KR102122919B1 - 중공 포핏 밸브의 제조 방법 - Google Patents

중공 포핏 밸브의 제조 방법 Download PDF

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마사히로 메구로
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니탄 밸브 가부시키가이샤
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Abstract

중공부에 다량의 냉각재를 장전할 수 있는 중공 포핏 밸브의 제조 방법을 제공한다. 우산부(14)로부터 축(12)에 걸쳐 연장되는 중공부에 냉각재(19)를 장전한 중공 포핏 밸브의 제조 방법이며, 압출기(20)로 압출한 점토상의 냉각재(19)를 커터(20)로 소정 길이로 절단하여 냉각재 로드(19a)를 형성하고, 밸브 중간품(11)의 중공부(S)에 상당하는 구멍의 개구부로부터 중공부(S)에 삽입하는 로드 삽입 공정과, 구멍(S)의 개구부를 밀폐하는 밀폐 공정을 구비하고, 로드 삽입 공정에서는, 복수회에 나누어 냉각재 로드(19a, 19b)를 구멍(S)에 삽입한다. 냉각재 로드(19a)의 길이가 짧은 만큼 변형이나 구부러짐이 적어, 구멍(S)의 내주면과 간섭하기 어렵기 때문에, 로드 직경을 크게 하여 냉각재(19)의 장전량을 늘릴 수 있다.

Description

중공 포핏 밸브의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING HOLLOW POPPET VALVE}
포핏 밸브의 우산부로부터 축부에 걸쳐 형성된 중공부에 냉각재가 장전된 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 관한 것이다.
축단부에 우산부(傘部)를 일체적으로 형성한 포핏 밸브의 우산부로부터 축부에 걸쳐 중공부가 형성되고, 밸브의 모재보다 열전도율이 높은 냉각재(예를 들면, 금속 나트륨, 융점 약98℃)가 불활성 가스와 함께 중공부에 장전된 중공 포핏 밸브가 알려져 있다.
밸브의 중공부는 우산부 내로부터 축부 내로 연장되어 있고, 축부 내에만 중공부를 설치한 밸브에 비해 중공부의 용적이 크고, 그만큼 많은 양의 냉각재를 중공부에 장전할 수 있으므로, 밸브의 열전도성(이하, 밸브의 열빠짐 효과라고 함)을 높일 수 있다. 특히, 우산부 내에 축부 내의 소직경 중공부보다 직경이 큰 대직경 중공부가 형성되어 있는 중공부 구조에서는, 보다 많은 양의 냉각재를 중공부에 장전할 수 있기 때문에, 밸브의 열빠짐 효과가 한층 더 우수하다.
즉, 엔진 구동에 의해 연소실은 고온이 되는데, 연소실의 온도가 지나치게 높으면, 노킹이 발생하여 소정의 엔진 출력이 얻어지지 않아, 연비의 악화(엔진의 성능의 저하)로 이어진다. 그래서, 연소실의 온도를 낮추기 위해서, 연소실에서 발생하는 열을 밸브를 통하여 적극적으로 열전도시키는 기술(밸브의 열빠짐 효과를 높이는 기술)로서, 냉각재를 불활성 가스와 함께 중공부에 장전한 각종 중공 밸브가 제안되어 있다.
하기 특허문헌 1, 2는 이러한 종류의 중공 밸브를 제조하는 종래의 방법으로, 특허문헌 1에는 용기 내의 용융 금속 나트륨을 노즐을 통하여 하방의 밸브의 중공부 내에 주입하는 방법이 기재되고, 하기 특허문헌 2에는 용기 내의 점토상의 금속 나트륨을 압출기에 의해 압출하여, 하방의 밸브의 중공부 내에 주입할 때에, 노즐로부터 압출된 금속 나트륨을 냉각하면서 밸브의 중공부 내에 주입하는 방법이 기재되어 있다.
일본 특개 평3-18605 일본 특개 평4-232318
특허문헌 1에서는, 다량의 냉각재를 밸브의 중공부에 주입할 수 있지만, 용기 내의 금속 나트륨을 용융 상태로 유지할 필요가 있고, 또한 주입 도중의 금속 나트륨이 밸브와 접촉하여 냉각 경화하여 주입이 방해되지 않도록, 설비의 온도 관리가 필요하게 되는 등, 밸브의 제조 설비에 비용이 든다.
특허문헌 2에서는, 노즐로부터 압출된 가늘고 긴 점토상의 금속 나트륨이 냉각 경화된 상태에서 밸브의 중공부 내에 주입되는데, 주입되는 금속 나트륨이 가늘고 길기 때문에 밸브 중공부의 내주면과 간섭하여, 원활한 주입이 저해되어 중공부의 안쪽까지 주입할 수 없다. 즉, 노즐로부터 압출된 점토상의 금속 나트륨은 냉각 경화되어 있지만, 중공부의 깊이에 상당하는 길이를 가지는 형상(굵기에 비해 길이가 매우 긴 형상)이기 때문에, 만곡되어 진직성이 나쁜 경우가 많이 있어 원활한 주입을 할 수 없다.
또한, 금속 나트륨을 원활하게 주입하기 위해서는, 주입하는 가늘고 긴 점토상의 금속 나트륨의 직경을 밸브 중공부의 내경보다 충분히 작게 하면 대응할 수 있는데, 주입된 금속 나트륨과 중공부 내주면 사이의 간극이 커져, 중공부 내에 있어서의 금속 나트륨의 장전량이 적어지는 만큼, 밸브의 열빠짐 효과가 높아지지 않는다는 문제가 있다.
그래서 발명자는 압출기로부터 압출된 가늘고 긴 점토상의 금속 나트륨을 밸브 중공부에 삽입할 때에, 많은 양을 삽입하기 위해서는, 첫번째로는 가늘고 긴 점토상의 금속 나트륨의 외경을 중공부의 내경에 근접시켜도, 밸브 중공부의 내주면과 간섭하지 않도록 원활하게 삽입할 수 있는 것이 바람직하다. 그것을 위해서는 삽입하는 가늘고 긴 금속 나트륨의 길이를 짧게 하여, 가늘고 긴 금속 나트륨의 구부러짐을 적게 하면(진직성을 높이면) 된다.
두번째로는 중공부 내에 가늘고 긴 금속 나트륨을 간극없이 삽입할 수 있는 것이 바람직하다. 그것을 위해서는 삽입한 금속 나트륨을 누름봉으로 압압하여, 금속 나트륨과 중공부 내주면 사이의 간극을 없애면 된다.
그리고, 이들 방법을 실제로 시험했더니, 매우 유효한 것이 확인되어 이번 특허출원에 이른 것이다.
본 발명은 선행 특허문헌에 대한 발명자의 상기한 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 목적은 중공부에 다량의 냉각재를 삽입할 수 있는 공정을 구비한 중공 포핏 밸브의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명(청구항 1)에 따른 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 있어서는,
포핏 밸브의 우산부로부터 축부에 걸쳐 형성된 중공부에 냉각재가 장전된 중공 포핏 밸브를 제조하는 방법에 있어서,
압출기의 노즐로부터 직선형상으로 압출된 점토상의 냉각재를 절단하여 소정 길이의 냉각재 로드를 형성하는 냉각재 로드 형성 공정과,
상기 중공부에 상당하는 구멍이 설치된 밸브 중간품의 이 구멍의 개구부로부터 이 구멍에 상기 냉각재 로드를 삽입하는 냉각재 로드 삽입 공정과,
상기 구멍의 개구부를 밀폐하는 밀폐 공정을 구비한 중공 포핏 밸브의 제조 방법으로서,
상기 냉각재 로드 삽입 공정에서는, 복수회에 나누어 냉각재 로드를 상기 밸브 중간품의 구멍에 삽입하도록 구성했다.
(작용) 냉각재 로드 삽입 공정에 있어서, 밸브 중간품의 중공부에 상당하는 구멍에 예를 들면 2회에 나누어 냉각재 로드를 삽입하는 경우는, 삽입하는 냉각재 로드 각각의 길이가 1회에 삽입하는 경우에 필요한 냉각재 로드의 길이의 예를 들면 약 절반이 된다.
냉각재 로드의 길이가 짧으면 그 변형이나 구부러짐이 작아, 밸브 중간품의 구멍에 삽입할 때의 구멍의 내주면과의 간섭을 회피할 수 있다. 이 때문에, 냉각재 로드의 외경을 밸브 중간품의 구멍 직경(중공부의 내경)에 보다 가까운 값으로 설정함으로써, 삽입된 냉각재 로드와 중공부 내주면 사이의 간극이 감소하는 만큼, 그 만큼 다량의 냉각재를 밸브 중간품의 중공부에 상당하는 구멍에 삽입할 수 있다.
