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技術 中間成形品製造用金型、中間成形品の製造方法、エンジンバルブの製造方法、中間成形品及びエンジンバルブ

出願人 三菱重工業株式会社株式会社吉村カンパニー
発明者 石井建西尾秀信小松直隆吉村豹治
出願日 2013年1月24日 (9年0ヶ月経過) 出願番号 2013-011177
公開日 2014年8月7日 (7年6ヶ月経過) 公開番号 2014-140874
状態 未査定
技術分野 リフト弁、スライド弁、回転弁、その他の弁 鍛造
主要キーワード 円筒形材料 中実円筒形状 端面成形 成形穴 中間成形 軸方向応力 製造金型 成形孔
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図面 (10)

課題

中空エンジンバルブの製造において、部、筒部及び凹部を有する中間成形品を製造する際に、マンドレルの破損等の発生を抑制することが可能な中間成形品製造用金型、中間成形品の製造方法、エンジンバルブの製造方法、中間成形品及びエンジンバルブを提供することを目的とする。

解決手段

中空エンジンバルブの製造工程において、傘部、ステム部と対応する円筒部及び中空部と対応する凹部が形成された中間成形品を成形する中間成形品製造用金型であって、 前記傘部を成形する第1金型10と、前記傘部の端面を成形する第2金型20と、前記中空部の対応する凹部を成形するマンドレル30とを備え、前記第2金型20は、前記第1形状部11と接続可能な領域に、前記中間成形品において前記傘部の端面から突出する凸部を形成する逃し凹部25が形成されていることを特徴とする。

概要

背景

周知のように、自動車等のエンジンバルブにおいて、軽量化及び高熱伝達化することにより、エンジン高性能化や低燃費化等に対応するために、エンジンバルブの内部に中空部を設けて金属ナトリウム封入することが行われている。

このような中空部を設けたエンジンバルブの製造工程の一例を説明すると、まず、中実円筒形状素材鍛造して、部、ステム部と対応する円筒部及び円筒部に中空部と対応して形成された凹部とを有する中間成形品(第1中間成形品)を成形する。

次に、この中間成形品の円筒部の外径よりも小さい内径筒型ダイスの内部に円筒部を挿入して、円筒部及び凹部の寸法を縮小させるとともに長さを延伸する絞り加工を、順次複数回おこなって、外径、内径及び長さが所定寸法に形成されたステム部を有する第2中間成形品を成形する。

そして、乾燥不活性ガス雰囲気において、第2中間成形品の凹部に所定の寸法に切り出した金属ナトリウムNaを投入する。このように凹部に所定の寸法の金属ナトリウムNaを投入した後に、引き続いて、乾燥不活性ガス雰囲気中において、複数回の絞り加工を行う。

円筒部の凹部に金属ナトリウムNaを投入した後に、さらに円筒部の外径及び内径の寸法を縮小させるとともに長さを延伸すると、凹部に投入された金属ナトリウムNaは、絞り加工にともなって、凹部の内径に追従して成形される。

そして、外径、内径及び長さが所定寸法のステム部が成形されたら、金属ナトリウムNaを封入するために、凹部の開口部を塑性加工して閉塞し、エンジンバルブ(素材)が得られる。(例えば、下記特許文献1等参照)。
なお、金属Naは、絞り加工が終了してから投入する場合もある。

ところで、第1中間成形品の成形は、例えば、エンジンバルブのステム部を成形する形状部が形成された第1金型と、エンジンバルブの傘部端面を成形する第2金型と、第1金型の形状部のうちステム部と対応する円筒部が形成された孔に挿入され、第1中間成形品の円筒部に中空部と対応して形成される凹部を成形するマンドレルとを備えた中間成形品製造用金型を用いて行う。

中間成形品製造用金型により、円筒形材料から中間成形品を成形する場合、円筒形材料をマンドレルの端面に載置するとともに成形穴に円筒形材料を装填して、第2金型及びマンドレルを円筒形材料に相対移動(接近)させることにより、中間成形品を成形する。

概要

中空エンジンバルブの製造において、傘部、筒部及び凹部を有する中間成形品を製造する際に、マンドレルの破損等の発生を抑制することが可能な中間成形品製造用金型、中間成形品の製造方法、エンジンバルブの製造方法、中間成形品及びエンジンバルブを提供することを目的とする。中空エンジンバルブの製造工程において、傘部、ステム部と対応する円筒部及び中空部と対応する凹部が形成された中間成形品を成形する中間成形品製造用金型であって、 前記傘部を成形する第1金型10と、前記傘部の端面を成形する第2金型20と、前記中空部の対応する凹部を成形するマンドレル30とを備え、前記第2金型20は、前記第1形状部11と接続可能な領域に、前記中間成形品において前記傘部の端面から突出する凸部を形成する逃し凹部25が形成されていることを特徴とする。

