JP2001130975A

JP2001130975A - セラミック摺動部品

Info

Publication number: JP2001130975A
Application number: JP30905299A
Authority: JP
Inventors: Masahito Taniguchi; 雅人谷口; Mitsutsugu Onoda; 光貢小野田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-05-15
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: JP3683451B2

Abstract

(57)【要約】【課題】苛酷な使用条件下でも、十分な片当たり防止
効果が達成され、耐疲労性能に優れたセラミック摺動部
品及びその製造方法を提供する。【解決手段】セラミック板４の摺動端面４ａには、そ
の外縁７を包含する平面ｆを端面基準面として、中心側
が該端面基準面ｆから突出する曲面状クラウニングを施
す。そのクラウニングの曲率半径は、摺動端面４ａの位
置により異なり、摺動端面４ａの中心点６から外縁７ま
での距離をＤとしたときに、中心点６から０．８Ｄの位
置を境として、外縁側を周辺部４ｂ、中心側を中央部４
ｄとしたときに、周辺部４ｂの曲率半径の平均値をＲ
１、中央部４ｄの曲率半径の平均値をＲ２として、Ｒ１
＜Ｒ２とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のタペッ
ト、ロッカーアーム、バルブブリッジ等の動弁系摺動部
品や、エンジン駆動系を利用して作動する油圧回路のピ
ストン等に適したセラミック摺動部品及びその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、上記のような摺動部品は、摺動面
を耐磨耗性に優れたセラミック部材により形成したもの
が増え、例えば、自動車用エンジン部品に代表される機
械摺動部品においては、カム摺動面をセラミック体にて
形成したものがある。そのような機械摺動部品は、片当
たりによる偏磨耗等の防止を目的として摺動時に部品に
回転を生じさせるために、摺動面に凸形のクラウニング
を形成することが多い。本発明者らも、例えば特開昭６
３−２２５７２８号公報等において、摺動面に接合母材
（具体的には、鋼等の金属体である）よりも熱膨張率の
小さい耐磨耗部品（具体的には窒化珪素等のセラミック
体である）を加熱接合し、熱膨張差により摺動面にクラ
ウニング形状を形成する方法を開示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】エンジンの高性能化、
高速化が進むにつれ、上記接合体にて構成されるタペッ
ト等の摺動部品の使用環境はますます厳しくなってきて
おり、より耐久性に優れた接合体が求められている。そ
して、本発明者らの検討によると、金属体とセラミック
体との接合時の熱膨張差によりクラウニングを施した摺
動部品の場合、上記のような非常に過酷な条件下での使
用が前提になると、製品ロット中のクラウニングプロフ
ァイルのばらつき等に起因して、必ずしも十分な片当た
り防止効果が発揮されなかったり、あるいはセラミック
体の耐久性能が損なわれるなどの不具合が発生しやすい
ことが判明した。

【０００４】例えば、クラウニングが小さければ（摺動
面の曲率半径が大きければ）、本来の目的の片当たりを
防止できず、逆に大きければ（曲率半径が小さけれ
ば）、カム等の相手部材との接触面積が減り、面圧が増
大するため、特に摺動面がセラミック体で形成されてい
る場合、相手部材をアタックして、その相手部材が磨耗
してしまう等の問題が発生する。また、カム摺動面を構
成するセラミック体を金属体にろう付け接合したタペッ
トの場合、カムとの片当たりが発生すると、カムの摺動
に伴いセラミック体の外周部に応力が集中してしまい、
セラミック体の外周部が欠けたり、ろう付け部に変形を
きたし接合界面を基点としたクラックや剥離が生じやす
くなるといった問題がある。

