JP6577763B2 - エンジンバルブ及びその製造方法 - Google Patents
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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、皮膜が収縮するという問題があった。これは金属と皮膜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部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、第一の本発明のエンジンバルブは、軸部及び土台部からなる金属基材と、セラミック部材とからなるエンジンバルブであって、上記土台部は、柱状部と傘裾部とからなり、上記エンジンバルブの傘裏面の傘裾部以外の部分は上記セラミック部材により構成されており、上記セラミック部材の内側に形成された空間に上記柱状部が篏合されてエンジンバルブの傘部を構成しており、上記セラミック部材は、ガラスコート層を介して上記金属基材の傘裾部に接着され、一体化されてなることを特徴とする。
上記のように、セラミック部材の内側に形成された空間に、金属基材の柱状部が篏合されることによって、エンジンバルブの傘部の傘裾部以外の部分が構成されている第一の本発明のエンジンバルブを、以下、軸部篏合型エンジンバルブともいう。
また、第二の本発明のエンジンバルブは、軸部と円錐台形状の土台部とからなる金属基材と、セラミック部材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の傘裏面の傘裾部以外の部分は上記セラミック部材により構成されており、上記セラミック部材の内側に形成された空間に上記土台部の一部が篏合されてエンジンバルブの傘部を構成しており、上記セラミック部材は、ガラスコート層を介して上記金属基材の土台部に接着され、一体化されてなることを特徴とする。
上記のように、セラミック部材の内側に形成された空間に金属基材の円錐台形状の土台部の一部が篏合されることによって、エンジンバルブの傘部の傘裾部以外の部分が構成されている第二の本発明のエンジンバルブを、以下、傘部篏合型エンジンバルブともいう。
以下において、単に本発明のエンジンバルブという場合は、本発明の軸部篏合型エンジンバルブ及び傘部篏合型エンジンバルブの両方を指すものとする。どちらかの発明かを特定して説明する必要がある場合には、軸部篏合型エンジンバルブ、傘部篏合型エンジンバルブと特定して説明することとする。
以下において、単に本発明のエンジンバルブという場合は、本発明の軸部篏合型エンジンバルブ及び傘部篏合型エンジンバルブの両方を指すものとする。どちらかの発明かを特定して説明する必要がある場合には、軸部篏合型エンジンバルブ、傘部篏合型エンジンバルブと特定して説明することとする。
ここで、本発明の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である。上記傘裏面は、エンジンバルブの軸部と傘表面とをつなぐ面でもある。本発明のエンジンバルブをエンジンに用いた場合、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面である。エンジンバルブの傘表面とはエンジンバルブを閉じた状態でエンジンバルブの傘部においてエンジン燃焼室を臨む面のことである。
本発明のエンジンバルブの傘裾部とは、エンジンバルブの傘部において、傘表面に連続する傘裾の部分であり、傘部の一部である。傘裏面の傘裾部は、傘裏面を構成している傘裾部表面である。エンジンバルブの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、上記傘裏面の傘裾部は、シリンダーと接触する部分となる。本発明のエンジンバルブの傘部の傘裏面は、傘裾部を除いてセラミック部材により構成されており、傘裾部は、金属基材の土台部の一部により構成されている。
従って本発明のエンジンバルブの傘部の傘裏面は、上記セラミック部材により構成される傘裾部以外の部分と、金属基材の土台部の一部により構成される傘裾部とからなる。エンジンバルブの軸部は、金属基材の軸部により構成されている。
本発明のエンジンバルブをエンジンに用いた場合、上記傘裏面の傘裾部は、シリンダーと接触する部分となる。本発明のエンジンバルブの傘部の傘裏面は、傘裾部を除いてセラミック部材により構成されており、傘裾部は、金属基材の土台部の一部により構成されている。
従って本発明のエンジンバルブの傘部の傘裏面は、上記セラミック部材により構成される傘裾部以外の部分と、金属基材の土台部の一部により構成される傘裾部とからなる。エンジンバルブの軸部は、金属基材の軸部により構成されている。
本発明の軸部篏合型エンジンバルブでは、傘部の傘裾部以外の部分は、セラミック部材及びその内部に篏合された金属基材の柱状部から構成されている。上記軸部篏合型エンジンバルブでは、金属基材の柱状部の周囲がセラミック部材で覆われており、該セラミック部材は、ガラスコート層を介して該金属基材の傘裾部に接着して、金属基材と一体化している。
上記傘部篏合型エンジンバルブでは、傘部の傘裾部以外の部分は、セラミック部材及びその内部に篏合された金属基材の円錐台形状の土台部の一部から構成されている。上記傘部篏合型エンジンバルブでは、金属基材の円錐台形状の土台部の側面の軸部側がセラミック部材で覆われており、該セラミック部材は、ガラスコート層を介して該金属基材の円錐台形状の土台部の一部に接着され、金属基材と一体化している。
本発明のエンジンバルブでは、上記傘裾部以外の上記傘裏面は、上記セラミック部材により構成されており、該セラミック部材と、エンジンバルブの傘部を構成する金属基材との間には、ガラスコート層が形成されているので、エンジンバルブの傘裏面の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部分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の傘部では、上記セラミック部材は、ガラスコート層を介して上記金属基材の土台部に接着して一体化してなる。このため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表面全体をセラミック部材が覆っている。これにより、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、エンジンバルブの傘部を構成するガラスコート層の端部に引けが発生しない。これは、上記セラミック部材は焼結工程を経ても収縮しにくい上に、セラミック部材の重みによってガラスコート層の収縮が阻害されるためである。このため、エンジンバルブの傘部を構成するガラスコート層の厚みが端部で薄くなるという問題が発生せず、上記エンジンバルブの傘裾部に隣接する部分でも充分な厚さのガラスコート層を形成することができる。その結果、エンジンバルブが高い断熱性能を発揮できるものとなる。
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部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。
本発明の傘部篏合型エンジンバルブにおいては、上記セラミック部材及びその内側に形成された空間の合計体積を１００％とした場合において、上記合計体積に対する上記セラミック部材の体積の割合は、５０〜９０％であることが好ましく、８０〜９０％であることがより好ましい。
上記傘部篏合型エンジンバルブにおいて、上記合計体積に対する上記セラミック部材の体積の割合が５０〜９０％であると、上記傘裾部の軸部側の端部から、エンジンバルブの軸部まで、エンジンバルブの傘裏面がより高い断熱性能を発揮することができる。このため本発明のエンジンバルブが上記構成であると、上述した本発明の効果をより充分に発揮することができる。
上記傘部篏合型エンジンバルブにおいて、上記合計体積に対する上記セラミック部材の体積の割合が５０〜９０％であると、上記傘裾部の軸部側の端部から、エンジンバルブの軸部まで、エンジンバルブの傘裏面がより高い断熱性能を発揮することができる。このため本発明のエンジンバルブが上記構成であると、上述した本発明の効果をより充分に発揮することができる。
上記傘部篏合型エンジンバルブとして、例えば、軸部と円錐台形状の土台部とからなる金属基材と、該金属基材の土台部の一部が篏合する空間が形成された、円錐台において所定厚さの表層部分を切り取ったような形状（以下、スカート形状という）のセラミック部材とからなるエンジンバルブが挙げられる。このようなエンジンバルブの傘部は、上記スカート形状のセラミック部材の内側に形成された空間に上記金属基材の土台部が篏合されて構成されており、該セラミック部材の下側表面が、ガラスコート層を介して該金属基材の傘裾部に接着することにより、金属基材とセラミック部材とが一体化している。
また、本発明の軸部篏合型エンジンバルブにおいては、上記セラミック部材及びその内側に形成された空間の合計体積を１００％とした場合において、上記合計体積に対する上記セラミック部材の体積の割合は、５０〜９０％であることが好ましく、７０〜８０％であることがより好ましい。
