JP2014088793A - バルブシート及びシリンダヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】
装着精度を確保するとともに、効率的に放熱させることができるようにした、バルブシート及びこれが装着されるシリンダヘッドを提供する。
【解決手段】
エンジンのシリンダヘッド２において燃焼室４に通じる吸排気ポートの開口部２０に装着され、吸排気ポートを開閉するバルブ１が当接するリング形状のバルブシート１０であって、リング形状の外周面１２に形成され、シリンダヘッド１に螺合するネジ山部１２ａと、リング形状の上面１３において外周面１２の中心軸を回転中心とした非平面の回転体形状に形成され、シリンダヘッド２に接触する回転体形状部１３ａと、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの吸気ポート又は排気ポートを開閉するバルブのバルブシートと、このバルブシートが装着されるシリンダヘッドとに関するものである。

従来、バルブシートは、エンジンのシリンダヘッドに形成された吸気ポート又は排気ポートに圧入されることにより装着されている。このように圧入でバルブシートが装着されると、シリンダヘッドの装着箇所近傍に応力が発生するため、シリンダヘッドの肉厚を確保する必要がある。また、圧入時の応力により歪みが発生し、バルブシートの装着精度を確保することができないおそれがある。そのため、圧入を用いることなくバルブシートを装着する技術が開発されており、このような技術が特許文献１及び２に示されている。

特許文献１のバルブシートは、外周面が円錐台形状に形成されており、その装着前には、外周面に複数の突条が設けられている。このバルブシートをシリンダヘッドに押圧して接合し、これらの接合部を抵抗加熱溶接することによりバルブシートが装着される。この装着時には、バルブシートの表面の酸化被膜や不純物等が突条に破壊されるとともに、溶融又は軟化したシリンダヘッドの一部が突条間の溝に沿って接合部から押し流され、バルブシートの外周面とシリンダヘッドの新生面とが密着する。

特許文献２のバルブシートの接合構造は、軟質金属製のシリンダヘッドに硬質金属製のバルブシートを圧接したものである。このバルブシートの外周部に設けられた縮径部には、圧接時に生じる軟質金属（シリンダヘッド）の固相流動体が充填され、この固相流動体が固化することにより、バルブシートはシリンダヘッド側に物理的に固定される。

特開平１１−５０９０６号公報 特開２００２−２３５５１４号公報

特許文献１の技術では、シリンダヘッドへのバルブシートの装着に抵抗加熱溶接を用いるため、これらの装着箇所及びこの周辺に熱負荷がかかる。これにより、歪みが発生し、バルブシートの装着精度を確保することができないおそれがある。また、特許文献２の技術では、バルブシートをシリンダヘッドに圧接することにより、シリンダヘッドを固相流動体にして充填し固化するため、バルブシートの装着精度を確保することができないおそれがある。

また、これらの特許文献１及び２の技術では、バルブシートとシリンダヘッドとが平面状に接触しているため、これらの接触面積の不足により、バルブシートからシリンダヘッドへの放熱を効率よく行なうことができないおそれがある。さらに、バルブシートの装着に溶接又は圧接を用いるため、バルブシートの取り外しや再装着が困難である。
本発明は、かかる課題に鑑み創案されたものであり、装着精度を確保するとともに、効率的に放熱させることができるようにした、バルブシート及びこれが装着されるシリンダヘッドを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明のバルブシートは、エンジンのシリンダヘッドにおいて燃焼室に通じる吸排気ポートの開口部に装着され、前記吸排気ポートを開閉するバルブが当接するリング形状のバルブシートであって、前記リング形状の外周面に形成され、前記シリンダヘッドに螺合するネジ山部と、前記リング形状の上面において前記外周面の中心軸を回転中心とした非平面の回転体形状に形成され、前記シリンダヘッドに接触する回転体形状部と、を備えたことを特徴としている。
（２）前記回転体形状部が、前記上面から前記シリンダヘッド側に向かって突設されたガイド部を有することが好ましい。
（３）前記ガイド部が、先細り形状に形成されたことが好ましい。
（４）前記回転体形状部が、波状又は凹凸状に形成された波部を有することが好ましい。
（５）前記回転体形状部が、前記上面から前記燃焼室側に向かって凹設された凹部を有することが好ましい。

