JP2011236839A - 金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法 - Google Patents

金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】エンジンバルブの内部に金属ナトリウムを入れることを容易に行うことができる金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法を提供する。
【解決手段】ステム部S及び傘部Aの内側に中空部Hを有すると共にステム部Sの上端に開口を有するエンジンバルブのステム部Sの開口から中空部H内に金属ナトリウムNaを入れた後に開口を封止することにより、内部に金属ナトリウムNaを封入した金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法において、金属ナトリウムNaを溶融させる温度で傘部を加熱テーブルTで加熱しつつ、ワイヤ状の金属ナトリウムNaをステム部Sの開口から中空部H内に順次繰り入れることにより、金属ナトリウムNaを傘部Aの中空部Hの底面に接触させて液化させながら供給する。
【選択図】図1

Description

本発明は、内部に金属ナトリウムを封入したエンジンバルブの製造方法に関する。
自動車等のエンジンバルブにおいては、エンジンの高性能化や低燃費化等に対応するため、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を封入することにより、軽量化及び高熱伝達化を図ることが行われている。
このようなエンジンバルブは、内側に中空部を形成すると共に上端に開口を形成したステム部に対して、例えば、(1)固体の金属ナトリウムを円柱状に押出成形し、所定の長さに切断して、上記開口から上記中空部内に挿入する、又は、(2)固体の金属ナトリウムを加熱溶融(約120〜300℃)して液体にし、上記開口から上記中空部に所定量注入することにより、金属ナトリウムを上記中空部に入れた後、上記開口を封止することにより、製造している(例えば、下記特許文献1〜3等参照)。
特開平3−018605号公報 特開平4−232318号公報 特開平4−272413号公報 特許第4390291号公報
しかしながら、前述したような従来の金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法においては、以下のような問題があった。
(1)円柱状の金属ナトリウムは、エンジンバルブごとに所定の長さに切断して挿入しなければならないため、作業性が悪かった。
(2)液体の金属ナトリウムを前記中空部に注入するとき、当該金属ナトリウムが細長い中空部(直径約2〜4mmぐらい)の内壁に付着すると、すぐに冷却固化して当該中空部を閉塞させてしまうため、ステム部全体を加熱(98℃以上)しながら液体の金属ナトリウムを注入しなければならず、注入にかかる作業性が悪かった。
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンバルブの内部に金属ナトリウムを入れることを容易に行うことができる金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法を提供することにある。
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法は、ステム部及び傘部の内側に中空部を有すると共に当該ステム部の上端に開口を有するエンジンバルブの当該ステム部の当該開口から当該中空部内に金属ナトリウムを入れた後に当該開口を封止することにより、内部に金属ナトリウムを封入した金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法において、金属ナトリウムを溶融させる温度で前記傘部を保持しつつ、ワイヤ状の金属ナトリウムを前記ステム部の前記開口から前記中空部内に繰り入れることにより、当該金属ナトリウムを当該中空部内で液化させながら供給することを特徴とする。
第二番目の発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法は、第一番目の発明において、前記ステム部の外径及び内径のサイズを段階的に縮小させるように当該ステム部に絞り加工を順次行って、当該ステム部を目的とするサイズに成形することにより前記エンジンバルブを製造するにあたって、前記ステム部の前記中空部の内径が規定サイズになるまで当該ステム部に絞り加工を行ってから、金属ナトリウムを溶融させる温度で前記傘部を保持しつつ、ワイヤ状の前記金属ナトリウムを当該ステム部の前記開口から前記中空部内に繰り入れることにより、当該金属ナトリウムを当該中空部内で液化させながら供給した後に、当該ステム部に冷間絞り加工をさらに行うことにより、当該ステム部を目的とするサイズに成形することを特徴とする。
