中空バルブの製造方法
【課題】通電アプセット成形による厚肉なオニオン形部分に座屈によるしわが生じることを防止し、その後の傘部の成形不良を防止すること。
【解決手段】中空バルブの製造方法は、(1)第1工程で、一端部に所定長さだけ芯材を挿入したパイプ素材を準備し、(2)第2工程で、芯材が挿入されているパイプ素材の一端部を通電アプセット成形することで厚肉な中実オニオンに成形し、(3)第3工程で、厚肉な中実オニオンを熱間鍛造により一次傘形部に成形し(4)第4工程で、一次傘形部を切削加工により二次傘形部に整形し、(5)第5工程で、部品組み付けにより傘部端部に傘端部材を組み付け、パイプ素材の先端部に軸端部材を組み付け、(6)第6工程で、部品溶接により傘端部材と軸端部材をパイプ素材に溶接し、(7)第7工程で、粗製品を仕上げ加工することにより中空バルブの最終製品を得る。
【解決手段】中空バルブの製造方法は、(1)第1工程で、一端部に所定長さだけ芯材を挿入したパイプ素材を準備し、(2)第2工程で、芯材が挿入されているパイプ素材の一端部を通電アプセット成形することで厚肉な中実オニオンに成形し、(3)第3工程で、厚肉な中実オニオンを熱間鍛造により一次傘形部に成形し(4)第4工程で、一次傘形部を切削加工により二次傘形部に整形し、(5)第5工程で、部品組み付けにより傘部端部に傘端部材を組み付け、パイプ素材の先端部に軸端部材を組み付け、(6)第6工程で、部品溶接により傘端部材と軸端部材をパイプ素材に溶接し、(7)第7工程で、粗製品を仕上げ加工することにより中空バルブの最終製品を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブとして使用される中空バルブに係り、詳しくは、その製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブとして、軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなした中空バルブが知られている。この種の技術として、例えば、下記の特許文献1〜4に記載される技術が挙げられる。特に、特許文献1には、薄肉のパイプ素材を通電アプセット加工により中空バルブを製造する方法が記載されている。
【0003】
【特許文献1】特開昭49−79958号公報
【特許文献2】特開平7−208127号公報
【特許文献3】特開昭48−6966号公報
【特許文献4】特開平6−335747号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところが、特許文献1に記載の製造方法では、通電アプセットによりパイプ素材の先端を厚肉なオニオン形に成形するとき、その厚肉なオニオン形部分の外側に座屈によるシワが生じることがあった。座屈は、パイプ素材を軸方向に圧縮したときその肉が折り込まれることで起きるものである。従って、この厚肉なオニオン形部分を傘形に鍛造成形すると、内部に欠陥が生じるおそれがあった。このため、その後の傘部の成形に際して、成形不良が起きるおそれがあった。
【0005】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、通電アプセット成形による厚肉なオニオン形部分に座屈によるしわが生じることを防止し、その後の傘部の成形不良を防止することを可能とした中空バルブの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなす中空バルブの製造方法であって、パイプ素材の一端から所定長さだけ前記パイプ素材の中に芯材を挿入し、前記芯材が挿入されている前記パイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより厚肉なオニオン形に成形する工程を備えたことを趣旨とする。
【0007】
上記発明の構成によれば、芯材が挿入されているパイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより、その一端部が厚肉なオニオン形に成形される。ここで、パイプ素材の一端部に芯材が挿入されているので、パイプ素材の肉厚が芯材の分だけ実質的に大きくなる。従って、通電アプセット成形に際してパイプ素材の軸線方向の変形に対して半径方向の変形が小さくなる。
【0008】
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、厚肉なオニオン形に成形された一端部を熱間鍛造により傘形に成形する工程を更に備えたことを趣旨とする。
【0009】
上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、前工程で厚肉なオニオン形に成形された一端部が熱間鍛造により傘形に成形され、傘部3の粗形が得られる。
【0010】
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、傘形に成形された一端部を所定形状に切削加工する工程を更に備えたことを趣旨とする。
【0011】
上記発明の構成によれば、請求項2に記載の発明の作用に加え、前工程で傘形に成形された一端部が切削加工により所定形状に形成される。
【0012】
上記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、所定形状に切削加工された一端部に傘端部材を組み付けると共に、パイプ素材の他端に軸端部材を組み付ける工程を更に備えたことを趣旨とする。
【0013】
上記発明の構成によれば、請求項3に記載の発明の作用に加え、前工程で所定形状に切削加工された一端部に傘端部材が組み付けられることにより、その一端部が閉塞されると共に傘部が構成される。パイプ素材の他端部に軸端部材が組み付けられることにより、パイプ素材の他端開口が閉塞される。これにより、内部を密封した中空バルブが得られる。パイプ素材とは別に、傘端部材と軸端部材が組み付けられるので、これら別部材としてパイプ素材より硬い耐久材料を選択することが可能となる。
