JPH08296418A - バルブシートおよびバルブシートの剥離試験方法 - Google Patents
バルブシートおよびバルブシートの剥離試験方法Info
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- JPH08296418A JPH08296418A JP7102016A JP10201695A JPH08296418A JP H08296418 A JPH08296418 A JP H08296418A JP 7102016 A JP7102016 A JP 7102016A JP 10201695 A JP10201695 A JP 10201695A JP H08296418 A JPH08296418 A JP H08296418A
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- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
- F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 製品状態での剥離荷重を正確に測定できるバ
ルブシートを得る。 【構成】 バルブシート母材２０を鉄系焼結合金製円環
体２１の表面を銅皮膜２２で覆って形成し、周面の一部
がポート開口部１３ａ，１４ａ内に臨む形状に形成す
る。バルブシート母材２０をポート開口部に圧接させる
とともに加熱することによって接合する。このバルブシ
ート母材２０における前記ポート開口部内に臨む部位
を、剥離試験用治具４１を掛けるための掛止部４４とし
た。
ルブシートを得る。 【構成】 バルブシート母材２０を鉄系焼結合金製円環
体２１の表面を銅皮膜２２で覆って形成し、周面の一部
がポート開口部１３ａ，１４ａ内に臨む形状に形成す
る。バルブシート母材２０をポート開口部に圧接させる
とともに加熱することによって接合する。このバルブシ
ート母材２０における前記ポート開口部内に臨む部位
を、剥離試験用治具４１を掛けるための掛止部４４とし
た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジン用シリンダヘ
ッドのシリンダヘッド本体とは異なる材料によって形成
されたバルブシートおよびバルブシートとなるバルブシ
ート母材に張力を付与してシリンダヘッド本体から剥離
させるバルブシートの剥離試験方法に関するものであ
る。
ッドのシリンダヘッド本体とは異なる材料によって形成
されたバルブシートおよびバルブシートとなるバルブシ
ート母材に張力を付与してシリンダヘッド本体から剥離
させるバルブシートの剥離試験方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、エンジンのシリンダヘッド本体は
主にアルミニウム合金によって形成されており、このシ
リンダヘッド本体における吸気弁や排気弁のバルブフェ
ース面が当接する部位にはバルブシートが装着されてい
た。このバルブシートは、吸・排気弁が繰り返し当接す
るとともに高熱に晒されるために、耐摩耗性および高温
強度に優れた鉄系焼結合金などによって形成されてお
り、図１４に示すように、シリンダヘッドの吸気ポー
ト、排気ポートの燃焼室側開口部に形成した凹部に圧入
し、仕上げ研削加工を行うことによってシリンダヘッド
本体に一体的に固定されていた。
主にアルミニウム合金によって形成されており、このシ
リンダヘッド本体における吸気弁や排気弁のバルブフェ
ース面が当接する部位にはバルブシートが装着されてい
た。このバルブシートは、吸・排気弁が繰り返し当接す
るとともに高熱に晒されるために、耐摩耗性および高温
強度に優れた鉄系焼結合金などによって形成されてお
り、図１４に示すように、シリンダヘッドの吸気ポー
ト、排気ポートの燃焼室側開口部に形成した凹部に圧入
し、仕上げ研削加工を行うことによってシリンダヘッド
本体に一体的に固定されていた。
【０００３】図１４はバルブシートが圧入された従来の
シリンダヘッドのバルブシート圧入部を拡大して示す断
面図で、同図において１はシリンダヘッド本体、２は圧
入型バルブシート、３はバルブシート圧入用凹部を示
す。
シリンダヘッドのバルブシート圧入部を拡大して示す断
面図で、同図において１はシリンダヘッド本体、２は圧
入型バルブシート、３はバルブシート圧入用凹部を示
す。
【０００４】また、従来のバルブシートとしては、上述
した圧入型のものの他に、吸気ポート、排気ポートの開
口部にバルブシート材料をレーザーを熱源として加熱溶
融させて肉盛り（クラッド）し、その肉盛層を機械加工
することによって形成したものもある（例えば、特開昭
６２−１５００１４号公報参照）。このレーザークラッ
ド法によって形成されたバルブシートを図１５に示す。
した圧入型のものの他に、吸気ポート、排気ポートの開
口部にバルブシート材料をレーザーを熱源として加熱溶
融させて肉盛り（クラッド）し、その肉盛層を機械加工
することによって形成したものもある（例えば、特開昭
６２−１５００１４号公報参照）。このレーザークラッ
ド法によって形成されたバルブシートを図１５に示す。
【０００５】図１５はレーザークラッド法によりバルブ
シートが形成されたシリンダヘッドのバルブシート部を
拡大して示す断面図で、４はバルブシート部、５は前記
バルブシート部４との接合界面、６，７は前記接合界面
５の近傍に形成された溶融反応層である。
シートが形成されたシリンダヘッドのバルブシート部を
拡大して示す断面図で、４はバルブシート部、５は前記
バルブシート部４との接合界面、６，７は前記接合界面
５の近傍に形成された溶融反応層である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように構成さ
れたバルブシートでは、シリンダヘッド本体にどの程度
の接合力をもって接合されているかということを試験す
ることが問題であった。すなわち、前記接合力を測定す
るには接合後のバルブシートを引張り試験機によって燃
焼室側から引っ張り、バルブシートがシリンダヘッド本
体から剥離するときの荷重（剥離荷重）を測定すること
が考えられるが、従来のバルブシートでは引張り試験機
を連結できるような掛止部が存在していないからであ
る。
れたバルブシートでは、シリンダヘッド本体にどの程度
の接合力をもって接合されているかということを試験す
ることが問題であった。すなわち、前記接合力を測定す
るには接合後のバルブシートを引張り試験機によって燃
焼室側から引っ張り、バルブシートがシリンダヘッド本
体から剥離するときの荷重（剥離荷重）を測定すること
が考えられるが、従来のバルブシートでは引張り試験機
を連結できるような掛止部が存在していないからであ
る。
【０００７】従来のバルブシートでも前記掛止部を設け
ることによって上述した剥離試験を行うことはできる
が、圧入型バルブシートでは、掛止部が形成されている
試験状態と、掛止部が形成されていない製品状態とで剛
性が僅かながらも変化し、これに応じて圧入条件も変化
してしまうので、製品状態での剥離荷重を正確に測定す
ることができない。
ることによって上述した剥離試験を行うことはできる
が、圧入型バルブシートでは、掛止部が形成されている
試験状態と、掛止部が形成されていない製品状態とで剛
性が僅かながらも変化し、これに応じて圧入条件も変化
してしまうので、製品状態での剥離荷重を正確に測定す
ることができない。
【０００８】また、レーザークラッド法により形成され
るバルブシートにおいて掛止部を形成するには、肉盛り
を余分に行い、その後、機械加工することによって行わ
なければならない。すなわち、機械加工を施す回数が掛
止部を形成する分だけ増えてしまう。
るバルブシートにおいて掛止部を形成するには、肉盛り
を余分に行い、その後、機械加工することによって行わ
なければならない。すなわち、機械加工を施す回数が掛
止部を形成する分だけ増えてしまう。
【０００９】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、製品状態での剥離荷重を正確に測定
できるバルブシートを得ることを第１の目的とし、剥離
試験を行うことに起因して機械加工の回数が増えること
がないようにすることを第２の目的とする。
になされたもので、製品状態での剥離荷重を正確に測定
できるバルブシートを得ることを第１の目的とし、剥離
試験を行うことに起因して機械加工の回数が増えること
がないようにすることを第２の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係るバルブ
シートは、シリンダヘッド本体のポート開口部に、表面
に金属皮膜を設けた鉄系焼結合金製円環体によって形成
されかつ前記ポート開口部に重ねた状態で外周面の一部
がこのポート開口部内に臨むバルブシート母材を、圧接
させるとともに加熱することによって接合し、このバル
ブシート母材における前記ポート開口部内に臨む部位
を、剥離試験用治具を掛けるための掛止部としたもので
ある。
シートは、シリンダヘッド本体のポート開口部に、表面
