JPS6341608A - セラミツクバルブシ−ト - Google Patents
セラミツクバルブシ−トInfo
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- JPS6341608A JPS6341608A JP61185336A JP18533686A JPS6341608A JP S6341608 A JPS6341608 A JP S6341608A JP 61185336 A JP61185336 A JP 61185336A JP 18533686 A JP18533686 A JP 18533686A JP S6341608 A JPS6341608 A JP S6341608A
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- Japan
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- valve seat
- ceramic
- valve
- contact surface
- ceramic valve
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- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 5
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- -1 sialon Chemical compound 0.000 claims description 2
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- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 1
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
- F01L3/22—Valve-seats not provided for in preceding subgroups of this group; Fixing of valve-seats
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
- G01N19/04—Measuring adhesive force between materials, e.g. of sealing tape, of coating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/026—Specifications of the specimen
- G01N2203/0262—Shape of the specimen
- G01N2203/0274—Tubular or ring-shaped specimens
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Lift Valve (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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、エンジンヘッドのバルブ当接面に使用するセ
ラミックバルブシートに関するものである。
ラミックバルブシートに関するものである。
(従来の技術)
内燃機関に使用するバルブシートとしては、高温にさら
されるとともにバルブとの繰り返し荷重による摩耗の問
題もあるため、従来耐熱合金が使われたりセラミック製
のバルブシートの使用が試みられている。
されるとともにバルブとの繰り返し荷重による摩耗の問
題もあるため、従来耐熱合金が使われたりセラミック製
のバルブシートの使用が試みられている。
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら、耐熱合金製のバルブシートにおいては、
年々要求が高くなる高温高圧の使用条件や繰り返し荷重
による摩耗条件を満たすことが困難となり、交換の回数
が増す欠点があった。
年々要求が高くなる高温高圧の使用条件や繰り返し荷重
による摩耗条件を満たすことが困難となり、交換の回数
が増す欠点があった。
また、セラミック製のバルブシートにおいては上述した
耐熱合金製のバルブシートの欠点を解決することができ
るものの、実際の使用時にバルブとの当接面のエッヂ部
において応力集中が発生しやすく、その結果クラックが
生じたり極端な場合は破壊しでしまう欠点があった。
