JP5485011B2 - 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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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、例えば、まず、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（例えば、下記特許文献１等参照）。
次に、（１）固体の金属ナトリウムを棒状に押出成形し、所定の長さに切断して、上記中空部に挿入する、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、ステム部の上端の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エンジンバルブを製造している（例えば、下記特許文献２等参照）。
特許第４３９０２９１号公報 特開平３−０１８６０５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）固体の金属ナトリウムは、押出成形しにくいため、成形加工にかかる作業性が悪かった。
（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、中空部を有する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と共に、当該ステム部の当該中空部に金属ナトリウムを入れることにより、内部に金属ナトリウムを封入したエンジンバルブを製造する方法において、ブロック状の固体の金属ナトリウムを前記ステム部の前記中空部に入れると共に、当該金属ナトリウムと雰囲気との間を遮蔽するように当該ステム部の当該中空部に固形パラフィン又はナフタレンからなる保護剤を入れてから、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、ブロック状の固体の金属ナトリウムを当該ステム部の当該中空部に入れると共に前記保護剤を当該ステム部の当該中空部に入れた後に、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、前記ステム部に絞り加工を行う前に、ブロック状の固体の金属ナトリウムを当該ステム部の前記中空部に入れると共に前記保護剤を当該ステム部の当該中空部に入れてから、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。
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、ブロック状の固体の金属ナトリウムをステム部の中空部に入れると共に、金属ナトリウムと雰囲気との間を遮蔽するようにステム部の中空部に保護剤を入れてから、ステム部に冷間絞り加工を行うことにより、ステム部を目的とするサイズに成形することから、原料ナトリウムからブロック状の金属ナトリウムを取り扱い易いサイズに切り出して中空部に投入するだけで中空部の内部に金属ナトリウムを入れることができるので、エンジンバルブの内部に金属ナトリウムを入れることを容易に行うことができると共に、金属ナトリウムと雰囲気との接触に伴う金属ナトリウムの反応を保護剤により防止することができるので、ステム部の冷間絞り加工における作業の容易化を図ることができる。
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主な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他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。
［主な実施形態］
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主な実施形態を図１に基づいて説明する。
図１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、原料ナトリウムから所定のサイズに切り出したブロック状の金属ナトリウムＮａ（例えば、各辺約３〜１３ｍｍ（好ましくは８〜１３ｍｍ）程度の六面体）を上記中空部Ｈの上部の開口から内部に投入すると共に（ステップＳ１６−１）、固形パラフィン又はナフタレンからなる保護剤Ｐを上記中空部Ｈの上部の上記開口から内部に入れることにより、金属ナトリウムＮａと上記雰囲気との間を遮蔽して保護する（ステップＳ１６−２）。
このように上記中空部Ｈの内部に所定のサイズに切り出したブロック状の金属ナトリウムＮａを投入すると共に当該金属ナトリウムＮａを保護剤Ｐで保護したら、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に投入されたブロック状の金属ナトリウムＮａ及び保護剤Ｐ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、上記中空部Ｈの内部にチタン粉末等のゲッタ材を投入した後に上記ステム部Ｓの端部を軸溶接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、従来は、目的とするサイズ（例えば、内径約２〜４ｍｍ）にまで絞り加工を行って成形したステム部Ｓの中空部Ｈに金属ナトリウムＮａを挿入できるように、棒状に押出成形した固体の金属ナトリウムや、加熱溶融（約１２０〜３００℃）した液体の金属ナトリウムを利用するようにしていたが、本実施形態においては、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、当該ステム部Ｓの中空部Ｈにブロック状の固体の金属ナトリウムＮａ（例えば、各辺約３〜１３ｍｍ（好ましくは８〜１３ｍｍ）程度の六面体）を入れると共に、当該金属ナトリウムＮａと前記雰囲気との間を遮蔽するように前記保護剤Ｐを当該ステム部Ｓの当該中空部Ｈに入れた後に、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。
このため、本実施形態においては、原料ナトリウムからブロック状の金属ナトリウムＮａを取り扱い易い上記サイズに切り出して上記中空部Ｈの上部の開口から投入するだけで当該中空部Ｈの内部に金属ナトリウムＮａを入れることができる。
したがって、本実施形態によれば、エンジンバルブＶの内部に金属ナトリウムＮａを入れることを容易に行うことができる。
また、前記ステム部Ｓの前記中空部Ｈ内の金属ナトリウムＮａを保護剤Ｐで保護しているので、当該金属ナトリウム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等との接触）に伴う当該金属ナトリウムＮａの反応を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、当該ステム部Ｓの中空部Ｈにブロック状（例えば、各辺約３〜１３ｍｍ（好ましくは８〜１３ｍｍ）程度の六面体）の固体の金属ナトリウムＮａを入れた後に、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２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、原料ナトリウムから所定のサイズに切り出したブロック状の金属ナトリウムＮａ（例えば、各辺約１３〜１７ｍｍ程度の六面体）を上記中空部Ｈの上部の開口から内部に投入すると共に（ステップＳ２３−１）、当該金属ナトリウムＮａと前記雰囲気との間を遮蔽するように前記保護剤Ｐを当該中空部Ｈの上部の上記開口から内部に入れた後（ステップＳ２３−２）、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の端部を軸溶接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、ブロック状の固体の金属ナトリウムＮａを当該ステム部Ｓの前記中空部Ｈに入れると共に前記保護剤Ｐを当該ステム部Ｓの当該中空部Ｈに入れてから、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、当該ステム部Ｓの中空部Ｈにブロック状（例えば、各辺約８〜１３ｍｍ程度の六面体）の固体の金属ナトリウムＮａを入れると共に前記保護剤Ｐを当該ステム部Ｓの当該中空部Ｈに入れた後に、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ので、非常に好ましい。
また、前記中空部Ｈへの前記保護剤Ｐ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Ｐ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Ｐを加熱溶融させて、当該保護剤Ｐ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Ｐ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
Ｐ 保護剤

Claims (3)

  1. 中空部を有する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と共に、当該ステム部の当該中空部に金属ナトリウムを入れることにより、内部に金属ナトリウムを封入したエンジンバルブを製造する方法において、
    ブロック状の固体の金属ナトリウムを前記ステム部の前記中空部に入れると共に、当該金属ナトリウムと雰囲気との間を遮蔽するように当該ステム部の当該中空部に固形パラフィン又はナフタレンからなる保護剤を入れてから、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。
  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、ブロック状の固体の金属ナトリウムを当該ステム部の当該中空部に入れると共に前記保護剤を当該ステム部の当該中空部に入れた後に、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、
    前記ステム部に絞り加工を行う前に、ブロック状の固体の金属ナトリウムを当該ステム部の前記中空部に入れると共に前記保護剤を当該ステム部の当該中空部に入れてから、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。
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