上記軸部篏合型エンジンバルブにおいて、上記合計体積に対する上記セラミック部材の体積の割合が５０〜９０％であると、エンジンバルブの傘部の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部分が主にセラミック部材により構成されており、該セラミック部材が、ガラスコート層を介して金属基材の傘裾部と接着して一体化している。このため、エンジンバルブの傘部の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部分が、より高い断熱性能を発揮することができる。従って本発明のエンジンバルブが上記構成であると、上述した本発明の効果をより充分に発揮することができる。
上記軸部篏合型エンジンバルブにおいて、上記合計体積に対する上記セラミック部材の体積の割合が５０〜９０％であると、エンジンバルブの傘部の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部分が主にセラミック部材により構成されており、該セラミック部材が、ガラスコート層を介して金属基材の傘裾部と接着して一体化している。このため、エンジンバルブの傘部の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部分が、より高い断熱性能を発揮することができる。従って本発明のエンジンバルブが上記構成であると、上述した本発明の効果をより充分に発揮することができる。
上記の軸部篏合型エンジンバルブとして、例えば、軸部と柱状部と傘裾部とからなる金属基材と、内側に上記柱状部が篏合する空間が形成された円錐台形状のセラミック部材とからなるエンジンバルブが挙げられる。このようなエンジンバルブの傘部は、上記セラミック部材の内側に形成された空間に上記金属基材の柱状部が篏合されて構成されており、該セラミック部材の底面が、ガラスコート層を介して金属基材の傘裾部に接着することにより、金属基材とセラミック部材とが一体化している。
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、焼結の際にセラミック部材が応力を吸収して破損することがより防止される。
また、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、焼結の際にセラミック部材が応力を吸収して破損することがより防止される。
また、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、１０〜５００μｍであることが好ましい。
ガラスコート層の厚さが１０μｍ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５００μｍ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１０μｍ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５００μｍ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、上記エンジンバルブの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、上記エンジンバルブの傘裏面の幅の３〜２０％であることが好ましい。
傘裾部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、バルブシート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、バルブシート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部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。
なお、本明細書において、「エンジンバルブの傘裏面の傘裾から軸部に向かう方向」とは、エンジンバルブの傘裾のある一点からエンジンバルブの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。
傘裾部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、バルブシート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、バルブシート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部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。
なお、本明細書において、「エンジンバルブの傘裏面の傘裾から軸部に向かう方向」とは、エンジンバルブの傘裾のある一点からエンジンバルブの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、エンジンバルブの傘裏面における傘裾部の面積は、エンジンバルブの傘裏面の面積の５〜５０％であることが好ましい。
エンジンバルブにおいて、傘裾部の面積が、エンジンバルブの傘裏面の面積の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、エンジンバルブの傘裏面の面積の５％未満であると、エンジンバルブが破壊されやすくなる。
エンジンバルブにおいて、傘裾部の面積が、エンジンバルブの傘裏面の面積の５０％を超えると、セラミック部材で構成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。
エンジンバルブにおいて、傘裾部の面積が、エンジンバルブの傘裏面の面積の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、エンジンバルブの傘裏面の面積の５％未満であると、エンジンバルブが破壊されやすくなる。
エンジンバルブにおいて、傘裾部の面積が、エンジンバルブの傘裏面の面積の５０％を超えると、セラミック部材で構成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の金属基材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の金属基材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金属基材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金属基材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。
第一の本発明のエンジンバルブの製造方法は、上記金属基材の土台部を構成する傘裾部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ガラスペースト層形成工程、セラミック部材の内側に形成された空間に、上記金属基材を構成する柱状部を嵌め込むとともに、上記ガラスペースト層の表面に、上記セラミック部材を配置するセラミック部材配置工程、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の傘裾部とを上記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。
第一の本発明のエンジンバルブの製造方法では、金属基材の土台部を構成する傘裾部に形成されたガラスペースト層の表面に、上記セラミック部材を配置する。これにより、ガラスコート層を形成するための焼結を経ても、エンジンバルブの傘部を構成するガラスコート層の端部に引けが発生しない。このため、エンジンバルブの傘部を構成するガラスコート層の厚みが端部で薄くなるという問題が発生せず、上記傘裾部に隣接する部分でも充分な厚さのガラスコート層を形成することができる。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。
第一の本発明のエンジンバルブの製造方法では、金属基材の傘裾部に形成されたガラスペースト層の表面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部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。
第二の本発明のエンジンバルブの製造方法は、上記金属基材の土台部の表面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ガラスペースト層形成工程、セラミック部材の内側に形成された空間に、上記金属基材の土台部を嵌め込むとともに、上記ガラスペースト層の表面に、上記セラミック部材を配置するセラミック部材配置工程、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の土台部とを上記ガラスコート層を介して接着する接着工程を含むことを特徴とする。
