JPH0791214A - エンジンバルブ軸部の表面処理方法 - Google Patents

エンジンバルブ軸部の表面処理方法

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JPH0791214A
JPH0791214A JP26043593A JP26043593A JPH0791214A JP H0791214 A JPH0791214 A JP H0791214A JP 26043593 A JP26043593 A JP 26043593A JP 26043593 A JP26043593 A JP 26043593A JP H0791214 A JPH0791214 A JP H0791214A
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JP
Japan
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laser
valve stem
valve
engine valve
engine
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Pending
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JP26043593A
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English (en)
Inventor
Tomohiro Sakai
朋博 酒井
Michio Tsuzuki
教夫 都筑
Masami Hirata
雅巳 平田
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Aisan Industry Co Ltd
Original Assignee
Aisan Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、内燃機関のエンジンバルブの軸部
の表面にレーザ溶融硬化処理を行って、耐摩耗性を向上
させ、エンジンオイルのオイル下がり量を減少させるこ
とを課題とする。 【構成】 本発明は、円柱形をなすエンジンバルブ軸部
3の表面にレーザ光線を照射し、エンジンバルブ軸部3
の表面部に常螺旋状の連続又は断続したレーザ溶融硬化
部6を形成し、前記連続又は断続したレーザ溶融硬化部
表面の幅内に連続又は断続した凹部を形成することを構
成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃焼室内に
混合気を吸入し、また燃焼ガスを排出するためのエンジ
ンバルブの軸部の表面を処理する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、内燃機関のバルブ(エンジンバル
ブ)の軸部(バルブステム)には、バルブスチックを防
止するため、円柱形の軸部の鋼材の表面にタフトライド
処理(軟窒化処理)を行い、軸部の硬さを増して耐摩耗
性、耐蝕性、潤滑性能の向上を図っている。しかし、従
来のバルブステムをバルブガイドに挿通させて使用する
と、タフトライド層の硬度が低く、その表面がポーラス
状(多孔状)となっているため、摺動時にタフトライド
層の表面がバルブガイドにより削られて、摩耗粉を発生
させ、この摩耗粉がバルブガイドの内面を摩耗させる。
このように、摺動時にバルブステムの表面及びバルブガ
イドの内面が摩耗して、バルブガイドの内周面とバルブ
ステムの表面との間のクリアランスが大きくなり、エン
ジンオイルのオイル下がり量が増加し、オイル消費量が
多くなるという欠点がある。
【0003】また、従来、内燃機関のシリンダの筒孔の
表面等の硬さを増すために、レーザ光線を照射し局部的
にレーザ焼入れをすること(例えば、実開平4−543
60号公報参照)が知られている。レーザ焼入れに際し
ては、同一部分にレーザ光線を2回以上にわたって照射
すると、1回目の照射で焼入れされた部分が、2回目以
降の照射により焼なましされたり溶融したりするため、
レーザ光線の照射を重複させてはならない。従来のレー
ザ焼入れにおいては、シリンダの筒孔内面に、ほぼ円周
方向に連続し、かつ軸線方向に蛇行する所要幅の螺旋状
のレーザ焼入部を、軸線方向に所定の間隔をおいて連続
的に形成している。そして、レーザ焼入れにおいては、
母材の内部組織の変態のみであるため、レーザ焼入れに
よって母材表面の形状は変化せず、焼入れ前の原形をと
どめている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、内燃機関の
エンジンバルブの軸部の表面にレーザ溶融硬化処理を行
って、耐摩耗性を向上させ、エンジンオイルのオイル下
