JP2595946B2 - 複合材ピストン及びその製造方法 - Google Patents
複合材ピストン及びその製造方法Info
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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、自動車等のエンジンに適用する複合材ピ
ストン及びその製造方法に関する。
ストン及びその製造方法に関する。
従来、セラミック材を断熱材又は耐熱材として利用す
るピストン等のエンジン部材は、例えば、実開昭55−64
79号公報、特開昭58−25552号公報、実開昭61−74651号
公報等に開示されている。
るピストン等のエンジン部材は、例えば、実開昭55−64
79号公報、特開昭58−25552号公報、実開昭61−74651号
公報等に開示されている。
そこで、実開昭61−74651号公報に開示されたものに
ついて、第５図を参照して概説する。第５図において、
内燃機関の断熱ピストン20が示されている。この断熱ピ
ストン20は、セラミックス製のピストン冠部21及び金属
製のスカート部22から構成され、互いにボルト23及びナ
ット24によって皿ばね28を介して固定されている。ピス
トン冠部21とスカート部22との間には、スペーサリング
27及び断熱ガスケット26が介在され、しかも断熱空気層
29,29が形成されている。
ついて、第５図を参照して概説する。第５図において、
内燃機関の断熱ピストン20が示されている。この断熱ピ
ストン20は、セラミックス製のピストン冠部21及び金属
製のスカート部22から構成され、互いにボルト23及びナ
ット24によって皿ばね28を介して固定されている。ピス
トン冠部21とスカート部22との間には、スペーサリング
27及び断熱ガスケット26が介在され、しかも断熱空気層
29,29が形成されている。
更に、従来、内燃機関のシリンダライナをセラミック
材即ちセラミックスによって形成したものが、例えば、
実開昭60−134844号公報に開示されている。この内燃機
関のシリンダライナについて、第６図及び第７図を参照
して概説する。このシリンダライナ30は、外側シリンダ
ライナ31とこれに嵌合した内側シリンダライナ32とから
成る。外側シリンダライナ31を鋳鉄によって形成し、ま
た内側シリンダライナ32を低熱伝導率のセラミックスに
より形成する。また、外側シリンダライナ31と内側シリ
ンダライナ32との間に断熱空間33を形成している。
材即ちセラミックスによって形成したものが、例えば、
実開昭60−134844号公報に開示されている。この内燃機
関のシリンダライナについて、第６図及び第７図を参照
して概説する。このシリンダライナ30は、外側シリンダ
ライナ31とこれに嵌合した内側シリンダライナ32とから
成る。外側シリンダライナ31を鋳鉄によって形成し、ま
た内側シリンダライナ32を低熱伝導率のセラミックスに
より形成する。また、外側シリンダライナ31と内側シリ
ンダライナ32との間に断熱空間33を形成している。
しかしながら、上記のようなセラミック材を断熱材又
は耐熱材として利用するピストン等のエンジン部材にお
いて、断熱特性を十分に得ることは、極めて困難であ
る。
は耐熱材として利用するピストン等のエンジン部材にお
いて、断熱特性を十分に得ることは、極めて困難であ
る。
例えば、ジルコニア系セラミック材等を断熱材として
利用しても、熱伝導率は、組成によって相違するが、ほ
ぼ0.009〜0.005cal/cm・sec・℃程度である。しかも、
一般材料である窒化珪素系セラミック材等の熱伝導率と
比較して余り大きな差はないものである。
利用しても、熱伝導率は、組成によって相違するが、ほ
ぼ0.009〜0.005cal/cm・sec・℃程度である。しかも、
一般材料である窒化珪素系セラミック材等の熱伝導率と
比較して余り大きな差はないものである。
一般に、ピストン等のエンジン部材についての断熱材
の特性は、空気程度の熱伝導率があることが好ましく、
物性材料として適しているのは、チタン酸カリウムの熱
伝導率程度を有するものである。一般的に、各材料の熱
伝導率を比較すると、組成によって種々相違するが、概
略的に窒化珪素系セラミックスは0.03cal/cm・sec・℃
であり、チタン酸カリウム系セラミックスは0.00012cal
/cm・sec・℃であり、また、空気は0.00005cal/cm・sec
・℃である。
の特性は、空気程度の熱伝導率があることが好ましく、
物性材料として適しているのは、チタン酸カリウムの熱
伝導率程度を有するものである。一般的に、各材料の熱
