JPH09189207A

JPH09189207A - エンジンバルブ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09189207A
Application number: JP8000189A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Mori; 彰良毛利; Shinichi Unno; 信一海野
Original assignee: Fuji Oozx Inc; Fuji Valve Co Ltd
Current assignee: Fuji Oozx Inc
Priority date: 1996-01-05
Filing date: 1996-01-05
Publication date: 1997-07-22

Abstract

(57)【要約】【課題】低比重金属材料よりなる弁体の弁フェース部
の耐摩耗性を向上させる。【解決手段】アルミニウム合金等により形成された弁
体３における傘部２の弁フェース部２ａに、耐摩耗性向
上用元素と傘部２の素材よりなる硬質の合金層４を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弁フェース部を硬
化させて、その部分の耐摩耗性を向上させたエンジンバ
ルブ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの許容回転数を高めるうえで最
も障害となるのは、動弁系の重量による慣性質量の増加
であり、特に、エンジンバルブの重量が大であると、高
速回転になるほど、弁体のカムに対する追従性が損なわ
れて、出力低下を招く。このような観点から、弁体全体
又は傘部を、通常の耐熱鋼に代えて、アルミニウムやチ
タン系の低比重金属材料により形成し、弁体の軽量化を
図る試みがなされている。

【０００３】しかし、上記した低比重金属材料は、その
硬度が耐熱鋼に比して低く、かつ高温特性も劣るため、
特に、バルブシートと当接して大きな衝撃荷重が繰り返
し作用する弁フェース部においては、耐摩耗性が問題と
なり、耐久性や信頼性を低下させることとなる。

【０００４】この問題に対処するためには、弁フェース
部を熱処理により調質して硬化させたり、溶射やメッキ
等の表面処理手段により、弁フェース部に硬質の被膜層
を形成するなどして、耐摩耗性を向上させることが考え
られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、弁体をアルミ
ニウム等の低比重金属材料とすると、上述した調質によ
る硬化はあまり期待できず、弁フェース部に要求される
耐摩耗性は得られない。

【０００６】また、後者の表面処理手段では、硬質の被
膜層が比較的薄いため、それが短期間のうちに消失する
ことが予想され、実用的ではない。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、弁フェース部の比較的厚い表層を硬化することに
より、その部分の耐摩耗性を大幅に向上させうるように
したエンジンバルブ及びその製造方法を提供することを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題は、次のようにして解決される。 (１) 軸部と、その下端に連設された傘部とよりなり、
かつ少なくとも傘部が、低比重金属材料よりなる素材を
もって形成されたエンジンバルブにおいて、前記傘部に
おける弁フェース部に、耐摩耗性向上用元素と傘部の素
材とからなる硬質の合金層を形成する。

【０００９】(２) 上記(１)項において、低比重金属材
料が、アルミニウム合金又はチタン合金であり、かつ耐
摩耗性向上用元素が、Ｎi、Ｃu、Ｔi、Ｔa、Ｍoのいず
れか又はそれら２種以上の合金よりなるものとする。

【００１０】また、上記エンジンバルブは、次のように
して製造される。 (３) 低比重金属材料よりなる素材をもって形成された
傘部における弁フェース部に、耐摩耗性向上用元素を密
着させたのち、前記弁フェース部を加熱し、弁フェース
部の一部と前記耐摩耗性向上用元素とを溶融させること
により、傘部の素材と耐摩耗性向上用元素とからなる合
金層を形成する。

【００１１】(４) 上記(３)項において、耐摩耗性向上
用元素をリング状として、弁フェース部に密着させる。

【００１２】(５) 上記(３)項において、耐摩耗性向上
用元素を、粉体又は圧粉体として、弁フェース部に密着
させる。

【００１３】(６) 上記(３)又は(４)項において、リン
グ状に形成した耐摩耗性向上用元素を、傘部成形用の金
型に挿入し、鍛造により傘部を成形するのと同様に、耐
摩耗性向上用元素を弁フェース部に埋設して保持する。

