JPH024553B2 - - Google Patents
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- JPH024553B2 JPH024553B2 JP58173729A JP17372983A JPH024553B2 JP H024553 B2 JPH024553 B2 JP H024553B2 JP 58173729 A JP58173729 A JP 58173729A JP 17372983 A JP17372983 A JP 17372983A JP H024553 B2 JPH024553 B2 JP H024553B2
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Landscapes
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明はセラミツクス部材と金属部材とを接合
一体化してなるセラミツクス―金属複合機械部品
に関する。 （従来の技術） セラミツクス部材と金属部材とを一体化させた
複合部品は、ICの分野をはじめ機能部品として
広く使用されてきているが、強度や耐摩耗性の要
求される機械部品、特に摺動部品としては接合強
度が未だ不充分であるため実用化の段階には至つ
ていない。 すなわち、従来の摺動部品としては、摺動面に
窒化処理や硬質クロムめつき処理を施して耐摩耗
性を向上させた鋳鉄等の金属製部品や、窒化ケイ
素からなるセラミツクス部材等の耐摩耗性に優れ
たセラミツクス部材で全体を一体に形成したセラ
ミツクス製部品等が知られているが、金属製部品
では耐摩耗性に限界があり、全体がセラミツク製
である部品ではコストが高くなるばかりか過剰品
質になるという問題があつた。 そのため、本体を金属製部材とし摺動面のみを
耐摩耗性セラミツクス部材で構成した複合機械部
品の出現が望まれているが、セラミツクス部材と
金属部材、特に窒化ケイ素のような非酸化物系セ
ラミツクス部材と鋼材とは一体化が困難であり、
機械部品として使用することができなかつた。 また、例えば非酸化物系セラミツクス部材と金
属部材とを接着剤で一体化したり、焼嵌め等の機
械的嵌合により一体化させることも試みられてい
るが、接着剤による方法では高温で使用すること
ができず、機械的嵌合では機械加工が複雑で、か
つ形状に限界があるという問題があつた。 （発明が解決しようとする課題） 上述したように、非酸化物系セラミツクス部材
と金属部材とは、熱膨脹差に起因して高い信頼性
の下で接合一体化する方法では高温で使用するこ
とができず、機械的嵌合によつて一体化する方法
では機械加工が煩雑で、かつ形状に限界があるな
どの問題があつた。 本発明はこのような点に対処してなされたもの
で、耐摩耗性に優れた窒化ケイ素製セラミツクス
部材等の非酸化物セラミツクス部材と、鋼材等の
金属部材とを、強固に接合一体化させた機械部品
を提供することを目的とする。 ［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明の機械部品は、非酸化物系セラ
ミツクスの酸化処理の施された表面に銅―酸素共
晶層を介して銅層が形成されている非酸化物系セ
ラミツクス部材と、金属部材とが、前記非酸化物
系セラミツクス部材に形成された銅層を介してろ
う材により接合されていることを特徴としてい
る。 本発明に使用する非酸化物系セラミツクス部材
としては、窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン
等が例示される。これらの非酸化物系セラミツク
スは特に、耐摩耗性に優れた特性を有している。 そして、これらの非酸化物系セラミツクスは、
表面を酸化させて二酸化ケイ素等からなる酸化膜
を形成して使用される。またその形状は接合面に
嵌合部分を設け、この場合は突起部を有する形状
が好ましい。 非酸化物系セラミツクスの表面に銅層を形成す
るための銅材は、銅粉末や銅板のように薄い銅層
を形成し易い形態のものが適している。 金属部材としては、鋼材や鉄材等の機械的強度
の大きいものの使用が望ましい。またその形状は
セラミツク部材の突起部に嵌合する溝部を有する
形状が好ましい。 表面を酸化処理した非酸化物系セラミツクス部
材の表面へ銅層を形成するには、その酸化表面に
タフピツチ電解銅等の酸素を含有する銅板または
銅粉末を接触配置し、不活性雰囲気中で1065℃
（銅―酸素共晶温度）〜1083℃（銅の融点）に加
