空心提升阀的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种能改善吸热效果的空心提升阀。空心提升阀（10）从在轴端部一体地形成了伞部（14）的提升阀的伞部（14）到轴部（12）形成了空心部（S），将冷却材料（19）与惰性气体一起装填在空心部（S），在空心提升阀（10）中，设置在伞部（14）内的大致圆盘状的大径空心部（S1）和设置在轴部（12）内的直线状的小径空心部（S2）以大致正交的方式连通，在向轴向进行往复动作的空心提升阀（10）的至少大径空心部（S1）内的冷却材料（19）中，绕阀的中心轴线（L）形成纵向内转的循环流（对流），吸热效果被提高。
【专利说明】空心提升阀
【技术领域】
[0001]本发明涉及在从提升阀的伞部到轴部形成的空心部装填了冷却材料的空心提升阀。
【背景技术】
[0002]在下述专利文献1、2等中，记载了如下的空心提升阀:从在轴端部一体地形成了伞部的提升阀的伞部到轴部形成了空心部，与阀的母材相比热传导率高的冷却材料(例如，金属钠，熔点约98°C)与惰性气体一起被装填在空心部。
[0003]由于阀的空心部从伞部内向轴部内延伸，与其相应地能在空心部装填多量的冷却材料，所以能提高阀的热传导性(以下称为阀的吸热效果)。
[0004]即，通过发动机的驱动，燃烧室成为高温，但如果燃烧室的温度过高,则产生爆震而不能得到规定的发动机输出，导致燃料费用的恶化(发动机的性能的下降)。因此，为了降低燃烧室的温度，作为使在燃烧室中产生的热经阀积极地进行热传导的方法(提高阀的吸热效果的方法)，将冷却材料与惰性气体一起装填在空心部的各种各样的空心阀已被提出。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:W02010/041337
[0008]专利文献2:日本特开2011-179328
【发明内容】
[0009]发明所要解决的课题
[0010]在以往的装入制冷剂的空心提升阀中，伞部内的圆盘状大径空心部和轴部内的直线状小径空心部之间的连通部由光滑的曲线区域(内径渐渐地变化的过渡区域)构成，但是被认为是因为此连通部是光滑地连续的形状，所以在阀的开闭动作(阀的向轴向的往复动作)时冷却材料(液体)能与封入气体一起在大径空心部和小径空心部之间顺利地移动，阀的吸热效果上升。
[0011]
【发明者】，为了验证阀的吸热效果，如图9所示，对实心阀A、在形成在轴部的空心部装填了冷却材料的空心阀B、在从轴部到伞部形成的空心部装填了冷却材料的空心阀C的3个类型进行了验证吸热效果的实验，得到了图4、5所示的结果。另外，在图9所示的阀B、C的空心部，一起封入了作为冷却材料的金属钠和氩气体。另外，空心阀B是在设置于伞部侧的轴部的空心部装填了冷却材料之后，将轴端部侧通过摩擦压接进行了一体化(符号bl表示轴接位置)的结构，空心阀C是在伞部的空心部装填了冷却材料之后，将盖焊接在空心部的开口部的结构。
[0012]详细地讲，在将阀A、B、C的各自组装在汽车用发动机上，进行规定时间的暖机运转(渐渐地提高转速)之后，在以规定的转速继续高负荷运转(节流阀全开运转)规定时间之后，由硬度法测定了阀的表面温度。
[0013]图4是表示阀的轴向的表面温度(正确地讲，是从表面到0.5mm的深度的温度)分布的图，在阀A、B、C任一种情况下，都表示表面温度T从伞部的面部位置渐渐地上升，从最高温度(Tmax)渐渐地下降的特性。阀A的温度分布，由圆角部的轴端侧附近成为最高温度(Tmax)并以此最高温度(Tmax)为顶点的大致二次曲线表示。阀B的温度分布也由以最高温度(Tmax)为顶点的大致二次曲线表示，但成为最高温度(Tmax)的位置向伞部侧转移，并且与阀A相比整体上温度低。阀C的温度分布，成为最高温度(Tmax)的位置进一步向伞部侧转移，并且与阀B相比整体上温度低。
[0014]详细地讲，在阀B和阀C中，在靠近面部外侧的温度没有多大的差，但在靠近面部内侧的温度出现差，并且温度减少地转变的最高温度(Tmax)位置，在空心阀B中，是处于与轴部的圆角部有关的位置，与此相对，在空心阀C中，是处于伞部和轴部之间的圆角部的大致中央部附近。
[0015]另外，图5是表示阀伞表(伞部底面)的直径方向的温度分布的图，在阀A、B、C任一种情况下，都表示阀伞表(伞部底面)的中心的温度T最高，温度T随着离开伞表中心而下降的特性。在阀A、B中，阀伞表(伞部底面)的中心成为最高温度(Tmax)，与此相对，在空心阀C中，阀伞表(伞部底面)中央部的规定范围成为最高温度(Tmax)，并且特别是，最高温度(Tmax)与阀A、B相比,下降得大。
