JPS5827952A - 複合バルブシ−ト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関で用いられるバルブシー１・、中でも
二種の異なる焼結合金によりなる複合バルブシ−１・に
関するものである。

内燃機関用のバルブシ−ｌ−は無鉛ガソリン機関用に使
用されて以来最も一般的に用いられているものであるが
１高温・高負荷機関や高速機関では使用され難いもので
あった。

その理由の一つに焼結合金における空孔の存在が、焼結
合金の強度及び面１熱疲労強度を低下させるものであり
、高温高負荷機関においてバルブシー１・の抜は落ちや
折損を生じ易いことに．ｌ：る。又他の理由として通常
シリンダヘッドに圧入されるバルブシー１・どシリンダ
ヘッド間に熱膨張率の差があり、特に焼結合金では鋳鉄
製シリンダヘッドに組付けた場合に著しく抜は落ち易く
なる理由による。

一方異種利別を組合せた複合バルブシートが多数考案さ
れているものの＼例えばｍ利を鋼としてパルプ当り面を
焼結合金としたもの（特開昭５２−１４７３２６号）し
か上記の高温高負荷機関には使用され得ないものであっ
た。その理由として、前記ｌ７だ如き焼結合金の熱膨張
率の問題や１強度の問題が存在するためである。従って
焼結合金同志を複合したバルブシー１・、例えば特開昭
４９−９３　’１０９号、特開昭５３−７９９１１号、
特開昭４９−８８１１２号などは飄バルブ当９面以外に
比較的に低性能の焼結合金を複合することによる原料コ
ストの低減を目的どしたものとしてしか使用され万いも
のである。一方焼結合金には溶浸方法寿どによる封孔処
理を加して熱伝導性及び強度の向上が計られうるが１か
かる封孔処理によっても著しい強度の改善が得られるも
のでｈく、熱膨張率についても大きく改善されるもので
はガい。

本発明は、目的とするところの１高温高負荷機関に適用
される、高い疲労強度と熱伝導性、及び適度の熱膨張率
を有するバルブシートを得んとするものであり１以下に
説明する。

１ず本発明の要旨とするところは特許請求の範囲に記載
した如く下記３つの構成による複合バルブシートにある
。

（１）バルブの摺動面を形成する第一焼結合金と主どし
てシリンダヘッドとの嵌合部を形成する第二焼結合金と
によりなる。

（２）第二焼結合金が平均粒径５〜３０μの空孔が体積
％にて４−〜１０％の焼結空孔を有する固相鉄系焼結合
金である。

（３）第一焼結合金が空孔の体積％にて１１〜１９％の
焼結空孔を有する固相鉄系焼結合金であるかかる複合バ
ルブシートは第１図に示す如く、パルプとの摺動面３を
有する第一焼結合金１と、シリンダへノド５と嵌合する
第二焼結合金２との複合バルブシートであるが１その第
一、第二の焼結合金の目的にそれぞれの！１ヲ徴を持た
せ、特別な焼結合金を配することに１こって複合バルブ
シートとしての効果を得たものが本発明複合バルブシー
トである。

１ず第二焼結合金については、この部分には特別の面ｌ
摩耗性は必要どしないもののへ後記する如く第一焼結合
金の強度が得られ々い理由により、第二焼結合金には著
しく高い強度及び熱疲労強度飄さらには適度の熱膨張率
が要求される。

本発明第二焼結合金はこれらの要求を満たすものであり
、まず焼結合金であることによシ下記の優位性がある。

一般に二部材の結合は溶接＼ろう付、拡散結合に大別さ
れるが、バルブシートの如き容積の小さいものでは溶接
に伴う熱歪の影響が著しく、物性を損う。又ろう付は高
温高負荷条件にあっては結合強度に充分なものが得られ
々い。

さらに鋼や鋳鉄と焼結合金との拡散結合は＼特殊な材料
でかつ液相焼結によらないと得難いものであって、この
点から焼結合金と焼結合金は＼焼結プロセスにおける拡
散の進行をその−２−に部材間の結合に利用することが
可能なために著しく強い結合強度が得られるものである
。

