JP5535741B2 - 中空エンジンバルブの弁傘部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工精度の向上を図るようにした中空エンジンバルブの弁傘部材の製造方法に関する。

近年、エンジンバルブの中には、エンジンの高出力化及び高性能化に伴って、その内部を中空に形成すると共に、この中空部内に冷媒用の金属ナトリウムを封入したものが種々提供されている。これにより、中実のエンジンバルブと比べて、軽量化が図られると共に、封入された金属ナトリウムの働きにより、熱伝導性の向上が図られるようになっている。このような、従来の中空エンジンバルブの製造方法は、例えば、特許文献１に開示されている。

特許第４３９０２９１号公報

上記従来の中空エンジンバルブの製造方法では、弁傘部材、中空軸部材、軸端封止部材をそれぞれ個別に製造して、それらを互いに接合することにより完成品としての中空エンジンバルブを得るようにしている。更に、それらの中でも、弁傘部材の製造方法においては、中実丸棒から中間部材を成形した後、この中間部材を段階的に成形して、最終的に弁傘部材を得るようにしている。

ここで、弁傘部材は円筒状の円筒部を有することとなるが、この円筒部は、弁傘部材の中心に位置すると共に、エンジンに対して摺動可能に支持される中空軸部材に接合される部位となっている。これにより、弁傘部材における円筒部の加工精度は、中空エンジンバルブの開閉動作に大きな影響を与えるものとなっている。

そして、従来の弁傘部材の製造方法においては、その円筒部の基となる筒形形状は、鍛造金型を用いて中実丸棒から中間部材を成形したときに、当該中間部材中に初めて成形されることになる。

しかしながら、中間部材の加工（鍛造）精度は、鍛造金型の取付精度及びプレス精度等によって、大きく変化してしまい、特に、鍛造金型を構成するダイス及びパンチ等の製造精度によっては、その筒形形状の肉厚に偏肉が生じてしまうおそれがある。これにより、従来の弁傘部材の製造方法では、鍛造成形する際の管理パラメータが多くなるため、不良品が発生し易いという問題があった。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、製造途中の肉厚管理を高精度に行うことにより、不良品の発生を抑制することができる中空エンジンバルブの弁傘部材の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係る中空エンジンバルブの弁傘部材の製造方法は、
円筒状の円筒部と当該円筒部の一端に形成される傘形状の拡径部とに亘って中空孔を有する中空エンジンバルブの弁傘部材の製造方法において、
肉厚が一定なパイプ材と当該パイプ材の外径以上の外径を有する中実丸棒とを接合した中間部材を準備し、
前記中間部材を鍛造によって、前記中間部材における前記パイプ材の部分を変形させることなくそのままの形状で取り込んだ円筒状の半完成品円筒部と、前記中間部材における前記中実丸棒の部分が変形した傘形状の半完成品拡径部とを有する半完成品に成形し、
複数回の鍛造によって、前記半完成品円筒部を段階的に縮径及び延伸して前記円筒部に成形すると共に、前記半完成品拡径部を段階的に押圧して前記拡径部に成形して、前記半完成品から完成品としての前記弁傘部材を得るようにした
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る中空エンジンバルブの弁傘部材の製造方法によれば、肉厚が一定なパイプ材を用いて円筒部を成形することにより、製造途中の肉厚管理を高精度に行うことができるので、不良品の発生を抑制することができる。

（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例に係る中空エンジンバルブの弁傘部材の製造法における手順を示した図である。 半完成品を弁傘部材に成形するための冷間鍛造装置の概略構成図である。 中空エンジンバルブの縦断面図である。

以下、本発明に係る中空エンジンバルブの弁傘部材の製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。

先ず、図３に示すように、本発明に係る製造方法により製造される中空エンジンバルブ１は、車両等におけるエンジンの吸気バルブまたは排気バルブとして使用されるものであって、弁傘部材１１、中空軸部材１２、軸端封止部材１３から構成されている。そして、中空エンジンバルブ１の内部には、中空孔１４が、弁傘部材１１及び中空軸部材１２に亘って、それらの外形と同じ形状となるように形成されており、この中空孔１４内には、冷媒用の金属ナトリウムＮが封入されている。

即ち、中空エンジンバルブ１を製造する場合には、弁傘部材１１、中空軸部材１２、軸端封止部材１３を、それぞれ個別に製造した後、弁傘部材１１と中空軸部材１２とを接合することにより形成される中空孔１４内に金属ナトリウムＮを注入し、その中空孔１４の開口部を塞ぐように、その基端に軸端封止部材１３を接合する。これにより、完成品としての中空エンジンバルブ１を得ることができるが、使用条件によっては、金属ナトリウムＮを封入しなくて構わない。

