JPH0369862A - ピストンピンおよびその製造方法 - 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］ 本発明は外周部に固体潤滑粒子を含むとともに、内周部
に強化繊維を含む軽金属からなるピストンピンおよびそ
の製造方法に関する。

［従来の技術］ 内燃機関を構成するピストンピンは、強度および耐摩耗
性が要求されるため、一般に鋼材で形成されている。従
って、ピストンピン自体が相当な重量を有することにな
り、これによって前記内燃機関の燃料消費率の低下が惹
起されている。

そこで、ピストンピンの軽量化を図るべく種々の提案が
なされており、例えば、特開昭５８−９０３６６号公報
や特開昭５９−９７３６２号公報にその技術的思想が開
示されている。すなわち、これらの従来技術では、薄肉
状の金属製中空管を用意し、この中空管内に強化繊維を
配設してアルミニウム等の軽合金の溶湯を供給し繊維強
化複合層を形成した後、中空管の外周部から付着金属を
除去しく特開昭５８−９０３６６号公報参照）、あるい
は前記中空管の不要部分を除去する工程が営まれる（特
開昭５９−９７３６２号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］ 然しなから、前記夫々の従来技術では、実質的に中空管
と繊維強化複合層とからなるために、ピストンピンを使
用する際に外力等の影響により前記中空管と繊維強化複
合層との境界部位に剥離が発生し易いという不都合が指
摘されている。これによって、ピストンピンを長期間に
わたり使用することが出来ない。

さらに、繊維強化複合層が直接ピストンやコンロッドと
摺接するピストンピンでは、前記ピストンやコンロッド
を同様に繊維強化複合材料で形成する場合に摺動部位で
各繊維同士が引っ掛かってしまい、円滑な摺動動作を実
現することが困難なものとなってしまう。

本発明は前記の課題を解決するためになされたものであ
って、強度並びに摺動性に優れたピストンピンを容易に
且つ効率的に製造可能にしたピストンピンの製造方法を
提供することを目的とする。

さらに、本発明は所定の強度を有し、且つ他の部材と円
滑に摺動し得るとともに、軽量化を達成可能にしたピス
トンピンを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 前記の課題を解決するために、本発明は内部に繊維複合
軽金属層を有し、且つ外部に固体潤滑粒子を含む軽金属
層を設けたビレットを形成し、 次いで、前記ビレットに押出成形を施すことにより内周
部に繊維複合軽金属層を有し、且つ外周部に固体潤滑粒
子を含む軽金属層を有するピストンピンを製造すること
を特徴とする。

また、本発明は固体潤滑粒子を含む軽金属で第■のビレ
ットを形成するとともに、繊維複合軽金属で第２のビレ
ットを形威し、 次いで、押出型に対し前記第１ビレット、第２ビレット
の順で配置させ、当該第２ビレット側を押圧させて押出
成形を施して内周部に繊維複合軽金属層を有し、且つ外
周部に固体潤滑粒子を含む軽金属層を設けたピストンピ
ンを製造することを特徴とする。

さらに、本発明は繊維複合軽金属層である内周部と、 固体潤滑粒子を含む軽金属層である外周部と、を備える
ことを特徴とする。

［作用］ 本発明に係るピストンピンの製造方法では、外部に固体
潤滑粒子を含む軽金属層を設けたビレットを用いて押出
成形を行うと、前記固体潤滑粒子の潤滑作用下に比較的
低い押出圧で棒状部材を成形することが出来、この棒状
部材の内部に存在する繊維の破壊を阻止することが可能
となる。

さらに、本発明に係るピストンピンの製造方法では、押
出型に対し第１ビレットと第２ビレットとを配置させて
この第２ビレット側を押圧させると、前記第２ビレット
の中央部側が第１ビレットの中央部を押圧し、恰も当該
第２ビレットの先端部が第１ビレットに被覆された状態
で押出成形が行われる。このため、第１ビレットに含ま
れている固体潤滑粒子の潤滑作用下に低圧の押出力を介
して内部に繊維複合軽金属層を、外部に固体潤滑粒子を
含む軽金属層を設けたピストンピンが製造されるに至る
。

さらにまた、本発明に係るピストンピンでは、内周部に
繊維複合軽金属層を設けて尚該ピストンピン自体の強度
を向上させるとともに、外周部に固体潤滑粒子を含む軽
金属層を設けて他の部材との摺動性を向上させ、且つ前
記ピストンピン自体の軽量化が図られる。

［実施例コ 本発明に係るピストンピンおよびその製造方法について
実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説
明する。