【０００５】本発明の課題は、クラウニングの形成量を
適切な条件にて制御することにより、苛酷な使用条件下
でもクラウニング付与による十分な片当たり防止効果が
達成され、また、カム等の相手部材の磨耗等を抑制する
ことができるセラミック摺動部品を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】セラミッ
ク摺動部品では、セラミック体により形成される摺動端
面の耐久性を大きく左右する因子として、摺動端面と相
手部材との当たり方が挙げられる。それより、摺動端面
における片当たりを防止するために、摺動端面にはクラ
ウニングが付与されている。しかしながら、セラミック
摺動部品として、例えば摺動端面がカム摺動面であるタ
ペットで考えた場合、タペットが組み付けられるエンジ
ン側のブロック穴の加工精度や、相手部材であるカムの
加工精度（例えばカムテーパやカム幅の形成精度）等の
影響により、カムがカム摺動端面の最外周にエッジ当た
り（片当たり）するようなことが懸念されることから、
それら加工精度の交差の上限を想定してクラウニングの
形成量を決定しなければならない。そのため、クラウニ
ングの形成量を大きくし、換言すればクラウニングの曲
率半径を小さくして片当たりを防止する必要がある。し
かしながら、クラウニングの形成量は大きくなる程、カ
ムとカム摺動面との面圧が上昇し、さらには摺動端面が
機械的強度に優れるセラミック体により形成されること
も起因して、相手部材をアタックして偏磨耗やピッチン
グ等の磨耗を生じさせてしまう。そこで、本発明者らは
鋭意検討を行った結果、相手部材との片当たりは摺動端
面の外縁側近傍のクラウニングの形成量に左右される一
方で、面圧増大による相手部材へのアタックは、摺動端
面の中心側近傍のクラウニングの形成量に左右されるも
のであり、これらの要因はクラウニングの曲率半径がほ
ぼ一律で形成されているがために起こりうるものである
ことを見出し、本発明を完成するに至ったのである。

【０００７】つまり、本発明のセラミック摺動部品の構
成は、摺動端面がセラミックで形成されたセラミック摺
動部品において、その摺動端面には、その外縁を包含す
る平面を端面基準面として、中心側が該端面基準面から
突出する曲面状のクラウニングが形成されており、該摺
動端面における中心点から離間した任意の点に境界点を
定め、摺動端面の内でその境界点から外縁に向かう部分
を周辺部とし、その境界点から中心点に向かう部分を中
心部としたときに、前記周辺部にあたるクラウニングの
曲率半径の平均値Ｒ１が、前記中央部にあたるクラウニ
ングの曲率半径の平均値Ｒ２に対し、Ｒ１＜Ｒ２の関係
を満足することを特徴とする。

【０００８】そして、上述のように摺動端面における所
定の点を境に、クラウニングの曲率半径の平均値を調整
する（変化させる）構成を図ることにより、相手部材と
の片当たりを防止するとともに、面圧増大による相手部
材へのアタック等を有効に抑制し、摺動性に優れるセラ
ミック摺動部品を提供することができるのである。

【０００９】具体的には、摺動端面において、その中心
点から外縁までの端面基準面と平行な向きの距離をＤと
し、中心点から０．８Ｄにあたる位置を境界点とするの
がよい。例えば、当該セラミック摺動部品をタペットと
して用いた場合、高速回転時に上記０．８Ｄよりも周辺
部側にて荷重が高くなりやすいので、その０．８Ｄを境
界としてクラウニングの曲率半径の平均値を上記のよう
に調整するのがよい。

【００１０】なお、クラウニングの曲率半径は０．８Ｄ
の位置において、不連続に（２段階に）変化していて
も、また、少なくとも０．８Ｄを含む半径方向の区間に
おいて連続的に変化していてもよい。この場合、０．８
Ｄの位置において、より滑らかな摺動端面を形成するこ
とが可能である。なお、摺動端面の全体に渡って、クラ
ウニングの曲率半径を連続的に変化させることも可能で
ある。

【００１１】上記Ｒ１とＲ２は、５×Ｒ１＜Ｒ２の関係
を満足するのがよい。このようなクラウニングの曲率半
径の平均値の差を付与することで、苛酷な使用条件下で
も、面圧増大による相手部材へのアタック防止、及びク
ラウニング付与による十分な片当たり防止効果が一層顕
著となり、摺動性・耐久性に極めて優れたセラミック摺
動部品を提供することが可能となる。

