JP2004330223A - Powder molding method, valve seat, and its manufacturing method - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a valve seat in which the volume of a valve abutting layer made of an expensive material is small and material costs can be reduced. <P>SOLUTION: A green compact has a tapered part and a plane part on annular one end face and layers made of different materials on one end face and the other end face. A powder molding device has a first lower punch 12 for forming the tapered part and a second lower punch 13 for forming the plane part. When the green compact is manufactured with the powder molding device, first raw material powder P1 for forming the tapered part is supplied on each punch 12, 13 and second raw material powder P2 for forming the other part is supplied on top of it. After that, the upper face of the second raw material powder P2 is stricken after elevating the first lower punch 12. And then, the compression molding is executed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一端面と他端面とが異なる原料の２層円環状の圧粉体からなり、前記一端面の内側にテーパ部、外側に平面部を有する二層円環状の圧粉体を成形する粉末成形方法、バルブシートおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジン等の内燃機関において、シリンダーヘッドの吸気・排気弁開口部を開閉するバルブを着座させるバルブシートは、高圧となる燃焼室の気密性を保持するとともに、バルブを放熱させる機能も求められる。このため、シリンダーヘッド側に接する側とバルブが着座する側とが異なる２層のバルブシート、すなわち高温強度の高い材質からなるバックアップ層と耐摩耗性の高い材質からなるバルブ当接層との２層構造のバルブシートが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このような２層バルブシートは、生産性、材料歩留まり、寸法精度の良さや、特殊な合金を使用できる等の利点から、多くの場合、粉末冶金法により製造される（たとえば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２６９７４２９号公報
【特許文献２】
特開平１１−１４１３１６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような２層バルブシートでは、バルブ当接層に、より優れた耐摩耗性、耐熱性、耐食性を有する特殊材料が用いられる。このような特殊材料は一般に高価であるので、コスト低減を図るためには、このバルブ当接層を必要以上に厚くしないようにしなければならない。
しかしながら、従来の粉末冶金法では２層の境界面が平面となり、テーパ面に対して略平行な境界面を形成することができないため、バルブが着座するテーパ面を有するバルブ当接層の体積が大きくなってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上の課題に鑑みてなされたもので、高価な材料からなるバルブ当接層の体積が小さく、材料コストの節減が可能なバルブシートを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、一端面と他端面とが異なる原料の２層円環状の圧粉体からなり、一端面の内側にテーパ部、外側に平面部を有する二層圧粉体を成形する粉末成形方法であって、圧粉体の外周面を形成するダイと、圧粉体の内周面を形成するコアロッドと、このコアロッドの外周面に嵌合して圧粉体の一端面にテーパ部を形成する下第１パンチと、この下第１パンチとダイとの間に嵌合して圧粉体の一端面に平面部を形成する下第２パンチと、ダイおよびコアロッド間に嵌合されて圧粉体の他端面を形成する上パンチとを有し、これらダイ、コアロッド、下第１パンチおよび下第２パンチの間に原料粉末が充填される充填空間を形成する構成の粉末成形装置を採用する。
【０００７】
そして、本発明の粉末成形方法では、まず、下第１パンチおよび下第２パンチの上面に、テーパ部をなす第１の原料粉末を充填する第１充填空間を形成し、この第１充填空間に第１の原料粉末を充填する第１充填工程を行う。
次いで、これら下第１パンチおよび下第２パンチをダイおよびコアロッドに対して下降させて、他端面をなす第２の原料粉末を充填する第２充填空間を形成し、この第２充填空間に第２の原料粉末を充填する第２充填工程を行って、第１の原料粉末上に第２の原料粉末を充填する。
そして、下第１パンチを下第２パンチに対して上昇させる下第１パンチ上昇工程を行った後、第２充填空間に充填された原料粉末をダイおよびコアロッド上面に合わせて擦り切り、上パンチを下降させてダイおよびコアロッド間に嵌合させ、第１および第２充填空間内の原料粉末を圧縮成形することを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、原料粉末を圧縮するときの下第１パンチおよび下第２パンチの相対位置よりも、テーパ部を形成する下第１パンチを下方にしておいて、第１の原料粉末を充填後にこの下第１パンチを上昇させることにより、下第１パンチ上の第１の原料粉末の一部が、下方の下第２パンチ上へと移動するので、下第１パンチ上の第１の原料粉末の上面を斜めにし、第１の原料粉末からなる層を薄くすることができる。したがって、圧粉体においてテーパ部を形成する層の原料粉末の割合を削減することができる。
【０００９】
また、この発明において、第１の原料粉末を充填後に下第１パンチを上昇させるタイミングが第２の原料粉末充填後であることにより、堆積した第２の原料粉末の下で下第１パンチを上昇させることになるので、第１の原料粉末を大きく移動させず、下第１パンチ上に確実に残すことができる。
