WO1996015359A1 - Piece coulissante en ceramique - Google Patents

Description

明細書

セラミ ック接動部品

技術分野

本発明は特に自動車エンジンの動弁系郁品、 カムフ才ロワ一やロッカーアーム、 軸受等の耐摩耗性を要求される摺動部材、 と リわけ金属母材とセラミ ック推動郁 材を接合した構造よリなるものに関する。

背景技術

近年地球環境問題から自動享の排ガスに関する規制強化が急務となっておリ、 特にディーゼルエンジンにおいては NO, (¾素酸化物） および P/M (パティ キユレ一 トマター） の排出低減が検討されている。 その対応策と して EGR (排 ガス循環） 機構をエンジン排気系に付 JRさせて NO,を低滅させることが検討さ れているが、 排ガス成分の循環からエンジンオイルの化学的劣化や PZM混入に よ リオイルが汚染されこれがエンジン «動部品の異常摩耗を生じさせる問 が生 じている。

従来よ リ摺動部品材料は、 摺動面の耐摩耗性が良いことや摺動抵抗が小さいと いう観点から選択され、 摺動部品と しては特性の優れた単一材を利用したリ、 ま たはそれを用いた接合体を作製することで実用化されてきた。

近年、 優れた攬動特性を有するセラ ミ ックスが注目 され、 特に条件が厳しい指 動部にセラ ミ ッタスが位 «するよう金 JR材料と接合された実用例が見られる。 例えば、 エンジンの高出力化ゃ排ガス規制対応による澜滑条件の劣悪化への対 応策と して特開平 2— 5 5 8 0 9にあるよ うにエンジン用タぺッ トにおいてカム 搢動部に摺動特性の優れたセラ ミ ックスを接合したものがある。

一般に機械摺動部品では片当リ防止のため、 対をなす摺動面の一方は平面では なく 中央部が外縁部に対して僅かに （数 μ m〜数十 μ m程度） ¾くなった凸状の クラゥニング形状をとつている。

このクラゥユング形状は機械 （研磨） 加工や特関昭 6 3— 2 8 9 3 0 6に記載 のセラミ ックスを金 JRで外嵌し、 その締め付け力でセラ ミ ックスを弹性変形させ る方法、 また仮焼結体を予めクラウユング形状に加工した上で焼結し、 焼結した ままの面を «動面と して用いる方法 〔自動車技術 V o l . 3 9 , No. 1 0 , ( 1 9 8 5 ) p i 1 8 4〕 などによ り成形されている。

しかしながらクラゥユング形状が 3次元形状であるため、 機械加工では多大な コス トを要する。

また、 外嵌による方法では、 構造、 加熱沮度などが決まればクラウユング量に 制約が生じてしまう。

佤焼結体を予めクラゥニング形状に加工した上で焼結し、 焼結したままの面を 摺動面と して用いる方法では、 焼結時の収縮にょ リ クラゥニング形状に加工した 面が変形し寸法精度が低下してしまう といった問題があった。

機械 （研磨） 加工コス トを低滅する方法と しては、 例えば特開昭 6 3— 2 2 5 7 2 8号公報には接動面に接合母材よ リ も熱膨張係数の小さい耐摩耗性部材を加 熱接合し、 熱膨張係数の差によリ摺動面にクラウユング形状を投けることにょリ、 研磨等の機械加工によることなく クラウニングを形成し、 摺動時の片当リを防止 できる接動部品を低コス トで提供できる製法が開示されている。 又、 同公報には 耐摩耗性部材と して窒化ケィ索、 炭化ケィ素、 サイアロ ン等のセラ ミ ック材料を 用いることを関示している。

これの関連技術と して特開平 2— 1 9 9 0 7 3号公報ゃ特開平 4一 2 6 7 2号 公報には、 ろう材ゃ金属の選択や熱処理 （接合） 方法の検討等によって熱応力に よるクラックの発生を防止すると共に金爲部分の特性を維持できることが開示さ れている。

—方、 排ガス規制に加え、 効率の向上も急務となっている。 エンジンの高効率 化には摺動部の面圧の上昇が避けられず、 これに伴い、 摺動部に大きなク ラ ウ - ング Jfcが求められるよ うになった。

前述の技術によれば主たる摺動面がクラゥエングを有するセラミ ッタスで形成 されると共にやはリ補助的な摺動部となる金 JR部の硬度を維持した摺動部品が作 製可能であるが、 摺動面のクラウユング量の制御が困難である他、 マルテンサイ ト変態や低温で固化するろぅ材を使用することによってセラミ ックス一金属母材 の熱収縮差を小さく して熟応力を軽滅しているため、 クラウユング量が大きく で きないという問ほがあった。

これらの問題を解決する方法と して、 特開平 4一 2 0 3 2 0 6号公報には、 ろ う付後のタぺッ トの授動面に荷重を加えて金 Λ部を塑性変形させることや、 特開 平 6— 9 2 7 4 9号公報には、 セラ ミ ックスと金属の IWに中 W層を介在させてク ラウ ング量を ¾«整することが開示されている。 しかし、 これらによってもクラ ゥユング量には限度があった。

一方、 このよ うな 動部品においては、 セラミ ックスを用いた部分以外の «動 部、 もしく は部品全体にも接動特性が要求される場合もぁリ、 金 Λ材料の摺動特 性を向上させるため硬化処理が施される。

そのため先の特開平 2— 5 5 8 0 9ゃ特開平 2— 1 9 9 0 7 3、 特開平 4一 2 6 7 2、 特開平 5— 1 8 2 1 3、 特公平 5— 7 2 3 5 4では、 セラミ ックスと金 Λの加熱接合時の加熱と冷却を利用して金属部分の硬化処理を行っている。 しかしながら、 上記加熱接合を利用した硬化処理では、 通常硬化処理に用いら れる焼き入れ処理とは本体摺動部に負荷される加熱沮度が異なリ、 摺動特性に必 要な硬度を得られない場合もぁリ、 さらには冷却方法が特殊でぁリ、 またそれに 適した金 Λ材料はその種類が限定され、 かつその材料 （例えば、 J I S S N C M 6 3 0など） が難加工材であリ、 コス トが高く なるといった問題があった。 また、 このコス ト增回避のため、 部分的に本材料を用い、 その他の部分を加工 が行いやすい安価材で作製する場合でも、 2種類の材料の接合や接合部の加工な どの工程塘加によるコス 卜增の問題もあった。

本発明は上記した問題点を解決するため、 摺動部材本体の金属部にも摺動時の 耐摩耗性を付与すると と もに、 摺動面の少なく と も 1力所の主摺動面に高性能か つ大きなクラゥン形状の摺動部、 特にセラミ ックからなる摺動部を形成した安価 な摺動部材およびその製造方法並びに同部材を用いた装 «の提供を目的とする。

発明の開示

本発明は、

( 1 ) 摺動面部材ょ リ熱膨張率の大きい金 Λ母材に摺動面部材を接合し、 摺動 面部材の摺動面に、 攫動面最大長さに対して 0 . 1 ~ 0 . 4 % (クラウエング比 率と称す） の最大高さのクラウユング形状を有する摺動郎材である。

本発明の摺動面部材は摺動部品の実用途によって種々のものが考えられる。 本 発明では摺動面部材上のこのクラゥ -ング形状を同部材の金属母材への接合工程 およびノ又は同工程とは別の工程で、 双方を組み合わせて加熱し、 两者の熱膨張 差によって形成する。

«動面部材は金属母材よリ熱膨張率の小さいものであればよいが、 金 Λ母材と 接合されその摺動面に上記の最大髙さのクラウユング形状を形成しうるものとす る必要がある。

したがって金 Λ母材が決っておれば、 上記範囲のクラゥユング形状が得られる 熱膨張率の摺動面部材を選ぶ必要がある。 又、 この加熟によって摺動面部材自体 及び金属母材との接合部の劣化 · « «を生じさせない擯動面部材であること も必 耍である。 さらに摺動時の囊境および負荷に耐えられるものでなければならない。 実用条件が比較的低温で摺動時の面圧が比較的低い場合には、 可能な限リ軽量な ものがよく、 例えば金 JR母材にアルミニウムベース金 Λの素材を用い、 摺動面部 材に軽量の市販のセラ ミ ックスの素材を用いることができる。 又この場合、 軽量 化の必要がなければ、 金 Λ母材に鋼を用い、 摺動面部材と して金 Λ母材よ リ低熱 膨張率の鉄べ一ス金属、 サーメ ッ ト、 市販のセラ ミ ック等を用いることもできる。 以上述べたよ うに本発明の摺動部品の摺動面部材と金 Λ母材との素材の組合せ は用途に応じて種々考えられる。 クラウユング形状と しては摺動面部材の摺動面 に、 接動面最大長さに対して 0 . 1 〜 0 . 4 %の最大髙さのものとする。

これを例えば本発明の対象とするクラウ-ング形状摺動部材の一つである図 1 に示すディーゼル商用車の動弁系 O H V方式のタぺッ トを用いて説明する。 図 1 の摺動面材 1 と金属母材 2は通常の接合口一材 （A g ロー材等） を介し加熱接合 され、 冷却後の摺動面材 1 と金属母材 2の熱膨張差によ リ摺動面にクラウユング 形状がつく。 一方、 図 1 に示すタペッ ト部品ではカム部品 3 と摺動する摺動面と 同様プッシュロ ッ ド部品 4 との摺動面 5の偏縻耗を防止することが、 特に E G R 機構の適用に対して重要となる。 そのためにはカム部品 3 と摺動面材 1の片当 リ を防ぐと ともに、 接合面最大長さに対して 0 . 1 〜 0 . 4 %の最大高さのクラウ ニング形状を施し、 カム部品 3によ リ摺動面材 1 を強制的に回転させ偏摩耗を防 止できる。 これが 0 . 1 %未満であると、 カム部品 3による摺動面 1 に加わる回 転力が不十分でぁリ、 摺動面 5の偏摩耗の原因となリ、 0 . 4 %を越えるとクラ ゥ ングが大きく なることによる «動面材の変形によ リ «動面材円周郁に高い引 張リ応力が発生し、 摺動面材の破壊等につながるために好ましく ない。 本発明の 対象とする擯動郁材は、 上記タぺッ トのように相手材とのローリ ング接動を主体 とするものでぁリ、 このタイプの «動部材に対しては、 タペッ トのよ うに a動面 に高い面圧がかかリ重負荷のものも、 さらに軽負荷のものも «動面の形状は、 こ の範囲とするのが回転力の伝達による傷摩耗の防止を考えると望ましい形状であ る。

( 2 ) 次に本発明の推動面部材であるが、 これをセラ ミ ックスとすることが望 ましい。 通常前述のよ うにこのローリ ングタイプの摺動部材と しては、 括動面へ の *荷の大きさにょ リ種々の素材が考えられる。

しかしながら、 特に自動車のエンジンの動弁系の推動部、 例えばカムフ才ロワ 一や口 ッカーアーム、 軸受等の苷酷な食荷条件下で耐摩耗性が要求される部分の 摺動部材、 と リわけ金 Λ母材の主 «動郁に本発明のクラゥユング形状摺動面部材 を接合したタぺッ ト等の推動部材と して用いる場合には、 高い耐摩耗性と低い摺 動抵抗のセラミ ックスを接動面部材と して用いることが好ましい。 この場合本発 明によれば、 金農母材に接合される接動面部材は全体がセラミ ックスであリ、 上 述の範囲のクラウニング比率のクラウユング面の施されたものとする。 好ましい 形慷と してはクラウニング形状を施された摺動面部材の一部をセラ ミ ックスとす る。

