JPS60175750A - セラミツクス鋳ぐるみピストン - Google Patents

セラミツクス鋳ぐるみピストン

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JPS60175750A
JPS60175750A JP59033108A JP3310884A JPS60175750A JP S60175750 A JPS60175750 A JP S60175750A JP 59033108 A JP59033108 A JP 59033108A JP 3310884 A JP3310884 A JP 3310884A JP S60175750 A JPS60175750 A JP S60175750A
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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、セラミックス鋳ぐるみピストンに関するもの
で、さらに詳しくはセラミック製ピストンヘッドを金属
で鋳ぐるんだ内燃機関用ピストンに関するものである。
近年、内燃機関のピストンにおいては、ピストンヘッド
と金属製ピストン本体とをそれぞれ別体に形成し、ピス
トンヘッドとして耐熱性があり、熱伝導率の低いセラミ
ックスを用い、金属製ピストン本体と一体に係合させる
ことにより、燃焼効率を向上させ、出力を向上させると
ともにハイドロカーボン、−酸化炭素等の排出量の低減
や燃費の減少を図る試みがなされている。
このセラミック製のピストンヘッド（以下、単にセラミ
ックヘッドという。）を金属製ピストン本体に係合する
方法の一つに鋳くるみ法がある。
これは、セラミックヘッド部材を鋳型に組込んだ後、金
属溶湯を鋳込み、セラミックヘッドと金属製ピストン本
体とを一体化するものである。
しかし、この方法によるものは、鋳込み時に熱衝撃によ
ってセラミックヘッドが破壊しやすく、また、セラミッ
ク材料と金属製ピストン本体との大きな熱膨張差のため
に両者の係合に緩みを生じ、ピストンの高速往復運動中
に離脱したり、セラミック部に局所的な応力が発生して
そこから破壊する、といった欠点があった。
さらに、セラミックヘッドが金属製ピストン本体から離
脱するのを防ぐために、ピストンヘッドの形状を複雑な
入子状態とする必要があった。
本発明の目的は、従来のものにみられた前記の諸欠点を
解消することであり、セラミックヘッドの形状を簡単に
し、鋳込み時にセラミック部材が受ける熱衝撃を緩和し
、セラミックヘッドと金属製ピストン本体との結合を強
固にし、セラミ・ツクヘッドが金属製ピストン本体から
離脱することを防ぎ、セラミックヘッドにかかる局所的
な応力を防止することである。
本発明のセラミックス鋳くるみピストンは、側部に嵌合
した金属製リングを有するセラミックヘッドを金属で鋳
くるんだ内燃機関用ピストンにして、金属製リングの内
周に環状凹部の空気断熱層を設け、かつセラミックヘッ
ドと鋳くるんだ金属の間に緩衝材を設けたものである。
以下、本発明のセラミックス鋳ぐるみピストンのさらに
詳しい構成を図示の実施例にもとづいて説明する。
第１図は、本発明のセラミックス鋳ぐるみピストンの第
一実施例を示している。セラミックスソＦ　１の側部に
は内周に環状凹部の空気断熱Ｎ５を有する金属製リング
２が嵌め合わされ、これらが金属製ピストン本体３の頂
部に設けた凹部に収容され、金属製リング自体の基部を
延長した回り止め２人で拘束されている。セラミックヘ
ッド１と金属製ピストン本体３との間には緩衝材４が設
けられ、緩衝材４を通してセラミックヘッド１と金属製
ピストン本体とが、回り止めピン６で拘束されている。
セラミックヘッド１を構成する材料としては、八１２０
３、ＺｒＯ２、ＭｇＡｌ、０４の様な酸化物、ＳｉＣ。
Ｂ４Ｃ１ＴｉＣの様な炭化物、Ｓｉ２戸、＾ＩＮ　ＸＴ
ｉＮの様な窒化物、サイアロン等の酸窒化物の他、ＦＲ
Ｃ（繊維強化セラミック）等の複合材料、コージェライ
ト、グラスセラミックス等が用いられる。
セラミックヘッド１の成形は、金型プレス法、スリップ
キャスト法、射出成形法等のセラミック成形の常法によ
り行う。このうち特にスリップキャスト法と射出成形法
