JPH0518213A - エンジン用タペツト - Google Patents

エンジン用タペツト

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JPH0518213A
JPH0518213A JP3173157A JP17315791A JPH0518213A JP H0518213 A JPH0518213 A JP H0518213A JP 3173157 A JP3173157 A JP 3173157A JP 17315791 A JP17315791 A JP 17315791A JP H0518213 A JPH0518213 A JP H0518213A
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JP
Japan
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tappet
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upper half
joined
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Application number
JP3173157A
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English (en)
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Osamu Suzuki
治 鈴木
Masahito Taniguchi
雅人 谷口
Masaya Ito
正也 伊藤
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】軽量且つ安価で、耐摩耗性、信頼性に優れたエ
ンジン用タペットの提供 【構成】金属製のタペット本体２の底壁にセラミック板
８を接合するようにしたエンジン用タペット１Ａにおい
て、タペット本体２は、上半部２ａと下半部２ｂとに二
分割して上下異なる金属材料で形成し、該上半部と下半
部とを摩擦圧接により接合してなり、また、下半部２ｂ
の底壁には、セラミック板８を接合してなることを特徴
とするエンジン用タペット。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、カムとプッシュロッド
の間に介装されるエンジン用タペット（以下単にタペッ
トという）の改良構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のタペットは、一般にチル鋳鉄や焼
入鋼等の単一金属により形成されていたが、近年、エン
ジンの高出力化等に対応してタペットの耐摩耗性を向上
させるべく、金属製のタペット本体の底壁外側面にセラ
ミック板を接合する技術がある（例えば、特開平２−５
５８０９号等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記タペット本体の底
壁外側面にセラミック板を接合する従来技術は、該タペ
ット本体を単一金属により形成するものであったため、
次のような課題を有していた。
【０００４】（ａ）セラミック板と金属製のタペット本
体は、一般にろう付けによって接合される。この場合、
金属材料がろう付け時の加熱条件によって鈍る性質のも
のであると、金属を再度熱処理して硬化する必要がある
が、このような熱処理は接合強度の劣化を伴う。従っ
て、使用する金属材料は、セラミック板をろう付けする
際の加熱条件によって硬化する性質が特に望まれる。こ
の条件を満足する金属材料として考えられるのは、ＪＩ
Ｓ ＳＮＣＭ６３０や同ＳＫＣ２４等であるが、これら
は金属材料の中でも比較的高価であり、従ってタペット
本体の全てにこのような金属材料を使用すると材料コス