目的

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、内部に中空部が形成されたステム部と、前記ステム部の一端に形成され一端側に向かうにしたがって拡径する傘部とを備えた中空エンジンバルブの製造において、円筒形材料を鍛造して、傘部、ステム部と対応する筒部及び中空部と対応する凹部を有する中間成形品を、マンドレルの破損等の発生を抑制しつつ成形し、ひいてはエンジンバルブの生産効率を向上することが可能な中間成形品製造用金型、中間成形品の製造方法、エンジンバルブの製造方法、中間成形品及びエンジンバルブを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

内部に中空部が形成されたステム部と、前記ステム部の一端に形成され一端側に向かうにしたがって拡径する部とを備えた中空エンジンバルブを製造するエンジンバルブ製造工程において、所定温度に加熱された円筒形材料鍛造して、前記傘部、前記ステム部と対応する円筒部及び前記中空部と対応する凹部が形成された中間成形品成形する中間成形品製造用金型であって、前記傘部及び前記円筒部を成形する第1形状部が形成された第1金型と、前記傘部の端面を成形する第2金型と、前記第1金型の第1形状部に挿入され、前記円筒部に形成された前記中空部の対応する凹部を成形するマンドレルと、を備え、前記第2金型は、前記第1形状部と接続可能な領域に、前記中間成形品において前記傘部の端面から突出する凸部を形成する逃し凹部が形成されていることを特徴とする中間成形品製造用金型。

請求項2

請求項1に記載の中間成形品製造用金型であって、前記逃し凹部は、前記第2金型の前記中間成形品の傘部の外周縁径方向外周に形成されていることを特徴とする中間成形品製造用金型。

請求項3

内部に中空部が形成されたステム部と、前記ステム部の一端に形成され一端側に向かうにしたがって拡径する傘部とを備えた中空エンジンバルブを製造する過程において、前記ステム部と対応する円筒部、前記傘部及び前記中空部と対応する凹部を有する中間成形品の製造方法であって、前記傘部及び前記円筒部を成形する第1形状部が形成された第1金型と、前記傘部の端面を成形する第2金型と、前記第1金型の第1形状部に挿入され、前記円筒部に形成された前記中空部の対応する凹部を成形するマンドレルと、を備えた中間成形品製造用金型に、所定温度に加熱された円筒形材料を装填して、前記第2金型及び前記マンドレルを前記円筒形材料に向かって相対移動させて、前記第1金型及び前記第2金型により前記傘部及び前記ステム部と対応する円筒部を成形するとともに、前記円筒形材料に前記マンドレルを挿入して前記中空部と対応する凹部を成形する際に、前記第2金型の前記第1形状部と接続された領域に形成された逃し凹部により、前記傘部の端面から前記一端側に突出する凸部を形成させながら成形することを特徴とする中間成形品の製造方法。

請求項4

請求項3に記載の中間成形品の製造方法であって、前記逃し凹部により形成する凸部を、前記中間成形品の傘部の外周縁の径方向外周に形成させることを特徴とする中間成形品の製造方法。

請求項5

請求項3又は請求項4に記載の中間成形品を用いたエンジンバルブの製造方法であって、前記中間成形品を成形し、前記中間成形品の円筒部を順次絞り加工して、前記円筒部を前記ステム部と対応する寸法に成形した後に、前記中空部と対応する凹部に金属ナトリウムNaを投入し、又は前記中間成形品の円筒部を順次絞り加工して、前記円筒部を前記ステム部と対応する寸法に成形するとともに、前記絞り加工を行う過程で前記中空部と対応する凹部に金属ナトリウムNaを投入し、前記円筒部が前記ステム部と対応する寸法に成形し、前記中空部と対応する凹部の開口部を閉塞することを特徴とするエンジンバルブの製造方法。

請求項6

請求項3又は請求項4に記載の中間成形品の製造方法により製造されることを特徴とする中間成形品。

請求項7

請求項5に記載のエンジンバルブの製造方法により製造することを特徴とするエンジンバルブ。

技術分野

0001

本発明は、内部に中空部が形成されたステム部と、前記ステム部の一端に形成され一端側に向かうにしたがって拡径する部とを備えた中空エンジンバルブ中間成形品製造用金型、中間成形品の製造方法、エンジンバルブの製造方法、中間成形品及びエンジンバルブに関する。

背景技術

0002

周知のように、自動車等のエンジンバルブにおいて、軽量化及び高熱伝達化することにより、エンジン高性能化や低燃費化等に対応するために、エンジンバルブの内部に中空部を設けて金属ナトリウム封入することが行われている。

0003

このような中空部を設けたエンジンバルブの製造工程の一例を説明すると、まず、中実円筒形状素材鍛造して、傘部、ステム部と対応する円筒部及び円筒部に中空部と対応して形成された凹部とを有する中間成形品(第1中間成形品)を成形する。

