JP6609124B2 - Engine valve and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンバルブ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an engine valve and a manufacturing method thereof.
エンジンを搭載した自動車等の車両では、エンジン部分で大きな熱が発生するが、発生した熱はエンジン部材を介して周囲に拡散し易く、必ずしも発生した熱を充分に利用しきれていないのが現状である。 In vehicles such as automobiles equipped with an engine, a large amount of heat is generated in the engine part, but the generated heat is easily diffused to the surroundings through the engine member, and the generated heat is not necessarily fully utilized. It is.
そこで、エンジンに発生する熱を有効に利用し、燃費等の特性をより向上させようとする研究が盛んに行われており、熱ロスの低減に向け、エンジンバルブの断熱化を図る試みが行われている。 Therefore, researches have been actively conducted to effectively use the heat generated in the engine and improve characteristics such as fuel efficiency, and attempts have been made to insulate engine valves in order to reduce heat loss. It has been broken.
特許文献1には、エンジンバルブの断熱を図る技術であってバルブの傘表面及び傘裏面にセラミックスや合金を溶射して皮膜を形成する技術が開示されている。特許文献2には、断熱性を図る技術であって金属からなる基材に塗布するための排気系部品用塗料が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique for heat insulation of an engine valve, in which a film is formed by spraying ceramics or an alloy on the umbrella front and back of the valve. Patent Document 2 discloses a paint for exhaust system parts that is a technique for achieving heat insulation and is applied to a base material made of metal.
しかしながら、特許文献1では、溶射により皮膜を形成しているので、金属のエンジンバルブと皮膜との間の密着力が充分とはいえなかった。エンジン作動中に、エンジンバルブは、大きな熱的及び物理的衝撃を受けることになる。このようなエンジンバルブが使用される過酷な環境下では、特許文献1の技術では、皮膜がエンジンバルブから剥離するという問題があった。 However, in Patent Document 1, since the coating is formed by thermal spraying, the adhesion between the metal engine valve and the coating cannot be said to be sufficient. During engine operation, engine valves are subject to significant thermal and physical shocks. Under the harsh environment in which such an engine valve is used, the technique of Patent Document 1 has a problem that the film peels from the engine valve.
特許文献2の排気系部品用塗料を用いて金属からなる基材に皮膜を形成する場合、金属からなる基材にガラス成分を焼き付けることになるので、金属成分とガラス成分とが化学結合し充分な密着性を確保することができる。しかしながら、特許文献2の技術では、ガラス成分を含む塗料を焼き付けて皮膜を形成する際に、塗料が収縮するという問題があった。これは金属と塗料の熱膨張率が異なることが原因で起こる現象であり、この収縮の現象は、皮膜の膜厚が大きいときに顕著になる。この収縮によって、形成された皮膜の端部が皮膜の中心部分に向かって引けて(後退して)、皮膜の厚みが端部で薄くなるという問題があった。従って、断熱性を高める目的で、エンジンバルブの傘部の側面に上記皮膜を形成しても、例えば皮膜の傘裾側の端部は軸部側に向かって引けて、該端部の皮膜が薄くなってしまう。このように皮膜に薄い部分があると、その部分の断熱性能が劣るため、充分な断熱性能を発揮することができなくなる。 When a coating film is formed on a base material made of metal using the paint for exhaust system parts of Patent Document 2, since the glass component is baked on the base material made of metal, the metal component and the glass component are chemically bonded to each other. Good adhesion can be ensured. However, the technique of Patent Document 2 has a problem that the paint contracts when the paint containing the glass component is baked to form a film. This is a phenomenon caused by the difference in thermal expansion coefficient between the metal and the paint, and this shrinkage phenomenon becomes significant when the film thickness is large. Due to this contraction, there is a problem that the end of the formed film is drawn (retracted) toward the center of the film, and the thickness of the film is reduced at the end. Therefore, even if the above-mentioned film is formed on the side surface of the umbrella part of the engine valve for the purpose of enhancing the heat insulation, for example, the end of the film on the umbrella hem side is pulled toward the shaft part side, and the film on the end part is It will be thinner. Thus, if there is a thin portion in the film, the heat insulating performance of the portion is inferior, and therefore sufficient heat insulating performance cannot be exhibited.
本発明は、上記のような問題点を踏まえてなされたものであり、断熱性が高く、エンジンバルブの傘裏に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくいエンジンバルブを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an engine valve that has high heat insulating properties and that makes it difficult for a glass coat layer formed on the back of an engine valve umbrella to peel off from a metal substrate. With the goal.
上記目的を達成するため、本発明のエンジンバルブは、傘部と軸部とからなるエンジンバルブであって、上記エンジンバルブを構成する金属基材と、上記金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分に形成され、その一部が露出した状態のガラスコート層と、上記ガラスコート層の表面の一部に、上記ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されたセラミック部材とからなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the engine valve of the present invention is an engine valve composed of an umbrella part and a shaft part, and is a metal base material constituting the engine valve and a side surface of the umbrella part of the metal base material. The glass coat layer is formed in a portion other than the umbrella skirt on the back of the umbrella, and a part of the glass coat layer is exposed, and the end of the glass coat layer on the umbrella skirt side is formed on a part of the surface of the glass coat layer. It consists of a ceramic member arranged so as to cover.
本発明のエンジンバルブの傘裏面は、上記ガラスコート層が形成されていない傘裾部と、上記ガラスコート層が形成された傘裾部以外の部分とからなる。なお、本明細書において、「傘裏面」とは、傘部の側面のことである。本発明のエンジンバルブをエンジンに用いた場合、その傘裏面は、エンジンバルブの傘部において、エンジンバルブを閉じた状態で、エンジン燃焼室を臨まない方の面である。エンジンバルブの傘表面はエンジンバルブの傘部において、エンジンバルブを閉じた状態で、エンジン燃焼室を臨む面のことである。
傘裏面の傘裾部とは、傘裏面の傘裾から軸部に向かう所定の領域である。傘裾とは、傘表面側の傘裏面の端部である。
傘裏面の傘裾部以外の部分とは、該傘裾部の軸部側の端部からエンジンバルブの軸部までの傘裏面である。
The umbrella back surface of the engine valve of the present invention includes an umbrella skirt portion where the glass coat layer is not formed and a portion other than the umbrella skirt portion where the glass coat layer is formed. In the present specification, the “umbrella back surface” refers to the side surface of the umbrella portion. When the engine valve of the present invention is used in an engine, the rear surface of the umbrella is the surface of the engine valve that does not face the engine combustion chamber when the engine valve is closed. The engine valve umbrella surface is the surface of the engine valve umbrella that faces the engine combustion chamber when the engine valve is closed.
The umbrella skirt portion on the back surface of the umbrella is a predetermined region from the umbrella skirt on the back surface of the umbrella toward the shaft portion. The umbrella hem is the end of the umbrella back side on the umbrella surface side.
The portion other than the umbrella skirt portion on the back surface of the umbrella is the umbrella back surface from the shaft portion side end portion of the umbrella skirt portion to the shaft portion of the engine valve.
本発明のエンジンバルブをエンジンに用いた場合、上記ガラスコート層が形成されていない傘裾部は、シリンダーと接触する部分となる。
本発明においては、エンジンバルブの傘裏面の傘裾部以外の部分には、ガラスコート層が形成されているので、エンジンバルブの断熱性を高めることができる。
When the engine valve of the present invention is used in an engine, the umbrella skirt portion where the glass coat layer is not formed becomes a portion in contact with the cylinder.
In the present invention, since the glass coat layer is formed on the portion other than the umbrella skirt portion on the back side of the umbrella of the engine valve, the heat insulation of the engine valve can be enhanced.
本発明のエンジンバルブは、金属基材の上に形成されたガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材が配置されていることにより、ガラスコート層を形成するための焼成工程において傘裾部に隣接したガラスコート層(ガラスペースト層)がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしても、セラミック部材の重みによって収縮が阻害される。このため、製造時にガラスコート層を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。このため、傘裏面のガラスコート層の厚みが傘裾部側の端部で薄くなるという問題が発生せず、その結果高い断熱性能を発揮できる。 The engine valve of the present invention is fired to form a glass coat layer by arranging a ceramic member so as to cover an end of the glass coat layer formed on the metal substrate on the umbrella skirt side. In the process, even if the glass coat layer (glass paste layer) adjacent to the umbrella skirt portion tends to shrink in the axial direction of the engine valve, the shrinkage is inhibited by the weight of the ceramic member. For this reason, even if it passes through the sintering process for forming a glass coat layer at the time of manufacture, the edge part by the side of the umbrella bottom of a glass coat layer does not generate | occur | produce in the umbrella back surface. For this reason, the problem that the thickness of the glass coat layer on the back surface of the umbrella becomes thin at the end on the umbrella skirt portion side does not occur, and as a result, high thermal insulation performance can be exhibited.
また、本発明のエンジンバルブにおいては、ガラスコート層を焼結により形成する際に、金属基材とガラスコート層との間及びガラスコート層とセラミック部材との間に強い密着力が発現する。このためエンジンバルブが使用される過酷な環境下においても、エンジンバルブの傘裏面に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくく、高い断熱性能を発揮できることになる。 Further, in the engine valve of the present invention, when the glass coat layer is formed by sintering, strong adhesion is developed between the metal substrate and the glass coat layer and between the glass coat layer and the ceramic member. For this reason, even in a harsh environment where the engine valve is used, the glass coat layer formed on the back surface of the umbrella of the engine valve is difficult to peel off from the metal base material, and high heat insulation performance can be exhibited.
さらに、本発明のエンジンバルブにおいては、ガラスコート層の一部が表面に露出している(ガラスコート層が、セラミック部材で覆われていない部分がある)ので、セラミック部材とガラスコート層とが接着している部分が、これらの密着に必要な最小面積となる。これにより、セラミック部材とガラスコート層の熱膨張係数の違いによる応力を極力緩和することが可能となり、ガラスコート層の靱性が低い場合であっても、焼結工程においてガラスコート層が割れる等して破損することが防止される。 Furthermore, in the engine valve of the present invention, since the glass coat layer is partially exposed on the surface (the glass coat layer is not covered with the ceramic member), the ceramic member and the glass coat layer are The bonded part is the minimum area necessary for these close contact. As a result, the stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic member and the glass coat layer can be alleviated as much as possible, and even if the toughness of the glass coat layer is low, the glass coat layer breaks in the sintering process. Damage is prevented.
本発明のエンジンバルブは断熱性が高い。そのため、以下の効果を奏する。
本発明のエンジンバルブをエンジンに用いる際、本発明のエンジンバルブは、吸気側のエンジンバルブとしても、排気側のエンジンバルブとしても用いることができる。
本発明のエンジンバルブを吸気側のエンジンバルブとして用いる場合、本発明のエンジンバルブは断熱性が高いので、エンジンバルブの熱が吸気に伝わりにくい。そのため、吸気効率を低下させることなくエンジンを作動させることができる。
また、本発明のエンジンバルブを排気側のエンジンバルブとして用いる場合、本発明のエンジンバルブは断熱性が高いので、排気の熱がエンジンバルブに伝達されにくい。そのため、排ガスの温度が低下しにくい。エンジンからの排ガスは、エンジンの下流に設置された排ガス浄化装置に設置された担体により浄化されることになるが、排ガスの温度が低下していない場合、排ガスは速やかに担体の温度を上昇させ、担体の排ガス浄化機能を好適に発揮させることができる。つまり、本発明のエンジンバルブを排気側のエンジンバルブとして用いると、排ガス浄化効率が向上する。
The engine valve of the present invention has high heat insulation. Therefore, the following effects are exhibited.
When the engine valve of the present invention is used for an engine, the engine valve of the present invention can be used as both an intake side engine valve and an exhaust side engine valve.
When the engine valve of the present invention is used as an engine valve on the intake side, the engine valve of the present invention has high heat insulation, so that the heat of the engine valve is not easily transmitted to the intake air. Therefore, the engine can be operated without reducing the intake efficiency.
Further, when the engine valve of the present invention is used as an engine valve on the exhaust side, the engine valve of the present invention has high heat insulation properties, so that the heat of the exhaust is not easily transmitted to the engine valve. Therefore, the temperature of the exhaust gas is unlikely to decrease. Exhaust gas from the engine is purified by a carrier installed in an exhaust gas purification device installed downstream of the engine. If the temperature of the exhaust gas is not lowered, the exhaust gas quickly raises the temperature of the carrier. The exhaust gas purification function of the carrier can be suitably exhibited. That is, when the engine valve of the present invention is used as an engine valve on the exhaust side, exhaust gas purification efficiency is improved.
本発明のエンジンバルブにおいて、上記セラミック部材は、気孔を有することが好ましい。
セラミック部材が気孔を有すると、エンジンバルブの断熱性能がより向上する。また、ガラスコート層を形成する際の焼結工程において、ガラスコート層とセラミック部材との間に熱膨張差による応力が発生しても、気孔によりその応力が緩和される。このため、ガラスコート層の靱性が低い場合であっても、焼結の際にガラスコート層が割れる等して破損することがより防止される。
また、上記セラミック部材の気孔中にガラスコート層の成分が浸透していることが好ましい。焼結工程においてガラスコート層の原料が気孔に拡散してアンカー効果を発揮することで、ガラスコート層とセラミック部材のより強い密着が可能となる。
In the engine valve of the present invention, the ceramic member preferably has pores.
When the ceramic member has pores, the heat insulating performance of the engine valve is further improved. Moreover, even if a stress due to a difference in thermal expansion occurs between the glass coat layer and the ceramic member in the sintering step when forming the glass coat layer, the stress is relieved by the pores. For this reason, even when the toughness of the glass coat layer is low, the glass coat layer is prevented from being broken and broken during sintering.
Moreover, it is preferable that the component of the glass coat layer has penetrated into the pores of the ceramic member. In the sintering process, the glass coat layer raw material diffuses into the pores and exhibits an anchor effect, whereby stronger adhesion between the glass coat layer and the ceramic member is possible.
本発明のエンジンバルブにおいて、上記ガラスコート層は、気孔を有することが好ましい。
ガラスコート層が気孔を有すると、エンジンバルブの断熱性能がより向上する。また、ガラスコート層を形成する際の焼結工程において、ガラスコート層とセラミック部材との間に熱膨張差による応力が発生しても、気孔によりその応力が緩和される。このため、ガラスコート層の靱性が低い場合であっても、焼結工程においてガラスコート層が割れる等して破損することがより防止される。
In the engine valve of the present invention, the glass coat layer preferably has pores.
When the glass coat layer has pores, the heat insulating performance of the engine valve is further improved. Moreover, even if a stress due to a difference in thermal expansion occurs between the glass coat layer and the ceramic member in the sintering step when forming the glass coat layer, the stress is relieved by the pores. For this reason, even if the toughness of the glass coat layer is low, the glass coat layer is prevented from being broken and broken in the sintering process.
本発明のエンジンバルブにおいては、上記ガラスコート層の厚さが、1〜1000μmであることが好ましい。
ガラスコート層の厚さが1μm未満であると、エンジンバルブの断熱性が充分に向上しにくい場合がある。ガラスコート層の厚さが1000μmを超えると、ガラスコート層に熱衝撃等が加わった際に、クラックが発生しやすくなることがある。
In the engine valve of the present invention, the glass coat layer preferably has a thickness of 1 to 1000 μm.
