JPH0979012A - Manufacturing method of engine cylinder head - Google Patents

Manufacturing method of engine cylinder head

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JPH0979012A
JPH0979012A JP23726495A JP23726495A JPH0979012A JP H0979012 A JPH0979012 A JP H0979012A JP 23726495 A JP23726495 A JP 23726495A JP 23726495 A JP23726495 A JP 23726495A JP H0979012 A JPH0979012 A JP H0979012A
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JP
Japan
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valve seat
cylinder head
base material
seat base
head body
Prior art date
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Pending
Application number
JP23726495A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junichi Inami
純一 稲波
Shuhei Adachi
修平 安達
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Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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Publication date
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Priority to EP19960114721 priority patent/EP0773351B1/en
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Priority to US08/713,809 priority patent/US5778531A/en
Publication of JPH0979012A publication Critical patent/JPH0979012A/en
Pending legal-status Critical Current

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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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダヘッド本体にバルブシート母材を加
熱圧接により埋没させて接合する方法において、バルブ
シート母材の埋没量にばらつきが生じる。 【解決手段】 シリンダヘッド本体11へのバルブシー
ト母材20のセット状態が、バルブシート着座面40の
凸条46の頂点45にバルブシート母材20の底面51
が線接触し、かつバルブシート着座面40とバルブシー
ト母材20の外周面50とのなす角度αと、バルブシー
ト着座面40とバルブシート母材20の底面51とのな
す角度βとが、α≧βを満足するように設定した。
(57) Abstract: In a method of immersing and joining a valve seat base material in a cylinder head body by heating and pressure welding, the embedded amount of the valve seat base material varies. SOLUTION: The set state of the valve seat base material 20 on the cylinder head body 11 is such that the bottom surface 51 of the valve seat base material 20 is located at the apex 45 of the ridge 46 of the valve seat seating surface 40.
Are in line contact with each other, and an angle α formed by the valve seat seating surface 40 and the outer peripheral surface 50 of the valve seat base material 20 and an angle β formed by the valve seat seating surface 40 and the bottom surface 51 of the valve seat base material 20 are It was set to satisfy α ≧ β.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、シリンダヘッド
本体の吸・排気ポートの燃焼室側の開口部にバルブシー
トを接合するエンジン用シリンダヘッドの製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an engine cylinder head in which a valve seat is joined to an opening of a suction / exhaust port of a cylinder head body on the combustion chamber side.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車等の車両用エンジンは4サイクル
OHC型が一般的となってきており、そのエンジンのシ
リンダは、近年においてはアルミニウム合金製のシリン
ダブロックとシリンダヘッドとの組み合わせで構成され
ている。シリンダヘッドは、シリンダブロック内を往復
動するピストンとの間で画成される燃焼室を有し、かつ
燃焼室に通じる吸・排気ポートが形成されたシリンダヘ
ッド本体(アルミニウム合金製)と、これら各ポートの
燃焼室側の開口部に装着されたバルブシートとから構成
されている。バルブシートは、吸気弁および排気弁のバ
ルブフェース面が当接する部位に装着されている。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
に高熱にさらされるために、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いる。
2. Description of the Related Art A four-cycle OHC type engine is generally used for vehicles such as automobiles, and the cylinder of the engine has recently been constructed by a combination of an aluminum alloy cylinder block and a cylinder head. There is. The cylinder head has a combustion chamber defined between a piston reciprocating in the cylinder block and an intake / exhaust port communicating with the combustion chamber. It is composed of a valve seat attached to the opening of each port on the combustion chamber side. The valve seat is attached to a portion where the valve face surfaces of the intake valve and the exhaust valve are in contact with each other. This valve seat is formed of an iron-based sintered alloy or the like having excellent wear resistance and high-temperature strength because the intake / exhaust valve is repeatedly contacted and exposed to high heat.

【0003】さて、バルブシートをシリンダヘッド本体
に装着する方法としては、従来より圧入式が採用されて
いた。ところがこの圧入式では、異種金属による熱伝導
率の差や両者の間の界面に存在する微小隙間に起因して
シリンダヘッド本体への熱伝達時の熱抵抗が大きくな
り、その結果、シリンダヘッドの冷却不充分からの異常
燃焼や、バルブの過熱といった不具合を招くおそれを抱
えていた。このような圧入式による不具合を解消するた
めに、シリンダヘッド本体のバルブシート装着部位に、
耐熱性、耐摩耗性、耐食性に優れたバルブシート材料の
粉末レーザーを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バルブシートを
形成するレーザークラッド法が提案されている(たとえ
ば、特開昭62−150014号公報参照)。
As a method for mounting the valve seat on the cylinder head body, a press-fitting method has been conventionally used. However, in this press-fitting type, the thermal resistance at the time of heat transfer to the cylinder head body is increased due to the difference in thermal conductivity due to different metals and the minute gap existing at the interface between the two, and as a result, the cylinder head It had a risk of causing abnormal combustion due to insufficient cooling and overheating of the valve. In order to eliminate such problems due to the press-fitting type, at the valve seat mounting part of the cylinder head body,
The powder laser of valve seat material with excellent heat resistance, abrasion resistance, and corrosion resistance is heated and melted to be clad.
A laser clad method has been proposed in which a valve seat is formed by machining the build-up layer (see, for example, JP-A-62-150014).

【0004】しかるに、このレーザークラッド法では、
バルブシート材料の粉末を溶融した際にシリンダヘッド
本体側も溶融される。このため、ガス生成によるブロー
ホールや凝固収縮による引け巣、あるいはシリンダヘッ
ド本体に予め施されていた強度向上処理の消失等のいわ
ゆる材料欠陥が起こり、接合強度の不足や変形を生じ易
いといった欠点を有している。
However, in this laser clad method,
When the powder of the valve seat material is melted, the cylinder head body side is also melted. Therefore, so-called material defects such as blowholes due to gas generation, shrinkage cavities due to solidification shrinkage, or disappearance of strength improvement treatment previously performed on the cylinder head main body occur, and there is a drawback that joint strength is insufficient or deformation is likely to occur. Have

【0005】そこで、本発明者等は、上に挙げたバルブ
シート接合方法が有する欠点を解消するものとして、鉄
系焼結合金でできたバルブシート母材を加熱圧接して接
合する技術を提案した(特開平5−287324号)。
これは、アルミニウム合金のシリンダヘッド本体を通電
加熱して組成流動を生じさせると同時にバルブシート母
材を加熱圧接してシリンダヘッド本体に埋没させ、その
際に、両者の圧接部の界面の原子が相互に拡散し、両者
が隙間なく強固に固定されるといった方法である。
Therefore, the present inventors propose a technique for joining the valve seat base material made of an iron-based sintered alloy by heating and pressure-bonding, as a solution to the drawbacks of the above-mentioned valve seat joining method. (Japanese Patent Laid-Open No. 5-287324).
This is because the aluminum alloy cylinder head body is electrically heated to generate a compositional flow, and at the same time, the valve seat base material is heated and pressure-bonded to be embedded in the cylinder head body. It is a method in which they diffuse to each other and both are firmly fixed without a gap.

