(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう材層を含んだ接合部を介して金属体とセラミック体とが接合された構造を有する金属−セラミック接合体の評価方法であって、
前記ろう材層中に、前記金属本体部と前記セラミック体との接合方向と直交する仮想的な断面（以下、投影断面という）を設定し、前記接合部に形成されている空隙を検出するために、前記接合方向において前記セラミック体側から超音波を入射することにより超音波探傷を行い、それによって検出された空隙を前記投影断面に投影したときに、前記投影断面における、寸法２０μｍ以上にて予め定められる閾寸法よりも大きい空隙が検出されない領域の面積率を接合面積率として、
前記投影断面の幾何学的重心をＧとし、該投影断面の外形線上の各点Ｑと前記重心Ｇとを結ぶ線分ＧＱをＧ側から８０％の位置にて内分する点Ｋを順次つないで得られる軌跡を仮想境界線Ｂとして、前記投影断面の該仮想境界線Ｂよりも外側に位置する領域ＡＣにおける接合面積率（ＲB）ACに基づき、前記接合部の評価を行うことを特徴とする金属−セラミック接合体の評価方法。
【請求項２】
前記空隙の前記閾寸法を８０〜１１０μｍの範囲中にて定める請求項１記載の評価方法。
【請求項３】
前記投影断面において前記閾寸法を８０〜１１０μｍの所定値に設定することにより前記接合面積率を求め、さらに前記投影断面の該仮想境界線Ｂよりも外側に位置する領域ＡＣにおける接合面積率（ＲB）ACの基準値を９２〜９７％の所定値に定めて、（ＲB）ACが前記基準値を超えるか否かに基づき、前記接合部の評価を行う請求項２記載の金属−セラミック接合体の評価方法。
【請求項４】
前記投影断面において前記閾寸法を５０〜８０μｍの所定値に設定することにより前記接合面積率を求め、さらに前記投影断面の該仮想境界線Ｂよりも外側に位置する領域ＡＣにおける接合面積率（ＲB）ACの基準値を８７〜９２％の所定値に定めて、（ＲB）ACが前記基準値を超えるか否かに基づき、前記接合部の評価を行う請求項１記載の金属−セラミック接合体の評価方法。
【請求項５】
前記投影断面において前記閾寸法を２０〜５０μｍの所定値に設定することにより前記接合面積率を求め、さらに前記投影断面の該仮想境界線Ｂよりも外側に位置する領域ＡＣにおける接合面積率（ＲB）ACの基準値を８０〜８７％の所定値に定めて、（ＲB）ACが前記基準値を超えるか否かに基づき、前記接合部の評価を行う請求項１記載の金属−セラミック接合体の評価方法。
【請求項６】
ろう材層を含んだ接合部を介して金属体とセラミック体とが接合された構造を有する金属−セラミック接合体の製造方法であって、
セラミック体と金属体との間にろう材を介挿した組立体を複数作り、それら組立体を所定のろう付け温度に昇温して各々セラミック体と金属体とをろう付け接合するろう付け工程と、
請求項３ないし５のいずれかに記載の評価方法に基づき、ろう付けにより得られた複数の接合体から、前記領域ＡＣにおいて前記接合面積率が前記基準値を超えるものを、得るべき金属−セラミック接合体として選別する選別工程と、
を含むことを特徴とする金属−セラミック接合体の製造方法。
【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−セラミック接合体、特に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エンジン用摺動部品や、超音波ホーン等に適した金属−セラミック接合体の評価方法及び金属セラミック−接合体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような金属−セラミック接合体を製造する技術の一つとしてはろう付け法があり、近年ではＴｉあるいはＺｒ等の活性金属成分を配合したいわゆる活性ろう材を使用した接合体が接合強度が高く、また、ろう材の調製も容易なことから普及が著しい。
【０００３】
