JPH1149579A - ロー付け接合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロー材層を均一厚さとし、タペットとして用
いてもセラミック部材に局所的応力を発生させない。 【解決手段】 金属部材２のロー付け接合面２ａの周縁
に沿って、一定高さの凸部５を設けた。両部材２，３の
接合面２ａ，３ａ間にロー材を介在させ、セラミック部
材３の上に錘を載せ、ロー材を溶融することで製造され
る。この際、その溶融ローに浮かされたセラミック部材
３は、錘により溶融ローを圧縮し、両部材２，３は凸部
５の先端面にて実質的に当接状態となる。よって接合面
間のロー材層４は、凸部５が包囲する内寄り部位で凸部
の高さと略同一の一定厚さとなる。内寄り部位には凸部
がないから、セラミック部材３の接合面３ａの内寄り部
位に局所的大きい応力が発生しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属部材とセラミ
ック部材とをロー（ろう）付けにより接合してなるロー
付け接合体に関し、詳しくは、エンジン用タペット、バ
ルブリフター或いはロッカーアームなどのエンジン部品
等に用いられる、金属部材とセラミック部材とのロー付
け接合体（以下、単に接合体ともいう）に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックは、耐熱性、熱衝撃強度、高
温時の機械的強度さらには耐摩耗性などに優れた特性を
有することから、種々の分野に利用されている。しか
し、単独で用いられることは少なく、通常、金属部材と
ロー付けしてなる接合体として使用される。基本的な構
造としては、例えば、円盤形（円形薄板）のセラミック
部材と円柱形の金属部材とを接合してなる円柱形のもの
があげられ、この構造をベースにして、エンジン用タペ
ットなど各種の部品に適用されている。

【０００３】ところが、このような接合体においてはそ
のロー材層の厚さを高精度に均一に保持することは困難
である。理由は次のようである。従来、ロー材層の厚さ
のコントロールは、使用するロー材の量つまりロー材箔
の厚さ及びその数、或いは、ロー付け温度（時間）など
のいわゆるロー付け条件を接合体の目的や使用するロー
材等に応じて適宜のものに調整することで行っていた。
しかし、ロー材が溶融されると、セラミック部材又は金
属部材が一方の平坦なロー付け接合面（以下、単に接合
面ともいう）上で溶融ローに浮された状態となることか
ら不安定となる。したがって、基本的に溶融ローが冷却
されて接合に至るまでにその厚さに不均一を生じ易く、
しかもロー材層の厚さが厚くなるほどこの傾向は顕著と
なる。

【０００４】なお、このロー付けにおいては、ロー材中
のボイドや不純物を押し出して信頼性の高い接合を得る
ため、接合体の上位の部材の上に錘（ウエイト）を載せ
て接合面相互を加圧し、加熱ロー付け過程で余剰のロー
材を接合面の周縁から外に積極的にはみ出させるのが一
般である。したがってその厚さの不均一を防止するた
め、錘（重量）を大きくして溶融ローを押し潰すように
することも考えられるが、平面を成す接合面相互間で、
これを十分に押し潰して均一厚さを得ることは容易でな
い。

【０００５】また、金属とセラミックのように、熱膨張
係数の差が著しいもの相互をロー付けしてなる接合体で
は、その差に起因して両部材に発生する応力を熱膨張係
数が中間的な値を持つロー材層によって吸収（緩衝）さ
せるため、そのロー材層を接合面の全体にわたって厚く
することがある。このような要請に対し、錘を大きくす
ればロー材層は全体に薄くなってしまって所望とする厚
さが確保されず、前記応力の吸収のための緩衝層として
の作用が果たされない。

【０００６】このように、ロー材層の厚さを設定値通り
に均一厚さに、とくに厚めにコントロールすることは困
難であり、したがって、この厚さについては一般に比較
的大きな許容範囲（例えばエンジン用タペットでは、２
０〜８０μｍ）を与えていた。ところが、このような厚
さの不均一は、セラミック部材（板）における接合面と
反対側の面（表面）とに傾斜を発生させることになる。
このような傾斜は、接合体がタペットやバルブリフター
などのように、カムとの摺動によりそれ自体を軸線回り
に回転させるようにされるものでは、その回転において
カム摺動面を成すセラミック部材が上下動を生じる結
果、その回転が不調となり、セラミック部材の偏摩耗な
いし破損を招く原因となる。

