JPS5895674A - Joint structure of ceramic member and metal member - Google Patents

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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明鉱セラ電ツクス製部材と金属製部材との接合部構
造に係）、特にセラミックス製部材に鋳ぐるみ法によっ
て金属製部材を接合してなる接合部の構造に関するもの
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a joint structure between an ore-ceramic electrical member and a metal member), and particularly relates to a joint structure formed by joining a metal member to a ceramic member by a casting method. It is something.

近年セラミックスは優れた耐熱性、耐食性等の特性から
大いに注目を集めておシ、各種の機械部品に適用されつ
つある。In recent years, ceramics have attracted much attention due to their excellent heat resistance, corrosion resistance, and other properties, and are being applied to various mechanical parts.

このようなものの１つに１セ２電ツクス製ピストンヘツ
ドを金属で鋳ぐるんで形成したピストンがある。しかし
ながら、このピストン拡製造時にピストン本体を形成す
べき金属溶湯が凝固するとき、七う建ツクス製ヘッドが
締付力を受けて割れてしまうという問題がある。この問
題に対処する方法として、セラきツクス製ピストンヘッ
ドと金属製ピストン本体の間に金属製リングを介装して
、金属溶湯０１１ＷＡＫ停う締付力をこのリングで吸収
緩和する方法がある（ｉｔ’ｌｌえば特願ｗｓ５４−２
１！１０号）。One such type of piston is a piston formed by enclosing a piston head made of 1/2 electronics with metal. However, when the molten metal that forms the piston body solidifies during the expansion of the piston, there is a problem in that the seven-frame head is subjected to the tightening force and cracks. One way to deal with this problem is to insert a metal ring between the ceramic piston head and the metal piston body, and use this ring to absorb and alleviate the clamping force caused by the molten metal. It'll be special application ws54-2
1! No. 10).

しかしながら、上記の方法ではセラミックスの割れは防
止できるものの、平滑な外周面を有するリングを使用す
るため、リングとピストン本体と０１ｌｌ！着性あるい
はり／グ′とセラミックス製ピストンヘッドとの緊着性
が不充分である。このため、リングと金属製ピストン本
体の熱＊＊率の差あるいは金属のへた夛によシ、リング
とピストンヘッドあるいはピストン本体との間にすき間
が生じて、長期間使用しているとピストンヘッドがしば
しば脱落するという問題がある。However, although the above method can prevent ceramic cracking, it uses a ring with a smooth outer circumferential surface, so the difference between the ring and the piston body! The adhesion or tightness between the glue/glue and the ceramic piston head is insufficient. For this reason, due to the difference in heat** rate between the ring and the metal piston body or due to the deterioration of the metal, a gap may occur between the ring and the piston head or piston body, and if the piston is used for a long period of time, the piston There is a problem that the head often falls off.

これを解決するものとして次のものが本出願人よｐ既に
出願されている（以下「先願」という）。As a solution to this problem, the following application has already been filed by the present applicant (hereinafter referred to as the "earlier application").

即ち、外周面に沿って涙状凹部を設けたセラミックス製
ピストンヘッドと、該ピストンヘッドの環状凹部に対応
させた凸部を内周面に有し且つ外周面に沿って溝、凹凸
、またはピストン本体側の径を大きくした段もしくはテ
ーパー等の抜叶防止手段を設は丸金属製リングとを嵌会
し、この嵌合物をピストン本体と一体的に鋳ぐるんだこ
とを４Ｉ徽トスるピストンヘッド部構造、である。That is, the piston head has a ceramic piston head with a tear-shaped recess along the outer circumferential surface, a convex portion on the inner circumferential surface corresponding to the annular recess of the piston head, and a groove, unevenness, or piston along the outer circumferential surface. A means to prevent the piston from coming out, such as a step or taper with a larger diameter on the main body side, is fitted with a round metal ring, and this fitting is integrally cast with the piston main body. This is the piston head structure.