0004

次に、この中間成形品の円筒部の外径よりも小さい内径筒型ダイスの内部に円筒部を挿入して、円筒部及び凹部の寸法を縮小させるとともに長さを延伸する絞り加工を、順次複数回おこなって、外径、内径及び長さが所定寸法に形成されたステム部を有する第2中間成形品を成形する。

0005

そして、乾燥不活性ガス雰囲気において、第2中間成形品の凹部に所定の寸法に切り出した金属ナトリウムNaを投入する。このように凹部に所定の寸法の金属ナトリウムNaを投入した後に、引き続いて、乾燥不活性ガス雰囲気中において、複数回の絞り加工を行う。

0006

円筒部の凹部に金属ナトリウムNaを投入した後に、さらに円筒部の外径及び内径の寸法を縮小させるとともに長さを延伸すると、凹部に投入された金属ナトリウムNaは、絞り加工にともなって、凹部の内径に追従して成形される。

0007

そして、外径、内径及び長さが所定寸法のステム部が成形されたら、金属ナトリウムNaを封入するために、凹部の開口部を塑性加工して閉塞し、エンジンバルブ(素材)が得られる。(例えば、下記特許文献1等参照)。
なお、金属Naは、絞り加工が終了してから投入する場合もある。

0008

ところで、第1中間成形品の成形は、例えば、エンジンバルブのステム部を成形する形状部が形成された第1金型と、エンジンバルブの傘部端面を成形する第2金型と、第1金型の形状部のうちステム部と対応する円筒部が形成された孔に挿入され、第1中間成形品の円筒部に中空部と対応して形成される凹部を成形するマンドレルとを備えた中間成形品製造用金型を用いて行う。

0009

中間成形品製造用金型により、円筒形材料から中間成形品を成形する場合、円筒形材料をマンドレルの端面に載置するとともに成形穴に円筒形材料を装填して、第2金型及びマンドレルを円筒形材料に相対移動(接近)させることにより、中間成形品を成形する。

先行技術

0010

特開2011−179326号公報

発明が解決しようとする課題

0011

しかしながら、第1中間成形品を成形する場合には、第1金型に装填された円筒形材料に、第2金型及びマンドレルを相対的に近づけるとともに、マンドレルを円筒形材料に押し込んで装入するので、マンドレルには大きな負荷がかかって、その結果、マンドレルの寿命が短いという問題があった。

0012

そこで、発明者らは、中空エンジンバルブを製造する製造工程における、上記中間成形品製造用金型により円筒形材料を第1中間成形品に成形する際におけるマンドレルの挙動を鋭意研究した結果、凹部を成形中のマンドレルは、円筒形材料の端面から挿入されて、第1金型の形状部が充填されるにつれて負荷が増大し、第1金型及び第2金型により傘部の成形が完了する直前のタイミングで、瞬間的に急増した衝撃的な荷重がマンドレルに作用し、この衝撃荷重がマンドレルの破損に大きな影響を与えている可能性が大きいことを見出した。そして、この衝撃荷重を低減することにより、マンドレルの破損抑制に大きな効果を得られるとの知見を得た。

0013

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、内部に中空部が形成されたステム部と、前記ステム部の一端に形成され一端側に向かうにしたがって拡径する傘部とを備えた中空エンジンバルブの製造において、円筒形材料を鍛造して、傘部、ステム部と対応する筒部及び中空部と対応する凹部を有する中間成形品を、マンドレルの破損等の発生を抑制しつつ成形し、ひいてはエンジンバルブの生産効率を向上することが可能な中間成形品製造用金型、中間成形品の製造方法、エンジンバルブの製造方法、中間成形品及びエンジンバルブ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

0014

上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項1に記載の発明は、内部に中空部が形成されたステム部と、前記ステム部の一端に形成され一端側に向かうにしたがって拡径する傘部とを備えた中空エンジンバルブを製造するエンジンバルブ製造工程において、所定温度に加熱された円筒形材料を鍛造して、前記傘部、前記ステム部と対応する円筒部及び前記中空部と対応する凹部が形成された中間成形品を成形する中間成形品製造用金型であって、前記傘部及び前記円筒部を成形する第1形状部が形成された第1金型と、前記傘部の端面を成形する第2金型と、前記第1金型の第1形状部に挿入され、前記円筒部に形成された前記中空部の対応する凹部を成形するマンドレルと、を備え、前記第2金型は、前記第1形状部と接続可能な領域に、前記中間成形品において前記傘部の端面から突出する凸部を形成する逃し凹部が形成されていることを特徴とする。

