(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた耐摩耗性と高い熱伝導性を有する２層構造の内燃機関用バルブシートを提供する。【解決手段】フェイス面側層１ａが、基地相中に硬質粒子が分散した基地部を有し、該基地部が、質量％で、Ｃ：0.2〜2.0％を含み、Co、Mo、Si、Cr、Ni、Mn、Ｗ、Ｖ、Ｓ、Ca、Ｆのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で40％以下を含有する組成と、基地相中に硬質粒子をフェイス面側層１ａ全量に対する質量％で、5〜40％分散させてなる組織とを有する鉄系焼結合金製とし、着座面側層１ｂが、質量％で、Ｃ：0.2〜2.0％を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鉄系焼結合金製とし、フェイス面側層１ａを、バルブシート全量に対する体積％で、10〜45％と、薄肉に形成するとともに、２層境界面を、バルブシート軸とのなす平均角度で、20°〜90°の範囲内の角度を有する形状の面に調整する。【選択図】図１
2011157845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェイス面側層と着座面側層との２層を一体化してなる鉄基焼結合金製内燃機関用バルブシートであって、該バルブシートの少なくともバルブ当たり面が前記フェイス面側層で形成され、該フェイス面側層が、前記バルブシート全量に対する体積％で、10〜45％であることを特徴とする冷却能に優れた内燃機関用バルブシート。
【請求項２】
前記フェイス面側層と前記着座面側層との境界面が、バルブシート軸とのなす角度で20°以上90°以下の平均角度αを有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用バルブシート。
【請求項３】
前記境界面が、該境界面の平均位置に対し高さ方向で±300μm以下に調整されてなることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用バルブシート。
【請求項４】
前記フェイス面側層が、基地相中に硬質粒子が分散した基地部を有し、該基地部が、質量％で、Ｃ：0.2〜2.0％を含み、Co、Mo、Si、Cr、Ni、Mn、Ｗ、Ｖ、Ｓ、Ca、Ｆのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で40％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる基地部組成と、前記基地相中に硬質粒子をフェイス面側層全量に対する質量％で、5〜40％分散させてなる基地部組織とを有する鉄系焼結合金製で、
前記着座面側層が、質量％で、Ｃ：0.2〜2.0％を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる基地相組成を有する鉄系焼結合金製であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関用バルブシート。
【請求項５】
前記着座面側層の基地相組成が、前記基地相組成に加えてさらに、質量％で、Mo、Si、Cr、Ni、Mn、Ｗ、Ｖ、Ｓ、Ca、Ｆのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で20％以下、含有する組成とすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関用バルブシート。
【請求項６】
前記フェイス面側層が、前記基地相中に前記硬質粒子に加えてさらに、固体潤滑剤粒子が分散した基地部を有し、前記基地部組織が前記硬質粒子に加えてさらに固体潤滑剤粒子をフェイス面側層全量に対する質量％で0.3〜5.0％分散させてなる基地部組織を有することを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関用バルブシート
【請求項７】
前記着座面側層が、前記基地相中に固体潤滑剤粒子を着座面側層全量に対する質量％で0.3〜5.0％分散させてなる組織を有することを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関用バルブシート