セラミ ックス素材と しては、 例えばアルミナ «、 ジルコニァ質、 窒化珪素質、 炭化珪素質のものや、 これらに繊維成分を分散させたリ、 粒界および 又は粒界 に分解 成分を均一に分散させたリ した複合セラ ミ ックス材料を用いることがで きる。 尚、 本発明ではこのセラ ミ ックス摺動面部材へのクラウユング形状付与は、 前述のよ うに摺動面部材と金 «母材の熟膨張差を利用し （セラ'ミ ックス摺動面部 材の方が金 JR母材よリ も熱膨張率が小さいことを利用し） 、'接合工程および Ζ又 は同工程とは別の工程で、 两者を組み合わせて加熱することによって形成する。 したがつてこの加熱温度に耐え、 クラウユング変形による損傷が起らず、 この 変形によるス ト レスで金 Λ母材との接合部に損傷の生じない楙造上の組み合わせ とすることが必要である。 この種のセラ ミ ックスと しては例えば J I S準拠の室温 4点曲げ強度が 5 0 k gZmm²以上、 かつ耐熱衝 *性を示す诅度差が 400*C以上のものであるのが 好ましく 、 さらにこれらセラミ ックス捃動面部材の中でも、 以上のクラウエング 形状加工時の熱応力に耐え、 なおかつ摺動時の耐摩耗性に優れた窒化珪素系セラ ミ ックスを用いるのが好ましい。

接動面材と して S化ケィ素系材料を S択したのは、 （ 1〉 熱應張係数が小さく 接合時にクラウニング形状が安定して設けられること、 （2) 強度が比較的高く、 クラゥニング形状を投けた際に発生する引張リ応力に対し耐えられること、 （3) 硬度が比較的高く 、 离摩耗性に優れること、 の 3点を考 Λしたためである。 さら に好ましく はその室温での J I S準拠の 4点曲げ強度が 1 00 k g /mm ²以上、 耐熱衝擎性を示す温度差が 8 00*C以上、 室温でのシャルビ一衝撃値が 1 5 k J ノ m²以上、 かつ摺動面に開口 している気孔の面種率が接動面面積に対し、 0. 5%以下である窒化珪素系セラミ ックスを用いる。 さらに J I S準拠の 4点曲げ 強度が 1 3 0 k g/mm ²以上のものを用いるとなお好ましい。

なおこの場合摺動表面に開口 している気孔の面積率が擯動 ®面積に対し、 0. 5%以下とするのは、 EGR機構を股けた際にエンジンオイルに PZM成分 （す すや S O ₃等） が混入し摺動面および相手摺動面に摩耗が生じ易く なるからであ る。

このよ うに強度が高く 、 耐衝撃性も高いセラ ミ ックスを摺動面部材に選ぶのは、 これらを金属母材に例えば比較的高い固相点の口ゥ材で接合する場合の昇降温時 および本発明の範囲のクラゥユング形状を付与するために行う加熱時の昇降温時 での熱衝擎、 伸縮のス ト レスに耐え、 それ自体に損傷を生じないことが重要とな るからである。 又、 摺動時に万一衝撃荷重がかかってもそれに耐えうる必要があ るからである。

次にこれらセラミ ツクの中でも窒化珪素系セラミ ック スを摺動面部材と して用 いる場合、 前記の摺動面最大高さのクラウニング形状にすると供に、 さらにクラ ゥニング形状部の摺動面最大長さ （ β ) に対するクラウニング形状部すなわち固 定した摺動部の厚み （ t ) の比を 0. 0 1 ~ 0. 0 5 (すなわち 1〜 5%) とす るのが好ましい。 これを本発明の一実施例である図 2に示すタぺッ ト部品で fft明する。 図 2に示 す接合面の最大長さ βに対する摺動面材 1の厚さ tの比率が 0. 0 1未满である と、 カム部品にょリ加わる銜擎力に対し、 «動面材 1に破壊等の問題点が生じ易 く なる。 一方、 0. 05を越えるとクラウユング形状を股ける際の摺動面材 1の 変形抵抗が大きく、 脆性材例えばセラミ ックに大きな引張応力が加わリ、 安定し たクラゥニング形状が得られにく く なる。

さらに本発明の摺動面部材と して、 特に前記の 4点曲げ強度が 1 0 0 k gZm m ²以上の特殊な高強度 · 高銜撃強度を有するま化珪素セラ ミ ックスを用いる場 合で、 例えば図 2のような »動部支持構造をとる ¾合には、 前記の最大高さのク ラウニング形状と »動面最大長さ （ β ) に対するクラウニング形状部の «動面部 材の厚み （ t〉 の比に加えて、 さらに母材の接合面に垂直な中心線 (C-C) で 切った最小厚さ f (つまリ図 1のブッシュロッ ド部品 4と母材との接動面となる 母材の最小厚み部の厚み） の接動部材の厚さ t との比率が 0. 5以上となるよう な股計とするのがよリ好ましい。

このよ うな比率とすることによって、 クラウニング形状を形成する過程で母材 2の変形が生じにく く なリ、 ょ リ再現性よく、 安定した摺動部のクラウニング形 状のものが得られる。

( 3 ) 次に本発明の対象とする摺動面部材全てについてその摺動面の表面粗さ が J I S準拠の十点平均高さ粗さで 0. 以下とすることが好ま しい。 十点平均高さ粗さが 0. 4 mを越えると、 摺動部材の相手材の表面の摩耗を 引き起し易いからである。 特にタペッ トのような重負荷 （面圧） でのローリ ング 摺動の場合には、 相手材であるカム部品を傷つけ易い。 例えばタペッ トのクラウ エング形成摺動面が前述のようにセラ ミ ツスであリ、 カム部品が焼き入れした銷 である場合、 カム部品はセラ ミ ックス との摺動によって選択的に摩耗を起すので 好ましく ない。

(4) さらに本発明の対象とする摺動面部材の全てについてその摺動面形状は 前述のクラウユングの比率範囲 0. 1 ~0. 4%を満たすとと もに、 摺動面のク ラウニング形状の周辺部の曲率が中央付近の曲率 （曲率比と称す） の 0. 8倍 (すなわち 8 0%) 以下でコン ト口一ルすることが望ま しい。 このよ うにコン ト口一ルすることによつて熱応力による引張リ破損の危険性を 低下させることができる。 従って、 この曲率比を小さくすることによって、 例え ばセラ ミ ソクス «動面都材と して前述の l O O k gZmm²以上の 4点曲げ強度 の特殊な ¾化珪素系セラミ ッタス以外の市販の ¾化珪素系セラ ミ ックスやアルミ ナ質、 ジルコエア質、 炭化珪秦のような同強度の劣るセラミ ックスも損傷なく使 用できる。

(5) 本発明の金 Λ母材と しては、 摺動面部材ょリ熱膨張率の大きい組み合わ せとなるもので、 加熱によって推動面部材に形成されるクラゥユング比率が前述 のように 0. 1〜0. 4%であれば、 いかなるものでもよいが、 同母材の一部に 重負荷のかかる前述のタぺッ トを構成する部材と して利用する場合には、 鋼が好 ましい。 さらに銅の中でも摺動面となる部分の表面がマルテンサイ ト組繳を有し、 硬度が H_RCで 4 5以上であるものが望ましい。

銅の母材の摺動面をこのよ うに部分硬化又は全体の硬化を行うためには、 浸炭 処理や表面焼き入れを適宜組み合わせて行う。 母材の硬度を上記レベルとするの は、 H_RC4 5未满では例えばタぺッ トとカムのよ うな図 2に示すような摺動部材 と して用いる場合、 図 2のブッシュロッ ド部は絶えず高い面圧下で摺動をしてい るため、 その摩耗が大きくなリ、 ローリング摺動時の回転駆動の回転精度に支陣 をきたし、 タペッ ト母材自体が変形し易く なつたリ、 ひいてはロー リ ング摺動し ているタぺツ 卜の偏摩耗が生じ易く なるためである。

但し、 通常は母材の硬化処理は、 摺動負荷の加わる部分のみ局部的に行えばよ い。

例えば図 2のタぺッ トで摺動面部材をロ ゥ付けで接合した後で表面焼き入れす る場合には、 油冷 ' 空冷による急速冷却が必要でぁリ、 ロウ付け部のゆるみのな いように予めよ リ髙温で口ゥ付接合をしておき、 この急速冷却に耐えうる耐熱衝 撃性で、 かつ変形に耐え、 接合部周辺に損傷を生じないよ うな摺動面部材を選ぶ 必要がある。 セラ ミ ックスの場合この口ゥ付時および母材の表面焼き入れ温度差 に応じてそれに適した前述の耐熱衝搴温度差と曲げ強度を有するものを適宜選ぶ 必要がある。

つまリ耐熱衝撃性を示す温度差が 400¾以上で曲げ強度が 5 0 k g /mm² 以上のセラミ ッタスで充分なのか、 又はさ らにそれぞれの値が 8 0 0 "C以上でか つ 1 0 0 k g Z m m ²以上の特殊な SE化珪素系セラミ ックが必要なのか、 組み合 わせと実用条件を考えてケースパイケースで遷択する必要がある。

又、 本発明では予め全体が浸炭処理された銅製母材を用意し、 これに «動面部 材を加熟接合した後に、 再度本体の «動特性の要求される部分のみ表面焼き入れ を行ってもよい。 すなわちこの *合、 金属母材は公知の浸炭処理を施し、 加熱接 合後の焼き入れ処理を経ると本体自体の表面が硬化されるので、 未処理材ょ リ も 接動特性が向上し、 また内部組織は靭性を有したままなので摺動部品と して街撃 荷 fiに対しても十分な強度を有する。

以上の硬化処理を行う ことによって、 硬化処理した鋼製の母材となリ、 1ケ所 またはそれ以上の «動面があリ、 当咳摺動面の少なく と も 1 ケ所は加熱接合によ リ本体に取リ付けられている複数の括動面を有する本発明推動部品を得ることが できる。 つま リ、 例えば主推動面をセラミ ックと して接動面部材と して固定し、 他に H _{R C} 4 5以上に硬化処理された金 Λからなる摺動部を同時に構成することが できる。

又、 硬化処理対象材と同処理条件を選ぶことによ リ、 摺動面の実際の接動条件 に合わせた複合構造の摺動面部材を作ること もできる。

すなわち、 本発明では、 表面焼き入れ時の発熱による鏐部の軟化とマルテンサ ィ ト変態による体積膨張を利用することによ リ、 部分的摺動部品中の任意の摺動 面を形成することができる。 そして表面焼き入れを施す ®所はクラウニングを付 与する摺動面の場所によ リ適時遍択され、 付与するクラウ-ング量は表面焼き入 れの手法や方法 （加熱や冷却時間など） 、 また使用する銅材の種類にょ リ広範囲 の制御が可能である。

本体の鋼材と しては、 浸炭処理と焼き入れ処理によリ H _{R C}で' 4 5以上を示せば、 種類は特には問われないが、 強度、 材料や加工のコス ト面から機械構造用銷と し て広く用いられている炭素钢ゃ N i ， C r , M oを合金元素と して添加されてい る合金銷などが好ましい。 つま リ本発明の摺動部材では、 例えば以下のものを用 いる。

( 1 ) C O . 1重量％以上、 S i 0 . 1 ~ 0 . 5重量％、 M n 0 . 2〜： I . 2 :%、 C r 0. 1〜 2重量％、 P, Sを共に 0. 0 3重量％以下、 不純物と し て 0. 3重量％以下の C u、 0. 2 5重量％以下の N iや不可避的元素を含む鋼 材。

( 2 ) C O . 1 S量⁰ /«以上、 S i 0. ：!〜 0. 5 fi量％、 M n 0. 2〜： I . 2 重 i%、 C r 0. 1 ~ 2重量⁰ 、 N i 1 ~ 5 fi量、 P, Sを共に 0. 0 3重 i% 以下、 不純物と して 0. 3窻 i%以下の C uや不可避的元素を含む鋼材。