がり量を減少させることを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、円柱形をなす
エンジンバルブ軸部(3) の表面にレーザ光線を照射し、
エンジンバルブ軸部(3) の表面部に常螺旋状の連続又は
断続したレーザ溶融硬化部(6) を形成し、前記連続又は
断続したレーザ溶融硬化部表面の幅内に連続又は断続し
た凹部(21,22) を形成することを構成とする。
【0006】
【作用】エンジンバルブ軸部をバルブガイドに挿入して
使用すると、エンジンバルブ軸部の表面部に形成された
常螺旋状の連続又は断続したレーザ溶融硬化部の表面
に、常螺旋状の連続又は断続した凹部が構成される。こ
の凹部に潤滑油が保持され、この潤滑油によりエンジン
バルブ軸部の表面とバルブガイドの内面との間が潤滑さ
れる。
【0007】
【実施例】図1〜図6は、本発明の内燃機関のエンジン
バルブ軸部の表面処理方法の第1実施例を示す。図1
は、ポペット形のエンジンバルブ全体を示し、エンジン
バルブはバルブヘッド1、バルブフェース2、バルブス
テム(軸部)3、バルブステムエンド4の4部分から構
成される。エンジンバルブの使用の際には、バルブステ
ム3は、図1で一点鎖線で示すバルブガイド5の中心孔
に摺動自在に挿通され、バルブフェース2は不図示のバ
ルブシートに当接する。図1のバルブステム3の表面に
は、円柱形のバルブステム3上を一定の角度αで切る2
条の常螺旋(ヘリックス,つる巻き線)状のレーザ溶融
硬化部分6が示されている。図1の例ではバルブステム
3の直径は6mm、一定の角度α(中心軸に対して垂直な
直径6mmの円周線に対する角度)は15°〜25°、常螺旋
の間隔は1.5〜3.5 mmである。
【0008】図6はレーザ加工装置の1例を示し、レー
ザ発振器11から出力されたレーザ光線12は、反射鏡13に
よって方向転換された後に、加工ノズル14内に収納され
た焦点距離Fの集光レンズ15に入射される。入射された
レーザ光線は集光レンズ15により集光され、集光レンズ
15の下方へFの距離の位置において焦点を形成するの
で、集光レンズ15の下方へFの距離の位置に被加工物の
バルブステム3の表面を位置させる。実際には、球面収
差等の影響があって、ある程度の大きさの焦点に集光さ
れ、表面処理される。バルブステム3は中心軸zの周り
に定速で回転され、同時に軸線方向に定速で移動され
る。図6では、レーザ加工装置(レーザ発振器から集光
レンズまで)を固定してバルブステム3を移動させた
が、バルブステム3を固定して、レーザ加工装置をバル
ブステム3の周りに移動させてもよい。また、バルブス
テム3を中心軸zの周りに定速で回転させ、レーザ光線
の照射装置をバルブステム3の中心軸zの方向に移動さ
せてもよい。これらのいずれの移動方法によっても、円
柱形をなすエンジンバルブ軸部の表面に常螺旋状のレー
ザ溶融硬化部分6が施される。なお、被加工物のバルブ
ステム3の表面の位置を焦点から下方又は上方へずらし
た位置にして、レーザ溶融硬化部分6の幅を広くするこ
とができる。
【0009】レーザ光線の照射により、バルブステム3
の表面の集光された部分は局所的に急速に加熱され、バ
ルブステム3の表面部の金属が溶融され、また母材への
熱拡散による自冷作用が作用し、レーザ光線の照射後に
溶融部分が急冷され硬化する。このようにして、バルブ
ステム3の表面部のレーザ溶融硬化処理が行われる。図
2は、レーザ出力が 300〜700 W(ワット)のレーザ光
線を用いた場合のレーザ溶融硬化部の断面(常螺旋状に
所要幅で伸びる溶融硬化部の垂直断面であり、常螺旋状
に伸びる方向に対して略直角の方向に切った断面であ
る。)を示し、図3に溶融硬化部を拡大した断面が示さ
れている。図2には、縦長で表面が幅広となった溶融硬
化部が示され、この溶融硬化部は顕微鏡写真で見ると緻
密な樹枝状晶組織となっていることが分かる。そして、
図2・図3に示されるように、溶融硬化部表面の幅の中
央部に、元の母材よりも突出した凸部20が形成され、そ
の両側に元の母材よりも凹んだ凹部21・22が形成されて
いる。凸部20及び凹部21・22は常螺旋状に伸びる溶融硬
化部の表面に沿って伸びている。
【0010】図4に示されるように、図3の凹部21・22
の凹量(深さ)は、レーザ出力により異なり、レーザ出
力が 300Wのときは約5μm、500 Wのときは約12μ
m、70Wのときは約17μmである。そして、図5に示さ
れるように、溶融硬化部の深さも、レーザ出力により異
なり、レーザ出力が 300Wのとき約0.7mmで、500
Wのとき約1.4mmである。溶融硬化部表面の硬さ
は、レーザ出力が 300Wのとき約610 Hvで、500 Wの
とき650 Hvである。このように、溶融硬化部の深さ、
凹部21・22の凹量及び表面の硬さは、レーザ出力等によ