第二の本発明のエンジンバルブの製造方法では、金属基材の土台部の表面に形成されたガラスペースト層の表面に、上記セラミック部材を配置する。これにより、ガラスコート層を形成するための焼結を経ても、エンジンバルブの傘部を構成するガラスコート層の端部に引けが発生しない。このため、エンジンバルブの傘部を構成するガラスコート層の厚みが端部で薄くなるという問題が発生せず、上記土台部の表面に充分な厚さのガラスコート層を形成することができる。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。
第二の本発明のエンジンバルブの製造方法では、金属基材の土台部の表面に形成されたガラスペースト層の表面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部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。
［発明の詳細な説明］
以下、本発明のエンジンバルブについて詳述する。
以下、本発明のエンジンバルブについて詳述する。
第一の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、本発明の軸部篏合型エンジンバルブは、軸部及び土台部からなる金属基材と、セラミック部材とからなるエンジンバルブであって、上記土台部は、柱状部と傘裾部とからなり、上記エンジンバルブの傘裏面の傘裾部以外の部分は上記セラミック部材により構成されており、上記セラミック部材の内側に形成された空間に上記柱状部が篏合されてエンジンバルブの傘部を構成しており、上記セラミック部材は、ガラスコート層を介して上記金属基材の傘裾部に接着され、一体化されてなることを特徴とする。
すなわち、本発明の軸部篏合型エンジンバルブは、軸部及び土台部からなる金属基材と、セラミック部材とからなるエンジンバルブであって、上記土台部は、柱状部と傘裾部とからなり、上記エンジンバルブの傘裏面の傘裾部以外の部分は上記セラミック部材により構成されており、上記セラミック部材の内側に形成された空間に上記柱状部が篏合されてエンジンバルブの傘部を構成しており、上記セラミック部材は、ガラスコート層を介して上記金属基材の傘裾部に接着され、一体化されてなることを特徴とする。
本発明の軸部篏合型エンジンバルブは、棒状の軸部と、円錐形状の傘部と、傘部のうち傘裾の部分である傘裾部からなり、一方、エンジンバルブを構成する金属基材は、軸部と土台部とからなり、さらに、土台部は、柱形状の柱状部と円盤形状の傘裾部とからなる。また、エンジンバルブの軸部と傘裾部に関し、金属基材の軸部と傘裾部とが、そのまま軸部及び傘裾部として使用されている。
一方、エンジンバルブの傘部においては、中心軸部分に空間が形成された円錐台形状のセラミック部材の内側に形成された空間に、金属基材の柱状部が嵌合されて傘部を構成しており、セラミック部材の下部には、傘裾部が配置されている。そして、セラミック部材と傘裾部とは、ガラスコート層を介して接着され、一体化されている。
上記のように構成されたエンジンバルブでは、傘部の側面である傘裏面の傘裾部（金属基材の傘裾部の表面）以外の部分はセラミック部材により構成されている。
上記のように構成されたエンジンバルブでは、傘部の側面である傘裏面の傘裾部（金属基材の傘裾部の表面）以外の部分はセラミック部材により構成されている。
このように、上記エンジンバルブでは、ガラスコート層の表面全体をセラミック部材が覆っているので、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、エンジンバルブの傘部を構成するガラスコート層の端部に引けが発生しない。これは、セラミック部材は焼結工程を経ても収縮しにくい上に、セラミック部材の重みによってガラスコート層の収縮が阻害されるためである。このため、エンジンバルブの傘部を構成するガラスコート層の厚みが端部で薄くなるという問題が発生せず、エンジンバルブの傘裾部に隣接する部分でも充分な厚さのガラスコート層を形成することができる。その結果、エンジンバルブが高い断熱性能を発揮できるものとなる。
また、上記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、金属基材の傘裾部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部に形成されたガラスコート層が金属基材の傘裾部から剥離しにくく、高い断熱性能を発揮できることになる。
上記した第一の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、本発明の軸部篏合型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）に示す軸部篏合型エンジンバルブのＡ−Ａ線断面図である。
図１（ａ）は、本発明の軸部篏合型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）に示す軸部篏合型エンジンバルブのＡ−Ａ線断面図である。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一の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、円錐形状の傘部１２と、傘部１２のうち傘裾の部分である傘裾部１３からなり、一方、エンジンバルブ１０を構成する金属基材２０は、軸部２１と土台部２２とからなり、さらに、土台部２２は、柱形状の柱状部２２ａと円盤形状の傘裾部２２ｂとからなる。また、エンジンバルブ１０の軸部１１と傘裾部１３に関し、金属基材２０の軸部２１と傘裾部２２ｂとが、そのまま軸部１１及び傘裾部１３として使用されている。
一方、エンジンバルブ１０の傘部１２においては、中心軸部分に空間が形成された円錐台形状のセラミック部材１５の内側に形成された空間に、金属基材２０の柱状部２２ａが嵌合されて傘部１２を構成しており、セラミック部材１５の下部には、傘裾部１３が配置されている。そして、セラミック部材１５と傘裾部１３（傘裾部２２ｂ）とは、ガラスコート層１６を介して接着され、一体化されている。
上記のように構成されたエンジンバルブ１０では、傘部１２の側面である傘裏面の傘裾部（傘裾部１３の表面）以外の部分はセラミック部材１５により構成されている。
上記のように構成されたエンジンバルブ１０では、傘部１２の側面である傘裏面の傘裾部（傘裾部１３の表面）以外の部分はセラミック部材１５により構成されている。
このように、図１（ａ）及び（ｂ）に示したエンジンバルブ１０では、ガラスコート層１６の表面全体をセラミック部材１５が覆っているので、製造時にガラスコート層１６を形成するための焼結工程を経ても、エンジンバルブ１０の傘部１２を構成するガラスコート層１６の端部に引けが発生しない。これは、セラミック部材１５は焼結工程を経ても収縮しにくい上に、セラミック部材１５の重みによってガラスコート層１６の収縮が阻害されるためである。このため、エンジンバルブ１０の傘部１２を構成するガラスコート層１６の厚みが端部で薄くなるという問題が発生せず、エンジンバルブ１０の傘裾部１３に隣接する部分でも充分な厚さのガラスコート層１６を形成することができる。その結果、エンジンバルブが高い断熱性能を発揮できるものとなる。
また、図１（ａ）及び（ｂ）に示したエンジンバルブ１０においては、ガラスコート層１６を焼結により形成する際に、金属基材２０の傘裾部２２ｂとガラスコート層１６との間及びガラスコート層１６とセラミック部材１５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１０が使用される過酷な環境下においても、エンジンバルブ１０の傘部１２に形成されたガラスコート層１６が金属基材２０の傘裾部２２ｂ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。
第二の本発明のエンジンバルブの一例として、以下のような構成のものが挙げられる。
本発明の傘部篏合型エンジンバルブは、棒状の軸部と、円錐形状の傘部と、傘部のうち傘裾の部分である傘裾部からなり、一方、エンジンバルブを構成する金属基材は、軸部と土台部とからなり、さらに、土台部は、円錐台形状の円錐台部と傘裾部とからなる。なお、円錐台部と傘裾部とは、一体的に形成されている。また、エンジンバルブの軸部と傘裾部に関し、金属基材の軸部と傘裾部とが、そのまま軸部及び傘裾部として使用されている。
本発明の傘部篏合型エンジンバルブは、棒状の軸部と、円錐形状の傘部と、傘部のうち傘裾の部分である傘裾部からなり、一方、エンジンバルブを構成する金属基材は、軸部と土台部とからなり、さらに、土台部は、円錐台形状の円錐台部と傘裾部とからなる。なお、円錐台部と傘裾部とは、一体的に形成されている。また、エンジンバルブの軸部と傘裾部に関し、金属基材の軸部と傘裾部とが、そのまま軸部及び傘裾部として使用されている。
一方、エンジンバルブの傘部においては、スカート形状のセラミック部材の内側に形成された空間に、金属基材の円錐台部が嵌合されて傘部を構成しており、傘部の下部には、傘裾部が配置されている。また、セラミック部材と円錐台部とは、ガラスコート層を介して接着され、一体化されている。
このように構成されたエンジンバルブでは、傘部の側面である傘裏面の傘裾部（傘裾部の表面）以外の部分はセラミック部材により構成されている。
このように構成されたエンジンバルブでは、傘部の側面である傘裏面の傘裾部（傘裾部の表面）以外の部分はセラミック部材により構成されている。
