JPH0144897B2 - - Google Patents
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- JPH0144897B2 JPH0144897B2 JP57092541A JP9254182A JPH0144897B2 JP H0144897 B2 JPH0144897 B2 JP H0144897B2 JP 57092541 A JP57092541 A JP 57092541A JP 9254182 A JP9254182 A JP 9254182A JP H0144897 B2 JPH0144897 B2 JP H0144897B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
-
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
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Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Spark Plugs (AREA)
Description
本発明は内燃機関に用いるセラミツク製シリン
ダーヘツドに関し、特にセラミツクシリンダーヘ
ツドと点火用電極とが一体化形成された形のセラ
ミツク製シリンダーヘツドに関するものである。 周知のように、ガソリンやデイーゼルエンジン
等の内燃機関の燃焼室内に露出する１個ないし複
数個の点火プラグを装置したり、或はそれら燃焼
室内壁面に複数の火花ギヤツプを形成する点火装
置を使用することが知られている。 ところで、内燃機関のシリンダーヘツドを耐久
性向上、省資源化をはじめとして燃費向上、軽量
化を意図にオールセラミツク化した場合、従来と
同じ仕様でセラミツクシリンダーヘツドに点火装
置を構成したのでは容易にプレイグニツシヨンを
誘発して耐熱性が劣化した。即ち、従来構成にお
いては正、負の点火用電極をNi、Pi、Ｗ等の金
属又はNi―Si―Mn、Ni―Cr―Fe（インコネル）
等の合金から成る電極材が主として使用され、絶
縁体としては主としてアルミナ磁器のセラミツク
が用いられ、正、負電極と絶縁体との間の結合に
は導電性ガラス、無機又は有機接着剤、溶融金属
（Ag）等が使用されて気密封着されているが、急
熱急冷による両者の熱膨脹差、爆発による熱衝
撃、シールの高温劣化による緩み等に起因してシ
ール性が損われ易く、特に上記電極と絶縁体との
間の径方向にクリアランスを設けた構造では、ク
リアランスによつて先端部の熱引きが悪く、且つ
絶縁体自体の熱伝導率の低さも重なつて耐プレイ
グニツシヨン性の劣化を生じる欠点があつた。 本発明はかかる問題を解決すると共に製造コス
トが低減できるセラミツク製シリンダーヘツドの
提供を目的とする。即ち、本発明のセラミツク製
シリンダーヘツド（以下単にシリンダーヘツドと
いう）は、シリンダーヘツドとして熱膨脹係数が
低く、熱衝撃性に対し従来のアルミナ磁器よりは
るかに優れた特性を有する窒化珪素、窒化アルミ
ニウム、窒化ホウ素、サイアロン等の窒化物のセ
ラミツク焼結体を用い、電極材としてセラミツク
焼結体の焼結に耐える耐熱性を有する電極材を用
い、且つセラミツク焼結時に前記電極とシリンダ
ーヘツドとが一体化形成されることによつて成る
ものである。この構成により、本発明のシリンダ
ーヘツドは、特にその電極側にはシール材を用い
ることなくシリンダーヘツドとの間に気密に結合
しており、耐熱性を著しく高めると共に気密性、
信頼性をも一段と高めている。また電極にはその
熱膨腸係数がシリンダーヘツドたる上記窒化物と
同程度ないし僅かに大である電極材を用いること
により、両者をセラミツク焼結体の焼結時に一体
化形成を実現したものであると同時に、その使用
時における僅かな熱膨脹差は気密性と結合性に有
効に作用してセラミツクの亀裂、破損をも防止す
る。更に電極の同時結合によつて製造コストの低
減を達成することができるものである。 以下本発明を図面の実施例によつて説明する。 第１図〜第３図は本発明の第１実施例を示す２
サイクル単気筒エンジンのシリンダーヘツドを示
