JPS61275512A - エンジン用部品及びその製造方法 - Google Patents
エンジン用部品及びその製造方法Info
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- JPS61275512A JPS61275512A JP11538385A JP11538385A JPS61275512A JP S61275512 A JPS61275512 A JP S61275512A JP 11538385 A JP11538385 A JP 11538385A JP 11538385 A JP11538385 A JP 11538385A JP S61275512 A JPS61275512 A JP S61275512A
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はエンジン用部品、特に耐吹抜焼損性が問題とさ
れるディーゼルエンジン排気弁のフェース部等に好適な
構造及びその製造方法に関する。
れるディーゼルエンジン排気弁のフェース部等に好適な
構造及びその製造方法に関する。
船舶用等のディーゼルエンジンに用いられる排気弁は排
気化よって焼損を起し易く、特に排気温度が比較的高い
中高速ディーゼル機関でしかも粗悪油を使用した場合に
その度合いが顕著となる。このような焼損の問題は、主
に排気弁フェース部の吹抜は焼損に代表される。従来、
このような吹抜は焼損対策としてフェース部に高硬度の
耐食性合金等を溶接肉盛した排気弁が用いられているが
、その結果は十分ではなく、この種の排気弁を船舶のデ
ィーゼルエンジンに用いた場合の点検間隔はせいぜい１
５００時間程度に過ぎない。このようなことから、本発
明者らはフェース部にセラミック溶射層を設けた排気弁
を先に提案した。しかし、このようなセラミック溶射排
気弁は、その点検間隔が従来の溶接肉盛排気弁に較べ飛
躍的に延びるとは言うものの、その間隔は約６０００時
間程度であり、ユーザーからの要望が強いｄｏｃｋ−ｔ
ｏ−ｄｏｃｋ （１２０００時間以上）無点検は望み得
ない。
気化よって焼損を起し易く、特に排気温度が比較的高い
中高速ディーゼル機関でしかも粗悪油を使用した場合に
その度合いが顕著となる。このような焼損の問題は、主
に排気弁フェース部の吹抜は焼損に代表される。従来、
このような吹抜は焼損対策としてフェース部に高硬度の
耐食性合金等を溶接肉盛した排気弁が用いられているが
、その結果は十分ではなく、この種の排気弁を船舶のデ
ィーゼルエンジンに用いた場合の点検間隔はせいぜい１
５００時間程度に過ぎない。このようなことから、本発
明者らはフェース部にセラミック溶射層を設けた排気弁
を先に提案した。しかし、このようなセラミック溶射排
気弁は、その点検間隔が従来の溶接肉盛排気弁に較べ飛
躍的に延びるとは言うものの、その間隔は約６０００時
間程度であり、ユーザーからの要望が強いｄｏｃｋ−ｔ
ｏ−ｄｏｃｋ （１２０００時間以上）無点検は望み得
ない。
しかし、本発明者等が検討したところでは、従来の溶接
肉盛排気弁に較べこのようなセラミック溶射排気弁が点
検期間を大幅に伸ばしていることから、焼結セラミック
材をフェース部用の部材として使用するならば耐吹抜性
がより向上し、更に点検期間を延長できるものと予想さ
れる。
肉盛排気弁に較べこのようなセラミック溶射排気弁が点
検期間を大幅に伸ばしていることから、焼結セラミック
材をフェース部用の部材として使用するならば耐吹抜性
がより向上し、更に点検期間を延長できるものと予想さ
れる。
第５図は排気弁のフェース部（ａ）に焼結セラミック材
（２Ｊを埋め込んだ構造を示すものであるが、この焼結
セラミック材（２Ｓを母材（１）に対して接合する方法
としては以下のようなものがある。
（２Ｊを埋め込んだ構造を示すものであるが、この焼結
セラミック材（２Ｓを母材（１）に対して接合する方法
としては以下のようなものがある。
ｌ）機械的嵌合方法
２）接着剤による方法
３）メタライジンクや溶融状態を利用する方法
４）固相拡散接合方法
しかし、これらのうち １）及び ２）の方法は、排気
弁が比較的高温下（＞６００℃）で使用されるため適用
が難しく、また ３）の方法はろう材を用いる場合が多
いが、接合強度が低く信頼性が乏しい。これに対し４）
の方法は比較的低い温度で接合でき、また接合強度も高
いことから焼結セラミック材の遺合方法としては有望な
方法であると言える。しかし。
弁が比較的高温下（＞６００℃）で使用されるため適用
が難しく、また ３）の方法はろう材を用いる場合が多
いが、接合強度が低く信頼性が乏しい。これに対し４）
の方法は比較的低い温度で接合でき、また接合強度も高
いことから焼結セラミック材の遺合方法としては有望な
方法であると言える。しかし。
このような接合方法ではセラミックと母材との熱膨張率
に大きな差があるため、接合後の冷却中に生ずる熱応力
により焼結セラミック材に割れを生ずるという大きな問
題がある。
に大きな差があるため、接合後の冷却中に生ずる熱応力
により焼結セラミック材に割れを生ずるという大きな問
題がある。
加えて、排気弁は使用中に〔約り００℃＝約３００℃〕
の繰り返し温度変動を受け、この温度変動に伴い繰り返
し熱応力が生じるため、変形能の小さい焼結セラミック
が疲労破壊するという問題もある。
の繰り返し温度変動を受け、この温度変動に伴い繰り返
し熱応力が生じるため、変形能の小さい焼結セラミック
が疲労破壊するという問題もある。
本発明はこのような従来の問題に鑑み、焼結セラミック
材が冷却時の熱応力や使用中における繰り返し熱応力基
