JP2001062729A - エンジンバルブの硬化処理方法およびエンジンバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】環境汚染等を懸念することがなく、設備費用等
を削減することにより製造コストを低減し、しかもバル
ブヘッド部をより一層硬度化することにある。 【解決手段】鍛造成形によりエンジンバルブ成形体を形
成し、軸部２２の一端面であるバルブヘッド部３２を含
む部位に対して熱処理を行う。続いて、ロッカーアーム
に当接する前記バルブヘッド部３２に対して、複数のガ
ラスビーズが混合された液体を直接投射し、投射面に圧
縮応力を付与することにより硬化層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、傘形形状を有する
膨出部と前記膨出部と一体的に形成された軸部とから構
成されるエンジンバルブの製造工程において、ロッカー
アームに当接する軸部の一端部であるバルブヘッド部の
硬度をより一層増大させることが可能なエンジンバルブ
の硬化処理方法およびエンジンバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、エンジンの構成部品としてエ
ンジンバルブが用いられている。このエンジンバルブ
は、一端部が傘形形状に形成された膨出部と、前記膨出
部と一体的に形成された軸部とから構成されている。

【０００３】ここで、前記エンジンバルブの製造工程に
ついて概略説明する。

【０００４】先ず、切断手段によって所定長に切断され
た棒状部材を、例えば、電気アプセッタ等を介してアプ
セット成形することにより、棒状部材の一端部が加熱さ
れ略球状の加熱部が形成される。このアプセット成形に
よって得られた成形体をプレフォーミングし、さらにフ
ォージング成形することにより所定形状のエンジンバル
ブ成形体が得られる。

【０００５】前記エンジンバルブ成形体に対し、さら
に、熱処理、矯正、各部の切削および研磨加工等を施し
た後、仕上げ処理を行うことにより、最終製品としての
エンジンバルブが完成する。

【０００６】このように、エンジンバルブの製造工程
は、鍛造領域、熱処理領域、研磨加工領域等に大別さ
れ、複数の種々の工程を経て最終製品が完成する。

【０００７】前記製造工程中、研磨加工領域では、軸部
の仕上げの研磨加工を行った後、エンジンバルブの全体
に対しタフトライド法による軟窒化処理を行い、続いて
エンジンバルブの軸部の端面のバルブヘッド部に高周波
焼き入れによる硬化処理を施している。

【０００８】このタフトライド法とは、ＮａＣＮＯ（シ
アン酸ナトリウム）、ＫＣＮＯ（シアン酸カリウム）等
のシアン含有窒化塩浴中に、約５７０℃〜５８０℃の環
境温度で約３０分間程度、ワークを浸漬処理する方法を
いう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記の従来
技術に係るエンジンバルブの製造方法では、タフトライ
ド法を実施する際、環境等に有害な溶融塩が用いられて
いるため、作業環境、廃棄物処理等が問題となる。

【００１０】すなわち、窒化処理を行う作業設備、前記
作業設備に付随する環境整備およびメンテナンス等に多
大の費用がかかるとともに、塩浴剤の持ち出し消耗、廃
棄物処理等にも多大の経費が必要となる。また、一度に
大量のワークに対して窒化処理を行うため、エンジンの
組み付けラインが物流的に変則的なラインとなり、生産
効率が低下するという不具合がある。さらに、塩浴剤処
理設備およびその他の公害防止関連設備等を設けること
により、多大な経費がかさむ等の問題がある。

【００１１】本発明は、前記の問題等を考慮してなされ
たものであり、環境汚染等を懸念することがなく、設備
費用等を削減することにより製造コストを低減し、しか
もバルブヘッド部をより一層硬度化することが可能なエ
ンジンバルブの硬化処理方法およびエンジンバルブを提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、棒状素材を鍛造成形して軸部と
膨出部とから構成されるエンジンバルブ成形体を形成
し、前記軸部の一端面であるバルブヘッド部を含む部位
に対して熱処理を行う。続いて、ロッカーアームに当接
する前記バルブヘッド部に対して、複数のガラスビーズ
が混合された液体を直接投射し、投射面に圧縮応力を付
与することにより硬化層を形成する。