（６）本発明のシリンダヘッドは、上記のバルブシートが装着されるシリンダヘッドであって、前記開口部は、前記外周面に対応する内側の周面に形成されるとともに前記ネジ山部に螺合するネジ溝部と、前記上面に対応する下側面に、前記周面の中心軸を回転中心とした非平面形状であって前記回転体形状部に対応する形状に形成された雌型回転体形状部と、を備えたことを特徴としている。
（７）前記雌型回転体形状部が、前記下側面から前記燃焼室側の反対側に向かって凹設されるとともに前記ガイド部に対応する形状に形成されたガイド溝部を有することが好ましい。
（８）前記ガイド溝部が、先細り形状に形成されたことが好ましい。

（９）前記雌型回転体形状部が、波状又は凹凸状に形成された波受部を有することが好ましい。なお、この波受部が前述の波部に対応する形状であることが好ましい。
（１０）前記雌型回転体形状部が、前記下側面から前記燃焼室側に向かって突設されるとともに前記凹部に対応する形状に形成された凸部を有することが好ましい。

本発明のバルブシートによれば、外周面に形成されたネジ山部がシリンダヘッドに螺合するため、外周面はシリンダヘッドと接触し、また、上面に形成された非平面の回転体形状である回転体形状部はシリンダヘッドと接触するため、平面状に接触しているものに比較して、バルブシートとシリンダヘッドとの接触面積が大きくなる。このため、バルブシートからシリンダヘッドへの熱伝導が効率的に行なわれることとなり、バルブシートを効率的に放熱させることができる。
このバルブシートの放熱に伴い、これに当接するバルブも放熱され冷却されることになるため、燃焼室に臨むバルブの触火面も冷却されることになる。よって、エンドガスの温度が高温になることを抑制し、ノッキングを抑制することができる。

バルブシートの外周面にはネジ山部が形成されているため、このネジ山部を螺合することによりバルブシートを装着することができる。これにより、バルブシートの装着位置の管理を容易化することができ、バルブシートの装着精度を確保することができる。また、取り外しや再装着を容易に行なうことができ、メンテナンス性を向上させることができる。
バルブシートの装着時には、この上面に形成された回転体形状部が回転しつつシリンダヘッドの開口部に近接して接触するが、回転体形状部は回転体形状に形成されているため、シリンダヘッドに引っ掛かることなくバルブシートを装着することができる。

上記のように、バルブシートをネジ山部の螺合により装着した場合には、圧入等で装着するときに比較して、シリンダヘッドにかかる応力は極めて小さくなる。したがって、シリンダヘッドの肉厚を薄くすることができる。例えば、シリンダヘッドにおいて、冷却水が流通するウォータジャケットをバルブシートに近づけて形成することができ、効率的な放熱を促進させることができる。
本発明のシリンダヘッドは、バルブシートに対応する形状に形成されているため、上記の効果と同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態にかかるバルブシート及びこれが装着されたシリンダヘッドの要部断面図である。 図１のバルブシートの一部を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかるバルブシートを取り出して示す斜視図である。 本発明の一実施形態の第１変形例にかかるバルブシートの一部を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施形態の第２変形例にかかるバルブシートの一部を拡大して示す断面図である。

以下、図面を用いて、本発明のバルブシート及びこれが装着されるシリンダヘッドにかかる実施形態について説明する。本発明のバルブシート及びシリンダヘッドは、エンジンの一部を構成するものであり、エンジンの燃焼室を形成している周壁の一部を構成するものでもある。本実施形態では、エンジンの載置方向に拘らず、エンジンの燃焼室側を下方とし、その逆を上方とし、これらの上下方向に直交する方向を水平方向とし、燃焼室に通じる吸排気ポートを開閉するバルブのステムの延在軸に向かう側を内側、その逆を外側として説明する。

〔一実施形態〕
図３に示すように、バルブシート１０は、リング形状に形成された部材である。バルブシート１０の表面は、内周面１１と外周面１２と上面１３と下面１４とから構成されている。
内周面１１は、その下部１１ａ（図１参照）が下方になるに従って外側に位置し、下部１１ａよりも上方では上下方向に沿って延在している。外周面１２は、上下方向に沿って延在し、ネジ山部１２ａが螺刻されている。上面１３及び下面１４は、水平方向に沿って延在し、上面１３には、非平面であって回転体形状の波部（回転体形状部）１３ａが形成されている。回転体形状とは、外周面１２の中心軸Ｃを回転中心として、上面１３の上下方向断面形状を回転させて生ずる立体形状をいう。ここでは、波部１３ａとして、三つの凸状に形成された部位とこれらの部位の間に凹状に形成された部位とが等間隔に形成されたものを示すが、波部１３ａにおいて各凹状の部位の形成される数は三つに限られず、四つ以上又は二つ以下でもよく、凹状の部位と凹状の部位との間隔が等しくなくてもよい。

