JPS60212657A - 機関部品 - Google Patents

機関部品

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JPS60212657A
JPS60212657A JP60055749A JP5574985A JPS60212657A JP S60212657 A JPS60212657 A JP S60212657A JP 60055749 A JP60055749 A JP 60055749A JP 5574985 A JP5574985 A JP 5574985A JP S60212657 A JPS60212657 A JP S60212657A
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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】 イ）産業上の利用分野 この発明は、一般には機関部品用の熱しゃへいの製造及
び使用に関するものである。殊に、この発明は、このよ
うな用途に用いる純粋に金属質の層の複合物に関するも
のである。
（ロ）背景技術 内燃機関は、ピストン正面の表皮温度が高くなるにつれ
てその効率がよくなる。熱しゃへいを使用すれば、ピス
トンヘッドを破壊することな〈従来の他の方法によって
可能とされるよりも著しく高い正面表皮温度を得ること
ができる。
従来技術による多くの複合熱しゃへいが示唆されてきて
いるが、実用上の成功を博したものは少ない。大多数の
ものは、露出したセラミック層を用い、これを例えば金
属質熱絶縁材などのような他の熱絶縁材料から成る隣接
下部層と組合わせたものになっている。典型例を挙げる
ならば、静電的付着（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）　技術によって、或いは更に一
般的にはプラズマ溶射によって、セラミック層を金属層
に施している。金属層と共に用いる従来技術によるセラ
ミック複合物の重々欠点は、金属材料へのセラミックの
付着の困難さによるものである。事実、セラミックの破
損のうちの多くのものは、金属へのセラミックの耐久的
固着を生じさせるのに使われる結合剤に原因している。
セラミックは、しばしば、きびしい燃焼条件のもとて破
滅的にばらばらにこわれ或いは徐々なはく離をこうむり
やすい。
（ハ）発明の開示 ここに開示しようとする複合熱しゃへいは、これを機関
部品の金属の基礎部（５ｕｂｓｔｒａｔｅ）に固着する
ための極めて進歩したシステムを包含するものである。
複合熱しゃへいの付着機構は、それ自体、従来技術の結
合システムと関連する機関の耐久性の問題を緩和するも
のである。望ましい実施例として、耐熱性及び耐食性の
例えばステンレス鋼のような金属の外側の固体の層を予
め形成したシート層又は静電的付着層として用いている
。この固体の金属の層はまず透過性又は浸透性金属の層
に接着されて複合物を形成する。次いでこの複合物を、
機関部品の基礎部金属に、浸透性金属の層内への基礎部
金属の実質的混入（ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ）又は溶浸
（１ｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　）によって、機械的に付
着される。この実施例では、浸透は鋳造工程中に行なわ
れ、この場合例えばアルミニウム合金などのような基礎
部材料が、複合物の浸透性の層内に、基礎部金属が溶融
状態にある間に押込まれる。形成後、機関部品を鋳型か
ら取除くと、この機関部品は、燃焼環境に直接に支配さ
れるための露出部分を形成する外側の耐熱性耐食性金属
の層を備えた複合熱しゃへいを備えている。
別の好適な実施例に於ては、２重の浸透性の層を用い、
これには浸透性の金属から成る２個の層の中間に置いた
