JPH10339117A - エンジンの肉盛りバルブシート及びその製造方法 - Google Patents
エンジンの肉盛りバルブシート及びその製造方法Info
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- JPH10339117A JPH10339117A JP9148256A JP14825697A JPH10339117A JP H10339117 A JPH10339117 A JP H10339117A JP 9148256 A JP9148256 A JP 9148256A JP 14825697 A JP14825697 A JP 14825697A JP H10339117 A JPH10339117 A JP H10339117A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 肉盛り部に切削加工を施して所望の仕上げ形
状にする際の加工工具の損傷等を防止し、又、耐座屈性
等を備えた肉盛りバルブシートを提供する。 【解決手段】 シリンダヘッド１のバルブシート部２に
合金粉末を肉盛り溶着して環状の肉盛り部５を形成し、
この肉盛り部を所定形状に加工して吸排気バルブ３の傘
部を当接させる環状当接面Ｓ２を設けたエンジンの肉盛
りバルブシートにおいて、肉盛り部５を環状当接面の外
周部Ｓ２ｐよりも半径方向外側の領域においてシリンダ
ヘッドとの境界部７に低硬度の合金層を形成する合金粉
末を肉盛りした第１肉盛り部５ａと、環状当接面の外周
部Ｓ２ｐよりも半径方向内側の領域において耐摩耗性の
合金粉末を肉盛りした第２肉盛り部５ｂとにより形成す
る。
状にする際の加工工具の損傷等を防止し、又、耐座屈性
等を備えた肉盛りバルブシートを提供する。 【解決手段】 シリンダヘッド１のバルブシート部２に
合金粉末を肉盛り溶着して環状の肉盛り部５を形成し、
この肉盛り部を所定形状に加工して吸排気バルブ３の傘
部を当接させる環状当接面Ｓ２を設けたエンジンの肉盛
りバルブシートにおいて、肉盛り部５を環状当接面の外
周部Ｓ２ｐよりも半径方向外側の領域においてシリンダ
ヘッドとの境界部７に低硬度の合金層を形成する合金粉
末を肉盛りした第１肉盛り部５ａと、環状当接面の外周
部Ｓ２ｐよりも半径方向内側の領域において耐摩耗性の
合金粉末を肉盛りした第２肉盛り部５ｂとにより形成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸排気
バルブが着座するバルブシートに関し、特に合金粉末を
溶着し所定の形状に加工して形成する肉盛りバルブシー
ト及びその製造方法に関する。
バルブが着座するバルブシートに関し、特に合金粉末を
溶着し所定の形状に加工して形成する肉盛りバルブシー
ト及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンのバルブシートとしては、シリ
ンダヘッドのバルブシート部に鉄系焼結合金を圧入した
もの、及び合金粉末を肉盛り溶着したものが存在する。
ンダヘッドのバルブシート部に鉄系焼結合金を圧入した
もの、及び合金粉末を肉盛り溶着したものが存在する。
【０００３】ここで、肉盛りとは、例えばプラズマアー
ク，レーザビーム等の熱源により素材（シリンダヘッ
ド）とは異なった特性を持つ材料を素材表面に付加する
技術であり、特開昭６２−１５００１４号公報等に開示
されている。このような肉盛り加工を施した製品は、肉
盛りしたままの状態で使用される場合と、さらに切削加
工等を施して使用される場合がある。
ク，レーザビーム等の熱源により素材（シリンダヘッ
ド）とは異なった特性を持つ材料を素材表面に付加する
技術であり、特開昭６２−１５００１４号公報等に開示
されている。このような肉盛り加工を施した製品は、肉
盛りしたままの状態で使用される場合と、さらに切削加
工等を施して使用される場合がある。
【０００４】後者の場合の一例としては、図１に示すよ
うに、アルミニウム系鋳造合金（ＪＩＳ規格ＡＣ２Ａ
材）製のシリンダヘッド１におけるバルブシート部２
に、図２に示すように、例えばＲ５．０の溝加工を環状
に施し、肉盛り材料である銅合金粉末をこの溝加工した
バルブシート部に供給しつつ、例えば最大５ｋＷの出力
を発振可能なＣＯ２レーザ等を照射し、素材のバルブシ
ート部表面で肉盛り材料を溶融させ、銅合金の肉盛り層
５を形成したものがある。
うに、アルミニウム系鋳造合金（ＪＩＳ規格ＡＣ２Ａ
材）製のシリンダヘッド１におけるバルブシート部２
に、図２に示すように、例えばＲ５．０の溝加工を環状
に施し、肉盛り材料である銅合金粉末をこの溝加工した
バルブシート部に供給しつつ、例えば最大５ｋＷの出力
を発振可能なＣＯ２レーザ等を照射し、素材のバルブシ
ート部表面で肉盛り材料を溶融させ、銅合金の肉盛り層
５を形成したものがある。
【０００５】このような肉盛りバルブシートは、エンジ
ン稼動時の耐摩耗性を確保するため、硬質相が析出する
合金粉末を肉盛り材料として用いて形成されるものであ
る。
ン稼動時の耐摩耗性を確保するため、硬質相が析出する
合金粉末を肉盛り材料として用いて形成されるものであ
る。
【０００６】また、他の肉盛りバルブシートとしては、
バルブの傘部が当接する当接面が設けられる表面側と、
素材であるシリンダヘッド１のＲ溝底側とに上下２層に
分けて、Ｒ溝底側に硬質相が析出しない合金粉末を肉盛
りし、表面側に硬質相が析出する耐摩耗性合金粉末を肉
