JP2915763B2 - Piston pin and method of manufacturing the same - Google Patents
Piston pin and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のピストンに
用いることができるセラミックス製ピストンピンに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic piston pin which can be used for a piston of an internal combustion engine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ピストンはシリンダー内部で往復運動を
繰り返す。ピストンの材質は、アルミニウム又はアルミ
ニウム合金が用いられる。アルミニウムは、鋳鉄より軽
く、また、熱伝導率が鋳鉄より、高いからである。アル
ミニウム合金は、熱膨張率が小さいので、特に好まし
い。ピストンは、ピストンピンの軸受となるピストンボ
スを有する。2. Description of the Related Art A piston repeats a reciprocating motion inside a cylinder. Aluminum or an aluminum alloy is used as the material of the piston. Aluminum is lighter than cast iron and has a higher thermal conductivity than cast iron. Aluminum alloys are particularly preferred because of their low coefficient of thermal expansion. The piston has a piston boss that serves as a bearing for the piston pin.
【０００３】図４（ａ）で、ピストンピン４１は、ピス
トン４３とコンロッド４５とを連結するものである。ピ
ストンピンの形状は、通常は、円筒であり、軸方向を貫
通する孔がある。しかし、ピストンピンは、中実の円柱
体のときもある。また、ピストン又はコンロッド小端部
にピストンピンをボルト、スクリュー等の締結具で連結
するため、ピストンピンは、締結具を用いるための孔を
備えていることがある。In FIG. 4A, a piston pin 41 connects a piston 43 and a connecting rod 45. The shape of the piston pin is usually cylindrical and has a hole penetrating in the axial direction. However, the piston pin may be a solid cylinder. Further, in order to connect the piston pin to the piston or the small end of the connecting rod with a fastener such as a bolt or a screw, the piston pin may be provided with a hole for using the fastener.
【０００４】コンロッド４５は、ピストン側の小端部４
５ｓとクランク側の大端部４５ｌとを有する棒である。
コンロッド４５は、ピストン４３と図示していないクラ
ンクシャフトを連結する。小端部にピストンピンの軸受
となる軸受部を有する。ピストンピンは軸受部に貫通す
るように挿入され、ピストンピンが軸受部と接触して回
転できるようになっている。従って、軸受部は、ラジア
ルすべり軸受けとなるような、貫通孔であってもよい。
また、軸受部として、軟質金属製のスリーブが小端部を
貫通して挿入されているときがある。なお、図４（ａ）
では、ホワイトメタル４６がコンロッド４５の大端部４
５ｌのスリーブとなる。コンロッドの材質は、一般に炭
素鋼であり、引張り強度が９０ｋｇｆ／ｍｍ2以上であ
る。また、図４（ｂ）では、ピストンピン４２が軸受と
なるコンロッドの小端部４５ｔを貫通する。The connecting rod 45 has a small end 4 on the piston side.
It is a bar having 5s and a large end 45l on the crank side.
The connecting rod 45 connects the piston 43 to a crankshaft (not shown). The small end has a bearing portion serving as a bearing for the piston pin. The piston pin is inserted so as to penetrate the bearing, and the piston pin can rotate in contact with the bearing. Therefore, the bearing portion may be a through hole that serves as a radial slide bearing.
In some cases, a sleeve made of a soft metal is inserted as a bearing through the small end. FIG. 4 (a)
Then, the white metal 46 is the large end 4 of the connecting rod 45.
It becomes a 5 l sleeve. The material of the connecting rod is generally carbon steel and has a tensile strength of 90 kgf / mm 2 or more. In FIG. 4B, the piston pin 42 passes through the small end 45t of the connecting rod serving as a bearing.
