JPH08224683A - シリンダヘッドにおけるバルブシートの肉盛り方法 - Google Patents

シリンダヘッドにおけるバルブシートの肉盛り方法

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JPH08224683A
JPH08224683A JP7033447A JP3344795A JPH08224683A JP H08224683 A JPH08224683 A JP H08224683A JP 7033447 A JP7033447 A JP 7033447A JP 3344795 A JP3344795 A JP 3344795A JP H08224683 A JPH08224683 A JP H08224683A
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cylinder head
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seat
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公男 西村
Hidenobu Matsuyama
秀信 松山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 欠肉や母材希釈あるいはクラック等の欠陥の
発生を防止する。 【構成】 断面円弧状の溝形状のシート面2aのうちそ
の溝幅方向両端部に、そのシート面2aに連続する駄肉
部7,8を予め突出形成する。これにより、シート面2
a上での粉末5の保有容量を増加させるとともに、シー
ト面2aの溝幅方向両端部での熱容量を増大させる。肉
盛り層6を形成した後に、切削加工を施して、バルブシ
ート2を最終加工形状2bに仕上げ、同時に駄肉部7,
8を切削除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のシリンダヘ
ッドにおけるバルブシートの肉盛り方法に関し、さらに
詳しくはバルブシートのシート面の耐熱性,耐摩耗性等
の向上を目的として銅系合金等の肉盛り層を形成する方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】鋼管等の基材の物理的,機械的性質の向
上を目的としたレーザクラッディング法と称される技術
では、例えば特開昭62−183989号公報に示され
ているように、基材表面に要求特性に応じた材料の粉末
を供給しながらレーザビームを照射し、その粉末を一旦
溶融させて固化させることにより肉盛りしてクラッド層
を形成することを基本としている。
【0003】一方、このレーザクラッディング法を応用
して、アルミニウム合金製のシリンダヘッドのバルブシ
ートに銅系合金等の肉盛り層を形成することが行われて
いる。このバルブシートの肉盛り方法は、図2,3に示
すように、加工対象となるアルミニウム合金製のシリン
ダヘッド1のバルブシート2のシート面2aを予め所定
の曲率をもった断面円弧状の溝形状に形成するととも
に、この溝形状の底面に対して垂直な線、すなわちシー
ト面2aの溝形状の曲率の法線aが鉛直方向を指向する
ように、シリンダヘッド1全体を45度傾斜させて図示
外の治具に位置決めクランプし、シート面2aに対し
て、法線aとの間に所定の傾斜角θをもつ粉末供給ノズ
ル4から銅系合金材料等の粉末5を連続供給しながら前
記法線a方向からレーザビーム3を照射する一方、シリ
ンダヘッド1とレーザビーム3とを加工対象となるバル
ブシート2の軸心bを回転中心としてそのバルブシート
2の円周方向に沿って相対回転させることにより、溝形
状のシート面2aに肉盛り加工を行って肉盛り層6を形
成するようにしている。
【0004】そして、前記肉盛り層6が形成されたシリ
ンダヘッド1のバルブシート2は、図4に示すようにそ
の肉盛り層6の一部を切除するような切削加工が後工程
で施されて、製品機能の上で必要とされる最終加工形状
2bに仕上げられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の肉
盛り方法では、図4に示すように、シート面2aの溝形
状の幅方向両端における一方のエッジ部12aから他方
のエッジ部12bまで均一に盛られた粉末5がそのまま
溶融固化して肉盛り層6となるのが理想である。しかし
ながら、シリンダヘッド1自体の粗材段階での加工精度
誤差や図示外の治具に対するシリンダヘッド1の位置決
め精度誤差、あるいはシート面2aに対する粉末5の供
給位置精度誤差等のためにエッジ部12a,12bの末
端まで粉末5が満たされないことがあり、このような場
合には図4に示すように該当するエッジ部12a,12
bの近傍E1またはE2に欠肉部が発生することとなって
好ましくない。
【0006】また、上記のエッジ部12a,12bまで
粉末5が均一に盛られていたとしても、母材側のエッジ
部12a,12bに近い部分ほど熱容量が小さく、かつ
粉末5の厚みが小さいために、レーザビーム3の照射時
にそのエッジ部12a,12bまでもが溶融して、母材
希釈やクラックあるいはポロシティ等の欠陥が発生す
る。すなわち、粉末5が一旦溶融して固化することによ
って形成された肉盛り層6のなかにシリンダヘッド1自
体の母材が溶け込んで希釈されてしまい、これによって
肉盛り層6本来の性能を発揮できなくなるほか、この母
材希釈を原因としてクラックやポロシティの発生を招く
ことになる。なお、ここにいうポロシティとは、母材の