こよって割れ等を生ずることがない構造及びそのような
構造を得るために妬薊方法を提供せんとするものである
。
材が冷却時の熱応力や使用中における繰り返し熱応力基
こよって割れ等を生ずることがない構造及びそのような
構造を得るために妬薊方法を提供せんとするものである
。
このため本発明は、フェース部等を構成すべき母材面に
、上場側から活性金属からなる接合用インサートメタル
と、低熱膨張部材を主体さする熱応力緩和用インサート
材を介在せしめつつ、焼結セラミック材が接合された構
造としたことをその基本的特徴とする。このように、フ
ェース部等を構成する焼結セラミック材と母材との間に
、機能を異にする２ｆ！１類のインサート部材を介在せ
しめた本発明の構造によれば、焼結セラミック材と母材
間に介在する低熱膨張部材を主体とするインサート材に
より、接合後の冷却時や使用時におけ部部材に対する大
きな接合強度が得られ、全体として焼結セラミック材の
割れ等が生じにくく、しかも優れた接合強度で接合され
た構造とすることができる。このような本発明は例えば
次のような実施態様を取ることができる・ イ）熱応力緩和用インサート材が低熱膨張部材のみから
なる構造 口）熱応力緩和−用インサート材が、゛低熱膨張部材及
び軟質金属材を含む複合層か らなっている構造。
、上場側から活性金属からなる接合用インサートメタル
と、低熱膨張部材を主体さする熱応力緩和用インサート
材を介在せしめつつ、焼結セラミック材が接合された構
造としたことをその基本的特徴とする。このように、フ
ェース部等を構成する焼結セラミック材と母材との間に
、機能を異にする２ｆ！１類のインサート部材を介在せ
しめた本発明の構造によれば、焼結セラミック材と母材
間に介在する低熱膨張部材を主体とするインサート材に
より、接合後の冷却時や使用時におけ部部材に対する大
きな接合強度が得られ、全体として焼結セラミック材の
割れ等が生じにくく、しかも優れた接合強度で接合され
た構造とすることができる。このような本発明は例えば
次のような実施態様を取ることができる・ イ）熱応力緩和用インサート材が低熱膨張部材のみから
なる構造 口）熱応力緩和−用インサート材が、゛低熱膨張部材及
び軟質金属材を含む複合層か らなっている構造。
ハ）低熱膨張部材が熱膨張係数が０，８ ＸＩ Ｏ／’
Ｃ以下の低熱膨張金属材及びセラミック 材の１種または２種からなっている＠ 二）熱応力緩和用インサート材が、その中間層に活性金
属からなる接合用に一軒 ＝１＝リタルを有している。
Ｃ以下の低熱膨張金属材及びセラミック 材の１種または２種からなっている＠ 二）熱応力緩和用インサート材が、その中間層に活性金
属からなる接合用に一軒 ＝１＝リタルを有している。
ホ）各インサートメタル及びインサート材が、それら部
材よりも上層側に位置す る他の部材を表面を除き被包している 構造＠ また１本発明は以上のようなエンジン用部品を製造する
に好適な方法として次のような点を他の基本的特徴とす
る。
材よりも上層側に位置す る他の部材を表面を除き被包している 構造＠ また１本発明は以上のようなエンジン用部品を製造する
に好適な方法として次のような点を他の基本的特徴とす
る。
イ）母材面に、下層側から順に低熱膨張部材を主体とす
る熱応力緩和用インサー ト材、活性金属からなる接合用インサ ートメタル、及び焼結セラミック材を 重ね、真空または不活性ガス雰囲気中 で加熱しつつ焼結セラミック材上部か ら加圧し、各部材間を固相拡散接合さ せる方法。
る熱応力緩和用インサー ト材、活性金属からなる接合用インサ ートメタル、及び焼結セラミック材を 重ね、真空または不活性ガス雰囲気中 で加熱しつつ焼結セラミック材上部か ら加圧し、各部材間を固相拡散接合さ せる方法。
口）母材面に対し、下層側から順に低熱膨張部材を主体
とする熱応力緩和用イン サート材、活性金属からなる接合用イ ンサートメタル、及び焼結セラミック 材が配され接合された構造を得るに当 り、焼結セラミック材の下面に、接合 用インサートメタル及び熱応力緩和用 インサー鼾材テ定からなるインサート 部材の一部または全部を真空または不 活性ガス雰囲気中における加圧加熱に より固相拡散接合し、次いで該接合体 を残余のインサート部材がある場合に はこれを母材面との間に介在せしめつ つ母材面に重ね、真空または不活性ガ ス！開恒中で加執１，１つ慎枯セラミック材上部から加
圧し、各部材間を固相 拡散接合する方法。
とする熱応力緩和用イン サート材、活性金属からなる接合用イ ンサートメタル、及び焼結セラミック 材が配され接合された構造を得るに当 り、焼結セラミック材の下面に、接合 用インサートメタル及び熱応力緩和用 インサー鼾材テ定からなるインサート 部材の一部または全部を真空または不 活性ガス雰囲気中における加圧加熱に より固相拡散接合し、次いで該接合体 を残余のインサート部材がある場合に はこれを母材面との間に介在せしめつ つ母材面に重ね、真空または不活性ガ ス！開恒中で加執１，１つ慎枯セラミック材上部から加
圧し、各部材間を固相 拡散接合する方法。
以下本発明の詳細を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明をディーゼルエンジン用排気弁（弁体）
に適用した場合の一実施例を示すもので、゛排気弁のフ
ェース部（ａ）（シート面）に焼結セラミック材（２）
を埋め込んだ構造例である。排気弁の母材（１）と焼結
セラミック材（２］との間には、上層側から活性金属か
らなる接合用インサートメタル（３） （！： 、低熱
膨張部材を主体とする熱応力緩和用インサート材（４）
とが介在せしめられている。これらの部材間及びこれら
