JPH0258444B2 - - Google Patents

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JPH0258444B2
JPH0258444B2 JP60296191A JP29619185A JPH0258444B2 JP H0258444 B2 JPH0258444 B2 JP H0258444B2 JP 60296191 A JP60296191 A JP 60296191A JP 29619185 A JP29619185 A JP 29619185A JP H0258444 B2 JPH0258444 B2 JP H0258444B2
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cylinder head
alloy
thickness
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Minoru Kawasaki
Kazuhiko Mori
Munetani Takagi
Katsuhiko Ueda
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Toyota Motor Corp
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/02—Surface coverings of combustion-gas-swept parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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    • F02F1/24—Cylinder heads
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    • F02F2001/245—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated at an angle with the cylinder axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/02—Light metals
    • F05C2201/021—Aluminium

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関に係り、更に詳細には内燃
機関のアルミニウム合金製バルブシートレスシリ
ンダヘツドに係る。
従来の技術及び発明が解決しようとする問題点 内燃機関のシリンダヘツドは、従来より一般
に、軽量化及び成形性の点からアルミニウム合金
にて形成されている。かかるシリンダヘツドのバ
ルブシート部には内燃機関の運転中に吸排気バル
ブが繰返し衝当し、またバルブシート部は燃焼室
内に於ける混合気の爆発によつて発生する熱によ
る過酷な温度条件に曝されるため、吸排気バルブ
との摩擦接触及び燃焼生成物によるバルブシート
部の摩耗、溶損による吹抜け、吸排気バルブの衝
当によるへたりを防止し、またバルブシート部の
熱による拡径膨張を抑制すべく、シリンダヘツド
本体のバルブシート部に座グリ加工によつてリセ
スを形成し、該リセスに鋳鉄や鉄系焼結材よりな
るリング状のバルブシートを冷間圧入することが
行われている。
かかるバルブシートが圧入された従来のシリン
ダヘツドに於ては、バルブシートとシリンダヘツ
ド本体との間に空気の断熱層が生じ、内燃機関の
運転に伴ないシリンダヘツドが高温に曝される
と、この断熱層のためにバルブシートよりシリン
ダヘツド本体への熱の伝導が阻害され、バルブシ
ートが高温になり、その結果バルブシートの耐摩
耗性の如き種々の特性が低下するという問題があ
る。
またバルブシートを構成する鋳鉄や鉄系焼結材
の熱膨張率及び熱伝導率はアルミニウム合金に比