しかしながら、ろう付けにより金属とセラミックとを接合する場合、接合条件によっては両者の間で過度に反応を生じたり、あるいは接合界面を挟んだ成分の相互拡散速度の違いに基づくいわゆるカーケンダール効果、さらにはろう付け後の冷却時における引け巣やボイド形成等により、接合部に多数の欠陥空隙を生じてしまう場合がある。例えば近年普及しているセラミックろう付けタペットの場合、使用条件が苛酷なため、上記のような欠陥発生は、ろう付け部分の剥がれなど部品寿命に直結する問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、接合体の欠陥発生状況を把握する技術は現在未だ発展途上段階にあり、例えばろう付け状態の疑わしい製品は全て廃棄したり、あるいは抜き取りにより接合部の断面観察等を行い、欠陥が発見されたロットは全数ロットアウトにするなど、破壊検査を主体とする原始的な品質管理方法が適用されてきた。しかしながら、これでは、良品を含めたロットアウト品の数が増大し、製品歩留まりが大幅に低下してしまう問題がある。
【０００５】
他方、接合体の非破壊検査法については、文献（例えば「セラミックス接合工学」、ｐ．２７６、日刊工業新聞社（１９９０））に示されている通り、超音波探傷法やＸ線法等を中心に研究が進められており、欠陥の検出精度も高まりつつある。しかしながら、何をどう調べれば、それが接合強度あるいは接合体の寿命にどう影響するかといった基本的な事項に対する理解は、あまり進んでいないのが現状であり、例えば超音波探傷法の場合、予期していなかったような不均一なろうの分布や大きな空洞といった、明らかな未接合部が存在しないことを定性的に確認するために使用されている程度である。そのため、上記のような微細な欠陥が発見された場合に、それが接合体の製品として許容され得るものなのかどうか、許容されるとすれば定量的にどの程度まで可能であり、かつどのような定量方法を用いるべきかについては、技術的にほとんど確立されていない。そして、上記超音波探傷法を採用しても、結局のところは欠陥が少しでも発見された場合には、ろう付け状態が疑わしいとして廃棄処分するなど、歩留まりの悪い方法が相変らず続けられており、非破壊検査法のメリットが十分に活かされているとはいい難かった。
【０００６】
本発明の課題は、超音波探傷法に基づく接合面積率により接合体の信頼性を的確に評価するための評価方法、及び、その評価方法を組み込むことにより信頼性に優れた接合体を高歩留まりで得ることができる製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項に記載した金属セラミック−接合体の評価方法及び金属セラミック−接合体の製造方法は、以下の通りである。
（請求項１）  ろう材層を含んだ接合部を介して金属体とセラミック体とが接合された構造を有する金属−セラミック接合体の評価方法であって、
前記ろう材層中に、金属本体部とセラミック体との接合方向と直交する仮想的な断面（以下、投影断面という）を設定し、前記接合部に形成されている空隙を検出するために、前記接合方向において前記セラミック体側から超音波を入射することにより超音波探傷を行い、それによって検出された空隙を前記投影断面に投影したときに、前記投影断面における、寸法２０μｍ以上にて予め定められる閾寸法よりも大きい空隙が検出されない領域の面積率を接合面積率として、
前記投影断面の幾何学的重心をＧとし、該投影断面の外形線上の各点Ｑと前記重心Ｇとを結ぶ線分ＧＱをＧ側から８０％の位置にて内分する点Ｋを順次つないで得られる軌跡を仮想境界線Ｂとして、前記投影断面の該仮想境界線Ｂよりも外側に位置する領域ＡＣにおける接合面積率（ＲB）ACに基づき、前記接合部の評価を行うことを特徴とする金属−セラミック接合体の評価方法。
（請求項２）  前記空隙の前記閾寸法を８０〜１１０μｍの範囲中にて定める請求項１記載の評価方法。
（請求項３）  前記投影断面において前記閾寸法を８０〜１１０μｍの所定値に設定することにより前記接合面積率を求め、さらに前記投影断面の該仮想境界線Ｂよりも外側に位置する領域ＡＣにおける接合面積率（ＲB）ACの基準値を９２〜９７％の所定値に定めて、（ＲB）ACが前記基準値を超えるか否かに基づき、前記接合部の評価を行う請求項２記載の金属−セラミック接合体の評価方法。