溶融によってできた小さなブローホールの群が肉盛り層
6のなかに封じ込められた状態をいう。
【0007】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、その目的とするところは、欠肉部や母材希
釈、クラックあるいはポロシティ等の欠陥の発生を未然
に防止して、肉盛り加工品質の向上を図ったバルブシー
トの肉盛り方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、シリンダヘッドのバルブシートのシート面を予め断
面凹状の溝形状に形成し、この溝形状の底面に対し垂直
な線が鉛直方向を指向するようにシリンダヘッドを保持
し、前記シート面に肉盛り材料の粉末を供給してこの粉
末の上からレーザビームを照射し、前記シリンダヘッド
とレーザビームとをバルブシートの円周方向に相対回転
させることでシート面の全周に肉盛り層を形成するよう
にしたシリンダヘッドにおけるバルブシートの肉盛り方
法において、前記バルブシートのシート面の内周縁部お
よび外周縁部のうち少なくともいずれか一方に駄肉部を
予め突出形成しておき、肉盛り加工後に該駄肉部を切削
除去することを特徴としている。
【0009】請求項2に記載の発明は、請求項1記載の
構成に加えて、前記バルブシートのシート面の内周縁部
および外周縁部の双方に駄肉部を予め突出形成すること
を特徴としている。
【0010】請求項3に記載の発明は、請求項1または
2に記載の構成に加えて、前記駄肉部が、少なくともシ
ート面の溝形状深さを深くする方向に該溝形状に連続し
て形成されていることを特徴としている。
【0011】請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の
いずれかに記載の構成に加えて、前記駄肉部は、シリン
ダヘッドの鋳造時に予め該シリンダヘッドと一体に形成
されたものであることを特徴としている。
【0012】
【作用】請求項1に記載の発明によると、バルブシート
のシート面の内周縁部および外周縁部のうち少なくとも
いずれか一方に駄肉部を予め突出形成したことにより、
この駄肉部は実質的に溝形状のシート面の溝幅方向両端
のいずれか一方に位置することになる。そして、この駄
肉部があるためにシート面の溝形状における粉末の保有
容量が増加し、シート面のエッジ部まで確実に粉末で覆
われるようになると同時に、駄肉分だけ母材側の熱容量
が増加することになる。したがって、レーザビーム照射
時の母材側の溶融はもちろん、それを原因とする肉盛り
層の母材希釈やクラック、あるいはポロシティ等の欠陥
の発生を未然に防止できるようになる。
【0013】ここで、前記駄肉部は肉盛り加工が完了す
ればその機能の必要性がなくなることから、シート面を
最終製品形状に仕上げる際に同時に切削除去される。
【0014】請求項2に記載の発明によれば、シート面
の内外周縁部の双方に駄肉部があるために、上記の作用
効果が一段と顕著となる。
【0015】請求項3に記載の発明によれば、前記駄肉
部が、シート面の溝形状深さを深くする方向に該溝形状
に連続して形成されているものであるから、特にシート
面上での粉末の保有容量が一段と向上することになる。
【0016】請求項4に記載の発明によれば、シリンダ
ヘッドの鋳造段階で駄肉部が一体に形成されることによ
り、駄肉部を形成するための特別な加工が不要となる。
【0017】
【実施例】図1は本発明の一実施例を示す図であって、
図1〜3と共通する部分には同一符号を付してある。
【0018】図1に示すように、バルブシート2のシー
ト面2aの内外周縁部であって、そのシート面2aの溝
形状の溝幅方向両端部にはそのエッジ部12a,12b
に連続する駄肉部7,8(図1の(A)にクロスハッチ
ングを施した部分)が予め突出形成されている点で従来
のものと異なっている。
【0019】前記シート面2aの外周側の駄肉部7は、
シート面2aの溝形状に連続する面7aを含む断面略三
角形状のものとしてバルブシート2の円周方向に沿って
形成されている一方、シート面2aの内周側の駄肉部8
は同じくシート面2aの溝形状に連続する面8aを含む
断面略矩形状のものとしてバルブシート2の円周方向に
沿って突出形成されている。そして、前記駄肉部7,8
はいずれもシート面2aの溝形状に連続する面7a,8
aを有しているために、そのシート面2aの溝形状の溝
幅および深さとともに図4に示した従来のものよりも大
きくなっている。
【0020】なお、前記駄肉部7,8は、母材であるシ
リンダヘッド1の鋳造時に一体に形成される。
【0021】本実施例では、図1のほか図2,3に示す
ように、従来と同様にシリンダヘッド1を45度傾斜さ
せ、このシリンダヘッド1に加工送りとして0.8m/
minの回転送りを与える一方、シート面2aの溝形状
の曲率の法線aとレーザビーム3の照射方向(光軸)と
を一致させた上で、そのレーザビーム3の照射方向に対
して図3のθとして20°の傾斜角度をもつ粉末供給ノ
ズル4から45g/minで銅系合金材料の粉末をバル
ブシート2のシート面2aに連続供給しながら、レーザ
出力4.0kWで出力モードがリングモードのレーザビ
ーム3を照射して、シート面2aに肉盛り加工を施して
肉盛り層6を形成した。
【0022】前記銅系合金材料の粉末としては、Cu−
15.5%、Ni−14.1%、Co−0.91%、A
l−1.58%、V−1.84%、Nb−2.78%、
Si−残部、の組成のものを使用した。また、図3のレ
ーザビーム照射部から粉末供給ノズル4の先端までの距
離(スタンドオフ)fを10mm、粉末供給ノズル4の
