JPH04272451A - Ring coupling of gradient functional material and its manufacture - Google Patents

Ring coupling of gradient functional material and its manufacture

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JPH04272451A
JPH04272451A JP5548691A JP5548691A JPH04272451A JP H04272451 A JPH04272451 A JP H04272451A JP 5548691 A JP5548691 A JP 5548691A JP 5548691 A JP5548691 A JP 5548691A JP H04272451 A JPH04272451 A JP H04272451A
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ring
thermal expansion
coefficient
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outer ring
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Akira Tono
東野 晃
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    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2251/00Material properties
    • F05C2251/04Thermal properties
    • F05C2251/042Expansivity

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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a ring coupling of a gradient functional material formed from a plurality of rings being joined together which have different coefficients of thermal expansion, and also provide a manufacturing method for such a ring coupling. CONSTITUTION:A ring coupling 7 is composed of an inner ring 6 and an outer ring 5 made of a gradient functional material, which assumes inversion of the coefficient of thermal expansion between normal temp. and the joining temp., wherein the inner ring 6 bears the tensile residual stress while the outer ring 5 does the compressive residual stress. The actual amounts of thermal expansion are adjusted in accordance with the temp. rising condition during operation, i.e., the actually expanding amount of the inner ring 6 generated according to the coefficient of thermal expansion dependent upon the physical property of its material is lessened while that of the outer ring 5 generated according to the coefficient of thermal expansion dependent upon the physical property of its material is enlarged. Thus the gradient function is increased.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、熱膨張率の異なる傾
斜機能材から成るリング結合体及びその製造法に関する
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ring assembly made of functionally graded materials having different coefficients of thermal expansion and a method for manufacturing the same.

【0002】0002

【従来の技術】従来、セラミック組込型ピストンとして
、実開昭60−141446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組込型ピストンは
、アルミニウム合金から成るピストン本体の燃焼室側の
凹部にセラミック部材を組み込んだものであり、セラミ
ック部材の外周に熱膨張係数が10〜23×10− 1
 /℃の耐熱耐食性金属リングで且つ頭部に複数の締結
用孔を備えた突出部を有する金属リングを接合して該突
端をセラミック部材の上端面より突出させ、前記金属リ
ングの外周に前記ピストン本体の凹部に設けられた雌ね
じ部に螺着する雄ねじ部を螺刻した組立体とし、この組
立体を前記ピストン本体に締着した後、前記締結用孔を
含む突出部を除去したものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a ceramic-integrated piston disclosed in Japanese Utility Model Application Publication No. 141446/1983. The ceramic-embedded piston disclosed in this publication has a ceramic member built into a recess on the combustion chamber side of a piston body made of an aluminum alloy, and the outer periphery of the ceramic member has a thermal expansion coefficient of 10 to 23 x 10- 1
/°C heat-resistant and corrosion-resistant metal ring having a protruding part with a plurality of fastening holes on the head part, the protruding end is made to protrude from the upper end surface of the ceramic member, and the piston is attached to the outer periphery of the metal ring. This is an assembly in which a male threaded part is screwed into a female threaded part provided in a recessed part of the main body, and after this assembly is fastened to the piston main body, the protruding part including the fastening hole is removed. .

【0003】また、内燃機関用ピストンとして、実開昭
58−98455号公報に開示されたものがある。該内
燃機関用ピストンは、アルミニウム、鋳鉄等の金属材料
より成るピストン基部に、コバール、42アロイ等の熱
膨張率が3〜9×10− 6 /℃の金属体を介してセ
ラミックスを結合したものである。
Further, as a piston for an internal combustion engine, there is one disclosed in Japanese Utility Model Application Publication No. 58-98455. The internal combustion engine piston has a piston base made of a metal material such as aluminum or cast iron, and a ceramic bonded to it via a metal body such as Kovar or 42 alloy having a coefficient of thermal expansion of 3 to 9 x 10-6/°C. It is.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】ところで、リエントラ
ント型ピストンにおける燃焼室では、燃焼室入口即ち燃
焼室開口部のリップ先端部を先尖りに鋭く形成すると、
スキッシュ流及び逆スキッシュ流の乱れが増大し、燃料
と空気との混合が均一化され、燃焼状態が良好になる。
[Problems to be Solved by the Invention] In the combustion chamber of a reentrant piston, if the tip of the lip of the combustion chamber inlet, that is, the opening of the combustion chamber, is formed to have a sharp point,
The turbulence of the squish flow and the reverse squish flow increases, the mixture of fuel and air becomes more uniform, and the combustion condition improves.

【0005】しかしながら、従来のようなアルミニウム
材或いはセラミックファイバー強化アルミニウム材から
形成したピストンでは、燃焼室を構成するリップ部の先
端を先尖りにシャープに形成すると、リップ部先端の温
度は高温になり、リップ部に加わる熱負荷即ち熱応力の
ためにリップ部の溶損現象、クラック発生等の破損が発
生し、リップ部の先端を鋭くするにも限界があった。ま
た、リップ部の先端部を耐熱性に優れた非アルミニウム
材、例えば、ニレジスト、スチール、Fc、セラミック
ス等を使用した場合にも同様な現象が発生すると共に、
ピストンヘッド本体を構成するアルミニウム材との間に
、熱膨張率に大きな差が生じ、境界面或いは接合面に剥
離等が発生し、問題があった。
However, in conventional pistons made of aluminum or ceramic fiber-reinforced aluminum, if the tip of the lip forming the combustion chamber is formed into a sharp point, the temperature at the tip of the lip becomes high. The heat load, that is, thermal stress applied to the lip portion causes damage such as melting and cracking of the lip portion, and there is a limit to the ability to sharpen the tip of the lip portion. A similar phenomenon also occurs when the tip of the lip is made of a non-aluminum material with excellent heat resistance, such as Niresist, steel, Fc, ceramics, etc.
There was a problem in that there was a large difference in coefficient of thermal expansion between the piston head and the aluminum material that made up the piston head body, and peeling occurred at the interface or joint surface.

【0006】そこで、ピストンヘッド本体にリップ部を
組付けるにあたって熱膨張率の大きく異なるセラミック
スとアルミニウム等の金属材料とを結合或いは接合する
場合に、使用温度範囲を拡げ、セラミックスのクラック
、溶損、破損等を防止するため、セラミックスのリップ
部と金属材料のピストンヘッド本体との間に熱膨張係数
即ち熱膨張率の異なる傾斜機能材から成るリング結合体
を接合して介在させる方法がとられている。
[0006] Therefore, when assembling the lip portion to the piston head body, when bonding or bonding ceramics with significantly different coefficients of thermal expansion and metal materials such as aluminum, the operating temperature range is expanded to prevent cracks, melting damage, etc. of the ceramics. In order to prevent breakage, etc., a method has been adopted in which a ring assembly made of functionally graded materials with different thermal expansion coefficients is bonded and interposed between the ceramic lip portion and the metallic piston head body. There is.