熱して銅材を直接非酸化物系セラミツクス部材の
酸化された表面に接合されることによつて行なわ
れる。この方法は酸化物系セラミツクスに対する
銅材の直接接合手段として知られた方法である
が、本発明においては非酸化物セラミツクス部材
の表面を酸化処理することにより同等の高い接合
強度を得ることができる。銅層の形成されたセラ
ミツクス部材と金属部材とを接合させるには、銅
層に、必要に応じてニツケルめつき等の電解めつ
きを施した後、ろう付けにより金属部材と接合さ
せる。また、接合部にセラミツク部材と金属部材
の熱膨張に起因する応力を緩和する延性金属とな
る中間層を介するようにしてもよい。 なお、嵌合部にはろう材を流入できるだけの間
〓が必要である。その大きさはろう材の融点にお
けるろうの表面張力、流動性にもよるが10μｍ以
上とすることが望ましい。 （作用） 非酸化物系セラミツクス部材の表面に銅材を直
接接触配置し、加熱することによつて強固に接合
した銅層が得られる。このように銅を層状に接合
した後に、金属部材を接合することによつて、非
酸化物系セラミツクス部材と金属部材の熱膨脹差
に起因してろう材による加熱接合時に発生する応
力は、銅層の伸縮や塑性変形によつて吸収され残
留応力は低減される。従つて、充分な接合強度が
得られるとともに、接合後の信頼性も優れたもの
となる。また、銅層は任意の厚さおよび形状に形
成できるので、各種形状の複合金属部品が容易に
得られる。 （実施例） 実施例 第１図に示すカムシヤフト摺動面方向先端面に
溝部を設けた鋳鉄製のロツカーアーム本体１の接
合面にニツケルめつきを施した。 一方、このロツカーアーム本体１と接合する窒
化ケイ素製のセラミツクパツド３の接合面を酸化
処理し、厚さ70μｍのタフピツチ電解銅箔を接触
配置させ、不活性雰囲気中で1075℃で30分間加熱
して銅層を形成した。 次いで、この銅層を形成したセラミツクパツド
３と前述したニツケルめつきロツカーアーム本体
１の間に、銀ろうＡをはさんで850℃で加熱し、
接合させた。 この複合体のセラミツクパツド接合面と剪断破
壊荷重（Kg）および剪断強度（Kg／mm2）は、次表
に示す通りであつた。 比較例 実施例においてセラミツクパツド３の接合面の
導電層の形成方法として、銅ペースト（フリツト
ガラス含有）の塗布焼付けにより銅層を形成し、
実施例と同様に銀ろうＡを介してロツカーアーム
本体１と接合させた。 剪断破壊荷重（Kg）および剪断強度（Kg／mm2）
は次表の通りであつた。
一体化してなるセラミツクス―金属複合機械部品
に関する。 （従来の技術） セラミツクス部材と金属部材とを一体化させた
複合部品は、ICの分野をはじめ機能部品として
広く使用されてきているが、強度や耐摩耗性の要
求される機械部品、特に摺動部品としては接合強
度が未だ不充分であるため実用化の段階には至つ
ていない。 すなわち、従来の摺動部品としては、摺動面に
窒化処理や硬質クロムめつき処理を施して耐摩耗
性を向上させた鋳鉄等の金属製部品や、窒化ケイ
素からなるセラミツクス部材等の耐摩耗性に優れ
たセラミツクス部材で全体を一体に形成したセラ
ミツクス製部品等が知られているが、金属製部品
では耐摩耗性に限界があり、全体がセラミツク製
である部品ではコストが高くなるばかりか過剰品
質になるという問題があつた。 そのため、本体を金属製部材とし摺動面のみを
耐摩耗性セラミツクス部材で構成した複合機械部
品の出現が望まれているが、セラミツクス部材と
金属部材、特に窒化ケイ素のような非酸化物系セ
ラミツクス部材と鋼材とは一体化が困難であり、
機械部品として使用することができなかつた。 また、例えば非酸化物系セラミツクス部材と金
属部材とを接着剤で一体化したり、焼嵌め等の機
械的嵌合により一体化させることも試みられてい
るが、接着剤による方法では高温で使用すること
ができず、機械的嵌合では機械加工が複雑で、か
つ形状に限界があるという問題があつた。 （発明が解決しようとする課題） 上述したように、非酸化物系セラミツクス部材
と金属部材とは、熱膨脹差に起因して高い信頼性
の下で接合一体化する方法では高温で使用するこ
とができず、機械的嵌合によつて一体化する方法
では機械加工が煩雑で、かつ形状に限界があるな
どの問題があつた。 本発明はこのような点に対処してなされたもの
で、耐摩耗性に優れた窒化ケイ素製セラミツクス
部材等の非酸化物セラミツクス部材と、鋼材等の
金属部材とを、強固に接合一体化させた機械部品
