JPH08303296A - シリンダヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 下穴を形成せず加熱炉を用いた加熱工程を経
ずに製造工程の簡素化および製造時間の短縮を図る。 【構成】 シリンダヘッド本体１１を鋳造するときに、
加工基準面と、バルブシート母材が接合される接合口を
成形する。鋳造後、前記接合口に表面が金属皮膜によっ
て覆われた焼結合金製円環体からなるバルブシート母材
２０を前記加工基準面に基づいて位置決めして重ねる。
その後、バルブシート母材２０を、前記加工基準面に基
づいて求めた吸・排気弁の弁軸の軸線方向と加圧方向と
を一致させて前記接合口に圧接させる。次に、シリンダ
ヘッド本体１１とバルブシート母材２０との接触部を電
気抵抗により発熱させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、４サイクルエンジンに
用いるシリンダヘッドの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンのシリンダヘッド本体は
主にアルミニウム合金を材料として鋳造によって形成し
ており、このシリンダヘッド本体における吸気弁や排気
弁のバルブフェース面が当接する部位にはバルブシート
を装着していた。このバルブシートは、吸・排気弁が繰
り返し当接するとともに高熱に晒されるために、耐摩耗
性および高温強度に優れた鉄系焼結合金などによって形
成しており、図１８に示すように、シリンダヘッド本体
の吸気ポート、排気ポートの燃焼室側開口部に形成した
下穴に圧入することによって、シリンダヘッド本体に一
体的に固定している。

【０００３】図１８はバルブシートが圧入された従来の
シリンダヘッドのバルブシート圧入部を拡大して示す断
面図で、同図において１はシリンダヘッド本体、２は圧
入型バルブシート、３はバルブシート圧入用下穴を示
す。このバルブシート圧入用下穴３は、シリンダヘッド
本体１のポート開口部に研削加工を施すことによって形
成している。

【０００４】従来の圧入型バルブシート２は、上述した
ようにシリンダヘッド本体１に下穴３を形成した後、シ
リンダヘッド本体１を加熱炉にて加熱し、熱膨張により
下穴３の穴径が拡張した状態でこの下穴３に圧入してい
る。すなわち、このバルブシート２は焼き嵌めによりシ
リンダヘッド本体１に固定している。

【０００５】なお、このようにバルブシート２を高温状
態のシリンダヘッド本体１に圧入するときには、吸・排
気弁の弁軸を支持するバルブガイド（図示せず）もバル
ブガイド下穴に圧入している。このバルブガイド下穴
は、バルブシート用下穴３を機械加工する工程で下穴３
とともに穿設している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、圧入型バル
ブシートを採用したのでは、製造工程の簡素化および製
造時間の短縮を図ることができないという問題があっ
た。これは、第１に、圧入用下穴３はバルブシート２の
接合位置を決定する関係からこれを高精度に形成しなけ
ればならず、機械加工工程に時間がかかり過ぎるからで
ある。第２に、バルブシート２をシリンダヘッド本体１
に固定するに当たって加熱炉を用いた加熱工程が必要に
なるからである。第３に、機械加工後に生じる切粉が前
記加熱炉に入るのを防ぐために、加熱工程以前に例えば
水洗装置を用いた洗浄工程が必要になるからである。

【０００７】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、下穴を形成することなく、しかも、
加熱炉を用いた加熱工程を経ることなくバルブシートを
シリンダヘッド本体に接合し、製造工程の簡素化および
製造時間の短縮を図ることができるようにすることを第
１の目的とする。また、下穴を使用せずにバルブシート
をシリンダヘッド本体に接合するに当たり、ポート開口
部に正確に位置決めできるようにすることを第２の目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係るシリン
ダヘッドの製造方法は、シリンダヘッド本体を鋳造する
ときに、互いに直交する３方向を規定する加工基準面を
成形するとともに、ポート開口部をバルブシート母材が
接合される接合口の形状に成形し、鋳造後、前記ポート
開口部に、表面が金属皮膜によって覆われた焼結合金製
円環体からなるバルブシート母材を前記加工基準面に基
づいて位置決めして重ね、しかる後、このバルブシート
母材を、前記加工基準面に基づいて求めた吸・排気弁の
弁軸の軸線方向と加圧方向とを一致させて前記ポート開
口部に圧接させ、次いで、シリンダヘッド本体とバルブ
シート母材との接触部を電気抵抗により発熱させるもの
である。

【０００９】第２の発明に係るシリンダヘッドの製造方
法は、シリンダヘッド本体を鋳造するときに、互いに直
交する３方向を規定する加工基準面を成形するととも
に、ポート開口部をバルブシート母材が接合される接合
口の形状に成形し、鋳造後、前記加工基準面に基づいて
決定した加工位置においてシリンダヘッド本体の各種の
構成部材用孔を穿設し、次いで、前記ポート開口部に、
表面が金属皮膜によって覆われた焼結合金製円環体から
なるバルブシート母材を前記孔を利用して位置決めして
重ね、しかる後、このバルブシート母材を、前記孔を利
用して吸・排気弁の弁軸の軸線方向と加圧方向とを一致
させて前記ポート開口部に圧接させ、次いで、シリンダ
ヘッド本体とバルブシート母材との接触部を電気抵抗に
より発熱させるものである。

【００１０】第３の発明に係るシリンダヘッドの製造方
法は、シリンダヘッド本体を鋳造するときに、互いに直
交する３方向を規定する加工基準面を成形し、鋳造後、
前記加工基準面に基づいてポート開口部と各種の構成部
材用孔の加工位置を決定し、ポート開口部をバルブシー
ト母材が接合される接合口の形状に形成するとともに前
記構成部材用孔を穿設し、次いで、前記ポート開口部
に、表面が金属皮膜によって覆われた焼結合金製円環体
からなるバルブシート母材を前記孔を利用して位置決め
して重ね、しかる後、このバルブシート母材を、前記孔
を利用して吸・排気弁の弁軸の軸線方向と加圧方向とを
一致させて前記ポート開口部に圧接させ、次いで、シリ
ンダヘッド本体とバルブシート母材との接触部を電気抵
抗により発熱させるものである。

【００１１】

【作用】第１の発明ないし第３の発明によれば、バルブ
シート母材をポート開口部に圧接させて両者の接触部を
電気抵抗により発熱させると、前記両者が互いに圧接さ
れる接触部の界面の温度が上昇してこの界面の原子が相
互に拡散するようになる。この結果、前記界面付近に、
バルブシート母材の皮膜の材料金属とシリンダヘッド本
体の材料金属との共晶合金からなる層が生成される。

【００１２】この共晶合金層は液相への変態温度が低い
ことから前記抵抗熱によって液相へ変わり、バルブシー
ト母材が押し付けられかつ加熱されることにより塑性流
動を起こしたシリンダヘッド本体の材料金属とともに接
合部から排出される。これにより、バルブシート母材の
焼結合金がシリンダヘッド本体の材料金属に触れて両者
の原子が相互に拡散することになり、この状態でバルブ
シート母材がポート開口部内に埋没しシリンダヘッド本
体に接合する。

【００１３】第１の発明によれば、バルブシート母材を
シリンダヘッド本体に接合するに当たり、バルブシート
を圧入する場合に較べてバルブシート接合以前にシリン
ダヘッド本体に機械加工を施す工程が不要になるととも
に、バルブシートを接合することを目的として加熱炉に
よりシリンダヘッド本体を加熱する加熱工程が不要にな
る。その上、前記両工程が不要になることにより洗浄工
程も不要になる。

