JP7310059B2 - 傘中空エンジンバルブの冷却材充填装置、及び冷却材の充填方法 - Google Patents

Description

本発明は、傘中空エンジンバルブの冷却材充填装置、及び冷却材の充填方法に関する。

従来、自動車や船舶などのエンジンの燃焼室に吸気ガスを流入させ、排気ガスを排出させるためのエンジンバルブには、バルブ本体の軸部及び傘部を中空にした中空部に、金属ナトリウムなどの冷却材を封入した傘中空エンジンバルブ（以下、単にエンジンバルブともいう）がある。

また、このようなエンジンバルブには、冷却材の他に、冷却材の酸化防止、及び中空部内を負圧にするためのガス吸着剤であるゲッタ材（例えば、粒状のチタン材）が添加されるものがある（特許文献１参照）。

図７に示すように、特許文献１に記載のようなエンジンバルブ２００の中空部２０５に金属ナトリウムＮを充填する工程においては、ゲッタ材Ｇ投入後、棒状の金属ナトリウムＮを軸部２０１の上部の開口部２０４から中空部２０５に押圧ロッドＲにより押込んで、金属ナトリウムＮの下端部を高周波誘導加熱装置Ｈにより加熱された傘状の中空部２０５の内底面２０３に押付ける。これにより、押付けられた部分から金属ナトリウムＮは融解し、中空部２０５内に充填される。

特許５８４３９９１号公報

しかしながら、この工程において、高周波誘導加熱装置Ｈによって内底面２０３が加熱される際、内底面２０３上にあるゲッタ材Ｇも加熱されてしまうため、ゲッタ材Ｇへの熱の影響が懸念される。また、押込まれた金属ナトリウムＮと内底面２０３との間にゲッタ材Ｇが介在してしまう場合には、金属ナトリウムＮは内底面２０３に直接接触しないため、伝熱が効率的に行われず、金属ナトリウムＮの融解態様にバラツキが生じることがある。その結果、金属ナトリウムＮの充填を確実に行うことができない虞があるだけでなく、中空部２０５内への金属ナトリウムＮの充填工程を複数回必要とすることから、充填作業効率の低下を招くとともに、金属ナトリウムＮを中空部２０５内に充填させるための設備が大型化し、コスト上昇の原因にもなる。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、金属ナトリウムなどの冷却材をエンジンバルブの中空部に確実かつ効率よく充填することができる冷却材充填装置、及び冷却材の充填方法を提供することである。

（１）本発明の第１の態様によれば、軸部及び前記軸部の一端に傘状に拡径する傘部の内部に中空の中空部を有する傘中空エンジンバルブにおける前記軸部の他端の開口から前記中空部へゲッタ材を投入可能かつ、冷却材を充填可能な冷却材充填装置であって、前記傘中空エンジンバルブを軸方向へ所定角度傾かせるバルブ傾斜手段と、棒状の前記冷却材を一時的に保持可能な筒状のホルダを有する冷却材ガイド手段と、前記ホルダに一時的に保持された前記冷却材を、前記中空部内に押込むことが可能な棒状の押込み棒を有する冷却材押込み手段と、前記傘部の底部の中心部を前記冷却材の融点よりも高い温度まで加熱可能であって、前記中空部内に押込まれて前記底部に接触した前記冷却材を融解可能な部分加熱手段と、を備える。

上記（１）の構成によれば、中空部内に投入された粉状又は粒状のゲッタ材を、中空部の傘中空部の端に寄せるとともに、傘部の底部の中心部のみを加熱することができるため、ゲッタ材は加熱され難く、ゲッタ材への熱の影響を防ぐことができる。また、冷却材を中空部内に押込んだ際、ゲッタ材を介することなく、冷却材が直接傘部の底部に接触するため、冷却材を効率よく融解させることができる。

（２）本発明の第２の態様によれば上記第１の態様において、前記冷却材ガイド手段は、前記押込み棒によって前記中空部に押込まれた前記中空部の深さよりも長い前記冷却材の下端部が前記中空部内の前記底部に接触した際に、前記冷却材の前記開口から突出した部分を周囲から覆う筒状の軸端ガイドを、前記ホルダの下方に設ける。

上記（２）の構成によれば、冷却材を押込み棒によって中空部に押込む際、冷却材の開口から突出した部分が軸端ガイドによって覆われるため、冷却材への押圧による撓みを防止して、冷却材を破損させることなく、確実に押込むことができる。また、中空部内への金属ナトリウムの充填工程を１回で完了させることができ、充填作業効率の向上を図るととともに、金属ナトリウムを中空部内に充填させるための設備を小型化することができ、コストの抑制を図ることができる。

