JP7022608B2

JP7022608B2 - バルブシート

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Publication number: JP7022608B2
Application number: JP2018015203A
Authority: JP
Inventors: 清諏訪; 祐二永岡
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2022-02-18
Anticipated expiration: 2038-01-31
Also published as: JP2019132194A

Description

本発明は、内燃機関用のシリンダヘッドに圧入されるバルブシートに関する。

内燃機関用のシリンダヘッド（以下、単に、シリンダヘッドと呼ぶ。）に圧入されるバルブシートは、エンジン運転などにより高温になると、シリンダヘッドによるバルブシートの保持力が不足して、シリンダヘッドから抜け落ちる場合があった。以上のような問題点を解決するため、シリンダヘッドのバルブシート脱落防止構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。当該バルブシート脱落防止構造は、シリンダヘッドの圧入孔の内周面に形成された環状溝と、バルブシートの外周面に形成された環状溝とにより構成される環状空間内に、半径方向へ拡張する拡張リングを挿入した構造をしている。上記バルブシートが上記シリンダヘッドに圧入されて装着されると、圧縮されていた拡張リングが半径方向へ拡張して両環状溝にまたがって配置される。これにより、バルブシートの軸方向への動きは、拡張リングにより抑制され、バルブシートがシリンダヘッドから抜け落ちることを防止することができる。

実開平０１―８３１０９号公報

しかしながら、上記バルブシート脱落防止構造では、シリンダヘッドおよびバルブシートの環状溝が一体となって形成される上記環状空間のバルブシートの軸方向における寸法が拡張リングのバルブシートの軸方向における寸法よりも大きい場合、拡張リングは、バルブシートの軸方向へ移動可能となる。この場合、バルブシートの軸方向への動きが許容される可能性がある。したがって、上記バルブシート脱落防止構造では、シリンダヘッドおよびバルブシートの環状溝を形成する溝加工において高い精度が要求される。

一方、シリンダヘッドおよびバルブシートの環状溝を高い精度で加工しても、拡張リングと環状溝を構成する面との接触した状態でエンジン運転が行なわれると、拡張リングおよび／または環状溝を構成する面が変形して、拡張リングと環状溝を構成する面との間に隙間が生じるおそれがある。隙間が生じると、上記と同様に、拡張リングは、バルブシートの軸方向へ移動可能となり、バルブシートの軸方向への動きが許容される可能性がある。

また、上記バルブシートが上記シリンダヘッドに圧入される過程で生じる振動により拡張リングが落ちてしまう問題がある。

本発明は、斯かる実情に鑑み、シリンダヘッドから容易に抜け落ちない強固な抜け落ち防止構造を有するバルブシートを提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明のバルブシートは、内燃機関用のシリンダヘッドに圧入されるバルブシートであって、自身の外周面に、凹凸部を有する粗面領域が有る部分と、前記粗面領域が無い部分を備え、前記粗面領域が無い部分の前記外周面を延長した円筒面を基準外周面と定義し、前記バルブシートの径方向における前記粗面領域に対向する側から前記粗面領域の表面を光学手段によりスキャンして得られる仮想表面形状を前記粗面領域が有するものと仮定したとき、前記凹凸部は、前記基準外周面から前記径方向の外側に飛び出す実部となる外側実部領域、及び、前記基準外周面から前記径方向の内側に凹んで窪みとなる内側窪み領域を有し、前記バルブシートの軸方向に沿って切った前記粗面領域の断面において、前記外側実部領域の周囲輪郭で囲まれる外側実部断面積Ａ１と、前記内側窪み領域の周囲輪郭で囲まれる内側窪み断面積Ａ２とが条件式「０＜Ａ２／Ａ１＜１」を満たすことを特徴とする。

