三菱重工技報 VOL.45 NO.3: 2008

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製 品

紹

自動車のパワートレインを支えるエンジンバルブ介

Engine Valve Developed for the Automobile
Powertrain
工作機械事業部

営業部精機品営業課☎（077）552-9766

現在，エンジンバルブ部門は，当社としては異例の量産品の製造を行っており，国内外のユーザに年間エンジン約 200 万台分のエンジンバルブの供給を行っている．今回は，お客様のニーズに対応するのエンジンバルブ

1．はじめ

三菱重工を紹介する．

ズに対応した製品を作り続けている．

2．エンジンバルブの要求機能と製造方法
エンジンバルブはエンジンを高出力化するため，常に小型･軽量化という課題を与えられている．図２にエンジンバルブの一般的な形状と要求される特性を示にす．製造時には，軸部の良好な溶接性，バルブへッド

エンジンバルブは，ガソリンやディーゼルエンジンの燃料などの出入口を制御する弁であり，通常，部の良好な鍛造性，そして軸端の焼入れ性が必要であり，機能的にはフェース，軸，軸端部に高い耐摩耗性吸気バルブと排気バルブが対で使用される（図１）．

が要求され，バルブヘッド部は高温下でも疲労強度，当社のエンジンバルブは戦前に航空機用エンジン開クリープ強度，耐食性を確保することが要求される．

発を行った際，その中の重要部品の一つとして製造が開始された．

また，バルブの軸部はバルブガイドに沿って高速で往復運動をするので，耐摩耗性と耐焼付き性が要求され

当初，エンジンバルブの製造は，航空機と同じ名古る．図３に一般的なエンジンバルブの製造工程を示す．

屋で製造されていた．それが，戦時中の航空機の増産要求による生産能力拡張の際，エンジンバルブ工場として単独で京都に移転された．昭和 18 年のことであり，現在の工作機械事業部（旧京都精機製作所）の発製造機能
耐摩耗性

焼入れ性

祥となった．以来 60 年以上に渡り 10 億本以上のエンジンバルブの生産を行ってきた．現在，その歴史を受表面処理（窒化）

け継ぎつつも，新しい技術革新に取り組んで客先ニー

溶接性

鍛造性
カム

肉盛性

スイングアーム
リテーナコッタースプリング
ラッシュ
アジャス

排気ガ

ス

バルブガイドスパーク
プラグ ウォーター
ジャケット

図２

耐摩耗性

高温疲労強度特性
クリープ強度特性
高温耐蝕特性
耐摩耗性

エンジンバルブに要求される仕様

は

また
空気 気
混合吸気弁
排気弁

ガソリンエンジン
ピストン周辺模式図

3．時代を先取りした当社の製造方法
エンジンバルブ軸部の要求仕様を満たすため，ほとんどのエンジンバルブは窒化又は硬質クロムメッキをピストン行うのが一般的であり，国内自動車メーカのエンジンバ
ルブはその 90％以上で表面処理に窒化を採用している．

図１

エンジンバルブ周辺図

表面処理は，硬質クロムメッキでは六価クロム，塩三菱重工技報 VOL.45 NO.3: 2008

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①素材棒切断②軸溶接③アプセット ＆ 鍛造④（ステライト）盛金

⑤熱処理

⑥軸粗研削

⑦かさ部旋削⑧全長決め・コッター溝入れ旋削⑩表面処理⑪軸端部焼入れ＆研削

図３⑨軸仕上げ研削⑫シートフェース研削仕上⑬完成検査

エンジンバルブの代表的な製造工程

浴軟窒化ではシアン化合物という環境負荷物質を用い象ワーク表面の酸化膜をフッ化膜に置き換える表面る必要があり，今後は使用制限の可能性がある．

活性化処理を行い，その後に窒化を行う．このため，当社ではこの問題に対応すべく，他社に先駆け，一般の窒化処理では施行不可能な高ニッケル材に対NV 窒化処理という三菱自動車工業（株），エアウオーしても施行が可能である．

(注)．

図４にこの NV 窒化処理の模式図を示す．なお，ここの処理法は，他の表面処理に比べ以下のような特徴（株）向けだけでなく他の大手の処理は三菱自動車工業

ター（株）と共同開発のガス窒化を採用しているがある．

自動車メーカ向けにも広く採用され，既に１億本以上（1）環境負荷物質であるシアンや六価クロムを使用しの施行実績がある．

ない表面処理であり環境にやさしい．

注：佐々木ほか，エンジンバルブへの新しいガス室化技術の適用，第８回環太平洋自動車技術会議（2003.11）（2）一般的な塩浴軟窒化と異なり，窒化工程の前に対ニューガス窒化処理（NV 窒化）雰囲気温度
表面硬度
硬化層の厚み
耐摩耗性
耐焼付き性
疲労強度
ニッケル合金材との適合性
汚染防止
コスト

クロームメッキ
CrO3,SO4 Bath60℃
HV 800〜8〜13μm○○△○××

タフトライドCN,CNO Bath570℃〜580℃
HV 600〜10μm〜○○○×△○NV 窒化NV ガス
540℃〜580℃
HV 600〜10μm〜
○
○
○
○
○
○
熱線図

仕組み

Cr O Cr O

540〜580℃
温度①300〜350℃

O

窒化F

フッ化
①

雰囲気
N2NF3

栗東工場内NV窒化装置全

図４（＋）NV フッ素（F）含有ガス

NV 窒化模式図②
N2 NH3RXN2Cr F Cr

HF

50〜100μF（＋）NV アンモニア（NH3）ベース②N2OHFN Cr N Cr窒化（ F フッ素ガス除去）

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42温度（℃）

計測法

400500600

8009001 000200〜850℃

従来技術での温度計測域
（焼戻し）

新硬度法

700

700〜900℃
当社
開発

100〜1 000℃

X線解析法
796.9
724649.1
574.2
499.3
424.5
349.6
274.7
199.6
124.9
50

熱電対

100〜1 000℃

熱電対法
排気図５

エンジンバルブ測温技術

4．エンジンバルブの開発体制による測定が一般的であった．この方法は，長年使用されている手法であるが，800 ℃を越える高温の場合エンジンバルブ部門は，世界トップの日本の自動車・素材ロットにより，２次硬化が発生することがあり高汎用機メーカの開発に対応するため，工作機械事業部

温測定精度に問題があった．現在，自動車産業は排気内だけでなく工作機械システムセンターを通じ技術本

ガス，CO2 削減など燃費向上のニーズにより，年々排部と連携し，業界トップクラスの開発力を維持してい気ガス温度が上昇する傾向にあり，かつ性能アップのる．

ための軽量化も併せて求められている．そのため，設5．進化し続ける性能評価技術

計評価としての高温の計測技術は欠かせない．
このニーズに対応し，当社では新硬度法や産業用エエンジンの高性能化，各年度ごとに強化される排気ンジンにて培った，熱電対計測法によりエンジンバルガス，燃費の規制などにより，製品開発時における評ブとして必要な，ほぼ全温度域の温度計測を可能とし価技術もまた高い水準を要求されてきている．当社の，た．

エンジンバルブは製品開発に際し，技術本部の全面的当社が計測可能な温度域と方法を図５に示す．本技な支援の下，客先ニーズに対応している．この中で，術を含め，原動機の評価試験機など用い，高温にて製．
一昨年開発した測温技術を紹介する（図５）

品実態の疲労強度やクリープ強度を評価することも可

これまで，エンジン運転時におけるバルブの温度の測定にはマルテンサイト系材料を用いた焼戻し硬度法

能で，これからのユーザの高度なエンジン開発に貢献できる．