JPH0475758A - セラミックス部品の鋳ぐるみ方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、セラミックス部品を鋳型内に配置し金属によ
り鋳ぐるむセラミックス部品の鋳ぐるみ方法に関りる。

［従来の技術］ 車両のエンジン等において、出力の向上や燃費の向上等
の高性能化を図るために、稀薄燃焼システムの採用、排
気エネルギの効率的利用等の研究開発が活発に行われて
いる。ぞしてそれに伴い排気温度が更に上昇する傾向に
あるため、断熱性及び耐熱性が高いセラミックスを使用
することが検討されている。セラミックスを使うことに
より各部品の信頼性の向上及び熱負荷の低減を図ること
ができる。したがってレシプロエンジンの１キシ−スト
ボー１＝、■キゾース！−マニホールド等の排気系部品
にチタン酸アルミニウム、コージエライト等のセラミッ
クスを適用する検討が行われ、部実用化もなされている
。

そしてこのようにセラミックスを応用する場合には、セ
ラミックス自体の強度及び靭性が低いため、実用上は外
壁部を金属で形成することが不可欠である。このにうに
外壁部を金属で被覆するｈ法としては、所望の形状に形
成されたセラミックス部品を鋳型内に配置しその外部に
溶湯を注湯することにより鋳ぐるむ方法が採用されてい
る。

例えば特開平１−３１７６７７号公報には、金属とセラ
ミックスとの収縮その差を利用して焼ばめ状態とし、金
属との結合力を一層向上させた鋳ぐるみ体が開示されて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ 例えば筒体等の中空セラミックス部品に：おいては、鋳
くるむ場合に金属としラミックスとの熱膨張係数の差か
人きいことから、金属が凝固する際に薄肉のセラミック
ス体か圧縮されることｋより亀裂や割れが発生する場合
がある。このような不具合を防止するためには、例えば
セラミックス体の密度を低くづることにより金属の収縮
の応力を吸収する方法が考えられる９、シかしながら■
キゾーストマニボールト′：等に使用した場合１は、内
周表面に金属の酸化粒子等が衝突するために、密度が低
いとセラミックス部品の破壊が生じる恐れがある。

また近年セラミックス部品と金属との間に、応力緩和層
を設ける方法も検討されている。例えば特願昭６３−２
１１９８８号公報には、金属テープにより応力緩和層を
形成することが開示されている。しかしながらセラミッ
クス部品の形状が複雑な場合等には、金属テープが浮い
たりして応力緩和層を設（プることが困難となる場合か
ある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
エキゾーストマニホールド等に用いた場合にも使用に耐
え得る高密度とするとともに、鋳ぐるみ時の亀裂及び割
れを防止することを目的どする。

「課題を解決するための手段］ 上記課題を解決する本発明のセラミックス部品の鋳ぐる
み方法は、セラミックス粉末濃度の異なる２種類の成形
材料を用い、密度が高い高密度部と高密度部の外側に一
体的（被覆され高密度部より密度が低い低密度部とより
なる成形体を成形リ−る成形工程と、 成形体を焼成してセラミックス部品を形成する焼成工程
と、 低密度部から形成されたセラミックス部品の表層に微細
な亀裂を形成する加工工程と、セラミックス部品を鋳型
内に配置ｊノセラミックス部品の周囲に金属溶湯を注湯
ｊ）で一体成形する鋳ぐるみ工程と、よりなることを特
徴とする。

本発明の一つの特徴は、セラミックス部品を二層構造と
したところにある。ずなわち成形工程では密度が高い高
密度部と、高密度部の外側に密度が低い低密度部とより
なる成形体を形成する。ここで高密度部及び低密度部は
、セラミックス粉末濃度の異なる２種類の成形材料によ
り形成することができる。この成形方法どしては、セラ
ミックス成形体の成形に用いられる成形方法のいずれも
用いることができるが、泥漿鋳込み成形にＪ：るのが特
に便利である。この場合、まずセラミックス粉末濃度の
低いスリップを成形型内に注入し、４肉させて低密度部
を形成する。そ（）て肴肉部以外のスリップを排泥後、
セラミックス粉末濃度の高いスリップを型内に注入し、
低密度部の内側に４肉させる。ぞして排泥することによ
り外側（Ｃ密度の低い低密度部、その内側に密度の高い
高密度部よりなる中空状成形体が形成される。

焼成工程は、得られた成形体を焼成してセラミックス部
品を形成する工程である。この焼成方法は従来と同様に
行うことができる。

本発明の第２の特徴は次の加工工程にある。すなわち加
工工程では、セラミックス部品の外周表面に位置する低
密度部の表面に微細な亀裂を形成させる。この亀裂は機
械的な加工により形成してもよいし、焼成条件を変更す
ることにより焼成時に自動的に亀裂が生じるように構成
することもできる。この亀裂の長さは、数μｍから数ｍ
ｍ程度が好ましい。またこの亀裂はセラミックス部品表
面全体（形成することが望ましい。

鋳ぐるみ工程は、セラミックス部品を鋳型内に配置し金
属溶湯を注湯して一体的に成形する工程であり、従来と
同様に行なうことができる。

なお本発明に用いられるセラミックス粉末としては、従
来用いられているセラミックス粉末のいずれも用いるこ
とができる。また鋳ぐるみに用いられる金属も特に制限
されない。