す。このシリンダーヘツド１は高絶縁性、高熱伝
導性を有する、例えば窒化珪素焼結体から成り、
燃焼室側には半球状の燃焼室内面１ａと外周には
必要に応じてフイン（図示せず）を形成し、且つ
シリンダーブロツク（図示せず）との間に該ヘツ
ド締結用の貫通ボルト孔１ｇを４個穿設して成
る。この燃焼室内面１ａには径違いとなる段部１
ｃで区分される先端側径小孔１ｅと端子側径大孔
１ｆとよりなる軸孔１ｄを設け、この軸孔内には
強固に結合され燃焼室内面１ａから突出する放電
部２ａを有する耐熱性の正電極２と、またこの正
電極２と対向する一対の負電極３が、同様に段部
１ｃを有する軸孔１ｄに強固に結合され、前記正
電極２の放電部２ａの側面又は図示しない端面と
対向して前記負電極３の放電部３ａがＬ字形状に
曲折されて火花ギヤツプ４を形成して成るシリン
ダーヘツドである。 これら正、負電極２，３はその放電部２ａ，３
ａから端子端２ｂ，３ｂまで軸孔１ｄを貫通して
おり、端子端２ｂ，３ｂには端子５がそれぞれ螺
着、圧着され、軸孔１ｄの段部１ｃに当接してフ
ランジ部２ｃ，３ｃが係合状態で結合し、段部１
ｃから放電部２ａ，３ａに至る小径部を成し、軸
孔１ｄの対応小径孔１ｅの内壁と一体に結合され
ている。なお端子５には図示しない点火電源の２
次側高電圧が供給される。 段部１ｃは、特に電極２，３の焼結時の軸方向
位置決めのために有用であるが、同様の目的を得
る他の形状、例えばリング状突起、波形突起、緩
やかなテーパー部等の段差等であつてもよく、ま
たこの段部は使用中の脱落および軸方向のずれ防
止の観点からも望ましい。 シリンダーヘツド１は窒化珪素、窒化アルミニ
ウム、窒化ホウ素、サイアロン等の窒化物焼結体
から成り、特に緻密ないし高強度のものを用い
る。これら窒化物焼結体の熱膨脹係数は20〜1000
℃間で凡そ2.8〜5.1×10-6／℃、好ましくは3.0〜
4.8×10-6／℃の範囲のものであれば公知のもの
が使用できる。 シリンダーヘツド１の焼結は、正、負電極２，
３を予め形成し、別途のプレス成形したシリンダ
ーヘツドの軸孔内に挿通セツトした後行なうか、
或は予成形または仮焼成形した電極材（炭化珪
素）をプレス形成した前記軸孔内にセツトして電
極材と共に同時焼結することによつて行なう。 正、負電極２，３は少なくとも上記窒化物焼結
体の焼結に耐える耐熱性電極材から成り、且つそ
の窒化物と同等ないし僅かに熱膨脹係数が大であ
る高融点金属および炭化珪素焼結体から成る。こ
の高融点金属としてはMo、Ｗ、Ta、Os等であ
り、その単体または合金Mo―Ｗ（５〜50％Ｗと
残Mo）、Ｗ―Ir（１〜２％Irと残Ｗ）、Ｗ―Cu―
Ni（１〜５％Cu、１〜５％Niと残Ｗ）、Ta―Ｗ
（１―10％Ｗと残Ta）、Os―Pt（５〜25％Pt、０
〜５％Ruと残Os）等を用い、融点は2200℃以上
のものを用いる。さらにその熱膨脹係数は４〜７
×10-6／℃程度であり、具体例を第１表に示す。
ダーヘツドに関し、特にセラミツクシリンダーヘ
ツドと点火用電極とが一体化形成された形のセラ
ミツク製シリンダーヘツドに関するものである。 周知のように、ガソリンやデイーゼルエンジン
等の内燃機関の燃焼室内に露出する１個ないし複
数個の点火プラグを装置したり、或はそれら燃焼
室内壁面に複数の火花ギヤツプを形成する点火装
置を使用することが知られている。 ところで、内燃機関のシリンダーヘツドを耐久
性向上、省資源化をはじめとして燃費向上、軽量
化を意図にオールセラミツク化した場合、従来と
同じ仕様でセラミツクシリンダーヘツドに点火装
置を構成したのでは容易にプレイグニツシヨンを
誘発して耐熱性が劣化した。即ち、従来構成にお
いては正、負の点火用電極をNi、Pi、Ｗ等の金
属又はNi―Si―Mn、Ni―Cr―Fe（インコネル）
等の合金から成る電極材が主として使用され、絶
縁体としては主としてアルミナ磁器のセラミツク
が用いられ、正、負電極と絶縁体との間の結合に
は導電性ガラス、無機又は有機接着剤、溶融金属
（Ag）等が使用されて気密封着されているが、急
熱急冷による両者の熱膨脹差、爆発による熱衝
撃、シールの高温劣化による緩み等に起因してシ
ール性が損われ易く、特に上記電極と絶縁体との
間の径方向にクリアランスを設けた構造では、ク