（３）本発明の第３の態様によれば上記第１の態様又は第２の態様において、前記所定角度傾いた前記傘中空エンジンバルブを振動させることが可能なバルブ振動手段を備える。

上記（３）の構成によれば、中空部内に投入されたゲッタ材をより確実に中空部の傘中空部の端に寄せることができる。

（４）本発明の第４の態様によれば、軸部及び前記軸部の一端に傘状に拡径する傘部の内部に中空の中空部を有する傘中空エンジンバルブにおける前記軸部の他端の開口から前記中空部へ冷却材を充填可能な冷却材の充填方法であって、前記傘中空エンジンバルブを斜めに傾けることにより、前記中空部内に投入されたゲッタ材を前記中空部の端に寄せる片寄せ工程と、棒状の前記冷却材を前記開口から前記中空部内に押込む冷却材押圧工程と、前記傘部の中心部を前記冷却材の融点よりも高い温度まで加熱することにより、前記中空部内に押込まれて前記底部に接触した前記冷却材を融解させる融解工程と、を実行する。

上記（４）の方法によれば、ゲッタ材は加熱され難く、ゲッタ材Ｇへの熱の影響を防ぐことができる。また、冷却材を中空部内に押込んだ際、ゲッタ材を介することなく、冷却材が直接傘部の底部に接触するため、冷却材を効率よく融解することができる。

本発明によれば、傘中空エンジンバルブを冷却するための冷却材を、傘中空エンジンバルブの中空部に確実かつ効率よく充填することができる。

本実施形態の冷却材充填装置によって冷却材が充填されるエンジンバルブにおける（ａ）冷却材導入後（傾斜状態）、（ｂ）冷却材充填後（垂直状態）の縦断面図である。 同じく冷却材充填装置の側面図である。 同じく冷却材充填装置の部分拡大側面図、及びエンジンバルブの底部の下方斜視図である。 同じく冷却材充填装置におけるコイル部の（ａ）側面図、（ｂ）平面図、及び（ｃ）IV－IV断面図である。 同じく冷却材充填装置における金属ナトリウム成形手段の縦断面図、及び金属ナトリウムガイド手段の側面図である。 同じく冷却材充填装置において冷却材の充填に係る各工程のフロー図である。 従来の冷却材充填装置によって冷却材が充填される状態のエンジンバルブの縦断面図である。

（本実施形態）
以下、図１～６を参照し、発明の一実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は例示であり、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。なお、傘中空エンジンバルブ１００の方向については図１（ｂ）の方向（上下左右）を基準とし、冷却材充填装置１の方向については図２の方向（上下左右）を基準として説明する。

（傘中空エンジンバルブ１００）
図１に示すように、傘中空エンジンバルブ（以下、単にエンジンバルブという）１００は、丸棒状に成形された軸部１０１と、軸部１０１の下端部に同心状かつ傘状に拡径した傘部１０２とを備え、傘部１０２は下部に円板状の底部１０３を有する。底部１０３は、中空部１０５の内側の内底面１０３ａ及び外側の外底面１０３ｂを有する。

エンジンバルブ１００の内部に成形された中空部１０５は、軸部１０１の上部に設けた開口部１０４によって上部が開放されるとともに、軸部１０１内に形成された軸中空部１０５ａと、傘部１０２内に形成された傘中空部１０５ｂとが一体的な空間をなすようにして形成される。

本実施形態で示すエンジンバルブ１００は、円柱状の特殊鋼に対する熱間鍛造加工、冷間鍛造加工、又は絞り上げ加工などの複数の成形加工により上記のように成形された半完成品である。エンジンバルブ１００は、開口部１０４から棒状の冷却材である金属ナトリウムＮを中空部１０５内へ充填できるようになっている。

また、図１（ａ）に示すように、本実施形態においてエンジンバルブ１００の中空部１０５に充填される融解前の金属ナトリウムＮは、図１（ｂ）に示すような十分な量が中空部１０５内に充填されるように、エンジンバルブ１００の中空部１０５の深さ（軸中空部１０５ａの上端部から内底面１０３ａまでの長さ）よりも長いものが用いられる。そのため、金属ナトリウムＮは、中空部１０５に押込まれる際、開口部１０４から例えば１５ｍｍほど上方に突出する（以下、突出する部分を突出部Ｎ１という）。
以下に説明する冷却材充填装置１は、エンジンバルブ１００の中空部１０５の深さよりも長い金属ナトリウムＮを、中空部１０５内に適切に充填することができる。

エンジンバルブ１００は、後述する工程で金属ナトリウムＮの充填が完了した後に、軸部１０１の上端部に丸棒状の軸端部材（図示略）を摩擦圧接等により固着することで、開口部１０４を塞ぐことにより、金属ナトリウムＮを中空部１０５内に封入することができる。

冷却材充填装置１の前工程設備には、ゲッタ材投入手段（図示略）が設けられる。ゲッタ材投入手段は、予め定められた規定量のゲッタ材Ｇ（図１等参照）をエンジンバルブ１００の開口部１０４から中空部１０５へ投入する。

