JPH0133655B2 - - Google Patents
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- JPH0133655B2 JPH0133655B2 JP58098103A JP9810383A JPH0133655B2 JP H0133655 B2 JPH0133655 B2 JP H0133655B2 JP 58098103 A JP58098103 A JP 58098103A JP 9810383 A JP9810383 A JP 9810383A JP H0133655 B2 JPH0133655 B2 JP H0133655B2
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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-
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
本発明はセラミツク−金属複合ピストンに関す
るものである。 内燃機関の主要部品であるピストンは高温電圧
に曝され、耐熱性の要求は厳しいが、小型エンジ
ンの場合には軽量化を図るために、通常の鋳鉄に
代えてアルミニウム合金を用いたピストンが生み
出されたものの耐熱性や、断熱性等の熱的性質が
劣るので問題が残つていた。 ところで近時はセラミツク材を用いたピストン
も考えられているが、セラミツク材料の低い熱伝
導性に基づく熱遮蔽作用を利用し、内燃機関の作
動中における熱損失の減少、出力の向上、炭化水
素濃度の減少、燃費の低減など好ましい諸性能を
具備するピストンが期待できるものの、現在まで
考えられているセラミツクの焼ばめ鋳込み方式で
作られたピストンでは加熱冷却サイクルで長時間
使用した場合に金属の変形やへたりを生ずるおそ
れがあり、実用的なものはいまだ実現していな
い。 本発明はこのような状況に鑑みてなされたもの
で、上記のように鋳込みや焼ばめ等の物理的接触
でセラミツクと金属を結合するのではなく、セラ
ミツクと金属とを化学反応を利用して接合するこ
とにより極めて強固な接合構造をもつた内燃機関
のピストンを提供するものである。 次に本発明のピストンを図面を参照しつゝ説明
する。 第１図はピストンのクラウン部に嵌入されるリ
ング状のメタライズされたセラミツク成形体１ａ
である。 メタライズは後述のピストンに於てセラミツク
の表面のろう接される部分を形成するもので、こ
こでは下面にメタライズ部１−ｍを有する。第２
図は第１図に示したメタライズされたセラミツク
成形体１ａを鋳鉄ピストン本体２ａのクラウン部
３の上面に、嵌装するが、その際、銅、銅−モリ
ブデン−銅クラツド材又は銅−インバ−銅クラツ
ド材、鉄／ニツケル42アロイ、又はコバール板を
緩衝層４として前記セラミツク成形体１ａの下面
におかれてセラミツク成形体１ａと鋳鉄ピストン
本体２ａとの間を銀−銅共晶ろうによつてろう接
し一体化してなるピストンである。なおセラミツ
ク成形体１ａのろう接面はメタライズされた面で
あるが第２図に於ては省略して示してある。 第３図は第１図の円盤状のメタライズされたセ
ラミツク成形体１ａを代えて上部中央に空所のあ
るメタライズされた異形セラミツク成形体１ｂを
示しており、その外側の仮想線で示した範囲にピ
ストンに嵌装したときのろう接部分に対応してメ
タライズ１−ｍを設けるものである。 第４図、第５図、第６図、第７図、第８図及び
第９図は第３図に示した如きメタライズされた異
形セラミツク成形体１ｂをピストン本体のクラウ
ン部の上面に嵌装したピストンの例を示してい
る。但し、メタライズ部分はすべて明示すること
なく省略してあるがろう接されているところなの
で容易に理解されるであろう。 第４図は側面にメタライズされた異形セラミツ
ク成形体１ｂの外側の円筒状側面に、前記異形セ
ラミツク成形体１ｂを嵌装するピストンのクラウ
ン部の深さに等しい長さの円筒状銅板等緩衝層４
を設け、その内外に存在する異形セラミツク成形
体１ｂのメタライズ表面及び、ピストンの鋳鉄本
体２ａとの間は銀−銅共晶ろう剤によりろう接５
して一体化してある。 第５図は外側の表面全部がメタライズされた異