図１に示すように、バルブシート１０は、その外周面１２及び上面１３に対応する形状に形成されたシリンダヘッド２に装着される。具体的には、バルブシート１０は、エンジンのシリンダヘッド２において燃焼室４に通じる吸排気ポートＰの開口部２０に装着される。なお、開口部２０とは、シリンダヘッド２の一部であり、吸排気ポートＰの周辺部位を意味する。
このバルブシート１０は、吸排気ポートＰのそれぞれに装備されるが、各バルブシート１０及びこれが装着されるシリンダヘッド２の開口部２０の構成は同様であるため、ここでは一つの吸排気ポートＰ（以下、単に「ポートＰ」という）周辺に配設されるバルブシート１０及びシリンダヘッド２の開口部２０について説明する。

バルブシート１０は、バルブ１（二点鎖線で閉鎖時のものを示す）の繰り返しの当接による摩耗（リセッション）を防ぐとともに、バルブ１の当接時に燃焼室４の機密を保つものである。このバルブシート１０には、バルブ１が繰り返し当接するため、シリンダヘッド２よりも耐摩耗強度に優れた例えば鋼鉄製のものが用いられる。一方、シリンダヘッド２には、例えばアルミ合金製のものが用いられる。
バルブシート１０を形成する鋼鉄等の材料の熱伝導率λ₁は、シリンダヘッド２を形成するアルミ合金等の材料の熱伝導率λ₂よりも小さい。つまり、バルブシート１０は、シリンダヘッド２よりも熱が伝わり難い。なお、熱伝導率とは、熱の伝わりやすさを表す物質定数の一つであり、熱の流れに垂直な単位面積を通り、単位温度勾配につき１秒間に流れる熱量をいう。

バルブ１は、ステム１ａと傘部１ｂとを有する。このバルブ１は、ステム１ａの延在方向に沿って往復動し、傘部１ｂとバルブシート１０との当接によりポートＰが閉鎖され、離隔によりポートＰが開放される。ポートＰが閉鎖されている場合には、傘部１ｂの周縁上部に位置するバルブフェースｖｆと内周面１１の下部１１ａとが当接し、傘部１ｂの下部に位置する触火面ｄｆは、燃焼室４を密閉する周壁として機能し、燃焼ガスに曝される。なお、バルブシート１０の下面１４も、触火面ｄｆと同様に、燃焼室を密閉する周壁として機能し、燃焼ガスに曝される。

シリンダヘッド２の開口部２０は、その表面として、内側の周面２１と下側を向いている下側面２２とを有する。この周面２１は、バルブシート１０の外周面１２に対応した形状に形成され、下側面２２は、バルブシート１０の上面１３に対応した形状に形成されている。また、バルブシート１０が装着されている場合には、バルブシート１０の外周面１２と開口部２０の周面２１とが面状に接触し、バルブシート１０の上面１３と開口部２０の下側面２２とが面状に接触している。

バルブシート１０の一部を拡大した図２に示すように、バルブシート１０の上面１３に形成された波部１３ａは、その断面が矩形波状に形成されており、上方に水平方向に沿って位置する頂面１３ｕと、その下方に水平方向に沿って位置する底面１３ｄと、これらの面１３ｕ，１３ｄを接続するとともに上下方向に沿って延在する立面１３ｅとを有する。

一方、開口部２０の下側面２２には、周面２１の中心軸Ｃを回転中心とした非平面の回転体形状であって、バルブシート１０の波部１３ａに対応した形状の波受部（雌型回転体形状部）２２ａが形成されている。この波受部２２ａは、上方に水平方向に沿って位置し、頂面１３ｕに対応して形成された雌型頂面２２ｕと、下方に水平方向に沿って位置し、底面１３ｄに対応して形成された雌型底面２２ｄと、これらの面２２ｕ，２２ｄを接続するとともに上下方向に沿って延在し、立面１３ｅに対応して形成された雌型立面２２ｅとを有する。
つまり、バルブシート１０の上面１３は、平面状に形成された上面Ｐ１（図２中に一点鎖線で示す）に比較して、立面２２ｅの表面積分だけ、シリンダヘッド２との接触面積が大きい。

