WO2018020979A1 - 耐抜落ち性に優れたバルブシート - Google Patents

耐抜落ち性に優れたバルブシート Download PDF

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WO2018020979A1
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valve seat
press
outer peripheral
peripheral surface
concave
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清 諏訪
佐藤　賢一
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日本ピストンリング株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/22—Valve-seats not provided for in preceding subgroups of this group; Fixing of valve-seats
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/24—Safety means or accessories, not provided for in preceding sub- groups of this group

Definitions

  • the present invention relates to a valve seat for an internal combustion engine, and more particularly to an improvement in drop resistance of a valve seat used by being press-fitted into a light metal alloy cylinder head.
  • the valve seat plays a role of sealing the combustion gas and cooling the valve, and has been used by being pressed into the cylinder head of the engine.
  • the press-fitted valve seat is not actually in contact with all surfaces of the cylinder head, and the holding force at a high temperature (hereinafter also referred to as a high temperature holding force) is insufficient during engine operation. There was a case of falling out.
  • Patent Document 1 proposes a structure for preventing the valve seat from falling off.
  • the valve seat drop prevention structure described in Patent Document 1 forms an annular groove on the inner peripheral surface of the cylinder head press-fitting hole, and also forms an annular groove on the outer peripheral surface of the valve seat press-fitted into the cylinder head press-fitting hole,
  • an expansion ring that extends in the radial direction is inserted into the space formed by these annular grooves.
  • the expansion ring that was compressed when the valve seat was mounted on the cylinder head was formed on the annular groove formed on the inner peripheral surface of the press-fitting hole and the outer peripheral surface of the valve seat after press-fitting the valve seat.
  • it is accommodated in the annular groove, it is expanded and disposed across both the annular grooves, and the movement of the valve seat in the axial direction is completely suppressed, so that the drop-off can be surely prevented.
  • Patent Document 1 it is necessary to form grooves on the inner peripheral surface of the press-fitting hole and the outer peripheral surface of the valve seat of the cylinder head to form an annular groove. Therefore, there is a problem that it is difficult to ensure desired processing accuracy. Further, the technique described in Patent Document 1 has a problem that the expansion ring swings down due to vibration during press-fitting and a problem that it is difficult to ensure a desired function.
  • the present invention solves the problems of the prior art and is a valve seat that is used by being press-fitted into a light metal alloy cylinder head of an internal combustion engine, and does not easily fall off during operation of the internal combustion engine.
  • An object of the present invention is to provide an excellent valve seat.
  • the present inventors diligently studied various factors that affect the drop-out resistance of a valve seat used by being press-fitted into a light metal alloy cylinder head of an internal combustion engine.
  • the press-fitted valve seat is not in full contact with the cylinder head, so that there is a problem that the holding force (holding force at high temperature) is insufficient during the operation of the internal combustion engine and falls off. To do.
  • the present inventors roughen the outer peripheral surface of the valve seat that contacts the inner peripheral surface of the cylinder head. I came up with it.
  • the outer peripheral surface of the valve seat is usually finished to an arithmetic average height Ra of about 0.8 ⁇ m as specified in JIS B0601-2001.
  • the outer surface of the valve seat is rougher than a normal finishing surface, and the height of the mountain is 5 to 80 ⁇ m on the basis of the outer surface. It has been found that by roughening the surface as described above, the “high temperature loss load”, which is an index of the high temperature holding power, is remarkably increased, and the drop resistance is improved. Moreover, it has been found that the roughened region does not have to be the entire outer peripheral surface of the valve seat, and that a partial region of the outer peripheral surface of the valve seat is sufficiently effective.
  • the maximum peak height (or peak height) is 5 to 80 ⁇ m (hereinafter also referred to as “convex portion”) or the maximum valley depth (or valley depth). It has been found that the provision of at least one region (hereinafter also referred to as a concave portion) having a thickness of 5 to 100 ⁇ m significantly contributes to the improvement of the valve seat drop resistance. In addition, if the region having the maximum peak height (or peak height) or the region having the maximum valley depth (or valley depth) described above is present in an area ratio of about 0.3% with respect to the entire outer peripheral surface, it is resistant to dropout. It has also been found that it is sufficiently effective for improving the sexiness.