（請求項４）  前記投影断面において前記閾寸法を５０〜８０μｍの所定値に設定することにより前記接合面積率を求め、さらに前記投影断面の該仮想境界線Ｂよりも外側に位置する領域ＡＣにおける接合面積率（ＲB）ACの基準値を８７〜９２％の所定値に定めて、（ＲB）ACが前記基準値を超えるか否かに基づき、前記接合部の評価を行う請求項１記載の金属−セラミック接合体の評価方法。
（請求項５）  前記投影断面において前記閾寸法を２０〜５０μｍの所定値に設定することにより前記接合面積率を求め、さらに前記投影断面の該仮想境界線Ｂよりも外側に位置する領域ＡＣにおける接合面積率（ＲB）ACの基準値を８０〜８７％の所定値に定めて、（ＲB）ACが前記基準値を超えるか否かに基づき、前記接合部の評価を行う請求項１記載の金属−セラミック接合体の評価方法。
（請求項６）  ろう材層を含んだ接合部を介して金属体とセラミック体とが接合された構造を有する金属−セラミック接合体の製造方法であって、
セラミック体と金属体との間にろう材を介挿した組立体を複数作り、それら組立体を所定のろう付け温度に昇温して各々セラミック体と金属体とをろう付け接合するろう付け工程と、
請求項３ないし５のいずれかに記載の評価方法に基づき、ろう付けにより得られた複数の接合体から、前記領域ＡＣにおいて前記接合面積率が前記基準値を超えるものを、得るべき金属−セラミック接合体として選別する選別工程と、
を含むことを特徴とする金属−セラミック接合体の製造方法。
【０００８】
【作用・効果】
本発明の請求項１の評価方法によれば、図６（ａ）に示すように、ろう材層に対応して設定された投影断面の幾何学的重心をＧとし、該投影断面の外形線上の各点Ｑと重心Ｇとを結ぶ線分ＧＱ（以下、本発明においては、これを「広義の断面半径」と称する）を、Ｇ側から８０％の位置にて内分する点Ｋを順次つないで得られる軌跡を仮想境界線Ｂとして、投影断面の該仮想境界線Ｂよりも外側に位置する領域（以下、外縁領域という）ＡＣにおける接合面積率ＲB（寸法２０μｍ以上にて予め定められる閾寸法よりも大きい空隙が検出されない領域の面積率）を超音波探傷法を用いて知ることにより、接合部が、例えば強度あるいは耐久性において必要十分な信頼性を有しているかどうかについて的確な評価を行うことができる。例えば金属体とセラミック体とをいずれも円柱状形態に形成する場合、接合部の断面形状は円状となる。この場合、図６（ｂ）に示すように、その断面半径をＲとして中心から０．８Ｒよりも外側に存在している領域が上記外縁領域ＡＣに相当するものとなる。
【０００９】
例えば使用時の熱影響やろう付け後の冷却時などにおいて、金属体とセラミック体との間に生ずる膨張あるいは収縮の変位差は、接合体の最外周部近傍において最も大きくなると推測される。また、接合部の外周縁は一種の開放端を形成することから、接合剥離等もここから発生しやすくなると考えられる。本発明者らはこの点に着目して鋭意検討を重ねた結果、接合部の投影断面の広義の半径の外側２０％に相当する外縁領域ＡＣの空隙が接合剥離等の不具合発生に特に顕著に寄与することが判明した。すなわち、従来は超音波探傷法による接合体評価においては、接合部投影面のどの領域の空隙が重要であるかの把握がほとんどできていなかったため、例えば外縁領域ＡＣの内側の領域（以下、内部領域という）ＡＩの空隙は実際のところ、外縁領域ＡＣの空隙ほどには剥離等の原因になりにくかったにもかかわらず、該空隙の存在を理由に接合体を不良品として排除したりしていたため、製造歩留まりの低下が避けがたかった。しかしながら、本発明の判別方法では、不具合発生に寄与しやすい外縁領域ＡＣの接合面積率ＲB（以下、（ＲB）ACと記す）に基づいて判別を行うので、そのような誤判定に基づく歩留まり低下を極めて効果的に回避することができる。
【００１０】
