JP3360981B2 - タペット - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主にエンジンに使
用されるタペットを形成する金属製のタペットボディに
関する。 【０００２】 【従来の技術】タペットのカム当り面（摺動面）は、中
央部を外周部付近に対して数μｍ〜数十μｍ高くし、緩
勾配の山形とするいわゆるクラウン形状（小さな曲率の
球面）となっている。これは、カムの摺動面に緩やかな
テーパを施して、両者をタペットの中心から偏心した位
置で接触させて、カムの回転による運動に伴って適当な
トルクを発生させ、タペットを軸線回りに回転させるこ
とにより、摩擦抵抗の低減、油膜切れの回避、片当りに
よる偏摩耗の防止を図るためである。 【０００３】一方、近時は、タペットの摺動部の耐摩耗
性を向上させる目的で、タペットボティ（本体）を従来
同様の金属製とし、摺動部（カムの当り面）のみを、窒
化けい素、炭化けい素若しくはサイアロン等からなるセ
ラミックチップ（部材）をロー付けなどにより接合した
タペットが実用化されている。 【０００４】しかし、セラミックは極めて加工性が悪
く、タペットのカム摺動面に小さな曲率のクラウン形状
をいかにコストをかけないで製作するかが実用化のポイ
ントとされている。クラウン形状をセラミックチップな
どの耐摩耗性部材の表面に形成する方法のうち、焼結後
の耐摩耗性部材を研磨する方法では、クラウン形状が三
次曲面であることから多大のコストを要する。一方、セ
ラミック未焼結体に予めクラウン形状を形成しておき、
焼成して焼き放し面のまま用いる方法では、焼成時の変
形収縮によって寸法精度が低いものとなってしまう。 【０００５】こうした諸問題を解決した技術として、特
公平６−７４８１１号公報記載の技術がある。この技術
は、摺動面に金属部材よりも熱膨張率の小さい耐摩耗性
部材を加熱接合すると同時に、接合部の冷却収縮により
該耐摩耗性部材の接合面の反対面をクラウン形状とす
る、というものである。この技術によれば、タペットボ
ディなどの金属軸と耐摩耗性部材をなすセラミックチッ
プとの間にロー材を介在させ、その状態の下で高温加熱
し、しかる後、冷却することで金属軸とセラミックチッ
プとをロー付け接合すると同時にクラウン形状が形成さ
れる。 【０００６】すなわち、この接合においては、セラミッ
クの熱膨張率（熱収縮）が金属軸のそれより著しく小さ
いから、冷却時の金属軸（セラミックチップとの接合
面）の径方向の収縮量がセラミックチップのそれより大
きくなるので、セラミックチップ（自体）の接合面の近
傍に半径方向に圧縮応力が加わり、接合面と反対面の中
央が膨らむように変形し、クラウン形状が形成される。
しかして、この技術によれば、金属軸にタペットボディ
を用い、平面研磨されたセラミックチップをカム当り面
にロー付けすることにより、その接合と同時にクラウン
が形成されることから、焼結後のセラミックチップを曲
面研磨する必要もないし、寸法精度の低下を招くことも
ないといったメリットがある。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】ところで、タペット
は、図５〜７に示したように、キノコ形状のもの（図
５、図６）やカップ形状（図７）のものなどエンジンに
よって様々な形状のものが使用される。また、摺動面の
適切なクラウン量は、一般にはクラウンの裾幅１０ｍｍ
に対して数μｍ〜数十μｍが適当とされるが、これもエ
ンジンによって様々である。 【０００８】一方、上記公報記載の技術は、金属（タペ
ット）とセラミックとの熱収縮差を利用してクラウンを
付加、形成するものであるが、この熱収縮は、両者の熱
膨張率の差のみによるものでなく、タペットボディの形
状（構造）に基づく剛性によってその収縮（変形）が妨
げられることがあり、その形状等によっては所望とする
大きさのクラウンが形成できない場合があった。すなわ
ち、図５、図６に示したようなキノコ形状のタペットボ
ディ５１，６１の場合には、その形状に基づきその外周
のセラミックチップ接合面５２，６２の近傍部位の剛性
が比較的低く、したがって、タペットボディのセラミッ
クチップ接合面５２，６２が半径方向に変形し易いため
に比較的大きなクラウンを付加、形成できる。 【０００９】しかし、図７に示したようなカップ形状の
タペットボディ７１では、その全長（高）にわたって外
径が同じために、その外周のセラミックチップ接合面７
２の近傍部位の剛性が比較的高い。したがって、その接
合面が半径方向に収縮ないし変形し難いために、設計値
（要求値）を満足する大きさのクラウンが得られず、カ
ムの偏摩耗を招いしてまうといった問題があった。この
ように、熱収縮差を利用してクラウンを形成する手法
は、如上のメリットがあるものの、カップ形状のタペッ
トボディ７１には必要な大きさのクラウンが形成できな
いことがあり、不向きとされていた。本発明は、このよ