【００１２】一方、摺動端面の表面粗さは、前記中央部
よりも前記周辺部の方を粗くすることができる。上記の
ようなクラウニングを施した摺動端面の周辺部は、相手
部材と接触する機会が少ないため、この部分の表面粗さ
を中央部よりも粗くすることができる。こうすると、後
述する研磨等の製造工程で、周辺部において加工効率が
良くなるため経済的となる。また、表面の粗い周辺部に
おいて潤滑油等の油を保持する効果も達成される。な
お、中央部は摺動効果のため、粗さが小さい方が良い。
なお、ここでいう表面粗さは、ＪＩＳ−Ｂ０６０１に規
定された算術平均粗さのことであり、カットオフ値及び
評価長さを該ＪＩＳに推奨された値を採用して測定され
たものをいう。

【００１３】摺動端面を形成するセラミックは、例え
ば、ろう材層を介して金属体にろう付け接合することが
できるが、摩擦圧接等、他の方法を用いてもよい。

【００１４】セラミック体の摺動端面の曲率半径を上記
のように調整する方法としては、セラミック体の厚さ
を、中央部側において大きくし、周辺部側において小さ
くする方法がある。このような摺動端面形状を形成する
には、例えばその摺動端面を研削する方法がある。この
場合、例えば平坦な板状のセラミック体において、その
周辺部には中央部よりも大きいクラウニングを形成する
ため多めの研削を行い、他方、中央部には周辺部よりも
小さいクラウニングを形成するために、該周辺部よりも
少なめの研削を行うと、結果として、上記のようにセラ
ミック体の厚さは中央部側において大きくされ、周辺部
側において小さくされる。なお、ここでいう厚さは、端
面基準面と直交する向きの距離を指すものとする。

【００１５】また、セラミック体の摺動端面にクラウニ
ングを施す方法としては、ろう付け接合されるセラミッ
ク体と金属体との熱膨張差を利用する方法がある。この
場合、中央部の曲率半径を大きくするため、上記金属体
とセラミック体とを、接合面の内で摺動端面における周
辺部と対向する部分をろう付けにて接合し、摺動端面に
おける中央部と対向する部分を非接合とすることができ
る。一方、金属体とセラミック体との間に、互いの接合
面よりも小面積の緩衝部材を摺動端面の中央部と対向す
る位置に配置し、それら接合面の内で該緩衝部材の存在
しない残余の部分において、それら金属体とセラミック
体とをろう付け接合する一方、該中央部と対向する互い
の接合面においては、緩衝部材を介してろう付け接合す
ることができる。この場合、緩衝部材の配置された中央
部と対向する互いの接合面において熱応力が緩和される
ため、中央部に形成されるクラウニングの曲率半径が、
緩衝部材の働きを受けない周辺部よりも大きくなる。こ
の緩衝部材としては、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
熱応力を緩和する働きをなす。また、Ｗ合金やコバール
等、セラミック部と金属本体部との中間の線膨張係数を
有する材質で緩衝部材を構成してもよい。

【００１６】

【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
ーアーム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、その中心軸線がほぼ一致する形態で接合された
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
平坦な先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との摺動端面
４ａとされている。

【００１７】セラミック板４の摺動端面４ａには、図３
にやや誇張して示すように、その外縁７を包含する平面
ｆを端面基準面として、中心側が該端面基準面ｆから突
出する曲面状クラウニング（中央部が突出する小さな曲
率）が施されている。そのクラウニングの曲率半径は、
摺動端面４ａの位置により異なり、具体的には、摺動端
面４ａの中心点６から外縁７までの端面基準面ｆと平行
な向きの距離をＤとし、中心点６から０．８Ｄにある位
置を境界点に定め、摺動端面の内でその境界点から外縁
７に向かう部分を周辺部４ｂとし、その境界点から中心
点６に向かう部分を中央部４ｄとし、周辺部４ｂの曲率
半径の平均値をＲ１、中央部４ｄの曲率半径の平均値を
Ｒ２としたときに、Ｒ１＜Ｒ２とされている。より詳し
くは、Ｒ１×５＜Ｒ２の関係を満足するものとされてお
り、例えば本実施例の場合、Ｒ１が約２５００ｍｍ、Ｒ
２が約２００００ｍｍとされている。