具体的な評価方法としては、例えば外縁領域ＡＣの接合面積率（ＲB）ACがある基準値を下回っていた場合に不合格と判定するなど、（ＲB）ACと絶対基準値との比較による評価方法や、あるいは該接合面積率（ＲB）ACが内部領域ＡＩの接合面積率（ＲB）AIよりも大きい場合に不合格と判定するなど、（ＲB）AIに基づく相対基準値との比較による評価方法など、状況に応じて適宜の方法を採用できる。
【００１１】
なお、超音波探傷の検出対象となる空隙の寸法は、一般的な探傷装置の分解能と、接合体の信頼性に寄与する程度を考慮して、２０μｍ以上に設定している。ここで、「空隙の寸法」とは、図４（ｃ）に示すように、投影断面上で観察される空隙の外形線に対し、その外形線と接しかつ空隙内を横切らないように２本の平行線を、その空隙との位置関係を変えながら各種引いたときの、上記平行線間の距離の最大値ｄとして定義する。
【００１２】
一方、本発明者らはさらに検討を重ねた結果、存在する空隙の寸法と剥離等の不具合発生の頻度との間にも相関があることを見い出し、請求項２の評価方法を完成するに至った。すなわち、超音波探傷法により検出される空隙のうち、８０〜１１０μｍの範囲中にて定められる閾寸法（例えば１００μｍ）未満のものは、これを超える寸法の空隙と比べれば剥離発生等への影響が比較的小さく、結果として、上記以上の空隙以外は無視した形で測定した接合面積率ＲBを用いても、製品歩留まりを向上させる上で有効な評価を行うことが可能となる。
【００１３】
また、請求項３においては、さらに具体的に、空隙寸法の閾値を８０〜１１０μｍ中の所定値（例えば１００μｍ）に定め、また、接合面積率ＲBの基準値を９２〜９７％の所定値（例えば９５％）に定めて、領域ＡＣでの接合面積率（Ｒ100）ACが基準値を超えるか否かに基づき、接合部の評価を行うようにしている。これにより、セラミック体の剥離などが生じにくく、信頼性（強度あるいは耐久性など）に優れたろう付け型接合体を的確に選別することができる。
【００１４】
また、本発明の請求項６の金属−セラミック接合体は、図４（ｂ）に示すように、空隙寸法の閾値を１００μｍに定めて上記請求項３記載の評価方法にて評価を行ったときの、領域ＡＣにおける接合面積率（Ｒ100）ACを９５％以上に限定したことを要旨とする。これにより、セラミック体の剥離などが生じにくく、信頼性（強度あるいは耐久性など）に優れたろう付け型接合体を実現することができる。接合面積率（Ｒ100）ACは、望ましくは９７％以上確保されているのがよい。
【００１５】
他方、請求項４においては、空隙寸法の閾値を５０〜８０μｍの所定値（例えば６０μｍ）としたときの、接合面積率Ｒ100の基準値を８７〜９２％の所定値（例えば９０％）として、領域ＡＣでの接合面積率（ＲB）ACが基準値を超えるか否かに基づき、接合部の評価を行うようにしている。これによっても、セラミック体の剥離などが生じにくく、信頼性（強度あるいは耐久性など）に優れたろう付け型接合体を的確に選別することができる。
【００１７】
さらに、請求項５においては、空隙寸法の閾値を２０〜５０μｍの所定値（例えば５０μｍ）としたときの、接合面積率Ｒ100の基準値を８０〜８７％の所定値（例えば８５％）として、領域ＡＣでの接合面積率（ＲB）ACが基準値を超えるか否かに基づき、接合部の評価を行うようにしている。これによっても、セラミック体の剥離などが生じにくく、信頼性（強度あるいは耐久性など）に優れたろう付け型接合体を的確に選別することができる。
【００１９】
なお、検出対象となる空隙寸法はなるべく大きい方が探傷ピッチを広くでき、検査時間も短くすることができる。閾空隙寸法を１００μｍとする請求項３の評価方法は、この観点において請求項４あるいは請求項５の評価方法よりも有利であるといえる。他方、請求項４あるいは請求項５の評価方法では、空隙寸法の閾値を低く設定することで空隙検出の精度が高められるので、多少の検査時間を要しても、より高精度の検査を行いたい場合に有効である。
【００２０】
