JPH02271059A - Combined piston - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、特に内燃機関の複合ピストンに関し、該ピス
トンのスカートは、低摩擦係数を有し、高弾性率を有す
る繊維で補強された合成樹脂で形成されている高機械強
度のジャケットを有する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a composite piston, particularly for internal combustion engines, the skirt of which is made of a synthetic resin having a low coefficient of friction and reinforced with fibers having a high modulus of elasticity. Has a mechanically strong jacket.
本発明の目的は、本質的にピストンのスカートとシリン
ダーとの間の摩擦を低減することである。The aim of the invention is essentially to reduce the friction between the piston skirt and the cylinder.
スカートの目的は、シリンダーにおいて、密封を提供す
る部分、すなわち「ピストンリング キャリアー」と呼
ばれる部分を案内することである。したがってスカート
は、比較的大きな面積を有し、摩擦、ノイズおよびエネ
ルギー損失の源である。スカートに原因する焼付を回避
するために、それとピストンとの間の間隔は数十ミクロ
ン程度のかなり大きなものでなければならず、その結果
オイルの消費量が増大することになる。The purpose of the skirt is to guide the part of the cylinder that provides the seal, the part called the "piston ring carrier". The skirt therefore has a relatively large area and is a source of friction, noise and energy loss. In order to avoid seizures caused by the skirt, the spacing between it and the piston must be fairly large, on the order of tens of microns, resulting in increased oil consumption.
したがって、本発明の目的は、ピストンの本体を形成す
る金属がたとえスチールまたは軽合金であろうとも、摩
擦を低減することにより上記した従来技術における欠点
を解消することにある。It is therefore an object of the present invention to overcome the drawbacks of the prior art described above by reducing friction, even if the metal forming the body of the piston is steel or a light alloy.
この目的のために、本発明におけるピストンは、該樹脂
がスルホン基含有ポリマー系のものであり、高弾性率を
有する繊維が好ましくは炭素、ガラスまたは他の繊維で
ある点に特徴がある。For this purpose, the piston according to the invention is characterized in that the resin is based on a sulfonic group-containing polymer and the fibers with a high modulus of elasticity are preferably carbon, glass or other fibers.
スルホン基含有ポリマーは、目的とする用途に特に好適
である。これらのポリマーは、問題のジャケットに用い
られ易い物質として、より詳しくは、ポリスルホン（ｐ
ｓ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）およびポリフェ
ニルスルホン（ＰＰＳ）よりなる。これらの主な特徴は
以下の通り：
スルホン基含有ポリマー
引張弾性率１１Ｐａｌ ２４８０ ２４
００ ２３００曲げ弾性率（ＭＰａｌ
２７００ ２６００ ２４００曲
げ応力ｆＭＰａｌ １０６ １２９
８５好ましくは、樹脂はその潤滑特性の
ためよ（知られている物質としてのグラファイト充填剤
を包含する。該樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（
ＰＴＦＥＩ、または、好ましくはエヂレンーポリテトラ
フルオロエチレンのフッ素含有ポリマーも含有すること
ができる。Polymers containing sulfonic groups are particularly suitable for the intended use. These polymers are more particularly polysulfone (p
s), polyethersulfone (PES) and polyphenylsulfone (PPS). Their main characteristics are: Sulfonic group-containing polymer tensile modulus 11Pal 2480 24
00 2300 Flexural modulus (MPal
2700 2600 2400 Bending stress fMPal 106 129
85 Preferably, the resin includes a graphite filler (as a known material) for its lubricating properties.
PTFEI or, preferably, a fluorine-containing polymer of ethylene-polytetrafluoroethylene may also be included.
ＥＴＦＥと呼ばれるエチレン−ＰＴＦＥコポリマーは。Ethylene-PTFE copolymer called ETFE.
使用が容易で一般にＰＴＦＥより好ましく、その温度抵
抗性を除きその特性の全部についてＰＴＦＥよりすぐれ
ている。It is easier to use and is generally preferred over PTFE, and is superior to PTFE in all of its properties except its temperature resistance.
ＰＴＦＥとＥＴＦＥとを比較すると下表の通り・性
質 ＰＴＦＥ ＥＴＦ
Ｅ密度 ２．１４〜２．１８ １．７
破損強度（ＭＰａ） ２０ 〜４０ ４５曲
げ強度（ＭＰａ） １８ 〜２０ ２４引張
弾性率（ＭＰａ） ３５０ 〜７５０ ８２５ショ
ア硬度（Ｄ） ５５ 〜５９７５本発明のピストン
は、更に該樹脂がガラス微小中空球などのすぐれた機械
的特性を有する充填剤を包含し、ガラス微小中空球を約
１０〜１５重量％含有する点に特徴がある。Comparing PTFE and ETFE, the table below shows:
Quality PTFE ETF
E density 2.14-2.18 1.7
Breaking strength (MPa) 20 ~ 40 45 Bending strength (MPa) 18 ~ 20 24 Tensile modulus (MPa) 350 ~ 750 825 Shore hardness (D) 55 ~ 5975 The piston of the present invention further has the resin as glass micro hollow spheres. It is characterized by containing about 10 to 15% by weight of glass micro hollow spheres.
