JPS63169326A - 吸気バルブ - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は４サイクルエンジンにおける吸気バルブに係
り、特に自動２輪車等の高速回転用のものに好適な吸気
バルブに関する。

［従来の技術］ 従来自動２輪車のエンジンに使用される吸気バルブは、
高速回転にも適用できるよう、例えばＪＩＳ規格の耐熱
鋼５ＵＨＩ及び３等を用いて製造されている。この耐熱
鋼はマルテンサイト系鋼材のため、所定の吸気バルブ形
状に鍛造した後、次の工程からなる熱処理と表面処理が
なされる。

焼入れ２９８０〜１０８０８０１２０分、その後油冷 焼戻しニア００〜８５０℃１１時間、 その後空冷 焼鈍二６００〜７００℃５１時間、その後空冷軟チッ化
処理＝５７０℃１３０分、その後急冷このような熱処理
と表面処理とによって、高温下において繰り返される曲
げ等に対する強度（以下動的高温強度という）や耐摩耗
性など、吸気バルブとして要求される耐熱緒特性（以下
単に耐熱性という）が与えられる。また上記熱処理と表
面処理の条件は、耐熱性、加工性さらにはコスト面まで
含めて諸条件を勘案し、最もバランスのとれたものとな
っている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで用途が自動２輪車等の高速回転用エンジンにな
れはなる程、吸気バルブに要求される特性のうち、その
主要なものとして、慣性重量の軽減と吸気効率向上が要
求されてくる。この条件を満足するには、ステム部分を
出来るだけ細径とし、かつ傘部を薄肉化する等によって
達成される。特にステム部分の細径化は、吸気効率向上
にも貢献し、極めて有効である。しかし従来の材料と熱
処理条件によっては、ステム部分を無制限に細径化する
ことができない。すなわちステム部分の断面積と、構成
材料及びその熱処理条件に固有の動的高温強度とによっ
て、吸気バルブにおけるステム部分の強度が決定される
からである。しかも前記５ＵＨ３等の耐熱鋼の動的高温
強度は、焼戻し温度と逆の相関にあり、焼戻し温度を低
くすれば、それたけ動的高温強度が大となる。しかしこ
れを軟チッ化処理温度近くまで下げれば、それだけ軟チ
ッ化処理に因る製品の歪が大きくなる。

そこでステム部分を細径化する等の目的で、従来以上に
動的高温強度アップを行うためには、構成材料自体を新
たな耐熱組成のものとするか、軟チッ化処理に因る製品
の歪を解決した新たな熱処理条件によれば、実現できる
可能性がある。そこで本発明は、熱処理条件によって動
的高温強度のより高い吸気バルブを得ることを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ 本考案の吸気バルブは、耐熱性の鋼材を鍛造後、焼入れ
焼戻しからなる熱処理を行い、さらに軟チッ化処理によ
って表面処理して得られる吸気バルブにおいて、前記耐
熱性の鋼材は、炭素含量０．３２〜０．５５％のマルテ
ンサイト系耐熱鋼材からなり、かつ前記焼戻し温度を前
記軟チッ化処理温度以上、６５０℃未満の範囲とするこ
とを特徴とする。

［発明の作用］ 本発明に係る吸気バルブは、炭素含量０．３２〜０．５
５％のマルテンサイト系耐熱鋼材を用いている。この組
成は、６５００Ｃ未満の温度で焼戻しだとき、吸気バル
ブとして要求されるレベルの動的高温強度をアップでき
るものとなっている。しかもこの鋼材は、軟チッ化処理
温度以上かつ６５０℃未満における熱処理を行うことに
より、軟チッ化処理に伴う製品の歪を許容限度内に維持
する。ゆえにこれを軟チッ化処理温度以上かつ６５０℃
未満の条件で焼戻しすると、熱処理中における成形品の
歪を許容限度内に抑制したまま、動的高温強度の高い吸
気バルブが得られる。

［実施例］ 第１図乃至第２図は本発明に係る実施例を示す。第１図
は実施例の使用態様である自動２輪車用エンジンの部分
断面図である。このエンジンのシリンダヘッド部ｌに設
けられた吸気ボート２には、吸気バルブ３が吸気口４を
開閉可能に設けられている。吸気バルブ３は傘部５とス
テム部６とからなり、傘部５は吸気口４に設けられてい
るバルブシート７と接触可能となっている。またステム
部６の中間部分は、バルブガイド８内で摺動可能に支持
され、さらにステムエンド９に一体化されているバルブ
リテーナ１０とバルブガイド８との間にバルブスプリン
グ１１が弾装され、これによって吸気バルブ３は、反リ
フト方向に付勢されている。さらにステムエンド９には
、ロッカーアーム１２に設けられたアジャストスクリュ
ウ１３の先端部が当接している。したがってロッカーア
ーム１２がカム１４によって下方へ回動される度に、ア
ジャストスクリュウ１３がステムエンド９を下方へ押し
、吸気バルブ３をリフトするようになっている。なおバ
ルブガイド８から下方へ露出するステム部６の首部１５
は、ステム部６の一般径より遥かに細径となっている。