【0014】
上記目的を達成するために、請求項5に記載の発明の中空バルブは、請求項4に記載の中空バルブの製造方法により製造されたことを趣旨とする。
【0015】
上記発明の構成によれば、傘部に成形不良のない中空バルブが得られる。
【0016】
上記目的を達成するために、請求項6に記載の発明は、軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなす中空バルブの製造方法であって、厚肉かつ大外径のパイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより厚肉なオニオン形に成形する工程と、厚肉なオニオン形に成形された一端部を熱間鍛造により傘形に成形する工程とを備えたことを趣旨とする。
【0017】
上記発明の構成によれば、パイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより、その一端部が厚肉なオニオン形に成形される。ここで、パイプ素材が厚肉かつ大外径をなすので、通電アプセット成形に際して、パイプ素材の軸線方向の変形に対する半径方向の変形が小さくなる。その後、前工程で厚肉なオニオン形に成形された一端部が熱間鍛造により傘形に成形され、傘部の粗形が得られる。
【発明の効果】
【0018】
請求項1に記載の発明によれば、通電アプセット成形による厚肉なオニオン形部分に座屈によるしわが生じることを防止することができ、その後の傘部の成形不良を防止することができる。
【0019】
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、パイプ素材に耐熱材の使用が可能となり、これによって中空バルブの耐熱性を向上させることができる。
【0020】
請求項3に記載の発明によれば、請求項2に記載の発明の効果に加え、傘形を任意な形状に整形することができる。
【0021】
請求項4に記載の発明によれば、請求項3に記載の発明の効果に加え、密閉した中空により冷却効果を得ることができ、傘部及び軸端部の材料特性の変えることができる。
【0022】
請求項5に記載の発明によれば、中空バルブの耐久性を向上させることができる。
【0023】
請求項6に記載の発明によれば、通電アプセット成形による厚肉なオニオン形部分に座屈によるしわが生じることを防止することができ、その後の傘部の成形不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
[第1実施形態]
以下、本発明における中空バルブの製造方法を具体化した第1実施形態につき図面を提示して詳細に説明する。
【0025】
図1に、この実施形態の中空バルブ1を正面図により示す。この中空バルブ1は、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブとして使用される。中空バルブ1は、軸部2と、その軸部2の一端部(基端部)に形成された傘部3と、軸部2の他端部(先端部)に設けられた溝部4及び軸端部5とを備える。傘部3の端部は、傘端部材6により構成され、軸部2の先端部は、軸端部材7により構成される。これら傘端部材6及び軸端部材7は、軸部2とは異なる材料により構成される。
【0026】
次に、この中空バルブ1の製造方法について説明する。図2に、この製造方法をフローチャートにより示す。図3〜図9に、この製造方法の各工程をそれぞれ断面図により示す。以下に、図2のフローチャートに付された各番号に従って順次説明する。
【0027】
(1)第1の工程では、「パイプ素材の準備」を行う。すなわち、図3に示すように、中空11aに芯材12を挿入したパイプ素材11をワークとして準備する。このワークは、長尺なパイプを所定長さ(例えば「150〜300 mm」)に切断することによりパイプ素材11とし、そのパイプ素材11の一端から所定長さだけ中空11aに芯材12を挿入することにより得られる。この実施形態では、パイプ素材11の上端部からパイプ素材11の中央付近までの長さだけ中空11aに芯材12が挿入されている。パイプ素材11と芯材12は、同じ高温強度を有することが好ましく、この実施形態では、それぞれ「SUS316」が材料として使用される。
【0028】
(2)第2の工程では、「通電アプセット成形」を行う。ここで、「通電アプセット成形」は、成形部分に大電流を流し、ここに発生する抵抗熱によって加熱し、圧力を加えて成形部分を据込みするものである。この成形を行うために、図4に示すように、短縮台21に、芯材12を挿入したパイプ素材11を立てて装着し、パイプ素材11の上端、すなわちパイプ素材11の芯材12が挿入されている側をアンビル22により保持する。短縮台21の上側には、凸部21aが設けられる。この凸部21aにパイプ素材11の下端部が差し込まれて位置決めされる。また、アンビル22の下側近傍にてパイプ素材11がクランプ電極23により挟み持たれる。アンビル22とクランプ電極23との間隔G1は、後述する中実オニオン13の大きさに合わせて決定される。そして、短縮台21とアンビル22との間でパイプ素材11を保持する。この「通電アプセット成形」は、図4に示すように、アンビル22とクランプ電極23との間で、所定値(例えば「2〜4 V」)の電圧により所定値(例えば「1〜2 kA」)の大電流を流しながら、短縮台21によりパイプ素材11をその軸線方向へ所定値(例えば「0.5〜2.0 kN」)の力で圧縮することにより行われる。クランプ電極23による通電により、パイプ素材11の上端部は千数百℃に加熱される。これにより、パイプ素材11の上端部には、芯材12を含む厚肉なオニオン形をなす中実オニオン13が成形される。以下において、パイプ素材11の中実オニオン13が成形された側をパイプ素材11の基端部、その反対側をパイプ素材11の先端部とする。
【0029】
