JP2002235514A - バルブシートの接合構造 - Google Patents

バルブシートの接合構造

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バルブシートがヘッドに対して物理的に保持
される接合形状を採用することにより、接合強度を確保
するとともに、設計自由度を向上させたバルブシートの
接合構造を提供する。 【解決手段】 バルブシート６の外周に縮径する傾斜部
２３を設け、この傾斜部２３を圧接時に生じる固相流動
体１４で隙間無く充填して固化することにより、バルブ
シート６をシリンダヘッド５に物理的に係合させる。ま
た、傾斜部２３の回りの固相流動体１４を、バルブシー
ト６の反ヘッド側に露出させ、固相流動体１４の充填度
合いが確認できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの機関弁
などにおけるバルブシートをヘッドの開口に接合する構
造に関し、特に圧接を用いて物理的に抜けない様に接合
したバルブシートの接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にエンジンの機関弁におけるバルブ
シートの接合は、鉄系焼結合金などにより形成されたリ
ング状のバルブシートを、アルミニウム合金製のシリン
ダヘッドの吸気ポート及び排気ポートの開口周囲の凹部
に、加熱圧入することにより行われていた。
【０００３】この加熱圧入方式では、焼きばめ等の内部
応力に耐えるために、リング状のバルブシートを比較的
厚肉とする必要がある。そのため、内部応力が少ない溶
接等によりバルブシートを接合し、バルブシートの薄肉
化を図る試みがなされている。特開平１１−５０８２３
号公報に、超音波振動を印加して行う摩擦圧接を用いる
方法が提案されている。また、特開平８−２９６４１７
号公報や特開２０００−２６３２４１号公報に、電気抵
抗溶接を用いる圧接方法が提案されている。
【０００４】いずれの方法でも、アルミニウム合金のシ
リンダヘッドと鉄系焼結合金のバルブシートとの異材質
間の接合であるため、接合境界部に形成される脆弱な金
属間化合物や酸化皮膜により、接合強度が確保できな
い。そのため、バルブシート自体に、アルミニウム合金
に対して拡散性を有する拡散材料を固着又は含浸させた
り、ろう材を介在させたりして接合強度を確保すること
が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述した摩擦圧接や電
気抵抗溶接によるバルブシートの接合では、比較的厚み
を薄くできるなどの設計上の自由度が確保できるもの
の、抜け落ちを完全に防止する接合強度が確保できず、
未だ実用化に至っていない。
【０００６】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、バルブシートがヘッドに対し
て物理的に保持される接合形状を採用することにより、
接合強度を確保するとともに、設計自由度を向上させた
バルブシートの接合構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成する請
求項１に記載のバルブシートの接合構造は、軟質金属製
ヘッドの開口にリング状の硬質金属製バルブシートを圧
接したバルブシートの接合構造であって、前記バルブシ
ートの外周に縮径部を設け、この縮径部に圧接時に生じ
る前記軟質金属の固相流動体が充填され固化して成るも
のである。この請求項１の構成によれば、圧接時に軟質
金属のヘッドに生じる固相流動体がリングの縮径部に流
れ込み、縮径部が軟質金属の固相流動体で隙間無く充填
され、この固相流動体が固化するとバルブシートはヘッ
ド側に物理的に固定される。
【０００８】請求項２に記載のバルブシートの接合構造
は、請求項１において、前記縮径部に充填された固相流
動体が反ヘッド側に露出している。この請求項２の構成
によれば、反ヘッド側に露出している固相流動体の存在
によって、縮径部に固相流動体で充填されていることが
確認できる。この固相流動体は圧接後のヘッド及びバル
ブシートの形状加工時に露出するものであってもよい。
