JPH03238139A - エンジン用中空バルブの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は各種内燃機関（以下エンジンという）の吸排気
口に設けられるバルブの製造方法に関し、特に熱伝達性
を高めるために内部にす１−リウム等の伝熱媒体を充填
する中空バルブの製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

エンジン本体の排気口に設けられるバルブは、高温酸化
性雰囲気に曝された状態で、高応力負荷及び高速作動が
要求されている。このバルブの耐久性、信頼性を向上さ
せるためにオーステナイト系耐熱鋼、或いは１４〜２３
％Ｃｒ−５〜１０％Ｆｅ−残部Ｎｉのニッケル基耐熱合
金などの耐熱合金を採用してその高温負荷能力の向上が
はかられてきた。

しかしこれらの耐熱鋼や耐熱合金はその熱伝導率か小さ
いため、バルブ自体に熱が蓄積され、その温度が上昇す
ることによる負荷能力の限界がある。

このための対策として、バルブを中空とし、そこにナト
リウムを封入することによって、バルブの傘部からステ
ム部への熱伝達を向上させステム部からバルブガイドへ
熱を逃がすことによってバルブ自体の温度を低下してそ
の負荷能力を向上する技術が採用されはしめた。（例え
ば特開昭６０１４５４１０号、実開昭６３−１５１９１
１号）。

この技術によってバルブの温度を従来よりも５５〜１４
５°Ｃ低くすることが出来るといわれているが、自動車
特に乗用車用に大量に採用されるためには、この中空バ
ルブの低廉な製造技術の開発が待たれている。

ここで従来からの中空バルブの製造方法を第１２図〜第
１４図に従い説明する。

先ず、耐熱鋼あるいは耐熱合金の棒材を用いて熱間鍛造
によって第１２図に示した傘部１ａとステム部１ｂから
成るバルブ外形をもった中実バルブ素形材１を製造する
。

次にこれを第１３図に示したように、ステム側端面から
ドリル加工によって深穴３を切削穿孔して中空バルブ本
体２を得る。この深穴３にナトリウムを充填した後、別
途製造したステム端蓋４を接合部５で溶接して密封して
ナトリウム封入中空バルブを製造する。

或いは別の方法として第１２図に示した中実バルブ素形
材１を用いて第１４図に示したように、傘部端面からド
リル加工によって深穴７を切削穿孔して中空バルブ本体
６を得る。この穴７にナトリウムを充填した後、別途製
造した蓋８を接合部９で溶接密封してナトリウム封入中
空バルブを製造するものである。

〔解決すべき課題〕

前記従来の製造方法における最大の課題は小径・長尺の
深穴を切削加工によって穿孔することによるコスト高に
ある。

即ちこの穴は穴径が３〜５ｎ、深さが６０〜８０ｍｍと
穴径に対して深さが著しく深いため穴真直度を出すのが
難しいうえ、排気バルブ用の耐熱ｍ（例えばＪＩＳ　５
ＵＨ３５など）や耐熱鋼合金〈例えばＮｉ　−Ｃｒ　−
Ｆｅ系のニッケル基耐熱合金〉は極めて被削性が劣るこ
ととあいまって超硬合金製のドリルを使用してもなおド
リル寿命は数本〜数十本の穿孔にしか耐え得ない。この
ため現状のナトリウム封入中空バルブは極めて高価とな
り、このためその高性能にもかかわらず普及が進んでい
ないのが現状であった。

〔課題の解決手段〕

本発明は上記に鑑みてなされたもので、所定の長さに切
断された素材棒鋼を鍛造または切削加工することにより
有底筒状体に成形する工程と、該有底筒状体の内部にセ
ラミックス粉粒体等の硬質粉末を充填した後、該有底筒
状体の開口部に仮蓋を溶着することにより粉末充填体を
得る工程と、該粉末充填体の一端部を押出加工にて縮径
伸長させステム部を成形すると共に他端部を据込加工に
て拡径圧縮させ傘部を成形することにより中空バルブ本
体を成形する工程と、前記仮蓋を切除して硬質粉末を該
中空バルブ本体中より排出した後、該中空バルブ本体中
にナトリウム等の熱伝達率の高い伝熱媒体を充填して密
封する工程とからなるものである。

〔作用〕

有底筒状体内に充填された硬質粉末はこれを押出加工、
据込加工して中空バルブを成形するのに伴ないその外形
形状に倣った中空部の成形を容易ならしめる。また、成
形後は簡単に外に排除でき伝熱媒体と入れ替え出来る。

