JPH09242513A - タペット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】適切なクラウニング量を有し、セラミックチッ
プの接合強度を向上させ、かつ外力に対する十分な強度
を有する。 【解決手段】プッシュロッド１７の下部にタペット２１
が設けられ、タペット２１はカムシャフトのカムに接触
するセラミックチップ２２がタペット本体２１ａの底面
を覆うように底面２１ｂにロー付けされる。セラミック
チップ２２は０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の厚さを有
する銅板２３を介して底面２１ｂにロー付けされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプッシュロッドの下
部に設けられるタペットに関する。更に詳しくは、カム
シャフトのカムに接触するセラミックチップがタペット
本体の底面を覆うようにロー付けされたタペットに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】４サイクルエンジンには通常バルブシス
テムが搭載される。バルブの形状は一般的にきのこ状に
形成され、コイルスプリングの力により閉じるようにな
っている。このバルブが開放することにより、４サイク
ルの作動工程における吸気及び排気を行うことができ、
開放されたバルブから燃焼室とシリンダ内のガス交換を
行うことができるようになっている。バルブを押して開
かせる装置はクランクシャフトの回転をタイミングベル
ト又はチェーン若しくはギヤによりカムシャフトに連結
させ、カムシャフトに設けられた略卵形のカムがシャフ
トとともに回転することによりロッカアームを介してバ
ルブを開閉させる。このカムシャフトの設けられる位置
によりバルブシステムを分類することができ、いわゆる
シリンダ上方にカムシャフトが設けられるオーバヘッド
カムシャフト方式とオーバヘッドバルブ方式（以下ＯＨ
Ｖという）に大別できる。

【０００３】図３に示すように、ＯＨＶではシリンダサ
イドに水平に位置したカムシャフト１２が回転すること
により直立する一対のプッシュロッド１７を介してロッ
カアーム１８の一端を押し上げ、そのアーム１８がシー
ソ式にバルブ１９を押し下げて開くように構成される。
プッシュロッド１７下部にはカムシャフト１２のカム１
６に当接するタペット２１が装着され、プッシュロッド
１７はタペット２１を介してカム１６の回転により上下
動するように構成される。このＯＨＶによればバルブ１
９をシリンダの頭上に位置させることができるので燃焼
室は半球状に形成することも楔状に形成することもで
き、設計の自由度を増すことができる。

【０００４】一方、プッシュロッド１７の下部に設けら
れたタペット２１は常にカム１６に当接し、カム１６が
回転することから常にカム１６と擦れ合っているために
耐摩耗性が要求される。特に近年エンジンの高出力化等
に対応させるためにタペット２１に非常に高い耐摩耗性
が要求される。この耐摩耗性の要求を満足させるために
セラミックチップをタペット本体の底面を覆うようにロ
ー付けする技術が開発されている。このようにセラミッ
クの優れた耐摩耗性を利用してカム１６と当接するタペ
ット２１の耐久性を向上させ、その結果エンジンの信頼
性を向上させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、セラミックチ
ップの底面へのロー付けは、間にロー材を介在させ、所
定の温度によりロー付けすることからセラミックチップ
とタペット本体の熱膨張係数の差によりロー付け後の冷
却時にセラミックチップに内部応力が蓄積され、セラミ
ックチップが破損又はセラミックチップの接合強度の低
下を招く不具合がある。この不具合を解消するために、
セラミックチップと底面との間に応力吸収材を介在させ
ることが考えられるが、応力吸収量の程度により外力が
セラミックチップに局部的に加わりタペットの外力に対
する強度が低下し、タペットが使用時に破損を生じる恐
れもある。一方、タペットのカムとの摺動面にはカムと
の片当たりを防止するためのクラウニング量と呼ばれる
中央部の膨らみを有するいわゆるクラウニング形状を設
ける必要もあり、このクラウニング形状を熱膨張係数の
差を利用して形成することも考えられる。本発明の目的
は、適切なクラウニング量を有し、セラミックチップの
接合強度を向上させ、かつ外力に対する十分な強度を有
するタペットを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１及び図３に示すように、プッシュロッド１７の下部
に設けられ、カムシャフト１３のカムに接触するセラミ
ックチップ２２がタペット本体２１ａの底面を覆うよう
に底面２１ｂにロー付けされたタペットの改良である。
その特徴ある構成は、セラミックチップ２２が０．１ｍ
ｍ以上０．２ｍｍ以下の厚さを有する銅板２３を介して
底面２１ｂにロー付けされたところにある。銅板２３は
ロー付け時の熱膨張係数の相違による応力を吸収し、か
つ使用時のセラミックチップ２２に加わる外力の集中を
防止する。

