JP2811840B2 - Manufacturing method of ceramic parts such as pistons - Google Patents
Manufacturing method of ceramic parts such as pistonsInfo
- Publication number
- JP2811840B2 JP2811840B2 JP31754189A JP31754189A JP2811840B2 JP 2811840 B2 JP2811840 B2 JP 2811840B2 JP 31754189 A JP31754189 A JP 31754189A JP 31754189 A JP31754189 A JP 31754189A JP 2811840 B2 JP2811840 B2 JP 2811840B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin plate
- ceramic
- manufacturing
- thin
- heat insulating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、断熱エンジンのピストン等のセラミック
部品の製造方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing a ceramic part such as a piston of an insulated engine.
従来、断熱ピストンの構造として、特開昭63−302164
号公報に開示されたものがある。該断熱ピストンの構造
を第８図を参照して概説する。該断熱ピストンは、中央
に取付ボス部44を有するセラミック材と熱膨張係数がほ
ぼ等しい材料から成るピストンヘッド部41と、中央に取
付ボス部44が嵌合する中央取付孔52を備えた金属製ピス
トンスカート部42とから構成されている。更に、ピスト
ンヘッド部41の取付ボス部44とピストンスカート部42の
中央取付孔52とは、金属リング51のメタルフローによっ
て固定されている。ピストンヘッド部41とピストンスカ
ート部42との中央部の当接部位には断熱ガスケットであ
る断熱緩衝材48が押圧状態に介在している。また、ピス
トンヘッド部41とピストンスカート部42との間には、断
熱空気層49が形成されている。更に、熱容量を小さくす
るため極めて薄く形成したセラミック薄板45が、燃焼室
に面するようにピストンヘッド部41に断熱材43を介して
配置されていることである。セラミック薄板45の外周部
には、同様な材料で形成されたセラミックリング46が嵌
合しており、セラミック薄板45とセラミックリング46と
は、接触部でCVD（化学蒸着）によって接合されてい
る。セラミックリング46の内周面には段部56が形成さ
れ、ピストンヘッド部41の外周部がセラミックリング46
の段部56に当接するようにセラミックリング46に嵌合し
ている。セラミック薄板45、セラミックリング46及びピ
ストンヘッド部41で形成される空間部には、断熱材43を
封入する。この断熱材43は、チタン酸カリウムウイスカ
ー、ジルコニアファイバー等の材料から成る。ピストン
ヘッド部41をピストンスカート部42に押圧状態に取付け
ることによって、ピストンヘッド部41の外周部をセラミ
ックリング46の段部56に押し付け、セラミックリング46
をピストンスカート部42の周囲部に押圧する。また、セ
ラミックリング46とピストンスカート部42との間のシー
ルのため、ガスケットであるカーボンシール47を介在す
る。Conventionally, as a structure of an adiabatic piston, JP-A-63-302164
Is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. HEI 9-203 (1995). The structure of the heat insulating piston will be outlined with reference to FIG. The heat-insulating piston is made of a metal having a piston head portion 41 made of a material having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of a ceramic material having a mounting boss portion 44 at the center, and a central mounting hole 52 at the center of which the mounting boss portion 44 fits. And a piston skirt portion. Further, the mounting boss 44 of the piston head 41 and the central mounting hole 52 of the piston skirt 42 are fixed by a metal flow of a metal ring 51. A heat-insulating cushioning material 48, which is a heat-insulating gasket, is interposed in a pressed state at a contact portion at the center between the piston head 41 and the piston skirt. Further, a heat insulating air layer 49 is formed between the piston head 41 and the piston skirt. Further, a very thin ceramic plate 45 formed so as to reduce the heat capacity is disposed on the piston head 41 via the heat insulating material 43 so as to face the combustion chamber. A ceramic ring 46 made of a similar material is fitted on the outer peripheral portion of the ceramic thin plate 45, and the ceramic thin plate 45 and the ceramic ring 46 are joined at a contact portion by CVD (chemical vapor deposition). A step portion 56 is formed on the inner peripheral surface of the ceramic ring 46, and the outer peripheral portion of the piston head portion 41 is formed on the ceramic ring 46.
And is fitted to the ceramic ring 46 so as to abut the step 56 of FIG. A heat insulating material 43 is sealed in a space formed by the ceramic thin plate 45, the ceramic ring 46, and the piston head 41. The heat insulating material 43 is made of a material such as potassium titanate whisker and zirconia fiber. By attaching the piston head portion 41 to the piston skirt portion 42 in a pressed state, the outer peripheral portion of the piston head portion 41 is pressed against the step portion 56 of the ceramic ring 46, and the ceramic ring 46 is pressed.
To the periphery of the piston skirt portion 42. Further, for sealing between the ceramic ring 46 and the piston skirt portion 42, a carbon seal 47 as a gasket is interposed.
更に、本出願人は、特願平１−205647号において、第
９図に示すような断熱ピストンの構造を開発した。第９
図に示すように、断熱ピストンの構造において、ヘッド
ベース部38は、ボス部28をピストンスカート部35の取付
孔32に嵌入してメタルフローで金属リング29によってピ
ストンスカート部35に取付けるが、ピストンヘッドの上
端面まで延びる摺動面33を備えている。即ち、ヘッドベ
ース部38は、周囲上端部に薄肉の筒体31を一体構造に有
しており、従って、燃焼室側の面には周囲が筒体31即ち
薄肉の壁部で構成される筒状穴部34が形成されている。
筒体31で形成される筒状穴部34には、該筒体31を構成す
るセラミック材料と同一材質の窒化珪素（Si3N4）、炭
化珪素（SiC）等のセラミック材料のウイスカー焼成材
から成る断熱材36が配置され断熱層を構成している。こ
の断熱材36は筒状穴部34の底面即ちヘッドベース部38の
上面37において接合され、断熱材36の燃焼室側の面30に
は、該断熱材36を構成するセラミック材料と同一材料、
即ち、窒化珪素（Si3N4）、炭化珪素（SiC）等のセラミ
ック材料から成る薄膜25かCVD（化学蒸着）或いはコー
ティング等で接合されている。図中、26は断熱空気層、
27はシールリングを示す。Further, the present applicant has developed a heat insulating piston structure as shown in FIG. 9 in Japanese Patent Application No. 1-205647. Ninth
As shown in the drawing, in the structure of the heat-insulating piston, the head base portion 38 has the boss portion 28 fitted into the mounting hole 32 of the piston skirt portion 35 and attached to the piston skirt portion 35 by a metal ring 29 by metal flow. A sliding surface 33 extending to the upper end surface of the head is provided. That is, the head base portion 38 has a thin-walled cylindrical body 31 in an integral structure at the upper end of the periphery, and accordingly, a cylindrical body 31 having a thin-walled wall portion on the combustion chamber side surface. A hole 34 is formed.
A whisker firing material made of a ceramic material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon carbide (SiC) made of the same material as the ceramic material constituting the cylindrical body 31 is provided in the cylindrical hole 34 formed by the cylindrical body 31. A heat insulating material 36 made of is arranged to constitute a heat insulating layer. This heat insulating material 36 is joined to the bottom surface of the cylindrical hole 34, that is, the upper surface 37 of the head base portion 38, and the surface 30 of the heat insulating material 36 on the combustion chamber side is made of the same material as the ceramic material constituting the heat insulating material 36.
That is, the thin film 25 made of a ceramic material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon carbide (SiC) is bonded by CVD (chemical vapor deposition) or coating. In the figure, 26 is an insulated air layer,
27 indicates a seal ring.