さらに、原料粉末が堆積した状態で下第１パンチをコアロッドに対して上昇させるので、この下第１パンチ上の原料粉末の充填密度を高めることができる。
【００１０】
請求項２の発明に係るバルブシートの製造方法は、請求項１の粉末成形方法を用いてバルブシートを製造する方法であって、圧粉体を焼結して、第１の原料粉末からなるバルブ当接層と第２の原料粉末からなるバックアップ層とを有するバルブシートを製造することを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、バルブ当接層とバックアップ層との境界面を、バルブ当接層側の端面に沿うように形成することができる。
【００１２】
請求項３の発明に係るバルブシートは、バルブ当接層とバックアップ層とが異なる原料からなり、バルブ当接層側の端面にテーパ部を有する圧粉体を焼結してなるバルブシートであって、バルブ当接層とバックアップ層との境界面に、テーパ部に沿う斜面が形成されていることを特徴としている。
【００１３】
この発明によれば、耐摩耗性を要するバルブ当接層が厚すぎず、高い熱伝導性を要するバックアップ層が十分な容積を有しているので、高い放熱性と耐摩耗性とを備えたバルブシートを得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
まず、図１に、本発明のバルブシート（圧粉体）１００を示す。このバルブシート１００は、自動車エンジン等の内燃機関において、燃焼室の吸気弁開口部または排気弁開口部１１０に設けられ、燃焼室を開閉させるバルブ１１１を着座させる円環板状の部材である。このバルブシート１００は、バルブ１１１が当接するバルブ当接層１０１と、シリンダーヘッド側に固定されるバックアップ層１０２との２層からなり、それぞれ異なる材質の第１の原料粉末Ｐ１、第２の原料粉末Ｐ２から形成されている。
【００１５】
バルブ当接層１０１側の端面には、内周側に設けられたテーパ部１０１ａと、外周側に設けられた平面部１０１ｂとが設けられている。また、バックアップ層１０２側の端面には、全体が平坦な平面部１０２ａが設けられている。このうち、バルブ１１１が当接するのはテーパ部１０１ａであるので、本実施形態のバルブシート１００は少なくともこのテーパ部１０１ａが第１の原料粉末Ｐ１で形成されている。第１の原料粉末Ｐ１は耐摩耗性の優れた焼結合金粉末であって、他の部分をなす第２の原料粉末Ｐ２は、高温強度の優れた焼結合金粉末である。
【００１６】
すなわち、このバルブシート１００は、耐摩耗性に優れる原料粉末Ｐ１からなるバルブ当接層１０１側のテーパ部１０１ａにバルブ１１１が当接し、高温強度に優れる原料粉末Ｐ２からなるバックアップ層１０２が燃焼室の開口部１１０に固定される構成となっているので、薄肉であっても過酷な条件下での使用に耐えることができる。そして、このバルブシート１００は、耐摩耗性に優れたバルブ当接層１０１と高い熱伝導性を有するバックアップ層１０２との境界面に、テーパ部１０１ａに沿う斜面が形成されている。したがってこのバルブシート１００は、バルブ当接層１０１がバルブによる摩耗に耐えるのに十分な厚さを有するので部品寿命が長く、燃焼室の放熱を担うバックアップ層１０２が大きいので放熱性に優れたものとなっている。
【００１７】
つぎに、図２から図７に本発明の粉末成形方法に採用する粉末成形装置の要部を示す。この図において、符号１０はバルブシート（圧粉体）１００の外周面を形成するダイ、符号１１は圧粉体の内周面を形成するコアロッド、符号１２および１３は圧粉体の一端面を形成する下第１パンチおよび下第２パンチ、符号１４は圧粉体の他端面を形成する上パンチである。
【００１８】
ダイ１０は、平坦な上面１０ａを有する板状のダイプレート１０Ａに、円筒状内面を有する貫通孔１０ｂが設けられた部材であって、図示しない駆動機構によって図の上下方向に移動可能となっている。このダイプレート１０Ａ上に、内部に原料粉末を保持して下方が開口した箱形のシューボックス１５が載置されている。このシューボックス１５をダイプレート１０Ａ上で摺動進退させて貫通孔１０ｂ上に開口させることにより、シューボックス１５内の原料粉末を貫通孔１０ｂ内に投入させることができる。また、原料粉末を投入後のシューボックス１５を貫通孔１０ｂ上から退避させることにより、貫通孔１０ｂ内からダイプレート１０Ａ上に盛り上がった原料粉末が擦り取られ、貫通孔１０ｂ内の原料粉末を上面１０ａと面一にすることができる。
【００１９】
コアロッド１１は、ダイ１０の貫通孔１０ｂの中心に下方から挿入された円柱状の部材であって、平坦な上面１１ａを有し、ダイ１０に対して相対的に上下移動可能となっている。
【００２０】
下第１パンチ１２は、コアロッド１１の外周に下方から嵌合された円筒状の部材であって、内周側が高く外周側が低いテーパ状の上面１２ａを有し、ダイ１０およびコアロッド１１に対して相対的に上下移動可能となっている。
下第２パンチ１３は、下第１パンチ１２の外周と貫通孔１０ｂの内周との間に下方から嵌合された円筒状の部材であって、平面状の上面１３ａを有し、ダイ１０、コアロッド１１および下第１パンチ１２に対して相対的に上下移動可能となっている。
これら下第１パンチ１２および下第２パンチ１３は、テーパ状の上面１２ａの外周側と平面状の上面１３ａとが連続する相対位置とされることにより、テーパ部１０１ａと平面部１０１ｂとを有する圧粉体１００の一端面を成形することができる。
【００２１】
上パンチ１４は、貫通孔１０ｂとコアロッド１１との間に上方から嵌合される円筒状の部材であって、平面状の下面１４ａを有し、ダイ１０、コアロッド１１、下第１パンチ１２および下第２パンチ１３に対して相対的に上下移動可能となっている。
【００２２】
つまり、これら下第１パンチ１２および下第２パンチ１３が、貫通孔１０ｂとコアロッド１１との間に下方から嵌合することにより、ダイ１０の貫通孔１０ｂの内側に略円筒状の充填空間が形成される。そして、この充填空間にシューボックス１５によって原料粉末が投入された後、上パンチ１４が上方から嵌合して、下第１，第２パンチ１２，１３と上パンチ１４との間で原料粉末が圧縮されることにより、この空間の形状に沿う圧粉体１００が成形される。
【００２３】
つぎに、この粉末成形装置を用いて行う粉末成形方法について、工程順に説明する。本発明のバルブシート１００は、以下のようにして成形される圧粉体を焼結することにより製造される。
〈第１充填工程〉
まず図２に示すように、ダイプレート１０Ａの上面１０ａとコアロッド１１の上面１１ａとが同一面上となるように配置して、貫通孔１０ｂとコアロッド１１との間に下第１，第２パンチ１２，１３を嵌合させ、第１の原料粉末Ｐ１が充填される第１の充填空間Ｓ１を形成する。
