特許 5950440 中空エンジンバルブの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5950440

(24)【登録日】2016年6月17日

(45)【発行日】2016年7月13日

(54)【発明の名称】中空エンジンバルブの製造方法

(51)【国際特許分類】

   F01L 3/14 20060101AFI20160630BHJP

   F01L 3/20 20060101ALI20160630BHJP

【ＦＩ】

   F01L3/14 A

   F01L3/20 B

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-17203(P2012-17203)

(22)【出願日】2012年1月30日

(65)【公開番号】特開2013-155676(P2013-155676A)

(43)【公開日】2013年8月15日

【審査請求日】2014年10月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】315017775

【氏名又は名称】三菱重工工作機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078499

【弁理士】

【氏名又は名称】光石 俊郎

(74)【代理人】

【識別番号】230112449

【弁護士】

【氏名又は名称】光石 春平

(74)【代理人】

【識別番号】100102945

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 康幸

(74)【代理人】

【識別番号】100120673

【弁理士】

【氏名又は名称】松元 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100182224

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 哲三

(73)【特許権者】

【識別番号】508282203

【氏名又は名称】株式会社 吉村カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100078499

【弁理士】

【氏名又は名称】光石 俊郎

(74)【代理人】

【識別番号】230111796

【弁護士】

【氏名又は名称】光石 忠敬

(74)【代理人】

【識別番号】230112449

【弁護士】

【氏名又は名称】光石 春平

(74)【代理人】

【識別番号】100102945

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 康幸

(74)【代理人】

【識別番号】100120673

【弁理士】

【氏名又は名称】松元 洋

(72)【発明者】

【氏名】中村 克己

(72)【発明者】

【氏名】森井 宏和

(72)【発明者】

【氏名】平尾 健一郎

(72)【発明者】

【氏名】吉村 豹治

【審査官】 稲村 正義

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／１０４９０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／１０４９１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平３−２６４７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８５６５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｌ ３／００−３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

弁傘部と当該弁傘部に接続する中空軸部とに亘って中空孔が形成された弁本体を備える中空エンジンバルブの製造方法において、
前記弁本体の素材となる中実丸棒を、１回の熱間鍛造によって、前記弁傘部に対応した半完成品弁傘部と前記中空軸部に対応した半完成品中空軸部とに亘って形成される前記中空孔に対応した半完成品中空孔に、中子の挿入による段差を生じさせることなく、弁本体半完成品に成形し、
前記弁本体半完成品に対して、前記弁本体半完成品を回転させながら、前記半完成品中空軸部の外周面を押圧するロータリスエージング加工を行うことにより、前記半完成品中空軸部の径を縮径すると共に、前記半完成品中空軸部の軸長を長くし、
ロータリスエージング加工後の前記弁本体半完成品に対して、前記半完成品中空軸部と、前記半完成品弁傘部と前記半完成品中空軸部との間の接続部分となる半完成品首部とを、段階的に絞り上げるネッキング加工を行うことにより、前記半完成品中空軸部の径を縮径すると共に、前記半完成品中空軸部の軸長を長くして、当該弁本体半完成品を前記弁本体に成形し、
前記弁本体における前記中空軸部の端部に、前記中空孔を封止するように軸端封止部材を接合する
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】

請求項１に記載の中空エンジンバルブの製造方法において、
前記半完成品弁傘部内における前記半完成品中空孔の下端に、内径が前記半完成品中空孔の内径よりも大径となる半完成品拡径孔部を加工する
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3】

請求項１または２に記載の中空エンジンバルブの製造方法において、
ネッキング加工前に、前記半完成品首部が所定の肉厚となるように、当該半完成品首部を加工する
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】

請求項１乃至３のいずれかに記載の中空エンジンバルブの製造方法において、
冷媒用の金属ナトリウムを前記中空孔内に入れた後、前記軸端封止部材を前記中空軸部の端部に接合する
ことを特徴とする中空エンジンバルブの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弁傘部と当該弁傘部に接続する中空軸部とに亘って中空孔が形成された弁本体を備える中空エンジンバルブの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、エンジンバルブの中には、エンジンの高出力化及び高性能化に伴って、その内部を中空状に形成したものが種々提供されている。これにより、中空のエンジンバルブにおいては、中実のエンジンバルブと比べて、軽量化が図られることとなり、高精度なバルブ開閉動作を行うことができる。そして、このような、従来の中空エンジンバルブの製造方法は、例えば、特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４３９０２９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来の中空エンジンバルブの製造方法では、弁本体、中空軸部材、軸端封止部材をそれぞれ個別に製造した後、それら各部材同士を接合することにより、完成品としての中空エンジンバルブを得るようにしている。更に、それらの部材の中でも、弁本体の製造方法では、素材となる中実丸棒を２回の鍛造によって半完成品に成形した後、この半完成品をネッキング加工（絞り上げ加工）によって弁本体に成形するようにしている。