また、本発明のバルブシートにおいて、前記外側実部断面積Ａ１と、前記内側窪み断面積Ａ２とが条件式「０＜Ａ２／Ａ１＜３／４」を満たすことを特徴とする。

本発明のバルブシートによれば、内燃機関が稼働中であってもシリンダヘッドから容易に抜け落ちないという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施の形態におけるバルブシートをシリンダヘッドに圧入したときのバルブシートの周辺構造の断面図である。（Ａ）は本発明の実施の形態におけるバルブシートの斜視図である。（Ｂ）は本発明の別の実施の形態におけるバルブシートの斜視図である。本発明の実施の形態におけるバルブシートをシリンダヘッドに圧入したときのバルブシートの断面図である。（Ａ）は本発明の実施の形態におけるバルブシートの粗面領域を展開した平面図である。（Ｂ）は本発明の実施の形態におけるバルブシートの粗面領域の断面図である。（Ｃ），（Ｄ）は本発明の別の実施の形態におけるバルブシートの粗面領域の断面図である。（Ａ）は、図４に示すバルブシートの粗面領域の一部領域である粗面一部領域Ｐ１の走査型電子顕微鏡による二次電子像（撮影倍率：３００倍）の写真である。（Ｂ）は、図４に示すバルブシートの粗面領域の一部領域である粗面一部領域Ｐ２の走査型電子顕微鏡による二次電子像（撮影倍率：３００倍）の写真である。（Ｃ）は、図４に示すバルブシートの粗面領域の一部領域である粗面一部領域Ｐ３の走査型電子顕微鏡による二次電子像（撮影倍率：３００倍）の写真である。図５（Ｃ）のＦ－Ｆライン（バルブシート軸方向）に沿って凹凸部をバルブシート径方向に切った断面の概略図である。（Ａ）は、本発明の実施の形態におけるバルブシートの粗面領域を光学装置でスキャンする様子を示す概略図である。（Ｂ）は、外側実部断面積および内側窪み断面積を説明するための粗面領域の断面図である。（Ａ）は、粗面領域の仮想表面形状を測定するため、本願発明者が測定用バルブシートに形成した粗面領域の平面図である。（Ｂ）は、本願発明者が測定用バルブシートに形成した平面タイプ粗面領域の断面図である。（Ｃ）は、本願発明者が測定用バルブシートに形成した傾斜面タイプ粗面領域の断面図である。図８（Ａ）に示すＧ－Ｇライン上の平面タイプ粗面領域の仮想表面形状をワンショット３Ｄ形状測定機により測定したときの測定結果を示す写真である。（Ａ）～（Ｄ）は、複数の測定用バルブシートそれぞれに形成された平面タイプ粗面領域の仮想表面形状の測定結果を表す表である。（Ａ）～（Ｅ）は、複数の測定用バルブシートそれぞれに形成された平面タイプ粗面領域の仮想表面形状の測定結果を表す表である。（Ａ），（Ｂ）は、複数の測定用バルブシートそれぞれに形成された傾斜面タイプ粗面領域の仮想表面形状の測定結果を表す表である。本発明の実施の形態におけるバルブシート素材の断面形状及び、当該バルブシート素材を加工して形成されるバルブシートの断面形状を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。添付図面は発明を実施する形態の一例であって、図中、同一の符号を付した部分は同一物を表わす。また、各図における各部の形状や寸法比は、必ずしも正確なものではない。

＜バルブシートの周辺構造＞
図１を参照して、本発明の実施の形態におけるバルブシート１をシリンダヘッド２に圧入したときのバルブシート１の周辺構造について説明する。シリンダヘッド２は、吸気通路３と燃焼室５とを連通する開口部６を起点として吸気通路３側へ延びる保持領域８を有する。保持領域８は、バルブシート１が保持される領域である。バルブシート１は、燃焼室５側から保持領域８に圧入される。これにより、バルブシート１は、保持領域８で保持される。なお、シリンダヘッド２を構成する材料として、例えば、アルミニウム合金等の軽金属合金が挙げられるが、これに限定されるものではなく、シリンダヘッドの材料として使用可能なものならいずれであってもよい。

ここで、バルブシート１がシリンダヘッド２の保持領域８に圧入される方向を圧入方向と定義する。具体的に、圧入方向は、燃焼室５側から吸気通路３側へ向かう方向である。本実施形態において圧入方向は、バルブシート１の軸方向（以下、バルブシート軸方向と呼ぶ。）と平行となる。したがって、本実施形態において圧入方向は、適宜、バルブシート軸方向と読み替えてもよい。また、本実施形態においてバルブシート軸方向は、適宜、圧入方向と読み替えてもよい。なお、圧入方向およびバルブシート軸方向は、図１に示すＹ軸と平行になる。また、吸気通路３は、排気通路と読み替えてもよい。