ところで、セラミック材を断熱材又は耐熱材として利
用するピストン等の断熱エンジン部材において、断熱特
性を十分に得ることは極めて困難なことである。セラミ
ック材が燃焼室側の高温に晒される状態であり、そのた
め熱ショックを受け、セラミック材の強度上の問題があ
る。また、断熱するため、燃焼室の壁面のセラミック材
の厚さを厚くすると、熱容量が大きくなり、吸入工程時
に吸入空気が燃焼室から多く受熱して高温になり、その
熱が吸気に影響し、吸入効率が低下して空気が吸入され
難いという現象が生じる反面、膨張工程では断熱性を向
上させなければならないという問題がある。By the way, it is extremely difficult to sufficiently obtain the heat insulating property of a heat insulating engine member such as a piston using a ceramic material as a heat insulating material or a heat resistant material. The ceramic material is exposed to a high temperature on the combustion chamber side, and therefore receives a thermal shock, and there is a problem in the strength of the ceramic material. Also, if the thickness of the ceramic material on the wall of the combustion chamber is increased for heat insulation, the heat capacity increases, and the intake air receives a large amount of heat from the combustion chamber during the suction process and becomes high temperature, and the heat affects the intake air. Although the phenomenon that the suction efficiency is lowered and the air is hardly sucked occurs, there is a problem that the heat insulating property must be improved in the expansion process.
そこで、上記問題を解決するため、前掲特開昭63−30
2164号公報に開示した断熱ピストンの構造は、上記のよ
うに構成することによって、極めて高度の断熱性を得る
と共に、燃焼ガスに晒されて高温になる燃焼室側に面す
るピストンヘッドの表面部の熱容量を可及的に小さく構
成し、吸入効率及びサイクル効率を向上させ、しかも熱
ショックを受けても強度上の問題が生じることなく、耐
熱性、耐腐食性、耐変形性を向上させ、しかも安定した
取付状態を得ることができ、更に爆発時にピストンヘッ
ドに作用する圧力を好ましい状態で受け止めることがで
きる構造に構成し、ピストンヘッドとピストンスカート
との間のシール機能を向上させたものである。In order to solve the above-mentioned problem, Japanese Patent Laid-Open No.
The structure of the heat insulating piston disclosed in Japanese Patent No. 2164 achieves a very high degree of heat insulating property by being configured as described above, and the surface portion of the piston head facing the combustion chamber side, which is exposed to the combustion gas and has a high temperature. The heat capacity is made as small as possible to improve the suction efficiency and the cycle efficiency. In addition, a stable mounting state can be obtained, and the pressure acting on the piston head at the time of the explosion can be received in a favorable state, and the sealing function between the piston head and the piston skirt is improved. is there.
しかしながら、上記断熱ピストンの構造において、ヘ
ッドベース部と燃焼室側に配置したセラミック薄板との
間に配置した断熱材として、ムライト、アルミナ、チタ
ン酸カリウム、ジルコニア等のウイスカー或いはファイ
バーから構成し、そして、セラミック薄板及びセラミッ
クリングを窒化珪素から構成している。そのため、断熱
材と周囲のセラミック薄板及びセラミックリングとの材
質が異なるため、両者間の熱膨張差が発生し、しかも、
両者間の接合部をCVD（化学蒸着）或いは拡散接合等で
接合した場合には、断熱材を保持する強度はなく、断熱
材とセラミック薄板及びセラミックリングとの接合部が
剥離、クラック等が発生する原因となり、不具合が発生
する。However, in the structure of the heat insulating piston, as a heat insulating material disposed between the head base portion and the ceramic thin plate disposed on the combustion chamber side, mullite, alumina, potassium titanate, whiskers or fibers of zirconia, and the like, and , The ceramic thin plate and the ceramic ring are made of silicon nitride. Therefore, since the materials of the heat insulating material and the surrounding ceramic thin plate and ceramic ring are different, a difference in thermal expansion between the two occurs, and
When the joint between the two is joined by CVD (chemical vapor deposition) or diffusion joining, etc., there is no strength to hold the heat insulating material, and the joint between the heat insulating material and the ceramic thin plate and the ceramic ring peels and cracks occur Cause malfunctions.
更に、上記のピストンでは、ピストンの頂面部の窒化
珪素（Si3N4）の薄板は平面形状であることが必要条件
となる。しかるに、断熱材の外周部の窒化珪素（Si
3N4）のリング部と断熱材は一軸方向即ち上下方向に熱
膨張をコントロールすることが可能であったとしても、
頂面部が凹凸形状である場合には熱膨張をコントロール
することできないという課題がある。仮に、凹凸形状に
合わせて断熱材を形成したとしても、接触面には非常に
わずかな隙間が存在し、例えば、このようなセラミック
部品をピストンに利用した場合には、高圧のガス圧を受
けることはできず、従って、薄板自体が該ガス圧を受け
ることになり、薄板の亀裂、破損等の原因になる。Further, in the above-mentioned piston, a necessary condition is that the thin plate of silicon nitride (Si 3 N 4 ) on the top surface of the piston has a planar shape. However, the silicon nitride (Si
Even if the ring part and the heat insulating material of 3 N 4 ) can control the thermal expansion in one axis direction, that is, the vertical direction,
When the top surface has an uneven shape, there is a problem that thermal expansion cannot be controlled. Even if the heat insulating material is formed according to the uneven shape, there is a very small gap in the contact surface.For example, when such a ceramic component is used for a piston, it receives a high gas pressure. Therefore, the thin plate itself receives the gas pressure, and causes cracks, breakage, and the like of the thin plate.
この発明の目的は、上記の課題を解決することであ
り、モノリスセラミック材から成る薄板又は該薄板及び
薄肉リングとセラミックウィスカーから成る断熱部材と
を強固に接合してセラミック部品を製造するものであ
り、特に、該セラミック部品をピストンヘッド部に適用
した場合には、ピストンヘッド部に極めて高度の断熱性
を得ると共に、燃焼ガスに晒されて高温になる燃焼室側
に面するピストンヘッドの表面部の耐熱性を確保し且つ
該表面部の熱容量を可及的に小さく構成してガス温度へ
の追従性を向上して吸入効率を向上させることができ、
特に、表面部を窒化珪素（Si3N4）、炭化珪素（SiC）等
のセラミック材料で薄板及び同一のモノリスセラミック
材から成る薄肉リングに対して、内部に収容した断熱材
を同一セラミック材料のウイスカー焼成材を用いて堅固
な且つ接合面に隙間の無い状態に接合した一体構造のセ
ラミック部品を構成し、高圧のガス圧或いは高温のガス
温を受けても前記薄板と前記断熱部材とで受けて極めて
強力な強度を保持し且つ熱膨張等による悪影響を受けな
い断熱ピストンのピストンヘッド部等を製作するセラミ
ック部品の製造方法を提供することである。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to produce a ceramic component by firmly joining a thin plate made of a monolithic ceramic material or a thin plate and a thin ring with a heat insulating member made of a ceramic whisker. In particular, when the ceramic component is applied to a piston head portion, the piston head portion obtains a very high degree of heat insulation, and the surface portion of the piston head facing the combustion chamber, which is exposed to the combustion gas and has a high temperature. And the heat capacity of the surface portion is made as small as possible to improve the followability to the gas temperature and improve the suction efficiency.
Particularly, for a thin plate made of a ceramic material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon carbide (SiC) and a thin ring made of the same monolithic ceramic material, the heat insulating material housed inside is made of the same ceramic material. Using a whisker fired material, a solid ceramic part joined firmly with no gaps in the joint surface is formed. The thin plate and the heat insulating member receive the high-pressure gas pressure or high-temperature gas temperature. To provide a method of manufacturing a ceramic part for manufacturing a piston head portion of an adiabatic piston which retains extremely strong strength and is not adversely affected by thermal expansion or the like.
この発明は、上記の目的を達成するために、次のよう
に構成されている。即ち、この発明は、モノリスセラミ
ック材から成る薄板を製作する工程、モノリスセラミッ
ク材と同質のセラミックウィスカーとバインダーとの混
合材を前記薄板の面に対応して押圧状態に保持して成形
体を製作する工程、次いで、前記薄板と前記成形体とを
互いに押圧状態に維持して再焼成する工程、から成るセ
ラミック部品の製造方法に関する。The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is, the present invention provides a process of manufacturing a thin plate made of a monolithic ceramic material, and manufacturing a compact by holding a mixture of a ceramic whisker and a binder of the same quality as the monolithic ceramic material in a pressed state corresponding to the surface of the thin plate. And then re-firing the thin plate and the compact while maintaining them pressed against each other.