【0005】

しかしながら、上述したように、従来の鍛造工程においては、中実丸棒に対して、２回の鍛造を行う必要があり、１回目の鍛造で、中実丸棒をコップ状の中間品に成形した後、２回目の鍛造で、中間品を半完成品に成形するようにしている。

【0006】

更に、２回目の鍛造においては、中間品の下端部分を外側に拡げるような鍛造を行うことにより、半完成品の弁傘部を成形するようにしており、このような鍛造を実施するためには、コップ状の中間品の中空孔に中子を挿入した状態で、成型しなくてはならない。そして、このように、中子を挿入した状態で成型する場合には、中間品の下側部分を外側に拡げる過程の中で、中子を、１回目の鍛造によって成形された中間品の中空孔に挿入する必要があるため、必然的に、中子の外径は中間品における中空孔の内径よりも小径となる。これにより、中子の外径が中間品における中空孔の内径よりも小径となる分、その中空孔内に段差が生じるおそれがある。

【0007】

特に、弁本体の半完成品を熱間鍛造によって成形する場合には、そのような段差が生じ易くなる。そして、その段差は、次工程となるネッキング加工時において、絞り上げ不良を招くものとなるだけでなく、中空エンジンバルブの使用時において、応力集中を受ける強度低下部となってしまう。

【0008】

また、ネッキング加工よって成形される弁本体の中空軸部（中空孔）の内径は、ネッキング加工開始時における半完成品の中空軸部（中空孔）の内径から、その設定範囲がある程度決まってしまう。更に、ネッキング加工時においては、半完成品における中空軸部の肉厚が単調に増加するため、完成品としての弁本体における中空軸部の肉厚は、ネッキング加工開始時における半完成品の中空軸部の肉厚から、その設定範囲がある程度決まってしまう。これにより、従来の製造方法では、任意の寸法の弁本体（中空エンジンバルブ）を製造することが困難となっている。

【0009】

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、製造工程の簡素化及び加工精度の向上を図ることができる中空エンジンバルブの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決する第１の発明に係る中空エンジンバルブの製造方法は、
弁傘部と当該弁傘部に接続する中空軸部とに亘って中空孔が形成された弁本体を備える中空エンジンバルブの製造方法において、
前記弁本体の素材となる中実丸棒を、１回の熱間鍛造によって、前記弁傘部に対応した半完成品弁傘部と前記中空軸部に対応した半完成品中空軸部とに亘って形成される前記中空孔に対応した半完成品中空孔に、中子の挿入による段差を生じさせることなく、弁本体半完成品に成形し、
前記弁本体半完成品に対して、前記弁本体半完成品を回転させながら、前記半完成品中空軸部の外周面を押圧するロータリスエージング加工を行うことにより、前記半完成品中空軸部の径を縮径すると共に、前記半完成品中空軸部の軸長を長くし、
ロータリスエージング加工後の前記弁本体半完成品に対して、前記半完成品中空軸部と、前記半完成品弁傘部と前記半完成品中空軸部との間の接続部分となる半完成品首部とを、段階的に絞り上げるネッキング加工を行うことにより、前記半完成品中空軸部の径を縮径すると共に、前記半完成品中空軸部の軸長を長くして、当該弁本体半完成品を前記弁本体に成形し、
前記弁本体における前記中空軸部の端部に、前記中空孔を封止するように軸端封止部材を接合する
ことを特徴とする。

【0011】

上記課題を解決する第２の発明に係る中空エンジンバルブの製造方法は、
前記半完成品弁傘部内における前記半完成品中空孔の下端に、内径が前記半完成品中空孔の内径よりも大径となる半完成品拡径孔部を加工する
ことを特徴とする。

【0012】

上記課題を解決する第３の発明に係る中空エンジンバルブの製造方法は、
ネッキング加工前に、前記半完成品首部が所定の肉厚となるように、当該半完成品首部を加工する
ことを特徴とする。