バルブ７は、（図示しない）往復移動機構により圧入方向に沿って往復移動する。また、バルブ７は、バルブシート１と当接するバルブフェース７Ａを有する。バルブ７が圧入方向（Ｙ軸正方向）へ移動すると、バルブ７のバルブフェース７Ａがバルブシート１と当接する。これにより、吸気通路３と燃焼室５とは、空間的に分離される。また、バルブ７が圧入方向と逆方向（Ｙ軸負方向）へ移動すると、バルブフェース７Ａがバルブシート１から離れる。これにより、吸気通路３と燃焼室５とは、空間的に連通した状態になる。

＜バルブシート全体＞
図１～図３を参照して、本発明の実施の形態におけるバルブシート１について説明する。バルブシート１は、材料を加工して、環状に形成される環状体である。当該環状体のバルブシート軸方向に切った断面は、図３に示すような形状となる。バルブシート１は、図２（Ａ）に示すように、中心軸１０と、奥側開口１１と、手前側開口１２と、内周面１３と、外周面１４と、粗面領域１５とを有する。

＜バルブシートの材料＞
バルブシート１の材料として、例えば、焼結体や溶製材等のバルブシートの製造に用いられる全ての材料が本発明に含まれる。特に、バルブシート１の材料として、鉄基焼結合金製の焼結体や溶製材等を用いることが好ましい。鉄基焼結合金は、加工性、製造性に優れ、バルブシートとして、備えるべき特性の調整等が容易であるからである。

バルブシート１の材料である鉄基焼結合金としては、例えば、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％以上含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物から成る基地部組成を有することが好ましい。そして、鉄基焼結合金製の焼結体には、さらに、上記組成の基地相中に、ＭｎＳ、ＣａＦ_２、ＢＮ等の固体潤滑剤粒子、ビッカーズ硬さ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。

＜バルブシートの中心軸および開口＞
中心軸１０は、図２に示すように、バルブシート１を構成する環状体の中心軸である。奥側開口１１は、図１および図２に示すように、バルブシート１がシリンダヘッド２の保持領域８に圧入されて保持領域８で保持されるとき、圧入方向（Ｙ軸正方向）の奥側に位置するバルブシート１の開口である。手前側開口１２は、バルブシート１がシリンダヘッド２の保持領域８に圧入されて保持領域８で保持されるとき、圧入方向（Ｙ軸正方向）の手前側に位置するバルブシート１の開口である。

＜バルブシートの内周面＞
バルブシート１の内周面１３は、図２に示すように、中心軸１０周りを取り囲む環状の面である。また、バルブシート１の内周面１３は、図３に示すように、軸方向延在面領域１３０と、傾斜面領域１３１と、を有する。バルブシート軸方向に垂直な平面で内周面１３を切って、バルブシート１の内周面１３を２つの領域に分けたとき、内周面１３のうち、奥側開口１１側の領域が軸方向延在面領域１３０に相当し、手前側開口１２側の領域が傾斜面領域１３１に相当する。

＜粗面領域＞
バルブシート１の外周面１４は、図１～図５に示すように、粗面領域１５を有する。粗面領域１５は、外周面１４の少なくとも一部の領域を構成する。図１に示すように、バルブシート１がシリンダヘッド２の保持領域８に圧入されると、保持領域８に対応するシリンダヘッド２の接触表面部８Ａに粗面領域１５が噛み込む。結果、粗面領域１５により、バルブシート１とシリンダヘッド２との接合力が高まり、バルブシート１がシリンダヘッド２から抜け落ちることを防止することができる。

本実施形態において粗面領域１５は、図２（Ａ）に示すように、外周面１４に垂直な方向から見て、例えば、三角形状に形成される。なお、ここで言う三角形状は、厳密な意味での三角形状に限定されるものではなく、例えば、三角形の頂角に相当する部分が丸みを帯びていてもよいし、三角形の各辺には曲線が含まれていてもよい。そして、粗面領域１５は、三角形の頂点１５Ｄ側がバルブシート１の圧入方向の先頭側（奥側）になり、頂点１５Ｄに対向する三角形の底辺１５Ｆ側がバルブシート１の圧入方向の後尾側（手前側）になるように形成される。なお、粗面領域１５は、外周面１４に垂直な方向から見たときの形状はどのような形状であってもよく、例えば、四角形状（図２（Ｂ）参照）、半円形状、星型形状が一例として挙げられる。