伝導率を比較すると、組成によって種々相違するが、概
略的に窒化珪素系セラミックスは0.03cal/cm・sec・℃
であり、チタン酸カリウム系セラミックスは0.00012cal
/cm・sec・℃であり、また、空気は0.00005cal/cm・sec
・℃である。
ところで、チタン酸カリウムを固形化することは相当
に困難であり、他のセラミック材と混合しても、チタン
酸カリウムの融点は1370℃と低いため、焼結することが
できないという問題点を有している。
に困難であり、他のセラミック材と混合しても、チタン
酸カリウムの融点は1370℃と低いため、焼結することが
できないという問題点を有している。
更に、セラミック材から成るエンジンのシリンダライ
ナ材については、摺動抵抗を減少させることができるた
め、耐熱性を有し、熱膨張率が小さい特徴を有するの
で、内燃機関のその他の材料として利用することができ
る。
ナ材については、摺動抵抗を減少させることができるた
め、耐熱性を有し、熱膨張率が小さい特徴を有するの
で、内燃機関のその他の材料として利用することができ
る。
ところで、シリンダライナの摺動相手のピストンをセ
ラミック材によって構成すると、ピストン自体の構造が
複雑であるため強度上の問題があり、しかもコストが高
くなり、セラミック材のピストンを使用するのに問題が
ある。
ラミック材によって構成すると、ピストン自体の構造が
複雑であるため強度上の問題があり、しかもコストが高
くなり、セラミック材のピストンを使用するのに問題が
ある。
しかしながら、セラミック材のシリンダライナに対し
て鋳鉄等の金属製ピストンを使用すると、ピストンの摺
動部が金属の融点に近くなり、焼付き等の問題が生じ
る。また、金属とアルミナセラミックス等のセラミック
材の合成において重要なことは、金属とセラミックスを
いかに安定して複合状態に成形するかということであ
り、例えば、複合材を成形するにはそれら材料を混合す
ることが困難であり、しかも均一な状態に混合すること
は極めて困難なことである。
て鋳鉄等の金属製ピストンを使用すると、ピストンの摺
動部が金属の融点に近くなり、焼付き等の問題が生じ
る。また、金属とアルミナセラミックス等のセラミック
材の合成において重要なことは、金属とセラミックスを
いかに安定して複合状態に成形するかということであ
り、例えば、複合材を成形するにはそれら材料を混合す
ることが困難であり、しかも均一な状態に混合すること
は極めて困難なことである。
この発明の目的は、上記の問題点を解消することであ
り、ピストンスカート部をアルミニウム中にウィスカー
材を混入した複合材で構成し、剛性を増大させると共に
熱膨張率を小さくし、更にシリンダライナとピストンス
カート部との摺動性を向上させることのできる複合材ピ
ストンを提供すると共に、その複合材ピストンの複合材
の合成にあたって結合力が優れ、しかも均一に混合され
ている複合材を提供できる複合材ピストンの製造方法を
提供することである。
り、ピストンスカート部をアルミニウム中にウィスカー
材を混入した複合材で構成し、剛性を増大させると共に
熱膨張率を小さくし、更にシリンダライナとピストンス
カート部との摺動性を向上させることのできる複合材ピ
ストンを提供すると共に、その複合材ピストンの複合材
の合成にあたって結合力が優れ、しかも均一に混合され
ている複合材を提供できる複合材ピストンの製造方法を
提供することである。
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、セラミック材に
よって形成されたシリンダライナに摺動可能に嵌合した
ピストンにおいて、少なくともピストンスカート部をウ
ィスカー材を混入したアルミニウム材で構成し、前記ピ
ストンスカート部の摺動部に前記ウィスカー材に対して
アルミナ被覆処理を行ってアルミナ被膜層を形成し、前
記ウィスカー材と前記アルミナ被覆層とが反応接合して
複合材が形成されていることを特徴とする複合材ピスト
ンに関する。
に構成されている。即ち、この発明は、セラミック材に
よって形成されたシリンダライナに摺動可能に嵌合した
ピストンにおいて、少なくともピストンスカート部をウ
ィスカー材を混入したアルミニウム材で構成し、前記ピ
ストンスカート部の摺動部に前記ウィスカー材に対して
アルミナ被覆処理を行ってアルミナ被膜層を形成し、前
記ウィスカー材と前記アルミナ被覆層とが反応接合して
複合材が形成されていることを特徴とする複合材ピスト
ンに関する。
また、この複合材ピストンにおいて、前記ウィスカー
材は、窒化アルミニウムのウィスカー材であるか、又
は、チタン酸カリウムのウィスカー材である。或いは、
