JP3361113B2 - バルブシートおよびバルブ - Google Patents
バルブシートおよびバルブInfo
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Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Lift Valve (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はバルブシートおよびバル
ブに関し、さらに詳しくは、特に高性能エンジンに好適
に用いられるバルブシートおよびチタン（Ｔｉ）合金製
のバルブに関する。
ブに関し、さらに詳しくは、特に高性能エンジンに好適
に用いられるバルブシートおよびチタン（Ｔｉ）合金製
のバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばレース用２輪車、レース用４輪車
には、小型・軽量でしかも高出力の高性能エンジンが搭
載されている。
には、小型・軽量でしかも高出力の高性能エンジンが搭
載されている。
【０００３】ところで、エンジンの構成部品のなかで
も、バルブについては、軽量化がエンジンの性能向上に
直接結び付くことから、特に高性能エンジンにおいては
従来の鋼製バルブフェース部に代えてチタン（Ｔｉ）合
金からなるバルブフェース部を有するバルブが用いられ
るに至っている。そして、上記のチタン（Ｔｉ）合金と
しては、Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖが一般に用いられてい
る。
も、バルブについては、軽量化がエンジンの性能向上に
直接結び付くことから、特に高性能エンジンにおいては
従来の鋼製バルブフェース部に代えてチタン（Ｔｉ）合
金からなるバルブフェース部を有するバルブが用いられ
るに至っている。そして、上記のチタン（Ｔｉ）合金と
しては、Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖが一般に用いられてい
る。
【０００４】一方、このようなチタン（Ｔｉ）合金製の
バルブフェース部を有する従来の高性能エンジンにおい
て、バルブシートにはＣｕ−Ｂｅ系の材料からなるもの
が用いられている。
バルブフェース部を有する従来の高性能エンジンにおい
て、バルブシートにはＣｕ−Ｂｅ系の材料からなるもの
が用いられている。
【０００５】このようにＴｉ−６％Ａｌ−４％Ｖにより
形成されてなるバルブフェース部を有するバルブと、Ｃ
ｕ−Ｂｅ系の材料からなるバルブシートとが組み合わさ
れて構成されたエンジンにおいては、バルブ材料にチタ
ン合金（Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ）が用いられているた
め、従来の鋼製バルブに比較してバルブ重量が６割程度
になり、軽量化が達成され、その結果、高回転化による
出力の向上、低フリクション化による燃費の向上等が図
られることになる。
形成されてなるバルブフェース部を有するバルブと、Ｃ
ｕ−Ｂｅ系の材料からなるバルブシートとが組み合わさ
れて構成されたエンジンにおいては、バルブ材料にチタ
ン合金（Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ）が用いられているた
め、従来の鋼製バルブに比較してバルブ重量が６割程度
になり、軽量化が達成され、その結果、高回転化による
出力の向上、低フリクション化による燃費の向上等が図
られることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖが用いられてなるバルブはチタ
ン（Ｔｉ）元素特有の焼付き易さを解消したものではな
く、また、上記のＣｕ−Ｂｅ系の材料からなるバルブシ
ートは、鉄（Ｆｅ）系バルブシートと比較して塑性変形
や摩耗が生じ易いという欠点があった。したがって、従
来のチタン合金（Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ）製バルブと
Ｃｕ−Ｂｅ系の材料からなるバルブシートとが組み合わ
されて構成されているエンジンは耐久性に乏しいという
問題があった。このため、このようなバルブとバルブシ
ートとの組み合わせは市販車に適用されるまでには至っ
ていない。
Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖが用いられてなるバルブはチタ
ン（Ｔｉ）元素特有の焼付き易さを解消したものではな
く、また、上記のＣｕ−Ｂｅ系の材料からなるバルブシ
ートは、鉄（Ｆｅ）系バルブシートと比較して塑性変形
や摩耗が生じ易いという欠点があった。したがって、従
来のチタン合金（Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ）製バルブと
Ｃｕ−Ｂｅ系の材料からなるバルブシートとが組み合わ
されて構成されているエンジンは耐久性に乏しいという
問題があった。このため、このようなバルブとバルブシ