[0016]这样，可知与实心阀A相比，将冷却材料装填在空心部的空心阀B、C，在吸热效果(热传导性)上优良，冷却材料的装填量多的空心阀C在吸热效果(热传导性)上最优良。
[0017]而且，为了确认空心阀C在吸热效果(热传导性)上优良的理由，使用计算机模拟解析了空心阀C在进行开闭动作(在轴向往复动作)时的冷却材料的动作，确认了在大径空心部和小径空心部之间冷却材料(液体)顺利地移动。
[0018]S卩，被推定为:在空心阀C中，因为大径空心部和小径空心部之间的连通部是光滑地连续的形状，所以与阀的开闭动作一致地在大径空心部和小径空心部之间冷却材料(液体)顺利地移动，提高了吸热效果(热传导性)。
[0019]在此，
【发明者】考虑了不能进一步提高吸热效果(热传导性)吗？
[0020]S卩，注意到了在空心阀C中，因为大径空心部和小径空心部之间的连通部是光滑地连续的形状，所以与阀的开闭动作一致地在大径空心部和小径空心部之间冷却材料(液体)能顺利地移动，但冷却材料(液体)的上层部、中层部、下层部不会被搅拌，在相互保持上下关系不变的状态下在轴向移动。
[0021]而且，冷却材料没有被搅拌这样的情况，意味着与热源接近的一侧的冷却材料下层部中的热不积极地传递给冷却材料中层部、上层部，吸热效果(热传导性)不提高。
[0022]S卩，
【发明者】考虑了在连通部是光滑地连续的形状的空心阀C中，在阀的开闭动作(阀的向轴向的往复动作)时冷却材料(液体)能在连通部顺利地移动，确实改善了阀的吸热效果(参照图4、5)，但“光滑地连续的形状的连通部”，因为可以进行冷却材料的向轴向的顺利的移动，所以妨碍冷却材料的搅拌，本来应该进一步提高的阀的吸热效果没有被充分地提闻。
[0023]而且，
【发明者】考虑了如果至少在大径空心部内的冷却材料上形成对流，则在空心部内整体的冷却材料上形成循环流，冷却材料的上层部、中层部、下层部被搅拌以便相互混杂在一起，吸热效果(热传导性)被显著地改善。
[0024]具体地讲，对于使设置在伞部内的圆盘状的大径空心部和设置在轴部内的棒状的小径空心部以大致正交的方式连通，由相对于阀的中心轴线大致正交的平面构成了大径空心部中的小径空心部的开口周缘部的(在大径空心部的与小径空心部的连通部上形成了帽檐状的环状台阶部的结构的)空心阀，使用计算机模拟解析了使该空心阀(在轴向往复动作)进行开闭动作时的冷却材料的动作，确认了在轴向进行往复动作的阀的大径空心部内的冷却材料中，绕阀的中心轴线形成纵向内转的循环流(对流)。
[0025]因此，试制上述结构的空心阀，由与对阀A、B、C进行的试验同样的方法，测定了使汽车用发动机进行了高负荷运转(节流阀全开运转)之后的空心阀的表面温度，确认了与空心阀C相比在吸热效果上优良。
[0026]这样，本发明是接受如下的事实而达到了此次的申请:如果做成使设置在伞部内的圆盘状的大径空心部和设置在轴部内的直线状的小径空心部以大致正交的方式连通而由相对于阀的中心轴线大致正交的平面构成了大径空心部中的小径空心部的开口周缘部的结构，则在大径空心部内的冷却材料中形成循环流(对流)，与连通部是光滑地连续的形状的以往的空心阀C相比，得到了热传递效率明显上升(吸热效果上升)的结果。
[0027]本发明是基于
【发明者】对先行文献的上述的见识而做出的，其目的在于提供一种能格外改善吸热效果的空心提升阀。
[0028]为了解决课题的手段
[0029]为了达到上述目的，在本发明(技术方案I)的空心提升阀中，从在轴端部一体地形成了伞部的提升阀的伞部到轴部形成了空心部，在上述空心部，一起装填了惰性气体和冷却材料，其特征在于，
[0030]设置在上述伞部内的大致圆盘状的大径空心部和设置在上述轴部内的直线状的小径空心部以大致正交的方式连通，上述大径空心部中的上述小径空心部的开口周缘部由相对于上述阀的中心轴线大致正交的平面构成，当上述阀在轴向进行往复动作时，至少在上述大径空心部内的冷却材料中绕上述阀的中心轴线形成纵向内转的循环流(对流)。
[0031](作用)当阀从闭阀状态向开阀状态转移时(阀下降时)，如图2(a)所示，惯性力向上地作用在空心部内的冷却材料(液体)上。而且，因为作用在大径空心部中央部的冷却材料上的惯性力(向上)比作用在大径空心部周边区域的冷却材料上的惯性力大，所以大径空心部内的冷却材料要经连通部向小径空心部移动。但是，因为在连通部形成了帽檐状的环状台阶部，换言之，因为大径空心部的顶棚面(大径空心部中的小径空心部的开口周缘部)由相对于阀的中心轴线大致正交的平面构成，所以冷却材料不能像连通部由光滑的形状形成的以往的空心阀C的那样顺利地向小径空心部移动。