【０００５】ピストンピンの材質は、従来、炭素鋼が用
いられてきた。その表面硬度は、ＨRＣで６０、表面粗
度Ｒaは０．１５μｍ程度であった。ピストンピンを軽
量にするため、ピストンピンの材質を金属からセラミッ
クに変更する試みがされている。実開昭６３−１１９９
６３号公報は、ピストンピンとピストンボスとの摩耗、
及び、ピストンピンとコンロッドの軸受部との摩耗を減
少させ、ピストン及びコンロッドの耐久性を向上するた
め、平均表面粗度Ｒaを０．１μｍ以下としたセラミッ
クス製ピストンピンを開示する。Conventionally, carbon steel has been used as the material of the piston pin. The surface hardness was 60 by HRC and the surface roughness Ra was about 0.15 μm. Attempts have been made to change the material of the piston pin from metal to ceramic in order to reduce the weight of the piston pin. 63-1991
No. 63 discloses wear of a piston pin and a piston boss,
Also disclosed is a ceramic piston pin having an average surface roughness Ra of 0.1 μm or less in order to reduce abrasion between the piston pin and a bearing portion of the connecting rod and improve durability of the piston and the connecting rod.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、このように表
面粗度が小さいセラミックス製のピストンピンをアルミ
ニウム合金製のピストンに用いると、使用開始直後は確
かに摩耗が少ないが、使用するうちに、ピストンピンが
焼付き、ピストンピンとピストンボスとのすべりが悪く
なるため、ピストンボスが摩耗するという問題があっ
た。焼付きとは、軸と軸受などのすべり面において、摩
擦のため熱せられて金属の一部が溶融し、相手の表面に
溶着することをいうが、この場合は、ピストンボスのア
ルミニウム合金又はコンロッド小端部の炭素鋼が溶融
し、ピストンピンの表面に溶着することである。そこ
で、本発明では、セラミックス製ピストンピンにおい
て、ピストンピンの焼付きを防ぎ、ピストンボス又はコ
ンロッド軸受部の摩耗を減少させ、ピストン又はコンロ
ッドの耐久性を向上することを目的とする。However, when such a ceramic piston pin having a small surface roughness is used for a piston made of an aluminum alloy, the wear is surely small immediately after the start of use. Since the piston pin is seized and slippage between the piston pin and the piston boss deteriorates, there is a problem that the piston boss is worn. Seizure means that a part of the metal is melted and heated on the sliding surfaces of the shaft and bearings by friction and welded to the mating surface.In this case, the aluminum alloy or connecting rod of the piston boss is used. The carbon steel at the small end melts and welds to the surface of the piston pin. Therefore, an object of the present invention is to prevent seizure of the piston pin, reduce wear of the piston boss or the connecting rod bearing portion, and improve the durability of the piston or the connecting rod in the ceramic piston pin.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、ピ
ストンピンの外側面における表面形状を、巨視的粗さで
あるうねりと、微視的粗さとの結合とする。この外側面
は、ピストンピンがコンロッド小端部の軸受部及びピス
トンボスに挿入されたとき、コンロッド小端部の軸受部
又はピストンボスに接触する部位である。従って、巨視
的粗さであるうねりにより、ピストンピンがコンロッド
小端部の軸受部又はピストンボスに接触する面積を減少
させ、焼付きを低減させる。なお、実開昭６３−１１９
９６３号公報では、微視的粗さが規定されるが、巨視的
粗さに付いての記載はない。Therefore, in the present invention, the surface shape on the outer surface of the piston pin is a combination of the undulation, which is macroscopic roughness, and the microscopic roughness. The outer surface is a portion that comes into contact with the bearing at the small end of the connecting rod or the piston boss when the piston pin is inserted into the bearing at the small end of the connecting rod and the piston boss. Therefore, the area of the piston pin contacting the bearing at the small end of the connecting rod or the piston boss is reduced due to the undulation, which is macroscopic roughness, and seizure is reduced. In addition, 63-119
In Japanese Patent No. 963, microscopic roughness is defined, but there is no description about macroscopic roughness.
【０００８】本発明によれば、素材が実質的にセラミッ
クスであるピストンピンであって、ピストンピンの外側
面の表面形状が、巨視的粗さであるうねりと、微視的粗
さとの結合であって、うねりは、外側面と垂直な方向に
凹凸の形状となり、うねりの凹凸差は、外側面の微視的
粗さの凹凸差より大きく、うねりの凸と凸との平均間隔
が１，５００μｍ以下であることを特徴とするピストン
ピンが提供される。うねりの凸と凸との平均間隔が１０
０〜１，０００μｍであることが好ましい。本発明で
は、外側面の直線方向において、基準長さが２．５ｍｍ
であるときの十点平均粗さが、０．４〜３μｍであるこ
とが好ましく、０．６〜２．５μｍであることが更に好
ましい。基準長さが２．５ｍｍであるときの十点平均粗
さが、うねりの凹凸差の平均の目安である。また、本発
明では、当該外側面の当該直線方向において、基準長さ
が０．２５ｍｍであるときの十点平均粗さが０．３μｍ
以下であることが好ましく、０．２μｍ以下であること
が更に好ましい。基準長さが０．２５ｍｍであるときの
十点平均粗さが、微視的粗さの凹凸差の平均の目安であ
る。また、本発明によれば、素材が実質的にセラミック
スであるピストンピン焼結体を、バレル研磨して、ピス
トンピンの外側面の表面形状が巨視的粗さであるうねり
と、微視的粗さとの結合であって、うねりは、外側面と
垂直な方向に凹凸の形壮となり、うねりの凹凸差は、外
側面の微視的粕さの凹凸差より大きく、うねりの凹と凸
との平均間隔が１，５００μｍ以下となるように形成す
ることを特徴とするピストンピンの製造方法が提供され
る。ピストンピン焼結体を研削し、次いで、バレル研磨
をしてもよい。また、ピストンピン焼結体を研削するこ
となく、バレル研磨をしてもよい。更に、本発明によれ
ば、ピストンピンが、ピストンボスに挿入されたことを
特徴とするピストンが提供される。According to the present invention, there is provided a piston pin whose material is substantially ceramics, wherein the surface shape of the outer surface of the piston pin is a combination of undulation, which is macroscopic roughness, and microscopic roughness. Therefore, the undulation has an uneven shape in a direction perpendicular to the outer surface, and the unevenness difference of the undulation is larger than the unevenness difference of the microscopic roughness of the outer surface, and the average distance between the undulations is 1, A piston pin is provided that is less than or equal to 500 μm. The average interval between undulations is 10
It is preferably from 0 to 1,000 μm. In the present invention, the reference length is 2.5 mm in the linear direction of the outer surface.
