(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドのうちバルブによって開閉されるポートの開口縁にバルブシートとして機能する異種金属層を備えるとともに、この異種金属層のうちポートの奥部側から開口縁側に向かって順次開き角度が大きくなるテーパ状の奥部側ガイド面とバルブシート面および開口側ガイド面をそれぞれ形成してなるバルブシートの加工方法であって、
前記ポートの開口縁のうちバルブシートとなるべき部分に凹溝を形成する工程と、
前記ポートの開口縁に開口側ガイド面に相当する面を形成するとともに、前記凹溝のうちポートの奥部側および開口縁側のそれぞれのコーナエッジ部に面取り加工を施して面取りコーナ部を形成する工程と、
前記面取りコーナ部を含む凹溝にバルブシートとなるべき異種金属層を肉盛り法によって形成する工程と、
この異種金属層のなかに前記ポートの開口縁側の面取りコーナ部を残しつつ、当該異種金属層のうちポートの奥部側から開口縁側に向かって順次開き角度が大きくなるテーパ状の奥部側ガイド面とバルブシート面および開口側ガイド面をそれぞれ形成する工程と、
を含んでいることを特徴とするシリンダヘッドにおけるバルブシートの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用シリンダヘッドにおけるバルブシートの加工方法に関し、特にシリンダヘッド側の吸気ポートもしくは排気ポートの開口縁にレーザクラッド法（肉盛り法）により予め異種金属層を形成した上、二次的な切削加工を施すことによりバルブシート面やガイド面を形成するようにしたバルブシートの加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
シリンダヘッドにおけるバルブシートの加工方法として、吸気あるいは排気ポート側の開口縁に予め凹溝を形成しておき、この凹溝に異種金属のバルブシートリングを後から圧入する方法や異種金属を接合する方法のほか、上記凹溝に所定の合金粉末を供給しつつレーザビーム等の高密度エネルギを照射して、耐摩耗性に優れた高硬度の肉盛合金層（異種金属層）を形成する方法が知られている。
【０００３】
この肉盛り法にあっては、相手側のバルブと直接接触することになるバルブシート面を高精度に仕上げるためには二次的な仕上切削加工が不可欠であり、従来は例えば図５の（Ａ），（Ｂ）に示すように、シリンダヘッド１のポート２に複数のバイト７，８，９を用いて切削加工を施して、異種金属層３にそのポート２の奥部側から順にテーパ状の奥部側ガイド面４、バルブシート面５および開口側ガイド面６をそれぞれ形成するようにしている。なお、上記奥部側ガイド面４の開き角度θ１とバルブシート面５の開き角度θ２およびバルブシート面５の開き角度θ３は、ポート２の開口部側に向かって順次大きくなり、θ１＜θ２＜θ３の関係にある。また、上記バルブシート面５の開き角度θ２は一般的に９０度もしくは１２０度に設定される。
【０００４】
ここで、特に上記バルブシートとなるべき異種金属層３を肉盛りする際には、母材たるシリンダヘッド１との間に境界層２１として高硬度の金属間化合物が生成される。
【０００５】
そして、上記仕上切削加工の際に、例えばバイト９のプランジカット加工によって開口側ガイド面６の加工を行うと、図５の（Ａ）に示すように、バイト９の切刃のうち常に同じ位置が境界層２１に接触するかたちとなるため、その切刃の局部的な摩耗やチッピングが著しく損傷部Ｑが生じ、工具寿命が極端に短くなって頻繁なツールチェンジが余儀なくされる結果となって好ましくない。
【０００６】
その一方、上記問題点に対処するため、図６に示すように、仕上切削加工となる開口側ガイド面６の加工に先立って、粗加工としてさらにその外側に開き角度θ４（θ３＜θ４）なる逃げテーパ面１０の加工を行うようにしたものが例えば特開平８−２１８８２７号公報および特開平８−２１８９３７号公報として提案されているが、この場合には工程数の増加によるコストアップを招くことになる。
【０００７】
本発明は、以上のような課題に着目してなされたもので、コストアップを招くことなく従来の問題点を解決して、とりわけ工具の長寿命化を可能とした加工方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、シリンダヘッドのうちバルブによって開閉されるポートの開口縁にバルブシートとして機能する異種金属層を備えるとともに、この異種金属層のうちポートの奥部側から開口縁側に向かって順次開き角度が大きくなるテーパ状の奥部側ガイド面とバルブシート面および開口側ガイド面をそれぞれ形成してなるバルブシートの加工方法であることを前提としている。