【0006】図16はその方法を示している。同図はシ
リンダヘッド本体1とバルブシート母材2の一部を拡大
した断面図であり、シリンダヘッド本体1に形成された
バルブシート着座面3に円環状のバルブシート母材2を
セットし(破線の状態)、バルブシート母材3をシリン
ダヘッド本体1に埋没させた後は、バルブシート母材2
の余剰部分を研削加工して仕上げる。図16において
は、所要の接合強度が得られるバルブシート母材2の設
定埋没量範囲も示している。この方法によると、バルブ
シート母材2もシリンダヘッド本体1もほとんど溶融し
ないため材料欠陥が発生せず、しかも両者の間の熱抵抗
が抑えられて熱影響を生じないシリンダヘッドが得られ
る。
FIG. 16 shows the method. FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a part of the cylinder head body 1 and the valve seat base material 2. The annular valve seat base material 2 is set on the valve seat seating surface 3 formed on the cylinder head body 1 ( (State of broken line), after the valve seat base material 3 is buried in the cylinder head body 1, the valve seat base material 2
The surplus part of is ground and finished. FIG. 16 also shows the set buried amount range of the valve seat base material 2 with which the required bonding strength is obtained. According to this method, the valve seat base material 2 and the cylinder head body 1 are hardly melted, so that a material defect does not occur, and a thermal resistance between them is suppressed, and a cylinder head which does not generate a thermal influence is obtained.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法においても、次のような解決すべき課題が残されてい
た。まず、シリンダヘッド本体に対するバルブシート母
材2の埋没量にばらつきがあり、埋没量の設定範囲を逸
脱すると不具合が生じる。すなわち、図17(a)に示
すように、バルブシート母材2の埋没量が少ないと、圧
接面積が小さいことから接合強度に不足が生じてバルブ
シート母材2が剥離するおそれがあった。また、図17
(b)に示すように、バルブシート母材2の埋没量が多
すぎるとGで示す欠肉部が生じ、バルブフェースとの間
に隙間が生じて弁機能が損なわれる。埋没量のばらつき
は、図18(a)、(b)、(c)に示すように、バル
ブシート着座面3にバルブシート母材2が面接触(断面
では線接触)する設定においては、加工公差によって両
者の相対的な位置関係が変化するにともない接触面積が
変化する。接触面積が変化すると、圧接時の抵抗に基づ
く発熱量にばらつきが生じ、もって埋没量にばらつきが
生じることが容易に推測される。
However, even in the above method, the following problems to be solved remain. First, there is a variation in the amount of burial of the valve seat base material 2 with respect to the cylinder head body, and if the burial amount exceeds the set range, a problem occurs. That is, as shown in FIG. 17A, when the buried amount of the valve seat base material 2 is small, the pressure contact area is small, so that the bonding strength becomes insufficient and the valve seat base material 2 may be peeled off. FIG.
As shown in (b), when the valve seat base material 2 is buried too much, a hollow portion indicated by G is generated, and a gap is formed between the valve face and the valve face to impair the valve function. As shown in FIGS. 18 (a), (b), and (c), the variation in the amount of burial is caused when the valve seat base material 2 is in surface contact with the valve seat seating surface 3 (line contact in cross section). Due to the tolerance, the contact area changes as the relative positional relationship between the two changes. When the contact area changes, it is easily inferred that the amount of heat generated due to the resistance at the time of press contact varies, and thus the amount of burial varies.

【0008】また、バルブシート着座面3におけるバル
ブシート母材2が近接する部分は、シリンダヘッド本体
1に通電した際に電流が優先的に流れることにより、電
流密度が上昇して溶融しやすくなる。図19(a)に示
したバルブシート母材2は、シリンダヘッド本体1側に
向かうにしたがって次第に外径が細くなるように傾斜す
る外周面2aと、この外周面2aに連続し、自身の軸心
へ向かうにしたがって次第にシリンダヘッド本体1側に
偏在するように傾斜する底面2bとを有している。図1
9(b)に示すように、バルブシート母材2の外周面2
aがシリンダヘッド本体1に近接していると、その近接
部分Hが溶融しやすい。したがって、バルブシート母材
2が埋没されて研削加工された状態では、近接部分が溶
融層としてバルブシートとシリンダヘッド本体1との界
面に残存する。このため、バルブシートの剥離が起こり
やすい。
Further, in the portion of the valve seat seating surface 3 where the valve seat base material 2 is in close proximity, the current density preferentially flows when the cylinder head body 1 is energized, so that the current density rises and is easily melted. . The valve seat base material 2 shown in FIG. 19 (a) has an outer peripheral surface 2a that is inclined so that the outer diameter becomes gradually smaller toward the cylinder head body 1 side, and the outer peripheral surface 2a is continuous with the outer peripheral surface 2a. It has a bottom surface 2b that is inclined so as to be unevenly distributed toward the cylinder head body 1 side toward the center. FIG.
As shown in 9 (b), the outer peripheral surface 2 of the valve seat base material 2
When a is close to the cylinder head body 1, the close portion H is likely to melt. Therefore, in the state where the valve seat base material 2 is buried and ground, the adjacent portion remains as a molten layer at the interface between the valve seat and the cylinder head body 1. Therefore, peeling of the valve seat is likely to occur.

【0009】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、シリンダヘッド本体にバルブシート母材を加熱圧接
により埋没させて接合する方法において、バルブシート
母材の埋没量のばらつきが抑えられて設定埋没量内に収
まり、かつ溶融層の残存が防止されてバルブシートの剥
離を生じさせないことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is set in a method of burying a valve seat base material in a cylinder head body by heating and pressure welding so as to suppress variations in the burial amount of the valve seat base material. The purpose is to prevent the peeling of the valve seat by staying within the buried amount and preventing the molten layer from remaining.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたものであって、請求項1では、シリ
ンダヘッド本体における燃焼室への開口部に形成された
円環状のバルブシート着座面に、シリンダヘッド本体と
異なる材料の円環状のバルブシート母材をセットした
後、加熱圧接させてバルブシートを接合するエンジン用
シリンダヘッドの製造方法において、バルブシート着座
面に、2面で構成されての内周側に突出する円環状の凸
条を形成し、バルブシート母材は、バルブシート着座面
へセットされた状態が、シリンダヘッド本体側に向かう
にしたがって次第に外径が細くなるように傾斜する外周
面と、この外周面に連続し、自身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側に偏在するように傾
斜する底面とを有し、この底面が凸条の頂点に接触させ
られていることを特徴としている。請求項2では、請求
項1の発明において、バルブシート着座面と外周面との
なす角度αと、バルブシート着座面と底面とのなす角度
βとが、α≧βを満足させるように設定されていること
を特徴としている。
The present invention has been made to achieve the above object, and in Claim 1, an annular valve seat formed in an opening portion of a cylinder head body to a combustion chamber. In a method of manufacturing an engine cylinder head, in which an annular valve seat base material made of a material different from that of the cylinder head main body is set on the seating surface, and the valve seats are joined by heating and pressure welding, the valve seat seating surface is provided with two surfaces. An annular ridge protruding toward the inner peripheral side is formed, and the outer diameter of the valve seat base material, which is set on the valve seat seating surface, gradually decreases toward the cylinder head body side. Thus, the outer peripheral surface is inclined, and the bottom surface which is continuous with the outer peripheral surface and inclines so as to be unevenly distributed toward the cylinder head body side toward the axis center of the outer peripheral surface. It is characterized in that the bottom surface is brought into contact with the apex of the convex. According to a second aspect of the invention, in the invention of the first aspect, an angle α formed by the valve seat seating surface and the outer peripheral surface and an angle β formed by the valve seat seating surface and the bottom surface are set so as to satisfy α ≧ β. It is characterized by

