JPH0587256A - 中空バルブおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 高温となっているバルブ傘部から低温のバル
ブ軸端側への熱の移動が良好になされるようにしてバル
ブ傘部表面の冷却を効率良く行う。 ［構成］ 内部に冷却材２を封入した中空バルブ１であ
って、冷却材２が中空孔１ｃのバルブ軸端側に常に密着
して存在する密着冷却材２ａを有すると共に、密着冷却
材２ａのうちバルブ傘部１ａ側の一部が溶融することに
より高温のバルブ傘部より熱を奪って高熱伝導度の密着
冷却材２ａに効率的に熱を伝達する溶融冷却材２ｂの移
動空間３を有するものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レシプロ機関のバルブ
として利用され、とくに内部に冷却材が封入された中空
バルブおよびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷却材封入型の中空バルブとして
は、例えば、図２に示すような構造をなすものがある。

【０００３】この図２に示す中空バルブ１１は、オース
テナイト系耐熱鋼（ＳＵＨ）を熱間鍛造により加工して
バルブ傘部１１ａとバルブ軸部１１ｂを有するバルブ粗
材に成形し、前記バルブ粗材のバルブ軸部１１ｂにドリ
ル孔をあけて中空孔１１ｃを形成し、この中空孔１１ｃ
に冷却材１２の塊を入れた後、軸端部材１１ｄを摩擦圧
接面Ｆで摩擦圧接することにより接合して中空孔１１ｃ
を塞ぎ、所定の熱処理および機械加工を行うことにより
製造されたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の冷却材封入型の中空バルブ１１にあっては、
融点が高くかつ熱伝導度の低い冷却材酸化物１２ａが低
温のバルブ軸端側における中空孔１１ｃの内壁に堆積し
て厚い断熱層として形成されるため、高温となっている
バルブ傘部１１ａからの熱移動が低温のバルブ軸端側で
遮断されたり、熱伝導度の高い非酸化金属冷却材１２が
より多く消費されたりすることとなる結果、バルブの冷
却作用が十分に得られないものとなる可能性がないとは
いえないという問題点があり、このような問題点を解決
することが課題となっていた。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、このような従来の課題にかん
がみてなされたもので、高温となっているバルブ傘部か
ら低温のバルブ軸端側への熱の移動が良好かつ円滑にな
されると共に、酸化されていない健全な冷却材が消費さ
れずに残存することにより、バルブ傘部表面の冷却を十
分効率よく行うことが可能である冷却性能の優れた中空
バルブを提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる中空バル
ブは、中空孔に冷却材を封入した中空バルブにおいて、
前記冷却材が前記中空孔のバルブ軸端側に常に密着して
存在する密着冷却材を有すると共に、前記密着冷却材の
うちバルブ傘部側の一部が溶融することにより高温のバ
ルブ傘部より熱を奪って高熱伝導度の前記密着冷却材に
効率的に熱を伝達する溶融冷却材の移動空間を有する構
成としたことを特徴としており、このような中空バルブ
の製造に用いられる本発明に係わる中空バルブの製造方
法は、中空孔に冷却材を封入した中空バルブを製造する
にあたり、前記中空孔の内部に冷却材を装入し且つバル
ブ傘部側を上にすると共にバルブ軸端側を下にした倒立
状態で前記冷却材を溶融したのち前記倒立状態のままで
冷却し、前記冷却材が前記中空孔のバルブ軸端側に常に
密着して存在する密着冷却材として凝固させ、前記バル
ブ傘部側を下にすると共にバルブ軸端側を上にした正立
状態で前記密着冷却材のうちバルブ傘部側の一部が溶融
することにより前記高温のバルブ傘部より熱を奪って高
熱伝導度の前記密着冷却材に効率的に熱を伝達する溶融
冷却材の移動空間を形成する構成としたことを特徴とし
ており、上記した中空バルブおよびその製造方法に係わ
る発明の構成を前述した従来の課題を解決するための手
段としている。

【０００７】本発明に係わる中空バルブおよびその製造
方法において、中空バルブのバルブ傘部およびバルブ軸
部の材質はとくに限定されないが、通常はオーステナイ
ト系の耐熱鋼が使用され、必要に応じてバルブ傘部には
高合金の肉盛溶接層が設けられる。

【０００８】また、前記中空バルブに形成した中空孔に
封入される冷却材の材質においてもとくに細かくは限定
されないが、例えば、融点が５００℃以下、固体状態で
の熱伝導度が０．２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以上
でかつ密度が５．０ｇ／ｃｍ³ 以下のアルカリ金属（周
期律表のＩ_A ）を除く共晶合金を用いることができ、よ
り具体的には例えばＭｇ−Ｚｎ系合金などが用いられ
る。

