中空エンジンバルブの製造方法及び製造装置
【課題】軸部を中空とした中空バルブを、極めて容易に、かつ低コストで効率よく製造する。
【解決手段】上方に開口する有底孔を中心部に有する素材を形成する工程と、ダイ９の型孔８に挿入した素材をパンチ１２により下方に押し出すとともに、ピン１７の下部を型孔の小径孔部８ｃの上部まで下降させ、素材を、ピン１７の下部と小径孔部８ｃとの間の隙間を介して下方に塑性流動させることにより、軸部２ａの上端に拡径頭部２ｂを有し、かつそれらの内部に中空孔２５、２６が形成された第１次中間品２を成形する工程とを備えるものとする。
【解決手段】上方に開口する有底孔を中心部に有する素材を形成する工程と、ダイ９の型孔８に挿入した素材をパンチ１２により下方に押し出すとともに、ピン１７の下部を型孔の小径孔部８ｃの上部まで下降させ、素材を、ピン１７の下部と小径孔部８ｃとの間の隙間を介して下方に塑性流動させることにより、軸部２ａの上端に拡径頭部２ｂを有し、かつそれらの内部に中空孔２５、２６が形成された第１次中間品２を成形する工程とを備えるものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられる中空エンジンバルブの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特に自動車用エンジンに用いられるエンジンバルブ(以下、バルブと略称する)の中には、軽量化してエンジン性能を向上させるために、バルブを中空としたり、熱負荷を軽減させるために、中空とした軸部内に金属ナトリウムを封入したりしたものがある。
このような中空バルブの従来の製造方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、中心に設けた孔に芯材を挿入したバルブ素材を、熱間搾出鍛造等により、軸部の一端に傘部を有するバルブ形状に成形したのち、芯材を引き抜いて軸部を中空とし、この中空孔の開口端を、閉塞部材により閉塞したもの、特許文献２に記載されているように、中心に設けた孔に芯材を挿入したバルブ素材を、加熱鍛縮することにより、軸部の一端に傘部を有するバルブ形状に成形し、芯材を引き抜いて軸部を中空としたのち、この中空孔に金属ナトリウムを挿入し、軸部の開口端を、軸端封止部をもって閉塞したもの、同じく特許文献２に記載されているように、中心に設けた孔に被削性に富む芯材を挿入したバルブ素材を、加熱鍛縮することにより、軸部の一端に傘部を有するバルブ形状に成形し、ガンドリルをもって芯材に孔明け加工を施すことにより、軸部を中空とし、この中空孔に金属ナトリウムを挿入したのち、軸部の開口端に、軸端封止部を溶接もって固着したもの、及び特許文献３に記載されているように、バルブの軸部の中心に、端面側よりガンドリルにより孔を穿設して、軸部を中空としたものなどがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−１０９２０５号公報
【特許文献２】特開平７−１１９４２１号公報
【特許文献３】特開平４−３３４７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１及び２に記載の中空バルブの製造方法においては、軸部を中空とするのに、芯材を製作する工程と、バルブ素材に芯材挿入用の孔を形成する工程と、この孔に芯材を挿入する工程と、挿入した芯材を引き抜く工程との、少なくとも４工程を必要とするので、生産性が低く、かつ製造コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
一方、特許文献２及び３に記載の中空バルブの製造方法のように、ガンドリルによる孔明け加工により軸部を中空とすると、それに要する加工時間が長く、生産性が低下するとともに、ドリルの寿命も短いので、製造コストが大となる。
特に、排気バルブの素材に多用されているオーステナイト系の耐熱鋼は、硬質で被削性に劣るため、その素材に孔明け加工を施すと、ドリルの寿命はさらに短くなる。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、軸部を中空とした中空バルブを、極めて容易に、かつ低コストで効率よく製造しうるようにした中空エンジンバルブの製造方法及び製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の中空バルブの製造方法によると、上記課題は、次の各項のようにして解決される。
（１）上方に開口する有底孔を中心部に有する素材を形成する工程と、ダイの型孔に挿入した前記素材を、パンチにより強圧することにより、型孔における漸次下方に向かって縮径する搾出孔部を通過させて、その下方の小径孔部に向かって押し出すとともに、前記有底孔に挿入したピンの下部を、前記小径孔部の上部に進入するまで下降させ、前記素材を、ピンの下部の外周面と小径孔部の内周面との間に形成される環状の隙間を介して下方に塑性流動させることにより、軸部の上端に拡径頭部を有し、かつそれらの内部に上方に開口する中空孔が形成された第１次中間品を成形する工程とを備えるものとする。
【０００８】
このような構成によると、バルブの軸部を中空とするのに、従来のように、芯材を用いてそれを引き抜いたり、ガンドリルにより孔明け加工を施したりする必要がなく、素材を押し出して第１次中間品を成形するのと同時に、軸部に中空孔を簡単に形成することができるので、中空バルブを、極めて容易に、かつ低コストで効率よく製造することができる。
また、第１次中間品の軸部に形成された中空孔を、ドリルの下孔(ガイド孔)としても使用しうるので、従来のように、最初からガンドリルにより軸部に中空孔を形成する際に比して、孔明け加工を短時間で容易に行うことができ、生産性が向上するとともに、ドリルに加わる負荷も小さくなるのでその寿命が長くなる。
【０００９】
（２）上記(１)項において、パンチにより素材を強圧する前に、ピンの下端を素材の有底孔の下端部まで下降させる。
【００１０】
このような構成によると、パンチにより素材を強圧する際に、ピンの下部を速やかに型孔の小径孔部まで下降させうるので、軸部に中空孔を確実に形成することができる。
【００１１】
（３）ダイの型孔に挿入した円柱状の素材の上面をピンにより強圧し、前記素材を塑性変形させてピンの下部を素材の内部に進入させることにより、前記素材の中心部に上方に開口する有底孔を形成する工程と、前記素材を、パンチにより強圧することにより、型孔における漸次下方に向かって縮径する搾出孔部を通過させて、その下方の小径孔部に向かって押し出すとともに、前記ピンの下部を、前記小径孔部の上部に進入するまで下降させ、前記素材を、ピンの下部の外周面と小径孔部の内周面との間に形成される環状の隙間を介して下方に塑性流動させることにより、軸部の上端に拡径頭部を有し、かつそれらの内部に上方に開口する中空孔が形成された第１次中間品を成形する工程とを備えるものとする。
【００１２】
このような構成によると、上記(１)項に記載の構成と同様の効果が得られるだけでなく、ピンにより素材に有底孔を形成するので、素材に予め有底孔を設ける工程が不要となり、製造コストを削減することができる。
【００１３】
（４）上記(１)〜(３)のいずれかにおいて、第１次中間品を成形したのち、その上端をパンチにより押圧したまま、ピンを上昇させる。
【００１４】
このような構成によると、第１次中間品の成形後において、それに形成される中空孔より、ピンの下端部を容易に引き抜くことができる。
【００１５】
（５）上記(１)〜(４)項のいずれかにおいて、第１次中間品の拡径頭部を鍛造することにより、軸部の上端に傘部を連設し、かつこの傘部の内部に、上方に開口する中空孔を有する第２次中間品を成形する工程と、前記傘部の中空孔の開口部を、閉塞部材をもって閉塞する工程とを備えるものとする。
【００１６】
このような構成によると、軸部の上端に傘部を有し、かつそれらの内部に密閉された中空孔が形成された中空エンジンバルブを、少ない工程で容易に製造することができる。
