JP2020200835A - 耐抜落ち性に優れたバルブシート - Google Patents

Abstract

【課題】耐抜落ち性に優れたバルブシートを提供する。【解決手段】内燃機関の軽金属合金製シリンダヘッドに圧入されて使用されるバルブシートで、外周面の１箇所に、山高さまたは谷深さが5〜80μmの凸状部および／または谷深さが5〜100μmの凹状部からなる粗面化領域を、面積率で合計0.3％以上50％以下、有する。なお、上記した粗面化領域に代えて、粗面化領域を、圧入方向に延在する凹部と凸部とが隣接してなる凹凸を前記圧入方向に垂直な方向に複数列有する凹凸混合部、および／または、円周方向に延在する凹部と凸部とが隣接してなる凹凸を前記円周方向に垂直な方向に複数列有する凹凸混合部、からなる領域としてもよい。また凹部を格子状に配設した凹凸混合部としてもよい。これにより、バルブシートの高温保持力が増加し、抜け出し荷重が増大して、バルブシートの稼働中の抜け落ちを防止できる。【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関用のバルブシートに係り、とくに軽金属合金製シリンダヘッドに圧入されて使用されるバルブシートの耐抜落ち性の向上に関する。

バルブシートは、燃焼ガスのシールとバルブを冷却する役割を担って、エンジンのシリンダヘッドに圧入されて使用されてきた。しかし、圧入されたバルブシートは、実際にはシリンダヘッドのすべての面と接触できているわけではなく、エンジン運転中に高温での保持力（以下、高温保持力ともいう）が不足して、抜け落ちる場合があった。

このような問題に対し、例えば特許文献１には、バルブシート脱落防止構造が提案されている。特許文献１に記載されたバルブシート脱落防止構造は、シリンダヘッド圧入孔内周面に環状溝を形成するとともに、シリンダヘッド圧入孔に圧入するバルブシートの外周面にも環状溝を形成して、バルブシートを圧入した際に、これら環状溝で形成される空間に、半径方向に拡張する拡張リングを挿入してなる構造を有する。これによれば、バルブシートをシリンダヘッドへ装着する時には圧縮されていた拡張リングは、バルブシートを圧入した後には、圧入孔内周面に形成された環状溝とバルブシート外周面に形成された環状溝との中に納まると、拡張してこの両環状溝にまたがって配置するようになり、バルブシートの軸方向への動きは完全に抑制され、脱落は確実に防止できるとしている。

実開平01‐83109号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、シリンダヘッドの圧入孔内周面およびバルブシート外周面に溝加工を施し、環状溝を形成する必要があり、製造工程が複雑になるうえ、部品寸法が小さいことから所望の加工精度を確保することが難しいという問題があった。また、特許文献１に記載された技術では、圧入時の振動で、拡張リングが振り落ちるという問題や、所望の機能を確保することが難しいという問題もある。

本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、内燃機関の軽金属合金製シリンダヘッドに圧入されて使用されるバルブシートであって、内燃機関の稼働中に容易には抜け落ちない、耐抜落ち性に優れたバルブシートを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記した目的を達成するために、内燃機関の軽金属合金製シリンダヘッドに圧入されて使用されるバルブシートの耐抜落ち性に影響する各種要因について、鋭意検討した。

その結果、圧入されたバルブシートは、シリンダヘッドと全面的に接触できているわけではなく、そのため、内燃機関の稼働中に保持力（高温での保持力）が不足して抜け落ちるという問題が発生する。保持力（高温での保持力）を向上させ、このような問題の発生を回避するため、本発明者らは、シリンダヘッド内周面に当接するバルブシートの外周面を、粗面化することに思い至った。

バルブシートの外周面は、通常、JIS B 0601-2001に規定される算術平均高さRaで0.8μm程度に仕上加工されている。本発明者らは、軽金属合金製シリンダヘッドにバルブシートを圧入する場合には、バルブシートの外周面表面を通常の仕上加工面に比べて粗い、外周面を基準として山高さで5〜80μmとなるように粗面化することにより、高温保持力の指標である「高温抜け荷重」が顕著に高くなり、耐抜落ち性が向上することを見出した。しかも、粗面化する領域は、バルブシート外周面全域とする必要はなく、バルブシート外周面の一部領域でも十分に効果のあることを見出した。