この首部１５はステム径を可能な限り細径化し、かつ吸
気効率を向上するために形成される。すなわち本実施例
のように、アジャストスクリュウ１３によってステムエ
ンド９を押す形式のものにおいては、アジャストスクリ
ュウ１３がステムエンド９から外れないようにするため
並びに鍛造技術上の理由から、ステム径の下限値は自ず
から制約される。ところが吸気バルブ３の材料自体の動
的高温強度が十分であれば、吸気断面積に影響を与える
首部付近をさらに切削して細径化できる。これにより軽
量化と、吸気断面積増加による吸気効率アップとか期待
てきる。そこで首部１５を材料の動的高温強度に見合う
限界まで切削加工した首部１５を得るのである。但しア
ジャストスクリュウ１３でステムエンド９を直接押す形
式でなく、例えばキャップを被せるか、カムで直接ステ
ムエンド９を押す等の手段を用いれば、ステム部６の一
般径自体を、材料の許容限度まで細径化可能である。

次に吸気バルブ３の製造方法を説明する。吸気バルブ３
の材料は公知のＪＩＳ規格耐熱鋼５ＵＨ３からなる。５
ＵＨ３の組成は炭素（Ｃ）０．３５〜０．４５％、硅素
（Ｓｉ）１．８０〜２．５０％、マンガン（Ｍｎ）０．
６０％以下、リン（ｐ）ｏ、０３％以下、イオウ（Ｓ）
０．０３％以下、クロム（Ｃｒ）１０〜１２％、モリブ
デン（Ｍ。）０．７０〜１．３０％である。これを公知
の鍛造工程によって成形し、続いてこの鍛造品に対して
以下の熱処理工程を行う。

焼入れ：１０４０℃ｌ２Ｏ分、その後油冷焼戻し：６３
０’Ｃ１１時間、その後空冷焼鈍　：　６３０’　Ｃ１
１時間、その後空冷このとき５ＵＨ３の熱処理特性、す
なわち、焼、戻し温度と動的高温強度との関係は第２図
に示す通りであり、高温側はど動的高温強度（５００゜
Ｃにおける動的曲げ強度）が低下している。したがって
吸気バルブ３の動的高温強度は、この焼戻し温度によっ
て決定される。第２図からも明らかなように、従来の７
５０℃における焼入れによる動的高温強度である、２７
Ｋｇｆ／ｍｍ２に比べて、遥かに高強度である、４０Ｋ
ｇｆ／ｍｍ２のものが得られる。また焼鈍によって残留
応力が解放され歪が除かれる。

この熱処理の後、次の表面処理を行う。

軟チッ化：５７０℃１３０分、その後急冷。

なお、本実施例においては、焼戻し、焼鈍ともに軟チッ
化温度５７０’　Ｃと、従来の焼戻し温度（７００℃以
上）の間の温度である６３０℃において行われる。ゆえ
にこの間におけるステム部６の歪は、１０ＪＬｍ／８０
ｍｍ程度の範囲で抑えられ、十分に使用に耐える程度の
変形で済む。したがって５ＵＨ３を用い、ステム部６の
歪が使用限度内で、かつ動的高温強度が例えば約３５Ｋ
ｇｆ／ｍｍ２以上のものを得たいとすれば、６５０００
未満で焼戻せばよいことになる。

なおこのようにして得られる吸気バルブ３の寸法例とし
て、傘部５の直径をＤ、ステム部６の一般外径をｄ、首
部１５の外径をｄｍｉｎとすれば、Ｄ＝２６ｍｍ、ｄ＝
５ｍｍ、ｄｍｔｎ　＝３．８ｍｍであり、全重量Ｗ１は
１７．８ｇである。但し、この数値はＤの設定により任
意に変更されるものである。ここで比較のために５ＵＨ
３を従来方法で熱処理した場合に得られる寸法は、Ｄ＝
２６ｍｍ、ｄ＝５ｍｍ、ｄｍｉｎ　＝＝４．６ｍｍであ
り、全重量Ｗ。は１９ｇである。

