JPH05202706A - エンジンバルブおよびその製造方法 - Google Patents
エンジンバルブおよびその製造方法Info
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- JPH05202706A JPH05202706A JP4014148A JP1414892A JPH05202706A JP H05202706 A JPH05202706 A JP H05202706A JP 4014148 A JP4014148 A JP 4014148A JP 1414892 A JP1414892 A JP 1414892A JP H05202706 A JPH05202706 A JP H05202706A
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- engine valve
- alloy
- shaft end
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- 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
- F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
- Y10T29/49298—Poppet or I.C. engine valve or valve seat making
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 軽量でかつ耐熱強度に優れていると共に、軸
端部における耐摩耗性にも優れているエンジンバルブを
提供する。 【構成】 Ｔｉ−Ａｌ系合金よりなる軸部２および傘部
３をそなえ、前記軸部２の前記傘部３とは反対側の端部
と耐熱鋼よりなる軸端部材６との間にＮｉ系ろう材７を
介在させることにより接合して、軸端部５を耐熱鋼によ
り形成したエンジンバルブ１。
端部における耐摩耗性にも優れているエンジンバルブを
提供する。 【構成】 Ｔｉ−Ａｌ系合金よりなる軸部２および傘部
３をそなえ、前記軸部２の前記傘部３とは反対側の端部
と耐熱鋼よりなる軸端部材６との間にＮｉ系ろう材７を
介在させることにより接合して、軸端部５を耐熱鋼によ
り形成したエンジンバルブ１。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車用エンジンにお
いて排気バルブおよび吸気バルブとして利用されるエン
ジンバルブおよびその製造方法に関するものである。
いて排気バルブおよび吸気バルブとして利用されるエン
ジンバルブおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車用エンジンの排気バルブおよび吸
気バルブは、高温下における強度はもとより、耐食性，
耐酸化性に優れていることが要求され、さらに、バルブ
シート，バルブガイド，プッシュロッド等との接触部に
おいて優れた耐摩耗性を有していることが要求される。
気バルブは、高温下における強度はもとより、耐食性，
耐酸化性に優れていることが要求され、さらに、バルブ
シート，バルブガイド，プッシュロッド等との接触部に
おいて優れた耐摩耗性を有していることが要求される。
【０００３】また、最近の自動車用エンジンに対する高
回転化，高出力化への要求が高まり、さらにはエンジン
の低燃費化，高効率化の要望が強まり、エンジンバルブ
についても軽量化，超耐熱化の要請が非常に強くなって
いる。
回転化，高出力化への要求が高まり、さらにはエンジン
の低燃費化，高効率化の要望が強まり、エンジンバルブ
についても軽量化，超耐熱化の要請が非常に強くなって
いる。
【０００４】従来のエンジンバルブ材料としては、耐熱
材料としてＦｅ系またはＮｉ系等の耐熱鋼や耐熱合金が
用いられ、これらの材料における軽量化方法として軸部
の中空化等が採用されているが、軽量化の要求を十分に
満足しているとはいえない状況にある。
材料としてＦｅ系またはＮｉ系等の耐熱鋼や耐熱合金が
用いられ、これらの材料における軽量化方法として軸部
の中空化等が採用されているが、軽量化の要求を十分に
満足しているとはいえない状況にある。
【０００５】一方、軽量材料としてはＴｉ合金の適用が
試みられ、一部のエンジンに実用化されているが、Ｔｉ
合金の耐用温度は約５００℃であり、吸気バルブ材料と
しては適用可能であるものの、高性能エンジンの排気バ
ルブ材料としては不適当である。
試みられ、一部のエンジンに実用化されているが、Ｔｉ
合金の耐用温度は約５００℃であり、吸気バルブ材料と
しては適用可能であるものの、高性能エンジンの排気バ
ルブ材料としては不適当である。
【０００６】そこで、近年、軽量でかつ耐熱強度等に優
れる金属間化合物材料をエンジンバルブ等の動弁系部品
材料として使用することが試みられている。
れる金属間化合物材料をエンジンバルブ等の動弁系部品
材料として使用することが試みられている。
【０００７】そのうち、例えば、特開昭６１−２２９９
０７号、特開平２−４７２７８号等は、Ｔｉ−Ａｌ系の
合金をバルブ材料として適用したものであり、このよう
なＴｉ−Ａｌ系合金製エンジンバルブとしては、例え
ば、図５に示す構造を有するものがあった。
０７号、特開平２−４７２７８号等は、Ｔｉ−Ａｌ系の
合金をバルブ材料として適用したものであり、このよう
なＴｉ−Ａｌ系合金製エンジンバルブとしては、例え
ば、図５に示す構造を有するものがあった。
【０００８】図５に示すＴｉ−Ａｌ系合金製エンジンバ
ルブ５１は、軸部５２の一端側に傘部５３を有し、この
傘部５３には、傘表部５３ａ，バルブフェース部５３ｂ
および傘裏部５３ｃを有していると共に、軸部５２の他
端側に溝部５４および軸端部５５を有する構造をなすも
のであり、Ｔｉ−Ａｌ系合金を素材としたものである。
ルブ５１は、軸部５２の一端側に傘部５３を有し、この
傘部５３には、傘表部５３ａ，バルブフェース部５３ｂ
