JPH0613860B2 - 機関部品 - Google Patents

機関部品

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JPH0613860B2
JPH0613860B2 JP60055749A JP5574985A JPH0613860B2 JP H0613860 B2 JPH0613860 B2 JP H0613860B2 JP 60055749 A JP60055749 A JP 60055749A JP 5574985 A JP5574985 A JP 5574985A JP H0613860 B2 JPH0613860 B2 JP H0613860B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 この発明は、一般には機関部品用の熱しやへいの製造及
び使用に関するものである。殊に、この発明は、このよ
うな用途に用いる純粋に金属質の層の複合物に関するも
のである。
(ロ)背景技術 内燃機関は、ピストン正面の表皮温度が高くなるにつれ
てその効率がよくなる。熱しやへいを使用すれば、ピス
トンヘツドを破壊することなく従来の他の方法によつて
可能とされるよりも著しく高い正面表皮温度を得ること
ができる。
従来技術による多くの複合熱しやへいが示唆されてきて
いるが、実用上の成功を博したものは少ない。大多数の
ものは、露出したセラミック層を用い、これを例えば金
属質熱絶縁材などのような他の熱絶縁材料から成る隣接
下部層と組合わせたものになつている。典型例を挙げる
ならば、静電的付着（electrostatic deposition）技術
によつて、或いは更に一般的にはプラズマ容射によつ
て、セラミツク層を金属層に施している。金属層と共に
用いる従来技術によるセラミツク複合物の重な欠点は、
金属材料へのセラミツクの付着の困難さによるものであ
る。事実、セラミツクの破損のうちの多くのものは、金
属へのセラミツクの耐久的固着を生じさせるのに使われ
る結合剤に原因している。セラミツクは、しばしば、き
びしい燃焼条件のもとで破滅的にばらばらにこわれ或い
は徐々なはく離をこうむりやすい。
(ハ)発明の開示 ここに開示しようとする複合熱しやへいは、これを機関
部品の金属の基礎部（substrate）に固着するための極
めて進歩したシステムを包含するものである。複合熱し
やへいの付着機構は、それ自体、従来技術の結合システ
ムと関連する機関の耐久性の問題を緩和するものであ
る。本発明者による従来技術においては、耐熱性及び耐
食性の例えばステンレス鋼のような金属の外側の中実の
（solid）の層を予め形成したシート層又は静電的付着
層として用いている。この中実の金属の層はまず透過性
又は浸透性金属の層に接着されて複合物を形成する。次
いでこの複合物を、機関部品の基礎部金属に、浸透性金
属の層内への基礎部金属の実質的混入（entrainment）
又は溶浸（infiltration）によつて、機械的に付着され
る。この実施例では、浸透は鋳造工程中に行なわれ、こ
の場合例えばアルミニウム合金などのような基礎部材料
が、複合物の浸透性の層内に、基礎部金属が溶融状態に
ある間に押込まれる。形成後、機関部品を鋳型から取除
くと、この機関部品は、燃焼環境に直接に支配されるた
めの露出部分を形成する外側の耐熱性耐食性金属の層を
備えた複合熱しやへいを備えている。
本発明の好適な実施例に於ては、２重の浸透性の層を用
い、これには浸透性の金属から成る２個の層の中間に置
いた金属箔又は金属障壁を設ける。浸透性金属の上の方
の層は、露出した耐食層と金属箔層との間に入れて、熱
絶縁層として作用させる。
下の方の浸透性の層は、既に述べたように、複合物の機
械的固着をもたらし、その間障壁は溶融金属が上方の浸
透性の層に浸入しないように作用する。
(ニ)好適な実施例の詳細な説明 以下この発明をその実施例につき添付図面を用いて詳細
に説明する。
ここに開示したこの発明は、機関部品に一般に適するも
のであるが、１つの好適実施例としてピストンヘツドの
構造がある。
本発明者による従来技術を示す第１図に於て、ピストン
（10）は機関部品の１例であつて、その上部部分即ち正
面部分（14）に複合熱しやへい（12）を使つている。こ
の複合熱しやへいすなわち複合熱障壁（12）は、耐熱性
及び耐食性の高い金属から成る外側の露出された層（1
