JP3074775B2 - セラミックスと金属との結合構造及びその結合法 - Google Patents
セラミックスと金属との結合構造及びその結合法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、セラミックス部材と
金属部材とをメタルフローで結合するセラミックスと金
属との結合構造及びその結合法に関する。
金属部材とをメタルフローで結合するセラミックスと金
属との結合構造及びその結合法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミック体と金属体との結合体
として、特開昭６１−２２７９７５号公報に開示された
ものがある。該公報に開示されたセラミック体と金属体
との結合体は、セラミック体の外周に刻設して溝中に、
金属体の溝を覆うようにしてセラミック体に外嵌めし、
該金属体を融点以上に加熱流動化して結合力保持に必要
な最小容量の金属を前記溝に充填せしめたものである。
として、特開昭６１−２２７９７５号公報に開示された
ものがある。該公報に開示されたセラミック体と金属体
との結合体は、セラミック体の外周に刻設して溝中に、
金属体の溝を覆うようにしてセラミック体に外嵌めし、
該金属体を融点以上に加熱流動化して結合力保持に必要
な最小容量の金属を前記溝に充填せしめたものである。
【０００３】また、金属とセラミックスとをメタルフロ
ーで結合する接合用治具としては、実開昭６２−９３３
４４号公報に開示されたものがある。該接合用治具は、
金属とセラミックスとの間隙に塑性流動材を介在せし
め、塑性流動材装着部の金属及びセラミックスの少なく
とも一方側にフロー溝を刻設し、この塑性流動材を加熱
加圧して変形させてフロー溝内に流動させて金属とセラ
ミックスとを接合するものであり、加圧媒体の先端は塑
性流動材に対して一番荷重のかかる押圧面をフロー溝最
近傍側に位置するように形成し、他の面は上記荷重に対
する逃げ面に形成したものである。
ーで結合する接合用治具としては、実開昭６２−９３３
４４号公報に開示されたものがある。該接合用治具は、
金属とセラミックスとの間隙に塑性流動材を介在せし
め、塑性流動材装着部の金属及びセラミックスの少なく
とも一方側にフロー溝を刻設し、この塑性流動材を加熱
加圧して変形させてフロー溝内に流動させて金属とセラ
ミックスとを接合するものであり、加圧媒体の先端は塑
性流動材に対して一番荷重のかかる押圧面をフロー溝最
近傍側に位置するように形成し、他の面は上記荷重に対
する逃げ面に形成したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
セラミックスと金属とを結合する方法として、図５に示
すように、高温に加熱したメタルフロー金属３に圧力を
加えてセラミックス部材１に形成した凹部即ち溝１０及
び金属部材２に形成した溝６に、メタルフロー金属３を
高温に加熱して塑性流動させてプレス４で押し込むとい
うメタルフロー結合では、セラミックス部材１に形成し
た凹部の形状は１つの溝１０から形成されているもので
あり、軸方向に大荷重を受けた場合に、１つの溝１０の
荷重方向の応力集中点Ｃにのみ応力集中が発生し、セラ
ミックス部材１の強度上不利になり、セラミックス部材
１に亀裂、破損等が発生して問題があった。このような
現象は、前掲特開昭６１−２２７９７５号公報、或いは
実開昭６２−９３３４４号公報に開示されたものにも同
様の問題があった。
セラミックスと金属とを結合する方法として、図５に示
すように、高温に加熱したメタルフロー金属３に圧力を
加えてセラミックス部材１に形成した凹部即ち溝１０及
び金属部材２に形成した溝６に、メタルフロー金属３を
高温に加熱して塑性流動させてプレス４で押し込むとい
うメタルフロー結合では、セラミックス部材１に形成し
た凹部の形状は１つの溝１０から形成されているもので
あり、軸方向に大荷重を受けた場合に、１つの溝１０の
荷重方向の応力集中点Ｃにのみ応力集中が発生し、セラ
ミックス部材１の強度上不利になり、セラミックス部材
１に亀裂、破損等が発生して問題があった。このような
現象は、前掲特開昭６１−２２７９７５号公報、或いは
実開昭６２−９３３４４号公報に開示されたものにも同
様の問題があった。
【０００５】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、セラミックス部材と金属部材とを
結合する方法として、高温に加熱したメタルフロー金属
