JP3749803B2

JP3749803B2 - セラミック摺動部品

Info

Publication number: JP3749803B2
Application number: JP07538499A
Authority: JP
Inventors: 学沖中; 雅人谷口
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: JP2000264747A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のタペット、バルブブリッジ、バルブリフター等の動弁系摺動部品等に適したセラミック摺動部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記のような摺動部品は、摺動面側をセラミック板により構成し、これをろう付け等により金属体に接合した構造のものが多く使用されている。セラミック板は、例えば製造時（あるいは製造後の取扱い時）に、欠けやチッピング等が生じやすく、これを防止するために板面縁に一定量の面取りを施すことが必要不可欠である。また、セラミック板が接合される金属体はセラミックほどには欠け等は問題にならないが、やはり角部保護のために、その接合端面周縁に同様の面取りが施されることがほとんどである。
【０００３】
しかしながら、上記のような面取りは、例えば、セラミック板の摺動面及び接合面の両側に面取りを備えたセラミックの円板と接合面側に面取りを有する金属体とを、突き合わせろう付けした構造の場合、接合外周部に溝状の一種の切欠きを形成する形となる。そのため、例えばカム等の摺動に伴いセラミック板に外周部に応力が集中すると、軟質のろう材層外周部の変形等により、接合界面を起点としたクラックや剥離が生じやすくなる問題がある。
【０００４】
本発明の課題は、セラミック体あるいは金属体に施す面取り部の形状あるいは大きさの制御により、セラミック体と金属体との接合部の耐久性に優れたセラミック摺動部品を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
接合型のセラミック摺動部品の場合、セラミック体の接着性の向上や、ろう付け後のセラミック体表面の振れ抑制、さらには平面度、平行度、面粗さを調整するために、焼成後のセラミック体の両面を研削加工することが非常に多い。ここで、セラミック体は、未焼成の粉末成形体の段階ではエッジ等に特に欠け等を生じやすいから、成形段階で面外縁部に面取りを施すことが一般的である。この場合、焼成時には、各セラミック円板に生ずる面取り量ががほぼ同等であったものが、研削量の相違により面取り部幅も変化して大小が生じる。例えば、セラミック体の両面に面取りを施す場合は、研削量の相違により両面の面取り幅に差が生ずることもある。これらはいずれも、最終的に得られる接合体の各面取り部の内縁位置のばらつきとなって現われる。また、接合時に生じるセラミック体と金属体とのズレ等も面取り内縁位置のばらつきに大きく影響する。
【０００６】
そして、本発明者らは、上記のような状況に鑑みて鋭意検討を行った結果、面取り部による外周の切欠構造がセラミック体と金属体との接合周縁部に生ずる摺動部材の場合、セラミック体や金属体に施される面取り部の内縁の位置関係が、接合体の耐久性に大きな影響を与えることを見い出し、本発明を完成するに至ったのである。
【０００７】
すなわち、本発明のセラミック部品の第一の構成は、セラミック体の裏面側を接合面として、これを金属体の端面にろう付け接合した構造を有し、そのセラミック体の表面側を摺動面としたセラミック摺動部品において、
セラミック体の摺動面と、同じくセラミック体の接合面及び金属体の端面の少なくとも一方との各外周縁に面取り部が施されるとともに、セラミック体摺動面側面取り部の内縁が、セラミック体接合面側面取り部の内縁及び／又は金属体端面側面取り部の内縁よりも内側に位置していることを特徴とする。
【０００８】
セラミック体の接合面及び金属体の端面の少なくとも一方との各外周縁に面取り部が施されれば、接合周縁部に、前述したような周方向の切欠構造を生ずる。しかしながら、本発明のセラミック部品の第一の構成のように、セラミック体摺動面側面取り部の内縁を、セラミック体接合面側面取り部の内縁と金属体端面側面取り部の内縁との少なくともいずれかよりも内側に位置するよう、上記各内縁の位置を調整することにより、例えばカム等が当接して摺動した際に、ろう付け接合層外周部への応力集中ひいてはその塑性変形等を劇的に低減でき、耐久性が向上したセラミック部品を実現できる。