トが高くつく。
【０００５】（ｂ）前記セラミック板との接合に適する
金属材料は、一般的に加工性が悪く、従って、加工コス
トが高くなる。特に、深穴加工が必要なタペットの場合
にはクリアすべき重大な課題である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、上記の
課題を解消するため、次のようなタペットを提供するも
のである。すなわち、前記タペット本体は、上半部と下
半部とに二分割して上下異なる金属材料で形成し、該上
半部と下半部とを溶接等または摩擦圧接により接合す
る。また、前記下半部の底壁には、セラミック板が接合
されている。一方、前記下半部と上半部を一体化するた
めに、下半部の上面に凸部を形成し、該凸部と上半部の
下端をしまりばめによりきつく嵌合させ、さらに両者の
突き合わせ部を溶接等により接合するようにしてもよ
い。また、前記下半部は、その金属表面のうちの少なく
ともプッシュロッドとの接触面を焼入れ等により硬化さ
せることもできる。
【０００７】
【作用】前記下半部は、例えば、セラミック板をろう付
けする際の加熱条件によって硬化する金属材料であるＪ
ＩＳ ＳＮＣＭ６３０や同ＳＫＣ２４を使用する。一
方、上半部は、シリンダブロックのガイド孔内を上下摺
動するのみであって耐摩耗性の要求レベルが低いため、
例えば安価で加工性の良い金属材料であるＪＩＳ Ｓ４
０Ｃを使用する。
【０００８】このように、タペット本体を上半部と下半
部に分割して両者を接合する構成を採用することによ
り、セラミック板との接合に適する高価な金属材料を下
半部のみに使用すればよく、材料コストの低減を図るこ
とができる。そして、加工性の点についても、タペット
本体を上下に分割することで、例えば深穴加工を要する
タペットの場合でも下半部の筒状部分の深さを浅くする
ことができるため、加工性の悪い前記ＪＩＳ ＳＮＣＭ
６３０や同ＳＫＣ２４を使用しても比較的加工が容易で
ある。一方、上半部は、パイプ状や円柱状等比較的単純
な形状になるため、配管用炭素鋼鋼管や鋼製丸棒材等か
ら切り出すことも可能であり、加工コストが非常に容易
である。従って、全体的に加工コストの低減を図ること
もできる。
【０００９】また、請求項２のように、下半部の凸部と
上半部の下端をしまりばめによりきつく嵌合させて、そ
の突き合わせ部分を溶接等で接合するようにすれば、例
えば、図４のようにタペットの縁寄りの位置にカムが接
触して突き上げ力Ｆが作用し、該突き上げ力Ｆによって
その力Ｆの作用点と反対側の接合部分に曲げの引張り応
力が生じるような場合にも、上半部と下半部のしまりば
めによる結合力が引張応力に対向する方向に作用するた
め、接合部分の強度が高まる。
【００１０】さらにまた、請求項３のように下半部のプ
ッシュロッドとの接触面の硬さが不足するときは、必要
に応じて少なくともその抵触面を電子ビーム焼入れやレ
ーザ焼入れにより硬化させることによって、耐摩耗性に
ついての要求を満足させ得る。上半部と下半部とを溶接
する場合、溶け込み深さの違いや溶接欠陥（ブローホー
ル等）の有無によって接合強度が変わる。これに対し、
請求項４のように摩擦圧接する場合、ブローホール等の
欠陥は無いし、溶接開始・終了点のような非定常部が存
在しないため、接合強度が安定している。接合面は、溶
接と異なり、粗面であっても良い。
【００１１】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。
【００１２】〔実施例１〕図１，図２に示したようにタ
ペット１Ａのタペット本体２は、円筒状のガイド３と底
壁４により有底筒状である。そして、底壁４の内側面の
中央には、プッシュロッド５の下端を受ける半球状の凹
部６が形成されている。該タペット本体２は、パイプ状
の上半部２ａと、少なくとも底壁４を含む下半部２ｂと
に分割し、該上半部２ａと下半部２ｂを接合して形成し
たものである。前記上半部２Ａは、安価で加工性の良い