は、最終形状に近い成形体が得られるため有利である。
これらの成形方法により得られた成形体を、必要により
仮焼して、本発明の金属製リング２が嵌合する形状に機
械加工し、本焼成した後、仕」二げ加工を行いセラミッ
クヘッドを形成する。
その後、内周に環状凹部の空気断熱層５を設けた金属製
リング２をセラミックヘッド１に嵌合する。金属製リン
グ２の内周に設けた環状凹部は、鋳込み時にセラミック
ヘッド１に伝わる熱を低減して、セラミックへソド１が
熱衝撃によって破損するのを防止し、かつピストンの運
転中、燃焼熱がセラミックヘッド１を通して金属製ピス
トン本体３に伝わるのを低減する効果がある。金属製リ
ング２の熱膨張は、セラミックへソド１と金属製ピスト
ン本体３との中間的な熱膨張を有するものが好ましいが
、特にこれに限定されるものではない。
セラミックヘッド１と金属製リング２との嵌合は、両者
を筒状にした後、圧入などの手段により単に嵌め合わせ
るだけでも良いが、セラミックヘッド１を液体窒素を冷
媒として冷却後、常温下におかれた金属製リング２を嵌
め合わせる冷し嵌め法、あるいは金属製リング２を加熱
して常温下におかれたセラミックヘッド１と嵌め合わせ
る焼き嵌め法にて行うのが好ましい。
金属製リング２の回り止め２Ａは、金属製リング２の端
部が金属製ピストン本体３に嵌り込む構造をなしており
、金属製リング２と金属製ピストン本体３とが、回転に
より緩むことを防ぐ働きをする。緩衝材４は、セラミッ
クヘッド１の底部と金属製ピストン本体３との間に設け
られる。緩衝材の材質は、耐熱性を有し弾力性に冨むも
のがよく、ＳｉＣ繊維、アルミナ繊維、アスベスト等の
セラミックファイバーが好適な例として挙げられる。
金属製リング２および緩衝材４は、鋳込んだ金属製ヒス
トン本体３とセラミックヘッド１との大きな熱膨張差を
緩和し、セラミックヘッド１と金属製ピストン本体３と
を強固に一体化する働きをする。すなわち、鋳込み時に
あっては、鋳込み金属が注がれる場合に生じる熱衝撃を
軽減して、セラミックヘッド１の破壊を防止し、鋳込み
金属の凝固後の冷却時にあっては、セラミックと金属の
熱膨張差による熱応力を緩和し、金属製リング２と鋳込
んだ金属製ピストン本体３とを強固に一体化する。さら
に、機関の高温作動時には、セラミックヘッド１と金属
製ピストン本体３との熱膨張差を緩和し、セラミックヘ
ッド１が金属製ビスＩ・ン本体３から離脱するのを防く
ものである。
回り止めピン６は、暑ラミックヘッド１と金属製ピスト
ン本体３とが、回転により緩むことを防く働きをする。
ピンは、球、円柱、楕円球等の形状を有する物が好適例
として使用される。ピンの材質としては、セラミックヘ
ッドと同材質のセラミックの他、耐熱性を有するセラミ
ック、あるいは耐熱性を有する金属が使用される。
内周に環状四部の空気断熱Ｎ５を設けた金属製リング２
と嵌合されたセラミックヘッド１を鋳型に組込み、前述
の回り止めピン６を施した後、アルミニウム合金等の溶
湯を鋳込め、セラミックヘッド１と金属製ピストン本体
３とを一体化する。
第２図〜第４図は、本発明のセラミック鋳くるみピスト
ンの別の実施例を示している。第２図は、セラミックヘ
ッド１の外周と金属リング２の内周形状が段付きの例を
示しており、第３図および第４図は、金属製リング２の
内上方が内部に傾斜し、金属製リング２の側部に回り止
め２Ａを設けた例を示している。これらの実施例におい
ては、金属リング２の内上方が内部に傾斜しているため
、セラミックヘッド１が金属リング２より離脱しに（く
、さらに金属リング２の回り止め２Ａは回り止めの機能
の他金属製ピストン本体３からの抜は防止にもなってい
る。これら第１図〜第６図図示のものにあっては、セラ
ミックヘッド１と金属リング２の嵌合は、第１図に図示
した筒状嵌合のものよりさらに強固となる。
第５図および第６図は、本発明のセラミック鋳ぐるみピ
ストンのさらに別の実施例を示している。
この実施例においては、金属リング２は、金属製ピスト
ン本体３を構成することになる鋳ぐるみ金属が、第６図
に示すような金属リング２に設けられた長円環状の孔か
ら金属リング２の上部にまわりこんで、金属リング２と
金属製ピストン本体３とを強固に一体化するように構成
されている。
第７図は、本発明のセラミック鋳ぐるみピストンの他の