金属箔又は金属障壁を設ける。浸透性金属の上の方の層
は、露出した耐食層と金属箔層との間に入れて、熱絶縁
層として作用させる。
下の方の浸透性の層は、既に述べたように、複合物の機
械的固着をもたらし、その間障壁は溶融金属が上方の浸
透性の層に浸入しないように作用する。
に）好適な実施例の詳細な説明 以下この発明をその実施例につき添付図面を用いて詳細
に説明する。
ここに開示したこの発明は、機関部品に一般に適するも
のであるが、１つの好適実施例としてピストンヘッドの
構造がある。
第１図に於て、ピストン（１０）は機関部品の１例であ
って、その上部部分即ち正面部分（１４）に複合熱しゃ
へい（１２）を使っている。この複合熱しゃへいすなわ
ち複合熱障壁（１２）は、耐熱性及び耐食性の高い金属
から成る外側の露出された層（１６）と、例えば繊維状
の金属網などのような透過性又は浸透性金属から成る層
（１８）とから成る２層の金属層で構成される。これら
の金属から成る２つの層（１，６）　（１８）は、なる
べく焼結又はろう付をするのがよく、或はこれに代って
点溶接又は抵抗溶接のような他の方法によって接着して
もよい。又もう１つの例として、固体の層（１６）　ｋ
浸透性の層（１８）に静電的に付着する（ｅｌｅｃｔｒ
ｏ−ｓｔａｔｉｃａｌｌｙ　ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）こと
もできる。この実施例では、固体のステンレス鋼の層（
１６）及び繊維状ステンレス鋼の網（１８）　’ｅ約２
１００°Ｆ′の不活性環境の中で拡散接合法によって焼
結しである。
このピストン（１０）の好適実施例に於ては、ピストン
本体はアルミニウム合金の基礎部金属（ａｌｕｍｉｎｕ
ｍ　ａｌｌｏｙ　５ｕｂｓｔｒａｔｅ　ｍｅｔａｌ）（
以下単に基礎金属と呼ぶ）　（２０’）で作る。この発
明に於ては基礎部金属（２０）への複合熱しゃへい（１
２）の付着は、基礎部金属（２０）を浸透性金属の層（
１８）のすき層内に流入させ又は浸透させる方法ならば
どのような方法によって行なってもよい。この実施例に
於ては、望ましい方法は、溶融状態の基礎部金属を、鋳
込み鋳型に約１万ポンド／平方インチの圧力をかけなが
ら１　、２００°ないし１，３００°Ｆ　の温度に保つ
と云う成形法によって、ピストン（１０）を形成してい
る間に、前述のような機械的付着を行なうことである。
温度及び圧力の範囲は、少くとも部分的には、含まれる
金属合金によって定まる。この好適とされる方法では、
ピストン鋳型（図示してない）は、ピストンを転倒位置
又は下向き位置で鋳造すると云うアップセット・ピスト
ン鋳造（ｕｐｓｅｔ　ｐｉｓｔｏｎ　ｃａｓｔｉｎｇ　
）　技術に適している。層（１６）　（１８）はまず平
坦なシート形に接合するのがよく、この場合続いてダイ
を用いて上述のいずれかの方法によって複合しゃへいＣ
１２）　ｋ形成する。次いで形成した複合しゃへいは、
外側の固体金属の層（１６）を底部に又浸透性金属の層
（１８）を上にして、鋳型内に置く。次いで基礎部金属
（２０）を溶融液体として複合しゃへい（１２）上に鋳
込み、液体を浸透性金属の層（１８）のすき間に押込む
ために、充分な圧力のもとに置く。この発明の好適法に
よれば、ピストン本体（１０）の基礎部金属（２０）に
よる浸透性金属の層（１８）への溶は込みは、はぼ１０
０チである。
第１図に示す実施例に於ては、露出した固体の層（１６
）を浸透性金属の層（１８）の縁部又は側部を越えて下
方に延ばし、金属の層（１８）の全包囲に亘って基礎部
金属（２０）と接触させることは必要ではない。即ち、
浸透性金属の層（１８）が基礎部金属（２０）内に充分
に流入するように々υ、本来熱絶縁層としては作用しな
いので、この層（１８）を囲む必要はない。
第２図に於ては、ピストン（１０’）は複合しゃへい（
１２’）の第２の好適例を示し、この熱しゃへいは断熱
層（２２）を備えている。複合熱しゃへい（１２’）は