ートとの組み合わせは市販車に適用されるまでには至っ
ていない。
【０００７】本発明は、かかる事情に基づいてなされた
ものであり、本発明の目的は、軽量化による高回転化お
よび低フリクション化を達成し得るとともに焼付きが発
生しにくいバルブと、このバルブと組み合わされて用い
られても塑性変形や摩耗が生じにくく、上記のバルブと
好適に組み合わせ使用可能なバルブシートとを提供する
ことにより、長期耐久性に優れた高性能エンジンを実現
することのできるバルブシートおよびバルブを提供する
ことにある。
ものであり、本発明の目的は、軽量化による高回転化お
よび低フリクション化を達成し得るとともに焼付きが発
生しにくいバルブと、このバルブと組み合わされて用い
られても塑性変形や摩耗が生じにくく、上記のバルブと
好適に組み合わせ使用可能なバルブシートとを提供する
ことにより、長期耐久性に優れた高性能エンジンを実現
することのできるバルブシートおよびバルブを提供する
ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の構成は、内燃機関用のバルブシートとバル
ブの組合せであって、該バルブシートが、炭素（Ｃ）
０．４〜１．５重量％ならびに銅（Ｃｕ）、コバルト
（Ｃｏ）およびニッケル（Ｎｉ）よりなる群から選択さ
れる少なくとも１種の元素０．５〜１０．０重量％を含
有し、残部が実質的に鉄（Ｆｅ）であるとともにビッカ
ース硬度Ｈｖが１７０〜３５０の範囲に調整された鉄
（Ｆｅ）合金からなり、該バルブが、コバルト（Ｃｏ）
もしくはニッケル（Ｎｉ）７〜１３重量％またはコバル
ト（Ｃｏ）とニッケル（Ｎｉ）との合計７〜１３重量
％、アルミニウム（Ａｌ）３〜７重量％を含有するとと
もにビッカース硬度Ｈｖが３５０〜５５０の範囲に調整
されたチタン（Ｔｉ）合金からなるバルブフェース部を
有することを特徴とする内燃機関用のバルブシートとバ
ルブであり、 前記バルブシートが、さらに硬質粒子を
０．５〜１０．０重量％の割合で含有する上記の内燃機
関用のバルブシートとバルブであり、 前記バルブシート
が、さらに鉛（Ｐｂ）を５．０〜２０．０重量％の割合
で含有する上記の内燃機関用のバルブシートとバルブで
あり、 前記バルブシートが、さらに硫化物を０．５〜
５．０重量％の割合で含有する上記の内燃機関用のバル
ブシートとバルブであり、 前記バルブのバルブフェース
部を構成するチタン（Ｔｉ）合金が、さらにその他の元
素を５重量％以下の割合で含有する上記の内燃機関用の
バルブシートとバルブである。
めの本発明の構成は、内燃機関用のバルブシートとバル
ブの組合せであって、該バルブシートが、炭素（Ｃ）
０．４〜１．５重量％ならびに銅（Ｃｕ）、コバルト
（Ｃｏ）およびニッケル（Ｎｉ）よりなる群から選択さ
れる少なくとも１種の元素０．５〜１０．０重量％を含
有し、残部が実質的に鉄（Ｆｅ）であるとともにビッカ
ース硬度Ｈｖが１７０〜３５０の範囲に調整された鉄
（Ｆｅ）合金からなり、該バルブが、コバルト（Ｃｏ）
もしくはニッケル（Ｎｉ）７〜１３重量％またはコバル
ト（Ｃｏ）とニッケル（Ｎｉ）との合計７〜１３重量
％、アルミニウム（Ａｌ）３〜７重量％を含有するとと
もにビッカース硬度Ｈｖが３５０〜５５０の範囲に調整
されたチタン（Ｔｉ）合金からなるバルブフェース部を
有することを特徴とする内燃機関用のバルブシートとバ
ルブであり、 前記バルブシートが、さらに硬質粒子を
０．５〜１０．０重量％の割合で含有する上記の内燃機
関用のバルブシートとバルブであり、 前記バルブシート
が、さらに鉛（Ｐｂ）を５．０〜２０．０重量％の割合
で含有する上記の内燃機関用のバルブシートとバルブで
あり、 前記バルブシートが、さらに硫化物を０．５〜
５．０重量％の割合で含有する上記の内燃機関用のバル
ブシートとバルブであり、 前記バルブのバルブフェース
部を構成するチタン（Ｔｉ）合金が、さらにその他の元
素を５重量％以下の割合で含有する上記の内燃機関用の
バルブシートとバルブである。
【０００９】以下に本発明のバルブシートおよびバルブ
のそれぞれについて、形成材料の構成成分等を説明す
る。 −バルブシート− 本発明のバルブシートは、炭素（Ｃ）および銅（Ｃｕ）
を含有し、残部が実質的に鉄（Ｆｅ）である鉄（Ｆｅ）
合金により形成されている。ここで、残部が実質的にと
は、製造工程において不可避的に混入する微量成分を排
除しない意味である。
のそれぞれについて、形成材料の構成成分等を説明す
る。 −バルブシート− 本発明のバルブシートは、炭素（Ｃ）および銅（Ｃｕ）
を含有し、残部が実質的に鉄（Ｆｅ）である鉄（Ｆｅ）
合金により形成されている。ここで、残部が実質的にと
は、製造工程において不可避的に混入する微量成分を排
除しない意味である。
【００１０】この鉄（Ｆｅ）合金における上記の炭素
（Ｃ）成分は、焼結性およびバルブシートとしての強度
を維持する作用を有している。このような作用を有する
炭素（Ｃ）成分の含有割合は０．４重量％〜１．５重量
％、好ましくは０．６重量％〜１．３重量％である。こ
の含有割合が０．４重量％未満であると、焼結性および