さらに本発明においてはかかる第二焼結合金の空孔量を
平均径で＼５〜３０μの空孔が４〜１０体積％とした固
相鉄系焼結合金としたことによって次の如き効果を得る
。

まず、平均粒径で３０μ以上の空孔となる場合に、空孔
による切欠き効果が大きく、特に熱疲労に対して空孔か
ら発生ずる微少クラック生長を防止し得す、熱疲労強度
が低下する。一方平均径を５μ以下にしようとした場合
に、鉄系の粉末では粉末の微小化に限界のあって、液相
焼結とする方法によらねば寿らガいが蔦この液相焼結が
発生したものでは著しい寸法変化を伴い製品安定性が悪
いため、平均径は５μ以上としかなし得々い。

さらに好ましくは２５０μ以下の空孔が空孔全体の体積
％で４０％以上を占めることが望ましい。これは２５０
μ以上の粗大空孔が多いと著しく強度が低下する理由に
よる。

一方空孔遇は体積％にて１０％を超えた場合に空孔量に
比例して強度及び熱疲労強度が低下し１さらに熱膨張係
数が下がる限界点であるため１空孔量は１０９６以下で
選択される。又固相焼結によって液相を生じない範囲で
焼結合金を製造しようとした場合に１上記した如く鉄系
粉末の微小化の限界によυ４−％以上の空孔量しか得ら
れない。

さらに本発明第二焼結合金は固相焼結されている必要が
あるが＼これは液相の発生に伴い焼結合金に著しい寸法
変化が表われるためであり、第二焼結合金にかかる寸法
変化が生じた場合に複合ノ（ルプシートとじての形状が
著しく歪み、製造不可能と外る理由による。

かかる第二焼結合金を得るだめには、通常アトマイズ粉
末と称せられる平均粒径ｉｏｏμ以下の微粉末を用いる
必要があり、１００μ以上の粉末を用いた場合に、相太
々空孔ができやすいばかりか為プレス成形性が著しく低
下し１本発明第二焼″結合金の空孔届ｄ得られ々い。

以」二記した如き本発明第二焼結合金はＳＪこり具体的
には最終成分の重量％で、Ｃ００２〜１．０％、残部実
質的にＦｅにより々る粉末が好ましい。

かかる添加元素の少ない粉末は１００７ｉ以下の粒径に
し易いばかりでなく、プレス成形性に優れるものである
。このＣ量についてはｏ、　　２９６未満であるどフェ
ライトが多］に発生し、焼結合金が軟化することによる
強度不足となり、一方１．０％を超えた場合に液相発生
温度が低下して液相が生じ易くガるばかりか、冷却速度
によってはセメンタイトが生じ脆化する危険があるだめ
ＣＯ１２〜１．０％で選ばれることが望ましい。

さらに第二焼結合金としては１ｉｉｊ熱性向上及び熱伝
導率の向上と基地強度の向」―の目的で、（ＣｒｓＮｉ
ｓ　Ｍｏ、Ｃｕ）のうち一種又は二種以上を０．５〜３
．０％添加するととが望ましい。これら（Ｃｒ　％Ｎｉ
ＸＭｏ、Ｃ１］）は基地に固溶し而・１熱性等の向」二
に効果があるもののＸ　３．０％を超えた場合にプレス
成形性が低下すると共に液相発生し易くカリ、一方０．
５％未渦であると添加の効果が寿いために０．５〜３．
０％で選択される。尚かかる合金元素の添加は特に著し
く高温条件どなるＥＧＲディーゼル機関等において効果
を発揮するものの１通常のディーゼル機関及びガソリン
機関等ではプレス成形性の見地からとれら合金元素の添
加は不要である。