（冷却材充填装置１）
図２に示すように、冷却材充填装置１は、エンジンバルブ１００の中空部１０５内へ向けて不活性ガスを噴出可能な不活性ガス供給手段１０と、エンジンバルブ１００の重量を計測する重量計測手段２０と、エンジンバルブ１００内に充填された金属ナトリウムＮの量の適否を判断可能な規定量判断手段３０と、軸方向が垂直状態のエンジンバルブ１００を傾斜状態へ傾かせるバルブ傾斜手段４０と、傾斜状態のエンジンバルブ１００に振動を付与可能なバルブ振動手段４６と、傘部１０２の底部１０３の所定範囲を加熱可能なバルブ加熱手段５０と、金属ナトリウムＮを棒状に成形可能な金属ナトリウム成形手段６０と、棒状に成形された金属ナトリウムＮを保持して、エンジンバルブ１００の中空部１０５内へ導入可能な金属ナトリウムガイド手段７０と、金属ナトリウムガイド手段７０によって保持された金属ナトリウムＮを中空部１０５へ押込み可能な金属ナトリウム押込み手段８０と、中空部１０５に金属ナトリウムＮが充填されたか否かを判断可能な充填判断手段９０とを含んで構成さる。これらの構成手段（判断手段や計測手段の一部を除く）は、直接又は支持体等を介して固定板２の上面にボルト締めや溶接等により固定される。

以下の説明において、冷却材充填装置１における上記各構成手段について、動力や制御等の詳細な説明がない場合には、各構成手段の駆動手段（図示略）は適宜制御部（図示略）に電気的に接続され、適所に配置されたセンサからの検知信号等に基づいて、適切に作動するものとする。

（不活性ガス供給手段１０）
図２に示すように、不活性ガス供給手段１０は、供給管１１ａを介して不活性ガス源（図示略）に接続された中空管１１と中空管１１の下端に接続され上下方向を向く細長いノズル１２とを有する。不活性ガスは、例えば窒素ガス等であって、不活性ガス源から中空管１１及びノズル１２を通って、ノズル１２の下端から噴出するようになっている。中空管１１は、上下方向に伸縮可能なエアシリンダ又はソレノイド等の昇降手段（図示略）に固定され、ノズル１２の下端が、逆円錐台状のガイド部材１３の内部に設けられたテーパ孔１３ａに案内されて、傘中空部１０５ｂ内に位置する下限位置と、エンジンバルブ１００の移動（搬送）の妨げとならない上限位置との間を上下動可能となっている。不活性ガス供給手段１０は、中空管１１が下限位置へ移動して、中空部１０５内に不活性ガスを噴出することによって中空部１０５内に不活性ガスを充満させることができるようになっている。

（重量計測手段２０）
図２に示すように、重量計測手段２０は、エンジンバルブ１００の重量を計測可能な重量センサ（図示略）を内蔵して、固定板２に立設された基台５の上部に設けられる。重量計測手段２０は、ゲッタ材Ｇ投入後から金属ナトリウムＮの導入前までの工程設備の間の適宜の位置に配置され、金属ナトリウムＮの導入前及び導入後のエンジンバルブ１００の重量を計測する。重量計測手段２０は、金属ナトリウムＮの導入前のエンジンバルブ１００の重量を、例えば、不活性ガスが供給された後や、前工程のゲッタ材Ｇの投入直後に計測する。また、重量計測手段２０は、金属ナトリウムＮの導入後のエンジンバルブ１００の重量を、後述する金属ナトリウムＮの充填完了後に計測する。
計測された重量情報は、規定量判断手段３０の判断処理に用いられる。

（規定量判断手段３０）
図２に示すように、規定量判断手段３０は、重量計測手段２０に電気的に接続され、重量計測手段２０が計測した金属ナトリウムＮの導入前後におけるエンジンバルブ１００の重量差ｄを求めることにより、導入された金属ナトリウムＮが規定量か否かを判断する。規定量判断手段３０は、重量差ｄ＝規定量の場合は、正常と判断し、重量差ｄ≠規定量の場合は、導入した金属ナトリウムＮに過不足がある、すなわち、エラーと判断する。

製造ライン制御手段（図示略）は、規定量判断手段３０が正常と判断した場合には、特別な制御は行わないが、規定量判断手段３０がエラーと判断した場合には、不良品混入防止処理として、例えば、製造ラインを一時的に停止させたり、エラーと判断されたエンジンバルブ１００を不良品として製造ライン外へ排出するように制御する。

（バルブ傾斜手段４０）
図２に示すように、バルブ傾斜手段４０は、エンジンバルブ１００の軸部１０１を把持可能な把持アーム４１と、把持アーム４１を水平方向の回転軸５ａ周りに所定角度（例えば４５度）傾かせることが可能な傾斜機構４３とを有する。

把持アーム４１は、モータ等の駆動手段（図示略）が設けられるアーム部４１ａと、アーム部４１ａの一端に、互いの対向面にゴム等の滑り止め部材が貼着された一対の細板状であって、駆動手段の作動によって対象物を水平方向から把持可能な把持部４１ｂとを有する。
把持アーム４１の他端には、振動モータであるバルブ振動手段４６がボルト等によって固定されている。

