JPS6022054A - セラミツクス組込型ピストン - Google Patents
セラミツクス組込型ピストンInfo
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- JPS6022054A JPS6022054A JP13158783A JP13158783A JPS6022054A JP S6022054 A JPS6022054 A JP S6022054A JP 13158783 A JP13158783 A JP 13158783A JP 13158783 A JP13158783 A JP 13158783A JP S6022054 A JPS6022054 A JP S6022054A
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- JP
- Japan
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- piston
- top plate
- plate
- silicon nitride
- nitride
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- 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
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
-
- 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
- F02F3/10—Pistons having surface coverings
- F02F3/12—Pistons having surface coverings on piston heads
-
- 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
-
- 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
- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
- F05C2203/08—Ceramics; Oxides
- F05C2203/0865—Oxide ceramics
- F05C2203/0891—Zinc oxide
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Ceramic Products (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、低コーストで、十分なニアシン性能を有する
セラミックス組込型ピストンに関する。
セラミックス組込型ピストンに関する。
従来、全体をアルミニウム合金て製作したエンジンＩＮ
ピストンが実用化されているか、アルミニウム合金の融
点は６００〜７（）０℃と低いため、高温にさらされる
ピストン項部までアルミニウム、合金とするのは好まし
くない。まだ。
ピストンが実用化されているか、アルミニウム合金の融
点は６００〜７（）０℃と低いため、高温にさらされる
ピストン項部までアルミニウム、合金とするのは好まし
くない。まだ。
このアルミニウム合金は熱伝導率が大きいだめ。
熱損失が多くなる欠点があった。
さらに、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。かかる低
燃費化への対応の手段として、断熱エンジンの研究がさ
かんに行なわれている。断熱エンジンは、燃焼室周りを
断熱化（−て燃焼温度を上界させ、高温の４１１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
アップさせようというものである。従って。
叫ばれ、エンジンの低燃費化が迫られている。かかる低
燃費化への対応の手段として、断熱エンジンの研究がさ
かんに行なわれている。断熱エンジンは、燃焼室周りを
断熱化（−て燃焼温度を上界させ、高温の４１１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