このとき、下第１パンチ１２は、テーパ状の上面１２ａの内周側がコアロッド１１の上面１１ａよりも下方となる位置（第１位置）に配置されている。
また、下第２パンチ１３は、その上面１３ａが下第１パンチ１２の上面１２ａの外周側よりは上方で、ダイプレート１０Ａの上面１０ａおよびコアロッド１１の上面１１ａよりも下方となる位置（第１位置）に配置されている。
【００２４】
そして、このように形成された第１の充填空間Ｓ１に対して、シューボックス１５によってバルブ当接層１０１をなす第１の原料粉末Ｐ１を充填する。なお、下第１パンチ１２および下第２パンチ１３の第１位置を適宜調節することにより、第１の原料粉末Ｐ１からなるバルブ当接層１０１の厚さを調節することができる。
【００２５】
すなわち、この第１の原料粉末Ｐ１は、圧粉体１００のバルブ当接層１０１（テーパ部１０１ａ）をなすための耐摩耗性の高い合金粉末であるので、この原料粉末Ｐ１の使用量を節減することにより材料コストを節減することができる。そこで、この第１の原料粉末Ｐ１を必要以上に厚くしないために、第１位置の設定を適切に行う必要がある。
【００２６】
〈第２充填工程〉
次いで図３に示すように、下第１パンチ１２および下第２パンチ１３を第１位置から第２位置まで下降させて第２の充填空間Ｓ２を形成する。すなわち、下第１，第２パンチ１２，１３の相対位置は変化させずに、ダイ１０の上面１０ａおよびコアロッド１１の上面１１ａに対して下降させることにより、ダイ１０の貫通孔１０ｂとコアロッド１１との間の下第１，第２パンチ１２，１３上に第２の充填空間Ｓ２を形成する。
【００２７】
そして、このように第２の充填空間Ｓ２が形成された貫通孔１０ｂ上にシューボックス１５を位置させ、充填空間Ｓ２内に第２の原料粉末Ｐ２を充填する。このとき、第２の原料粉末Ｐ２を保持した状態のシューボックス１５を貫通孔１０ｂ上から退避させないまま、次工程を行う。なお、第２の原料粉末Ｐ２は、圧粉体１００のテーパ部１０１ａ以外の部分（バックアップ層１０２）をなす高温強度の高い合金粉末である。
【００２８】
〈下第１パンチ上昇工程〉
図４に示すように、第１の原料粉末Ｐ１上に第２の原料粉末Ｐ２が堆積した状態で、下第１パンチ１２のみを下第２パンチ１３に対して上昇させて第３位置とする。このとき下第１パンチ１２は、テーパ状の上面１２ａの外周が下第２パンチ１３の上面１３ａに連続する位置となり、圧粉体１００のテーパ部１０１ａおよび平面部１０１ｂを形成するとき（圧粉成形時）の相対位置関係となる。
なお、下第１パンチ１２の第１位置（図２）が下方に過ぎると、下第１パンチ１２上に充填された第１の原料粉末Ｐ１の上部が、この工程でダイ１０およびコアロッド１１の上面１０ａ，１１ａよりも上方になり、シューボックス１５によって掻き取られる原料粉末Ｐ２に原料粉末Ｐ１が混入してしまうので好ましくない。
【００２９】
この工程で、下第１パンチ１２が上昇することにより、上面１２ａ上の原料粉末Ｐ１，Ｐ２が持ち上げられ、充填空間Ｓ２内の余分な原料粉末Ｐ２がダイプレート１０Ａおよびコアロッド１１の間から上方に押し出される。このとき原料粉末Ｐ１は、上方に原料粉末Ｐ２が堆積しているため、上面１２ａのテーパによって大きく流されることはなく、上面１２ａ上に残ったままとなる。
【００３０】
〈擦り切り工程〉
次いで、図５に示すように、シューボックス１５を第１，第２の充填空間Ｓ１，Ｓ２上から退避させて、ダイプレート１０Ａおよびコアロッド１１上の原料粉末Ｐ１を掻き取り、各充填空間Ｓ１，Ｓ２内の原料粉末Ｐ１，Ｐ２の上面をダイプレート１０Ａおよびコアロッド１１の上面１０ａ，１１ａに合わせて擦り切る。これにより、ダイ１０，コアロッド１１、下第１，第２パンチ１２，１３間に形成された充填空間Ｓ１，Ｓ２内には、下側に原料粉末Ｐ１の層、上側に原料粉末Ｐ２の層が堆積した状態となっている。
〈圧縮成形工程〉
そして、図６に示すように、上パンチ１４を下降させてダイ１０の貫通孔１０ｂとコアロッド１１との間に嵌合させ、下第１，第２パンチ１２，１３との間で原料粉末Ｐ１，Ｐ２を圧縮成形することにより、下第１パンチ１２の上面１２ａおよび下第２パンチ１３の上面１３ａによって原料粉末Ｐ１からなるテーパ部１０１ａおよび平面部１０１ｂ側の一端面が成形され、上パンチ１４の下面１４ａによって原料粉末Ｐ２からなる他端面が成形され、コアロッド１１の外周面および貫通孔１０ｂの内周面によって内外周面が成形された圧粉体１００が圧縮成形される。
【００３１】
このとき、上パンチ１４の下面１４ａと下第１，第２パンチ１２，１３の上面１２ａ，１３ａとの間隔は、上パンチ１４が下降することにより、圧粉体１００を成形するための所定の間隔まで狭められる。
一方、ダイ１０およびコアロッド１１は、上パンチ１４の下面１４ａと下第１，第２パンチ１２，１３の上面１２ａ，１３ａとの間の空間（キャビティ）の側面（内外周面）を塞ぐ位置であればよいが、このキャビティに対して相対的に上昇するように移動させることにより、上パンチ１４の下降によって圧縮される原料粉末Ｐ１，Ｐ２を全体に均一に圧縮させることもできる。
【００３２】
〈払出工程〉
圧粉体１００が成形されたら、ダイ１０およびコアロッド１１の上面１０ａ，１１ａと下第２パンチ１３の上面１３ａとが同一面となるように、かつ下第１パンチ１２の上端がダイ１０およびコアロッド１１の上面１０ａ，１１ａよりも上方に突出しないように各部材を相対的に移動させ、シューボックス１５を貫通孔１０ｂ上に前進させることにより、ダイ１０，コアロッド１１および下第２パンチ１３上に載置された状態の圧粉体１００を払い出す。このとき、シューボックス１５内に原料粉末Ｐ１を保持させておき、各部材の位置を図２に示す第１位置に戻すことにより、第１充填工程を連続して開始することができる。
【００３３】
以上のように、第１の原料粉末Ｐ１からなるバルブ当接層１０１と第２の原料粉末Ｐ２からなるバックアップ層１０２とを有するバルブシート（圧粉体）１００を、粉末成形装置の各部材を駆動して、バルブ当接層１０１が薄くなるように成形するので、第１の原料粉末Ｐ１の使用量を節減することができる。
そして、この圧粉体１００を焼結し、必要に応じて矯正や表面処理を行うことにより、バルブシート１００を製造することができる。
【００３４】
なお、以上の実施形態において示した各構成部材、その諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求に基づき種々変更可能である。
たとえば、バルブ当接層１０１側の平面部１０１ｂに高い耐摩耗性が要求されない場合には、第１充填工程において、下第２パンチ１３の上面１３ａがダイプレート１０Ａおよびコアロッド１１の各上面１０ａ，１１ａと面一となる位置として、下第２パンチ１３上に第１の原料粉末Ｐ１が充填されないようにすることにより、より第１の原料粉末Ｐ１の使用量を削減することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の粉末成形方法によれば、原料粉末を圧縮するときの下第１パンチおよび下第２パンチの相対位置よりもテーパ部を形成する下第１パンチを下方にして第１の原料粉末を充填後、この下第１パンチを上昇させることにより、十分な量の第１の原料粉末を下第１パンチ上に供給できるとともに、下第２パンチ上の第１の原料粉末の供給量を減らし、この層を薄くすることができる。したがって、圧粉体においてテーパ部を形成するバルブ当接層の原料粉末の割合を削減することができるので、バルブ当接層を高価な材料によって形成する場合にも、材料コストの低減を図ることができる。
