特許 7329201 エンジンのポペットバルブの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-09

(45)【発行日】2023-08-18

(54)【発明の名称】エンジンのポペットバルブの製造方法

(51)【国際特許分類】

   F01L 3/24 20060101AFI20230810BHJP

   F01L 3/14 20060101ALI20230810BHJP

   F01L 3/20 20060101ALI20230810BHJP

   B21K 1/22 20060101ALI20230810BHJP

   B21J 5/08 20060101ALI20230810BHJP

【ＦＩ】

F01L3/24 D

F01L3/14 A

F01L3/20 C

B21K1/22

B21J5/08 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021542377

(86)(22)【出願日】2020-03-30

(86)【国際出願番号】 JP2020014635

(87)【国際公開番号】W WO2021199190

(87)【国際公開日】2021-10-07

【審査請求日】2023-02-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000227157

【氏名又は名称】株式会社ＮＩＴＴＡＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100139745

【弁理士】

【氏名又は名称】丹波 真也

(74)【代理人】

【識別番号】100168088

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 悠

(74)【代理人】

【識別番号】100187182

【弁理士】

【氏名又は名称】川野 由希

(74)【代理人】

【識別番号】100207642

【弁理士】

【氏名又は名称】簾内 里子

(72)【発明者】

【氏名】吉野 良一

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 大樹

(72)【発明者】

【氏名】笹川 裕樹

【審査官】西山 智宏

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１８０８０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特許第４３９０２９１（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特公平６－９６１７７（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｌ ３／２４

Ｆ０１Ｌ ３／１４

Ｆ０１Ｌ ３／２０

Ｂ２１Ｋ １／２２

Ｂ２１Ｊ ５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端に向かって増径する首部を介して一体化される軸部と傘部を有するエンジンのポペットバルブの製造方法において、
中間軸部と、首部を介して前記中間軸部に一体化される傘部と、を備えた軸傘中間品を熱間鍛造によって形成する傘部製造工程と、
前記軸傘中間品の中間軸部の基端部から、中間軸部、首部及び傘部の内側に孔を空けて中間中空部を形成する中空部製造工程と、
中心軸線に向けて徐々に先細りとなる形状を有する軸材導入面と、前記軸材導入面の基端部に連続し、前記基端部と同一で前記中間軸部の外径よりも小さな一定の内径を備えた軸材圧縮面を少なくとも一部に備えた絞り孔を有する中空円孔金型に対し、線材導入面及び軸材圧縮面に前記中間軸部の一部を基端部から１回圧入する冷間絞り加工により、縮径された第１軸部と、軸材導入面によって形成される段差部と、段差部を介して前記第１軸部に滑らかに接続される未縮径部分の第２軸部と、を備えた段付軸部を前記中間軸部から形成し、前記第１軸部の縮径に伴って段付軸部の内側に前記中間中空部から段付中空部を形成する段付軸部製造工程と、
前記段付中空部に冷媒を装填した後で、前記第１軸部と同じ外径の軸端部を第１軸部の基端部に接合する接合工程と
を備えることを特徴とする、エンジンのポペットバルブの製造方法。

【請求項3】

前記段付軸部製造工程で縮径される第１軸部の第２軸部に対する外径の縮径率が３％以上１２％以下であることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンのポペットバルブの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

先端に向かって増径する首部を介して一体化される軸部と傘部を有するエンジンのポペットバルブの製造方法に関する技術。

【背景技術】

【0002】

一般にエンジンのポペットバルブの製造方法には、特許文献１の図２（ａ）から図２（ｄ）に示すように中実丸棒から太めの軸部と、首部及び傘部を形成し、太めの軸部に孔を空けた上で、孔の基端部側を縮径して傘部の外径に倣う傘形形状の傘中空部を先端側に形成する方法がある。傘底面に向かって内径が末広がりとなる傘中空部は、軸中空部よりも多くの冷媒を収納出来るため、傘部の冷却効率を向上させる点で意義がある。一方で、図２（ｄ）に示されるような傘中空部は、特許文献１の［００２７］に記載されているように図２（ｃ）の半完成品弁軸部に傘中空部の最大内径と同じ内径の半完成品中空孔を形成し、半完成品中空孔の先端に傘中空部を残しつつ半完成品弁軸部の基端部側を複数回（例えば８回～１５回）絞り加工し、図２（ｄ）に示す弁軸部の太さになるまで縮径させることによって形成される。