なお、上記本発明の金属−セラミック接合体を製造するに際しては、セラミック体と金属体との間にろう材を介挿した組立体を複数作り、それら組立体を所定のろう付け温度に昇温して各々セラミック体と金属体とをろう付け接合するろう付け工程を実施することとなる。この場合、セラミック体あるいは金属体の材質は目的に応じて各種公知の組み合わせを採用でき、良好な接合性能が得られるよう、ろう材の種類やろう付け条件も適宜公知のものを選択する。そして、こうして得られた接合体を、本発明の評価方法により評価し、例えば請求項３〜５の特有の数値範囲の接合面積率を有するものを選別することにより、本発明の接合体を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は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、本発明の接合体として構成されており、ろう材層３を介してタペット本体（金属体）２とセラミック板（セラミック体）４とが接合された構造を有している。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４ａがカム１００との摺動面とされている。なお、この端面４ａには、仮想線で示すように、中央部が突出する小さな曲率（クラウニング）を施すことができる。
【００２３】
セラミック体４は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、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。
【００２４】
また、ろう材層３を形成するためのろう材は、Ａｇを主体とするＡｇ系ろう材を使用することもできるが、Ｃｕを主体とするＣｕ系ろう材を使用することによりろう材層の耐熱性、ひいては接合体の高温接合強度を著しく高めることができる。この場合、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。例えばＣｕ系ろう材としては、Ｃｕ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ系、Ｃｕ−Ｐｄ−Ｓｉ−Ｔｉ系、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｔｉ系、Ｃｕ−Ｓｉ系等を使用できる。また、Ａｇ系ろう材を使用する場合は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系あるいはＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ−Ｔｉ系等のろう材を使用できる。なお、上記各ろう材においてはチタンを活性金属成分として使用しているが、Ｔｉに代えて、またはＴｉとともにＺｒやＨｆ等を活性金属成分として使用することができる。
【００２５】
また、金属体２は鉄系材料にて構成することができる。具体的には、合金鋼（ステンレス鋼あるいは耐熱鋼を含む）、炭素鋼の他、鋳鉄を使用してもよい。例えばＪＩＳに規定された機械構造用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼を使用でき、例えばＳＮＣＭ６３０、ＳＮＣＭ４３９等を例示できる。
【００２６】
なお、ろう材層と金属体あるいはセラミック体との各隣接境界（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３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、接合熱処理時等における金属体とセラミック体との間の熱膨張差に起因した残留応力（あるいは熱応力）を緩和するために、金属体とろう材層との間に中間層（あるいは緩衝板）を介挿することもできる。この中間層は、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残留応力を緩和する効果をさらに高める働きをなす。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中間層を構成してもよい。なお、中間層は、上記材質の薄版を金属体側にろう付け等により接合する一方、セラミック部側には上記ろう材層を介して同様にろう付け接合することができる。この場合、接合により一体化した金属体と中間層との全体をあらためて金属体とみなおせば、当該構造も本発明の請求項に記載した接合体の構成を有していると見ることができる。
