JP2008267202A - 中空バルブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中空バルブにつき、傘部の耐久性を向上させること。
【解決手段】中空バルブの製造方法は、（１）「パイプ素材の準備」をし、（２）パイプ素材の内部に冷却流体を流しながらパイプ素材の一端部を「通電アプセット成形」することによりパイプ素材を部分的に肉厚に成形し、（３）肉厚に成形された部分を「熱間鍛造」により傘形に成形し、（４）「部品組み付け」により、傘部の裏側開口をプラグにより封鎖すると共に、傘部とは反対側の軸部の一端開口を軸端部材により封鎖し、（５）「部品溶接」により、プラグと軸端部材をパイプ素材の成形物に溶接し、（６）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２

Description

この発明は、自動車の吸気バルブ又は排気バルブに使用されるエンジンバルブに係り、中空形状をなす中空バルブの製造方法に関する。

従来、この種の技術して、下記の特許文献１〜４に記載される技術が知られている。特に、特許文献１には、パイプ材を深絞り加工して中空バルブを製造する方法が記載されている。

再公表特許ＷＯ００／４７８７６号公報 特開昭４９−７９９５８号公報 特開昭４８−６９６６号公報 特開平６−３３５７４７号公報

ところが、特許文献１に記載の製造方法では、パイプ素材を冷間成形しなければならず、耐熱性の高い材料が採用できなかった。また、深絞り加工であるため、バルブの傘部を全体に肉厚にすることができず、製品強度を高めることができず、製品耐久性の点で問題があった。

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、傘部の耐久性を向上させ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。

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、パイプ素材の内部に冷却流体を流しながら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パイプ素材を部分的に肉厚に成形する工程を備えたことを趣旨とする。

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、その一端部に中空オニオンが成形される。ここで、パイプ素材の内部に冷却流体を流しながら通電アプセット成形がなされるので、パイプ素材の内径部の温度上昇が抑えられると共に内圧が保たれ、素材の変形抵抗と内圧との均衡関係により、中空オニオンの孔の閉塞変形が防止され、中空オニオンの肉厚が確保される。

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、肉厚に成形された部分を熱間鍛造により傘形に成形することにより傘部とする工程を更に備えたことを趣旨とする。

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、前工程で温まっている肉厚な中空オニオンの部分が熱間鍛造により傘形に成形されるので、肉厚な傘部が得られる。熱間鍛造を行うことから、パイプ素材に耐久性のある耐熱材の使用が可能となる。

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、傘部の裏側開口をプラグにより封鎖すると共に、傘部とは反対側の軸部の一端開口を軸端部材により封鎖する工程を更に備えたことを趣旨とする。

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、前工程では、傘部の裏側と軸部の一端にそれぞれ開口が残る。傘部の裏側開口はプラグにより閉塞され、軸部の一端開口は軸端部材により閉塞されるので、内部を密封した中空バルブが得られる。また、軸端部材に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。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の製造方法により製造された中空バルブを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、傘部が肉厚となり、軸端部を他の部位より硬質とすることが可能となる。

請求項５に記載の発明は、パイプ素材の内部に冷却流体を流しながら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肉厚に成形することを趣旨とする。

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、その一端部に中空オニオンが成形される。ここで、パイプ素材の内部に冷却流体を流しながら通電アプセット成形がなされるので、パイプ素材の内径部の温度上昇が抑えられると共に内圧が保たれ、素材の変形抵抗と内圧との均衡関係により、中空オニオンの孔の閉塞変形が防止され、中空オニオンの肉厚が確保される。

請求項１に記載の発明によれば、傘部の耐久性を向上させることができ、中空オニオンに孔の閉塞がなく、孔加工が不要な分だけ、中空バルブの製造コストを低減することができる。

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料を使用することができ、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。

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、密閉した中空部により冷却効果を得ることができる。軸端部の耐久性を向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、傘部と軸端部の耐久性を向上させることができ、製造コストを低減することができ、耐熱性を向上させることができ、中空部による冷却効果を得ることができる。