うな問題点を解決することをその目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、カム当り面をなすセラミックチップが接
合される接合面を底面に有し、かつ外径が全長にわたっ
て該接合面の外径と略同じ大きさからなるカップ形状の
金属製のタペットボディの前記接合面に、前記セラミッ
クチップがロー付け接合され、そのロー付け接合によっ
てそのカム当り面にクラウンが形成されてなるタペット
において、そのタペットボディは、その外周であって前
記接合面の近傍に、所定の断面形状の凹溝を周設したも
のであり、 しかも、タペットボディの外径をＤとし、凹
溝の溝底の外径をｄとし、前記接合面から該溝底の略中
心までの高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｄが、０．０５≦Ｈ
／Ｄ≦０．４の範囲にあり、ｄ／Ｄが、０．５≦ｄ／Ｄ
≦０．８の範囲にあることを特徴とする。 【００１１】本発明においては、そのタペットボディの
外周であってカム当り面をなすセラミックチップの接合
面（以下、セラミックチップ接合面若しくは単に接合面
ともいう）の近傍に、所定の断面形状の凹溝を周設して
いることにより、セラミックチップ接合面の近傍に環状
のくびれ部（縮径部）があることから、その接合面にセ
ラミックチップをロー付けにより接合して冷却する過程
においては、その接合面近傍が、そのような凹溝がない
ためにくびれ部がない場合に比べ、くびれている分、半
径方向へ変形し易くなる。この結果、本発明に係るタペ
ットボディによれば、カップ形状の金属製のタペットボ
ディでありながら、セラミックチップを接合して熱収縮
の差によりクラウンを形成する製法においても、設計値
（要求値）を満足する大きさのクラウンが得られるよう
になる。 【００１２】 【発明の実施の形態】上記手段における凹溝は、セラミ
ックチップ接合面に近いほど、また、その溝が深いほ
ど、収縮ないし変形を容易としてクラウンを大きくする
ことができる。しかし、凹溝が、セラミックチップ接合
面に近いほど、凹溝とセラミックチップ接合面の間の外
周寄り部位（タペットボディ外周のセラミックチップ接
合面の近傍）の肉厚が小さくなり、剛性や強度の低下を
招く。また、凹溝が深いほど、くびれ部の外径が小さく
なることから剛性や強度の低下を招く。したがって、凹
溝のセラミックチップ接合面までの寸法や溝の深さは、
こうした点を考慮し、かつ要求されるクラウンの大きさ
が確保されるように、タペットボディの外径の大きさな
どとの関係に応じ、適宜に設定すればよい。 【００１３】具体的には、タペットボディの外径をＤと
し、凹溝の溝底の外径（くびれ部の最小外径）をｄと
し、カム当り面をなすセラミックチップの接合面から凹
溝の溝底の略中心（中央）までの高さをＨとしたとき、
これらが次の関係にあるのが適切である。すなわち、Ｈ
／Ｄについては、０．０５≦Ｈ／Ｄ≦０．４の範囲であ
り、ｄ／Ｄについては、０．５≦ｄ／Ｄ≦０．８の範囲
である。その理由は、Ｈ／Ｄが０．０５より小さいと、
クラウンは増大するが、タペットボディ外周のセラミッ
クチップ接合面の近傍の剛性が小さくなり過ぎ、カムの
衝撃でセラミックチップの劣化が増大し、破損し易くな
る一方、０．４より大きいと、その剛性が小さくなら
ず、クラウンの増大に寄与できないからである。 【００１４】そして、ｄ／Ｄが０．５より小さい場合に
は、クラウンは増大するが、凹溝が深くなるためにタペ
ットボディ外周のセラミックチップ接合面の近傍の剛性
や強度が低下し、セラミックチップのみならずタペット
ボディも破損し易くなる。一方、ｄ／Ｄが０．８より大
きいと、その剛性が小さくならず、クラウンの増大に寄
与できないからである。 【００１５】なお、凹溝の断面形状は、略Ｖ字形、略Ｕ
字形、若しくは円弧状、又はこれらに類似する形状とす
るのが適切である。そして、凹溝の幅や溝底の曲率半径
Ｒの大きさは、凹溝の断面形状にもよるが、タペットボ
ディ外周のセラミックチップ接合面の近傍の剛性や強度
を考慮し、かつタペットボディごとに要求されるクラウ
ンの大きさが確保されるように、適宜に設定すればよ
い。なお、セラミックチップは、窒化けい素、炭化けい
素、若しくはサイアロンを主成分とする焼結体が好まし
い。熱膨張率が小さいため、クラウンがつきやすいから
である。 【００１６】 【実施例】本発明を具体化した実施例について、図を参
照して説明する。 実施例１ 図１中、１は、本例のタペットボディであり、ＪＩＳ
ＳＮＣＭ６３０（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼，熱膨張率；１２
×１０-6１／℃）よりなる素材を冷間鍛造した後、機械
加工により、同図に示したカップ形状に仕上げられてい
る。すなわち、タペットボディ１は、その外周（面）２
であって底面（セラミックチップ接合面）３の近傍に、