盛りするものがある。
バルブの傘部が当接する当接面が設けられる表面側と、
素材であるシリンダヘッド１のＲ溝底側とに上下２層に
分けて、Ｒ溝底側に硬質相が析出しない合金粉末を肉盛
りし、表面側に硬質相が析出する耐摩耗性合金粉末を肉
盛りするものがある。
【０００７】上述の如く肉盛りされたバルブシート５に
は、吸気バルブ３ａ，排気バルブ３ｂとの接触面に気密
性を得るため、バルブ３の軸芯を中心として、中心角１
２０度，９０度，３０度のテーパ面を形成させる。一般
に、１２０度面及び３０度面はプランジ加工により形成
し、９０度面はトラバース加工により形成する。
は、吸気バルブ３ａ，排気バルブ３ｂとの接触面に気密
性を得るため、バルブ３の軸芯を中心として、中心角１
２０度，９０度，３０度のテーパ面を形成させる。一般
に、１２０度面及び３０度面はプランジ加工により形成
し、９０度面はトラバース加工により形成する。
【０００８】このようなテーパ面の加工を行う場合、従
来においては、刃具ホルダに対して、３０度面加工用バ
イト、１２０度面加工用バイトをそれぞれ同心円上に装
着し、この刃具ホルダに対して、さらに、９０度面加工
用バイトを装着した加工装置を用いることになる。
来においては、刃具ホルダに対して、３０度面加工用バ
イト、１２０度面加工用バイトをそれぞれ同心円上に装
着し、この刃具ホルダに対して、さらに、９０度面加工
用バイトを装着した加工装置を用いることになる。
【０００９】そして、切削加工は、まずそれぞれの加工
用バイトにより３０度面及び１２０度面をプランジ加工
した後、３０度面及び１２０度面の切削刃を１〜３ｍｍ
後退させ、９０度面加工用バイトの切削刃を移動させな
がら９０度面をトラバース加工し、所定の形状にバルブ
シートの仕上げ加工を行うことになる。
用バイトにより３０度面及び１２０度面をプランジ加工
した後、３０度面及び１２０度面の切削刃を１〜３ｍｍ
後退させ、９０度面加工用バイトの切削刃を移動させな
がら９０度面をトラバース加工し、所定の形状にバルブ
シートの仕上げ加工を行うことになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
如き肉盛りバルブシートにおいては、以下のような問題
が生じる。
如き肉盛りバルブシートにおいては、以下のような問題
が生じる。
【００１１】すなわち、仕上げ加工を行う際の高温環境
下での強度及び耐摩耗性の要求、又、エンジンの高出力
化の要求に応えるべく、肉盛り材料として耐摩耗性の銅
系合金を用いる場合、肉盛りされた銅系合金と素材であ
るシリンダヘッドとの溶着部は金属結合の状態にあり、
２０μｍ〜５０μｍの幅で両者の境界領域に硬くて脆い
金属間化合物が形成されることになる。
下での強度及び耐摩耗性の要求、又、エンジンの高出力
化の要求に応えるべく、肉盛り材料として耐摩耗性の銅
系合金を用いる場合、肉盛りされた銅系合金と素材であ
るシリンダヘッドとの溶着部は金属結合の状態にあり、
２０μｍ〜５０μｍの幅で両者の境界領域に硬くて脆い
金属間化合物が形成されることになる。
【００１２】このような肉盛りバルブシートにおいて仕
上げ加工を行う場合、シリンダヘッドの構造上、あるい
はエンジン性能上の制約等により、バルブシートのテー
パ面である１２０度面に、上述の金属間加工物が存在す
る場合があり、この領域を上述の如くプランジ加工によ
り切削すると、切削刃の寿命が短くなり、又、切削刃の
刃先が欠損する場合がある。
上げ加工を行う場合、シリンダヘッドの構造上、あるい
はエンジン性能上の制約等により、バルブシートのテー
パ面である１２０度面に、上述の金属間加工物が存在す
る場合があり、この領域を上述の如くプランジ加工によ
り切削すると、切削刃の寿命が短くなり、又、切削刃の
刃先が欠損する場合がある。
【００１３】また、硬質相が析出する材料の熱膨張率
は、アルミニウム合金製シリンダヘッドの熱膨張率に比
べて小さく、肉盛り加工点においてシリンダヘッド及び
肉盛り材料が溶融，収縮する際に、又は、急激な温度変
化が起こる特殊な環境下で、肉盛り層と素材との接合界
面においてクラックが発生する可能性がある。この場
合、製品歩留りの悪化などを招くことになる。
は、アルミニウム合金製シリンダヘッドの熱膨張率に比
べて小さく、肉盛り加工点においてシリンダヘッド及び
肉盛り材料が溶融，収縮する際に、又は、急激な温度変
化が起こる特殊な環境下で、肉盛り層と素材との接合界
面においてクラックが発生する可能性がある。この場
合、製品歩留りの悪化などを招くことになる。
【００１４】さらに、肉盛り層をＲ溝底側と表面側との
２層に分けて肉盛りしたバルブシートでは、Ｒ溝底側す
なわちシリンダヘッド側の材料の硬度が低く、エンジン
の高出力時においてバルブの往復動方向における耐座屈
性が低くなる場合がある。
２層に分けて肉盛りしたバルブシートでは、Ｒ溝底側す
なわちシリンダヘッド側の材料の硬度が低く、エンジン
の高出力時においてバルブの往復動方向における耐座屈
性が低くなる場合がある。
【００１５】本発明は上述の如き課題を解決すべく達成
されたものであり、その目的とするところは、肉盛り部
に加工を施して所定の形状に仕上げる際の加工工具の欠
損等を防止でき、又、肉盛り部におけるクラック，座屈
等の発生を防止でき、製品の歩留りあるいは生産性の向
上を図ることのできるエンジンの肉盛りバルブシート及
びその製造方法を提供することにある。
されたものであり、その目的とするところは、肉盛り部