および傘裏部５３ｃを有していると共に、軸部５２の他
端側に溝部５４および軸端部５５を有する構造をなすも
のであり、Ｔｉ−Ａｌ系合金を素材としたものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のＴｉ−Ａｌ系合金製エンジンバルブ５１に用
いられているＴｉ−Ａｌ系合金においては、軸端部５５
における耐摩耗性が十分でないという問題点があった。
うな従来のＴｉ−Ａｌ系合金製エンジンバルブ５１に用
いられているＴｉ−Ａｌ系合金においては、軸端部５５
における耐摩耗性が十分でないという問題点があった。
【００１０】
【発明の目的】本発明は、上記した従来の課題にかんが
みてなされたものであって、軽量でかつ耐熱強度等に優
れていると共に、軸端部における耐摩耗性にも優れてい
るエンジンバルブを提供することを目的としている。
みてなされたものであって、軽量でかつ耐熱強度等に優
れていると共に、軸端部における耐摩耗性にも優れてい
るエンジンバルブを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるエンジン
バルブは、軸部および傘部がＴｉ−Ａｌ系合金（金属間
化合物を含む場合ないしは金属間化合物である場合を含
む。）よりなり、軸端部が耐熱鋼よりなる構成としたこ
とを特徴としており、実施態様において、本発明に係わ
るエンジンバルブは、Ｔｉ−Ａｌ系合金よりなる軸部お
よび傘部をそなえ、前記軸部の前記傘部とは反対側の端
部に耐熱鋼よりなる軸端部材を接合した構成とし、同じ
く実施態様において、Ｔｉ−Ａｌ系合金よりなる軸部お
よび傘部をそなえ、前記軸部の前記傘部とは反対側の端
部と耐熱鋼よりなる軸端部材との間にＮｉ系ろう材が介
在している構成とし、同じく実施態様において、Ｔｉ−
Ａｌ系合金の組成が、重量％で、Ａｌ：３２〜３６％、
Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｎｂ：０．１〜５．０％、Ｃ
ｒ：０．１〜３．０％を含み、残部が実質的にＴｉより
なる構成としたことを特徴としており、上記したエンジ
ンバルブに係わる発明の構成をもって前述した従来の課
題を解決するための手段としている。
バルブは、軸部および傘部がＴｉ−Ａｌ系合金（金属間
化合物を含む場合ないしは金属間化合物である場合を含
む。）よりなり、軸端部が耐熱鋼よりなる構成としたこ
とを特徴としており、実施態様において、本発明に係わ
るエンジンバルブは、Ｔｉ−Ａｌ系合金よりなる軸部お
よび傘部をそなえ、前記軸部の前記傘部とは反対側の端
部に耐熱鋼よりなる軸端部材を接合した構成とし、同じ
く実施態様において、Ｔｉ−Ａｌ系合金よりなる軸部お
よび傘部をそなえ、前記軸部の前記傘部とは反対側の端
部と耐熱鋼よりなる軸端部材との間にＮｉ系ろう材が介
在している構成とし、同じく実施態様において、Ｔｉ−
Ａｌ系合金の組成が、重量％で、Ａｌ：３２〜３６％、
Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｎｂ：０．１〜５．０％、Ｃ
ｒ：０．１〜３．０％を含み、残部が実質的にＴｉより
なる構成としたことを特徴としており、上記したエンジ
ンバルブに係わる発明の構成をもって前述した従来の課
題を解決するための手段としている。
【００１２】また、本発明に係わるエンジンバルブの製
造方法は、Ｔｉ−Ａｌ系合金（金属間化合物を含む場合
ないしは金属間化合物である場合を含む。）により作製
した軸部および傘部の前記軸部における前記傘部とは反
対側の端部と耐熱鋼により作製した軸端部材とを接合す
る構成としたことを特徴としており、実施態様におい
て、本発明に係わるエンジンバルブの製造方法は、軸部
の傘部とは反対側の端部と軸端部材とをＮｉ系ろう材を
用いてろう付け接合する構成とし、同じく実施態様にお
いて、Ｎｉ系ろう材の液相線温度以上で且つ液相線温度
＋１００℃以下の温度でろう付け接合する構成とし、同
じく実施態様において、軸部と軸端部材との接合面に、
０．０５ｋｇｆ／ｍｍ２以上で且つ接合温度における軸
部および軸端部材の降伏点以下の圧力を加えつつろう付
け接合する構成としたことを特徴としており、上記した
エンジンバルブの製造方法に係わる発明の構成をもって
前述した従来の課題を解決するための手段としている。
造方法は、Ｔｉ−Ａｌ系合金（金属間化合物を含む場合
ないしは金属間化合物である場合を含む。）により作製
した軸部および傘部の前記軸部における前記傘部とは反
対側の端部と耐熱鋼により作製した軸端部材とを接合す
る構成としたことを特徴としており、実施態様におい
て、本発明に係わるエンジンバルブの製造方法は、軸部
の傘部とは反対側の端部と軸端部材とをＮｉ系ろう材を
用いてろう付け接合する構成とし、同じく実施態様にお
いて、Ｎｉ系ろう材の液相線温度以上で且つ液相線温度
＋１００℃以下の温度でろう付け接合する構成とし、同
じく実施態様において、軸部と軸端部材との接合面に、
０．０５ｋｇｆ／ｍｍ２以上で且つ接合温度における軸
部および軸端部材の降伏点以下の圧力を加えつつろう付
け接合する構成としたことを特徴としており、上記した
エンジンバルブの製造方法に係わる発明の構成をもって
前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１３】図１および図２は本発明に係わるエンジン
バルブの実施態様を示すものであって、図１および図２
に示すエンジンバルブ１は、軸部２の一端側に傘部３を
有し、この傘部３には、傘表部３ａ，バルブフェース部
３ｂおよび傘裏部３ｃを有していると共に、軸部２の他
端側に溝部４および軸端部５を有する構造をなすもので
あり、軸部２および傘部３がＴｉ−Ａｌ系合金よりな
り、軸端部５が耐熱鋼よりなる構造をなすものである。
バルブの実施態様を示すものであって、図１および図２
に示すエンジンバルブ１は、軸部２の一端側に傘部３を
有し、この傘部３には、傘表部３ａ，バルブフェース部
３ｂおよび傘裏部３ｃを有していると共に、軸部２の他