  • the present invention has been completed based on such findings and further studies. That is, the gist of the present invention is as follows. (1) A valve seat press-fitted into a light metal alloy cylinder head of an internal combustion engine, and having a peak height as a roughened region at least at one location on the outer peripheral surface of the valve seat with reference to the outer peripheral surface in the press-fitting direction.
  • the convex portion has a peak height of the convex portion that is continuously or stepwisely increased from the reference to the maximum peak height along the press-fitting direction with reference to the outer peripheral surface.
  • the concave portion has a valley depth of the concave portion that is continuously or stepwise reduced from the maximum valley depth to the reference along the press-fitting direction with the outer peripheral surface as a reference.
  • a valve seat characterized by being a region having an inclined valley depth.
  • a concave / convex mixed part having a plurality of rows of concaves and convexes formed by adjoining concaves and convexes extending in the press-fitting direction in a direction perpendicular to the press-fitting direction, and / or Or the valve seat characterized by having the uneven
  • the direction in which the concave portion and the convex portion extend in the concave-convex mixing portion is an angle formed by the press-fitting direction and has an angle within a range of more than 0 ° and less than 90 °.
  • the uneven mixing portion includes a plurality of rows of recesses extending in a certain direction, and a plurality of rows of recesses extending in a direction perpendicular to the certain direction.
  • the convex portion is a convex portion having a peak height of 5 to 80 ⁇ m with respect to the outer peripheral surface, and the concave portion is based on the outer peripheral surface.
  • a valve seat characterized by a recess having a valley depth of 5 to 100 ⁇ m.
  • the concavo-convex mixture portion has a cross-section perpendicular to the extending direction and a pitch that is an interval between two adjacent convex portions, and is 1 to 600 ⁇ m.
  • a valve seat having irregularities.
  • the peak heights of the plurality of rows of convex portions of the concave-convex mixed portion are a constant height with respect to the outer peripheral surface, or are press-fitted from the reference
  • a valve seat characterized by increasing along the direction.
  • the roughened region is observed in a direction perpendicular to the outer peripheral surface, and is triangular, quadrangular, circular, semicircular, or star-shaped.
  • a valve seat characterized by exhibiting any of the following.
  • the roughened region has the convex portion or the concave shape only on the periphery of the triangular shape, the quadrangular shape, the circular shape, the semicircular shape, or the star shape.
  • the valve seat characterized by forming a part. (12) The valve seat according to any one of (1) to (11), wherein the roughened region is formed at equal intervals in a circumferential direction. (13) The valve seat according to any one of (1) to (12), wherein the valve seat is made of an iron-based sintered alloy.
  • the high temperature holding force of the valve seat press-fitted into the light metal alloy cylinder head of the internal combustion engine increases, and the occurrence of the problem that the valve seat falls off during the operation of the internal combustion engine is drastically reduced. The effect of.
  • the valve seat of the present invention is used in a state where it is press-fitted into a cylinder head made of a light metal alloy such as an aluminum alloy or a magnesium alloy of an internal combustion engine.
  • the valve seat of the present invention is formed by processing a material into a predetermined dimension and forming a “roughened region” at least at one location on the outer peripheral surface of the valve seat.
  • the “roughened region” means a region having a surface texture that is locally rough compared to the surface roughness (Ra: about 0.8 ⁇ m) of a normal finished surface.
  • This “roughened area” increases the bonding force with the cylinder head (holding force of the valve seat) by biting into the surface layer of the light metal alloy cylinder head when the valve seat is press-fitted into the light metal alloy cylinder head. This contributes to an increase in the dropout load and has an action of suppressing the valve seat dropout during engine operation.
  • the “roughened region” is a convex portion having a constant height of 5 to 80 ⁇ m and / or a concave portion having a constant depth of 5 to 100 ⁇ m with reference to the outer peripheral surface. It is preferable to do. If the peak height of the convex portion is less than 5 ⁇ m, the peak height is too low to prevent the valve seat from falling off. On the other hand, when the peak height exceeds 80 ⁇ m, the light metal alloy such as an aluminum alloy of the cylinder head is scraped off, and the adhesion with the cylinder head decreases due to the light metal alloy such as the scraped aluminum alloy. For this reason, the peak height of the convex portion is limited to the range of 5 to 80 ⁇ m. The peak height is preferably 10 to 40 ⁇ m, more preferably 20 to 35 ⁇ m.
