JPH11247629A - アルミニウム合金製エンジンバルブ - Google Patents
アルミニウム合金製エンジンバルブInfo
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- JPH11247629A JPH11247629A JP5085798A JP5085798A JPH11247629A JP H11247629 A JPH11247629 A JP H11247629A JP 5085798 A JP5085798 A JP 5085798A JP 5085798 A JP5085798 A JP 5085798A JP H11247629 A JPH11247629 A JP H11247629A
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 セラミックス粒子が基材より脱落したり、相
手攻撃性を大としたりすることなく、エンジンバルブの
機械的強度及び耐摩耗性を向上させる。 【解決手段】 アルミニウム合金よりなる基材２の中
に、外周面に丸みを帯びた凹凸を有するセラミックス粒
子３を均一に分散させる。
手攻撃性を大としたりすることなく、エンジンバルブの
機械的強度及び耐摩耗性を向上させる。 【解決手段】 アルミニウム合金よりなる基材２の中
に、外周面に丸みを帯びた凹凸を有するセラミックス粒
子３を均一に分散させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば内燃機関の
吸気側に用いられる、強度及び耐摩耗性に優れるアルミ
ニウム合金製エンジンバルブに関する。
吸気側に用いられる、強度及び耐摩耗性に優れるアルミ
ニウム合金製エンジンバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関に用いられる吸、排気バルブ
は、通常マルテンサイト又はオーステナイト系の耐熱鋼
により形成されている。また、最近では、比較的熱負荷
の小さい吸気バルブを、アルミニウム合金により形成す
る試みもなされている。
は、通常マルテンサイト又はオーステナイト系の耐熱鋼
により形成されている。また、最近では、比較的熱負荷
の小さい吸気バルブを、アルミニウム合金により形成す
る試みもなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した耐熱鋼製のエ
ンジンバルブは、機械的強度が高く、耐久性及び信頼性
に優れている反面、慣性質量が大きく、かつ熱伝導性も
悪いという問題がある。
ンジンバルブは、機械的強度が高く、耐久性及び信頼性
に優れている反面、慣性質量が大きく、かつ熱伝導性も
悪いという問題がある。
【０００４】一方、アルミニウム合金製のバルブは、軽
量であるため、動弁系の慣性質量を低減して、エンジン
性能を向上させうるとともに、熱伝導性にも優れ、シリ
ンダヘッドへの放熱性が高いという利点を有する。
量であるため、動弁系の慣性質量を低減して、エンジン
性能を向上させうるとともに、熱伝導性にも優れ、シリ
ンダヘッドへの放熱性が高いという利点を有する。
【０００５】しかし、アルミニウム合金製のバルブは、
機械的強度が小さく、かつ弁フェース部や軸部等の耐摩
耗性に問題があるため、耐久性や信頼性に欠ける。
機械的強度が小さく、かつ弁フェース部や軸部等の耐摩
耗性に問題があるため、耐久性や信頼性に欠ける。
【０００６】この問題を解決するためには、特に耐摩耗
性の要求される弁フェース部の表層を、強化元素を含む
合金により改質して硬化させたり、軸部にアルマイト等
の表面処理を施すか、あるいはアルミニウム合金よりな
る基材中に、セラミックス粒子を分散させるなどの対策
が考えられる。
性の要求される弁フェース部の表層を、強化元素を含む
合金により改質して硬化させたり、軸部にアルマイト等
の表面処理を施すか、あるいはアルミニウム合金よりな
る基材中に、セラミックス粒子を分散させるなどの対策
が考えられる。
【０００７】しかし、上記した強化元素による改質やア
ルマイト等の表面処理は、部分的な対策であり、バルブ
全体の機械的強度を向上させるものではないため、アル
ミニウム合金をバルブ材として用いる際の問題点は残
る。
ルマイト等の表面処理は、部分的な対策であり、バルブ
全体の機械的強度を向上させるものではないため、アル
ミニウム合金をバルブ材として用いる際の問題点は残
る。
【０００８】また、基材中にセラミックス粒子を分散さ
せるものでは、バルブ全体の機械的強度が向上して、弁
フェース部や軸部等の耐摩耗性を向上させうる利点があ
る反面、セラミックス粒子の大きさや形状によっては、
セラミックス粒子が基材の表層より脱落して耐摩耗性が
損なわれ、かつ相手攻撃性が大となって、バルブシート
やバルブガイドの摩耗を促進させることとなる。
せるものでは、バルブ全体の機械的強度が向上して、弁
フェース部や軸部等の耐摩耗性を向上させうる利点があ