を提供することを目的とする。 ［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明の機械部品は、非酸化物系セラ
ミツクスの酸化処理の施された表面に銅―酸素共
晶層を介して銅層が形成されている非酸化物系セ
ラミツクス部材と、金属部材とが、前記非酸化物
系セラミツクス部材に形成された銅層を介してろ
う材により接合されていることを特徴としてい
る。 本発明に使用する非酸化物系セラミツクス部材
としては、窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン
等が例示される。これらの非酸化物系セラミツク
スは特に、耐摩耗性に優れた特性を有している。 そして、これらの非酸化物系セラミツクスは、
表面を酸化させて二酸化ケイ素等からなる酸化膜
を形成して使用される。またその形状は接合面に
嵌合部分を設け、この場合は突起部を有する形状
が好ましい。 非酸化物系セラミツクスの表面に銅層を形成す
るための銅材は、銅粉末や銅板のように薄い銅層
を形成し易い形態のものが適している。 金属部材としては、鋼材や鉄材等の機械的強度
の大きいものの使用が望ましい。またその形状は
セラミツク部材の突起部に嵌合する溝部を有する
形状が好ましい。 表面を酸化処理した非酸化物系セラミツクス部
材の表面へ銅層を形成するには、その酸化表面に
タフピツチ電解銅等の酸素を含有する銅板または
銅粉末を接触配置し、不活性雰囲気中で1065℃
（銅―酸素共晶温度）〜1083℃（銅の融点）に加
熱して銅材を直接非酸化物系セラミツクス部材の
酸化された表面に接合されることによつて行なわ
れる。この方法は酸化物系セラミツクスに対する
銅材の直接接合手段として知られた方法である
が、本発明においては非酸化物セラミツクス部材
の表面を酸化処理することにより同等の高い接合
強度を得ることができる。銅層の形成されたセラ
ミツクス部材と金属部材とを接合させるには、銅
層に、必要に応じてニツケルめつき等の電解めつ
きを施した後、ろう付けにより金属部材と接合さ
せる。また、接合部にセラミツク部材と金属部材
の熱膨張に起因する応力を緩和する延性金属とな
る中間層を介するようにしてもよい。 なお、嵌合部にはろう材を流入できるだけの間
〓が必要である。その大きさはろう材の融点にお
けるろうの表面張力、流動性にもよるが10μｍ以
上とすることが望ましい。 （作用） 非酸化物系セラミツクス部材の表面に銅材を直
接接触配置し、加熱することによつて強固に接合
した銅層が得られる。このように銅を層状に接合
した後に、金属部材を接合することによつて、非
酸化物系セラミツクス部材と金属部材の熱膨脹差
に起因してろう材による加熱接合時に発生する応
力は、銅層の伸縮や塑性変形によつて吸収され残
留応力は低減される。従つて、充分な接合強度が
得られるとともに、接合後の信頼性も優れたもの
となる。また、銅層は任意の厚さおよび形状に形
成できるので、各種形状の複合金属部品が容易に
得られる。 （実施例） 実施例 第１図に示すカムシヤフト摺動面方向先端面に
溝部を設けた鋳鉄製のロツカーアーム本体１の接
合面にニツケルめつきを施した。 一方、このロツカーアーム本体１と接合する窒
化ケイ素製のセラミツクパツド３の接合面を酸化
処理し、厚さ70μｍのタフピツチ電解銅箔を接触
配置させ、不活性雰囲気中で1075℃で30分間加熱
して銅層を形成した。 次いで、この銅層を形成したセラミツクパツド
３と前述したニツケルめつきロツカーアーム本体
１の間に、銀ろうＡをはさんで850℃で加熱し、
接合させた。 この複合体のセラミツクパツド接合面と剪断破
壊荷重（Kg）および剪断強度（Kg／mm2）は、次表
に示す通りであつた。 比較例 実施例においてセラミツクパツド３の接合面の
導電層の形成方法として、銅ペースト（フリツト
ガラス含有）の塗布焼付けにより銅層を形成し、
実施例と同様に銀ろうＡを介してロツカーアーム
本体１と接合させた。 剪断破壊荷重（Kg）および剪断強度（Kg／mm2）
は次表の通りであつた。
【表】
なお以上の実施例では、本発明を第１図に示し
たロツカーアーム本体１と窒化ケイ素製のセラミ
ツクパツド３との接合に本発明を適用した例につ
いて説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、例えば第２図に示す接合面に
突起部４を有する窒化ケイ素製のチツプ５を鋼材
からなるプツシユロツド６に銀ろうＡを介して接
合する場合（７は空気穴）や、第３図に示す吸排
気バルブの軸部８と窒化ケイ素製のバルブ９をニ
