JPS63210205A

JPS63210205A - 内燃機関の吸・排気バルブの製造方法

Info

Publication number: JPS63210205A
Application number: JP4192087A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Moriyama; 森山　俊哉; Koichi Umeda; 梅田　孝一
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-02-25
Filing date: 1987-02-25
Publication date: 1988-08-31

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は主として、ガソリンエンジンやディーゼルエン
ジン等の内燃機関に関して用いられる比較的小型の吸・
排気バルブの製造方法に関する。

（従来の技術）近年、エンジン性能の向上にともない、エンジンの吸・
排気バルブに対して、より優れた耐熱、耐摩耗、耐食性
が要求されている。

従来のバルブ材料としては、例えば自動車エンジン用と
しては、オーステナイト系ステンレス鋼、Ｎｉ又はＣｏ
基合金があり、このうち、Ｎ１又はＣｏ基合金は高価で
あるがＦｅ基合金に比べて極めて高性能である。

そして、最近においては、バルブの特性を更に向上させ
るために、バルブ材料であるＮｉ又はＣｏ基合金に、更
に、各種合金元素を多量に添加する傾向にある。

ところで、バルブの製造方法としては、主に鍛造が用い
られ、一部、鋳造が用いられる。

然し乍ら、バルブ材料として、上記のような多量の合金
元素が添加されたＮ】又はＣｏ基合金を用いた場合には
、添加量が増加するに従って、加］二性、即ち、鍛造性
、鋳造性が悪化し、鍛造や鋳造によるバルブの量産化が
困難となると共に、バルブ全体を上記のような材料で製
造したのでは、バルブが高価なものとなる。

而して、上記加工性の悪化による問題を解決する方法と
して、バルブを粉末冶金法で製造することが考えられる
。

即ち、Ｎｉ又はＣｏ基合金の粉末を圧縮成形して、焼結
することにより、バルブを製造するのである。

然し乍ら、上記の方法では、Ｎｉ又はＣｏ基合金が圧縮
性に乏しいため、圧縮成形時に、大きな圧力が必要であ
り、このためやはり、量産化が困難であると云う問題が
ある。

又、バルブ全体を上記のような材料で製造したのでは、
バルブが高価であると云う問題が依然として残ることに
なる。

そこで上記問題を解決する方法として、下記のようなバ
ルブの製造方法が考えられている。

即ち、バルブのバルブヘッド部は、直接高温の燃焼ガス
にさらされると云う苛酷な環境下にあって、優れた高温
硬さ、クリープ強度、耐高温腐食性等の特性が要求され
る。

然し乍ら、バルブのステム部は、直接高温の燃焼ガスに
さらされないため、上記のような特性はそれ程要求され
ない。

そこで、バルブヘッド部のみを、加工性が悪く且つ高価
なＮｉ又はＣｏ基合金により、ステム部を加工性が良く
且つ低廉なＦｅ基合金により、夫々、鍛造により、製造
した後、バルブヘッド部とステム部とを摩擦圧接により
相互に接合することで、バルブを製造するのである。

上記のような方法をとれば、バルブのコストを大幅に下
げることができると共に、加工性に起因する量産化の問
題もある程度改善できる。

（発明が解決しようとする問題点）然し乍ら、上記の方法では、摩擦圧接が固相接合であっ
て、接合面を境界面として、急激に組織が変わるため、
強度的なネック部が生じると共に、接合面の前処理や接
合条件等により、接合強度にばらつきが生じると云う問
題もあった。

本発明は上記問題を解決できる内燃機関の吸・排気用バ
ルブの製造方法を従供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記問題点を解決すべく、本発明が採用した手段は、バ
ルブヘッド部を構成するＮｉ又はＣｏ基合金をワックス
又は樹脂等から成るバインダーと混練して、第１成形材
料を製造し、ステム部を構成するＦｅ基合金を上記同様
のバインダーと混練して、第２成形材料を製造し、射出
成形機の製品キャビティ１１において、バルブヘッド部
を成形する第１成形部１２と、ステム部を成形する第２
成形部１３とに、夫々、第１成形材料と第２成形材料と
を射出して、バルブとされる複合成形体を成形し、次に
、複合成形体に対して、脱バインダー処理、焼結処理を
施すことにより、バルブを製造する点にある。

（作　用）まず、Ｎｉ又はＣｏ基合金と、Ｆｅ基合金とを、夫々、
バインダーと混練して、第１・第２成形材料を夫々製造
する。

次に、射出成形機の製品キャビティ１１の第１・第２各
成形部１２．１３に第１・第２各成形材料を夫々射出し
て、複合成形体を成形する。

而る後、複合成形体に対して、脱バインダー処理、焼結
処理を施すことにより、バルブを製造する。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面に基き説明すると、図面
は、本発明の製造方法に用いる射出成形機を示す。