【０００７】タペット本体２１ａの材質には構造用炭素
鋼及び構造用合金鋼等が挙げられ、ＪＩＳ規格のＳＮＣ
Ｍ６３０やＳＮＣＭ６１６が例示される。タペット本体
２１ａはこのような鋼材を鍛造又は切削により製造さ
れ、底面２１ｂは研削又は研磨仕上げされる。セラミッ
クチップ２２にはＳｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ，Ａｌ₂Ｏ₃、ジルコ
ニア等が例示される。その板厚は少なくともカムから受
ける衝撃に耐え得る強度が確保できるように設定され、
１．０ｍｍ〜２．０ｍｍが好ましく、１．２ｍｍ〜１．
８ｍｍが更に好ましい。ロー付け手段はＴｉを含む銀ロ
ーにより加熱接合することが好ましい。ロー材の系とし
てはＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｚｎ系、
Ａｇ−Ｔｉ系、Ｃｕ−Ｔｉ系、又はＡｇ−Ｃｕ−Ｎｉ−
Ｔｉ系が挙げられる。またセラミックチップ２２のロー
付け面には予め蒸着法等によりメタライズ処理してもよ
い。その場合にはＡｇ−Ｃｕ系、Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系の
ロー材が好ましい。ロー材の雰囲気は真空、アルゴンガ
ス、水素ガス、窒素ガス等の非酸化雰囲気が好ましく、
Ｔｉ入りロー材の場合には特に真空又はアルゴンガスの
雰囲気中でロー付けすることが好ましい。銅板２３は
０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の厚さを有し、その径は
セラミックチップ２２と同径又はセラミックチップ２２
より僅かに小径に形成されることが好ましい。銅板２３
の厚さが０．１ｍｍ以下であるとロー付け時の熱膨張係
数の相違による応力を十分に吸収することができず、
０．２ｍｍ以上であると使用時の外力に対する強度の低
下を招く恐れがある。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて詳しく説明する。図３に示すように、本形態に
おけるＯＨＶではピストン１１が上下動するシリンダサ
イドにカムシャフト１２が水平に配置される。カムシャ
フト１２とクランクシャフト１３とはギヤ１４により連
結され、クランクシャフト１３が回転することによりカ
ムシャフト１２が回転し、カムシャフト１２に設けられ
た一対の略卵形のカム１６が直立する一対のプッシュロ
ッド１７を上下動させるように構成される。一対のプッ
シュロッド１７は上方に移動するとロッカアーム１８の
一端を押し上げ、そのアーム１８がシーソ式に回転して
他端がバルブ１９を押し下げて開き、下方に移動するこ
とによりバルブ１９はコイルスプリング２０の力により
閉じるようになっている。プッシュロッド１７下部には
カムシャフト１２のカム１６に当接するタペット２１が
装着され、プッシュロッド１７はタペット２１を介して
カム１６の回転により上下動するように構成される。一
対のタペット２１は同一構造であるので、以下一方のタ
ペット２１により説明する。

【０００９】図１及び図２に示すように、タペット２１
はセラミックチップ２２がタペット本体２１ａの底面２
１ｂを覆うようにロー付けされる。タペット本体２１ａ
はＪＩＳ；ＳＮＣＭ６３０の金属部材を切削加工するこ
とにより作られ、セラミックチップ２２はＳｉ₃Ｎ₄であ
る。セラミックチップ２２は窒化珪素燒結体であって、
両面が研磨仕上げされた直径３８ｍｍ厚さ１．５ｍｍの
円板でその接合面の表面粗さＲａは０．２〜０．３μｍ
となるように研磨される。タペット本体２１ａは大径部
が３８．５ｍｍ、小径部が２２．８ｍｍ、高さが５．５
ｍｍの略きのこ状に加工され、大径部の下面即ち底面２
１ｂが表面粗さＲａが０．２〜０．３μｍに研削され
る。小径部にはプッシュロッド１７の下端が挿入される
孔２１ｃを有し、孔２１ｃの下部にはプッシュロッド１
７の下部が係合する凹部２１ｄが形成される。

