JPH0533722A - セラミツク鋳ぐるみピストン及びその製造方法 - Google Patents
セラミツク鋳ぐるみピストン及びその製造方法Info
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- JPH0533722A JPH0533722A JP3208583A JP20858391A JPH0533722A JP H0533722 A JPH0533722 A JP H0533722A JP 3208583 A JP3208583 A JP 3208583A JP 20858391 A JP20858391 A JP 20858391A JP H0533722 A JPH0533722 A JP H0533722A
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- 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
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 セラミックピストンヘッド部１を溶湯金属２
で鋳ぐるむにあたり、セラミックス部上面より金属部を
上方に突出させて鋳造し、突出金属部のみをセラミック
ス部の高さに合致するまで機械加工することにより、セ
ラミックス部の機械加工を不要にし、しかもセラミック
ス部と金属部の間に隙間がなく、上面が平面であるセラ
ミック鋳ぐるみピストンである。また、セラミックピス
トンヘッド部上面の内周部を除いた外周部と金属部を上
方に突出させて鋳造することもできる。 【効果】 鋳ぐるみ金属上面とセラミックス部上面とが
同一平面を形成し、それらの境界部に隙間がなく、また
セラミックス部上面のマイクロクラックが発生せず、熱
処理の要なく、しかも結合性良好な鋳ぐるみピストンを
得ることができる。
で鋳ぐるむにあたり、セラミックス部上面より金属部を
上方に突出させて鋳造し、突出金属部のみをセラミック
ス部の高さに合致するまで機械加工することにより、セ
ラミックス部の機械加工を不要にし、しかもセラミック
ス部と金属部の間に隙間がなく、上面が平面であるセラ
ミック鋳ぐるみピストンである。また、セラミックピス
トンヘッド部上面の内周部を除いた外周部と金属部を上
方に突出させて鋳造することもできる。 【効果】 鋳ぐるみ金属上面とセラミックス部上面とが
同一平面を形成し、それらの境界部に隙間がなく、また
セラミックス部上面のマイクロクラックが発生せず、熱
処理の要なく、しかも結合性良好な鋳ぐるみピストンを
得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用のセラミッ
ク鋳ぐるみピストンとその製造方法に関する。
ク鋳ぐるみピストンとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属は強度は高いが耐熱性が低く、セラ
ミックスは耐熱性は高いが強度が低く脆いので、苛酷な
条件が課される内燃機関用のピストンヘッドのような、
強度と耐熱性が共に求められる部材には、セラミックス
と金属の複合構造が適用されるようになってきた。これ
らの複合構造を得る方法の一つとして鋳ぐるみ方法があ
る。例えば、ピストンヘッド部を窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）
などのセラミックスで構成してなるピストンは、燃焼効
率を高め、排出ガス対策、出力向上等の点で有効であ
り、そのピストンを構成するセラミックスと金属の接合
方法として鋳ぐるみは安価で有効な方法である。
ミックスは耐熱性は高いが強度が低く脆いので、苛酷な
条件が課される内燃機関用のピストンヘッドのような、
強度と耐熱性が共に求められる部材には、セラミックス
と金属の複合構造が適用されるようになってきた。これ
らの複合構造を得る方法の一つとして鋳ぐるみ方法があ
る。例えば、ピストンヘッド部を窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）
などのセラミックスで構成してなるピストンは、燃焼効
率を高め、排出ガス対策、出力向上等の点で有効であ
り、そのピストンを構成するセラミックスと金属の接合
方法として鋳ぐるみは安価で有効な方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな鋳ぐるみ方法については、本発明者が鋭意検討を行
ったところ、次のような問題があることがわかってき
た。 （１）セラミックピストンヘッド部を鋳ぐるむ外周部金