形セラミツク成形体１ｂを用い、その外側にこれ
と形状の合致する銅板等の緩衝層４を設けてピス
トンのクラウン部上面に嵌装し、緩衝層４を前記
異形セラミツク成形体１ｂのメタライズ表面及び
鋳鉄本体２ａとの間を銀−銅共晶ろう剤によりろ
う接５して一体化してある。 第６図は円筒状の側面をメタライズした異形セ
ラミツク成形体１ｂの円筒状の外側面に、銅板等
の緩衝層４を設け、この内部は異形セラミツク成
形体１ｂのメタライズ表面と、その外部に更に設
けられる鋳鉄リング６との間を銀・銅共晶ろう剤
によりろう接し、更に前記鋳鉄リング６の表面を
アルフイン処理７して後、これらをピストン本体
を構成するアルミニウム合金２ｂで鋳ぐるんで一
体となしたもので、ろう剤及びアルフイン処理に
より各層間が化学的に接合一体化されているもの
である。 第７図は側面及び底面をメタライズされた異形
セラミツク成形体１ｂのメタライズ部分に隣接
し、銅−モリブデン−銅クラツド板の如き緩衝層
４を設け、その外側にＵ字型の鋳鉄即ち鋳鉄キヤ
ツプ６を設け各層間を銀−銅共晶ろうでろう接５
して一体化してある。次に前記鋳鉄キヤツプ６の
外表面はアルフイン処理７し、その外側にピスト
ン本体２ｂを構成するアルミニウム合金が鋳ぐる
まれて両者の間は化学的に強固に接合されたアル
ミニウムピストンを示すものである。 第８図は側面をメタライズされた異形セラミツ
ク成形体１ｂの円筒状側面に、同セラミツク成形
体を嵌装するクラウン部の溝の深さに等しい銅又
はコバール板等の緩衝層４を設け、その内側は前
記セラミツク成形体１ｂのメタライズ表面と又そ
の外側は鋳鉄製ピストン本体２ａと銀−銅共晶ろ
うによりろう接５して一体化してある。 第９図は前記第８図とほとんど同様だが、第９
図では異形セラミツクの円筒状側面と底面の両方
に銅板等の緩衝層４を設けその両側を銀−銅共晶
ろうによりろう接５して一体化したものである。
又、その他第８図と同一部分には同一符号が示さ
れている。 以上の如く本発明はピストンのクラウン部上面
にセラミツク成形体を嵌装一体化するについて、
セラミツク表面に強固に生成している金属膜（メ
タライズ）を利用してろう接によりその外側と一
体化され、かつ必要に応じ銅或は銅合金、銅系ク
ラツド材、鉄／ニツケル42アロイ、又はコバール
板等のろう接容易な緩衝層を設けてこれを介して
ろう接により一体結合を実現したピストンを提供
し、更には、アルミニウム合金ピストンに於ては
鋳鉄リング又は鋳鉄キヤツプをセラミツク成形体
の外側に設け、この内部は銀−銅共晶ろうにより
ろう接し、その外側はアルフイン処理した上でア
ルミニウム合金をピストン本体２ｂとして鋳ぐる
んで鋳鉄とアルミニウム合金をアルフイン処理の
化学剤で接合して各層間が強固に接合されたアル
ミニウムピストンを提供するものである。 そして、これらピストンを、実際のエンジンに
取りつけ、そのセラミツクとピストン本体の必要
強度をみると、セラミツクに働く力が主にピスト
ンの上下運動の慣性力とすると、その必要強度
は、400℃で100Kg／cm2以上であれば、良いことも
例１の試料で確認した。 次に本発明で最も重要な点はメタライズされた
セラミツク成形体を使用することにあるが、ここ
に用いられるセラミツクとしては窒化珪素
Si3N4、炭化硅素SiC、イツトリア安定化ジルコ
ニア等の耐熱性がよく強度の強い材料が好まし
い。その表面に金属層を設ける手段としては蒸着
法又は活性化金属法が好ましいものであり、以下
これらについて詳述する。 Ａ蒸着法 例 １ セラミツク成形体の蒸着を要する表面に、物理
蒸着法により、周期表のＡ族（Ti、Zr、Hf）
から選ばれた１種又は２種以上からなる第１金属
層を設け、その上に物理蒸着法又は化学メツキ法
により、周期表のＢ族（Cu、Ag、Au）から選
ばれた１種又は２種以上からなる第２金属層を設
けて金属膜を形成し、メタライズされたセラミツ
ク成形体を得る。 例 ２ セラミツク成形体の表面に物理蒸着法により形
成された周期表のＡ族（Ti、Zr、Hf）又は
Ａ族（Cr、Mo、Ｗ）から選ばれた１種又は２種
以上からなる第１金属層を設け、その上に物理蒸
着法又は化学メツキ法により形成されたＢ族
（Cu、Ag、Au）から選ばれた１種又は２種以上
からなる第２金属層を設けて金属膜を形成し、メ