0015

請求項3に記載の発明は、内部に中空部が形成されたステム部と、前記ステム部の一端に形成され一端側に向かうにしたがって拡径する傘部とを備えた中空エンジンバルブを製造する過程において、前記ステム部と対応する円筒部、前記傘部及び前記中空部と対応する凹部を有する中間成形品の製造方法であって、前記傘部及び前記円筒部を成形する第1形状部が形成された第1金型と、前記傘部の端面を成形する第2金型と、前記第1金型の第1形状部に挿入され、前記円筒部に形成された前記中空部の対応する凹部を成形するマンドレルと、を備えた中間成形品製造用金型に、所定温度に加熱された円筒形材料を装填して、前記第2金型及び前記マンドレルを前記円筒形材料に向かって相対移動させて、前記第1金型及び前記第2金型により前記傘部及び前記ステム部と対応する円筒部を成形するとともに、前記円筒形材料に前記マンドレルを挿入して前記中空部と対応する凹部を成形する際に、前記第2金型の前記第1形状部と接続された領域に形成された逃し凹部により、前記傘部の端面から前記一端側に突出する凸部を形成させながら成形することを特徴とする。

0016

請求項5に記載の発明は、請求項3又は請求項4に記載の中間成形品を用いたエンジンバルブの製造方法であって、前記中間成形品を成形し、前記中間成形品の円筒部を順次絞り加工して、前記円筒部を前記ステム部と対応する寸法に成形した後に、前記中空部と対応する凹部に金属ナトリウムNaを投入し、又は前記中間成形品の円筒部を順次絞り加工して、前記円筒部を前記ステム部と対応する寸法に成形するとともに、前記絞り加工を行う過程で前記中空部と対応する凹部に金属ナトリウムNaを投入し、前記円筒部が前記ステム部と対応する寸法に成形し、前記中空部と対応する凹部の開口部を閉塞することを特徴とする。

0017

請求項6に記載の発明は、中間成形品であって、請求項3又は請求項4に記載の中間成形品の製造方法により製造されることを特徴とする。

0018

請求項7記載の発明は、エンジンバルブであって、請求項5に記載のエンジンバルブの製造方法により製造することを特徴とする。

0019

この発明に係る中間成形品製造用金型、中間成形品の製造方法、エンジンバルブの製造方法、中間成形品及びエンジンバルブによれば、エンジンバルブの製造において、円筒形材料から前記傘部、前記ステム部と対応する円筒部及び前記中空部と対応する凹部が形成された中間成形品を製造する場合に、円筒部に形成される凹部を成形するマンドレルに負荷される荷重が軽減されて、マンドレルの破損が抑制されるとともにマンドレルの寿命が延長される。
その結果、中間成形品及びエンジンバルブを生産する際の生産効率を向上することができ、ひいては製造コストを削減することができる。

0020

この明細書において、逃し凹部が形成される第1形状部と接続可能な領域とは、中間成形品に成形中の材料が、第1の形状部から直接又はバリを形成する凹部等(バリ道等)を介して流入可能とされる領域を指している。

0021

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の中間成形品製造用金型であって、前記逃し凹部は、前記第2金型の前記中間成形品の傘部の外周縁径方向外周に形成されていることを特徴とする中間成形品製造用金型。

0022

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の中間成形品の製造方法であって、前記逃し凹部により形成する凸部を、前記中間成形品の傘部の外周縁の径方向外周に形成させることを特徴とする。

0023

この発明に係る中間成形品製造用金型、中間成形品の製造方法によれば、エンジンバルブの製造において中間成形品を製造する場合に、凸部が中間成形品の傘部の外周縁の径方向外周に形成されるので、マンドレルに加わる荷重が軽減されてマンドレルの破損が抑制されることでマンドレルの寿命が延長される。

0024

また、凸部を発生させる位置を制御することにより、バリを除去する際に逃し凹部により生成された凸部を容易に除去することが可能となり、後工程における機械加工工程を短縮することができる。その結果、中間成形品を製造する際の生産効率を大幅に向上することができる。

0025

ここで、中間成形品の傘部の外周縁の径方向外周とは、傘部の外周側に形成されるバリと重なって形成される位置、及び傘部の外周側に形成されるバリを介してさらに径方向外方に位置するs領域をいう。

発明の効果

0026

この発明に係る中間成形品製造用金型、中間成形品の製造方法、エンジンバルブの製造方法、中間成形品及びエンジンバルブによれば、エンジンバルブの製造において、円筒形材料から前記傘部、前記ステム部と対応する円筒部及び前記中空部と対応する凹部が形成された中間成形品を製造する場合に、円筒部に形成される凹部を成形するマンドレルに加わる荷重が軽減されて、マンドレルの破損を抑制するとともにマンドレルの寿命を延長することができる。
その結果、中間成形品及びエンジンバルブを生産する際の生産効率を向上することができ、ひいては製造コストを削減することができる。