【００１４】圧入型バルブシートでは高精度に形成され
た下穴がガイドになるのでバルブシートを圧入するとき
の位置決めや圧入方向の規制を行うための特別なガイド
孔が不要である。しかし、圧入構造を採らない本発明の
接合方法では、ポート開口部の位置にバルブシート母材
を位置決めするとともにバルブシート母材を弁軸の方向
に加圧するために何らかのガイドが必要になる。第２の
発明によれば、バルブシート母材をシリンダヘッド本体
に接合するに当たり、バルブシートを圧入する場合に較
べてバルブシート接合以前にバルブシート専用のガイド
孔を穿設する工程が不要になる。これとともに、バルブ
シートを接合することを目的として加熱炉によりシリン
ダヘッド本体を加熱する加熱工程と、加熱炉にシリンダ
ヘッド本体を装填する際に異物を除去することを目的と
した洗浄工程も不要になる。

【００１５】第３の発明によれば、バルブシート母材を
シリンダヘッド本体に接合するに当たり、バルブシート
接合以前にバルブシート専用のガイド孔を穿設する工程
が不要になる。これとともに、バルブシートを接合させ
ることを目的として加熱炉によりシリンダヘッド本体を
加熱する加熱工程と、加熱炉にシリンダヘッド本体を装
填する際に異物を除去することを目的とした洗浄工程も
不要になる。これに加え、シリンダヘッド本体における
バルブシート母材が接合される接合口と前記構成部材用
孔とは、共通の加工基準面に対して位置決めされて加工
されており、両者の位置関係は鋳造時の公差の影響を受
けることがない。

【００１６】

【実施例】

実施例１ 本発明の実施例を説明するに当たり、工程数が最も多く
なる第３の発明に係るシリンダヘッドの製造方法を最初
に図１ないし図１２を用いて説明する。図１は本発明に
係る製造方法によりバルブシートが接合されたシリンダ
ヘッドのバルブシート部の断面図、図２はバルブシート
母材をポート開口部に重ねた状態を示す断面図で、同図
はシリンダヘッド本体およびバルブシート母材の一部の
みを拡大して描いてある。

【００１７】図３は本発明に係るシリンダヘッドの製造
方法を実施するために用いるプレス装置の正面図、図４
は同じく側面図、図５はバルブシート母材に電極を当接
させた状態を示す断面図である。図６は加圧力パター
ン、電流値パターンおよび沈み量を示すグラフ、図７は
バルブシート母材の皮膜の材料金属とシリンダヘッド本
体の材料金属からなる合金層が生成されている状態を示
す断面図、図８はシリンダヘッド本体の材料金属が塑性
流動を起こしている状態を示す断面図、図９はバルブシ
ート母材がシリンダヘッド本体に埋没した状態を示す断
面図、図１０はバルブシート部を仕上げ加工した状態を
示す断面図である。図１１はシールドを使用する場合の
例を示す平面図、図１２は第３の発明に係るシリンダヘ
ッドの製造方法を説明するための工程図である。

【００１８】これらの図において、１１は４サイクルエ
ンジンのシリンダヘッド本体で、このシリンダヘッド本
体１１は、アルミニウム合金を材料として鋳造すること
によって形成しており、ドーム状の燃焼室形成用凹部１
２を下面に開口するように形成するとともに、この凹部
１２に一端が開口する吸気ポート１３および排気ポート
１４を形成している。また、このシリンダヘッド本体１
１を鋳造するときには、シリンダボディ側端面と平行な
方向を含み互いに直交する３方向を規定する加工基準面
を成形している。

【００１９】この加工基準面は、例えば前記燃焼室形成
用凹部１２と、図示していないカムチェーン室の内壁面
などとに形成する。前記凹部１２に設ける加工基準面
は、凹部１２の点火プラグ穴（図示せず）を開口させる
部位をシリンダヘッドの上方へ向けて部分的に凹陥させ
るようにして形成する。なお、チェーン室の内壁面など
に設ける加工基準面も前記凹部１２に設ける場合と同様
にチェーン室内壁面を部分的に凹陥させることによって
形成する。

【００２０】前記吸気ポート１３および排気ポート１４
の上壁部分にバルブガイド１５，１６を介して吸気弁１
７および排気弁１８をそれぞれ装着し、両ポート１３，
１４の開口部に後述するバルブシート１９をそれぞれ接
合している。なお、前記バルブガイド１５，１６は、シ
リンダヘッド本体１１に機械加工により穿設したバルブ
ガイド下穴１１ａに圧入し固定している。このバルブガ
イド下穴１１ａはその軸線Ｃが吸気ポート１３および排
気ポート１４の開口部１３ａ，１４ａの軸線と一致する
ように形成している。バルブガイド下穴用加工機を前記
開口部１３ａ，１４ａに対して位置決めするに当たって
は、シリンダヘッド本体１１に鋳造時に設けた前記加工
基準面に基づいて行っている。

【００２１】図１に示したバルブシート１９は、円環状
に形成したバルブシート母材を本発明のシリンダヘッド
の製造方法によってシリンダヘッド１１に接合させ、仕
上げ加工を施した後のものである。前記バルブシート母
材を図２中に符号２０によって示す。バルブシート母材
２０は、鉄系焼結合金製円環体２１の表面を銅皮膜２２
によって覆うことによって形成している。

【００２２】前記円環体２１の材料としては、本実施例
では鉄系焼結合金材料に、後述する通電時に内部で抵抗
熱が生じ難いようにする観点から銅を溶浸させたものを
採用している。また、前記銅皮膜２２は、膜厚が０．１
μｍ〜３０μｍとなるように円環体２１に電気めっきを
施すことによって形成している。なお、シリンダヘッド
本体１１を形成するアルミニウム合金は、本実施例では
ＪＩＳにＡＣ４Ｃとして規定される材料を用いた。

【００２３】このバルブシート母材２０は、図２に示す
ように、吸気ポート１３や排気ポート１４の開口部１３
ａ，１４ａに重ねた状態で外周面の一部がこの開口部１
３ａ，１４ａ内に臨む形状に形成している。なお、図２
ではシリンダヘッド本体１１の下面（燃焼室形成用凹部
１２が開口する面）を上方に向けている。詳述すると、
バルブシート母材２０の外周面をシリンダヘッド本体１
１側に向かうにしたがって次第にこのバルブシート母材
２０の外径が細くなるように傾斜させ、かつ底面２０ｂ
をこのバルブシート部材１０の軸心へ向かうにしたがっ
て次第にシリンダヘッド本体１１側に偏在するように傾
斜させ、これら外周面２０ａと底面２０ｂとが互いに連
なる外面を凸曲面となるように形成している。図２にお
いてはこの凸曲面に符号２０ｃを付した。

【００２４】一方、前記開口部１３ａ，１４ａにおける
前記凸曲面２０ｃと対向する部位には、吸・排気ポート
１３，１４の内径が部分的に細くなるように凸状部２３
を形成している。この凸状部２３は鋳造後のシリンダヘ
ッド本体１に機械加工を施すことによって形成してい
る。なお、この凸状部２３が本発明に係る接合口を構成
している。

【００２５】すなわち、このバルブシート母材２０を前
記開口部１３ａ，１４ａに図２に示したように重ねるこ
とによって、その凸曲面２０ｃがシリンダヘッド本体１
１の凸状部２３に当接するように構成している。なお、
バルブシート母材２０の内周面は、シリンダヘッド本体
１１側に向かうにしたがってこのバルブシート母材２０
の内径が小さくなるように傾斜した傾斜面２０ｄと、こ
の傾斜面２０ｄの内周側端部から軸方向と平行に延在す
る軸方向延在面２０ｅとから形成している。