【０００９】
上記セラミック部品の第一の構成においては、セラミック体摺動面側面取り部の幅を０．５〜１．５ｍｍの範囲に調整することが望ましい。面取り部の幅が０．５ｍｍ未満では、ろう付け接合層外周部への応力集中ひいてはその塑性変形等を低減する効果が不十分となり、接合部の耐疲労強度等の低下につながる場合がある。一方、幅１．５ｍｍを超える面取り部は、セラミック体の外縁部の無用な薄肉化を招き、セラミック体外縁部の強度そのものが不足して、欠け等の不具合や耐摩耗性あるいは耐疲労性の低下を招く場合がある。面取り部の幅は、より望ましくは０．５〜１．０ｍｍの範囲にて調整することが望ましい。なお、本明細書において、面取り部の幅とは、セラミック体と金属体との接合方向と直交する基準面を考えたときに、面取り部をこの基準面に投影したときの内縁／外縁間距離として定義する（例えば、セラミック体と金属体との接合面を円形状に形成する場合、その周縁に形成される環状の面取り部の幅は、接合面半径方向の面取り部幅寸法を意味する）。
【００１０】
一方、本発明のセラミック部品の第二の構成は、セラミック体の裏面側を接合面として、これを金属体の端面にろう付け接合した構造を有し、そのセラミック体の表面側を摺動面としたセラミック摺動部品において、
セラミック体の摺動面外周縁に面取り部が形成される一方、該セラミック体と金属体との外周面が、両者の間に形成されるろう付け接合層とともに略面一となるように面仕上されており、
かつ、セラミック体摺動面側面取り部の幅が０．３〜１．５ｍｍの範囲にて調整されていることを特徴とする。
【００１１】
セラミック体と金属体との外周面を、両者の間に形成されるろう付け接合層とともに略面一となるように、例えば外周研磨あるいは外周切削等にて面仕上げすることにより、第一の構成とは異なり、接合周縁部には前述したような周方向の切欠構造が実質的にほとんど生じなくなる。そして、これを前提として、セラミック体摺動面側面取り部の幅を０．３〜１．５ｍｍの範囲にて調整することで、カム等が当接して摺動した際に、ろう付け接合層外周部への応力集中ひいてはその塑性変形等を劇的に低減でき、耐久性が向上したセラミック部品を実現できる。
【００１２】
該第二の構成において、面取り部の幅が０．３ｍｍ未満では、ろう付け接合層外周部への応力集中ひいてはその塑性変形等を低減する効果が不十分となり、接合部の耐疲労強度等の低下につながる場合がある。一方、幅１．５ｍｍを超える面取り部は、セラミック体の外縁部の無用な薄肉化を招き、セラミック体外縁部の強度そのものが不足して、欠け等の不具合や耐摩耗性あるいは耐疲労性の低下を招く場合がある。面取り部の幅は、より望ましくは０．５〜１．０ｍｍの範囲にて調整することが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明のセラミック摺動部品たるタペットが使用されたオーバーヘッドバルブ機構を示している。カム１００の回転によりタペット１及びプッシュロッド１０３が上下運動し、ロッカアーム１０２を介してバルブ１０１を開閉させる。図２は、タペット１の拡大図である。該タペット１は、ろう付け接合層の要部をなすろう材層３を介して、金属体（以下、タペット金具ともいう）２とセラミック体（以下、セラミック板ともいう）４とが接合された構造を有している。タペット金具２は鉄系材料にて構成され、円状断面の本体部１ａの一方の端部側に、軸線方向のプッシュロッド挿通孔１ｃを開口する一方、他方の端部側に本体部１ａよりも大径の摺動基体部１ｂが一体形成された形状をなす。他方、セラミック板４は窒化珪素の焼結体として円板状に構成され、摺動基体部１ｂの平坦な端面に重ね接合されている。また、ろう材層３を構成するろう材は、Ｃｕ系あるいはＡｇ系ろう材が使用される。そして、セラミック板４の、ろう材層３と接しているのとは反対側の端面がカム１００との摺動面４ａとされている。
【００１４】
セラミック板４の摺動面４ａには、図中やや誇張して示すように、クラウニング（中央部が突出する小さな曲率）が施されている。このクラウニングは、金属体２とセラミック板４とをろう付け接合して冷却する際に、金属体２がセラミック板４よりも大きく収縮することを利用して、セラミック板４を中央部が盛り上がるように弾性変形させることで形成されたものである。
【００１５】