( 3 ) C O . 1重量⁰ /o以上、 S i 0. 1 ~ 0. 5重量％、 M n 0. 2〜： 1. 2 :%、 C r 0. 1 ~ 2重量％、 M o 0. 1〜 1重量％、 P, Sを共に 0. 0 3 :%以下、 不純物と して 0. 3重量％以下の C u、 0. 2 5重量％以下の N i や不可避的元素を含む鋼材。

本発明の接動部品は、 本体の銷材において焼き入れ性と耐摩耗性を増大させる が离価である添加元素の C rの含有量が 0. 1 ~ 2重量％と低く、 さ らに同様に 高価な N iまたは M oが非添加もしく はどちらか 1種類しか添加されないためコ ス トを低く できる。 C rの含有量は 0. 2 ~ 1. 5重倉％がよ リ好ま しい。

N i の添加は錫の強度を低下させず粘リ強さを向上できる 、 その作用を効果 的にするには 1重量％以上の添加が好ましい。 しかし、 N iは高価なため多量の 添加はコス トの面からは好ま しく なく、 5重量％以下が望ましく、 1〜 3重量％ がよ リ好ましい。 又、 N i の添加は C r との合成効果によ リ焼き入れ性を著しく 向上させる。

Moの添加は焼き入れ性が向上し、 高温での加工性も良好にできる。 添加量は コス トを考 Λすれば、 0. 1〜： 1重量％が望ましく、 0. 1〜 0. 3重量％がよ リ好ましい。 各元素の添加量は用途に応じ調整することが望ま しい。

(6) 本発明においてセラ ミ ック摺動面部材をロゥ層のみで加熱接合によって 固定したものでは、 そのロウ層は 1 5~ 2 5 /i mの厚みとするのが望ま しい。 1 5 mょ リ薄く なると 口ゥ層による接合時の熟応力緩衝効果が場合によっては低 下する。 又 2 5 μ mを越えるとロウ層の強度低下を招く場合もある。 又、 この場 合、 接合時にセラミ ックがその熱応力に耐えうるようにするためには、 母材と摺 動面部材の間に、 母材と摺動部材とは異なる中間層を設けること も有効である。

この中間層は場合によっては、 ロ ウ層に代って用いること も可能である。 なお 中 IW層を用いた口ゥ付けの場合は上記口ゥ層の厚み範囲は無 M係となる。 しかし この »合、 接合後の硬化処理に充分耐えうるものとする必要がある。

例えば A 1 合金でもよいが、 その場合には Λの表面焼き入れがその »点を越す ため好ましくなく、 むしろ高 »点の C u等の方がよい。 又セラミ ックとの接合時 の親和性も考えて中間層を通ぶことが必要である。 通常は表面に T i , Z r等の 活性金 JRを蒸着する等の善後処置を講じる。 又、 必要にょリ薄い多層構造の接合 中 IW層を作ることによって応力綾和を図ることも行う。

しかし通常はロウ層と口ゥ層とは具る成分の中 |«層を複合させて接合介在層を 形成する方が望ましい。

中 W屠をあえて設けるのは同屠の介在によってセラ ミ ックにかかる熱応力を緩 和しながら、 口ゥ層だけによる接合介在層では達成できない大きなクラウユング 量が加熱接合時に中 W屠の構造次第で得られるというメ リ ッ トがあるからである。 又、 前記のように加熱接合後接動部を表面焼き入れする場合の緩銜機能をも果た せると と もに実用時の応力の瑗衡にも役立つ。

クラウニング量を增加させるためには中間層はヤング率がセラミ ックスよリ も 大きい金 Λ又はサ一メ ッ トがよく、 そのヤング率は 4 . 5 X 1 0 ⁶ P a以上の ものがさ らによい。 又、 クラウニング堆大と熱応力緩和を両立させるためには、 中 IW屠の周辺部分の熱膨張係数が中心部よ リセラ ミ ツタスの熱膨張係数に近いも のがよい。 さらに、 中 W層の周辺部のヤング率並びに降伏応力が中心部のヤング 率、 降伏応力よ リ低いものがよい。

中間層は金 JR母材とセラ ミ ツタスの中間の熱膨張係数又は塑性変形能を有し、 金 Λ母材よ リヤング率が低いものがよい。

セラ ミ ックスと金属母材とはろう付けによつて接合されるが、 固相点は 7 0 0 "C以上、 ょ リ好ましくは 8 5 0で以上のものがよい。 又、 8 5 0 ¾以上でろう付 けする場合には、 ろう材は銅を含まない例えば A g— T i 系が好適である。

接合後の機械加工によらず、 接合時の操作や冷却時の熱応力によって、 摺動面 を形成するセラ ミ ック スのクラウニング量を大きくするためには次の 2条件を满 たす必要がある。

第 1の条件はクラゥニングを形成可能な応力が存在することである。 応力を発 生させる方法と しては接合時に印加する方法と接合後の熱応力による方法が考え られる。 熱応力による »合には金爲母材と接合されるセラミ ッタスや熱応力緩和 層等の部分の熱膨張係数が小さく 、 金 Λ母材と一定以上の差があることや、 これ らの部分の剛性が高いこと、 すなわち一定以上の厚さがあることや、 ヤング率が ¾いことが必要である。

第 2の条件はクラウユングを形成することによって発生する応力に耐え得る構 造を有することである。 セラ ミ ックスと金 Λ母材を接合する場合には、 主と して 冷却時の熱収縮のためセラミ ックス部に生じる引張応力によってセラ ミ ックス部 分にクラックが生じることがある。 この引張応力はセラ ミ ックス部分の変形に起 因するため、 クラウニングを大きくする必要がある場合にはよ リ深刻な問题とな る。 本発明はセラ ミ ックス部分にクラック等の欠陥を生ずることなく大きなクラ ゥユングを形成した掊動部品を提供する。 セラミ ックスと金 JR母材を接合する場 合には通常セラ ミ ッタスの熱膨張係数の方が小さいため、 接合面付近には基本的 にはセラ ミ ック ス側が圧縮、 金 Λ母材側が引張の熱応力が生じる。 セラ ミ ックス 材料は圧縮応力には強いため、 この圧箱応力によって割れることはほとんどない。 一方、 この熱膨張係数差のため接合体は図 3に示すようにセラ ミ ックス 1 と金属 母材 2 とが変形し、 クラウユングが形成される。 しかし、 この変形に伴い接合体 の周辺部には接合面に垂直な方向に引張応力が生じる （図 4 ) 。 接合体に図 4の 1 7に示すよ うなクラ ックが生じることがあるのは、 この引張応力が材料強度よ リ高いためと考えられる。 この引張応力の大きさは多く の要因によって決まるが、 基本的には前述の変形 Jtに依存する。 このためクラウニング iが大きい接合体の 作製は困難であった。

大きいクラウエング！:を確保しながらセラミ ックスの破 «を防止する最も単純 で有効な方法はセラミ ックスと して、 金属母材との熟膨張係数差が大きく強度の 高い材料を選択することである。 この条件に適合するセラミ ックス と しては前述 の如く窒化ケィ素がある。 窒素ケィ素の熱膨張係数は 3 X 1 0— ⁶ K ^{_ 1}であって、 ほとんどの金 «母材とかなリの差がぁリ、 強度も高いため ftも適した材料である。 前述のように窒化ケィ素のなかでもその強度が 1 0 0 k g / m m ²以上、 さ らに は 1 3 0 k g Z m m ²以上のものはさらに好ま しい。 セラ ミ ツクスの強度の値は 測定方法によって異なることが知られているが、 ここでは J I S R 1 60 1に 準拠した 4点曲げ ¾度を示す。 奎化ケィ素は一般的に ¾獱度であるが、 中でも強 度が 1 3 0 k gノ mm²以上の材料を用いた »合には苷酷な接合条件又は焼き入 れ加熱時でもクラックの発生が急激になくなる。 この俄向は金爲母材が鋼材の » 合に K著である。 ¾強度セラミ ッタスとの接合では金爲母材側の塑性変形による 応力緩和が支配的になるためと推定される。

金属母材と して鋼材を用いる場合には前記した鋼材の硬度確保、 あるいは前述 のよ うな鋼材を用いマルテンサイ ト変據を利用した実質的な熱膨張係数差の低滅 によるセラミ ックスの割れ防止のため、 鋼材の種類及び接合条件 （特に冷却条件） を S定することや低 »点ろう材を用いることが特開平 2— 5 5 8 0 9号公報及び 特関平 2— 1 9 9 0 7 3号公報に記載されている。 これらの方法によれば 度 を維持しながら割れのない摺動部品を作製できるが、 熱収縮量の差が小さいため、 クラウニング量を大きくすることは不可能であった。 鋼材の硬度を維持しながら クラウユングの大きな接合体を得るためには、 高 »点のろう材を用いる等にょ リ、 高温で接合を形成することが有効である。 接合形成温度とクラウニング量 · 熱応 力の関係はセラ ミ ックス · 金属母材及び後述の中間層にも依存するため、 いちが いにはいえないが、 7 0 0 *C以上であるのが好ま しく、 8 5 0で以上であるのが ょ リ好ましい。 7 0 0 "C未満では容易には十分なクラウユング量が得られないの に対し、 特に 8 5 0 ¾以上ではマルテンサイ ト変態に伴う膨張を考盧しても容易 に十分大きなクラウニング量が得られる。 8 5 0で以上の »点のろう材と しては、 A g - T i ろう材が適している。 セラ ミ ッタスと して S i ₃ i ₄を選択する場合に は C uを含有するろう材 （例えば A u— C u— T i ろう材 ： 敏点 9 1 O ) を用 いて高温でろう付けすることは界面強度の低下につながリ好ま しく ない。

通常の強度の窒化ゲイ素焼結体あるいは他のセラ ミ ッ ク ス材料を用いた場合に は、 発生する熱応力に耐えられず割れが生じるのが避けられないが、 上述の強度 が 1 3 0 k g / m m ²以上の窒化ケィ素焼結体を用いた場合には鋼材と直接接合 しても多く の場合割れのない接合体が得られる。 高強度の窒化ケィ素を用いれば 上述のよ うに熟応力による破損を避けられるだけでなく 、 部品と して使用する際 に、 高い荷重ゃ衝攀によっても破損する確率の低下につながることは言うまでも ない。

窒化ケィ素以外のセラ ミ ッ クス材料の方が高い性能を示すため強度の比較的低 い材料を用いなければならない場合、 又、 形状的な要因 （例えば接合面が非常に 大きい場合） によつて高強度窒化ケィ素を用いてもセラ ミ ックスに割れが生じる 場合には図 5のようにセラ ミ ックス 1 と金厲母材 2 との間に中間層 4を用いるこ とが有効になる。 熱応力を a和するための中 M層と しては被接合材の中閒的あるいはセラ ミ ック スに近い熱膨張係数を有する材料や塑性変形能を有する材料が有効であることが 知られているが、 本接動郁品のように大きなクラゥユングの形成を目的とする » 合には前者に Λする材料が好ましい。 後者に Λする材料はクラウ-ングを小さく するため好ましく ない。 前者が好ましい理由は熱膨張係数が小さい中 IW層の »合 には中 M層もクラゥユング形成に寄与するため、 セラ ミ ックスを直接接合する » 合よリクラウニングを大きく できるためである。 中間層が有すべき他の特性と し ては、 ヤング率が高いことが举げられる。 ヤング率が高い場合の利点の一っは少 ない変形量で大きな応力を発生するため、 クラウユングを墙加させる効果が高い ことである。 又、 他の利点と しては中 IW層はセラ ミ ックスをバックアップする構 造になってぉリ、 そのヤング率が高いことはセラ ミ ックスに高い応力や街撃力が 加わった時にセラ ミ ックスの変形を抑える効果が高いことが举げられる。 この観 点から中 W層のヤング率は対応するセラミ ッタスのヤング率よ リ髙いことが望ま しい。 この様なヤング率が高く熱膨張係数が低い材料と しては、 金属と しては M oや Wあるいはそれらの合金があリサーメ ッ トと しては、 WC， T i C， T i N 基の材料が挙げられる。 特に WCを主成分と し、 C 0を主要な結合相とするいわ ゆる超硬合金は、 熱膨張係数が 4. 5 ~ 5. 5 X 1 0"⁶K"\ ヤング率が 4. 5 X 1 0^sMP a以上でぁリ、 本目的に最も適した材料である。 ヤング率が 4. 5 X 1 0⁵M P a以上の場合にはクラウ-ング形成及びバック ア ツブ機能への効果 が特に顕著となる。