  • the valley depth of the concave portion is less than 5 ⁇ m, the valley depth is too shallow, and the amount of biting light metal alloy such as an aluminum alloy of the cylinder head is insufficient, and the valve seat cannot be prevented from falling off.
  • the valley depth exceeds 100 ⁇ m, the light metal alloy such as an aluminum alloy of the cylinder head is scraped, resulting in a decrease in the adhesion with the cylinder head.
  • the valley depth is preferably 10 to 100 ⁇ m, more preferably 15 to 35 ⁇ m.
  • a convex portion or a concave portion having such a surface property may be formed over the entire outer peripheral surface, but at least at one location on the outer peripheral surface, By forming a total area ratio of 0.3% or more, a desired holding force can be sufficiently maintained. For this reason, the total “roughened region” composed of convex portions and / or concave portions is 0.3% or more in terms of the area ratio with respect to the entire outer peripheral surface. In addition, Preferably it is 0.5% or more. On the other hand, when the roughened area exceeds 50% in total area ratio, the increase in the holding force of the press-fitted valve seat is saturated.
  • the total area ratio with respect to the entire outer peripheral surface is limited to 0.5% or more and 50% or less.
  • the shape of the “roughened region” that is a convex portion or a concave portion is not particularly limited, but a shape that becomes a long region in a direction orthogonal to the press-fitting direction can improve the drop-out resistance. It is preferable from the viewpoint.
  • a shape that is a long region in the direction orthogonal to the press-fitting direction the resistance at the time of dropout increases, the dropout load increases, and the dropout resistance improves.
  • FIGS. 1 (a) and 1 (b) it is preferable to observe from a direction perpendicular to the outer peripheral surface and to have a shape exhibiting an inverted triangular shape or a quadrangular shape in the press-fitting direction.
  • the shape has a triangular shape, a circular shape, a semicircular shape, or a star shape.
  • An example of a semicircular shape is shown in FIG. 5, and an example of a star shape is shown in FIG.
  • the shape of the “roughened region” is as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), as shown in FIG. Further, as schematically shown in FIGS. 1C and 1D, only a predetermined width of the peripheral portion (contour) having the above-described shape may be a roughened region.
  • the “convex portion” that is the “roughened region” has a peak height with respect to the outer peripheral surface as a reference, and as shown in FIG. It is good also as an area
  • the “concave portion” has a valley depth that decreases continuously or stepwise from the maximum valley depth to the reference along the press-fitting direction with the outer peripheral surface as a reference.
  • the region may have an inclined valley depth.
  • the “roughened region” is a region having a plurality of rows of recesses and protrusions extending in the press-fitting direction adjacent to each other in a direction perpendicular to the press-fitting direction, or in the circumferential direction. It is good also as an area
  • the drop-out resistance is improved as compared with the case where the convex portion and / or the concave portion is arranged.
  • An example of the “concave / convex mixed portion” as the roughened region is shown in FIGS. 7 and 8.
  • the direction in which the concave portion and the convex portion extend is the press-fitting direction or the circumferential direction, but the direction in which the extending direction forms an angle with the press-fitting direction and having an angle in the range of more than 0 ° and less than 90 °. (Oblique direction). Such a roughened region can be expected to have the same effect as described above.
  • a concave-convex mixed portion is formed by combining a plurality of rows of concave portions extending in a certain direction and a plurality of rows of concave portions extending in a direction perpendicular to the certain direction. It is good also as an uneven
  • An example of such a surface property is schematically shown in FIG.
  • the convex portions exhibit surface properties such that islands are present in the lattice-shaped concave portions.
  • the term “perpendicular to a certain direction” here includes not only the case of being exactly “perpendicular” but also the case of “substantially perpendicular” deviating from the exact “perpendicular” by several degrees.