If the thickness of the glass coat layer is less than 1 μm, the heat insulation of the engine valve may not be sufficiently improved. If the thickness of the glass coat layer exceeds 1000 μm, cracks may easily occur when a thermal shock or the like is applied to the glass coat layer.
本発明のエンジンバルブにおいては、上記傘裾部の幅は、上記傘裏面の傘裾からエンジンバルブの軸部に向かう方向において、上記傘裏面の幅の3〜20%であることが好ましい。
傘裾面の幅が上記範囲であると、本発明のエンジンバルブがエンジンに用いられた際に、シリンダーと接触するエンジンバルブの部分を充分に大きくすることができ、エンジンバルブと、シリンダーとが繰り返し衝突することにより生じる衝撃によりエンジンバルブが破壊されることを防ぐことができる。また、ガラスコート層で被覆される傘裏面の割合を充分に大きくすることができるので、充分な断熱効果を得ることができる。
In the engine valve of the present invention, the width of the umbrella skirt is preferably 3 to 20% of the width of the umbrella back in the direction from the umbrella skirt on the back of the umbrella toward the shaft of the engine valve.
When the width of the umbrella bottom surface is within the above range, when the engine valve of the present invention is used in an engine, the portion of the engine valve that comes into contact with the cylinder can be made sufficiently large. It is possible to prevent the engine valve from being broken by an impact caused by repeated collisions. Moreover, since the ratio of the umbrella back surface covered with the glass coat layer can be sufficiently increased, a sufficient heat insulating effect can be obtained.
傘裾部の幅が、傘裏面の幅の3%未満であると、本発明のエンジンバルブがエンジンに用いられた際に、シリンダーと接触するエンジンバルブの部分が小さくなり、エンジンバルブと、シリンダーとは繰り返し衝突することになるので、傘裾面における単位面積当たりにかかる衝撃が強くなり、エンジンバルブが破壊されやすくなる。一方、傘裾部の幅が、傘裏面の幅の20%を超えると、ガラスコート層で被覆される傘裏面の割合が小さくなり、充分な断熱効果を得られにくくなる。
なお、本明細書において、「傘裏面の傘裾からエンジンバルブの軸部に向かう方向」とは、傘裾のある一点から軸部までを最短距離となるように結ぶ直線の方向のことを意味する。
When the width of the umbrella hem is less than 3% of the width of the back of the umbrella, when the engine valve of the present invention is used in an engine, the portion of the engine valve that comes into contact with the cylinder becomes small. Will repeatedly impact, so the impact per unit area on the umbrella skirt will be stronger, and the engine valve will be easily broken. On the other hand, when the width of the umbrella skirt exceeds 20% of the width of the umbrella back surface, the ratio of the umbrella back surface covered with the glass coat layer decreases, and it becomes difficult to obtain a sufficient heat insulating effect.
In this specification, “the direction from the umbrella hem on the back of the umbrella toward the shaft portion of the engine valve” means the direction of a straight line connecting the point from the umbrella hem to the shaft portion so as to be the shortest distance. To do.
また、傘裏面における傘裾部の面積は、該傘裏面の面積の5〜50%であることが好ましい。
傘裾部の面積が、傘裏面の面積の5%未満であると、本発明のエンジンバルブがエンジンに用いられた際に、シリンダーと接触するエンジンバルブの部分が小さくなる。エンジンバルブと、シリンダーとは繰り返し衝突することになるので、傘裾部が小さくなると、傘裾部における単位面積当たりにかかる衝撃が強くなる。従って、傘裾部の面積が、傘裏面の面積の5%未満であると、エンジンバルブが破壊されやすくなる。
傘裾部の面積が、傘裏面の面積の50%を超えると、ガラスコート層で被覆される傘裏面の割合が小さくなる。従って、充分な断熱効果を得られにくくなる。
Moreover, it is preferable that the area of the umbrella skirt part in the back of the umbrella is 5 to 50% of the area of the back of the umbrella.
When the area of the umbrella skirt is less than 5% of the area of the back of the umbrella, when the engine valve of the present invention is used in an engine, the portion of the engine valve that contacts the cylinder becomes small. Since the engine valve and the cylinder repeatedly collide, when the umbrella skirt becomes small, the impact per unit area at the umbrella skirt becomes strong. Therefore, if the area of the umbrella skirt is less than 5% of the area of the back of the umbrella, the engine valve is likely to be broken.
When the area of the umbrella skirt exceeds 50% of the area of the umbrella back surface, the ratio of the umbrella back surface covered with the glass coat layer decreases. Therefore, it becomes difficult to obtain a sufficient heat insulating effect.
上記ガラスコート層は、非晶質無機材と結晶性無機材とからなることが好ましい。
非晶質無機材はエンジンバルブを被覆するガラス層として機能する。また、結晶性無機材が耐熱性を向上させる部材としての役割を担う。さらにガラスコート層に非晶質無機材と結晶性無機材が存在することでガラスコート層の強度が高くなる。
The glass coat layer is preferably made of an amorphous inorganic material and a crystalline inorganic material.
The amorphous inorganic material functions as a glass layer covering the engine valve. Further, the crystalline inorganic material plays a role as a member for improving heat resistance. Further, the presence of the amorphous inorganic material and the crystalline inorganic material in the glass coat layer increases the strength of the glass coat layer.
本発明のエンジンバルブにおいては、上記非晶質無機材は、軟化点が300〜1000℃である低軟化点ガラスであることが好ましい。
非晶質無機材が上記低軟化点ガラスであると、軟化点を超える温度で加熱することにより非晶質無機材が軟化溶融しエンジンバルブの表面に広がってガラスコート層となる。
In the engine valve of the present invention, the amorphous inorganic material is preferably a low softening point glass having a softening point of 300 to 1000 ° C.
When the amorphous inorganic material is the above-mentioned low softening point glass, the amorphous inorganic material is softened and melted by heating at a temperature exceeding the softening point and spreads on the surface of the engine valve to become a glass coat layer.
本発明のエンジンバルブにおいては、上記結晶性無機材は、アルミナ、ジルコニア、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア及びハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなることが好ましい。
これらの耐熱性能に優れた結晶性無機材を含むガラスコート層は、耐熱性が向上する。また、断熱性能も向上する。
In the engine valve of the present invention, the crystalline inorganic material is preferably made of at least one selected from the group consisting of alumina, zirconia, yttria, calcia, magnesia, ceria and hafnia.
The glass coat layer containing the crystalline inorganic material having excellent heat resistance performance is improved in heat resistance. Also, the heat insulation performance is improved.
本発明のエンジンバルブにおいては、上記セラミック部材は、ジルコニアからなることが好ましい。
ジルコニアからなるセラミック部材は、耐熱性に優れるため好ましい。また、ジルコニアは、ガラスコート層との密着性が良好であるため好ましい。
In the engine valve of the present invention, the ceramic member is preferably made of zirconia.
A ceramic member made of zirconia is preferable because of its excellent heat resistance. Zirconia is preferable because of its good adhesion to the glass coat layer.
本発明のエンジンバルブにおいて、上記セラミック部材は、リング状であり、上記傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、凹部が形成され、上記凹部には、ガラスコート層の端部が入り込んでおり、上記リング状のセラミック部材は、上記ガラスコート層が形成された凹部に嵌合されてなることが望ましい。
本発明のエンジンバルブが上記のように構成されていると、ガラスコート層を形成するための焼成の際に、金属基材がセラミック部材よりも大きく膨張することにより、室温に戻した際に強い嵌合状態になる、いわゆる「焼き嵌め」が起こり、セラミック部材の金属基材への密着力が向上する。
上記凹部の断面形状は、円弧形状であるか、直角V字形状であることが望ましい。
In the engine valve of the present invention, the ceramic member has a ring shape, and a concave portion is formed in a portion adjacent to the umbrella skirt portion on the back surface of the umbrella, and the end portion of the glass coat layer enters the concave portion. The ring-shaped ceramic member is preferably fitted into a recess in which the glass coat layer is formed.
When the engine valve of the present invention is configured as described above, the metal base material expands larger than the ceramic member during firing to form the glass coat layer, and is strong when the temperature is returned to room temperature. A so-called “shrink fit” occurs in a fitted state, and the adhesion of the ceramic member to the metal substrate is improved.
The cross-sectional shape of the recess is preferably an arc shape or a right-angled V shape.
本発明のエンジンバルブの製造方法は、
上記エンジンバルブの製造方法であって、
軸部と傘部とからなる金属基材の傘部の側面である傘裏面の、傘裾部以外の部分にガラスペーストを塗布してガラスペースト層を形成する工程、
上記ガラスペースト層の表面の一部に、上記ガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材を配置する工程、及び、
上記ガラスペースト層を焼結することにより、ガラスコート層を形成するとともに、上記セラミック部材と上記金属基材とをガラスコート層を介して接着する工程を含むことを特徴とする。
The method for manufacturing the engine valve of the present invention includes:
A method of manufacturing the engine valve,
A step of forming a glass paste layer by applying a glass paste to a portion other than the umbrella hem portion on the back surface of the umbrella, which is a side surface of the umbrella portion of the metal base composed of the shaft portion and the umbrella portion;
A step of disposing a ceramic member on a part of the surface of the glass paste layer so as to cover an end of the glass paste layer on the umbrella skirt side; and
A step of forming the glass coat layer by sintering the glass paste layer and bonding the ceramic member and the metal base material via the glass coat layer are included.
本発明の製造方法では、金属基材の傘裏面の、傘裾部以外の部分に塗布したガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材を配置することにより、ガラスコート層を形成するための焼結を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。このため、傘裏面のガラスコート層の厚みが傘裾部側の端部で薄くなるという問題が発生せず、その結果高い断熱性能を発揮できるエンジンバルブを製造することができる。 In the manufacturing method of the present invention, the glass coating layer is formed by disposing the ceramic member so as to cover the end portion of the glass paste layer applied to the portion other than the umbrella hem portion on the back surface of the umbrella of the metal base material. Even after the sintering for forming the film, the end of the glass coat layer on the umbrella skirt portion side does not shrink on the back surface of the umbrella. For this reason, the problem that the thickness of the glass coat layer on the back surface of the umbrella becomes thin at the end on the umbrella skirt portion side does not occur, and as a result, an engine valve that can exhibit high heat insulation performance can be manufactured.
本発明の製造方法では、ガラスペースト層の表面の一部にセラミック部材を配置するため、ガラスペースト層の一部が表面に露出している。このためガラスペースト層から形成されるガラスコート層とセラミック部材とが接している部分が、これらの密着に必要な最小面積となる。これにより、セラミック部材とガラスコート層の熱膨張係数の違いによる応力を極力緩和することが可能となり、ガラスコート層の靱性が低い場合であっても、焼結工程においてガラスコート層が割れる等して破損することが防止される。 In the manufacturing method of the present invention, since the ceramic member is disposed on a part of the surface of the glass paste layer, a part of the glass paste layer is exposed on the surface. For this reason, the part where the glass coat layer formed from the glass paste layer and the ceramic member are in contact with each other is the minimum area necessary for the adhesion. As a result, the stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic member and the glass coat layer can be alleviated as much as possible, and even if the toughness of the glass coat layer is low, the glass coat layer breaks in the sintering process. Damage is prevented.
さらに、エンジンバルブの製造において、ガラスペースト層の上にセラミック部材を配置し、その後ガラスペースト層を焼結することにより、金属基材とガラスコート層との間及びガラスコート層とセラミック部材との間に強い密着力が発現する。このため本発明のエンジンバルブの製造方法によれば、断熱性が高く、エンジンバルブの傘裏に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくいエンジンバルブを製造することができる。 Furthermore, in the manufacture of the engine valve, a ceramic member is disposed on the glass paste layer, and then the glass paste layer is sintered, so that the gap between the metal substrate and the glass coat layer and between the glass coat layer and the ceramic member is reduced. Strong adhesion is developed between them. For this reason, according to the method for manufacturing an engine valve of the present invention, it is possible to manufacture an engine valve that has high heat insulating properties and the glass coat layer formed on the back of the engine valve is difficult to peel from the metal substrate.
エンジンバルブに用いられるセラミック部材は、本発明のエンジンバルブであることを特徴とする。
このため、上記セラミック部材が用いられたエンジンバルブは、高い断熱性能を発揮することができる。
The ceramic member used for the engine valve is the engine valve of the present invention.
For this reason, the engine valve using the ceramic member can exhibit high heat insulation performance.
以下、本発明のエンジンバルブについて詳述する。 Hereinafter, the engine valve of the present invention will be described in detail.
[発明の詳細な説明]
本発明のエンジンバルブは、
傘部と軸部とからなるエンジンバルブであって、
上記エンジンバルブを構成する金属基材と、上記金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分に形成されたガラスコート層と、上記ガラスコート層の表面の一部に、上記ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されたセラミック部材とからなることを特徴とする。
Detailed Description of the Invention
The engine valve of the present invention is
An engine valve consisting of an umbrella part and a shaft part,
A metal base material constituting the engine valve, a glass coat layer formed on a portion other than an umbrella skirt on the back of the umbrella, which is a side surface of the umbrella part of the metal base material, and a part of the surface of the glass coat layer And a ceramic member arranged so as to cover the end of the glass coat layer on the umbrella skirt side.
本発明のエンジンバルブとして、以下のような構成のものが挙げられる。
すなわち、本発明のエンジンバルブの一例であるエンジンバルブは、棒状の軸部と略円錐形上の傘部とからなり、軸部は、金属基材からなる。一方、傘部においては、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、切削加工により凹部(座ぐり部)が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。そして、その断面が略直角三角形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、凹部内に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部とセラミック部材とが接着されている。
Examples of the engine valve of the present invention include the following configurations.
That is, the engine valve which is an example of the engine valve of the present invention includes a rod-shaped shaft portion and a substantially conical umbrella portion, and the shaft portion includes a metal substrate. On the other hand, in the umbrella portion, a glass coat layer is formed on a portion other than the umbrella skirt portion on the back surface of the umbrella, which is the side surface of the umbrella portion of the metal base material. Moreover, the recessed part (counterbore part) is formed by the cutting process in the part adjacent to the umbrella skirt part of an umbrella back surface, and the edge part of the glass coat layer has entered the inside of a recessed part. A ceramic member having a substantially right-angled cross-section and a ring-shaped three-dimensional shape is accommodated in the recess and arranged to cover the end of the glass coat layer on the umbrella skirt side. And the ceramic member are bonded to each other.
上記構成のエンジンバルブでは、傘部の傘裏面には、凹部が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。セラミック部材は、凹部に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部とセラミック部材とが接着されている。このため、焼成工程において傘裾部に隣接したガラスコート層を形成するためのガラスペースト層がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしても、セラミック部材の重みによって収縮が阻害され、製造時にガラスコート層を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。 In the engine valve having the above configuration, a concave portion is formed on the umbrella back surface of the umbrella portion, and an end portion of the glass coat layer enters the inside of the concave portion. The ceramic member is accommodated in the recess and is disposed so as to cover the end of the glass coat layer on the umbrella skirt portion side, and the end of the glass coat layer and the ceramic member are bonded. For this reason, even if the glass paste layer for forming the glass coat layer adjacent to the umbrella skirt portion in the firing process tries to shrink in the axial direction of the engine valve, the shrinkage is hindered by the weight of the ceramic member, and the glass coat layer is manufactured at the time of manufacture. Even after the sintering step for forming the layer, the end of the glass coat layer on the umbrella skirt side does not shrink on the back of the umbrella.