【００２６】このように構成したバルブシート母材２０
をシリンダヘッド本体１１の前記開口部１３ａ，１４ａ
に接合するには、図３および図４に示すプレス装置２４
を使用して行う。このプレス装置２４は、基台２５の下
部に下部プラテン２６を固定し、この下部プラテン２６
の上方に、この下部プラテン２６に対して接離するよう
に上部プラテン２７を昇降自在に配設している。この上
部プラテン２７は、基台上部に軸線が上下方向を向くよ
う取付けたシリンダ装置２８の作用端となるロッド２８
ａの下端に固定している。

【００２７】前記下部プラテン２６および上部プラテン
２７はそれぞれ導電部材２６ａ，２７ａを介して図示し
ていない給電装置から給電される構造になっている。な
お、上部プラテン２７に接続した導電部材２７ａは、上
部プラテン２７の昇降動作に合わせて変形あるいは昇降
するように構成している。また、本実施例では、上部プ
ラテン２７が陽極となり下部プラテン２６が陰極となる
ように構成している。

【００２８】また、前記シリンダ装置２８を支持する基
台上部には、上部プラテン２７の前部に固定した反射部
材２９にレーザー光を反射させてこの反射部材２９との
距離から上部プラテン２７の変位量を測定するレーザー
変位計３０が取り付けてある。

【００２９】このプレス装置２４を使用してバルブシー
ト母材２０を接合するには、先ず、前記下部プラテン２
６上に下側電極３１を固定し、この下側電極３１上にシ
リンダヘッド本体１１を載置固定して行う。このとき、
シリンダヘッド本体１１は、燃焼室形成用凹部１２側を
上方に向け、かつバルブシート母材２０を接合するポー
トの開口部での軸線が前記シリンダ装置２８のロッド２
８ａの軸線と一致するように位置決めしておく。

【００３０】次に、図５に示すように、バルブシート母
材２０を接合するポートのバルブガイド下穴１１ａにガ
イド棒３２を燃焼室形成用凹部１２側から嵌挿する。こ
のガイド棒３２は、金属製丸棒３２ａの外周面にアルミ
ナなどの絶縁材３２ｂを被覆させて形成しており、バル
ブガイド下穴１１ａに嵌合させストッパー３２ｃによっ
て位置決め保持させた状態で、シリンダヘッド本体１１
の燃焼室側端面より上方に突出する長さに形成してい
る。前記絶縁材３２ｂの形成方法は、本実施例ではアル
ミナなどのセラミック材を丸棒３２ａに溶射し、その
後、研磨仕上げする手法を採っている。

【００３１】その後、バルブシート母材２０をポート開
口部に重ね、このバルブシート母材２０に上側電極３３
を載せる。この上側電極３３は、金属製円柱体の軸心部
に前記ガイド棒３２が嵌合する透孔３３ａを穿設してお
り、その下端部に、バルブシート母材２０の前記傾斜面
２０ｄ（図２）に密接するテーパー面３３ｂと、軸方向
延在面２０ｅに全周にわたり密接する位置決め用周面３
３ｃとを形成している。また、この上側電極３３の下端
部には、バルブシート母材２０を磁気吸着させるための
磁性体３３ｄが固着させてある。

【００３２】すなわち、前記透孔３３ａに前記ガイド棒
３２を嵌合させることにより、この上側電極３３がシリ
ンダヘッド本体１１のポート開口部と同軸上に位置づけ
られ、前記テーパー面３３ｂおよび周面３３ｃをバルブ
シート母材２０に密接させることにより、このバルブシ
ート母材２０が嵌合によってポート開口部と同軸となる
ように位置決めされる。

【００３３】このようにバルブシート母材２０に上側電
極３３を載せた後、上側電極３３を回転させてバルブシ
ート母材２０が確実に嵌合しているか否かを検査する。
しかる後、シリンダ装置２８を駆動して上部プラテン２
７を下降させ、前記上側電極３３に密着させる。このと
き、上部プラテン２７の下面と上側電極３３の上面とが
互いに平行になるようにする。

【００３４】次に、前記シリンダ装置２８を駆動して上
部プラテン２７を下降させ、上側電極３３を介して前記
バルブシート母材２０を一定な押圧力をもってシリンダ
ヘッド本体１１に押し付ける。このときにバルブシート
母材２０に加えられる押圧力の方向は、上側電極３３が
ガイド棒３２によって移動方向が規制されている関係か
ら、ポート開口部１３ａ，１４ａの軸線方向と一致す
る。このため、バルブシート母材２０はポート開口部１
３ａ，１４ａに軸線を一致させた状態でこの軸線に沿っ
て押し付けられることになる。この押圧力は、図６中に
実線で示す押圧力パターンに基づいて変化させる。すな
わち、相対的に低い一定の第１押圧力Ｐ１を接合工程初
期に加え、その後は下降終了まで相対的に高い一定の第
２押圧力Ｐ２を加える。

【００３５】第１押圧力Ｐ１による加圧を開始した後、
上部プラテン２７が安定したときに、前記レーザー変位
計３０によりこれと反射部材２９までの距離を測定し、
この距離を上部プラテン２７の下降開始位置として記録
する。また、第１押圧力Ｐ１による加圧開始から図６に
示すように時間Ｔ１が経過した後、前記上部プラテン２
７および下部プラテン２６に電圧を印加し、これら両プ
ラテンの間、すなわち上側電極３３、バルブシート母材
２０、シリンダヘッド本体１１および下側電極３１に電
流を流す。このとき、電流は上側電極３３からシリンダ
ヘッド本体１１へ向けて流れる。このときの電流値も図
６中に波線で示す電流値パターンに基づいて変化させ
る。すなわち、電流値が増大した後に一度電流値を０付
近まで低下させ、その後さらに電流値を増大させて接合
終期において前記押圧力を加えている途中で電流値を０
とする。

【００３６】このとき、バルブシート母材２０は図２に
示すように凸曲面２０ｃがシリンダヘッド本体１１の凸
状部２３に当接しており、これら両者どうしが接触する
部分の面積がきわめて小さいことから、上述したように
通電されると電気抵抗が大きくなってこの接触部が発熱
するようになる。この熱はバルブシート母材２０とシリ
ンダヘッド本体１１との接触界面の全体に伝導する。

【００３７】このようにバルブシート母材２０とシリン
ダヘッド本体１１との接触界面の温度が上昇すると、固
相状態で互いに圧接し合う材料金属（銅皮膜２２の銅お
よびシリンダヘッド本体１１のアルミニウム合金）の原
子が活発に運動するようになり、これらの原子どうしが
相互に拡散するようになる。なお、シリンダヘッド本体
１１の表面に生成されているアルミニウムの酸化皮膜が
この原子拡散に対してどの程度拡散を阻止するかは不明
である。

【００３８】上述したように原子の相互拡散が起こるこ
とにより、界面付近の組成は、銅皮膜２２を構成する銅
と、シリンダヘッド本体１１のアルミニウム合金との共
晶合金になり、純銅より低い温度で固相から液層に変わ
ることができる状態になる。このときの界面付近の状態
を図７に模式的に示す。図７においては、原子の相互拡
散が起こり前記共晶合金層が生成されている部位を符号
Ａで示す。

【００３９】前記界面付近の温度がさらに上昇し、前記
共晶合金層の一部が液相に変化するようになると原子の
拡散現象は一層活発となり、この共晶合金層が成長して
これに伴なって固相と液相との界面が拡大する。この共
晶合金層の液相化が進行する一方、共晶合金層に隣接す
るシリンダヘッド本体１１のアルミニウム合金は、バル
ブシート母材２０が押し付けられていることと前記抵抗
熱により昇温されていることとによって、塑性流動（塑
性変形）を起こす。