５１１１図はこの先願に係るピストン１の断面図でＴｏ
ｐ１ディーゼル機関等に１！！用す゛るためのものであ
る。アル電合金製ピストン本体２０頭面３には中央に凹
部４が形成されている。この凹部４には外周をアンパ製
金属リング５で覆われた窒化珪素製ピストンヘッド６が
嵌合している。第１図のピストンを製造するには、予め
ピストンヘッド６にリング５を嵌鋏し、これをピストン
本体用の鉤部に入れてアル（合金で一体的に鋳ぐるみ、
ピストン本体２と緊着させる。鋳造で得九未加エピスト
ンの外周等を加工してピストン１を得る。Figure 5111 is a sectional view of the piston 1 according to this earlier application.
1 for p1 diesel engines, etc. ! It is for your own use. A recess 4 is formed in the center of the head surface 3 of the piston body 20 made of aluminum alloy. A piston head 6 made of silicon nitride whose outer periphery is covered with a metal ring 5 made of Ampa is fitted into the recess 4 . To manufacture the piston shown in Fig. 1, the ring 5 is fitted onto the piston head 6 in advance, and the ring 5 is inserted into the hook for the piston body.
Tightly attach it to the piston body 2. A piston 1 is obtained by processing the outer periphery of the unfinished piston obtained by casting.

このように構成された先願のピストンｌによれば、鋳ぐ
るみ時のアル電合金の収縮によるピストンヘッド６への
締付力が金属製す／グ６の剛性力によって緩和されるの
で、セ２ζツクス製ピストンヘッド６に割れが生ずるこ
とがなく、またリング５０段部５１の保合作用によ）ヘ
ッド６の脱落−防止される。According to the piston l of the prior application constructed in this way, the clamping force on the piston head 6 due to the contraction of the aluminum alloy during casting is alleviated by the rigid force of the metal ring 6, so that the separator No cracks occur in the piston head 6 made of 2ζTx, and the head 6 is prevented from falling off due to the retaining action of the ring 50 and the stepped portion 51.

しかるにこの先願のものにおいては、セツンツクスとア
ル電エクム合金と０熱膨張率に差があることから、鋳ぐ
るみ工程の冷却過＠における収縮によ〕、ピストン本体
２０１１１面３と、ピストンヘッド６との関に間ｇ９７
が生ずる慮れがある。この部分に間［Ｉ７を生ずれば、
混合気が該関ｌ［７に流入し圧縮比Ｏ低下等の可能性も
生ずる。However, in this prior application, since there is a difference in zero thermal expansion coefficient between Setuntsux and Aruden Ekumu alloy, the piston body 20111 surface 3 and the piston head 6 due to shrinkage during cooling during the casting process. G97
There is a possibility that this will occur. If a pause [I7 is generated in this part,
There is also a possibility that the air-fuel mixture will flow into the connection 1[7 and the compression ratio O will drop.

またこのような鋳ぐるみ工程の冷却過程において、接合
面に間隙が生ずることは、ピストンに限らず、鋳ぐるみ
法によって接合されるセラミックス製部材と金属ｍ１ｉ
ｉ材との接合部に一般的に生じ得る問題点である。In addition, during the cooling process of such a casting process, the occurrence of gaps at the joint surface is not limited to pistons, but also occurs when ceramic members and metal m1i are joined by the casting process.
This is a problem that can generally occur at joints with i-materials.

本発明の目的は、このような従来技術Ｑ問題点を岬消し
、鋳ぐるみ工程の冷却過程において、接合される部材間
に外部に通じた間隙の生じることが防止される、七？＜
ツクス脚部材と金属製部材との接合部構造を提供するに
ある。The purpose of the present invention is to eliminate such problems of the prior art, and to prevent the formation of gaps leading to the outside between members to be joined during the cooling process of the casting process. <
The present invention provides a joint structure between a Tux leg member and a metal member.