タライズされたセラミツク成形体を得る。 例 ３ セラミツク成形体の表面に物理蒸着法により形
成された周期表のＡ族（Cr、Mo、Ｗ）又は
Ｂ族（Cu、Ag、Au）から選ばれた１種又は２種
以上からなる金属膜を形成してメタライズされた
セラミツク成形体を得る。 本発明に於て好ましいセラミツク材料について
は既に言及し、耐熱性、耐熱衝撃性の優れたもの
を挙げたが、これらの他にアルミナ磁器、ムライ
ト磁器、ジルコン磁器等のピストンのヘツドとし
て使用に耐えるならばすべてのセラミツクが適用
することができる。 次に本発明の実施例と比較例の試料を作成し比
較試験をした結果を示す。 実施例 １ 気孔率１％、窒化珪素含有率90％の常圧焼結窒
化珪素を第１図のように加工してセラミツク成形
体とし、その下面には真空蒸着法にて10-6torrの
真空中で、Zr500Å、Cu5μを順次蒸着した後、厚
さ１mm、直径50mmのCu板又はCu（0.3）−Mo（0.4）
−Cu（0.3）のクラツド材を中間層として介在させ
鋳鉄ピストン本体のクラウン部に嵌入、接合は
銀、銅共晶ろうを用いて水素炉中で900℃にてろ
う付し、第２図の如きピストンを得た。 実施例 ２ 気孔率１％、炭化珪素含有率0.5％の常圧焼結
炭化珪素を用い、実施例と同様にして第２図の
如きピストンを得た。 接合体の強度を測るため、鋳鉄ピストンを加工
して引張強度を測定した。 又、耐熱性及び耐久性を調べるために市販のブ
ンゼンバーナーにてピストンのセラミツク部分を
直接あぶり加熱−冷却のサイクルテストを500サ
イクル、1000サイクル行なつたこの時の接合部の
温度はどちらも最高400℃、最低300℃であつた。 比較例はセラミツクをメタライズすることな
く、焼嵌め代0.1mm取り、鋳鉄ピストンのクラウ
ン部に装着して500℃で焼嵌めし前記同様なバー
ナ−テスト及び引張強度を測定した。 これらの結果は表１に示すとおりである。
るものである。 内燃機関の主要部品であるピストンは高温電圧
に曝され、耐熱性の要求は厳しいが、小型エンジ
ンの場合には軽量化を図るために、通常の鋳鉄に
代えてアルミニウム合金を用いたピストンが生み
出されたものの耐熱性や、断熱性等の熱的性質が
劣るので問題が残つていた。 ところで近時はセラミツク材を用いたピストン
も考えられているが、セラミツク材料の低い熱伝
導性に基づく熱遮蔽作用を利用し、内燃機関の作
動中における熱損失の減少、出力の向上、炭化水
素濃度の減少、燃費の低減など好ましい諸性能を
具備するピストンが期待できるものの、現在まで
考えられているセラミツクの焼ばめ鋳込み方式で
作られたピストンでは加熱冷却サイクルで長時間
使用した場合に金属の変形やへたりを生ずるおそ
れがあり、実用的なものはいまだ実現していな
い。 本発明はこのような状況に鑑みてなされたもの
で、上記のように鋳込みや焼ばめ等の物理的接触
でセラミツクと金属を結合するのではなく、セラ
ミツクと金属とを化学反応を利用して接合するこ
とにより極めて強固な接合構造をもつた内燃機関
のピストンを提供するものである。 次に本発明のピストンを図面を参照しつゝ説明
する。 第１図はピストンのクラウン部に嵌入されるリ
ング状のメタライズされたセラミツク成形体１ａ
である。 メタライズは後述のピストンに於てセラミツク
の表面のろう接される部分を形成するもので、こ
こでは下面にメタライズ部１−ｍを有する。第２
図は第１図に示したメタライズされたセラミツク
成形体１ａを鋳鉄ピストン本体２ａのクラウン部
３の上面に、嵌装するが、その際、銅、銅−モリ
ブデン−銅クラツド材又は銅−インバ−銅クラツ
ド材、鉄／ニツケル42アロイ、又はコバール板を
緩衝層４として前記セラミツク成形体１ａの下面
におかれてセラミツク成形体１ａと鋳鉄ピストン
本体２ａとの間を銀−銅共晶ろうによつてろう接
し一体化してなるピストンである。なおセラミツ
ク成形体１ａのろう接面はメタライズされた面で
あるが第２図に於ては省略して示してある。 第３図は第１図の円盤状のメタライズされたセ
ラミツク成形体１ａを代えて上部中央に空所のあ
るメタライズされた異形セラミツク成形体１ｂを
示しており、その外側の仮想線で示した範囲にピ
ストンに嵌装したときのろう接部分に対応してメ
