JP2890765B2 - リエントラント型ピストン及びその製造方法 - Google Patents

リエントラント型ピストン及びその製造方法

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JP2890765B2 JP2246328A JP24632890A JP2890765B2 JP 2890765 B2 JP2890765 B2 JP 2890765B2 JP 2246328 A JP2246328 A JP 2246328A JP 24632890 A JP24632890 A JP 24632890A JP 2890765 B2 JP2890765 B2 JP 2890765B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，ピストンヘッドに形成したキャビティに
半径方向内向きに先尖り形状で伸び且つ開口部を備えた
ループ状リップ部を有するリエントラント型ピストン及
びその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
従来，燃焼室の製造方法として，特開昭63−170521号
公報に開示されたものがある。該公報に開示されたディ
ーゼルエンジン用燃焼室の製造方法は，燃焼室を形成す
るキャビティ側壁面の一部をリエントラント形状に形成
し，他の一部をオープン形状に形成し，該キャビティを
機械加工したものである。
上記のようなリエントラント型ピストンは，ピストン
成形後，第17図（Ａ）及び第17図（Ｂ）に示すように，
そのヘッド頂面からの加工によりリップ部70を設けて作
成されている。ピストンについては，上記リップ部70を
ピストンヘッド部77に設けることにより，圧縮行程でピ
ストン上昇で燃焼室１内へのスキッシュ流を発生させ，
該スキッシュ流によって噴霧燃料と空気との混合を良好
にし，燃焼状態を完全燃焼へ近づけることができる。
また，リエントラント型ピストンにおいて，スキッシ
ュ流による噴霧燃料と空気との混合度合いを高める方法
の一つとして，第18図（Ａ）及び第18図（Ｂ）に示すよ
うに，リップ部70の先端71を鋭角に先尖りに突出させ，
燃焼室１の開口部72の面積と底部73の面積の比を大きく
とる方法が考えられる。
また，セラミック部品の製造方法として，特開昭61−
259865号公報に開示されたものがある。該セラミック製
品の製造方法は，他金属との接合を目的とする構造用セ
ラミック部品の成形時に接合面に粒状のワックス，樹脂
等有機物を埋め込み，成形後これを熱処理によって除去
することにより，他金属との混合が容易，堅固に行える
形状を得るものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら，一般に，ピストンはAC8A等のアルミニ
ウム合金で製作されている。そのため，第18図（Ａ）及
び第18図（Ｂ）に示すリエントラント型ピストンにおい
て，リップ部70の先端71の鋭角に突出させた場合には，
リップ部先端71の温度が上昇し，該リップ部先端71が溶
損したり，熱膨張によって亀裂，クラック，割れ等が発
生することになる。
また，前掲特開昭61−259865号公報に開示されたセラ
ミック部品の製造方法は、粒状有機物を分散させた面に
対し垂直方向に加圧して成形体を作製し，焼成後，多孔
とした部分に金属を鋳込んで一体化させるものである
が，この方法では，リング状セラミック部品の外周部と
その周囲に配した金属部品とを結合させることは困難な
ことである。例えば，セラミック部分に窒化ケイ素（Si
3N4）又は炭化ケイ素（SiC）を用いた場合，セラミック
材料とアルミニウム合金とのぬれ性が良くなく，また，
セラミックスとアルミニウム合金との互いの熱膨張係数
の差が大きいことにより，両者の界面に割れが生じ易い
という問題がある。
ところで，リエントラント型の燃焼室を有するアルミ
ニウム等の金属製のピストンを構成する場合，例えば，