更に、このセラミック部品の製造方法において、前記
薄板は凹凸状薄板と該凹凸状薄板に当接したリング状薄
板から構成したものである。Further, in this method of manufacturing a ceramic component, the thin plate is constituted by an uneven thin plate and a ring-shaped thin plate in contact with the uneven thin plate.
或いは、このセラミック部品の製造方法において、前
記薄板と前記成形体とを互いに押圧状態に維持して再焼
成した部品はピストンヘッド部を構成する部品である。Alternatively, in this method for manufacturing a ceramic component, the component obtained by re-baking the thin plate and the compact while maintaining the thin plate and the compact in a mutually pressed state is a component constituting a piston head portion.
又は、このセラミック部品の製造方法において、モノ
リスセラミック材から成る薄板を製作する工程、中空孔
を有するボス部、該ボス部から半径外向きに伸びる板部
及び該板部の周囲部に一端を当接する薄肉リング部から
成る一体構造の焼結体をモノリスセラミック材から製作
する工程、同質のセラミックウィスカーとバインダーの
混合材を前記薄板と前記焼結体で形成した空所に押圧状
態で互いに密着状態で配置する工程、並びに前記空所に
前記混合材を押圧状態に配置して再焼成する工程、から
成るセラミック部品の製造方法に関する。Alternatively, in the method of manufacturing a ceramic component, a step of manufacturing a thin plate made of a monolithic ceramic material, a boss having a hollow hole, a plate extending radially outward from the boss, and one end of the plate surrounding the plate. A step of manufacturing a monolithic ceramic material from a monolithic ceramic material having a monolithic ceramic body comprising a thin ring portion that is in contact with a mixed material of ceramic whiskers and a binder of the same quality in a pressed state in a space formed by the thin plate and the sintered body; And a step of arranging the mixed material in the space in a pressed state and refiring the mixed material.
或いは、このセラミック部品の製造方法において、前
記薄板と前記焼結体とで形成した空所に混合材を押圧状
態に配置して再焼成した部品はピストンヘッド部を構成
する部品である。Alternatively, in the method for manufacturing a ceramic component, the component re-fired by arranging the mixed material in a pressed state in a space formed by the thin plate and the sintered body is a component constituting a piston head.
この発明によるセラミック部品の製造方法は、以上の
ように構成されており、次のように作用する。即ち、こ
のセラミック部品の製造方法は、モノリスセラミック材
から成る薄板を製作する工程、モノリスセラミック材と
同質のセラミックウィスカーとバインダーとの混合材を
前記薄板の面に対応して押圧状態に保持して成形体を製
作する工程、次いで、前記薄板と前記成形体とを互いに
押圧状態に維持して再焼成する工程から構成したので、
セラミックウィスカーとバインダーとの混合材とで高度
の断熱効果を得ると共に、前記薄板のモノリスセラミッ
ク材と前記成形体のセラミックウィスカーとが再焼成に
よって接合し、前記薄板と前記成形体から成る断熱材と
が強固に一体構造に接合され、再焼成による収縮で前記
薄板と前記成形体との境界部位に剥離状態は発生しな
い。The method for manufacturing a ceramic component according to the present invention is configured as described above, and operates as follows. That is, in the method of manufacturing a ceramic component, a step of manufacturing a thin plate made of a monolithic ceramic material is performed by holding a mixture of a ceramic whisker and a binder of the same quality as the monolithic ceramic material in a pressed state corresponding to the surface of the thin plate. Since the step of manufacturing a molded body, and then the step of maintaining the thin plate and the molded body pressed against each other and refiring,
A high degree of heat insulating effect is obtained with a mixture of ceramic whiskers and a binder, and the monolithic ceramic material of the thin plate and the ceramic whisker of the compact are joined by refiring, and a heat insulating material comprising the thin plate and the compact. Is firmly joined to an integral structure, and a peeling state does not occur at a boundary portion between the thin plate and the molded body due to shrinkage due to re-firing.
即ち、このセラミック部品の製造方法では、前記薄板
の面に対応し成形体を押圧状態に保持して再焼成したの
で、前記薄板が、例えば、ピストンヘッド部等のように
凹凸形状、屈折形状或いは曲面形状等の表面であったと
しても、該凹凸形状等の形状に前記成形体が密着した状
態で一体構造に強力に接合され、両者間の接合面には隙
間等は発生しない。それ故に、前記薄板が、例えば、高
圧のガス圧を受けたとしても、該ガス圧を前記薄板と前
記断熱部材とで一体的に受けることになり、極めて強い
強度を確保することができ、しかも、高温のガス温を受
けたとしても、両者間に熱膨張差は発生せず、該熱膨張
による悪影響は全く発生せず、極めて強い強度を確保す
ることができる。That is, in this method for manufacturing a ceramic component, the molded body is held in a pressed state corresponding to the surface of the thin plate and refired, so that the thin plate has, for example, an uneven shape, a bent shape or a bent shape like a piston head portion or the like. Even if the surface has a curved shape or the like, the molded body is strongly joined to the integral structure in a state in which the molded body is in close contact with the uneven shape or the like, and no gap or the like is generated at the joint surface between the two. Therefore, even if the thin plate receives, for example, a high gas pressure, the thin plate and the heat insulating member receive the gas pressure integrally, and extremely strong strength can be secured, and Even if a high gas temperature is received, there is no difference in thermal expansion between the two, and no adverse effect due to the thermal expansion occurs, and an extremely strong strength can be secured.
即ち、セラミックウィスカーは既に焼成済みのため再
焼成によって収縮は起こらないが、セラミックウィスカ
ーに酸化イットリウム、カルシウム等のバインダーを多
量に混合すると共に、密度を高くして焼成した場合に
は、セラミックウィスカーとセラミックウィスカーとの
接点即ち接合点の反応が高くなり、多少の収縮現象が発
生するが、前記薄板と前記成形体とを押圧状態に維持し
て焼成即ちホットプレスを行うと、該収縮現象に対応し
て前記成形体自体が縮小することで対応できる。それ
故、前記薄板と前記成形体とは強固な接合状態になる。That is, although the ceramic whisker has already been fired, it does not shrink by re-firing, but when a ceramic whisker is mixed with a large amount of a binder such as yttrium oxide and calcium, and fired at a high density, the ceramic whisker and the ceramic whisker do not shrink. The reaction at the contact point or junction with the ceramic whisker becomes higher, and a slight shrinkage phenomenon occurs.However, when the thin plate and the compact are maintained in a pressed state and fired, that is, hot pressed, the shrinkage phenomenon is dealt with. This can be achieved by reducing the size of the molded body itself. Therefore, the thin plate and the molded body are in a strong joint state.
従って、前記成形体は焼成されて断熱材を構成し、該
断熱材外面に配置した前記薄膜と同一のセラミック材料
で構成され、前記断熱材の両者に対する接合が堅固にな
り信頼性に富んだ強度を確保できる。更に、前記断熱材
による高度の断熱性を確保できると共に、例えば、燃焼
ガスに晒されて高温になるピストンヘッドの表面部に位
置する前記薄膜の厚さを可及的に薄く構成でき、該薄膜
即ち表面部の熱容量を可及的に小さく構成することがで
き、高度の耐熱性、耐変形性、耐腐食性を得ることがで
き、吸入効率を向上させることができる。Therefore, the molded body is fired to form a heat insulating material, and is formed of the same ceramic material as the thin film disposed on the outer surface of the heat insulating material. Can be secured. In addition, a high degree of heat insulation can be ensured by the heat insulating material, and for example, the thickness of the thin film located on the surface of the piston head, which is heated to a high temperature when exposed to combustion gas, can be configured as thin as possible. That is, the heat capacity of the surface portion can be made as small as possible, high heat resistance, deformation resistance, and corrosion resistance can be obtained, and inhalation efficiency can be improved.