前記ウィスカー材はアルミナのウィスカー材である。更
に、前記アルミニウム材には酸化アルミニウムを混合し
たものである。
材は、窒化アルミニウムのウィスカー材であるか、又
は、チタン酸カリウムのウィスカー材である。或いは、
前記ウィスカー材はアルミナのウィスカー材である。更
に、前記アルミニウム材には酸化アルミニウムを混合し
たものである。
又は、この発明は、アルミニウムの粉末とアルミナの
ウィスカー材とを混合し、更に有機材から成る成形剤を
混合して合成した後に、これを高温の下で前記有機剤の
バインダを気化させ、次いで焼結成形した複合材によっ
て少なくともピストンスカート部を形成し、その後、前
記ウィスカー材に対してアルミナ被覆処理を行って前記
ピストンスカート部の摺動部にアルミナ被覆層を形成
し、前記ウィスカー材と前記アルミナ被覆層とが反応接
合して複合材が形成されていることを特徴とする複合材
ピストンの製造方法に関する。
ウィスカー材とを混合し、更に有機材から成る成形剤を
混合して合成した後に、これを高温の下で前記有機剤の
バインダを気化させ、次いで焼結成形した複合材によっ
て少なくともピストンスカート部を形成し、その後、前
記ウィスカー材に対してアルミナ被覆処理を行って前記
ピストンスカート部の摺動部にアルミナ被覆層を形成
し、前記ウィスカー材と前記アルミナ被覆層とが反応接
合して複合材が形成されていることを特徴とする複合材
ピストンの製造方法に関する。
また、この複合材ピストンの製造方法において、アル
ミニウムの粉末には、酸化アルミニウムの粉末を混合さ
れているものである。
ミニウムの粉末には、酸化アルミニウムの粉末を混合さ
れているものである。
或いは、この発明は、アルミニウムの粉末とウィスカ
ー材とを混合し、更に有機バインダを混合した混合物を
成形型に注入して成形し、硬化後に加熱して前記有機バ
インダを気化させ、次いで焼結成形してピストンスカー
ト部を形成し、更に前記ウィスカー材に対してアルミナ
被覆処理を行って前記ピストンスカート部の摺動部にア
ルミナ被覆層を形成し、前記ウィスカー材と前記アルミ
ナ被覆層とが反応接合して複合材が形成されていること
を特徴とする複合材ピストンの製造方法に関する。
ー材とを混合し、更に有機バインダを混合した混合物を
成形型に注入して成形し、硬化後に加熱して前記有機バ
インダを気化させ、次いで焼結成形してピストンスカー
ト部を形成し、更に前記ウィスカー材に対してアルミナ
被覆処理を行って前記ピストンスカート部の摺動部にア
ルミナ被覆層を形成し、前記ウィスカー材と前記アルミ
ナ被覆層とが反応接合して複合材が形成されていること
を特徴とする複合材ピストンの製造方法に関する。
また、この複合材ピストンの製造方法では、前記ウィ
スカー材は、窒化アルミニウムのウィスカー材、又はチ
タン酸カリウムのウィスカー材である。
スカー材は、窒化アルミニウムのウィスカー材、又はチ
タン酸カリウムのウィスカー材である。
この発明による複合材ピストン及びその製造方法は、
以上のように構成されており、次のように作用する。即
ち、この複合材ピストンは、少なくともピストンスカー
ト部をアルミニウム材で構成し、前記アルミニウム材中
にウィスカー材を混入し、更にピストンスカート部の摺
動部にアルミナ被覆層を形成したので、セラミックスか
ら成るシリンダライナに適用して、熱膨張率を小さくで
き、摺動抵抗を減少できると共に耐熱性に富む。また、
アルミニウムの繊維強化金属（FRM）となり、強度を増
大できる。
以上のように構成されており、次のように作用する。即
ち、この複合材ピストンは、少なくともピストンスカー
ト部をアルミニウム材で構成し、前記アルミニウム材中
にウィスカー材を混入し、更にピストンスカート部の摺
動部にアルミナ被覆層を形成したので、セラミックスか
ら成るシリンダライナに適用して、熱膨張率を小さくで
き、摺動抵抗を減少できると共に耐熱性に富む。また、
アルミニウムの繊維強化金属（FRM）となり、強度を増
大できる。
更に、この複合材ピストンの製造方法によれば、従来
複合材の混合方法が困難であったものが、極めて良好に
固形化し焼結して合成することができ、安定した複合状
態を得ることができると共に、素材の混合状態が均一で
あり、またアルミナ層とウィスカー材との結合状態は容
易に接合できると共に極めて強力に結合する。
複合材の混合方法が困難であったものが、極めて良好に
固形化し焼結して合成することができ、安定した複合状
態を得ることができると共に、素材の混合状態が均一で
あり、またアルミナ層とウィスカー材との結合状態は容
易に接合できると共に極めて強力に結合する。
以下、図面を参照して、この発明による複合材ピスト