本発明は、七２ζツクス製部材と金属製部材とが接合さ
れてなシ、セラミックス製部′＃Ｏ接合面の中央部は凸
部とされ金属製部材Ｏ接合面の中央部紘該凸部に対応し
た形状０ｒｊＡｌｌとされたセラミックス製部材と金属
製部材とＯＳ舎部構造において、両部材の接合面緻部紘
七ツ電ツクス製部材儒に傾斜した傾斜面とされているこ
とを特徴とするセラきツクス製部材と金属製部材とＯＶ
ａ合部構造１によって仁の目的を達成するものである。In the present invention, the 72ζx member and the metal member are not joined, and the central part of the ceramic part'#O joint surface is a convex part. In the structure of the ceramic member, metal member, and OS part, each of which has a shape corresponding to Cerakics parts, metal parts and OV
This purpose is achieved by the joint structure 1.

以下図面を参照して実施例を説明する。Examples will be described below with reference to the drawings.

第２図は本発明の実施例に係るピストン１１の断面図で
ある。FIG. 2 is a sectional view of the piston 11 according to the embodiment of the present invention.

このビスシン１１ｄ３１１１図の従来例と同様に、ピス
トン本体１２、セラミックス属のピストンヘッド１６、
咳ヘッド１６の凸部伺周函に配設された金属製リングｔ
Ｓを有している。Similar to the conventional example shown in FIG.
A metal ring t arranged around the convex part of the cough head 16
It has S.

しかしてピストン本体１２とヘッド１＠との接金ｗＯ周
縁部は傾斜ｉ［１−とされ、との傾斜面！―轄リすグｌ
５ＯＲ部１１１Ｌを指向している。Therefore, the peripheral edge of the weld wO between the piston body 12 and the head 1@ has an inclination i[1-, which is an inclined surface! -Registered Group
5OR section 111L.

第意図のピストン１１は、次のようにして製造され丸も
のである。まず、第鵞１ｍＫ示１れるようにピストン本
体１２との接金面周縁ＩＩＫ傾斜面が形成され九セフ々
ツクス製（本実施例において拡窒化珪素製）のピストン
ヘッド１６を製作する。The intended piston 11 is manufactured in the following manner and is round. First, a piston head 16 made of Kusefukus (made of expanded silicon nitride in this embodiment) is manufactured, in which an inclined surface IIK is formed on the peripheral edge of the contact surface with the piston main body 12, as shown in Fig. 1mK.

このヘッド１６Ｃ）凸部１６＆の稠周部に、２つ割りに
された金属製りング１５を嵌装する。これを６００℃に
予熱後、湯温７００℃のアル１＝ウム合金により鋳ぐる
みし、ピストン本体１２と緊着させる。鋳造で得たもの
を研削等仕上加工する。A metal ring 15, which is divided into two parts, is fitted into the circumference of the convex portion 16& of the head 16C. After preheating this to 600° C., it is cast in an aluminum alloy with a hot water temperature of 700° C., and is tightly attached to the piston body 12. Finishing processing such as grinding is performed on the material obtained by casting.

このようにして得られるピストン１１においては、鋳ぐ
るみ工程の冷却過程に際して生ずるアルミニク五合金の
大なる収縮は、傾斜面１Ｂに沿い、段部１５ａに向うよ
うになる。そのため冷却によってピストン本体１２とヘ
ッド１６との間の傾斜面１８の部分には間隙が生ずるこ
とがない。１＊ζＯ♂ストン１１を加熱しても、ピスト
ン本体１２０１１！ＩＩは傾斜１ｉｉ１Ｂにａうように
なシ、そのためピストン１１を繰り返し加熱、冷却して
も傾斜面１８０部分に間隙が生ずることはない。In the piston 11 obtained in this manner, the large contraction of the aluminum five-alloy that occurs during the cooling process of the casting process is directed toward the stepped portion 15a along the inclined surface 1B. Therefore, no gap is formed between the piston body 12 and the head 16 at the inclined surface 18 due to cooling. Even if the 1*ζO♂ stone 11 is heated, the piston body is 12011! II is aligned with the slope 1ii1B, so that even if the piston 11 is repeatedly heated and cooled, no gap will be formed in the slope 180 portion.