第三番目の発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法は、第一番目の発明において、前記ステム部の外径及び内径のサイズを段階的に縮小させるように当該ステム部に絞り加工を順次行って、当該ステム部を目的とするサイズに成形することにより前記エンジンバルブを製造するにあたって、前記ステム部に絞り加工を行う前に、金属ナトリウムを溶融させる温度で前記傘部を保持しつつ、ワイヤ状の前記金属ナトリウムを当該ステム部の前記開口から前記中空部内に繰り入れることにより、当該金属ナトリウムを当該中空部内で液化させながら供給してから、当該ステム部に冷間絞り加工を行うことにより、当該ステム部を目的とするサイズに成形することを特徴とする。
第四番目の発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法は、第二番目又は第三番目の発明において、前記金属ナトリウムの前記中空部内への供給と共に、固形パラフィン又はナフタレンからなる保護剤を当該中空部内へ供給することにより、当該金属ナトリウムと雰囲気との間を遮蔽した後に、前記ステム部に前記冷間絞り加工を行って、当該ステム部を目的とするサイズに成形することを特徴とする。
本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法によれば、金属ナトリウムを溶融させる温度で傘部を保持しつつ、ワイヤ状の金属ナトリウムをステム部の開口から中空部内に繰り入れることにより、金属ナトリウムを中空部内で液化させながら供給することから、金属ナトリウムをエンジンバルブごとに所定の長さに切断して挿入しなくても、ワイヤ状の金属ナトリウムの繰出長を調整するだけで、金属ナトリウムの内部への供給量を簡単に調整することができると共に、金属ナトリウムを溶融させる温度で傘部を保持するだけで、ステム部の中空部内での金属ナトリウムによる閉塞を防ぐことができるので、エンジンバルブの内部に金属ナトリウムを入れる作業性を大幅に向上させて作業の容易化を図ることができる。
また、金属ナトリウムを中空部内で一旦溶融させて再び固化させることから、金属ナトリウムと中空部の壁面との間の隙間をなくすことができ、中空部内の金属ナトリウムと雰囲気との接触面積を極力小さくすることができるので、当該雰囲気中の水分や酸素等との接触に伴う当該金属ナトリウムの反応をより確実に抑制することができる。
本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法の第一番目の実施形態の説明図である。 本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法の第二番目の実施形態の手順説明図である。 本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法の第二番目の実施形態の他の例の手順説明図である。
本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法の実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
[第一番目の実施形態]
本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法の第一番目の実施形態を図1に基づいて説明する。
本実施形態に係るエンジンバルブは、図1に示すように、ステム部S及び傘部Aの内側に中空部Hを有すると共に、当該ステム部Sの上端に開口を有している。
このようなエンジンバルブの内部に金属ナトリウムを入れる本実施形態に係る方法を説明する。
まず、乾燥窒素ガス等の乾燥不活性ガス雰囲気中に配設された加熱テーブルT上に前記エンジンバルブを載せて、当該加熱テーブルTを作動させることにより、前記傘部Aを加熱して、金属ナトリウムNaを溶融させる温度(98℃以上)で保持する。
次に、ワイヤ状に予め加工されてリール状に巻かれた金属ナトリウムNaを前記雰囲気中で繰り出して、前記ステム部Sの前記開口から前記中空部H内に繰り入れ、当該金属ナトリウムNaの先端が前記傘部Aの内部の中空部Hの底面に当接すると、当該金属ナトリウムNaは、先端側から溶融液化して当該中空部H内に貯留するようになる。
そして、前記金属ナトリウムNaを規定長繰り出したら、当該金属ナトリウムNaを巻戻すことにより、前記中空部H内に規定量の金属ナトリウムNaが供給される。
最後に、前記加熱テーブルT上から退去させて前記開口部を閉塞することにより、内部に規定量の金属ナトリウムNaを封入したエンジンバルブを得ることができる。
つまり、本実施形態においては、金属ナトリウムNaを溶融させる温度(98℃以上)で前記傘部Aを保持しつつ、ワイヤ状の金属ナトリウムNaをステム部Sの前記開口から中空部H内に繰り入れることにより、金属ナトリウムNaを当該中空部H内で液化させながら供給するようにしたのである。