って制御することができる。
【0011】図7は、本発明の内燃機関のエンジンバル
ブ軸部の表面処理方法の第2実施例によって処理された
ポペット形のエンジンバルブ全体を示し、バルブステム
3の表面に2条l1 ,l2 の常螺旋状で断続した(不連
続な)レーザ溶融硬化部6が形成されている。バルブス
テム3の直径は6mm、一定の角度αは15°〜25°、常螺
旋の間隔は 1.5〜3.5 mmである。第2実施例によって処
理されたポペット形のエンジンバルブは、レーザ溶融硬
化部6が常螺旋状で断続しているが、その他の点におい
ては第1実施例によって処理されたポペット形のエンジ
ンバルブと同様に処理される。そして、断続的なレーザ
溶融硬化処理により形成された溶融硬化部表面の凹部
も、同じように断続的に形成される。断続的に形成され
た凹部とバルブガイドとの間の間隙で保持される潤滑油
は、この凹部が断続的に形成されているため、移動せず
に前記間隙に保持され易くなる。このように、断続した
常螺旋状のレーザ溶融硬化部にすることにより、少ない
油量で長い期間の摺動性を維持することができる。
【0012】以上のようにして得られたエンジンバルブ
のバルブステム3の処理表面は、従来のタフトライド処
理されたものと異なって有害な表面脱落による摩耗粉が
ないので、耐摩耗性が向上する。図1・図7のエンジン
バルブのバルブステム3をバルブガイド5の中央孔に摺
動自在に挿通して使用すると、レーザ溶融硬化部表面の
凹部21・22は油溝となり、この油溝は常螺旋状に連続又
は断続となっており、常螺旋の間隔が狭いので、この油
溝に潤滑油が保持されて、かつバルブステム3のバルブ
ガイド5との間の全体に油膜が形成される。バルブステ
ム3の表面とバルブガイド5の内周面との間が十分に潤
滑され、バルブステム3の表面とバルブガイド5の内周
面との間の摩耗を更に減少させる。このように、バルブ
ステム3の表面の耐摩耗性が向上し、バルブステムの表
面とバルブガイドの内面との間のクリアランスが小さい
状態に維持されるので、エンジンオイルのオイル下がり
量が低減する。
【0013】
【発明の効果】本発明のエンジンバルブ軸部の表面処理
方法によって処理されたエンジンバルブ軸部の表面部に
は、常螺旋状の連続又は断続した所要幅のレーザ溶融硬
化部が形成され、前記連続又は断続したレーザ溶融硬化
部表面の幅内に連続又は断続した凹部が形成される。レ
ーザ溶融硬化部は、従来のタフトライド処理されたもの
と異なって有害な表面脱落による摩耗粉のがないので、
耐摩耗性が向上する。エンジンバルブ軸部をバルブガイ
ドの中央孔に摺動自在に挿通して使用すると、レーザ溶
融硬化部表面の凹部が油溝となり、この油溝は常螺旋状
に連続又は断続しているので、この油溝に潤滑油が容易
に保持され、エンジンバルブ軸部とバルブガイドとの間
の全体に油膜が形成される。エンジンバルブ軸部の表面
とバルブガイドの内周面との間が十分に潤滑され、エン
ジンバルブ軸部の表面とバルブガイドの内周面との間の
摩耗を更に減少させる。このように、エンジンバルブ軸
部の表面の耐摩耗性が向上し、エンジンバルブ軸部の表
面とバルブガイドの内周面との間のクリアランスが小さ
い状態に維持されるので、エンジンオイルのオイル下が
り量が低減する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエンジンバルブ軸部の表面処理方法の
第1実施例が適用されたエンジンバルブの側面図であ
る。
【図2】本発明の表面処理方法により形成されたレーザ
溶融硬化部の断面図である。
【図3】図2のA部の拡大図である。
【図4】レーザ出力と凹量との関係を示す図である。
【図5】レーザ出力と硬化部の深さと硬さとの関係を示
す図である。
【図6】レーザ加工装置によるレーザ溶融硬化処理方法
を示す構成図である。
【図7】本発明のエンジンバルブ軸部の表面処理方法の
第2実施例が適用されたエンジンバルブの側面図であ
る。
【符号の説明】 3 バルブステム(軸部) 12 レーザ光線 21 凹部 22 凹部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円柱形をなすエンジンバルブ軸部の表面
    にレーザ光線を照射し、エンジンバルブ軸部の表面部に
    常螺旋状の連続又は断続したレーザ溶融硬化部を形成
    し、前記連続又は断続したレーザ溶融硬化部表面の幅内
    に連続又は断続した凹部を形成するエンジンバルブ軸部
    の表面処理方法。
JP26043593A 1993-09-27 1993-09-27 エンジンバルブ軸部の表面処理方法 Pending JPH0791214A (ja)

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