ツケルろうＢにより接合する場合や、第４図に示
す窒化ケイ素製のカム１０とシヤフト１１とを銀
ろうＡにより接合する場合（１２はカム付シヤフ
トの回転時、接合部を強化する丸形ピン）にも同
様に適用可能である。またさらに、切削用ドリル
の刃先にセラミツクス部材を接合する場合、ある
いは切削用バイトの刃先チツプにセラミツクス部
材を接合する場合、液体および気体用のポンプ部
材―羽根およびケーシングの摺動部分にセラミツ
クス部材を接合する場合にも同様の効果が得られ
る。 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のセラミツクス―
金属複合機械部品は、接合強度に優れており、エ
ンジン部品、工具、ポンプ部品等の機械部品とし
て有用である。
たロツカーアーム本体１と窒化ケイ素製のセラミ
ツクパツド３との接合に本発明を適用した例につ
いて説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、例えば第２図に示す接合面に
突起部４を有する窒化ケイ素製のチツプ５を鋼材
からなるプツシユロツド６に銀ろうＡを介して接
合する場合（７は空気穴）や、第３図に示す吸排
気バルブの軸部８と窒化ケイ素製のバルブ９をニ
ツケルろうＢにより接合する場合や、第４図に示
す窒化ケイ素製のカム１０とシヤフト１１とを銀
ろうＡにより接合する場合（１２はカム付シヤフ
トの回転時、接合部を強化する丸形ピン）にも同
様に適用可能である。またさらに、切削用ドリル
の刃先にセラミツクス部材を接合する場合、ある
いは切削用バイトの刃先チツプにセラミツクス部
材を接合する場合、液体および気体用のポンプ部
材―羽根およびケーシングの摺動部分にセラミツ
クス部材を接合する場合にも同様の効果が得られ
る。 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のセラミツクス―
金属複合機械部品は、接合強度に優れており、エ
ンジン部品、工具、ポンプ部品等の機械部品とし
て有用である。
第１図は本発明の一実施例を示すロツカーアー
ムの側面図、第２図はプツシユロツドの断面図、
第３図は排気バルブの断面図、第４図は金属製シ
ヤフトと一体化したカムの斜視図である。 １……ロツカーアーム本体、３……セラミツク
パツド、５……窒化ケイ素製チツプ、６……プツ
シユロツド、８……軸部、９……バルブ、１０…
…カム、１１……シヤフト。
ムの側面図、第２図はプツシユロツドの断面図、
第３図は排気バルブの断面図、第４図は金属製シ
ヤフトと一体化したカムの斜視図である。 １……ロツカーアーム本体、３……セラミツク
パツド、５……窒化ケイ素製チツプ、６……プツ
シユロツド、８……軸部、９……バルブ、１０…
…カム、１１……シヤフト。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 非酸化物系セラミツクスの酸化処理の施され
た表面に銅―酸素共晶層を介して銅層が形成され
ている非酸化物系セラミツクス部材と、金属部材
とが、前記非酸化物系セラミツクス部材に形成さ
れた銅層を介してろう材により接合されているこ
とを特徴とするセラミツクス―金属複合機械部
品。 ２ 金属部材は鋼材である特許請求の範囲第１項
記載のセラミツクス―金属複合機械部品。 ３ 機械部品はエンジン部品である特許請求の範
囲第１項または第２項記載のセラミツクス―金属
複合機械部品。 ４ 機械部品は工具である特許請求の範囲第１項
ないし第３項のいずれか１項記載のセラミツクス
―金属複合機械部品。 ５ 機械部品はポンプ部品である特許請求の範囲
第１項ないし第４項のいずれか１項記載のセラミ
ツクス―金属複合機械部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17372983A JPS6065776A (ja) | 1983-09-20 | 1983-09-20 | セラミックス−金属複合機械部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17372983A JPS6065776A (ja) | 1983-09-20 | 1983-09-20 | セラミックス−金属複合機械部品 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17615988A Division JPH01119570A (ja) | 1988-07-14 | 1988-07-14 | セラミックス−金属複合機械部品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6065776A JPS6065776A (ja) | 1985-04-15 |