端側に溝部４および軸端部５を有する構造をなすもので
あり、軸部２および傘部３がＴｉ−Ａｌ系合金よりな
り、軸端部５が耐熱鋼よりなる構造をなすものである。
【００１４】この場合、前記軸部２の前記傘部３とは反
対側の接合端部２ａに、耐熱鋼よりなり且つ溝部４を形
成したもしくは接合後に溝部４を形成する軸端部材６の
接合端部６ａを接合することによって、軸端部５が耐熱
鋼により形成されるものとしており、軸部２の接合端部
２ａと軸端部材６の接合端部６ａとの間にはろう材７を
有する接合層が介在する構造をなすものとなっている。
対側の接合端部２ａに、耐熱鋼よりなり且つ溝部４を形
成したもしくは接合後に溝部４を形成する軸端部材６の
接合端部６ａを接合することによって、軸端部５が耐熱
鋼により形成されるものとしており、軸部２の接合端部
２ａと軸端部材６の接合端部６ａとの間にはろう材７を
有する接合層が介在する構造をなすものとなっている。
【００１５】このような構造をなすエンジンバルブ１に
おいて、軸部２および傘部３の構成材料としては、重量
％で、Ａｌ：３２〜３６％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、
Ｎｂ：０．１〜５．０％、Ｃｒ：０．１〜３．０％を含
み、残部が実質的にＴｉよりなるものを使用することが
できる。
おいて、軸部２および傘部３の構成材料としては、重量
％で、Ａｌ：３２〜３６％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、
Ｎｂ：０．１〜５．０％、Ｃｒ：０．１〜３．０％を含
み、残部が実質的にＴｉよりなるものを使用することが
できる。
【００１６】このようなＴｉ−Ａｌ系合金を使用するこ
とができることとした理由は次のとおりである。
とができることとした理由は次のとおりである。
【００１７】Ａｌ：３２〜３６％ ＡｌはＴｉとともに金属間化合物ＴｉＡｌおよびＴｉ３
Ａｌを構成する必須の元素であり、Ａｌ含有量が少なす
ぎるとＴｉ３Ａｌの生成量が多くなりすぎて延性，靭性
が低下すると共に耐酸化性にも劣ったものとなり、反対
にＡｌ含有量が多すぎるとＡｌ３Ｔｉの生成量が多くな
りすぎて延性，靭性が低下したものとなり、このような
Ｔｉ−Ａｌ系合金において高強度・高延性を得るために
はＡｌ含有量を３２〜３６％位の範囲とするのがより望
ましいことによる。
Ａｌを構成する必須の元素であり、Ａｌ含有量が少なす
ぎるとＴｉ３Ａｌの生成量が多くなりすぎて延性，靭性
が低下すると共に耐酸化性にも劣ったものとなり、反対
にＡｌ含有量が多すぎるとＡｌ３Ｔｉの生成量が多くな
りすぎて延性，靭性が低下したものとなり、このような
Ｔｉ−Ａｌ系合金において高強度・高延性を得るために
はＡｌ含有量を３２〜３６％位の範囲とするのがより望
ましいことによる。
【００１８】Ｓｉ：０．１〜２．０％ ＳｉはＮｂと共に複合添加することによってＳｉ単独添
加の場合に比べて耐酸化性をさらに向上させるのに有効
な元素であるが、多量に含有させると珪素化合物が多く
生成して常温延性および靭性が低下することとなるの
で、０．１〜２．０％位の範囲とするのがより望ましい
ことによる。
加の場合に比べて耐酸化性をさらに向上させるのに有効
な元素であるが、多量に含有させると珪素化合物が多く
生成して常温延性および靭性が低下することとなるの
で、０．１〜２．０％位の範囲とするのがより望ましい
ことによる。
【００１９】Ｎｂ：０．１〜５．０％ ＮｂはＳｉと共に複合添加することによってＮｂ単独添
加の場合に比べて耐酸化性をさらに向上させるのに有効
な元素であり、含有量が増加するにつれて耐酸化性が向
上する。また、ＮｂはＴｉＡｌよりもＴｉ３Ａｌに多く
固溶してＴｉ３Ａｌの強度を高くする効果があるが、あ
まり多く含有させてもこの効果は飽和してむしろ延性を
低下させるので、０．１〜５．０％位の範囲とするのが
より望ましいことによる。
加の場合に比べて耐酸化性をさらに向上させるのに有効
な元素であり、含有量が増加するにつれて耐酸化性が向
上する。また、ＮｂはＴｉＡｌよりもＴｉ３Ａｌに多く
固溶してＴｉ３Ａｌの強度を高くする効果があるが、あ
まり多く含有させてもこの効果は飽和してむしろ延性を
低下させるので、０．１〜５．０％位の範囲とするのが
より望ましいことによる。
【００２０】Ｃｒ：０．１〜３．０％ ＣｒはＴｉＡｌおよびＴｉ３Ａｌの両方に固溶するが、
特にＴｉＡｌの方に多量に固溶する元素である。そし
て、ＣｒがＴｉＡｌ中に固溶すると固溶強化によって強
度が高くなり、クリープ破断強度が高くなる。そして、
このような効果が現われるのは０．１％位からである
が、多すぎるとその効果は飽和するようになってむしろ
延性が低下すると共に耐酸化性を劣化するので、０．１
〜３．０％位の範囲とするのが良いことによる。
特にＴｉＡｌの方に多量に固溶する元素である。そし
て、ＣｒがＴｉＡｌ中に固溶すると固溶強化によって強
度が高くなり、クリープ破断強度が高くなる。そして、
このような効果が現われるのは０．１％位からである
が、多すぎるとその効果は飽和するようになってむしろ
延性が低下すると共に耐酸化性を劣化するので、０．１
〜３．０％位の範囲とするのが良いことによる。
【００２１】Ｔｉ：残部 ＴｉはＴｉＡｌ／Ｔｉ３Ａｌ２相合金において、ＴｉＡ
ｌおよびＴｉ３Ａｌを構成する必須の元素であるので残
部とした。
ｌおよびＴｉ３Ａｌを構成する必須の元素であるので残
部とした。
【００２２】このようなＴｉ−Ａｌ系合金は、合金母材
をプラズマスカル溶解法，プラズマアーク溶解法，アル
ゴンアーク溶解法，真空アーク溶解法等によって溶製さ
れる。
をプラズマスカル溶解法，プラズマアーク溶解法，アル
ゴンアーク溶解法，真空アーク溶解法等によって溶製さ
れる。
【００２３】本発明において使用される軸部２および傘
部３の素材となるＴｉ−Ａｌ系合金は、軽量でかつ高温
強度，高温クリープ強度の優れた材料であり、化学式に
おいてはＴｉ３Ａｌ，ＴｉＡｌの単相もしくは二相組織
を有するものが基本材料となる。