タライズ１−ｍを設けるものである。 第４図、第５図、第６図、第７図、第８図及び
第９図は第３図に示した如きメタライズされた異
形セラミツク成形体１ｂをピストン本体のクラウ
ン部の上面に嵌装したピストンの例を示してい
る。但し、メタライズ部分はすべて明示すること
なく省略してあるがろう接されているところなの
で容易に理解されるであろう。 第４図は側面にメタライズされた異形セラミツ
ク成形体１ｂの外側の円筒状側面に、前記異形セ
ラミツク成形体１ｂを嵌装するピストンのクラウ
ン部の深さに等しい長さの円筒状銅板等緩衝層４
を設け、その内外に存在する異形セラミツク成形
体１ｂのメタライズ表面及び、ピストンの鋳鉄本
体２ａとの間は銀−銅共晶ろう剤によりろう接５
して一体化してある。 第５図は外側の表面全部がメタライズされた異
形セラミツク成形体１ｂを用い、その外側にこれ
と形状の合致する銅板等の緩衝層４を設けてピス
トンのクラウン部上面に嵌装し、緩衝層４を前記
異形セラミツク成形体１ｂのメタライズ表面及び
鋳鉄本体２ａとの間を銀−銅共晶ろう剤によりろ
う接５して一体化してある。 第６図は円筒状の側面をメタライズした異形セ
ラミツク成形体１ｂの円筒状の外側面に、銅板等
の緩衝層４を設け、この内部は異形セラミツク成
形体１ｂのメタライズ表面と、その外部に更に設
けられる鋳鉄リング６との間を銀・銅共晶ろう剤
によりろう接し、更に前記鋳鉄リング６の表面を
アルフイン処理７して後、これらをピストン本体
を構成するアルミニウム合金２ｂで鋳ぐるんで一
体となしたもので、ろう剤及びアルフイン処理に
より各層間が化学的に接合一体化されているもの
である。 第７図は側面及び底面をメタライズされた異形
セラミツク成形体１ｂのメタライズ部分に隣接
し、銅−モリブデン−銅クラツド板の如き緩衝層
４を設け、その外側にＵ字型の鋳鉄即ち鋳鉄キヤ
ツプ６を設け各層間を銀−銅共晶ろうでろう接５
して一体化してある。次に前記鋳鉄キヤツプ６の
外表面はアルフイン処理７し、その外側にピスト
ン本体２ｂを構成するアルミニウム合金が鋳ぐる
まれて両者の間は化学的に強固に接合されたアル
ミニウムピストンを示すものである。 第８図は側面をメタライズされた異形セラミツ
ク成形体１ｂの円筒状側面に、同セラミツク成形
体を嵌装するクラウン部の溝の深さに等しい銅又
はコバール板等の緩衝層４を設け、その内側は前
記セラミツク成形体１ｂのメタライズ表面と又そ
の外側は鋳鉄製ピストン本体２ａと銀−銅共晶ろ
うによりろう接５して一体化してある。 第９図は前記第８図とほとんど同様だが、第９
図では異形セラミツクの円筒状側面と底面の両方
に銅板等の緩衝層４を設けその両側を銀−銅共晶
ろうによりろう接５して一体化したものである。
又、その他第８図と同一部分には同一符号が示さ
れている。 以上の如く本発明はピストンのクラウン部上面
にセラミツク成形体を嵌装一体化するについて、
セラミツク表面に強固に生成している金属膜（メ
タライズ）を利用してろう接によりその外側と一
体化され、かつ必要に応じ銅或は銅合金、銅系ク
ラツド材、鉄／ニツケル42アロイ、又はコバール
板等のろう接容易な緩衝層を設けてこれを介して
ろう接により一体結合を実現したピストンを提供
し、更には、アルミニウム合金ピストンに於ては
鋳鉄リング又は鋳鉄キヤツプをセラミツク成形体
の外側に設け、この内部は銀−銅共晶ろうにより
ろう接し、その外側はアルフイン処理した上でア
ルミニウム合金をピストン本体２ｂとして鋳ぐる
んで鋳鉄とアルミニウム合金をアルフイン処理の
化学剤で接合して各層間が強固に接合されたアル
ミニウムピストンを提供するものである。 そして、これらピストンを、実際のエンジンに
取りつけ、そのセラミツクとピストン本体の必要
強度をみると、セラミツクに働く力が主にピスト
ンの上下運動の慣性力とすると、その必要強度
は、400℃で100Kg／cm2以上であれば、良いことも
例１の試料で確認した。 次に本発明で最も重要な点はメタライズされた
セラミツク成形体を使用することにあるが、ここ
に用いられるセラミツクとしては窒化珪素
Si3N4、炭化硅素SiC、イツトリア安定化ジルコ
ニア等の耐熱性がよく強度の強い材料が好まし
い。その表面に金属層を設ける手段としては蒸着
法又は活性化金属法が好ましいものであり、以下
