JPH01186261A

JPH01186261A - バルブシートの接合方法

Info

Publication number: JPH01186261A
Application number: JP801888A
Authority: JP
Inventors: Yoshizumi Senda; 千田　善純
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-01-18
Filing date: 1988-01-18
Publication date: 1989-07-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は自動車エンジンに用いられるバルブシートと鋳
鉄製シリンダヘッドとを一体的に接合する接合方法に関
する。

［従来の技術］近年、自動車用エンジンは高出力、高回転化の傾向にあ
る。そのためエンジンの吸排気弁であるパルプおよびそ
のバルブが当接するバルブシートには、高温においても
優れた耐摩耗性が要求されている。ディーゼルエンジン
においても例外ではなく、上記要求を満足させるバルブ
シートの材質としては、近年Ｃｒ、Ｎｉ、ｃｏ、ＭＯな
どの合金元素を含有した鉄系焼結合金が用いられている
。

このバルブシートはシリンダヘッドの吸気または排気ポ
ートの開口部に強固に固定する必要がある。しかしバル
ブシートとシリンダヘッドとは材質が異なるため、別体
として形成せざるを得ない。

そのため従来のバルブシートとシリンダヘッドとの接合
方法としては、バルブシートをシリンダヘッドの開口部
に圧入して固定する方法が一般的に行なわれている。ま
たアルミニウム合金製のシリンダヘッドにおいては、バ
ルブシートを鋳ぐるみ鋳造によってシリンダヘッドと固
定する方法なども提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ディーゼルエンジンなどのシリンダヘッドには熱膨張係
数の小さい鋳鉄が使われている。このため鉄系焼結合金
製のバルブシートをシリンダヘッドに単に圧入固定する
接合方法では、特に高負荷使用時にはシリンダヘッドと
バルブシートとの熱膨張度合に差が生じ、バルブシート
には熱歪による塑性変形が生じてシリンダヘッドとの接
合強度が低下する場合があった。ざらに圧入時には圧入
面精度が必要であり、圧入前に開口部およびバルブシー
ト外周面の加工が必要となっていた。

またバルブシートを鋳ぐるみ鋳造によってシリンダヘッ
ドに固定する接合方法においては、アルミニウム合金の
溶湯の温度はバルブシートを構成する鉄系焼結合金の融
点よりがなり低い。従ってこの方法では、アルミニウム
合金の溶湯がバルブシート周囲を囲んで保持することに
より固定するものであり、両者の溶融による強固な接合
は期待されない。また安定した接合状態を得るには、溶
湯温度などの製造条件の厳密な管理が必要とされ、実用
化にはいまだ至っていない。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、溶
湯温度などの製造条件の厳密な管理を不要とするととも
に、鋳ぐるみ鋳造により鋳鉄製のシリンダヘッドと強固
に溶融接合できるバルブシートの接合方法を提供するも
のである。

［課題を解決するための手段］本発明のバルブシートの接合方法は、シリンダヘッドの
吸気および排気ポートの開口部の少なくとも一方にバル
ブシートを接合する方法であって、鉄系焼結合金粉末か
ら形成された成形体を焼結してバルブシートを形成する
バルブシート形成工程と、バルブシートをシリンダヘッ
ド鋳造型の吸気および排気ポートの開口部形成部分の少
なくとも一方に配置し鋳鉄の溶湯を注湯してシリンダヘ
ッドを鋳ぐるみ鋳造する鋳造工程と、よりなり、バルブ
シートは鋳造工程で溶湯の熱により部分的に溶融するこ
とによりシリンダヘッドと一体的に溶融接合されること
を特徴とする。

本発明の鉄系焼結合金粉末とは、焼結可能な鉄系合金の
粉末をいう。その粒子径としては一般に２５０μｍ以下
のものが利用される。

バルブシート形成工程は、鉄系焼結合金粉末がら略バル
ブシート形状に成形された成形体を焼結してバルブシー
トを形成する工程である。成形体は、鉄系焼結合金粉末
から、圧縮成形などの加圧成形およびスリップキャステ
ィングなどの非加圧成形により、従来と同様に形成する
ことができる。

そしてこの成形体を、従来公知の焼結条件で焼結するこ
とによりバルブシートが形成される。

鋳造工程は、上記により得られたバルブシートを鋳型の
吸気および排気ポートの開口部形成部分の少なくとも一
方に配置し、鋳鉄の溶湯を注湯してシリンダヘッドを鋳
ぐるみ鋳造する工程である。

従来の鋳ぐるみ鋳造法と同様に行なうことができる。

本発明の最大の特徴は、鋳造工程において、バルブシー
トは溶湯の熱により部分的に溶融するところにある。こ
れによりバルブシートはシリンダヘッドと一体的に溶融
接合され、強固に接合される。

