JPH0267406A - 内燃機関用バルブガイドおよびその製造方法 - Google Patents

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、軸方向が３層からなる複合構造の内燃機関用
バルブガイドおよびその製造方法に関する。

（従来の技術） 自動車等の内燃機関用バルブガイドは、通常、焼結合金
が多く使用されており、このバルブガイドは、軸方向長
さが内径寸法の４〜８倍程度であって、素材としては、
全体が同一組成の鉄系または銅系の焼結合金が使用され
、通常の粉末冶金法によって作られ、切削加工して用い
られる。

（発明が解決しようとする課題） この種内燃機関用バルブガイドは直径の割に軸方向寸法
が長いために、成形用押型の粉末充填深さが大きく、高
密度に成形することが困難で、そのため成形体が運搬中
に倒れ易く、割れを生じる等の問題点が指摘されていた
。

さらに、内燃機関用のバルブガイドとして低コスト、熱
伝導性がよく放熱し易いこと、および軽量化等種々の要
求がされている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、本発
明の目的とするところは、低コストでかつ熱伝導がよく
放熱し易く、しかも軽量化に大きく貢献できる内燃機関
用バルブガイドおよびその製造方法を提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関用バ
ルブガイドは両端部材が鉄系、または銅系のいずれか一
方からなる耐摩耗性を備えた焼結合金で構成され、かつ
、その中間部材は」二記焼結合金よりも、延性が大きい
部材、熱伝導性のよい部材、貧組成部材のうち少なくと
も１つ以上該当する金属材料で構成されている複合構造
の内燃機関用バルブガイドであって、上記中間部材の軸
方向長さがバルブガイドの全長の３０〜６０％を占め、
両端部材と中間部材とが段形断面で咬合し、締まり嵌め
接合していることを特徴とする。

さらに上記内燃機関用バルブガイドの製造方法は両端部
材が鉄系、または銅系のいずれか一方からなる耐摩耗性
を備えた焼結合金で構成され、かつ、その中間部材が上
記焼結合金よりも、延性が大きい部材、熱伝導性のよい
部材、貧組成部制のうち少なくとも１つ以上該当する金
属材料で構成されている複合構造の内燃機関用バルブガ
イドの製造方法において、 上記中間部材は内径または外径を段状に削除し、両端部
材は、接合部外径または内径をテーパ状とし、その軸方
向長さは中間部材の段部長さより短く設定され、両者を
嵌合した状態で、サイジング金型内に挿入し、パンチで
下方に押圧することにより、中間部材の薄肉端面部を塑
性変形させ、両端部材と中間部材との隙間を埋めるとと
もに、径方向は部材が押し下げられ断面積が減少するこ
とにより、両部材の嵌合部が堅く咬合され、軸方向と径
方向から圧縮されて、軸方向に引き伸ばされることを特
徴とする。

（作用） 前記手段によれば、中間部材は、両端部の焼結合金に比
べて、延性が大きい部材、熱伝導性のよい部材、貧組成
部祠のうちから１つ以上該当する金属で構成するととも
に、バルブガイド軸方向全長の３０〜６０％を占め、両
端部材と中間部材が段形断面で咬合し締まり嵌め接合す
るようにしたから、内燃機関用バルブガイドの改善要求
のうち、低コスト、軽量化、熱伝導性の改良を達成する
ことが可能となる。

さらに上記内燃機関用バルブガイドの製作について、特
殊な型形状を有するサイジング金型を使用することによ
り簡易に製作することを可能とする。

（実施例） 以下、本発明に係る内燃機関用バルブガイドおよびその
製造方法について添付図面を参照しながら詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係る複合構造の内燃機関用バルブガイ
ドを示す素材断面構造の一例を模式的に示したもので、
両端部材１と中間部材２は断面が２字状の段形で咬合し
た構造をしている。さらにこの素材は、内燃機関に装着
される前に各面を加工する。

ところで、上記バルブガイドは燃焼室に近く温度が高い
環境で使用され、相手バルブとの馴染み性と耐摩耗性が
要求されるため、特に血圧が高くなり易い端部寄りの摺
動面は摩耗し易く、密度の高い材料の使用が要求される
。

本発明において、バルブガイドの両端部材１は焼結合金
を使用する。この焼結合金は上記のような観点から固体
潤滑剤が分散した高密度の焼結合金が好ましく、鉄系焼
結合金の場合は乗用車用内燃機関に多く用いられている
。例えば、銅、錫、リンと、炭素を１．５〜４％含有し
た組成のもの（特公昭５５−３４８５８号公報に開示さ
れた組成）、銅系では船外機用等バルブガイドとして使
用されているリン青銅合金系で固体潤滑剤が分散した材
料等が該当する。

また、両端部材１は成形長さが短い分だけ取扱いが容易
で、高密度成形が可能で、後述する各部材を接合すると
きの塑性加工でさらにその密度を高密度なものとするこ
とができる。

