JP2017008835A - エンジンバルブ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 断熱性が高く、エンジンバルブの傘裏に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくいエンジンバルブを提供する。【解決手段】 傘部と軸部とからなるエンジンバルブであって、前記エンジンバルブを構成する金属基材と、前記金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分に形成され、その一部が露出した状態のガラスコート層と、前記ガラスコート層の表面の一部に、前記ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されたセラミック部材とからなることを特徴とする、エンジンバルブ。【選択図】 図１
Description
本発明は、エンジンバルブ及びその製造方法に関する。
エンジンを搭載した自動車等の車両では、エンジン部分で大きな熱が発生するが、発生した熱はエンジン部材を介して周囲に拡散し易く、必ずしも発生した熱を充分に利用しきれていないのが現状である。
そこで、エンジンに発生する熱を有効に利用し、燃費等の特性をより向上させようとする研究が盛んに行われており、熱ロスの低減に向け、エンジンバルブの断熱化を図る試みが行われている。
特許文献１には、エンジンバルブの断熱を図る技術であってバルブの傘表面及び傘裏面にセラミックスや合金を溶射して皮膜を形成する技術が開示されている。特許文献２には、断熱性を図る技術であって金属からなる基材に塗布するための排気系部品用塗料が開示されている。
しかしながら、特許文献１では、溶射により皮膜を形成しているので、金属のエンジンバルブと皮膜との間の密着力が充分とはいえなかった。エンジン作動中に、エンジンバルブは、大きな熱的及び物理的衝撃を受けることになる。このようなエンジンバルブが使用される過酷な環境下では、特許文献１の技術では、皮膜がエンジンバルブから剥離するという問題があった。
特許文献２の排気系部品用塗料を用いて金属からなる基材に皮膜を形成する場合、金属からなる基材にガラス成分を焼き付けることになるので、金属成分とガラス成分とが化学結合し充分な密着性を確保することができる。しかしながら、特許文献２の技術では、ガラス成分を含む塗料を焼き付けて皮膜を形成する際に、塗料が収縮するという問題があった。これは金属と塗料の熱膨張率が異なることが原因で起こる現象であり、この収縮の現象は、皮膜の膜厚が大きいときに顕著になる。この収縮によって、形成された皮膜の端部が皮膜の中心部分に向かって引けて（後退して）、皮膜の厚みが端部で薄くなるという問題があった。従って、断熱性を高める目的で、エンジンバルブの傘部の側面に上記皮膜を形成しても、例えば皮膜の傘裾側の端部は軸部側に向かって引けて、該端部の皮膜が薄くなってしまう。このように皮膜に薄い部分があると、その部分の断熱性能が劣るため、充分な断熱性能を発揮することができなくなる。
本発明は、上記のような問題点を踏まえてなされたものであり、断熱性が高く、エンジンバルブの傘裏に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくいエンジンバルブを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のエンジンバルブは、傘部と軸部とからなるエンジンバルブであって、上記エンジンバルブを構成する金属基材と、上記金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分に形成され、その一部が露出した状態のガラスコート層と、上記ガラスコート層の表面の一部に、上記ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されたセラミック部材とからなることを特徴とする。
本発明のエンジンバルブの傘裏面は、上記ガラスコート層が形成されていない傘裾部と、上記ガラスコート層が形成された傘裾部以外の部分とからなる。なお、本明細書において、「傘裏面」とは、傘部の側面のことである。本発明のエンジンバルブをエンジンに用いた場合、その傘裏面は、エンジンバルブの傘部において、エンジンバルブを閉じた状態で、エンジン燃焼室を臨まない方の面である。エンジンバルブの傘表面はエンジンバルブの傘部において、エンジンバルブを閉じた状態で、エンジン燃焼室を臨む面のことである。
傘裏面の傘裾部とは、傘裏面の傘裾から軸部に向かう所定の領域である。傘裾とは、傘表面側の傘裏面の端部である。
傘裏面の傘裾部以外の部分とは、該傘裾部の軸部側の端部からエンジンバルブの軸部までの傘裏面である。
傘裏面の傘裾部とは、傘裏面の傘裾から軸部に向かう所定の領域である。傘裾とは、傘表面側の傘裏面の端部である。
傘裏面の傘裾部以外の部分とは、該傘裾部の軸部側の端部からエンジンバルブの軸部までの傘裏面である。
本発明のエンジンバルブをエンジンに用いた場合、上記ガラスコート層が形成されていない傘裾部は、シリンダーと接触する部分となる。
本発明においては、エンジンバルブの傘裏面の傘裾部以外の部分には、ガラスコート層が形成されているので、エンジンバルブの断熱性を高めることができる。
本発明においては、エンジンバルブの傘裏面の傘裾部以外の部分には、ガラスコート層が形成されているので、エンジンバルブの断熱性を高めることができる。
本発明のエンジンバルブは、金属基材の上に形成されたガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材が配置されていることにより、ガラスコート層を形成するための焼成工程において傘裾部に隣接したガラスコート層（ガラスペースト層）がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしても、セラミック部材の重みによって収縮が阻害される。このため、製造時にガラスコート層を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。このため、傘裏面のガラスコート層の厚みが傘裾部側の端部で薄くなるという問題が発生せず、その結果高い断熱性能を発揮できる。
また、本発明のエンジンバルブにおいては、ガラスコート層を焼結により形成する際に、金属基材とガラスコート層との間及びガラスコート層とセラミック部材との間に強い密着力が発現する。このためエンジンバルブが使用される過酷な環境下においても、エンジンバルブの傘裏面に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくく、高い断熱性能を発揮できることになる。
さらに、本発明のエンジンバルブにおいては、ガラスコート層の一部が表面に露出している（ガラスコート層が、セラミック部材で覆われていない部分がある）ので、セラミック部材とガラスコート層とが接着している部分が、これらの密着に必要な最小面積となる。これにより、セラミック部材とガラスコート層の熱膨張係数の違いによる応力を極力緩和することが可能となり、ガラスコート層の靱性が低い場合であっても、焼結工程においてガラスコート層が割れる等して破損することが防止される。
本発明のエンジンバルブは断熱性が高い。そのため、以下の効果を奏する。
本発明のエンジンバルブをエンジンに用いる際、本発明のエンジンバルブは、吸気側のエンジンバルブとしても、排気側のエンジンバルブとしても用いることができる。
本発明のエンジンバルブを吸気側のエンジンバルブとして用いる場合、本発明のエンジンバルブは断熱性が高いので、エンジンバルブの熱が吸気に伝わりにくい。そのため、吸気効率を低下させることなくエンジンを作動させることができる。
また、本発明のエンジンバルブを排気側のエンジンバルブとして用いる場合、本発明のエンジンバルブは断熱性が高いので、排気の熱がエンジンバルブに伝達されにくい。そのため、排ガスの温度が低下しにくい。エンジンからの排ガスは、エンジンの下流に設置された排ガス浄化装置に設置された担体により浄化されることになるが、排ガスの温度が低下していない場合、排ガスは速やかに担体の温度を上昇させ、担体の排ガス浄化機能を好適に発揮させることができる。つまり、本発明のエンジンバルブを排気側のエンジンバルブとして用いると、排ガス浄化効率が向上する。
本発明のエンジンバルブをエンジンに用いる際、本発明のエンジンバルブは、吸気側のエンジンバルブとしても、排気側のエンジンバルブとしても用いることができる。
本発明のエンジンバルブを吸気側のエンジンバルブとして用いる場合、本発明のエンジンバルブは断熱性が高いので、エンジンバルブの熱が吸気に伝わりにくい。そのため、吸気効率を低下させることなくエンジンを作動させることができる。
また、本発明のエンジンバルブを排気側のエンジンバルブとして用いる場合、本発明のエンジンバルブは断熱性が高いので、排気の熱がエンジンバルブに伝達されにくい。そのため、排ガスの温度が低下しにくい。エンジンからの排ガスは、エンジンの下流に設置された排ガス浄化装置に設置された担体により浄化されることになるが、排ガスの温度が低下していない場合、排ガスは速やかに担体の温度を上昇させ、担体の排ガス浄化機能を好適に発揮させることができる。つまり、本発明のエンジンバルブを排気側のエンジンバルブとして用いると、排ガス浄化効率が向上する。
本発明のエンジンバルブにおいて、上記セラミック部材は、気孔を有することが好ましい。
セラミック部材が気孔を有すると、エンジンバルブの断熱性能がより向上する。また、ガラスコート層を形成する際の焼結工程において、ガラスコート層とセラミック部材との間に熱膨張差による応力が発生しても、気孔によりその応力が緩和される。このため、ガラスコート層の靱性が低い場合であっても、焼結の際にガラスコート層が割れる等して破損することがより防止される。
また、上記セラミック部材の気孔中にガラスコート層の成分が浸透していることが好ましい。焼結工程においてガラスコート層の原料が気孔に拡散してアンカー効果を発揮することで、ガラスコート層とセラミック部材のより強い密着が可能となる。
セラミック部材が気孔を有すると、エンジンバルブの断熱性能がより向上する。また、ガラスコート層を形成する際の焼結工程において、ガラスコート層とセラミック部材との間に熱膨張差による応力が発生しても、気孔によりその応力が緩和される。このため、ガラスコート層の靱性が低い場合であっても、焼結の際にガラスコート層が割れる等して破損することがより防止される。
また、上記セラミック部材の気孔中にガラスコート層の成分が浸透していることが好ましい。焼結工程においてガラスコート層の原料が気孔に拡散してアンカー効果を発揮することで、ガラスコート層とセラミック部材のより強い密着が可能となる。
本発明のエンジンバルブにおいて、上記ガラスコート層は、気孔を有することが好ましい。
ガラスコート層が気孔を有すると、エンジンバルブの断熱性能がより向上する。また、ガラスコート層を形成する際の焼結工程において、ガラスコート層とセラミック部材との間に熱膨張差による応力が発生しても、気孔によりその応力が緩和される。このため、ガラスコート層の靱性が低い場合であっても、焼結工程においてガラスコート層が割れる等して破損することがより防止される。
ガラスコート層が気孔を有すると、エンジンバルブの断熱性能がより向上する。また、ガラスコート層を形成する際の焼結工程において、ガラスコート層とセラミック部材との間に熱膨張差による応力が発生しても、気孔によりその応力が緩和される。このため、ガラスコート層の靱性が低い場合であっても、焼結工程においてガラスコート層が割れる等して破損することがより防止される。
本発明のエンジンバルブにおいては、上記ガラスコート層の厚さが、１〜１０００μｍであることが好ましい。
ガラスコート層の厚さが１μｍ未満であると、エンジンバルブの断熱性が充分に向上しにくい場合がある。ガラスコート層の厚さが１０００μｍを超えると、ガラスコート層に熱衝撃等が加わった際に、クラックが発生しやすくなることがある。
ガラスコート層の厚さが１μｍ未満であると、エンジンバルブの断熱性が充分に向上しにくい場合がある。ガラスコート層の厚さが１０００μｍを超えると、ガラスコート層に熱衝撃等が加わった際に、クラックが発生しやすくなることがある。
本発明のエンジンバルブにおいては、上記傘裾部の幅は、上記傘裏面の傘裾からエンジンバルブの軸部に向かう方向において、上記傘裏面の幅の３〜２０％であることが好ましい。
傘裾面の幅が上記範囲であると、本発明のエンジンバルブがエンジンに用いられた際に、シリンダーと接触するエンジンバルブの部分を充分に大きくすることができ、エンジンバルブと、シリンダーとが繰り返し衝突することにより生じる衝撃によりエンジンバルブが破壊されることを防ぐことができる。また、ガラスコート層で被覆される傘裏面の割合を充分に大きくすることができるので、充分な断熱効果を得ることができる。
傘裾面の幅が上記範囲であると、本発明のエンジンバルブがエンジンに用いられた際に、シリンダーと接触するエンジンバルブの部分を充分に大きくすることができ、エンジンバルブと、シリンダーとが繰り返し衝突することにより生じる衝撃によりエンジンバルブが破壊されることを防ぐことができる。また、ガラスコート層で被覆される傘裏面の割合を充分に大きくすることができるので、充分な断熱効果を得ることができる。
傘裾部の幅が、傘裏面の幅の３％未満であると、本発明のエンジンバルブがエンジンに用いられた際に、シリンダーと接触するエンジンバルブの部分が小さくなり、エンジンバルブと、シリンダーとは繰り返し衝突することになるので、傘裾面における単位面積当たりにかかる衝撃が強くなり、エンジンバルブが破壊されやすくなる。一方、傘裾部の幅が、傘裏面の幅の２０％を超えると、ガラスコート層で被覆される傘裏面の割合が小さくなり、充分な断熱効果を得られにくくなる。
なお、本明細書において、「傘裏面の傘裾からエンジンバルブの軸部に向かう方向」とは、傘裾のある一点から軸部までを最短距離となるように結ぶ直線の方向のことを意味する。
なお、本明細書において、「傘裏面の傘裾からエンジンバルブの軸部に向かう方向」とは、傘裾のある一点から軸部までを最短距離となるように結ぶ直線の方向のことを意味する。
また、傘裏面における傘裾部の面積は、該傘裏面の面積の５〜５０％であることが好ましい。
傘裾部の面積が、傘裏面の面積の５％未満であると、本発明のエンジンバルブがエンジンに用いられた際に、シリンダーと接触するエンジンバルブの部分が小さくなる。エンジンバルブと、シリンダーとは繰り返し衝突することになるので、傘裾部が小さくなると、傘裾部における単位面積当たりにかかる衝撃が強くなる。従って、傘裾部の面積が、傘裏面の面積の５％未満であると、エンジンバルブが破壊されやすくなる。
傘裾部の面積が、傘裏面の面積の５０％を超えると、ガラスコート層で被覆される傘裏面の割合が小さくなる。従って、充分な断熱効果を得られにくくなる。