に金属皮膜を設けた鉄系焼結合金製円環体によって形成
されかつ前記ポート開口部に重ねた状態で外周面の一部
がこのポート開口部内に臨むバルブシート母材を、圧接
させるとともに加熱することによって接合し、このバル
ブシート母材における前記ポート開口部内に臨む部位
を、剥離試験用治具を掛けるための掛止部としたもので
ある。
【００１１】第２の発明に係るバルブシートの剥離試験
方法は、シリンダヘッド本体のポート開口部に、表面に
金属皮膜を設けた鉄系焼結合金製円環体によって形成さ
れかつ前記ポート開口部に重ねた状態で外周面の一部が
このポート開口部内に臨むバルブシート母材を重ね、次
いで、前記バルブシート母材を前記ポート開口部に圧接
させるとともに加熱することによって接合し、しかる
後、このバルブシート母材における前記ポート開口部内
に臨む部位に剥離試験用治具を掛けて燃焼室側から張力
を付与するものである。
方法は、シリンダヘッド本体のポート開口部に、表面に
金属皮膜を設けた鉄系焼結合金製円環体によって形成さ
れかつ前記ポート開口部に重ねた状態で外周面の一部が
このポート開口部内に臨むバルブシート母材を重ね、次
いで、前記バルブシート母材を前記ポート開口部に圧接
させるとともに加熱することによって接合し、しかる
後、このバルブシート母材における前記ポート開口部内
に臨む部位に剥離試験用治具を掛けて燃焼室側から張力
を付与するものである。
【００１２】
【作用】第１の発明によれば、シリンダヘッド本体のポ
ート開口部にバルブシート母材を圧接させるとともに加
熱することにより、圧接部の界面の原子が相互に拡散
し、前記界面付近に、バルブシート母材の皮膜の材料金
属とシリンダヘッド本体の材料金属との共晶合金からな
る層が生成される。この共晶合金層は液相への変態温度
が低いことから加熱状況の下で液相へ変わり、バルブシ
ート母材が押し付けられかつ加熱されることにより塑性
流動を起こしたシリンダヘッド本体の材料金属とともに
接合部から排出される。これにより、バルブシート母材
の鉄系焼結合金がシリンダヘッド本体の材料金属に触れ
て両者の原子が相互に拡散することになり、この状態で
バルブシート母材がポート開口部内に埋没することにな
る。このため、ポート開口部内に臨む掛止部の有無によ
って接合力が変化することはない。
ート開口部にバルブシート母材を圧接させるとともに加
熱することにより、圧接部の界面の原子が相互に拡散
し、前記界面付近に、バルブシート母材の皮膜の材料金
属とシリンダヘッド本体の材料金属との共晶合金からな
る層が生成される。この共晶合金層は液相への変態温度
が低いことから加熱状況の下で液相へ変わり、バルブシ
ート母材が押し付けられかつ加熱されることにより塑性
流動を起こしたシリンダヘッド本体の材料金属とともに
接合部から排出される。これにより、バルブシート母材
の鉄系焼結合金がシリンダヘッド本体の材料金属に触れ
て両者の原子が相互に拡散することになり、この状態で
バルブシート母材がポート開口部内に埋没することにな
る。このため、ポート開口部内に臨む掛止部の有無によ
って接合力が変化することはない。
【００１３】第２の発明によれば、バルブシートをシリ
ンダヘッド本体に設けるときの中間生成品を利用して剥
離試験を行うことができる。
ンダヘッド本体に設けるときの中間生成品を利用して剥
離試験を行うことができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図１２
によって詳細に説明する。図１は本発明に係るバルブシ
ートを採用したシリンダヘッドのバルブシート部の断面
図、図２はバルブシート母材をポート開口部に重ねた状
態を示す断面図で、同図はシリンダヘッド本体およびバ
ルブシート母材の一部のみを拡大して描いてある。
によって詳細に説明する。図１は本発明に係るバルブシ
ートを採用したシリンダヘッドのバルブシート部の断面
図、図２はバルブシート母材をポート開口部に重ねた状
態を示す断面図で、同図はシリンダヘッド本体およびバ
ルブシート母材の一部のみを拡大して描いてある。
【００１５】図３はバルブシート母材をシリンダヘッド
本体に接合させるために用いるプレス装置の正面図、図
４は同じく側面図、図５はバルブシート母材に電極を当
接させた状態を示す断面図である。図６は加圧力パター
ン、電流値パターンおよび沈み量を示すグラフ、図７は
バルブシート母材の皮膜の材料金属とシリンダヘッド本
体の材料金属からなる合金層が生成されている状態を示
す断面図、図８はシリンダヘッド本体の材料金属が塑性
流動を起こしている状態を示す断面図、図９はバルブシ
ート母材がシリンダヘッド本体に埋没した状態を示す断
面図、図１０はバルブシート部を仕上げ加工した状態を
示す断面図、図１１はシールドを使用する場合の平面図
である。図１２は剥離試験用治具をバルブシート母材に
装着した状態を示す断面図である。
本体に接合させるために用いるプレス装置の正面図、図
４は同じく側面図、図５はバルブシート母材に電極を当
接させた状態を示す断面図である。図６は加圧力パター
ン、電流値パターンおよび沈み量を示すグラフ、図７は
バルブシート母材の皮膜の材料金属とシリンダヘッド本
体の材料金属からなる合金層が生成されている状態を示
す断面図、図８はシリンダヘッド本体の材料金属が塑性
流動を起こしている状態を示す断面図、図９はバルブシ
ート母材がシリンダヘッド本体に埋没した状態を示す断
面図、図１０はバルブシート部を仕上げ加工した状態を
示す断面図、図１１はシールドを使用する場合の平面図
である。図１２は剥離試験用治具をバルブシート母材に
装着した状態を示す断面図である。
【００１６】これらの図において、１１は４サイクルエ
ンジンのシリンダヘッド本体で、このシリンダヘッド本
体１１は、アルミニウム合金を材料として鋳造すること
によって形成しており、ドーム状の燃焼室形成用凹部１
２を下面に開口するように形成するとともに、この凹部
１２に一端が開口する吸気ポート１３および排気ポート
１４を形成している。
ンジンのシリンダヘッド本体で、このシリンダヘッド本
体１１は、アルミニウム合金を材料として鋳造すること
によって形成しており、ドーム状の燃焼室形成用凹部１
２を下面に開口するように形成するとともに、この凹部
１２に一端が開口する吸気ポート１３および排気ポート
１４を形成している。
【００１７】このシリンダヘッド本体１１を形成するア
ルミニウム合金は、ＪＩＳにＡＣ４Ｃとして規定される
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金を採用した。この
材料を選択した理由は、他のアルミニウム合金を使用し
たときに較べて後述するバルブシートを最も強固に接合
できたからである。
ルミニウム合金は、ＪＩＳにＡＣ４Ｃとして規定される
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金を採用した。この
材料を選択した理由は、他のアルミニウム合金を使用し
たときに較べて後述するバルブシートを最も強固に接合
できたからである。
【００１８】前記吸気ポート１３および排気ポート１４
の上壁部分にバルブガイド１５，１６を介して吸気弁１
７および排気弁１８をそれぞれ装着し、両ポート１３，
１４の開口部に後述するバルブシート１９をそれぞれ接
合している。なお、前記バルブガイド１５，１６は、シ
リンダヘッド本体１１に穿設したバルブガイド穴１１ａ
に圧入し固定している。このバルブガイド穴１１ａはそ
の軸線Ｃが吸気ポート１３および排気ポート１４の開口
部１３ａ，１４ａの軸線と一致するように形成してい
る。
の上壁部分にバルブガイド１５，１６を介して吸気弁１
７および排気弁１８をそれぞれ装着し、両ポート１３，
１４の開口部に後述するバルブシート１９をそれぞれ接
合している。なお、前記バルブガイド１５，１６は、シ
リンダヘッド本体１１に穿設したバルブガイド穴１１ａ
に圧入し固定している。このバルブガイド穴１１ａはそ
の軸線Ｃが吸気ポート１３および排気ポート１４の開口
部１３ａ，１４ａの軸線と一致するように形成してい
る。
【００１９】図１に示したバルブシート１９は、円環状
に形成したバルブシート母材を前記ポート開口部１３
ａ，１４ａに加熱状況下において圧接させることによっ
て接合し、仕上げ加工を施した後のものである。前記バ
ルブシート母材を図２中に符号２０によって示す。バル
ブシート母材２０は、鉄系焼結合金製円環体２１の表面
を銅皮膜２２によって覆うことによって形成している。
に形成したバルブシート母材を前記ポート開口部１３
ａ，１４ａに加熱状況下において圧接させることによっ
て接合し、仕上げ加工を施した後のものである。前記バ
ルブシート母材を図２中に符号２０によって示す。バル
ブシート母材２０は、鉄系焼結合金製円環体２１の表面
を銅皮膜２２によって覆うことによって形成している。
【００２０】前記円環体２１の材料としては、本実施例
では、鉄系焼結合金材料に後述する通電時に内部で抵抗
熱が生じ難いようにする観点から銅を溶浸させたものを
採用している。また、前記銅皮膜２２は、膜厚が０．１