第19図に示すように，燃焼室の開口部のリップ部75をセ
ラミックスで製作し，該エッジ部の耐熱性，耐変形性を
確保する場合に，アルミニウムとセラミックスとのぬれ
性が良くないことにより，両者が境界部76で強固に結合
できず，また，熱膨張係数の差により繰り返しの熱応力
を受けた場合に，両者間の境界部76に割れ，クラック等
が発生するという現象が発生する。
この発明の目的は，上記の課題を解決することであ
り，リップ部先端をセラミックスの緻密質構造で構成
し，該リップ部先端からリップ部の半径方向外向きに向
かってリップ部の気孔率を連続的に増加させ，外周部に
向かってピストン金属材料の組成を順次増加させた構造
の傾斜組成部によってリップ部を形成し，熱膨張差を吸
収してリップ部の割れ，溶損を防止すると共に，リップ
部先端を耐熱性に富んだセラミックスで構成すること
で，鋭角に先尖りに形成でき，スキッシュ流による噴霧
燃料と空気との混合を一層良好に達成してカーボン発生
量を抑制し且つ燃料消費量を低減して燃焼を改善するリ
エントラント型ピストン及びその製造方法を提供するこ
とである。
〔課題を解決するための手段〕
この発明は，上記の目的を達成するために，次のよう
に構成されている。即ち，この発明は，ピストンヘッド
に形成されたキャビティによって構成され且つ前記ピス
トンヘッドの中央上部に開口部を備えた燃焼室，前記燃
焼室より半径方向外側の外周部を構成するピストン外周
部，及び前記ピストン外周部から前記燃焼室の前記開口
部に向かって半径方向内向きに先尖り形状に伸びる前記
キャビティの上方の部分を構成するループ状リップ部か
ら構成されたリエントラント型ピストンにおいて，前記
ループ状リップ部は，前記ピストン外周部と接合したリ
ップ部外周部，前記リップ部外周部と一体構造の前記燃
焼室の上方に半径方向内向きに先尖り形状に伸びるリッ
プ部中間部，及び前記リップ部中間部と一体構造の前記
燃焼室の前記開口部の縁部を形成する先尖りのリップ部
先端から構成され，前記リップ部先端が緻密質構造のセ
ラミックスから構成され，前記リップ部先端から前記リ
ップ部外周部へとセラミック焼結体の気孔率を連続的に
増加させ，前記セラミック燃焼体に形成された気孔に前
記ピストン外周部を構成する材料と同一材料を充填し，
前記ループ状リップ部は，前記ピストン外周部の前記材
料と同一の材料の組成が前記リップ部先端から前記リッ
プ部中間部を介して前記リップ部外周部へと半径方向外
向きに向かって連続的に増加している傾斜組成部によっ
て構成されていることを特徴とするリエントラント型ピ
ストンに関する。
また，このリエントラント型ピストンは，前記傾斜組
成部の多孔質構造の空隙に金属材料を充填した構造を有
するものである。
また，前記セラミックスは，窒化物，炭化物，酸化物
及びホウ化物のうち少なくとも１種以上含む組成を有す
るものである。
或いは，この発明は，半径方向内向きに先尖り形状で
伸び且つ開口部を備えたループ状リップ部をセラミック
スの緻密質構造のリップ部先端からリップ部外周部へと
リップ部半径方向外向きに向かって気孔率を連続的に増
加させた多孔質構造のセラミックス焼成体を製作する工
程，次いで，前記セラミックス焼成体の前記多孔質構造
の空隙にピストン外周部の金属材料と同一の金属材料を
高圧鋳込みによって充填して前記ループ状リップ部を傾
斜組成部に構成し，前記傾斜組成部によってピストンヘ
ッドに形成されたキャビティの上方周囲部を形成する工
程から成るリエントラント型ピストンの製造方法に関す
る。
セラミックス成形体を製造するにあたって，型内穴部
を仕切板で仕切って該穴部に複数の区分室を形成する工
程，前記各区分室に配合比の異なるセラミック造粒粉と
粉状金属又は有機物から成る混合物を充填する工程，前
記仕切板を前記穴部から抜き取る工程，前記穴部内の各
種の前記混合物を同時に加圧して加圧成形体を成形する
工程，前記加圧成形体を加熱して前記粒状金属又は前記
有機物を除去してセラミックス成形体を作る工程，及び
前記セラミックス成形体を焼成してセラミックス焼結体