【0003】

一方、特許文献２には、図１（ｄ）に示すように、中間軸部の先端に傘部を有する軸傘中間品の中央に中空孔を空けて、中間軸部の一部を基端部から複数の転造ローラ（またはロータリースウェージング工法）で徐々に縮径することによって形成される第１軸部と、外径のより大きな第２軸部からなる段付軸部を軸傘中間品に形成し、併せて高温にさらされる第２軸部、首部及び傘部の内側には、高温にさらされにくく、第１軸部の内側の第１中空部よりも内径の大きな第２中空部を形成して冷媒の収納容積を大きく形成し、前記段付軸部の内側に第１及び第２中空部を含む段付中空部を形成することにより、傘中空部を有するエンジンバルブと同等以上の冷却効果を発揮させるエンジンのポペットバルブの製造方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－４７５３７号公報

【文献】ＰＣＴ／ＪＰ２０１８／０４１８０７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の図２（ｃ）に示す半完成品弁軸部は、傘部の内側に傘中空部を残すように形成するために図２（ｄ）の弁軸部よりもかなり太くする必要があるため、特許文献１の中空ポペットバルブの製造方法においては、半完成品弁軸部を軸部の太さに縮径させるために繰り返し絞り加工（例えば８回～１５回）しなければならない。半完成品弁軸部に繰り返し施される絞り加工は、冷媒を封入する中空孔の内壁の粗度を低下（つまり粗く）させ、中空孔の内壁にひび割れを生じることがある。中空孔の内壁に生じるひび割れは、目視によって発見出来ないために不良品として取り除くことが難しく、封入した冷媒の移動効率も低下させるために問題があった。

【0006】

また、特許文献２の中空ポペットバルブの製造方法は、複数のローラを利用した転造方法及びロータリースウェージング工法のいずれを利用した場合においても、中間軸部の縮径に時間がかかるため、より簡易な設備で縮径時間を短縮できれば更に望ましいと本願の出願人は考えた。

【0007】

上記課題に鑑み、本願発明は、段付中空孔を形成したとしてもその内壁の粗度を低下（粗く）させず、内壁にひび割れを生じさせることのない段付軸部をより簡易な設備によって短時間で製造可能なエンジンのポペットバルブの製造方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

先端に向かって増径する首部を介して一体化される軸部と傘部を有するエンジンのポペットバルブの製造方法において、中間軸部と、首部を介して前記中間軸部に一体化される傘部と、を備えた軸傘中間品を熱間鍛造によって形成する傘部製造工程と、中心軸線に向けて徐々に先細りとなる形状を有する軸材導入面と、前記軸材導入面の基端部に連続し、前記基端部と同一で前記中間軸部の外径よりも小さな一定の内径を備えた軸材圧縮面を少なくとも一部に備えた絞り孔を有する中空円孔金型に対し、線材導入面及び軸材圧縮面に前記中間軸部の一部を基端部から圧入する冷間絞り加工により、縮径された第１軸部と、軸材導入面によって形成される段差部と、段差部を介して前記第１軸部に滑らかに接続される未縮径部分の第２軸部と、を備えた段付軸部を前記中間軸部から形成する段付軸部製造工程と、前記第１軸部と同じ外径の軸端部を第１軸部の基端部に接合する接合工程と、を備えるようにした。

【0009】

（作用）軸傘中間品の中間軸部を段付軸部にするための第１軸部の縮径が、簡易な形状を有する中空円孔金型を利用した冷間絞り加工によって行われる。

【0010】

また、エンジンのポペットバルブの製造方法において、軸傘中間品の中間軸部の基端部から、中間軸部、首部及び傘部の内側に孔を空けて中間中空部を形成する中空部製造工程を前記傘部製造工程後かつ前記段付軸部製造工程前に行い、前記段付軸部製造工程の第１軸部の縮径に伴って段付軸部の内側に中間中空部から形成される段付中空部に冷媒を装填した後で軸端部を第１軸部の基端部に接合することが望ましい。

【0011】

（作用）熱間鍛造によって形成された軸傘中間品は、第１軸部の外径に近い太さになるように中間軸部を形成され、更に中央に中間円孔を形成された中間軸部は、中空円孔金型による冷間絞り加工を施されることで、中間円孔とともに基端部側の一部を瞬時に縮径されつつ基端部方向に引き延ばされて、第１軸部及び第１中空部を形成される。その際、第１軸部の外周面近傍には、軸方向に作用する引張り応力が発生し、第１中空部の内周面近傍には、径方向に作用する圧縮応力が発生する。