〔実施例〕 次に本発明の実施例を第１図〜第９図に従い説明する。

第１図に耐熱鋼あるいは耐熱合金の棒材を所定の長さに
切断した素材棒鋼１０を示す。この実施例では耐熱鋼の
ＪＩＳ　５ＵＨ３５（０，５％Ｃ−９％Ｍｎ　−２１％
Ｃｒ−４，０％Ｎｉ−０，４％Ｎ鋼）を用い、直径１６
．３ｍの棒鋼から長さ２４．５ｍｍのものを切出した。

この素材棒ｍｉｏを必要に応じ熱間あるいは温間域の所
定の加工温度に加熱（例えば大気雰囲気中で１１００℃
に加熱）し、第２図に示したダイ１２、ノックアウトパ
ンチ１３のなかで、穿孔ポンチ１４によって穿孔押出し
加工して、有底筒状体１１を成形する。この実施例図の
有底筒状体１１の寸法は、全長３１．３ｍｍ、内直径９
ｍｍ、底厚９，２ＩＩ１１である。

なおこうして成形される有底筒状体１１は大径・浅穴の
ため必ずしも上記のような鍛造加工によらなくても、切
削加工など他の方法によっても充分な経済性をもって容
易に製作できる。

次にこの有底筒状体１１の内部にセラミックス粉粒体の
ような非活性で硬度の高い硬質粉末１９を充填する。（
第３図）。この硬質粉末１９としては高温・高圧下で有
底筒状体１１の金属材と反応しないこと、また繰り返し
再利用するために破砕しない強度を持つこと、容易に市
場で入手でき、かつ安価であることからアルミナ粉（Ａ
ＡｚＯｉ）が適当であり、さらには金属材と一体となっ
て容易に流動しやすいよ・うに潤滑性を合せ持つ窒化ボ
ロン粉（ＢＮ）が最適である。またそれらの粒度として
は特に粗粒でなければ問題はな（、市販のセラ旦ツタ粉
として入手できる２０μｍ以下で良い。なお実施例では
平均粒径３．２μｍの窒化ポロン粉を用いた。

次に軟鋼などの低廉材で別途製作した仮蓋１６をかぶせ
てその合わせ目１７を溶接０合して内部の硬質粉末１９
の流出を防く。但し、この溶接部は、少くとも１個所以
上は未溶接として通気間隙を設は内外の通気性を持たせ
る必要がある。これは後工程の加熱時に内部の空気が膨
張して爆発することを防ぐためである。なお実施例では
厚さ４ｕの軟調板を用い外周上１個所だり゛長さ１重１
の非溶接部分を残すことで通気間隙を設けた。

こ・うして製作された粉末充填体２０を必要に応し再び
１１００′ｃ程の熱間あるいは温間域の所定の加工温度
に加熱し、第４図に示すようにこれをダイ２２に前記仮
蓋１６が先端になるようにセラＩ−Ｌバンチ２３で加圧
して前方押出加工しバルブのステム部１８を成形する。

この場合ステム部１８の直径と硬質粉末１９が充填され
た中空部１５の直径比は第３図での両者の直径比にほぼ
等しい。なおバルブの傘部に相当する部分は押出し成形
せずに元のままの寸法で残しておく。

次にこれをダイ２２から取出して直ちに或いは再加熱し
て第５図に示したようにダイ２５にセラＩ−１゜その頭
部をパンチ２６により圧縮据込み加工してバルブの傘部
２４を成形する。なお実施例ではステム部外径７．３ｍ
＋ｃ、傘部外径３１）ａｍ、全長１０２ｍｍの中空バル
ブ本体２を成形している。

そして該中空バルブ本体２をダイ２５から取出した後、
第６図に示したように、ステム部１８を仮蓋１６付近で
切断して不要材２７を除去すると共に、この切断口２８
から内部の硬質粉末１９を排出する。そしてこの切断口
２８から中空部１５中にナトリウムのような熱伝達率の
高い伝熱媒体２９を充填し第７図に示したようにステム
端蓋４を接合部５で溶接して密封することによりナトリ
ウム封入中空バルブを得るものである。なお、仮蓋］６
を切除して内部の硬質粉末１９を排出した後、中空バル
ブ本体２の内面を仕上切削加工することにより中空部１
５の容積をさらに拡大すると共にその仕上精度を向」ニ
させてもよい。

