JPS6117235Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はセラミツク等の熱膨脹係数の異る材料
をピストン頂部に一体的に鋳込むようにした内熱
機関用ピストンに関するものである。

更に詳細には、鋳鉄やアルミニウム合金等の金
属材料よりなるピストン本体の頂部に、これより
熱膨脹係数の小さいセラミツク等の材料よりなる
別体を相互に抜脱を阻止すべく結合端を互いに楔
状に鋳込んでピストンを構成し、この鋳造時に、
前記本体の冷却収縮中心と該本体の抜脱阻止部分
とを結んだ線上に前記別体のこれと係合する抜脱
阻止部分を介在させないようにし、金属材料から
なるピストン本体と、ピストン本体より熱膨張係
数の小さいセラミツク等の別体との鋳造時の冷却
過程での収縮差、収縮応力によるピストン本体側
からのセラミツク等の別体側の阻止部の破損を防
止し、双方の結合を確実に行い得る如くした内熱
機関用ピストンに関する。

鋳鉄やアルミニウム合金からなる内熱機関用ピ
ストンの頂部にセラミツク等の異種材料を鋳込ん
で一体の鋳造ピストンを得ることは、セラミツク
は熱伝導率が小さく、断熱効果も高く、従つてピ
ストン母材への燃焼温度の伝達を抑制し、熱効率
を向上させることができるという利点を有する。

このような金属材料からなるピストン本体にセ
ラミツクを一体化したものは従来でも一部には提
案されているが、金属材料に対してセラミツクの
熱膨脹係数が大幅に小さく、セラミツクに対して
母材の冷却時の収縮量が極めて大きく、このため
鋳造後セラミツクと母材との間に隙間が生じたり
し、実際の使用においては両材料問にガタを生じ
たり、ピストンの如き往復運動を行うものではセ
ラミツクが抜脱したりし、実用性の点で難点があ
る。

又逆の場合、締付力が過大に作用して破損した
りする。

そこでこれを改善すべく本考案者等は次の如き
構造を試みた。

第３図はこれを示し、鋳鉄やアルミニウム合金
等からなるピストン本体１のヘツド１ａ上に下方
に拡開する雌テーパー状の凹部１ｂを設け、ヘツ
ド１ａ上に鋳込まれるセラミツク製のヘツド部材
２の下面２ａに末広がりの雄テーパー状の係合突
部２ｂを垂下突設し、夫々外側下方に傾斜した斜
面１ｃ，２ｃで両材料は係合する如くヘツド部材
２を本体１のヘツド部上に鋳込んだ。これによる
本体１とセラミツク製ヘツド部材は楔の如く結合
し、抜脱は阻止される。

ところで本体１とヘツド部材２とは、一方が金
属材料であるのに対し他方がセラミツクであるた
め両者の熱膨脹係数は大きく異なる。従つて両材
料は溶融状態にある母材（金属材料）の温度と略
略同一温度から冷却され、常温状態に到る過程で
熱膨脹係数差による収縮差、収縮応力を受ける。
ところで金属材料よりなるピストン本体１の収縮
は図示収縮中心Ｏ方に冷却時には収縮し、本体１
の抜脱防止用の凹状係合部の斜面１ｃは、これと
中心Ｏとを結ぶ線Ｎと交差し、従つてヘツド部材
２の抜脱阻止用の突条係合部の楔部２ｄは線Ｎ上
に存在し、凹状係合部の楔１ｄは楔部２ｄと斜面
でテーパーに喰い込み、楔部１ｄは２ｄの外にあ
つてこれと干渉している。

以上において本体１の金属材料が収縮中心Ｏに
向かつて収縮した場合、楔部１ｄがセラミツクの
楔部２ｄと干渉する方向に収縮し、セラミツクに
対して金属材料の収縮量が極めて大きいため、収
縮時にセラミツクの楔部２ｄは収縮差により収縮
応力を受け、楔弊１ｄの収縮で楔部２ｄは破損
し、抜脱阻止機能を喪失する。

本考案者等は金属材料と主にセラミツクの如き
異種材料を組み合せた内熱機関用ピストンを得る
上での従来の問題点、これを解決すべく本考案者
等がなした上記の問題点を解決すべく本考案をな
したものである。

本考案の目的は、金属材料よりなるピストン本
体と、セラミツク等よりなる別体のヘツド部材と
を相互に抜脱を阻止すべく結合端を互いに楔状に
鋳込んでなる内熱機関用ピストンを得る上で、本
体の冷却収縮時の収縮中心と本体の抜脱阻止部分
とを結ぶ線上に前記別体の抜脱阻止部を介在させ
ないようにした内熱機関用ピストンを提供する。