して小さいため、バルブシートをシリンダヘツド
本体に圧入するに際しては、熱膨張率や熱伝導率
の相違を考慮して、バルブシート及びシリンダヘ
ツド本体のリセスの寸法精度が厳密に守られなけ
ればならず、また複雑な加工プロセスが必要であ
るという問題がある。
更にシリンダヘツド本体のバルブシートを受け
る部分の強度及び寸法がバルブシートを圧入によ
り固定するに足る値に設定されなければならず、
そのためバルブシート及び吸排気バルブの直径が
制限され、またシリンダヘツド内の冷却水通路を
バルブシート及び燃焼室に近づけてシリンダヘツ
ドの冷却効率を上げることができず、そのため内
燃機関の高性能化を図ることが困難であるという
問題がある。
かかる従来のシリンダヘツドに於ける上述の如
き問題を解決すべくシリンダヘツドのバルブシー
ト部の形成に適用することが検討されてよい合金
化法が特開昭55−8497号公報及び特開昭57−
171572号公報に記載されている。これらの方法は
金属加工片の表面部を高密度エネルギ源にて溶融
し、該溶融部に合金化材料を添加し、溶融部を加
工片の他の部分による吸熱によつて急冷させるこ
とにより、金属加工片の表面に母材金属と合金化
材料とよりなる合金層を形成するものである。ま
たかかる合金化法を利用して形成された合金層に
よりバルブシート面が郭定されたバルブシートレ
スシリンダヘツドが、欧州特許出願公開第92683
号公報及びSAE Technical Paper Series
850406に記載されている。
上述の如き合金化法がアルミニウム合金製シリ
ンダヘツドのバルブシート部の形成に適用される
場合には、全ての合金化材料がアルミニウム合金
の母材中に溶け込み、従つて形成される合金層の
表面には実質的に合金化材料のみの層は形成され
ず、合金層は母材のアルミニウム合金とは異なる
組成のアルミニウム合金となるので、合金層の耐
摩耗性等を十分に向上させることは困難である。
また耐摩耗性や耐熱性を向上させるべくSiやNi
等の元素が添加される場合には、初晶のSiやNi
−Al等の金属間化合物が生成し、これらが微細
に合金層中に分散した状態になる。初晶のSiや
Ni−Al等の金属間化合物は耐熱性を有している
が、合金層の基地組織がアルミニウム合金である
ため、合金層が例えば150℃以上の比較的高い温
度に100時間以上連続的に曝されると、合金層の
強度、耐熱性、耐摩耗性等が極端に低下し、従つ
て合金層は実使用には耐え得なくなる。また耐熱
性を一層向上させるべく初晶のSiやNi−Al等の
金属間化合物の量を増大させると、これらの分散
材は耐熱性を有してはいるものの、靭性が非常に
小さい（０に近い）ため、硬くて非常に脆い合金
層が形成されてしまう。かくして形成された合金
層に於ては、形成後に既に割れが発生していた
り、研削等の加工中に破壊する等の問題があり、
従つてかかる合金層は実用材料としては成立しな
い状態図に於てのみ説明される材料である。
また上述の如き合金化法に於ては、合金層の冷
却速度は母材との界面、合金層の内部、合金層の
表面の順に大きく、合金層の各部の冷却速度を同
一にすることが不可能であるため、合金層の組織
を均一化することが困難であり、特に合金層の表
面の耐摩耗性等を高くすることが困難であり、従
つてかかる合金化法をシリンダヘツドのバルブシ
ート部の形成に適用する場合には、厚さの大きい
合金層を形成し、合金層の表面に対し比較的大き
い加工代にて機械加工を行う必要がある。
更に上述の如き合金化法に於ては、添加物質と
母材金属とよりなる新たな物質としての合金が形
成され、その合金により耐摩耗性等の向上が図ら
れるので、添加物質は母材金属と合金化すること
により耐摩耗性の如き性質を向上させる物質でな
ければならず、そのため母材金属に合せて適正な
添加物質が選定されなければならない。また合金
化法により形成される合金の組織は合金化の条件
や実際に生じる合金化の現象によつて変化するた
め、所望の性質を有する合金層を形成するために
は合金化の条件や合金化の現象が厳密に制御され