【０００７】こうした中、特開平６−２９７１３９号公
報にみられるように、接合面の間のロー材層の部位に、
そのロー材層の厚さを保持するロー材層厚さ保持手段を
設けた技術がある。例えば接合面に設定されるロー材層
の厚さに合わせた高さを有する凸部を形成しておき、ロ
ー材層厚さをその凸部の高さに保持するというものであ
る。この技術により、凸部の高さをロー材層の厚さに合
わせておくことで、略設定値通りの均等厚さのロー材層
を備えた接合体を得ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、エンジン用
タペットなどでは、セラミック部材のなすカム当り面の
うち実際の摺動面（カム接触面）はその周縁より内寄り
（中央寄り）部位である。そして、接合体を成す金属部
材（ＳＮＣＭ、ＳＵＳ３０４など）の弾性係数とロー材
の弾性係数とを比較すると、前者のそれがはるかに大き
い。こうしたことから、凸部が金属部材と同体（一体）
で接合面の周縁より内寄り部位に設けられているもので
は、タペットとして使用されるとカムとの摺動により、
セラミック部材の接合面のうち、金属部材の凸部に対応
する部位に局所的に大きい応力が発生し、セラミック部
材の破損を招くなどその寿命を縮める危険がある。

【０００９】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、金属部材とセラミ
ック部材とのロー付け接合体において、ロー材層を均一
厚さに確保し、しかもタペットなどとして使用されても
セラミック部材に局所的な応力が発生しないようにして
その長寿命化を図ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、金属部材とセラミック部材
とをロー付けにより接合してなるロー付け接合体におい
て、金属部材及びセラミック部材のロー付け接合面のう
ちの少なくとも一方における周縁に沿って、一定高さの
凸部（突起）が設けられていることを特徴とする。ここ
に凸部は、周縁を含む周縁寄り部位にあるのがよい。ま
た、凸部は、ロー材層の厚さの不均一を防止するためも
のであり、凸部に包囲される内寄り部位におけるロー材
層の厚さが略一定とされるように、その高さはロー材層
の厚さと略同じか、或いはそれより小さめに設定すれば
よい。

【００１１】このような接合体は、両部材の接合面間に
ロー材を介在させ、ロー材が圧縮されるように、上位に
ある一方の部材の上に錘を載せ、その状態の下で加熱し
ロー材を溶融することでロー付けされる。そしてその接
合過程では、ロー材をリフローすると、溶融ローに浮か
された状態にある一方の部材は、錘により溶融されたロ
ー材層を圧縮する。そして、両部材の接合面間のロー材
層は凸部の先端面において極小厚さとなり、両部材はそ
の先端面において実質的に当接状態となる。すなわち、
溶融ローは凸部においては極薄くなるから、溶融ローの
上に存在する一方の部材が不安定に浮かされることなく
安定する。しかも、その凸部は周縁に沿って設けられて
いるから、ぐらつくこともない。したがって、接合面間
のロー材層の厚さは、凸部の先端面では薄くなるが、凸
部に包囲される内寄り部位では比較的厚く、その凸部の
高さと略同じで均等厚さとなり、一方の部材は傾斜する
ことなくロー付けされる。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、金属部材と
セラミック部材とをロー付けにより接合してなるロー付
け接合体において、金属部材のロー付け接合面における
周縁に沿って、一定高さの凸部が設けられていることを
特徴とする。このものでは、セラミック部材を両主面が
平行な平板（薄板）とし得るので、同部材が複雑形状と
ならない。

【００１３】なお、前記いずれの手段においても、前記
凸部は、前記ロー付け接合面の周縁に沿って、連続して
形成されていてもよいし、前記ロー付け接合面の周縁に
沿って、不連続に形成されていてもよい。とくに、不連
続に形成されていれば、凸部相互の間から、余剰の溶融
ローとともにロー材中のボイドや不純物を押し出すのに
有効である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係る接合体の実施の形態
例について、図１及び２を参照して詳細に説明する。た
だし、本例における接合体１は、エンジン用タペットで
あり、タペットボディをなすコップ状（有底円筒状）の
金属部材２に、カム当り面をなすセラミック部材（円形
薄板）３がロー材層４を介してロー付けされることで構
成されている。金属部材２は、ＪＩＳ ＳＮＣＭ６３０
で、直径３１ｍｍ、長さ５０ｍｍでコップ状に加工され
たものであって、その接合面２ａをなす端面は、中心線
平均あらさＲａ：０．３μｍで平坦に旋削仕上げされて
いる。ただし、その接合面２ａの周縁に沿ってリング状
をなすように、凸部（突起）５が一定の幅（本例では３
ｍｍ）Ｗ、一定高さＨで断面方形状に隆起するように形
成されている。なお、この凸部５の接合面２ａからの高
さＨは本例では５０μｍとされ、この凸部５に包囲され
る接合面２ａにおける内寄り部位のロー材層４の設定厚
さと略同じ高さとされている。

【００１５】一方、セラミック部材３は、窒化けい素
（９０ｗｔ％Ｓｉ3 Ｎ4 ，残部焼結助材）焼結体からな
る一定厚さの円形薄板（直径３１ｍｍ、厚さ２ｍｍ）で
あって、その両主面（接合面）３ａ，３ｂは中心線平均
あらさＲａ：０．８μｍに研削仕上げされている。