[0032]S卩，在大径空心部内的冷却材料中，通过向上的惯性力作用，如图3 (a)所示，形成沿着环状台阶部(大径空心部的顶棚面)朝向连通部的中心(半径方向内侧)的流动F1、F2。而且，沿着环状台阶部朝向连通部的中心(半径方向内侧)的流动F2彼此相互冲突，在连通部中，形成朝向大径空心部底面侧的流动F3和朝向小径空心部S2的上方的流动F4。在连通部中，朝向大径空心部底面侧的流动F3，沿着大径空心部底面从半径方向外方向大径空心部顶棚面转入，再次成为沿着大径空心部的顶棚面朝向连通部的中心(半径方向内侧)的流动F1、F2。另一方面，在连通部中，朝向小径空心部的上方的流动F4、F5成为如图3 (a)所示的那样的紊流。
[0033]这样，在大径空心部内的冷却材料中，如箭头Fl — F2 — F3 — Fl所示，绕阀的中心轴线形成纵向内转的循环流(对流)，在小径空心部内的冷却材料中，形成如F4、F5所示的那样的紊流。
[0034]另一方面，当阀从开阀状态向闭阀状态转移时(阀上升时)，如图2(b)所示，在空心部内的冷却材料上惯性力向下地作用。而且，因为作用在大径空心部中央部的冷却材料上的惯性力(向下)比作用在大径空心部周边区域的冷却材料上的惯性力大，所以如图3 (b)所示，在大径空心部内的冷却材料中，形成从大径空心部的中央部沿着底面朝向半径方向外方的流动F6，同时，在小径空心部中也形成通过连通部朝向下方的流动(紊流)F7。沿着大径空心部的底面的流动F6，从大径空心部的外方向顶棚面侧回转，成为沿着大径空心部SI的顶棚面的流动F8，在大径空心部的中央部(连通部)中，合流成朝向下方的流动F6、F7。
[0035]即，在大径空心部内的冷却材料中，如箭头F6 — F8 — F6所示，绕阀的中心轴线形成纵向内转的循环流(对流)，在小径空心部内的冷却材料中，形成如箭头F7所示的那样的紊流。
[0036]这样，因为通过阀进行开闭动作，在阀的空心部内整体的冷却材料中，形成如图3
(a)、(b)所示的那样的循环流、紊流，将冷却材料的上层部、中层部、下层部积极地搅拌，所以阀的吸热效果(热传导性)被显著地改善。
[0037]在技术方案2中，是在技术方案I记载的空心提升阀中，上述大径空心部被构成为具备了大致模仿上述伞部的外形的圆锥形状的外周面的圆锥台形状，上述小径空心部在上述大径空心部的圆形的顶棚面上开口。
[0038](作用)由于大径空心部被构成为具备了大致模仿伞部的外形的圆锥形状的外周面的圆锥台形状，所以，第一，大径空心部的容积被扩大，与此相应地，能在大径空心部装填大量的冷却材料。
[0039]第二，由于设置了与小径空心部的连通部的大径空心部的圆形的顶棚面(圆锥台的上面)和大径空心部的外周面(圆锥台的外周面)构成钝角，所以在阀进行开闭动作时，从大径空心部的半径方向外方沿着大径空心部的顶棚面朝向连通部的冷却材料的流动(图3Ca)的F1、F2及图3 (b)的F8)变得顺利，与此相应地，在大径空心部内的冷却材料中形成的纵向内转的循环流(对流)变得活跃。
[0040]另外，此种空心阀，例如，经在伞部外壳的内侧由模具锻造(成形)与大径空心部相当的凹部的锻造工序；在凹部的底面上贯穿设置与小径空心部相当的孔的孔贯穿设置工序；将冷却材料装填在伞部外壳的凹部(空心部)，在惰性气体环境下，将盖焊接在伞部外壳的凹部(开口部)的空心部密闭(冷却材料封闭)工序制造，但由于大径空心部是圆锥台形状，大径空心部的顶棚面由平面构成，所以能起到以下的作用。
[0041]第一，在锻造工序中使用的模具前端部的挤压成形面成为平面，与将模具前端部的挤压成形面加工成规定的曲面、圆锥面的情况相比，模具的加工是容易的。
[0042]第二，在孔贯穿设置工序中，需要在进行钻孔加工的部位确保平面，但由于伞部外壳内侧的凹部的底面是平面，所以能节省平面加工。
[0043]第三，在孔贯穿设置工序中，使钻头在与旋转轴一致的方向笔直前进地贯穿设置孔，但由于钻头的刀刃接触的被加工面是平面而且与旋转轴正交，所以能正确地贯穿设置孔。
[0044]在技术方案3中，是在技术方案2记载的空心提升阀中，上述大径空心部被构成为其圆形的顶棚面相对于上述圆锥台的上面向上述阀的轴部侧偏置规定距离的大致圆锥台形状。
