JPH08100701A - バルブシートの接合方法及びその方法に適したシリンダヘッド - Google Patents
バルブシートの接合方法及びその方法に適したシリンダヘッドInfo
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- JPH08100701A JPH08100701A JP23746294A JP23746294A JPH08100701A JP H08100701 A JPH08100701 A JP H08100701A JP 23746294 A JP23746294 A JP 23746294A JP 23746294 A JP23746294 A JP 23746294A JP H08100701 A JPH08100701 A JP H08100701A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱伝導効率が良く、バルブシート温度を低減
でき、耐ノック性を向上する。 【構成】 シリンダヘッド２における排気ポート３の開
口に設けた環状凹部６に対してＡｌ−Ｚｎ系ろう材７及
び５５mol%ＣｓＦ−４５mol%ＡｌＦ3 からなるフラック
ス８をセットする。クランプ等でバルブシート１を下方
へ押圧した状態で、炉に入れ、５００℃近傍まで加熱す
る。５００℃近傍まで加熱されると、フラックス８は活
性化されてバルブシート１、接合段部４、環状せき部５
のろう付けされる面の酸化物除去が行われる。又、ろう
材７が溶けてバルブシート１と、接合段部４及び環状せ
き部５との間に形成されているろう付け隙間がろう材に
て充填される。その後、冷却し、環状せき部５を切削機
等により除去し、合わせてバルブシート１の３面加工を
行う。
でき、耐ノック性を向上する。 【構成】 シリンダヘッド２における排気ポート３の開
口に設けた環状凹部６に対してＡｌ−Ｚｎ系ろう材７及
び５５mol%ＣｓＦ−４５mol%ＡｌＦ3 からなるフラック
ス８をセットする。クランプ等でバルブシート１を下方
へ押圧した状態で、炉に入れ、５００℃近傍まで加熱す
る。５００℃近傍まで加熱されると、フラックス８は活
性化されてバルブシート１、接合段部４、環状せき部５
のろう付けされる面の酸化物除去が行われる。又、ろう
材７が溶けてバルブシート１と、接合段部４及び環状せ
き部５との間に形成されているろう付け隙間がろう材に
て充填される。その後、冷却し、環状せき部５を切削機
等により除去し、合わせてバルブシート１の３面加工を
行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は自動車エンジンに用い
られるバルブシートとシリンダヘッドとを一体的に接合
する接合方法及びその製造方法に適したシリンダヘッド
に関するものである。
られるバルブシートとシリンダヘッドとを一体的に接合
する接合方法及びその製造方法に適したシリンダヘッド
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車用エンジンは高出力、高回
転化の傾向にあり、エンジンの給排気弁であるバルブ及
び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。上述の要求を満たす
バルブシートの材質は、近年Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｏ等
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又は排気ポー
トの開口部に対して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、別体として形成する必要があり、従来、バルブシー
トをシリンダヘッドに固定する方法は、圧入方式が一般
的に行われている。
転化の傾向にあり、エンジンの給排気弁であるバルブ及
び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。上述の要求を満たす
バルブシートの材質は、近年Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｏ等
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又は排気ポー
トの開口部に対して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、別体として形成する必要があり、従来、バルブシー
トをシリンダヘッドに固定する方法は、圧入方式が一般
的に行われている。
【０００３】又、バルブシートにＣｕ，Ａｌ等の金属を
含浸させ、抵抗溶接等により接合する方式も提案されて
いる（特開平５−２８７３２４号）。さらに、バルブシ
ートとシリンダヘッドとを爆発溶接により、金属結合さ
せる方式も提案されている（特開平５−３３２１０６
号）。
含浸させ、抵抗溶接等により接合する方式も提案されて
いる（特開平５−２８７３２４号）。さらに、バルブシ
ートとシリンダヘッドとを爆発溶接により、金属結合さ
せる方式も提案されている（特開平５−３３２１０６