【００３６】
また、この発明において、第１の原料粉末を充填後に下第１パンチを上昇させるタイミングが第２の原料粉末充填後であることにより、堆積した第２の原料粉末の下で下第１パンチを上昇させることになるので、第１の原料粉末を大きく移動させず、下第１パンチ上に確実に残すことができ、バルブ当接層とバックアップ層とが安定して形成されたバルブシートを成形することができる。
【００３７】
請求項２の発明に係るバルブシートの製造方法によれば、バルブ当接層とバックアップ層との境界面をテーパ部に沿うように形成することができるので、圧粉体の成形時に原料粉末の無駄が生じることがなく、バルブ当接層を必要十分な厚さとすることができる。したがって、材料コストを抑え、放熱性および耐摩耗性に優れたバルブシートを製造することができる。
【００３８】
請求項３の発明に係るバルブシートによれば、耐摩耗性を要するバルブ当接層が厚すぎず、高い熱伝導性を要するバックアップ層が十分な容積を有しているので、高い放熱性と耐摩耗性とを備えたバルブシートを得て、部品寿命が長く高性能な内燃機関の実現を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバルブシート（圧粉体）の使用状態を示す断面図である。
【図２】図１に示すバルブシートを成形する粉末成形装置の要部を示し、第１充填工程における各部材を示す断面図である。
【図３】第２充填工程における粉末成形装置の状態を示す断面図である。
【図４】下第１パンチ上昇工程における粉末成形装置の状態を示す断面図である。
【図５】ダイ上の原料粉末を掻き取った状態の粉末成形装置の要部を示す断面図である。
【図６】上下パンチ間で原料粉末を圧縮成形する状態の粉末成形装置の要部を示す断面図である。
【図７】成形されたバルブシートを払い出す状態の粉末成形装置の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ ダイ
１１ コアロッド
１２ 下第１パンチ
１３ 下第２パンチ
１４ 上パンチ
１００ バルブシート（圧粉体）
１０１ａ テーパ部
１０１ｂ 平面部
１０２ａ 平面部
Ｐ１ 第１の原料粉末
Ｐ２ 第２の原料粉末
Ｓ１ 第１充填空間
Ｓ２ 第２充填空間[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention forms a two-layer annular green compact made of a two-layer annular green compact of a material whose one end face and the other end face are different from each other, and has a tapered portion inside the one end face and a flat surface portion outside. To a powder molding method, a valve seat, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In an internal combustion engine such as an automobile engine, a valve seat for seating a valve that opens and closes an intake / exhaust valve opening of a cylinder head is required to maintain the airtightness of a high-pressure combustion chamber and to release heat from the valve. For this reason, two layers of valve seats in which the side in contact with the cylinder head side and the side in which the valve is seated are different, that is, a backup layer made of a material having high high-temperature strength and a valve contact layer made of a material having high wear resistance. A valve seat having a layer structure has been proposed (for example, see Patent Document 1). Such a two-layer valve seat is often manufactured by a powder metallurgy method because of its advantages such as productivity, material yield, good dimensional accuracy, and the use of a special alloy (for example, see Patent Document 2). ).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2697429 [Patent Document 2]
JP-A-11-141316
[Problems to be solved by the invention]
In such a two-layer valve seat, a special material having better wear resistance, heat resistance, and corrosion resistance is used for the valve contact layer. Since such special materials are generally expensive, in order to reduce costs, it is necessary to prevent the valve contact layer from being unnecessarily thick.