傾斜機構４３は、エアシリンダ又はソレノイド等によって上下方向に伸縮可能な伸縮手段４３ａと、左右方向に伸び逆へ字型に屈曲する平板状の回転リンク４３ｂとを有する。回転リンク４３ｂは、屈曲した部分が基台５の側面から水平方向に突出した回転軸５ａによって回転可能に支持されるとともに、一端が伸縮手段４３ａの上端に回転可能に連結され、他端が把持アーム４１の略中央に回転不能に連結される。

傾斜機構４３は、伸縮手段４３ａが上下方向に伸縮することによって、把持アーム４１を、図２の仮想線で示す水平位置と、実線で示す傾斜位置との間を往復移動させることが可能となっている。

バルブ傾斜手段４０は、不活性ガスの供給後、重量が計測された軸方向が垂直状態のエンジンバルブ１００の軸部１０１を把持アーム４１によって把持し、傾斜機構４３によって把持アーム４１を所定角度（例えば４５度）傾かせて傾斜位置に変位させることにより、エンジンバルブ１００を所定角度傾かせて傾斜状態とすることができる。これにより、バルブ傾斜手段４０は、傘中空部１０５ｂ内のゲッタ材Ｇを傘中空部１０５ｂの片側に片寄せすることができる（図１（ａ）、図３（ａ）参照）。

バルブ振動手段４６は、傾斜状態のエンジンバルブ１００を、把持アーム４１を介して振動させるができる。これにより、バルブ振動手段４６は、エンジンバルブ１００を傾斜状態にしただけでは片寄せすることができない傘中空部１０５ｂ内のゲッタ材Ｇを、確実に片寄せすることができる。なお、バルブ振動手段４６を、傾斜状態のエンジンバルブ１００に接触させて直接振動を付与可能なように独立して設けるようにしてもよい。
また、バルブ振動手段４６を振動モータの代わりに、打撃により振動を与える打撃装置（図示略）を採用してもよい。

（バルブ加熱手段５０）
図２に示すように、バルブ加熱手段５０は、高周波を用いた加熱装置であって、熱を出力するための加熱部５１と、後述するコイル部５３を所定の範囲で変動させる位置変動部５５とを含んで構成される。

加熱部５１は、交流電流を発生させる誘導加熱電源５２と、交流電流により磁束を発生させるコイル部（部分加熱手段）５３と、コイル部５３の温度を制御するための温度制御部５４とを有する。誘導加熱電源５２は、後述する回転アーム５５ａに沿って配設される給電線（図示略）を介して交流電流をコイル部５３に流すことができ、コイル部５３で発生した磁束により、近接するエンジンバルブ１００の底部１０３を加熱することができる（図３（ａ）参照）。温度制御部５４は、図２に示すサーマルカメラ５７により検知した底部１０３の中心部の温度が金属ナトリウムＮの融点よりも高い所定の温度（例えば１４０℃～１６０℃）に達するまで、コイル部５３に磁界を継続して発生させるように誘導加熱電源５２を制御する。

図４に示すように、本実施形態のコイル部５３（部分加熱手段）は、例えば銅材であって円環状でかつ内部に円環状の中空を有するベース５３ａと、ベース５３ａ上面に設けられ円錐台状でかつ円環状の加熱集中部５３ｂとを有する。コイル部５３は、加熱集中部５３ｂによって、磁束密度を高めることにより、誘導加熱する領域を局所的に集中することができる。

図２に示すように、位置変動部５５は、所定方向に伸び一端にコイル部５３が設けられる回転アーム５５ａと、回転アーム５５ａの他端を回転可能に支持する回転制御部５５ｂとを有する。回転制御部５５ｂは、モータ等の回転手段（図示略）を有し、回転アーム５５ａを介してコイル部５３を、図２の仮想線で示す初期位置と実線で示す近接位置との間を往復移動させることが可能となっている。

図３（ａ）に示すように、コイル部５３は、近接位置において、エンジンバルブ１００と同一軸線上に位置するとともに、エンジンバルブ１００の外底面１０３ｂに対向するように所定距離（数ミリ程度）離間して配設される。

加熱部５１は、近接位置に移動したコイル部５３により、傾斜状態のエンジンバルブ１００における底部１０３の中心部のみ（例えば、棒状の金属ナトリウムＮの直径よりも若干広い範囲、図３（ａ）、（ｂ）に示す点領域ｅ）を、所定の温度まで加熱することができる。これにより、傘中空部１０５ｂにおいて片寄せされたゲッタ材Ｇへの熱の影響を最小限に抑えるとともに、中空部１０５内に押込まれて（導入されて）内底面１０３ａに接触した金属ナトリウムＮを直接加熱することができる。