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に使用される２層形式のバルブシートに係り、とくに熱伝導性の向上、すなわちバルブシートの冷却能向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、吸気口、排気口を開閉するバルブを着座させるバルブシートには、燃焼室の気密性を保持することができるとともに、バルブの繰返し当接による摩耗に十分に耐えられる耐摩耗性と、バルブの放熱などとくに燃焼室まわりの温度上昇を抑制できる優れた冷却能とを保持することが要求されている。とくに、このバルブシートの冷却能は、エンジン出力に大きく影響するため、バルブシートの保持すべき重要な性能となっている。
【０００３】
このため、近年では、異なる材料からなる２層構造のバルブシートが多用されるようになっている。この２層構造のバルブシートでは、バルブを着座させるフェイス面側に、耐摩耗性に優れた材料からなるフェイス面側層を、一方、シリンダヘッドに接する着座側に、熱伝導性に優れた材料からなる着座面側層を配し一体化した構造としている。このような２層構造のバルブシートは、寸法精度が高いこと、特殊な合金を使用できることなどから、最近ではほとんどが、粉末冶金を利用した焼結合金製となっている。しかし、フェイス面側層は、通常、耐摩耗性に優れた材料から構成され、多量の合金元素を含有しているため高価である。このため、材料コストの低減という観点から、２層構造のバルブシートにおいてはフェイス面側層を可能なかぎり薄肉化することが、従来から要望されている。
【０００４】
このような要望に対し、例えば、特許文献１には、複合成形バルブシートが記載されている。特許文献１に記載されたバルブシートは、バルブ当たり面に特殊合金である第２焼結合金を配し、他の部分が一般的な低合金焼結合金である第１焼結合金を配し、第２焼結合金と第１焼結合金との境界面が、第１焼結合金の粉末安息曲線とほぼ相似することを特徴とする複合バルブシートである。特許文献１に記載された技術では、図３に示すように、段部10aを有するダイ10と下パンチ12とコアロッド11とで第１空間を形成し（図３（ａ））、該第１空間に第１粉末P1を充填したのち（図３（ｂ））、ダイ10とコアロッド11を上昇させ、第１粉末の上面を粉末安息曲線に相似する形状とすることにより第２空間を形成して（図３（ｃ））、該第２空間に第２粉末P2を充填し（図３（ｄ））、バルブ当たり面の形状を有する上プレス13で圧縮成形する（図３（ｅ））。これにより、特殊合金からなる第２焼結合金量を著しく低減できるとしている。しかし、特許文献１に記載された技術では、第２粉末層（フェイス面側層）の厚さを極薄にすると、第１粉末層（着座面側層）との境界面が乱れ、第２粉末層（フェイス面側層）の厚さが極端に薄くなり、バルブ当たり面に第１粉末層（着座面側層）がフェイス面に露出する場合があり、耐摩耗性が顕著に低下し、バルブシートとして機能しないという問題があった。
【０００５】
また、特許文献２には、複合バルブシートの製造方法が記載されている。特許文献２に記載された技術は、ダイ、コアロッド、上パンチ、下パンチとを有するプレス成形機を用い、下パンチを相対的に下降して形成された第１の圧縮空間（充填空間）に、第１粉末を充填し、ついで内周側に円錐状突出部を有する上パンチを下降して第１粉末を圧縮し、予備圧粉成形体を形成し、ついで、上パンチを上昇させるとともに、下パンチをダイに対して相対的に移動し、予備圧粉成形体上に第２の空間を形成して、第２の空間に第１粉末とは異なる第２粉末を充填したのち、内周側に円錐状突出部を有する上パンチにより一体的に圧縮成形して圧粉体とし、ついで焼結して２層構造のバルブシート（複合バルブシート）とする複合バルブシートの製造方法である。なお、特許文献２に記載された技術では、上パンチによる第１粉末への圧縮は、予備圧粉成形体の上面に上パンチの形状が残される程度とし、実質的な成形は行なわないとしている。これにより、第２焼結合金の相対量が低減できるとしている。しかし、特許文献２に記載された技術では、第１粉末への圧縮成形と、第２粉末への圧縮成形とで、使用するパンチが同一であり、バルブシートの設計における自由度が低いうえ、パンチの移動ストロークが長くなり、成形時間が長く生産性が低下するという問題があった。
【０００６】