通常中間層と しては被接合材料の中 181の熱膨張係数のものが使われるが、 セラ ミ ックスによってはよ リ熱膨張係数の低い材料を用いることもぁリ得る。 例えば セラミ ックスと して A 1₂0₃を用いる場合に Moや W— C u合金等 A 1₂0₃ょ リ 僅かに熱膨張係数が低い中 W層を用いることが可能である。 この場合にも熱応力 緩和やクラウ-ング :を増大させる効果がある。

クラゥニング量の確保と熱応力緩和を两立させるさらに有効な方法と して、 ク ラウ-ング形状を制御することがある。 すなわち、 図 6に示すように接合体の周 辺部 （A都） の曲率を中央部 （B部〉 ょ リ小さくすることによ リ、 実質的なクラ ゥエング iを確保しながら、 セラミ ックス 1部分が割れるのを防止することがで きる。 セラミ ツタスが割れる原因となっている周辺部の引張応力はほとんど周辺 部分近傍の変形によって発生しておリ、 この部分のみ曲率を低くすることによつ てセラミ ツタス部分には大きな引張応力が発生しなくなるため、 割れのない接合 体の作製が可能となる。 中央部の変形 （湾曲） はセラミ ックス部分に主と して圧 縮応力を発生させるため、 割れにはつながらない。 例えばすでに述べたように周 辺部の曲率が中央部の 0 . 8倍を超す場合には応力を低滅させる効果が小さい。 尚、 周辺部と中央部の境界は構成部品の材質や形状によって異なるため明確では ないが、 周辺部は外側からセラミ ックス部品の厚さの 1〜 2倍程度の領域、 中央 部はセラ ミ ック ス部品の中心からその大きさの 3 0 ~ 5 0 %程度長さの領城を意 味する。

この様にクラゥユング形状を制御する方法と しては、 下記のような周辺部と中 央部で特性の異なる中間屠を用いる方法や接合時に応力を印加する （強制的に変 形させる） 方法がある。

中 IBJ層による方法は図 7に模式的に示すように中間層の馬辺部 6 と中央部 7に 特性の異なる材料を用いる方法である。 中央部と周辺部は一体化していてもいな く いも良く、 それぞれ 2種以上の材料からなっていても良い。 又、 特性が連統的 に変化していても良い。 この中 M層の周辺部の熱膨張係数を中心部よ リセラ ミ ツ タスに近くすることによリ前述のクラウニング形状の制御が可能となる。 熱膨張 係数の他、 周辺部のヤング率や降伏応力を低くすることによつても同様の効果が 得られる。 又、 これらの特性を同時に変化させても良い。

この様な構造の中 層の場合にはクラゥニング量は主と して内側中間層によつ て支配されるため、 外側にはヤング率や降伏応力の低い材料を用いても良い。 又、 図 8のよ うに周辺部にのみ中閲層 2 1 を用い、 中央部はセラ ミ ックス 1 と 金 Λ母材 2 と直接接合することによっても同様の効果がある。 この場合には中間 層 2 1はリ ング形状の単一材料であっても良いためコス トの低滅が可能となる。 勿論この構造の場合にも中 ffl屠はいくつかの材料から構成されていても良い。 中 閒層の特性と しては金属よ リ熱膨張係数が低いこと、 塑性変形能を有すること、 ヤング率が低いことのいずれか一つ以上が必要となる。

この他のクラウニング形状の制御方法と して接合を応力を印加しながら行う方 法がある。 例えば図 9に示すようにセラ ミ ックス 1 と金馬母材 2を周辺部の方が 曲率の小さい型 8に杵 9で押しっけながら加熱 ·接合することによって、 前述の 悶辺部の方が中央部よ リ曲率の小さい接合体が得られる。 型形状と しては図 1 0 に示すよ うな凸型のものも有効である。 又、 接合と同時に金 JR部の形成 （焼結や ίδ造） を同時に行うことも可能である。

次に本発明摺動部材の製造方法について述べる。

本発明の方法は、 （ 1 ) 金 Λ母材および摺動面を形成する摺動面部材を準備す る工程 （ I ) と、 金属母材の少なく とも 1力所に «動面部材を固定するため、 核 母材と該摺動面部材の双方に接合面となる合せ面を加工する工程 （I I ) と、 双方 の合せ面を対向させて金 Λ母材に接動面部材を加熱固定する工程 （I I I ) とを含 むものである。 固定 （接合） 方法と してはロウ付、 拡散接合など公知の方法が利 用できる。

又、 本発明の工程 （Ι Π ) での摺動面部材の加熱固定は、 双方の合せ面を直接 接触させて行われる方法、 合せ面 IWに口ゥ材およびノ又は口ゥ材以外の中間層材 を介挿する方法がと られる。

双方の合せ面を直接接触させる加熱固定法には用途によっては双方の lift膨張差 を利用した加熱嵌合によつて行われる方法が含まれる。

又、 双方の合せ面を直接接触させて行う方法においても合せ面間にロウ材およ び Z又は口ゥ材以外の中 W層材を介挿して行う方法のいずれにおいても、 補助的 に加圧し成形する手段と して、 3次元のクラウユング曲面をなす凹型によって加 熱して型內加圧で行われる方法が含まれる。

後者の型内加圧は摺動面部材を本体に加熱固定した後に別途クラウユング量髑 整手段と して行ってもよい。

例えば摺動面部材を母材に固定する構造をとる場合、 摺動面部材の一部である 主摺動部にセラ ミ ックを配 βする。 つま リ金属でセラミ ックを保持するような摺 動部の構造をとる場合、 事前に摺動部を工程 （Π Ι ) と同じステップを経て作リ、 さらに本体に加熱固定する方法をとつてもよい。 この場合の本体への固定につい ては用途によっては機械的なネジ止め等の別の方法と してもよい。 又、 例えば以 上の方法の組み合わせでセラミ ックを直接本体に埋め込みセラ ミ ックの周囲の本 体面にも »動面を形成することもできる。

又、 クラゥエング形状はセラミ ック部のみで主 «動面からの本体を外す *合も ある。

加熱固定工程 （ΙΠ) の雰囲気および沮度とその加熱方法については、 推動部 本体材質、 摺動部材質および仮にロウ材、 中間層材を介在層と して用いる場合に はそれらの材質も含めた素材種の組み合わせクラゥ ング形状の所望クラウニン グ量によって適宜な条件を aぷ。

加熱時の雰囲気については通常真空又は不活性ガス （Α Γ , Η₂, Ν₂等） 雰囲 気による所定圧力下で行う。 圧力は滅圧下、 加圧下も含む。 加熱方法については、 以下の種々の方法がある。

なお接合される部材がセラミ ックスの場合には、 ロウ付けによる接合を行うが、 ロウ材は、 セラ ミ ツタスを金属に直接接合する場合、 T i を含む銀ロウ、 例えば A g— C u— T i系、 A g— T i系等が選択され、 セラミ ックスの接合面側にメ タラィズ処理されている場合は、 A g— C u系等がよい。

また、 ロウ付け雰囲気は非酸化雰囲気 （真空および A r , Ν_2> Η₂およびそれ らの混合ガス等） が好ましい。 嵌合は圧入や焼きばめなどの公知の方法に行えば よい。

本発明では （111 ) の工程で措動面部材を母材に固定接合すると同時に前述の クラウエング比率のクラゥニング状の摺動面を形成することができる。 この場合 接合層には中閲層があってもよい。

( 2 ) 又、 本発明の方法によれば工程 （III) の後に母材の摺動部を焼き入れ 処理する工程 （IV) を追加してもよい。 この工程の手段には同形状部のみを表面 焼き入れする方法とこの焼き入れと と もにクラウニング凹型による型内加圧で成 形する方法が含まれる。 又これらを前後して組み合わせる方法も含まれる。 又、 表面焼き入れを行う母材と しては前述のよ うに焼き入れ後 H_RC 4 5位上となるよ うな鋼を用いる。 用いる表面焼き入れ処理法は高周波、 火炎、 レーザービーム、 電子ビーム焼き入れなど公知の方法を用いる。

又、 焼き入れ処理を行う笛所の籾性を確保する必要がある場合は、 前述のよ う にあらかじめ浸炭処理を施した銷製本体を用いればよい。 なお浸炭処理の方法と しては固体、 液体、 ガス浸炭等の公知の手法のいずれでもよい。 又、 焼き入れ後 の «動部品本体の硬度が H _{K C}で 4 5以上であれば、 焼き入れ诅度、 冷却方法は特 に規定されるものではなく、 用いた鋼材の J I Sに定められている方法 （例えば 機械構造用合金鋼であるエッケルクロムモリブデン銅であれば J I S G 4 1 0 3 ) に準じて行えばよい。

又、 焼き入れ処理後 »動部品本体の軔性を向上させるために焼き戻し処理を行 つてもよい。 方法は摺動部品本体の硬度が H _{R C}で 4 5以上を保持できるのであれ ば、 J I Sに準拠したものを選択すればよい。

又、 摺動部材の靭性を向上させるために焼き入れ処理後焼き戻し処理を行って もよい。

又、 鋼製本体の摺動部の靭性を確保する必要がある場合は、 前述のように浸炭 処理を施した鎮製本体を用いればよい。

又、 鋼製母材を予め浸炭処理する場合、 その少なく と も 1ケ所にセラ ミ ックス 等の摺動面部材を加熱接合した後、 さらに母材の摺動部分に表面焼き入れするこ と もできる。

なおこの場合加熱接合は接合部の劣化を防ぐために、 好ましくは表面焼き入れ 温度以上で行う ことが望ましい。

摺動面を形成する部材を摺動部品本体に取リ付ける場合は、 接合や嵌合によ リ 行う。 接合と してはロ ウ付けや拡散接合など加熱接合、 溶接や圧接などの公知の 方法を利用すればよい。

この点で前記 （I I I ) の工程での加熱接合時の温度は表面焼き入れ処理時の温 度上昇での影響がないように 8 0 0で以上であることが最も望ましい。 例えば亜 共析銅ならば加熱時オーステナイ 卜相のみとなる A _{C 3}または A c ,変態点以上 3 0 〜 5 0でが焼き入れ時の適当な加熱温度と されているので、 接合温度は 8 0 0 を超えることが好ましい。