  • the concavity and convexity is composed of a convex portion having a peak height of 5 to 80 ⁇ m and a concave portion having a valley depth of 5 to 100 ⁇ m with reference to the outer peripheral surface. If the peak height of the convex part is less than 5 ⁇ m, the peak height is too low to prevent the valve seat from falling off. On the other hand, when the maximum peak height exceeds 80 ⁇ m, the light metal alloy such as the aluminum alloy of the cylinder head is scraped off, and the adhesion with the cylinder head is reduced due to the light metal alloy such as the scraped aluminum alloy. For this reason, the peak height of the convex portion in the “concave / convex mixed portion” is limited to the range of 5 to 80 ⁇ m. The peak height is preferably 10 to 50 ⁇ m, more preferably 20 to 40 ⁇ m.
  • the valley depth of the recess is less than 5 ⁇ m, the valley depth is too shallow, and the amount of biting into the aluminum alloy of the cylinder head is insufficient, and the valve seat cannot be prevented from falling off.
  • the trough depth exceeds 100 ⁇ m, the aluminum alloy of the cylinder head is scraped off, resulting in a decrease in adhesion with the cylinder head.
  • the valley depth of the recesses in the “concave / convex mixture part” is limited to a range of 5 to 100 ⁇ m.
  • the valley depth is preferably 10 to 100 ⁇ m, more preferably 15 to 45 ⁇ m.
  • a pitch (hereinafter also referred to as a mountain pitch) that is the interval between two adjacent convex portions in a cross section perpendicular to the direction in which the concave and convex portions extend. ), It is preferable to have irregularities of 1 to 600 ⁇ m. If the peak pitch of the convex portion is less than 1 ⁇ m, the pitch is too narrow to sufficiently engage the aluminum alloy of the cylinder head, and it becomes impossible to secure a desired adhesion force with the cylinder head. On the other hand, if the peak pitch exceeds 600 ⁇ m, the pitch is too wide to sufficiently engage the aluminum alloy of the cylinder head, and it becomes impossible to secure a desired adhesion with the cylinder head.
  • the convex part may be a convex part having a constant peak height with respect to the outer peripheral surface or a convex part whose peak height increases along the press-fitting direction. It is good.
  • the shape of the concavo-convex mixed portion as the “roughened region” should be a shape that becomes a long region in a direction orthogonal to the press-fitting direction, like the concave portion and the convex portion described above. It is preferable from the viewpoint of improving dropability.
  • the shape of the “roughened region” is a region in which only the predetermined width of the peripheral portion (contour) of the above-described shape is roughened even if the entire shape of the above-described shape is processed into the above-described surface texture. Also good.
  • the above-described “surface unevenness mixing portion” having the surface property may be formed over the entire outer peripheral surface, but at a total area ratio of 0.3 to the entire outer peripheral surface at at least one location on the outer peripheral surface.
  • the total “roughened region” composed of the “concave / convex mixed portion” is 0.3% or more in terms of the area ratio with respect to the entire outer peripheral surface.
  • Preferably it is 0.5% or more.
  • the total area ratio with respect to the entire outer peripheral surface is preferably 0.5% or more and 50% or less.
  • the above-mentioned “roughened areas” having various surface properties are provided at least at one location on the outer peripheral surface of the valve seat, preferably at two locations around the axis of the valve seat at 180 ° intervals, and further holding the valve seat. From the viewpoint of stability, as shown in FIG. 1 (e), it is preferable to form at three equal intervals in the circumferential direction of the valve seat, such as three locations at 120 ° intervals around the axis.
  • the above-mentioned “roughened regions” having various surface properties are preferably formed by laser light irradiation treatment, or shot blast treatment or thermal spraying depending on the surface properties.
  • the entire surface of the valve seat outer peripheral surface is the roughened region, it is preferable to use a shot brass treatment from the viewpoint of productivity and economy, but depending on the surface properties, sandpaper, air hammer You may use the dent by.
  • the laser beam irradiation is a “roughened region” having the above-mentioned desired surface properties in a predetermined shape and size at a predetermined position on the outer peripheral surface of the valve seat set in advance.
  • an irradiation pattern and an irradiation time are selected and performed.
  • the valve seat of the present invention may be a valve seat having the above-described roughened region, and there is no need to limit the material thereof. Any conventional material for valve seats, such as smelting materials and sintered bodies, can be applied. Among these, it is preferable to use an iron-based sintered alloy from the viewpoint of excellent workability and manufacturability and easy adjustment of characteristics to be provided as a valve seat.