また、特許文献３には、バルブ当接層101とバックアップ層102とが異なる材料からなり、バルブ当接層側の端面にテーパ部101aを有し、しかもバルブ当接層とバックアップ層との境界面にテーパ部に沿う斜面が形成されていることを特徴とする、２層構造のバルブシートが記載されている。特許文献３に記載された技術では、ダイ10と、コアロッド11と、上パンチ14と、下第１パンチ12と、下第２パンチ13とを、有する粉末成形装置を利用して圧粉体を焼結して、上記した２層構造のバルブシート100を製造するとしている。特許文献３に記載された技術では、図４に示すように、まず、下第２パンチ13の上端面を、上端をテーパ面形状に形成した下第１パンチ12のテーパ面12a下端位置よりも上昇させて充填空間を形成しておき、下第１パンチ12上の該充填空間に第１の原料粉P1を充填する（図４（ａ））。ついで、下第２パンチ13を下第１パンチ12に対して相対的に下降させて、下第１パンチ12上の第１の原料粉P1の一部を、下第２パンチ13上に移動させる（図４（ｂ））。さらに、下第１パンチ12および下第２パンチ13上に充填空間を形成し、該充填空間に第２の原料粉P2を充填する（図４（ｃ））。そして、上パンチ14とコアロッド11およびダイ10とにより充填された原料粉を圧縮成形し圧粉体を形成する。この圧粉体を焼結して、上記したような２層構造のバルブシートが製造できるとしている。このような２層構造のバルブシートとすることにより、耐摩耗性を要するバルブ当接層が厚すぎず、高い熱伝導性を要するバックアップ層が十分な容積を有しているため、高い放熱性と耐摩耗性とを備えるバルブシートとすることができるとしている。
【０００７】
また、特許文献４には、第一のフィーダーにより第一層目の粉末を充填する工程と、充填した第一層目を仮押しシリンダーで仮押しする仮押し工程と、第二のフィーダーで第二の粉末を充填する第二層目充填工程と、充填された第一層目の金属と第二層目の金属を加圧する加圧成形工程からなる粉末成形方法が記載されている。この方法によれば、第一層目を充填してから仮押しし、ついで第二層目を充填するため、境界線がはっきりして、粉末が混じることがなくなるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭57−140802号公報
【特許文献２】特開昭58−215299号公報
【特許文献３】特開2004−351453号公報
【特許文献４】特開2002−239793号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献３に記載された技術では、バルブ当接層の厚さを極薄にすると、バックアップ層との境界面が乱れ、バルブ当接層（フェイス面側層）の厚さが極端に薄くなり、バルブ当たり面（フェイス面）にバックアップ層が露出する場合があり、耐摩耗性が顕著に低下するという問題があった。
また、特許文献４に記載された技術を使用して、高合金組成の薄肉第二層目を有する２層構造のバルブシートを製造すると、２層の境界面の形状が一定せず、フェイス面側層の薄肉化を安定して達成することができないため、例えばフラットパンチで圧縮した場合、フェイス面に第一層が露出することがあり、バルブシートの耐摩耗性が極度に低下するという問題を残していた。
【００１０】
本発明は、かかる従来技術の問題を有利に解決し、従来に比べて格段に、薄肉のフェイス面側層を有し、内燃機関用として好適な、優れた耐摩耗性と高い熱伝導性を有する２層構造の内燃機関用バルブシートを提供することを目的とする。ここでいう「薄肉のフェイス面側層」とは、バルブシート全量に対する体積％で、10〜45％のフェイス面側層を有する場合をいうものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記した目的を達成するため、２層境界面の安定形成に及ぼす各種要因について鋭意研究した。その結果、フェイス面側層の所望の薄肉化を安定して達成するためには、仮押しパンチの押圧面の形状を適正な面形状に選定することが肝要であることを見出した。そして、フェイス面側層と着座面側層との境界面をバルブシート軸に対する平均角度で、20°〜90°の適正範囲内の角度に調整する必要のあることを知見した。これにより、所望のフェイス面側層の薄肉化が達成でき、優れた耐摩耗性と優れた冷却能とを兼備するバルブシートを製造可能となった。境界面のバルブシート軸に対する平均角度が、上記した適正範囲を外れると、境界面が乱れ、着座面側層がバルブ当たり面（フェイス面）に露出し、耐摩耗性が低下し、所望のフェイス面側層の薄肉化を安定して達成できないことも見出した。