図面の簡単な説明

図 1

本発明を適用したディーゼル商用車の動弁系 O H V方式のタぺッ トの説明図で ある。 図 2

本発明を適用したタぺッ ト郁品の Itt明図である。

図 3

セラミ ックスと金 Λ母体との熱膨張係数差に基づく クラウユング形成の «明図 である。

図 4

同じく発生応力及びクラック発生の説明図である。

図 5

本発明において中 W層を用いた例の説明図である。

図 6

本発明においてクラウユング形状を制御する K明図である。

図 7

中 M層の中央部と周辺部で特性の異なる材料を用いる例の説明図である。 図 8

中 IW層を周辺部のみに用いた例の説明図である。

図 9

クラゥニング形状制御方法の説明図である。

図 1 0

型形状の一例を示す説明図である。

図 1 1

実施例 1 におけるタべッ トの例の説明図である。

図 1 2

落下型シャルビ一衝搴試験の説明図である。

図 1 3

カムの縻耗状據の説明図である。

図 1 4

実施例 6で用いた金属母材の形状を示す説明図である。

図 1 5

市販の軽油燃料ポンプのカム/ビス トン機構の説明図である。 6/

図 1 6

本発明をタぺッ トに応川した例の説叨 ^である。

図 1 7

本発明をタペッ トに応用した例で中間厣とろう材を用いた例の説叨図である。 図 1 8

同じく 中問 ¾の材質を中央部と周辺部で変えた例の説明図である。

図 1 9

同じく 中間屑を周辺部のみと した例の説明図である。

図 2 0

カーボン製のモール ドと杵を用いた例の説明図である。

図 2 1

モール ドの寸法の一例の Sft明図である。

図 2 2

本発明を適用したタぺッ トの説明図である。

図 2 3

タぺッ 卜の使用状慷の説明図である。

符号の説明

1 摺動而部材 （セラ ミ ッ クスは一具体例）

2 金 母材

3 カム

4 ブッシュロ ッ ド

5 金^母材 iS動面

6 周辺部中 (!Π罹

7 中央部中 R3層

型

杵

1 0 タぺッ ト本体 （金 ^母材）

1 ろう材 （銀ろうは一具体例）

2 中間屑 1 3 阀辺部中 M層

1 4 中央部中 IM層

1 5 中間層

1 6 型

1 7 クラック

1 8 中間層

1 9 ブッシュロ ッ ドとの摺動面

2 0 衝突材

2 1 周辺部中 M層

2 2 焼き入れ ffi所

2 3 ブッシュロ ッ ド

発明を実施するための最良の形態

実施例 1

市販の S i ₃N₄、 A 1 ₂0₃、 Y₂0₃粉末を各々 9 3重量％、 2重 Jt%、 5重量 %配合し、 エタ ノール中で 7 2時閒湿式混合した後、 乾燥粉耒を作製した。 この 粉末を圧力 1 . 5 トン Z c m²にて C I P成形した後、 1 7 0 0 *0、 4時間、 窒 素ガス 2気圧にて焼結した後、 更に 1 6 5 0"C、 1 時間、 窒素ガス 1 0 0 0気圧 中にて H I P処理を施した。 得られた焼結体よ リ直径 2 5 mm、 厚み 0. 5〜 3 mmの素材を切リ出し、 1面については砥粒平均粒径 7〜 1 1 /i mのダイヤモン ド砥石にょ リ、 面粗度を十点平均高さ粗さで 0. 3 μ m以下になるよ う仕上げ研 削加工を施した。 得られた摺動面材 1 を図 1 1 に示す形状の S C r 4 2 0で作製 した金属母材 2に A gを主成分とするロー材を用いて真空中、 1時間、 7 8 0〜 9 0 0での種々の温度にて接合した後、 ：[ 1 5準拠の 5 ： 1" 4 2 0の焼入れ処理 を行いタぺッ ト部品を作製した。 口ゥ付層の厚みは 1 7 μ mであった。 得られた タぺッ ト部品のブッシュロ ッ ドとの摺動面 5の硬度を測定したところ、 H_RC= 5 0であった。 この部品を市販の商用車用 OHV方式のディーゼルエンジンに組み 込み、 巿內走行を 4万 k m実施後の回収エンジンオイルを用いて、 機関回転数 1 O O O r p mにて 2 0 0時間耐久試驗を行い、 ブッシュロ ッ ドの先端および金属 母材側の受け面の摩耗量を測定した。 以上の結果を表 1 に示した。 表 1 中でクラ ゥニング最大高さの比率 （クラウ-ング比率〉 を決める接合最大畏さは接合面直 径の 2 5 mmと した。 また、 摩耗の判定については、 ブッシュロッ ド先靖および 母材側受け面の摩耗量の和が 1 0 μ m以上の場合に 「摩耗有リ」 、 1 0 μ m未满 の »合に 「靡耗ナシ」 と記述した。 一方、 表 2にはここで用いた S i ₃N₄焼結体 の特性を示した。 ここで曲げ強度については、 J I S R I 6 0 1に準拠して測定 した。 またシャルビー銜 *値については J I S R 1 6 0 1に準拠した試料を用い てスパン 3 0 mmの無溝による測定を実施した。 また熱衝撃温度差についても J I S R 1 6 0 1 に準拠した試料を用いて、 水中投下法によ リ評価した。

【表 1】

* 比較例

* * 割れ ： セラ ミ ック外周にクラック

【表 2】

以上によ リ クラウニング比率が 0 . 1 〜 0 . 4の間で摩耗が生じず、 良好な摺 動性能が得られることが明らかとなった。

実施例 2 実旄例 1 と同様に厘料粉末を配合し C I P成形した後、 1 600〜 ： 1 800"C, 1〜6時間、 窒素ガス 2気圧の種々の雰囲気下で作製した焼結体を 1部、 実施例 1 と同様の H I P処理を実施し素材を作製した。 作製した素材を実施例 1 と同様 の形状をした S NCM6 1 6の金 Λ素材に実施例 1 と同様の条件範囲にて接合し、 さらに J I S準拠の S N CM 6 1 6の焼入れ処理を行い、 タぺッ ト部品を作製し た。 口ゥ付層の厚みは 1 7 μ πιであった。 得られた S i ₃ N ₄焼結体の特性および 同セラミ ックを摺動面部材と したタぺッ ト都品の摺動性能を実施例 1 と同様の手 法同様の基準によリ評価し表 3中に示した。

—方、 得られた部品を実施例 1 と等価である図 1 2に示す落下型シャルビー衝 擎試驗によ リ破壞評価試驗を実施し、 S i ₃N₄部の破壞の有無を評価した。 尚、 シャルビ一衝撃試驗の条件は衝突速度が 3. 5mZ秒、 衝撃エネルギーが 3 0 J と した。 また衝突材 6の先嫋形状はカムの先端形状を想定し、 R = 3〜4mm、 幅 2 0 mmのカム先端形状相当と した。 ここで S i ₃ N ₄部の破壊の有無は衝撃荷 重 8 0 k Nを負荷し、 破壞のあったものを 「破壞有リ j 、 破壊のなかったものを 「破壞ナシ」 と し併せて表 3中に示した。

【表 3】

* 比較例

* * セラミ ック部外周にクラック発生 以上の結果よ リ «動面に J I S準拠の 4点曲げ強度が l O O k gZmm²以上、 シャルビ一衝撃値が 1 5 k J Zm²以上で、 熱衝撃诅度差が 800 " 以上の S i 3 N₄焼結体で構成されたクラウエング比率が 0. 1〜0. 4 %であるセラ ミ ック スをタぺッ ト部品に用いることで特に摺動時の高い銜撃破壊に対する信親性の高 い部品が得られることがわかる。 一方、 J I S準拠の 4点曲げ強度が 1 00 k g Zmm²未満の S i ₃N₄を用いるとこの実施例 1 と同じ耐久試 によるブッシュ 口ッ ド先端および金属母材側の受け面の摩耗は生じず、 摺動に陣害はないがクラ ゥユング比率が好ましい範囲內でも、 クラゥユング比率を大き く とるセラミ ック の外周部に微小な割れが生じているのが観測され、 本耐久試 «を越える苛酷な S 塊下でこの種のセラ ミ ックスを万全な状態で利用するためには、 後述の実施例の よ うに予め接合部に中間層を入れたリ、 中央と外周のクラウニング比率を変える 等の工夫が必要であることがわかる。

実施例 3

実施例 1 と同様の S i ₃N₄秦材を用いて、 その摺動面の面粗度と厚みを種々変 化させた接合材を作製した。 この場合のロ ウ層の厚みは 1 7 mであった。 その 接合材を実施例 2で示した金 Λ母材に、 図 1 1中で 3 mm厚さに表示されている 母材中心鎵に対する最小厚さを S i ₃ N₄接動材の厚さに対する比率を種々変化さ せて接合し、 さ らに J I S準拠の焼入れ処理を行いタぺッ ト部品を作製した。 こ こで接合個数は同一条件では 2 0個と しそのクラウエング比率について最小値と *大値の範囲で表 4中に示した。 更に種々のタペッ ト部品を実施例 1 と同様のェ ンジンを用いてブッシュ口ッ ド及びブッシュ口 ッ ド受け面の摩耗を実施例 1 と同 様の評価を行いその際のカムの摩耗状況を図 1 3に示すカムノーズ高さの摩耗量 にて評価し、 この摩耗量が 5 m以上の場合を 「摩耗有リ」 、 5 μ πι未満の場合 を Γ摩耗ナシ」 と評価し、 各々表 4中に示した。 【表 4】

* 比較例

* * 接動面表面粗度は十点平均 ffiさ粗さで評価した。

以上の結果よ リ、 例えば No.4にみられるようにクラウニング比率は 0. 1 0. 4 %の範囲内に有るが、 母材 *小厚さ比率が 0. 5未満の場合には、 クラウ ング比率のロッ ト內でのバラツキが大き くなリ性能のバラクキが生じ易く なる, また No. l No.7にみられるように摺動面の表面粗度が +点平均高さ粗さで 0 4 μ πιを越えるとカムノーズの摩耗が生じ易くなることが分かる。 さらにクラウ ニング比率が 0. 1 0未満の場合はブッシュロ ッ ドおよび受け面の摩耗のみなら ず、 タぺッ 卜の回転不良によ リカムノ一ズの摩耗も生じ好ま しく ないことが分か る。

実施例 4

実施例 1 と同様の S i ₃Ν«素材を用いて、 実施例 2に示す母材を用いて、 摺動 材の厚みを種々変化させた接合材を用いタぺッ ト部品を作製した。 部品のロウ付 層の厚みは 1 6 /i mであった。 このタぺッ トを用いて実施例 1 'と同様のエンジン を用いてブッシュロ ッ ド及びブッシュロ ッ ド受け面の摩耗及び、 カムの摩耗を実 施例 3と同様の評価を行い、 各々表 5中に示した。

更に実施例 2 と同様の衝撃試験にょ リセラ ミ ック部の破壊の有無を評価した結 果も表 5中に示した。 【表 5】

* 比較例

以上よ リ «動面の厚さ比率が 0. 0 1〜0. 0 5の範囲であれば、 ブッシュ口 ッ ド及び受け面、 カムノ一ズの章耗がなく 、 かつ銜撃特性に優れたタペッ ト部品 を得られることが明らかである。 又、 攬動面の厚さ比率が 0. 0 1を越え大きく なると、 セラミ ック部の変形量が十分にとれず、 クラウユング比率が小さく なる ことが明らかである。

実施例 5

実施例 2で得られた種々の S i ₃ N₄接合材の表面粗さを十点平均高さ粗さで 0. 1 m以下に鏡面仕上げ加工した後、 その表面の 1 O mm X 1 0mmの視野に観 察される気孔率を面積率で評価した結果を表 6に示す。 一方、 この接合素材を実 施例 2と同様の接合によ リタぺッ ト部品を作製した。 ロ ウ層は 1 の厚みで あった。 これを実施例 3 と同様の評価を実施し、 ブッシュロッ ド及びブッシュ口 ッ ド受け面の摩耗及び、 力ムノーズの摩耗を評価した結果を表 6に示す。 【表 6】