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】A.一実施形態 以下、本発明の一実施形態を図面を参照して詳細に説明
する。A−1.シリンダヘッドの全体構成 図1は本発明に係るシリンダヘッドの一部断面図、図2
は図1の矢印II方向矢視図、図3はバルブシート母材を
バルブシート着座面にセットした状態を示す断面図であ
る。図3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。これらの図におい
て、11は4サイクルOHC型エンジンのシリンダヘッ
ド本体である。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により作られている。シリンダ
ヘッド本体11には、図示せぬシリンダブロック内を往
復動するピストンとの間で画成される燃焼室を形成する
ための凹部12が、下面に向けて形成されているととも
に、この凹部12の両側には、凹部12に開口する吸気
ポート13と排気ポート14が2つずつ形成されてい
る。なお、図3は、シリンダヘッド本体11の下面(凹
部12が開口する面)を上方に向けた状態を示してい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. One Embodiment Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. A-1. Overall Structure of Cylinder Head FIG. 1 is a partial sectional view of a cylinder head according to the present invention, FIG.
1 is a view taken in the direction of arrow II in FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view showing a state in which the valve seat base material is set on the valve seat seating surface. FIG. 3 is an enlarged view of only a part of the cylinder head body and the valve seat base material. In these drawings, 11 is a cylinder head body of a 4-cycle OHC type engine. The cylinder head body 11 is made of aluminum alloy by casting. The cylinder head main body 11 is provided with a recess 12 for forming a combustion chamber defined between the piston and the piston that reciprocates in a cylinder block (not shown) toward the lower surface. Two intake ports 13 and two exhaust ports 14 that open to the recess 12 are formed on both sides of each. Note that FIG. 3 shows a state in which the lower surface of the cylinder head body 11 (the surface where the recess 12 is opened) is directed upward.

【0012】シリンダヘッド本体11の材料であるアル
ミニウム合金は、JISにAC4Cとして規定されてい
るAl−Si−Mg系アルミニウム合金が採用されてい
る。この材料を選択した理由は、他のアルミニウム合金
を使用したときに比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。図1に示すように、吸気ポ
ート13と排気ポート14の上壁部分には、バルブガイ
ド15、16を介して吸気弁17および排気弁18がそ
れぞれ装着されている。両ポート13、14の開口部1
3a、14aには、バルブシート着座面40が形成さ
れ、このバルブシート着座面40に、後述するバルブシ
ート19が接合されている。なお、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に圧入して固定されている。このバルブガイ
ド穴11aは、その軸線Cが各ポート13、14の開口
部13a、14aの軸線と一致するように形成されてい
る。なお、図2中8は、プラグ取付孔である。
The aluminum alloy used as the material of the cylinder head body 11 is an Al-Si-Mg-based aluminum alloy defined as JIS AC4C. The reason why this material is selected is that the valve seat described later can be joined most strongly as compared with the case of using other aluminum alloys. As shown in FIG. 1, an intake valve 17 and an exhaust valve 18 are attached to the upper wall portions of the intake port 13 and the exhaust port 14 via valve guides 15 and 16, respectively. Opening 1 of both ports 13 and 14
A valve seat seating surface 40 is formed on 3a and 14a, and a valve seat 19 described later is joined to the valve seat seating surface 40. The valve guide 15,
16 is press-fitted and fixed in a valve guide hole 11a formed in the cylinder head body 11. The valve guide hole 11a is formed so that its axis C coincides with the axis of the openings 13a and 14a of the ports 13 and 14, respectively. In addition, 8 in FIG. 2 is a plug attachment hole.

【0013】図1に示したバルブシート19は、図3に
示す円環状に形成したバルブシート母材20をバルブシ
ート着座面40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。図
3に示すように、バルブシート着座面40は、開口部1
3a、14aの軸線に直交する平面41と、平面41か
らポート13、14に連続する第1、第2の内側テーパ
面42、43と、凹部12に連続する外側テーパ面44
とで構成されている。平面41と第1の内側テーパ面4
2の2面により、開口部13a、14aの内周側に突出
し、鈍角の頂点45を有する円環状の凸条46が形成さ
れている。
The valve seat 19 shown in FIG. 1 is joined by press-contacting the annular valve seat base material 20 shown in FIG. 3 to the valve seat seating surface 40 under heating conditions, and finished. It is the latter one. As shown in FIG. 3, the valve seat seating surface 40 has the opening 1
A plane 41 orthogonal to the axes of 3a and 14a, first and second inner tapered surfaces 42 and 43 continuous from the plane 41 to the ports 13 and 14, and an outer tapered surface 44 continuous to the recess 12.
It is composed of Plane 41 and first inner tapered surface 4
The two convex surfaces of No. 2 form an annular projection 46 that protrudes toward the inner peripheral side of the openings 13a and 14a and has an apex 45 of an obtuse angle.

【0014】バルブシート母材20は、図3に示すよう
に、鉄系焼結合金製円環体21の表面を銅の皮膜22に
よって覆うことによって形成されている。円環体21の
材料としては、本実施形態では、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
たものが採用されている。また、皮膜22は、膜厚が
0.1μm〜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されている。
As shown in FIG. 3, the valve seat base material 20 is formed by covering the surface of an iron-based sintered alloy annular body 21 with a copper film 22. In the present embodiment, as the material of the annular body 21, a material in which copper is infiltrated is adopted from the viewpoint that resistance heat is unlikely to be internally generated during energization, which will be described later. The film 22 is formed by electroplating the torus 21 so that the film thickness is 0.1 μm to 30 μm.

【0015】バルブシート母材20の形状は、全体とし
ては円環状であるが、その軸方向断面は、外周面50、
底面51、内周面52および上面53で形成されてい
る。図3に示すように、外周面50は、シリンダヘッド
本体11側に向かうにしたがって次第に外径が細くなる
ように傾斜しており、底面51は外周面50に連続し、
軸心へ向かうにしたがって次第にシリンダヘッド本体1
1側に偏在するように傾斜している。内周面52は、バ
ルブシート着座面40の外側テーパ面44と略平行な傾
斜面52aと、この傾斜面52a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52bとから形成され
ている。上面53は、外周面50と傾斜面52aとをつ
ないでおり、バルブシート着座面40の平面41と略平
行に形成されている。
The valve seat base material 20 has an annular shape as a whole, but its axial cross section has an outer peripheral surface 50,
It is formed of a bottom surface 51, an inner peripheral surface 52 and an upper surface 53. As shown in FIG. 3, the outer peripheral surface 50 is inclined so that the outer diameter becomes gradually smaller toward the cylinder head body 11 side, and the bottom surface 51 is continuous with the outer peripheral surface 50.
Cylinder head body 1 gradually increases toward the axis
It is inclined so as to be unevenly distributed on the first side. The inner peripheral surface 52 is an inclined surface 52a that is substantially parallel to the outer tapered surface 44 of the valve seat seating surface 40, and an axially extending surface 52b that extends in parallel to the axial direction from the inner peripheral end of the inclined surface 52a. It is formed from and. The upper surface 53 connects the outer peripheral surface 50 and the inclined surface 52 a, and is formed substantially parallel to the flat surface 41 of the valve seat seating surface 40.