[0045](作用)在技术方案2中，由于大径空心部是圆锥台形状，大径空心部的圆形顶棚面由平面构成，所以在锻造工序中使用的模具前端部的挤压成形面成为平面，与将模具前端部的挤压成形面加工成规定的曲面、圆锥面的情况相比，模具的加工确实是容易的。
[0046]但是，仅由锻造工序将大径空心部的顶棚面(圆锥台的上面)成形为高精度的平面难，在锻造工序中使用的模具前端部的挤压成形面的磨损也厉害。
[0047]然而，在技术方案3中，由于将大径空心部的圆形的顶棚面设置在相对于圆锥台的上面向阀的轴部侧仅偏置规定距离(例如，为了将在锻造工序中成形了的伞部外壳内侧的大致圆锥台形状凹部的球面状底面切削加工成相对于阀的中心轴线正交的平面所需要的距离)的位置，所以，例如，通过对在锻造工序中使用的模具前端部(的挤压成形面)附加圆形，模具难以磨损，因为在锻造后通过切削加工成形大径空心部的圆形的顶棚面，所以对在锻造工序中使用的模具前端部(的挤压成形面)的加工精度的要求也被缓和，模具的加工变得更容易，大径空心部的圆形的顶棚面(平面)的加工精度也上升。
[0048]发明的效果
[0049]根据本申请发明的空心提升阀，因为在阀的开闭动作时，冷却材料在从大径空心部到小径空心部的宽范围的区域内进行循环，所以阀的吸热效果(热传导性)被显著地改善，与其相应地，发动机的性能提高。
[0050]根据技术方案2的空心提升阀，由于能在大径空心部内装填大量的冷却材料，并且在阀进行开闭动作时，在大径空心部内的冷却材料中形成的纵向内转的循环流(对流)变得活跃，所以阀的吸热效果(热传导性)进一步改善，发动机的性能进一步提高。
[0051]另外，由于小径空心部连通的大径空心部的顶棚面是平面，所以在伞部外壳的内侧锻造(成形)大径空心部的顶棚面的模具前端部(的挤压成形面)的加工是容易的，而且由于将在顶棚面中央开口的小径空心部贯穿设置在轴部的孔贯穿设置工序也变得容易，所以与其相应地，能降低每个阀的制造成本。
[0052]根据技术方案3的空心提升阀，由于在加工大径空心部时保证一定的加工精度，所以被制造的各阀中的吸热效果(热传导性)的均匀化成为可能。
【专利附图】
【附图说明】
[0053]图1是作为本发明的第一实施例的空心提升阀的纵向剖视图。
[0054]图2是表示当该空心提升阀在轴向往复动作时的作用在空心部内的冷却材料上的惯性力的图，(a)是表示开阀动作(下降动作)时的作用在冷却材料上的惯性力的剖视图，(b)是表示闭阀动作(上升动作)时的作用在冷却材料上的惯性力的剖视图。
[0055]图3是扩大地表示该空心提升阀进行开闭动作(在轴向往复动作)时的空心部内的冷却材料的动作的图，(a)是表示从闭阀状态向开阀状态转移时的冷却材料的动作的图，
(b)是表示从开阀状态向闭阀状态转移时的冷却材料的动作的图。
[0056]图4是表示该空心提升阀的表面温度的轴向上的温度分布的图。
[0057]图5是表示该空心提升阀的伞表(伞部底面)的表面温度的直径方向上的温度分布的图。
[0058]图6是表示空心提升阀的制造工序的图，(a)是表示通过镦锻锻造(或者挤压锻造)在轴端部形成伞部外壳的锻造工序的图，(b)是表示从伞部外壳的凹部底面(大径空心部的顶棚面)到轴部贯穿设置与小径空心部相当的孔的孔贯穿设置工序的图，(c)是表示从伞部外壳的凹部(空心部)装填冷却材料的冷却材料装填工序的图，Cd)是表示在惰性气体环境下将盖焊接在伞部外壳的凹部(大径空心部)的开口部的盖焊接工序(空心部密闭工序)的图。
[0059]图7是作为本发明的第二实施例的空心提升阀的主要部分纵向剖视图。
[0060]图8是表示空心提升阀的制造工序的主要部分的图，Ca)是表示在轴端部成形伞部外壳的锻造工序的图，(b)是表示切削伞部外壳的凹部底面的切削工序及在轴部贯穿设置径空心部与小径空心部相当的孔的孔贯穿设置工序的图。
[0061]图9是表示以往的实心提升阀及空心提升阀的纵截面的图。
【具体实施方式】
[0062]为了实施发明的方式
[0063]下面，基于实施例说明本发明的实施方式。
[0064]图1?图5表示作为本发明的第一实施例的内燃机用的空心提升阀。
[0065]在这些图中，符号10是在笔直延伸的轴部12的一端侧，经外径渐渐地变大的R形状的圆角部13，一体地形成了伞部14的耐热合金制的空心提升阀，在伞部14的外周，设置了圆锥形状的面部16。
[0066]详细地讲，由在轴部12的一端部一体地形成了伞部外壳14a的轴一体型壳体(以下简单地称为壳体)11 (参照图6)和焊接在伞部外壳14a的圆锥台形状的凹部14b中的开口部14c上的圆盘形状的盖18，构成了从伞部14到轴部12设置了空心部S的空心提升阀10，在空心部S，一起装填了金属钠等冷却材料19和氩气体等惰性气体。冷却材料19，例如，封入了空心部S的容积的大致一半(约I / 2?约3 / 5)的量。