次に、図３（ａ）に示すように、セラミック板４の摺動面４ａと、同じくセラミック板４の接合面４ｂ及び金属体２の端面２ａの少なくとも一方（この実施例では双方）との各外周縁に面取り部４ｃ，４ｄ，２ｃが施される。このように面取り部４ｃ，４ｄ，２ｃが施されることで、セラミック板４と金属体２との接合周縁部には、ろう材層３の外周露出面を底面とし面取り部４ｄ，２ｃを内側面とする、略Ｃ字状断面の周方向の切欠１ａを生ずる。そして、上記のタペット１では、セラミック体摺動面側面取り部４ｃの内縁が、セラミック体接合面側面取り部４ｄの内縁と金属体端面側面取り部２ｃの内縁との少なくともいずれか、夲実施例では両面取り部４ｄ，２ｃの双方の内縁に対し、全周にわたってその内側に位置している（第一の構成）。
【００１６】
このような構成を採用することによる作用及び効果について、以下に説明する。
タペット１の耐久性を大きく左右する因子として、カム１００のタペット１の摺動面４ａ外周への当たり方（例えば、カム摺動範囲やカム面のタペットに対する当たり角）が挙げられる。例えば、エンジン側のブロック穴寸法精度やカム１００の加工精度（例えばカムテーパやカム幅の形成精度）、あるいはタペットの組付け精度等によって、カム１００が摺動面４ａの最外周にエッジ当たりするようなケースでは、ろう材層３を含む接合部へのダメージが大きい。
【００１７】
例えば、摺動面４ａの偏摩耗防止のため摺動面４ａのクラウニングを利用して、カム１００の摺動に伴いタペット１を回転させることが行われる。カム１００は、この目的のため、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、タペット１の回転軸線Ｏ1に対してカム１００の幅方向中心線Ｏ2を片側に寄るように偏心（オフセット）させ、また、カム１００の外周面幅方向には、タペット１の摺動面４ａの外縁側から回転軸線Ｏ1側に向けて下るカムテーパが付与されている（なお、図では、摺動面４ａにおけるカム摺動範囲をハッチング領域にて示している）。このとき、アイドリング時などカム１００の回転が低速の場合は、図７（ｃ）に破線で示すように、カム１００からセラミック板４に加わる衝撃力が、クラウニングの頂点となる摺動面４ａの中央付近（すなわち、タペット１の質量中心に近いに位置）にて最大となる。しかしながら、高速回転状態においては、動弁系の慣性力や、上記カムテーパの付与形態の影響を受けて、図中実線で示すように摺動面４ａの外周縁付近に非常に大きな衝撃力が加わる形となる。
【００１８】
その際、図３（ａ）の、各面取り部４ｃ，４ｄ，２ｃの内縁位置（図中、Ａ，Ｂ，Ｃにて表示）がろう材層４による接合部の耐疲労性に大きく影響する。すなわち、図３（ｃ）に示すように、セラミック体摺動面側面取り部４ｃの内縁Ａが、金属体端面側面取り部２ｃの内縁Ｃよりも外側にある場合は、セラミック板４を経てカム１００から加わる衝撃力が大きくなり、ろう材層３に生じる塑性歪みが大きくなって耐久性が著しく低下する場合があった。
【００１９】
しかしながら、上記のように、セラミック体摺動面側面取り部４ｃの内縁Ａを、セラミック体接合面側面取り部４ｄの内縁Ｂあるいは金属体端面側面取り部２ｃの内縁Ｃよりも内側に位置するよう、上記各内縁Ａ〜Ｃの位置を調整することにより、ろう付け層４の外周部への応力集中ひいてはその塑性変形等を劇的に低減でき、接合部の耐疲労性能を大幅に向上させることができる。
【００２０】
セラミック板４の接合面４ｂ及び金属体２の端面２ａの双方の各外周縁に面取り部４ｄ，２ｃが施される場合、図３（ｂ）に示すように、セラミック体摺動面側面取り部４ｃの内縁Ａが、セラミック体接合面側面取り部４ｄの内縁Ｂと金属体端面側面取り部２ｃの内縁Ｃとの一方に対してのみ（この場合、Ｃに対してのみ）のみ、内側に位置する形となっていてもよい。これによっても、内縁Ａが内縁Ｂ，Ｃの双方よりも外側にある図３（ｃ）の態様と比べれば、ろう付け層４の外周部への応力集中を減少させる効果がある。この効果を高めるには、セラミック体摺動面側面取り部４ｃの内縁Ａが金属体端面側面取り部２ｃの内縁Ｃよりも内側に位置していることが望ましい。そして、図３（ａ）のように、内縁Ａが内縁Ｂ，Ｃの双方よりも内側に存在する態様を採用すれば、さらに上記の効果は顕著なものとなる。
【００２１】
接合面４ｂ及び端面２ａの双方に面取り部４ｄ，２ｃを形成する場合、接合時に生じるセラミック板４と金属体２とのズレや、面取りサイズ（幅）のばらつき等を加味して、摺動面４ａ側の面取り部４ｃを接合面４ｂ側あるいは端面２ａ側の面取り部２ｃより大きくしたセラミック板４を接合することにより、各面取り部内縁Ａ〜Ｃが上記の位置関係をもつ本発明のセラミック摺動部材を作製することができる。なお、摺動面４ａ側の面取り部４ｃ（カムからの荷重が集中しやすい位置）の内縁Ａを、比較的接合劣化の起点となりやすい金属体２の端面２ａ側の面取り部２ｃの内縁Ｃよりも内側に位置させることで、カム１００の当接時において面取り部に発生する剪断応力を軽減できる。
