JPH03234364A - エンジンの耐熱性機械要素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 こ産業上の利用分野］ この発明は、シリンタヘッド、ピストン等のエンジンの
金属製機械要素に係り、特に金属製機械要素の受熱面に
画然性金属を融接したエンジンの耐熱性ｗｉ械要素に関
する。

［従来の技術］ エンジンの機械要素としては、燃焼ガスエネルギに直接
晒されるシリンダヘッドやピストンがあるが、エンジン
の高出力化、機械的負荷の増大に伴ってこれらシリンダ
ヘッドやピストンの燃焼面側の強度の向上が望まれてい
る。

つまり、高出力化に伴う燃焼カスの熟ネルギの増大に応
じてシリンダヘッドやピストンの燃焼面の亀裂寿命の大
巾な短縮に備えようとするものである。

第５図は、シリンダヘッド下面の亀裂発生部を示すもの
で、亀裂が、吸気・排気ボー）ａ、ｂ間の隔壁Ｃ及び吸
気・排気ボートａ、ｂのそれぞれとホットプラグ取付穴
または燃料噴射ノズル取付穴４間の隔ｗｅ、ｆに発生す
ることを示している。

この結果から明らかなように、シリンダヘッドやピスト
ン（第４図参照）においては、形状的に肉厚を薄くした
部分に発生する。

そこでこのような課題に鑑み、シリンダヘッドやピスト
ンの耐熱性を向上させるためにこれら機械要素を合金化
（ハイアロイ化）する技術が考えられるが、合金化は、
耐熱性を向上できる反面、鋳造性が悪化して健全な鋳物
を製造が困難になり、結果的に鋳物の機械的性質を悪化
させてしまう虞や、母材に対する合金濃度の調整が困難
であるためその強度にバラツキを生じる問題がある。別
の技術として機械要素の燃焼面をＦＲＭで補強する技術
があるか、二の技術は、材料自体が高価であり、ＰＲＭ
で構成した補強部材を上記隔壁に接着溶融して取付ける
ことも考慮するとかなりコスト高となる。

そこでシリンダへンドやピストンの燃焼面を高エネルギ
密度レーサー、ＴＩＧ、電子ビームで再溶融し、金属組
織のＷＬ細化を図り、亀裂寿命を延命する技術が開発さ
れ、種々検討されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、再溶Ｍｌ処理（リメルト処理）によって金属組
織を微細化しても亀裂に対する寿命は５、再溶融処理を
行なわなかったものに対して約２倍程度であり、今後要
求される高出力への対応は不十分であると考えられる。

そこで、耐熱性合金（ステンレス、　ＮＪＨＯＮＩＣ８
０＾ＪＮＣＯＮＥＬまたはＣＯ，Ｎｉ、Ｎｏ、−等の合
金）を、金属製機械要素の受熱面にＴＩＧ、ＭＩＧ、Ｐ
ＴＡ等の高エネルギ密度ビームで融接しこれらをクラッ
テングさせる技術（特開昭６１−９１３２３号、特開昭
６０−７０１３６号等）か検討されているか、金属製Ｒ
械要素と耐熱性金属との熟成１率の相違によって、耐熱
性金属に熟成縮開れが発生してしまう問題がある。

この発明の目的は、エンジンの金属製機械要素の受熱面
に耐熱性合金を、高エネルギ密度ビームで融接するに際
し、金属製機械要素と耐熱性金属と間でおこる熱収縮を
緩衝金属で吸収し、両者を良好に接合することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ この発明は上記目的を達成するために、金属製機械要素
の受熱面に超音波接合で延性金属層を形成し、その延性
金属層の表面に耐熱金属層を融接形成したものである。

［作用］ 金属製機械要素の受熱面に延性金属層を形成し、その延
性金属の表面に耐熱性金属層を形成すると延性金属層が
、耐熱金属層と金属製機械要素との間に生じる熱収縮応
力を吸収する。つまり、延性金属層による吸収によって
熱収縮による耐熱金属層力収縮割れが防止さｈる。

［実施例］ 以下に、この発明の好適−実施（’ｉｌｌを添付図面に
基づいて説明する。

第２図に示しであるようにシリンダヘッド１には、吸気
ボート２及び排気ポート３かそれぞれ形成されている。

これら吸気ボート２及び排気ホト３は、エンジンのシリ
ンダボア（いずれも図示せず）に対応するシリンダヘッ
ド下面４に開口させて形成される。これら吸気ボート２
及び排気ボート３間には、吸気ボート２及び排気ポート
３を形成した結果として隔壁５が形成される。そしてシ
リンダヘッドには、その隔壁５と近接する位置にシリン
ダヘッド下面４に開口するホットプラグ取付穴６が形成
され、このホットプラグ取付穴６を形成した結果として
吸気ボート２．ホットプラグ取付穴６間に隔壁７が形成
され、排気ポート３゜ホットプラグ取付穴６間に隔壁８
が形成される。