金属材料であるＪＩＳ Ｓ４０Ｃを使用する。該上半部
２ａは、シリンダブロック７のガイド孔７ａ内を上下に
摺動するのみであるから、耐摩耗性の要求レベルは低い
が、もし材料自体の硬さで耐摩耗性が不足する場合に
は、上半部２ａの表面を予め焼入れ処理してもよい。な
お、もしこの上半部２ａの熱処理を下半部２ｂに接合し
た後に行うと熱処理が高周波焼入れ等の面倒な手段に制
約されることとなるため、上半部２ａの熱処理は下半部
２ｂに接合する前に行うのが望ましい。
【００１３】前記下半部２ｂは、底壁４に上半部２ａの
下端形状と連続する形状の周壁４ａを上向きに穿設して
なる。該下半部２ｂは、プッシュロッド５の下端と凹部
６が強い面圧を作用しあって摺動することから、例えば
耐摩耗性に優れた金属材料であるＪＩＳ ＳＮＣＭ６３
０や同ＳＫＣ２４を使用するのが好ましい。また、必要
に応じて、下半部２ｂの全部か、或いは、少なくとも凹
部６に電子ビーム焼入れやレーザ焼入れ等を施して耐摩
耗性を高めても良い。以上上半部２ａと下半部２ｂは、
電子ビーム溶接やレーザ溶接等の溶接で一体に接合す
る。その後、ビードの切削、上半部２ａの垂直度の調
整、下半部２ｂ底壁外側面の平面度調整等必要な機械加
工を施すのが望ましい。
【００１４】しかして、前記タペット本体２の底壁４の
外側面には、セラミック板８が接合されている。セラミ
ック板８は、Ｓｉ3 Ｎ4 含有率９０重量％の常圧焼結窒
化珪素の円板を研削加工して用いる。該セラミック板８
は、前記下半部２ｂとの接合面を予め蒸着法によりメタ
ライズ処理してもよい。
【００１５】次に、タペット１Ａの製造方法について説
明する。先ず、下半部２ｂにセラミック板８をろう付け
接合する。このろう付け手段は、Ｔｉを含む銀ろうによ
り加熱接合するのがよい。ろう材の系としては、ＡｇＣ
ｕＴｉ系、ＡｇＣｕＩｎＴｉ系、ＡｇＴｉ系、ＣｕＴｉ
系、ＡｇＣｕＮｉＴｉ系がよい。また、前記のようにセ
ラミック板８にメタライズ処理が施してある場合は、Ａ
ｇＣｕ系、ＡｇＣｕＩｎ系のろう材がよい。ろう付け雰
囲気は、真空，Ａｇ，Ｈ2 ，Ｎ2 等非酸化雰囲気が好ま
しく、Ｔｉ入りろう材の場合は特に真空，Ａｒがよい。
ろう付け温度は、下半部２ｂを構成する金属のＡ1 変態
点より高い加熱条件に設定し、該下半部２ｂをろう付け
熱処理によって焼入れして硬化させるのが好ましい。
【００１６】なお、下半部２ｂを構成する金属材料であ
るＪＩＳ ＳＮＣＭ６３０等は、前記ろう付け熱処理に
て硬化する化学成分のものであり、ろう付け熱処理後に
おいて十分な硬さを有するものと考えられるが、それで
もなお下半部２ｂの硬さが不足する場合には、セラミッ
ク板８をろう付けしたのち、少なくともプッシュロッド
５との接触面である凹部６に電子ビーム焼入れやレーザ
焼入れを施して耐摩耗性を高めればよい。
【００１７】また、下半部２ｂとセラミック板８の間に
は、必要に応じてＮｉ、Ｃｕ、Ｆｅ等の応力緩衝用薄板
を介在させる場合もある。次に、上半部２ａと下半部２
ｂを接合する。この接合は、電子ビーム溶接やレーザ溶
接等の溶接手段を用いる。溶接前に予め接合面に残って
いる切削油等の汚れを除去するために、接合面を洗浄し
ておくのが良い。そして、溶接によって溶接部に残留歪
が残る場合は、必要に応じて１００℃〜２００℃にて焼
戻し処理を行なう。また、溶接部に残るビードは、必要
に応じ切削加工して取り除く。この実施例１に基づいて
３個の試作品１〜３を夫々以下の条件で製造し、該試作
品１〜３をＯＨＶ型ディーゼルエンジン（排気量４００
０ｃｃ）に装着して、全負荷の状態で４０００ｒｐｍ、
１０００時間の耐久試験を実施した。その結果を表１に
示す。
【００１８】試作品１ 試作品１の分解断面図を図３に示す。
【００１９】下半部２ｂは、ＪＩＳ ＳＮＣＭ６３０の
球状化焼きなまし材料を冷間鍛造により外径３０mm，長
さ２０mmの寸法に加工し、上半部２ａ及びセラミック板
８との当り面に平面度を出すための機械加工を行なっ