【００２２】
なお、図４に示すように、セラミック体接合面側面取り部を省略し、該面の該周縁をピン角に近い形としてもよい。この場合、セラミック体摺動面側面取り部４ｃの内縁Ａを、金属体端面側面取り部２ｃの内縁Ｂよりも、全周にわたって内側に位置させるようにすれば、ろう付け層４の外周部への応力集中ひいてはその塑性変形等を劇的に低減できる。また、セラミック体接合面側面取り部を形成しない分だけ、接合面側の研削等による加工仕上を簡略化あるいは省略することも可能となる。
【００２３】
なお、上記の第一の構成では、また、セラミック体摺動面側面取り部４ｃの幅ｘは、０．５〜１．５ｍｍ、望ましくは０．５〜１．０ｍｍの範囲にて調整される。さらに、図４のように、セラミック体接合面側面取り部と金属体端面側面取り部との一方のみが形成される場合（図では後者２ｃのみ）は、その面取り部の内縁を基準面取り縁（図ではＣ）とし、また、図３双方が形成される場合は、セラミック体摺動面側面取り部４ｃの内縁Ａよりも外側において、その最も近くに位置するものの内縁（図では、面取り部２ｃの内縁Ｃ）を基準面取り縁として、セラミック体摺動面側面取り部２ｃの内縁Ａと基準面取り縁との間の距離δが０．１ｍｍ以上確保されていることが望ましい。該距離δが０．１ｍｍ未満であると、前記したろう付け層４の外周部への応力集中ひいてはその塑性変形等を低減する効果が不十分となり、接合部の耐疲労性能の改善が望めなくなる場合がある。
【００２４】
上記タペット１は、図５（ａ）に示すように、セラミック板４の摺動面外周縁に面取り部４ｃを同様に形成する一方、該セラミック板４と金属体２との外周面が、両者の間に形成されるろう材層（ろう付け接合層）３とともに略面一となるように、研磨等により面仕上げした構成とすることもできる。なお、セラミック体摺動面側面取り部４ｃの幅は、０．３〜１．５ｍｍ、望ましくは０．５〜１．０ｍｍの範囲にて調整される。
【００２５】
この構成によれば、図３及び図４に示すような接合周縁部の切欠１ａが実質的にほとんど生じなくなる。そして、これを前提として、セラミック体摺動面側面取り部４ｃの幅ｘを０．３〜１．５ｍｍとし、セラミック体摺動面側面取り部４ｃの内縁を接合劣化の起点となる接合外周から離間させることで、ろう材層４の外周部への応力集中ひいてはその塑性変形等を大幅に低減でき、接合部の耐疲労性能を大幅に向上させることができる。
【００２６】
この場合、例えばセラミック板４の接合面側あるいは金属体２の端面側にも面取り部を形成した状態にて両者をろう付け接合し、例えば接合面側の面取り部が略完全に消滅するまで外周研磨を行って、セラミック板４、金属体２及びろう材層３の外周面を略面一となるように加工する。結果的に、図５（ａ）に示すように、セラミック板４及び金属体２の接合面側外周面は、ほぼピン角の状態となる。なお、図５（ｂ）に示すように、セラミック板４の接合面側あるいは金属体２の端面側に、面取り部４ｄあるいは２ｃが一部残留する形で、外周面を面一仕上してもよいが、ろう材層４の外周部への応力集中抑制の観点においては、図５（ａ）の態様の方がより有利であるといえる。
【００２７】
なお、図３〜図５において、セラミック板（セラミック体）４と金属体２との接合方向（この場合、タペット１の回転軸線Ｏ1の向き）と直交する基準面ＢＰと、セラミック体摺動面側面取り部４ｃとのなす角度θは、２０°〜５０°の範囲にて調整するのがよい。角度θが２０°未満になると、欠け防止等の効果が不足するばかりでなく、ろう材層４の外周部への応力集中抑制の効果も不十分となる場合がある。また、５０°を超えると、面取り部幅ｘが不足しやすくなり、ろう材層４の外周部への応力集中抑制の効果が不十分となる場合がある。なお、角度θは、より望ましくは２５°〜４５°の範囲にて調整するのがよい。
【００２８】
また、図８に示すように、カム１００の周面の、回転軸線Ｏ3に関してノーズトップと反対側に位置する点をカム底点として、そのカム底点が摺動面４ａに接しているときの当該カム底点における接平面ＡＰと、同じく周面におけるカムノーズ部の開始点（カムノーズ部外形線がカム基円から外れはじめる点）が摺動面４ａに接しているときの当該開始点における接平面ＣＰとのなす角度をカム当り角φと定義したときに、セラミック体と金属体との接合方向と直交する基準面と、セラミック体摺動面側面取り部とのなす角度θは、φ−１０°以上、φ＋１０°以下に調整しておくことが、ろう材層４の外周部への応力集中抑制の効果を高める上で、より望ましい。