【0007】ところで、傾斜機能材から成るリング結合
体を作製する方法として、図5及び図6に示すような方
法が行われている。該傾斜機能材から成るリング結合体
の製造法は、図5に示すように、熱膨張率の異なるリン
グ12,13,14を各材料の熱膨張係数より大きいテ
ーパ面を両側に形成し、常温で中間リング13が外側リ
ング14のテーパ面で支持され、内側リング12が中間
リング13のテーパ面で支持されるように、予め計算さ
れた内外径寸法を有するように形成し、リング間11と
12、リング間12と13及びリング間13と14にろ
う材15を配置する。この時、外側リング14の熱膨張
率が大きく(例えば、α=15×10−6 /℃)、内
側リング12の熱膨張率が小さく(例えば、α=5×1
0− 6 /℃)、中間リング13の熱膨張率は中間の
熱膨張率(例えば、α=15×10− 6/℃)を有す
るものとする。次いで、各リング12,13,14を炉
内に配置してろう付け温度(例えば、1100℃)まで
昇温すると、外側リング14の熱膨張が最も大きく成る
ので、図6に示すように、外側リング14内に中間リン
グ13が嵌入し、中間リング13内に内側リング12が
嵌入して接合される。この方法では、ろう付け温度では
、各リング12,13,14間のクリアランスが零にな
るように接合される。次いで、ろう付け温度から常温に
戻すと、内側リング12は圧縮残留応力が付与され、外
側リング14は引張残留応力が付与されることになる。
By the way, as a method for manufacturing a ring assembly made of a functionally graded material, a method as shown in FIGS. 5 and 6 has been used. As shown in FIG. 5, the method for manufacturing the ring assembly made of the functionally graded material is to form rings 12, 13, and 14 with different coefficients of thermal expansion on both sides with tapered surfaces larger than the coefficient of thermal expansion of each material, and to cool them at room temperature. The intermediate ring 13 is supported by the tapered surface of the outer ring 14 and the inner ring 12 is supported by the tapered surface of the intermediate ring 13. 12. A brazing material 15 is placed between the rings 12 and 13 and between the rings 13 and 14. At this time, the coefficient of thermal expansion of the outer ring 14 is large (for example, α=15×10−6/℃), and the coefficient of thermal expansion of the inner ring 12 is small (for example, α=5×1
0-6/°C), and the intermediate ring 13 has an intermediate coefficient of thermal expansion (for example, α=15×10-6/°C). Next, when each ring 12, 13, 14 is placed in a furnace and heated to a brazing temperature (for example, 1100°C), the outer ring 14 has the largest thermal expansion, so as shown in FIG. The intermediate ring 13 is fitted into the ring 14, and the inner ring 12 is fitted into the intermediate ring 13 and joined together. In this method, the rings 12, 13, and 14 are joined so that the clearance between them becomes zero at the brazing temperature. Next, when the temperature is returned from the brazing temperature to room temperature, a compressive residual stress is applied to the inner ring 12, and a tensile residual stress is applied to the outer ring 14.

【0008】上記の各製造法のように、熱膨張率の異な
る傾斜機能材を作製する場合に、各リングをろう付けす
れば、内側リング12及び外側リング14には、残留応
力が付与される。そこで、例えば、この傾斜機能材を燃
焼室の構造に組付けた場合に、エンジン運転で燃焼室温
度が上昇して、常温より昇温した状態では、内側リング
12については、内側リング12の材料の熱膨張量と残
留圧縮応力の解放による内径を拡げる膨張変位量とをプ
ラスした熱膨張の変位となり、内側リング12の材料物
性値より大きな熱膨張をすることになる。また、外側リ
ング14については、外側リング14の材料の熱膨張量
から残留引張応力の解放による外径を縮める収縮変位量
をマイナスした熱膨張の変位となり、外側リング14の
材料物性値より小さい熱膨張をすることになる。即ち、
従来の傾斜機能材では、内周リング12の実際の熱膨張
量は、残留応力の影響によりその材料物性で決まる熱膨
張率で発生する熱膨張量より大きくなり、また、外周リ
ング14の実際の熱膨張量は、残留応力の影響によりそ
の材料物性で決まる熱膨張率で発生する熱膨張量より小
さくなる。従って、傾斜機能材の熱膨張率に対する傾斜
機能は小さくなってしまう。
[0008] When producing functionally graded materials with different coefficients of thermal expansion as in each of the above manufacturing methods, residual stress is imparted to the inner ring 12 and the outer ring 14 if each ring is brazed. . Therefore, for example, when this functionally graded material is assembled into the structure of a combustion chamber, when the temperature of the combustion chamber rises during engine operation and rises above normal temperature, the material of the inner ring 12 may change. The thermal expansion displacement is the sum of the thermal expansion amount and the expansion displacement amount that expands the inner diameter due to the release of residual compressive stress, and the thermal expansion is larger than the material property value of the inner ring 12. In addition, for the outer ring 14, the thermal expansion displacement is the amount of thermal expansion of the material of the outer ring 14 minus the amount of contraction displacement that reduces the outer diameter due to the release of residual tensile stress, and the thermal expansion is smaller than the physical property value of the material of the outer ring 14. It will cause expansion. That is,
In conventional functionally graded materials, the actual amount of thermal expansion of the inner ring 12 is larger than the amount of thermal expansion generated by the coefficient of thermal expansion determined by the physical properties of the material due to the influence of residual stress, and the actual amount of thermal expansion of the outer ring 14 is The amount of thermal expansion is smaller than the amount of thermal expansion generated by the coefficient of thermal expansion determined by the physical properties of the material due to the influence of residual stress. Therefore, the gradient function with respect to the coefficient of thermal expansion of the functionally gradient material becomes small.

【0009】上記のような問題は、前掲実開昭60−1
41446号公報に開示されたセラミック組込型ピスト
ンにも同様な問題がある。即ち、該セラミック組込型ピ
ストンは、アルミニウム合金から成るピストン本体に金
属リングをねじで締着し、該金属リングをセラミック部
材に接合したものであるが、金属とセラミックスとは熱
膨張率が異なり、熱応力を受けるようなピストンヘッド
ではセラミック部材にクラックや亀裂が発生し、セラミ
ック部材の破損の問題がある。
[0009] The above-mentioned problem can be solved by
The ceramic built-in piston disclosed in Japanese Patent No. 41446 also has a similar problem. That is, the ceramic built-in piston has a metal ring screwed onto a piston body made of an aluminum alloy, and the metal ring is joined to a ceramic member, but metals and ceramics have different coefficients of thermal expansion. In a piston head that is subjected to thermal stress, cracks or fissures occur in the ceramic member, resulting in the problem of damage to the ceramic member.

