JP2001130974A - 金属−セラミック接合体及びそれを用いた摺動部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属体における耐摩耗性能に必要な硬度を確
保することができると共に、金属体とセラミック体との
接合強度についても良好な金属−セラミック接合体及び
それを用いた摺動部品を提供する。 【解決手段】 タペット１は、Ｃｕを少なくとも９０ｗ
ｔ％以上含有しているロー材層４を介して、金属体２と
セラミック体３とが接合により一体化されて構成されて
いる。そして、このロー材層４の接合強度を保持しつつ
一定の延性を確保するため、このロー材層４の厚みは３
０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内にて調整されてい
る。また、金属体２のステム軸部２ａの外周面における
表層部には、耐摩耗性の観点からその硬度を高めるべく
窒化処理による硬化部が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属−セラミック
接合体、特にタペット、ロッカーアーム、バルブリフタ
ー、カムシャフト、ターボロータ等の摺動部品に適した
金属−セラミック接合体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車、船舶、及び産業機械等に使用さ
れる摺動部品においては、近年、エンジンの高出力化、
高回転化、メンテナンスフリー化等の要請の高まりか
ら、耐摩耗性に優れるセラミック体が金属体にロー材層
を介して接合（ロー付け接合）された構造を有する金属
−セラミック接合体（以下、単に接合体ともいう）から
なるものが実用に供されている。

【０００３】このような摺動部品（例えば、タペット
等）にあっては、構造によって摺動部位を複数有するも
のがある。しかながら、その摺動部位全てに高価なセラ
ミック体を使用することはコストの面で好ましくない。
このため、一般に最も高面圧で摺動する部位、即ち最も
摺動特性が要求される部位にのみセラミック体を用い、
それ以外の摺動特性が要求される部位については、金属
体の表層部の硬度を高めるべく、金属体の表層部に硬化
処理を施して耐摩耗性能の向上を図っている。この金属
体の表層部の硬度を高める手段としては、従来より、金
属体とセラミック体とのロー付け接合時における加熱・
冷却（空冷）を利用して、金属体に硬化処理を施す方法
が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ロー付け接
合時の加熱・冷却を利用することにより金属体の表層部
に硬化処理を施す際には、通常の焼入れ処理を施す場合
と比較して、金属体に負荷される熱処理温度域が異なる
ものであることから、その表層部において耐摩耗性能に
必要な硬度が得られないことがある。そのため、ロー付
け接合時の熱により焼きが入る性質を併せ持った金属体
を使用することが好ましい。しかしながら、このような
性質を有する金属体としては、例えばＪＩＳ ＳＮＣＭ
６３０や同ＳＫＣ２４といった高価な材質のものに制限
されてしまい、かつ、これら材質の金属体は難加工材で
もあることから、コストが高くなるという問題がある。

【０００５】他方、炭素鋼やＣｒ−Ｍｏ鋼等の汎用で安
価な材質の金属体を使用して、ロー付け接合時の加熱・
冷却を利用することにより硬化処理を施すには、金属体
に予め浸炭処理等の焼入れ処理を施した上でロー付け処
理を行う必要がある。しかしながら、ロー付け接合時に
おける熱処理温度は、一般に金属体の変態点温度にまで
昇温されるものであり、予め焼入れした金属体が鈍って
しまい、耐摩耗性能に必要な硬度が得られないことがあ
る。

【０００６】そこで、ロー付け接合後に、別工程として
浸炭処理等の熱処理（焼入れ）を再度施して金属体を硬
化させることで、耐摩耗性能の向上を図ることが考えら
れる。しかしながら、浸炭処理は一般にロー付け接合時
の熱処理温度域にまで昇温されるものであり、またその
他の熱処理においても熱処理温度域がロー付け接合時の
熱処理温度域程度にまで及ぶことがあると、金属体とセ
ラミック体とを接合するロー材層において、例えばその
粘性が低下して融解するといったようなロー付け接合状
態の低下を招いてしまう。そのため、ロー材層による接
合強度が劣化してしまったり、著しい場合には接合剥が
れ（ロー材層の界面剥離）等が発生してしまうことが懸
念される。

【０００７】本発明は、かかる従来の問題点を解決し、
金属体における耐摩耗性能に必要な硬度を確保すること
ができると共に、金属体とセラミック体との接合強度に
ついても良好な金属−セラミック接合体及びそれを用い
た摺動部品を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】前記課題
を解決するために為された本発明の請求項１記載の金属
−セラミック接合体は、Ｃｕを主成分とするロー材層を
介して、金属体とセラミック体とが接合された構造を有
すると共に、前記金属体の表層部には窒化処理による硬
化部が形成されており、該硬化部の硬度が、該金属体の
内で当該硬化部を除く残余の部分の硬度よりも高い硬度
を有することを特徴とするかかる構造を有する金属−セ
ラミック接合体は、金属体の表層部において窒化処理に
よる硬化部が形成されており、その硬化部の硬度がビッ
カース硬さにてＨｖ５００〜７５０程度まで高められ、
優れた耐摩耗性能（摺動特性）を有するものとなる。こ
の窒化処理により形成される硬化部の硬度は、一般に浸
炭処理その他の硬化処理に比して幾分小さく、硬化され
る硬化部の深さも表層部近傍（表面近傍）に留まるもの
ではあるが、金属体の表層部における耐摩耗性能を確保
する観点からみれば何等問題は無いものである。

【０００９】逆に、この窒化処理による硬化部において
は、硬化される硬化部の深さが表層部近傍に留まるもの
であることから、金属体全体が硬化されるものではな
く、金属体の内部といった当該金属体の内で硬化部を除
く残余の部分については、金属体自身が有する靱性を有
効に維持することができ、接合体（金属体）に対して衝
撃荷重がかかった際にも脆性破壊といった危険性を回避
することができる。なお、本明細書において「窒化処
理」とは、金属に窒素を拡散浸透させる表面硬化法のこ
とをいうものであり、具体的にはガス窒化法、液体窒化
法、タフトライド法、イオン窒化法、ガス軟窒化法等が
挙げられる。

【００１０】また、本発明では、延性に優れるＣｕを主
成分とするロー材層を介して、金属体とセラミック体と
が接合されている。かかる構成によれば、このロー材層
が、ロー付け接合時において金属体とセラミック体の両
者の熱膨張差に起因する残留応力（あるいは熱応力）
を、自身の塑性変形によって緩和するように働く。この
ため、前記残留応力によってセラミック体にクラック等
の欠陥が生じたり、あるいはロー材層の界面剥離等が生
じたりすることを有効に抑制ないし防止した状態でロー
付け接合されることになり、信頼性の高い接合体を得る
ことができるのである。さらに、本発明では、ロー材層
が上述したようにＣｕを主成分とするＣｕ系ロー材を使
用してなるものであることから、ロー材層の耐熱性、ひ
いては接合体の高温接合強度を著しく高めることができ
る。なお、本明細書において「主成分」とは、最も含有
率の高い成分のことを意味するものである。

【００１１】ところで、金属体の表層部に硬化部を形成
するための前記窒化処理は、浸炭処理その他の硬化処理
と比較して、熱処理温度が５００〜６００℃程度と低い
温度域で行われるものである。他方、本発明ではロー材
層が延性及び耐熱性に優れるＣｕを主成分として構成さ
れているものである。即ち、本発明の接合体にあって
は、金属体の表層部に耐摩耗性能を向上させるべく窒化
処理により硬化部を形成するにあたり、窒化処理時の熱
処理温度がロー材層に及んだ場合にも、窒化処理時の熱
処理温度が低い温度域にあって、その一方、ロー材層が
延性及び耐熱性に優れるものであることから、硬化処理
に伴うロー付け状態の低下を有効に抑制した状態で、金
属体の表層部に硬化部が形成されることになる。