に加工を施して所定の形状に仕上げる際の加工工具の欠
損等を防止でき、又、肉盛り部におけるクラック，座屈
等の発生を防止でき、製品の歩留りあるいは生産性の向
上を図ることのできるエンジンの肉盛りバルブシート及
びその製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
エンジンの肉盛りバルブシートは、シリンダヘッドのバ
ルブシート部に合金粉末を肉盛り溶着して環状の肉盛り
部を形成し、前記肉盛り部を所定形状に加工して吸排気
バルブの傘部を当接させる環状当接面を設けたエンジン
の肉盛りバルブシートであって、前記肉盛り部は、前記
環状当接面の外周部よりも半径方向外側の領域において
前記シリンダヘッドとの境界部に低硬度の合金層を形成
する合金粉末を肉盛りした第１肉盛り部と、前記環状当
接面の外周部よりも半径方向内側の領域において耐摩耗
性の合金粉末を肉盛りした第２肉盛り部とからなる構成
となっている。
エンジンの肉盛りバルブシートは、シリンダヘッドのバ
ルブシート部に合金粉末を肉盛り溶着して環状の肉盛り
部を形成し、前記肉盛り部を所定形状に加工して吸排気
バルブの傘部を当接させる環状当接面を設けたエンジン
の肉盛りバルブシートであって、前記肉盛り部は、前記
環状当接面の外周部よりも半径方向外側の領域において
前記シリンダヘッドとの境界部に低硬度の合金層を形成
する合金粉末を肉盛りした第１肉盛り部と、前記環状当
接面の外周部よりも半径方向内側の領域において耐摩耗
性の合金粉末を肉盛りした第２肉盛り部とからなる構成
となっている。
【００１７】本発明の請求項２に係るエンジンの肉盛り
バルブシートは、前記第１肉盛り部の熱膨張率をＸ、前
記第２肉盛り部の熱膨張率をＹ、及び前記シリンダヘッ
ドの熱膨張率をＺとするとき、Ｚ＞Ｘ＞Ｙなる関係式を
満たす構成となっている。
バルブシートは、前記第１肉盛り部の熱膨張率をＸ、前
記第２肉盛り部の熱膨張率をＹ、及び前記シリンダヘッ
ドの熱膨張率をＺとするとき、Ｚ＞Ｘ＞Ｙなる関係式を
満たす構成となっている。
【００１８】本発明の請求項３に係るエンジンの肉盛り
バルブシートは、前記シリンダヘッドはアルミニウム合
金からなり、前記第１肉盛り部を形成する合金粉末は、
重量％で、Ｓｎ：３．５〜７．０％、Ｐ：０．０９〜
０．１２％、残部が銅及び不純物からなる銅合金粉末で
あり、前記第２肉盛り部を形成する合金粉末は、重量％
で、Ａｌ：１．０〜５．０％、元素周期律表Ｖａ族元素
であるＶ，Ｎｂ，Ｔａのうち少なくとも１種：０．１〜
５．０％、Ｓｉ：１．０〜５．０％、残部が銅及び不純
物からなる銅合金粉末である構成となっている。
バルブシートは、前記シリンダヘッドはアルミニウム合
金からなり、前記第１肉盛り部を形成する合金粉末は、
重量％で、Ｓｎ：３．５〜７．０％、Ｐ：０．０９〜
０．１２％、残部が銅及び不純物からなる銅合金粉末で
あり、前記第２肉盛り部を形成する合金粉末は、重量％
で、Ａｌ：１．０〜５．０％、元素周期律表Ｖａ族元素
であるＶ，Ｎｂ，Ｔａのうち少なくとも１種：０．１〜
５．０％、Ｓｉ：１．０〜５．０％、残部が銅及び不純
物からなる銅合金粉末である構成となっている。
【００１９】本発明の請求項４に係る肉盛りバルブシー
トの製造方法は、シリンダヘッドのバルブシート部に合
金粉末を肉盛り溶着して環状の肉盛り部を形成し、前記
肉盛り部を所定形状に加工して吸排気バルブの傘部を当
接させる環状当接面を設ける肉盛りバルブシートの製造
方法であって、前記環状当接面の外周部が形成される位
置よりも半径方向外側の領域において前記シリンダヘッ
ドとの境界部に低硬度の合金層を形成する合金粉末を供
給溶着して第１肉盛り部を形成し、前記環状当接面の外
周部が形成される位置よりも半径方向外側の領域に位置
する前記第１肉盛り部の表面の一部分まで覆うように、
前記第１肉盛り部よりも半径方向内側の領域において耐
摩耗性の合金粉末を供給溶着して第２肉盛り部を形成す
る構成となっている。
トの製造方法は、シリンダヘッドのバルブシート部に合
金粉末を肉盛り溶着して環状の肉盛り部を形成し、前記
肉盛り部を所定形状に加工して吸排気バルブの傘部を当
接させる環状当接面を設ける肉盛りバルブシートの製造
方法であって、前記環状当接面の外周部が形成される位
置よりも半径方向外側の領域において前記シリンダヘッ
ドとの境界部に低硬度の合金層を形成する合金粉末を供
給溶着して第１肉盛り部を形成し、前記環状当接面の外
周部が形成される位置よりも半径方向外側の領域に位置
する前記第１肉盛り部の表面の一部分まで覆うように、
前記第１肉盛り部よりも半径方向内側の領域において耐
摩耗性の合金粉末を供給溶着して第２肉盛り部を形成す
る構成となっている。
【００２０】本発明の請求項５に係る肉盛りバルブシー
トの製造方法は、前記合金粉末を溶着させる際にレーザ
ビームを使用する構成となっている。
トの製造方法は、前記合金粉末を溶着させる際にレーザ
ビームを使用する構成となっている。
【００２１】
【発明の効果】本発明の請求項１に係るエンジンの肉盛
りバルブシートによれば、バルブの往復動方向に対して
垂直な方向、すなわち、環状バルブシートに形成された
環状当接面の半径方向において、環状当接面の外周部よ
りも外側の領域にシリンダヘッドとの境界部に硬度の低
い合金層を形成する合金粉末を用いて肉盛り部を形成
し、環状当接面の外周部よりも内側の領域に耐摩耗性の
合金粉末を用いて肉盛り部を形成することから、シリン