【0013】

上記課題を解決する第４の発明に係る中空エンジンバルブの製造方法は、
冷媒用の金属ナトリウムを前記中空孔内に入れた後、前記軸端封止部材を前記中空軸部の端部に接合する
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

従って、本発明に係る中空エンジンバルブの製造方法によれば、弁本体の素材となる中実丸棒を、１回の熱間鍛造によって、弁本体半完成品に成形し、この弁本体半完成品を、ロータリスエージング加工及びネッキング加工によって、完成品としての弁本体に成形することにより、製造工程の簡素化及び加工精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施例に係る中空エンジンバルブの製造方法により製造される中空エンジンバルブの縦断面図である。

【図2】（ａ）〜（ｆ）は中実丸棒を弁本体に成形するまでの過程を順に示した図である。

【図3】熱間鍛造用プレス金型の概略構成図であって、（ａ）〜（ｄ）は中実丸棒を半完成品に成形するまでの動作を順に示した図である。

【図4】半完成品の中空孔に対する切削加工の様子を示した図である。

【図5】ロータリスエージング加工装置の概略構成図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。

【図6】半完成品の首部に対する切削加工の様子を示した図である。

【図7】ネッキング加工装置の概略構成図であって、半完成品を弁本体に成形するまでの動作を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明に係る中空エンジンバルブの製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。

【実施例】

【0017】

図１に示すように、本発明に係る製造方法によって製造される中空エンジンバルブ１は、車両等のエンジンにおいて、吸気バルブまたは排気バルブとして使用されるものであって、中空軸状の弁本体１０と軸状の軸端封止部材２０とから構成されている。そして、弁本体１０と軸端封止部材２０とは、互いの軸端間で接合されている。

【0018】

また、図１及び図２（ｆ）に示すように、弁本体１０は、傘状の弁傘部１０ａ及び中空軸状の中空軸部１０ｂを有しており、その弁本体１０の内部には、中空孔１０ｃが、弁傘部１０ａと中空軸部１０ｂとに亘って、当該弁傘部１０ａ及び中空軸部１０ｂの外形形状に沿うように形成されている。そして、中空孔１０ｃ内には、冷媒用の金属ナトリウムＮが封入可能となっている。

【0019】

更に、弁傘部１０ａ内における中空孔１０ｃの下端には、拡径孔部１０ｄが形成されており、この拡径孔部１０ｄの最大内径ｄ２は、中空孔１０ｃの内径よりも大径となっている。そして、弁傘部１０ａと中空軸部１０ｂとの間には、首部１０ｅが形成されている。

【0020】

なお、弁本体１０及び軸端封止部材２０の材質は、例えば、耐熱鋼となるＳＵＨ１，ＳＵＨ３、ＳＵＨ１１、ＳＵＨ３５、ＳＵＨ３８等を採用することができる。

【0021】

次に、中空エンジンバルブ１の製造方法について、図１乃至図７を用いて詳細に説明する。

【0022】

ここで、図２（ａ）〜（ｆ）に示すように、弁本体１０は、その素材となる中実丸棒１１を熱間鍛造することにより成形された半完成品１２に対して、弁傘部１２ａ内の中空孔１２ｃへの切削加工、中空軸部１２ｂへのロータリスエージング加工（冷間鍛造加工）、首部１３ｅへの切削加工（旋削加工）、及び、中空軸部１３ｂ及び首部１３ｅへのネッキング加工（絞り上げ加工）を順次行うことにより、その形状を半完成品１２の形状から半完成品１３の形状に変えた後、最終的に成形されるものである。なお、上記ネッキング加工は、原則として、加工精度の観点から、半完成品１３を常温に保持した状態の冷間鍛造とすることが望ましいが、素材の加工性に応じて、半完成品１３を加熱した状態の鍛造としても構わない。

【0023】

先ず、図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、予め所定の形状に形成された中実丸棒１１を、熱間鍛造用のプレス金型４０を用いて、半完成品１２に成形する。

【0024】

図３（ａ）に示すように、プレス金型４０は、円柱状の上型（パンチ）４１と円筒状の下型４２とから構成されている。このうち、下型４２は、ダイブロック５１、フローティングダイ５２、及び、シリンダブロック５３から構成されており、ダイブロック５１の上部及び下部には、フローティングダイ５２及びシリンダブロック５３が、それぞれ設けられている。