上記した本発明のエンジンバルブの形状、構造について、さらに詳述する。
図1(a)は、本発明のエンジンバルブの一例を示す斜視図であり、図1(b)は、図1(a)に示すエンジンバルブのA−A線断面図である。
The shape and structure of the above-described engine valve of the present invention will be further described in detail.
Fig.1 (a) is a perspective view which shows an example of the engine valve of this invention, FIG.1 (b) is the sectional view on the AA line of the engine valve shown to Fig.1 (a).
図1(a)及び(b)に示すように、本発明のエンジンバルブの一例であるエンジンバルブ10は、棒状の軸部11と略円錐形上の傘部12とからなり、軸部11は、金属基材からなる。一方、傘部12においては、金属基材の傘部22の側面である傘裏面22aの傘裾部220以外の部分にガラスコート層13が形成されている。また、傘裏面22aの傘裾部220に隣接する部分には、切削加工により凹部(座ぐり部)220aが形成されており、ガラスコート層13の端部は、凹部220aの内部に入り込んでいる。そして、その断面が略直角三角形(図1(b)参照)で、立体的形状がリング状のセラミック部材15が、凹部220a内に収容され、ガラスコート層13の傘裾部220側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層13の端部とセラミック部材15とが接着されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, an
図1(a)及び(b)に示すエンジンバルブ10では、傘部22の傘裏面22aには、凹部220aが形成されており、ガラスコート層13の端部は、凹部220aの内部に入り込んでいる。セラミック部材15は、凹部220aに収容され、ガラスコート層13の傘裾部220側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層13の端部とセラミック部材15とが接着されている。このため、焼成工程において傘裾部に隣接したガラスコート層13を形成するためのガラスペースト層がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしても、セラミック部材15の重みによって収縮が阻害され、製造時にガラスコート層13を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面22aにおいてガラスコート層13の傘裾部側の端部に引けが発生しない。
In the
本発明のエンジンバルブでは、ガラスコート層の一部が表面に露出しており、セラミック部材とガラスコート層とが接着している部分が、これらの密着に必要な最小面積となる。これにより、セラミック部材とガラスコート層の熱膨張係数の違いによる応力を極力緩和することが可能となり、ガラスコート層の靱性が低い場合であっても、焼結工程においてガラスコート層が割れる等して破損することが防止される。 In the engine valve of the present invention, a part of the glass coat layer is exposed on the surface, and a portion where the ceramic member and the glass coat layer are bonded is the minimum area necessary for the adhesion. As a result, the stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic member and the glass coat layer can be alleviated as much as possible, and even if the toughness of the glass coat layer is low, the glass coat layer breaks in the sintering process. Damage is prevented.
本発明のエンジンバルブを構成する金属基材の材質は特に限定されるものではないが、従来からエンジンバルブに使用されている金属を適用することができる。
例えば、ステンレス鋼、耐熱鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、インコネル、ハステロイ、インバー等が挙げられる。また、各種鋳造品(例えば、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼等)等が挙げられる。
本発明のエンジンバルブを構成する金属基材の傘部の材質としては、耐熱鋼(SUH)が挙げられる。具体的には、マルテンサイト系耐熱鋼(SUH3、SUH11等)、オーステナイト系耐熱鋼(SUH35等)、フェライト系耐熱鋼(SUH446等)等が挙げられる。また、インコネル(NCF751等)のNi基耐熱合金も挙げられる。
Although the material of the metal base material which comprises the engine valve of this invention is not specifically limited, The metal conventionally used for the engine valve can be applied.
For example, stainless steel, heat resistant steel, aluminum, aluminum alloy, iron, inconel, hastelloy, invar, and the like can be given. Moreover, various cast products (for example, cast iron, cast steel, carbon steel, etc.) etc. are mentioned.
As a material of the umbrella part of the metal substrate constituting the engine valve of the present invention, heat resistant steel (SUH) may be mentioned. Specifically, martensitic heat resistant steel (SUH3, SUH11, etc.), austenitic heat resistant steel (SUH35, etc.), ferritic heat resistant steel (SUH446, etc.) and the like can be mentioned. Further, Ni-based heat-resistant alloys such as Inconel (NCF751 etc.) are also included.
本発明のエンジンバルブにおいて、金属基材とガラスコート層との密着性を良好にするため、サンドブラスト処理や化学薬品による粗化処理を、金属基材の傘裾部以外の傘裏面に施してもよい。 In the engine valve of the present invention, in order to improve the adhesion between the metal substrate and the glass coat layer, sandblasting or roughening treatment with chemicals may be applied to the back surface of the umbrella other than the umbrella skirt of the metal substrate. Good.
本発明のエンジンバルブにおいて、上記粗化処理により形成される金属基材の傘裏面の表面粗さRzJISは、0.3〜20μmが望ましい。上記した表面粗さRzJISは、JIS B 0601(2001)で定義される十点平均粗さである。
金属基材の傘裏面の表面粗さRzJISが0.3μm未満であると、金属基材の傘裏面の表面積が小さくなるため、金属基材の傘裏面とガラスコート層との密着性が充分に得られにくくなる。一方、金属基材の傘裏面の表面粗さRzJISが20μmを超えると、金属基材の傘裏面にガラスコート層が形成されにくくなる。これは、金属基材の傘裏面の表面粗さRzJISが大きすぎると、金属基材の傘裏面に形成された凹凸の谷の部分にスラリー(ガラスコート層を形成するための組成物)が入り込まず、この部分に空隙が形成されるためであると考えられる。
なお、金属基材の傘裏面の表面粗さRzJISは、東京精密製、ハンディサーフE−35Bを用いてJIS B 0601(2001)に準拠して測定することができる。
測定は、25℃、大気圧で行うこととする。
In the engine valve of the present invention, the surface roughness Rz JIS of the back surface of the umbrella of the metal substrate formed by the roughening treatment is preferably 0.3 to 20 μm. The surface roughness Rz JIS described above is a ten-point average roughness defined by JIS B 0601 (2001).
When the surface roughness Rz JIS of the metal base is less than 0.3 μm, the surface area of the back of the umbrella of the metal base becomes small, so that the adhesion between the back of the metal base and the glass coat layer is sufficient. It becomes difficult to obtain. On the other hand, when the surface roughness Rz JIS of the metal substrate is more than 20 μm, it is difficult to form a glass coat layer on the metal substrate. This is because when the surface roughness Rz JIS on the back surface of the umbrella of the metal base material is too large, slurry (composition for forming a glass coat layer) is formed on the concave and convex valleys formed on the back surface of the umbrella of the metal base material. It is thought that this is because a gap is formed in this portion without entering.
The surface roughness Rz JIS of the umbrella back surface of the metal substrate is manufactured by Tokyo Seimitsu Co., it can be measured in accordance with JIS B 0601 (2001) using a Handy Surf E-35B.
The measurement is performed at 25 ° C. and atmospheric pressure.
本発明のエンジンバルブを構成する軸部の形状は、特に限定されるものではないが、円柱形状であることが好ましい。また、傘部の形状は、略円錐形状であることが好ましい。 The shape of the shaft portion constituting the engine valve of the present invention is not particularly limited, but is preferably a cylindrical shape. Moreover, it is preferable that the shape of an umbrella part is a substantially cone shape.
本発明のエンジンバルブでは、傘裾部の幅は、傘裏面の傘裾からエンジンバルブの軸部に向かう方向において、傘裏面の幅の3〜20%であることが好ましい。また、傘裏面における傘裾部の面積は、該傘裏面の面積の5〜50%であることが好ましい。 In the engine valve of the present invention, the width of the umbrella skirt is preferably 3 to 20% of the width of the umbrella back in the direction from the umbrella skirt on the back of the umbrella toward the shaft of the engine valve. Moreover, it is preferable that the area of the umbrella skirt part in the back of the umbrella is 5 to 50% of the area of the back of the umbrella.
本発明のエンジンバルブでは、上記セラミック部材は、リング状であり、上記傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、凹部が形成され、上記凹部には、ガラスコート層の端部が入り込んでおり、上記リング状のセラミック部材は、上記ガラスコート層が形成された凹部に嵌合されてなることが望ましい。
本発明のエンジンバルブが上記のように構成されていると、ガラスコート層を形成するための焼成の際に、金属基材がセラミック部材よりも大きく膨張することにより、室温に戻した際に強い嵌合状態になる、いわゆる「焼き嵌め」が起こり、セラミック部材の金属基材への密着力が向上する。
In the engine valve of the present invention, the ceramic member has a ring shape, and a concave portion is formed in a portion adjacent to the umbrella skirt portion on the back surface of the umbrella, and the end portion of the glass coat layer enters the concave portion. The ring-shaped ceramic member is preferably fitted into a recess in which the glass coat layer is formed.
When the engine valve of the present invention is configured as described above, the metal base material expands larger than the ceramic member during firing to form the glass coat layer, and is strong when the temperature is returned to room temperature. A so-called “shrink fit” occurs in a fitted state, and the adhesion of the ceramic member to the metal substrate is improved.
上記エンジンバルブでは、傘裏面には凹部が形成されているが、凹部は必ずしも形成される必要はなく、セラミック部材を、凹部のない円錐状の傘部の傘裏面の傘裾部に隣接する部分に、ガラスコート層の端部とセラミック部材とが接着され、かつ、ガラスコート層と金属基材の傘裏面が接着されるように配置してもよい。しかし、セラミック部材の形状や金属基材の傘裏面への固定し易さを考慮すると、金属基材の傘裏面の傘裾部に隣接した部分に凹部を形成し、凹部にセラミック部材が収容された構造のエンジンバルブが製造しやすく、好ましい。凹部の断面形状は、直角三角形に限定されるものではなく、円弧形状であるか、直角V字形状であることが望ましい。なお、ガラスコート層は、金属基材の軸部にも形成されていてもよく、金属基材の傘表面にも形成されていてもよい。 In the engine valve described above, a concave portion is formed on the back surface of the umbrella, but the concave portion is not necessarily formed, and the ceramic member is a portion adjacent to the umbrella hem portion of the back surface of the conical umbrella portion without the concave portion. In addition, the glass coating layer and the ceramic member may be bonded to each other, and the glass coating layer and the metal substrate may be bonded to each other. However, considering the shape of the ceramic member and the ease of fixing the metal base to the back of the umbrella, a recess is formed in a portion adjacent to the bottom of the umbrella on the back of the metal base, and the ceramic member is accommodated in the recess. An engine valve having a different structure is easy to manufacture and is preferable. The cross-sectional shape of the recess is not limited to a right triangle, and is preferably an arc shape or a right V shape. In addition, the glass coat layer may be formed also on the axial part of the metal base material, and may be formed also on the umbrella surface of the metal base material.
図7は、図1(b)に示したA−A線断面図をさらに拡大した断面図である。
図7に示すエンジンバルブ10において、傘裾部の幅(w1)は、傘裏面の傘裾からエンジンバルブの軸部に向かう方向における傘裏面の幅(wH)の3〜20%であることが好ましい。なお、傘表の直径をD1、凹部220aの最も短い部分の直径をD2、凹部の幅をd1、凹部の深さをd2とすると、傘表の直径D1は、20〜40mmが望ましく、D2/D1は、0.35〜0.85が望ましい。また、凹部の幅d1は、2.0〜4.0mmが望ましく、d2/d1は、0.5〜2.0が望ましい。
FIG. 7 is a cross-sectional view further enlarging the cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG.
In the
本発明のエンジンバルブを構成するセラミック部材は、セラミック原料からなることが好ましく、上記セラミック原料としては、結晶性無機材が好ましい。
上記結晶性無機材は、アルミナ、ジルコニア、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア、及び、ハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなることが好ましい。これらのなかでは、ジルコニアがより好ましい。
The ceramic member constituting the engine valve of the present invention is preferably made of a ceramic raw material, and the ceramic raw material is preferably a crystalline inorganic material.
The crystalline inorganic material is preferably made of at least one selected from the group consisting of alumina, zirconia, yttria, calcia, magnesia, ceria, and hafnia. Of these, zirconia is more preferred.
本発明のエンジンバルブにおいて、上記セラミック部材の形状は特に限定されず、金属基材の傘裏面において、傘裾部以外の部分に形成されたガラスコート層の端部を覆うことができる形状であればよい。
セラミック部材の形状としては、例えば、リング形状、スカート形状等が挙げられる。これらのなかでは、リング形状が好ましい。セラミック部材の断面の形状は、図1に示した三角形状に限定されず、四角、円、半円、楕円等が挙げられ、好ましくは、三角形状である。
In the engine valve of the present invention, the shape of the ceramic member is not particularly limited, and may be a shape that can cover the end portion of the glass coat layer formed in a portion other than the umbrella hem portion on the back surface of the umbrella of the metal base material. That's fine.
Examples of the shape of the ceramic member include a ring shape and a skirt shape. Among these, a ring shape is preferable. The cross-sectional shape of the ceramic member is not limited to the triangular shape shown in FIG. 1, and examples thereof include a square, a circle, a semicircle, an ellipse, and the like, and preferably a triangular shape.
本発明のエンジンバルブにおいて、上記セラミック部材は、気孔を有することが好ましく、セラミック部材の気孔率は、10〜60%が好ましい。上記セラミック部材に気孔があると望ましい理由は、焼成の際にガラスコート原料の一部がセラミック部材の気孔に浸透してアンカー効果を発揮するので、ガラスコート層とセラミック部材の密着力が強くなるからである。 In the engine valve of the present invention, the ceramic member preferably has pores, and the porosity of the ceramic member is preferably 10 to 60%. The reason why it is desirable to have pores in the ceramic member is that a part of the glass coat raw material penetrates into the pores of the ceramic member during firing and exhibits an anchor effect, so that the adhesion between the glass coat layer and the ceramic member becomes strong. Because.
セラミック部材の気孔率が10%未満であると、金属基材との熱膨張率の違いによる大きさの変化に追従しにくくなり、温度変化により発生する応力により破壊されやすくなり、一方、セラミック部材の気孔率が60%を超えると、機械的強度が低下し、破壊され易くなる。 When the porosity of the ceramic member is less than 10%, it becomes difficult to follow the change in size due to the difference in the coefficient of thermal expansion from the metal base material, and it is easy to break due to the stress generated by the temperature change. If the porosity exceeds 60%, the mechanical strength is lowered and it is easily destroyed.
本発明のエンジンバルブにおいて、セラミック部材の気孔率は、アルキメデス法により測定するが、具体的には、以下の方法を用いて測定することができる。
まず、前処理として、気孔率測定の対象となる試料を、イオン交換水及びアセトンを用いて超音波で洗浄を行った後、100℃で乾燥する。
次に、前処理を終了した資料をイオン交換水とともに3時間煮沸して飽水試料を作製する。続いて、飽水試料を水中にて糸で吊るして飽水試料の浮力(W1)を電子天秤で測定する。また、飽水試料の質量(W2)を電子天秤で測定し、120℃、60分間乾燥した後、乾燥資料の質量(W3)を測定する。
上記方法により得られた結果を用い、以下の計算式により、気孔率を算出する。
{[飽水試料の質量(W2)−乾燥資料の質量(W3)]/飽水試料の浮力(W1)}×100(%)
In the engine valve of the present invention, the porosity of the ceramic member is measured by the Archimedes method. Specifically, the porosity can be measured by the following method.
First, as a pretreatment, a sample to be subjected to porosity measurement is washed with ultrasonic waves using ion-exchanged water and acetone, and then dried at 100 ° C.