属の上面が、凹部または凸部を形成しセラミックス部分
と同一平面を保持しない構造の場合には、エンジン性能
を著しく低下させる原因となる。
うな鋳ぐるみ方法については、本発明者が鋭意検討を行
ったところ、次のような問題があることがわかってき
た。 （１）セラミックピストンヘッド部を鋳ぐるむ外周部金
属の上面が、凹部または凸部を形成しセラミックス部分
と同一平面を保持しない構造の場合には、エンジン性能
を著しく低下させる原因となる。
【０００４】（２）鋳造時にセラミックス部分と金属部
分の高さが同一になるように鋳ぐるむと、セラミックス
部と金属部の境界部に溶湯金属の表面張力によるくぼみ
が生じ、凹部が発生する。また、収縮により金属部が外
側方向へ変形してセラミックス部と金属部の間に隙間が
発生するおそれがある。図５はこの隙間の発生状況を示
しており、セラミックピストンヘッド部１が金属２によ
り鋳ぐるまれ、その境界部に隙間（凹部）５１が発生す
るのである。この隙間５１は金属収縮により増幅される
おそれがある。
分の高さが同一になるように鋳ぐるむと、セラミックス
部と金属部の境界部に溶湯金属の表面張力によるくぼみ
が生じ、凹部が発生する。また、収縮により金属部が外
側方向へ変形してセラミックス部と金属部の間に隙間が
発生するおそれがある。図５はこの隙間の発生状況を示
しており、セラミックピストンヘッド部１が金属２によ
り鋳ぐるまれ、その境界部に隙間（凹部）５１が発生す
るのである。この隙間５１は金属収縮により増幅される
おそれがある。
【０００５】（３）セラミックス部と金属部の間の隙間
を回避するために、セラミックス部及び金属部上面に余
肉を設けて鋳造後、セラミックス部と金属部の余肉部分
を機械加工により除去し仕上げて隙間の存在を回避させ
ることが考えられるが、この場合には、セラミック機械
加工面にマイクロクラックが発生する可能性が高くな
る。特に、直噴ディーゼルエンジンのように燃焼室を有
するピストンヘッド部においては、燃焼室開口部の熱的
条件が厳しく、燃焼室開口部付近にマイクロクラック等
による強度低下があると破壊につながる可能性が大き
い。セラミック機械加工面に発生する強度低下は、高温
の熱処理により回復させることも可能であるが、セラミ
ックスと金属の複合体において熱処理しなければならな
いため、金属に変形を生じさせセラミックス部と金属部
の間に隙間を発生させることになる。
を回避するために、セラミックス部及び金属部上面に余
肉を設けて鋳造後、セラミックス部と金属部の余肉部分
を機械加工により除去し仕上げて隙間の存在を回避させ
ることが考えられるが、この場合には、セラミック機械
加工面にマイクロクラックが発生する可能性が高くな
る。特に、直噴ディーゼルエンジンのように燃焼室を有
するピストンヘッド部においては、燃焼室開口部の熱的
条件が厳しく、燃焼室開口部付近にマイクロクラック等
による強度低下があると破壊につながる可能性が大き
い。セラミック機械加工面に発生する強度低下は、高温
の熱処理により回復させることも可能であるが、セラミ
ックスと金属の複合体において熱処理しなければならな
いため、金属に変形を生じさせセラミックス部と金属部
の間に隙間を発生させることになる。
【０００６】（４）更に、セラミックス部と金属部の境
界部において金属側に上方に凸部を設けて鋳造した場合
であっても、金属凸部分の最内周頂面部と金属部の重心
を結ぶ直線が、セラミックピストンヘッド部の最外周頂
面部よりも外側にある場合には、金属の収縮力が弱くセ
ラミックスと金属の密着力が小さいことも判明した。従
って、本発明は、上記したような従来技術の問題を解決
し、外周部金属上面とセラミックス部分とが同一平面を
保持し、セラミックス部と金属部の境界部に凹部、隙間
の発生のおそれがないとともに、セラミックス部分上面
のマイクロクラックの発生がなく、セラミックスの熱処
理の必要もなく、しかもセラミックスと金属の密着力の
大きいセラミック鋳ぐるみピストン及びその製造方法を
提供することを目的とする。
界部において金属側に上方に凸部を設けて鋳造した場合
であっても、金属凸部分の最内周頂面部と金属部の重心
を結ぶ直線が、セラミックピストンヘッド部の最外周頂
面部よりも外側にある場合には、金属の収縮力が弱くセ
ラミックスと金属の密着力が小さいことも判明した。従
って、本発明は、上記したような従来技術の問題を解決
し、外周部金属上面とセラミックス部分とが同一平面を
保持し、セラミックス部と金属部の境界部に凹部、隙間
の発生のおそれがないとともに、セラミックス部分上面
のマイクロクラックの発生がなく、セラミックスの熱処
理の必要もなく、しかもセラミックスと金属の密着力の