、４個の別個の層を備え、その中には第１図に示すピス
トン（１０）の実施例に於ける固体の層及び浸透性の層
と類似の層（１６’８１８’）が含まれている。しかし
この複合物すなわち複合熱しゃへい（１２’）は、類似
の層（１６’８１８′）間にはさまれた２個の付加層を
備えている。即ち、その中の第１の熱絶縁層（２２）は
、層（１８１）を形成するのに用いた金属と同じ透過性
又は浸透性の金属から形成しであるが、ピストン本体（
１０’）の基礎部金属（２０’）による流入又は浸入を
全く受けないで残るように配置しておく。次に第２の付
加層である内部の固体の層（２４）　、これも又接着を
容易にするため浸透性の層（１８’）　（２２）と同じ
金属であることが望ましいが、２個の浸透性金属の層（
１８’）　（２２）の中間にはさみ込む。この中間の固
体の層（２４）が、下方の浸透性金属の層（１８’）だ
けにピストン（１０’）の形成中に基礎部金属（２０’
）が流入するのを許すということは、関連技術に携る者
にはよく判るであろう。上方の浸透性金属の層（以下熱
絶縁層と呼ぶ）　（２２）は、基礎部金属（２０）から
は全く自由で且つ離れた状態にあり、このように全く熱
絶縁エレメントとして作用する。層（２４）は熱絶縁層
（２２）へのどのような程度の基礎金属の浸入に対して
でも障壁層として作用し、熱絶１２２）が企図したよう
な働きをすることを保証するものである・。障壁層（２
４）が存在しなければ、熱絶縁層、（２２）の一体性は
鋳造工程中容易には調整することはできないであろう。
第２図に示すこの発明の実施例は、外側の固体金属の層
（１６’）及び固体金属の障壁層（２４）間にただ１層
の浸透性の熱絶縁層（２２）を持っているに過ぎないが
、それにも拘わらずこの発明においては、数層のこのよ
うな熱絶縁層（２２）を持つように変えることは可能で
ある。例えば、極端な温度範囲にさらされるような用途
に於ては、各層を焼討かの中間の固体金属の層（２４）
間にはさんだ幾層かの熱絶縁層（２２）を使用すること
が望まれることがある。このような場合には、付加した
中間の固体金属の層（２４）は、基礎部金属の浸入に対
する障壁として作用しないで、各浸透性の層（２２）の
熱絶縁能力を確実ならしめるように作用する。
このように、各層（２２）は、いくつかの理由で熱絶縁
上は欠点又は不充分と考えられ易いことではあるが、ど
の隣接する層（２２）の熱絶縁効果からも独立して固有
の熱絶縁効果を持つようになる。
従ってこの発明は、このような熱絶縁層（２２）の組立
て又は成層（ｌａｙｅｒｉｎｇ　）　の概念をも採入れ
ているのである。
第１図に示すピストン（１０）の実施例と比較すると、
第２図の露出した高い耐熱耐食金属の層（１６’）は、
浸透性金属の層（２２）のすべての面を完全におおい囲
み、金属の層（１６’）の縁部（２６）は、熱絶縁層（
２２）の側面上まで延び降シて基礎部金属（２０’）に
接触している。この縁部（２６）は、障壁層（２４）に
締付けてもよく又溶接してもよい。熱絶縁層（２２）は
このようにして燃焼ガス及び粒状物に対して全く不透過
性になシ、従って熱絶縁エレメントとして充分な働きを
する。
第２図の熱絶縁層（２２）には、通常空気が浸入し、又
空気が絶対的に捕えられるならば、この熱絶縁層（２２
）は云うまでもなくただ単に熱絶縁効果だけを発揮する
に過ぎない。しかしこれに代って、浸透性の熱絶縁層（
２２）のすき間は空気以外の不活性ガスで満たすことが
でき、或いは真空状態におくことさえ可能である。
以上この発明をピストン（１０）　（１０’）について
詳述したが、この発明は多くの他の機関部品例えばシリ
ンダヘッド、燃焼室について特に強調するならば排気口
及び吸込弁区域などに対して極めて適している。その他
の種類のシリンダ関連の部品、例えばシリンダ内径部、
スリーブ及び／又はライナなどもこの発明の利用に適し
ている。更にこの発明に用いた好適な金属の層は、アル
ミニウムの基礎部金属上に施した固体ステンレス鋼及び