号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、圧入方法は
バルブシートとシリンダヘッドが金属結合していないば
かりか、シリンダヘッドとバルブシートとの間は空気、
油等が介在している。そのため、熱伝導効率が悪く、冷
却効率が小さいためにバルブシートが高温になりやす
い。又、バルブシートにＣｕ，Ａｌ等の金属を含浸さ
せ、抵抗溶接等により接合する方式は、バルブシートと
シリンダヘッド間を全面結合することが難しく、依然と
して熱伝導効率が悪い問題は解決されていない。
バルブシートとシリンダヘッドが金属結合していないば
かりか、シリンダヘッドとバルブシートとの間は空気、
油等が介在している。そのため、熱伝導効率が悪く、冷
却効率が小さいためにバルブシートが高温になりやす
い。又、バルブシートにＣｕ，Ａｌ等の金属を含浸さ
せ、抵抗溶接等により接合する方式は、バルブシートと
シリンダヘッド間を全面結合することが難しく、依然と
して熱伝導効率が悪い問題は解決されていない。
【０００５】さらに、爆発溶接方式はバルブシートとシ
リンダヘッドの接合面間に介在している空気や、油等が
吹き飛ばされるため、金属結合が確実になされる点では
良いが、火薬を使用するため、施行上の制約が多く生産
性が悪いという問題がある。
リンダヘッドの接合面間に介在している空気や、油等が
吹き飛ばされるため、金属結合が確実になされる点では
良いが、火薬を使用するため、施行上の制約が多く生産
性が悪いという問題がある。
【０００６】この発明の目的は上記従来技術の問題点を
解消するためになされたものであって、バルブシートと
シリンダヘッド間が金属充填結合しているため、熱伝導
効率が良く、バルブシート温度を低減でき、耐ノック性
を向上することができるバルブシートの接合方法及びそ
の方法に適したシリンダヘッドを提供することにある。
解消するためになされたものであって、バルブシートと
シリンダヘッド間が金属充填結合しているため、熱伝導
効率が良く、バルブシート温度を低減でき、耐ノック性
を向上することができるバルブシートの接合方法及びそ
の方法に適したシリンダヘッドを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに請求項１の発明は、アルミニウム製シリンダヘッド
に対してバルブシートを接合する方法において、Ａｌ−
Ｚｎ系ろう材と弗化物系フラックスにより、バルブシー
トをシリンダヘッドに対してろう付け接合することをそ
の要旨としている。
めに請求項１の発明は、アルミニウム製シリンダヘッド
に対してバルブシートを接合する方法において、Ａｌ−
Ｚｎ系ろう材と弗化物系フラックスにより、バルブシー
トをシリンダヘッドに対してろう付け接合することをそ
の要旨としている。
【０００８】一般に、アルミニウム用のろう材として使
用されているのはＡｌ−Ｓｉ系のろう材である。又、ア
ルミニウム製のシリンダヘッドはＡｌ−Ｓｉ系合金で構
成されている。従って、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材ではその
融点がシリンダヘッドの融点に近接していることから、
不向きである。そのため、シリンダヘッドよりも融点が
低く、かつ、エンジン作動時の使用温度域（〜３００
℃）でも溶融しないろう材である必要がある。上記のよ
うなろう材としては、Ａｌ−Ｚｎ系（共晶温度３８２
℃）、Ａｌ−Ｍｇ系（共晶温度４３７℃）、Ｍｇ−Ｚｎ
系（共晶温度３４０℃）、Ｍｇ−Ｐｂ系（共晶温度４６
６℃）、Ｍｇ−Ｃｕ系（共晶温度４８５℃）、Ａｇ−Ｍ
ｇ系（共晶温度４７２℃）等が挙げられる。
用されているのはＡｌ−Ｓｉ系のろう材である。又、ア
ルミニウム製のシリンダヘッドはＡｌ−Ｓｉ系合金で構
成されている。従って、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材ではその
融点がシリンダヘッドの融点に近接していることから、
不向きである。そのため、シリンダヘッドよりも融点が
低く、かつ、エンジン作動時の使用温度域（〜３００
℃）でも溶融しないろう材である必要がある。上記のよ
うなろう材としては、Ａｌ−Ｚｎ系（共晶温度３８２
℃）、Ａｌ−Ｍｇ系（共晶温度４３７℃）、Ｍｇ−Ｚｎ
系（共晶温度３４０℃）、Ｍｇ−Ｐｂ系（共晶温度４６
６℃）、Ｍｇ−Ｃｕ系（共晶温度４８５℃）、Ａｇ−Ｍ
ｇ系（共晶温度４７２℃）等が挙げられる。
【０００９】一方、ろう材を用いてろう付けする際に、
活性温度がろう付温度内にあるとともに、金属表面の酸
化物を除去するために使用されるアルミ用非腐食性フラ
ックス（ろう付け後に残存していても母材を腐食させな
いもの）が必要である。このフラックスとして，弗化物
系フラックスがある。弗化物系フラックスはＭｇと優先
的に反応するため、ろう材にＭｇが含まれるものはろう
付部の酸化物除去効果が弱まり、ろう付け性が阻害され
るため、本発明ではＡｌ−Ｚｎ系ろう材が好適なろう材
として選択されている。なお、Ａｌ−Ｚｎ系ろう材には
Ａｌ−ＺｎをベースにしてＳｉ，Ｃｕ等を含んでいても
よい。特に、Ｓｉを少量（０．５重量％程度）含むと、
更に湯流れ性が良くなる。又、Ｚｎは７０重量％以上含
むことが好ましい。
活性温度がろう付温度内にあるとともに、金属表面の酸
化物を除去するために使用されるアルミ用非腐食性フラ