【００２９】
金属体２を構成する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、次のようなものを例示できる（組成の単位は重量％）。
(1)機械構造用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼：ＳＮＣＭ６３０（Ｃ：０．２５〜０．３５、Ｓｉ：０．１５〜０．３５、Ｍｎ：０．３５〜０．６０、Ｎｉ：２．５〜３．５、Ｃｒ：２．５〜３．５、Ｍｏ：０．５〜０．７、残Ｆｅ（単位：重量％、以下同じ））、ＳＮＣＭ４３９（Ｃ：０．３６〜０．４３、Ｓｉ：０．１５〜０．３５、Ｍｎ：０．６〜０．９０、Ｎｉ：１．６〜２．０、Ｃｒ：０．６〜１．０、Ｍｏ：０．１５〜０．３、残Ｆｅ）、ＳＮＣＭ４４７（Ｃ：０．４４〜０．５０、Ｓｉ：０．１５〜０．３５、Ｍｎ：０．６〜０．９０、Ｎｉ：１．６〜２．０、Ｃｒ：０．６〜１．０、Ｍｏ：０．１５〜０．３、残Ｆｅ）等。
(2)機械構造用Ｃｒ−Ｍｏ鋼：ＳＣＭ４４５（Ｃ：０．４３〜０．４８、Ｓｉ：０．１５〜０．３５、Ｍｎ：０．６〜０．８５、Ｃｒ：０．９〜１．２、Ｍｏ：０．１５〜０．３、残Ｆｅ）等。
(3)機械構造用Ｃｒ鋼：ＳＣｒ４４０（Ｃ：０．４３〜０．４８、Ｓｉ：０．１５〜０．３５、Ｍｎ：０．６〜０．８５、Ｃｒ：０．９〜１．２、残Ｆｅ）、ＳＣｒ４１５（Ｃ：０．１３〜０．１８、Ｍｎ：０．６０〜０．８５、Ｃｒ：０．９０〜１．２０、残Ｆｅ（単位：重量％））等。
(4)機械構造用炭素鋼：Ｓ５０Ｃ（Ｃ：０．４７〜０．５３、Ｍｎ：０．６〜０．９、残Ｆｅ）等。
【００３０】
また、セラミック体４は、上記の通り窒化珪素を主体に構成することができる。窒化珪素は機械的強度、耐磨耗性及び耐食性に優れ、例えばタペットなど、高温・高負荷かつ腐食性の苛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。なお、窒化珪素以外では、サイアロン、炭化珪素、窒化アルミニウム等も使用も可能である。
【００３１】
また、ろう材層３を形成するためのろう材は、Ａｇを主成分とするＡｇ系ろう材を使用することができる。本発明にて使用可能なＡｇ系ろう材には、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材（Ｃｕ：３３．０〜３７．５（例えば３５．２５）、Ｔｉ：１．０〜２．５（例えば１．７５）、残部Ａｇ（単位：重量％、以下同じ））、Ｃｕ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ系ろう材（Ａｌ：１．０〜３．０（例えば２．０）、Ｓｉ：２．０〜４．０（例えば３．０）、Ｔｉ：１．０〜３．５（例えば２．２５）、残部Ｃｕ）、Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ−Ｔｉ系ろう材（Ｃｕ：２５．０〜２９．５（例えば２７．２５）、Ｉｎ：１０〜１５（例えば１２．５）、Ｔｉ：０．５〜２．０（例えば１．２５）、残部Ａｇ）等がある。Ａｇ系ろう材を使用した場合のろう材層の厚さは、本発明の効果を十分に達成する上で、１０〜５０μｍの範囲にて調整するのがよい。
【００３２】
一方、Ｃｕを主成分とするＣｕ系ろう材を使用れば、ろう材層の耐熱性、ひいては接合体の高温接合強度をさらに高めることができる。Ｃｕ系ろう材としては、Ｃｕを８０重量％以上含有するものを使用することで、接合部の耐熱性にとりわけ優れた接合体を得ることができる。Ｃｕ系ろう材としては、具体的にはＣｕ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ系のろう材を使用することができる。Ｃｕの含有量は前述の通り８０重量％以上に設定することで、ろう材層の耐熱性が特に良好となる。Ａｌは主にろう材の融点を調整する働きをなし、含有量が高いほどろう材の融点が低下する。一方、Ｓｉはろう材が溶融してできる液相の流れ性を高め、空隙等の欠陥が少ない接合構造を形成するのに寄与する。ただし、Ｓｉ含有量が０．１重量％未満になると液相の流動性改善効果が乏しくなり、逆に８重量％を超えるとろう材層が脆弱化して接合強度の低下につながる場合がある。
【００３３】