バルブシート１０の波部１３ａは、平面状に形成された上面Ｐ１を基準にした高さ（変位量）がＬ₁に設定されている。換言すれば、波部１３ａの腹の突設方向への変位量がＬ₁に設定されている。ここでは、波部１３ａの腹の凹設方向への変位量もＬ₁に設定されている。バルブシート１０の上面１３と開口部２０の下側面２２との接触面積は、変位量Ｌ₁が大きくなるに従って大きくなり、また、波部１３ａの形成ピッチが細かくなるに従って大きくなる。この変位量Ｌ₁は、確保すべき接触面積に応じて設定することができる。なお、変位量Ｌ₁は、その増減に応じて、バルブシート１０とシリンダヘッド２との接触面積も増減するが、バルブシート１０の体積は略増減しない又は増減しない。よって、波部１３ａは、バルブシート１０の体積増加を招くことなくその表面積を増加させる部位といえる。
同様に、開口部２０の下側面２２は、平面状に形成された下側面Ｐ１（ここでは、平面状に形成された上面Ｐ１と重なるため同符号を使用している）を基準にした波受部２２ａの高さ（変位量）がＬ₁に設定されている。

また、開口部２０の周面２１には、バルブシート１０の外周面１２に形成されたネジ山部１２ａに対応した形状のネジ溝部２１ａが螺刻されている。雄ネジであるネジ山部１２ａと雌ネジであるネジ溝部２１ａとが螺合することにより、バルブシート１０は、シリンダヘッド２の開口部２０に装着されている。
つまり、バルブシートの外周面１２は、平面状に形成された外周面Ｐ２（図２中に一点鎖線で示す）に比較して、シリンダヘッド２との接触面積が大きい。

次に、シリンダヘッド２に装着されたバルブシート１０の熱の移動について説明する。
バルブシート１０とシリンダヘッド２との間の伝熱量Ｑは、これらの接触面積Ｓと、バルブシート１０の温度θ₁と、シリンダヘッド２の温度θ₂とから、下記の式（１）で示すことができる。

上記の式（１）は、バルブシート１０とシリンダヘッド２との間の伝熱量Ｑが、これらの接触面積Ｓと、バルブシート１０の温度θ₁とシリンダヘッド２の温度θ₂との温度差とに比例することを表している。
なお、上記した通りシリンダヘッド２の熱伝導率λ₂はバルブシート１０の熱伝導率λ₁よりも大きいので、バルブシート１０からシリンダヘッド２への熱は滞ることなく伝達される。

よって、バルブシート１０は、シリンダヘッド２の開口部２０との接触面積Ｓに応じて、シリンダヘッド２に伝熱する。この接触面積Ｓは、上記の通り、バルブシート１０の外周面１２及び上面１３の表面積、即ち、外周面１２に形成されたネジ山部１２ａの表面積と上面１３に形成された波部１３ａの表面積とを合わせた面積に対応する。

〔作用・効果〕
バルブシート１０をシリンダヘッド２の開口部２０に装着するには、バルブシート１０の外周面１２に螺刻されたネジ山部１２ａと、開口部２０の周面２１に螺刻されたネジ溝２１ａとを螺合させて、バルブシート１０を上方に進入させる。この際、バルブシート１０の上面１３に形成された波部１３ａは、開口部２０の下側面２２に回転しながら近接する。詳細には、波部１３ａの立面１３ｅと波受部２２ａの雌型立面２２ｅとが摺動しながら、波部１３ａの頂面１３ｕと波受部２２ａの雌型頂面２２ｕとが回転しつつ近接した後に接触する。

よって、装着されたバルブシート１０では、その波部１３ａの全ての面１３ｕ，１３ｅ，１３ｄが開口部２０の波受部２２ａの全ての面２２ｕ，２２ｅ，２２ｄに面状に接触するとともに、ネジ山部１２ａの全ての面が開口部２０のネジ溝部２１ａの全ての面に接触する。

したがって、本発明の一実施形態にかかるバルブシート１０によれば、シリンダヘッド２に接触するバルブシート１０の外周面１２及び上面１３には、ネジ山部１２ａと回転体形状の波部１３ａとが形成されているため、平面で接触しているものに比較して、バルブシート１０とシリンダヘッド２の開口部２０との接触面積が大きくなる。このため、バルブシート１０からシリンダヘッド２への熱伝導が効率的に行なわれることとなり、バルブシート１０を効率的に放熱させることができる。

このバルブシート１０の放熱に伴い、これに当接するバルブ１も放熱され冷却されることになるため、燃焼室４に臨むバルブ１の触火面ｄｆも冷却されることになる。よって、燃焼室４の周縁の燃焼ガス（エンドガス）の温度が高温になることを抑制し、ノッキングを抑制することができる。

バルブシート１０の外周面１２にはネジ山部１２ａが形成されているため、このネジ山部１２ａを螺合することによりバルブシート１０を装着することができる。これにより、バルブシート１０の装着位置の管理を容易化することができ、バルブシート１０の装着精度を確保することができる。また、取り外しや再装着を容易に行なうことができ、メンテナンス性を向上させることができる。

