JPH02298651A - 金属系複合材料製ピストンの製造方法 - 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］ この発明は金属系複合材料製ピストンの製造方法に係り
、特に、溶湯鍛造直後、金属と複合化材料との熱膨張差
に起因する割れの防止を図る金属系複合材料製ピストン
の製造方法に関する。

［従来の技術］ 一般にピストン用材料としてアルミニウム合金（Ｊ　Ｉ
　５−ＡＣ８Ａ等）を採用しピストンの軽量化を図って
いる。アルミニウム合金の熱膨張係数は２１ｘｌＯ−’
／”Ｃであり、鉄系の１３Ｘ１０−’／’Ｃと比較して
大きい。

ところで内燃機関用エンジンにあって鉄系シリンダとア
ルミニウム合金製ピストンとの組合せで使用する場合、
アルミニウム合金と鉄系との熱膨張差を考慮にいれ、通
常ピストンとシリンダとのクリアランスを大きくとる設
計となっている。しかし、クリアランスを大きくとりす
ぎると始動直後のピストンスグツ１音が増大する。

そこで最近はピストン内部やピストン頂部に、熱膨張係
数が３８１０−’オーダーのセラミック材料を複合化し
、熱膨張の抑制を図る技術が開発されている。

とくにＳＩＣ長繊維をリング状に形成してピストンの頂
部に複合化させた場合は熱膨張係数は７Ｘ１０１になり
、複合化しない場合の約１／３に抑えることが可能にな
る。

複合化方法としては、ＳｉＣ長繊維をリング状にしたも
のを金型内にセットし、この金型内に溶融したアルミニ
ウム合金を注湯し、５００〜１０００ｋｓｒ／ａａの圧
力で加圧しながら凝固成形する溶湯鍛造法がある。

なおこの種の関連技術としては特に耐摩耗性、摺動性を
要求される部分をアルミニウムと窒化ケイ素ボイス力の
マトリックスとした「部材の組合せ」　（特開昭６２−
１２４２７４号公報）がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、溶融鍛造法で複合化する場合の問題点としてＳ
ｉＣ長繊維等の複合化材料とアルミニウム合金等の金属
間との界面で生じる亀裂がある。

この原因としては凝固後の熱膨張差と溶湯鍛造時の残留
応力が考えられる。

この発明は溶湯鍛造法で形成する金属系複合材料ピスト
ンにおいて、金属と複合化材料との間の界面の亀裂を防
止して、安定した機械的性質の金属系複合材１′−１製
ピストンを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は上記課題を解決することを目的とし、ピスト
ン形成用溶湯鍛造型内に複合ｌａ維体を設置し軽合金溶
湯を注湯して溶湯鍛造し、鍛造直後、繊維体と金属との
接合面の熱膨張を阻むようｆｉ造成形体を拘束し拘束状
態で加熱処理するようにしたものである。

［作用］ 溶融鍛造型からピストン成形体を取出した直後、その鍛
造成形体の金属と繊維体との接合面を拘束すると、溶湯
鍛造直後における金属と繊維体との接合面に熱膨張差に
よる亀裂を発生させることがない、そしてこの状態で加
熱処理すると、溶融鍛造後の残留応力が緩和されると同
時に、金属と繊維体とのなじみ性が向上し、機械的性質
のよい金属系複合材料製ピストンを提供できる。

［実施例］ 以下にこの発明の好適−実施例を添付図面に基づいて説
明する。

第１図及び第２図に示すように、まずＳＩＣ等のセラミ
ックの長繊維Ｊをリング状に巻回してピストン３の頂部
を構成するセラミックの繊維体２を形成する。そしてこ
の繊維体２をピストンの輪郭を形どった溶湯鍛造型４内
のノックビン５上に設置する。次いで溶湯ｔＩｉ遺型４
内にアルミニウム等の熱膨張係数が比較的高く比重の小
さい金属材料の溶湯を注湯し、ポンチ６で一定の圧力（
５００〜１０００　ｋＱ／ｃｍ２）を加えたままで凝固
させる。凝固後のピストン３を、ノ・ツクビン５で溶湯
鍛造型４内から収出ずと同時に、上記繊維体２とアルミ
ニウムとの接合部７に対してピストン３を第３図に示す
ようなリング状の把持具８で第２図に示すように円周方
向に沿って線上げ、その接合部７に対して圧縮応力を付
加して拘束する０次に、この拘束状態のまま熱処理炉等
で所定温度、所定時間の加熱処理を行う。

ところで、上記把持具８は例えば第３図に示すように形
成される。

まず半円状の２つの分割リング９．１０から１対のリン
グ体１１を形成するようにし、これら分割リング９．１
０の一端同士をヒンジ結合して上記接合部７を円周方向
に沿って把持できるように構成する。そして、これら分
割リング９，１０のａ端に、それぞれ半径方向の押さえ
部１２．１３を一体に成形し、これら押さえ部１２．１
３相互を接する方向に線上げて、上記接合部７に対して
分割リング９，１０を線上げ方向に作動するねじ部材１
４を設けて把持具８を構成する。

次に作用を説明する。

溶湯鍛造型４内に上記繊維体２を設置し、アルミニウム
等の比較的熱膨張係数の大きい金属溶湯を注湯して一定
の圧力を加えると、金属溶湯が繊維体２の長繊維１の間
に含浸する。

溶湯が凝固するとその金属材料に対して繊維体２が複合
化して金属的に結合する。

凝固後、溶湯鍛造型４内から、金属系複合材料製のピス
トン３を、ノックビン６で取出した直後に、上記把持具
８で接合部７を円周方向に沿って把持し、この把持具８
で接合部７に圧縮応力を付加する程度に線上げると、金
属と繊維体２との間で引張り応力の発生が抑制される。

つまり、熱膨張差によって発生する金属と繊維体２との
間の亀裂が、把持具８の強制的な拘束によって防止され
る。

この状態で、熱処理炉（図示せず）内で加熱処理を行う
と、溶湯鍛造時の残留応力が緩和され、金属と繊維体２
とのなじみ性が向上する。

したがってこの後に上記把持具８を取外しても亀裂の発
生のない、機械的性質の優れた軽量の金属系複合材ネ１
製のピストン３を提供でき、この結果、シリンダとのク
リアランスを必要最小限に抑えた設計が可能になる。

なお上記実施例にあって、金属系複合材料製ピストンの
製造方法を説明したが、製造工程において金属と複合材
料との間に熱膨張差を生じる全ての金属系複合材料に上
記方法が適用できることは当然である。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなようにこの発明によれば
次の如き優れた効果を発揮する。

金属系複合材料製のピストンの残留応力を解除すると共
に、金属と繊維体とのなじみを良くし、亀裂発生のない
金属系複合材料製ピストンを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の好適一実施例を示す工程
図、第３図は把持具の一例を示す斜視図である。 図中、２はＭｊｌ維体、３はピストン、４は溶湯鍛造型
、７は接合部、８は把持具である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ピストン形成用溶湯鍛造型内に複合繊維体を設置し
   軽合金溶湯を注湯して溶湯鍛造し、鍛造直後、繊維体と
   金属との接合面の熱膨張を阻むよう鍛造成形体を拘束し
   拘束状態で加熱処理するようにしたことを特徴とする金
   属系複合材料製ピストンの製造方法。