JPS5848648A - セラミツクフアイバ−複合金属材料 - 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】 本発明は、セラミックファイバー複合金属材料に閣する
ものである。

近年、セラミックは七の断熱性ゆえに、燃焼効率の向上
ひいては燃費の向上につながることから、自動車腫東分
野におけるエンジン部品としても利用されてきている。

なかでも、セラミックファイバーは断熱性とともに尚剛
性（モース伏さ：６）を木ね備えていることから、金属
との複合材料として、たとえば、ピストン・ヘッド等に
使用されようとして（・る。この場合、通常の組成はＳ
、Ｏ□およびＡＡ！２０３とからなり、結晶化ガラス質
とすれている。

しかしながら、従来のセラミックファイバーを使用した
複合金属材料にあっては、セラミックファイバーの繊維
形状により複合金属材料の特性が変わるという問題は勿
論、切削性が悪く、また使用中にセラミ゛ツクが脱落す
るという問題もあった。

本発明の目的は、セラミックファイバー複合金属材料を
改良することにより、複合金属材料の上記問題を解決す
ることにある。

本発明者は、上記複合金属材料について極々検討した結
果、セラミックファイバーに含有されている粒状セラミ
ック（以下、ショットという二組１図参照）が上記問題
に大きな影響を及ぼしていることを見い出し、ここに本
発明を完成した。なお、図はセラミックファイバーを含
む複合金属材料ｌの顕＊Ｍ写真であり、２はセラミック
ファイバー、３は粒状セラミ゛ツクそして４は金縞を谷
々示す。

本発明のセラミ・ツクファイバー複合金属材料は、セラ
ミックファイバー中に含まれるショットを全一セラミッ
ク量に対して１３Ｍ、に％以下とし、かつ、粒径１５０
μｍ以上の球状セラミックを１血ｉ％以下としたセラ電
゛ツクファイバーの東合体を、金４４に複合させたこと
を特徴とするものである。

以下、本発明を具体的な数値な皐けて詳細に説明する。

なお、セラミックファイバーとして、カオウール（登録
商標：イソライドパブコック社製）を用いた。このファ
イバーは、５Ｌ０２／ＡＡ’２０３がほば１であり、平
均繊維径が２，８μｍである。

この場合、ショット含有率を異ならせる以外’＜　＜　
ＰＪ　ｍにして、４棟類のセラミックファイバーＡ、Ｂ
、Ｃ，Ｄを製造した。七の各ファイバーのショット言Ｍ
率および粒度別のショット含ｍ４−を第１表に示す。

第　　１　　表 これら４ｓ類のセラミックファイバーを用い。

て、通常のピストン材であるアルミニウム合金を加圧鋳
造することにより、ピストン・ヘッドの一部、すなわち
、溝を形成丁べき部分にセラミックファイバーを入れた
複合金属材料な有するピストンを得た。

このようにして得た被合金属材料について、切削試験を
行なった。丁なわち、鋳造したピストンのうちセラミッ
クファイバーを含有する被合金属材料部分を切削加工す
ることにより、第２図に示すようなピストン５を製造し
た。８ｇ２図において、６はピストン・ヘッドであり、
咳ピストン・ヘッド６にピストン・リング（図示上°ｆ
）を嵌合、するための複数の溝を形成するにあたり、溝
周辺部を複合金属材料とし、切削によりｓ７を形成する
。この場合、Ｋ験条件は下記のとおりである。

工具：超硬切削工具 切削速腹：　３　Ｇ　Ｏｍ７分 切り込み二〇、０４■／回転 クーラント：油 この試験結果を第３図に示す。なお、切削本数（本）の
増加に伴なうバイト逃は面の摩耗蓋（關）の変化６二よ
り、その評価を行ノ、〔つた。

この第３図かられかる通り、セラミックファイバーＡを
含有する複合金属材料を切削した場合は、他のセラミッ
クファイバーＢ、Ｏ，Ｄを含有する複合金属材料を切削
した場合に比して、工具がかなり速く摩耗してしまう。