以下、図面を参照して、この発明によるセラミック部
品の製造方法の実施例を詳述する。Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a ceramic component according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図はこの発明によるセラミック部品の製造方法に
使用されるセラミック部品である薄板５を示す。この薄
板５は、ピストンヘッドの燃焼室における燃焼ガスに晒
される表面となる部材であり、燃焼室を形成する凹凸形
状に形成されている。薄板５は、窒化珪素（Si3N4）、
炭化珪素（SiC）、複合材等のセラミック素材を焼成す
ることによってモノリスセラミック材から成る焼結体を
製作することができる。FIG. 1 shows a thin plate 5 which is a ceramic component used in the method for manufacturing a ceramic component according to the present invention. The thin plate 5 is a member serving as a surface exposed to the combustion gas in the combustion chamber of the piston head, and is formed in an uneven shape forming the combustion chamber. The thin plate 5 is made of silicon nitride (Si 3 N 4 ),
By firing a ceramic material such as silicon carbide (SiC) or a composite material, a sintered body made of a monolithic ceramic material can be manufactured.
第２図はこの発明によるセラミック部品の製造方法に
使用されるセラミック部品である薄肉リング４を示す。
この薄肉リング４は、薄板５と同質のセラミック材料、
即ち、窒化珪素（Si3N4）、炭化珪素（SiC）、複合材等
のセラミック素材を焼成することによってモノリスセラ
ミック材から成る焼結体を製作することができる。FIG. 2 shows a thin ring 4 which is a ceramic component used in the method of manufacturing a ceramic component according to the present invention.
This thin ring 4 is made of the same ceramic material as the thin plate 5,
That is, a sintered body made of a monolithic ceramic material can be manufactured by firing a ceramic material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), or a composite material.
第３図はこの発明によるセラミック部品の製造方法の
一実施例を示し、第１図に示すモノリスセラミック材か
ら成る薄板５とセラミックウィスカーとを一体の構造に
接合する製造方法を示すものである。セラミックウィス
カーは薄板５を構成するセラミック材料と同質の窒化珪
素（Si3N4）、炭化珪素（SiC）、複合材等のセラミック
材料である。まず、このセラミック部品の製造方法にお
いて、下プレスダイ12に対してリング状の枠体18を設定
する。次に、下プレスダイ12と枠体18とで形成される穴
部にセラミックウィスカーと酸化イットリウム（Y
2O3）、カルシウム（Ca）等のバインダーとを混合した
混合材を充填する。更に、該混合材の上に薄板５を配置
し、次いで、薄板５の表面形状と同一の形状を有する上
プレスダイ13を薄板５の上から押圧状態に保持して成形
体３を製作する。更に、薄板５とセラミックウィスカー
とバインダーから成る成形体３とを、上プレスダイ13と
下プレスダイ12によって所定の圧力Ｐで押圧した状態を
維持して再焼成する。最後に、上プレスダイ13、枠体18
及びしたプレスダイ12を取り外し、薄板５と成形体３と
は当接面10で一体構造に接合されたセラミック部品を得
ることができる。それ故、薄板５と成形体３即ち断熱部
材は、接合面には全く隙間が無い状態に一体構造に強力
に接合される。FIG. 3 shows an embodiment of a method of manufacturing a ceramic component according to the present invention, and shows a manufacturing method in which the thin plate 5 made of the monolithic ceramic material shown in FIG. 1 and a ceramic whisker are joined into an integral structure. The ceramic whisker is a ceramic material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), or a composite material having the same quality as the ceramic material constituting the thin plate 5. First, in this method for manufacturing a ceramic component, a ring-shaped frame 18 is set on the lower press die 12. Next, ceramic whiskers and yttrium oxide (Y) are inserted into holes formed by the lower press die 12 and the frame body 18.
2 O 3 ), a mixture mixed with a binder such as calcium (Ca) is filled. Further, the thin plate 5 is arranged on the mixed material, and then the upper press die 13 having the same shape as the surface shape of the thin plate 5 is held in a pressed state from above the thin plate 5 to manufacture the compact 3. Further, the thin plate 5, the molded body 3 composed of the ceramic whiskers and the binder are refired while being kept pressed by the upper press die 13 and the lower press die 12 at a predetermined pressure P. Finally, upper press die 13, frame 18
Then, the pressed die 12 is removed, and a ceramic component in which the thin plate 5 and the molded body 3 are integrally joined at the contact surface 10 can be obtained. Therefore, the thin plate 5 and the molded body 3, that is, the heat insulating member, are strongly joined to the integral structure without any gap at the joining surface.
セラミックウィスカーとバインダーから成る成形体３
は、焼成することによってチタン酸アルミニウムと同等
の熱伝導率を有する断熱部材となる。また、薄板５を構
成するセラミック材料とセラミックウィスカーのセラミ
ック材料とは同質であるので、焼成によって強力に接合
し、薄板５と断熱部材とは当接面10で強固に接合するこ
とになる。更に、薄板５及びセラミックウィスカーは既
に焼成済みのため再焼成によって収縮は起こらないが、
セラミックウィスカーに酸化イットリウム、カルシウム
等のバインダーを多量に混合すると共に、密度を高くし
て焼成した場合には、セラミックウィスカーとセラミッ
クウィスカーとの接点即ち接合点の反応が高くなり、多
少の収縮現象が発生するが、薄板５と成形体３とを押圧
状態に維持して焼成即ちホットプレスを行うと、該収縮
現象に対応して成形体自体が収縮することで対応でき
る。それ故、薄板５と成形体３即ち断熱部材とは強固な
接合状態になる。Molded body 3 composed of ceramic whisker and binder
Becomes a heat insulating member having the same thermal conductivity as aluminum titanate by firing. Further, since the ceramic material constituting the thin plate 5 and the ceramic material of the ceramic whisker are of the same quality, they are strongly joined by firing, and the thin plate 5 and the heat insulating member are firmly joined at the contact surface 10. Furthermore, since the thin plate 5 and the ceramic whisker have already been fired, they do not shrink by refiring,
When a large amount of a binder such as yttrium oxide or calcium is mixed into a ceramic whisker and fired at a high density, the reaction at the contact point, that is, the junction point between the ceramic whisker and the ceramic whisker increases, and a slight shrinkage phenomenon occurs. Although this occurs, if the thin plate 5 and the compact 3 are pressed and fired, that is, hot pressed, the compact itself shrinks in response to the shrinkage phenomenon. Therefore, the thin plate 5 and the molded body 3, that is, the heat insulating member are in a firmly joined state.
第４図はこの発明によるセラミック部品の製造方法の
別の実施例を示す。このセラミック部品の製造方法は、
上記製造方法と比較すると、第２図に示す薄肉リング４
を薄板５及び成形体３とに同時に接合する点が相違する
以外は全く同一の製造方法である。このセラミック部品
の製造方法において、下プレスダイ19,20に対してリン
グ状の枠体18を設定する。次に、下プレスダイ19,20と
枠体18とで形成される穴部に、下プレスダイ19に対応し
て薄肉リング４を配置し、次いで下プレスダイ20に対応
してセラミックウィスカーと酸化イットリウム（Y
2O3）、カルシウム（Ca）等のバインダーとを混合した
混合材を充填する。更に、該混合材の上に薄板５を配置
し、次いで、薄板５の表面形状と同一の形状を有する上
プレスダイ13を薄板５の上から押圧状態に保持して成形
体３を製作する。更に、薄板５、薄肉リング４及びセラ
ミックウィスカーとバインダーから成る成形体３を、上
プレスダイ13と下プレスダイ19,20によって所定の圧力
Ｐで押圧した状態を維持して再焼成する。再焼成するこ
とによって、薄板５と薄肉リング４とは接合部17、薄板
５と成形体３とは当接面10、及び薄肉リング４と成形体
３は周囲部で互いに同時に強固に接合される。最後に、
上プレスダイ13、枠体18及びしたプレスダイ19,20を取
り外し、薄板５、薄肉リング４及び成形体３の一体構造
に接合されたセラミック部品を得ることができる。FIG. 4 shows another embodiment of the method for manufacturing a ceramic component according to the present invention. The manufacturing method of this ceramic part is
Compared to the above manufacturing method, the thin ring 4 shown in FIG.