例えばＦｅ−Ｐ％Ｆｅ−０ｒ−Ｃなどの粉末を添加する
など、バルブシートを構成する鉄系焼結合金粉末の組成
を考慮し、鋳鉄の溶湯と接触する表面が部分的に溶融し
て液相を生成するように構成することで上記作用を達成
することができる。

鋳鉄の溶湯温度としては、一般に１２００〜１４００℃
の範囲が多く利用されている。そこでバルブシートは、
１１００〜１２５０℃で液相を生成するように構成する
ことが望ましい。なお、液相を生成す°る温度が１１０
０℃より低いと、バルブシートに変形が生じたり、シリ
ンダヘッドがバルブシートの液相を取込んで変質したり
する不具合が生じる場合がある。１２５０”Ｃより＾い
と、シリンダヘッドとの接合強度が低下するようになる
。

また、焼結体であるバルブシートの気孔に融点の低い溶
浸材を溶浸することも好ましい。このようにすれば、溶
湯と接触した時に溶浸材が溶融して液相を生成する。な
お、この溶浸材の融点は９００〜１１００℃とするのが
望ましく、溶浸量は５〜１５重量％とするのが望ましい
。焼結合金自体が液相を生成するのとは異なり、この場
合は溶浸材の量に限りがあることから、溶浸材の溶融温
度が低（ともバルブシートに変形が生じる恐れが少ない
からである。しかし９００℃より低いと性能面などに不
具合が生じ、１１００℃より高くなるとシリンダヘッド
との接合強度が低下する場合がある。また、溶浸材の溶
浸量が５重量％より少ないと注湯時に生成する液相が少
なく、接合強度が低下し、１５重量％より多くなるとバ
ルブシートに変形が生じたり、シリンダヘッドが溶浸材
の液相を取り込んで変質したりする不具合を生じる場合
がある。

［発明の作用及び効果］本発明のバルブシートの接合方法では、鋳造工程でバル
ブシートは溶湯の熱により部分的に溶融して液相を生成
する。これによりバルブシートはシリンダヘッドと一体
的に溶融接合される。

従って本発明の接合方法により得られたシリンダヘッド
をもつエンジンを高負荷で運転した場合にも、バルブシ
ートとシリンダヘッドとは強固に接合しており、熱歪に
よる不具合が防止される。

また圧入法では必要であったシリンダヘッドの開口部お
よびバルブシートの外周表面の加工を不要とすることが
でき、工数の低減を図ることができる。さらに、バルブ
シートからシリンダヘッドへの熱伝達性も向上するため
、バルブシートの温度が低下し、高負荷運転時の摩耗に
対して有利となる。

［実施例］以下実施例により具体的に説明する。なお以下にいう％
は全で重量％を意味する。

（実施例１）（１）バルブシートの成形工程Ｃ：１．２％、Ｃｒ　：　２０％、Ｍｏ：０，５％、Ｎ
ｉ１．４％、Ｓｉ　：２％、Ｍｎ：０．４％、０：０．
０８％、残部Ｆｅよりなり、粒子径１５０μｍ以下の合
金鋼粉末９１．７重層％に、粒子径１００μｍ以下の電
解Ｃｕ粉末を８Ｉｉ量％、粒子径５０μｍ以下の黒鉛粉
末を０．３重量％、潤滑材としてのステアリン酸亜鉛粉
末を０．８重量％添加して混合し、金型成形法により成
形圧７ｔ／ｃｍ２で成形して略バルブシート形状の成形
体を形成した。この成形体をアンモニア分解ガス雰囲気
中にて１２２０℃で６０分間加熱して焼結を行って、第
１図に示す略筒状のバルブシート１を成形した。

ちなみに、このバルブシートは１１９０℃で液相が生成
する。

（２）鋳造工程上記バルブシート１を、第２図に示すようなシリンダヘ
ッド２を成形する鋳造型の、排気ポート２１の開口部の
形成部分に装着して、シリンダヘッド２を鋳ぐるみ鋳造
した。なお鋳造に用いた溶湯の温度は１３５０℃である
。そして鋳造後得られたシリンダヘッド２を切断してバ
ルブシート１の接合状態を調査した。バルブシート１左
シリンダヘツド２とは強固に溶融接合していた。

（３）試験上記バルブシートを鋳ぐるんだシリンダヘッドについて
台上耐久試験（２４°０Ｏｃｃデイーゼルエンジン、４
３００ｒｐｍ／全負荷Ｘ４００Ｈｒ）を行い、バルブシ
ートの緩み、バルブシートのパルプとの接触幅の増加量
およびバルブの摩耗深さを調べた。その結果を第１表に
示す。