る反面、セラミックス粒子の大きさや形状によっては、
セラミックス粒子が基材の表層より脱落して耐摩耗性が
損なわれ、かつ相手攻撃性が大となって、バルブシート
やバルブガイドの摩耗を促進させることとなる。
【０００９】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、最適な大きさ及び形状のセラミックス粒子を基材
に分散させることにより、それが脱落したり、相手攻撃
性を大としたりすることなく、機械的強度及び耐摩耗性
を大幅に向上させうるようにした、アルミニウム合金製
エンジンバルブを提供することを目的としている。
ので、最適な大きさ及び形状のセラミックス粒子を基材
に分散させることにより、それが脱落したり、相手攻撃
性を大としたりすることなく、機械的強度及び耐摩耗性
を大幅に向上させうるようにした、アルミニウム合金製
エンジンバルブを提供することを目的としている。
【００１０】
【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）アルミニウム合金よりなる基材の中に、外周面に
丸みを帯びた凹凸を有するセラミックス粒子を均一に分
散させる。
題は、次のようにして解決される。 （１）アルミニウム合金よりなる基材の中に、外周面に
丸みを帯びた凹凸を有するセラミックス粒子を均一に分
散させる。
【００１１】（２）上記(１)項において、基材を、ＪＩ
Ｓにおける５,０００番系のアルミニウム合金からなる
ものとする。
Ｓにおける５,０００番系のアルミニウム合金からなる
ものとする。
【００１２】（３）上記(１)または(２)項において、セ
ラミックス粒子を、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＣ、Ｎｂ
Ｃ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ、ＣｒＣ、ＴｉＢ2のいずれか１種
からなるもの、又は２種以上の混合物からなるものとす
る。
ラミックス粒子を、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＣ、Ｎｂ
Ｃ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ、ＣｒＣ、ＴｉＢ2のいずれか１種
からなるもの、又は２種以上の混合物からなるものとす
る。
【００１３】（４）上記(１)〜(３)項のいずれかにおい
て、セラミックス粒子の平均粒径をほぼ３μｍとして、
基材中に少なくとも１５容量％含有させる。
て、セラミックス粒子の平均粒径をほぼ３μｍとして、
基材中に少なくとも１５容量％含有させる。
【００１４】
【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、本発明の吸気用エンジンバ
ルブ(１)を示すもので、バルブ全体は、アルミニウム合
金よりなる基材(２)の中に、セラミックス粒子(３)を均
一に分散させて形成されている。
基づいて説明する。図１は、本発明の吸気用エンジンバ
ルブ(１)を示すもので、バルブ全体は、アルミニウム合
金よりなる基材(２)の中に、セラミックス粒子(３)を均
一に分散させて形成されている。
【００１５】基材(２)は、非熱処理型のアルミニウム合
金、すなわち、ＪＩＳにおける５,０００番系の中の１
種、例えば成分組成が、Ｍｇ:４〜４.９重量％、Ｓｉ:
０.４重量％、Ｆｅ:０.４重量％、Ｍｎ:０.４〜１.０重
量％、Ｚｎ:０.２５重量％、Ｔｉ:０.１５重量％、Ｃ
ｒ:０.０５〜０.２５重量％、Ｃｕ:０.１重量％、残部
がＡｌと不可避不純物よりなるＪＩＳ５０８３材を用い
るのが好ましい。この材料は、例えば２５０℃前後の温
度で長時間保持しても、その硬さは殆ど変わらない。
金、すなわち、ＪＩＳにおける５,０００番系の中の１
種、例えば成分組成が、Ｍｇ:４〜４.９重量％、Ｓｉ:
０.４重量％、Ｆｅ:０.４重量％、Ｍｎ:０.４〜１.０重
量％、Ｚｎ:０.２５重量％、Ｔｉ:０.１５重量％、Ｃ
ｒ:０.０５〜０.２５重量％、Ｃｕ:０.１重量％、残部
がＡｌと不可避不純物よりなるＪＩＳ５０８３材を用い
るのが好ましい。この材料は、例えば２５０℃前後の温
度で長時間保持しても、その硬さは殆ど変わらない。
【００１６】セラミックス粒子(３)としては、平均粒径
が約３μｍ（粒径範囲１〜５μｍ）又は平均粒度が約−
２００メッシュで、かつ粒子の任意の断面形状において
その外周面に、尖鋭な角部のない適度に凹凸を有するＡ
ｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＣ、ＮｂＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ、
ＣｒＣ、ＴｉＢ2等のいずれか１種、又は２種以上の混
合物を用いるのが好ましい。
が約３μｍ（粒径範囲１〜５μｍ）又は平均粒度が約−
２００メッシュで、かつ粒子の任意の断面形状において