(3)第3の工程では、「熱間鍛造」を行う。すなわち、第2の工程で中実オニオン13が成形されたパイプ素材11を、図5に示すように、鍛造上型24と鍛造下型25との間で所定温度で加熱しながら鍛造することにより、中実オニオン13を傘形に成形する。この段階で、中空バルブ11の軸部2と、傘部3のおおよその形状(粗形)となる一次傘形部14が得られる。ここで、鍛造時の加熱温度は「900℃〜1200℃」前後の温度である。この温度は、パイプ素材11及び芯材12の融点より低く、変態点より高い。
【0030】
(4)第4の工程では、「切削加工」を行う。すなわち、第3の工程で粗形に成形された一次傘形部14を切削により整形することにより、図6に示すように、ホーン形をなす二次傘形部15に加工する。このとき、パイプ素材11から芯材12が取り除かれ、パイプ素材11は両端が開口した中空状態となる。
【0031】
(5)第5の工程では、「部品組み付け」を行う。すなわち、図7に示すように、ホーン形に加工された二次傘形部15の端部開口15aに傘端部材6を嵌めることにより、その端部開口15aを閉鎖すると共に、傘部3を構成する。また、傘部3とは反対のパイプ素材11の先端部開口11bに軸端部材7を嵌めてその先端開口11bを封鎖する。この実施形態で、傘端部材6は、「SUH35」を材料として、傘部3の底部を構成する特殊形状に形成される。軸端部材7は、軸部2の一部を構成し、軸部2の外径と同じ外径を有し、「SUH1」を材料として棒状に形成される。軸端部材7の一端部には小径部7aが形成される。この小径部7aは、パイプ素材11の先端開口11bの内径とほぼ同じ寸法に形成される。
【0032】
(6)第6の工程では、「部品溶接」を行う。すなわち、図8に示すように、傘端部材6と二次傘形部15との接合部を溶接W1により接合すると共に、軸端部材7の小径部7aと先端開口11bとの接合部を溶接W2により接合する。これにより、中空バルブ1の粗製品が得られる。この粗製品の中空11aには、冷媒としての空気で満たされている。
【0033】
(7)第7の工程では、「仕上げ加工」を行う。すなわち、図8に示す粗製品を切削、研削加工することにより、図9に示すように、最終的な中空バルブ1の外形にすると共に、寸法精度や面粗度の仕上げを行う。このとき、軸端部材7には、溝部4及び軸端部5が形成される。このようにして図1に示す中空バルブ1が得られる。
【0034】
以上説明したこの実施形態の中空バルブ1の製造方法によれば、第2の工程で、芯材12が挿入されているパイプ素材11の一端部を通電アプセット成形することにより、その一端部に厚肉な中実オニオン13が成形される。ここで、パイプ素材11の一端部に芯材12が挿入されているので、パイプ素材11の肉厚が芯材12の分だけ実質的に大きくなる。従って、通電アプセット成形により、パイプ素材11が軸線方向に圧縮されるとき、パイプ素材11の軸線方向の変形に対する半径方向の変形が小さくなる。このため、通電アプセット成形に際して、中実オニオン13の外周に座屈によるしわが生じることを防止することができる。このことは、後工程である第3の工程で、一次傘形部14を成形するために中実オニオン13が熱間鍛造されるときに、その内部に折り込みきず等の鍛造欠陥が生じることを防止することができ、最終的に傘部3の成形不良を防止することができる。この意味で、中空バルブ1の耐久性を向上させることができる。
【0035】
この実施形態では、第3の工程で、熱間鍛造を行うことにより、前工程である第2の工程で加熱された厚肉な中実オニオン13の部分が、熱間鍛造により厚肉な傘形をなす一次傘形部14に成形される。このように熱間鍛造を行うことから、パイプ素材11に耐久性のある耐熱材を使用することが可能となる。これにより、中空バルブ1の耐熱性を向上させることができる。
【0036】
この実施形態では、第4の工程で、切削加工を行うことにより、前工程である第3の工程で厚肉な傘形に成形された一次傘形部14が、切削加工により所定形状の二次傘形部15に形成される。このように切削加工を行うことから、一次傘形部14を任意な形状の二次傘形部15へと整形することができる。また、切削加工によりパイプ素材11から芯材12が取り除かれ、二次傘形部15を有するパイプ素材11を、その両端が開口した中空状態にすることができる。
【0037】
この実施形態では、第5及び第6の工程で、部品組み付けと部品溶接が行われる。ここで、前の第4の工程では、パイプ素材11の両端にそれぞれ端部開口15a及び先端開口11bができる。そして、二次傘形部15の端部開口15aが傘端部材6により閉塞され、パイプ素材11の先端開口11bが軸端部材7により閉塞されるので、最終的に図9に示すように中空11aを密封した中空バルブ1が得られる。このため、中空バルブ1につき、密閉した中空11aにより冷却効果を得ることができる。また、傘端部材6及び軸端部材7にパイプ素材11より硬い耐久材料を選択することが可能となる。このため、傘部3と軸端部5の材料特性を変えることができる。詳しくは、耐久性の高い傘端部材6により、傘部3の耐久性を向上させることができる。また、耐久性の高い軸端部材7により、軸端部5の耐久性を向上させることができる。つまり、傘部3及び軸端部5を他の部位より硬質とすることで耐久性を向上させることができる。特に、軸端部5については、ロッカーアームやバルブリフタ等と頻繁に接触する先端面につき高い耐摩耗性を確保することができる。
【0038】
[第2実施形態]
次に、本発明における中空バルブの製造方法を具体化した第2実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において前記第1実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【0039】
この実施形態では、中空バルブの製造方法につき第1〜第3の工程の点で第1実施形態と構成が異なる。以下に図2のフローチャートに従って順次説明する。
【0040】