１ｋか本実施例においては、傾斜＠１Ｂはリング１５０
段部１５亀を指向している。鋳ぐるみ後の冷却に際して
は、通常この段部１５ａが収縮の拘束点となることから
、傾斜面１８が該段部１５１を指向していることによっ
て、ｅストン本体１２の収縮社確実に傾斜面１８１沿う
ようになる。1k or in this example, the slope @ 1B is ring 150
Step 15 is facing the turtle. During cooling after casting, the stepped portion 15a normally acts as a constraint point for shrinkage, so by having the inclined surface 18 facing the stepped portion 151, the shrinkage of the e-stone body 12 is ensured by the inclined surface. 181.

また、ピストン本体１２とヘッド１６との間には空ｉ１
１？が存在するが、これは外部には通じていないから、
前述のような混合気流人等の不具合は生じない。Moreover, there is an air space i1 between the piston body 12 and the head 16.
1? exists, but this is not communicated to the outside,
Problems such as mixed air flow as described above do not occur.

第５図は本発明の他の実施例に係るロッカーアーム２１
の断面図でらる。FIG. 5 shows a rocker arm 21 according to another embodiment of the present invention.
A cross-sectional view of

このロッカーアーム２１は、セラミックス製のロッカー
／譬ツド２２に、ロッカーアーム本体２５を鋳ぐるんで
製造されたものである。このパッド２２はアーム本体２
Ｓとの接合面に凸部２２１が設けられ、この凸部２２１
の先端部は拡大部２２ｂとされている。This rocker arm 21 is manufactured by casting a rocker arm body 25 into a rocker/mold 22 made of ceramics. This pad 22 is the arm body 2
A convex portion 221 is provided on the joint surface with S, and this convex portion 221
The tip end is an enlarged part 22b.

しかして／ｆラッド２とアーム本体２３との接合面周縁
部はΔラド２２儒に傾斜した傾斜面２４とされている。Thus, the peripheral edge of the joint surface between the /f rad 2 and the arm body 23 is an inclined surface 24 inclined at Δrad 22 degrees.

この傾斜面２４はパッド凸部２２ａの段部２２ｏｔ指向
している。This inclined surface 24 is oriented toward the stepped portion 22ot of the pad convex portion 22a.

本実施例においても、鋳ぐるみ□ 工程の冷却過程におけるアー 五本体意３の収縮は傾斜Ｎ２４に沿うようにな〕、傾斜
面２４０部分マ゛杜アーム本体２３とパッド２２との間
ｔＣ間蒙祉生じない。In this embodiment as well, the contraction of the arm body 3 during the cooling process of the casting process is along the slope N24], and the tC distance between the slope 240 portion and the arm body 23 and the pad 22 is reduced. There is no welfare benefit.

上記実施例においては、セ２？ツクスとして窒化珪素が
採用されているが、これ紘炭化珪素、ｔイアロン、アル
ｉす等各種のものが採用されうる。In the above embodiment, Se2? Silicon nitride is used as the material, but various materials such as silicon carbide, iron, aluminum, etc. can also be used.

本発明社、ピストン、ロッカーアーム以外の金属製部材
とセラミックス製部材との接合部にも適用可能である。The invention is also applicable to joints between metal members and ceramic members other than pistons and rocker arms.

このような４のとして例えばターボロータシャフト、ガ
スタービンシャフト等が挙げられる。Examples of such shafts include a turbo rotor shaft, a gas turbine shaft, and the like.

以上の通ｐ本発町のセラミックス製部材と金属製部材と
の接合部構造によれば間隙の生じない接金が可能とされ
る。そＯため接合部の強度が着しく向上され、４１に接
合面と喬直方向の耐圧力が格段に向上される。According to the above-mentioned structure of the joint between the ceramic member and the metal member produced by Honbatsu-cho, welding can be performed without creating a gap. Therefore, the strength of the joint is significantly improved, and the withstand pressure in the direction perpendicular to the joint surface is significantly improved.