繊維状ステンレス層と云う言葉で記載してきたが、この
発明の論理的範囲内でその他の複合層を使用することも
できる。即ち耐熱耐食金属の１例としてのステンレス鋼
以外に、タングステン、パラジウム、及び成る種のニッ
ケルークロム合金を含むその他の幾つかの合金がある。
繊維状金属の層（１８）　（２２）（１８’）の代替材
として、例えば金属質の骨格構造物のようなその他の浸
透性金属層を使用することもできる。この骨格構造物の
１例としては、ＤＵＯＣＥＬ（商標名）材料という、強
固で極めて多孔性であり、しかも充分な浸透性を持つ金
属構造物で、調整された単位容積当りの金属密度を持ち
、多くの異種金属の状態で市販されている骨格構造物を
挙げることができる。なお、アルミニウムの基礎部金属
（２０）に対する１つの代替金属としては鋳鉄が挙げら
れよう。
ピストン面（１４）　（１４つの基礎部金属（２０）（
２０つへの付着に用いる複合熱障壁（１２）　（１２’
）の上述のような形成のために、特殊例として幾つかの
好適とされている特殊金属組成及び層厚さを使用した。
例えば静電的に付着させたステンレス鋼管（１６）（１
６’）を用いる場合には、厚さ約０．０１５ないし０．
０２０インチのＭＥＴＣＯ４１−Ｃ（商標名）という粉
末状ステンレス鋼でこのような層を作ることもできる。
予め形成しである層（１６）　（１６’）を用いる場合
には、この層は、Ａｌ５Ｉ　３０４ステンレス鋼在庫品
から成る帆０２０ないし０．０２５インチの厚さのシー
トで形成し、云うまでもなくこれを上述のアップセット
鋳造以前に浸透性金属の層（１８）　（２２）に対して
直接焼結又はろう付きをすることが望ましい。好適な実
施例の層（１８）　（２２）　（１Ｂ’）　Ｖｉ、金属
対空気密度６５％、ＡＳＴＭメツシュ１８、Ａｌ５Ｉ　
Ｃ−１４ワイヤーで形成した厚さ約帆０４０ないし０．
０６０インチのステンレス鋼金網である。
他の好適１実施例に於ては、層（１８）　（２２χ１８
′）はＡ、１．Ｓ、１．のタイプ３１６或いはタイプ３
０４のステンレス鋼で得られる織った金属繊維から成る
ものである。後者の種類の織物の性質は拡散接合した針
金の所要の密度の一貫した品質管理をもたらすものであ
る。例えば成る成功の得られた実施例では０．００７５
インチの針金直径を持つ６０メツシユのスクリーンを使
用した。
以上この発明を実施例について詳細に説明したが、これ
らの実施例はこの発明の精神を逸脱することなく、種々
の変化変型をなし得ることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明による複合熱しゃへいを備えたピスト
ンの部分的横断面図、第２図は別の実施例の部分的横断
面図である。 １０　、１０’・・・ピストン、１２，１２７・・・複
合熱しゃへい、熱障壁、１４　、１４　’・・・１２　
、１２　’の上部部分、表面部分、１６　、１６　’・
・・１２　、１２　’の外側の露出された層、１８　、
１８　’・・・透過性又は浸透性金属の層、２０．２０
’・・・基礎部金属、２２・・・上部浸透性金属の層、
熱絶縁層、２４・・・内部又は中間の固体の層、障壁層
、２６・・・１６′の縁部。 −一一一一一一一一− ＦＩＧ、　− ２４，６’　／”” 一一一 １２′ 一一一一一一一 二ぜＦ。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）基礎部金属を備え、外側面の一部を複合熱しゃへ
    いでおおった機関部品において、前記複合熱しゃへいを
    、イ）外側の固体の金属の層と、（ロ）この外側の固体
    の金属の層に接着した浸透性金属の第１の層と、（ハ）
    内部の固体の金属の層と、に）浸透性金属の第２の層と
    で構成し、前記内部の固体の金属の層を、前記浸透性金
    属の第１及び第２の層の中間に位置させると共にその互
    に対向する両側においてこれら第１及び第２の層に接着