(1)第1の工程では、「パイプ素材の準備」を行う。すなわち、図10に示すように、厚肉かつ大外径で中空31aを有するパイプ素材31を準備する。これは、長尺なパイプを所定長さ(例えば「150〜300 mm」)に切断することで得られる。この実施形態で、パイプ素材31の外径D1は「10 mm」であり、従来使われてきたパイプ素材の外径が「6 mm」であるのに対して「1.5倍」以上の太さを有する。また、この実施形態で、パイプ素材31の肉厚T1は「3 mm」であり、従来使われてきたパイプ素材の肉厚が「1.2 mm」であるのに対して「2.5倍」の厚みを有する。この実施形態でも、パイプ素材31の材料として「SUS316」が使用される。
【0041】
(2)第2の工程では、「通電アプセット成形」を行う。この実施形態でも、第1実施形態と同様の装置を使用し、同様の条件でパイプ素材31の成形を行う。これにより、図11に示すように、パイプ素材31の上端部に、厚肉なオニオン形をなす中空オニオン32が成形される。
【0042】
(3)第3の工程では、「熱間鍛造」を行う。すなわち、第2の工程で中空オニオン32が成形されたパイプ素材31を、第1実施形態と同様の装置を使用して所定温度で加熱しながら鍛造することにより、中空オニオン32を、図12に示すような傘形に成形する。この段階で、中空バルブ1の傘部3のおおよその形状(粗形)となる一次傘形部33が得られる。次に、中空バルブ1の軸部2となるパイプ素材31の部分を、冷間鍛造することにより「軸しごき」を施す。これにより、図13に示すように、パイプ素材31の一次傘形部33以外の部分が細くなり、軸部2となる部分の内径寸法出しが行われる。
【0043】
その後、第1実施形態と同様に第4〜第7の工程を行うことにより、図1,9に示すと同様の中空バルブ1が得られる。
【0044】
従って、この実施形態では、パイプ素材31の一端部を通電アプセット成形することにより、その一端部が厚肉のオニオン形をなす中空オニオン32に成形される。ここで、パイプ素材31が厚肉かつ大外径をなすので、通電アプセット成形に際して、パイプ素材31の軸線方向の変形に対する半径方向の変形が小さくなる。このため、通電アプセット成形に際して、中空オニオン32の外周に座屈によるしわが生じることを防止することができる。このことは、後工程である第3の工程で、一次傘形部33を成形するために中空オニオン32が熱間鍛造されるときに、その内部に折り込みきず等の鍛造欠陥が生じることを防止することができ、最終的に傘部3の成形不良を防止することができる。この実施形態のその他の作用効果は、第1実施形態のそれと基本的に同じである。
【0045】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して以下のように実施することもできる。
【0046】
(1)前記第1実施形態では、パイプ素材11の先端開口11bに組み付けられる部材を比較的長尺な軸端部材7としたが、この部材7を、溝部4と軸端部5のみを含む短い軸端部材としてもよい。
【0047】
(2)前記実施形態では、中空バルブ1の中空11aに空気を冷媒として満たしたが、空気の代わりにナトリウム系の冷媒を注入するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】中空バルブを示す正面図。
【図2】中空バルブの製造方法を示すフローチャート。
【図3】第1の工程に係り、パイプ素材を示す断面図。
【図4】第2の工程に係り、通電アプセット成形を示す断面図。
【図5】第3の工程に係り、熱間鍛造を示す断面図。
【図6】第4の工程に係り、切削加工後のパイプ素材を示す断面図。
【図7】第5の工程に係り、部品組み付けを示す断面図。
【図8】第6の工程に係り、部品溶接を示す粗製品の断面図。
【図9】第7の工程に係り、仕上げ加工後の中空バルブを示す断面図。
【図10】第1の工程に係り、パイプ素材を示す断面図。
【図11】第2の工程に係り、通電アプセット成形後のパイプ素材を示す断面図。
【図12】第3の工程に係り、熱間鍛造後(傘形成形後)のパイプ素材を示す断面図。
【図13】第3の工程に係り、熱間鍛造後(軸しごき後)のパイプ素材を示す断面図。
【符号の説明】
【0049】
1 中空バルブ
2 軸部
3 傘部
4 溝部
5 軸端部
6 傘端部材
7 軸端部材
11 パイプ素材
11a 中空
12 芯材
13 中実オニオン
14 一次傘形部
15 二次傘形部
31 パイプ素材
31a 中空
32 中空オニオン
33 一次傘形部
【技術分野】
【0001】
この発明は、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブとして使用される中空バルブに係り、詳しくは、その製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブとして、軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなした中空バルブが知られている。この種の技術として、例えば、下記の特許文献1〜4に記載される技術が挙げられる。特に、特許文献1には、薄肉のパイプ素材を通電アプセット加工により中空バルブを製造する方法が記載されている。
【0003】
【特許文献1】特開昭49−79958号公報
【特許文献2】特開平7−208127号公報
【特許文献3】特開昭48−6966号公報
【特許文献4】特開平6−335747号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところが、特許文献1に記載の製造方法では、通電アプセットによりパイプ素材の先端を厚肉なオニオン形に成形するとき、その厚肉なオニオン形部分の外側に座屈によるシワが生じることがあった。座屈は、パイプ素材を軸方向に圧縮したときその肉が折り込まれることで起きるものである。従って、この厚肉なオニオン形部分を傘形に鍛造成形すると、内部に欠陥が生じるおそれがあった。このため、その後の傘部の成形に際して、成形不良が起きるおそれがあった。