を製作する工程から製作することができる。
或いは、セラミックス成形体を製造するにあたって，
セラミック粒子を含む複数種のスラリーの供給流量を時
間経過に伴ってそれぞれ調整する工程，供給された各ス
ラリーを混合して混合スラリーを生成する工程，該混合
スラリーをノズルから回転する回転体上に供給する工
程，前記回転体に供給された混合スラリーを前記回転体
上に所定の厚さにまで被着させて被着層を形成する工
程，更に前記被着層を乾燥固化させてセラミックス成形
体を製作する工程，及び前記セラミックス成形体を焼成
してセラミックス焼結体を製作する工程を有するから製
作することができる。
〔作用〕
この発明によるリエントラント型ピストン及びその製
造方法は，以上のように，リップ部先端をセラミックス
の緻密質構造から構成し，該リップ部先端からリップ部
の半径方向外向きに向かってセラミックス焼結体の気孔
率を連続的に変化させ，ピストン外周部を構成する材料
の組成を外周部に向かって連続的に増加させた傾斜組成
部によってピストンヘッド上部を形成したので，セラミ
ックス焼結体の気孔率の連続的変化で熱膨張差を吸収で
き，該リップ部の割れ，溶損を防止すると共に，リップ
部先端を鋭角に構成することができる。
また，前記リップ部を鋭角に形成することによってス
キッシュ流による噴霧燃料と空気との混合を一層良好に
達成でき，カーボンの発生を抑制でき且つ燃料消費量を
低減できるように燃焼を改善することができる。
また，このリエントラント型ピストンの製造方法は，
上記おように構成したので，前記セラミックス焼成体の
多孔質構造の空隙に金属とが確実に且つ強固に侵入して
結合され，セラミックスと金属材料から成るピストンが
全体として強固に結合されることになる。
〔実施例〕
以下，図面を参照して，この発明によるリエントラン
ト型ピストンの実施例を説明する。
第１図はこの発明によるリエントラント型ピストンの
一実施例を示す概略断面図，第２図（Ａ）は第１図のリ
エントラント型ピストンのリップ部の距離と気孔率の関
係を示す説明図，及び第２図（Ｂ）は第１図の平面図で
ある。
この発明によるリエントラント型ピストンは，図示の
ように，ピストンヘッド２に形成した燃焼室１を形成す
るキャビティの上方を覆うように半径方向内向きに先尖
り形状で伸び且つ開口部３を備えたループ状リップ部５
を有し，燃焼室１はキャビティの上面に開口部３及び該
開口部３より大きいキャビティの底面４を有している。
また，このリエントラント型ピストンは，リップ部５の
先端６をセラミックスの緻密質構造から構成し，リップ
部先端６からリップ部５の半径方向外向きの外周部７に
向かってピストン外周部８を構成する金属材料の組成を
順次増加させた構造の傾斜組成部10によってピストンヘ
ッド上部を構成したものである。セラミックスは，リッ
プ部５の先端６が最も緻密な構造になっており，第２図
（Ａ）に示すように，中間部から外周部７になるに従っ
てセラミックスは気孔率が多くなる多孔質構造になり，
多孔質構造の空隙にピストン外周部８を構成する金属材
料から充填された傾斜組成部10から成り，ピストンヘッ
ド２の外周部８は金属材料から成る構造を有している。
このリエントラント型ピストンにおいて，セラミック
スは，窒化珪素等の窒化物，炭化珪素等の炭化物，酸化
物及びホウ化物のうち少なくとも１種以上含む組成を有
する。また，ピストン外周部８を構成する金属材料は，
アルミニウム系の合金が用いられている。一般に，セラ
ミックスとピストン材料を構成する金属材料とは，熱膨
張係数の差が大きいため，リップ部外周部７の付近で割
れ等が発生してしまう。
このリエントラント型ピストンは，上記のように，リ
ップ部５は傾斜組成部10の構造で構成しているので，セ
ラミックスと金属材料とは熱膨張係数が相違し両者間に
熱膨張差が発生するが，リップ部５を構成する傾斜組成
部10で熱膨張差を緩和することができる。従って，エン
ジンを駆動してピストンヘッド２に熱サイクルが加えら
れても，リップ部５に割れ，クラック，亀裂等が発生す
