JPH01317677A - 鋳ぐるみ体 - Google Patents
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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。
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]
本発明は、高温高圧の流体が噴流する自動車、二輪車等
の排気マニホールド等に、あるいは前記流体と接触する
部位に用いられる機械部品の素材構成に関するものであ
る。 【従来の技術1 産業機械の高性能化及び新たなる技術展開にともない、
機械部品に対し、種々過酷な要求がなされてきているが
、従来は機械部品の素材たる金属の選択による工夫、金
属の特性改善による工夫。 セラミックスを金属表面にコーティングして金属を防護
することにより、前記要求をみたす施策がとられてきた
。 さらに、特異な性能を備えた物体を内包せしめる場合に
あっては、薄い金属板か、穴が穿設されたセラミックス
捧にて該物体を包み込む方策がとられてきた。 【従来技術の問題点1 上述のような従来技術では、金属表面に高温高圧の流体
が直接接触するので、前記金属表面が侵食されたり、あ
るいは、歪が生じて機械部品が変形したり破壊したりす
るので、長時間繰り返し使用できない。 かような現象は、セラミックスを金属表面にコーティン
グする場合であっても、該コーティングが施されるのは
、すでに形が形成された後に実施されるので均−且つも
れなく行うことが不可能であるので、同様に生じるので
ある。 また、特異性能を備えた物体と金属板とは隙間なく密着
させることができず、また振動によりず九が生じ、機械
部品内に安定的に保持することができない。 さらに、セラミックス自体ももろく、加工性が悪いので
、前記物体をセラミックス内に埋め込むことが困難であ
った。 【発明が解決しようとする課題) 上述のような問題点が生じるのは1機械部品素材として
、断熱性の悪い金属のみの単一素材を用いていたこと。 また、特定の用途向けの機械部品として特定形状がすで
に形成された後に金属表面にセラミックスをコーティン
グしたり発泡泥漿を塗布したり、あるいは中空の金属内
部に特殊物体を包み込もうとするので、金属表面とのな
じみが悪く、密着せしめることが不可能であること、施
行が困難であることが原因である。 [問題点を解決するための手段] 本発明は、チタン酸アルミニウムを主結晶相とするセラ
ミックスを内層、金属を外層とし、互いに密着状態とな
したセラミックス複合体を形成して、断熱性の特にすぐ
れたセラミックスと、形状性のすぐれた金属双方の特長
をいかすことに本発明の着眼がある。具体的には、A1
□0.及びTi01を主原料とし、補助原料としてFe
、O,、MgO,Sin、、カオリン、タルク、ムライ
トの少なくともいずれか一つを添加し、これらを焼結し
て得られる焼結体が、チタン酸アルミニウムを主結晶と
するセラミックスであって、該セラミックスが金属で鋳
ぐるまれて構成されていることを特徴とする鋳ぐるみ体
を形成すること、及び該鋳ぐるみ体を用途に応じ適宜変
更利用することにより、上述の従来技術の問題点を解決
するものである。 【作 用1 セラミックスを金属で鋳ぐるむと1両者は熱膨張係数が
相違するので、収縮量の差を生じ一種の焼バメ状態とな
って前記セラミックスに圧縮応力が作用する。 この結果、前記セラミックスは金属と密着状態となって
前記金属と一体化される。 このように、セラミックス複合体化した機械部品に高温
高圧な流体が循環しても、該流体と直接接触するのは前
記セラミックスである。 前記セラミックスは、チタン酸アルミニウムを主結晶相
としているので、熱膨張係数(α)及びヤング率(E)
が小さく、熱応力の一般式σ=Eα(t−to)から明
らかなように発生する熱応力は小さい、また、耐熱I#
撃性の目安を表示する一般式ΔT=σ(1−μ)/αE
によっても明らかなごとく、高温下においても前記主結
晶相は分解せず、前記セラミックスに亀裂が生じたり、
前記セラミックスが破壊することはない。 さらに、高温時には金属に変形が起こるが、上述のよう
に金属と一体化されているので、前記セラミックスは金
属に密着したまま金属の変形に追随するので、セラミッ
クスの破壊、脱落は起こらない。 【実施例1 本発明の実施例を、図面を用いて詳述する。 第1図、第2図は本発明に係る鋳ぐるみ体を5自動車等
のエンジンの排ガスが通過する排気マニホールド、排気
パイプ、触媒コンバータ等の高温断熱構造体として利用
する場合を図示したものである。 近年自動車等のエンジンの排ガス温度が高くなり、排気
マニホールド等に耐熱、耐酸化性の鋳鉄が使われ始めて
いる。最も苛酷な温度条件の所にはニレジスト鋳鉄が使
われているのが現状である。 一方、ターボチャージャーを有効に作動させるため、及
び排ガス浄化対策を有効に実施するために、排ガス温度
が下がらないように断熱する必要性から、高温の排ガス
に耐えて且つ断熱性の良い排気マニホールド等が要求さ
れている。しかしながら現在用いられている鋳鉄では、
断熱性に開運があるし、パイプ内に発泡泥漿を塗布して
発泡させ断熱層を形成させたものでは振動によって断熱
層が脱落し易いという問題がある。 耐熱性の鋳鉄としては、ニレジスト鋳鉄が最も高性能で
あって、排ガス温度は現状より上げられない状況にある
。また、排気マニホールドでは排気ガスが直接当る箇所
が高温になって歪みが発生し、極端な場合には排気マニ
ホールドが破壊することもあって、排ガス温度を制限し
ているのが実状である。 このような事情は、二輪車にても同様である。 すなわち、二輪車では9通常、排気マニホールドと触媒
コンバータを連結する排気管について、その放熱防止対
策として排気ガス流通用内管と内管保温用外管とからな
る二重管構造が用いられている。この種の排気管におい
て、高温排気ガスに接する内管と大気に接する外管に温
度差が生じ、その結果として熱膨張差が生じる。 従って、従来の排気管は内管と外管の一端を取付用フラ
ンジと共に溶接固定し、その他端において外端のみを取
付用フランジに溶接固定すると共に、外管と内管の間に
スペーサを挿入して、このスペーサにより内管を支持し
ている。しかし、上述の如く、内管と外管との間で熱膨
張差を生じるため、スペーサと内管と外管の間ですべり
を生じ、この結果、摩耗して空隙が生じ1次いで振動に
よって空隙が更に大きくなり、最後には内管に穴が開い
てしまうという欠点を有している。また。内管の開放端
部から排気ガスが内管と外管の間隙に侵入し、保温性が
低下してしまう欠点を有している。 そこで、本実施例では、上述の現状に鑑み、第1図に図
示するごとく、チタン酸アルミニウムを主結晶相とし、
断熱性のすぐれたセラミックス12を、金JiXllで
鋳ぐるんで鋳ぐるみ体となした高温断熱構造体を排気マ
ニホールド等の機械部品素材として用いたものである。 なお、前記金属としては、金属が高温にならない使い方
、つまり、金属を外部から強制冷却する場合には、軽量
化をはかるねらいからアルミニウムが、その他の場合に
は、ねずみ鋳鉄または球状黒鉛鋳鉄が適している。 上述のようになした本実施例によれば、次のような好ま
しい状況となる。すなわち、チタン酸アルミニウムを主
結晶相とするセラミックスは熱伝導率が0 、86 k
cal/+・hr ’Cであって1球状黒鉛鋳鉄の34
kcal/m・hr ’Cと比べると、約1/40で
あるので、このセラミックスを鋳ぐるんだ構造体は。 従来の鋳鉄製と比べて断熱性が格段に良い、また。 前記セラミックスと金属は膨張係数が相違するから一種
の焼バメ状態になっているので、セラミックスには圧縮
応力が加わって強固に保持されているので、振動によっ
て緩んだりすることはない。 さらに、高温時、金属に熱変形が生じても、セラミック
スはヤング率が小さく、前述のように金属から圧縮応力
を受けているので、セラミックスは金属に密着したまま
金属の変形に追随する。従って、セラミックスに不平衡
力が作用しないので。 セラミックスの破壊2金属からの脱落は起こらない。 前記セラミックスに高温の排気ガスが噴射接触しても、
セラミックス、特にチタン酸アルミニウムを主結晶相と
するものは、1500℃の熱衝撃に耐え、しかも110
0℃の高温に長時間曝しても安定であるので、排ガス温
度が現在より高くなっても使用に耐える。また1本実施
例に係る高温断熱構造体は外層を金属としであるので、
排ガスは金属に直接接触しないので、金属の腐食は起こ
らず、耐久性が向上する。 本実施例の他の活用例として、第2図に図示する如く、
排ガスが直接当る箇所のみセラミックス22を鋳ぐるむ
ことによって、金属21が局部的に加熱されることを回
避して、構造体の破壊を防ぐことも可能である。また、
断熱性セラミックス特にチタン酸アルミニウムは被削性
が良好であって、第1図の例では、フランジ面の加工を
鋳鉄の加工と同様の条件で行うことができる。 第3図及び第4図に図示する第2実施例は、鋳ぐるみ体
の基本構造を応用し、排気ガス浄化用の触媒担体を金属
で保持する構造に関する提案である。 従来は、ハニカム状の触媒担体を薄い金属板で包んで、
排ガス出口に取付ける構造となしていたので、金属板と
担体との間を隙間なく包むのが困難であり、隙間から排
ガスが漏れるという問題や。 自動車の走行時の振動のために、担体と該担体を包んで
いる金属板とがすれあって、担体を破損させ、排ガスの
漏れが発生するという問題があった。 そこで、触媒担体とそれを包む金属との間からの排ガス
の漏れを皆無にし、走行時の振動による触媒担体の破損
もなくすべく工夫されたものが本実施例である。 すなわち1本実施例は第3図に図示するごとく、52.