これらについて詳述する。 Ａ蒸着法 例 １ セラミツク成形体の蒸着を要する表面に、物理
蒸着法により、周期表のＡ族（Ti、Zr、Hf）
から選ばれた１種又は２種以上からなる第１金属
層を設け、その上に物理蒸着法又は化学メツキ法
により、周期表のＢ族（Cu、Ag、Au）から選
ばれた１種又は２種以上からなる第２金属層を設
けて金属膜を形成し、メタライズされたセラミツ
ク成形体を得る。 例 ２ セラミツク成形体の表面に物理蒸着法により形
成された周期表のＡ族（Ti、Zr、Hf）又は
Ａ族（Cr、Mo、Ｗ）から選ばれた１種又は２種
以上からなる第１金属層を設け、その上に物理蒸
着法又は化学メツキ法により形成されたＢ族
（Cu、Ag、Au）から選ばれた１種又は２種以上
からなる第２金属層を設けて金属膜を形成し、メ
タライズされたセラミツク成形体を得る。 例 ３ セラミツク成形体の表面に物理蒸着法により形
成された周期表のＡ族（Cr、Mo、Ｗ）又は
Ｂ族（Cu、Ag、Au）から選ばれた１種又は２種
以上からなる金属膜を形成してメタライズされた
セラミツク成形体を得る。 本発明に於て好ましいセラミツク材料について
は既に言及し、耐熱性、耐熱衝撃性の優れたもの
を挙げたが、これらの他にアルミナ磁器、ムライ
ト磁器、ジルコン磁器等のピストンのヘツドとし
て使用に耐えるならばすべてのセラミツクが適用
することができる。 次に本発明の実施例と比較例の試料を作成し比
較試験をした結果を示す。 実施例 １ 気孔率１％、窒化珪素含有率90％の常圧焼結窒
化珪素を第１図のように加工してセラミツク成形
体とし、その下面には真空蒸着法にて10-6torrの
真空中で、Zr500Å、Cu5μを順次蒸着した後、厚
さ１mm、直径50mmのCu板又はCu（0.3）−Mo（0.4）
−Cu（0.3）のクラツド材を中間層として介在させ
鋳鉄ピストン本体のクラウン部に嵌入、接合は
銀、銅共晶ろうを用いて水素炉中で900℃にてろ
う付し、第２図の如きピストンを得た。 実施例 ２ 気孔率１％、炭化珪素含有率0.5％の常圧焼結
炭化珪素を用い、実施例と同様にして第２図の
如きピストンを得た。 接合体の強度を測るため、鋳鉄ピストンを加工
して引張強度を測定した。 又、耐熱性及び耐久性を調べるために市販のブ
ンゼンバーナーにてピストンのセラミツク部分を
直接あぶり加熱−冷却のサイクルテストを500サ
イクル、1000サイクル行なつたこの時の接合部の
温度はどちらも最高400℃、最低300℃であつた。 比較例はセラミツクをメタライズすることな
く、焼嵌め代0.1mm取り、鋳鉄ピストンのクラウ
ン部に装着して500℃で焼嵌めし前記同様なバー
ナ−テスト及び引張強度を測定した。 これらの結果は表１に示すとおりである。
【表】
実施例 ３
気孔率１％、窒化珪素含有率90％の常圧焼結窒
化珪素を用いて第３図に示した如き異形セラミツ
ク成形体を作り、その垂直な外側面をメタライズ
した。 メタライズの条件は実施例１と同様な方法で
Ti1000Å、Cr1000Å、Cu5μを順次に蒸着し、メ
タライズした異形セラミツクを製造した。このメ
タライズした異形セラミツクを鋳鉄ピストンのク
ラウン部に嵌装し、厚さ0.5mmのCu板を緩衝層と
して介在させ、銀−銅共晶ろうを用いて水素炉中
で900℃でろう付けし第４図に示したような鋳鉄
ピストンを得た。 又同様にして側面及び底面に蒸着してメタライ
ズした異形セラミツクを用い、銀−銅共晶ろうを
用いて水素炉中で900℃でろう付けし、第５図に
示したような鋳鉄ピストンを得た。 更に又、側面及び底面に蒸着したメタライズし
た異形セラミツクを用い、鋳鉄リングをコバール
板を介在させて銀−銅共晶ろうを用いて水素炉中
で900℃でろう付けし、次に鋳鉄リングの表面を
アルフイツト処理した後アルミニウム合金
（AC8A）で鋳ぐるんで第６図に如きアルミニウ
ムピストンを得た。 実施例 ４ 気孔率１％、ジルコニア含有率90％のイツトリ
ア安定化ジルコニアを用い、実施例３と同様な方
法によつて、第４図、第５図及び第６図に示した
ようなピストンを製造した。これら実施例３、４
に示したものについて実施例１と同様なバーナー
テストを行なつた後、ピストンを加工して接合強
度を測定した。 比較例はSi3N4からなるセラミツク成形体をア