次に第８図〜第１１図に従い本発明の他の実施例を説明
すれば、第３図に示した粉末充填体２ｏを所定の加工温
度に加熱した後、第８図に示したように仮蓋１６が後端
になるようにしてダイ２２にセラＩ・し前方押出し加工
してステム部３０を成形する。次にこれを第９図に示し
たように据込ダイ３１内にセットして据込み加工じ傘部
３２を成形する。この後に仮蓋１６の部分を切断除去し
て内部の硬質粉末１９を排出させると第１０図に示した
ように中空部１５を備えた中空バルブを得ることができ
る。これを用いて第１１図に示したようにすＩ・リウム
等の伝熱媒体２９を充填した後、傘部蓋３３を溶接接合
してすＩ・リウム封入中空バルブを得る。

なおこのような方法により製造された中空バルブを約１
０１ＩＩ長毎に切断してその内外径寸法を測定したとこ
ろ、ステム部の外径は７．３±０．１＋＋■、内径は４
±０．１＋＋ｍ以内であり、傘部の内径は１３　、２　
＊＊であり、全体に非常に高い寸法精度が遠戚された。

〔発明の効果〕

このように本発明に係るエンジン用中空バルブの製造方
法は有底筒状体内に硬質粉末を充填してなる粉末充填体
を押出加工、据込加工するものであるので、その鍛造に
つれて該硬質粉末は中空部の形状をグイに容易に倣わせ
ることができ、該中空バルブの肉厚を均一に精度よく製
造することができる。即ち、従来の細長ドリルによる切
削加工に比べて真直度も出易く低コストで製造すること
ができる。さらには鍛造に特殊なグイを要せず一般的な
ものでよいと共に、硬質粉末は再使用できるので成形に
要する設備コストも少ない。従って製造コストを大幅に
低減でき高性能エンジンバルブの普及に大きく貢献する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明のエンジン用中空バルブの製造
方法の一実施例を示したもので１、第１図は素材棒鋼の
斜視図、第２図は有底筒状体を成形する工程の縦断面図
、第３図は粉末充填体の縦断面図、第４図は押出加工工
程の縦断面図、第５図は据込加工工程の縦断面図、第６
図は中空バルブ本体から硬質粉末を排出するときの縦断
面図、第７図はナトリウム封入中空バルブの縦断面図で
ある。第８図〜第１１図は本発明の他の実施例を示し、
第８図は押出加工工程の縦断面図、第９図は据込加工工
程の縦断面図、第１０図は中空バルブ本体から硬質粉末
を排出したときの縦断面図、第１１図はナトリウム封入
中空バルブの縦断面図である。 第１２図〜第１４図は従来のエンジン用中空バルブの縦
断面図である。 ２・・・中空バルブ本体、４・・・ステム端蓋、１０・
・・素材棒鋼、１１・・・有底筒状体、１２・・・グイ
、１３・・・ノックアウトパンチ、１４・・・穿孔ポン
チ、１５・・・中空部、１６・・・仮蓋、１８・・・ス
テム部、１９・・・硬質粉末、２０・・・粉末充填体、
２２・・・グイ、２３・・・パンチ、２４・・・傘部、
２５・・・グイ、２６・・・パンチ、２８・・・切断口
、２９・・・伝熱媒体。 １ ２ 第９図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の長さに切断された素材棒鋼を鍛造または切
   削加工することにより有底筒状体に成形する工程と、該
   有底筒状体の内部にセラミックス粉粒体等の硬質粉末を
   充填した後、該有底筒状体の開口部に仮蓋を溶着するこ
   とにより粉末充填体を得る工程と、該粉末充填体の一端
   部を押出加工にて縮径伸長させステム部を成形すると共
   に他端部を据込加工にて拡径圧縮させ傘部を成形するこ
   とにより中空バルブ本体を成形する工程と、前記仮蓋を
   切除して硬質粉末を該中空バルブ本体中より排出した後
   、該中空バルブ本体中にナトリウム等の熱伝達率の高い
   伝熱媒体を充填して密封する工程とからなるエンジン用
   中空バルブの製造方法。
2. （２）硬質粉末がアルミナ粉または窒化ボロン粉等のセ
   ラミックス粉粒体である請求項１に記載のエンジン用中
   空バルブの製造方法。
3. （３）仮蓋を切除して硬質粉末を排出した後、該中空バ
   ルブ本体の内面を仕上切削加工する請求項１に記載のエ
   ンジン用中空バルブの製造方法。
4. （４）開口部に仮蓋を通気間隙を残して溶着するように
   した請求項１に記載のエンジン用中空バルブの製造方法
   。