청구항 2에 있어서는, 청구항 1에 기재된 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 있어서,
상기 밸브 중간품의 구멍에 삽입된 냉각재 로드를 누름봉에 의해 압압하는 냉각재 로드 압압 공정을 구비하도록 구성했다.
(작용) 밸브 중간품의 구멍에 삽입된 냉각재 로드와 구멍의 내주면 사이에는 약간의 간극이 형성되는데, 누름봉에 의해 압압된 냉각재 로드는 구멍의 내주면에 밀착하도록 소성 변형하여, 냉각재 로드 외주에 발생한 간극이 소실된다. 즉, 소실되는 간극 상당만큼 많은 냉각재를 밸브 중간품의 구멍에 삽입할 수 있다.
또, 냉각재 로드 삽입 공정에 있어서, 밸브 중간품의 구멍에 삽입되는 냉각재 로드가 구멍(중공부)의 도중에 걸려 중공부의 안쪽까지 삽입되지 않는 경우에도, 누름봉이 냉각재 로드를 누르기 때문에, 냉각재 로드는 구멍(중공부)의 안쪽까지 확실하게 삽입된다.
청구항 3에 있어서는, 청구항 2에 기재된 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 있어서,
상기 냉각재 로드 압압 공정에서는, 상기 밸브 중간품의 구멍의 개구부로부터 삽입한 상기 누름봉의 삽입량에 기초하여, 상기 냉각재 로드의 유무 및 상기 냉각재 로드 길이의 적부를 판단하도록 구성했다.
(작용) 청구항 2에 나타내는 바와 같이, 누름봉은 밸브 중간품의 구멍에 삽입된 냉각재 로드를 압압하여, 구멍의 내주면에 밀착하도록 소성 변형시키는 작용을 구비하고 있는데, 이 누름봉의 하방으로의 이동량은 냉각재 로드가 구멍에 확실히 삽입되어 있는지 여부, 또한 냉각재 로드의 길이가 적정한지 여부를 검출한다는 작용도 구비하고 있다.
즉, 밸브 중간품의 구멍에 적정한 길이의 냉각재 로드가 삽입되어 있는 경우는 누름봉의 하방으로의 이동량은 일정하다. 한편, 어떠한 이유로 구멍에 냉각재 로드가 삽입되어 있지 않거나, 냉각재 로드의 길이가 지나치게 짧은 경우, 또는 반대로 냉각재 로드의 길이가 지나치게 긴 경우는, 누름봉의 구멍 내 하방으로의 이동량이 설정 범위외가 된다.
청구항 4에 있어서는, 청구항 1 내지 3의 중 어느 한 항에 기재된 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 있어서,
상기 냉각재 로드 형성 공정에서는, 하방에 개구하는 상기 노즐에 정면으로 마주 대하도록 원통형상의 지그를 배치하고, 노즐로부터 압출된 냉각재가 그 선단측으로부터 상기 지그 내에 삽입되도록 구성하고,
상기 노즐로부터 소정량의 냉각재가 압출되면, 상기 노즐로부터의 냉각재의 압출 동작이 정지함과 아울러, 상기 노즐 근방에 설치한 커터가 작동하여 직선형상의 냉각재를 소정 위치에서 절단하고, 절단된 소정 길이의 냉각재 로드가 상기 지그 내에 수용 유지되도록 구성했다.
(작용) 예를 들면, 압출기의 노즐로부터 한번에 압출되는 냉각재의 양을 관리함으로써, 커터에 의해 절단된 냉각재는 설계값대로의 길이의 냉각재 로드로서 원통형상의 지그에 수용 유지된다.
또, 노즐로부터 압출된 냉각재는 그 선단측으로부터 원통형상의 지그 내에 삽입되어 곧은 직선형상으로 유지된 상태에서, 직교하는 방향으로 커터로 절단되므로, 커터에 의해 절단되는 부위가 변형되지 않고, 냉각재 로드의 절단 단면이 냉각재의 연장 방향에 대하여 직교하는 평면이 된다.
또, 커터에 의해 절단된 냉각재 로드는 절단됨과 동시에 원통형상의 지그에 수용 유지되므로, 냉각재 로드가 다른 부재와 접촉하면 변형하기 쉬운 금속 나트륨이어도 변형시키지 않고 냉각재 로드 삽입 공정에 반송할 수 있다.
따라서, 냉각재 로드 삽입 공정에 반송된 냉각재 로드는 절단 단면이 변형되어 있지 않는 곧은 직선형상의 냉각재 로드이기 때문에, 밸브 중간품의 중공부에 상당하는 구멍의 내주면과 간섭시키지 않고 원활하게 냉각재 로드를 구멍에 삽입할 수 있다.
청구항 5에 있어서는, 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 있어서,
상기 냉각재 로드 형성 공정에 있어서 상기 지그 내에 수용 유지된 냉각재 로드는 지그에 수용된 상태에서 상기 냉각재 로드 삽입 공정에 반송되어, 상기 밸브 중간품의 중공부에 상당하는 구멍의 개구부 상방에 정면으로 마주 대하도록 배치됨과 아울러, 가스압에 의해 상기 지그로부터 압출되어 상기 밸브 중간품의 상기 구멍에 삽입되도록 구성했다.
(작용) 지그 내의 냉각재 로드는 가스압에 의해 밸브 중간품의 중공부에 상당하는 구멍에 원활하게 또한 순간적으로 삽입되므로, 냉각재 로드가 외기에 접촉하는 시간이 매우 짧다. 즉, 냉각재 로드 삽입 공정에 있어서, 지그 내의 냉각재 로드를 밸브 중간품의 구멍에 삽입할 때까지의 시간이 매우 짧으므로, 냉각재가 금속 나트륨과 같이 산화하기 쉬운 것인 경우에 특히 유효하며, 냉각재 로드를 지그로부터 밸브 중간품의 구멍에 밀어넣기 위해 사용하는 고압 가스로서는 불활성 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
불활성 가스를 채용하면, 압출기의 노즐로부터 압출된 냉각재는 밸브 중간품의 중공부에 상당하는 구멍에 삽입될 때까지의 동안의 산화가 확실하게 억제되므로, 냉각재 로드 표면이 끈적거리지 않고, 밸브 중간품의 중공부에 상당하는 구멍으로의 원활한 삽입이 방해되는 일도 없다.
또, 청구항 6에 있어서는, 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 있어서,
상기 밸브 중간품의 우산부 바닥면에는, 축부측의 소직경 중공부에 연통하는 우산부측의 대직경 중공부가 개구하고,
상기 냉각재 로드 삽입 공정에서는, 상기 대직경 중공부의 개구부로부터 상기 냉각재 로드를 삽입하고,
상기 밀폐 공정에서는, 상기 대직경 중공부의 개구부에 캡을 용접하도록 구성했다.
(작용) 밸브 중간품은 축부측의 소직경 중공부에 연통하는 우산부측의 대직경 중공부가 우산부 바닥면측에 개구하는 구조로, 대직경 중공부의 개구부로부터 냉각재 로드를 삽입한 후에, 대직경 중공부의 개구부에 캡을 용접하여 중공부를 밀폐함으로써, 냉각재를 중공부에 장전한 중공 포핏 밸브를 제조할 수 있다.
또, 청구항 7에 있어서는, 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 있어서,
상기 밸브 중간품의 축단부에는, 우산부측의 대직경 중공부에 연통하는 축부측의 소직경 중공부가 개구하고,
상기 냉각재 로드 삽입 공정에서는, 상기 소직경 중공부의 개구부로부터 상기 냉각재 로드를 삽입하고,
상기 밀폐 공정은 상기 소직경 중공부가 개구하는 상기 밸브 중간품의 축단부에 축단 부재를 접합하도록 구성했다.
(작용) 밸브 중간품은 우산부측의 대직경 중공부에 연통하는 축부측의 소직경 중공부가 축단부에 개구하는 구조로, 축단부의 개구부로부터 냉각재 로드를 삽입한 후에, 축단부에 축단 부재를 접합하여 중공부를 밀폐함으로써, 냉각재를 중공부에 장전한 중공 포핏 밸브를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 의하면, 냉각재 로드 삽입 공정에 있어서, 다량의 냉각재를 밸브 중간품의 중공부에 상당하는 구멍에 삽입할 수 있으므로, 중공부에 다량의 냉각재가 장전된 열빠짐 효과가 우수한 중공 포핏 밸브가 제공된다.
청구항 2에 따른 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 의하면, 보다 다량의 냉각재를 밸브 중간품의 중공부에 상당하는 구멍에 삽입할 수 있으므로, 중공부에 의해 다량의 냉각재가 장전된 열빠짐 효과가 한층 더 우수한 중공 포핏 밸브가 제공된다.