に圧力を加えてセラミックス部材に形成した溝即ち凹部
にメタルフロー金属を流し込んで両部材を結合するセラ
ミックスと金属との結合法において、セラミックス部材
に形成した溝の形状即ち凹部の形状を、軸方向の荷重即
ち荷重方向に対して凹部に発生する応力集中を分散さ
せ、応力集中を低減するように形成したセラミックスと
金属との結合構造及びその結合法を提供することであ
る。
解決することであり、セラミックス部材と金属部材とを
結合する方法として、高温に加熱したメタルフロー金属
に圧力を加えてセラミックス部材に形成した溝即ち凹部
にメタルフロー金属を流し込んで両部材を結合するセラ
ミックスと金属との結合法において、セラミックス部材
に形成した溝の形状即ち凹部の形状を、軸方向の荷重即
ち荷重方向に対して凹部に発生する応力集中を分散さ
せ、応力集中を低減するように形成したセラミックスと
金属との結合構造及びその結合法を提供することであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】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、セラミックス部材と金属部材との対向面に
凹部を形成し、該凹部に金属を塑性変形させて配置した
セラミックスと金属との結合構造において、前記セラミ
ックス部材に形成した凹部を荷重方向に異なった位置に
形成すると共に互いに深さが異なる複数個の凹部で構成
し、前記セラミックス部材と前記金属部材とに形成した
前記各凹部で形成される空所にメタルフロー金属を塑性
流動で配置したことを特徴とするセラミックスと金属と
の結合構造に関する。
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、セラミックス部材と金属部材との対向面に
凹部を形成し、該凹部に金属を塑性変形させて配置した
セラミックスと金属との結合構造において、前記セラミ
ックス部材に形成した凹部を荷重方向に異なった位置に
形成すると共に互いに深さが異なる複数個の凹部で構成
し、前記セラミックス部材と前記金属部材とに形成した
前記各凹部で形成される空所にメタルフロー金属を塑性
流動で配置したことを特徴とするセラミックスと金属と
の結合構造に関する。
【０００７】また、このセラミックスと金属との結合構
造は、嵌合孔を備えたピストンスカートを金属部材で構
成し、前記嵌合孔に嵌合可能なボスを備えたピストンヘ
ッドをセラミックス部材で構成し、前記嵌合孔の壁面と
前記ボスの外壁面に凹部をそれぞれ形成し、前記嵌合孔
に前記ボスを嵌合して前記各凹部で形成される空所にメ
タルフロー金属を配置して前記ピストンスカートと前記
ピストンヘッドとを結合したものである。
造は、嵌合孔を備えたピストンスカートを金属部材で構
成し、前記嵌合孔に嵌合可能なボスを備えたピストンヘ
ッドをセラミックス部材で構成し、前記嵌合孔の壁面と
前記ボスの外壁面に凹部をそれぞれ形成し、前記嵌合孔
に前記ボスを嵌合して前記各凹部で形成される空所にメ
タルフロー金属を配置して前記ピストンスカートと前記
ピストンヘッドとを結合したものである。
【０００８】或いは、この発明は、セラミックス部材と
金属部材との対向面に凹部を形成し、高温に加熱したメ
タルフロー金属に圧力を加えて該メタルフロー金属を塑
性変形させて前記凹部に流し込んで両部材を結合するセ
ラミックスと金属との結合法において、前記セラミック
ス部材に形成した凹部を荷重方向に異なった位置に形成
すると共に互いに深さが異なる複数個の凹部で構成し、
メタルフロー金属を加熱して塑性流動させて前記各凹部
で形成される空所に流し込み、流し込んだ前記メタルフ
ロー金属を硬化させて前記セラミックス部材と前記金属
部材とを結合したことを特徴とするセラミックスと金属
との結合法に関する。
金属部材との対向面に凹部を形成し、高温に加熱したメ
タルフロー金属に圧力を加えて該メタルフロー金属を塑
性変形させて前記凹部に流し込んで両部材を結合するセ
ラミックスと金属との結合法において、前記セラミック
ス部材に形成した凹部を荷重方向に異なった位置に形成
すると共に互いに深さが異なる複数個の凹部で構成し、
メタルフロー金属を加熱して塑性流動させて前記各凹部
で形成される空所に流し込み、流し込んだ前記メタルフ
ロー金属を硬化させて前記セラミックス部材と前記金属
部材とを結合したことを特徴とするセラミックスと金属
との結合法に関する。
【０００９】
【作用】この発明によるセラミックスと金属との結合構
造及びその結合法は、以上のように構成されており、次