ックス（ろう付け後に残存していても母材を腐食させな
いもの）が必要である。このフラックスとして，弗化物
系フラックスがある。弗化物系フラックスはＭｇと優先
的に反応するため、ろう材にＭｇが含まれるものはろう
付部の酸化物除去効果が弱まり、ろう付け性が阻害され
るため、本発明ではＡｌ−Ｚｎ系ろう材が好適なろう材
として選択されている。なお、Ａｌ−Ｚｎ系ろう材には
Ａｌ−ＺｎをベースにしてＳｉ，Ｃｕ等を含んでいても
よい。特に、Ｓｉを少量（０．５重量％程度）含むと、
更に湯流れ性が良くなる。又、Ｚｎは７０重量％以上含
むことが好ましい。
【００１０】弗化物系フラックスとしては、例えば、x
ＣｓＦ・（100-x ）ＡｌＦ3 を挙げることができる。な
お、x は50≦x ≦65（mol%）である。このフラックスに
ＫＦ，ＬｉＦ，ＮａＦ，Ｃs2ＣＯ3 ，Ａｌ（ＯＨ）3 等
が５mol%以下であれば、含んでいてもよい。
ＣｓＦ・（100-x ）ＡｌＦ3 を挙げることができる。な
お、x は50≦x ≦65（mol%）である。このフラックスに
ＫＦ，ＬｉＦ，ＮａＦ，Ｃs2ＣＯ3 ，Ａｌ（ＯＨ）3 等
が５mol%以下であれば、含んでいてもよい。
【００１１】図６はＡｌ−Ｚｎ系状態図が示されてい
る。Ａｌ−Ｚｎの共晶点はＡｌ−９５重量％Ｚｎで共晶
温度３８２℃となるが、Ｚｎが多くなると延性が低くな
り、所望形状に加工できないことからできるだけＡｌ含
有量を多くすることが必要である。しかし、アルミニウ
ム製のシリンダヘッドの融点が５２０℃〜５８０℃であ
ることから、ろう材の融点は５００℃以下にする必要が
ある。４３０℃〜５００℃の範囲が好ましい。特に、ろ
う材の組成としては、ＡｌとＺｎとの合計量のうちＺｎ
が７０〜９０重量％含まれることが好ましい。
る。Ａｌ−Ｚｎの共晶点はＡｌ−９５重量％Ｚｎで共晶
温度３８２℃となるが、Ｚｎが多くなると延性が低くな
り、所望形状に加工できないことからできるだけＡｌ含
有量を多くすることが必要である。しかし、アルミニウ
ム製のシリンダヘッドの融点が５２０℃〜５８０℃であ
ることから、ろう材の融点は５００℃以下にする必要が
ある。４３０℃〜５００℃の範囲が好ましい。特に、ろ
う材の組成としては、ＡｌとＺｎとの合計量のうちＺｎ
が７０〜９０重量％含まれることが好ましい。
【００１２】従って、請求項２の発明は、請求項１にお
いて、ろう材はＡｌとＺｎとの合計量のうちＺｎが７０
〜９０重量％含有していることを要旨としている。図７
はＡｌ−７８重量％Ｚｎろう材のろう付温度とろう付隙
間のろう材の充填率の関係を示している。ろう付温度が
５００℃より低いと湯流れが悪く、充填率が低くなる。
又、ろう付温度が５００℃より高いとろう材が母材に拡
散していくため、充填率が低くなる。充填率が高いほど
ろう付面積が大きく、ろう付強度や熱伝導率も高くなる
ため、Ａｌ−７８重量％Ｚｎろう材（融点：mps 425
℃, mpl 483 ℃）のろう付温度は５００近傍が最適であ
る。同様の理由からＡｌ−９０重量％Ｚｎではろう付温
度は４７０℃近傍、Ａｌ−７０重量％Ｚｎではろう付温
度は５２０℃近傍が最適である。
いて、ろう材はＡｌとＺｎとの合計量のうちＺｎが７０
〜９０重量％含有していることを要旨としている。図７
はＡｌ−７８重量％Ｚｎろう材のろう付温度とろう付隙
間のろう材の充填率の関係を示している。ろう付温度が
５００℃より低いと湯流れが悪く、充填率が低くなる。
又、ろう付温度が５００℃より高いとろう材が母材に拡
散していくため、充填率が低くなる。充填率が高いほど
ろう付面積が大きく、ろう付強度や熱伝導率も高くなる
ため、Ａｌ−７８重量％Ｚｎろう材（融点：mps 425
℃, mpl 483 ℃）のろう付温度は５００近傍が最適であ
る。同様の理由からＡｌ−９０重量％Ｚｎではろう付温
度は４７０℃近傍、Ａｌ−７０重量％Ｚｎではろう付温
度は５２０℃近傍が最適である。
【００１３】すなわち、請求項３の発明は、請求項２の
発明において、ろう付温度は４７０℃〜５２０℃である
ことをその要旨としている。請求項４の発明は、シリン
ダヘッドの環状をなすバルブシート用の接合段部の内周
面側に沿うように環状せき部を形成して接合段部と環状
せき部とにより環状凹部を構成したシリンダヘッドの同
環状凹部内にバルブシートを配置し、この後、ろう付け
し、ろう付けした後環状せき部を除去することを特徴と
するバルブシートの接合方法であることを要旨としてい
る。
発明において、ろう付温度は４７０℃〜５２０℃である
ことをその要旨としている。請求項４の発明は、シリン
ダヘッドの環状をなすバルブシート用の接合段部の内周
面側に沿うように環状せき部を形成して接合段部と環状
せき部とにより環状凹部を構成したシリンダヘッドの同
環状凹部内にバルブシートを配置し、この後、ろう付け
し、ろう付けした後環状せき部を除去することを特徴と
するバルブシートの接合方法であることを要旨としてい
る。
【００１４】
【作用】請求項１の発明では、Ａｌ−Ｚｎ系ろう材と弗
化物系フラックスにより、アルミニウム製シリンダヘッ
ドに対してバルブシートがろう付けされる。ろう付けさ
れたバルブシートは、バルブシートとシリンダヘッド間
が金属充填されているため、接合面積が大となり、バル
ブシートの熱伝導効率が良くなる。