なお、活性金属成分たるＴｉ（ＺｒやＨｆ等も使用できる）が１０重量％を超えるとセラミックス被接合体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、活性金属の含有量は１０重量％以下、望ましくは５重量％以下の範囲で調整するのがよい。なお、Ａｌの含有量は、Ｓｉ及び活性金属成分の含有量と、ろう材の狙い融点（固相線温度）とを勘案して、０．１〜５重量％の範囲で適宜調整する。なお、上記以外のＣｕ系ろう材としては、Ｃｕ−Ｐｄ−Ｓｉ−Ｔｉ系、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｔｉ系、Ｃｕ−Ｓｉ系等を使用できる。Ｃｕ系ろう材を使用した場合のろう材層の厚さは、本発明の効果を十分に達成する上で、３０〜８０μｍの範囲にて調整するのがよい。
【００３４】
なお、ろう材層３と金属体２あるいはセラミック体４との各隣接境界（あるいは接合界面）は、成分拡散等のため一般には不明瞭となることが多い。具体的には、各隣接境界付近に、成分の拡散ないし反応により拡散層あるいは反応層（以下、両者を総称して拡散・反応層という）が形成されることがある。本明細書においては、図６に示すように、金属体とセラミック体との接合方向において、セラミック体を構成する金属イオンあるいは珪素イオン等のカチオン成分のうち、最も含有量の高いもの（以下、主カチオン成分という）の濃度をセラミック体側からろう材層側に向けて分析した場合に、該主カチオン成分濃度の分析値レベルが、その平均濃度Ｃmの１／２となる位置を、セラミック体とろう材層との境界ＢXとして定めるものとする。また、同様に金属体を構成する金属成分のうち、最も含有量の高いもの（以下、主金属成分という）の濃度を金属体側からろう材層側に向けて分析した場合に、該主金属成分濃度の分析値レベルが、その平均濃度Ｍmの１／２となる位置を、金属体とろう材層との境界ＢYとして定めるものとする。そして、両境界間の距離をろう材層の厚さｔとして定義する（ただし、ろう材層の厚さに分布を生じている場合には、その平均値にて代表させるものとする）。なお、こような分析は、電子プローブ・マイクロ・アナライザ（ＥＰＭＡ）、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光）及びＷＤＳ（波長分散型Ｘ線分光）、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）等の公知の方法により実施することができる。
【００３５】
なお、上記の実施例では、セラミック体４を金属体２に直接ろう付け接合していたが、接合熱処理時等における金属体２とセラミック体４との間の熱膨張差に起因した残留応力（あるいは熱応力）を緩和するために、金属体２とろう材層３との間に中間層（あるいは緩衝板）を介挿することもできる。この中間層は、例えばＣｕやＮｉ等の軟質金属を主体とするもので構成でき、自身の塑性変形により上記残留応力を緩和する効果をさらに高める働きをなす。また、Ｗ合金やコバール等、セラミック体４と金属体２との中間の線膨張係数を有する材質で中間層を構成してもよい。なお、中間層は、上記材質の薄板を金属体２側にろう付け等により接合する一方、セラミック体４側には上記ろう材層３を介して同様にろう付け接合することができる。この場合、接合により一体化した金属体２と中間層との全体をあらためて金属体２とみなおせば、当該構造も本発明の請求項に記載した接合体の構成を有していると見ることができる。前記した金属体端面側面取り部は、この中間層に形成することができる。
【００３６】
【実施例】
（実施例１）
本発明のタペット（接合体）１の性能を確認するために、以下の条件で試作品を製作した。まず、鋼材として、ＪＩＳに規定された合金鋼ＳＮＣＭ６３０を鍛造、機械研削することにより図２に示した形状のタペット金具２を作製した。他方、Ｓｉ_３Ｎ_４原料１００重量部に対し、Ａｌ_２Ｏ_３−Ｙ_２Ｏ_３系焼結助剤と、成形バインダとを配合して金型プレスにて成形し、脱バインダした後、Ｎ_２ガス雰囲気にて１７００℃で常圧予備焼結した後、Ｎ_２ガス雰囲気で１７００℃・１００気圧にてガス圧焼成し、円板状の焼成体を得た。こうして得られた焼成体の両面を研削してセラミック板４を作成した（厚さ１．５ｍｍ）。そして、上記タペット金具２とセラミック板４との間にろう材箔を挟み込み、真空雰囲気にてろう付け接合することにより、図９に示す形状の各種タペット１を各々ｎ＝２にて得た。また、使用したろう材箔は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ−Ｔｉ系ろう材（Ｃｕ：２７．２５ｗｔ％、Ｉｎ：１２．５ｗｔ％、Ｔｉ：１．２５ｗｔ％、残部Ａｇ、厚さ０．０４０ｍｍ）であり、ろう付け条件は真空雰囲気にて８００℃×２ｈｒ、ろう付け後の冷却速度は１０℃／分とした。なお、接合後の各タペットにおいて、前記したろう材層３の厚さは、断面のＥＰＭＡ測定により概ね３５〜３８μｍとなっていることがわかった。
