚Ｔ１は「３  ｍｍ」であり、従来使われてきたパイプ素材の肉厚が「１．２  ｍｍ」であるのに対して「２.５倍」の厚みを有する。この実施形態でも、パイプ素材３１の材料として「ＳＵＳ３１６」が使用される。
【００４１】
（２）第２の工程では、「通電アプセット成形」を行う。この実施形態でも、第１実施形態と同様の装置を使用し、同様の条件でパイプ素材３１の成形を行う。これにより、図１１に示すように、パイプ素材３１の上端部に、厚肉なオニオン形をなす中空オニオン３２が成形される。
【００４２】
（３）第３の工程では、「熱間鍛造」を行う。すなわち、第２の工程で中空オニオン３２が成形されたパイプ素材３１を、第１実施形態と同様の装置を使用して所定温度で加熱しながら鍛造することにより、中空オニオン３２を、図１２に示すような傘形に成形する。この段階で、中空バルブ１の傘部３のおおよその形状（粗形）となる一次傘形部３３が得られる。次に、中空バルブ１の軸部２となるパイプ素材３１の部分を、冷間鍛造することにより「軸しごき」を施す。これにより、図１３に示すように、パイプ素材３１の一次傘形部３３以外の部分が細くなり、軸部２となる部分の内径寸法出しが行われる。
【００４３】
その後、第１実施形態と同様に第４〜第７の工程を行うことにより、図１，９に示すと同様の中空バルブ１が得られる。
【００４４】
従って、この実施形態では、パイプ素材３１の一端部を通電アプセット成形することにより、その一端部が厚肉のオニオン形をなす中空オニオン３２に成形される。ここで、パイプ素材３１が厚肉かつ大外径をなすので、通電アプセット成形に際して、パイプ素材３１の軸線方向の変形に対する半径方向の変形が小さくなる。このため、通電アプセット成形に際して、中空オニオン３２の外周に座屈によるしわが生じることを防止することができる。このことは、後工程である第３の工程で、一次傘形部３３を成形するために中空オニオン３２が熱間鍛造されるときに、その内部に折り込みきず等の鍛造欠陥が生じることを防止することができ、最終的に傘部３の成形不良を防止することができる。この実施形態のその他の作用効果は、第１実施形態のそれと基本的に同じである。
【００４５】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して以下のように実施することもできる。
【００４６】
（１）前記第１実施形態では、パイプ素材１１の先端開口１１ｂに組み付けられる部材を比較的長尺な軸端部材７としたが、この部材７を、溝部４と軸端部５のみを含む短い軸端部材としてもよい。
【００４７】
（２）前記実施形態では、中空バルブ１の中空１１ａに空気を冷媒として満たしたが、空気の代わりにナトリウム系の冷媒を注入するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】中空バルブを示す正面図。
【図２】中空バルブの製造方法を示すフローチャート。
【図３】第１の工程に係り、パイプ素材を示す断面図。
【図４】第２の工程に係り、通電アプセット成形を示す断面図。
【図５】第３の工程に係り、熱間鍛造を示す断面図。
【図６】第４の工程に係り、切削加工後のパイプ素材を示す断面図。
【図７】第５の工程に係り、部品組み付けを示す断面図。
【図８】第６の工程に係り、部品溶接を示す粗製品の断面図。
【図９】第７の工程に係り、仕上げ加工後の中空バルブを示す断面図。
【図１０】第１の工程に係り、パイプ素材を示す断面図。
【図１１】第２の工程に係り、通電アプセット成形後のパイプ素材を示す断面図。
【図１２】第３の工程に係り、熱間鍛造後（傘形成形後）のパイプ素材を示す断面図。
【図１３】第３の工程に係り、熱間鍛造後（軸しごき後）のパイプ素材を示す断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１    中空バルブ
２    軸部
３    傘部
４    溝部
５    軸端部
６    傘端部材
７    軸端部材
１１    パイプ素材
１１ａ    中空
１２    芯材
１３    中実オニオン
１４    一次傘形部
１５    二次傘形部
３１    パイプ素材
３１ａ    中空
３２    中空オニオン
３３    一次傘形部
【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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【図１３】
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