3wt%のAt、O,と、41.1wt%のTiOよと
、6.Ow t%のFe、○、と、Q、3wt%のカオ
リンを原料として焼結して得られたハニカム状の触媒担
体33を内部に包み持つ筒状セラミックス32を球状黒
鉛鋳鉄31で鋳ぐるむことにより得られた触媒担体の保
持構造をである。 前記触媒担体33と前記筒状セラミックス32は同一材
質で一体のものであっても良いし、異なる材質のものを
嵌め合わせたもので良い、前記筒状セラミックス32は
チタン酸アルミニウムを主結晶相とする焼結体であるこ
とが要件とされ、さらに好ましくは、焼結体重量の26
〜63%のAl2O、と28〜59%のT i O,を
主原料とし。 F e x Ox + M g O+ S iOz r
カオリン、タルク。 ムライトの少なくともいずれかひとつを補助原料として
添加して焼結したものであり、補助原料の添加量がFe
、O,では0〜24%、MgOでは0〜15%、Sin
、では0〜】6%、カオリンでは0〜12%、タルクで
は0〜47%、ムライトでは0〜20%なる配合割合と
した原料を焼結することにより得られたセラミックスで
あることが望ましい。 本実施例の他の応用例として、第4図に図示するごとく
、排気マニホールド40内に触媒担体を保持する場合が
考えられる。 すなわち、54.4 w t%のAl、O,と42.6
wt%のT i O,と3.0wt%のFa、03を原
料として焼結して得られたハニカム状触媒担体43と筒
状セラミックス42を排気マニホールド出口44に設置
し1球状黒鉛鋳鉄41で鋳ぐるむことにより得られた触
媒担体の保持構造である。 本実施例によれば1次のような好ましい効果を奏する。 触媒担体として使われているセラミックス、筒状セラミ
ックスの主結晶相であるチタン酸アルミニウムも共に鋳
鉄より熱膨張係数が小さい、したがって、筒状セラミッ
クスと鋳鉄は一種の焼バメ状態になっており、筒状セラ
ミックスは鋳鉄に強固に保持されている。Es鉄は筒状
セラミックスの外側に倣って凝固するので、鋳鉄と筒状
セラミックスの間に隙間が生じることはない。 また、第4図に図示するごとく、排気マニホールドの一
部に触媒担体と筒状セラミックスを鋳ぐるめば、従来の
ように触媒とマニホールドとの取付部が不要となり、軽
量化をはかることができる。 第5図から第6図に図示する第3実施例は、チタン酸ア
ルミニウムを主結晶相とするセラミックスが、高い赤外
線放射率を備えている点に着目し、前記セラミックスを
金属で鋳ぐるんだ鋳ぐるみ体を赤外線発生器として有効
利用することに関する提案である。 従来は、第5図Aに図示するごとく、発熱線51をセラ
ミックス捧52に埋め込むか、または同図8に図示する
ごとく板状のセラミックス53で発熱線54を囲むこと
により、赤外線発生器を構成し、前記発熱線51.また
は前記発熱線54を発熱せしめてセラミックスを加熱し
て赤外線を発生させるものであった。 第5図Aに図示する赤外線発生器では、前記セラミック
ス棒52はもろく、前記セラミックス捧52を切削加工
することも困難であるので、前記発熱線51をセラミッ
クス捧52中に保持することは至難である。 さらに、前記発熱線51と前記セラミックス捧52とは
熱膨張係数が大差であるので、前記発熱g51を前記セ
ラミックス捧52中に埋め込むことは困難である。 第5図Bに図示する赤外線発生器では、前記発熱線54
と前記セラミックス板53の結合がめんどうであること
、各発熱線間において、線の近傍と離れた所で温度が異
なるという欠点があった。 そこで、取付けが簡単であって、セラミックスを均一に
加熱でき1丈夫なセラミックス利用の赤外線発生器を得
るべく、工夫されたものが、第6図に図示する本実施例
である。 すなわち、同図Aによればチタン酸アルミニウムを主結
晶相とし、赤外線放射率の高い筒状のセラミックス61
を、鋳鉄、アルミニウム等の金属62で鋳ぐるんだ鋳ぐ
るみ体60に、外側から前記金属62を電熱や火炎で直
接加熱するが、前記金yiL62を高周波で誘導加熱す
るか、する加熱手段を付加するか、あるいは、前記金属
62をニクロム合金等のヒータとして使える材質とする
構成からなる赤外線発生器としたものである。 同図Bは、棒状のセラミックス63を金属64で鋳ぐる
んだ鋳ぐるみ体65とした場合を図示したものである。 その他、本実施例は、同図Cに図示するごとく、セラミ
ックス板66を金属板67に密着させて板状の赤外線発
生器とすることも可能である。 以上から明らかなように1本実施例は発熱線をセラミッ
クス内部に埋め込まず、Uぐるみ体を赤外線発生器とし
て有効活用しているので、本実施例に係る赤外線発生器
によれば、次のような著効を奏する。 1、 熱伝導のすぐれた金属と直接接触しているので、
セラミックスを均一に加熱できる。 2、 金属と強固に締結されるので、セラミックスのも
ろさを補完し1丈夫な赤外線発生器を提供できる。 3、 金属は加工が容易であるので、他の機器に容易に
取付けることができる。 第8図に図示する第4実施例は、鋳ぐるみ体の基本構造
を、溶融アルミニウムの流送に用いる給湯パイプに応用
した提案である。 従来、溶融金属を流送するための給湯パイプには、溶融
金属よりもはるかに高い融点を有する金属パイプを用い
るのが常識であった。しかしながら、溶融アルミニウム
を流送する場合においては、給湯パイプ材として、該溶
融アルミニウムよりもかなり高い融点をもつ鉄パイプや
ステンレスパイプを用いても、前記給湯パイプは短時間
のうちに侵食され、長時間繰り返し使用することができ
ないことが確認されている。そこで、最近ではこの種の
給湯パイプには、パイプの内側にセラミックスを用いた
コーティングが施されている。セラミックコーティング
が施された給湯パイプを用いた場合、前記溶融アルミニ
ウムが通過するにともなう金属パイプの侵食を防止し、
給湯パイプの反復使用が可能となったが、その反面、セ
ラミックコーティングパイプの製造には非常に手間がか
かり。 また、コーテイング面に斑が生じないための熟練技術を
要する。その上、既製のパイプを用いるので、すでにパ
イプとして形状が形成された後に、コーティングを実施
せざるを得ないので、パイプの大きさの制約内でコーテ
ィングを施さねばならず、セラミックスの厚さや給湯パ
イプの口径を任意に設定することは難しい、さらに、多
量の結合剤をセラミックスに添加するので、セラミック
コーティング部分の耐熱性が著しく損われる。第7図は
給湯パイプにセラミックコーティングを施した従来の壁
部構造を図示した一部断面図である。 同図に図示するごとく、鉄パイプ、ステンレスパイプ等
の金属パイプ71の内側に小径のアルミニウムパイプ7
3を通し、金属パイプとアルミニウムパイプとの間の環
状空間にセラミックス繊維72を結合剤を添加しながら
充填し、アルミニウムパイプ内73にアルミニウムの溶
湯を流通させ。 アルミニウムの溶湯の熱によってアルミニウムパイプ7
3を溶融させた上で充填したセラミックス繊維72を焼
結させるセラミックコーティング方法の場合、セラミッ
クス繊維72を結合剤を添加しながら該パイプとの間に
均一に充填させることは、非常に手間のかかる作業であ
る。場合によっては曲管部分などにかなりの斑が生じ、
ひいてはセラミックコーティング部分の破損を生じかね
ない、その上酸化マグネシウム、酸化イツトリウムなど
の結合剤をセラミックス繊維に添加することによって耐
熱性が損われる。 そこで、あらかじめパイプ状に成形された耐熱−性セラ
ミックスの外側を、溶融アルミニウムよりも高融点の鉄
やステンレス等の金属で鋳ぐるみ圧着することにより形
成されたものが1本実施例に係る給湯パイプである。 第8又は1本実施例に係る給湯パイプの壁部構造を図示
した一部断面図である。 耐熱性セラミックス81はチタン酸アルミニウムを主結
晶相とするものであって、好ましくは補助原料としてム
ライトでは0〜20%であるもので適している。 該耐熱性セラミックス81の原料を、鋳込形成法、射出
成形法もしくは単純形状のものについてはCTP法また
は金型ブレス法で所望のパイプ状に成形した後に、焼結
して得たセラミックスを鋳鉄、鋳鋼もしくは銅合金等の
金属82で鋳ぐるんで2層管を形成し、給湯パイプとし
たものである。 このように、耐熱性セラミックス81を金属82で鋳ぐ
るめば、セラミックスの厚さや形状を任意に設定できる
ので、給湯パイプの断熱性を特に向上させる必要がある
場合には、セラミックスの肉厚を適宜厚くすることによ
り対応が可能となった。さらに、セラミックスだけをあ
らかじめ成形するので、斑が生じることはなく1斑によ
るセラミックスの破損を解消しうる。その上、耐熱性セ
ラミックス81には結合剤を一切添加していないので、
同質のセラミックスに結合剤を添加してコーティングし
た場合よりも耐熱性に優れる。 耐熱性セラミックスの主結晶相であるチタン酸アルミニ