該ガラス微小中空球は、硼珪酸系の極めて微細なガラス
壁（１〜３ミクロン）を有し、無臭無毒のガスが充満し
た微小な透明気泡で形成されている。The glass micro hollow spheres have extremely fine borosilicate glass walls (1 to 3 microns) and are formed of minute transparent bubbles filled with odorless and non-toxic gas.
掬月■月１社
見掛は密度（ｇ／ａｍ’） ０．１６〜０．２０
粒度（ミクロン） ５〜２００平均径（ミクロ
ン）８０
軟化温度（’Ｃ） ７５０圧潰強さ（バ
ール）Ｉ４０
熱伝導率（Ｗ／ｍ’／Ｃ） ０．０５５当該
ジヤケツトにガラス微小中空球を用いると、ジャケット
に、すぐれた物理的特性：すなわち、密度の実質上の低
下、熱伝導率および耐衝撃性（エネツギーのミクロ−吸
収体）の改善、硬化時の収縮および割れの低減（温度お
よび残留応力の分布があっても）および製造されるジャ
ケットの単位容積当りの価格の実質上大幅な低減をもた
らすことができる。Kikizuki ■Monthly 1 company apparent density (g/am') 0.16 to 0.20
Particle size (micron) 5-200 Average diameter (micron) 80 Softening temperature ('C) 750 Crushing strength (bar) I40 Thermal conductivity (W/m'/C) 0.055 Glass micro hollow spheres are used for the jacket. and the jacket has excellent physical properties: virtually reduced density, improved thermal conductivity and impact resistance (micro-absorber of energy), reduced shrinkage and cracking during curing (temperature and residual even with stress distribution) and can result in a substantially significant reduction in the price per unit volume of the jacket produced.
特に興味深い組成として、該ジャケットは、スルホン基
含有ポリマー約６０〜８０重量％、炭素繊維約１０重量
％、グラファイト約１０重量％およびＥＴＦＥ約１０重
量％より構成される。In a particularly interesting composition, the jacket is comprised of about 60-80% by weight of sulfonic group-containing polymer, about 10% by weight of carbon fiber, about 10% by weight of graphite and about 10% by weight of ETFE.
上記した種々の異なる物質を用いると、摩擦による損失
について、約４５％の利得が認められ、その結果エネル
ギーの節約ならびにノイズおよび焼 。Using the various different materials described above, a gain of approximately 45% in frictional losses has been observed, resulting in energy savings and noise and burnout.
付の危険性の低下が認められる。ピストンのスカートと
シリンダーとの間の間隔が、数十ミクロンから数ミクロ
ンに低減され、その結果オイル消費量がかなり低減され
ることになる。A decrease in the risk of exposure was observed. The spacing between the piston skirt and the cylinder is reduced from tens of microns to a few microns, resulting in a considerable reduction in oil consumption.
添付図面を参照して、それに限定されるものではないが
実施例として、本発明の２つの実施態様について以下説
明する。Two embodiments of the invention will now be described, by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings, in which: FIG.
第１図〜第５図において、ジャケットは、スカート３に
取り付けられた円筒状リング５の形をした単一の要素と
して形成されたものが示されている。In FIGS. 1-5, the jacket is shown formed as a single element in the form of a cylindrical ring 5 attached to a skirt 3. In FIGS.
このジャケットは、前記したいくつかの組成のうちの一
つを有する。This jacket has one of several compositions described above.
このジャケットは、例えばネジ（第５図）、帯締めおよ
び接合などの適当な手段によりスカート３に取り付けら
れ、これらの取り付は手段は単独またはそれらの異なる
組合せで用いることができる。This jacket is attached to the skirt 3 by suitable means, such as for example screws (FIG. 5), strapping and bonding, these attachment means can be used alone or in different combinations thereof.
第６図〜第９図に示されるピストンの変形例において、
ジャケットは、連接棒の小形端の連接軸Ｙ−Ｙに垂直な
軸ｘ−Ｘを中心として、スカート３上の直径方向に向か
い合い、シリンダ一部分６の形をした２つの要素より形
成されている。In the modified examples of the piston shown in FIGS. 6 to 9,
The jacket is formed by two elements in the form of a cylinder section 6, diametrically opposed on the skirt 3, about an axis x--x perpendicular to the articulation axis Y--Y of the small end of the connecting rod.