  • the iron-based sintered alloy suitable as the material for the valve seat of the present invention includes C: 0.4 to 1.5% by mass%, or further, Ni, Co, Cr, Mo, V, W, Si, S, It is preferable to contain one or two or more selected from Mn and B in a total of 40% or less and have a base composition composed of the remaining Fe and inevitable impurities.
  • the iron-based alloy sintered body has solid lubricant particles such as MnS, CaF 2 and BN in the matrix phase having the matrix composition described above, and has a Vickers hardness HV of 500 to 1200 HV0.1.
  • hard particles such as Mo—Si—Fe intermetallic compound particles, Mo—Si—Ni intermetallic compound particles, and Co-based intermetallic compound particles. Needless to say, particles for improving machinability may be dispersed.
  • an iron-based alloy sintered body suitable as a material for a valve seat of the present invention will be briefly described.
  • the graphite powder, the lubricant powder, or the alloy powder, or the solid lubricant powder and / or the hard particle powder so as to have the above-described sintered body composition.
  • Is mixed and kneaded with a mixer or the like to obtain a mixed powder.
  • the obtained mixed powder is charged into a mold having a predetermined shape and pressure-molded to obtain a green compact having a predetermined shape. Subsequently, these green compacts are subjected to a sintering treatment to obtain sintered bodies.
  • the sintering treatment is preferably performed at 1100 to 1200 ° C. in a reducing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere, which is a conventional sintering method.
  • the sintered body thus obtained is made into a valve seat for an internal combustion engine having a predetermined size and shape by processing such as cutting and grinding.
  • Iron powder (pure iron powder) was mixed with graphite powder, hard particle powder, and solid lubricant powder, mixed and kneaded to obtain a mixed powder.
  • 1.0% of graphite powder, 10.0% of hard particle powder, and 0.5% of solid lubricant powder were blended in mass% with respect to the total amount of iron-based powder, graphite powder, hard particle powder and solid lubricant powder, respectively.
  • the hard particles were Ni-Mo-Cr-Co hard particles having a Vickers hardness of HV of 800 to 1200 HV.
  • the solid lubricant particles were MnS.
  • the obtained mixed powder was filled into a mold and pressure-molded with a molding press to obtain a green compact in the form of a valve seat (dimension: ⁇ 34 mm ⁇ ⁇ 25 mm ⁇ 8 mm).
  • the density of the obtained green compact was 6.5 to 7.1 g / cm 3 .
  • the green compact was subjected to a sintering treatment at 1100 to 1200 ° C. for 60 minutes in a reducing atmosphere to obtain a sintered body a.
  • the density of the obtained sintered body a was 6.2 to 7.2 g / cm 3 .
  • the density was measured by the Archimedes method.
  • valve seats having predetermined dimensions (dimensions: ⁇ 32 mm ⁇ ⁇ 25 mm ⁇ 6.0 mm).
  • the surface roughness of the finished surface of the outer peripheral surface of the valve seat was 0.09 to 0.15 ⁇ m in Ra according to the provisions of JIS Z 0601 (2001).
  • a roughened region having the surface properties shown in Table 1 was formed in the shape shown in Table 1 on the outer peripheral surface of the finished valve seat. Formation of the roughened region was performed by laser light irradiation treatment or shot blast treatment, or thermal spraying, sandpaper, or dents by an air hammer. The case where the roughened area was not formed was defined as a conventional example (valve seat No. 1). The formed roughened region is schematically shown in FIGS. 3, 4, and 5 to 10. FIG.
  • FIG. 3 shows a case where the roughened region has a triangular shape in the state observed from the direction perpendicular to the outer peripheral surface.
  • FIG. 3A shows the height of the mountain along the press-fitting direction.
  • (B) is a case where the roughened region has a convex portion, and the peak height continuously changes from the outer peripheral surface to the maximum peak height along the press-fitting direction (the peak height increases). It is.
  • FIG. 4 shows a case where the roughened region has a rectangular shape when observed from a direction perpendicular to the outer peripheral surface.
  • FIG. 4A shows a case where the roughened region has a convex portion and a mountain height along the press-fitting direction.