Is preferably 0.4 to 3 μm, more preferably 0.6 to 2.5 μm. The ten-point average roughness when the reference length is 2.5 mm is a measure of the average of the unevenness of the waviness. In the present invention, the ten-point average roughness is 0.3 μm when the reference length is 0.25 mm in the linear direction of the outer surface.
Or less, more preferably 0.2 μm or less. The ten-point average roughness when the reference length is 0.25 mm is a measure of the average of the unevenness of the microscopic roughness. Further, according to the present invention, a piston pin sintered body whose material is substantially ceramics is barrel-polished to form a piston pin.
Waviness where the surface shape of the outer surface of the tonpin is macroscopic roughness
And micro-roughness, where the undulations are
The shape of the unevenness in the vertical direction becomes uneven, and the unevenness of the undulation is
Concave and convex undulations that are larger than the difference in microscopic residue on the side
And a method of manufacturing the piston pin, wherein the average distance between the piston pin and the base member is 1,500 μm or less . The sintered piston pin may be ground and then subjected to barrel polishing. Barrel polishing may be performed without grinding the piston pin sintered body. Further, according to the present invention, there is provided a piston wherein the piston pin is inserted into the piston boss.
【０００９】[0009]
【作用】ピストンピンは、例えば、図５に示すように、
円筒形状をしている。本発明では、ピストンピン５１、
５２の円筒の外側面５１ａ、５２ａの形状に特徴があ
る。この外側面は、ピストンピンがコンロッド小端部の
軸受部及びピストンボスに挿入されたとき、コンロッド
小端部の軸受部又はピストンボスに接触する部位であ
る。従って、ピストンピン５１、５２の端部表面５１
ｂ、５２ｂには、うねり形状があってもよいが、うねり
形状がなくてもよい。なお、ピストン５２は、円筒の内
側で、円筒内部に向かって、隆起する隆起部５２ｃがあ
る。ピストンピンをコンロッドにとまりばめ又はしまり
ばめするとき、ピストンピンがコンロッドで保持される
部位の機械強度を高めるためである。The piston pin is, for example, as shown in FIG.
It has a cylindrical shape. In the present invention, the piston pin 51,
The shape of the outer surfaces 51a and 52a of the 52 cylinder is characteristic. The outer surface is a portion that comes into contact with the bearing at the small end of the connecting rod or the piston boss when the piston pin is inserted into the bearing at the small end of the connecting rod and the piston boss. Therefore, the end surfaces 51 of the piston pins 51, 52
The b and 52b may have a wavy shape, but may not have the wavy shape. The piston 52 has a raised portion 52c that protrudes inside the cylinder toward the inside of the cylinder. This is because the mechanical strength of the part where the piston pin is held by the connecting rod is increased when the piston pin is fitted or fitted to the connecting rod.
【００１０】本発明のピストンピンでは、外側面の表面
形状が、巨視的粗さであるうねりと微視的粗さとの結合
である。巨視的、微視的とは、互いに比較し合っての概
念であって、巨視的粗さは、微視的粗さと比較するもの
である。巨視的といっても、ピストンピン自体の大きさ
と比較して巨視的ではない。巨視的粗さも、ビストンピ
ン自体の大きさより遥かに小さいものである。図１は、
円筒形状のピストンピンの外側面において、円筒軸と平
行な方向を横軸に取ったとき、即ち、外側面が曲線では
なく直線となるような表面形状を示し、その表面形状を
粗さ曲線１０で概念的に示した説明図である。従って、
縦軸は、表面形状の凹凸を示す。うねりの凸と凸との間
隔は、例えば、１１ａ及び１１ｂであり、うねりの凹凸
差は、例えば、１２ａ、１２ｂである。図１では、この
ような巨視的粗さのほかに、粗さ曲線１０に細かい凹凸
があり、この細かい凹凸が微視的粗さである。図１は、
表面形状のモデルに過ぎず、本発明のピストンピンで
は、微視的粗さの凹凸は、図１よりも小さいことが多
い。本発明では、ピストンピンの外側面に、外側面と垂
直な方向に凹凸の形状となるうねりを有するので、ピス
トンピンの動摩擦係数を低減させ、ピストンピンが焼付
き難くなる。In the piston pin of the present invention, the surface shape of the outer surface is a combination of the undulation, which is macroscopic roughness, and the microscopic roughness. Macroscopic and microscopic are concepts that are compared with each other, and macroscopic roughness is to be compared with microscopic roughness. Although it is macroscopic, it is not macroscopic compared to the size of the piston pin itself. The macroscopic roughness is also much smaller than the size of the biston pin itself. FIG.