【0025】

ダイブロック５１の中心部には、円筒状の収容部５１ａが、そのダイブロック５１を上下方向に貫通するように形成されており、更に、この収容部５１ａ内には、中子５４が、その収容部５１ａを上下方向に貫通するように配置されている。このとき、中子５４は、収容部５１ａとシリンダブロック５３の上面と間で、その軸方向（上下方向）への移動が規制されるように支持されている。

【0026】

また、収容部５１ａ内には、円筒状のノックアウトピン５５が配置されており、このノックアウトピン５５の中空孔５５ａ内には、中子５４が挿入されている。そして、ノックアウトピン５５の下端には、フランジ部５５ｂが形成されており、このフランジ部５５ｂは、収容部５１ａ内において、上下方向に摺動可能に支持されている。

【0027】

更に、収容部５１ａの内周面とノックアウトピン５５の外周面との間には、複数のばね５６が設けられている。これらばね５６は、フローティングダイ５２の下面とノックアウトピン５５のフランジ部５５ｂとの間において、圧縮状態で介在されている。

【0028】

そして、フローティングダイ５２の中心部には、キャビティ５２ａが、そのフローティングダイ５２を上下方向に貫通するように形成されている。このキャビティ５２ａの中心部には、中子５４の上端が配置されており、当該中子５４の径方向外側に配置されるノックアウトピン５５の上端は、そのキャビティ５２ａの下方から、当該キャビティ５２ａ内に出没可能となっている。

【0029】

また、フローティングダイ５２の外周部には、複数のピン摺動孔５２ｂが、その周方向に沿って設けられており、これらピン摺動孔５２ｂは、フローティングダイ５２を上下方向に貫通するように形成されている。更に、ピン摺動孔５２ｂ内には、摺動ピン５７が摺動可能に支持されており、この摺動ピン５７の下端は、ダイブロック５１の上部に固定されている。

【0030】

一方、シリンダブロック５３の中心部には、シリンダ部５３ａが形成されており、このシリンダ部５３ａ内には、ピストン部材５８が上下方向に摺動可能に支持されている。そして、ピストン部材５８の上端は、シリンダブロック５３の上部及びダイブロック５１の下部を貫通して、収容部５１ａ内におけるフランジ部５５ｂの下面を押圧可能となっている。

【0031】

従って、中実丸棒１１をプレス金型４０を用いて半完成品１２に成形する場合には、先ず、図３（ａ）に示すように、下型４２を下限位置に下降させた後、そのキャビティ５２ａ内に配置された中子５４の上端面に、所定の温度に加熱した中実丸棒１１を載置する。

【0032】

なお、中実丸棒１１は、熱間鍛造前において、例えば、９５０〜１２００℃の温度で、予め加熱されている。また、その温度範囲内で加熱された中実丸棒１１を中子５４の上端面に載置した場合には、当該中実丸棒１１は、その上半分以上がキャビティ５２ａ内からその上方に突出した状態となっている。

【0033】

更に、上記熱間鍛造開始時（プレス金型４０の可動開始時）においては、ピストン部材５８は、シリンダ部５３ａ内において、下限位置に位置決めされているため、ノックアウトピン５５も、収納部５１ａ内において、下限位置に配置されている。これにより、ダイブロック５１の上面とフローティングダイ５２の下面とは密着している。

【0034】

次いで、図３（ｂ）に示すように、下型４２を、下限位置から上型４１に当接するまで、上昇させる。これにより、中実丸棒１１は、上型４１によって、中子５４の上端を覆うように、キャビティ５２ａ内の下方に向けて押し込まれる。即ち、中実丸棒１１は、上型４１、キャビティ５２ａ、及び、中子５４によって囲まれた空間内に、充填されることにより、半完成品１２に成形される。

【0035】

そして、図３（ｃ）に示すように、下型４２を下限位置に下降させた後、ピストン部材５８を上方に移動させる。これにより、ノックアウトピン５５のフランジ部５５ｂがピストン部材５８によって上方に向けて押圧されるため、フローティングダイ５２は、ばね５６の付勢力によって、ダイブロック５１から上昇して離間する。このとき、フローティングダイ５２が所定の上昇量に到達すると、そのピン摺動孔５２ｂと摺動ピン５７とが当接することになり、そのフローティングダイ５２の上昇が規制される。