【００２８】
図５は、上記タペット１の超音波探傷法による評価方法を説明する図である。図５（ａ）に示すように、超音波発信器と超音波受信器とは共用化されて探触子２０３が形成されており、この探触子２０３からパルス状の入射波ＩPを接合体に向けて発する。超音波は、金属体、ろう材層及びセラミック体の接合方向においてセラミック体側から入射される。超音波は接合体中を伝播するが、密度が不連続に変化している界面、例えば接合体中に存在する空隙の表面では強く反射されて、反射波（エコー）を生ずる。図５（ｂ）に示すように、それに基づくパルス状の反射波Ｉ0を探触子２０３で受ける。この工程を繰り返すことにより測定が行われる。ここで、セラミック体とろう材層との界面、あるいはろう材層と金属体との界面でも同様の反射が起こるが、この反射の程度は空隙表面からの反射と比較して格段に小さい。従って、反射波Ｉ0が接合界面（非欠陥部）からのものか、あるいは空隙表面からのものかは、反射波Ｉ0の強度が所定の閾値よりも大きいか否かにより容易に判別することができる。
【００２９】
なお、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、探触子２０３の超音波放射面（あるいは反射波の受波面）を凹面状に形成し、接合体中の所定位置に入射波を収束させる方式（点収束型）を用いてもよいし、同図（ｃ）、（ｄ）に示すに示すように、探触子２０３の超音波放射面を平面状に形成し、入射波を接合体に対して平行波の形で入射させる方式（平行型）を用いてもよい。また、探触子２０３の超音波放射面側の先端部と接合体とを水Ｗ中に没した状態で測定を行うことで、より高精度の測定が可能となる。
【００３０】
そして、探触子２０３をセラミック体表面、すなわち、図４の投影断面に沿って走査しながら上記測定を行うことにより、断面内の各位置からの反射波Ｉ0の強度分布を測定できる。そして、各位置の反射波Ｉ0の強度を電圧信号に変換し（必要に応じてメモリに記憶できる）、表示装置等の出力装置に出力すれば、反射波Ｉ0の強度分布を画素の濃淡により表示できる。例えば閾値以上の強度を「１」（例えば黒に対応させる）、閾値以下の強度を「０」（例えば白に対応させる）として二値表示すれば、その表示画面上の明瞭域の合計面積は図５の断面に対する空隙投影部の合計面積に対応するものとなるので、該面積から接合面積率の値を算出することができる。
【００３１】
図４に示すように、接合面積率は、前記した外縁領域ＡＣと内部領域ＣＩとのそれぞれについて算出を行う。この場合、装置分解能の下限が２０μｍ程度であるとすれば、検出される全ての空隙を採用することで、図４（ａ）に示すように各領域の接合面積率（ＲB）AC及び（ＲB）AIを算出することができる。
【００３２】
他方、寸法１００μｍ以上の空隙のみを採用する形で、図４（ｂ）に示すように、接合面積率（Ｒ100）AC及び（Ｒ100）AIを算出することもできる。そして、本発明のタペットは、（Ｒ100）ACの値が９５％以上（望ましくは９７％以上）とされ、さらに望ましくは（Ｒ100）AIの値が９０％以上（望ましくは９５％以上）とされる。この場合の接合面積率は、寸法１００μｍ未満の空隙も含めて検出しておき、画像解析の段階で１００μｍ未満のものを除外して算出を行うようにしてもよいし、探触子の変更や反射強度の閾値変更、さらに点収束型ビームを使用する場合はその焦点調整等により、はじめから１００μｍ未満の空隙が検出されないようにして測定を行ってもよい。
【００３３】
また、寸法６０μｍ以上の空隙のみを採用する形で、接合面積率（Ｒ60）AC及び（Ｒ60）AIを算出する場合、本発明のタペットは、（Ｒ60）ACの値が９０％以上（望ましくは９５％以上）とされ、さらに望ましくは（Ｒ60）AIの値が８５％以上（望ましくは９０％以上）とされる。
【００３４】