[0067]另外，图1中的符号2是汽缸头，符号6是从燃烧室4延伸的排气通路，在排气通路6的向燃烧室4的开口周缘部，设置了具备能抵接阀10的面部16的圆锥面8a的圆环状的阀片材8。符号3是设置在汽缸头2上的阀穿插孔，在阀穿插孔3的内周面上，配设了阀10的轴部12进行滑动接触的阀导向件3a。符号9是将阀10向闭阀方向加载的阀弹簧。
[0068]另外，空心部S是设置在伞部14内的圆锥台形状的大径空心部SI和设置在轴部12内的直线状(棒状)的小径空心部S2以正交的方式连通的结构，大径空心部SI的圆形顶棚面(作为小径空心部SI的开口周缘部的伞部外壳14a (参照图6)的圆锥台形状的凹部14b的底面)14bl，由相对于阀10的中心轴线L正交的平面构成。
[0069]S卩，在大径空心部SI中的与小径空心部S2的连通部P，代替先行文献1、2的那样的光滑的形状，从大径空心部SI侧观看形成了帽檐状的环状台阶部15，与此环状台阶部15的大径空心部SI面对的一侧(面)14bl由相对于阀10的中心轴线L正交的平面构成。换言之，由小径空心部SI的开口周缘部(伞部外壳14a的圆锥台形状的凹部14b的底面)14bl和小径空心部SI的内周面划分成了帽檐状的环状台阶部15。
[0070]因此，在后面详细地进行说明，但在阀10进行开闭动作时，在大径空心部SI内的冷却材料19中，如由图3 (a)、(b)的箭头表示的那样，形成纵向内转的循环流(对流)，同时，在小径空心部S2内的冷却材料19中也形成了紊流。即，在阀10的开闭动作时，由在空心部S内整体的冷却材料19中形成的对流(循环流)、紊流，将空心部S内的冷却材料19的下层部、中层部、上层部积极地搅拌，阀10中的吸热效果(热传导性)被大幅度地改善。
[0071]下面，基于图2、3详细地说明阀10进行开闭动作时的冷却材料的动作。
[0072]在阀10从闭阀状态向开阀状态转移时(阀10下降时)，如图2 (a)所示，在空心部S内的冷却材料(液体)19中惯性力向上作用。而且，因为作用在大径空心部SI中央部的冷却材料19上的惯性力(向上)比作用在大径空心部SI周边区域的冷却材料19上的惯性力大，所以大径空心部SI内的冷却材料19经连通部P向小径空心部S2移动。但是，因为在连通部P形成了帽檐状的环状台阶部15，所以不能像连通部形成为光滑的形状的以往的空心阀C的那样顺利地向小径空心部S2侧移动。
[0073]S卩，通过在大径空心部SI内的冷却材料19上作用向上的惯性力，如图3(a)所示，形成了沿着圆环状的台阶部15 (大径空心部SI的顶棚面14bl)朝向连通部P的中心(半径方向内侧)的流动F1、F2。而且，沿着环状台阶部15朝向连通部P的中心(半径方向内侧)的流动F2彼此相互冲突，在连通部P中，形成了朝向大径空心部SI底面侧的流动F3和朝向小径空心部S2的上方的流动F4。
[0074]在连通部P中，朝向大径空心部SI底面侧的流动F3，沿着大径空心部SI底面从半径方向外方转入大径空心部SI顶棚面，再次成为沿着大径空心部SI的顶棚面朝向连通部P的中心(半径方向内侧)的流动F1、F2。另一方面，在连通部P中，朝向小径空心部S2的上方的流动F4、F5成为如图3 Ca)所示的那样的紊流。
[0075]这样，在大径空心部SI内的冷却材料19中，如箭头Fl — F2 — F3 — Fl所示，绕阀10的中心轴线L形成纵向内转的循环流(对流)，在小径空心部S2内的冷却材料19中，形成如F4、F5所示的那样的紊流。
[0076]另一方面，当阀10从开阀状态向闭阀状态转移时(阀10上升时)，如图2(b)所示，在空心部S内的冷却材料19上，惯性力向下地作用。而且，因为作用在大径空心部SI中央部的冷却材料19上的惯性力(向下)比作用在大径空心部SI周边区域的冷却材料19上的惯性力大，所以如图3 (b)所示，在大径空心部SI内的冷却材料19中，形成从大径空心部SI的中央部沿着底面朝向半径方向外方的流动F6，同时，在小径空心部S2中也形成通过连通部P朝向下方的流动(紊流)F7。沿着大径空心部SI的底面的流动F6，从大径空心部SI的外方转入顶棚面侧，成为沿着大径空心部SI的顶棚面的流动F8，在大径空心部SI的中央部(连通部P )中，合流成朝向下方的流动F6、F7。