なければならないという問題がある。
本発明は、バルブシートが圧入された従来のシ
リンダヘツド及びシリンダヘツドのバルブシート
部の形成に対し合金化法を適用する場合に於ける
上述の如き問題に鑑み、バルブシートの製造及び
圧入加工が不要であり、バルブシート部の熱伝導
性に優れ、従つてバルブシート部の到達温度が従
来に比して低く、これによりバルブシート部の耐
熱性や耐摩耗性等の性能に優れた低廉なバルブシ
ートレスシリンダヘツドを提供することを目的と
している。
問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、アルミニ
ウム合金にて構成され、吸排気バルブを受けるシ
ート面がアルミニウム合金母材に肉盛された銅合
金肉盛層にて郭定されており、前記母材と前記肉
盛層との間には前記アルミニウム合金の元素と前
記銅合金の元素とよりなる合金層が存在するアル
ミニウム合金製バルブシートレスシリンダヘツド
によつて達成される。
発明の作用及び効果 本発明によれば、バルブシート面がアルミニウ
ム合金母材に肉盛された銅合金の肉盛層にて郭定
され、銅合金は鋳鉄等に比して熱伝導率が高く、
また肉盛層は合金層を介して母材に連続している
ので、バルブシート部にて受けた熱が母材へ効率
的に伝達され、これにより内燃機関の運転中に於
けるバルブシート部の到達温度が従来の圧入式シ
リンダヘツドの場合に比して低下される。従つて
肉盛層を構成する銅合金として耐摩耗性に優れた
組成の合金を選定することにより、バルブシート
面の耐摩耗性を向上させることができる。
またバルブシート面は肉盛層により郭定されて
おり、合金化法によりバルブシート部が形成され
る場合の如く母材よりのAlと添加物質との合金
の層により郭定されるわけではないので、肉盛層
の組成は所望の耐摩耗性等を有する銅合金の組成
若しくはそれに近い組成であり、従つてバルブシ
ート部を合金化法により形成する場合に比して、
肉盛用銅合金の選定や肉盛条件の制御を容易に行
うことができ、これによりシリンダヘツドの耐久
性を容易に向上させることができる。
また肉盛層と母材との間には中間層としての合
金層が存在しており、この合金層を介して肉盛層
と母材とが一体をなしているので、圧入式の従来
のシリンダヘツド及びバルブシート部が合金層を
形成させることなく肉盛により形成される場合に
比して、バルブシート部とシリンダヘツドの他の
部分との一体性を向上させることができる。
また肉盛層及び合金層の合計厚さは圧入される
バルブシートよりも小さくてよく、またバルブシ
ートを受けるための部分をバルブシートの周りに
設けることが不要であるので、吸排気バルブの直
径を増大させ、また冷却水通路をバルブシート部
に近づけることが可能であり、これにより内燃機
関の高出力化を図ることができる。
更に圧入式のシリンダヘツドの場合の如く、ア
ルミニウム合金以外の材料にてバルブシートを高
精度にて製造したり、シリンダヘツド本体にバル
ブシートを受けるリセスを高精度にて形成した
り、バルブシートをシリンダヘツド本体に複雑な
圧入工程にて固定することが不要であるので、シ
リンダヘツドのコストを低減することができる。
本願発明者等が行つた実験的研究の結果によれ
ば、後に詳細に説明する如く、肉盛層中への母材
よりのAl希釈量が増大すると、肉盛層の種々の
特性、特に耐摩耗性が低下し、またブローホール
等の欠陥が増大する。従つて本発明の一つの詳細
な特徴によれば、肉盛層中の母材よりのAl希釈
量は15％以下、好ましくは7.5％以下に抑えられ
る。
また本願発明者等が行つた実験的研究の結果に
よれば、後に詳細に説明する如く、合金層の厚さ
が大きくなると肉盛層中の母材よりのAl希釈量
が増大し、逆に合金層の厚さが小さすぎる場合に
は、肉盛層が母材より剥離し易くなる。また本願
発明者等が行つた実験的研究の結果によれば、肉
盛層中の母材よりのAl希釈量と合金層の厚さと
の間には実質的に線形の相関関係があり、合金層
の厚さが300μｍを越えるとAl希釈量が15％より