【０００９】請求項３に記載のバルブシートの接合構造
は、請求項２において、前記縮径部に充填された前記固
相流動体が楔状となっている。この請求項３の構成によ
れば、バルブシートが楔状の固相流動体によってヘッド
側に強固に接合される。
【００１０】請求項４に記載のバルブシートの接合構造
は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前
記縮径部は、前記バルブシートの最大外径より反ヘッド
側に向かって縮径するものである。この請求項４の構成
によれば、最大外径を乗り越えて固相流動体が縮径部に
流れ込み、強固な抜け止めが形成される。この最大外径
は圧接後のバルブシートの形状加工時に現れるものであ
ってもよい。
【００１１】請求項５に記載のバルブシートの接合構造
は、請求項１に記載の発明において、前記バルブシート
のヘッド側底面の外周に傾斜部が設けられている。この
請求項４の構成によれば、傾斜部に沿って軟質金属の固
相流動体が縮径部に向かって押し出されるように流れ込
む。
【００１２】請求項６に記載のバルブシートの接合構造
は、請求項５において、前記バルブシートのヘッド側底
面の外周に傾斜部が設けられている。この請求項５の構
成によれば、圧接時の推力又は押圧力がそれほど大きく
なくても、ヘッド側に固相流動体を形成し始める。
【００１３】請求項７に記載のバルブシートの接合構造
は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前
記固相流動体は、前記バルブシートを回転させながら前
記ヘッドに向けて加圧する摩擦圧接により形成されたも
のである。この請求項７の構成によれば、摩擦圧接によ
り、バルブシートのヘッドへの物理的接合に十分な固相
流動体が形成される。
【００１４】請求項８に記載のバルブシートの接合構造
は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前
記ヘッドはエンジンのシリンダヘッドであり、前記バル
ブシートは前記シリンダヘッドの弁座を形成する。この
請求項８の構成によれば、圧接によりバルブシートをヘ
ッドに固定できるため、加熱圧入に比較してバルブシー
トの形状等の設計自由度が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って説明する。 〔第１実施形態〕図１〜３は、本発明の第１実施形態の
バルブシートの接合構造を示す図である。図１は第１実
施形態の断面図であって、バルブシートとシリンダヘッ
ドとを接合し、形状加工した後であって機関弁に組み込
まれた状態を示す。
【００１６】図１において、バルブシートの接合構造１
は、シリンダヘッド５と、バルブシート６とから構成さ
れる。シリンダヘッド５の開口１１の端に圧接により生
じた凹部１２が形成され、この凹部１２内にリング状の
バルブシート６が嵌入状態で接合されている。バルブシ
ート６の外周に反ヘッド側に向かって縮径する傾斜部
（縮径部）２３が形成され、この傾斜部（縮径部）２３
の回りに楔状になった固相流動体１４が充填され固化し
ている。以下、本明細書おいて、固相流動体とは、温度
上昇により軟化し、固相状態のまま流動可能な状態にあ
るものを言う。バルブシート６の反ヘッド側（燃焼室
側）の内周が４５°に加工され、弁座１５が形成され
る。このようなバルブシートの接合構造１に於いて、弁
体７が、バルブシート６の弁座１５に対して昇降自在に
配置されることにより、エンジンの機関弁２が構成され
る。
【００１７】図２に、シリンダヘッド５とバルブシート
６の接合前の状態が示される。シリンダヘッド５は、ア
ルミニウム合金（例えばＡｌ−Ｓｉ系）の様な軟質金属
で形成されている。バルブシート６は、鉄系の合金又は
それら合金の焼結体の様な硬質金属で形成されている。
【００１８】シリンダヘッド５の接合前の凹部２１は、
開口１１の内径Ｄ１より大きな内径Ｄ２を有する有底の
第１拡径孔２１１と、第１拡径孔２１１の内径Ｄ２より
更に大きな内径Ｄ３を有する有底の第２拡径孔２１２
と、これら第１拡径孔２１１と第２拡径孔２１２との間
の段部２１３とから形成されている。