【００１３】略円形状に形成された前記バルブヘッド部
に対し複数のガラスビーズが混合された液体をノズルに
よって直接投射する際、軸部の軸線を回転中心として該
バルブヘッド部を周方向に沿って回転させるとともに、
前記ノズルをバルブヘッド部の中心部から半径外方向に
向かって略水平に変位させると好適である。

【００１４】また、前記液体を２００ＭＰａ〜２５０Ｍ
Ｐａの圧力によって噴射し、前記ガラスビーズの粒径
を、０．０５ｍｍ〜０．１０ｍｍとするよい。

【００１５】さらに、ノズルをバルブヘッド部の中心部
から半径外方向に向かって略水平に変位させるととも
に、該ノズルおよびエンジンバルブ成形体の少なくとも
いずれか一方またはその両方を相対的に離間する略鉛直
方向に沿って変位させることにより、バルブヘッド部の
平面と面取り部との境界部分にダレが発生することを防
止することができる。なお、前記ダレの発生を防止する
ために、前記ノズルをバルブヘッド部の中心部から半径
外方向に向かって略水平に変位させる際、前記バルブヘ
ッド部の平面と面取り部との境界部分に対して吐出する
圧力流体の吐出量または吐出速度あるいは供給される圧
力流体の供給圧力を制御するようにしてもよい。

【００１６】本発明は、傘形形状を有する膨出部と前記
膨出部と一体的に形成された軸部とから構成されるエン
ジンバルブにおいて、ロッカーアームに当接するバルブ
ヘッド部を含む軸部の一部を加熱して形成された熱処理
硬化層と、前記バルブヘッド部に対し複数のガラスビー
ズが混合された液体を直接投射し、投射面に圧縮応力を
付与することにより前記熱処理硬化層の上にさらに形成
される硬化層と、を有することを特徴とする。

【００１７】本発明によれば、投射される液体およびガ
ラスビーズによって投射面に圧縮応力が付与されること
により、従来技術と比較してエンジンバルブのバルブヘ
ッド部をより一層硬度化することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明に係るエンジンバルブの硬
化処理方法について、これを実施する装置との関連にお
いて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。

【００１９】図１において参照数字１０は、本発明の実
施の形態に係るエンジンバルブの硬化処理方法を実施す
る装置を示す。

【００２０】この装置１０は、図示しない流体供給源に
接続された高圧ポンプ１２と、第１通路１４を介して前
記高圧ポンプ１２に接続されたノズル１６と、第２通路
１８を介して前記ノズル１６に接続され、図示しないチ
ャンバー内に所定量のガラスビーズ（図示せず）が充填
され、負圧作用下に前記ガラスビーズがノズル１６側に
向かって送給されるホッパー２０とを含む。前記ノズル
１６は、図示しない変位手段を介して略水平方向に沿っ
て移動自在に設けられている。

【００２１】また、前記装置１０は、円柱状に形成され
た軸部２２が上部側となり、傘形形状に形成された膨出
部２４が下部側となるように保持する図示しない保持手
段と、軸線を回動中心としてワーク２６を周方向（矢印
Ａ方向）に沿って回転させる図示しない回動手段とを有
する。なお、参照数字２８は、ノズル１６から噴射され
たガラスビーズの飛散を防止するためのカバー部材を示
す。

【００２２】ワーク２６となるエンジンバルブの軸部２
２の一端面には、略円形状の平面からなるバルブヘッド
部３２が形成され、前記バルブヘッド部３２の下方側に
は、環状に切り欠かれたコッター溝３４を含むステム部
３６が形成される。前記バルブヘッド部３２とステム部
３６との間には、断面が所定角度傾斜する環状の傾斜面
からなる面取り部３８が形成されている。

【００２３】本実施の形態に係るエンジンバルブの硬化
処理方法を実施する装置１０は基本的には以上のように
構成されるものであり、次にその作用効果について説明
する。