も高い値になることが確認されている。従つて本
発明の他の一つの詳細な特徴によれば、合金層の
厚さは５〜300μｍ、好ましくは10〜260μｍに設
定される。この場合肉盛工程に於てAl希釈量が
15％以下になるよう肉盛条件を設定し管理するこ
とが比較的困難であるのに対し、合金層の厚さを
上述の範囲に管理することは比較的容易である。
また本願発明者等が行つた実験的研究の結果に
よれば、後に詳細に説明する如く、肉盛層の厚さ
が小さすぎる場合には、内燃機関が長時間運転さ
れる過程に於て肉盛層が摩耗してしまい、バルブ
シート面に合金層が露呈するようになり、その結
果バルブシート面の耐摩耗性が著しく低下してし
まう。従つて本発明の更に他の一つの詳細な特徴
によれば、肉盛層の厚さは50μｍ以上、好ましく
は200μｍ以上に設定される。
更に本願発明者等が行つた実験的研究の結果に
よれば、後に詳細に説明する如く、必要とされる
肉盛層の厚さは合金層の厚さにより異なり、合金
層の厚さが増大するにつれて増大する。従つて本
発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、肉盛
層の厚さｙ（μｍ）は合金層の厚さをｘ（μｍ）と
すれば、 ｙ＝1.5254x＋42.373 （ｘ＝５〜300） 以上に設定される。
また肉盛層の厚さが大きすぎる場合には、性能
上の問題は生じないが、銅合金が無駄に使用され
ることになり、また肉盛に要するエネルギも増大
する。従つて本発明の更に他の一つの詳細な特徴
によれば、肉盛層の厚さは700μｍ以下、好まし
くは500μｍ以下に設定される。
肉盛層を形成するための銅合金はアルミニウム
合金母材上に肉盛可能であり耐摩耗性、耐熱性、
耐食性を有する任意の銅合金であつてよく、例え
ば15.0％Ni、3.0％Fe、1.0％Ｐ、残部実質的にCu
なる組成の銅合金、20.0％Ni、4.5％Fe、1.0％
Ｐ、残部実質的にCuなる組成の銅合金、25.0％
Ni、2.5％Fe、1.0％Ｐ、残部実質的にCuなる組
成の銅合金の如きCu−Ni−Fe合金であることが
好ましい。またかかる銅合金をアルミニウム合金
母材上に肉盛する方法は、レーザ、TIGアーク、
電子ビームの如き高密度エネルギ源を用いて行わ
れる任意の肉盛法であつてよいが、特に本願出願
人と同一の出願人の出願にかかる特願昭60−
157622号に開示された肉盛方法が好ましい。
尚本明細書に於ける全てのパーセンテージは重
量％である。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。
実施例 第１図は本発明によるシリンダヘツドを吸気バ
ルブの軸線に沿つて切断して示す部分縦断面図、
第２図は第１図に示された実施例の要部を示す拡
大部分断面図である。これらの図に於て、１１は
シリンダヘツドを示しており、該シリンダヘツド
は吸気ポート１２及び該吸気ポート及び図には示
されていない排気ポートと連通する燃焼室窪み１
３を有している。吸気ポート１２の燃焼室窪み１
３の側の開口端はバルブステムガイド１４により
案内される吸気バルブ１５により開閉されるよう
になつており、吸気ポートの開口端には吸気バル
ブの閉弁時にそのバルブ要素１６をそれと密に当
接した状態にて受けるバルブシート面１７を有す
るバルブシート部１８が設けられている。
シリンダヘツド１１はアルミニウム合金にて構
成されており、バルブシート面１７はアルミニウ
ム合金母材１９に肉盛された銅合金の肉盛層２０
にて郭定されており、母材１９と肉盛層２０との
間にはアルミニウム合金の元素と銅合金の元素と
よりなる合金層２１が介在しており、これらは一
体に連続している。尚後に詳細に説明する理由か
ら、肉盛層２０の母材１９よりのAl希釈量は15
％以下であり、合金層２１の厚さは５〜300μｍ
の範囲内の値であり、肉盛層の厚さは50μｍ以上
の値である。
具体例 次に上述の如き構成を有するシリンダヘツドの
具体例について説明する。
まずアルミニウム合金（JIS規格AC2C、公称