【００１８】このようなクラウニング形状は、後述する
ような研削により形成され、周辺部４ｂにおいては曲率
半径の小さいクラウニングを形成するために研削量が大
きくされており、逆に中央部４ｄにおいては研削量は小
さくされている。従って、セラミック板４の厚さ（端面
基準面ｆと直交する方向の距離）は中央部４ｄにおいて
大きく、周辺部４ｂにおいて小さくなっている。

【００１９】また、上記中央部４ｄと周辺部４ｂの曲率
半径の平均値Ｒ１，Ｒ２は、少なくとも上記０．８Ｄを
含む半径方向の区間において連続的に変化している。す
なわち、その０．８Ｄを含む区間において、摺動端面４
ａに段差が形成されておらず、滑らかな摺動面になって
いる。一方、摺動端面４ａの表面粗さは、摺動効率等を
考慮して中央部４ｄよりも周辺部４ｂの方が粗くされて
いる。

【００２０】次に、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：０．１５〜０．３
５、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：０．１５〜０．３
５、Ｍｎ：０．６〜０．９０、Ｎｉ：１．６〜２．０、
Ｃｒ：０．６〜１．０、Ｍｏ：０．１５〜０．３、残Ｆ
ｅ）、ＳＮＣＭ４４７（Ｃ：０．４４〜０．５０、Ｓ
ｉ：０．１５〜０．３５、Ｍｎ：０．６〜０．９０、Ｎ
ｉ：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）、ＳＣｒ４
１５（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。

【００２１】また、セラミック体４は、例えば窒化珪素
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。

【００２２】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：２０〜４０、Ｔｉ：０．
５〜４、残部Ａｇ（単位：重量％、以下同じ））、Ａｇ
−Ｃｕ−Ｉｎ−Ｔｉ系ろう材（Ｃｕ：１５〜３０、Ｉ
ｎ：８〜１５、Ｔｉ：０．５〜４、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、
５〜６０μｍの範囲にて調整するのがよい。厚さが６０
μｍを超えると、接合強度の低下を招く場合がある。一
方、厚さが５μｍ未満では接合不良（接合面積率の不足
等）につながる場合がある。

【００２３】一方、Ｃｕを主成分とするＣｕ系ろう材を
使用すれば、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。

【００２４】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体
（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−Ｔ
ｉ系、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｔｉ系、Ｃｕ−Ｓｉ系等を使用でき
る。

【００２５】Ｃｕ系ろう材を使用した場合のろう材層の
厚さは、３０〜１００μｍの範囲にて調整するのがよ
い。厚さが１００μｍを超えると、接合強度の低下を招
く場合がある。一方、厚さが３０μｍ未満では接合不良
（接合面積率の不足等）につながる場合がある。

【００２６】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４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、このような分析は、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。

【００２７】なお、本発明において、タペットの形状は
図２に示すものに限定されない。例えば、図５（ａ）に
示すように、プッシュロッド挿通孔２ｃを摺動基体部２
ｂ内に入り込む位置まで延長してもよいし、同図（ｂ）
に示すように、本体部２ａと摺動基体部２ｂをほぼ同一
径とし、全体をカップ状に構成してもよい。また、摺動
部分がセラミックで形成されたものであれば、タペット
以外の摺動部品に適用することが可能である。

【００２８】以下、上記タペット１のクラウニング形状
の形成方法について説明する。まず、接合面が平坦な金
属体２０と、摺動端面とその摺動端面と反対側の端面に
あたる接合面とが平坦なセラミック体４０とをろう付け
接合し、図６（ａ）に示すような、ろう材層３０を介し
た接合体１００を得る。次に、得られた接合体１００の
摺動端面４０ａに研削加工を施す。加工は、図６（ａ）
に示すように、円筒状の砥石（以下、カップ砥石という
こともある）５０を用いて、摺動端面に球面状のクラウ
ニングを施すことができる。具体的には、カップ砥石５
０の中心軸線Ｏ２を、接合体１００の中心軸線Ｏ１に対
して所定角度傾斜させ、両者をそれぞれ自身の中心軸線
を中心として回転させつつ、両者を相対的に接近させ、
カップ砥石５０の端面にて研削することにより行う。角
度θを適宜変化させることで、様々な大きさの曲率半径
を有する球面を得ることが可能となり、角度θが大きい
ほど曲率半径は小さくなる。

