JPS60240857A - エンジン用断熱ピストン - Google Patents
エンジン用断熱ピストンInfo
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- JPS60240857A JPS60240857A JP59093875A JP9387584A JPS60240857A JP S60240857 A JPS60240857 A JP S60240857A JP 59093875 A JP59093875 A JP 59093875A JP 9387584 A JP9387584 A JP 9387584A JP S60240857 A JPS60240857 A JP S60240857A
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- Japan
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- piston
- piston body
- heat
- ceramic
- concave support
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0672—Omega-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder center axis
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/0009—Cylinders, pistons
- B22D19/0027—Cylinders, pistons pistons
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
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- F02B23/0603—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston at least part of the interior volume or the wall of the combustion space being made of material different from the surrounding piston part, e.g. combustion space formed within a ceramic part fixed to a metal piston head
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02F3/00—Pistons
- F02F3/10—Pistons having surface coverings
- F02F3/12—Pistons having surface coverings on piston heads
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- 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
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-
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- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
- F05C2253/16—Fibres
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (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】
（発明の属する技術分野）
本発明は、エンジン用のピストンに関するもので、特に
、その頂部にセラミック層を設けた断熱ピストンに関す
るものである。
、その頂部にセラミック層を設けた断熱ピストンに関す
るものである。
（発明の背景及び従来技術の問題点）
エンジン用のピストンは、通常、アルミニウム合金等の
軽合金によって形成されるが、軽合金は耐熱性の点にや
や問題があるため、特に高いガス圧及び熱負荷を受ける
ディーゼルエンジン用等のピストンにおいては、そのク
ラウン部をより強固な構造のものとする必要がある。そ
のようにピストンのクラウン部の剛性を高める手段とし
ては、その天井肉厚を大きくすること、その部分に鋳鉄
等の強度の大きい材料を用いることなどが考えられるが
、そのようにするとピストン全体の重量が大きなものと
なり、フリクションが増加したり、振動や騒音が大きく
なるといった問題が生しる。