【００３７】
表１に示す得られた各タペット試料のうち、番号１〜３は、セラミック板４の摺動面４ａ及び接合面４ｂと、金属体２の端面２ａの各外縁部に、各種角度及び幅にて面取り部４ｃ，４ｄ，２ｃを形成し、接合周縁部に図３等に示す切欠１ａが形成されたものである（以下、切欠き構造の試験品という）。なお、面取り部形態の表示において、「Ｃ＃．＃＃」とあるのは、面取り角度θが４５°であり、面取り部の幅ｘが＃．＃＃ｍｍであることを示す。他方、番号４及び５は、セラミック板４の摺動面４ａの外周縁に面取り部４ｄを形成するとともに、セラミック板４及び金属体２の接合面側の面取り部が略完全に消滅するまで外周研磨を行って、セラミック板４、金属体２及びろう材層３の外周面を略面一となるように加工したものである（以下、接合外周研磨の試験品という）。
【００３８】
【表１】

【００３９】
上記のタペットは、超音波探傷装置にて金属体とセラミック板とのろう付部の接着面積率を全数測定し、異常がないことを確認した。また、接合後において各面取り部４ｃ，４ｄ，２ｃの位置関係を、後述する耐久試験後の、試験品の断面観察により解析し、その解析結果からセラミック体摺動面側面取り部４ｃの内縁Ａと基準面取り縁との間の距離δを、その周方向における最小値として測定した。その結果、試験品３は、各内縁Ａ〜Ｃが、全周にわたって図３（ａ）に示す位置関係となっており（実施例）、他方試験品１，２は、図３（ｂ）に示す位置関係となっている（比較例）ことがわかった。なお、試験品１，２では、内縁Ａとそれより内側にある内縁Ｂ，Ｃのうち、Ａに近いものとの距離の最小値をδとして、負値にて表示している。なお、試験品１〜３において、内縁Ｂ及びＣの位置関係は、何れもＣがＢよりも内側に位置した。その距離（周方向における最小値にて表示）は、試験品１が０．１５ｍｍ、同２が０．２３ｍｍ、同３が０．４ｍｍであった。なお、ここでは、試験品の中心軸線を含む断面を、該中心軸線周りにおいて一定の角度間隔（例えば５°間隔）にて研磨・面出ししながら、順次各面取り縁の位置を観察・測定するようにしたが、例えば中心軸線と平行な断層面をタペット直径方向にスキャンする形でＸ線ＣＴを行うことにより、各面取縁の３次元的なプロファイルを非破壊にて測定する手法を用いてもよい。
【００４０】
次に、これらのタペットをカムモータリング試験機に装着し、以下の条件にて耐久試験を行った。すなわち、オイル温度１３０℃、カム回転数を２５００ｒｐｍ、タペットとカムとのクリアランスを１．５ｍｍ、ノーズトップ位置におけるセット荷重を３５０ｋｇｆとし、最大１．０×１０^９サイクルまで試験した。そして、途中約５×１０^５サイクル毎に超音波探傷を行い、耐久試験前と比較してセラミック板の半径Ｒの８０％よりも外側の領域において、３０μｍ以上の欠陥の合計面積率が１０％以上増大した時点で耐久限界と判断し、そのときのサイクル数にて耐久寿命を判定した。以上の結果を表１に示す。
【００４１】
切欠き構造の試験品（番号１〜３）については、本発明の実施例品である番号３の試験品が、比較例である番号１，２の試験品よりも良好な耐久性を示していることがわかる。一方、接合外周研磨の試験品（番号４，５）については、いずれもさらに良好な耐久性を示し、特に面取り量の大きい番号５では、最大サイクルまで試験を行っても異常が見られなかった。
【００４２】
（実施例２）
セラミック体接合面側面取り部４ｄと金属体端面側面取り部２ｃをそれぞれＣ０．３ｍｍに固定し、セラミック体接合面側面取り部４ｃは角度θを２５°又は３０°のいずれかとし、幅ｘを各種値に調整した以外は、実施例１と全く同様にして、切欠き構造型の各種タペット試験品を作製した。また、実施例１と同様にして、各面取り部４ｃ，４ｄ，３ｃの位置関係解析を行い、内縁Ａの位置を基準位置として、内縁Ｂ及びＣまでの距離（Ａよりも外側にある場合を正値、内側にある場合を負値として、周方向の最小値にて表示）、及びδの値を求めた。そして、これらタペット試験品２１〜３１（δが負となる３０及び３１は比較例）につき、実施例１と同様の耐久試験を１．０×１０^８サイクルまで行い、寿命評価を行った。以上の結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】