ることが防止される。
また，このリエントラント型ピストンは，リップ部５
の先端６が耐熱性に富んだセラミックスの緻密構造で構
成されているので，先端６を鋭角な先尖りの形状に構成
できると共に，先尖りの形状に構成してもリップ部５の
先端６が溶損したり，割れたりすることがない。燃焼室
１のリップ部５を先尖りに形成することで，圧縮行程に
おけるピストン上昇で燃焼室内へ流入するスキッシュ流
は強力に発生し，燃料噴射ノズルから噴射される噴霧燃
料と空気との混合が良好になり，カーボンの発生を抑制
し且つ燃料消費量を低減するように燃焼状態を改善でき
る。
次に，この発明によるリエントラント型ピストンの製
造方法を，第３図（Ａ）及び第３図（Ｂ）を参照して説
明する。第３図（Ａ）はこのリエントラント型ピストン
の製造方法を達成するための製造工程を示す断面図，及
び第３図（Ｂ）は第３図（Ａ）に引き続く工程を示す説
明図である。
この発明によるリエントラント型ピストンの製造方法
は，まず，第２図（Ａ）に示すように，リップ部５の先
端６から外周部７に向かって気孔率（％）が連続して増
加するように変化する傾斜組成部10から成るセラミック
ス焼結体を製作する。セラミックス焼結体は，半径方向
内向きに先細り形状で伸びるループ状リップ部５をセラ
ミックスの緻密質構造のリップ部先端６からリップ部半
径方向外向きに向かって気孔率を連続的に増加させてリ
ップ部外周部７を多孔質構造を有するように製作する。
次に，第３図（Ａ）に示すように，円筒型11と底型12
で構成した鋳型の穴部13に，傾斜組成部10のセラミック
ス焼結体を配置する。次いで，第３図（Ｂ）に示すよう
に，鋳型の穴部13にピストンを構成する金属材料14を高
圧鋳造する。この高圧鋳造によって，傾斜組成部10の多
孔質構造の空隙に金属材料14を強制的に侵入させて充填
し，セラミックスと金属材料との傾斜組成によるリップ
部５を製作する。更に，リップ部５をピストンヘッド２
に形成したキャビティの上方周囲部を覆うように位置さ
せ，燃焼室１を形成するリエントラント部即ちリップ部
５を加工し，リエントラント型ピストンを製作する。
傾斜組成部10から成るリップ部５の形状は，燃焼室１
のリップ部５を先尖り形状に形成しているが，該先尖り
形状に限らず，例えば，第４図（Ａ）及び第４図（Ｂ）
に示すように，傾斜組成部10を有するセラミックス焼結
体を円筒体に形成し，次いで，該円筒体を機械加工して
リップ部先端を先尖り形状のリップ部５に形成してもよ
い。
次に，このリエントラント型ピストンの製造方法にお
いて，使用するセラミックス焼結体を製作する方法につ
いて説明する。
セラミックス焼結体を気孔率が連続して変化する構造
に製作するには，焼成する前段階のセラミックス成形体
の製作段階において，セラミックス成形体が，組成を変
化させる因子，即ち，成形密度，粒子・ウィスカー混合
組成，或いは焼結阻害物質量について変化していること
が必要である。セラミックス成形体の成形密度を変化さ
せる成形プロセスとして，プレス成形によって達成でき
る。また，粒子・ウィスカー混合組成及び焼結阻害物質
量を変化させる成形プロセスとして，プレス成形或いは
ドクターブレード法によって達成できる。
まず，セラミックス成形体の成形密度を変化させる成
形プロセスとしては，第５図に示すように，成形密度
（g/cm3）を変化させたセラミックス成形体を作製し，
該成形体を焼成することによって気孔率の変化したリッ
プ部のセラミックス焼結体を得ることができる。リップ
部５の外周部７の先端６に向かうに従って成形密度（g/
cm3）が増加するように，成形密度を変化させた成形体
を作製するには軸プレス成形機を用いる。
上記軸プレス成形機は，例えば，第６図，第６図
（Ａ）及び第６図（Ｂ）に示すような構造を有してい
る。軸プレス成形機15は，筒部を有する上型16,該筒部
に嵌合する中央部を備え且つ該中央部へ立ち上がる傾斜
底面を有する下型17,及び下型17の外周部に位置する外
周型18から成る金型で構成されている。軸プレス成形機