  • (B) is a case where the roughened region exhibits a concave portion, and the valley depth continuously changes from the maximum valley depth to the outer peripheral surface along the press-fitting direction (valley depth). Is reduced).
  • the mountain height and valley depth were selected as appropriate.
  • FIG. 5 shows a case where the roughened region has a semicircular shape and the roughened region has a convex portion when observed from the direction perpendicular to the outer peripheral surface, and the mountain height is constant along the press-fitting direction. It was.
  • FIG. 6 shows a case where the roughened region has a star shape and the roughened region has a convex portion in a state observed from the direction perpendicular to the outer peripheral surface. was fixed.
  • FIG. 7 and 8 show a roughened region having a triangular shape as observed from a direction perpendicular to the outer peripheral surface, a surface property thereof exhibiting a concave-convex mixed portion, and the convex portions are both outer peripheral surfaces. Is a constant peak height, and all of the recesses have a constant valley depth with respect to the outer peripheral surface.
  • FIG. 7 is a case where the convex part and the concave part extending in the circumferential direction are regions having a plurality of rows in the press-fitting direction, which are adjacent to the direction perpendicular to the extending direction, and FIG.
  • the convex portions and concave portions extending in the press-fitting direction are regions having a plurality of rows of concave and convex portions adjacent to the direction perpendicular to the extending direction (circumferential direction). Note that the number of rows (a plurality of rows) was changed according to the size of the roughened region and the peak pitch.
  • the roughened region has a triangular shape when observed from the direction perpendicular to the outer peripheral surface, the surface property exhibits an uneven mixed portion, and both the convex portions are based on the outer peripheral surface.
  • a constant peak height and all of the recesses have a constant valley depth with respect to the outer peripheral surface.
  • FIG. 9 shows a case where the extending direction of the concave and convex portions of the concave / convex mixed portion is inclined by 45 ° with respect to the press-fitting direction
  • FIG. 10 shows the concave and convex portions obtained by combining the extending concave portions into a lattice shape. This is the case of the mixing portion, and concave portions are arranged in the press-fitting direction and the circumferential direction, respectively.
  • the laser light irradiation pattern, irradiation time, output so as to become the above-mentioned “roughened region” having the desired surface properties
  • the frequency was adjusted.
  • the roughened region was formed by thermal spraying, shot blasting, sandpaper processing, or air hammer processing.
  • the shot blasting process, the sandpaper process, and the air hammer process were performed on the entire outer peripheral surface of the valve seat.
  • the valve seat which does not perform a laser beam irradiation process, a shot blasting process, etc., and maintains the state as a finishing process was made into the prior art example.
  • the height of the mountain and the depth of the valley were measured using a non-contact shape meter (“one-shot 3D measurement macroscope” (trade name) (manufactured by Keyence Corporation)).
  • a high temperature holding force was measured by using a high temperature holding force measuring device shown in FIG. 2, and the high temperature holding force of the valve seat was evaluated.
  • the valve seat 1 to be evaluated was press-fitted into an aluminum alloy cylinder head equivalent material 2 of a high-temperature holding force measuring device. Then, the valve seat was heated by the heating means 4 disposed below the cylinder head equivalent material 2 until the valve seat reached a predetermined temperature (200 ° C.).
  • valve seat 1 heated to a predetermined temperature was pressed using a pushing jig 3 and separated from the cylinder head equivalent material 2.
  • the unloading load L at that time was measured with a load meter (not shown).
  • the slip-out load ratio of each valve seat was calculated based on the conventional example as a standard (1.00), and the slip-out resistance was evaluated. The obtained results are shown in Table 1.
  • the drop-out load is increased and the drop-out resistance is improved as compared with the conventional example without the roughened region.
  • the comparative example outside the scope of the present invention no change is observed in the slip-out load compared to the conventional example without the roughened region.

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Abstract

耐抜落ち性に優れたバルブシートを提供する。　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、外周面の少なくとも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、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。なお、粗面化領域の形成は、レーザ光照射によることが好ましい。

Description

耐抜落ち性に優れたバルブシート
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　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 (13)

  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請求項１ないし１１のいずれかに記載のバルブシート。
  13. 　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１２のいずれかに記載のバルブシート。
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