ン及びその製造方法の一実施例を詳述する。
ン及びその製造方法の一実施例を詳述する。
第１図及び第２図には、この発明の一実施例である複
合材ピストンが符号10で全体的に示されている。第１図
には、この複合材ピストン10が窒化珪素系セラミック
ス、炭化珪素系セラミックス等のセラミック材から成る
エンジンのシリンダライナ５に嵌合している状態が示さ
れている。第２図は第１図の符号IIにおける拡大断面図
である。
合材ピストンが符号10で全体的に示されている。第１図
には、この複合材ピストン10が窒化珪素系セラミック
ス、炭化珪素系セラミックス等のセラミック材から成る
エンジンのシリンダライナ５に嵌合している状態が示さ
れている。第２図は第１図の符号IIにおける拡大断面図
である。
複合材ピストン10は、ピストンヘッド１とピストンス
カート部２とから成る。また、ピストンヘッド１とピス
トンスカート部２との間には、断熱空気層９が形成され
ている。ピストンスカート部２にはピストンリング溝８
が形成されている。これらのピストンリング溝８には、
圧力リング、オイルリング等のピストンリング（図示省
略）が嵌込まれるように構成されている。ピストンスカ
ート部２については、第２図に示すように、アルミニウ
ム材又はアルミニウムと酸化アルミニウムとの混合材か
ら成るアルミニウム材12で構成し、その内部にはウィス
カー材11を混入する。
カート部２とから成る。また、ピストンヘッド１とピス
トンスカート部２との間には、断熱空気層９が形成され
ている。ピストンスカート部２にはピストンリング溝８
が形成されている。これらのピストンリング溝８には、
圧力リング、オイルリング等のピストンリング（図示省
略）が嵌込まれるように構成されている。ピストンスカ
ート部２については、第２図に示すように、アルミニウ
ム材又はアルミニウムと酸化アルミニウムとの混合材か
ら成るアルミニウム材12で構成し、その内部にはウィス
カー材11を混入する。
ウィスカー材11は、例えば、酸化アルミニウム即ちア
ルミナAl2O3のファイバーである。アルミニウム材12と
アルミナのファイバー即ちウィスカー材11とから成る複
合材は、剛性が増大し且つ熱膨張係数が小さくなる。こ
の複合材におけるピストンスカート部２の摺動部即ちシ
リンダライナ摺動部となる部分に、アルミナの被覆層４
を約20μ〜50μの厚さで合成させる。この場合に、アル
ミナ被覆層４とアルミニウム材12中のアルミナのファイ
バー即ちウィスカー材11とが反応し、アルミナ被覆層４
が複合材に強固に結合して被覆でき、従って、結合力の
優れた複合材ピストンスカート部が成形できる。
ルミナAl2O3のファイバーである。アルミニウム材12と
アルミナのファイバー即ちウィスカー材11とから成る複
合材は、剛性が増大し且つ熱膨張係数が小さくなる。こ
の複合材におけるピストンスカート部２の摺動部即ちシ
リンダライナ摺動部となる部分に、アルミナの被覆層４
を約20μ〜50μの厚さで合成させる。この場合に、アル
ミナ被覆層４とアルミニウム材12中のアルミナのファイ
バー即ちウィスカー材11とが反応し、アルミナ被覆層４
が複合材に強固に結合して被覆でき、従って、結合力の
優れた複合材ピストンスカート部が成形できる。
この複合材ピストンの製造方法について、アルミニウ
ム又はアルミニウムと酸化アルミウムとの混合材から成
るアルミニウム材12中にアルミナファイバー即ちアルミ
ナのウィスカー11を混在させるためには、アルミナのウ
ィスカー材11とアルミニウム及び酸化アルミニウムの粉
末を混合し、その混合物中に有機材から成る成形剤を混
合して合成し、ピストンスカート部２を成形し、次いで
その成形物を加熱焼結してピストンスカート部２の形状
に構成する。その後、この複合材におけるピストンスカ
ート部２の外周面である摺動部即ちシリンダライナ摺動
部となる部分に、アルミナ被覆処理を行い、アルミナ被
覆層４を約20μ〜50μの厚さで接合させて、複合材ピス
トンを成形する。
ム又はアルミニウムと酸化アルミウムとの混合材から成
るアルミニウム材12中にアルミナファイバー即ちアルミ
ナのウィスカー11を混在させるためには、アルミナのウ
ィスカー材11とアルミニウム及び酸化アルミニウムの粉
末を混合し、その混合物中に有機材から成る成形剤を混
合して合成し、ピストンスカート部２を成形し、次いで
その成形物を加熱焼結してピストンスカート部２の形状
に構成する。その後、この複合材におけるピストンスカ
ート部２の外周面である摺動部即ちシリンダライナ摺動
部となる部分に、アルミナ被覆処理を行い、アルミナ被
覆層４を約20μ〜50μの厚さで接合させて、複合材ピス