15で成形体を製作するには，まず，外周型18と下型17の
中央部との間に形成される筒状穴部19に，半径方向に組
成を変化させたセラミックス造粒粉20を充填し，セラミ
ックス造粒粉20の上面21を水平にする。この場合，軸プ
レス成形機15の穴部19に充填されるセラミックス造粒粉
20は，非流動性のものが好ましいものである。次いで，
筒状穴部19内へ上型16を挿入加圧してプレス成形するこ
とによって，成形密度（g/cm3）が外側から内側へ連続
的に変化したセミックス成形体を得ることができる。こ
の際，傾斜底面即ちテーパ面は任意の角度θに設定し，
金型における下型17の中央部の形状は，円形である必要
はなく，四角形，楕円形，花弁形等の所望な形状に形成
できる。また，セラミックス成形体の成形密度（g/c
m3）の調整は，セラミックス造粒粉末の径及び量を変化
させることによって達成できる。
或いは，セラミックス成形体が粒子・ウィスカー混合
組成を変化させる成形プロセスとしては，セラミックス
のウィスカーと粒子の混合比を，第７図に示すように，
連続的に変化させて成形する。第７図では，縦軸にウィ
スカーの混合量（wt％）を且つ横軸にリップ部５の距離
を示す。次いで，該セラミックス成形体を焼成すること
によってセラミックス焼結体は，第８図に示すような気
孔率（％）を有するようになる。セラミックスの粒子と
ウィスカーとの混合比を連続させて変化させるセラミッ
クス成形体を得るプロセスとして，プレス成形法或いは
スリップキャスティング法が挙げられる。
この場合，プレス成形法としては，成形体を第９図及
び第10図に示すような金型を用いて成形することができ
る。この成形方法については，軸プレス成形機15と同様
の金型を使用できるものであるので，同一の部品に対し
ては同一の符号を付すことにする。このセラミックスの
ウィスカーと粒子との混合物は流動性があるので，外周
型18と下型17の中央部との間に形成される筒状穴部19
を，仕切板22,23によって仕切って複数の区分室2C,3C,4
Cを形成する。次いで，各区分室2C,3C,4Cにウィスカー
と粒子との配合比の異なる混合物であるセラミックス造
粒粉2P,3P,4Pを充填し，セラミックス造粒粉2P,3P,4Pの
上面を水平にする。更に，仕切板22,23を型内穴部19か
ら抜き取る。次いで，第10図に示すように，穴部19内で
各セラミックス造粒粉2P,3P,4Pが接触した状態のセラミ
ック造粒粉20に対して上型16を筒状穴部19内へ挿入加圧
してプレス成形することによって，成形密度（g/cm3）
が外側から内側へ連続的に変化したセラミックス成形体
を得ることができる。更に，セラミック造粒粉20の加圧
成形体を加熱してセラミックス焼結体を得ることができ
る。この成形プロセスの場合に，粒子とウィスカーとの
組成は，同一組成でもよく，異組成であってもよい。ま
た，下型17の底面のテーパ角θは０゜以上に設定してお
くことが好ましい。
或いは，ドクターブレード法としては，成形体成形体
を第11図及び第12図に示すようなセラミックス成形装置
を用いて成形することができる。
このセラミックス成形装置において，セラミックスの
ウィスカースラリー1A及び粒子スラリー1Bを収容する複
数個（図では２個）の容器2A,2Bが示されている。これ
らの容器2A,2Bは,3個以上設けられてもよいことは勿論
であり，スラリー1A,1Bに配合する焼結助剤，バイン
ダ，解膠剤，水等の種類に応じて容器2A,2Bの数は決定
されるものである。これらの容器2A,2B内には，スラリ
ー1A,1Bを撹拌するため撹拌翼3A,3Bがそれぞれ設けら
れ，各撹拌翼3A,3Bはコントローラ25の指令によって作
動するモータ4A,4Bによって駆動される。各容器2A,2Bか
らスラリー1A,1Bを送り出すために，各容器2A,2Bには供
給管6A,6Bが設けられ，各供給管6A,6Bは容器2A,2Bの下
部に配置した混合槽24に開口している。更に，各供給管
6A,6Bには，容器2A,2Bから送り出されるスラリー1A,1B