傘裾部の面積が、傘裏面の面積の５％未満であると、本発明のエンジンバルブがエンジンに用いられた際に、シリンダーと接触するエンジンバルブの部分が小さくなる。エンジンバルブと、シリンダーとは繰り返し衝突することになるので、傘裾部が小さくなると、傘裾部における単位面積当たりにかかる衝撃が強くなる。従って、傘裾部の面積が、傘裏面の面積の５％未満であると、エンジンバルブが破壊されやすくなる。
傘裾部の面積が、傘裏面の面積の５０％を超えると、ガラスコート層で被覆される傘裏面の割合が小さくなる。従って、充分な断熱効果を得られにくくなる。
上記ガラスコート層は、非晶質無機材と結晶性無機材とからなることが好ましい。
非晶質無機材はエンジンバルブを被覆するガラス層として機能する。また、結晶性無機材が耐熱性を向上させる部材としての役割を担う。さらにガラスコート層に非晶質無機材と結晶性無機材が存在することでガラスコート層の強度が高くなる。
非晶質無機材はエンジンバルブを被覆するガラス層として機能する。また、結晶性無機材が耐熱性を向上させる部材としての役割を担う。さらにガラスコート層に非晶質無機材と結晶性無機材が存在することでガラスコート層の強度が高くなる。
本発明のエンジンバルブにおいては、上記非晶質無機材は、軟化点が３００〜１０００℃である低軟化点ガラスであることが好ましい。
非晶質無機材が上記低軟化点ガラスであると、軟化点を超える温度で加熱することにより非晶質無機材が軟化溶融しエンジンバルブの表面に広がってガラスコート層となる。
非晶質無機材が上記低軟化点ガラスであると、軟化点を超える温度で加熱することにより非晶質無機材が軟化溶融しエンジンバルブの表面に広がってガラスコート層となる。
本発明のエンジンバルブにおいては、上記結晶性無機材は、アルミナ、ジルコニア、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア及びハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなることが好ましい。
これらの耐熱性能に優れた結晶性無機材を含むガラスコート層は、耐熱性が向上する。また、断熱性能も向上する。
これらの耐熱性能に優れた結晶性無機材を含むガラスコート層は、耐熱性が向上する。また、断熱性能も向上する。
本発明のエンジンバルブにおいては、上記セラミック部材は、ジルコニアからなることが好ましい。
ジルコニアからなるセラミック部材は、耐熱性に優れるため好ましい。また、ジルコニアは、ガラスコート層との密着性が良好であるため好ましい。
ジルコニアからなるセラミック部材は、耐熱性に優れるため好ましい。また、ジルコニアは、ガラスコート層との密着性が良好であるため好ましい。
本発明のエンジンバルブにおいて、上記セラミック部材は、リング状であり、上記傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、凹部が形成され、上記凹部には、ガラスコート層の端部が入り込んでおり、上記リング状のセラミック部材は、上記ガラスコート層が形成された凹部に嵌合されてなることが望ましい。
本発明のエンジンバルブが上記のように構成されていると、ガラスコート層を形成するための焼成の際に、金属基材がセラミック部材よりも大きく膨張することにより、室温に戻した際に強い嵌合状態になる、いわゆる「焼き嵌め」が起こり、セラミック部材の金属基材への密着力が向上する。
上記凹部の断面形状は、円弧形状であるか、直角Ｖ字形状であることが望ましい。
本発明のエンジンバルブが上記のように構成されていると、ガラスコート層を形成するための焼成の際に、金属基材がセラミック部材よりも大きく膨張することにより、室温に戻した際に強い嵌合状態になる、いわゆる「焼き嵌め」が起こり、セラミック部材の金属基材への密着力が向上する。
上記凹部の断面形状は、円弧形状であるか、直角Ｖ字形状であることが望ましい。
本発明のエンジンバルブの製造方法は、
上記エンジンバルブの製造方法であって、
軸部と傘部とからなる金属基材の傘部の側面である傘裏面の、傘裾部以外の部分にガラスペーストを塗布してガラスペースト層を形成する工程、
上記ガラスペースト層の表面の一部に、上記ガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材を配置する工程、及び、
上記ガラスペースト層を焼結することにより、ガラスコート層を形成するとともに、上記セラミック部材と上記金属基材とをガラスコート層を介して接着する工程を含むことを特徴とする。
上記エンジンバルブの製造方法であって、
軸部と傘部とからなる金属基材の傘部の側面である傘裏面の、傘裾部以外の部分にガラスペーストを塗布してガラスペースト層を形成する工程、
上記ガラスペースト層の表面の一部に、上記ガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材を配置する工程、及び、
上記ガラスペースト層を焼結することにより、ガラスコート層を形成するとともに、上記セラミック部材と上記金属基材とをガラスコート層を介して接着する工程を含むことを特徴とする。
本発明の製造方法では、金属基材の傘裏面の、傘裾部以外の部分に塗布したガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材を配置することにより、ガラスコート層を形成するための焼結を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。このため、傘裏面のガラスコート層の厚みが傘裾部側の端部で薄くなるという問題が発生せず、その結果高い断熱性能を発揮できるエンジンバルブを製造することができる。
本発明の製造方法では、ガラスペースト層の表面の一部にセラミック部材を配置するため、ガラスペースト層の一部が表面に露出している。このためガラスペースト層から形成されるガラスコート層とセラミック部材とが接している部分が、これらの密着に必要な最小面積となる。これにより、セラミック部材とガラスコート層の熱膨張係数の違いによる応力を極力緩和することが可能となり、ガラスコート層の靱性が低い場合であっても、焼結工程においてガラスコート層が割れる等して破損することが防止される。
さらに、エンジンバルブの製造において、ガラスペースト層の上にセラミック部材を配置し、その後ガラスペースト層を焼結することにより、金属基材とガラスコート層との間及びガラスコート層とセラミック部材との間に強い密着力が発現する。このため本発明のエンジンバルブの製造方法によれば、断熱性が高く、エンジンバルブの傘裏に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくいエンジンバルブを製造することができる。
エンジンバルブに用いられるセラミック部材は、本発明のエンジンバルブであることを特徴とする。
このため、上記セラミック部材が用いられたエンジンバルブは、高い断熱性能を発揮することができる。
このため、上記セラミック部材が用いられたエンジンバルブは、高い断熱性能を発揮することができる。
以下、本発明のエンジンバルブについて詳述する。
［発明の詳細な説明］
本発明のエンジンバルブは、
傘部と軸部とからなるエンジンバルブであって、
上記エンジンバルブを構成する金属基材と、上記金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分に形成されたガラスコート層と、上記ガラスコート層の表面の一部に、上記ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されたセラミック部材とからなることを特徴とする。
本発明のエンジンバルブは、
傘部と軸部とからなるエンジンバルブであって、
上記エンジンバルブを構成する金属基材と、上記金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分に形成されたガラスコート層と、上記ガラスコート層の表面の一部に、上記ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されたセラミック部材とからなることを特徴とする。
本発明のエンジンバルブとして、以下のような構成のものが挙げられる。
すなわち、本発明のエンジンバルブの一例であるエンジンバルブは、棒状の軸部と略円錐形上の傘部とからなり、軸部は、金属基材からなる。一方、傘部においては、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、切削加工により凹部（座ぐり部）が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。そして、その断面が略直角三角形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、凹部内に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部とセラミック部材とが接着されている。
すなわち、本発明のエンジンバルブの一例であるエンジンバルブは、棒状の軸部と略円錐形上の傘部とからなり、軸部は、金属基材からなる。一方、傘部においては、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、切削加工により凹部（座ぐり部）が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。そして、その断面が略直角三角形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、凹部内に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部とセラミック部材とが接着されている。
上記構成のエンジンバルブでは、傘部の傘裏面には、凹部が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。セラミック部材は、凹部に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部とセラミック部材とが接着されている。このため、焼成工程において傘裾部に隣接したガラスコート層を形成するためのガラスペースト層がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしても、セラミック部材の重みによって収縮が阻害され、製造時にガラスコート層を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。
上記した本発明のエンジンバルブの形状、構造について、さらに詳述する。
図１（ａ）は、本発明のエンジンバルブの一例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すエンジンバルブのＡ−Ａ線断面図である。
図１（ａ）は、本発明のエンジンバルブの一例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すエンジンバルブのＡ−Ａ線断面図である。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明のエンジンバルブの一例であるエンジンバルブ１０は、棒状の軸部１１と略円錐形上の傘部１２とからなり、軸部１１は、金属基材からなる。一方、傘部１２においては、金属基材の傘部２２の側面である傘裏面２２ａの傘裾部２２０以外の部分にガラスコート層１３が形成されている。また、傘裏面２２ａの傘裾部２２０に隣接する部分には、切削加工により凹部（座ぐり部）２２０ａが形成されており、ガラスコート層１３の端部は、凹部２２０ａの内部に入り込んでいる。そして、その断面が略直角三角形（図１（ｂ）参照）で、立体的形状がリング状のセラミック部材１５が、凹部２２０ａ内に収容され、ガラスコート層１３の傘裾部２２０側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層１３の端部とセラミック部材１５とが接着されている。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すエンジンバルブ１０では、傘部２２の傘裏面２２ａには、凹部２２０ａが形成されており、ガラスコート層１３の端部は、凹部２２０ａの内部に入り込んでいる。セラミック部材１５は、凹部２２０ａに収容され、ガラスコート層１３の傘裾部２２０側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層１３の端部とセラミック部材１５とが接着されている。このため、焼成工程において傘裾部に隣接したガラスコート層１３を形成するためのガラスペースト層がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしても、セラミック部材１５の重みによって収縮が阻害され、製造時にガラスコート層１３を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面２２ａにおいてガラスコート層１３の傘裾部側の端部に引けが発生しない。
本発明のエンジンバルブでは、ガラスコート層の一部が表面に露出しており、セラミック部材とガラスコート層とが接着している部分が、これらの密着に必要な最小面積となる。これにより、セラミック部材とガラスコート層の熱膨張係数の違いによる応力を極力緩和することが可能となり、ガラスコート層の靱性が低い場合であっても、焼結工程においてガラスコート層が割れる等して破損することが防止される。
本発明のエンジンバルブを構成する金属基材の材質は特に限定されるものではないが、従来からエンジンバルブに使用されている金属を適用することができる。
例えば、ステンレス鋼、耐熱鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、インコネル、ハステロイ、インバー等が挙げられる。また、各種鋳造品（例えば、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼等）等が挙げられる。
本発明のエンジンバルブを構成する金属基材の傘部の材質としては、耐熱鋼（ＳＵＨ）が挙げられる。具体的には、マルテンサイト系耐熱鋼（ＳＵＨ３、ＳＵＨ１１等）、オーステナイト系耐熱鋼（ＳＵＨ３５等）、フェライト系耐熱鋼（ＳＵＨ４４６等）等が挙げられる。また、インコネル（ＮＣＦ７５１等）のＮｉ基耐熱合金も挙げられる。
例えば、ステンレス鋼、耐熱鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、インコネル、ハステロイ、インバー等が挙げられる。また、各種鋳造品（例えば、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼等）等が挙げられる。