On the outer surface of the cylindrical piston pin, when the direction parallel to the cylindrical axis is taken on the horizontal axis, that is, the outer surface shows a surface shape that is not a curve but a straight line, and the surface shape is represented by a roughness curve 10. It is explanatory drawing shown notionally. Therefore,
The vertical axis indicates the unevenness of the surface shape. The interval between the undulations is, for example, 11a and 11b, and the difference between the undulations is, for example, 12a, 12b. In FIG. 1, in addition to such macroscopic roughness, the roughness curve 10 has fine irregularities, and the fine irregularities are microscopic roughness. FIG.
This is merely a model of the surface shape, and in the piston pin of the present invention, the unevenness of the microscopic roughness is often smaller than that in FIG. According to the present invention, since the outer surface of the piston pin has undulations having irregularities in a direction perpendicular to the outer surface, the dynamic friction coefficient of the piston pin is reduced, and the piston pin is less likely to seize.
【００１１】本発明では、うねりの凸と凸との平均間隔
が１，５００μｍ以下である。平均間隔が１，５００μ
ｍより大きいと、うねりがなだらかになり過ぎ、うねり
があると認め難くなるからである。また、うねりの凹と
凹の平均間隔ではなく、凸と凸の平均間隔を規定したの
は、ピストンピンの表面を研磨しても研磨材が中に入ら
ないような鋭い粗さがある場合があるので、凹と凹との
平均間隔は、巨視的粗さを規定するのには適さない場合
があるからである。また、うねりの凸と凸との平均間隔
が１００〜１，０００μｍであることが好ましい。平均
間隔が２００μｍより大きいことが更に好ましい。この
平均間隔が１００μｍ以上の方が動摩擦係数を低下させ
ると考えられるからである。基準長さが２．５ｍｍであ
るときの十点平均粗さが、うねりの凹凸差の平均の目安
である。また、基準長さが０．２５ｍｍであるときの十
点平均粗さが、微視的粗さの凹凸差の平均の目安であ
る。うねりの凸と凸との平均間隔、即ち、いわばうねり
周期の平均は、例えば、１００〜１０００μｍであるの
で、０．２５μｍの基準長さで、うねりの寄与をほぼ無
視できるからである。十点平均粗さ（Ｒｚ）の測定方法
は、図２に示すように、ＪＩＳ Ｂ０６０１で規定され
ている。十点平均粗さ（Ｒｚ）は、表面断面の形状を表
す粗さ曲線２１において、ある基準長さ（Ｌ）の領域
で、５つの最大値の平均と、５つの最小値の平均との差
である。図２で、ｍは平均線である。In the present invention, the average interval between the undulations is 1,500 μm or less. Average spacing is 1,500μ
If it is larger than m, the undulation becomes too gentle, and it is difficult to recognize the undulation. Also, the average spacing between convex and convex rather than the average spacing between undulations is defined when there is a sharp roughness such that abrasive material does not enter even when polishing the surface of the piston pin. This is because the average distance between the recesses may not be suitable for defining the macroscopic roughness. Further, it is preferable that the average interval between the undulations is 100 to 1,000 μm. More preferably, the average spacing is greater than 200 μm. This is because the average interval of 100 μm or more is considered to decrease the dynamic friction coefficient. The ten-point average roughness when the reference length is 2.5 mm is a measure of the average of the unevenness of the waviness. The ten-point average roughness when the reference length is 0.25 mm is an average standard of the unevenness of the microscopic roughness. This is because the average interval between the undulations of the undulations, that is, the average of the undulation period is, for example, 100 to 1000 μm, so that the contribution of the undulations can be almost neglected with the reference length of 0.25 μm. The method for measuring the ten-point average roughness (Rz) is defined in JIS B0601, as shown in FIG. The ten-point average roughness (Rz) is a difference between the average of five maximum values and the average of five minimum values in a region of a certain reference length (L) in a roughness curve 21 representing a shape of a surface cross section. It is. In FIG. 2, m is an average line.
