JPH07180606A - 繊維強化金属製ピストン - Google Patents
繊維強化金属製ピストンInfo
- Publication number
- JPH07180606A JPH07180606A JP32552193A JP32552193A JPH07180606A JP H07180606 A JPH07180606 A JP H07180606A JP 32552193 A JP32552193 A JP 32552193A JP 32552193 A JP32552193 A JP 32552193A JP H07180606 A JPH07180606 A JP H07180606A
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- JP
- Japan
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- piston
- fiber
- fibers
- reinforced metal
- fiber reinforced
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 繊維強化金属を用いたピストンにおける切削
性の向上を図ってより配合材の体積率の大きい繊維強化
金属の製造及び加工を可能として、熱膨張の少ないピス
トンを提供する。 【構成】 セラミック繊維２とセラミック粒子３及びカ
ーボン繊維４を含む繊維強化金属で製造したピストン
１。
性の向上を図ってより配合材の体積率の大きい繊維強化
金属の製造及び加工を可能として、熱膨張の少ないピス
トンを提供する。 【構成】 セラミック繊維２とセラミック粒子３及びカ
ーボン繊維４を含む繊維強化金属で製造したピストン
１。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、強化繊維が含浸された
金属で成形されたピストンに関するものである。
金属で成形されたピストンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】シリンダー内を高速で往復運動するピス
トンは、燃焼熱や摩擦熱等によって高温に加熱されて熱
膨張するので、シリンダー内径よりもやや小径とされて
いる。特に、ピストンヘッド部の外形熱膨張は、同ピス
トンの下部であるスカート部の外形熱膨張より大きいこ
とから、ピストン形状は、ヘッド部がスカート部に比べ
て小径となる円錐状とされている。
トンは、燃焼熱や摩擦熱等によって高温に加熱されて熱
膨張するので、シリンダー内径よりもやや小径とされて
いる。特に、ピストンヘッド部の外形熱膨張は、同ピス
トンの下部であるスカート部の外形熱膨張より大きいこ
とから、ピストン形状は、ヘッド部がスカート部に比べ
て小径となる円錐状とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、エンジン冷
態始動時等では、ピストンヘッドとシリンダー内との隙
間が大きいため、そこに未燃ガス（ＨＣ）が溜りやす
く、少なくとも暖気が完了してピストンが加熱され、同
ピストンとシリンダー内との隙間が適正な隙間となるま
では、その未燃ガスが排出されることになる。また、ピ
ストンヘッドとシリンダーとの冷態時における隙間が、
エンジンの震動や騒音及びブローバイガスの発生の一要
因を成している。
態始動時等では、ピストンヘッドとシリンダー内との隙
間が大きいため、そこに未燃ガス（ＨＣ）が溜りやす
く、少なくとも暖気が完了してピストンが加熱され、同
ピストンとシリンダー内との隙間が適正な隙間となるま
では、その未燃ガスが排出されることになる。また、ピ
ストンヘッドとシリンダーとの冷態時における隙間が、
エンジンの震動や騒音及びブローバイガスの発生の一要
因を成している。
【０００４】そこで、近年では、セラミック繊維や粒子
を母材に配合し、等方向に線熱膨張係数が小さい複合材
料をヘッド部に用いたピストンが提案されている（特開
平２−１７３２２５号）。
を母材に配合し、等方向に線熱膨張係数が小さい複合材
料をヘッド部に用いたピストンが提案されている（特開
平２−１７３２２５号）。
【０００５】しかし、このような複合材料を用いたピス