【0005】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、通電アプセット成形による厚肉なオニオン形部分に座屈によるしわが生じることを防止し、その後の傘部の成形不良を防止することを可能とした中空バルブの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなす中空バルブの製造方法であって、パイプ素材の一端から所定長さだけ前記パイプ素材の中に芯材を挿入し、前記芯材が挿入されている前記パイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより厚肉なオニオン形に成形する工程を備えたことを趣旨とする。
【0007】
上記発明の構成によれば、芯材が挿入されているパイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより、その一端部が厚肉なオニオン形に成形される。ここで、パイプ素材の一端部に芯材が挿入されているので、パイプ素材の肉厚が芯材の分だけ実質的に大きくなる。従って、通電アプセット成形に際してパイプ素材の軸線方向の変形に対して半径方向の変形が小さくなる。
【0008】
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、厚肉なオニオン形に成形された一端部を熱間鍛造により傘形に成形する工程を更に備えたことを趣旨とする。
【0009】
上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、前工程で厚肉なオニオン形に成形された一端部が熱間鍛造により傘形に成形され、傘部3の粗形が得られる。
【0010】
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、傘形に成形された一端部を所定形状に切削加工する工程を更に備えたことを趣旨とする。
【0011】
上記発明の構成によれば、請求項2に記載の発明の作用に加え、前工程で傘形に成形された一端部が切削加工により所定形状に形成される。
【0012】
上記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、所定形状に切削加工された一端部に傘端部材を組み付けると共に、パイプ素材の他端に軸端部材を組み付ける工程を更に備えたことを趣旨とする。
【0013】
上記発明の構成によれば、請求項3に記載の発明の作用に加え、前工程で所定形状に切削加工された一端部に傘端部材が組み付けられることにより、その一端部が閉塞されると共に傘部が構成される。パイプ素材の他端部に軸端部材が組み付けられることにより、パイプ素材の他端開口が閉塞される。これにより、内部を密封した中空バルブが得られる。パイプ素材とは別に、傘端部材と軸端部材が組み付けられるので、これら別部材としてパイプ素材より硬い耐久材料を選択することが可能となる。
【0014】
上記目的を達成するために、請求項5に記載の発明の中空バルブは、請求項4に記載の中空バルブの製造方法により製造されたことを趣旨とする。
【0015】
上記発明の構成によれば、傘部に成形不良のない中空バルブが得られる。
【0016】
上記目的を達成するために、請求項6に記載の発明は、軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなす中空バルブの製造方法であって、厚肉かつ大外径のパイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより厚肉なオニオン形に成形する工程と、厚肉なオニオン形に成形された一端部を熱間鍛造により傘形に成形する工程とを備えたことを趣旨とする。
【0017】
上記発明の構成によれば、パイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより、その一端部が厚肉なオニオン形に成形される。ここで、パイプ素材が厚肉かつ大外径をなすので、通電アプセット成形に際して、パイプ素材の軸線方向の変形に対する半径方向の変形が小さくなる。その後、前工程で厚肉なオニオン形に成形された一端部が熱間鍛造により傘形に成形され、傘部の粗形が得られる。
【発明の効果】
【0018】
請求項1に記載の発明によれば、通電アプセット成形による厚肉なオニオン形部分に座屈によるしわが生じることを防止することができ、その後の傘部の成形不良を防止することができる。
【0019】
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、パイプ素材に耐熱材の使用が可能となり、これによって中空バルブの耐熱性を向上させることができる。
【0020】
請求項3に記載の発明によれば、請求項2に記載の発明の効果に加え、傘形を任意な形状に整形することができる。
【0021】
請求項4に記載の発明によれば、請求項3に記載の発明の効果に加え、密閉した中空により冷却効果を得ることができ、傘部及び軸端部の材料特性の変えることができる。
【0022】
請求項5に記載の発明によれば、中空バルブの耐久性を向上させることができる。
【0023】
請求項6に記載の発明によれば、通電アプセット成形による厚肉なオニオン形部分に座屈によるしわが生じることを防止することができ、その後の傘部の成形不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
[第1実施形態]
以下、本発明における中空バルブの製造方法を具体化した第1実施形態につき図面を提示して詳細に説明する。
【0025】