化物系フラックスにより、アルミニウム製シリンダヘッ
ドに対してバルブシートがろう付けされる。ろう付けさ
れたバルブシートは、バルブシートとシリンダヘッド間
が金属充填されているため、接合面積が大となり、バル
ブシートの熱伝導効率が良くなる。
【００１５】請求項２の発明では、ろう材はＡｌとＺｎ
との合計量のうちＺｎを７０〜９０重量％含有している
ため、アルミニウム製のシリンダヘッドの融点以下の融
点を備えたろう材にてバルブシートがろう付けされる。
との合計量のうちＺｎを７０〜９０重量％含有している
ため、アルミニウム製のシリンダヘッドの融点以下の融
点を備えたろう材にてバルブシートがろう付けされる。
【００１６】請求項３の発明では、ろう付温度が４７０
℃〜５２０℃であるため、湯流れが良く、充填率も良く
なり、ろう付面積が大きく得られ、ろう付強度やバルブ
シートの熱伝導効率も高くなる。
℃〜５２０℃であるため、湯流れが良く、充填率も良く
なり、ろう付面積が大きく得られ、ろう付強度やバルブ
シートの熱伝導効率も高くなる。
【００１７】請求項４の発明では、環状せき部により、
環状凹部内に収納配置されたバルブシートが位置決めさ
れ、ろう材やフラックスが吸気ポート或いは排気ポート
へ流出するのが防止される。
環状凹部内に収納配置されたバルブシートが位置決めさ
れ、ろう材やフラックスが吸気ポート或いは排気ポート
へ流出するのが防止される。
【００１８】請求項５の発明では、シリンダヘッド本体
に環状せき部が設けられているため、請求項４の発明に
適しており、バルブシートが位置決めされ、ろう材フラ
ックスの流出が防止される。
に環状せき部が設けられているため、請求項４の発明に
適しており、バルブシートが位置決めされ、ろう材フラ
ックスの流出が防止される。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜
図５に従って説明する。まず、バルブシート１が接合さ
れた状態から説明する。
図５に従って説明する。まず、バルブシート１が接合さ
れた状態から説明する。
【００２０】図５はバルブシート１がシリンダヘッド２
の排気ポート３の開口部において接合された状態を示し
ている。シリンダヘッド２はＡｌ−Ｓｉ系合金から鋳造
されており、排気ポート３の開口には接合段部４が環状
に形成されている。その接合段部４に対して環状に形成
されたバルブシート１がろう付け固定されている。前記
バルブシート１はＣｒ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｏ等の合金元素
を含有した鉄系焼結合金から構成されている。図３に示
すようにバルブシート１の表面、特に接合面となる外周
面及び底面にはＮｉ−Ｐ無電気メッキが施され、Ｎｉ層
１ａが形成されている。このＮｉ層１ａを形成する理由
は、Ｎｉは後記ろう材との濡れ性が良くなり、又、バル
ブシート１の鉄及びＡｌ−Ｚｎ系ろう材との親和性が良
いためである。
の排気ポート３の開口部において接合された状態を示し
ている。シリンダヘッド２はＡｌ−Ｓｉ系合金から鋳造
されており、排気ポート３の開口には接合段部４が環状
に形成されている。その接合段部４に対して環状に形成
されたバルブシート１がろう付け固定されている。前記
バルブシート１はＣｒ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｏ等の合金元素
を含有した鉄系焼結合金から構成されている。図３に示
すようにバルブシート１の表面、特に接合面となる外周
面及び底面にはＮｉ−Ｐ無電気メッキが施され、Ｎｉ層
１ａが形成されている。このＮｉ層１ａを形成する理由
は、Ｎｉは後記ろう材との濡れ性が良くなり、又、バル
ブシート１の鉄及びＡｌ−Ｚｎ系ろう材との親和性が良
いためである。
【００２１】前記シリンダヘッド１はその鋳造後におい
ては、図１に示すようにその排気ポート３の接合段部４
の内周面に対して対向しかつ沿うように環状せき部５が
形成されており、環状せき部５と接合段部４とにより、
環状凹部６が形成されている。又、環状せき部５はその
基端外側面が排気ポート３の開口内周面と一体に連結さ
れ、排気ポート３の開口の内周面よりも径方向内方に突
出されている。なお、図１、図２においては説明の便宜
上図５の上下関係とは逆になっている。
ては、図１に示すようにその排気ポート３の接合段部４
の内周面に対して対向しかつ沿うように環状せき部５が
形成されており、環状せき部５と接合段部４とにより、
環状凹部６が形成されている。又、環状せき部５はその
基端外側面が排気ポート３の開口内周面と一体に連結さ
れ、排気ポート３の開口の内周面よりも径方向内方に突
出されている。なお、図１、図２においては説明の便宜
上図５の上下関係とは逆になっている。
【００２２】前記バルブシート１はその外周面と接合段
部４の内周面との間に図２に示すように所定距離ｂ離間
してろう付隙間を有するように配置可能となっている。
又、バルブシート１はその内周面は環状せき部５の内周
面と所定距離ａ（ａ＜ｂ）離間してろう付隙間を有する
ように配置可能となっている。すなわち、バルブシート
１は環状凹部６（接合段部４）に対して偏心してろう付
けされないように環状せき部５により位置決めされるよ
うになっている。なお、環状せき部５とろう付けされな
