JPS60135653A - ピストンの製造方法 - Google Patents
ピストンの製造方法Info
- Publication number
- JPS60135653A JPS60135653A JP24084483A JP24084483A JPS60135653A JP S60135653 A JPS60135653 A JP S60135653A JP 24084483 A JP24084483 A JP 24084483A JP 24084483 A JP24084483 A JP 24084483A JP S60135653 A JPS60135653 A JP S60135653A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- heat
- aluminum alloy
- piston crown
- resistant alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/0015—Multi-part pistons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はピストンの製造方法に関し、より詳しくはディ
ーゼルエンジンピストン等にセラミックをつつみ込み成
形するピストンの製造方法に関する。
ーゼルエンジンピストン等にセラミックをつつみ込み成
形するピストンの製造方法に関する。
オイルショック以降、省資源、省エネルギーが叫ばれ、
エンジンの低燃費化が迫られている。
エンジンの低燃費化が迫られている。
低燃費化の手段として、断熱エンジンの研究がさかんに
行われている。断熱エンジンは燃焼室回りを断熱化して
燃焼温度を上昇させ、高温の排気ガスからエネルギーを
回収して冷却損失を減らし、熱効率を向上させようとす
るものである。
行われている。断熱エンジンは燃焼室回りを断熱化して
燃焼温度を上昇させ、高温の排気ガスからエネルギーを
回収して冷却損失を減らし、熱効率を向上させようとす
るものである。
従来のアルミニウム合金で製作したエンジン用ピストン
が実用化されているが、アルミニウム合金の融点は６０
０〜７００℃と低いため、高温にさらされるピストン頂
部までアルミニウム合金とするのは好ましくない。また
、アルミニウム合金は熱伝導率が大きいため、熱損失が
多くなる欠点があつに０そこで、断熱エンジンには燃焼
室まわりＩｃ、アルミニウム合金のかわりに高温に耐え
断熱性を有するセラミックスを利用する必要がある。
が実用化されているが、アルミニウム合金の融点は６０
０〜７００℃と低いため、高温にさらされるピストン頂
部までアルミニウム合金とするのは好ましくない。また
、アルミニウム合金は熱伝導率が大きいため、熱損失が
多くなる欠点があつに０そこで、断熱エンジンには燃焼
室まわりＩｃ、アルミニウム合金のかわりに高温に耐え
断熱性を有するセラミックスを利用する必要がある。
従来から、ピストン頂部の溶融を防ぎ、かつピストン頂
部から熱を逃げ難くするためにピストンの頂部にセラミ
ックスの頂板をねじ止めしたり、これらを鋳包みしたも
のが多く提案されている。しかし、ねじ止めしたものは
、ネジがゆるむ欠点がある。
部から熱を逃げ難くするためにピストンの頂部にセラミ
ックスの頂板をねじ止めしたり、これらを鋳包みしたも
のが多く提案されている。しかし、ねじ止めしたものは
、ネジがゆるむ欠点がある。
また、このセラミックス頂板は、高温下にさらされるた
め、耐熱性、高温強度、耐熱衝撃性に優れたシリコンナ
イトライド（５ｔ３Ｎ、）が用いられるのが一般的であ
る。しかし、第１表に示すように、複雑形状品の成形が
可能で強度的にも優れた常圧焼結シリコンナイトライド
の熱伝導率はＱ、 Ｏ４６Ｃａ１７ｍ−５ｅｃ”℃ と
ＳＵＥ ３０４のＱ、 Ｏ５９（ｊａｌ／ｃｒｎｌｅｃ
−１： と同程度でアリ、断熱性に富むとは言えない。
め、耐熱性、高温強度、耐熱衝撃性に優れたシリコンナ
イトライド（５ｔ３Ｎ、）が用いられるのが一般的であ
る。しかし、第１表に示すように、複雑形状品の成形が