【００１４】(７) 上記(３)〜(５)項のいずれかにおい
て、弁フェース部に凹部を形成し、この凹部に、耐摩耗
性向上用元素を保持させる。

【００１５】(８) 上記(３)〜(７)項のいずれかにおい
て、弁フェース部を加熱する手段が、レーザー、プラズ
マアーク、電子ビーム等の高密度エネルギであるものと
する。

【００１６】(９) 上記(３)〜(８)項のいずれかにおい
て、弁フェース部を、不活性シールドガスの雰囲気内に
おいて加熱、溶融する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面に
基づいて説明する。図１は、本発明のエンジンバルブの
一実施例を示し、軸部(１)と、その下端に連設された傘
部(２)とからなる弁体(３)は、低比重金属材料であるア
ルミニウム合金(例えばＡl−Ｓi系)又はチタン合金(例
えばＴi−Ａl−Ｖ系)を素材として形成されている。

【００１８】傘部(２)におけるテーパ状をなす弁フェー
ス部(2a)には、Ｎi、Ｃu、Ｔi、Ｔa、Ｍoのいずれか(素
材がチタン合金の際はＴiを除く)、又はそれら２種以上
の合金よりなる耐摩耗性向上用元素を、弁体(３)の素材
であるアルミニウム合金又はチタン合金と化合させて合
金化することにより、弁体(３)の材質とは異なる比較的
厚肉の硬質の合金層(４)が形成されている。

【００１９】このように、バルブシート（図示略）と当
接して大きな繰り返し荷重が作用する弁フェース部(2a)
に、硬質の合金層(４)を形成すると、その部分の耐摩耗
性が大幅に向上し、耐久性及び信頼性が高まる。しか
も、合金層(４)は弁フェース部(2a)のみの限られた部分
であるため、弁体(３)の重量増加分は極く僅かであり、
エンジンバルブの軽量化に反することはない。

【００２０】次に、上記エンジンバルブの製造要領につ
いて説明する。図２(Ａ)〜(Ｄ)は、エンジンバルブの製
造工程を順に示している。

【００２１】まず、図２(Ａ)に示すように、鍛造等によ
り成形された、上記低比重金属材料よりなる弁体(３)に
おける傘部(２)の弁フェース部(2a)に、環状溝(５)を形
成する。なお、この環状溝(５)は、鍛造と同時か、鍛造
後の機械加工のいずれかにより形成される。

【００２２】ついで、(Ｂ)に示すように、上述した耐摩
耗性向上用元素により形成されたリング(６)を、環状溝
(５)内に載置するか、嵌着する。

【００２３】ついで、(Ｃ)に示す加熱工程に移行する。
なお、この工程の加熱装置としては、例えば公知のプラ
ズマアーク式の粉体肉盛溶接装置(Ｐ)を利用するのが好
ましい。

【００２４】この装置(Ｐ)は、軸線をほぼ３５°傾斜さ
せるとともに、一定方向に緩速回転させられる回転駆動
台(７)、及びその上方に軸線を垂直として配設されたト
ーチ(８)を主要部として構成されている。トーチ(８)の
下端中央部には、プラズマアーク(９)発生用のノズル
と、その周囲に、不活性シールドガス(アルゴンガス)(1
0)噴射用の複数の噴孔(いずれも図示略)とが形成されて
いる。

【００２５】この装置(Ｐ)における回転駆動台(７)の保
持環(7a)内に、前工程においてリング(６)を保持した弁
体(３)の傘部(２)を載置したのち、軸部(１)の上端を回
転自在なワーク押え（図示略）により押圧し、そののち
回転駆動台(７)を作動させて、弁体(３)を一定方向に回
転させる。

【００２６】これと同時に、リング(６)の直上に臨ませ
たトーチ(８)よりプラズマアーク(９)を発生させるとと
もに、不活性シールドガス(10)を噴射し、リング(６)と
それが保持された環状溝(５)の付近を局部的に加熱して
溶融させる。この際、トーチ(８)を所定の領域に亘って
左右方向に往復移動させるのが好ましい。