（実施例２）Ｃ：１．２％、Ｃｒ：８％、Ｍｏ：３．５％、Ｗ：５％
、Ｖ：１．５％、Ｓｉ　：１％、Ｍｎ　：　０゜３％、
Ｏ：０．２２％、残部Ｆｅよりなり、粒子径１５０μｍ
以下の合金鋼粉末８４．２重量％に、ＣＯ：１０％、Ｍ
Ｏ：１０％、Ｆｅ　：　２０％、Ｃ：２．５％、Ｏ：０
．５％、残部ＣｒよりなるＣｒ基合金粉末（粒子径１５
０μｍ以下）を１０重量％、粒子径８０μｍのＦｅ３Ｐ
粉末を１．５重量％、粒子径５０μｍ以下の黒鉛粉末を
１．３重量第１表％、潤滑材としてのステアリン酸亜鉛粉末を０゜８重量
％添加して混合し、金型成形法により成形圧７　ｔ／Ｃ
ｍ２で成形して略バルブシート形状の成形体を形成した
。この成形体をアンモニア分解ガス雰囲気中にて１１５
０℃で６０分間加熱して焼結を行って、実施例１と同様
のバルブシートを成形した。ちなみに、このバルブシー
トは１１１０℃で液相が生成する。

そして実施例１と同様に鋳造工程を行い、得られたシリ
ンダヘッドについて実施例１と同様に試験を施して結果
を第１表に示す。

（実施例３）ｃ：ｏ、ｉ〜１．０％、Ｎｉ：５．Ｏ〜１０゜０％、Ｃ
ｒ：３．Ｏ〜１０．０％、Ｍｏ：３．０〜１０．０％、
Ｗ：３．０〜５．０％、残部Ｆｅからなり粒子径２００
μｍ以下の合金鋼粉末から、実施例１と同様にバルブシ
ートを形成した。

次にこのバルブシートを１１３０℃に加熱し、Ｃｕ−３
０％Ｐｂからなる溶浸材を１１重量％の溶浸量で溶浸し
た。そして実施例１と同様に鋳造工程を行い、得られた
シリンダヘッドについて実施例１と同様に試験を施して
結果を第１表に示す。

ちなみに、このバルブシートは９７０℃で液相が生成す
る。

（実施例４）溶浸材を純Ｃｕとしたこと以外は実施例３と同様にして
、バルブシートの形成、溶浸および鋳造工程を行い、得
られたシリンダヘッドについて実施例１と同様に試験を
施して結果を第１表に示す。

ちなみに、このバルブシートは１０８３℃で液相が生成
する。

（比較例１）粒子径５０μｍ以下の黒鉛粉末０．４重層％、粒子径１
００μｍ以下のＣＯ粉末１０１億％、粒子径８０μｍ以
下のＦｅＭＯ粉末１０重量％、粒子径８０μｍ以下のＦ
ｅＷ粉末粉末１冗壷粒子径８０μｍのＮ１粉末１０重山
％、８２１滑剤としてのステアリン酸亜鉛粉末０．８重
山％、および残部粒子径２００μｍ以下のＦｅ粉末を混
合し、実施例２と同様にしてバルブシートを形成した。

（比較例２）溶浸を施さないこと以外は実施例３と同様にバルブシー
トを形成した。そして実施例１と同様に鋳造工程を行い
、得られたシリンダヘッドについて実施例１と同様に試
験を施して結果を第１表に示す。

（評価）第１表より、本発明の実施例の接合方法により得られた
シリンダヘッドでは、バルブシートの緩みは生じず、バ
ルブシートの耐摩耗性に優れていることがわかる。また
バルブの摩耗聞は比較例とほとんど同等であり、バルブ
に対する影響は従来と同等といえる。これはバルブシー
トの表面が部分的に溶融して、シリンダヘッドと一体的
に溶融接合した効果によるものであることが明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はバルブシートの半部断面で示す正面図、第２図
はバルブシートが固定されたシリンダヘッドの要部断面
図である。１・・・バルブシート　　　２・・・シリンダヘッド２
１・・・排気ポート特許出願人　　トヨタ自動車株式会社代理人　　　弁理士　　　大川　宏

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シリンダヘッドの吸気および排気ポートの開口部
の少なくとも一方にバルブシートを接合する方法であつ
て、鉄系焼結合金粉末から形成された成形体を焼結してバル
ブシートを形成するバルブシート形成工程と、該バルブシートをシリンダヘッド鋳造型の吸気および排
気ポートの開口部形成部分の少なくとも一方に配置し鋳
鉄の溶湯を注湯してシリンダヘッドを鋳ぐるみ鋳造する
鋳造工程と、よりなり、該バルブシートは鋳造工程で該
溶湯の熱により部分的に溶融することにより該シリンダ
ヘッドと一体的に溶融接合されることを特徴とするバル
ブシートの接合方法。