の部材と焼結セラミック材（２）及び母材（１）とはそ
れぞれ固相拡散接合により接合されている。
に適用した場合の一実施例を示すもので、゛排気弁のフ
ェース部（ａ）（シート面）に焼結セラミック材（２）
を埋め込んだ構造例である。排気弁の母材（１）と焼結
セラミック材（２］との間には、上層側から活性金属か
らなる接合用インサートメタル（３） （！： 、低熱
膨張部材を主体とする熱応力緩和用インサート材（４）
とが介在せしめられている。これらの部材間及びこれら
の部材と焼結セラミック材（２）及び母材（１）とはそ
れぞれ固相拡散接合により接合されている。
本発明は基本的に、熱膨張率の面で母材に較べ焼結セラ
ミック材に近い低熱膨張部材を、焼結セラミック材（２
）と母材（１）間に介在せしめることにより、焼結セラ
ミック材（２）に働く熱応力を緩和するものであり、こ
のため前記熱応力緩和用インサート材（４）が設けられ
る。
ミック材に近い低熱膨張部材を、焼結セラミック材（２
）と母材（１）間に介在せしめることにより、焼結セラ
ミック材（２）に働く熱応力を緩和するものであり、こ
のため前記熱応力緩和用インサート材（４）が設けられ
る。
このインサート材（４）は上記した理由から低熱膨張部
材が主体となる。この低熱膨張部材としては低熱膨張金
属が通常用いられるが、その代り或いは該金属とともに
セラミック材を用いることができる。
材が主体となる。この低熱膨張部材としては低熱膨張金
属が通常用いられるが、その代り或いは該金属とともに
セラミック材を用いることができる。
熱応力緩和用インサート材（４）は低熱膨張部材のみか
ら構成せしめることができることは言うまでもない。し
かし、一般にこの種の部材は弾性定数が比較的大きく、
その熱歪によって熱応力を十分緩和できない場合があり
、このような場合には低熱膨張部材に軟質金属材を組み
合せた多層構造の熱応力緩和用インサート材（４）とす
ることができる。このような軟質金属材により熱応力が
適切に軽減される。
ら構成せしめることができることは言うまでもない。し
かし、一般にこの種の部材は弾性定数が比較的大きく、
その熱歪によって熱応力を十分緩和できない場合があり
、このような場合には低熱膨張部材に軟質金属材を組み
合せた多層構造の熱応力緩和用インサート材（４）とす
ることができる。このような軟質金属材により熱応力が
適切に軽減される。
またこのインサート材（４）には上記軟質金属材の他に
前記接合用インサートメタル（３）と同様の接合用←−
←−トメタル（活性金属からなるインサートメタル）を
組み合せることができる。この接合用←≠＋−＋−メタ
ルは例えば上層側の低熱膨張部材と下層側の軟質金属材
との間に介在し１両部材を強固に接合するのに役立つ。
前記接合用インサートメタル（３）と同様の接合用←−
←−トメタル（活性金属からなるインサートメタル）を
組み合せることができる。この接合用←≠＋−＋−メタ
ルは例えば上層側の低熱膨張部材と下層側の軟質金属材
との間に介在し１両部材を強固に接合するのに役立つ。
前記低熱膨張金属（インサートメタル）としては、熱膨
張係数が０．８Ｘ１０７℃以下の金属（合金を含む）を
用いることが好ましい。このようζζ熱膨張率の面で母
材（１）番こ較べ焼結セラミック材（２）に近い材質を
用いることにより、焼結セラミック材（２）の熱応力を
適切に緩和できる。この低熱膨張金属としては、例えば
モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングス
テン合金、ニオブ、ニオブ合金、タンタル、タンタル合
金、インバーコバール等が用いられる。
張係数が０．８Ｘ１０７℃以下の金属（合金を含む）を
用いることが好ましい。このようζζ熱膨張率の面で母
材（１）番こ較べ焼結セラミック材（２）に近い材質を
用いることにより、焼結セラミック材（２）の熱応力を
適切に緩和できる。この低熱膨張金属としては、例えば
モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングス
テン合金、ニオブ、ニオブ合金、タンタル、タンタル合
金、インバーコバール等が用いられる。
また軟質金属材（インサートメタル）としては、アルミ
、アルミ合金、銅、銅合金、金、金合金、銀、銀合金、
白金、白金合金等が用いられる。
、アルミ合金、銅、銅合金、金、金合金、銀、銀合金、
白金、白金合金等が用いられる。
前記接合用インサートメタル（３）は焼結セラミック材
（２）をその下部部材、すなわち上記熱応力緩和用イン
サート材（４）に強固に接合するためのもので、活性金
属から構成される。このインサートメタル（３）として
は、チタン、チタン合金、アルミ、アルミ合金、銅、銅
合金、銀、銀合金等が用いられる。
（２）をその下部部材、すなわち上記熱応力緩和用イン
サート材（４）に強固に接合するためのもので、活性金
属から構成される。このインサートメタル（３）として
は、チタン、チタン合金、アルミ、アルミ合金、銅、銅
合金、銀、銀合金等が用いられる。
熱応力緩和用インサート材（４）及び接合用インサート
メタル（４）は、以上述べた材質のものを１種または２
種以上組み合せて構成せしめることができる。
メタル（４）は、以上述べた材質のものを１種または２
種以上組み合せて構成せしめることができる。
焼結セラミック材（２）としては％ＳｉＣ、５ｉｓＮ＋
５ＺｒＯｘ ＋ ＺｒＢ＊ ＋ Ｐ ＳＺ （部分安定
化ジルコニア）等の材質のものが用いられる。
５ＺｒＯｘ ＋ ＺｒＢ＊ ＋ Ｐ ＳＺ （部分安定
化ジルコニア）等の材質のものが用いられる。
焼結セラミック材（２）と母材（１）との間に介在する