【0010】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、例えば、金属製ピストンヘッド本体と半径
方向内向きに先尖りのリング状に伸びて中央に燃焼室開
口を形成する耐熱性に富んだセラミックスから成るリッ
プ部との間に介在させる熱膨張係数即ち熱膨張率の異な
る傾斜機能材から成るリング結合体において、常温と接
合温度とで熱膨張率が逆転するような材料を内側リング
と外側リングとに対して選定し、該リング結合体におけ
る内側リングに引張残留応力を且つ外側リングに圧縮残
留応力を負荷し、実際の熱膨張量をその材料の物性で決
まる熱膨張率に従って発生する熱膨張量を小さくし、傾
斜機能を増大させる傾斜機能材から成るリング結合体及
びその製造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 includes, for example, a heat-resistant piston head body that extends radially inward in the shape of a pointed ring and forms a combustion chamber opening in the center. In a ring assembly made of a functionally graded material with a different coefficient of thermal expansion, which is interposed between the lip part made of a ceramic rich in A tensile residual stress is applied to the inner ring and a compressive residual stress is applied to the outer ring in the ring assembly, and the actual amount of thermal expansion is determined according to the thermal expansion coefficient determined by the physical properties of the material. An object of the present invention is to provide a ring assembly made of a functionally graded material that reduces the amount of thermal expansion generated and increases the functionally graded material, and a method for manufacturing the same.

【0011】[0011]

【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、内側リングと該内側リングの外周面に接合
した外側リングから製作した熱膨張率の異なる傾斜機能
材から成るリング結合体において、常温(使用温度)で
前記内側リングの熱膨張率が前記外側リングの熱膨張率
より小さく且つ接合温度で前記内側リングの熱膨張率が
前記外側リングの熱膨張率より大きく、常温(使用温度
)で前記内側リングに引張残留応力が且つ前記外側リン
グに圧縮残留応力が負荷されたことを特徴とする傾斜機
能材から成るリング結合体に関する。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention is constructed as follows. That is,
The present invention provides a ring assembly made of functionally graded materials having different coefficients of thermal expansion, which are manufactured from an inner ring and an outer ring joined to the outer peripheral surface of the inner ring, in which the coefficient of thermal expansion of the inner ring is The coefficient of thermal expansion of the inner ring is smaller than the coefficient of thermal expansion of the outer ring, and the coefficient of thermal expansion of the inner ring is larger than the coefficient of thermal expansion of the outer ring at the bonding temperature, and there is a tensile residual stress in the inner ring at room temperature (usage temperature), and in the outer ring. The present invention relates to a ring assembly made of a functionally graded material to which compressive residual stress is applied.

【0012】また、この発明は、内側リングと該内側リ
ングの外周面に接合した外側リングから製作した熱膨張
率の異なる傾斜機能材から成るリング結合体の製造法に
おいて、接合温度で内側リングの熱膨張率が外側リング
の熱膨張率より大きく、常温で外側リングの熱膨張率が
内側リングの熱膨張率より大きくなるような常温と接合
温度とで熱膨張率が逆転する材料で前記内側リングと前
記外側リングを製作し、次いで前記内側リングと前記外
側リングとをろう付け又は拡散接合で互いに接合するこ
とを特徴とする傾斜機能材から成るリング結合体の製造
法に関する。
The present invention also provides a method for manufacturing a ring assembly consisting of functionally graded materials having different coefficients of thermal expansion, which are made from an inner ring and an outer ring bonded to the outer peripheral surface of the inner ring. The inner ring is made of a material whose coefficient of thermal expansion is larger than that of the outer ring, and whose coefficient of thermal expansion is reversed between room temperature and bonding temperature such that the coefficient of thermal expansion of the outer ring is larger than the coefficient of thermal expansion of the inner ring at room temperature. and the outer ring, and then the inner ring and the outer ring are bonded to each other by brazing or diffusion bonding.

【0013】或いは、この発明は、内側リングと該内側
リングの外周面に接合した外側リングから製作した熱膨
張率の異なる傾斜機能材から成るリング結合体の製造法
において、焼結温度で内側リングの熱膨張率が外側リン
グの熱膨張率より大きく、常温で外側リングの熱膨張率
が内側リングの熱膨張率より大きくなるような常温と焼
結温度とで熱膨張率が逆転する材料を選定し、該材料を
内側リング成形体と外側リング成形体を成形する型で一
体構造のリング成形体を成形し、該リング成形体を焼成
して一体構造の焼結体を製作し、前記内側リングに引張
残留応力を且つ前記外側リングに圧縮残留応力を負荷し
たことを特徴とする傾斜機能材から成るリング結合体の
製造法に関する。
Alternatively, the present invention provides a method for manufacturing a ring assembly consisting of functionally graded materials having different coefficients of thermal expansion manufactured from an inner ring and an outer ring bonded to the outer peripheral surface of the inner ring. Select a material whose coefficient of thermal expansion is greater than that of the outer ring, and whose coefficient of thermal expansion is reversed between room temperature and sintering temperature, such that at room temperature the coefficient of thermal expansion of the outer ring is greater than the coefficient of thermal expansion of the inner ring. Then, the material is molded into a ring molded body having an integral structure in a mold for molding an inner ring molded body and an outer ring molded body, and the ring molded body is fired to produce a sintered body having an integral structure, and the inner ring molded body is The present invention relates to a method for manufacturing a ring assembly made of a functionally graded material, characterized in that a tensile residual stress is applied to the outer ring and a compressive residual stress is applied to the outer ring.

【0014】[0014]

【作用】この発明による傾斜機能材から成るリング結合
体及びその製造法は、以上のように構成されており、次
のように作用する。即ち、この傾斜機能材から成るリン
グ結合体は、常温(使用温度)と接合温度とで熱膨張率
が逆転する材料で内側リングと外側リングを製作し、常
温(使用温度)で前記内側リングに引張残留応力を与え
且つ前記内側リングに接合した前記外側リングに圧縮残
留応力を与えたので、使用状態で昇温した時には、前記
内側リングは残留応力の解放による内径の収縮で熱膨張
は小さくなり、前記外側リングは残留応力の解放による
外径の膨張で熱膨張は大きくなり、傾斜機能が大きくな
る。従って、内側リングに低熱膨張率の材料から成るリ
ップ部を接合し且つ外側リングに高熱膨張率の材料から
成るピストンヘッド本体を接合した燃焼室に組み込んだ
場合に、前記リング結合体は該燃焼室にマッチした熱膨
張を起こして前記リップ部に対して良好な緩衝機能を提
供できる。
[Operation] The ring assembly made of functionally graded material and the method for manufacturing the same according to the present invention are constructed as described above, and operate as follows. That is, in the ring assembly made of this functionally graded material, the inner ring and the outer ring are made of a material whose coefficient of thermal expansion is reversed at room temperature (usage temperature) and bonding temperature, and the inner ring is Since a tensile residual stress is applied and a compressive residual stress is applied to the outer ring joined to the inner ring, when the temperature rises in use, the inner ring shrinks in inner diameter due to the release of residual stress, and its thermal expansion becomes smaller. , the outer ring expands in outer diameter due to release of residual stress, resulting in increased thermal expansion and increased tilting function. Therefore, when the ring assembly is assembled into a combustion chamber in which a lip portion made of a material with a low coefficient of thermal expansion is joined to the inner ring and a piston head body made of a material with a high coefficient of thermal expansion is joined to the outer ring, the ring assembly is attached to the combustion chamber. It is possible to cause thermal expansion matching that of the lip portion and provide a good buffering function to the lip portion.

