JPS61250367A - セラミツク溶射ピストン - Google Patents
セラミツク溶射ピストンInfo
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- JPS61250367A JPS61250367A JP9257885A JP9257885A JPS61250367A JP S61250367 A JPS61250367 A JP S61250367A JP 9257885 A JP9257885 A JP 9257885A JP 9257885 A JP9257885 A JP 9257885A JP S61250367 A JPS61250367 A JP S61250367A
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- JP
- Japan
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- piston
- base material
- ceramic
- groove
- thermal
- Prior art date
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- Pending
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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
- F02F3/14—Pistons having surface coverings on piston heads within combustion chambers
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (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】
産業上の利用分野
本発明は、セラミック溶射ピストンに関し、詳しくは、
シリンダブロック及びシリンダヘッドとともに燃焼室を
郭定するピストンの、燃焼室郭定部位等のピストンにお
ける高温加熱部位に対する断熱性等の耐熱特性を改善す
るために、熱伝導率の低いセラミック材料の溶射処理を
施したセラミック溶射ピストンにおけるセラミック溶射
層の形成部位に対して、ピストン母材表面と溶射層との
密着強度を向上させたセラミック溶射ピストンにかかる
。
シリンダブロック及びシリンダヘッドとともに燃焼室を
郭定するピストンの、燃焼室郭定部位等のピストンにお
ける高温加熱部位に対する断熱性等の耐熱特性を改善す
るために、熱伝導率の低いセラミック材料の溶射処理を
施したセラミック溶射ピストンにおけるセラミック溶射
層の形成部位に対して、ピストン母材表面と溶射層との
密着強度を向上させたセラミック溶射ピストンにかかる
。
近年、エンジンのピストンにおいては、往復運動部の慣
性力を低減させるための軽量化、及び、ピストンの耐熱
性を確保するという観点から、Ａ１合金により鋳造成形
されたものが一般的に採用されている。
性力を低減させるための軽量化、及び、ピストンの耐熱
性を確保するという観点から、Ａ１合金により鋳造成形
されたものが一般的に採用されている。
しかし、Ａ１合金は熱伝導率の高い金属材料であること
から、燃焼室における燃料の燃焼により発生した燃焼熱
がピストンを介して燃焼室外に伝達され、その分だけエ
ンジンの熱効率を低下させてエンジンの出力、燃費を低
下させるという傾向があった。
から、燃焼室における燃料の燃焼により発生した燃焼熱
がピストンを介して燃焼室外に伝達され、その分だけエ
ンジンの熱効率を低下させてエンジンの出力、燃費を低
下させるという傾向があった。
そこで、このようなＡ１合金製ピストンを介して伝熱さ
れる熱損失を抑制させるために、ピストンの上面（ピス