μｍ〜３０μｍとなるように円環体２１に電気めっきを
施すことによって形成している。
では、鉄系焼結合金材料に後述する通電時に内部で抵抗
熱が生じ難いようにする観点から銅を溶浸させたものを
採用している。また、前記銅皮膜２２は、膜厚が０．１
μｍ〜３０μｍとなるように円環体２１に電気めっきを
施すことによって形成している。
【００２１】このバルブシート母材２０は、図２に示す
ように、吸気ポート１３や排気ポート１４の開口部１３
ａ，１４ａに重ねた状態で外周面の一部がこの開口部１
３ａ，１４ａ内に臨む形状に形成している。なお、図２
ではシリンダヘッド本体１１の下面（燃焼室形成用凹部
１２が開口する面）を上方に向けている。詳述すると、
バルブシート母材２０の外周面をシリンダヘッド本体１
１側に向かうにしたがって次第にこのバルブシート母材
２０の外径が細くなるように傾斜させ、かつ底面２０ｂ
をこのバルブシート部材１０の軸心へ向かうにしたがっ
て次第にシリンダヘッド本体１１側に偏在するように傾
斜させ、これら外周面２０ａと底面２０ｂとが互いに連
なる外面を凸曲面となるように形成している。図２にお
いてはこの凸曲面に符号２０ｃを付した。一方、前記開
口部１３ａ，１４ａにおける前記凸曲面２０ｃと対向す
る部位には、吸・排気ポート１３，１４の内径が部分的
に細くなるように凸状部２３を形成している。
ように、吸気ポート１３や排気ポート１４の開口部１３
ａ，１４ａに重ねた状態で外周面の一部がこの開口部１
３ａ，１４ａ内に臨む形状に形成している。なお、図２
ではシリンダヘッド本体１１の下面（燃焼室形成用凹部
１２が開口する面）を上方に向けている。詳述すると、
バルブシート母材２０の外周面をシリンダヘッド本体１
１側に向かうにしたがって次第にこのバルブシート母材
２０の外径が細くなるように傾斜させ、かつ底面２０ｂ
をこのバルブシート部材１０の軸心へ向かうにしたがっ
て次第にシリンダヘッド本体１１側に偏在するように傾
斜させ、これら外周面２０ａと底面２０ｂとが互いに連
なる外面を凸曲面となるように形成している。図２にお
いてはこの凸曲面に符号２０ｃを付した。一方、前記開
口部１３ａ，１４ａにおける前記凸曲面２０ｃと対向す
る部位には、吸・排気ポート１３，１４の内径が部分的
に細くなるように凸状部２３を形成している。
【００２２】すなわち、このバルブシート母材２０を前
記開口部１３ａ，１４ａに図２に示したように重ねるこ
とによって、その凸曲面２０ｃがシリンダヘッド本体１
１の凸状部２３に当接するように構成している。なお、
バルブシート母材２０の内周面は、シリンダヘッド本体
１１側に向かうにしたがってこのバルブシート母材２０
の内径が小さくなるように傾斜した傾斜面２０ｄと、こ
の傾斜面２０ｄの内周側端部から軸方向と平行に延在す
る軸方向延在面２０ｅとから形成している。
記開口部１３ａ，１４ａに図２に示したように重ねるこ
とによって、その凸曲面２０ｃがシリンダヘッド本体１
１の凸状部２３に当接するように構成している。なお、
バルブシート母材２０の内周面は、シリンダヘッド本体
１１側に向かうにしたがってこのバルブシート母材２０
の内径が小さくなるように傾斜した傾斜面２０ｄと、こ
の傾斜面２０ｄの内周側端部から軸方向と平行に延在す
る軸方向延在面２０ｅとから形成している。
【００２３】このように構成したバルブシート母材２０
をシリンダヘッド本体１１の前記開口部１３ａ，１４ａ
に接合するには、図３および図４に示すプレス装置２４
を使用して行う。このプレス装置２４は、基台２５の下
部に下部プラテン２６を固定し、この下部プラテン２６
の上方に、この下部プラテン２６に対して接離するよう
に上部プラテン２７を昇降自在に配設している。この上
部プラテン２７は、基台上部に軸線が上下方向を向くよ
う取付けたシリンダ装置２８の作用端となるロッド２８
ａの下端に固定している。
をシリンダヘッド本体１１の前記開口部１３ａ，１４ａ
に接合するには、図３および図４に示すプレス装置２４
を使用して行う。このプレス装置２４は、基台２５の下
部に下部プラテン２６を固定し、この下部プラテン２６
の上方に、この下部プラテン２６に対して接離するよう
に上部プラテン２７を昇降自在に配設している。この上
部プラテン２７は、基台上部に軸線が上下方向を向くよ
う取付けたシリンダ装置２８の作用端となるロッド２８
ａの下端に固定している。
【００２４】前記下部プラテン２６および上部プラテン
２７はそれぞれ導電部材２６ａ，２７ａを介して図示し
ていない給電装置から給電される構造になっている。な
お、上部プラテン２７に接続した導電部材２７ａは、上
部プラテン２７の昇降動作に合わせて変形あるいは昇降
するように構成している。また、本実施例では、上部プ
ラテン２７が陽極となり下部プラテン２６が陰極となる
ように構成している。
２７はそれぞれ導電部材２６ａ，２７ａを介して図示し
ていない給電装置から給電される構造になっている。な
お、上部プラテン２７に接続した導電部材２７ａは、上
部プラテン２７の昇降動作に合わせて変形あるいは昇降
するように構成している。また、本実施例では、上部プ
ラテン２７が陽極となり下部プラテン２６が陰極となる
ように構成している。
【００２５】また、前記シリンダ装置２８を支持する基
台上部には、上部プラテン２７の前部に固定した反射部
材２９にレーザー光を反射させてこの反射部材２９との
距離から上部プラテン２７の変位量を測定するレーザー
変位計３０が取り付けてある。
台上部には、上部プラテン２７の前部に固定した反射部
材２９にレーザー光を反射させてこの反射部材２９との
距離から上部プラテン２７の変位量を測定するレーザー
変位計３０が取り付けてある。
【００２６】このプレス装置２４を使用してバルブシー
ト母材２０を接合するには、先ず、前記下部プラテン２
６上に下側電極３１を固定し、この下側電極３１上にシ
リンダヘッド本体１１を載置固定して行う。このとき、
シリンダヘッド本体１１は、燃焼室形成用凹部１２側を
上方に向け、かつバルブシート母材２０を接合するポー
トの開口部での軸線が前記シリンダ装置２８のロッド２
８ａの軸線と一致するように位置決めしておく。
ト母材２０を接合するには、先ず、前記下部プラテン２
６上に下側電極３１を固定し、この下側電極３１上にシ
リンダヘッド本体１１を載置固定して行う。このとき、
シリンダヘッド本体１１は、燃焼室形成用凹部１２側を
上方に向け、かつバルブシート母材２０を接合するポー
トの開口部での軸線が前記シリンダ装置２８のロッド２
８ａの軸線と一致するように位置決めしておく。
【００２７】次に、図５に示すように、バルブシート母
材２０を接合するポートのバルブガイド穴１１ａにガイ
ド棒３２を燃焼室形成用凹部１２側から嵌挿する。この
ガイド棒３２は、金属製丸棒３２ａの外周面にアルミナ
などの絶縁材３２ｂを被覆させて形成しており、バルブ
ガイド穴１１ａに嵌合させストッパー３２ｃによって位
置決め保持させた状態で、シリンダヘッド本体１１の燃
焼室側端面より上方に突出する長さに形成している。前
記絶縁材３２ｂの形成方法は、本実施例ではアルミナな
どのセラミック材を丸棒３２ａに溶射し、その後、研磨
仕上げする手法を採っている。
材２０を接合するポートのバルブガイド穴１１ａにガイ
ド棒３２を燃焼室形成用凹部１２側から嵌挿する。この
ガイド棒３２は、金属製丸棒３２ａの外周面にアルミナ
などの絶縁材３２ｂを被覆させて形成しており、バルブ
ガイド穴１１ａに嵌合させストッパー３２ｃによって位
置決め保持させた状態で、シリンダヘッド本体１１の燃
焼室側端面より上方に突出する長さに形成している。前
記絶縁材３２ｂの形成方法は、本実施例ではアルミナな
どのセラミック材を丸棒３２ａに溶射し、その後、研磨
仕上げする手法を採っている。
【００２８】その後、バルブシート母材２０をポート開
口部に重ね、このバルブシート母材２０に上側電極３３
を載せる。この上側電極３３は、金属製円柱体の軸心部
に前記ガイド棒３２が嵌合する透孔３３ａを穿設してお
り、その下端部に、バルブシート母材２０の前記傾斜面
２０ｄ（図２）に密接するテーパー面３３ｂと、軸方向
延在面２０ｅに全周にわたり密接する位置決め用周面３
３ｃとを形成している。また、この上側電極３３の下端
部には、バルブシート母材２０を磁気吸着させるための
磁性体３３ｄが固着させてある。
口部に重ね、このバルブシート母材２０に上側電極３３
を載せる。この上側電極３３は、金属製円柱体の軸心部
に前記ガイド棒３２が嵌合する透孔３３ａを穿設してお
り、その下端部に、バルブシート母材２０の前記傾斜面
２０ｄ（図２）に密接するテーパー面３３ｂと、軸方向
延在面２０ｅに全周にわたり密接する位置決め用周面３
３ｃとを形成している。また、この上側電極３３の下端
部には、バルブシート母材２０を磁気吸着させるための
磁性体３３ｄが固着させてある。
【００２９】すなわち、前記透孔３３ａに前記ガイド棒
３２を嵌合させることにより、この上側電極３３がシリ
ンダヘッド本体１１のポート開口部と同軸上に位置づけ
られ、前記テーパー面３３ｂおよび周面３３ｃをバルブ
シート母材２０に密接させることにより、このバルブシ
ート母材２０が嵌合によってポート開口部と同軸となる