＜粗面領域の具体的構成＞
次に、粗面領域１５の具体的な構成について説明する。粗面領域１５は、図３に示すように、凹凸部１５０を有する。凹凸部１５０は、バルブシート１の外周面１４上に形成される凹凸部分である。粗面領域１５の凹凸部１５０は、図４（Ａ）に示すように、突出部１５１と、バルブシート軸方向（Ｙ軸方向）において突出部１５１に隣接する窪み部１５２とにより構成される。突出部１５１と窪み部１５２とは、バルブシート軸方向に沿って交互に並ぶ。

図５（Ａ）～（Ｃ）は、図４（Ａ）における粗面領域１５の一部領域である粗面一部領域Ｐ１～Ｐ３の走査型電子顕微鏡による二次電子像（撮影倍率：３００倍）の写真である。図４（Ａ）および図５（Ａ）～（Ｃ）に示す写真から明らかなように、突出部１５１は、バルブシート径方向の外側（図４の紙面に垂直な方向の紙面から離れる側）に突出すると共に、バルブシート１の外周面１４の周方向（以下、バルブシート周方向と呼ぶ。）Ｑに沿って連なる態様をしている。一方、窪み部１５２は、バルブシート軸方向（Ｙ軸方向）における突出部１５１に隣接する位置で、バルブシート径方向の内側（図４の紙面に垂直な方向の紙面に突入する側）に窪むと共に、バルブシート周方向Ｑに沿って連なる態様をしている。なお、粗面領域１５には、凹凸部１５０がない部分が含まれてもよい。

本実施形態において突出部１５１および窪み部１５２は、図４（Ａ）に示すように、バルブシート軸方向（Ｙ軸方向）に沿い、バルブシート軸方向の奥側開口１１側の粗面領域１５の端部１５Ａ（以下、粗面領域奥側端部と呼ぶ。）からバルブシート軸方向の手前側開口１２側の粗面領域１５の端部１５Ｂ（以下、粗面領域手前側端部と呼ぶ。）まで交互に形成される。なお、粗面領域奥側端部１５Ａは、三角形の頂点１５Ｄに対応する。また、粗面領域手前側端部１５Ｂは、頂点１５Ｄに対向する三角形の底辺１５Ｆに対応する。

凹凸部１５０における突出部１５１（窪み部１５２）には、図４（Ｂ）に示すように、バルブシート径方向の高さ（深さ）が様々なものが混在する。そして、バルブシート径方向の高さが様々な突出部１５１（窪み部１５２）は、バルブシート径方向の高さ（深さ）に関係なく、バルブシート軸方向に沿ってランダムに配列される。また、バルブシート径方向の高さ（深さ）が様々な突出部１５１（窪み部１５２）は、バルブシート軸方向に沿って略等間隔に配列されることが好ましい。また、凹凸部１５０における突出部１５１（窪み部１５２）は、図４（Ｃ）に示すように、バルブシート径方向の高さ（深さ）が全体として同じになるように形成されてもよい。また、凹凸部１５０における突出部１５１（窪み部１５２）は、図４（Ｄ）に示すように、粗面領域奥側端部１５Ａを起点として粗面領域手前側端部１５Ｂに進むにしたがってバルブシート径方向の高さ（深さ）が増大していく態様（傾斜状）であってもよい。

＜突出部および窪み部の構造の詳細＞
次に、図６を参照して、粗面領域１５における突出部１５１および窪み部１５２の構造の詳細について説明する。図６は、図５（Ｃ）のＦ－Ｆライン（バルブシート軸方向）に沿って凹凸部１５０をバルブシート径方向に切ったときの断面の概略図である。