のように作用する。即ち、このセラミックスと金属との
結合構造は、セラミックス部材に形成した凹部を荷重方
向に異なった位置に形成すると共に互いに深さが異なる
複数個の凹部で構成し、該各凹部で形成される空所にメ
タルフロー金属が塑性流動によって配置されているの
で、セラミックス部材と金属との結合部にかかる荷重
は、前記セラミックス部材に形成した凹部が複数個で且
つ該凹部の深さが異なるので、荷重がかかる面即ち荷重
付勢面は複数面に別れ、一箇所に応力集中が発生するこ
となく、結合部にかかる荷重を分散させることができ、
応力集中を低減することができる。
造及びその結合法は、以上のように構成されており、次
のように作用する。即ち、このセラミックスと金属との
結合構造は、セラミックス部材に形成した凹部を荷重方
向に異なった位置に形成すると共に互いに深さが異なる
複数個の凹部で構成し、該各凹部で形成される空所にメ
タルフロー金属が塑性流動によって配置されているの
で、セラミックス部材と金属との結合部にかかる荷重
は、前記セラミックス部材に形成した凹部が複数個で且
つ該凹部の深さが異なるので、荷重がかかる面即ち荷重
付勢面は複数面に別れ、一箇所に応力集中が発生するこ
となく、結合部にかかる荷重を分散させることができ、
応力集中を低減することができる。
【００１０】また、このセラミックスと金属との結合構
造は、ピストンヘッドをセラミックス部材で構成し、ピ
ストンスカートを金属部材で構成した場合に、前記ピス
トンヘッドと前記ピストンスカートとを結合するのに適
用すると、両者を強固に結合でき、大きな応力集中を避
けることができるので、ピストンの繰り返しの往復運動
に対しても結合部にかかる繰り返し応力は分散され、強
度を低下することがなく、極めて好ましいものである。
造は、ピストンヘッドをセラミックス部材で構成し、ピ
ストンスカートを金属部材で構成した場合に、前記ピス
トンヘッドと前記ピストンスカートとを結合するのに適
用すると、両者を強固に結合でき、大きな応力集中を避
けることができるので、ピストンの繰り返しの往復運動
に対しても結合部にかかる繰り返し応力は分散され、強
度を低下することがなく、極めて好ましいものである。
【００１１】或いは、この発明によるセラミックスと金
属との結合法は、セラミックス部材に形成した凹部を荷
重方向に異なった位置に形成すると共に互いに深さが異
なる複数個の凹部で構成し、メタルフロー金属を加熱し
て塑性流動させて前記各凹部で形成される空所に流し込
み、流し込んだ前記メタルフロー金属を硬化させて前記
セラミックス部材と前記金属部材とを結合したので、荷
重のかかる面の複数面を構成する凹部に確実に金属を嵌
入することができ、前記セラミックス部材と前記金属部
材との結合面の加工精度を要求されず、確実に且つ強固
な安定した結合状態を確保することができ、しかも一箇
所に応力集中が発生することなく、結合部にかかる荷重
を分散させて応力集中を低減することができる。
属との結合法は、セラミックス部材に形成した凹部を荷
重方向に異なった位置に形成すると共に互いに深さが異
なる複数個の凹部で構成し、メタルフロー金属を加熱し
て塑性流動させて前記各凹部で形成される空所に流し込
み、流し込んだ前記メタルフロー金属を硬化させて前記
セラミックス部材と前記金属部材とを結合したので、荷
重のかかる面の複数面を構成する凹部に確実に金属を嵌
入することができ、前記セラミックス部材と前記金属部
材との結合面の加工精度を要求されず、確実に且つ強固
な安定した結合状態を確保することができ、しかも一箇
所に応力集中が発生することなく、結合部にかかる荷重
を分散させて応力集中を低減することができる。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるセラ
ミックスと金属との結合構造及びその結合法の実施例を
説明する。図１はこの発明によるセラミックスと金属と
の結合法を達成するための一実施例を示す概略説明図で
ある。
ミックスと金属との結合構造及びその結合法の実施例を
説明する。図１はこの発明によるセラミックスと金属と
の結合法を達成するための一実施例を示す概略説明図で
ある。
【００１３】まず、この発明によるセラミックスと金属
との結合構造の一実施例を図１を参照して説明する。こ
のセラミックスと金属との結合構造において、セラミッ
クス部材１の結合面には複数個（図１では２個）の凹部
即ち溝５，７が形成されており、金属部材２の結合面に
は各溝５，７に対向して凹部即ち溝６が形成されてい