第１図において、参照符号１０は本実施例に係るピスト
ンピンを示す。理解を容易とするために、模式的に示す
が、前記ピストンピン１０は実質的に内周部１２と外周
部１４とを有し、軽金属であるアルミニウム合金で形成
される。この場合、内周部１２はアルミニウムに強化繊
維として炭化ケイ素ウィスカ（短繊維）を２０　ｖｏ１
％添加された繊維複合軽金属層であり、外周部１４はア
ルミニウムに炭素粒子を２０　ＶＯＩ％混在させた軽金
属金属層である。

次いで、当該ピストンピン１０を製造する際に用いられ
る押出型２０を第２図に示す。前記押出型２０はコンテ
ナ２２を有し、このコンテナ２２に画成されている室２
２ａの一端側にラム２４が摺動自在に配設されるととも
に、前記室２２ａの他端側にダイス２６が取着されてい
る。前記ダイス２６の中央部には室２２ａの直径よりも
相当に小径な押出用孔部２８が画成されている。

本発明の第１の実施例に係るピストンピンの製造方法で
は、先ず、第３図ａに示すように、ビレット３０を形成
する。前記ビレット３０は内部３２と外部３４とからな
り、前記内部３２はアルミニウム粉末と炭化ケイ素ウィ
スカを湿式混合させた後、これを乾燥させて混合粉末状
態とし、さらに円柱状に成形することによって得られる
。

そして、この内部３２の外周にはアルミニウム粉末と炭
素粒子とを前記内部３２と同様に混合成形させることに
よって外Ｂ３４が得られ、これら内部３２と外部３４と
によりビレット３０が構成される。

次いで、ビレット３０を押出型２０を構成するコンテナ
２２の室２２Ｈに装填し、ラム２４をダイス２６側へと
摺動させることにより前記ビレット３０がこのダイス２
６の孔部２８から押し出されて棒状体３６が形成される
（第３図す参照）。

その際、ビレット３０の外部３４に固体潤滑粒子である
炭素粒子が混在されており、この炭素粒子の潤滑作用下
に比較的低い押出圧で棒状体３６が形成される。このた
め、内部３２に含まれている炭化ケイ素ウィスカには必
要以上に大きな押圧力が作用することがなく、この炭化
ケイ素ウィスカの損傷を阻止することが出来る。さらに
、前記内部３２に含まれている炭化ケイ素ウィスカを予
め押出方向に指向して配列させておけば、押出成形時に
前記炭化ケイ素ウィスカの損傷をより一層防止出来、こ
れによって当該炭化ケイ素ウィスカのアスペクト比が低
下することがないという効果が得られる。

その後、前記棒状体３６を所定長に切断し、その中央部
に所定の開・口直径を有する孔部を貫通形成することに
よって、ピストンピン１０が製造されることになる（第
３図Ｃ参照）。

この場合、前記ピストンピン１０では、内周部１２に炭
化ケイ素ウィスカが混在して実質的に繊維強化複合体が
形成されており、このピストンピン１０全体を単にアル
ミニウムで形成するものに較べ、強度が一挙に向上し得
るという効果が得られる。しかも、前述したように、内
周部１２に混在する炭化ケイ素ウィスカに損傷を惹起す
ることがないため、当該ピストンピン１０は充分な強度
を有することになる。

さらに、ピストンピン１０の外周部１４には固体潤滑粒
子（炭素粒子〉が含まれており、当該ピストンピン１０
をピストン並びにコンロッド（図示せず）に装着して使
用する際に極めて円滑な摺動動作が得られることになる
。このため、例えば、ピストンピン１０の外周部１４に
摺動性を向上させるべくコーティング等を施す必要がな
い。

さらにまた、内周部１２および外周部１４は夫々アルミ
ニウム合金であり、ピストンピン１０全体の軽量化が図
られるとともに、使用に際してこの内周部１２と外周部
１４とが剥離するという虞もなく、これによって当該ピ
ストンピン１０を長期間にわたり効果的に使用すること
が可能となる。

次に、本発明の第２の実施例に係るピストンピンの製造
方法では、先ず、第４図に示すように夫々円板状を呈す
る第１のビレット４０と第２のビレット４２とを形成す
る。ここで、第１ビレット４０は、実質的に第１の実施
例に係るビレット３０を構成する外部３４と同一の組成
から成り、前記第１の実施例において説明した手順に従
ってアルミニウム粉末と炭素粒子とから前記第１ビレッ
ト４０が形成される。一方、第２ビレット４２は、第１
の実施例における内部３２に対応するものであり、アル
ミニウム粉末と炭化ケイ素ウィスカとにより前述した手
順に従って形成される。

そして、コンテナ２２の室２２ａ内に、先ず、第１ビレ
ット４０をダイス２６の端面に当接するように収容した
後、第２ビレット４２をこの第１ビレット４０に並設さ
せる。そこで、ラム２４をダイス２６側へと変位させて
第２ビレット４２をこのダイス２６側へと押圧させると
、ダイス２６の孔部２８に対応する第１ビレット４０の
中央部が第２ビレット４２に押圧されてこの孔部２８側
へと変形される。