ように位置決めされる。
３２を嵌合させることにより、この上側電極３３がシリ
ンダヘッド本体１１のポート開口部と同軸上に位置づけ
られ、前記テーパー面３３ｂおよび周面３３ｃをバルブ
シート母材２０に密接させることにより、このバルブシ
ート母材２０が嵌合によってポート開口部と同軸となる
ように位置決めされる。
【００３０】このようにバルブシート母材２０に上側電
極３３を載せた後、上側電極３３を回転させてバルブシ
ート母材２０が確実に嵌合しているか否かを検査する。
しかる後、シリンダ装置２８を駆動して上部プラテン２
７を下降させ、前記上側電極３３に密着させる。このと
き、上部プラテン２７の下面と上側電極３３の上面とが
互いに平行になるようにする。
極３３を載せた後、上側電極３３を回転させてバルブシ
ート母材２０が確実に嵌合しているか否かを検査する。
しかる後、シリンダ装置２８を駆動して上部プラテン２
７を下降させ、前記上側電極３３に密着させる。このと
き、上部プラテン２７の下面と上側電極３３の上面とが
互いに平行になるようにする。
【００３１】次に、前記シリンダ装置２８を駆動して上
部プラテン２７を下降させ、上側電極３３を介して前記
バルブシート母材２０を一定な押圧力をもってシリンダ
ヘッド本体１１に押し付ける。このときにバルブシート
母材２０に加えられる押圧力の方向は、上側電極３３が
ガイド棒３２によって移動方向が規制されている関係か
ら、ポート開口部１３ａ，１４ａの軸線方向と一致す
る。このため、バルブシート母材２０はポート開口部１
３ａ，１４ａに軸線を一致させた状態でこの軸線に沿っ
て押し付けられることになる。この押圧力は、図６中に
実線で示す押圧力パターンに基づいて変化させる。すな
わち、相対的に低い一定の第１押圧力Ｐ１を接合工程初
期に加え、その後は下降終了まで相対的に高い一定の第
２押圧力Ｐ２を加える。
部プラテン２７を下降させ、上側電極３３を介して前記
バルブシート母材２０を一定な押圧力をもってシリンダ
ヘッド本体１１に押し付ける。このときにバルブシート
母材２０に加えられる押圧力の方向は、上側電極３３が
ガイド棒３２によって移動方向が規制されている関係か
ら、ポート開口部１３ａ，１４ａの軸線方向と一致す
る。このため、バルブシート母材２０はポート開口部１
３ａ，１４ａに軸線を一致させた状態でこの軸線に沿っ
て押し付けられることになる。この押圧力は、図６中に
実線で示す押圧力パターンに基づいて変化させる。すな
わち、相対的に低い一定の第１押圧力Ｐ１を接合工程初
期に加え、その後は下降終了まで相対的に高い一定の第
２押圧力Ｐ２を加える。
【００３２】第１押圧力Ｐ１による加圧を開始した後、
上部プラテン２７が安定したときに、前記レーザー変位
計３０によりこれと反射部材２９までの距離を測定し、
この距離を上部プラテン２７の下降開始位置として記録
する。第１押圧力Ｐ１による加圧開始から図６に示すよ
うに時間Ｔ１が経過した後、前記上部プラテン２７およ
び下部プラテン２６に電圧を印加し、これら両プラテン
の間、すなわち上側電極３３、バルブシート母材２０、
シリンダヘッド本体１１および下側電極３１に電流を流
す。このとき、電流は上側電極３３からシリンダヘッド
本体１１へ向けて流れる。このときの電流値も図６中に
波線で示す電流値パターンに基づいて変化させる。すな
わち、電流値が増大した後に一度電流値を０付近まで低
下させ、その後さらに電流値を増大させて接合終期にお
いて前記押圧力を加えている途中で電流値を０とする。
上部プラテン２７が安定したときに、前記レーザー変位
計３０によりこれと反射部材２９までの距離を測定し、
この距離を上部プラテン２７の下降開始位置として記録
する。第１押圧力Ｐ１による加圧開始から図６に示すよ
うに時間Ｔ１が経過した後、前記上部プラテン２７およ
び下部プラテン２６に電圧を印加し、これら両プラテン
の間、すなわち上側電極３３、バルブシート母材２０、
シリンダヘッド本体１１および下側電極３１に電流を流
す。このとき、電流は上側電極３３からシリンダヘッド
本体１１へ向けて流れる。このときの電流値も図６中に
波線で示す電流値パターンに基づいて変化させる。すな
わち、電流値が増大した後に一度電流値を０付近まで低
下させ、その後さらに電流値を増大させて接合終期にお
いて前記押圧力を加えている途中で電流値を０とする。
【００３３】このとき、バルブシート母材２０は図２に
示すように凸曲面２０ｃがシリンダヘッド本体１１の凸
状部２３に当接しており、これら両者どうしが接触する
部分の面積がきわめて小さいことから、上述したように
通電されると電気抵抗が大きくなってこの接触部が発熱
するようになる。この熱はバルブシート母材２０とシリ
ンダヘッド本体１１との接触界面の全体に伝導する。
示すように凸曲面２０ｃがシリンダヘッド本体１１の凸
状部２３に当接しており、これら両者どうしが接触する
部分の面積がきわめて小さいことから、上述したように
通電されると電気抵抗が大きくなってこの接触部が発熱
するようになる。この熱はバルブシート母材２０とシリ
ンダヘッド本体１１との接触界面の全体に伝導する。
【００３４】このようにバルブシート母材２０とシリン
ダヘッド本体１１との接触界面の温度が上昇すると、固
相状態で互いに圧接し合う材料金属（銅皮膜２２の銅お
よびシリンダヘッド本体１１のアルミニウム合金）の原
子が活発に運動するようになり、これらの原子どうしが
相互に拡散するようになる。なお、シリンダヘッド本体
１１の表面に生成されているアルミニウムの酸化皮膜が
この原子拡散に対してどの程度拡散を阻止するかは不明
である。
ダヘッド本体１１との接触界面の温度が上昇すると、固
相状態で互いに圧接し合う材料金属（銅皮膜２２の銅お
よびシリンダヘッド本体１１のアルミニウム合金）の原
子が活発に運動するようになり、これらの原子どうしが
相互に拡散するようになる。なお、シリンダヘッド本体
１１の表面に生成されているアルミニウムの酸化皮膜が
この原子拡散に対してどの程度拡散を阻止するかは不明
である。
【００３５】上述したように原子の相互拡散が起こるこ
とにより、界面付近の組成は、銅皮膜２２を構成する銅
と、シリンダヘッド本体１１のアルミニウム合金との共
晶合金になり、純銅より低い温度で固相から液層に変わ
ることができる状態になる。このときの界面付近の状態
を図７に模式的に示す。図７においては、原子の相互拡
散が起こり前記共晶合金層が生成されている部位を符号
Ａで示す。
とにより、界面付近の組成は、銅皮膜２２を構成する銅
と、シリンダヘッド本体１１のアルミニウム合金との共
晶合金になり、純銅より低い温度で固相から液層に変わ
ることができる状態になる。このときの界面付近の状態
を図７に模式的に示す。図７においては、原子の相互拡
散が起こり前記共晶合金層が生成されている部位を符号
Ａで示す。
【００３６】前記界面付近の温度がさらに上昇し、前記
共晶合金層の一部が液相に変化するようになると原子の
拡散現象は一層活発となり、この共晶合金層が成長して
これに伴なって固相と液相との界面が拡大する。この共
晶合金層の液相化が進行する一方、共晶合金層に隣接す
るシリンダヘッド本体１１のアルミニウム合金は、バル
ブシート母材２０が押し付けられていることと前記抵抗
熱により昇温されていることとによって、塑性流動（塑
性変形）を起こす。
共晶合金層の一部が液相に変化するようになると原子の
拡散現象は一層活発となり、この共晶合金層が成長して
これに伴なって固相と液相との界面が拡大する。この共
晶合金層の液相化が進行する一方、共晶合金層に隣接す
るシリンダヘッド本体１１のアルミニウム合金は、バル
ブシート母材２０が押し付けられていることと前記抵抗
熱により昇温されていることとによって、塑性流動（塑
性変形）を起こす。
【００３７】この塑性流動は最初の接触部を中心にして
図７において上下方向に略対称となるように生じるた
め、液相化した前記共晶合金は前記塑性流動に乗じて図
８に示すように接触部の外に排除される。図８において
共晶合金の排除された部分を符号Ｂで示す。また、この
ときには、バルブシート母材２０の銅皮膜２２の一部が
共晶合金化されて接触部から排除されることにより、円
環体２１の一部がアルミニウム合金に触れるようになっ
てこれらの間でも原子の拡散現象が起こる。この拡散現
象が生じている部位を図８中に符号Ｃで示す。
図７において上下方向に略対称となるように生じるた
め、液相化した前記共晶合金は前記塑性流動に乗じて図
８に示すように接触部の外に排除される。図８において
共晶合金の排除された部分を符号Ｂで示す。また、この
ときには、バルブシート母材２０の銅皮膜２２の一部が
共晶合金化されて接触部から排除されることにより、円
環体２１の一部がアルミニウム合金に触れるようになっ
てこれらの間でも原子の拡散現象が起こる。この拡散現
象が生じている部位を図８中に符号Ｃで示す。
【００３８】このように共晶合金層の一部が接触部から
排除されることと、アルミニウム合金が塑性流動を起こ
すこととにより、図６中にＴ２で示すときにバルブシー
ト母材２０がシリンダヘッド本体１１内に沈み込み始め
ることになる。このようにバルブシート母材２０が沈み