    させ、前記浸透性金属の第２の層のすき間を実質的に前
    記基礎部金属で満たすことにより、前記複合熱しゃへい
    を、前記機関部品の基礎部金属に機械的に付着させ、ま
    た前記基礎部金属を、前記浸透性金属の第２の層だけの
    すき閣内に延ばし、前記内部の固体の金属の層を、前記
    機関部品の製造中に、前記基礎部金属が前記浸透性金属
    の第１の層に入ろうとするのを防止するように配置して
    成る機関部品。
  2. （２）第１の前記固体の金属の層を、前記浸透性金属の
    第１の層の頂部及び縁部の両方をおおって延ばすように
    した特許請求の範囲第（１）項記載の機関部品。
  3. （３）第１の前記固体の金属の層を、ステンレス鋼で構
    成した特許請求の範囲第（１）項記載の機関部品。
  4. （４）第１の前記固体の金属の層を、タングステン合金
    で構成した特許請求の範囲第（１）項記載の機関部品。
  5. （５）第１の前記固体の金属の層を、パラジウムの合金
    で構成した特許請求の範囲第（１１項記載の機関部品。
  6. （６）第１の前記固体の金属の層を、ニッケルークロム
    合金で構成した特許請求の範囲第（１）項記載の機関部
    品。
  7. （７）前記浸透性金属をフィラメント状の金網で構成し
    た特許請求の範囲第（１）項記載の機関部品。
  8. （８）前記浸透性金属を、フィラメント状の金網で構成
    すると共に、このフィラメント状の金網をステンレス鋼
    から成る織った層で構成した特許請求の範囲第（１）項
    記載の機関部品。
  9. （９）前記浸透性金属を、金属質の骨格材料で構成した
    特許請求の範囲第（１）項記載の機関部品。 ００前記基礎部金属が、アルミニウム合金である特許請
    求の範囲第（１）項記載の機関部品。 圓前記基礎部金属が、鋳鉄である特許請求の範囲第（１
    ）項記載の機関部品。 １２内燃機関の金属基礎部を提供する基礎部材と組合わ
    せて複合熱しゃへいを形成する複合熱しゃへい形成法に
    おいて、イ）金属の固体層を浸透性金属の層の一面に接
    着する段階と、（ロ）次いで基礎部金属を前記浸透性金
    属の層内に鋳込む段階とから成り、前記浸透性金属の層
    のすき間を前記基礎部金属で実質的に満たすようにする
    複合熱しゃへい形成法。 （ＬＪ前記金属の固体層を前記浸透性金属の層の一面に
    接着する前記段階が、これらの層を互いに焼結すること
    から成る特許請求の範囲第α３項記載の複合熱しゃへい
    形成法。 αゆ前記金属の固体層を前記浸透性金属の層の一面に接
    着する前記段階が、これらの層を互いにろう付けするこ
    とから成る特許請求の範囲第（２）項記載の複合熱しゃ
    へい形成法。 α→前記金属の固体層を前記浸透性金属の層の一面に接
    着する段階が、前記浸透性金属の層への前記固体層の静
    電的付着である特許請求の範囲第αの項記載の複合熱し
    ゃへい形成法。 （１６基礎部金属で形成した内燃機関の基礎部材と組合
    わせて熱しゃへいを形成する複合熱しゃへい形成法にお
    いて、イ）第１の固体の金属の層を浸透性金属の第１の
    層の一面に接着する段階と、（ロ）第２の固体の金属の
    層を前記浸透性金属の第１の層の反対面に接着する段階
    と、（／→浸透性金属の第２の層を、第２の固体の金属
    の層に接着する段階と、に）前記基礎部金属を前記浸透
    性金属の第２の層内に鋳込を段階とから成る複合熱しゃ
    へい形成法。 αη前記鋳込む段階が、毎平方インチ当り１０，０００
    ポンドの範囲の圧力を加えることを包含する特許請求の
    範囲第（６）項又は第０１項記載の複合熱しゃへい形成
    法。
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