＜突出部＞
突出部１５１は、基底面１５０Ａからバルブシート径方向の外側へ突出する。基底面１５０Ａは、窪み部１５２の一部を構成する。また、突出部１５１の少なくとも１つは、図６に示すように、基部１５５と、拡張部１５６と、反り面１５７とを有する。基部１５５は、凹凸部１５０の基底側からバルブシート径方向の外側へ突出する部分である。

＜拡張部＞
拡張部１５６は、基部１５５に連続して外周面１４の面方向に拡張する部分である。そして、拡張部１５６は、基底面１５０Ａに覆い被さる。なお、外周面１４の面方向とは、外周面１４の面内における全ての方向を指す。そして、粗面領域１５において、外周面１４の面方向とは、粗面領域１５が無い部分の外周面１４を粗面領域１５まで延長した仮想円筒面１４０（図６の点線参照）を基準外周面と定義したとき、当該基準外周面の面方向を指す。

図６に示すように、拡張部１５６は、外周面１４の面方向（基準外周面の面方向）のうち、バルブシート軸方向の奥側開口１１側（圧入方向）、および／または、バルブシート軸方向の手前側開口１２側（圧入方向と反対側の方向、以下、圧入反対方向と呼ぶ。）に拡張するように形成されることが好ましい。この場合、窪み部１５２は、バルブシート径方向の内側に進むにしたがって、バルブシート軸方向の手前側開口１２側（圧入反対方向）、および／または、バルブシート軸方向の奥側開口１１側（圧入方向）に延びる。

＜反り面＞
上記のように、仮想円筒面１４０を基準外周面と定義したとき、凹凸部１５０の基底面１５０Ａからバルブシート径方向の外側に延びる凹凸部１５０の突出部１５１の側面は、図６に示すように、バルブシート径方向の外側へ進むにしたがって、基準外周面の面方向に反り返る反り面１５７を有する。

＜窪み部＞
窪み部１５２は、図６に示すように、バルブシート軸方向において突出部１５１に隣接する。また、基底面１５０Ａは、窪み部１５２の一部を構成する。したがって、基底面１５０Ａが拡張部１５６により覆い被される場合、窪み部１５２の少なくとも一部もまた拡張部１５６により覆い被される。

＜粗面領域の仮想表面形状＞
次に、図７を参照して、バルブシート径方向における粗面領域１５に対向する側から粗面領域１５の表面を光学装置１８によりスキャンして得られる仮想的な表面形状１５９（以下、仮想表面形状と呼ぶ。）について説明する。光学装置として、例えば、ワンショット３Ｄ形状測定機（株式会社キーエンス）が一例として挙げられる。仮想表面形状１５９は、粗面領域１５における実際の表面形状とは異なる部分がある。

バルブシート径方向（Ｘ軸方向）における粗面領域１５に対向する側から粗面領域１５の表面が光学装置１８によりスキャンされても、窪み部１５２のうち、拡張部１５６により覆い被される被覆部分１５２Ｃ（図７（Ａ）の着色部分参照）は、スキャンされない。したがって、光学装置１８によりスキャンされる仮想表面形状１５９（図７（Ａ）の実線部分参照）は、粗面領域１５における実際の表面形状から被覆部分１５２Ｃに対応する表面形状部分を除いたものになる。したがって、粗面領域１５において仮想表面形状１５９では、突出部１５１の占める割合の方が窪み部１５２の占める割合よりも大きくなると考えられる。

ここで、図７（Ｂ）に示すように、仮想円筒面１４０を基準外周面と定義したとき、基準外周面よりもバルブシート径方向の外側に飛び出す実部となる領域１５０Ｂ（以下、外側実部領域と呼ぶ。）、および、基準外周面よりもバルブシート径方向の内側に凹んで窪みとなる領域１５０Ｃ（以下、内側窪み領域と呼ぶ。）を考える。

仮想表面形状１５９では、突出部１５１の占める割合の方が窪み部１５２の占める割合よりも大きくなることから、粗面領域１５における仮想表面形状１５９において外側実部領域１５０Ｂの占める割合は、内側窪み領域１５０Ｃの占める割合よりも大きいと考えられる。したがって、バルブシート軸方向に沿って切った粗面領域１５の断面において、外側実部領域１５０Ｂの周囲輪郭１５０ＢＡで囲まれる外側実部断面積Ａ１（図７（Ｂ）に示す外側実部領域１５０Ｂの斜線部分参照）と、内側窪み領域１５０Ｃの周囲輪郭１５０ＣＡで囲まれる内側窪み断面積Ａ２（図７（Ｂ）に示す内側窪み領域１５０Ｃのクロスハッチング部分参照）とは、以下の（式１）を満たす。
（式１）：０＜Ａ２／Ａ１＜１