【００１９】バルブシート６は、内径Ｄ５及び最大外径
Ｄ７を有し、厚みがＨ５のリング状に形成されている。
バルブシート６の外周には、最大外径の頂上２２から反
ヘッド側に形成された円錐面状の第１傾斜部（縮径部）
２３と、最大外径の頂上２２からヘッド側に形成された
円錐面状の第２傾斜部２４とが設けられている。第１傾
斜部２３の回りに楔状に固相流動体が充填されるため、
第１傾斜部２３の角度αは１０〜１５°とすることが好
ましい。第２傾斜部２４は固相流動体を第１傾斜部２３
に向けて押し出すため、第２傾斜部２４の角度βは４５
°以下とすることが好ましい。
【００２０】バルブシート６の最大外径Ｄ７は、第１傾
斜部２３に向けての固相流動体の流れを良くするため、
第２拡径孔２１２の内径Ｄ３より僅かに小さくすること
が好ましい。バルブシート６の第２傾斜面２４の底面内
径Ｄ６は、第２傾斜面２４が段部２１３の先端に当たる
ように、第１拡径孔２１１の内径Ｄ２より僅かに小さく
することが好ましい。バルブシート６の内径Ｄ５は、固
相流動体の内側へのバリの出方を制御するために、開口
１１の内径Ｄ１より僅かに小さくすることが好ましい。
バルブシート６の厚みＨ５は、圧接時の押し込み代（ア
ップセット代）を確保するために、凹部２１の深さＨ１
よりやや大きくすることが好ましい。
【００２１】図３に、シリンダヘッド５に対するバルブ
シート６の圧接の手順が示される。圧接は、押圧回転式
の摩擦接合により行われる。図３（ａ）に於いて、シリ
ンダヘッド５の凹部２１内にバルブシート６を嵌め込
む。段部２１３の先端が第２傾斜面２４に当たる。この
状態で、シリンダヘッド５に向けてバルブシート６を所
定の圧力Ｐで押圧する。図３（ｂ）に於いて、バルブシ
ート６を押圧しながら回転させると、段部２１３の先端
が固相流動体となって第２傾斜面２４に沿って流れる。
【００２２】図３（ｃ）に於いて、頂上２２に向かって
押し出される固相流動体は、頂上２２を乗り越え、第１
傾斜面２３に沿って反ヘッド側に流れる。図３（ｄ）に
おいて、バルブシート６のヘッド側底面がシリンダヘッ
ド５の第１拡径孔２１１の底に当たり、第１拡径孔２１
１の底に固相流動体が形成されるまで、押圧と回転を続
ける。図３（ｅ）に於いて、バルブシート６の回転を止
め押圧するアップセット加圧を行う。バルブシート６に
当たるシリンダヘッド５の部分が固相流動体となってい
るため、バルブシート６は更に押し込まれ。溢れた固相
流動体が、第１傾斜面２３の回りや開口１１の側に押し
出される。
【００２３】図３（ｅ）の状態で冷却すると、バルブシ
ート６の第１傾斜面２３の回りの固相流動体１４が楔状
になって固化する。バルブシート６の外周は固化した固
相流動体１４で充填され、物理的に抜けない状態にな
る。図３（ｆ）に於いて、バルブシート６の内周及び反
ヘッド側の表面を加工することにより、余分な固相流動
体のバリを取り除く。同時に、バルブシート６の内周の
反ヘッド側のコーナーに弁座１５を加工する。これらの
形状加工により、所定寸法に仕上がったバルブシート６
の接合構造１が得られる。
【００２４】図３（ｆ）に於いて、バルブシート６の第
１傾斜面２３の回りの固相流動体１４の充填が不十分で
あると、バリ除去後の固相流動体１４に空洞等の欠陥が
生じるため、外観検査によって圧接が確実に行われたも
のだけを選別することが可能になる。
【００２５】〔第２実施形態〕図４〜５は、本発明の第
２実施形態のバルブシートの接合構造の作成手順を示す
図である。図４に、シリンダヘッド５Ａとバルブシート
６Ａの接合前の状態が示される。
【００２６】シリンダヘッド５Ａの凹部３１は、開口１
１の内径Ｄ１１より大きな内径Ｄ１３を有し、深さがＨ
１１である有底の拡径孔に形成されている。バルブシー
ト６Ａは、内径Ｄ１５及び最大外径Ｄ１７を有し、厚み
がＨ１５のリング状に形成されている。バルブシート６
Ａの外周には、最大外径の頂上３２から反ヘッド側に形
成された円錐面状（角度α）の傾斜部（縮径部）３３が
設けられている。
【００２７】バルブシート６Ａの最大外径Ｄ１７は、傾
斜部３３に向けて固相流動体が押し出され易くするた
め、凹部２１の拡径孔の内径Ｄ１３より僅かに小さくす