청구항 3에 따른 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 의하면, 밸브 중간품의 중공부에 삽입된 냉각재의 양이 누름봉에 의해 직접 관리되므로, 중공부에 장전되는 냉각재의 양은 항상 일정하게 되어, 일정한 품질의 중공 포핏 밸브가 제공된다.
청구항 4에 따른 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 의하면, 냉각재 로드 형성 공정에서 형성된 냉각재 로드는 지그에 수용 유지되어 냉각재 로드 삽입 공정에 반송되므로, 냉각재 로드 삽입 공정에서 취급하는 냉각재 로드는 절단 단면이 변형되어 있지 않는 곧은 직선형상의 냉각재 로드이며, 밸브 중간품의 중공부에 상당하는 구멍으로의 삽입이 용이하게 되는 만큼, 냉각재 로드 삽입 공정을 원활하게 수행할 수 있다.
청구항 5에 따른 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 의하면, 중공부에 장전하는 냉각재가 산화하기 쉬운 것이어도, 압출기의 노즐로부터 압출된 후, 밸브 중간품의 중공부에 상당하는 구멍에 삽입될 때까지의 동안의 산화가 확실하게 억제되므로, 중공부에 다량의 산화하기 쉬운 냉각재가 장전된 열빠짐 효과가 우수한 중공 포핏 밸브가 제공된다.
청구항 6에 따른 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 의하면, 우산부 바닥면측에 중공부에 상당하는 구멍이 개구하는 밸브 중간품을 사용하여, 중공부에 다량의 냉각재를 장전한 중공 포핏 밸브를 제조할 수 있다.
청구항 7에 따른 중공 포핏 밸브의 제조 방법에 의하면, 축단부에 중공부에 상당하는 구멍이 개구하는 밸브 중간품을 사용하여, 중공부에 다량의 냉각재를 장전한 중공 포핏 밸브를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예 방법에 의해 제조한 중공 포핏 밸브의 종단면도이다.
도 2는 동일 중공 포핏 밸브가 개폐 동작(축방향으로 왕복 동작)할 때의 중공부 내의 냉각재의 움직임을 확대하여 나타내는 도면으로, (a)는 밸브 폐쇄 상태로부터 밸브 개방 상태로 이행할 때의 냉각재의 움직임을 나타내는 도면이며, (b)는 밸브 개방 상태로부터 밸브 폐쇄 상태로 이행할 때의 냉각재의 움직임을 나타내는 도면이다.
도 3은 동일 중공 포핏 밸브의 제조 공정을 나타내는 도면으로, (a)는 축단부에 우산부 외각(外殼)을 성형하는 밸브 중간품의 단조 공정 후에, 우산부 외각의 오목부 바닥면으로부터 소직경 중공부를 뚫는 구멍 뚫기 공정을 나타내는 도면, (b)는 제1 압출기에 의해 압출된 냉각재를 절단하여 지그에 수용 유지하는 제1 냉각재 로드 형성·유지 공정을 나타내는 도면, (c)는 제1 냉각재 로드를 밸브 중간품의 우산부 외각의 오목부로부터 소직경 중공부에 삽입하는 제1 냉각재 로드 삽입 공정을 나타내는 도면, (d)는 소직경 중공부 내의 냉각재 로드를 누름봉으로 압압하는 제1 냉각재 로드 압압 공정을 나타내는 도면, (e)는 제2 압출기에 의해 압출된 냉각재를 절단하여 지그에 수용 유지하는 제2 냉각재 로드 형성·유지 공정을 나타내는 도면, (f)는 제2 냉각재 로드를 밸브 중간품의 우산부 외각의 오목부로부터 대직경 중공부에 삽입하는 제2 냉각재 로드 삽입 공정을 나타내는 도면, (g)는 대직경 중공부 내의 냉각재 로드를 누름봉으로 압압하는 제2 냉각재 로드 압압 공정을 나타내는 도면, (h)는 우산부 외각의 오목부(대직경 중공부)의 개구부에 캡을 용접하는 개구부 밀폐 공정을 나타내는 도면이다.
도 4는 냉각재 로드를 수용 유지하는 지그의 구조를 나타내는 종단면도로, (a)는 제1 냉각재 로드를 수용 유지하는 제1 지그의 종단면도, (b)는 제2 냉각재 로드를 수용 유지하는 제2 지그의 종단면도이다.
도 5는 지그의 하단 가이드부의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 6은 하단 가이드부의 저면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예 방법에 의해 제조한 중공 포핏 밸브의 종단면도이다.
도 8은 동일 중공 포핏 밸브의 제조 공정을 나타내는 도면으로, (a)는 축단부에 우산부 외각을 성형하는 밸브 중간품의 단조 공정 후에, 축단부로부터 우산부까지 연장되는 중공부에 상당하는 구멍을 뚫는 구멍 뚫기 공정을 나타내는 도면, (b)는 제1 압출기에 의해 압출된 냉각재를 절단하여 지그에 수용 유지하는 제1 로드 형성·유지 공정을 나타내는 도면, (c)는 제1 냉각재 로드를 밸브 중간품의 축단부의 구멍의 개구부로부터 중공부에 삽입하는 제1 냉각재 로드 삽입 공정을 나타내는 도면, (d)는 중공부 내의 냉각재 로드를 누름봉으로 압압하는 제1 냉각재 로드 압압 공정을 나타내는 도면, (e)는 제2 압출기에 의해 압출된 냉각재를 절단하여 지그에 수용 유지하는 제2 냉각재 로드 형성·유지 공정을 나타내는 도면, (f)는 제2 냉각재 로드를 밸브 중간품의 축단부의 구멍의 개구부로부터 중공부에 삽입하는 제2 냉각재 로드 삽입 공정을 나타내는 도면, (g)는 중공부 내의 냉각재 로드를 누름봉으로 압압하는 제2 냉각재 로드 압압 공정을 나타내는 도면, (h)는 밸브 중간품의 축단부에 축단 부재를 축접촉하는 개구부 밀폐 공정을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예 방법에 의해 제조한 중공 포핏 밸브의 종단면도이다.
도 10은 동일 중공 포핏 밸브의 제조 공정의 주요부를 나타내는 도면으로, (a)는 제1 냉각재 로드 삽입 공정에 의해 중공부에 제1 냉각재 로드가 삽입된 상태의 밸브 중간품의 단면도, (b)는 중공부에 삽입된 제1 냉각재 로드를 누름 부재로 압압한 상태의 밸브 중간품의 단면도이다.
다음에, 본 발명의 실시형태를 실시예에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예 방법에 의해 제조된 내연 기관용의 중공 포핏 밸브를 나타내고, 도 2는 동일 중공 포핏 밸브가 개폐 동작(축방향으로 왕복 동작)할 때의 중공부 내의 냉각재의 움직임을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 1에 있어서, 부호 10은 곧게 연장되는 축부(12)의 일단측에 외경이 서서히 커지는 R형상의 필릿부(13)를 통하여 우산부(14)가 일체적으로 형성된 내열 합금제의 중공 포핏 밸브이며, 우산부(14)의 외주에는 테이퍼형상의 페이스부(16)가 설치되어 있다.
상세하게는 축부(12)의 일단부에 우산부 외각(14a)이 일체적으로 형성된 축일체형 밸브 중간품(이하, 간단히 밸브 중간품이라고 함)(11)(도 1, 3 참조)과, 우산부 외각(14a)의 원추대형상의 오목부(14b)에 있어서의 개구부(대직경 중공부(S1)의 개구부)(14c)에 용접된 원반형상의 캡(18)에 의해, 우산부(14)로부터 축부(12)에 걸쳐서 중공부(S)가 설치된 중공 포핏 밸브(10)가 구성되고, 중공부(S)에는 냉각재(금속 나트륨)(19)가 아르곤 가스 등의 불활성 가스와 함께 장전되어 있다. 냉각재(19)는 예를 들면 중공부(S)의 용적의 60~90%의 양이 봉입되어 있다.
또한, 도 1에 있어서의 부호 2는 실린더 헤드이며, 부호 6은 연소실(4)로부터 연장되는 배기 통로이며, 배기 통로(6)의 연소실(4)로의 개구 둘레가장자리부에는 밸브(10)의 페이스부(16)가 맞닿을 수 있는 테이퍼면(8a)을 구비한 원환형상의 밸브 시트(8)가 설치되어 있다. 부호 3은 실린더 헤드(2)에 설치된 밸브 삽입통과 구멍이며, 밸브 삽입통과 구멍(3)의 내주면에는 밸브(10)의 축부(12)가 슬라이딩접촉하는 밸브 가이드(3a)가 배열설치되어 있다. 부호 9는 밸브(10)를 밸브 폐쇄 방향으로 가압하는 밸브 스프링이다.