Next, the pretreated sample is boiled with ion exchange water for 3 hours to prepare a saturated sample. Subsequently, the saturated sample is hung with a thread in water, and the buoyancy (W1) of the saturated sample is measured with an electronic balance. Further, the mass (W2) of the saturated sample is measured with an electronic balance, dried at 120 ° C. for 60 minutes, and then the mass (W3) of the dried material is measured.
Using the results obtained by the above method, the porosity is calculated by the following calculation formula.
{[Mass of saturated sample (W2) −mass of dried material (W3)] / buoyancy of saturated sample (W1)} × 100 (%)
本発明のエンジンバルブにおいて、セラミック部材の大きさは特に限定されないが、セラミック部材が配置されるガラスコート層は、金属基材の傘裏面に形成されたガラスコート層の傘裾部側の端部から、エンジンバルブの軸部に向かう方向において、傘裏面に形成されたガラスコート層の幅の3〜20%であることが好ましい。
また、セラミック部材が配置されるガラスコート層の面積は、金属基材の傘裏面に形成されたガラスコート層の面積の5〜50%であることが好ましい。
In the engine valve of the present invention, the size of the ceramic member is not particularly limited, but the glass coat layer on which the ceramic member is disposed is an end portion on the umbrella skirt side of the glass coat layer formed on the umbrella back surface of the metal base material From 3 to 20% of the width of the glass coat layer formed on the back of the umbrella in the direction toward the shaft portion of the engine valve.
Moreover, it is preferable that the area of the glass coat layer in which a ceramic member is arrange | positioned is 5 to 50% of the area of the glass coat layer formed in the umbrella back surface of the metal base material.
セラミック部材が配置されるガラスコート層が上記のような範囲であると、ガラスコート層を形成するための焼成工程において傘裾部に隣接したガラスコート層(ガラスペースト層)がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしてもセラミック部材の重みによって収縮が阻害される。このため、製造時にガラスコート層を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。このため、傘裏面のガラスコート層の厚みが傘裾部側の端部で薄くなるという問題が発生せず、その結果高い断熱性能を発揮できる。 When the glass coat layer on which the ceramic member is disposed is in the above range, the glass coat layer (glass paste layer) adjacent to the umbrella skirt in the firing step for forming the glass coat layer is the shaft portion of the engine valve. Even if an attempt is made to shrink in the direction, the shrinkage is hindered by the weight of the ceramic member. For this reason, even if it passes through the sintering process for forming a glass coat layer at the time of manufacture, the edge part by the side of the umbrella bottom of a glass coat layer does not generate | occur | produce in the umbrella back surface. For this reason, the problem that the thickness of the glass coat layer on the back surface of the umbrella becomes thin at the end on the umbrella skirt portion side does not occur, and as a result, high thermal insulation performance can be exhibited.
本発明のエンジンバルブを構成するガラスコート層は、非晶質無機材と結晶質無機材とからなることが好ましい。
上記非晶質無機材は、ガラスからなることが好ましく、軟化点が300〜1000℃である低軟化点ガラスであることがより好ましい。
軟化点が300〜1000℃の低軟化点ガラスとしては、例えば、SiO2−B2O3−ZnO系ガラス、SiO2−B2O3−Bi2O3系ガラス、SiO2−PbO系ガラス、SiO2−PbO−B2O3系ガラス、SiO2−B2O3−PbO系ガラス、B2O3−ZnO−PbO系ガラス、B2O3−ZnO−Bi2O3系ガラス、B2O3−Bi2O3系ガラス、B2O3−ZnO系ガラス、BaO−SiO2系ガラス、SiO2−B2O3−RO系ガラス、SiO2−B2O3−R2O系ガラス(Rは遷移金属)等が挙げられる。
なお、軟化点は、JIS R 3103−1:2001に規定される方法に基づいて、例えば、有限会社オプト企業製の硝子自動軟化点・歪点測定装置(SSPM−31)を用いて測定することができる。測定は、大気圧で行うこととする。
The glass coat layer constituting the engine valve of the present invention is preferably composed of an amorphous inorganic material and a crystalline inorganic material.
The amorphous inorganic material is preferably made of glass, and more preferably low-softening point glass having a softening point of 300 to 1000 ° C.
Examples of the low softening point glass having a softening point of 300 to 1000 ° C. include SiO 2 —B 2 O 3 —ZnO glass, SiO 2 —B 2 O 3 —Bi 2 O 3 glass, and SiO 2 —PbO glass. SiO 2 —PbO—B 2 O 3 glass, SiO 2 —B 2 O 3 —PbO glass, B 2 O 3 —ZnO—PbO glass, B 2 O 3 —ZnO—Bi 2 O 3 glass, B 2 O 3 -Bi 2 O 3 based glass, B 2 O 3 -ZnO based glass, BaO-SiO 2 based glass, SiO 2 -B 2 O 3 -RO based glass, SiO 2 -B 2 O 3 -R 2 O-type glass (R is a transition metal) etc. are mentioned.
The softening point is measured using, for example, a glass automatic softening point / strain point measuring device (SSPM-31) manufactured by Opto Corporation, based on the method defined in JIS R 3103-1: 2001. Can do. The measurement is performed at atmospheric pressure.
本発明のエンジンバルブにおいて、上記結晶性無機材としては、アルミナ、ジルコニア、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア、及び、ハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなることが好ましい。
また、結晶性無機材は、マンガン、鉄、コバルト、銅、クロム、及び、ニッケルのうち少なくとも一種の金属の酸化物であることも好ましい。
In the engine valve of the present invention, the crystalline inorganic material is preferably made of at least one selected from the group consisting of alumina, zirconia, yttria, calcia, magnesia, ceria, and hafnia.
The crystalline inorganic material is also preferably an oxide of at least one metal selected from manganese, iron, cobalt, copper, chromium, and nickel.
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層に含まれる結晶性無機材の含有量は、ガラスコート層の重量に対して、1〜50重量%であることが望ましく、10〜45重量%であることがより望ましい。 In the engine valve of the present invention, the content of the crystalline inorganic material contained in the glass coat layer is desirably 1 to 50% by weight, and preferably 10 to 45% by weight, based on the weight of the glass coat layer. Is more desirable.
本発明のエンジンバルブにおいて、上記ガラスコート層の厚さは、1〜1000μmであることが好ましい。
ガラスコート層の厚さの測定には、株式会社フィッシャーインストルメンツ社製、デュアルスコープMP40を用いることができる。ガラスコート層の任意の30点において、デュアルスコープMP40の膜厚測定における膜厚補正を実施したのち、膜厚測定をガラスコート層の任意の10点に対して行い、その測定値の平均をとることによりガラスコート層の厚さを測定することができる。膜厚測定を10点に対して行う場合、測定領域内で測定部位の偏りがないようにすることが望ましく、例えば、測定を1mmの等間隔おきに行う等の方法が挙げられる。
ガラスコート層の厚さが上記範囲であると、インバルブの熱が吸気に伝わることなく吸気効率の低下を防止することができる。また、排気の熱がエキバルブに伝達されにくく、その分排ガスの温度が低下しにくいので、排ガスが担体に到達した際に充分に担体を暖めて排ガスを浄化することが可能となる。ガラスコート層の厚さが1μm未満であると、例えばガラスコート層に気孔を形成しようとする場合に、気泡がガラスコート層外に抜けやすくなり、その結果ガラスコート層表面の表面粗さが大きくなる。傘裏面は気流と接するので表面粗さが大きくなると気流とガラスコート層の熱伝達が上がり、ガラスコート層の断熱性能が低下するという問題がある。一方、ガラスコート層の厚さが1000μmを超えると、ガラスコート層に熱衝撃等が加わった際に、ガラスコート層にクラックが発生しやすくなることがある。また吸気又は排気経路が狭くなるという問題もある。
In the engine valve of the present invention, the glass coat layer preferably has a thickness of 1 to 1000 μm.
For the measurement of the thickness of the glass coat layer, a dual scope MP40 manufactured by Fisher Instruments Inc. can be used. After performing film thickness correction in the film thickness measurement of the dual scope MP40 at any 30 points on the glass coat layer, the film thickness measurement is performed on any 10 points on the glass coat layer, and the measured values are averaged. Thus, the thickness of the glass coat layer can be measured. When film thickness measurement is performed with respect to 10 points, it is desirable to prevent the measurement site from being biased within the measurement region. For example, a method of performing measurement at regular intervals of 1 mm may be used.
When the thickness of the glass coat layer is within the above range, it is possible to prevent a decrease in intake efficiency without the heat of the in-valve being transmitted to the intake. Further, since the heat of the exhaust gas is not easily transmitted to the exhaust valve, and the temperature of the exhaust gas is less likely to decrease, the exhaust gas can be purified by sufficiently warming the carrier when the exhaust gas reaches the carrier. When the thickness of the glass coat layer is less than 1 μm, for example, when pores are to be formed in the glass coat layer, bubbles easily escape from the glass coat layer, resulting in a large surface roughness on the surface of the glass coat layer. Become. Since the back of the umbrella is in contact with the air flow, if the surface roughness increases, heat transfer between the air flow and the glass coat layer increases, and there is a problem in that the heat insulation performance of the glass coat layer decreases. On the other hand, if the thickness of the glass coat layer exceeds 1000 μm, cracks may easily occur in the glass coat layer when a thermal shock or the like is applied to the glass coat layer. There is also a problem that the intake or exhaust path becomes narrow.
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層は、気孔を有することが好ましい。ガラスコート層内に形成された気孔の平均気孔径は0.5〜15μmであることが好ましい。
平均気孔径は、より好ましくは3〜13μmであり、さらに好ましくは5〜10μmである。
気孔の平均気孔径が0.5〜15μmであれば、気孔がガラスコート層の中に独立気孔として存在し、断熱性を高める構造として有効に機能する。
In the engine valve of the present invention, the glass coat layer preferably has pores. The average pore diameter of the pores formed in the glass coat layer is preferably 0.5 to 15 μm.
The average pore diameter is more preferably 3 to 13 μm, still more preferably 5 to 10 μm.
When the average pore diameter of the pores is 0.5 to 15 μm, the pores are present as independent pores in the glass coat layer, and function effectively as a structure that enhances heat insulation.
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の気孔率は10〜60%であることが好ましい。
気孔率は、より好ましくは15〜50%であり、さらに好ましくは20〜40%である。
気孔率が10〜60%であると、気孔による充分な断熱性が保持される。
In the engine valve of the present invention, the porosity of the glass coat layer is preferably 10 to 60%.
The porosity is more preferably 15 to 50%, still more preferably 20 to 40%.
When the porosity is 10 to 60%, sufficient heat insulation by the pores is maintained.
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の気孔の平均気孔径は、エンジンバルブの傘部のガラスコート層が形成された部分を切断し、SEM等を用いて断面を観察することによって測定することができる。
具体的には、SEM画像をガラスコート層の厚さ方向の全域が入るように撮影して、全ての気孔についての気孔径を測定し、平均値を求めることにより平均気孔径が得られる。気孔の形状が略球状でない場合、その気孔の直径は、投影面積円に相当する直径(ヘイウッド径)とする。
SEMの測定倍率は、ガラスコート層の厚さが1μm以上5μm未満の場合は3000倍、5μm以上50μm未満の場合は2000倍、50μm以上100μm未満の場合は1000倍、100μm以上300μm未満の場合は500倍、300μm以上500μm未満の場合は200倍、500μm以上1000μm以下の場合は150倍とする。
In the engine valve of the present invention, the average pore diameter of the pores of the glass coat layer is measured by cutting a portion of the engine valve umbrella where the glass coat layer is formed and observing a cross section using an SEM or the like. Can do.
Specifically, the average pore diameter can be obtained by photographing the SEM image so that the entire area of the glass coat layer in the thickness direction is included, measuring the pore diameters of all the pores, and obtaining the average value. When the shape of the pores is not substantially spherical, the diameter of the pores is the diameter corresponding to the projected area circle (Haywood diameter).
The measurement magnification of SEM is 3000 times when the thickness of the glass coat layer is 1 μm or more and less than 5 μm, 2000 times when the thickness is 5 μm or more and less than 50 μm, 1000 times when it is 50 μm or more and less than 100 μm, and 1000 times when 100 μm or more and less than 300 μm. 500 times, 200 times when 300 μm or more and less than 500 μm, 150 times when 500 μm or more and 1000 μm or less.
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の気孔率は、ガラスコート層の重量と膜厚計(デュアルスコープ)で測定したガラスコート層の厚さから嵩密度を算出し、ピクノメータで算出した真密度との比を算出し、その値を1から引いて、百分率とした値を気孔率として算出することができる。 In the engine valve of the present invention, the porosity of the glass coat layer is calculated by calculating the bulk density from the weight of the glass coat layer and the thickness of the glass coat layer measured by a film thickness meter (dual scope), and the true density calculated by a pycnometer The ratio is calculated by subtracting the value from 1 and calculating the ratio as a percentage.
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の室温での熱伝導率は0.1〜1.0W/m・Kであることが好ましい。
熱伝導率が0.1W/m・K未満であると、上記熱伝導率を達成するために必要な気孔率が高くなるため、形成されたガラスコート層の機械的強度が低下しすぎることがある。一方、熱伝導率が1.0W/m・Kを超えると、充分な断熱の効果が得られないという問題がある。所望の断熱効果を得るためには、ガラスコート層の厚さを厚くする必要があるため、ガラスコート層の熱容量が大きくなってしまう。
なお、ガラスコート層等の熱伝導率の測定が必要な部材の25℃における熱伝導率は、レーザーフラッシュ法によって測定することができる。以下においては、ガラスコート層の熱伝導率を測定する場合について説明する。
In the engine valve of the present invention, the thermal conductivity of the glass coat layer at room temperature is preferably 0.1 to 1.0 W / m · K.
If the thermal conductivity is less than 0.1 W / m · K, the porosity required to achieve the above thermal conductivity is increased, so that the mechanical strength of the formed glass coat layer may be too low. is there. On the other hand, if the thermal conductivity exceeds 1.0 W / m · K, there is a problem that a sufficient heat insulating effect cannot be obtained. In order to obtain a desired heat insulation effect, it is necessary to increase the thickness of the glass coat layer, so that the heat capacity of the glass coat layer is increased.
In addition, the thermal conductivity at 25 ° C. of a member requiring measurement of thermal conductivity such as a glass coat layer can be measured by a laser flash method. Below, the case where the thermal conductivity of a glass coat layer is measured is demonstrated.
レーザーフラッシュ法による熱伝導率の測定は、熱拡散係数(α)を測定することにより行う。熱伝導率(k)は、測定した熱拡散係数(α)と、比熱容量(Cp)と密度(ρ)から算出される値である。
熱拡散係数の測定は下記条件で行うことができる。
測定装置:NETZSCH製 LFA467
表面処理:グラファイトスプレー
測定温度:25℃
測定雰囲気:N2
サンプルサイズ:φ10mm、厚さ=2mm
ガラスコート層の熱拡散係数を測定する際は、基材と一体の状態で測定し、多層解析によりガラスコート層のみの熱拡散係数を算出する。また、ガラスコート層の熱拡散係数を測定する時は、ガラスコート層に垂直にレーザーが照射されるようにサンプルを設置する。
The thermal conductivity is measured by the laser flash method by measuring the thermal diffusion coefficient (α). The thermal conductivity (k) is a value calculated from the measured thermal diffusion coefficient (α), specific heat capacity (Cp), and density (ρ).