さて、熱応力に対する上記隔壁５，７．８の強度を向上
させるために本発明では第１図及び第３図（イ）、（ロ
）、（ハ）に示すように、上記隔壁５．７．８の表面間
、即ち吸気・排気弁２．３およびホンドグラグＩ！仔穴
６か取り囲むシリンダヘッド下面４の包囲部分に所定深
さの凹部９を形成する。そしてこの凹部９の内面に−様
な厚さで延性金属の粉末１０を付着させる。延性金属の
粉末は、シリンダヘッド１に対して融接性の良い金属粉
末が選定される。たとえばシリンダヘッドｌの材質がア
ルミニウムまたはアルミニウム合金の鋳物である場合は
、エバジュール等の銅合金粉末（９５，ＯＣｕ　　１．
Ｏ７Ｍｎ、３．４ｆ３Ｓｉ、Ｚｎ１Ｔｒ。

５ｎｉＴｒ、ＡＪ　１Ｔｒ）を選定してこの銅合金粉末
１０を上記凹部９の表面に均等な厚さでルーコートする
。次いで、第３図（ロ）に示すように、磁歪振動子等の
超音波融接機１１を使用して上記銅合金の粉末１０を融
接し、第３図（ハ）に示すように凹部９の表面に延性金
属層１２を形成する。

なお、超音波融接機１１に、銅合金粉末の同時供給装置
１３を設け、超音波溶接を行う直前に凹部９に銅合金粉
末層を形成するようにしても楕わない。次いで延性金属
層１２の表面に、ＩＶ＃熟金属（ステンレス、　ＮＩＨ
ＯＮＩＣ８０ＡＩＮＣＯＮＥｌまたはＣＯ，Ｎｉ。

ＮＯ，−等の合金）からなる溶接棒を使用するＴＭＧ、
耐熱金属からなるワイヤを昭するＭＩＧ、耐熱金属の粉
末を噴射しつつ溶融させるＰＴＡのうちのいずれかによ
って肉盛り溶接を行い、延性金属層の表面に耐熱金属層
１４を肉盛り形成する（第３図（ハ））。そして、機械
加工によって肉盛りされた耐熱金属層１４を所定形状に
形成しシリンダへｙド１を完成する。

このように、シリンダヘッド下面４の銅合金からなる延
性金属層１２を超音波接合で形成した後、その延性金属
層１２の表面に耐熱金属層１４を融接した後、延性金属
層１２が、耐熱金属層１４とシリンダへｙド下面４との
間に生じる収縮応力が吸収され、熱収縮による耐熱金属
層１４の割れが防止される。

次に、ディーゼルエンジン用のピストンの場合、は、第
４図に示すようにピストン頂部１５に燃焼室としてのキ
ャビティ１６が形成され、そのキャピテイ１６周りの周
側壁１７か他部に対して肉薄となり、上記シリンダへノ
ド１同様に熟による亀裂が発生する。そこでこのような
周ｍ壁１７の上面に上記銅合金の粉末をプレコートして
超音波溶接し、超音波溶接後、高エネルギ密度のビーム
（またはアーク）で融接し、耐熱性を確保する。

ところで、上記シリンダヘッド１等を鋳鉄で形成するよ
うな場合は、上記延性金属層１２が脆化組ｍ＜チル層（
Ｐｅｓ　））の析出を防止してクラッデングの信頼性を
向上させるのに有効に機能するのも大きな特長である。

なお、上記銅合金の粉末１０にかえて予め上記四部９と
係合する形状に銅合金板を成形し、これを延性金属層１
２として超音波融接するようにしても構わなく、これら
延性金属層１２の形成後、その表面にＮ１合金（Ｎ　Ｉ
ＨＯＮ　ＩＣ８０＾、ｌＮＣ０ＮＥＬＣ７１３Ａ　）ま
たはＣＯをベースとするＳＬ”’を予めクラッデングし
ておくことも当然構わない。また、上記延性金属層１２
を構成する材料としてはＣｕ、Ｎｉを用いてもよい。

こ発明の効果］ 以上説明したことから明らがなようにこの発明によｉｔ
　ｃｒ次の如き潰れた効果を発揮する。

金属製Ｆ１１械要素の受熱面に超音波接合で延性金属層
を形威し、その延性金属層の表面に耐熱金属層を融接形
成したから、耐熱金属層の熱収縮が延性金属層に吸収さ
れるようになり、１ｌｉｒｆ熟金属層の収縮割れが防止
される。この結果、エンジンの機械要素に高い耐熱性を
持たせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の好適−実總例を示す要部詳細断面図
、第２図は、シリンダヘッドに形成した凹部を示す平面
図、第３図は延性金属層と耐熱金属層り形成工程を示す
概略図、第４図は、ピストンの熱亀裂を示した概略図、
第５図はシリンダヘッドに発生する熱亀裂を示した概略
図である。 図中、ｌはエンジンの機械要素としてのシリンダヘッド
、１２は延性金属層、１４は耐熱金属層である。 特 許 出 願 人 いすぐ自動車株式会社 代 理 人 弁 理 士 絹 谷 信 雄 第１ 図 第３図 第２図 ／１！７ 第ｄ肉 第５図 手続補正書彷幻 平成３年５月７日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、金属製機械要素の受熱面に超音波接合で延性金属層
   を形成し、その延性金属層の表面に耐熱金属層を融接形
   成したことを特徴とするエンジンの耐熱性機械要素。