射出成形機は、吸・排気用バルブとされる複合成形体を
射出成形するもので、固定金型１を備える固定盤２とス
ライド軸３に備えられて固定盤２に対して進退する可動
盤４と、可動盤４を進退させる型締めラム５と、可動盤
４に成形機の軸心廻りに回動自在に備えられた回動盤６
と、回動盤６を回動させる回動軸７と、回動盤６に備え
られて固定金型１と接当する可動金型８と、第１・第２
成形材料供給装置９．１０等を有する。

可動金型８には、その軸心と平行な製晶キャビティ１１
が周方向等間隔に数個（１個でもよい）形成され、製品
キャビティ１１は、吸・排気バルブのバルブヘッド部を
成形する第１成形部１２と、バルブのステム部を成形す
る第２成形部１３とを有する。

第１・第２各成形材料供給装置９，１０は、各製品キャ
ビティ１１の第１・第２各成形部１２．１３に、第１・
第２各成形材料を射出するもので、固定盤２の軸心を中
心とする対称位置に、軸心に平行に配設されている。

各供給装置９．１０は、成形原料供給口１５．１６と、
加熱筒１７．１８と、加熱筒１７．１８内に配設された
スクリュ１９．２０と、スクリュ１９．２０により押出
された成形材料を供給路２１．２２を介して製品キャビ
ティ１１内に供給するノズル２３．２４等を有する。

次に、バルブの製造方法について説明すると、まず、Ｎ
ｉ又はＣｏ基合金粉末と、バインダーとを、ミキサーに
より混練して、ペレット１化された第１成形材料を製造
しておく。

上記バインダーとしては、パラフィンワックス、あるい
は、ポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂あるいは、
その他の材料が用いられる。

又、Ｆｅ基合金粉末と、上記同様のバインダーとをミキ
サーにより混練して、ベレット化された第２成形＋Ａ籾
を製造しておく。

尚、第１・第２各成形材料のバインダーとしては、同一
種類のものを使用するのが好ましい。

次に、第１・第２各成形材料供給装置９，１０の成形原
料供給口１５．１６に、第１・第２成形原料を夫々投入
する。

そして、回動盤６の制御により、製品キャビティ１１群
の内の２個を、夫々、第１・第２各成形材料供給装！９
．１０と対応させた後、型締めラム５により、固定・可
動両金型１．８を所定の圧力で型締めする。

次に、第２成形材料供給装置１０の加熱筒１８とスクリ
ュ２０の作用により、第２成形材料を可塑化された状態
で押出し、ノズル２４、供給路２２を介して、製品キャ
ビティ１１の第２成形部１３へ射出する。

この射出が終了すると、型締めラム５による固定・可動
両金型１．８の型締めを解除して、回動盤６を回動させ
、」二記製品キャビティ１１と周方向に隣接する製品キ
ャビティ１１に対して第１・第２各成形材料供給装置９
．１０を夫々対応させる。

そして、再び、上記同様に、型締めラム５により、固定
・可動両金型１．８を型締めして、この状態で、製品キ
ャビティ１１の第２成形部１３に第２成形材料供給装置
１０により第２成形材料を射出する。

上記のようにして、各製品キャビティ１１の第２成形部
１３に第２形成材料を順次射出すると共に、第２成形材
料が射出された製品キャビティ１１の第１成形部１２に
対しては、第１成形材料供給装置９の加熱筒１７とスク
リュ１９の作用により、第１成形材料を可塑化した状態
で射出する。

上記のようにして、各製品キャビティ１１の第１・第２
各成形部１２．１３に、夫々、第１・第２成形材料を射
出する。

ところで、各製品キャビティ１１内の第１成形材料と第
２成形材料との境界部では、両成形材料が相互に混じり
合う。

次に、固定・可動両金型１，８を型締めした状態で両金
型１，８を冷却して、製品キャビティ１１内で、バルブ
とされる複合成形体を成形する。

而る後、固定・可動両金型１．８を開放して、各製品キ
ャビティ１１から複合成形体を取出す。

次に、複合成形体を脱バインダー処理炉に入れて、脱バ
インダー処理を施し、複合成形体からバインダーを一部
除去する。

而る後、複合成形体を焼結炉に入れて、焼結すると共に
、複合成形体からバインダーを完全に除去することによ
り、バルブの製造作業は終了する。

ところで、射出成形時に、製品キャビティ１１内の第１
成形材料と第２成形材料の境界部では、両成形材料が相
互に混じり合うので、バルブのバルブヘッド部とステム
部との境界部では、Ｎｉ又はＣＯ基合金とＦｅ基合金と
が一種の合金となる。

