JPH0427745A - エンジン用ピストン - Google Patents
エンジン用ピストンInfo
- Publication number
- JPH0427745A JPH0427745A JP13116890A JP13116890A JPH0427745A JP H0427745 A JPH0427745 A JP H0427745A JP 13116890 A JP13116890 A JP 13116890A JP 13116890 A JP13116890 A JP 13116890A JP H0427745 A JPH0427745 A JP H0427745A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- metal ring
- molded body
- ceramic molded
- piston body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
Landscapes
- 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】
［発明の目的〕
（産業上の利用分野）
この発明は、ピストンクラウン部にセラミック成形体を
設けたエンジン用ピストンに関する。
設けたエンジン用ピストンに関する。
（従来の技術）
アルミニウム合金等からなる軽合金製ピストンの耐熱性
を向上させるために、ピストンクラウン部にセラミック
を設けたものとしては、例えば第５図に示すものが知ら
れている（特開昭６０−２４０８５７号公報参照）。こ
れは、ピストン５１の頂面を覆う耐熱性金属表面体５３
に凹状支持部５５を設け、燃焼室凹陥部５７を有するセ
ラミック体５９を、凹状支持部５５に圧入し、金網等の
緩衝層６１を介してアルミニウム合金に鋳込んでピスト
ン５１を形成している。
を向上させるために、ピストンクラウン部にセラミック
を設けたものとしては、例えば第５図に示すものが知ら
れている（特開昭６０−２４０８５７号公報参照）。こ
れは、ピストン５１の頂面を覆う耐熱性金属表面体５３
に凹状支持部５５を設け、燃焼室凹陥部５７を有するセ
ラミック体５９を、凹状支持部５５に圧入し、金網等の
緩衝層６１を介してアルミニウム合金に鋳込んでピスト
ン５１を形成している。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、この従来技術では次の問題点がある。
（１）凹状支持部５５とセラミック体５９との圧入部分
は、両者相互の密着性を高めるため精密加工が必要であ
り一特にセラミック体５９に対する精密加工は大幅な工
数およびコストアップを招く。
は、両者相互の密着性を高めるため精密加工が必要であ
り一特にセラミック体５９に対する精密加工は大幅な工
数およびコストアップを招く。
（２）上記圧入部分は燃焼室に一部が露出しているため
、この圧入部分に燃焼によるカーボンか侵入し、この結
果セラミック体５９か破損する恐れがある。
、この圧入部分に燃焼によるカーボンか侵入し、この結
果セラミック体５９か破損する恐れがある。
（３）ピストンクラウン部の一部が耐熱性金属表面体５
３で構成されているため、セラミックの耐熱限界より先
にこの金属が耐熱限界に達し、セラミック特有の耐熱性
能を発揮できない。
３で構成されているため、セラミックの耐熱限界より先
にこの金属が耐熱限界に達し、セラミック特有の耐熱性
能を発揮できない。
この発明は、従来技術のこれらの問題点に着目してなさ
れたもので、耐熱性向上のためピストンクランラン部に
設けたセラミック成形体を、ピストン本体に低コストで
強固に結合し、かつセラミック成形体の破損を防止でき
てその耐熱特性を充分に発揮できるようにすることを目
的としている。
れたもので、耐熱性向上のためピストンクランラン部に
設けたセラミック成形体を、ピストン本体に低コストで
強固に結合し、かつセラミック成形体の破損を防止でき
てその耐熱特性を充分に発揮できるようにすることを目
的としている。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
前述した課題を解決するためにこの発明は、アルミニウ
ム合金製のピストン本体の頂部に位置して燃焼室壁を含
むピストンクラウン部をセラミック成形体で一体形成し
、このセラミック成形体の裏面の少なくとも最外径部付
近にピストン本体との接合部を活性化金属層にて形成す
る一方、同裏面の燃焼室側にセラミック成形体とピスト
ン本体との中間的な値の熱膨張係数を有する金属リング
の内径側端部を接合し、金属リングの外端部側はセラミ
ック成形体との間に所定の隙間を有してこの金属リング
に透孔を設け、これらセラミック成形体と金属リングと
をピストン本体に一体鋳造する構成としである。
ム合金製のピストン本体の頂部に位置して燃焼室壁を含
むピストンクラウン部をセラミック成形体で一体形成し
、このセラミック成形体の裏面の少なくとも最外径部付
近にピストン本体との接合部を活性化金属層にて形成す