＜粗面領域の仮想表面形状の実施例＞
次に、本願発明者は、測定用バルブシートとして、バルブシート１の外周面１４に、図８（Ａ）に示すような三角形状の粗面領域１５を形成したものを複数用意した。そして、本願発明者は、測定用バルブシートに２種類の粗面領域１５を形成した。２種類の粗面領域１５のうち一方は、図８（Ｂ）に示すように、突出部１５１の基底面１５０Ａからの高さＴ３（μｍ）が一定になるようにレーザー加工を行った態様のもの（以下、平面タイプ粗面領域と呼ぶ。）で、他方は、図８（Ｃ）に示すように、三角形の底辺１５Ｆから三角形の頂点１５Ｄに進むにしたがって突出部１５１の基底面１５０Ａからの高さが直線状に減少するようにレーザー加工を行った態様のもの（以下、傾斜面タイプ粗面領域と呼ぶ。）である。なお、平面タイプ粗面領域には、厳密には高さＴ３（μｍ）が一定にならないようなものも含まれ、例えば、図４（Ｂ）に示すバルブシート径方向の高さ（深さ）が様々な突出部１５１（窪み部１５２）が混在するような粗面領域も含まれる。

なお、傾斜面タイプ粗面領域は、三角形の底辺１５Ｆの突出部１５１の基底面１５０Ａからの高さがＴ４（μｍ）、三角形の頂点１５Ｄの高さが０（μｍ）になるように形成された。また、平面タイプ粗面領域および傾斜面タイプ粗面領域は、三角形の高さＴ５が略１～２（ｍｍ）、三角形の底辺の長さがＴ１（ｍｍ）、突出部１５１および窪み部１５２の中心間のバルブシート軸方向のピッチがＴ２（μｍ）になるように形成された。

そして、各平面タイプ粗面領域および各傾斜面タイプ粗面領域におけるＧ－Ｇライン（図８（Ａ）参照）上の仮想表面形状１５９をワンショット３Ｄ形状測定機（株式会社キーエンス）により測定した。なお、平面タイプ粗面領域および傾斜面タイプ粗面領域におけるＧ－Ｇラインとは、頂点１５Ｄを通る三角形の底辺１５Ｆの垂線に相当する。

＜粗面領域の仮想表面形状の測定結果＞
測定用バルブシートにおける平面タイプ粗面領域のＧ－Ｇライン上の仮想表面形状１５９をワンショット３Ｄ形状測定機（株式会社キーエンス）により測定すると、例えば、図９に示すような結果が得られる。そして、図９の外側実部領域１５０Ｂ側の数値１５０ＢＢは、外側実部断面積Ａ１を表し、内側窪み領域１５０Ｃ側の数値１５０ＣＢは、内側窪み断面積Ａ２を表す。図９では、外側実部断面積Ａ１は１２１６５(μｍ^２)、内側窪み断面積Ａ２は８７９０(μｍ^２)である。したがって、外側実部断面積Ａ１と内側窪み断面積Ａ２の和を総面積とした場合、総面積に対する外側実部断面積Ａ１の比率（以下、外側実部断面積比率と呼ぶ。）は、５８．１（％）となる。また、総面積に対する内側窪み断面積Ａ２の比率（以下、内側窪み断面積比率と呼ぶ。）は、４１．９（％）となる。この場合、Ａ２／Ａ１≒０．７２となる。

なお、図１０～図１２に示す、測定用バルブシートにおける粗面領域１５の仮想表面形状の測定結果の表１～１１には、対応する外側実部断面積Ａ１および内側窪み断面積Ａ２に基づいて算出された外側実部断面積比率および内側窪み断面積比率、並びに、それらの平均が表示されている。