トンを成形する。
次に、第３図及び第４図には、この発明の別の実施例
である複合材ピストンが符号15で全体的に示されてい
る。この複合材ピストン15は、上記複合材ピストン10と
比較してピストンスカート部３の組成が相違する以外は
同一の構成であるので、同一の部品には同一の符号を付
し、それら同一の構成についての説明は省略する。
である複合材ピストンが符号15で全体的に示されてい
る。この複合材ピストン15は、上記複合材ピストン10と
比較してピストンスカート部３の組成が相違する以外は
同一の構成であるので、同一の部品には同一の符号を付
し、それら同一の構成についての説明は省略する。
第３図において、この複合材ピストン15が窒化珪素系
セラミックス、炭化珪素系セラミックス等のセラミック
材から成るエンジンのシリンダライナ５に嵌合している
状態が示されている。第４図は第３図の符号IVにおける
拡大断面図である。ピストンスカート部３については、
第４図に示すように、アルミニウム材13で構成し、その
内部にはウィスカー材14を混入する。ウィスカー材14
は、例えば、窒化アルミニウム又はチタン酸カリウムの
ウィスカー材等である。
セラミックス、炭化珪素系セラミックス等のセラミック
材から成るエンジンのシリンダライナ５に嵌合している
状態が示されている。第４図は第３図の符号IVにおける
拡大断面図である。ピストンスカート部３については、
第４図に示すように、アルミニウム材13で構成し、その
内部にはウィスカー材14を混入する。ウィスカー材14
は、例えば、窒化アルミニウム又はチタン酸カリウムの
ウィスカー材等である。
ウィスカー材14が窒化アルミニウムの場合について説
明する。アルミニウム材12と窒化アルミニウム材のウィ
スカー材14とから成る複合材即ち成形材は、アルミニウ
ムの繊維強化金属（FRM）材となり、強度が増大し且つ
熱膨張係数が抑制される即ち小さくなる。
明する。アルミニウム材12と窒化アルミニウム材のウィ
スカー材14とから成る複合材即ち成形材は、アルミニウ
ムの繊維強化金属（FRM）材となり、強度が増大し且つ
熱膨張係数が抑制される即ち小さくなる。
しかしながら、上記複合材は、ピストン材料即ち高温
摺動部として使用する場合に、摺動面に金属が露出状態
になっているので、摺動時の加熱により、焼付き現象が
発生する。この現象を防止するため、複合材の摺動部と
なる面に対してアルミナ処理を施す。上記アルミナ処理
によってピストンスカート部３の摺動面にアルミナ被覆
層７を形成する。アルミナ処理については、窒化アルミ
ニウムの繊維即ちウィスカー材14とアルミナ被覆層７と
は容易に接合し、層の強度も増大する効果がある。
摺動部として使用する場合に、摺動面に金属が露出状態
になっているので、摺動時の加熱により、焼付き現象が
発生する。この現象を防止するため、複合材の摺動部と
なる面に対してアルミナ処理を施す。上記アルミナ処理
によってピストンスカート部３の摺動面にアルミナ被覆
層７を形成する。アルミナ処理については、窒化アルミ
ニウムの繊維即ちウィスカー材14とアルミナ被覆層７と
は容易に接合し、層の強度も増大する効果がある。
この複合材ピストンの製造方法については、まず、ア
ルミニウムの粉末と窒化アルミニウムのウィスカーとを
混合し、その混合物と有機バインダとを混練したものを
成形型に注入して成形し、硬化後に約300℃程度に加熱
し、有機バインダを気化させ、その成形品をアルミニウ
ムの融点以下の温度で混合焼結する。
ルミニウムの粉末と窒化アルミニウムのウィスカーとを
混合し、その混合物と有機バインダとを混練したものを
成形型に注入して成形し、硬化後に約300℃程度に加熱
し、有機バインダを気化させ、その成形品をアルミニウ
ムの融点以下の温度で混合焼結する。
この製造方法において、アルミニウム粉末と窒化アル
ミニウムウィスカーとの混合比は、約6:4又は約7:3程度
に混合することが好ましい。ウィスカー材14のサイズに
ついては、繊維長さが約0.5mm〜100μ、繊維径が約50μ
〜５μであり、アルミニウム粉末のサイズについては、
径が約50μ〜200μである。
ミニウムウィスカーとの混合比は、約6:4又は約7:3程度
に混合することが好ましい。ウィスカー材14のサイズに
ついては、繊維長さが約0.5mm〜100μ、繊維径が約50μ
〜５μであり、アルミニウム粉末のサイズについては、
径が約50μ〜200μである。
また、この複合材におけるピストンスカート部３の摺
動部即ちシリンダライナ摺動部となる部分に、アルミナ
の被覆層７を約20μ〜50μの厚さで接合させる。この場
合に、アルミナ被覆層７とアルミニウム材13中の窒化ア