その外周２に沿って、所定の断面形状の凹溝４が周設さ
れている。．だし、本例タペットボディ１の寸法は、外
径Ｄがφ３５ｍｍ、内径Ｄｉがφ３０ｍｍ、高さＬが６
０ｍｍ、底面３から凹溝４の溝底４ａの略中心までの高
さＨが４ｍｍとされ、そして凹溝４は断面略Ｖ溝状で深
さが６．５ｍｍ、溝底４ａの外径（くびれ部の最小外
径）ｄはφ２２ｍｍに設定されている。このように本例
では、Ｈ／Ｄは約０．１１とされ、ｄ／Ｄは約０．６３
とされている。そして、凹溝４は、その溝底４ａの曲率
半径Ｒが２ｍｍ、溝の角度θ１が２０度、角度θ２が２
０度とされている。なお、溝の角度θ１、θ２とも、０
〜３５度の範囲が適切である。 【００１７】一方、図２に示したセラミックチップ２１
は、Ｓｉ3 Ｎ4 ９０重量％粉末にＹ2 Ｏ3 −Ａｌ2 Ｏ3
系焼結助材と成形バインダを加えて混合し、金型プレス
にて円板形に成形した後、Ｎ2 ガス雰囲気中で焼成し、
その後、両円形面２２，２２を研削（研磨）して円板に
形成したものである。なお、この熱膨張率は、３．２×
１０-6１／℃である。また、セラミックチップ２１は、
直径Ｄがφ３５ｍｍ、厚さＴが１．５ｍｍである。なお
本例ではクラウンの大きさ（設計値）は、３５μｍ±１
５μｍである。 【００１８】しかして、本例では、タペットボディ１の
底面３とセラミックチップ２１の円形面２２との間に、
直径φ３５ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍの箔状に形成され
た、Ｔｉ−Ｉｎ−Ｃｕ−Ａｇ系活性ロー材（Ｔｉ；１．
５％，Ｉｎ；１２．５％、Ｃｕ；２７％、Ａｇ；６０
％）を所定の圧力下で挟み、真空で８００℃の下、３０
分保持後、Ｎ2 ガス置換冷却炉で２００℃まで３０分か
けて冷却し、図３に示したよう、タペットボディ１の底
面にロー材層１０を介してセラミックチップ２１の接合
されたタペットを得た。本例では、セラミックチップ２
１のロー付け後、接合面の反対側（図３下側）の円形面
（カム当り面）２２に、高さ４０μｍのクラウンＣが形
成された。 【００１９】一方、凹溝を形成しない点のみが上記タペ
ットボディ１と異なるタペットボディをつくり、これに
上記と同一のセラミックチップ２１を上記と同一の条件
で接合した比較例をつくったところ、クラウンは高さ１
０μｍであり、設計値（要求値３５μｍ±１５μｍ）を
大きく下回った。このことは、本例のタペットボディ１
によれば、その底面（セラミックチップ接合面）３が半
径方向に十分熱収縮（変形）でき、タペットボディがカ
ップ形状でも、セラミックチップをロー付け接合して熱
収縮の差によりクラウンを形成する製法が適用できるこ
とを示している。なお本例では比較例に比べ、凹溝４を
設けた分、２０％の軽量化が図られた。なお、セラミッ
クチップの接合後のロー材層１０の厚さは、５μｍ〜３
０μｍの範囲が適切である。５μｍ以下の場合には接合
強度が低下する一方、３０μｍ以上の場合にはロー材層
１０が塑性変形してクラウンの減少量が大きくなり易
く、片当りの原因となるためである。 【００２０】実施例２ タペットボディ及びセラミックチップの各寸法のみが上
記実施例１と異なるものを、上記実施例１と同一の条件
でロー付けし、Ｈ／Ｄとｄ／Ｄとを適宜変更したサンプ
ルをつくり、クラウンＣの大きさ（設計値；３５μｍ±
１５μｍ）を測定すると共に、耐久試験を行い、その耐
久性を確認した（図１〜３参照）。ただし、タペットボ
ディ１は外径Ｄがφ３０ｍｍ、内径Ｄｉが２５ｍｍ、高
さＬが５０ｍｍ、そして凹溝４は、その溝底４ａの曲率
半径Ｒが０．５ｍｍ、角度θ１、θ２ともに０度のＵ溝
（断面Ｕ字形状の凹溝、溝幅１ｍｍ）とした。一方、セ
ラミックチップ２１は外径Ｄがφ３０ｍｍ、厚さＴが
１．５ｍｍである。なお、耐久試験（モータリング試
験）の内容は、次のようである。タペットクリアラン
ス；標準の２倍（０．６ｍｍ）、回転数；Ｅｎｇ．ｍ
ａｘ回転数×１５０％、耐久回数；目標値２×１０7
サイクル。 【００２１】試験結果は、図４に示した通りである。図
４において、縦軸は、ｄ／Ｄを示し、横軸は、Ｈ／Ｄを
示している。そして、〇印は、「耐久性良」を、□印
は、「耐久性良・カムに偏摩耗発生有り」を、◇印は、
「目標値２×１０7 サイクル未満で破損」を、それぞれ
示す。なお、各印内の数字は、クラウンＣの大きさ（μ
ｍ）を示している。 【００２２】この図からも明らかなように、Ｈ／Ｄ及び
ｄ／Ｄともに小さくなるほどクラウンが大きくなる。し
かし、Ｈ／Ｄが０．０５より小さい場合には、クラウン
は設定値の範囲内にあるが、耐久性が低い。これは、底
面（セラミックチップ接合面）３から凹溝４の溝底４ａ
の中心までの高さＨが小さくなるほど、底面３と凹溝４
との間の肉厚Ｎが小さくなり、したがって剛性が低下す
るためにクラウンは大きくなるが、剛性が低下した分、
カムの衝撃でセラミックチップ２１が破損し易くなった
ためと考えられる。また、Ｈ／Ｄが０．４より大きい場