本発明のエンジンバルブを構成する金属基材の傘部の材質としては、耐熱鋼（ＳＵＨ）が挙げられる。具体的には、マルテンサイト系耐熱鋼（ＳＵＨ３、ＳＵＨ１１等）、オーステナイト系耐熱鋼（ＳＵＨ３５等）、フェライト系耐熱鋼（ＳＵＨ４４６等）等が挙げられる。また、インコネル（ＮＣＦ７５１等）のＮｉ基耐熱合金も挙げられる。
本発明のエンジンバルブにおいて、金属基材とガラスコート層との密着性を良好にするため、サンドブラスト処理や化学薬品による粗化処理を、金属基材の傘裾部以外の傘裏面に施してもよい。
本発明のエンジンバルブにおいて、上記粗化処理により形成される金属基材の傘裏面の表面粗さＲｚＪＩＳは、０．３〜２０μｍが望ましい。上記した表面粗さＲｚＪＩＳは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）で定義される十点平均粗さである。
金属基材の傘裏面の表面粗さＲｚＪＩＳが０．３μｍ未満であると、金属基材の傘裏面の表面積が小さくなるため、金属基材の傘裏面とガラスコート層との密着性が充分に得られにくくなる。一方、金属基材の傘裏面の表面粗さＲｚＪＩＳが２０μｍを超えると、金属基材の傘裏面にガラスコート層が形成されにくくなる。これは、金属基材の傘裏面の表面粗さＲｚＪＩＳが大きすぎると、金属基材の傘裏面に形成された凹凸の谷の部分にスラリー（ガラスコート層を形成するための組成物）が入り込まず、この部分に空隙が形成されるためであると考えられる。
なお、金属基材の傘裏面の表面粗さＲｚＪＩＳは、東京精密製、ハンディサーフＥ−３５Ｂを用いてＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に準拠して測定することができる。
測定は、２５℃、大気圧で行うこととする。
金属基材の傘裏面の表面粗さＲｚＪＩＳが０．３μｍ未満であると、金属基材の傘裏面の表面積が小さくなるため、金属基材の傘裏面とガラスコート層との密着性が充分に得られにくくなる。一方、金属基材の傘裏面の表面粗さＲｚＪＩＳが２０μｍを超えると、金属基材の傘裏面にガラスコート層が形成されにくくなる。これは、金属基材の傘裏面の表面粗さＲｚＪＩＳが大きすぎると、金属基材の傘裏面に形成された凹凸の谷の部分にスラリー（ガラスコート層を形成するための組成物）が入り込まず、この部分に空隙が形成されるためであると考えられる。
なお、金属基材の傘裏面の表面粗さＲｚＪＩＳは、東京精密製、ハンディサーフＥ−３５Ｂを用いてＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に準拠して測定することができる。
測定は、２５℃、大気圧で行うこととする。
本発明のエンジンバルブを構成する軸部の形状は、特に限定されるものではないが、円柱形状であることが好ましい。また、傘部の形状は、略円錐形状であることが好ましい。
本発明のエンジンバルブでは、傘裾部の幅は、傘裏面の傘裾からエンジンバルブの軸部に向かう方向において、傘裏面の幅の３〜２０％であることが好ましい。また、傘裏面における傘裾部の面積は、該傘裏面の面積の５〜５０％であることが好ましい。
本発明のエンジンバルブでは、上記セラミック部材は、リング状であり、上記傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、凹部が形成され、上記凹部には、ガラスコート層の端部が入り込んでおり、上記リング状のセラミック部材は、上記ガラスコート層が形成された凹部に嵌合されてなることが望ましい。
本発明のエンジンバルブが上記のように構成されていると、ガラスコート層を形成するための焼成の際に、金属基材がセラミック部材よりも大きく膨張することにより、室温に戻した際に強い嵌合状態になる、いわゆる「焼き嵌め」が起こり、セラミック部材の金属基材への密着力が向上する。
本発明のエンジンバルブが上記のように構成されていると、ガラスコート層を形成するための焼成の際に、金属基材がセラミック部材よりも大きく膨張することにより、室温に戻した際に強い嵌合状態になる、いわゆる「焼き嵌め」が起こり、セラミック部材の金属基材への密着力が向上する。
上記エンジンバルブでは、傘裏面には凹部が形成されているが、凹部は必ずしも形成される必要はなく、セラミック部材を、凹部のない円錐状の傘部の傘裏面の傘裾部に隣接する部分に、ガラスコート層の端部とセラミック部材とが接着され、かつ、ガラスコート層と金属基材の傘裏面が接着されるように配置してもよい。しかし、セラミック部材の形状や金属基材の傘裏面への固定し易さを考慮すると、金属基材の傘裏面の傘裾部に隣接した部分に凹部を形成し、凹部にセラミック部材が収容された構造のエンジンバルブが製造しやすく、好ましい。凹部の断面形状は、直角三角形に限定されるものではなく、円弧形状であるか、直角Ｖ字形状であることが望ましい。なお、ガラスコート層は、金属基材の軸部にも形成されていてもよく、金属基材の傘表面にも形成されていてもよい。
図７は、図１（ｂ）に示したＡ−Ａ線断面図をさらに拡大した断面図である。
図７に示すエンジンバルブ１０において、傘裾部の幅（ｗ１）は、傘裏面の傘裾からエンジンバルブの軸部に向かう方向における傘裏面の幅（ｗＨ）の３〜２０％であることが好ましい。なお、傘表の直径をＤ１、凹部２２０ａの最も短い部分の直径をＤ２、凹部の幅をｄ１、凹部の深さをｄ２とすると、傘表の直径Ｄ１は、２０〜４０ｍｍが望ましく、Ｄ２／Ｄ１は、０．３５〜０．８５が望ましい。また、凹部の幅ｄ１は、２．０〜４．０ｍｍが望ましく、ｄ２／ｄ１は、０．５〜２．０が望ましい。
図７に示すエンジンバルブ１０において、傘裾部の幅（ｗ１）は、傘裏面の傘裾からエンジンバルブの軸部に向かう方向における傘裏面の幅（ｗＨ）の３〜２０％であることが好ましい。なお、傘表の直径をＤ１、凹部２２０ａの最も短い部分の直径をＤ２、凹部の幅をｄ１、凹部の深さをｄ２とすると、傘表の直径Ｄ１は、２０〜４０ｍｍが望ましく、Ｄ２／Ｄ１は、０．３５〜０．８５が望ましい。また、凹部の幅ｄ１は、２．０〜４．０ｍｍが望ましく、ｄ２／ｄ１は、０．５〜２．０が望ましい。
本発明のエンジンバルブを構成するセラミック部材は、セラミック原料からなることが好ましく、上記セラミック原料としては、結晶性無機材が好ましい。
上記結晶性無機材は、アルミナ、ジルコニア、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア、及び、ハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなることが好ましい。これらのなかでは、ジルコニアがより好ましい。
上記結晶性無機材は、アルミナ、ジルコニア、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア、及び、ハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなることが好ましい。これらのなかでは、ジルコニアがより好ましい。
本発明のエンジンバルブにおいて、上記セラミック部材の形状は特に限定されず、金属基材の傘裏面において、傘裾部以外の部分に形成されたガラスコート層の端部を覆うことができる形状であればよい。
セラミック部材の形状としては、例えば、リング形状、スカート形状等が挙げられる。これらのなかでは、リング形状が好ましい。セラミック部材の断面の形状は、図１に示した三角形状に限定されず、四角、円、半円、楕円等が挙げられ、好ましくは、三角形状である。
セラミック部材の形状としては、例えば、リング形状、スカート形状等が挙げられる。これらのなかでは、リング形状が好ましい。セラミック部材の断面の形状は、図１に示した三角形状に限定されず、四角、円、半円、楕円等が挙げられ、好ましくは、三角形状である。
本発明のエンジンバルブにおいて、上記セラミック部材は、気孔を有することが好ましく、セラミック部材の気孔率は、１０〜６０％が好ましい。上記セラミック部材に気孔があると望ましい理由は、焼成の際にガラスコート原料の一部がセラミック部材の気孔に浸透してアンカー効果を発揮するので、ガラスコート層とセラミック部材の密着力が強くなるからである。
セラミック部材の気孔率が１０％未満であると、金属基材との熱膨張率の違いによる大きさの変化に追従しにくくなり、温度変化により発生する応力により破壊されやすくなり、一方、セラミック部材の気孔率が６０％を超えると、機械的強度が低下し、破壊され易くなる。
本発明のエンジンバルブにおいて、セラミック部材の気孔率は、アルキメデス法により測定するが、具体的には、以下の方法を用いて測定することができる。
まず、前処理として、気孔率測定の対象となる試料を、イオン交換水及びアセトンを用いて超音波で洗浄を行った後、１００℃で乾燥する。
次に、前処理を終了した資料をイオン交換水とともに３時間煮沸して飽水試料を作製する。続いて、飽水試料を水中にて糸で吊るして飽水試料の浮力（Ｗ１）を電子天秤で測定する。また、飽水試料の質量（Ｗ２）を電子天秤で測定し、１２０℃、６０分間乾燥した後、乾燥資料の質量（Ｗ３）を測定する。
上記方法により得られた結果を用い、以下の計算式により、気孔率を算出する。
｛［飽水試料の質量（Ｗ２）−乾燥資料の質量（Ｗ３）］／飽水試料の浮力（Ｗ１）｝×１００（％）
まず、前処理として、気孔率測定の対象となる試料を、イオン交換水及びアセトンを用いて超音波で洗浄を行った後、１００℃で乾燥する。
次に、前処理を終了した資料をイオン交換水とともに３時間煮沸して飽水試料を作製する。続いて、飽水試料を水中にて糸で吊るして飽水試料の浮力（Ｗ１）を電子天秤で測定する。また、飽水試料の質量（Ｗ２）を電子天秤で測定し、１２０℃、６０分間乾燥した後、乾燥資料の質量（Ｗ３）を測定する。
上記方法により得られた結果を用い、以下の計算式により、気孔率を算出する。
｛［飽水試料の質量（Ｗ２）−乾燥資料の質量（Ｗ３）］／飽水試料の浮力（Ｗ１）｝×１００（％）
本発明のエンジンバルブにおいて、セラミック部材の大きさは特に限定されないが、セラミック部材が配置されるガラスコート層は、金属基材の傘裏面に形成されたガラスコート層の傘裾部側の端部から、エンジンバルブの軸部に向かう方向において、傘裏面に形成されたガラスコート層の幅の３〜２０％であることが好ましい。
また、セラミック部材が配置されるガラスコート層の面積は、金属基材の傘裏面に形成されたガラスコート層の面積の５〜５０％であることが好ましい。
また、セラミック部材が配置されるガラスコート層の面積は、金属基材の傘裏面に形成されたガラスコート層の面積の５〜５０％であることが好ましい。
セラミック部材が配置されるガラスコート層が上記のような範囲であると、ガラスコート層を形成するための焼成工程において傘裾部に隣接したガラスコート層（ガラスペースト層）がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしてもセラミック部材の重みによって収縮が阻害される。このため、製造時にガラスコート層を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。このため、傘裏面のガラスコート層の厚みが傘裾部側の端部で薄くなるという問題が発生せず、その結果高い断熱性能を発揮できる。
本発明のエンジンバルブを構成するガラスコート層は、非晶質無機材と結晶質無機材とからなることが好ましい。
上記非晶質無機材は、ガラスからなることが好ましく、軟化点が３００〜１０００℃である低軟化点ガラスであることがより好ましい。
軟化点が３００〜１０００℃の低軟化点ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３系ガラス、ＳｉＯ２−ＰｂＯ系ガラス、ＳｉＯ２−ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＰｂＯ系ガラス、Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＰｂＯ系ガラス、Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ−Ｂｉ２Ｏ３系ガラス、Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３系ガラス、Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス、ＢａＯ−ＳｉＯ２系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ系ガラス（Ｒは遷移金属）等が挙げられる。
なお、軟化点は、ＪＩＳ Ｒ ３１０３−１：２００１に規定される方法に基づいて、例えば、有限会社オプト企業製の硝子自動軟化点・歪点測定装置（ＳＳＰＭ−３１）を用いて測定することができる。測定は、大気圧で行うこととする。
上記非晶質無機材は、ガラスからなることが好ましく、軟化点が３００〜１０００℃である低軟化点ガラスであることがより好ましい。
軟化点が３００〜１０００℃の低軟化点ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３系ガラス、ＳｉＯ２−ＰｂＯ系ガラス、ＳｉＯ２−ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＰｂＯ系ガラス、Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＰｂＯ系ガラス、Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ−Ｂｉ２Ｏ３系ガラス、Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３系ガラス、Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス、ＢａＯ−ＳｉＯ２系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ系ガラス（Ｒは遷移金属）等が挙げられる。
なお、軟化点は、ＪＩＳ Ｒ ３１０３−１：２００１に規定される方法に基づいて、例えば、有限会社オプト企業製の硝子自動軟化点・歪点測定装置（ＳＳＰＭ−３１）を用いて測定することができる。測定は、大気圧で行うこととする。
本発明のエンジンバルブにおいて、上記結晶性無機材としては、アルミナ、ジルコニア、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア、及び、ハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなることが好ましい。
また、結晶性無機材は、マンガン、鉄、コバルト、銅、クロム、及び、ニッケルのうち少なくとも一種の金属の酸化物であることも好ましい。