い場合にはろう付け隙間をなくしてａを０としても良
い。
部４の内周面との間に図２に示すように所定距離ｂ離間
してろう付隙間を有するように配置可能となっている。
又、バルブシート１はその内周面は環状せき部５の内周
面と所定距離ａ（ａ＜ｂ）離間してろう付隙間を有する
ように配置可能となっている。すなわち、バルブシート
１は環状凹部６（接合段部４）に対して偏心してろう付
けされないように環状せき部５により位置決めされるよ
うになっている。なお、環状せき部５とろう付けされな
い場合にはろう付け隙間をなくしてａを０としても良
い。
【００２３】次に、図１に示された排気ポート３の開口
における環状凹部６に対してバルブシート１を接合する
方法について説明する。まず、環状凹部６に対して図４
に示すようにろう材７及び弗化物系フラックス８をセッ
トする。すなわち、ろう材７を環状凹部６の底面上に沿
うように全体に載置するとともに、フラックス８を環状
凹部６に充填する。この実施例では、前記ろう材とし
て、Ａｌ−Ｚｎ系であって、ＡｌにＺｎが７８重量％含
まれる物を使用した。又、弗化物系フラックス８は５５
mol%ＣｓＦ−４５mol%ＡｌＦ3 （活性温度４４０℃〜５
８０℃）のものを使用した。又、図４に示すようにバル
ブシート１を図２に示すろう付け隙間ａ，ｂを有するよ
うに載置する。この後、クランプ等でバルブシート１を
図４において下方へ押圧した状態で、図示しない炉に入
れ、５００℃近傍まで加熱する。なお、炉内における加
熱は窒素雰囲気露点−３０℃以下で行うことが好まし
い。
における環状凹部６に対してバルブシート１を接合する
方法について説明する。まず、環状凹部６に対して図４
に示すようにろう材７及び弗化物系フラックス８をセッ
トする。すなわち、ろう材７を環状凹部６の底面上に沿
うように全体に載置するとともに、フラックス８を環状
凹部６に充填する。この実施例では、前記ろう材とし
て、Ａｌ−Ｚｎ系であって、ＡｌにＺｎが７８重量％含
まれる物を使用した。又、弗化物系フラックス８は５５
mol%ＣｓＦ−４５mol%ＡｌＦ3 （活性温度４４０℃〜５
８０℃）のものを使用した。又、図４に示すようにバル
ブシート１を図２に示すろう付け隙間ａ，ｂを有するよ
うに載置する。この後、クランプ等でバルブシート１を
図４において下方へ押圧した状態で、図示しない炉に入
れ、５００℃近傍まで加熱する。なお、炉内における加
熱は窒素雰囲気露点−３０℃以下で行うことが好まし
い。
【００２４】５００℃近傍まで加熱されると、フラック
ス８は活性化されてバルブシート１、接合段部４、環状
せき部５のろう付けされる面の酸化物除去が行われる。
又、ろう材７が融けてバルブシート１と、接合段部４及
び環状せき部５との間に形成されているろう付け隙間が
ろう材にて充填される。ろう材の充填が完了した後、冷
却し、その後、環状せき部５を切削機等により除去し、
合わせてバルブシート１の３面加工を行う。すなわち、
接合段部４に接していないバルブシート１の内周面α、
シート面β、及びシリンダ室に向かう面γを所定形状に
切削する。
ス８は活性化されてバルブシート１、接合段部４、環状
せき部５のろう付けされる面の酸化物除去が行われる。
又、ろう材７が融けてバルブシート１と、接合段部４及
び環状せき部５との間に形成されているろう付け隙間が
ろう材にて充填される。ろう材の充填が完了した後、冷
却し、その後、環状せき部５を切削機等により除去し、
合わせてバルブシート１の３面加工を行う。すなわち、
接合段部４に接していないバルブシート１の内周面α、
シート面β、及びシリンダ室に向かう面γを所定形状に
切削する。
【００２５】上記の説明では排気ポート３に対してバル
ブシート１をろう付け接合したが、本実施例においては
１気筒における図示しない吸気ポートにおいても同様に
バルブシートをろう付け接合した。そして、４気筒の半
分に従来技術の圧入バルブシートを使用し、残り半分に
前記ろう付けバルブシートを配したシリンダヘッドをエ
ンジンに組付けた。このエンジンを６０００ｒｐｍで回
転させ、バルブの当たり面（シート面β）の測温を行っ
た。その結果、本実施例でのバルブシートでは、平均２
４８℃であるのに対し、従来の圧入バルブシートでは、
平均２８２℃であった。従って、本実施例のろう付けバ
ルブシートの方が冷却に効果があることが確認できた。
ブシート１をろう付け接合したが、本実施例においては
１気筒における図示しない吸気ポートにおいても同様に
バルブシートをろう付け接合した。そして、４気筒の半
分に従来技術の圧入バルブシートを使用し、残り半分に
前記ろう付けバルブシートを配したシリンダヘッドをエ
ンジンに組付けた。このエンジンを６０００ｒｐｍで回
転させ、バルブの当たり面（シート面β）の測温を行っ
た。その結果、本実施例でのバルブシートでは、平均２
４８℃であるのに対し、従来の圧入バルブシートでは、
平均２８２℃であった。従って、本実施例のろう付けバ
ルブシートの方が冷却に効果があることが確認できた。
【００２６】又、上記実施例におけるバルブシート１の
接合強度と、従来の圧入バルブシートとの接合強度とを
比較すると、従来の圧入バルブシートは１kgｆ／mm2 程
度で抜けてしまうが、本実施例では１０倍の接合強度が
得られたことを確認できた。