【００１７】
（６）上記(５)項において、第２次中間品における傘部の中空孔の開口より、軸部の中空孔に金属ナトリウムを挿入したのち、前記傘部の中空孔の開口部を、閉塞部材をもって閉塞する。
【００１８】
このような構成によると、軸部の中空孔に金属ナトリウムが封入された中空バルブを、容易に製造することができる。
【００１９】
（７）上記(５)または(６)項において、第２次中間品における傘部の中空孔を、上方に向かって漸次拡径するラッパ状とする。
【００２０】
このような構成によると、バルブ全体の軽量化が図れるとともに、中空孔に金属ナトリウムを封入した際の放熱面積が増大することにより、傘部が効果的に冷却されるようになる。
また、傘部の中空孔がラッパ状に拡径しているので、軸部の中空孔への金属ナトリウムの挿入作業が容易となる。
【００２１】
本発明の中空バルブの製造装置によると、上記課題は、次の各項のようにして解決される。
（８）素材を上方より挿入可能な大径孔部、この大径孔部の下端に連続する漸次下方に向かって縮径する搾出孔部、この搾出孔部の下端に連続する軸部形成用の小径孔部よりなる型孔を有するダイと、前記ダイの上方において昇降するラムと、前記ラムに装着され、前記ダイにおける型孔の大径孔部内に下部が進入可能なパンチと、前記パンチの中心部に設けた上下方向のガイド孔内に、前記ラムまたは他の昇降手段に連係されて上下に昇降しうるように収容され、かつ下降時に、前記型孔の小径孔部より小径とした下部の小径軸部が前記パンチの下方に突出し、下端が前記小径孔部の上部まで進入して停止するようにしたピンとを備えるプレス装置よりなるものとする。
【００２２】
このような構成によると、一度のプレス作業で、プレス装置のダイの型孔に挿入した素材を、ラムに装着したパンチにより押し出すのと同時に、パンチの中心部に収容したピンの下部の小径軸部を、ダイの型孔の小径孔部の上部まで下降させて、軸部に中空孔を有する中空バルブを、容易に製造することができる。
【００２３】
(９)上記(８)項において、ラムに、パンチを下方に付勢することにより、成形後の第１次中間品を、ピンが上昇し始めるまで下方に押圧しておく押圧手段を設ける。
【００２４】
このような構成によると、第１次中間品の成形後において、それに形成される中空孔より、ピンの下部を容易に引き抜くことができる。
【００２５】
(１０)上記(９)項において、押圧手段を圧縮コイルばねとする。
【００２６】
このような構成によると、油圧プレス等の別の押圧手段を設ける必要がないので、中空バルブの製造装置のコストを低減させることができる。
【００２７】
（１１）上記(８)〜(１０)項のいずれかにおいて、プレス装置の近傍に、第１中間品の軸部を挿入可能な軸孔と拡径頭部を挿入可能な上方に向かって漸次ラッパ状に拡径する第２の型孔を有する第２のダイと、この第２のダイの上方において昇降する第２のラムと、この第２のラムの下部に装着され、かつ下端部に、前記第２の型孔に挿入した拡径頭部を、内部に上方に開口する中空孔が形成されるように傘状に塑性変形させる第２のパンチとを備える第２プレス装置を設ける。
【００２８】
このような構成によると、二つのプレス装置により、内部に中空孔を有する第１次中間品と第２次中間品とを、連続的に、かつ効率よく製造することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、軸部を中空とした中空バルブを、極めて容易に、かつ低コストで効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の中空バルブの製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図２】中空バルブの第１次中間品を成形する第１プレス装置の要部の中央縦断正面図である。
【図３】同じく、ラムが下降して、パンチの下端が素材の上端に当接した状態の中央縦断正面図である。
【図４】同じく、ラムがさらに下降して、センターピンの下端部が素材の有底孔の下部まで進入した状態の中央縦断正面図である。
【図５】同じく、ラムが下限位置まで下降して、素材を鍛造した状態の中央縦断正面図である。
【図６】同じく、ラムが若干上昇して、センターピンの下端部が第１次中間品の中空孔より離脱した状態の中央縦断正面図である。
【図７】第１次中間品を鍛造して、第２次中間品を成形する第２プレス装置の要部の中央縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１の(ａ)〜(ｅ)は、本発明の中空バルブの製造方法を工程順に示すもので、(ａ)は、中空バルブ製造用の素材１、(ｂ)は、中空バルブの第１次中間品２の成形工程、(ｃ)は、同じく第２次中間品３の成形工程、(ｄ)は、第２次中間品３への金属ナトリウム４の挿入工程、(ｅ)は、第２次中間品３の開口部を閉塞部材５をもって閉塞する工程を示している。
【００３２】
素材１は、例えばマルテンサイト系またはオーステナイト系の長尺の丸棒状鋼材を所定寸法に切断したのち、中心部に、ドリル等により有底孔６を形成したものよりなっている。この有底孔６は、最下部の小径孔６ａと、この小径孔６ａに、テーパ孔６ｂを介して連続する、例えば小径孔６ａの内径のほぼ２倍の大きさの大径孔６ｃとからなっている。
【００３３】
図１(ｂ)に示す第１次中間品２は、上記素材１を、図２に示す製造装置、例えばフリクションプレスよりなる第１プレス装置７(主要部のみ図示する)により、前方押し出し加工(熱間搾出鍛造)することにより成形することができる。
【００３４】
第１プレス装置７は、図示しないダイホルダにより不動状態に保持された、中心部に型孔８を有するダイ９と、その上方において昇降可能な円筒形のラム１０とを備えている。型孔８は、ダイ９の上方に開口する、上記素材１の外径とほぼ同径をなす大径孔部８ａと、その下端と連続するとともに、下方に向かって漸次漏斗状に縮径する搾出孔部８ｂと、この搾出孔部８ｂの下端と連続するとともに、ダイ９の下方に開口する小径孔部８ｃとからなっている。
【００３５】
ラム１０内の下部には、ダイ９の型孔８の軸線と同軸をなす円筒形のパンチホルダ１１が、上下方向に相対移動可能に嵌合され、このパンチホルダ１１内には、パンチ１２における上半部の大径軸部１２ａが、上下に移動不能として嵌合されている。パンチ１２の下半部の小径軸部１２ｂは、ダイ９の大径孔部８ａ内に進入可能な、その内径とほぼ等しい外径とされている。
パンチ１２の中心には、後記するセンターピン１７を上下に摺動可能に案内する大径ガイド孔１３ａと小径ガイド孔１３ｂとが、互いに上下に連通するようにして貫設されている。
【００３６】
パンチホルダ１１の上部においてラム１０内には、上方に開口する有底円筒状のばね受け１４が、下面がパンチホルダ１１の上面に当接するようにして、上下に摺動可能に嵌合され、このばね受け１４内には、圧縮荷重の大きな圧縮コイルばね１５が収容されている。圧縮コイルばね１５の上面には、ラム１０の上端部に嵌合して固定されたばね押え１６の下面が当接し、圧縮コイルばね１５は上方に抜け止めされている。
ばね受け１４とばね押え１６との対向面は、ばね押え１６により圧縮コイルばね１５を所要量圧縮しうるように離間している。
【００３７】
パンチ１２の大径ガイド孔１３ａと小径ガイド孔１３ｂには、それぞれ、センターピン１７の上部の大径軸部１７ａと、それに連続する下部の小径軸部１７ｂとが、上下に摺動可能に嵌合されている。小径軸部１７ｂの外径は、上記素材１の大径孔６ｃとダイ９の大径部８ｃに嵌合しうるように、それらの内径とほぼ等しい寸法としてある。
【００３８】
小径軸部１７ｂの下端部は、ラム１０が上方に位置しているとき、パンチ１２の下端より所要寸法突出するとともに、大径軸部１７ａは、パンチ１２に対しセンターピン１７が所要ストローク上下方向に移動しうるように、大径ガイド孔１３ａの下端部より上方に離間している。
【００３９】