実施例を示している。金属製リング２は外上方が内部に
傾斜し、金属製ピストン本体３と一体化している。セラ
ミックヘッド１は、金属製ピストン本体３の頂部を、覆
っており、第１図〜第６図に示すようなセラミックヘッ
ド１が金属製ピストン本体３に収容される場合に比べ、
セラミックヘッド１の断熱効果をさらに高めるものとな
っている。また緩衝材４がセラミックヘッド１の上面底
部と金属製ピストン本体３の頂部との間、およびセラミ
ックヘッド１の底部と金属製ピストン本体３との間に設
けられており、鋳込んだ金属製ピストン本体３とセラミ
ックヘッド１との大きな熱膨張差を緩和し、セラミック
ヘッド１と金属製ピストン本体３とを強固に一体化して
いる。
セラミックヘッド１の外周形状は、第１図〜第７図に示
す様に円筒状、段付き状、テーパー状等であるが、いず
れも複雑な入子形状でなく、機械加工はいたって簡単で
ある。
なお、図示の実施例においては、空気断熱層５が複数段
けられ、かつ断面形状が矩形、正方形または半円形のも
のとして示されているが、空気断熱Ｎ５は一つだけ設け
てもよく、また断面形状と０ して矩形、正方形または半円形のもののほか任意の形状
を採用し得る。
以上、詳細に述べたように、本発明のセラミックス鋳ぐ
るみビス［ンは、内周に環状凹部の空気断熱層を設けた
金属製リングをセラミックヘッドの側部に嵌合し、かつ
セラミックヘッドと金属製ピストン本体との間に緩衝部
材を設けて、金属で鋳くるむことにより、鋳込み時にセ
ラミックが受ける熱衝撃を緩和し、セラミックヘッドが
金属製ピストン本体から離脱するのを防ぎ、セラミック
ヘッドと金属製ピストン本体とを極めて強固に固着一体
化することができた。さらにセラミックヘッドと金属製
ピストン本体との間に緩みが生じないので、セラミック
部に局所的な応力が発生することがなく、運転中にセラ
ミック部から破壊することもなくなった。また、セラミ
ックヘッドの側部形状を簡単にすることもできた。
このように、本発明のセラミックス鋳くるみピストンは
、従来のピストンに比べ不良が少なく、産業上極めて有
用である。
１
【図面の簡単な説明】
第１図〜第７図は、本発明のセラミックス鋳くるみピス
トンの実施例の断面図であり、第５図は第６図のｖ−■
矢視断面図、 第６図は第５図のＶＩ−Ｖｌ矢視断面図である。 ■・・セラミックヘッド ２・・金属製リング ２Ａ・金属製リングの回り止め ３・・金属製ビスＦ・ン本体 ４・・緩ｉｈ材 ５・・空気断熱層 ６・・回り止めピン ２ 笛　１　図 第２図 菊３図 第　４　図 給　５　図 第６図 第　７　図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）側部に嵌合した金属製リングを有するセラミック
    へ・７ドを金属で鋳ぐるんだ内燃機関用ピストンにして
    、該金属製リングの内周に環状四部の空気ｌｆｉ熱層を
    設け、かつ該セラミックヘッドと鋳くるんだ金属の間に
    緩衝材を設けたことを特徴とするセラミックス鋳ぐるみ
    ピストン。
  2. （２）金属製リングの内上方が内部に傾斜している特許
    請求の範囲第１項記載のセラミックス鋳ぐるみピストン
    。
  3. （３）　金属製リングに回り止めを設けた特許請求の範
    囲第１項または第２項記載のセラミックス鋳ぐるみピス
    トン。
  4. （４）　セラミックヘッドに回り止めのピンが挿入され
    鋳ぐるまれでいる特許請求の範囲第１項ないし第３項い
    ずれかに記載のセラミックス鋳ぐるみピストン。
  5. （５）　セラミックヘッドがジルコニアまたはシリコン
    ナイトライドである特許請求の範囲第１項ないし第４項
    いずれかに記載のセラミックス鋳ぐるみピストン。
  6. （６）緩衝材の材質がセラミックファイバーである特許
    請求の範囲第１項ないし第５項いずれかに記載のセラミ
    ックス鋳ぐるみピストン。
JP59033108A 1984-02-23 1984-02-23 セラミツクス鋳ぐるみピストン Granted JPS60175750A (ja)

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