アップさせようというものである。従って。
この断熱エンジンには、燃焼室周りに、高温に１制え断
熱性を有するセラミックスを利用する必要がある。
熱性を有するセラミックスを利用する必要がある。
かかる観点から従来も、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１１Ｃくするためピストン
の頂部にセラミックスの頂板をねし止めしたり、これを
坊包みしたものが提案されている。しかじねじ止めした
ものはイ・ジが弛む欠点がある。
つピストン頂部から熱を逃げ１１Ｃくするためピストン
の頂部にセラミックスの頂板をねし止めしたり、これを
坊包みしたものが提案されている。しかじねじ止めした
ものはイ・ジが弛む欠点がある。
また、このセラミックス頂板は、高温下にさらされるた
め、耐熱性に優れ、高温強度も高く。
め、耐熱性に優れ、高温強度も高く。
熱１：Ｉｌｉ ”’ｆ’：抵抗にも優れたシリコンナイ
トライド（ｓ ｔ３Ｎ４ ）’ （第１図にその高温強
度特性を示す）を用いることが一般的である。しかし、
第１表に示すように、複雑形状品の成形が可能て強度的
にも器れだ指圧焼結ノリコノナイトライドの一゛人伝４
１．４は０．０４６ ｃａｌ ／ａｍ ”’ｓｇｃ ’
Ｃと、５ＵＳ３０４の０．０３９ ｃａｌ ７ｃｍ−ｓ
ｅｅ・℃とほぼ同程変であり。
トライド（ｓ ｔ３Ｎ４ ）’ （第１図にその高温強
度特性を示す）を用いることが一般的である。しかし、
第１表に示すように、複雑形状品の成形が可能て強度的
にも器れだ指圧焼結ノリコノナイトライドの一゛人伝４
１．４は０．０４６ ｃａｌ ／ａｍ ”’ｓｇｃ ’
Ｃと、５ＵＳ３０４の０．０３９ ｃａｌ ７ｃｍ−ｓ
ｅｅ・℃とほぼ同程変であり。
断熱性に、・富むとは言えない。このだめ、十分な断熱
性を（４Ｉるには、ピスト）頂板の厚みを厚くする必要
がありコスト的に不才１である。
性を（４Ｉるには、ピスト）頂板の厚みを厚くする必要
がありコスト的に不才１である。
これに対し、断熱性に富むジルコニアＺｒＯ２は、をＪ
（伝導率０．００６ ｃａｌ／儂・ｓｅｅ・℃で、ビス
Ｉ・ン頂板の厚みをｉｔ’Ｘ くすることが可能である
。
（伝導率０．００６ ｃａｌ／儂・ｓｅｅ・℃で、ビス
Ｉ・ン頂板の厚みをｉｔ’Ｘ くすることが可能である
。
しかし、ジルコニアは第１図に示すように。
５ ｔｌ Ｏ’Ｃ以上の温度で強度が極端に低下するた
め９強度の而からピストン頂板の１ワみを厚くするなど
の制限を受け、十分なコスト低下を図れない］−に、そ
の比重が６程度とアルミニウム合金の２培もあり、ピス
トンの重＋？＋−が増加する。
め９強度の而からピストン頂板の１ワみを厚くするなど
の制限を受け、十分なコスト低下を図れない］−に、そ
の比重が６程度とアルミニウム合金の２培もあり、ピス
トンの重＋？＋−が増加する。
第１表 各種セラミックスの性質
密 度 抗折強度 熱 伝 導 率 熱膨張率（ｒ／ｃ
Ｊ） ’（Ｋ９／＋Ｊ （Ｊ／ｍ・ｓｅｃ・℃） （ｘ
ｔｏ−’ １／’Ｃ反応焼＋１’ｌ） Ｓ ＋３ Ｎ４
２７５ ２９ （Ｉ Ｏ２４２８ＺｒＯ２５，７６８
０［１００６１１１３ＳＵＳ ３０４ ７．９３ −
［１０３９１８，７アルミ合金 ２．６４ −’ （１
３５０２３，０そこて９本発明者らは、先に特願昭５８
−２９２１１号で、常圧焼結ソリコンナイトライド製ピ
ストン頂板とアルミ合金製ピストン本体を接合する際に
１両者の接合面の間に断熱を目的としたジルコニア製プ
レートを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、常圧焼結ノリコンライトライド・時ピ
ストン頂板とジルコニア製断熱プレートの接合が畑しい
こと、及び両者の熱膨張率に差があるだめ、接合面に過
大な応力が発生する可能性がある。という問題点が残っ
ている。
Ｊ） ’（Ｋ９／＋Ｊ （Ｊ／ｍ・ｓｅｃ・℃） （ｘ
ｔｏ−’ １／’Ｃ反応焼＋１’ｌ） Ｓ ＋３ Ｎ４
２７５ ２９ （Ｉ Ｏ２４２８ＺｒＯ２５，７６８
０［１００６１１１３ＳＵＳ ３０４ ７．９３ −
［１０３９１８，７アルミ合金 ２．６４ −’ （１
３５０２３，０そこて９本発明者らは、先に特願昭５８