バルブシート１０の装着時には、この上面１３に形成された波部１３ａが回転しつつシリンダヘッド２の開口部２０に近接して接触するが、波部１３ａは回転体形状に形成されているため、シリンダヘッド２の開口部２０に引っ掛かることなくバルブシート１０を装着することができる。
このようにバルブシート１０をネジ山部１２ａの螺合により装着した場合には、圧入等で装着するときに比較して、シリンダヘッド２にかかる応力は極めて小さくなる。したがって、シリンダヘッド２の肉厚を薄くすることができる。例えば、シリンダヘッド２において、冷却水が流通するウォータジャケットをバルブシート１０に近づけて形成することができ、効率的な放熱を促進させることができる。

波部１３ａは、バルブシート１０の体積増加を招くことなくその表面積を増加させるため、シリンダヘッド２よりも熱伝導率が低いため熱の伝達速度が遅いバルブシート１０において、バルブ１に当接される箇所とシリンダヘッド２との距離を伸ばすことがなく、効率的に放熱することができる。
シリンダヘッド２の開口部２０は、バルブシート１０の外周面１２のネジ山部１２ａに対応する形状に形成された周面２１のネジ溝２１ａと、上面１３の波部１３ａに対応する形状に形成された下側面２２の波受部２２ａとを有するため、上記のバルブシート１０と同様の効果を得ることができる。

〔変形例〕
次に、図面を用いて本発明の一実施形態にかかる変形例について説明する。本発明の変形例にかかるバルブシート及びシリンダヘッドは、バルブシートの上面に形成された回転体形状部の形状と、これに対応する形状に形成されたシリンダヘッドの下側面の雌型回転体形状部の形状とが、上述の形状と異なる。以下の説明では、これらの異なる点を説明する。なお、ここでいう異なる点を除いては上述の一実施形態の構成と同様の構成になっており、これらについては、同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、上述した一実施形態に関わらず、かかる趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本変形例の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、適宜組み合わせてもよい。

〈第１変形例〉
図４に示すように、第１変形例のバルブシート１０には、回転体形状に形成されたガイド部（回転体形状部）１３ｂが上面１３からシリンダヘッド２側に向かって突設されている。このガイド部１３ｂの表面は、内側に位置する傾斜面Ａ１と、上下方向に沿って外側に位置する立面Ａ２と、これらの面Ａ１，Ａ２の上端を接続する頂面Ａ３とから構成されている。この傾斜面Ａ１は、その下端（基端）から上端に向けて外側に傾斜した面である。つまり、ガイド部１３ｂは、先細り形状に形成されている。

このガイド部１３の上下方向の長さ、すなわち、平面状に形成された上面Ｐ１（図４中に一点鎖線で示す）を基準にした突設方向への変位量Ｌ₂は、上述の一実施形態における波部１３ａ（図２参照）の変位量Ｌ₁よりも大きい。逆に言えば、一実施形態における波部１３ａの腹の突設方向への変位量Ｌ₁は、第１変形例のガイド１３の変位量Ｌ₂よりも小さい。

一方、シリンダヘッド２の開口部２０では、その下側面２２に、バルブシート１０のガイド部１３ｂに対応した形状にガイド溝部（雌型回転体形状部）２２ｂが燃焼室４（図１参照）側の反対側に向って凹設され形成されている。具体的には、ガイド溝部２２ｂは、内側に位置するとともに下端よりも上端が外側に傾斜し、傾斜面Ａ１に対応して形成された雌型傾斜面Ｂ１と、上下方向に沿って外側に位置し、立面Ａ２に対応して形成された雌型立面Ｂ２と、これらの面Ｂ１，Ｂ２の上端を接続し、頂面Ａ３に対応して形成された雌型頂面Ｂ３とを有する。つまり、ガイド溝部２２ｂも先細り形状に形成されている。

同様に、ガイド溝部２２ｂの上下方向の長さ、すなわち、平面状に形成された下側面Ｐ１を基準にした凹設方向への変位量Ｌ₂は、上述の一実施形態における波受部２２ａ（図２参照）の変位量Ｌ₁よりも大きい。逆に言えば、一実施形態における波受部２２ａの腹の凹設方向への変位量Ｌ₁は、第１変形例のガイド溝部２２ｂの下側面Ｐ１を基準にした変位量Ｌ₂よりも小さい。
つまり、バルブシート１０の上面１３は、平面状に形成された上面Ｐ１に比較して、傾斜面Ａ１及び立面Ａ２の表面積分だけ、シリンダヘッド２との接触面積が大きい。