すなわち、バルブシート外周面に、粗面化領域として、最大山高さ（又は山高さ）が5〜80μmとなる領域(以下、「凸状部」ともいう)あるいは最大谷深さ（又は谷深さ）が5〜100μmとなる領域（以下、凹状部ともいう）を、少なくとも１箇所設けることが、バルブシートの耐抜落ち性の向上に顕著に寄与することを見出した。なお、上記した最大山高さ（又は山高さ）を有する領域または上記した最大谷深さ（又は谷深さ）を有する領域が、外周面全域に対する面積率で0.3％程度存在すれば、耐抜落ち性の向上に対し十分に効果があることも知見した。

本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）内燃機関の軽金属合金製シリンダヘッドに圧入されるバルブシートであって、該バルブシートの外周面の少なくとも１箇所に粗面化領域として、圧入方向で前記外周面を基準として山高さが5〜80μmとなる凸状部および／または谷深さが5〜100μmとなる凹状部を有してなり、該粗面化領域が、前記外周面の全域に対する面積率で、合計で0.3％以上50％以下であることを特徴とする耐抜落ち性に優れたバルブシート。
（２）（１）において、前記凸状部が、該凸状部の山高さが前記外周面を基準とし、該基準から圧入方向に沿って最大山高さまで連続的に、あるいは段階的に増加する、傾斜した山高さを有する領域であることを特徴とするバルブシート。
（３）（１）において、前記凹状部が、該凹状部の谷深さが前記外周面を基準とし、圧入方向に沿って最大谷深さから前記基準まで連続的に、あるいは段階的に減少する傾斜した谷深さを有する領域であることを特徴とするバルブシート。
（４）（１）において、前記粗面化領域として、圧入方向に延在する凹部と凸部とが隣接してなる凹凸を前記圧入方向に垂直な方向に複数列有する凹凸混合部、および／または、円周方向に延在する凹部と凸部とが隣接してなる凹凸を前記円周方向に垂直な方向に複数列有する凹凸混合部、を有することを特徴とするバルブシート。
（５）（４）において、前記凹凸混合部における前記凹部と前記凸部の延在する方向が、前記圧入方向とのなす角で、0°超90°未満の範囲内の角度を有する方向であることを特徴とするバルブシート。
（６）（４）において、前記粗面化領域として、前記凹凸混合部が、一定方向に延在する複数列の凹部と、該一定方向に対して垂直方向に延在する複数列の凹部とを組み合せてなる格子状凹部を有し、該格子状凹部の各格子内に凸部を有してなる凹凸からなることを特徴とするバルブシート。
（７）（４）ないし（６）のいずれかにおいて、前記凸部が、前記外周面を基準として、山高さで5〜80μmとなる凸部であり、前記凹部が、前記外周面を基準として、谷深さで5〜100μmとなる凹部であることを特徴とするバルブシート。
（８）（４）ないし（７）のいずれかにおいて、前記凹凸混合部が、前記延在する方向に垂直な断面で、隣接する２つの前記凸部の間隔であるピッチで、1〜600μmである凹凸を有することを特徴とするバルブシート。
（９）（４）ないし（８）のいずれかにおいて、前記凹凸混合部の複数列の凸部の山高さが、前記外周面を基準として一定の高さであるか、あるいは該基準から、圧入方向に沿って増加することを特徴とするバルブシート。
（１０）（１）ないし（９）のいずれかにおいて、前記粗面化領域が、前記外周面に対し垂直方向から観察して、三角形状、四角形状、円形形状、半円形状、星形形状のいずれかを呈することを特徴とするバルブシート。
（１１）（１０）において、前記粗面化領域が、前記三角形状、前記四角形状、前記円形形状、前記半円形状、前記星形形状のいずれかの周縁のみに前記凸状部または前記凹状部を形成することを特徴とするバルブシート。
（１２）（１）ないし（１１）のいずれかにおいて、前記粗面化領域を、円周方向に等間隔の各位置に形成することを特徴とするバルブシート。
（１３）（１）ないし（１２）のいずれかにおいて、前記バルブシートが鉄基焼結合金製であることを特徴とするバルブシート。