組成：2.0〜4.0％Cu、5.0〜7.0％Si、0.2〜0.4％
Mg、0.5％以下Zn、0.5％以下Fe、0.2〜0.4％
Mn、0.35％以下Ni、0.2％以下Ti、0.2％以下Pb、
0.1％以下Sn、0.2％以下Cr、残部実質的にAl）よ
りなるシリンダヘツド粗材を形成し、第３図に示
されている如く、粗材２２をそのバルブシート部
２３の軸線の周りに回転させつつ、バルブシート
面に対応する表面２４に粉末供給ホツパのノズル
２５より肉盛層を形成するための銅合金（15.0％
Ni、3.0％Fe、1.0％Ｐ、残部実質的にCu）の粉
末２６を層状に送給し、粉末２６の層に第３図で
見て紙面に垂直な方向へオシレートされるCO2レ
ーザ２７を照射することにより、下記の表１に示
された条件にて肉盛処理を行い、これにより肉盛
層２８及び図には示されていない合金層を形成し
た。
表 １ レーザ出力： 2.0KW 出力モード： マルチモード レーザビーム径： 1.0mm アシストガス： アルゴン アシストガス流量： 0.5Kg／cm2×10／min 粉末層の厚さ： 1.0mm 被処理面の周速度： 300mm／min ビームオシレート周波数： 150Hz ビームオシレート幅： ５mm 次いで肉盛層２８等に対し研削等の機械加工を
施すことにより、第１図及び第２図に示されてい
る如きシリンダヘツドを形成した。
第４図は上述の如く形成されたシリンダヘツド
のバルブシート部の径方向の断面の金属組織を10
倍にて示す顕微鏡写真である。この第４図に於て
中央の水平面がバルブシート面であり、その直下
の白色の部分が肉盛層であり、該肉盛層と比較的
大きい結晶組織の母材部分との間の黒色の部分が
合金層である。この第４図より、合金層及び肉盛
層中にはブローホールは発生していないことが解
る。
尚上述の如く形成されたシリンダヘツドの肉盛
層の厚さは100〜300μｍであり、合金層の厚さは
50〜250μｍであり、肉盛層中のAl希釈量は平均
で10％であつた。
上述の如く形成されたシリンダヘツドＡの性能
を評価すべく、上述の如く形成されたシリンダヘ
ツドを用いて回転数6500rpm、全負荷にて200時
間に亙る台上耐久試験を行い、バルブシート面の
沈み量（吸気バルブの閉弁位置の試験開始時より
の変位量）をバルブシート面の摩耗量として測定
した。
また比較の目的で、アルミニウム合金
（ASTM規格A390、公称組成：16.0〜18.0％Si、
4.0〜5.0％Cu、1.3％以下Fe、0.45〜0.65％Mg、
残部実質的にAl）にて構成されバルブシート部
に対し肉盛等の処理が行われていないバルブシー
トレスシリンダヘツドＢ、アルミニウム合金
（ASTM規格A390）の焼結バルブシートがアル
ミニウム合金（JIS規格AC2C）製のシリンダヘ
ツド本体に圧入されることにより形成されたシリ
ンダヘツドＣ、アルミニウム合金（ASTM規格
A390）にて形成されたシリンダヘツドのバルブ
シート部に対し合金化を行い、16.0〜18.0％Si、
10.0％以下Cu、5.0％以下Ni、1.3％以下Fe、0.45
〜0.65％Mg、残部実質的にAlなる組成の合金層
にてバルブシート面が郭定されたバルブシートレ
スシリンダヘツドＤ、10.0〜16.0％Cu、3.5〜8.0
％Pb、3.0〜5.0％Mo、0.05〜0.30％Ｃ、残部実質
的にFeなる組成を有する鉄系焼結バルブシート
をアルミニウム合金（JIS規格AC2C）にて構成
されたシリンダヘツド本体に圧入することにより
形成されたシリンダヘツドＥについても上述の試
験と同一の条件にて台上耐久試験を行つた。これ
らの試験の結果を第５図に示す。
第５図より、比較例Ｂ〜Ｄの何れの場合にもバ
ルブシート面の摩耗量は試験開始後短時間のうち
に非常に大きい値になることが解る。また従来よ
り一般に使用されている鉄系焼結バルブシートが
圧入されたシリンダヘツドＥの場合には、試験開
始後200時間が経過した時点に於ても、実際の内
燃機関に於て許されるバルブシート面の摩耗量
0.4mmよりも小さい値であるが、上述の如く形成