耐熱合金製のバルブシートの欠点を解決することができ
るものの、実際の使用時にバルブとの当接面のエッヂ部
において応力集中が発生しやすく、その結果クラックが
生じたり極端な場合は破壊しでしまう欠点があった。
本発明の目的は上述した不具合を解決して、破j^する
危険性が少なく、高温、繰り返し荷重に耐えることがで
きるセラミックバルブシートを提供しようとするもので
ある。
危険性が少なく、高温、繰り返し荷重に耐えることがで
きるセラミックバルブシートを提供しようとするもので
ある。
(問題点を解決するための手段)
本発明のセラミックバルブシートは、少なくともバルブ
との当接面がセラミックスよりなるセラミックバルブシ
ートにおいて、該バルブシー1〜とバルブが接する面の
エッヂ部を丸めたことを特徴とするものである。
との当接面がセラミックスよりなるセラミックバルブシ
ートにおいて、該バルブシー1〜とバルブが接する面の
エッヂ部を丸めたことを特徴とするものである。
(作 用)
レラミックバルブシート当接面にバルブが着座するとバ
ルブとの当接面のエッヂ部を丸めCいない場合には、接
触しているゼラミック部には押しこまれる方向に面圧が
働き非接触部には、力が作用しない。すなわち、血圧が
境界部を境として不連続に変化するため、その境界部に
は大きな剪断力が発生する。本発明のように該ヒラミッ
クバルブシー1〜のエッヂ部を丸めることによりバルブ
が着座した時の接触面の境界部での変化は、緩やかなも
のとなるため境界部に発生する剪断ツノも小さくするこ
とができクラック発生を抑制できる。
ルブとの当接面のエッヂ部を丸めCいない場合には、接
触しているゼラミック部には押しこまれる方向に面圧が
働き非接触部には、力が作用しない。すなわち、血圧が
境界部を境として不連続に変化するため、その境界部に
は大きな剪断力が発生する。本発明のように該ヒラミッ
クバルブシー1〜のエッヂ部を丸めることによりバルブ
が着座した時の接触面の境界部での変化は、緩やかなも
のとなるため境界部に発生する剪断ツノも小さくするこ
とができクラック発生を抑制できる。
応力集中を緩和するためには、丸め部の断面形状の曲率
半径を大きくり−ることか効果が有るが、実施例1に述
べるように最小曲率半径0.1mm以上が好ましく、最
小曲率半径0.2m111以上の形状とすることで最大
の応力緩和効果が得られる。従って丸めの断面形状の曲
率半径は、0,21Iln+以上とすることが好ましい
。
半径を大きくり−ることか効果が有るが、実施例1に述
べるように最小曲率半径0.1mm以上が好ましく、最
小曲率半径0.2m111以上の形状とすることで最大
の応力緩和効果が得られる。従って丸めの断面形状の曲
率半径は、0,21Iln+以上とすることが好ましい
。
本発明のセラミックバルブシートを作るには、まず所定
の形状および表面粗さに加工したセラミック製リングを
従来公知の方法で作製する。次に、セラミック製リング
の内周部に、使用するバルブの形状に合わせて当接面を
形成する。さらに、この当接面のエッヂ部にR加工を施
してセラミックバルブシートを得ている。
の形状および表面粗さに加工したセラミック製リングを
従来公知の方法で作製する。次に、セラミック製リング
の内周部に、使用するバルブの形状に合わせて当接面を
形成する。さらに、この当接面のエッヂ部にR加工を施
してセラミックバルブシートを得ている。
丸めの断面形状は、円弧、楕円弧または、任意の滑らか
な曲線を用いることができる。
な曲線を用いることができる。
バルブシートとバルブとの当接面は、表面粗さが、粗い
ほど摩擦係数が高くなるためバルブとの衝突時に大きな
接触応力が発生する。本発明のセラミックバルブシート
では、当接面の摩擦を低減するために表面粗さは、小さ
い値で有ることが好ましく1.6μmRa以下が好まし
く、特に0.2μ…Ra以下が好ましい。
ほど摩擦係数が高くなるためバルブとの衝突時に大きな
接触応力が発生する。本発明のセラミックバルブシート
では、当接面の摩擦を低減するために表面粗さは、小さ
い値で有ることが好ましく1.6μmRa以下が好まし
く、特に0.2μ…Ra以下が好ましい。
また、本発明のセラミックバルブシートとしては、セラ
ミック製リングの外周に金属リングを設けたもの、さら
にはシリンダヘッドにセラミック当板を設(プ、このセ
ラミック当板を加工して一体的にバルブ当接面を設けI
こもの等も含む。さらに、セラミックスの材料としては
、窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン、ジルコニア、
アルミプのいずれかであると耐熱性、耐摩耗性の点で好
適である。
ミック製リングの外周に金属リングを設けたもの、さら
にはシリンダヘッドにセラミック当板を設(プ、このセ