トンヘッド）等にジルコニア、アルミナ等の熱伝導率の
低いセラミック材料を溶射処理して断熱性を改善させた
セラミック溶射ピストンの採用が試みられている（例え
ば、ｒ Ｃｕｍｍ１ｎｓ ／ＴＡＣＯＭ Ａｄｖａｎｃ
ｅｄ Ａｄｉａｂａｔｉｃ Ｅｎｇｉｎ 、 Ｊ
Ｒ。
れる熱損失を抑制させるために、ピストンの上面（ピス
トンヘッド）等にジルコニア、アルミナ等の熱伝導率の
低いセラミック材料を溶射処理して断熱性を改善させた
セラミック溶射ピストンの採用が試みられている（例え
ば、ｒ Ｃｕｍｍ１ｎｓ ／ＴＡＣＯＭ Ａｄｖａｎｃ
ｅｄ Ａｄｉａｂａｔｉｃ Ｅｎｇｉｎ 、 Ｊ
Ｒ。
Ｋａａ＋ｏ ｅｔ ａｌ ＳＡＩ！ Ｐａｐｅｒ Ｎ
ｏ、 ８４０４２８ 等）。
ｏ、 ８４０４２８ 等）。
しかしながら、このようなＡ１合金製ピストンを介して
伝熱される熱損失を抑制させるために、ピストンの上面
等に熱伝導率の低いセラミック材料を溶射処理して断熱
性を改善させたセラミック溶射ピストンにおいては、Ａ
１合金であるピストン母材表面と溶射層との間における
熱膨脹係数の差異に基づいて、エンジンの作動に伴う加
熱、冷却を繰り返している間にピストン母材表面と溶射
層との界面に亀裂を発生し、遂にはピストン母材表面か
ら溶射層が剥離してしまうことがある。
伝熱される熱損失を抑制させるために、ピストンの上面
等に熱伝導率の低いセラミック材料を溶射処理して断熱
性を改善させたセラミック溶射ピストンにおいては、Ａ
１合金であるピストン母材表面と溶射層との間における
熱膨脹係数の差異に基づいて、エンジンの作動に伴う加
熱、冷却を繰り返している間にピストン母材表面と溶射
層との界面に亀裂を発生し、遂にはピストン母材表面か
ら溶射層が剥離してしまうことがある。
また、この溶射層の剥離は直接噴射式のように噴孔部を
有するピストンの噴孔部にセラミック溶射層を形成させ
る場合においては、次のような原理に基づいて溶射処理
後に前述のようなエンジンの作動に伴う加熱冷却を受け
ないでも形成され得ることが知られている。
有するピストンの噴孔部にセラミック溶射層を形成させ
る場合においては、次のような原理に基づいて溶射処理
後に前述のようなエンジンの作動に伴う加熱冷却を受け
ないでも形成され得ることが知られている。
即ち、第４図（ａ）に示すようなピストン１に対する溶
射処理工程において、通常実施される予熱によりピスト
ン母材１ａ（Ａ１合金）が矢印ａのように円周方向に熱
膨脹することから、ピストン１の噴孔部形状Ｃも予熱前
の噴孔部形状Ｃ８から予熱後の噴孔部形状Ｃ６に拡大さ
れる。
射処理工程において、通常実施される予熱によりピスト
ン母材１ａ（Ａ１合金）が矢印ａのように円周方向に熱
膨脹することから、ピストン１の噴孔部形状Ｃも予熱前
の噴孔部形状Ｃ８から予熱後の噴孔部形状Ｃ６に拡大さ
れる。
そして、このようなピストン１の噴孔部形状Ｃが拡大さ
れた状態で、ピストン母材１ａ表面には第４図（ｂ）に
示すようなＮｉ合金等の下地溶射層３ａ及びセラミック
溶射層３ｂからなる溶射層３が溶射処理される。
れた状態で、ピストン母材１ａ表面には第４図（ｂ）に
示すようなＮｉ合金等の下地溶射層３ａ及びセラミック
溶射層３ｂからなる溶射層３が溶射処理される。
その後、溶射処理した後のピストンｌの温度の低下に伴
い、ピストン母材１ａは矢印すのように元の予熱前の噴
孔部形状Ｃ１に熱収縮することから、ピストン母材１ａ
表面と溶射処理された下地溶射層３ａとの界面には、第
４図（Ｃ）に示すような剪断応力τが発生することとな
る。
い、ピストン母材１ａは矢印すのように元の予熱前の噴
孔部形状Ｃ１に熱収縮することから、ピストン母材１ａ
表面と溶射処理された下地溶射層３ａとの界面には、第
４図（Ｃ）に示すような剪断応力τが発生することとな
る。
１例としてピストン１の外径がφ８３ｍ、噴孔部径がφ
４５ｍｍのピストン・１においてピストン母材１３表面
と下地溶射層３ａとの界面に発生する剪断応力は、下地
溶射層３ａとしてのＮｉ合金溶射層とジルコニア等のセ