【0036】

次いで、図３（ｄ）示すように、更に、ピストン部材５８を上方に移動させると、ノックアウトピン５５のみがばね５６の付勢力に抗して上昇する。これにより、フローティングダイ５２のキャビティ５２ａ内に嵌め込まれていた半完成品１２が、ノックアウトピン５５により、上方に押圧される。即ち、キャビティ５２ａ内で成形された半完成品１２は、ノックアウトピン５５による下方からの押圧力によって、中子５４から外れて、そのキャビティ５２ａ内から外方へ弾き出される。

【0037】

このように、中実丸棒１１の熱間鍛造をプレス金型４０によって行うことにより、中実丸棒１１を１回の鍛造によって半完成品１２に成形することができる。このとき、図２（ｂ）に示すように、成形された半完成品１２における中空孔１２ｃの内径は、ｄ１に形成されている。

【0038】

また、中実丸棒１１を１回の鍛造によって半完成品１２に成形することにより、上述したような、中実丸棒を２回の鍛造によって半完成品に成形する際に形成される段差の発生を、防止することができる。これにより、鍛造工程の簡素化を図ることができるだけでなく、弁本体１０（中空エンジンバルブ１）の強度も向上させることができる。

【0039】

更に、プレス金型４０の下型４２においては、フローティングダイ５２をばね５６によって浮上させるフローティング構造を採用しているため、ばね５６の付勢力を調整することにより、プレス速度（下型４２の移動速度）を調整することができる。これにより、中実丸棒１１を半完成品１２に成形する際には、背圧を発生させながら成形する金型を用いたときと同じような作用が発揮されるため、半完成品１２における弁傘部１２ａ側と中空軸部１２ｂ側とに、中実丸棒１１を十分に分流させることができる。この結果、フローティング構造を採用したプレス金型４０によって成形された半完成品１２は、フローティング構造を有しないプレス金型によって成形されたものに比べて、その成形性が大幅に向上することになる。

【0040】

続いて、図２（ｂ），（ｃ）及び図４に示すように、熱間鍛造により得られた半完成品１２の中空孔１２ｃに対して、切削工具６０を用いて切削加工を行う。

【0041】

具体的には、図４に示すように、先ず、切削工具６０を準備する。この切削工具６０は、軸状の工具本体６１と、この工具本体６１の先端に設けられる複数の切れ刃６２とから構成されている。また、切れ刃６２は、工具本体６１の径方向外側に向けて出没可能に支持されている。

【0042】

次いで、切削工具６０の先端側を、半完成品１２の中空孔１２ｃ内に挿入した後、当該切削工具６０を回転させながら、その工具回転軸方向に移動させると共に、切れ刃６２を、その工具径方向外側に向けて徐々に移動させる。これにより、中空孔１２ｃの下端が切れ刃６２によって切削され、その下端に拡径孔部１２ｄが形成される。

【0043】

このとき、図２（ｃ）及び図４に示すように、拡径孔部１２ｄは、その内径が、底面に向かうに従って、漸次増大するように形成されており、その拡径孔部１２ｄの最大内径ｄ２は、中空孔１２ｃの内径ｄ１よりも大径となっている。

【0044】

即ち、図２（ｂ）に示すように、熱間鍛造後の半完成品１２においては、弁傘部１２ａ、中空軸部１２ｂ、弁傘部１２ａと中空軸部１２ｂとに亘る中空孔１２ｃ、及び、弁傘部１２ａと中空軸部１２ｂとの接続部分となる首部１２ｅが形成されることになる。更に、図２（ｃ）に示すように、切削加工後の半完成品１２においては、弁傘部１２ａ内における中空孔１２ｃの下端に、拡径孔部１２ｄが形成されることになる。

【0045】

つまり、半完成品１２における弁傘部（半完成品弁傘部）１２ａ、中空軸部（半完成品中空軸部）１２ｂ、中空孔（半完成品中空孔）１２ｃ、拡径孔部（半完成品拡径孔部）１２ｄ、及び、首部（半完成品首部）１２ｅは、完成品としての弁本体１０における弁傘部１０ａ、中空軸部１０ｂ、中空孔１０ｃ、拡径孔部１０ｄ、及び、首部１０ｅに対応したものとなっている。

【0046】

続いて、図２（ｃ），（ｄ）及び図５（ａ），（ｂ）に示すように、切削加工により得られた半完成品１２を、冷間鍛造用のロータリスエージング加工装置７０を用いて、半完成品１３に成形する。