リアランスによつて先端部の熱引きが悪く、且つ
絶縁体自体の熱伝導率の低さも重なつて耐プレイ
グニツシヨン性の劣化を生じる欠点があつた。 本発明はかかる問題を解決すると共に製造コス
トが低減できるセラミツク製シリンダーヘツドの
提供を目的とする。即ち、本発明のセラミツク製
シリンダーヘツド（以下単にシリンダーヘツドと
いう）は、シリンダーヘツドとして熱膨脹係数が
低く、熱衝撃性に対し従来のアルミナ磁器よりは
るかに優れた特性を有する窒化珪素、窒化アルミ
ニウム、窒化ホウ素、サイアロン等の窒化物のセ
ラミツク焼結体を用い、電極材としてセラミツク
焼結体の焼結に耐える耐熱性を有する電極材を用
い、且つセラミツク焼結時に前記電極とシリンダ
ーヘツドとが一体化形成されることによつて成る
ものである。この構成により、本発明のシリンダ
ーヘツドは、特にその電極側にはシール材を用い
ることなくシリンダーヘツドとの間に気密に結合
しており、耐熱性を著しく高めると共に気密性、
信頼性をも一段と高めている。また電極にはその
熱膨腸係数がシリンダーヘツドたる上記窒化物と
同程度ないし僅かに大である電極材を用いること
により、両者をセラミツク焼結体の焼結時に一体
化形成を実現したものであると同時に、その使用
時における僅かな熱膨脹差は気密性と結合性に有
効に作用してセラミツクの亀裂、破損をも防止す
る。更に電極の同時結合によつて製造コストの低
減を達成することができるものである。 以下本発明を図面の実施例によつて説明する。 第１図〜第３図は本発明の第１実施例を示す２
サイクル単気筒エンジンのシリンダーヘツドを示
す。このシリンダーヘツド１は高絶縁性、高熱伝
導性を有する、例えば窒化珪素焼結体から成り、
燃焼室側には半球状の燃焼室内面１ａと外周には
必要に応じてフイン（図示せず）を形成し、且つ
シリンダーブロツク（図示せず）との間に該ヘツ
ド締結用の貫通ボルト孔１ｇを４個穿設して成
る。この燃焼室内面１ａには径違いとなる段部１
ｃで区分される先端側径小孔１ｅと端子側径大孔
１ｆとよりなる軸孔１ｄを設け、この軸孔内には
強固に結合され燃焼室内面１ａから突出する放電
部２ａを有する耐熱性の正電極２と、またこの正
電極２と対向する一対の負電極３が、同様に段部
１ｃを有する軸孔１ｄに強固に結合され、前記正
電極２の放電部２ａの側面又は図示しない端面と
対向して前記負電極３の放電部３ａがＬ字形状に
曲折されて火花ギヤツプ４を形成して成るシリン
ダーヘツドである。 これら正、負電極２，３はその放電部２ａ，３
ａから端子端２ｂ，３ｂまで軸孔１ｄを貫通して
おり、端子端２ｂ，３ｂには端子５がそれぞれ螺
着、圧着され、軸孔１ｄの段部１ｃに当接してフ
ランジ部２ｃ，３ｃが係合状態で結合し、段部１
ｃから放電部２ａ，３ａに至る小径部を成し、軸
孔１ｄの対応小径孔１ｅの内壁と一体に結合され
ている。なお端子５には図示しない点火電源の２
次側高電圧が供給される。 段部１ｃは、特に電極２，３の焼結時の軸方向
位置決めのために有用であるが、同様の目的を得
る他の形状、例えばリング状突起、波形突起、緩
やかなテーパー部等の段差等であつてもよく、ま
たこの段部は使用中の脱落および軸方向のずれ防
止の観点からも望ましい。 シリンダーヘツド１は窒化珪素、窒化アルミニ
ウム、窒化ホウ素、サイアロン等の窒化物焼結体
から成り、特に緻密ないし高強度のものを用い
る。これら窒化物焼結体の熱膨脹係数は20〜1000
℃間で凡そ2.8〜5.1×10-6／℃、好ましくは3.0〜
4.8×10-6／℃の範囲のものであれば公知のもの
が使用できる。 シリンダーヘツド１の焼結は、正、負電極２，
３を予め形成し、別途のプレス成形したシリンダ
ーヘツドの軸孔内に挿通セツトした後行なうか、
或は予成形または仮焼成形した電極材（炭化珪
素）をプレス形成した前記軸孔内にセツトして電
極材と共に同時焼結することによつて行なう。 正、負電極２，３は少なくとも上記窒化物焼結
体の焼結に耐える耐熱性電極材から成り、且つそ
の窒化物と同等ないし僅かに熱膨脹係数が大であ
る高融点金属および炭化珪素焼結体から成る。こ
の高融点金属としてはMo、Ｗ、Ta、Os等であ
り、その単体または合金Mo―Ｗ（５〜50％Ｗと
残Mo）、Ｗ―Ir（１〜２％Irと残Ｗ）、Ｗ―Cu―