センターピン１７における大径軸部１７ａの上端部は、ばね受け１４の底壁１４ａの中心に設けたガイド孔１８に、上下に摺動可能に嵌合されている。
圧縮コイルばね１５内には、円筒形のスペーサ１９が、上端部をばね押え１６の下面の上向凹孔２０に嵌合するとともに、下端がセンターピン１７の上端と当接するようにして収容されている。
センターピン１７の上端部は、ばね押え１６の上方より挿入したボルト２１の下端部を、大径軸部１７ａの上端部に形成しためねじ孔２２に螺合することにより、ばね押え１６に固定されている。
【００４０】
センターピン１７の小径軸部１７ｂにおけるパンチ１２の下端より突出する先端部(下端部)は、テーパ状の小径軸部２３の下端にストレート状の小径軸部２４を連設することにより、先細り形状としてある。小径軸部２４の下端は、その切損を防止するために、球面としてある。
【００４１】
テーパ状の小径軸部２３とストレート状の小径軸部２４の外径は、それぞれ、ダイ９に設けた型孔８の搾出孔部８ｂと小径孔部８ｃの内径よりも若干小とされ、ラム１０及びセンターピン１７が下限位置まで下降した際に、両小径軸部２３、２４の外周面と、搾出孔部８ｂの内周面及び小径孔部８ｃの上端部の内周面との間に、環状の隙間が形成されるようになっている(図５参照)。
【００４２】
図２〜図６は、上記第１プレス装置７により第１次中間品２を成形する工程を示す。
図２に示すように、ラム１０を上昇させた状態で、ダイ９の型孔８の大径孔部８ａ内に、所定温度に加熱された素材１を挿入したのち、ラム１０を下降させると、図３に示すように、パンチ１２の下端部が素材１の上端に当接するとともに、センターピン１７の下端部の小径軸部２３、２４が素材１の有底孔６内の上部に突入する。
【００４３】
この状態で、ラム１０がさらに若干下降すると、図４に示すように、ばね押え１６も圧縮コイルばね１５を圧縮させて下降する。この際、圧縮コイルばね１５が圧縮されるまでの間は、パンチ１２により素材１が押し出されることはなく、ラム１０と実質的に一体をなすセンターピン１７のみがさらに下降して、その下端が素材１の有底孔６の下端付近まで進入する。この間、パンチ１２には圧縮コイルばね１５のばね力が加わることにより、素材１はパンチ１２の下端により強く押圧された状態となる。
【００４４】
この状態から、ラム１０が下限位置までさらに下降すると、図５に示すように、素材１がパンチ１２により下方に押し出されると同時に、センターピン１７の下端部のテーパ状の小径軸部２３が、ダイ９の型孔８における搾出孔部８ｂ付近まで下降するとともに、ストレート状の小径軸部２４が、型孔８の小径孔部８ｃの上部、すなわち小径孔部８ｃの上端から、ほぼ小径軸部２４の長さだけ下方に進入する位置まで下降したところで停止する。
【００４５】
これにより、素材１は、その下部の中実部が先に型孔８の搾出孔部８ｂを通過して、小径孔部８ｃ内に塑性流動することにより、軸部２ａの下部は中実軸部２ｃとなる。引き続いて、素材１の上部が、センターピン１７の下端部により、中心部への肉の流れを妨げられつつ、小径軸部２３、２４の外周面と、搾出孔部８ｂの内周面及び小径孔部８ｃの上端部の内周面との間に形成される環状の隙間を通過して、型孔８の小径孔部８ｃに向かって押し出されることにより、中実軸部２ｃよりも上方の軸部２ａ内には、中空孔２５が形成される。
【００４６】
この一連の押し出し工程により、図１(ｂ)に示すような軸部２ａの上端部に拡径頭部２ｂを有する第１次中間品２が成形され、かつセンターピン１７の小径軸部１７ｂにおけるパンチ１２の下端よりの突出端部により、中空孔２５と連続する、上方に開口する大径の中空孔２６が形成される。なお、中空孔２５が形成された部分の軸部２ａの肉厚は、センターピン１７の小径軸部２４の外周面と、型孔８における小径孔部８ｃの内周面との間に形成される隙間とほぼ等しい均一な厚さとなる。
【００４７】
図６に示すように、第１次中間品２を成形したのち、ラム１０と共にセンターピン１７を上昇させると、それらが若干上昇するまでの間は、パンチ１２に圧縮コイルばね１５の下向き付勢力が加わっているので、第１次中間品２はパンチ１２の下端により下方に押圧されている。従って、ラム１０が上昇し始めるのと同時に、センターピン１７の下端部の小径軸部２３、２４を、第１次中間品２における拡径頭部２ｂと軸部２ｂの中空孔２６、２５から容易に引き抜くことができる。
【００４８】
この状態でラム１０を上限位置まで上昇させて、第１次中間品２の軸部２ａの下端を図示しないエジェクトピン等をもって押し上げれば、成形された第１次中間品２をダイ９より取り出すことができる。
【００４９】
図７は、図１(ｃ)に示す第２次中間品３を成形する製造装置である第２プレス装置２７の主要部を示すもので、中心に第１次中間品２の軸部２ａよりも大径の貫通孔２８が形成されたダイホルダ２９の上端部の凹孔３０には、第２のダイ３１が嵌合され、この第２のダイ３１には、上方に向かってラッパ状に拡径する第２の型孔３２と、ダイホルダ２９の貫通孔２８に連通する軸孔３３とが形成されている。なお、第２プレス装置２７は、上記第１プレス装置７の近傍に並設され、１個のフリクションプレスにより、第１次中間品２と第２次中間品とを、第１、第２プレス装置７、２７により同時に成形することができるようになっている。
【００５０】
第２のラム３４の下端部の上向凹孔３５には、下面に第２のダイ３１の型孔３２とほぼ補形をなす突部３６を有する第２のパンチ３７が嵌合され、第２のラム３４が下限位置まで下降して、第２のダイ３１の上面に第２のパンチ３７の下面が当接したとき、第２の型孔３２と突部３６との間に、中空バルブの傘部成形用の空間が形成されるようになっている。
【００５１】
第２次中間品３を成形するには、第２のラム３４を上限位置まで上昇させた状態で、図６のダイ９より脱型した直後の第１次中間品２を第２のダイ３１に上方より挿入し、第２のラム３４を下限位置まで下降させる。すると、第１次中間品２の拡径頭部２ｂが、第２のパンチ３７の下面と突部３６により塑性変形させられることにより、図１(ｃ)に示すような、軸部３ａの上端部に傘部３ｂを有する中空バルブの第２次中間品３が成形され、かつ傘部３ｂ内には、上方に開口するとともに、上方に向かってラッパ状に漸次拡径する中空孔３８が、軸部３ａの中空孔２５と連通するようにして形成される。
【００５２】
第２プレス装置２７より取り出した第２次中間品３に所定の熱処理を施したのち、軸部３ａの中空孔２５に、図１(ｄ)に示すように、バルブ冷却用の金属ナトリウム４を挿入する。
【００５３】
軸部３ａの中空孔２５に金属ナトリウム４の挿入したのち、図１(ｅ)に示すように、第２次中間品３におけるの傘部３ｂの中空孔３８の開口部に閉塞部材５を嵌合し、この閉塞部材５を図示しない溶接装置により固着して、中空孔３８の開口部を閉塞する。 これにより、下部を除く軸部３ａの内部と傘部３ｂの内部が中空をなす中空バルブ３９が得られる。なお、製造後の中空バルブ３９には、仕上加工や軸端部にコッタ溝等の加工が施される。
【００５４】
以上説明したように、上記実施形態の中空バルブの製造方法によると、軸部２ａを中空とするのに、従来のように、芯材を用いてそれを引き抜いたり、ガンドリルにより孔明け加工を施したりする必要がなく、素材１を押し出して第１次中間品２を成形するのと同時に、軸部２ａに中空孔２５を簡単に形成することができるので、中空バルブを、極めて容易に、かつ低コストで効率よく製造することができる。
【００５５】
また、第１次中間品２に形成された中空孔２５を、ドリルの下孔(ガイド孔)としても使用しうるので、従来のように、最初からガンドリルにより軸部に中空孔を形成する際に比して、孔明け加工を短時間で容易に行うことができ、生産性が向上するとともに、ドリルへの負荷も小さくなるので寿命が長くなる。
【００５６】
さらに、第１次中間品２の拡径頭部２ｂを鍛造して第２次中間品３を成形する際に、傘部３ｂにも、上方にラッパ状に拡径する中空孔３８が形成されるので、バルブ全体の軽量化が図れるとともに、バルブ内に金属ナトリウムを封入した際の放熱面積が増大することにより、傘部３ｂが効果的に冷却されるようになる。