ダヘッドと肉盛り部との境界部領域にプランジ切削加工
等を施しても、切削刃の損傷等を防止でき、これによ
り、切削工具の長寿命化及び製造コストの低減を達成す
ることができる。
りバルブシートによれば、バルブの往復動方向に対して
垂直な方向、すなわち、環状バルブシートに形成された
環状当接面の半径方向において、環状当接面の外周部よ
りも外側の領域にシリンダヘッドとの境界部に硬度の低
い合金層を形成する合金粉末を用いて肉盛り部を形成
し、環状当接面の外周部よりも内側の領域に耐摩耗性の
合金粉末を用いて肉盛り部を形成することから、シリン
ダヘッドと肉盛り部との境界部領域にプランジ切削加工
等を施しても、切削刃の損傷等を防止でき、これによ
り、切削工具の長寿命化及び製造コストの低減を達成す
ることができる。
【００２２】また、バルブの往復動方向において、バル
ブの着座による衝撃荷重を支えるのは耐摩耗性合金粉末
により形成された高硬度の肉盛り部であるため、バルブ
シートとしての耐座屈性を向上させることができる。
ブの着座による衝撃荷重を支えるのは耐摩耗性合金粉末
により形成された高硬度の肉盛り部であるため、バルブ
シートとしての耐座屈性を向上させることができる。
【００２３】本発明の請求項２に係るエンジンの肉盛り
バルブシートによれば、バルブシートを形成する肉盛り
部の表面側からシリンダヘッドに向けて熱膨張率が順次
に大きくなっていることから、肉盛り部が溶融，凝固，
収縮という過程を辿る際に生じる内部応力を緩和させる
ことで、肉盛り部においてクラック等が発生するのを極
力防止することができ、これにより、製品の歩留り、さ
らには生産性を向上させることができる。
バルブシートによれば、バルブシートを形成する肉盛り
部の表面側からシリンダヘッドに向けて熱膨張率が順次
に大きくなっていることから、肉盛り部が溶融，凝固，
収縮という過程を辿る際に生じる内部応力を緩和させる
ことで、肉盛り部においてクラック等が発生するのを極
力防止することができ、これにより、製品の歩留り、さ
らには生産性を向上させることができる。
【００２４】本発明の請求項３に係るエンジンの肉盛り
バルブシートによれば、シリンダヘッドに対する肉盛り
部の溶着性を維持しつつ、両者の境界部領域を切削工具
の損傷等を招くことなくスムーズかつ確実に切削加工す
ることができ、又、バルブシートとして要求される耐摩
耗性及び衝撃荷重に耐える高強度を兼ね備えることがで
きる。
バルブシートによれば、シリンダヘッドに対する肉盛り
部の溶着性を維持しつつ、両者の境界部領域を切削工具
の損傷等を招くことなくスムーズかつ確実に切削加工す
ることができ、又、バルブシートとして要求される耐摩
耗性及び衝撃荷重に耐える高強度を兼ね備えることがで
きる。
【００２５】本発明の請求項４に係る肉盛りバルブシー
トの製造方法によれば、まず、シリンダヘッドとの境界
部に低硬度の合金層を形成する合金粉末を用いて外側の
第１肉盛り部を形成し、続いて、内側の領域に耐摩耗性
の合金粉末を用いて第２肉盛り部を形成する際に、環状
当接面の外周部が形成される領域において、第２肉盛り
部が第１肉盛り部の表面を半径方向外側に向かって覆う
ように第２肉盛り部を形成するため、肉盛り部形成後に
所定のバルブシート形状とすべくこの肉盛り部に切削加
工を施しても、環状当接面の領域には、耐摩耗性の肉盛
り層を確実に位置付けることができ、これにより、所望
の耐摩耗性を備えたバルブシートを形成することができ
る。
トの製造方法によれば、まず、シリンダヘッドとの境界
部に低硬度の合金層を形成する合金粉末を用いて外側の
第１肉盛り部を形成し、続いて、内側の領域に耐摩耗性
の合金粉末を用いて第２肉盛り部を形成する際に、環状
当接面の外周部が形成される領域において、第２肉盛り
部が第１肉盛り部の表面を半径方向外側に向かって覆う
ように第２肉盛り部を形成するため、肉盛り部形成後に
所定のバルブシート形状とすべくこの肉盛り部に切削加
工を施しても、環状当接面の領域には、耐摩耗性の肉盛
り層を確実に位置付けることができ、これにより、所望
の耐摩耗性を備えたバルブシートを形成することができ
る。
【００２６】本発明の請求項５に係る肉盛りバルブシー
トの製造方法によれば、シリンダヘッドと肉盛り部との
境界層をより薄くなるように肉盛りすることができ、こ
れにより、プランジ切削加工等を施す際に切削刃に加わ
る切削抵抗あるいは切削抵抗の極端な変化を抑制するこ
とができる。
トの製造方法によれば、シリンダヘッドと肉盛り部との
境界層をより薄くなるように肉盛りすることができ、こ
れにより、プランジ切削加工等を施す際に切削刃に加わ
る切削抵抗あるいは切削抵抗の極端な変化を抑制するこ
とができる。
【００２７】従って、切削工具の損傷等を防止でき、そ
の長寿命化、さらには生産性の向上、製造コストの低減
等を達成することができる。
の長寿命化、さらには生産性の向上、製造コストの低減
等を達成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００２９】本発明に係る肉盛りバルブシートを形成す
る被肉盛り部材としては、排気量１９９８ｃｃの直列４
気筒ＤＯＣＨ型エンジン用のアルミニウム合金（ＪＩＳ
規格ＡＣ２Ａ材）製シリンダヘッドを用いた。
る被肉盛り部材としては、排気量１９９８ｃｃの直列４
気筒ＤＯＣＨ型エンジン用のアルミニウム合金（ＪＩＳ
規格ＡＣ２Ａ材）製シリンダヘッドを用いた。
【００３０】図３は、このシリンダヘッド１の下面１ａ