【００１６】しかして、本例の接合体１は次のようにし
て製造（接合）される。まず、金属部材２の接合面２ａ
を上にし、同接合面２ａに所定の箔状のロー材を同芯状
にして載置する。ただし本例におけるロー材は、直径３
０ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍに形成された、Ｉｎ−Ｔｉ−
Ｃｕ−Ａｇ系（Ｉｎ；１５．０％，Ｔｉ；１．０％，Ｃ
ｕ；２３％，Ａｇ；６０％）の活性ロー材であり、これ
を２枚載置した。そして、このロー材を挟む形で、セラ
ミック部材３を金属部材２の接合面２ａ上に同芯状に位
置決めして載置し、所定の重量（例えば１５０ｇ）の錘
（図示せず）を載せ、その接合面２ａ，３ａ相互に適宜
の圧力を与える。

【００１７】この状態の下で、真空中、７８０℃で３０
分間保持し、Ｎ2 ガス置換冷却する。しかして、その加
熱過程でロー材が溶融するとセラミック部材３はその溶
融ローに浮かされるが、錘により溶融ローは接合面２
ａ，３ａ相互間で押し潰されるとともに、余剰のロー材
が接合面２ａの周縁の凸部５の先端面（上面）を超えて
外側に流れ出る。一方、セラミック部材３は、接合面３
ａの周縁寄り部位が金属部材２の接合面２ａにおける凸
部５に実質的に当接するようになり、凸部５上のロー材
の厚さを極小とする。なお、図は説明のため誇張されて
いる。このようになると、溶融ローはそれ以上は押し潰
されないから、その時点で凸部５に包囲される内寄り部
位にあるロー材層４の厚さは凸部５の高さＨと略同一に
保持される。したがって、この下で冷却されることで、
凸部５に包囲される内寄り部位で所望とする均一厚さの
ロー材層４をなすロー付け接合体１となる。

【００１８】なお、これより理解されるように、本発明
の接合体１によれば、ロー材層４の厚さは実質上、凸部
５の高さＨより小さくならない。したがって、錘はその
重量を大きめに設定することができる。因みに、上記実
施形態品を、セラミック部材３の接合面３ａの中央でそ
れに垂直な１面で切断し、凸部に包囲される部位のロー
材層４の厚さを金属顕微鏡にて測定したところ、その厚
さの差は１０μｍ以内であり、接合面が平面同志の金属
部材とセラミック部材を同一条件でロー付けしたもので
は、接合面の周縁（１直径方向）で８０μｍであった。

【００１９】しかして、ロー材層４の厚さを実質的に均
一とし得るから、セラミック部材３の接合面３ａと反対
側の主面（カム当り面）３ｂの傾斜を実質的に皆無とし
得る。したがって、タペットとしての正常回転を損うこ
とがないし、カムの片当たりによる偏摩耗なども防止さ
れる。なお、ロー材層４の厚さが凸部５の高さＨで略均
一に保持されるから、凸部５の高さＨを所定の高さに形
成しておくことで、ロー材層４自体で両部材２，３の熱
膨張係数の差に起因する応力の緩衝作用を成すこともで
きる。

【００２０】さらに、凸部５は、接合面２ａ，３ａにお
ける周縁に沿って設けられていることから、それに包囲
される内寄り部位においては、凸部５もなくロー材層４
の厚さは均等厚さである。したがって、カムがセラミッ
ク部材３の１主面３ｂに摺動接触しても、セラミック部
材３の接合面３ａにおける内寄り部位に局所的に大きい
応力が発生することがないから、セラミック部材３の破
損を招きにくい。なお、凸部５に包囲される内寄り部位
のロー材層４の厚さは、凸部５の高さＨと略同一もしく
はそれより極僅かに大きくなる。したがって、凸部５の
高さＨは設定すべきロー材層４の厚さより極微量小さく
すればよい。

【００２１】上記実施形態例においては、凸部５を金属
部材２の接合面２ａに形成した場合で説明したが、凸部
５は金属部材２に設けることなくセラミック部材３の接
合面３ａに形成してもよい。さらに、図３に示したよう
に、凸部５，１５を金属部材２及びセラミック部材３の
両部材の接合面２ａ，３ａの周縁に沿って形成してもよ
い。なお、このように両部材２，３に凸部５，１５を設
けた場合、凸部に包囲される内寄り部位でのロー材層４
の厚さは、両部材２，３の凸部５，１５の高さの略合計
以上となるから、ロー材層の厚さを所定量確保する際、
一方の凸部を低くできる。