【００１２】 外側面の直線方向において、基準長さが２．５ｍｍであ
るときの十点平均粗さが、０．４〜３μｍであることが
好ましい。このときの十点平均粗さが３μｍより大きい
と、ピストンピンの動摩擦係数が却って増加するからで
ある。一方、このときの十点平均粗さが０．４μｍより
小さいと、うねりの凹凸差が小さくて、巨視的粗さと微
視的粗さとの区別が困難だからである。このときの十点
平均粗さは０．６〜２．５μｍであることが更に好まし
く、０．８〜２μｍであることが更になお好ましい。外
側面の直線方向において、微視的粗さにおいて、凹凸差
の平均が、即ち、基準長さが０．２５ｍｍであるときの
十点平均粗さが０．３μｍ以下であることが好ましく、
０．２μｍ以下であることが更に好ましい。微視的粗さ
が小さい方が、ピストンピンの動摩擦係数を低減させ、
ピストンピンの焼付きが起こり難くなるからである。[0012] In the linear direction of the outer side surface, the ten-point average roughness when the reference length is 2.5 mm is preferably 0.4 to 3 μm. If the ten-point average roughness at this time is greater than 3 μm, the dynamic friction coefficient of the piston pin will increase rather. On the other hand, if the ten-point average roughness at this time is smaller than 0.4 μm, the unevenness of the waviness is small, and it is difficult to distinguish between macroscopic roughness and microscopic roughness. The ten-point average roughness at this time is more preferably from 0.6 to 2.5 μm, and still more preferably from 0.8 to 2 μm. In the linear direction of the outer surface, in the microscopic roughness, the average of the unevenness difference, that is, the ten-point average roughness when the reference length is 0.25 mm is preferably 0.3 μm or less,
More preferably, it is 0.2 μm or less. The smaller the microscopic roughness, the lower the dynamic friction coefficient of the piston pin,
This is because the seizure of the piston pin hardly occurs.
【００１３】ピストンピンの素材は実質的にセラミック
スである。「実質的に」とは、バインダー、可塑剤等の
有機化合物、又は、これらの分解物等が含有してもよい
からである。セラミックスは、ピストンが使用される温
度、例えば、ピストンヘッドで３００〜５００℃の温度
であっても、機械強度が長時間に渡って保たれるもので
あることが好ましい。具体的には、セラミックスが主成
分として、酸化アルミニウム、部分安定化ジルコニア、
サイアロン、窒化珪素、炭化珪素等を含有することが好
ましい。例えば、セラミックスの８０重量％以上が、窒
化珪素又は炭化珪素であることが好ましく、また、セラ
ミックスの８５重量％以上が、窒化珪素又は炭化珪素で
あることが更に好ましい。本発明の表面形状をしたセラ
ミックス製ピストンピンは、バレル研磨で得られる。バ
レル研磨とは、砥粒の研磨材とともに、被研磨品を容器
に入れ、容器を回転させ、又は振動させ、被研磨品の表
面を研磨する砥粒加工をいう。容器は、八角柱又は円筒
形のバレルを用いることが多い。研磨材として、酸化ア
ルミニウム、酸化ジルコニウム等の人工研磨材が用いら
れる。また、金属小球、鋳鉄粉、ガラス粉、プラスチッ
ク粉等を、被研磨品相互の接触を防止するため、研磨材
の担体となるメディアとして用いてもよい。The material of the piston pin is substantially ceramics. The term "substantially" means that an organic compound such as a binder or a plasticizer, or a decomposition product thereof may be contained. It is preferable that the ceramics maintain mechanical strength for a long time even at a temperature at which the piston is used, for example, a temperature of 300 to 500 ° C. at the piston head. Specifically, ceramics as a main component, aluminum oxide, partially stabilized zirconia,
It is preferable to contain sialon, silicon nitride, silicon carbide, or the like. For example, it is preferable that 80% by weight or more of the ceramic is silicon nitride or silicon carbide, and it is further preferable that 85% by weight or more of the ceramic is silicon nitride or silicon carbide. The ceramic piston pin having the surface shape of the present invention is obtained by barrel polishing. Barrel polishing refers to an abrasive process in which an object to be polished is put into a container together with an abrasive of abrasive grains, and the container is rotated or vibrated to polish the surface of the object to be polished. The container often uses an octagonal or cylindrical barrel. As the abrasive, an artificial abrasive such as aluminum oxide or zirconium oxide is used. In addition, metal spheres, cast iron powder, glass powder, plastic powder, and the like may be used as a medium serving as a carrier for an abrasive in order to prevent contact between polished products.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。 （実施例１〜３、比較例）平均粒径が０．６μｍの窒化