【００２９】具体的には、図６（ａ）のように、まず、
角度θ１を１．５°≦θ１≦２．０°に設定して、砥石
５０（例えば、粒度♯８００）により、比較的小さい曲
率半径（Ｒ１に相当）の球面加工を摺動端面４０ａの周
辺部に施す。その後、図６（ｂ）に示すように、角度θ
２をθ１よりも小さい角度、１．０°≦θ２＜１．５°
に設定して、砥石５０により、比較的大きい曲率半径
（Ｒ２に相当）で球面加工を摺動端面の中央部に施す。

【００３０】例えば、θ１を１．５°として粒度＃８０
０の砥石５０を用いることにより、周辺部４ｂにおい
て、曲率半径Ｒ１が約２５００ｍｍで、算術平均粗さＲ
ａが約０．１μｍの球面が形成され、他方、θ２を１．
０°として粒度＃２５００の砥石５０を用いることによ
り、中央部４ｄにおいて、曲率半径Ｒ２が約２００００
ｍｍで、算術平均粗さＲａが約０．０３μｍの球面が形
成され、図２に示したようなクラウニング形状のタペッ
ト１が得られる。なお、角度θは、上記のように２段階
に変化させる以外にも、θ１からθ２の間で連続的に角
度を変化させて、摺動端面において曲率半径がＲ１から
Ｒ２に連続的に変化する球面加工を施すことも可能であ
る。

【００３１】また、このような研削加工以外にも、次の
ような方法により図２に示すようなクラウニング形状を
形成することが可能である。例えば、図７に示すよう
に、金属体２０とセラミック体４０との間に緩衝板（緩
衝部材）６０を介挿してろう付け接合することができ
る。この緩衝板６０は、例えばＣｕやＮｉ等の軟質金属
を主体とするもので構成され、自身の塑性変形により、
ろう付け接合後の冷却時等において、金属体２０とセラ
ミック体４０との間に発生する熱応力を緩和する働きを
なす。なお、緩衝板６０は、Ｗ合金やコバール等、セラ
ミック体４０と金属体２０との中間の線膨張係数を有す
る材質で構成してもよい。

【００３２】この緩衝板６０は、金属体２０の接合端面
中央部に穿設された凹部２１に、金属側ろう材層３１を
介してろう付け接合されて設置される。その後、金属体
２０において凹部２１が形成されていない接合端面２２
には、ろう材層３０を介してセラミック体４０がろう付
け接合される。なお、緩衝板６０のセラミック体４０側
にもろう材層３０が介されてろう付け接合される。この
ように、緩衝板６０を介してろう付け接合されたタペッ
ト１は、セラミック体４の摺動端面が図７（ｂ）に示す
ようなクラウニング形状を有する。すなわち、緩衝板６
０が設置された中央部の摺動端面４ｄは、該緩衝板６０
による熱応力の緩和により、曲率半径（曲率半径の平均
値）の大きいクラウニングが形成され、一方、緩衝板６
０が設置されていない周辺部の摺動端面４ｂは、上記熱
応力の影響を大きく受けて、曲率半径（曲率半径の平均
値）の小さいクラウニングが形成されている。なお、本
実施例では金属体２０に凹部２１を設けて緩衝板６０を
設置したが、セラミック体４０に凹部を設けて緩衝板を
設置することも可能である。なお、図７においては、ろ
う材層の厚さを誇張して描いてある。

【００３３】また、図８に示すように、金属体２０とセ
ラミック体４０との互いの接合面において、周辺部側を
ろう付け接合し、中央部側を非接合として、上記クラウ
ニング形状を形成することも可能である。具体的には、
金属体２０の接合端面の中央部に該接合端面から突出す
る凸部３３を設け、その凸部３３の周縁外側においての
みろう付け接合する。このような方法により製造される
タペット１は、セラミック体４の摺動端面が図８（ｂ）
に示すようなクラウニング形状を呈する。すなわち、ろ
う付け接合されたセラミック体４０の摺動端面の内で周
辺部４ｂは、熱応力の影響を大きく受けて曲率半径（曲
率半径の平均値）の小さいクラウニングが形成され、一
方、摺動端面の内で中央部４ｄは、非接合とされている
ため熱応力の影響を受けにくく、曲率半径（曲率半径の
平均値）の大きいクラウニングが形成されている。