（金属ナトリウム成形手段６０）
図２に示すように、金属ナトリウム成形手段６０は、冷却材充填装置１の上部に配置され、図５に示すように、金属ナトリウムＮを収容し、下部に下方へ暫時縮径するテーパ孔６１ａを有する上下方向のシリンダ６１と、モータ又はソレノイド等の駆動手段（図示略）によってシリンダ６１内を上下方向に移動可能なピストン６２と、シリンダ６１の下端部に設けられる上下方向の小径のノズル６３と、モータ又はソレノイド等の駆動手段（図示略）によって水平方向へ移動可能であって、ノズル６３から押出された棒状の金属ナトリウムＮを適時に切断可能なエアグラインダ等のカッタ６４とを備える。金属ナトリウム成形手段６０は、シリンダ６１内に収容した金属ナトリウムＮを、ピストン６２により上方から押圧することによって、ノズル６３から金属ナトリウムＮを棒状に搾り出し、カッタ６４によって適切な長さに切断することができるようになっている。

（金属ナトリウムガイド手段７０）
図２に示すように、金属ナトリウムガイド手段（冷却材ガイド手段）７０は、金属ナトリウム成形手段６０の下方に配置され、図５に示すように、金属ナトリウム成形手段６０によって搾り出された棒状の金属ナトリウムＮを上方から受け入れ、一時的に保持することができる透明の合成樹脂からなる筒状のホルダ７１と、後述する金属ナトリウム押込み手段８０によってホルダ７１から押出された金属ナトリウムＮをエンジンバルブ１００の開口部１０４から中空部１０５に導入することができる軸端ガイド７２と、ホルダ７１と軸端ガイド７２との間に配置され、ホルダ７１に受け入れられた金属ナトリウムＮの脱落を一時的に防止するためのストッパ７４とを備える。

ホルダ７１及び軸端ガイド７２は、Ｌ型板状のベース板７５の縦長部分に対して上下方向へスライド移動可能に設けられた矩形板状の可動板７６にボルト等により固定される。また、ストッパ７４は、ベース板７５の横長部分に直接ボルト等により固定される。図２に示すように、ベース板７５は、固定板２に立設された支持柱４の側面から突出した回転軸４ａに回転不能に固定される。

図３（ａ）に示すように、軸端ガイド７２は、上下方向の貫通孔７３を有する筒状であって、後述する受け入れ位置にあるホルダ７１の直下に、ホルダ７１と所定の間隔（例えば１０ｍｍ程度）離間するように設けられている（図５参照）。

図３（ａ）に示すように、軸端ガイド７２の貫通孔７３は、上部、中部、下部の径又は形状がそれぞれ異なっており、上部には上方へ拡径するテーパ孔７３ａ、中部には金属ナトリウムＮより若干大径のガイド孔７３ｂ、下部にはエンジンバルブ１００の軸部１０１の上端部に嵌合可能な嵌合孔７３ｃがそれぞれ設けられている。軸端ガイド７２は、テーパ孔７３ａによって、ホルダ７１から押出された金属ナトリウムＮを受け、求心（軸心）方向に導くとともに、嵌合孔７３ｃに嵌合したエンジンバルブ１００の開口部１０４から確実に導入することができる。

また、軸端ガイド７２は、ガイド孔７３ｂを比較的長く（例えば、テーパ孔７３ａ及び嵌合孔７３ｃよりも長く）設定することにより、金属ナトリウムＮが中空部１０５に押込まれた（導入された）際に、開口部１０４から突出する突出部Ｎ１の上端部の周囲を覆うことができるようになっている。

図５に示すように、ストッパ７４は、ストッパ面（図示略）を有する板状のストッパ部７４ａとストッパ部７４ａがボルト等により固定されたソレノイド等の伸縮手段７４ｂとを有する。ストッパ部７４ａは、ストッパ面がホルダ７１の軸方向に直交する方向を向き、伸縮手段７４ｂの作動により、図５の仮想線で示す閉塞位置と、実線で示す開放位置との間を往復移動可能となっており、ホルダ７１の挿通孔７１ａの下端部を開閉可能となっている。

図２に示すように、ベース板７５に固定されたホルダ７１は、モータ等の駆動手段（図示略）に連結された回転軸４ａの回転によりベース板７５が回動することにより、軸方向が上下方向を向き、金属ナトリウム成形手段６０によって棒状に成形された金属ナトリウムＮを受け入れることができる受け入れ位置と、軸方向が斜め方向を向き（例えば４５度に傾き）、ホルダ７１の下端部が傾斜状態のエンジンバルブ１００の上端部に近接するとともに、傾斜状態のエンジンバルブ１００と同一軸線上に位置する導入準備位置との間を変位可能となっている。このとき、ホルダ７１とともにベース板７５に固定された軸端ガイド７２及びストッパ７４も互いの位置関係を維持した状態で変位する。

また、可動板７６は、ベース板７５又は可動板７６のいずれか一方に設けられた上下方向の長孔（図示略）に、ベース板７５又は可動板７６のいずれか他方に設けられた抜け止めピン（図示略）を挿通させて、長孔内を摺動させることによって、ベース板７５に対して、上下方向にスライド移動可能に固定されている。