【００１２】つまり、本発明により、金属体の表層部に
て耐摩耗性能に必要な硬度が十分に満たされ、かつ、金
属体とセラミック体との接合強度についても良好な接合
体を提供することができる。さらに、硬化処理に伴うロ
ー付け状態の低下を有効に抑制しつつ、金属体の表層部
に硬化部を形成することが可能であることから、接合体
を構成する金属体の材質（例えば、鋼種）は特に制限さ
れるものではなく、それより接合体を低コストで提供す
ることが可能となる。

【００１３】また、前記ロー材層としては、請求項２に
記載のように、Ｃｕを少なくとも９０ｗｔ％以上含有し
ていることが好ましい。このようにＣｕを少なくとも９
０ｗｔ％以上含有しているロー材層は、通常９００℃以
上の耐熱性に優れるものであり、金属体の表層部に５０
０〜６００℃程度といった熱処理温度域にある窒化処理
により硬化部が形成される際にも、ロー付け状態を安定
して維持することができ、接合強度に優れた接合体を得
ることができる。なお、このようなロー材層としては、
例えば、Ｃｕ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ系（Ｃｕ−９３．０ｗ
ｔ％、Ａｌ−２．０ｗｔ％、Ｓｉ−３．０ｗｔ％、Ｔｉ
−２．０ｗｔ％）、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｔｉ系（Ｃｕ−９３．
０ｗｔ％、Ｓｉ−３．０ｗｔ％、Ｔｉ−４．０ｗｔ％）
等のＣｕ系のロー材を使用することにより構成すること
ができる。

【００１４】但し、前記延性及び耐熱性に優れるＣｕ系
ロー材を用いてロー材層が構成される場合にも、当該ロ
ー材層が所定の厚みの範囲内でなければその延性を十分
に発揮することができないことがある。このため、請求
項３に記載のように、Ｃｕを少なくとも９０ｗｔ％以上
含有している前記ロー材層の厚みが、３０μｍ以上５０
０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。この厚みの
範囲内としたのは、ロー材層の厚みがこれより薄い場合
には、上述したようにロー材層が有する延性を十分に発
揮することができないことがあり、一方、ロー材層の厚
みがこれより厚い場合には、例えばロー材層に衝撃荷重
等が大きく及んだ際に、接合強度が劣化してしまうこと
が懸念されるからである。

【００１５】さらに、本発明の金属−セラミック接合体
にあっては、請求項４に記載のように、複数のロー材層
の間にＣｕを主成分とする緩衝板を挟み込んだ状態にあ
る複合層を介して、金属体とセラミック体とが接合され
た構造を有すると共に、前記金属体の表層部には窒化処
理による硬化部が形成されており、該硬化部の硬度が、
該金属体の内で当該硬化部を除く残余の部分の硬度より
も高い硬度を有することを特徴とする。

【００１６】かかる構造を有する金属−セラミック接合
体では、上述したように金属体の表層部において窒化処
理による硬化部が形成されており、金属体の表層部にお
いては耐摩耗性能（摺動特性）に必要な硬度が十分に満
たされている。また、本発明では、延性に優れるＣｕを
主成分とする緩衝板を複数のロー材層の間に挟み込んだ
状態にある複合層を介して、金属体とセラミック体とが
接合されている。かかる構成によれば、この緩衝板が、
ロー付け接合時において金属体とセラミック体の両者の
熱膨張差に起因する残留応力を、自身の塑性変形によっ
て効果的に緩和するように働く。このため、前記残留応
力によってセラミック体にクラック等の欠陥が生じた
り、あるいはロー材層の界面剥離等が生じたりすること
を有効に抑制ないし防止することができる。なお、この
複合層は、緩衝板を複数のロー材層により挟み込んだ状
態で構成されており、この緩衝板が金属体側にロー材層
を介してロー付け接合される一方、セラミック体側にも
同様にロー材層を介してロー付け接合されることで接合
体は構成される。

【００１７】とりわけ、延性に優れる緩衝板を有する複
合層を介して構成される接合体にあっては、この緩衝板
が、ロー材層に代わり金属体とセラミック体との熱膨張
差に起因する残留応力を緩和し得ることから、ロー材層
として延性に優れるＣｕを含有するものを選択すること
は必ずしも必要ではない。したがって、ロー材の種類は
Ｃｕを主成分とするＣｕ系ロー材に制限されることな
く、Ａｇを主成分とするＡｇ系ロー材を選択することも
でき、ロー材の適用範囲が広くなるといった利点を有す
る。

【００１８】即ち、本発明の接合体にあっては、金属体
の表層部の耐摩耗性能を向上させるべく窒化処理により
硬化部を形成するにあたり、窒化処理時の熱処理温度が
複合層に及んだ場合にも、窒化処理時の熱処理温度が低
い温度域にあって、その一方、緩衝板が延性及び耐熱性
に優れるものであることから、ロー材層が例えばＡｇ系
ロー材により構成される場合にもＣｕを主成分とする緩
衝板の働きによって、窒化処理に伴うロー材層を含む複
合層におけるロー付け状態の低下を有効に抑制した状態
で、金属体の表層部に硬化部が形成されることになる。

【００１９】また、前記緩衝板としては、請求項５に記
載のように、Ｃｕを少なくとも９０ｗｔ％以上含有して
いることが好ましい。このようにＣｕを少なくとも９０
ｗｔ％以上含有している緩衝板は、通常９００℃以上の
耐熱性に優れるものであるため、５００〜６００℃程度
といった熱処理温度域にある窒化処理により金属体の表
層部に硬化部が形成される際にも、その緩衝板の働きに
よりロー材層を含む複合層のロー付け状態を安定して維
持することができ、接合強度に優れた接合体を得ること
ができる。

【００２０】但し、前記延性及び耐熱性に優れるＣｕを
主成分とする緩衝板を配設して複合層が形成される場合
にも、当該複合層の内でＣｕを含有する部分が所定の厚
みの範囲内でなければその延性を十分に発揮することが
できないことがある。このため、請求項６に記載のよう
に、前記複合層において、Ｃｕを少なくとも９０ｗｔ％
以上含有している部分の厚みが、３０μｍ以上５００μ
ｍ以下の範囲内にあることが好ましい。なお、この部分
の厚みは、複合層を構成するロー材層がＣｕを少なくと
も９０ｗｔ％以上含有している場合には、ロー材層と緩
衝板とを併せた部分の厚みのことをいうものとする。こ
の厚みの範囲内としたのは、複合層の内でＣｕを少なく
とも９０ｗｔ％以上含有している部分の厚みがこれより
薄い場合には、上述したように緩衝板が有する延性を十
分に発揮することができないことがあり、一方、複合層
の内でＣｕを少なくとも９０ｗｔ％以上含有している部
分の厚みがこれより厚い場合には、例えば複合層に衝撃
荷重等が大きく及んだ際に、接合強度が劣化してしまう
ことが懸念されるからである。

【００２１】

【発明の実施の形態】［第１実施形態］以下、本発明の
好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実
施形態では、内燃機関（エンジンブロック）に組み込ま
れ、吸気・排気弁等の動弁機構を駆動させる摺動部品た
るタペットに、本発明の金属−セラミック接合体を適用
した例を示す。

【００２２】図１に示すタペット１は、Ｃｕを少なくと
も９０ｗｔ％以上含有しているロー材層４を介して、金
属体２とセラミック体３とが接合により一体化された構
造を有している。金属体２は、Ｆｅ系材料を冷間鍛造及
び研削加工することにより形成されており、自身の軸線
直交断面が略円状のステム軸部２ａの一方の端部側に、
軸線方向のプッシュロッド挿通孔２ｃを開口する一方
で、他方の端部側にステム軸部２ａの径よりも大径のベ
ース部２ｂが連設された形状を有する。このステム軸部
２ａの外周面における表層部は、エンジンブロックに設
けられた軸状のガイド孔内壁面（図示せず）に沿って往
復動されることから、耐摩耗性能（摺動特性）が要求さ
れ、その表層部は硬度を高めるべく窒化処理により硬化
部（図示せず）が形成されている。また、この窒化処理
による硬化部は、ステム軸部２ａの外周面における表層
部のみならずプッシュロッド挿通孔２ｃのプッシュロッ
ド（図示せず）との当たり面にも形成されている。