* 比較例

* * セラミ ック外周部にクラック発生

以上よ リ摺動面の気孔の面積率が 0. 5 %を越えるとカムノーズに若干の靡耗 が生じるが 0. 5 %以下の場合はカムノ一ズの摩耗がないことが明らかとなった, 実施例 6

市販の窒化ケィ素セラミ ッタスよ り直径 1 0 mm、 厚み 1 . 5 mmの素材を切 リ出し、 1面についてはダイヤモン ド遊離砥石によるラッピングによ リ、 表面粗 さを十点平均高さ粗さで 0. 3 μ mに仕上げ加工を施した。 得られた窒化ケィ素 措動面材 1 を図 1 4に示す形状の J I S準拠の S CM4 2 0鋼材で作製した金属 母材 2に A gを主成分とする口一材を用いて真空中、 1 時間、 7 8 0 ：の温度に て接合加工した後、 接合界面よ り金属母材に対し、 1〜 3 mm長さの範囲及び摺 動部材を接合した対抗面を高周波にょ リ表面焼き入れ箇所 2 2 と し、 窒化ケィ素 摺動部材に 1 0 ~ 1 5 « mのクラウ-ング形状を設けると共に、 表面硬度を H_RC 4 2に調整したブッシュ口 ッ ド部品 2 3を作製した。 一方、 これとは別に上記の 1〜 3 mmの範囲のみ焼き入れを実施せず、 窒化ケィ素摺動部材のクラウニング 形状が 5 以下の比較例 1及び表 7に示した種々の表面処理を行った金属単体 のブッシュロ ッ ド比較例 2 ~ 4及び G 2級超硬合金を用いた比較例 5を、 図 1 5 に示した市販の軽油燃料ポンプのカム 3 /ビス トン 4機構に組み込み 1 , 0 0 0 時間の耐久評価を行い、 各部品の長さ方向の総摩耗量、 すなわちブッシュロ ッ ド 2 3先端および本体母材受け面の摩耗量の総和を測定した。 この結果を同表中に 示した。 【表 7】

【実施例】

実施例 7

セラミ ックスと して Y₂0₃— A I ₂0₃を主成分とする J I S 4点曲げ強度が 1 3 5 0 M P a の表面すベてを # 8 0 0のダイヤモン ド砥石で研磨し 1 0点平均表 面粗さを 0 . 3 /x mと した S i ₃N₄ (外径 2 8 mm、 厚さ 2 mm) 焼結体を作製 した。 尚、 この S i ₃N₄焼結体の耐 衝撃性を示す温度差は 8 0 0 ¾であった。 図 1 6に示すように、 この S i ₃N₄ lの表面を T i — C u— A gの順にイオンプ レ—ティ ングでメタライズした。 各層の厚さは 0 . 5 /i mと した。 この S i ₃N₄ を固相点 7 8 0での銀ろう 1 1 (A g — C u ) を用いて、 高真空中、 8 1 0 X:で 1 0分加熱して S C r 4 2 0痢製のタぺッ ト本体 1 0とろう付し接合体を得た。 ろう付後の冷却に要した時間は 2時閱であった。 メタライズ層並びに銀 3 3から なる接合層の厚みは 1 7 μ mであった。 又タぺッ ト本体 1 0の接合層の周辺には 7 5 0 で高周波加熱によって表面焼き入れを行った。 同部の硬度は H_RCで 5 0 であった。 又、 表面焼き入れ後の接合体にクラックは見られず、 摺動面のクラウ エング量すなわちクラゥエング形状部の最大凸部 ffiさ hは 7 5 μ m (摺動面最大 長 β の 0 . 2 6 %) であった。 このタペッ トを実施例 1 と同様の耐久試験を行い 実施例 1 と同様にカムノーズの摩耗量を »¾Sしたところ総摩耗量は 2 / mであつ た。

実施例 8

セラミ ックスと して実施例 7 と同じ形状ではあるが、 4点曲げ強度が 1 5 0 0 M P aの S i ₃N₄を作製し、 メタライズすることなく、 表 2に示すろう材を用い 高真空中、 同表の坦度で 1 0分加熱して S N C M 6 3 0網と接合した。 冷却は A r ガスによる強制空冷にょ リ 3 0 0でまでは 5 0でノ分、 それ以降は 2 O : 分 と した口 ゥ付層の厚みは 1 7 μ mであった。 得られた試料は蛍光探傷試検による クラックの有無の確 SSとクラゥニング量の確豚をし、 金 «部分の硖度測定を行つ た。

A g — C u— T i ろう材を用いて 9 8 0 :でろう付した試料 No. 3にはセラ ミ ックス部のクラックは見られなかったが接合面で剥離していた。 No. 3を除き実 施例 1 と同一条件の耐久試驗およびその場合のカムノーズの摩耗量を確 βした桔 果もあわせて表 7に示す。

【表 8】

実施例 9

セラ ミ ックスと して Y₂0₃— A I ₂0₃を主成分とする焼結助剤を用いた、 直径 2 5 mmの表 3の強度 ' 厚さの S i ₃ N ₄焼結体を作製した。'接合面を # 8 0 0の ダイヤモン ド砥石で研削し、 摺動面は銪面加工し十点平均最大高さ粗さで 0 . 2 m以下と した。 図 1 7に示すようにこのセラミ ックス 1 と S K C 3 1销材で作 製した、 同径のタペッ ト本体 1 0 とを、 表 9に示す中間層 1 2を介在させて、 A g — C u — T i ろう材 1 1 を用いて高真空中、 8 2 0でで接合し接合体を得た。 冷却速度は 2 0 0*Cまでは 5 0でノ分、 それ以降は 1 0でノ分と した。 実施例 8 に示す蛍光探傷、 クラウユング量確 K試驗の他、 接合体の摺動部に鋼製ハンマー (先端形状 ： R= 2. 5mm、 長さ 1 7mm) を落下させ、 その時に生じる街 * 荷重をハンマーに取リ付けたロー ドセルによって測定する、 前記実施例 2 (図 1 2) と同様のいわゆる計装化シャルビ一試験装置による衝撃試驗を行った。 鋼材 部分の平均硬度は H_RC= 4 8であった。 同表の最終列に示した本発明のタぺッ ト は実施例 1 と同様のエンジン試驗の結果、 クラゥユング部に対する相手カムノー ズ部の摩耗量は 5 /i m以下と小さく高い耐久性を示した。

【表 9】

S i 3 N₄ 中 間 層 試 軼 結 果 本 発 厚さ 材料 熱膨張係数 ヤング率 厚さ クラック クラウニン 同直径比 衡擎使 明 (mm) (10一⁶ K^_リ (xlO^sMPa (mm; グ i ( m) (%) (kj/m²)

1 1 350 1. 2 Mo 5. 5 3. 3 なし 34 0. 136 16 O

2 1 350 1. 2 W 4. 5 4 なし 38 0. 152 1 7 〇

3 1350 1. 2 W - Cu合金 6. 5 3. 2 なし 34 0. 136 16 〇

₁

4 1350 1. 2 WC-Co 4. 5 6 なし 42 0. 168 18 〇

5 1 350 1. 2 TiC-Co 7. 5 4. 6 なし 34 0. 136 17 o

6 1 350 1. 2 C u 17 1. 3 なし 15 0. 060 10

I

7 1 350 1. 2 N i 13 2. 1 なし 20 0. 080 10

8 1 350 1. 3 なし なし 40 0. 160 16 〇

9 1 000 1. 2 WC-Co 4. 5 6 なし 41 0. 164 16 o

10 1 000 1. 2 Mo 5. 5 3. 3 なし 36 0. 144 10 〇

11 1 350 1. 2 W 4. 5 4 なし 37 0. 148 15 〇

12 1 000 1. 3 なし 一 ぁリ 5 0. 020 一

13 1 500 1. 2 WC-Co 4. 5 6 なし 42 0. 168 19 〇

U 1 500 1. 2 Mo 5. 5 3. 3 なし 38 0. 152 17 〇

15 1 500 1. 2 W 4. 5 4 なし 37 0 1 8 17 〇

実施例 1 0

ろう材と して A g— T i を用い、 980ででろう付けした他は実施例 9と同様 の試驗を行ったところ表 1 0の結果が得られた。 鋼材部分の平均硬度は H_RC= 5 0であった。 なお «動面部材の表面粗さは十点平均高さ粗さで 0. 2 / _mであつ た。 同表の *終列に示した本発明のタぺッ トは実施例 1 と同様のエンジン試 の 結果、 クラゥユングに対する相手カムノ一ズ部の摩耗 iは 5 /z m以下と小さく髙 い耐久性を示した。

O 【表 1 0】

S i N₄ 中 間 層 試 果 本 発 強度 厚さ 材料 熱膨張係数 ヤング率 厚さ クラック クラウニン 同直径比 衝撃値 明 (MP a ) (mm) (X10^_6K一¹) (xl0⁵MPa (mm; グ量 （/ m) (%) (kj/m²)

1 1 3 50 1. 2 o 5 · 5 3. 3 1 なし 50 0. 2 0 0 1 6 〇

2 1 3 50 1. 2 W 4. 5 4 1 なし 5 5 0. 2 2 0 1 7 O

3 1 3 50 1. 2 W— Cu合金 6. 5 3. 2 1 なし 4 7 0. 1 8 8 1 7 〇

4 1 3 50 1. 2 WC-Co 4. 5 6 1 なし 5 9 0. 2 3 6 1 8 〇

5 1 3 50 1. 2 TiC-Co 7. 5 4. 6 1 なし 4 8 0. 1 9 2 1 7 〇

6 1 3 5 0 1. 2 C u 1 7 1. 3 1 なし 1 6 0. 0 6 4 1 0

7 1 3 5 0 1. 2 N i 1 3 2. 1 1 なし 2 2 0. 08 8 1 0

8 1 3 50 1. 3 なし 一 なし 5 6 0. 2 2 4 1 7 〇

9 1 0 00 1. 2 WC-Co 4. 5 6 ！ なし 5 8 0. 2 3 2 1 7 o

10 1 00 0 1. 2 Mo 5. 5 3. 3 1 ぁリ 3 0 0. 1 2 0 ―

11 1 0 0 0 1. 2 Μ· 4. 5 4 1 なし 4 9 0. 1 9 6 1 7 〇

12 1 0 0 0 1 . 3 なし - ― ぁリ 5 0. 0 2 0

13 1 5 0 0 1. 2 WC-Co 4. 5 6 1 なし 5 9 0 2 3 6 1 9 〇

14 1 5 0 0 1 . 2 Mo 5. 5 3. 3 1 なし 54 0 2 1 6 1 8 〇

15 1 5 00 1 - 2 4 5 4 1 なし 5 2 0 20 8 1 8 〇

実施例 1 1

セラミ ックス摺動面部材及び中間層と して表 1 1に示した直径 1 2 mm—面の 表面粗さを十点平均高さ粗さで 0. 2 mと した材料を用い、 同径の厚さ 5 mm の S C r 4 2 0鋼と、 A g— C u— T i ろう材を用いて A r雰囲気中、 8 2 0で で 1 5分保持して接合体を得た。 冷却速度は 1 0"CZ分と した。 同表に結果を示 す。 表中の右端の〇印が本発明例である。

この様にヤング率及び降伏応力が高く 、 熱膨張係数が接する捆動面部材に近接 した中閱層を介在させることによ リ、 クラウ-ング iの大きな接合体を得ること ができた。 ただし、 本表の A 1₂0₃, 5 1 〇は強度が5 1₃1^₄ ^( —（： 0に比べ て低いため中聞層の選択範囲は狭く、 形成し得るクラウニング量の上限も低い。 実施例 1 と同様の耐久試験の結果、 相手カムノーズの摩耗量は 6〜8 μ πιでタぺ ッ ト自体及びその接合部とも異常な摩耗損傷はなかった。