【００１２】
本発明は、かかる知見に基いて、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）フェイス面側層と着座面側層との２層を一体化してなる鉄基焼結合金製内燃機関用バルブシートであって、該バルブシートの少なくともバルブ当たり面が前記フェイス面側層で形成され、該フェイス面側層が、前記バルブシート全量に対する体積％で、10〜45％であることを特徴とする冷却能に優れた内燃機関用バルブシート。
【００１３】
（２）（１）において、前記フェイス面側層と前記着座面側層との境界面が、少なくともバルブ当たり面対応領域でバルブシート軸とのなす角度で20°以上90°以下の平均角度αを有する面とすることを特徴とする内燃機関用バルブシート。
（３）（２）において、前記境界面が、該境界面の平均位置を基準として、平均位置に対し直角方向の各位置で±300μm以下に調整されてなることを特徴とする内燃機関用バルブシート。
【００１４】
（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記フェイス面側層が、基地相中に硬質粒子が分散した基地部を有し、該基地部が、質量％で、Ｃ：0.2〜2.0％を含み、Co、Mo、Si、Cr、Ni、Mn、Ｗ、Ｖ、Ｓ、Ca、Ｆのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で40％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる基地部組成と、前記基地相中に硬質粒子をフェイス面側層全量に対する質量％で、5〜40％分散させてなる基地部組織とを有する鉄系焼結合金製で、前記着座面側層が、質量％で、Ｃ：0.2〜2.0％を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鉄系焼結合金製であることを特徴とする内燃機関用バルブシート。
【００１５】
（５）（４）において、前記着座面側層が、前記組成に加えてさらに、質量％で、Mo、Si、Cr、Ni、Mn、Ｗ、Ｖ、Ｓ、Ｐ、Ca、Ｆのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で20％以下、含有する組成とすることを特徴とする内燃機関用バルブシート。
（６）（４）または（５）において、前記フェイス面側層が、前記基地相中に前記硬質粒子に加えてさらに、固体潤滑剤粒子が分散した基地部を有し、前記基地部組織が前記硬質粒子に加えてさらに固体潤滑剤粒子をフェイス面側層全量に対する質量％で0.3〜5.0％分散させてなる基地部組織を有することを特徴とする内燃機関用バルブシート
（７）（５）または（６）において、前記着座面側層が、前記基地相中に固体潤滑剤粒子を着座面側層全量に対する質量％で0.3〜5.0％分散させてなる組織を有することを特徴とする内燃機関用バルブシート
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来に比べて格段に、薄肉のフェイス面側層を有する２層構造のバルブシートを安定して容易にしかも安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。本発明によれば、内燃機関用として好適な、優れた耐摩耗性と高い熱伝導性を兼備した、高い冷却能を有するバルブシートとすることができ、エンジン出力の向上に顕著に寄与するという効果もある。また、本発明によれば、バルブシートの径方向厚さを薄くすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のバルブシートの断面を模式的に示す概略説明図である。
【図２】本発明のバルブシートの２層構造を模式的に示す概略説明図である。
【図３】従来の２層構造バルブシートの製造工程の一例を示す概略説明図である。
【図４】従来の２層構造バルブシートの製造工程の一例を示す概略説明図である。
【図５】単体リグ試験機の概要を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の内燃機関用バルブシートは、図１に示すように、バルブと接触するフェイス面1aa側にフェイス面側層１ａと、着座面1baと接する側に着座面側層１ｂとを有し、フェイス面側層１ａと着座面側層１ｂとの２層を一体化してなる鉄基焼結合金製バルブシートである。本発明になるバルブシート１は、少なくともバルブ当たり面1caがフェイス面側層１ａで形成され、フェイス面側層１ａが、バルブシート１全量に対する体積％で、10〜45％となる構成とする。
