JPH07332028A - バルブリフター - Google Patents

バルブリフター

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JPH07332028A
JPH07332028A JP6128979A JP12897994A JPH07332028A JP H07332028 A JPH07332028 A JP H07332028A JP 6128979 A JP6128979 A JP 6128979A JP 12897994 A JP12897994 A JP 12897994A JP H07332028 A JPH07332028 A JP H07332028A
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JP
Japan
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ceramic
sic
metal
tic
tin
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6128979A
Other languages
English (en)
Inventor
Ryuichi Matsuki
竜一 松木
Takeyoshi Takenouchi
武義 竹之内
Hiroshi Sasaki
博 佐々木
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Priority to JP6128979A priority Critical patent/JPH07332028A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 急激な熱ショックや機械的な衝撃によって
も、クラックや破壊を起こすことのない、各種構造部材
として有用な、高強度、高信頼性、軽量セラミックス−
金属接合体よりなるリフターを提供する。 【構成】 Si34 :SiC微粒子=70〜90:3
0〜10(体積比)及びTiC及び/又はTiN微粒子
0.1〜1体積%のSi34 −SiC−TiC,Ti
N粒子分散複合セラミックスよりなるセラミック板8
を、ロウ材を介してアルミニウム、アルミニウム合金又
はチタン、チタン合金のリフター本体7と接合する。 【効果】 耐摩耗性、耐食性、耐久性、摺動性に優れる
上に、高強度かつ高靭性の粒子分散複合セラミックスを
用いて、著しく高強度で信頼性に優れた軽量バルブリフ
ターが安価に提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の動弁機構に
用いられるバルブリフターに係り、特にセラミックス−
金属接合体よりなるバルブリフターに関する。
【0002】
【従来の技術】バルブリフターは、内燃機関の動弁機構
においてカムの回転運動をバルブ又はプッシュロッドに
伝達させるためのものであり、一端側が閉じた有底円筒
形状のものである。第2図はSOHC・ダイレクト型動
弁機構を示す模式的な断面図であり、カム1の回転がバ
ルブリフター2を介してバルブ3のバルブステム3aに
伝達されている。3bはバルブヘッド、4はコイルスプ
リング、5はシムを示す。
【0003】かかるバルブリフター2のカム1との接触
面の摩擦を少なくするために、カム1との当接面をセラ
ミック材とすることが考えられている。
【0004】この場合、セラミック材には当然ながら高
靭性、高耐摩耗性が要求される。また、セラミックスと
金属との接合部には高接合強度、高靭性が要求される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のセラミック−金
属系バルブリフターにおいては、セラミックスとしてモ
ノリシックなセラミックス(例えばSi34 ,Al2
3 ,ムライト,SiC)を用いているため、熱応力に
対する靭性及び接合強度が不足していた。
【0006】また、従来のセラミックス材料では、バル
ブリフターとしての耐摩耗性、耐久性、耐食性、摺動性
等の要求特性を十分に満たすことができなかった。
【0007】本発明は上記従来の問題点を解決し、急激
な熱ショックや機械的な衝撃によっても、クラックや破
壊を起こすことのない、高強度、高靭性なセラミックス
−金属接合体よりなるバルブリフターを提供することを
目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1のバルブリフタ
ーは、セラミックスと金属とを接合したセラミックス−
金属接合体よりなり、該セラミックスはカムとの当接面
に配置されているバルブリフターにおいて、該セラミッ
クスが、Si34 をマトリックス相とし、SiC微粒
子とTiC及び/又はTiN微粒子とが分散した粒子分
散複合セラミックスであって、Si34 とSiC微粒
子とをSi34 :SiC微粒子=70〜90:30〜
10(体積比)の割合で含み、かつ、TiC及び/又は
TiNをSi34 及びSiC微粒子の合計に対して
0.1〜1体積%含むことを特徴とするものである。
【0009】請求項2の通り、この金属としては、アル
ミ、チタン、アルミ合金又はチタン合金が好適である。
【0010】一般に、セラミックスと金属との接合で
は、セラミックスの破壊が最大のネックとなっていた
が、従来のセラミックス材料では、接合時の熱応力に十
分に耐えうるものは少なかった。本発明者らは、高耐久
性、高靭性の新規セラミックス材料を開発し、これをセ
ラミックス−金属接合体のセラミックス材料を用いるこ
とにより、本発明を完成させた。
【0011】以下に本発明を詳細に説明する。