図1に、この実施形態の中空バルブ1を正面図により示す。この中空バルブ1は、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブとして使用される。中空バルブ1は、軸部2と、その軸部2の一端部(基端部)に形成された傘部3と、軸部2の他端部(先端部)に設けられた溝部4及び軸端部5とを備える。傘部3の端部は、傘端部材6により構成され、軸部2の先端部は、軸端部材7により構成される。これら傘端部材6及び軸端部材7は、軸部2とは異なる材料により構成される。
【0026】
次に、この中空バルブ1の製造方法について説明する。図2に、この製造方法をフローチャートにより示す。図3〜図9に、この製造方法の各工程をそれぞれ断面図により示す。以下に、図2のフローチャートに付された各番号に従って順次説明する。
【0027】
(1)第1の工程では、「パイプ素材の準備」を行う。すなわち、図3に示すように、中空11aに芯材12を挿入したパイプ素材11をワークとして準備する。このワークは、長尺なパイプを所定長さ(例えば「150〜300 mm」)に切断することによりパイプ素材11とし、そのパイプ素材11の一端から所定長さだけ中空11aに芯材12を挿入することにより得られる。この実施形態では、パイプ素材11の上端部からパイプ素材11の中央付近までの長さだけ中空11aに芯材12が挿入されている。パイプ素材11と芯材12は、同じ高温強度を有することが好ましく、この実施形態では、それぞれ「SUS316」が材料として使用される。
【0028】
(2)第2の工程では、「通電アプセット成形」を行う。ここで、「通電アプセット成形」は、成形部分に大電流を流し、ここに発生する抵抗熱によって加熱し、圧力を加えて成形部分を据込みするものである。この成形を行うために、図4に示すように、短縮台21に、芯材12を挿入したパイプ素材11を立てて装着し、パイプ素材11の上端、すなわちパイプ素材11の芯材12が挿入されている側をアンビル22により保持する。短縮台21の上側には、凸部21aが設けられる。この凸部21aにパイプ素材11の下端部が差し込まれて位置決めされる。また、アンビル22の下側近傍にてパイプ素材11がクランプ電極23により挟み持たれる。アンビル22とクランプ電極23との間隔G1は、後述する中実オニオン13の大きさに合わせて決定される。そして、短縮台21とアンビル22との間でパイプ素材11を保持する。この「通電アプセット成形」は、図4に示すように、アンビル22とクランプ電極23との間で、所定値(例えば「2〜4 V」)の電圧により所定値(例えば「1〜2 kA」)の大電流を流しながら、短縮台21によりパイプ素材11をその軸線方向へ所定値(例えば「0.5〜2.0 kN」)の力で圧縮することにより行われる。クランプ電極23による通電により、パイプ素材11の上端部は千数百℃に加熱される。これにより、パイプ素材11の上端部には、芯材12を含む厚肉なオニオン形をなす中実オニオン13が成形される。以下において、パイプ素材11の中実オニオン13が成形された側をパイプ素材11の基端部、その反対側をパイプ素材11の先端部とする。
【0029】
(3)第3の工程では、「熱間鍛造」を行う。すなわち、第2の工程で中実オニオン13が成形されたパイプ素材11を、図5に示すように、鍛造上型24と鍛造下型25との間で所定温度で加熱しながら鍛造することにより、中実オニオン13を傘形に成形する。この段階で、中空バルブ11の軸部2と、傘部3のおおよその形状(粗形)となる一次傘形部14が得られる。ここで、鍛造時の加熱温度は「900℃〜1200℃」前後の温度である。この温度は、パイプ素材11及び芯材12の融点より低く、変態点より高い。
【0030】
(4)第4の工程では、「切削加工」を行う。すなわち、第3の工程で粗形に成形された一次傘形部14を切削により整形することにより、図6に示すように、ホーン形をなす二次傘形部15に加工する。このとき、パイプ素材11から芯材12が取り除かれ、パイプ素材11は両端が開口した中空状態となる。
【0031】
(5)第5の工程では、「部品組み付け」を行う。すなわち、図7に示すように、ホーン形に加工された二次傘形部15の端部開口15aに傘端部材6を嵌めることにより、その端部開口15aを閉鎖すると共に、傘部3を構成する。また、傘部3とは反対のパイプ素材11の先端部開口11bに軸端部材7を嵌めてその先端開口11bを封鎖する。この実施形態で、傘端部材6は、「SUH35」を材料として、傘部3の底部を構成する特殊形状に形成される。軸端部材7は、軸部2の一部を構成し、軸部2の外径と同じ外径を有し、「SUH1」を材料として棒状に形成される。軸端部材7の一端部には小径部7aが形成される。この小径部7aは、パイプ素材11の先端開口11bの内径とほぼ同じ寸法に形成される。
【0032】
(6)第6の工程では、「部品溶接」を行う。すなわち、図8に示すように、傘端部材6と二次傘形部15との接合部を溶接W1により接合すると共に、軸端部材7の小径部7aと先端開口11bとの接合部を溶接W2により接合する。これにより、中空バルブ1の粗製品が得られる。この粗製品の中空11aには、冷媒としての空気で満たされている。
【0033】
(7)第7の工程では、「仕上げ加工」を行う。すなわち、図8に示す粗製品を切削、研削加工することにより、図9に示すように、最終的な中空バルブ1の外形にすると共に、寸法精度や面粗度の仕上げを行う。このとき、軸端部材7には、溝部4及び軸端部5が形成される。このようにして図1に示す中空バルブ1が得られる。
【0034】
以上説明したこの実施形態の中空バルブ1の製造方法によれば、第2の工程で、芯材12が挿入されているパイプ素材11の一端部を通電アプセット成形することにより、その一端部に厚肉な中実オニオン13が成形される。ここで、パイプ素材11の一端部に芯材12が挿入されているので、パイプ素材11の肉厚が芯材12の分だけ実質的に大きくなる。従って、通電アプセット成形により、パイプ素材11が軸線方向に圧縮されるとき、パイプ素材11の軸線方向の変形に対する半径方向の変形が小さくなる。このため、通電アプセット成形に際して、中実オニオン13の外周に座屈によるしわが生じることを防止することができる。このことは、後工程である第3の工程で、一次傘形部14を成形するために中実オニオン13が熱間鍛造されるときに、その内部に折り込みきず等の鍛造欠陥が生じることを防止することができ、最終的に傘部3の成形不良を防止することができる。この意味で、中空バルブ1の耐久性を向上させることができる。