可能で強度的にも優れた常圧焼結シリコンナイトライド
の熱伝導率はＱ、 Ｏ４６Ｃａ１７ｍ−５ｅｃ”℃ と
ＳＵＥ ３０４のＱ、 Ｏ５９（ｊａｌ／ｃｒｎｌｅｃ
−１： と同程度でアリ、断熱性に富むとは言えない。
このため十分な断熱効果を得るにはピストン頂板の厚み
を厚くする必要がありコスト的に不利である。これに対
し、断熱性に富む酸化ジルコニウム（Ｚｒｏ、 ）は、
熱伝導率Ｑ、 Ｏｆｌ ６ ｃａ’ｌ／ｍ・θｅａ・℃
でピストン頂板の厚みを薄くすることが可能であるが
、第１図に示すように５００℃以上の温度で強度が極端
に低下するため、強度の面からピストン頂板の厚みを厚
くする等の制限を受け、十分にコスト低下を図れない上
に、比重が６程度とアルミニウム合金の２倍もありピス
トン重量が増加するという欠点がある。
を厚くする必要がありコスト的に不利である。これに対
し、断熱性に富む酸化ジルコニウム（Ｚｒｏ、 ）は、
熱伝導率Ｑ、 Ｏｆｌ ６ ｃａ’ｌ／ｍ・θｅａ・℃
でピストン頂板の厚みを薄くすることが可能であるが
、第１図に示すように５００℃以上の温度で強度が極端
に低下するため、強度の面からピストン頂板の厚みを厚
くする等の制限を受け、十分にコスト低下を図れない上
に、比重が６程度とアルミニウム合金の２倍もありピス
トン重量が増加するという欠点がある。
第１表 各種セラミックスの性質
Ｚｒ０１（ＰＳＺ） ” ！５．７６ ８０ ａｏ Ｏ
６１０，３ＳＵＳ ３０４ ７．９３ αＱ５９ ＨＬ
７アルミ合金 ２．６４ Ｂ５５０ １０畳ＰＢＺ ：
部分安定化ジルコニアで、ｚｒｏ、に３ ｍｏ１％程度
の一０３等全添加したもの。
６１０，３ＳＵＳ ３０４ ７．９３ αＱ５９ ＨＬ
７アルミ合金 ２．６４ Ｂ５５０ １０畳ＰＢＺ ：
部分安定化ジルコニアで、ｚｒｏ、に３ ｍｏ１％程度
の一０３等全添加したもの。
本発明者らは、先に特願昭５８−２９２１１号で、常圧
焼結シリコンナイトライド製ピストン頂板とアルミニウ
ム合金製ピストン本体を接合する際に、両者の接合面の
間に断熱を目的とした酸化ジルコニウム製プレートヲ介
在させる方法を提案した。しかしながら、この方法にお
いては、シリコンナイトライド製ピストン頂板とジルコ
ニア製断熱プレートの接合が難しいこと、両者の熱膨張
率に差があるため、接合部に過大な応力が発生する可能
性があるという問題が残っている。
焼結シリコンナイトライド製ピストン頂板とアルミニウ
ム合金製ピストン本体を接合する際に、両者の接合面の
間に断熱を目的とした酸化ジルコニウム製プレートヲ介
在させる方法を提案した。しかしながら、この方法にお
いては、シリコンナイトライド製ピストン頂板とジルコ
ニア製断熱プレートの接合が難しいこと、両者の熱膨張
率に差があるため、接合部に過大な応力が発生する可能
性があるという問題が残っている。
一方、セラミックスは基本的に優れた潜在能力を有した
材料である。しかし、セラミックス単体でピストンを構
成するには、強度面で少し不安のあること及び複雑形状
品に加工することが難しいという問題がある。また、セ
ラミックスと金属を組み合せて使用することが考えられ
るが、セラミックスと金属の熱膨張率の差から生じる熱
応力が発生するという問題がある。
材料である。しかし、セラミックス単体でピストンを構
成するには、強度面で少し不安のあること及び複雑形状
品に加工することが難しいという問題がある。また、セ
ラミックスと金属を組み合せて使用することが考えられ
るが、セラミックスと金属の熱膨張率の差から生じる熱
応力が発生するという問題がある。
そこで、本発明者らは、耐熱合金を利用してピストンク
ラウンを作り、このピストンクラウン中に断熱性を有す
るセラミックスを存在させ、断熱性、耐熱性および高信
頼性を有する断熱エンジン用のピストンを製造する方法
を提供することを目的として研究を重ねた結果、次のよ
うな知見を得た。
ラウンを作り、このピストンクラウン中に断熱性を有す
るセラミックスを存在させ、断熱性、耐熱性および高信
頼性を有する断熱エンジン用のピストンを製造する方法
を提供することを目的として研究を重ねた結果、次のよ