さらに、ラム２４をダイス２６側へ押圧変位させれば、
第１ビレット４０の外周端部側がダイス２６の端部に係
止された状態でこの第１ビレット４０と第２ビレット４
２とが孔部２８内に臨入する。すなわち、第２ビレット
４２は第１ビレット４０に案内されて恰もこの第１ビレ
ット４０で先端部側を被覆されるようにして孔部２８内
に押し出され、前記第１ビレット４０を外周部に第２ビ
レット４２を内部に有する棒状体４４が成形される（第
５図参照〉。

従って、前記棒状体４４を所定長に切断し、その中央部
に孔部を穿設することによって、繊維複合軽金属層であ
る内周部１２と固体潤滑粒子を含む軽金属層である外周
部１４とからなるピストンピン自体が製造されることに
なる。

ここで、棒状体４４を成形する際、第１ビレット４０が
第２ビレット４２を案内する機能を営むとともに、この
第１ビレット４０に固体潤滑粒子である炭素粒子が混在
されているために、この炭素粒子の潤滑作用下に比較的
低圧な押出力を介して棒状体４４が成形される。従って
、第２ビレット４２内に混在している炭化ケイ素ウィス
カの損傷を可及的に低減することが出来る。すなわち、
第１ビレット４０と第２ビレット４２とを用いて押出成
形した場合と、前記第１ビレット４０を使用しない比較
材を押出成形した場合とにおける炭化ケイ素ウィスカの
アスペクト比を比較する実験を行った。この結果を表１
に示す。

表１ これによって、第１ビレット４０を用いることにより炭
素粒子の潤滑作用下にアスペクト比の低下を阻止し、強
度が向上するという効果が得られる。

［発明の効果］ 以上のように本発明に係るピストンピンの製造方法では
、次のような効果を奏する。

外部に固体潤滑粒子を含む軽金属層を設けたビレットを
用いて押出成形を行うため、前記固体潤滑粒子の潤滑作
用下に前記ビレットが比較的低圧な押出力を介して所定
の形状に成形され、当該ビレット内に混在する繊維に損
傷を与えることを阻止出来る。

さらに、本発明に係るピストンピンの製造方法では、固
体潤滑粒子を含む第１ビレットを押出型側に配置し、こ
の第１ビレットに繊維複合軽金属である第２ビレットを
併設して配置させ、前記第２ビレットを押出型側へと押
圧することによって第１ビレットに含まれている固体潤
滑粒子の作用下に円滑に所望の形状に押出成形すること
が出来、第２ビレット内の繊維に損傷を与えることがな
い。

さらにまた、本発明に係るピストンピンでは、内周部に
繊維複合軽金属層を設けることにより前記ピストンピン
自体の強度を向上させることが可能になるとともに、外
周部に固体潤滑粒子を有して円滑な摺動動作を確保する
ことが出来る。また、ピストン全体として軽金属で形成
されるために、当該ピストンピンの軽量化が容易に達成
される。

３０・・・ビレット ３４・・・外部 ４０．４２・・・ビレット ３２・・・内部 ３６・・・棒状体 ４４・・・棒状体

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るピストンピンの一部断面組成側面
図、 第２図は当該ピストンピンを製造するための押出型の概
略断面説明図、 第３図は本発明の第１の実施例に係るピストンピンの製
造方法の説明図、 第４図は本発明の第２の実施例に係るピストンピンの製
造方法に使用される第１および第２ビレットの斜視図、 第５図は第４図に示す第１および第２ビレットを用いて
押出成形をする際の説明図である。 １０・・・ピストンピン　　　　１２・・・内周部１４
・・・外周部　　　　　　２０・・・押出型子甲出万同

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に繊維複合軽金属層を有し、且つ外部に固体
   潤滑粒子を含む軽金属層を設けたビレットを形成し、 次いで、前記ビレットに押出成形を施すことにより内周
   部に繊維複合軽金属層を有し、且つ外周部に固体潤滑粒
   子を含む軽金属層を有するピストンピンを製造すること
   を特徴とするピストンピンの製造方法。
2. （２）固体潤滑粒子を含む軽金属で第１のビレットを形
   成するとともに、繊維複合軽金属で第２のビレットを形
   成し、 次いで、押出型に対し前記第１ビレット、第２ビレット
   の順で配置させ、当該第２ビレット側を押圧させて押出
   成形を施して内周部に繊維複合軽金属層を有し、且つ外
   周部に固体潤滑粒子を含む軽金属層を設けたピストンピ
   ンを製造することを特徴とするピストンピンの製造方法
   。
3. （３）繊維複合軽金属層である内周部と、 固体潤滑粒子を含む軽金属層である外周部と、を備える
   ことを特徴とするピストンピン。