JP6678670B2 - 中空バルブの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の導入部分に記載のように、ガス交換用の、特に内燃エンジン用の少なくとも１つの中空バルブを製造する方法に関するものである。

独国特許出願公開第１０２０１００５１８７１号明細書から、バルブヘッド及びバルブシャフトの各々が中空部として構成される、ガス交換用の、特に内燃エンジン用の中空バルブの製造方法が知られている。ここでは、バルブを構成する中空部のキャビティが、互いに接続され、かつ少なくとも部分的に電解液中での電解金属研削により製造される。すなわち、まずバルブシャフトの長手方向に内腔が形成され、続いてバルブシャフトの長手軸に対して横方向に拡張された内腔として、バルブヘッド内にキャビティが形成される。これにより、特に中空バルブの製造が簡素化され得る。

本発明は、上記一般的なタイプの方法について、特に高品質要求に適合する、改善された、又は少なくとも代替の実施形態を提示するという課題に関する。この課題は、独立請求項１の主題により、本発明に従って解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明は、ガス交換用の少なくとも１つの中空バルブを製造する方法を、全ての部分ステップとともに非常に精密に確立し、以て製品の品質を改善するという、一般的概念に基づく。したがって、本発明による方法によれば、まずステップａ）にて、中空バルブのバルブシャフト及びバルブヘッドの中に内腔が設けられ、或いは、そのような態様で予め内腔が設けられた中空バルブが供給される。バルブヘッド及びバルブシャフトの中の内腔は、シャフトの軸に対して平行に延びる。これに続くステップｂ）では、内腔の深さｔが測定され、かつ少なくとも１つの中空バルブが少なくとも１回洗浄されて清浄化される。この洗浄は、内腔の深さｔの測定の前後のいずれで行われてもよい。続くステップｃ）では、少なくとも１つの中空バルブが保持装置に入れられ、後者によりステップｄ）にて、電解金属研削が行われるように、当該中空バルブが対応電極に対して整列させられる。このため、ステップｅ）にて、シャフト端末の方向から当該電極が内腔の内部へ入る。対応電極は、電解金属研削の実行中は移動しない。当該電極により、ステップｆ）では、ＥＣＭ法により当該内腔がバルブヘッドの領域にて拡張させられて、冷却剤を受け入れるためのキャビティが中空バルブの中に形成される。続いて、ステップｇ）にて中空バルブから対応電極が抜き取られ、ステップｈ）にて当該中空バルブにリンス処理及び／又は個別の保護処理が施される。最後に、ステップｉ）にて、特にバルブ底に作用する大きい力を安全に受けることができるように、バルブ底の残存壁厚さの測定が実行される。ａ）からｉ）までの個々の方法ステップを確立することにより、最適な製造結果を達成するために必要なプロセスが個々の製造ステップにて精密に定義されるので、製品の品質が顕著に向上し得る。したがって、本発明の方法によれば、製造に関して効率的であるだけでなく、高品質の面でも中空バルブを製造することが可能になる。

本発明による解決策の有利な他の発展によれば、内腔の深さｔの測定は、接触式で、及び／又は超音波の手段により行われる。特に、超音波による測定は、非接触式かつ極めて精密な測定方法を代表するものであって、これに代えてレーザーも使用可能であることは勿論である。理論上は、対応する測定ロッドによる接触式の測定も勿論可能であって、製造に関して簡素な態様で当該プロセスに統合され得る。

本発明による方法の他の有利な実施形態によれば、バルブ底の残存壁厚さの測定は、接触式で、及び／又は超音波の手段により行われる。内燃エンジンの作動中に特にバルブ底に生じる大きい力を安全に受けることができるように、ＥＣＭプロセスによる残存壁厚さの同定により決定される、バルブ底の最小壁厚さが絶対的に必要である。起こり得る応力を安全に受けることができるように、決定された残存壁厚さは、必要な最小壁厚さを常に上回らなければならない。

保持装置は、特にコンベアベルト又はロボットの手段により、中空バルブとともに連続的に供給されることが好ましい。これにより、連続的な製造プロセスが生成される。勿論、ロボットによる供給は、複数の中空バルブを同時に供給することをも可能にする。理論上は、これらの中空バルブをパレット状の保持装置で受け取ることも可能であって、ロボットは、そのようなパレットに、そのような複数の中空バルブを同時に供給し得る。