うな知見を得た。
すなわち、耐熱合金で断熱エンジン用のピストンクラウ
ンを作ることは、その高温強度の面からは十分可能性が
ある。しかし、耐熱合金は、熱伝導率が大きく、断熱性
の面からは利用は難しい。そこで、耐熱合金の熱伝導率
の大きいという欠点を補うためには断熱性を有するセラ
ミックスと複合化させればよい。
ンを作ることは、その高温強度の面からは十分可能性が
ある。しかし、耐熱合金は、熱伝導率が大きく、断熱性
の面からは利用は難しい。そこで、耐熱合金の熱伝導率
の大きいという欠点を補うためには断熱性を有するセラ
ミックスと複合化させればよい。
本発明は、上記の知見に基づいてなされたもので、耐熱
合金粉末を粉末冶金法で焼結してピストンクラウンを形
成する際に、断熱性を有するセラミックス、例えばジル
コニア等を耐熱合金粉末でつつみ込み成形体とし、同成
形体を焼結して耐熱合金製のピストンクラウンを形成し
、この耐熱合金製ピストンクラウンとアルミニウム合金
製ピストン本体とを結合することを特徴とするピストン
の製造方法に関するものである。
合金粉末を粉末冶金法で焼結してピストンクラウンを形
成する際に、断熱性を有するセラミックス、例えばジル
コニア等を耐熱合金粉末でつつみ込み成形体とし、同成
形体を焼結して耐熱合金製のピストンクラウンを形成し
、この耐熱合金製ピストンクラウンとアルミニウム合金
製ピストン本体とを結合することを特徴とするピストン
の製造方法に関するものである。
本発明は、耐熱・断熱性を要求される部品に ′適用で
きる。
きる。
ところで、セラミックスを断熱エンジンの燃焼室まわす
の部品として使用する試みは多くなされているが、セラ
ミックスは、未だ十分な信頼性を有する材質ではないこ
と、複雑形状品の製造技術が確立していないこと、及び
金属との接合方法が確立されていないこと等の問題かあ
ｐ、安価で信頼性のあるエンジンピストンを製造するこ
とは難しい。これに対して、耐熱合金は８００℃近くま
では、第２図に示すようにかなりの高温強度があること
が知られている。しかし、第２表に示すように熱伝導率
がα０５０ｃ ａ１／ｌ’ｍ・８θＣ・℃と大きいため
断熱の効果は多く期待できない。
の部品として使用する試みは多くなされているが、セラ
ミックスは、未だ十分な信頼性を有する材質ではないこ
と、複雑形状品の製造技術が確立していないこと、及び
金属との接合方法が確立されていないこと等の問題かあ
ｐ、安価で信頼性のあるエンジンピストンを製造するこ
とは難しい。これに対して、耐熱合金は８００℃近くま
では、第２図に示すようにかなりの高温強度があること
が知られている。しかし、第２表に示すように熱伝導率
がα０５０ｃ ａ１／ｌ’ｍ・８θＣ・℃と大きいため
断熱の効果は多く期待できない。
第２表 各種材料の熱伝導率の比較
８１、Ｍ４ 五１５ Ｑ、０４６３．４ｚｒｏ、 ｓ、
７６ α００６１α３ 工ｎｃｏ’７１３０ ７．９１ ［１０５０１４，６そ
こで、耐熱合金を利用して断熱エンジンピストンを構成
するためには、断熱化の工夫が必要となる。この断熱化
の手法として空気層の利用等も考えられるし、また第２
表に示すようにジルコニアはかなシ熱伝導率が低く、断
熱性が期待される。ここで、ジルコニアと耐熱合金の接
合方法が問題となるが、本発明では粉末冶金法を利用す
ることにより、この問題が解決できる。なお、鋳ぐるみ
法では、ジルコニア焼結体が熱衝撃に弱いため、注湯時
にジルコニアに割れが発生し、またろうづけ法について
は、ジルコニア焼結体についての信頼性のあるメタライ
ズ法が確立されておらず、これらの方法は未だ適用でき
る段階ではない。
７６ α００６１α３ 工ｎｃｏ’７１３０ ７．９１ ［１０５０１４，６そ
こで、耐熱合金を利用して断熱エンジンピストンを構成
するためには、断熱化の工夫が必要となる。この断熱化
の手法として空気層の利用等も考えられるし、また第２
表に示すようにジルコニアはかなシ熱伝導率が低く、断
熱性が期待される。ここで、ジルコニアと耐熱合金の接
合方法が問題となるが、本発明では粉末冶金法を利用す
ることにより、この問題が解決できる。なお、鋳ぐるみ