ラミック当板を加工して一体的にバルブ当接面を設けI
こもの等も含む。さらに、セラミックスの材料としては
、窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン、ジルコニア、
アルミプのいずれかであると耐熱性、耐摩耗性の点で好
適である。
以下、実際の例について説明する。
実施例1
第1図にシリンダヘッド1にバルブ2とともに組み込ん
だ形状を示す、セラミック製リング3の外周に金属リン
グ4を設番プた本発明のセラミックバルブシートを以下
のように作製してその性能を比較した。まず、内径24
.On+n+、外径29.5111m高さ7、On+m
のセラミック製リング3を窒化ケイ素により常圧焼結法
で作製した。このセラミックリング3は、各面を表面粗
さの仕上げ記号1.6μmRaに仕上げた。また、外径
33.Omm、肉厚2.Omm、高さ7.Omm、表面
粗さの仕上げ記号1.6μmRaにインコロイ製金属リ
ング4を加工し、これらを室温にて圧入して内側が窒化
ケイ素外側がインコロイから成る2層構造の円筒を作製
した。該円筒のインコロイを時効硬化させるため、該円
筒を真空炉内で720℃、8時間加熱保持したのち、炉
温を680℃に低下させて10時間加熱保持した。
だ形状を示す、セラミック製リング3の外周に金属リン
グ4を設番プた本発明のセラミックバルブシートを以下
のように作製してその性能を比較した。まず、内径24
.On+n+、外径29.5111m高さ7、On+m
のセラミック製リング3を窒化ケイ素により常圧焼結法
で作製した。このセラミックリング3は、各面を表面粗
さの仕上げ記号1.6μmRaに仕上げた。また、外径
33.Omm、肉厚2.Omm、高さ7.Omm、表面
粗さの仕上げ記号1.6μmRaにインコロイ製金属リ
ング4を加工し、これらを室温にて圧入して内側が窒化
ケイ素外側がインコロイから成る2層構造の円筒を作製
した。該円筒のインコロイを時効硬化させるため、該円
筒を真空炉内で720℃、8時間加熱保持したのち、炉
温を680℃に低下させて10時間加熱保持した。
該円筒の高さを4.Ommに仕上げ加工しバルブ2との
当接面5に角度30’の勾配を付け、この当接面5のエ
ッヂ部6−1.6−2に0.2mmR(7)加工を施し
て、本発明のセラミックバルブシートを得た。当接面の
表面粗さは、0.2μmRaとした。
当接面5に角度30’の勾配を付け、この当接面5のエ
ッヂ部6−1.6−2に0.2mmR(7)加工を施し
て、本発明のセラミックバルブシートを得た。当接面の
表面粗さは、0.2μmRaとした。
なお実際の使用に際しては、得られたバルブシートをエ
ンジンヘッドへの取り付は穴より0.02111111
外径を大きくして圧入により装着する。
ンジンヘッドへの取り付は穴より0.02111111
外径を大きくして圧入により装着する。
比較のため同一形状でエッヂ部6−1.6−2しこ加工
を施さないセラミックバルブシートを準備し、これと上
述した方法により得たセラミックバルブシートとに対し
て圧縮試験を行なったところ、エッヂ未加工のセラミッ
クバルブシートの当接面のエッヂ部に6001の荷重で
クラックが発生したのに対し、本発明のバルブシートは
10tOnの荷重でも破壊せず、未加工品と比較して優
れた圧縮試験特性を示した。なお、圧縮試験は、バルブ
とバルブシート面の当りを模擬した試験でバルブシー(
−のエッヂ部にバルブが片当りし応力集中する様に加仕
治具を設計し、この治具により行なった。
を施さないセラミックバルブシートを準備し、これと上
述した方法により得たセラミックバルブシートとに対し
て圧縮試験を行なったところ、エッヂ未加工のセラミッ
クバルブシートの当接面のエッヂ部に6001の荷重で
クラックが発生したのに対し、本発明のバルブシートは
10tOnの荷重でも破壊せず、未加工品と比較して優
れた圧縮試験特性を示した。なお、圧縮試験は、バルブ
とバルブシート面の当りを模擬した試験でバルブシー(
−のエッヂ部にバルブが片当りし応力集中する様に加仕
治具を設計し、この治具により行なった。
ざらに、上述した圧縮試験において、]ニッヂ部の曲率
半径を変化させ(圧縮試験を行なった結果第1表に示す
関係が得られた。曲率半径が、大きいほど破壊荷重が大
きくなり最小曲率半径0.1mm以上では10倍以上の
圧縮荷重となり最小曲率半径0 、2 m m以上では
i o t、 o nの圧縮荷重でもクラック発生が起
こらなくなる。
半径を変化させ(圧縮試験を行なった結果第1表に示す
関係が得られた。曲率半径が、大きいほど破壊荷重が大
きくなり最小曲率半径0.1mm以上では10倍以上の
圧縮荷重となり最小曲率半径0 、2 m m以上では