バルブシートとしての強度が維持されなくなることがあ
る。一方、１．５重量％を超えると、セメンタイトの析
出が発生してバルブシートの脆化が著しくなる。
（Ｃ）成分は、焼結性およびバルブシートとしての強度
を維持する作用を有している。このような作用を有する
炭素（Ｃ）成分の含有割合は０．４重量％〜１．５重量
％、好ましくは０．６重量％〜１．３重量％である。こ
の含有割合が０．４重量％未満であると、焼結性および
バルブシートとしての強度が維持されなくなることがあ
る。一方、１．５重量％を超えると、セメンタイトの析
出が発生してバルブシートの脆化が著しくなる。
【００１１】また、本発明のバルブシートを形成する鉄
（Ｆｅ）合金は、上記の炭素（Ｃ）成分とともに銅（Ｃ
ｕ）成分、コバルト（Ｃｏ）成分およびニッケル（Ｎ
ｉ）成分よりなる群から選択される少なくとも１種の元
素を含有している。
（Ｆｅ）合金は、上記の炭素（Ｃ）成分とともに銅（Ｃ
ｕ）成分、コバルト（Ｃｏ）成分およびニッケル（Ｎ
ｉ）成分よりなる群から選択される少なくとも１種の元
素を含有している。
【００１２】銅（Ｃｕ）成分、コバルト（Ｃｏ）成分お
よびニッケル（Ｎｉ）成分よりなる群から選択される１
種または２種以上の成分は、パーライト基地を安定させ
るとともに基地を強化させて耐摩耗性を向上させる作用
を有している。
よびニッケル（Ｎｉ）成分よりなる群から選択される１
種または２種以上の成分は、パーライト基地を安定させ
るとともに基地を強化させて耐摩耗性を向上させる作用
を有している。
【００１３】上記の鉄（Ｆｅ）合金における銅（Ｃｕ）
成分、コバルト（Ｃｏ）成分およびニッケル（Ｎｉ）成
分よりなる群から選択される少なくとも１種の元素の含
有割合は０．５重量％〜１０重量％、好ましくは２．０
重量％〜５．０重量％である。この含有割合が０．５重
量％未満であると、上記の作用が充分に奏されないこと
がある。一方、１０重量％を超えると、焼結性および強
度の点で実用的なものではなくなることがある。
成分、コバルト（Ｃｏ）成分およびニッケル（Ｎｉ）成
分よりなる群から選択される少なくとも１種の元素の含
有割合は０．５重量％〜１０重量％、好ましくは２．０
重量％〜５．０重量％である。この含有割合が０．５重
量％未満であると、上記の作用が充分に奏されないこと
がある。一方、１０重量％を超えると、焼結性および強
度の点で実用的なものではなくなることがある。
【００１４】このバルブシートを形成する上記の鉄（Ｆ
ｅ）合金は、上記の炭素（Ｃ）成分ならびに銅（Ｃｕ）
成分、コバルト（Ｃｏ）成分およびニッケル（Ｎｉ）成
分よりなる群から選択される少なくとも１種の元素とと
もに硬質粒子を含有していてもよい。この硬質粒子は基
地中に分散されて耐摩耗性を向上させる作用を有する。
ここで、硬質粒子としては、たとえばステライト合金
（Ｗ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｃ、Ｗ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｃ−Ｆｅ）、
イートナイト系合金、Ｍｏ−Ｆｅ、各種セラミックス
（炭化物、酸化物、窒化物等）などの化合物の粒子粉が
挙げられる。また、この硬質粒子のビッカース硬度Ｈｖ
は、通常、８００以上である。
ｅ）合金は、上記の炭素（Ｃ）成分ならびに銅（Ｃｕ）
成分、コバルト（Ｃｏ）成分およびニッケル（Ｎｉ）成
分よりなる群から選択される少なくとも１種の元素とと
もに硬質粒子を含有していてもよい。この硬質粒子は基
地中に分散されて耐摩耗性を向上させる作用を有する。
ここで、硬質粒子としては、たとえばステライト合金
（Ｗ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｃ、Ｗ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｃ−Ｆｅ）、
イートナイト系合金、Ｍｏ−Ｆｅ、各種セラミックス
（炭化物、酸化物、窒化物等）などの化合物の粒子粉が
挙げられる。また、この硬質粒子のビッカース硬度Ｈｖ
は、通常、８００以上である。
【００１５】このような硬質粒子の含有割合は０．５重
量％〜１０重量％、好ましくは３．０重量％〜８．０重
量％である。この含有割合が０．５重量％未満である
と、耐摩耗性を向上させるという上記の作用が充分に奏
されないことがある。一方、１０重量％を超えると、相
手バルブの摩耗を促進してしまうことがある。
量％〜１０重量％、好ましくは３．０重量％〜８．０重
量％である。この含有割合が０．５重量％未満である
と、耐摩耗性を向上させるという上記の作用が充分に奏
されないことがある。一方、１０重量％を超えると、相
手バルブの摩耗を促進してしまうことがある。
【００１６】また、上記の鉄（Ｆｅ）合金は、上記の炭
素（Ｃ）成分ならびに銅（Ｃｕ）成分、コバルト（Ｃ
ｏ）成分およびニッケル（Ｎｉ）成分よりなる群から選
択される少なくとも１種の元素と、必要に応じて添加さ
れることのある上記の硬質粒子とともに、さらに鉛（Ｐ