大きいセラミック鋳ぐるみピストン及びその製造方法を
提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明によれ
ば、セラミックピストンヘッド部が金属で鋳ぐるまれて
なるセラミック鋳ぐるみピストンであって、セラミック
ス部上面は焼成面であるとともに、金属部上面は機械加
工されてなり、セラミックス部上面と金属部上面とが隙
間なく同一平面を形成することを特徴とするセラミック
鋳ぐるみピストン、が提供される。そして、このような
セラミック鋳ぐるみピストンは、セラミックピストンヘ
ッド部を溶湯金属で鋳ぐるむに当たり、セラミックス部
と金属部の境界部における金属側に上方向に凸部を設け
て鋳造後、該金属凸部分をセラミックス部の高さに合致
するまで機械加工することを特徴とするセラミック鋳ぐ
るみピストンの製造方法により、製造することができ
る。
ば、セラミックピストンヘッド部が金属で鋳ぐるまれて
なるセラミック鋳ぐるみピストンであって、セラミック
ス部上面は焼成面であるとともに、金属部上面は機械加
工されてなり、セラミックス部上面と金属部上面とが隙
間なく同一平面を形成することを特徴とするセラミック
鋳ぐるみピストン、が提供される。そして、このような
セラミック鋳ぐるみピストンは、セラミックピストンヘ
ッド部を溶湯金属で鋳ぐるむに当たり、セラミックス部
と金属部の境界部における金属側に上方向に凸部を設け
て鋳造後、該金属凸部分をセラミックス部の高さに合致
するまで機械加工することを特徴とするセラミック鋳ぐ
るみピストンの製造方法により、製造することができ
る。
【０００８】本発明によれば、金属凸部分の最内周頂面
部と金属部の重心を結ぶ直線が、セラミックピストンヘ
ッド部の最外周頂面部よりも内側にあるように製造され
ることが、好ましい。また本発明によれば、セラミック
ピストンヘッド部が金属で鋳ぐるまれてなるセラミック
鋳ぐるみピストンであって、セラミックピストンヘッド
部上面の内周部は焼成面であるとともに、該内周部を除
いたセラミックピストンヘッド部上面の外周部及び金属
部上面は機械加工されてなり、セラミックス部上面と金
属部上面とが隙間なく同一平面を形成することを特徴と
するセラミック鋳ぐるみピストン、が提供される。
部と金属部の重心を結ぶ直線が、セラミックピストンヘ
ッド部の最外周頂面部よりも内側にあるように製造され
ることが、好ましい。また本発明によれば、セラミック
ピストンヘッド部が金属で鋳ぐるまれてなるセラミック
鋳ぐるみピストンであって、セラミックピストンヘッド
部上面の内周部は焼成面であるとともに、該内周部を除
いたセラミックピストンヘッド部上面の外周部及び金属
部上面は機械加工されてなり、セラミックス部上面と金
属部上面とが隙間なく同一平面を形成することを特徴と
するセラミック鋳ぐるみピストン、が提供される。
【０００９】このようなセラミック鋳ぐるみピストン
は、セラミックピストンヘッド部を溶湯金属で鋳ぐるむ
に当たり、セラミックピストンヘッド部上面の外周部を
予め凸形状に形成するとともにセラミックス部と金属部
の境界部における金属側に上方向に凸部を設けて鋳造
後、該セラミック外周凸部分と鋳ぐるみ金属凸部分を共
に、セラミックス部上面の内周部の高さに合致するまで
機械加工することを特徴とするセラミック鋳ぐるみピス
トンの製造方法、により製造される。
は、セラミックピストンヘッド部を溶湯金属で鋳ぐるむ
に当たり、セラミックピストンヘッド部上面の外周部を
予め凸形状に形成するとともにセラミックス部と金属部
の境界部における金属側に上方向に凸部を設けて鋳造
後、該セラミック外周凸部分と鋳ぐるみ金属凸部分を共
に、セラミックス部上面の内周部の高さに合致するまで
機械加工することを特徴とするセラミック鋳ぐるみピス
トンの製造方法、により製造される。
【００１０】以下、本発明を更に詳しく説明する。本発
明においては、セラミックピストンヘッド部を溶湯金属
で鋳ぐるむに当たって、セラミックス部上面より鋳ぐる
み金属部を上方に突出させて鋳造し、突出金属部のみを
セラミックス部の高さに合致するまで機械加工すること
により、セラミックス部の機械加工を不要にして、しか
もセラミックス部と金属部の間に隙間がなく上面が平面
であるセラミック鋳ぐるみピストンを得ることができ
る。
明においては、セラミックピストンヘッド部を溶湯金属
で鋳ぐるむに当たって、セラミックス部上面より鋳ぐる
み金属部を上方に突出させて鋳造し、突出金属部のみを
セラミックス部の高さに合致するまで機械加工すること
により、セラミックス部の機械加工を不要にして、しか
もセラミックス部と金属部の間に隙間がなく上面が平面