の流量を調整するため，流量調整器であるバルブ5A,5B
が設けられている。これらのバルブ5A,5Bは，コントロ
ーラ25の指令によって開度及び開閉時期が調整され，そ
れによって容器2A,2Bから混合槽24に送り出されるスラ
リー1A,1Bの各流量が連続的にそれぞれ調整制御され
る。混合槽24内には，各容器2A,2Bから供給された各ス
ラリー1A,1Bを撹拌するため撹拌翼26が設けられ，該撹
拌翼26はコントローラ25の指令によって作動するモータ
27によって駆動される。混合槽24で混合された混合スラ
リーMSを該混合槽24から送り出すために，混合槽24の下
部にはノズル28が設けられ，ノズル28は混合槽24の下方
に配置した円柱体の回転体29の外周面30に所定の間隔で
対向状態に開口している。
また，回転体29の外周面30には，混合スラリーMSを被
着させるのに先立って，低温で熱分解即ち揮発するワッ
クス等の熱揮発性膜を形成しておき，混合スラリーMSを
供給しつつ回転体29を連続的或いは間歇的回転させるこ
とによって，該熱揮発性膜上即ち外周面30に混合スラリ
ーMSを被着して被着層を形成する。回転体29の一回転で
一層の被着層1Mが着肉され，次いで回転体29の二回転で
一層目の被着層1Mの上に二層目の被着層2Mが着肉され
る。混合スラリーMSが回転体29上に被着されることによ
って被着層はある程度水分が無くなり，その被着層上に
次の被着層は被着されるので，一層目の被着層1Mと二層
目の被着層2M,即ち隣接する被着層が完全に混合するこ
とがなく，境界部位のみがある程度混合する状態にな
る。それ故に，多層に被着された被着層1M,2M,3M,4M,5M
は，全体として，セラミックス粒子からセラミックスウ
ィスカーへの組成の異なった傾斜組成の被着層からなる
セラミックス成形体を構成することができる。
更に，混合層24から回転29に被着される混合スラリー
MSの流量及び組成は，バルブ5A,5Bの開度によって調整
される。コントローラ25の指令によって各バルブ5A,5B
の開度を調整して容器2A,2Bから注出されるセラミック
ス粒子とセラミックスウィスカーを含んだ組成の異なる
スラリー1A,1Bの流量をそれぞれ調整すれば，混合スラ
リーMSの組成が異なることになるので，回転体29の回転
速度に対応して，言い換えれば，時間経過に従って異な
った組成の混合スラリーMSを回転体29上に順次に供給す
れば，回転体29上に組成の異なった被着層が連続して重
ねられ，半径方向に即ち傾斜状態に連続的に変化する組
成の異なった被着層1M,2M,3M,4M,5Mによるセラミックス
成形体が形成されることになる。
また，セラミックス成形体を焼結阻害物質量を変化さ
せて製作する場合には，第13図に示すように，焼結阻害
物質即ち焼結阻害粉体の量（wt％）をリップ部５の外周
部７から先端６へ向けて連続的に変化させたセラミック
ス成形体を作製する。このセラミックス成形体を焼成し
た後に，超音波洗浄等により焼結阻害物質を除去するこ
とによって，連続的に気孔率の変化したセラミックス焼
結体即ちリップ部を得ることができる。焼結阻害物質と
しては,BN等の反応性の少ないものを使用する。この焼
結阻害物質量を変化させてセラミックス成形体を製作す
る場合に，プレス法或いはドクターブレード法を用いる
ことで達成される。各成形プロセスは，上記と同様であ
る。
次に，この発明によるリエントラント型ピストンの製
造方法において，セラミックス成形体の作製時にセラミ
ックス成形体の成形密度を連続して変化させることによ
り，セラミックス焼結体の気孔率が連続して変化したも
のを使用する一実施例を具体的に説明する。
第６図に示すような軸プレス成形機15を使用し，該軸
プレス成形機15の穴部19に，焼結助剤として,Al2O3及び
Y2O3を各々5wt/％，並びにポリビニルアルコールPVAを3
wt/％を含む平均粒径200μｍの窒化珪素造粒粉末を10g
充填する。上型16を通じて1ton/cm3の圧力でプレスを行
