JPS6071574A - セラミック製シリンダライナ - Google Patents
セラミック製シリンダライナInfo
- Publication number
- JPS6071574A JPS6071574A JP58178226A JP17822683A JPS6071574A JP S6071574 A JPS6071574 A JP S6071574A JP 58178226 A JP58178226 A JP 58178226A JP 17822683 A JP17822683 A JP 17822683A JP S6071574 A JPS6071574 A JP S6071574A
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- Japan
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (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】
［発明の技術分野］
本発明は、セラミックスを素材とした断熱ディーゼルエ
ンジンのシリンダライナ或いはディーゼルエンジンの吸
排気弁などのバルブシートのライナなど耐熱、耐摩耗性
の要求される部品に使用されるセラミック製ライナに関
するものである。
ンジンのシリンダライナ或いはディーゼルエンジンの吸
排気弁などのバルブシートのライナなど耐熱、耐摩耗性
の要求される部品に使用されるセラミック製ライナに関
するものである。
［発明の技術的背景とその問題点］
内燃機関、特に断熱ディーゼルエンジンのシリンダライ
ナとしてセラミックスを使用することが種々検討されて
いる。
ナとしてセラミックスを使用することが種々検討されて
いる。
セラミックスは耐熱性、耐摩耗性に優れているため断熱
エンジンのシリンダライナに使用すれば熱効率が大幅に
向上する利点があるが、セラミックスの最大の欠点であ
るもろさのために実用化に至っていない。
エンジンのシリンダライナに使用すれば熱効率が大幅に
向上する利点があるが、セラミックスの最大の欠点であ
るもろさのために実用化に至っていない。
近年、熱膨張率が鉄と同じで、しかも極めて弾力性のあ
る部分安定化ジルコニアを、断熱エンジンのシリンダラ
イナとして使用することが検討゛されてきている。
る部分安定化ジルコニアを、断熱エンジンのシリンダラ
イナとして使用することが検討゛されてきている。
純粋な酸化ジルコニウム（Ｚｒ Ｏｘ ）は高融点（約
２’７００℃）を有するため、本来優れた耐熱材料とし
ての性質をもっているが、次に示すような相変態をＲ１
゜ この転移は可逆的であり、しかも転移により体積変化を
伴うために破壊してしまう。この欠点を取り除くために
Ｚｒ ０２に、Ｃａ Ｏ，Ｍａ Ｏ。
２’７００℃）を有するため、本来優れた耐熱材料とし
ての性質をもっているが、次に示すような相変態をＲ１
゜ この転移は可逆的であり、しかも転移により体積変化を
伴うために破壊してしまう。この欠点を取り除くために
Ｚｒ ０２に、Ｃａ Ｏ，Ｍａ Ｏ。
Ｙｐ Ｏｑなどの安定化剤を固溶させると、最高温相で
あるホタル石型立方晶が、かなり低温まで安定相として
存在するようになる。このように固溶体にすることによ
って転移を示さなくなった立方晶ジルコニア或いは正方
晶ジルコニア固溶体を安定化ジルコニアと呼んでいる。
あるホタル石型立方晶が、かなり低温まで安定相として
存在するようになる。このように固溶体にすることによ
って転移を示さなくなった立方晶ジルコニア或いは正方
晶ジルコニア固溶体を安定化ジルコニアと呼んでいる。
安定化ジルコニアは耐熱性、耐摩耗性が良好で、且つ熱
伝導率が低いので断熱部材として優れた性能をもってい
るが、他のけラミックスと同様もろいため断熱エンジン
のシリンダライナとしては使用できない。
伝導率が低いので断熱部材として優れた性能をもってい
るが、他のけラミックスと同様もろいため断熱エンジン
のシリンダライナとしては使用できない。
部分安定化ジルコニアは、ジルコニアの転移を利用して
高い抗折強度と、強靭性の有するセラミックスとしたも
ので、Ｚｒ ＯｘにＭ（１０，”？ ０３などの安定化
剤を少岱加えて高温で焼結したものを、低温でアニール
して、安定化ジルコニアのマトリックス内に単斜晶の非
安定化ジルコニアの微粒子を析出させたものである。単