【００３４】

【実施例】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、
及びＳＮＣＭ４３９を鍛造、機械研削することにより図
２に示した形状で、ｔ１＝５０ｍｍ、ｄ＝φ１８ｍｍの
タペット金具２を作製した。他方、Ｓｉ_３Ｎ_４原料１０
０重量部に対し、Ａｌ_２Ｏ_３−Ｙ_２Ｏ_３系焼結助剤１０
重量部と、成形バインダ５重量部とを配合して金型プレ
スにて成形し、さらに脱バインダした後、Ｎ _２ガス雰囲
気で１７００℃にて２時間焼成して、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磨してセラミ
ック板４を作成した。なお、図２においてＤ１＝φ３０
ｍｍ、ｔ２＝１．５ｍｍ（セラミック板の厚さに相当）
である。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２に示す形状のタペット１を得
た。なお、タペット試験品は、鋼材、ろう材種、ろう付
け温度を変化させて、表１に示す２種類のタペットI，I
Iを用意した。

【００３５】

【表１】

【００３６】このような条件のろう付け接合により作製
されたタペットIの摺動端面、すなわちセラミック板４
の摺動端面には、曲率半径が約５６２５ｍｍのクラウニ
ングがほぼ一律に形成され、一方、タペットIIの摺動端
面には、曲率半径が約１６０７ｍｍのクラウニングがほ
ぼ一律に形成されていた。

【００３７】次に、これらタペットI，IIを図６に示し
た加工方法により、表２に示すように曲率半径の平均値
Ｒ１、Ｒ２、及びφＤ２／φＤ１がそれぞれ異なるタペ
ットを作製した。φＤ２／φＤ１は、図２に示すよう
に、中央部４ｄの外径φＤ２と、周辺部４ｂの外径φＤ
１との比を表している。タペットＮｏ．１〜８は比較例
で、セラミック体４の摺動端面４ａがほぼ一律の曲率半
径（便宜上Ｒ２とする）を有したものであり、タペット
Ｎｏ．９〜２４は本発明の実施例で、周辺部（曲率半径
Ｒ１）と中央部（曲率半径Ｒ２）とで異なる曲率半径を
有し、それぞれ異なるφＤ２／φＤ１を有している。な
お、クラウニングの曲率半径Ｒ１及びＲ２は、形状測定
機、あるいは三次元測定器でそれぞれ５ポイント以上の
データを採取し、それぞれの平均にて算出した。

【００３８】このように得られた各タペットを、２６０
００ｃｃ、Ｖ型１２気筒のディーゼルエンジンに組込
み、モータリング試験を実施した。運転条件は、磨耗及
び衝撃力を増加させるために以下の設定で実施した。カ
ム回転数：２４００ｒｐｍ（定格×１５０％）、タペッ
トクリアランス：０ｍｍ、耐久時間：１０００時間であ
る。これら条件は、いずれも実車１００万ｋｍ走行相当
の衝撃を想定した苛酷なものであり、エンジンオイルも
５万キロ走行相当の劣化品を使用して、エンジン温度が
比較的上昇しやすい環境を作為的に形成している。

【００３９】なお、耐久後のセラミック状態の評価は、
耐久前後で超音波探傷法による接合面積率が１％以上変
化したもの（剥離発生に相当）をＮＧとし、それ未満の
ものを合格（ＯＫ）とした。また、このモータリング試
験後に、セラミック体において、欠け、クラック等が発
生しなかったものについて、磨耗試験によりカム及びタ
ペットに生じた磨耗を評価した。磨耗の評価は、表面粗
さ計で断面形状を測定し、最も磨耗していた箇所の数値
をとることにで行った。結果を表２に示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】この結果から明らかなように、金属体（鋼
材）やろう材の材質、及びろう付け条件によらず、上記
したＲ１とＲ２の関係（Ｒ１＜Ｒ２、望ましくは５×Ｒ
１＜Ｒ２）を満足している実施例のものはモータリング
耐久試験に合格し、耐久後のセラミック体摺動端面には
欠け、クラックが発生しておらず、また、カム、タペッ
トのいずれにも大きな磨耗が発生していなかった。一
方、比較例の場合、一律の曲率半径をいずれの値に設定
しても、セラミック体摺動端面に欠けやクラックが発生
したり、あるいはカムにピッチング磨耗等が発生したり
していた。なお、実施例のタペットについて、例えばＮ
ｏ．９〜１２を比較すると、φＤ２／φＤ１の値が７５
〜９０％の間で小さいほどカム磨耗及びタペット磨耗
（セラミック体の摺動端面の磨耗）が大きくなる傾向が
ある。このことから、曲率半径が異なる中央部と周辺部
の境界は、φＤ２／φＤ１の値が８０〜９０％である位
置に設定することが好ましいことが分かる。