【００４４】
セラミック体接合面側面取り部４ｃの内縁Ａが、接合面側の面取り部内縁ＢあるいはＣよりも内側に位置するほど（すなわち、δが大きくなるほど）、寿命が向上していることがわかる。
【００４５】
（実施例３）
セラミック体接合面側面取り部４ｃの角度θを２０°〜５０°の各種値とし、幅ｘを０．３〜１．５ｍｍの各種値に調整した以外は、実施例１と全く同様にして、接合外周研磨型の各種タペット試験品を作製した。そして、これらタペット試験品５１〜６７につき、実施例１と同様の耐久試験を１．０×１０^９サイクルまで行い、寿命評価を行った。以上の結果を表３に示す。
【００４６】
【表３】

【００４７】
面取り部の幅ｘが０．３ｍｍあるいは１．５ｍｍ近づくと、面取り部４ｃに若干の欠け発生が見られたが、いずれも極めて良好な耐久性を示しており、特にｘの値が大きくなるほど寿命が延びていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタペットを含むオーバーヘッドバルブ機構の正面図。
【図２】図１のタペットの拡大図。
【図３】本発明の第一の構成に係るタペットにおける、セラミック体及び金属体への面取り部の形成形態のいくつかの実施例（（ａ），（ｂ））を、比較例（（ｃ））とともに示す断面模式図。
【図４】第一の構成のタペットにおける、セラミック体及び金属体への面取り部の形成形態の変形例を示す断面模式図。
【図５】本発明の第二の構成に係るタペットにおける、セラミック体及び金属体への面取り部の形成形態の実施例を示す断面模式図。
【図６】ろう材層の概念を示す説明図。
【図７】カムとタペットの配置関係を、カム摺動範囲及び衝撃力分布とともに示す説明図。
【図８】カムの当り角を説明する図。
【図９】実施例で使用したタペット試験品の形状を示す縦断面図。
【符号の説明】
１タペット（摺動部品）
２タペット金具（金属体）
２ａ端面
３ろう材層
４セラミック板（セラミック体）
４ａ摺動面
４ｂ接合面
４ｃセラミック体摺動面側面取り部
４ｄセラミック体接合面側面取り部
２ｃ金属体端面側面取り部

Claims

セラミック体の裏面側を接合面として、これを金属体の端面にろう付け接合した構造を有し、そのセラミック体の表面側を摺動面としたセラミック摺動部品において、
前記セラミック体の摺動面と、同じく前記セラミック体の接合面及び前記金属体の端面の少なくとも一方との各外周縁に面取り部が施されるとともに、セラミック体摺動面側面取り部の内縁が、セラミック体接合面側面取り部の内縁及び／又は金属体端面側面取り部の内縁よりも、全周にわたって内側に位置していることを特徴とするセラミック摺動部品。
前記セラミック体の接合面及び前記金属体の端面の双方の各外周縁に面取り部が施されるとともに、セラミック体摺動面側面取り部の内縁が、セラミック体接合面側面取り部の内縁と金属体端面側面取り部の内縁とのいずれよりも、全周にわたって内側に位置している請求項１記載のセラミック摺動部品。
前記セラミック体の接合面の外周縁が面取り仕上されず、外周面との間に角が形成され、他方、前記金属体の端面の外周縁に面取り部が施されるとともに、前記セラミック体摺動面側面取り部の内縁が、前記金属体端面側面取り部の内縁よりも、全周にわたって内側に位置している請求項１記載のセラミック摺動部品。
前記セラミック体接合面側面取り部と前記金属体端面側面取り部との一方のみが形成される場合は、その面取り部の内縁を基準面取り縁とし、双方が形成される場合は、セラミック体摺動面側面取り部の内縁よりも外側において、その最も近くに位置するものの内縁を基準面取り縁として、前記セラミック体摺動面側面取り部の内縁と前記基準面取り縁との間の距離が０．１ｍｍ以上確保されている請求項２又は３に記載のセラミック摺動部品。
前記セラミック体摺動面側面取り部の幅が０．５〜１．５ｍｍの範囲にて調整されている請求項１ないし４のいずれかに記載のセラミック摺動部品。
前記セラミック体と前記金属体との接合方向と直交する基準面と、前記セラミック体摺動面側面取り部とのなす角度θが２０°〜５０°の範囲にて調整されている請求項１ないし５のいずれかに記載のセラミック摺動部品。
前記摺動面がカム摺動面であるタペットとして構成されている請求項１ないし６のいずれかに記載のセラミック摺動部品。