以上本発明の第二焼結合金につき説明しだが、本発明の
第一焼結合金は第二焼結合金と強く結合されているため
、複合バルブシートと１７ての強度は第二焼結合金に依
るととが可能であり、第一焼結合金はパルプ摺動面とし
て必要な血・１摩耗性を得ることのみに目的を有する。

かかる第一焼結合金としては、空孔量が１１〜１９％の
固相焼結合金が必要である。

焼結合金における空孔は為酸化膜を形成することによる
耐摩耗性向上の効果が得られるが１これは酸化膜の硬度
が高いことと、摩諒係数が低いこと、及び耐食性に優れ
ることの相乗効果による。

そのために空孔量は１１体積％未満ではかかる空孔の効
果が得られないものであり１逆に１９体積％を超える空
孔が存在するとバルブとのたたかれに対して１強度的に
不足するため一１１〜１９体積％の空孔量の範囲で選択
されねばなら々い。

さらに固相焼結である必要については、液相が発生する
ど第一焼結合金の如き比較的空孔量の多いものでは空孔
量は減少するもの和犬空孔が生じ易く、粗大空孔による
種々の欠陥が発生する理由により、又液相焼結が生ずる
と寸法変化が著しく−なるため固相焼結である必要があ
る。

かかる第一焼結合金は具体的には最終成分の重量％にて
Ｃ０，８−２，５％、　（Ｃｒｓ　Ｗ　％　Ｔｉ、Ｎｂ
、Ｃ０１ｉＡｏ）のうち一種又は二種以上を台用で５〜
３０％含み、残部実質的に１７’ｅに１：り左る焼結合
金であるととが望ましい。Ｃは炭化物形成と基地組織の
調整のため添加するが、０．８％未満であると炭化物量
に不足し必要な面ｊ摩耗性が得られず、２．５％を超え
た場合に冷却速度によってセメンタイトが生じる他、炭
化物量が過大と々す１著しく脆化するため０．８〜２．
５％で選択される。

一方（Ｃｒｓ　Ｗ　％　Ｔｌ、ＮｂＸＣ０％　ＭＯ）は
炭化物又は複合炭化物、あるいはＦｅ　　Ｍｏの如き硬
質粒子として作用する他１基地中に固溶して面１熱性、
耐食性の効果を向上するものであるが、５９６未満であ
ると、硬質粒子の量が過少となり、面ｊ摩耗性に劣り３
０９６を超えた場合に硬質粒子が過多となるばかりか、
基地の脆化が著しく、（ＣｒＸＭＯ％　Ｔｊ−ｓ　Ｎｂ
Ｘ０％　ＭＯ）はその合川で５〜３０％で選択されねば
ならない。

さらに耐熱性及び面１食性を要するものにおいては（Ｎ
ｊ、Ｃｒｓ　Ｃｕ）のうち一種又は二種以上を１゜０〜
３．０％添加することも場合によって効果的である。

このような第一焼結合金としては例えば特公昭５１−１
３０９３号、特公昭５１−４４４８３号、特開昭５１−
９８６１０号、特開昭５３−８１４１０号、特開昭５５
−１６４０５７号、等の先行技術によるバルブシートを
調整して用いることができるものであり＼さらに熱伝導
性の改善を目的として溶浸処理を施すことも望ましい。

以上記した如く本発明複合バルブシートは空孔量が太く
強度には劣るものの耐摩耗性には優れる第一焼結合金と
、著しく強度及び熱疲労強度及び熱伝導性に優れるため
極めて空孔量を減じた特別な第二焼結合金とを各々固相
焼結して得られることにより、複合バルブシート全体と
しての耐摩耗性及び耐熱疲労性１熱伝導性及び製品製造
安定性に著しく優れるものであり＼かつ第一第二の焼結
合金の結合強度においても強力なものである。

尚本発明を製造するにあたっては、第一り第二の焼結合
金がいずれも固相焼結であるため１第−１第二焼結合金
は、予め各々同一内外径の圧粉体をプレス成形した後に
組伺ける方法もとりうるが本発明においては第一＼第二
焼結合金の粉末を二層に充填し一体的にプレス成形する
ことによっても充分に本発明複合バルブシートの第一第
二焼結合金の空孔を得ることが可能である。