る一方、同裏面の燃焼室側にセラミック成形体とピスト
ン本体との中間的な値の熱膨張係数を有する金属リング
の内径側端部を接合し、金属リングの外端部側はセラミ
ック成形体との間に所定の隙間を有してこの金属リング
に透孔を設け、これらセラミック成形体と金属リングと
をピストン本体に一体鋳造する構成としである。
（作用）
鋳造時ピストン本体が冷却することにより発生する収縮
応力は、ピストン本体とセラミック成形体との中間的な
熱膨張係数を有して透孔を備えた金属リングが分担して
受けるので、ピストン本体に発生する収縮応力が緩和さ
れる。しかも、金属リングはセラミック成形体に収縮時
の応力の小さい内径側端部で接合しているので、その効
果は大きなものとなる。また、セラミック成形体の最外
径部付近にピストン本体との接合部を活性化金属層にて
形成したので、この接合部からのカーボンの侵入が防止
され、セラミック成形体の破損が防止される。ピストン
クラウン部全体がセラミック成形体で構成されているの
で、セラミックを用いることによる耐熱特性が充分に発
揮される。
応力は、ピストン本体とセラミック成形体との中間的な
熱膨張係数を有して透孔を備えた金属リングが分担して
受けるので、ピストン本体に発生する収縮応力が緩和さ
れる。しかも、金属リングはセラミック成形体に収縮時
の応力の小さい内径側端部で接合しているので、その効
果は大きなものとなる。また、セラミック成形体の最外
径部付近にピストン本体との接合部を活性化金属層にて
形成したので、この接合部からのカーボンの侵入が防止
され、セラミック成形体の破損が防止される。ピストン
クラウン部全体がセラミック成形体で構成されているの
で、セラミックを用いることによる耐熱特性が充分に発
揮される。
（実施例）
以下、この発明の実施例を図に基づいて説明する。
第１図に示したこの発明の一実施例によるエンジン用ピ
ストンは、中央部に燃焼室壁１が、外周部に鍔部３がそ
れぞれ形成されたピストンクラウン部５がセラミック成
形体７により一体成形されている。セラミック成形体７
の鍔部３の裏面に接合される第２図および第３図に示す
金属リング９は、アルミニウム合金からなるピストン本
体１１とセラミック成形体７とのそれぞれの熱膨張係数
の中間的な値の熱膨張係数を備えた金属材料、例えばチ
タン合金によって構成されている。金属リング９は、内
径側端部に凸部１３が、また外径側端部には凸部１３と
反対側に突出する凸部１５がそれぞれ形成され、凸部１
３と凸部１５の間には円周方向に延長される透孔として
の４つの長孔１７が設けられている。
ストンは、中央部に燃焼室壁１が、外周部に鍔部３がそ
れぞれ形成されたピストンクラウン部５がセラミック成
形体７により一体成形されている。セラミック成形体７
の鍔部３の裏面に接合される第２図および第３図に示す
金属リング９は、アルミニウム合金からなるピストン本
体１１とセラミック成形体７とのそれぞれの熱膨張係数
の中間的な値の熱膨張係数を備えた金属材料、例えばチ
タン合金によって構成されている。金属リング９は、内
径側端部に凸部１３が、また外径側端部には凸部１３と
反対側に突出する凸部１５がそれぞれ形成され、凸部１
３と凸部１５の間には円周方向に延長される透孔として
の４つの長孔１７が設けられている。
セラミック成形体７の鍔部３の裏面の燃焼室壁１に近い
部位には、金属リング９の凸部１３の先端１３ａが鑞付
けによって接合される一方、鍔部３の裏面の最外径部付
近には、セラミック成形体７とピストン本体１１との結
合力を高めるための活性化金属層の鑞付けによる接合部
としてのメタライズ層２１が形成されている。金属リン
グ９の凸部１３がセラミック成形体７に接合されること
で、凸部１３より外端部側の金属リング９とセラミック
成形体７との間には所定のリング状の隙間２２が形成さ
れることになる。
部位には、金属リング９の凸部１３の先端１３ａが鑞付
けによって接合される一方、鍔部３の裏面の最外径部付
近には、セラミック成形体７とピストン本体１１との結
合力を高めるための活性化金属層の鑞付けによる接合部
としてのメタライズ層２１が形成されている。金属リン
グ９の凸部１３がセラミック成形体７に接合されること
で、凸部１３より外端部側の金属リング９とセラミック
成形体７との間には所定のリング状の隙間２２が形成さ
れることになる。
このようにして結合したセラミック成形体７および金属
リング９を、アルミニウム合金溶湯に一定時間浸した後
、第４図に示すように外型２３内の底部にセットし、中
子型２５と外型２３とで形成される空隙にアルミニウム
合金溶湯２７を流し込み、これによりピストン本体１１
をセラミック成形体７と金属リング９と共に一体鋳造す
る。このとき、アルミニウム合金溶湯はセラミック成形
体７の鍔部３と金属リング９と間の隙間２２および金属
リング９の長孔１７にそれぞれ入り込み、セラミック成
形体７および金属リング９と、ピストン本体１１とが結
合することになる。
リング９を、アルミニウム合金溶湯に一定時間浸した後
、第４図に示すように外型２３内の底部にセットし、中
子型２５と外型２３とで形成される空隙にアルミニウム
合金溶湯２７を流し込み、これによりピストン本体１１
をセラミック成形体７と金属リング９と共に一体鋳造す
る。このとき、アルミニウム合金溶湯はセラミック成形
体７の鍔部３と金属リング９と間の隙間２２および金属
リング９の長孔１７にそれぞれ入り込み、セラミック成
形体７および金属リング９と、ピストン本体１１とが結
合することになる。
このようにして鋳造したピストンは、燃焼室壁１を含む
ピストンクラウン部５の全体がセラミックで一体的に形
成されているので、セラミックの優れた耐熱性能が、燃
焼室壁１のみでなくピストンクラウン部５の外周部分に
も発揮され、特に高い燃焼ガス圧および熱負荷を受ける
ディーゼルエンジンに対して有効なものとなる。セラミ
ック成形体７の最外径部付近とピストン本体１１との接
合部分はメタライズ層２１が形成されているので、この
部位での両者の結合力が向上し、この接合部位からカー
ボン等が侵入する恐れはなくなり、カーボン侵入による
セラミック成形体７の破損は回避される。
ピストンクラウン部５の全体がセラミックで一体的に形
成されているので、セラミックの優れた耐熱性能が、燃
焼室壁１のみでなくピストンクラウン部５の外周部分に
も発揮され、特に高い燃焼ガス圧および熱負荷を受ける
ディーゼルエンジンに対して有効なものとなる。セラミ
ック成形体７の最外径部付近とピストン本体１１との接
合部分はメタライズ層２１が形成されているので、この
部位での両者の結合力が向上し、この接合部位からカー
ボン等が侵入する恐れはなくなり、カーボン侵入による
セラミック成形体７の破損は回避される。
セラミック成形体７とピストン本体１１とのそれぞれの
熱膨張係数に対し中間的な値をもつ金属リング９をセラ
ミック成形体７に接合した状態で、これらセラミック成
形体７と金属リング９とか一体的にピストン本体１１に
鋳造されるので、鋳造冷却時のピストン本体１１に作用
する収縮応力は、金属リング９に分担されて小さくなる
。この収縮応力の減少には、長孔１７が有効に作用する
。特に、金属リング９はセラミック成形体７にその燃焼
室壁１に近い鋳造冷却時の熱応力の小さい内径側端部で
接合されているため、ピストン本体１１に作用する前記
収縮応力は極めて小さくなり、セラミック成形体７の破
損が防止される。
熱膨張係数に対し中間的な値をもつ金属リング９をセラ
ミック成形体７に接合した状態で、これらセラミック成
形体７と金属リング９とか一体的にピストン本体１１に
鋳造されるので、鋳造冷却時のピストン本体１１に作用
する収縮応力は、金属リング９に分担されて小さくなる
。この収縮応力の減少には、長孔１７が有効に作用する
。特に、金属リング９はセラミック成形体７にその燃焼
室壁１に近い鋳造冷却時の熱応力の小さい内径側端部で
接合されているため、ピストン本体１１に作用する前記
収縮応力は極めて小さくなり、セラミック成形体７の破
損が防止される。
金属リング９を構成するチタン合金など熱膨張係数の小
さい材料はヤング率が大きいため、このような部材をセ
ラミック成形体７の鍔部３の裏面に単に接合した場合に
は、セラミック成形体７の破損は免れないが、上記した
ように金属リング９の内径側端部にて接合することで、
ピストン本体１１に発生する収縮応力を著しく緩和させ
ることができる。このとき、セラミック成形体７の外径
側と接合しているのは、隙間２２に入り込んでいるヤン
グ率の小さいアルミニウム合金なので、ここでのセラミ
ック成形体７の破損も防止される。
さい材料はヤング率が大きいため、このような部材をセ
ラミック成形体７の鍔部３の裏面に単に接合した場合に
は、セラミック成形体７の破損は免れないが、上記した
ように金属リング９の内径側端部にて接合することで、
ピストン本体１１に発生する収縮応力を著しく緩和させ
ることができる。このとき、セラミック成形体７の外径
側と接合しているのは、隙間２２に入り込んでいるヤン
グ率の小さいアルミニウム合金なので、ここでのセラミ
ック成形体７の破損も防止される。
また、金属リング９に長孔１７を設けることて、上記隙
間２２にアルミニウム合金の溶湯が流入しやすくなり、
この長孔１７にアルミニウム合金か鋳込まれることによ
り鋳造後の冷却による金属リング９とピストン本体１１
との剥離が防止される。
間２２にアルミニウム合金の溶湯が流入しやすくなり、
この長孔１７にアルミニウム合金か鋳込まれることによ
り鋳造後の冷却による金属リング９とピストン本体１１
との剥離が防止される。
金属リング９は例えば熱間ブレス等で所定に成形できて
精密な機械加工が不要であり、特に工数およびコストが
大きくかかるセラミック材への精密加工が不要であるこ
とから制作コストが大幅に低減する。
精密な機械加工が不要であり、特に工数およびコストが
大きくかかるセラミック材への精密加工が不要であるこ
とから制作コストが大幅に低減する。
［発明の効果コ
以上のようにこの発明によれば、鋳造時ピストン本体が
冷却することにより発生する収縮応力は、ピストン本体
とセラミック成形体との中間的な熱膨張係数を有して透
孔を備えた金属リングが分担して受けるのて、ピストン
本体に発生する収縮応力を緩和させることかでき、しか
も金属リングはセラミック成形体に鋳造冷却時の熱応力
の小さい内径側端部で接合しているので、収縮応力の緩
和効果は極めて高く、セラミック成形体の破損防止を達
成することができる。また、セラミック成形体の最外径
部付近にピストン本体との接合部を活性化金属層にて形
成したので、この接合部からの力＝ボンの侵入が防止さ
れ、セラミック成形体の破損を防止することができる。
冷却することにより発生する収縮応力は、ピストン本体
とセラミック成形体との中間的な熱膨張係数を有して透
孔を備えた金属リングが分担して受けるのて、ピストン
本体に発生する収縮応力を緩和させることかでき、しか
も金属リングはセラミック成形体に鋳造冷却時の熱応力
の小さい内径側端部で接合しているので、収縮応力の緩
和効果は極めて高く、セラミック成形体の破損防止を達
成することができる。また、セラミック成形体の最外径
部付近にピストン本体との接合部を活性化金属層にて形
成したので、この接合部からの力＝ボンの侵入が防止さ
れ、セラミック成形体の破損を防止することができる。
セラミック成形体は収縮応力などによる破損を招くこと
なくピストン本体に鋳造によって結合できるので、特に
工数およびコストのかかるセラミック部材に対する精密
加工が不要となって製作コストを著しく低減させること
ができる。さらに、ピストンクラウン部全体がセラミッ
ク成形体で構成されているので、セラミックを用いるこ
とによる耐熱特性が充分に発揮される。
なくピストン本体に鋳造によって結合できるので、特に
工数およびコストのかかるセラミック部材に対する精密
加工が不要となって製作コストを著しく低減させること
ができる。さらに、ピストンクラウン部全体がセラミッ
ク成形体で構成されているので、セラミックを用いるこ
とによる耐熱特性が充分に発揮される。
第１図はこの発明の一実施例を示すピストンの縦断面図
、第２図は第１図の実施例に使用した金属リングの平面
図、第３図は第２図の■−■断面図、第４図は第１図の
ピストンを鋳造する際の説明図、第５図は従来例を示す
ピストンの縦断面図である。 １・・燃焼室壁 ５・・・ピストンクラウン部 ７・・・セラミック成形体 ９・・・金属リング １１・・・ピストン本体 １７・・−長孔（透孔） ２１・・・接合部 ２２・・・隙間
、第２図は第１図の実施例に使用した金属リングの平面
図、第３図は第２図の■−■断面図、第４図は第１図の
ピストンを鋳造する際の説明図、第５図は従来例を示す
ピストンの縦断面図である。 １・・燃焼室壁 ５・・・ピストンクラウン部 ７・・・セラミック成形体 ９・・・金属リング １１・・・ピストン本体 １７・・−長孔（透孔） ２１・・・接合部 ２２・・・隙間
Claims (1)
- アルミニウム合金製のピストン本体の頂部に位置して燃
焼室壁を含むピストンクラウン部をセラミック成形体で
一体形成し、このセラミック成形体の裏面の少なくとも
最外径部付近にピストン本体との接合部を活性化金属層
にて形成する一方、同裏面の燃焼室側にセラミック成形
体とピストン本体との中間的な値の熱膨張係数を有する
金属リングの内径側端部を接合し、金属リングの外端部
側はセラミック成形体との間に所定の隙間を有してこの
金属リングに透孔を設け、これらセラミック成形体と金
属リングとをピストン本体に一体鋳造したことを特徴と
するエンジン用ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13116890A JPH0427745A (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | エンジン用ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13116890A JPH0427745A (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | エンジン用ピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0427745A true JPH0427745A (ja) | 1992-01-30 |
Family
ID=15051601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13116890A Pending JPH0427745A (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | エンジン用ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0427745A (ja) |
-
1990
- 1990-05-23 JP JP13116890A patent/JPH0427745A/ja active Pending
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