【0012】まず、本発明で用いられる粒子分散複合セ
ラミックスについて説明する。
【0013】本発明に係る粒子分散複合セラミックス
は、Si34 マトリックス相に第2成分としてSiC
微粒子が、第3成分としてTiC及び/又はTiN微粒
子が、それぞれ、下記の割合で分散してなるものであ
る。なお、TiC及び/又はTiN微粒子の割合は、S
34 とSiC微粒子との合計に対する割合である。
【0014】Si34 :SiC微粒子=70〜90:
30〜10(体積比) TiC及び/又はTiN微粒子=0.1〜1体積% ここで、Si34 の体積比が70未満では複合材とし
ての特性が得られず、また、強度が著しく低下する。9
0を超えると相対的に第2,3成分の割合が低減し、第
2,3成分粒子を複合化させることによる本発明の効果
が十分に得られない。SiC微粒子の複合化により、靭
性や強度、耐摩耗性の向上が図れるが、このSiC微粒
子の体積比が10未満では、この改善効果が十分に得ら
れず、30を超えると焼結性が悪くなる。従って、Si
34 :SiC微粒子=70〜90:30〜10(体積
比)とする。
【0015】TiC及び/又はTiN微粒子は、SiC
微粒子の複合化による特性向上効果を更に高め、より一
層の高靭性化を図る作用を奏し、その割合がSi34
とSiC微粒子の合計に対して0.1体積%未満では、
この作用が十分に得られず、1体積%を超えると焼結性
に問題を生じる。従って、TiC及び/又はTiN微粒
子の割合は0.1〜1体積%とする。
【0016】本発明において、Si34 マトリックス
相中に分散している各微粒子は、それぞれ下記粒径範囲
のナノ粒子であることが好ましい。
【0017】SiC微粒子の粒径:50〜500nm TiC及び/又はTiN微粒子の粒径:50〜700n
m このような粒子分散複合セラミックスは例えば次のよう
にして製造される。即ち、まず、粒径0.05〜0.5
μm程度のSi34 粉末と、上記粒径範囲のSiC微
粒子とTiC及び/又はTiN微粒子とをボールミル等
により5〜10時間程度連続的に均一分散混合する。こ
の混合に当り、分散性を良くするために、有機系の分散
剤を用いることができる。
【0018】得られた混合原料を、ホットプレス法、常
圧焼結、HIP等により焼結して、高密度粒子分散複合
セラミックスを得ることができる。
【0019】本発明においては、このようにして得られ
る粒子分散複合セラミックスをロウ材を介在してインサ
ート材を用いることなく金属と接合するのが好ましい。
【0020】ロウ材としては、アルミニウム用の低温ロ
ウ材又はTi用のAg−Cu−Ti3成分系のロウ材を
用いる。このような低温ロウ材であれば、適した接合温
度で接合を行なうことができ、安価に接合体を得ること
ができる。このロウ材の厚さは厚過ぎると接合が困難と
なり、また、薄過ぎると十分な接合強度を得ることが困
難であることから、ロウ材の厚さは10〜100μm、
特に20〜50μmとするのが好ましい。
【0021】なお、アルミニウム用の低温ロウ材として
は、Al−Si系ロウ材等を用いることができる。この
ようなロウ材であれば、550〜600℃程度の温度で
容易に接合処理することができる。又、Ti用のロウ材
としてはAg−Cu−Ti系が好適である。これは80
0〜900℃で接合できる。
【0022】本発明において、接合される金属は、Ti
及びTi合金である。
【0023】接合に当り、粒子分散複合セラミックス及
び軽量金属母材は、その接合面を研摩して表面粗度Ra
3〜10μm程度に研摩加工しておくのが好ましい。こ
のように研摩することにより、より一層接合強度を高め
ることができる。
【0024】本発明においては、必要に応じて接合面を
研摩加工した粒子分散複合セラミックスと金属母材とを
ロウ材を介して配置し、真空電気炉内にて加熱接合す
る。
【0025】接合部は全面に亘って巣のない良好な接合
体が得られる。
【0026】
【作用】本発明者らは、従来のモノリシックなSi3
4 とは全く特性の異なる粒子分散複合セラミックスを開
発した。この材料はSi34 −SiC−TiC及び/
又はTiNの3成分(又は4成分)系であり、高強度、
高靭性で耐食性、耐摩耗性、摺動特性に優れている。
【0027】本発明においては、セラミックスのマトリ
ックス相として、Si34 を用い、これに靭性や強
度、耐摩耗性を付与するため、SiC微粒子を第2成分
として分散させた。更に、この第2成分の複合特性を高
めるために、第3成分としてのTiC及び/又はTiN
微粒子を分散させ、目的を十分に満足する粒子分散複合
セラミックスを開発した。
【0028】本発明に係るバルブリフターの粒子分散複
合セラミックスにおいては、Si34 マトリックス相
の中に第2,第3成分の微粒子が分散して、内部応力を
誘起した状態になっているため極めて強度、靭性が高い
材料となっている。
【0029】この粒子分散複合セラミックスは、従来の
Si34 単味材料やSi34 −SiCの2成分系の
材料にくらべて強度特性が優れているため、接合材料の
素材として極めて優れたものとなっている。
【0030】金属とセラミックスを接合する場合、金属
とセラミックスの両方に相性の良い接合ロウ材を用いる
が、この場合、特にセラミックスとロウ材との熱膨張率
の違いが接合強度に大きな影響を及ぼす。従来のモノリ
シックなセラミックス材料では、この熱膨張差による応
力に十分に耐えられず、クラックが入ったり破壊するこ
とが多かった。本セラミックス材料は、粒子分散複合材
料でセラミックスに内部応力を誘起させて高靭化してい
るため、従来のセラミックスに比較して靭性が大きく、
金属材との接合にも十分に耐えられるものである。
【0031】また、本発明では金属として軽量なアルミ