【0016】バルブシート母材20は、バルブシート着
座面40へセットされた状態が、図3に示すように、底
面51が凸条46の頂点45に接触し、大径側端部が凹
部12に突出し、さらに、バルブシート着座面40を構
成する外側テーパ面44と外周面50とのなす角度α
と、バルブシート着座面40を構成する第1の内側テー
パ面42と底面51とのなす角度βが、α≧βを満足さ
せるように設定されている。
As shown in FIG. 3, when the valve seat base material 20 is set on the valve seat seating surface 40, the bottom surface 51 contacts the apex 45 of the ridge 46, and the large-diameter side end portion is the recess 12. Angle α formed by the outer tapered surface 44 and the outer peripheral surface 50 that make up the valve seat seating surface 40.
And the angle β formed by the first inner tapered surface 42 and the bottom surface 51 forming the valve seat seating surface 40 is set to satisfy α ≧ β.

【0017】A−2.バルブシート母材の接合方法 上記バルブシート母材20をシリンダヘッド本体11の
バルブシート着座面40に接合するには、図5および図
7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り付けたシリンダ装置2
8の作用端となるロッド28aの下端を固定している。
A-2. Joining Method of Valve Seat Base Material The valve seat base material 20 is bonded to the valve seat seating surface 40 of the cylinder head body 11 by using the press device 24 shown in FIGS. 5 and 7. In this press device 24, a lower platen 26 is fixed to a lower portion of a base 25, and an upper platen 27 is disposed above the lower platen 26 so as to come in contact with and separate from the lower platen 26 so as to be lifted and lowered. There is. The upper platen 27 is a cylinder device 2 mounted on the upper part of the base so that the axis of the upper platen 27 is oriented vertically.
The lower end of the rod 28a, which is the working end of 8, is fixed.

【0018】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
するように構成されている。また、本実施形態では、上
部プラテン27が陽極となり、下部プラテン26が陰極
となるように構成されている。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、この反射部材2
9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。
Lower platen 26 and upper platen 27
Has a structure in which power is supplied from a power supply device (not shown) via the conductive members 26a and 27a, respectively. The conductive member 27a connected to the upper platen 27 is configured to be deformed or moved up and down according to the lifting operation of the upper platen 27. Further, in this embodiment, the upper platen 27 serves as an anode and the lower platen 26 serves as a cathode. On the upper part of the base that supports the cylinder device 28, a laser beam is reflected by a reflecting member 29 fixed to the front part of the upper platen 27.
A laser displacement meter 30 that measures the amount of displacement of the upper platen 27 from the distance from 9 is attached.

【0019】プレス装置24によりバルブシート母材2
0を接合するには、先ず、下部プラテン26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、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シリ
ンダ装置28のロッド28aの軸線と一致するように位
置決めしておく。
The valve seat base material 2 is pressed by the pressing device 24.
In order to join 0, first, the lower electrode 31 is fixed on the lower platen 26, and the cylinder head body 11 is placed and fixed on the lower electrode 31. At this time, the cylinder head body 11 is positioned so that the recess 12 side faces upward and the axis line at the opening of the port that joins the valve seat base material 20 coincides with the axis line of the rod 28a of the cylinder device 28. deep.

【0020】次に、図7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を被覆されたもので、バルブガイド穴11aに嵌
挿させストッパー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されている。絶縁材32bの形成
方法は、本実施形態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。
Next, as shown in FIG. 7, the guide rod 32 is fitted into the valve guide hole 11a of the port for joining the valve seat base material 20 from the recess 12 side. This guide rod 32
Is a metal round bar 32a whose outer peripheral surface is covered with an insulating material 32b such as alumina, and is inserted into the valve guide hole 11a and positioned and held by a stopper 32c. It is formed to have a length projecting upward from the end face. In the present embodiment, the insulating material 32b is formed by spraying a ceramic material such as alumina onto the round bar 32a, and then polishing and finishing.

【0021】次いで、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の傾斜面52
a(図3)に密接するテーパー面33bと、軸方向延在
面52bに全周にわたり密接する位置決め用周面33c
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。
Next, the valve seat base material 20 is overlaid on the port opening, and the valve seat base material 20 is covered with the upper electrode 33.
Put. The upper electrode 33 has a through hole 33a formed in the axial center of a metal columnar body, into which the guide rod 32 is fitted, and has a lower end portion with an inclined surface 52 of the valve seat base material 20.
a taper surface 33b that is in close contact with a (FIG. 3) and a positioning peripheral surface 33c that is in close contact with the axially extending surface 52b over the entire circumference.
And form. A magnetic body 33d for magnetically attracting the valve seat base material 20 is fixed to the lower end of the upper electrode 33.

【0022】すなわち、上側電極33の透孔33a内に
ガイド棒32を嵌合させることにより、この上側電極3
3がシリンダヘッド本体11のポートの開口部と同軸上
に位置づけられる。また、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。
That is, by fitting the guide rod 32 into the through hole 33a of the upper electrode 33, the upper electrode 3
3 is positioned coaxially with the opening of the port of the cylinder head body 11. Further, by bringing the tapered surface 33b and the peripheral surface 33c into close contact with the valve seat base material 20, the valve seat base material 20 is positioned by the fitting so as to be coaxial with the port opening.

【0023】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、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。次に、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
してバルブシート母材20を一定な加圧力をもってシリ
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に加えられる加圧力の方向は、上側電極3
3がガイド棒32によって移動方向が規制されているか
ら、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は開口部13a、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。
After placing the upper electrode 33 on the valve seat base material 20 in this manner, the upper electrode 33 is rotated to inspect whether the valve seat base material 20 is securely fitted.
Then, the cylinder device 28 is driven to drive the upper platen 2
7 is lowered and brought into close contact with the upper electrode 33. At this time,
The lower surface of the upper platen 27 and the upper surface of the upper electrode 33 are made parallel to each other. Next, the cylinder device 28 is driven to lower the upper platen 27, and the valve seat base material 20 is pressed against the cylinder head body 11 through the upper electrode 33 with a constant pressure. At this time, the direction of the pressure applied to the valve seat base material 20 is the upper electrode 3
Since the moving direction of 3 is restricted by the guide rod 32, it coincides with the axial direction of the openings 13a and 14a. Therefore, the valve seat base material 20 is pressed along the axes of the openings 13a and 14a with the axes aligned with each other.

【0024】その加圧力は、図8に示す加圧力パターン
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加圧力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加圧力P2 を加える。
The pressing force is changed based on the pressing force pattern shown in FIG. That is, a relatively low constant first pressure P 1 is applied at the beginning of the joining process, and thereafter a relatively high constant second pressure P 2 is applied until the end of the descent.

【0025】第1加圧力P1 による加圧を開始した後、
上部プラテン27が安定したら、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。ま
た、第1加圧力P1 による加圧開始から一定時間が経過
した後、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3
3、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。
このときの電流値を、図8に示す通電パターンに基づい
て変化させる。
After starting the pressurization by the first pressing force P 1 ,
When the upper platen 27 becomes stable, the distance between the upper platen 27 and the reflecting member 29 is measured by the laser displacement meter 30, and this distance is recorded as the lowering start position of the upper platen 27. In addition, after a lapse of a certain time from the start of pressurization by the first pressing force P 1 , a voltage is applied to the platen 27 and the lower platen 26 so that a voltage is applied between these platens, that is, the upper electrode 3
3, a current is passed through the valve seat base material 20, the cylinder head body 11, and the lower electrode 31. At this time, the current flows from the upper electrode 33 toward the cylinder head body 11.
The current value at this time is changed based on the energization pattern shown in FIG.