本発明によれば、内燃機関の軽金属合金製シリンダヘッドに圧入されたバルブシートの高温保持力が増大し、バルブシートが内燃機関の運転中に抜け落ちるという問題の発生が激減するという、産業上格段の効果を奏する。

粗面化領域の好ましい形状を模式的に示す説明図である。 高温保持力測定装置の概略を模式的に示す断面図である。 粗面化領域の好ましい形状を模式的に示す説明図である。 粗面化領域の好ましい形状を模式的に示す説明図である。 粗面化領域の好ましい形状を模式的に示す説明図である。 粗面化領域の好ましい形状を模式的に示す説明図である。 粗面化領域の好ましい形状を模式的に示す説明図である。 粗面化領域の好ましい形状を模式的に示す説明図である。 粗面化領域の好ましい形状を模式的に示す説明図である。 粗面化領域の好ましい形状を模式的に示す説明図である。

本発明バルブシートは、内燃機関のアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽金属合金製シリンダヘッドに圧入された状態で使用される。本発明バルブシートは、素材を所定寸法に加工され、かつバルブシート外周面の少なくとも１箇所に「粗面化領域」を形成されてなる。ここでいう「粗面化領域」とは、通常の仕上加工面の表面粗さ（Ra：0.8μm程度）に比べて、局所的に粗い表面性状の領域を意味する。この「粗面化領域」は、軽金属合金製シリンダヘッドにバルブシートが圧入された際に、軽金属合金製シリンダヘッドの表層に噛み込み、シリンダヘッドとの接合力（バルブシートの保持力）を高め、抜け落ち荷重の増大に寄与し、エンジン稼動中のバルブシートの抜落ちを抑制する作用を有する。

そして、「粗面化領域」は、外周面を基準として、一定高さの山高さが5〜80μmの凸状部、および／または、一定深さの谷深さが5〜100μmの凹状部とすることが好ましい。

凸状部の山高さが5μm未満では、山高さが低すぎて、バルブシートの抜落ちを防止できない。一方、山高さが80μmを超えて大きくなると、シリンダヘッドのアルミニウム合金等の軽金属合金を削り取り、削り取られたアルミニウム合金等の軽金属合金に起因してシリンダヘッドとの密着力が低下する。このため、凸状部の山高さを5〜80μmの範囲に限定した。なお、山高さは、好ましくは10〜40μm、さらに好ましくは20〜35μmである。

また、凹状部の谷深さが、5μm未満では、谷深さが浅すぎて、シリンダヘッドのアルミニウム合金等の軽金属合金を噛みこむ量が不足し、バルブシートの抜落ちを防止できない。一方、谷深さが100μmを超えて大きくなると、シリンダヘッドのアルミニウム合金等の軽金属合金を削り取り、それに起因してシリンダヘッドとの密着力が低下する。このため、凹状部（「粗面化領域」）の谷深さを5〜100μmの範囲に限定することが好ましい。なお、谷深さは、好ましくは10〜100μm、さらに好ましくは15〜35μmである。

本発明では、「粗面化領域」として、このような表面性状を有する凸状部または凹状部を、外周面全域に形成してもよいが、外周面の少なくとも１箇所で、外周面全域に対する面積率で合計0.3％以上を形成することで、十分に所望の保持力を維持できる。このため、凸状部および／または凹状部からなる「粗面化領域」は合計で、外周面全域に対する面積率で0.3％以上とする。なお、好ましくは0.5％以上である。一方、粗面化領域が、合計で面積率で50％を超えると、圧入したバルブシートの保持力の増加は飽和する。このため、外周面全域に対する面積率で合計、0.5％以上50％以下に限定することが好ましい。なお、上記した表面性状の凸状部を、ショットブラスト処理、サンドブラスト処理等により、外周面全域に形成してもよい。