部３の素材となるＴｉ−Ａｌ系合金は、軽量でかつ高温
強度，高温クリープ強度の優れた材料であり、化学式に
おいてはＴｉ３Ａｌ，ＴｉＡｌの単相もしくは二相組織
を有するものが基本材料となる。
【００２４】この場合、バルブの使用中に、表面層が万
一剥離脱落した場合を考慮して、母材自体の耐酸化性に
優れかつ延性にも優れた組成であるＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ−
Ｎｂ−Ｃｒ系合金の適用が望ましく、上記した化学成分
を有するものが望ましいといえる。
一剥離脱落した場合を考慮して、母材自体の耐酸化性に
優れかつ延性にも優れた組成であるＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ−
Ｎｂ−Ｃｒ系合金の適用が望ましく、上記した化学成分
を有するものが望ましいといえる。
【００２５】そして、上記に例示した溶解法により溶製
されたＴｉ−Ａｌ系合金の溶融金属，インゴットもしく
は粉末を精密鋳造法，高温鍛造法，粉末成形焼結法など
によってエンジンバルブ１の軸部２および傘部３の形状
に成形する。
されたＴｉ−Ａｌ系合金の溶融金属，インゴットもしく
は粉末を精密鋳造法，高温鍛造法，粉末成形焼結法など
によってエンジンバルブ１の軸部２および傘部３の形状
に成形する。
【００２６】他方、軸端部材６の構成材料としては、耐
熱鋼が使用され、例えば、重量％で、Ｃ：０．３５〜
０．８５％、Ｓｉ：１．０〜３．５％、Ｍｎ：１０％以
下、Ｃｒ：７．５〜２７％、場合によっては、Ｎｉ：３
７％以下、Ｍｏ：３．５％以下、残部実質的にＦｅより
なるものを使用することができる。
熱鋼が使用され、例えば、重量％で、Ｃ：０．３５〜
０．８５％、Ｓｉ：１．０〜３．５％、Ｍｎ：１０％以
下、Ｃｒ：７．５〜２７％、場合によっては、Ｎｉ：３
７％以下、Ｍｏ：３．５％以下、残部実質的にＦｅより
なるものを使用することができる。
【００２７】この場合、Ｃは軸端部の強度を向上させる
のに有効であることから、０．３５％以上とするのが良
いが、多すぎると耐食性や靭性を低下させるので０．８
５％以下とするのが良く、Ｓｉは脱酸剤として有効であ
るので１．０％以上とするのが良いが、多すぎると靭性
や被削性が低下するので３．５％以下とするのが良く、
Ｍｎは脱酸剤および脱硫剤として作用すると共に耐熱性
の向上に有効であるが、多すぎると加工性を低下させる
ので１０％以下とするのが良く、Ｃｒは耐食性を向上さ
せるので７．５％以上とするのが良いが、多すぎると強
度が低下するため２７％以下とするのが良く、Ｎｉは耐
食性を向上させるので３７％以下で添加させるのも良
く、Ｍｏは高温強度を向上させるので３．５％以下の範
囲で添加させるのも良い。
のに有効であることから、０．３５％以上とするのが良
いが、多すぎると耐食性や靭性を低下させるので０．８
５％以下とするのが良く、Ｓｉは脱酸剤として有効であ
るので１．０％以上とするのが良いが、多すぎると靭性
や被削性が低下するので３．５％以下とするのが良く、
Ｍｎは脱酸剤および脱硫剤として作用すると共に耐熱性
の向上に有効であるが、多すぎると加工性を低下させる
ので１０％以下とするのが良く、Ｃｒは耐食性を向上さ
せるので７．５％以上とするのが良いが、多すぎると強
度が低下するため２７％以下とするのが良く、Ｎｉは耐
食性を向上させるので３７％以下で添加させるのも良
く、Ｍｏは高温強度を向上させるので３．５％以下の範
囲で添加させるのも良い。
【００２８】さらに、前記Ｔｉ−Ａｌ系合金よりなる軸
部２および傘部３の接合端部２ａと、耐熱鋼よりなる軸
端部材６の接合端部６ａとを接合するが、この場合の接
合手段としては、摩擦圧接法や、ろう付け法などを採用
することができる。
部２および傘部３の接合端部２ａと、耐熱鋼よりなる軸
端部材６の接合端部６ａとを接合するが、この場合の接
合手段としては、摩擦圧接法や、ろう付け法などを採用
することができる。
【００２９】そして、ろう付け法によって接合する場合
には、図３に示すように、Ｔｉ−Ａｌ系合金よりなる軸
部２の接合端部２ａと、耐熱鋼よりなる軸端部材６の接
合端部６ａとの間にろう材７を箔や溶射などで薄く介在
させた状態として、コイル１１を用いた誘導加熱によっ
てろう材７を溶融させることによりろう付け接合する手
法や、図３に示すコイル１１を用いた誘導加熱の代わり
に、図４に示す電源１２を接続した通電加熱によってろ
う材７を抵抗発熱で加熱して溶融させることによりろう
付け接合する手法などが採用される。
には、図３に示すように、Ｔｉ−Ａｌ系合金よりなる軸
部２の接合端部２ａと、耐熱鋼よりなる軸端部材６の接
合端部６ａとの間にろう材７を箔や溶射などで薄く介在
させた状態として、コイル１１を用いた誘導加熱によっ
てろう材７を溶融させることによりろう付け接合する手
法や、図３に示すコイル１１を用いた誘導加熱の代わり
に、図４に示す電源１２を接続した通電加熱によってろ
う材７を抵抗発熱で加熱して溶融させることによりろう
付け接合する手法などが採用される。
【００３０】そして、ろう付け接合に際しては、Ｎｉ系
ろう材を使用することが望ましく、このときに、Ｎｉ系
ろう材の液相線温度以上で且つ液相線温度＋１００℃以
下の温度でろう付け接合することがより望ましい。この
場合、接合温度が液相線温度＋１００℃よりも高いと、
接合部の接合強度が低下する傾向となる。
ろう材を使用することが望ましく、このときに、Ｎｉ系
ろう材の液相線温度以上で且つ液相線温度＋１００℃以
下の温度でろう付け接合することがより望ましい。この
場合、接合温度が液相線温度＋１００℃よりも高いと、
接合部の接合強度が低下する傾向となる。
【００３１】また、軸部２と軸端部材６とのろう付け接
合に際して、接合面に０．０５ｋｇｆ／ｍｍ２以上で且
つ接合温度における軸部２および軸端部材６の降伏点以
下の圧力を加えつつろう付け接合するようになすことが
望ましい。この場合、接合時の加圧力が０．０５ｋｇｆ
／ｍｍ２よりも小さいと、接合強度が低下する傾向とな
る。