ｂ）または硫化物を含有していてもよい。
素（Ｃ）成分ならびに銅（Ｃｕ）成分、コバルト（Ｃ
ｏ）成分およびニッケル（Ｎｉ）成分よりなる群から選
択される少なくとも１種の元素と、必要に応じて添加さ
れることのある上記の硬質粒子とともに、さらに鉛（Ｐ
ｂ）または硫化物を含有していてもよい。
【００１７】ここで、鉛（Ｐｂ）または硫化物は、いず
れもバルブシートを形成する鉄（Ｆｅ）合金に自己潤滑
性を付与して耐摩耗性を向上させる作用を有している。
このような鉛（Ｐｂ）の含有割合は５．０重量％〜２０
重量％、好ましくは１０．０重量％〜１５．０重量％で
ある。この含有割合が５．０重量％未満であると、バル
ブシートに自己潤滑性を付与して耐摩耗性を向上させる
という上記の作用が充分に奏されないことがある。一
方、２０重量％を超えると、スケルトン密度が低すぎて
強度不足を招くことがある。
れもバルブシートを形成する鉄（Ｆｅ）合金に自己潤滑
性を付与して耐摩耗性を向上させる作用を有している。
このような鉛（Ｐｂ）の含有割合は５．０重量％〜２０
重量％、好ましくは１０．０重量％〜１５．０重量％で
ある。この含有割合が５．０重量％未満であると、バル
ブシートに自己潤滑性を付与して耐摩耗性を向上させる
という上記の作用が充分に奏されないことがある。一
方、２０重量％を超えると、スケルトン密度が低すぎて
強度不足を招くことがある。
【００１８】バルブシートに自己潤滑性を付与して耐摩
耗性を向上させるために上記の硫化物を用いる場合、こ
の硫化物の含有割合は０．５重量％〜５．０重量％、好
ましくは１．０重量％〜３．０重量％である。この含有
割合が０．５重量％未満であると、自己潤滑性を付与し
て耐摩耗性を向上させるという上記の作用が充分に奏さ
れないことがある。一方、５．０重量％を超えると、粒
子間結合強度が低下して強度不足を招くことがある。こ
こで、硫化物としては、たとえばＭｎＳ、ＭｏＳ2 、Ｗ
Ｓ2 、ＦｅＳなどが挙げられる。
耗性を向上させるために上記の硫化物を用いる場合、こ
の硫化物の含有割合は０．５重量％〜５．０重量％、好
ましくは１．０重量％〜３．０重量％である。この含有
割合が０．５重量％未満であると、自己潤滑性を付与し
て耐摩耗性を向上させるという上記の作用が充分に奏さ
れないことがある。一方、５．０重量％を超えると、粒
子間結合強度が低下して強度不足を招くことがある。こ
こで、硫化物としては、たとえばＭｎＳ、ＭｏＳ2 、Ｗ
Ｓ2 、ＦｅＳなどが挙げられる。
【００１９】上記の各成分を含有し、バルブシートの形
成材料に用いられる鉄（Ｆｅ）合金は、そのビッカース
硬度Ｈｖが１７０〜３５０の範囲に調整されている。ビ
ッカース硬度Ｈｖを上記の範囲とするのは、後に詳述す
るバルブと組合わされて使用された場合の摩耗や塑性変
形を防止するためである。
成材料に用いられる鉄（Ｆｅ）合金は、そのビッカース
硬度Ｈｖが１７０〜３５０の範囲に調整されている。ビ
ッカース硬度Ｈｖを上記の範囲とするのは、後に詳述す
るバルブと組合わされて使用された場合の摩耗や塑性変
形を防止するためである。
【００２０】このバルブシートは、チタン（Ｔｉ）合金
製のバルブフェース部を有するバルブと好適に組合わせ
使用可能であり、次に詳述する本発明のバルブとは特に
好適に組合わせて使用可能である。
製のバルブフェース部を有するバルブと好適に組合わせ
使用可能であり、次に詳述する本発明のバルブとは特に
好適に組合わせて使用可能である。
【００２１】−バルブ−
図１に示す本発明のバルブ１は、コバルト（Ｃｏ）もし
くはニッケル（Ｎｉ）またはこれら両者とアルミニウム
（Ａｌ）とを含有するチタン合金からなるバルブフェー
ス部２を有している。
くはニッケル（Ｎｉ）またはこれら両者とアルミニウム
（Ａｌ）とを含有するチタン合金からなるバルブフェー
ス部２を有している。
【００２２】ここで、上記のコバルト（Ｃｏ）もしくは
ニッケル（Ｎｉ）またはこれら両者は、Ｔｉ2 Ｃｏ系金
属間化合物もしくはＴｉ2 Ｎｉ系金属間化合物またはこ
れら両者を析出させてバルブフェースの焼き付きを生じ
にくくするとともに、耐摩耗性を向上させる作用を有し
ている。
ニッケル（Ｎｉ）またはこれら両者は、Ｔｉ2 Ｃｏ系金
属間化合物もしくはＴｉ2 Ｎｉ系金属間化合物またはこ
れら両者を析出させてバルブフェースの焼き付きを生じ
にくくするとともに、耐摩耗性を向上させる作用を有し
ている。
【００２３】バルブフェース部２を形成するチタン（Ｔ
ｉ）合金におけるコバルト（Ｃｏ）もしくはニッケル
（Ｎｉ）またはコバルト（Ｃｏ）とニッケル（Ｎｉ）と
の合計の含有割合は７重量％〜１３重量％である。この
含有割合が７重量％未満であると、Ｔｉ2 Ｃｏ系金属間
化合物もしくはＴｉ2 Ｎｉ系金属間化合物またはこれら
両者の析出が減少し、バルブフェースの焼き付きを生じ
にくくするとともに耐摩耗性を向上させるという上記の
作用が充分に奏されなくなることがある。一方、上記の
チタン（Ｔｉ）合金におけるコバルト（Ｃｏ）、ニッケ
ル（Ｎｉ）またはこれら両者の含有割合が１３重量％を
超えると、バルブフェース部２の脆化を招く。