【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】図１のタペットの摺動端面を拡大して示す図。

【図４】ろう材層の概念を示す説明図。

【図５】タペットのいくつかの変形例を示す縦断面図。

【図６】タペットに対してクラウニングを形成するため
の加工方法を説明する図。

【図７】タペットの一変形例を示す図。

【図８】タペットの異なる変形例を示す図。

【符号の説明】

１タペット（セラミック摺動部品）２タペット金具（金属体）３ろう材層４セラミック板（セラミック体）４ａ摺動端面４ｂ周辺部４ｄ中央部５０砥石６０緩衝板（緩衝部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 103:18 Ｂ２３Ｋ 103:18 Ｆターム(参考） 3G016 AA04 BA18 BA19 BB06 BB08 BB09 BB21 CA06 CA09 CA14 CA19 CA34 EA01 EA02 EA14 FA30 FA33 FA34 GA02 4G026 BA17 BB26 BF16 BF17 BG02 BG23 BH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】摺動端面がセラミックで形成されたセラ
ミック摺動部品において、その摺動端面には、その外縁
を包含する平面を端面基準面として、中心側が該端面基
準面から突出する曲面状のクラウニングが形成されてお
り、該摺動端面における中心点から離間した任意の点に
境界点を定め、摺動端面の内でその境界点から外縁に向
かう部分を周辺部とし、その境界点から中心点に向かう
部分を中心部としたときに、前記周辺部にあたるクラウ
ニングの曲率半径の平均値Ｒ１が、前記中央部にあたる
クラウニングの曲率半径の平均値Ｒ２に対し、Ｒ１＜Ｒ
２の関係を満足することを特徴とするセラミック摺動部
品。
【請求項２】前記摺動端面において、その中心点から
外縁までの前記端面基準面と平行な向きの距離をＤと
し、前記中心点から０．８Ｄにあたる位置を前記境界点
とする請求項１記載のセラミック摺動部品。
【請求項３】前記Ｒ１とＲ２は、５×Ｒ１＜Ｒ２の関
係を満足する請求項１又は２記載のセラミック摺動部
品。
【請求項４】前記摺動端面の表面粗さが、前記中央部
よりも前記周辺部の方が粗くされている請求項１ないし
３のいずれかに記載のセラミック摺動部品。
【請求項５】前記セラミック体の摺動端面とは反対側
の端面を接合面とし、該接合面がろう材層を介して金属
体の接合面にろう付け接合されている請求項１ないし４
のいずれかに記載のセラミック摺動部品。
【請求項６】前記セラミック体の厚さは、前記中央部
側において大きくされ、前記周辺部側において小さくさ
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。
【請求項７】前記セラミック体において、前記接合面
の内で前記周辺部と対向する部分がろう付けにて前記金
属体に接合されて、一方、該接合面の内で前記中央部と
対向する部分が非接合とされている請求項５又は６に記
載のセラミック摺動部品。
【請求項８】前記金属体とセラミック体との間には、
互いの接合面よりも小面積の緩衝部材が前記中央部と対
向する位置に配置され、該接合面の内で該緩衝部材の存
在しない残余の部分において、それら金属体とセラミッ
ク体とがろう付け接合される一方、該中央部と対向する
互いの接合面においては、緩衝部材を介してろう付け接
合されている請求項５ないし７のいずれかに記載のセラ
ミック摺動部品。
【請求項９】前記摺動端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８のいずれかに
記載のセラミック摺動部品。