【００４０】この塑性流動は最初の接触部を中心にして
図７において上下方向に略対称となるように生じるた
め、液相化した前記共晶合金は前記塑性流動に乗じて図
８に示すように接触部の外に排除される。図８において
共晶合金の排除された部分を符号Ｂで示す。また、この
ときには、バルブシート母材２０の銅皮膜２２の一部が
共晶合金化されて接触部から排除されることにより、円
環体２１の一部がアルミニウム合金に触れるようになっ
てこれらの間でも原子の拡散現象が起こる。この拡散現
象が生じている部位を図８中に符号Ｃで示す。

【００４１】このように共晶合金層の一部が接触部から
排除されることと、アルミニウム合金が塑性流動を起こ
すこととにより、図６中にＴ２で示すときにバルブシー
ト母材２０がシリンダヘッド本体１１内に沈み込み始め
ることになる。このようにバルブシート母材２０が沈み
込み始めてから図６中に示す時間Ｔ３に達したときに押
圧力を増大させて前記第２押圧力Ｐ２とする。

【００４２】押圧力が増大することによりアルミニウム
合金の塑性流動量が増大し、これに伴って共晶合金の排
除量が増量される。この結果、接触部の未反応部分にお
いて新たに銅−アルミニウム合金からなる共晶合金が生
成され、上述した現象が繰り返されてこの共晶合金層が
液相化しさらに排除される。これとともに、円環体２１
の材料である鉄系焼結合金とアルミニウム合金との界面
で原子が相互に拡散する領域も拡がる。

【００４３】第２押圧力Ｐ２による押圧を開始してから
図６に示す時間Ｔ４に達したときに、電流値を一度０付
近まで低下させ、さらに元の値まで上昇させる。電流値
を低下させることにより発熱が一時抑えられることにな
り、塑性流動が抑えられて図６に示すようにバルブシー
ト母材２０の沈み込み量の増加割合が一時低下する。こ
のように電流値を一時的に低下させるのは、アルミニウ
ム合金が熱により溶融してしまうのを防ぐためである。

【００４４】電流値を上述したように元の値まで上昇さ
せた後、時間Ｔ５に達してから時間Ｔ６に達するまでの
間に徐々に低下させて０とする。電流が流れている間は
勿論、通電が断たれた後も反応不能温度まで温度が低下
するまでは前記反応が進行し、共晶合金層の生成→液層
化→塑性流動に伴なう排除、という現象と、鉄系焼結合
金とアルミニウム合金との原子相互拡散という現象が同
時に起こりながらバルブシート母材２０が沈み込み続
け、図９に示すようにその外周面の略全域がシリンダヘ
ッド本体１１内に埋没するようになる。

【００４５】この沈み込み量が図６に示すように略増加
しなくなったとき（時間Ｔ７で示すとき）にシリンダ装
置２８による押圧を停止し、レーザー変位計３０によっ
てこれと反射部材２９との距離から上部プラテン２７の
最終位置を求めた後に上部プラテン２７を上昇させ、シ
リンダヘッド本体１１をプレス装置２４から取外す。な
お、平均電流値や総通電時間も全工程が終了するまでの
間に求めておく。

【００４６】次に、上部プラテン２７の下降開始位置か
ら最終位置までの高低差を算出することによりバルブシ
ート母材２０の総沈み量を求める。この値が予め定めた
許容値Ｄ（図６参照）の範囲内でないときには接合不良
とみなす。前記許容値Ｄとしては、本実施例では約０．
５mm〜約２mmとした。なお、許容値Ｄはシリンダヘッド
本体１１の材料によっても異なるが、約１mm〜１．５mm
とすることが好ましい。

【００４７】上記沈み量判定に合格したシリンダヘッド
は、前記平均電流値や総通電時間が許容値の範囲内であ
るか否かによっても良否を判定し、この判定結果が良好
であると判定されたときであって後述する抜き取り検査
に合格したロットのものであるときに限りバルブシート
母材２０の最終仕上げ加工を施す。

【００４８】前記抜き取り検査は、例えばバルブシート
母材２０の製造ロット毎に行い、接合終了後の図９に示
した状態にあるバルブシート母材２０にシリンダヘッド
本体１１から離間する方向に沿って引張り力を加えるこ
とによって行う。詳述すると、バルブシート母材２０の
底面２０ｂ（図２）の内周側縁部に治具を掛止させ、こ
の治具に引張り試験機（図示せず）によって前記方向に
沿う張力を付与し、バルブシート母材２０がシリンダヘ
ッド本体１１から剥離するときの荷重が予め定めた使用
限界剥離荷重を上回っているときに良品であると判定す
る。

【００４９】また、単にバルブシート母材２０を上述し
たように引っ張る剥離試験を行うだけでなく、加熱保持
試験やヒートショック試験を行ってもよい。加熱保持試
験は、図９の状態のシリンダヘッド本体１１を大気雰囲
気の３００℃加熱炉中に２４〜２００時間放置し、空冷
した後に前記剥離試験を行う。ヒートショック試験は、
図９の状態のシリンダヘッド本体１１を大気雰囲気の３
００℃加熱炉中で３００℃まで昇温させ、炉から取出し
て直ちに０℃の氷水に浸漬する。これを１０回繰り返
し、氷水に浸漬させて冷却した度毎にバルブシート母材
２０の剥離、割れなどの有無を確認し最後に前記剥離試
験を行う。

【００５０】シリンダヘッドの最終仕上げ加工は、図９
に示すようにバルブシート母材２０が接合されたシリン
ダヘッド本体１１から不要部分を図１０に示すように例
えば研削によって除去することによって行う。この最終
仕上げ加工を行うことにより円環体２１の不要部および
銅皮膜２２が除去され、図１０中に符号Ｃで示す原子の
拡散領域を介してシリンダヘッド本体１１に接合された
バルブシート１９が得られる。

【００５１】上述したように形成したシリンダヘッドに
おけるシリンダヘッド本体１１のアルミニウム合金とバ
ルブシート１９の鉄系焼結合金との間の金属学的接合
は、原子の拡散を伴わず材料としては不連続な状態とな
っている機械的接合とは本質的に異なるものである。し
かも、界面での電気抵抗による発熱を利用して双方の材
料を局部的に溶融させ合金溶液とした後、通電を中止す
ることで冷却凝固させる抵抗熱溶着のような金属学的接
合とも異なるものである。

【００５２】すなわち、本実施例のシリンダヘッドにお
ける金属学的接合は、異種材料の間に溶融反応層を残存
させることなく行われるものであり、双方の材料の界面
での原子の相互拡散を通じて連続的な構造を創成すると
いうものである。

【００５３】なお、上述したようにバルブシート母材２
０をシリンダヘッド本体１１に接合させるに当たって、
通電により生じる磁場の影響を受けて接合部から共晶合
金が特定の方向に排除される場合には、図１１に示すよ
うにシールド３４を上側電極３３の近傍に配置すること
が好ましい。

【００５４】図１１はシールドを使用する場合の例を示
す平面図で、同図は上側電極３３をバルブシート母材２
０とともにシリンダヘッド本体１１に装着した状態を示
している。同図において前記図１ないし図１０で説明し
たものと同一もしくは同等部材については、同一符号を
付し詳細な説明は省略する。シールド３４は、本実施例
では鉄系強磁性体によって縦割り円筒状に形成し、外周
面の頂部がプレス装置２４の基台２５を指向するように
配設している。基台２５が位置している方向を同図にお
いては矢印で示している。このようにシールド３４を使
用することによって、通電時に磁場が生じたときにその
磁力線の方向および量を制御することができ、その結
果、共晶合金が接合部から排除される方向を制御するこ
とができる。