【0015】また、この傾斜機能材から成るリング結合
体の製造法は、内側リングと外周リングとをろう付け又
は拡散接合で互いに接合すると、前記内側リングに引張
残留応力を負荷し且つ前記外側リングに圧縮残留応力を
負荷したリング結合体を容易に製作することができる。
[0015] Furthermore, in this method of manufacturing a ring assembly made of a functionally graded material, when an inner ring and an outer peripheral ring are joined to each other by brazing or diffusion bonding, tensile residual stress is applied to the inner ring and the outer ring is A ring assembly to which compressive residual stress is applied can be easily manufactured.

【0016】或いは、この傾斜機能材から成るリング結
合体の製造法は、内側リングと外周リングとを接合した
リング結合体を製作するのに、内側リングとなる材料と
外側リングになる材料とを成形型に入れ、内側リング成
形体と外側リング成形体とが一体構造になった複合リン
グ成形体を成形し、次いで該複合リング成形体を焼成し
てリング焼結体を製作することで容易に製造できる。そ
して、このリング結合体には、前記内側リングに引張残
留応力を負荷し且つ前記外側リングに圧縮残留応力を負
荷させることができる。
Alternatively, this method for manufacturing a ring assembly made of a functionally graded material involves using a material that will become the inner ring and a material that will become the outer ring in order to produce a ring assembly that joins the inner ring and the outer ring. A ring sintered body can be easily produced by placing the ring in a mold, molding a composite ring molded body in which an inner ring molded body and an outer ring molded body have an integral structure, and then firing the composite ring molded body. Can be manufactured. In this ring assembly, a tensile residual stress can be applied to the inner ring and a compressive residual stress can be applied to the outer ring.

【0017】[0017]

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による傾斜
機能材から成るリング結合体及びその製造法の実施例を
説明する。図1はこの発明による傾斜機能材から成るリ
ング結合体の製造法を達成するための一実施例を示す説
明図、図2は材料の物性で決まる熱膨張率の例を示すグ
ラフ、及び図3はこの発明による傾斜機能材から成るリ
ング結合体をピストンヘッド本体に形成した燃焼室に適
用した一実施例を示す概略図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a ring assembly made of functionally graded material and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing one embodiment of the method for manufacturing a ring assembly made of functionally graded material according to the present invention, FIG. 2 is a graph showing an example of the coefficient of thermal expansion determined by the physical properties of the material, and FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment in which a ring assembly made of a functionally graded material according to the present invention is applied to a combustion chamber formed in a piston head body.

【0018】図3には、ピストンヘッド本体2に形成し
た燃焼室1を形成するキャビティ10の上方を覆うよう
に半径方向内向きに先尖り形状で伸び且つ燃焼室開口3
を備えたループ状リップ部8を有するリエントラント型
ピストンが示されている。このリエントラント型ピスト
ンは、鋳込み成形したピストンスカート及び該ピストン
スカートに固定され且つ燃焼室1を構成するキャビティ
10を備えたアルミニウム等の金属材から成るピストン
ヘッド本体2から成り、燃焼室1はキャビティ10の上
面に燃焼室開口3及び該燃焼室開口3より面積の大きい
キャビティ10の底面4を有しているものである。
FIG. 3 shows a combustion chamber opening 3 extending radially inward in a pointed shape so as to cover the upper part of a cavity 10 forming a combustion chamber 1 formed in a piston head body 2.
A reentrant piston is shown having a looped lip 8 with . This reentrant type piston consists of a piston head body 2 made of a metal material such as aluminum, which has a cast-molded piston skirt and a cavity 10 that is fixed to the piston skirt and constitutes a combustion chamber 1. It has a combustion chamber opening 3 on the upper surface thereof and a bottom surface 4 of a cavity 10 having a larger area than the combustion chamber opening 3.

【0019】この燃焼室の構造は、ピストンヘッド本体
2に形成したキャビティ10に形成したキャビティ壁面
、該キャビティ壁面に接合したリング結合体7、及び該
リング結合体7に接合し且つピストンヘッド本体2から
半径方向内向きにテーパ面で先尖りにループ状に伸びて
中央部に燃焼室開口3を形成するリップ部8を有してい
る。リング結合体7は、熱膨張係数即ち熱膨張率αの異
なる傾斜機能材から成る同心円上に配置された複数のリ
ング、即ち外側リング5及び内側リング6を互いに接合
して構成されている。
The structure of this combustion chamber includes a cavity wall surface formed in a cavity 10 formed in the piston head body 2, a ring assembly 7 joined to the cavity wall surface, and a ring assembly 7 joined to the ring assembly 7 and connected to the piston head body 2. It has a lip portion 8 which extends inward in the radial direction in a loop shape with a tapered surface and forms a combustion chamber opening 3 in the central portion. The ring assembly 7 is constructed by joining together a plurality of concentrically arranged rings, ie, an outer ring 5 and an inner ring 6, made of functionally functional materials having different coefficients of thermal expansion α.

【0020】この燃焼室の構造において、リップ部8は
、耐熱性に富み且つ高温強度に富んだ低熱膨張率のセラ
ミックス、例えば、窒化珪素(Si3 N4 )、炭化
珪素(SiC)等から製作されている。このリップ部8
は、燃焼室開口3を形成する先端部は半径方向内向きに
伸びるテーパ面で極めて鋭角に先尖りのアール状態に形
成され、外周面を中央を境に上下を半径方向内向きに傾
斜したテーパ面を備える形状に製作されている。
[0020] In this combustion chamber structure, the lip portion 8 is made of a ceramic material with high heat resistance and high temperature strength and a low coefficient of thermal expansion, such as silicon nitride (Si3 N4), silicon carbide (SiC), etc. There is. This lip part 8
The tip forming the combustion chamber opening 3 is a tapered surface that extends radially inward, and is formed in an extremely acute rounded shape, and the upper and lower portions of the outer peripheral surface are tapered radially inward with the center as the boundary. It is manufactured in a shape with a surface.