合には、剛性が低下しないために耐久性は有るものの、
クラウンが大きくならず、カムに偏摩耗が発生し易くな
った。 【００２３】一方、ｄ／Ｄが０．５より小さい場合に
は、クラウンは大きくなるが、耐久性が低い。これは、
ｄが小さければ、その分、凹溝４が深くなるために外周
２の底面３近傍の剛性や強度が低下し、セラミックチッ
プ２１が破損し易くなるためである。また、ｄ／Ｄが
０．８より大きい場合には、耐久性は高いもののクラウ
ンが小さいために、カムに偏摩耗が発生しやすいことが
わかる。なお、Ｈ／Ｄが０．４であり、かつｄ／Ｄが
０．７の場合、そして、Ｈ／Ｄが０．２であり、かつｄ
／Ｄが０．８の場合には、クラウンは設計値（３５μｍ
±１５μｍ）にやや満たないものの、耐久性に問題はな
く、またカムに偏摩耗の発生もなかった。これらのこと
から、本例では、Ｈ／Ｄについては、０．０５≦Ｈ／Ｄ
≦０．４の範囲が、ｄ／Ｄについては、０．５≦ｄ／Ｄ
≦０．８の範囲が適切といえるが、より適切な範囲とし
ては、Ｈ／Ｄについては、０．１≦Ｈ／Ｄ≦０．３、ｄ
／Ｄについては、０．６≦ｄ／Ｄ≦０．７である。 【００２４】 【発明の効果】本発明によれば、金属製のタペットボデ
ィの外周であってカム当り面をなすセラミックチップの
接合面の近傍に、所定の断面形状の凹溝が周設されてい
ることにより、セラミックチップ接合面の近傍に、環状
のくびれ部があることから、カップ形状のタペットボデ
ィでありながら、セラミックチップを接合して熱収縮の
差によりクラウンを形成する製法においても、設計値
（要求値）を満足する所望とする大きさのクラウンが得
られる。しかして、本発明によれば、セラミックチップ
の曲面研磨を要することなく、カム当り面がセラミック
でありかつ所望とする高さ（大きさ）のクラウンの確保
されたカップ形状のタペットを低コストで製造すること
ができる。
用されるタペットを形成する金属製のタペットボディに
関する。 【０００２】 【従来の技術】タペットのカム当り面（摺動面）は、中
央部を外周部付近に対して数μｍ〜数十μｍ高くし、緩
勾配の山形とするいわゆるクラウン形状（小さな曲率の
球面）となっている。これは、カムの摺動面に緩やかな
テーパを施して、両者をタペットの中心から偏心した位
置で接触させて、カムの回転による運動に伴って適当な
トルクを発生させ、タペットを軸線回りに回転させるこ
とにより、摩擦抵抗の低減、油膜切れの回避、片当りに
よる偏摩耗の防止を図るためである。 【０００３】一方、近時は、タペットの摺動部の耐摩耗
性を向上させる目的で、タペットボティ（本体）を従来
同様の金属製とし、摺動部（カムの当り面）のみを、窒
化けい素、炭化けい素若しくはサイアロン等からなるセ
ラミックチップ（部材）をロー付けなどにより接合した
タペットが実用化されている。 【０００４】しかし、セラミックは極めて加工性が悪
く、タペットのカム摺動面に小さな曲率のクラウン形状
をいかにコストをかけないで製作するかが実用化のポイ
ントとされている。クラウン形状をセラミックチップな
どの耐摩耗性部材の表面に形成する方法のうち、焼結後
の耐摩耗性部材を研磨する方法では、クラウン形状が三
次曲面であることから多大のコストを要する。一方、セ
ラミック未焼結体に予めクラウン形状を形成しておき、
焼成して焼き放し面のまま用いる方法では、焼成時の変
形収縮によって寸法精度が低いものとなってしまう。 【０００５】こうした諸問題を解決した技術として、特
公平６−７４８１１号公報記載の技術がある。この技術
は、摺動面に金属部材よりも熱膨張率の小さい耐摩耗性
部材を加熱接合すると同時に、接合部の冷却収縮により
該耐摩耗性部材の接合面の反対面をクラウン形状とす
る、というものである。この技術によれば、タペットボ
ディなどの金属軸と耐摩耗性部材をなすセラミックチッ
プとの間にロー材を介在させ、その状態の下で高温加熱
し、しかる後、冷却することで金属軸とセラミックチッ
プとをロー付け接合すると同時にクラウン形状が形成さ
れる。 【０００６】すなわち、この接合においては、セラミッ
クの熱膨張率（熱収縮）が金属軸のそれより著しく小さ
いから、冷却時の金属軸（セラミックチップとの接合
面）の径方向の収縮量がセラミックチップのそれより大
きくなるので、セラミックチップ（自体）の接合面の近
傍に半径方向に圧縮応力が加わり、接合面と反対面の中
央が膨らむように変形し、クラウン形状が形成される。
しかして、この技術によれば、金属軸にタペットボディ
を用い、平面研磨されたセラミックチップをカム当り面
にロー付けすることにより、その接合と同時にクラウン
が形成されることから、焼結後のセラミックチップを曲
面研磨する必要もないし、寸法精度の低下を招くことも
ないといったメリットがある。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】ところで、タペット
は、図５〜７に示したように、キノコ形状のもの（図