ってセラミックス成形体を製作した。この時のセラミッ
クス成形体の成形密度とリップ部５の距離との関係を，
第14図に示した。次に，セラミックス成形体の脱脂を行
った。次いで，この脱脂成形体を窒素ガスN2圧9.5atm,1
750℃で,5時間にわたって焼成した。セラミックス焼成
体の気孔率（％）は，内側即ちリップ部先端６から外周
即ちリップ部外周部７に向かって測定を行ったところ，
第15図に示すようになった。
次に，上記のセラミックス焼結体を，高圧鋳造装置内
にセットした。装置内の圧力を３×10-3torrまで減圧
し，装置内を300℃に予熱した。更に,AC8A相当のアルミ
ニウム合金溶湯を注ぎ，所定の圧力で溶湯の高圧鋳込み
を行った。次いで，高圧鋳造装置から取り出し，セラミ
ックス焼結体をアルミニウム合金で鋳込んだ製品を，リ
ップ部５の先端６が鋭角になるように機械加工し，リエ
ントラント型ピストンを作製した。
上記のようにして製作したリエントラント型ピストン
をエンジンに組み込み，所定の条件の下に運転をし，ス
モーク発生量SRと燃料消費率SFCとについて，従来のリ
エントラント型ピストンのものと比較した。その結果
は，第16図に示すように，この発明によるリエントラン
ト型ピストンは，従来のものに比較して，スモーク発生
量SRを抑制でき，しかも，燃料消費率SFCを低減させる
ことができた。
〔発明の効果〕
この発明によるリエントラント型ピストン及びその製
造方法は，以上のように構成したので，前記リップ部を
セラミックスとピストン材料との組成を連続的に変化さ
せて熱膨張差を吸収でき，前記リップ部の割れ，溶損の
発生を防止することができる。
しかも，前記リップ部先端が耐熱性に富んだセラミッ
クスで構成でき，該リップ部先端形状を鋭角に先尖り形
状に形成でき，前記リップ部を鋭角に形成することによ
ってスキッシュ流による噴霧燃料と空気との混合を一層
良好に達成して，従来のものに比較して，スモーク発生
量と燃料消費率とを低減することができ，燃焼を改善す
ることができる。特に，このリエントラント型ピストン
を直噴式ディーゼルエンジンに用いた場合に，エンジン
の燃焼を改善できる。
また，断熱ピストン等のリエントラント型ピストンを
製作すれば，極めて強度に富み，耐久性，断熱性，耐熱
性に富んだ金属とセラミックスの結合体から成るピスト
ンを製作することができる。
また，このリエントラント型ピストンの製造方法は，
上記のように構成したので，多孔質のセラミック部分に
形成された空隙に金属を容易に充填させることができ，
該空隙に充填された金属が該多孔質のセラミック部分の
周囲に配置される金属と強固に結合され，従って，半径
方向に配合の異なる材料を配置した状態でセラミックス
部分と金属部分とを強固に結合した状態の結合体に製造
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明によるリエントラント型ピストンの一
実施例を示す断面図，第２図（Ａ）は第１図のリエント
ラント型ピストンのリップ部の気孔率と距離との関係を
示す説明図，第２図（Ｂ）は第１図の平面図，第３図
（Ａ）及び第３図（Ｂ）は第１図のリエントラント型ピ
ストンのリップ部の製造工程の一例を示す説明図，第４
図（Ａ）及び第４図（Ｂ）は第１図のリエントラント型
ピストンのリップ部の一例を示す説明図，第５図はリッ
プ部の成形密度と距離との関係を示す説明図，第６図は
リエントラント型ピストンのリップ部の成形体を製造す
る工程の別の例を示す説明図，第６図（Ａ）は第６図の
上型を示す斜視図，第６図（Ｂ）は第６図の下型と外周
型を示す斜視図，第７図はリップ部の混合ウィスカー量
と距離との関係を示す説明図，第８図は焼成後の気孔率
と距離との関係を示す説明図，第９図及び第10図はリエ
ントラント型ピストンのリップ部の成形体を製造する工
程の更に別の例を示す説明図，第11図及び第12図はリエ
ントラント型ピストンのリップ部の成形体を製造する工
程の他の例を示す説明図，第13図はリップ部の焼結阻害