の一部を示す底面図であり、図示するように、燃焼室上
面１ｂには、中央部に点火プラグ孔４、そのまわりに径
の大きい２つの吸気バルブ用バルブシート部２ａ、径の
小さい２つの排気バルブ用バルブシート部２ｂがそれぞ
れ形成されている。
の一部を示す底面図であり、図示するように、燃焼室上
面１ｂには、中央部に点火プラグ孔４、そのまわりに径
の大きい２つの吸気バルブ用バルブシート部２ａ、径の
小さい２つの排気バルブ用バルブシート部２ｂがそれぞ
れ形成されている。
【００３１】これらバルブシート部の形状について詳述
すると、図４（図３中のＣ−Ｃ部における断面を示す）
に示すように、例えば吸気バルブ用バルブシート部２ａ
は、例えば半径４．５ｍｍの環状Ｒ溝に予め加工されて
おり、このＲ溝領域に肉盛りが施されることになる。
すると、図４（図３中のＣ−Ｃ部における断面を示す）
に示すように、例えば吸気バルブ用バルブシート部２ａ
は、例えば半径４．５ｍｍの環状Ｒ溝に予め加工されて
おり、このＲ溝領域に肉盛りが施されることになる。
【００３２】そして、施された肉盛り部をバルブに適合
するような所定の形状に仕上げ加工を施し、３０度テー
パ面Ｓ１，バルブの傘部が当接する環状当接面となる９
０度テーパ面Ｓ２，及び１２０度テーパ面Ｓ３からなる
加工面Ｓを形成することになる。
するような所定の形状に仕上げ加工を施し、３０度テー
パ面Ｓ１，バルブの傘部が当接する環状当接面となる９
０度テーパ面Ｓ２，及び１２０度テーパ面Ｓ３からなる
加工面Ｓを形成することになる。
【００３３】ここで、説明の便宜上、図４に示すよう
に、環状Ｒ溝部（バルブシート部）２ａと燃焼室上面１
ｂの交点、すなわち、環状Ｒ溝部２ａの外周端をＨ、環
状Ｒ溝部２ａの内周端をＮ、点Ｎからバルブの往復動方
向Ｌに伸長した直線と点Ｈから方向Ｌに垂直な方向に伸
長した直線との交点をＭ、環状当接面Ｓ２の外周部Ｓ２
ｐを通りかつバルブの往復動方向Ｌに平行な直線と点Ｈ
から方向Ｌに垂直な方向に伸長した直線との交点をＪ、
環状当接面Ｓ２の外周部Ｓ２ｐを通りかつバルブの往復
動方向Ｌに平行な直線と環状Ｒ溝部２ａとの交点をＫ、
とする。
に、環状Ｒ溝部（バルブシート部）２ａと燃焼室上面１
ｂの交点、すなわち、環状Ｒ溝部２ａの外周端をＨ、環
状Ｒ溝部２ａの内周端をＮ、点Ｎからバルブの往復動方
向Ｌに伸長した直線と点Ｈから方向Ｌに垂直な方向に伸
長した直線との交点をＭ、環状当接面Ｓ２の外周部Ｓ２
ｐを通りかつバルブの往復動方向Ｌに平行な直線と点Ｈ
から方向Ｌに垂直な方向に伸長した直線との交点をＪ、
環状当接面Ｓ２の外周部Ｓ２ｐを通りかつバルブの往復
動方向Ｌに平行な直線と環状Ｒ溝部２ａとの交点をＫ、
とする。
【００３４】次に、肉盛りに使用される合金粉末につい
て説明する。
て説明する。
【００３５】先ず、環状当接面Ｓ２の外周部Ｓ２ｐが形
成される位置よりも半径方向Ｆ外側の領域（略ＨＪＫで
囲まれる領域）において、シリンダヘッド１との界面に
低硬度の合金層を形成する合金粉末としては、例えば、
成分組成が重量パーセントで、Ｓｎ：３．５〜７．０
％、Ｐ：０．０９〜０．１２％、残部が銅及び不純物か
らなる銅合金粉末を適用することができる。
成される位置よりも半径方向Ｆ外側の領域（略ＨＪＫで
囲まれる領域）において、シリンダヘッド１との界面に
低硬度の合金層を形成する合金粉末としては、例えば、
成分組成が重量パーセントで、Ｓｎ：３．５〜７．０
％、Ｐ：０．０９〜０．１２％、残部が銅及び不純物か
らなる銅合金粉末を適用することができる。
【００３６】次に、環状当接面Ｓ２の外周部Ｓ２ｐが形
成される位置よりも半径方向Ｆ内側の領域（略ＪＫＭＮ
で囲まれる領域）において、硬質相を析出する耐摩耗性
の合金粉末としては、例えば、成分組成が重量パーセン
トで、Ａｌ：１．０〜５．０％、元素周期律表Ｖａ族元
素であるＶ，Ｎｂ，Ｔａのうち少なくとも１種：０．１
〜５．０％、Ｓｉ：１．０〜５．０％、場合によっては
Ｃｏ：５．０〜２０．０％、同じく場合によってはＦｅ
及びＮｉの１種又は２種：５．０〜２０．０％、同じく
場合によってはＭｎ：１．０〜１０．０％を含有し、残
部が銅（Ｃｕ）及び不純物からなる耐摩耗性銅合金粉末
を適用することができる。
成される位置よりも半径方向Ｆ内側の領域（略ＪＫＭＮ
で囲まれる領域）において、硬質相を析出する耐摩耗性
の合金粉末としては、例えば、成分組成が重量パーセン
トで、Ａｌ：１．０〜５．０％、元素周期律表Ｖａ族元
素であるＶ，Ｎｂ，Ｔａのうち少なくとも１種：０．１
〜５．０％、Ｓｉ：１．０〜５．０％、場合によっては
Ｃｏ：５．０〜２０．０％、同じく場合によってはＦｅ
及びＮｉの１種又は２種：５．０〜２０．０％、同じく
場合によってはＭｎ：１．０〜１０．０％を含有し、残
部が銅（Ｃｕ）及び不純物からなる耐摩耗性銅合金粉末
を適用することができる。
【００３７】尚、本実施例では、肉盛り用合金粉末とし
て、下記表１に示す成分組成を有する２種類の銅合金粉
末Ｕ，Ｖを使用した。
て、下記表１に示す成分組成を有する２種類の銅合金粉
末Ｕ，Ｖを使用した。
【００３８】
【表１】
【００３９】また、上記表１に示す銅合金粉末Ｕ，Ｖ及
びアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ２Ａ材）製シリン
ダヘッド１の硬度（Ｈｖ）及び熱膨張率Ｘ，Ｙ，Ｚを下
記表２に示す。
びアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ２Ａ材）製シリン