該要素（７をスカート３に取り付ける手段は、接合およ
びスプール、ありほぞまたはリベットなどによる機械的
固定よりなり、これらの手段は単独またはそれらの異な
る組合せで用いることができる。The means of attaching the element (7) to the skirt 3 consist of joints and mechanical fixings such as by spools, dovetails or rivets; these means can be used alone or in different combinations thereof.
接合剤を用いる場合、ポリアミド、エポキシまたは類似
の接着剤接合剤を用いる°のが有利である。If a bonding agent is used, it is advantageous to use a polyamide, epoxy or similar adhesive bonding agent.
Ｎ−メチル−２−ピロリドンポリアミドイミドが接着剤
として特に好適である。N-methyl-2-pyrrolidone polyamideimide is particularly suitable as adhesive.
ジャケット５または６の最終的な輪郭は、スカート３に
取り付けた後、ピストンの金属部分と同時に機械加工す
ることにより形成されるのが普通であることに注目すべ
きである。It should be noted that the final contour of the jacket 5 or 6 is usually formed after attachment to the skirt 3 by machining simultaneously with the metal parts of the piston.
しかしながら、ジャケットの成形の際に注意を払うこと
により以降の機械加工が不必要となるようにすることが
できる。However, by taking care when forming the jacket, subsequent machining can be made unnecessary.
いずれにしても、それが本発明のもう一つの利点でもあ
るが、ジャケットの輪郭は、その大幅に改良された滑り
特性のために、従来の金属スカートの現在用いられてい
る複雑な輪郭に比べて大幅に単純化することができる。In any case, and it is also another advantage of the present invention, the profile of the jacket is significantly improved compared to the currently used complex profiles of conventional metal skirts due to its significantly improved sliding properties. can be greatly simplified.
最後に、ジャケットは、スカート上にスプレーすること
により形成することも可能であってその製造が簡単にな
る。Finally, the jacket can also be formed by spraying onto the skirt, simplifying its manufacture.
第１図は、連接棒の小形端の連接する軸を含む平面を通
しての、すなわち第２図の１−１線に沿っての軸方向断
面における、本！！明のピストンを示し：第２図はピス
トンの正面図であり：第３図は第１図のＩＩＩ−ＩＩＩ
線を通る水平断面図であり；第４図は第１図のＩＶ−Ｉ
Ｖ線を通る軸方向断面図であり；第５図は第４図の詳細
図であり；第６および７図は本発明のピストンの変形の
２つの正面図であり：第８図は第６図の■−■線を通る
水平断面図であワ；第９図は第６図の■−ＩＸ線を通る
水平断面図である。
前回を通して、１はピストンの底部を示し、２はピスト
ンリングキャリヤーを示し、３はスカートを示す、４は
連接棒の小形端への連接用軸のベアリングを示す。FIG. 1 shows the book! in an axial section through the plane containing the articulating axis of the small end of the connecting rod, i.e. along line 1--1 in FIG. ! Fig. 2 is a front view of the piston; Fig. 3 is a section III-III of Fig. 1;
4 is a horizontal sectional view through line IV-I of FIG.
FIG. 5 is a detail view of FIG. 4; FIGS. 6 and 7 are two front views of a piston variant of the invention; FIG. FIG. 9 is a horizontal sectional view taken along line 1-IX in FIG. 6; FIG. Throughout the previous series, 1 indicates the bottom of the piston, 2 indicates the piston ring carrier, 3 indicates the skirt, and 4 indicates the bearing of the connecting shaft to the small end of the connecting rod.