合に際して、接合面に０．０５ｋｇｆ／ｍｍ２以上で且
つ接合温度における軸部２および軸端部材６の降伏点以
下の圧力を加えつつろう付け接合するようになすことが
望ましい。この場合、接合時の加圧力が０．０５ｋｇｆ
／ｍｍ２よりも小さいと、接合強度が低下する傾向とな
る。
【００３２】さらに、本発明に係わるエンジンバルブ１
において、特にバルブシートとの間での耐摩耗性に優れ
ていることが要求されるバルブフェース部３ｂに対して
は、従来のバルブでも行なわれているプラズマ粉末溶接
（Ｐ．Ｐ．Ｗ．）やレーザ処理等による肉盛りを行なっ
てもよい。
において、特にバルブシートとの間での耐摩耗性に優れ
ていることが要求されるバルブフェース部３ｂに対して
は、従来のバルブでも行なわれているプラズマ粉末溶接
（Ｐ．Ｐ．Ｗ．）やレーザ処理等による肉盛りを行なっ
てもよい。
【００３３】そして、このような軸部２および傘部３に
用いたＴｉ−Ａｌ系合金は、比重が約３．８ｇ／ｃｍ３
であって従来の鋼製バルブの約５０％であり、したがっ
て、バルブ重量は大幅な軽量化を図ることができるの
で、慣性重量およびフリクションの軽減によって運動性
能がより一層向上したものとなる。
用いたＴｉ−Ａｌ系合金は、比重が約３．８ｇ／ｃｍ３
であって従来の鋼製バルブの約５０％であり、したがっ
て、バルブ重量は大幅な軽量化を図ることができるの
で、慣性重量およびフリクションの軽減によって運動性
能がより一層向上したものとなる。
【００３４】
【発明の作用】Ｔｉ−Ａｌ系合金は、軽量であると共に
高温での強度，クリープ強度等に優れた高性能な自動車
用エンジンバルブ材料であると言えるが、軸端部におけ
る耐摩耗性が十分であるとは言いがたかったのに対し
て、本発明に係わるエンジンバルブでは、前述のよう
に、軸部および傘部がＴｉ−Ａｌ系合金よりなり、軸端
部が耐熱鋼よりなるものであるから、軸部および傘部が
軽量で且つ耐熱強度等に優れたものになっていると共
に、軸端部における耐摩耗性が向上したエンジンバルブ
となって、要求特性を十分に満足するものとなる。
高温での強度，クリープ強度等に優れた高性能な自動車
用エンジンバルブ材料であると言えるが、軸端部におけ
る耐摩耗性が十分であるとは言いがたかったのに対し
て、本発明に係わるエンジンバルブでは、前述のよう
に、軸部および傘部がＴｉ−Ａｌ系合金よりなり、軸端
部が耐熱鋼よりなるものであるから、軸部および傘部が
軽量で且つ耐熱強度等に優れたものになっていると共
に、軸端部における耐摩耗性が向上したエンジンバルブ
となって、要求特性を十分に満足するものとなる。
【００３５】
（実施例１）Ｔｉ−３３．５重量％Ａｌ−０．６重量％
Ｓｉ−１．０重量％Ｎｂ−０．５重量％ＣｒよりなるＴ
ｉ−Ａｌ系合金を素材としてエンジンバルブ１の軸部２
および傘部３の形状に成形すると共に、Ｆｅ−０．５１
重量％Ｃ−１．４９重量％Ｓｉ−０．３１重量％Ｍｎ−
８．２１重量％Ｃｒよりなる耐熱鋼を素材として溝部４
を未だ形成していない軸端部材６の形状に成形し、ろう
材７としてＮｉろう（ＢＮｉ−３）を使用して、温度：
１１００℃，接合面での加圧力：０．３ｋｇｆ／ｍｍ２
でろう付け接合を行うことによって、軸部２および傘部
３がＴｉ−Ａｌ系合金よりなり、軸端部５が耐熱鋼より
なる本発明実施例のエンジンバルブ１を製作した。
Ｓｉ−１．０重量％Ｎｂ−０．５重量％ＣｒよりなるＴ
ｉ−Ａｌ系合金を素材としてエンジンバルブ１の軸部２
および傘部３の形状に成形すると共に、Ｆｅ−０．５１
重量％Ｃ−１．４９重量％Ｓｉ−０．３１重量％Ｍｎ−
８．２１重量％Ｃｒよりなる耐熱鋼を素材として溝部４
を未だ形成していない軸端部材６の形状に成形し、ろう
材７としてＮｉろう（ＢＮｉ−３）を使用して、温度：
１１００℃，接合面での加圧力：０．３ｋｇｆ／ｍｍ２
でろう付け接合を行うことによって、軸部２および傘部
３がＴｉ−Ａｌ系合金よりなり、軸端部５が耐熱鋼より
なる本発明実施例のエンジンバルブ１を製作した。
【００３６】また、比較のために、上記と同じＴｉ−Ａ
ｌ系合金を素材として、図５に示したように、軸部５
２，傘部５３，溝部５４および軸端部５５の形状に成形
して、比較例のエンジンバルブ５１を製作した。
ｌ系合金を素材として、図５に示したように、軸部５
２，傘部５３，溝部５４および軸端部５５の形状に成形
して、比較例のエンジンバルブ５１を製作した。
【００３７】次いで、前記各エンジンバルブ１，５１を
実機エンジンの排気バルブとして組み込み、排ガス温
度：９００℃における軸端部５の軸端面での摩耗量を測
定したところ、表１に示す結果であった。
実機エンジンの排気バルブとして組み込み、排ガス温
度：９００℃における軸端部５の軸端面での摩耗量を測
定したところ、表１に示す結果であった。
【００３８】
【表１】
【００３９】表１に示す結果より明らかなように、軸端
部５の材質が耐熱鋼である本発明実施例のエンジンバル
ブ１の場合には、摩耗量が著しく少ないものとなってお
り、軸端部５５の材質がＴｉ−Ａｌ系合金である比較例
のエンジンバルブ５１の場合に比べて軸端面での耐摩耗
性が著しく向上したものになっていることが認められ
た。
部５の材質が耐熱鋼である本発明実施例のエンジンバル
ブ１の場合には、摩耗量が著しく少ないものとなってお
り、軸端部５５の材質がＴｉ−Ａｌ系合金である比較例
のエンジンバルブ５１の場合に比べて軸端面での耐摩耗
性が著しく向上したものになっていることが認められ
た。
【００４０】（実施例２）Ｔｉ−Ａｌ系合金よりなる軸
部２および傘部３と、耐熱鋼よりなる軸端部材６とをろ
う付け接合してエンジンバルブ１を製造するにあたり、
前記実施例１において採用した材質，工程等のうちろう
材７だけを変化させてエンジンバルブ１を製造し、次い
で接合部における破断荷重および破断位置を調べた。こ
の結果を表２に示す。
部２および傘部３と、耐熱鋼よりなる軸端部材６とをろ
う付け接合してエンジンバルブ１を製造するにあたり、
前記実施例１において採用した材質，工程等のうちろう
材７だけを変化させてエンジンバルブ１を製造し、次い