【００５５】ここで、上述した手法によりバルブシート
母材２０をシリンダヘッド本体１１に接合するときのシ
リンダヘッドの製造手順を図１２によって説明する。先
ず、図１２中にステップ１０１で示すように、シリンダ
ヘッド本体１１の鋳造時に加工基準面を成形する。その
後、ステップ１０２でポート開口部１３ａ，１４ａに接
合口としての凸状部２３を形成し、ステップ１０３にて
バルブガイド下穴１１ａを形成する。これらの機械加工
を行うときの位置決めは前記加工基準面を利用する。

【００５６】次に、ステップ１０４にてバルブシート母
材２０を位置決めする。このときには、機械加工後のシ
リンダヘッド本体１１を前記プレス装置２４に装着し、
上述したようにガイド棒３２および上側電極３３を使用
してバルブシート母材２０をポート開口部１３ａ，１４
ａに位置決めする。なお、この位置決め工程の直前にス
テップ１０５で示すように、機械加工時に生じる切粉を
除去することを目的として洗浄工程を加えてもよい。こ
の洗浄工程では、シリンダヘッド本体１１を水洗した
り、圧縮空気を機械加工部に吹き付けて気吹き清掃を行
なう。

【００５７】その後、ステップ１０６にてバルブシート
母材２０をプレス装置２４によってシリンダヘッド本体
１１に押し付け、バルブシート母材２０とシリンダヘッ
ド本体１１との間に通電する。この工程によりバルブシ
ート母材２０がシリンダヘッド本体１１に接合される。

【００５８】上述したようにバルブシート母材２０を接
合した後、ステップ１０７にてシリンダヘッド本体１１
のバルブガイド下穴１１ａにバルブガイド１５，１６を
圧入する。本実施例では、冷間でバルブガイド１５，１
６を圧入している。なお、従来のように焼き嵌め構造を
とる場合には、このバルブガイド圧入工程１０７の直前
に熱工程１０８を加える。この熱工程１０８では、シリ
ンダヘッド本体１１を加熱炉によって昇温させる場合
と、シリンダヘッド本体１１には熱を加えずにバルブガ
イド１５，１６を冷却し収縮させる場合とがある。

【００５９】バルブガイド１５，１６を圧入した後、ス
テップ１０９にてバルブシート母材２０を粗加工し、次
いでステップ１１０にてバルブシート１９およびバルブ
ガイド１５，１６を仕上げ加工し、後工程へ進む。この
後工程では、バルブシート１９に吸・排気弁１７，１８
を着座させてシール検査を行う検査工程や、カム軸用軸
受部の加工を行う。この軸受部を加工する工程は、本実
施例に示したようにバルブシート１９やバルブガイド１
１５，１６を仕上げた後に行う他に、加工装置の配置如
何によっては前記バルブガイド下穴加工工程１０３やバ
ルブガイド圧入工程１０７の前後に位置づけてもよい。

【００６０】なお、バルブシート母材２０の接合工程と
バルブガイド１５，１６の圧入工程の順序は前後逆とす
ることもできる。この場合には、図１２中のバルブガイ
ド下穴加工工程１０３の次にバルブガイド１５，１６を
圧入し（ステップ１０７）、その後、バルブシート母材
２０の位置決め（ステップ１０４）、バルブシート母材
２０の加圧・通電（ステップ１０６）を順次行う。な
お、バルブガイド１５，１６を圧入する以前には、洗浄
工程１０５や、シリンダヘッド本体１１の加熱やバルブ
ガイド１５，１６の冷却を行う熱工程１０８を加えるこ
ともできる。

【００６１】このような手順によりシリンダヘッドを製
造すると、バルブガイド下穴１１ａを利用してバルブシ
ート母材２０を接合口に位置決めするから、バルブシー
トを圧入する場合に較べてバルブシート接合以前にバル
ブシート専用のガイド孔を穿設する工程が不要になる。
これとともに、バルブシートを接合することを目的とし
て加熱炉によりシリンダヘッド本体１１を加熱する加熱
工程と、加熱炉にシリンダヘッド本体１１を装填する際
に異物を除去することを目的とした洗浄工程も不要にな
る。

【００６２】また、シリンダヘッド本体１１におけるバ
ルブシート母材２０が接合される接合口とバルブガイド
下穴１１ａとは、共通の加工基準面に対して位置決めし
た状態で加工しており、両者の位置関係は鋳造時の公差
の影響を受けることがない。

【００６３】実施例２ 上述した実施例ではバルブシート母材２０をポート開口
部１３ａ，１４ａに位置決めするに当たりバルブガイド
下穴１１ａを使用したが、この位置決めをするときの基
準としては、シリンダヘッドの構成部材を組み付ける孔
であればどのような孔でも利用することができる。例え
ば、シリンダヘッド本体１１をシリンダボディ（図示せ
ず）に位置決めするためのノックピン（図示せず）を嵌
入させるノックピン孔（図示せず）を利用することもで
きる。このノックピン孔を利用してバルブシート母材２
０を位置決めし加圧するときのシリンダヘッドの製造手
順を図１３によって説明する。

【００６４】図１３はノックピン孔を利用してバルブシ
ート母材を機械加工後の接合口に位置決めするときのシ
リンダヘッドの製造手順を示す工程図である。同図にお
いて前記図１ないし図１２で説明したものと同一もしく
は同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省
略する。ノックピン孔を利用して位置決めする場合に
は、ステップ１０２にてバルブシート母材接合口を加工
した後、ステップ１２０で示すようにノックピン孔加工
を行い、その後、ステップ１０４，１０６にてバルブシ
ート母材２０の位置決め、バルブシート母材２０の加圧
・通電を行う。このとき、ノックピン孔を利用してバル
ブシート母材２０を接合口に位置決めし、加圧方向を規
定する。

【００６５】このようにバルブシート母材２０をシリン
ダヘッド１１に接合した後、ステップ１０３にてバルブ
ガイド下穴１１ａを加工する。この加工を行うときに
も、前記ノックピン孔を利用して位置決めする。その後
は、ステップ１０７で示すバルブガイド圧入工程、ステ
ップ１０９で示すバルブシート母材粗加工工程、ステッ
プ１１０で示すバルブシート母材・バルブガイド仕上げ
加工工程を経て後工程に至る。

【００６６】なお、上述したようにノックピン孔を利用
して位置決めを行う場合であってもバルブシート接合工
程とバルブガイド圧入工程とは前後逆にすることができ
る。すなわち、この場合には、図１３中にステップ１２
０で示すノックピン孔加工工程が終了した後、ステップ
１０３で示すバルブガイド下穴加工工程→ステップ１０
７で示すバルブガイド圧入工程→ステップ１０４で示す
バルブシート母材位置決め工程→ステップ１０６で示す
バルブシート母材加圧・通電工程→ステップ１０９で示
すバルブシート母材粗加工工程→ステップ１１０で示す
バルブシート母材・バルブガイド仕上げ加工工程という
工程を経て後工程に至る。このように構成しても前記実
施例１と同等の効果が得られる。

【００６７】実施例３ 以下、第１の発明に係るシリンダヘッドの製造方法を図
１４によって詳細に説明する。図１４は第１の発明に係
るシリンダヘッドの製造方法を説明するための工程図
で、同図において前記図１ないし図１３で説明したもの
と同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳
細な説明は省略する。

【００６８】第１の発明に係るシリンダヘッドの製造方
法では、図１４のステップ２０１に示すように、シリン
ダヘッド本体１１を鋳造するときに加工基準面と、バル
ブシート母材２０を接合する接合口とを成形する。鋳造
後、ステップ２０２にて前記加工基準面に基づいてバル
ブシート母材２０を接合口に位置決めする。次いで、ス
テップ２０３にてバルブシート母材２０の加圧・通電を
行う。この工程では、前記加工基準面に基づいて求めた
吸・排気弁１７，１８の弁軸の軸線方向にバルブシート
母材２０の加圧方向を一致させて行う。