このように、上記エンジンバルブでは、ガラスコート層の表面全体をセラミック部材が覆っているので、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、エンジンバルブの傘部を構成するガラスコート層の端部に引けが発生しない。これは、セラミック部材は焼結工程を経ても収縮しにくい上に、セラミック部材の重みによってガラスコート層の収縮が阻害されるためである。このため、エンジンバルブの傘部を構成するガラスコート層の厚みが端部で薄くなるという問題が発生せず、エンジンバルブの傘裾部に隣接する部分でも充分な厚さのガラスコート層を形成することができる。その結果、エンジンバルブが高い断熱性能を発揮できるものとなる。
また、上記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、金属基材の円錐台部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部に形成されたガラスコート層が金属基材の円錐台部から剥離しにくく、高い断熱性能を発揮できることになる。
上記した第二の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２（ａ）は、本発明の傘部篏合型エンジンバルブの一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す傘部篏合型エンジンバルブのＢ−Ｂ線断面図である。
図２（ａ）は、本発明の傘部篏合型エンジンバルブの一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す傘部篏合型エンジンバルブのＢ−Ｂ線断面図である。
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、円錐形状の傘部３２と、傘部３２のうち傘裾の部分である傘裾部３３からなり、一方、エンジンバルブ３０を構成する金属基材４０は、軸部４１と土台部４２とからなり、さらに、土台部４２は、円錐台形状の円錐台部４２ａと傘裾部４２ｂとからなる。なお、円錐台部４２ａと傘裾部４２ｂとは、一体的に形成されている。また、エンジンバルブ３０の軸部３１と傘裾部３３に関し、金属基材４０の軸部４１と傘裾部４２ｂとが、そのまま軸部３１及び傘裾部３３として使用されている。
一方、エンジンバルブ３０の傘部３２においては、スカート形状のセラミック部材３５の内側に形成された空間に、金属基材４０の円錐台部４２ａが嵌合されて傘部３２を構成しており、傘部３２の下部には、傘裾部３３（４２ｂ）が配置されている。また、セラミック部材３５と円錐台部４２ａとは、ガラスコート層３６を介して接着され、一体化されている。
このように構成されたエンジンバルブ３０では、傘部３２の側面である傘裏面の傘裾部（傘裾部３３の表面）以外の部分はセラミック部材３５により構成されている。
このように構成されたエンジンバルブ３０では、傘部３２の側面である傘裏面の傘裾部（傘裾部３３の表面）以外の部分はセラミック部材３５により構成されている。
このように、図２（ａ）及び（ｂ）に示したエンジンバルブ３０では、ガラスコート層３６の表面全体をセラミック部材３５が覆っているので、製造時にガラスコート層３６を形成するための焼結工程を経ても、エンジンバルブ３０の傘部３２を構成するガラスコート層３６の端部に引けが発生しない。これは、セラミック部材３５は焼結工程を経ても収縮しにくい上に、セラミック部材３５の重みによってガラスコート層３６の収縮が阻害されるためである。このため、エンジンバルブ３０の傘部３２を構成するガラスコート層３６の厚みが端部で薄くなるという問題が発生せず、エンジンバルブ３０の傘裾部３３に隣接する部分でも充分な厚さのガラスコート層３６を形成することができる。その結果、エンジンバルブが高い断熱性能を発揮できるものとなる。
また、図２（ａ）及び（ｂ）に示したエンジンバルブ３０においては、ガラスコート層３６を焼結により形成する際に、金属基材４０の円錐台部４２ａとガラスコート層３６との間及びガラスコート層３６とセラミック部材３５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３０が使用される過酷な環境下においても、エンジンバルブ３０の傘部３２に形成されたガラスコート層３６が金属基材４０の円錐台部４２ａ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。
エンジンバルブ（エンジンバルブの傘裏面）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。
エンジンバルブ（エンジンバルブの傘裏面）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。
また、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、金属基材の傘裾部又は円錐台部に施してもよい。
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裾部又は円錐台部の表面粗さ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。
金属基材の傘裾部又は円錐台部の表面粗さ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、金属基材の傘裾部又は円錐台部の表面粗さＲｚＪＩＳが２０μｍを超えると、金属基材の傘裾部又は円錐台部にガラスコート層が形成されにくくなる。これは、金属基材の傘裾部又は円錐台部の表面粗さＲｚＪＩＳが大きすぎると、金属基材の傘裾部又は円錐台部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、金属基材の傘裾部又は円錐台部の表面粗さ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。
金属基材の傘裾部又は円錐台部の表面粗さ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、金属基材の傘裾部又は円錐台部の表面粗さＲｚＪＩＳが２０μｍを超えると、金属基材の傘裾部又は円錐台部にガラスコート層が形成されにくくなる。これは、金属基材の傘裾部又は円錐台部の表面粗さＲｚＪＩＳが大きすぎると、金属基材の傘裾部又は円錐台部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、金属基材の傘裾部又は円錐台部の表面粗さ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において、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、エンジンバルブの傘裾部の幅は、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、エンジンバルブの傘裏面の幅の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、セラミック部材の形状は、特に限定されるものではないが、図１（ａ）及び（ｂ）に示すエンジンバルブにおけるセラミック部材のように、中心部分に金属基材の柱状部を嵌合するための空間が形成された円錐台形状であってよく、図２（ａ）及び（ｂ）に示すエンジンバルブにおけるセラミック部材のように、スカート形状であってもよい。
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、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。
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、温度変化により発生する応力により破壊されやすくなる。
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、焼結の際にセラミック部材が応力を吸収して破損することがより防止される。また、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、温度変化により発生する応力により破壊されやすくなる。
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、焼結の際にセラミック部材が応力を吸収して破損することがより防止される。また、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、前処理を終了した試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、乾燥試料の質量（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）−乾燥試料の質量（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、前処理を終了した試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、乾燥試料の質量（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）−乾燥試料の質量（Ｗ３）］／飽水試料の浮力（Ｗ１）｝×１００（％）