これらのガイド部１３ｂ及びガイド溝部２２ｂは、互いに対応する先細り形状に形成されているため、バルブシート１０の装着を案内する機能を有する。
なお、バルブシート１０の外周面１２に形成されたネジ山部１２ａや開口部２０の周面２１に形成されたネジ溝部２１ａといったその他の構成は、上述の一実施形態の構成と同様である。

バルブシート１０をシリンダヘッド２の開口部２０に装着するには、バルブシート１０のネジ山部１２ａと開口部２０のネジ溝部２１ａとを螺合させて、バルブシート１０を上方に進入させる。この際、バルブシート１０のガイド部１３ｂは、開口部２０のガイド溝部２２ｂに回転しながら近接する。詳細には、ガイド部１３ｂ及びガイド溝部２２ｂの変位量Ｌ₂は、波部１３ａ及び波受部２２ａの変位量Ｌ₁よりも長いため、上述の一実施形態の装着に比較して、バルブシート１０の上面１３と開口部２０の下側面２２との摺動、すなわち、ガイド部１３ｂの立面Ａ２とガイド溝部２２ｂの雌型立面Ｂ２との摺動が初期段階から行なわれる。そして、ガイド部１３ｂの傾斜面Ａ１及び頂面Ａ３とガイド溝部２２の雌型傾斜面Ｂ１及び雌型頂面Ｂ３とが近接した後に接触する。

つまり、ガイド部１３ｂ及びガイド溝部２２ｂの変位量Ｌ₂が大きいため、バルブシート１０とシリンダヘッド２の開口部２０との摺動が初期段階から行なわれ、バルブシート１０を案内することができる。また、ガイド部１３ｂ及びガイド溝部２２ｂは先細り形状に形成されているため、バルブシート１０の案内及び装着を安定させることができる。これにより、装着作業の負担を軽減させることができる。

これと同時に、装着されたバルブシート１０は、ガイド部１３ｂの表面Ａ１，Ａ２，Ａ３は、シリンダヘッド２のガイド溝部２２ｂの表面Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３に面状に接触するため、これらの接触面積を大きくすることができ、バルブシート１０からシリンダヘッド２への熱伝導の効率化に寄与する。

ガイド部１３及びガイド溝部２２ｂは、先細り形状に形成されているため、接触面積を確保しつつ、バルブシート１０の体積増加を抑えることができる。このようにバルブシート１０の体積増加を抑えることにより、シリンダヘッド２よりも熱伝導率が低いため熱の伝達速度が遅いバルブシート１０において、バルブ１（図１参照）に当接される箇所とシリンダヘッド２との距離を短縮することができ、速やかに放熱することができる。

〈第２変形例〉
図５に示すように、第２変形例のバルブシート１０は、回転体形状に形成された凹部（回転体形状部）１３ｃが上面１３から燃焼室４（図１参照）側に向かって凹設されている。この凹部１３ｃは、上面１３を基準に第１変形例で上述のガイド部１３ｂを上下反転させた形状を有する。つまり、凹部１３ｃの表面は、内側に位置するとともに上端よりも下端が外側に傾斜した傾斜面Ｃ１と、上下方向に沿って外側に位置する立面Ｃ２と、これらの面Ｃ１，Ｃ２の下端を接続する底面Ｃ３とから構成されている。よって、凹部１３ｃは、先細り形状に形成されている。

この凹部１３ｃは、第１変形例のガイド部１３ｂと同様に、上面Ｐ１を基準にした凹設方向への変位量Ｌ₃が、上述の一実施形態における波部１３ａ（図２参照）の腹の突設方向への変位量Ｌ₁よりも大きい。逆に言えば、波部１３ａの変位量Ｌ₁は、凹部１３ｃの変位量Ｌ₃よりも小さい。

一方、シリンダヘッド２の開口部２０には、回転体形状に形成された凸部２２ｃが下側面２２から燃焼室４（図１参照）側に向かって突設されている。この凸部２２ｃは、下側面２２を基準に第１変形例で上述のガイド溝部２２ｂを上下反転させた形状を有する。つまり、凸部２２ｃは、内側に位置するとともに上端よりも下端が外側に傾斜し、傾斜面Ｃ１に対応して形成された雌型傾斜面Ｄ１と、上下方向に沿って外側に位置し、立面Ｃ２に対応して形成された雌型立面Ｄ２と、これらの面Ｄ１，Ｄ２を接続し、底面Ｃ３に対応して形成された雌型底面Ｄ３とを有する。