５、図６）やカップ形状（図７）のものなどエンジンに
よって様々な形状のものが使用される。また、摺動面の
適切なクラウン量は、一般にはクラウンの裾幅１０ｍｍ
に対して数μｍ〜数十μｍが適当とされるが、これもエ
ンジンによって様々である。 【０００８】一方、上記公報記載の技術は、金属（タペ
ット）とセラミックとの熱収縮差を利用してクラウンを
付加、形成するものであるが、この熱収縮は、両者の熱
膨張率の差のみによるものでなく、タペットボディの形
状（構造）に基づく剛性によってその収縮（変形）が妨
げられることがあり、その形状等によっては所望とする
大きさのクラウンが形成できない場合があった。すなわ
ち、図５、図６に示したようなキノコ形状のタペットボ
ディ５１，６１の場合には、その形状に基づきその外周
のセラミックチップ接合面５２，６２の近傍部位の剛性
が比較的低く、したがって、タペットボディのセラミッ
クチップ接合面５２，６２が半径方向に変形し易いため
に比較的大きなクラウンを付加、形成できる。 【０００９】しかし、図７に示したようなカップ形状の
タペットボディ７１では、その全長（高）にわたって外
径が同じために、その外周のセラミックチップ接合面７
２の近傍部位の剛性が比較的高い。したがって、その接
合面が半径方向に収縮ないし変形し難いために、設計値
（要求値）を満足する大きさのクラウンが得られず、カ
ムの偏摩耗を招いしてまうといった問題があった。この
ように、熱収縮差を利用してクラウンを形成する手法
は、如上のメリットがあるものの、カップ形状のタペッ
トボディ７１には必要な大きさのクラウンが形成できな
いことがあり、不向きとされていた。本発明は、このよ
うな問題点を解決することをその目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、カム当り面をなすセラミックチップが接
合される接合面を底面に有し、かつ外径が全長にわたっ
て該接合面の外径と略同じ大きさからなるカップ形状の
金属製のタペットボディの前記接合面に、前記セラミッ
クチップがロー付け接合され、そのロー付け接合によっ
てそのカム当り面にクラウンが形成されてなるタペット
において、そのタペットボディは、その外周であって前
記接合面の近傍に、所定の断面形状の凹溝を周設したも
のであり、 しかも、タペットボディの外径をＤとし、凹
溝の溝底の外径をｄとし、前記接合面から該溝底の略中
心までの高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｄが、０．０５≦Ｈ
／Ｄ≦０．４の範囲にあり、ｄ／Ｄが、０．５≦ｄ／Ｄ
≦０．８の範囲にあることを特徴とする。 【００１１】本発明においては、そのタペットボディの
外周であってカム当り面をなすセラミックチップの接合
面（以下、セラミックチップ接合面若しくは単に接合面
ともいう）の近傍に、所定の断面形状の凹溝を周設して
いることにより、セラミックチップ接合面の近傍に環状
のくびれ部（縮径部）があることから、その接合面にセ
ラミックチップをロー付けにより接合して冷却する過程
においては、その接合面近傍が、そのような凹溝がない
ためにくびれ部がない場合に比べ、くびれている分、半
径方向へ変形し易くなる。この結果、本発明に係るタペ
ットボディによれば、カップ形状の金属製のタペットボ
ディでありながら、セラミックチップを接合して熱収縮
の差によりクラウンを形成する製法においても、設計値
（要求値）を満足する大きさのクラウンが得られるよう
になる。 【００１２】 【発明の実施の形態】上記手段における凹溝は、セラミ
ックチップ接合面に近いほど、また、その溝が深いほ
ど、収縮ないし変形を容易としてクラウンを大きくする
ことができる。しかし、凹溝が、セラミックチップ接合
面に近いほど、凹溝とセラミックチップ接合面の間の外
周寄り部位（タペットボディ外周のセラミックチップ接
合面の近傍）の肉厚が小さくなり、剛性や強度の低下を
招く。また、凹溝が深いほど、くびれ部の外径が小さく
なることから剛性や強度の低下を招く。したがって、凹
溝のセラミックチップ接合面までの寸法や溝の深さは、
こうした点を考慮し、かつ要求されるクラウンの大きさ
が確保されるように、タペットボディの外径の大きさな
どとの関係に応じ、適宜に設定すればよい。 【００１３】具体的には、タペットボディの外径をＤと
し、凹溝の溝底の外径（くびれ部の最小外径）をｄと
し、カム当り面をなすセラミックチップの接合面から凹
溝の溝底の略中心（中央）までの高さをＨとしたとき、
これらが次の関係にあるのが適切である。すなわち、Ｈ
／Ｄについては、０．０５≦Ｈ／Ｄ≦０．４の範囲であ
り、ｄ／Ｄについては、０．５≦ｄ／Ｄ≦０．８の範囲
である。その理由は、Ｈ／Ｄが０．０５より小さいと、
クラウンは増大するが、タペットボディ外周のセラミッ
クチップ接合面の近傍の剛性が小さくなり過ぎ、カムの
衝撃でセラミックチップの劣化が増大し、破損し易くな
