JPH01317677A

JPH01317677A - 鋳ぐるみ体

Info

Publication number: JPH01317677A
Application number: JP63150793A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Yamamoto; 義昭山本; Koji Okashiro; 康治岡城; Katsusue Kishimoto; 岸本　勝季
Original assignee: Kitagawa Iron Works Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Iron Works Co Ltd
Priority date: 1988-06-18
Filing date: 1988-06-18
Publication date: 1989-12-22

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims

【特許請求の範囲】

（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。