However, in the conventional powder metallurgy method, the boundary surface between the two layers is a flat surface and a boundary surface substantially parallel to the tapered surface cannot be formed. Therefore, the volume of the valve contact layer having the tapered surface on which the valve is seated is reduced. There was a problem of becoming large.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a valve seat in which the volume of a valve contact layer made of an expensive material is small and material cost can be reduced.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 comprises a two-layer annular compact of a material whose one end face and the other end face are different from each other, and has a tapered part inside one end face and a flat part outside the one end face. A powder forming method for forming a two-layer green compact having: a die forming an outer peripheral surface of the green compact, a core rod forming an inner peripheral surface of the green compact, and fitting to an outer peripheral surface of the core rod. A lower first punch that forms a tapered portion on one end surface of the green compact, and a lower second punch that fits between the lower first punch and the die to form a flat portion on one end surface of the green compact. A punch, and an upper punch fitted between the die and the core rod to form the other end surface of the green compact. The raw material powder is filled between the die, the core rod, the lower first punch, and the lower second punch. A powder molding apparatus having a configuration for forming a filling space is adopted.
[0007]
According to the powder molding method of the present invention, first, a first filling space for filling the first raw material powder forming a tapered portion is formed on the upper surfaces of the lower first punch and the lower second punch. A first filling step of filling the first raw material powder.
Next, the lower first punch and the lower second punch are lowered with respect to the die and the core rod to form a second filling space for filling the second raw material powder forming the other end surface, and a second filling space is formed in the second filling space. A second filling step of filling the second raw material powder is performed to fill the first raw material powder with the second raw material powder.
Then, after performing a lower first punch raising step of raising the lower first punch with respect to the lower second punch, the raw material powder filled in the second filling space is scraped off according to the upper surface of the die and the core rod, and the upper punch is removed. It is characterized in that it is lowered and fitted between the die and the core rod, and the raw material powder in the first and second filling spaces is compression-molded.
[0008]
According to the present invention, the first raw material powder is compressed by lowering the lower first punch forming the tapered portion from the relative position of the lower first punch and the lower second punch when compressing the raw material powder. By raising the lower first punch after filling, a part of the first raw material powder on the lower first punch moves onto the lower lower second punch. The upper surface of the raw material powder can be inclined, and the layer made of the first raw material powder can be thinned. Therefore, the ratio of the raw material powder of the layer forming the tapered portion in the green compact can be reduced.
[0009]
In the present invention, since the timing of raising the lower first punch after filling the first raw material powder is after the filling of the second raw material powder, the lower first punch can be moved below the deposited second raw material powder. Since the first raw material powder is raised, the first raw material powder can be reliably left on the lower first punch without largely moving.
Further, since the lower first punch is raised with respect to the core rod in a state where the raw material powder is deposited, the packing density of the raw material powder on the lower first punch can be increased.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a valve seat manufacturing method for manufacturing a valve seat using the powder molding method according to the first aspect, comprising sintering a green compact and comprising a first raw material powder. A valve seat having a valve contact layer and a backup layer made of the second raw material powder is manufactured.
[0011]
According to the present invention, the boundary surface between the valve contact layer and the backup layer can be formed along the end surface on the valve contact layer side.
[0012]
The valve seat according to the invention of claim 3 is a valve seat obtained by sintering a green compact having a valve contact layer and a backup layer made of different raw materials and having a tapered portion on an end face on the valve contact layer side. Further, a slope is formed along the tapered portion at the boundary between the valve contact layer and the backup layer.
[0013]
According to the present invention, the valve contact layer that requires wear resistance is not too thick, and the backup layer that requires high thermal conductivity has a sufficient volume, so that it has high heat dissipation and wear resistance. A valve seat can be obtained.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, FIG. 1 shows a valve seat (compact) 100 of the present invention. The valve seat 100 is an annular plate-shaped member provided in an intake valve opening or an exhaust valve opening 110 of a combustion chamber in an internal combustion engine such as an automobile engine and seating a valve 111 for opening and closing the combustion chamber. The valve seat 100 is composed of two layers, a valve contact layer 101 to which the valve 111 contacts, and a backup layer 102 fixed to the cylinder head side, and a first raw material powder P1 and a second raw material It is formed from powder P2.
[0015]
On the end surface on the valve contact layer 101 side, a tapered portion 101a provided on the inner peripheral side and a flat portion 101b provided on the outer peripheral side are provided. In addition, a flat surface portion 102a that is entirely flat is provided on the end surface on the side of the backup layer 102. Since the tapered portion 101a contacts the valve 111, at least the tapered portion 101a of the valve seat 100 of the present embodiment is formed of the first raw material powder P1. The first raw material powder P1 is a sintered alloy powder having excellent wear resistance, and the second raw material powder P2 constituting the other portion is a sintered alloy powder having excellent high-temperature strength.