6）と、例えば繊維状の金属網などのような透過性又は
浸透性金属から成る層（18）とから成る２層の金属層で
構成される。これらの金属から成る２つの層（16）（1
8）は、なるべく焼結又はろう付をするのがよく、或は
これに代つて添溶接又は抵抗溶接のような他の方法によ
つて接着してもよい。又もう１つの例として、中実の層
（16）を浸透性の層（18）に静電的に付着する（electr
o-statically deposited）こともできる。この実施例で
は、中実のステンレス鋼の層（16）及び繊維状ステンレ
ス鋼の網（18）を約2100゜Fの不活性環境の中で拡散接
合法によつて焼結してある。
このピストン（10）の好適実施例に於ては、ピストン本
体はアルミニウム合金の基礎部金属（aluminum alloy s
ubstrate metal）（以下単に基礎金属と呼ぶ）（20）で
作る。この発明に於ては基礎部金属（20）への複合熱し
やへい（12）の付着は、基礎部金属（20）を浸透性金属
の層（18）のすき間内に流入させ又は浸透させる方法な
らばどのような方法によつて行なつてもよい。この実施
例に於ては、望ましい方法は、溶融状態の基礎部金属
を、鋳込み鋳型に約１万ポンド／平方インチ圧力をかけ
ながら1,200゜ないし1,300゜Fの温度に保つと云う成形
法によつて、ピストン（10）を形成している間に、前述
のような機械的付着を行なうことである。温度及び圧力
の範囲は、少くとも部分的には、含まれる金属合金によ
つて定まる。この好適とされる方法では、ピストン鋳型
（図示してない）は、ピストンを転倒位置又は下向き位
置で鋳造すると云うアツプセツト・ピストン鋳造（upse
t piston casting）技術に適している。層（16）（18）
はまず平坦なシート形に接合するのがよく、この場合続
いてダイを用いて上述のいずれかの方法によつて複合し
やへい（12）を形成する。次いで形成した複合しやへい
は、外側の中実の金属の層（16）を底部に又浸透性金属
の層（18）を上にして、鋳型内に置く。次いで基礎部金
属（20）を溶融液体として複合しやへい（12）上に鋳込
み、液体を浸透性金属の層（18）のすき間に押込むため
に、充分な圧力のもとに置く。この発明の好適法によれ
ば、ピストン本体（10）の基礎部金属（20）による浸透
性金属の層（18）への溶け込みは、ほぼ100％である。
第１図に示す実施例に於ては、露出した中実の層（16）
を浸透性金属の層（18）の縁部又は側部を越えて下方に
延ばし、金属の層（18）の全包囲に亘つて基礎部金属
（20）と接触させることは必要ではない。即ち、浸透性
金属の層（18）が基礎部金属（20）内に充分に流入する
ようになり、本来熱絶縁層としては作用しないので、こ
の層（18）を囲む必要はない。
本発明の好適な実施例を示す第２図に於ては、ピストン
（10′）は複合しやへい（12′）を備え、この熱しやへ
いは断熱層（22）を備えている。複合熱しやへい（1
2′）は、４個の別個の層を備え、その中には第１図に
示すピストン（10）の実施例に於ける中実の層及び浸透
性の層と類似の層（16′）（18′）が含まれている。し
かしこの複合物すなわち複合熱しやへい（12′）は、類
似の層（16′）（18′）間にはさまれた２個の付加層を
備えている。即ち、その中の第１の熱絶縁層（22）は、
層（18′）を形成するのに用いた金属と同じ透過性又は
浸透性の金属から形成してあるが、ピストン本体（1
0′）の基礎部金属（20′）による流入又は浸入を全く
受けないで残るように配置しておく。次に第２の付加層
である内部の中実の層（24）、これも又接着を容易にす
るため浸透性の層（18′）（22）と同じ金属であること
が望ましいが、２個の浸透性金属の層（18′）（22）の
中間にはさみ込む。この中間の中実の層（24）が、下方
の浸透性金属の層（18′）だけにピストン（10′）の形
成中に基礎部金属（20′）が流入するのを許すというこ
とは、関連技術に携る者にはよく判るであろう。上方の
浸透性金属の層（以下熱絶縁層と呼ぶ）（22）は、基礎
部金属（20）からは全く自由で且つ離れた状態にあり、
このように全く熱絶縁エレメントとして作用する。層
（24）は熱絶縁層（22）へのどのような程度の基礎金属
の浸入に対してでも障壁層として作用し、熱絶縁層(22)
が企図したような働きをすることを保証するものであ