されたシリンダヘツドＡのバルブシート面の摩耗
量はシリンダヘツドＥの場合よりも更に小さい値
であり、従つてこのシリンダヘツドはバルブシー
ト面の耐摩耗性に優れており、従来より一般に使
用されているシリンダヘツドよりも優れた耐久性
を有していることが解る。
次に肉盛層中へのAl希釈量及び合金層の厚さ
の適正範囲について説明する。上述のバルブシー
ト製造過程に於ける肉盛処理の処理条件を変化さ
せることにより、合金層の厚さを種々の値に変化
させ、各場合について肉盛層中へのAl希釈量
（％）、肉盛層及び合金層中のブローホールの数
（個／cm2）を測定し、また各バルブシートについ
て上述の試験と同一の条件にて台上耐久試験を行
い、バルブシート面の沈み量（mm）を測定した。
これらの試験の結果を第６図に示す。
またこれらの試験と同様の試験を肉盛層を形成
するための銅合金として25.0％Ni、2.5％Fe、1.0
％Ｐ、残部実質的にCuなる組成を有する銅合金
が使用された点を除き、上述の試験の場合と同一
の要領及び条件にて試験を行つた。これらの試験
の結果を第７図に示す。
第６図及び第７図より、肉盛層中へのAl希釈
量と合金層の厚さとの間には相関関係があり、合
金層の厚さが小さい場合、例えば5μｍ程度の場
合にはAl希釈量は殆ど０（0.5％以内）であり、合
金層の厚さが増大するにつれてAl希釈量は線形
的に増大し、合金層の厚さが300μｍの場合には
Al希釈量は15％又はそれ以上の値になることが
解る。またバルブシート面の沈み量も合金層の厚
さの増大につれて増大することが解る。またブロ
ーホールの数は合金層の厚さが300μｍ未満、特
に250μｍ以下の範囲に於ては比較的少なく、合
金層の厚さが300μｍを越えると急激に増大する
ことが解る。合金層の厚さが小さすぎる場合には
肉盛層が母材より剥離し易くなり、バルブシート
面の沈み量を実際の内燃機関に於て許容される値
である0.4mm以下の値に安全性を見込んで抑制す
るためには、合金層の厚さは５〜300μｍ、好ま
しくは10〜260μｍに設定される必要があること
が解る。
尚第７図に於けるバルブシート面の沈み量が第
６図の場合に比して小さい値であるのは、肉盛層
を形成するための銅合金中に含まれるNi量が多
く、このNiにより肉盛層の耐熱性が向上された
ことによるものと推測される。
次に第８図及び第９図を参照して肉盛層の最低
必要厚さについて説明する。尚第８図は肉盛層の
厚さ減少量Δtとバルブシート面の沈み量ｈとの
関係を示しており、ｙは肉盛層厚さを示してい
る。また第９図は第６図に示されたデータに基づ
く、合金層の厚さとバルブシート面の沈み量との
関係及びバルブシート面の沈み量と肉盛層の最低
必要厚さとの関係を示している。
第８図に於て、バルブシート面７が図には示さ
れていない吸排気バルブの往復動軸線とのなす角
度は一般に45゜であるので、バルブシート面の沈
み量ｈと肉盛層の厚さ減少量Δtとの間にはｈ＝
√２Δtの関係がある。従つて第９図に於て、合
金層の厚さが5μｍである場合のバルブシート面
の沈み量ｈは0.02mmであるので、この場合の肉盛
層の最低必要厚さｔは ｔ＝0.02／√２mm ＝0.0141mm ＝14.1μｍ となる。従つて合金層の厚さが5μｍである場合
に於ける肉盛層の厚さｙは15μｍ程度であればよ
いが、安全性を見込んで肉盛層の厚さｙは50μｍ
以上に設定されることが好ましいことが解る。ま
た合金層の厚さが300μｍである場合に於けるバ
ルブシート面の沈み量ｈは0.35mmであるので、こ
の場合の肉盛層の最低必要厚さｔは ｔ＝0.35／√２mm ＝0.245mm ＝245μｍ となる。従つて合金層の厚さが300μｍである場
合には肉盛層の厚さｙは250μｍ程度であればよ
いが、安全性を見込んで肉盛層の厚さｙは500μ
ｍ以上に設定されることが好ましいことが解る。
合金層の厚さが5μｍと300μｍとの間の場合に
ついては、上述の合金層厚さが5μｍ及び300μｍ
の場合より比例配分式に求められてよく、従つて