또, 중공부(S)는 우산부(14) 내에 설치된 원추대형상의 대직경 중공부(S1)와, 축부(12) 내에 설치된 직선형상(봉형상)의 소직경 중공부(S2)가 직교하도록 연통되는 구조이며, 대직경 중공부(S1)의 원형 천정면(소직경 중공부(S2)의 개구 둘레가장자리부인 우산부 외각(14a)의 원추대형상의 오목부(14b)의 바닥면)(14b1)은 밸브(10)의 중심축선(L)에 대하여 직교하는 평면으로 구성되어 있다.
즉, 대직경 중공부(S1)에 있어서의 소직경 중공부(S2)와의 연통부(P)에는 대직경 중공부(S1)측에서 보아 차양형상의 환형상 단차부(15)가 형성되어 있고, 이 환형상 단차부(15)의 대직경 중공부(S1)에 면하는 측(면)(14b1)이 밸브(10)의 중심축선(L)에 대하여 직교하는 평면으로 구성되어 있다. 바꾸어 말하면, 소직경 중공부(S2)의 개구 둘레가장자리부(우산부 외각(14a)의 원추대형상의 오목부(14b)의 바닥면)(14b1)와, 소직경 중공부(S2)의 내주면에 의해 차양형상의 환형상 단차부(15)가 구획형성되어 있다.
이 때문에, 밸브(10)가 개폐 동작할 때에, 대직경 중공부(S1) 내의 냉각재(액체)(19)에는 도 2(a)의 화살표 F1→F2→F3이나 도 2(b)의 화살표 F6→F8에 나타내는 바와 같이, 종방향 내측 회전의 순환류(대류)가 형성되고, 동시에 소직경 중공부(S2) 내의 냉각재(액체)(19)에도 난류(F4, F5나 F7)가 형성된다. 즉, 밸브(10)의 개폐 동작시에, 중공부(S) 내 전체의 냉각재(액체)(19)에 형성되는 대류(순환류)나 난류에 의해, 중공부(S) 내의 냉각재(액체)(19)의 하층부, 중층부, 상층부가 적극적으로 교반되게 되어, 밸브(10)에 있어서의 열빠짐 효과(열전도성)가 대폭 개선되고 있다.
또한, 밸브(10)가 개폐 동작할 때에, 대직경 중공부(S1) 내의 냉각재(액체)(19)에 종방향 내측 회전의 순환류(대류)가 형성되고, 동시에 소직경 중공부(S2) 내의 냉각재(액체)(19)에도 난류가 형성되어, 중공부(S) 내의 냉각재(액체)(19)의 하층부, 중층부, 상층부가 적극적으로 교반된다는 작용에 대해서는 2012년 10월 2일 출원의 PCT/JP2012/075452에 상세하게 설명되어 있다.
다음에, 중공 포핏 밸브(10)의 제조 공정을 도 3에 기초하여 설명한다.
우선, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 열간 단조에 의해, 원추대형상의 오목부(14b)를 설치한 우산부 외각(14a)와 축부(12)를 일체적으로 형성한 밸브 중간품(11)을 성형한다. 우산부 외각(14a)에 있어서의 원추대형상의 오목부(14b)의 바닥면(14b1)은 축부(12)(밸브 중간품(11)의 중심축선(L))에 대하여 직교하는 평면으로 형성되어 있다.
열간 단조 공정으로서는 금형을 순차적으로 바꾸는 압출 단조이며, 내열 합금제 블록으로부터 밸브 중간품(11)을 제조하는 압출 단조, 또는 업세터로 내열 합금제 봉재의 단부에 구형상부를 업세팅한 후에, 금형을 사용하여 밸브 중간품(11)(의 우산부 외각(14a))을 단조하는 업셋 단조의 어느 것이어도 된다. 또한, 열간 단조 공정에 있어서, 밸브 중간품(11)의 우산부 외각(14a)과 축부(12) 사이에는 R형상 필릿부(13)가 형성되고, 우산부 외각(14a)의 외주면에는 테이퍼형상 페이스부(16)가 형성된다.
다음에, 우산부 외각(14a)의 오목부(14b)가 상방향이 되도록 밸브 중간품(11)을 배치하고, 우산부 외각(14a)의 오목부(14b)의 바닥면(14b1)으로부터 축부(12)에 걸쳐, 소직경 중공부(S2)에 상당하는 소정 깊이의 구멍(14e)(도 3(a)의 일점쇄선 참조)을 드릴 가공에 의해 뚫는다(구멍 뚫기 공정).
이 구멍 뚫기 공정에 의해, 대직경 중공부(S1)를 구성하는 우산부 외각(14a)의 오목부(14b)와, 소직경 중공부(S2)를 구성하는 축부(12)측의 구멍(14e)이 연통함으로써, 오목부(14b)와 구멍(14e)의 연통부에는 오목부(14b)측에서 보아 차양형상의 환형상 단차부(15)(도 1 참조)가 형성된다.
한편, 도 3(b)에 나타내는 공정에서는 제1 압출기(20)의 노즐(21)로부터 직선형상으로 압출된 점토상의 냉각재(금속 나트륨)(19)를 소정의 길이로 절단하고, 절단한 냉각재 로드(19a)를 제1 지그(30)에 수용 유지하는 제1 로드 형성·유지 공정이 행해진다.
즉, 하방향으로 배열설치된 제1 압출기(20)의 노즐(21)의 근방에는 노즐(21)로부터 직선형상으로 압출된 점토상의 냉각재(19)를 절단하는 커터(22)가 설치되고, 커터(22)의 하방 소정 위치에는 노즐(21)로부터 압출되어 자중으로 하방으로 수하되는 직선형상의 냉각재(19)를 그 선단측으로부터 받아들임과 아울러, 커터(22)에 의해 절단된 냉각재 로드(19a)를 수용 유지하기 위한 지그(30)가 배치되어 있다.
지그(30)는 도 4(a)에 나타내는 바와 같이 투명 아크릴 수지제의 원통형상의 지그 본체(32)와, 중앙에 원형 구멍(34a)이 설치되어 하방으로 개구하는 컵형의 가이드부(34)가 각각의 중심축이 일치하도록 하우징(31)에 의해 상하로 일체화된 구조로, 지그 본체(32)에는 지그 본체(32) 내에 수용하는 냉각재 로드(19a)를 담지하는 걸음 핀(33)이 설치되어 있다.
상세하게는 지그 본체(32)에는 직경 방향으로 관통하여 연장되는 핀 삽입통과 구멍(32a)이 설치됨과 아울러, 핀 삽입통과 구멍(32a)을 따라 진퇴 동작 가능한 걸음 핀(33)이 설치되어 있다. 그리고, 걸음 핀(33)이 지그 본체(32) 내에 돌출되는 형태에서는, 지그 본체(32) 내의 냉각재 로드(19a)의 하단부가 걸음 핀(33)에 의해 담지되는데, 핀(33)을 후퇴시켜 지그 본체(32)로부터 뽑아낸 형태에서는, 핀(33)의 담지가 없어진 냉각재 로드(19a)는 자중으로 하방으로 이동 가능하게 된다. 즉, 가이드부(34)의 원형 구멍(34a)을 통과하여 하방으로 낙하 가능하게 된다.
또한, 제1 압출기(20)의 노즐(21)의 내경은 밸브(10)의 소직경 중공부(S2)의 내경(예를 들면, 3.0mmφ)보다 약간 작은 치수(예를 들면, 2.5mmφ)로 형성되어 있고, 노즐(21)로부터 압출되는 직선형상의 냉각재(19) 및 절단된 냉각재 로드(19a)의 외경은 각각 2.5mmφ로 형성된다. 또, 냉각재 로드(19a)의 길이는 축부(12) 내에 소직경 중공부(S2)의 길이보다 약간 짧아지도록 설정되고, 지그 본체(32)의 길이는 냉각재 로드(19a)의 설정 길이보다 약간 길게 구성되어 있다.
또, 지그 본체(32)의 내경은 노즐(21)로부터 압출되는 직선형상의 냉각재(19)를 원활하게 받아들임 가능하도록, 압출되는 직선형상의 냉각재(19)의 외경(예를 들면, 2.5mmφ)보다 충분히 큰 예를 들면 3.5mmφ로 형성되어 있다. 또, 가이드부(34)의 원형 구멍(34a)의 공경은 밸브(10)의 소직경 중공부(S2)의 내경(예를 들면, 3.0mmφ)과 동일한 3.0mmφ로 형성되어 있다.