＜平面タイプ粗面領域の仮想表面形状の測定結果＞
図１０（Ａ）に示す表１は、本願発明者によって５つの測定用バルブシートそれぞれに形成された平面タイプ粗面領域（表１の（１）～（５））の仮想表面形状の測定結果である。外側実部断面積比率は、平均７２．３（％）となる。また、内側窪み断面積比率は、平均２７．７（％）となる。この場合、Ａ２／Ａ１≒０．３８となる。

図１０（Ｂ）に示す表２は、本願発明者によって５つの測定用バルブシートそれぞれに形成された平面タイプ粗面領域（表２の（１）～（５））の仮想表面形状の測定結果である。外側実部断面積比率は、平均７８．９（％）となる。また、内側窪み断面積比率は、平均２１．１（％）となる。この場合、Ａ２／Ａ１≒０．２７となる。

図１０（Ｃ）に示す表３は、本願発明者によって６つの測定用バルブシートそれぞれに形成された平面タイプ粗面領域（表３の（１）～（６））の仮想表面形状の測定結果である。外側実部断面積比率は、平均９２．４（％）となる。また、内側窪み断面積比率は、平均７．６（％）となる。この場合、Ａ２／Ａ１≒０．０８となる。

図１０（Ｄ）に示す表４は、本願発明者によって４つの測定用バルブシートそれぞれに形成された平面タイプ粗面領域（表４の（１）～（４））の仮想表面形状の測定結果である。外側実部断面積比率は、平均６３．７（％）となる。また、内側窪み断面積比率は、平均３６．３（％）となる。この場合、Ａ２／Ａ１≒０．５７となる。

図１１（Ａ）に示す表５は、本願発明者によって３つの測定用バルブシートそれぞれに形成された平面タイプ粗面領域（表５の（１）～（３））の仮想表面形状の測定結果である。外側実部断面積比率は、平均７７．６（％）となる。また、内側窪み断面積比率は、平均２２．４（％）となる。この場合、Ａ２／Ａ１≒０．２９となる。

図１１（Ｂ）に示す表６は、本願発明者によって３つの測定用バルブシートそれぞれに形成された平面タイプ粗面領域（表６の（１）～（３））の仮想表面形状の測定結果である。外側実部断面積比率は、平均９７．６（％）となる。また、内側窪み断面積比率は、平均２．４（％）となる。この場合、Ａ２／Ａ１≒０．０２となる。

図１１（Ｃ）に示す表７は、本願発明者によって３つの測定用バルブシートそれぞれに形成された平面タイプ粗面領域（表７の（１）～（３））の仮想表面形状の測定結果である。外側実部断面積比率は、平均７８．８（％）となる。また、内側窪み断面積比率は、平均２１．２（％）となる。この場合、Ａ２／Ａ１≒０．２７となる。

図１１（Ｄ）に示す表８は、本願発明者によって３つの測定用バルブシートそれぞれに形成された平面タイプ粗面領域（表８の（１）～（３））の仮想表面形状の測定結果である。外側実部断面積比率は、平均７２．０（％）となる。また、内側窪み断面積比率は、平均２８．０（％）となる。この場合、Ａ２／Ａ１≒０．３９となる。

図１１（Ｅ）に示す表９は、本願発明者によって２つの測定用バルブシートそれぞれに形成された平面タイプ粗面領域（表９の（１），（２））の仮想表面形状の測定結果である。外側実部断面積比率は、平均８７．１（％）となる。また、内側窪み断面積比率は、平均１２．９（％）となる。この場合、Ａ２／Ａ１≒０．１５となる。

＜傾斜面タイプ粗面領域の仮想表面形状の測定結果＞
図１２（Ａ）に示す表１０は、本願発明者によって４つの測定用バルブシートそれぞれに形成された傾斜面タイプ粗面領域（表１０の（１）～（４））の仮想表面形状の測定結果である。外側実部断面積比率は、平均８９．７（％）となる。また、内側窪み断面積比率は、平均１０．３（％）となる。この場合、Ａ２／Ａ１≒０．１１となる。

図１２（Ｂ）に示す表１１は、本願発明者によって２つの測定用バルブシートそれぞれに形成された傾斜面タイプ粗面領域（表１１の（１），（２））の仮想表面形状の測定結果である。外側実部断面積比率は、平均８６．９（％）となる。また、内側窪み断面積比率は、平均１３．１（％）となる。この場合、Ａ２／Ａ１≒０．１５となる。