このように本実施例の首部と従来品の首部におけるステ
ム径の差（Δｄ□ｉｎ　＝Ｑ、８ｍｍ）並びに重量の差
（ΔＷ＝Ｗｏ−ｗ、＝１，２ｇ）は、動的高温強度の相
違に基づくものであり、両者の動的高温強度を比べると
、実に本実施例の方が約５０％もアップしている。ゆえ
にステム部６が従来品と同−ｔ！ｈ酌烹温強麿を徂不た
けで上けれ１寸°−それたけ細径化して重量を軽減し、
慣性重量を軽減できるから、吸気バルブとしては十分な
性能を有することになる。しかも吸気ボート２内の部分
である首部１５を非常に細径化しているので、吸気口の
有効断面積がそれだけ拡大し、吸気効率が増大するから
、エンジンのより高出力化を可能とする。またステム径
を従来品と同様にすれば、動的高温強度のアップした分
だけ、より高速回転タイプのエンジンにも耐えることが
できる。

また本実施例の材料を５ＵＨ３以外の種々な組成とする
ことは可能であり、例えば５ＫＤ６１（熱間金型用ＪＩ
Ｓ合金工具鋼）がある。この組成は、炭素（Ｃ）０．３
２〜０．４２％、硅素（Ｓ、）０．８０〜１．２０％、
マンガン（Ｍｎ）０．５０％以下、リン（Ｐ）０．０３
％以下、イオウ（Ｓ）０．０３％以下、クロム（Ｃｒ）
４゜５０〜５．５０％、モリブデン（Ｍｏ）１．００〜
１．５０％、バナジウム（ｖ）０．８〜１．２％である
。５ＫＤ６１の熱処理特性は、第２図中に５ＵＨ３と併
記しであるところであり、一般に５ＵＨ３よりも同一温
度に対して高い動的高温強度を示している。そこでこの
熱処理条件の一例は以下の通りである。

焼入れ：１０５０℃ｌ２Ｏ分、その後油冷焼戻し二６３
０’Ｃ１１時間、その後空冷焼鈍　：６３０’Ｃ１１時
間、その後空冷さらに次の表面処理を行う。

軟チッ化：　５７０’　Ｃ２３０分、その後急冷この製
品の寸法は、Ｄ＝２６ｍｍ、ｄ＝５ｍｍ、ｄ、、、１ｎ
＝３．４５ｍｍであり、動的高温強度は４８Ｋｇｆ／ｍ
ｍ２、全重量１７．５ｇである。

これより明らかなように、動的高温強度に関しては５Ｕ
Ｈ３よりもよりむしろ高く、かつ軽量となる。但し５Ｋ
Ｄ６１は、本来熱間金型鋼材として用いられているもの
である。しかしバナジウム（Ｖ）などの耐熱性成分を含
有する点に着目し、これを吸気バルブに使用すると、上
記の如くその性能要件を十分満足した製品となりうる。

なお、本発明に係る炭素含量０．３２〜０．５５％のマ
ルテンサイト系耐熱鋼材はこれら以外も可能であり、例
えばＪＩＳ規格の耐熱鋼５ＵＨ１１等、使用条件及び製
造条件等を加味して適宜選択可能である。但しこの鋼材
における炭素含量は、０．３２％〜０．５５％であるこ
とが必要であり、より好しいのは０．３５〜０．４５％
程度の範囲のものがよい。この範囲で本発明の熱処理を
行うと、動的高温強度の高い製品が得られ易い。しかし
０．３２％以下では硬度が得られにくく、逆に０．５５
％以上では脆くなる。また炭素含量０゜３２〜０．５５
％のマルテンサイト系耐熱鋼材における他の含有成分と
して、実施例のようにクロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍ
、）、バナジウム（■）等を適宜含むものが好ましい。

これらを含有すと、硬度並びに靭性等を向上し易くなる
。

［発明の効果］ 本発明は炭素含量０．３２〜０．５５％のマルテンサイ
ト系耐熱鋼材を用い、これを軟チッ化処理温度以上かつ
６５０℃未満の温度範囲条件で焼戻すので、著しく動的
高温強度の高い吸気バルブが得られる。ゆえに必要によ
りステム径を細径化等することが可能となり、慣性重量
を軽減したり吸気口の有効断面積を拡大して吸気効率を
向上させること等が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第２図は本発明の一実施例を示すものであり
、第１図は使用態様の部分断面図、第２図は材料の特性
を示すグラフである。 （符号の説明） １・・・シリンダヘッド部、２・・・吸気ボート、３・
・・吸気バルブ、５・・・傘部、６・・・ステム、１５
・・・首部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 耐熱性の鋼材を鍛造後、焼入れ焼戻しからなる熱処理を
   行い、さらに軟チッ化処理によって表面処理して得られ
   る吸気バルブにおいて、前記耐熱性の鋼材は、炭素含量
   ０．３２〜０．５５％のマルテンサイト系耐熱鋼材から
   なり、かつ前記焼戻し温度を前記軟チッ化処理温度以上
   ６５０℃未満の範囲とすることを特徴とする吸気バルブ
   。