図面の簡単な説明

0027

本発明の一実施形態に係る中空エンジンバルブの製造工程の一例を説明する図である。
本発明の一実施形態に係る中空エンジンバルブ製造工程における中間成形品の概略を示す図である。
本発明の一実施形態に係る中空エンジンバルブ製造工程において、中間成形品を成形するのに用いる中間成形品製造用金型の概略構成を説明する図である。
本発明の一実施形態に係る中間成形品を、中間成形品製造用金型により成形する過程を説明する図であり、(A)は中間成形品製造用金型に円筒形材料が装填された状態を示す図であり、(B)は中間成形品製造用金型において中間成形品が成形された状態を示す図である。
本発明の一実施形態に係る中間成形品製造用金型における逃し凹部の位置による効果を説明する図である。
図5に示した中間成形品製造用金型における逃し凹部の位置による効果を説明する図であり、マンドレルに負荷された荷重により評価するグラフである。
本発明の一実施形態に係る中間成形品製造用金型における逃し凹部の効果を説明する図である。
本発明の一実施形態に係る中間成形品製造用金型に係る変形例を説明する図である。
本発明の一実施形態に係る中空エンジンバルブの製造工程の変形例を説明する図である。

実施例

0028

以下、図1を参照して、本発明の一実施形態に係る中空エンジンバルブVの製造工程の一例について説明する。
中空エンジンバルブVは、例えば、図1(S19)に示すように、内部に中空部H2が形成されたステム部S2と、ステム部S2の一端に形成され一端側に向かうにしたがって拡径する傘部Aとを備え、中空部H2には金属ナトリウムNaが封入されている。

0029

1)まず、中実の円筒形材料M(例えば、直径約16〜20mm、長さ約35〜50mm)を用意する(ステップS11)。
2)次に、所定温度に加熱した円筒形材料Mを、中間成形品製造用金型に装填して、鍛造する。中間成形品製造用金型による鍛造では、円筒形材料Mから、傘部A、ステム部S2と対応する円筒部S及び中空部H2と対応する凹部Hを成形して、中間成形品Wを製造する(ステップS12)。

0030

3)次に、円筒部Sの外径よりも小さい(例えば、約−0.5〜−1.5mm)内径の孔が形成されたダイスD1に中間成形品Wの円筒部Sを挿入して絞り加工を行う。その結果、円筒部Sの外径及び凹部Hの内径の寸法を縮小させるとともに、円筒部Sの長さが延伸された中間成形品W1が得られる(ステップS13)。
ここで、便宜のため、中間成形品製造金型で成形された中間成形品を符号Wで示し、絞り加工の対象とされる中間成形品を符号W1で示す。また、中間成形品W1の円筒部を符号S1、凹部を符号H1で示す。

0031

4)次いで、S13で成形した中間成形品W1の円筒部S1を、ダイスD1よりも小さい内径の孔が形成されたダイスD2に挿入して絞り加工を行う。
その結果、円筒部S1の外径及び凹部H1の内径の寸法がさらに縮小されるとともに、円筒部S1の長さが延伸された中間成形品W1が得られる(ステップS14)。

0032

5)引き続き、前工程における絞り加工で用いたダイスよりも段階的に小さな内径の孔が形成されたダイスDxに、前工程で絞り加工した中間成形品W1の円筒部S1を挿入して、順次絞り加工することにより、円筒部S1の外径及び凹部H1の内径の寸法が縮小されるとともに、円筒部S1の長さを延伸された中間成形品W1が順次得られる(ステップS15)。

0033

6)次いで、ダイスDxよりも小さい孔が形成されたダイスDx+1に中間成形品W1の円筒部S1を挿入して絞り加工を行い、円筒部S1の外径及び凹部H1の内径の寸法を縮径させるとともに、円筒部S1の長さを延伸する(ステップS16)。

0034

7)以下、同様にして、内径を段階的に少しずつ小さくした孔が形成された複数のダイスDnを使用して絞り加工を順次行って、円筒部S1の外径及び凹部H1の内径寸法を段階的に縮径するとともに、円筒部S1の長さを段階的に延伸して、ステム部と対応する規定寸法の中間成形品W1が得られる(ステップS17)。

0035

8)ステム部Sと対応する円筒部S1、中空部H2と対応する凹部H1が成形されたら、絞り加工を終了し、乾燥不活性ガス雰囲気(例えば、乾燥窒素ガス等)に中間成形品W1を配置して、原料ナトリウムから所定の寸法に形成されたブロック状の金属ナトリウムNa(例えば、各辺約8〜13mm程度の六面体)を凹部H1の上部の開口から内部に投入する(ステップS18)。
9)円筒部S1の外径、凹部H1の内径及び円筒部S1長さが規定寸法に成形されたら、金型Dmを用いて円筒部S1端部の開口された端部を塑性加工して閉塞する(ステップS19)。
その結果、ステム部S2の中空部H2に金属ナトリウムNaが封入された中空エンジンバルブVが得られる。