ルミニウム繊維即ちウィスカー材14とが反応し、アルミ
ナ被覆７が複合材に強固に結合して被覆でき、従って結
合力の優れた複合材ピストンスカート部が成形できる。
動部即ちシリンダライナ摺動部となる部分に、アルミナ
の被覆層７を約20μ〜50μの厚さで接合させる。この場
合に、アルミナ被覆層７とアルミニウム材13中の窒化ア
ルミニウム繊維即ちウィスカー材14とが反応し、アルミ
ナ被覆７が複合材に強固に結合して被覆でき、従って結
合力の優れた複合材ピストンスカート部が成形できる。
また、ウィスカー材14がチタン酸カリウム（K2Ti
6O13）の場合については、アルミニウムの融点が特に低
いため、チタン酸カリウムの性質を損なうことなく使用
できる利点がある。その他の点については上記窒化アル
ミニウムの場合と同様であるので、これらについての説
明は省略する。
6O13）の場合については、アルミニウムの融点が特に低
いため、チタン酸カリウムの性質を損なうことなく使用
できる利点がある。その他の点については上記窒化アル
ミニウムの場合と同様であるので、これらについての説
明は省略する。
以上、この発明による複合材ピストン及びその製造方
法を、ピストンスカート部に適用した場合について説明
したが、ピストンスカート部のみでなく、ピストンヘッ
ド部、その他のエンジン部材、特にそれらの摺動部につ
いても、この複合材が同様に適用できることは勿論であ
る。
法を、ピストンスカート部に適用した場合について説明
したが、ピストンスカート部のみでなく、ピストンヘッ
ド部、その他のエンジン部材、特にそれらの摺動部につ
いても、この複合材が同様に適用できることは勿論であ
る。
この発明による複合材ピストン及びその製造方法は、
以上のように構成されているので、次のような効果を有
する。即ち、この複合材ピストンは、セラミック材によ
って形成されたシリンダライナに摺動可能に嵌合したピ
ストンにおいて、少なくともピストンスカート部をウィ
スカー材を混入したアルミニウム材で構成し、更にピス
トンスカート部の摺動部にアルミナ被覆層を形成したの
で、セラミックスから成るシリンダライナに適用して摺
動抵抗を減少できると共に耐熱性に富み、焼付き等の現
象が生じることがなく、熱膨張率を小さくでき、ピスト
ンとシリンダライナとの摺動性能を向上できる。
以上のように構成されているので、次のような効果を有
する。即ち、この複合材ピストンは、セラミック材によ
って形成されたシリンダライナに摺動可能に嵌合したピ
ストンにおいて、少なくともピストンスカート部をウィ
スカー材を混入したアルミニウム材で構成し、更にピス
トンスカート部の摺動部にアルミナ被覆層を形成したの
で、セラミックスから成るシリンダライナに適用して摺
動抵抗を減少できると共に耐熱性に富み、焼付き等の現
象が生じることがなく、熱膨張率を小さくでき、ピスト
ンとシリンダライナとの摺動性能を向上できる。
また、ピストン、特にピストンスカート部はアルミニ
ウムの繊維強化金属（FRM）となり、強度を増大するこ
とできる。
ウムの繊維強化金属（FRM）となり、強度を増大するこ
とできる。
更に、この複合材ピストンの製造方法は、アルミニウ
ムの粉末又はアルミニウムと酸化アルミニウムとの混合
材の粉末とアルミナのウィスカー材とを混合し、更に有
機材から成る成形剤を混合して合成した後に、これを高
温の下で前記有機バインダを気化させ、次いで焼結成形
した複合材によって少なくともピストンスカート部を形
成し、その後、前記ピストンスカート部の摺動部に対し
てアルミナ被覆処理を施してアルミナ被覆層を形成する
か、あるいは、アルミニウムの粉末と窒化アルミニウム
又はチタン酸カリウムのウィスカー材とを混合し、更に
有機バインダを混合した混合物を成形型に注入して成形
し、硬化後に加熱して前記有機バインダを気化させ、次
いで焼結成形し、更に前記ピストンスカート部の摺動部
に対してアルミナ被覆処理を施してアルミナ被覆層を形
成したので、従来、複合材の混合し焼結することが困難
であったものが、この製造方法によれば、極めて良好に
合成することができ、ウィスカー材とアルミニウム粉末
とを良好に固形化して焼結することができ、安定した複
合状態を得ることができると共に、混合状態が均一であ
り、しかも信頼性に富んだ複合材を提供でき、しかも所
望の含有比率の複合材を容易に得ることができる。
ムの粉末又はアルミニウムと酸化アルミニウムとの混合
材の粉末とアルミナのウィスカー材とを混合し、更に有
機材から成る成形剤を混合して合成した後に、これを高
温の下で前記有機バインダを気化させ、次いで焼結成形
した複合材によって少なくともピストンスカート部を形