【0021】リング結合体7は、図1又は図3に示すよ
うに、同心円上に配置して互いに接合した外側リング5
及び内側リング6から成り、内側リング6の熱膨張率α
と外側リング5の熱膨張率αは異なるものであり、リン
グ結合体7は熱膨張率αが異なる傾斜機能材として製作
されている。即ち、内側リング6を材料Aで製作し、外
側リング5を材料Bで製作する。図2に示すように、常
温或いは運転時の実働温度(例えば、エンジン燃焼室で
は、400〜500℃)では、内側リング6の材料Aの
熱膨張率αが外側リング5の材料Bの熱膨張率αより小
さくなっており、また、ろう付け温度、拡散接合温度或
いは焼結温度等の接合温度TH (例えば、1000〜
1100℃)では、内側リング6の材料Aの熱膨張率α
が外側リング5の材料Bの熱膨張率αより大きくなって
いる。即ち、材料Aと材料Bとの熱膨張率αは、リング
結合体7の使用状態の上昇した温度TR より高いが、
接合温度TH より低い状態の逆転温度TX (キュー
リ点)で逆転している。上記のような材料A,Bを選定
して内側リング6と外側リング5を製作すれば、常温で
内側リング6に引張残留応力が負荷され、また、外側リ
ング5に圧縮残留応力が負荷される状態にリング結合体
7を製作することができる。
As shown in FIG. 1 or 3, the ring assembly 7 includes outer rings 5 arranged concentrically and joined to each other.
and an inner ring 6, the thermal expansion coefficient α of the inner ring 6 is
The outer ring 5 and the outer ring 5 have different coefficients of thermal expansion α, and the ring assembly 7 is manufactured as a functionally graded material having different coefficients of thermal expansion α. That is, the inner ring 6 is made of material A, and the outer ring 5 is made of material B. As shown in FIG. 2, at room temperature or the actual operating temperature (for example, 400 to 500°C in an engine combustion chamber), the coefficient of thermal expansion α of the material A of the inner ring 6 is equal to the thermal expansion of the material B of the outer ring 5. The bonding temperature TH such as brazing temperature, diffusion bonding temperature or sintering temperature (for example, 1000~
1100°C), the coefficient of thermal expansion α of the material A of the inner ring 6 is
is larger than the coefficient of thermal expansion α of the material B of the outer ring 5. That is, the coefficient of thermal expansion α of material A and material B is higher than the temperature TR at which the ring assembly 7 is used.
Reversal occurs at a reversal temperature TX (Curi point) lower than the junction temperature TH. If the inner ring 6 and outer ring 5 are manufactured by selecting materials A and B as described above, tensile residual stress will be applied to the inner ring 6 at room temperature, and compressive residual stress will be applied to the outer ring 5. The ring assembly 7 can be manufactured in the following state.

【0022】上記のような材料A,Bは、インコロイ、
コバール、マンガン鋼、インバー、鉄−ニッケル系合金
、鉄−ニッケル−コバルト系合金、SUS、ハステロイ
等の材料から種々の組み合わせが考えられる。図4は、
これらの材料の温度Tと熱膨張率(線膨張係数)αとの
関係を示すグラフである。図4において、グラフの右端
は、900℃程度であり、作動温度TR 以上の温度で
熱膨張率αの逆転をしている状態が分かる。図4におい
て、符号AはSUS、符号Bは鉄−ニッケル系合金、符
号Cはハステロイ、符号Dは鉄−ニッケル系合金、符号
Eはインコロイ、符号Fはモリブデン鋼、符号Gはニッ
ケル−マンガン−鉄系合金でインバー、符号Hはスーパ
インバーの一例を示すものである。例えば、内側リング
6を材料Aをコバールを選定した場合に、外側リング5
の材料Bを上記条件に適合する材料に適合するものを選
定すればよい。
Materials A and B as described above are incoloy,
Various combinations can be considered from materials such as Kovar, manganese steel, Invar, iron-nickel alloy, iron-nickel-cobalt alloy, SUS, and Hastelloy. Figure 4 shows
It is a graph showing the relationship between temperature T and thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) α of these materials. In FIG. 4, the right end of the graph is about 900° C., and it can be seen that the coefficient of thermal expansion α is reversed at a temperature equal to or higher than the operating temperature TR. In FIG. 4, symbol A is SUS, symbol B is iron-nickel alloy, symbol C is Hastelloy, symbol D is iron-nickel alloy, symbol E is Incoloy, symbol F is molybdenum steel, symbol G is nickel-manganese. Invar is an iron-based alloy, and the symbol H indicates an example of superinvar. For example, if Kovar is selected as the material A for the inner ring 6, the outer ring 5
It is sufficient to select material B that is compatible with the above conditions.

【0023】上記のように、リング結合体7を外側リン
グ5と内側リング6とを接合して製作すれば、例えば、
ピストンヘッドに形成した燃焼室1にリング結合体7を
組込んで使用した場合に、エンジン運転時の作動温度T
R (例えば、450℃)では、内側リング6は、材料
物性で決まる熱膨張率に従って発生する熱膨張の変位量
から引張残留応力の解放による内径を収縮する変位量が
マイナスされた小さな変位量となり、また、外側リング
5は、材料物性で決まる熱膨張率に従って発生する熱膨
張の変位量と圧縮残留応力の解放による外径を拡大する
変位量とがプラスされた大きな変位量となる。従って、
例えば、アルミニウム製ピストンヘッド本体2にリング
結合体7を介して耐熱性に富んだセラミックスから成る
リップ部8を組付けた場合に、リップ部8の熱膨張は小
さく、ピストンヘッド本体2の熱膨張は大きくなるので
、リップ部8側の内側リング6はリップ部8の熱膨張に
マッチでき、また、ピストンヘッド本体2側の外側リン
グ5はピストンヘッド本体2の熱膨張にマッチすること
ができ、リップ部8とピストンヘッド本体2に対してリ
ング結合体7の傾斜機能は増大する。
If the ring assembly 7 is manufactured by joining the outer ring 5 and the inner ring 6 as described above, for example,
When the ring assembly 7 is assembled and used in the combustion chamber 1 formed in the piston head, the operating temperature T during engine operation
R (for example, 450°C), the inner ring 6 has a small displacement amount, which is the displacement amount due to thermal expansion that occurs according to the coefficient of thermal expansion determined by the physical properties of the material minus the amount of displacement that shrinks the inner diameter due to the release of tensile residual stress. Further, the outer ring 5 has a large displacement amount, which is the sum of the displacement amount due to thermal expansion that occurs according to the thermal expansion coefficient determined by the physical properties of the material, and the displacement amount that expands the outer diameter due to the release of compressive residual stress. Therefore,
For example, when a lip portion 8 made of highly heat-resistant ceramics is attached to an aluminum piston head body 2 via a ring assembly 7, the thermal expansion of the lip portion 8 is small, and the thermal expansion of the piston head body 2 is small. becomes larger, so the inner ring 6 on the lip portion 8 side can match the thermal expansion of the lip portion 8, and the outer ring 5 on the piston head body 2 side can match the thermal expansion of the piston head body 2, The tilting function of the ring assembly 7 relative to the lip portion 8 and the piston head body 2 is increased.

【0024】次に、この発明による傾斜機能材から成る
リング結合体の製造法の一実施例を説明する。リング結
合体7を構成する内側リング6と外側リング5とは、図
2に示す材料A,Bを使用する。即ち、内側リング6の
材料Aの熱膨張率αは、接合温度TH (例えば、11
00℃)で外側リング5の材料Bの熱膨張率αより大き
く、常温で外側リング5の熱膨張係数αが内側リング6
の熱膨張係数αより大きくなる。即ち、常温と接合温度
とで熱膨張係数が逆転する材料で内側リング6と外側リ
ング5とをそれぞれ製作する。次いで、内側リング6と
外側リング5とを、炉中に隣接して配置し、境界面にろ
う材を配置して接合温度にまで上昇し、外側リング5と
内側リング6とをろう付けして互いに接合する。場合に
よっては、内側リング6と外側リング5とを拡散接合で
互いに接合してリング結合体7を製作することができる
Next, an embodiment of a method for manufacturing a ring assembly made of a functionally graded material according to the present invention will be described. For the inner ring 6 and outer ring 5 that constitute the ring assembly 7, materials A and B shown in FIG. 2 are used. That is, the coefficient of thermal expansion α of the material A of the inner ring 6 is equal to the bonding temperature TH (for example, 11
00℃), the thermal expansion coefficient α of the outer ring 5 is larger than that of the material B of the outer ring 5, and the thermal expansion coefficient α of the outer ring 5 is larger than the inner ring 6 at room temperature.
is larger than the coefficient of thermal expansion α. That is, the inner ring 6 and the outer ring 5 are each made of a material whose coefficient of thermal expansion is reversed between room temperature and bonding temperature. Next, the inner ring 6 and the outer ring 5 are placed adjacent to each other in a furnace, a brazing material is placed on the interface, the temperature is raised to the joining temperature, and the outer ring 5 and the inner ring 6 are brazed together. join each other. In some cases, the inner ring 6 and the outer ring 5 may be bonded to each other by diffusion bonding to produce the ring assembly 7.