その外周面に、尖鋭な角部のない適度に凹凸を有するＡ
ｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＣ、ＮｂＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ、
ＣｒＣ、ＴｉＢ2等のいずれか１種、又は２種以上の混
合物を用いるのが好ましい。
【００１７】上記粒子(３)の形状は、例えば、図２に示
すように、粒子(３)の断面の凹凸度（非円度）により特
定することができる。すなわち、粒子(３)の断面積を
Ａ、円周の長さをＬ、円周率をπとすると、凹凸度Ｘ
は、次式
すように、粒子(３)の断面の凹凸度（非円度）により特
定することができる。すなわち、粒子(３)の断面積を
Ａ、円周の長さをＬ、円周率をπとすると、凹凸度Ｘ
は、次式
【００１８】
【数１】 により求めることができる。上式より、凹凸のない真円
形の場合、１となり、凹凸が大きいほど、円周の長さＬ
が大となることから、Ｘの値は１よりも大きくなる。
形の場合、１となり、凹凸が大きいほど、円周の長さＬ
が大となることから、Ｘの値は１よりも大きくなる。
【００１９】本発明に用いられるセラミックス粒子(３)
においては、Ｘの値を１.３〜４.０の範囲としてある。
すなわち、Ｘの値が１.３以下では、図３に示すよう
に、粒子(３)全体が丸みを帯びるため、使用時におい
て、エンジンバルブ(１)の基材(２)の表面より脱落し易
くなり、耐摩耗性が損なわれる。また、Ｘの値が４.０
を超えると、図４に示すように、粒子(３)の耐脱落性が
高まる反面、外周面の凸部が尖鋭化するため、相手攻撃
性が増す。
においては、Ｘの値を１.３〜４.０の範囲としてある。
すなわち、Ｘの値が１.３以下では、図３に示すよう
に、粒子(３)全体が丸みを帯びるため、使用時におい
て、エンジンバルブ(１)の基材(２)の表面より脱落し易
くなり、耐摩耗性が損なわれる。また、Ｘの値が４.０
を超えると、図４に示すように、粒子(３)の耐脱落性が
高まる反面、外周面の凸部が尖鋭化するため、相手攻撃
性が増す。
【００２０】エンジンバルブを成形するに際しては、ま
ず、上述したＪＩＳ５,０００番系のアルミニウム合金
に、少なくとも平均粒径約３μｍの粒子が７０〜８０％
含まれる上記セラミックス粒子(３)を、１５〜２０容量
％含有させた素材を製作し、この素材をバルブ成形用の
金型に挿入して、熱間又は温間により鍛造する。する
と、図１に示すように、基材(２)の中にセラミックス粒
子(３)が均一に分散されたエンジンバルブ(１)が得られ
る。
ず、上述したＪＩＳ５,０００番系のアルミニウム合金
に、少なくとも平均粒径約３μｍの粒子が７０〜８０％
含まれる上記セラミックス粒子(３)を、１５〜２０容量
％含有させた素材を製作し、この素材をバルブ成形用の
金型に挿入して、熱間又は温間により鍛造する。する
と、図１に示すように、基材(２)の中にセラミックス粒
子(３)が均一に分散されたエンジンバルブ(１)が得られ
る。
【００２１】上記実施例の吸気用エンジンバルブ(１)に
おいては、基材(２)に、非熱処理型のＪＩＳ５,０００
番系のアルミニウム合金を用いるとともに、この中にセ
ラミックス粒子(３)を分散させているため、エンジンの
作動温度による硬度（強度）低下が小さく、かつバルブ
全体の機械的強度が高まることにより、弁フェース部(1
a)や軸部(1b)等の耐摩耗性を向上させうる。
おいては、基材(２)に、非熱処理型のＪＩＳ５,０００
番系のアルミニウム合金を用いるとともに、この中にセ
ラミックス粒子(３)を分散させているため、エンジンの
作動温度による硬度（強度）低下が小さく、かつバルブ
全体の機械的強度が高まることにより、弁フェース部(1
a)や軸部(1b)等の耐摩耗性を向上させうる。
【００２２】また、セラミックス粒子(３)に、断面形状
が丸みを帯びた凹凸を有するものを用いることにより、
図５に示すように、基材(２)との結合力が大きくなって
耐脱落性が大となり、かつ基材(２)の表層に尖鋭な凸部
が露呈することがないため、相手攻撃性も小さくなる。
が丸みを帯びた凹凸を有するものを用いることにより、
図５に示すように、基材(２)との結合力が大きくなって
耐脱落性が大となり、かつ基材(２)の表層に尖鋭な凸部
が露呈することがないため、相手攻撃性も小さくなる。
【００２３】
【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）アルミニウム合金よりなる基材中に、外周面に丸
みを帯びた凹凸を有するセラミックス粒子を分散させた
ことにより、基材よりセラミックス粒子が脱落したり、
相手攻撃性を増大させたりすることなく、エンジンバル
ブ全体の機械的強度及び耐摩耗性を大幅に向上させるこ
とができる。
れる。 （ａ）アルミニウム合金よりなる基材中に、外周面に丸
みを帯びた凹凸を有するセラミックス粒子を分散させた
ことにより、基材よりセラミックス粒子が脱落したり、