る一方、０．４より大きいと、その剛性が小さくなら
ず、クラウンの増大に寄与できないからである。 【００１４】そして、ｄ／Ｄが０．５より小さい場合に
は、クラウンは増大するが、凹溝が深くなるためにタペ
ットボディ外周のセラミックチップ接合面の近傍の剛性
や強度が低下し、セラミックチップのみならずタペット
ボディも破損し易くなる。一方、ｄ／Ｄが０．８より大
きいと、その剛性が小さくならず、クラウンの増大に寄
与できないからである。 【００１５】なお、凹溝の断面形状は、略Ｖ字形、略Ｕ
字形、若しくは円弧状、又はこれらに類似する形状とす
るのが適切である。そして、凹溝の幅や溝底の曲率半径
Ｒの大きさは、凹溝の断面形状にもよるが、タペットボ
ディ外周のセラミックチップ接合面の近傍の剛性や強度
を考慮し、かつタペットボディごとに要求されるクラウ
ンの大きさが確保されるように、適宜に設定すればよ
い。なお、セラミックチップは、窒化けい素、炭化けい
素、若しくはサイアロンを主成分とする焼結体が好まし
い。熱膨張率が小さいため、クラウンがつきやすいから
である。 【００１６】 【実施例】本発明を具体化した実施例について、図を参
照して説明する。 実施例１ 図１中、１は、本例のタペットボディであり、ＪＩＳ
ＳＮＣＭ６３０（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼，熱膨張率；１２
×１０-6１／℃）よりなる素材を冷間鍛造した後、機械
加工により、同図に示したカップ形状に仕上げられてい
る。すなわち、タペットボディ１は、その外周（面）２
であって底面（セラミックチップ接合面）３の近傍に、
その外周２に沿って、所定の断面形状の凹溝４が周設さ
れている。．だし、本例タペットボディ１の寸法は、外
径Ｄがφ３５ｍｍ、内径Ｄｉがφ３０ｍｍ、高さＬが６
０ｍｍ、底面３から凹溝４の溝底４ａの略中心までの高
さＨが４ｍｍとされ、そして凹溝４は断面略Ｖ溝状で深
さが６．５ｍｍ、溝底４ａの外径（くびれ部の最小外
径）ｄはφ２２ｍｍに設定されている。このように本例
では、Ｈ／Ｄは約０．１１とされ、ｄ／Ｄは約０．６３
とされている。そして、凹溝４は、その溝底４ａの曲率
半径Ｒが２ｍｍ、溝の角度θ１が２０度、角度θ２が２
０度とされている。なお、溝の角度θ１、θ２とも、０
〜３５度の範囲が適切である。 【００１７】一方、図２に示したセラミックチップ２１
は、Ｓｉ3 Ｎ4 ９０重量％粉末にＹ2 Ｏ3 −Ａｌ2 Ｏ3
系焼結助材と成形バインダを加えて混合し、金型プレス
にて円板形に成形した後、Ｎ2 ガス雰囲気中で焼成し、
その後、両円形面２２，２２を研削（研磨）して円板に
形成したものである。なお、この熱膨張率は、３．２×
１０-6１／℃である。また、セラミックチップ２１は、
直径Ｄがφ３５ｍｍ、厚さＴが１．５ｍｍである。なお
本例ではクラウンの大きさ（設計値）は、３５μｍ±１
５μｍである。 【００１８】しかして、本例では、タペットボディ１の
底面３とセラミックチップ２１の円形面２２との間に、
直径φ３５ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍの箔状に形成され
た、Ｔｉ−Ｉｎ−Ｃｕ−Ａｇ系活性ロー材（Ｔｉ；１．
５％，Ｉｎ；１２．５％、Ｃｕ；２７％、Ａｇ；６０
％）を所定の圧力下で挟み、真空で８００℃の下、３０
分保持後、Ｎ2 ガス置換冷却炉で２００℃まで３０分か
けて冷却し、図３に示したよう、タペットボディ１の底
面にロー材層１０を介してセラミックチップ２１の接合
されたタペットを得た。本例では、セラミックチップ２
１のロー付け後、接合面の反対側（図３下側）の円形面
（カム当り面）２２に、高さ４０μｍのクラウンＣが形
成された。 【００１９】一方、凹溝を形成しない点のみが上記タペ
ットボディ１と異なるタペットボディをつくり、これに
上記と同一のセラミックチップ２１を上記と同一の条件
で接合した比較例をつくったところ、クラウンは高さ１
０μｍであり、設計値（要求値３５μｍ±１５μｍ）を
大きく下回った。このことは、本例のタペットボディ１
によれば、その底面（セラミックチップ接合面）３が半
径方向に十分熱収縮（変形）でき、タペットボディがカ
ップ形状でも、セラミックチップをロー付け接合して熱
収縮の差によりクラウンを形成する製法が適用できるこ
とを示している。なお本例では比較例に比べ、凹溝４を
設けた分、２０％の軽量化が図られた。なお、セラミッ
クチップの接合後のロー材層１０の厚さは、５μｍ〜３
０μｍの範囲が適切である。５μｍ以下の場合には接合
強度が低下する一方、３０μｍ以上の場合にはロー材層
１０が塑性変形してクラウンの減少量が大きくなり易
く、片当りの原因となるためである。 【００２０】実施例２ タペットボディ及びセラミックチップの各寸法のみが上
記実施例１と異なるものを、上記実施例１と同一の条件
でロー付けし、Ｈ／Ｄとｄ／Ｄとを適宜変更したサンプ
ルをつくり、クラウンＣの大きさ（設計値；３５μｍ±