ることが好ましい。バルブシート６Ａの内径Ｄ１５は、
固相流動体の開口１１側へのバリの出方を制御するため
に、開口１１の内径Ｄ１１より僅かに小さくすることが
好ましい。バルブシート６Ａの厚みＨ１５は、圧接時の
押し込み代を確保するために、凹部３１の深さＨ１１よ
りやや大きくすることが好ましい。
【００２８】図５に、シリンダヘッド５Ａに対するバル
ブシート６Ａの圧接の手順が示される。圧接は、押圧回
転式の摩擦接合により行われる。図５（ａ）に於いて、
シリンダヘッド５Ａの凹部３１内にバルブシート６Ａを
嵌め込む。バルブシート６Ａの底面が凹部３１の底面に
当たる。この状態で、シリンダヘッド５Ａに向けてバル
ブシート６を所定の圧力Ｐで押圧する。図５（ｂ）に於
いて、バルブシート６Ａを押圧しながら回転させると、
凹部３１の底面が固相流動体となり、頂上２２を乗り越
え、傾斜面３３に沿って押し出される。
【００２９】図５（ｃ）に於いて、バルブシート６Ａの
回転を止め、押圧を続ける。バルブシート６Ａに当たる
シリンダヘッド５Ａの凹部３１の底面が固体流動体とな
っているため、バルブシート６Ａは更に押し込まれ。溢
れた固相流動体が、傾斜面３３の回りに楔状になって押
し出される。図５（ｄ）に於いて、楔状の固相流動体３
４は冷却により、シリンダヘッド５Ａの母材と一体にな
って固化する。バルブシート６Ａの外周は楔状の固相流
動体３４で充填され、物理的に抜けない状態になる。図
５（ｅ）に於いて、バルブシート６Ａの内周及び反ヘッ
ド側の表面を加工することにより、余分な固相流動体の
バリを取り除く。同時に、バルブシート６Ａの内周の反
ヘッド側のコーナーに弁座３５を加工する。これらの加
工により、所定寸法に仕上がったバルブシート６Ａの接
合構造１Ａが得られる。
【００３０】図５（ｅ）に於いて、バルブシート６Ａの
傾斜面３３の回りの固相流動体３４の回り込みが不十分
であると、バリ除去後の固相流動体３４に空洞等の欠陥
が生じるため、外観検査で圧接が確実に行われたものだ
けを選別することが可能になる。
【００３１】〔第３実施形態〕図６に、第３実施形態に
係るシリンダヘッド５Ｂとバルブシート６Ｂの接合前の
状態が示される。シリンダヘッド５Ｂの形状は第１実施
形態と同様である。バルブシート６Ｂの外周の最大外径
部分４１からヘッド側に第１実施形態と同様の傾斜部４
３が形成され、最大外径部分４１から反ヘッド側に半円
状の縮径部４２が形成されている。バルブシート６Ｂの
外周の反ヘッド側は、最大外径部分４１の外径より小径
の筒部４４となっており、両者の間に径差εが存在して
いる。
【００３２】第１実施形態の場合と同様に、傾斜面４３
に沿って流れる固相流動体が最大外径部分４１を乗り越
え、縮径部４２に充填される。縮径部４２に充填された
固相流動体が固化してシリンダヘッド５Ｂの母材と一体
になる。また、縮径部４２に充填される固相流動体は径
差εからバルブシート６Ｂの反ヘッド側に露出するた
め、縮径部４２を埋める固相流動体の充満を外観で確認
できる。
【００３３】〔第４実施形態〕図７に、第４実施形態に
係るシリンダヘッド５Ｃとバルブシート６Ｃの接合前の
状態が示される。シリンダヘッド５Ｃの形状は第１実施
形態と同様である。バルブシート６Ｃの外周の最大外径
部分５１からヘッド側に第１実施形態と同様の傾斜部５
３が形成され、最大外径部分５１から反ヘッド側に引っ
掛かり部となる縮径部５２が形成されている。バルブシ
ート６Ｃの外周の反ヘッド側は、最大外径部分５１の外
径より小径の頂上５４となっており、両者の間に径差ε
が存在している。
【００３４】第１実施形態の場合と同様に、傾斜面５３
に沿って流れる固相流動体が最大外径部分５１を乗り越
え、引っ掛かり部となる縮径部５２に充填される。縮径
部５２に充填された固相流動体が固化してシリンダヘッ
ド５Ｃの母材と一体になる。また、縮径部５２に充填さ
れた固相流動体は径差εからバルブシート６Ｃの反ヘッ
ド側に露出するため、縮径部５２を埋める固相流動体の
充満を外観で確認できる。
【００３５】〔第５実施形態〕図８に、第５実施形態に
係るシリンダヘッド５Ｄとバルブシート６Ｄの接合前の
状態が示される。シリンダヘッド５Ｄの形状は、第２拡