なお、平面状の下側面Ｐ１を基準にした突設方向への凸部２２ｃの変位量Ｌ₃が、上述の一実施形態における波受部２２ａ（図２参照）の腹の凹設方向への変位量Ｌ₁よりも大きく、逆に言えば、波受部２２ａの変位量Ｌ₁は、凸部２２ｃの変位量Ｌ₃よりも小さいことが好ましい。

波受部２２ａの変位量Ｌ₁は、バルブシート１０とシリンダヘッド２との接触面積に相関があるが、バルブシート１０の体積には相関がない。一方、凸部２２ｃの変位量Ｌ₃は、大きくなるに従ってバルブシートの体積は減少する。つまり、この変位量Ｌ₃が大きくなるに従って、バルブシート１０において、バルブ１（図１参照）から伝熱される箇所とシリンダヘッド１０へ伝熱される箇所との距離が短縮される。このため、凸部２２ｃの変位量Ｌ₃は、放熱特性に応じて設定することができる。

このバルブシート１０の上面１３は、平面状に形成された上面Ｐ１に比較して、傾斜面Ｃ１及び立面Ｃ２の表面積分だけ、シリンダヘッド２との接触面積が大きい。また、これらの凹部１３ｃ及び凸部２２ｃは、互いに対応する先細り形状に形成されているため、バルブシート１０の装着を案内する機能を有する。
その他の構成は、上述の一実施形態の構成と同様である。

第２変形例のバルブシート１０をシリンダヘッド２の開口部２０を装着する際には、第１変形例の装着と同様に、凹部１３ｃ及び凸部２２ｃの変位量Ｌ₃が大きいため、バルブシート１０の上面１３と開口部２０の下側面２２との摺動が初期段階から行なわれ、バルブシート１０を案内することができる。また、凹部１３ｃ及び凸部２２ｃが先細り形状に形成されているため、バルブシート１０の案内及び装着を安定させることができる。これにより、装着作業の負担を軽減させることができる。

さらに、第２変形例のバルブシート１０及びシリンダヘッド２によれば、バルブシート１０の上面１３を凹設した凹部１３ｃと、この凹部１３ｃに対応する形状に突設されたシリンダヘッド２の凸部２２ｃとを有するため、シリンダヘッド２よりも熱が伝わり難いバルブシート１０の体積を減少させつつ、これらの接触面積を大きくしている。これにより、シリンダヘッド２よりも熱伝導率が低いため熱の伝達速度が遅いバルブシート１０において、バルブ１（図１参照）に当接される箇所とシリンダヘッド２との距離を短縮することができ、バルブシート１０の熱抵抗を小さくすることができる。延いては、バルブシート１０からシリンダヘッド２への熱伝導を効率よく行なうことができ、速やかにバルブ１（図１参照）を放熱することができる。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上述の一実施形態では、バルブシート１０の上面１３に断面矩形波形状の波部１３ａが形成されたものを示したが、断面矩形波形状は波部１３ａに限られず、バルブシート１０の上面１３に少なくとも非平面が形成されていればよく、例えば、上面１３の断面に正弦波や三角波といったその他の波状又は凹凸状が形成されてもよい。同様に、シリンダヘッド２の下側面２２の形状も凹凸に限られず、少なくとも非平面が形成されていればよい。この場合も、バルブシート１０の上面１３とシリンダヘッド２の開口部２０の下側面２２との接触面積を大きくすることができる。

上述の一実施形態の変形例では、ガイド部１３ｂに傾斜面Ａ１が形成されたものを示したが、この傾斜面Ａ１に替えて、内側に位置し上下方向に沿った立面が形成されていてもよい。この場合の開口部２０のガイド溝部２２ｂには、ガイド部１３ｂに傾斜面Ａ１の配向に対応して形成された傾斜面Ｂ１に替えて、上下方向に沿った立面が内側に形成される。同様に、凹部１３ｃの傾斜面Ｃ１に替えて、内側に位置し上下方向に沿った立面が形成されていてもよい。この場合の開口部２０の凸部２２ｃには、凹部１３ｃの傾斜面Ｃ１の配向に対応して形成された傾斜面Ｄ１に替えて、上下方向に沿った立面が内側に形成される。かかる場合にも、バルブシート１０とシリンダヘッド２との接触面積を大きくすることができ、バルブシート１０を効率的に放熱することができる。