本発明による解決策の有利な他の発展によれば、対応電極に対して中空バルブとともに保持装置を整列させることは、対応電極の挿入面取り部に対して中空バルブの内腔を整列させる把持具の手段により行われる。そのような電極の挿入面取り部は、内腔に対する当該電極の同心の整列を可能にし、したがってＥＣＭプロセスのための精密な位置決めを可能にする。内腔の中における当該電極の精密な中心の整列を通じて、引き続くＥＣＭプロセスにて、キャビティを作るためのバルブヘッドにおける研削が全方位にて同様に実行され、ＥＣＭプロセスの完了後は、これに対応して同じ残存壁厚さが実現するることが保証され得る。

本発明による解決策の他の有利な実施形態によれば、中空バルブ及び／又は対応電極とともに保持装置がフローティング態様で取り付けられて、このフローティング支持状態にて互いに対して整列する。中空バルブの保持装置が対応電極に対して整列させられたとき、当該フローティング支持がキャンセルされて、保持装置が中空バルブとともに対応電極に対して固定される。これにより、内腔の偏心がゼロになり、又は顕著に小さくなるので、カソード径の設計において、より大きく、かつより有利なカソード径を選択することが可能になる。カソード径が大きいほど、プロセスの速度が大きくなり、したがってより短いプロセス時間が達成される。

本発明による解決策の他の有利な実施形態によれば、ステップｃ）及びｄ）にて、少なくとも２つの中空バルブが同時に供給される。更に、複数の中空バルブの同時処理と、したがって高効率の製造とが可能になるように、複数の電極が供給され得ることは勿論である。高効率の製造に加えて、複数のバルブが高品質で同時に製造され得る。

本発明の他の重要な特徴及び利点は、従属請求項から、図面から、そして図面を参照した説明から明らかになるであろう。

以上で説明し、また以下に更に説明する特徴は、本発明の範囲から逸脱しない限り、各々示された組み合わせだけでなく、他の組み合わせ、又は単独でも使用され得るものと、理解されるべきである。

本発明の好ましい実例的な実施形態が図示されており、以下で更に詳細に説明する。ここで、同じ参照符号は、同一の、又は同様の、又は機能的に同一の要素を参照する。

少なくとも１つの中空バルブを製造するための本発明による方法の、個々の方法ステップを示す図である。 当該方法を実行するための装置を示す断面図である。 製造が完成した中空バルブの断面図である。

図１によれば、ガス交換用の、特に内燃エンジンにおける、少なくとも１つの中空バルブ１（図２及び図３参照）を製造するための本発明による方法は、ａ）からｉ）までの合計９ステップを備える。ステップａ）では、まずバルブシャフト２及びバルブヘッド３の中に内腔４が設けられ、或いは、このような態様で予め内腔が既に設けられた中空バルブが供給される。ステップｂ）では、内腔４の深さｔが測定され、かつ少なくとも１つの中空バルブ１が少なくとも１回洗浄される。この洗浄は、内腔４の深さｔの測定の前後のいずれで行われてもよい。内腔４の深さｔは、例えば接触式で、すなわち測定ロッド又はテスト棒により、或いは、非接触式で、例えば超音波又はレーザーの手段により測定され得る。続くステップｃ）では、少なくとも１つの中空バルブ１が保持装置５（図２参照）に入れられ、ステップｄ）にて当該中空バルブが保持装置５とともに対応電極６に対して整列させられる。ステップｅ）では、中空バルブ１に対して当該電極６が移動させられて、当該中空バルブの内腔４へ当該電極が挿入される。続くステップｆ）では、ＥＣＭ法により内腔４が処理され、特にバルブヘッド３の領域にて当該内腔が拡張される。ここに、後に冷却剤８、例えばナトリウムが受け入れられるキャビティ７が形成される。キャビティ７が所定サイズまで達したとき、ステップｇ）にて中空バルブ１から対応電極６が抜き取られ、続くステップｈ）にて、少なくとも１つの中空バルブ１にリンス処理又は個別の保護処理が施される。最後にステップｉ）にて、バルブ底９の残存壁厚さｗの測定が更に行われる。バルブ底９の残存壁厚さｗの測定は、同様に接触式で、及び／又は超音波又はレーザーの手段により行われ得る。

図２を見れば、中空バルブ１は保持装置５にて、ヘッドから先に、かつ中央に位置するように、当該中空バルブに対して相補の態様で構成された台座１０に保持されるということが判る。勿論、この保持装置５は複数の中空バルブ１を同時に受け入れかつ保持することもでき、また複数の中空バルブが一括して供給され、特に対応電極６へ連続的に供給されることも可能である。対応電極６に対して中空バルブ１とともに保持装置５を整列させることは、当該電極６の挿入面取り部１１に対して中空バルブ１の内腔４を整列させる、不図示の把持具の手段によっても行われ得る。