る。セラミックス部材１に形成された各溝５，７は、荷
重方向に異なった位置に形成すると共に互いに深さ
Ｌ1 ，Ｌ2 が異なっている。この場合に、セラミックス
部材１に形成する各溝５，７の深さＬ1，Ｌ2 は、図１
に示すように、セラミックス部材１の端部に近い方を深
く形成することが強度上好ましいものとなる。セラミッ
クス部材１に形成する各溝５，７と金属部材２の溝６と
で形成される空所を埋めるようにメタルフロー金属３が
配置されている。このようにセラミックス部材１と金属
部材２とを結合すると、荷重が軸方向にかかった場合
に、各溝５，７は荷重方向にそれぞれ隔置しており且つ
各溝５，７は溝深さが異なるので、荷重付勢面Ｃ1 Ｌ，
Ｃ2 Ｌの軸方向がずれており、しかもセラミックス部材
１の結合部にかかる応力集中点は符号Ｃ1 ，Ｃ2 で示す
ように２つに別れて応力は分散されるので、応力集中は
低減されることになる。また、このセラミックスと金属
との結合構造において、セラミックス部材１は、例え
ば、耐熱性に富み且つ高温強度に富んだ窒化珪素（Ｓｉ
3 Ｎ4 ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミック材料から
製作されている。また、金属部材２は、例えば、アルミ
ニウム、アルミニウム合金、鋳鉄等の材料から製作され
ている。
との結合構造の一実施例を図１を参照して説明する。こ
のセラミックスと金属との結合構造において、セラミッ
クス部材１の結合面には複数個（図１では２個）の凹部
即ち溝５，７が形成されており、金属部材２の結合面に
は各溝５，７に対向して凹部即ち溝６が形成されてい
る。セラミックス部材１に形成された各溝５，７は、荷
重方向に異なった位置に形成すると共に互いに深さ
Ｌ1 ，Ｌ2 が異なっている。この場合に、セラミックス
部材１に形成する各溝５，７の深さＬ1，Ｌ2 は、図１
に示すように、セラミックス部材１の端部に近い方を深
く形成することが強度上好ましいものとなる。セラミッ
クス部材１に形成する各溝５，７と金属部材２の溝６と
で形成される空所を埋めるようにメタルフロー金属３が
配置されている。このようにセラミックス部材１と金属
部材２とを結合すると、荷重が軸方向にかかった場合
に、各溝５，７は荷重方向にそれぞれ隔置しており且つ
各溝５，７は溝深さが異なるので、荷重付勢面Ｃ1 Ｌ，
Ｃ2 Ｌの軸方向がずれており、しかもセラミックス部材
１の結合部にかかる応力集中点は符号Ｃ1 ，Ｃ2 で示す
ように２つに別れて応力は分散されるので、応力集中は
低減されることになる。また、このセラミックスと金属
との結合構造において、セラミックス部材１は、例え
ば、耐熱性に富み且つ高温強度に富んだ窒化珪素（Ｓｉ
3 Ｎ4 ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミック材料から
製作されている。また、金属部材２は、例えば、アルミ
ニウム、アルミニウム合金、鋳鉄等の材料から製作され
ている。
【００１４】次に、この発明によるセラミックスと金属
との結合構造の別の実施例を図２を参照して説明する。
この実施例は上記実施例のものと比較して、セラミック
ス部材１に形成された溝５，７の形状が若干異なり、ま
たメタルフロー金属が同種の材料又は異種の材料から成
り、各メタルフロー金属３，９が二段階に充填された以
外は、同一の構成を有するものである。この実施例のセ
ラミックスと金属との結合構造の作用は、上記実施例の
ものと同様であるので、重複する説明は省略する。
との結合構造の別の実施例を図２を参照して説明する。
この実施例は上記実施例のものと比較して、セラミック
ス部材１に形成された溝５，７の形状が若干異なり、ま
たメタルフロー金属が同種の材料又は異種の材料から成
り、各メタルフロー金属３，９が二段階に充填された以
外は、同一の構成を有するものである。この実施例のセ
ラミックスと金属との結合構造の作用は、上記実施例の
ものと同様であるので、重複する説明は省略する。
【００１５】また、この発明によるセラミックスと金属
との結合構造の更に別の実施例を図３を参照して説明す
る。この実施例は図１に示す実施例のものと比較して、
セラミックス部材１に形成された溝の形状が若干異な
り、３つの溝５，７，８が形成されている以外は、同一
の構成を有するものである。この実施例のセラミックス
と金属との結合構造の作用は、上記実施例のものと同様
であるので、重複する説明は省略する。各溝５．７．８