【0026】その通電パターンは、第1電流I1 を時間
1 流した後、一旦休止時間r1 を与え、次に第1電流
1 よりも電流値の高い第2電流I2 を時間t2 流した
後、もう1度休止時間r2 を与え、最後に第2電流I2
よりも電流値の高い第3電流I3 を時間t3 流し、接合
終期において第2加圧力P2 を加えている途中で電流値
を0とする。つまり、電流値を段階的に増大させてい
く。第1加圧力P1 から第2加圧力P2 への変換は、第
2電流I2 を流している途中であって、第2電流I2
切り換えてから時間t4 後に行う。さらに、吸気ポート
13側と排気ポート14側では、流す電流値(電流密
度)を、排気ポート14側の方が大きくなるよう(たと
えば約1.1倍程度)変える。以下に、図8における電
流値、時間および加圧力の具体例を示す。
The energization pattern is such that after the first current I 1 is passed for a time t 1 , a rest time r 1 is once given, and then a second current I 2 having a higher current value than the first current I 1 is applied for a time t 1. After two flows, the rest time r 2 is given again, and finally the second current I 2
A third current I 3 having a higher current value than that is passed for a time t 3 and the current value is set to 0 while the second pressing force P 2 is being applied at the end of the joining. That is, the current value is gradually increased. The conversion from the first pressing force P 1 to the second pressing force P 2 is performed while the second current I 2 is flowing and after the time t 4 after switching to the second current I 2 . Further, on the intake port 13 side and the exhaust port 14 side, the current value (current density) to be flown is changed so as to be larger on the exhaust port 14 side (for example, about 1.1 times). Below, the specific example of the electric current value in FIG. 8, time, and pressurizing force is shown.

【0027】イ.電流値 吸気ポート側 I1 =64kA、I2 =68kA、I3
=72kA 排気ポート側 I1 =70kA、I2 =75kA、I3
=80kA (何れも±4kA) ロ.時間(吸気ポート側、排気ポート側とも共通) t1 、t2 、t3 =0.1秒 (6/60秒) t4 =0.05秒 (3/60秒) r1 、r2 =1/60秒 ハ.加圧力(吸気ポート側、排気ポート側とも共通) P1 =12kN P2 =24kN
A. Current value Intake port side I 1 = 64kA, I 2 = 68kA, I 3
= 72 kA Exhaust port side I 1 = 70 kA, I 2 = 75 kA, I 3
= 80 kA (both ± 4 kA) b. Time (common to both intake port side and exhaust port side) t 1 , t 2 , t 3 = 0.1 second (6/60 seconds) t 4 = 0.05 second (3/60 seconds) r 1 , r 2 = 1/60 second c. Pressurization (common to both intake port side and exhaust port side) P 1 = 12kN P 2 = 24kN

【0028】このとき、バルブシート母材20は図3に
示すように底面51がシリンダヘッド本体11の凸条4
6の頂点45に線接触しており、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、通電によ
る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。この抵抗熱は、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。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(皮膜22の銅およびシリンダヘッド本体1
1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。
At this time, as shown in FIG. 3, in the valve seat base material 20, the bottom surface 51 has the ridges 4 of the cylinder head body 11.
6 is in line contact with the apex 45, and the area of contact between the two is extremely small, so that the electrical resistance due to energization increases and this contact portion generates heat. This resistance heat is conducted to the entire contact interface between the valve seat base material 20 and the cylinder head body 11. When the temperature of the interface between the valve seat base material 20 and the cylinder head body 11 rises in this way, the material metals (copper of the film 22 and the cylinder head body 1 that are in pressure contact with each other in the solid state).
1 aluminum alloy) atoms become actively moving, and these atoms diffuse into each other.

【0029】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、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、またシリンダヘッド本体11
のアルミニウム合金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9に模式的に示す。図9においては、原子の相互拡
散が起こり前記共晶合金が生成されている共晶合金層を
符号Aで示す。
Due to the mutual diffusion of atoms as described above, the composition in the vicinity of the interface becomes a eutectic alloy of the copper forming the film 22 and the aluminum alloy of the cylinder head body 11, and the composition of pure copper and cylinder Head body 11
At a temperature lower than that of the aluminum alloy, the solid phase can be changed to the liquid phase. A state near the interface at this time is schematically shown in FIG. In FIG. 9, the eutectic alloy layer in which the mutual diffusion of atoms occurs and the eutectic alloy is generated is indicated by a symbol A.

【0030】続いて、界面付近の温度がさらに上昇し、
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する
に伴ない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が前記第1加圧力P1 で押し付けられている
ことと、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。この塑性流動は、最初
の接触部を中心にして図9において上下方向に略対称と
なるように生じるため、液相化した共晶合金は塑性流動
に乗じて、図10に示すように接触部の外に排除され
る。図10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10中に
符号Cで示す。
Subsequently, the temperature near the interface further rises,
When a part of the eutectic alloy layer changes to the liquid phase, the atom diffusion phenomenon becomes more active, and the interface between the solid phase and the liquid phase expands as the eutectic alloy layer grows. While the liquid phase of the eutectic alloy layer proceeds, the aluminum alloy of the cylinder head main body 11 adjacent to the eutectic alloy layer is such that the valve seat base material 20 is pressed by the first pressurizing force P 1. By the fact that the temperature is raised by resistance heat,
It causes plastic flow (plastic deformation). Since this plastic flow occurs substantially symmetrically in the up-and-down direction in FIG. 9 around the first contact portion, the liquid phase eutectic alloy is multiplied by the plastic flow to obtain the contact portion as shown in FIG. Be excluded outside of. In FIG. 10, the excluded portion of the eutectic alloy is indicated by the symbol B. At this time, the valve seat base material 20
By partially eutectic alloying the film 22 and removing it from the contact portion, a part of the torus 21 comes into contact with the aluminum alloy, and a diffusion phenomenon of atoms occurs between them. A portion where this diffusion phenomenon occurs is indicated by a symbol C in FIG.

【0031】上記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、バルブシート母材20がシリンダヘ
ッド本体11内に埋没し始める。このようにバルブシー
ト母材20が埋没し始めてから、加圧力を増大させて前
記第2加圧力P2 とする。加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。
As a part of the eutectic alloy layer is removed from the contact portion and the aluminum alloy causes plastic flow as described above, the valve seat base material 20 starts to be buried in the cylinder head body 11. . After the valve seat base material 20 starts to be buried in this way, the pressing force is increased to the second pressing force P 2 . As the applied pressure increases, the amount of plastic flow of the aluminum alloy increases, and the amount of eutectic alloy to be excluded increases accordingly. As a result, a eutectic alloy made of a copper-aluminum alloy is newly generated in the unreacted portion of the contact portion, and the above-described phenomenon is repeated, and the eutectic alloy layer is liquid-phased and further eliminated. Along with this, a region where atoms mutually diffuse at the interface between the iron-based sintered alloy, which is the material of the annular body 21, and the aluminum alloy also expands.