【００２７】このようにして、弁体(３)を１回転させる
と、(Ｄ)に示すように、弁フェース部(2a)には、弁体
(３)の素材とリング(６)とが化合し合って合金化するこ
とにより、弁体(３)の材質とは異なる比較的厚肉の硬質
の合金層(4')が形成される。

【００２８】この合金層(4')には、素材をアルミニウム
合金とした際は、Ａl−Ｎi、Ａl−Ｃu、Ａl−Ｔi、Ａl
−Ｔa、Ａl−Ｍo等の金属間化合物が、また同じくチタ
ン合金とした際には、Ｔi−Ｎi、Ｔi−Ｃu、Ｔi−Ｔa、
Ｔi−Ｍo等の金属間化合物が含まれる。

【００２９】なお、(Ｄ)に示す弁体(３)は、(Ｃ)の工程
の終了後、弁フェース部(2a)を機械加工等により、所定
の形状に仕上げた状態を示している。

【００３０】図３は、上記リング(６)の他の保持例を示
す。この例では、弁体(３)を鍛造により成形する際の金
型(11)内に、リング(６)を挿入し載置したのち、素材
（図示略）をパンチ(12)により強圧し、傘部(２)を成形
する際の素材の塑性変形を利用することにより、リング
(６)を弁フェース部(2a)に埋め込ませるものである。

【００３１】このようにすると、上記図２の(Ａ)(Ｂ)に
示すような環状溝(５)を形成する工程、及びリング(６)
を保持する工程を省略することができ、工数の削減によ
りコスト低減が図れる。

【００３２】図４は、弁体(３)に形成した環状溝(５)
に、上記リング(６)に代えて、前述した耐摩耗性向上用
元素よりなる粉体(13)を充填したものである。この粉体
(13)は、粉末状のままでもよいが、ワーク搬送時の落下
等を考慮すると、粉体(13)を圧縮した圧粉体とするのが
好ましい。

【００３３】このような粉体(13)とすると、粉体(13)の
溶融が速やかとなり、加熱時間が短かくて済むので、特
に、融点の低いアルミニウム合金を素材とする弁体(３)
には好都合である。

【００３４】図５は、弁フェース部(2a)に多数の凹み
(凹条でもよい）(14)を形成し、この凹み(14)内に粉体
(13)を埋め込んである。この例では、素材の一部が表出
しているため、素材も効果的に加熱、溶融され、合金化
が速やかに行われる。

【００３５】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はなく、例えば上述のように、弁体(３)をアルミニウム
合金又はチタン合金としたもの以外に、軸部(１)の適所
(例えば中間部）より上方を通常の耐熱鋼とし、かつ傘
部(２)を含む軸部(１)の下方を上述のようなアルミニウ
ム合金又はチタン合金とした軸溶接型のエンジンバルブ
にも適用しうる。

【００３６】また、弁フェース部(2a)は、下方に向かっ
て拡径するテーパ面となっているため、環状溝(５)を形
成しないで、リング(６)を単に載せただけで加熱、溶融
することもるある。この際、リング(６)の断面形状を、
下面が弁フェース部(2a)と密接するフラットな形状とす
るのがよい。

【００３７】粉体(13)を弁フェース部(2a)に保持する手
段として、上記環状溝(５)や凹み(14)の代わりに、適宜
のバインダを用いて接着することもある。

【００３８】弁フェース部(2a)の加熱手段として、上記
プラズマアークの代わりに、レーザー、電子ビーム等の
高密度エネルギを用いてもよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果が得ら
れる。 (ａ) 弁フェース部に硬質の合金層を形成したことによ
り、その部分の耐摩耗性及び信頼性は大幅に向上する。
しかも、合金層は弁フェース部のみであるため、エンジ
ンバルブの軽量化に反することはない。

【００４０】(ｂ) 請求項３の方法によると、従来困難
であった、アルミニウム合金等の低比重金属材料への硬
化処理が容易となり、弁フェース部のみを部分的に硬化
させたエンジンバルブを簡単に製造することができる。