【００２４】先ず、切断手段によって所定長に切断され
た棒状部材（図示せず）を、例えば、電気アプセッタ等
を介してアプセット成形することにより、前記棒状部材
の一端部が加熱されて略球状の加熱部が形成される。こ
のアプセット成形によって得られた成形体をプレフォー
ミングし、さらにフォージング成形することにより所定
形状のエンジンバルブ成形体（図示せず）が得られる。

【００２５】本実施の形態に係るエンジンバルブの硬化
処理方法では、前記エンジンバルブ成形体をワーク２６
として以下のような加工処理がなされる。

【００２６】すなわち、前記エンジンバルブ成形体に対
して、軸部２２の端面であるバルブヘッド部３２、コッ
ター溝３４を含むステム部３６に高周波焼き入れ（熱処
理）を施した後、図示しない保持手段を介して図１に示
されるようにワーク２６を装着する。この場合、ノズル
１６の先端部にバルブヘッド部３２が臨むようにセット
され、前記バルブヘッド部３２とノズル１６との間は、
所定間隔離間するように設けられる。

【００２７】次に、高圧ポンプ１２を駆動してノズル１
６側に向かって所定の流体圧からなる水（液体）が圧送
されるとともに、ホッパー２０内の図示しないチャンバ
ーに充填された複数のガラスビーズがノズル１６に送給
される。従って、水と多数のガラスビーズとが混合され
た後、ノズル１６の先端から略円形状のバルブヘッド部
３２の中心部に向かって噴射される。

【００２８】その際、図示しない回動手段を付勢して軸
線を回動中心としてバルブヘッド部３２を周方向（矢印
Ａ方向）に向かって回転させておくとともに、図示しな
い変位手段を介してノズル１６をバルブヘッド部３２の
中心部から半径外方向（矢印Ｂ方向）に向かって所定距
離だけ水平移動させる（図２参照）。

【００２９】従って、ノズル１６から噴射され、水中に
混合されたガラスビーズがバルブヘッド部３２に衝突す
ると、前記バルブヘッド部３２の表面は、前記ガラスビ
ーズを介して圧縮応力が付与されるとともに、研磨され
る。さらに、多数のガラスビーズが衝突により破壊され
る際、その破壊片がバルブヘッド部３２の表面に押し付
けられ、これにより、ガラスビーズの破壊片を介してバ
ルブヘッド部３２の表面に研磨処理が施される。

【００３０】一方、水は、ガラスビーズと同様にバルブ
ヘッド部３２の表面に衝突している。このため、水によ
りバルブヘッド部３２の表面に圧縮応力が付与されると
ともに、該表面の研磨が行われる。この結果、バルブヘ
ッド部３２の表面全体に所望の硬度からなる硬質層が形
成される。

【００３１】次に、本実施の形態に係る硬化処理方法を
用い、以下に示すような条件で実験を行った。

【００３２】ノズル１６の先端部の直径を約１．２ｍ
ｍ、ノズル１６から噴射される水の水圧を約２５０ＭＰ
ａ、ガラスビーズの直径を約０．０５ｍｍ、ワーク１個
当たりに消費されるガラスビーズの消費量を約２５０ｍ
ｇ、ワーク２６の回転数を約６００ｒｐｍ、ガラスビー
ズが混合された水のワーク２６に対する投射時間を約
０．５秒、バルブヘッド部３２の直径を約５．５ｍｍに
設定した。

【００３３】ここで、本実施の形態に係る硬化処理方法
を用い前記条件に基づいて得られた硬度特性曲線Ｍと、
従来技術に係るタフトライド法を用いて得られた硬度特
性曲線Ｎとを図３に示す。図３中、縦軸に硬度（マイク
ロビッカース硬さ試験による硬さ）、横軸に測定位置を
示し、前記測定位置は、バルブヘッド部３２から軸線方
向に沿った下方側の深さＴ（ｍｍ）を示している（図４
参照）。

【００３４】前記硬度特性曲線Ｍと硬度特性曲線Ｎとを
比較すると、従来技術に係るタフトライド法を用いた硬
化処理方法よりも本実施の形態に係る硬化処理方法の方
が全般的にその硬度が増大しているとともに、特に、バ
ルブヘッド部３２に近接する部位では、本実施の形態に
係る硬化処理方法が従来技術に係るタフトライド法に対
してより一層硬度が増大していることがわかった。