本発明の上記軸部篏合型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、セラミック部材及びその内側に形成された空間の合計体積を１００％とした場合において、上記合計体積に対する上記セラミック部材の体積の割合は、５０〜９０％であることが好ましい。
本発明の上記軸部篏合型エンジンバルブにおいては、上記合計体積に対する上記セラミック部材の体積の割合が５０〜９０％であると、エンジンバルブの傘部の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部分が主にセラミック部材により構成されており、該セラミック部材が、ガラスコート層を介して金属基材の傘裾部と接着して一体化している。このため、エンジンバルブの傘部の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部分が、より高い断熱性能を発揮することができる。従って本発明のエンジンバルブが上記構成であると、上述した本発明の効果をより充分に発揮することができる。
本発明の上記軸部篏合型エンジンバルブにおいては、上記合計体積に対する上記セラミック部材の体積の割合が５０〜９０％であると、エンジンバルブの傘部の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部分が主にセラミック部材により構成されており、該セラミック部材が、ガラスコート層を介して金属基材の傘裾部と接着して一体化している。このため、エンジンバルブの傘部の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部分が、より高い断熱性能を発揮することができる。従って本発明のエンジンバルブが上記構成であると、上述した本発明の効果をより充分に発揮することができる。
本発明の上記傘部篏合型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、セラミック部材及びその内側に形成された空間の合計体積を１００％とした場合において、上記合計体積に対する上記セラミック部材の体積の割合は、５０〜９０％であることが好ましい。
上記傘部篏合型エンジンバルブにおいて、上記合計体積に対する上記セラミック部材の体積の割合が５０〜９０％であると、上記傘裾部の軸部側の端部から、エンジンバルブの軸部まで、エンジンバルブの傘裏面がより高い断熱性能を発揮することができる。このため本発明のエンジンバルブが上記構成であると、上述した本発明の効果をより充分に発揮することができる。
上記傘部篏合型エンジンバルブにおいて、上記合計体積に対する上記セラミック部材の体積の割合が５０〜９０％であると、上記傘裾部の軸部側の端部から、エンジンバルブの軸部まで、エンジンバルブの傘裏面がより高い断熱性能を発揮することができる。このため本発明のエンジンバルブが上記構成であると、上述した本発明の効果をより充分に発揮することができる。
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。
本発明のエンジンバルブにおいて、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、１０〜５００μｍ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。セラミックコート層の任意の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１０μｍ未満であると、金属基材とセラミック部材の密着強度が低くなるという問題がある。一方、ガラスコート層の厚さが５００μｍ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。セラミックコート層の任意の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１０μｍ未満であると、金属基材とセラミック部材の密着強度が低くなるという問題がある。一方、ガラスコート層の厚さが５００μｍ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。
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、また、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２２０〜３００μｍ未満の場合は５００倍、３００〜５００μｍ未満の場合は２００倍、５００〜１０００μｍの場合は１５０倍とする。
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２２０〜３００μｍ未満の場合は５００倍、３００〜５００μｍ未満の場合は２００倍、５００〜１０００μｍの場合は１５０倍とする。
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することができる。
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、本発明のエンジンバルブが用いられるエンジンの構造の一例について説明する。
ここで、本発明のエンジンバルブが用いられるエンジンの構造の一例について説明する。
本発明のエンジンバルブが用いられるエンジンの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（インバルブ）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。
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。
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。
インバルブ及びエキバルブの傘裏面にはセラミック部材が存在す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、吸気される空気に伝わりにくい。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、吸気される空気に伝わりにくい。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セラミック部材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セラミック部材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３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３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３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、セラミック部材やガラスコート層の位置等については、図１〜図２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、セラミック部材やガラスコート層の位置等については、図１〜図２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の傘裏面にはセラミック部材が存在す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、吸気される空気に伝わりにくい。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、吸気される空気に伝わりにくい。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セラミック部材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セラミック部材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。
第一の本発明のエンジンバルブの製造方法は、上記金属基材の土台部を構成する傘裾部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ガラスペースト層形成工程、セラミック部材の内側に形成された空間に、上記金属基材を構成する柱状部を嵌め込むとともに、上記ガラスペースト層の表面に、上記セラミック部材を配置するセラミック部材配置工程、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の傘裾部とを上記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。