ｉ）合金におけるコバルト（Ｃｏ）もしくはニッケル
（Ｎｉ）またはコバルト（Ｃｏ）とニッケル（Ｎｉ）と
の合計の含有割合は７重量％〜１３重量％である。この
含有割合が７重量％未満であると、Ｔｉ2 Ｃｏ系金属間
化合物もしくはＴｉ2 Ｎｉ系金属間化合物またはこれら
両者の析出が減少し、バルブフェースの焼き付きを生じ
にくくするとともに耐摩耗性を向上させるという上記の
作用が充分に奏されなくなることがある。一方、上記の
チタン（Ｔｉ）合金におけるコバルト（Ｃｏ）、ニッケ
ル（Ｎｉ）またはこれら両者の含有割合が１３重量％を
超えると、バルブフェース部２の脆化を招く。
【００２４】また、このチタン（Ｔｉ）合金に含有され
るアルミニウム（Ａｌ）は、母相と前記のＴｉ2 Ｃｏ系
金属間化合物、Ｔｉ2 Ｎｉ系金属間化合物またはこれら
両者を強化して耐摩耗性の向上を図る作用を有する。
るアルミニウム（Ａｌ）は、母相と前記のＴｉ2 Ｃｏ系
金属間化合物、Ｔｉ2 Ｎｉ系金属間化合物またはこれら
両者を強化して耐摩耗性の向上を図る作用を有する。
【００２５】バルブフェース部２を形成するチタン（Ｔ
ｉ）合金における上記のアルミニウム（Ａｌ）の含有割
合は３重量％〜７重量％である。この含有割合が３重量
％未満であると、上記の作用が充分に奏されないことが
ある。一方、７重量％を超えると、バルブフェース部２
の脆化を招く。
ｉ）合金における上記のアルミニウム（Ａｌ）の含有割
合は３重量％〜７重量％である。この含有割合が３重量
％未満であると、上記の作用が充分に奏されないことが
ある。一方、７重量％を超えると、バルブフェース部２
の脆化を招く。
【００２６】このようにコバルト（Ｃｏ）もしくはニッ
ケル（Ｎｉ）またはこれら両者を７重量％〜１３重量％
の割合で含有するとともにアルミニウム（Ａｌ）を３重
量％〜７重量％の割合で含有する上記のチタン（Ｔｉ）
合金は、さらにその他の成分元素を５重量％以下の割合
で含有していてもよい。
ケル（Ｎｉ）またはこれら両者を７重量％〜１３重量％
の割合で含有するとともにアルミニウム（Ａｌ）を３重
量％〜７重量％の割合で含有する上記のチタン（Ｔｉ）
合金は、さらにその他の成分元素を５重量％以下の割合
で含有していてもよい。
【００２７】その他の成分元素は、上記のチタン（Ｔ
ｉ）合金を肉盛り施工する場合には、バルブ素材成分か
らの希釈による混入等により含有されるものであり、そ
のような元素としては、たとえばバナジウム（Ｖ）、ク
ロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、すず（Ｓｎ）、ジ
ルコニウム（Ｚｒ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）などが挙
げられる。ただし、このようなその他の成分元素の含有
割合が５重量％を超えると、場合によってはバルブフェ
ース部２の脆化を招く。また特に、酸素（Ｏ）、窒素
（Ｎ）については、バルブフェース部２の脆化を避ける
ために０．５重量％以下に抑えることが望ましい。
ｉ）合金を肉盛り施工する場合には、バルブ素材成分か
らの希釈による混入等により含有されるものであり、そ
のような元素としては、たとえばバナジウム（Ｖ）、ク
ロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、すず（Ｓｎ）、ジ
ルコニウム（Ｚｒ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）などが挙
げられる。ただし、このようなその他の成分元素の含有
割合が５重量％を超えると、場合によってはバルブフェ
ース部２の脆化を招く。また特に、酸素（Ｏ）、窒素
（Ｎ）については、バルブフェース部２の脆化を避ける
ために０．５重量％以下に抑えることが望ましい。
【００２８】このチタン（Ｔｉ）合金は、そのビッカー
ス硬度Ｈｖが３５０〜５５０の範囲に調整されている。
ビッカース硬度Ｈｖを上記の範囲とするのは充分な靭性
を確保するためである。したがって、上記のチタン（Ｔ
ｉ）合金のビッカース硬度Ｈｖが上記の範囲を外れる
と、バルブフェース部２の靭性が充分ではなくなる。
ス硬度Ｈｖが３５０〜５５０の範囲に調整されている。
ビッカース硬度Ｈｖを上記の範囲とするのは充分な靭性
を確保するためである。したがって、上記のチタン（Ｔ
ｉ）合金のビッカース硬度Ｈｖが上記の範囲を外れる
と、バルブフェース部２の靭性が充分ではなくなる。
【００２９】このバルブは鉄（Ｆｅ）合金からなるバル
ブシートと好適に組合わせ使用可能であり、ビッカース
硬度Ｈｖが１７０〜３５０の範囲に調整された鉄（Ｆ
ｅ）合金からなるバルブシートとは特に好適に組合わせ
使用が可能である。
ブシートと好適に組合わせ使用可能であり、ビッカース
硬度Ｈｖが１７０〜３５０の範囲に調整された鉄（Ｆ
ｅ）合金からなるバルブシートとは特に好適に組合わせ
使用が可能である。
【００３０】
【実施例】次に、本発明の実施例および比較例を挙げ、
本発明についてさらに具体的に説明する。 （実施例１）チタン合金（Ｔｉ）粉末（Ｃｏ：１０重量
