(57)【要約】【課題】  バルブシートとその組付け受け部とがガルバニ腐食を生じやすい異種金属の組み合せであっても、ガルバニ腐食を阻止できる。【解決手段】  アルミニウム合金製シリンダヘッド２の吸気口６に設けた組付け受け部13に設けられる鉄系バルブシート本体17の表面に酸化鉄膜14を形成する。シリンダヘッド２とバルブシート本体17との間に酸化鉄膜14が介在するので、水を介して組付け受け部13とバルブシート本体17との異種金属接触がなくなり、ガルバニ腐食を阻止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドの吸気口又は排気口に設けた組付け受け部に設けられるバルブシート本体の表面に絶縁層を設け、前記バルブシート本体は鉄系合金からなり、前記絶縁層が酸化鉄膜であることを特徴とするエンジン用バルブシート。
【請求項２】
シリンダヘッドの吸気口又は排気口に設けた組付け受け部に設けられるバルブシート本体の少なくとも前記組付け受け部に対向する表面に絶縁層を設け、前記バルブシート本体は鉄系合金からなり、前記絶縁層が酸化鉄膜であることを特徴とするエンジン用バルブシート。
【請求項３】
シリンダヘッドの吸気口又は排気口に設けた組付け受け部に設けられるバルブシートの製造方法において、バルブシート本体の全表面に絶縁層を形成した後に、該バルブシート本体を前記組付け受け部に組付け、その後バルブシート本体のシート面にある前記絶縁層を除去すると共に前記シート面を加工することを特徴とするバルブシートの製造方法。
【請求項４】
前記バルブシート本体は鉄系合金からなり、その表面をスチーム処理して絶縁層として酸化鉄膜を形成したことを特徴とする請求項３記載のバルブシートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン用バルブシート及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のものとして鉄基焼結合金からなるバルブシートの表面にＦｅ3Ｏ4 を主体とする酸化鉄膜を形成することにより耐摩耗性が向上し、さらに相手攻撃性を減少させることができるので、デーゼルエンジン、ＬＰＧエンジンなどのように燃焼生成物が発生しにくい高出力内燃機関の特に吸気用バルブシートとして対応することができものが公知である。
【０００３】
また、１次焼結した焼結合金に溶浸処理を施した後にほぼ完成寸法まで加工した後、酸化処理してバルブシートが得られることによって、溶浸層による熱伝導性の向上と、バルブ当接面の酸化被膜による耐摩耗性の向上を得られるＬＰＧ機関や水素機関に対応できるものも公知である。
【０００４】
さらに、プレス成形され焼結された後、所定寸法に加工された焼結合金製バルブシートをシリンダヘッドに組付けた後に、水蒸気処理を施し酸化被膜を形成してなるＬＰＧ機関、水素機関或いは高鉛ガソリン機関や排気ガス再循環装置（Ｅ．Ｇ．Ｒ．）に対応できるものも公知である。
【特許文献１】特開平７−１３３７０５公報（段落0012）
【特許文献２】特開昭５８−７７１１４号公報（第１，３頁）
【特許文献３】特開昭５８−７７１１６号公報（第１，２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年排気ガスが比較的清浄であるアルコールを主成分としたエンジン用燃料が普及している。このような燃料を空気と共に吸気口を介して燃焼室内に導入し、そして吸気口に設けた吸気用バルブシートを吸気用バルブで閉じた後に燃料を燃焼して動力を得る。その後排気口に設けた排気用バルブシートを排気用バルブで開いて排気ガスを排出する。
【０００６】
ところで、前記アルコールを主成分としたエンジン用燃料においては、従来のガソリンや軽油に比較して水分が比較的多量に含まれていることがあり、このためアルコールを主成分としたエンジン用燃料が空気と共に吸気用バルブシートを備えた吸気口を介してシリンダー内に導入する際に、吸気用バルブシートとこのバルブシートを組付けるシリンダヘッドの組付け受け部との隙間に水分が浸入するおそれがある。このようにして吸気用バルブシートとその組付け受け部との隙間に水分が介在すると、吸気用バルブシートとその組付け受け部とが異種金属、例えば吸気用バルブシートが鉄系金属、組付け受け部ひいてはシリンダヘッドがアルミニウム系金属であるような異種金属接触の場合にはガルバニ腐食が生ずるおそれがある。すなわち、前記ガルバニ腐食は異種金属が接触してその間に水分があると電気が発生して、マイナス側の金属は腐食するというものであり、アルミニウムと鉄ではアルミニウム側がマイナス側となって腐食が生ずる。この結果、例えばシリンダヘッドにおいて組付け受け部から冷却水路に通じる孔が腐食によって形成されるようなことが懸念される。
【０００７】
しかしながら、前記従来技術においては耐摩耗性等を向上するためにバルブシートに酸化鉄膜等を形成したものであったが、例えばアルコールを主成分としたエンジン用燃料を用いるエンジンに生ずるガルバニ腐食を阻止できるようなものではなかった。
【０００８】
そして、このようなガルバニ腐食は排気口側の組付け受け部と排気用バルブシートにおいても生ずるおそれがある。
【０００９】