た。セラミック板８は、Ｓｉ3 Ｎ4 含有率９０重量％の
常圧焼結窒化珪素を外径３０mm，厚さ３mmの円板に研削
加工した。該セラミック板８と下半部２ｂを、ＡｇＣｕ
ＩｎＴｉ系活性ろう材を用い、真空中にて７９０℃でろ
う付けした後、Ｎ2 ガス置換して３００℃まで１５分間
かけて冷やした。
【００２０】上半部２ａは、外径３０mm，内径２５mmの
ＪＩＳ Ｓ４０Ｃの鋼管を長さ５０mmに切断し、焼入れ
焼戻しによりＨＲＣ ３５としたものを使用した。該上
半部２ａと前記下半部２ｂとの接合は、電子ビーム溶接
で行ない、溶接後１００℃で１時間歪取り処理を施し、
必要に応じて、ビードの切削、上半部２ａの垂直度の調
整等の機械加工を行なった。溶接部の溶け込み深さは、
２．２mmであった。
【００２１】試作品２ 試作品１に対して下半部２ｂとセラミック板８のろう付
け方法のみ変更したものであり、セラミック板８のろう
付け面に予めＴｉを蒸着法によりメタライズした後、Ａ
ｇＣｕＩｎ系のろう材で７９０℃にてろう付けし、さら
に、Ｎ2 ガス置換して３００℃まで１５分間かけて冷や
した。
【００２２】試作品３ 試作品１の条件に加えて、下半部２ｂの凹部６表面に電
子ビーム焼入れを施し、プッシュロッド５との接触面の
表面硬度を高くしたものである。溶接部の溶け込み深さ
は、２．２mmであった。
【００２３】
【表１】
【００２４】〔実施例２〕図４は実施例２のタペット１
Ｂを示すものである。該タペット１Ｂは、上半部２ａの
外径より下半部２ｂの外径を大きくした所謂きのこ型の
ものである。このようなきのこ型のタペット１Ｂでは、
図４のようにタペットの縁寄りの位置にカム９が接触し
て突き上げ力Ｆが作用すると、該突き上げ力Ｆによって
その力Ｆの作用点と反対側の接合部分に曲げの引張り応
力が生じる。この場合、接合部分が前記実施例１のよう
な単純な突き合わせ状態であると接合部の強度が不足し
て疲労により接合部（溶接部）で破断する虞がある。こ
れを防止するために、上半部の肉厚を厚くして溶接長さ
を長くし、もって接合強度を高める手段も考えられる
が、そうするとタペット全体の重量が増加し、エンジン
の軽量化を図る上でマイナスとなる。
【００２５】そこで、タペット１Ｂは、上半部２ａの肉
厚を増すことなく、接合部の強度を向上させるように構
成したものであって、下半部２ｂの上面に凸部１０を形
成し、該凸部１０と上半部２ａの下端をしまりばめによ
りきつく嵌合させ、さらに両者の突き合わせ部を溶接等
により接合したものである。
【００２６】以下にタペット１Ｂを具体的に説明する。
上半部２ａは、ＪＩＳ ＳＴＫＭ１６Ｃの金属材料で、
内径１８mm、外径２２mmのパイプ材を長さ５０mmに切断
したものを使用した。そして、予め焼入れ処理を施して
硬さをＨＲＣ４０とした。なお、前記実施例１において
既に述べたように、上半部２ａを硬化させる熱処理は下
半部２ｂとの接合前に行なうのが良い。特に、このタペ
ット１Ｂの場合は、上半部２ａと下半部２ｂをしまりば
めで嵌合して溶接するものであるため、両者を接合した
後に上半部２ａを硬化させると工程をとると、該硬化時
に上半部２ａの金属がマルテンサイト変態による膨張を
起こし、従って、嵌合代が減少または無くなる可能性が
あって好ましくない。
【００２７】下半部２ｂは、ＪＩＳ ＳＮＣＭ６３０の
金属材料を、最大径３５mm、高さ７mmのほぼ円錐台形
で、かつ、その上面に低い円筒状の凸部１０を突出させ
た形状に削りだして形成した。該凸部１０の外径は、上
半部２ａの下端としまりばめするために、該上半部２ａ
の内径より若干大きく設定している。この凸部１０の外
径と上半部２ａ下端の内径の差を以下「嵌合代」とい
う。また、図５（イ），（ロ）に示したように、上半部
２ａと凸部１０の面取り部分を除いた実質嵌合長さを以
下「嵌合長さ」といい、また、溶接部の最低長さを以下
「溶接長さ」という。セラミック板８は、Ｓｉ3 Ｎ4 ９