【０００９】この場合、冷却材の融点が高すぎると、使
用時において冷却材が溶融しにくくなり、溶融冷却材の
攪拌作用による冷却効果が低下する傾向となるので、冷
却材の融点は５００℃以下のものとすることがとくに望
ましい。

【００１０】また、冷却材の熱伝導度が低くなると冷却
材による冷却効果が小さいなものとなるので、冷却材の
熱伝導度は固体状態において０．２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
ｃ・ｄｅｇ以上のものとすることがとくに望ましい。

【００１１】さらに、冷却材の密度が大きくなるとバル
ブの慣性重量が増大することとなるので、冷却材の密度
はバルブ母材の密度よりも小さなものであることが望ま
しく、バルブの慣性重量をより一層低下させてバルブ運
動の改善効果を得ることができるようにするためには、
冷却材の密度は５．０ｇ／ｃｍ³ 以下のものとすること
がとくに望ましい。

【００１２】さらにまた、前記冷却材と共に中空孔内に
Ｔｉ，Ｚｒ等の酸素ゲッター材を同時に封入するように
なすことも必要に応じて望ましく、このような酸素ゲッ
ター材を封入しておくことによって冷却材の酸化物が形
成されるのを防止することができるようになる。

【００１３】

【発明の作用】本発明に係わる中空バルブによれば、高
温となった状態で密着冷却材のうちバルブ傘部側の一部
が溶融することにより高温のバルブ傘部より熱を奪って
高熱伝導度の前記密着冷却材に効率的に熱を伝達する溶
融冷却材の移動空間を有しているので、高温となってい
るバルブ傘部からの低温のバルブ軸端側への熱の移動が
前記移動空間内で移動する溶融冷却材を介して良好かつ
円滑になされるようになると共に、酸化されていない健
全な冷却材が消費されずに残存していることから、バル
ブ傘部の冷却が十分効率よくなされるようになる。

【００１４】また、本発明に係わる中空バルブの製造方
法によれば、上述した冷却性能の優れた中空バルブの製
造が容易に実現されるようになる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明に係わる中空バルブの一実施例
を示すものであって、この中空バルブ１は、バルブ傘部
１ａとバルブ軸部１ｂを有していると共にバルブ軸部１
ｂからバルブ傘部１ａにかけての内部に中空孔１ｃを有
し、中空孔１ｃ内には冷却材２を封入した構造をなすも
のである。

【００１６】そして、前記冷却材２は、中空バルブ１の
低温時において前記中空孔１ｃのバルブ軸端側に常に密
着して存在する密着冷却材２ａとなっていると共に、中
空バルブ１のバルブ傘部１ａでの温度上昇時において前
記密着冷却材２ａのうちバルブ傘部１ａ側の一部が溶融
することにより高温のバルブ傘部１ａから熱を奪って高
熱伝導度の前記密着冷却材２ａに効率的に熱を伝達する
溶融冷却材２ｂの移動空間３を有する構造となってい
る。

【００１７】このような構造をなす中空バルブ１を製造
するに際しては、例えば、この実施例においてオーステ
ナイト系耐熱鋼であるＳＵＨ３６からなる棒材を熱間鍛
造してバルブ傘部１ａとバルブ軸部１ｂを有するバルブ
粗材に形成し、前記バルブ粗材のバルブ軸部１ｂに直径
４ｍｍ，深さ５０ｍｍの中空孔１ｃをあけ、この中空孔
１ｃの中に冷却材２として共晶合金であるＭｇ−２６原
子％Ｚｎの塊を２．５ｇ装入する。

【００１８】このとき、冷却材２としての共晶合金が溶
融時に中空孔１ｃ内の残存酸素と反応して冷却材２の酸
化物が形成されるのを防ぐために、ＴｉやＺｒなどの金
属粉末を酸素ゲッター材として同時に０．１ｇ程度装入
するようになすことも必要に応じて望ましい。

【００１９】続いて、前記バルブ粗材とマルテンサイト
系耐熱鋼であるＳＵＨ１１からなるバルブ軸端部材１ｄ
とを摩擦圧接面Ｆで摩擦圧接することにより中空孔１ｃ
を塞ぐ。

【００２０】この後、バルブ母材（オーステナイト系耐
熱鋼；ＳＵＨ３６）の時効熱処理時に、バルブ傘部１ａ
側を上にすると共にバルブ軸端側を下にした倒立状態と
して、例えば７００℃に１時間加熱する時効熱処理を行
うことにより冷却材２を溶融したのちこの倒立状態のま
まで冷却する。この倒立状態での冷却によって熱伝導の
良い金属冷却材２がバルブ中空孔１ｃのバルブ軸端側に
密着して凝固した密着冷却材２ａとなり、バルブ傘部２
ａに近い中空孔１ｃの内壁に前記溶融時に浮いていたス
ラグから成る薄い酸化物層４が形成された中空バルブ１
が得られる。