Claims (1)
ート（３）がすぐれた機械的強度と低摩擦係数を有する
ジャケット（５、６）を備えていて、そのジャケットが
高弾性率を有する繊維で補強された合成樹脂で形成され
ている前記複合ピストンにおいて、該樹脂がスルホン基
含有ポリマー系のものであることを特徴とする前記複合
ピストン。 ２、該樹脂がポリスルホンである請求項１記載のピスト
ン。 ３、該樹脂がポリフェニルスルホンである請求項１記載
のピストン。 ４、該樹脂がポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）である請
求項１記載のピストン。 ５、該樹脂がエチレン−ポリテトラフルオロエチレンコ
ポリマー系（ＥＴＦＥ）のフッソ含有ポリマーを含有す
る前記請求項の何れかに記載のピストン。 ６、該樹脂がポリテトラフルオロエチレン （ＰＴＦＥ）を含有する請求項１ないし４の何れかに記
載のピストン。 ７、高弾性率を有する繊維が炭素繊維である前記請求項
の何れかに記載のピストン。 ８、高弾性率を有する繊維がガラス繊維である請求項１
ないし６の何れかに記載のピストン。 ９、該樹脂がグラファイト充填剤を包含する前記請求項
の何れかに記載のピストン。 １０、該樹脂がガラス微小中空球などのすぐれた機械的
特性を有する充填剤を包含する前記請求項の何れかに記
載のピストン。 １１、該ジャケットがガラス微小中空球約１０〜１５重
量％を包含する請求項１０記載のピストン。 １２、該ジャケットが、スルホン基含有ポリマー約６０
〜８０重量％、炭素繊維約１０重量％、グラファイト約
１０重量％およびＥＴＦＥ約１０重量％を包含する前記
請求項の何れかに記載のピストン。 １３、該ジャケットが１個（５）またはそれより多い（
６）要素で構成されている付加物である前記請求項の何
れかに記載のピストン。 １４、該ジャケットが、スカート（３）に取り付けられ
た円筒状リング（５）の形状をした単一の要素より形成
されている請求項１３記載のピストン。 １５、該ジャケットが、スカート（３）上で直径方向に
相対し、連接棒の小形端の連接軸（Ｙ−Ｙ）に垂直な軸
（Ｘ−Ｘ）を中心とする円筒状部分（６）の形状をした
２個の要素より形成されている請求項１３記載のピスト
ン。 １６、円筒形リングの形状において、ジャケットをスカ
ート（３）に取り付ける手段がネジ、帯締めおよび接合
よりなり、該手段が単独またはそれらの異なる組合せで
用いられる請求項１４記載のピストン。 １７、該要素（６）をスカート（３）に取り付ける手段
が、接合およびスプール、ありほぞまたはリベットによ
る機械的固定よりなり、該手段が単独またはそれらの異
なる組合せで用いられる請求項１５記載のピストン。 １８、接合手段を用いる場合において、接合剤がポリア
ミド、エポキシまたは類似の接着剤系のものであること
を特徴とする請求項１６または１７記載のピストン。 １９、該ジャケットが、スカート（３）上にスプレーに
より形成される請求項１ないし１２の何れかに記載のピ
ストン。[Claims] 1. A composite piston, especially for internal combustion engines, the skirt (3) of which is provided with a jacket (5, 6) having excellent mechanical strength and a low coefficient of friction; The above-mentioned composite piston is made of a synthetic resin reinforced with fibers having a high modulus of elasticity, wherein the resin is based on a sulfone group-containing polymer. 2. The piston according to claim 1, wherein the resin is polysulfone. 3. The piston according to claim 1, wherein the resin is polyphenylsulfone. 4. The piston according to claim 1, wherein the resin is polyether sulfone (PES). 5. A piston according to any of the preceding claims, wherein the resin contains a fluorine-containing polymer of the ethylene-polytetrafluoroethylene copolymer system (ETFE). 6. The piston according to any one of claims 1 to 4, wherein the resin contains polytetrafluoroethylene (PTFE). 7. The piston according to any one of the preceding claims, wherein the fibers having a high modulus of elasticity are carbon fibers. 8.Claim 1, wherein the fiber having a high modulus of elasticity is glass fiber.
6. The piston according to any one of 6 to 6. 9. A piston according to any preceding claim, wherein the resin includes a graphite filler. 10. A piston according to any of the preceding claims, wherein the resin includes a filler with excellent mechanical properties, such as glass microhollow spheres. 11. The piston of claim 10, wherein said jacket includes about 10-15% by weight of glass microhollow spheres. 12. The jacket is made of a sulfone group-containing polymer of about 60%
80% by weight, about 10% by weight carbon fiber, about 10% by weight graphite and about 10% by weight ETFE. 13. The jacket is one (5) or more (
6) A piston according to any of the preceding claims, which is an appendage made up of elements. 14. Piston according to claim 13, characterized in that the jacket is formed from a single element in the form of a cylindrical ring (5) attached to a skirt (3). 15. The jacket has a cylindrical portion (6) diametrically opposed on the skirt (3) and centered on an axis (X-X) perpendicular to the articulation axis (Y-Y) of the small end of the connecting rod. 14. A piston according to claim 13, wherein the piston is formed from two elements having the shape of . 16. Piston according to claim 14, in which, in the form of a cylindrical ring, the means for attaching the jacket to the skirt (3) consist of screws, straps and joints, said means being used alone or in different combinations thereof. 17. Piston according to claim 15, wherein the means for attaching the element (6) to the skirt (3) consist of joints and mechanical fixing by means of spools, dovetails or rivets, and the means are used alone or in different combinations thereof. . 18. Piston according to claim 16 or 17, characterized in that, when using bonding means, the bonding agent is based on polyamide, epoxy or similar adhesives. 19. A piston according to any of claims 1 to 12, wherein the jacket is formed by spraying onto the skirt (3).
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