上記インサート部材（接合用インサートメタル及び熱応
力緩和用インサート材）は、第１図に示すように各部材
がその上部の部材を表面（露出面）を除き被包するよう
な構造とすることが好ましく、これにより焼結セラミッ
ク材（２ンの熱応力を適切に軽減できる。すなわち、接
合用インサートメタル（３）はその上部の焼結セラミッ
ク材（２）をその周縁まで包むように被包し、さらにそ
の下の熱応力、緩和用インサート材（４）は接合用イン
サートメタル（３）を同様に被包している。な詔、接合
用インサートメタル（３）や熱応力緩和用インサート材
（４）が複数の材料で構成されている場合、例えばイン
サート材（４）が低熱膨張部材、接合用インサートメタ
ル及び軟質金属材等からなる多重構造部材である場合に
も、同様に下部の部材が上部の部材を被包するよう構成
することが好ましい＠ 第２図はフェース部に焼結セラミック材を接合した排気
弁に関し１本発明実施例及び比較例について焼結セラミ
ック材に働く熱応力を測定した結果を示すもので、同図
（Ａ）〜促）はそれぞれのフェース部の構造を模式化し
、等応力線図としたものである。またσ３は接合後の冷
却中に焼結セラミック材中に生ずる最大主応力（図中Ｐ
点位置）を示している。なお、各構造とも焼結セラミッ
ク材としてＳ ｉ ｓ Ｎ４を、弁母材としてＮｉｍｏ
ｎｉｃ ８０ Ａを用いている。
上記インサート部材（接合用インサートメタル及び熱応
力緩和用インサート材）は、第１図に示すように各部材
がその上部の部材を表面（露出面）を除き被包するよう
な構造とすることが好ましく、これにより焼結セラミッ
ク材（２ンの熱応力を適切に軽減できる。すなわち、接
合用インサートメタル（３）はその上部の焼結セラミッ
ク材（２）をその周縁まで包むように被包し、さらにそ
の下の熱応力、緩和用インサート材（４）は接合用イン
サートメタル（３）を同様に被包している。な詔、接合
用インサートメタル（３）や熱応力緩和用インサート材
（４）が複数の材料で構成されている場合、例えばイン
サート材（４）が低熱膨張部材、接合用インサートメタ
ル及び軟質金属材等からなる多重構造部材である場合に
も、同様に下部の部材が上部の部材を被包するよう構成
することが好ましい＠ 第２図はフェース部に焼結セラミック材を接合した排気
弁に関し１本発明実施例及び比較例について焼結セラミ
ック材に働く熱応力を測定した結果を示すもので、同図
（Ａ）〜促）はそれぞれのフェース部の構造を模式化し
、等応力線図としたものである。またσ３は接合後の冷
却中に焼結セラミック材中に生ずる最大主応力（図中Ｐ
点位置）を示している。なお、各構造とも焼結セラミッ
ク材としてＳ ｉ ｓ Ｎ４を、弁母材としてＮｉｍｏ
ｎｉｃ ８０ Ａを用いている。
図において０〜Ｖ）が本発明実施例であり、いずれも接
合用インサートメタルとしてチタンを用いている。また
熱応力緩和用インサート材としては、（Ｑ−（６）では
低熱膨張金属材（モリブデンまたはタングステン）のみ
を用い、またＦ）では低熱膨張金属材（タングステン）
及び軟質金属材（アルミ）を用いている。
合用インサートメタルとしてチタンを用いている。また
熱応力緩和用インサート材としては、（Ｑ−（６）では
低熱膨張金属材（モリブデンまたはタングステン）のみ
を用い、またＦ）では低熱膨張金属材（タングステン）
及び軟質金属材（アルミ）を用いている。
一方、（Ａ）、Ｑｌｌ）は比較材であり、このうち囚は
母材に焼結セラミック材を直接接合したもの、■）ハ本
発明の接合用インサートメタルに相当するインサート材
（チタン）のみを設けた場合である。
母材に焼結セラミック材を直接接合したもの、■）ハ本
発明の接合用インサートメタルに相当するインサート材
（チタン）のみを設けた場合である。
以上のような実施例及び比較例のうち、（ト）の）に示
す比較例では前記最大主応力σ８はそれぞれ６１．０
Ｋｆｆ、／”１．ａ２．２Ｋｆｆ／−であり、いずれも
Ｓｌ、Ｎ番の引張強さく約４０ ｈ ｆ ７ｍ” ）よ
り大きな値となっており、このようなフェース部では焼
結セラミック材に割れが生じてしまう。
す比較例では前記最大主応力σ８はそれぞれ６１．０
Ｋｆｆ、／”１．ａ２．２Ｋｆｆ／−であり、いずれも
Ｓｌ、Ｎ番の引張強さく約４０ ｈ ｆ ７ｍ” ）よ
り大きな値となっており、このようなフェース部では焼
結セラミック材に割れが生じてしまう。
これに対して（Ｃ） −（Ｆ’）に示す本発明例ではσ
８はいずれも４０Ｋｇｆ／ｗｍ”以下であり、冷却中焼
結セラミック材に割れを生ずるおそれはない。
８はいずれも４０Ｋｇｆ／ｗｍ”以下であり、冷却中焼
結セラミック材に割れを生ずるおそれはない。
次に本発明の製造方法について説明する。
上述したような構造のエンジン用部品は、焼結セラミッ
ク材及び各インサート部材相互。
ク材及び各インサート部材相互。
さらにはインサート部材と母材との間を固相拡散接合す
ることにより製造される。このような固相拡散接合は部
材どうしを真空中または不活性ガス雰囲気中で加熱しつ
つ加圧することによりなされる。上記加熱温度は構成部
材が固体状態を維持できる温度であり、通常６００〜１
２００℃の範囲である。また加圧は接合応力１００ Ｋ
１７ｗｍ”以下でなされる。
ることにより製造される。このような固相拡散接合は部
材どうしを真空中または不活性ガス雰囲気中で加熱しつ
つ加圧することによりなされる。上記加熱温度は構成部
材が固体状態を維持できる温度であり、通常６００〜１
２００℃の範囲である。また加圧は接合応力１００ Ｋ
１７ｗｍ”以下でなされる。
本発明のに４１の方法は、各部材を同時に接合する方法
である・第１図に示すように母材（υには焼結セラミッ
ク材を埋設するための凹部が形成されるが、この凹部内
の母材面に。
である・第１図に示すように母材（υには焼結セラミッ
ク材を埋設するための凹部が形成されるが、この凹部内
の母材面に。
下層側から順に低熱膨張部材を主体とする熱応力緩和用
インサート材（４）、活性金属からなる接合用インサー
トメタル（３）、及び焼結セラミック材（２）を重ね、
真空または不活性ガス雰囲気中で加熱しつつ焼結セラミ
ック材（２）上部から加圧し、各部材間を固相拡散接合
せしめるものである。
インサート材（４）、活性金属からなる接合用インサー
トメタル（３）、及び焼結セラミック材（２）を重ね、
真空または不活性ガス雰囲気中で加熱しつつ焼結セラミ
ック材（２）上部から加圧し、各部材間を固相拡散接合
せしめるものである。
第３図はこのような接合方法の一実施例を示すもので、
（５） （６）は加圧用治具、（ηは加圧用。
（５） （６）は加圧用治具、（ηは加圧用。
シリンダ、（８）は被加工体（弁体ヒ））を外囲する高
周波コイルであり、この高周波コイル（８）で被加工体
を誘導加熱しつつ加圧用シリンダ（７）を作動させ、そ
のフェース部（＆）を焼結セラミック材上面に当接する
加圧用治具（５）により加圧するものである。
周波コイルであり、この高周波コイル（８）で被加工体
を誘導加熱しつつ加圧用シリンダ（７）を作動させ、そ
のフェース部（＆）を焼結セラミック材上面に当接する
加圧用治具（５）により加圧するものである。
このような製造法による排気弁の製造条件の一例をあげ
ると以下の通りである。
ると以下の通りである。
雰 囲 気 ： ｌＸｌ０ ｔｏ
ｒｒ以下温 度 ＝ ８５０℃
接合応力 ：１０Ｋｆｆ／Ｔ！ｒＩ？フ工
−ス部材（焼結セラミック材）： Ｎ５−８ｉ、Ｎ番
接合用インサート部材 ：チタン（０，０２ｗ）熱応力
緩和用インサート材 このような製造条件における加熱及び接合応力の負荷パ
ターンを第４図に示す。
ｒｒ以下温 度 ＝ ８５０℃
接合応力 ：１０Ｋｆｆ／Ｔ！ｒＩ？フ工
−ス部材（焼結セラミック材）： Ｎ５−８ｉ、Ｎ番
接合用インサート部材 ：チタン（０，０２ｗ）熱応力
緩和用インサート材 このような製造条件における加熱及び接合応力の負荷パ
ターンを第４図に示す。
本発明の第２の方法は、上記第１の方法に対しインサー
ト部材の一部または全部を焼結セラミック材に接合した
後、この接合体を母材側に接合するという、言わば２段
接合方式であり、高温加熱による母材の強度低下防止を
目的とした方法である。すなわち、排気弁の母材として
一般に用いられるＮｌｍｏｎｉｃ合金は溶体化処理、時
効沈埋を経て製造されるが、焼結セラミック材（２）を
接合するに当り上記第１の方法を採った場合、焼結セラ
ミック材（２）とその下部の金属インサート材とを拡散
接合するためｔこは比較的高温の加熱状態を必要とし、
このように高温加熱すると母材の時効が進んで過時効と
なり、強度が低下してしまうという問題がある。
゛ 本方法では、焼結セラミック材（２）の下面に。
ト部材の一部または全部を焼結セラミック材に接合した
後、この接合体を母材側に接合するという、言わば２段
接合方式であり、高温加熱による母材の強度低下防止を
目的とした方法である。すなわち、排気弁の母材として
一般に用いられるＮｌｍｏｎｉｃ合金は溶体化処理、時
効沈埋を経て製造されるが、焼結セラミック材（２）を
接合するに当り上記第１の方法を採った場合、焼結セラ
ミック材（２）とその下部の金属インサート材とを拡散
接合するためｔこは比較的高温の加熱状態を必要とし、
このように高温加熱すると母材の時効が進んで過時効と
なり、強度が低下してしまうという問題がある。
゛ 本方法では、焼結セラミック材（２）の下面に。
接合用インサートメタル（３）及び熱応力緩和用インサ
ート材−（４）からなるインサート部材の一部または全
部を真空または不活性ガス雰囲気中における加圧加熱に
より固相拡散接３合し、次いで、この接合体を残余のイ
ンサート部材がある場合にはこれを母材面との間に介在
せしめつつ母材面に重ね、真空または不活性ガス雰囲気
中で加熱しつつ焼結セラミック材上部から加圧し、各部
材間を固相拡散接合するよう番こしたものであり、この
ような方法によれば、接合体を母材（１）薯こ接合する
際の部材間接合面をすべて金属間接合とすることができ
るため、比較的低い加熱温度で済み、母材の強度低下を
防止できる利点がある。
ート材−（４）からなるインサート部材の一部または全
部を真空または不活性ガス雰囲気中における加圧加熱に
より固相拡散接３合し、次いで、この接合体を残余のイ
ンサート部材がある場合にはこれを母材面との間に介在
せしめつつ母材面に重ね、真空または不活性ガス雰囲気
中で加熱しつつ焼結セラミック材上部から加圧し、各部
材間を固相拡散接合するよう番こしたものであり、この
ような方法によれば、接合体を母材（１）薯こ接合する
際の部材間接合面をすべて金属間接合とすることができ
るため、比較的低い加熱温度で済み、母材の強度低下を
防止できる利点がある。
このような方法において、焼結セラミック材（２）の下
面には母材との間に介在せしめるべきインサート材の一
部または全部を接合することができ、その主たる態様と
しては、例えば、】）接合用インサートメタル（３）の
みを接合しておく場合、 ２）接合用インサートメタル
（３）と多層構造の熱応力緩和用インサート材（４）の
一部を接合しておく場合、 ３）インサート材の全部（
接合用インサートメタル（３）及び熱応力緩和用インサ
ート材（４））を接合しておく場合等が考えられ、これ
らのうち２）の方法では、熱応力緩和用インサート材（
４）を上層側から低、熱膨張金属材−接合用メタル−軟