【００５７】
傘部３ｂの中空孔３８は、上方に向かってラッパ状に漸次拡径しているので、金属ナトリウム４を中空孔２５に挿入する際の作業も容易となる。
【００５８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
上記の製造方法においては、素材１に予め有底孔６を設け、この有底孔６にセンターピン１７の下部を挿入しながら、素材１をパンチ１２により強圧して下方に塑性流動させるようにしているが、素材１を中実、すなわち円柱状とすることもできる。
この際には、円柱状とした素材１の上面を、ラム１０の初期の下降時において、上記実施形態よりも突出寸法を大としたセンターピン１７の下部により強圧して塑性変形させ、ピン１７の下部を素材１の内部に進入させることにより、素材１の中心部に上方に開口する有底孔を形成したのち、パンチ１２により素材１の上面を強圧するとともに、ピン１７の下部を、さらに小径孔部８ｃの上部に進入するまで下降させることにより、上記と同様の第１次中間品を成形することができる。
このようにすると、素材１に予め有底孔６を形成する工程を省略することができる。
【００５９】
また、上記の製造方法においては、第２次中間品３を成形したのち、その軸部３ａの中空孔２５に、バルブ冷却用の金属ナトリウム４を挿入したが、バルブの軽量化のみを目的とする際には、このような金属ナトリウム４の挿入工程は省略することもある。
【００６０】
上記の製造装置においては、第１プレス装置７をフリクションプレスとして、そのパンチ１２とセンターピン１７とを、ラム１０と共に昇降するものとしたが、例えば２個の油圧プレスにより、パンチ１２とセンターピン１７とを時間差を設けて独立して昇降させたり、パンチ１２のみをフリクションプレスにより昇降させ、センターピン１７を油圧プレスにより時間差を設けて昇降させたりすることもできる。このようにすると、圧縮コイルばね１５を省略しうるとともに、パンチ１２に対するセンターピン１７の昇降タイミングを適宜に設定することにより、型孔８の小径孔部８ｃへの小径軸部２４の進入時期を最適にしたり、第１次中間品２の中空孔２５、２６より、センターピン１７の下部を容易に引き抜いたりすることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 素材
２ 第１次中間品
２ａ軸部
２ｂ拡径頭部
２ｃ中実軸部
３ 第２次中間品
３ａ軸部
３ｂ傘部
４ 金属ナトリウム
５ 閉塞部材
６ 有底孔
６ａ小径孔
６ｂテーパ孔
６ｃ大径孔
７ 第１プレス装置
８ 型孔
８ａ大径孔部
８ｂ搾出孔部
８ｃ小径孔部
９ ダイ
１０ ラム
１１ パンチホルダ
１２ パンチ
１２ａ大径軸部
１２ｂ小径軸部
１３ａ大径ガイド孔
１３ｂ小径ガイド孔
１４ ばね受け
１４ａ底壁
１５ 圧縮コイルばね
１６ ばね押え
１７ センターピン
１７ａ大径軸部
１７ｂ小径軸部
１８ ガイド孔
１９ スペーサ
２０ 上向凹孔
２１ ボルト
２２ めねじ孔
２３ 小径軸部
２４ 小径軸部
２５ 中空孔
２６ 中空孔
２７ 第２プレス装置
２８ 貫通孔
２９ ダイホルダ
３０ 凹孔
３１ 第２のダイ
３２ 第２の型孔
３３ 軸孔
３４ 第２のラム
３５ 上向凹孔
３６ 突部
３７ 第２のパンチ
３８ 中空孔
３９ 中空バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられる中空エンジンバルブの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特に自動車用エンジンに用いられるエンジンバルブ(以下、バルブと略称する)の中には、軽量化してエンジン性能を向上させるために、バルブを中空としたり、熱負荷を軽減させるために、中空とした軸部内に金属ナトリウムを封入したりしたものがある。
このような中空バルブの従来の製造方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、中心に設けた孔に芯材を挿入したバルブ素材を、熱間搾出鍛造等により、軸部の一端に傘部を有するバルブ形状に成形したのち、芯材を引き抜いて軸部を中空とし、この中空孔の開口端を、閉塞部材により閉塞したもの、特許文献２に記載されているように、中心に設けた孔に芯材を挿入したバルブ素材を、加熱鍛縮することにより、軸部の一端に傘部を有するバルブ形状に成形し、芯材を引き抜いて軸部を中空としたのち、この中空孔に金属ナトリウムを挿入し、軸部の開口端を、軸端封止部をもって閉塞したもの、同じく特許文献２に記載されているように、中心に設けた孔に被削性に富む芯材を挿入したバルブ素材を、加熱鍛縮することにより、軸部の一端に傘部を有するバルブ形状に成形し、ガンドリルをもって芯材に孔明け加工を施すことにより、軸部を中空とし、この中空孔に金属ナトリウムを挿入したのち、軸部の開口端に、軸端封止部を溶接もって固着したもの、及び特許文献３に記載されているように、バルブの軸部の中心に、端面側よりガンドリルにより孔を穿設して、軸部を中空としたものなどがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−１０９２０５号公報
【特許文献２】特開平７−１１９４２１号公報
【特許文献３】特開平４−３３４７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１及び２に記載の中空バルブの製造方法においては、軸部を中空とするのに、芯材を製作する工程と、バルブ素材に芯材挿入用の孔を形成する工程と、この孔に芯材を挿入する工程と、挿入した芯材を引き抜く工程との、少なくとも４工程を必要とするので、生産性が低く、かつ製造コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
一方、特許文献２及び３に記載の中空バルブの製造方法のように、ガンドリルによる孔明け加工により軸部を中空とすると、それに要する加工時間が長く、生産性が低下するとともに、ドリルの寿命も短いので、製造コストが大となる。
特に、排気バルブの素材に多用されているオーステナイト系の耐熱鋼は、硬質で被削性に劣るため、その素材に孔明け加工を施すと、ドリルの寿命はさらに短くなる。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、軸部を中空とした中空バルブを、極めて容易に、かつ低コストで効率よく製造しうるようにした中空エンジンバルブの製造方法及び製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の中空バルブの製造方法によると、上記課題は、次の各項のようにして解決される。
（１）上方に開口する有底孔を中心部に有する素材を形成する工程と、ダイの型孔に挿入した前記素材を、パンチにより強圧することにより、型孔における漸次下方に向かって縮径する搾出孔部を通過させて、その下方の小径孔部に向かって押し出すとともに、前記有底孔に挿入したピンの下部を、前記小径孔部の上部に進入するまで下降させ、前記素材を、ピンの下部の外周面と小径孔部の内周面との間に形成される環状の隙間を介して下方に塑性流動させることにより、軸部の上端に拡径頭部を有し、かつそれらの内部に上方に開口する中空孔が形成された第１次中間品を成形する工程とを備えるものとする。
【０００８】
このような構成によると、バルブの軸部を中空とするのに、従来のように、芯材を用いてそれを引き抜いたり、ガンドリルにより孔明け加工を施したりする必要がなく、素材を押し出して第１次中間品を成形するのと同時に、軸部に中空孔を簡単に形成することができるので、中空バルブを、極めて容易に、かつ低コストで効率よく製造することができる。
また、第１次中間品の軸部に形成された中空孔を、ドリルの下孔(ガイド孔)としても使用しうるので、従来のように、最初からガンドリルにより軸部に中空孔を形成する際に比して、孔明け加工を短時間で容易に行うことができ、生産性が向上するとともに、ドリルに加わる負荷も小さくなるのでその寿命が長くなる。