また、結晶性無機材は、マンガン、鉄、コバルト、銅、クロム、及び、ニッケルのうち少なくとも一種の金属の酸化物であることも好ましい。
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層に含まれる結晶性無機材の含有量は、ガラスコート層の重量に対して、１〜５０重量％であることが望ましく、１０〜４５重量％であることがより望ましい。
本発明のエンジンバルブにおいて、上記ガラスコート層の厚さは、１〜１０００μｍであることが好ましい。
ガラスコート層の厚さの測定には、株式会社フィッシャーインストルメンツ社製、デュアルスコープＭＰ４０を用いることができる。ガラスコート層の任意の３０点において、デュアルスコープＭＰ４０の膜厚測定における膜厚補正を実施したのち、膜厚測定をガラスコート層の任意の１０点に対して行い、その測定値の平均をとることによりガラスコート層の厚さを測定することができる。膜厚測定を１０点に対して行う場合、測定領域内で測定部位の偏りがないようにすることが望ましく、例えば、測定を１ｍｍの等間隔おきに行う等の方法が挙げられる。
ガラスコート層の厚さが上記範囲であると、インバルブの熱が吸気に伝わることなく吸気効率の低下を防止することができる。また、排気の熱がエキバルブに伝達されにくく、その分排ガスの温度が低下しにくいので、排ガスが担体に到達した際に充分に担体を暖めて排ガスを浄化することが可能となる。ガラスコート層の厚さが１μｍ未満であると、例えばガラスコート層に気孔を形成しようとする場合に、気泡がガラスコート層外に抜けやすくなり、その結果ガラスコート層表面の表面粗さが大きくなる。傘裏面は気流と接するので表面粗さが大きくなると気流とガラスコート層の熱伝達が上がり、ガラスコート層の断熱性能が低下するという問題がある。一方、ガラスコート層の厚さが１０００μｍを超えると、ガラスコート層に熱衝撃等が加わった際に、ガラスコート層にクラックが発生しやすくなることがある。また吸気又は排気経路が狭くなるという問題もある。
ガラスコート層の厚さの測定には、株式会社フィッシャーインストルメンツ社製、デュアルスコープＭＰ４０を用いることができる。ガラスコート層の任意の３０点において、デュアルスコープＭＰ４０の膜厚測定における膜厚補正を実施したのち、膜厚測定をガラスコート層の任意の１０点に対して行い、その測定値の平均をとることによりガラスコート層の厚さを測定することができる。膜厚測定を１０点に対して行う場合、測定領域内で測定部位の偏りがないようにすることが望ましく、例えば、測定を１ｍｍの等間隔おきに行う等の方法が挙げられる。
ガラスコート層の厚さが上記範囲であると、インバルブの熱が吸気に伝わることなく吸気効率の低下を防止することができる。また、排気の熱がエキバルブに伝達されにくく、その分排ガスの温度が低下しにくいので、排ガスが担体に到達した際に充分に担体を暖めて排ガスを浄化することが可能となる。ガラスコート層の厚さが１μｍ未満であると、例えばガラスコート層に気孔を形成しようとする場合に、気泡がガラスコート層外に抜けやすくなり、その結果ガラスコート層表面の表面粗さが大きくなる。傘裏面は気流と接するので表面粗さが大きくなると気流とガラスコート層の熱伝達が上がり、ガラスコート層の断熱性能が低下するという問題がある。一方、ガラスコート層の厚さが１０００μｍを超えると、ガラスコート層に熱衝撃等が加わった際に、ガラスコート層にクラックが発生しやすくなることがある。また吸気又は排気経路が狭くなるという問題もある。
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層は、気孔を有することが好ましい。ガラスコート層内に形成された気孔の平均気孔径は０．５〜１５μｍであることが好ましい。
平均気孔径は、より好ましくは３〜１３μｍであり、さらに好ましくは５〜１０μｍである。
気孔の平均気孔径が０．５〜１５μｍであれば、気孔がガラスコート層の中に独立気孔として存在し、断熱性を高める構造として有効に機能する。
平均気孔径は、より好ましくは３〜１３μｍであり、さらに好ましくは５〜１０μｍである。
気孔の平均気孔径が０．５〜１５μｍであれば、気孔がガラスコート層の中に独立気孔として存在し、断熱性を高める構造として有効に機能する。
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の気孔率は１０〜６０％であることが好ましい。
気孔率は、より好ましくは１５〜５０％であり、さらに好ましくは２０〜４０％である。
気孔率が１０〜６０％であると、気孔による充分な断熱性が保持される。
気孔率は、より好ましくは１５〜５０％であり、さらに好ましくは２０〜４０％である。
気孔率が１０〜６０％であると、気孔による充分な断熱性が保持される。
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の気孔の平均気孔径は、エンジンバルブの傘部のガラスコート層が形成された部分を切断し、ＳＥＭ等を用いて断面を観察することによって測定することができる。
具体的には、ＳＥＭ画像をガラスコート層の厚さ方向の全域が入るように撮影して、全ての気孔についての気孔径を測定し、平均値を求めることにより平均気孔径が得られる。気孔の形状が略球状でない場合、その気孔の直径は、投影面積円に相当する直径（ヘイウッド径）とする。
ＳＥＭの測定倍率は、ガラスコート層の厚さが１μｍ以上５μｍ未満の場合は３０００倍、５μｍ以上５０μｍ未満の場合は２０００倍、５０μｍ以上１００μｍ未満の場合は１０００倍、１００μｍ以上３００μｍ未満の場合は５００倍、３００μｍ以上５００μｍ未満の場合は２００倍、５００μｍ以上１０００μｍ以下の場合は１５０倍とする。
具体的には、ＳＥＭ画像をガラスコート層の厚さ方向の全域が入るように撮影して、全ての気孔についての気孔径を測定し、平均値を求めることにより平均気孔径が得られる。気孔の形状が略球状でない場合、その気孔の直径は、投影面積円に相当する直径（ヘイウッド径）とする。
ＳＥＭの測定倍率は、ガラスコート層の厚さが１μｍ以上５μｍ未満の場合は３０００倍、５μｍ以上５０μｍ未満の場合は２０００倍、５０μｍ以上１００μｍ未満の場合は１０００倍、１００μｍ以上３００μｍ未満の場合は５００倍、３００μｍ以上５００μｍ未満の場合は２００倍、５００μｍ以上１０００μｍ以下の場合は１５０倍とする。
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の気孔率は、ガラスコート層の重量と膜厚計(デュアルスコープ)で測定したガラスコート層の厚さから嵩密度を算出し、ピクノメータで算出した真密度との比を算出し、その値を１から引いて、百分率とした値を気孔率として算出することができる。
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の室温での熱伝導率は０．１〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましい。
熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、上記熱伝導率を達成するために必要な気孔率が高くなるため、形成されたガラスコート層の機械的強度が低下しすぎることがある。一方、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋを超えると、充分な断熱の効果が得られないという問題がある。所望の断熱効果を得るためには、ガラスコート層の厚さを厚くする必要があるため、ガラスコート層の熱容量が大きくなってしまう。
なお、ガラスコート層等の熱伝導率の測定が必要な部材の２５℃における熱伝導率は、レーザーフラッシュ法によって測定することができる。以下においては、ガラスコート層の熱伝導率を測定する場合について説明する。
熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、上記熱伝導率を達成するために必要な気孔率が高くなるため、形成されたガラスコート層の機械的強度が低下しすぎることがある。一方、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋを超えると、充分な断熱の効果が得られないという問題がある。所望の断熱効果を得るためには、ガラスコート層の厚さを厚くする必要があるため、ガラスコート層の熱容量が大きくなってしまう。
なお、ガラスコート層等の熱伝導率の測定が必要な部材の２５℃における熱伝導率は、レーザーフラッシュ法によって測定することができる。以下においては、ガラスコート層の熱伝導率を測定する場合について説明する。
レーザーフラッシュ法による熱伝導率の測定は、熱拡散係数（α）を測定することにより行う。熱伝導率（ｋ）は、測定した熱拡散係数（α）と、比熱容量（Ｃｐ）と密度（ρ）から算出される値である。
熱拡散係数の測定は下記条件で行うことができる。
測定装置：ＮＥＴＺＳＣＨ製 ＬＦＡ４６７
表面処理：グラファイトスプレー
測定温度：２５℃
測定雰囲気：Ｎ２
サンプルサイズ：φ１０ｍｍ、厚さ＝２ｍｍ
ガラスコート層の熱拡散係数を測定する際は、基材と一体の状態で測定し、多層解析によりガラスコート層のみの熱拡散係数を算出する。また、ガラスコート層の熱拡散係数を測定する時は、ガラスコート層に垂直にレーザーが照射されるようにサンプルを設置する。
熱拡散係数の測定は下記条件で行うことができる。
測定装置：ＮＥＴＺＳＣＨ製 ＬＦＡ４６７
表面処理：グラファイトスプレー
測定温度：２５℃
測定雰囲気：Ｎ２
サンプルサイズ：φ１０ｍｍ、厚さ＝２ｍｍ
ガラスコート層の熱拡散係数を測定する際は、基材と一体の状態で測定し、多層解析によりガラスコート層のみの熱拡散係数を算出する。また、ガラスコート層の熱拡散係数を測定する時は、ガラスコート層に垂直にレーザーが照射されるようにサンプルを設置する。
熱伝導率（ｋ）は下記式から算出する。
ｋ＝ρ・Ｃｐ・α［Ｗ／ｍＫ］
＜かさ密度（ρ）の測定＞
ガラスコート層のかさ密度を求める場合、まずは基材の重量を測定し、その後に基材の上にガラスコート層を形成してガラスコート層付き基材の重量の測定から、引き算でガラスコート層の重量（＝Ａ）を測定する。その後、ガラスコート層の膜厚から、ガラスコート層の体積（＝Ｂ）を算出し、Ａ／Ｂをかさ密度とする。
＜比熱容量（Ｃｐ）の測定＞
比熱容量の測定は下記条件で行うことができる。
測定装置：セイコー電子工業製 ＤＳＣ２１０型
測定温度：２５℃
測定方法：ＤＳＣ法
測定雰囲気：Ａｒ
ガラスコート層の比熱容量を測定する際は、ガラスコート層をφ４ｍｍ、厚さ１ｍｍのバルク体に成形して測定を実施することができる。
ｋ＝ρ・Ｃｐ・α［Ｗ／ｍＫ］
＜かさ密度（ρ）の測定＞
ガラスコート層のかさ密度を求める場合、まずは基材の重量を測定し、その後に基材の上にガラスコート層を形成してガラスコート層付き基材の重量の測定から、引き算でガラスコート層の重量（＝Ａ）を測定する。その後、ガラスコート層の膜厚から、ガラスコート層の体積（＝Ｂ）を算出し、Ａ／Ｂをかさ密度とする。
＜比熱容量（Ｃｐ）の測定＞
比熱容量の測定は下記条件で行うことができる。
測定装置：セイコー電子工業製 ＤＳＣ２１０型
測定温度：２５℃
測定方法：ＤＳＣ法
測定雰囲気：Ａｒ
ガラスコート層の比熱容量を測定する際は、ガラスコート層をφ４ｍｍ、厚さ１ｍｍのバルク体に成形して測定を実施することができる。
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の熱抵抗は１〜１００００ｍｍ２・Ｋ／Ｗであることが好ましく、５００〜５０００ｍｍ２・Ｋ／Ｗであることがより好ましい。
熱抵抗が１ｍｍ２・Ｋ／Ｗ未満であると断熱性が充分でなく、熱抵抗が１００００ｍｍ２・Ｋ／Ｗを超えるガラスコート層を作製することは技術的に難しい。
ガラスコート層の熱抵抗は、「熱抵抗＝ガラスコート層の厚さ／ガラスコート層の熱伝導率」の式により算出することができる。
熱抵抗が１ｍｍ２・Ｋ／Ｗ未満であると断熱性が充分でなく、熱抵抗が１００００ｍｍ２・Ｋ／Ｗを超えるガラスコート層を作製することは技術的に難しい。
ガラスコート層の熱抵抗は、「熱抵抗＝ガラスコート層の厚さ／ガラスコート層の熱伝導率」の式により算出することができる。
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の皮膜強度は１５〜５０ＭＰａであることが好ましい。
皮膜強度は、以下の方法で測定することができる。
図８は、コート層強度測定用試料の模式的な断面図である。
ガラスコート層付きエンジンバルブ３００のガラスコート層３２０の表面に、クリップを用いてスタッドピン３３０を取り付け、１５０℃で１時間加熱して固着させることにより、測定用試料を作製する。スタッドピン３３０としては、ＱＵＡＤ ＧＲＯＵＰ社製 Ｐ／Ｎ９０１１０６（２．７ｍｍエポキシ接着剤Ａｌ製スタッドピン）を使用することができる。
皮膜強度は、以下の方法で測定することができる。
図８は、コート層強度測定用試料の模式的な断面図である。
ガラスコート層付きエンジンバルブ３００のガラスコート層３２０の表面に、クリップを用いてスタッドピン３３０を取り付け、１５０℃で１時間加熱して固着させることにより、測定用試料を作製する。スタッドピン３３０としては、ＱＵＡＤ ＧＲＯＵＰ社製 Ｐ／Ｎ９０１１０６（２．７ｍｍエポキシ接着剤Ａｌ製スタッドピン）を使用することができる。
図９は、引張試験機による引張試験の外観図である。
引張試験機１０００を使用して、ガラスコート層３２０と固着したスタッドピン３３０を引っ張る。スタッドピン３３０と接しているガラスコート層３２０がエンジンバルブ３００を構成する基材３１０から剥離するまでに加わった力の最大値とスタッドピン３３０の断面積とからコート層強度を算出する。引張試験機１０００としては、（株）島津製作所製 オートグラフＡＧＳ５０Ａを使用することができる。測定は、２５℃、大気圧で行うこととする。
引張試験機１０００を使用して、ガラスコート層３２０と固着したスタッドピン３３０を引っ張る。スタッドピン３３０と接しているガラスコート層３２０がエンジンバルブ３００を構成する基材３１０から剥離するまでに加わった力の最大値とスタッドピン３３０の断面積とからコート層強度を算出する。引張試験機１０００としては、（株）島津製作所製 オートグラフＡＧＳ５０Ａを使用することができる。測定は、２５℃、大気圧で行うこととする。
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の比熱は６５０〜９００Ｊ／ｋｇＫであることが好ましい。
比熱はＤＳＣ（示差走査熱量測定）により測定することができる。
また、ガラスコート層の熱容量（単位面積当たりの熱容量）は、２００〜２５００［Ｊ／ｍ２・Ｋ］であることが好ましい。ガラスコート層の熱容量は、ガラスコート層の比熱と密度と膜厚を乗ずることによって算出することができる。