【００４１】(ｃ) 請求項４のようにすると、耐摩耗性
向上用元素の取扱いが容易となるとともに、均一な合金
層が形成される。

【００４２】(ｄ) 請求項５のようにすると、耐摩耗性
向上用元素の溶融が速やかとなり、加熱時間が短かくて
済むので、素材が融点の低いアルミニウム合金でも、そ
れを溶損させる恐れはない。 (ｅ) 請求項６のようにすると、耐摩耗性向上用元素
を、傘部の成形と同時に弁フェース部に保持しうるの
で、製造工程が簡略化する。

【００４３】(ｆ) 請求項７のようにすると、耐摩耗性
向上用元素が安定的に保持されるので、作業性が向上す
る。

【００４４】(ｇ) 請求項８のようにすると、熱エネル
ギが弁フェース部のみに集中するので、他の部分に熱ひ
ずみ等の発生する恐れがない。

【００４５】(ｈ) 請求項９のようにすると、加熱、溶
融部が酸化されるのが防止され、高品質の合金層を形成
しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエンジンバルブの一実施例を示す一部
切欠正面図である。

【図２】エンジンバルブの製造要領を工程順に示すもの
である。

【図３】鍛造により弁体を成形するのと同時に、耐摩耗
性向上用元素よりなるリングを弁フェース部に埋設する
要領を示す要部の縦断正面図である。

【図４】弁フェース部の環状溝に耐摩耗性向上用元素よ
りなる粉体を保持した状態を示す要部の一部切欠正面図
である。

【図５】同じく弁フェース部の凹みに粉体を保持した状
態を示す要部の一部切欠正面図である。

【符号の説明】

(１)軸部 (２)傘部 (2a)弁フェース部 (３)弁体 (４)(4')合金層 (５)環状溝 (６)リング (７)回転駆動台 (８)トーチ (９)プラズマアーク (10)不活性シールドガス (11)金型 (12)パンチ (13)粉体 (14)凹み

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸部と、その下端に連設された傘部とよ
りなり、かつ少なくとも傘部が、低比重金属材料よりな
る素材をもって形成されたエンジンバルブにおいて、前記傘部における弁フェース部に、耐摩耗性向上用元素
と傘部の素材とからなる硬質の合金層を形成したことを
特徴とするエンジンバルブ。
【請求項２】低比重金属材料が、アルミニウム合金又
はチタン合金であり、かつ耐摩耗性向上用元素が、Ｎ
i、Ｃu、Ｔi、Ｔa、Ｍoのいずれか又はそれら２種以上
の合金よりなるものである請求項１記載のエンジンバル
ブ。
【請求項３】低比重金属材料よりなる素材をもって形
成された傘部における弁フェース部に、耐摩耗性向上用
元素を密着させたのち、前記弁フェース部を加熱し、弁
フェース部の一部と前記耐摩耗性向上用元素とを溶融さ
せることにより、傘部の素材と耐摩耗性向上用元素とか
らなる合金層を形成することを特徴とするエンジンバル
ブの製造方法。
【請求項４】耐摩耗性向上用元素をリング状として、
弁フェース部に密着させることを特徴とする請求項３記
載のエンジンバルブの製造方法。
【請求項５】耐摩耗性向上用元素を、粉体又は圧粉体
として、弁フェース部に密着させることを特徴とする請
求項３記載のエンジンバルブの製造方法。
【請求項６】リング状に形成した耐摩耗性向上用元素
を、傘部成形用の金型に挿入し、鍛造により傘部を成形
するのと同様に、耐摩耗性向上用元素を弁フェース部に
埋設して保持することを特徴とする請求項３又は４記載
のエンジンバルブの製造方法。
【請求項７】弁フェース部に凹部を形成し、この凹部
に、耐摩耗性向上用元素を保持させることを特徴とする
請求項３〜５のいずれかに記載のエンジンバルブの製造
方法。
【請求項８】弁フェース部を加熱する手段が、レーザ
ー、プラズマアーク、電子ビーム等の高密度エネルギで
ある請求項３〜７のいずれかに記載のエンジンバルブの
製造方法。
【請求項９】弁フェース部を、不活性シールドガスの
雰囲気内において加熱、溶融することを特徴とする請求
項３〜８のいずれかに記載のエンジンバルブの製造方
法。