JPH07229411A - 内燃機関用バルブシート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリンダヘッドに対し接触面積の減少するの
を抑えるとともに、熱伝導性を高めて、耐脱落性に優れ
るバルブシートを得ること。 【構成】 バルブシート本体１の外周面に、軟質かつ高
熱伝導性の被覆材２を固着したことにより、バルブシー
トとシリンダヘッドとの間に大きな熱膨張差があって
も、被覆材２が積極的に変形してその差を吸収するの
で、バルブシートに大きな熱応力の発生するのが防止さ
れる。また、シリンダヘッドへの熱伝導性が良くなるの
で、バルブシートの耐脱落性は向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に用いられる
バルブシートに係り、特に、シリンダヘッドよりの脱落
を防止するようにしたバルブシート及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】シリンダヘッドに圧入されて用いられる
バルブシートには、耐摩耗性や耐熱性はもとより、高い
耐脱落性が要求される。バルブシートがシリンダヘッド
より脱落すると、動弁運動に異常を来して、エンジンの
正常運転が不能となるため、耐脱落性は特に重要であ
る。

【０００３】バルブシートが脱落する原因として、シリ
ンダヘッドとバルブシートとの熱膨張率の差があり(通
常、バルブシートの方が大きい)、その差が大きいと、
バルブシートに熱応力(熱ひずみ)が生じて変形し、脱落
し易くなる。また熱応力によりバルブシート全体が楕円
形等、不均一に変形すると、シリンダヘッドとの接触面
積が減少してシリンダヘッドへの熱伝導性が阻害され、
脱落性に拍車がかかる。

【０００４】耐脱落性を向上するためには、バルブシー
ト全体の密度を高めて圧縮強度を大とし、ひずみにくく
することが考えられる。そのため、従来は、焼結法によ
り成形したバルブシートに鍛造や溶浸処理を施して密度
を高めている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】最近、有害排気ガスを
より一層低減するために、エンジンを希薄燃焼方式とし
たり、エンジンを高出力化するため過給器を搭載したり
する傾向にある。このようなエンジンは、一般に燃焼温
度が高いため、バルブシートとシリンダヘッド間の熱膨
張率の差が大きく、バルブシートに大きな熱応力が発生
する。

【０００６】また、例えばディーゼルエンジン等、シリ
ンダヘッドが鋳鉄により製作されている場合には、その
熱膨張係数が小さいため、バルブシートとの間に大きな
熱膨張差が生じる。この種のエンジンにおいては、バル
ブシートの変形(ひずみ)量も大きく、従って、上述のよ
うに単に高密度化処理を施したのみでは、高い耐脱落性
を得ることは難しい。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、シリンダヘッドに対し接触面積が減少す
るのを抑えるとともに、熱伝導性を高めることにより、
耐脱落性に優れる内燃機関用バルブシート及びその製造
方法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のバルブシートは、バルブシート本体の外周
面に、軟質かつ高熱伝導性の被覆材を固定的に設けたこ
とを特徴とするものである(請求項１)。

【０００９】この場合、バルブシート本体の外周面に環
状をなす凹溝を形成し、この凹溝に、円筒体の外周の一
部を軸方向に切除した弾性変形可能な被覆材を嵌着して
もよい(請求項２)。

【００１０】また、バルブシート本体と被覆材とを、粉
末冶金法により一体的に結合してもよい(請求項３)。

【００１１】請求項３記載のバルブシートは、下型の環
状溝内を、薄肉の筒状隔壁により、外方が狭幅となるよ
うに内外２つの環状溝に仕切り、外方の環状溝には軟質
かつ高熱伝導性の原料粉を、また内方の環状溝には鉄基
の原料粉をそれぞれ充填したのち前記筒状隔壁を引抜
き、両原料粉を上パンチをもって圧縮して圧粉体を成形
し、該圧粉体を焼結することにより製造することができ
る(請求項４)。

【００１２】

【作用】バルブシート本体の外周面に、軟質かつ高熱伝
導性の被覆材を固定的に設けたことにより、バルブシー
トとシリンダヘッドとの間に大きな熱膨張差があって
も、被覆材が積極的に変形してその差を吸収するので、
バルブシートに大きな熱応力の発生するのが防止され
る。また、バルブシートからシリンダヘッドへの熱伝導
性が良好となるので、バルブシートの熱負荷が軽減す
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１及び図２は、本発明のバルブシートの第１実
施例(請求項１記載の発明の実施例)を示すもので、粉末
冶金法により製作されたバルブシート本体(１)の外周面
に、所要厚さの円筒形の被覆材(２)を、ろう付け等によ
り固着して形成されている。