また、凸状部あるいは凹状部である「粗面化領域」の形状は、とくに限定されないが、圧入方向に対して直交する方向に長い領域となる形状とすることが、耐抜落ち性向上の観点から好ましい。圧入方向に直交する方向に長い領域となる形状とすることにより、抜け落ち時の抵抗が大きくなり、抜け荷重が増大し、耐抜落ち性が向上する。例えば、図１（ａ）、（ｂ）に模式的に示すように、外周面に対して垂直な方向から観察して、圧入方向に、逆三角形状、四角形状を呈する形状とすることが好ましい。なお、三角形状、円形形状、半円形状、星形形状を呈する形状としても何ら問題はない。半円形状の一例を図５に、星形形状の一例を図６に、それぞれ示す。

なお、「粗面化領域」の形状は、図１（ａ）、（ｂ）に模式的に示すように、上記した逆三角形状、四角形状の全域を上記した表面性状に加工しても、また、図１（ｃ）、（ｄ）に模式的に示すように、上記した形状の周縁部（輪郭）の所定幅のみを粗面化した領域としてもよい。

また、本発明では、「粗面化領域」である「凸状部」は、山高さが外周面を基準とし、図３（ｂ）に示すように、該基準から圧入方向に沿って最大山高さまで連続的に、あるいは段階的に増加する、傾斜した山高さを有する領域としてもよい。また、「凹状部」は、図４（ｂ）に示すように、谷深さが外周面を基準とし、圧入方向に沿って最大谷深さから該基準まで連続的に、あるいは段階的に減少する、傾斜した谷深さを有する領域としてもよい。このような傾斜した山高さ、谷深さを有する領域とすることにより、バルブシートの圧入が容易となる。

また、本発明では、「粗面化領域」を、圧入方向に延在する凹部と凸部とが隣接してなる凹凸を圧入方向に垂直な方向に複数列有する領域、あるいは、円周方向に延在する凹部と凸部とが隣接してなる凹凸を円周方向に垂直な方向に複数列有する領域としてもよい。このような領域をそれぞれ単独、あるいはそれらを混合して配置し、「粗面化領域」としてもよい。本発明ではこのような領域を「凹凸混合部」と称する。このような領域をバルブシート外周面に設けることにより、凸状部および／または凹状部を配置した場合より、耐抜け落ち性が向上する。この粗面化領域としての「凹凸混合部」の一例を図７および図８に示す。

なお、凹部および凸部が延在する方向は、圧入方向あるいは円周方向とするが、延在する方向を、圧入方向とのなす角で0°超90°未満の範囲内の角度を有する方向（斜め方向）としてもよい。このような粗面化領域としても上記したと同様な効果が期待できる。

また、「粗面化領域」として凹凸混合部を、一定方向に延在する複数列の凹部と、該一定方向に対し垂直方向に延在する複数列の凹部とを組み合せてなる格子状凹部を有し、該格子状凹部の各格子内に凸部を有してなる凹凸からなる凹凸混合部としてもよい。このような表面性状の一例を図１０に模式的に示す。このような凹凸混合部では凸部が格子状凹部の中に島状に点々と存在するような表面性状を呈する。なお、ここでいう「一定方向に対し垂直方向」とは、正確に「垂直」である場合に加え、正確な「垂直」から数度程度偏った「ほぼ垂直」な場合も含むものとする。

上記した「凹凸混合部」では、外周面を基準として、山高さで5〜80μmの凸部と谷深さで5〜100μmの凹部からなる凹凸とすることが好ましい。凸部の山高さが5μm未満では、山高さが低すぎて、バルブシートの抜落ちを防止できない。一方、最大山高さが80μmを超えて大きくなると、シリンダヘッドのアルミニウム合金等の軽金属合金を削り取り、削り取られたアルミニウム合金等の軽金属合金に起因してシリンダヘッドとの密着力が低下する。このため、「凹凸混合部」における凸部の山高さを5〜80μmの範囲に限定した。なお、山高さは、好ましくは10〜50μm、さらに好ましくは20〜40μmである。