【0025】或いは、この発明による傾斜機能材から成
るリング結合体の製造法の別の実施例を説明する。この
実施例の製造法でも、上記実施例の製造法と同様に、リ
ング結合体7を構成する内側リング6と外側リング5と
は、図2に示す材料A,Bを使用するものである。例え
ば、リング状の成形型の半径方向中央に隔壁を配置し、
該成形型の隔壁より半径方向内側に材料Aの原料粉末又
はスラリーを投入すると共に、成形型の隔壁より半径方
向外側に材料Bの原料粉末又はスラリーを投入する。次
いで、成形型から隔壁を取外し、プレスで各原料粉末又
はスラリーを同時に押圧成形し、内側リング成形体と外
側リング成形体から成る一体構造の複合リング成形体を
成形する。該複合リング成形体を硬化乾燥させた後、複
合リング成形体を焼成して一体構造のリング焼結体を作
製する。このリング焼結体は、半径方向内側には材料A
から成る内側リング6且つ半径方向外側には材料Bから
成る外側リング5が一体構造に接合された構造を有して
いる。このリング結合体7は、常温で内側リング6に引
張残留応力を且つ外側リング5に圧縮残留応力を負荷し
た状態に構成されている。
Another embodiment of the method for manufacturing a ring assembly made of functionally graded material according to the present invention will be described. In the manufacturing method of this embodiment as well, the materials A and B shown in FIG. 2 are used for the inner ring 6 and outer ring 5 constituting the ring assembly 7, as in the manufacturing method of the above embodiment. For example, by placing a partition wall in the radial center of a ring-shaped mold,
A raw material powder or slurry of material A is charged radially inside the partition wall of the mold, and a raw material powder or slurry of material B is charged radially outside the partition wall of the mold. Next, the partition wall is removed from the mold, and each raw material powder or slurry is simultaneously pressed and molded using a press to form a composite ring molded body having an integral structure consisting of an inner ring molded body and an outer ring molded body. After the composite ring molded body is hardened and dried, the composite ring molded body is fired to produce a ring sintered body having an integral structure. This ring sintered body has material A on the inside in the radial direction.
An inner ring 6 made of material B and an outer ring 5 made of material B radially outward are joined in one piece. This ring assembly 7 is configured such that the inner ring 6 is loaded with a tensile residual stress and the outer ring 5 is loaded with a compressive residual stress at room temperature.

【0026】この発明による傾斜機能材から成るリング
結合体を燃焼室に組み込んだ場合には、次のように作用
する。即ち、エンジンが運転された場合に温度差によっ
てリップ部8とピストンヘッド本体2との間で熱膨張差
によって大きな熱応力が生じても、傾斜機能材から成る
リング結合体7が大きな傾斜機能を発揮して緩衝材とし
て機能し、リップ部8とピストンヘッド本体2との間で
温度差による熱膨張差を吸収する。それ故に、燃焼室1
に温度変化が発生してリップ部8とピストンヘッド本体
2との間に熱膨張差が発生しても、リップ部8にクラッ
ク、亀裂等が発生せず燃焼室1が破壊されるようなこと
がない。しかも、リップ部8は先尖りで鋭角形状であっ
て燃焼ガスからの熱の流入が大きいが、リップ部8に流
入した熱はリング結合体7及び金属リング体6を通じて
ピストンヘッド本体2方向へ妨げられずに流れ、ピスト
ンスカート、ピストンリング等を通じてシリンダライナ
側へ流出する。従って、リップ部8の温度を高温に維持
することなく、温度上昇を抑えるので、リップ部8のエ
ッジを鋭角な先尖りの形状に構成しても、耐熱性で製作
されているので、該エッジが溶損したり、割れたりする
ことがない。
When the ring assembly made of the functionally graded material according to the present invention is incorporated into a combustion chamber, it functions as follows. That is, even if a large thermal stress is generated due to a difference in thermal expansion between the lip portion 8 and the piston head main body 2 due to a temperature difference when the engine is operated, the ring assembly 7 made of a functionally gradient material maintains a large gradient function. It functions as a buffer material and absorbs the difference in thermal expansion caused by the temperature difference between the lip portion 8 and the piston head body 2. Therefore, combustion chamber 1
Even if a temperature change occurs and a thermal expansion difference occurs between the lip portion 8 and the piston head body 2, no cracks or cracks will occur in the lip portion 8 and the combustion chamber 1 will be destroyed. There is no. In addition, the lip portion 8 has a pointed, acute-angled shape that allows a large amount of heat to flow in from the combustion gas, but the heat that has flowed into the lip portion 8 is blocked in the direction of the piston head body 2 through the ring combination body 7 and the metal ring body 6. It flows through the piston skirt, piston ring, etc. to the cylinder liner side. Therefore, the temperature rise is suppressed without maintaining the temperature of the lip portion 8 at a high temperature, so even if the edge of the lip portion 8 is configured to have an acute pointed shape, the edge is made with heat resistance. will not melt or break.

【0027】また、リップ部8は、熱膨張率が小さく耐
熱性に富んだセラミックス等の材料で製作するので、燃
焼室開口3を形成するリップ部8のエッジを極めて鋭角
に形成し且つ該形状を高温状態でも維持できる。従って
、ピストンの上昇の圧縮行程で発生するスキッシュ流及
びピストン下降の爆発行程で発生する逆スキッシュ流を
増大することができ、空気と燃料との混合を促進してカ
ーボン発生量を抑制し且つ燃料消費量を低減する燃焼を
行わせ、燃焼状態を改善することができる。
Furthermore, since the lip portion 8 is made of a material such as ceramics that has a low coefficient of thermal expansion and is highly heat resistant, the edge of the lip portion 8 that forms the combustion chamber opening 3 is formed at an extremely acute angle and the shape is can be maintained even at high temperatures. Therefore, it is possible to increase the squish flow that occurs during the compression stroke of the piston's upward movement and the reverse squish flow that occurs during the piston's downward explosion stroke, promoting the mixing of air and fuel, suppressing the amount of carbon generated, and reducing the amount of fuel. It is possible to perform combustion that reduces consumption and improve combustion conditions.