ラミック溶射層３ｂとを０．５簡の厚さで溶射処理した
場合においては約４Ｋｇｆ／＋ａｍ’となり、しばしば
ピストン母材１ａ表面と下地溶射層３ａとの界面におけ
る密着強度（約３ Ｋｇｆ ／ｍｌ１１’ ）以上とな
って、溶射処理した後に第５図に示すような剥離部５を
形成させることとなるのである。
４５ｍｍのピストン・１においてピストン母材１３表面
と下地溶射層３ａとの界面に発生する剪断応力は、下地
溶射層３ａとしてのＮｉ合金溶射層とジルコニア等のセ
ラミック溶射層３ｂとを０．５簡の厚さで溶射処理した
場合においては約４Ｋｇｆ／＋ａｍ’となり、しばしば
ピストン母材１ａ表面と下地溶射層３ａとの界面におけ
る密着強度（約３ Ｋｇｆ ／ｍｌ１１’ ）以上とな
って、溶射処理した後に第５図に示すような剥離部５を
形成させることとなるのである。
そこで、従来のセラミック溶射ピストンにおいては、ピ
ストン母材１ａ表面の溶射処理部位にショツトブラスト
処理等によりピストン母材１ａ表面に凹凸を形成させて
、溶射層３の食い込みにより密着強度を改善する方法が
試みられていたのが現状であった。
ストン母材１ａ表面の溶射処理部位にショツトブラスト
処理等によりピストン母材１ａ表面に凹凸を形成させて
、溶射層３の食い込みにより密着強度を改善する方法が
試みられていたのが現状であった。
上述のような従来の技術の現状に鑑み、本発明が解決し
ようとする問題点は、上述のような従来のピストン母材
１ａ表面の溶射処理部位にショツトブラスト処理等によ
りピストン母材表面に凹凸を形成させて溶射層の食い込
みにより密着強度を改善したセラミック溶射ピストンに
おいては、前述のような溶射処理後の冷却過程もしくは
エンジンの作動による加熱冷却に伴い、ピストン母材表
面と溶射層との界面に発生する剪断応力に打ち勝つため
には、ピストン母材表面と溶射層との界面における充分
な密着強度を確保することができず、ピストン母材表面
と溶射層との界面における剥離を確実には防止すること
ができなかったということである。
ようとする問題点は、上述のような従来のピストン母材
１ａ表面の溶射処理部位にショツトブラスト処理等によ
りピストン母材表面に凹凸を形成させて溶射層の食い込
みにより密着強度を改善したセラミック溶射ピストンに
おいては、前述のような溶射処理後の冷却過程もしくは
エンジンの作動による加熱冷却に伴い、ピストン母材表
面と溶射層との界面に発生する剪断応力に打ち勝つため
には、ピストン母材表面と溶射層との界面における充分
な密着強度を確保することができず、ピストン母材表面
と溶射層との界面における剥離を確実には防止すること
ができなかったということである。
従って、本発明の技術的課題とするところは、ピストン
母材表面に予め溶射処理の前加工として凹凸を有する溝
形状部を形設させた後、セラミック材料の溶射処理をす
ることによって、ピストン母材表面と溶射層との界面に
おける密着強度を飛躍的に改善し、もって、セラミック
溶射層を形成させたピストンにおける溶射層の剥離を確
実に防止することにある。
母材表面に予め溶射処理の前加工として凹凸を有する溝
形状部を形設させた後、セラミック材料の溶射処理をす
ることによって、ピストン母材表面と溶射層との界面に
おける密着強度を飛躍的に改善し、もって、セラミック
溶射層を形成させたピストンにおける溶射層の剥離を確
実に防止することにある。
このような従来の技術における問題点に鑑み、本発明に
おける従来の技術の問題点を解決するための手段は、シ
リンダブロック及びシリンダヘッドとともに燃焼室を郭
定するピストンの、燃焼室郭定部位等のピストンにおけ
る高温加熱部位に対して断熱性等の耐熱特性を改善する
ために、熱伝導率の低いセラミック材料による溶射処理
を施したセラミック溶射ピストンであって、 ピストンにおける燃焼室郭定部位等の高温加熱部位とな
るピストン母材表面に対する溶射処理の前加工として、
凹凸を有する溝形状部を形設させた後セラミック溶射層