珪素粉末、１００重量部と、１．５重量部のＳｒＣＯ3
粉末、４．４重量部のＭｇＯ粉末、５．５重量部のＣｅ
Ｏ2と調合した。この調合粉末１００重量部に対して、
結合剤としてポリビニルアルコール２重量部を混合し、
次いで、噴霧乾燥により、平均粒径が５０μｍの粉体と
した。この粉体を金型プレスにより円柱形状に成形し、
次いで、６，０００kgf/cm2の圧力でコールドアイソス
タティックプレス（ＣＩＰ）を行った。この成形体を所
定の寸法に白加工した。また、このとき、成形体を研削
し、円柱形状から円筒形状に加工した。ポリビニルアル
コールを除去するため、窒素５０重量％及び空気５０重
量％からなる雰囲気で、５００℃で１０時間、この成形
体を脱脂した。次いで、９．５気圧の窒素雰囲気中で、
１７００℃で３時間、焼結した。以上の焼結工程まで
は、実施例１〜３及び比較例で同じであった。実施例１
及び２は、焼結体の外側面を租研削し、次いで、バレル
研磨をした。実施例３では、焼結体を租研削することな
く、バレル研磨をした。バレル研磨では、直径が５ｍｍ
のアルミナ製の玉を研磨材に用いた。また、比較例で
は、租研削をした後、円筒研削板と砥石を用いて 精密
研磨した。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. (Examples 1-3, Comparative Example) Silicon nitride powder having an average particle diameter of 0.6 μm, 100 parts by weight, and 1.5 parts by weight of SrCO 3
Powder, 4.4 parts by weight of MgO powder, 5.5 parts by weight of Ce
It was formulated with O 2. For 100 parts by weight of the prepared powder,
Mix 2 parts by weight of polyvinyl alcohol as a binder,
Next, a powder having an average particle size of 50 μm was formed by spray drying. This powder is formed into a cylindrical shape by a mold press,
Next, cold isostatic pressing (CIP) was performed at a pressure of 6,000 kgf / cm 2 . This molded body was white-processed to a predetermined size. At this time, the formed body was ground and processed from a cylindrical shape to a cylindrical shape. To remove the polyvinyl alcohol, the molded body was degreased at 500 ° C. for 10 hours in an atmosphere consisting of 50% by weight of nitrogen and 50% by weight of air. Then, in a nitrogen atmosphere at 9.5 atmospheres,
Sintered at 1700 ° C. for 3 hours. Up to the above sintering step, the same applies to Examples 1 to 3 and Comparative Example. Example 1
In Nos. And 2, the outer surface of the sintered body was ground and then barrel-polished. In Example 3, barrel polishing was performed without grinding the sintered body. In barrel polishing, the diameter is 5mm
Was used as an abrasive. Further, in the comparative example, after rough grinding, precision grinding was performed using a cylindrical grinding plate and a grindstone.
【００１５】バレル研磨前及びバレル研磨後で、触針式
表面粗さ測定器を用いて、表面形状を測定した。外側面
の表面形状を円筒軸と平行な方向に沿って、ドライブ・
スピードを１秒当たり０．１ｍｍで、この測定器の触針
を動かした。この触針の先端部の曲率は２μｍであっ
て、触針はダイヤモンド製である。基準長さ（Ｌ）が
２．５ｍｍのとき、巨視的粗さが分かり、このとき、
０．８ｍｍをカットオフ値とした。また、基準長さ
（Ｌ）が０．２５ｍｍのとき、微視的粗さが分かり、こ
のとき、０．０８ｍｍをカットオフ値とした。その測定
結果の表面形状を図３（ａ）〜（ｅ）に示す。図３
（ｅ）は、実施例２において、租研削をした後であっ
て、バレル研削前の表面形状を参考例として示した。図
３（ａ）−（ｅ）は、何れも、横軸が円筒軸と平行な方
向であり、また、その方向では、５０倍に拡大した。ま
た、縦軸方向は、５０００倍に拡大した。この表面形状
を基にデータ処理をして、十点平均粗さを求めた。ま
た、うねりの凸と凸との平均間隔を測定した。これらの
結果を表１に示す。Before and after barrel polishing, the surface shape was measured using a stylus type surface roughness measuring instrument. Drive the surface shape of the outer surface along the direction parallel to the cylindrical axis.
The stylus of the instrument was moved at a speed of 0.1 mm per second. The tip of the stylus has a curvature of 2 μm, and the stylus is made of diamond. When the reference length (L) is 2.5 mm, the macroscopic roughness is known.