ルミニウム合金（AC8A）でぐるんでバーナーテ
ストを行なつて後、接合強度を測定した。 これらの結果は表２に示すとおりである。
化珪素を用いて第３図に示した如き異形セラミツ
ク成形体を作り、その垂直な外側面をメタライズ
した。 メタライズの条件は実施例１と同様な方法で
Ti1000Å、Cr1000Å、Cu5μを順次に蒸着し、メ
タライズした異形セラミツクを製造した。このメ
タライズした異形セラミツクを鋳鉄ピストンのク
ラウン部に嵌装し、厚さ0.5mmのCu板を緩衝層と
して介在させ、銀−銅共晶ろうを用いて水素炉中
で900℃でろう付けし第４図に示したような鋳鉄
ピストンを得た。 又同様にして側面及び底面に蒸着してメタライ
ズした異形セラミツクを用い、銀−銅共晶ろうを
用いて水素炉中で900℃でろう付けし、第５図に
示したような鋳鉄ピストンを得た。 更に又、側面及び底面に蒸着したメタライズし
た異形セラミツクを用い、鋳鉄リングをコバール
板を介在させて銀−銅共晶ろうを用いて水素炉中
で900℃でろう付けし、次に鋳鉄リングの表面を
アルフイツト処理した後アルミニウム合金
（AC8A）で鋳ぐるんで第６図に如きアルミニウ
ムピストンを得た。 実施例 ４ 気孔率１％、ジルコニア含有率90％のイツトリ
ア安定化ジルコニアを用い、実施例３と同様な方
法によつて、第４図、第５図及び第６図に示した
ようなピストンを製造した。これら実施例３、４
に示したものについて実施例１と同様なバーナー
テストを行なつた後、ピストンを加工して接合強
度を測定した。 比較例はSi3N4からなるセラミツク成形体をア
ルミニウム合金（AC8A）でぐるんでバーナーテ
ストを行なつて後、接合強度を測定した。 これらの結果は表２に示すとおりである。
【表】
定した。
次に窒化珪素を用い実施例１と同様にメタライ
ズしたセラミツク成形体を得、厚さ１mmのCu板
を中間緩衝層として用い、銀−銅共晶ろうにて接
合し第２図の如き鋳鉄ピストンを得、その熱間強
度を100℃、300℃、500℃で測定した。 上記の如き各実施例と比較例の試験結果より本
発明の各実施例のピストンは300℃までは熱的に
安定であり、従来の焼嵌め、鋳ぐるみ方式による
ピストンよりも、数段性能が優れていることが判
つた。 上記各例に於て、周期表のＡ族（Ti、Zr、
Hf）、Ａ族（Cr、Mo、Ｗ）の金属を第１層或
は第２層に選んだ理由はセラミツク成形体との反
応性が良く、密着性に富み、接合強度が大きく
又、接合後の耐熱性が良好なためである。 又、最外層にＢ族（Cu、Ag、Au）を選んだ
のは各種ろう剤との濡れ性が良好であり、良好な
ろう接が得られるためである。勿論Ｂ族を第１
層にして金属膜を構成してもセラミツクとの密着
性は一応さしつかえないものと認められる。 なお本発明で物理蒸着法としてはイオンビーム
法、スパツタリング法、抵抗加熱法等を指称し、
蒸着膜厚は蒸着設備によつて限定されるものでは
あるが、好ましくはＢ族では数千Åその他は数
百Å程度あればよい。 Ｂ 活性化金属法 活性化金属法は蒸着法に代る有力な方法で次
のような手法で達成される。 (1) セラミツク成形体の表面にTi又はZrと
Ag、Cuのうち少なくとも一種以上と箔とを
載せて、非酸化性雰囲気中にて800℃〜1200
℃に加熱する方法。 (2) セラミツク成形体の表面にTi箔又はZr箔
とAg、Cuのうち少なくとも一種以上のろう
箔を載せて、非酸化性雰囲気中にて800℃〜
1200℃にて加熱接合する方法。 このような手法でセラミツク成形体の所定の表
面にメタライズ層を形成した場合、Ti又はZrが
セラミツク中に拡散してセラミツク中の酸素原
子、窒素原子と化学的に結合して高度に一体性を
保持することができる。 実施例 ５ 気孔率１％、窒化珪素含有率90％の常圧焼結窒
化珪素を第３図の如く加工し、セラミツクの側面
に重量％でTi5％、Ag69％、Cu26％の厚さ0.05
mmの箔を設置した後、Cu板（厚さ0.5mm）を設置
し、ついでAg−Cu共晶ろうをCu板を鋳鉄ピスト
ンの間に設置し、10-4Torrの真空中で1000℃、
30分間加熱接合して第８図の如き鋳鉄ピストンを
得た。 実施例 ６ 同様なセラミツクの側面及び底面に実施例５と
全く同様な方法でTi−Ag−Cu箔、Cu板、Ag−
Cu共晶ろうを設け同様な真空加熱接合を施した
鋳鉄ピストンを得た。 これらについて実施例１の場合と同様なバーナ
ーテストを行なつた後、ピストンを加工し、その
接合強度を測定した。 結果は表３に示すとおりである。
次に窒化珪素を用い実施例１と同様にメタライ
ズしたセラミツク成形体を得、厚さ１mmのCu板
を中間緩衝層として用い、銀−銅共晶ろうにて接
合し第２図の如き鋳鉄ピストンを得、その熱間強
度を100℃、300℃、500℃で測定した。 上記の如き各実施例と比較例の試験結果より本
発明の各実施例のピストンは300℃までは熱的に
安定であり、従来の焼嵌め、鋳ぐるみ方式による
ピストンよりも、数段性能が優れていることが判
つた。 上記各例に於て、周期表のＡ族（Ti、Zr、
Hf）、Ａ族（Cr、Mo、Ｗ）の金属を第１層或
は第２層に選んだ理由はセラミツク成形体との反
応性が良く、密着性に富み、接合強度が大きく
又、接合後の耐熱性が良好なためである。 又、最外層にＢ族（Cu、Ag、Au）を選んだ
のは各種ろう剤との濡れ性が良好であり、良好な
ろう接が得られるためである。勿論Ｂ族を第１
層にして金属膜を構成してもセラミツクとの密着
性は一応さしつかえないものと認められる。 なお本発明で物理蒸着法としてはイオンビーム
法、スパツタリング法、抵抗加熱法等を指称し、
蒸着膜厚は蒸着設備によつて限定されるものでは
あるが、好ましくはＢ族では数千Åその他は数
百Å程度あればよい。 Ｂ 活性化金属法 活性化金属法は蒸着法に代る有力な方法で次
のような手法で達成される。 (1) セラミツク成形体の表面にTi又はZrと
Ag、Cuのうち少なくとも一種以上と箔とを
載せて、非酸化性雰囲気中にて800℃〜1200
℃に加熱する方法。 (2) セラミツク成形体の表面にTi箔又はZr箔
とAg、Cuのうち少なくとも一種以上のろう
箔を載せて、非酸化性雰囲気中にて800℃〜
1200℃にて加熱接合する方法。 このような手法でセラミツク成形体の所定の表
面にメタライズ層を形成した場合、Ti又はZrが
セラミツク中に拡散してセラミツク中の酸素原
子、窒素原子と化学的に結合して高度に一体性を
保持することができる。 実施例 ５ 気孔率１％、窒化珪素含有率90％の常圧焼結窒
化珪素を第３図の如く加工し、セラミツクの側面
に重量％でTi5％、Ag69％、Cu26％の厚さ0.05
mmの箔を設置した後、Cu板（厚さ0.5mm）を設置
し、ついでAg−Cu共晶ろうをCu板を鋳鉄ピスト
ンの間に設置し、10-4Torrの真空中で1000℃、
30分間加熱接合して第８図の如き鋳鉄ピストンを
得た。 実施例 ６ 同様なセラミツクの側面及び底面に実施例５と
全く同様な方法でTi−Ag−Cu箔、Cu板、Ag−
Cu共晶ろうを設け同様な真空加熱接合を施した
鋳鉄ピストンを得た。 これらについて実施例１の場合と同様なバーナ
ーテストを行なつた後、ピストンを加工し、その
接合強度を測定した。 結果は表３に示すとおりである。
【表】
これらの結果から判るように活性化金属法によ
つても蒸着法同様に強固なメタライズ層を設けた
セラミツク成形体が得られるので、これを用いた
ピストンの各種効果は蒸着法と全く変るところが
ない。
つても蒸着法同様に強固なメタライズ層を設けた
セラミツク成形体が得られるので、これを用いた
ピストンの各種効果は蒸着法と全く変るところが
ない。
第１図は本発明で用いられるメタライズされた
セラミツク成形体の一例を示す縦断面図、第２図
はこれを用いた本発明のピストンの構造例を示す
一部縦断面図、第３図は本発明で用いられるメタ
ライズされたセラミツク成形体の他の例を示す縦
断面図、第４図〜第９図はこれを用いた本発明の
ピストンの各構造例を示す一部縦断面図である。 １ａ：メタライズされたリング状セラミツク成
形体、１ｂ：メタライズされた異形セラミツク成
形体、１−ｍ：メタライズ部、２ａ：鋳鉄ピスト
ン本体、２ｂ：アルミニウム合金ピストン本体、
３：クラウン部、４：緩衝層、５：ろう接、６：
鋳鉄リング、鋳鉄キヤツプ、７：アルフイン処
理。
セラミツク成形体の一例を示す縦断面図、第２図
はこれを用いた本発明のピストンの構造例を示す
一部縦断面図、第３図は本発明で用いられるメタ
ライズされたセラミツク成形体の他の例を示す縦