【０００９】
（２）上記(１)項において、パンチにより素材を強圧する前に、ピンの下端を素材の有底孔の下端部まで下降させる。
【００１０】
このような構成によると、パンチにより素材を強圧する際に、ピンの下部を速やかに型孔の小径孔部まで下降させうるので、軸部に中空孔を確実に形成することができる。
【００１１】
（３）ダイの型孔に挿入した円柱状の素材の上面をピンにより強圧し、前記素材を塑性変形させてピンの下部を素材の内部に進入させることにより、前記素材の中心部に上方に開口する有底孔を形成する工程と、前記素材を、パンチにより強圧することにより、型孔における漸次下方に向かって縮径する搾出孔部を通過させて、その下方の小径孔部に向かって押し出すとともに、前記ピンの下部を、前記小径孔部の上部に進入するまで下降させ、前記素材を、ピンの下部の外周面と小径孔部の内周面との間に形成される環状の隙間を介して下方に塑性流動させることにより、軸部の上端に拡径頭部を有し、かつそれらの内部に上方に開口する中空孔が形成された第１次中間品を成形する工程とを備えるものとする。
【００１２】
このような構成によると、上記(１)項に記載の構成と同様の効果が得られるだけでなく、ピンにより素材に有底孔を形成するので、素材に予め有底孔を設ける工程が不要となり、製造コストを削減することができる。
【００１３】
（４）上記(１)〜(３)のいずれかにおいて、第１次中間品を成形したのち、その上端をパンチにより押圧したまま、ピンを上昇させる。
【００１４】
このような構成によると、第１次中間品の成形後において、それに形成される中空孔より、ピンの下端部を容易に引き抜くことができる。
【００１５】
（５）上記(１)〜(４)項のいずれかにおいて、第１次中間品の拡径頭部を鍛造することにより、軸部の上端に傘部を連設し、かつこの傘部の内部に、上方に開口する中空孔を有する第２次中間品を成形する工程と、前記傘部の中空孔の開口部を、閉塞部材をもって閉塞する工程とを備えるものとする。
【００１６】
このような構成によると、軸部の上端に傘部を有し、かつそれらの内部に密閉された中空孔が形成された中空エンジンバルブを、少ない工程で容易に製造することができる。
【００１７】
（６）上記(５)項において、第２次中間品における傘部の中空孔の開口より、軸部の中空孔に金属ナトリウムを挿入したのち、前記傘部の中空孔の開口部を、閉塞部材をもって閉塞する。
【００１８】
このような構成によると、軸部の中空孔に金属ナトリウムが封入された中空バルブを、容易に製造することができる。
【００１９】
（７）上記(５)または(６)項において、第２次中間品における傘部の中空孔を、上方に向かって漸次拡径するラッパ状とする。
【００２０】
このような構成によると、バルブ全体の軽量化が図れるとともに、中空孔に金属ナトリウムを封入した際の放熱面積が増大することにより、傘部が効果的に冷却されるようになる。
また、傘部の中空孔がラッパ状に拡径しているので、軸部の中空孔への金属ナトリウムの挿入作業が容易となる。
【００２１】
本発明の中空バルブの製造装置によると、上記課題は、次の各項のようにして解決される。
（８）素材を上方より挿入可能な大径孔部、この大径孔部の下端に連続する漸次下方に向かって縮径する搾出孔部、この搾出孔部の下端に連続する軸部形成用の小径孔部よりなる型孔を有するダイと、前記ダイの上方において昇降するラムと、前記ラムに装着され、前記ダイにおける型孔の大径孔部内に下部が進入可能なパンチと、前記パンチの中心部に設けた上下方向のガイド孔内に、前記ラムまたは他の昇降手段に連係されて上下に昇降しうるように収容され、かつ下降時に、前記型孔の小径孔部より小径とした下部の小径軸部が前記パンチの下方に突出し、下端が前記小径孔部の上部まで進入して停止するようにしたピンとを備えるプレス装置よりなるものとする。
【００２２】
このような構成によると、一度のプレス作業で、プレス装置のダイの型孔に挿入した素材を、ラムに装着したパンチにより押し出すのと同時に、パンチの中心部に収容したピンの下部の小径軸部を、ダイの型孔の小径孔部の上部まで下降させて、軸部に中空孔を有する中空バルブを、容易に製造することができる。
【００２３】
(９)上記(８)項において、ラムに、パンチを下方に付勢することにより、成形後の第１次中間品を、ピンが上昇し始めるまで下方に押圧しておく押圧手段を設ける。
【００２４】
このような構成によると、第１次中間品の成形後において、それに形成される中空孔より、ピンの下部を容易に引き抜くことができる。
【００２５】
(１０)上記(９)項において、押圧手段を圧縮コイルばねとする。
【００２６】
このような構成によると、油圧プレス等の別の押圧手段を設ける必要がないので、中空バルブの製造装置のコストを低減させることができる。
【００２７】
（１１）上記(８)〜(１０)項のいずれかにおいて、プレス装置の近傍に、第１中間品の軸部を挿入可能な軸孔と拡径頭部を挿入可能な上方に向かって漸次ラッパ状に拡径する第２の型孔を有する第２のダイと、この第２のダイの上方において昇降する第２のラムと、この第２のラムの下部に装着され、かつ下端部に、前記第２の型孔に挿入した拡径頭部を、内部に上方に開口する中空孔が形成されるように傘状に塑性変形させる第２のパンチとを備える第２プレス装置を設ける。
【００２８】
このような構成によると、二つのプレス装置により、内部に中空孔を有する第１次中間品と第２次中間品とを、連続的に、かつ効率よく製造することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、軸部を中空とした中空バルブを、極めて容易に、かつ低コストで効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の中空バルブの製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図２】中空バルブの第１次中間品を成形する第１プレス装置の要部の中央縦断正面図である。
【図３】同じく、ラムが下降して、パンチの下端が素材の上端に当接した状態の中央縦断正面図である。
【図４】同じく、ラムがさらに下降して、センターピンの下端部が素材の有底孔の下部まで進入した状態の中央縦断正面図である。
【図５】同じく、ラムが下限位置まで下降して、素材を鍛造した状態の中央縦断正面図である。
【図６】同じく、ラムが若干上昇して、センターピンの下端部が第１次中間品の中空孔より離脱した状態の中央縦断正面図である。
【図７】第１次中間品を鍛造して、第２次中間品を成形する第２プレス装置の要部の中央縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１の(ａ)〜(ｅ)は、本発明の中空バルブの製造方法を工程順に示すもので、(ａ)は、中空バルブ製造用の素材１、(ｂ)は、中空バルブの第１次中間品２の成形工程、(ｃ)は、同じく第２次中間品３の成形工程、(ｄ)は、第２次中間品３への金属ナトリウム４の挿入工程、(ｅ)は、第２次中間品３の開口部を閉塞部材５をもって閉塞する工程を示している。
【００３２】
素材１は、例えばマルテンサイト系またはオーステナイト系の長尺の丸棒状鋼材を所定寸法に切断したのち、中心部に、ドリル等により有底孔６を形成したものよりなっている。この有底孔６は、最下部の小径孔６ａと、この小径孔６ａに、テーパ孔６ｂを介して連続する、例えば小径孔６ａの内径のほぼ２倍の大きさの大径孔６ｃとからなっている。
【００３３】
図１(ｂ)に示す第１次中間品２は、上記素材１を、図２に示す製造装置、例えばフリクションプレスよりなる第１プレス装置７(主要部のみ図示する)により、前方押し出し加工(熱間搾出鍛造)することにより成形することができる。
【００３４】
第１プレス装置７は、図示しないダイホルダにより不動状態に保持された、中心部に型孔８を有するダイ９と、その上方において昇降可能な円筒形のラム１０とを備えている。型孔８は、ダイ９の上方に開口する、上記素材１の外径とほぼ同径をなす大径孔部８ａと、その下端と連続するとともに、下方に向かって漸次漏斗状に縮径する搾出孔部８ｂと、この搾出孔部８ｂの下端と連続するとともに、ダイ９の下方に開口する小径孔部８ｃとからなっている。
【００３５】
ラム１０内の下部には、ダイ９の型孔８の軸線と同軸をなす円筒形のパンチホルダ１１が、上下方向に相対移動可能に嵌合され、このパンチホルダ１１内には、パンチ１２における上半部の大径軸部１２ａが、上下に移動不能として嵌合されている。パンチ１２の下半部の小径軸部１２ｂは、ダイ９の大径孔部８ａ内に進入可能な、その内径とほぼ等しい外径とされている。
パンチ１２の中心には、後記するセンターピン１７を上下に摺動可能に案内する大径ガイド孔１３ａと小径ガイド孔１３ｂとが、互いに上下に連通するようにして貫設されている。
【００３６】
パンチホルダ１１の上部においてラム１０内には、上方に開口する有底円筒状のばね受け１４が、下面がパンチホルダ１１の上面に当接するようにして、上下に摺動可能に嵌合され、このばね受け１４内には、圧縮荷重の大きな圧縮コイルばね１５が収容されている。圧縮コイルばね１５の上面には、ラム１０の上端部に嵌合して固定されたばね押え１６の下面が当接し、圧縮コイルばね１５は上方に抜け止めされている。
ばね受け１４とばね押え１６との対向面は、ばね押え１６により圧縮コイルばね１５を所要量圧縮しうるように離間している。
【００３７】
パンチ１２の大径ガイド孔１３ａと小径ガイド孔１３ｂには、それぞれ、センターピン１７の上部の大径軸部１７ａと、それに連続する下部の小径軸部１７ｂとが、上下に摺動可能に嵌合されている。小径軸部１７ｂの外径は、上記素材１の大径孔６ｃとダイ９の大径部８ｃに嵌合しうるように、それらの内径とほぼ等しい寸法としてある。
【００３８】
小径軸部１７ｂの下端部は、ラム１０が上方に位置しているとき、パンチ１２の下端より所要寸法突出するとともに、大径軸部１７ａは、パンチ１２に対しセンターピン１７が所要ストローク上下方向に移動しうるように、大径ガイド孔１３ａの下端部より上方に離間している。
【００３９】
センターピン１７における大径軸部１７ａの上端部は、ばね受け１４の底壁１４ａの中心に設けたガイド孔１８に、上下に摺動可能に嵌合されている。
圧縮コイルばね１５内には、円筒形のスペーサ１９が、上端部をばね押え１６の下面の上向凹孔２０に嵌合するとともに、下端がセンターピン１７の上端と当接するようにして収容されている。
センターピン１７の上端部は、ばね押え１６の上方より挿入したボルト２１の下端部を、大径軸部１７ａの上端部に形成しためねじ孔２２に螺合することにより、ばね押え１６に固定されている。
【００４０】
センターピン１７の小径軸部１７ｂにおけるパンチ１２の下端より突出する先端部(下端部)は、テーパ状の小径軸部２３の下端にストレート状の小径軸部２４を連設することにより、先細り形状としてある。小径軸部２４の下端は、その切損を防止するために、球面としてある。
【００４１】
テーパ状の小径軸部２３とストレート状の小径軸部２４の外径は、それぞれ、ダイ９に設けた型孔８の搾出孔部８ｂと小径孔部８ｃの内径よりも若干小とされ、ラム１０及びセンターピン１７が下限位置まで下降した際に、両小径軸部２３、２４の外周面と、搾出孔部８ｂの内周面及び小径孔部８ｃの上端部の内周面との間に、環状の隙間が形成されるようになっている(図５参照)。
【００４２】
図２〜図６は、上記第１プレス装置７により第１次中間品２を成形する工程を示す。
図２に示すように、ラム１０を上昇させた状態で、ダイ９の型孔８の大径孔部８ａ内に、所定温度に加熱された素材１を挿入したのち、ラム１０を下降させると、図３に示すように、パンチ１２の下端部が素材１の上端に当接するとともに、センターピン１７の下端部の小径軸部２３、２４が素材１の有底孔６内の上部に突入する。
【００４３】
この状態で、ラム１０がさらに若干下降すると、図４に示すように、ばね押え１６も圧縮コイルばね１５を圧縮させて下降する。この際、圧縮コイルばね１５が圧縮されるまでの間は、パンチ１２により素材１が押し出されることはなく、ラム１０と実質的に一体をなすセンターピン１７のみがさらに下降して、その下端が素材１の有底孔６の下端付近まで進入する。この間、パンチ１２には圧縮コイルばね１５のばね力が加わることにより、素材１はパンチ１２の下端により強く押圧された状態となる。
【００４４】
この状態から、ラム１０が下限位置までさらに下降すると、図５に示すように、素材１がパンチ１２により下方に押し出されると同時に、センターピン１７の下端部のテーパ状の小径軸部２３が、ダイ９の型孔８における搾出孔部８ｂ付近まで下降するとともに、ストレート状の小径軸部２４が、型孔８の小径孔部８ｃの上部、すなわち小径孔部８ｃの上端から、ほぼ小径軸部２４の長さだけ下方に進入する位置まで下降したところで停止する。
【００４５】
これにより、素材１は、その下部の中実部が先に型孔８の搾出孔部８ｂを通過して、小径孔部８ｃ内に塑性流動することにより、軸部２ａの下部は中実軸部２ｃとなる。引き続いて、素材１の上部が、センターピン１７の下端部により、中心部への肉の流れを妨げられつつ、小径軸部２３、２４の外周面と、搾出孔部８ｂの内周面及び小径孔部８ｃの上端部の内周面との間に形成される環状の隙間を通過して、型孔８の小径孔部８ｃに向かって押し出されることにより、中実軸部２ｃよりも上方の軸部２ａ内には、中空孔２５が形成される。
【００４６】
この一連の押し出し工程により、図１(ｂ)に示すような軸部２ａの上端部に拡径頭部２ｂを有する第１次中間品２が成形され、かつセンターピン１７の小径軸部１７ｂにおけるパンチ１２の下端よりの突出端部により、中空孔２５と連続する、上方に開口する大径の中空孔２６が形成される。なお、中空孔２５が形成された部分の軸部２ａの肉厚は、センターピン１７の小径軸部２４の外周面と、型孔８における小径孔部８ｃの内周面との間に形成される隙間とほぼ等しい均一な厚さとなる。
【００４７】
図６に示すように、第１次中間品２を成形したのち、ラム１０と共にセンターピン１７を上昇させると、それらが若干上昇するまでの間は、パンチ１２に圧縮コイルばね１５の下向き付勢力が加わっているので、第１次中間品２はパンチ１２の下端により下方に押圧されている。従って、ラム１０が上昇し始めるのと同時に、センターピン１７の下端部の小径軸部２３、２４を、第１次中間品２における拡径頭部２ｂと軸部２ｂの中空孔２６、２５から容易に引き抜くことができる。
【００４８】
この状態でラム１０を上限位置まで上昇させて、第１次中間品２の軸部２ａの下端を図示しないエジェクトピン等をもって押し上げれば、成形された第１次中間品２をダイ９より取り出すことができる。
【００４９】
図７は、図１(ｃ)に示す第２次中間品３を成形する製造装置である第２プレス装置２７の主要部を示すもので、中心に第１次中間品２の軸部２ａよりも大径の貫通孔２８が形成されたダイホルダ２９の上端部の凹孔３０には、第２のダイ３１が嵌合され、この第２のダイ３１には、上方に向かってラッパ状に拡径する第２の型孔３２と、ダイホルダ２９の貫通孔２８に連通する軸孔３３とが形成されている。なお、第２プレス装置２７は、上記第１プレス装置７の近傍に並設され、１個のフリクションプレスにより、第１次中間品２と第２次中間品とを、第１、第２プレス装置７、２７により同時に成形することができるようになっている。
【００５０】
第２のラム３４の下端部の上向凹孔３５には、下面に第２のダイ３１の型孔３２とほぼ補形をなす突部３６を有する第２のパンチ３７が嵌合され、第２のラム３４が下限位置まで下降して、第２のダイ３１の上面に第２のパンチ３７の下面が当接したとき、第２の型孔３２と突部３６との間に、中空バルブの傘部成形用の空間が形成されるようになっている。
【００５１】