他方、寸法３０μｍ以上の空隙のみを採用する形で、接合面積率（Ｒ30）AC及び（Ｒ30）AIを算出する場合、本発明のタペットは、（Ｒ30）ACの値が８５％以上（望ましくは９０％以上）とされ、さらに望ましくは（Ｒ30）AIの値が８０％以上（望ましくは８５％以上）とされる。
【００３５】
ところで、図７（ａ）に示すように、タペット１のセラミック板４の端面（摺動面）４ａにクラウニングを施した場合、同図（ｂ）に示すように、カム１００の回転軸線ηをタペット１の中心軸線Ｏから少し偏心させることにより、カム１００の回転に伴いタペット１が軸線Ｏ回りに回転して、摺動面４ａの偏磨耗を防止することができる。この場合、摺動面４ａに対するカム１００の摺動軌跡は、（ｂ）において破線で示すような円状領域（以下、摺動領域という）を掃く形となる。そして、一般のタペットでは、摺動面４ａの外径をＤ、摺動領域の外径をδとすれば、δ／Ｄは０．８〜１．２程度に設定されており、最低でも摺動面外径（すなわち、投影断面外径）Ｄの８０％よりも外側の領域に摺動領域が重なる形となる。なお、δ／Ｄが１．０より大きいということは、セラミック板４の端面全面が摺動面として使用されることを意味する。
【００３６】
ここで、アイドリング時などカム１００の回転が低速の場合は、図７（ｃ）に破線で示すように、カム１００からセラミック板４に加わる衝撃力が、クラウニングの頂点となる端面４ａの中央付近にて最大となる。しかしながら、高速回転状態においては動弁系の慣性力により、図中実線で示すように端面４ａの外周縁付近に非常に大きな衝撃力が加わる。そこで、図４（ａ）に示すように、これに対応する外縁領域ＡＣの接合面積率を前記した値以上に高めることで、このような苛酷な運転条件においても十分な接合強度及び耐久性を確保することが可能となる。
【００３７】
【実験例】
本発明の接合体の評価方法の妥当性とタペットの性能とを確認するために、以下の条件で試作品を製作し、それについて耐久試験を行った。内容は次の通りである。まず、Ｓｉ３Ｎ４粉末を主体にＹ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系焼結助剤と成型バインダーとを配合し、金型プレスにて成型後、窒素ガス雰囲気中で焼成することにより、外径Ｄが３５ｍｍ、厚さ２ｍｍ円板状のセラミック板４を作製した。得られたセラミック板４の両面を研磨後、次のＡ及びＢの２種の材質の組み合わせにより、図８（ａ）（タイプ１とする）及び（ｂ）（タイプ２とする）に示す形状及び寸法のタペットを、それぞれ５００個ずつ作製した。
（Ａ）
(1)タペット本体材質：ＳＮＣＭ４３９；
(2)ろう材箔：Ｃｕ−Ｓｉ−Ｐｄ−Ｔｉ系ろう材（Ｓｉ：３重量％、Ｐｄ：２重量％、Ｔｉ：１．５重量％、残部Ｃｕ）、厚さ約０．０５ｍｍ；
(3)ろう付け条件：１０５０℃で３０分真空加熱。
（Ｂ）
(1)タペット本体材質：ＳＮＣＭ６００；
(2)ろう材箔：Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ−Ｔｉ系ろう材（Ｃｕ：６３重量％、Ｔｉ：１．５重量％、Ｉｎ：１２重量％、残部Ａｇ）、厚さ約０．０４ｍｍ；
(3)ろう付け条件：８００℃で３０分真空加熱。
【００３８】
こうして得られた各タペットに対し、既に説明した原理による超音波探傷を行い、仮想境界線Ｂ（図４）の位置を、摺動面半径をＲとして、Ｒの５０％位置から外側に１０％刻みで設定するとともに、検出された空隙の最大寸法と、その最大寸法空隙の検出された位置とを個別に調べた。ただし、使用した超音波探傷装置はクラウトクレーマー社製のＨＩＳ−ＩＩ型であり、図５（ａ）に示す点収束型探触子として同社製の２０−５−Ｐ−７５Ｒを用いて常温・水中にて測定を行った。また、超音波周波数は２０ＭＨｚであり、走査速度は８０ｍｍ／秒とした。また、反射波強度のサンプリングピッチは２０μｍ平方である。表１及び表２は、タイプ１及びタイプ２のそれぞれについて、縦に最大寸法空隙の範囲を、横に最大寸法空隙の検出位置範囲（中心から見て半径Ｒの何％に位置するかにより表示）をそれぞれ設定して、寸法範囲−検出位置範囲の各組合せにつき、該当するタペット試験品の個数Ｙを表示したものである（各欄には、Ｘ／Ｙの形式で、２つの数字Ｘ，Ｙが記入されている。Ｘについては後述）。