を形成させたことを特徴とするセラミック溶射ピストン
からなっている。
おける従来の技術の問題点を解決するための手段は、シ
リンダブロック及びシリンダヘッドとともに燃焼室を郭
定するピストンの、燃焼室郭定部位等のピストンにおけ
る高温加熱部位に対して断熱性等の耐熱特性を改善する
ために、熱伝導率の低いセラミック材料による溶射処理
を施したセラミック溶射ピストンであって、 ピストンにおける燃焼室郭定部位等の高温加熱部位とな
るピストン母材表面に対する溶射処理の前加工として、
凹凸を有する溝形状部を形設させた後セラミック溶射層
を形成させたことを特徴とするセラミック溶射ピストン
からなっている。
以下、本発明の作用について説明する。
本発明のセラミック溶射ピストンにおいて上述のような
手段としているのは、燃焼室郭定部位等のピストンにお
ける高温加熱部位に対して、ピストン母材表面に予め溶
射処理の前加工として凹凸を有する溝形状部を形設させ
た後セラミック材料を溶射処理することによって、ピス
トン母材表面と溶射層とにおける密着強度を飛躍的に改
善した溶射層を形成させたセラミック溶射ピストンにお
ける溶射層の剥離を確実に防止させるためである。
手段としているのは、燃焼室郭定部位等のピストンにお
ける高温加熱部位に対して、ピストン母材表面に予め溶
射処理の前加工として凹凸を有する溝形状部を形設させ
た後セラミック材料を溶射処理することによって、ピス
トン母材表面と溶射層とにおける密着強度を飛躍的に改
善した溶射層を形成させたセラミック溶射ピストンにお
ける溶射層の剥離を確実に防止させるためである。
次に、本発明においてピストン母材表面に対する溶射処
理の前加工として形設させる凹凸を有する溝形状部の深
さＨと溝ピッチＰとに対して、Ｈ’／Ｐ≧２．６Ｘ１０
−”τ、／τ１を満足する形状としている理由について
説明する。
理の前加工として形設させる凹凸を有する溝形状部の深
さＨと溝ピッチＰとに対して、Ｈ’／Ｐ≧２．６Ｘ１０
−”τ、／τ１を満足する形状としている理由について
説明する。
即ち、まず溶射処理の前加工としての凹凸を有する溝形
状部を形設させることなくショツトブラスト処理のみを
施した、従来のセラミック溶射ピストンのピストン母材
表面の凹凸形状における深さ及びピンチをそれぞれｈ（
ｍｍ）及びｐ （ｍｍ）とし、また、本発明の溶射処理
の前加工としての凹凸を有する溝形状部の深さ及び溝ピ
ッチをそれぞれＨ（ｆｌ）及びＰ（顛）とする。
状部を形設させることなくショツトブラスト処理のみを
施した、従来のセラミック溶射ピストンのピストン母材
表面の凹凸形状における深さ及びピンチをそれぞれｈ（
ｍｍ）及びｐ （ｍｍ）とし、また、本発明の溶射処理
の前加工としての凹凸を有する溝形状部の深さ及び溝ピ
ッチをそれぞれＨ（ｆｌ）及びＰ（顛）とする。
そして、従来品（ショツトブラスト処理のみ）及び本発
明品（凹凸を有する溝形状部を形設）において、溶射層
の剥離を生じない許容剪断応力をそれぞれτ１及びτ２
とし、ピストン母材表面と溶射層との接触面積をそれぞ
れＡ、及びＡ、とする。
明品（凹凸を有する溝形状部を形設）において、溶射層
の剥離を生じない許容剪断応力をそれぞれτ１及びτ２
とし、ピストン母材表面と溶射層との接触面積をそれぞ
れＡ、及びＡ、とする。
このような前提条件をおくと基準寸法β内に存在する凹
凸の山の数は、 従来品（ショツトブラスト処理のみ） ＝ｌｌｐ本発明
品（凹凸を有する溝形状形設”） ＝ｌ／Ｐとなる。
凸の山の数は、 従来品（ショツトブラスト処理のみ） ＝ｌｌｐ本発明
品（凹凸を有する溝形状形設”） ＝ｌ／Ｐとなる。
従って、
る深さｈ≦３０μ、ｐ＃０．０３５１１１であることか
らこれらを代入すると、 Ｈ”／Ｐ＃２．６ｘｌ ０−２ｘτ２／τ１となる。
らこれらを代入すると、 Ｈ”／Ｐ＃２．６ｘｌ ０−２ｘτ２／τ１となる。
ここで、
τ１は通常のショツトブラスト処理のみの場合における
ピストン母材表面と溶射層との剪断密着強度（一般的に