請求項５に記載の発明によれば、パイプ素材の一端部に肉厚な中空オニオンを成形することができ、中空オニオンに孔の閉塞がなく、孔加工が不要な分だけ、パイプ素材の成形コストを低減することができる。

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一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

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（基端）に形成された傘部３と、軸部２の他端（先端）に設けられた溝部４及び軸端部５とを備える。軸部２の先端部分は、軸部２の基幹部分及び傘部３とは異なる別材料より形成される軸端部材６から構成される。

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３〜８に、この製造方法の各工程をそれぞれ断面図により示す。以下の説明は、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。

（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を有するパイプ素材１１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」）に切断してパイプ素材１１として用意し、次工程のために供する。このパイプ素材１１は、「ＳＵＨ３５」を材料として形成される。

（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１２にパイプ素材１１を立てて装着し、パイプ素材１１の上端をアンビル１３により保持する。短縮台１２の上側には、凸部１２ａが形成される。この凸部１２ａ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１３の下側近傍にて、パイプ素材１１がクランプ電極１４により挟みもたれる。アンビル１３とクランプ電極１４との間隔Ｇ１は、後述する中空オニオン１１ｂの大きさに合わせて決定される。アンビル１３には、通気孔１３ａが形成される。短縮台１２にも通気孔１２ｂが形成される。そして、短縮台１２とアンビル１３との間でパイプ素材１１を保持した状態で、上下の通気孔１３ａ，１２ｂをパイプ素材１１の中空１１ａに連通させる。この「通電アプセット成形」は、図４に示すように、アンビル１３とクランプ電極１４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１２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１４による通電により、パイプ素材１１の上端部は数千℃に加熱される。このとき、アンビル１３の通気孔１３ａに冷却流体としての高圧冷気を供給することで、その高圧冷気をパイプ素材１１の中空１１ａ及び短縮台１２の通気孔１２ｂに流す。高圧冷気として、例えば「窒素（Ｎ２）ガス」を使用する。つまり、パイプ素材１１の中空１１ａに高圧冷気を流しながらパイプ素材１１の上端部を通電アプセット成形することにより、パイプ素材１１を部分的に肉厚に成形する。これにより、パイプ素材１１の上端部には、中空オニオン１１ｂが成形される。

（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１１ｂ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１５と鍛造下型１６との間で所定値の温度で加熱しながら鍛造することにより、中空オニオン１１ｂを傘形に成形することで傘部３とする。この段階で、中空バルブ１の軸部２の一部と傘部３のおおよその形状（粗形）が得られる。ここで、鍛造時の加熱温度は「１２００℃」前後の温度である。この温度は、パイプ素材１１の融点より低く、変態点より高い。

（４）第４の工程では、「部品組み付け」を行う。すなわち、図６に示すように、傘部３の裏側開口３ａにプラグ７を嵌めて同開口３ａを封鎖すると共に、傘部３とは反対側の軸部２の一端開口２ａに軸端部材６を嵌めて同開口２ａを封鎖する。この実施形態で、プラグ７は、「ＳＵＨ３５」を材料として裏側開口３ａの外形に合わせて円板状に形成される。軸端部材６は、軸部２の一部を構成するものであり、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６の一端部には小径部６ａが形成される。この小径部６ａは、パイプ素材１１の一端開口２ａの内径とほぼ同じ寸法に形成される。

（５）第５の工程では、「部品溶接」を行う。すなわち、図７に示すように、プラグ７の外周を溶接Ｗ１により接合すると共に、軸端部材６の小径部６ａの外周を溶接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、冷媒として空気が満たされている。

（６）第６の工程では、「仕上げ加工」を行う。すなわち、図７に示す粗製品を切削、研削加工することにより、図８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６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。