また、凹部の谷深さが、5μm未満では、谷深さが浅すぎて、シリンダヘッドのアルミニウム合金を噛みこむ量が不足し、バルブシートの抜落ちを防止できない。一方、谷深さが100μmを超えて大きくなると、シリンダヘッドのアルミニウム合金を削り取り、それに起因してシリンダヘッドとの密着力が低下する。このため、「凹凸混合部」における凹部の谷深さを5〜100μmの範囲に限定することが好ましい。なお、谷深さは、好ましくは10〜100μm、さらに好ましくは15〜45μmである。

なお、「粗面化領域」としての「凹凸混合部」では、凹部および凸部が延在する方向に垂直な断面で、隣接する２つの凸部の間隔であるピッチ（以下、山ピッチともいう）で、1〜600μmとなる凹凸とすることが好ましい。凸部の山ピッチが、1μm未満では、ピッチが狭すぎて、シリンダヘッドのアルミニウム合金を十分に噛み込むことができず、所望のシリンダヘッドとの密着力を確保できなくなる。一方、山ピッチが600μmを超えて大きくなると、ピッチが広すぎて、シリンダヘッドのアルミニウム合金を十分に噛み込むことができず、所望のシリンダヘッドとの密着力を確保できなくなる。

また、「粗面化領域」としての「凹凸混合部」では、凸部は、外周面を基準として一定の山高さを有する凸部としても、あるいは圧入方向に沿って山高さが増加する凸部としてもよい。

なお、「粗面化領域」としての凹凸混合部の形状は、上記した凹状部や凸状部と同様に、圧入方向に対して直交する方向に長い領域となる形状とすることが、耐抜落ち性向上の観点から好ましい。圧入方向に直交する方向に長い領域となる形状とすることにより、抜け落ち時の抵抗が大きくなり、抜け荷重が増大し、耐抜落ち性が向上する。例えば、外周面に対して垂直な方向から観察して、圧入方向に、三角形状、逆三角形状、四角形状、円形形状、半円形状、星形形状のいずれかを呈する形状とすることが好ましい。なお、「粗面化領域」の形状は、上記した形状の全域を上記した表面性状に加工しても、また、上記した形状の周縁部（輪郭）の所定幅のみを粗面化した領域としてもよい。

また、「粗面化領域」として、上記した表面性状の「凹凸混合部」を、外周面全域に形成してもよいが、外周面の少なくとも１箇所で、外周面全域に対する面積率で合計0.3％以上を形成することで、十分に所望の保持力を維持できる。このため、「凹凸混合部」からなる「粗面化領域」は合計で、外周面全域に対する面積率で0.3％以上とする。なお、好ましくは0.5％以上である。一方、粗面化領域が、合計で面積率で50％を超えても、圧入したバルブシートの保持力の増加が飽和するだけである。このため、好ましくは、外周面全域に対する面積率で合計、0.5％以上50％以下である。

本発明バルブシートでは、上記した各種表面性状の「粗面化領域」を、バルブシート外周面の、少なくとも１箇所、好ましくはバルブシートの軸周りに180°間隔で２箇所、さらにバルブシートの保持安定性という観点からは図１（ｅ）に示すように、軸周りに120°間隔で３箇所等、バルブシートの円周方向に等間隔の各位置に形成することが好ましい。

上記した各種表面性状の「粗面化領域」は、本発明ではレーザ光照射処理、あるいは表面性状によってはショットブラスト処理、溶射により形成することが好ましい。なお、バルブシート外周面の全域を上記した粗面化領域とする場合には、ショットブラス処理を用いることが、生産性、経済性の観点から好ましいが、表面性状によっては、サンドペーパー、エアハンマーによる打痕を用いてもよい。

本発明では、レーザ光の照射は、予め設定したバルブシート外周面の所定の位置で、予め設定された形状、大きさで、上記した所望の表面性状を有する「粗面化領域」となるように、照射パターン、照射時間、を選択して行うこととする。とくに、上記した所望の表面性状を有する「粗面化領域」とするためには、レーザ光の照射時間、出力、周波数等を適正に調整することが好ましい。