또, 한번에 노즐(21)로부터 압출되는 냉각재(19)의 양(길이)은 예를 들면 압출기(20)에 내장되어 있는 피스톤(도시하지 않음)의 이동량에 의해 관리되어 있고, 피스톤의 이동 정지에 따라 노즐(21)로부터의 냉각재(19)의 압출 동작이 정지됨과 아울러, 커터(22)가 작동하고, 직선형상으로 연장되는 냉각재(19)를 소정의 길이로 절단한다. 즉, 노즐(21)로부터 압출되는 냉각재(19)의 양(길이)은 미리 결정되어 있고, 노즐(21)로부터 압출된 냉각재(19)는 그 선단측으로부터 원통형상의 지그 본체(32) 내에 삽입되어 곧게 직선형상으로 유지된 상태에서, 양측으로부터 커터(22)에 의해 직교하는 방향으로 절단되기 때문에, 절단되는 부위가 변형되지 않고, 게다가 냉각재 로드(19a)의 절단 단면은 냉각재(19)의 연장 방향에 대하여 직교하는 평면이 된다.
커터(22)에 의해 노즐(21)로부터 잘려 떨어진 냉각재(19)는 소정 길이의 냉각재 로드(19a)로서, 하방의 지그(30)(원통형상의 지그 본체(32))에 수용 유지되어, 도 3(c)에 나타내는 로드 삽입 공정에 반송된다.
도 3(c)에 나타내는 공정에서는 밸브 중간품(11)이 우산부 외각(14a)측을 위를 향하게 한 형태로 하방으로부터 지지되어 있고, 냉각재 로드(19a)를 수용한 지그(30)는 가이드부(34)의 오목부(35)가 밸브 중간품(11)의 우산부 외각(14a)에 걸어맞춰지도록 배치된다. 즉, 밸브 중간품(11)의 중심축(L)과 지그 본체(32)의 중심축(L1)이 일치하도록, 지그 본체(30)가 밸브 중간품(11)의 우산부 외각(14a)의 상방에 배치됨과 아울러, 지그 본체(32)의 상방 개구부에는 고압 가스 공급 노즐(38)(도 5 참조)이 걸어맞춤 유지된다.
그리고, 노즐(38)로부터 지그 본체(32) 내에 고압 아르곤 가스가 공급됨과 아울러, 지그 본체(32)로부터 걸음 핀(33)이 후퇴함으로써, 지그 본체(32) 내의 냉각재 로드(19a)는 가이드부(34)의 원형 구멍(34a)을 통과하여 하방의 밸브 중간품(11)의 소직경 중공부(S2) 내에 순간적으로 삽입된다.
또한, 가이드부(34)의 하측에는 도 4(a), 도 5, 도 6에 나타내는 바와 같이 밸브의 우산부(14)가 걸어맞춰질 수 있는 오목부(35)가 형성되고, 오목부(35)는 원형 구멍(34a)이 설치된 원형 천정면(35a)과, 원형 천정면(35a)의 외주 가장자리로부터 하방으로 연장되는 원통형의 제1 내주면(35b)으로 구성되어 있다.
그리고, 원형 천정면(35a)과 제1 내주면(35b)에는 천정면(35a)을 따라 반경방향으로 연장된 후, 제1 내주면(35b)을 따라 하방으로 연장되는 홈(36(36a, 36b))이 형성되어 있고, 이 홈(36(36a, 36b))은 지그 본체(32) 내의 냉각재 로드(19a)를 하방의 밸브 중간품(11)의 소직경 중공부(S2) 내에 삽입할 때에, 중공부(S) 내의 가스를 외부로 배출하는 가스 빼기 구멍으로서 기능한다.
즉, 가이드부(34)의 오목부(35)에 우산부 외각(14a)을 걸어맞춘 상태(원형 천정면(35a)에 우산부 외각(14)의 개구부 단면을 밀착시킨 상태)에서, 지그 본체(32) 내에 상방으로부터 고압 가스가 공급됨과 아울러 걸음 핀(33)이 후퇴하면, 지그 본체(32) 내의 냉각재 로드(19a)는 가스의 압력으로 밸브 중간품(11)의 소직경 중공부(S2) 내에 밀려들어가는데, 냉각재 로드(19a)에 압압된 중공부(S)(소직경 중공부(S2)) 내의 가스가 우산부 외각(14a)과 가이드부(34)의 오목부(35) 사이에 구획형성된 홈(36(36a, 36b))을 통하여 외부로 배출됨으로써, 냉각재 로드(19a)를 밸브 중간품(11)의 소직경 중공부(S2) 내에 순간적으로 삽입할 수 있다.
또, 고압 가스 공급 노즐(38)에는 가스압 검출 센서(38a) 및 표시등(38b)이 설치되어 있고, 표시등(38b)은 지그 본체(32) 내의 가스압이 소정값 이상으로 점등하고, 소정값 이하가 되었을 때에 소등하므로, 냉각재 로드(19a)가 지그 본체(32)로부터 확실하게 배출되어, 밸브 중간품(11)의 중공부(S)에 삽입된 것을 작업자가 시각적으로 확인할 수 있다.
상세하게는 도 5의 이점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 냉각재 로드(19a)의 후단부가 가이드부(34)의 원형 구멍(34a)을 통과하면, 고압 가스가 가스 빼기 구멍인 홈(36)을 통하여 배기되어, 지그 본체(32) 내의 압력이 저하되는데, 냉각재 로드(19a)의 일부라도 가이드부(34) 내에 존재하는 경우는 지그 본체(32) 내의 압력이 저하되지 않으므로, 표시등(38b)은 점등한 채로 있게 되기 때문에, 냉각재 로드(19a)의 지그(30)(의 가이드부(34))로부터의 배출이 불완전한 것을 시각적으로 인식할 수 있다.
도 3(c)에 나타내는 공정에 있어서, 냉각재 로드(19a)의 소직경 중공부(S2)로의 삽입이 종료되면, 지그(30)(지그 본체(32))가 제1 압출기(20)의 노즐(21)의 하방 소정 위치까지 반송되어 되돌아가고, 밸브 중간품(11)의 우산부 외각(14a)의 상방이 개방됨으로써, 도 3(d)에 나타내는 냉각재 로드 압압 공정으로 이행한다.
즉, 도 3(d)에 나타내는 공정에서는 밸브 중간품(11)의 소직경 중공부(S2) 내의 냉각재 로드(19a)를 상방으로부터 누름봉(40a)으로 눌러, 냉각재 로드(19a)를 소직경 중공부(S2)의 내주면에 밀착하도록 소성 변형시킨다. 즉, 냉각재(19)와 소직경 중공부(S2) 내주면 사이의 간극을 없애기 위해서, 누름봉(40a)으로 냉각재 로드(19a)를 압압한다.
이 때문에, 전공정(냉각재 로드 삽입 공정)에 있어서, 밸브 중간품(11)의 구멍에 삽입된 냉각재 로드(19a)가 소직경 중공부(S2)의 도중에 걸려 안쪽까지 삽입되지 않는 경우가 있어도, 누름봉(40a)이 냉각재 로드(19a)를 누르기 때문에, 냉각재 로드(19a)는 소직경 중공부(S2)의 안쪽까지 확실하게 삽입된다.
또, 누름봉(40a)의 하방으로의 이동량은 냉각재 로드(19a)가 소직경 중공부(S2)에 확실히 삽입되어 있는지 여부, 또한 냉각재 로드(19a)의 길이가 적정한지 여부를 검출할 수 있다. 즉, 적정한 길이의 냉각재 로드(19a)가 삽입되어 있는 경우는 누름봉(40a)의 하방으로의 이동량은 일정하다. 한편, 어떠한 이유로 소직경 중공부(S2)에 냉각재 로드(19a)가 삽입되어 있지 않거나, 냉각재 로드(19a)의 길이가 지나치게 짧은 경우, 또는 반대로 냉각재 로드(19a)의 길이가 지나치게 긴 경우는 누름봉(40a)의 중공부(S) 내 하방으로의 이동량이 설정 범위외가 된다.
이와 같이, 도 3(d)에 나타내는 냉각재 로드 압압 공정에서는 누름봉(40a)의 하방으로의 이동량으로부터, 냉각재 로드(19a)가 소직경 중공부(S2)에 적정하게 삽입되어 있는지 여부, 냉각재 로드(19a)의 길이가 적정한지를 검출할 수 있다.
한편, 도 3(d)에 나타내는 제1 냉각재 로드 압압 공정이 행해지고 있는 동안에, 도 3(e)에 나타내는 공정에서는 제2 압출기(20A)의 노즐(21A)로부터 직선형상으로 압출된 냉각재(19)를 커터(22A)로 절단하고, 절단한 소정 길이의 냉각재 로드(19b)를 하방에 배치한 제2 지그(30A)에 수용 유지하는 제2 로드 형성·유지 공정을 행한다.