法では、ジルコニア焼結体が熱衝撃に弱いため、注湯時
にジルコニアに割れが発生し、またろうづけ法について
は、ジルコニア焼結体についての信頼性のあるメタライ
ズ法が確立されておらず、これらの方法は未だ適用でき
る段階ではない。
また、本発明においては、ジルコニア焼結体は断熱のみ
を期待するもので、特に強度を期待するものではないの
で、ジルコニア焼結体と耐熱合金とが強固に結合してい
る必要はない。
を期待するもので、特に強度を期待するものではないの
で、ジルコニア焼結体と耐熱合金とが強固に結合してい
る必要はない。
第３〜５図は、本発明方法の一実施態様例を示す図であ
る。
る。
先ず、第３図においてジルコニア焼結体２を取りかこむ
ように耐熱合金粉末でピストンクラウン形状の成形体１
を形作る。この際、ジルコニア焼結体の他に、コージラ
イ） （２Ｍｇ０・２Ａｔ、０３・５ＳｉＯ，） （熱
伝導率αＱ ０３ ｃａ’ｌ／ｍ＊５ｅｃ−℃） 、ム
ライト（Ａ４０３−２８１０２） （熱伝導率αＯ１６
ｃａｌ／ｍ・８θＣ・℃）、その他のセラミックス焼結
体を用いることができる。また、耐熱合金としてはセラ
ミックスとの濡れ性を考えると、Ｎ４ 基の超合金粉末
（例えば、Ｉｎｃｏ ７１３０ 、 ＷａｓｐａｌＯｙ
。
ように耐熱合金粉末でピストンクラウン形状の成形体１
を形作る。この際、ジルコニア焼結体の他に、コージラ
イ） （２Ｍｇ０・２Ａｔ、０３・５ＳｉＯ，） （熱
伝導率αＱ ０３ ｃａ’ｌ／ｍ＊５ｅｃ−℃） 、ム
ライト（Ａ４０３−２８１０２） （熱伝導率αＯ１６
ｃａｌ／ｍ・８θＣ・℃）、その他のセラミックス焼結
体を用いることができる。また、耐熱合金としてはセラ
ミックスとの濡れ性を考えると、Ｎ４ 基の超合金粉末
（例えば、Ｉｎｃｏ ７１３０ 、 ＷａｓｐａｌＯｙ
。
Ｕｄｉｍｅｔ ５００．５２０．７００．７１８．４１
． Ｄ−９７９，９０１等）が望ましい。こうして得ら
れた成形体１を、所定の条件で焼結する。耐熱合金粉末
の焼結温度はジルコニアの焼結温度よりかなシ低いので
、特に工夫をすることなく、第４図に図示のジルコニア
焼結体１２を含む、耐熱合金製のピストンクラウン１１
が得られる。
． Ｄ−９７９，９０１等）が望ましい。こうして得ら
れた成形体１を、所定の条件で焼結する。耐熱合金粉末
の焼結温度はジルコニアの焼結温度よりかなシ低いので
、特に工夫をすることなく、第４図に図示のジルコニア
焼結体１２を含む、耐熱合金製のピストンクラウン１１
が得られる。
このようにして得られたピストンクラウン２１を、第５
図に図示する如くアルミニウム合金製のピストン本体２
５と組み合わせる。ピストンクラウン２１を接合方法に
合わせて、焼結後加工する。この接合方法としてはネジ
止め等の通常の手段で行えばよい。アルミニウム合金製
のピストン本体２３を選択したのは、軽量化とコストダ
ウンのためである。
図に図示する如くアルミニウム合金製のピストン本体２
５と組み合わせる。ピストンクラウン２１を接合方法に
合わせて、焼結後加工する。この接合方法としてはネジ
止め等の通常の手段で行えばよい。アルミニウム合金製
のピストン本体２３を選択したのは、軽量化とコストダ
ウンのためである。
こうして得られたディーゼル機関用ピストンは、燃焼室
側が耐熱合金製であるため、８００℃程度の高温度でも
十分な強度を有している。
側が耐熱合金製であるため、８００℃程度の高温度でも
十分な強度を有している。
さらに、この耐熱合金製のピストンクラウン２１の内部
には熱伝導率の小さいジルコニア２２があるため、十分
な断熱性を有している。
には熱伝導率の小さいジルコニア２２があるため、十分
な断熱性を有している。
このため、燃焼室側の温度が上昇してもアルミニウム合
金製のピストン本体２５は使用温度まで十分に冷却され
る。
金製のピストン本体２５は使用温度まで十分に冷却され
る。
以上詳述した本発明方法によれば、比較的高温度まで使
用が可能であるディーゼルエンジン用ピストンを信頼性
高く製造することができる。
用が可能であるディーゼルエンジン用ピストンを信頼性
高く製造することができる。