−２９２１１号で、常圧焼結ソリコンナイトライド製ピ
ストン頂板とアルミ合金製ピストン本体を接合する際に
１両者の接合面の間に断熱を目的としたジルコニア製プ
レートを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、常圧焼結ノリコンライトライド・時ピ
ストン頂板とジルコニア製断熱プレートの接合が畑しい
こと、及び両者の熱膨張率に差があるだめ、接合面に過
大な応力が発生する可能性がある。という問題点が残っ
ている。
これらの問題点を解決するだめには９反応焼結ノリコン
ナイトライドの使用が考えられる。
ナイトライドの使用が考えられる。
しかしながら反応焼結シリコンナイトライトドτ［、常
圧焼結シリコンナイトライドと比較して熱伝導率ｄ約半
分と低い値で、あるが９強度が低く反応焼結ノリコンナ
イトライド単体の使用てはピストン頂板の厚みを厚くす
る必要があるという不具合がある。
圧焼結シリコンナイトライドと比較して熱伝導率ｄ約半
分と低い値で、あるが９強度が低く反応焼結ノリコンナ
イトライド単体の使用てはピストン頂板の厚みを厚くす
る必要があるという不具合がある。
本発明は上記に鑑みなされたもので、従来のセラミック
ス利用ピストンに変わり、十分なエンシフ性能がイ（Ｉ
られかつ智竜コストの低いセラミックス組込型ピストン
を１是供することを目的とする。
ス利用ピストンに変わり、十分なエンシフ性能がイ（Ｉ
られかつ智竜コストの低いセラミックス組込型ピストン
を１是供することを目的とする。
以下填２図ないし第６図を参照して本発明の１実施例に
つき説明すると、第２図ないし舅５図ｄ本発明に係る常
圧焼結ソリコンナイトライド特ピストン頂板と１反応焼
結シリコンナイトライド製プレートとの接合態（＊例を
示す図である。
つき説明すると、第２図ないし舅５図ｄ本発明に係る常
圧焼結ソリコンナイトライド特ピストン頂板と１反応焼
結シリコンナイトライド製プレートとの接合態（＊例を
示す図である。
ノリコンナイトライド製部利の接合例の第一の例として
、最も簡単なものを第２図に示す。
、最も簡単なものを第２図に示す。
同図のものは、常圧焼結ノリコンナイトライド製のピス
トン頂板（１）の下部に形成された四部（２）に反応焼
結ノリコンナイトライド製プレート（４）をはめ込む構
造のものである。この実施例においては、常圧焼結ノリ
コンナイトライド製のピストン頂板（１）と反応焼結シ
リコンナイトライド製プレート（４）とは全く接合され
ていないが、後にアルミニウム合金で鋳包むか、アルミ
ニウム合金製ピストン本体ヲ焼嵌めするので上記プレー
ト（４）が落下することはない。捷だ、このピストンの
強度は常圧焼結ソリコンナイトライド特ピストン頂板（
１）に持たせるので１両者が強固に接合している心安は
全くない。
トン頂板（１）の下部に形成された四部（２）に反応焼
結ノリコンナイトライド製プレート（４）をはめ込む構
造のものである。この実施例においては、常圧焼結ノリ
コンナイトライド製のピストン頂板（１）と反応焼結シ
リコンナイトライド製プレート（４）とは全く接合され
ていないが、後にアルミニウム合金で鋳包むか、アルミ
ニウム合金製ピストン本体ヲ焼嵌めするので上記プレー
ト（４）が落下することはない。捷だ、このピストンの
強度は常圧焼結ソリコンナイトライド特ピストン頂板（
１）に持たせるので１両者が強固に接合している心安は
全くない。
第３図のものは、ピストン頂板とプレートをそれぞれ別
個に焼成し、その後に両者を接合させるものである。即
ち、第３図のものは、公知の常圧焼結法で製造されだ７
リコンナイトライド製ピストン頂板（ｌｌ）と、公知の
反応焼結法で製造され／こ／リコンナイトライド製プレ
ート（１４）の夫々に形成された凸部（１３）と四部（
１５）を嵌め合わせる。この際１両者のすキ間にノリコ
ツナイトライドの粉末（１６）を入れておく。この」：
うに組合わされたピストンをその１ま炉内に入れ窒素ガ
ス雰囲気１で１５００〜１６ｏｏ”Ｃの温度で熱処理を
行う。この熱処理によって、ソリコンナイトライド粉末
（１６）を介して常圧焼結ノリコノナイトライド製ピス
トン頂板（１１）と反応焼結ノリコンナイトライド・ｙ
１ブレー）（１４）とが強固に接合され一体化される。