【００２１】一方、純ＴｉやＺｒなどの酸素ゲッター材
を前記冷却材２と共に封入した中空バルブ１において
は、この冷却材２の酸化物からなる層の形成はほとんど
見られないものとなる。

【００２２】こうして、エンジン稼働時の高温状態にお
いてもバルブ軸端側の中空孔１ｃには溶融しない密着冷
却材２ａが常時存在すると共に、前記密着冷却材２ａの
うちバルブ傘部１ａ側の一部が溶融して溶融冷却材２ｂ
となり、この溶融冷却材２ｂが移動空間３内で移動する
ことにより、高温のバルブ傘部１ａより熱を奪って高熱
伝導度の前記密着冷却材２ａに効率的に熱を伝達してス
ムーズな冷却が行われるようになる。

【００２３】

【評価例】次に、図１に示した本発明実施例の冷却材封
入型中空バルブ１と、図２に示した比較例１の冷却材封
入型中空バルブ１１と、冷却材を封入しない比較例２の
中実バルブとをそれぞれ実機エンジンの排気側に組み込
み、表１に示すエンジン運転条件で１時間運転して、各
実施例および比較例のバルブにおけるバルブ傘部表面１
ｅの最高温度を測定した。これらの結果を表２に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】表２に示すように、本発明実施例１，２の
場合には比較例１，２の場合に比べてバルブ傘部表面１
ｅの最高温度がかなり低いものとなっており、冷却材２
と共に酸素ゲッター材を封入した実施例２の方がこれら
を封入しない実施例１に比べてより大きな冷却効果が得
られていることが明らかである。

【００２７】

【発明の効果】本発明に係わる中空バルブによれば、冷
却材が中空孔のバルブ軸端側に常に密着して存在する密
着冷却材を有すると共に、前記密着冷却材のうちバルブ
傘部側の一部が溶融することにより高温のバルブ傘部よ
り熱を奪って高熱伝導度の前記密着冷却材に効率的に熱
を伝達する溶融冷却材の移動空間を有する構成としたか
ら、高温となっているバルブ傘部から低温のバルブ軸端
側への熱の移動が良好かつ円滑になされると共に、酸化
されていない健全な金属冷却材が消費されずに残存する
ことにより、バルブ傘部表面の冷却を十分効率良く行う
ことが可能になるという著しく優れた効果が得られ、ま
た、本発明に係わる中空バルブの製造方法によれば、上
記顕著な効果を有する中空バルブを容易にそして生産性
良く製造することが可能であるという優れた効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による冷却材封入型中空バル
ブの構造を示す説明図である。

【図２】従来の冷却材封入型中空バルブの構造を示す説
明図である。

【符号の説明】 １ 中空バルブ １ａ バルブ傘部 １ｂ バルブ軸部 １ｃ 中空孔 １ｄ バルブ軸端部材 １ｅ バルブ傘部表面 ２ 冷却材 ２ａ 密着冷却材 ２ｂ 溶融冷却材 ３ 溶融冷却材の移動空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江 平 淳 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 片 瀬 康 亨 神奈川県藤沢市石川2958 富士バルブ株式 会社内 (72)発明者 阿久津 英 俊 埼玉県桶川市上日出谷1230 三菱マテリア ル株式会社内 (72)発明者 中 山 宏 明 埼玉県桶川市上日出谷1230 三菱マテリア ル株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空孔に冷却材を封入した中空バルブに
   おいて、前記冷却材が前記中空孔のバルブ軸端側に常に
   密着して存在する密着冷却材を有すると共に、前記密着
   冷却材のうちバルブ傘部側の一部が溶融することにより
   高温のバルブ傘部より熱を奪って高熱伝導度の前記密着
   冷却材に効率的に熱を伝達する溶融冷却材の移動空間を
   有することを特徴とする中空バルブ。
2. 【請求項２】 中空孔に冷却材を封入した中空バルブを
   製造するにあたり、前記中空孔の内部に冷却材を装入し
   且つバルブ傘部側を上にすると共にバルブ軸端側を下に
   した倒立状態で前記冷却材を溶融したのち前記倒立状態
   のままで冷却し、前記冷却材が前記中空孔のバルブ軸端
   側に常に密着して存在する密着冷却材として凝固させ、
   前記バルブ傘部側を下にすると共にバルブ軸端側を上に
   した正立状態で前記密着冷却材のうちバルブ傘部側の一
   部が溶融することにより前記高温のバルブ傘部より熱を
   奪って高熱伝導度の前記密着冷却材に効率的に熱を伝達
   する溶融冷却材の移動空間を形成することを特徴とする
   中空バルブの製造方法。