接合強度と、従来の圧入バルブシートとの接合強度とを
比較すると、従来の圧入バルブシートは１kgｆ／mm2 程
度で抜けてしまうが、本実施例では１０倍の接合強度が
得られたことを確認できた。
【００２７】この実施例ではバルブシート１のろう付け
接合面に対してＮｉ層１ａが形成されているため、バル
ブシート１の鉄とろう材７の拡散によるアルミニウム金
属間化合物の生成が抑制できるとともに、バルブシート
１に対するろう材７の濡れ性が向上し、バルブシート１
とシリンダヘッド２を隙間なくろう付けできる。
接合面に対してＮｉ層１ａが形成されているため、バル
ブシート１の鉄とろう材７の拡散によるアルミニウム金
属間化合物の生成が抑制できるとともに、バルブシート
１に対するろう材７の濡れ性が向上し、バルブシート１
とシリンダヘッド２を隙間なくろう付けできる。
【００２８】又、この実施例では、ろう材はＡｌにＺｎ
が７８重量％含有し、５００℃近傍で加熱しているた
め、ろう材７は湯流れが良く、充填率が高くでき、ろう
付強度や熱伝導率を高くすることができる。
が７８重量％含有し、５００℃近傍で加熱しているた
め、ろう材７は湯流れが良く、充填率が高くでき、ろう
付強度や熱伝導率を高くすることができる。
【００２９】なお、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、下記のように実施してもよい。 （イ）前記実施例では、バルブシート１のＮｉ層１ａは
Ｎｉ−Ｐ無電気メッキにて形成したが、蒸着、スパッタ
リング、ＣＶＤ、溶射、Ｎｉ−Ｂ無電界メッキ、電気メ
ッキ等にて形成してもよい。
ものではなく、下記のように実施してもよい。 （イ）前記実施例では、バルブシート１のＮｉ層１ａは
Ｎｉ−Ｐ無電気メッキにて形成したが、蒸着、スパッタ
リング、ＣＶＤ、溶射、Ｎｉ−Ｂ無電界メッキ、電気メ
ッキ等にて形成してもよい。
【００３０】（ロ）前記実施例では、シートバルブ１の
ろう付け前の前処理としてメッキにより、Ｎｉのコーテ
ィングを行ったが、ろう材の濡れ性を向上するものであ
れば、Ｎｉ以外の金属コーティング処理を行ってもよ
い。
ろう付け前の前処理としてメッキにより、Ｎｉのコーテ
ィングを行ったが、ろう材の濡れ性を向上するものであ
れば、Ｎｉ以外の金属コーティング処理を行ってもよ
い。
【００３１】（ハ）図８に示すようにシリンダヘッド２
に設けられるウォータジャケット１０と接合段部４間と
を連通孔１１にて連通し、バルブシート１のろう付け時
に連通孔１１をろう材７にて塞ぐ構造に形成してもよ
い。こうすることにより、バルブシート１はろう付け隙
間に充填されたろう付け部を介してウォータジャケット
１０内の冷却水にて直冷されることになり、冷却性能の
向上を図ることができる。
に設けられるウォータジャケット１０と接合段部４間と
を連通孔１１にて連通し、バルブシート１のろう付け時
に連通孔１１をろう材７にて塞ぐ構造に形成してもよ
い。こうすることにより、バルブシート１はろう付け隙
間に充填されたろう付け部を介してウォータジャケット
１０内の冷却水にて直冷されることになり、冷却性能の
向上を図ることができる。
【００３２】（ニ）前記実施例では、ろう付け方法は炉
中ろう付けで行ったが、その代わりに図９に示すよう
に、高周波ろう付けで行ってもよい。すなわち、環状凹
部６の周囲に円形状をなすコイル１３を配置し、クラン
プ等にてバルブシート１が下方に押圧された状態で、コ
イル１３により高周波誘導加熱を行う。この状態で、環
状凹部６内のろう材７及び弗化物系フラックス８が５０
０℃まで加熱されることにより、バルブシート１がろう
付けされる。ろう付けが行われた後は、環状せき部５は
前記実施例と同様に除去される。
中ろう付けで行ったが、その代わりに図９に示すよう
に、高周波ろう付けで行ってもよい。すなわち、環状凹
部６の周囲に円形状をなすコイル１３を配置し、クラン
プ等にてバルブシート１が下方に押圧された状態で、コ
イル１３により高周波誘導加熱を行う。この状態で、環
状凹部６内のろう材７及び弗化物系フラックス８が５０
０℃まで加熱されることにより、バルブシート１がろう
付けされる。ろう付けが行われた後は、環状せき部５は
前記実施例と同様に除去される。
【００３３】（ホ）又、抵抗ろう付けで行うことも可能
である。図１０に示すように前記実施例と同様のろう材
７及び弗化物系フラックス８をセットし、シリンダヘッ
ド２の上下に配置した電極１４，１５にてバルブシート
１を加圧し、通電することにより、抵抗発熱でろう材７
を溶かしてろう付けを行う。そして、ろう付けが行われ
た後は、環状せき部５は前記実施例と同様に除去され
る。
である。図１０に示すように前記実施例と同様のろう材
７及び弗化物系フラックス８をセットし、シリンダヘッ
ド２の上下に配置した電極１４，１５にてバルブシート
１を加圧し、通電することにより、抵抗発熱でろう材７
を溶かしてろう付けを行う。そして、ろう付けが行われ
た後は、環状せき部５は前記実施例と同様に除去され
る。
【００３４】前記実施例に基づき特許請求の範囲以外に
把握される技術的思想をその効果とともに記載する。 （１）バルブシートの表面にはＮｉ層がコーテイングさ
れている請求項１に記載のバルブシートの接合方法。Ｎ
ｉ層を備えているため、ろう材の濡れ性が向上し、バル