径孔が有底の円錐孔６０に形成されている以外は、第１
実施形態と同様である。バルブシート６Ｄの外周は、第
１傾斜部６１と第２傾斜部６２とを有する円錐筒状にな
っている。第１傾斜部６１と第２傾斜部６２との間に、
引っ掛かり部となる円周溝状の縮径部６３が形成されて
いる。縮径部６３はバルブシート６Ｄの最大外径から縮
径するものではないが、抜け止めの引っ掛かりとしては
十分な段差を有している。また、第１傾斜部６１と第２
傾斜部６２との間に径差εが設けられている。
【００３６】第１実施形態の場合と同様に、第１傾斜面
６１に沿って流れる固相流動体が引っ掛かり部となる縮
径部６３に充填される。縮径部６３に充填される固相流
動体が固化してシリンダヘッド５Ｄの母材と一体にな
る。また、縮径部６２に充填される固相流動体は径差ε
からバルブシート６Ｄの反ヘッド側に露出するため、縮
径部６２を埋める固相流動体の充満を外観で確認でき
る。
【００３７】〔第６実施形態〕図９に、第６実施形態に
係るシリンダヘッド５Ｅとバルブシート６Ｅの接合状態
が示される。図９（ａ）は接合前の状態を示す断面図で
あり、図９（ｂ）は接合後の状態を示す断面図であり、
図９（ｃ）は形状加工後の状態を示す断面図である。
【００３８】図９（ａ）において、シリンダヘッド５Ｅ
は、開口１１の端に凹部を設ける前加工を一切施さず、
鋳造後の形状のままである。バルブシート６Ｅの外周に
は、最大外径の頂上７２から反ヘッド側に形成された円
錐面状の第１傾斜部（縮径部）７３と、最大外径の頂上
７２からヘッド側に形成された円錐面状の第２傾斜部７
４とが設けられている。バルブシート６Ｅの内周には第
３傾斜部７５が設けられ、バルブシート６Ｅの底面に尖
った刃７６が形成されている。
【００３９】図９（ｂ）において、シリンダヘッド５Ｅ
にバルブシート６Ｅを回転させながら圧接すると、シリ
ンダヘッド５Ｅの開口１１や端面１３から軟質金属の固
相流動体が大きくはみ出る。この大量のはみ出しによ
り、バルブシート６Ｅの第１傾斜部７３回りへの固相流
動体の充填が十分となる。図９（ｃ）において、シリン
ダヘッド５Ｅの内周１１ａとバルブシート６Ｅの内周面
７７ａを同時に加工して新たな開口を形成し、シリンダ
ヘッド５Ｅの端部１１ｂとバルブシート６Ｅの反ヘッド
側の端部７７ｂを同時に加工して新たな皿状端部を形成
し、シリンダヘッド５Ｅの反ヘッド側コーナーを加工し
て弁座７７ｃを形成する。
【００４０】図９（ｃ）に於いて、バルブシート６Ｅの
傾斜面７３の回りの固相流動体の回り込みによる充填が
十分になるとともと、加工後に傾斜面７３の回りの固相
流動体の充満状態を外観検査で確認することができる。
【００４１】〔第７実施形態〕図１０に、第７実施形態
に係るシリンダヘッド５Ｆとバルブシート６Ｆの接合状
態が示される。図１０（ａ）は接合前の状態を示す断面
図であり、図１０（ｂ）は接合後の状態を示す断面図で
あり、図８（ｃ）は形状加工後の状態を示す断面図であ
る。
【００４２】図１０（ａ）において、シリンダヘッド５
Ｆは、開口１１の端に、第１拡径孔８１１と第２拡径孔
８１２とからなる凹部８１を設ける。バルブシート６Ｆ
の外周には、頂上８２から反ヘッド側に形成された円錐
面状の第１傾斜部（縮径部）８３と、頂上８２からヘッ
ド側に形成された円錐面状の第２傾斜部８４とが設けら
れている。バルブシート６Ｆの反ヘッド側の端にキャッ
プ部８５が設けられ、第１傾斜部８３の端に顎８５ａが
形成されている。頂上８２の外径は第２拡径部８１２の
内径にほぼ等しく、キャップ部８５の外径は頂上８２の
外径より大きく、両者の間に径差δが存在している。
【００４３】図１０（ｂ）において、シリンダヘッド５
Ｆにバルブシート６Ｆを回転させながら圧接すると、バ
ルブシート６Ｆの第１傾斜部８３に流れ込む軟質金属の
固相流動体が顎部８５ａでせき止められ、第１傾斜部８
３への固相流動体の楔状の充填が促進される。
【００４４】図１０（ｃ）において、シリンダヘッド５
Ｆの端部１１ｂとバルブシート６Ｆの反ヘッド側の端部
８７ｂを同時に加工して新たな皿状端部を形成する。こ
のとき、バルブシート６Ｆのキャップ部８５に相当する
部分を除去し、第１傾斜部８３に充填された楔状の固相
