JPH01142244A - セラミック強化ピストンの製造法 - 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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はセラミックの粒子或いは無機質短繊維成形体を
用いて機械的強度、耐摩耗性、耐熱性等を向上させると
共に大量生産を可能とするセラミック強化ピストンの製
造法に関する。

従来の技術 従来のセラミック強化ピストンの製造法に関しては特開
昭５８−９３５６０号、特開昭５２−１２８８３２号９
本発明者が提案した特願昭６２−２２４５７号及び、特
願昭６２−２７００３２号がある。これらの鋳造法は鋳
型に予めセラミックの粒子或いは無機質短繊維成形体を
設け、そこに湯を直接投入し、上部パンチにて圧力を加
えながら粒子又は繊維中にアルミニウム合金等の湯を侵
入させ、凝固させて冠面のみを部分強化する溶Ｗｋｔｎ
造法が用いられていた。

発明が解決しようとする問題点 しかし、この溶湯鍛造法は湯の投入量の僅かなバラツキ
によって冠面の厚みにバラツキを生じ、しかも投入量が
少ないと、冠面部に湯が充分に浸透しなかったり、内部
に巣を発生する等の内部欠陥が起き易い、このため内部
欠陥が起きぬように投入量を若干多めにして冠面の厚み
を所定の厚さよりも厚く形成させ、形成後、冠面を所定
の厚さに仕上げるために後工程で機械加工を行わなけれ
ばならない、この冠面の切削は敢えて強化した部分を切
削することになり１機械的強度、耐摩耗性、耐熱性等の
所期性能よりも劣化を招き、また前記冠面はセラミック
強化されているので切削性が非常に悪く、従って切削工
具の傷みが早く大量の切削は極めて困難であり、大量生
産が出来ない等の問題があった・ 問題点を解決するための手段 本発明は上記問題を解決するために成されたものであり
、つまり予め加熱されたセラミックの粒子或いは無機質
短繊維成形体を加熱した鋳型内の所定位置に適宜量投入
するか或いは載置し、この鋳型にアルミニウム合金等の
金属湯を鋳込み、更にピストンピン用穴位置で鋳型に出
し入れ自在な押しラムを適宜に押し出して鋳型内の湯を
加圧しながら凝固させることにより、押しラムの押し出
し量がピストンピン穴の凹みとなり、この凹み具合を利
用して湯の投入量のバラツキを吸収し、冠面を所定の厚
さに形成する。

作　　用 このように金属湯を鋳型内に鋳込んだ後、又は同時に、
或いはその前に、ピストンピン押しラムを押し出して湯
を加圧しながら凝固する。この時、押しラムの加圧力は
上部パンチよりも若干低る量によって湯の投入量のバラ
ツキを吸収することができる。すなわち湯の投入量が少
ない場合には押しラムを押し出して投入量の不足分をピ
ストンピン穴になる部分にて吸収することによって最良
状態で鋳造され、また鋳込む前に予め押しラムが出過ぎ
ている場合には投入量が結果的に多くなってしまうが、
押しラムの加圧力が上部パンチの加圧力よりも小さいの
で、上部パンチが下降するに従って押しラムが適宜に戻
されて上記と同様な最良状態で鋳造できる。このように
して得られたピストンの冠面はセラミックによって強化
され、更に所定の冠面の厚みが一定するため難削性の強
化層を後加工することなく製造出来るのである。

実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。先ず、
〆−アルミナ　１００％の平均粒径８，３Ａ簡のアルミ
ナ粒子をセラミック製のルツボに入れて８００℃に加熱
し、予め３００℃に加熱されたピストンの金型（２）内
に高さ１０■量になるように投入するか、或いは平均径
３ル鵬、平均長さ０．７０鵬のアルミナ質短繊維材で成
形された厚さ１０ｍｍの繊維成形体（１）を　７００℃
に加熱し、予め３００℃に加熱されたピストンの金型（
２）内にセットし、その上にＪ　Ｉ　５−ＡＣａＡ合金
の湯（４）を７５０℃にて給湯する。給湯終了と同時に
上部パンチ（２Ｃ）を所定の位置、つまり上部パンチ（
２Ｃ）がサイドモールド（２ａ）の上面に当るまで下降
させて圧力を加え、その直後に一対のピストンピン用押
しラム（３）を上部パンチ（２Ｃ）の加圧力よりも若干
小さな加圧力で中央側に移動させる。すると上部パンチ
（２ｃ）の加圧力と押しラム（３）の加圧力とがバラン
スする位置まで押しラム（３）を押し出し、金型（２）
内の容積を減らして湯（４）の不足分をカバーする。こ
の時の加圧力は、粒子或いは繊！ｌ成形体（１）を用い
た場合で異り１粒子を使用した場合には上部パンチ（２
ｃ）の加圧力を９５０　Ｋ　ｇ７６　ｊに、押しラム（
３）の加圧力を　８００Ｋｇ￥６♂とし、繊！ｌ成形体
（１）を用いた場合には上部パンチ（２ｃ）の加圧力を
１１００　Ｋ　ｔｙ６　ｊに、押しラム（３）の加圧力
を　１１４ＯＫ￥６ｊとする。このようにして上部パン
チ（２Ｃ）と押しラム（３）は合金の湯（４）の凝固が
完了するまで加圧を続けて鋳造を完了する。尚、ピスト
ンピン用押しラム（３）の押し出すタイミングは湯（４
）の投入前或いは同時でもよく、つまり凝固が開始する
前に加圧を開始し、凝固が完了した後まで加圧状態を持
続することが出来れば良い、前記粒子或い無機質短繊維
成形体（１）の材料としてはアルミナ、シリカΦアルミ
ナ、炭化ケイ素等を用い、またアルミナ粒子と炭化けい
素ウィスカーを組合せて用いても良く、アルミナ繊維の
みを単独に用いても良い。