１５μｍ）を測定すると共に、耐久試験を行い、その耐
久性を確認した（図１〜３参照）。ただし、タペットボ
ディ１は外径Ｄがφ３０ｍｍ、内径Ｄｉが２５ｍｍ、高
さＬが５０ｍｍ、そして凹溝４は、その溝底４ａの曲率
半径Ｒが０．５ｍｍ、角度θ１、θ２ともに０度のＵ溝
（断面Ｕ字形状の凹溝、溝幅１ｍｍ）とした。一方、セ
ラミックチップ２１は外径Ｄがφ３０ｍｍ、厚さＴが
１．５ｍｍである。なお、耐久試験（モータリング試
験）の内容は、次のようである。タペットクリアラン
ス；標準の２倍（０．６ｍｍ）、回転数；Ｅｎｇ．ｍ
ａｘ回転数×１５０％、耐久回数；目標値２×１０7
サイクル。 【００２１】試験結果は、図４に示した通りである。図
４において、縦軸は、ｄ／Ｄを示し、横軸は、Ｈ／Ｄを
示している。そして、〇印は、「耐久性良」を、□印
は、「耐久性良・カムに偏摩耗発生有り」を、◇印は、
「目標値２×１０7 サイクル未満で破損」を、それぞれ
示す。なお、各印内の数字は、クラウンＣの大きさ（μ
ｍ）を示している。 【００２２】この図からも明らかなように、Ｈ／Ｄ及び
ｄ／Ｄともに小さくなるほどクラウンが大きくなる。し
かし、Ｈ／Ｄが０．０５より小さい場合には、クラウン
は設定値の範囲内にあるが、耐久性が低い。これは、底
面（セラミックチップ接合面）３から凹溝４の溝底４ａ
の中心までの高さＨが小さくなるほど、底面３と凹溝４
との間の肉厚Ｎが小さくなり、したがって剛性が低下す
るためにクラウンは大きくなるが、剛性が低下した分、
カムの衝撃でセラミックチップ２１が破損し易くなった
ためと考えられる。また、Ｈ／Ｄが０．４より大きい場
合には、剛性が低下しないために耐久性は有るものの、
クラウンが大きくならず、カムに偏摩耗が発生し易くな
った。 【００２３】一方、ｄ／Ｄが０．５より小さい場合に
は、クラウンは大きくなるが、耐久性が低い。これは、
ｄが小さければ、その分、凹溝４が深くなるために外周
２の底面３近傍の剛性や強度が低下し、セラミックチッ
プ２１が破損し易くなるためである。また、ｄ／Ｄが
０．８より大きい場合には、耐久性は高いもののクラウ
ンが小さいために、カムに偏摩耗が発生しやすいことが
わかる。なお、Ｈ／Ｄが０．４であり、かつｄ／Ｄが
０．７の場合、そして、Ｈ／Ｄが０．２であり、かつｄ
／Ｄが０．８の場合には、クラウンは設計値（３５μｍ
±１５μｍ）にやや満たないものの、耐久性に問題はな
く、またカムに偏摩耗の発生もなかった。これらのこと
から、本例では、Ｈ／Ｄについては、０．０５≦Ｈ／Ｄ
≦０．４の範囲が、ｄ／Ｄについては、０．５≦ｄ／Ｄ
≦０．８の範囲が適切といえるが、より適切な範囲とし
ては、Ｈ／Ｄについては、０．１≦Ｈ／Ｄ≦０．３、ｄ
／Ｄについては、０．６≦ｄ／Ｄ≦０．７である。 【００２４】 【発明の効果】本発明によれば、金属製のタペットボデ
ィの外周であってカム当り面をなすセラミックチップの
接合面の近傍に、所定の断面形状の凹溝が周設されてい
ることにより、セラミックチップ接合面の近傍に、環状
のくびれ部があることから、カップ形状のタペットボデ
ィでありながら、セラミックチップを接合して熱収縮の
差によりクラウンを形成する製法においても、設計値
（要求値）を満足する所望とする大きさのクラウンが得
られる。しかして、本発明によれば、セラミックチップ
の曲面研磨を要することなく、カム当り面がセラミック
でありかつ所望とする高さ（大きさ）のクラウンの確保
されたカップ形状のタペットを低コストで製造すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るタペットボディの実施例１を示す
中央縦断正面図。 【図２】図１のタペットボディに接合するセラミックチ
ップの正面図。 【図３】図１のタペットボディにセラミックチップを接
合した状態を説明する一部破断正面図。 【図４】本発明に係るタペットボディの実施例２におい
て、Ｈ／Ｄとｄ／Ｄとを適宜変更し、そのタペットボデ
ィにセラミックチップをロー付けしたもののクラウンの
大きさ及び耐久試験結果を示すグラフ。 【図５】従来のキノコ形状のタペットボディを説明する
中央縦断正面図。 【図６】従来のキノコ形状のタペットボディを説明する
中央縦断正面図。 【図７】従来のカップ形状のタペットボディを説明する
中央縦断正面図。 【符号の説明】 １ タペットボディ ２ タペットボディの外周 ３ タペットボディの底面（カム当り面をなすセラミッ
クチップが接合される接合面） ４ 凹溝 ４ａ 凹溝の溝底 ２１ カム当り面をなすセラミックチップ ２２ セラミックチップの円形面（カム当り面） Ｄ タペットボディの外径 ｄ 凹溝の溝底の外径 Ｈ カム当り面をなすセラミックチップの接合面から凹
溝の溝底の略中心までの高さ
中央縦断正面図。 【図２】図１のタペットボディに接合するセラミックチ
ップの正面図。 【図３】図１のタペットボディにセラミックチップを接