【０００９】
その上で、前記ポートの開口縁のうちバルブシートとなるべき部分に凹溝を形成する工程と、前記ポートの開口縁に開口側ガイド面に相当する面を形成するとともに、前記凹溝のうちポートの奥部側および開口縁側のそれぞれのコーナエッジ部に面取り加工を施して面取りコーナ部を形成する工程と、前記面取りコーナ部を含む凹溝にバルブシートとなるべき異種金属層を肉盛り法によって形成する工程と、この異種金属層のなかに前記ポートの開口縁側の面取りコーナ部を残しつつ、当該異種金属層のうちポートの奥部側から開口縁側に向かって順次開き角度が大きくなるテーパ状の奥部側ガイド面とバルブシート面および開口側ガイド面をそれぞれ形成する工程と、を含んでいることを特徴としている。
【００１１】
したがって、この請求項１に記載の発明では、異種金属層を形成する前に予め母材たるシリンダヘッド側に開口側ガイド面が形成されていることから、異種金属層を形成する際には、その異種金属層が凹溝を過不足なく埋めつつも極力シリンダヘッドの開口側ガイド面を覆うことがないように形成する。こうすることにより、上記凹溝を埋めるように形成された異種金属層に開口側ガイド面を形成する際には、その異種金属層側の開口側ガイド面がシリンダヘッド側の開口側ガイド面と面一状態となるように該異種金属層を削り取るかたちとなり、結果としてシリンダヘッドと異種金属層との境界に生成された境界層の切削代を実質的に零もしくは極小にすることができる。
【００１２】
言い換えれば、きわめて高硬度な境界層の切削代を極限まで小さくすることで、上記開口側ガイド面の仕上加工を目的とした工具の負担を小さくすることができるようになる。
【００１４】
上記凹溝は、通常、ポートの開口縁を環状に削り取ることによって形成されるが、この凹溝を形成したことに伴い開口縁との境界に付帯的に形成されるコーナエッジ部をそのまま残したままで例えば肉盛り法により異種金属層を形成すると、コーナエッジ部ではそれ自体の熱容量が小さいために肉盛時に投与される熱で溶融し、結果として異種金属層の一部が母材たるシリンダヘッドの材質をもって希釈されるかたちとなる。そして、その希釈度合いが大きくなると、バルブシート自体の脆弱化によるクラックの発生を招きやすくなる。
【００１５】
そこで、上記のように凹溝を形成したことに伴い付帯的に形成されるコーナエッジ部に予め面取り加工を施して、その面取りコーナ部を鈍角化しておく。こうすることにより、肉盛り法により異種金属層を形成する際のコーナ面取り部での溶融による希釈化を回避できるようになる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ポートの開口縁と異種金属層とにまたがって形成される開口側ガイド面を形成するにあたり、異種金属層を形成する前にシリンダヘッドそのもののポート開口縁に形成される開口側ガイド面を予め形成するようにしたことから、異種金属層を仕上切削することによって初めて形成されることになるその異種金属層側の開口側ガイド面の加工にあたり、上記シリンダヘッド側のポート開口縁と異種金属層との境界に形成される境界層の切削代を実質的に零もしくは極小にすることができるため、加工工程数の増加を招くことなしに、その開口側ガイド面の加工を司る工具の摩耗やチッピングを抑制して工具の長寿命化を図ることができる。また、上記のようにシリンダヘッドそのもののポート開口縁側の開口側ガイド面を先に形成することにより、特に肉盛り法にて異種金属層を形成する際の肉盛り量を従来よりも少なくでき、コストダウンに寄与できる。
【００１７】
また、上記異種金属層を受容することになる凹溝のコーナエッジ部に予め面取り加工を施すことにより、肉盛り法によって異種金属層を形成する際のコーナ面取り部が肉盛り時の熱によって溶融しにくくなり、異種金属層の母材による希釈化を防いで品質の向上に貢献できる効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１〜４は本発明に係るバルブシートの加工方法の好ましい実施の形態を示す図であって、特に図１は全体的な加工手順を、図２〜４は図１の要部拡大図をそれぞれ示している。なお、図５，６と共通する部分には同一符号を付してある。
【００１９】
図１に示すように、このバルブシートの加工手順は大きく別けて、同図（Ａ）の溝加工工程と、同図（Ｂ）の肉盛り工程、および同図（Ｃ）の仕上切削工程の３工程よりなる。