可動板７６に固定された軸端ガイド７２は、斜め方向を向く導入準備位置において、ソレノイド等の駆動手段（図示略）により可動板７６をスライド移動させることによって、傾斜状態のエンジンバルブ１００における軸部１０１の上端部から離間する離間位置（図２参照）と、傾斜状態のエンジンバルブ１００における軸部１０１の上端部に嵌合する嵌合位置（図３参照）との間を往復移動可能となっている。このとき、可動板７６に固定されたホルダ７１も互いの位置関係を維持した状態で往復移動する。

金属ナトリウムガイド手段７０は、金属ナトリウム成形手段６０により成形された棒状の金属ナトリウムＮを、受け入れ位置のホルダ７１により受け入れ、一時的に保持し（このときストッパ７４のストッパ部７４ａは閉塞位置にある）、ホルダ７１を導入準備位置に移動させるとともに、軸端ガイド７２を離間位置から嵌合位置に移動させて、ストッパ７４のストッパ部７４ａを開放位置に移動させることにより、金属ナトリウムＮをエンジンバルブ１００の中空部１０５へ導入（押込み）可能な導入準備状態とすることができる。

（金属ナトリウム押込み手段８０）
図２に示すように、金属ナトリウム押込み手段（冷却材押込み手段）８０は、金属ナトリウムガイド手段７０の斜め上方に設けられ、ＳＵＳ等の金属からなる棒状の押込み棒８１と、押込み棒８１を固定するロッドホルダ８２と、モータ、ソレノイド、エアシリンダ又は油圧シリンダ等の押圧手段８３とを有する。金属ナトリウム押込み手段８０は、押込み棒８１が先端に固定されたロッドホルダ８２を、押圧手段８３によって、傾斜状態のエンジンバルブ１００の軸方向に沿って、下方に向かって所定の押圧力（例えば、１００～３００ｇ程度）で押込み可能となっており、可動範囲は、押込み棒８１を最も引き込む初期位置から最も押出す押込み位置の間となっている。

押込み棒８１は、金属ナトリウムＮを中空部１０５内へ十分に押込むことができるように、ホルダ７１の上端部から軸端ガイド７２の下端部までの長さよりも例えば１５ｍｍほど長く設定されている。

金属ナトリウム押込み手段８０は、導入準備状態における金属ナトリウムガイド手段７０のホルダ７１内にある金属ナトリウムＮを上方から押込み棒８１によって押圧する。これにより、ホルダ７１内に保持されている金属ナトリウムＮをエンジンバルブ１００の中空部１０５へ押込む（導入する）ことができる。このとき、傘中空部１０５ｂにおいてゲッタ材Ｇは片寄せされているため、押込まれた金属ナトリウムＮの下端部は、内底面１０３ａの中心部に直接接触する。

さらに、金属ナトリウム押込み手段８０は、このときエンジンバルブ１００の開口部１０４から突出した金属ナトリウムＮの突出部Ｎ１の上端部を押込み棒８１によって押圧する。このとき、内底面１０３ａに接触している金属ナトリウムＮは漸次融解し、金属ナトリウム押込み手段８０は、押込み棒８１を初期位置から押込み位置に移動させることにより、金属ナトリウムＮを、エンジンバルブ１００の中空部１０５において、開口部１０４から下向きに例えば１５ｍｍほど押込むことができる。

ここで、金属ナトリウム押込み手段８０は、状況に応じて金属ナトリウムＮへの押圧力を以下のように変化させてもよい。

例えば、ホルダ７１内にある金属ナトリウムＮを押出す場合（金属ナトリウムＮをエンジンバルブ１００の中空部１０５へ導入する場合）には、金属ナトリウムＮを、例えば５０ｇ程度の押圧力で押圧する（第１押込み）。また、押圧中に金属ナトリウムＮがエンジンバルブ１００の中空部１０５内の途中で引っかかってしまった場合には、金属ナトリウムＮを、例えば１００ｇ程度の押圧力で押圧する（第２押込み）。また、エンジンバルブ１００の底部１０３が加熱されている場合であって、金属ナトリウムＮの下端部がエンジンバルブ１００の内底面１０３ａに接触した場合（加熱された内底面１０３ａに金属ナトリウムＮを押付けて融解させる場合）には、金属ナトリウムＮを、例えば３００ｇ程度の押圧力で押圧する（第３押込み）。

このように、金属ナトリウム押込み手段８０の押圧力を適宜変更することによって、消費電力の効率化を図るとともに、金属ナトリウムＮの融解を適切に行うことができる。

また、図３（ａ）に示すように、金属ナトリウム押込み手段８０は、金属ナトリウムＮにおける突出部Ｎ１の上端部を押込む際に、当該上端部の周囲を覆う軸端ガイド７２のガイド孔７３ｂによって、金属ナトリウムＮの撓みが抑えられるため、金属ナトリウムＮを破損することなく中空部１０５内へ押込むことができる。そして、押込まれた金属ナトリウムＮは、ゲッタ材Ｇが片寄せされるとともに中心部が熱せられた内底面１０３ａに直接下端部が押付けられることにより、確実に融解する。これにより、ゲッタ材Ｇへの熱の影響を最小限に止めつつ、融解した金属ナトリウムＮを中空部１０５（傘中空部１０５ｂ）に効率よく充填することができる。また、中空部１０５の深さよりも長い金属ナトリウムＮを充填することができるため、金属ナトリウムＮの充填工程を１回で完了させることができ、充填作業効率の向上を図るととともに、金属ナトリウムＮを中空部１０５内に充填させるための設備を小型化することができ、コストの抑制を図ることができる。