０重量％にＡｌ2 Ｏ3 −Ｙ2 Ｏ3 系焼結助材及び成形バ
インダを加え、金型プレスで円板状に成形した後、常圧
でＮ2 雰囲気で焼成し、平面部に研磨加工を施して直径
３５mm、厚さ３mmにしたものである。
【００２８】次に、製造方法について説明する。先ず、
下半部２ｂにセラミック板８をろう付け接合する。この
ろう付けは、下半部２ｂとセラミック板８の間にＩｎＣ
ｕＡｇＴｉ系活性ろう材を介し、真空中で７９５℃にて
３０分間保持し、炉冷却を行なった。なお、このろう付
け熱処理によって下半部２ｂは硬化し、その硬度がＨＲ
Ｃ４０となった。次に、下半部２ｂの凸部１０に上半部
２ａの下端を圧入して両者をしまりばめできつく嵌合さ
せた。なお、このしまりばめの方法は、圧入以外にも、
焼きばめや冷やしばめ等でもよい。
【００２９】そして、前記上半部２ａと下半部２ｂの突
き合わせ部に電子ビーム溶接を行なった。溶接部の溶け
込み深さは、いずれも２．２mmであった。以下のように
して構成されるタペット１Ｂの試作品１〜５を、嵌合代
と嵌合長さ及び溶接長さを夫々変更して５個作成し、こ
れをディーゼルエンジン（排気量１５，０００ｃｃ、８
気筒）に装着し、バルブクリアランスを標準値（約０．
３〜０．４mm）の３倍に設定すると共に、定格回転数
（約２，５００ｒｐｍ）の１５０％で運転し、耐久試験
を実施した。その結果を表２に示す。この試験結果よ
り、（嵌合長さ／溶接長さ）≧１の条件でより良好な効
果が得られることが分かる。
【００３０】
【表２】
【００３１】以上実施例１，２について説明したが、言
うまでもなく本発明はこれら実施例に限定されるもので
はない。例えば、上半部２ａについて、実施例１，２で
はパイプ状のものを使用したが、これ以外にも図６，図
７のように上半部２ａを中実にすることもできる。この
場合は、プッシュロッド５を受ける凹部６を上面に設け
る等上半部２ａに適宜必要な外形加工をした後、焼入れ
硬化し、次いで下半部２ｂと接合すればよい。
【００３２】〔実施例３〕この実施例は、上半部と下半
部との接合を摩擦圧接によって行なうもので、基本的構
造は、実施例１と異なるところはない。但し、摩擦圧接
の際に高熱が発生してその熱が下半部とセラミック板と
の接合部にまで及ぶため、実施例１と異なり、先ず上半
部２ａと下半部２ｂとを摩擦圧接し、その後、下半部２
とセラミック板８とをろう付けした。そして、上半部２
ａの外周面を保持し、外周面に対して垂直方向より荷重
を加えて接合部の破壊強度を調べたところ、４，４００
ｋｇｆであった。一方、実施例１において、溶け込み深
さのみ異なる試作品を二種準備し、同様に破壊強度を調
べたところ、溶け込み深さ２．２mmのものは、４，3 ０
０ｋｇｆ、溶け込み深さ１．０mmのものは２，０００ｋ
ｇｆであった。
【００３３】次に上記三種のタペットを排気量１５，０
００ｃｃ、８気筒のデイーゼルエンジンに装着し、バル
ブクリアランスを標準値（約０．３〜０．４mm）の３倍
に設定すると共に定格回転数の１．８倍に相当する４，
５００ｒｐｍで運転し、５００Ｈｒ耐久試験を行なっ
た。その結果、上半部と下半部とを溶接したものにおい
て、溶け込み深さ１．０mmのものは１００Ｈｒで溶接部
から破壊した。その他のタペットは破壊していなかっ
た。
【００３４】
【発明の効果】以上本発明のタペットは、 （ａ）タペット本体を上半部と下半部に分割して構成し
たため、セラミック板を接合する下半部は、高価ではあ
るがセラミック板の接合に適する金属材料を使用し、逆
に耐摩耗性の要求レベルが比較的低い上半部には安価な
金属材料を使用するというように、目的に応じて金属材
料を使い分けることができ、従って、材料コストの大幅
低減を図ることができる、
【００３５】（ｂ）タペット本体を上半部と下半部に分
割することにより、例えば、深穴加工が必要なタペット
を製造する場合、下半部の筒状部分の深さを浅くするこ
とができ、従って、加工性の悪い前記ＪＩＳ ＳＮＣＭ