【0047】

図５（ａ），（ｂ）に示すように、ロータリスエージング加工装置７０は、回転テーブル７１、中子７２、及び、ダイス７３ａ，７３ｂから構成されている。

【0048】

回転テーブル７１は、その中心軸周りに回転可能に支持されており、その上面には、半完成品１２が装着可能となっている。また、中子７２は、回転テーブル７１の上方において、当該回転テーブル７１と同軸上に配置されると共に、その中心軸周りに回転可能で、且つ、その中心軸方向に移動可能に支持されている。なお、中子７２の外径は、半完成品１２における中空孔１２ｃの内径ｄ１よりも小径となっている。

【0049】

更に、ダイス７３ａ，７３ｂは、回転テーブル７１及び中子７２の中心軸を中心として対向配置されている。そして、このように対向配置されたダイス７３ａ，７３ｂの各組においては、回転テーブル７１及び中子７２（半完成品１２）の径方向において、互いに接近離間するように支持されており、ダイス７３ａ，７３ｂの先端面は、ロータリスエージング加工後の半完成品１３における中空軸部１３ｂの外周面に沿うような、曲面に形成されている。

【0050】

従って、半完成品１２をロータリスエージング加工装置７０を用いて半完成品１３に成形する場合には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、先ず、回転テーブル７１上に半完成品１２を装着した後、中子７２をその半完成品１２の中空孔１２ｃ内に挿入する。次いで、回転テーブル７１と中子７２とを同じ方向に回転させ、中子７２と半完成品１２とを同期回転させる。そして、ダイス７３ａ，７３ｂを、回転する半完成品１２における中空軸部１２ｂの外周面に押圧させる。

【0051】

これにより、半完成品１２は、中空軸部１２ｂの外径が縮径されると共に、中空軸部１２ｂの軸長が長くなるように変形して、半完成品１３に成形される。このとき、図２（ｄ）に示すように、半完成品１３における拡径孔部１３ｄの最大内径は、ｄ２のままとなっている。

【0052】

即ち、ロータリスエージング加工装置７０によるロータリスエージング加工を、後述する、ネッキング加工装置９０によるネッキング加工前に行うことにより、ネッキング加工前に、半完成品１２の中空軸部１２ｂを半完成品１３の中空軸部１３ｂに予備的に成形することができるので、その中空軸部１３ｂを任意の寸法に容易に制御することができる。また、中子７２の外径及びダイス７３ａ，７３ｂにおける先端面の曲率を、任意の寸法に設定することにより、半完成品１３における中空軸部１３ｂの肉厚を、均一にすることができるだけでなく、半完成品１２における中空軸部１２ｂの肉厚に比べて、厚くしたり、薄くしたりするように、中空軸部１３ｂの肉厚を容易に制御することができる。なお、半完成品１３の寸法によっては、中子７２を使用しないロータリスエージング加工としても構わない。

【0053】

続いて、図２（ｄ），（ｅ）及び図６に示すように、ロータリスエージング加工により得られた半完成品１３の首部１３ｅに対して、バイト８０を用いて切削加工を行う。

【0054】

具体的には、図６に示すように、旋削盤（図示省略）に取り付けた半完成品１３を、その軸心周りに回転させながら、当該半完成品１３における首部１３ｅの外周面を、旋削盤に装着されたバイト８０によって切削する。これにより、首部１３ｅの外周面は、当該首部１３ｅの肉厚が所定の肉厚となるようなＲ形状となる。

【0055】

そして、上述したように、半完成品１３における首部１３ｅの外周面を切削して、当該首部１３ｅの肉厚を所定の肉厚に形成することにより、後述する、ネッキング加工装置９０によるネッキング加工時において、首部１３ｅの内周面がその内側に向けて膨出することを防止することができる。

【0056】

即ち、図２（ｄ）に示すように、ロータリスエージング加工後の半完成品１３においては、弁傘部１３ａ、中空軸部１３ｂ、弁傘部１３ａと中空軸部１３ｂとに亘る中空孔１３ｃ、弁傘部１３ａ内における中空孔１３ｃの下端に配置される拡径孔部１３ｄ、及び、弁傘部１３ａと中空軸部１３ｂとの接続部分となる首部１３ｅが形成されることになる。更に、図２（ｅ）に示すように、切削加工後の半完成品１３においては、首部１３ｅの肉厚調整が行われることになる。