[0016]
That is, in the valve seat 100, the valve 111 is in contact with the tapered portion 101a on the valve contact layer 101 side made of the raw material powder P1 having excellent wear resistance, and the backup layer 102 made of the raw material powder P2 having excellent high-temperature strength is provided in the combustion chamber. , It can withstand use under severe conditions even if it is thin. In the valve seat 100, a slope along the tapered portion 101a is formed at the boundary between the valve contact layer 101 having excellent wear resistance and the backup layer 102 having high thermal conductivity. Therefore, the valve seat 100 is excellent in heat radiation because the valve contact layer 101 has a sufficient thickness to withstand abrasion by the valve, so that the component life is long and the backup layer 102, which is responsible for heat radiation in the combustion chamber, is large. It has become.
[0017]
Next, FIG. 2 to FIG. 7 show a main part of a powder molding apparatus used in the powder molding method of the present invention. In this figure, reference numeral 10 denotes a die that forms the outer peripheral surface of the valve seat (compact) 100, reference numeral 11 denotes a core rod that forms the inner peripheral surface of the green compact, and reference numerals 12 and 13 denote one end surfaces of the green compact. The lower first punch and the lower second punch to be formed, and reference numeral 14 denotes an upper punch that forms the other end surface of the green compact.
[0018]
The die 10 is a member in which a through hole 10b having a cylindrical inner surface is provided on a plate-shaped die plate 10A having a flat upper surface 10a, and can be moved in the vertical direction in the figure by a drive mechanism (not shown). I have. On this die plate 10A, a box-shaped shoe box 15 holding the raw material powder and opening downward is placed. The raw material powder in the shoe box 15 can be put into the through hole 10b by sliding the shoe box 15 forward and backward on the die plate 10A and opening the shoe box 15 on the through hole 10b. Also, by retracting the shoe box 15 after charging the raw material powder from the through hole 10b, the raw material powder raised on the die plate 10A from the inside of the through hole 10b is scraped off, and the raw material powder in the through hole 10b is removed from the upper surface. It can be flush with 10a.
[0019]
The core rod 11 is a cylindrical member inserted into the center of the through hole 10b of the die 10 from below, has a flat upper surface 11a, and is movable up and down relatively to the die 10.
[0020]
The lower first punch 12 is a cylindrical member fitted to the outer periphery of the core rod 11 from below, and has a tapered upper surface 12 a having a higher inner peripheral side and a lower outer peripheral side. It can move up and down relatively.
The lower second punch 13 is a cylindrical member fitted from below between the outer periphery of the lower first punch 12 and the inner periphery of the through hole 10b, and has a planar upper surface 13a. , Can be moved up and down relatively to the core rod 11 and the lower first punch 12.
The lower first punch 12 and the lower second punch 13 have a tapered portion 101a and a flat surface portion 101b because the outer peripheral side of the tapered upper surface 12a and the flat upper surface 13a are located at a continuous relative position. One end surface of the green compact 100 can be formed.
[0021]
The upper punch 14 is a cylindrical member fitted from above between the through hole 10b and the core rod 11, has a planar lower surface 14a, and has a die 10, a core rod 11, a lower first punch 12, It is vertically movable relative to the lower second punch 13.
[0022]
That is, by fitting the lower first punch 12 and the lower second punch 13 from below between the through hole 10b and the core rod 11, a substantially cylindrical filling space is formed inside the through hole 10b of the die 10. It is formed. After the raw material powder is put into the filling space by the shoe box 15, the upper punch 14 is fitted from above, and the raw material powder is transferred between the lower first and second punches 12, 13 and the upper punch 14. By being compressed, the green compact 100 conforming to the shape of this space is formed.
[0023]
Next, a powder molding method performed using this powder molding apparatus will be described in the order of steps. The valve seat 100 of the present invention is manufactured by sintering a green compact formed as follows.
<First filling step>
First, as shown in FIG. 2, the upper surface 10a of the die plate 10A and the upper surface 11a of the core rod 11 are arranged on the same plane, and the lower first and second punches are provided between the through hole 10b and the core rod 11. 12 and 13 are fitted to form a first filling space S1 in which the first raw material powder P1 is filled.
At this time, the lower first punch 12 is disposed at a position (first position) where the inner peripheral side of the tapered upper surface 12a is lower than the upper surface 11a of the core rod 11.
Further, the lower second punch 13 has a position where the upper surface 13a is above the outer peripheral side of the upper surface 12a of the lower first punch 12 and lower than the upper surface 10a of the die plate 10A and the upper surface 11a of the core rod 11 (first position). Position).
[0024]
The first filling space S1 thus formed is filled with the first raw material powder P1 constituting the valve contact layer 101 by the shoe box 15. The thickness of the valve contact layer 101 made of the first raw material powder P1 can be adjusted by appropriately adjusting the first positions of the lower first punch 12 and the lower second punch 13.
[0025]
That is, since the first raw material powder P1 is an alloy powder having high wear resistance for forming the valve contact layer 101 (tapered portion 101a) of the green compact 100, the use amount of the raw material powder P1 is reduced. By doing so, material costs can be reduced. Therefore, in order to prevent the first raw material powder P1 from being unnecessarily thick, it is necessary to appropriately set the first position.
[0026]
<Second filling process>
Next, as shown in FIG. 3, the lower first punch 12 and the lower second punch 13 are lowered from the first position to the second position to form a second filling space S2. That is, by lowering the relative positions of the lower first and second punches 12 and 13 with respect to the upper surface 10a of the die 10 and the upper surface 11a of the core rod 11, the through hole 10b of the die 10 and the core rod 11 are not changed. A second filling space S2 is formed on the lower first and second punches 12 and 13 between the first and second punches 12 and 13.
[0027]
Then, the shoe box 15 is positioned on the through hole 10b in which the second filling space S2 is formed as described above, and the second raw material powder P2 is filled in the filling space S2. At this time, the next step is performed without retracting the shoe box 15 holding the second raw material powder P2 from above the through hole 10b. The second raw material powder P2 is a high-temperature-strength alloy powder that forms a portion (backup layer 102) other than the tapered portion 101a of the green compact 100.