しかし粒子の場合、平均粒子径としてはＩｏＪｌｓ以下
のものが望ましく、１０，４１膳以上になると異物とし
て作用する傾向にあり、強化材として効力を発揮するの
は困難となる。又、粒子或い無機質短繊維成形体（１）
の加熱はアルミニウム合金等の湯（４）が粒子間或いは
繊維間に侵入する時に同−合金湯（４）の融点よりも低
過ぎると充分に侵入する前に合金が凝固してしまい、正
常な鋳造物を得がたくなる。望ましい加熱温度は使用す
る合金の融点よりも高い温度で、且つ８００℃以下が望
ましい、８００℃以上になると合金の湯（４）がガスを
吸収し易くなるので望ましくない、前記湯（４）として
はアルミニウム合金やマグネシウム合金等である。また
溶湯鍛造用の鋳型（２）はサイドモールド（２ａ）とノ
ックアウトダイ（２ｂ）と上部パンチ（２ｃ）から構成
したものを用いる。

耐熱疲労実験例 繊維成形体（１）を使用したセラミック強化ピストンに
於て、本発明の製造法によるものと従来の切削加工を施
す製造法によるものとを、第３図に示す耐熱疲労試験過
程を１サイクル（＝６０秒）として冠面にクラックが最
初に現われるまで耐熱疲労試験を行い、そのサイクル数
を表に示す、尚、従来の製造法によって成形したセラミ
ック強化ピストンは、所定の冠面の厚みを得るために２
ｍｓ切削加工されたものを使用。

実験結果 本発明の製造法によって作られたピストンはセラミック
強化された冠面の厚さが所期の通りのものであったので
切削加工を行わぬため耐熱疲労強度が従来に比べて１．
５倍の大幅な向上を得ることが出来ると共に精度の良い
鋳造体を製造することも出来た。

発明の効果 このように本発明の製造法はセラミックの粒子或いは無
機質短繊維成形体（１）を溶湯鋳造法を用いてセラミッ
ク強化ピストンを製造するに当り、湯（４）の投入量の
バラツキを押しラム（３）の押し出し具合の量で吸収す
ることが可能であると共に湯（４）を加圧しながら凝固
させるため、従来の如き投入量の少ない際に発生してい
た巣等による内部欠陥が起きて不良品となる恐れが全く
ない、又、ピストンの冠面の所定厚みの寸法精度が極め
て良く、冠面の厚さを一定に形成出来るので難削性の強
化層の切削加工が不要となり、セラミック強化ピストン
の大量生産が可能となると共に切削するための部分の無
駄な材料も木要となって製造法が合理的で且つ経済的に
行われる。しかも従来の如き機械的強度、耐摩耗性、耐
熱性等の低下がなく所期性能を充分に満足させ。

尚且つ耐熱疲労特性の改善が顕著である。更に押しラム
（３）によってピストンピンの位置に凹みが出来るので
ピストンピンの穴あけ作業が極めて簡単に、或いは不要
になる等の効果を奏する。

尚、本発明の製造法でセラミック強化されない一般の金
属製ピストンを製造すれば冠面の切削工数の省略、材料
費の削減等の大きな効果も発揮出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はセラミック強化ピストンが従来法で製造される
状態を示す断面図、第２図は本発明の製造法によって製
造される状態を示す断面図、第３図は耐熱疲労試験内容
を示す図である。 （１）・φ・繊維成形体　（２）・・Φ鋳型（３）・・
・押しラム　　（４）φ・・湯以　　上 特許出願代理人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 予め加熱されたセラミックの粒子或いは無機質短繊維成
   形体（１）を加熱した鋳型（２）内の所定位置に適宜量
   入れるか或いは載置し、その鋳型（２）にアルミニウム
   合金等の湯（４）を鋳込み、更にピストンピン用穴位置
   で前記鋳型（２）に出し入れ自在な押しラム（３）を適
   宜に押し出して前記鋳型（２）内の湯（４）を加圧しな
   がら凝固させたことを特徴とするセラミック強化ピスト
   ンの製造法。