Is the same manufacturing method except that it is bonded to the thin plate 5 and the molded body 3 at the same time. In this method for manufacturing a ceramic component, a ring-shaped frame 18 is set for the lower press dies 19 and 20. Next, the thin ring 4 corresponding to the lower press die 19 is disposed in the hole formed by the lower press dies 19, 20 and the frame 18, and then the ceramic whisker and yttrium oxide (Y
2 O 3 ), a mixture mixed with a binder such as calcium (Ca) is filled. Further, the thin plate 5 is arranged on the mixed material, and then the upper press die 13 having the same shape as the surface shape of the thin plate 5 is held in a pressed state from above the thin plate 5 to manufacture the compact 3. Further, the thin plate 5, the thin ring 4, and the molded body 3 composed of the ceramic whiskers and the binder are refired while being kept pressed by the upper press die 13 and the lower press dies 19, 20 at a predetermined pressure P. By re-baking, the thin plate 5 and the thin ring 4 are strongly and simultaneously bonded to each other at the joint portion 17, the thin plate 5 and the molded body 3 are simultaneously in the contact surface 10, and the thin ring 4 and the molded body 3 are peripherally joined to each other. . Finally,
By removing the upper press die 13, the frame 18, and the press dies 19, 20, a ceramic part joined to the integrated structure of the thin plate 5, the thin ring 4, and the molded body 3 can be obtained.
第５図はこの発明によるセラミック部品の製造方法の
更に別の実施例を示す。このセラミック部品の製造方法
は、第４図に示す製造方法と比較すると、第２図に示す
薄肉リング４と薄板５とを予め接合部17で接合した後
に、該接合薄肉部材に対して成形体３を接合する点が相
違する以外は全く同一の製造方法である。このセラミッ
ク部品の製造方法において、下プレスダイ12に対してリ
ング状の枠体18を設定する。次に、下プレスダイ12と枠
体18とで形成される穴部に、下プレスダイ12に対してセ
ラミックウィスカーと酸化イットリウム（Y2O3）、カル
シウム（Ca）等のバインダーとを混合した混合材を充填
する。更に、該混合材の上に薄板５と薄肉リング４との
接合薄肉部材を配置し、次いで、薄板５の表面形状と同
一の形状を有する上プレスダイ13を薄板５の上から押圧
状態に保持して成形体３を製作する。更に、薄板５と成
形体３とを、上プレスダイ13と下プレスダイ12によって
所定の圧力Ｐで押圧した状態を維持して再焼成する。再
焼成することによって、薄板５と薄肉リング４の接合薄
肉部材は、成形体３に強固に接合される。最後に、上プ
レスダイ13、枠体18及びしたプレスダイ12を取り外し、
薄板５、薄肉リング４及び成形体３の一体構造に接合さ
れたセラミック部品を得ることができる。FIG. 5 shows still another embodiment of the method for manufacturing a ceramic component according to the present invention. Compared to the manufacturing method shown in FIG. 4, the method of manufacturing this ceramic component is such that the thin ring 4 and the thin plate 5 shown in FIG. The manufacturing method is exactly the same except that the bonding method of No. 3 is different. In the method for manufacturing a ceramic component, a ring-shaped frame 18 is set for the lower press die 12. Next, in a hole formed by the lower press die 12 and the frame body 18, a mixed material obtained by mixing a ceramic whisker and a binder such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and calcium (Ca) with respect to the lower press die 12. Fill. Further, a thin member for joining the thin plate 5 and the thin ring 4 is arranged on the mixed material, and an upper press die 13 having the same shape as the surface shape of the thin plate 5 is held in a pressed state from above the thin plate 5. Thus, the molded body 3 is manufactured. Further, the thin plate 5 and the compact 3 are refired while maintaining a state where the thin plate 5 and the compact 3 are pressed at a predetermined pressure P by the upper press die 13 and the lower press die 12. By re-firing, the thin member joining the thin plate 5 and the thin ring 4 is firmly joined to the molded body 3. Finally, remove the upper press die 13, the frame body 18, and the press die 12,
A ceramic part joined to the integrated structure of the thin plate 5, the thin ring 4, and the molded body 3 can be obtained.
第６図はこの発明によるセラミック部品の製造方法の
他の実施例を示す。このセラミック部品の製造方法は、
第４図に示す製造方法の薄肉リング４と比較すると、第
６図に示す薄肉リングは、円板部８、ボス部11及び薄肉
リング部14を一体構造に構成したものである点が相違す
る以外は全く同一の製造方法である。このセラミック部
品の製造方法において、まず、中空孔21を有するボス部
11、該ボス部11から半径外向きに伸びる円板部８及び該
円板部８の周囲部に一端を当接する薄肉リング14を、窒
化珪素（Si3N4）、炭化珪素（SiC）、複合材等のセラミ
ック素材で焼成してモノリスセラミック材から成る一体
構造の構造体即ち焼結体を製作する。そこで、下プレス
ダイ115,16に対してリング状の枠体18を設定し、、下プ
レスダイ15,16と枠体18とで形成される穴部に、下プレ
スダイ16に対応して上記焼結体を配置する。更に、下プ
レスダイ15と焼結体の円板部８の上面22に、セラミック
ウィスカーと酸化イットリウム（Y2O3）、カルシウム
（Ca）等のバインダーとを混合した混合材を充填する。
更に、該混合材の上方で且つ焼結体の薄肉リング14の上
端面に薄板５を配置し、次いで、薄板５の表面形状と同
一の形状を有する上プレスダイ13を薄板５の上から押圧
状態に保持し且つ下プレスダイ15を押し上げて成形体３
を製作する。更に、薄板５、成形体３及び構造体を、下
プレスダイ15,16及び上プレスダイ13によって所定の圧
力Ｐで押圧した状態を維持して再焼成する。再焼成する
ことによって、薄板５、構造体及び成形体３は互いに強
固に接合される。最後に、上プレスダイ13、枠体18及び
したプレスダイ15,16を取り外し、薄板５、構造体及び
成形体３の一体構造に接合されたセラミック部品を得る
ことができる。FIG. 6 shows another embodiment of the method for manufacturing a ceramic component according to the present invention. The manufacturing method of this ceramic part is
Compared with the thin ring 4 of the manufacturing method shown in FIG. 4, the thin ring shown in FIG. 6 is different from the thin ring 4 in that the disk portion 8, the boss portion 11, and the thin ring portion 14 are integrally formed. Except for this, the manufacturing method is exactly the same. In this method of manufacturing a ceramic component, first, a boss portion having a hollow hole 21 is provided.
11, a disk portion 8 extending radially outward from the boss portion 11 and a thin ring 14 contacting one end with a peripheral portion of the disk portion 8 are formed of silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), It is fired with a ceramic material such as a composite material to produce a monolithic ceramic structure having a monolithic structure, that is, a sintered body. Therefore, a ring-shaped frame body 18 is set for the lower press dies 115 and 16, and the above-described sintered body corresponding to the lower press die 16 is formed in a hole formed by the lower press dies 15 and 16 and the frame body 18. Place. Further, the lower press die 15 and the upper surface 22 of the disk portion 8 of the sintered body are filled with a mixed material obtained by mixing ceramic whiskers and a binder such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ) or calcium (Ca).
Further, the thin plate 5 is arranged above the mixed material and on the upper end surface of the thin ring 14 of the sintered body, and then the upper press die 13 having the same shape as the surface shape of the thin plate 5 is pressed from above the thin plate 5. And press the lower press die 15 up to
To produce Further, the thin plate 5, the compact 3 and the structure are refired while maintaining a state where they are pressed at a predetermined pressure P by the lower press dies 15, 16 and the upper press die 13. By re-firing, the thin plate 5, the structure, and the molded body 3 are firmly joined to each other. Finally, the upper press die 13, the frame body 18, and the press dies 15, 16 are removed to obtain a ceramic component joined to the integrated structure of the thin plate 5, the structure and the molded body 3.