【0012】

また、エンジンのポペットバルブの製造方法の段付軸部製造工程の冷間絞り加工において、線材導入面及び軸材圧縮面に前記中間軸部の一部を基端部から圧入する回数を１回とすることが望ましい。

【0013】

（作用）中央に中間円孔を形成された中間軸部は、中空円孔金型による冷間絞り加工を１回だけ施されることで、第１軸部及び第１中空部を形成される。その際、第１軸部の外周面近傍において軸方向に作用する引張り応力と、第１中空部の内周面近傍において径方向に作用する圧縮応力が、１度だけ発生する。

【0014】

また、エンジンのポペットバルブの製造方法において、前記段付軸部製造工程で縮径される第１軸部の第２軸部に対する外径の縮径率が２５％以下であることが望ましい。

【0015】

（作用）中間軸部の未縮径部分である第２軸部に対して第１軸部の外径を縮径率２５％以下となるように縮径させることにより、中空円孔金型を利用して行う縮径により第１軸部を形成する際において、第１軸部の外周面近傍には、軸方向に作用する引張り応力が発生し、第１中空部の内周面近傍には、径方向に作用する圧縮応力が発生する。

【発明の効果】

【0016】

エンジンのポペットバルブの製造方法によれば、簡易な形状を有する中空円孔金型を利用した冷間絞り加工を中間軸部の一部に施すことにより、軸傘中間品に短時間で段付軸部を形成することが出来る。

【0017】

また、エンジンのポペットバルブの製造方法によれば、中空円孔金型を利用した冷間絞り加工によって第１軸部の外周面近傍には、軸方向に作用する引張り応力が発生すると共に、第１中空部の内周面近傍には、径方向に作用する圧縮応力が発生することにより、第１軸部には、中心方向への過剰な圧縮力が作用しにくくなる。従って、段付軸部の内側に形成される段付中空部の内壁に発生する粗度の低下が大幅に低減されて、ひび割れが生じにくくなる。

【0018】

また、エンジンのポペットバルブの製造方法によれば、中空円孔金型を利用した１回の冷間絞り加工を施される第１軸部には、中心方向への圧縮力が繰り返し作用しなくなるため、段付軸部の内側に形成される段付中空部の内壁に発生する粗度の低下が大幅に低減されて、ひび割れが生じにくくなる。
また、エンジンのポペットバルブの製造方法によれば、中空円孔金型を利用した冷間絞り加工により、中間軸部の一部を第１軸部に圧縮する際に更に軸方向に力が逃げやすくなると共に中心方向への圧縮力が更に作用しにくくなるため、形成される段付中空部の内壁に発生する粗度の低下（粗くなること）が更に低減されて、ひび割れが生じにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】エンジンのポペットバルブの製造方法の実施例に関する製造工程の説明図で、（ａ）は、バルブの素材となる中実丸棒を示し、（ｂ）は、中間軸部と、首部を介して中間軸部に一体化される傘部を備えた軸傘中間品を熱間鍛造によって形成する傘部製造工程を示し、（ｃ）は、軸傘中間品に孔をあけて中間中空部を形成する中空部製造工程を示し、（ｄ）は、段付軸部製造工程に使用される中空円孔金型と中間軸部を縮径する前の軸傘中間品を示す断面図であり、（ｅ）は、中間軸部の一部を冷間絞り加工によって縮径する段付軸部製造工程を示し、（ｆ）は、中間中空部から形成された段付中空部に冷媒を装填して軸端部を接合する接合工程を示す。

【図2】実施例の製造方法で製造したエンジンのポペットバルブの軸方向断面図。

【図3】実施例のエンジンの中空ポペットバルブの測温結果を示すグラフであり、バルブ首部に関するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１により縮径工程に冷間絞り加工を採用したエンジンの冷媒入り中空ポペットバルブの製造方法の実施例を説明する。図１においては、エンジンの中空ポペットバルブの傘部２４側を先端側とし、第１軸部２５側を基端側として説明する。