仕上加工されたバルブシート外周面に、レーザ光を照射すると、表面が溶融し、溶融した溶湯が排出されることにより凹部を、一方、排出された溶湯が凝固してその周りに凸部を、それぞれ形成する。そのため、レーザ光の照射時間、出力、周波数等を調整することにより、上記した所望の表面性状を有する「粗面化領域」を容易に形成できる。

本発明バルブシートは、上記した粗面化領域を有するバルブシートであればよく、その素材を限定する必要はない。溶製材、焼結体など、常用のバルブシート向け素材がいずれも適用できる。なかでも、鉄基焼結合金製とすることが、加工性、製造性に優れ、バルブシートとして具備すべき特性の調整等が容易であるという観点から好ましい。

本発明バルブシート用素材として好適な、鉄基焼結合金としては、質量％で、Ｃ：0.4〜1.5％を含み、あるいはさらに、Ni、Co、Cr、Mo、Ｖ、Ｗ、Si、Ｓ、Mn、Ｂのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で40％以下含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる基地部組成を有することが好ましい。そして、鉄基合金製焼結体には、上記した基地組成の基地相中に、MnS、CaF₂、BN等の固体潤滑剤粒子、ビッカース硬さHVで500〜1200HV0.1の硬さを有するMo−Si−Fe系金属間化合物粒子、Mo−Si−Ni系金属間化合物粒子、Co基金属間化合物粒子等の硬質粒子を分散させることが好ましい。なお、被削性改善を目的とした粒子を分散させてもよいことはいうまでもない。

次に、本発明バルブシート用素材として好適な、鉄基合金焼結体の製造方法について簡単に説明する。

原料とする鉄系粉末に、上記した焼結体の組成となるように、黒鉛粉末と、潤滑剤粉末と、あるいはさらに合金用粉末と、あるいはさらに固体潤滑剤粉末および／または硬質粒子粉末と、を配合し、混合機等で混合、混錬し、混合粉とする。ついで、得られた混合粉を、所定形状の金型に装入し、加圧成形して所定形状の圧粉体とする。ついで、これら圧粉体に焼結処理を施し、焼結体とする。焼結処理は、常用の焼結方法である、還元雰囲気、もしくは非酸化性雰囲気中で1100〜1200℃で行うことが好ましい。このようにして得られた焼結体を、切削、研削等の加工により所定寸法形状の内燃機関用バルブシートとする。

鉄基粉末（純鉄粉）に、黒鉛粉末と、硬質粒子粉末と、固体潤滑剤粉末と、を配合し、混合、混練し、混合粉とした。なお、鉄基粉末と黒鉛粉末と硬質粒子粉末と固体潤滑剤粉末との合計量に対する質量％で、黒鉛粉末を1.0％、硬質粒子粉末を10.0％、固体潤滑剤粉末を0.5％、それぞれ配合した。硬質粒子は、ビッカース硬さHVで800〜1200HVのNi−Mo−Cr−Co系硬質粒子とした。固体潤滑剤粒子は、MnSとした。

次いで、得られた混合粉を、金型に充填し、成形プレスで加圧成形して、バルブシート（寸法：φ34mm×φ25mm×8mm）形状の圧粉体とした。得られた圧粉体の密度は6.5〜7.1g/cm³であった。ついで、圧粉体に、還元性雰囲気中で1100〜1200℃×60minの焼結処理を施し、焼結体ａとした。得られた焼結体ａの密度は6.2〜7.2g/cm³であった。なお、密度はアルキメデス法で測定した。

これら焼結体ａに、切削・研削加工（仕上加工）を施し、所定寸法（寸法：φ32mm×φ25mm×6.0mm）のバルブシートとした。なお、バルブシート外周面の仕上加工面の表面粗さは、JIS Z 0601（2001）の規定に準拠したRaで、0.09〜0.15μmであった。

ついで、仕上加工されたバルブシートの外周面に、表１に示す形状で表１に示す表面性状の粗面化領域を形成した。粗面化領域の形成は、レーザ光照射処理またはショットブラスト処理、あるいは溶射、サンドペーパー、エアハンマーによる打痕によった。なお、粗面化領域を形成しない場合を従来例（バルブシートNo.1）とした。