【0032】上記反応を図8に示す通電および加圧力の
パターンに基づいて進行させ、シリンダヘッド本体11
へバルブシート母材20を接合させていく。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が埋没し
続け、図11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。
The above reaction is allowed to proceed based on the pattern of energization and pressing force shown in FIG.
The valve seat base material 20 is joined. Not only while the current is flowing, but also after the power supply is cut off, the reaction proceeds until the temperature drops to the temperature at which the reaction cannot be performed, and the formation of the eutectic alloy layer → liquid layering → exclusion accompanied by plastic flow, And the phenomenon of mutual diffusion of atoms between the iron-based sintered alloy and the aluminum alloy occur simultaneously, the valve seat base material 20 continues to be buried, and as shown in FIG. It will be buried inside.

【0033】この埋没量が増大しなくなったとき、シリ
ンダ装置28による加圧を停止し、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から取り
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。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の総埋没量を求める。この
値が予め定めた許容値の範囲内でないときには接合不良
とみなす。この許容値としては、本実施形態では0.5
mm〜2.5mmとした。なお、許容値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。
When the buried amount no longer increases, the pressurization by the cylinder device 28 is stopped and the laser displacement meter 30
After determining the final position of the upper platen 27 from the distance between the upper platen 27 and the reflecting member 29, the upper platen 27 is raised and the cylinder head body 11 is removed from the press device 24. It should be noted that the average current value and the total energization time are also obtained by the time all steps are completed. Next, the total burial amount of the valve seat base material 20 is obtained by calculating the height difference between the lowering start position and the final position of the upper platen 27. When this value is not within the range of a predetermined allowable value, it is considered that the joining is defective. In this embodiment, the allowable value is 0.5.
mm to 2.5 mm. Although the allowable value varies depending on the material of the cylinder head body 11, it is preferably about 1 mm to 1.5 mm.

【0034】シリンダヘッドの最終仕上げ加工は、図1
1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12に示すよ
うにたとえば研削等の機械加工で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
の不要部および皮膜22が除去され、図12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1
1に接合されたバルブシート19が得られる。ここで、
バルブシート19は、図12における各寸法A(投影面
積を決める投影線長さ)、B(最大肉厚)、θ(外周面
と加工面とのなす角度)が、A≧2、B≧0.9、θ≧
30°なる関係を満たすように形成されている。
The final finishing of the cylinder head is shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the unnecessary portion is removed from the cylinder head body 11 to which the valve seat base material 20 is joined by mechanical processing such as grinding as shown in FIG. By performing this final finishing process, the torus 21
Unnecessary portions and the film 22 are removed, and the reference numeral C in FIG.
Cylinder head body 1 through the diffusion region of atoms shown by
The valve seat 19 joined to 1 is obtained. here,
In the valve seat 19, the dimensions A (projection line length that determines the projection area), B (maximum thickness), and θ (angle between the outer peripheral surface and the machined surface) in FIG. 12 are A ≧ 2 and B ≧ 0. .9, θ ≧
It is formed so as to satisfy the relationship of 30 °.

【0035】A−3.一実施形態の効果 バルブシート19とシリンダヘッド本体11とが原子
拡散によって隙間なく強固に固定されている。したがっ
て、両者の熱抵抗が小さくシリンダヘッドの冷却性能を
向上させることができる。また、上記のように、製造過
程においてシリンダヘッド本体11は溶融しないため、
凝固時のブローホールや引け巣といった材料欠陥も生じ
ない。
A-3. Effect of one embodiment The valve seat 19 and the cylinder head body 11 are firmly fixed to each other by atomic diffusion without a gap. Therefore, the thermal resistance of both is small, and the cooling performance of the cylinder head can be improved. Further, as described above, since the cylinder head body 11 does not melt during the manufacturing process,
Material defects such as blowholes and shrinkage cavities during solidification do not occur.

【0036】バルブシート母材20は、バルブシート
着座面40へセットされた状態が、図3に示すように、
底面51が凸条46の頂点45に線接触している。つま
りバルブシート母材20はバルブシート着座面40に面
接触してはいない。面接触している場合、前述の如く加
工公差の影響を受けてバルブシート母材20の埋没量に
ばらつきが生じる。しかしながら、本実施形態は線接触
しているので、接触面積はどのバルブシート母材20で
あろうとも常に一定であり、したがって、発熱量が一定
になって埋没量のばらつきが抑えられ、設定埋没量内に
収まる。このため、所定の肉厚が常に保持され、かつ剥
離のおそれがなく十分な接合強度が得られるとともに、
欠肉といった不具合も起こらず良好な弁機能が発揮され
る。
When the valve seat base material 20 is set on the valve seat seating surface 40, as shown in FIG.
The bottom surface 51 is in line contact with the apex 45 of the ridge 46. That is, the valve seat base material 20 is not in surface contact with the valve seat seating surface 40. When they are in surface contact, as described above, the buried amount of the valve seat base material 20 varies due to the influence of the processing tolerance. However, in the present embodiment, since the line contact is made, the contact area is always constant regardless of which valve seat base material 20, and therefore the calorific value is constant and the variation in the buried amount is suppressed, and the set buried position is reduced. It fits within the quantity. Therefore, a predetermined wall thickness is always maintained, and sufficient bonding strength can be obtained without fear of peeling, and
Good valve function is demonstrated without causing defects such as lack of meat.

【0037】バルブシート母材20のバルブシート着
座面40へのセット状態が、図3に示すように、外周面
50と外側テーパ面44とのなす角度αと、底面51と
第1の内側テーパ面42とのなす角度βが、α≧βを満
足させるように設定されている。この結果、バルブシー
ト母材20においては、外周面50より底面51の方が
シリンダヘッド本体11に近接している。したがって、
図4に示すように、電流は外周面50側に集中せず分散
し、どちらかというと底面51側から優先的にシリンダ
ヘッド本体11に流れていく。このため、シリンダヘッ
ド本体11においては、底面51に面する部分の電流密
度が高くなって溶融しやすくなる。しかしながらその溶
融層は、バルブシート母材20が加圧されることにより
界面外へ排除され残存しない。その結果、材料欠陥によ
るバルブシート19が剥離が起こらない。
As shown in FIG. 3, when the valve seat base material 20 is set on the valve seat seating surface 40, the angle α between the outer peripheral surface 50 and the outer taper surface 44, the bottom surface 51 and the first inner taper are set. The angle β with the surface 42 is set so as to satisfy α ≧ β. As a result, in the valve seat base material 20, the bottom surface 51 is closer to the cylinder head body 11 than the outer peripheral surface 50. Therefore,
As shown in FIG. 4, the electric current is not concentrated on the outer peripheral surface 50 side but dispersed, and rather flows preferentially from the bottom surface 51 side to the cylinder head body 11. For this reason, in the cylinder head body 11, the current density of the portion facing the bottom surface 51 becomes high, and it becomes easy to melt. However, the molten layer is removed outside the interface by the pressurization of the valve seat base material 20 and does not remain. As a result, the valve seat 19 is not peeled off due to a material defect.