0.8 mm was set as the cutoff value. When the reference length (L) was 0.25 mm, the microscopic roughness was found. At this time, the cutoff value was 0.08 mm. FIGS. 3A to 3E show the surface shapes of the measurement results. FIG.
(E) shows the surface shape after the grinding in Example 2 and before the barrel grinding as a reference example. 3A to 3E, the horizontal axis is a direction parallel to the cylindrical axis, and the direction is enlarged 50 times in that direction. In addition, the direction of the vertical axis was enlarged 5000 times. Data processing was performed on the basis of this surface shape to determine the ten-point average roughness. In addition, the average distance between the undulations was measured. Table 1 shows the results.
【００１６】[0016]
【表１】 [Table 1]
【００１７】（モータリング試験）実施例１〜３及び比
較例のセラミックス製ピストンピンを用いて、図４に示
すように、ピストンとコンロッドとを連結した。即ち、
ピストンピンをピストンボス及びコンロッド小端部に挿
入した。ピストンの素材は、アルミニウム合金であり、
コンロッドの素材は炭素鋼であった。排気量２０００ｃ
ｃのエンジンで、エンジンを１分に４０００回転させ、
ピストンに荷重がかかる条件で、ピストンを５０万回往
復させた。実施例１〜３のピストンピンでは、試験中、
ピストンピンは焼き付かなかった。一方、比較例のピス
トンピンは、ピストンが７４０００回往復したときに、
焼付き、アルミニウム合金が付着した。(Motoring Test) As shown in FIG. 4, the piston and the connecting rod were connected by using the ceramic piston pins of Examples 1 to 3 and Comparative Example. That is,
The piston pin was inserted into the piston boss and the small end of the connecting rod. The material of the piston is an aluminum alloy,
The material of the connecting rod was carbon steel. Displacement 2000c
With the engine of c, rotate the engine 4000 times per minute,
The piston was reciprocated 500,000 times under the condition that a load was applied to the piston. In the piston pins of Examples 1 to 3, during the test,
The piston pin did not seize. On the other hand, the piston pin of the comparative example, when the piston reciprocates 74000 times,
Seizure and adhesion of aluminum alloy.
【００１８】[0018]
【発明の効果】セラミックス製ピストンピンの焼付きが
防止され、ピストンボス又はコンロッド小端部の摩耗が
著しく低減した。According to the present invention, seizure of the ceramic piston pin is prevented, and wear of the piston boss or the small end of the connecting rod is significantly reduced.
【図１】本発明に係るピストンピンにおける外側面形状
の説明図である。FIG. 1 is an explanatory view of an outer surface shape of a piston pin according to the present invention.
【図２】十点平均粗さ（Ｒｚ）の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of ten-point average roughness (Rz).
【図３】ピストンピンの外側面における表面形状を測定
した図である。（ａ）実施例１、（ｂ）実施例２、
（ｃ）実施例３、（ｄ）比較例、及び（ｅ）参考例であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating a surface shape of an outer surface of a piston pin. (A) Example 1, (b) Example 2,
(C) Example 3, (d) Comparative Example, and (e) Reference Example.
【図４】ピストンピン、ピストン、及びコンロッドの説
明図である。FIG. 4 is an explanatory view of a piston pin, a piston, and a connecting rod.
【図５】ピストンピン断面の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a cross section of a piston pin.
１０・・・粗さ曲線、１１ａ、１１ｂ・・・うねりの凸と凸と
の間隔、１２ａ、１２ｂ・・・うねりの凹凸差、１５・・・外
側面で軸と平行な方向、１６・・・軸と直交する方向、２
１・・・粗さ曲線、３１・・・外側面で軸と平行な方向、３２
・・・軸と直交する方向、４１・・・ピストンピン、４２・・・
ピストンピン、４３・・・ピストン、４５・・・コンロッド、
４５ｌ・・・大端部、４５ｓ・・・小端部、４５ｔ・・・小端
部、４６・・・ホワイトメタル、５１・・・ピストンピン、５
１ａ・・・外側面、５１ｂ・・・端部表面、 ５２・・・ピストン
ピン、５２ａ・・・外側面、５２ｂ・・・端部表面、５２ｃ・・
・隆起部。10: roughness curve, 11a, 11b: interval between undulations, 12a, 12b: difference between undulations, 15: direction parallel to axis on outer surface, 16 ... .Direction perpendicular to the axis, 2
1 ... roughness curve, 31 ... direction parallel to the axis on the outer surface, 32
... Direction perpendicular to the axis, 41 ... Piston pin, 42 ...
Piston pin, 43 ... piston, 45 ... connecting rod,
45l: Large end, 45s: Small end, 45t: Small end, 46: White metal, 51: Piston pin, 5
1a: outside surface, 51b: end surface, 52: piston pin, 52a: outside surface, 52b: end surface, 52c ...