【００６９】このようにバルブシート母材２０をシリン
ダヘッド本体１１に接合した後は、ステップ１０３で示
すバルブガイド下穴加工工程→ステップ１０７で示すバ
ルブガイド圧入工程→ステップ１０９で示すバルブシー
ト母材粗加工工程→ステップ１１０で示すバルブシート
母材・バルブガイド仕上げ加工工程という工程を経て後
工程に至る。

【００７０】このような手順によりシリンダヘッドを製
造すると、バルブシート母材２０を接合する接合口を鋳
造により成形し、鋳造時に成形した加工基準面を利用し
てバルブシート母材２０を前記接合口に位置決めするか
ら、バルブシートを圧入する場合に較べてバルブシート
接合以前にシリンダヘッド本体１１に機械加工を施す工
程が不要になる。これとともに、バルブシートを接合す
ることを目的として加熱炉によりシリンダヘッド本体を
加熱する加熱工程が不要になる。その上、前記両工程が
不要になることにより洗浄工程も不要になる。なお、バ
ルブガイド圧入工程の直前には、前記実施例と同様に熱
工程１１５を加えることもできる。

【００７１】実施例４ 以下、第２の発明に係るシリンダヘッドの製造方法を図
１５によって詳細に説明する。図１５は第２の発明に係
るシリンダヘッドの製造方法を説明するための工程図
で、同図において前記図１ないし図１４で説明したもの
と同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳
細な説明は省略する。

【００７２】第２の発明に係るシリンダヘッドの製造方
法では、先ず、図１５中のステップ２０１で示すよう
に、シリンダヘッド本体１１を鋳造するときに加工基準
面と、バルブシート母材２０を接合する接合口とを成形
する。鋳造後、先ず第１にバルブガイド下穴１１ａを加
工する（ステップ１０３）。その後は図１２で示した前
記実施例１と同じである。また、バルブシート母材接合
工程とバルブガイド圧入工程は前後逆とすることができ
るという点も同じである。

【００７３】このような手順によりシリンダヘッドを製
造すると、バルブシート母材２０が接合される接合口を
鋳造により成形し、バルブガイド下穴１１ａを利用して
バルブシート母材２０を前記接合口に位置決めすること
から、バルブシートを圧入する場合に較べてバルブシー
ト接合以前にバルブシート専用のガイド孔を穿設する工
程が不要になる。これとともに、バルブシートを接合す
ることを目的として加熱炉によりシリンダヘッド本体を
加熱する加熱工程と、加熱炉にシリンダヘッド本体を装
填する際に異物を除去することを目的とした洗浄工程も
不要になる。

【００７４】実施例５ 実施例４ではバルブシート母材２０を接合口に位置決め
するに当たりバルブガイド下穴１１ａを使用したが、こ
の位置決めをするときの基準としては、シリンダヘッド
の構成部材を組み付ける孔であればどのような孔でも利
用することができる。例えば、シリンダヘッド本体１１
をシリンダボディ（図示せず）に位置決めするためのノ
ックピン（図示せず）を嵌入させるノックピン孔（図示
せず）を利用することもできる。このノックピン孔を利
用してバルブシート母材２０を位置決めし加圧するとき
のシリンダヘッドの製造手順を図１６によって説明す
る。

【００７５】図１６はノックピン孔を利用してバルブシ
ート母材を鋳造による接合口に位置決めするときのシリ
ンダヘッドの製造手順を示す工程図である。同図におい
て前記図１ないし図１５で説明したものと同一もしくは
同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略
する。ノックピン孔を利用して位置決めする場合には、
シリンダヘッド本体１１を鋳造するときに図１６中のス
テップ２０１で示すように、加工基準面と、バルブシー
ト母材２０を接合する接合口とを成形する。鋳造後、先
ず第１にノックピン孔を加工する（ステップ１２０）。
その後は、図１３で示した前記実施例２と同じである。
また、バルブシート母材接合工程とバルブガイド圧入工
程は前後逆とすることができるという点も同じである。
このように構成しても図１５で示した実施例と同等の効
果が得られる。

【００７６】実施例６ なお、上述した各実施例ではバルブシート母材２０とシ
リンダヘッド本体１１のポート開口部１３ａ，１４ａの
両者に凸部（凸曲面２０ｃ、凸状部２３）を形成し、こ
れらの凸部どうしを圧接させた例を示したが、凸部は必
ずしも前記両者に形成する必要はなく、何れか一方のみ
に形成すればよい。この実施例を図１７（ａ）〜（ｃ）
に示す。なお、バルブシート母材２０を接合する接合口
を鋳造により成形する場合、機械加工により形成する場
合の何れであっても下記のように形状を変更することが
できる。

【００７７】図１７は圧接部分の形状を変えた他の実施
例を示す断面図で、同図（ａ），（ｂ）はバルブシート
母材のみに凸部を形成した例を示し、同図（ｃ）はシリ
ンダヘッド本体のみに凸部を形成した例を示している。
これらの図において、前記図１〜図１０によって説明し
たものと同一あるいは同等の部材については、同一符号
を付し詳細な説明は省略する。

【００７８】図１７（ａ）に示した例では、バルブシー
ト母材２０は前記実施例と同等の形状に形成し、ポート
開口部１３ａ，１４ａにおけるバルブシート母材２０が
接触する部位を平坦な傾斜面としている。同図（ｂ）に
示した例では、バルブシート母材２０の外周面がポート
開口部１３ａ，１４ａに嵌合するように構成している。
また、バルブシート母材２０の内周面が上述した実施例
とは異なり、バルブシート母材２０の厚み方向全域にわ
たって軸方向延在面２０ｅを形成している。同図（ｃ）
に示した例では、バルブシート母材２０におけるシリン
ダヘッド本体１１の凸状部２３に接触する部位を平坦な
傾斜面としている。図１７（ａ）〜（ｃ）に示したよう
に凸部をバルブシート母材２０とシリンダヘッド本体１
１のうち何れか一方に形成しても前記実施例と同等の効
果が得られる。なお、本実施例で示したように前記両者
の両方に凸部を形成すると、シリンダヘッド本体１１の
材料金属が塑性流動を起こし易く、しかもその量も相対
的に多くなるので、バルブシート母材２０が接合する部
分（接触界面）の面積を拡げることができ高い接合強度
が得られる。

【００７９】また、上述した各実施例ではシリンダヘッ
ド本体１１の材料としてＡＣ４Ｃ材を用い、バルブシー
ト母材２０の円環体２１の材料として鉄系焼結合金に銅
を溶浸させたものを用い、円環体２１の皮膜を銅としこ
れを電気めっきにより設けた例を示したが、これらの材
質および皮膜の形成方法は本実施例に限定されるもので
はない。すなわち、シリンダヘッド本体１１の材料とし
ては、エンジン用シリンダヘッドの材料として一般に用
いられている材料、例えばＡＣ４Ｂ材、ＡＣ２Ｂ材など
を採用することができる。円環体２１の材料は鉄系焼結
合金であればどのようなものでもよく、これに溶浸させ
る金属も電気電導率が銅と大差のないものであればよ
い。また、円環体２１の皮膜となる金属も、シリンダヘ
ッド本体１１の材料金属と共晶合金が生成されるもので
あればどのようなものでもよい。これらの材料、皮膜の
形成方法を選択するに当たっては、実施例では、シリン
ダヘッドを工業製品として生産する関係から最もコスト
が低くなるように行った。