このため、本実施形態では、傘部A内の中空部Hの底面に接触したワイヤ状の金属ナトリウムNaの先端側から溶融液化させて当該中空部H内に金属ナトリウムNaを供給することができるので、(1)金属ナトリウムNaをエンジンバルブごとに所定の長さに切断して挿入しなくても、ワイヤ状の金属ナトリウムNaの繰出長を調整するだけで、金属ナトリウムNaの内部への供給量を簡単に調整することができると共に、(2)金属ナトリウムNaを溶融させる温度(98℃以上)で前記傘部Aを保持するだけで、前記ステム部Sの前記中空部H内での金属ナトリウムによる閉塞を防ぐことができる。
したがって、本実施形態によれば、エンジンバルブの内部に金属ナトリウムNaを入れる作業性を大幅に向上させて作業の容易化を図ることができる。
[第二番目の実施形態]
本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法の第二番目の実施形態を図2に基づいて説明する。ただし、前述した第一番目の実施形態と同様な部分については、前述した第一番目の実施形態での説明と同様な符号を用いることにより、前述した第一番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
本実施形態に係る方法は、前記特許文献4等に記載されているような、中実丸棒型の素材に対して、鍛造等により傘部を形成すると共に、ステム部となる部分の内側にパンチ等により中空部を形成した後、ステム部の外径及び内径のサイズを段階的に縮小させると共にステム部の長さを段階的に延伸させるように、サイズの異なる複数の筒型のダイスの内部にステム部を順次挿入して絞り加工を順次行うことにより、目的とするサイズとなるステム部を形成することによりエンジンバルブを製造する場合への適用例である。
具体的には、図2に示すように、まず、中実丸棒型の素材M(例えば、直径約16〜20mm、長さ約35〜50mm)を用意し(ステップS11)、鍛造等により傘部Aを形成すると共に、パンチ等により中空部H(例えば、内径約15〜19mm)を形成する(ステップS12)。次に、ステム部S(中空部Hの周辺部分)の外径よりも小さい(例えば、約−0.5〜−1.5mm)内径の筒型のダイスD1の内部に上記ステム部Sを挿入して絞り加工を行い、外径及び内径のサイズを縮小させると共に長さを延伸する(ステップS13)。
そして、上記ダイスD1よりも小さい(例えば、約−0.5〜−1.5mm)内径の筒型のダイスD2の内部に上記ステム部Sを再度挿入してさらなる絞り加工を行い、外径及び内径のサイズをさらに縮小させると共に長さをさらに延伸する(ステップS14)。以下、このように内径を少しずつ(例えば、約0.5〜1.5mmずつ)小さくしたサイズの異なる複数のダイスDxを順次使用して、上記ステム部Sの外径及び内径を規定サイズ(例えば、内径約4〜15mm(好ましくは約10〜15mm)程度)にまで段階的に縮小すると共に長さを段階的に延伸するように絞り加工を順次行う(ステップS15)。
このように絞り加工を行って、上記ステム部Sを上記規定サイズにまで縮小したら、乾燥不活性ガス雰囲気(例えば、乾燥窒素ガス等)とし、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、前記加熱テーブルT上に載せて前記傘部Aを加熱して金属ナトリウムNaを溶融させる温度(98℃以上)で保持し、ワイヤ状に予め加工されてリール状に巻かれた金属ナトリウムNa(例えば、直径約1〜14mm(好ましくは約7〜14mm)程度)を当該雰囲気中で繰り出して、前記ステム部Sの前記開口から前記中空部H内に繰り入れ、当該金属ナトリウムNaの先端を前記傘部Aの内部の中空部Hの底面に当接させることにより、当該金属ナトリウムNaを先端側から溶融液化させて当該中空部H内に貯留させていき、当該金属ナトリウムNaを規定長繰り出した時点で、当該金属ナトリウムNaを巻戻すことにより、前記中空部H内に規定量の金属ナトリウムNaを供給する(ステップS16)。
このように上記中空部Hの内部に規定量の金属ナトリウムNaを供給したら、引き続き、乾燥不活性ガス雰囲気(例えば、乾燥窒素ガス等)中で、上記ダイスDxよりも小さい(例えば、約−0.5〜−1.5mm)内径の筒型のダイスDx+1の内部に上記ステム部Sを挿入して冷間絞り加工を行い、外径及び内径のサイズをさらに縮小させると共に長さをさらに延伸する(ステップS17)。このとき、上記中空部Hに供給された上記金属ナトリウムNaは、上記冷間絞り加工に伴って、当該中空部Hの変形に追従して変形していく。
以下、同様に、内径を少しずつ(例えば、約0.5〜1.5mmずつ)小さくしたサイズの異なる複数のダイスDnを順次使用して、上記ステム部Sの外径及び内径を目的とするサイズ(例えば、外径約5〜7mm、内径約2〜4mm)にまで段階的に縮小すると共に目的とする長さ(例えば、約55〜90mm)にまで段階的に延伸するように冷間絞り加工を順次行う(ステップS18)。
このようにして上記ステムSの外径及び内径が目的とするサイズになると共に目的とする長さになったら、上記ステム部Sの端部を軸接合して封止することにより(ステップS19)、ステム部Sの中空部Hに金属ナトリウムNaを封入したエンジンバルブVを得ることができる。