以上のように本発明法によれば、低コスト、高強度、低
燃費、軽量で、しかも断熱性に優れたピストンを製造で
きる。
燃費、軽量で、しかも断熱性に優れたピストンを製造で
きる。
第１図はセラミックスの高温抗折強度を示す図表、第２
図は耐熱合金の高温引張シ強度を示す図表、第３〜５図
は本発明方法の一実施態様例を示す図である。 第１図 ０ ５００ １θθ０ １５００ 涯 度 （０Ｃ） 第２図 第１頁の続き ［相］発明者 保１）順彦 相模原市
図は耐熱合金の高温引張シ強度を示す図表、第３〜５図
は本発明方法の一実施態様例を示す図である。 第１図 ０ ５００ １θθ０ １５００ 涯 度 （０Ｃ） 第２図 第１頁の続き ［相］発明者 保１）順彦 相模原市
Claims (1)
- 耐熱合金粉末を粉末冶金法で焼結してピストンクラウン
を形成するに際し、断熱性に富むセラミックスを耐熱合
金粉末でつつみ込んで成形体とし、同成形体を焼結して
ピストンクラウンを形成し、この耐熱合金製ピストンク
ラウンとアルミニウム合金製ピストン本体とを結合する
ことを特徴とするピストンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24084483A JPS60135653A (ja) | 1983-12-22 | 1983-12-22 | ピストンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24084483A JPS60135653A (ja) | 1983-12-22 | 1983-12-22 | ピストンの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60135653A true JPS60135653A (ja) | 1985-07-19 |
Family
ID=17065542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24084483A Pending JPS60135653A (ja) | 1983-12-22 | 1983-12-22 | ピストンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60135653A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10210570A1 (de) * | 2002-03-09 | 2003-09-18 | Mahle Gmbh | Mehrteiliger gekühlter Kolben für einen Verbrennungsmotor |
| DE10337961A1 (de) * | 2003-08-19 | 2005-04-21 | Mahle Gmbh | Mehrteiliger Kolben für einen Verbrennungsmotor |
-
1983
- 1983-12-22 JP JP24084483A patent/JPS60135653A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10210570A1 (de) * | 2002-03-09 | 2003-09-18 | Mahle Gmbh | Mehrteiliger gekühlter Kolben für einen Verbrennungsmotor |
| DE10337961A1 (de) * | 2003-08-19 | 2005-04-21 | Mahle Gmbh | Mehrteiliger Kolben für einen Verbrennungsmotor |
| US7311075B2 (en) | 2003-08-19 | 2007-12-25 | Mahle Gmbh | Split piston for an internal combustion engine |
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