[0077]S卩，在大径空心部SI内的冷却材料19中，如箭头F6 — F8 — F6所示，绕阀10的中心轴线L形成纵向内转的循环流(对流)，但在小径空心部S2内的冷却材料19中，形成了如箭头F7所示的那样的紊流。
[0078]特别是，在本实施例中，大径空心部SI被形成为圆锥台形状，详细地讲，由于作为大径空心部SI的外周面的伞部外壳14a的凹部14b中的内周面14b2被形成为大致模仿从伞部14 (伞部外壳14a)的面部16向圆角区域13延伸的部分14d (参照图1)的外形的圆锥形状，所以，第一，能增大大径空心部SI的容积,与此相应地,能向大径空心部SI装填大量的冷却材料19。
[0079]第二，由于大径空心部SI的圆形的顶棚面(圆锥台的上面)14bl和其外周面(圆锥台的外周面)14b2构成钝角，所以在阀10进行开闭动作时，从大径空心部SI的半径方向外方沿着大径空心部SI的顶棚面朝向连通部P的冷却材料19的流动(图3 Ca)的F1、F2及图3 (b)的F8)变得顺利，与此相应地，在大径空心部S2内的冷却材料19中形成的纵向内转的循环流(对流)变得活跃。
[0080]这样，因为通过阀10进行开闭动作，在阀10的空心部S内整体的冷却材料19中，形成如图3 (a)、(b)所示的那样的循环流、紊流，冷却材料19的上层部、中层部、下层部被积极地搅拌，所以阀10的吸热效果(热传导性)格外地提高。
[0081]图4是与以往公知的实心阀A、向在轴部形成的空心部装填了冷却材料的空心阀B、向从轴部到伞部形成的空心部装填了冷却材料的空心阀C的温度分布特性比较地表示空心提升阀10的表面温度的轴向的温度分布特性的图，图5是与以往公知的实心阀A、向在轴部形成的空心部装填了冷却材料的空心阀B、向从轴部到伞部形成的空心部装填了冷却材料的空心阀C的温度分布特性比较地表示空心提升阀10的伞表(伞部底面)的表面温度的直径方向的温度分布特性的图，在图4、5中，由单点划线表示了阀的形状(外形)。
[0082]在图4中，阀10的温度分布特性X，与以往的阀A、B、C同样，表示温度T从与燃烧室接近的伞部14的面部16位置渐渐地上升，温度T从最高温度(Tmax)渐渐地下降的特性，但最高温度(Tmax)位置，与以往的阀A、B、C之中放热性(吸热效果)最优良的阀C的最高温度(Tmax)位置相比，靠近阀伞部，并且阀10的轴向上的表面温度整体比阀C低，伞部14的面部16中的表面温度与阀C相比也相当低。这样，可知在阀10中，与以往的空心阀C相t匕，在吸热效果(放热性)上优良。
[0083]特别是，对于从最高温度(Tmax)位置到阀轴端下降的表面温度来说，在阀C中，在表示向上方凸的特性之后，大致直线地下降，与此相对，在阀10中，从最高温度(Tmax)位置到阀轴端大致直线地下降。
[0084]S卩，在以往的阀A、B、C中，无论哪一种都以大致二次曲线推移温度，与此相对，在阀10中，在温度从最高温度(Tmax)的位置大致直线地下降这一点上具有特征。这表示了通过将冷却材料19的上层部、中层部，下层部积极地搅拌，空心部S内的冷却材料19使在大径空心部SI中从燃烧室4接受的热经小径空心部S2可靠地向阀轴端侧进行热移动。
[0085]另外，由实机及模拟解析确认了阀10落座在阀片材8上时的最大冲击应力作用在R形状圆角部13的轴端侧附近(由符号X2表示的位置)，但在阀10中，因为与阀A、B、C相t匕，最高温度(Tmax)最低,而且最高温度(Tmax)位置和最大冲击应力作用位置X2之间的距离Λ X最长，所以在抑制由热产生的疲劳强度的下降上是有效的。
[0086]另外，从表示阀伞表(伞部底面)的表面温度的图5可知，与以往的阀Α、B、C之中放热性最优良的阀C相比，在阀10中，因为阀伞表(伞部底面)整体的表面温度显著地低，所以在阀伞表(伞部底面)中的吸热效果(热传导性)上也优良。
[0087]另外，通过实机及模拟解析确认了在燃烧压作用在阀伞表(伞部底面)上时、阀10落座在阀片材8上时，起因于这些(燃烧压、落座动作)的最大应力作用在阀伞表(伞部底面)的中心部，但在阀10中，因为与阀Α、B、C相比，阀伞表(伞部底面)的中心部和周缘部之间的温度差Λ T小，所以相对于在伞表中心部产生的应力，在抑制由热产生的疲劳强度的下降上是有效的。
[0088]下面，基于图6说明空心提升阀10的制造工序。
[0089]首先，如图6 (a)所示，通过热锻造，成形壳体11，该壳体11 一体地形成了设置圆锥台形状的凹部14b的伞部外壳14a和轴部12。伞部外壳14a中的圆锥台形状的凹部14b的底面14bl，由相对于轴部12 (壳体11的中心轴线L)正交的平面形成。