도 3(e)에 나타내는 제2 로드 형성·유지 공정은 도 3(b)에 나타내는 제1 로드 수용·유지 공정에 대응하는 공정이며, 제2 압출기(20A)의 노즐(21A)의 내경은 대직경 중공부(S1)로의 삽입에 적합한 굵기의 냉각재 로드(19b)를 형성할 수 있도록, 소직경 중공부(S2)의 공경(예를 들면, 3.0mmφ)보다는 충분히 크고, 또한 대직경 중공부(S1)의 공경보다는 충분히 작은 소정값으로 형성되어 있다. 또한, 제2 압출기(20A)의 노즐(21A)로부터 압출되는 냉각재(19)의 양(길이)은 제1 압출기(20)의 경우와 마찬가지로 미리 결정되어 있고, 그 중복된 설명은 생략한다.
또, 제2 지그(30A)를 구성하는 투명 아크릴 수지제의 원통형상의 지그 본체(32A)의 축방향의 길이는 대직경 중공부(S1)로의 삽입에 적합한 냉각재 로드(19b)를 수용할 수 있도록, 대직경 중공부(S1)의 깊이에 대응한 소정의 길이로 형성되어 있다.
즉, 제2 지그(30A)는 기본적으로는 도 3(b), (c)에 나타내는 공정에서 사용하는 제1 지그(30A)와 마찬가지의 구조인데, 지그 본체(32A)의 내경 및 축방향 길이는 노즐(21A)로부터 압출되는 직선형상의 냉각재(19)를 원활하게 받아들일 수 있으며, 절단된 냉각재 로드(19b)를 수용 유지할 수 있는 소정의 크기로 형성되어 있다.
또, 하우징(31A)(도 4(b) 참조)에 의해 지그 본체(32A)에 연통하도록 일체화되어 있는 가이드부(34A)에 있어서도, 냉각재 로드(19b)를 통과할 수 있는 적절한 크기의 원형 구멍(34b)이 설치됨과 아울러, 가이드부(34A)의 하측에는 우산부 외각(14a)가 걸어맞춰질 수 있는 오목부(35)가 형성되고, 오목부(35)에는 가스 빼기 구멍으로서 기능하는 홈(36(36a, 36b))이 형성되어 있다.
그 밖에는 도 4(a), 도 5에 나타내는 제1 지그(30)와 동일하며, 동일한 부호를 붙임으로써 그 중복된 설명은 생략한다.
그리고, 도 3(e)에 나타내는 공정에 있어서, 압출기(20A)(의 노즐(21A))로부터 소정량(길이)의 냉각재(19)가 압출되면, 노즐(21)로부터의 냉각재(19)의 압출 동작이 정지함과 아울러, 커터(22)가 작동하고, 직선형상으로 연장되는 냉각재(19)를 소정의 길이로 절단한다.
노즐(21A)로부터 압출된 냉각재(19)는 그 선단측으로부터 원통형상의 지그 본체(32A) 내에 삽입되어 곧은 직선형상으로 유지된 상태에서, 양측으로부터 커터(22)에 의해 직교하는 방향으로 절단되어, 절단되는 부위가 변형되지 않으므로, 냉각재 로드(19b)의 절단 단면은 냉각재(19)의 연장 방향에 대하여 직교하는 평면이 된다.
노즐(21A)로부터 잘려 떨어진 냉각재(19)는 소정 길이의 냉각재 로드(19b)로서, 하방의 지그(30A)(원통형상의 지그 본체(32A))에 수용 유지되어, 도 3(f)에 나타내는 제2 냉각재 로드 삽입 공정에 반송된다.
도 3(f)에 나타내는 공정은 냉각재 로드(19b)를 대직경 중공부(S1)에 삽입하는 공정이며, 밸브 중간품(11)은 그 우산부 외각(14a)측을 위를 향하게 한 형태로 지지되어 있고, 밸브 중간품(11)의 소직경 중공부(S2)의 안쪽에는 냉각재(19)가 간극없이 장전되어 있다.
상세하게는 도 3(d)에 나타내는 제1 냉각재 압압 공정에 있어서, 누름봉(40a)에 의한 냉각재 로드(19a)의 압압이 종료되면, 누름봉(40a)이 당초의 소정 위치까지 뽑아내짐으로써, 밸브 중간품(11)의 우산부 외각(14a)의 상방이 개방된다. 그리고, 밸브 중간품(11)의 우산부 외각(14a)의 상방 소정 위치에는 도 3(e)에 나타내는 공정에 의해, 냉각재 로드(19b)를 수용한 지그(30A)(지그 본체(32A))가 도 3(f)에 나타내는 바와 같이 가이드부(34)의 오목부(35)가 우산부 외각(14a)에 걸어맞춰지도록 배치된다.
즉, 도 3(f)에 나타내는 제2 냉각재 로드 삽입 공정에서는 냉각재 로드(19b)를 수용한 지그(30A)가 밸브 중간품(11)과 지그 본체(32A)의 중심축이 일치하도록, 밸브 중간품(11)의 우산부 외각(14a)의 개구부 상방 소정 위치에 정확하게 위치 결정 유지됨과 아울러, 지그 본체(32A)의 상방 개구부에는 고압 가스 공급 노즐(38)(도 5 참조)이 걸어맞춤 유지된다.
그리고, 노즐(38)로부터 지그 본체(32A) 내에 고압 아르곤 가스를 공급함과 아울러, 지그 본체(32A)로부터 걸음 핀(33)이 후퇴함으로써, 지그 본체(32A) 내의 냉각재 로드(19b)는 가이드부(34)의 원형 구멍(34b)을 통과하여 하방의 밸브 중간품(11)의 대직경 중공부(S1) 내에 순간적으로 삽입된다.
도 3(f)에 나타내는 공정에 있어서, 냉각재 로드(19b)의 대직경 중공부(S1)로의 삽입이 종료되면, 지그(30)(지그 본체(32))가 제2 압출기(20A)의 노즐(21A)의 하방 소정 위치까지 반송되어 되돌아가고, 밸브 중간품(11)의 우산부 외각(14a)의 상방이 개방됨으로써, 도 3(g)에 나타내는 냉각재 로드 압압 공정으로 이행한다.
즉, 도 3(g)에 나타내는 공정에서는 밸브 중간품(11)의 소직경 중공부(S2) 내의 냉각재 로드(19a)를 상방으로부터 누름봉(40b)으로 눌러, 냉각재 로드(19b)의 일부를 소직경 중공부(S2) 내에 밀어넣음과 아울러, 냉각재 로드(19b)를 소직경 중공부(S2) 및 대직경 중공부(S1)의 내주면에 밀착하도록 소성 변형시킨다.
또한, 도 3(g)에 나타내는 냉각재 압압 공정에 있어서도, 누름봉(40b)의 하방으로의 이동량으로부터, 냉각재 로드(19b)가 대직경 중공부(S1)에 적정하게 삽입되어 있는지 여부, 냉각재 로드(19b)의 길이가 적정한지를 검출할 수 있다.
마지막으로 도 3(h)에 나타내는 공정에 있어서, 아르곤 가스 분위기하에서, 밸브 중간품(11)의 우산부 외각(14a)의 오목부(14b)의 개구부(14c)에 캡(18)을 용접(예를 들면, 저항 용접)하여, 밸브 중간품(11)의 중공부(S)를 밀폐한다(중공부 밀폐 공정). 캡(18)의 용접은 저항 용접 대신에 전자 빔 용접이나 레이저 용접 등을 채용해도 된다.
또한, 냉각재(19)인 금속 나트륨은 산화하기 쉬운 점에서, 도 3(b)~도 3(h)에 나타내는 공정은 냉각재(19)인 금속 나트륨의 산화를 최대한 피하기 위해서, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 분위기에 있어서 행하는 것이 바람직하다.
도 7, 8은 본 발명의 제2 실시예 방법에 의해 제조된 중공 포핏 밸브 및 동일 중공 포핏 밸브의 제조 공정을 나타낸다.
상기한 제1 실시예의 중공 포핏 밸브(10)의 대직경 중공부(S1)가 원추대형상으로 구성되어 있는 것에 대해, 이 제2 실시예의 중공 포핏 밸브(10A)의 중공부(S')는 우산부(14)로부터 축부(12)에 걸쳐 일정한 내경으로 형성되어 있다.
또, 축단부에 개구하고 우산부(14)로부터 축부(12a)에 걸쳐 중공부(S')에 상당하는 구멍이 설치된 밸브 중간품(11A)의 축부(12a)의 단부에는 기계적 강도가 우수한 축단 부재(12b)가 축접촉에 의해 일체화됨으로써, 냉각재(금속 나트륨)(19)를 장전한 중공부(S')에 상당하는 구멍이 밀폐되어 있다.
그 밖의 구성은 상기한 제1 실시예에 따른 중공 포핏 밸브(10)와 동일하며, 동일한 부호를 붙임으로써 그 중복된 설명은 생략한다.