【００２３】なお、金属体２を形成するＦｅ系材料とし
ては、各種炭素鋼、合金鋼（ステンレス鋼あるいは耐熱
鋼を含む）、あるいは鋳鉄を使用できる。例えばＪＩＳ
に規定されたものでは、ＪＩＳ Ｓ４５Ｃ、同Ｓ５０
Ｃ、同ＳＣｒ４４０、同ＳＣｒ４２０、同ＳＣＭ４３
５、同ＳＮＣ６３１、同ＳＮＣ８１５、同ＳＮＣＭ４３
９、同ＳＮＣＭ４４７、同ＳＮＣＭ６３０、同ＳＡＣＭ
６４５等種々の材料が適用可能である。

【００２４】ついで、セラミック体３は、窒化珪素（Ｓ
ｉ₃Ｎ₄）を主体に構成することができる。窒化珪素は機
械的強度、耐摩耗性及び耐食性に優れ、タペット等高温
・高負荷かつ腐食性の過酷な環境下で使用される動弁系
摺動部品においても、十分な強度及び耐久性を確保する
ことが可能である。この窒化珪素を主体とするセラミッ
ク体３は、例えば、窒化珪素原料９０ｗｔ％にＹ₂０₃−
Ａｌ₂Ｏ₃系焼結助剤及び成形バインダを加え、金型プレ
スにより成形後、脱脂、焼成を行い、両端面を研削して
円板状に形成したものを使用することができる。なお、
セラミック体３は、窒化珪素以外では、炭化珪素、窒化
アルミニウム、アルミナ、サイアロン等を適用可能であ
る。

【００２５】なお、セラミック体３のカム摺動面をなす
一端面３ａは、図中やや誇張して示すように、クラウニ
ング形状に形成されている。このクラウニング形状は、
金属体２とセラミック体３とのロー付け接合時における
加熱後の冷却時に、金属体２とセラミック体３との熱膨
張差を利用して、セラミック体３を中央部が盛り上がる
ように弾性変形させることにより形成したものである。
この方法によれば、研磨等の機械加工を用いることなく
セラミック体３にクラウニング形状を形成することがで
きる。

【００２６】ついで、ロー材層４を形成するためのロー
材は、Ｃｕを主成分とするＣｕ系ロー材を使用すること
により、ロー材層４の延性及び耐熱性、ひいては摺動部
品の高温接合強度をさらに高めることができる。さらに
Ｃｕ系ロー材としては、Ｃｕを９０ｗｔ％以上含有する
ものを使用することにより、ロー材層４（接合部）の耐
熱性にとりわけ優れた摺動部品を得ることが可能とな
る。このＣｕ系ロー材としては、具体的にはＣｕ−Ａｌ
−Ｓｉ−Ｔｉ系のロー材（Ｃｕ−９３．０ｗｔ％、Ａｌ
−２．０ｗｔ％、Ｓｉ−３．０ｗｔ％、Ｔｉ−２．０ｗ
ｔ％）が挙げられる。

【００２７】Ｃｕの含有量は上述のように９０ｗｔ％以
上に設定することで、ロー材層の延性及び耐熱性が特に
良好となる。Ａｌは主にロー材の融点を調整する働きを
なし、含有量が高いほどロー材の融点が低下する。一
方、Ｓｉはロー材が溶融してできる液相の流動性を高
め、空孔といった欠陥が少ないロー材層の形成に寄与す
る。但し、Ｓｉ含有量が０．１ｗｔ％未満になると液相
の流動性改善効果が乏しくなり、逆に８ｗｔ％を越える
とロー材層が脆弱化して接合強度の低下につながるおそ
れがある。

【００２８】なお、活性金属成分たるＴｉが１０ｗｔ％
を越えるとセラミックとの界面反応生成物の量が増大し
て接合強度が低下するため、活性金属成分の含有量は１
０ｗｔ％以下、望ましくは５ｗｔ％以下の範囲内にて調
整するのがよい。なお、Ａｌの含有量は、Ｓｉ及び活性
金属成分の含有量と、ロー材の狙い融点（固相線温度）
とを勘案して、０．１〜５ｗｔ％の範囲内にて適宜調整
する。

【００２９】さらに、Ｃｕを少なくとも９０ｗｔ％以上
含有している前記ロー材層４の厚みは、３０μｍ以上５
００μｍ以下の範囲内にて調整するのがよい。厚さが５
００μｍを超えると、例えばロー材層４に衝撃荷重等が
大きく及んだ際に、接合強度の低下を招くおそれがあ
る。一方、厚さが３０μｍ未満ではロー材層４が有する
延性を十分に発揮することができない場合がある。な
お、前記以外のＣｕ系ロー材としては、Ｃｕ−Ａｌ−Ｓ
ｉ−Ｔｉ系（Ｃｕ−９０．０ｗｔ％、Ａｌ−３．０ｗｔ
％、Ｓｉ−３．５ｗｔ％、Ｔｉ−３．５ｗｔ％）、Ｃｕ
−Ｐｄ−Ｓｉ−Ｔｉ系（Ｃｕ−９０．０ｗｔ％、Ｐｄ−
６．０ｗｔ％、Ｓｉ−２．０ｗｔ％、Ｔｉ−２．０ｗｔ
％）、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｔｉ系（Ｃｕ−９３．０ｗｔ％、Ｓ
ｉ−３．０ｗｔ％、Ｔｉ−４．０ｗｔ％）等を使用する
こともできる。

【００３０】ついで、本実施形態に示すタペット１を構
成する金属−セラミック接合体を製造するには、Ｆｅを
主体に構成される金属体２と窒化珪素を主体に構成され
るセラミック体３とを、Ｃｕを主成分とするＣｕ系ロー
材を介して、真空または不活性ガス（窒素ガス、アルゴ
ンガス、ヘリウムガス等）雰囲気中でロー付け接合す
る。このロー付け接合は、熱処理温度域１０００〜１２
００℃程度（例えば、１０５０℃）、接合時間５〜６０
分間（例えば、５０分間）で行うことが好ましい。

【００３１】そして、ロー付け接合後であって、得られ
た接合体を室温〜５０℃まで一旦冷却した後に、金属体
２のステム軸部２ａの外周面における表層部及びプッシ
ュロッド挿通孔２ｃのプッシュロッドとの当たり面に対
して硬化部を形成するために窒化処理を行う。なお、こ
の窒化処理にあっては、ガス窒化法、液体窒化法、タフ
トライド法、イオン窒化法、ガス軟窒化法等種々考えら
れる。また、この窒化処理は、熱処理温度域５００〜６
００℃程度、処理時間３０〜３００分間で行うことが好
ましい。

【００３２】このように、本実施形態では、金属体２の
表層部に硬化部を形成するための硬化処理として、浸炭
処理その他の硬化処理と比較して熱処理温度域が５００
〜６００℃程度と低い温度域で行われる窒化処理を用い
ており、他方、ロー材層４が延性及び耐熱性に優れるＣ
ｕを主成分として構成されている。このため、金属体２
の表層部に耐摩耗性能を向上させるべく窒化処理により
硬化部を形成するにあたって、窒化処理時の熱処理温度
がロー材層４に及んだ場合にも、窒化処理時の熱処理温
度が低い温度域にあって、その一方、ロー材層４が延性
及び耐熱性に優れるものであることから、硬化処理に伴
うロー付け状態の低下を有効に抑制した状態で、金属体
２の表層部に硬化部が形成されることになる。

【００３３】なお、上記実施形態では、セラミック体３
を金属体２に直接ロー付け接合していたが、図２に示す
ように、ロー材層４が第１ロー材層４ａ及び第２ロー材
層４ｂに分割され、かつ、その分割されたロー材層４
ａ、４ｂの間にＣｕを少なくとも９０ｗｔ％以上含有し
ている緩衝板５を挟み込んだ状態で構成される複合層６
を介して、セラミック体３と金属体２とを接合した接合
体タペットを構成することもできる。