【００１４】バルブシート本体(１)は、鉄基の焼結金属
よりなり、また被覆材(２)には、比較的軟質でかつ熱伝
導性に優れる溶製材料、例えば銅又はその合金材、もし
くはアルミニウム合金材が適している。

【００１５】図３は、被覆材(２)の結合態様を変えた第
２実施例(請求項２記載の発明の実施例)のバルブシート
を示すもので、上記と同様のバルブシート本体(１)の外
周面に、上下の端縁が外方に向かってテーパ状に拡開す
る環状の凹溝(1a)を形成し、この凹溝(1a)に、円筒体の
外周の一部を上下(軸)方向に切除した弾性変形可能、か
つ高熱伝導性の被覆材(２)を嵌着したものである。

【００１６】このようにすると、被覆材(２)を拡径方向
に弾性変形させて凹溝(1a)内に容易に嵌着することがで
き、しかも嵌着後及びシリンダヘッドへの圧入後におい
て抜け外れが防止されるので、ろう付け等の固着手段を
省略できるか、又は簡略化しうる利点がある。

【００１７】図４は、本発明のバルブシートの第３実施
例(請求項３記載の発明の実施例)を示し、上記と同様の
材料よりなるバルブシート本体(１)と被覆材(２)とを、
粉末冶金法により一体的に結合したものである。

【００１８】図５(Ａ)、(Ｂ)は、上記した図４に示す第
３実施例のバルブシートの製造要領を示している。ま
ず、装置について説明すると、(３)は、円筒状の下型
(ダイ)、(４)は、下型(３)内に同軸をなして遊挿された
コアロッドである。下型(３)とコアロッド(４)との間の
空隙は、焼結前の圧粉体を成形するための環状溝(５)と
なっている。

【００１９】環状溝(５)内には、円筒状の下第１パンチ
(６)と、その外周面に上下に摺動可能に外嵌された極薄
の筒状隔壁(７)と、この外周面に上下に摺動可能として
外嵌された薄肉の下第２パンチ(８)とが、昇降可能とし
て密に収容されている。

【００２０】下型(３)及びコアロッド(４)の軸線上に
は、環状溝(５)内に密に嵌挿可能の円筒形をなす上パン
チ(９)が、昇降可能に設けられている。上パンチ(９)の
下端内周縁には、バルブシートのフェース部形成用のテ
ーパ状の押圧部(9a)が形成されている。

【００２１】上記装置を用いて図４に示すバルブシート
を製造するには、まず図５(Ａ)の工程に示すように、上
パンチ(９)を下型(３)より離間させた状態で、下第１、
第２パンチ(６)(８)を所要量下降させるとともに、筒状
隔壁(７)を下型(３)のほぼ上端まで上昇させ、筒状隔壁
(７)により仕切られた外方の狭幅の環状溝(10)には、型
潤滑剤を添加して予め混粉しておいた銅系の原料粉(11)
を、同じく内方の広幅の環状溝(12)には、鉄基の原料粉
(13)をそれぞれ計量して充填する。

【００２２】ついで、(Ｂ)の圧縮工程において、予め筒
状隔壁(７)を下第１、第２パンチ(６)(８)の上面と整合
する位置まで下降させた状態で、下第１パンチ(６)、筒
状隔壁(７)及び下第２パンチ(８)を一体的に上昇させる
と同時に、上パンチ(９)を下降させ、上記原料粉(11)(1
3)を上下より圧縮して、製造しようとするバルブシート
とほぼ同形をなす圧粉体(14)を成形する。

【００２３】これにより成形された圧粉体(14)は、内方
の鉄基の圧粉体(14a)と、その外方の銅系の圧粉体(14b)
との二層構造となる。

【００２４】最後に上記圧粉体(14)を、焼結炉(図示略)
の保護雰囲気ガス中において所定温度で焼結すると、図
４に示すようなバルブシート、すなわち鉄基の焼結金属
よりなるバルブシート本体(１)の外周面に、銅系の焼結
金属よりなる被覆材(２)が一体的に結合されたバルブシ
ートが得られる。

【００２５】なお、上記銅系の原料粉(11)の液相発生温
度が鉄基の原料粉(13)よりも低過ぎて、焼結の際に支障
を来す恐れがあるときは、銅系の原料粉(11)に高融点材
料を適宜添加して、両原料粉(11)(13)を適正焼結温度に
出来るだけ近づけるようにするとよい。