また、バルブシート１０の上面１３において、上述の一実施形態で説明した波部１３ａと、上述の一実施形態の変形例で説明したガイド部１３ｂ又は凹部１３ｃとの両方が形成されてもよい。この場合には、シリンダヘッド２の下側面２２も対応する形状に形成される。したがって、バルブシート１０とシリンダヘッド２との接触面積をさらに大きくすることができるとともに、バルブシート１０の装着を安定させることができる。例えば、バルブシート１０の上面１３に、第２変形例の凹部１３ｃと一実施形態の波部１３ａとが形成される場合には、凹部１３ｃの表面積と波部１３ａの形成ピッチや変位量に応じた表面積とを合わせた表面積で、バルブシート１０とシリンダヘッド２とが接触する。このため、バルブシート１０の体積を減少させつつ、単に凹部１３ｃ又は波部１３ａが形成されるときよりも接触面積を大きくする。したがって、バルブシート１０の放熱の効率をさらに向上させることができる。

また、バルブシート１０の外周面１２に形成されたネジ山部１２ａの形状と、これに対応するシリンダヘッド２の開口部２０の周面２１に形成されたネジ溝部２１ａとの形状とには、三角ネジ，丸ネジ，角ネジといった種々のネジ山形状を適用することができる。これらのネジ山部１２ａ及びネジ溝部２１ａの形状は、例えば、ネジ山部１２ａの二つの斜面のうち、一方の斜面がそれに向かい合うネジ溝部２１ａと接触するとともに、他方の斜面がそれに向かい合うネジ溝部２１ａと接触するように形成されていることが好ましい。この場合、バルブシート１０の装着時の螺合にかかるトルクが増大するが、バルブシート１０とシリンダヘッド２との接触面積を確実に大きくすることができる。

１ バルブ
１ａ ステム
２ シリンダヘッド
４ 燃焼室
１０ バルブシート
１１ 内周面
１２ 外周面
１２ａ ネジ山部
１３ 上面
１３ａ 波部（回転体形状部）
１３ｂ ガイド部（回転体形状部）
１３ｃ 凹部（回転体形状部）
２０ 開口部
２１ 周面
２１ａ ネジ溝部
２２ 下側面
２２ａ 波受部（雌型回転体形状部）
２２ｂ ガイド溝部（雌型回転体形状部）
２２ｃ 凸部（雌型回転体形状部）
Ｃ 中心軸

Claims (10)

1. エンジンのシリンダヘッドにおいて燃焼室に通じる吸排気ポートの開口部に装着され、前記吸排気ポートを開閉するバルブが当接するリング形状のバルブシートであって、
   前記リング形状の外周面に形成され、前記シリンダヘッドに螺合するネジ山部と、
   前記リング形状の上面において前記外周面の中心軸を回転中心とした非平面の回転体形状に形成され、前記シリンダヘッドに接触する回転体形状部と、を備えた
   ことを特徴とする、バルブシート。
2. 前記回転体形状部が、前記上面から前記シリンダヘッド側に向かって突設されたガイド部を有する
   ことを特徴とする、請求項１記載のバルブシート。
3. 前記ガイド部が、先細り形状に形成された
   ことを特徴とする、請求項２記載のバルブシート。
4. 前記回転体形状部が、波状又は凹凸状に形成された波部を有する
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のバルブシート。
5. 前記回転体形状部が、前記上面から前記燃焼室側に向かって凹設された凹部を有する
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のバルブシート。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載のバルブシートが装着されるシリンダヘッドであって、
   前記開口部は、
   前記外周面に対応する内側の周面に形成されるとともに前記ネジ山部に螺合するネジ溝部と、
   前記上面に対応する下側面に、前記周面の中心軸を回転中心とした非平面形状であって前記回転体形状部に対応する形状に形成された雌型回転体形状部と、を備えた
   ことを特徴とする、シリンダヘッド。
7. 前記雌型回転体形状部が、前記下側面から前記燃焼室側の反対側に向かって凹設されるとともに前記ガイド部に対応する形状に形成されたガイド溝部を有する
   ことを特徴とする、請求項６記載のシリンダヘッド。
8. 前記ガイド溝部が、先細り形状に形成された
   ことを特徴とする、請求項７記載のシリンダヘッド。
9. 前記雌型回転体形状部が、波状又は凹凸状に形成された波受部を有する
   ことを特徴とする、請求項６〜８の何れか１項に記載のシリンダヘッド。
10. 前記雌型回転体形状部が、前記下側面から前記燃焼室側に向かって突設されるとともに前記凹部に対応する形状に形成された凸部を有する
    ことを特徴とする、請求項６〜９の何れか１項に記載のシリンダヘッド。

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