の溝深さＬ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 は、セラミックス部材１の最
端部が最も深く、内方に向かうに従って浅く形成されて
いる。また、セラミックス部材１の結合部にかかる応力
集中点は符号Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 で示すように３つに別れ
て応力は分散されるので、１つの応力集中点での応力集
中は一層低減されることになり、それらの荷重付勢面Ｃ
1 Ｌ，Ｃ2 Ｌ，Ｃ3 Ｌの軸方向がずれている。
との結合構造の更に別の実施例を図３を参照して説明す
る。この実施例は図１に示す実施例のものと比較して、
セラミックス部材１に形成された溝の形状が若干異な
り、３つの溝５，７，８が形成されている以外は、同一
の構成を有するものである。この実施例のセラミックス
と金属との結合構造の作用は、上記実施例のものと同様
であるので、重複する説明は省略する。各溝５．７．８
の溝深さＬ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 は、セラミックス部材１の最
端部が最も深く、内方に向かうに従って浅く形成されて
いる。また、セラミックス部材１の結合部にかかる応力
集中点は符号Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 で示すように３つに別れ
て応力は分散されるので、１つの応力集中点での応力集
中は一層低減されることになり、それらの荷重付勢面Ｃ
1 Ｌ，Ｃ2 Ｌ，Ｃ3 Ｌの軸方向がずれている。
【００１６】更に、この発明によるセラミックスと金属
との結合構造の他の実施例を図４を参照して説明する。
この実施例は図１に示す実施例のものをピストンに適用
した例である。この実施例は、例えば、特開平３−７０
８４５号公報に開示されたようなピストンに適用でき、
ピストンヘッド１１がセラミックス部材で製作され、ピ
ストンスカート１２が金属部材で製作された断熱構造の
ピストンに適用したものである。ピストンスカート１２
には中央部に嵌合孔１６が形成され、該嵌合孔１６の内
周面に溝６が形成されている。また、ピストンヘッド１
１には中央部に突出するボス１５が形成され、該ボス１
５の外周面に溝５，７が形成されている。ボス１５は嵌
合孔１６に嵌合可能であり、ボス１５に形成した溝５，
７と嵌合孔１６に形成した溝６とで形成される空所にメ
タルフロー金属３を配置し、ピストンスカート１２とピ
ストンヘッド１１とを結合している。勿論、図１に示す
セラミックスと金属との結合構造だけでなく、図２及び
図３に示すセラミックスと金属との結合構造も適用でき
るものである。更に、この実施例のセラミックスと金属
との結合構造の作用は、上記実施例のものと同様である
ので、重複する説明は省略する。
との結合構造の他の実施例を図４を参照して説明する。
この実施例は図１に示す実施例のものをピストンに適用
した例である。この実施例は、例えば、特開平３−７０
８４５号公報に開示されたようなピストンに適用でき、
ピストンヘッド１１がセラミックス部材で製作され、ピ
ストンスカート１２が金属部材で製作された断熱構造の
ピストンに適用したものである。ピストンスカート１２
には中央部に嵌合孔１６が形成され、該嵌合孔１６の内
周面に溝６が形成されている。また、ピストンヘッド１
１には中央部に突出するボス１５が形成され、該ボス１
５の外周面に溝５，７が形成されている。ボス１５は嵌
合孔１６に嵌合可能であり、ボス１５に形成した溝５，
７と嵌合孔１６に形成した溝６とで形成される空所にメ
タルフロー金属３を配置し、ピストンスカート１２とピ
ストンヘッド１１とを結合している。勿論、図１に示す
セラミックスと金属との結合構造だけでなく、図２及び
図３に示すセラミックスと金属との結合構造も適用でき
るものである。更に、この実施例のセラミックスと金属
との結合構造の作用は、上記実施例のものと同様である
ので、重複する説明は省略する。
【００１７】次に、この発明によるセラミックスと金属
との結合法の一実施例を説明する。このセラミックスと
金属との結合法は、図１、図２、図３及び図４に示すも
のに共通に適用できる方法である。そこで、図１を参照
して、このセラミックスと金属との結合法を説明する。
セラミックス部材１に形成した凹部即ち溝５，７と金属
部材２に形成した凹部即ち溝６とを対向させ、溝５，７
と溝６とで空所を形成する。次いで、該空所に対向して
メタルフロー金属３を配置し、該メタルフロー金属３を