Ｆ発明の作用及び効采つ 本発明の１ラミックス部品の鋳ぐるみ方法では、１Ｚラ
ミックス部品の表面層が低密度部で形成され、かつ表面
に微細な亀裂が形成されている。この６ようなセラミッ
クス部品を鋳型内に配置して鋳ぐるみを行うと、セラミ
ックス部品の外側に注湯された溶湯が凝固する（：伴い
収縮応力が発生する。ここで亀ｖ４が形成された部分は
低密度であるために変形が容易である。したがって圧縮
の応力により亀裂が閉じるよう（Ｃ変形して熱収縮率の
差に伴う収縮応力を吸収する。これにより内部の高密度
部には収縮応力が作用づ−るのが防止され、内部の高密
度部に亀裂やｖｌれが生じるのが防止される。。

１７たがって本発明の鋳ぐるみ方法によれば、高密度部
に応力が作用するのが防止されているため、高密度部の
亀裂やｖｌれを確実に防止することができる。また高密
度部の変形がほとｌνどないのて、セラミックス部品の
精度が向上する。ざら１中空体とし・で形成した場合に
は、内周表面が高密度部から形成されているため高強度
であり、エキシス１−マニホールドに使用した場合等に
問題となる金属の酸化物粒子等の紛失による破壊も防止
η−ることかできる。そして従来の応力緩和層を設ける
方法とは異なり、セラミックス部品の形状か複雑であっ
ても工程上の問題が少ない。

［実施例］ 以下実施例により具体的に説明する。

（成形工程） チタン酸アルミニウム粉末と、解膠剤としてポリカルボ
ン酸プ１ンモニウムをボールミルで混合（）、蒸溜水を
加えて濃度が７０重醋％のスリップを作製する。第４図
に示すように、このスリップ１００を５青かうなる所望
の形状の石片型１０１へ流し込み、着肉させて余分なス
リップを排泥して低密度部を成形する。

次にチタン酸アルミニウム粉末とポリカルボン酸アンモ
ニウムとを同様にボールミルで混合し、蒸溜水を加えて
濃度が８０重醋％のスリップを作製する。そしてこのス
リップを先に製作した成形体の内側へ流し込み、着肉さ
せて余分なスリップを排泥し高密度部を形成する。

（焼成工程） 冑られた成形体の密度は、低密面部が２．ＯＱ／ｃｍ）
であり、高密度部が２．５０／ｃｍｌてあった。次に得
られた成形体を乾燥、収縮させ、ｂ前型１０１から取り
出し１芒後、第５図に示すように電気炉１０３にて１５
００℃の温度で４時間焼成ｊ、Ｔ、筒状のセラミックス
部品１を形成する。

（加工工程） 次（［このセラミックス部品１に、高密度部１１が破壊
しない程度の外力を、ローラで転がすことにより加えて
低密度部１０の外周表面にマクｌ］な亀裂１２を発生さ
せた。その断面図を第３図に示−リ−９ （鋳ぐるみ工程） 第６図に示り−よう（、二、低密度部１０に亀裂′１２
をもつセラミックス部品１を鋳型１０４内に配置し、注
湯具１０５から低密度部１０周囲にアルミニウム合金溶
湯１０６を注湯して鋳ぐるみ成形を行う。

この時金属２が冷却・収縮する過程において、セラミッ
クス部品１には外周から圧縮応力が加わる。すると低密
度部１０が亀裂１２が閉じるように変形することで外径
が縮小し、圧縮応力が吸収される。また低密度部１０の
外周表面では亀裂１２が大きく開口し７ており、亀裂の
ない部分に対して強度が低い。したがってこのような部
分ては金属２が収縮１）易いため、収縮の力で低密度部
１０が変形して凹部１２ａが生じる。金属２の収縮応力
は四部１２ａでは高くなるが、その分他の平面部分では
低下するので、平向部分への応力が低減されることによ
り直径の縮小を低減することができる。

得られた鋳ぐるみ成形体は、第１図及び第２図に示すよ
うに、セラミックス部品１と金属２どからなる筒形状で
あり、セラミックス部品１の内周面を形成する高密度部
１１表面（、、：は亀裂は生じていなかった。また鋳ぐ
るみ工程前後のセラミックス部品１の内径の収縮率は０
．２％と極めて小さかった。ちなみに亀裂１２を形成し
なかったこと以外は同様に形成したセラミックス部品で
は、内径の収縮率は約１％Ｃあり、亀裂１２を形成する
ことｋより収縮率が約１７・５となって寸法精度が格段
（向上している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の鋳ぐるみ方法で形成された
鋳ぐるみ成形体の横断面図、第２図は鋳ぐるみ成形体の
縦断面図の一部、第３図はセラミックス部品の縦断面図
の一部である。第４図、第５図及び第６図はそれぞれ本
発明の一実施例の鋳ぐるみ方法を説明する説明図である
。 １・・・セラミックス部品　　２・・・金属１０・・・
低密度部　　　　　１１・・・高密度部１２・・・亀裂 特許出願人　　１−ヨタ自動車株式会社代理人　　　弁
理士　　　大川　宏 第２図 １１′ ９９：ｉ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス粉末濃度の異なる２種類の成形材料
   を用い、密度が高い高密度部と該高密度部の外側に一体
   的に被覆され該高密度部より密度が低い低密度部とより
   なる成形体を成形する成形工程と、 該成形体を焼成してセラミックス部品を形成する焼成工
   程と、 該低密度部から形成された該セラミックス部品の表層に
   微細な亀裂を形成する加工工程と、該セラミックス部品
   を鋳型内に配置し該セラミックス部品の周囲に金属溶湯
   を注湯して一体成形する鋳ぐるみ工程と、よりなること
   を特徴とするセラミックス部品の鋳ぐるみ方法。