【表 1 1】

摺動面部材 中 間 層 tk ha ^ 本 材料 厚さ 材料 熱膨張係数 ヤング率 厚さ クラック クラウニン 同直径比 明

(nun) (X10^_6K^-1) (Xl0⁵HPa (mm) グ量 （ m) (%)

1 A 1 2O3 50 0 0 5. 5 3. 3 0. 5 なし 1 8 0. 1 50

¹

2 500 W 4. 5 4 0. 5 なし 1 9 0. 1 58 U

¹

3 500 W— Cu合金 6. 5 3. 2 0. 5 なし 1 6 0. 133 o

¹

4 500 WC-Co 4. 5 6 0. 5 なし 1 8 0. 1 50 U

¹

5 500 TiC-Co 7. 5 4 - 6 0. 5 なし 1 9 0. 1 58 〇

¹

6 500 C u 1 7 1. 3 0. 5 なし 5 0. 042

¹

500 N i 1 3 2. 1 0. 5 あり 2 0. 01 7

¹

8 500 なし ぁリ 3 0. 025

" ¹

9 S i C 700 WC-Co 4. 5 6 1 なし 28 0. 233 〇

¹

10 700 0 5. 5 3. 3 1 なし 25 0. 208 〇

11 700 W 4. 5 4 1 なし 27 0. 225 。

12 700 なし ぁリ 5 0. 0 2

13 WC-Co 1800 W 4. 5 4 1 なし 29 0. 24 2 〇

14 1800 なし なし 1 8 0. 1 50 0

実施例 1 2

図 1 8に示すようにセラ ミ ックスと して直径 3 0 mmで厚さが 2. 5mmの 4 点曲げ強度が 1 3 5 01^1? 3カ ら 8 00\1? 8の5 i ₃N₄ lを、 金晨と して同径 の S KD 1 1製タペッ ト本体 1 0を、 さらに中 IW層を介して接合した。 中間層は 周辺部中 M層と して外径 3 0 mm、 内径 2 2mmの厚さ 1. 2mmのリ ング状材 料を中央部中間層 1 4 と して外径 2 2 mm、 厚さ 1. 2 mmの材料を作製し、 こ れらの材料を同図のよ うに組み合わせ、 実施例 1 1 と同じ条件、 ろう材 1 1で接 合して接合体を得た。 尚、 外側中 IW層と して用いた N i , C uの降伏応力は各々 1 8 0 M P a , 9 0MP aであリ、 表中の他の材料の降伏応力は 3 0 0 M P a以 上であった。

接合した試料についてはクラックの有無の他、 クラウニング Jtと曲率比 （中央 部直径 1 5 mmの範囲の曲率に対する周辺部 4 mm範囲の曲率の比率） を測定し た。 これらの結果を表 1 2に示す。 この結果よ リ中間屠の周辺部のヤング率並び に降伏応力が中心部のそれよ リ低いもので容易に大きいクラウユングが得られて いる。 又、 この中で No.9のように本発明例のよ うに曲率比が 0. 8を越す場合 にはセラ ミ ック部の接合界面付近にクラックが生じた。 以上本発明例試料タぺッ トにっき実施例 1 と同様の耐久試験を行ったところ、 相手カムノーズの摩耗は 4 〜 6 // mでタぺッ ト自体及びその接合部と も異常な摩耗損傷はなかった。 この様 にクラウユング形状を外周部ほど曲率が低く なるよ う制御することによ リ、 比較 的低強度のセラ ミ ックスを用いた場合にもクラックが発生することなく大きなク ラウユングを得ることができた。

【表 1 2】

外 側 中 間 層 内 側 中 間 層 試 験 結 果 本

S i _SN₄

強度 材料 熱膨張係数 ヤング率 材料 熱膨張係数 ヤング率 クラック クラウ ン 同直径比 曲率比 明 ( P a) (X10~⁶K^_1) (Xl0⁵MPa ( IO^K^-1) (xi0⁵MPa グ量 （pm) (%)

1 000 WC-Co 4. 5 6 WC-Co 4. 5 6 なし 80 0. 266 0. 8 O

2 800 w 4. 5 4 o 5. 5 3. 3 ぁリ 5 0. 01 7

3 800 w 4. 5 4 W-Cu合金 6. 5 3. 2 ぁリ 6 0. 020

4 800 N i 13 2. 1 W-Cu合金 6. 5 3. 2 なし 60 0. 200 0. 6 o 5 800 W- Cu合金 6. 5 3. 2 W-Cu合金 6. 5 3. 2 ぁリ 7 0. 023 oo 6 800 N i 1 3 2. 1 WC-Co 4. 5 6 なし 65 0. 21 7 0. 55 〇 7 800 C u 1 7 1. 3 WC-Co 4. 5 6 なし 53 0. 1 77 0. 35 〇 8 800 WC-Co 4. 5 6 WC-Co 4. 5 6 ぁリ 6 0. 020

9 800 WC-Co 4. 5 6 WC-Co 4. 5 6 ぁリ 90 0. 300 1. 0 o

実施例 1 3

実施例 1 2において内側中 IW層を用いず囪 1 9に示すように、 中央部をセラミ ックス 1 と金 JR製タぺッ ト本体 2の間に実施例 1 2と同じろう材 1 1のみが介在 して接合された構造と し、 表 1 3に示す外周部中 W層 1 5のみを用いた他は、 同 じ接合及び試狭を行った。 その結果も併せ同表に示す。 なお金馬部の熱膨張係数 は 1 3 X 1 0"⁶K"\ ヤング率は 2. 0 1 0 ^SM P a , 降伏応力は 3 0 0MP aであった。 この様に外側にのみ中間層を用いた場合にも応力綾和効果が大きく クラウニング量の大きな接合体が得られた。

又は、 中 IW層をつけなかった No. 1 3ではクラゥニング！:は小さく 、 接合面付 近のセラ ミ ックス部に微細なクラックが生じていた。

又、 中間屠にヤング率の高い W— C u合金を用いると大きなクラウニング量は 得られるが S i ₃N₄セラミ ックスの 4点曲げ強度が 1 000 M P a程度では熱応 力によ リ接合面付近の S i ₃ N ₄部分に微細なクラックが生じた （No.3および N 0.9の比較）

【表 1 3】

外 側 中 間 層 内 側 中 間 層 試 験 結 果 本

S i 3N 4 発 強度 材料 熱膨張係数 ヤング率 材料 熱膨張係数 ヤング率 クラック クラウユン 同直径比 曲率比 ( P a) (XlO^sHPa) (MP a) (Xl0⁵MPa) (MP a) グ量 m) (%)

1350 w 4. 5 4 なし なし 85 0. 283 0. 65 0

2 1350 M 0 5. 5 3. 3 なし なし 88 0. 293 0. 7 0 3 1350 W- Cu合金 6. 5 3. 2 なし なし 90 0. 300 0. 65 0 4 1350 N i 13 2. 1 なし なし 75 0. 250 0. 5 〇 5 1350 C u 17 1. 3 なし なし 70 0. 233 0. 3 〇 6 1350 WC-Co 4. 5 6 なし なし 85 0. 283 0. 6 〇 σ 1000 W 4： 5 4 なし なし 83 0. 277 0. 65 〇

I

8 1000 Mo 5. 5 3. 3 なし なし 85 0. 283 0. 75 〇

9 1000 W- Cu合金 6. 5 3. 2 なし ぁリ 85 0. 283 0. 7 0

10 1000 N i 13 2. 1 なし なし 77 0. 257 0. 55 0

11 1000 C ΰ 17 1. 3 なし なし 72 0. 2 0 0. 25 〇

12 1000 WC-Co 4. 5 6 なし なし 83 0. 277 0. 55 〇

13 1000 なし なし ぁリ 30 0. 100 0. 1 〇

実施例 1 4

図 2 0に示すようにカーボン製型 1 6、 カーボン製杵 1 7、 曲げ強度 1 3 5 0 M P aの S i ₃N₄1 (直径 1 6 mm、 厚さ 2 mm) 焼結体と鉄基焼結合金の原料 粉末 1 8 (緻密化後の厚さが 6 mmとなるよう秤！:） をセッ ト し、 真空中 3 0 M P aの加圧下、 1 0 0 0でで 5分保持した。 金属部の焼結が十分に進んでいた他、 セラミ ックス部にクラックがない良好な接合体が得られた。 クラウユング！:は 3 O /i mであリ、 直径の 0. 1 9 %に相当した。

実施例 1 5

実施例 7 と同様のメタライズを行った直径 2 0 mm、 厚さ 1 . O mmの強度 1 3 5 0 M P a の S i ₃N ₄焼結体と同径で厚さが 1 mmの中 W層となる超硬合金板 及び同径で厚さ 1 O mmのク ロム · モリブデン銅の閱に固相点が 7 8 0 "Cの銀ろ うを介在させカーボンモール ド中にセ ッ ト した。

S i ₃N₄板は図 2 1 に示す中央部が 1 低く、 周辺 3 mm部分が平坦な力 —ボン型と接するようセッ ト した。 これらの試料を荷重をかけない状據で真空中、 8 1 0 に加熱して 3分間保持した後、 4 0 0 M P aの圧力を印加して 1分間保 持し、 円柱状接合体を得た。 接合体にはクラック等の欠 R6は見られず、 クラウ二 ング iは 5 5 μ πι、 周辺部 （同図八部=周辺から 3 mmの範囲） の中央部 （同図 B部-中央部直径 8 mmの部分） に対する曲率比は 0 . 7 5であった。 同様の接 合を全面が平坦なカーボン型を用いて行ったところ、 ク ラウユング量は 4 8 μ 曲率比は 0 . 9であリ、 型形状を変化させた効果が見られた。

この様に本発明によればクラ ック等の欠陥を生じることなく 、 クラウニング i の大きな摺動部品を安価に提供することができる。

実施例 1 6

図 2 2に本発明に基づく摺動部品の例と して作製したタペッ トを示す。 本タぺ ッ トは図 2 3に示す実際の使用状態からもわかるように摺動面 1 の摺動条件が特 に厳しく 、 本発明に基づき S i ₃N₄製摺動部材 Aを摺動面 1 を形成するために口 ゥ付け、 または超硬合金を拡散接合 （ 1 0 5 0で） によ リ接合している。 なお、 図 2 3中 3はカム、 4はブッシュロ ッ ド部品を示す。 S i ₃N₄製摺動面部材 Aは 以下に示すよ うに作製した。 市販の S i ₃ N ₄粉末に焼結助剤と して 5重 i%の Y₂0₃、 2重量％の A 1 ₂0₃ を加え、 エタノール中でボールミルによる混合を 4 8時閱行った。 乾燥後、 得ら れた混合粉末をブレス、 C I Pを行った後、 2気圧の窒素ガス雰囲気中において 1 7 0 0で、 4時 IWの条件で焼結し、 その後 1 0 0 0気圧の窒素ガス雰囲気中で 1 6 5 0 、 1 時間の H I P処理を行った。

得られた焼結体よ リ直径 3 0 mm、 厚さ l mmの素材を切リ出し、 指動面とな る平面部を平面度 1 0 μ m、 表面粗さ 0 . 3 m以下 （十点平均高さ粗さ） に加 ェした。 得られた焼結体の機械的特性を表 1 4に示す。

【表 1 4】

タぺッ ト本体 1 0は機械構造用合金銅ニッケルクロムモリブデン鋼 S N CM 6 1 6 ( J I S G 4 1 0 3 ) を用い、 加工後、 ガス浸炭処理を 9 2 0で、 1 2 0 分の条件で行い、 その後口ゥ付け面および外悶部に研磨加工を施した。