６３０や同ＳＫＣ２４を使用しても比較的加工が容易に
なる。一方、上半部は、パイプ状等比較的単純な形状に
なるため、配管用炭素鋼鋼管から切り出すことも可能で
あり、加工が非常に容易である。従って、全体的に加工
コストの低減を図ることができる、
【００３６】（ｃ）上半部と下半部との接合が溶接の場
合、タペット本体を上半部と下半部に分割することによ
り、セラミック板を接合する際のろう付け熱処理する部
分が下半部のみでよいから窯に入る個数が多くなり、一
度にろう付け熱処理できる個数が増える。従って、ろう
付け熱処理費用が削減できる、（ｄ）下半部の凸部と上
半部の下端をしまりばめによりきつく嵌合させて、その
突き合わせ部分を溶接等で接合するようにすれば、接合
部分（溶接部分）に曲げの引張り応力が生じるような場
合も、上半部と下半部のしばりばめによる結合力が引張
り応力に対向する方向に作用するため、接合部分の強度
が高まる、従って、上半部の肉厚を薄くしてタペットの
軽量化を図りつつ、前記（嵌合長さ／溶接長さ）を適宜
設定して十分な接合強度をも得ることができる、
【００３７】（ｅ）下半部のプッシュロッドとの接触面
の硬さが不足するときは、必要に応じて少なくともその
接触面を電子ビーム焼入れやレーザ焼入れ等により硬化
させることによって、耐摩耗性についての要求を満足さ
せ得る。この場合にも、タペット本体を上半部と下半部
とに二分割した構成を採用することにより、上半部を接
合する前の状態で下半部に焼入れできるため、底壁の内
側等、後に上半部によって囲まれるような場所の部分的
な焼入れも容易になる、等多くの効果があり、総合的に
軽量・安価で、耐摩耗性・信頼性に優れたタペットを提
供できる。なお、言うまでもなく上記各効果は、上半部
の長さが長いもの程大きい。
【図面の詳細な説明】
【図１】実施例１のタペットを半断面にした分解斜視図
である。
【図２】実施例１のタペットの断面図である。
【図３】実施例１の試作品１の分解断面図である。
【図４】実施例２のタペットの断面図である。
【図５】嵌合長さと溶接長さを示す一部拡大断面図であ
る。
【図６】実施例１，２の変形例を示すタペットの断面図
である。
【図７】実施例１，２の変形例を示すタペットの断面図
である。
【符号の説明】
１Ａ タペット １Ｂ タペット ２ タペット本体 ２ａ 上半部 ２ｂ 下半部 ４ 底壁 ８ セラミック板 １０ 凸部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属製のタペット本体の底壁にセラミッ
    ク板を接合するようにしたエンジン用タペットにおい
    て、 タペット本体は、上半部と下半部とに二分割して上下異
    なる金属材料で形成し、該上半部と下半部とを溶接等に
    より接合してなり、 また、下半部の底壁には、セラミック板を接合してなる
    ことを特徴とするエンジン用タペット。
  2. 【請求項２】 前記下半部の上面に凸部を形成し、該凸
    部と上半部の下端をしまりばめによりきつく嵌合させ、
    さらに両者の突き合わせ部を溶接等により接合したこと
    を特徴する請求項１記載のエンジン用タペット。
  3. 【請求項３】 前記下半部は、その金属表面のうちの少
    なくともプッシュロッドとの接触面を焼入れ等により硬
    化させたものであることを特徴とする請求項１または２
    記載のエンジン用タペット。
  4. 【請求項４】 金属製のタペット本体の底壁にセラミッ
    ク板を接合するようにしたエンジン用タペットにおい
    て、 タペット本体は、上半部と下半部とに二分割して上下異
    なる金属材料で形成し、該上半部と下半部とを摩擦圧接
    により接合してなり、 また、下半部の底壁には、セラミック板を接合してなる
    ことを特徴とするエンジン用タペット。
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