＜粗面領域の仮想表面形状の測定結果に対する考察＞
Ａ２／Ａ１の値が１に近ければ近いほど、拡張部１５６を有する突出部１５１の数が少ない。言い換えると、拡張部１５６により覆い被されている窪み部１５２の数が少ない。以上の＜平面面タイプ粗面領域の仮想表面形状の測定結果＞および＜傾斜面タイプ粗面領域の仮想表面形状の測定結果＞の測定結果からすると、平均値ベースでＡ２／Ａ１の最大値は、略０．５７（図１０（Ｄ）に示す表４に対応）であった。したがって、Ａ２／Ａ１は、以下の（式２）を満たす。
（式２）：０＜Ａ２／Ａ１＜３／４

＜バルブシート素材＞
次に、図１３を参照して、バルブシート１の加工前における素材であるバルブシート素材９（図１３の太線部分参照）について説明する。本実施形態においてバルブシート素材９の軸方向延在面領域は、バルブシート１の軸方向延在面領域１３０と共通する。また、本実施形態においてバルブシート素材９の傾斜面領域１３１Ａは、図１３に示すように、バルブシート１の傾斜面領域１３１よりもバルブシート軸方向の長さが長い。したがって、バルブシート素材９は、図１３に示すように、バルブシート１よりもバルブシート軸方向の長さが長い。また、バルブシート素材９の傾斜面領域１３１Ａは、図１３に示すように、２つの傾斜面により構成されている。

以上のような構成のバルブシート素材９がシリンダヘッド圧入後に研磨および／または研削等の材料除去加工をされて、バルブシート１が形成される。

なお、バルブシート素材９に形成される粗面領域１５においても、バルブシート１を用いて説明した事項全てが適用可能である。つまり、以上の説明においてバルブシート１を適宜、バルブシート素材９に置き換えてもよい。

尚、本発明のバルブシートは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１バルブシート
２シリンダヘッド
７バルブ
８保持領域
８Ａ接触表面部
９バルブシート素材
１０中心軸
１１奥側開口
１２手前側開口
１３内周面
１４外周面
１５粗面領域
１８光学装置
１３０軸方向延在面領域
１３１，１３１Ａ傾斜面領域
１４０仮想円筒面（基準外周面）
１５０凹凸部
１５０Ａ基底面
１５０Ｂ外側実部領域
１５０ＢＡ，１５０ＣＡ周囲輪郭
１５０ＢＢ，１５０ＣＢ数値
１５０Ｃ内側窪み領域
１５１突出部
１５２窪み部
１５２Ｃ被覆部分
１５５基部
１５６拡張部
１５７反り面
１５９仮想表面形状
Ａ１外側実部断面積
Ａ２内側窪み断面積
Ｑバルブシート周方向
Ｙ圧入方向

Claims

内燃機関用のシリンダヘッドに圧入されるバルブシートであって、
自身の外周面に、凹凸部を有する粗面領域が有る部分と、前記粗面領域が無い部分を備え、
前記粗面領域が無い部分の前記外周面を延長した円筒面を基準外周面と定義し、
前記バルブシートの径方向における前記粗面領域に対向する側から前記粗面領域の表面を光学手段によりスキャンして得られる仮想表面形状を前記粗面領域が有するものと仮定したとき、
前記凹凸部は、前記基準外周面から前記径方向の外側に飛び出す実部となる外側実部領域、及び、前記基準外周面から前記径方向の内側に凹んで窪みとなる内側窪み領域を有し、
前記バルブシートの軸方向に沿って切った前記粗面領域の断面において、前記外側実部領域の周囲輪郭で囲まれる外側実部断面積Ａ１と、前記内側窪み領域の周囲輪郭で囲まれる内側窪み断面積Ａ２とが以下の条件式を満たすことを特徴とする、
バルブシート。
０＜Ａ２／Ａ１＜１
前記外側実部断面積Ａ１と、前記内側窪み断面積Ａ２とが以下の条件式を満たすことを特徴とする、
請求項１に記載のバルブシート。
０＜Ａ２／Ａ１＜３／４