また、詳細は後述するが、図１（ａ）〜（ｄ）及び図２に示すように、弁傘部材１１は、中実丸棒３１とパイプ材３２とからなる中間部材３０を、図示しない熱間鍛造用の鍛造金型を用いて、半完成品２０ａに成形した後、この半完成品２０ａを、冷間鍛造装置４０を用いて成形することにより得られるものである。

次に、冷間鍛造装置４０の構成について、図２を用いて説明する。

図２に示した冷間鍛造装置４０は、半完成品２０ａに対して、絞り（冷間鍛造）加工を順次行うことにより、弁傘部材１１を成形するものである。この冷間鍛造装置４０の下部には、プレスベッド４１が設けられる一方、その上部には、ラム４２がプレスベッド４１と対向するように設けられており、このラム４２は上下方向に移動可能に支持されている。

ラム４２の下面には、筒状のダイスＤｉ１，Ｄｉ２，Ｄｉ（ｍ−１），Ｄｉｍ，Ｄｉ（ｎ−１），Ｄｉｎが、半完成品の搬送方向に沿って直列に設けられている。但し、添え字ｍはｍ番目を示し、添え字ｎはｎ番目（最後）を示しており、ｍ＜ｎで、ｍとｎとはいずれも３を超える正の整数となっている。

また、ダイスＤｉ１，Ｄｉ２，Ｄｉ（ｍ−１），Ｄｉｍ，Ｄｉ（ｎ−１），Ｄｉｎの中央部には、円形横断面をなす成形孔Ｍ１，Ｍ２，Ｍ（ｍ−１），Ｍｍ，Ｍ（ｎ−１），Ｍｎが開口されている。これら成形孔Ｍ１，Ｍ２，Ｍ（ｍ−１），Ｍｍ，Ｍ（ｎ−１），Ｍｎの内径は、搬送方向下流側に配置されるに従って、漸次小径となるように形成されている。

一方、プレスベッド４１の上面には、半完成品２０ａ，２０ｂ，２０ｍ，２０ｎ及び弁傘部材１１が、図示しない搬送手段によって、成形孔Ｍ１，Ｍ２，Ｍ（ｍ−１），Ｍｍ，Ｍ（ｎ−１），Ｍｎに対応した位置に、搬送及び位置決め可能となっている。

従って、弁傘部材１１を製造する場合には、先ず、図１（ａ）に示すように、中実丸棒３１とパイプ材３２とを準備する。ここで、中実丸棒３１は、例えば、ＳＵＨ材やＮＣＦ材等の耐熱鋼で形成された長尺な丸棒を所定長さに切断したものであり、パイプ材３２は、例えば、ＳＵＳ材等で形成された長尺なパイプを所定長さに切断したものである。

なお、中実丸棒３１の外径は、パイプ材３２の外径と同じ寸法か、あるいは、それよりも若干大きな寸法となっている。更に、中実丸棒３１の長さとパイプ材３２の長さとは同じ長さに形成されており、パイプ材３２の肉厚（厚さ）はｔａに形成されている。

次いで、図１（ｂ）に示すように、中実丸棒３１とパイプ材３２とを同軸状となるように接合して、中間部材３０を形成する。このとき、それらの端面同士の間における接合部３３には、例えば、パイプ材３２の肉厚ｔａの全域に亘って溶着金属を溶け込ませるような、完全溶け込み溶接を用いている。

そして、図１（ｃ）に示すように、中間部材３０を鍛造金型により半完成品２０ａに成形する。このとき、上型のパンチをパイプ材３２内に挿入しながら、上型と下型との間で、中実丸棒３１の外形形状を整えることにより、半完成品２０ａは、下側で成形される傘形状の拡径部２１ａと、上側で成形される円筒状の円筒部２２ａと、これら拡径部２１ａと円筒部２２ａとの中心部に亘り成形される有底の中空孔２３ａとを有することとなる。これにより、拡径部２１ａの最大外形はＤｏに形成され、円筒部２２ａの肉厚はパイプ材３２の肉厚ｔａと同じｔａに形成される。

即ち、中間部材３０を半完成品２０ａに成形するときには、パイプ材３２を変形させることなく、中実丸棒３１を変形させることにより、中実丸棒３１の下側部分を拡径部２１ａに成形すると共に、中実丸棒３１の上側部分とパイプ材３２とを円筒部２２ａ及び中空孔２３ａに成形するようにしている。つまり、円筒部２２ａ及び中空孔２３ａの上側部分は、切断されたときの状態のパイプ材３２が、そのままの形状（肉厚ｔａ）で取り込まれることになる。