込み始めてから図６中に示す時間Ｔ３に達したときに押
圧力を増大させて前記第２押圧力Ｐ２とする。
排除されることと、アルミニウム合金が塑性流動を起こ
すこととにより、図６中にＴ２で示すときにバルブシー
ト母材２０がシリンダヘッド本体１１内に沈み込み始め
ることになる。このようにバルブシート母材２０が沈み
込み始めてから図６中に示す時間Ｔ３に達したときに押
圧力を増大させて前記第２押圧力Ｐ２とする。
【００３９】押圧力が増大することによりアルミニウム
合金の塑性流動量が増大し、これに伴って共晶合金の排
除量が増量される。この結果、接触部の未反応部分にお
いて新たに銅−アルミニウム合金からなる共晶合金が生
成され、上述した現象が繰り返されてこの共晶合金層が
液相化しさらに排除される。これとともに、円環体２１
の材料である鉄系焼結合金とアルミニウム合金との界面
で原子が相互に拡散する領域も拡がる。
合金の塑性流動量が増大し、これに伴って共晶合金の排
除量が増量される。この結果、接触部の未反応部分にお
いて新たに銅−アルミニウム合金からなる共晶合金が生
成され、上述した現象が繰り返されてこの共晶合金層が
液相化しさらに排除される。これとともに、円環体２１
の材料である鉄系焼結合金とアルミニウム合金との界面
で原子が相互に拡散する領域も拡がる。
【００４０】第２押圧力Ｐ２による押圧を開始してから
図６に示す時間Ｔ４に達したときに、電流値を一度０付
近まで低下させ、さらに元の値まで上昇させる。電流値
を低下させることにより発熱が一時抑えられることにな
り、共晶合金の排除並びに塑性流動が抑えられて図６に
示すようにバルブシート母材２０の沈み込み量の増加割
合が一時低下する。このように電流値を一時的に低下さ
せるのは、アルミニウム合金が熱により溶融してしまう
のを防ぐためである。
図６に示す時間Ｔ４に達したときに、電流値を一度０付
近まで低下させ、さらに元の値まで上昇させる。電流値
を低下させることにより発熱が一時抑えられることにな
り、共晶合金の排除並びに塑性流動が抑えられて図６に
示すようにバルブシート母材２０の沈み込み量の増加割
合が一時低下する。このように電流値を一時的に低下さ
せるのは、アルミニウム合金が熱により溶融してしまう
のを防ぐためである。
【００４１】電流値を上述したように元の値まで上昇さ
せた後、時間Ｔ５に達してから時間Ｔ６に達するまでの
間に徐々に低下させて０とする。電流が流れている間は
勿論、通電が断たれた後も反応不能温度まで温度が低下
するまでは前記反応が進行し、共晶合金層の生成→液層
化→塑性流動に伴なう排除、という現象と、鉄系焼結合
金とアルミニウム合金との原子相互拡散という現象が同
時に起こりながらバルブシート母材２０が沈み込み続
け、図９に示すようにその外周面の略全域がシリンダヘ
ッド本体１１内に埋没するようになる。
せた後、時間Ｔ５に達してから時間Ｔ６に達するまでの
間に徐々に低下させて０とする。電流が流れている間は
勿論、通電が断たれた後も反応不能温度まで温度が低下
するまでは前記反応が進行し、共晶合金層の生成→液層
化→塑性流動に伴なう排除、という現象と、鉄系焼結合
金とアルミニウム合金との原子相互拡散という現象が同
時に起こりながらバルブシート母材２０が沈み込み続
け、図９に示すようにその外周面の略全域がシリンダヘ
ッド本体１１内に埋没するようになる。
【００４２】この沈み込み量が図６に示すように略増加
しなくなったとき（時間Ｔ７で示すとき）にシリンダ装
置２８による押圧を停止し、レーザー変位計３０によっ
てこれと反射部材２９との距離から上部プラテン２７の
最終位置を求めた後に上部プラテン２７を上昇させ、シ
リンダヘッド本体１１をプレス装置２４から取外す。な
お、平均電流値や総通電時間も全工程が終了するまでの
間に求めておく。
しなくなったとき（時間Ｔ７で示すとき）にシリンダ装
置２８による押圧を停止し、レーザー変位計３０によっ
てこれと反射部材２９との距離から上部プラテン２７の
最終位置を求めた後に上部プラテン２７を上昇させ、シ
リンダヘッド本体１１をプレス装置２４から取外す。な
お、平均電流値や総通電時間も全工程が終了するまでの
間に求めておく。
【００４３】次に、上部プラテン２７の下降開始位置か
ら最終位置までの高低差を算出することによりバルブシ
ート母材２０の総沈み量を求める。この値が予め定めた
許容値Ｄ（図６参照）の範囲内でないときには接合不良
とみなす。前記許容値Ｄとしては、本実施例では約０．
５mm〜約２mmとした。なお、許容値Ｄはシリンダヘッド
本体１１の材料によっても異なるが、約１mm〜１．５mm
とすることが好ましい。
ら最終位置までの高低差を算出することによりバルブシ
ート母材２０の総沈み量を求める。この値が予め定めた
許容値Ｄ（図６参照）の範囲内でないときには接合不良
とみなす。前記許容値Ｄとしては、本実施例では約０．
５mm〜約２mmとした。なお、許容値Ｄはシリンダヘッド
本体１１の材料によっても異なるが、約１mm〜１．５mm
とすることが好ましい。
【００４４】上記沈み量判定に合格したシリンダヘッド
は、前記平均電流値や総通電時間が許容値の範囲内であ
るか否かによっても良否を判定し、この判定結果が良好
であると判定されたときであって後述する抜き取り検査
に合格したロットのものであるときに限り最終仕上げ加
工を施す。
は、前記平均電流値や総通電時間が許容値の範囲内であ
るか否かによっても良否を判定し、この判定結果が良好
であると判定されたときであって後述する抜き取り検査
に合格したロットのものであるときに限り最終仕上げ加
工を施す。
【００４５】シリンダヘッドの最終仕上げ加工は、図９
に示すようにバルブシート母材２０が接合されたシリン
ダヘッド本体１１から不要部分を図１０に示すように例
えば研削によって除去することによって行う。この最終
仕上げ加工を行うことにより円環体２１の不要部および
銅皮膜２２が除去され、図１０中に符号Ｃで示す原子の
拡散領域を介してシリンダヘッド本体１１に接合された
バルブシート１９が得られる。
に示すようにバルブシート母材２０が接合されたシリン
ダヘッド本体１１から不要部分を図１０に示すように例
えば研削によって除去することによって行う。この最終
仕上げ加工を行うことにより円環体２１の不要部および
銅皮膜２２が除去され、図１０中に符号Ｃで示す原子の
拡散領域を介してシリンダヘッド本体１１に接合された
バルブシート１９が得られる。
【００４６】前記抜き取り検査は、例えばバルブシート
母材２０の製造ロット毎に行い、接合終了後の図９に示
した状態にあるバルブシート母材２０にシリンダヘッド
本体１１から離間する方向に沿って引張り力を加えてバ
ルブシート母材２０をシリンダヘッド本体１１から剥離
させ、剥離するときの荷重を測定することによって行
う。
母材２０の製造ロット毎に行い、接合終了後の図９に示
した状態にあるバルブシート母材２０にシリンダヘッド
本体１１から離間する方向に沿って引張り力を加えてバ
ルブシート母材２０をシリンダヘッド本体１１から剥離
させ、剥離するときの荷重を測定することによって行
う。
【００４７】なお、上述した抜き取り検査を行う際に
は、接合部から排除される共晶合金が接合部の略全周に
延在しているか否かを目視にて判定する。このとき、共
晶合金の排除方向が特定の方向に偏る傾向があると判定
されたときには、図１１に示すようにシールド３４を上
側電極３３の近傍に配置し、通電時に生じる地場の影響
を接合部が受けないようにすることが好ましい。
は、接合部から排除される共晶合金が接合部の略全周に
延在しているか否かを目視にて判定する。このとき、共
晶合金の排除方向が特定の方向に偏る傾向があると判定
されたときには、図１１に示すようにシールド３４を上
側電極３３の近傍に配置し、通電時に生じる地場の影響
を接合部が受けないようにすることが好ましい。
【００４８】図１１はシールドを使用する場合の平面図
で、同図は上側電極３３をバルブシート母材２０ととも
にシリンダヘッド本体１１に装着した状態を示してい
る。同図において前記図１ないし図１０で説明したもの
と同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳
細な説明は省略する。シールド３４は、本実施例では鉄
系強磁性体によって縦割り円筒状に形成し、外周面の頂
部がプレス装置２４の基台２５を指向するように配設し
ている。基台２５が位置している方向を同図においては
矢印で示している。このようにシールド３４を使用する
ことによって、通電時に磁場が生じたときにその磁力線
の方向および量を制御することができ、その結果、共晶
合金が接合部から排除される方向を制御することができ
る。
で、同図は上側電極３３をバルブシート母材２０ととも
にシリンダヘッド本体１１に装着した状態を示してい
る。同図において前記図１ないし図１０で説明したもの
と同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳
細な説明は省略する。シールド３４は、本実施例では鉄
系強磁性体によって縦割り円筒状に形成し、外周面の頂
部がプレス装置２４の基台２５を指向するように配設し