％、Ａｌ：６重量％、Ｖ：４重量％、Ｏ：０．１重量
％、残部Ｔｉ）を、チタン合金（Ｔｉ−６％Ａｌ−４％
Ｖ）からなる吸気バルブ母材に肉盛りしてバルブフェー
ス部を形成し、さらに熱処理を行なって吸気バルブを作
製した。
本発明についてさらに具体的に説明する。 （実施例１）チタン合金（Ｔｉ）粉末（Ｃｏ：１０重量
％、Ａｌ：６重量％、Ｖ：４重量％、Ｏ：０．１重量
％、残部Ｔｉ）を、チタン合金（Ｔｉ−６％Ａｌ−４％
Ｖ）からなる吸気バルブ母材に肉盛りしてバルブフェー
ス部を形成し、さらに熱処理を行なって吸気バルブを作
製した。
【００３１】一方、鉄（Ｆｅ）合金粉末（Ｃ：１．５重
量％、Ｃｕ：１．０重量％、残部Ｆｅ）をバルブシート
の形状に圧縮成形し、その後、得られた圧縮成形品の焼
結処理を行なってから冷却することによりバルブシート
母材を作成した。なお、焼結処理にはＡＸガス炉を使用
し、温度１１６０℃で４５分間焼結した。また、冷却速
度は、１６℃／分とした。このようにして得られたバル
ブシート母材に鉛（Ｐｂ）含浸法により鉛（Ｐｂ）を含
浸させて鉄（Ｆｅ）合金（Ｃ：１．５重量％、Ｃｕ：
１．０重量％、Ｐｂ：１０重量％、残部Ｆｅ）からなる
バルブシートを作製した。
量％、Ｃｕ：１．０重量％、残部Ｆｅ）をバルブシート
の形状に圧縮成形し、その後、得られた圧縮成形品の焼
結処理を行なってから冷却することによりバルブシート
母材を作成した。なお、焼結処理にはＡＸガス炉を使用
し、温度１１６０℃で４５分間焼結した。また、冷却速
度は、１６℃／分とした。このようにして得られたバル
ブシート母材に鉛（Ｐｂ）含浸法により鉛（Ｐｂ）を含
浸させて鉄（Ｆｅ）合金（Ｃ：１．５重量％、Ｃｕ：
１．０重量％、Ｐｂ：１０重量％、残部Ｆｅ）からなる
バルブシートを作製した。
【００３２】次に、上記のようにして得られた吸気バル
ブおよびバルブシートのそれぞれについてビッカース硬
度Ｈｖを測定するとともに摩耗性試験を行なって吸気バ
ルブの摩耗量およびバルブシートの摩耗量を測定した。
ブおよびバルブシートのそれぞれについてビッカース硬
度Ｈｖを測定するとともに摩耗性試験を行なって吸気バ
ルブの摩耗量およびバルブシートの摩耗量を測定した。
【００３３】形成材料の合金の組成および測定結果を表
１および表２に示す。なお、ビッカース硬度Ｈｖは次の
ようにして測定し、また摩耗性試験は次のようにして行
なった。
１および表２に示す。なお、ビッカース硬度Ｈｖは次の
ようにして測定し、また摩耗性試験は次のようにして行
なった。
【００３４】ビッカース硬度Ｈｖの測定；吸気バルブの
バルブフェース部およびバルブシートのそれぞれについ
てマイクロビッーカースにより硬度を測定した。
バルブフェース部およびバルブシートのそれぞれについ
てマイクロビッーカースにより硬度を測定した。
【００３５】摩耗性試験；図２に示した弁座摩耗試験機
を使用して下記の条件で吸気バルブおよびバルブシート
の摩耗を測定した。なお、図２に示した弁座摩耗試験機
において、１０は熱源、２０はバルブシートである。
を使用して下記の条件で吸気バルブおよびバルブシート
の摩耗を測定した。なお、図２に示した弁座摩耗試験機
において、１０は熱源、２０はバルブシートである。
【００３６】試験温度：２５０℃（シート面温度）
カム回転数：３，０００ｒ．ｐ．ｍ
バルブローテーション：１０ｒ．ｐ．ｍ
バルブリフト：７．５ｍｍ
スプリング荷重：２４ｋｇｆ（着座時）
コンタクト数：８×１０5 回
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
（実施例２〜１０）前記実施例１において、同例で用い
たチタン（Ｔｉ）合金粉末に代えて表１に示した組成の
チタン（Ｔｉ）合金粉末を用いたほかは前記実施例１に
準じて吸気バルブを作製するとともに前記実施例１で用
いた鉄（Ｆｅ）合金粉末に代えて表１に示した組成の鉄
（Ｆｅ）合金粉末を用いたほかは前記実施例１に準じて
バルブシートを作製し、得られた吸気バルブおよびバル
ブシートのそれぞれについて前記実施例１と同様にして
ビッカース硬度Ｈｖおよび摩耗量を測定した。
たチタン（Ｔｉ）合金粉末に代えて表１に示した組成の
チタン（Ｔｉ）合金粉末を用いたほかは前記実施例１に
準じて吸気バルブを作製するとともに前記実施例１で用
いた鉄（Ｆｅ）合金粉末に代えて表１に示した組成の鉄
（Ｆｅ）合金粉末を用いたほかは前記実施例１に準じて
バルブシートを作製し、得られた吸気バルブおよびバル
ブシートのそれぞれについて前記実施例１と同様にして
ビッカース硬度Ｈｖおよび摩耗量を測定した。
【００３９】形成材料の合金の組成および測定結果を表
１および表２に示す。 （比較例１）前記実施例１において、同例で用いたチタ
ン（Ｔｉ）合金粉末に代えて表１に示した組成の鉄（Ｆ
ｅ）合金粉末を用いたほかは前記実施例１に準じて吸気
バルブを作製するとともに前記実施例１で用いた鉄（Ｆ
ｅ）合金粉末に代えて表１に示した組成の鉄（Ｆｅ）合
金粉末を用いたほかは前記実施例１に準じてバルブシー
トを作製し、得られた吸気バルブおよびバルブシートの