【００３４】このように、延性及び耐熱性に優れるＣｕ
を少なくとも９０ｗｔ％以上含有している緩衝板５を、
ロー材層４ａ、４ｂの間に挟み込んでなる複合層６を介
して接合体を構成することにより、ロー付け接合時にお
いて、この緩衝板５が、金属体２とセラミック体３との
熱膨張差に起因する残留応力を、自身の塑性変形によっ
て効果的に緩和することができる。このため、ロー材層
４として延性に優れるＣｕを含有するものを上記実施形
態のように選択することは必ずしも必要ではない。

【００３５】したがって、緩衝板５を有する複合層６を
介して接合体タペットが構成される場合にあっては、ロ
ー材の種類はＣｕを主成分とするＣｕ系ロー材に制限さ
れることなく、Ａｇを主成分とするＡｇ系ロー材を選択
することができる。なお、Ａｇを主成分とするＡｇ系の
ロー材としては、Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ−Ｔｉ系ロー材（Ｃ
ｕ：１５〜３０ｗｔ％、Ｉｎ：８〜１５ｗｔ％、Ｔｉ：
０．５〜４ｗｔ％、残部Ａｇ）、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ロ
ー材（Ｃｕ：２０〜４０ｗｔ％、Ｔｉ：０．５〜４ｗｔ
％、残部Ａｇ）等が挙げられる。また、緩衝板として軟
質金属であるＮｉ系の緩衝板を使用することも考えられ
るが、ＮｉはＣｕに比較して耐熱性が低く、延性もやや
劣るため、Ｃｕ系の緩衝板を使用することが好ましい。 ［第２実施形態］本実施形態では、内燃機関に組み込ま
れ、吸気・排気弁等の動弁機構を駆動させるロッカーア
ームに、本発明の金属−セラミック接合体を適用した例
を示す。

【００３６】図８に示すロッカーアーム２０１は、内燃
機関の吸気・排気のタイミングに合わせてその一端で吸
気・排気バルブを開弁方向に押圧付勢するものであり、
金属体２０２とセラミック体２０３とが、Ｃｕを少なく
とも９０ｗｔ％以上含有しているロー材層２０４を介し
て接合されて構成されている。

【００３７】金属体２０２は、Ｆｅ系材料を冷間鍛造及
び研削加工することにより形成されており、長軸状の本
体を有し、その一端に揺動中心となる揺動軸２０７を備
え、その他端に、吸気・排気バルブを開く際にバルブス
テム（図示せず）の上端部を押圧する押圧部２０８を備
えている。

【００３８】この押圧部２０８の表層部は、エンジンブ
ロックに設けられたバルブステムの上端部に頻繁に接触
することから、耐摩耗性能が要求される。このため、金
属体２０２の表層部にはその硬度を高めるべく窒化処理
による硬化部（図示せず）が形成されている。

【００３９】なお、金属体２０２を形成するＦｅ系材料
としては、各種炭素鋼、合金鋼（ステンレス鋼あるいは
耐熱鋼を含む）、あるいは鋳鉄を使用できる。例えばＪ
ＩＳに規定されたものでは、ＪＩＳ Ｓ４５Ｃ、同Ｓ５
０Ｃ、同ＳＣｒ４４０、同ＳＣｒ４２０、同ＳＣＭ４３
５、同ＳＮＣ６３１、同ＳＮＣ８１５、同ＳＮＣＭ４３
９、同ＳＮＣＭ４４７、同ＳＮＣＭ６３０、同ＳＡＣＭ
６４５等種々の材料が適用可能である。

【００４０】ついで、セラミック体２０３は、ロッカー
アーム２０１の揺動のために、吸気側カム或いは排気側
カム（図示せず）が当接する当接部を構成するものであ
り、金属体２０２の上面に接合されている。このセラミ
ック体２０３は、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）を主体に構成す
ることができる。窒化珪素は機械的強度、耐摩耗性及び
耐食性に優れ、ロッカーアーム等高温・高負荷かつ腐食
性の過酷な環境下で使用される動弁系摺動部品において
も、十分な強度及び耐久性を確保することが可能であ
る。この窒化珪素を主体とするセラミック体２０３は、
例えば、窒化珪素原料９０ｗｔ％にＹ₂０₃−Ａｌ₂Ｏ₃系
焼結助剤及び成形バインダを加え、金型プレスにより成
形後、脱脂、焼成を行い、両端面を研削して平板状に形
成したものを使用することができる。なお、セラミック
体２０３は、窒化珪素以外では、炭化珪素、窒化アルミ
ニウム、アルミナ、サイアロン等を適用可能である。

【００４１】なお、セラミック体２０３において吸気側
カム或いは排気側カムとの当接面をなす一端面２０３ａ
は、図中やや誇張して示すように、クラウニング形状に
形成されている。このクラウニング形状は、金属体２０
２とセラミック体２０３とのロー付け接合時における加
熱後の冷却時に、金属体２０２とセラミック体２０３と
の熱膨張差を利用して、セラミック体２０３を中央部が
盛り上がるように弾性変形させることにより形成したも
のである。この方法によれば、研磨等の機械加工を用い
ることなくセラミック体２０３にクラウニング形状を形
成することができる。

【００４２】ついで、ロー材層２０４を形成するための
ロー材は、Ｃｕを主成分とするＣｕ系ロー材を使用する
ことにより、ロー材層２０４の延性及び耐熱性、ひいて
は摺動部品の高温接合強度をさらに高めることができ
る。さらにＣｕ系ロー材としては、Ｃｕを９０ｗｔ％以
上含有するものを使用することにより、ロー材層２０４
（接合部）の耐熱性にとりわけ優れた摺動部品を得るこ
とが可能となる。このＣｕ系ロー材としては、具体的に
はＣｕ−Ｓｉ−Ｐｄ−Ｔｉ系のロー材（Ｃｕ−９２ｗｔ
％、Ｓｉ−３ｗｔ％、Ｐｄ−２．５ｗｔ％、Ｔｉ−２．
５ｗｔ％）が挙げられる。

【００４３】Ｃｕの含有量は上述のように９０ｗｔ％以
上に設定することで、ロー材層の延性及び耐熱性が特に
良好となる。Ｓｉはロー材が溶融してできる液相の流動
性を高め、空孔といった欠陥が少ないロー材層の形成に
寄与する。但し、Ｓｉ含有量が０．１ｗｔ％未満になる
と液相の流動性改善効果が乏しくなり、逆に８ｗｔ％を
越えるとロー材層が脆弱化して接合強度の低下につなが
るおそれがある。一方、Ｐｄはロー材の耐熱性、耐食性
を向上させる働きをなし、含有量が高いほどその効果は
高められるが、融点の上昇及び価格の上昇を招いてしま
う。

【００４４】なお、活性金属成分たるＴｉが１０ｗｔ％
を越えるとセラミックとの界面反応生成物の量が増大し
て接合強度が低下するため、活性金属成分の含有量は１
０ｗｔ％以下、望ましくは５ｗｔ％以下の範囲内にて調
整するのがよい。さらに、Ｃｕを少なくとも９０ｗｔ％
以上含有している前記ロー材層の厚みは、３０μｍ以上
５００μｍ以下の範囲内にて調整するのがよい。厚さが
５００μｍを超えると、例えばロー材層に衝撃荷重等が
大きく及んだ際に、接合強度の低下を招くおそれがあ
る。一方、厚さが３０μｍ未満ではロー材層が有する延
性を十分に発揮することができない場合がある。なお、
前記以外のＣｕ系ロー材としては、Ｃｕ−Ａｌ−Ｓｉ−
Ｔｉ系のロー材（Ｃｕ−９３．０ｗｔ％、Ａｌ−２．０
ｗｔ％、Ｓｉ−３．０ｗｔ％、Ｔｉ−２．０ｗｔ％）、
Ｃｕ−Ｓｉ−Ｔｉ系（Ｃｕ−９３．０ｗｔ％、Ｓｉ−
３．０ｗｔ％、Ｔｉ−４．０ｗｔ％）等を使用すること
もできる。