２〜３Ｋｇｆ／ｍｓ＋”と言われている。）。
ピストン母材表面と溶射層との剪断密着強度（一般的に
２〜３Ｋｇｆ／ｍｓ＋”と言われている。）。
τ、はピストンの熱膨脹・収縮によりピストン母材表面
と溶射層との界面に発生する剪断応力。
と溶射層との界面に発生する剪断応力。
である。
従って、
Ｈ’／Ｐ≧２．６Ｘ１０−２×τ、／τ１であれば、ピ
ストン母材表面から溶射層が剥離することがないという
ことになる。
ストン母材表面から溶射層が剥離することがないという
ことになる。
以下、添付図面に基づいて、本発明の１実施例を説明す
る。
る。
第１図は、本発明にかかる実施例のセラミック溶射ピス
トンを示す正面部分断面図である。
トンを示す正面部分断面図である。
また、第２図及び第３図は、本発明のセラミック溶射ピ
ストンを製造するために、ピストンの溶射処理部位にお
けるピストン母材１ａ表面に形設させた凹凸を有する溝
形状部２の例を示している。
ストンを製造するために、ピストンの溶射処理部位にお
けるピストン母材１ａ表面に形設させた凹凸を有する溝
形状部２の例を示している。
この実施例においては外径がφ８３ｔｍであって、噴孔
部を有するＡ１合金（Ｊ Ｉ Ｓ規格ＡＣａＡ相当）製
のピストン１の噴孔部内面の全周に渡って、ピストン母
材１ａ表面に第２図に示すような凹凸を有する溝形状部
２を形成させた。
部を有するＡ１合金（Ｊ Ｉ Ｓ規格ＡＣａＡ相当）製
のピストン１の噴孔部内面の全周に渡って、ピストン母
材１ａ表面に第２図に示すような凹凸を有する溝形状部
２を形成させた。
その後、アセトン等の有機溶剤にて洗浄した後、ピスト
ン母材１ａ表面の凹凸を有する溝形状部２の形状が変化
しない程度に酸化物除去のためのショツトブラスト処理
を実施した。
ン母材１ａ表面の凹凸を有する溝形状部２の形状が変化
しない程度に酸化物除去のためのショツトブラスト処理
を実施した。
次に、プラズマ溶射装置により１５０±５０℃程度とな
るまで予熱し、９４重量％（８０重量％Ｎｉ−２０重量
％Ｃｒ）−６重量％Ａ１からなる組成を有する下地溶射
層３ａを１００μの厚さでプラズマ溶射処理により形成
させた後、Ｚ ｒ Ｏｘ−５重量％ＣａＯからなるセラ
ミック溶射層３ｂを０．５ｍの厚さでプラズマ溶射処理
により形成させた。
るまで予熱し、９４重量％（８０重量％Ｎｉ−２０重量
％Ｃｒ）−６重量％Ａ１からなる組成を有する下地溶射
層３ａを１００μの厚さでプラズマ溶射処理により形成
させた後、Ｚ ｒ Ｏｘ−５重量％ＣａＯからなるセラ
ミック溶射層３ｂを０．５ｍの厚さでプラズマ溶射処理
により形成させた。
なお、比較セラミック溶射ピストンとして、上述のよう
な溶射処理の前加工としての切削加工による凹凸を有す
る溝形状部２を形設させることなくショツトブラスト処
理のみを施し、その他は同じ条件として下地溶射層３ａ
とセラミック溶射層３ｂとからなる溶射層３を形成させ
たセラミック溶射ピストンを製作した。
な溶射処理の前加工としての切削加工による凹凸を有す
る溝形状部２を形設させることなくショツトブラスト処
理のみを施し、その他は同じ条件として下地溶射層３ａ
とセラミック溶射層３ｂとからなる溶射層３を形成させ
たセラミック溶射ピストンを製作した。
上述のようにして製作した各セラミック溶射ピストンを
それぞれ別々のエンジンに組込み、同一条件にてエンジ
ン実機による冷熱サイクル耐久試験を行った。
それぞれ別々のエンジンに組込み、同一条件にてエンジ
ン実機による冷熱サイクル耐久試験を行った。
その結果、従来の方法により溶射層３を形成させた比較
セラミック溶射ピストンにおいては、５〜１０時間の冷
熱サイクル耐久試験にてほぼ全数における溶射層３の剥
離・税落が認められたものの、本発明セラミック溶射ピ
ストンにおいては５００時間の冷熱サイクル耐久試験後
においても全く溶射層３における異常は認められなかっ
た。
セラミック溶射ピストンにおいては、５〜１０時間の冷
熱サイクル耐久試験にてほぼ全数における溶射層３の剥
離・税落が認められたものの、本発明セラミック溶射ピ
ストンにおいては５００時間の冷熱サイクル耐久試験後
においても全く溶射層３における異常は認められなかっ
た。
また、上述の冷熱サイクル耐久試験に供したセラミック
溶射ピストンと同時に製作した各セラミック溶射ピスト
ンを、溶射処理直後に切断してピストン母材１ａと下地
溶射層３ａとの界面状態を観察したところ、比較セラミ
ック溶射ピストンにおいては約半数において界面に剥離
部５（溶射層３の浮き上がり）が既に発生しておりミそ
れ以外のものについてもヘアクラックの発生が認められ
た。
溶射ピストンと同時に製作した各セラミック溶射ピスト
ンを、溶射処理直後に切断してピストン母材１ａと下地
溶射層３ａとの界面状態を観察したところ、比較セラミ
ック溶射ピストンにおいては約半数において界面に剥離
部５（溶射層３の浮き上がり）が既に発生しておりミそ
れ以外のものについてもヘアクラックの発生が認められ
た。
一方、本発明セラミック溶射ピストンにおいては、この
ような剥離部５（溶射層３の浮き上がり）もしくはヘア
クラックの発生といった異常は全く認められなかった。
ような剥離部５（溶射層３の浮き上がり）もしくはヘア
クラックの発生といった異常は全く認められなかった。
上述の結果から明らかなように、比較セラミック溶射ピ
ストンにおいては溶射処理後の熱収縮に基づいて、ピス
トン母材１ａと下地溶射層３ａとの界面に残留剪断応力
が形成され、冷熱サイクル耐久試験前において既に剥離
部５（溶射層３の浮き上がり）が形成されたものと考え
られる。
ストンにおいては溶射処理後の熱収縮に基づいて、ピス
トン母材１ａと下地溶射層３ａとの界面に残留剪断応力
が形成され、冷熱サイクル耐久試験前において既に剥離
部５（溶射層３の浮き上がり）が形成されたものと考え
られる。
そして、エンジン実機による冷熱サイクル耐久試験によ
って、剥離部５（溶射層３の浮き上がり）がピストン負
荷、冷熱サイクルに伴う加熱冷却により拡大されて溶射
層３の剥離・親藩に至ったものと思われる。
って、剥離部５（溶射層３の浮き上がり）がピストン負
荷、冷熱サイクルに伴う加熱冷却により拡大されて溶射
層３の剥離・親藩に至ったものと思われる。
なお、この溶射処理に伴い形成される残留剪断応力は歪
ゲージを使用して測定した結果から約４Ｋｇｆ／＋ａｍ
”であり、溶射処理後の熱収縮に伴うピストン母材１ａ
表面と下地溶射層３ａとの剪断密着強度である約３Ｋｇ
ｆ／ｍ＋＊”以上となることも明らかとなった。
ゲージを使用して測定した結果から約４Ｋｇｆ／＋ａｍ
”であり、溶射処理後の熱収縮に伴うピストン母材１ａ
表面と下地溶射層３ａとの剪断密着強度である約３Ｋｇ
ｆ／ｍ＋＊”以上となることも明らかとなった。
一方、本発明セラミック溶射ピストンにおいては、引張
試験によりピストン母材１ａ表面と下地溶射層３ａとの
界面における剪断密着強度を測定した結果が約１３ Ｋ
ｇｆ ／ＩＩＩｍ”であり、前述の溶射処理後の熱収縮
に伴う残留剪断応力に対して充分耐え得る剪断強度を有
していることも確認することができた。
試験によりピストン母材１ａ表面と下地溶射層３ａとの
界面における剪断密着強度を測定した結果が約１３ Ｋ
ｇｆ ／ＩＩＩｍ”であり、前述の溶射処理後の熱収縮
に伴う残留剪断応力に対して充分耐え得る剪断強度を有
していることも確認することができた。
なお、ピストン母材１ａ表面に形設させる凹凸を有する
溝形状部２は、第２図に示すような三角溝形状に限定さ
れるものでなく、第３８！ｆｆに示すような平坦部のあ
る凹凸を有する溝形状部２においても同様に、ピストン
母材１ａ表面と溶射層３との密着強度を向上させること
ができることも確認されている。
溝形状部２は、第２図に示すような三角溝形状に限定さ
れるものでなく、第３８！ｆｆに示すような平坦部のあ
る凹凸を有する溝形状部２においても同様に、ピストン
母材１ａ表面と溶射層３との密着強度を向上させること
ができることも確認されている。
なお、第１図に示す本発明にかかる実施例のセラミ、り
溶射ピストンにおいては、直接噴射式ディーゼルエンジ
ンの例を示しているが、副室式ディーゼルエンジン、ガ
ソリンエンジンに通用しても同様な効果を期待すること
のできることはいうまでもない。
溶射ピストンにおいては、直接噴射式ディーゼルエンジ
ンの例を示しているが、副室式ディーゼルエンジン、ガ
ソリンエンジンに通用しても同様な効果を期待すること
のできることはいうまでもない。
また、凹凸を有する溝形状部２の形設手段としては、機
械加工ばかりでなく目立て加工、腐食性等所定の凹凸を
有する溝形状部２を確保できるものであればいかなる手
段であってもよい。
械加工ばかりでなく目立て加工、腐食性等所定の凹凸を
有する溝形状部２を確保できるものであればいかなる手
段であってもよい。
また、第１図においては凹凸を育する溝形状部２の加工
を噴孔部にのみ施しているが、平面（ヘッド）部に対し
ても適用することができることもいうまでもない。
を噴孔部にのみ施しているが、平面（ヘッド）部に対し
ても適用することができることもいうまでもない。
なお、ピストン母材１ａの材質としては汎用性及び熱膨
脹係数の大きさから考慮して、この実施例においてはＡ
１合金を採用して説明したが、Ａ１合金の他鋳鋼、鋼、
マグネシウム合金等に対しても通用することができるこ
ともいうまでもない。
脹係数の大きさから考慮して、この実施例においてはＡ
１合金を採用して説明したが、Ａ１合金の他鋳鋼、鋼、
マグネシウム合金等に対しても通用することができるこ
ともいうまでもない。
以上により明らかなように、本発明にかかるセラミック
溶射ピストンによれば、ピストン母材表面に予め溶射処
理の前加工として凹凸を有する溝形状部を形設させた後
、セラミック材料の溶射処理をすることによって、ピス
トン母材表面と溶射層との界面における密着強度を飛曜
的に改善し、もって、セラミック溶射層を形成させたピ
ストンにおける溶射層の剥離を確実に防止することがで
きる利点がある。
溶射ピストンによれば、ピストン母材表面に予め溶射処
理の前加工として凹凸を有する溝形状部を形設させた後
、セラミック材料の溶射処理をすることによって、ピス
トン母材表面と溶射層との界面における密着強度を飛曜
的に改善し、もって、セラミック溶射層を形成させたピ
ストンにおける溶射層の剥離を確実に防止することがで
きる利点がある。
第１図は、本発明のセラミック溶射ピストンの部分断面
図。 第２図は、ピストン母材表面に形設させた凹凸を有する
溝形状部を示す拡大図。 第３ＦＩ！Ｊは、ピストン母材表面に形設させた凹凸を
有する溝形状部の他の例を示す拡大図。 第４図は、ピストンに対する溶射処理工程を示す図。 第５図は、従来法により溶射処理した溶射層の断面模式
図である。 １−・・−ピストン。 １ａ−−−−−−ピストン母材。 ２・・・−溝形状部。 ３・−一−−−溶射層。 ３ ａ −−−−−一下地溶射層。 ３ｂ・−−−−−セラミック溶射層。 ４・−−一−−溶射トーチ。 ５−−−−−一剥離部。 ａ−・−一一一矢印。 ｂ・・・−矢印。 Ｃ・・・−噴孔部形状。 Ｃ１・・−・−予熱前の噴孔部形状。 ｃ 、 −−−−−一子熱後の噴孔部形状。 τ−・−・・剪断応力。 Ｈ−・−溝形状深さ。 Ｐ −−−−−一溝ピッチ。 出願人 トヨタ自動車株式会社 （ａ） （ｂ） 第５図
図。 第２図は、ピストン母材表面に形設させた凹凸を有する
溝形状部を示す拡大図。 第３ＦＩ！Ｊは、ピストン母材表面に形設させた凹凸を
有する溝形状部の他の例を示す拡大図。 第４図は、ピストンに対する溶射処理工程を示す図。 第５図は、従来法により溶射処理した溶射層の断面模式
図である。 １−・・−ピストン。 １ａ−−−−−−ピストン母材。 ２・・・−溝形状部。 ３・−一−−−溶射層。 ３ ａ −−−−−一下地溶射層。 ３ｂ・−−−−−セラミック溶射層。 ４・−−一−−溶射トーチ。 ５−−−−−一剥離部。 ａ−・−一一一矢印。 ｂ・・・−矢印。 Ｃ・・・−噴孔部形状。 Ｃ１・・−・−予熱前の噴孔部形状。 ｃ 、 −−−−−一子熱後の噴孔部形状。 τ−・−・・剪断応力。 Ｈ−・−溝形状深さ。 Ｐ −−−−−一溝ピッチ。 出願人 トヨタ自動車株式会社 （ａ） （ｂ） 第５図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、シリンダブロック及びシリンダヘッドとともに燃焼
室を郭定するピストンの、燃焼室郭定部位等のピストン
における高温加熱部位に対して断熱性等の耐熱特性を改
善するために、熱伝導率の低いセラミック材料による溶
射処理を施したセラミック溶射ピストンであって、 ピストンにおける燃焼室郭定部位等の高温加熱部位とな
るピストン母材表面に対する溶射処理の前加工として、
凹凸を有する溝形状部を形設させた後セラミック溶射層
を形成させたことを特徴とするセラミック溶射ピストン
。 ２、ピストンにおける燃焼室郭定部位等の高温加熱部位
となるピストン母材表面に対する溶射処理の前加工とし
て、深さ０．０５〜１．０ｍｍの範囲の凹凸を有する溝
形状部を形設させた特許請求の範囲第１項記載のセラミ
ック溶射ピストン。 ３、ピストンにおける燃焼室郭定部位等の高温加熱部位
となるピストン母材表面に対する溶射処理の前加工とし
て、深さＨ（ｍｍ）、溝ピッチＰ（ｍｍ）が次式を満足
するよな凹凸を有する溝形状部を形設させた特許請求の
範囲第１項記載のセラミック溶射ピストン Ｈ＾２／Ｐ≧２．６×１０＾−２τ＿２／τ＿１ここで
、 τ＿１；ピストン母材表面と溶射層との剪断密着強度。 τ＿２；ピストンの熱膨脹・収縮によりピストン母材表
面と溶射層との界面に発生す る剪断応力。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9257885A JPS61250367A (ja) | 1985-04-29 | 1985-04-29 | セラミツク溶射ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9257885A JPS61250367A (ja) | 1985-04-29 | 1985-04-29 | セラミツク溶射ピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61250367A true JPS61250367A (ja) | 1986-11-07 |
Family
ID=14058311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9257885A Pending JPS61250367A (ja) | 1985-04-29 | 1985-04-29 | セラミツク溶射ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61250367A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0437303A2 (en) * | 1987-03-24 | 1991-07-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Ceramic port liners |
-
1985
- 1985-04-29 JP JP9257885A patent/JPS61250367A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0437303A2 (en) * | 1987-03-24 | 1991-07-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Ceramic port liners |
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