る。障壁層（24）が存在しなければ、熱絶縁層（22）の
一体性は鋳造工程中容易には調整することはできないで
あろう。
第２図に示すこの発明の実施例は、外側の中実の金属の
層（16′）及び中実の金属の障壁層（24）間にただ１層
の浸透性の熱絶縁層（22）を持つているに過ぎないが、
それにも拘わらずこの発明においては、数層のこのよう
な熱絶縁層（22）を持つように代えることは可能であ
る。例えば、極端な温度範囲にさらされるような用途に
於ては、各層を幾対かの中間の中実の金属の層（24）間
にはさんだ幾層かの熱絶縁層（22）を使用することが望
まれることがある。このような場合には、付加した中間
の中実の金属の層（24）は、基礎部金属の浸入に対する
障壁として作用しないで、各浸透性の層(22)の熱絶縁能
力を確実ならしめるように作用する。このように、各層
（22）は、いくつかの理由で熱絶縁上は欠点又は不充分
と考えられ易いことではあるが、どの隣接する層（22）
の熱絶縁効果からも独立して固有の熱絶縁効果を持つよ
うになる。従つてこの発明は、このような熱絶縁層（2
2）の組立て又は成層（layerig）の概念をも採入れてい
るのである。
第１図に示す従来技術と比較すると、本発明の好適な実
施例を示す第２図の露出した高い耐熱耐食金属の層（1
6′）は、浸透成金属の層（22）のすべての面を完全に
おおい囲み、金属の層（16′）の縁部（26）は、熱絶縁
層（22）の側面上まで延び降りて基礎部金属（20′）に
接触している。この縁部（26）は、障壁層（24）に締付
けてもよく又溶接してもよい。熱絶縁層（22）はこのよ
うにして燃焼ガス及び粒状物に対して全く不透過性にな
り、従つて熱絶縁エレメントとして充分な働きをする。
第２図の熱絶縁層（22）には、通常空気が浸入し、又空
気が絶対的に捕えられるならば、この熱絶縁層（22）は
云うまでもなくただ単に熱絶縁効果だけを発揮するに過
ぎない。しかしこれに代つて、浸透性の熱絶縁層（22）
のすき間は空気以外の不活性ガスで満たすことができ、
或いは真空状態におくことさえ可能である。
以上この発明をピストン（10′）について詳述したが、
この発明は多くの他の機関部品例えばシリンダヘツド、
燃焼室について特に強調するならば排気口及び吸込弁区
域などに対して極めて適している。その他の種類のシリ
ンダ関連の部品、例えばシリンダ内径部、スリーブ及び
／又はライナなどもこの発明の利用に適している。更に
この発明に用いた好適な金属の層は、アルミニウムの基
礎部金属上に施した固体ステンレス鋼及び繊維状ステン
レス層と云う言葉で記載してきたが、この発明の論理的
範囲内でその他の複合層を使用することもできる。即ち
耐熱耐食金属の１例としてのステンレス鋼以外に、タン
グステン、パラジウム、及び或る種のニツケル−クロム
合金を含むその他の幾つかの合金がある。繊維状金属の
層（18）（22）(18′)の代替材として、例えば金属質の
骨格構造物のようなその他の浸透性金属層を使用するこ
ともできる。この骨格構造物の１例としては、ＤＵＯＣ
ＥＬ（商標名）材料という、強固で極めて多孔性であ
り、しかも充分な浸透性を持つ金属構造物で、調整され
た単位容積当りの金属密度を持ち、多くの異種金属の状
態で市販されている骨格構造物を挙げることができる。
なお、アルミニウムの基礎部金属（20）に対する１つの
代替金属としては鋳鉄が挙げられよう。
ピストン面（14）（14′）の基礎部金属（20）(20′)へ
の付着に用いる複合熱障壁（12）（12′）の上述のよう
な形成のために、特殊例として幾つかの好適とされてい
る特殊金属組成及び層厚さを使用した。例えば静電的に
付着させたステンレス鋼管(16)（16′）を用いる場合に
は、厚さ約0.015ないし0.020インチのMETCO41-C（商標
名）という粉末状ステンレス鋼でこのような層を作るこ
ともできる。予め形成してある層（16）（16′）を用い
る場合には、この層は、AISI 304ステンレス鋼在庫品か
ら成る0.020ないし0.025インチの厚さのシートで形成
し、云うまでもなくこれを上述のアツプセツト鋳造以前
に浸透性金属の層（18）（22）に対して直接焼結又はろ
う付きをすることが望ましい。従来技術の層(18)及び本
発明の好適な実施例の層(22)(18′)は、金属対空気密度
65％、ASTMメツシユ18、AISA C-14ワイヤーで形成した