トンは、等方向への熱膨張や強度といった点では優れて
いるものの、含まれる繊維や粒子の体積率が大きくなる
と切削性が低下し、加工が難しいという問題を抱えてい
る。
トンは、等方向への熱膨張や強度といった点では優れて
いるものの、含まれる繊維や粒子の体積率が大きくなる
と切削性が低下し、加工が難しいという問題を抱えてい
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の繊維強
化金属製ピストンは、セラミック繊維とセラミック粒子
とカーボン繊維とを有する。
化金属製ピストンは、セラミック繊維とセラミック粒子
とカーボン繊維とを有する。
【０００７】
【作用】繊維強化金属製ピストンは、セラミック繊維と
セラミック粒子と共にカーボン繊維を含むので、カーボ
ン繊維の持つ自己潤滑性により切削性が良くなる。
セラミック粒子と共にカーボン繊維を含むので、カーボ
ン繊維の持つ自己潤滑性により切削性が良くなる。
【０００８】
【実施例】図１に示すピストン１は、そのヘッド部１Ａ
とスカート部１Ｂの間に、図示しないコネクティングロ
ッドを支持するピストンピンを挿入するボス部１Ｃが形
成されている。ヘッド部１Ａには、複数のリング溝１Ｄ
が形成されている。
とスカート部１Ｂの間に、図示しないコネクティングロ
ッドを支持するピストンピンを挿入するボス部１Ｃが形
成されている。ヘッド部１Ａには、複数のリング溝１Ｄ
が形成されている。
【０００９】ピストン１は、そのヘッド部１Ａがスカー
ト部１Ｂに比べて小径となる円錐形に形成されていると
共に、ボス部１Ｃ近傍が平面視において小径となる楕円
に形成されている。
ト部１Ｂに比べて小径となる円錐形に形成されていると
共に、ボス部１Ｃ近傍が平面視において小径となる楕円
に形成されている。
【００１０】ピストンのヘッド部１Ａは、セラミック繊
維としてのアルミナ繊維２、セラミック粒子としてのコ
ージェライト粒子３及びカーボン繊維４によって成形さ
れた繊維補強材であるプリフォーム５に鋳造用のアルミ
合金６（ＡＣ８Ａ）を母材として含浸させた繊維強化金
属で構成されており、他のピストン部位は、アルミ合金
６で構成されている（図４参照）。
維としてのアルミナ繊維２、セラミック粒子としてのコ
ージェライト粒子３及びカーボン繊維４によって成形さ
れた繊維補強材であるプリフォーム５に鋳造用のアルミ
合金６（ＡＣ８Ａ）を母材として含浸させた繊維強化金
属で構成されており、他のピストン部位は、アルミ合金
６で構成されている（図４参照）。
【００１１】アルミナ繊維２は、耐熱性、強度に優れて
いるアルミニウムの酸化物であるアルミナを高温処理し
てファイバー状にしたもので、表１に示すように、長さ
１００μｍ、径３〜３．５μｍのものが用いられてお
り、プリフォーム５の骨組みを構成している。
いるアルミニウムの酸化物であるアルミナを高温処理し
てファイバー状にしたもので、表１に示すように、長さ
１００μｍ、径３〜３．５μｍのものが用いられてお
り、プリフォーム５の骨組みを構成している。
【００１２】コージェライト粒子３は、熱膨張抑制効果
が大きいと共に、切削性を向上させるという作用を持っ
ており、ここでは、表１に示すように、粒径７．３μｍ
のものが用いられている。
が大きいと共に、切削性を向上させるという作用を持っ
ており、ここでは、表１に示すように、粒径７．３μｍ
のものが用いられている。
【００１３】カーボン繊維４は、軽量で高温（２５００
℃）付近まで機械的強度が低下しない炭素材料をファイ
バー状にした高弾性、高強度繊維であって、自己潤滑作
用を備えており、表１に示す如く、長さ２００μｍ、径
１０μｍのものが使用されている。
℃）付近まで機械的強度が低下しない炭素材料をファイ
バー状にした高弾性、高強度繊維であって、自己潤滑作
用を備えており、表１に示す如く、長さ２００μｍ、径
１０μｍのものが使用されている。
【００１４】
【表１】
【００１５】ここで、プリフォーム５の製造工程及びピ
ストン１の製造工程について説明する。 （プリフォーム製造工程）プリフォーム５は、図３
（ａ）に示す撹拌工程時に、底部に複数のオリフィス７
ａが設けられた露水成形機の円筒形の容器７内にアルミ
ナ繊維２とコージェライト粒子３及びカーボン繊維４を
入れて溶液に溶かし、図３（ｂ）に示す加圧工程でプラ