個に焼成し、その後に両者を接合させるものである。即
ち、第３図のものは、公知の常圧焼結法で製造されだ７
リコンナイトライド製ピストン頂板（ｌｌ）と、公知の
反応焼結法で製造され／こ／リコンナイトライド製プレ
ート（１４）の夫々に形成された凸部（１３）と四部（
１５）を嵌め合わせる。この際１両者のすキ間にノリコ
ツナイトライドの粉末（１６）を入れておく。この」：
うに組合わされたピストンをその１ま炉内に入れ窒素ガ
ス雰囲気１で１５００〜１６ｏｏ”Ｃの温度で熱処理を
行う。この熱処理によって、ソリコンナイトライド粉末
（１６）を介して常圧焼結ノリコノナイトライド製ピス
トン頂板（１１）と反応焼結ノリコンナイトライド・ｙ
１ブレー）（１４）とが強固に接合され一体化される。
第４図のものは２反応焼結シリコンナイトライド製プレ
ートの焼結と接合に同時に行なうものである。即ち同図
に示すように、先ず常圧焼結ノリコンナイトライド製ピ
ストン頂板（２１）を通常の常圧焼結法で製造する。そ
の後、シリコン粉末成形体（１７）を公知の手法で成形
する。次に、シリコン粉末成形体（１７）の四部（１８
）を、常圧焼結シリコンナイトライド製ピストン頂板（
２１）の凸部（２３）に挿入する。更にこの組立品を炉
内に入れノリコン粉末成形体（１７）の焼結を行う。尚
、」二記凸部（２３）の凹部（１８）への挿入時に両者
の空隙にノリコンナイトライド粉末を入れると接合の効
果が増す。上記焼結の際、シリコン粉末成形体（１７）
は焼結にともなう収縮が０であるだめ焼結前に挿入部の
寸法を合わせておく必要がある。こうして１反応焼結を
行うと、シリコン粉末成形体（１７）は、第５図に示す
ような反応焼結ノリコンナイトライド製プレート（２７
）となり、これと常圧焼結シリコンナイトライド製ピス
トン頂板（２１）とが強固に接合され一体化される。
ートの焼結と接合に同時に行なうものである。即ち同図
に示すように、先ず常圧焼結ノリコンナイトライド製ピ
ストン頂板（２１）を通常の常圧焼結法で製造する。そ
の後、シリコン粉末成形体（１７）を公知の手法で成形
する。次に、シリコン粉末成形体（１７）の四部（１８
）を、常圧焼結シリコンナイトライド製ピストン頂板（
２１）の凸部（２３）に挿入する。更にこの組立品を炉
内に入れノリコン粉末成形体（１７）の焼結を行う。尚
、」二記凸部（２３）の凹部（１８）への挿入時に両者
の空隙にノリコンナイトライド粉末を入れると接合の効
果が増す。上記焼結の際、シリコン粉末成形体（１７）
は焼結にともなう収縮が０であるだめ焼結前に挿入部の
寸法を合わせておく必要がある。こうして１反応焼結を
行うと、シリコン粉末成形体（１７）は、第５図に示す
ような反応焼結ノリコンナイトライド製プレート（２７
）となり、これと常圧焼結シリコンナイトライド製ピス
トン頂板（２１）とが強固に接合され一体化される。
以上のような手法によって、第６図に図示する如く焼結
シリコンナイトライド製ピストン頂板（４１）と反応焼
結ソリコンナイトライド製プレート（４４）が接合でき
る。こうして得られた複合型ピストン頂板にアルミニウ
ム合金を鋳包むか、アルミニウム合金製ピストン本体（
４９）を焼面めする。鋳包む際に、複合型ピストン頂板
を４００°Ｃ程度に予熱し鋳包めば、特別の工夫をする
ことなく両者を一体化でき第６図に示すようなセラミッ
クス組込型エンジンピストンが得られる。尚、上記焼面
めは公知の手法で行なえる。
シリコンナイトライド製ピストン頂板（４１）と反応焼
結ソリコンナイトライド製プレート（４４）が接合でき
る。こうして得られた複合型ピストン頂板にアルミニウ
ム合金を鋳包むか、アルミニウム合金製ピストン本体（
４９）を焼面めする。鋳包む際に、複合型ピストン頂板
を４００°Ｃ程度に予熱し鋳包めば、特別の工夫をする
ことなく両者を一体化でき第６図に示すようなセラミッ
クス組込型エンジンピストンが得られる。尚、上記焼面
めは公知の手法で行なえる。
上記！ｉｔ！！法により得られたセラミックス組込型ピ
ストンは、燃焼室側が常圧焼結シリコンナイトライ１゛
φμであるため高温下でも高強度を有している。さらに
、常圧焼結シリコンナイトライド４え”とピストン１０
板（４１）の下部に１反応焼結シリコンナイトライド製
プレート（４４）をもうけであるだめ、十分な断熱性を