で接合部における破断荷重および破断位置を調べた。こ
の結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】表２に示す結果より明らかなように、ろう
材７としてＮｉろうを用いた場合にＴｉ−Ａｌ系合金
（母材）破断となり、より大きな接合強度が得られるこ
とが認められた。
材７としてＮｉろうを用いた場合にＴｉ−Ａｌ系合金
（母材）破断となり、より大きな接合強度が得られるこ
とが認められた。
【００４３】（実施例３）Ｔｉ−Ａｌ系合金よりなる軸
部２および傘部３と、耐熱鋼よりなる軸端部材６とをろ
う付け接合してエンジンバルブ１を製造するにあたり、
前記実施例１において採用した材質，工程等のうち、同
じＮｉろう（ＢＮｉ−３）を用いてろう付け接合温度だ
けを変化させ、また、実施例１において採用した材質，
工程等のうち、Ｎｉろうと類似する別のＮｉろう（ＢＮ
ｉ−２）を用いてエンジンバルブ１を製造し、次いで接
合部における破断荷重および破断位置を調べた。この結
果を表３に示す。
部２および傘部３と、耐熱鋼よりなる軸端部材６とをろ
う付け接合してエンジンバルブ１を製造するにあたり、
前記実施例１において採用した材質，工程等のうち、同
じＮｉろう（ＢＮｉ−３）を用いてろう付け接合温度だ
けを変化させ、また、実施例１において採用した材質，
工程等のうち、Ｎｉろうと類似する別のＮｉろう（ＢＮ
ｉ−２）を用いてエンジンバルブ１を製造し、次いで接
合部における破断荷重および破断位置を調べた。この結
果を表３に示す。
【００４４】
【表３】
【００４５】表３に示す結果より明らかなように、ろう
付け接合温度がろう材の液相線温度以上で且つ液相線温
度＋１００℃以下の温度であるときには、接合部の強度
が大きくなっているのに対して、それよりも高い温度の
場合には破断荷重の低下が認められ、ろう付け接合温度
はろう材の融点以上でかつ融点＋１００℃以下の温度範
囲とするのがより望ましいものであった。
付け接合温度がろう材の液相線温度以上で且つ液相線温
度＋１００℃以下の温度であるときには、接合部の強度
が大きくなっているのに対して、それよりも高い温度の
場合には破断荷重の低下が認められ、ろう付け接合温度
はろう材の融点以上でかつ融点＋１００℃以下の温度範
囲とするのがより望ましいものであった。
【００４６】（実施例４）Ｔｉ−Ａｌ系合金よりなる軸
部２および傘部３と、耐熱鋼よりなる軸端部材６とをろ
う付け接合してエンジンバルブ１を製造するにあたり、
前記実施例１において採用した材質，工程等のうち、同
じＮｉろう（ＢＮｉ−３）を用いてろう付け接合時の加
圧力だけを変化させ、また、実施例１において使用した
Ｎｉろうと類似する別のＮｉろう（ＢＮｉ−２）を用い
てエンジンバルブ１を製造し、次いで接合部における破
断荷重および破断位置を調べた。この結果を表４に示
す。
部２および傘部３と、耐熱鋼よりなる軸端部材６とをろ
う付け接合してエンジンバルブ１を製造するにあたり、
前記実施例１において採用した材質，工程等のうち、同
じＮｉろう（ＢＮｉ−３）を用いてろう付け接合時の加
圧力だけを変化させ、また、実施例１において使用した
Ｎｉろうと類似する別のＮｉろう（ＢＮｉ−２）を用い
てエンジンバルブ１を製造し、次いで接合部における破
断荷重および破断位置を調べた。この結果を表４に示
す。
【００４７】
【表４】
【００４８】表４に示す結果より明らかなように、ろう
付け接合時において加圧力が低すぎるときには、十分な
接合強度を得がたいのに対して、ある程度の加圧力とす
ることによって十分な接合強度を得ることが可能であ
り、加圧力を０．０５ｋｇｆ／ｍｍ２以上とするのがよ
り望ましいことが認められた。
付け接合時において加圧力が低すぎるときには、十分な
接合強度を得がたいのに対して、ある程度の加圧力とす
ることによって十分な接合強度を得ることが可能であ
り、加圧力を０．０５ｋｇｆ／ｍｍ２以上とするのがよ
り望ましいことが認められた。
【００４９】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係わ
るエンジンバルブは、軸部および傘部が、軽量でかつ高
温における強度，クリープ強度に優れたＴｉ−Ａｌ系合
金よりなり、軸端部が、耐熱性および耐摩耗性に優れた
耐熱鋼よりなる複合構造のエンジンバルブとしたため、
軽量でかつ耐熱性および耐酸化性に優れ、とくに軸端部
における耐摩耗性に優れたエンジンバルブを提供するこ
とが可能であり、バルブの運動性能ひいては自動車用エ
ンジンのレスポンスを向上させることができると共に、
軸端部の耐摩耗性を良好なものとすることができるとい
う著しく優れた効果がもたらされる。
るエンジンバルブは、軸部および傘部が、軽量でかつ高
温における強度，クリープ強度に優れたＴｉ−Ａｌ系合
金よりなり、軸端部が、耐熱性および耐摩耗性に優れた
耐熱鋼よりなる複合構造のエンジンバルブとしたため、
軽量でかつ耐熱性および耐酸化性に優れ、とくに軸端部
における耐摩耗性に優れたエンジンバルブを提供するこ
とが可能であり、バルブの運動性能ひいては自動車用エ
ンジンのレスポンスを向上させることができると共に、
軸端部の耐摩耗性を良好なものとすることができるとい
う著しく優れた効果がもたらされる。
【００５０】また、本発明に係わるエンジンバルブの製
造方法では、Ｔｉ−Ａｌ系合金により作製した軸部およ
び傘部の前記軸部における前記傘部とは反対側の端部と
耐熱鋼により作製した軸端部材とを接合する構成とした
ため、前記した特性の優れた複合構造のエンジンバルブ
を製造することが可能であるという著しく優れた効果が
もたらされる。
造方法では、Ｔｉ−Ａｌ系合金により作製した軸部およ
び傘部の前記軸部における前記傘部とは反対側の端部と
耐熱鋼により作製した軸端部材とを接合する構成とした
ため、前記した特性の優れた複合構造のエンジンバルブ
を製造することが可能であるという著しく優れた効果が
もたらされる。
【図１】本発明の実施態様によるエンジンバルブの正面
