JP7022769B2 - バルブシート、およびバルブシート素材 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
軸方向延在面領域130は、図3(A)に示すように、バルブシート1の内周面13を構成する領域のうち、バルブシート軸方向に略平行に延在する面により構成される領域である。具体的に軸方向延在面領域130は、軸方向延在面132により構成される。軸方向延在面132は、内周面13の一部を構成し、奥側開口11を起点として、バルブシート軸方向に略平行に手前側開口12側に向かって延在する環状の面である。
傾斜面領域131は、図3(A)に示すように、バルブシート1の内周面13を構成する領域のうち、バルブシート軸方向の手前側開口12側における軸方向延在面領域130の端部130A(以下、軸方向延在面領域手前側端部と呼ぶ。)を起点として、バルブシート軸方向の手前側開口12側のバルブシート1の端部1A(以下、バルブシート手前側端部と呼ぶ。)まで、バルブシート軸方向に対して傾斜して延びる面により構成される領域である。具体的に傾斜面領域131は、軸方向延在面領域手前側端部130Aを起点として、バルブシート軸方向に沿って奥側開口11側から手前側開口12側(圧入方向と反対方向:Y軸負方向)に進むにしたがって、バルブシート1の径方向(以下、バルブシート径方向と呼ぶ。)の外側に延びる、少なくとも1つの環状の傾斜面により構成される。図3(A)に示すように、本実施形態におけるバルブシート1には、例えば、中心軸10(バルブシート軸方向)に対する傾斜角が異なる傾斜面が複数あり、各傾斜面は連続して繋がってバルブシート手前側端部1Aまで延びる。
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。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。
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。
次に、図3を参照して、粗面領域15のバルブシート軸方向における形成範囲について説明する。粗面領域15のバルブシート軸方向における形成範囲を、粗面領域奥側端部15Aの位置、および、粗面領域手前側端部15Bの位置により説明する。なお、粗面領域15は、上記説明したように、バルブシート軸方向において粗面領域奥側端部15Aから粗面領域手前側端部15Bまで延びる。
また、図3(A),(B)に示すように、粗面領域手前側端部15Bは、位置1Dよりも手前側開口12側に位置する。一方、粗面領域奥側端部15Aは、バルブシート手前側端部1Aを起点として、バルブシート軸方向に沿ってバルブシート軸方向におけるバルブシートの全長の1/2の長さだけ離れた位置1Dよりも奥側開口11側に位置することがより好ましい。言い換えると、粗面領域奥側端部15Aは、バルブシート奥側端部1Bを起点として、バルブシート軸方向に沿ってバルブシート軸方向におけるバルブシートの全長の1/2の長さだけ離れた位置1Dよりも奥側開口11側に位置することがより好ましい。
上記説明したように、本実施形態におけるバルブシート1として、バルブシート軸方向の肉厚が薄い薄型バルブシートが想定される。薄型バルブシートとシリンダヘッド2との接合力を高める観点から見ると、粗面領域15の少なくとも一部が、薄型バルブシートの外周面14の手前側開口12寄りに形成されることが好ましい。
次に、図6を参照して、バルブシート1の製造方法について説明する。まず、所定の材料が混合される(S101)。具体的には、まず、<バルブシートの材料>で説明した焼結体の組成となるように、鉄系粉末に対して、黒鉛粉末および潤滑剤粉末、さらに、合金用粉末、または、固体潤滑剤粉末および/または硬質粒子粉末を配合した配合物が、混合装置に投入される。そして、混合装置で上記配合物が混合されて混合粉が生成される。
以上において、バルブシート1は、内部に空隙を有する鉄基焼結合金製の焼結体を材料として構成されたが、鉄基焼結合金製の焼結体に銅(Cu、以下同じ)を含浸させた銅含浸焼結体により構成されてもよい。鉄基焼結合金製の焼結体に銅を含浸させると、銅は、空隙に入り込む。鉄基焼結合金製の焼結体に熱伝導率が高い銅を含浸させると、その銅含浸焼結体は、熱伝導性が高くなるため、バルブシート1の熱伝導性を高めることができる。
次に、図9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9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9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9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9に示すように、2つの傾斜面により構成されている。
本願発明者は、本発明のバルブシートの高温保持力を評価するため、図10(A)の表に示すように、条件が異なるバルブシートNo1~17を作成した。バルブシートNo1,2には粗面領域が設けられていない。バルブシートNo3~17には、粗面領域が設けられている。そして、バルブシートNo3~17の粗面領域は、図2(A)に示すように、バルブシートの周面に略三角形状に形成されている。バルブシートNo3~16の略三角形状の粗面領域の底辺の長さは、略0.5(mm)とされ、高さ(バルブシート軸方向の長さ)は、略0.75(mm)(バルブシート1のバルブシート軸方向の長さの略1/4の長さ)とされている。なお、バルブシートNo17のみ、略三角形状の粗面領域の底辺の長さは、略1.0(mm)とされ、高さは、略1.5(mm)(バルブシート1のバルブシート軸方向の長さの略1/2の長さ)とされている。そして、バルブシートNo3~17の粗面領域は、バルブシートの周面の周方向に等間隔に5箇所形成されている。