ウムは、溶融金属に濡れないので金属が付着しないし、
溶融金屑と反応もしない、また。 熱伝導係数が鋳鉄の1740であるので、断熱性が特に
優れている。 以上、述べたように本実施例に係る給湯パイプは、アル
ミニウムの湯の通過による金属パイプの侵食を防ぐこと
はもとより、セラミックスに斑を生じることがなく、ま
た、結合剤が添加されていないので、耐久性が大幅に向
上しており、断熱性、耐食性も優れている。さらに、セ
ラミックスの厚さや形状を任意に設定できることから、
既製金属パイプの制約条件にとられれることなく給湯パ
イプを提供しつる。 第9図に図示する第5実施例は、鋳ぐるみ体の基本構造
を、アルミニウム鋳造工程において使用される、溶融ア
ルミニウムを保持炉からすくったり、運搬したり、注湯
したりするために使用する溶融アルミニウム用取鍋に応
用した提案である。 従来は、黒鉛製や鋳鉄製の取鍋が使われてきた。 黒鉛製の場合は、保持するための金具を取付けなければ
ならないが、黒鉛は脆い材質なので、穴明けなどの加工
の際に割れたり、欠けたりする問題があり、また、使用
時に衝撃が加わらないように取扱わねばならないという
不便さがあった。鋳鉄製の場合は、アルミニウム溶湯に
侵されるため。 寿命が短く、また、侵食された鋳鉄がアルミニウム溶湯
を汚染するという問題があった。i&近では。 ムライトを添加したチタン酸アルミニウムを使った取鍋
が知られているが、強度を出すためにムライトを多量に
入れているので熱伝導率が大きくなってしまい、チタン
酸アルミニウムの特長である低熱伝導性が損われている
。また、ムライト添加によって強度は大きなっているが
、鉄とは比ぶKくもなく小さく、強度も低いので必然的
に肉を厚くせねばならず、高価なものになっている。さ
らに、セラミックス特有の靭性の低さの故に、黒鉛製と
同様に取扱いに注意が必要である。 そこで、熱伝導率の低いセラミックスを鋳鉄で妨ぐるむ
ことにより、熱伝導性が低く、アルミニウム溶湯に侵さ
れることがなく、保持金具の取付けのための加工が容易
にでき、しかも取扱いも容易となしたものが、本実施例
に係る溶融アルミニウム用取鍋である。 本実施例にかかる溶融アルミニウム用取鍋に用いるセラ
ミックスは、チタン酸アルミニウムを主結晶相とし、鋳
鉄による鋳ぐるみを可能とするために主原料であるアル
ミナとチタニアにF 6 x Os、MgO,SiO,
、カオリン、タルク、ムライトの少なくともいずれかひ
とつを補助原料として添加し、しかる後に、以上の原料
を混合、成形した後に焼結して得られたものである。各
原料の配合割合としては、焼結体重量に対する百分率で
表わすと、A1.O,が26−63 w t%、T i
O,が28−59 w t%、Fe、O,がO−24
w t%。 MgOがQ −15w t%、SiO,がO−16wt
%、カオリンが0〜12wt%、タルクが0〜47wt
%、ムライトが0〜20wt%であるものが適している
。 第9図は、本実施例に係る溶融アルミニウム用取鍋を図
示した断面図であって、91は上記セラミックスを断面
形状がU字状に成形して得られたセラミックス製取鍋内
張、92は鋳鉄製取鍋外装。 93は保持金具取付部である。 前記溶融アルミニウム用取鍋は、上述セラミックスの断
面形状をU字状に成形後、鋳型内に設置し、鋳鉄(FC
DまたはFC)を流し込むことによって得ることができ
る。 なお、取鍋の保持金具の取付部は鋳鉄で概略形状を形成
後、修正加工する。 本実施例によれば1次のような著効を奏する溶融アルミ
ニウム取鍋が得られる。 1、 ジルコニアを除けば、セラミックスは鋳鉄より熱
膨張係数が小さいので、セラミックスには圧縮応力が加
わった状態になって、鋳鉄に密着しているので、セラミ
ックスに直接衝撃が加わる場合を除き、鋳鉄を破壊させ
るほどの外力が加わらない限りセラミックスは破壊しな
い、したがって、低熱伝導性のセラミックスを鋳鉄で保
持することによって、低熱伝導性と強度をあわせ持った
取鍋を得ることができる。 2、 鋳鉄は元来容易に加工でき、セラミックスの加工
も、チタン酸アルミニウムが快削性であるのに加えて、
鋳鉄で保持しているので、割れや欠けを起こさずにでき
るので、取鍋の加工を容易且つ安定状態で行うことがで
きる。 3、 容易は直接鋳鉄と接触しないので、鋳鉄の侵食、
溶湯の汚染もない。 第10図から第16図にかけて図示する第6実施例は、
鋳ぐるむ際に鋳物に発生するブローホールをなくすべく
1表面形状を工夫したセラミックスが紡ぐまれだ鋳ぐる
み体に関するものである。 従来は、セラミックスを金属で紡ぐるむための注湯前に
、セラミックスを予熱したり、溶融金属とセラミックス
が直接接触しないように断熱層を設けたり、あるいはセ
ラミックスを熱衝撃と応力とに耐えるものにする等の工
夫がなされている。 以上のように工夫をして鋳ぐるみを行うと、鋳物の肉厚
や溶湯の冷却の条件によっては湯廻り不良及びブローホ
ールがしばしば発生する。湯廻り不良については、注湯
時の溶湯温度を高くしたり。 時間当りの注湯量を大きくする等で解決するが、ブロー
ホールについては何の効果もない、ただ、ブローホール
の発生を阻止することのみを目的とすれば、溶湯を鋳型
の下部から除々に入れることにより解決できるが、この
場合には、湯廻り不良という欠点も同時に発生しやすく
なるので、鋳型の下部から溶湯を入れることができない
場合が多い、上述のように、鋳ぐるみをする際に、他の
必要条件を阻害することなく鋳物に散見されるブローホ
ールの発生を阻止する方策はなかった。 そこで、溶湯と接触するセラミックスの表面に、上下方
向に連続した溝または突起を備えたセラミックスを鋳ぐ
るむことにより得られたものが、本実施例に係る鰻ぐる
み体である。 第10図は、上下に連続した溝の一例として、セラミッ
クス100の表面全体に網目状の溝101を入れた場合
を図示したもの、第11図は、第10図に図示したi#
1110が設けられたセラミックス表面111と溶湯1
12との接触状態を図示した拡大図である。 キャビティ内に入った溶湯は、第11図に示すように溝
の底部113を残して溝110に充たされる。キャビテ
ィ内のガスは、溝の底部113の隙間114を通って上
にあがる。溝は上下に連続しているので、ガスはセラミ
ックス表面に留まることなく上にあがり、ブローホール
とならない。 第12図は、パイプ状のセラミックスを、軸方向上下に
配置して鋳ぐるむ際に、ブローホールの発生を阻止する
うえで、特に有効な提案であるところの、セラミックス
表面120の上下方向に溝121を設けた場合を図示し
たものである。 第13図は、第12図と同様な鋳ぐるみ方式の際に、セ
ラミックス表面130の上下方向に突起131をつけた
例を図示したもの、第14図は、第13図に図示した突
起131が設けせれたセラミックス表面143と溶11
40との接触状態を図示した拡大図である。キャビティ
内に入った溶’/14140は突起の根元141を残し
てキャビティを充たす、ガスは、前記突起の根本141
の隙間142を通って上にあがり、ブローホールとなら
ない。 つぎに、セラミックス表面に溝を設ける方法についての
工夫を示す。 セラミックスを成形する型内に有機質のパイプもしくは
ひもをあらかじめ仕込んでおいた後、セラミックスを成
形する。第15図にスリップキャスト用の石膏型151
に応用した例を示す。 成形体は、パイプもしくはひも150がついた状態で得
られる。成形体を焼成すると、パイプもしくはひもは燃
えてなくなり、溝がセラミックス表面に形成される。 第16図は、有機質の網を石膏型160の表面161に
のりでつけておいて成形する。成形体を焼成すると網は
燃えてなくなり、網状の溝がセラミックス表面に形成さ
れる。 形状が複雑な場合には、小間切れにした網を貼ることで
溝の形成が可能となる。 本実施例によれば、セ)ミックスの表面に溝または突起
をつけることで、ブローホールを解消することができる
とともに、ブローホールがなくなるのでセラミックスと
鋳物の密着性が良くなって。 セラミックスには均等な力が加わるようになり。 鋳物から加わる応力によるセラミックスの割れのおそれ
も少なくなる。また、溝や突起が、セラミックスと鋳物
間のすべりをおさえるので、セラミックスの脱落も防げ
る。 第17図から第21図にかけて図示する第7実施例は、
鋳ぐるむ際、セラミックスに作用する熱衝撃を避けるべ
く、表面形状を工夫したセラミックスが鋳ぐるまれた。 鋳ぐるみ体に関するものである。 セラミックスを金属で鋳ぐるむ場合には、セラミックス
が溶融金、Lから受ける熱衝撃をいかに避けるかが重要
である。従来は、熱?l?撃を避けるためにセラミック
スを予熱したり、セラミックスが溶融金属と直接触れな
いように熱の緩衝層を設ける等、セラミックス内に生じ
る温度差を小さくする着眼点からの工夫がなされている