第２次中間品３を成形するには、第２のラム３４を上限位置まで上昇させた状態で、図６のダイ９より脱型した直後の第１次中間品２を第２のダイ３１に上方より挿入し、第２のラム３４を下限位置まで下降させる。すると、第１次中間品２の拡径頭部２ｂが、第２のパンチ３７の下面と突部３６により塑性変形させられることにより、図１(ｃ)に示すような、軸部３ａの上端部に傘部３ｂを有する中空バルブの第２次中間品３が成形され、かつ傘部３ｂ内には、上方に開口するとともに、上方に向かってラッパ状に漸次拡径する中空孔３８が、軸部３ａの中空孔２５と連通するようにして形成される。
【００５２】
第２プレス装置２７より取り出した第２次中間品３に所定の熱処理を施したのち、軸部３ａの中空孔２５に、図１(ｄ)に示すように、バルブ冷却用の金属ナトリウム４を挿入する。
【００５３】
軸部３ａの中空孔２５に金属ナトリウム４の挿入したのち、図１(ｅ)に示すように、第２次中間品３におけるの傘部３ｂの中空孔３８の開口部に閉塞部材５を嵌合し、この閉塞部材５を図示しない溶接装置により固着して、中空孔３８の開口部を閉塞する。 これにより、下部を除く軸部３ａの内部と傘部３ｂの内部が中空をなす中空バルブ３９が得られる。なお、製造後の中空バルブ３９には、仕上加工や軸端部にコッタ溝等の加工が施される。
【００５４】
以上説明したように、上記実施形態の中空バルブの製造方法によると、軸部２ａを中空とするのに、従来のように、芯材を用いてそれを引き抜いたり、ガンドリルにより孔明け加工を施したりする必要がなく、素材１を押し出して第１次中間品２を成形するのと同時に、軸部２ａに中空孔２５を簡単に形成することができるので、中空バルブを、極めて容易に、かつ低コストで効率よく製造することができる。
【００５５】
また、第１次中間品２に形成された中空孔２５を、ドリルの下孔(ガイド孔)としても使用しうるので、従来のように、最初からガンドリルにより軸部に中空孔を形成する際に比して、孔明け加工を短時間で容易に行うことができ、生産性が向上するとともに、ドリルへの負荷も小さくなるので寿命が長くなる。
【００５６】
さらに、第１次中間品２の拡径頭部２ｂを鍛造して第２次中間品３を成形する際に、傘部３ｂにも、上方にラッパ状に拡径する中空孔３８が形成されるので、バルブ全体の軽量化が図れるとともに、バルブ内に金属ナトリウムを封入した際の放熱面積が増大することにより、傘部３ｂが効果的に冷却されるようになる。
【００５７】
傘部３ｂの中空孔３８は、上方に向かってラッパ状に漸次拡径しているので、金属ナトリウム４を中空孔２５に挿入する際の作業も容易となる。
【００５８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
上記の製造方法においては、素材１に予め有底孔６を設け、この有底孔６にセンターピン１７の下部を挿入しながら、素材１をパンチ１２により強圧して下方に塑性流動させるようにしているが、素材１を中実、すなわち円柱状とすることもできる。
この際には、円柱状とした素材１の上面を、ラム１０の初期の下降時において、上記実施形態よりも突出寸法を大としたセンターピン１７の下部により強圧して塑性変形させ、ピン１７の下部を素材１の内部に進入させることにより、素材１の中心部に上方に開口する有底孔を形成したのち、パンチ１２により素材１の上面を強圧するとともに、ピン１７の下部を、さらに小径孔部８ｃの上部に進入するまで下降させることにより、上記と同様の第１次中間品を成形することができる。
このようにすると、素材１に予め有底孔６を形成する工程を省略することができる。
【００５９】
また、上記の製造方法においては、第２次中間品３を成形したのち、その軸部３ａの中空孔２５に、バルブ冷却用の金属ナトリウム４を挿入したが、バルブの軽量化のみを目的とする際には、このような金属ナトリウム４の挿入工程は省略することもある。
【００６０】
上記の製造装置においては、第１プレス装置７をフリクションプレスとして、そのパンチ１２とセンターピン１７とを、ラム１０と共に昇降するものとしたが、例えば２個の油圧プレスにより、パンチ１２とセンターピン１７とを時間差を設けて独立して昇降させたり、パンチ１２のみをフリクションプレスにより昇降させ、センターピン１７を油圧プレスにより時間差を設けて昇降させたりすることもできる。このようにすると、圧縮コイルばね１５を省略しうるとともに、パンチ１２に対するセンターピン１７の昇降タイミングを適宜に設定することにより、型孔８の小径孔部８ｃへの小径軸部２４の進入時期を最適にしたり、第１次中間品２の中空孔２５、２６より、センターピン１７の下部を容易に引き抜いたりすることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 素材
２ 第１次中間品
２ａ軸部
２ｂ拡径頭部
２ｃ中実軸部
３ 第２次中間品
３ａ軸部
３ｂ傘部
４ 金属ナトリウム
５ 閉塞部材
６ 有底孔
６ａ小径孔
６ｂテーパ孔
６ｃ大径孔
７ 第１プレス装置
８ 型孔
８ａ大径孔部
８ｂ搾出孔部
８ｃ小径孔部
９ ダイ
１０ ラム
１１ パンチホルダ
１２ パンチ
１２ａ大径軸部
１２ｂ小径軸部
１３ａ大径ガイド孔
１３ｂ小径ガイド孔
１４ ばね受け
１４ａ底壁
１５ 圧縮コイルばね
１６ ばね押え
１７ センターピン
１７ａ大径軸部
１７ｂ小径軸部
１８ ガイド孔
１９ スペーサ
２０ 上向凹孔
２１ ボルト
２２ めねじ孔
２３ 小径軸部
２４ 小径軸部
２５ 中空孔
２６ 中空孔
２７ 第２プレス装置
２８ 貫通孔
２９ ダイホルダ
３０ 凹孔
３１ 第２のダイ
３２ 第２の型孔
３３ 軸孔
３４ 第２のラム
３５ 上向凹孔
３６ 突部
３７ 第２のパンチ
３８ 中空孔
３９ 中空バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方に開口する有底孔を中心部に有する素材を形成する工程と、
ダイの型孔に挿入した前記素材を、パンチにより強圧することにより、型孔における漸次下方に向かって縮径する搾出孔部を通過させて、その下方の小径孔部に向かって押し出すとともに、前記有底孔に挿入したピンの下部を、前記小径孔部の上部に進入するまで下降させ、前記素材を、ピンの下部の外周面と小径孔部の内周面との間に形成される環状の隙間を介して下方に塑性流動させることにより、軸部の上端に拡径頭部を有し、かつそれらの内部に上方に開口する中空孔が形成された第１次中間品を成形する工程
とを備えることを特徴とする中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項２】
パンチにより素材を強圧する前に、ピンの下端を素材の有底孔の下端部まで下降させることを特徴とする請求項１記載の中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項３】
ダイの型孔に挿入した円柱状の素材の上面をピンにより強圧し、前記素材を塑性変形させてピンの下部を素材の内部に進入させることにより、前記素材の中心部に上方に開口する有底孔を形成する工程と、
前記素材を、パンチにより強圧することにより、型孔における漸次下方に向かって縮径する搾出孔部を通過させて、その下方の小径孔部に向かって押し出すとともに、前記ピンの下部を、前記小径孔部の上部に進入するまで下降させ、前記素材を、ピンの下部の外周面と小径孔部の内周面との間に形成される環状の隙間を介して下方に塑性流動させることにより、軸部の上端に拡径頭部を有し、かつそれらの内部に上方に開口する中空孔が形成された第１次中間品を成形する工程
とを備えることを特徴とする中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項４】
第１次中間品を成形したのち、その上端をパンチにより押圧したまま、ピンを上昇させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項５】