斜晶の非安定化ジルコニアは析出の際に立方晶から正方
晶に、正方晶から単斜晶に転移し、その際に粒界近傍に
微少クラックや応力を生じさせる。これら無数の微少ク
ラックや応力は、全体の破壊に至る大きなりラックの伝
播を阻止したり、内部で緩和する動きをするために、結
果として部分安定化ジルコニアは、衝撃や熱応力に対し
て強い性質を有すると共に熱伝導性が低く、耐摩耗性及
び金属との相性が良好で断熱エンジンのシリンダライナ
として優れた性質をもっている。
高い抗折強度と、強靭性の有するセラミックスとしたも
ので、Ｚｒ ＯｘにＭ（１０，”？ ０３などの安定化
剤を少岱加えて高温で焼結したものを、低温でアニール
して、安定化ジルコニアのマトリックス内に単斜晶の非
安定化ジルコニアの微粒子を析出させたものである。単
斜晶の非安定化ジルコニアは析出の際に立方晶から正方
晶に、正方晶から単斜晶に転移し、その際に粒界近傍に
微少クラックや応力を生じさせる。これら無数の微少ク
ラックや応力は、全体の破壊に至る大きなりラックの伝
播を阻止したり、内部で緩和する動きをするために、結
果として部分安定化ジルコニアは、衝撃や熱応力に対し
て強い性質を有すると共に熱伝導性が低く、耐摩耗性及
び金属との相性が良好で断熱エンジンのシリンダライナ
として優れた性質をもっている。
しかしながら、断熱エンジンのシリンダ内の温度は７０
０℃にも達するため、部分安定化ジルコニアをそのまま
シリンダライナとして使用すると低温でアニールされた
状態となり、安定化されたはずの正方品ジルコニア或い
は立方晶ジルコニアが安定化剤と離れて分解し、単斜晶
ジルコニアを析出してしまう。この場合、正方晶から単
斜晶に転移する際には体積が４．６％程度膨張するため
、シリンダライナの内径は小さくなり、ピストンとの摺
動により剥げ落ちてしまい、シリンダライナとして全く
使用できなくなる。
０℃にも達するため、部分安定化ジルコニアをそのまま
シリンダライナとして使用すると低温でアニールされた
状態となり、安定化されたはずの正方品ジルコニア或い
は立方晶ジルコニアが安定化剤と離れて分解し、単斜晶
ジルコニアを析出してしまう。この場合、正方晶から単
斜晶に転移する際には体積が４．６％程度膨張するため
、シリンダライナの内径は小さくなり、ピストンとの摺
動により剥げ落ちてしまい、シリンダライナとして全く
使用できなくなる。
［発明の目的］
本発明の目的は、上述の部分安定化ジルコニアの優れた
性質を利用し、しかも部分安定化ジルコニアの欠点を補
うことができ、耐熱性、耐摩耗性。
性質を利用し、しかも部分安定化ジルコニアの欠点を補
うことができ、耐熱性、耐摩耗性。
耐衝撃性、抗折強度、相性にすぐれたセラミック製ライ
ナを提供するものである。
ナを提供するものである。
し発明の概要］
本発明は、イツトリアが主成分の安定化剤を固溶させた
部分安定化ジルコニアを素材とし、この素材の一面を加
熱してその表面に単斜晶シルコニ）′層を形成すると共
にその単斜晶ジルコニア層を削り落して単斜晶ジルコニ
アと部分安定化ジルコニアとが混在した層を露出された
もので、シリンダなどの内面のみをもともと１０００℃
以下の低温で安定な単斜晶ジルコニアのリッチな層とし
、他の部分は部分安定化ジルコニアとすることにより、
断熱エンジンのシリンダライナとして使用しても７００
℃程度の燃焼ガスと直接接触してもシリンダライナ内面
は単斜晶ジルコニアの層であるために相変化せず、しか
もその単斜晶ジルコニア層が断熱性が良好なため、部分
安定化ジルコニア層まで燃焼ガスの温度が伝わらず部分
安定化ジルコニアが単斜晶ジルコニアを析出することが
なく、高い抗折強痩、耐衝撃性など部分安定化ジルコニ
アのもっている優れた性質をそのまま使用できる効果が
ある。
部分安定化ジルコニアを素材とし、この素材の一面を加
熱してその表面に単斜晶シルコニ）′層を形成すると共
にその単斜晶ジルコニア層を削り落して単斜晶ジルコニ
アと部分安定化ジルコニアとが混在した層を露出された
もので、シリンダなどの内面のみをもともと１０００℃
以下の低温で安定な単斜晶ジルコニアのリッチな層とし
、他の部分は部分安定化ジルコニアとすることにより、
断熱エンジンのシリンダライナとして使用しても７００
℃程度の燃焼ガスと直接接触してもシリンダライナ内面
は単斜晶ジルコニアの層であるために相変化せず、しか