説明図である。
説明図である。
【図２】本発明の実施態様によるエンジンバルブの軸部
と軸端部材との接合部分拡大説明図である。
と軸端部材との接合部分拡大説明図である。
【図３】本発明の実施態様によるエンジンバルブの製造
方法の一例を示す説明図である。
方法の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施態様によるエンジンバルブの製造
方法の他の例を示す説明図である。
方法の他の例を示す説明図である。
【図５】従来のＴｉ−Ａｌ系合金製エンジンバルブの正
面説明図である。
面説明図である。
１ エンジンバルブ ２ バルブの軸部 ３ バルブの傘部 ４ バルブの溝部 ５ バルブの軸端部 ６ 軸端部材 ７ ろう材
Claims (8)
- 【請求項１】 軸部および傘部がＴｉ−Ａｌ系合金より
なり、軸端部が耐熱鋼よりなることを特徴とするエンジ
ンバルブ。 - 【請求項２】 Ｔｉ−Ａｌ系合金よりなる軸部および傘
部をそなえ、前記軸部の前記傘部とは反対側の端部に耐
熱鋼よりなる軸端部材を接合した請求項１に記載のエン
ジンバルブ。 - 【請求項３】 Ｔｉ−Ａｌ系合金よりなる軸部および傘
部をそなえ、前記軸部の前記傘部とは反対側の端部と耐
熱鋼よりなる軸端部材との間にＮｉ系ろう材が介在して
いる請求項２に記載のエンジンバルブ。 - 【請求項４】 Ｔｉ−Ａｌ系合金の組成が、重量％で、
Ａｌ：３２〜３６％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｎｂ：
０．１〜５．０％、Ｃｒ：０．１〜３．０％を含み、残
部が実質的にＴｉよりなる請求項１ないし３のいずれか
に記載のエンジンバルブ。 - 【請求項５】 Ｔｉ−Ａｌ系合金により作製した軸部お
よび傘部の前記軸部における前記傘部とは反対側の端部
と耐熱鋼により作製した軸端部材とを接合することを特
徴とするエンジンバルブの製造方法。 - 【請求項６】 軸部の傘部とは反対側の端部と軸端部材
とをＮｉ系ろう材を用いてろう付け接合する請求項５に
記載のエンジンバルブの製造方法。 - 【請求項７】 Ｎｉ系ろう材の液相線温度以上で且つ液
相線温度＋１００℃以下の温度でろう付け接合する請求
項６に記載のエンジンバルブの製造方法。 - 【請求項８】 軸部と軸端部材との接合面に、０．０５
ｋｇｆ／ｍｍ２以上で且つ接合温度における軸部および
軸端部材の降伏点以下の圧力を加えつつろう付け接合す
る請求項５ないし７のいずれかに記載のエンジンバルブ
の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4014148A JPH05202706A (ja) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | エンジンバルブおよびその製造方法 |
| US08/009,147 US5370092A (en) | 1992-01-29 | 1993-01-26 | Engine valve and method for producing the same |
| US08/292,961 US5553369A (en) | 1992-01-29 | 1994-08-22 | Method for producing an engine valve |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4014148A JPH05202706A (ja) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | エンジンバルブおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05202706A true JPH05202706A (ja) | 1993-08-10 |
Family
ID=11853068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4014148A Pending JPH05202706A (ja) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | エンジンバルブおよびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5370092A (ja) |
| JP (1) | JPH05202706A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004301124A (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-28 | Eaton Corp | エンジン用の軽量複合ポペット弁 |
| CN104907657A (zh) * | 2015-05-28 | 2015-09-16 | 航天材料及工艺研究所 | 一种添加合金中间层的TiAl/TC4电子束熔钎焊方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH09151714A (ja) * | 1995-12-04 | 1997-06-10 | Fuji Oozx Inc | 内燃機関用アルミニウム合金製スプリングリテーナ |
| DE69724730T2 (de) * | 1996-10-18 | 2004-04-01 | Daido Steel Co. Ltd., Nagoya | Turbinenrotor aus Ti-Al und Verfahren zur Herstellung dieses Rotors |
| US5738060A (en) * | 1997-05-29 | 1998-04-14 | Trw Inc. | Poppet valve and method of making the poppet valve |