つまり、本実施形態は、前記特許文献4等に記載されているような、ステム部Sの外径及び内径のサイズを段階的に縮小させると共にステム部Sの長さを段階的に延伸させるように、サイズの異なる複数の筒型のダイスD1〜Dnの内部にステム部を順次挿入して絞り加工を順次行うことにより、目的とするサイズとなるステム部Sを形成することによりエンジンバルブを製造するにあたって、目的とするサイズよりも大きい規定サイズ(例えば、内径約4〜15mm(好ましくは約10〜15mm)程度)になるまでステム部Sに絞り加工を一旦行ってから、前記傘部Aを加熱して、ワイヤ状に予め加工してリール状に巻いた金属ナトリウムNaを当該ステム部Sの中空部Hに繰り入れることにより、金属ナトリウムNaを当該中空部H内で液化させながら規定量供給した後に、当該ステム部Sに冷間絞り加工をさらに行って、当該ステム部Sを目的とする上記サイズにまで成形するようにしたのである。
したがって、本実施形態によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、エンジンバルブの内部に金属ナトリウムNaを入れる作業性を大幅に向上させて作業の容易化を図ることができるのはもちろんのこと、前記ステム部Sの内径が十分に広いとき(例えば、内径約4〜15mm(好ましくは約10〜15mm)程度)、すなわち、前記傘部Aの中空部Hの底面に対して広範囲にわたって接触しやすいときにワイヤ状の前記金属ナトリウムNaを繰り入れるようにしたので、当該金属ナトリウムNaの溶融液化をより容易に行うことができ、作業性の向上をさらに図ることができる。
[他の実施形態]
なお、前述した実施形態においては、先に説明したように、目的とするサイズよりも大きい規定サイズ(例えば、内径約4〜15mm(好ましくは約10〜15mm)程度)になるまでステム部Sに絞り加工を一旦行ってから、前記傘部Aを加熱して、ワイヤ状に予め加工してリール状に巻いた金属ナトリウムNaを当該ステム部Sの中空部Hに繰り入れることにより、金属ナトリウムNaを当該中空部H内で液化させながら規定量供給した後に、当該ステム部Sに冷間絞り加工をさらに行って、当該ステム部Sを目的とする上記サイズにまで成形するようにしたが、他の実施形態として、例えば、図3に示すように、素材Mを用意し(ステップS11)、鍛造等により傘部Aを形成すると共に、パンチ等により中空部Hを形成したら(ステップS12)、乾燥不活性ガス雰囲気(例えば、乾燥窒素ガス等)とし、前記傘部Aを加熱して、ワイヤ状に予め加工してリール状に巻いた金属ナトリウムNaを当該ステム部Sの中空部Hに繰り入れることにより、金属ナトリウムNaを当該中空部H内で液化させながら規定量供給した後(ステップS23)、ダイスD1の内部に上記ステム部Sを挿入して冷間絞り加工を行い、外径及び内径のサイズを縮小させると共に長さを延伸し(ステップS24)、以下、引き続き、前記雰囲気中で、先の説明と同様にして、内径を少しずつ小さくしたサイズの異なる複数のダイスD2,Dn等を順次使用して、上記ステム部Sの外径及び内径を目的とするサイズにまで段階的に縮小すると共に目的とする長さにまで段階的に延伸するように冷間絞り加工を順次行った後(ステップS25,S18)、上記ステム部Sの端部を軸接合して封止することにより(ステップS19)、ステム部Sの中空部Hに金属ナトリウムNaを封入したエンジンバルブVを得るようにする、すなわち、前記ステム部Sに絞り加工を行う前に、前記傘部Aを加熱して、ワイヤ状に予め加工してリール状に巻いた金属ナトリウムNaを当該ステム部Sの中空部Hに繰り入れることにより、金属ナトリウムNaを当該中空部H内で液化させながら規定量供給してから、当該ステム部Sに冷間絞り加工を行うことにより、当該ステム部Sを目的とするサイズに成形することも可能である。
しかしながら、前述した実施形態のように、目的とするサイズよりも大きい規定サイズ(例えば、内径約10〜15mm)になるまでステム部Sに絞り加工を一旦行ってから、前記傘部Aを加熱して、ワイヤ状に予め加工してリール状に巻いた金属ナトリウムNaを当該ステム部Sの中空部Hに繰り入れることにより、金属ナトリウムNaを当該中空部H内で液化させながら規定量供給した後に、当該ステム部Sに冷間絞り加工をさらに行って、当該ステム部Sを目的とする上記サイズにまで成形するようにすると、乾燥不活性ガス雰囲気下で行う冷間絞り加工の工程数を必要最小限に抑えることができ、作業効率の低下を抑制することができると共に、前記中空部H内の金属ナトリウムと雰囲気との接触面積を極力小さくすることができ、当該雰囲気中にごくわずかにでも含有されてしまっている水分や酸素等との接触に伴う当該金属ナトリウムNaの反応をより確実に抑制することができるので、非常に好ましい。