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、その一端部に中空オニオン１１ｂが成形される。ここで、パイプ素材１１の中空１１ａに高圧冷気を流しながら通電アプセット成形がなされるので、パイプ素材１１の内径部の温度上昇が抑えられると共に、パイプ素材１１の内圧が保たれる。これにより、パイプ素材１１の変形抵抗と内圧との均衡関係により、図４に示すように、中空オニオン１１ｂの孔の閉塞変形が防止され、中空オニオン１１ｂの肉厚が確保される。この結果、この中空オニオン１１ｂが、後工程で傘部３の成形に供されることで、傘部３の耐久性を向上させることができる。特には、傘部３の裏側の耐久性を向上させることができる。また、中空オニオン１１ｂには孔の閉塞がなく、閉塞部分に孔を後加工する必要がない分だけ、中空バルブ１の製造コストを低減することができる。

また、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、前の第２の工程で温まっている肉厚な中空オニオン１１ｂの部分が、熱間鍛造により傘形に成形されるので、図５に示すように肉厚な傘部３が得られる。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の使用が可能となる。このため、パイプ素材１１に耐熱材料を使用することができ、これによって中空バルブ１の耐熱性を向上させることができる。

更に、この実施形態では、第４及び第５の工程で、部品組み付けと部品溶接を行う。ここで、前の第３の工程では、傘部３の裏側と軸部２の一端にそれぞれ開口３ａ，２ａが残る。そして、傘部３の裏側開口３ａはプラグ７により閉塞され、軸部２の一端開口２ａは軸端部材６により閉塞されるので、図７に示すように、内部を密封した中空バルブ１の粗製品が得られる。また、軸端部材６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。この結果、中空バルブ１につき、密閉した中空部により冷却効果を得ることができる。また、耐久性の高い軸端部材６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、軸端部５を他の部位より硬質として耐久性を向上させることができる。従って、ロッカーアームやバルブリフタ等と頻繁に接触する軸端部５の先端面につき、高い耐摩耗性を確保することができる。

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。

（１）前記実施形態では、軸部２の一端開口２ａに組み付けられる部材を比較的長尺な軸端部材６としたが、この部材６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。

（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満たすようにしてもよい。

（３）前記実施形態では、パイプ素材１１の内部に冷却流体としての高圧冷気を流しながらパイプ素材１１の一端部を通電アプセット成形することにより肉厚に成形することを中空バルブ１の製造の一工程として採用した。これに対し、この成形方法を単なるパイプ素材の成形方法として金属加工技術に採用することもできる。この場合、パイプ素材１１の一端部に肉厚な中空オニオン１１ｂを成形することができ、中空オニオン１１ｂに孔の閉塞がなく、孔加工が不要な分だけ、パイプ素材１１の成形コストを低減することができる。

中空バルブを示す正面図。 中空バルブの製造方法を示すフローチャート。 第１の工程に係り、パイプ素材を示す断面図。 第２の工程に係り、通電アプセット成形を示す断面図。 第３の工程に係り、熱間鍛造を示す断面図。 第４の工程に係り、部品組み付けを示す断面図。 第５の工程に係り、部品溶接を示す断面図。 第６の工程に係り、仕上げ加工を示す断面図。

符号の説明

１ 中空バルブ
２ 軸部
２ａ 一端開口
３ 傘部
３ａ 裏側開口
６ 軸端部材
７ プラグ
１１ パイプ素材
１１ａ 中空
１５ 鍛造上型
１６ 鍛造下型

Claims (5)

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、
   パイプ素材の内部に冷却流体を流しながら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前記パイプ素材を部分的に肉厚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。
2. 前記肉厚に成形された部分を熱間鍛造により傘形に成形することにより前記傘部と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。
3. 前記傘部の裏側開口をプラグにより封鎖すると共に、前記傘部とは反対側の前記軸部の一端開口を軸端部材により封鎖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。
4. 請求項３に記載の製造方法により製造された中空バルブ。
5. パイプ素材の内部に冷却流体を流しながら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肉厚に成形することを特徴とするパイプ素材の成形方法。

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