質金属材よりなる多層構造とするような場合、焼結セラ
ミック材（２）に接合用インサートメタル（３）と例え
ば低熱膨張金属材とが接合せしめられる。
面には母材との間に介在せしめるべきインサート材の一
部または全部を接合することができ、その主たる態様と
しては、例えば、】）接合用インサートメタル（３）の
みを接合しておく場合、 ２）接合用インサートメタル
（３）と多層構造の熱応力緩和用インサート材（４）の
一部を接合しておく場合、 ３）インサート材の全部（
接合用インサートメタル（３）及び熱応力緩和用インサ
ート材（４））を接合しておく場合等が考えられ、これ
らのうち２）の方法では、熱応力緩和用インサート材（
４）を上層側から低、熱膨張金属材−接合用メタル−軟
質金属材よりなる多層構造とするような場合、焼結セラ
ミック材（２）に接合用インサートメタル（３）と例え
ば低熱膨張金属材とが接合せしめられる。
このような接合は、真空または不活性ガス雰囲気中ζこ
おける加熱加圧にょる固相拡散接合であるが、セラミッ
ク材と金属材とを接合する必要から比較的高温加熱状態
で行われる。
おける加熱加圧にょる固相拡散接合であるが、セラミッ
ク材と金属材とを接合する必要から比較的高温加熱状態
で行われる。
このようにして得られた接合体（焼結セラミック材とイ
ンサート材）は、接合していない残余のインサート材が
ある場合（上記中１）。
ンサート材）は、接合していない残余のインサート材が
ある場合（上記中１）。
２）の場合）にはそれらを母材との間に介在させつつ、
上記第１の方法と基本的に同様の方法で母材（１）に対
して接合せしめられる。すなわち、凹部内の母材面に残
余のインサート材がある場合にはこれを挾んで上記接合
体を重ね、真空または不活性ガス雰囲気中で加熱しつつ
焼結セラミック材（２）上部から加圧し、各部材間を固
相拡散接合せしめる。
上記第１の方法と基本的に同様の方法で母材（１）に対
して接合せしめられる。すなわち、凹部内の母材面に残
余のインサート材がある場合にはこれを挾んで上記接合
体を重ね、真空または不活性ガス雰囲気中で加熱しつつ
焼結セラミック材（２）上部から加圧し、各部材間を固
相拡散接合せしめる。
このような接合では、低熱膨張部材−こ金属を用いた場
合にはその固相拡散接合面は常に金属間接合となり、こ
のため比較的低い加熱温度でも適切な接合状態が得られ
る。接合に当っての加熱温度は、上記焼結セラミック材
とインサート材との接合の場合よりも低い温度域が採用
され、これにより母材の過時効が防止される。
合にはその固相拡散接合面は常に金属間接合となり、こ
のため比較的低い加熱温度でも適切な接合状態が得られ
る。接合に当っての加熱温度は、上記焼結セラミック材
とインサート材との接合の場合よりも低い温度域が採用
され、これにより母材の過時効が防止される。
また、熱応力緩和用インサート材を構成する低熱膨張部
材としてセラミック材を用いる場合には、母材への接合
の際、低熱膨張部材が接合面を構成しないような配慮を
必要とし、例えば、低熱膨張部材を接合用インサートメ
タル（３）とともに焼結セラミック材（２）に接合して
おくような場合には、低熱膨張部材の下面にさらに他の
金属材（低熱膨張金属、接合用メタル、軟質金属材等）
を接合しておく方法や、低熱膨張部材を含む熱応力緩和
用インサート材（４）を、焼結セラミック材（２）を含
む接合体と母材との間に挾んで接合するような場合には
、低熱膨張部材の上部及び下部に予め金属材（低熱膨張
金属、接合用メタル、軟質金属材等）を固相拡散接合し
ておく方法等を採ることができる。
材としてセラミック材を用いる場合には、母材への接合
の際、低熱膨張部材が接合面を構成しないような配慮を
必要とし、例えば、低熱膨張部材を接合用インサートメ
タル（３）とともに焼結セラミック材（２）に接合して
おくような場合には、低熱膨張部材の下面にさらに他の
金属材（低熱膨張金属、接合用メタル、軟質金属材等）
を接合しておく方法や、低熱膨張部材を含む熱応力緩和
用インサート材（４）を、焼結セラミック材（２）を含
む接合体と母材との間に挾んで接合するような場合には
、低熱膨張部材の上部及び下部に予め金属材（低熱膨張
金属、接合用メタル、軟質金属材等）を固相拡散接合し
ておく方法等を採ることができる。
以上のような２段階製造法による排気弁の製造条件の一
例をあげると以下の通りである。
例をあげると以下の通りである。
囚第１段階〔焼結セラミック材とインサート材（接合用
インサートメタル）との 接合〕 Ｗｌｆｆｌ 気 ：ｌＸ］Ｏｔｏｒｒ
以下温 度 ：９５ｆ）Ｃ接合応
力 ：］０Ｋｐｆ／ｗｓフェース部材（焼結
セラミック材）：ＮＳ−８ｉ３Ｎ４接合用インサートメ
タル ：チタン（０，０２＋ｍ）ＣＢ）第２段階〔第１
段階で作った接合体と残余のインサート材（熱応力緩和
用イン サート材）及び母材との接合〕 雰 囲 気 ：不活性ガス雰囲気温
度 ： ７５０℃接合応力
： ５Ｋｆｆ／ｊ接 合 体 ：
ＮＳ−８ＬａＮ４−チタン熱応力緩和用インサート材 母 材 ： Ｎｉｍｏｎｉ ｃ
８０ Ａ以上述べた本発明法は、いずれも既存の接合
用設備、例えば所謂）ＩＩＰ等を用い実施することがで
きる。
インサートメタル）との 接合〕 Ｗｌｆｆｌ 気 ：ｌＸ］Ｏｔｏｒｒ
以下温 度 ：９５ｆ）Ｃ接合応
力 ：］０Ｋｐｆ／ｗｓフェース部材（焼結
セラミック材）：ＮＳ−８ｉ３Ｎ４接合用インサートメ
タル ：チタン（０，０２＋ｍ）ＣＢ）第２段階〔第１
段階で作った接合体と残余のインサート材（熱応力緩和
用イン サート材）及び母材との接合〕 雰 囲 気 ：不活性ガス雰囲気温
度 ： ７５０℃接合応力
： ５Ｋｆｆ／ｊ接 合 体 ：