が、鋳型内にセラミックスを予熱するのは非常に困難で
あるし。 曖衝層を設けるのはコストアップになる。緩WIMには
多孔質の材料を用いるのが普通であるが、この場合、鋳
ぐるみされたセラミックスに加わる応力は、緩衝層がな
い場合と比べて小さくなるのでセラミックスの脱落の恐
れがある。 そこで、温度差によって発生するセラミックス内の応力
を小さくする着眼点から、金属と接触するセラミックス
面に溝を設け、その溝によってセラミックスが多数のブ
ロックに分割されている表面形状となした、セラミック
スを鋳ぐるむことにより得られたものが1本実施例に係
る鋳ぐるみ体である。 第17図及び第18図は、本実施例の作用を説明した模
式図である。 溶融金属が注湯されると、キャビティは第17図に図示
しであるように、溶融金属170で充たされ、セラミッ
クス171は急激に加熱される。 その結果、セラミックス171は膨張を起こすが、溝1
72があるためにセラミックス171は矢印173で示
す方向に伸びて大きな応力は発生しない、第18図のA
の部分180の熱勾配置81はBの部分182のそれよ
りはるかに大きい、つまり、Aの部分180の方が熱衝
撃が大きい、′aを入れることによってAの部分180
の範囲は自由に伸びれるようになり、応力の発生は少な
くなる。 その結果、熱衝撃を緩和できる。 本実施例の一例を第19図から第21図に示す。 第19図Aは短冊状に溝191を入れたもの、同図Bは
格子状に溝192を入れたものである。第20図は平板
を鋳ぐるむ場合である。平板の場合には熱ml!に加え
て、板の表201と裏202の温度差による板200の
ソリが問題になるが、溝203を入れておけば溶融金属
が触れる側の膨張が、溝がない場合と比べて小さくでき
るのでソリを抑えられる。第21図は溝の形状の例であ
るが。 図に示すように溝巾211は狭く、底212は丸いのが
良い、溝巾211を狭くすれば、溶融金属が溝の奥21
3にまで入らないので、セラミックスが溝の方へ自由に
伸び得る。底を丸くすれば、応力集中が小さくなるので
、底から亀裂が発生するのを防げる。 本実施例によれば、1. 熱衝撃を緩和できる。 2、 溝に溶融金属が入り込むので、セラミックスと鋳
物の間に引っかかりができて、溶融金属が凝固した後に
セラミックスが鋳物から離れるのを防ぐことができる。 【発明の効果1 上述のように工夫されてセラミックス複合体化された本
発明に係る鋳ぐるみ体となせば、断熱性の特にすぐれた
セラミックスと、所望な形状に形成容易な金属の特性両
者の長所をいかすことが可能となったものである。 また、&8ぐるみするに際し、工夫された異種物体を密
着一体止せしめる技術は、機械部品内部に特異な性質を
備えた物体を内包せしめる場合にも応用できるので、特
殊な用途に使用される機械部品素材としても活用できる
ものである。
の排気マニホールド等に、あるいは前記流体と接触する
部位に用いられる機械部品の素材構成に関するものであ
る。 【従来の技術1 産業機械の高性能化及び新たなる技術展開にともない、
機械部品に対し、種々過酷な要求がなされてきているが
、従来は機械部品の素材たる金属の選択による工夫、金
属の特性改善による工夫。 セラミックスを金属表面にコーティングして金属を防護
することにより、前記要求をみたす施策がとられてきた
。 さらに、特異な性能を備えた物体を内包せしめる場合に
あっては、薄い金属板か、穴が穿設されたセラミックス
捧にて該物体を包み込む方策がとられてきた。 【従来技術の問題点1 上述のような従来技術では、金属表面に高温高圧の流体
が直接接触するので、前記金属表面が侵食されたり、あ
るいは、歪が生じて機械部品が変形したり破壊したりす
るので、長時間繰り返し使用できない。 かような現象は、セラミックスを金属表面にコーティン
グする場合であっても、該コーティングが施されるのは
、すでに形が形成された後に実施されるので均−且つも
れなく行うことが不可能であるので、同様に生じるので
ある。 また、特異性能を備えた物体と金属板とは隙間なく密着
させることができず、また振動によりず九が生じ、機械
部品内に安定的に保持することができない。 さらに、セラミックス自体ももろく、加工性が悪いので
、前記物体をセラミックス内に埋め込むことが困難であ
った。 【発明が解決しようとする課題) 上述のような問題点が生じるのは1機械部品素材として
、断熱性の悪い金属のみの単一素材を用いていたこと。 また、特定の用途向けの機械部品として特定形状がすで
に形成された後に金属表面にセラミックスをコーティン
グしたり発泡泥漿を塗布したり、あるいは中空の金属内
部に特殊物体を包み込もうとするので、金属表面とのな
じみが悪く、密着せしめることが不可能であること、施
行が困難であることが原因である。 [問題点を解決するための手段] 本発明は、チタン酸アルミニウムを主結晶相とするセラ
ミックスを内層、金属を外層とし、互いに密着状態とな
したセラミックス複合体を形成して、断熱性の特にすぐ
れたセラミックスと、形状性のすぐれた金属双方の特長
をいかすことに本発明の着眼がある。具体的には、A1
□0.及びTi01を主原料とし、補助原料としてFe
、O,、MgO,Sin、、カオリン、タルク、ムライ
トの少なくともいずれか一つを添加し、これらを焼結し
て得られる焼結体が、チタン酸アルミニウムを主結晶と
するセラミックスであって、該セラミックスが金属で鋳
ぐるまれて構成されていることを特徴とする鋳ぐるみ体
を形成すること、及び該鋳ぐるみ体を用途に応じ適宜変
更利用することにより、上述の従来技術の問題点を解決
するものである。 【作 用1 セラミックスを金属で鋳ぐるむと1両者は熱膨張係数が
相違するので、収縮量の差を生じ一種の焼バメ状態とな
って前記セラミックスに圧縮応力が作用する。 この結果、前記セラミックスは金属と密着状態となって
前記金属と一体化される。 このように、セラミックス複合体化した機械部品に高温
高圧な流体が循環しても、該流体と直接接触するのは前
記セラミックスである。 前記セラミックスは、チタン酸アルミニウムを主結晶相
としているので、熱膨張係数(α)及びヤング率(E)
が小さく、熱応力の一般式σ=Eα(t−to)から明
らかなように発生する熱応力は小さい、また、耐熱I#
撃性の目安を表示する一般式ΔT=σ(1−μ)/αE
によっても明らかなごとく、高温下においても前記主結
晶相は分解せず、前記セラミックスに亀裂が生じたり、
前記セラミックスが破壊することはない。 さらに、高温時には金属に変形が起こるが、上述のよう
に金属と一体化されているので、前記セラミックスは金
属に密着したまま金属の変形に追随するので、セラミッ
クスの破壊、脱落は起こらない。 【実施例1 本発明の実施例を、図面を用いて詳述する。 第1図、第2図は本発明に係る鋳ぐるみ体を5自動車等
のエンジンの排ガスが通過する排気マニホールド、排気
パイプ、触媒コンバータ等の高温断熱構造体として利用
する場合を図示したものである。 近年自動車等のエンジンの排ガス温度が高くなり、排気
マニホールド等に耐熱、耐酸化性の鋳鉄が使われ始めて
いる。最も苛酷な温度条件の所にはニレジスト鋳鉄が使
われているのが現状である。 一方、ターボチャージャーを有効に作動させるため、及
び排ガス浄化対策を有効に実施するために、排ガス温度
が下がらないように断熱する必要性から、高温の排ガス
に耐えて且つ断熱性の良い排気マニホールド等が要求さ
れている。しかしながら現在用いられている鋳鉄では、
断熱性に開運があるし、パイプ内に発泡泥漿を塗布して
発泡させ断熱層を形成させたものでは振動によって断熱
層が脱落し易いという問題がある。 耐熱性の鋳鉄としては、ニレジスト鋳鉄が最も高性能で
あって、排ガス温度は現状より上げられない状況にある
。また、排気マニホールドでは排気ガスが直接当る箇所
が高温になって歪みが発生し、極端な場合には排気マニ
ホールドが破壊することもあって、排ガス温度を制限し
ているのが実状である。 このような事情は、二輪車にても同様である。 すなわち、二輪車では9通常、排気マニホールドと触媒
コンバータを連結する排気管について、その放熱防止対
策として排気ガス流通用内管と内管保温用外管とからな
る二重管構造が用いられている。この種の排気管におい
て、高温排気ガスに接する内管と大気に接する外管に温
度差が生じ、その結果として熱膨張差が生じる。 従って、従来の排気管は内管と外管の一端を取付用フラ
ンジと共に溶接固定し、その他端において外端のみを取
付用フランジに溶接固定すると共に、外管と内管の間に
スペーサを挿入して、このスペーサにより内管を支持し
ている。しかし、上述の如く、内管と外管との間で熱膨
張差を生じるため、スペーサと内管と外管の間ですべり
を生じ、この結果、摩耗して空隙が生じ1次いで振動に