流動体を露出させる。さらに、リンダヘッド５Ｆの反ヘ
ッド側コーナーを加工して弁座８７ｃを形成する。
【００４５】図１０（ｃ）に於いて、バルブシート６Ｆ
の傾斜面８３の回りの固相流動体の充填が十分になると
ともと、加工後に傾斜面８３の回りの固相流動体の状態
を外観検査で確認することができる。
【００４６】以上説明した第１〜７実施形態は以下の効
果を有する。 （１）第１〜７実施形態において、バルブシートの外周
に設けられた縮径部としての傾斜部２３，３３，７３，
８３又は引っ掛かり部としての縮径部４２，５２，６３
にシリンダヘッドからの固相流動体が隙間無く充填さ
れ、この固相流動体がシリンダヘッドの母材と連続して
固化しているため、バルブシートはシリンダヘッドに物
理的に抜けないように保持された接合になる。そのた
め、従来接合面の接合強度から採用困難とされてきた摩
擦圧接による接合が可能になる。物理的に抜けないよう
な摩擦接合が可能になると、バルブシートの特に接合表
面の材質の制限がなくなり、加熱圧入に比較して薄肉形
状のバルブシートにすることが可能になり、バルブシー
トの寸法及び材質の設計自由度を大幅に向上させること
ができる。
【００４７】（２）第１〜７実施形態において、バルブ
シートの外周に設けられた縮径部としての傾斜部２３，
３３，７３，８３又は引っ掛かり部としての縮径部４
２，５２，６３に充填される固相流動体が傾斜部２３，
３３，７３，８３の広がりに応じて又は径差εを経てバ
ルブシートの反ヘッド側の表面に露出するようになって
いるため、物理的な保持を含む接合の確認が外観で判断
できるため、全数の検査が簡単にでき、確実に接合され
たものだけを製品とすることができる。
【００４８】（３）第１〜２，６〜７実施形態におい
て、バルブシートの外周に設けられた縮径部は反ヘッド
側に徐々に縮径する傾斜部２３，３３，７３，８３に形
成されているため、傾斜部２３，３３，７３，８３の回
りに充填される固相流動体が楔状となり、バルブシート
が抜けようとすると締まり、バルブシートのシリンダヘ
ッドへの物理的な保持が確実となる。
【００４９】（４）第１，３〜５実施形態において、バ
ルブシートのヘッド側底面の外周に傾斜部２４，４３，
５３，６１が設けられており、この傾斜部２４，４３，
５３，６１がシリンダヘッド側の段部２１３（図２参
照）に当たって固相流動を生じさせるため、摩擦接合時
の当初の押圧力が少なくできる。また、生じた固相流動
体が傾斜部２４，４３，５３，６１に沿って縮径部とし
ての傾斜部２３又は引っ掛かり部としての縮径部４２，
５２，６３に流れるため、固相流動体による充填が確実
に行われる。
【００５０】（５）第１，２実施形態において、バルブ
シートの外周の形状が二つの傾斜部の組み合わせ又は一
つの傾斜部で形成され、焼結合金等の硬質金属で形成さ
れバルブシート６，６Ａの形状が簡単になる。特に、第
２実施形態のバルブシート６Ａの形状は外周に一つの傾
斜部しかないため簡単になっている。
【００５１】（６）第１〜７実施形態において、いずれ
も摩擦接合により固相流動体を形成しており、電気抵抗
溶接の電流管理に比較して、回転数、圧力、押し込み量
等の管理しやすい因子であるため、再現性が高く、品質
が安定し、生産設備も簡素な機構で済む。
【００５２】（７）第１〜７実施形態において、摩擦接
合により固相流動体を形成するため、バルブシートが押
し当てられる母材の部分にも接合時のかき混ぜ効果が及
び、バルブシートの周囲の母材の靱性が上がっているこ
とが推定される。その結果、バルブシートを支える母材
の機械的特性が向上し、バルブシートの弁開閉時の衝撃
に対する耐久性がバルブシート接合構造全体として改善
される。特に、エンジンの機関弁では、弁開閉時の衝撃
が大きいため、バルブシートの回りに強靱な材料が形成
されていることは有利である。
【００５３】（８）第４，５実施形態において、バルブ
シート６Ｃ，６Ｄの末広がりの開口に対応し、バルブシ
ート６Ｃ，６Ｄの外周も末広がりとすることができる。
この場合、バルブシート６Ｃ，６Ｄの外周に引っ掛かり
部となる縮径部５２，６３を設けると、バルブシート６
Ｃ，６Ｄのシリンダヘッド５Ｃ，５Ｄへの物理的な保持