であるセラミック鋳ぐるみピストンを得ることができ
る。
【００１１】一方、鋳ぐるみ金属の表面張力が大きい場
合、あるいは金属とセラミックスとの濡れ性が悪い場合
には、セラミックス部上面の外周部（熱的条件が厳しく
ない部位）の高さを突出させておき、この高さと同一又
はそれ以上の高さに金属を鋳造し、このセラミックスと
金属の突出部分をセラミックス部上面の内周部（熱的条
件が厳しい部位）の高さに合致するまで機械加工するこ
とにより、熱的条件の厳しいセラミック部位の機械加工
を不要にして、しかもセラミックス部と金属部の間に隙
間がなく上面が平面であるセラミック鋳ぐるみピストン
を得ることができる。本発明の鋳ぐるみピストンにおい
て、セラミックス部上面より突出させる金属部長さは、
長過ぎると鋳ぐるみ金属のコスト増加及び機械加工費の
増加につながり、一方短過ぎるとセラミックス部と金属
部の間の隙間解消または低減効果が小さいため、３〜２
０mmが望ましい。
合、あるいは金属とセラミックスとの濡れ性が悪い場合
には、セラミックス部上面の外周部（熱的条件が厳しく
ない部位）の高さを突出させておき、この高さと同一又
はそれ以上の高さに金属を鋳造し、このセラミックスと
金属の突出部分をセラミックス部上面の内周部（熱的条
件が厳しい部位）の高さに合致するまで機械加工するこ
とにより、熱的条件の厳しいセラミック部位の機械加工
を不要にして、しかもセラミックス部と金属部の間に隙
間がなく上面が平面であるセラミック鋳ぐるみピストン
を得ることができる。本発明の鋳ぐるみピストンにおい
て、セラミックス部上面より突出させる金属部長さは、
長過ぎると鋳ぐるみ金属のコスト増加及び機械加工費の
増加につながり、一方短過ぎるとセラミックス部と金属
部の間の隙間解消または低減効果が小さいため、３〜２
０mmが望ましい。
【００１２】また、鋳造後の金属収縮による変形時に、
金属部がセラミックス部最外周頂面部を内側に圧縮する
ことがセラミックスと金属の密着度を高めるのに必要で
あり、従って、金属側凸部分の最内周頂面部と金属部の
重心を結ぶ直線が、セラミックピストンヘッド部の最外
周頂面部よりも内側にあるように、セラミックス部上面
より突出させる金属部の長さ及び形状を設定することが
望ましい。また、セラミック鋳ぐるみピストンとして、
セラミックス部上面の外周部の高さを突出させた態様の
場合には、セラミックス凸部（突出部）高さを１〜５mm
とし、鋳ぐるみ金属の凸部（突出部）高さを１〜２０mm
とすることが望ましい。次に、本発明のセラミック鋳ぐ
るみピストンの鋳造方法としては特に限定されないが、
鋳型内減圧による注湯法や注湯後の加圧凝固法が、セラ
ミックス部と金属部の間の隙間解消あるいは低減効果、
セラミックスと金属の密着度の増加の点に鑑みて、より
好ましい。
金属部がセラミックス部最外周頂面部を内側に圧縮する
ことがセラミックスと金属の密着度を高めるのに必要で
あり、従って、金属側凸部分の最内周頂面部と金属部の
重心を結ぶ直線が、セラミックピストンヘッド部の最外
周頂面部よりも内側にあるように、セラミックス部上面
より突出させる金属部の長さ及び形状を設定することが
望ましい。また、セラミック鋳ぐるみピストンとして、
セラミックス部上面の外周部の高さを突出させた態様の
場合には、セラミックス凸部（突出部）高さを１〜５mm
とし、鋳ぐるみ金属の凸部（突出部）高さを１〜２０mm
とすることが望ましい。次に、本発明のセラミック鋳ぐ
るみピストンの鋳造方法としては特に限定されないが、
鋳型内減圧による注湯法や注湯後の加圧凝固法が、セラ
ミックス部と金属部の間の隙間解消あるいは低減効果、
セラミックスと金属の密着度の増加の点に鑑みて、より
好ましい。
【００１３】本発明において用いる鋳ぐるみ金属として
は、鋳造時の収縮が小さく融点が比較的低い鋳鉄系合金
が望ましく、中でもエンジン使用時を考慮して熱膨張係
数が６×１０-6／℃以下の合金が望ましい。このような
鋳鉄系合金として、例えば、特願平01-119952号、ある
いは特公昭60-51547号に示された合金を挙げることがで
きる。また本発明において、ピストンヘッド部に使用す
るセラミックスとしては、窒化珪素または炭化珪素のい
ずれかが好ましい。
は、鋳造時の収縮が小さく融点が比較的低い鋳鉄系合金
が望ましく、中でもエンジン使用時を考慮して熱膨張係
数が６×１０-6／℃以下の合金が望ましい。このような
鋳鉄系合金として、例えば、特願平01-119952号、ある
いは特公昭60-51547号に示された合金を挙げることがで
きる。また本発明において、ピストンヘッド部に使用す
るセラミックスとしては、窒化珪素または炭化珪素のい