よって空隙が更に大きくなり、最後には内管に穴が開い
てしまうという欠点を有している。また。内管の開放端
部から排気ガスが内管と外管の間隙に侵入し、保温性が
低下してしまう欠点を有している。 そこで、本実施例では、上述の現状に鑑み、第1図に図
示するごとく、チタン酸アルミニウムを主結晶相とし、
断熱性のすぐれたセラミックス12を、金JiXllで
鋳ぐるんで鋳ぐるみ体となした高温断熱構造体を排気マ
ニホールド等の機械部品素材として用いたものである。 なお、前記金属としては、金属が高温にならない使い方
、つまり、金属を外部から強制冷却する場合には、軽量
化をはかるねらいからアルミニウムが、その他の場合に
は、ねずみ鋳鉄または球状黒鉛鋳鉄が適している。 上述のようになした本実施例によれば、次のような好ま
しい状況となる。すなわち、チタン酸アルミニウムを主
結晶相とするセラミックスは熱伝導率が0 、86 k
cal/+・hr ’Cであって1球状黒鉛鋳鉄の34
kcal/m・hr ’Cと比べると、約1/40で
あるので、このセラミックスを鋳ぐるんだ構造体は。 従来の鋳鉄製と比べて断熱性が格段に良い、また。 前記セラミックスと金属は膨張係数が相違するから一種
の焼バメ状態になっているので、セラミックスには圧縮
応力が加わって強固に保持されているので、振動によっ
て緩んだりすることはない。 さらに、高温時、金属に熱変形が生じても、セラミック
スはヤング率が小さく、前述のように金属から圧縮応力
を受けているので、セラミックスは金属に密着したまま
金属の変形に追随する。従って、セラミックスに不平衡
力が作用しないので。 セラミックスの破壊2金属からの脱落は起こらない。 前記セラミックスに高温の排気ガスが噴射接触しても、
セラミックス、特にチタン酸アルミニウムを主結晶相と
するものは、1500℃の熱衝撃に耐え、しかも110
0℃の高温に長時間曝しても安定であるので、排ガス温
度が現在より高くなっても使用に耐える。また1本実施
例に係る高温断熱構造体は外層を金属としであるので、
排ガスは金属に直接接触しないので、金属の腐食は起こ
らず、耐久性が向上する。 本実施例の他の活用例として、第2図に図示する如く、
排ガスが直接当る箇所のみセラミックス22を鋳ぐるむ
ことによって、金属21が局部的に加熱されることを回
避して、構造体の破壊を防ぐことも可能である。また、
断熱性セラミックス特にチタン酸アルミニウムは被削性
が良好であって、第1図の例では、フランジ面の加工を
鋳鉄の加工と同様の条件で行うことができる。 第3図及び第4図に図示する第2実施例は、鋳ぐるみ体
の基本構造を応用し、排気ガス浄化用の触媒担体を金属
で保持する構造に関する提案である。 従来は、ハニカム状の触媒担体を薄い金属板で包んで、
排ガス出口に取付ける構造となしていたので、金属板と
担体との間を隙間なく包むのが困難であり、隙間から排
ガスが漏れるという問題や。 自動車の走行時の振動のために、担体と該担体を包んで
いる金属板とがすれあって、担体を破損させ、排ガスの
漏れが発生するという問題があった。 そこで、触媒担体とそれを包む金属との間からの排ガス
の漏れを皆無にし、走行時の振動による触媒担体の破損
もなくすべく工夫されたものが本実施例である。 すなわち1本実施例は第3図に図示するごとく、52.
3wt%のAt、O,と、41.1wt%のTiOよと
、6.Ow t%のFe、○、と、Q、3wt%のカオ
リンを原料として焼結して得られたハニカム状の触媒担
体33を内部に包み持つ筒状セラミックス32を球状黒
鉛鋳鉄31で鋳ぐるむことにより得られた触媒担体の保
持構造をである。 前記触媒担体33と前記筒状セラミックス32は同一材
質で一体のものであっても良いし、異なる材質のものを
嵌め合わせたもので良い、前記筒状セラミックス32は
チタン酸アルミニウムを主結晶相とする焼結体であるこ
とが要件とされ、さらに好ましくは、焼結体重量の26
〜63%のAl2O、と28〜59%のT i O,を
主原料とし。 F e x Ox + M g O+ S iOz r
カオリン、タルク。 ムライトの少なくともいずれかひとつを補助原料として
添加して焼結したものであり、補助原料の添加量がFe
、O,では0〜24%、MgOでは0〜15%、Sin
、では0〜】6%、カオリンでは0〜12%、タルクで
は0〜47%、ムライトでは0〜20%なる配合割合と
した原料を焼結することにより得られたセラミックスで
あることが望ましい。 本実施例の他の応用例として、第4図に図示するごとく
、排気マニホールド40内に触媒担体を保持する場合が
考えられる。 すなわち、54.4 w t%のAl、O,と42.6
wt%のT i O,と3.0wt%のFa、03を原
料として焼結して得られたハニカム状触媒担体43と筒
状セラミックス42を排気マニホールド出口44に設置
し1球状黒鉛鋳鉄41で鋳ぐるむことにより得られた触
媒担体の保持構造である。 本実施例によれば1次のような好ましい効果を奏する。 触媒担体として使われているセラミックス、筒状セラミ
ックスの主結晶相であるチタン酸アルミニウムも共に鋳
鉄より熱膨張係数が小さい、したがって、筒状セラミッ
クスと鋳鉄は一種の焼バメ状態になっており、筒状セラ
ミックスは鋳鉄に強固に保持されている。Es鉄は筒状
セラミックスの外側に倣って凝固するので、鋳鉄と筒状
セラミックスの間に隙間が生じることはない。 また、第4図に図示するごとく、排気マニホールドの一
部に触媒担体と筒状セラミックスを鋳ぐるめば、従来の
ように触媒とマニホールドとの取付部が不要となり、軽
量化をはかることができる。 第5図から第6図に図示する第3実施例は、チタン酸ア
ルミニウムを主結晶相とするセラミックスが、高い赤外
線放射率を備えている点に着目し、前記セラミックスを
金属で鋳ぐるんだ鋳ぐるみ体を赤外線発生器として有効
利用することに関する提案である。 従来は、第5図Aに図示するごとく、発熱線51をセラ
ミックス捧52に埋め込むか、または同図8に図示する
ごとく板状のセラミックス53で発熱線54を囲むこと
により、赤外線発生器を構成し、前記発熱線51.また
は前記発熱線54を発熱せしめてセラミックスを加熱し
て赤外線を発生させるものであった。 第5図Aに図示する赤外線発生器では、前記セラミック
ス棒52はもろく、前記セラミックス捧52を切削加工
することも困難であるので、前記発熱線51をセラミッ
クス捧52中に保持することは至難である。 さらに、前記発熱線51と前記セラミックス捧52とは
熱膨張係数が大差であるので、前記発熱g51を前記セ
ラミックス捧52中に埋め込むことは困難である。 第5図Bに図示する赤外線発生器では、前記発熱線54
と前記セラミックス板53の結合がめんどうであること
、各発熱線間において、線の近傍と離れた所で温度が異
なるという欠点があった。 そこで、取付けが簡単であって、セラミックスを均一に
加熱でき1丈夫なセラミックス利用の赤外線発生器を得
るべく、工夫されたものが、第6図に図示する本実施例
である。 すなわち、同図Aによればチタン酸アルミニウムを主結
晶相とし、赤外線放射率の高い筒状のセラミックス61
を、鋳鉄、アルミニウム等の金属62で鋳ぐるんだ鋳ぐ
るみ体60に、外側から前記金属62を電熱や火炎で直
接加熱するが、前記金yiL62を高周波で誘導加熱す
るか、する加熱手段を付加するか、あるいは、前記金属
62をニクロム合金等のヒータとして使える材質とする
構成からなる赤外線発生器としたものである。 同図Bは、棒状のセラミックス63を金属64で鋳ぐる
んだ鋳ぐるみ体65とした場合を図示したものである。 その他、本実施例は、同図Cに図示するごとく、セラミ
ックス板66を金属板67に密着させて板状の赤外線発
生器とすることも可能である。 以上から明らかなように1本実施例は発熱線をセラミッ
クス内部に埋め込まず、Uぐるみ体を赤外線発生器とし
て有効活用しているので、本実施例に係る赤外線発生器
によれば、次のような著効を奏する。 1、 熱伝導のすぐれた金属と直接接触しているので、
セラミックスを均一に加熱できる。 2、 金属と強固に締結されるので、セラミックスのも
ろさを補完し1丈夫な赤外線発生器を提供できる。 3、 金属は加工が容易であるので、他の機器に容易に
取付けることができる。 第8図に図示する第4実施例は、鋳ぐるみ体の基本構造
を、溶融アルミニウムの流送に用いる給湯パイプに応用
した提案である。 従来、溶融金属を流送するための給湯パイプには、溶融
金属よりもはるかに高い融点を有する金属パイプを用い
るのが常識であった。しかしながら、溶融アルミニウム
を流送する場合においては、給湯パイプ材として、該溶
融アルミニウムよりもかなり高い融点をもつ鉄パイプや
ステンレスパイプを用いても、前記給湯パイプは短時間
のうちに侵食され、長時間繰り返し使用することができ