もその単斜晶ジルコニア層が断熱性が良好なため、部分
安定化ジルコニア層まで燃焼ガスの温度が伝わらず部分
安定化ジルコニアが単斜晶ジルコニアを析出することが
なく、高い抗折強痩、耐衝撃性など部分安定化ジルコニ
アのもっている優れた性質をそのまま使用できる効果が
ある。
［発明の実施例］
以下、本発明に係るセラミック製ライナの好適一実施例
を添付図面に基づいて説明する。
を添付図面に基づいて説明する。
第１図において、１はイツトリア（Ｙ２０コ）が主成分
の安定化剤を固溶させた部分安定化ジル二］ニア゛（形
成した断熱エンジンのシリンダライナである。部分安定
化ジルコニアの製法自体は公知であり、４！ｉに説明は
省略づるが、安定化剤としては、−（ッｔ−ＩＪ ７
（Ｙｚ Ｏａ ＞の他にＭ’（ｔｏ、ＣａＯ’、Ｌ：ど
を複合して使用できる。シリンダライナ１の外径は、シ
リンダブロック（図示せず）に嵌め込めるような径に、
また内径は、所定のシリンダ内径より若干率さな径に形
成しておく。
の安定化剤を固溶させた部分安定化ジル二］ニア゛（形
成した断熱エンジンのシリンダライナである。部分安定
化ジルコニアの製法自体は公知であり、４！ｉに説明は
省略づるが、安定化剤としては、−（ッｔ−ＩＪ ７
（Ｙｚ Ｏａ ＞の他にＭ’（ｔｏ、ＣａＯ’、Ｌ：ど
を複合して使用できる。シリンダライナ１の外径は、シ
リンダブロック（図示せず）に嵌め込めるような径に、
また内径は、所定のシリンダ内径より若干率さな径に形
成しておく。
このシリンダライナ１の外側を油などの冷却液２の入っ
た冷却槽３で包囲し、その状態でシリンダライナ１の内
側に１０００〜１６００℃のホットガスを数時間流した
のち徐冷する。
た冷却槽３で包囲し、その状態でシリンダライナ１の内
側に１０００〜１６００℃のホットガスを数時間流した
のち徐冷する。
第２図に示すように部分安定化ジルコニア中の正方品ジ
ルコニア（あるいは立方晶ジルコニア）は１４００℃程
度の高温になると正方品率が急激に落ち、単斜晶ジルコ
ニアに転移する。
ルコニア（あるいは立方晶ジルコニア）は１４００℃程
度の高温になると正方品率が急激に落ち、単斜晶ジルコ
ニアに転移する。
従っＣ１シリンダライナ１の内側にホットガスを流し外
側を冷却覆ることによりシリンダライナ１の内面には第
３図に示すように単斜晶ジル］二ｊｚ層４が、また外側
は部分安定化ジルコニア層５ア層４と部分安定化ジルコ
ニア層５の中間には単斜晶ジルコニアと部分安定化ジル
コニアとが混在した混合層６が形成される。
側を冷却覆ることによりシリンダライナ１の内面には第
３図に示すように単斜晶ジル］二ｊｚ層４が、また外側
は部分安定化ジルコニア層５ア層４と部分安定化ジルコ
ニア層５の中間には単斜晶ジルコニアと部分安定化ジル
コニアとが混在した混合層６が形成される。
この熱処理後のシリンダライナ１の内面をダイヤモンド
砥粒などで研磨し、内面に析出した単斜晶ジルコニア層
４を削り落し、表面に単斜晶ジルコニアと部分安定化ジ
ルコニアとが混在した混合層６を露出させる。
砥粒などで研磨し、内面に析出した単斜晶ジルコニア層
４を削り落し、表面に単斜晶ジルコニアと部分安定化ジ
ルコニアとが混在した混合層６を露出させる。
ジルコニア自体の熱伝導率は低いためシリンダライナ１
の外周は冷却槽３で冷却せず、空冷のままにしてもよい
。また図では単斜晶ジルコニア層４及び混合層６は比較
的厚く描いであるが、実際にはシリンダライナ１の肉厚
に対して充分薄いものが形成される。
の外周は冷却槽３で冷却せず、空冷のままにしてもよい
。また図では単斜晶ジルコニア層４及び混合層６は比較
的厚く描いであるが、実際にはシリンダライナ１の肉厚
に対して充分薄いものが形成される。
シリンダライナ１に露出した混合層６の表面は大部分が
単斜晶ジルコニアであり、これを断熱エンジンのシリン
ダライナとして使用ずれば、燃焼ガスで相変化すること
はなく半永久的に安定な相となる。また単斜晶ジルコニ
アは耐摩耗性があるか、１）ボしたように他のけラミッ
クスと同様もろいため、単斜晶ジルコニアの大部分を削
り落し、部分安定化ジルコニア層５の内面に・わずかに
単斜晶ジルコニアを残すことにより、単斜晶シルコニ）
ノのもろさを部分安定化ジルコニア層５が保護し、また
表面の単斜晶ジルコニアは、断熱効果があるため、部分
安定化ジルコニア層５がシリンダ内の温度で相変化する
ことを防止する。
単斜晶ジルコニアであり、これを断熱エンジンのシリン