다음에, 중공 포핏 밸브(10A)의 제조 공정을 도 8에 기초하여 설명한다.
우선, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 열간 단조 또는 업셋 단조에 의해, 우산부(14)와 축부(12a)를 일체적으로 형성한 밸브 중간품(11A)을 성형한다.
다음에, 축부(12a)의 단면으로부터 우산부(14)에 걸쳐, 중공부(S')에 상당하는 소정 깊이의 구멍(14e)(도 8(a)의 일점쇄선 참조)을 드릴 가공에 의해 뚫는다(구멍 뚫기 공정).
한편, 도 8(b)에 나타내는 공정에서는 제1 압출기(20)의 노즐(21)로부터 직선형상으로 압출된 점토상의 냉각재(19)를 커터(22)로 소정의 길이로 절단하고, 절단한 냉각재 로드(19c)를 제1 지그(30B)(의 원통형상의 지그 본체(32B))에 수용하는 제1 로드 형성·수용 유지 공정을 행한다.
제1 지그(30B)는 상기한 제1 실시예 방법에서 사용한 지그(30)(도 4, 5 참조)에 비해, 지그 본체(32B)가 지그 본체(32)에 비해 축방향의 길이가 짧게 형성되어 있는 점과, 가이드부(34B)의 오목부(35A)가 밸브 중간품(11A)의 축단부에 걸어맞춰질 수 있는 크기로 형성되어 있는 점이 상이하고, 그 밖에는 동일 구조이므로, 동일한 부호를 붙임으로써 중복되는 설명은 생략한다.
도 8(b)에 나타내는 공정에 있어서, 커터(22)에 의해 노즐(21)로부터 잘려 떨어진 냉각재(19)는 소정 길이의 냉각재 로드(19c)로서, 하방의 지그(30B)(원통형상의 지그 본체(32B))에 수용 유지되어, 도 8(c)에 나타내는 로드 삽입 공정으로 반송된다.
도 8(c)에 나타내는 공정에서는 밸브 중간품(11A)이 축단부에 있어서의 중공부(S')의 개구부를 위를 향하게 한 형태로 하방으로부터 지지되어 있고, 냉각재 로드(19c)를 수용한 지그(30B)는 가이드부(34A)의 오목부(35B)가 밸브 중간품(11A)의 축단부에 걸어맞춰지도록 배치되고, 지그 본체(32)의 상방 개구부에는 고압 가스 공급 노즐(38)(도 5 참조)이 걸어맞춤 유지된다.
그리고, 노즐(38)로부터 지그 본체(32B) 내에 고압 아르곤 가스가 공급됨과 아울러, 지그 본체(32B)로부터 걸음 핀(33)이 후퇴함으로써, 지그 본체(32B) 내의 냉각재 로드(19c)는 가이드부(34)의 원형 구멍(34a)을 통과하여 하방의 밸브 중간품(11A)의 중공부(S') 내에 순간적으로 삽입된다.
도 8(c)에 나타내는 공정에 있어서, 냉각재 로드(19c)의 중공부(S')로의 삽입이 종료되면, 지그(30B)(지그 본체(32B))가 제1 압출기(20)의 노즐(21)의 하방 소정 위치까지 반송되어 되돌아가고, 밸브 중간품(11A)의 축단부의 상방이 개방됨으로써, 도 8(d)에 나타내는 냉각재 로드 압압 공정으로 이행한다.
즉, 도 8(d)에 나타내는 공정에서는 밸브 중간품(11A)의 중공부(S') 내의 냉각재 로드(19c)를 상방으로부터 누름봉(40a)으로 눌러, 냉각재 로드(19c)를 중공부(S')의 내주면에 밀착하도록 소성 변형시킨다.
도 8(d)에 나타내는 제1 냉각재 압압 공정이 행해지고 있는 동안에, 도 8(e)에 나타내는 공정에서는 제2 압출기(20A)의 노즐(21)로부터 직선형상으로 압출된 냉각재(19)를 커터(22)로 절단하고, 절단한 소정 길이의 냉각재 로드(19d)를 하방에 배치한 제2 지그(30C)에 수용 유지하는 제2 냉각재 로드 형성·유지 공정을 행한다.
제2 지그(30C)는 도 8(b), (c)에서 사용하는 제1 지그(30B)와 동일 구조이므로, 동일한 부호를 붙임으로써 중복되는 설명은 생략한다.
도 8(e)에 나타내는 공정에 있어서, 노즐(21A)로부터 잘려 떨어진 냉각재(19)는 소정 길이의 냉각재 로드(19d)로서, 하방의 지그(30C)(원통형상의 지그 본체(32C))에 수용 유지되어, 도 3(f)에 나타내는 제2 냉각재 로드 삽입 공정으로 반송된다.
도 8(f)에 나타내는 공정은 냉각재 로드(19d)를 중공부(S')에 삽입하는 공정이며, 밸브 중간품(11A)은 그 축단부측을 위를 향하게 한 형태로 지지되어 있고, 밸브 중간품(11A)의 중공부(S')의 안쪽에는 냉각재(19)가 간극없이 장전되어 있다.
상세하게는 도 8(d)에 나타내는 제1 냉각재 압압 공정에 있어서, 누름봉(40a)에 의한 냉각재 로드(19c)의 압압이 종료되면, 누름봉(40a)이 당초의 소정 위치까지 뽑아내짐으로써, 밸브 중간품(11A)의 축단부의 상방이 개방된다. 그리고, 밸브 중간품(11A)의 축단부의 상방 소정 위치에는 도 8(e)에 나타내는 공정에 의해, 냉각재 로드(19d)를 수용한 지그(30C)(지그 본체(32C))는 도 8(f)에 나타내는 바와 같이 가이드부(34B)의 오목부(35A)가 밸브 중간품(11A)의 축단부에 걸어맞춰지도록 배치된다.
그리고, 노즐(38)을 통하여 지그 본체(32C) 내에 고압 아르곤 가스를 공급함과 아울러, 걸음 핀(33)을 뽑아냄으로써, 지그 본체(32C)의 하방으로 압출된 냉각재 로드(19d)가 밸브 중간품(11)의 중공부(S') 내에 순간적으로 삽입된다.
다음에, 도 8(g)에 나타내는 공정에서는 밸브 중간품(11A)의 중공부(S') 내의 냉각재 로드(19d)를 상방으로부터 누름봉(40b)으로 눌러, 중공부(S')의 내주면에 밀착하도록 소성 변형시킨다.
마지막으로 도 8(h)에 나타내는 공정에 있어서, 아르곤 가스 분위기하에서 밸브 중간품(11A)의 축단부에 축단 부재(12b)를 축접촉함으로써, 밸브(10A)의 중공부(S')를 밀폐한다(중공부 밀폐 공정).
또한, 냉각재(19)인 금속 나트륨은 산화하기 쉬운 점에서, 도 8(b)~도 8(h)에 나타내는 공정은 냉각재(19)인 금속 나트륨의 산화를 최대한 피하기 위해서, 불활성 가스 분위기에 있어서 행하는 것이 바람직하다.
또, 도 7, 8에 나타내는 제2 실시예의 중공 포핏 밸브(10A)에서는, 중공부(S')가 우산부로부터 축부에 걸쳐서 일정한 내경으로 형성되어 있고, 축단부에 개구하고 우산부(14)로부터 축부(12a)에 걸쳐 중공부(S')에 상당하는 구멍이 설치된 밸브 중간품(11A)의 축단부에 축단 부재(12b)가 축접촉에 의해 일체화됨으로써, 냉각재(19)를 장전한 중공부(S')에 상당하는 구멍을 밀폐하도록 구성되어 있는데, 본 발명 방법은 도 9, 10에 나타내는 제3 실시예의 중공 포핏 밸브(10B)와 같이, 우산부(14)측의 대직경 중공부(S1)와 축부(12)측의 소직경 중공부(S2)가 연통하는 중공부(S”)가 형성된 구조이며, 축단부에 개구하고 우산부(14)로부터 축부(12)에 걸쳐 중공부(S”)에 상당하는 구멍이 설치된 밸브 중간품(11B)의 축단부에 축단 부재(12b)가 축접촉에 의해 일체화됨으로써, 냉각재(19)를 장전한 중공부(S”)에 상당하는 구멍을 밀폐하는 밸브의 제조 방법에도 적용할 수 있다.
이 제3 실시예의 중공 포핏 밸브(10B)의 제조 공정은 도 8에 나타내는 중공 포핏 밸브(10A)의 제조 공정과 동일하며, 도 10(a), (b)은 도 8(c), (d)에 나타내는 공정에 각각 대응하는 도면이며, 도 10(a)은 제1 냉각재 로드 삽입 공정에 의해 소직경 중공부(S2)에 제1 냉각재 로드(19a)가 삽입된 밸브 중간품의 단면도를 나타내고, 도 10(b)은 소직경 중공부(S2)에 삽입된 제1 냉각재 로드(19a)를 누름 부재(40a)로 압압한 상태의 밸브 중간품의 단면도를 나타낸다.