【００２２】前記においては、凸部５の断面形状は方形
（矩形）としたが、本発明における凸部はこれに限定さ
れるものではない。なお、図４に示したように、凸部５
の内寄り部位壁面５ａをテーパ状にするか、同壁面と接
合面２ａとのなす隅角は円弧状にするのが、強度的に好
ましい。

【００２３】本発明にかかる接合体がエンジン用タペッ
トとして使用される場合のように、セラミック部材に対
し、その周縁よりも内寄り部位に大きな応力を受けるも
のでは、その部位に対応するセラミック部材に応力が平
均に発生するようにするため、凸部の幅Ｗはなるべく小
さくするのが好ましい。しかも、このようにすれば、凸
部に包囲される内寄り部位の厚めのロー材層の面積が比
較的大となり、両部材の熱膨張係数の差による応力の緩
衝材としての作用が大きくなるからである。その幅Ｗは
接合面の大きさ或いは径にもよるが、タペットやバルブ
リフターでは、ロー付け時の両部材の位置決めに支障が
ないかぎり、できるだけ小さくするのが好ましい。

【００２４】また凸部は、前記形態のように（図２参
照）、前記ロー付け接合面の周縁に沿って連続してリン
グ状に形成されているのが、その形成も容易であり好ま
しい。ただし、図示はしないが１部分が切欠状に形成さ
れているか、図５に示したように、凸部２５が、平面
視、複数に分割される形で、ロー付け接合面２ａの周縁
に沿って不連続に形成されていてもよい。このようにし
ておけば、前記したように、ロー材に含まれるボイドや
不純物が凸部２５と凸部２５の間２６から具合良く押し
出される。

【００２５】前記形態では、金属部材がエンジン用タペ
ット本体であり、セラミック部材がそのカム当り面をな
すものにおいて説明したが、本発明の適用できるセラミ
ック部材はこれに限定されない。なお、ロー材は、セラ
ミック部材の接合面をメタライズしておくことにより、
活性ロー以外を用いることもできる。ロー材は、接合体
に応じ種々の組成のものを使用すればよい。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る接合体においては、次のような効果がある。すな
わち、この接合体は、両部材のロー付け過程で、例えば
上位にあるセラミック部材の上に錘を載せ、その下で加
熱して接合面間にあるロー材をリフローすることで接合
される。この際、溶融ローに浮かされた状態にあるセラ
ミック部材は、錘により溶融されたロー材層を圧縮す
る。これにより、両部材の接合面間のロー材層は、金属
部材の周縁に沿って設けられた凸部の先端面において極
小厚さとなり、両部材は金属部材の凸部の先端面におい
て実質的に当接状態となる。すなわち、金属部材の接合
面上に存在する溶融ローにセラミック部材が不安定に浮
かされることなく安定する。したがって、接合面間のロ
ー材層の厚さは、凸部の先端面では薄くなるが、凸部に
包囲される内寄り部位ではその凸部の高さと略同一、或
いはそれより大きめで略均等厚さとなる。したがって、
セラミック部材は傾斜することなくロー付けされる。

【００２７】しかも、凸部は接合面における周縁にある
ことから、凸部に包囲される内寄り部位におけるロー材
層は、その厚さが均等になる。すなわち、その内寄り部
位には凸部がないから、セラミック部材の接合面の内寄
り部位に局所的に大きい応力が発生することがなく、し
たがって、エンジン用タペットなどとして使用されても
セラミック部材の破損を招きにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロー付け接合体の一実施形態の正
面図及び要部拡大断面図。

【図２】図１の接合体をなす金属部材の接合面の平面
図。

【図３】凸部の別実施形態例の要部拡大断面図。

【図４】凸部の別実施形態例の要部拡大断面図。

【図５】接合体をなす金属部材の接合面における凸部の
別例を示す平面図。

【符号の説明】

１ 接合体 ２ 金属部材 ２ａ 金属部材のロー付け接合面 ３ セラミック部材 ３ａ セラミック部材のロー付け接合面 ４ ロー材層 ５，１５，２５ 凸部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属部材とセラミック部材とをロー付け
   により接合してなるロー付け接合体において、金属部材
   及びセラミック部材のロー付け接合面のうちの少なくと
   も一方における周縁に沿って、一定高さの凸部が設けら
   れていることを特徴とするロー付け接合体。
2. 【請求項２】 金属部材とセラミック部材とをロー付け
   により接合してなるロー付け接合体において、金属部材
   のロー付け接合面における周縁に沿って、一定高さの凸
   部が設けられていることを特徴とするロー付け接合体。
3. 【請求項３】 前記凸部が、前記ロー付け接合面の周縁
   に沿って連続して設けられていることを特徴とする請求
   項１又は２記載のロー付け接合体。
4. 【請求項４】 前記凸部が、前記ロー付け接合面の周縁
   に沿って不連続に設けられていることを特徴とする請求
   項１又は２記載のロー付け接合体。