0036

次に、図2を参照して、本発明の一実施形態に係る中間成形品Wについて説明する。図2は、一実施形態に係る中間成形品Wを説明する図である。
中間成形品Wは、傘部Aと、円筒部Sとを備え、円筒部Sには、凹部Hが形成されている。

0037

傘部Aは、円筒部Sの一端側に形成され、一端側に向かって拡径されるとともに、一端側の端面は外周縁が円形とされた略円錐形状に形成されている。
また、一端側の外周縁には、中間成形品Wを成形する際に生成されたバリBが外周縁の径方向外方に形成されている。また、バリBには、一端側に向かって突出する凸部Fが形成されている。

0038

円筒部Sは、中空エンジンバルブVのステム部S2と対応するものであり、傘部Aの他端側に接続され、ステム部S2より大きな径に形成されている。

0039

凹部Hは、中空エンジンバルブVの中空部H2と対応するものであり、円筒部Sの長手方向に形成され、円筒部Sから傘部Aまで延在して形成されている。

0040

次に、図3を参照して、一実施形態に係る中間成形品を成形するための中間成形品製造用金型について説明する。図3は、一実施形態に係る中間成形品製造用金型の概略構成を説明する図である。

0041

中間成形品製造用金型1は、下金型(第1金型)10と、上金型(第2金型)と、マンドレル30とを備えている。

0042

下金型10は、例えば、外形略円筒形状とされていて、傘部Aを成形する傘部成形部11Aと円筒部Sを成形する円筒部成形孔11Bとを有する第1形状部11が形成されている。また、傘部成形部11Aの一端側(上金型20側)には、傘部成形部11Aの外周縁から径方向外方に延在し、軸線O方向から見て円形状のバリ形成用凹部12が形成されている。

0043

上金型20は、他端側(下金型10側)の面に形成され、傘部Aの一端側の端面と対応する形状部からなる端面形状部21と、逃し凹部25とを備え、円筒形材料Mの一端側を押圧して傘部Aを成形するものであり、例えば、略平板状に構成されている。

0044

逃し凹部25は、第1形状部11と接続可能な領域に形成されていて、この実施形態では、例えば、バリ形成用凹部12の上方において、軸線O周りに幅約1mm以上、深さ約0.5mmの環状に形成され、逃し凹部25の全体がバリ形成用凹部12の内方と対応する領域に配置されている。すなわち、中間成形品Wを成形する際に生成されるバリBが通過するバリ道と重なるように形成されている。

0045

マンドレル30は、例えば、円筒形状に形成されていて、下金型10の円筒部成形孔11Bに挿入されて、円筒部S内に形成される中空エンジンバルブVの中空部H2と対応する凹部Hを成形するものである。
また、上金型20と、マンドレル30は、所定の速度差が設けられて同期して作動することにより、中間成形品Wを成形する際の、速度バランスが確保されるように構成されている。

0046

次に、図4を参照して、一実施形態に係る中間成形品製造用金型1による中間成形品Wの成形について説明する。図4は、一実施形態に係る中間成形品製造用金型1により中間成形品Wを成形する過程を説明する図であり、(A)は中間成形品製造用金型1に円筒形材料Mが装填された状態を示す図であり、(B)は中間成形品製造用金型1による中間成形品Wの成形を示す図である。

0047

1)まず、図4(A)に示すように、中間成形品製造用金型1内に、所定温度に加熱した円筒形材料Mを装填する。この実施形態において、円筒形材料Mは、例えば、下金型10内の円筒部成形孔11B内に、マンドレル30の一端側端部31に載置して装填されるようになっている。
2)次いで、図4(B)に示すように、上金型20を円筒形材料Mに向かって下降させるとともに、マンドレル30を上金型20に向かって上昇させる。このとき、上金型20及びマンドレル30は、互いに近づくとともに、下金型10に対して相対的に移動する。
このとき、マンドレル30は、円筒形材料Mを上昇させる際に、円筒形材料Mの上端が上金型20と当接した以後に、円筒形材料M内に軸線O方向に挿入されて、凹部Hを軸方向に延長しながら成形する。
また、円筒形材料Mが上金型20及びマンドレルで成形される過程で、矢印で示すように傘部Aの外周縁に向かって材料が流れ、傘部Aの外周縁からバリ形成用凹部12に材料が進入するとともに逃し凹部25内に流れ込む。

0048

中間成形品製造用金型1によれば、円筒形材料Mから傘部A、円筒部S及び凹部Hが形成された中間成形品Wを製造する場合に、円筒部Sに形成される凹部Hを成形するマンドレル30に加わる荷重が軽減されて、マンドレル30の破損が抑制されるとともにマンドレル30の寿命が延長される。
その結果、中間成形品及びエンジンバルブを生産する際の生産効率を向上することができ、ひいては製造コストを削減することができる。