【００４５】ついで、本実施形態に示すロッカーアーム
２０１を構成する金属−セラミック接合体を製造するに
は、Ｆｅを主体に構成される金属体２０２と窒化珪素を
主体に構成されるセラミック体２０３とを、Ｃｕを主成
分とするＣｕ系ロー材を介して、真空または不活性ガス
（窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等）雰囲気中
でロー付け接合する。このロー付け接合は、熱処理温度
域１０００〜１２００℃程度（例えば、１０５０℃）、
接合時間５〜６０分間（例えば、５０分間）で行うこと
が好ましい。

【００４６】そして、ロー付け接合後であって、得られ
た接合体を室温〜５０℃まで一旦冷却した後に、金属体
２０２の表層部に対して硬化部を形成するために窒化処
理を行う。なお、この窒化処理にあっては、ガス窒化
法、液体窒化法、タフトライド法、イオン窒化法、ガス
軟窒化法等種々考えられる。また、この窒化処理は、熱
処理温度域５００〜６００℃程度、処理時間３〜３００
分間で行うことが好ましい。

【００４７】このように、本実施形態では、金属体２０
２の表層部に硬化部を形成するための硬化処理として、
浸炭処理その他の硬化処理と比較して熱処理温度域が５
００〜６００℃程度と低い温度域で行われる窒化処理を
用いており、他方、ロー材層２０４が延性及び耐熱性に
優れるＣｕを主成分として構成されている。このため、
金属体２０２の表層部に耐摩耗性能を向上させるべく窒
化処理により硬化部を形成するにあたって、窒化処理時
の熱処理温度がロー材層２０４に及んだ場合にも、窒化
処理時の熱処理温度が低い温度域にあって、その一方、
ロー材層２０４が延性及び耐熱性に優れるものであるこ
とから、硬化処理に伴うロー付け状態の低下を有効に抑
制した状態で、金属体２０２の表層部に硬化部が形成さ
れることになる。

【００４８】なお、上記実施形態では、セラミック体２
０３を金属体２０２に直接ロー付け接合していたが、図
９に示すように、ロー材層２０４が第１ロー材層２０４
ａ及び第２ロー材層２０４ｂに分割され、かつ、その分
割されたロー材層２０４ａ、２０４ｂの間にＣｕを少な
くとも９０ｗｔ％以上含有している緩衝板２０５を挟み
込んだ状態で構成される複合層２０６を介して、セラミ
ック体２０３と金属体２０２とを接合した接合体ロッカ
ーアームを構成することもできる。

【００４９】このように、延性及び耐熱性に優れるＣｕ
を少なくとも９０ｗｔ％以上含有している緩衝板２０５
を、ロー材層２０４ａ、２０４ｂの間に挟み込んでなる
複合層２０６を介して接合体を構成することにより、ロ
ー付け接合時において、この緩衝板２０５が、ロー材層
に代わり金属体２０２とセラミック体２０３との熱膨張
差に起因する残留応力を、自身の塑性変形によって効果
的に緩和することができる。このため、ロー材層として
延性に優れるＣｕを含有するものを上記実施形態のよう
に選択することは必ずしも必要ではない。

【００５０】したがって、緩衝板２０５を有する複合層
２０６を介して接合体が構成される場合にあっては、ロ
ー材の種類はＣｕを主成分とするＣｕ系ロー材に制限さ
れることなく、Ａｇを主成分とするＡｇ系ロー材を選択
することができる。なお、Ａｇを主成分とするＡｇ系の
ロー材としては、Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ−Ｔｉ系ロー材（Ｃ
ｕ：１５〜３０ｗｔ％、Ｉｎ：８〜１５ｗｔ％、Ｔｉ：
０．５〜４ｗｔ％、残部Ａｇ）、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ロ
ー材（Ｃｕ：２０〜４０ｗｔ％、Ｔｉ：０．５〜４ｗｔ
％、残部Ａｇ）等が挙げられる。また、緩衝板として軟
質金属であるＮｉ系の緩衝板を使用することも考えられ
るが、ＮｉはＣｕに比較して耐熱性が低く、延性もやや
劣るため、Ｃｕ系の緩衝板を使用することが好ましい。

【００５１】

【実施例】（実施例１） ［実機耐久試験］発明者らは、本発明の効果を確認する
ために、図１に示した形状を有するタペット１を以下に
示す条件にて作製し、それについて後述する耐久試験条
件にて実機耐久試験を行った。実機耐久試験についての
結果は図３〜図７に示した。

【００５２】まず、金属体２の材質として、ＪＩＳに規
定されたＳ４５Ｃ、ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４３５、ＳＮ
ＣＭ４３９、ＳＡＣＭ６４５を冷間鍛造、機械研削する
ことにより作製した（金属体２の各寸法は、ステム軸部
２ａの外径ｄ１：２０ｍｍ、同内径ｄ２：１５ｍｍ、ス
テム軸部２ａの軸線方向の長さ（即ち、全長）Ｌ：６０
ｍｍ、ベース部２ｂの外径Ｄ１：３０ｍｍ、同厚み（軸
線方向長さ）Ｔ：１０ｍｍ）。一方、セラミック体３と
して、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）原料１００重量部に、Ｙ₂
０₃−Ａｌ₂Ｏ₃系焼結助剤を１０重量部及び成形バイン
ダ５重量部とを配合して金型プレスにより成形し、脱脂
した後に、Ｎ₂ガス雰囲気で１７００℃にて２時間の常
圧焼結後、１７００℃、１００ａｔｍにてガス圧焼結
し、円板状の焼結体を得た。ついで、こうして得られた
焼結体の両面を研削してセラミック体３を作製した（セ
ラミック体３の各寸法は、直径Ｄ２：３０ｍｍ、厚み
ｔ：１．５ｍｍ）。

【００５３】そして、得られた金属体２に、後述するロ
ー材層あるいは緩衝板を複数のロー材層の間に挟み込ん
だ状態にある複合層を介してセラミック体３をロー付け
接合した（ロー付け条件については図３〜図７に記載し
ている）後、金属体２のステム軸部２ａの外周面におけ
る表層部及びプッシュロッド挿通孔２ｃのプッシュロッ
ドとの当たり面に対して硬化部を形成すべく後述する条
件の窒化処理を行い、本試験用の各タペット１を複数個
作製した。

【００５４】タペット１は各条件毎に２個ずつ作製し、
一方を中心軸線を含む断面にて切断すると共に、断面を
研磨・エッチングして硬化部の形成を確認して、マイク
ロビッカース硬度計を用いて試験荷重５ｇｆ〜３００ｇ
ｆの範囲内で、表面よりも０．０５ｍｍの深さにおける
硬化部のビッカース硬度（平均硬度）を測定するものと
する。

【００５５】また、ロー材層４あるいは複合層６のＣｕ
を少なくとも９０ｗｔ％以上含有する部分の「厚み」の
測定については、ＷＤＳ（波長分散型電子分光分析）に
て分析を行い、詳細には、ロー材層４あるいは複合層６
の厚み方向に対して、５μｍ間隔のスポットにて成分比
率を順次測定し、Ｃｕ成分含有量が９０ｗｔ％以上を示
すスポット中心間を「厚み」の測定値とした。ここで、
ロー材層中に偏析が生じている場合には、上述した測定
方法での厚み方向の総和を「厚み」の測定値とする。な
お、この測定値については、ロー材層４あるいは複合層
６の任意の１０ヶ所の平均値をとるものとする。また、
図３〜図７において、ステム軸部２ａ及びプッシュロッ
ド摩耗量についてが最大摩耗量を示した。 ＜耐久試験条件＞ エンジン仕様： １２０００ＣＣ ＯＨＶディーゼルエンジン カム回転数 ： ２３００ｒｐｍ（定格の１６０％）の回転数で５分、 ２５０ｒｐｍ（アイドル）の回転数で５分のサイクリック運転 タペットクリアランス： １．２ｍｍ（標準の３倍） 使用エンジンオイル ： 市場１０万ｋｍ走行相当の劣化オイル 耐久時間： １０００時間 図３に示す実施例では、ロー材層４を構成するロー材と
して、厚さ８０μｍのＣｕ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ系ロー材
（Ｃｕ−９３．０ｗｔ％、Ａｌ−２．０ｗｔ％、Ｓｉ−
３．０ｗｔ％、Ｔｉ−２．０ｗｔ％）を使用した。この
ロー付け接合は、熱処理温度１０５０℃、接合時間３０
分にて行った。また、窒化処理については、タフトライ
ド法を利用して、熱処理温度５７０℃、処理時間６０分
間にて行った。なお、同図に示す実施例では、緩衝板５
は設けていない。