高周波コイル等で加熱し、高温にしてメタルフロー金属
３を軟化させ、プレス治具４によって圧力を加えて該メ
タルフロー金属３を塑性流動させて溝５，７と溝６とで
形成された空所に流し込む。メタルフロー金属３が硬化
することでセラミックス部材１と金属部材２とは結合さ
れることになる。この場合に、メタルフロー金属３を金
属部材２と同種の材料を選択すれば、メタルフロー金属
３と金属部材２とは化学的に一体構造になって強固に結
合される。また、セラミックス部材１とメタルフロー金
属３とは機械的に強固に結合される。図２、図３及び図
４に示すセラミックスと金属との結合構造を製作する場
合の結合法は、上記の結合法と同様であるので、ここで
は説明を省略する。
との結合法の一実施例を説明する。このセラミックスと
金属との結合法は、図１、図２、図３及び図４に示すも
のに共通に適用できる方法である。そこで、図１を参照
して、このセラミックスと金属との結合法を説明する。
セラミックス部材１に形成した凹部即ち溝５，７と金属
部材２に形成した凹部即ち溝６とを対向させ、溝５，７
と溝６とで空所を形成する。次いで、該空所に対向して
メタルフロー金属３を配置し、該メタルフロー金属３を
高周波コイル等で加熱し、高温にしてメタルフロー金属
３を軟化させ、プレス治具４によって圧力を加えて該メ
タルフロー金属３を塑性流動させて溝５，７と溝６とで
形成された空所に流し込む。メタルフロー金属３が硬化
することでセラミックス部材１と金属部材２とは結合さ
れることになる。この場合に、メタルフロー金属３を金
属部材２と同種の材料を選択すれば、メタルフロー金属
３と金属部材２とは化学的に一体構造になって強固に結
合される。また、セラミックス部材１とメタルフロー金
属３とは機械的に強固に結合される。図２、図３及び図
４に示すセラミックスと金属との結合構造を製作する場
合の結合法は、上記の結合法と同様であるので、ここで
は説明を省略する。
【００１８】また、図２に示すセラミックスと金属との
結合法の場合には、セラミックス部材１に形成した溝５
と金属部材２に形成した溝６とで形成される空所に、メ
タルフロー金属３を配置し、該メタルフロー金属３を高
周波コイル等で加熱し、高温にしてメタルフロー金属３
を軟化させ、プレス治具４によって圧力を加えて該メタ
ルフロー金属３を塑性流動させて溝５と溝６とで形成さ
れた空所に流し込む。次いで、セラミックス部材１に形
成した溝７と金属部材２に形成した溝６とで形成される
空所に、メタルフロー金属９を配置し、該メタルフロー
金属９を高周波コイル等で加熱し、高温にしてメタルフ
ロー金属９を軟化させ、プレス治具４によって圧力を加
えて該メタルフロー金属９を塑性流動させて溝７と溝６
とで形成された空所に流し込む。上記ように、二段階に
メタルフローを行えば、セラミックス部材１と金属部材
２とは、強固に結合されることになる。
結合法の場合には、セラミックス部材１に形成した溝５
と金属部材２に形成した溝６とで形成される空所に、メ
タルフロー金属３を配置し、該メタルフロー金属３を高
周波コイル等で加熱し、高温にしてメタルフロー金属３
を軟化させ、プレス治具４によって圧力を加えて該メタ
ルフロー金属３を塑性流動させて溝５と溝６とで形成さ
れた空所に流し込む。次いで、セラミックス部材１に形
成した溝７と金属部材２に形成した溝６とで形成される
空所に、メタルフロー金属９を配置し、該メタルフロー
金属９を高周波コイル等で加熱し、高温にしてメタルフ
ロー金属９を軟化させ、プレス治具４によって圧力を加
えて該メタルフロー金属９を塑性流動させて溝７と溝６
とで形成された空所に流し込む。上記ように、二段階に
メタルフローを行えば、セラミックス部材１と金属部材
２とは、強固に結合されることになる。
【００１９】更に、図３に示すセラミックスと金属との
結合法の場合には、図１或いは図２に示す何れかの結合
法によって、セラミックス部材１に形成した溝５，７，
８と金属部材２に形成した溝６とで形成される空所に、
同様にメタルフロー金属３を嵌入すればよく、この場合
には、メタルフロー金属３を一回で塑性流動させて充填
してもよく、或いは数回に分けて確実に塑性流動させて
充填してもよいものである。
結合法の場合には、図１或いは図２に示す何れかの結合
法によって、セラミックス部材１に形成した溝５，７，
８と金属部材２に形成した溝６とで形成される空所に、
同様にメタルフロー金属３を嵌入すればよく、この場合
には、メタルフロー金属３を一回で塑性流動させて充填