軽合金によって形成されるが、軽合金は耐熱性の点にや
や問題があるため、特に高いガス圧及び熱負荷を受ける
ディーゼルエンジン用等のピストンにおいては、そのク
ラウン部をより強固な構造のものとする必要がある。そ
のようにピストンのクラウン部の剛性を高める手段とし
ては、その天井肉厚を大きくすること、その部分に鋳鉄
等の強度の大きい材料を用いることなどが考えられるが
、そのようにするとピストン全体の重量が大きなものと
なり、フリクションが増加したり、振動や騒音が大きく
なるといった問題が生しる。
このようなことから、ピストンの頂部にセラミック層を
設け、ピストン本体への熱流を低減させることにより、
ピストンの耐熱性を向上させるとともにその軽量化を図
る試みが注目されるようになってきている。そして、こ
のようにして燃焼室とピストン本体との間を断熱すると
、燃焼室の室壁温度を上げることができるようになるの
で、ディーゼルエンジンにおいて燃焼騒音の主因となっ
ている着火遅れが改善されるとともに、ピストン本体を
通しての熱損失が低減されるようになるので、燃焼効率
も向上する。
設け、ピストン本体への熱流を低減させることにより、
ピストンの耐熱性を向上させるとともにその軽量化を図
る試みが注目されるようになってきている。そして、こ
のようにして燃焼室とピストン本体との間を断熱すると
、燃焼室の室壁温度を上げることができるようになるの
で、ディーゼルエンジンにおいて燃焼騒音の主因となっ
ている着火遅れが改善されるとともに、ピストン本体を
通しての熱損失が低減されるようになるので、燃焼効率
も向上する。
ところで、このように輪金金製のピストン本体にセラミ
ック層を取り付ける場合には、ピストンの運動や熱膨張
によってもそのセラミック層が脱落することのないよう
にしなければならない。そこで、そのようなセラミ・ツ
ク層の脱落防止のために、従来、種々の提案がなされて
きている。例えば実開昭５３−１２８４０１３号公報に
は、セラミック体を、金属環の内面に係合させるととも
にその金属環の透孔にきつく嵌合させ、その金属環及び
セラミック体をピストン本体に鋳込むようにしたものが
示されている。このようにすると、セラミック体は金属
環によって保持されるので、その脱落は防止されるよう
になｊ る。しかしながら、このようなものでは、金属
環とピストン本体との間が剥離しやすく、その間に隙間
が生じて、熱間時などにセラミック体ががたつくことが
ある。
ック層を取り付ける場合には、ピストンの運動や熱膨張
によってもそのセラミック層が脱落することのないよう
にしなければならない。そこで、そのようなセラミ・ツ
ク層の脱落防止のために、従来、種々の提案がなされて
きている。例えば実開昭５３−１２８４０１３号公報に
は、セラミック体を、金属環の内面に係合させるととも
にその金属環の透孔にきつく嵌合させ、その金属環及び
セラミック体をピストン本体に鋳込むようにしたものが
示されている。このようにすると、セラミック体は金属
環によって保持されるので、その脱落は防止されるよう
になｊ る。しかしながら、このようなものでは、金属
環とピストン本体との間が剥離しやすく、その間に隙間
が生じて、熱間時などにセラミック体ががたつくことが
ある。
（発明の目的）
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、その主な目的は、セラミック体を保持する金属体が
ピストン本体に確実に一体化して結合され、それによっ
てセラミック体が、熱間時あるいはピストンの運動時に
もがたつくことなく固定して保持されるようにすること
である。
て、その主な目的は、セラミック体を保持する金属体が
ピストン本体に確実に一体化して結合され、それによっ
てセラミック体が、熱間時あるいはピストンの運動時に
もがたつくことなく固定して保持されるようにすること
である。
本発明の他の目的は、その金属体によってピストン頂部
の断熱性及び機械的強度がより向上されるようにするこ
とである。
の断熱性及び機械的強度がより向上されるようにするこ
とである。
（発明の特徴）
この目的を達成するために、本発明では、ピストン本体
の頂面を覆う耐熱性金属表面体に、ピストン本体側に開
口する凹状支持部を設け、その凹状支持部にセラミック
体を圧入するとともに、その耐熱性金属表面体を、耐熱
性金属ファイバ一層を介してピストン本体に結合するよ
うにしている。
の頂面を覆う耐熱性金属表面体に、ピストン本体側に開
口する凹状支持部を設け、その凹状支持部にセラミック
体を圧入するとともに、その耐熱性金属表面体を、耐熱
性金属ファイバ一層を介してピストン本体に結合するよ
うにしている。
このように、耐熱性金属表面体とピストン本体との間に
耐熱性金属ファイバ一層を介在させることによって、耐
熱性金属表面体とピストン本体との確実な結合が得られ