0049

また、中間成形品Wの傘部Aの外周縁に生成されたバリBを除去する際に、逃し凹部25で形成された凸部Fを容易に除去することが可能であるので、中間成形品Wを成形する際の生産効率を大幅に向上することができる。

0050

次に、図5図7を参照して、この発明の効果について説明する。
図5図6は、一実施形態に係る中間成形品製造用金型における逃し凹部の位置による効果を説明する図であり、図5(A)、(B)、(C)は、逃し凹部が形成される位置を示す図であり、図6は、図5(A)、(C)に示した逃し凹部を設けた中間成形品製造用金型の効果を、マンドレルに加わる軸方向荷重により説明するグラフである。

0051

図6において、符号Sで示したのは、第2金型に逃し凹部が形成されていない場合に、マンドレルに加わる軸方向荷重であり、成形が終了する直前には、マンドレルに、成形終了時の荷重と比較して、約1.5倍の衝撃荷重が加わっている。

0052

これに対して、図6において、符号Aで示したのは、図5(A)に示すように、第2金型の中心寄りに、マンドレルの軸線上に逃し凹部が形成されている場合におけるマンドレルに加わる荷重である。マンドレルに加わる軸方向荷重は、逃し凹部が形成されていない中間成形品製造金型による成形において衝撃荷重が発生するタイミングで徐々に増加しているが、衝撃荷重の発生が認められず、そのタイミングにおける軸方向荷重は、逃し凹部がない場合と比較して約50%程度に軽減されていて、充分な効果が認められる。

0053

また、図6において、符号Bで示したのは、図5(C)に示すように、第2金型の第1金型の第1形状部から外周に接続され、中間成形品のバリ道と接続されている場合におけるマンドレルに加わる軸方向荷重であり、図6に示した符号Aより大きい。
しかしながら、逃し凹部が形成されていない中間成形品製造金型による成形において衝撃荷重が発生するタイミングで、マンドレルに加わる軸方向荷重は徐々に増加して衝撃荷重の発生が認められず、そのタイミングにおける軸方向荷重は、約60%程度に軽減されていて、充分な効果が認められる。

0054

次に、図7を参照して、中間成形金型における逃し凹部を形成した位置による軸方向応力、荷重、生産性に関して説明する。
図7は、図5(A)、(B)、(C)に示した位置に逃し凹部を形成した場合における、軸方向応力、荷重、生産性に関する評価を示す図である。

0055

図7に示した中心寄り(A)は、図5(A)に示すように、第2金型の中心寄りにマンドレルの軸線上に逃し凹部が形成されている場合の評価を示しており、マンドレルに加わる軸方向応力及び荷重は非常に低減されて良好である。
しかしながら、中間成形品の傘部の端面側に凸部が突出することから、後工程において、凸部除去するための後処理が必要となることから、生産性が低減する。

0056

また、図7に示したバリ道上(B)は、図5(B)に示すように、第2金型のバリ道上の傘部の外周縁の径方向外周のバリ道上に逃し凹部が形成されている場合の評価を示しており、マンドレルに加わる軸方向応力及び荷重は低減されて良好である。
さらに、中間成形品の傘部の外周縁に生成するバリに凸部が突出することから、バリを除去する際に凸部を容易に除去可能であり、ハツリ等の後処理を新たに設ける必要がないことから生産性が向上する。

0057

また、図7に示した外側寄り(C)は、図5(C)に示すように、第2金型のバリ道の外周縁を含む外側寄りの領域に逃し凹部が形成されている場合の評価を示しており、バリ道上に逃し凹部が形成されている場合より効果は小さくなるが、マンドレルに加わる軸方向応力及び荷重は低減されて良好である。
この場合も、中間成形品の傘部の外周縁のバリに接続されるように凸部が突出することから、バリを除去する際に凸部を容易に除去可能であり、ハツリ等の後処理を新たに設ける必要がないことから生産性が向上する。

0058

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。

0059

例えば、上記実施の形態においては、逃し凹部25が、バリ形成用凹部12の上方に形成される場合について説明したが、図5(A)のように中心寄りに形成してもよいし、図5(C)に示すようにバリ形成用凹部12の外側寄りに形成してもよい。また、第2金型において、中間成形品Wに成形中の材料が第1の形状部11から直接又はバリ形成用凹部12を介して流入可能とされる領域のいずれに設けるかは、任意に設定することが可能である。

0060

また、上記実施の形態においては、逃し凹部25が、第1形状部11と接続可能な領域に形成されていて、例えば、バリ形成用凹部12の上方において、軸線O周りに幅約1mm以上、深さ約0.5mmの環状に形成されている場合について説明したが、逃し凹部25の具体的形状、幅、深さ等の寸法については、本発明の趣旨に沿って、任意に設定可能であることはいうまでもない。