1A バルブシート手前側端部
1B バルブシート奥側端部
1F 銅含浸バルブシート
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
15A 粗面領域奥側端部
15B 粗面領域手前側端部
16A 傾斜面重畳領域
16B 延在面重畳領域
16C バルブ当たり面重畳領域
130 軸方向延在面領域
131,131A 傾斜面領域
132 軸方向延在面
133 中間側傾斜面
134 バルブ当たり面
135 開口側傾斜面
150 凹凸部
151 突出部
152 窪み部
H 全長
Q バルブシート周方向
Y 圧入方向
Claims (13)
- 内燃機関用のシリンダヘッドに圧入されて、バルブに当接するバルブシートであって、
前記バルブシートの外周面の一部領域において、前記バルブシートの径方向の外側に突出する突出部と、前記バルブシートの径方向の内側に窪み、前記バルブシートの軸方向において該突出部に隣接する窪み部とで構成される凹凸部が前記バルブシートの前記軸方向に沿って複数並ぶ粗面領域を備え、
前記粗面領域の少なくとも一部は、前記バルブシートが前記シリンダヘッドに圧入される圧入方向の手前側の前記バルブシートの端部(以下、バルブシート手前側端部と呼ぶ。)を起点として、前記圧入方向に沿って前記圧入方向における前記バルブシートの全長の4/5の長さの範囲内に設けられ、
前記粗面領域は、前記バルブシートの周方向に間隔を空けて、等間隔に複数設けられることを特徴とする、
バルブシート。 - 前記突出部及び前記窪み部は、それぞれ前記粗面領域において前記バルブシートの周方向に沿って連なることを特徴とする、
請求項1に記載のバルブシート。 - 前記粗面領域の少なくとも一部は、前記バルブシート手前側端部を起点として、前記圧入方向に沿って前記圧入方向における前記バルブシートの全長の2/3の長さの範囲内に設けられることを特徴とする、
請求項1又は2に記載のバルブシート。 - 前記粗面領域の少なくとも一部は、前記バルブシート手前側端部を起点として、前記圧入方向に沿って前記圧入方向における前記バルブシートの全長の1/2の長さの範囲内に設けられることを特徴とする、
請求項1又は2に記載のバルブシート。 - 前記バルブシートの内周面は、前記圧入方向に対して傾斜する少なくとも1つの傾斜面を有する傾斜面領域を有し、
前記粗面領域は、前記バルブシートの径方向において前記傾斜面領域に重畳する重畳領域を有することを特徴とする、
請求項1~4のいずれか一項に記載のバルブシート。 - 前記傾斜面領域は、前記バルブに当接するバルブ当たり面を有し、
前記バルブシート手前側端部から前記バルブ当たり面における前記圧入方向の奥側の端部までの前記圧入方向の長さは、1.4mm以下であることを特徴とする、
請求項5に記載のバルブシート。 - 前記傾斜面領域は、前記バルブに当接するバルブ当たり面を有し、
前記バルブシート手前側端部から前記バルブ当たり面の前記圧入方向の奥側の端部までの前記圧入方向の長さは、前記圧入方向における前記バルブシートの全長の1/2以下であることを特徴とする、
請求項5に記載のバルブシート。 - 前記圧入方向における前記バルブシートの全長は、4mm以下であることを特徴とする、
請求項1~7のいずれか一項に記載のバルブシート。 - 内燃機関用のシリンダヘッドに圧入されて、バルブに当接するバルブシートの加工前における素材であるバルブシート素材であって、
前記バルブシート素材の外周面の一部領域において、前記バルブシート素材の径方向の外側に突出する突出部と、前記バルブシート素材の径方向の内側に窪み、前記バルブシート素材の軸方向において該突出部に隣接する窪み部とで構成される凹凸部が前記バルブシート素材の前記軸方向に沿って複数並ぶ凹凸部を有する粗面領域を備え、
前記粗面領域の少なくとも一部は、前記バルブシートが前記シリンダヘッドに圧入される圧入方向の手前側に相当する前記バルブシート素材の端部(以下、バルブシート素材手前側端部と呼ぶ。)を起点として、前記圧入方向に沿って前記圧入方向における前記バルブシート素材の全長の4/5の長さの範囲内に設けられ、
前記粗面領域は、前記バルブシート素材の周方向に間隔を空けて、等間隔に複数設けられることを特徴とする、
バルブシート素材。 - 前記突出部及び前記窪み部は、それぞれ前記粗面領域において前記バルブシート素材の周方向に沿って連なることを特徴とする、
請求項9に記載のバルブシート素材。 - 前記粗面領域の少なくとも一部は、前記バルブシート素材手前側端部を起点として、前記圧入方向に沿って前記圧入方向における前記バルブシート素材の全長の2/3の長さの範囲内に設けられることを特徴とする、
請求項9又は10に記載のバルブシート素材。 - 前記粗面領域の少なくとも一部は、前記バルブシート素材手前側端部を起点として、前記圧入方向に沿って前記圧入方向における前記バルブシート素材の全長の1/2の長さの範囲内に設けられることを特徴とする、
請求項9又は10に記載のバルブシート素材。 - 前記バルブシート素材の内周面は、前記圧入方向に対して傾斜する少なくとも1つの傾斜面を有する傾斜面領域を有し、
前記粗面領域は、前記バルブシート素材の径方向において前記傾斜面領域に重畳する重畳領域を有することを特徴とする、
請求項9~12のいずれか一項に記載のバルブシート素材。
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