[0028]
<Lower first punch lifting process>
As shown in FIG. 4, in a state where the second raw material powder P2 is deposited on the first raw material powder P1, only the lower first punch 12 is raised with respect to the lower second punch 13 to the third position. . At this time, the lower first punch 12 is located at a position where the outer periphery of the tapered upper surface 12a is continuous with the upper surface 13a of the lower second punch 13 and forms the tapered portion 101a and the flat portion 101b of the green compact 100 (the green compact). (At the time of molding).
When the first position (FIG. 2) of the lower first punch 12 passes below, the upper part of the first raw material powder P1 filled on the lower first punch 12 is moved by the die 10 and the core rod 11 in this step. It is not preferable because the raw material powder P1 becomes higher than the upper surfaces 10a and 11a and is mixed into the raw material powder P2 scraped off by the shoe box 15.
[0029]
In this step, the lower first punch 12 is raised, so that the raw material powders P1 and P2 on the upper surface 12a are lifted, and the extra raw material powder P2 in the filling space S2 is raised upward from between the die plate 10A and the core rod 11. Extruded. At this time, since the raw material powder P2 is deposited on the upper side, the raw material powder P1 does not flow largely due to the taper of the upper surface 12a, but remains on the upper surface 12a.
[0030]
<Wearing process>
Next, as shown in FIG. 5, the shoe box 15 is retracted from the first and second filling spaces S1 and S2, and the raw material powder P1 on the die plate 10A and the core rod 11 is scraped off. The upper surfaces of the raw material powders P1 and P2 in S2 are scraped off according to the upper surfaces 10a and 11a of the die plate 10A and the core rod 11. Thus, in the filling spaces S1 and S2 formed between the die 10, the core rod 11, and the lower first and second punches 12 and 13, a layer of the raw material powder P1 is provided on the lower side, and a layer of the raw material powder P2 is provided on the upper side. It is in a deposited state.
<Compression molding process>
Then, as shown in FIG. 6, the upper punch 14 is lowered to fit between the through hole 10b of the die 10 and the core rod 11, and the raw material powder P1 is formed between the lower first and second punches 12 and 13. , P2, the upper surface 12a of the lower first punch 12 and the upper surface 13a of the lower second punch 13 form the tapered portion 101a made of the raw material powder P1 and one end surface on the side of the flat portion 101b. The other end face made of the raw material powder P2 is formed by the lower surface 14a of the base material, and the green compact 100 whose inner and outer peripheral faces are formed by the outer peripheral face of the core rod 11 and the inner peripheral face of the through hole 10b is compression-molded.
[0031]
At this time, the interval between the lower surface 14a of the upper punch 14 and the upper surfaces 12a and 13a of the lower first and second punches 12 and 13 is a predetermined distance for forming the green compact 100 by lowering the upper punch 14. Narrowed down to the interval.
On the other hand, the die 10 and the core rod 11 are located at positions where the side surfaces (inner and outer peripheral surfaces) of the space (cavity) between the lower surface 14a of the upper punch 14 and the upper surfaces 12a, 13a of the lower first and second punches 12, 13 are closed. As long as it is sufficient, the raw material powders P1 and P2 compressed by the lowering of the upper punch 14 can be uniformly compressed as a whole by moving the upper part relative to the cavity.
[0032]
<Payout process>
When the green compact 100 is formed, the upper surfaces 10a and 11a of the die 10 and the core rod 11 and the upper surface 13a of the lower second punch 13 are flush with each other, and the upper end of the lower first punch 12 is positioned on the die 10 and the core rod. Each member is relatively moved so as not to protrude above the upper surfaces 10a of the die 11, the shoe box 15 is advanced over the through hole 10b, and the shoe box 15 is advanced onto the die 10, the core rod 11 and the lower second punch 13. The green compact 100 in the mounted state is dispensed. At this time, by keeping the raw material powder P1 in the shoe box 15 and returning the position of each member to the first position shown in FIG. 2, the first filling step can be started continuously.
[0033]
As described above, the valve seat (compacted green) 100 having the valve contact layer 101 made of the first raw material powder P1 and the backup layer 102 made of the second raw material powder P2 is used for the respective members of the powder molding apparatus. Since the valve contact layer 101 is formed by driving so as to be thin, the usage amount of the first raw material powder P1 can be reduced.
Then, by sintering the green compact 100 and performing correction and surface treatment as necessary, the valve seat 100 can be manufactured.
[0034]
The components, their shapes, combinations, and the like shown in the above embodiments are merely examples, and can be variously changed based on design requirements without departing from the spirit of the present invention.
For example, when high wear resistance is not required for the flat portion 101b on the valve contact layer 101 side, the upper surface 13a of the lower second punch 13 is connected to the upper surface 10a of the die plate 10A and the core rod 11 in the first filling step. By setting the lower second punch 13 so as not to be filled with the first raw material powder P1 as a position flush with 11a, the usage amount of the first raw material powder P1 can be further reduced.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the powder molding method of the present invention, the lower first punch forming the tapered portion is positioned lower than the relative position of the lower first punch and the lower second punch when compressing the raw material powder. By raising the lower first punch after filling the first raw material powder, a sufficient amount of the first raw material powder can be supplied onto the lower first punch and the first raw material on the lower second punch can be supplied. This layer can be made thinner by reducing the supply of powder. Therefore, the ratio of the raw material powder of the valve contact layer forming the tapered portion in the green compact can be reduced, so that the material cost can be reduced even when the valve contact layer is formed of an expensive material. Can be.