| US6009843A (en) * | 1997-10-22 | 2000-01-04 | 3M Innovative Properties Company | Fiber reinforced, titanium composite engine valve |
| US6053134A (en) * | 1998-08-28 | 2000-04-25 | Linebarger; Terry Glyn | Cam operating system |
| KR100559623B1 (ko) * | 1999-11-26 | 2006-03-10 | 현대자동차주식회사 | 자동차용 흡기밸브 |
| JP2002038912A (ja) | 1999-12-09 | 2002-02-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 内燃機関用弁開閉機構 |
| US6718932B1 (en) | 2003-01-24 | 2004-04-13 | Eaton Corporation | Lightweight engine poppet valve |
| BR102014016213A2 (pt) * | 2014-06-30 | 2016-02-10 | Mahle Int Gmbh | válvula para motores de combustão interna e processo para obtenção de uma válvula |
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| US1842110A (en) * | 1927-10-03 | 1932-01-19 | Wilcox Products Corp | Method of forming valve tappets |
| US2207535A (en) * | 1938-12-14 | 1940-07-09 | Standard Screw | Valve tappet and insert |
| US4122817A (en) * | 1975-05-01 | 1978-10-31 | Trw Inc. | Internal combustion valve having an iron based hard-facing alloy contact surface |
| JPS5623507A (en) * | 1979-08-02 | 1981-03-05 | Toshiba Corp | Exhaust valve |
| US4366785A (en) * | 1980-09-19 | 1983-01-04 | Caterpillar Tractor Co. | Tappet with wear resisting insert |
| JPS58151306U (ja) * | 1982-04-05 | 1983-10-11 | 日産自動車株式会社 | 内燃機関の吸排気バルブ |
| JPS59149868A (ja) * | 1983-02-14 | 1984-08-27 | 葛西株式会社 | 乳母車用ベツド |
| JPS6122990A (ja) * | 1984-07-11 | 1986-01-31 | Ricoh Co Ltd | 光情報記録媒体 |
| JPH0639891B2 (ja) * | 1985-04-02 | 1994-05-25 | 川崎重工業株式会社 | エンジンの動弁機構 |
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| US4867116A (en) * | 1988-05-23 | 1989-09-19 | Inco Alloys International, Inc. | Aircraft exhaust valves |
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| CA2010262C (en) * | 1989-02-17 | 1994-02-08 | Seiichi Koike | Heat resistant slide member for internal combustion engine |
| US5169460A (en) * | 1990-01-18 | 1992-12-08 | Mitsubishi Materials Corporation | Engine valve of titanium alloy |
| JP2789759B2 (ja) * | 1990-01-18 | 1998-08-20 | 三菱マテリアル株式会社 | Ｔｉ合金製エンジンバルブ |
| DE4102988C1 (ja) * | 1991-02-01 | 1992-04-16 | Ina Waelzlager Schaeffler Kg, 8522 Herzogenaurach, De | |
| US5280771A (en) * | 1992-09-23 | 1994-01-25 | Eaton Corporation | Direct acting hydraulic tappet |
-
1992
- 1992-01-29 JP JP4014148A patent/JPH05202706A/ja active Pending
-
1993
- 1993-01-26 US US08/009,147 patent/US5370092A/en not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-08-22 US US08/292,961 patent/US5553369A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5553369A (en) | 1996-09-10 |
| US5370092A (en) | 1994-12-06 |
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