肉盛層の厚さｙ（μｍ）は合金層の厚さをｘ（＝５
〜300μｍ）として下記の式にて示される値以上
に設定されることが好ましい。
ｙ＝1.5254x＋42.373 以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々
の実施例が可能であることは当業者にとつて明ら
かであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるシリンダヘツドの一つの
実施例を吸気バルブの軸線に沿つて切断して示す
部分縦断面図、第２図は第１図に示された実施例
の要部を示す拡大部分断面図、第３図はシリンダ
ヘツド粗材のバルブシート面に対応する面に対す
る肉盛処理の態様を示す解図、第４図は本発明に
よるシリンダヘツドの一つの具体的実施例に於け
るバルブシート部の径方向の断面の金属組織を10
倍にて示す顕微鏡写真、第５図は本発明のシリン
ダヘツドの一つの具体的実施例及び比較例につい
て行われた台上耐久試験により得られた試験時間
とバルブシート面の沈み量との関係を示すグラ
フ、第６図及び第７図はそれぞれ本発明のシリン
ダヘツドの具体的実施例について合金層の厚さと
肉盛層中へのAl希釈量、肉盛層及び合金層中の
ブローホールの数、バルブシート面の沈み量との
関係を示すグラフ、第８図は肉盛層の厚さの減少
量とバルブシート面の沈み量との関係を示す解
図、第９図は合金層の厚さとバルブシート面の沈
み量との関係及びバルブシート面の沈み量と肉盛
層の最低必要厚さとの関係を示すグラフである。 １１……シリンダヘツド、１２……吸気ポー
ト、１３……燃焼室窪み、１４……バルブステム
ガイド、１５……吸気バルブ、１６……バルブ要
素、１７……バルブシート面、１８……バルブシ
ート部、１９……アルミニウム合金母材、２０…
…肉盛層、２１……合金層、２２……シリンダヘ
ツド粗材、２３……バルブシート部、２４……バ
ルブシート面に対応する面、２５……ノズル、２
６……銅合金の粉末、２７……CO2レーザ、２８
……肉盛層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウム合金にて構成され、吸排気バル
    ブを受けるシート面がアルミニウム合金母材に肉
    盛された銅合金肉盛層にて郭定されており、前記
    母材と前記肉盛層との間には前記アルミニウム合
    金の元素と前記銅合金の元素とよりなる合金層が
    存在するアルミニウム合金製バルブシートレスシ
    リンダヘツド。 ２ 特許請求の範囲第１項のアルミニウム合金製
    バルブシートレスシリンダヘツドに於て、前記肉
    盛層中の前記母材よりのAl希釈量は15％以下で
    あることを特徴とするアルミニウム合金製バルブ
    シートレスシリンダヘツド。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項のアルミニ
    ウム合金製バルブシートレスシリンダヘツドに於
    て、前記合金層の厚さは５〜300μｍであること
    を特徴とするアルミニウム合金製バルブシートレ
    スシリンダヘツド。 ４ 特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れかの
    アルミニウム合金製バルブシートレスシリンダヘ
    ツドに於て、前記肉盛層の厚さは50μｍ以上であ
    ることを特徴とするアルミニウム合金製バルブシ
    ートレスシリンダヘツド。 ５ 特許請求の範囲第４項のアルミニウム合金製
    バルブシートレスシリンダヘツドに於て、前記肉
    盛層の厚さｙ（mm）は合金層の厚さをｘ（μｍ）と
    すれば、 ｙ＝1.5254x＋42.373 （ｘ＝５〜300） 以上であることを特徴とするアルミニウム合金
    製バルブシートレスシリンダヘツド。
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