第一の本発明のエンジンバルブの製造方法は、上記金属基材の土台部を構成する傘裾部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ガラスペースト層形成工程、セラミック部材の内側に形成された空間に、上記金属基材を構成する柱状部を嵌め込むとともに、上記ガラスペースト層の表面に、上記セラミック部材を配置するセラミック部材配置工程、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の傘裾部とを上記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。
第二の本発明のエンジンバルブの製造方法は、上記金属基材の土台部の表面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ガラスペースト層形成工程、セラミック部材の内側に形成された空間に、上記金属基材の土台部を嵌め込むとともに、上記ガラスペースト層の表面に、上記セラミック部材を配置するセラミック部材配置工程、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の土台部とを上記ガラスコート層を介して接着する接着工程を含むことを特徴とする。
上記した第一の本発明のエンジンバルブの製造方法及び第二の本発明のエンジンバルブの製造方法は、基本的に同じ方法であるので、以下においては、本発明のエンジンバルブの製造方法として、両発明を並行して説明する。ただし、必要な場合には、軸部篏合型エンジンバルブの製造方法と傘部篏合型エンジンバルブの製造方法とを分けて説明する。
（ａ）金属基材の準備
本発明のエンジンバルブの製造方法においては、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においては、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、傘裾部又は円錐台部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。
本発明のエンジンバルブの製造方法において、金属基材の傘裾部又は円錐台部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、傘裾部又は円錐台部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ガラスペースト層形成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ガラスペースト層形成工程よりも先に行うことが好ましい。
（ｂ）ガラスペースト層形成工程
（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いては、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いては、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。
ガラス原料及びカーボン粒子は、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。
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。
また、焼成工程後にガラスコート層内にカーボン粒子の一部が残存することが好ましい。
また、焼成工程後にガラスコート層内にカーボン粒子の一部が残存することが好ましい。
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。
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。
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、気孔が数多く形成されるので気孔をそれほど成長させなくとも所望の気孔率となり望ましい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。
気孔をそれほど成長させないので、ひとつひとつの気孔は小さくなり、また、気孔を成長させるための加熱時間を長くとる必要が無いので気孔が形成される程度が均一となり、シャープな気孔径分布を有するガラスコート層を形成することができる。
また、多量のカーボン粒子を配合した場合は、ガス化しなかったカーボン粒子がガラスコート層内に残留しやすくなる。
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、気孔が数多く形成されるので気孔をそれほど成長させなくとも所望の気孔率となり望ましい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。
気孔をそれほど成長させないので、ひとつひとつの気孔は小さくなり、また、気孔を成長させるための加熱時間を長くとる必要が無いので気孔が形成される程度が均一となり、シャープな気孔径分布を有するガラスコート層を形成することができる。
また、多量のカーボン粒子を配合した場合は、ガス化しなかったカーボン粒子がガラスコート層内に残留しやすくなる。
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いては、次に、塗布工程として、金属基材の傘裾部又は円錐台部に、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は、次に、塗布工程として、金属基材の傘裾部又は円錐台部に、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。
ガラスペースト層の厚さは特に限定されないが、１０〜５００μｍの厚さであることが好ましく、２０〜３００μｍ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１０μｍ未満であると、金属基材とセラミック部材の密着強度が低くなるという問題がある。一方、形成されるガラスコート層の厚さが５００μｍ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。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１０μｍ未満であると、金属基材とセラミック部材の密着強度が低くなるという問題がある。一方、形成されるガラスコート層の厚さが５００μｍ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。また吸気又は排気経路が狭くなるという問題もある。
金属基材の傘裾部又は円錐台部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、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。
（ｃ）セラミック部材配置工程
本発明のエンジンバルブの軸部篏合型エンジンバルブの製造方法においては、金属基材の柱状部と嵌合し、金属基材の傘裾部に形成されたガラスペースト層と接触するようにセラミック部材を配置する。
また、本発明のエンジンバルブの傘部篏合型エンジンバルブの製造方法においては、金属基材の円錐台部の表面に形成されたガラスペースト層と接触するようにセラミック部材を配置する。
本発明のエンジンバルブの軸部篏合型エンジンバルブの製造方法においては、金属基材の柱状部と嵌合し、金属基材の傘裾部に形成されたガラスペースト層と接触するようにセラミック部材を配置する。
また、本発明のエンジンバルブの傘部篏合型エンジンバルブの製造方法においては、金属基材の円錐台部の表面に形成されたガラスペースト層と接触するようにセラミック部材を配置する。
（ｄ）接着工程
本発明のエンジンバルブの製造方法においては、次に、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（傘裾部又は円錐台部）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は、次に、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（傘裾部又は円錐台部）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。
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４００〜１１００℃、耐熱鋼である場合は４００〜１１００℃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４００〜１１００℃、耐熱鋼である場合は４００〜１１００℃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。
また、焼結工程中に、気孔がガラスコート層の表面に露出した場合、ガラスコート層を形成するガラス原料は軟化しているため、気孔が露出した箇所を速やかに塞ぐことができる。そのため、焼成後のガラスコート層は、表面に気孔が露出しておらず、平坦度の高い（表面粗さの低い）ガラスコート層が得られる。