内径Dを3.4mmとした。
【0023】その後、図1の(B)に示すように、前記
肉盛り層6が形成されたバルブシート2にその肉盛り層
6の一部を切除するような切削加工を施して、シート面
2aを最終加工形状2bに仕上げるとともに、前記駄肉
部7,8をカットライン7b,8bから切削除去した。
【0024】その結果、肉盛り層6側への母材の溶け込
みによる母材希釈やクラックおよびポロシティの発生の
全くない肉盛り層6をバルブシート2に形成できること
が確認された。
【0025】このように本実施例によれば、シート面2
aに連続するように形成した駄肉部7,8がシート面2
aの溝形状をその溝幅方向および溝深さ方向に拡大する
ように機能するため、粉末の保有容量の増大のためにシ
ート面2aの溝幅方向の両端エッジ部12a,12bの
外側まで十分に余裕をもって粉末5が満たされることに
なる。したがって、シリンダヘッド1自体の加工精度誤
差や位置決め精度誤差、あるいは粉末供給位置精度誤差
等があったとしても最終的に残るシート面2aの溝幅方
向のエッジ部12a,12bに欠肉が発するようなこと
はない。
【0026】また、上記の駄肉部7,8はシート面2a
の溝幅方向の両端エッジ部12a,12bでの熱容量の
増大にも大きく貢献するために母材の溶融をも阻止でき
るようになり、これによって母材希釈やクラックおよび
ポロシティ等の欠陥の発生を未然に防止できるようにな
る。
【0027】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、バルブ
シートのシート面の内周縁部および外周縁部のうち少な
くともいずれか一方に駄肉部を予め突出形成して、肉盛
り加工後に該駄肉部を切削除去するようにしたことによ
り、シート面における粉末の保有容量の増加とともにそ
のシート面の溝幅方向両端部での母材側の熱容量が増加
することになるため、シリンダヘッド自体の加工精度誤
差等に基づく欠肉を未然に防止できるほか、母材の溶融
を原因とする母材希釈やクラックあるいはポロシティ等
の欠陥の発生を未然に防止して肉盛り加工品質の向上が
図れるようになる。
【0028】特に、請求項2に記載の発明のように、シ
ート面の内周縁部および外周縁部の双方に駄肉部を形成
したり、あるいは請求項3に記載の発明のように、駄肉
部を、シート面の溝形状深さを深くする方向に該溝形状
に連続して形成することにより、上記の効果が一段と顕
著となる。
【0029】請求項4に記載の発明によれば、シリンダ
ヘッドの鋳造段階で駄肉部が予め一体に形成されること
により、駄肉部を形成するための特別の工程が不要で、
工数の削減が図れる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す図で、(A)は肉盛り
加工が施されたバルブシートの断面図、(B)は切削加
工後のバルブシートの断面図。
【図2】従来のバルブシートの肉盛り加工方法を示す断
面説明図。
【図3】図2のA−A線に沿う断面説明図。
【図4】図2の要部拡大図。
【符号の説明】
1…シリンダヘッド 2…バルブシート 2a…シート面 3…レーザビーム 4…粉末供給ノズル 5…粒末 6…肉盛り層 7,8…駄肉部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダヘッドのバルブシートのシート
    面を予め断面凹状の溝形状に形成し、この溝形状の底面
    に対し垂直な線が鉛直方向を指向するようにシリンダヘ
    ッドを保持し、 前記シート面に肉盛り材料の粉末を供給してこの粉末の
    上からレーザビームを照射し、 前記シリンダヘッドとレーザビームとをバルブシートの
    円周方向に相対回転させることでシート面の全周に肉盛
    り層を形成するようにしたシリンダヘッドにおけるバル
    ブシートの肉盛り方法において、 前記バルブシートのシート面の内周縁部および外周縁部
    のうち少なくともいずれか一方に駄肉部を予め突出形成
    しておき、 肉盛り加工後に該駄肉部を切削除去することを特徴とす
    るシリンダヘッドにおけるバルブシートの肉盛り方法。
  2. 【請求項2】 前記バルブシートのシート面の内周縁部
    および外周縁部の双方に駄肉部を予め突出形成すること
    を特徴とする請求項1記載のシリンダヘッドにおけるバ
    ルブシートの肉盛り方法。
  3. 【請求項3】 前記駄肉部が、少なくともシート面の溝
    形状深さを深くする方向に該溝形状に連続して形成され
    ていることを特徴とする請求項1または2記載のシリン
    ダヘッドにおけるバルブシートの肉盛り方法。
  4. 【請求項4】 前記駄肉部は、シリンダヘッドの鋳造時
    に予め該シリンダヘッドと一体に形成されたものである
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のシリ
    ンダヘッドにおけるバルブシートの肉盛り方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10245680B2 (en) 2013-07-01 2019-04-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Cladding method for valve seat and production method for cylinder head
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