ダヘッド１の硬度（Ｈｖ）及び熱膨張率Ｘ，Ｙ，Ｚを下
記表２に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】上述表１及び表２に示す銅合金粉末Ｕ，Ｖ
を用いて、バルブシート部２に肉盛り部を形成する方法
について以下に説明する。
を用いて、バルブシート部２に肉盛り部を形成する方法
について以下に説明する。
【００４２】先ず、環状当接面Ｓ２の外周部Ｓ２ｐが形
成される位置よりも半径方向Ｆ外側の領域（略ＨＪＫで
囲まれる領域）に対して、粉末供給装置（不図示）によ
り表１に示す銅合金粉末Ｕを供給しつつレーザビームを
照射して、図５に示すような第１肉盛り部５ａを形成す
る。ここで適用される肉盛り加工条件としては、例え
ば、下記表３に示すものが適用可能である。
成される位置よりも半径方向Ｆ外側の領域（略ＨＪＫで
囲まれる領域）に対して、粉末供給装置（不図示）によ
り表１に示す銅合金粉末Ｕを供給しつつレーザビームを
照射して、図５に示すような第１肉盛り部５ａを形成す
る。ここで適用される肉盛り加工条件としては、例え
ば、下記表３に示すものが適用可能である。
【００４３】
【表３】
【００４４】次に、環状当接面Ｓ２の外周部Ｓ２ｐが形
成される位置よりも半径方向Ｆ内側の領域（略ＪＫＭＮ
で囲まれる領域）に対して、粉末供給装置により表１に
示す耐摩耗性銅合金粉末Ｖを供給しつつレーザビームを
照射して、図６に示すような第２肉盛り部５ｂを形成す
る。ここで適用される肉盛り加工条件としては、例え
ば、下記表４に示すものが適用可能である。
成される位置よりも半径方向Ｆ内側の領域（略ＪＫＭＮ
で囲まれる領域）に対して、粉末供給装置により表１に
示す耐摩耗性銅合金粉末Ｖを供給しつつレーザビームを
照射して、図６に示すような第２肉盛り部５ｂを形成す
る。ここで適用される肉盛り加工条件としては、例え
ば、下記表４に示すものが適用可能である。
【００４５】
【表４】
【００４６】ここで、第２肉盛り部５ｂを形成する際
に、環状当接面Ｓ２の外周部Ｓ２ｐが形成される位置よ
りも半径方向Ｆ外側の領域に位置する第１肉盛り部５ａ
の表面の一部分まで覆うような肉盛り部５ｂ´を形成す
るように肉盛り加工を施す。
に、環状当接面Ｓ２の外周部Ｓ２ｐが形成される位置よ
りも半径方向Ｆ外側の領域に位置する第１肉盛り部５ａ
の表面の一部分まで覆うような肉盛り部５ｂ´を形成す
るように肉盛り加工を施す。
【００４７】このような肉盛り部５ｂ´を設けることに
より、第２肉盛り部５ｂに切削加工を施して仕上げ面Ｓ
を形成する場合に、肉盛り部の厚さにばらつきがあって
も、環状当接面Ｓ２の外周部Ｓ２ｐが、第１肉盛り部５
ａの領域により形成されるようなことはなく、確実に第
２肉盛り部５ｂを形成する耐摩耗性合金により形成され
ることになる。これにより、バルブシートとして要求さ
れる耐摩耗性を確実に確保することができる。
より、第２肉盛り部５ｂに切削加工を施して仕上げ面Ｓ
を形成する場合に、肉盛り部の厚さにばらつきがあって
も、環状当接面Ｓ２の外周部Ｓ２ｐが、第１肉盛り部５
ａの領域により形成されるようなことはなく、確実に第
２肉盛り部５ｂを形成する耐摩耗性合金により形成され
ることになる。これにより、バルブシートとして要求さ
れる耐摩耗性を確実に確保することができる。
【００４８】次に、上述の如く形成された第１肉盛り部
５ａ及び第２肉盛り部５ｂに対して、切削加工を施し、
バルブシートとしての仕上げ形状を得るための加工方法
について説明する。
５ａ及び第２肉盛り部５ｂに対して、切削加工を施し、
バルブシートとしての仕上げ形状を得るための加工方法
について説明する。
【００４９】ここで用いる切削用の加工装置は、主軸モ
ータ（不図示）によって軸方向に進退自在にかつ回転駆
動されるように支持されたホルダ部（不図示）と、この
ホルダ部にそれぞれ支持された１２０度テーパ面Ｓ３を
加工するための切削バイト１１、３０度テーパ面Ｓ１を
加工するための切削バイト１２、９０度テーパ面Ｓ２を
加工するための切削バイト１３等を備えている。
ータ（不図示）によって軸方向に進退自在にかつ回転駆
動されるように支持されたホルダ部（不図示）と、この
ホルダ部にそれぞれ支持された１２０度テーパ面Ｓ３を
加工するための切削バイト１１、３０度テーパ面Ｓ１を
加工するための切削バイト１２、９０度テーパ面Ｓ２を
加工するための切削バイト１３等を備えている。
【００５０】加工に際し、先ずホルダ部をシリンダヘッ
ド１のバルブシート部開口領域に挿入する。そして、図
７及び図８に示すように、１２０度テーパ面Ｓ３を切削
バイト１１を用いて、又、３０度テーパ面Ｓ１を切削バ
イト１２を用いて、それぞれプランジ加工を施し、所定
の仕上げ面Ｓ３，Ｓ１を形成する。
ド１のバルブシート部開口領域に挿入する。そして、図
７及び図８に示すように、１２０度テーパ面Ｓ３を切削
バイト１１を用いて、又、３０度テーパ面Ｓ１を切削バ
イト１２を用いて、それぞれプランジ加工を施し、所定
の仕上げ面Ｓ３，Ｓ１を形成する。
【００５１】この際、図７に示すようなシリンダヘッド
１と第１肉盛り部５ａとの境界部７の領域に硬質相が析
出しないように、第１肉盛り部５ａは合金粉末（本実施
例では、Ｃｕ−３．５Ｓｎ−０．１２Ｐ）を用いて肉盛
りされているため、切削バイト１１の切削刃に加わる切
削抵抗を低減させることができ、これにより、切削バイ
ト１１の寿命を延ばすことができる。尚、本実施例で