The thermal diffusion coefficient can be measured under the following conditions.
Measuring device: LFA467 made by NETZSCH
Surface treatment: Graphite spray Measurement temperature: 25 ° C
Measurement atmosphere: N 2
Sample size: φ10mm, thickness = 2mm
When measuring the thermal diffusion coefficient of a glass coat layer, it measures in the state integrated with a base material, and calculates the thermal diffusion coefficient of only a glass coat layer by multilayer analysis. Further, when measuring the thermal diffusion coefficient of the glass coat layer, the sample is set so that the laser is irradiated perpendicularly to the glass coat layer.
熱伝導率(k)は下記式から算出する。
k=ρ・Cp・α[W/mK]
<かさ密度(ρ)の測定>
ガラスコート層のかさ密度を求める場合、まずは基材の重量を測定し、その後に基材の上にガラスコート層を形成してガラスコート層付き基材の重量の測定から、引き算でガラスコート層の重量(=A)を測定する。その後、ガラスコート層の膜厚から、ガラスコート層の体積(=B)を算出し、A/Bをかさ密度とする。
<比熱容量(Cp)の測定>
比熱容量の測定は下記条件で行うことができる。
測定装置:セイコー電子工業製 DSC210型
測定温度:25℃
測定方法:DSC法
測定雰囲気:Ar
ガラスコート層の比熱容量を測定する際は、ガラスコート層をφ4mm、厚さ1mmのバルク体に成形して測定を実施することができる。
The thermal conductivity (k) is calculated from the following formula.
k = ρ · Cp · α [W / mK]
<Measurement of bulk density (ρ)>
When determining the bulk density of the glass coat layer, first measure the weight of the substrate, then form a glass coat layer on the substrate and then subtract the glass coat layer from the measurement of the weight of the substrate with the glass coat layer. The weight of (= A) is measured. Thereafter, the volume (= B) of the glass coat layer is calculated from the film thickness of the glass coat layer, and A / B is defined as the bulk density.
<Measurement of specific heat capacity (Cp)>
The specific heat capacity can be measured under the following conditions.
Measuring device: Seiko Denshi Kogyo DSC210 type Measuring temperature: 25 ° C
Measurement method: DSC method Measurement atmosphere: Ar
When measuring the specific heat capacity of the glass coat layer, the measurement can be carried out by forming the glass coat layer into a bulk body having a diameter of 4 mm and a thickness of 1 mm.
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の熱抵抗は1〜10000mm2・K/Wであることが好ましく、500〜5000mm2・K/Wであることがより好ましい。
熱抵抗が1mm2・K/W未満であると断熱性が充分でなく、熱抵抗が10000mm2・K/Wを超えるガラスコート層を作製することは技術的に難しい。
ガラスコート層の熱抵抗は、「熱抵抗=ガラスコート層の厚さ/ガラスコート層の熱伝導率」の式により算出することができる。
In an engine valve of the present invention, it is preferable that the thermal resistance of the glass coating layer is 1~10000mm 2 · K / W, and more preferably 500~5000mm 2 · K / W.
If the thermal resistance is less than 1 mm 2 · K / W, the heat insulation is not sufficient, and it is technically difficult to produce a glass coat layer having a thermal resistance exceeding 10,000 mm 2 · K / W.
The thermal resistance of the glass coat layer can be calculated by the equation “thermal resistance = thickness of glass coat layer / thermal conductivity of glass coat layer”.
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の皮膜強度は15〜50MPaであることが好ましい。
皮膜強度は、以下の方法で測定することができる。
図8は、コート層強度測定用試料の模式的な断面図である。
ガラスコート層付きエンジンバルブ300のガラスコート層320の表面に、クリップを用いてスタッドピン330を取り付け、150℃で1時間加熱して固着させることにより、測定用試料を作製する。スタッドピン330としては、QUAD GROUP社製 P/N901106(2.7mmエポキシ接着剤Al製スタッドピン)を使用することができる。
In the engine valve of the present invention, the coating strength of the glass coat layer is preferably 15 to 50 MPa.
The film strength can be measured by the following method.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a sample for coating layer strength measurement.
The
図9は、引張試験機による引張試験の外観図である。
引張試験機1000を使用して、ガラスコート層320と固着したスタッドピン330を引っ張る。スタッドピン330と接しているガラスコート層320がエンジンバルブ300を構成する基材310から剥離するまでに加わった力の最大値とスタッドピン330の断面積とからコート層強度を算出する。引張試験機1000としては、(株)島津製作所製 オートグラフAGS50Aを使用することができる。測定は、25℃、大気圧で行うこととする。
FIG. 9 is an external view of a tensile test by a tensile tester.
Using the
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の比熱は650〜900J/kgKであることが好ましい。
比熱はDSC(示差走査熱量測定)により測定することができる。
また、ガラスコート層の熱容量(単位面積当たりの熱容量)は、200〜2500[J/m2・K]であることが好ましい。ガラスコート層の熱容量は、ガラスコート層の比熱と密度と膜厚を乗ずることによって算出することができる。
In the engine valve of the present invention, the specific heat of the glass coat layer is preferably 650 to 900 J / kgK.
Specific heat can be measured by DSC (differential scanning calorimetry).
Moreover, it is preferable that the heat capacity (heat capacity per unit area) of the glass coat layer is 200 to 2500 [J / m 2 · K]. The heat capacity of the glass coat layer can be calculated by multiplying the specific heat, density and film thickness of the glass coat layer.
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の表面粗さRzJISは0.05〜5μmであることが望ましい。
ガラスコート層の表面粗さRzJISが0.05μm未満のガラスコート層を作製することは技術的に難しい。一方、ガラスコート層の表面粗さRzJISが5μmを超えると、吸気又は排気とガラスコート層の熱伝達係数が上がり、断熱性能が低下するという問題がある。
In the engine valve of the present invention, the surface roughness Rz JIS of the glass coat layer is preferably 0.05 to 5 μm.
It is technically difficult to produce a glass coat layer having a surface roughness Rz JIS of less than 0.05 μm. On the other hand, when the surface roughness Rz JIS of the glass coat layer exceeds 5 μm, there is a problem that the heat transfer coefficient between the intake or exhaust and the glass coat layer increases and the heat insulation performance decreases.
また、本発明のエンジンバルブとして、以下のような構成のものも挙げられる。
すなわち、本発明のエンジンバルブの別の一例であるエンジンバルブでは、棒状の軸部と略円錐形上の傘部とからなり、軸部は、金属基材からなる。一方、傘部においては、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、その断面が矩形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部にセラミック部材が接着されている。
Further, the engine valve of the present invention includes the following configuration.
That is, an engine valve which is another example of the engine valve of the present invention includes a rod-shaped shaft portion and a substantially conical umbrella portion, and the shaft portion includes a metal base material. On the other hand, in the umbrella portion, a glass coat layer is formed on a portion other than the umbrella skirt portion on the back surface of the umbrella, which is the side surface of the umbrella portion of the metal base material. In addition, a ceramic member having a rectangular cross section and a three-dimensional shape is arranged in a portion adjacent to the umbrella hem on the back of the umbrella so as to cover the end of the glass coat layer on the umbrella skirt side. The ceramic member is bonded to the end of the glass coat layer.
上記した本発明のエンジンバルブの一例では、傘部の傘裏面には、凹部が形成されておらず、セラミック部材は、平面状の傘裏面に配置されている。このため、焼成工程において傘裾部に隣接したガラスコート層(ガラスペースト層)がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしても、セラミック部材の重みによって収縮が阻害され、製造時にガラスコート層を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。 In the above-described example of the engine valve of the present invention, no concave portion is formed on the umbrella back surface of the umbrella portion, and the ceramic member is disposed on the planar umbrella back surface. For this reason, even if the glass coat layer (glass paste layer) adjacent to the umbrella skirt in the firing process tries to shrink in the axial direction of the engine valve, the shrinkage is hindered by the weight of the ceramic member, and a glass coat layer is formed during manufacturing. Even if it goes through the sintering process, the end of the glass coat layer on the umbrella skirt portion side does not shrink on the back surface of the umbrella.
この例では、凹部を形成せずに、セラミック部材を配置できるので、製造工程を簡略化することができる。しかし、セラミック部材の内側が、三角錐状の傘裏面と略平行になるようにセラミック部材を製造する必要があり、セラミック部材の製造方法が難しくなる。そのため、金属基材の傘裏面に凹部を形成して、凹部に収容されるような形状のハニカム構造体を製造し、凹部に収容されるように、ハニカム構造体を配置する方法の方が好ましい。その際、ガラスコート層は、凹部にその端部が入り込むように形成されている必要がある。 In this example, since the ceramic member can be arranged without forming the recess, the manufacturing process can be simplified. However, it is necessary to manufacture the ceramic member so that the inside of the ceramic member is substantially parallel to the back surface of the triangular pyramid umbrella, which makes it difficult to manufacture the ceramic member. Therefore, a method is preferred in which a concave portion is formed on the back surface of the umbrella of the metal base, a honeycomb structure having a shape that can be accommodated in the concave portion is manufactured, and the honeycomb structure is disposed so as to be accommodated in the concave portion. . In that case, the glass coat layer needs to be formed so that the edge part may enter into a recessed part.
上記した本発明のエンジンバルブについて、さらに詳述する。
図2(a)は、本発明のエンジンバルブの他の一例を示す斜視図であり、図2(b)は、図2(a)に示すエンジンバルブのB−B線断面図である。本発明のエンジンバルブを構成する部材の材料やその特性等については、図1に示すエンジンバルブの項において説明したので、以下においては、その説明を省略する。
The above-described engine valve of the present invention will be further described in detail.
Fig.2 (a) is a perspective view which shows another example of the engine valve of this invention, FIG.2 (b) is a BB sectional drawing of the engine valve shown to Fig.2 (a). Since the materials and characteristics of the members constituting the engine valve of the present invention have been described in the section of the engine valve shown in FIG. 1, the description thereof will be omitted below.
図2(a)及び(b)に示すように、本発明のエンジンバルブの一例であるエンジンバルブ30は、棒状の軸部31と略円錐形上の傘部32とからなり、軸部31は、金属基材からなる。一方、傘部32においては、金属基材の傘部42の側面である傘裏面42aの傘裾部420以外の部分にガラスコート層33が形成されている。また、傘裏面42aの傘裾部420に隣接する部分には、その断面が矩形(図2(b)参照)で、立体的形状がリング状のセラミック部材35が、ガラスコート層33の傘裾部420側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層33の端部にセラミック部材35が接着されている。
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), an
この図2(a)及び(b)に示すエンジンバルブ30では、傘部42の傘裏面42aには、凹部が形成されておらず、セラミック部材35は、平面状の傘裏面42aに配置されている。このため、焼成工程において傘裾部に隣接したガラスコート層33(ガラスペースト層)がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしても、セラミック部材35の重みによって収縮が阻害され、製造時にガラスコート層33を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層33の傘裾部側の端部に引けが発生しない。
In the
この例では、凹部を形成せず、セラミック部材35を配置できるので、製造工程を簡略化することができる。しかし、セラミック部材35の内側が、三角錐状の傘裏面42aと略平行になるようにセラミック部材を製造する必要があり、セラミック部材35の製造方法が難しくなる。そのため、金属基材の傘裏面に凹部を形成して、凹部に収容されるような形状のハニカム構造体を製造し、凹部に収容されるように、ハニカム構造体を配置する方法の方が好ましい。その際、ガラスコート層は、凹部にその端部が入り込むように形成されている必要がある。
In this example, since the
本発明のエンジンバルブとして、以下のような構成のものも挙げられる。
上記エンジンバルブにおいて、このエンジンバルブの軸部は、棒状で、金属基材からなる。
このエンジンバルブの傘部では、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、切削加工により凹部が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。そして、その断面が矩形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、凹部内に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部にセラミック部材が接着されている。また、凹部の形状は、直角V字形状である。
Examples of the engine valve of the present invention include the following configurations.
In the engine valve, the shaft portion of the engine valve has a rod shape and is made of a metal substrate.
In the umbrella portion of the engine valve, a glass coat layer is formed on a portion other than the umbrella skirt portion on the back surface of the umbrella, which is the side surface of the umbrella portion of the metal base material. Moreover, the recessed part is formed by the cutting process in the part adjacent to the umbrella skirt part of an umbrella back surface, and the edge part of the glass coat layer has entered the inside of a recessed part. A ceramic member having a rectangular cross section and a ring shape in a three-dimensional shape is accommodated in the recess and disposed so as to cover the end of the glass coat layer on the umbrella skirt side. A ceramic member is bonded to the portion. The shape of the recess is a right-angled V-shape.
上記エンジンバルブについて、さらに詳述する。
図3は、本発明のエンジンバルブのさらに他の一例を示す縦断面図である。図3に示す縦断面図は、図2(b)に示したエンジンバルブのB−B線断面図と同じ断面を示す断面図である。
The engine valve will be further described in detail.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing still another example of the engine valve of the present invention. The longitudinal sectional view shown in FIG. 3 is a sectional view showing the same cross section as the sectional view taken along the line BB of the engine valve shown in FIG.
このエンジンバルブ50の軸部51は、図2(a)に示すエンジンバルブ30の軸部31と同様に構成されているので、ここでは、図示を省略する。
図3に示すように、このエンジンバルブ50の傘部52においては、金属基材の傘部62の側面である傘裏面62aの傘裾部620以外の部分にガラスコート層53が形成されている。また、傘裏面62aの傘裾部620に隣接する部分には、切削加工により凹部620aが形成されており、ガラスコート層53の端部は、凹部620aの内部に入り込んでいる。そして、その断面が矩形(図3参照)で、立体的形状がリング状のセラミック部材55が、凹部620a内に収容され、ガラスコート層53の傘裾部620側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層53の端部にセラミック部材55が接着されている。また、凹部620aの形状は、直角V字形状である。
Since the
As shown in FIG. 3, in the
このエンジンバルブ70の軸部51は、図2(a)に示すエンジンバルブ30の軸部31と同様に構成されているので、ここでは、図示を省略する。
図4に示すように、このエンジンバルブ70の傘部72においては、金属基材の傘部82の側面である傘裏面82aの傘裾部820以外の部分にガラスコート層73が形成されている。また、傘裏面82aの傘裾部820に隣接する部分には、切削加工により凹部820aが形成されており、ガラスコート層73の端部は、凹部820aの内部に入り込んでいる。そして、その断面が円形(図4参照)で、立体的形状がリング状のセラミック部材75が、凹部820a内に収容され、ガラスコート層73の傘裾部820側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層73の端部にセラミック部材75が接着されている。
The
As shown in FIG. 4, in the
本発明のエンジンバルブとして、以下のような構成のものも挙げられる。
このエンジンバルブの軸部は、棒状で、金属基材からなる。このエンジンバルブの傘部においては、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、切削加工により凹部が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。そして、その断面が円形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、凹部内に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部にセラミック部材が接着されている。また、凹部の形状は、円弧形状である。
Examples of the engine valve of the present invention include the following configurations.
The shaft portion of the engine valve is rod-shaped and made of a metal substrate. In the umbrella portion of the engine valve, a glass coat layer is formed on a portion other than the umbrella skirt portion on the back surface of the umbrella, which is the side surface of the umbrella portion of the metal base material. Moreover, the recessed part is formed by the cutting process in the part adjacent to the umbrella skirt part of an umbrella back surface, and the edge part of the glass coat layer has entered the inside of a recessed part. The ceramic member having a circular cross section and a ring shape in a three-dimensional shape is accommodated in the recess and arranged to cover the end of the glass coat layer on the umbrella skirt side, and the end of the glass coat layer A ceramic member is bonded to the portion. The shape of the recess is an arc shape.