【0021】

図１（ａ）の金属丸棒１は、高い耐熱性を有するＳＵＨ３５（オーステナイト系の高耐熱鋼）のような耐熱合金等からなる棒材から形成される。金属丸棒１は、熱間鍛造工程によって図１（ｂ）に示す中間軸部３、首部２３及び傘部２４を一体化した形状の軸傘中間品２に形成される。軸傘中間品２は、加熱した状態で形状が徐々に変化する複数の金型（図示せず）から９００℃～１３００℃程度に加熱した金属丸棒１を順に押し出す熱間押出鍛造または熱間据込鍛造によって形成される。軸傘中間品２は、熱間鍛造の繰り返しにより、第１軸部を形成する際の中間軸部の加工性が向上することで、余分な工程を削減出来るという利点を有するようになる。

【0022】

図１（ｂ）の軸傘中間品２は、外径Ｄ４の円柱形状の中間軸部３と、中間軸部３の先端３ａに滑らかに連続すると共に外径が先端に向かって徐々に増径する凹型の湾曲形状を有する首部２３と、首部２３の先端部２３ａに連続すると共に基端側から先端側に末広がりとなるテーパー状のフェース部２８を外周に有する傘部２４を有するように形成される。また、中間軸部３は、必要に応じて寸切加工によって短くされ、中間軸部３と首部２３の各外周面には、粗研削処理が施される。

【0023】

軸傘中間品２は、基端部３ｂから中間軸部３の中心に孔をあける中空部製造工程によって図１（ｃ）に示す内径ｄ４の中間中空部６を形成される。中間中空部６は、ガンドリル７のような切削工具によって中間軸部３の基端部３ｂを切削加工することで形成され、中間軸部３は、肉厚ｔ４の円筒部位として形成される。中間中空部６は、軸傘中間品２と同軸になるよう形成され、かつ中間軸部３、首部２３及び傘部２４の内側にかけて有底円孔形状を有するように形成される。尚、図１（ｃ）に示す中空部製造工程は、省略することで中実バルブを製造することも出来る。

【0024】

図１（ｄ）及び図１（ｅ）に示すように段付軸部製造工程において、軸傘中間品２は、中間軸部３の一部を冷間絞り加工されることによって、後述する段付軸部２２及びその内側の段付中空部２９を形成される。具体的には、中間中空部６を有する軸傘中間品２は、非加熱状態で中空円孔金型９の先端側に形成された後述する軸材導入面９ｂに中間軸部３の一部を基端部３ｂから圧入される。中空円孔金型９は、中心軸線Ｏに対する垂直断面がそれぞれ円形となる軸材圧縮面９ａ、軸材導入面９ｂ及び逃げ部９ｃを備えた絞り孔９ｄを有する。軸材導入面９ｂは、基端部９ｅから先端部９ｆ方向に末広がりとなる凸型湾曲面形状をそれぞれ有し、基端部９ｅは、一定内径を有する軸材圧縮面９ａの先端に連続する。軸材圧縮面９ａの基端部には、拡径部９ｇを介して軸材圧縮面よりも大きな一定内径を有する逃げ部９ｃが設けられる。尚、軸材導入面９ｂは、凸型湾曲面形状の替わりに凹型湾曲面形状や末広がりのテーパー形状を有するように形成されても良い。

【0025】

図１（ｄ）に示すように、中空円孔金型９の軸材圧縮面９ａの内径Ｄ３は、軸傘中間品２の中間軸部３の外径Ｄ４よりも小さく形成され、逃げ部９ｃの内径Ｄ５は、軸材圧縮面９ａの内径Ｄ３よりも大きく形成される。図１（ｅ）に示すように軸傘中間品２は、段付軸部製造工程において、中空円孔金型９と同軸（中心軸線Ｏ）となるように配置された状態で、基端部３ｂから中間軸部の３の一部を中空円孔金型９の軸材導入面９ｂ及び軸材圧縮面９ａの順に圧入される。中間軸部３のうち軸材圧縮面９ａに圧入された部分は、外径Ｄ４からＤ３まで縮径された第１軸部２５を形成し、第１軸部２５は、中間軸部３の肉厚ｔ４よりも薄い肉厚ｔ３に形成されつつ中心軸線Ｏに沿って逃げ部９ｃに向けて引き延ばされるとともに軸材導入面９ｂに押圧されることで先端側から基端方向に先細りとなる凹型湾曲面形状を有するように形成された段差部２６を介して未縮径部位からなる第２軸部２７に滑らかに連続するように形成される。軸材圧縮面９ａの基端部側に連続する逃げ部９ｃを設け、冷間絞り加工時における中間軸部３と軸材圧縮面９ａとの接触面積を小さくして絞り加工に必要な力を少なくすることにより第１軸部２５は、座屈を生じること無く基端部方向に引き延ばされる。軸傘中間品２の中間軸部３は、段付軸部製造工程において、第１軸部２５、段差部２６及び第２軸部２７からなる段付軸部２２として形成される。