るようになり、それらの間に隙間が生じるようなことが
なくなる。また、このようにピストン本体の頂面に耐熱
性金属表面体が一体化して結合されることにより、その
ピストン本体頂部の機械的強度が増すとともに、その断
熱性も向上する。
耐熱性金属ファイバ一層を介在させることによって、耐
熱性金属表面体とピストン本体との確実な結合が得られ
るようになり、それらの間に隙間が生じるようなことが
なくなる。また、このようにピストン本体の頂面に耐熱
性金属表面体が一体化して結合されることにより、その
ピストン本体頂部の機械的強度が増すとともに、その断
熱性も向上する。
（実施例）
以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。
図は、本発明によるディーゼルエンジン用ピストンの一
実施例を示す縦断面図である。
実施例を示す縦断面図である。
図から明らかなように、ピストン本体１の頂面は、耐熱
性金属であるステンレス鋼からなる表面体２によって覆
われている。このステンレス表面体２の下面中央部には
、ピストン本体ｌ側に向けて突出する環状壁部２ａが設
けられており、この環状壁部２ａの内面によって、ピス
トン本体ｌ側に開口する凹状支持部３が形成されるよう
になっている。
性金属であるステンレス鋼からなる表面体２によって覆
われている。このステンレス表面体２の下面中央部には
、ピストン本体ｌ側に向けて突出する環状壁部２ａが設
けられており、この環状壁部２ａの内面によって、ピス
トン本体ｌ側に開口する凹状支持部３が形成されるよう
になっている。
この凹状支持部３には、中央に燃焼室凹陥部４が形成さ
れたセラミック体５が密着して嵌合されている。そして
、ステンレス表面体２の中央部には、その燃焼室凹陥部
４の開口に対応した透孔６が形成されている。このステ
ンレス表面体２の透孔６周辺部は厚肉のものとされ、そ
れによって燃焼室凹陥部４の口金部を形成するようにさ
れている。セラミック体５は、その透孔６の周辺に位置
するステンレス表面体２の下面と係合して、ピストンの
軸方向への移動が阻止されるようになっている。
れたセラミック体５が密着して嵌合されている。そして
、ステンレス表面体２の中央部には、その燃焼室凹陥部
４の開口に対応した透孔６が形成されている。このステ
ンレス表面体２の透孔６周辺部は厚肉のものとされ、そ
れによって燃焼室凹陥部４の口金部を形成するようにさ
れている。セラミック体５は、その透孔６の周辺に位置
するステンレス表面体２の下面と係合して、ピストンの
軸方向への移動が阻止されるようになっている。
環状壁部２ａの周囲に位置するステンレス表面体２の周
囲円環部２ｂ下面には、ピストン本体１の頂面との間に
、ステンレスファイバ一層７が設けられている。
囲円環部２ｂ下面には、ピストン本体１の頂面との間に
、ステンレスファイバ一層７が設けられている。
このようなピストンを製造するには、まず、５ＵＳ３０
４等のステンレス鋼板によりステンレス表面体２を成形
する。そして、その凹状支持部３内に、Ｓｉ３Ｎ４等の
セラミック材により所定の形状に焼結成形されたセラミ
ック体５を圧入する。ステンレス表面体２の周囲円環部
２ｂ下面には、５ＵＳ３１６等のステンレスファイバー
を溶着し、そこにステンレスファイバ一層７を形成する
。こうして形成されたピストンヘッド部材を、アルミニ
ウム合金ＡＣ８Ａ等を母材とするピストン本体ｌの頂面
に、溶湯鍛造によって結合させる。
４等のステンレス鋼板によりステンレス表面体２を成形
する。そして、その凹状支持部３内に、Ｓｉ３Ｎ４等の
セラミック材により所定の形状に焼結成形されたセラミ
ック体５を圧入する。ステンレス表面体２の周囲円環部
２ｂ下面には、５ＵＳ３１６等のステンレスファイバー
を溶着し、そこにステンレスファイバ一層７を形成する
。こうして形成されたピストンヘッド部材を、アルミニ
ウム合金ＡＣ８Ａ等を母材とするピストン本体ｌの頂面
に、溶湯鍛造によって結合させる。
この間において、セラミック体５は凹状支持部３によっ
て位置決めされているので、溶、湯鍛造によってもその
位置がずれることはない。また、溶湯鍛造によってピス
トン本体、ｌの母材がステンレスファイバ一層７に浸透
し、ピストン本体ｌとステンレスファイバ一層７とが一
体化する。そして、そのファイバ一層７はステンレス表
面体２に溶着によって確実に固着されるの１ で・結局
・ ７テ７′ス表面体２ ｉｔピスト７本体１に完全に
一体的に結合される。
て位置決めされているので、溶、湯鍛造によってもその
位置がずれることはない。また、溶湯鍛造によってピス
トン本体、ｌの母材がステンレスファイバ一層７に浸透
し、ピストン本体ｌとステンレスファイバ一層７とが一
体化する。そして、そのファイバ一層７はステンレス表
面体２に溶着によって確実に固着されるの１ で・結局
・ ７テ７′ス表面体２ ｉｔピスト７本体１に完全に