【００２０】
溝加工工程では、図１の（Ａ）に示すように、アルミニウム合金製のシリンダヘッド１に形成された吸気もしくは排気用のポート２の開口縁について、その一部を環状に削り取るべく３本のバイト１１，１２，１３を用いて凹溝１４を切削加工する。ここでの加工は、各バイト１１，１２，１３を形成しようとする凹溝１４の軸心方向にのみ送りを与えて切削するプランジカット加工とし、バイト１１にて凹溝１４の主要形状を切削するとともに、図２に示すように、バイト１３にてポート２の最も開口縁側に従来のガイド面６と同様の開き角度θ３（図５参照）をもつ開口側ガイド面１５を形成する。同時に、凹溝１４を形成することによって付帯的に形成される奥部側のコーナエッジ部１６と開口縁側のコーナエッジ部１７とについて、バイト１２にて面取り加工を施して面取りコーナ部１８，１９を形成する。ここでの面取りの大きさは例えばＣ０．１〜０．５程度とする。
【００２１】
この溝加工工程に続く肉盛り工程では、図１の（Ｂ）に示すように、例えば上記凹溝１４に所定の合金粉末を供給しつつレーザビームを照射して溶融させて、それに続く急冷をもって凹溝１４を埋めるかのごとく肉盛り層たる異種金属層２０を形成する。この時、図３に示すように、異種金属層２０の奥部側および開口縁側のエッジ部が、先に形成した面取りコーナ部１８，１９で止まるようにし、異種金属層２０がそれ以上ポート２の一般面側を覆うことがないようにする。
【００２２】
このように、上記凹溝１４のエッジ部に予め面取りコーナ部１８，１９を形成して鈍角化しておくことにより、肉盛り加工時にレーザビーム等の高密度エネルギが投与されたとしてもその面取りコーナ部１８，１９が溶融しにくく、従来のようなシリンダヘッド１の母材であるアルミニウム合金の溶け込みによって異種金属層２０が希釈されてしまうことがない。しかも、異種金属層２０の肉盛り量そのものも従来よりも少なくて済むことになる。ただし、母材たるシリンダヘッド１と異種金属層２０との境界での金属間化合物たる境界層２１の発生は不可避である。
【００２３】
肉盛り工程に続く仕上切削工程では、図１の（Ｃ）のほか図４に示すように、従来と同様に複数のバイト７，８，９を用いて先に形成された異種金属層２０に切削加工を施し、奥部側ガイド面４とバルブシート面５および開口側ガイド面２５をそれぞれ形成する。これにより、従来のものとほぼ同等の形状のバルブシートが形成される。すなわち、バイト７によるプランジカット加工によって奥部側ガイド面４を形成する一方、バイト８に斜め方向の送りを与えてバルブシート面５を形成し、さらにバイト９によるプランジカット加工によってシリンダヘッド１そのもののポート開口縁側の開口側ガイド面１５と面一状態となるようにその異種金属層２０側の開口側ガイド面２５を形成する。
【００２４】
この時、図３に示した異種金属層２０を肉盛り形成する過程において、その異種金属層２０の開口側ガイド面１５への被覆量を厳格に管理しておくことで、異種金属層２０側の開口側ガイド面２５を形成するのに必要なバイト９による切削代ｔ１を従来の切削代ｔ２と比べて例えば０〜０．３ｍｍ程度まで大幅に小さくすることができるから、結果として高硬度化された境界層２１の切削代を極小化でき、バイト９の早期摩耗やチッピングを抑制できることになる。本発明者が実験を行った結果では、バイト９の寿命は従来の倍以上まで長寿命化することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバルブシート加工方法の好ましい実施の形態を示す工程説明図。
【図２】図１の（Ａ）の要部拡大説明図。
【図３】図１の（Ｂ）の要部拡大説明図。
【図４】図１の（Ｃ）の要部拡大説明図。
【図５】（Ａ）は従来のバルブシートの加工方法の一例を示す説明図、（Ｂ）は加工後のバルブシートの要部説明図。
【図６】従来のバルブシート加工方法の他の例を示す要部説明図。
【符号の説明】
１…シリンダヘッド
２…ポート
４…奥部側ガイド面
５…バルブシート面
１４…凹溝
１５…開口側ガイド面（シリンダヘッド側）
１８，１９…面取りコーナ部
２０…肉盛り層たる異種金属層（バルブシート）
２１…境界層
２５…開口側ガイド面（異種金属層側）
【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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【図６】
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