これは第二焼結合金が１合金元素が栖めて少なく、かつ
微細な粉末を用いることによって、同一成形圧力をもっ
てしても第一焼結合金に比して著しく高密度の圧粉体を
得ることが可能なことによる。

さらに好捷しくは第２図に示す如きプレス成形をするこ
とによって本発明複合パルプシー）・はより容易に為か
つ第二焼結合金の密度を高くなしうる。

１ず通常のプレス機械にちって下パンチ６は固定式であ
るので、下パンチ固定として説明すると（もちろんダイ
固定式のものでは相対的運動はダイと下パンチが逆とな
る）ダイア及び下パンチ６で四重れる空間に漸次第一焼
結合金粉末１１第二焼結合金粉末２を充填した後、１ず
ダイアを固定１７た状態で土パンチ９を下降し１次いで
ダイアを上パンチ９の下降速度のほぼ半分の速度で下降
して１粉末１の圧粉成形を完了した後に＼ダイアの下降
速度を」下パンチ９の速度とほぼ同じ速度で下降し、粉
末２の圧粉成形を完了する。かかるプレス成形によれば
、まず上パンチのみの圧粉によって高い密度の圧粉成形
を要する粉末２の上側部分の目的の密度が得られ−次い
でダイが上パンチの半分の速度で降下することにより、
粉末１及び粉末２は上下方向からほぼ同一の力で成形さ
れるため粉末１には均−寿密度の圧粉成形が達成される
。粉末１は１粉末自体が前記した如く高合金であること
による圧粉密度の限界があり、上記の如き均一に圧粉成
形された後に、ダイと」下パンチが同一速度で下降する
ことによＬ粉末２の下側が強く圧縮成形され、粉末１は
均一であり＼かつ著しく高い密度に圧粉成形される。な
お高い圧粉成形を望む場合に、最終的に上パンチのみを
さらに下げて圧粉成形するととも可能である。

尚粉末１と粉末２を逆の順に充填したものでは粉末２上
に一担空間を形成１７て後に、ダイと上パンチを同一速
度で下降し、次いでダイを上パンチのほぼ半分の速度で
下降し、」下パンチのみを下降することによって得られ
るものであり）要はダイと」下パンチ、下パンチの相対
的移動が、始めに粉末２側のパンチで圧粉り、次いで上
下両パンチが同一速度で圧粉し、最後に粉末１側のパン
チで圧粉することによって達成されるものである。

この粉末１＼２の配着については翫バルブシート摺動面
を創形したパンチが」−下いずれかによって決定するも
のであるが１これは一般に」−パンチ側に設けた方がプ
レス成形作業性の点で優れるため蔦粉末Ｉを」二側に充
填することが望ましい。

尚コアロッド８についてはダイアど同一に動くものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例断面図。第２図は本発明の製造
方法を示す断面図６ 旬月の説明 １：第一焼結合金　　　　　２：第二焼結合金６：下バ
ンチ　　　　　　　７：ダイ ９：上パンチ 特許出願人 日本ピストシリング株式会社 ３ 第］図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）二種の異方る焼結合金によりなる複合バルブシー
   トにおいて、 バルブ摺動面を形成する第一焼結合金と、主としてシリ
   ンダヘッドとの嵌合部を形成する第二焼結合金とにより
   なシ、該第二焼結合金がイ均径５〜３０μの空孔が容積
   ％にして４〜１０％の焼結空孔を有する固相鉄系焼結合
   金であり、かつ前記第一焼結合金が空孔の容積％にして
   １１〜１９％の焼結空孔を有する固相鉄系焼結合金であ
   ることを特徴とする複合バルブシート。
2. （２）前記第二焼結合金が平均粒径１００μ以下の粉末
   を圧粉成形されて々ることを特徴とする特許