ずれかが好ましい。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて更に
詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限られる
ものではない。図１ないし図３は、本発明のセラミック
鋳ぐるみピストンの鋳造後における形状を示す断面説明
図であり、１はセラミックピストンヘッド部、２は鋳ぐ
るみ金属、３は鋳造後除去する部分（凸部）である。図
１は、セラミックピストンヘッド部１と金属２の境界部
における金属側に上方向に凸部３を設けて鋳造したもの
である。図２および図３は、セラミックピストンヘッド
部１の上面の外周部を予め凸形状４に形成しておき、セ
ラミックス部１と金属２の境界部における金属側にも凸
部３を設けて鋳造した状況をそれぞれ示しており、図２
はセラミックス部１の凸部４と金属２の凸部３の高さが
等しく、図３はセラミックス部１の凸部４よりも金属２
の凸部３の方が高く形成されている場合である。
詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限られる
ものではない。図１ないし図３は、本発明のセラミック
鋳ぐるみピストンの鋳造後における形状を示す断面説明
図であり、１はセラミックピストンヘッド部、２は鋳ぐ
るみ金属、３は鋳造後除去する部分（凸部）である。図
１は、セラミックピストンヘッド部１と金属２の境界部
における金属側に上方向に凸部３を設けて鋳造したもの
である。図２および図３は、セラミックピストンヘッド
部１の上面の外周部を予め凸形状４に形成しておき、セ
ラミックス部１と金属２の境界部における金属側にも凸
部３を設けて鋳造した状況をそれぞれ示しており、図２
はセラミックス部１の凸部４と金属２の凸部３の高さが
等しく、図３はセラミックス部１の凸部４よりも金属２
の凸部３の方が高く形成されている場合である。
【００１５】なお、図１ないし図３において、右側斜線
部分は何れも鋳ぐるみ後、機械加工によって除去される
部分であり、これを除去した後の状況を示したのが左側
部分の図である。図４は、セラミックス部１と金属２の
境界部における金属側に上方向に凸部を設けて鋳造した
場合において、金属凸部分３の最内周頂面部Ｐと金属２
の重心Ｏを結んだ線分ＰＯとセラミックピストンヘッド
部１の最外周頂面部Ｑとの位置関係を示す。本発明では
線分ＰＯより外側にＱがあることが必要である。これが
反対の位置関係になると、金属２の収縮過程において金
属２が変形し、セラミックス部１と金属２の境界部での
密着性が悪くなる。
部分は何れも鋳ぐるみ後、機械加工によって除去される
部分であり、これを除去した後の状況を示したのが左側
部分の図である。図４は、セラミックス部１と金属２の
境界部における金属側に上方向に凸部を設けて鋳造した
場合において、金属凸部分３の最内周頂面部Ｐと金属２
の重心Ｏを結んだ線分ＰＯとセラミックピストンヘッド
部１の最外周頂面部Ｑとの位置関係を示す。本発明では
線分ＰＯより外側にＱがあることが必要である。これが
反対の位置関係になると、金属２の収縮過程において金
属２が変形し、セラミックス部１と金属２の境界部での
密着性が悪くなる。
【００１６】以下、さらに具体的な実施結果を説明す
る。 （実施例１）図６ないし図８に示す各タイプのセラミッ
ク鋳ぐるみピストンについて、セラミックス部１の凸部
（鋳ぐるみ後除去する部分）４と金属２の凸部（鋳ぐる
み後除去する部分）３、の高さと幅を表１のように変え
て鋳ぐるみを実施した。図において、金属凸部３の高さ
をｈ、幅をＴ、セラミックス凸部４の高さをｌ、幅を
ｔ、そしてセラミックピストンヘッド部１の上面の幅を
Ｗとした。なお図６は図１に対応し、金属凸部３は高さ
ｈ、幅Ｔであり、これをタイプＡとした。図７は図２に
対応し、鋳ぐるみ後除去部分が金属凸部３とセラミック
ス凸部４で形成されており、金属凸部３の高さｈ、幅
Ｔ、そしてセラミックピストンヘッド部１の上面の幅を
Ｗ、セラミックス凸部４の高さｌ、幅ｔとし、これをタ
イプＢとした。図８は図３に対応し、金属凸部３の高さ
ｈ、幅Ｔ、セラミックス凸部４の高さｌ、幅ｔとし、こ
れをタイプＣとした。以上のタイプＡないしＣのセラミ
ック鋳ぐるみピストンにおいて、Ｔ、ｈ、Ｗ、ｔ、ｔ／
Ｗ、ｌの値を変えて試作し、隙間発生の状況を調べた。
その結果を表１に示す。
る。 （実施例１）図６ないし図８に示す各タイプのセラミッ
ク鋳ぐるみピストンについて、セラミックス部１の凸部
（鋳ぐるみ後除去する部分）４と金属２の凸部（鋳ぐる
み後除去する部分）３、の高さと幅を表１のように変え
て鋳ぐるみを実施した。図において、金属凸部３の高さ