第７図において、この発明によるセラミック部品の製
造方法によって得たセラミック部品をピストンに適用し
た例が示されている。このセラミック部品の製造方法に
よって製造されたセラミック部品は、ピストンヘッドと
して利用され、断熱ピストンを構成したものである。FIG. 7 shows an example in which a ceramic part obtained by the method for manufacturing a ceramic part according to the present invention is applied to a piston. The ceramic part manufactured by the method for manufacturing a ceramic part is used as a piston head and constitutes an adiabatic piston.
この断熱ピストンは、主として、上記製造方法で得た
セラミック部品であるピストンヘッド部１と金属製ピス
トンスカート部２とから成る。このピストンヘッド部１
は、窒化珪素（Si3N4）、炭化珪素（SiC）等のセラミッ
ク材料から構成され、中央部に取付ボス部11を有する。
ピストンスカート部２には、中央部にピストンヘッド部
１の取付ボス部11に嵌合する中央取付孔23が形成されて
いる。ピストンヘッド部１の下面とピストンスカート部
２の上面との間にダンピング部材24を介在し、次いで、
ピストンヘッド部１の取付ボス部11をピストンスカート
部２の中央取付孔23に嵌合すると共に、更に、取付ボス
部11に形成した嵌合溝とピストンスカート部２の中央取
付孔23に形成した嵌合溝とに跨がって金属リング９をメ
タルフローによって変形収容されることによって、ピス
トンヘッド部１はピストンスカート部２に対して押圧状
態に係止される。更に、ピストンヘッド部１の外周下端
面とピストンスカート部２の外周上端面との当接部位に
は、シール部材７が押圧状態に介在している。また、ピ
ストンヘッド部１とピストンスカート部２との間には、
断熱空気層６が形成されている。This adiabatic piston mainly includes a piston head 1 and a metal piston skirt 2 which are ceramic parts obtained by the above manufacturing method. This piston head part 1
Is made of a ceramic material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon carbide (SiC), and has a mounting boss 11 at the center.
A central mounting hole 23 is formed in the center of the piston skirt 2 so as to fit into the mounting boss 11 of the piston head 1. A damping member 24 is interposed between the lower surface of the piston head 1 and the upper surface of the piston skirt 2,
The mounting boss 11 of the piston head 1 was fitted in the central mounting hole 23 of the piston skirt 2, and was further formed in the fitting groove formed in the mounting boss 11 and the central mounting hole 23 of the piston skirt 2. When the metal ring 9 is deformed and accommodated by the metal flow over the fitting groove, the piston head 1 is locked in a pressed state against the piston skirt 2. Further, a seal member 7 is interposed in a pressed state at a contact portion between the outer peripheral lower end surface of the piston head portion 1 and the outer peripheral upper end surface of the piston skirt portion 2. Also, between the piston head 1 and the piston skirt 2,
A heat insulating air layer 6 is formed.
この発明によるセラミック部品の製造方法によって構
成された断熱ピストンは、次の構成に特徴を有する。即
ち、この断熱ピストンは、ピストンヘッド部１に接合し
た同一セラミック材のウイスカー焼成材から成る断熱層
を構成する断熱部材、及び該断熱部材の燃焼室側の面及
び摺動側の面に接合した同一セラミック材から成る薄板
５及び薄肉リング14を有することである。断熱部材は、
窒化珪素（Si3N4）、炭化珪素（SiC）等のセラミック材
料のウイスカー焼成材から構成されており、該ウイスカ
ー焼結材を同一セラミック材料から成る薄板５及び薄肉
リング14に接合されている。更に、断熱部材の外面に配
置された薄板５及び薄肉リング14は、同一材質の窒化珪
素（Si3N4）、炭化珪素（SiC）等のセラミック材料から
成り、断熱部材の燃焼ガスに晒される側即ち燃焼室側の
面を構成する。それ故に、この薄板５は、燃焼室に晒さ
れる面を構成すると共に、薄肉リング14はシリンダライ
ナに対する摺動面を提供し、しかも可及的に薄肉に構成
できるので、燃焼ガスに晒される面の熱容量を小さくす
ることができ且つ耐熱性に富んだものに構成できる。こ
の断熱部材は、窒化珪素（Si3N4）、炭化珪素（SiC）等
のセラミック材料のウイスカー焼成材から成り、断熱機
能を果たすと共に、爆発時にセラミック製の薄板５に作
用する圧力を受け止める構造材として機能することがで
きる。この断熱ピストンについては、爆発による圧縮力
を、断熱部材によって均等に受ける必要があり、そのた
めにも構造体の円板部８の上面22は、平らな形状即ちフ
ラットな形状に構成されている。The heat insulating piston constituted by the method for manufacturing a ceramic component according to the present invention has the following features. That is, this heat-insulating piston was joined to the heat-insulating member constituting the heat-insulating layer made of the same ceramic material whisker fired material joined to the piston head portion 1, and joined to the surface on the combustion chamber side and the surface on the sliding side of the heat-insulating member. A thin plate 5 and a thin ring 14 made of the same ceramic material. Insulation members
The whisker sintered material is made of a ceramic material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon carbide (SiC), and the whisker sintered material is joined to a thin plate 5 and a thin ring 14 made of the same ceramic material. . Further, the thin plate 5 and the thin ring 14 arranged on the outer surface of the heat insulating member are made of the same material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) and silicon carbide (SiC), and are exposed to the combustion gas of the heat insulating member. Side, that is, the surface on the combustion chamber side. Therefore, the thin plate 5 constitutes a surface exposed to the combustion chamber, and the thin ring 14 provides a sliding surface for the cylinder liner, and can be made as thin as possible. Can have a small heat capacity and can be configured to have high heat resistance. This heat insulating member is made of a whisker calcined material of a ceramic material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon carbide (SiC), and has a heat insulating function, and also receives a pressure acting on the ceramic thin plate 5 at the time of explosion. It can function as a material. With respect to this heat insulating piston, the compressive force due to the explosion needs to be evenly received by the heat insulating member. Therefore, the upper surface 22 of the disk portion 8 of the structure is formed in a flat shape, that is, a flat shape.
この発明によるセラミック部品の製造方法は、以上の
ように構成されているので、次のような特有の効果を奏
する。即ち、このセラミック部品の製造方法は、モノリ
スセラミック材から成る薄板を製作する工程、モノリス
セラミック材と同質のセラミックウィスカーとバインダ
ーとの混合材を前記薄板の面に対応して押圧状態に保持
して成形体を製作する工程、次いで、前記薄板と前記成
形体とを互いに押圧状態に維持して再焼成する工程から
構成したので、セラミックウィスカーとバインダーとの
混合材を焼成することによって高度の断熱効果を有する
断熱部材が形成されると共に、前記薄板のモノリスセラ
ミック材と前記成形体のセラミックウィスカーとが再焼
成によって一体構造に接合し、前記薄板と前記成形体か
ら成る断熱材とが強固に隙間の無い状態に接合され、再
焼成による収縮で前記薄板と前記成形体の焼結体との境
界部位に剥離状態は発生せず、高温高圧を受けても前記
薄板に亀裂、破損等が発生することはない。Since the method for manufacturing a ceramic component according to the present invention is configured as described above, it has the following unique effects. That is, in the method of manufacturing a ceramic component, a step of manufacturing a thin plate made of a monolithic ceramic material is performed by holding a mixture of a ceramic whisker and a binder of the same quality as the monolithic ceramic material in a pressed state corresponding to the surface of the thin plate. Since the method comprises a step of manufacturing a molded body, and then a step of refiring while maintaining the thin plate and the molded body in a pressed state with each other, a high heat insulating effect is obtained by firing a mixture of ceramic whiskers and a binder. Is formed, the monolithic ceramic material of the thin plate and the ceramic whisker of the molded body are joined together by re-firing into an integral structure, and the heat insulating material made of the thin plate and the molded body is tightly closed. Joined in a non-existent state, and a peeling state occurs at the boundary between the thin plate and the sintered body of the compact due to shrinkage due to re-firing. Without cracking the thin plate even under high temperature and high pressure, damage does not occur.