ないことが確認されている。そこで、最近ではこの種の
給湯パイプには、パイプの内側にセラミックスを用いた
コーティングが施されている。セラミックコーティング
が施された給湯パイプを用いた場合、前記溶融アルミニ
ウムが通過するにともなう金属パイプの侵食を防止し、
給湯パイプの反復使用が可能となったが、その反面、セ
ラミックコーティングパイプの製造には非常に手間がか
かり。 また、コーテイング面に斑が生じないための熟練技術を
要する。その上、既製のパイプを用いるので、すでにパ
イプとして形状が形成された後に、コーティングを実施
せざるを得ないので、パイプの大きさの制約内でコーテ
ィングを施さねばならず、セラミックスの厚さや給湯パ
イプの口径を任意に設定することは難しい、さらに、多
量の結合剤をセラミックスに添加するので、セラミック
コーティング部分の耐熱性が著しく損われる。第7図は
給湯パイプにセラミックコーティングを施した従来の壁
部構造を図示した一部断面図である。 同図に図示するごとく、鉄パイプ、ステンレスパイプ等
の金属パイプ71の内側に小径のアルミニウムパイプ7
3を通し、金属パイプとアルミニウムパイプとの間の環
状空間にセラミックス繊維72を結合剤を添加しながら
充填し、アルミニウムパイプ内73にアルミニウムの溶
湯を流通させ。 アルミニウムの溶湯の熱によってアルミニウムパイプ7
3を溶融させた上で充填したセラミックス繊維72を焼
結させるセラミックコーティング方法の場合、セラミッ
クス繊維72を結合剤を添加しながら該パイプとの間に
均一に充填させることは、非常に手間のかかる作業であ
る。場合によっては曲管部分などにかなりの斑が生じ、
ひいてはセラミックコーティング部分の破損を生じかね
ない、その上酸化マグネシウム、酸化イツトリウムなど
の結合剤をセラミックス繊維に添加することによって耐
熱性が損われる。 そこで、あらかじめパイプ状に成形された耐熱−性セラ
ミックスの外側を、溶融アルミニウムよりも高融点の鉄
やステンレス等の金属で鋳ぐるみ圧着することにより形
成されたものが1本実施例に係る給湯パイプである。 第8又は1本実施例に係る給湯パイプの壁部構造を図示
した一部断面図である。 耐熱性セラミックス81はチタン酸アルミニウムを主結
晶相とするものであって、好ましくは補助原料としてム
ライトでは0〜20%であるもので適している。 該耐熱性セラミックス81の原料を、鋳込形成法、射出
成形法もしくは単純形状のものについてはCTP法また
は金型ブレス法で所望のパイプ状に成形した後に、焼結
して得たセラミックスを鋳鉄、鋳鋼もしくは銅合金等の
金属82で鋳ぐるんで2層管を形成し、給湯パイプとし
たものである。 このように、耐熱性セラミックス81を金属82で鋳ぐ
るめば、セラミックスの厚さや形状を任意に設定できる
ので、給湯パイプの断熱性を特に向上させる必要がある
場合には、セラミックスの肉厚を適宜厚くすることによ
り対応が可能となった。さらに、セラミックスだけをあ
らかじめ成形するので、斑が生じることはなく1斑によ
るセラミックスの破損を解消しうる。その上、耐熱性セ
ラミックス81には結合剤を一切添加していないので、
同質のセラミックスに結合剤を添加してコーティングし
た場合よりも耐熱性に優れる。 耐熱性セラミックスの主結晶相であるチタン酸アルミニ
ウムは、溶融金属に濡れないので金属が付着しないし、
溶融金屑と反応もしない、また。 熱伝導係数が鋳鉄の1740であるので、断熱性が特に
優れている。 以上、述べたように本実施例に係る給湯パイプは、アル
ミニウムの湯の通過による金属パイプの侵食を防ぐこと
はもとより、セラミックスに斑を生じることがなく、ま
た、結合剤が添加されていないので、耐久性が大幅に向
上しており、断熱性、耐食性も優れている。さらに、セ
ラミックスの厚さや形状を任意に設定できることから、
既製金属パイプの制約条件にとられれることなく給湯パ
イプを提供しつる。 第9図に図示する第5実施例は、鋳ぐるみ体の基本構造
を、アルミニウム鋳造工程において使用される、溶融ア
ルミニウムを保持炉からすくったり、運搬したり、注湯
したりするために使用する溶融アルミニウム用取鍋に応
用した提案である。 従来は、黒鉛製や鋳鉄製の取鍋が使われてきた。 黒鉛製の場合は、保持するための金具を取付けなければ
ならないが、黒鉛は脆い材質なので、穴明けなどの加工
の際に割れたり、欠けたりする問題があり、また、使用
時に衝撃が加わらないように取扱わねばならないという
不便さがあった。鋳鉄製の場合は、アルミニウム溶湯に
侵されるため。 寿命が短く、また、侵食された鋳鉄がアルミニウム溶湯
を汚染するという問題があった。i&近では。 ムライトを添加したチタン酸アルミニウムを使った取鍋
が知られているが、強度を出すためにムライトを多量に
入れているので熱伝導率が大きくなってしまい、チタン
酸アルミニウムの特長である低熱伝導性が損われている
。また、ムライト添加によって強度は大きなっているが
、鉄とは比ぶKくもなく小さく、強度も低いので必然的
に肉を厚くせねばならず、高価なものになっている。さ
らに、セラミックス特有の靭性の低さの故に、黒鉛製と
同様に取扱いに注意が必要である。 そこで、熱伝導率の低いセラミックスを鋳鉄で妨ぐるむ
ことにより、熱伝導性が低く、アルミニウム溶湯に侵さ
れることがなく、保持金具の取付けのための加工が容易
にでき、しかも取扱いも容易となしたものが、本実施例
に係る溶融アルミニウム用取鍋である。 本実施例にかかる溶融アルミニウム用取鍋に用いるセラ
ミックスは、チタン酸アルミニウムを主結晶相とし、鋳
鉄による鋳ぐるみを可能とするために主原料であるアル
ミナとチタニアにF 6 x Os、MgO,SiO,
、カオリン、タルク、ムライトの少なくともいずれかひ
とつを補助原料として添加し、しかる後に、以上の原料
を混合、成形した後に焼結して得られたものである。各
原料の配合割合としては、焼結体重量に対する百分率で
表わすと、A1.O,が26−63 w t%、T i
O,が28−59 w t%、Fe、O,がO−24
w t%。 MgOがQ −15w t%、SiO,がO−16wt
%、カオリンが0〜12wt%、タルクが0〜47wt
%、ムライトが0〜20wt%であるものが適している
。 第9図は、本実施例に係る溶融アルミニウム用取鍋を図
示した断面図であって、91は上記セラミックスを断面
形状がU字状に成形して得られたセラミックス製取鍋内
張、92は鋳鉄製取鍋外装。 93は保持金具取付部である。 前記溶融アルミニウム用取鍋は、上述セラミックスの断
面形状をU字状に成形後、鋳型内に設置し、鋳鉄(FC
DまたはFC)を流し込むことによって得ることができ
る。 なお、取鍋の保持金具の取付部は鋳鉄で概略形状を形成
後、修正加工する。 本実施例によれば1次のような著効を奏する溶融アルミ
ニウム取鍋が得られる。 1、 ジルコニアを除けば、セラミックスは鋳鉄より熱
膨張係数が小さいので、セラミックスには圧縮応力が加
わった状態になって、鋳鉄に密着しているので、セラミ
ックスに直接衝撃が加わる場合を除き、鋳鉄を破壊させ
るほどの外力が加わらない限りセラミックスは破壊しな
い、したがって、低熱伝導性のセラミックスを鋳鉄で保
持することによって、低熱伝導性と強度をあわせ持った
取鍋を得ることができる。 2、 鋳鉄は元来容易に加工でき、セラミックスの加工
も、チタン酸アルミニウムが快削性であるのに加えて、
鋳鉄で保持しているので、割れや欠けを起こさずにでき
るので、取鍋の加工を容易且つ安定状態で行うことがで
きる。 3、 容易は直接鋳鉄と接触しないので、鋳鉄の侵食、
溶湯の汚染もない。 第10図から第16図にかけて図示する第6実施例は、
鋳ぐるむ際に鋳物に発生するブローホールをなくすべく
1表面形状を工夫したセラミックスが紡ぐまれだ鋳ぐる
み体に関するものである。 従来は、セラミックスを金属で紡ぐるむための注湯前に
、セラミックスを予熱したり、溶融金属とセラミックス
が直接接触しないように断熱層を設けたり、あるいはセ
ラミックスを熱衝撃と応力とに耐えるものにする等の工
夫がなされている。 以上のように工夫をして鋳ぐるみを行うと、鋳物の肉厚
や溶湯の冷却の条件によっては湯廻り不良及びブローホ
ールがしばしば発生する。湯廻り不良については、注湯
時の溶湯温度を高くしたり。 時間当りの注湯量を大きくする等で解決するが、ブロー
ホールについては何の効果もない、ただ、ブローホール
の発生を阻止することのみを目的とすれば、溶湯を鋳型
の下部から除々に入れることにより解決できるが、この
場合には、湯廻り不良という欠点も同時に発生しやすく
なるので、鋳型の下部から溶湯を入れることができない
場合が多い、上述のように、鋳ぐるみをする際に、他の
必要条件を阻害することなく鋳物に散見されるブローホ