ダライナとして使用ずれば、燃焼ガスで相変化すること
はなく半永久的に安定な相となる。また単斜晶ジルコニ
アは耐摩耗性があるか、１）ボしたように他のけラミッ
クスと同様もろいため、単斜晶ジルコニアの大部分を削
り落し、部分安定化ジルコニア層５の内面に・わずかに
単斜晶ジルコニアを残すことにより、単斜晶シルコニ）
ノのもろさを部分安定化ジルコニア層５が保護し、また
表面の単斜晶ジルコニアは、断熱効果があるため、部分
安定化ジルコニア層５がシリンダ内の温度で相変化する
ことを防止する。
尚上述の実施例ではシリンダライナに使用する例で説明
したが、本発明のセラミック製ライナは、−面が７００
℃程度の高温となる部分で、機械的衝撃の受ける部分、
例えばシリンダヘッドの下面やシリンダヘッドの吸排気
弁のバルブシートなど、いかなる部分にも使用できるこ
とは勿論である。
したが、本発明のセラミック製ライナは、−面が７００
℃程度の高温となる部分で、機械的衝撃の受ける部分、
例えばシリンダヘッドの下面やシリンダヘッドの吸排気
弁のバルブシートなど、いかなる部分にも使用できるこ
とは勿論である。
［発明の効果］
双子詳述してぎたことから明らかなように本発明によれ
ば次の如き優れた効果を発揮する。
ば次の如き優れた効果を発揮する。
（１） 部分安定化ジルコニアを素材とし、その素材の
一面を加熱して低温型の単斜晶ジルコニアを析出させ、
その単斜晶ジルコニアを削り落すことにより部分安定化
ジルコニアの表面に、単斜晶ジルコニアの大部分の層を
露出させることができるので、断熱エンジンの各種ライ
ナとして最適である。
一面を加熱して低温型の単斜晶ジルコニアを析出させ、
その単斜晶ジルコニアを削り落すことにより部分安定化
ジルコニアの表面に、単斜晶ジルコニアの大部分の層を
露出させることができるので、断熱エンジンの各種ライ
ナとして最適である。
（２） 機械的強度や衝撃は部分安定化ジルコニアが受
け、熱に対しては単斜晶ジルコニアが受けることができ
、しかも単斜晶ジル」ニアの層は充分薄くても熱に対し
て部分安定化ジルコニアを保護できると共に薄くするこ
とにより単斜晶ジルコニアのもろさを保護できる。
け、熱に対しては単斜晶ジルコニアが受けることができ
、しかも単斜晶ジル」ニアの層は充分薄くても熱に対し
て部分安定化ジルコニアを保護できると共に薄くするこ
とにより単斜晶ジルコニアのもろさを保護できる。
（３） 単斜晶ジルコニア及び部分安定化ジルコニアは
単に結晶構造が相違するだけで、熱伝導率、熱膨張率も
同じで、かつそれらは極めて小さいため寸法変化が生ぜ
ず、且つ２相により熱的な割れなどは全くない。
単に結晶構造が相違するだけで、熱伝導率、熱膨張率も
同じで、かつそれらは極めて小さいため寸法変化が生ぜ
ず、且つ２相により熱的な割れなどは全くない。
（４） 耐熱性、耐摩耗性、耐衝撃性、抗折弾痕。
相性にすぐれたライナとするが可能である。
第１図は本発明に係るセラミック製ライナの熱処理の状
態を示す正面断面図、第２図は本発明に係るレラミック
製ライナに使用する部分安定化ジルコニアの熱的特性を
示すグラフ、第３図は第１図の状態で熱処理して得られ
るセラミック製ライナの正面断面図、第４図は本発明に
係るセラミック製ライナの正面断面図である。 図中、１はシリンダライナ、３は冷却槽、４は単斜晶ジ
ルコニア層、５は部分安定化ジルコニア層、６は混合層
である。 特許出願人 い１ず自動車株式会社 代理人弁理士 絹 谷 信 雄 第１図 第２図 星 度 Ｃ’ｃ ） 第３図 第４図
態を示す正面断面図、第２図は本発明に係るレラミック
製ライナに使用する部分安定化ジルコニアの熱的特性を
示すグラフ、第３図は第１図の状態で熱処理して得られ
るセラミック製ライナの正面断面図、第４図は本発明に
係るセラミック製ライナの正面断面図である。 図中、１はシリンダライナ、３は冷却槽、４は単斜晶ジ
ルコニア層、５は部分安定化ジルコニア層、６は混合層
である。 特許出願人 い１ず自動車株式会社 代理人弁理士 絹 谷 信 雄 第１図 第２図 星 度 Ｃ’ｃ ） 第３図 第４図
Claims (3)
- （１） イツトリアなどが主成分の安定化剤を固溶させ
た部分安定化ジルコニアを素材とし、この素材の一面を
加熱してその表面に単斜晶ジルコニア層を形成すると共
に、その単斜晶ジルコニア層を削り落して単斜晶ジルコ