ンジャ８で加圧して溶液水分をオリフィス７ａから抜
き、その後、図３（ｃ）に示す乾燥、焼成工程で容器７
から取り出して乾燥させ焼成してスポンジ状に成形され
る。
ストン１の製造工程について説明する。 （プリフォーム製造工程）プリフォーム５は、図３
（ａ）に示す撹拌工程時に、底部に複数のオリフィス７
ａが設けられた露水成形機の円筒形の容器７内にアルミ
ナ繊維２とコージェライト粒子３及びカーボン繊維４を
入れて溶液に溶かし、図３（ｂ）に示す加圧工程でプラ
ンジャ８で加圧して溶液水分をオリフィス７ａから抜
き、その後、図３（ｃ）に示す乾燥、焼成工程で容器７
から取り出して乾燥させ焼成してスポンジ状に成形され
る。
【００１６】本実施例では、プリフォーム５の総体積率
Ｖｆに対する各繊維及び粒子の割合を表１に示すよう
に、アルミナ繊維を１０Ｖｆ％、コージェライト粒子を
１７Ｖｆ％、カーボン繊維を３Ｖｆ％となるように溶液
中に配合した。
Ｖｆに対する各繊維及び粒子の割合を表１に示すよう
に、アルミナ繊維を１０Ｖｆ％、コージェライト粒子を
１７Ｖｆ％、カーボン繊維を３Ｖｆ％となるように溶液
中に配合した。
【００１７】ここで、アルミ合金６（ＡＣ８Ａ）にアル
ミナ繊維２、コージェライト粒子３、カーボン繊維４を
それぞれ配合した場合の線熱膨張係数を図５を用いて説
明する。図５において、縦軸が線熱膨張係数、横軸が各
配合材の体積率をそれぞれ示し、実線がアルミナ繊維を
配合した場合、２点鎖線がカーボン繊維及びコージェラ
イト繊維をそれぞれ配合した場合を示す。図から各配合
材の体積率が増えるほど線熱膨張係数が低くなることが
分かる。
ミナ繊維２、コージェライト粒子３、カーボン繊維４を
それぞれ配合した場合の線熱膨張係数を図５を用いて説
明する。図５において、縦軸が線熱膨張係数、横軸が各
配合材の体積率をそれぞれ示し、実線がアルミナ繊維を
配合した場合、２点鎖線がカーボン繊維及びコージェラ
イト繊維をそれぞれ配合した場合を示す。図から各配合
材の体積率が増えるほど線熱膨張係数が低くなることが
分かる。
【００１８】次にアルミ合金６（ＡＣ８Ａ）にアルミナ
繊維２、コージェライト粒子３、及びカーボン繊維４を
それぞれ配合した場合の切削性について見てみる。図６
において、縦軸は切削性を、横軸は配合材の体積率Ｖｆ
をそれぞれ示す。また、実線はアルミナ繊維を配合した
場合、２点鎖線はコージェライト粒子を配合して場合、
破線はカーボン繊維を配合して場合をそれぞれ示す。図
６からカーボン繊維４の体積率が大きくなると切削性が
良くなることが分かる。
繊維２、コージェライト粒子３、及びカーボン繊維４を
それぞれ配合した場合の切削性について見てみる。図６
において、縦軸は切削性を、横軸は配合材の体積率Ｖｆ
をそれぞれ示す。また、実線はアルミナ繊維を配合した
場合、２点鎖線はコージェライト粒子を配合して場合、
破線はカーボン繊維を配合して場合をそれぞれ示す。図
６からカーボン繊維４の体積率が大きくなると切削性が
良くなることが分かる。
【００１９】（ピストン製造工程）先ず、成形されたプ
リフォーム５を、図４（ａ）に示すピストン成形金型９
内にセットし、図４（ｂ）に示す注湯工程で８００℃程
度に加熱されて熔湯とされたアルミ合金６を金型９内に
注湯する。そして、図４（ｃ）に示す加圧、含浸工程で
ピストン１の内側形状が形成されたプランジャ１０によ
って加圧成形され、型内で冷却凝固されて大まかなピス
トン形状が成形される。この時、プランジャ１０の圧力
によって熔湯状のアルミ合金６がプリフォーム５に含浸
されてプリフォーム５とアルミ合金６とが複合化され
る。
リフォーム５を、図４（ａ）に示すピストン成形金型９
内にセットし、図４（ｂ）に示す注湯工程で８００℃程
度に加熱されて熔湯とされたアルミ合金６を金型９内に
注湯する。そして、図４（ｃ）に示す加圧、含浸工程で
ピストン１の内側形状が形成されたプランジャ１０によ
って加圧成形され、型内で冷却凝固されて大まかなピス
トン形状が成形される。この時、プランジャ１０の圧力
によって熔湯状のアルミ合金６がプリフォーム５に含浸
されてプリフォーム５とアルミ合金６とが複合化され
る。
【００２０】注湯したアルミ合金６が冷却凝固すると、
図４（ｄ）に示す取出し工程において、金型９内に摺動