ている。基台２５が位置している方向を同図においては
矢印で示している。このようにシールド３４を使用する
ことによって、通電時に磁場が生じたときにその磁力線
の方向および量を制御することができ、その結果、共晶
合金が接合部から排除される方向を制御することができ
る。
【００４９】ここで、上述した剥離試験からなる抜き取
り検査を行うときの手順を図１２によって説明する。抜
き取り検査は、バルブシート母材２０に図１２中に符号
４１で示す治具の一端を掛け、この治具４１の他端を引
張り試験機（図示せず）に連結した状態で行う。この治
具４１は図１２において左右方向に分割可能なポペット
弁状に形成している。４２および４３はこの治具４１の
左半部、右半部をそれぞれ示している。これらの左右の
各半部４２，４３は、それぞれ横断面半円形に形成し、
両者を合わせることによって横断面円形の治具４１が形
成されるようになっている。
り検査を行うときの手順を図１２によって説明する。抜
き取り検査は、バルブシート母材２０に図１２中に符号
４１で示す治具の一端を掛け、この治具４１の他端を引
張り試験機（図示せず）に連結した状態で行う。この治
具４１は図１２において左右方向に分割可能なポペット
弁状に形成している。４２および４３はこの治具４１の
左半部、右半部をそれぞれ示している。これらの左右の
各半部４２，４３は、それぞれ横断面半円形に形成し、
両者を合わせることによって横断面円形の治具４１が形
成されるようになっている。
【００５０】各半部４２，４３のバルブシート母材２０
側となる一端部には、両半部を合わせた状態で略円錐形
になる掛け部４２ａ，４３ａを形成し、他端部には引張
り試験機のチャック装置に結合される軸部４２ｂ，４３
ｂを形成している。また、前記掛け部４２ａ，４３ａど
うしを合わせることによって形成される円錐の下端外径
は、バルブシート母材２０の内径より大きくかつポート
開口部１３ａ，１４ａの内径より小さくなるように設定
している。
側となる一端部には、両半部を合わせた状態で略円錐形
になる掛け部４２ａ，４３ａを形成し、他端部には引張
り試験機のチャック装置に結合される軸部４２ｂ，４３
ｂを形成している。また、前記掛け部４２ａ，４３ａど
うしを合わせることによって形成される円錐の下端外径
は、バルブシート母材２０の内径より大きくかつポート
開口部１３ａ，１４ａの内径より小さくなるように設定
している。
【００５１】抜き取り検査を行うには、先ず、前記両半
部４２，４３の掛け部４２ａ，４３ａを図１２に示した
ようにバルブシート母材２０の底面２０ｂの内周側縁部
に掛ける。このときには、先ず、一方の半部の掛け部を
その軸線がポート開口部の軸線に対して傾斜するように
傾けた状態でバルブシート母材２０の内方を通してポー
ト開口部１３ａ，１４ａの奥側に挿入し、次に他方の半
部の掛け部を前記同様にしてポート１３ａ，１４ａの奥
側に挿入する。
部４２，４３の掛け部４２ａ，４３ａを図１２に示した
ようにバルブシート母材２０の底面２０ｂの内周側縁部
に掛ける。このときには、先ず、一方の半部の掛け部を
その軸線がポート開口部の軸線に対して傾斜するように
傾けた状態でバルブシート母材２０の内方を通してポー
ト開口部１３ａ，１４ａの奥側に挿入し、次に他方の半
部の掛け部を前記同様にしてポート１３ａ，１４ａの奥
側に挿入する。
【００５２】その後、両半部の掛け部４２ａ，４３ａを
正規の状態となるようにポート１３，１４内で合わせ、
この状態で両半部４２，４３を燃焼室側から引張って掛
け部４２ａ，４３ａをバルブシート母材２０に当接させ
る。これにより、バルブシート母材２０におけるポート
開口部１３ａ，１４ａ内に臨む内周部に治具４１がポー
ト開口部１３ａ，１４ａの奥側から掛かるようになる。
この内周部が本発明に係る掛止部になっている。この掛
止部を図１２中に符号４４で示す。
正規の状態となるようにポート１３，１４内で合わせ、
この状態で両半部４２，４３を燃焼室側から引張って掛
け部４２ａ，４３ａをバルブシート母材２０に当接させ
る。これにより、バルブシート母材２０におけるポート
開口部１３ａ，１４ａ内に臨む内周部に治具４１がポー
ト開口部１３ａ，１４ａの奥側から掛かるようになる。
この内周部が本発明に係る掛止部になっている。この掛
止部を図１２中に符号４４で示す。
【００５３】このように治具４１をバルブシート母材２
０に掛けた状態でこの治具４１の他端部に引張り試験機
を結合させ、その後、この引張り試験機によって治具４
１を引張ることにより、バルブシート母材２０に燃焼室
側へ向けて張力Ｐを付与する。この試験は、バルブシー
ト母材２０がシリンダヘッド本体１１から剥離するまで
行い、剥離時の引張り荷重を剥離荷重として求める。こ
の剥離荷重が予め定めた使用限界剥離荷重を上回ってい
るときに良品であると判定する。
０に掛けた状態でこの治具４１の他端部に引張り試験機
を結合させ、その後、この引張り試験機によって治具４
１を引張ることにより、バルブシート母材２０に燃焼室
側へ向けて張力Ｐを付与する。この試験は、バルブシー
ト母材２０がシリンダヘッド本体１１から剥離するまで
行い、剥離時の引張り荷重を剥離荷重として求める。こ
の剥離荷重が予め定めた使用限界剥離荷重を上回ってい
るときに良品であると判定する。
【００５４】この剥離試験の結果、本実施例の構成を採
る場合には剥離荷重が約２０ＫＮとなり、十分実用に耐
え得る接合強度が得られることが分かった。この剥離試
験は、仕上げ加工時に除去される掛止部４４に治具４１
を掛けて実施するものの、バルブシート母材２０はシリ
ンダヘッド本体１１に上述したように接合界面の原子の
相互拡散現象によって接合されており、前記掛止部４４
の有無によって接合力が変化することがないので、この
剥離試験によって得られた剥離荷重は製品状態でのバル
ブシート１９の剥離荷重と一致する。
る場合には剥離荷重が約２０ＫＮとなり、十分実用に耐
え得る接合強度が得られることが分かった。この剥離試
験は、仕上げ加工時に除去される掛止部４４に治具４１
を掛けて実施するものの、バルブシート母材２０はシリ
ンダヘッド本体１１に上述したように接合界面の原子の
相互拡散現象によって接合されており、前記掛止部４４
の有無によって接合力が変化することがないので、この
剥離試験によって得られた剥離荷重は製品状態でのバル
ブシート１９の剥離荷重と一致する。
【００５５】しかも、この剥離試験は、バルブシート１
９をシリンダヘッド本体１１に設けるときの中間生成品
としてのバルブシート母材２０を利用して行うことがで
きる。
９をシリンダヘッド本体１１に設けるときの中間生成品
としてのバルブシート母材２０を利用して行うことがで
きる。
【００５６】また、単にバルブシート母材２０を上述し
たように引っ張る剥離試験を行うだけでなく、加熱保持
試験やヒートショック試験を行ってもよい。加熱保持試
験は、図９の状態のシリンダヘッド本体１１を大気雰囲
気の３００℃加熱炉中に２４〜２００時間放置し、空冷
した後に前記剥離試験を行う。ヒートショック試験は、
図９の状態のシリンダヘッド本体１１を大気雰囲気の３
００℃加熱炉中で３００℃まで昇温させ、炉から取出し
て直ちに０℃の氷水に浸漬する。これを１０回繰り返
し、氷水に浸漬させて冷却した度毎にバルブシート母材
２０の剥離、割れなどの有無を確認し最後に前記剥離試
験を行う。
たように引っ張る剥離試験を行うだけでなく、加熱保持
試験やヒートショック試験を行ってもよい。加熱保持試
験は、図９の状態のシリンダヘッド本体１１を大気雰囲
気の３００℃加熱炉中に２４〜２００時間放置し、空冷
した後に前記剥離試験を行う。ヒートショック試験は、
図９の状態のシリンダヘッド本体１１を大気雰囲気の３
００℃加熱炉中で３００℃まで昇温させ、炉から取出し
て直ちに０℃の氷水に浸漬する。これを１０回繰り返
し、氷水に浸漬させて冷却した度毎にバルブシート母材
２０の剥離、割れなどの有無を確認し最後に前記剥離試
験を行う。
【００５７】さらに、上述したような剥離試験を抜き取
り式に行う他にリグテストを行う。このリグテストは、
本実施例のシリンダヘッド本体１１と同じ材料によって
形成したテストピースに本実施例で用いたバルブシート
母材２０を前記同様にして接合させ、仕上げ加工を施し
て形成されたバルブシート１９に実際のエンジンで用い
る吸気弁あるいは排気弁を繰り返し当接させてこのバル
ブシート１９の摩耗量を測定する試験である。
り式に行う他にリグテストを行う。このリグテストは、
本実施例のシリンダヘッド本体１１と同じ材料によって
形成したテストピースに本実施例で用いたバルブシート
母材２０を前記同様にして接合させ、仕上げ加工を施し
て形成されたバルブシート１９に実際のエンジンで用い
る吸気弁あるいは排気弁を繰り返し当接させてこのバル
ブシート１９の摩耗量を測定する試験である。
【００５８】このリグテストでは、吸・排気弁を毎分３
０回の回転数をもって軸線回りに回転させるとともに最
高毎分３０００回バルブシート１９に着座させるという
繰り返し試験を９時間にわたり行い、バルブシート１９
と吸・排気弁の双方の当たり面の摩耗量を測定する。試