【0057】

つまり、半完成品１３における弁傘部（半完成品弁傘部）１３ａ、中空軸部（半完成品中空軸部）１３ｂ、中空孔（半完成品中空孔）１３ｃ、拡径孔部（半完成品拡径孔部）１３ｄ、及び、首部（半完成品首部）１３ｅは、完成品としての弁本体１０における弁傘部１０ａ、中空軸部１０ｂ、中空孔１０ｃ、拡径孔部１０ｄ、及び、首部１０ｅに対応したものとなっている。

【0058】

続いて、図２（ｅ），（ｆ）及び図７に示すように、切削加工により得られた半完成品１３を、冷間鍛造用または温間鍛造用のネッキング加工装置９０を用いて、弁本体１０に成形する。

【0059】

図７に示すように、ネッキング加工装置９０は、半完成品１３の中空軸部１３ｂ及び首部１３ｅを段階的に絞り上げて、最終的に、半完成品１３を弁本体１０に成形するものである。そして、そのネッキング加工装置９０の下部には、ベッド９１が設けられると共に、このベッド９１の上部には、可動台９２が昇降可能に支持されている。

【0060】

また、可動台９２の下面には、筒状のｎ個のダイスＤ１，Ｄ２，…Ｄ（ｍ−１），Ｄｍ，…Ｄ（ｎ−１），Ｄｎが、半完成品１３の搬送方向に沿って設けられている。但し、添え字ｍはｍ番目を示し、添え字ｎはｎ番目（最後）を示しており、ｍ及びｎは、ｍ＜ｎで、且つ、いずれも３を超える正の整数となっている。

【0061】

更に、ダイスＤ１，Ｄ２，Ｄ（ｍ−１），Ｄｍ，Ｄ（ｎ−１），Ｄｎの中央部には、円形断面をなす成形孔Ｍ１，Ｍ２，Ｍ（ｍ−１），Ｍｍ，Ｍ（ｎ−１），Ｍｎが、それぞれ下方に向けて開口されている。そして、成形孔Ｍ１，Ｍ２，Ｍ（ｍ−１），Ｍｍ，Ｍ（ｎ−１），Ｍｎの内径は、搬送方向下流側に配置されるに従って、漸次小径となるように形成されている。

【0062】

一方、ベッド９１の上面には、半完成品１３及び弁本体１０が、搬送手段（図示省略）によって、成形孔Ｍ１，Ｍ２，Ｍ（ｍ−１），Ｍｍ，Ｍ（ｎ−１），Ｍｎに対応した位置に、搬送及び位置決め可能となっている。

【0063】

従って、半完成品１３をネッキング加工装置９０を用いて弁本体１０に成形する場合には、図７に示すように、先ず、半完成品１３を、ベッド９１上における搬送方向最上流側の所定位置に載置する。次いで、上記搬送手段の搬送動作及び位置決め動作と、可動台９２の昇降動作とを、交互に行って、ダイスＤ１，Ｄ２，Ｄ（ｍ−１），Ｄｍ，Ｄ（ｎ−１），Ｄｎによるｎ回のネッキング加工を行う。これにより、半完成品１３は、例えば、その形状を半完成品１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの形状に変えながら、最終的に、完成品としての弁本体１０に成形される。

【0064】

このとき、半完成品１３から、半完成品１３Ａ〜１３Ｃを介して、弁本体１０に成形される過程においては、中空軸部１３ｂの外径及び中空孔１３ｃの内径が徐々に縮径されると共に、中空軸部１３ｂの軸長が徐々に長くなるだけでなく、外周面が所定のＲ形状となる首部１３ｅが、その肉厚を徐々に変えながら、最終的に、所定の肉厚の首部１０ｅに変形する。

【0065】

また、半完成品１３，１３Ａ〜１３Ｃの弁傘部１３ａは、成形孔Ｍ１，Ｍ２，Ｍ（ｍ−１），Ｍｍ，Ｍ（ｎ−１），Ｍｎ内に接触しないため、当該半完成品１３，１３Ａ〜１３Ｃの拡径孔部１３ｄ及び弁本体１０の拡径孔部１０ｄにおける最大内径は、ｄ２のままとなっている。

【0066】

続いて、図１に示すように、ネッキング加工により得られた弁本体１０の中空孔１０ｃ内に、金属ナトリウムＮを注入した後、軸端封止部材２０をその中空孔１０ｃを塞ぐように中空軸部１０ｂの端部に接合する。これにより、中空エンジンバルブ１を得ることができる。