してもよく、或いは数回に分けて確実に塑性流動させて
充填してもよいものである。
【００２０】
【発明の効果】この発明によるセラミックスと金属との
結合構造及びその結合法は、以上のように構成したの
で、次のような効果を有する。即ち、このセラミックス
と金属との結合構造は、セラミックス部材に形成した凹
部を荷重方向に異なった位置に形成すると共に互いに深
さが異なる複数個の凹部で構成し、該各凹部で形成され
る空所にメタルフロー金属を塑性流動で配置したので、
セラミックス部材と金属との結合部にかかる荷重は、前
記セラミックス部材に形成した凹部が複数個で且つ該凹
部の深さが異なるので、荷重がかかる面即ち荷重付勢面
は複数面に別れ、一箇所に応力集中が発生することな
く、結合部にかかる荷重を分散することができ、応力集
中を低減することができる。
結合構造及びその結合法は、以上のように構成したの
で、次のような効果を有する。即ち、このセラミックス
と金属との結合構造は、セラミックス部材に形成した凹
部を荷重方向に異なった位置に形成すると共に互いに深
さが異なる複数個の凹部で構成し、該各凹部で形成され
る空所にメタルフロー金属を塑性流動で配置したので、
セラミックス部材と金属との結合部にかかる荷重は、前
記セラミックス部材に形成した凹部が複数個で且つ該凹
部の深さが異なるので、荷重がかかる面即ち荷重付勢面
は複数面に別れ、一箇所に応力集中が発生することな
く、結合部にかかる荷重を分散することができ、応力集
中を低減することができる。
【００２１】また、このセラミックスと金属との結合構
造は、ピストンヘッドをセラミックス部材で構成し、ピ
ストンスカートを金属部材で構成した場合に、前記ピス
トンヘッドと前記ピストンスカートとを結合するのに適
用すると、両者を強固に結合でき、大きな応力集中を避
けることができるので、ピストンの繰り返しの往復運動
に対しても結合部にかかる繰り返し応力は分散され、強
度を低下することがなく、極めて好ましいものである。
造は、ピストンヘッドをセラミックス部材で構成し、ピ
ストンスカートを金属部材で構成した場合に、前記ピス
トンヘッドと前記ピストンスカートとを結合するのに適
用すると、両者を強固に結合でき、大きな応力集中を避
けることができるので、ピストンの繰り返しの往復運動
に対しても結合部にかかる繰り返し応力は分散され、強
度を低下することがなく、極めて好ましいものである。
【００２２】或いは、この発明によるセラミックスと金
属との結合法は、セラミックス部材に形成した凹部を荷
重方向に異なった位置に形成すると共に互いに深さが異
なる複数個の凹部で構成し、メタルフロー金属を加熱し
て塑性流動させて前記各凹部で形成される空所に流し込
み、流し込んだ金属を硬化させて前記セラミックス部材
と前記金属部材とを結合したので、荷重のかかる面の複
数面を構成する前記各凹部に確実に金属を流し込んで嵌
入することができ、前記セラミックス部材と前記金属部
材との結合面の加工精度を要求されず、確実に且つ強固
な安定した結合状態を確保することができ、しかも一箇
所に応力集中が発生することなく、結合部にかかる荷重
を分散させて応力集中を低減することができる。
属との結合法は、セラミックス部材に形成した凹部を荷
重方向に異なった位置に形成すると共に互いに深さが異
なる複数個の凹部で構成し、メタルフロー金属を加熱し
て塑性流動させて前記各凹部で形成される空所に流し込
み、流し込んだ金属を硬化させて前記セラミックス部材
と前記金属部材とを結合したので、荷重のかかる面の複
数面を構成する前記各凹部に確実に金属を流し込んで嵌
入することができ、前記セラミックス部材と前記金属部
材との結合面の加工精度を要求されず、確実に且つ強固
な安定した結合状態を確保することができ、しかも一箇
所に応力集中が発生することなく、結合部にかかる荷重
を分散させて応力集中を低減することができる。
【図１】この発明によるセラミックスと金属との結合法
を達成するための一実施例を示す概略説明図である。
を達成するための一実施例を示す概略説明図である。
【図２】この発明によるセラミックスと金属との結合法
を達成するための別の実施例を示す概略説明図である。
を達成するための別の実施例を示す概略説明図である。
【図３】この発明によるセラミックスと金属との結合法
を達成するための更に別の実施例を示す概略説明図であ
る。
を達成するための更に別の実施例を示す概略説明図であ
る。
【図４】この発明によるセラミックスと金属との結合法
によって製作したピストンの一実施例を示す断面図であ
る。