・ A ridge.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−113119（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−4465（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−119963（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−185963（ＪＰ，Ｕ) 実開 平７−12658（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16J 1/00 - 10/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-113119 (JP, A) Japanese Utility Model 63-4465 (JP, U) Japanese Utility Model 63-119963 (JP, U) Japanese Utility Model 63 185963 (JP, U) Japanese Utility Model 7-12658 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) F16J 1/00-10/04
Claims (11)
ンピンであって、当該ピストンピンの外側面の表面形状
が、巨視的粗さであるうねりと、微視的粗さとの結合で
あって、当該うねりは、当該外側面と垂直な方向に凹凸
の形状となり、当該うねりの凹凸差は、当該外側面の微
視的粗さの凹凸差より大きく、当該うねりの凸と凸との
平均間隔が１，５００μｍ以下であることを特徴とする
ピストンピン。1. A piston pin whose material is substantially ceramics, wherein the surface shape of the outer surface of the piston pin is a combination of undulation, which is macroscopic roughness, and microscopic roughness, The undulation has an irregular shape in a direction perpendicular to the outer surface, and the undulation difference of the undulation is larger than the unevenness difference of the microscopic roughness of the outer surface, and the average interval between the ridges of the undulation is larger. A piston pin having a diameter of 1,500 μm or less.
００〜１，０００μｍであることを特徴とする請求項１
に記載のピストンピン。2. The method according to claim 1, wherein the average distance between the undulations is one.
2. The thickness is from 1,000 to 1,000 [mu] m.
The piston pin described in the above.
が２．５ｍｍであるときの十点平均粗さが、０．４〜３
μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のピ
ストンピン。3. A ten-point average roughness in a linear direction of the outer surface when the reference length is 2.5 mm is 0.4 to 3
The piston pin according to claim 1, wherein the diameter of the piston pin is μm.
長さが２．５ｍｍであるときの十点平均粗さが、０．６
〜２．５μｍであることを特徴とする請求項３に記載の
ピストンピン。4. The ten-point average roughness when the reference length is 2.5 mm in the linear direction of the outer surface is 0.6 mm.
The piston pin according to claim 3, wherein the diameter of the piston pin is about 2.5 μm.
長さが０．２５ｍｍであるときの十点平均粗さが０．３
μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か１項に記載のピストンピン。5. The ten-point average roughness when the reference length is 0.25 mm in the linear direction of the outer surface is 0.3.
piston pin according to any one of 請 Motomeko 1-4 you wherein a μm or less.
長さが０．２５ｍｍであるときの十点平均粗さが０．２
μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載のピス
トンピン。6. The ten-point average roughness of the outer surface in the direction of the straight line when the reference length is 0.25 mm is 0.25 mm.
The piston pin according to claim 5, wherein the diameter is not more than μm.
に円柱側面の形状をしていることを特徴とする請求項１
〜６のいずれか１項に記載のピストンピン。7. The outer surface of the piston pin, 請 Motomeko 1 characterized in that has a substantially cylindrical side shape
The piston pin according to any one of claims 1 to 6 .
化珪素又は炭化珪素であることを特徴とする請求項１〜
７のいずれか１項に記載のピストンピン。8. least 80% by weight of the ceramic, 請 Motomeko 1 you being a silicon nitride or silicon carbide
8. The piston pin according to any one of items 7 to 7 .
ンピン焼結体を、バレル研磨して、ピストンピンの外側
面の表面形状が巨視的粗さであるうねりと、微視的粗さ
との結合であって、当該うねりは、当該外側面と垂直な
方向に凹凸の形状となり、当該うねりの凹凸差は、当該
外側面の微視的粗さの凹凸差より大きく、 当該うねりの
凸と凸との平均間隔が１，５００μｍ以下となるように
形成することを特徴とするピストンピンの製造方法。9. A piston pin sintered body whose material is substantially ceramics is barrel-polished to form an outer portion of the piston pin.
Waviness, where the surface shape is macroscopic roughness, and microscopic roughness
And the undulation is perpendicular to the outer surface.
Direction becomes uneven, and the unevenness of the undulation is
Larger than the difference in the microscopic roughness of the outer surface ,
So that the average distance between the protrusions is 1,500 μm or less
A method of manufacturing a piston pin, characterized by being formed .
で、当該バレル研磨をすることを特徴とする請求項９に
記載のピストンピンの製造方法。10. The method according to claim 9, wherein the piston pin sintered body is ground and then the barrel is polished.
ピンが、ピストンボスに挿入されたことを特徴とするピ
ストン。Piston pin 11. any one of claims 1-8, characterized in that inserted into the piston boss piston.
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