【００５６】図３によれば、窒化処理により、各金属体
２のステム軸部２ａの外周面における表層部及びプッシ
ュロッド挿通孔２ｃのプッシュロッドとの当たり面に、
ビッカース硬さでＨｖ５００〜７５０にまで硬度が高め
られた硬化部が形成されたことが確認された。また、耐
久試験においても、これらステム軸部２ａの外周面にお
ける表層部の摩耗量及びプッシュロッド挿通孔２ｃのプ
ッシュロッドとの当たり面の摩耗量が、ともに１０μｍ
以下に抑えられたことが確認できた。このことから、窒
化処理により金属体２に対して優れた耐摩耗性能（摺動
特性）が付与されたことが確認できた。

【００５７】また、ロー付け処理後に、ロー材層４にお
いてＣｕを少なくとも９０ｗｔ％以上含有する部分の厚
みが５０〜７０μｍとなったことが確認され、窒化処理
（硬化処理）後の状態も、セラミック体３にクラック等
の欠陥が生じることもなく、良好であることが確認でき
た。さらに、耐久試験中にセラミック体３の割れ、或い
はロー材層４の界面剥離等は生じなかった。

【００５８】これは、このロー材層４が、ロー付け接合
時においては、金属体２とセラミック体３の両者の熱膨
張差に起因する残留応力（あるいは熱応力）を、自身の
塑性変形によって緩和するように働き、耐久試験におい
ては、セラミック体３に負荷される繰り返し応力を緩和
するように働いたためと考えられる。

【００５９】図４に比較例を示す。この比較例では、ロ
ー材層４を構成するロー材として、厚さ８０μｍのＡｇ
−Ｃｕ−Ｔｉ系のロー材（Ａｇ−７０．０ｗｔ％，Ｃｕ
−２８．０ｗｔ％，Ｔｉ−２．０ｗｔ％）を使用した。
このロー付け接合は、熱処理温度８５０℃、接合時間３
０分にて行った。また、金属体２に硬化処理としての窒
化処理は施していない。その他の条件については図３に
示した実施例の場合と同様である。

【００６０】図４によれば、各金属体２に窒化処理が施
されていないため、各金属体２のステム軸部２ａの外周
面における表層部及びプッシュロッド挿通孔２ｃのプッ
シュロッドとの当たり面には、上記図３の実施例のよう
な硬化部は形成されておらず、その硬度は、ビッカース
硬さでＨｖ１００〜２５０と小さいことが確認された。

【００６１】また、耐久試験後のステム軸部２ａの外周
面における表層部の摩耗量は、最も良好なもの（ＳＡＣ
Ｍ６４５）でさえ６０μｍを超え、最も摩耗の激しいも
の（Ｓ４５Ｃ）では２００μｍを超えるに到った。同様
に、プッシュロッド挿通孔２ｃのプッシュロッドとの当
たり面における摩耗量も、最も良好なもの（ＳＮＣＭ４
３９）でさえ７００μｍに到り、最も摩耗の激しいもの
（Ｓ４５Ｃ）では１２００μｍを超えるに到った。ただ
し、ＪＩＳ Ｓ４５Ｃ、同ＳＣｒ４２０、同ＳＣＭ４３
５からそれぞれ形成されたタペットについては、耐久試
験中にセラミック体３に割れが生じており、これら３種
類のタペットについての上記摩耗量は、セラミック体３
に割れが生じた時点での摩耗量を示す。

【００６２】このことは、裏を返せば窒化処理により金
属体２に対して優れた耐摩耗性能（摺動特性）が付与さ
れるところ、当該窒化処理を行わなかったために、所望
の摩耗性能（摺動特性）が確保されなかったものと考え
ることができる。また、図４に示した比較例において、
上記３種類のタペットについてセラミック体３の割れが
生じた理由は以下のように考えることができる。即ち、
本比較例においては、ロー付け処理後にロー材層４にお
いてＣｕを少なくとも９０ｗｔ％以上含有する部分の厚
みがゼロとなっており、図３の実施例のようにロー材層
４の延性を十分に確保することができないため、耐久試
験においてセラミック体３に負荷される繰り返し応力が
ロー材層４により緩和されず、破断に到ったものと考え
られる。

【００６３】図５に、ロー材層４の主成分であるＣｕの
含有率を８５ｗｔ％とした実施例を示す。この実施例で
は、ロー材層４を構成するロー材として、厚さ５０μｍ
のＣｕ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ系のロー材（Ｃｕ−８５．０
ｗｔ％、Ａｌ−５．０ｗｔ％、Ｓｉ−５．０ｗｔ％、Ｔ
ｉ−５．０ｗｔ％）のものを使用した。その他の条件に
ついては図３に示した実施例の場合と同様である。

【００６４】図５によれば、図３の実施例の場合と同
様、各金属体２には窒化処理が施されているため、各金
属体２のステム軸部２ａの外周面における表層部及びプ
ッシュロッド挿通孔２ｃのプッシュロッドとの当たり面
には、ビッカース硬さでＨｖ５００〜７５０にまで硬度
が高められた硬化部が形成され、耐久試験においても、
これらステム軸部２ａの外周面における表層部の摩耗量
及びプッシュロッド挿通孔２ｃのプッシュロッドとの当
たり面の摩耗量が、ともに１０μｍ以下に抑えられたこ
とが確認できた。このことから、窒化処理により金属体
２に対して優れた耐摩耗性能（摺動特性）が付与された
ことが確認できた。

【００６５】しかしながら、ＪＩＳ Ｓ４５Ｃ、同ＳＣ
ｒ４２０、同ＳＣＭ４３５からそれぞれ形成されたタペ
ットについては、耐久試験中にセラミック体３が金属体
２から剥離する現象が生じている。この原因としては、
ロー付け処理後に、ロー材層４においてＣｕを少なくと
も９０ｗｔ％以上含有する部分の厚みが３０〜５０μｍ
と、図３の実施例に比較して小さくなっており、図３の
実施例と同等のロー材層４の延性を確保することができ
ないため、金属体２の材質によっては耐久試験において
セラミック体３に負荷される繰り返し応力がロー材層４
に及んで、セラミック体３と金属体２との間に生じるせ
ん断力により剥離に到ったものと考えられる。しかし、
ＪＩＳ ＳＮＣＭ４３９、同ＳＡＣＭ６４５からなるタ
ペットについてはこのようなセラミック体３の剥離は生
じていないので、ロー材層４においてＣｕを少なくとも
９０ｗｔ％以上含有する部分の厚みが３０〜５０μｍの
範囲であっても、そのロー材層４の延性の効果は幾分発
揮されていることが確認できる。

【００６６】以上、図３〜図５に示された試験結果か
ら、ロー材層４の主成分としてのＣｕの含有率は９０ｗ
ｔ％以上とするのが好ましいことが分かる。また、Ｃｕ
を少なくとも９０ｗｔ％以上含有する部分の厚みは、３
０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上とすればよい
ことが分かる。