| JPH024553B2 true JPH024553B2 (ja) | 1990-01-29 |
Family
ID=15966055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17372983A Granted JPS6065776A (ja) | 1983-09-20 | 1983-09-20 | セラミックス−金属複合機械部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6065776A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997000374A1 (fr) * | 1995-06-19 | 1997-01-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Piece coulissante et son procede de fabrication |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61296930A (ja) * | 1985-06-27 | 1986-12-27 | Masayuki Otsuki | カシメポンチ |
| JPS62206206A (ja) * | 1986-03-06 | 1987-09-10 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ロツカ−ア−ム |
| JPS62207897A (ja) * | 1986-03-07 | 1987-09-12 | Toho Kinzoku Kk | 超硬合金チツプ |
| JPS637206U (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-18 | ||
| JPH0454197Y2 (ja) * | 1987-12-25 | 1992-12-18 | ||
| JPH0367006A (ja) * | 1989-08-03 | 1991-03-22 | Toshiba Corp | セラミックリンク |
Citations (4)
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| JPS515249A (ja) * | 1974-07-04 | 1976-01-16 | Daido Steel Co Ltd | Hikinzokuhatsunetsutainiokeru denkyokusetsuchakuhoho |
| JPS55116686A (en) * | 1979-02-22 | 1980-09-08 | Degussa | Method of forming solderable metal layer on ceramic |
| JPS5735536U (ja) * | 1980-08-07 | 1982-02-24 | ||
| JPS609604A (ja) * | 1983-06-30 | 1985-01-18 | Agency Of Ind Science & Technol | 超硬質物質系層と酸化物系層の複数層よりなるセラミツクスを刃材とした刃物 |
-
1983
- 1983-09-20 JP JP17372983A patent/JPS6065776A/ja active Granted
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| WO1997000374A1 (fr) * | 1995-06-19 | 1997-01-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Piece coulissante et son procede de fabrication |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6065776A (ja) | 1985-04-15 |
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