【００３５】また、この状態を電子顕微鏡によって観察
すると、本実施の形態に係る硬化処理方法では、ワーク
２６のバルブヘッド部３２に向かって多量のガラスビー
ズを短時間で噴射する投射効果によって圧縮応力が発生
することにより、表面から内部に向かってより一層緻密
な組織構造に形成されていることが確認された。

【００３６】なお、バルブヘッド部３２の振れについて
は、本実施の形態に係る硬化処理方法と従来技術に係る
タフトライド法による硬化処理方法では、それぞれ０．
００４（ｍｍ）で同一であった。

【００３７】このように、本実施の形態に係る硬化処理
方法では、環境等に有害なシアン含有塩を用いていない
ので作業環境が良好であり、廃棄物処理も不要となる。
すなわち、窒化処理を行う作業設備、前記作業設備に付
随する環境整備およびメンテナンス等の費用が不要とな
る。また、塩浴剤の持ち出し消耗、廃棄物処理等に要す
る経費、塩浴剤処理設備およびその他の公害防止関連設
備等を設けるための費用を削減することができる。従っ
て、本実施の形態に係る硬化処理方法では、前記のよう
な多大な経費を削減することによりエンジンバルブの製
造コストを低減することができる。

【００３８】さらに、製造工程の系列上インライン化す
ることにより物流的に円滑に処理することができ、生産
効率を向上させることができる。

【００３９】さらにまた、本実施の形態に係る硬化処理
方法では、従来技術に係るタフトロイド法と比較して、
ワークの一部分であるロッカーアームに当接するバルブ
ヘッド部３２の硬度をより一層増大させることができ
る。

【００４０】なお、図示しない変位手段を介してノズル
１６をバルブヘッド部３２の中心部から半径外方向（矢
印Ｂ方向）に向かって水平移動させた場合、バルブヘッ
ド部３２の平面と面取り部３８との境界部分に対して水
中に混合された複数のガラスビーズが衝突することによ
り、図５に示されるように、前記境界部分の断面が湾曲
する、いわゆるダレ４０が生ずるおそれがある。

【００４１】そこで、前記バルブヘッド部３２の平面と
面取り部３８との境界部分にダレ４０が発生することを
防止する方法について、以下に説明する。

【００４２】図６に示されるように、ノズル１６をバル
ブヘッド部３２の中心部から半径外方向（矢印Ｂ方向）
に向かって水平移動させるとともに、図示しない変位手
段を介して前記ノズル１６をバルブヘッド部３２から離
間する略鉛直方向（矢印Ｃ方向）に所定距離Ｄだけ変位
させるようにする。この結果、バルブヘッド部３２の平
面と面取り部３８との境界部分に対する研磨力が減少
し、ダレ４０の発生を抑制することができる。

【００４３】また、図７に示されるように、ノズル１６
を水平移動させるとともに、図示しない変位手段を介し
てバルブヘッド部３２側をノズル１６から離間する略鉛
直方向（矢印Ｅ方向）に所定距離Ｄだけ変位させるよう
にしてもよい。あるいは、図８に示されるように、ノズ
ル１６およびバルブヘッド部３２の両方がそれぞれ離間
するように略鉛直方向（矢印Ｃ方向および矢印Ｅ方向）
に所定距離Ｄ₁ 、Ｄ₂だけ変位させるようにしてもよ
い。

【００４４】さらに、図９に示されるように、ノズル１
６から吐出する水の吐出量または吐出速度を制御して減
少させ、あるいは高圧ポンプ１２からノズル１６に供給
される水の供給圧力を制御して減少させるようにしても
よい。

【００４５】このようにして、バルブヘッド部３２の平
面と面取り部３８との境界部分にダレ４０が発生するこ
とを抑制するという利点がある。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られ
る。

【００４７】すなわち、従来技術で用いられていたシア
ン含有塩を不要とすることにより、環境汚染等を懸念す
ることがなく、しかも設備費用等を削減することにより
製造コストを低減することができる。