【００１９】
フェイス面側層１ａの体積率が、10％未満では、フェイス面側層が薄くなりすぎて、内燃機関用として所望の耐摩耗性が確保できなくなる。一方、フェイス面側層が、45％を超えて多量となると、エンジンが高回転、高負荷の場合に、シリンダーヘッド、とくに燃焼室まわりの温度が上昇しすぎて、ノッキング等が発生し、所望のエンジン出力を確保できなくなる。また、フェイス面側層が、45％を超えて多量となると、材料コストが高価となり、経済的に不利となる。なお、フェイス面側層の好ましい体積率は、バルブシート全量に対する体積％で、10〜30％である。
【００２０】
本発明のバルブシートでは、フェイス面側層と前記着座面側層との境界面を、少なくともバルブ当たり面に対応する領域で、バルブシート軸とのなす角度で、20°以上90°以下の平均角度αを有する面とすることが好ましい。これにより、薄肉のフェイス面側層を達成でき、材料コストのより低減が可能となる。なお、境界面とバルブシート軸とのなす角は、図２に示すように、バルブシート軸を含む断面で境界面を観察し、断面における境界面の平均的な形状（線）を直線で近似し、バルブシート軸となす平均の角度αとして求めるものとする。
【００２１】
境界面とバルブシート軸とのなす角αが、20°未満では、フェイス面側層が薄くなりすぎて、内燃機関用として、所望の耐摩耗性が確保できなくなる。一方、90°を超えて大きくなると、着座面側層の比率が小さくなり、熱伝導性が低下し、バルブシートによる冷却能が低下する。このため、本発明では、フェイス面側層と着座面側層との境界面を、バルブシート軸とのなす角度で、20°以上90°以下の平均角度αを有する面に限定した。
【００２２】
また、本発明のバルブシートでは、フェイス面側層１ａと前記着座面側層１ｂとの境界面1abの平均位置を基準として、平均位置に対し直角方向の各位置で±300μm（＝Δｈ）以下に調整されてなる均一な境界面とすることが好ましい。２層の境界面が、高さ方向で上記した範囲（±300μm）（＝Δｈ）を外れ、波打ち状態になるなど大きく乱れると、フェイス面側層を薄肉にした本発明では、着座面側層がバルブ当たり面に露出したり、あるいは極端に薄い箇所が生じ、バルブシートの耐摩耗性が顕著に低下するという問題が生じる。
【００２３】
つぎに、本発明になるバルブシートの好ましい組成および組織について説明する。以下、組成における質量％は、単に％で記す。
本発明になるバルブシートのフェイス面側層は、基地相中に硬質粒子が分散した基地部を有する、鉄系焼結合金製とする。基地相中に硬質粒子を分散させることにより、バルブシートの耐摩耗性が顕著に向上する。本発明では、フェイス面側層の基地相中に分散させる硬質粒子は、Co基金属間化合物粒子、ステライト系金属間化合物粒子、Fe−Mo系金属間化合物粒子のいずれか、またはそれらの複合とすることが好ましい。なかでも、Co基金属間化合物粒子は、比較的軟らかなCo基地中に硬さの高い金属間化合物が分散した粒子であり、相手攻撃性が低いという特徴がある。好ましいCo基金属間化合物粒子としては、Si−Cr−Mo系Co基金属間化合物粒子、Mo−Ni−Cr系Co基金属間化合物粒子等が例示できる。
【００２４】
フェイス面側層では、硬質粒子を、フェイス面側層全量に対する質量％で、5〜40％分散させることが好ましい。分散させる量が、5％未満では、所望の耐摩耗性が確保できない。一方、40％を超える分散は、効果が飽和し、添加量に見合う効果が期待できなくなる。このため、フェイス面側層における硬質粒子の分散量をフェイス面側層全量に対する質量％で、5〜40％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは15〜25％である。
【００２５】
なお、フェイス面側層では、上記した硬質粒子に加えて、さらに固体潤滑剤粒子をフェイス面側層全量に対する質量％で、0.3 〜5.0％含有させてもよい。含有量が、0.3％未満では、所望の潤滑効果が期待できないうえ、切削性が低下する。一方、5.0％を超える含有は、切削性向上効果が飽和するうえ、強度の低下を招く。このため、含有する場合には、0.3〜5.0％の範囲に限定することが好ましい。より好ましくは0.4〜1.0％の範囲である。固体潤滑剤としては、MnS、CaF２が例示できる。