形成した粗面化領域を、模式的に図３、図４、および図５〜図１０に示す。

図３は、外周面に対し垂直方向から観察した状態で、粗面化領域が三角形状を呈する場合で、（ａ）は粗面化領域が凸状部を呈し、圧入方向に沿って山高さが一定である場合で、（ｂ）は粗面化領域が凸状部を呈し、山高さが圧入方向に沿って外周面から最大山高さまで連続的に変化（山高さが増加）している場合である。図４は、外周面に対し垂直方向から観察した状態で、粗面化領域が長方形状を呈する場合で、（ａ）は、粗面化領域が凸状部を呈し、圧入方向に沿って山高さが一定である場合で、（ｂ）は、粗面化領域が凹状部を呈する場合で、圧入方向に沿って谷深さが、最大谷深さから外周面まで連続的に変化（谷深さが減少）している場合である。なお、山高さ、谷深さは適宜、選定した。

図５は、外周面に対し垂直方向から観察した状態で、粗面化領域が半円形状を呈し、粗面化領域が凸状部を呈する場合であり、圧入方向に沿って山高さが一定とした。また、図６は、外周面に対し垂直方向から観察した状態で、粗面化領域が星形形状を呈し、粗面化領域が凸状部を呈する場合であり、圧入方向に沿って山高さが一定とした。

図７、図８は、外周面に対し垂直方向から観察した状態で、粗面化領域が三角形状を呈し、その表面性状が凹凸混合部を呈し、かつ、その凸部がいずれも、外周面を基準として一定の山高さを有し、しかもその凹部がいずれも外周面を基準として一定の谷深さを有する場合である。図７は、円周方向に延在する凸部と凹部を、延在する方向に垂直な方向に隣接してなる凹凸を、圧入方向に複数列有する領域とする場合であり、図８は、圧入方向に延在する凸部と凹部を、延在する方向に垂直な方向（円周方向）に隣接してなる凹凸を、円周方向に複数列有する領域とする場合である。なお、列の数(複数列)は、粗面化領域の大きさ、山ピッチに応じて、変化させた。

図９、図１０は、外周面に対し垂直方向から観察した状態で、粗面化領域が三角形状を呈し、その表面性状が凹凸混合部を呈し、かつその凸部がいずれも外周面を基準として一定の山高さを有し、しかもその凹部がいずれも外周面を基準として一定の谷深さを有する場合である。図９は、凹凸混合部の凹部と凸部の延在する方向を圧入方向に対し45°傾けた場合であり、図１０は、延在する凹部を格子状に組み合せ、格子状凹部とした凹凸混合部の場合であり、圧入方向と円周方向にそれぞれ凹部を配している。

なお、上記した粗面化領域をレーザ光照射処理で形成する場合には、上記した所望の表面性状を有する「粗面化領域」となるように、レーザ光の照射パターン、照射時間、出力、周波数等を調整して行った。なお、一部では、粗面化領域を、溶射、ショットブラスト処理、サンドペーパー処理、エアハンマー処理により形成した。この場合、ショットブラスト処理、サンドペーパー処理、エアハンマー処理は、バルブシート外周面全域とした。なお、レーザ光照射処理やショットブラスト処理等を行わず、仕上加工ままの状態を保持するバルブシートを従来例とした。なお、山高さ、谷深さは、非接触形状計（「ワンショット３Ｄ測定マクロスコープ」（商品名）（（株）キーエンス製））を用いて測定した。

得られたバルブシートについて、図２に示す高温保持力測定装置を用いて、所定温度（200℃）における抜け出し荷重（高温抜け荷重）を測定し、バルブシートの高温保持力を評価した。

評価対象のバルブシート１を、高温保持力測定装置のアルミニウム合金製シリンダヘッド相当材２に圧入した。そして、シリンダヘッド相当材２の下部に配設された加熱手段４でバルブシートが所定温度（200℃）となるまで加熱した。