【0067】

なお、上述した実施形態では、熱間鍛造後の半完成品１２に対して、中空孔１２ｃへの切削加工を行って、拡径孔部１２ｄを形成するようにしているが、ロータリスエージング加工後の半完成品１３や、首部１３ｅへの切削加工後の半完成品１３に対して、中空孔１３ｃへの切削加工を行って、拡径孔部１３ｄを形成するようにしても構わない。

【0068】

また、上述した実施形態では、弁本体１０の製造方法として、半完成品１２に対して、弁傘部１２ａ内の中空孔１２ｃへの切削加工、中空軸部１２ｂへのロータリスエージング加工、首部１３ｅへの切削加工、及び、中空軸部１３ｂ及び首部１３ｅへのネッキング加工を順次行うようにしているが、中空エンジンバルブ１のバルブ特性に応じて、弁傘部１２ａ内の中空孔１２ｃへの切削加工、及び、首部１３ｅへの切削加工を除いた製造方法としても構わない。

【0069】

更に、中空エンジンバルブ１においては、その使用環境に応じて、金属ナトリウムＮを入れなくても構わない。

【0070】

従って、本発明に係る中空エンジンバルブ１の製造方法によれば、弁本体１０の素材となる中実丸棒１１を、１回の熱間鍛造によって、半完成品１２に成形した後、この弁本体半完成品１２を、半完成品１３を介して、完成品としての弁本体１０に成形することにより、製造工程の簡素化及び加工精度の向上を図ることができる。

【0071】

また、ロータリスエージング加工において、中子７２を半完成品１２の中空孔１２ｃ内に挿入した状態で、その中空軸部１２ｂの外周面をダイス７３ａ，７３ｂによって押圧することにより、当該中空軸部１２ｂ（中空軸部１３ｂ）の肉厚を均一にすることができる。更に、熱間鍛造中に発生した中空孔１２ｃにおける内周面の傷や打痕を除去することができるので、中空エンジンバルブ１に金属ナトリウムＮを封入した場合には、その金属ナトリウムＮの流動性を向上させることができる。これにより、中空エンジンバルブ１における熱伝導性を向上させることができる。

【0072】

更に、軽量化及び熱伝導性の向上を図ることを目的とした弁本体１０の拡径孔部１０ｄを、半完成品１２の成形時において、予め、拡径孔部１２ｄとして形成させることにより、中空孔１２ｃの内径が中空孔１０ｃの内径よりも大径となる分、拡径孔部１２ｄを容易に加工することができる。

【0073】

また更に、ネッキング加工前に、半完成品１３における首部１３ｅの外周面を、所定のＲ形状となるように切削して、当該首部１３ｅの肉厚調整を行うことにより、ネッキング加工時において、半完成品１３（半完成品１３Ａ〜１３Ｃ）の首部１３ｅの肉厚調整を容易に行うことができる。これにより、弁本体１０における首部１０ｅの肉厚を、所定の肉厚に容易に形成することができる。

【産業上の利用可能性】

【0074】

本発明に係る中空エンジンバルブの製造方法によれば、軽量で、且つ、耐熱性に優れた中空エンジンバルブを容易に製造することができるため、例えば、自動車産業等において有益に利用することができる。

【符号の説明】

【0075】

１ 中空エンジンバルブ
１０ 弁本体
１２，１３ 半完成品
１０ａ，１２ａ，１３ａ 弁傘部
１０ｂ，１２ｂ，１３ｂ 中空軸部
１０ｃ，１２ｃ，１３ｃ 中空孔
１０ｄ，１２ｄ，１３ｄ 拡径孔部
１０ｅ，１２ｅ，１３ｅ 首部
１１ 中実丸棒
２０ 軸端封止部材
４０ プレス用金型
４１ 上型
４２ 下型
５１ ダイブロック
５２ フローティングダイ
５３ シリンダブロック
５４ 中子
５５ ノックアウトピン
５６ ばね
５７ 摺動ピン
５８ ピストン部材
６０ 切削工具
６１ 工具本体
６２ 切れ刃
７０ ロータリスエージング加工装置
７１ 回転テーブル
７２ 中子
７３ａ，７３ｂ ダイス
８０ バイト
９０ ネッキング加工装置
９１ ベッド
９２ 可動部
Ｄ ダイス
Ｍ 成形孔
Ｎ 金属ナトリウム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】