従つて本考案の目的は、ピストン本体と別種の
ヘツド部材の双方の抜脱阻止部が収縮中心方向に
干渉するこてがなく双方の熱膨脹係数差による収
縮差が存してもこれが抜脱阻止部への影響を防止
し、殊にセラミツク等の抜脱阻止部の破損を防止
し、ピストン本体にセラミツク等のヘツド部材を
強固、確実に結合し、実用上充分の機能を発揮す
る異種材料よりなる鋳造ピストンを得せしめるに
ある。

次に本考案の好適一実施例を添付図面に従つて
詳述する。これにより本考案の更なる目的及び利
点を明らかにする。

第１図は本考案にかかる内熱機関用ピストンの
縦断面図を示す。

内熱機関用ピストンの本体１０は知られている
如くヘツド部１１、スカート部１２を備え、ヘツ
ド部１１の下でスカート部１２内の中央部にはコ
ンロツド連結部１３が設けられ、スカート部１２
上部のヘツド部１１外周にはピストンリング嵌装
用溝１４を備える。

ピストン本体１０は鋳鉄やアルミニウム合金等
の金属材料で鋳造され、ヘツド部１１上にはこれ
と一体となるようにセラミツクからなる別体のヘ
ツド部材１５を鋳込む。

この鋳造にさいし、ヘツド部１１上には上方へ
拡開する、即ち上方に突出し、上外方に突出する
斜面１１ｂを備え、外周部を下部が最小径で、上
部が最大径のテーパー状の楔部１１ｃよりなる抜
脱阻止部を備える突部１１ａを形成する。突部１
１ａの外周部の楔部１１ｃをなす斜面１１ｂはピ
ストン１０の母材である金属材料の収縮中心Ｏに
向かうテーパー面をなしている。

セラミツクのヘツド部材１５の頂面１６は燃焼
室形状と適合させ、下面１７はピストンヘツド部
１１上面とフラツトに接合する如くし、下面１７
の中央部には前記突部１１ａと係合する凹部１５
ａを設ける。

凹部１５ａは突部１１ａと雌雄嵌合する如く形
成され、最外周内壁は上部の内径を最大径とし、
下部を最小径の斜面１５ｂとして雌テーパー状と
し、前記斜面１１ｂで形成される楔部１１ｃと対
応する抜脱阻止用楔部１５ｃが形成される。そし
て楔部１１ｃと１５ｃとは斜面１１ｂ，１５ｂと
が対面して両者１１，１５を結合する。このセラ
ミツク製ヘツド部材１５の楔部１５ｃをなす斜面
１５ｂは既述の収縮中心Ｏに向かうテーパー面を
なしている。

以上において、ピストン１０側の抜脱阻止用突
部１１ａを上記の如くし、従つてヘツド部材１５
側の凹部１５ａも上記の如くなり、夫々の抜脱阻
止用楔部１１ｃ，１５ｃもピストンを構成する母
材の収縮中心とこれらの斜面１１ｂ，１５ｂを結
ぶ線上に存在しないこととなる。従つてピストン
１０をなす母材の鋳造後の冷却収縮時における収
縮量がヘツド部材をなすセラミツクに比し極めめ
て大きい場合においても、斜面１１ｂ，１５ｂは
平行し、収縮中心Ｏとこれらを結ぶ線上に楔部１
５ｃは存在せず、これと対向する楔部１１ｃが中
心Ｏ方向へ他の部分と一緒に収縮し、楔部１５ｃ
側との間に大きな収縮差が存在しても、楔部１１
ｃは斜面１１ｂで楔部１５ｃの斜面１５ｂをスリ
ツツプするだけで、楔部１１ｃが楔部１５ｃと干
渉し、これを拘束することはない。このため楔部
１５ｃを収縮量の大きい楔部１１ｃの収縮で破損
することはない。

ところでピストン本体の収縮中心は図示では仮
にＯとしたが、これはピストンの形状や肉厚その
他で変化し、この場合には抜脱阻止部分をこれに
合せてＯとこれを結ぶ線上に存在しないようにす
る。

以上のピストンは内熱機関に用いられ、熱源が
鋳込時の温度に対して無視できない場合には熱源
を中心にして補正を加へる。

即ち、ピストンは熱源が上方にあり、このため
楔部１１ｃ，１５ｃは使用状態で熱膨脹差により
ガタが発生することとなる。従つてこの分補正を
加えるためには、収縮中心Ｏを含む軸線と斜面１
１ｂ，１５ｂがなす角度、収縮中心Ｏから斜面１
１ｂ，１５ｂまでの距離及び斜面１１ｂ，１５ｂ
の長さ等を選定することにより、ヘツド部材１５
の凹部１５ａの径方向すなわち水平方向の収縮量
とピストン本体１０の突部１１ａの径方向の収縮
量とを等しくすることができ、ヘツド部材１５と
ピストン本体１０をガタなく結合させることがで
きる。さらに収縮中心Ｏを含む軸線と斜面１１
ｂ，１５ｂがなす角度すなわちＯを中心とした斜
面１１ｂ，１５ｂの勾配を大きめにすれば、鋳造
後の状態で許容応力内の緊縛力が発生し、金属母
材とセラミツクとは楔状に結合しているため、両
部材は抜脱を阻止され、強固、確実に結合さされ
る。