解決しようとする問題点は、吸気又は排気用バルブシートとその組付け受け部とがガルバニ腐食を生じやすい異種金属の組み合せであっても、ガルバニ腐食を阻止できるエンジン用バルブシート及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、シリンダヘッドの吸気口又は排気口に設けた組付け受け部に設けられるバルブシート本体の表面に絶縁層を設け、前記バルブシート本体は鉄系合金からなり、前記絶縁層が酸化鉄膜であることを特徴とするエンジン用バルブシートである。
【００１１】
請求項２の発明は、シリンダヘッドの吸気口又は排気口に設けた組付け受け部に設けられるバルブシート本体の少なくとも前記組付け受け部に対向する表面に絶縁層を設け、前記バルブシート本体は鉄系合金からなり、前記絶縁層が酸化鉄膜であることを特徴とするエンジン用バルブシートである。
【００１２】
請求項３の発明は、シリンダヘッドの吸気口又は排気口に設けた組付け受け部に設けられるバルブシートの製造方法において、バルブシート本体の全表面に絶縁層を形成した後に、該バルブシート本体を前記組付け受け部に組付け、その後バルブシート本体のシート面にある前記絶縁層を除去すると共に前記シート面を加工することを特徴とするバルブシートの製造方法である。
【００１３】
請求項４の発明は、前記バルブシート本体は鉄系合金からなり、その表面をスチーム処理して絶縁層として酸化鉄膜を形成したことを特徴とする請求項３記載のバルブシートの製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、シリンダヘッドの組付け受け部とバルブシート本体との間に絶縁層が介在するので、水を介して組付け受け部とバルブシート本体との異種金属接触がなくなり、ガルバニ腐食を阻止することができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、シリンダヘッドの組付け受け部とバルブシート本体とが接触する可能性のある面に絶縁層が設けられ、組付け受け部とバルブシート本体との異種金属接触がなくなり、ガルバニ腐食を阻止することができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、バルブシート本体のシート面の酸化鉄膜の除去とシート面の加工とを同時に行うことができるので、製造工程にむだがなく製造することができる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、スチーム処理により絶縁層を酸化鉄膜として比較的容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。例えば実施例では吸気口の場合を示したが排気口の組付け受け部と排気用バルブシートでもよい。
【実施例１】
【００１９】
図１〜図４は第１実施例を示しており、図示しないピストンが往復動するシリンダ１に固定するシリンダヘッド２は、アルミニウム合金製であって、その一側に吸気ポート３を設けると共に他側に排気ポート４を設けている。そして、吸気ポート３における燃焼室５に臨む吸気口６に吸気用バルブシート７を設けると共に、この吸気用バルブシート７を吸気用バルブ８が開閉するようになっている。同様に、排気ポート４における燃焼室５に臨む排気口９に排気用バルブシート10を設けると共に、この排気バルブシート10を排気用バルブ11が開閉するようになっている。さらに、シリンダヘッド２には冷却水路12が吸気ポート３と排気ポート４との間に設けられている。
【００２０】
前記吸気口６には吸気用バルブシート７の組付け受け部13が設けられる。この組付け受け13は吸気ポート３の直径よりやや大径となるように凹段状に形成しており、この組付け受け部13に吸気用バルブシート７が嵌着している。
【００２１】
前記吸気用バルブシート７は、外径が組付け受け部13と同径で内径が吸気ポート３とほぼ同径なリング状である。そして、吸気用バルブシート７における前記組付け受け部13との対向面は、スチーム（水蒸気）処理により絶縁層たるＦｅ3Ｏ4 を主体とする酸化鉄膜14で被覆されている。酸化鉄膜14は厚みが１〜５０μｍ、好ましくは３〜２０μｍであって、吸気用バルブシート７の外周面に設けられる外周部14ａと、吸気ポート３側に位置する当接部14ｂの他に、組付け受け部13側の角に形成した面取り角部14ｃに形成されている。尚、吸気用バルブシート７における燃焼室５に臨む面は吸気バルブ８を軸芯としたテーパ面となってシート面15に形成されており、このシート面15には酸化鉄膜は形成されておらず、また内周面16には酸化鉄膜を設けてもよく、或いは設けなくともよい。
【００２２】
次に吸気用バルブシートの製造方法について説明する。吸気用バルブシート７は、Ｆｅ粉末に、Ｆｅ−Ｓｉ粉末、Ｎｉ粉末、Ｃｏ粉末、Ｍｏ粉末、Ｆｅ−Ｗ粉末、Ｆｅ−Ｃｒ粉末、Ｃｕ粉末、Ｆｅ−Ｎｂ粉末、Ｆｅ−Ｖ粉末およびＣ粉末の全部又は一部を十分に混合し、得られた混合粉末を原料粉末として金型圧粉成形し、得られた金型圧粉成形体を通常の条件で焼結し、配合組成と実質的に同じ成分組成を有するバルブシート本体17を作製する。尚、必要に応じてさらに矯正プレスによるプレス加工を行ってバルブシート本体17を作製する。
【００２３】