従って、バルブの上記境界部では、摩擦圧接に比較して
組織が急激に変化せず、強度的なネック部が生じないと
共に、摩擦圧接の場合のように強度的なばらつきも生じ
ない。

次に下記のような実験を行った。

（単位：重量％）まず、上表のような組成を持つＣｏ基合金とＦｅ基合金
とを準備して、粉末とし、それらの各平均粒径を、夫々
、８μｍ、　１５μｍとした。

そして、融点が１１５　’　Ｆのパラフィンワックス７
３ｇと、融点が１３５°Ｆのポリプロピレンとポリエチ
レン各３２　ｇ　とをバインダーとして、このバインダ
ーと、上記のＣｏ基合金粉末１３１２　ｇとを、実験用
ミキサーにより、１５０℃で４時間混練した後、ペレッ
ト化して、第１成形材料を製造した。

次に、同じ重量の上記バインダーと、上記Ｆｅ基合金粉
末１２８０ｇとを、上記同様に混練した後、ペレット化
して、第２成形材料を製造した。

そして、第１・第２各成形材料を、第１・第２各成形材
料供給装置９，１０に供給して、射出成形機により、上
記同様にして、バルブとされる複合成形体を射出成形し
た。

この場合、固定・可動両金型１．８の型締め圧力は約１
００　ｋｇ　／　ｃｌとし、各製品キャビティ１１の第
１成形部１２には、第１成形材料を１５ｇ、又、第２成
形部１３には、第２成形材料を１７ｇ、夫々、射出した
。

そして、複合成形体を射出成形した後、脱バインダー処
理炉である脱脂炉内へ複合成形体を装入して、３℃／ｈ
ｒの昇ｌＡ速度で２５０℃まで昇温させ、２５０℃で１
時間保温した後、冷却することで、複合成形体からバイ
ンダーを一部除去した。

而る後、複合成形体に対して、焼結炉内で、１゜５　Ｘ
　１０−”Ｔｏｒｒの真空下で１２９０℃、１時間の焼
結処理を施して、バルブを製造した。尚、上記焼結処理
の際に、複合成形体からはバインダーが完全に除去され
た。

上記のようにして製造したバルブのバルブヘッド部とス
テム部の境界部のＮｉ織を観察したが、上記境界部には
、Ｃｏ基合金とＦｅ基合金との明瞭な境界線は認められ
なかった。

又、バルブを軸心方向に引張った結果、破断は境界部で
起らずに、Ｆｅ基合金から成るステム部で起り、境界部
の強度が強いことがわかった。

（発明の効果）上記詳述したように、本発明によれば、バルブヘッド部
がＮｉ又はＣｏ基合金から成り且つステム部がＦｅ基合
金から成るバルブ、即ち、バルブ特性に優れ且つローコ
ストのバルブを製造できる。特に、■又はＣｏ基合金と
、Ｆｅ基合金とを、夫々、バインダーと混練して、第１
・第２各成形材料を製造した後、この成形材料を使用し
て、射出成形機により、バルブとされる複合成形体を射
出成形して、その後、焼結処理等を施すようにしている
ので、一般的な粉末冶金法と異なり、大きな圧力下で、
複合成形体を圧縮成形する必要がなく、バルブの量産を
容易に行える。又、射出成形時に、第１・第２成形材料
の境界部では、両材料が相互に混じり合うので、製造さ
れたバルブのバルブヘッド部とステム部の境界部では、
組織が急激に変化せず、強度的なネック部が生じない。

本発明は、上記利点を有し、実益大である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す射出成形機の一部断面正
面図である。１１・・・製品キャビティ、１２．１３・・・第１・第
２成形部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）バルブヘッド部を構成するＮｉ又はＣｏ基合金を
ワックス又は樹脂等から成るバインダーと混練して、第
１成形材料を製造し、ステム部を構成するＦｅ基合金を
上記同様のバインダーと混練して、第２成形材料を製造
し、射出成形機の製品キャビティ１１において、バルブ
ヘッド部を成形する第１成形部１２と、ステム部を成形
する第２成形部１３とに、夫々、第１成形材料と第２成
形材料とを射出して、バルブとされる複合成形体を成形
し、次に、複合成形体に対して、脱バインダー処理、焼
結処理を施すことにより、バルブを製造することを特徴
とする内燃機関の吸・排気バルブの製造方法。