上記した本発明のエンジンバルブについて、さらに詳述する。
図4は、本発明のエンジンバルブのさらに他の一例を示す縦断面図である。図4に示す縦断面図は、図2(b)に示したエンジンバルブのB−B線断面図と同じ断面を示す断面図である。
The above-described engine valve of the present invention will be further described in detail.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing still another example of the engine valve of the present invention. The longitudinal sectional view shown in FIG. 4 is a sectional view showing the same cross section as the sectional view taken along the line BB of the engine valve shown in FIG.
このエンジンバルブ70の軸部51は、図2(a)に示すエンジンバルブ30の軸部31と同様に構成されているので、ここでは、図示を省略する。
図4に示すように、このエンジンバルブ70の傘部72においては、金属基材の傘部82の側面である傘裏面82aの傘裾部820以外の部分にガラスコート層73が形成されている。また、傘裏面82aの傘裾部820に隣接する部分には、切削加工により凹部820aが形成されており、ガラスコート層73の端部は、凹部820aの内部に入り込んでいる。そして、その断面が円形(図4参照)で、立体的形状がリング状のセラミック部材75が、凹部820a内に収容され、ガラスコート層73の傘裾部820側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層73の端部にセラミック部材75が接着されている。また、凹部820aの形状は、円弧形状である。
The
As shown in FIG. 4, in the
本発明のエンジンバルブとして、以下のような構成のものも挙げられる。
このエンジンバルブの軸部は、このエンジンバルブの軸部は、棒状で、金属基材からなる。このエンジンバルブの傘部においては、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、切削加工により凹部が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。そして、その断面が半円形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、凹部内に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部にセラミック部材が接着されている。また、凹部の形状は、円弧形状である。
Examples of the engine valve of the present invention include the following configurations.
The shaft portion of the engine valve is a rod-like shaft portion made of a metal substrate. In the umbrella portion of the engine valve, a glass coat layer is formed on a portion other than the umbrella skirt portion on the back surface of the umbrella, which is the side surface of the umbrella portion of the metal base material. Moreover, the recessed part is formed by the cutting process in the part adjacent to the umbrella skirt part of an umbrella back surface, and the edge part of the glass coat layer has entered the inside of a recessed part. A ceramic member having a semicircular cross-section and a ring-shaped three-dimensional shape is accommodated in the recess and arranged to cover the end portion of the glass coat layer on the umbrella skirt side. A ceramic member is bonded to the end. The shape of the recess is an arc shape.
上記した本発明のエンジンバルブでは、傘部の傘裏面には、凹部が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。セラミック部材は、凹部に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部にセラミック部材が接着されている。このため、焼成工程において傘裾部に隣接したガラスコート層(ガラスペースト層)がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしても、セラミック部材の重みによって収縮が阻害され、製造時にガラスコート層を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。 In the above-described engine valve of the present invention, a concave portion is formed on the back surface of the umbrella portion, and the end portion of the glass coat layer enters the inside of the concave portion. The ceramic member is accommodated in the recess and is disposed so as to cover the end of the glass coat layer on the umbrella skirt side, and the ceramic member is bonded to the end of the glass coat layer. For this reason, even if the glass coat layer (glass paste layer) adjacent to the umbrella skirt in the firing process tries to shrink in the axial direction of the engine valve, the shrinkage is hindered by the weight of the ceramic member, and a glass coat layer is formed during manufacturing. Even if it goes through the sintering process, the end of the glass coat layer on the umbrella skirt portion side does not shrink on the back surface of the umbrella.
上記した本発明のエンジンバルブについて、さらに詳述する。
図5は、本発明のエンジンバルブのさらに他の一例を示す縦断面図である。図5に示す縦断面図は、図2(b)に示したエンジンバルブのB−B線断面図と同じ断面を示す断面図である。
The above-described engine valve of the present invention will be further described in detail.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing still another example of the engine valve of the present invention. The longitudinal sectional view shown in FIG. 5 is a sectional view showing the same cross section as the sectional view taken along the line BB of the engine valve shown in FIG.
このエンジンバルブ90の軸部91は、図2(a)に示すエンジンバルブ30の軸部31と同様に構成されているので、ここでは、図示を省略する。
図5に示すように、このエンジンバルブ90の傘部92においては、金属基材の傘部102の側面である傘裏面102aの傘裾部1020以外の部分にガラスコート層93が形成されている。また、傘裏面102aの傘裾部1020に隣接する部分には、切削加工により凹部1020aが形成されており、ガラスコート層93の端部は、凹部1020aの内部に入り込んでいる。そして、その断面が半円形(図5参照)で、立体的形状がリング状のセラミック部材95が、凹部1020a内に収容され、ガラスコート層93の傘裾部1020側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層93の端部にセラミック部材95が接着されている。また、凹部1020aの形状は、円弧形状である。
Since the
As shown in FIG. 5, in the
上記した図3、図4及び図5に示す本発明のエンジンバルブ50、70、90では、傘部62、82、102の傘裏面62a、82a、102aには、凹部620a、820a、1020aが形成されており、ガラスコート層53、73、93の端部は、凹部620a、820a、1020aの内部に入り込んでいる。セラミック部材55、75、95は、凹部620a、820a、1020aに収容され、ガラスコート層53、73、93の傘裾部620、820、1020側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層53、73、93の端部にセラミック部材55、75、95が接着されている。このため、焼成工程において傘裾部620、820、1020に隣接したガラスコート層53、73、93(ガラスペースト層)がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしても、セラミック部材55、75、95の重みによって収縮が阻害され、製造時にガラスコート層53、73、93を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面62a、82a、102aにおいてガラスコート層53、73、93の傘裾部620、820、1020側の端部に引けが発生しない。
In the
本発明のエンジンバルブは、エンジンに用いられることになる。
ここで、エンジンバルブが用いられたエンジンの構造の一例について説明する。
エンジン燃焼室においては、筒状のシリンダーの上部に、吸気用のエンジンバルブ及び排気用のエンジンバルブ(エキバルブ)が配置されている。また、シリンダーの上部の頂点に、点火プラグが設けられており、シリンダーの内部にピストンが設けられている。
The engine valve of the present invention is used for an engine.
Here, an example of the structure of an engine using an engine valve will be described.
In the engine combustion chamber, an intake engine valve and an exhaust engine valve (exhaust valve) are arranged on the upper part of a cylindrical cylinder. A spark plug is provided at the top of the cylinder, and a piston is provided inside the cylinder.
本発明のエンジンバルブは、このような構成のエンジン燃焼室に最適である。
なお、エンジンバルブの傘裏面とは、エンジンバルブの傘部の側面のことであり、エンジンバルブの傘部において、エンジン燃焼室に臨まない方の面を意味する。また、ガラスコート層が形成されていない傘裏面の傘裾部は、シリンダーと接触する部分である。
The engine valve of the present invention is most suitable for the engine combustion chamber having such a configuration.
The back surface of the umbrella of the engine valve is a side surface of the umbrella portion of the engine valve, and means a surface that does not face the engine combustion chamber in the umbrella portion of the engine valve. Moreover, the umbrella skirt part of the umbrella back surface in which the glass coat layer is not formed is a part which contacts a cylinder.
吸気用のエンジンバルブ及び排気用のエンジンバルブは同じ構成であるが、以下の説明において、両者を区別する必要がある場合には、吸気用のエンジンバルブをインバルブと記載し、排気用のエンジンバルブをエキバルブと記載し、両者を区別する必要がない場合には、単にエンジンバルブと記載する。 Although the engine valve for intake and the engine valve for exhaust have the same configuration, in the following description, when it is necessary to distinguish between the two, the engine valve for intake is referred to as an in-valve, and the engine valve for exhaust is used. Is described as an exhaust valve, and when it is not necessary to distinguish between the two, it is simply described as an engine valve.
上記エンジンバルブでは、インバルブ及びエキバルブの傘裏面にはガラスコート層が形成されているので断熱性が高い。そのため以下の効果を奏する。
インバルブは断熱性が高いので、インバルブの熱は、吸気される燃料に伝わりにくい。そのため、吸気効率を低下させることなくエンジンを駆動させることができる。
また、エキバルブは断熱性が高いので、排ガスの熱は、エキバルブに伝達されにくい。そのため、排ガスの温度が低下しにくい。排ガスは、エンジンの下流に設置された排ガス浄化装置に設置された担体により浄化されることになるが、排ガスの温度が低下していない場合、排ガスは速やかに担体の温度を上昇させ、担体の排ガス浄化機能を好適に発揮させることができる。つまり、排ガス浄化効率が向上する。
The engine valve has a high heat insulating property because a glass coat layer is formed on the back surface of the umbrella of the in-valve and the exhaust valve. Therefore, the following effects are exhibited.
Since the in-valve has high thermal insulation, the heat of the in-valve is difficult to be transmitted to the fuel that is sucked. Therefore, the engine can be driven without reducing the intake efficiency.
Moreover, since the exhaust valve has high heat insulating properties, the heat of the exhaust gas is difficult to be transmitted to the exhaust valve. Therefore, the temperature of the exhaust gas is unlikely to decrease. Exhaust gas will be purified by the carrier installed in the exhaust gas purification device installed downstream of the engine. The exhaust gas purification function can be suitably exhibited. That is, exhaust gas purification efficiency is improved.
また、エンジンが駆動する場合、燃料が吸気され、排ガスが排出されることになる。この際、エンジンバルブは、シリンダーに繰り返し接触することになる。
本発明のエンジンバルブにおいては、ガラスコート層を焼結により形成する際に、金属基材とガラスコート層との間及びガラスコート層とセラミック部材との間に強い密着力が発現する。このためエンジンバルブが使用される過酷な環境下においても、エンジンバルブの傘裏面に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくく、高い断熱性能を発揮できることになる。
Further, when the engine is driven, fuel is sucked and exhaust gas is discharged. At this time, the engine valve repeatedly contacts the cylinder.
In the engine valve of the present invention, when the glass coat layer is formed by sintering, a strong adhesive force is developed between the metal substrate and the glass coat layer and between the glass coat layer and the ceramic member. For this reason, even in a harsh environment where the engine valve is used, the glass coat layer formed on the back surface of the umbrella of the engine valve is difficult to peel off from the metal base material, and high heat insulation performance can be exhibited.
本発明のエンジンバルブが用いられるエンジンについてさらに詳述する。
図6は、本発明のエンジンバルブが用いられたエンジン燃焼室の構造の一例を模式的に示す断面図である。
The engine in which the engine valve of the present invention is used will be further described in detail.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure of an engine combustion chamber in which the engine valve of the present invention is used.
図6に示すように、エンジン燃焼室150においては、筒状のシリンダー170の上部に、吸気用のエンジンバルブ160(インバルブ160a)及び排気用のエンジンバルブ160(エキバルブ160b)が配置されている。また、シリンダー170の上部の頂点に、点火プラグ180が設けられており、シリンダー170の内部にピストン190が設けられている。
本発明のエンジンバルブは、このような構成のエンジン燃焼室に最適である。
なお、エンジンバルブ160の傘裏面166a、166bとは、エンジンバルブ160の傘部166の側面のことであり、エンジンバルブ160の傘部166において、エンジン燃焼室150に臨まない方の面を意味する。また、ガラスコート層が形成されていない傘裏面の傘裾部1660は、シリンダー170と接触する部分である。なお、ガラスコート層の位置等については、図1〜図5に示すエンジンバルブで示しているので、ここでは、図示していない。
As shown in FIG. 6, in the
The engine valve of the present invention is most suitable for the engine combustion chamber having such a configuration.
The umbrella back surfaces 166 a and 166 b of the
吸気用のエンジンバルブ160及び排気用のエンジンバルブ160は同じ構成であるが、以下の説明において、両者を区別する必要がある場合には、吸気用のエンジンバルブ160をインバルブ160aと記載し、排気用のエンジンバルブ160をエキバルブ160bと記載し、両者を区別する必要がない場合には、単にエンジンバルブ160と記載する。
Although the
インバルブ160a及びエキバルブ160bの傘裏面にはガラスコート層が形成されているので断熱性が高い。そのため以下の効果を奏する。
インバルブ160aは断熱性が高いので、インバルブ160aの熱は、吸気される燃料に伝わりにくい。そのため、吸気効率を低下させることなくエンジンを駆動させることができる。
また、エキバルブ160bは断熱性が高いので、排ガスの熱は、エキバルブ160bに伝達されにくい。そのため、排ガスの温度が低下しにくい。排ガスは、エンジンの下流に設置された排ガス浄化装置に設置された担体により浄化されることになるが、排ガスの温度が低下していない場合、排ガスは速やかに担体の温度を上昇させ、担体の排ガス浄化機能を好適に発揮させることができる。つまり、排ガス浄化効率が向上する。
Since the glass coat layer is formed on the back of the umbrella of the in-
Since the in-
Further, since the
また、エンジンが駆動する場合、燃料が吸気され、排ガスが排出されることになる。この際、エンジンバルブ160は、シリンダー170に繰り返し接触することになる。
本発明のエンジンバルブにおいては、ガラスコート層を焼結により形成する際に、金属基材とガラスコート層との間及びガラスコート層とセラミック部材との間に強い密着力が発現する。このためエンジンバルブが使用される過酷な環境下においても、エンジンバルブの傘裏面に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくく、高い断熱性能を発揮できることになる。
Further, when the engine is driven, fuel is sucked and exhaust gas is discharged. At this time, the
In the engine valve of the present invention, when the glass coat layer is formed by sintering, a strong adhesive force is developed between the metal substrate and the glass coat layer and between the glass coat layer and the ceramic member. For this reason, even in a harsh environment where the engine valve is used, the glass coat layer formed on the back surface of the umbrella of the engine valve is difficult to peel off from the metal base material, and high heat insulation performance can be exhibited.
次に、本発明のエンジンバルブを製造する方法について説明する。
本発明のエンジンバルブを製造する方法としては、
傘部と軸部とからなる金属基材の傘部の側面である傘裏面の、傘裾部以外の部分にガラスペーストを塗布してガラスペースト層を形成する工程、
上記ガラスペースト層の表面の一部に、上記ガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材を配置する工程、及び、
上記ガラスペースト層を焼結することにより、ガラスコート層を形成するとともに、上記セラミック部材と上記金属基材とをガラスコート層を介して接着する工程を含むことを特徴とする製造方法が挙げられる。
上記のエンジンバルブの製造方法も、本発明に包含される。
Next, a method for manufacturing the engine valve of the present invention will be described.
As a method of manufacturing the engine valve of the present invention,
A step of forming a glass paste layer by applying a glass paste to a portion other than the umbrella hem on the back of the umbrella, which is the side of the umbrella part of the metal base composed of the umbrella part and the shaft part,
A step of disposing a ceramic member on a part of the surface of the glass paste layer so as to cover an end of the glass paste layer on the umbrella skirt side; and
A method for producing the glass paste layer is formed by sintering the glass paste layer, and includes a step of bonding the ceramic member and the metal substrate through the glass coat layer. .
The above-described method for manufacturing an engine valve is also included in the present invention.
(a)金属基材の準備
本発明のエンジンバルブの製造方法では、まず、エンジンバルブを構成する金属基材を準備する。
(A) Preparation of Metal Base In the method for manufacturing an engine valve of the present invention, first, a metal base constituting the engine valve is prepared.