ＮＳ−８ＬａＮ４−チタン熱応力緩和用インサート材 母 材 ： Ｎｉｍｏｎｉ ｃ
８０ Ａ以上述べた本発明法は、いずれも既存の接合
用設備、例えば所謂）ＩＩＰ等を用い実施することがで
きる。
また、各インサート材としては板体に限らず粒体、粉体
のものを用いることもできる・本発明による焼結セラミ
ック排気弁は、上述したようにそのフェース部の焼結セ
ラミック材の割れが適切に防止されるとともに、焼結セ
ラミックにより従来の排気弁（ＳＵＨの母材にステライ
トを肉盛した排気弁）に較べ著しく優れた耐吹抜性が得
られる。第１表は本発明によるディーゼルエンジン用排
気弁（Ｎｌｌ−Ｎａ＋）及び従来の溶接肉盛排気弁（随
５）の点検間隔を比較して示したものである０第
１ 表 同表から判るように％ＭＳ−８ｉａＮ番やＮａ−ＰＳＺ
等の焼結セラミック材をフェース部に設けた本発明排気
弁は、従来の溶接肉盛排気弁（ステライ）−８ＵＨ３）
の約１０倍の点検間隔となっている。
のものを用いることもできる・本発明による焼結セラミ
ック排気弁は、上述したようにそのフェース部の焼結セ
ラミック材の割れが適切に防止されるとともに、焼結セ
ラミックにより従来の排気弁（ＳＵＨの母材にステライ
トを肉盛した排気弁）に較べ著しく優れた耐吹抜性が得
られる。第１表は本発明によるディーゼルエンジン用排
気弁（Ｎｌｌ−Ｎａ＋）及び従来の溶接肉盛排気弁（随
５）の点検間隔を比較して示したものである０第
１ 表 同表から判るように％ＭＳ−８ｉａＮ番やＮａ−ＰＳＺ
等の焼結セラミック材をフェース部に設けた本発明排気
弁は、従来の溶接肉盛排気弁（ステライ）−８ＵＨ３）
の約１０倍の点検間隔となっている。
なお、本発明は船舶用等のデイゼルエンジン用排気弁（
弁体及び弁座）に極めて好適なものであるが、ディーゼ
ルエンジンの触火壁等の他の部品にも適用できるもので
ある。また本発明の技術はタービンの燃焼迄等にも適用
可能であり、特にｐｓｚを使った遮熱部材等に十分適用
できる。
弁体及び弁座）に極めて好適なものであるが、ディーゼ
ルエンジンの触火壁等の他の部品にも適用できるもので
ある。また本発明の技術はタービンの燃焼迄等にも適用
可能であり、特にｐｓｚを使った遮熱部材等に十分適用
できる。
以上述べた本発明によれば、冷却時の熱応力や使用中に
あける繰返し熱応力により焼結セラミック材の割れ等が
生じないエンジン用部品を得ることができ、これにより
、舶用ディーゼル機関においてフェース部に焼結セラミ
ック材を接合した排気弁の実用化を可能ならしめ、当業
界で長年要望の強かった舶用ディーゼル機関のｄｏｃｋ
−ｔｏ−ｄｏｃｋ無点検を実現させ得るものである。
あける繰返し熱応力により焼結セラミック材の割れ等が
生じないエンジン用部品を得ることができ、これにより
、舶用ディーゼル機関においてフェース部に焼結セラミ
ック材を接合した排気弁の実用化を可能ならしめ、当業
界で長年要望の強かった舶用ディーゼル機関のｄｏｃｋ
−ｔｏ−ｄｏｃｋ無点検を実現させ得るものである。
第１図は本発明を排気弁に適用した場合の一実施例を示
す半断面図である。第２図（ト）〜（ト）はフェース部
に焼結セラミック材を接合した排気弁の構造例及びそれ
らの熱応力分布を模式的に示すもので、同図体）及びの
）は比較例、（Ｃ）−（Ｆ）は本発明実施例のものを各
示す。 第３図は本発明法の一実施状−況を示す説明図である。 第４図は本発明法における加熱パターン及び接合応力負
荷パターンを示すものである。第５図は既存技術を適用
して作られた排気弁を示す半断面図である。 図において、（１）は母材、（２）は焼結セラミック材
、（３）は接合用インサートメタル、（４）は熱応力緩
和用インサート材を各示す。
す半断面図である。第２図（ト）〜（ト）はフェース部
に焼結セラミック材を接合した排気弁の構造例及びそれ
らの熱応力分布を模式的に示すもので、同図体）及びの
）は比較例、（Ｃ）−（Ｆ）は本発明実施例のものを各
示す。 第３図は本発明法の一実施状−況を示す説明図である。 第４図は本発明法における加熱パターン及び接合応力負
荷パターンを示すものである。第５図は既存技術を適用
して作られた排気弁を示す半断面図である。 図において、（１）は母材、（２）は焼結セラミック材
、（３）は接合用インサートメタル、（４）は熱応力緩
和用インサート材を各示す。
Claims (7)
- （１）母材面に、上層側から活性金属からなる接合用イ
ンサートメタルと、低熱膨張 部材を主体とする熱応力緩和用インサー ト材を介在せしめつつ、焼結セラミック 材が接合されてなるエンジン用部品。 - （２）熱応力緩和用インサート材が、低熱膨張部材及び
軟質金属材を含む複数層から なることを特徴とする特許請求の範囲（１）記載のエン
ジン用部品。 - （３）低熱膨張部材が熱膨張係数が０．８×１０＾−＾
４℃以下の低熱膨張金属材及びセラミック材 の１種または２種からなることを特徴と する特許請求の範囲（１）または（２）記載のエンジン
用部品。 - （４）熱応力緩和用インサート材が、その中間層に活性
金属からなる接合用 メタルを有することを特徴とする特許 請求の範囲（１）（２）または（３）記載のエンジン用
部品。 - （５）各インサートメタル及びインサート材が、それら
部材よりも上層側に位置する 他の部材を表面を除き被包することを特 徴とする特許請求の範囲（１）（２）（３）または（４
）記載のエンジン用部品。 - （６）母材面に、下層側から順に低熱膨張部材を主体と
する熱応力緩和用インサート 材、活性金属からなる接合用インサート メタル、及び焼結セラミック材を重ね、 真空または不活性ガス雰囲気中で加熱し つつ焼結セラミック材上部から加圧し、 各部材間を固相拡散接合せしめることを 特徴とするエンジン用部品の製造方法。 - （７）母材面に対し、下層側から順に低熱膨張部材を主