をｈ、幅をＴ、セラミックス凸部４の高さをｌ、幅を
ｔ、そしてセラミックピストンヘッド部１の上面の幅を
Ｗとした。なお図６は図１に対応し、金属凸部３は高さ
ｈ、幅Ｔであり、これをタイプＡとした。図７は図２に
対応し、鋳ぐるみ後除去部分が金属凸部３とセラミック
ス凸部４で形成されており、金属凸部３の高さｈ、幅
Ｔ、そしてセラミックピストンヘッド部１の上面の幅を
Ｗ、セラミックス凸部４の高さｌ、幅ｔとし、これをタ
イプＢとした。図８は図３に対応し、金属凸部３の高さ
ｈ、幅Ｔ、セラミックス凸部４の高さｌ、幅ｔとし、こ
れをタイプＣとした。以上のタイプＡないしＣのセラミ
ック鋳ぐるみピストンにおいて、Ｔ、ｈ、Ｗ、ｔ、ｔ／
Ｗ、ｌの値を変えて試作し、隙間発生の状況を調べた。
その結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１から明らかなように、金属凸部のない
ものおよび低いものは、隙間の程度が大であることがわ
かる。タイプＡにおいては、金属凸部の幅１０mm、高さ
５mmでも小なる隙間が生じた。幅、高さ共に１０mm以上
とすれば、Ａタイプにおいては隙間の問題は生じないこ
とが分かった。タイプＢにおいては、タイプＡにおいて
大きな隙間が生じた金属凸部の幅１０mm、高さ１mmでも
隙間は発生せず、極めて有効であることを確認すること
ができた。タイプＣにおいても同じ傾向が見られた。ま
た、加圧鋳造により得たタイプＡのもので、金属凸部の
幅１０mm、高さ５mmでも隙間発生がなかった。このこと
から鋳造法も隙間発生防止の重要な要件の１つであるこ
とが確認された。
ものおよび低いものは、隙間の程度が大であることがわ
かる。タイプＡにおいては、金属凸部の幅１０mm、高さ
５mmでも小なる隙間が生じた。幅、高さ共に１０mm以上
とすれば、Ａタイプにおいては隙間の問題は生じないこ
とが分かった。タイプＢにおいては、タイプＡにおいて
大きな隙間が生じた金属凸部の幅１０mm、高さ１mmでも
隙間は発生せず、極めて有効であることを確認すること
ができた。タイプＣにおいても同じ傾向が見られた。ま
た、加圧鋳造により得たタイプＡのもので、金属凸部の
幅１０mm、高さ５mmでも隙間発生がなかった。このこと
から鋳造法も隙間発生防止の重要な要件の１つであるこ
とが確認された。
【００１９】（実施例２）次に、金属凸部分の最内周頂
面部と金属部の重心を結ぶ直線と、セラミックピストン
ヘッド部の最外周頂面部との位置関係が、セラミックス
部と金属の境界部における隙間発生に及ぼす影響につい
て検討した。図９〜図１２に示すセラミック鋳ぐるみピ
ストンにおいて、金属凸部（鋳ぐるみ後除去部分）３の
形状及び高さｈの値を種々変えることによって、金属凸
部３の最内周頂面部Ｐと金属２の重心Ｏを結ぶ線分ＰＯ
とセラミックピストンヘッド部１の最外周頂面部Ｑとの
位置関係を変えたものを試作した。そして、この試作品
について、Ｘ線によりセラミックス部上面の残留応力測
定を実施した。その結果を表２に示す。なお、図９はタ
イプＤ、図１０はタイプＥ、図１１はタイプＦ、図１２
はタイプＧとした。
面部と金属部の重心を結ぶ直線と、セラミックピストン
ヘッド部の最外周頂面部との位置関係が、セラミックス
部と金属の境界部における隙間発生に及ぼす影響につい
て検討した。図９〜図１２に示すセラミック鋳ぐるみピ
ストンにおいて、金属凸部（鋳ぐるみ後除去部分）３の
形状及び高さｈの値を種々変えることによって、金属凸
部３の最内周頂面部Ｐと金属２の重心Ｏを結ぶ線分ＰＯ
とセラミックピストンヘッド部１の最外周頂面部Ｑとの
位置関係を変えたものを試作した。そして、この試作品
について、Ｘ線によりセラミックス部上面の残留応力測
定を実施した。その結果を表２に示す。なお、図９はタ
イプＤ、図１０はタイプＥ、図１１はタイプＦ、図１２
はタイプＧとした。
【００２０】
【表２】
【００２１】表２の結果より明らかなように、線分ＰＯ
に対するＱの位置が、金属凸部（鋳ぐるみ後除去部分）
の形状及び高さで変化していることがわかり、また、同
一形状の場合には、高さｈが高くなる程、線分ＰＯに対
するＱの位置が、相対的により外側へずれ、Ｘ線による
セラミック部上面の残留応力測定値も大きくなっている
ことがわかる。従って、ｈを高くとれば金属とセラミッ
クスの結合性は良好となるが、機械加工の工数も増すの
で、両者のバランスを考えて高さｈの適正値を出し、か
つ金属凸部の形状を決めることが必要である。
に対するＱの位置が、金属凸部（鋳ぐるみ後除去部分）
の形状及び高さで変化していることがわかり、また、同
一形状の場合には、高さｈが高くなる程、線分ＰＯに対
するＱの位置が、相対的により外側へずれ、Ｘ線による