金属基材の形状、材料等としては、本発明のエンジンバルブの説明において説明したものと同様であるので、ここでは、その説明を省略する。金属基材の傘裾部の隣接する部分にセラミック部材を収納するための凹部を形成してもよい。 Since the shape, material, and the like of the metal base are the same as those described in the description of the engine valve of the present invention, the description thereof is omitted here. You may form the recessed part for accommodating a ceramic member in the part which the umbrella base part of a metal base material adjoins.
金属基材の準備にあたっては、ガラスコート層を形成する面である、傘裏面の不純物を除去すべく洗浄処理を行うことが好ましい。
上記洗浄処理としては特に限定されず、従来公知の洗浄処理法を用いることができ、具体的には、例えば、アルコール溶媒中で超音波洗浄を行う方法等を用いることができる。
In preparing the metal substrate, it is preferable to perform a cleaning treatment to remove impurities on the back surface of the umbrella, which is a surface on which the glass coat layer is formed.
The cleaning treatment is not particularly limited, and a conventionally known cleaning treatment method can be used. Specifically, for example, a method of performing ultrasonic cleaning in an alcohol solvent can be used.
金属基材の傘裏面とガラスコート層との密着性をさらに向上させたい場合には、傘裏面に粗化処理を施してもよい。粗化処理の方法としては、例えば、サンドブラスト処理、エッチング処理、高温酸化処理等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。この粗化処理後にさらに洗浄処理を行ってもよい。
なお、粗化処理は、後述するガラスペースト層を形成する工程よりも先に行うことが好ましい。
When it is desired to further improve the adhesion between the umbrella back surface of the metal substrate and the glass coat layer, the umbrella back surface may be roughened. Examples of the roughening treatment include sand blast treatment, etching treatment, and high temperature oxidation treatment. These may be used alone or in combination of two or more. You may perform a washing process after this roughening process.
In addition, it is preferable to perform a roughening process prior to the process of forming the glass paste layer mentioned later.
(b)ガラスペースト層を形成する工程
(b−1)ガラスペースト調製工程
本発明のエンジンバルブの製造方法におけるガラスペースト調製工程では、上記工程に続いて、ガラスペースト層を形成するためのガラスペーストを調製する。
ガラスペーストは、ガラス原料を混合することにより得られる。ガラスペーストに気孔を形成するためのカーボン粒子を添加する場合には、ガラス原料及びカーボン粒子を混合する。
(B) Step of forming a glass paste layer (b-1) Glass paste preparation step In the glass paste preparation step in the method for manufacturing an engine valve of the present invention, a glass paste for forming a glass paste layer following the above steps. To prepare.
The glass paste is obtained by mixing glass raw materials. When carbon particles for forming pores are added to the glass paste, the glass raw material and carbon particles are mixed.
カーボン粒子の量は、ガラスコート層全体の重量100部に対して0.005〜1重量部であることが好ましく、0.008〜1重量部であることがより好ましい。 The amount of the carbon particles is preferably 0.005 to 1 part by weight, more preferably 0.008 to 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the entire glass coat layer.
カーボン粒子としては、加熱処理により気化して気孔を形成することのできる粒子であることが好ましく、エンジンバルブの製造過程においてガラスコート層内に気孔を形成するための材料として配合される材料である。 The carbon particles are preferably particles that can be vaporized by heat treatment to form pores, and are materials that are blended as a material for forming pores in the glass coat layer in the course of manufacturing an engine valve. .
カーボン粒子の具体例としては、グラファイト粒子が好ましく、具体的には、イビデン株式会社製ET−10、ピッチ、コークス等が好ましく用いられる。
また、カーボン粒子の平均粒子径は0.1〜30μmであることが好ましい。
As specific examples of the carbon particles, graphite particles are preferable, and specifically, ET-10 manufactured by Ibiden Co., Ltd., pitch, coke and the like are preferably used.
Moreover, it is preferable that the average particle diameter of a carbon particle is 0.1-30 micrometers.
本発明のエンジンバルブの製造方法において、原料混合物は、例えば、ガラス原料と、水と、所望により添加されるカーボン粒子とを混合し、ボールミル等によって湿式混合することにより得ることができる。上記3成分を混合する順番及び組み合わせは特に限定されず、例えば、まずガラス原料と水とを混合し、さらにカーボン粒子を添加してもよいし、ガラス原料とカーボン粒子を混合した後に水を添加してもよいし、ガラス原料とカーボン粒子と水とを一度に混合してもよい。 In the method for producing an engine valve of the present invention, the raw material mixture can be obtained, for example, by mixing a glass raw material, water, and optionally added carbon particles, and wet-mixing with a ball mill or the like. The order and combination of mixing the three components are not particularly limited. For example, the glass raw material and water may be mixed first, and then carbon particles may be added, or water may be added after mixing the glass raw material and carbon particles. Alternatively, the glass raw material, carbon particles, and water may be mixed at a time.
ガラスペーストがカーボン粒子を含む場合には、カーボン粒子は続く焼成工程において燃焼してCO及びCO2を発生し、気孔を形成する。すなわち、カーボン粒子は造孔剤として機能する。 When the glass paste contains carbon particles, the carbon particles burn in the subsequent firing step to generate CO and CO 2 to form pores. That is, the carbon particles function as a pore forming agent.
ガラス原料と水との配合比は、特に限定されるものではないが、ガラス原料100重量部に対して、水100重量部程度が好ましい。このような重量比率でガラス原料と水とを混合すると、エンジンバルブの傘裏面に塗布するのに適した粘度となりやすいからである。また、必要に応じて、上記ガラスペーストには、有機溶剤等の分散媒及び有機結合剤を配合してもよい。 The compounding ratio of the glass raw material and water is not particularly limited, but is preferably about 100 parts by weight of water with respect to 100 parts by weight of the glass raw material. This is because, when the glass raw material and water are mixed at such a weight ratio, the viscosity is suitable for application to the back of the engine valve umbrella. Moreover, you may mix | blend dispersion media, such as an organic solvent, and an organic binder with the said glass paste as needed.
本発明のエンジンバルブの製造方法において、上記分散媒としては、例えば、水や、メタノール、エタノール等の有機溶媒を用いることができる。ガラスペースト中の分散媒の含有量は特に限定されないが、例えば、ガラス原料100重量部に対して、分散媒が50〜150重量部であることが好ましい。このような割合で分散媒を配合することにより、ガラスペーストの粘度が金属基材の傘裏面に塗布するのに適した粘度となるからである。
上記有機結合剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、分散媒と有機結合剤とを併用してもよい。
In the method for producing an engine valve of the present invention, as the dispersion medium, for example, water or an organic solvent such as methanol or ethanol can be used. Although content of the dispersion medium in a glass paste is not specifically limited, For example, it is preferable that a dispersion medium is 50-150 weight part with respect to 100 weight part of glass raw materials. This is because, by blending the dispersion medium at such a ratio, the viscosity of the glass paste becomes a viscosity suitable for application to the back of the umbrella of the metal substrate.
Examples of the organic binder include polyvinyl alcohol, methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Further, a dispersion medium and an organic binder may be used in combination.
本発明のエンジンバルブの製造方法において、ガラスペースト中におけるカーボン粒子の含有量は、ガラス原料100重量部に対して0.01〜10重量部であることが好ましい。
カーボン粒子の含有量は0.005〜8重量部であることがより好ましく、0.008〜5重量部であることがさらに好ましい。
カーボン粒子の含有量をこのような範囲とすることにより、機械的強度及び断熱性能を有するガラスコート層を形成させることができる。
In the method for producing an engine valve of the present invention, the content of carbon particles in the glass paste is preferably 0.01 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the glass raw material.
The content of carbon particles is more preferably 0.005 to 8 parts by weight, and further preferably 0.008 to 5 parts by weight.
By setting the content of the carbon particles in such a range, a glass coat layer having mechanical strength and heat insulation performance can be formed.
本発明のエンジンバルブの製造方法において、ガラスペーストには、必要に応じて、さらに、結晶性無機材を添加してもよい。
ガラスペーストに結晶性無機材を加える場合、結晶性無機材を添加するタイミングは特に限定されないが、例えば、上述したガラス原料と水と所望により添加されるカーボン粒子とを混合する前に、ガラス原料と結晶性無機材を混合する工程を有していてもよい。
結晶性無機材は、本発明のエンジンバルブの説明において説明したものと同様であるので、ここでは、その説明を省略する。
なお、ガラスペーストとしてさらに結晶性無機材を加える場合、上述したガラス原料と水と所望により添加されるカーボン粒子とを混合する前に、ガラス原料と結晶性無機材を混合する工程を有していてもよい。
In the method for manufacturing an engine valve of the present invention, a crystalline inorganic material may be further added to the glass paste as necessary.
When the crystalline inorganic material is added to the glass paste, the timing of adding the crystalline inorganic material is not particularly limited. For example, before mixing the glass raw material, water, and optionally added carbon particles, the glass raw material is mixed. And a step of mixing the crystalline inorganic material.
Since the crystalline inorganic material is the same as that described in the description of the engine valve of the present invention, the description thereof is omitted here.
In addition, when adding a crystalline inorganic material as a glass paste, it has the process of mixing a glass raw material and a crystalline inorganic material before mixing the glass raw material mentioned above, water, and the carbon particle added as needed. May be.
(b−2)塗布工程
本発明のエンジンバルブの製造方法における塗布工程として、金属基材の傘裏面の傘裾部以外の部分に、ガラスペースト層を形成するためのガラスペーストを塗布することによりガラスペースト層を形成する。
(B-2) Coating process As a coating process in the method for manufacturing an engine valve of the present invention, a glass paste for forming a glass paste layer is applied to a portion other than the umbrella skirt on the back of the umbrella of the metal substrate. A glass paste layer is formed.
本発明のエンジンバルブの製造方法において、ガラスペースト層の厚さは特に限定されないが、2〜2000μmの厚さであることが好ましく、1〜1000μmの厚さのガラスコート層を形成することのできる厚さであることが好ましい。
ガラスペースト層の厚さが2μm未満であると、例えばガラスコート層に気孔を形成しようとする場合に、気泡がガラスコート層外に抜けやすくなり、その結果ガラスコート層表面の表面粗さが大きくなる。傘裏面は気流と接するので表面粗さが大きくなると気流とガラスコート層の熱伝達が上がり、断熱性能が低下するという問題がある。一方、形成されるガラスペースト層の厚さが2000μmを超えると、形成されるガラスコート層に熱衝撃等が加わった際に、クラックが発生しやすくなることがある。また吸気又は排気経路が狭くなるという問題もある。
In the engine valve manufacturing method of the present invention, the thickness of the glass paste layer is not particularly limited, but is preferably 2 to 2000 μm, and a glass coat layer having a thickness of 1 to 1000 μm can be formed. A thickness is preferred.
When the thickness of the glass paste layer is less than 2 μm, for example, when pores are to be formed in the glass coat layer, bubbles easily escape from the glass coat layer, resulting in a large surface roughness on the surface of the glass coat layer. Become. Since the back of the umbrella is in contact with the air flow, if the surface roughness increases, heat transfer between the air flow and the glass coat layer increases, and there is a problem in that the heat insulation performance decreases. On the other hand, when the thickness of the formed glass paste layer exceeds 2000 μm, cracks are likely to occur when a thermal shock or the like is applied to the formed glass coat layer. There is also a problem that the intake or exhaust path becomes narrow.
本発明のエンジンバルブの製造方法において、金属基材の傘裏面にガラスペースト層を形成する方法としては、例えば、スプレーコート、静電塗装、ディッピング、インクジェット、スピンコート、スタンプやローラ等を用いた転写、ハケ塗り等の方法が挙げられる。スプレーコート等によりガラスペースト層を形成する際、ガラスペースト層を形成する以外の部分は、テープや樹脂等を覆い、ガラスペースト層を形成した後、テープや樹脂等を除くことにより、所定領域にガラスペースト層を形成することができる。金属基材の傘裏面に凹部を形成した場合には、凹部の内部にもガラスペースト層を形成する。 In the method for manufacturing an engine valve of the present invention, as a method for forming a glass paste layer on the back of an umbrella of a metal substrate, for example, spray coating, electrostatic coating, dipping, ink jet, spin coating, a stamp, a roller, or the like was used. Examples of the method include transfer and brush coating. When the glass paste layer is formed by spray coating or the like, the portion other than the glass paste layer is covered with a tape or a resin, and after the glass paste layer is formed, the tape or the resin is removed to a predetermined area. A glass paste layer can be formed. When the concave portion is formed on the back surface of the umbrella of the metal base material, a glass paste layer is also formed inside the concave portion.
(c)セラミック部材を配置する工程
本発明のエンジンバルブの製造方法におけるセラミック部材を配置する工程において、ガラスペースト層の表面の一部に、ガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材を配置する。
例えばリング状のセラミック部材を用いる場合であれば、ガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うように、金属基材の傘部にセラミック部材を嵌め込めばよい。傘裏面の傘裾部に隣接する部分に、凹部が形成されている場合には、凹部にセラミック部材が収容されるようにセラミック部材を嵌め込む。このとき、凹部の少なくとも一部には、セラミック部材と接着された状態のガラスペースト層が形成されている。
(C) Step of Disposing Ceramic Member In the step of disposing the ceramic member in the method for manufacturing an engine valve of the present invention, a part of the surface of the glass paste layer is covered with an end portion on the umbrella skirt side of the glass paste layer. A ceramic member is disposed on the surface.
For example, when a ring-shaped ceramic member is used, the ceramic member may be fitted into the umbrella portion of the metal base so as to cover the end portion on the umbrella skirt portion side of the glass paste layer. When a concave portion is formed in a portion adjacent to the umbrella skirt portion on the back of the umbrella, the ceramic member is fitted so that the ceramic member is accommodated in the concave portion. At this time, a glass paste layer bonded to the ceramic member is formed on at least a part of the recess.
(d)焼結工程
本発明のエンジンバルブの製造方法における焼結工程において、ガラスペースト層を焼結することにより、ガラスコート層を形成するとともに、セラミック部材と上記金属基材とをガラスコート層を介して接着する。
例えばガラスペーストにカーボン粒子が含まれる場合には、焼結工程により、ガラスペースト層内でカーボン粒子を気化、消失させて、ガラスコート層内に気孔を形成することができる。
(D) Sintering step In the sintering step in the method for manufacturing an engine valve of the present invention, the glass paste layer is sintered to form a glass coat layer, and the ceramic member and the metal substrate are combined with the glass coat layer. Glue through.
For example, when carbon particles are contained in the glass paste, the carbon particles can be vaporized and eliminated in the glass paste layer by the sintering process, and pores can be formed in the glass coat layer.