次に、中間部材２は要求により種々の金属材料の使用が
可能であるが、軽量化には比重の小さい金属またはその
合金が採用される。例えば、両端部材１が鉄系焼結合金
の場合には、中間部材２としてはアルミ合金、両端部材
１が銅系焼結合金の場合には、中間部材２としては鉄鋼
またはアルミ合金が適用される。

さらにこの中間部材２としては溶製材料でも焼結材料で
もいずれでも差し支えない。

次に中間部材２の熱伝導性については、両端部材１とし
て鉄系焼結合金を適用した場合、銅または青銅およびア
ルミ合金を中間部ヰ４２として使用すればよく、同様に
溶製材料、焼結材料のどちらでも同様の効果が得られる
。

さらに、価格面では、汎用の焼結材料または両端部材１
と銅系合金の貧組成の焼結材料が中間部材２として選ば
れてもよく、溶製の材料は筒形状に加工する費用がかさ
み、かえって高価になる傾向があり、両端部材１が前述
した鉄系および銅系焼結合金において、−膜内な鉄−炭
素系または鉄−銅一炭素系の焼結合金、アルミ−珪素−
銅系の焼結合金等が採用できる。

また、上述した材料の組合わせのうちで複数の要求に対
応できるものがある。すなわち、両端部材１が鉄系焼結
合金の場合、中間部材２としてアルミ合金を適用すると
、軽量化と熱伝導性と価格の全ての面に対応できる。

次に、両端部材１の軸方向長さはほぼ均等であるととも
に、中間部材２の長さはバルブガイドの全長の３０〜６
０％の範囲が好ましく、中間部材２の長さが３０％より
少ない１と効果がわずかであり、また、各部材を接合す
る際の軸方向接合面が短くなり接合強度が不十分になる
。逆に、中間部材２の寸法長さを全長の６０％より長く
設定した場合、その効果は大きくなるが、その分画端部
材１の長さが短くなり、軸方向接合面が短くなるととも
に耐摩耗性が不利となる。

次に第２図ならびに第３図を参照しながら本発明に係る
内燃機関用バルブガイドの製造方法について簡単に説明
する。

第２図はサイジング方法を説明するサイジング金型装置
を示したものである。本図において、上下作動するラム
３にはパンチ４とダイガイド６が固設されており、内径
が中つぼみのダイ９はダイガイド６と嵌合しているとと
もに、スプリング８により下方に付勢されている。

一方、コア５は中間部の外径が大きく、ベット７施した
盲孔とパンチ４の内径に嵌合し、固設されてはいない。

なお第２図はラム３が下死点になったときを示している
。

第３図は両端部材１と中間部祠２との接合部分の拡大断
面図であり、中間部材２は、内径または外径を段状に削
除した形状をしており、中間部材２より硬さ、靭性が高
い両端部材１は、接合部の外径または内径をテーパ状と
し、その軸方向長さは中間部材２の段部長さより短くし
である。

また、それぞれ嵌合したとき断面三角状の隙間ａと端面
部隙間すの体積はほぼ等しくなるように設定されている
。

なお、中間部材２の薄肉端面部２ａが第１図のように外
径側でもよいが、両端部材１よりも中間部材２の熱膨張
率が大きい材料の組合わせの場合は接合力が低下するの
で内径側に設定することが肝要である。

各部材１．２の段付き分を嵌合した状態で、第２図に示
すサイジング金型内に挿入し、パンチ４で下方に押し始
めると、中間部材２の薄肉端面部２ａが塑性変形し、隙
間ａが減少しつつ隙間すも減少し最後には隙間ａ、　　
ｂの両者がなくなる。

一方、径方向は部材１，２が押し下げられ断面積が縮小
されることにより、各部材１，２の嵌合部は堅く咬合さ
れ、また軸方向と径方向から圧縮されて焼結材料の密度
が上昇し、部材１．２は軸方向に引き伸ばされる。

なお、咬合部の軸方向長さは２〜５ｍｍが望ましい。短
すぎると締結が不十分となり、逆に長すぎると加圧中に
薄肉端面部２ａが座屈することがある。

断面減少率は、バルブガイドの寸法、採用する材料によ
り多少異なるが、１０〜３０％であり、通常１５％程度
が好ましい。また、接合後の軸方向寸法は、接合前に対
して長くなることを考慮する必要がある。断面減少率が
１５％のとき、焼結材料は８〜９％、溶製材料では約１
７％長くなる。

両端部材１と中間部材２の接合は、銅系組成の焼結材料
であれば、成形のときに原料粉を積層充填して圧扮し、
焼結する方法が採用できるが、焼結寸法の変化量が異な
る場合は段が付いたり、接合部にひび割れを生じること
があり、異種金属の場合は焼結できない。また、ろう付
は接合は量産性に難点があり、これに比べ本発明による
圧縮咬合方法によれば異種の材料であっても強い接合を
得ることができ、量産性も好ましい。