比熱はＤＳＣ（示差走査熱量測定）により測定することができる。
また、ガラスコート層の熱容量（単位面積当たりの熱容量）は、２００〜２５００［Ｊ／ｍ２・Ｋ］であることが好ましい。ガラスコート層の熱容量は、ガラスコート層の比熱と密度と膜厚を乗ずることによって算出することができる。
本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の表面粗さＲｚＪＩＳは０．０５〜５μｍであることが望ましい。
ガラスコート層の表面粗さＲｚＪＩＳが０．０５μｍ未満のガラスコート層を作製することは技術的に難しい。一方、ガラスコート層の表面粗さＲｚＪＩＳが５μｍを超えると、吸気又は排気とガラスコート層の熱伝達係数が上がり、断熱性能が低下するという問題がある。
ガラスコート層の表面粗さＲｚＪＩＳが０．０５μｍ未満のガラスコート層を作製することは技術的に難しい。一方、ガラスコート層の表面粗さＲｚＪＩＳが５μｍを超えると、吸気又は排気とガラスコート層の熱伝達係数が上がり、断熱性能が低下するという問題がある。
また、本発明のエンジンバルブとして、以下のような構成のものも挙げられる。
すなわち、本発明のエンジンバルブの別の一例であるエンジンバルブでは、棒状の軸部と略円錐形上の傘部とからなり、軸部は、金属基材からなる。一方、傘部においては、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、その断面が矩形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部にセラミック部材が接着されている。
すなわち、本発明のエンジンバルブの別の一例であるエンジンバルブでは、棒状の軸部と略円錐形上の傘部とからなり、軸部は、金属基材からなる。一方、傘部においては、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、その断面が矩形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部にセラミック部材が接着されている。
上記した本発明のエンジンバルブの一例では、傘部の傘裏面には、凹部が形成されておらず、セラミック部材は、平面状の傘裏面に配置されている。このため、焼成工程において傘裾部に隣接したガラスコート層（ガラスペースト層）がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしても、セラミック部材の重みによって収縮が阻害され、製造時にガラスコート層を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。
この例では、凹部を形成せずに、セラミック部材を配置できるので、製造工程を簡略化することができる。しかし、セラミック部材の内側が、三角錐状の傘裏面と略平行になるようにセラミック部材を製造する必要があり、セラミック部材の製造方法が難しくなる。そのため、金属基材の傘裏面に凹部を形成して、凹部に収容されるような形状のハニカム構造体を製造し、凹部に収容されるように、ハニカム構造体を配置する方法の方が好ましい。その際、ガラスコート層は、凹部にその端部が入り込むように形成されている必要がある。
上記した本発明のエンジンバルブについて、さらに詳述する。
図２（ａ）は、本発明のエンジンバルブの他の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すエンジンバルブのＢ−Ｂ線断面図である。本発明のエンジンバルブを構成する部材の材料やその特性等については、図１に示すエンジンバルブの項において説明したので、以下においては、その説明を省略する。
図２（ａ）は、本発明のエンジンバルブの他の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すエンジンバルブのＢ−Ｂ線断面図である。本発明のエンジンバルブを構成する部材の材料やその特性等については、図１に示すエンジンバルブの項において説明したので、以下においては、その説明を省略する。
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明のエンジンバルブの一例であるエンジンバルブ３０は、棒状の軸部３１と略円錐形上の傘部３２とからなり、軸部３１は、金属基材からなる。一方、傘部３２においては、金属基材の傘部４２の側面である傘裏面４２ａの傘裾部４２０以外の部分にガラスコート層３３が形成されている。また、傘裏面４２ａの傘裾部４２０に隣接する部分には、その断面が矩形（図２（ｂ）参照）で、立体的形状がリング状のセラミック部材３５が、ガラスコート層３３の傘裾部４２０側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層３３の端部にセラミック部材３５が接着されている。
この図２（ａ）及び（ｂ）に示すエンジンバルブ３０では、傘部４２の傘裏面４２ａには、凹部が形成されておらず、セラミック部材３５は、平面状の傘裏面４２ａに配置されている。このため、焼成工程において傘裾部に隣接したガラスコート層３３（ガラスペースト層）がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしても、セラミック部材３５の重みによって収縮が阻害され、製造時にガラスコート層３３を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層３３の傘裾部側の端部に引けが発生しない。
この例では、凹部を形成せず、セラミック部材３５を配置できるので、製造工程を簡略化することができる。しかし、セラミック部材３５の内側が、三角錐状の傘裏面４２ａと略平行になるようにセラミック部材を製造する必要があり、セラミック部材３５の製造方法が難しくなる。そのため、金属基材の傘裏面に凹部を形成して、凹部に収容されるような形状のハニカム構造体を製造し、凹部に収容されるように、ハニカム構造体を配置する方法の方が好ましい。その際、ガラスコート層は、凹部にその端部が入り込むように形成されている必要がある。
本発明のエンジンバルブとして、以下のような構成のものも挙げられる。
上記エンジンバルブにおいて、このエンジンバルブの軸部は、棒状で、金属基材からなる。
このエンジンバルブの傘部では、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、切削加工により凹部が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。そして、その断面が矩形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、凹部内に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部にセラミック部材が接着されている。また、凹部の形状は、直角Ｖ字形状である。
上記エンジンバルブにおいて、このエンジンバルブの軸部は、棒状で、金属基材からなる。
このエンジンバルブの傘部では、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、切削加工により凹部が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。そして、その断面が矩形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、凹部内に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部にセラミック部材が接着されている。また、凹部の形状は、直角Ｖ字形状である。
上記エンジンバルブについて、さらに詳述する。
図３は、本発明のエンジンバルブのさらに他の一例を示す縦断面図である。図３に示す縦断面図は、図２（ｂ）に示したエンジンバルブのＢ−Ｂ線断面図と同じ断面を示す断面図である。
図３は、本発明のエンジンバルブのさらに他の一例を示す縦断面図である。図３に示す縦断面図は、図２（ｂ）に示したエンジンバルブのＢ−Ｂ線断面図と同じ断面を示す断面図である。
このエンジンバルブ５０の軸部５１は、図２（ａ）に示すエンジンバルブ３０の軸部３１と同様に構成されているので、ここでは、図示を省略する。
図３に示すように、このエンジンバルブ５０の傘部５２においては、金属基材の傘部６２の側面である傘裏面６２ａの傘裾部６２０以外の部分にガラスコート層５３が形成されている。また、傘裏面６２ａの傘裾部６２０に隣接する部分には、切削加工により凹部６２０ａが形成されており、ガラスコート層５３の端部は、凹部６２０ａの内部に入り込んでいる。そして、その断面が矩形（図３参照）で、立体的形状がリング状のセラミック部材５５が、凹部６２０ａ内に収容され、ガラスコート層５３の傘裾部６２０側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層５３の端部にセラミック部材５５が接着されている。また、凹部６２０ａの形状は、直角Ｖ字形状である。
図３に示すように、このエンジンバルブ５０の傘部５２においては、金属基材の傘部６２の側面である傘裏面６２ａの傘裾部６２０以外の部分にガラスコート層５３が形成されている。また、傘裏面６２ａの傘裾部６２０に隣接する部分には、切削加工により凹部６２０ａが形成されており、ガラスコート層５３の端部は、凹部６２０ａの内部に入り込んでいる。そして、その断面が矩形（図３参照）で、立体的形状がリング状のセラミック部材５５が、凹部６２０ａ内に収容され、ガラスコート層５３の傘裾部６２０側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層５３の端部にセラミック部材５５が接着されている。また、凹部６２０ａの形状は、直角Ｖ字形状である。
このエンジンバルブ７０の軸部５１は、図２（ａ）に示すエンジンバルブ３０の軸部３１と同様に構成されているので、ここでは、図示を省略する。
図４に示すように、このエンジンバルブ７０の傘部７２においては、金属基材の傘部８２の側面である傘裏面８２ａの傘裾部８２０以外の部分にガラスコート層７３が形成されている。また、傘裏面８２ａの傘裾部８２０に隣接する部分には、切削加工により凹部８２０ａが形成されており、ガラスコート層７３の端部は、凹部８２０ａの内部に入り込んでいる。そして、その断面が円形（図４参照）で、立体的形状がリング状のセラミック部材７５が、凹部８２０ａ内に収容され、ガラスコート層７３の傘裾部８２０側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層７３の端部にセラミック部材７５が接着されている。
図４に示すように、このエンジンバルブ７０の傘部７２においては、金属基材の傘部８２の側面である傘裏面８２ａの傘裾部８２０以外の部分にガラスコート層７３が形成されている。また、傘裏面８２ａの傘裾部８２０に隣接する部分には、切削加工により凹部８２０ａが形成されており、ガラスコート層７３の端部は、凹部８２０ａの内部に入り込んでいる。そして、その断面が円形（図４参照）で、立体的形状がリング状のセラミック部材７５が、凹部８２０ａ内に収容され、ガラスコート層７３の傘裾部８２０側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層７３の端部にセラミック部材７５が接着されている。
本発明のエンジンバルブとして、以下のような構成のものも挙げられる。
このエンジンバルブの軸部は、棒状で、金属基材からなる。このエンジンバルブの傘部においては、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、切削加工により凹部が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。そして、その断面が円形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、凹部内に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部にセラミック部材が接着されている。また、凹部の形状は、円弧形状である。
このエンジンバルブの軸部は、棒状で、金属基材からなる。このエンジンバルブの傘部においては、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、切削加工により凹部が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。そして、その断面が円形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、凹部内に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部にセラミック部材が接着されている。また、凹部の形状は、円弧形状である。
上記した本発明のエンジンバルブについて、さらに詳述する。
図４は、本発明のエンジンバルブのさらに他の一例を示す縦断面図である。図４に示す縦断面図は、図２（ｂ）に示したエンジンバルブのＢ−Ｂ線断面図と同じ断面を示す断面図である。
図４は、本発明のエンジンバルブのさらに他の一例を示す縦断面図である。図４に示す縦断面図は、図２（ｂ）に示したエンジンバルブのＢ−Ｂ線断面図と同じ断面を示す断面図である。
このエンジンバルブ７０の軸部５１は、図２（ａ）に示すエンジンバルブ３０の軸部３１と同様に構成されているので、ここでは、図示を省略する。
図４に示すように、このエンジンバルブ７０の傘部７２においては、金属基材の傘部８２の側面である傘裏面８２ａの傘裾部８２０以外の部分にガラスコート層７３が形成されている。また、傘裏面８２ａの傘裾部８２０に隣接する部分には、切削加工により凹部８２０ａが形成されており、ガラスコート層７３の端部は、凹部８２０ａの内部に入り込んでいる。そして、その断面が円形（図４参照）で、立体的形状がリング状のセラミック部材７５が、凹部８２０ａ内に収容され、ガラスコート層７３の傘裾部８２０側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層７３の端部にセラミック部材７５が接着されている。また、凹部８２０ａの形状は、円弧形状である。
図４に示すように、このエンジンバルブ７０の傘部７２においては、金属基材の傘部８２の側面である傘裏面８２ａの傘裾部８２０以外の部分にガラスコート層７３が形成されている。また、傘裏面８２ａの傘裾部８２０に隣接する部分には、切削加工により凹部８２０ａが形成されており、ガラスコート層７３の端部は、凹部８２０ａの内部に入り込んでいる。そして、その断面が円形（図４参照）で、立体的形状がリング状のセラミック部材７５が、凹部８２０ａ内に収容され、ガラスコート層７３の傘裾部８２０側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層７３の端部にセラミック部材７５が接着されている。また、凹部８２０ａの形状は、円弧形状である。