【００６７】図６に、図２に示す態様のタペット、すな
わち、ロー材層４が第１ロー材層４ａ及び第２ロー材層
４ｂに分割され、かつ、その分割されたロー材層４ａ、
４ｂの間にＣｕを少なくとも９０ｗｔ％以上含有してい
る緩衝板５を挟み込んだ状態で構成される複合層６を介
して、セラミック体３と金属体２とを接合したタペット
の実験例を示す。この実施例では、第１ロー材層４ａ及
び第２ロー材層４ｂを構成するロー材として、ともに図
４の実施例と同様の厚さ５０μｍのＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系
のロー材（Ａｇ−７０．０ｗｔ％，Ｃｕ−２８．０ｗｔ
％，Ｔｉ−２．０ｗｔ％）を使用した。また、緩衝板５
としては厚さ１００μｍの純Ｃｕ板を使用し、上記第１
ロー材層４ａと第２ロー材層４ｂとの間に当該緩衝板５
を挿入した状態でロー付け接合を行った。このロー付け
接合は、熱処理温度８５０℃、接合時間３０分にて行っ
た。また、窒化処理については、タフトライド法を利用
して、熱処理温度５７０℃、処理時間６０分間にて行っ
た。

【００６８】図６によれば、図３の実施例の場合と同
様、各金属体２には窒化処理が施されているため、各金
属体２のステム軸部２ａの外周面における表層部及びプ
ッシュロッド挿通孔２ｃのプッシュロッドとの当たり面
には、ビッカース硬さでＨｖ５００〜７５０にまで硬度
が高められた硬化部が形成され、耐久試験においても、
これらステム軸部２ａの外周面における表層部の摩耗量
及びプッシュロッド挿通孔２ｃのプッシュロッドとの当
たり面の摩耗量が、ともに１０μｍ以下に抑えられたこ
とが確認できた。このことから、窒化処理により金属体
２に対して優れた耐摩耗性能（摺動特性）が付与された
ことが確認できた。

【００６９】また、この実施例では、ロー材層４（第１
ロー材層４ａ及び第２ロー材層４ｂ）が、図４に示す実
施例のものと同等であるにもかかわらず、耐久試験にお
いてセラミック体３の割れ、或いはロー材層４の界面剥
離等は生じなかった。これは、ロー材層４においてＣｕ
を少なくとも９０ｗｔ％以上含有する部分の厚みがほと
んどゼロの状態であっても、その間に挟み込まれた純Ｃ
ｕからなる緩衝板５によって、ロー付け処理後に、複合
層６においてＣｕを少なくとも９０ｗｔ％以上含有する
部分の厚みが７０〜１００μｍとなったため、当該複合
層６における延性が十分に発揮されたものと考えられ
る。また、このことから、緩衝板５を有する複合層６を
介してタペットが構成される場合にあっては、ロー材の
種類はＣｕを主成分とするＣｕ系ロー材に制限されるこ
となく、Ａｇを主成分とするＡｇ系ロー材を選択するこ
とができることが確認された。

【００７０】図７に、図２に示す態様のタペットにおい
て、ロー材層４（第１ロー材層４ａ及び第２ロー材層４
ｂ）及び緩衝板５の両者が共にＣｕ成分を多く含んで複
合層６を形成したものについての試験結果を示す。この
実施例では、第１ロー材層４ａ及び第２ロー材層４ｂを
構成するロー材として、ともに厚さ５０μｍのＣｕ−Ａ
ｌ−Ｓｉ−Ｔｉ系のロー材（Ｃｕ−８５．０ｗｔ％、Ａ
ｌ−５．０ｗｔ％、Ｓｉ−５．０ｗｔ％、Ｔｉ−５．０
ｗｔ％）のものを使用した。また、緩衝板５としては厚
さ１００μｍの純Ｃｕ板を使用し、上記第１ロー材層４
ａと第２ロー材層４ｂとの間に当該緩衝板５を挿入した
状態でロー付け接合を行った。このロー付け接合は、熱
処理温度１０５０℃、接合時間３０分にて行った。ま
た、窒化処理については、タフトライド法を利用して、
熱処理温度５７０℃、処理時間６０分間にて行った。

【００７１】図７によれば、図３の実施例の場合と同
様、各金属体２には窒化処理が施されているため、各金
属体２のステム軸部２ａの外周面における表層部及びプ
ッシュロッド挿通孔２ｃのプッシュロッドとの当たり面
には、ビッカース硬さでＨｖ５００〜７５０にまで硬度
が高められた硬化部が形成され、耐久試験においても、
これらステム軸部２ａの外周面における表層部の摩耗量
及びプッシュロッド挿通孔２ｃのプッシュロッドとの当
たり面の摩耗量が、ともに１０μｍ以下に抑えられたこ
とが確認できた。このことから、窒化処理により金属体
２に対して優れた耐摩耗性能（摺動特性）が付与された
ことが確認できた。また、耐久試験において、セラミッ
ク体３の割れ、或いはロー材層４の界面剥離等は生じな
かった。

【００７２】これは、ロー付け接合後に、複合層６にお
いてＣｕを少なくとも９０ｗｔ％以上含有する部分の厚
みが１５０〜２００μｍとなったため、当該複合層６に
おける延性が十分に発揮され、硬化処理時の熱応力や耐
久試験における繰り返し応力に対しても十分に耐えるこ
とができたものと考えられる。また、このことから、複
合層６においてＣｕを少なくとも９０ｗｔ％以上含有す
る部分の厚みが２００μｍ程度と幾分厚くなっても、そ
の接合強度が劣化することはないことが確認された。

【００７３】以上、図３〜８に示した実施例及び比較例
によれば、本発明のタペットに適用する場合、窒化処理
により金属体２に対して優れた耐摩耗性能（摺動特性）
が付与されたことが確認できた。また、ロー材層あるい
は緩衝材としては、Ｃｕの含有率が９０ｗｔ％以上のも
のを採用することが好ましく、さらに、このＣｕを少な
くとも９０ｗｔ％以上含有する部分の厚みはが、３０μ
ｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上とすればよいこと
が分かった。（実施例２）［実機耐久試験］発明者ら
は、本発明の効果を確認するために、図８及び図９に示
した形状を有するロッカーアーム２０１を以下に示す条
件にて作製し、それについて後述する耐久試験条件にて
実機耐久試験を行った。実機耐久試験についての結果は
図１０及び図１１に示した。

【００７４】まず、金属体２０２の材質として、ＪＩＳ
に規定されたＳ４５Ｃ、ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４３５、
ＳＮＣＭ４３９、ＳＡＣＭ６４５を冷間鍛造、機械研削
することにより作製した（金属体２０２の各形状・寸法
は、全長Ｌ２：８０ｍｍ、厚みｔ２：１０ｍｍ、円筒状
揺動軸２０７の外径Ｄ３：２５ｍｍ、同内径１８ｍ
ｍ）。一方、セラミック体２０３として、窒化珪素（Ｓ
ｉ₃Ｎ₄）原料１００重量部に、Ｙ₂０₃−Ａｌ₂Ｏ₃系焼結
助剤を１０重量部及び成形バインダ５重量部とを配合し
て金型プレスにより成形し、脱脂した後に、Ｎ₂ガス雰
囲気で１７００℃にて２時間の常圧焼結後、１７００
℃、１００ａｔｍにてガス圧焼結し、円板状の焼結体を
得た。ついで、こうして得られた焼結体の両面を研削し
てセラミック体２０３を作製した（セラミック体２０３
の各形状・寸法は、長さ２０ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚み４
ｍｍの平板形状）。

【００７５】そして、得られた金属体２０２に、緩衝板
２０５を二つのロー材層２０４ａ及び２０４ｂの間に挟
み込んだ状態にある複合層２０６を介してセラミック体
２０３をロー付け接合した（緩衝板の材質及びロー付け
条件等については図１０及び図１１に記載している）
後、金属体２０２の押圧部２０８の表層部に対して硬化
部を形成すべく後述する条件の窒化処理を行い、本試験
用の各ロッカーアーム２０１を複数個作製した。