セラミック部上面の残留応力測定値も大きくなっている
ことがわかる。従って、ｈを高くとれば金属とセラミッ
クスの結合性は良好となるが、機械加工の工数も増すの
で、両者のバランスを考えて高さｈの適正値を出し、か
つ金属凸部の形状を決めることが必要である。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
（イ）鋳ぐるみ金属上面とセラミックス部上面とが同一
平面を形成し、（ロ）セラミックス部と金属部の境界部
に凹部・隙間がなく、（ハ）セラミックス部分上面のマ
イクロクラックの発生がなく、（ニ）セラミックス部の
熱処理も必要なく、しかも（ホ）セラミックス部と金属
部の結合性の良好なセラミック鋳ぐるみピストンを得る
ことができるという、顕著な効果を奏する。
（イ）鋳ぐるみ金属上面とセラミックス部上面とが同一
平面を形成し、（ロ）セラミックス部と金属部の境界部
に凹部・隙間がなく、（ハ）セラミックス部分上面のマ
イクロクラックの発生がなく、（ニ）セラミックス部の
熱処理も必要なく、しかも（ホ）セラミックス部と金属
部の結合性の良好なセラミック鋳ぐるみピストンを得る
ことができるという、顕著な効果を奏する。
【図１】本発明のセラミック鋳ぐるみピストンの鋳造後
の形状を示す断面説明図である。
の形状を示す断面説明図である。
【図２】本発明のセラミック鋳ぐるみピストンの鋳造後
の他の形状を示す断面説明図である。
の他の形状を示す断面説明図である。
【図３】本発明のセラミック鋳ぐるみピストンの鋳造後
の更に他の形状を示す断面説明図である。
の更に他の形状を示す断面説明図である。
【図４】セラミック鋳ぐるみピストンの鋳造後におい
て、金属収縮中心、金属凸部の重心およびセラミックピ
ストンヘッド部の最外周頂面部との位置関係を示す説明
図である。
て、金属収縮中心、金属凸部の重心およびセラミックピ
ストンヘッド部の最外周頂面部との位置関係を示す説明
図である。
【図５】従来の例によるセラミックス部と金属部の境界
部に凹部・隙間が発生した状況を示す断面説明図であ
る。
部に凹部・隙間が発生した状況を示す断面説明図であ
る。
【図６】図１の鋳ぐるみ後除去すべき部分の金属凸部の
寸法を挿入した説明図である。
寸法を挿入した説明図である。
【図７】図２の鋳ぐるみ後除去すべき部分の金属凸部と
セラミックス凸部（高さ同じ）の寸法を挿入した説明図
である。
セラミックス凸部（高さ同じ）の寸法を挿入した説明図
である。
【図８】図３の鋳ぐるみ後除去すべき部分の金属凸部と
セラミックス凸部（異なる高さ）の寸法を挿入した説明
図である。
セラミックス凸部（異なる高さ）の寸法を挿入した説明
図である。
【図９】本発明のセラミック鋳ぐるみピストンの鋳造後
の形状の例を示す断面説明図である。
の形状の例を示す断面説明図である。
【図１０】本発明のセラミック鋳ぐるみピストンの鋳造
後の形状の例を示す断面説明図である。
後の形状の例を示す断面説明図である。
【図１１】本発明のセラミック鋳ぐるみピストンの鋳造
後の形状の例を示す断面説明図である。
後の形状の例を示す断面説明図である。
【図１２】本発明のセラミック鋳ぐるみピストンの鋳造
後の形状の例を示す断面説明図である。
後の形状の例を示す断面説明図である。
１ セラミックピストンヘッド部
２ 金属
３ 金属凸部
４ セラミックス凸部
５１ セラミックスと金属の境界部の隙間（凹部）
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年９月１７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】 セラミック鋳ぐるみピストンの鋳造後におい
て、金属部の重心、金属凸部分の最内周頂面部およびセ
ラミックピストンヘッド部の最外周頂面部との位置関係
を示す説明図である。
て、金属部の重心、金属凸部分の最内周頂面部およびセ
ラミックピストンヘッド部の最外周頂面部との位置関係
を示す説明図である。
Claims (6)
- 【請求項１】 セラミックピストンヘッド部が金属で鋳
ぐるまれてなるセラミック鋳ぐるみピストンであって、
セラミックス部上面は焼成面であるとともに、金属部上
面は機械加工されてなり、セラミックス部上面と金属部
上面とが隙間なく同一平面を形成することを特徴とする
セラミック鋳ぐるみピストン。 - 【請求項２】 セラミックピストンヘッド部を溶湯金属
で鋳ぐるむに当たり、セラミックス部と金属部の境界部
における金属側に上方向に凸部を設けて鋳造後、該金属
凸部分をセラミックス部の高さに合致するまで機械加工
することを特徴とするセラミック鋳ぐるみピストンの製