【0026】

また、図１（ｅ）に示すように段付軸部製造工程において、第１軸部２５の内側には、中間軸部３の内径ｄ４よりも縮径された内径ｄ３を有する第１中空部３０が形成され、段差部２６の内側には、先端側から基端方向に先細りとなる凸型湾曲面形状を有するように形成された縮径部３１が形成される。第１中空部３０は、縮径部３１を介して未縮径部分である第２軸部２７の内側に画成された第２中空部３２に滑らかに連続し、第２軸部２７の先端部２７ａは、首部２３に滑らかに接続する。第１中空部３０，縮径部３１及び第２中空部３２は、段付軸部２２の内側に形成された段付中空部２９を構成する。

【0027】

尚、図１（ｄ）及び図１（ｅ）に示されるように、中間軸部３の基端部側に施される冷間絞り加工の回数は、複数回よりも一回のみとすることが望ましい。言い換えると、第１軸部２５は、中間軸部３の基端部側を１回のみ冷間絞り加工することによって形成されることが望ましい。１回の冷間絞り加工のみで中間軸部３から形成された第１軸部２５は、中心方向への圧縮力を複数回繰り返して受けなくなる。その結果、段付軸部２２においては、内側の段付中空部２９の第１中空部３０に作用する径方向の圧縮力に伴って発生する粗度の低下が大幅に低減されるため、第１中空部３０の内壁にひび割れが生じにくくなる。

【0028】

尚、第２軸部２７を縮径されることで形成される第１軸部２５の外径の縮径率は、冷間絞り加工を複数回または１回行う場合のいずれにおいても第１軸部２５に座屈やひび割れ等のような加工不具合を生じないように第２軸部２７の外径に対して２５％以下とすることが望ましく、より望ましくは３％以上１２％以下とすることが望ましい。そのために、図１（ｄ）に示す中空円孔金型９における軸材圧縮面９ａの内径Ｄ３は、軸傘中間品２の中間軸部３の外径、つまり第２軸部２７の外径Ｄ４に対し、Ｄ３≦（１－０．２５）×Ｄ４＝０．７５×Ｄ４となるように形成されることが望ましく、より望ましくは、（１－０．１２）×Ｄ４＝０．８８×Ｄ４≦Ｄ３≦（１－０．０３）×Ｄ４＝０．９７×Ｄ４となるように形成されることが望ましい。

【0029】

図１（ｄ）及び図１（ｅ）に示す段付軸部製造工程によれば、中空円孔金型９を利用した冷間絞り加工によって軸傘中間品２の中間軸部３を段付軸部２２に形成出来ることにより、鍛造中の段付軸部２２の第１軸部２５は、基端部２５ａ方向に変形し、特許文献１の図２（ｃ）に示す半完成品弁軸部に施されるような繰り返しの絞り加工によって生じるおそれがあるものと従来懸念されていた加工硬化が、段付中空部２９の内壁に生じにくくなるため、段付中空部の内壁に発生する粗度の低下（粗くなること）が大幅に低減されて、内部にひび割れが生じにくくなる。また、第１軸部２５の外周においても粗度が粗くならずに小さく抑えられて、仕上げ加工の手間が少なくなる。また、図１（ｅ）の軸傘中間品２は、特に１回の冷間絞り加工で段付軸部２２を形成されることにより、硬度が上がり強度が増加する利点を有するようになる。

【0030】

尚、段付軸部製造工程においては、中間軸部３よりも硬度が高く、外径Ｄ３を有する中実丸棒からなる超硬金属棒（図示せず）を図１（ｄ）に示す軸傘中間品２の中間中空部６に予め差し込んだ状態で図１（ｅ）に示す第１軸部の縮径を行ってもよい。

【0031】

また、図１（ｆ）に示すように、接合工程においては、第１軸部２５の基端部２５ａには、段付中空部２９の一部領域に金属ナトリウム等の冷媒３４が装填された状態で金属製の軸材で形成した軸端部３３が接合される。軸端部３３の素材は、ＳＵＨ１１（クロムとシリコン、炭素をベースにしたマルテンサイト系の耐熱鋼であって、ＳＵＨ３５より耐熱性の低いもの）等の耐熱合金等からなる外径Ｄ３の中実棒材によって形成され、摩擦圧接等によって先端部３３ａを第１軸部２５の基端部２５ａに軸接合される。段付軸部２２は、軸端部３３と共に軸部２１を形成し、図２に示すエンジンの中空ポペットバルブ２０は、接合工程において、首部２３及び傘部２４に一体に形成された段付軸部２２に軸端部３３を接合することで形成される。接合工程後の中空ポペットバルブ２０は、軸端部３３にコッタ溝３３ｂを設けられた上で必要な焼鈍処理、研削処理、窒化処理などを施される。ものと言える。

【0032】

実施例のエンジンのポペットバルブの製造方法によれば、図１（ｃ）の中空部製造工程において、冷媒３４を装填する段付中空部２９の形成に必要な孔あけ作業を傘部２４の底面２４ａ側から行わないことで孔あけ回数が複数回から１回に減少する。また、実施例の製造方法によれば、傘部２４の底面２４ａへの孔あけ作業とキャップ（図示せず）の接合による封止作業が不要になるため、高コストで精度の高いキャップの接合作業やバルブ底面のキャップ接合部の仕上がり精度を高める切削作業によって底面２４ａの強度を維持する作業が不要になることでエンジンのポペットバルブを低コストで製造出来る。

【0033】

更に実施例のエンジンのポペットバルブの製造方法によれば、製造された冷媒入りポペットバルブをエンジンの排気用バルブに使用する場合において、エンジンの燃焼室及び排気通路の高温の排気ガスにさらされる第２軸部２７、首部２３及び傘部２４の内側に設けた第２中空部３２の内径ｄ４を第１中空部３０の内径ｄ３よりも大きくし、高温にさらされる第２軸部２７の内側に画成される第２中空部３２の容積を拡大して冷媒３４の装填量を増加させたことで図示しない燃焼室及び排気通路の排気ガスから冷媒３４への熱伝達が円滑に行われるエンジンの中空ポペットバルブ２０を製造できる。また、第２中空部３２の内側で熱伝達を受けた冷媒３４は、バルブの中心軸線Ｏに沿って先後に振られる際に第１及び第２中空部（３０，３２）を滑らかに接続する凸型湾曲面形状（または凹型湾曲面形状またはテーパー形状）に形成された縮径部３１によって第１中空部３０との間の円滑な移動を促進されるため、冷媒３４から軸部２１への熱伝達性が向上した中空ポペットバルブ２０を製造出来る。中空ポペットバルブ２０によれば、傘部２４と軸部２１との間の冷媒３４の移動効率が向上することにより、エンジンの低中速回転時においても従来の傘中空バルブと同等以上の冷却効果を発揮する。

【0034】

図３により、熱電対法によって測定した第１実施例の製造方法で製造した冷媒入り中空ポペットバルブ２０（図２を参照）を使用したエンジンの回転数に対するバルブの首部２３の温度を説明する。図３は、バルブの首部２３に関するグラフである。各図の横軸はバルブの回転数（ｒｐｍ）、縦軸は温度（℃）を示し、三角のラインが従来の冷媒入り傘中空バルブの温度を示し、四角のラインが本実施例による冷媒入り中空バルブの温度を示すものである。

【0035】

図３によるとエンジンの回転数が１５００ｒｐｍにおいて、本実施例による冷媒入り中空ポペットバルブの首部温度は、従来の冷媒入り傘中空バルブとほぼ同等かやや下回る程度の温度である。一方で、エンジンの回転数が１５００ｒｐｍを超えかつ２０００ｒｐｍ以下の場合、従来の傘中空バルブは、首部温度がほぼ横ばいか、またはやや上昇するのに対し、本実施例による中空ポペットバルブの首部温度は、下降することで２０００ｒｐｍにおいて従来の傘中空バルブよりも大幅に低くかつ最も低くなる点で特に優れた効果を発揮する。

【0036】

また、エンジンの回転数が２０００ｒｐｍを越えかつ３０００ｒｐｍ以下の場合、本実施例による冷媒入り中空ポペットバルブの首部温度は、緩やかに上昇するものの従来の冷媒入り傘中空バルブよりも大幅に低く、エンジンの回転数が３０００ｒｐｍを越えかつ４０００ｒｐｍ以下の場合、本実施例による中空ポペットバルブの首部温度は、従来の傘中空バルブよりも大幅に低い状態を維持しつつほぼ横ばいに推移する。

【0037】

そして、エンジンの回転数が４０００ｒｐｍを越え５５００ｒｐｍ以下の場合、本実施例による冷媒入り中空ポペットバルブの首部温度は、徐々に上昇し、従来の冷媒入り傘中空バルブの首部温度に近づいて、５５００ｒｐｍにおいて従来の傘中空部バルブと同一の温度となる。

【0038】

このように、図３の測定結果から本実施例の冷媒入り中空ポペットバルブは、エンジンの低速回転時である１５００ｒｐｍを超えかつ２０００ｒｐｍ以下の場合において、首部温度が横ばいとなる従来の冷媒入り傘中空バルブと比べて首部温度が下降する最も優れた効果を発揮する。また、本実施例の冷媒入り中空ポペットバルブは、エンジンの低中速回転時である２０００ｒｐｍを超えかつ４０００ｒｐｍ以下の場合において、本実施例の中空ポペットバルブの首部温度が、上昇しても緩やかか（２０００ｒｐｍ～３０００ｒｐｍ）または横ばい（３０００ｒｐｍ～４０００ｒｐｍ）に推移しつつ、従来の傘中空バルブよりも大幅に低く維持される点で優れた効果を発揮する。

【0039】

また、エンジンの中高速回転時である４０００ｒｐｍを超えかつ５５００ｒｐｍ未満の場合において、本実施例の冷媒入り中空ポペットバルブの首部温度が、上昇したとしても、従来の冷媒入り傘中空バルブの首部温度よりも低く維持される点で優れた効果を発揮する。

【0040】

本実施例の製造方法によって製造されたエンジンの冷媒入り中空ポペットバルブは、エンジンの回転数が低中速回転時である１５００ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ以下の場合に限らず、中高速回転時である３０００ｒｐｍを越えかつ５５００ｒｐｍ未満の場合においても従来の冷媒入り傘中空バルブ以上の優れた冷却効果を発揮することで耐ノック性が向上し、燃費改善に繋がるものと言える。

【0041】

中空バルブの冷媒として一般的に使用される金属ナトリウムは、融点が９８℃である。エンジンが低中速回転する際の燃焼室から熱を受ける冷媒入り中空バルブは、高速回転時ほど高温にならないため、従来の中空バルブの中空部内に冷媒として装填された金属ナトリウムは、燃焼室にさらされる高温の傘部や首部の内側領域から燃焼室にさらされないために温度の低い軸端部の近傍領域に移動した際に融点以下に冷却されて軸端部の近傍領域に固着することで移動を阻害され、傘部及び首部から軸部へのバルブの熱引性を悪化させるおそれがある。しかし、本実施例で製造された冷媒入り中空バルブによれば、軸端部３３に近い第１中空部３０の内径が第２中空部３２の内径よりも小さく、仮に第１中空部３０内の軸端部３３の近傍領域に固着しても固着する冷媒３４の量が少なくなって熱引性の悪化が低減されるため、エンジンが低中速回転領域で動作していてもバルブの温度が低減されるものと考えられる。更に、本実施例の冷媒入り中空ポペットバルブによれば、エンジンが中高速回転領域で動作していても、従来の傘中空バルブよりも低減されるものと考えられる。

【0042】

そのため、実施例の製造方法で製造されたエンジンの冷媒入り中空ポペットバルブは、電気自動車の駆動用モーターに使用される発電専用エンジンのような低中速回転領域でのみ動作するエンジンに使用されることで最も優れた冷却効果を発揮することのみならず、自動車などの駆動用エンジンそのものに使用しても優れた冷却効果を発揮する点で優れたものと言える。

【符号の説明】

【0043】

２ 軸傘中間品
３ 中間軸部
３ｂ 基端部
６ 中間中空部
９ 中空円孔金型
９ａ 軸材圧縮面）
９ｂ 軸材導入面
９ｄ 絞り孔
９ｅ 基端部
２０ 中空ポペットバルブ
２２ 段付軸部
２３ 首部
２４ 傘部
２５ 第１軸部
２５ａ 基端部
２６ 段差部
２７ 第２軸部
３３ 軸端部
３４ 冷媒
Ｄ３ 軸材圧縮面の内径及び第１軸部の外径
Ｄ４ 第２軸部の外径
Ｏ 軸傘中間品及びポペットバルブの中心軸線

【図1】

【図2】

【図3】