【００７６】ロッカーアーム２０１は各条件毎に２個ず
つ作製し、一方を長手方向の中心軸線を含む断面にて切
断すると共に、断面を研磨・エッチングして硬化部の形
成を確認して、マイクロビッカース硬度計を用いて試験
荷重５ｇｆ〜３００ｇｆの範囲内で、表面よりも０．０
５ｍｍの深さにおける硬化部のビッカース硬度（平均硬
度）を測定するものとする。 ＜耐久試験条件＞ エンジン仕様： ２０００ＣＣ ＤＯＨＣガソリンエンジン カム回転数 ： ５０００ｒｐｍ（定格の１３０％） タペットクリアランス： １．５ｍｍ（標準の３倍） 使用エンジンオイル ： 市場１０万ｋｍ走行相当の劣化オイル 耐久時間： ５００時間 図１０に示す実施例では、図９に示す態様のロッカーア
ーム、すなわち、ロー材層２０４が第１ロー材層２０４
ａ及び第２ロー材層２０４ｂに分割され、かつ、その分
割されたロー材層２０４ａ、２０４ｂの間にＣｕを少な
くとも９０ｗｔ％以上含有している緩衝板２０５を挟み
込んだ状態で構成される複合層２０６を介して、セラミ
ック体２０３と金属体２０２とを接合したロッカーアー
ムの実験例を示す。この実施例では、第１ロー材層２０
４ａ及び第２ロー材層２０４ｂを構成するロー材とし
て、ともに厚さ５０μｍのＣｕ−Ｓｉ−Ｐｄ−Ｔｉ系の
ロー材（Ｃｕ−９２ｗｔ％、Ｓｉ−３ｗｔ％、Ｐｄ−
２．５ｗｔ％、Ｔｉ−２．５ｗｔ％）を使用した。ま
た、緩衝板２０５としては厚さ３００μｍの純Ｃｕ板を
使用し、上記第１ロー材層２０４ａと第２ロー材層２０
４ｂとの間に当該緩衝板２０５を挿入した状態でロー付
け接合を行った。このロー付け接合は、熱処理温度１０
５０℃、接合時間３０分にて行った。また、窒化処理に
ついては、タフトライド法を利用して、熱処理温度５７
０℃、処理時間６０分間にて行った。

【００７７】図１０によれば、窒化処理により、各金属
体２０２の押圧部２０８の表層部に、ビッカース硬さで
Ｈｖ５００〜７５０にまで硬度が高められた硬化部が形
成されたことが確認された。また、窒化処理（硬化処
理）後の状態も、セラミック体３にクラック等の欠陥が
生じることもなく、良好であることが確認できた。さら
に、耐久試験においても、セラミック体２０３及び金属
体２０２のいずれにも何等問題は生じなかった。

【００７８】図１１に比較例を示す。この比較例では、
各金属体２０２に窒化処理を行っていない点で図１０の
実施例と異なるが、その他の条件については図１０に示
した実施例の場合と同様である。図１１によれば、各金
属体２０２に窒化処理が施されていないため、各金属体
２０２の表層部には、上記図１０の実施例のような硬化
部は形成されておらず、その硬度は、ビッカース硬さで
Ｈｖ１００〜２５０と小さいことが確認された。

【００７９】また、耐久試験中に各金属体２０２に折れ
が生じている。この原因としては、窒化処理を施してい
ないため、金属体２０２に十分な疲労強度が付与されず
破断に到ったものと考えられる。上記図１０及び図１１
に示した試験結果からも、窒化処理による有効性が確認
された。

【００８０】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明の実施の形態は上記実施例に何ら限定される
ことなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態
をとりうることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した第１実施例に係るタペット
の断面図である。

【図２】 第１実施例に係るタペットの詳細を示す説明
図である。

【図３】 第１実施例に係るタペットの耐久試験の結果
を示す説明図である。

【図４】 第１実施例の比較例に係るタペットの耐久試
験の結果を示す説明図である。

【図５】 第１実施例に係るタペットの耐久試験の結果
を示す説明図である。

【図６】 第１実施例に係るタペットの耐久試験の結果
を示す説明図である。

【図７】 第１実施例に係るタペットの耐久試験の結果
を示す説明図である。

【図８】 本発明を適用した第２実施例に係るロッカー
アームの断面図である。

【図９】 第２実施例に係るロッカーアームの詳細を示
す説明図である。

【図１０】 第２実施例に係るロッカーアームの耐久試
験の結果を示す説明図である。

【図１１】 第２実施例の比較例に係るロッカーアーム
の耐久試験の結果を示す説明図である。

【符号の説明】

１・・・タペット、 ２・・・金属体、 ２ａ・・・ス
テム軸部、２ｃ・・・プッシュロッド挿通孔、 ３・・
・セラミック体、４ａ・・・第１ロー材層、 ４ｂ・・
・第２ロー材層、５・・・緩衝板、 ６・・・複合層、
２０１・・・ロッカーアーム、 ２０２・・・金属
体、２０３・・・セラミック体、 ２０４・・・ロー材
層、２０４ａ・・・第１ロー材層、 ２０４ｂ・・・第
２ロー材層、２０５・・・緩衝板、 ２０６・・・複合
層、 ２０８・・・押圧部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｌ 1/14 Ｆ０１Ｌ 1/14 Ｂ 1/18 1/18 Ｍ // Ｃ２３Ｃ 8/26 Ｃ２３Ｃ 8/26 Ｆターム(参考） 3G016 BA25 BB02 BB09 CA13 EA07 EA14 EA24 FA20 FA33 GA02 4E067 AA01 AA18 AB04 AB06 AD02 BM00 4G026 BA01 BA17 BB01 BB24 BC01 BF17 BF34 BF42 BG02 BH01 BH03 4K028 AA02 AB06 BA02 BA12

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃｕを主成分とするロー材層を介して、
   金属体とセラミック体とが接合された構造を有すると共
   に、 前記金属体の表層部には窒化処理による硬化部が形成さ
   れており、該硬化部の硬度が、該金属体の内で当該硬化
   部を除く残余の部分の硬度よりも高い硬度を有すること
   を特徴とする金属−セラミック接合体。
2. 【請求項２】 前記ロー材層は、Ｃｕを少なくとも９０
   ｗｔ％以上含有することを特徴とする請求項１記載の金
   属−セラミック接合体。
3. 【請求項３】 Ｃｕを少なくとも９０ｗｔ％以上含有し
   ている前記ロー材層の厚みが、３０μｍ以上５００μｍ
   以下の範囲内にあることを特徴とする請求項２記載の金
   属−セラミック接合体。
4. 【請求項４】 複数のロー材層の間にＣｕを主成分とす
   る緩衝板を挟み込んだ状態にある複合層を介して、金属
   体とセラミック体とが接合された構造を有すると共に、 前記金属体の表層部には窒化処理による硬化部が形成さ
   れており、該硬化部の硬度が、該金属体の内で当該硬化
   部を除く残余の部分の硬度よりも高い硬度を有すること
   を特徴とする金属−セラミック接合体。
5. 【請求項５】 前記複合層を構成する前記緩衝板は、Ｃ
   ｕを少なくとも９０ｗｔ％以上含有していることを特徴
   とする請求項４記載の金属−セラミック接合体。
6. 【請求項６】 前記複合層において、Ｃｕを少なくとも
   ９０ｗｔ％以上含有している部分の厚みが、３０μｍ以
   上５００μｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求
   項５記載の金属−セラミック接合体。
7. 【請求項７】 前記セラミック体は窒化珪素を主体に構
   成され、前記金属体はＦｅを主体に構成される請求項１
   ないし６のいずれかに記載の金属−セラミック接合体。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかに記載の金
   属−セラミック接合体として構成され、かつ前記セラミ
   ック体の前記ロー材層と接しているのとは反対側の端面
   が摺動端面とされたことを特徴とする摺動部品。