JPS6341608A - セラミツクバルブシ−ト - Google Patents

セラミツクバルブシ−ト

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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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JP
Japan
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valve seat
ceramic
valve
contact surface
ceramic valve
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Isao Oda
功 小田
Nobuhiko Ishida
順彦 石田
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-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
    • F01L3/22Valve-seats not provided for in preceding subgroups of this group; Fixing of valve-seats
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/04Measuring adhesive force between materials, e.g. of sealing tape, of coating
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/026Specifications of the specimen
    • G01N2203/0262Shape of the specimen
    • G01N2203/0274Tubular or ring-shaped specimens

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  • Lift Valve (AREA)
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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。

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。
(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。
(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。
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。
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。
(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。
(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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
【図面の簡単な説明】
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。

Claims (1)

  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。
JP61185336A 1986-08-08 1986-08-08 セラミツクバルブシ−ト Granted JPS6341608A (ja)

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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.

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