【0028】[0028]

【発明の効果】この発明による傾斜機能材から成るリン
グ結合体及びその製造法は、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、この傾斜機能材から
成るリング結合体は、内側リングと外側リングとを、常
温で内側リングの熱膨張率が外側リングの熱膨張率より
小さく且つ接合温度で前記内側リングの熱膨張率が前記
外側リングの熱膨張率より大きくなる材料で接合して構
成したので、常温で前記内側リングに引張残留応力を負
荷し且つ前記外側リングに圧縮残留応力を負荷させるこ
とができる。従って、使用の昇温時には、前記内側リン
グの実際の熱膨張量が材料の物性で決まる熱膨張率に従
って生じる熱膨張より小さくなり、また、前記外側リン
グの実際の熱膨張量が材料の物性で決まる熱膨張率に従
って生じる熱膨張より大きくなる。従って、このリング
結合体を、例えば、ピストンヘッドに形成する燃焼室の
アルミニウム製ピストンヘッド本体と低熱膨張率のセラ
ミックスから成るリップ部との間に組み込んだ場合に、
前記リップ部と前記ピストンヘッド本体との熱膨張差を
吸収するため、傾斜機能として極めてマッチした熱膨張
を起こし、傾斜機能が大きくなる。
[Effects of the Invention] The ring assembly made of functionally graded material and the method for manufacturing the same according to the present invention, constructed as described above, have the following effects. That is, the ring assembly made of this functionally graded material has an inner ring and an outer ring such that the coefficient of thermal expansion of the inner ring is smaller than the coefficient of thermal expansion of the outer ring at room temperature, and the coefficient of thermal expansion of the inner ring is smaller than that of the outer ring at the bonding temperature. Since the ring is made of a material whose coefficient of thermal expansion is larger than that of the outer ring, tensile residual stress can be applied to the inner ring and compressive residual stress can be applied to the outer ring at room temperature. Therefore, when the temperature rises during use, the actual amount of thermal expansion of the inner ring will be smaller than the thermal expansion that occurs according to the coefficient of thermal expansion determined by the physical properties of the material, and the actual amount of thermal expansion of the outer ring will depend on the physical properties of the material. It is larger than the thermal expansion that occurs according to the determined coefficient of thermal expansion. Therefore, when this ring assembly is installed, for example, between the aluminum piston head body of the combustion chamber formed in the piston head and the lip portion made of ceramics with a low coefficient of thermal expansion,
In order to absorb the difference in thermal expansion between the lip portion and the piston head main body, closely matching thermal expansion occurs as a tilting function, and the tilting function becomes large.

【0029】また、この発明による傾斜機能材から成る
リング結合体をピストンヘッドに形成した燃焼室に組付
けた場合には、前記リング結合体でリップ部とピストン
ヘッド本体との熱膨張差を吸収すると共に、特に、前記
外周リングはエンジン駆動時の昇温時に前記外周リング
の物性から決まる熱膨張率で発生する熱膨張より大きい
熱膨張の変形にすることができる。これに対して、前記
内側リングは昇温時に前記内側リングの物性から決まる
熱膨張率で発生する熱膨張より小さい熱膨張の変形にす
ることができる。従って、前記リップ部を低熱膨張率の
セラミックスで製作し、ピストンヘッド本体を高熱膨張
率の金属材料で製作した場合に、熱膨張率の相違で発生
する熱膨張差を吸収する傾斜機能を大きく発揮させるこ
とができ、構造上極めてマッチした傾斜機能を提供でき
る。
Furthermore, when the ring assembly made of the functionally graded material according to the present invention is assembled into the combustion chamber formed in the piston head, the ring assembly absorbs the difference in thermal expansion between the lip portion and the piston head body. In particular, the outer circumferential ring can be deformed by a thermal expansion larger than the thermal expansion that occurs at a coefficient of thermal expansion determined from the physical properties of the outer circumferential ring when the temperature rises during engine operation. On the other hand, the inner ring can be deformed so that the thermal expansion is smaller than the thermal expansion that occurs at a thermal expansion coefficient determined from the physical properties of the inner ring when the temperature rises. Therefore, when the lip portion is made of ceramics with a low coefficient of thermal expansion and the piston head body is made of a metal material with a high coefficient of thermal expansion, the gradient function that absorbs the difference in thermal expansion caused by the difference in coefficient of thermal expansion is greatly exhibited. It is possible to provide a slope function that closely matches the structure.

【0030】また、前記リップ部は、前記ピストンヘッ
ド本体からの熱膨張の影響が前記リング結合体の傾斜機
能材で緩和されるので、耐熱性に富んだセラミックスで
形成でき、前記リップ部の先端部を半径方向内向きのテ
ーパ面で鋭角に先尖りに形成できる。しかも、前記リッ
プ部のエッジを鋭角に形成することによって、ピストン
の上昇の圧縮行程で発生する燃焼室内へ流入するスキッ
シュ流、及びピストン下降の爆発行程で発生する燃焼室
内から流出する逆スキッシュ流を増大することができ、
該スキッシュ流及び該逆スキッシュ流による噴霧燃料と
空気との混合を一層良好に達成でき、従来のリエントラ
ント型ピストンに比較して、カーボン発生量を抑制し且
つ燃料消費量を低減して燃焼を改善することができる。
[0030] Furthermore, the lip portion can be formed of highly heat-resistant ceramics because the effect of thermal expansion from the piston head body is alleviated by the functionally graded material of the ring assembly, and the tip of the lip portion The portion can be formed to have an acutely pointed point with a radially inward tapered surface. Moreover, by forming the edges of the lip portion at an acute angle, the squish flow that flows into the combustion chamber during the compression stroke of the piston's upward movement and the reverse squish flow that flows out from the combustion chamber that occurs during the explosion stroke of the piston's downward movement are suppressed. can increase,
The squish flow and the reverse squish flow can achieve better mixing of the atomized fuel and air, and compared to conventional reentrant pistons, the amount of carbon generated is suppressed, fuel consumption is reduced, and combustion is improved. can do.

【0031】また、前記リップ部を傾斜機能材の前記リ
ング結合体を介してピストンヘッド本体に密接状態に組
付けることで、燃焼室の先端部の前記リップ部から外周
部の前記ピストンヘッドまで各境界での熱流が妨げられ
ることがなく、良好に熱は伝導されて前記リップ部の先
端部の熱をピストンヘッド本体、ピストンリング、シリ
ンダライナ等を通じて外部へ移動させ、燃焼ガスによっ
て前記リップ部の先端部が高温になっても直ちに熱を移
動させて高温状態に維持されるのを回避し、高温による
前記リップ先端部の溶損を防止することができる。
[0031] Furthermore, by closely assembling the lip part to the piston head main body via the ring assembly of the functionally graded material, each part is connected from the lip part at the tip of the combustion chamber to the piston head at the outer peripheral part. The heat flow at the boundary is not hindered, and the heat is conducted well, and the heat at the tip of the lip is transferred to the outside through the piston head body, piston ring, cylinder liner, etc., and the combustion gas causes the heat to be transferred to the outside of the lip Even if the tip reaches a high temperature, the heat is immediately transferred to avoid being maintained at a high temperature, thereby preventing melting and damage of the lip tip due to high temperatures.