金属ナトリウム押込み手段８０は、金属ナトリウムＮの充填が完了したことに基づいて、押込み棒８１を押込み位置から初期位置に移動させて、中空部１０５から押込み棒８１を引き抜く。

（充填判断手段９０）
図２に示すように、充填判断手段９０は、金属ナトリウム押込み手段８０に電気的に接続され、押込み棒８１が押込み位置に移動したことに基づいて、エンジンバルブ１００の中空部１０５への金属ナトリウムＮの充填が完了したと判断する。なお、タイマ（図示略）を設け、金属ナトリウム押込み手段８０による金属ナトリウムＮの押圧開始（第３押込み）から所定時間経過したことに基づいて、充填判断手段９０は金属ナトリウムＮの充填が完了したと判断してもよい。

充填判断手段９０が、金属ナトリウムＮの充填が完了したと判断したことに基づいて、バルブ傾斜手段４０は、金属ナトリウム押込み手段８０により押込み棒８１が引き抜かれた後に、把持アーム４１を水平位置に戻すとともに、エンジンバルブ１００に対する把持を解除して、エンジンバルブ１００を重量計測手段２０上に載置する。重量計測手段２０は、載置されたエンジンバルブ１００（金属ナトリウムＮの導入後のエンジンバルブ１００）の重量を計測する。

（金属ナトリウムＮの充填までの流れ）
図６に示すように、ゲッタ材Ｇが投入されたエンジンバルブ１００に対して、不活性ガス供給手段１０は、中空部１０５内に不活性ガスを噴出し（ステップＳ１）、重量計測手段２０は金属ナトリウムＮの導入前の重量を計測する（ステップＳ２）。

（片寄せ工程）
バルブ傾斜手段４０は、重量が計測された軸方向が垂直状態のエンジンバルブ１００を、例えば４５度傾かせて傾斜状態に変位させる（ステップＳ３）。
バルブ振動手段４６は、傾斜状態のエンジンバルブ１００を振動させる（ステップＳ４）。その結果、傘中空部１０５ｂ内のゲッタ材Ｇを完全に片寄せすることができる。

（加熱工程）
また、加熱部５１は、傾斜状態のエンジンバルブ１００における底部１０３の中心部を例えば１５０℃まで加熱する（ステップＳ５）。

（冷却材押圧工程、融解工程）
その後、金属ナトリウムガイド手段７０及び金属ナトリウム押込み手段８０は、金属ナトリウムＮを傾斜状態のエンジンバルブ１００の中空部１０５へ導入し［第１押込み］（ステップＳ６）、さらに、金属ナトリウム押込み手段８０は、金属ナトリウムＮを、開口部１０４から突出した突出部Ｎ１の上端部から押込み棒８１により押込む［第３押込み］（ステップＳ７）。これにより、金属ナトリウムＮの下端部がエンジンバルブ１００の内底面１０３ａに押付けられ、融解し、金属ナトリウムＮは中空部１０５内に充填される。なお、ステップS６とステップS７の金属ナトリウムＮの中空部１０５への導入から押込みは、作業工程間にインターバルはなく、連続的に行われる。

（充填確認工程）
充填判断手段９０により、金属ナトリウムＮの充填が完了したと判断されると（ステップＳ８でＹＥＳ）、バルブ傾斜手段４０は、エンジンバルブ１００を水平位置に戻して、重量計測手段２０に載置する。重量計測手段２０は、金属ナトリウムＮが充填されたエンジンバルブ１００の重量を計測し（ステップＳ９）、規定量判断手段３０は、エンジンバルブ１００の重量が適切（規定量）と判断すると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、特別な処理は行わず、一連の処理は終了する。

一方、ステップＳ８において、充填判断手段９０の充填完了の判断がされない場合は（ステップＳ８でＮＯ）、ステップＳ８の判断（条件分岐）は繰り返し行われる。また、ステップＳ１０において、規定量判断手段３０が、エンジンバルブ１００の重量が適切（規定量）ではないと判断した場合は（ステップＳ１０でＮＯ）、製造ラインを停止させる処理を実行する（ステップＳ１１）。

なお、上記片寄せ工程において、バルブ振動手段４６によりエンジンバルブ１００を振動させる工程（ステップＳ４）を省略してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、上記の実施形態に対して、次のような変形や変更を施すことが可能である。また、上記の本発明の一実施形態、及び下記変形例におけるそれぞれの構成部材や処理や条件等を適宜組み合わせることが可能である。