造方法。 - 【請求項３】 機械加工により取り除かれた金属凸部分
の最内周頂面部と金属部の重心を結ぶ直線が、セラミッ
クピストンヘッド部の最外周頂面部よりも内側にある請
求項１記載のセラミック鋳ぐるみピストン。 - 【請求項４】 金属凸部分の最内周頂面部と金属部の重
心を結ぶ直線が、セラミックピストンヘッド部の最外周
頂面部よりも内側にある請求項２記載のセラミック鋳ぐ
るみピストンの製造方法。 - 【請求項５】 セラミックピストンヘッド部が金属で鋳
ぐるまれてなるセラミック鋳ぐるみピストンであって、
セラミックピストンヘッド部上面の内周部は焼成面であ
るとともに、該内周部を除いたセラミックピストンヘッ
ド部上面の外周部及び金属部上面は機械加工されてな
り、セラミックス部上面と金属部上面とが隙間なく同一
平面を形成することを特徴とするセラミック鋳ぐるみピ
ストン。 - 【請求項６】 セラミックピストンヘッド部を溶湯金属
で鋳ぐるむに当たり、セラミックピストンヘッド部上面
の外周部を予め凸形状に形成するとともにセラミックス
部と金属部の境界部における金属側に上方向に凸部を設
けて鋳造後、該セラミック外周凸部分と鋳ぐるみ金属凸
部分を共に、セラミックス部上面の内周部の高さに合致
するまで機械加工することを特徴とするセラミック鋳ぐ
るみピストンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3208583A JP2868164B2 (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | セラミック鋳ぐるみピストン及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3208583A JP2868164B2 (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | セラミック鋳ぐるみピストン及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0533722A true JPH0533722A (ja) | 1993-02-09 |
| JP2868164B2 JP2868164B2 (ja) | 1999-03-10 |
Family
ID=16558592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3208583A Expired - Lifetime JP2868164B2 (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | セラミック鋳ぐるみピストン及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2868164B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06182006A (ja) * | 1992-12-16 | 1994-07-05 | Maruman Golf Corp | ゴルフクラブヘッド |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60136856U (ja) * | 1984-02-17 | 1985-09-11 | 日産ディーゼル工業株式会社 | 鋳造部品 |
| JPS6441878U (ja) * | 1987-09-08 | 1989-03-13 |
-
1991
- 1991-07-25 JP JP3208583A patent/JP2868164B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60136856U (ja) * | 1984-02-17 | 1985-09-11 | 日産ディーゼル工業株式会社 | 鋳造部品 |
| JPS6441878U (ja) * | 1987-09-08 | 1989-03-13 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06182006A (ja) * | 1992-12-16 | 1994-07-05 | Maruman Golf Corp | ゴルフクラブヘッド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2868164B2 (ja) | 1999-03-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19961001 |