i o t、 o nの圧縮荷重でもクラック発生が起
こらなくなる。
第1表
実施例2
第2図にシリンダヘッドコにバルブ2とともに組み込ん
だ形状を示す、セラミック製リング3のみよりなる本発
明のセラミックバルブシートを以下のように作製してそ
の性能を比較した。すなわち、実施例1と同様の形状お
よびエッヂ部6−1゜6−2に最小曲率半径加工を施し
たジルコニア製リング3のみよりなる本発明のセラミッ
クバルブシートと、同様にジルコニア製リング3のみよ
りなりエッヂ部に加工を施さない比較例のセラミックバ
ルブシートとを準備し、両セラミックバルブシートをエ
ンジンヘッドの取り付は穴より 0.02mm外径を大
きくして直接圧入してエンジンヘッドに装着した。、セ
ラミックバルブシートを装着したシリンダヘッドを台上
試験用ディーゼルエンジンに絹みつ(プて、回転数23
oorpm 、 B M E P 14.Oiy/cm
”の条件で耐久試験を行なった結果、エッヂ未加工品
では50時間でクラック発生が認められたが、本発明の
最小曲率半径0,2n+n+のセラミックバルブシート
では50時間の耐久試験においてクラックは認められな
かった。
だ形状を示す、セラミック製リング3のみよりなる本発
明のセラミックバルブシートを以下のように作製してそ
の性能を比較した。すなわち、実施例1と同様の形状お
よびエッヂ部6−1゜6−2に最小曲率半径加工を施し
たジルコニア製リング3のみよりなる本発明のセラミッ
クバルブシートと、同様にジルコニア製リング3のみよ
りなりエッヂ部に加工を施さない比較例のセラミックバ
ルブシートとを準備し、両セラミックバルブシートをエ
ンジンヘッドの取り付は穴より 0.02mm外径を大
きくして直接圧入してエンジンヘッドに装着した。、セ
ラミックバルブシートを装着したシリンダヘッドを台上
試験用ディーゼルエンジンに絹みつ(プて、回転数23
oorpm 、 B M E P 14.Oiy/cm
”の条件で耐久試験を行なった結果、エッヂ未加工品
では50時間でクラック発生が認められたが、本発明の
最小曲率半径0,2n+n+のセラミックバルブシート
では50時間の耐久試験においてクラックは認められな
かった。
実施例3
第3図に形状を示す、シリンダヘッド1の燃焼室側の面
にシリンダと同径以上の大きざを有する窒化ケイ素製の
セラミック当板7とバルブシートが一体的に形成された
本発明のセラミックバルブシートを作製してその性能を
調べた。セラミック当板7のシリンダヘッド1への取り
付(プは、ヘッド1側の取りfd(プ穴よりセラミック
当板7の外径を0,25mm大きくして直接圧入した。
にシリンダと同径以上の大きざを有する窒化ケイ素製の
セラミック当板7とバルブシートが一体的に形成された
本発明のセラミックバルブシートを作製してその性能を
調べた。セラミック当板7のシリンダヘッド1への取り
付(プは、ヘッド1側の取りfd(プ穴よりセラミック
当板7の外径を0,25mm大きくして直接圧入した。
バルブ2との当接面5−1.5−2およびエッヂ部6−
1゜6−2および6−.3.6−4の加工は、実施例1
と同様に行なった。このセラミック当板7をシリンダヘ
ッド1に組み込んで、エンジン回転数230Orpmの
条件においてモータリング耐久試験を行なった結果、5
0時間の耐久試験においてもクラックは認められなかっ
た。
1゜6−2および6−.3.6−4の加工は、実施例1
と同様に行なった。このセラミック当板7をシリンダヘ
ッド1に組み込んで、エンジン回転数230Orpmの
条件においてモータリング耐久試験を行なった結果、5
0時間の耐久試験においてもクラックは認められなかっ
た。
(発明の効果)
以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
のセラミックバルブシートによれば、バルブとバルブシ
ート当接面のエッヂ部を丸めることにより、バルブ衝突
時の!j ’M力あるいは排気ガス熱による応力集中を
緩和することができ、高温。
のセラミックバルブシートによれば、バルブとバルブシ
ート当接面のエッヂ部を丸めることにより、バルブ衝突
時の!j ’M力あるいは排気ガス熱による応力集中を
緩和することができ、高温。
繰り返し荷重に耐えクラックの発生の少ないセラミック
バルブシートを得ることができる。
バルブシートを得ることができる。
第1図は本発明のセラミックバルブシートをシリンダヘ
ッドに組み込んだ一例を示す部分断面図、第2図および
第3図は本発明のけラミックバルブシ−1〜をシリンダ
ヘッドに組み込んだ他の例を示す部分断面図である。 1・・・シリンダヘッド 2・・・バルブ3・・・レラ
ミック製リング 4・・・金属リング 5、 5− 1. 5− 2・・・当接面6− 1.