験雰囲気は大気とし、吸・排気弁の傘部をガスバーナー
にて断続的に加熱することによってバルブシート１９の
表面が排気用で２５０℃、吸気用で１５０℃となるよう
に設定する。なお、バルブスプリングのセット荷重は実
際のエンジンと同じとする。このリグテストを行った結
果、本実施例のバルブシート１９の摩耗量は十分実用に
耐え得る値であった。
０回の回転数をもって軸線回りに回転させるとともに最
高毎分３０００回バルブシート１９に着座させるという
繰り返し試験を９時間にわたり行い、バルブシート１９
と吸・排気弁の双方の当たり面の摩耗量を測定する。試
験雰囲気は大気とし、吸・排気弁の傘部をガスバーナー
にて断続的に加熱することによってバルブシート１９の
表面が排気用で２５０℃、吸気用で１５０℃となるよう
に設定する。なお、バルブスプリングのセット荷重は実
際のエンジンと同じとする。このリグテストを行った結
果、本実施例のバルブシート１９の摩耗量は十分実用に
耐え得る値であった。
【００５９】上述したように形成したシリンダヘッドに
おけるシリンダヘッド本体１１のアルミニウム合金とバ
ルブシート１９の鉄系焼結合金との間の金属学的接合
は、原子の拡散を伴わず材料としては不連続な状態とな
っている機械的接合とは本質的に異なるものである。し
かも、界面での電気抵抗による発熱を利用して双方の材
料を局部的に溶融させ合金溶液とした後、通電を中止す
ることで冷却凝固させる抵抗熱溶着のような金属学的接
合とも異なるものである。
おけるシリンダヘッド本体１１のアルミニウム合金とバ
ルブシート１９の鉄系焼結合金との間の金属学的接合
は、原子の拡散を伴わず材料としては不連続な状態とな
っている機械的接合とは本質的に異なるものである。し
かも、界面での電気抵抗による発熱を利用して双方の材
料を局部的に溶融させ合金溶液とした後、通電を中止す
ることで冷却凝固させる抵抗熱溶着のような金属学的接
合とも異なるものである。
【００６０】すなわち、本実施例のシリンダヘッドにお
ける金属学的接合は、異種材料の間に溶融反応層を形成
することなく行われるものであり、双方の材料の界面で
の原子の相互拡散を通じて連続的な構造を創成するとい
うものである。
ける金属学的接合は、異種材料の間に溶融反応層を形成
することなく行われるものであり、双方の材料の界面で
の原子の相互拡散を通じて連続的な構造を創成するとい
うものである。
【００６１】なお、本実施例ではバルブシート母材２０
とシリンダヘッド本体１１のポート開口部１３ａ，１４
ａの両者に凸部（凸曲面２０ｃ、凸状部２３）を形成
し、これらの凸部どうしを圧接させた例を示したが、凸
部は必ずしも前記両者に形成する必要はなく、何れか一
方のみに形成すればよい。この実施例を図１３（ａ）〜
（ｃ）に示す。
とシリンダヘッド本体１１のポート開口部１３ａ，１４
ａの両者に凸部（凸曲面２０ｃ、凸状部２３）を形成
し、これらの凸部どうしを圧接させた例を示したが、凸
部は必ずしも前記両者に形成する必要はなく、何れか一
方のみに形成すればよい。この実施例を図１３（ａ）〜
（ｃ）に示す。
【００６２】図１３は圧接部分の形状を変えた他の実施
例を示す断面図で、同図（ａ），（ｂ）はバルブシート
母材のみに凸部を形成した例を示し、同図（ｃ）はシリ
ンダヘッド本体のみに凸部を形成した例を示している。
これらの図において、前記図１〜図１２によって説明し
たものと同一あるいは同等の部材については、同一符号
を付し詳細な説明は省略する。
例を示す断面図で、同図（ａ），（ｂ）はバルブシート
母材のみに凸部を形成した例を示し、同図（ｃ）はシリ
ンダヘッド本体のみに凸部を形成した例を示している。
これらの図において、前記図１〜図１２によって説明し
たものと同一あるいは同等の部材については、同一符号
を付し詳細な説明は省略する。
【００６３】図１３（ａ）に示した例では、バルブシー
ト母材２０は前記実施例と同等の形状に形成し、ポート
開口部１３ａ，１４ａにおけるバルブシート母材２０が
接触する部位を平坦な傾斜面としている。同図（ｂ）に
示した例では、バルブシート母材２０の外周面がポート
開口部１３ａ，１４ａに嵌合するように構成している。
また、バルブシート母材２０の内周面が上述した実施例
とは異なり、バルブシート母材２０の厚み方向全域にわ
たって軸方向延在面２０ｅを形成している。同図（ｃ）
に示した例では、バルブシート母材２０におけるシリン
ダヘッド本体１１の凸状部２３に接触する部位を平坦な
傾斜面としている。図１３（ａ）〜（ｃ）に示したよう
に凸部をバルブシート母材２０とシリンダヘッド本体１
１のうち何れか一方に形成しても前記実施例と同等の効
果が得られる。なお、本実施例で示したように前記両者
の両方に凸部を形成すると、シリンダヘッド本体１１の
材料金属が塑性流動を起こし易く、しかもその量も相対
的に多くなるので、バルブシート母材２０が接合する部
分（接触界面）の面積を拡げることができ高い接合強度
が得られる。
ト母材２０は前記実施例と同等の形状に形成し、ポート
開口部１３ａ，１４ａにおけるバルブシート母材２０が
接触する部位を平坦な傾斜面としている。同図（ｂ）に
示した例では、バルブシート母材２０の外周面がポート
開口部１３ａ，１４ａに嵌合するように構成している。
また、バルブシート母材２０の内周面が上述した実施例
とは異なり、バルブシート母材２０の厚み方向全域にわ
たって軸方向延在面２０ｅを形成している。同図（ｃ）
に示した例では、バルブシート母材２０におけるシリン
ダヘッド本体１１の凸状部２３に接触する部位を平坦な
傾斜面としている。図１３（ａ）〜（ｃ）に示したよう
に凸部をバルブシート母材２０とシリンダヘッド本体１
１のうち何れか一方に形成しても前記実施例と同等の効
果が得られる。なお、本実施例で示したように前記両者
の両方に凸部を形成すると、シリンダヘッド本体１１の
材料金属が塑性流動を起こし易く、しかもその量も相対
的に多くなるので、バルブシート母材２０が接合する部
分（接触界面）の面積を拡げることができ高い接合強度
が得られる。
【００６４】また、上述した実施例ではシリンダヘッド
本体１１の材料としてＡＣ４Ｃ材を用い、バルブシート
母材２０の円環体２１の材料として鉄系焼結合金に銅を
溶浸させたものを用い、円環体２１の皮膜を銅としこれ
を電気めっきにより設けた例を示したが、これらの材質
および皮膜の形成方法は本実施例に限定されるものでは
ない。すなわち、シリンダヘッド本体１１の材料として
は、エンジン用シリンダヘッドの材料として一般に用い
られている材料、例えばＡＣ４Ｂ材、ＡＣ２Ｂ材などを
採用することができる。円環体２１の材料は鉄系焼結合
金であればどのようなものでもよく、これに溶浸させる
金属も電気電導率が銅と大差のないものであればよい。
また、円環体２１の皮膜となる金属も、シリンダヘッド
本体１１の材料金属と共晶合金が生成されるものであれ
ばどのようなものでもよい。これらの材料、皮膜の形成
方法を選択するに当たっては、本実施例では、シリンダ
ヘッドを工業製品として生産する関係から最もコストが
低くなるように行った。
本体１１の材料としてＡＣ４Ｃ材を用い、バルブシート
母材２０の円環体２１の材料として鉄系焼結合金に銅を
溶浸させたものを用い、円環体２１の皮膜を銅としこれ
を電気めっきにより設けた例を示したが、これらの材質
および皮膜の形成方法は本実施例に限定されるものでは
ない。すなわち、シリンダヘッド本体１１の材料として
は、エンジン用シリンダヘッドの材料として一般に用い
られている材料、例えばＡＣ４Ｂ材、ＡＣ２Ｂ材などを
採用することができる。円環体２１の材料は鉄系焼結合
金であればどのようなものでもよく、これに溶浸させる
金属も電気電導率が銅と大差のないものであればよい。
また、円環体２１の皮膜となる金属も、シリンダヘッド
本体１１の材料金属と共晶合金が生成されるものであれ
ばどのようなものでもよい。これらの材料、皮膜の形成
方法を選択するに当たっては、本実施例では、シリンダ
ヘッドを工業製品として生産する関係から最もコストが
低くなるように行った。
【００６５】さらに、図１〜図１０に示した実施例で
は、バルブシート母材２０の沈み量を接合工程の最後に
検出する例を示したが、この沈み量を押圧開始から常に
測定し、この値がそのときどきでの許容範囲に入ってい
るかを検出してもよい。このようにすると、接合不良を
起こしていることを接合途中で判定することができるか
ら、不良品に対しても良品と同等の接合時間をかけると
いう無駄がなくなる。
は、バルブシート母材２０の沈み量を接合工程の最後に
検出する例を示したが、この沈み量を押圧開始から常に
測定し、この値がそのときどきでの許容範囲に入ってい
るかを検出してもよい。このようにすると、接合不良を
起こしていることを接合途中で判定することができるか
ら、不良品に対しても良品と同等の接合時間をかけると
いう無駄がなくなる。
【００６６】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るバルブ
シートは、シリンダヘッド本体のポート開口部に、表面
に金属皮膜を設けた鉄系焼結合金製円環体によって形成