ニアと部分安定化ジルコニアとが混在した層を露出させ
たことを特徴とするセラミック製ライナ。 - （２） 部分安定化ジルコニアの素材の一面を一定時間
加熱すると共に使方の面を冷却する上記特許請求の範囲
第１項記載のセラミック製ライナ。 - （３） 削り落した面を、ライナ内面とし、使方の面を
金属表面と接合させる上記特許請求の範囲第１項又は第
２項に記載のセラミック製ライナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58178226A JPS6071574A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | セラミック製シリンダライナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58178226A JPS6071574A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | セラミック製シリンダライナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6071574A true JPS6071574A (ja) | 1985-04-23 |
| JPH049749B2 JPH049749B2 (ja) | 1992-02-21 |
Family
ID=16044793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58178226A Granted JPS6071574A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | セラミック製シリンダライナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6071574A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04248033A (ja) * | 1991-01-08 | 1992-09-03 | Endless Project:Kk | ショックアブソーバー |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5434309A (en) * | 1977-08-24 | 1979-03-13 | Yoshimitsu Hamano | Locally stabilized zirconia ceramic |
| JPS5879040U (ja) * | 1981-11-26 | 1983-05-28 | トヨタ自動車株式会社 | セラミツクス製シリンダライナ |
| JPS5992973A (ja) * | 1982-11-15 | 1984-05-29 | 株式会社豊田中央研究所 | ジルコニア材料およびジルコニア強化方法 |
-
1983
- 1983-09-28 JP JP58178226A patent/JPS6071574A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5434309A (en) * | 1977-08-24 | 1979-03-13 | Yoshimitsu Hamano | Locally stabilized zirconia ceramic |
| JPS5879040U (ja) * | 1981-11-26 | 1983-05-28 | トヨタ自動車株式会社 | セラミツクス製シリンダライナ |
| JPS5992973A (ja) * | 1982-11-15 | 1984-05-29 | 株式会社豊田中央研究所 | ジルコニア材料およびジルコニア強化方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04248033A (ja) * | 1991-01-08 | 1992-09-03 | Endless Project:Kk | ショックアブソーバー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH049749B2 (ja) | 1992-02-21 |
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