このようにピストン本体のヘツド部に燃焼室に
臨む如くセラミツク製の別体を一体化して鋳込む
ことにより、ピストン母材への燃焼温度の伝達が
減少し、燃焼室温度のピストン母材への燃焼温度
の伝達が減少し、燃焼室温度のピストン母材への
逃げを防止し、熱効率を向上せしめる。又熱伝導
率が低いのでピストン自身の温度が下り、ピスト
ンリングの寿命を向上せしめるという効果も有す
る。

第２図は上記ピストンを用いた実施例の一つと
してロータリーバルブ式の内熱機関を示し、図中
ピストンは上記と同一符号を付した。

２０はピストン本体１０を摺動自在に嵌装した
シリンダで、上にローターハウジングを兼ねるシ
リンダヘツド２１が設置され、ピストン本体１０
のヘツド部材１５上には燃焼室Ｄが形成されてい
る。シリンダヘツド２１内には筒状のロータリー
バルブ３０が嵌装され、バルブ３０の摺動部外周
にはセラミツク製の軸受部材３１が一体的に鋳込
まれ、バルブ３０は吸入通路Ａ、排気通路Ｂ、混
合気吐出口Ｃ、吐出口Ｃと同一円周上に位相をズ
ラせて図示しない排気導入口を備える。バルブ３
０は吸入側Ａの外周の一部に設けたスプロケツト
２２、チエン２３でクランクシヤフトの出力によ
り回転駆動され、吸入側Ａはサイドカバーを兼ね
る吸入管２４により燃料供給装置に連通接続さ
れ、排気側Ｂはサイドカバーを兼ねる排気接続部
材２５を介して排気系に連通接続される。そして
バルブ３０の軸受部材３１の前後はセラミツクよ
りなるサイドシール２６，２７で支持され、燃焼
室Ｄの頂部にはセラミツクよりなるシールリング
２８が弾圧装着され、吐出口Ｃと排気導入口をシ
ールしている。

以上図示例では収縮中心Ｏを図の如く定めた
が、母材であるピストン本体の形状、構造で収縮
中心は変化し、従つて上記抜脱阻止部の形状、構
造、勾配等は適宜に定めるものとする。

以上で明らかな如く本考案によれば、熱膨脹係
数の大きな金属材料のピストン本体の頂部にセラ
ミツク等の熱膨脹係数の小さい別体とを結合端が
楔状になるべく鋳込み、夫々を抜脱阻止部により
抜脱不実能とした内熱機関用ピストンにおいて、
前記別体の抜脱阻止部分がピストン本体の収縮中
心と該本体の抜脱阻止部分とを結ぶ線上に存在し
ないようにしたため、金属材料からあるピストン
本体と、ピストン本体より熱膨張係数の小さい等
の別体との鋳造時の冷却過程での収縮差、収縮応
力によるピストン本体側からのセラミツク等の別
体側の阻止部の破損を防止する。従つて金属製ピ
ストン本体上にセラミツク等のヘツド部材を強
固、確実に結合せしめることができ、又阻止部の
勾配により緊縛力を得て使用時の熱膨脹、収縮時
におけるガタの発生を防止し、熱効率の良い、円
滑な運転を期待し得るピストンを容易に、歩留り
よく得ることができる等実用的効果頗る顕著であ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を示すもので、第１図
はピストンの縦断面図、第２図は内熱機関の一例
を示す縦断面図、第３図は問題点を指摘する図で
ある。 尚図面中１０はピストン本体、１５は別体、１
１ｃ，１５ｃは抜脱阻止部である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 金属材料よりなるピストン本体の頂部に、該
   ピストンの本体より熱膨張係数の小さい異種材
   料からなる別体を相互に抜脱を阻止すべく結合
   端を互いに楔状に鋳込んでなる内熱機関用ピス
   トンにおいては、前記ピストン本体の冷却収縮
   中心に向かうテーパー面を備えた抜脱阻止用楔
   部によつて前記ピストン本体と別体とを一体化
   してなる内熱機関用ピストン。 ２ 前記ピストン本体の頂部に鋳込まれる別体
   は、セラミツク等の低熱伝動性材料であること
   を特徴とする前記実用新案登録請求の範囲第１
   項記載の内熱機関用ピストン。