また、例えば、前記金属ナトリウムNaの前記中空部H内への供給と共に、固形パラフィン又はナフタレンからなる保護剤を当該中空部H内へ供給して、当該金属ナトリウムNaと前記雰囲気との間を当該保護剤で遮蔽した後に、前記ステム部Sに前記冷間絞り加工を行って、当該ステム部Sを目的とするサイズに成形するようにすれば、前記金属ナトリウムNaと前記雰囲気との接触(例えば、雰囲気中にごくわずかにでも含有されてしまっている水分や酸素等との接触)に伴う当該金属ナトリウムNaの反応をさらに確実に防止することができ、上記ステム部Sの冷間絞り加工における作業の容易化をさらに図ることができるようになるので、さらに好ましい。
ここで、前記中空部Hへの前記保護剤の入れ方としては、例えば、当該中空部Hの径サイズに合わせて円板状又は円柱状に予め形成しておいて、前記金属ナトリウムNaを入れた後、当該金属ナトリウムNaの上方の当該中空部H部分を塞ぐように上記保護剤を入れて栓をするようにすることや、前記金属ナトリウムNaを入れた後、前記保護剤を加熱溶融させて、当該保護剤を前記中空部Hの上方の開口から滴下することにより、当該金属ナトリウムNaの表面を被覆するように当該保護剤を前記中空部Hの内部に入れること等が挙げられる。
本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法は、エンジンバルブの内部に金属ナトリウムを入れることを容易に行うことができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。
V エンジンバルブ
A 傘部
S ステム部
H 中空部
D1,D2,Dx,Dx+1,Dn ダイス
Na 金属ナトリウム

Claims (4)

  1. ステム部及び傘部の内側に中空部を有すると共に当該ステム部の上端に開口を有するエンジンバルブの当該ステム部の当該開口から当該中空部内に金属ナトリウムを入れた後に当該開口を封止することにより、内部に金属ナトリウムを封入した金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法において、
    金属ナトリウムを溶融させる温度で前記傘部を保持しつつ、ワイヤ状の金属ナトリウムを前記ステム部の前記開口から前記中空部内に繰り入れることにより、当該金属ナトリウムを当該中空部内で液化させながら供給する
    ことを特徴とする金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法。
  2. 請求項1に記載の金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法において、
    前記ステム部の外径及び内径のサイズを段階的に縮小させるように当該ステム部に絞り加工を順次行って、当該ステム部を目的とするサイズに成形することにより前記エンジンバルブを製造するにあたって、
    前記ステム部の前記中空部の内径が規定サイズになるまで当該ステム部に絞り加工を行ってから、金属ナトリウムを溶融させる温度で前記傘部を保持しつつ、ワイヤ状の前記金属ナトリウムを当該ステム部の前記開口から前記中空部内に繰り入れることにより、当該金属ナトリウムを当該中空部内で液化させながら供給した後に、当該ステム部に冷間絞り加工をさらに行うことにより、当該ステム部を目的とするサイズに成形する
    ことを特徴とする金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法。
  3. 請求項1に記載の金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法において、
    前記ステム部の外径及び内径のサイズを段階的に縮小させるように当該ステム部に絞り加工を順次行って、当該ステム部を目的とするサイズに成形することにより前記エンジンバルブを製造するにあたって、
    前記ステム部に絞り加工を行う前に、金属ナトリウムを溶融させる温度で前記傘部を保持しつつ、ワイヤ状の前記金属ナトリウムを当該ステム部の前記開口から前記中空部内に繰り入れることにより、当該金属ナトリウムを当該中空部内で液化させながら供給してから、当該ステム部に冷間絞り加工を行うことにより、当該ステム部を目的とするサイズに成形する
    ことを特徴とする金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法。
  4. 請求項2又は請求項3に記載の金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法において、
    前記金属ナトリウムの前記中空部内への供給と共に、固形パラフィン又はナフタレンからなる保護剤を当該中空部内へ供給することにより、当該金属ナトリウムと雰囲気との間を遮蔽した後に、前記ステム部に前記冷間絞り加工を行って、当該ステム部を目的とするサイズに成形する
    ことを特徴とする金属ナトリウム封入エンジンバルブの製造方法。
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