【００１０】本発明の特徴ある構成は、セラミックチッ
プ２２が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の厚さを有する
銅板２３を介して底面２１ｂにロー付けされたところに
ある。この銅板２３はセラミックチップ２２と同径の円
盤状に形成される。セラミックチップ２２と銅板２３の
ロー付けは、直径３８ｍｍ、厚さ５０μｍに形成された
Ｔｉ−Ｃｕ−Ａｇ系の活性ロー材（箔）２５を介して行
われ、タペット本体の底面２１ｂと銅板２３のロー付け
は、直径３８ｍｍ、厚さ５０μｍに形成されたＡｇ−Ｃ
ｕ系のロー材（箔）２４を介して行われる。ロー付けに
際してはセラミックチップ２２と銅板２３とそれぞれの
ロー材（箔）２４、２５を同心状にそれぞれ重ね合わ
せ、銅板２３を挟むようにセラミックチップ２２を底面
２１ｂに配置し、接合面相互に所定の圧力を加えた状態
で真空中に８５０℃で１５分間保持し、Ｎ₂ガス置換冷
却することによりロー付けされる。

【００１１】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 ＜実施例１＞図１及び図２に示すタペット２１を次の方
法により製造した。先ず、底面の直径が３８．５ｍｍの
タペット本体２１ａと、厚さが１．５ｍｍ、直径３８ｍ
ｍのセラミックチップ２２とを用意した。このセラミッ
クチップ２２を底面２１ｂに厚さが０．１ｍｍ、直径３
８ｍｍに形成した銅板２３を介してロー付けをした。ロ
ー付けには、セラミックチップ２２と同径のＡｇ−Ｃｕ
−Ｔｉ系ロー材２５及びＡｇ−Ｃｕ系ロー材２４の箔を
用いた。即ち両側にそれぞれロー材２５，２４を重ね合
わせた銅板２３を介してセラミックチップ２２を底面２
１ｂに重ね、この状態でこれらに荷重２０ｇｆ／ｃｍ²
を加え、真空中で８５０℃に加熱することにより積層接
着したタペットを実施例１とした。

【００１２】＜比較例１及び２＞図示しないが、比較例
１及び２では、銅板の厚さをそれぞれ０．３ｍｍ及び
０．５ｍｍとし、これらの銅板を介してセラミックチッ
プをタペット本体の底面にロー付けをしたことを除い
て、構成は実施例１それぞれ同一である。 ＜比較例３＞実施例１のタペット本体とセラミックチッ
プを銅板を介さずにロー付けしたタペットを比較例３と
した。 ＜比較試験と評価＞実施例１及び比較例１〜３のタペッ
トについて、それぞれのクラウニング量とセラミックチ
ップの衝撃に対する強度を比較試験した。その結果を表
１に示す。クラウニング量は形状測定器により測定し、
衝撃強度は落下衝撃試験機によりセラミックチップに衝
撃を加えた後、外観変化の有無を目視により観察し、外
観変化が生じた荷重を測定した。

【００１３】

【表１】

【００１４】表１から明らかなように、銅板の厚さによ
り衝撃強度が異なることが判明した。一般的に最適な衝
撃強度である３ｔｏｎ以上にするためには銅板厚さを
０．２ｍｍ以下にすることが要求される。銅板の厚さが
０．１ｍｍの場合が銅板無しの比較例３の場合と比較し
て衝撃強度が高いのは銅板が耐衝撃力を向上させたもの
と考えられる。最適クラウニング量２０μｍ〜３０μｍ
を得るためには銅板の厚さは０．１〜０．２ｍｍの範囲
にする必要がある。

【００１５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、セ
ラミックチップが０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の厚さ
を有する銅板を介して底面にロー付けすることにより、
銅板がロー付け時の熱膨張係数の相違による応力を吸収
し、使用時のセラミックチップに加わる外力の集中を防
止する。この結果、セラミックチップの底面への接合強
度を向上させ、かつ外力に対する十分な強度を得ること
ができる。また、銅板の厚さを０．１ｍｍ以上０．２ｍ
ｍ以下にすることによりロー付け時に適切な量のクラウ
ニング量を得ることができ、タペットの信頼性を更に高
めてエンジンの信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のタペットの構造を示す縦断面図。

【図２】そのタペットの分解斜視図。

【図３】本発明のタペットを使用したＯＨＶを示す構造
図。

【符号の説明】

１３ カムシャフト １６ カム １７ プッシュロッド ２１ タペット ２１ａ タペット本体 ２１ｂ 底面 ２２ セラミックチップ ２３ 銅板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大野 正善 千葉県袖ケ浦市長捕拓２号580−99 カス ヤ精工株式会社内 (72)発明者 金丸 弘志 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日野 自動車工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プッシュロッド(17)の下部に設けられ、
   カムシャフト(13)のカム(16)に接触するセラミックチッ
   プ(22)がタペット本体(21a)の底面(21b)を覆うように前
   記底面(21b)に接着されたタペット(21)において、 前記セラミックチップ(22)が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ
   以下の厚さを有する銅板(23)を介して前記底面(21b)に
   ロー付けされたことを特徴とするタペット。