本発明のエンジンバルブとして、以下のような構成のものも挙げられる。
このエンジンバルブの軸部は、このエンジンバルブの軸部は、棒状で、金属基材からなる。このエンジンバルブの傘部においては、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、切削加工により凹部が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。そして、その断面が半円形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、凹部内に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部にセラミック部材が接着されている。また、凹部の形状は、円弧形状である。
このエンジンバルブの軸部は、このエンジンバルブの軸部は、棒状で、金属基材からなる。このエンジンバルブの傘部においては、金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分にガラスコート層が形成されている。また、傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、切削加工により凹部が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。そして、その断面が半円形で、立体的形状がリング状のセラミック部材が、凹部内に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部にセラミック部材が接着されている。また、凹部の形状は、円弧形状である。
上記した本発明のエンジンバルブでは、傘部の傘裏面には、凹部が形成されており、ガラスコート層の端部は、凹部の内部に入り込んでいる。セラミック部材は、凹部に収容され、ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層の端部にセラミック部材が接着されている。このため、焼成工程において傘裾部に隣接したガラスコート層（ガラスペースト層）がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしても、セラミック部材の重みによって収縮が阻害され、製造時にガラスコート層を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。
上記した本発明のエンジンバルブについて、さらに詳述する。
図５は、本発明のエンジンバルブのさらに他の一例を示す縦断面図である。図５に示す縦断面図は、図２（ｂ）に示したエンジンバルブのＢ−Ｂ線断面図と同じ断面を示す断面図である。
図５は、本発明のエンジンバルブのさらに他の一例を示す縦断面図である。図５に示す縦断面図は、図２（ｂ）に示したエンジンバルブのＢ−Ｂ線断面図と同じ断面を示す断面図である。
このエンジンバルブ９０の軸部９１は、図２（ａ）に示すエンジンバルブ３０の軸部３１と同様に構成されているので、ここでは、図示を省略する。
図５に示すように、このエンジンバルブ９０の傘部９２においては、金属基材の傘部１０２の側面である傘裏面１０２ａの傘裾部１０２０以外の部分にガラスコート層９３が形成されている。また、傘裏面１０２ａの傘裾部１０２０に隣接する部分には、切削加工により凹部１０２０ａが形成されており、ガラスコート層９３の端部は、凹部１０２０ａの内部に入り込んでいる。そして、その断面が半円形（図５参照）で、立体的形状がリング状のセラミック部材９５が、凹部１０２０ａ内に収容され、ガラスコート層９３の傘裾部１０２０側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層９３の端部にセラミック部材９５が接着されている。また、凹部１０２０ａの形状は、円弧形状である。
図５に示すように、このエンジンバルブ９０の傘部９２においては、金属基材の傘部１０２の側面である傘裏面１０２ａの傘裾部１０２０以外の部分にガラスコート層９３が形成されている。また、傘裏面１０２ａの傘裾部１０２０に隣接する部分には、切削加工により凹部１０２０ａが形成されており、ガラスコート層９３の端部は、凹部１０２０ａの内部に入り込んでいる。そして、その断面が半円形（図５参照）で、立体的形状がリング状のセラミック部材９５が、凹部１０２０ａ内に収容され、ガラスコート層９３の傘裾部１０２０側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層９３の端部にセラミック部材９５が接着されている。また、凹部１０２０ａの形状は、円弧形状である。
上記した図３、図４及び図５に示す本発明のエンジンバルブ５０、７０、９０では、傘部６２、８２、１０２の傘裏面６２ａ、８２ａ、１０２ａには、凹部６２０ａ、８２０ａ、１０２０ａが形成されており、ガラスコート層５３、７３、９３の端部は、凹部６２０ａ、８２０ａ、１０２０ａの内部に入り込んでいる。セラミック部材５５、７５、９５は、凹部６２０ａ、８２０ａ、１０２０ａに収容され、ガラスコート層５３、７３、９３の傘裾部６２０、８２０、１０２０側の端部を覆うように配置されており、ガラスコート層５３、７３、９３の端部にセラミック部材５５、７５、９５が接着されている。このため、焼成工程において傘裾部６２０、８２０、１０２０に隣接したガラスコート層５３、７３、９３（ガラスペースト層）がエンジンバルブの軸部方向に収縮しようとしても、セラミック部材５５、７５、９５の重みによって収縮が阻害され、製造時にガラスコート層５３、７３、９３を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面６２ａ、８２ａ、１０２ａにおいてガラスコート層５３、７３、９３の傘裾部６２０、８２０、１０２０側の端部に引けが発生しない。
本発明のエンジンバルブは、エンジンに用いられることになる。
ここで、エンジンバルブが用いられたエンジンの構造の一例について説明する。
エンジン燃焼室においては、筒状のシリンダーの上部に、吸気用のエンジンバルブ及び排気用のエンジンバルブ（エキバルブ）が配置されている。また、シリンダーの上部の頂点に、点火プラグが設けられており、シリンダーの内部にピストンが設けられている。
ここで、エンジンバルブが用いられたエンジンの構造の一例について説明する。
エンジン燃焼室においては、筒状のシリンダーの上部に、吸気用のエンジンバルブ及び排気用のエンジンバルブ（エキバルブ）が配置されている。また、シリンダーの上部の頂点に、点火プラグが設けられており、シリンダーの内部にピストンが設けられている。
本発明のエンジンバルブは、このような構成のエンジン燃焼室に最適である。
なお、エンジンバルブの傘裏面とは、エンジンバルブの傘部の側面のことであり、エンジンバルブの傘部において、エンジン燃焼室に臨まない方の面を意味する。また、ガラスコート層が形成されていない傘裏面の傘裾部は、シリンダーと接触する部分である。
なお、エンジンバルブの傘裏面とは、エンジンバルブの傘部の側面のことであり、エンジンバルブの傘部において、エンジン燃焼室に臨まない方の面を意味する。また、ガラスコート層が形成されていない傘裏面の傘裾部は、シリンダーと接触する部分である。
吸気用のエンジンバルブ及び排気用のエンジンバルブは同じ構成であるが、以下の説明において、両者を区別する必要がある場合には、吸気用のエンジンバルブをインバルブと記載し、排気用のエンジンバルブをエキバルブと記載し、両者を区別する必要がない場合には、単にエンジンバルブと記載する。
上記エンジンバルブでは、インバルブ及びエキバルブの傘裏面にはガラスコート層が形成されているので断熱性が高い。そのため以下の効果を奏する。
インバルブは断熱性が高いので、インバルブの熱は、吸気される燃料に伝わりにくい。そのため、吸気効率を低下させることなくエンジンを駆動させることができる。
また、エキバルブは断熱性が高いので、排ガスの熱は、エキバルブに伝達されにくい。そのため、排ガスの温度が低下しにくい。排ガスは、エンジンの下流に設置された排ガス浄化装置に設置された担体により浄化されることになるが、排ガスの温度が低下していない場合、排ガスは速やかに担体の温度を上昇させ、担体の排ガス浄化機能を好適に発揮させることができる。つまり、排ガス浄化効率が向上する。
インバルブは断熱性が高いので、インバルブの熱は、吸気される燃料に伝わりにくい。そのため、吸気効率を低下させることなくエンジンを駆動させることができる。
また、エキバルブは断熱性が高いので、排ガスの熱は、エキバルブに伝達されにくい。そのため、排ガスの温度が低下しにくい。排ガスは、エンジンの下流に設置された排ガス浄化装置に設置された担体により浄化されることになるが、排ガスの温度が低下していない場合、排ガスは速やかに担体の温度を上昇させ、担体の排ガス浄化機能を好適に発揮させることができる。つまり、排ガス浄化効率が向上する。
また、エンジンが駆動する場合、燃料が吸気され、排ガスが排出されることになる。この際、エンジンバルブは、シリンダーに繰り返し接触することになる。
本発明のエンジンバルブにおいては、ガラスコート層を焼結により形成する際に、金属基材とガラスコート層との間及びガラスコート層とセラミック部材との間に強い密着力が発現する。このためエンジンバルブが使用される過酷な環境下においても、エンジンバルブの傘裏面に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくく、高い断熱性能を発揮できることになる。
本発明のエンジンバルブにおいては、ガラスコート層を焼結により形成する際に、金属基材とガラスコート層との間及びガラスコート層とセラミック部材との間に強い密着力が発現する。このためエンジンバルブが使用される過酷な環境下においても、エンジンバルブの傘裏面に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくく、高い断熱性能を発揮できることになる。
本発明のエンジンバルブが用いられるエンジンについてさらに詳述する。
図６は、本発明のエンジンバルブが用いられたエンジン燃焼室の構造の一例を模式的に示す断面図である。
図６は、本発明のエンジンバルブが用いられたエンジン燃焼室の構造の一例を模式的に示す断面図である。
図６に示すように、エンジン燃焼室１５０においては、筒状のシリンダー１７０の上部に、吸気用のエンジンバルブ１６０（インバルブ１６０ａ）及び排気用のエンジンバルブ１６０（エキバルブ１６０ｂ）が配置されている。また、シリンダー１７０の上部の頂点に、点火プラグ１８０が設けられており、シリンダー１７０の内部にピストン１９０が設けられている。
本発明のエンジンバルブは、このような構成のエンジン燃焼室に最適である。
なお、エンジンバルブ１６０の傘裏面１６６ａ、１６６ｂとは、エンジンバルブ１６０の傘部１６６の側面のことであり、エンジンバルブ１６０の傘部１６６において、エンジン燃焼室１５０に臨まない方の面を意味する。また、ガラスコート層が形成されていない傘裏面の傘裾部１６６０は、シリンダー１７０と接触する部分である。なお、ガラスコート層の位置等については、図１〜図５に示すエンジンバルブで示しているので、ここでは、図示していない。
本発明のエンジンバルブは、このような構成のエンジン燃焼室に最適である。
なお、エンジンバルブ１６０の傘裏面１６６ａ、１６６ｂとは、エンジンバルブ１６０の傘部１６６の側面のことであり、エンジンバルブ１６０の傘部１６６において、エンジン燃焼室１５０に臨まない方の面を意味する。また、ガラスコート層が形成されていない傘裏面の傘裾部１６６０は、シリンダー１７０と接触する部分である。なお、ガラスコート層の位置等については、図１〜図５に示すエンジンバルブで示しているので、ここでは、図示していない。
吸気用のエンジンバルブ１６０及び排気用のエンジンバルブ１６０は同じ構成であるが、以下の説明において、両者を区別する必要がある場合には、吸気用のエンジンバルブ１６０をインバルブ１６０ａと記載し、排気用のエンジンバルブ１６０をエキバルブ１６０ｂと記載し、両者を区別する必要がない場合には、単にエンジンバルブ１６０と記載する。
インバルブ１６０ａ及びエキバルブ１６０ｂの傘裏面にはガラスコート層が形成されているので断熱性が高い。そのため以下の効果を奏する。
インバルブ１６０ａは断熱性が高いので、インバルブ１６０ａの熱は、吸気される燃料に伝わりにくい。そのため、吸気効率を低下させることなくエンジンを駆動させることができる。
また、エキバルブ１６０ｂは断熱性が高いので、排ガスの熱は、エキバルブ１６０ｂに伝達されにくい。そのため、排ガスの温度が低下しにくい。排ガスは、エンジンの下流に設置された排ガス浄化装置に設置された担体により浄化されることになるが、排ガスの温度が低下していない場合、排ガスは速やかに担体の温度を上昇させ、担体の排ガス浄化機能を好適に発揮させることができる。つまり、排ガス浄化効率が向上する。
インバルブ１６０ａは断熱性が高いので、インバルブ１６０ａの熱は、吸気される燃料に伝わりにくい。そのため、吸気効率を低下させることなくエンジンを駆動させることができる。
また、エキバルブ１６０ｂは断熱性が高いので、排ガスの熱は、エキバルブ１６０ｂに伝達されにくい。そのため、排ガスの温度が低下しにくい。排ガスは、エンジンの下流に設置された排ガス浄化装置に設置された担体により浄化されることになるが、排ガスの温度が低下していない場合、排ガスは速やかに担体の温度を上昇させ、担体の排ガス浄化機能を好適に発揮させることができる。つまり、排ガス浄化効率が向上する。
また、エンジンが駆動する場合、燃料が吸気され、排ガスが排出されることになる。この際、エンジンバルブ１６０は、シリンダー１７０に繰り返し接触することになる。
本発明のエンジンバルブにおいては、ガラスコート層を焼結により形成する際に、金属基材とガラスコート層との間及びガラスコート層とセラミック部材との間に強い密着力が発現する。このためエンジンバルブが使用される過酷な環境下においても、エンジンバルブの傘裏面に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくく、高い断熱性能を発揮できることになる。
本発明のエンジンバルブにおいては、ガラスコート層を焼結により形成する際に、金属基材とガラスコート層との間及びガラスコート層とセラミック部材との間に強い密着力が発現する。このためエンジンバルブが使用される過酷な環境下においても、エンジンバルブの傘裏面に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくく、高い断熱性能を発揮できることになる。