本発明のエンジンバルブの製造方法において、上記ガラスペースト層の焼結は、ガラスペースト層が形成されたエンジンバルブに加熱処理を施すことによって行うことができる。また、本発明においては、焼結を行う前に、ガラスペースト層が形成されたエンジンバルブに対して、必要に応じて、ガラスペースト層を乾燥させるための乾燥工程を行ってもよい。乾燥工程は、例えば、50〜150℃程度の温度で行うことができる。
焼結のための加熱処理の条件は、エンジンバルブの材質等を考慮して任意に設定することができるが、エンジンバルブの材質がステンレス鋼である場合は400〜900℃、耐熱鋼である場合は400〜1000℃で加熱処理することが好ましい。加熱時間は3〜120分間とすることが好ましい。
また、焼結のための加熱処理温度は、ガラス原料の軟化点以上とすることが好ましい。加熱温度をガラス原料の軟化点以上の温度とすることにより、塗布されたガラス原料が軟化、溶融し、形成されたガラスコート層と金属基材のエンジンバルブの傘裏面とが強固に密着する。
In the engine valve manufacturing method of the present invention, the glass paste layer can be sintered by subjecting the engine valve on which the glass paste layer is formed to a heat treatment. Moreover, in this invention, before performing sintering, you may perform the drying process for drying a glass paste layer with respect to the engine valve in which the glass paste layer was formed as needed. A drying process can be performed at the temperature of about 50-150 degreeC, for example.
The heat treatment conditions for sintering can be arbitrarily set in consideration of the material of the engine valve, etc., but when the material of the engine valve is stainless steel, it is 400 to 900 ° C., when it is heat resistant steel Is preferably heat-treated at 400 to 1000 ° C. The heating time is preferably 3 to 120 minutes.
Moreover, it is preferable that the heat processing temperature for sintering shall be more than the softening point of a glass raw material. By setting the heating temperature to a temperature equal to or higher than the softening point of the glass raw material, the applied glass raw material is softened and melted, and the formed glass coat layer and the metal substrate engine valve umbrella back firmly adhere to each other.
このとき、ガラスペースト中に含まれるカーボン粒子が、軟化したガラス原料中に分散し、熱分解を起こすことによって気孔が形成される。 At this time, the carbon particles contained in the glass paste are dispersed in the softened glass raw material, and pores are formed by causing thermal decomposition.
以下に、本発明のエンジンバルブの作用効果を列挙する。
(1)本発明のエンジンバルブでは、金属基材の傘裏面に形成されたガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材が配置されていることにより、製造時にガラスコート層を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。このため、傘裏面のガラスコート層の厚みが傘裾部側の端部で薄くなるという問題が発生せず、その結果エンジンバルブが高い断熱性能を発揮できる。
Below, the effect of the engine valve of this invention is enumerated.
(1) In the engine valve of the present invention, the ceramic member is disposed so as to cover the end of the glass coat layer formed on the back surface of the umbrella of the metal base on the umbrella skirt side, so that the glass coat layer is manufactured at the time of manufacture. Even after the sintering step for forming the film, the end of the glass coat layer on the umbrella skirt portion side does not shrink on the back surface of the umbrella. For this reason, the problem that the thickness of the glass coat layer on the back surface of the umbrella becomes thin at the end of the umbrella skirt portion does not occur, and as a result, the engine valve can exhibit high heat insulation performance.
(2)本発明のエンジンバルブでは、金属基材とガラスコート層との間及びガラスコート層とセラミック部材との間は強く密着している。このためエンジンバルブが使用される過酷な環境下においても、エンジンバルブの傘裏面に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくく、高い断熱性能を発揮できる。 (2) In the engine valve of the present invention, the metal base and the glass coat layer and the glass coat layer and the ceramic member are in close contact with each other. For this reason, even in a harsh environment where the engine valve is used, the glass coat layer formed on the back surface of the umbrella of the engine valve is difficult to peel off from the metal substrate, and high heat insulation performance can be exhibited.
(3)本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の一部が表面に露出しているので、セラミック部材とガラスコート層の熱膨張係数の違いによる応力を極力緩和することが可能となり、ガラスコート層の靱性が低い場合であっても、焼結工程においてガラスコート層が割れる等して破損することが防止される。 (3) In the engine valve of the present invention, since part of the glass coat layer is exposed on the surface, it becomes possible to alleviate stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic member and the glass coat layer as much as possible. Even when the toughness of the layer is low, the glass coat layer is prevented from being broken and broken in the sintering process.
本発明のエンジンバルブにおいて、上記セラミック部材は、リング状であり、上記傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、凹部が形成され、上記凹部には、ガラスコート層の端部が入り込んでおり、上記リング状のセラミック部材は、上記ガラスコート層が形成された凹部に嵌合されてなると、ガラスコート層を形成するための焼成の際に、金属基材がセラミック部材よりも大きく膨張することにより、室温に戻した際に強い嵌合状態になる、いわゆる「焼き嵌め」が起こり、セラミック部材の金属基材への密着力が向上する。 In the engine valve of the present invention, the ceramic member has a ring shape, and a concave portion is formed in a portion adjacent to the umbrella skirt portion on the back surface of the umbrella, and the end portion of the glass coat layer enters the concave portion. When the ring-shaped ceramic member is fitted in the recess in which the glass coat layer is formed, the metal base material expands more than the ceramic member during firing to form the glass coat layer. As a result, a so-called “shrink fit” occurs in which a strong fitting state occurs when the temperature is returned to room temperature, and the adhesion of the ceramic member to the metal substrate is improved.
(実施例)
以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
(実施例1)
(a)エンジンバルブ用基材準備工程
まず。傘部及び軸部からなるエンジンバルブ用金属基材を準備した。エンジンバルブ用基材の構成材料は、ステンレス鋼(SUS430)であった。
エンジンバルブ用基材の軸部の形状は、直径60mm、全長110mmである棒状の形状であった。
エンジンバルブ用基材の傘部の形状は、底面(傘表面)の直径D1が30mmの円であり、高さが7mmである円錐状の形状であった(図7参照)。
(Example)
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
Example 1
(A) Engine valve base material preparation step A metal base for an engine valve comprising an umbrella part and a shaft part was prepared. The constituent material of the engine valve base material was stainless steel (SUS430).
The shape of the shaft part of the engine valve base material was a rod-like shape having a diameter of 60 mm and a total length of 110 mm.
The shape of the umbrella portion of the engine valve for the substrate, the diameter D 1 of the bottom surface (umbrella surface) is
次に、エンジンバルブ用基材の傘部の傘裏面の傘裾部に隣接する部分に、切削加工により凹部(座ぐり部)を形成した。凹部の断面形状は、図7に示すような直角V字形状で、平面視すると円形であり、直径の最も短い部分の直径D2が15.6mmで、凹部の幅は、3.1mmであり、凹部の深さは3.1mmであった。 Next, a concave portion (a counterbore portion) was formed by cutting in a portion adjacent to the umbrella skirt portion on the back surface of the umbrella portion of the engine valve base material. Concave cross-sectional shape is a right-angled V-shape as shown in FIG. 7, is circular in plan view, with the shortest diameter portion D 2 is 15.6mm in diameter, the width of the recess is located in 3.1mm The depth of the recess was 3.1 mm.
(b)塗布層形成工程
(b−1)原料混合物調製工程
次に、セラミック原料としてバリウムシリケートガラス(軟化点770℃)100重量部と、水100重量部と、有機結合材としてメチルセルロース1重量部と、造孔材として黒鉛化したカーボン粒子を0.23重量部とをボールミル等によって湿式混合することにより、原料混合物を調製した。
(B) Coating layer forming step (b-1) Raw material mixture preparing step Next, 100 parts by weight of barium silicate glass (softening point 770 ° C.) as a ceramic raw material, 100 parts by weight of water, and 1 part by weight of methyl cellulose as an organic binder A raw material mixture was prepared by wet-mixing 0.23 parts by weight of graphitized carbon particles as a pore former with a ball mill or the like.
(b−2)塗布工程
次に、エンジンバルブ用金属基材の傘裏面の凹部を含む部分であって、傘裾部以外の部分に、原料混合物を塗布することにより、ガラスコート層形成用の塗布層を形成した。塗布層の厚さは、50μmであった。
続いて、形成した凹部の内部に収容されるように、ジルコニア焼結体からなるセラミック部材を凹部に嵌め込んだ。セラミック部材は、断面形状が三角形のリング状であり、最も内側の部分の直径は、15.8mmで、その幅は、3mmであった。また、ジルコニア焼結体からなるセラミック部材の気孔率を上記したアルキメデス法により測定したところ、16%であった。
(B-2) Application step Next, a part for forming a glass coat layer is formed by applying a raw material mixture to a part including a concave part on the back surface of the umbrella of the metal base for an engine valve, except for the bottom part of the umbrella. A coating layer was formed. The thickness of the coating layer was 50 μm.
Subsequently, a ceramic member made of a zirconia sintered body was fitted into the recess so as to be accommodated in the formed recess. The ceramic member had a ring shape with a triangular cross-sectional shape, and the innermost part had a diameter of 15.8 mm and a width of 3 mm. Moreover, it was 16% when the porosity of the ceramic member which consists of a zirconia sintered compact was measured by the above-mentioned Archimedes method.
(c)加熱処理工程
次に、乾燥機内において70℃で20分乾燥した。
さらに、空気中、焼成炉内で800℃、90分間加熱処理することにより、その厚さが40μmのガラスコート層を形成し、エンジンバルブの製造を終了した。
ガラスコート層は、上から見た上面図において、円環状に形成されており、直径5〜30mmまでの部分にガラスコート層が形成されていた。
製造されたガラスコート層には気孔が形成されており、気孔率は25%、平均気孔径は4μmであった。ガラスコート層の厚さは膜厚計(デュアルスコープ)で決定し、平均気孔径は、SEMによりガラスコート層を撮影して得た写真を用いて決定した。
また、ガラスコート層の気孔率は、ガラスコート層の重量と膜厚計(デュアルスコープ)で測定したガラスコート層の厚さから嵩密度を算出し、ピクノメータで算出した真密度との比を算出し、その値を1から引いて、百分率とした値を気孔率として算出した。
真密度をピクノメータで算出する具体的な方法としては、ガラスコート層を粉末状にし、連続自動粉粒体真密度測定器[(株)セイシン企業製 オートトゥルーデンサー MAT−7000]で測定する。測定溶媒は測定対象となる拡散部材と反応しないものであれば特に限定されないが、本実施例1では、n−ブタノールを使用した。
(C) Heat treatment step Next, the substrate was dried in a dryer at 70 ° C. for 20 minutes.
Furthermore, a glass coat layer having a thickness of 40 μm was formed by heat treatment at 800 ° C. for 90 minutes in a firing furnace in air, and the production of the engine valve was completed.
In the top view seen from the top, the glass coat layer was formed in the annular | circular shape, and the glass coat layer was formed in the part to diameter 5-30mm.
The produced glass coat layer had pores, the porosity was 25%, and the average pore diameter was 4 μm. The thickness of the glass coat layer was determined with a film thickness meter (dual scope), and the average pore diameter was determined using a photograph obtained by photographing the glass coat layer with SEM.
The porosity of the glass coat layer is calculated from the weight of the glass coat layer and the thickness of the glass coat layer measured with a film thickness meter (dual scope), and the ratio of the true density calculated with a pycnometer is calculated. Then, the value was subtracted from 1, and the value as a percentage was calculated as the porosity.
As a specific method of calculating the true density with a pycnometer, the glass coat layer is made into a powder form and measured with a continuous automatic powder true density measuring instrument [Autotrudenser MAT-7000, manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.]. The measurement solvent is not particularly limited as long as it does not react with the diffusion member to be measured. In Example 1, n-butanol was used.
(比較例1)
(a)エンジンバルブ用基材準備工程において、凹部にセラミック部材を配置しなかった以外は、実施例1と同様にして比較例1に係るエンジンバルブを製造した。
(Comparative Example 1)
(A) In the engine valve base material preparation step, an engine valve according to Comparative Example 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the ceramic member was not disposed in the recess.
(ガラスコート層の評価)
製造された実施例1に係るエンンジンバルブ及び比較例1に係るエンジンバルブに関し、軸部に近い部分で軸部に平行に切断し、断面におけるガラスコート層の厚さを顕微鏡により観察した。その結果、実施例1に係るエンジンバルブでは、ガラスコート層に引けはなく、ガラスコート層は、ほぼ均一な厚さであったのに対し、比較例1に係るエンジンバルブでは、引けが発生しており、5mmの幅で、ガラスコート層に厚さの薄い部分又はガラスコート層が形成されていない部分が観察された。
(Evaluation of glass coat layer)
Regarding the manufactured engine valve according to Example 1 and the engine valve according to Comparative Example 1, a portion close to the shaft portion was cut in parallel to the shaft portion, and the thickness of the glass coat layer in the cross section was observed with a microscope. As a result, in the engine valve according to Example 1, the glass coat layer did not shrink, and the glass coat layer had a substantially uniform thickness, whereas in the engine valve according to Comparative Example 1, the shrinkage occurred. A portion having a thin thickness or a portion where the glass coat layer was not formed was observed with a width of 5 mm.
10、30、50、70、90 エンジンバルブ
11、31、51、71、91 軸部(エンジンバルブ)
12、32、52、72、92 傘部(エンジンバルブ)
13、33、53、73、93 ガラスコート層
15、35、55、75、95 セラミック部材
22、42、62、82、102 傘部(金属基材)
22a、42a、62a、82a、102a 傘裏面
220a、420a、620a、820a、1020a 凹部
220、420、620、820、1020 傘裾部
10, 30, 50, 70, 90
12, 32, 52, 72, 92 Umbrella (engine valve)
13, 33, 53, 73, 93
22a, 42a, 62a, 82a, 102a Umbrella back
Claims (14)
前記エンジンバルブを構成する金属基材と、
前記金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分に形成され、その一部が露出した状態のガラスコート層と、
前記ガラスコート層の表面の一部に、前記ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されたセラミック部材とからなることを特徴とするエンジンバルブ。 An engine valve consisting of an umbrella part and a shaft part,
A metal substrate constituting the engine valve;
A glass coat layer formed in a portion other than the umbrella hem portion on the back surface of the umbrella, which is the side surface of the umbrella portion of the metal base, and a portion of the glass coat layer is exposed,
An engine valve comprising a ceramic member disposed on a part of the surface of the glass coat layer so as to cover an end of the glass coat layer on the umbrella skirt side.
前記傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、凹部が形成され、
前記凹部には、ガラスコート層の端部が入り込んでおり、
前記リング状のセラミック部材は、前記ガラスコート層が形成された凹部に嵌合されてなる請求項1〜10のいずれかに記載のエンジンバルブ。 The ceramic member is ring-shaped,
A recess is formed in a portion adjacent to the umbrella hem on the back of the umbrella,
In the concave portion, an end portion of the glass coat layer enters,
The engine valve according to any one of claims 1 to 10, wherein the ring-shaped ceramic member is fitted into a recess in which the glass coat layer is formed.
傘部と軸部とからなる金属基材の傘部の側面である傘裏面の、傘裾部以外の部分にガラスペーストを塗布してガラスペースト層を形成する工程、
前記ガラスペースト層の表面の一部に、前記ガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材を配置する工程、及び、
前記ガラスペースト層を焼結することにより、ガラスコート層を形成するとともに、前記セラミック部材と前記金属基材とをガラスコート層を介して接着する工程を含むことを特徴とするエンジンバルブの製造方法。 It is a manufacturing method of the engine valve according to any one of claims 1 to 13,
A step of forming a glass paste layer by applying a glass paste to a portion other than the umbrella hem on the back of the umbrella, which is the side of the umbrella part of the metal base composed of the umbrella part and the shaft part,
A step of disposing a ceramic member on a part of the surface of the glass paste layer so as to cover an end of the glass paste layer on the umbrella skirt side; and
A method for manufacturing an engine valve, comprising: forming a glass coat layer by sintering the glass paste layer; and bonding the ceramic member and the metal substrate through the glass coat layer. .
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