有している。＼このだめ、燃焼室壁温が１００’Ｏ“Ｃ
近く才で上昇しても、アルミニウム合金部４９は使用温
度１で十分に冷却される。
ストンは、燃焼室側が常圧焼結シリコンナイトライ１゛
φμであるため高温下でも高強度を有している。さらに
、常圧焼結シリコンナイトライド４え”とピストン１０
板（４１）の下部に１反応焼結シリコンナイトライド製
プレート（４４）をもうけであるだめ、十分な断熱性を
有している。＼このだめ、燃焼室壁温が１００’Ｏ“Ｃ
近く才で上昇しても、アルミニウム合金部４９は使用温
度１で十分に冷却される。
本発明は以上のように構成されており９本発明によれば
、高強度かつ断熱性を有する複合ピストン頂板部の厚さ
を薄くすることができ代コストかつ経用のセラミックス
組込型ピストンを提供することができる。
、高強度かつ断熱性を有する複合ピストン頂板部の厚さ
を薄くすることができ代コストかつ経用のセラミックス
組込型ピストンを提供することができる。
第１図は常圧焼結シリコンナイトライドとジルコニアと
の高温強度を示す線図、第２図ないし４図は本発明にお
けるシリコンナイトライド製ヒストン頂板と反応焼結ノ
リコンナイトライド製プレートとの接合態様例を示す断
面図、第５図は縞４図のものの一体化状態を示す断面図
。 第６図は第４，５図のものを用いて製造したエンジン用
ピストンを示す断面図である。 １．１１，２１．４１・・・ピストン頂板、４，１４゜
１７、２７．４４・・プレート、４９・・・ピストン本
体＠１図 ０ ５００ １０００ ｆ５００ 温 度 （０Ｃ） 築２図 第３図 第４図 第５図
の高温強度を示す線図、第２図ないし４図は本発明にお
けるシリコンナイトライド製ヒストン頂板と反応焼結ノ
リコンナイトライド製プレートとの接合態様例を示す断
面図、第５図は縞４図のものの一体化状態を示す断面図
。 第６図は第４，５図のものを用いて製造したエンジン用
ピストンを示す断面図である。 １．１１，２１．４１・・・ピストン頂板、４，１４゜
１７、２７．４４・・プレート、４９・・・ピストン本
体＠１図 ０ ５００ １０００ ｆ５００ 温 度 （０Ｃ） 築２図 第３図 第４図 第５図
Claims (1)
- 常圧焼結シリコンナイトライドからなるピストン頂板ド
アルミニウム合金からなるピストン本体とを９反応焼結
ノリコンナイトライドからなるプレートを介して結合し
て構成されたことを特徴とするセラミックス組込型ビス
トノ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13158783A JPS6022054A (ja) | 1983-07-19 | 1983-07-19 | セラミツクス組込型ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13158783A JPS6022054A (ja) | 1983-07-19 | 1983-07-19 | セラミツクス組込型ピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6022054A true JPS6022054A (ja) | 1985-02-04 |
| JPH0364699B2 JPH0364699B2 (ja) | 1991-10-08 |
Family
ID=15061536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13158783A Granted JPS6022054A (ja) | 1983-07-19 | 1983-07-19 | セラミツクス組込型ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6022054A (ja) |
-
1983
- 1983-07-19 JP JP13158783A patent/JPS6022054A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0364699B2 (ja) | 1991-10-08 |
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