第１次中間品の拡径頭部を鍛造することにより、軸部の上端に傘部を連設し、かつこの傘部の内部に、上方に開口する中空孔を有する第２次中間品を成形する工程と、前記傘部の中空孔の開口部を、閉塞部材をもって閉塞する工程とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項６】
第２次中間品における傘部の中空孔の開口より、軸部の中空孔に金属ナトリウムを挿入したのち、前記傘部の中空孔の開口部を、閉塞部材をもって閉塞することを特徴とする請求項５記載の中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項７】
第２次中間品における傘部の中空孔を、上方に向かって漸次拡径するラッパ状とすることを特徴とする請求項５または６記載の中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項８】
素材を上方より挿入可能な大径孔部、この大径孔部の下端に連続する漸次下方に向かって縮径する搾出孔部、この搾出孔部の下端に連続する軸部形成用の小径孔部よりなる型孔を有するダイと、
前記ダイの上方において昇降するラムと、
前記ラムに装着され、前記ダイにおける型孔の大径孔部内に下部が進入可能なパンチと、
前記パンチの中心部に設けた上下方向のガイド孔内に、前記ラムまたは他の昇降手段に連係されて上下に昇降しうるように収容され、かつ下降時に、前記型孔の小径孔部より小径とした下部の小径軸部が前記パンチの下方に突出し、下端が前記小径孔部の上部まで進入して停止するようにしたピン
とを備えるプレス装置よりなることを特徴とする中空エンジンバルブの製造装置。
【請求項９】
ラムに、パンチを下方に付勢することにより、成形後の第１次中間品を、ピンが上昇し始めるまで下方に押圧しておく押圧手段を設けてなる請求項８記載の中空エンジンバルブの製造装置。
【請求項１０】
押圧手段を圧縮コイルばねとしてなる請求項９記載の中空エンジンバルブの製造装置。
【請求項１１】
プレス装置の近傍に、第１中間品の軸部を挿入可能な軸孔と拡径頭部を挿入可能な上方に向かって漸次ラッパ状に拡径する第２の型孔を有する第２のダイと、この第２のダイの上方において昇降する第２のラムと、この第２のラムの下部に装着され、かつ下端部に、前記第２の型孔に挿入した拡径頭部を、内部に上方に開口する中空孔が形成されるように傘状に塑性変形させる第２のパンチとを備える第２プレス装置を設けてなる特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の中空エンジンバルブの製造装置。
【請求項１】
上方に開口する有底孔を中心部に有する素材を形成する工程と、
ダイの型孔に挿入した前記素材を、パンチにより強圧することにより、型孔における漸次下方に向かって縮径する搾出孔部を通過させて、その下方の小径孔部に向かって押し出すとともに、前記有底孔に挿入したピンの下部を、前記小径孔部の上部に進入するまで下降させ、前記素材を、ピンの下部の外周面と小径孔部の内周面との間に形成される環状の隙間を介して下方に塑性流動させることにより、軸部の上端に拡径頭部を有し、かつそれらの内部に上方に開口する中空孔が形成された第１次中間品を成形する工程
とを備えることを特徴とする中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項２】
パンチにより素材を強圧する前に、ピンの下端を素材の有底孔の下端部まで下降させることを特徴とする請求項１記載の中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項３】
ダイの型孔に挿入した円柱状の素材の上面をピンにより強圧し、前記素材を塑性変形させてピンの下部を素材の内部に進入させることにより、前記素材の中心部に上方に開口する有底孔を形成する工程と、
前記素材を、パンチにより強圧することにより、型孔における漸次下方に向かって縮径する搾出孔部を通過させて、その下方の小径孔部に向かって押し出すとともに、前記ピンの下部を、前記小径孔部の上部に進入するまで下降させ、前記素材を、ピンの下部の外周面と小径孔部の内周面との間に形成される環状の隙間を介して下方に塑性流動させることにより、軸部の上端に拡径頭部を有し、かつそれらの内部に上方に開口する中空孔が形成された第１次中間品を成形する工程
とを備えることを特徴とする中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項４】
第１次中間品を成形したのち、その上端をパンチにより押圧したまま、ピンを上昇させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項５】
第１次中間品の拡径頭部を鍛造することにより、軸部の上端に傘部を連設し、かつこの傘部の内部に、上方に開口する中空孔を有する第２次中間品を成形する工程と、前記傘部の中空孔の開口部を、閉塞部材をもって閉塞する工程とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項６】
第２次中間品における傘部の中空孔の開口より、軸部の中空孔に金属ナトリウムを挿入したのち、前記傘部の中空孔の開口部を、閉塞部材をもって閉塞することを特徴とする請求項５記載の中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項７】
第２次中間品における傘部の中空孔を、上方に向かって漸次拡径するラッパ状とすることを特徴とする請求項５または６記載の中空エンジンバルブの製造方法。
【請求項８】
素材を上方より挿入可能な大径孔部、この大径孔部の下端に連続する漸次下方に向かって縮径する搾出孔部、この搾出孔部の下端に連続する軸部形成用の小径孔部よりなる型孔を有するダイと、
前記ダイの上方において昇降するラムと、
前記ラムに装着され、前記ダイにおける型孔の大径孔部内に下部が進入可能なパンチと、
前記パンチの中心部に設けた上下方向のガイド孔内に、前記ラムまたは他の昇降手段に連係されて上下に昇降しうるように収容され、かつ下降時に、前記型孔の小径孔部より小径とした下部の小径軸部が前記パンチの下方に突出し、下端が前記小径孔部の上部まで進入して停止するようにしたピン
とを備えるプレス装置よりなることを特徴とする中空エンジンバルブの製造装置。
【請求項９】
ラムに、パンチを下方に付勢することにより、成形後の第１次中間品を、ピンが上昇し始めるまで下方に押圧しておく押圧手段を設けてなる請求項８記載の中空エンジンバルブの製造装置。
【請求項１０】
押圧手段を圧縮コイルばねとしてなる請求項９記載の中空エンジンバルブの製造装置。
【請求項１１】
プレス装置の近傍に、第１中間品の軸部を挿入可能な軸孔と拡径頭部を挿入可能な上方に向かって漸次ラッパ状に拡径する第２の型孔を有する第２のダイと、この第２のダイの上方において昇降する第２のラムと、この第２のラムの下部に装着され、かつ下端部に、前記第２の型孔に挿入した拡径頭部を、内部に上方に開口する中空孔が形成されるように傘状に塑性変形させる第２のパンチとを備える第２プレス装置を設けてなる特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の中空エンジンバルブの製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−４４２８７（Ｐ２０１３−４４２８７Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８２８４３（Ｐ２０１１−１８２８４３）
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００２３７１２３）フジオーゼックス株式会社 (14)
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００２３７１２３）フジオーゼックス株式会社 (14)
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