0061

また、上記実施の形態においては、バリ形成用凹部12が第1金型(下金型)に形成される場合について説明したが、例えば、図8に変形例として示すように、第1金型(下金型)に代えて、第2金型(上金型)にバリ形成用凹部22を形成するとともに、バリ形成用凹部22に形成した逃し凹部26により凸部F1を生成する構成としてもよい。なお、図8に示す符号は、中間成形品製造用金型1と同様である。

0062

例えば、上記実施の形態においては、第1金型が下金型10とされて、第2金型が上金型20とされて、軸線Oが鉛直方向に配置される場合について説明したが、第1金型及び第2金型の軸線Oを水平方向に配置してもよく、第1金型及び第2金型の配置を任意に設定することができる。

0063

また、上記実施の形態においては、第1金型(下金型)内の円筒形材料Mを、第2金型(上金型)が下降するとともにマンドレル30が上昇して成形する場合について説明したが、例えば、第1金型(下金型)、及び第1金型(下金型)内の円筒形材料M及びマンドレル30が(速度差を設けて)同期して、第2金型(上金型)に向かって上昇しながら成形する構成としてもよいし、固定されたマンドレル30に載置された円筒形材料Mに対して、第1金型、及び第2金型が(速度差を設けて)同期して下降しながら成形する構成してもよい。

0064

また、上記実施の形態において、中間成形品W1の円筒部S1を順次絞り加工して、円筒部S1をステム部S2と対応する所定の中間寸法に成形した後に、中空部H2と対応する凹部H1に金属ナトリウムNaを投入し、その後、中空部H2と対応する凹部H1の開口部を閉塞する場合について説明したが、例えば、図9に示すように、円筒部S1をステム部S2と対応する寸法に成形するとともに、絞り加工を行う過程で中空部S2と対応する凹部に金属ナトリウムNaを投入し、円筒部S1をステム部S2と対応する寸法に成形し、中空部H2と対応する凹部H1の開口部を閉塞する手順としてもよい。かかる場合、以下に示す、図9のような製造工程となる。

0065

図9は、中空エンジンバルブの製造工程の変形例を説明する図である。図9において、一実施形態に係る図1相違するのは、S16、S17、S18に代えて、S16A、S17A、S18Aとされている点である。上記一実施形態で説明した図1におけるS10〜S15、S19と対応する1)〜5)、9)は、同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。以下、図9、S16A、S17A、S18A(一実施形態における6)〜8)に相当)について説明する。

0066

まず、ダイスDxにより絞り加工を行って、円筒部S1を規定寸法にまで縮小したところで、乾燥不活性ガス雰囲気(例えば、乾燥窒素ガス等)に中間成形品W1を配置し、原料ナトリウムから所定の寸法に形成されたブロック状の金属ナトリウムNa(例えば、各辺約8〜13mm程度の六面体)を凹部H1の上部の開口から内部に投入する(ステップS16A)(一実施形態の6)に相当)。

0067

次に、凹部H1に金属ナトリウムNaを投入したら、引き続いて、乾燥不活性ガス雰囲気(例えば、乾燥窒素ガス等)中で、ダイスDxよりも小さい孔が形成されたダイスDx+1に中間成形品W1の円筒部S1を挿入して絞り加工を行い、円筒部S1の外径及び凹部H1の内径の寸法を縮径させるとともに、円筒部S1の長さを延伸する(ステップS17A)(一実施形態の7)に相当)。
このとき、凹部H1に投入された金属ナトリウムNaは、絞り加工にともない凹部H1の変形に追従して変形される。

0068

次いで、同様にして、内径を段階的に少しずつ小さくした孔が形成された複数のダイスDnを使用して絞り加工を順次行って、円筒部S1の外径及び凹部H2の内径寸法を段階的に縮径するとともに、円筒部S1の長さを段階的に延伸して規定寸法の中間成形品W1が得られる(ステップS18)(一実施形態の8)に相当)。

0069

本発明に係る中間成形品製造用金型、中間成形品の製造方法、エンジンバルブの製造方法、中間成形品及びエンジンバルブによれば、中間成形品製造用金型を構成するマンドレルの破損が抑制されるので、産業利用可能である。

0070

V中空エンジンバルブ
A傘部
W中間成形品
S円筒部
S2ステム部
H 凹部
H2中空部
F 凸部(傘部の端面から突出する凸部)
Na金属ナトリウム
M円筒形材料
1 中間成形品製造用金型
10下金型(第1金型)
11 第1形状部
11A 傘部成形形状部(第1形状部)
11B 円筒部成形孔(第1形状部)
20上金型(第2金型)
21端面成形部(傘部の端面を成形する部分)
25、25A、25B、25C、26 逃し凹部
30 マンドレル

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