【００８０】さらに、上述した実施例では、バルブシー
ト母材２０の沈み量を接合工程の最後に検出する例を示
したが、この沈み量を押圧開始から常に測定し、この値
がそのときどきでの許容範囲に入っているかを検出して
もよい。このようにすると、接合不良を起こしているこ
とを接合途中で判定することができるから、不良品に対
しても良品と同等の接合時間をかけるという無駄がなく
なる。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明に係るシ
リンダヘッドの製造方法は、シリンダヘッド本体を鋳造
するときに、互いに直交する３方向を規定する加工基準
面を成形するとともに、ポート開口部をバルブシート母
材が接合される接合口の形状に成形し、鋳造後、前記ポ
ート開口部に、表面が金属皮膜によって覆われた焼結合
金製円環体からなるバルブシート母材を前記加工基準面
に基づいて位置決めして重ね、しかる後、このバルブシ
ート母材を、前記加工基準面に基づいて求めた吸・排気
弁の弁軸の軸線方向と加圧方向とを一致させて前記ポー
ト開口部に圧接させ、次いで、シリンダヘッド本体とバ
ルブシート母材との接触部を電気抵抗により発熱させる
ため、前記両者が互いに圧接される接触部の界面の温度
が上昇してこの界面の原子が相互に拡散するようにな
る。この結果、前記界面付近に、バルブシート母材の皮
膜の材料金属とシリンダヘッド本体の材料金属との共晶
合金からなる層が生成される。

【００８２】この共晶合金層は液相への変態温度が低い
ことから前記抵抗熱によって液相へ変わり、バルブシー
ト母材が押し付けられかつ加熱されることにより塑性流
動を起こしたシリンダヘッド本体の材料金属とともに接
合部から排出される。これにより、バルブシート母材の
焼結合金がシリンダヘッド本体の材料金属に触れて両者
の原子が相互に拡散することになり、この状態でバルブ
シート母材がポート開口部内に埋没しシリンダヘッド本
体に接合する。

【００８３】この第１の発明によれば、バルブシート母
材をシリンダヘッド本体に接合するに当たり、バルブシ
ートを圧入する場合に較べてバルブシート接合以前にシ
リンダヘッド本体に機械加工を施す工程が不要になると
ともに、バルブシートを接合することを目的として加熱
炉によりシリンダヘッド本体を加熱する加熱工程が不要
になる。その上、前記両工程が不要になることにより洗
浄工程も不要になる。

【００８４】このため、バルブシートをシリンダヘッド
本体に圧入する場合に較べ、前記３工程分だけ製造工程
の簡素化および製造時間の短縮を図ることができる。特
に、従来行っていた加熱工程では昇温および冷却を行っ
ている間はシリンダヘッド本体を加工することができな
いので、この加熱工程を行わないことにより著しく製造
工程の簡素化および製造時間の短縮を図ることができ
る。その上、従来用いていた加熱炉は、シリンダヘッド
本体を複数収容してこれらを一括して加熱する構造であ
るため設置スペースが広く必要であったが、これを廃止
できることにより工場内の有効スペースを広くとること
ができる。また、加熱炉が存在しないことにより、従来
に較べてシリンダヘッド本体の搬送経路を短縮すること
ができ、機械加工装置間での搬送時間を短縮できる。

【００８５】第２の発明に係るシリンダヘッドの製造方
法は、シリンダヘッド本体を鋳造するときに、互いに直
交する３方向を規定する加工基準面を成形するととも
に、ポート開口部をバルブシート母材が接合される接合
口の形状に成形し、鋳造後、前記加工基準面に基づいて
決定した加工位置においてシリンダヘッド本体の各種の
構成部材用孔を穿設し、次いで、前記ポート開口部に、
表面が金属皮膜によって覆われた焼結合金製円環体から
なるバルブシート母材を前記孔を利用して位置決めして
重ね、しかる後、このバルブシート母材を、前記孔を利
用して吸・排気弁の弁軸の軸線方向と加圧方向とを一致
させて前記ポート開口部に圧接させ、次いで、シリンダ
ヘッド本体とバルブシート母材との接触部を電気抵抗に
より発熱させるため、前記両者が互いに圧接される接触
部の界面の温度が上昇してこの界面の原子が相互に拡散
するようになる。この結果、前記界面付近に、バルブシ
ート母材の皮膜の材料金属とシリンダヘッド本体の材料
金属との共晶合金からなる層が生成される。

【００８６】この共晶合金層は液相への変態温度が低い
ことから前記抵抗熱によって液相へ変わり、バルブシー
ト母材が押し付けられかつ加熱されることにより塑性流
動を起こしたシリンダヘッド本体の材料金属とともに接
合部から排出される。これにより、バルブシート母材の
焼結合金がシリンダヘッド本体の材料金属に触れて両者
の原子が相互に拡散することになり、この状態でバルブ
シート母材がポート開口部内に埋没しシリンダヘッド本
体に接合する。

【００８７】圧入型バルブシートでは高精度に形成され
た下穴がガイドになるのでバルブシートを圧入するとき
の位置決めや圧入方向の規制を行うための特別なガイド
孔が不要である。しかし、圧入構造を採らない本発明の
接合方法では、ポート開口部の位置にバルブシート母材
を位置決めするとともにバルブシート母材を弁軸の方向
に加圧するために何らかのガイドが必要になる。第２の
発明によれば、バルブシート母材をシリンダヘッド本体
に接合するに当たり、バルブシートを圧入する場合に較
べてバルブシート接合以前にバルブシート専用のガイド
孔を穿設する工程が不要になる。これとともに、バルブ
シートを接合することを目的として加熱炉によりシリン
ダヘッド本体を加熱する加熱工程と、加熱炉にシリンダ
ヘッド本体を装填する際に異物を除去することを目的と
した洗浄工程も不要になる。

【００８８】このため、バルブシートをシリンダヘッド
本体に圧入する場合に較べ、製造工程の簡素化および製
造時間の短縮を図ることができる。特に、従来行ってい
た加熱工程では昇温および冷却を行っている間はシリン
ダヘッド本体を加工することができないので、この加熱
工程を行わないことにより著しく製造工程の簡素化およ
び製造時間の短縮を図ることができる。その上、従来用
いていた加熱炉は、シリンダヘッド本体を複数収容して
これらを一括して加熱する構造であるため設置スペース
が広く必要であったが、これを廃止できることにより工
場内の有効スペースを広くとることができる。また、加
熱炉が存在しないことにより、従来に較べてシリンダヘ
ッド本体の搬送経路を短縮することができ、機械加工装
置間での搬送時間を短縮できる。

【００８９】加えて、シリンダヘッドを形成する上で必
ず形成する構成部材用孔を、バルブシートを位置決めし
たり加圧方向を規制するためのガイドとして利用するの
で、１つの孔を多目的に使用できコストの観点からも有
利である。

【００９０】第３の発明に係るシリンダヘッドの製造方
法は、シリンダヘッド本体を鋳造するときに、互いに直
交する３方向を規定する加工基準面を成形し、鋳造後、
前記加工基準面に基づいてポート開口部と各種の構成部
材用孔の加工位置を決定し、ポート開口部をバルブシー
ト母材が接合される接合口の形状に形成するとともに前
記構成部材用孔を穿設し、次いで、前記ポート開口部
に、表面が金属皮膜によって覆われた焼結合金製円環体
からなるバルブシート母材を前記孔を利用して位置決め
して重ね、しかる後、このバルブシート母材を、前記孔
を利用して吸・排気弁の弁軸の軸線方向と加圧方向とを
一致させて前記ポート開口部に圧接させ、次いで、シリ
ンダヘッド本体とバルブシート母材との接触部を電気抵
抗により発熱させるため、前記両者が互いに圧接される
接触部の界面の温度が上昇してこの界面の原子が相互に
拡散するようになる。この結果、前記界面付近に、バル
ブシート母材の皮膜の材料金属とシリンダヘッド本体の
材料金属との共晶合金からなる層が生成される。