物質量と距離との関係を示す説明図，第14図はリップ部
の成形密度と距離との関係を示す説明図，第15図はリッ
プ部の気孔率と距離との関係を示す説明図，第16図はこ
のリエントラント型ピストンと従来のものとのスモーク
発生量と燃料消費量との比較を示す説明図，第17図
（Ａ）は従来のリエントラント型ピストンの一例を示す
概略説明図，第17図（Ｂ）は第17図（Ａ）の平面図，第
18図（Ａ）は従来のリエントラント型ピストンの別の例
を示す概略説明図，第18図（Ｂ）は第18図（Ａ）の平面
図，並びに第19図は従来のリエントラント型ピストンの
更に別の例を示す概略説明図である。 １……燃焼室,2……ピストンヘッド,3……開口部,4……
底面部,5……リップ部,6……リップ部先端,7……リップ
部外周部,8……ピストン外周部,10……傾斜組成部,19…
…穴部,20……セラミックス造粒粉。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02F 3/00 F02F 3/00 301 F02F 3/00 302 F02F 3/26

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ピストンヘッドに形成されたキャビティに
    よって構成され且つ前記ピストンヘッドの中央上部に開
    口部を備えた燃焼室，前記燃焼室より半径方向外側の外
    周部を構成するピストン外周部，及び前記ピストン外周
    部から前記燃焼室の前記開口部に向かって半径方向内向
    きに先尖り形状に伸びる前記キャビティの上方の部分を
    構成するループ状リップ部から構成されたリエントラン
    ト型ピストンにおいて，前記ループ状リップ部は，前記
    ピストン外周部と接合したリップ部外周部，前記リップ
    部外周部と一体構造の前記燃焼室の上方に半径方向内向
    きに先尖り形状に伸びるリップ部中間部，及び前記リッ
    プ部中間部と一体構造の前記燃焼室の前記開口部の縁部
    を形成する先尖りのリップ部先端から構成され，前記リ
    ップ部先端が緻密質構造のセラミックスから構成され，
    前記リップ部先端から前記リップ部外周部へとセラミッ
    ク焼結体の気孔率を連続的に増加させ，前記セラミック
    焼結体に形成された気孔に前記ピストン外周部を構成す
    る材料と同一材料を充填し，前記ループ状リップ部は，
    前記ピストン外周部の前記材料と同一の材料の組成が前
    記リップ部先端から前記リップ部中間部を介して前記リ
    ップ部外周部へと半径方向外向きに向かって連続的に増
    加している傾斜組成部によって構成されていることを特
    徴とするリエントラント型ピストン。
  2. 【請求項２】前記傾斜組成部の多孔質構造に空隙の金属
    材料を充填した構造を有することを特徴とする請求項１
    に記載のリエントラント型ピストン。
  3. 【請求項３】前記セラミックスは窒化物，炭化物，酸化
    物及びホウ化物のうち少なくとも１種以上含む組成を有
    することを特徴とする請求項１に記載のリエントラント
    型ピストン。
  4. 【請求項４】半径方向内向きに先尖り形状で伸び且つ開
    口部を備えたループ状リップ部をセラミックスの緻密質
    構造のリップ部先端からリップ部外周部へとリップ部半
    径方向外向きに向かって気孔率を連続的に増加させた多
    孔質構造のセラミックス焼成体に製作する工程，次い
    で，前記セラミックス焼成体の前記多孔質構造の空隙に
    ピストン外周部の金属材料と同一の金属材料を高圧鋳込
    みによって充填して前記ループ状リップ部を傾斜組成部
    に構成し，前記傾斜組成部によってピストンヘッドに形
    成されたキャビティの上方周囲部を形成する工程から成
    るリエントラント型ピストンの製造方法。
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