厚さ約0.040ないし0.060インチのステンレス鋼金網であ
る。
前記各層(18)(22)(18′)Ａ．Ｉ．Ｓ．Ｉ．のタイプ３１
６或いはタイプ３０４のステンレス鋼で得られる織った
金属繊維で構成してもよい。後者の種類の織物の性質は
拡散接合した針金の所要の密度の一貫した品質管理をも
たらすものである。例えば或る成功の得られた実施例で
は0.0075インチの針金直径を持つ60メツシユのスクリー
ンを使用した。
以上この発明を実施例について詳細に説明したが、これ
らの実施例はこの発明の精神を逸脱することなく、種々
の変化変型をなし得ることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明者の従来技術による複合熱しゃへいを備
えたピストンの部分的横断面図、第２図は本発明の好適
な実施例による複合熱しゃへいを備えたピストンの部分
的横断面図である。 10,10′……ピストン、12,12′……複合熱しやへい、熱
障壁、14,14′……12,12′の上部部分、表面部分、16,1
6′……12,12′の外側の露出された層、 18,18′……透過性又は浸透性金属の層、20,20′……基
礎部金属、22……上部浸透性金属の層、熱絶縁層、24…
…内部又は中間の中実の層、障壁層、26……16′の縁
部。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基礎部金属を備え、外側面の一部を複合熱
    しゃへいでおおった機関部品において、前記複合熱しゃ
    へいを、（イ）外側の中実の金属の層と、（ロ）この外
    側の中実の金属の層に接着した浸透性金属の第１の層
    と、（ハ）内部の中実の金属の層と、（ニ）浸透性金属
    の第２の層とで構成し、前記内部の中実の金属の層を、
    前記浸透性金属の第１及び第２の層の中間に位置させる
    と共にその互いに対向する両側においてこれら第１及び
    第２の層に接着させ、前記浸透性金属の第２の層のすき
    間を実質的に前記基礎部金属で満たすことにより、前記
    複合熱しゃへいを、前記機関部品の基礎部金属に機械的
    に付着させ、また前記基礎部金属を、前記浸透性金属の
    第２の層だけのすき間内に延ばし、前記内部の中実の金
    属の層を、前記機関部品の製造中に、前記基礎部金属が
    前記浸透性金属の第１の層に入ろうとするのを防止する
    ように配置して成る機関部品。
  2. 【請求項２】第１の前記中実の金属の層を、前記浸透性
    金属の第１の層の頂部及び縁部の両方をおおつて延ばす
    ようにした特許請求の範囲第（１）項記載の機関部品。
  3. 【請求項３】第１の前記中実の金属の層を、ステンレス
    鋼で構成した特許請求の範囲第（１）項記載の機関部
    品。
  4. 【請求項４】第１の前記中実の金属の層を、タングステ
    ン合金で構成した特許請求の範囲第（１）項記載の機関
    部品。
  5. 【請求項５】第１の前記中実の金属の層を、パラジウム
    の合金で構成した特許請求の範囲第（１）項記載の機関
    部品。
  6. 【請求項６】第１の前記中実の金属の層を、ニッケルー
    クロム合金で構成した特許請求の範囲第（１）項記載の
    機関部品。
  7. 【請求項７】前記浸透性金属をフィラメント状の金網で
    構成した特許請求の範囲第（１）項記載の機関部品。
  8. 【請求項８】前記浸透性金属を、フィラメント状の金網
    で構成すると共に、このフィラメント状の金網をステン
    レス鋼から成る織った層で構成した特許請求の範囲第
    （１）項記載の機関部品。
  9. 【請求項９】前記浸透性金属を、金属質の骨格材料で構
    成した特許請求の範囲第（１）項記載の機関部品。
  10. 【請求項１０】前記基礎部金属が、アルミニウム合金で
    ある特許請求の範囲第（１）項記載の機関部品。
  11. 【請求項１１】前記基礎部金属が、鋳鉄である特許請求
    の範囲第（１）項記載の機関部品。
JP60055749A 1984-03-23 1985-03-22 機関部品 Expired - Lifetime JPH0613860B2 (ja)

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