即ち、このセラミック部品の製造方法では、前記薄板
の面に対応して成形体を押圧状態に保持して再焼成した
ので、前記薄板が、平らな形状は勿論のこと、例えば、
燃焼室を備えたピストンヘッド部の表面のように、凹凸
形状、屈折形状或いは曲面形状等の表面であったとして
も、該凹凸形状、平らな形状等の形状に前記成形体が前
接触面で密着した状態で一体構造に強力に接合され、両
者間の接合面には隙間等は発生しない。それ故に、前記
薄板が、例えば、高圧のガス圧を受けたとしても、該ガ
ス圧を前記薄板と前記断熱部材とで一体的に受けること
になり、極めて強い強度を確保することができ、しか
も、高温のガス温を受けたとしても、両者間に熱膨張差
は発生せず、該熱膨張による悪影響は全く発生せず、際
めて強い強度を確保することができる。That is, in this method for manufacturing a ceramic component, the compact is held in a pressed state corresponding to the surface of the thin plate and refired, so that the thin plate has a flat shape, for example,
Like the surface of a piston head provided with a combustion chamber, even if the surface has an irregular shape, a refraction shape or a curved surface shape, the molded body has a front contact surface in the irregular shape, a flat shape, or the like. It is strongly joined to the integrated structure in a state of being in close contact, and no gap or the like is generated at the joint surface between them. Therefore, even if the thin plate receives, for example, a high gas pressure, the thin plate and the heat insulating member receive the gas pressure integrally, and extremely strong strength can be secured, and Even if a high gas temperature is received, there is no difference in thermal expansion between the two, and no adverse effects due to the thermal expansion occur at all, and a particularly strong strength can be secured.
しかるに、セラミックウィスカーは既に焼成済みのた
め再焼成によって収縮は起こらないが、セラミックウィ
スカーに酸化イットリウム（Y2O3）、カルシウム（Ca）
等のバインダーを多量に混合すると共に、密度を高くし
て焼成した場合には、セラミックウィスカーとセラミッ
クウィスカーとの接点即ち接合点の反応が高くなり、多
少の収縮現象が発生するが、前記薄板と前記成形体とを
押圧状態に維持して焼成即ちホットプレスを行うと、該
収縮現象に対応して前記成形体自体が収縮することで対
応できる。それ故、前記薄板と前記成形体の焼結体とは
強固な隙間の無い一体構造の接合状態になる。However, shrinkage does not occur due to re-firing because the ceramic whiskers have already been fired, but yttrium oxide (Y 2 O 3 ), calcium (Ca)
When a large amount of binder such as is mixed and fired at a high density, the reaction of the contact point or joining point between the ceramic whiskers and the ceramic whiskers increases, and a slight shrinkage phenomenon occurs, but the thin plate and When sintering, that is, hot pressing, is performed while maintaining the molded body in a pressed state, the molded body itself can be contracted in response to the shrinkage phenomenon. Therefore, the thin plate and the sintered body of the molded body are joined to each other with a solid structure having no strong gap.
従って、前記成形体は焼成されて断熱部材を構成し、
該断熱材外面に配置した前記薄板と同一のセラミック材
料で構成され、前記断熱部材の両者に対する接合が堅固
になり信頼性に富んだ強度を確保できる。更に、前記断
熱部材による高度の断熱性を確保できると共に、例え
ば、燃焼ガスに晒されて高温になるピストンヘッドの表
面部に位置する前記薄板の厚さを可及的に薄く構成で
き、該薄板即ち表面部の熱容量を可及的に小さく構成す
ることができ、高度の耐熱性、耐変形性、耐腐食性を得
ることができ、吸入効率を向上させることができる。Therefore, the molded body is fired to form a heat insulating member,
The heat insulating member is made of the same ceramic material as that of the thin plate disposed on the outer surface of the heat insulating material, and the heat insulating member is firmly joined to both of the heat insulating members, so that a highly reliable strength can be secured. Further, the heat insulating member can ensure a high degree of heat insulation, and, for example, the thickness of the thin plate located on the surface portion of the piston head which becomes high temperature when exposed to combustion gas can be configured as thin as possible. That is, the heat capacity of the surface portion can be made as small as possible, high heat resistance, deformation resistance, and corrosion resistance can be obtained, and inhalation efficiency can be improved.
また、このセラミック部品の製造方法において、前記
薄板は凹凸状薄板と該凹凸状薄板の周囲部に一端を当接
するリング薄板から構成したので、高圧高温に耐えるこ
とができる極めて強度に富んだ断熱ピストンとピストン
ヘッド部を構成するセラミック部品として利用できる。Further, in this method for manufacturing a ceramic component, the thin plate is constituted by an uneven thin plate and a ring thin plate having one end abutting on a peripheral portion of the uneven thin plate. It can be used as a ceramic part constituting the piston head.
更に、このセラミック部品の製造方法において、前記
薄板と前記成形体とを互いに押圧状態に維持して再焼成
した部品はピストンヘッド部を構成する部品であるの
で、断熱効果に優れ且つ接合部が強固であり、繰り返し
の熱応力を受けても前記薄板の亀裂、破損、両者間の剥
離等の不都合は発生しない。Furthermore, in this method for manufacturing a ceramic part, the part refired while maintaining the thin plate and the molded body in a pressed state with each other is a part constituting the piston head part, so that the part is excellent in the heat insulating effect and the joint part is strong. Therefore, even if the thin plate is repeatedly subjected to thermal stress, no inconvenience such as cracking or breakage of the thin plate or separation between the thin plate and the like occurs.
或いは、この発明によるセラミック部品の製造方法に
おいて、モノリスセラミック材から成る薄板を製作する
工程、中空孔を有するボス部、該ボス部から半径外向き
に伸びる板部及び該板部の周囲部に一端を当接する薄肉
リング部から成る一体構造の焼結体をモノリスセラミッ
ク材から製作する工程、同質のセラミックウィスカーと
バインダーの混合材を前記薄板と前記焼結体で形成した
空所に押圧状態で互いに密着状態に配置する工程、並び
に前記空所に前記混合材を押圧状態に配置して再焼成す
る工程から構成したので、前記薄板に対して前記焼結体
が強固に接合されることは勿論のこと、前記薄板及び前
記焼結体と前記成形体から構成される断熱部材とは同質
のモノリスセラミック材とセラミックウィスカーとであ
り、互いに同様に強固に接合される。それ故、このセラ
ミック部品をピストンヘッド部に適用して、高温の燃焼
ガスに晒されて繰り返しの熱応力を受けても、境界部位
に剥離、離脱等の現象は発生せず、好ましいピストンヘ
ッド部を提供できる。Alternatively, in the method for manufacturing a ceramic component according to the present invention, a step of manufacturing a thin plate made of a monolithic ceramic material, a boss portion having a hollow hole, a plate portion extending radially outward from the boss portion, and one end at a peripheral portion of the plate portion A step of manufacturing a monolithic ceramic material from a monolithic ceramic material having a monolithic ceramic body comprising a thin ring portion that abuts on each other in a state where a mixture of homogeneous ceramic whiskers and a binder is pressed into a space formed by the thin plate and the sintered body. Since the step of arranging the mixture in a close contact state and the step of arranging the mixture in the space in a pressed state and refiring are performed, it is a matter of course that the sintered body is firmly joined to the thin plate. The heat-insulating member composed of the thin plate, the sintered body, and the molded body is a monolithic ceramic material and a ceramic whisker of the same quality, and are similarly strong. It is joined to. Therefore, even when this ceramic component is applied to the piston head portion, even when it is exposed to high-temperature combustion gas and subjected to repeated thermal stress, phenomena such as separation and separation do not occur at the boundary portion, and the preferable piston head portion Can be provided.
更に、前記成形体の断熱部材による高度の断熱性を確
保できると共に、燃焼ガスに晒されて高温になるピスト
ンヘッドの表面部に位置する前記薄板及び前記薄肉リン
グの厚さを可及的に薄く構成でき、該表面部の熱容量を
可及的に小さく構成することができ、高度の耐熱性、耐
変形性、耐腐食性を得ることができるピストンを提供で
き、しかも、吸入効率を向上させることができる。In addition, a high degree of heat insulation by the heat insulating member of the molded body can be secured, and the thickness of the thin plate and the thin ring located on the surface of the piston head that is exposed to the combustion gas and becomes high temperature is reduced as much as possible. A piston capable of achieving high heat resistance, deformation resistance, and corrosion resistance, and improving suction efficiency. Can be.