6− 2. 6− 3. 6− 4・・・エッヂ部7・
・・セラミック当板 特許出願人 H本碍子株式会社 手 続 補 正 書 昭和61年 9月24日 特許庁長官 黒 1) 明 雄 殿1、事件の
表示 昭和61年特許願第185336号 2、発明の名称 セラミックバルブシート 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 ニラ ポン カイ シ 名称(406)日本碍子株式会社 4、代理人 1、明細書第7頁第5行のr600 ’ jをr600
kgJと訂正する。
ッドに組み込んだ一例を示す部分断面図、第2図および
第3図は本発明のけラミックバルブシ−1〜をシリンダ
ヘッドに組み込んだ他の例を示す部分断面図である。 1・・・シリンダヘッド 2・・・バルブ3・・・レラ
ミック製リング 4・・・金属リング 5、 5− 1. 5− 2・・・当接面6− 1.
6− 2. 6− 3. 6− 4・・・エッヂ部7・
・・セラミック当板 特許出願人 H本碍子株式会社 手 続 補 正 書 昭和61年 9月24日 特許庁長官 黒 1) 明 雄 殿1、事件の
表示 昭和61年特許願第185336号 2、発明の名称 セラミックバルブシート 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 ニラ ポン カイ シ 名称(406)日本碍子株式会社 4、代理人 1、明細書第7頁第5行のr600 ’ jをr600
kgJと訂正する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、少なくともバルブとの当接面がセラミックスよりな
るセラミックバルブシートにおいて、該バルブシートと
バルブが接する面のエッヂ部を丸めたことを特徴とする
セラミックバルブシート。 2、前記バルブシートのバルブと接する面のエッヂ部を
最小曲率半径0.2mm以上の曲面で丸めたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載のセラミックバルブシ
ート。 3、セラミックバルブシートの材質が窒化ケイ素、炭化
ケイ素、サイアロン、ジルコニア、アルミナのうち少な
くとも一種のセラミック材料で構成される特許請求の範
囲第1項または第2項記載のセラミックバルブシート。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61185336A JPS6341608A (ja) | 1986-08-08 | 1986-08-08 | セラミツクバルブシ−ト |
US07/080,068 US4728078A (en) | 1986-08-08 | 1987-07-31 | Ceramic valve seats |
EP87307017A EP0259023B1 (en) | 1986-08-08 | 1987-08-07 | Ceramic valve seats |
DE8787307017T DE3763555D1 (de) | 1986-08-08 | 1987-08-07 | Ventilsitzringe aus keramik. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61185336A JPS6341608A (ja) | 1986-08-08 | 1986-08-08 | セラミツクバルブシ−ト |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6341608A true JPS6341608A (ja) | 1988-02-22 |
JPH0432203B2 JPH0432203B2 (ja) | 1992-05-28 |
Family
ID=16169019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61185336A Granted JPS6341608A (ja) | 1986-08-08 | 1986-08-08 | セラミツクバルブシ−ト |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4728078A (ja) |
EP (1) | EP0259023B1 (ja) |
JP (1) | JPS6341608A (ja) |
DE (1) | DE3763555D1 (ja) |
Families Citing this family (16)
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