ールの発生を阻止する方策はなかった。 そこで、溶湯と接触するセラミックスの表面に、上下方
向に連続した溝または突起を備えたセラミックスを鋳ぐ
るむことにより得られたものが、本実施例に係る鰻ぐる
み体である。 第10図は、上下に連続した溝の一例として、セラミッ
クス100の表面全体に網目状の溝101を入れた場合
を図示したもの、第11図は、第10図に図示したi#
1110が設けられたセラミックス表面111と溶湯1
12との接触状態を図示した拡大図である。 キャビティ内に入った溶湯は、第11図に示すように溝
の底部113を残して溝110に充たされる。キャビテ
ィ内のガスは、溝の底部113の隙間114を通って上
にあがる。溝は上下に連続しているので、ガスはセラミ
ックス表面に留まることなく上にあがり、ブローホール
とならない。 第12図は、パイプ状のセラミックスを、軸方向上下に
配置して鋳ぐるむ際に、ブローホールの発生を阻止する
うえで、特に有効な提案であるところの、セラミックス
表面120の上下方向に溝121を設けた場合を図示し
たものである。 第13図は、第12図と同様な鋳ぐるみ方式の際に、セ
ラミックス表面130の上下方向に突起131をつけた
例を図示したもの、第14図は、第13図に図示した突
起131が設けせれたセラミックス表面143と溶11
40との接触状態を図示した拡大図である。キャビティ
内に入った溶’/14140は突起の根元141を残し
てキャビティを充たす、ガスは、前記突起の根本141
の隙間142を通って上にあがり、ブローホールとなら
ない。 つぎに、セラミックス表面に溝を設ける方法についての
工夫を示す。 セラミックスを成形する型内に有機質のパイプもしくは
ひもをあらかじめ仕込んでおいた後、セラミックスを成
形する。第15図にスリップキャスト用の石膏型151
に応用した例を示す。 成形体は、パイプもしくはひも150がついた状態で得
られる。成形体を焼成すると、パイプもしくはひもは燃
えてなくなり、溝がセラミックス表面に形成される。 第16図は、有機質の網を石膏型160の表面161に
のりでつけておいて成形する。成形体を焼成すると網は
燃えてなくなり、網状の溝がセラミックス表面に形成さ
れる。 形状が複雑な場合には、小間切れにした網を貼ることで
溝の形成が可能となる。 本実施例によれば、セ)ミックスの表面に溝または突起
をつけることで、ブローホールを解消することができる
とともに、ブローホールがなくなるのでセラミックスと
鋳物の密着性が良くなって。 セラミックスには均等な力が加わるようになり。 鋳物から加わる応力によるセラミックスの割れのおそれ
も少なくなる。また、溝や突起が、セラミックスと鋳物
間のすべりをおさえるので、セラミックスの脱落も防げ
る。 第17図から第21図にかけて図示する第7実施例は、
鋳ぐるむ際、セラミックスに作用する熱衝撃を避けるべ
く、表面形状を工夫したセラミックスが鋳ぐるまれた。 鋳ぐるみ体に関するものである。 セラミックスを金属で鋳ぐるむ場合には、セラミックス
が溶融金、Lから受ける熱衝撃をいかに避けるかが重要
である。従来は、熱?l?撃を避けるためにセラミック
スを予熱したり、セラミックスが溶融金属と直接触れな
いように熱の緩衝層を設ける等、セラミックス内に生じ
る温度差を小さくする着眼点からの工夫がなされている
が、鋳型内にセラミックスを予熱するのは非常に困難で
あるし。 曖衝層を設けるのはコストアップになる。緩WIMには
多孔質の材料を用いるのが普通であるが、この場合、鋳
ぐるみされたセラミックスに加わる応力は、緩衝層がな
い場合と比べて小さくなるのでセラミックスの脱落の恐
れがある。 そこで、温度差によって発生するセラミックス内の応力
を小さくする着眼点から、金属と接触するセラミックス
面に溝を設け、その溝によってセラミックスが多数のブ
ロックに分割されている表面形状となした、セラミック
スを鋳ぐるむことにより得られたものが1本実施例に係
る鋳ぐるみ体である。 第17図及び第18図は、本実施例の作用を説明した模
式図である。 溶融金属が注湯されると、キャビティは第17図に図示
しであるように、溶融金属170で充たされ、セラミッ
クス171は急激に加熱される。 その結果、セラミックス171は膨張を起こすが、溝1
72があるためにセラミックス171は矢印173で示
す方向に伸びて大きな応力は発生しない、第18図のA
の部分180の熱勾配置81はBの部分182のそれよ
りはるかに大きい、つまり、Aの部分180の方が熱衝
撃が大きい、′aを入れることによってAの部分180
の範囲は自由に伸びれるようになり、応力の発生は少な
くなる。 その結果、熱衝撃を緩和できる。 本実施例の一例を第19図から第21図に示す。 第19図Aは短冊状に溝191を入れたもの、同図Bは
格子状に溝192を入れたものである。第20図は平板
を鋳ぐるむ場合である。平板の場合には熱ml!に加え
て、板の表201と裏202の温度差による板200の
ソリが問題になるが、溝203を入れておけば溶融金属
が触れる側の膨張が、溝がない場合と比べて小さくでき
るのでソリを抑えられる。第21図は溝の形状の例であ
るが。 図に示すように溝巾211は狭く、底212は丸いのが
良い、溝巾211を狭くすれば、溶融金属が溝の奥21
3にまで入らないので、セラミックスが溝の方へ自由に
伸び得る。底を丸くすれば、応力集中が小さくなるので
、底から亀裂が発生するのを防げる。 本実施例によれば、1. 熱衝撃を緩和できる。 2、 溝に溶融金属が入り込むので、セラミックスと鋳
物の間に引っかかりができて、溶融金属が凝固した後に
セラミックスが鋳物から離れるのを防ぐことができる。 【発明の効果1 上述のように工夫されてセラミックス複合体化された本
発明に係る鋳ぐるみ体となせば、断熱性の特にすぐれた
セラミックスと、所望な形状に形成容易な金属の特性両
者の長所をいかすことが可能となったものである。 また、&8ぐるみするに際し、工夫された異種物体を密
着一体止せしめる技術は、機械部品内部に特異な性質を
備えた物体を内包せしめる場合にも応用できるので、特
殊な用途に使用される機械部品素材としても活用できる
ものである。
第1図は、鋳ぐるみ体を排気マニホールドに応用した場
合を図した断面図、第2図は、前記排気マニホールドの
なかで、特に排ガスが直接当る箇所のみ、セラミックス
を鋳ぐるんだ場合を図示した断面図、第3図は、ハニカ
ム状の触媒担体の保持構造を図示した断面図、第4図は
、前記ハニカム状の触媒担体を排気マニホールド出口に
保持せしめた場合を図示した断面図、第5図は、発熱線
をセラミックス内部に内包した従来の赤外線発生器を図
示したものであって、同図Aは発熱線をセラミックスに
埋め込んだ場合を図示した断面図。 同図Bは発熱線とセラミックス板とを結合せしめた場合
を図示した断面図、第6図は、赤外線発生器として使用
する鋳ぐるみ体を図示したものであって、同図Aは鋳ぐ
るまれだセラミックスが筒状である場合を図示した斜視
図、同図Bは鋳ぐるまれるセラミックスが棒状である場
合を図示した分割斜視図、第7図は、給湯パイプ内壁に
セラミックコーティングを施した従来の壁部構造を図示
した一部断面図、第8図は、鋳ぐるみ体を給湯パイプに
応用した場合の壁部構造を図示した一部断面図、第9図
は、鋳ぐるみ体の基本構造を溶融アルミニウム用取鍋に
応用した場合における。該取鍋の壁部構造を図示した断
面図、第10図は、セラミックスの表面全体に網目状の
溝を設ける場合を図示した斜視図、第11図は、第10
図に図示した溝が設けられたセラミックス表面と溶湯と
の接触状態を図示した拡大図、第12図は、セラミック
ス表面の上下方向に溝を設けた場合を図示したものであ
って、同図Aは側面図、同図Bは断面図、第13図は、
セラミックス表面の上下方向に突起を設けた場合を図示
したものであって、同図Aは側面図、同図Bは断面図、
第14図は、第13図に図示した突起が設けられたセラ
ミックス表面と溶湯との接触状態を図示した拡大図、第
15図は。 セラミックス表面の上下方向に溝を設ける方法を図示し
た説明図、第16図は、セラミックス表面に網目状の溝
を設ける方法を図示した説明図、第17図は、セラミッ
クス表面を多数のブロックにより分割せしめた表面形状
となしたセラミックスを、全翼で鋳ぐるむ際における作
用を図示した模式図、第18図は、第17図におけるセ
ラミックス表面近傍の温度分布図、第19図は、セラミ
ックス表面に溝を設けて多数のブロックに分割した場合
を図示したものであって、同図Aは、短冊状に溝を入れ
た場合を図示した状態図、同図Bは、格子状に溝を入れ
た場合を図示した状態図、第20図は、溝を設けた平板
を鋳ぐるむ場合に、該平板と溶湯との接触状態を図示し
た拡大図、第21図は、望ましい溝の形状を図示した拡