それぞれについて前記実施例１と同様にしてビッカース
硬度Ｈｖおよび摩耗量を測定した。
１および表２に示す。 （比較例１）前記実施例１において、同例で用いたチタ
ン（Ｔｉ）合金粉末に代えて表１に示した組成の鉄（Ｆ
ｅ）合金粉末を用いたほかは前記実施例１に準じて吸気
バルブを作製するとともに前記実施例１で用いた鉄（Ｆ
ｅ）合金粉末に代えて表１に示した組成の鉄（Ｆｅ）合
金粉末を用いたほかは前記実施例１に準じてバルブシー
トを作製し、得られた吸気バルブおよびバルブシートの
それぞれについて前記実施例１と同様にしてビッカース
硬度Ｈｖおよび摩耗量を測定した。
【００４０】形成材料の合金の組成および測定結果を表
３および表４に示す。
３および表４に示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】
【表４】
（比較例２〜１１）前記実施例１において、同例で用い
たチタン（Ｔｉ）合金粉末に代えて表１に示した組成の
チタン（Ｔｉ）合金粉末を用いたほかは前記実施例１に
準じて吸気バルブを作製するとともに前記実施例１で用
いた鉄（Ｆｅ）合金粉末に代えて表１に示した組成の合
金粉末を用いたほかは前記実施例１に準じてバルブシー
トを作製し、得られた吸気バルブおよびバルブシートの
それぞれについて前記実施例１と同様にしてビッカース
硬度Ｈｖおよび摩耗量を測定した。なお、比較例２〜４
においては、吸気バルブのバルブフェース部の熱処理を
行なわなかった。
たチタン（Ｔｉ）合金粉末に代えて表１に示した組成の
チタン（Ｔｉ）合金粉末を用いたほかは前記実施例１に
準じて吸気バルブを作製するとともに前記実施例１で用
いた鉄（Ｆｅ）合金粉末に代えて表１に示した組成の合
金粉末を用いたほかは前記実施例１に準じてバルブシー
トを作製し、得られた吸気バルブおよびバルブシートの
それぞれについて前記実施例１と同様にしてビッカース
硬度Ｈｖおよび摩耗量を測定した。なお、比較例２〜４
においては、吸気バルブのバルブフェース部の熱処理を
行なわなかった。
【００４３】形成材料の合金の組成および測定結果を表
３および表４に示す。 −結果の検討− 表１乃至表４から明らかなように、実施例の吸気バルブ
およびバルブシートの組み合わせでは比較例の組み合わ
せに比較して吸気バルブのバルブフェース部の摩耗量お
よびバルブシートの摩耗量が減少しており、耐摩耗性が
大巾に向上しているとともに、バルブシートの塑性変形
も生じなかったことから本発明のバルブおよびバルブシ
ートは高出力エンジンの構成部品に好適に利用可能であ
り、長期耐久性に優れていることが確認された。
３および表４に示す。 −結果の検討− 表１乃至表４から明らかなように、実施例の吸気バルブ
およびバルブシートの組み合わせでは比較例の組み合わ
せに比較して吸気バルブのバルブフェース部の摩耗量お
よびバルブシートの摩耗量が減少しており、耐摩耗性が
大巾に向上しているとともに、バルブシートの塑性変形
も生じなかったことから本発明のバルブおよびバルブシ
ートは高出力エンジンの構成部品に好適に利用可能であ
り、長期耐久性に優れていることが確認された。
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、以上の構成としたの
で、軽量でしかも焼き付きを生じにくく、耐摩耗性にも
優れたバルブと、このバルブと好適に組合わせ使用可能
であって耐摩耗性に優れ、塑性変形を生じることのない
バルブシートとを提供することができる。これらのバル
ブシートおよびバルブは高回転・高出力型のいわゆる高
性能エンジンを実現するものであり、しかも長期耐久性
にも優れていることから例えばレース用の高性能エンジ
ンのみならず一般市販車の用途にも好適に利用可能であ
る。
で、軽量でしかも焼き付きを生じにくく、耐摩耗性にも
優れたバルブと、このバルブと好適に組合わせ使用可能
であって耐摩耗性に優れ、塑性変形を生じることのない
バルブシートとを提供することができる。これらのバル
ブシートおよびバルブは高回転・高出力型のいわゆる高
性能エンジンを実現するものであり、しかも長期耐久性
にも優れていることから例えばレース用の高性能エンジ
ンのみならず一般市販車の用途にも好適に利用可能であ
る。
【図１】本発明のバルブの一例の概略を示す側面図であ
る。
る。
【図２】実施例および比較例で使用した摩耗試験機の概
略を示す説明図である。
略を示す説明図である。
１…バルブ
２…バルブフェース部
１０…熱源
２０…バルブシート
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 高橋 輝夫
栃木県下都賀郡野木町野木1111番地 日
本ピストンリング株式会社栃木工場内