さらに、これらバルブシート本体17を例えば５００〜５５０℃の範囲内の所定の温度で３０〜１２０分間水蒸気処理することにより、外周部14ａ、当接部14ｂ、面取り角部14ｃの他にシート面15や内周面16にも前記酸化鉄膜14を形成する。この酸化鉄膜14は、例えば密度が６．８ｇ／ｃｍ3、硬度ＨＲＢ  ５０、引張強さ４００Ｎ／ｍｍ2、伸び１．５％の特性を有する。
【００２４】
次に吸気用バルブシート７をシリンダヘッド２に組付ける。この組付けは、組付け受け部13に吸気用バルブシート７を圧入、焼きばめ或いは冷しばめによって組付ける。次に組付けた吸気用バルブシート７のシート面15を吸気用バルブ８が密着するように機械加工する。この機械加工は、シリンダヘッド２に複数設けられた吸気バルブ８のバルブガイド８ａ及びバルブシート７に対して同心状の切削加工を施す吸気バルブガイド切削加工部18及びバルブシート切削加工部19を一体的に備えた切削加工具20を用い、これを軸芯ｚを回転中心として回転し、吸気バルブガイド切削加工部18によりバルブガイド８ａの内周面を加工し、バルブシート切削加工部19によりシート部15にある酸化鉄膜14を同時に除去するものである。
【００２５】
次に前記構成についてその作用を説明する。水分が比較的多量に含まれていることがありアルコールを主成分としたエンジン用燃料が空気と共に吸気ポート３を通ってシリンダー１内に導入される際に、水分が吸気用バルブシート７と組付け受け部13との隙間ｓに侵入して水が溜まると、該水を介してシリンダヘッド２と吸気用バルブシート７が接触し、この結果異種金属接触が生じてガルバニ腐食が生ずるおそれがある。しかしながら、吸気バルブシート本体17における組付け受け部13側の表面には電気絶縁作用をなす酸化鉄膜14が形成されているので、ガルバニ腐食の発生を抑止することができる。
【００２６】
次にスチーム処理による酸化鉄膜の試験について図５を参照して説明する。これは直径６０ｍｍで厚みが２０ｍｍの鉄系焼結体21の両面にスチーム処理による酸化鉄膜14を形成したものと、しないものとを作製し、そしてそれぞれの試験片の一方の面に銅片による一方の電極22を設けると共に、他方の面に銅シートを設けて他方の電極23を設け、そして両電極間に絶縁抵抗計24を接続して、両者間の抵抗を測定したものである。この結果、酸化鉄膜がないものでは、抵抗値が０．３〜１．０Ωであるのに対して、酸化鉄膜14があるものでは１０〜４０Ωとなり、酸化鉄膜14による絶縁性を確認することができる。
【００２７】
以上のように、前記実施例においては、アルミニウム合金製シリンダヘッド２の吸気口６に設けた組付け受け部13に設けられる鉄系バルブシート本体17の表面に酸化鉄膜14を形成したことにより、シリンダヘッド２とバルブシート本体17との間に酸化鉄膜14が介在するので、水を介して組付け受け部13とバルブシート本体17との異種金属接触がなくなり、ガルバニ腐食を阻止することができる。
【００２８】
また、酸化鉄膜14はバルブシート本体の少なくとも前記組付け受け部13に対向する表面に設けたことにより、組付け受け部13とバルブシート本体17とが接触する可能性のある面に酸化鉄膜14が設けられ、組付け受け部13とバルブシート本体17との異種金属接触がなくなり、ガルバニ腐食を阻止することができる。
【００２９】
さらに、前記バルブシート本体17は鉄系合金からなり、絶縁層を酸化鉄膜14とすることにより、絶縁層を比較的容易に形成することができる。
【００３０】
しかも、バルブシート本体17の全表面に絶縁層としての酸化鉄膜14を形成した後に、該バルブシート本体17を前記組付け受け部13に組付け、その後バルブシート本体17のシート面15にある前記酸化鉄膜14を除去すると共に前記シート面15を加工することにより、酸化鉄膜14を全面に設けたバルブシート本体17をそのまま組付け受け部13に組付けることができ、シート面15をバルブ８と同軸状に加工する際にシート面15にある酸化鉄膜14を除去することができるので、シート面15の酸化鉄膜14の除去とシート面15の仕上げ加工とを同時に行うことができるので、製造工程にむだがなく製造することができる。
【００３１】
また、バルブシート本体17は鉄系合金からなり、その表面をスチーム処理して絶縁層として酸化鉄膜14を形成したことにより、絶縁層を比較的容易に形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように本発明にかかるバルブシートは、水分が比較的多いエンジン用燃料などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す要部の断面図である。
【図３】本発明の第１実施例を示す製造工程の断面図である。
【図４】本発明の第１実施例を示す製造工程の要部の断面図である。
【図５】本発明のスチーム処理による酸化鉄膜の試験の斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
２  シリンダヘッド
６  吸気口
13  組付け受け部
14  酸化鉄膜（絶縁層）
17  バルブシート本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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