体とする熱応力緩和用インサ ート材、活性金属からなる接合用インサ ートメタル、及び焼結セラミック材が配 された構造を得るに当り、焼結セラミッ ク材の下面に、接合用インサートメタル 及び熱応力緩和用インサート材から なるインサート部材の一部または全部を 真空または不活性ガス雰囲気中における 加圧加熱により固相拡散接合し、次いで、 該接合体を残余のインサート部材がある 場合にはこれを母材面との間に介在せし めつつ母材面に重ね、真空または不活性 ガス雰囲気中で加熱しつつ焼結セラミッ ク材上部から加圧し、各部材間を固相拡 散接合することを特徴とするエンジン用 部品の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11538385A JPS61275512A (ja) | 1985-05-30 | 1985-05-30 | エンジン用部品及びその製造方法 |
| EP19860107386 EP0204276B1 (en) | 1985-05-30 | 1986-05-30 | Components for engines and production therefor |
| DE8686107386T DE3663561D1 (en) | 1985-05-30 | 1986-05-30 | Components for engines and production therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11538385A JPS61275512A (ja) | 1985-05-30 | 1985-05-30 | エンジン用部品及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61275512A true JPS61275512A (ja) | 1986-12-05 |
Family
ID=14661174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11538385A Pending JPS61275512A (ja) | 1985-05-30 | 1985-05-30 | エンジン用部品及びその製造方法 |
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| DE (1) | DE3663561D1 (ja) |
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| JP2004301124A (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-28 | Eaton Corp | エンジン用の軽量複合ポペット弁 |
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| US4890783A (en) * | 1988-11-29 | 1990-01-02 | Li Chou H | Ceramic-metal joining |
| DE10117513A1 (de) * | 2001-04-07 | 2002-10-17 | Volkswagen Ag | Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung |
| JP4337707B2 (ja) | 2004-10-27 | 2009-09-30 | ソニー株式会社 | 情報再生装置、バッファ制御方法およびプログラム |
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| JPS59102876A (ja) * | 1982-11-29 | 1984-06-14 | 株式会社東芝 | セラミツクスと金属との接合方法 |
| JPS59232693A (ja) * | 1983-06-17 | 1984-12-27 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミツクと金属等との接合用クラツドろう材及びこれを用いたセラミツクと金属等との複合体 |
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| JPS59101566A (ja) * | 1982-12-03 | 1984-06-12 | Ngk Insulators Ltd | エンジン部品 |
-
1985
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-
1986
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- 1986-05-30 EP EP19860107386 patent/EP0204276B1/en not_active Expired
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3663561D1 (en) | 1989-06-29 |
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| EP0204276A1 (en) | 1986-12-10 |
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