合した状態を説明する一部破断正面図。 【図４】本発明に係るタペットボディの実施例２におい
て、Ｈ／Ｄとｄ／Ｄとを適宜変更し、そのタペットボデ
ィにセラミックチップをロー付けしたもののクラウンの
大きさ及び耐久試験結果を示すグラフ。 【図５】従来のキノコ形状のタペットボディを説明する
中央縦断正面図。 【図６】従来のキノコ形状のタペットボディを説明する
中央縦断正面図。 【図７】従来のカップ形状のタペットボディを説明する
中央縦断正面図。 【符号の説明】 １ タペットボディ ２ タペットボディの外周 ３ タペットボディの底面（カム当り面をなすセラミッ
クチップが接合される接合面） ４ 凹溝 ４ａ 凹溝の溝底 ２１ カム当り面をなすセラミックチップ ２２ セラミックチップの円形面（カム当り面） Ｄ タペットボディの外径 ｄ 凹溝の溝底の外径 Ｈ カム当り面をなすセラミックチップの接合面から凹
溝の溝底の略中心までの高さ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−92749（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−15705（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−314903（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−243311（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F01L 1/14
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】カム当り面をなすセラミックチップが接合
される接合面を底面に有し、かつ外径が全長にわたって
該接合面の外径と略同じ大きさからなるカップ形状の金
属製のタペットボディの前記接合面に、前記セラミック
チップがロー付け接合され、そのロー付け接合によって
そのカム当り面にクラウンが形成されてなるタペットに
おいて、 そのタペットボディは、その外周であって前記接合面の
近傍に、所定の断面形状の凹溝を周設したものであり、 しかも、タペットボディの外径をＤとし、凹溝の溝底の
外径をｄとし、前記接合面から該溝底の略中心までの高
さをＨとしたとき、Ｈ／Ｄが、０．０５≦Ｈ／Ｄ≦０．
４の範囲にあり、ｄ／Ｄが、０．５≦ｄ／Ｄ≦０．８の
範囲にあることを特徴とするタペット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20642295A JP3360981B2 (ja) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | タペット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20642295A JP3360981B2 (ja) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | タペット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0932515A JPH0932515A (ja) | 1997-02-04 |
| JP3360981B2 true JP3360981B2 (ja) | 2003-01-07 |
Family
ID=16523119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20642295A Expired - Fee Related JP3360981B2 (ja) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | タペット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3360981B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3713159B2 (ja) * | 1999-03-03 | 2005-11-02 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミック摺動部品 |
-
1995
- 1995-07-19 JP JP20642295A patent/JP3360981B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0932515A (ja) | 1997-02-04 |
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|---|---|---|---|
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