一体的に結合される。
したがって、ステンレス表面体２がピストン本体１から
剥離することはなくなり、セラミック体５は、ステンレ
ス表面体２の凹状支持部３に圧入されていることとあい
まって、熱間時においてもがたつくことなく保持される
ようになる。また、セラミック体５は、ステンレス表面
体２の口金部に係合しているので、ピストンの運動時の
慣性力によっても運動方向に移動することはなく、確実
に固定される。
剥離することはなくなり、セラミック体５は、ステンレ
ス表面体２の凹状支持部３に圧入されていることとあい
まって、熱間時においてもがたつくことなく保持される
ようになる。また、セラミック体５は、ステンレス表面
体２の口金部に係合しているので、ピストンの運動時の
慣性力によっても運動方向に移動することはなく、確実
に固定される。
そして、このように輪台金製のピストン本体ｌの頂面に
ステンレス表面体２が一体化して結合されることにより
、その機械的強度が上昇するので、ピストン本体ｌの天
井肉厚を薄くして軽量化を図ることが可能となる。また
、ステンレス鋼からなる表面体２は熱伝導度が低く、特
に高温となる燃焼室凹陥部４はセラミ・ンク体５によっ
て囲まれているので、ピストン本体ｌへの熱流は著しく
低減される。したがって、ピストン本体ｌ自体の熱間強
度は小さくてよくなるので、その天井肉厚を一層低減さ
せることができ、ピストンの軽量化を更に進めることが
できるようになる。そして、このように燃焼室とピスト
ン本体ｌとの間が断熱化されることにより、燃焼室の壁
面温度を高くすることができるようになるので、着火遅
れを軽減させて、燃焼騒音を減少させることカミできる
ようになる。′さらに、ピストン本体ｌを通しての熱損
失が減少するので、燃焼効率が向上する。
ステンレス表面体２が一体化して結合されることにより
、その機械的強度が上昇するので、ピストン本体ｌの天
井肉厚を薄くして軽量化を図ることが可能となる。また
、ステンレス鋼からなる表面体２は熱伝導度が低く、特
に高温となる燃焼室凹陥部４はセラミ・ンク体５によっ
て囲まれているので、ピストン本体ｌへの熱流は著しく
低減される。したがって、ピストン本体ｌ自体の熱間強
度は小さくてよくなるので、その天井肉厚を一層低減さ
せることができ、ピストンの軽量化を更に進めることが
できるようになる。そして、このように燃焼室とピスト
ン本体ｌとの間が断熱化されることにより、燃焼室の壁
面温度を高くすることができるようになるので、着火遅
れを軽減させて、燃焼騒音を減少させることカミできる
ようになる。′さらに、ピストン本体ｌを通しての熱損
失が減少するので、燃焼効率が向上する。
なお、上記実施例においては、ステンレス表面体２に下
方に突出する環状壁部２ａを設け、その環状壁部２ａの
内面によって凹状支持部３を形成するようにしているが
、表面体２の厚さが大きい場合には、そのような環状壁
部２ａを設ける必要はない。しかしながら、表面体２の
厚さを大きくするとピストンの重量が増すので、一般に
は上記実施例のように構成される。
方に突出する環状壁部２ａを設け、その環状壁部２ａの
内面によって凹状支持部３を形成するようにしているが
、表面体２の厚さが大きい場合には、そのような環状壁
部２ａを設ける必要はない。しかしながら、表面体２の
厚さを大きくするとピストンの重量が増すので、一般に
は上記実施例のように構成される。
また、上記実施例においては、ピストンの頂面に燃焼室
凹陥部４が設けられるものとしているが、本発明は、そ
のような凹陥部４を備えていないピストンにも適用し得
るものである。その場合には、セラミック体５がピスト
ン頂面に露出するようにすることも、あるいはステンレ
ス表面体２によって完全に覆われるようにすることもで
きる。
凹陥部４が設けられるものとしているが、本発明は、そ
のような凹陥部４を備えていないピストンにも適用し得
るものである。その場合には、セラミック体５がピスト
ン頂面に露出するようにすることも、あるいはステンレ
ス表面体２によって完全に覆われるようにすることもで
きる。
さらに、耐熱性金属としてステンレス鋼を用い、表面体
２及びファイバ一層７をそれぞれステンレス鋼板及びス
テンレスファイバーによって形成したものを示したが、
この耐熱性金属としては、その他の耐熱鋼等を用いるこ
ともできる。耐熱性金属は、一般に熱伝導度が低いもの
であるから、同様の作用効果を得ることができる。ただ
し、これら耐熱性金属表面体及び耐熱性金属ファイバ一
層は、容易に溶着する同種の金属とすることが望ましい
。
２及びファイバ一層７をそれぞれステンレス鋼板及びス
テンレスファイバーによって形成したものを示したが、
この耐熱性金属としては、その他の耐熱鋼等を用いるこ
ともできる。耐熱性金属は、一般に熱伝導度が低いもの
であるから、同様の作用効果を得ることができる。ただ
し、これら耐熱性金属表面体及び耐熱性金属ファイバ一