次に、本発明のエンジンバルブを製造する方法について説明する。
本発明のエンジンバルブを製造する方法としては、
傘部と軸部とからなる金属基材の傘部の側面である傘裏面の、傘裾部以外の部分にガラスペーストを塗布してガラスペースト層を形成する工程、
上記ガラスペースト層の表面の一部に、上記ガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材を配置する工程、及び、
上記ガラスペースト層を焼結することにより、ガラスコート層を形成するとともに、上記セラミック部材と上記金属基材とをガラスコート層を介して接着する工程を含むことを特徴とする製造方法が挙げられる。
上記のエンジンバルブの製造方法も、本発明に包含される。
本発明のエンジンバルブを製造する方法としては、
傘部と軸部とからなる金属基材の傘部の側面である傘裏面の、傘裾部以外の部分にガラスペーストを塗布してガラスペースト層を形成する工程、
上記ガラスペースト層の表面の一部に、上記ガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材を配置する工程、及び、
上記ガラスペースト層を焼結することにより、ガラスコート層を形成するとともに、上記セラミック部材と上記金属基材とをガラスコート層を介して接着する工程を含むことを特徴とする製造方法が挙げられる。
上記のエンジンバルブの製造方法も、本発明に包含される。
（ａ）金属基材の準備
本発明のエンジンバルブの製造方法では、まず、エンジンバルブを構成する金属基材を準備する。
本発明のエンジンバルブの製造方法では、まず、エンジンバルブを構成する金属基材を準備する。
金属基材の形状、材料等としては、本発明のエンジンバルブの説明において説明したものと同様であるので、ここでは、その説明を省略する。金属基材の傘裾部の隣接する部分にセラミック部材を収納するための凹部を形成してもよい。
金属基材の準備にあたっては、ガラスコート層を形成する面である、傘裏面の不純物を除去すべく洗浄処理を行うことが好ましい。
上記洗浄処理としては特に限定されず、従来公知の洗浄処理法を用いることができ、具体的には、例えば、アルコール溶媒中で超音波洗浄を行う方法等を用いることができる。
上記洗浄処理としては特に限定されず、従来公知の洗浄処理法を用いることができ、具体的には、例えば、アルコール溶媒中で超音波洗浄を行う方法等を用いることができる。
金属基材の傘裏面とガラスコート層との密着性をさらに向上させたい場合には、傘裏面に粗化処理を施してもよい。粗化処理の方法としては、例えば、サンドブラスト処理、エッチング処理、高温酸化処理等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。この粗化処理後にさらに洗浄処理を行ってもよい。
なお、粗化処理は、後述するガラスペースト層を形成する工程よりも先に行うことが好ましい。
なお、粗化処理は、後述するガラスペースト層を形成する工程よりも先に行うことが好ましい。
（ｂ）ガラスペースト層を形成する工程
（ｂ−１）ガラスペースト調製工程
本発明のエンジンバルブの製造方法におけるガラスペースト調製工程では、上記工程に続いて、ガラスペースト層を形成するためのガラスペーストを調製する。
ガラスペーストは、ガラス原料を混合することにより得られる。ガラスペーストに気孔を形成するためのカーボン粒子を添加する場合には、ガラス原料及びカーボン粒子を混合する。
（ｂ−１）ガラスペースト調製工程
本発明のエンジンバルブの製造方法におけるガラスペースト調製工程では、上記工程に続いて、ガラスペースト層を形成するためのガラスペーストを調製する。
ガラスペーストは、ガラス原料を混合することにより得られる。ガラスペーストに気孔を形成するためのカーボン粒子を添加する場合には、ガラス原料及びカーボン粒子を混合する。
カーボン粒子の量は、ガラスコート層全体の重量１００部に対して０．００５〜１重量部であることが好ましく、０．００８〜１重量部であることがより好ましい。
カーボン粒子としては、加熱処理により気化して気孔を形成することのできる粒子であることが好ましく、エンジンバルブの製造過程においてガラスコート層内に気孔を形成するための材料として配合される材料である。
カーボン粒子の具体例としては、グラファイト粒子が好ましく、具体的には、イビデン株式会社製ＥＴ−１０、ピッチ、コークス等が好ましく用いられる。
また、カーボン粒子の平均粒子径は０．１〜３０μｍであることが好ましい。
また、カーボン粒子の平均粒子径は０．１〜３０μｍであることが好ましい。
本発明のエンジンバルブの製造方法において、原料混合物は、例えば、ガラス原料と、水と、所望により添加されるカーボン粒子とを混合し、ボールミル等によって湿式混合することにより得ることができる。上記３成分を混合する順番及び組み合わせは特に限定されず、例えば、まずガラス原料と水とを混合し、さらにカーボン粒子を添加してもよいし、ガラス原料とカーボン粒子を混合した後に水を添加してもよいし、ガラス原料とカーボン粒子と水とを一度に混合してもよい。
ガラスペーストがカーボン粒子を含む場合には、カーボン粒子は続く焼成工程において燃焼してＣＯ及びＣＯ２を発生し、気孔を形成する。すなわち、カーボン粒子は造孔剤として機能する。
ガラス原料と水との配合比は、特に限定されるものではないが、ガラス原料１００重量部に対して、水１００重量部程度が好ましい。このような重量比率でガラス原料と水とを混合すると、エンジンバルブの傘裏面に塗布するのに適した粘度となりやすいからである。また、必要に応じて、上記ガラスペーストには、有機溶剤等の分散媒及び有機結合剤を配合してもよい。
本発明のエンジンバルブの製造方法において、上記分散媒としては、例えば、水や、メタノール、エタノール等の有機溶媒を用いることができる。ガラスペースト中の分散媒の含有量は特に限定されないが、例えば、ガラス原料１００重量部に対して、分散媒が５０〜１５０重量部であることが好ましい。このような割合で分散媒を配合することにより、ガラスペーストの粘度が金属基材の傘裏面に塗布するのに適した粘度となるからである。
上記有機結合剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、分散媒と有機結合剤とを併用してもよい。
上記有機結合剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、分散媒と有機結合剤とを併用してもよい。
本発明のエンジンバルブの製造方法において、ガラスペースト中におけるカーボン粒子の含有量は、ガラス原料１００重量部に対して０．０１〜１０重量部であることが好ましい。
カーボン粒子の含有量は０．００５〜８重量部であることがより好ましく、０．００８〜５重量部であることがさらに好ましい。
カーボン粒子の含有量をこのような範囲とすることにより、機械的強度及び断熱性能を有するガラスコート層を形成させることができる。
カーボン粒子の含有量は０．００５〜８重量部であることがより好ましく、０．００８〜５重量部であることがさらに好ましい。
カーボン粒子の含有量をこのような範囲とすることにより、機械的強度及び断熱性能を有するガラスコート層を形成させることができる。
本発明のエンジンバルブの製造方法において、ガラスペーストには、必要に応じて、さらに、結晶性無機材を添加してもよい。
ガラスペーストに結晶性無機材を加える場合、結晶性無機材を添加するタイミングは特に限定されないが、例えば、上述したガラス原料と水と所望により添加されるカーボン粒子とを混合する前に、ガラス原料と結晶性無機材を混合する工程を有していてもよい。
結晶性無機材は、本発明のエンジンバルブの説明において説明したものと同様であるので、ここでは、その説明を省略する。
なお、ガラスペーストとしてさらに結晶性無機材を加える場合、上述したガラス原料と水と所望により添加されるカーボン粒子とを混合する前に、ガラス原料と結晶性無機材を混合する工程を有していてもよい。
ガラスペーストに結晶性無機材を加える場合、結晶性無機材を添加するタイミングは特に限定されないが、例えば、上述したガラス原料と水と所望により添加されるカーボン粒子とを混合する前に、ガラス原料と結晶性無機材を混合する工程を有していてもよい。
結晶性無機材は、本発明のエンジンバルブの説明において説明したものと同様であるので、ここでは、その説明を省略する。
なお、ガラスペーストとしてさらに結晶性無機材を加える場合、上述したガラス原料と水と所望により添加されるカーボン粒子とを混合する前に、ガラス原料と結晶性無機材を混合する工程を有していてもよい。
（ｂ−２）塗布工程
本発明のエンジンバルブの製造方法における塗布工程として、金属基材の傘裏面の傘裾部以外の部分に、ガラスペースト層を形成するためのガラスペーストを塗布することによりガラスペースト層を形成する。
本発明のエンジンバルブの製造方法における塗布工程として、金属基材の傘裏面の傘裾部以外の部分に、ガラスペースト層を形成するためのガラスペーストを塗布することによりガラスペースト層を形成する。
本発明のエンジンバルブの製造方法において、ガラスペースト層の厚さは特に限定されないが、２〜２０００μｍの厚さであることが好ましく、１〜１０００μｍの厚さのガラスコート層を形成することのできる厚さであることが好ましい。
ガラスペースト層の厚さが２μｍ未満であると、例えばガラスコート層に気孔を形成しようとする場合に、気泡がガラスコート層外に抜けやすくなり、その結果ガラスコート層表面の表面粗さが大きくなる。傘裏面は気流と接するので表面粗さが大きくなると気流とガラスコート層の熱伝達が上がり、断熱性能が低下するという問題がある。一方、形成されるガラスペースト層の厚さが２０００μｍを超えると、形成されるガラスコート層に熱衝撃等が加わった際に、クラックが発生しやすくなることがある。また吸気又は排気経路が狭くなるという問題もある。
ガラスペースト層の厚さが２μｍ未満であると、例えばガラスコート層に気孔を形成しようとする場合に、気泡がガラスコート層外に抜けやすくなり、その結果ガラスコート層表面の表面粗さが大きくなる。傘裏面は気流と接するので表面粗さが大きくなると気流とガラスコート層の熱伝達が上がり、断熱性能が低下するという問題がある。一方、形成されるガラスペースト層の厚さが２０００μｍを超えると、形成されるガラスコート層に熱衝撃等が加わった際に、クラックが発生しやすくなることがある。また吸気又は排気経路が狭くなるという問題もある。
本発明のエンジンバルブの製造方法において、金属基材の傘裏面にガラスペースト層を形成する方法としては、例えば、スプレーコート、静電塗装、ディッピング、インクジェット、スピンコート、スタンプやローラ等を用いた転写、ハケ塗り等の方法が挙げられる。スプレーコート等によりガラスペースト層を形成する際、ガラスペースト層を形成する以外の部分は、テープや樹脂等を覆い、ガラスペースト層を形成した後、テープや樹脂等を除くことにより、所定領域にガラスペースト層を形成することができる。金属基材の傘裏面に凹部を形成した場合には、凹部の内部にもガラスペースト層を形成する。
（ｃ）セラミック部材を配置する工程
本発明のエンジンバルブの製造方法におけるセラミック部材を配置する工程において、ガラスペースト層の表面の一部に、ガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材を配置する。
例えばリング状のセラミック部材を用いる場合であれば、ガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うように、金属基材の傘部にセラミック部材を嵌め込めばよい。傘裏面の傘裾部に隣接する部分に、凹部が形成されている場合には、凹部にセラミック部材が収容されるようにセラミック部材を嵌め込む。このとき、凹部の少なくとも一部には、セラミック部材と接着された状態のガラスペースト層が形成されている。
本発明のエンジンバルブの製造方法におけるセラミック部材を配置する工程において、ガラスペースト層の表面の一部に、ガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材を配置する。
例えばリング状のセラミック部材を用いる場合であれば、ガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うように、金属基材の傘部にセラミック部材を嵌め込めばよい。傘裏面の傘裾部に隣接する部分に、凹部が形成されている場合には、凹部にセラミック部材が収容されるようにセラミック部材を嵌め込む。このとき、凹部の少なくとも一部には、セラミック部材と接着された状態のガラスペースト層が形成されている。
（ｄ）焼結工程
本発明のエンジンバルブの製造方法における焼結工程において、ガラスペースト層を焼結することにより、ガラスコート層を形成するとともに、セラミック部材と上記金属基材とをガラスコート層を介して接着する。
例えばガラスペーストにカーボン粒子が含まれる場合には、焼結工程により、ガラスペースト層内でカーボン粒子を気化、消失させて、ガラスコート層内に気孔を形成することができる。
本発明のエンジンバルブの製造方法における焼結工程において、ガラスペースト層を焼結することにより、ガラスコート層を形成するとともに、セラミック部材と上記金属基材とをガラスコート層を介して接着する。
例えばガラスペーストにカーボン粒子が含まれる場合には、焼結工程により、ガラスペースト層内でカーボン粒子を気化、消失させて、ガラスコート層内に気孔を形成することができる。
本発明のエンジンバルブの製造方法において、上記ガラスペースト層の焼結は、ガラスペースト層が形成されたエンジンバルブに加熱処理を施すことによって行うことができる。また、本発明においては、焼結を行う前に、ガラスペースト層が形成されたエンジンバルブに対して、必要に応じて、ガラスペースト層を乾燥させるための乾燥工程を行ってもよい。乾燥工程は、例えば、５０〜１５０℃程度の温度で行うことができる。
焼結のための加熱処理の条件は、エンジンバルブの材質等を考慮して任意に設定することができるが、エンジンバルブの材質がステンレス鋼である場合は４００〜９００℃、耐熱鋼である場合は４００〜１０００℃で加熱処理することが好ましい。加熱時間は３〜１２０分間とすることが好ましい。
また、焼結のための加熱処理温度は、ガラス原料の軟化点以上とすることが好ましい。加熱温度をガラス原料の軟化点以上の温度とすることにより、塗布されたガラス原料が軟化、溶融し、形成されたガラスコート層と金属基材のエンジンバルブの傘裏面とが強固に密着する。
焼結のための加熱処理の条件は、エンジンバルブの材質等を考慮して任意に設定することができるが、エンジンバルブの材質がステンレス鋼である場合は４００〜９００℃、耐熱鋼である場合は４００〜１０００℃で加熱処理することが好ましい。加熱時間は３〜１２０分間とすることが好ましい。