【００４８】また、エンジンバルブのバルブヘッド部
を、従来技術と比較してより一層の硬度化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るエンジンバルブの硬
化処理方法を実施する装置の概略構成図である。

【図２】ワークのバルブヘッド部に対してガラスビーズ
が混合された水を噴射する状態を示す斜視図である。

【図３】本実施の形態に係るエンジンバルブの硬化処理
方法による硬度特性曲線Ｍと従来技術に係るタフトライ
ド法による硬度特性曲線Ｎとを表す図である。

【図４】図３の硬度特性曲線Ｍの測定位置を示す説明図
である。

【図５】バルブヘッド部の平面と面取り部との間にダレ
が発生した状態を示す縦断面図である。

【図６】前記ダレの発生を防止するために、ノズルをバ
ルブヘッド部から離間する略鉛直方向に変位させる状態
を示す説明図である。

【図７】前記ダレの発生を防止するために、バルブヘッ
ド部側をノズルから離間する略鉛直方向に変位させる状
態を示す説明図である。

【図８】前記ダレの発生を防止するために、ノズルおよ
びバルブヘッドが離間する略鉛直方向にそれぞれ変位さ
せる状態を示す説明図である。

【図９】前記ダレの発生を防止するために、ノズルから
吐出される水の吐出量を減少させた状態を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１０…装置 １２…高圧ポンプ １４、１８…通路 １６…ノズル ２０…ホッパー ２２…軸部 ２４…膨出部 ２６…ワーク ２８…カバー部材 ３２…バルブヘッド部 ３４…コッター溝 ３６…ステム部 ３８…面取り部 ４０…ダレ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】棒状素材を鍛造成形して軸部と膨出部とか
   ら構成されるエンジンバルブ成形体を形成し、前記軸部
   の一端面であるバルブヘッド部を含む部位に対して熱処
   理を行う工程と、 ロッカーアームに当接する前記バルブヘッド部に対し
   て、複数のガラスビーズが混合された液体を直接投射
   し、投射面に圧縮応力を付与することにより硬化層を形
   成する工程と、 を有することを特徴とするエンジンバルブの硬化処理方
   法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、 略円形状に形成された前記バルブヘッド部に対し複数の
   ガラスビーズが混合された液体をノズルによって直接投
   射する際、軸部の軸線を回転中心として該バルブヘッド
   部を周方向に沿って回転させるとともに、前記ノズルを
   バルブヘッド部の中心部から半径外方向に向かって略水
   平に変位させることを特徴とするエンジンバルブの硬化
   処理方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の方法において、 前記液体は２００ＭＰａ〜２５０ＭＰａの圧力によって
   噴射され、前記ガラスビーズの粒径は、０．０５ｍｍ〜
   ０．１０ｍｍからなることを特徴とするエンジンバルブ
   の硬化処理方法。
4. 【請求項４】請求項２記載の方法において、 前記ノズルをバルブヘッド部の中心部から半径外方向に
   向かって略水平に変位させるとともに、該ノズルおよび
   エンジンバルブ成形体の少なくともいずれか一方または
   その両方を相対的に離間する略鉛直方向に沿って変位さ
   せることを特徴とするエンジンバルブの硬化処理方法。
5. 【請求項５】請求項２記載の方法において、 前記ノズルをバルブヘッド部の中心部から半径外方向に
   向かって略水平に変位させる際、前記バルブヘッド部の
   平面と面取り部との境界部分に対して吐出する圧力流体
   の吐出量または吐出速度あるいは供給される圧力流体の
   供給圧力を制御することを特徴とするエンジンバルブの
   硬化処理方法。
6. 【請求項６】傘形形状を有する膨出部と前記膨出部と一
   体的に形成された軸部とから構成されるエンジンバルブ
   において、 ロッカーアームに当接するバルブヘッド部を含む軸部の
   一部を加熱して形成された熱処理硬化層と、 前記バルブヘッド部に対し複数のガラスビーズが混合さ
   れた液体を直接投射し、投射面に圧縮応力を付与するこ
   とにより前記熱処理硬化層の上にさらに形成される硬化
   層と、 を有するエンジンバルブ。