第１図はこの発明によるセラミック部品の製造方法を達
成するため使用するセラミック製薄板を示す断面図、第
２図はこの発明によるセラミック部品の製造方法を達成
するため使用するセラミック製薄肉リングを示す断面
図、第３図はこの発明によるセラミック部品の製造方法
を達成するための一実施例を示す断面図、第４図はこの
発明によるセラミック部品の製造方法を達成するための
別の実施例を示す断面図、第５図はこの発明によるセラ
ミック部品の製造方法を達成するための更に別の実施例
を示す断面図、第６図はこの発明によるセラミック部品
の製造方法を達成するための他の実施例を示す断面図、
第７図は第６図に示すセラミック部品の製造方法を達成
するための実施例で製作したピストンヘッド部をピスト
ンに適用した一実施例を示す断面図、第８図は従来の断
熱ピストンの構造の一例を示す断面図、及び第９図は従
来の断熱ピストンの構造の別の例を示す断面図である。 １……ピストンヘッド部、２……ピストンスカート部、
３……成形体（断熱部材）、４……薄肉リング、５……
薄板、６……断熱空気層、８……円板部、10……燃焼室
側の面、11……ボス部、14……薄肉リング部、12,15,1
6,19,20……下プレスダイ、13……上プレスダイ、17…
…接合部、18……枠体。FIG. 1 is a sectional view showing a ceramic thin plate used for achieving the method of manufacturing a ceramic component according to the present invention, and FIG. 2 shows a ceramic thin ring used for achieving the method of manufacturing a ceramic component according to the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view showing one embodiment for achieving the method for manufacturing a ceramic component according to the present invention. FIG. 4 is another embodiment for achieving the method for manufacturing a ceramic component according to the present invention. FIG. 5 is a sectional view showing still another embodiment for achieving a method of manufacturing a ceramic part according to the present invention, and FIG. 6 is another sectional view showing another example of achieving a method of manufacturing a ceramic part according to the present invention. Sectional view showing an embodiment,
FIG. 7 is a sectional view showing an embodiment in which a piston head portion manufactured in the embodiment for achieving the method of manufacturing the ceramic part shown in FIG. 6 is applied to a piston, and FIG. 8 is a structure of a conventional heat insulating piston. FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of the structure of a conventional heat insulating piston. 1 ... Piston head, 2 ... Piston skirt,
3 ... molded body (heat insulating member) 4 ... thin ring 5 ...
Thin plate, 6 ... Insulated air layer, 8 ... Disc portion, 10 ... Combustion chamber side surface, 11 ... Boss portion, 14 ... Thin ring portion, 12,15,1
6,19,20 …… Lower press die, 13 …… Upper press die, 17…
... Joint, 18 ... Frame.
Claims (5)
する工程、モノリスセラミック材と同質のセラミックウ
ィスカーとバインダーとの混合材を前記薄板の面に対応
して押圧状態に保持して成形体を製作する工程、次い
で、前記薄板と前記成形体とを互いに押圧状態に維持し
て再焼成する工程、から成るセラミック部品の製造方
法。1. A step of manufacturing a thin plate made of a monolithic ceramic material, and manufacturing a compact by holding a mixture of a ceramic whisker and a binder of the same quality as the monolithic ceramic material in a pressed state corresponding to the surface of the thin plate. A method for producing a ceramic component, comprising the steps of: maintaining the thin plate and the compact in a pressed state with each other;
接したリング状薄板から構成した請求項１に記載のセラ
ミック部品の製造方法。2. The method of manufacturing a ceramic component according to claim 1, wherein said thin plate comprises an uneven thin plate and a ring-shaped thin plate in contact with said uneven thin plate.
に維持して再焼成した部品はピストンヘッド部を構成す
る部品である請求項１に記載のセラミック部品の製造方
法。3. The method of manufacturing a ceramic part according to claim 1, wherein the part refired while maintaining the thin plate and the molded body in a pressed state with each other is a part constituting a piston head part.
する工程、中空孔を有するボス部、該ボス部から半径外
向きに伸びる板部及び該板部の周囲部に一端を当接する
薄肉リング部から成る一体構造の焼結体をモノリスセラ
ミック材から製作する工程、同質のセラミックウィスカ
ーとバインダーの混合材を前記薄板と前記焼結体で形成
した空所に押圧状態で互いに密着状態に配置する工程、
並びに前記空所に前記混合材を押圧状態に配置して再焼
成する工程、から成るセラミック部品の製造方法。4. A process for manufacturing a thin plate made of a monolithic ceramic material, comprising: a boss having a hollow hole; a plate extending radially outward from the boss; and a thin ring portion having one end contacting a peripheral portion of the plate. A step of manufacturing a monolithic ceramic material having a monolithic ceramic material, a step of arranging a mixture of homogeneous ceramic whiskers and a binder in close contact with each other in a pressed state in a space formed by the thin plate and the sintered body;
And a step of placing the mixed material in the space in a pressed state and refiring the mixed material.
混合材を押圧状態に配置して再焼成した部品はピストン
ヘッド部を構成する部品である請求項４に記載のセラミ
ック部品の製造方法。5. The ceramic component according to claim 4, wherein the component re-fired by placing the mixture in a pressed state in a space formed by the thin plate and the sintered body is a component constituting a piston head. Manufacturing method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31754189A JP2811840B2 (en) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | Manufacturing method of ceramic parts such as pistons |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31754189A JP2811840B2 (en) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | Manufacturing method of ceramic parts such as pistons |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03180304A JPH03180304A (en) | 1991-08-06 |
| JP2811840B2 true JP2811840B2 (en) | 1998-10-15 |
Family
ID=18089405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31754189A Expired - Fee Related JP2811840B2 (en) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | Manufacturing method of ceramic parts such as pistons |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2811840B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109915277A (en) * | 2019-03-15 | 2019-06-21 | 滨州东海龙活塞有限公司 | A kind of insulating piston and its processing method |
-
1989
- 1989-12-08 JP JP31754189A patent/JP2811840B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03180304A (en) | 1991-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5033427A (en) | Heat-insulating engine structure | |
| JPH0233454A (en) | Structure for adiabatic engine | |
| JP2811840B2 (en) | Manufacturing method of ceramic parts such as pistons | |
| JPH01155064A (en) | Insulated engine structure | |
| US4838235A (en) | Heat-insulating engine structure and method of manufacturing the same | |
| US5014604A (en) | Piston for internal combustion engine | |
| JPS60182341A (en) | Internal-combustion engine covering combustion chamber wall surface with porous heat insulating material | |
| JP2964101B2 (en) | Adiabatic piston head and method of manufacturing the same | |
| JP2964102B2 (en) | Adiabatic piston and its manufacturing method | |
| JPH0668257B2 (en) | Structure of adiabatic piston | |
| EP0417931B1 (en) | Heat-insulating piston | |
| JP2560422B2 (en) | Structure of adiabatic piston | |
| JP2917597B2 (en) | Insulated piston | |
| JPH02112613A (en) | Structure for subcombustion chamber | |
| JP2540878B2 (en) | Insulation engine structure | |
| JPH037366Y2 (en) | ||
| JPH0674770B2 (en) | Structure of adiabatic piston | |
| JPH03141850A (en) | Insulated piston and manufacture thereof | |
| JPH03124944A (en) | Heat insulating engine component, manufacture thereof and heat insulating piston | |
| JP2586039B2 (en) | Insulated piston structure | |
| JPH02123255A (en) | Structure of engine | |
| JPH04342478A (en) | Ceramic piston head and its production | |
| JPH05157004A (en) | Piston crown | |
| JP2709738B2 (en) | Adiabatic piston and method of manufacturing the same | |
| JPH0364699B2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |