JPH0454825B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0454825B2 JPH0454825B2 JP59046653A JP4665384A JPH0454825B2 JP H0454825 B2 JPH0454825 B2 JP H0454825B2 JP 59046653 A JP59046653 A JP 59046653A JP 4665384 A JP4665384 A JP 4665384A JP H0454825 B2 JPH0454825 B2 JP H0454825B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- metal
- ceramic
- ceramic piece
- metallized layer
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F02B23/0603—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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F02B23/0696—W-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 wall
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
- F02B77/11—Thermal or acoustic insulation
-
- 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
- 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
- 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
- F02B23/0603—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
- F02B2023/0612—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 the material having a high temperature and pressure resistance, e.g. ceramic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- 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
- F05C2201/04—Heavy metals
- F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
- F05C2201/0448—Steel
-
- 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
-
- 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
- F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
- F05C2253/16—Fibres
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/35—Optical coupling means having switching means
- G02B6/3564—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details
- G02B6/3568—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details characterised by the actuating force
- G02B6/357—Electrostatic force
-
- 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
-
- 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
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
- Y10T29/4927—Cylinder, cylinder head or engine valve sleeve making
- Y10T29/49272—Cylinder, cylinder head or engine valve sleeve making with liner, coating, or sleeve
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は金属製ピストンの頂部に複数のセラミ
ツクス部片で構成されるピストンキヤツプを固定
したエンジン用ピストンとその製造法に関するも
のである。
ツクス部片で構成されるピストンキヤツプを固定
したエンジン用ピストンとその製造法に関するも
のである。
セラミツクス材料は機械的強度、耐熱性、耐酸
化性、断熱性にすぐれているため、エンジンのピ
ストン、シリンダーライナー、シリンダーヘツド
など高温の燃焼ガスと接する部分をセラミツクス
材料で構成すれば、燃焼温度の向上や熱損失の減
少が可能となり、エンジン効率の改善、排ガス中
の有害成分の減少などの効果が期待できる。この
ため、金属性ピストンの頂部にセラミツクス製ピ
ストンキヤツプを固定したエンジン用ピストンが
提案されている。
化性、断熱性にすぐれているため、エンジンのピ
ストン、シリンダーライナー、シリンダーヘツド
など高温の燃焼ガスと接する部分をセラミツクス
材料で構成すれば、燃焼温度の向上や熱損失の減
少が可能となり、エンジン効率の改善、排ガス中
の有害成分の減少などの効果が期待できる。この
ため、金属性ピストンの頂部にセラミツクス製ピ
ストンキヤツプを固定したエンジン用ピストンが
提案されている。
金属製ピストンの頂部にセラミツクス製ピスト
ンキヤツプを固定したエンジン用ピストンは例え
ば特開昭58−74853号公報、米国特許第4404935号
明細書ならびに米国特許第4245611号明細書に開
示されている。このうち、特開昭58−74853号公
報と米国特許第4404935号明細書には、一体構造
のセラミツクス製ピストンキヤツプが鋳ぐるみあ
るいはかみ合いにより金属製ピストン頂部に固定
されているピストンが示されている。一般にセラ
ミツクス材料は熱伝導率が低いため、ピストン頂
部に固定されたセラミツクス製ピストンキヤツプ
の高温燃焼ガスと接する表面と金属製ピストンに
接する表面の間には大きな温度差が生じる。この
ため、一体構造のセラミツクス製ピストンキヤツ
プでは、大きな温度差による熱応力のためピスト
ンキヤツプが破壊する欠点があり、その傾向はピ
ストンが大きくなるほど顕著となる。
ンキヤツプを固定したエンジン用ピストンは例え
ば特開昭58−74853号公報、米国特許第4404935号
明細書ならびに米国特許第4245611号明細書に開
示されている。このうち、特開昭58−74853号公
報と米国特許第4404935号明細書には、一体構造
のセラミツクス製ピストンキヤツプが鋳ぐるみあ
るいはかみ合いにより金属製ピストン頂部に固定
されているピストンが示されている。一般にセラ
ミツクス材料は熱伝導率が低いため、ピストン頂
部に固定されたセラミツクス製ピストンキヤツプ
の高温燃焼ガスと接する表面と金属製ピストンに
接する表面の間には大きな温度差が生じる。この
ため、一体構造のセラミツクス製ピストンキヤツ
プでは、大きな温度差による熱応力のためピスト
ンキヤツプが破壊する欠点があり、その傾向はピ
ストンが大きくなるほど顕著となる。
一方、上記米国特許第4245611号明細書には複
数のセラミツクス部片からなるピストンキヤツプ
が鋳ぐるみで金属製ピストンの頂部に固定されて
いるピストンが示されている。このピストンは鋳
ぐるみ応力の緩和のため、ピストンキヤツプの周
囲にセラミツクス繊維からなるクツシヨン層を設
けている。しかし、この構造ではクツシヨン層の
存在のため、金属製ピストンに対するセラミツク
ス製ピストンキヤツプの固定が不十分となり、ピ
ストン運転中にピストンキヤツプが緩む欠点があ
る。さらにまた、実公昭58−48327号公報、特開
昭54−60306号公報には複数のセラミツクス部片
からなるピストンキヤツプの周囲に直接溶融金属
を鋳造して鋳ぐるんだピストンが開示されてい
る。しかし、複数のセラミツクス部片に分割され
たピストンキヤツプを鋳ぐるみで金属製ピストン
頂部に固定する方法は、鋳型内へのピストンキヤ
ツプの組付が複雑となり量産に適さない欠点があ
る。
数のセラミツクス部片からなるピストンキヤツプ
が鋳ぐるみで金属製ピストンの頂部に固定されて
いるピストンが示されている。このピストンは鋳
ぐるみ応力の緩和のため、ピストンキヤツプの周
囲にセラミツクス繊維からなるクツシヨン層を設
けている。しかし、この構造ではクツシヨン層の
存在のため、金属製ピストンに対するセラミツク
ス製ピストンキヤツプの固定が不十分となり、ピ
ストン運転中にピストンキヤツプが緩む欠点があ
る。さらにまた、実公昭58−48327号公報、特開
昭54−60306号公報には複数のセラミツクス部片
からなるピストンキヤツプの周囲に直接溶融金属
を鋳造して鋳ぐるんだピストンが開示されてい
る。しかし、複数のセラミツクス部片に分割され
たピストンキヤツプを鋳ぐるみで金属製ピストン
頂部に固定する方法は、鋳型内へのピストンキヤ
ツプの組付が複雑となり量産に適さない欠点があ
る。
本発明の第１の目的は、金属製ピストンの頂部
に強固に固定され、熱応力や熱衝撃で破壊するこ
とのないセラミツクス製ピストンキヤツプを有す
る断熱性、耐熱性あるいは耐食性にすぐれたエン
ジン用ピストンとその製造法を提供することであ
る。
に強固に固定され、熱応力や熱衝撃で破壊するこ
とのないセラミツクス製ピストンキヤツプを有す
る断熱性、耐熱性あるいは耐食性にすぐれたエン
ジン用ピストンとその製造法を提供することであ
る。
本発明の第２の目的は、セラミツクス製ピスト
ンキヤツプを破壊させることなく、金属製ピスト
ンの頂部に接合できるエンジン用ピストンの製造
法を提供することである。
ンキヤツプを破壊させることなく、金属製ピスト
ンの頂部に接合できるエンジン用ピストンの製造
法を提供することである。
本発明は、金属製ピストンの頂部に一種以上の
セラミツクス材料からなる複数のセラミツク部片
で構成されるピストンキヤツプが固定されている
構造のエンジン用ピストンにおいて、該ピストン
キヤツプの表面のうち高温の燃焼ガスと接触する
面が複数のセラミツクス部片で構成されるととも
に、これらのセラミツクス部片と金属製ピストン
が、ピストン頂部中央部に位置するセラミツクス
部片と金属ピストンとの接合面積が残りのセラミ
ツクス部片と金属製ピストンとの接合面積より大
きくなるように、これらセラミツクス部片に被着
されたメタライズ層および該メタライズ層に被着
された金属メツキ層を介してろう付けあるいは拡
散接合の何れかにより接合されているエンジン用
ピストンであり、また、金属製ピストンの頂部に
一種以上のセラミツクス材料からなる複数のセラ
ミツクス部片で構成されるピストンキヤツプが固
定されている構造のエンジン用ピストンの製造法
において、該ピストンキヤツプの表面のうち高温
の燃焼ガスと接触する面を複数の部片で構成する
ように作製したセラミツクス部片のうち一つ以上
のセラミツクス部片の金属製ピストンと相対して
接合すべき表面にメタライズ層を被着させ、さら
に該メタライズ層表面に金属製ピストンを被着さ
せたのち、金属製ピストン頂部に設けた凹部に該
セラミツクス部片を配設し、該セラミツクス部片
と金属製ピストンをピストン頂部中央部に位置す
るセラミツクス部片とピストンとの接合面積が他
のセラミツクス部片とピストンとの接合面積より
大きくなるように、これらセラミツクス部片上の
メタライズ層および該メタライズ層に被着された
金属メツキ層を介して、ろう付けあるいは拡散接
合の何れかで接合するエンジン用ピストンの製造
法である。
セラミツクス材料からなる複数のセラミツク部片
で構成されるピストンキヤツプが固定されている
構造のエンジン用ピストンにおいて、該ピストン
キヤツプの表面のうち高温の燃焼ガスと接触する
面が複数のセラミツクス部片で構成されるととも
に、これらのセラミツクス部片と金属製ピストン
が、ピストン頂部中央部に位置するセラミツクス
部片と金属ピストンとの接合面積が残りのセラミ
ツクス部片と金属製ピストンとの接合面積より大
きくなるように、これらセラミツクス部片に被着
されたメタライズ層および該メタライズ層に被着
された金属メツキ層を介してろう付けあるいは拡
散接合の何れかにより接合されているエンジン用
ピストンであり、また、金属製ピストンの頂部に
一種以上のセラミツクス材料からなる複数のセラ
ミツクス部片で構成されるピストンキヤツプが固
定されている構造のエンジン用ピストンの製造法
において、該ピストンキヤツプの表面のうち高温
の燃焼ガスと接触する面を複数の部片で構成する
ように作製したセラミツクス部片のうち一つ以上
のセラミツクス部片の金属製ピストンと相対して
接合すべき表面にメタライズ層を被着させ、さら
に該メタライズ層表面に金属製ピストンを被着さ
せたのち、金属製ピストン頂部に設けた凹部に該
セラミツクス部片を配設し、該セラミツクス部片
と金属製ピストンをピストン頂部中央部に位置す
るセラミツクス部片とピストンとの接合面積が他
のセラミツクス部片とピストンとの接合面積より
大きくなるように、これらセラミツクス部片上の
メタライズ層および該メタライズ層に被着された
金属メツキ層を介して、ろう付けあるいは拡散接
合の何れかで接合するエンジン用ピストンの製造
法である。
本発明では、ピストンキヤツプを分割した複数
のセラミツクス部片で構成する。これにより、ピ
ストンキヤツプを構成する各セラミツクス部片の
高温燃焼ガスと接する表面と金属製ピストンに接
する表面の間の温度差により生ずる熱応力が減少
し、エンジン運転中のピストンキヤツプの破壊が
防止される。また、金属製ピストン頂部にピスト
ンキヤツプを構成するセラミツクス部片のうち一
つ以上のセラミツクス部片を接合して冷却する過
程で、該セラミツクス部片と金属製ピストンのそ
れぞれを構成する材料の熱膨張係数の差にもとづ
いて発生する応力も緩和されるので、ピストンキ
ヤツプの破壊が防止される。
のセラミツクス部片で構成する。これにより、ピ
ストンキヤツプを構成する各セラミツクス部片の
高温燃焼ガスと接する表面と金属製ピストンに接
する表面の間の温度差により生ずる熱応力が減少
し、エンジン運転中のピストンキヤツプの破壊が
防止される。また、金属製ピストン頂部にピスト
ンキヤツプを構成するセラミツクス部片のうち一
つ以上のセラミツクス部片を接合して冷却する過
程で、該セラミツクス部片と金属製ピストンのそ
れぞれを構成する材料の熱膨張係数の差にもとづ
いて発生する応力も緩和されるので、ピストンキ
ヤツプの破壊が防止される。
ピストンキヤツプを構成するセラミツクス部片
はジルコニア、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素お
よびサイアロンよりなる群から選ばれた少なくと
も一種以上のセラミツクス材料で作る。ピストン
キヤツプのどの部分にどのセラミツクス材料を使
用するかは、セラミツクス材料の耐熱衝撃特性、
耐食性、断熱性、熱膨張特性ならびに金属性ピス
トンへの固定方法に応じて決定すればよい。例え
ば、ピストンキヤツプの熱衝撃が大きい部分は窒
素珪素、炭化珪素などのように熱膨張係数が小さ
いセラミツクス材料とするのが好ましく、金属製
ピストンに直接接合する部分はジルコニア、アル
ミナなど熱膨張係数がピストンを構成する金属の
熱膨張係数に近いセラミツクス材料とするのが好
ましい。しかし、窒化珪素、炭化珪素などのセラ
ミツクス材料は耐熱性、耐熱衝撃特性にすぐれて
いるが、断熱性がジルコニアにくらべて劣る。し
たがつて、断熱エンジン用ピストンのように、断
熱性がとくに必要とされるピストンの場合にはピ
ストンキヤツプを構成する全セラミツクス部片を
断熱性のすぐれたジルコニアセラミツクスで作る
かあるいはピストンキヤツプの一部を複層とし、
高温の燃焼ガスと直接接触する表層部のセラミツ
クス部片を窒化珪素、燃焼ガスと接触しない内層
部のセラミツクス部片をジルコニアセラミツクス
で構成してもよい。このように、ピストンキヤツ
プを構成するセラミツクス部片を作る材料を変え
ることにより、熱衝撃に対する抵抗が大きく、断
熱性にすぐれたピストンとなる。
はジルコニア、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素お
よびサイアロンよりなる群から選ばれた少なくと
も一種以上のセラミツクス材料で作る。ピストン
キヤツプのどの部分にどのセラミツクス材料を使
用するかは、セラミツクス材料の耐熱衝撃特性、
耐食性、断熱性、熱膨張特性ならびに金属性ピス
トンへの固定方法に応じて決定すればよい。例え
ば、ピストンキヤツプの熱衝撃が大きい部分は窒
素珪素、炭化珪素などのように熱膨張係数が小さ
いセラミツクス材料とするのが好ましく、金属製
ピストンに直接接合する部分はジルコニア、アル
ミナなど熱膨張係数がピストンを構成する金属の
熱膨張係数に近いセラミツクス材料とするのが好
ましい。しかし、窒化珪素、炭化珪素などのセラ
ミツクス材料は耐熱性、耐熱衝撃特性にすぐれて
いるが、断熱性がジルコニアにくらべて劣る。し
たがつて、断熱エンジン用ピストンのように、断
熱性がとくに必要とされるピストンの場合にはピ
ストンキヤツプを構成する全セラミツクス部片を
断熱性のすぐれたジルコニアセラミツクスで作る
かあるいはピストンキヤツプの一部を複層とし、
高温の燃焼ガスと直接接触する表層部のセラミツ
クス部片を窒化珪素、燃焼ガスと接触しない内層
部のセラミツクス部片をジルコニアセラミツクス
で構成してもよい。このように、ピストンキヤツ
プを構成するセラミツクス部片を作る材料を変え
ることにより、熱衝撃に対する抵抗が大きく、断
熱性にすぐれたピストンとなる。
ピストンキヤツプを構成するセラミツクス部片
の形状は、ピストンキヤツプ内に発生が予想され
る各種の熱応力が各セラミツクス部片の破壊応力
以上とならないように、ピストンキヤツプの形状
と寸法、セラミツクス材料の物理的性質および機
械的性質、セラミツクス部片と金属製ピストンの
固定方法、セラミツクス部片の製造の容易さなら
びにエンジン内の熱的条件などを考慮して決定す
る。ピストンキヤツプを構成するセラミツクス部
片相互の接触面の形状と傾斜は、セラミツクス部
片の金属製ピストンへの固定方法、セラミツクス
部片の形状などに応じて、水平面、垂直面、傾斜
面、曲面のいずれかより選択すればよい。
の形状は、ピストンキヤツプ内に発生が予想され
る各種の熱応力が各セラミツクス部片の破壊応力
以上とならないように、ピストンキヤツプの形状
と寸法、セラミツクス材料の物理的性質および機
械的性質、セラミツクス部片と金属製ピストンの
固定方法、セラミツクス部片の製造の容易さなら
びにエンジン内の熱的条件などを考慮して決定す
る。ピストンキヤツプを構成するセラミツクス部
片相互の接触面の形状と傾斜は、セラミツクス部
片の金属製ピストンへの固定方法、セラミツクス
部片の形状などに応じて、水平面、垂直面、傾斜
面、曲面のいずれかより選択すればよい。
ピストンキヤツプを構成するセラミツクス部片
の金属製ピストンへの固定は、該セラミツクス部
片の金属製ピストンと相対して接合すべき表面に
メタライズ層を被着させたのち、このメタライズ
層と金属製ピストンを接合して行う。この場合
に、ピストンキヤツプを構成するセラミツクス部
片の一つ以上にメタライズ層を被着させ、該メタ
ライズ層と金属製ピストンに接合し、残りのセラ
ミツクス部片は金属製ピストンに接合したセラミ
ツクス部片で金属製ピストンに固定するかあるい
は金属製ピストンに嵌合により固定してもよい。
ここでいうメタライズ層とは、セラミツクス部片
の表面を金属化させるために、金属粉末を主成分
とするペースト場組成物をセラミツクス部片表面
に塗布したのち乾燥し、その後、還元性雰囲気、
非酸化性雰囲気または水蒸気分圧を調整した水素
雰囲気中で加熱してセラミツクス部片表面に被着
させた金属層のことである。
の金属製ピストンへの固定は、該セラミツクス部
片の金属製ピストンと相対して接合すべき表面に
メタライズ層を被着させたのち、このメタライズ
層と金属製ピストンを接合して行う。この場合
に、ピストンキヤツプを構成するセラミツクス部
片の一つ以上にメタライズ層を被着させ、該メタ
ライズ層と金属製ピストンに接合し、残りのセラ
ミツクス部片は金属製ピストンに接合したセラミ
ツクス部片で金属製ピストンに固定するかあるい
は金属製ピストンに嵌合により固定してもよい。
ここでいうメタライズ層とは、セラミツクス部片
の表面を金属化させるために、金属粉末を主成分
とするペースト場組成物をセラミツクス部片表面
に塗布したのち乾燥し、その後、還元性雰囲気、
非酸化性雰囲気または水蒸気分圧を調整した水素
雰囲気中で加熱してセラミツクス部片表面に被着
させた金属層のことである。
セラミツクス部片に被着させるメタライズ層と
してはMo，Ｗ，Fe，Ni，Cr，Tiなどの金属の
一種以上を主成分とするメタライズ層が好まし
い。このうちMoを主成分とするメタライズ層が
より好ましい。
してはMo，Ｗ，Fe，Ni，Cr，Tiなどの金属の
一種以上を主成分とするメタライズ層が好まし
い。このうちMoを主成分とするメタライズ層が
より好ましい。
Y2O3を含む部分安定化ジルコニアセラミツク
ス部片に対しては、Mo：70〜90wt％，MnO：
0.5〜15wt％，Y2O3：0.1〜10wt％，Al2O3：0.1
〜15wt％，SiO2：0.1〜15wt％からなるメタライ
ズ層が接合強度が大きいのでより好ましい。
ス部片に対しては、Mo：70〜90wt％，MnO：
0.5〜15wt％，Y2O3：0.1〜10wt％，Al2O3：0.1
〜15wt％，SiO2：0.1〜15wt％からなるメタライ
ズ層が接合強度が大きいのでより好ましい。
メタライズ層と金属製ピストンの接合はろう付
けあるいは拡散接合のいずれで行つてもよいが、
接合部に要求される接合強度、疲労強度、高温強
度などの機械的特性に応じて使用するろう材や拡
散接合のインサート金属を決定する。なお、メタ
ライズ層と金属製ピストンの接合に先立つて、メ
タライズ層あるいは金属製ピストン接合部表面の
両方あるいは一方に金属メツキを施すことがメタ
ライズ層と金属製ピストンとの接合を強固にする
うえで好ましい。メツキする金属の種類はメタラ
イズ層、金属製ピストン、ろうなどの材料や接合
方法に応じて、脆弱な金属間化合物の形成防止、
ろう材との漏れ、接触する金属同士の相互拡散の
容易さを考慮して決定する。
けあるいは拡散接合のいずれで行つてもよいが、
接合部に要求される接合強度、疲労強度、高温強
度などの機械的特性に応じて使用するろう材や拡
散接合のインサート金属を決定する。なお、メタ
ライズ層と金属製ピストンの接合に先立つて、メ
タライズ層あるいは金属製ピストン接合部表面の
両方あるいは一方に金属メツキを施すことがメタ
ライズ層と金属製ピストンとの接合を強固にする
うえで好ましい。メツキする金属の種類はメタラ
イズ層、金属製ピストン、ろうなどの材料や接合
方法に応じて、脆弱な金属間化合物の形成防止、
ろう材との漏れ、接触する金属同士の相互拡散の
容易さを考慮して決定する。
ピストン頂部のような円形の平面にセラミツク
ス体をろう付けして、接合温度から冷却した場
合、金属とセラミツクスの熱膨張係数の差により
発生する応力は円形の中心より外周の方が大きく
なり、外周部での応力の大きさは接合面積に比例
する。この応力がセラミツクスの破壊応力を越え
れば、セラミツクスが破壊し、セラミツクスと金
属との接合強度を越えれば接合面が剥離する。
ス体をろう付けして、接合温度から冷却した場
合、金属とセラミツクスの熱膨張係数の差により
発生する応力は円形の中心より外周の方が大きく
なり、外周部での応力の大きさは接合面積に比例
する。この応力がセラミツクスの破壊応力を越え
れば、セラミツクスが破壊し、セラミツクスと金
属との接合強度を越えれば接合面が剥離する。
本発明のエンジン用ピストンはピストンキヤツ
プを複数のセラミツクス部片で構成し、各セラミ
ツクス部片と金属製ピストンとの接合面積を小さ
くしているうえ、金属製ピストン頂部の外周部に
おけるセラミツクス部片との接合面積を、ピスト
ン頂部中央部におけるセラミツクス部片との接合
面積より小さくしているので、上記応力によるセ
ラミツクス部片の破壊や接合面の剥離は起らな
い。
プを複数のセラミツクス部片で構成し、各セラミ
ツクス部片と金属製ピストンとの接合面積を小さ
くしているうえ、金属製ピストン頂部の外周部に
おけるセラミツクス部片との接合面積を、ピスト
ン頂部中央部におけるセラミツクス部片との接合
面積より小さくしているので、上記応力によるセ
ラミツクス部片の破壊や接合面の剥離は起らな
い。
セラミツクス部片と金属製ピストンとの接合面
積の大きさは、セラミツクス部片と金属製ピスト
ンを構成する各材料の熱膨張係数の差、接合温
度、セラミツクス部片の機械的強度、接合強度、
セラミツクス部片と金属製ピストンとの間の緩衝
金属体の有無などを考慮して決定する。
積の大きさは、セラミツクス部片と金属製ピスト
ンを構成する各材料の熱膨張係数の差、接合温
度、セラミツクス部片の機械的強度、接合強度、
セラミツクス部片と金属製ピストンとの間の緩衝
金属体の有無などを考慮して決定する。
接合面積の調整はセラミツクス部片に被着させ
るメタライズ層の面積、該メタライズ層表面に被
着させる金属メツキ層の面積あるいはセラミツク
ス部片の大きさのいずれで行つてもよいが、メタ
ライズ層の面積の調整で行うのが好ましい。
るメタライズ層の面積、該メタライズ層表面に被
着させる金属メツキ層の面積あるいはセラミツク
ス部片の大きさのいずれで行つてもよいが、メタ
ライズ層の面積の調整で行うのが好ましい。
なお、メタライズ層を被着させたセラミツクス
部片と金属製ピストンの熱膨張係数の差が大き
く、該セラミツクス部片と金属製ピストンの接合
により、セラミツクス部片が破壊したり、セラミ
ツクス部片内に大きな残留応力が発生する場合に
は、メタライズ層と金属製ピストンの間にフエラ
イト系ステンレス、Fe−Cr合金、Fe−Cr−Ni合
金、Fe−Ni合金、Fe−Ni−Co合金、Ti，Ti合
金、Zr，Nb，Moなど熱膨張係数が14×10-6（℃-
１）以下の金属体をはさんで接合するのが好まし
く、熱膨張係数が該セラミツクス部片の経津膨張
係数と同等以下の金属体がより好ましい。この金
属体の熱膨張係数がセラミツクス部片の熱膨張係
数より小さい場合には、セラミツクス部片に被着
しているメタライズ層と金属体を接合して室温ま
で冷却する過程で、金属体の収縮量がセラミツク
ス部片の収縮量より小さく、セラミツクス部片と
金属体の接合境界部外側のセラミツクス部片内に
は圧縮の熱応力が発生する。しかし、セラミツク
ス材料は圧縮応力に対しては抵抗力が大きいので
接合部境界でのセラミツクス部片の破壊は起あら
ない。これに対して、金属体の熱膨張係数がセラ
ミツクス部片の熱膨張係数より大きい場合にはセ
ラミツクス部片と金属体の接合境界部外側のセラ
ミツクス部片内に引張の熱応力が発生するので好
ましくない。この場合に発生する引張の熱応力の
大きさは、セラミツクス部片と金属体の熱膨張係
数の差、接合温度と室温との温度差、セラミツク
ス材料の弾性係数、接合部面積などにより決ま
る。しかし、この引張の熱応力によつてセラミツ
クス部片が破壊するかどうかはセラミツクス部片
を構成するセラミツクス材料の引張強度による。
たとえば上述した引張の熱応力をσT、セラミツク
スの引張強度をσCとすると、σC＞σTの場合にはセ
ラミツクス部片の破壊は起らない。したがつて、
本発明において、金属体の熱膨張係数がセラミツ
クス部片の熱膨張係数と同等であるという意味に
はつぎの２つの場合が含まれるものとする。すな
わち、第１は両者の熱膨張係数が等しく、上記熱
応力が発生しない場合である。第２は金属体の熱
膨張係数がセラミツクス部片の熱膨張係数より大
きいけれど、それによつてセラミツクス部片に発
生する引張の熱応力がセラミツクスの引張強度よ
り小さい場合である。金属体の熱膨張係数が14×
10-6（℃-1）以上では、この引張の熱応力のため、
セラミツクス部片が破壊することが多いので好ま
しくない。
部片と金属製ピストンの熱膨張係数の差が大き
く、該セラミツクス部片と金属製ピストンの接合
により、セラミツクス部片が破壊したり、セラミ
ツクス部片内に大きな残留応力が発生する場合に
は、メタライズ層と金属製ピストンの間にフエラ
イト系ステンレス、Fe−Cr合金、Fe−Cr−Ni合
金、Fe−Ni合金、Fe−Ni−Co合金、Ti，Ti合
金、Zr，Nb，Moなど熱膨張係数が14×10-6（℃-
１）以下の金属体をはさんで接合するのが好まし
く、熱膨張係数が該セラミツクス部片の経津膨張
係数と同等以下の金属体がより好ましい。この金
属体の熱膨張係数がセラミツクス部片の熱膨張係
数より小さい場合には、セラミツクス部片に被着
しているメタライズ層と金属体を接合して室温ま
で冷却する過程で、金属体の収縮量がセラミツク
ス部片の収縮量より小さく、セラミツクス部片と
金属体の接合境界部外側のセラミツクス部片内に
は圧縮の熱応力が発生する。しかし、セラミツク
ス材料は圧縮応力に対しては抵抗力が大きいので
接合部境界でのセラミツクス部片の破壊は起あら
ない。これに対して、金属体の熱膨張係数がセラ
ミツクス部片の熱膨張係数より大きい場合にはセ
ラミツクス部片と金属体の接合境界部外側のセラ
ミツクス部片内に引張の熱応力が発生するので好
ましくない。この場合に発生する引張の熱応力の
大きさは、セラミツクス部片と金属体の熱膨張係
数の差、接合温度と室温との温度差、セラミツク
ス材料の弾性係数、接合部面積などにより決ま
る。しかし、この引張の熱応力によつてセラミツ
クス部片が破壊するかどうかはセラミツクス部片
を構成するセラミツクス材料の引張強度による。
たとえば上述した引張の熱応力をσT、セラミツク
スの引張強度をσCとすると、σC＞σTの場合にはセ
ラミツクス部片の破壊は起らない。したがつて、
本発明において、金属体の熱膨張係数がセラミツ
クス部片の熱膨張係数と同等であるという意味に
はつぎの２つの場合が含まれるものとする。すな
わち、第１は両者の熱膨張係数が等しく、上記熱
応力が発生しない場合である。第２は金属体の熱
膨張係数がセラミツクス部片の熱膨張係数より大
きいけれど、それによつてセラミツクス部片に発
生する引張の熱応力がセラミツクスの引張強度よ
り小さい場合である。金属体の熱膨張係数が14×
10-6（℃-1）以上では、この引張の熱応力のため、
セラミツクス部片が破壊することが多いので好ま
しくない。
なお、ピストンキヤツプを構成する各セラミツ
クス部片の分割の間には隙間が生じないようにす
るのが好ましい。各セラミツクス部片の分割面の
間に隙間が生じた場合には、必要に応じてセラミ
ツクス繊維やAl2O3系あるいはZrO2−SiO2−
MgO系の耐火セメントを充填してもよい。
クス部片の分割の間には隙間が生じないようにす
るのが好ましい。各セラミツクス部片の分割面の
間に隙間が生じた場合には、必要に応じてセラミ
ツクス繊維やAl2O3系あるいはZrO2−SiO2−
MgO系の耐火セメントを充填してもよい。
つぎに図面を参照して実施例を説明する。
第１図はピストンキヤツプを構成する全部のセ
ラミツクス部片を金属製ピストン頂部に接合した
本発明のエンジン用ピストンの縦断面図である。
このピストンはジルコニア製ピストンキヤツプ、
チタン製金属体１３、球状黒鉛鋳鉄製ピストン１
０からなる。ピストンキヤツプは同心円状に分割
されたセラミツクス部片１〜３からなり、セラミ
ツクス部片２〜３はさらに半径方向に四等分され
ている。
ラミツクス部片を金属製ピストン頂部に接合した
本発明のエンジン用ピストンの縦断面図である。
このピストンはジルコニア製ピストンキヤツプ、
チタン製金属体１３、球状黒鉛鋳鉄製ピストン１
０からなる。ピストンキヤツプは同心円状に分割
されたセラミツクス部片１〜３からなり、セラミ
ツクス部片２〜３はさらに半径方向に四等分され
ている。
各セラミツクス部片の分割部の周縁部は応力集
中をさけるため、面取りまたは丸みつけがなされ
ている。セラミツクス部片１〜３の金属製ピスト
ンと相対して接合すべき表面にはMoを主成分と
するメタライズ層（図示せず）が被着されてい
る。セラミツクス部片３がピストン頂部の外周
側、セラミツクス部片１〜２がピストン頂部に設
けられた凹部１１、それぞれチタン製金属体１３
を介して配設され、ろう付けによりピストンに接
合されている。
中をさけるため、面取りまたは丸みつけがなされ
ている。セラミツクス部片１〜３の金属製ピスト
ンと相対して接合すべき表面にはMoを主成分と
するメタライズ層（図示せず）が被着されてい
る。セラミツクス部片３がピストン頂部の外周
側、セラミツクス部片１〜２がピストン頂部に設
けられた凹部１１、それぞれチタン製金属体１３
を介して配設され、ろう付けによりピストンに接
合されている。
このピストンは例えば次のようにして製造する
ことができる。
ことができる。
まず５重量％のY2O3を含む部分安定化ジルコ
ニアセラミツクス（以下PSZと称す）で直径77
mm、中央部高さ11.4mm、縁部高さ6.3mmの円板状
セラミツクス部片１、内径77.8mm、外径113mm、
外周部高さ16.5mm、内周部高さ6.3mmの円環状ブ
ロツクを半径方向に四当分したセラミツクス部片
２、ならびに内径113.2mm、外径138mm、厚さ５mm
の環状円板を半径方向に四等分したセラミツクス
部片３を作製する。
ニアセラミツクス（以下PSZと称す）で直径77
mm、中央部高さ11.4mm、縁部高さ6.3mmの円板状
セラミツクス部片１、内径77.8mm、外径113mm、
外周部高さ16.5mm、内周部高さ6.3mmの円環状ブ
ロツクを半径方向に四当分したセラミツクス部片
２、ならびに内径113.2mm、外径138mm、厚さ５mm
の環状円板を半径方向に四等分したセラミツクス
部片３を作製する。
これら各セラミツクス部片の金属製ピストンと
相対して接合すべき表面の前面に、Mo：80重量
％、Mn：７重量％、Al2O3：３重量％、SiO2：
10重量％からなる組成物を含むペースト状組成物
を膜厚約0.1mmに塗布して乾燥したのち、40℃に
加温した水槽中を通した水素と窒素の混合ガス雰
囲気中で1300℃・10時間加熱する。この加熱によ
り、PSZ表面に塗布した組成物成分と加熱雰囲
気、およびPSZとの反応、該組成物成分の相互反
応、さらには、該組成物成分とPSZ成分との相互
拡散を生ぜしめ、PSZ表面に所定組成のメタライ
ズ層を被着させる。かくして得た各メタライズ部
片上のメタライズ層表面に厚さ約10μmのNiメツ
キを施す。
相対して接合すべき表面の前面に、Mo：80重量
％、Mn：７重量％、Al2O3：３重量％、SiO2：
10重量％からなる組成物を含むペースト状組成物
を膜厚約0.1mmに塗布して乾燥したのち、40℃に
加温した水槽中を通した水素と窒素の混合ガス雰
囲気中で1300℃・10時間加熱する。この加熱によ
り、PSZ表面に塗布した組成物成分と加熱雰囲
気、およびPSZとの反応、該組成物成分の相互反
応、さらには、該組成物成分とPSZ成分との相互
拡散を生ぜしめ、PSZ表面に所定組成のメタライ
ズ層を被着させる。かくして得た各メタライズ部
片上のメタライズ層表面に厚さ約10μmのNiメツ
キを施す。
つぎに直径77mm、厚さ３mmのチタン製円板状金
属体１３と厚さ３mm、内径82mm、外径110mmなら
びに厚さ３mm、内径113.2mm、外径140mmのチタン
製円環状円板を半径方向に四等分した金属体１３
を作製する。また、金属製ピストンの頂部に該金
属体１３とセラミツクス部片１〜３を配設する凹
部１１を加工し、ピストンキヤツプの被接合面に
厚さ約10μmのNiメツキを施す。
属体１３と厚さ３mm、内径82mm、外径110mmなら
びに厚さ３mm、内径113.2mm、外径140mmのチタン
製円環状円板を半径方向に四等分した金属体１３
を作製する。また、金属製ピストンの頂部に該金
属体１３とセラミツクス部片１〜３を配設する凹
部１１を加工し、ピストンキヤツプの被接合面に
厚さ約10μmのNiメツキを施す。
しかるのちに、ピストン頂部にこれらセラミツ
クス部片１〜３と金属体１３を第１図に示すよう
に配設し、金属体１３の両表面と該表面に相対す
るセラミツクス部片１〜３のメタライズ層表面お
よび金属製ピストン頂部の接合面との間に厚さ
0.1mmの銀ろうを配設し、真空中で加熱してろう
付けする。
クス部片１〜３と金属体１３を第１図に示すよう
に配設し、金属体１３の両表面と該表面に相対す
るセラミツクス部片１〜３のメタライズ層表面お
よび金属製ピストン頂部の接合面との間に厚さ
0.1mmの銀ろうを配設し、真空中で加熱してろう
付けする。
さいごに、このピストンの金属部分を加工して
図１に示す形状のピストンとする。このピストン
はシリンダ−内径139.7mm、ストローク119.4mm、
回転数1600rpmの単筒デイーゼルエンジンによる
エンジン試験によつても何ら異常は認められなか
つた。
図１に示す形状のピストンとする。このピストン
はシリンダ−内径139.7mm、ストローク119.4mm、
回転数1600rpmの単筒デイーゼルエンジンによる
エンジン試験によつても何ら異常は認められなか
つた。
第２図はピストンキヤツプを構成するセラミツ
クス部片の一部が、該セラミツクス部片に被着さ
せたメタライズ層を介して金属製ピストンに接合
されるとともに、金属製ピストンに接合されたセ
ラミツクス部片が他のセラミツクス部片を金属製
ピストンに固定している本発明のエンジン用ピス
トンの丈夫平面図（第２図Ａ）とＸ−Ｘ矢視縦断
面図（第２図Ｂ）である。このピストンはジルコ
ニア製ピストンキヤツプと球状黒鉛鋳鉄ピストン
１０からなる。ピストンキヤツプは円形のセラミ
ツクス部片１および円環状のセラミツクス部片４
〜５からなり、セラミツクス部片４〜５はさらに
半径方向に三等分されている。セラミツクス部片
１と５の金属製ピストンと相対して接合すべき表
面にはメタライズ層（図示せず）が被着されてい
る。金属製ピストンの頂部に設けられた凹部１１
に、セラミツクス部片１および高さを該凹部深さ
と同一に加工したセラミツクス部片４が配設さ
れ、セラミツクス部片１はメタライズ層を介して
ピストンに接合されている。セラミツクス部片５
は、セラミツクス部片４の上面とピストン頂部の
両方に接する形でピストン頂部に配設され、メタ
ライズ層を介してピストン頂部に接合されてい
る。セラミツクス部片４はセラミツクス部片１と
５によりピストン頂部に固定されている。
クス部片の一部が、該セラミツクス部片に被着さ
せたメタライズ層を介して金属製ピストンに接合
されるとともに、金属製ピストンに接合されたセ
ラミツクス部片が他のセラミツクス部片を金属製
ピストンに固定している本発明のエンジン用ピス
トンの丈夫平面図（第２図Ａ）とＸ−Ｘ矢視縦断
面図（第２図Ｂ）である。このピストンはジルコ
ニア製ピストンキヤツプと球状黒鉛鋳鉄ピストン
１０からなる。ピストンキヤツプは円形のセラミ
ツクス部片１および円環状のセラミツクス部片４
〜５からなり、セラミツクス部片４〜５はさらに
半径方向に三等分されている。セラミツクス部片
１と５の金属製ピストンと相対して接合すべき表
面にはメタライズ層（図示せず）が被着されてい
る。金属製ピストンの頂部に設けられた凹部１１
に、セラミツクス部片１および高さを該凹部深さ
と同一に加工したセラミツクス部片４が配設さ
れ、セラミツクス部片１はメタライズ層を介して
ピストンに接合されている。セラミツクス部片５
は、セラミツクス部片４の上面とピストン頂部の
両方に接する形でピストン頂部に配設され、メタ
ライズ層を介してピストン頂部に接合されてい
る。セラミツクス部片４はセラミツクス部片１と
５によりピストン頂部に固定されている。
このピストンは例えば次のようにして作ること
ができる。
ができる。
まず、PSZで所定形状のセラミツクス部片１，
４，５を製造する。この場合に各セラミツクス部
片の分割面の間になるべく隙間ができないように
加工する。その後セラミツクス部片１，５のピス
トン頂部と相対して接合すべき表面に前記方法で
メタライズ層を被着させ、該メタライズ層表面に
Niメツキを施す。つぎに、球状黒鉛鋳鉄製ピス
トン頂部にセラミツクス部片１と４を配設するた
めの所定寸法の凹部１１を加工し、ピストン頂部
のセラミツクス部片との接合面にNiメツキを施
す。
４，５を製造する。この場合に各セラミツクス部
片の分割面の間になるべく隙間ができないように
加工する。その後セラミツクス部片１，５のピス
トン頂部と相対して接合すべき表面に前記方法で
メタライズ層を被着させ、該メタライズ層表面に
Niメツキを施す。つぎに、球状黒鉛鋳鉄製ピス
トン頂部にセラミツクス部片１と４を配設するた
めの所定寸法の凹部１１を加工し、ピストン頂部
のセラミツクス部片との接合面にNiメツキを施
す。
しかるのちに、ピストン頂部にこれらセラミツ
クス部片を第２図Ａに示すように配置し、各セラ
ミツクス部片のメタライズ層表面と該表面に相対
するピストン頂部接合面をろう付けにより接合す
る。さいごに、このピストンの金属部分に必要な
加工を行つて第２図Ｂに示す形状のピストンとす
る。
クス部片を第２図Ａに示すように配置し、各セラ
ミツクス部片のメタライズ層表面と該表面に相対
するピストン頂部接合面をろう付けにより接合す
る。さいごに、このピストンの金属部分に必要な
加工を行つて第２図Ｂに示す形状のピストンとす
る。
第３図はピストンキヤツプを構成するセラミツ
クス部片のうち、メタライズ層を介して金属製ピ
ストンに接合されていないセラミツクス部片が嵌
合によりピストンに固定されている本発明のエン
ジン用ピストンの縦断面図である。
クス部片のうち、メタライズ層を介して金属製ピ
ストンに接合されていないセラミツクス部片が嵌
合によりピストンに固定されている本発明のエン
ジン用ピストンの縦断面図である。
このピストンはジルコニア製のセラミツクス部
片１と３、窒化珪素製のセラミツクス部片６から
なるピストンキヤツプと球状黒鉛鋳鉄製ピストン
からなる。セラミツクス部片３は半径方向に３等
分されている。セラミツクス部片１と３のピスト
ンと相対して接合すべき表面にはメタライズ層
（図示せず）が被着されている。
片１と３、窒化珪素製のセラミツクス部片６から
なるピストンキヤツプと球状黒鉛鋳鉄製ピストン
からなる。セラミツクス部片３は半径方向に３等
分されている。セラミツクス部片１と３のピスト
ンと相対して接合すべき表面にはメタライズ層
（図示せず）が被着されている。
ピストン１０の頂部にはセラミツクス部片１と
６を配設するため凹部１１が形成され、該凹部１
１にはセラミツクス部片６は嵌合するための溝１
２が設けられている。
６を配設するため凹部１１が形成され、該凹部１
１にはセラミツクス部片６は嵌合するための溝１
２が設けられている。
ピストン頂部には、セラミツクス部片１と３が
各セラミツクス部片に被着されているメタライズ
層を介して接合されており、セラミツクス部片６
が溝１２に嵌合されている。
各セラミツクス部片に被着されているメタライズ
層を介して接合されており、セラミツクス部片６
が溝１２に嵌合されている。
このピストンは例えば次のようにして作ること
ができる。
ができる。
まず、PSZで所定形状のセラミツクス部片１と
３を、窒化珪素で所定形状のセラミツクス部片６
を製造する。この場合に各セラミツクス部片は、
これらセラミツクス部片でピストンキヤツプを組
立てた場合に、各分割面が互いに密着するように
加工する。
３を、窒化珪素で所定形状のセラミツクス部片６
を製造する。この場合に各セラミツクス部片は、
これらセラミツクス部片でピストンキヤツプを組
立てた場合に、各分割面が互いに密着するように
加工する。
その後、セラミツクス部片１と３のピストン頂
部と相対して接合すべき表面に前記方法でメタラ
イズ層を被着させ、該メタライズ層表面にNiメ
ツキを施す。しかるのちにピストン頂部の所定位
置にセラミツクス部片１と３を配設し、各セラミ
ツクス部片のメタライズ層表面と該表面に相対す
るピストン頂部接合面をろう付けで接合する。
部と相対して接合すべき表面に前記方法でメタラ
イズ層を被着させ、該メタライズ層表面にNiメ
ツキを施す。しかるのちにピストン頂部の所定位
置にセラミツクス部片１と３を配設し、各セラミ
ツクス部片のメタライズ層表面と該表面に相対す
るピストン頂部接合面をろう付けで接合する。
さいごに、セラミツクス部片６を液体窒素中で
冷却後室温に保持したピストンの溝にセラミツク
ス部片６の凸部１４を嵌合して固定する。ピスト
ン金属部分の加工はセラミツクス部片６の嵌合前
あるいは嵌合後のいずれで行つてもよい。
冷却後室温に保持したピストンの溝にセラミツク
ス部片６の凸部１４を嵌合して固定する。ピスト
ン金属部分の加工はセラミツクス部片６の嵌合前
あるいは嵌合後のいずれで行つてもよい。
このピストンではセラミツクス部片１と６が相
互に密着した状態で固定されているので、エンジ
ンが作動し、各セラミツクス部片の温度が上昇す
ると、セラミツクス部片１の外径の増加がセラミ
ツクス部片の内径の増加より大きくなり、セラミ
ツクス部片６がピストン頂部上の凹部１１の側面
に押し付けられ、セラミツクス部片６の抜けが防
止される。
互に密着した状態で固定されているので、エンジ
ンが作動し、各セラミツクス部片の温度が上昇す
ると、セラミツクス部片１の外径の増加がセラミ
ツクス部片の内径の増加より大きくなり、セラミ
ツクス部片６がピストン頂部上の凹部１１の側面
に押し付けられ、セラミツクス部片６の抜けが防
止される。
以上述べたことから明らかなとおり、本発明の
エンジン用ピストンは金属製ピストンの頂部に固
着したピストンキヤツプが複数のセラミツクス部
片からなるので、高温の燃焼ガスにさらされるピ
ストンキヤツプ表面と金属製ピストンに接するピ
ストンキヤツプ底面の間に大きな温度差が生じて
も発生する熱応力が小さく、ピストンキヤツプの
該熱応力による破壊が起らない。
エンジン用ピストンは金属製ピストンの頂部に固
着したピストンキヤツプが複数のセラミツクス部
片からなるので、高温の燃焼ガスにさらされるピ
ストンキヤツプ表面と金属製ピストンに接するピ
ストンキヤツプ底面の間に大きな温度差が生じて
も発生する熱応力が小さく、ピストンキヤツプの
該熱応力による破壊が起らない。
また、本発明のエンジン用ピストンはピストン
キヤツプを複数のセラミツクス部片で構成し、各
セラミツクス部片と金属製ピストンとの接合面積
を小さくするとともに、接合場所により、該接合
面積の大きさを変化させるので、接合によるセラ
ミツクス部片の破壊や接合面の剥離が起らない。
キヤツプを複数のセラミツクス部片で構成し、各
セラミツクス部片と金属製ピストンとの接合面積
を小さくするとともに、接合場所により、該接合
面積の大きさを変化させるので、接合によるセラ
ミツクス部片の破壊や接合面の剥離が起らない。
さらにまた、本発明のエンジン用ピストンで
は、ピストンキヤツプを構成する各セラミツクス
部片は寸法が小さく、形状が単純なため、セラミ
ツクス部片の厚さを大きくしても熱応力でセラミ
ツクス部片が破壊しないので、金属製ピストンの
耐熱性をあげることなく、エンジンの燃焼温度を
上昇させることができる。
は、ピストンキヤツプを構成する各セラミツクス
部片は寸法が小さく、形状が単純なため、セラミ
ツクス部片の厚さを大きくしても熱応力でセラミ
ツクス部片が破壊しないので、金属製ピストンの
耐熱性をあげることなく、エンジンの燃焼温度を
上昇させることができる。
このように本発明のエンジン用ピストンは、セ
ラミツクスの断熱性、耐熱性、耐食性などの特長
を生かして、断熱性あるいは耐熱性にすぐれたエ
ンジン用ピストンとすることができる。
ラミツクスの断熱性、耐熱性、耐食性などの特長
を生かして、断熱性あるいは耐熱性にすぐれたエ
ンジン用ピストンとすることができる。
第１図は本発明のエンジン用ピストンの一具体
例の構造の縦断面図を示す説明図である。第２図
は本発明のエンジン用ピストンの他の具体例の構
造の上部平面図ＡとＸ−Ｘ矢視縦断面図Ｂであ
る。第３図は本発明のエンジン用ピストンのさら
に別の一具体例の構造の縦断面図を示す説明図で
ある。 １……セラミツクス部片、２……セラミツクス
部片、３……セラミツクス部片、４……セラミツ
クス部片、５……セラミツクス部片、６……セラ
ミツクス部片、１０……金属製ピストン、１１…
…金属製ピストン頂部の凹部、１２……セラミツ
クス部片嵌合用溝部、１３……金属体、１４……
セラミツクス部片上の凸部。
例の構造の縦断面図を示す説明図である。第２図
は本発明のエンジン用ピストンの他の具体例の構
造の上部平面図ＡとＸ−Ｘ矢視縦断面図Ｂであ
る。第３図は本発明のエンジン用ピストンのさら
に別の一具体例の構造の縦断面図を示す説明図で
ある。 １……セラミツクス部片、２……セラミツクス
部片、３……セラミツクス部片、４……セラミツ
クス部片、５……セラミツクス部片、６……セラ
ミツクス部片、１０……金属製ピストン、１１…
…金属製ピストン頂部の凹部、１２……セラミツ
クス部片嵌合用溝部、１３……金属体、１４……
セラミツクス部片上の凸部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 金属製ピストンの頂部に一種以上のセラミツ
クス材料からなる複数のセラミツク部片で構成さ
れるピストンキヤツプが固定されている構造のエ
ンジン用ピストンにおいて、該ピストンキヤツプ
の表面のうち高温の燃焼ガスと接触する面が複数
のセラミツクス部片で構成されるとともに、これ
らのセラミツクス部片と金属製ピストンが、ピス
トン頂部中央部に位置するセラミツクス部片と金
属ピストンとの接合面積が残りのセラミツクス部
片と金属製ピストンとの接合面積より大きくなる
ように、これらセラミツクス部片に被着されたメ
タライズ層および該メタライズ層に被着された金
属メツキ層を介してろう付けあるいは拡散接合の
何れかにより接合されていることを特徴とするエ
ンジン用ピストン。 ２ メタライズ層および該メタライズ層に被着さ
れた金属メツキ層を介して金属製ピストンに接合
されているセラミツクス部片が他のセラミツクス
部片を金属製ピストンに固定している特許請求の
範囲第１項記載のエンジン用ピストン。 ３ メタライズ層および該メタライズ層に被着さ
れた金属メツキ層を介して金属製ピストンに接合
されていない少なくとも一つのセラミツクス部片
が金属製ピストンに嵌合により固定されている特
許請求の範囲第１項記載のエンジン用ピストン。 ４ メタライズ層に被着された金属メツキ層と金
属製ピストンの間に、メタライズ層が被着されて
いるセラミツクス部片の熱膨張係数と同等または
それ以下の熱膨張係数を有する金属体が設けられ
ている特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
れかに記載のエンジン用ピストン。 ５ セラミツクス部片がジルコニア、アルミナ、
窒化珪素、炭化珪素およびサイアロンよりなる群
から選ばれた少なくとも一種である特許請求の範
囲第１項ないし第４項のいずれかに記載のエンジ
ン用ピストン。 ６ 金属製ピストンの頂部に一種以上のセラミツ
クス材料からなる複数のセラミツクス部片で構成
されるピストンキヤツプが固定されている構造の
エンジン用ピストンの製造法において、該ピスト
ンキヤツプの表面のうち高温の燃焼ガスと接触す
る面を複数の部片で構成するように作製したセラ
ミツクス部片のうち一つ以上のセラミツクス部片
の金属製ピストンと相対して接合すべき表面にメ
タライズ層を被着させ、さらに該メタライズ層表
面に金属メツキを被着させたのち、金属製ピスト
ン頂部に設けた凹部に該セラミツクス部片を配設
し、該セラミツクス部片と金属ピストンをピスト
ン頂部中央部に位置するセラミツクス部片とピス
トンとの接合面積が他のセラミツクス部片とピス
トンとの接合面積より大きくなるように、これら
セラミツクス部片上のメタライズ層および該メタ
ライズ層に被着された金属メツキ層を介して、ろ
う付けあるいは拡散接合の何れかで接合すること
を特徴とするエンジン用ピストンの製造法。 ７ 金属ピストンに接合されているセラミツクス
部片で他のセラミツクス部片を金属製のピストン
に固定する特許請求の範囲第６項記載のエンジン
用ピストンの製造法。 ８ ピストンキヤツプを構成するセラミツクス部
片のうち、金属製ピストンに接合されていない少
なくとも一つのセラミツクス部片を金属製ピスト
ンに嵌合により固定する特許請求の範囲第６項記
載のエンジン用ピストンの製造法。 ９ メタライズ層に被着させた金属メツキ層と金
属製ピストンとの間に、メタライズ層を被着させ
たセラミツクス部片の熱膨張係数と同等またはそ
れ以下の熱膨張係数を有する金属体を設ける特許
請求の範囲第６項ないし第８項のいずれかに記載
のエンジン用ピストンの製造法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59046653A JPS60190651A (ja) | 1984-03-12 | 1984-03-12 | エンジン用ピストンおよびその製造法 |
| US06/708,397 US4648308A (en) | 1984-03-12 | 1985-03-05 | Internal combustion engine piston and a method of producing the same |
| DE8585301649T DE3581420D1 (de) | 1984-03-12 | 1985-03-11 | Brennkraftmaschinenkolben und verfahren zu seiner herstellung. |
| CA000476198A CA1247475A (en) | 1984-03-12 | 1985-03-11 | Internal combustion engine piston and a method of producing the same |
| EP85301649A EP0155160B1 (en) | 1984-03-12 | 1985-03-11 | An internal combustion engine piston and a method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59046653A JPS60190651A (ja) | 1984-03-12 | 1984-03-12 | エンジン用ピストンおよびその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60190651A JPS60190651A (ja) | 1985-09-28 |
| JPH0454825B2 true JPH0454825B2 (ja) | 1992-09-01 |
Family
ID=12753272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59046653A Granted JPS60190651A (ja) | 1984-03-12 | 1984-03-12 | エンジン用ピストンおよびその製造法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4648308A (ja) |
| EP (1) | EP0155160B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60190651A (ja) |
| CA (1) | CA1247475A (ja) |
| DE (1) | DE3581420D1 (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60190650A (ja) * | 1984-03-13 | 1985-09-28 | Ngk Insulators Ltd | エンジン用ピストンおよびその製造法 |
| JPS6335464A (ja) * | 1985-12-11 | 1988-02-16 | 日本碍子株式会社 | セラミック製部材と金属製部材の結合法 |
| GB8622538D0 (en) * | 1986-09-18 | 1986-10-22 | Ae Plc | Pistons |
| JPS63251127A (ja) * | 1987-04-06 | 1988-10-18 | Ngk Insulators Ltd | セラミック製部材と金属製部材の結合方法 |
| US4848291A (en) * | 1987-05-30 | 1989-07-18 | Isuzu Motors Limited | Heat-insulating piston structure |
| JPH0219598Y2 (ja) * | 1987-05-30 | 1990-05-30 | ||
| US5042364A (en) * | 1988-05-31 | 1991-08-27 | Atsugi Motor Parts Company, Limited | Piston structure for internal combustion engine |
| JPH02104950A (ja) * | 1988-10-14 | 1990-04-17 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関のピストン |
| US4847964B1 (en) * | 1988-10-21 | 2000-05-09 | Caterpillar Inc | Method of producing a crown for an articulated piston |
| KR900006661A (ko) * | 1988-10-25 | 1990-05-08 | 고하라 도시히토 | 시래믹스-금속의 마찰 압접체 및 그것으로 이루어지는 시래믹스 따로 만들어 붙임 피스턴 |
| JPH0668258B2 (ja) * | 1989-09-13 | 1994-08-31 | いすゞ自動車株式会社 | 断熱ピストンの構造 |
| CA2030404A1 (en) | 1989-11-27 | 1991-05-28 | Robert W. Horst | Microinstruction sequencer |
| DE4016723A1 (de) * | 1990-05-24 | 1991-11-28 | Kolbenschmidt Ag | Kolben-pleuel-anordnung |
| DE19829384A1 (de) * | 1998-07-01 | 2000-01-05 | Man Nutzfahrzeuge Ag | Kolben für eine Diesel-Brennkraftmaschine |
| JP3458849B2 (ja) * | 2001-08-03 | 2003-10-20 | 株式会社日立製作所 | コバルト基合金およびこの合金を用いた弁，原子炉プラント |
| JP4375359B2 (ja) * | 2006-05-24 | 2009-12-02 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関のピストン |
| BRPI0821737A8 (pt) * | 2007-12-21 | 2018-12-18 | Green Prtners Tech Holdings Gmbh | sistemas de turbina a gás de ciclo aberto e fechado e semi-fechado para geração de energia e de turbina de expansão e compressor de pistão fechado, turbocompressor e métodos de produção de energia com turbina de gás de ciclo aberto, de compressão de gás de operação em turbocompressor e de operação de sistema de motor |
| JP2011225407A (ja) * | 2010-04-22 | 2011-11-10 | Toyota Motor Corp | 多孔質断熱部材およびこれを備えた内燃機関 |
| US20130269666A1 (en) * | 2011-08-12 | 2013-10-17 | Mcalister Technologies, Llc | Combustion chamber inserts and associated methods of use and manufacture |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5460306A (en) * | 1977-10-20 | 1979-05-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method of making composite structure |
| DE2821506A1 (de) * | 1978-05-17 | 1979-11-22 | Rudolf Dr Wieser | Verbrennungsraum fuer kolbenhubmotor |
| GB2092709B (en) * | 1981-02-07 | 1984-05-31 | Ae Plc | Securing piston crown |
| JPS5848327A (ja) * | 1981-09-16 | 1983-03-22 | オムロン株式会社 | リレ− |
| JPS606910B2 (ja) * | 1981-12-09 | 1985-02-21 | 日本碍子株式会社 | 金属セラミツクス接合体 |
| DE3214093C2 (de) * | 1982-04-16 | 1985-08-08 | Alcan Aluminiumwerk Nürnberg GmbH, 6000 Frankfurt | Kolben für Verbrennungskraftmaschinen mit einem in einer brennraumnahen Kolbenkopfvertiefung angeordneten Einsatz |
| JPS5874853A (ja) * | 1982-10-13 | 1983-05-06 | Toshiba Corp | ピストンヘツド |
| EP0109814B1 (en) * | 1982-11-17 | 1988-02-03 | Ae Plc | Joining silicon nitride to metals |
| JPS59101566A (ja) * | 1982-12-03 | 1984-06-12 | Ngk Insulators Ltd | エンジン部品 |
| JPS59155551A (ja) * | 1983-02-25 | 1984-09-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | セラミツクス組込型エンジンピストン及びその製造方法 |
-
1984
- 1984-03-12 JP JP59046653A patent/JPS60190651A/ja active Granted
-
1985
- 1985-03-05 US US06/708,397 patent/US4648308A/en not_active Expired - Fee Related
- 1985-03-11 CA CA000476198A patent/CA1247475A/en not_active Expired
- 1985-03-11 EP EP85301649A patent/EP0155160B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-03-11 DE DE8585301649T patent/DE3581420D1/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0155160B1 (en) | 1991-01-23 |
| US4648308A (en) | 1987-03-10 |
| DE3581420D1 (de) | 1991-02-28 |
| EP0155160A2 (en) | 1985-09-18 |
| JPS60190651A (ja) | 1985-09-28 |
| EP0155160A3 (en) | 1986-12-30 |
| CA1247475A (en) | 1988-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0454825B2 (ja) | ||
| JPS60180969A (ja) | エンジン部品およびその製造法 | |
| JPH0131030B2 (ja) | ||
| JPS62104696A (ja) | 金属セラミツクス接合体およびそれを使用してなる金属セラミツクス結合体 | |
| JPH0516382B2 (ja) | ||
| EP0530854B1 (en) | Metal-ceramic composite bodies | |
| JPH0250173B2 (ja) | ||
| JPH0457861B2 (ja) | ||
| US4959258A (en) | Joined metal-ceramic assembly method of preparing the same | |
| US4865896A (en) | Composite joined bodies including an intermediate member having a honeycomb structure | |
| JPS60141681A (ja) | 接合用セラミツクス部材及びその接合方法 | |
| EP0204276B1 (en) | Components for engines and production therefor | |
| JPH063171B2 (ja) | セラミックスー金属の摩擦圧接体およびそれから成るセラミックス鋳ぐるみピストン | |
| JPH0633725B2 (ja) | エンジン部品およびその製造法 | |
| JPS60204676A (ja) | ジルコニア−金属複合体 | |
| JPH0350103B2 (ja) | ||
| JP2542044B2 (ja) | 金属・セラミックス接合体 | |
| JP2538989B2 (ja) | 金属・セラミックス接合体 | |
| JPH0133655B2 (ja) | ||
| JP2572803B2 (ja) | 金属・セラミックス接合体 | |
| JPH05864A (ja) | エンジン部品 | |
| JPH0243704B2 (ja) | Seramitsukusutokinzokutonosetsugohoho | |
| JPS6216184B2 (ja) | ||
| JPS6077181A (ja) | セラミツクス−金属接合体 | |
| JPH0371391B2 (ja) |