[0036]
In the present invention, since the timing of raising the lower first punch after filling the first raw material powder is after the filling of the second raw material powder, the lower first punch can be moved below the deposited second raw material powder. Since the first raw material powder is not moved much, it can be securely left on the lower first punch, and the valve seat in which the valve contact layer and the backup layer are formed stably is formed. can do.
[0037]
According to the manufacturing method of the valve seat according to the second aspect of the present invention, the boundary surface between the valve contact layer and the backup layer can be formed along the tapered portion. There is no waste and the valve contact layer can be made as thick as necessary. Therefore, it is possible to suppress the material cost and to manufacture a valve seat excellent in heat dissipation and wear resistance.
[0038]
According to the valve seat according to the third aspect of the present invention, the valve contact layer requiring abrasion resistance is not too thick, and the backup layer requiring high thermal conductivity has a sufficient volume, so that high heat dissipation is achieved. By obtaining a valve seat having wear resistance, it is possible to realize a high-performance internal combustion engine having a long component life.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a use state of a valve seat (compact) of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part of a powder molding apparatus for molding the valve seat shown in FIG. 1 and showing each member in a first filling step.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state of the powder molding device in a second filling step.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state of the powder molding device in a lower first punch ascent process.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a main part of the powder molding apparatus in a state where the raw material powder on the die has been scraped.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main part of a powder molding apparatus in a state where raw material powder is compression-molded between upper and lower punches.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a main part of the powder molding apparatus in a state where a molded valve seat is discharged.
[Explanation of symbols]
Reference Signs 10 Die 11 Core rod 12 Lower first punch 13 Lower second punch 14 Upper punch 100 Valve seat (compact)
101a Tapered part 101b Plane part 102a Plane part P1 First raw material powder P2 Second raw material powder S1 First filling space S2 Second filling space

Claims (3)

一端面と他端面とが異なる原料の２層円環状の圧粉体からなり、前記一端面の内側にテーパ部、外側に平面部を有する二層圧粉体を成形する粉末成形方法であって、
圧粉体の外周面を形成するダイと；圧粉体の内周面を形成するコアロッドと；該コアロッドの外周面に嵌合して圧粉体の一端面に前記テーパ部を形成する下第１パンチと；該下第１パンチと前記ダイとの間に嵌合して圧粉体の一端面に前記平面部を形成する下第２パンチと；前記ダイおよびコアロッド間に嵌合されて圧粉体の他端面を形成する上パンチとを有する粉末成形装置を用いて、
前記下第１パンチおよび前記下第２パンチの上面に、前記テーパ部をなす第１の原料粉末を充填する第１充填空間を形成し、該第１充填空間に前記第１の原料粉末を充填する第１充填工程と；
前記下第１パンチおよび下第２パンチを前記ダイおよびコアロッドに対して下降させて前記他端面をなす第２の原料粉末を充填する第２充填空間を形成し、該第２充填空間に前記第２の原料粉末を充填する第２充填工程と；
前記下第１パンチを前記下第２パンチに対して上昇させる下第１パンチ上昇工程と；を順に行った後、
前記第２充填空間に充填された第２の原料粉末を前記ダイおよびコアロッド上面に合わせて擦り切り、前記上パンチを下降させて前記ダイおよびコアロッド間に嵌合させ、前記第１および第２充填空間内の前記原料粉末を圧縮成形することを特徴とする粉末成形方法。A powder molding method for molding a two-layer green compact formed of a two-layer annular green compact of a material whose one end face and the other end face are different from each other, and having a tapered portion inside the one end face and a flat portion outside. ,
A die for forming an outer peripheral surface of the green compact; a core rod for forming an inner peripheral surface of the green compact; and a lower part for fitting the outer peripheral surface of the core rod to form the tapered portion on one end surface of the green compact. A lower second punch which is fitted between the lower first punch and the die to form the flat portion on one end face of the green compact; and a lower pressure which is fitted between the die and the core rod. Using a powder molding device having an upper punch and forming the other end surface of the powder,
On the upper surfaces of the lower first punch and the lower second punch, a first filling space for filling the first raw material powder forming the tapered portion is formed, and the first filling space is filled with the first raw material powder. A first filling step;
The lower first punch and the lower second punch are lowered with respect to the die and the core rod to form a second filling space for filling the second raw material powder forming the other end surface, and the second filling space is formed in the second filling space. A second filling step of filling the raw material powder of No. 2;
Lower first punch raising step of raising the lower first punch relative to the lower second punch;
The second raw material powder filled in the second filling space is scraped off according to the upper surfaces of the die and the core rod, and the upper punch is lowered to be fitted between the die and the core rod, so that the first and second filling spaces are filled. A powder molding method, wherein the raw material powder is compression-molded. 請求項１に記載の粉末成形方法を用いてバルブシートを製造する方法であって、
前記圧粉体を焼結して、前記第１の原料粉末からなるバルブ当接層と前記第２の原料粉末からなるバックアップ層とを有するバルブシートを製造することを特徴とするバルブシートの製造方法。A method for manufacturing a valve seat using the powder molding method according to claim 1,
Sintering the green compact to produce a valve seat having a valve contact layer made of the first raw material powder and a backup layer made of the second raw material powder. Method. バルブ当接層とバックアップ層とが異なる原料からなり、前記バルブ当接層側の端面にテーパ部を有する圧粉体を焼結してなるバルブシートであって、
前記バルブ当接層と前記バックアップ層との境界面に、前記テーパ部に沿う斜面が形成されていることを特徴とするバルブシート。A valve seat comprising a valve contact layer and a backup layer made of different raw materials, and sintering a green compact having a tapered portion on an end surface on the valve contact layer side,
A valve seat, wherein a slope along the tapered portion is formed at a boundary surface between the valve contact layer and the backup layer.

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