도 10(b)에 나타내는 제1 냉각재 로드 압압 공정에서는, 중공부(S2) 내의 제1 냉각재 로드(19a)가 누름 부재(40a)로 압압됨으로써 대직경 중공부(S1) 내에 간극없이 충전된다.
그 밖의 공정은 도 8에 나타내는 중공 포핏 밸브(10A)의 제조 공정과 동일하므로, 그 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 상기한 제1, 제2, 제3 실시예 방법에서는 어느 경우도 2회에 나누어서 냉각재 로드를 밸브 중간품의 중공부에 상당하는 구멍에 삽입하고 있지만, 3회 이상으로 나누어서 삽입해도 된다.
또, 상기한 실시예 방법에서는 밸브의 중공부에 불활성 가스와 함께 냉각재(19)인 금속 나트륨이 장전된 중공 포핏 밸브(10, 10A, 10B)의 제조 방법에 대해서 설명했는데, 중공부(S, S', S”)에 장전하는 냉각재(19)로서는 금속 나트륨 대신에 산화하기 어려운 아연알루미늄 합금(ZnAl)이어도 된다.
아연알루미늄 합금은 산화하기 어렵기 때문에, 불활성 가스와 함께 밸브의 중공부에 장전할 필요는 없고, 공기와 함께 밸브의 중공부에 장전하도록 해도 되는 점에서, 냉각재를 보관하는 설비, 냉각재를 장전하는 설비가 각각 간결하게 되어, 그 만큼 중공 밸브의 제조 비용을 대폭 저감할 수 있다.
10, 10A, 10C…중공 포핏 밸브
11, 11A, 11B…밸브 중간품
12…축부
14…우산부
14a…우산부 외각
12b…축단 부재
14a…우산부 외각
14b…우산부 외각 전면측의 오목부
14b1…대직경 중공부의 원형의 천정면
14b2…우산부 외각의 원추대형상의 오목부 내주면
L…밸브의 중심축선
S, S', S”…중공부
S1…원추대형상의 대직경 중공부
S2…직선형상의 소직경 중공부
P…연통부
18…캡
19…냉각재
19a, 19b, 19c, 19d…냉각재 로드
40a, 40b…누름봉
30, 30A, 30B, 30C…지그
32, 32A, 32B, 32C…원통형상 지그 본체
34, 34A, 34B…가이드부
35, 35A…오목부
36(36a, 36b)…가스 빼기 구멍으로서 기능하는 홈
38…고압 가스 공급 노즐

Claims (11)

  1. 포핏 밸브의 우산부로부터 축부에 걸쳐 형성된 중공부에 냉각재가 장전된 중공 포핏 밸브를 제조하는 방법에 있어서,
    압출기의 노즐로부터 직선형상으로 압출된 점토상의 냉각재를 절단하여 소정 길이의 냉각재 로드를 형성하는 냉각재 로드 형성 공정과,
    상기 중공부에 상당하는 구멍이 설치된 밸브 중간품의 이 구멍의 개구부로부터 이 구멍에 상기 냉각재 로드를 삽입하는 냉각재 로드 삽입 공정과,
    상기 구멍의 개구부를 밀폐하는 밀폐 공정을 구비한 중공 포핏 밸브의 제조 방법으로서,
    복수회로 나누어 냉각재 로드를 상기 밸브 중간품의 구멍에 삽입하기 위해, 상기 냉각재 로드 삽입 공정을 복수 구비함과 아울러,
    상기 냉각재 로드 삽입 공정 후에는 상기 밸브 중간품의 구멍에 삽입된 냉각재 로드를 누름봉에 의해 압압하는 냉각재 로드 압압 공정을 각각 구비한 것을 특징으로 하는 중공 포핏 밸브의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각재 로드 압압 공정에서는, 상기 밸브 중간품의 구멍의 개구부로부터 삽입한 상기 누름봉의 삽입량에 기초하여, 상기 냉각재 로드의 유무 및 상기 냉각재 로드 길이의 적부를 판단하는 것을 특징으로 하는 중공 포핏 밸브의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 냉각재 로드 형성 공정에서는, 하방에 개구하는 상기 압출기의 노즐에 정면으로 마주 대하도록 원통형상의 지그가 배치되어, 상기 노즐로부터 압출된 냉각재가 그 선단측으로부터 상기 지그 내에 삽입되도록 구성되고,
    상기 노즐로부터 소정량의 냉각재가 압출되면, 상기 노즐로부터의 냉각재의 압출 동작이 정지함과 아울러, 상기 노즐 근방에 설치한 커터가 작동하여 직선형상의 냉각재를 소정 위치에서 절단하고, 절단된 소정 길이의 냉각재 로드는 상기 지그 내에 수용 유지되어, 상기 냉각재 로드 삽입 공정으로 반송되고,
    이 냉각재 로드 삽입 공정에서는 상기 지그의 하단에 설치된 하방에 개구하는 컵형 가이드부가 상기 밸브 중간품의 상단부에 걸어맞춰짐으로써, 상기 지그 내의 냉각재 로드는 상기 밸브 중간품의 구멍의 개구부 상방에 정면으로 마주 대하도록 배치됨과 아울러, 이 냉각재 로드 후단부에 작용하는 가스압에 의해 상기 지그로부터 하방으로 압출되어 상기 밸브 중간품의 구멍에 삽입되는데, 상기 컵형 가이드부에 있어서의 상기 밸브 중간품의 상단부와 걸어맞춰지는 오목부의 내면에는 상기 밸브 중간품의 구멍의 개구부 내와 상기 지그의 외부를 연통시키는 가스 빼기용의 홈이 설치되어, 상기 냉각재 로드의 삽입에 따라 압축되는 이 구멍 내의 기체가 상기 가스 빼기용의 홈을 통하여 지그 밖으로 배출되는 것을 특징으로 하는 중공 포핏 밸브의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 밸브 중간품의 우산부 바닥면에는 축부측의 소직경 중공부에 연통하는 우산부측의 대직경 중공부가 개구하고,
    상기 냉각재 로드 삽입 공정에서는, 상기 대직경 중공부의 개구부로부터 상기 냉각재 로드를 삽입하고,
    상기 밀폐 공정에서는, 상기 대직경 중공부의 개구부에 캡을 용접하는 것을 특징으로 하는 중공 포핏 밸브의 제조 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 밸브 중간품의 축단부에는 우산부측의 대직경 중공부에 연통하는 축부측의 소직경 중공부가 개구하고,
    상기 냉각재 로드 삽입 공정에서는, 상기 소직경 중공부의 개구부로부터 상기 냉각재 로드를 삽입하고,
    상기 밀폐 공정에서는, 상기 소직경 중공부가 개구하는 상기 밸브 중간품의 축단부에 축단 부재를 접합하는 것을 특징으로 하는 중공 포핏 밸브의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 냉각재 로드 삽입 공정은 축부측의 소직경 중공부에 대응하는 굵기의 냉각재 로드를 삽입하는 제1 냉각재 로드 삽입 공정과, 우산부측의 대직경 중공부에 대응하는 굵기의 냉각재 로드를 삽입하는 제2 냉각재 로드 삽입 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 중공 포핏 밸브의 제조 방법.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 밸브 중간품의 우산부 바닥면에는 축부측의 소직경 중공부에 연통하는 우산부측의 대직경 중공부가 개구하고,
    상기 냉각재 로드 삽입 공정에서는, 상기 대직경 중공부의 개구부로부터 상기 냉각재 로드를 삽입하고,
    상기 밀폐 공정에서는, 상기 대직경 중공부의 개구부에 캡을 용접하는 것을 특징으로 하는 중공 포핏 밸브의 제조 방법.
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 밸브 중간품의 축단부에는 우산부측의 대직경 중공부에 연통하는 축부측의 소직경 중공부가 개구하고,
    상기 냉각재 로드 삽입 공정에서는, 상기 소직경 중공부의 개구부로부터 상기 냉각재 로드를 삽입하고,
    상기 밀폐 공정에서는, 상기 소직경 중공부가 개구하는 상기 밸브 중간품의 축단부에 축단 부재를 접합하는 것을 특징으로 하는 중공 포핏 밸브의 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 냉각재 로드 삽입 공정은 축부측의 소직경 중공부에 대응하는 굵기의 냉각재 로드를 삽입하는 제1 냉각재 로드 삽입 공정과, 우산부측의 대직경 중공부에 대응하는 굵기의 냉각재 로드를 삽입하는 제2 냉각재 로드 삽입 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 중공 포핏 밸브의 제조 방법.
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