大図である。 特許出願人 株式会社北川鉄工所 第4図 に ? 第12図 第13図 第14図 メ ロ1
合を図した断面図、第2図は、前記排気マニホールドの
なかで、特に排ガスが直接当る箇所のみ、セラミックス
を鋳ぐるんだ場合を図示した断面図、第3図は、ハニカ
ム状の触媒担体の保持構造を図示した断面図、第4図は
、前記ハニカム状の触媒担体を排気マニホールド出口に
保持せしめた場合を図示した断面図、第5図は、発熱線
をセラミックス内部に内包した従来の赤外線発生器を図
示したものであって、同図Aは発熱線をセラミックスに
埋め込んだ場合を図示した断面図。 同図Bは発熱線とセラミックス板とを結合せしめた場合
を図示した断面図、第6図は、赤外線発生器として使用
する鋳ぐるみ体を図示したものであって、同図Aは鋳ぐ
るまれだセラミックスが筒状である場合を図示した斜視
図、同図Bは鋳ぐるまれるセラミックスが棒状である場
合を図示した分割斜視図、第7図は、給湯パイプ内壁に
セラミックコーティングを施した従来の壁部構造を図示
した一部断面図、第8図は、鋳ぐるみ体を給湯パイプに
応用した場合の壁部構造を図示した一部断面図、第9図
は、鋳ぐるみ体の基本構造を溶融アルミニウム用取鍋に
応用した場合における。該取鍋の壁部構造を図示した断
面図、第10図は、セラミックスの表面全体に網目状の
溝を設ける場合を図示した斜視図、第11図は、第10
図に図示した溝が設けられたセラミックス表面と溶湯と
の接触状態を図示した拡大図、第12図は、セラミック
ス表面の上下方向に溝を設けた場合を図示したものであ
って、同図Aは側面図、同図Bは断面図、第13図は、
セラミックス表面の上下方向に突起を設けた場合を図示
したものであって、同図Aは側面図、同図Bは断面図、
第14図は、第13図に図示した突起が設けられたセラ
ミックス表面と溶湯との接触状態を図示した拡大図、第
15図は。 セラミックス表面の上下方向に溝を設ける方法を図示し
た説明図、第16図は、セラミックス表面に網目状の溝
を設ける方法を図示した説明図、第17図は、セラミッ
クス表面を多数のブロックにより分割せしめた表面形状
となしたセラミックスを、全翼で鋳ぐるむ際における作
用を図示した模式図、第18図は、第17図におけるセ
ラミックス表面近傍の温度分布図、第19図は、セラミ
ックス表面に溝を設けて多数のブロックに分割した場合
を図示したものであって、同図Aは、短冊状に溝を入れ
た場合を図示した状態図、同図Bは、格子状に溝を入れ
た場合を図示した状態図、第20図は、溝を設けた平板
を鋳ぐるむ場合に、該平板と溶湯との接触状態を図示し
た拡大図、第21図は、望ましい溝の形状を図示した拡
大図である。 特許出願人 株式会社北川鉄工所 第4図 に ? 第12図 第13図 第14図 メ ロ1
Claims (14)
- (1)Al_2O_3及びTiO_2を主原料とし、補
助原料としてFe_2O_3,MgO,SiO_2,カ
オリン,タルク,ムライトの少なくともいずれか一つを
添加し、これらを焼結して得られる焼結体が、チタン酸
アルミニウムを主結晶相とするセラミックスであって、
該セラミックスが金属で鋳ぐるまれて構成されているこ
とを特徴とする鋳ぐるみ体。 - (2)軸方向上下に連続した溝、または、突起で形成さ
れた表面形状を備えたセラミックスが金属で鋳ぐるまれ
て構成されていることを特徴とする鋳ぐるみ体。 - (3)溝によって多数のブロックに分割形成された表面
形状を備えたセラミックスが金属で鋳ぐるまれて構成さ
れていることを特徴とする鋳ぐるみ体。 - (4)焼結体重量の比率で、請求項第1項記載の主原料
たるAl_2O_3の配合割合が26〜63%TiO_
2の配合割合が28〜59%範囲、少なくともいずれか
一つが添加される請求項第1項記載の補助原料たる、F
e_2O_3,MgO,SiO_2,カオリン,タルク
,ムライト各原料の配合割合が、それぞれ、0〜24%
、0〜15%、0〜16%、0〜12%、0〜47%、
0〜20%の範囲となし、以上を焼結して得られる焼結
体が、チタン酸アルミニウムを主結晶相とする断熱性を
特に有するセラミックスであって、該セラミックスを金
属で鋳ぐるむことにより構成された高温断熱構造体。 - (5)請求項第4項に記載された金属が、アルミニウム
、ねずみ鋳鉄または球状黒鉛鋳鉄であることを特徴とす
る請求項第4項記載の高温断熱構造体。 - (6)請求項第4項記載のセラミックスがコーディエラ
イト、または、スポジューメンであることを特徴とする
請求項第4項記載の高温断熱構造体。 - (7)ハニカム状の触媒担体を内部に包み持つ筒状セラ
ミックスの周囲を鋳鉄で鋳ぐるむことにより構成された
触媒担体の保持構造。 - (8)請求項第4項記載のセラミックスが筒状であって
、該セラミックスの内部にハニカム状の触媒担体を前記
セラミックスの内壁と密接せしめて包み持ち、前記セラ
ミックスの外周を鋳鉄で鋳ぐるむことにより構成された
請求項第5項記載の触媒担体の保持構造。 - (9)請求項第1項記載のセラミックスを赤外線放射体
として用い、且つ、該セラミックスの外周を金属で鋳ぐ
るんでなる赤外線発生器。 - (10)請求項第9項記載のセラミックスが筒状であり
、且つ、請求項第9項記載の金属が鋳鉄またはアルミニ
ウムであることを特徴とする請求項第9項記載の赤外線
発生器。 - (11)請求項第1項記載のセラミックスが直管または
曲管であって、該セラミックスの外周を、アルミニウム
よりも高融点の金属で鋳ぐるんでなる溶融アルミニウム
の給湯パイプ。 - (12)請求項第11項記載の金属が、銅合金、鋳鋼、
ねずみ鋳鉄または球状黒鉛鋳鉄であることを特徴とする
請求項第11項記載の溶融アルミニウムの給湯パイプ。 - (13)請求項第1項記載のセラミックスの断面形状が
U字状であって、外周が鋳鉄で鋳ぐるまれていることを
特徴とする溶融アルミニウム用取鍋。 - (14)請求項第4項記載のセラミックスの断面形状が
U字状であって、外周が鋳鉄で鋳ぐるまれていることを
特徴とする請求項第13項記載の溶融アルミニウム用取
鍋。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63150793A JPH01317677A (ja) | 1988-06-18 | 1988-06-18 | 鋳ぐるみ体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63150793A JPH01317677A (ja) | 1988-06-18 | 1988-06-18 | 鋳ぐるみ体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01317677A true JPH01317677A (ja) | 1989-12-22 |
Family
ID=15504557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63150793A Pending JPH01317677A (ja) | 1988-06-18 | 1988-06-18 | 鋳ぐるみ体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01317677A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009544502A (ja) * | 2006-07-28 | 2009-12-17 | ザ、リージェンツ、オブ、ザ、ユニバーシティ、オブ、カリフォルニア | 接合された同心管 |
JP2017148864A (ja) * | 2015-12-17 | 2017-08-31 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 内部に画成された触媒作用を受ける内部通路を有する部品を形成するための方法及びアセンブリ |
-
1988
- 1988-06-18 JP JP63150793A patent/JPH01317677A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009544502A (ja) * | 2006-07-28 | 2009-12-17 | ザ、リージェンツ、オブ、ザ、ユニバーシティ、オブ、カリフォルニア | 接合された同心管 |
JP2017148864A (ja) * | 2015-12-17 | 2017-08-31 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 内部に画成された触媒作用を受ける内部通路を有する部品を形成するための方法及びアセンブリ |
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