ブシートとシリンダヘッドを隙間なくろう付けできる。
把握される技術的思想をその効果とともに記載する。 （１）バルブシートの表面にはＮｉ層がコーテイングさ
れている請求項１に記載のバルブシートの接合方法。Ｎ
ｉ層を備えているため、ろう材の濡れ性が向上し、バル
ブシートとシリンダヘッドを隙間なくろう付けできる。
【００３５】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、バルブシートとシリンダヘッド間が金属充填結
合しているため、熱伝導効率が良く、バルブシート温度
を低減できる。そして、バルブシートの温度低下によ
り、耐ノック性を向上することができる。又、圧入バル
ブシートと比較してバルブシートの圧入代が不要となる
ため、バルブシートの肉厚を薄くでき、吸気・排気弁の
径を大きくすることができ、充填効率の向上により、出
力・燃費向上を図ることができる。バルブシートの肉厚
を薄くできることにより、バルブシート材料費の低減を
図ることもできる。
よれば、バルブシートとシリンダヘッド間が金属充填結
合しているため、熱伝導効率が良く、バルブシート温度
を低減できる。そして、バルブシートの温度低下によ
り、耐ノック性を向上することができる。又、圧入バル
ブシートと比較してバルブシートの圧入代が不要となる
ため、バルブシートの肉厚を薄くでき、吸気・排気弁の
径を大きくすることができ、充填効率の向上により、出
力・燃費向上を図ることができる。バルブシートの肉厚
を薄くできることにより、バルブシート材料費の低減を
図ることもできる。
【００３６】請求項２の発明では、シリンダヘッドの融
点以下のろう付温度を得ることができる。請求項３の発
明では、ろう付温度が４７０℃〜５２０℃であるため、
湯流れが良く、充填率も良くなり、ろう付面積が大きく
得られ、ろう付強度やバルブシートの熱伝導効率を高く
することができる。
点以下のろう付温度を得ることができる。請求項３の発
明では、ろう付温度が４７０℃〜５２０℃であるため、
湯流れが良く、充填率も良くなり、ろう付面積が大きく
得られ、ろう付強度やバルブシートの熱伝導効率を高く
することができる。
【００３７】請求項４の発明では、環状せき部により、
環状凹部内に収納配置されたバルブシートが位置決めさ
れて偏心してろう付けされることが防止でき、ろう材や
フラックスが吸気ポート或いは排気ポートへ流出するの
が防止することができる優れた効果を奏する。
環状凹部内に収納配置されたバルブシートが位置決めさ
れて偏心してろう付けされることが防止でき、ろう材や
フラックスが吸気ポート或いは排気ポートへ流出するの
が防止することができる優れた効果を奏する。
【００３８】請求項５の発明では、シリンダヘッド本体
に環状せき部が設けられているため、請求項４の発明に
適しており、バルブシートが位置決めされ、ろう材フラ
ックスの流出が防止できる。
に環状せき部が設けられているため、請求項４の発明に
適しており、バルブシートが位置決めされ、ろう材フラ
ックスの流出が防止できる。
【図１】本発明の一実施例の要部断面図である。
【図２】要部断面図である。
【図３】バルブシートリングの半断面図である。
【図４】ろう付け接合する場合の要部断面図である。
【図５】シリンダヘッドにバルブシートが接合された状
態の断面図である。
態の断面図である。
【図６】Ａｌ−Ｚｎ状態図である。
【図７】充填率とろう付温度との関係を示す特性図であ
る。
る。
【図８】他の実施例の要部断面図である。
【図９】他の実施例を示し、（ａ）は要部断面図、
（ｂ）は平断面図である。
（ｂ）は平断面図である。
【図１０】他の実施例の要部断面図である。
１…バルブシート、２…シリンダヘッド、３…排気ポー
ト、４…接合段部、５…環状せき部、６…環状凹部、７
…ろう材、８…フラックス。
ト、４…接合段部、５…環状せき部、６…環状凹部、７
…ろう材、８…フラックス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 富美男 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 鈴木 憲一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】 アルミニウム製シリンダヘッドに対して
バルブシートを接合する方法において、 Ａｌ−Ｚｎ系ろう材と弗化物系フラックスにより、バル
ブシートをシリンダヘッドに対してろう付け接合するこ
とを特徴とするバルブシートの接合方法。 - 【請求項２】 前記ろう材はＡｌとＺｎとの合計量のう
ちＺｎが７０〜９０重量％含有されている請求項１に記
載のバルブシートの接合方法。 - 【請求項３】 ろう付温度は４７０℃〜５２０℃である
請求項２に記載のバルブシートの接合方法。 - 【請求項４】 シリンダヘッドの環状をなすバルブシー
ト用の接合段部の内周面側に沿うように環状せき部を形
成して接合段部と環状せき部とにより環状凹部を構成し
たシリンダヘッドの同環状凹部内にバルブシートを配置
し、この後、ろう付けし、ろう付けした後環状せき部を
除去することを特徴とするバルブシートの接合方法。 - 【請求項５】 シリンダヘッド本体の環状のバルブシー
ト用の接合段部の内周面側に沿うように環状せき部を設