【0032】また、この発明による傾斜機能材から成る
リング結合体を製造するには、上記材料で内側リングと
外側リングを製作し、次いで、内側リングと外側リング
とをろう付け接合又は拡散接合で互いに接合することで
、前記内側リングに引張残留応力を負荷し且つ前記外側
リングに圧縮残留応力を負荷したリング結合体を容易に
製作することができる。
[0032] Furthermore, in order to manufacture a ring assembly made of a functionally graded material according to the present invention, an inner ring and an outer ring are manufactured using the above-mentioned material, and then the inner ring and the outer ring are joined by brazing or diffusion bonding. By joining them together, it is possible to easily manufacture a ring assembly in which the inner ring is loaded with tensile residual stress and the outer ring is loaded with compressive residual stress.

【0033】或いは、この発明による傾斜機能材から成
るリング結合体を製造するには、上記材料の特性を有す
る原料で内側リング成形体と外側リング成形体を成形し
、型で一体構造の複合リング成形体を成形し、該複合リ
ング成形体を焼成して一体構造の焼結体を製作すること
で、前記内側リングに引張残留応力を負荷し且つ前記外
側リングに圧縮残留応力を負荷させたリング結合体を容
易に製造することができる。
Alternatively, in order to produce a ring assembly made of a functionally graded material according to the present invention, an inner ring molded body and an outer ring molded body are molded from a raw material having the characteristics of the material described above, and a composite ring of integral structure is formed with a mold. A ring in which a tensile residual stress is applied to the inner ring and a compressive residual stress is applied to the outer ring by molding a molded body and firing the composite ring molded body to produce a sintered body having an integral structure. Conjugates can be easily produced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】この発明による傾斜機能材から成るリング結合
体の製造法を達成するための一実施例を示す説明図であ
る。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of the method for manufacturing a ring assembly made of functionally graded material according to the present invention.

【図2】図2は材料の物性で決まる熱膨張係数の例を示
すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing an example of a thermal expansion coefficient determined by the physical properties of a material.

【図3】この発明による傾斜機能材から成るリング結合
体をピストンヘッド本体に組付けて構成した燃焼室を示
す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a combustion chamber constructed by assembling a ring assembly made of functionally graded material according to the present invention to a piston head body.

【図4】リング結合体を製作するための各種材料の温度
と熱膨張率との関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between temperature and coefficient of thermal expansion of various materials for manufacturing the ring assembly.

【図5】複数のリングを接合してリング結合体を形成す
る製造法の一例を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a manufacturing method of joining a plurality of rings to form a ring assembly.

【図6】図5に示す製造法で形成したリング結合体を示
す説明図である。
6 is an explanatory diagram showing a ring assembly formed by the manufacturing method shown in FIG. 5. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    燃焼室 2    ピストンヘッド本体 3    燃焼室開口 5    外側リング 6    内側リング 7    リング結合体 8    リップ部 10  キャビティ 1 Combustion chamber 2 Piston head body 3 Combustion chamber opening 5 Outer ring 6 Inner ring 7 Ring combination 8 Lip part 10 Cavity

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  内側リングと該内側リングの外周面に
接合した外側リングから製作した熱膨張率の異なる傾斜
機能材から成るリング結合体において、常温で前記内側
リングの熱膨張率が前記外側リングの熱膨張率より小さ
く且つ接合温度で前記内側リングの熱膨張率が前記外側
リングの熱膨張率より大きく、常温で前記内側リングに
引張残留応力が且つ前記外側リングに圧縮残留応力が負
荷されたことを特徴とする傾斜機能材から成るリング結
合体。
1. A ring assembly comprising functionally graded materials having different coefficients of thermal expansion manufactured from an inner ring and an outer ring joined to the outer peripheral surface of the inner ring, wherein the coefficient of thermal expansion of the inner ring is equal to that of the outer ring at room temperature. and the coefficient of thermal expansion of the inner ring is greater than the coefficient of thermal expansion of the outer ring at the bonding temperature, and a tensile residual stress is applied to the inner ring and a compressive residual stress is applied to the outer ring at room temperature. A ring assembly made of a functionally graded material characterized by the following.
【請求項2】  内側リングと該内側リングの外周面に
接合した外側リングから製作した熱膨張率の異なる傾斜
機能材から成るリング結合体の製造法において、接合温
度で内側リングの熱膨張率が外側リングの熱膨張率より
大きく、常温で外側リングの熱膨張率が内側リングの熱
膨張率より大きくなるような常温と接合温度とで熱膨張
率が逆転する材料で前記内側リングと前記外側リングを
製作し、次いで、前記内側リングと前記外側リングとを
ろう付け接合又は拡散接合で互いに接合することを特徴
とする傾斜機能材から成るリング結合体の製造法。
2. A method for manufacturing a ring assembly consisting of functionally graded materials having different coefficients of thermal expansion manufactured from an inner ring and an outer ring bonded to the outer circumferential surface of the inner ring, wherein the coefficient of thermal expansion of the inner ring at the bonding temperature is The inner ring and the outer ring are made of a material whose coefficient of thermal expansion is larger than that of the outer ring, and whose coefficient of thermal expansion is reversed between normal temperature and bonding temperature such that the coefficient of thermal expansion of the outer ring is larger than the coefficient of thermal expansion of the inner ring at room temperature. 1. A method for manufacturing a ring assembly made of a functionally graded material, characterized in that the inner ring and the outer ring are bonded to each other by brazing or diffusion bonding.
【請求項3】  内側リングと該内側リングの外周面に
接合した外側リングから製作した熱膨張率の異なる傾斜
機能材から成るリング結合体の製造法において、焼結温
度で内側リングの熱膨張率が外側リングの熱膨張率より
大きく、常温で外側リングの熱膨張率が内側リングの熱
膨張率より大きくなるような常温と焼結温度とで熱膨張
率が逆転する材料を選定し、該材料を内側リング成形体
と外側リング成形体を成形する型で一体構造のリング成
形体を成形し、該リング成形体を焼成して一体構造の焼
結体を製作し、前記内側リングに引張残留応力を且つ前
記外側リングに圧縮残留応力を負荷したことを特徴とす
る傾斜機能材から成るリング結合体の製造法。
3. A method for manufacturing a ring assembly comprising functionally gradient materials having different coefficients of thermal expansion manufactured from an inner ring and an outer ring bonded to the outer peripheral surface of the inner ring, wherein the coefficient of thermal expansion of the inner ring at the sintering temperature is is larger than the coefficient of thermal expansion of the outer ring, and the coefficient of thermal expansion of the outer ring is larger than the coefficient of thermal expansion of the inner ring at room temperature. A ring molded body with an integral structure is molded using a mold for molding an inner ring molded body and an outer ring molded body, and the ring molded body is fired to produce a sintered body with an integral structure, and the tensile residual stress is applied to the inner ring. and a compressive residual stress is applied to the outer ring.
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