また、焼結工程中に、気孔がガラスコート層の表面に露出した場合、ガラスコート層を形成するガラス原料は軟化しているため、気孔が露出した箇所を速やかに塞ぐことができる。そのため、焼成後のガラスコート層は、表面に気孔が露出しておらず、平坦度の高い（表面粗さの低い）ガラスコート層が得られる。
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、上記傘裾部以外の上記傘裏面は、上記セラミック部材により構成されており、該セラミック部材と、エンジンバルブの傘部を構成する金属基材との間には、ガラスコート層が形成されているので、エンジンバルブの傘裏面の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部分の断熱性を高めることができる。
（１）本発明のエンジンバルブでは、上記傘裾部以外の上記傘裏面は、上記セラミック部材により構成されており、該セラミック部材と、エンジンバルブの傘部を構成する金属基材との間には、ガラスコート層が形成されているので、エンジンバルブの傘裏面の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部分の断熱性を高めることができる。
（２）本発明のエンジンバルブの傘部では、上記セラミック部材は、ガラスコート層を介して上記金属基材の土台部に接着して一体化してなる。このため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表面全体をセラミック部材が覆っている。これにより、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、エンジンバルブの傘部を構成するガラスコート層の端部に引けが発生しない。これは、上記セラミック部材は焼結工程を経ても収縮しにくい上に、セラミック部材の重みによってガラスコート層の収縮が阻害されるためである。このため、エンジンバルブの傘部を構成するガラスコート層の厚みが端部で薄くなるという問題が発生せず、上記エンジンバルブの傘裾部に隣接する部分でも充分な厚さのガラスコート層を形成することができる。その結果、エンジンバルブが高い断熱性能を発揮できるものとなる。
（３）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部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。
（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、土台部及び軸部からなり、土台部は、図１（ａ）及び（ｂ）に示す柱状部と傘裾部とからなるエンジンバルブ用金属基材を準備した。金属基材の構成材料は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）であった。
金属基材の軸部の形状は、直径５．５ｍｍ、全長１０５．５ｍｍの棒状であった。
金属基材の土台部の形状は、柱状部の形状が直径５．５ｍｍ、長さ１０．５ｍｍの棒状であり、傘裾部の形状は、底面が直径２８ｍｍの円であり、その厚さが３ｍｍの円盤形状であった。
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、土台部及び軸部からなり、土台部は、図１（ａ）及び（ｂ）に示す柱状部と傘裾部とからなるエンジンバルブ用金属基材を準備した。金属基材の構成材料は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）であった。
金属基材の軸部の形状は、直径５．５ｍｍ、全長１０５．５ｍｍの棒状であった。
金属基材の土台部の形状は、柱状部の形状が直径５．５ｍｍ、長さ１０．５ｍｍの棒状であり、傘裾部の形状は、底面が直径２８ｍｍの円であり、その厚さが３ｍｍの円盤形状であった。
図４（ａ）は、実施例１に係るセラミック部材の形状を示す斜視図であり、上面の直径をｄ１、底面の直径をｄ２、高さをｈ１で示している。
セラミック部材は、図４（ａ）に示すように円錐台形状であり、中心軸部分に直径ｄ１が６．０５ｍｍの円柱形状の空洞が形成され、底面の直径ｄ２が２５ｍｍ、上面の直径ｄ１が６．０５ｍｍ、高さｈ１が６．５ｍｍのジルコニア焼結体であった。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。
セラミック部材は、図４（ａ）に示すように円錐台形状であり、中心軸部分に直径ｄ１が６．０５ｍｍの円柱形状の空洞が形成され、底面の直径ｄ２が２５ｍｍ、上面の直径ｄ１が６．０５ｍｍ、高さｈ１が６．５ｍｍのジルコニア焼結体であった。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。
（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裾部の傘表面に対抗する面の全体に、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、金属基材の柱状部に嵌合されるように、ジルコニア焼結体からなるセラミック部材を嵌め込んだ。
次に、エンジンバルブ用金属基材の傘裾部の傘表面に対抗する面の全体に、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、金属基材の柱状部に嵌合されるように、ジルコニア焼結体からなるセラミック部材を嵌め込んだ。
（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、セラミック部材と傘裾部とをガラスコート層で接着し、エンジンバルブの製造を終了した。
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。なお、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、エンジンバルブの傘部を切断した後、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、セラミック部材と傘裾部とをガラスコート層で接着し、エンジンバルブの製造を終了した。
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。なお、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、エンジンバルブの傘部を切断した後、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。
（実施例２）
（ａ）エンジンバルブ用基材準備工程
まず。土台部及び軸部からなり、土台部は、円錐台部と傘裾部とからなるエンジンバルブ用金属基材を準備した。金属基材の構成材料は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）であった。
金属基材の軸部の形状は、実施例１の場合と同様であり、金属基材の土台部の形状は、円錐台部と傘裾部とが一体化された円錐台形状であり、底面の直径が２８ｍｍ、高さ１３．５ｍｍの略円錐台形状であった。
（ａ）エンジンバルブ用基材準備工程
まず。土台部及び軸部からなり、土台部は、円錐台部と傘裾部とからなるエンジンバルブ用金属基材を準備した。金属基材の構成材料は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）であった。
金属基材の軸部の形状は、実施例１の場合と同様であり、金属基材の土台部の形状は、円錐台部と傘裾部とが一体化された円錐台形状であり、底面の直径が２８ｍｍ、高さ１３．５ｍｍの略円錐台形状であった。
図４（ｂ）は、実施例２に係るスカート形状のセラミック部材の形状を示す斜視図であり、上面の直径をｄ３、底面の直径をｄ４、高さをｈ２で示している。
セラミック部材は、図４（ｂ）に示すように、スカート形状であり、中心軸部分に直径ｄ３＝６．０５ｍｍの貫通孔が形成され、その厚さｄ５：２ｍｍ、底面の直径ｄ４：２５ｍｍ、高さｈ２：６．５ｍｍのジルコニア焼結体であった。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。
セラミック部材は、図４（ｂ）に示すように、スカート形状であり、中心軸部分に直径ｄ３＝６．０５ｍｍの貫通孔が形成され、その厚さｄ５：２ｍｍ、底面の直径ｄ４：２５ｍｍ、高さｈ２：６．５ｍｍのジルコニア焼結体であった。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。
（ｂ）塗布層形成工程
（ｂ−１）原料混合物調製工程
実施例１と同様にして、原料混合物を調製した。
（ｂ−１）原料混合物調製工程
実施例１と同様にして、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円錐台部の表面の全体に、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、金属基材の円錐台部のガラスコート層形成用の塗布層に接触するように、ジルコニア焼結体からなるセラミック部材を嵌め込んだ。