【００９１】この共晶合金層は液相への変態温度が低い
ことから前記抵抗熱によって液相へ変わり、バルブシー
ト母材が押し付けられかつ加熱されることにより塑性流
動を起こしたシリンダヘッド本体の材料金属とともに接
合部から排出される。これにより、バルブシート母材の
焼結合金がシリンダヘッド本体の材料金属に触れて両者
の原子が相互に拡散することになり、この状態でバルブ
シート母材がポート開口部内に埋没しシリンダヘッド本
体に接合する。

【００９２】この第３の発明によれば、バルブシート母
材をシリンダヘッド本体に接合するに当たり、バルブシ
ート接合以前にバルブシート専用のガイド孔を穿設する
工程が不要になる。これとともに、バルブシートを接合
させることを目的として加熱炉によりシリンダヘッド本
体を加熱する加熱工程と、加熱炉にシリンダヘッド本体
を装填する際に異物を除去することを目的とした洗浄工
程も不要になる。

【００９３】このため、バルブシートをシリンダヘッド
本体に圧入する場合に較べ、製造工程の簡素化および製
造時間の短縮を図ることができる。特に、従来行ってい
た加熱工程では昇温および冷却を行っている間はシリン
ダヘッド本体を加工することができないので、この加熱
工程を行わないことにより著しく製造工程の簡素化およ
び製造時間の短縮を図ることができる。その上、従来用
いていた加熱炉は、シリンダヘッド本体を複数収容して
これらを一括して加熱する構造であるため設置スペース
が広く必要であったが、これを廃止できることにより工
場内の有効スペースを広くとることができる。また、加
熱炉が存在しないことにより、従来に較べてシリンダヘ
ッド本体の搬送経路を短縮することができ、機械加工装
置間での搬送時間を短縮できる。

【００９４】これに加え、シリンダヘッド本体における
バルブシート母材が接合される接合口と前記構成部材用
孔とは、共通の加工基準面に対して位置決めされて加工
されており、両者の位置関係は鋳造時の公差の影響を受
けることがない。このため、バルブシート母材をシリン
ダヘッド本体の接続口に位置決めするに当たり、構成部
材用孔を基準にすることにより接続口に正確に位置決め
することができるから、高精度にバルブシート母材を接
合できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る製造方法によりバルブシートが
接合されたシリンダヘッドのバルブシート部の断面図で
ある。

【図２】 バルブシート母材をポート開口部に重ねた状
態を示す断面図で、同図はシリンダヘッド本体およびバ
ルブシート母材の一部のみを拡大して描いてある。

【図３】 本発明に係るシリンダヘッドの製造方法を実
施するために用いるプレス装置の正面図である。

【図４】 本発明に係るシリンダヘッドの製造方法を実
施するために用いるプレス装置の側面図である。

【図５】 バルブシート母材に電極を当接させた状態を
示す断面図である。

【図６】 加圧力パターン、電流値パターンおよび沈み
量を示すグラフである。

【図７】 バルブシート母材の皮膜の材料金属とシリン
ダヘッド本体の材料金属からなる合金層が生成されてい
る状態を示す断面図である。

【図８】 シリンダヘッド本体の材料金属が塑性流動を
起こしている状態を示す断面図である。

【図９】 バルブシート母材がシリンダヘッド本体に埋
没した状態を示す断面図である。

【図１０】 バルブシート部を仕上げ加工した状態を示
す断面図である。

【図１１】 シールドを使用する場合の例を示す平面図
である。

【図１２】 第３の発明に係るシリンダヘッドの製造方
法を説明するための工程図である。

【図１３】 ノックピン孔を利用してバルブシート母材
を機械加工後の接合口に位置決めするときのシリンダヘ
ッドの製造手順を示す工程図である。

【図１４】 第１の発明に係るシリンダヘッドの製造方
法を説明するための工程図である。

【図１５】 第２の発明に係るシリンダヘッドの製造方
法を説明するための工程図である。

【図１６】 ノックピン孔を利用してバルブシート母材
を鋳造による接合口に位置決めするときのシリンダヘッ
ドの製造手順を示す工程図である。

【図１７】 圧接部分の形状を変えた他の実施例を示す
断面図で、同図（ａ），（ｂ）はバルブシート母材のみ
に凸部を形成した例を示し、同図（ｃ）はシリンダヘッ
ド本体のみに凸部を形成した例を示している。

【図１８】 バルブシートが圧入された従来のシリンダ
ヘッドのバルブシート圧入部を拡大して示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１１…シリンダヘッド本体、１１ａ…バルブガイド下
穴、１３…吸気ポート、１３ａ…開口部、１４…排気ポ
ート、１４ａ…開口部、１７…吸気弁、１８…排気弁、
１９…バルブシート、２０…バルブシート母材、２１…
円環体、２２…銅皮膜、２３…凸状部、３１…下側電
極、３２…ガイド棒、３３…上側電極。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッド本体を鋳造するときに、
   シリンダボディ側端面と平行な方向を含み互いに直交す
   る３方向を規定する加工基準面を成形するとともに、吸
   ・排気ポートの燃焼室側開口部をバルブシート母材が接
   合される接合口の形状に成形し、鋳造後、前記ポート開
   口部に、表面が金属皮膜によって覆われた焼結合金製円
   環体からなるバルブシート母材をこの開口部に対し同軸
   状となるように前記加工基準面に基づいて位置決めして
   重ね、しかる後、このバルブシート母材を、前記加工基
   準面に基づいて求めた吸・排気弁の弁軸の軸線方向と加
   圧方向とを一致させて前記ポート開口部に圧接させ、次
   いで、シリンダヘッド本体とバルブシート母材との接触
   部を電気抵抗により発熱させることを特徴とするシリン
   ダヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 シリンダヘッド本体を鋳造するときに、
   シリンダボディ側端面と平行な方向を含み互いに直交す
   る３方向を規定する加工基準面を成形するとともに、吸
   ・排気ポートの燃焼室側開口部をバルブシート母材が接
   合される接合口の形状に成形し、鋳造後、前記加工基準
   面に基づいて決定した加工位置においてシリンダヘッド
   本体の各種の構成部材用孔を穿設し、次いで、前記ポー
   ト開口部に、表面が金属皮膜によって覆われた焼結合金
   製円環体からなるバルブシート母材をこの開口部に対し
   同軸状となるように前記孔を利用して位置決めして重
   ね、しかる後、このバルブシート母材を、前記孔を利用
   して吸・排気弁の弁軸の軸線方向と加圧方向とを一致さ
   せて前記ポート開口部に圧接させ、次いで、シリンダヘ
   ッド本体とバルブシート母材との接触部を電気抵抗によ
   り発熱させることを特徴とするシリンダヘッドの製造方
   法。
3. 【請求項３】 シリンダヘッド本体を鋳造するときに、
   シリンダボディ側端面と平行な方向を含み互いに直交す
   る３方向を規定する加工基準面を成形し、鋳造後、前記
   加工基準面に基づいてポート開口部と各種の構成部材用
   孔の加工位置を決定し、ポート開口部をバルブシート母
   材が接合される接合口の形状に形成するとともに前記構
   成部材用孔を穿設し、次いで、前記ポート開口部に、表
   面が金属皮膜によって覆われた焼結合金製円環体からな
   るバルブシート母材をこの開口部に対し同軸状となるよ
   うに前記孔を利用して位置決めして重ね、しかる後、こ
   のバルブシート母材を、前記孔を利用して吸・排気弁の
   弁軸の軸線方向と加圧方向とを一致させて前記ポート開
   口部に圧接させ、次いで、シリンダヘッド本体とバルブ
   シート母材との接触部を電気抵抗により発熱させること
   を特徴とするシリンダヘッドの製造方法。