相手攻撃性を増大させたりすることなく、エンジンバル
ブ全体の機械的強度及び耐摩耗性を大幅に向上させるこ
とができる。
【００２４】（ｂ）請求項２記載の発明のようにする
と、エンジンの作動温度による硬度低下が小さくなるた
め、例えば吸気側のエンジンバルブとしての耐久性、信
頼性が高まる。
と、エンジンの作動温度による硬度低下が小さくなるた
め、例えば吸気側のエンジンバルブとしての耐久性、信
頼性が高まる。
【００２５】（ｃ）請求項３記載の発明のようにする
と、いずれも硬質かつ融点が高いので、基材が強化さ
れ、エンジンバルブの耐久性が高まる。
と、いずれも硬質かつ融点が高いので、基材が強化さ
れ、エンジンバルブの耐久性が高まる。
【００２６】（ｄ）請求項４記載の発明のようにする
と、基材の組織が緻密化して、機械的強度を高めうると
ともに、バルブ全体の強度が均一化する。
と、基材の組織が緻密化して、機械的強度を高めうると
ともに、バルブ全体の強度が均一化する。
【図１】本発明の一実施例を示す一部切欠正面図であ
る。
る。
【図２】セラミックス粒子における任意の断面形状を示
す説明図である。
す説明図である。
【図３】凹凸度の小さいセラミックス粒子を用いた際の
基材表層部の拡大断面図である。
基材表層部の拡大断面図である。
【図４】同じく凹凸度の大きいセラミックス粒子を用い
た際の基材表層部の拡大断面図である。
た際の基材表層部の拡大断面図である。
【図５】同じく、適度の凹凸度のセラミックス粒子を用
いた際の基材表層部の拡大断面図である。
いた際の基材表層部の拡大断面図である。
(１)吸気用エンジンバルブ (1a)弁フェース部 (1b)軸部 (２)基材 (３)セラミックス粒子
Claims (4)
- 【請求項１】 アルミニウム合金よりなる基材の中に、
外周面に丸みを帯びた凹凸を有するセラミックス粒子を
均一に分散させたことを特徴とするアルミニウム合金製
エンジンバルブ。 - 【請求項２】 基材を、ＪＩＳにおける５,０００番系
のアルミニウム合金からなるものとした請求項１記載の
アルミニウム合金製エンジンバルブ。 - 【請求項３】 セラミックス粒子を、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ
2、ＳｉＣ、ＮｂＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ、ＣｒＣ、ＴｉＢ2
のいずれか１種からなるもの、又は２種以上の混合物か
らなるものとした請求項１または２記載のアルミニウム
合金製エンジンバルブ。 - 【請求項４】 セラミックス粒子の平均粒径をほぼ３μ
ｍとして、基材中に少なくとも１５容量％含有させた請
求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム合金製エン
ジンバルブ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5085798A JPH11247629A (ja) | 1998-03-03 | 1998-03-03 | アルミニウム合金製エンジンバルブ |
| EP99301421A EP0940564A3 (en) | 1998-03-03 | 1999-02-25 | Al alloy poppet valve |
| US09/259,742 US6186478B1 (en) | 1998-03-03 | 1999-02-25 | Al alloy poppet valve |
| CN99102590A CN1227891A (zh) | 1998-03-03 | 1999-03-03 | 铝合金提升阀 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5085798A JPH11247629A (ja) | 1998-03-03 | 1998-03-03 | アルミニウム合金製エンジンバルブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11247629A true JPH11247629A (ja) | 1999-09-14 |
Family
ID=12870407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5085798A Pending JPH11247629A (ja) | 1998-03-03 | 1998-03-03 | アルミニウム合金製エンジンバルブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11247629A (ja) |
-
1998
- 1998-03-03 JP JP5085798A patent/JPH11247629A/ja active Pending
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