摺動部材 Aとタぺッ ト本体 1 0を厚み 5 0 / mの A g _ C u —丁 i 系ロウ材を 介して真空中で 9 0 0 ；、 3 0分保持の条件でロ ウ付けを行った。

ロウ付けされたタぺッ トを種々の温度に加熱し、 空冷によ リ焼き入れ処理を施 した。 すべての加熱温度において焼き入れ処理後、 窒化珪素製摺動部材 Aには割 れは生じていなかった。 タペッ トのクラウユング！:はほぼ 0 . 2 %であった。 比較例と して浸炭処理を施さないもの、 またタぺッ ト全体をチル铸鉄にした物 を作製した。 以上作製した種々のタぺッ トを市販の商用車用 O HV方式のディー ゼルエンジンに組み込み、 劣化オイルを用いて機関回転数 1 0 0 0 r p mにて 2 0 0時間耐久試験を行い、 金厲母材の摺動面 1 9の摩耗量を測定した。

結果を表 1 5に示す。 ただし摩耗の判定は摩耗 iが 1 0 m未満の場合は 「摩 耗無」 、 Ι Ο μ πι以上の埸合は 「摩耗有」 と した。 又、 ロ ック ゥエル硬度の Cス ケ一ルで評価したタペッ ト本体 （金 Λ母材） 1 0の硬度も同時に示す < 【表 1 5】

[注〕 表中の *を付した試料は比較例である。 No.3 ~ 5については、 硬度が低 いためチル錄鉄ほどではないが若干の摩耗が生じた。 鋼本体の硬度は少なく と も H_RCで 4 5以上は必要である。

実施例 1 7

実施例 1 6で得られた窒化珪素と市販の種々のセラ ミ ック スを実施例 1 と同様 の形状に加工した後、 機械構造用合金鑲ク ロム鋼 S C r 4 2 0 ( J I S G 4 1 0 4 ) 製タぺッ ト本体 1 0にロウ付けし、 接合体に焼き入れ処理を施した。 タぺ ッ 卜本体 1 0の硬度は H_RCで 4 9であった。

タぺッ 卜本体に施した浸炭処理および研磨加工、 また口 ゥ付け処理は実施例 1 6 と同様でぁリ、 焼き入れ処理は 8 50でで油冷にょ リ行った。 クラウユング i は 0. 2 0であった。 作製したタぺッ 卜における実施例 1 6 と同様の耐久試験を 実施した後の種々のセラ ミ ックス製摺動部材 Aの状態を焼き入れ後の状態と共に 表 1 6に示す。 【表 1 6】

なお、 Νο.9〜1 1の市販セラ ミ ックの中では S i ₃N₄が も好ま しい状況を 示すが、 本実施例の場合中 IW層による熱応力の緵衝効果がなく、 又、 接合、 焼き 入れ時の温度が高いため接合部の界面セラ ミ ック部に微小な割れが生じた。 なおこのようなセラ ミ ックでも中間層を股けて試行したところ、 同じクラウェ ング量でもセラ ミ ツタスに割れは生じず、 耐久試 »でも異常は生じなかった。 実施例 1 8

J I S曲げ試験片形状で測定した抗折強度が 9 0 k g Zmm²である S i ₃N₄ 素材と同じ条件で作製した直径 2 5 mm、 厚さ 1. 1 mmの S i ₃N₄円板と実施 例 1において接合した S C r 4 2 0銅製のタぺッ 卜母材よ リ接合面とプッシュ口 ッ ド受け部間の間隔が 1 mm小さい母材を、 丁 i 一 C u— A gロウ材を用いて高 真空中 8 4 0でで 2 0分保持し、 ロウ付接合した。 ロウ付の際、 介在させるロウ 材の厚さを 50 ~ 1 0 θ ΐηの範囲で、 S i ₃N₄にのせる重リ を 5 0 ~ 500 g の範囲で変化させることによって、 接合後のロウ材の厚さが 7 ~ 5 5 mの試料 を得た。 表 1 6に示すよ うに、 口 ゥ材厚さが檍端に薄い 7 μ mの試料に熱応力に 起因する割れが見られたのを除けば、 全試料共熱応力による割れはなかった。 超 音波探傷法による接合面の欠陥瀾査において、 欠陥率はすべて 3%以下でぁリ良 好な接合が形成されていた。 又、 なめらかなクラウン形状が形成されていた。 母材部の硬度を向上させるため実施例 1 と同様の J I Sに準拠した焼き入れ処 理を実施した。 プッシュロ ッ ド部と接合面 5の硬度は、 H_RC= 5 1であった。 破 損の有無を調べたところ、 表 1 7に示すように口ゥ材厚さが 1 5 mに满たない »合には S i ₃N₄に割れが生じることがあった （本母材では接合面とブッシュ口 ッ ドの距離が小さいのに加え、 ロウ材が薄い場合には、 その塑性変形による級街 効果が低く鋼材部分の歪みが直接 S i ₃N₄に伝わったためと考えられた）

割れのない試料について、 S i ₃ N ₄の面に直径 1 5 mmの l mの ¾さから鋼球 を落下させ、 S i ₃N*の报镇の有無を謂べる試験を行った。 表 1 7に示すように、 口ゥ材厚さが 2 5 μ mを越える領域では破損することがあリ、 その割合はロウ材 が厚くなるに従って埤加した。 破損した試料を切断して断面を観察したところ、 口ゥ材部の塑性変形が観測された。

【表 1 7】

(O：破損なし、 x ： 破損有、 一 · 未試験) 産業上の利用可能性

以上説明したように、 本発明によれば、 自動車エンジンの動弁系部品、 カムフ ォロワ一やロッカーアーム、 軸受等の耐靡耗性を要求される摺動部材、 特に金爲 母材とセラ ミ ック «動部材とを接合した耐久性の高い摺動部材を提供することが できる。

Claims

請求の範囲

( 1 ) 接動面部材ょ リ熱膨張率の大きい金 Λ母材に摺動面部材を接合し、 《動 面部材の推動面に摺動面最大長さに対して 0. 1〜0. 4%の最大髙さのクラウ ニング形状を有することを特徵とする接動部品。

(2) 摺動面部材がセラ ミ ックスであることを特撳とする請求項 1記載の «動 部品。

(3 ) セラミ ッタスが窒化ケィ素系材料であることを特徴とする請求項 2記載 の摺動部品。

( ) 窒化ケィ素材料の J I S準拠の 4点曲げ強度が、 1 0 0 k g Zmm ²以 上、 シャルビ一衝擎値が 1 5 k J Zm²以上、 熱衝擎诅度差が 8 0 0 :以上、 か っ摺動面に開口 している気孔の面積率が摺動面面積に対し、 0. 5%以下である ことを特徴とする請求項 3記載の摺動部品。

( 5 ) 摺動面部材の摺動面に対応する接合面の最大長さに対する厚さの比率が 0. 0 1〜 0. 0 5の範囲にあることを特撖とする請求項 3又は 4記載の摺動部 品。

( 6 ) 金属母材の接合面に垂直な中心線に対する最小厚さの、 摺動面部材の厚 さに対する比率が 0. 5以上であることを特微とする請求項 3， 4又は 5記載の 摺動部品。

( 7 ) 摺動面の表面粗さが十点平均高さ粗さで 0. 4 m以下であることを特 徴とする請求項 1〜 6のいずれかの摺動部品。

(8) 摺動面のクラウニング形状の周辺部の曲率が中央付近の曲率の 0. 8倍 以下であることを特徴とする請求項 1〜 3のいずれかの摺動部品。

( 9 ) 金厲母材が銷であリ、 少なく ともその表面がマルテンサイ ト組織を有し、 硬度が H_RC4 5以上であることを特徴とする請求項 1 ~ 8のいずれかに記載の摺 動部品。

( 1 0) セラ ミ ックスと金属母材の間に中間層を用いることを特徵とする請求 項 1又は 9記載の摺動部品。

( 1 1 ) 中間層にヤング率がセラ ミ ックスょ リ大きな金属又はサ―メ ッ トを用 いることを特徴とする請求項 1 0記載の摺動部品。 ( 1 2 ) 中間層が 4. 5 X 1 0 ^SM P a以上のヤング率の材料からなることを 特攆とする請求項 1 0記載の摺動部品。

( 1 3 ) »求項 1 0の中 Γ 層において周辺部分の熱膨張係数が、 中心部よ リ も セラ ミ ッタスの熱膨張に近いことを特撖とする «動部品。

( 1 4 ) 請求項 1 0又は 1 2のいずれかの中閱層において、 周辺部分のヤング 率が中心部のヤング率よ リ低いことを特徴とする摺動都品。

( 1 5 ) 請求項 1 0又は 1 2のいずれかの中間層において、 周辺部分の降伏応 力が中心部の降伏応力よリ低いことを特徴とする摺動部品。

( 1 6 ) セラ ミ ックスと金 Λ母材との接合面の周辺部分のみに中間届を用い、 他の部分は中問眉を用いることなく接合されたこ とを特徴とする請求項 8記載の 摺動部品。

( 1 7 ) 請求項 1 6の中間層が金 JR母材とセラ ミ ッタ スの中間の熱膨張係数又 は塑性変形能を有する摺動部品。

( 1 8 ) W求項 1 6又は 1 7の中間層が金 JR母材よ リヤング率が低いことを特 徴とする摺動部品。

( 1 9 ) セラ ミ ックスと金 JK母材との間がロウ付けによって接合されたことを 特徴とする謂求項 2又は 1 8記載の摺動部品。

( 2 0 ) IB求項 1 9のロウ材の固相点が 7 0 0で以上である摺動部品。

( 2 1 ) 請求項 1 9のロウ材の固相点が 8 5 0 以上である摺動部品。

( 2 2 ) 請求項 2 1 のロウ材が銅を含まないことを特徴とする摺動部品。

( 2 3 ) 請求項 2 2のロ ウ材が A g— T i 系であるこ とを特傲とする摺動部品。

48 訂正された用紙 (規則 91) (24 ) 接動面部材ょ リ熱膨張率の大きい金 JR母材に摺動面部材を接合し、 摺 動面部材の »動面に摺動面最大長さに対して 0. 1〜0. 4 %の最大 ¾さのクラ ゥユング形状を有する接動部品の製造方法であって、 金爲母材及び «動面を形成 する接動面部材を準備する工程 （ I ) と、 金 Λ母材の少なく と も 1ケ所に摺動面 部材を固定するため、 該母材と該摺動面部材の双方に接合面となる合せ面を加工 する工程 （II) と、 双方の合せ面を対向させて金属母材に摺動面部材を加熱固定 する工程 （II とを含む前記クラウ-ング形状を有する摺動部品の製造方法。

(2 5) 前記 (III) の工程で、 金 JR母材部分の形成と摺動面部材のクラウ二 ング形状形成を同時に行う ことを特徴とする請求項 24記載の摺動部品の製造方 法。

(2 6) 前記 (111) の工程で、 前記クラウニング状の摺動面を特定形状の型 に押しつけ、 同形状を 整することを特揿とする請求項 24記載の摺動部品の製 造方法。

(2 7 ) 前記金 Λ母材が銅でぁリ、 前記 （II) の工程と （III) の工程との に該母材を浸炭処理する工程と前記 (III) の工程に加え、 さらに該母材の摺動 面に焼き入れ処理する工程 （IV) を含むことを特徼とする請求項 24〜 2 6記載 の摺動部品の製造方法。

(2 8 ) 前記 （IV) の焼き入れ処理诅度が前記 (III) の加熱固定温度以下で ある請求項 2 7記載の摺動部品の製造方法。