自在に設けられた製品取出しピストン１１を動作させて
型内から成形品を取出し、他の加工工程を経てピストン
１を仕上げる。
図４（ｄ）に示す取出し工程において、金型９内に摺動
自在に設けられた製品取出しピストン１１を動作させて
型内から成形品を取出し、他の加工工程を経てピストン
１を仕上げる。
【００２１】以上説明したように、アルミナ繊維２とコ
ージェライト粒子３及びカーボン繊維４で形成したプリ
フォーム５にアルミ合金６を含浸させて繊維強化金属を
作り、その金属をピストンのヘッド部１Ａに配置するこ
とで、同ヘッド１Ａの外形熱膨張量を低くすることがで
き、冷態時におけるシリンダーとピストン１との隙間を
小さく設定することが可能になる。
ージェライト粒子３及びカーボン繊維４で形成したプリ
フォーム５にアルミ合金６を含浸させて繊維強化金属を
作り、その金属をピストンのヘッド部１Ａに配置するこ
とで、同ヘッド１Ａの外形熱膨張量を低くすることがで
き、冷態時におけるシリンダーとピストン１との隙間を
小さく設定することが可能になる。
【００２２】また、カーボン繊維４を含むことで、切削
性が良くなるので、繊維強化金属部における配合材の体
積を多くでき、ピストンヘッド１Ａの外形熱膨張量をよ
り低減することができる。
性が良くなるので、繊維強化金属部における配合材の体
積を多くでき、ピストンヘッド１Ａの外形熱膨張量をよ
り低減することができる。
【００２３】このように構成、成形された本発明のピス
トン１と、アルミ合金のみで成形されたピストンにおけ
るＨＣの排出量の測定グラフを図２に示す。図２におい
て、縦軸はＨＣの排出量を、横軸は冷態始動時からの時
間経過をそれぞれ示す。この図から、本発明のピストン
１は、冷態始動時からアルミ合金製のピストンに比べて
ＨＣの排出量が低くなることが分かる。
トン１と、アルミ合金のみで成形されたピストンにおけ
るＨＣの排出量の測定グラフを図２に示す。図２におい
て、縦軸はＨＣの排出量を、横軸は冷態始動時からの時
間経過をそれぞれ示す。この図から、本発明のピストン
１は、冷態始動時からアルミ合金製のピストンに比べて
ＨＣの排出量が低くなることが分かる。
【００２４】なお、本実施例では、アルミナ繊維２とコ
ージェライト粒子３及びカーボン繊維４の合計量を体積
比で３０％としたが、これに限定するものではなく、２
０〜４０％の範囲であれば良い。
ージェライト粒子３及びカーボン繊維４の合計量を体積
比で３０％としたが、これに限定するものではなく、２
０〜４０％の範囲であれば良い。
【００２５】
【発明の効果】以上、本発明によれば、繊維強化金属中
にカーボン繊維を含ませることで、同繊維強化金属の切
削性が良くなるので、繊維強化金属部における配合材の
体積率をより高くすることができ、より線熱膨張係数の
低い繊維強化金属とすることができる。
にカーボン繊維を含ませることで、同繊維強化金属の切
削性が良くなるので、繊維強化金属部における配合材の
体積率をより高くすることができ、より線熱膨張係数の
低い繊維強化金属とすることができる。
【００２６】従って、このような繊維強化金属でピスト
ンを製作することで、冷態時におけるピストンヘッドと
シリンダーの隙間を極力小さくすることができ、未燃ガ
スやブローバイガスの排出、ピストンの震動や騒音を低
減させたピストンを提供することが可能となる。
ンを製作することで、冷態時におけるピストンヘッドと
シリンダーの隙間を極力小さくすることができ、未燃ガ
スやブローバイガスの排出、ピストンの震動や騒音を低
減させたピストンを提供することが可能となる。
【図１】本発明の繊維強化金属製ピストンの一実施例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】本発明の繊維強化金属製ピストンと従来のアル
ミ合金製ピストンとのＨＣの排出量変化を示すグラフで
ある。
ミ合金製ピストンとのＨＣの排出量変化を示すグラフで
ある。
【図３】（ａ）プリフォームの製造工程における撹拌工
程を示し、（ｂ）は加圧工程を示し、（ｃ）は乾燥、焼
成工程を示す。
程を示し、（ｂ）は加圧工程を示し、（ｃ）は乾燥、焼
成工程を示す。
【図４】（ａ）ピストンの製造工程におけるプリフォー
ムのセット工程を示し、（ｂ）はアルミ合金の注湯工程
を示し、（ｃ）は加圧、含浸工程を示し、（ｄ）は取出