【００２６】
基地相と硬質粒子、あるいはさらに固体潤滑剤粒子を含む基地部は、Ｃ：0.2〜2.0％を含み、Co、Mo、Si、Cr、Ni、Mn、Ｗ、Ｖ、Ｓ、Ca、Ｆのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で40％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することが好ましい。
Ｃ：0.2〜2.0％
Ｃは、焼結体の強度、硬さを増加させ、焼結時に金属原子の拡散を容易にする元素であり、本発明では、0.2％以上含有させることが好ましい。一方、2.0％を超える含有は、基地中にセメンタイトが生成しやすくなるとともに、焼結時に液相が発生しやすく、寸法精度が低下するという問題がある。このため、Ｃは0.2〜2.0％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.9〜1.1％である。
【００２７】
Co、Mo、Si、Cr、Ni、Mn、Ｗ、Ｖ、Ｓ、Ca、Ｆのうちから選ばれた１種または２種以上：合計で40％以下
Co、Mo、Si、Cr、Ni、Mn、Ｗ、Ｖ、Ｓ、Ca、Ｆはいずれも、焼結体の強度、硬さを増加させ、さらには耐摩耗性を向上させる元素であり、このような効果を得るためには、硬質粒子起因を含め、少なくとも１種を選択し合計で20％以上含有することが望ましい。一方、これらの元素の含有量が合計で40％を超えと、成形性を低下させ、強度も低下させる。このため、Co、Mo、Si、Cr、Ni、Mn、Ｗ、Ｖ、Ｓ、Ca、Ｆのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で、40％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは合計で25％以下である。
【００２８】
上記した以外のフェイス面側層の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。
一方、本発明になるバルブシートの着座面側層は、フェイス面側層と同様に、鉄系焼結合金製で、焼結によりフェイス面側層と境界面を介して一体化されている。着座面側層は、バルブとは接触せず、フェイス面側層を支え、単にバルブシートとして所望の強度を確保できる組成とすることが好ましい。
【００２９】
なお、着座面側層では、必要に応じて、基地相中にさらに固体潤滑剤粒子を着座面側層全量に対する質量％で、0.3〜5.0％含有させてもよい。含有量が、0.3％未満では、所望の潤滑効果が期待できないうえ、切削性が低下する。一方、５％を超える含有は、切削性向上効果が飽和するうえ、強度の低下を招く。このため、含有する場合には、0.3〜0.5％の範囲に限定することが好ましい。固体潤滑剤としては、MnS、CaF２が例示できる。
【００３０】
本発明の着座面側層の基地相組成（なお、固体潤滑剤粒子が分散している場合には、それを含む基地部組成）は、Ｃ：0.2〜2.0％を含み、あるいはさらに、Mo、Si、Cr、Ni、Mn、Ｗ、Ｖ、Ｓ、Ｐ、Ca、Ｆのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で20％以下、含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とすることが好ましい。
Ｃ：0.2〜2.0％
Ｃは、焼結体の強度、硬さを増加させる元素であり、本発明では、バルブシートとして所望の強度、硬さを確保するために、着座面側層では0.2％以上含有することが望ましいが、2.0％を超える含有は、基地中にセメンタイトが生成しやすくなるとともに、焼結時に液相が発生しやすく、寸法精度が低下するという問題がある。このため、Ｃは0.2〜2.0％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.9〜1.1％である。
【００３１】
上記した成分が着座面側層の基本の成分であるが、この基本成分に加えてさらに、選択元素として、Mo、Si、Cr、Ni、Mn、Ｗ、Ｖ、Ｓ、Ｐ、Ca、Ｆのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で20％以下含有できる。
Mo、Si、Cr、Ni、Mn、Ｗ、Ｖ、Ｓ、Ｐ、Ca、Ｆのうちから選ばれた１種または２種以上：合計で20％以下