また、焼結のための加熱処理温度は、ガラス原料の軟化点以上とすることが好ましい。加熱温度をガラス原料の軟化点以上の温度とすることにより、塗布されたガラス原料が軟化、溶融し、形成されたガラスコート層と金属基材のエンジンバルブの傘裏面とが強固に密着する。
このとき、ガラスペースト中に含まれるカーボン粒子が、軟化したガラス原料中に分散し、熱分解を起こすことによって気孔が形成される。
以下に、本発明のエンジンバルブの作用効果を列挙する。
（１）本発明のエンジンバルブでは、金属基材の傘裏面に形成されたガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材が配置されていることにより、製造時にガラスコート層を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。このため、傘裏面のガラスコート層の厚みが傘裾部側の端部で薄くなるという問題が発生せず、その結果エンジンバルブが高い断熱性能を発揮できる。
（１）本発明のエンジンバルブでは、金属基材の傘裏面に形成されたガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材が配置されていることにより、製造時にガラスコート層を形成するための焼結工程を経ても、傘裏面においてガラスコート層の傘裾部側の端部に引けが発生しない。このため、傘裏面のガラスコート層の厚みが傘裾部側の端部で薄くなるという問題が発生せず、その結果エンジンバルブが高い断熱性能を発揮できる。
（２）本発明のエンジンバルブでは、金属基材とガラスコート層との間及びガラスコート層とセラミック部材との間は強く密着している。このためエンジンバルブが使用される過酷な環境下においても、エンジンバルブの傘裏面に形成されたガラスコート層が金属基材から剥離しにくく、高い断熱性能を発揮できる。
（３）本発明のエンジンバルブにおいて、ガラスコート層の一部が表面に露出しているので、セラミック部材とガラスコート層の熱膨張係数の違いによる応力を極力緩和することが可能となり、ガラスコート層の靱性が低い場合であっても、焼結工程においてガラスコート層が割れる等して破損することが防止される。
本発明のエンジンバルブにおいて、上記セラミック部材は、リング状であり、上記傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、凹部が形成され、上記凹部には、ガラスコート層の端部が入り込んでおり、上記リング状のセラミック部材は、上記ガラスコート層が形成された凹部に嵌合されてなると、ガラスコート層を形成するための焼成の際に、金属基材がセラミック部材よりも大きく膨張することにより、室温に戻した際に強い嵌合状態になる、いわゆる「焼き嵌め」が起こり、セラミック部材の金属基材への密着力が向上する。
（実施例）
以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
（実施例１）
（ａ）エンジンバルブ用基材準備工程
まず。傘部及び軸部からなるエンジンバルブ用金属基材を準備した。エンジンバルブ用基材の構成材料は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）であった。
エンジンバルブ用基材の軸部の形状は、直径６０ｍｍ、全長１１０ｍｍである棒状の形状であった。
エンジンバルブ用基材の傘部の形状は、底面（傘表面）の直径Ｄ１が３０ｍｍの円であり、高さが７ｍｍである円錐状の形状であった（図７参照）。
以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
（実施例１）
（ａ）エンジンバルブ用基材準備工程
まず。傘部及び軸部からなるエンジンバルブ用金属基材を準備した。エンジンバルブ用基材の構成材料は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）であった。
エンジンバルブ用基材の軸部の形状は、直径６０ｍｍ、全長１１０ｍｍである棒状の形状であった。
エンジンバルブ用基材の傘部の形状は、底面（傘表面）の直径Ｄ１が３０ｍｍの円であり、高さが７ｍｍである円錐状の形状であった（図７参照）。
次に、エンジンバルブ用基材の傘部の傘裏面の傘裾部に隣接する部分に、切削加工により凹部（座ぐり部）を形成した。凹部の断面形状は、図７に示すような直角Ｖ字形状で、平面視すると円形であり、直径の最も短い部分の直径Ｄ２が１５．６ｍｍで、凹部の幅は、３．１ｍｍであり、凹部の深さは３．１ｍｍであった。
（ｂ）塗布層形成工程
（ｂ−１）原料混合物調製工程
次に、セラミック原料としてバリウムシリケートガラス（軟化点７７０℃）１００重量部と、水１００重量部と、有機結合材としてメチルセルロース１重量部と、造孔材として黒鉛化したカーボン粒子を０．２３重量部とをボールミル等によって湿式混合することにより、原料混合物を調製した。
（ｂ−１）原料混合物調製工程
次に、セラミック原料としてバリウムシリケートガラス（軟化点７７０℃）１００重量部と、水１００重量部と、有機結合材としてメチルセルロース１重量部と、造孔材として黒鉛化したカーボン粒子を０．２３重量部とをボールミル等によって湿式混合することにより、原料混合物を調製した。
（ｂ−２）塗布工程
次に、エンジンバルブ用金属基材の傘裏面の凹部を含む部分であって、傘裾部以外の部分に、原料混合物を塗布することにより、ガラスコート層形成用の塗布層を形成した。塗布層の厚さは、５０μｍであった。
続いて、形成した凹部の内部に収容されるように、ジルコニア焼結体からなるセラミック部材を凹部に嵌め込んだ。セラミック部材は、断面形状が三角形のリング状であり、最も内側の部分の直径は、１５．８ｍｍで、その幅は、３ｍｍであった。また、ジルコニア焼結体からなるセラミック部材の気孔率を上記したアルキメデス法により測定したところ、１６％であった。
次に、エンジンバルブ用金属基材の傘裏面の凹部を含む部分であって、傘裾部以外の部分に、原料混合物を塗布することにより、ガラスコート層形成用の塗布層を形成した。塗布層の厚さは、５０μｍであった。
続いて、形成した凹部の内部に収容されるように、ジルコニア焼結体からなるセラミック部材を凹部に嵌め込んだ。セラミック部材は、断面形状が三角形のリング状であり、最も内側の部分の直径は、１５．８ｍｍで、その幅は、３ｍｍであった。また、ジルコニア焼結体からなるセラミック部材の気孔率を上記したアルキメデス法により測定したところ、１６％であった。
（ｃ）加熱処理工程
次に、乾燥機内において７０℃で２０分乾燥した。
さらに、空気中、焼成炉内で８００℃、９０分間加熱処理することにより、その厚さが４０μｍのガラスコート層を形成し、エンジンバルブの製造を終了した。
ガラスコート層は、上から見た上面図において、円環状に形成されており、直径５〜３０ｍｍまでの部分にガラスコート層が形成されていた。
製造されたガラスコート層には気孔が形成されており、気孔率は２５％、平均気孔径は４μｍであった。ガラスコート層の厚さは膜厚計（デュアルスコープ）で決定し、平均気孔径は、ＳＥＭによりガラスコート層を撮影して得た写真を用いて決定した。
また、ガラスコート層の気孔率は、ガラスコート層の重量と膜厚計(デュアルスコープ)で測定したガラスコート層の厚さから嵩密度を算出し、ピクノメータで算出した真密度との比を算出し、その値を１から引いて、百分率とした値を気孔率として算出した。
真密度をピクノメータで算出する具体的な方法としては、ガラスコート層を粉末状にし、連続自動粉粒体真密度測定器［（株）セイシン企業製 オートトゥルーデンサー ＭＡＴ−７０００］で測定する。測定溶媒は測定対象となる拡散部材と反応しないものであれば特に限定されないが、本実施例１では、ｎ−ブタノールを使用した。
次に、乾燥機内において７０℃で２０分乾燥した。
さらに、空気中、焼成炉内で８００℃、９０分間加熱処理することにより、その厚さが４０μｍのガラスコート層を形成し、エンジンバルブの製造を終了した。
ガラスコート層は、上から見た上面図において、円環状に形成されており、直径５〜３０ｍｍまでの部分にガラスコート層が形成されていた。
製造されたガラスコート層には気孔が形成されており、気孔率は２５％、平均気孔径は４μｍであった。ガラスコート層の厚さは膜厚計（デュアルスコープ）で決定し、平均気孔径は、ＳＥＭによりガラスコート層を撮影して得た写真を用いて決定した。
また、ガラスコート層の気孔率は、ガラスコート層の重量と膜厚計(デュアルスコープ)で測定したガラスコート層の厚さから嵩密度を算出し、ピクノメータで算出した真密度との比を算出し、その値を１から引いて、百分率とした値を気孔率として算出した。
真密度をピクノメータで算出する具体的な方法としては、ガラスコート層を粉末状にし、連続自動粉粒体真密度測定器［（株）セイシン企業製 オートトゥルーデンサー ＭＡＴ−７０００］で測定する。測定溶媒は測定対象となる拡散部材と反応しないものであれば特に限定されないが、本実施例１では、ｎ−ブタノールを使用した。
（比較例１）
（ａ）エンジンバルブ用基材準備工程において、凹部にセラミック部材を配置しなかった以外は、実施例１と同様にして比較例１に係るエンジンバルブを製造した。
（ａ）エンジンバルブ用基材準備工程において、凹部にセラミック部材を配置しなかった以外は、実施例１と同様にして比較例１に係るエンジンバルブを製造した。
（ガラスコート層の評価）
製造された実施例１に係るエンンジンバルブ及び比較例１に係るエンジンバルブに関し、軸部に近い部分で軸部に平行に切断し、断面におけるガラスコート層の厚さを顕微鏡により観察した。その結果、実施例１に係るエンジンバルブでは、ガラスコート層に引けはなく、ガラスコート層は、ほぼ均一な厚さであったのに対し、比較例１に係るエンジンバルブでは、引けが発生しており、５ｍｍの幅で、ガラスコート層に厚さの薄い部分又はガラスコート層が形成されていない部分が観察された。
製造された実施例１に係るエンンジンバルブ及び比較例１に係るエンジンバルブに関し、軸部に近い部分で軸部に平行に切断し、断面におけるガラスコート層の厚さを顕微鏡により観察した。その結果、実施例１に係るエンジンバルブでは、ガラスコート層に引けはなく、ガラスコート層は、ほぼ均一な厚さであったのに対し、比較例１に係るエンジンバルブでは、引けが発生しており、５ｍｍの幅で、ガラスコート層に厚さの薄い部分又はガラスコート層が形成されていない部分が観察された。
１０、３０、５０、７０、９０ エンジンバルブ
１１、３１、５１、７１、９１ 軸部（エンジンバルブ）
１２、３２、５２、７２、９２ 傘部（エンジンバルブ）
１３、３３、５３、７３、９３ ガラスコート層
１５、３５、５５、７５、９５ セラミック部材
２２、４２、６２、８２、１０２ 傘部（金属基材）
２２ａ、４２ａ、６２ａ、８２ａ、１０２ａ 傘裏面
２２０ａ、４２０ａ、６２０ａ、８２０ａ、１０２０ａ 凹部
２２０、４２０、６２０、８２０、１０２０ 傘裾部
１１、３１、５１、７１、９１ 軸部（エンジンバルブ）
１２、３２、５２、７２、９２ 傘部（エンジンバルブ）
１３、３３、５３、７３、９３ ガラスコート層
１５、３５、５５、７５、９５ セラミック部材
２２、４２、６２、８２、１０２ 傘部（金属基材）
２２ａ、４２ａ、６２ａ、８２ａ、１０２ａ 傘裏面
２２０ａ、４２０ａ、６２０ａ、８２０ａ、１０２０ａ 凹部
２２０、４２０、６２０、８２０、１０２０ 傘裾部
Claims (15)
- 傘部と軸部とからなるエンジンバルブであって、
前記エンジンバルブを構成する金属基材と、
前記金属基材の傘部の側面である傘裏面の傘裾部以外の部分に形成され、その一部が露出した状態のガラスコート層と、
前記ガラスコート層の表面の一部に、前記ガラスコート層の傘裾部側の端部を覆うように配置されたセラミック部材とからなることを特徴とするエンジンバルブ。 - 前記セラミック部材は、気孔を有する請求項１に記載のエンジンバルブ。
- 前記セラミック部材の気孔中にガラスコート層の成分が浸透している請求項２に記載のエンジンバルブ。
- 前記ガラスコート層は、気孔を有する請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンバルブ。
- 前記ガラスコート層の厚さは、１〜１０００μｍである請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンバルブ。
- 前記傘裾部の幅は、前記傘裏面の傘裾からエンジンバルブの軸部に向かう方向において、前記傘裏面の幅の３〜２０％である請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンバルブ。
- 前記ガラスコート層は、非晶質無機材と結晶性無機材とからなる請求項１〜６のいずれかに記載のエンジンバルブ。
- 前記非晶質無機材は、軟化点が３００〜１０００℃である低軟化点ガラスである請求項７に記載のエンジンバルブ。
- 前記結晶性無機材は、アルミナ、ジルコニア、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア及びハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなる請求項７に記載のエンジンバルブ。
- 前記セラミック部材は、ジルコニアからなる請求項１〜９のいずれかに記載のエンジンバルブ。
- 前記セラミック部材は、リング状であり、
前記傘裏面の傘裾部に隣接する部分には、凹部が形成され、
前記凹部には、ガラスコート層の端部が入り込んでおり、
前記リング状のセラミック部材は、前記ガラスコート層が形成された凹部に嵌合されてなる請求項１〜１０のいずれかに記載のエンジンバルブ。 - 前記凹部の断面形状は円弧形状である請求項１１に記載のエンジンバルブ。
- 前記凹部の断面形状は直角Ｖ字形状である請求項１１に記載のエンジンバルブ。
- 請求項１〜１３のいずれかに記載のエンジンバルブの製造方法であって、
傘部と軸部とからなる金属基材の傘部の側面である傘裏面の、傘裾部以外の部分にガラスペーストを塗布してガラスペースト層を形成する工程、
前記ガラスペースト層の表面の一部に、前記ガラスペースト層の傘裾部側の端部を覆うようにセラミック部材を配置する工程、及び、
前記ガラスペースト層を焼結することにより、ガラスコート層を形成するとともに、前記セラミック部材と前記金属基材とをガラスコート層を介して接着する工程を含むことを特徴とするエンジンバルブの製造方法。 - エンジンバルブに用いられるセラミック部材であって、
前記エンジンバルブは、請求項１〜１３に記載のエンジンバルブであることを特徴とするセラミック部材。
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