４、ｌ１１ｍ０簡単なＩＩ！明 ＩＥ１図は従来例に係るピストンの断面図、第２閣は本
発明Ｏ実施例に係るピストンの断面図、第３図は同じく
実施例に係る騨ツカーアームの断面図である。4, l11m0 Easy II! Figure IE1 is a sectional view of a piston according to a conventional example, Figure 2 is a sectional view of a piston according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is a sectional view of a locking arm according to an embodiment.

ｌ…ピストン、　　　　　ト・・ピストン本体、３・・
・ｉ［Ｉｉ％　　　　　　　　４・・・凹部、ト・・リ
ング、　　　　　　６・・・ピストンヘッド、７・・・
隙間、　　　　　　　１１・・・ピストン、！２・・・
ピストン本体、　　１５・・・リング、１６・・・ピス
トンヘッド、１＠ａ・・・凸部、１８・・・傾斜面、　
　　　　！１・・・ロッカーアーム、２！２・・・ｏ　
ツー）ｙ−パッド、２ト・・ロッカーアーム本体、２４
・・・傾斜面。l...piston, g...piston body, 3...
・i [Ii% 4... Concavity, ring, 6... Piston head, 7...
Gap, 11...Piston! 2...
Piston body, 15...Ring, 16...Piston head, [email protected] portion, 18...Slanted surface,
! 1...Rocker arm, 2!2...o
2) Y-pad, 2 to...rocker arm body, 24
...Slope surface.

代理人　　鵜　　沼　　辰　　之 （ほか！４） 第１図 ６ 第２図 第３図 印Agent: Cormorant, Tatsu, Numa (And more! 4) Figure 1 6 Figure 2 Figure 3 mark

Claims (1)

【特許請求の範囲】 （１）　　セラミックス製部材と金属製部材とが接合さ
れてなシ、セラ建ツクス製部材の接合面の中央部は凸部
とされ金属製部材の接合面の中央部Ｆｉ該凸部に対応し
た形状の凹部とされたセラきツクス製部材と金属製部材
との接合部構造において、両部材の接合ＩＩｉ縁部縁部
クセフォックス製部材側斜した傾斜面とされていること
を特徴とするセラミックス製部材と金属製部材との接合
部構造。 偉）　前記七フィックス製部材の凸部先端部は拡大部と
され、前記傾斜面は該拡大部又はその近傍を指向してい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラミ
ックス製部材と金属製部材との接合部構造。 （３）　　前記セラミックス製部材の凸部側周面と、金
属製部材の凹部側局面と、の関には該凸部先端方向が拡
大部とされた金属製の介在部材が配設され、前記傾斜１
ｉｌｉは腋介在部材の、拡大部又はその近傍を指向して
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラ
ミックス製部材と金属製部材との接合部構造。[Claims] (1) The ceramic member and the metal member are not joined, and the central part of the joint surface of the ceramic member is a convex part, and the central part Fi of the joint surface of the metal member is a convex part. In the structure of the joint between the Serakix member and the metal member, which has a concave portion having a shape corresponding to the convex portion, the joint IIi edge of both members has an inclined surface that is inclined toward the Xefox member side. A joint structure between a ceramic member and a metal member, characterized by: (b) The ceramic member according to claim 1, wherein the tip of the convex portion of the seven-fix member is an enlarged portion, and the inclined surface is oriented at or near the enlarged portion. Joint structure between and metal parts. (3) A metal intervening member is disposed between the circumferential surface of the convex side of the ceramic member and the concave side circumferential surface of the metal member, and the intervening member made of metal has an enlarged portion in the direction of the distal end of the convex portion; slope 1
2. The joint structure of a ceramic member and a metal member according to claim 1, wherein ili is oriented at or near the enlarged part of the armpit intervening member.