Mo、Si、Cr、Ni、Mn、Ｗ、Ｖ、Ｓ、Ｐはいずれも、着座面側層の強度、硬さを増加させる元素であり、必要に応じて選択して１種または２種以上を含有できる。このような効果を得るためには、合計で10％以上含有することが望ましいが、これら元素の含有量が合計で20％を超えると、成形性が低下し、また強度も低下する。このため、含有する場合には合計で20％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは５〜15％である。
【００３２】
なお、上記した以外の着座面側層の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。
つぎに、本発明バルブシートの好ましい製造方法について説明する。
本発明では、ダイ、コアロッド、上パンチ、下パンチと、互いに独立して駆動可能な２種のフィーダと、独立して駆動可能な仮押パンチと、を有するプレス成形機を用いる。
フェイス面側層用の原料粉としては、鉄系粉末と、黒鉛粉末と、合金元素粉末等の合金用粉末と、硬質粒子粉末と、潤滑剤粒子粉末と、あるいはさらに固体潤滑剤粒子粉末と、を上記したフェイス面側層組成となるように、所定量配合して、フェイス面側層用の混合粉とする。鉄系粉末は、純鉄粉としても、特定組成の鋼系粉末としてもよい。特定組成の鋼系粉末としては高速度鋼系粉末とすることが好ましい。使用する鉄系粉末は、アトマイズ粉とすることが好ましい。
【００３３】
また、着座面側層用の原料粉としては、鉄系粉末と、黒鉛粉末と、合金元素粉末等の合金用粉末と、潤滑剤粒子粉末と、あるいはさらに固体潤滑剤粒子粉末と、を上記した着座面側層組成となるように、所定量配合して、着座面側層用の混合粉とする。
まず、第１のフィーダーを移動させた後、ダイとコアロッドを下パンチに対し相対的に上昇させて、着座面側層用の充填空間を形成しながら、該充填空間に着座面側層用混合粉を充填する。そして、仮押パンチを移動させて、フェイス面側層との界面となる上面を所定の形状となるように、仮押パンチの押圧面形状、押圧力を調整して、着座面側層用混合粉を仮押しする。ついで、第２のフィーダーを移動させた後、ダイとコアロッドを下パンチに対し相対的に上昇させて、フェイス面側層用の充填空間を形成しながら、該充填空間にフェイス面側層用混合粉を充填する。そして、上パンチを下降させて、フェイス面側層用混合粉および着座面側層用混合粉とを一体的に加圧し、圧粉体とする。なお、加圧条件は、所望に応じて適宜決定すればよく、とくに限定する必要はないが、所望のバルブシート特性と関連して、5.0〜7.5 g/cm３の範囲の圧粉体密度となるように調整することが好ましい。
【００３４】
そして、得られた圧粉体に、ついで焼結処理を施して上下２層構造の焼結体とする。焼結処理の条件としては、還元雰囲気中で行なうこと以外は、所望の特性に応じて適宜、決定すればよく、とくに限定する必要はない。なお、焼結温度は、1100〜1200℃とすることが焼結拡散の観点から好ましい。
なお、強度確保の観点から、加圧成形と焼結処理とを少なくとも２回繰り返す、いわゆる２Ｐ２Ｓ工程とすることが好ましい。２Ｐ２Ｓ工程では、１回目の焼結処理は、仮焼結とし、２回目の焼結処理により所望の密度を有する焼結体とすることが好ましい。これにより、更なる密度向上が期待される。
【実施例】
【００３５】
表１に示す原料粉を、表１に示す配合量で混合し、Ｖ型混合機で混練し、フェイス面側層用混合粉とした。また、同様に、表１に示す原料粉を、表１に示す配合量で混合し、混練して、着座側層用混合粉とした。なお、混合に際して、鉄系粉末、黒鉛粉末、合金元素粉末、固体潤滑剤粒子粉末の合計を100重量部に対して、潤滑剤粒子粉末としてステアリン酸亜鉛粉末を0.8重量部配合した。
【００３６】
【表１】
2011157845.tif 000003
【００３７】
【表２】
2011157845.tif 000004
【００３８】
ダイ、コアロッド、上パンチ、下パンチと、互いに独立して駆動可能な２種のフィーダと、独立して駆動可能な仮押パンチと、を有するプレス成形機を用いた。まず、下パンチを相対的に下降させ、下パンチとダイとコアロッドとで着座面側層用の充填空間を形成し、該充填空間に、第１のフィーダーを移動させ、着座面側層用混合粉を充填した。ついで、仮押パンチを移動させて、充填した着座面側層用混合粉を仮押した。なお、仮押に際しては、仮押パンチの押圧面形状、押圧力を調整して、境界面となる着座面側層の上面形状を調整した。ついで、ダイとコアロッドを下パンチに対し相対的に上昇させて、フェイス面側層用の充填空間を形成し、該充填空間に、第２のフィーダーを移動させ、フェイス面側層用混合粉を充填した。そして、上パンチを下降させて、フェイス面側層用混合粉および着座面側層用混合粉とを一体的に加圧成形し、各種圧粉体とした。