（変形例１）
上記実施形態では、各工程装置を一つずつ配置して、エンジンバルブ１００を一つずつ処理するようにしているが、それに限定されず、処理に時間を要する一部の工程装置を並列に配置して、複数のエンジンバルブ１００を一部工程において並列に処理するようにしてもよい。

（変形例２）
上記実施形態では、金属ナトリウムＮを棒状に成形し、一時保持し、エンジンバルブ１００の中空部１０５に押し込む処理を、金属ナトリウム成形手段６０、金属ナトリウムガイド手段７０、及び金属ナトリウム押込み手段８０の各手段によって行っているが、単一の手段（金属ナトリウム供給装置）で行うようにしてもよい。この場合、予め、金属ナトリウムＮを棒状に成形したものを用意して、エンジンバルブ１００の中空部１０５に押し込む処理のみを行うようにしてもよい。

ｅ 点領域
Ｇ ゲッタ材 Ｎ 金属ナトリウム
１ 冷却材充填装置 ２ 固定板
４ 支持柱 ４ａ回転軸
５ 基台 ５ａ 回転軸
１０ 不活性ガス供給手段 １１ 中空管
１１ａ 供給管 １２ ノズル
２０ 重量計測手段
３０ 規定量判断手段
４０ バルブ傾斜手段 ４１ 把持アーム
４１ａ アーム部 ４１ｂ 把持部
４３ 傾斜機構 ４３ａ 伸縮手段
４３ｂ 回転リンク ４６ バルブ振動手段
５０ バルブ加熱手段 ５１ 加熱部
５２ 誘導加熱電源 ５３ コイル部
５３ａ ベース ５３ｂ 加熱集中部
５４ 温度制御部 ５５ 位置変動部
５５ａ 回転アーム ５５ｂ 回転制御部
５７ サーマルカメラ
６０ 金属ナトリウム成形手段 ６１ シリンダ
６１ａ テーパ孔 ６２ ピストン
６３ ノズル ６４ カッタ
７０ 金属ナトリウムガイド手段 ７１ ホルダ
７１ａ 挿通孔 ７２ 軸端ガイド
７３ 貫通孔 ７３ａ テーパ孔
７３ｂ ガイド孔 ７３ｃ 嵌合孔
７４ ストッパ ７４ａ ストッパ部
７４ｂ 伸縮手段 ７５ ベース板
７６ 可動板
８０ 金属ナトリウム押込み手段 ８１ 押込み棒
８２ ロッドホルダ ８３ 押圧手段
９０ 充填判断手段
１００ エンジンバルブ １０１ 軸部
１０２ 傘部 １０３ 底部
１０３ａ 内底面 １０３ｂ 外底面
１０４ 開口部 １０５ 中空部
１０５ａ 軸中空 １０５ｂ 傘中空部

Claims (4)

1. 軸部及び前記軸部の一端に傘状に拡径する傘部の内部に中空の中空部を有する傘中空エンジンバルブにおける前記軸部の他端の開口から前記中空部へゲッタ材を投入可能かつ、冷却材を充填可能な冷却材充填装置であって、
   軸方向が垂直状態の前記傘中空エンジンバルブを傾斜状態へ傾かせるバルブ傾斜手段と、
   棒状の前記冷却材を一時的に保持可能な筒状のホルダを有する冷却材ガイド手段と、
   前記ホルダに一時的に保持された前記冷却材を、前記中空部内に押込むことが可能な棒状の押込み棒を有する冷却材押込み手段と、
   前記傘部の底部の中心部を前記冷却材の融点よりも高い温度まで加熱可能であって、前記中空部内に押込まれて前記底部に接触した前記冷却材を融解可能な部分加熱手段と、を備えることを特徴とする傘中空エンジンバルブの冷却材充填装置。
2. 前記冷却材ガイド手段は、前記押込み棒によって前記中空部に押込まれた前記中空部の深さよりも長い前記冷却材の下端部が前記中空部内の前記底部に接触した際に、前記冷却材の前記開口から突出した部分を周囲から覆う筒状の軸端ガイドを、前記ホルダの下方に設けることを特徴とする請求項１記載の傘中空エンジンバルブの冷却材充填装置。
3. 前記所定角度傾いた前記傘中空エンジンバルブを振動させることが可能なバルブ振動手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の傘中空エンジンバルブの冷却材充填装置。
4. 軸部及び前記軸部の一端に傘状に拡径する傘部の内部に中空の中空部を有する傘中空エンジンバルブにおける前記軸部の他端の開口から前記中空部へ冷却材を充填可能な冷却材の充填方法であって、
   前記傘中空エンジンバルブを斜めに傾けることにより、前記中空部内に投入されたゲッタ材を前記中空部の端に寄せる片寄せ工程と、
   棒状の前記冷却材を前記開口から前記中空部内に押込む冷却材押圧工程と、
   前記傘部の底部の中心部を前記冷却材の融点よりも高い温度まで加熱することにより、前記中空部内に押込まれて前記底部に接触した前記冷却材を融解させる融解工程と、を実行することを特徴とする傘中空エンジンバルブの冷却材の充填方法。

Images