これは、ショット含有率により切削工具の績耗量が大き
く影参を受けることを示している。

次に、こうして切削された複合金属材料からなるピスト
ンを実録にエンジンに装着してエンジン耐久試験を行な
った。この場合、試験条件は下記のとおりである。

エンジン回転欽：４６００ｒｐｍ 負荷：フル；ミード 駆動時間：３００時間 燃料：軽油 、水温：９０±２℃ 油温：１２０〜１２５°Ｇ この試験結果なＭ２表ならびシニ第４図および第５図に
示す。なお、第２表はシリンダーボアのスカッフィング
状ｍ’ｖ示し、第４因はピストンリングの半径方向の摩
耗ｊｉｋ　（ｐｍ）を示し、第５図はピストンリングの
上下面方向の摩耗蓋（μｍ）を７ｊ＜シている。

第２表 これらの表（第２表）および図（第４図および弔５図）
かられかるように、セラミックンア、イバ−Ｃ，Ｄを含
有するピストンにあっては、他のセラミックファイバー
Ａ、Ｂを含Ｍするピストンに比して、シリンダーボアの
スカッフィング性およびピストンの耐鯵耗性かともに向
上しており、また、ピストンリングの撰托も少ない。こ
れは、全セラミック鴛に対するショット官有半が高いほ
ど、またショットの粒径が大きいほど、ピストンからの
ショットの脱溶が滅しく、こうして脱溶したショットが
ピストン（ピストンリングを含む）とシリンダボアーと
の間に挾まれて、ピストン（ピストンリングを含む）お
よびシリンダーボアを損傷させると推測される。

なお、これまで複合材料用セラミックファイバーとして
カオウールを用いた場合について説明してきたが、他の
セラミックファイバー、たとえば、ファイバー７ラツク
ス（登録商標二東′芝モノフラックス社製）について同
様にして試験を行なったところ、はぼ同様な結果を示し
た。

また、本例にあってはピストン・ヘッドのごく一部にだ
けセラミックファイバー複合金属材料を使用した例を示
したか、ピストン・ヘッドのより広い範囲に使用しても
よい。さらに、ピストンにおけるピストン・ヘッド以外
の部分にも応用できる。

以上の如く、本発明のセラミックファイバー被合金属材
料によれば、セラミックファイバーに含有されるショッ
トを一足量以下と少なくし、かつ、残存するショットの
粒径を小さくしたことから、該複合金属材料をピストン
・ヘッドの一部として使用しても、切削性が悪化せず、
またピストン（ピストンリングを含む）の耐久性およ°
び相手部材であるシリンダーボアの耐久性を低下させる
ことがない。このため、断熱性および１，４１１性の点
で非常に優れた材料であるセラミックファイバーをエン
ジン部品に有効に砧用でき、燃焼効率の向上ひいては燃
費の同上に大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のセラミックファイバー被合金属材料の
組織な示す顕微鏡写真（Ｘ１００）、第２図は、本発明
のセラミックファイバー複合金属材料を一部に使用した
ピストンを示す断、面図、 第３図は、切削試験の結果な示すグラフ、第４図および
第５図は、エンジン耐久試験の結果を示すグラフであり
、第４図はピストンリングの半径方向の摩耗量を、また
第５図はピストンリングの上下面方向の岸耗菫を示す、
１・・・セラミックファイバー複合金属材料２・・・セ
ラミックファイバー ３・・・粒状セラミック（ショ′ソト）４・・・金属 特許出願人　　トヨタ自動車工業株式会社ε 勅ｇｌＩＩｌｌ１２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミックファイバー中に含まれる球状セラミックを全
   セラミックを寥：対して１３血蓋−以下とし、かつ、粒
   径１５０μｍ以上の球状セラミックをｌ恵ｉｔ−以下と
   したセラミックファイバーの集合体を、金属に複合させ
   たことを特徴とするセラミックファイバー複合金属材料
   。