【００３９】
得られた圧粉体に、仮焼結処理を施し、さらに粉末成形機で加圧成形（面圧：６〜10 ton/cm２）したのち、焼結処理（還元雰囲気中で、1100〜1200℃）を施す、２Ｐ２Ｓ工程を施し、焼結体とした。なお、一部の焼結体では、成形と焼結を１回とする１Ｐ１Ｓ工程とした。
得られた焼結体の各層から分析用試料を採取し、発光分析により各元素の含有量を求めた。測定は、２層の境界面より内側の断面とした。
【００４０】
また、得られた焼結体（バルブシート）のバルブシート軸を含む断面（８箇所）で切断し、研磨、腐食して各断面における２層の境界面を現出した。そして、境界面の形状をビデオマイクロスコープを用いて観察（倍率：100倍）した。図２に示すように、各断面における境界面の平均的な形状を直線で近似し、バルブシート軸となす角度αを測定した。各断面における角度を算術平均し、平均角度αを算出した。さらに、境界面の平均的な形状からのばらつき、すなわち、図２（ｂ）に示すように、境界面の平均形状位置からの高さ方向の差を測定し、その最大値をそのバルブシートの差Δｈとした。
【００４１】
また、焼結体断面の観察から、各層の断面積をもとめ、断面積比から換算して、バルブシートにおけるフェース面側層と着座面側層のそれぞれの体積率を算出した。
さらに、得られたバルブシート（焼結体）を、図５に示す単体リグ摩耗試験機に装入し、下記の試験条件で運転し、バルブシートのバルブフェース面に取り付けた熱電対によりバルブフェース面の温度を測定し、飽和した温度をバルブシート面温度とした。
【００４２】
試験条件；
試験時間：９hr
カム回転数：3000 rpm
バルブ回転数：10 rpm
スプリング荷重：35kgf（345Ｎ）（セット時）
リフト量：7.5 mm
バルブ材質：SUH35
なお、LPG＋Air量、冷却水量は一定とした。
【００４３】
焼結体No.１のバルブフェース面の温度を基準にして、焼結体No.１のバルブフェース面の温度と、当該焼結体のバルブフェース面の温度と差を算出した。焼結体No.１のバルブフェース面の温度に比べて低下している場合を冷却能が優れているとして、○とし、上昇している場合を冷却能が低下しているとして×として評価した。
また、試験前後の試験片（バルブシート）形状を測定し、試験前と試験後の差を算出し、摩耗量（μm）に換算した。焼結体No.１の摩耗量を基準として、当該焼結体の摩耗量が＋20％以内であれば、耐摩耗性の評価は○とし、それ以外の場合には×とした。
【００４４】
得られた結果を、表２、表３に示す。
【００４５】
【表３】
2011157845.tif 000005
【００４６】
【表４】
2011157845.tif 000006
【００４７】
【表５】
2011157845.tif 000007
【００４８】
【表６】
2011157845.tif 000008
【００４９】
本発明例はいずれも、耐摩耗性に優れ、さらに高い熱伝導性を有し、内燃機関用として好適優れた冷却能を有するバルブシートとなっている。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、冷却能が低下しているか、耐摩耗性が低下している。
【符号の説明】
【００５０】
１  バルブシート
1a  フェイス面側層
1b  着座面側層
２  セティングプレート
３  熱源（LPG＋Air）
４  バルブ
10  ダイ
11  コアロッド
12  下第１パンチ
13  下第２パンチ
14  上パンチ
100バルブシート
101バルブ当接層
102バックアップ層
【図１】
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【図２】
2011157845.tif 000010
【図３】
2011157845.tif 000011
【図４】
2011157845.tif 000012
【図５】
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