(56)参考文献 特開 昭62−164868（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−171858（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−71355（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−13546（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−96662（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−179857（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F01L 3/02
C22C 14/00
C22C 38/00 304
Claims (5)
- 【請求項１】 内燃機関用のバルブシートとバルブの組
合せであって、 該バルブシートが、 炭素（Ｃ）０．４〜１．５重量％な
らびに銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）およびニッケル
（Ｎｉ）よりなる群から選択される少なくとも１種の元
素０．５〜１０．０重量％を含有し、残部が実質的に鉄
（Ｆｅ）であるとともにビッカース硬度Ｈｖが１７０〜
３５０の範囲に調整された鉄（Ｆｅ）合金からなり、 該バルブが、コバルト（Ｃｏ）もしくはニッケル（Ｎ
ｉ）７〜１３重量％またはコバルト（Ｃｏ）とニッケル
（Ｎｉ）との合計７〜１３重量％、アルミニウム（Ａ
ｌ）３〜７重量％を含有するとともにビッカース硬度Ｈ
ｖが３５０〜５５０の範囲に調整されたチタン（Ｔｉ）
合金からなるバルブフェース部を有することを特徴とす
る内燃機関用のバルブシートとバルブ 。 - 【請求項２】 前記バルブシートが、さらに硬質粒子を
０．５〜１０．０重量％の割合で含有する請求項１記載
の内燃機関用のバルブシートとバルブ。 - 【請求項３】 前記バルブシートが、さらに鉛（Ｐｂ）
を５．０〜２０．０重量％の割合で含有する請求項１ま
たは請求項２記載の内燃機関用のバルブシートとバル
ブ。 - 【請求項４】 前記バルブシートが、さらに硫化物を
０．５〜５．０重量％の割合で含有する請求項１または
請求項２記載の内燃機関用のバルブシートとバルブ。 - 【請求項５】 前記バルブのバルブフェース部を構成す
るチタン（Ｔｉ）合金が、さらにその他の元素を５重量
％以下の割合で含有する請求項１乃至請求項４のいずれ
かに記載の内燃機関用のバルブシートとバルブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33835791A JP3361113B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | バルブシートおよびバルブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33835791A JP3361113B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | バルブシートおよびバルブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05171908A JPH05171908A (ja) | 1993-07-09 |
| JP3361113B2 true JP3361113B2 (ja) | 2003-01-07 |
Family
ID=18317393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33835791A Expired - Fee Related JP3361113B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | バルブシートおよびバルブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3361113B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3328753B2 (ja) * | 1993-12-22 | 2002-09-30 | フジオーゼックス株式会社 | 肉盛用Ｆｅ基合金組成物 |
| JPH08303216A (ja) * | 1995-05-08 | 1996-11-19 | Fuji Oozx Inc | 内燃機関用タペットの製造方法 |
| JPH10148106A (ja) * | 1996-11-19 | 1998-06-02 | Fuji Oozx Inc | アルミニウム製内燃機関用タペット及びその製法 |
| JP4193969B2 (ja) | 2002-01-11 | 2008-12-10 | 日立粉末冶金株式会社 | 鉄系焼結合金製内燃機関用バルブガイド |
-
1991
- 1991-12-20 JP JP33835791A patent/JP3361113B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH05171908A (ja) | 1993-07-09 |
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