【0038】バルブシート母材20が埋没された後、
仕上げられたバルブシート19は、図12に示すよう
に、A≧2、B≧0.9、θ≧30°なる関係を満たす
ように形成されている。バルブシート19においては、
爆発圧力やバルブフェースの着座衝撃によるシリンダヘ
ッド本体11への陥没および自身の損傷を避けるため、
シリンダヘッド本体11との界面の面積ひいてはシリン
ダヘッド本体11に負荷される面圧が一定以下に保た
れ、かつ自身の剛性が一定以上確保されていることが重
要である。実験の結果、図13に示すように、投影線長
さAが2より小さいと許容面圧を越えてしまうので、投
影線長さAはA≧2であることが望ましい。また、図1
4に示すように、肉厚Bが0.9より小さいと曲げ変形
率が大きく、0.9以上だとそれ以上増大しない。した
がって、肉厚BはB≧0.9が望ましい。さらに、図1
5に示すように、外周面50と加工面とのなす角度θが
少なくとも30°確保されていないと、すなわちそれだ
けの断面積が確保されていないと、バルブシート19が
剥離する確率が増大する。したがって、θ≧30°が望
ましい。
After the valve seat base material 20 is buried,
As shown in FIG. 12, the finished valve seat 19 is formed so as to satisfy the relationship of A ≧ 2, B ≧ 0.9, θ ≧ 30 °. In the valve seat 19,
In order to prevent the cylinder head body 11 from sinking due to the explosion pressure or the seating impact of the valve face and damage to itself,
It is important that the area of the interface with the cylinder head body 11 and thus the surface pressure applied to the cylinder head body 11 is kept below a certain level, and the rigidity of itself is secured above a certain level. As a result of the experiment, as shown in FIG. 13, if the projection line length A is smaller than 2, the allowable surface pressure will be exceeded. Therefore, the projection line length A is preferably A ≧ 2. Also, FIG.
As shown in 4, when the wall thickness B is less than 0.9, the bending deformation rate is large, and when it is 0.9 or more, the bending deformation rate does not increase any more. Therefore, the wall thickness B is preferably B ≧ 0.9. Furthermore, FIG.
As shown in FIG. 5, if the angle θ between the outer peripheral surface 50 and the machined surface is not secured at least 30 °, that is, if the cross-sectional area is not secured as much, the probability that the valve seat 19 peels off increases. Therefore, θ ≧ 30 ° is desirable.

【0039】バルブシート母材20を接合させる際の
電流密度が、排気ポート14側が吸気ポート13側より
大きくされている。排気ポート側のバルブシート19
は、高熱の排気ガスに常にさらされるので吸気ポート側
よりも高温の環境にあり、それだけ吸気ポート13側よ
り前記投影線長さ(投影面積)が大きく確保されていた
方が好ましい。図2に示すように、排気ポート14側の
電流密度を吸気ポート13側よりも大きくすることによ
り、排気ポート14側では、バルブシート19の投影線
長さが確保されて陥没や変形が生じにくくなる。また、
吸気ポート13側ではバルブシート13間の距離を犠牲
にすることなく十分に大きな開口部13aの面積を確保
できる。
The current density at the time of joining the valve seat base material 20 is larger on the exhaust port 14 side than on the intake port 13 side. Exhaust port side valve seat 19
Is always exposed to high-temperature exhaust gas, and therefore is in a higher temperature environment than the intake port side, and it is preferable that the projection line length (projection area) is ensured to be larger than that of the intake port 13 side. As shown in FIG. 2, by making the current density on the exhaust port 14 side larger than that on the intake port 13 side, the projection line length of the valve seat 19 is secured on the exhaust port 14 side, so that depression or deformation is unlikely to occur. Become. Also,
On the intake port 13 side, a sufficiently large area of the opening 13a can be secured without sacrificing the distance between the valve seats 13.

【0040】バルブシート母材20を接合させる際
に、図8に示すような通電および加圧力のパターンをと
ることにより、良好な接合が行える。すなわち、電流値
においては、2回の休止時間r1 、r2 を挟んで3段階
に徐々に増大させているので、界面が過剰に温度上昇せ
ず、シリンダヘッド本体11が溶融して液相に変化する
ことが防がれる。また、休止時間を与えることなく過剰
な電流を流し続けると、鋼自体の抵抗発熱による温度上
昇の結果、バルブシート母材20の円環体21の温度が
鋼の相変態点を越え、その後の冷却工程でマルテンサイ
ト変態を起こしてしまう。こうなると、硬度が増大して
靱性に欠けた材質となりバルブシートとしての機能が十
分に果たせなくなる。また、加圧力においては、はじめ
は比較的小さい第1加圧力P1 を加えることにより、急
な衝撃がバルブシート母材20に与えられるのを回避
し、その後、第2電流I2 を流している途中で第2加圧
力P2に増大させることによって、良好な接合が行え
る。
When the valve sheet base material 20 is joined, good joining can be performed by adopting a pattern of energization and pressing force as shown in FIG. That is, since the current value is gradually increased in three steps across the two pause times r 1 and r 2 , the temperature of the interface does not rise excessively, and the cylinder head body 11 melts to cause the liquid phase. Can be prevented from changing to. Further, if an excessive current is continued to flow without giving a rest time, the temperature of the annular body 21 of the valve seat base material 20 exceeds the phase transformation point of the steel as a result of the temperature rise due to resistance heating of the steel itself, and Martensitic transformation occurs in the cooling process. In this case, the hardness increases and the material lacks in toughness, so that the valve seat cannot sufficiently function. In addition, at the pressurizing force, a relatively small first pressurizing force P 1 is applied at first to prevent a sudden impact from being applied to the valve seat base material 20, and then the second current I 2 is applied. Good joining can be performed by increasing the second applied pressure P 2 during the process.

【0041】B.変更例 本発明は上記一実施形態に限定されるものではなく以下
のように種々の変更が可能である。 シリンダヘッド本体11およびバルブシート母材20
の材質は上記一実施形態に限られず、両者の間に共晶合
金が生成されるものであればどのようなものでもよい。 本発明は、自動車のエンジンは勿論のこと、オートバ
イのエンジンなどあらゆるエンジンに適用することがで
きる。
B. Modifications The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made as follows. Cylinder head body 11 and valve seat base material 20
The material of is not limited to the above-mentioned one embodiment, and may be any material as long as a eutectic alloy is formed between the two. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied not only to automobile engines but also to any engine such as motorcycle engines.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バルブシート母材はシリンダヘッド本体のバルブシート
着座面に線接触でセットされるので、加熱圧接によりバ
ルブシート母材をシリンダ本体に接合する際、発熱量が
一定になって埋没量のばらつきが抑えられ設定埋没量内
に収まり、このため、所定の肉厚が常に保持され、かつ
剥離のおそれがなく十分な接合強度が得られる。(請求
項1)。接合時の電流がバルブシートの外周面側に集中
せず分散し、底面側からシリンダヘッド本体への流れる
割合が多くなるので、底面に面する部分の電流密度が高
くなって溶融しやすくなり、その溶融層は、バルブシー
ト母材が加圧されることにより界面外へ排除され残存し
ないので、材料欠陥によるバルブシートの剥離が起こら
ない。(請求項2)。
As described above, according to the present invention,
Since the valve seat base material is set in line contact with the valve seat seating surface of the cylinder head body, when the valve seat base material is joined to the cylinder body by heating and pressure contact, the calorific value is constant and the variation in the buried amount is suppressed. Therefore, a predetermined wall thickness is always maintained, and sufficient bonding strength can be obtained without fear of peeling. (Claim 1). The current at the time of joining is not concentrated on the outer peripheral surface side of the valve seat and is dispersed, and the ratio of the current flowing from the bottom surface side to the cylinder head body increases, so the current density of the part facing the bottom surface becomes high and it becomes easier to melt, Since the molten layer is removed and does not remain outside the interface due to the pressurization of the valve sheet base material, peeling of the valve sheet due to material defects does not occur. (Claim 2).