を含む接合が可能になる。このとき、縮径部５２，６３
に充填される固相流動体の反ヘッド側への露出により、
充満の度合いが外観で確認できる。
【００５４】（９）第６実施形態において、バルブシー
ト６Ｅの底面が尖った刃７６になっているため、シリン
ダヘッド５Ｅの端面１３に押し当てて回転させるとき
に、シリンダヘッド５Ｅ側に固相流動体を形成せしめる
押圧力を低下させることができる。これにより、専用の
摩擦圧接機を使用せず、通常のＮＣマシンでの摩擦圧接
できる可能性もある。また、シリンダヘッド５Ｅの開口
１１の回りに凹部を形成することなく、バルブシート６
Ｅを押し込むことにより、大量の固相流動体を発生さ
せ、バルブシート６Ｅの第１傾斜面７３回りの隙間のな
い楔状固相流動体の形成を確実なものとすることができ
る。
【００５５】（１０）第７実施形態において、バルブシ
ート６Ｆの反ヘッド側の端にキャップ部８５を形成する
ことにより、バルブシート６Ｆの第１傾斜面８３回りに
流れ込む固相流動体をせき止め、第１傾斜面８３回りの
隙間のない楔状固相流動体の形成を確実なものとするこ
とができる。そして、バルブシート６Ｆのキャップ部８
５を加工により削り落とすことにより、第１傾斜面８３
回りの楔状固相流動体が露出するため、隙間無く充填さ
れた楔状固相流動体の存在を外観で検査することができ
る。
【００５６】なお、実施の形態は前記に限定されるもの
ではなく、例えば、次のように変更して実施してもよ
い。 （１）第１〜７実施形態において、シリンダヘッドに固
相流動体を生じさせる摩擦接合として、押圧回転式のも
のを用いる場合を説明したが、超音波振動体を押圧する
方式の摩擦接合を用いることもできる。この場合、バル
ブシートに超音波振動するホーンを押しつけることによ
り、加圧しながら振動させる。
【００５７】（２）第１〜７実施形態において、シリン
ダヘッドがアルミニウム合金の軟質金属、バルブシート
が焼結合金の硬質金属で形成されている場合を説明した
が、シリンダヘッドが鍛造又は鋳造の鉄であって、バル
ブシートがタングステンカーバイトを含む硬質金属の組
み合わせであってよい。シリンダヘッドとバルブシート
との間に軟質及び硬質の差があり、硬質金属の圧接時に
軟質金属側に固相流動が生じるような組み合わせであれ
ばよい。
【００５８】（３）第１〜７実施形態において、好まし
い適用例として、エンジンの機関弁への適用例を説明し
たが、開閉を繰り返す弁であって、バルブシートをヘッ
ドの開口に別途取り付けるタイプの弁であれば、本実施
形態のバルブシートの接合構造を採用することができ
る。
【００５９】（４）第１〜７実施形態において、バルブ
シートは物理的に保持されるため、異種金属間の接合強
度をそれほど必要としないが、異種金属間の接合状態を
良好にし、熱伝達係数を上昇させるなどのために、焼結
合金製のバルブシートに銅、亜鉛、錫、マグネシウム又
はこれらの合金からなる拡散材料を含浸又は／及び被覆
しておくこともできる。
【００６０】（５）第３〜４実施形態において、径差ε
をゼロにし、縮径部４２，５２への固相流動体を閉じ込
めるようにすることもできる。第７実施形態において、
キャップ部８５を残す加工を施し、傾斜部８３に充填さ
れた固相流動体を閉じ込めることもできる。このとき、
縮径部４２，５２或いは傾斜部８３への固相流動体の充
填度合いは別途の方法例えば非破壊検査により検査する
ことができる。
【００６１】
【発明の効果】以上詳述したように請求項１に記載の発
明によれば、圧接時に生じるヘッド側の固相流動体がバ
ルブシートの縮径部の回りを隙間無く充填し、物理的に
バルブシートを固定するため、バルブシートは異種金属
間の接合状態に関係なく確実に接合される。また圧接で
あるため、加熱圧入に比較して、バルブシートの厚みを
薄くするなどの設計上の自由度を向上させることができ
る。
【００６２】請求項２に記載の発明によれば、バルブシ
ートの縮径部に充填された固相流動体が外観で確認で
き、接合状態の品質管理が確実に行われる。請求項３に
記載の発明によれば、バルブシートの縮径部に充填され
た固相流動体による接合が確実になる。請求項４に記載
の発明によれば、バルブシートの縮径部に固相流動体が