け、前記環状せき部と接合段部とにより環状凹部を構成
したことを特徴とするシリンダヘッド。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23746294A JPH08100701A (ja) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | バルブシートの接合方法及びその方法に適したシリンダヘッド |
| US08/534,611 US5802716A (en) | 1994-09-30 | 1995-09-27 | Method for bonding a valve seat with a cylinder head |
| EP95115422A EP0705960B1 (en) | 1994-09-30 | 1995-09-29 | A method for bonding a valve seat with a cylinder head |
| DE69502368T DE69502368T2 (de) | 1994-09-30 | 1995-09-29 | Verfahren zur Verbindung eines Ventilsitzringes mit einem Zylinderkopf |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23746294A JPH08100701A (ja) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | バルブシートの接合方法及びその方法に適したシリンダヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08100701A true JPH08100701A (ja) | 1996-04-16 |
Family
ID=17015701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23746294A Pending JPH08100701A (ja) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | バルブシートの接合方法及びその方法に適したシリンダヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08100701A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6222150B1 (en) | 1997-09-16 | 2001-04-24 | Mazda Motor Corporation | Joined metal member and a method and an apparatus for fabricating the same |
| US6323458B1 (en) | 1998-03-31 | 2001-11-27 | Mazda Motor Corporation | Joined metal member and method of joining said member |
| WO2009150296A1 (en) * | 2008-06-12 | 2009-12-17 | Wärtsilä Finland Oy | Method of reconditioning of cylinder head of an internal combustion engine |
| JP2014005783A (ja) * | 2012-06-25 | 2014-01-16 | Mitsubishi Motors Corp | シリンダヘッド構造 |
-
1994
- 1994-09-30 JP JP23746294A patent/JPH08100701A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6222150B1 (en) | 1997-09-16 | 2001-04-24 | Mazda Motor Corporation | Joined metal member and a method and an apparatus for fabricating the same |
| US6323458B1 (en) | 1998-03-31 | 2001-11-27 | Mazda Motor Corporation | Joined metal member and method of joining said member |
| WO2009150296A1 (en) * | 2008-06-12 | 2009-12-17 | Wärtsilä Finland Oy | Method of reconditioning of cylinder head of an internal combustion engine |
| JP2014005783A (ja) * | 2012-06-25 | 2014-01-16 | Mitsubishi Motors Corp | シリンダヘッド構造 |
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