次に、エンジンバルブ用金属基材の円錐台部の表面の全体に、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、金属基材の円錐台部のガラスコート層形成用の塗布層に接触するように、ジルコニア焼結体からなるセラミック部材を嵌め込んだ。
（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、円錐台部とセラミック部材とをガラスコート層で接着してエンジンバルブの製造を終了した。
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、実施例１と同様、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。
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、円錐台部とセラミック部材とをガラスコート層で接着してエンジンバルブの製造を終了した。
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、実施例１と同様、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。
（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実施例２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及び実施例２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。
製造された実施例１に係るエンンジンバルブ及び実施例２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及び実施例２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。
１０、３０ エンジンバルブ
１１、３１ 軸部（エンジンバルブ）
１２、３２ 傘部（エンジンバルブ）
１３、３３ 傘裾部（エンジンバルブ）
１５、３５ セラミック部材
１６、３６ ガラスコート層
２０、４０ 金属基材
２１、４１ 軸部（金属基材）
２２、４２ 土台部（金属基材）
２２ａ 柱状部（金属基材）
２２ｂ 傘裾部（金属基材）
４２ａ 円錐台部
４２ｂ 傘裾部
１５０ エンジン燃焼室
１６０（１６０ａ） エンジンバルブ（インバルブ）
１６０（１６０ｂ） エンジンバルブ（エキバルブ）
１７０ シリンダー
１８０ 点火プラグ
１６６（１６６ａ） エンジンバルブ（インバルブ）の傘裏面
１６６（１６６ｂ） エンジンバルブ（エキバルブ）の傘裏面
１９０ ピストン
１６６０ 傘裏面の傘裾部
１１、３１ 軸部（エンジンバルブ）
１２、３２ 傘部（エンジンバルブ）
１３、３３ 傘裾部（エンジンバルブ）
１５、３５ セラミック部材
１６、３６ ガラスコート層
２０、４０ 金属基材
２１、４１ 軸部（金属基材）
２２、４２ 土台部（金属基材）
２２ａ 柱状部（金属基材）
２２ｂ 傘裾部（金属基材）
４２ａ 円錐台部
４２ｂ 傘裾部
１５０ エンジン燃焼室
１６０（１６０ａ） エンジンバルブ（インバルブ）
１６０（１６０ｂ） エンジンバルブ（エキバルブ）
１７０ シリンダー
１８０ 点火プラグ
１６６（１６６ａ） エンジンバルブ（インバルブ）の傘裏面
１６６（１６６ｂ） エンジンバルブ（エキバルブ）の傘裏面
１９０ ピストン
１６６０ 傘裏面の傘裾部
Claims (17)
- 軸部及び土台部からなる金属基材と、セラミック部材とからなるエンジンバルブであって、
前記土台部は、柱状部と傘裾部とからなり、
前記エンジンバルブの傘裏面の傘裾部以外の部分は前記セラミック部材により構成されており、
前記セラミック部材の内側に形成された空間に前記柱状部が篏合されてエンジンバルブの傘部を構成しており、
前記セラミック部材は、ガラスコート層を介して前記金属基材の傘裾部に接着され、一体化されてなり、
前記ガラスコート層は、気孔を有す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及びその内側に形成された空間の合計体積を１００％とした場合において、前記合計体積に対する前記セラミック部材の体積の割合は、５０〜９０％である請求項１に記載のエンジンバルブ。
- 前記セラミック部材及びその内側に形成された空間の合計体積を１００％とした場合において、前記合計体積に対する前記セラミック部材の体積の割合は、８０〜９０％である請求項２に記載のエンジンバルブ。
- 軸部と円錐台形状の土台部とからなる金属基材と、セラミック部材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の傘裏面の傘裾部以外の部分は前記セラミック部材により構成されており、
前記セラミック部材の内側に形成された空間に前記土台部の一部が篏合されてエンジンバルブの傘部を構成しており、
前記セラミック部材は、ガラスコート層を介して前記金属基材の土台部に接着され、一体化されてなり、
前記ガラスコート層は、気孔を有す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及びその内側に形成された空間の合計体積を１００％とした場合において、前記合計体積に対する前記セラミック部材の体積の割合は、５０〜９０％である請求項４に記載のエンジンバルブ。
- 前記セラミック部材及びその内側に形成された空間の合計体積を１００％とした場合において、前記合計体積に対する前記セラミック部材の体積の割合は、７０〜８０％である請求項５に記載のエンジンバルブ。
- 前記セラミック部材は、気孔を有する請求項１〜６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７に記載のエンジンバルブ。
- 前記ガラスコート層の厚さは、１０〜５００μｍである請求項１〜８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、非晶質無機材が含まれる請求項１〜９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、結晶性無機材が含まれる請求項１０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１０又は１１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１１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１〜１３のいずれかに記載のエンジンバルブ。
- 請求項１〜３及び７〜１４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、
前記金属基材の土台部を構成する傘裾部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ガラスペースト層形成工程、
セラミック部材の内側に形成された空間に、前記金属基材を構成する柱状部を嵌め込むとともに、前記ガラスペースト層の表面に、前記セラミック部材を配置するセラミック部材配置工程、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の傘裾部とを前記ガラスコート層を介して接着する接着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。 - 請求項４〜１４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、
前記金属基材の土台部の表面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ガラスペースト層形成工程、
セラミック部材の内側に形成された空間に、前記金属基材の土台部を嵌め込むとともに、前記ガラスペースト層の表面に、前記セラミック部材を配置するセラミック部材配置工程、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の土台部とを前記ガラスコート層を介して接着する接着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１〜１４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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| JP2015125873A JP6577763B2 (ja) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | エンジンバルブ及びその製造方法 |
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| JP2010031828A (ja) * | 2008-06-24 | 2010-02-12 | Nissan Motor Co Ltd | エンジン用排気バルブ |
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