【0035】
この実施形態では、第3の工程で、熱間鍛造を行うことにより、前工程である第2の工程で加熱された厚肉な中実オニオン13の部分が、熱間鍛造により厚肉な傘形をなす一次傘形部14に成形される。このように熱間鍛造を行うことから、パイプ素材11に耐久性のある耐熱材を使用することが可能となる。これにより、中空バルブ1の耐熱性を向上させることができる。
【0036】
この実施形態では、第4の工程で、切削加工を行うことにより、前工程である第3の工程で厚肉な傘形に成形された一次傘形部14が、切削加工により所定形状の二次傘形部15に形成される。このように切削加工を行うことから、一次傘形部14を任意な形状の二次傘形部15へと整形することができる。また、切削加工によりパイプ素材11から芯材12が取り除かれ、二次傘形部15を有するパイプ素材11を、その両端が開口した中空状態にすることができる。
【0037】
この実施形態では、第5及び第6の工程で、部品組み付けと部品溶接が行われる。ここで、前の第4の工程では、パイプ素材11の両端にそれぞれ端部開口15a及び先端開口11bができる。そして、二次傘形部15の端部開口15aが傘端部材6により閉塞され、パイプ素材11の先端開口11bが軸端部材7により閉塞されるので、最終的に図9に示すように中空11aを密封した中空バルブ1が得られる。このため、中空バルブ1につき、密閉した中空11aにより冷却効果を得ることができる。また、傘端部材6及び軸端部材7にパイプ素材11より硬い耐久材料を選択することが可能となる。このため、傘部3と軸端部5の材料特性を変えることができる。詳しくは、耐久性の高い傘端部材6により、傘部3の耐久性を向上させることができる。また、耐久性の高い軸端部材7により、軸端部5の耐久性を向上させることができる。つまり、傘部3及び軸端部5を他の部位より硬質とすることで耐久性を向上させることができる。特に、軸端部5については、ロッカーアームやバルブリフタ等と頻繁に接触する先端面につき高い耐摩耗性を確保することができる。
【0038】
[第2実施形態]
次に、本発明における中空バルブの製造方法を具体化した第2実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において前記第1実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【0039】
この実施形態では、中空バルブの製造方法につき第1〜第3の工程の点で第1実施形態と構成が異なる。以下に図2のフローチャートに従って順次説明する。
【0040】
(1)第1の工程では、「パイプ素材の準備」を行う。すなわち、図10に示すように、厚肉かつ大外径で中空31aを有するパイプ素材31を準備する。これは、長尺なパイプを所定長さ(例えば「150〜300 mm」)に切断することで得られる。この実施形態で、パイプ素材31の外径D1は「10 mm」であり、従来使われてきたパイプ素材の外径が「6 mm」であるのに対して「1.5倍」以上の太さを有する。また、この実施形態で、パイプ素材31の肉厚T1は「3 mm」であり、従来使われてきたパイプ素材の肉厚が「1.2 mm」であるのに対して「2.5倍」の厚みを有する。この実施形態でも、パイプ素材31の材料として「SUS316」が使用される。
【0041】
(2)第2の工程では、「通電アプセット成形」を行う。この実施形態でも、第1実施形態と同様の装置を使用し、同様の条件でパイプ素材31の成形を行う。これにより、図11に示すように、パイプ素材31の上端部に、厚肉なオニオン形をなす中空オニオン32が成形される。
【0042】
(3)第3の工程では、「熱間鍛造」を行う。すなわち、第2の工程で中空オニオン32が成形されたパイプ素材31を、第1実施形態と同様の装置を使用して所定温度で加熱しながら鍛造することにより、中空オニオン32を、図12に示すような傘形に成形する。この段階で、中空バルブ1の傘部3のおおよその形状(粗形)となる一次傘形部33が得られる。次に、中空バルブ1の軸部2となるパイプ素材31の部分を、冷間鍛造することにより「軸しごき」を施す。これにより、図13に示すように、パイプ素材31の一次傘形部33以外の部分が細くなり、軸部2となる部分の内径寸法出しが行われる。
【0043】
その後、第1実施形態と同様に第4〜第7の工程を行うことにより、図1,9に示すと同様の中空バルブ1が得られる。
【0044】
従って、この実施形態では、パイプ素材31の一端部を通電アプセット成形することにより、その一端部が厚肉のオニオン形をなす中空オニオン32に成形される。ここで、パイプ素材31が厚肉かつ大外径をなすので、通電アプセット成形に際して、パイプ素材31の軸線方向の変形に対する半径方向の変形が小さくなる。このため、通電アプセット成形に際して、中空オニオン32の外周に座屈によるしわが生じることを防止することができる。このことは、後工程である第3の工程で、一次傘形部33を成形するために中空オニオン32が熱間鍛造されるときに、その内部に折り込みきず等の鍛造欠陥が生じることを防止することができ、最終的に傘部3の成形不良を防止することができる。この実施形態のその他の作用効果は、第1実施形態のそれと基本的に同じである。
【0045】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して以下のように実施することもできる。
【0046】
(1)前記第1実施形態では、パイプ素材11の先端開口11bに組み付けられる部材を比較的長尺な軸端部材7としたが、この部材7を、溝部4と軸端部5のみを含む短い軸端部材としてもよい。