Ni（１〜５％Cu、１〜５％Niと残Ｗ）、Ta―Ｗ
（１―10％Ｗと残Ta）、Os―Pt（５〜25％Pt、０
〜５％Ruと残Os）等を用い、融点は2200℃以上
のものを用いる。さらにその熱膨脹係数は４〜７
×10-6／℃程度であり、具体例を第１表に示す。
【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、
サイアロン等の窒化物焼結体から成るセラミツク
シリンダーヘツドと前記セラミツクシリンダーヘ
ツドの焼結時に耐える耐熱性金属又は導電性セラ
ミツク電極材から成る正、負電極の少なくとも一
対を内燃機関の燃焼室内に露出するように対設
し、前記セラミツクシリンダーヘツドの焼結時に
前記電極と前記セラミツクシリンダーヘツドとが
一体に結合されることを特徴とするセラミツク製
シリンダーヘツド。 ２ 前記電極は前記セラミツクシリンダーヘツド
と同等ないし僅かに熱膨脹係数が大である高融点
金属又は炭化珪素を主体とする焼結体である特許
請求の範囲第１項記載のセラミツク製シリンダー
ヘツド。 ３ 前記高融点金属はMo、Ｗ、Ta、Os等の金
属又はそれらの合金である特許請求の範囲第２項
記載のセラミツク製シリンダーヘツド。 ４ 前記高融点金属は一体結合前後その表面に化
学気相反応によりセラミツク緻密層を形成して成
る特許請求の範囲第３項記載のセラミツク製シリ
ンダーヘツド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57092541A JPS58210341A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | セラミツク製シリンダ−ヘツド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57092541A JPS58210341A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | セラミツク製シリンダ−ヘツド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58210341A JPS58210341A (ja) | 1983-12-07 |
| JPH0144897B2 true JPH0144897B2 (ja) | 1989-10-02 |
Family
ID=14057235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57092541A Granted JPS58210341A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | セラミツク製シリンダ−ヘツド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58210341A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1985002884A1 (en) * | 1983-12-27 | 1985-07-04 | Ford Motor Company | Ceramic head for internal combustion engine |
| US4781157A (en) * | 1987-12-24 | 1988-11-01 | Ford Motor Company | Multipart ceramic cylinder head |
| JPH0233880A (ja) * | 1988-07-24 | 1990-02-05 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 内燃機関用スパークプラグ |
-
1982
- 1982-05-31 JP JP57092541A patent/JPS58210341A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58210341A (ja) | 1983-12-07 |
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