は、境界部７に金属間化合物等の硬質相が析出するもの
を切削するものに比べて、切削バイト１１の寿命を約５
０％向上させることができた。
１と第１肉盛り部５ａとの境界部７の領域に硬質相が析
出しないように、第１肉盛り部５ａは合金粉末（本実施
例では、Ｃｕ−３．５Ｓｎ−０．１２Ｐ）を用いて肉盛
りされているため、切削バイト１１の切削刃に加わる切
削抵抗を低減させることができ、これにより、切削バイ
ト１１の寿命を延ばすことができる。尚、本実施例で
は、境界部７に金属間化合物等の硬質相が析出するもの
を切削するものに比べて、切削バイト１１の寿命を約５
０％向上させることができた。
【００５２】上述の切削加工が終了すると、切削バイト
１１及び切削バイト１２を後退させ、続いて、図９に示
すように、切削バイト１３を前進させて、９０度テーパ
面Ｓ２をトラバース加工し、バルブシートとしての最終
形状に仕上げ加工する。
１１及び切削バイト１２を後退させ、続いて、図９に示
すように、切削バイト１３を前進させて、９０度テーパ
面Ｓ２をトラバース加工し、バルブシートとしての最終
形状に仕上げ加工する。
【００５３】以上のようにして形成された肉盛りバルブ
シートを図１０に示す。図１０に示すように、吸気バル
ブ３ａ（あるいは排気バルブ３ｂ）の傘部３ａｓ（ある
いは３ｂｓ）が当接する環状当接面は９０度テーパ面Ｓ
２に相当し、この環状当接面の外周部Ｓ２ｐよりも半径
方向Ｆ外側の領域に硬度の低い第１肉盛り部５ａ、外周
部Ｓ２ｐよりも半径方向Ｆ内側の領域に硬度の高い第２
肉盛り部５ｂがそれぞれ設けられている。
シートを図１０に示す。図１０に示すように、吸気バル
ブ３ａ（あるいは排気バルブ３ｂ）の傘部３ａｓ（ある
いは３ｂｓ）が当接する環状当接面は９０度テーパ面Ｓ
２に相当し、この環状当接面の外周部Ｓ２ｐよりも半径
方向Ｆ外側の領域に硬度の低い第１肉盛り部５ａ、外周
部Ｓ２ｐよりも半径方向Ｆ内側の領域に硬度の高い第２
肉盛り部５ｂがそれぞれ設けられている。
【００５４】また、バルブ３ａの往復動方向Ｌにおい
て、バルブの衝撃荷重を支えるのは高硬度の第２肉盛り
部５ｂであるため、エンジン稼働時のバルブシートの耐
座屈性を向上させることができる。
て、バルブの衝撃荷重を支えるのは高硬度の第２肉盛り
部５ｂであるため、エンジン稼働時のバルブシートの耐
座屈性を向上させることができる。
【図１】 エンジンのバルブシートを肉盛りにより形成
した状態を示すシリンダヘッドの一部断面図である。
した状態を示すシリンダヘッドの一部断面図である。
【図２】 図１中のＡ部拡大図で、肉盛りを施す前の未
加工の状態を示す図である。
加工の状態を示す図である。
【図３】 シリンダヘッドのバルブシート部を示す底面
図である。
図である。
【図４】 図３中のＣ−Ｃ部におけるバルブシート部の
断面図である。
断面図である。
【図５】 シリンダヘッドのバルブシート部に第１肉盛
り部を施した状態を示す断面図である。
り部を施した状態を示す断面図である。
【図６】 シリンダヘッドのバルブシート部に第１肉盛
り部及び第２肉盛り部を施した状態を示す断面図であ
る。
り部及び第２肉盛り部を施した状態を示す断面図であ
る。
【図７】 バルブシートの１２０度テーパ面を切削加工
する状態を示す断面図である。
する状態を示す断面図である。
【図８】 バルブシートの３０度テーパ面を切削加工す
る状態を示す断面図である。
る状態を示す断面図である。
【図９】 バルブシートの９０度テーパ面を切削加工す
る状態を示す断面図である。
る状態を示す断面図である。
【図１０】 最終形状に仕上げ加工された肉盛りバルブ
シートを示す断面図である。
シートを示す断面図である。
１ シリンダヘッド １ａ 下面 １ｂ 燃焼室上面 ２ バルブシート部 ２ａ 吸気バルブ用バルブシート部 ２ｂ 排気バルブ用バルブシート部 ３ バルブ ４ 点火ブラグ孔 ５ 肉盛り部 ５ａ 第１肉盛り部 ５ｂ 第２肉盛り部 ７ 境界部 １１ 切削バイト（１２０度面） １２ 切削バイト（３０度面） １３ 切削バイト（９０度面）
Claims (5)
- 【請求項１】 シリンダヘッドのバルブシート部に合金
粉末を肉盛り溶着して環状の肉盛り部を形成し、前記肉
盛り部を所定形状に加工して吸排気バルブの傘部を当接
させる環状当接面を設けたエンジンの肉盛りバルブシー
トであって、 前記肉盛り部は、前記環状当接面の外周部よりも半径方
向外側の領域において前記シリンダヘッドとの境界部に
低硬度の合金層を形成する合金粉末を肉盛りした第１肉
盛り部と、前記環状当接面の外周部よりも半径方向内側
の領域において耐摩耗性の合金粉末を肉盛りした第２肉
盛り部とからなることを特徴とするエンジンの肉盛りバ
ルブシート。 - 【請求項２】 前記第１肉盛り部の熱膨張率をＸ、前記
第２肉盛り部の熱膨張率をＹ、及び前記シリンダヘッド
の熱膨張率をＺとするとき、Ｚ＞Ｘ＞Ｙなる関係式を満
たすことを特徴とする請求項１記載のエンジンの肉盛り
バルブシート。 - 【請求項３】 前記シリンダヘッドはアルミニウム合金
からなり、前記第１肉盛り部を形成する合金粉末は、重
量％で、Ｓｎ：３．５〜７．０％、Ｐ：０．０９〜０．
１２％、残部が銅及び不純物からなる銅合金粉末であ
り、前記第２肉盛り部を形成する合金粉末は、重量％
で、Ａｌ：１．０〜５．０％、元素周期律表Ｖａ族元素
であるＶ，Ｎｂ，Ｔａのうち少なくとも１種：０．１〜
５．０％、Ｓｉ：１．０〜５．０％、残部が銅及び不純