【0047】
(2)前記実施形態では、中空バルブ1の中空11aに空気を冷媒として満たしたが、空気の代わりにナトリウム系の冷媒を注入するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】中空バルブを示す正面図。
【図2】中空バルブの製造方法を示すフローチャート。
【図3】第1の工程に係り、パイプ素材を示す断面図。
【図4】第2の工程に係り、通電アプセット成形を示す断面図。
【図5】第3の工程に係り、熱間鍛造を示す断面図。
【図6】第4の工程に係り、切削加工後のパイプ素材を示す断面図。
【図7】第5の工程に係り、部品組み付けを示す断面図。
【図8】第6の工程に係り、部品溶接を示す粗製品の断面図。
【図9】第7の工程に係り、仕上げ加工後の中空バルブを示す断面図。
【図10】第1の工程に係り、パイプ素材を示す断面図。
【図11】第2の工程に係り、通電アプセット成形後のパイプ素材を示す断面図。
【図12】第3の工程に係り、熱間鍛造後(傘形成形後)のパイプ素材を示す断面図。
【図13】第3の工程に係り、熱間鍛造後(軸しごき後)のパイプ素材を示す断面図。
【符号の説明】
【0049】
1 中空バルブ
2 軸部
3 傘部
4 溝部
5 軸端部
6 傘端部材
7 軸端部材
11 パイプ素材
11a 中空
12 芯材
13 中実オニオン
14 一次傘形部
15 二次傘形部
31 パイプ素材
31a 中空
32 中空オニオン
33 一次傘形部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなす中空バルブの製造方法であって、
パイプ素材の一端から所定長さだけ前記パイプ素材の中に芯材を挿入し、前記芯材が挿入されている前記パイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより厚肉なオニオン形に成形する工程を備えたことを特徴とする中空バルブの製造方法。
【請求項2】
前記厚肉なオニオン形に成形された前記一端部を熱間鍛造により傘形に成形する工程を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の中空バルブの製造方法。
【請求項3】
前記傘形に成形された前記一端部を所定形状に切削加工する工程を更に備えたことを特徴とする請求項2に記載の中空バルブの製造方法。
【請求項4】
前記所定形状に切削加工された前記一端部に傘端部材を組み付けると共に、前記パイプ素材の他端に軸端部材を組み付ける工程を更に備えたことを特徴とする請求項3に記載の中空バルブの製造方法。
【請求項5】
請求項4に記載の中空バルブの製造方法により製造された中空バルブ。
【請求項6】
軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなす中空バルブの製造方法であって、
厚肉かつ大外径なパイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより厚肉なオニオン形に成形する工程と、
前記厚肉なオニオン形に成形された前記一端部を熱間鍛造により傘形に成形する工程と
を備えたことを特徴とする中空バルブの製造方法。
【請求項1】
軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなす中空バルブの製造方法であって、
パイプ素材の一端から所定長さだけ前記パイプ素材の中に芯材を挿入し、前記芯材が挿入されている前記パイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより厚肉なオニオン形に成形する工程を備えたことを特徴とする中空バルブの製造方法。
【請求項2】
前記厚肉なオニオン形に成形された前記一端部を熱間鍛造により傘形に成形する工程を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の中空バルブの製造方法。
【請求項3】
前記傘形に成形された前記一端部を所定形状に切削加工する工程を更に備えたことを特徴とする請求項2に記載の中空バルブの製造方法。
【請求項4】
前記所定形状に切削加工された前記一端部に傘端部材を組み付けると共に、前記パイプ素材の他端に軸端部材を組み付ける工程を更に備えたことを特徴とする請求項3に記載の中空バルブの製造方法。
【請求項5】
請求項4に記載の中空バルブの製造方法により製造された中空バルブ。
【請求項6】
軸部と、その軸部の一端に形成された傘部とを備え、中空形状をなす中空バルブの製造方法であって、
厚肉かつ大外径なパイプ素材の一端部を通電アプセット成形することにより厚肉なオニオン形に成形する工程と、
前記厚肉なオニオン形に成形された前記一端部を熱間鍛造により傘形に成形する工程と
を備えたことを特徴とする中空バルブの製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2009−226410(P2009−226410A)
【公開日】平成21年10月8日(2009.10.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−71067(P2008−71067)
【出願日】平成20年3月19日(2008.3.19)
【出願人】(000116574)愛三工業株式会社 (1,018)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年10月8日(2009.10.8)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年3月19日(2008.3.19)
【出願人】(000116574)愛三工業株式会社 (1,018)
【Fターム(参考)】
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