層は、容易に溶着する同種の金属とすることが望ましい
。
（発明の効果）
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ピス
トン頂面を覆う耐熱性金属表面体に凹状支持部を設け、
その凹状支持部にセラミック体を圧入するようにしてい
るので、熱間時あるいはピストンの運動時においてもセ
ラミック体が確実に位置決めされて保持されるようにな
る、そして、その耐熱性金属表面体を、耐熱性金属ファ
イバ一層を介してピストン本体に結合するようにしてい
るので、セラミック体ががたつくことが防止されるとと
もに、ピストン頂部の断熱性及び機械的強度がより向上
する。
トン頂面を覆う耐熱性金属表面体に凹状支持部を設け、
その凹状支持部にセラミック体を圧入するようにしてい
るので、熱間時あるいはピストンの運動時においてもセ
ラミック体が確実に位置決めされて保持されるようにな
る、そして、その耐熱性金属表面体を、耐熱性金属ファ
イバ一層を介してピストン本体に結合するようにしてい
るので、セラミック体ががたつくことが防止されるとと
もに、ピストン頂部の断熱性及び機械的強度がより向上
する。
図は、本発明によるディーゼルエンジン用ピストンの一
実施例を示す縦断面図である。 ｌ・・・ピストン本体 ２・・・ステンレス表面体（耐熱性金属表面体）３・・
・凹状支持部 ５・・・セラミック体７・・・ステンレ
スファイバ一層 （耐熱性金属ファイバ一層） 出願人 本田技研工業株式会社 代理人 弁理士 森下端侑
実施例を示す縦断面図である。 ｌ・・・ピストン本体 ２・・・ステンレス表面体（耐熱性金属表面体）３・・
・凹状支持部 ５・・・セラミック体７・・・ステンレ
スファイバ一層 （耐熱性金属ファイバ一層） 出願人 本田技研工業株式会社 代理人 弁理士 森下端侑
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ピストン本体（１）の頂面を覆う耐熱性金属表面体（２
）に、ピストン本体（１）側に向けて開口する凹状支持
部（３）を設け、 その凹状支持部（３）にセラミック体（５）を圧入する
とともに、 前記耐熱性金属表面体（２）とピストン本体（１）とを
、耐熱性金属ファイバ一層（７）を介して結合してなる
、 エンジン用断熱ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59093875A JPS60240857A (ja) | 1984-05-12 | 1984-05-12 | エンジン用断熱ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59093875A JPS60240857A (ja) | 1984-05-12 | 1984-05-12 | エンジン用断熱ピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60240857A true JPS60240857A (ja) | 1985-11-29 |
Family
ID=14094639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59093875A Pending JPS60240857A (ja) | 1984-05-12 | 1984-05-12 | エンジン用断熱ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60240857A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02107868A (ja) * | 1988-07-30 | 1990-04-19 | T & N Technol Ltd | ピストン中の構成部品結合方法 |
| US5273009A (en) * | 1991-08-26 | 1993-12-28 | Ngk Insulators, Ltd. | Silicon-nitride-inserted piston |
-
1984
- 1984-05-12 JP JP59093875A patent/JPS60240857A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02107868A (ja) * | 1988-07-30 | 1990-04-19 | T & N Technol Ltd | ピストン中の構成部品結合方法 |
| US5273009A (en) * | 1991-08-26 | 1993-12-28 | Ngk Insulators, Ltd. | Silicon-nitride-inserted piston |
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