充填されやすく、充填状態の確認も容易にできる。請求
項５に記載の発明によれば、バルブシートの縮径部に充
填される固相流動体を十分に送り込める。請求項６に記
載の発明によると、バルブシートの圧接時の当初の押圧
力を下げることができる。
【００６３】請求項７に記載の発明によると、摩擦圧接
により生成される固相流動体により、バルブシートをヘ
ッドに確実に固定できる。請求項８に記載の発明による
と、エンジンのバルブシートに適用すると、厚みを薄く
する等のバルブシートの設計自由度を向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の断面図であって、バルブシート
とシリンダヘッドの接合後であって機関弁に組み込まれ
た状態を示す図である。
【図２】シリンダヘッドとバルブシートの接合前の状態
を示す断面図である。
【図３】シリンダヘッドとバルブシートの接合手順を示
す断面図である。
【図４】第２実施形態の断面図であって、バルブシート
とシリンダヘッドの接合前の状態を示す図である。
【図５】シリンダヘッドとバルブシートの接合手順を示
す断面図である。
【図６】第３実施形態の断面図であって、バルブシート
とシリンダヘッドの接合前の状態を示す図である。
【図７】第４実施形態の断面図であって、バルブシート
とシリンダヘッドの接合前の状態を示す図である。
【図８】第５実施形態の断面図であって、バルブシート
とシリンダヘッドの接合前の状態を示す図である。
【図９】第６実施形態の断面図であって、バルブシート
とシリンダヘッドの接合前の状態と接合手順を示す図で
ある。
【図１０】第７実施形態の断面図であって、バルブシー
トとシリンダヘッドの接合前の状態と接合手順を示す図
である。
【符号の説明】
１ バルブシートの接合構造 ５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ シリンダヘ
ッド（ヘッド） ６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆ バルブシー
ト １１ 開口 １４ 楔状の固相流動体 ２１３ 段部 ２２ 頂上（最大外径部） ２３，３３，７３，８３ 第１傾斜部（縮径部） ２４ 第２傾斜部 ４２，５２，６３ 縮径部 ７６ 刃（尖った部分）

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軟質金属製ヘッドの開口にリング状の硬
    質金属製バルブシートを圧接したバルブシートの接合構
    造であって、前記バルブシートの外周に縮径部を設け、
    この縮径部に圧接時に生じる前記軟質金属の固相流動体
    が充填され固化して成るバルブシートの接合構造。
  2. 【請求項２】 前記縮径部に充填された固相流動体が反
    ヘッド側に露出している請求項１に記載のバルブシート
    の接合構造。
  3. 【請求項３】 前記縮径部に充填された前記固相流動体
    が楔状となっている請求項２に記載のバルブシートの接
    合構造。
  4. 【請求項４】 前記縮径部は、前記バルブシートの最大
    外径より反ヘッド側に向かって縮径するものである請求
    項１〜３のいずれかに記載のバルブシートの接合構造。
  5. 【請求項５】 前記バルブシートのヘッド側底面の外周
    に傾斜部が設けられている請求項１に記載のバルブシー
    トの接合構造。
  6. 【請求項６】 前記バルブシートのヘッド側底面が尖っ
    ている請求項５に記載のバルブシートの接合構造。
  7. 【請求項７】 前記固相流動体は、前記バルブシートを
    回転させながら前記ヘッドに向けて加圧する摩擦圧接に
    より形成されたものである請求項１〜６のいずれかに記
    載のバルブシートの接合構造。
  8. 【請求項８】 前記ヘッドはエンジンのシリンダヘッド
    であり、前記バルブシートは前記シリンダヘッドの弁座
    を形成する請求項１〜７のいずれかに記載のバルブシー
    トの接合構造。
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