【００３９】
【表１】
0003638462.tif 000002
【００４０】
【表２】
0003638462.tif 000003
【００４１】
次に、各タペットをカムモータリング試験機に装着し、以下の条件にて耐久試験を行った。エンジンは２５０００ｃｃ、１０気筒のディーゼルエンジンを使用し、カム回転数を１９５０回転（定格の１５０％）、タペットとカムとのクリアランスを１．５ｍｍ（標準値の３倍）として、耐久時間９００時間まで行った。この耐久試験後に、再び同条件で超音波探傷を行い、耐久試験前と比較して８０％Ｒよりも外側の領域において、３０μｍ以上の欠陥の合計面積率が１％以上増大したものをＮＧと判定した。その結果、タイプ１のタペットについては５００個中４５個が、同じくタイプ２のタペットについては５００個中９０個がＮＧとなった。表の各欄には、このＮＧ品の個数を前記Ｘにより表示している。ＮＧ品は、全て半径Ｒの８０％以上の位置に、１００μｍ以上の空隙が存在していたものに限って発生していることがわかる。
【００４２】
次に、耐久試験前の超音波探傷結果について、接合面積率の算出に採用する空隙寸法の閾値を３０、６０、１００、１５０及び２００μｍの各種値に設定し、８０％Ｒよりも外側の領域における接合面積率の合格基準値を８０、８５、９０、９５、９８％の各種値に設定して、各条件にて検査を行ったと考えた場合の判定シミュレーションを行った。表３及び表４は、タイプ１及びタイプ２のそれぞれについて行ったシミュレーションの分析結果を示すものである。この場合、合格／不合格の判定が適切であったかどうかは、実際の耐久試験後のＯＫ／ＮＧの判定結果と照合することで評価が可能である。表の各欄には、耐久ＯＫ品をＮＧとカウントした個数αと、逆に耐久ＮＧ品をＯＫとカウントした個数βとを、α／βの形式で表示している。不良流出を食い止めるという意味ではβがなるべく小さいことが重要であるが、βを小さくしたいあまり、αが不必要に大きくなる条件を採用すると、不良品として除外される良品の個数が増大するので、製造歩留まりが避けがたくなる。例えばβが０であり、かつαが極小となるような条件設定が望ましいといえる。
【００４３】
【表３】
0003638462.tif 000004
【００４４】
【表４】
0003638462.tif 000005
【００４５】
この結果から、空隙寸法閾値を３０μｍとした場合は、接合面積率の合格基準値を８５％以上とするのがよいことがわかる。また、空隙寸法閾値を６０μｍとした場合は、接合面積率の合格基準値を９０％以上とするのがよいことがわかる。さらに、空隙寸法閾値を１００μｍとした場合は、接合面積率の合格基準値を９５％以上とするのがよいことがわかる。なお、空隙寸法閾値を１１０μｍよりも大きい、１５０μｍあるいは２００μｍに設定すると、合格基準値をどのように設定しても、ＮＧ品をＯＫとカウントする個数βが大きくなってしまうこともわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 接合体の一例としてのタペットを含む、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】  ろう材層の概念を示す説明図。
【図４】  接合面積率の定義を示す説明図。
【図５】  空隙存在率の測定に用いる超音波探傷法の原理図。
【図６】  接合面の投影断面の各種形態を示す図。
【図７】  タペット摺動面における衝撃力の分布状況を説明する図。
【図８】  実験例にて使用した２つのタイプのタペットを示す縦断面図。
【符号の説明】
１  タペット（金属−セラミック接合体）
２  タペット金具（金属体）
３  ろう材層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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