によって製作したピストンの一実施例を示す断面図であ
る。
【図５】従来のセラミックスと金属との結合法の一例を
示す概略説明図である。
示す概略説明図である。
１ セラミックス部材 ２ 金属部材 ３ メタルフロー金属 ５ 溝（セラミックス部材の凹部） ６ 溝（金属部材の凹部） ７ 溝（セラミックス部材の凹部） ８ 溝（セラミックス部材の凹部） ９ メタルフロー金属 １１ ピストンヘッド １２ ピストンスカート １５ ボス １６ 嵌合孔
Claims (3)
- 【請求項１】 セラミックス部材と金属部材との対向面
に凹部を形成し、該凹部に金属を塑性変形させて配置し
たセラミックスと金属との結合構造において、前記セラ
ミックス部材に形成した凹部を荷重方向に異なった位置
に形成すると共に互いに深さが異なる複数個の凹部で構
成し、前記セラミックス部材と前記金属部材とに形成し
た前記各凹部で形成される空所にメタルフロー金属を塑
性流動で配置したことを特徴とするセラミックスと金属
との結合構造。 - 【請求項２】 嵌合孔を備えたピストンスカートを金属
部材で構成し、前記嵌合孔に嵌合可能なボスを備えたピ
ストンヘッドをセラミックス部材で構成し、前記嵌合孔
の壁面と前記ボスの外壁面に凹部をそれぞれ形成し、前
記嵌合孔に前記ボスを嵌合して前記各凹部で形成される
空所にメタルフロー金属を配置して前記ピストンスカー
トと前記ピストンヘッドとを結合した請求項１に記載の
セラミックスと金属との結合構造。 - 【請求項３】 セラミックス部材と金属部材との対向面
に凹部を形成し、高温に加熱したメタルフロー金属に圧
力を加えて該メタルフロー金属を塑性変形させて前記凹
部に流し込んで両部材を結合するセラミックスと金属と
の結合法において、前記セラミックス部材に形成した凹
部を荷重方向に異なった位置に形成すると共に互いに深
さが異なる複数個の凹部で構成し、メタルフロー金属を
加熱して塑性流動させて前記各凹部で形成される空所に
流し込み、流し込んだ前記メタルフロー金属を硬化させ
て前記セラミックス部材と前記金属部材とを結合したこ
とを特徴とするセラミックスと金属との結合法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03119069A JP3074775B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | セラミックスと金属との結合構造及びその結合法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03119069A JP3074775B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | セラミックスと金属との結合構造及びその結合法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04325472A JPH04325472A (ja) | 1992-11-13 |
| JP3074775B2 true JP3074775B2 (ja) | 2000-08-07 |
Family
ID=14752123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03119069A Expired - Fee Related JP3074775B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | セラミックスと金属との結合構造及びその結合法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3074775B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2862246B1 (fr) * | 2003-10-17 | 2007-01-26 | Eads Space Transp Gmbh | Procede de brasage de surfaces ceramiques |
-
1991
- 1991-04-24 JP JP03119069A patent/JP3074775B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04325472A (ja) | 1992-11-13 |
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