[0090]作为热锻造工序，通过顺序更换模具的挤压锻造，由耐热合金制金属块制造壳体11的挤压锻造，或者由镦锻机在耐热合金制金属棒材的端部镦锻了棒状部后，使用模具锻造壳体11 (的伞部外壳14a)的镦锻锻造的哪个都可以。另外，在热锻造工序中，在壳体11的伞部外壳14a和轴部12之间，形成R形状圆角部13，在伞部外壳14a的外周面上，形成圆锥形状面部16。
[0091]接着，与需要相应地，对壳体11实施热处理(用于提高时效处理、固溶处理等的耐热强度、机械性的强度的热处理)，在提高了伞部外壳14a及轴部12的耐热强度及机械性的强度之后，如图6 (b)所示，以伞部外壳14a的凹部14b成为向上的方式配置壳体11，从伞部外壳14a的凹部14b的底面14bl到轴部12，通过钻头加工贯穿设置径空心部与小径空心部相当S2的孔14e (孔贯穿设置工序)。
[0092]因为通过孔贯穿设置工序，构成大径空心部SI的伞部外壳14a的凹部14b和构成小径空心部S2的轴部12侧的孔14e连通，所以在凹部14b和孔14e的连通部，从凹部14b侧观看形成帽檐状的环状台阶部15。
[0093]接着，如图6 (C)所示，在壳体11的伞部外壳14a的凹部14b的孔14e内插入规定量的冷却材料(固体)19 (冷却材料装填工序)。
[0094]最后，如图6 (d)所示，在氩气体环境下，将盖18焊接(例如，电阻焊接)在壳体11的伞部外壳14a的凹部14b的开口部14c，密闭阀10的空心部S(空心部密闭工序)。另外，盖18的焊接，也可以采用电子束焊接、激光焊接等代替电阻焊接。
[0095]这样，在本实施例的阀10中，由于小径空心部S2连通的大径空心部SI的顶棚面14bl (帽檐状的台阶部15)由相对于阀10的中心轴线L大致正交的平面构成，所以能起到以下的那样的作用效果。
[0096]第一，在图6 (a)所示的热锻造工序中使用的模具的挤压成形面，S卩，在伞部外壳14a的内侧形成的凹部14b由于是圆锥台形状，锻造(成形)此凹部14b的模具的挤压成形面的前端部成为平面，所以与将模具的挤压成形面的前端部加工成规定的曲面、圆锥面的情况相比，加工是容易的。
[0097]第二，在图6(b)所示的孔贯穿设置工序中，需要在进行钻孔加工的部位确保平面，但由于伞部外壳14a的凹部14b的底面14bl是平面，所以能节省平面加工。
[0098]第三，在图6 (b)所示的孔贯穿设置工序中，使钻头在与旋转轴一致的方向笔直前进地贯穿设置孔，但由于钻头的刀刃接触的被加工面(伞部外壳14a的凹部14b的底面14bl)是平面而且相对于钻头的旋转轴正交，所以能在规定的方向正确地贯穿设置孔He。
[0099]图7、8表示作为本发明的第二实施例的空心提升阀。
[0100]上述的第一实施例的空心提升阀10的大径空心部SI被构成为圆锥台形状，与此相对，此第二实施例的空心提升阀1A的大径空心部SI，被构成为大致圆锥台形状。
[0101]详细地讲，在空心提升阀10中，构成帽檐状的环状台阶部15的圆锥台形状的大径空心部SI的圆形的顶棚面(伞部外壳14a的圆锥台形状的凹部14b的底面)14bl,由相对于阀10的中心轴线L正交的平面构成，与此相对，在空心提升阀1A中，如图7所示，由相对于阀1A的中心轴线L正交的平面构成的大径空心部SI’的圆形的顶棚面14b3 (帽檐状的环状台阶部15)，被形成在从第一实施例的圆锥台形状的大径空心部SI的圆形的顶棚面14bl向轴部12侧仅偏置了规定量H的位置。
[0102]其它的结构，与上述的第一实施例的空心提升阀10相同，通过赋予相同的符号，省略其重复的说明。
[0103]另外，大径空心部SI’的圆形的顶棚面14b3的偏置量H，例如，如后述的那样，是为了在相对于阀1A的中心轴线L正交的平面上切削加工由锻造工序成形了的伞部外壳14a’中的凹部14b’的底面14bI’所需要的规定距离。
[0104]换言之，设置在伞部14内的大径空心部SI’，被构成为在圆锥台形状的大径空心部SI复合了高度H的圆盘形状空心部的大致圆锥台形状。因此，阀1A的空心部S’的容积，与阀10的空心部S的容积相比，仅扩大了相当于高度H的圆盘形状空心部，与此相应地能装填在空心部S’的冷却材料19的量多。
[0105]另外，在空心提升阀1A中也与上述的第一实施例的空心提升阀10同样，在阀1A进行开闭动作时，在阀1A的空心部S’内整体的冷却材料19中，因为形成了图3 (a)、(b)所示的循环流、紊流，将冷却材料19的上层部、中层部、下层部积极地搅拌，所以吸热效果(热传递性)被显著地改善。