勿論、中空バルブ１及び／又は対応電極６とともに保持装置５がフローティング態様で取り付けられ、フローティング態様で取り付けられた当該状態のまま、対応電極６に対して中空バルブ１とともに保持装置５が整列させられることも考えられる。整列が完了すれば、中空バルブ１及び／又は対応電極６とともに保持装置５のフローティング支持が固定され、すなわちキャンセルされる。

例えば、ステップｈ）の後に少なくとも１つの中空バルブ１が乾燥させられ、かつステップｉ）の後に当該中空バルブに冷却剤８が充填され、封止され得る。当該内腔４の封止は、例えばシャフト端末１２を取り付け、これをバルブシャフト２に固定することにより行われ得る。

本発明の方法によれば、中空バルブ１が極めて精密に、しかも効率的かつ経済的に製造され得る。

Claims (10)

1. ガス交換用の、特に内燃エンジン用の少なくとも１つの中空バルブ（１）を製造する方法であって、
   ａ）バルブシャフト（２）及びバルブヘッド（３）の中に内腔（４）を設け、
   ｂ）前記内腔（４）の深さ（ｔ）を測定し、かつ前記少なくとも１つの中空バルブ（１）を少なくとも１回洗浄し、
   ｃ）前記少なくとも１つの中空バルブ（１）を保持装置（５）に入れ、
   ｄ）対応電極（６）に対して前記中空バルブ（１）とともに前記保持装置（４）を整列させ、
   ｅ）前記中空バルブ（１）に対して前記対応電極（６）を移動させて、前記中空バルブの前記内腔（４）へ当該対応電極を挿入し、
   ｆ）ＥＣＭ法により前記内腔（４）を処理し、特に前記バルブヘッド（３）の領域にて当該内腔を拡張し、
   ｇ）前記中空バルブ（１）から前記対応電極（６）を抜き取り、
   ｈ）前記少なくとも１つの中空バルブ（１）にリンス処理及び／又は保護処理を施し、
   ｉ）バルブ底（９）の残存壁厚さ（ｗ）を測定し、
   前記少なくとも１つの中空バルブ（１）の前記バルブヘッド（３）は、前記バルブシャフト（２）から遠ざかるにつれて拡径するテーパ面を有し、
   前記保持装置（５）は、上方に開口しかつ上方に向かうにつれて拡径するテーパ面を有する台座（１０）を有し、
   前記台座（１０）の前記テーパ面は、前記バルブヘッド（３）の前記テーパ面に対して相補の態様で構成されており、
   前記少なくとも１つの中空バルブ（１）は、前記バルブヘッド（３）の前記テーパ面が前記台座（１０）の前記テーパ面に載置されるようにして、前記保持装置（５）によって保持される
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記内腔（４）の深さ（ｔ）の測定は、接触式で、及び／又は超音波又はレーザーの手段により行われることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、
   前記バルブ底（９）の残存壁厚さ（ｗ）の測定は、接触式で、及び／又は超音波又はレーザーの手段により行われることを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、
   特にコンベアベルト又はロボットの手段により前記保持装置（５）を前記中空バルブ（１）とともに連続的に供給することを特徴とする方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、
   前記対応電極（６）に対して前記中空バルブ（１）とともに前記保持装置（５）を整列させることは、前記対応電極（６）の挿入面取り部（１１）に対して前記中空バルブ（１）の前記内腔（４）を整列させる把持具の手段により行われることを特徴とする方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、
   前記少なくとも１つの中空バルブ（１）は、ヘッドから先に、かつ中央に位置するように、当該中空バルブに対して相補の態様で構成された前記保持装置（５）の台座（１０）に保持されることを特徴とする方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、
   前記中空バルブ（１）及び／又は前記対応電極（６）とともに前記保持装置（５）をフローティング態様で取り付け、
   前記対応電極（６）に対して前記中空バルブ（１）とともに前記保持装置（５）を整列させ、
   前記中空バルブ（１）及び／又は前記対応電極（６）とともに前記保持装置（５）のフローティング支持を固定することを特徴とする方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法において、
   ステップｈ）の後に前記少なくとも１つの中空バルブ（１）を乾燥させ、かつステップｉ）の後に当該中空バルブに冷却剤（８）、特にナトリウムを充填したうえで封止することを特徴とする方法。
9. 請求項８記載の方法において、
   前記内腔（４）の封止は、シャフト端末（１２）を取り付けることにより行われることを特徴とする方法。
   を特徴とする方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法において、
    ステップｃ）及びｄ）にて、少なくとも２つの中空バルブ（１）を同時に供給することを特徴とする方法。