次いで、図２に示すように、半完成品２０ａを、冷間鍛造装置４０のプレスベッド４１上におけるダイスＤｉ１に対応した位置に位置決めする。続いて、ラム４２の昇降動作と搬送手段の搬送動作及び位置決め動作とを順次行って、ダイスＤｉ１，Ｄｉ２，Ｄｉ（ｍ−１），Ｄｉｍ，Ｄｉ（ｎ−１），Ｄｉｎによるｎ回の絞り加工を順次行うようにする。これにより、半完成品２０ａが半完成品２０ｂ，２０ｍ，２０ｎ及び弁傘部材１１と順に成形される。

このとき、円筒部２２ａの外径寸法及び内径寸法が段階的に縮径されると共に、当該円筒部２２ａ及び中空孔２３ａの長さが段階的に延伸されることにより、円筒部２２ｂ，２２ｍ，２２ｎ及び円筒部１１ｂと、中空孔２３ｂ，２３ｍ，２３ｎ及び中空孔１１ｃとが、順に成形される。また、円筒部２２ｂ，２２ｍ，２２ｎ及び円筒部１１ｂの肉厚は、徐々に減肉されるように、ｔｂ、ｔｍ、ｔｎ、ｔ（ｔａ＞ｔｂ＞ｔｍ＞ｔｎ＞ｔ）と順に形成されることになる。

更に、成形孔Ｍ１，Ｍ２，Ｍ（ｍ−１），Ｍｍ，Ｍ（ｎ−１），Ｍｎは、半完成品２０ａ，２０ｂ，２０ｍ，２０ｎにおける拡径部２１ａ，２１ｂ，２１ｍ，２１ｎの上部を段階的に押圧するものの、その下部を押圧しないため、それら拡径部２１ａ，２１ｂ，２１ｍ，２１ｎの最大外径は、Ｄｏのままで保持される。

即ち、図１（ｄ）に示すように、半完成品２０ａを冷間鍛造装置４０により弁傘部材１１に成形すると、この弁傘部材１１は、下側で成形される傘形状の拡径部１１ａと、上側で成形される円筒状の円筒部１１ｂと、これら拡径部１１ａと円筒部１１ｂとの中心部に亘り成形される有底の中空孔１１ｃとを有することとなる。

そして、図３に示すように、弁傘部材１１、中空軸部材１２、軸端封止部材１３を、それぞれ個別に製造した後、弁傘部材１１と中空軸部材１２とを接合することにより形成される中空孔１４内に金属ナトリウムＮを注入し、その中空孔１４の開口部を塞ぐように、その基端に軸端封止部材１３を接合する。これにより、完成品としての中空エンジンバルブ１の製造が完了したことになる。

従って、本発明に係る製造方法によれば、肉厚が一定なパイプ材３２を用いて円筒部１１ｂを成形することにより、製造途中の肉厚管理を高精度に行うことができるので、不良品の発生を抑制することができる。

本発明は、低コストで、且つ、高品質に製造することを目的とした中空エンジンバルブの製造方法に適用可能である。

１ 中空エンジンバルブ
１１ 弁傘部材
１１ａ 拡径部
１１ｂ 円筒部
１１ｃ 中空孔
１２ 中空軸部材
１３ 軸端封止部材
１４ 中空孔
２０ａ，２０ｂ，２０ｍ，２０ｎ 半完成品
２１ａ，２１ｂ，２１ｍ，２１ｎ 拡径部
２２ａ，２２ｂ，２２ｍ，２２ｎ 円筒部
２３ａ，２３ｂ，２３ｍ，２３ｎ 中空孔
３０ 中間部材
３１ 中実丸棒
３２ パイプ部材
３３ 接合部
４０ 冷間鍛造装置
４１ プレスベッド
４２ ラム
Ｄｉ ダイス
Ｍ 成形孔
Ｎ 金属ナトリウム
ｔａ，ｔｂ，ｔｍ，ｔｎ，ｔ 肉厚

Claims (1)

1. 円筒状の円筒部と当該円筒部の一端に形成される傘形状の拡径部とに亘って中空孔を有する中空エンジンバルブの弁傘部材の製造方法において、
   肉厚が一定なパイプ材と当該パイプ材の外径以上の外径を有する中実丸棒とを接合した中間部材を準備し、
   前記中間部材を鍛造によって、前記中間部材における前記パイプ材の部分を変形させることなくそのままの形状で取り込んだ円筒状の半完成品円筒部と、前記中間部材における前記中実丸棒の部分が変形した傘形状の半完成品拡径部とを有する半完成品に成形し、
   複数回の鍛造によって、前記半完成品円筒部を段階的に縮径及び延伸して前記円筒部に成形すると共に、前記半完成品拡径部を段階的に押圧して前記拡径部に成形して、前記半完成品から完成品としての前記弁傘部材を得るようにした
   ことを特徴とする中空エンジンバルブの弁傘部材の製造方法。

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