以下具体的な実施例について実施例１ないし実施例３に
ついて詳細に説明する。

実施例１ この実施例は軽量化であって、両端部材にリン青銅焼結
合金、中間部材に溶製アルミニウム合金を使用している
。

リン青銅焼結合金は、組成が２．７％Ｎｉ−３％Ｐ−４
．５％二硫化モリブデンのリン青銅であり、密度が７．
１ｇ／＝で、接合部の外径は、軸方向長さ４ｍｍのテー
パ状に切削加工した。

一方、アルミニウム合金は合金番号２０２４の棒材を切
削加工したもので、第３図と同様に端面部隙間を設けて
両端部材に嵌合するように内径を嵌合した。各部材の寸
法は内径７ｍｍ、外径１０ｍｍで、軸方向は接合した後
の全長が５０ｍｍで中間部材が２５ｍｍ（全長の５０％
）である。また、押し出し加工時の部材断面減少率は１
５％とした。

得られた複合バルブガイド素材の重量は、全体がリン青
銅焼結合金の場合に比べると約り５％少ない。また、両
端リン青銅焼結合金は密度上昇し７．７ｇ／ｃＪであっ
た。

実施例２ この実施例は高熱伝導率を向上させた実施例であって、
両端部材に遊離黒鉛分散の鉄系焼結合金、中間部材に青
銅焼結合金を使用している。

鉄系焼結合金は、鉄と３％Ｃ−３％Ｃ１−１％５ｎ−Ｑ
２％Ｐからなる組成で、密度が６．６ｇ／ａｉ’である
。

青銅焼結合金は５％Ｓｎの組成で密度が６．９ｇ／ｄの
素材を使用している。寸法および接合方法は実施例１と
同様であるが、異なる点は中間部材の薄肉部分を内径側
に設定した点である。

接合されたバルブガイド素材の端部密度は７．１ｇ／ｃ
ｎｆ、中間部密度は７．４ｇ／ｃｍ’になっており、各
部材の熱伝導率（ＶＬｍ−’・Ｋ−１）は、端部鉄系祠
は８０、中間部青銅材は１５０である。

実施例３ この実施例はコスト低減をねらったものであり、両端部
材にリン青銅焼結合金を使用し、中間部材に鉄−炭素系
焼結合金を使用している。

リン青銅焼結合金は実施例１と同じであり、鉄−炭素系
焼結合金は０４％Ｃ組成で、密度は６．６ｇ／ａｆを採
用している。寸法形状および接合方法は実施例１と同様
である。このように構成するとバルブガイド素材の製造
費用はリン青銅焼結合金だけのものに比べ５％低廉化す
ることが可能となる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明に係る複合構造体の内燃機関
用バルブガイドは内燃機関の諸要求に応じた性能向上（
熱伝導率の向上、軽量化）および価格の低減を可能にす
る等実用的価値の高い内燃機関用バルブガイドが提供で
きる。

さらに、本発明では、両端部材と中間部材との材質を変
えて、結合部を特殊形状とし、特殊形状金型により簡単
に製作できるため、その実用的価値が高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関用バルブガイドの断面図
、第２図は同バルブガイドの両端部材と中間部材とを接
合するための金型装置を示す断面図、第３図はバルブガ
イドの接合部の段付き形状を示す断面図である。 １・・・両端部材 ２・・・中間部材 ４・・・パンチ ５・・・コア ９・・・ダイ 第１ 特許出願人　　日立粉末冶金株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、両端部材が鉄系、または銅系のいずれか一方からな
   る耐摩耗性を備えた焼結合金で構成され、かつ、その中
   間部材は上記焼結合金よりも、延性が大きい部材、熱伝
   導性のよい部材、貧組成部材のうち少なくとも１つ以上
   該当する金属材料で構成されている複合構造の内燃機関
   用バルブガイドであって、上記中間部材の軸方向長さが
   バルブガイドの全長の３０〜６０％を占め、両端部材と
   中間部材とが段形断面で咬合し、締まり嵌め接合してい
   ることを特徴とする内燃機関用バルブガイド。 ２、両端部材が鉄系、または銅系のいずれか一方からな
   る耐摩耗性を備えた焼結合金で構成され、かつ、その中
   間部材が上記焼結合金よりも、延性が大きい部材、熱伝
   導性のよい部材、貧組成部材のうち少なくとも１つ以上
   該当する金属材料で構成されている複合構造の内燃機関
   用バルブガイドの製造方法において、 上記中間部材は内径または外径を段状に削除し、両端部
   材は、接合部外径または内径をテーパ状とし、その軸方
   向長さは中間部材の段部長さより短く設定され、両者を
   嵌合した状態で、サイジング金型内に挿入し、パンチで
   下方に押圧することにより、中間部材の薄肉端面部を塑
   性変形させ、両端部材と中間部材との隙間を埋めるとと
   もに、径方向は部材が押し下げられ断面積が減少するこ
   とにより、両部材の嵌合部が堅く咬合され、軸方向と径
   方向から圧縮されて、軸方向に引き伸ばされることを特
   徴とする内燃機関用バルブガイドの製造方法。