成し、その後、前記ピストンスカート部の摺動部に対し
てアルミナ被覆処理を施してアルミナ被覆層を形成する
か、あるいは、アルミニウムの粉末と窒化アルミニウム
又はチタン酸カリウムのウィスカー材とを混合し、更に
有機バインダを混合した混合物を成形型に注入して成形
し、硬化後に加熱して前記有機バインダを気化させ、次
いで焼結成形し、更に前記ピストンスカート部の摺動部
に対してアルミナ被覆処理を施してアルミナ被覆層を形
成したので、従来、複合材の混合し焼結することが困難
であったものが、この製造方法によれば、極めて良好に
合成することができ、ウィスカー材とアルミニウム粉末
とを良好に固形化して焼結することができ、安定した複
合状態を得ることができると共に、混合状態が均一であ
り、しかも信頼性に富んだ複合材を提供でき、しかも所
望の含有比率の複合材を容易に得ることができる。
更に、アルミナ被覆層とウィスカー材の繊維とが極め
て容易に接合し、従ってアルミナ被覆層は前記ピストン
スカート部の外周面即ち摺動部に強力に結合することが
できる。
て容易に接合し、従ってアルミナ被覆層は前記ピストン
スカート部の外周面即ち摺動部に強力に結合することが
できる。
第１図はこの発明による複合材ピストンの一実施例を示
す断面図、第２図は第１図の符号IIにおける拡大断面
図、第３図はこの発明による複合材ピストンの別の実施
例を示す断面図、第４図は第３図の符号IVにおける拡大
断面図、第５図は従来の内燃機関の断熱ピストンを示す
一部断面図、第６図は従来の内燃機関のシリンダライナ
を示す一部断面図、並びに第７図は第６図の符号VIIに
おける拡大断面図である。 １……ピストンヘッド、2,3……ピストンスカート部、
4,7……アルミナ被覆層、５……シリンダライナ、10,15
……複合材ピストン、11……アルミナのウィスカー材、
12,13……アルミニウム材、14……窒化アルミニウム
（又はチタン酸カリウム）のウィスカー材。
す断面図、第２図は第１図の符号IIにおける拡大断面
図、第３図はこの発明による複合材ピストンの別の実施
例を示す断面図、第４図は第３図の符号IVにおける拡大
断面図、第５図は従来の内燃機関の断熱ピストンを示す
一部断面図、第６図は従来の内燃機関のシリンダライナ
を示す一部断面図、並びに第７図は第６図の符号VIIに
おける拡大断面図である。 １……ピストンヘッド、2,3……ピストンスカート部、
4,7……アルミナ被覆層、５……シリンダライナ、10,15
……複合材ピストン、11……アルミナのウィスカー材、
12,13……アルミニウム材、14……窒化アルミニウム
（又はチタン酸カリウム）のウィスカー材。
Claims (10)
- 【請求項１】セラミック材によって形成されたシリンダ
ライナに摺動可能に嵌合したピストンにおいて、少なく
ともピストンスカート部をウィスカー材を混入したアル
ミニウム材で構成し、前記ピストンスカート部の摺動部
に前記ウィスカー材に対してアルミナ被覆処理を行って
アルミナ被膜層を形成し、前記ウィスカー材と前記アル
ミナ被膜層とが反応接合して複合材が形成されているこ
とを特徴とする複合材ピストン。 - 【請求項２】前記ウィスカー材は窒化アルミニウムのウ
ィスカー材であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の複合材ピストン。 - 【請求項３】前記ウィスカー材はチタン酸カリウムのウ
ィスカー材であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の複合材ピストン。 - 【請求項４】前記アルミニウム材に酸化アルミニウムを
混合したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の複合材ピストン。 - 【請求項５】前記ウィスカー材はアルミナのウィスカー
材であることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載
の複合材ピストン。 - 【請求項６】アルミニウムの粉末とアルミナのウィスカ
ー材とを混合し、更に有機材から成る成形剤を混合して
合成した後に、これを高温の下で前記有機材のバインダ
を気化させ、次いで焼結成形した複合材によって少なく
ともピストンスカート部を形成し、その後、前記ウィス
カー材に対してアルミナ被覆処理を行って前記ピストン
スカート部の摺動部にアルミナ被膜層を形成し、前記ウ
ィスカー材と前記アルミナ被膜層とが反応接合して複合
材が形成されていることを特徴とする複合材ピストンの
製造方法。 - 【請求項７】前記アルミニウムの粉末に酸化アルミニウ
ムの粉末を混合したことを特徴とする特許請求の範囲第