ニウム、アルミニウム合金、Ti又はTi合金を用いる
ことにより、バルブリフターを重量を小さくできる。接
合にはインサート材を用いることなく、アルミニウム用
の低温ロウ材及びTi用の3成分系ロウ材を用いるた
め、高い接合強度を有するセラミック−金属接合体より
なるバルブリフターを安価に得ることができる。
【0032】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。
【0033】第1図は実施例に係るバルブリフターの断
面図である。このバルブリフター6は、有底円筒状の金
属製リフター本体7と、バルブリフター6のカム当接面
に配置された円盤状のセラミック板8との接合体よりな
る。リフター本体7の端面部部分の中央には透口9が設
けられ、セラミック板8の盤央部の凸部10が該透口9
に嵌合されている。本実施例では、リフター本体7はア
ルミ(実施例1)又はチタン(実施例2,3)よりな
り、セラミック板8とロウ付けされている。セラミック
板8としては次の4種のものから3種を表1の割合で選
択し、混合、成形及び焼結して製造したものを用いた。
【0034】用いたセラミック材料は次の通りである。
【0035】Si34 (宇部興産社製):平均粒径
0.3μm SiC(イビデン社製):平均粒径300nm TiC(日本新金属社製):平均粒径200nm TiN(日本新金属社製):平均粒径200nm 実施例1〜3 まず、表1に示す割合でSi34 とSiCとTiC又
はTiNとをボールミルにより約10時間混合した後、
1700℃で2時間ホットプレス焼結して、厚さ2m
m,直径30mmの焼結体を得た。なお、得られた焼結
体の物性は表1に示す通りであった。得られたセラミッ
クス焼結体の被接合面を表面粗度Ra5μmに研摩し
た。
【0036】一方、金属体として、高さ20mm,直径
30mmのアルミニウム部材(実施例1)又はチタン部
材(実施例2,3)を準備し、この被接合面を表面粗度
Ra5μmに研摩した。
【0037】セラミックス焼結体とアルミニウム部材と
の間に、実施例1ではアルミニウム用市販ロウ材を40
μmの厚さとなるように挟み込み、電気炉内で接合し
た。アルミでは電気炉は10-4Torrの真空雰囲気で
580℃まで2時間で昇温し、表1に示す温度で10分
保持した後、冷却した。加圧力は0.1kg/cm2
した。実施例2,3ではチタン用市販ロウ材(40μm
厚さ)を用い、10-4Torr、880℃まで3Hrで
昇温し、10分保持した。
【0038】各セラミックス−金属接合体について、接
合強度等を調べ結果を表1に示した。
【0039】表1より明らかなように、本発明に係る粒
子分散複合セラミックスと金属体との接合体よりなるバ
ルブリフターは高靭性、高硬度かつ高強度である。な
お、金属体をアルミ合金(Al 80%,Si 15%
他)を用いた場合も実施例1と同等の結果が得られた。
金属体としてチタン合金(Ti 90%,Al 5%
他)を用いた場合も実施例2,3と同等の結果が得られ
た。
【0040】
【表1】
【0041】
【発明の効果】以上詳述した通り、請求項1,2によれ
ば、耐摩耗性、耐食性、耐久性、摺動性に優れる上に、
高強度かつ高靭性の粒子分散複合セラミックスを用い
て、著しく高強度で信頼性に優れたバルブリフターが安
価に提供される。なお、請求項2によると、バルブリフ
ターの重量が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に係るバルブリフターの断面図である。
【図2】従来のバルブリフターを用いた動弁機構を示す
断面図である。
【符号の説明】
1 カム 2,6 バルブリフター 3 バルブ 7 リフター本体 8 セラミック板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックスと金属とを接合したセラミ
    ックス−金属接合体よりなり、該セラミックスはカムと
    の当接面に配置されているバルブリフターにおいて、 該セラミックスが、Si34 をマトリックス相とし、
    SiC微粒子とTiC及び/又はTiN微粒子とが分散
    した粒子分散複合セラミックスであって、Si34
    SiC微粒子とをSi34 :SiC微粒子=70〜9
    0:30〜10(体積比)の割合で含み、かつ、TiC
    及び/又はTiNをSi34 及びSiC微粒子の合計
    に対して0.1〜1体積%含むことを特徴とするバルブ
    リフター。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記金属は、アル
    ミ、アルミ合金、チタン又はチタン合金であることを特
    徴とするバルブリフター。
JP6128979A 1994-06-10 1994-06-10 バルブリフター Withdrawn JPH07332028A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0803641A1 (en) * 1996-04-24 1997-10-29 Fuji Oozx Inc. Tappet in an internal combustion engine
KR100471599B1 (ko) * 2001-01-29 2005-03-07 엠.제이.테크(주) 차량의 엔진용 태핏
CN110452010A (zh) * 2019-07-19 2019-11-15 广东工业大学 一种高熵合金连接碳化硅陶瓷连接件及其制备方法和应用

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Effective date: 20010904