【００２６】以上説明したように、バルブシート本体
(１)の外周面に比較的軟質でかつ熱伝導性の高い被覆材
(２)を設けると、バルブシートとシリンダヘッドとの間
に大きな熱膨張差があっても、被覆材(２)が積極的に変
形することによるクッション作用によりその差を吸収す
るので、バルブシートに大きな熱応力の発生するのが防
止される。その結果、バルブシート全体が大きく変形し
てシリンダヘッドとの接触面積が減少するのが防止さ
れ、耐脱落性が向上する。

【００２７】また、バルブシートからシリンダヘッドへ
の熱伝導性が良好となるので、バルブシートの熱負荷が
軽減し、バルブシートに作用する熱応力も小となって耐
脱落性に有利となる。

【００２８】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はなく、種々の態様をとり得る。例えば、図１〜図３に
示すバルブシートでは、被覆材(２)に溶製材料を用いて
いるが、バルブシート本体(１)と同様、粉末冶金法によ
り別体に形成したものを用いてもよい。

【００２９】また、第１、第２実施例におけるバルブシ
ート本体(１)は、焼結以外により成形されたものでもよ
い。図５において、下第１、第２パンチ(６)(８)を省略
して下型(３)又はコアロッド(４)と一体構造とするとと
もに、筒状隔壁(７)のみを昇降可能とし、上パンチ(９)
のみで圧粉体(14)を成形するようにしてもよい。また、
実施例では、筒状隔壁(７)を下第１及び第２パンチ(６)
(８)の間に設けて自動的に昇降させるようにしている
が、筒状隔壁を、原料粉の充填の都度下型(３)と上パン
チ(９)との間より側方に移動させ、定位置において環状
溝(５)内に挿入するようにしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を奏す
る。 (ａ) 請求項１記載の発明によると、バルブシートとシ
リンダヘッドとの間の熱膨張差を、被覆材が積極的に変
形することにより吸収して、バルブシートに大きな熱応
力の作用するのを防止するので、バルブシート全体が不
均一に変形してシリンダヘッドに対し接触面積が大きく
減少することがなく、従ってバルブシートの耐脱落性が
著しく向上する。また、シリンダヘッドへの熱伝導性が
良好となるので、バルブシートの熱負荷が軽減し、バル
ブシートの耐脱落性に寄与しうる。

【００３１】(ｂ) 請求項２記載の発明によると、被覆
材のバルブシートへの装着が容易となり、かつ固着手段
が不要となるか、簡略化することができる。

【００３２】(ｃ) 請求項３記載の発明によると、被覆
材を別体として成形する必要がなく、しかも固着手段が
不要となる。

【００３３】(ｄ) 請求項３記載の方法によりバルブシ
ートを製造すると、通常の粉末冶金法とほぼ同様にし
て、請求項３記載のバルブシートを極めて簡単に製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバルブシートの第１実施例を示す平面
図である。

【図２】同じく図１の中央縦断正面図である。

【図３】同じく第２実施例を示す中央縦断正面図であ
る。

【図４】同じく第３実施例を示す中央縦断正面図であ
る。

【図５】図４に示すバルブシートの製造要領を示し、
(Ａ)は原料粉の充填工程、(Ｂ)は圧縮工程である。

【符号の説明】

(１)バルブシート本体 (1a)凹溝 (２)被覆材 (３)下型 (４)コアロッド (５)環状溝 (６)下第１パンチ (７)筒状隔壁 (８)下第２パンチ (９)上パンチ (9a)押圧部 (10)外方の環状溝 (11)原料粉 (12)内方の環状溝 (13)原料粉 (14)圧粉体 (14a)鉄基の圧粉体 (14b)銅糸の圧粉体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バルブシート本体の外周面に、軟質かつ
   高熱伝導性の被覆材を固定的に設けたことを特徴とする
   内燃機関用バルブシート。
2. 【請求項２】 バルブシート本体の外周面に環状をなす
   凹溝を形成し、この凹溝に、円筒体の外周の一部を軸方
   向に切除した弾性変形可能な被覆材を嵌着したことを特
   徴とする請求項１記載の内燃機関用バルブシート。
3. 【請求項３】 バルブシート本体と被覆材とを、粉末冶
   金法により一体的に結合したことを特徴とする請求項１
   記載の内燃機関用バルブシート。
4. 【請求項４】 下型の環状溝内を、薄肉の筒状隔壁によ
   り、外方が狭幅となるように内外２つの環状溝に仕切
   り、外方の環状溝には軟質かつ高熱伝導性の原料粉を、
   また内方の環状溝には鉄基の原料粉をそれぞれ充填した
   のち前記筒状隔壁を引抜き、両原料粉を上パンチをもっ
   て圧縮して圧粉体を成形し、該圧粉体を焼結することを
   特徴とする請求項３記載の内燃機関用バルブシートの製
   造方法。