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の一実施形態のバルブシートを示す側
断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view showing a valve seat according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1のII方向矢視図である。FIG. 2 is a view on arrow II in FIG.

【図3】 バルブシート母材をバルブシート着座面にセ
ットした状態を示す側断面図である。
FIG. 3 is a side sectional view showing a state in which a valve seat base material is set on a valve seat seating surface.

【図4】 バルブシート母材がバルブシート着座面に埋
没される状態を示す側断面図である。
FIG. 4 is a side sectional view showing a state where the valve seat base material is buried in the valve seat seating surface.

【図5】 バルブシートをシリンダヘッドのポート開口
部に接合するためのプレス装置を示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing a pressing device for joining the valve seat to the port opening of the cylinder head.

【図6】 バルブシートをシリンダヘッドのポート開口
部に接合するためのプレス装置を示す側面図である。
FIG. 6 is a side view showing a pressing device for joining the valve seat to the port opening of the cylinder head.

【図7】 バルブシート母材に電極を当接させた状態の
側断面図である。
FIG. 7 is a side cross-sectional view showing a state where an electrode is brought into contact with a valve seat base material.

【図8】 通電および加圧力のパターンを示す線図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a pattern of energization and pressure.

【図9】 バルブシート母材の皮膜の金属材料とシリン
ダヘッド本体の金属材料からなる合金層が生成されてい
る状態の側断面図である。
FIG. 9 is a side cross-sectional view showing a state in which an alloy layer made of the metallic material of the film of the valve seat base material and the metallic material of the cylinder head body is formed.

【図10】 シリンダヘッド本体の金属材料が塑性流動
を起こしている状態の側断面図である。
FIG. 10 is a side cross-sectional view showing a state where the metal material of the cylinder head body is in plastic flow.

【図11】 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側断面図である。
FIG. 11 is a side sectional view showing a state where the valve seat base material is buried in the cylinder head body.

【図12】 バルブシートを仕上げ加工した状態の側断
面図である。
FIG. 12 is a side sectional view showing a state where the valve seat is finished.

【図13】 バルブシートの投影線長さと面圧の関係の
一例を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing an example of the relationship between the projected line length of the valve seat and the surface pressure.

【図14】 バルブシートの肉厚と曲げ変形率の関係の
一例を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing an example of the relationship between the wall thickness of the valve seat and the bending deformation rate.

【図15】 バルブシートの外周面と剥離の確率の関係
の一例を示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing an example of the relationship between the outer peripheral surface of the valve seat and the probability of peeling.

【図16】 バルブシート母材をシリンダヘッド本体に
接合させる従来方法を説明するための側断面図である。
FIG. 16 is a side sectional view for explaining a conventional method of joining a valve seat base material to a cylinder head body.

【図17】 (a)はバルブシート母材の埋没量が少な
い場合の欠陥を示す側断面図、(b)はバルブシート母
材の埋没量が多すぎた場合の欠陥を示す側断面図であ
る。
17 (a) is a side sectional view showing a defect when the valve seat base material has a small embedded amount, and FIG. 17 (b) is a side sectional view showing a defect when the valve seat base material has an excessively embedded amount. is there.

【図18】 (a)、(b)、(c)はそれぞれバルブ
シート母材がシリンダヘッド本体に面接触している状態
の側断面図である。
18 (a), (b) and (c) are side sectional views showing a state where the valve seat base material is in surface contact with the cylinder head body.

【図19】 (a)はバルブシートの外周面が底面より
もシリンダヘッド本体に近接しているセット状態を示す
側断面図、(b)はそのバルブシート母材がバルブシー
ト着座面に埋没される状態の側断面図である。
FIG. 19 (a) is a side sectional view showing a set state in which the outer peripheral surface of the valve seat is closer to the cylinder head body than the bottom surface, and FIG. 19 (b) shows the valve seat base material buried in the valve seat seating surface. FIG. 3 is a side cross-sectional view showing a state in which

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…シリンダヘッド本体、13a…吸気ポート側の開
口部、14a…排気ポート側の開口部、19…バルブシ
ート、20…バルブシート母材、40…バルブシート着
座面、41…平面(2面のうちの一方の面)、42…第
1の内側テーパ面(2面のうちの他方の面)、45…頂
点、46…凸条、50…バルブシート母材の外周面、5
1…バルブシート母材の底面。
11 ... Cylinder head body, 13a ... Intake port side opening, 14a ... Exhaust port side opening, 19 ... Valve seat, 20 ... Valve seat base material, 40 ... Valve seat seating surface, 41 ... Plane (two surfaces) One surface), 42 ... first inner tapered surface (the other surface of the two surfaces), 45 ... vertex, 46 ... ridge, 50 ... outer peripheral surface of valve seat base material, 5
1 ... Bottom of valve seat base material.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリンダヘッド本体における燃焼室への
開口部に形成された円環状のバルブシート着座面に、シ
リンダヘッド本体と異なる材料の円環状のバルブシート
母材をセットした後、加熱圧接させてバルブシートを接
合するエンジン用シリンダヘッドの製造方法において、 前記バルブシート着座面に、2面で構成されて前記開口
部の内周側に突出する円環状の凸条を形成し、 前記バルブシート母材は、バルブシート着座面へセット
された状態が、 前記シリンダヘッド本体側に向かうにしたがって次第に
外径が細くなるように傾斜する外周面と、この外周面に
連続し、自身の軸心へ向かうにしたがって次第にシリン
ダヘッド本体側に偏在するように傾斜する底面とを有
し、この底面が前記凸条の頂点に接触させられているこ
とを特徴とするエンジン用シリンダヘッドの製造方法。
1. An annular valve seat base material made of a material different from that of the cylinder head body is set on an annular valve seat seating surface formed in an opening of the cylinder head body toward the combustion chamber, and then heated and pressure-welded. A method for manufacturing an engine cylinder head, in which a valve seat is joined to a valve seat by forming a ring-shaped protrusion on the seating surface of the valve seat, the annular projection being formed of two surfaces and protruding toward the inner peripheral side of the opening. The base material, when set on the seating surface of the valve seat, has an outer peripheral surface that inclines so that the outer diameter becomes gradually smaller toward the cylinder head body side, and is continuous to this outer peripheral surface, And a bottom surface that is inclined so as to be unevenly distributed toward the cylinder head main body side, and the bottom surface is in contact with the apex of the ridge. Method for manufacturing an engine cylinder head.
【請求項2】 前記バルブシート母材が前記バルブシー
ト着座面にセットされた状態で、バルブシート着座面と
前記外周面とのなす角度αと、バルブシート着座面と前
記底面とのなす角度βとが、α≧βであることを特徴と
する請求項1に記載のエンジン用シリンダヘッドの製造
方法。
2. An angle α formed between the valve seat seating surface and the outer peripheral surface and an angle β formed between the valve seat seating surface and the bottom surface in a state where the valve seat base material is set on the valve seat seating surface. And α is α ≧ β, the method for manufacturing an engine cylinder head according to claim 1, wherein
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