ついで、所定の温度に加熱されたバルブシート１を、押し冶具３を用いて押圧し、シリンダヘッド相当材２から離脱させた。そのときの抜け出し荷重Ｌを、荷重計（図示せず）により測定した。得られた抜け出し荷重について、従来例を基準（1.00）として、各バルブシートの抜け出し荷重比を算出し、耐抜落ち性を評価した。得られた結果を表１に示す。

本発明例は、いずれも、粗面化領域なしの従来例に比べて、抜け出し荷重は増大し、耐抜落ち性が向上している。一方、本発明の範囲を外れる比較例では、粗面化領域なしの従来例に比べて、抜け出し荷重に変化は認められない。

１ バルブシート
２ シリンダヘッド相当材
３ 押し冶具
４ 加熱手段
10 高温保持力測定装置

Claims (12)

1. 内燃機関の軽金属合金製シリンダヘッドに圧入されるバルブシートであって、該バルブシートの外周面の１箇所に粗面化領域として、前記外周面を基準として山高さが5〜80μmとなる凸状部および／または谷深さが5〜100μmとなる凹状部を有してなり、該粗面化領域が、前記外周面の全域に対する面積率で、合計で0.3％以上50％以下であり、かつ
   高温保持力測定装置を用いて測定された200℃における抜き出し荷重が、粗面化領域を形成しない場合の200℃における抜き出し荷重を基準とした抜け出し荷重比で1.01以上であることを特徴とする耐抜落ち性に優れたバルブシート。
2. 前記凸状部が、該凸状部の山高さが前記外周面を基準とし、該基準から圧入方向に沿って最大山高さまで連続的に、あるいは段階的に増加する、傾斜した山高さを有する領域であることを特徴とする請求項１に記載のバルブシート。
3. 前記凹状部が、該凹状部の谷深さが前記外周面を基準とし、圧入方向に沿って最大谷深さから前記基準まで連続的に、あるいは段階的に減少する傾斜した谷深さを有する領域であることを特徴とする請求項１に記載のバルブシート。
4. 前記粗面化領域として、圧入方向に延在する凹部と凸部とが隣接してなる凹凸を前記圧入方向に垂直な方向に複数列有する凹凸混合部、および／または、円周方向に延在する凹部と凸部とが隣接してなる凹凸を前記円周方向に垂直な方向に複数列有する凹凸混合部、を有することを特徴とする請求項１に記載のバルブシート。
5. 前記凹凸混合部における前記凹部と前記凸部の延在する方向が、前記圧入方向とのなす角で、0°超90°未満の範囲内の角度を有する方向であることを特徴とする請求項４に記載のバルブシート。
6. 前記粗面化領域として、前記凹凸混合部が、一定方向に延在する複数列の凹部と、該一定方向に対して垂直方向に延在する複数列の凹部とを組み合せてなる格子状凹部を有し、該格子状凹部の各格子内に凸部を有してなる凹凸からなることを特徴とする請求項４に記載のバルブシート。
7. 前記凸部が、前記外周面を基準として、山高さで5〜80μmとなる凸部であり、前記凹部が、前記外周面を基準として、谷深さで5〜100μmとなる凹部であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載のバルブシート。
8. 前記凹凸混合部が、前記延在する方向に垂直な断面で、隣接する２つの前記凸部の間隔であるピッチで、1〜600μmである凹凸を有することを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載のバルブシート。
9. 前記凹凸混合部の複数列の凸部の山高さが、前記外周面を基準として一定の高さであるか、あるいは該基準から、圧入方向に沿って増加することを特徴とする請求項４ないし８のいずれかに記載のバルブシート。
10. 前記粗面化領域が、前記外周面に対し垂直方向から観察して、三角形状、四角形状、円形形状、半円形状、星形形状のいずれかを呈することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のバルブシート。
11. 前記粗面化領域が、前記三角形状、前記四角形状、前記円形形状、前記半円形状、前記星形形状のいずれかの周縁のみに前記凸状部または前記凹状部を形成することを特徴とする請求項１０に記載のバルブシート。
12. 前記バルブシートが鉄基焼結合金製であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載のバルブシート。
    
    

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