物からなる銅合金粉末であることを特徴とする請求項１
又は２記載のエンジンの肉盛りバルブシート。 - 【請求項４】 シリンダヘッドのバルブシート部に合金
粉末を肉盛り溶着して環状の肉盛り部を形成し、前記肉
盛り部を所定形状に加工して吸排気バルブの傘部を当接
させる環状当接面を設ける肉盛りバルブシートの製造方
法であって、前記環状当接面の外周部が形成される位置
よりも半径方向外側の領域において前記シリンダヘッド
との境界部に低硬度の合金層を形成する合金粉末を供給
溶着して第１肉盛り部を形成し、前記環状当接面の外周
部が形成される位置よりも半径方向外側の領域に位置す
る前記第１肉盛り部の表面の一部分まで覆うように、前
記第１肉盛り部よりも半径方向内側の領域において耐摩
耗性の合金粉末を供給溶着して第２肉盛り部を形成する
ことを特徴とする肉盛りバルブシートの製造方法。 - 【請求項５】 前記合金粉末を溶着させる際にレーザビ
ームを使用することを特徴とする請求項４記載の肉盛り
バルブシートの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9148256A JPH10339117A (ja) | 1997-06-05 | 1997-06-05 | エンジンの肉盛りバルブシート及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9148256A JPH10339117A (ja) | 1997-06-05 | 1997-06-05 | エンジンの肉盛りバルブシート及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10339117A true JPH10339117A (ja) | 1998-12-22 |
Family
ID=15448723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9148256A Pending JPH10339117A (ja) | 1997-06-05 | 1997-06-05 | エンジンの肉盛りバルブシート及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10339117A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005029894A (ja) * | 2003-07-02 | 2005-02-03 | Daimler Chrysler Ag | 弁座生産方法 |
| JP2021169108A (ja) * | 2020-04-15 | 2021-10-28 | 住友重機械ハイマテックス株式会社 | 硬質金属部材の製造方法及び硬質金属部材 |
| US11427889B2 (en) | 2020-06-24 | 2022-08-30 | Hyundai Motor Company | Copper alloy for engine valve seats manufactured by laser cladding |
| WO2022199837A1 (en) * | 2021-03-26 | 2022-09-29 | Jaguar Land Rover Limited | A casting for an internal combustion engine |
| US11560610B2 (en) | 2020-06-22 | 2023-01-24 | Hyundai Motor Company | Copper alloy for valve seats |
-
1997
- 1997-06-05 JP JP9148256A patent/JPH10339117A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005029894A (ja) * | 2003-07-02 | 2005-02-03 | Daimler Chrysler Ag | 弁座生産方法 |
| JP2021169108A (ja) * | 2020-04-15 | 2021-10-28 | 住友重機械ハイマテックス株式会社 | 硬質金属部材の製造方法及び硬質金属部材 |
| US11560610B2 (en) | 2020-06-22 | 2023-01-24 | Hyundai Motor Company | Copper alloy for valve seats |
| US11427889B2 (en) | 2020-06-24 | 2022-08-30 | Hyundai Motor Company | Copper alloy for engine valve seats manufactured by laser cladding |
| WO2022199837A1 (en) * | 2021-03-26 | 2022-09-29 | Jaguar Land Rover Limited | A casting for an internal combustion engine |
| GB2620065A (en) * | 2021-03-26 | 2023-12-27 | Jaguar Land Rover Ltd | A casting for internal combustion engine |
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