されかつ前記ポート開口部に重ねた状態で外周面の一部
がこのポート開口部内に臨むバルブシート母材を、圧接
させるとともに加熱することによって接合し、このバル
ブシート母材における前記ポート開口部内に臨む部位
を、剥離試験用治具を掛けるための掛止部としたため、
シリンダヘッド本体のポート開口部にバルブシート母材
を圧接させるとともに加熱することにより、圧接部の界
面の原子が相互に拡散し、前記界面付近に、バルブシー
ト母材の皮膜の材料金属とシリンダヘッド本体の材料金
属との共晶合金からなる層が生成される。この共晶合金
層は液相への変態温度が低いことから加熱状況の下で液
相へ変わり、バルブシート母材が押し付けられかつ加熱
されることにより塑性流動を起こしたシリンダヘッド本
体の材料金属とともに接合部から排出される。これによ
り、バルブシート母材の鉄系焼結合金がシリンダヘッド
本体の材料金属に触れて両者の原子が相互に拡散するこ
とになり、この状態でバルブシート母材がポート開口部
内に埋没することになる。
シートは、シリンダヘッド本体のポート開口部に、表面
に金属皮膜を設けた鉄系焼結合金製円環体によって形成
されかつ前記ポート開口部に重ねた状態で外周面の一部
がこのポート開口部内に臨むバルブシート母材を、圧接
させるとともに加熱することによって接合し、このバル
ブシート母材における前記ポート開口部内に臨む部位
を、剥離試験用治具を掛けるための掛止部としたため、
シリンダヘッド本体のポート開口部にバルブシート母材
を圧接させるとともに加熱することにより、圧接部の界
面の原子が相互に拡散し、前記界面付近に、バルブシー
ト母材の皮膜の材料金属とシリンダヘッド本体の材料金
属との共晶合金からなる層が生成される。この共晶合金
層は液相への変態温度が低いことから加熱状況の下で液
相へ変わり、バルブシート母材が押し付けられかつ加熱
されることにより塑性流動を起こしたシリンダヘッド本
体の材料金属とともに接合部から排出される。これによ
り、バルブシート母材の鉄系焼結合金がシリンダヘッド
本体の材料金属に触れて両者の原子が相互に拡散するこ
とになり、この状態でバルブシート母材がポート開口部
内に埋没することになる。
【００６７】このため、ポート開口部内に臨む掛止部の
有無によって接合力が変化することがないから、掛止部
に剥離試験用治具を掛けて剥離試験を行うことによっ
て、掛止部を除去した製品状態と同じ剥離荷重を測定で
きる。したがって、製品状態での剥離荷重を正確に測定
できる。
有無によって接合力が変化することがないから、掛止部
に剥離試験用治具を掛けて剥離試験を行うことによっ
て、掛止部を除去した製品状態と同じ剥離荷重を測定で
きる。したがって、製品状態での剥離荷重を正確に測定
できる。
【００６８】第２の発明に係るバルブシートの剥離試験
方法は、シリンダヘッド本体のポート開口部に、表面に
金属皮膜を設けた鉄系焼結合金製円環体によって形成さ
れかつ前記ポート開口部に重ねた状態で外周面の一部が
このポート開口部内に臨むバルブシート母材を重ね、次
いで、前記バルブシート母材を前記ポート開口部に圧接
させるとともに加熱することによって接合し、しかる
後、このバルブシート母材における前記ポート開口部内
に臨む部位に剥離試験用治具を掛けて燃焼室側から張力
を付与するため、バルブシートをシリンダヘッド本体に
設けるときの中間生成品を利用して剥離試験を行うこと
ができる。
方法は、シリンダヘッド本体のポート開口部に、表面に
金属皮膜を設けた鉄系焼結合金製円環体によって形成さ
れかつ前記ポート開口部に重ねた状態で外周面の一部が
このポート開口部内に臨むバルブシート母材を重ね、次
いで、前記バルブシート母材を前記ポート開口部に圧接
させるとともに加熱することによって接合し、しかる
後、このバルブシート母材における前記ポート開口部内
に臨む部位に剥離試験用治具を掛けて燃焼室側から張力
を付与するため、バルブシートをシリンダヘッド本体に
設けるときの中間生成品を利用して剥離試験を行うこと
ができる。
【００６９】このため、機械加工を行うのは仕上げ加工
工程での１回だけでよいから、剥離試験を行うに当たり
機械加工の回数が増えることがない。
工程での１回だけでよいから、剥離試験を行うに当たり
機械加工の回数が増えることがない。
【図１】 本発明に係るバルブシートを採用したシリン
ダヘッドのバルブシート部の断面図である。
ダヘッドのバルブシート部の断面図である。
【図２】 バルブシート母材をポート開口部に重ねた状
態を示す断面図で、同図はシリンダヘッド本体およびバ
ルブシート母材の一部のみを拡大して描いてある。
態を示す断面図で、同図はシリンダヘッド本体およびバ
ルブシート母材の一部のみを拡大して描いてある。
【図３】 バルブシート母材をシリンダヘッド本体に接
合させるために用いるプレス装置の正面図である。
合させるために用いるプレス装置の正面図である。
【図４】 バルブシート母材をシリンダヘッド本体に接
合させるために用いるプレス装置の側面図である。
合させるために用いるプレス装置の側面図である。
【図５】 バルブシート母材に電極を当接させた状態を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図６】 加圧力パターン、電流値パターンおよび沈み
量を示すグラフである。
量を示すグラフである。
【図７】 バルブシート母材の皮膜の材料金属とシリン
ダヘッド本体の材料金属からなる合金層が生成されてい
る状態を示す断面図である。
ダヘッド本体の材料金属からなる合金層が生成されてい
る状態を示す断面図である。
【図８】 シリンダヘッド本体の材料金属が塑性流動を
起こしている状態を示す断面図である。
起こしている状態を示す断面図である。
【図９】 バルブシート母材がシリンダヘッド本体に埋
没した状態を示す断面図である。
没した状態を示す断面図である。
【図１０】 バルブシート部を仕上げ加工した状態を示
す断面図である。
す断面図である。
【図１１】 図１１はシールドを使用する場合の平面図
である。
である。
【図１２】 剥離試験用治具をバルブシート母材に装着
した状態を示す断面図である。
した状態を示す断面図である。
【図１３】 圧接部分の形状を変えた他の実施例を示す
断面図で、同図（ａ），（ｂ）はバルブシート母材のみ
に凸部を形成した例を示し、同図（ｃ）はシリンダヘッ
ド本体のみに凸部を形成した例を示している。
断面図で、同図（ａ），（ｂ）はバルブシート母材のみ
に凸部を形成した例を示し、同図（ｃ）はシリンダヘッ
ド本体のみに凸部を形成した例を示している。
【図１４】 バルブシートが圧入された従来のシリンダ
ヘッドのバルブシート圧入部を拡大して示す断面図であ
る。
ヘッドのバルブシート圧入部を拡大して示す断面図であ
る。
【図１５】 レーザークラッド法によりバルブシートが
形成されたシリンダヘッドのバルブシート部を拡大して
示す断面図である。
形成されたシリンダヘッドのバルブシート部を拡大して
示す断面図である。
１１…シリンダヘッド本体、１３…吸気ポート、１３ａ
…開口部、１４…排気ポート、１４ａ…開口部、１７…
吸気弁、１８…排気弁、１９…バルブシート、２０…バ
ルブシート母材、２１…円環体、２２…銅皮膜、３１…
下側電極、３３…上側電極、４１…治具、４４…掛止
部。
…開口部、１４…排気ポート、１４ａ…開口部、１７…
吸気弁、１８…排気弁、１９…バルブシート、２０…バ
ルブシート母材、２１…円環体、２２…銅皮膜、３１…
下側電極、３３…上側電極、４１…治具、４４…掛止
部。
Claims (2)
- 【請求項１】 エンジン用シリンダヘッドのシリンダヘ
ッド本体における燃焼室側のポート開口部に、表面に金
属材からなる皮膜を設けた鉄系焼結合金製円環体によっ
て形成されかつ前記ポート開口部に重ねた状態で外周面
の一部がこのポート開口部内に臨む形状のバルブシート
母材を、圧接させるとともに加熱することによって接合
し、このバルブシート母材における前記ポート開口部内
に臨む部位を、剥離試験用治具を掛けるための掛止部と
したことを特徴とするバルブシート。 - 【請求項２】 エンジン用シリンダヘッドのシリンダヘ
ッド本体における燃焼室側のポート開口部に、表面に金
属材からなる皮膜を設けた鉄系焼結合金製円環体によっ
て形成されかつ前記ポート開口部に重ねた状態で外周面
の一部がこのポート開口部内に臨む形状のバルブシート
母材を重ね、次いで、前記バルブシート母材を前記ポー
ト開口部に圧接させるとともに加熱することによって接
合し、しかる後、このバルブシート母材における前記ポ
ート開口部内に臨む部位に剥離試験用治具を掛けて燃焼
室側から張力を付与することを特徴とするバルブシート
の剥離試験方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7102016A JPH08296418A (ja) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | バルブシートおよびバルブシートの剥離試験方法 |
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