[0106]另外，空心提升阀1A的制造工序，与第一实施例的空心提升阀10的制造工序是大致相同的，但在成形一体地形成了设置大致圆锥台形状的凹部14b’的伞部外壳14a’和轴部12的壳体11的热锻造工序后，需要通过切削大径空心部SI’的圆形的顶棚面14b3进行成形的切削工序。
[0107]S卩，首先，由图8 Ca)所示的锻造工序成形壳体11，该壳体11 一体地形成了设置大致圆锥台形状的凹部14b’的伞部外壳14a’和轴部12。在凹部14b’锻造用的模具上，设置圆锥台大致圆锥台形状的挤压成形部，该挤压成形部的上端面鼓出成球状，在伞部外壳14a’的大致圆锥台形状凹部14b’的底面14bl’上，成形与挤压成形部的球状鼓出部对应的凹球面。
[0108]然后，与需要相应地对壳体11实施热处理，在提高了伞部外壳14a’及轴部12中的耐热强度及机械性的强度之后，由图8 (b)所示的切削工序，将伞部外壳14a’的大致圆锥台形状凹部14b’的底面14bl’仅切削规定量H，进行用于形成大径空心部SI’的圆形顶棚面14b3的切削工序(未图示)。切削，例如，通过使用立铣刀进行，大径空心部SI’的圆形顶棚面14b3成为相对于阀1A的中心轴线L正确地正交的平面。
[0109]接着，由图8 (b)所不的孔贯穿设置工序,在轴部12贯穿设置了径空心部与小径空心部S2相当的孔，然后，通过顺序进行如图6 (c)、(d)所示的那样的冷却材料装填工序、盖焊接工序(空心部密闭工序)，制造阀1A0
[0110]这样，在第二实施例的空心提升阀1A中，由于以如下的方式构成:将由相对于阀1A的中心轴线L正交的平面构成的大径空心部SI，的圆形的顶棚面14b3 (帽檐状的环状台阶部15)设置在从第一实施例的圆锥台形状的大径空心部SI的圆形的顶棚面14bl向轴部12侧仅偏置了规定量H的位置，所以起到以下的效果。
[0111]例如，因为将在图8 (a)所示的锻造工序中使用的模具构成为前端鼓出成球状的大致圆锥台形状，所以模具的挤压成形部难以磨损。另外，因为在锻造工序后，由切削加工形成大径空心部S’的圆形的顶棚面14d3，所以对在锻造工序中使用的模具的挤压成形部的加工精度的要求也被缓和，模具的加工变得更容易，并且大径空心部S’的圆形的顶棚面14d3的加工精度也上升。
[0112]其结果，在加工大径空心部S’时能保证一定的加工精度，使制造的各阀1A的优良的吸热效果(热传导性)均匀化。
[0113]符号说明:
[0114]10、10A:空心提升阀
[0115]11: 一体地形成了伞部外壳和轴部的壳体
[0116]I2:轴部
[0117]14:伞部
[0118]14a、14a’:伞部外壳
[0119]14b、14b’:伞部外壳前面侧的凹部
[0120]14bl、14b3:大径空心部的圆形的顶棚面
[0121]14b2:伞部外壳的圆锥台形状的凹部内周面
[0122]15:作为大径空心部的顶棚面中的小径空心部的开口周缘部的帽檐状的环状台阶部
[0123]L:阀的中心轴线
[0124]S、S，:空心部
[0125]S1、SI’:圆盘状大径空心部
[0126]S2:直线状的小径空心部
[0127]P:连通部
[0128]18:盖
[0129]19:冷却材料。
【权利要求】
1.一种空心提升阀，从在轴端部一体地形成了伞部的提升阀的伞部到轴部形成了空心部，在上述空心部，一起装填了惰性气体和冷却材料，其特征在于， 设置在上述伞部内的大致圆盘状的大径空心部和设置在上述轴部内的直线状的小径空心部以大致正交的方式连通，上述大径空心部中的上述小径空心部的开口周缘部由相对于上述阀的中心轴线大致正交的平面构成，当上述阀在轴向进行往复动作时，至少在上述大径空心部内的冷却材料中绕上述阀的中心轴线形成纵向内转的循环流(对流)。
2.如权利要求1记载的空心提升阀，其特征在于， 上述大径空心部被构成为具备了大致模仿上述伞部的外形的圆锥形状的外周面的圆锥台形状，上述小径空心部在上述大径空心部的圆形的顶棚面上开口。
3.如权利要求2记载的空心提升阀，其特征在于， 上述大径空心部被构成为其圆形的顶棚面相对于上述圆锥台的上面向上述阀的轴部侧偏置规定距离的大致圆锥台形状。
【文档编号】F01L3/20GK104053868SQ201280015035
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2012年10月2日 优先权日:2012年10月2日
【发明者】小沼大树, 长谷川仁 申请人:日锻汽门株式会社