し工程を示す。
ムのセット工程を示し、（ｂ）はアルミ合金の注湯工程
を示し、（ｃ）は加圧、含浸工程を示し、（ｄ）は取出
し工程を示す。
【図５】アルミ合金に各強化繊維や粒子を配合した場合
の線熱膨張係数と体積率との関係を示す線図である。
の線熱膨張係数と体積率との関係を示す線図である。
【図６】アルミ合金に各強化繊維や粒子を配合した場合
の切削性と体積率との関係を示す線図である。
の切削性と体積率との関係を示す線図である。
１ 維強化金属製ピストン ２ セラミック繊維 ３ セラミック粒子 ４ カーボン繊維
フロントページの続き (72)発明者 宮崎 弘 新潟県上越市福田町１番地・三菱化成株式 会社直江津工場内
Claims (1)
- 【請求項１】セラミック繊維と、セラミック粒子と、カ
ーボン繊維とを有することを特徴とする繊維強化金属製
ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32552193A JPH07180606A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 繊維強化金属製ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32552193A JPH07180606A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 繊維強化金属製ピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07180606A true JPH07180606A (ja) | 1995-07-18 |
Family
ID=18177807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32552193A Withdrawn JPH07180606A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 繊維強化金属製ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07180606A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005006879A1 (de) * | 2005-02-14 | 2006-08-17 | LAUKÖTTER, Karl-Heinz | Kolben für Arbeits- oder Kraftmaschinen |
| KR100673092B1 (ko) * | 2005-08-22 | 2007-01-22 | 동양피스톤 주식회사 | 피스톤 제조방법 |
| CN102926886A (zh) * | 2011-08-10 | 2013-02-13 | 中国兵器工业第五二研究所 | 一种钢顶铝活塞及其制备方法 |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP32552193A patent/JPH07180606A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005006879A1 (de) * | 2005-02-14 | 2006-08-17 | LAUKÖTTER, Karl-Heinz | Kolben für Arbeits- oder Kraftmaschinen |
| DE102005006879B4 (de) * | 2005-02-14 | 2007-07-19 | LAUKÖTTER, Karl-Heinz | Kolben für Arbeits- oder Kraftmaschinen |
| KR100673092B1 (ko) * | 2005-08-22 | 2007-01-22 | 동양피스톤 주식회사 | 피스톤 제조방법 |
| CN102926886A (zh) * | 2011-08-10 | 2013-02-13 | 中国兵器工业第五二研究所 | 一种钢顶铝活塞及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010306 |