断面図、第４図〜第９図はこれを用いた本発明の
ピストンの各構造例を示す一部縦断面図である。 １ａ：メタライズされたリング状セラミツク成
形体、１ｂ：メタライズされた異形セラミツク成
形体、１−ｍ：メタライズ部、２ａ：鋳鉄ピスト
ン本体、２ｂ：アルミニウム合金ピストン本体、
３：クラウン部、４：緩衝層、５：ろう接、６：
鋳鉄リング、鋳鉄キヤツプ、７：アルフイン処
理。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 蒸着法によりメタライズされたセラミツク成
形体が、銅、銅合金、銅／Mo／銅クラツド材、
銅／インバー／銅クラツド材、鉄／42％Ni合金
又はコバールより選ばれた緩衝層を介して鋳鉄ピ
ストン本体とろう付けされていることを特徴とす
る鋳鉄ピストン。 ２ セラミツク成形体をTi及びZrのうち一種以
上とAg及びCuのうち一種以上との混合活性ろう
材により、銅、銅合金、銅／Mo／銅クラツド
材、銅／インバー／銅クラツド材、鉄／42％Ni
合金又はコバールより選ばれた緩衝層とろう付け
され、緩衝層と鋳鉄ピストン本体とは銀ろうにて
ろう付けされていることを特徴とする鋳鉄ピスト
ン。 ３ セラミツク成形体と鋳鉄リングとが、銅、銅
合金、銅／Mo／銅クラツド材、銅／インバー／
銅クラツド材、鉄／42％Ni合金又はコバールよ
り選ばれた緩衝層を介して、蒸着法あるいは活性
ろう材によりろう付けされ、更にアルミニウムに
より鋳ぐるまれていることを特徴とするアルミニ
ウムピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9810383A JPS59224445A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9810383A JPS59224445A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | ピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59224445A JPS59224445A (ja) | 1984-12-17 |
| JPH0133655B2 true JPH0133655B2 (ja) | 1989-07-14 |
Family
ID=14210988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9810383A Granted JPS59224445A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59224445A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61142155U (ja) * | 1985-02-25 | 1986-09-02 | ||
| GB8622538D0 (en) * | 1986-09-18 | 1986-10-22 | Ae Plc | Pistons |
| JPH1192255A (ja) * | 1997-09-24 | 1999-04-06 | Toshiba Corp | メタライズセラミックス部品 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59101566A (ja) * | 1982-12-03 | 1984-06-12 | Ngk Insulators Ltd | エンジン部品 |
-
1983
- 1983-06-03 JP JP9810383A patent/JPS59224445A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59101566A (ja) * | 1982-12-03 | 1984-06-12 | Ngk Insulators Ltd | エンジン部品 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59224445A (ja) | 1984-12-17 |
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