６項に記載の複合材ピストンの製造方法。 - 【請求項８】アルミニウムの粉末とウィスカー材とを混
合し、更に有機バインダを混合した混合物を成形型に注
入して成形し、硬化後に加熱して前記有機バインダを気
化させ、次いで焼結成形してピストンスカート部を形成
し、更に前記ウィスカー材に対してアルミナ被覆処理を
行って前記ピストンスカート部の摺動部にアルミナ被膜
層を形成し、前記ウィスカー材と前記アルミナ被膜層と
が反応接合して複合材が形成されていることを特徴とす
る複合材ピストンの製造方法。 - 【請求項９】前記ウィスカー材は窒化アルミニウムのウ
ィスカー材であることを特徴とする特許請求の範囲第８
項に記載の複合材ピストンの製造方法。 - 【請求項１０】前記ウィスカー材はチタン酸カリウムの
ウィスカー材であることを特徴とする特許請求の範囲第
８項に記載の複合材ピストンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61296575A JP2595946B2 (ja) | 1986-12-15 | 1986-12-15 | 複合材ピストン及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61296575A JP2595946B2 (ja) | 1986-12-15 | 1986-12-15 | 複合材ピストン及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63150454A JPS63150454A (ja) | 1988-06-23 |
| JP2595946B2 true JP2595946B2 (ja) | 1997-04-02 |
Family
ID=17835313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61296575A Expired - Fee Related JP2595946B2 (ja) | 1986-12-15 | 1986-12-15 | 複合材ピストン及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2595946B2 (ja) |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5922393A (ja) * | 1982-07-29 | 1984-02-04 | 日本電気株式会社 | プリント配線板およびその製造方法 |
| JPS5943698A (ja) * | 1982-09-03 | 1984-03-10 | Nippon Columbia Co Ltd | イヤースピーカの収納方法 |
| JPS5943699A (ja) * | 1982-09-04 | 1984-03-10 | Takeshi Yoshii | 気流マイクロホン |
| JPS5966966A (ja) * | 1982-10-09 | 1984-04-16 | Toyota Motor Corp | 耐熱性軽合金部材およびその製造方法 |
| JPS60155750U (ja) * | 1984-03-27 | 1985-10-17 | 三菱自動車工業株式会社 | 内燃機関用ピストン |
| JPS60155753U (ja) * | 1984-03-27 | 1985-10-17 | 三菱自動車工業株式会社 | ピストン |
| JPS60228663A (ja) * | 1984-04-25 | 1985-11-13 | Isuzu Motors Ltd | 母材の強化層形成方法 |
| JPS6198948A (ja) * | 1984-10-22 | 1986-05-17 | Toyota Motor Corp | 内燃機関用ピストン |
| JPS61144468A (ja) * | 1984-12-19 | 1986-07-02 | Toshiba Corp | 高速シリンダ装置 |
| JPS61250129A (ja) * | 1985-04-27 | 1986-11-07 | Honda Motor Co Ltd | マグネシウム合金製内燃機関用ピストン |
-
1986
- 1986-12-15 JP JP61296575A patent/JP2595946B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63150454A (ja) | 1988-06-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |