JPS59120755A - 内燃機関用ピストン - Google Patents
内燃機関用ピストンInfo
- Publication number
- JPS59120755A JPS59120755A JP23470482A JP23470482A JPS59120755A JP S59120755 A JPS59120755 A JP S59120755A JP 23470482 A JP23470482 A JP 23470482A JP 23470482 A JP23470482 A JP 23470482A JP S59120755 A JPS59120755 A JP S59120755A
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- JP
- Japan
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- piston
- light alloy
- boss
- fiber
- peripheral part
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
-
- 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
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
-
- 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
- F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
- F05C2253/16—Fibres
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は内燃機関用のピストンに関し、特にアルミニ
ウム合金等の軽合金材料製のピストンに関するものであ
る。
ウム合金等の軽合金材料製のピストンに関するものであ
る。
周知のように内燃機関用のピストンとしては、軽量化、
慣性力の低減を目的としてアルミニウム合金等の軽合金
材料を使用することが多い。しかるにピストンピンが挿
入されるビン穴附近、すなわちビンボス部には大きな繰
返し応力が作用するから、その部分には疲労破壊が生じ
易く、特に材質的に鉄と比較して強度が低い軽合金材料
を用いた場合にはその傾向が顕著である。従来、このよ
うな軽合金材料製ピストンピンにおけるボス部の強度向
上を図る方策としては、ボス部の肉厚を大きくする手段
が採用されているが、肉厚を大きくすればピストンの重
量が大きくなり、そのため軽合金材料を用いる本来の目
的である軽量化に反することになる。またボス部にリブ
を形成することによってボス部強度の向上を図る方法も
知られているが、この場合にもピストン重吊が大きくな
る問題がある。ざらに、ボス部の強度向上を図るため、
第１図に示すように構成したピストンも提案されている
。すなわち第１図に示されるピストンは、長板状もしく
は棒状の鋼等の高強度材料からなるストラッド１をビス
１ヘンヘッド部２に埋込み、かつそのス［−ラッド１と
ビン穴３の周囲を取囲むように高強度線材４を埋込んで
ボス部５を補強したものであり、このようなピストンに
おいてはボス部５とヘッド部２との間の引張方向の力に
対しては強いが、圧縮方向の力に対しては充分ではなく
、しかもストラッド１を埋込むため前記同様にピストン
重儂が増大する問題がある。
慣性力の低減を目的としてアルミニウム合金等の軽合金
材料を使用することが多い。しかるにピストンピンが挿
入されるビン穴附近、すなわちビンボス部には大きな繰
返し応力が作用するから、その部分には疲労破壊が生じ
易く、特に材質的に鉄と比較して強度が低い軽合金材料
を用いた場合にはその傾向が顕著である。従来、このよ
うな軽合金材料製ピストンピンにおけるボス部の強度向
上を図る方策としては、ボス部の肉厚を大きくする手段
が採用されているが、肉厚を大きくすればピストンの重
量が大きくなり、そのため軽合金材料を用いる本来の目
的である軽量化に反することになる。またボス部にリブ
を形成することによってボス部強度の向上を図る方法も
知られているが、この場合にもピストン重吊が大きくな
る問題がある。ざらに、ボス部の強度向上を図るため、
第１図に示すように構成したピストンも提案されている
。すなわち第１図に示されるピストンは、長板状もしく
は棒状の鋼等の高強度材料からなるストラッド１をビス
１ヘンヘッド部２に埋込み、かつそのス［−ラッド１と
ビン穴３の周囲を取囲むように高強度線材４を埋込んで
ボス部５を補強したものであり、このようなピストンに
おいてはボス部５とヘッド部２との間の引張方向の力に
対しては強いが、圧縮方向の力に対しては充分ではなく
、しかもストラッド１を埋込むため前記同様にピストン
重儂が増大する問題がある。
この発明は以上の裏情に鑑みてなされたもので、上述の
ような諸問題を招くことなくボス部の強度を向上させ、
併せて熱膨張を防止した軽合金材料主体のビス１−ンな
提供することを目的とするものである。
ような諸問題を招くことなくボス部の強度を向上させ、
併せて熱膨張を防止した軽合金材料主体のビス１−ンな
提供することを目的とするものである。
すなわちこの発明は軽合金材料を基材とするピストンに
おいて、少なくともビン穴周囲のボス部を含む部分に、
耐熱性を有する長繊維からなる平織物が周方向に連続す
るように埋込まれて、その平織物が基材の軽合金材料と
複合一体化されていることを特徴とするものであり、こ
のように耐熱性を有する長ｌ１Ｍの平織物を埋込むこと
によってボス部附近を強化し、かつその平織物を周方向
に連続させることによって熱膨張を抑えたものである。
おいて、少なくともビン穴周囲のボス部を含む部分に、
耐熱性を有する長繊維からなる平織物が周方向に連続す
るように埋込まれて、その平織物が基材の軽合金材料と
複合一体化されていることを特徴とするものであり、こ
のように耐熱性を有する長ｌ１Ｍの平織物を埋込むこと
によってボス部附近を強化し、かつその平織物を周方向
に連続させることによって熱膨張を抑えたものである。
以下この発明のピストンをさらに詳細に説明する。
第２図および第３図はこの発明のピストンの一例を示す
ものであり、このビス１〜ンは、アルミニウム合金もし
くはマグネシウム合金等の軽合金材料を基材６として作
られており、かつその外周部には所定の厚みにわたって
耐熱性を有する長繊維の縦糸および横糸からなる平織物
７が埋込まれて、その所定厚みの外周部が繊維／軽合金
複合材８で構成されている。すなわちビン穴３の周囲の
ボス部５の外周側部分を含む外周部の全周にわたって繊
維／軽合金複合材８で構成されている。また前記平織物
７は、その縦糸もしくは横糸のうち一方、例えば縦糸が
ピストン全体の軸線と平行な方向に配向され、他方、例
えば横糸がピストンの円周方向に配向されている。
ものであり、このビス１〜ンは、アルミニウム合金もし
くはマグネシウム合金等の軽合金材料を基材６として作
られており、かつその外周部には所定の厚みにわたって
耐熱性を有する長繊維の縦糸および横糸からなる平織物
７が埋込まれて、その所定厚みの外周部が繊維／軽合金
複合材８で構成されている。すなわちビン穴３の周囲の
ボス部５の外周側部分を含む外周部の全周にわたって繊
維／軽合金複合材８で構成されている。また前記平織物
７は、その縦糸もしくは横糸のうち一方、例えば縦糸が
ピストン全体の軸線と平行な方向に配向され、他方、例
えば横糸がピストンの円周方向に配向されている。
上述の例においては、繊維／軽合金複合材８における平
織物７の縦糸がボス部５に加わるピストン軸線と平行な
方向の繰返し荷重に対する強度、剛性を高める役割を果
たし、また横糸がピストン全体の熱膨張を抑制する役割
を果たす。したがってボス部５に加わる繰返し荷重によ
ってボス部５附近に疲労破壊が生じて亀裂等が発生する
ことを有効に防止でき、しかも熱膨張を抑制して、熱膨
張によるシリンダ内壁面とのクリアランスの減少に起因
するピストンとシリンダとの間の焼付きの発生をも有効
に防止できる。
織物７の縦糸がボス部５に加わるピストン軸線と平行な
方向の繰返し荷重に対する強度、剛性を高める役割を果
たし、また横糸がピストン全体の熱膨張を抑制する役割
を果たす。したがってボス部５に加わる繰返し荷重によ
ってボス部５附近に疲労破壊が生じて亀裂等が発生する
ことを有効に防止でき、しかも熱膨張を抑制して、熱膨
張によるシリンダ内壁面とのクリアランスの減少に起因
するピストンとシリンダとの間の焼付きの発生をも有効
に防止できる。
前記平織物７に使用されるＭ＆雑としては、ピストンの
使用温度で充分に耐え得るように充分な耐熱性を有し・
、しかも強度も優れているものを用いることが望ましく
、例えば炭素繊維、ボロン（Ｂ）！ｌ維、アルミナ（Ａ
Ｉ！２０３）！維、炭化珪素（ＳｉＣ）ｌＩｉ等を使用
することが望ましい。またその平織物７を軽合金材料と
複合一体化した繊維／軽合金複合材８における繊維の配
合比は、１０〜７０体積％程度とすることが望ましい。
使用温度で充分に耐え得るように充分な耐熱性を有し・
、しかも強度も優れているものを用いることが望ましく
、例えば炭素繊維、ボロン（Ｂ）！ｌ維、アルミナ（Ａ
Ｉ！２０３）！維、炭化珪素（ＳｉＣ）ｌＩｉ等を使用
することが望ましい。またその平織物７を軽合金材料と
複合一体化した繊維／軽合金複合材８における繊維の配
合比は、１０〜７０体積％程度とすることが望ましい。
１０体積％未満ではボス部強化や熱Ｉ１１張抑制等の所
期の目的を充分に得ることが困難であり、一方７０７０
体積越えれば、工業的規模での製造において繊維と軽合
金材料とを複合一体化することが困難となる。
期の目的を充分に得ることが困難であり、一方７０７０
体積越えれば、工業的規模での製造において繊維と軽合
金材料とを複合一体化することが困難となる。
なお第２図の例においてはピストンの外周部の全体にわ
たって平織物７が埋込まれているが、この発明のピスト
ンは要はピストン外周部のうち、少なくともボス部５を
含む部分に周方向に連続して平織物７が埋込まれていれ
ば良い。
たって平織物７が埋込まれているが、この発明のピスト
ンは要はピストン外周部のうち、少なくともボス部５を
含む部分に周方向に連続して平織物７が埋込まれていれ
ば良い。
次にこの発明のピストンの製造方法について説明すると
、例えば予め耐熱性長繊維からなる平織物を用意してお
き、この平織物によって中空円筒状の繊維成形体を作成
する。このためには、例えば前記平織物を円柱体に所望
の厚さとなるまで巻付ければ良い。このようにして得ら
れたｍｕ成形体を予熱してビスＩ〜ン鋳造用の高圧鋳造
鋳型内に配置し、ただちに軽合金溶湯を注湯して５００
〜１５００ｋａ／ｃ７程度の加圧力を加え、かつその加
１ 圧力を軽合金溶湯の凝固ま１保持５て所謂
高圧鋳造を行う。このように高圧鋳造を行うことによっ
て軽合金溶湯がｌ推量の空隙に充填され、軽合金と繊維
とが複合一体化される。したがって軽合金溶湯の凝固後
に鋳型から取出せば、円周方向に連続する平織物が軽合
金基材中に埋込まれて、外周部が繊ｐ／軽合金複合材で
形成されたピストン素形材が得られる。この後、上記ピ
ストン素形材に対し適宜機械加工や仕上げ加工を行えば
この発明のピストンが得られる。
、例えば予め耐熱性長繊維からなる平織物を用意してお
き、この平織物によって中空円筒状の繊維成形体を作成
する。このためには、例えば前記平織物を円柱体に所望
の厚さとなるまで巻付ければ良い。このようにして得ら
れたｍｕ成形体を予熱してビスＩ〜ン鋳造用の高圧鋳造
鋳型内に配置し、ただちに軽合金溶湯を注湯して５００
〜１５００ｋａ／ｃ７程度の加圧力を加え、かつその加
１ 圧力を軽合金溶湯の凝固ま１保持５て所謂
高圧鋳造を行う。このように高圧鋳造を行うことによっ
て軽合金溶湯がｌ推量の空隙に充填され、軽合金と繊維
とが複合一体化される。したがって軽合金溶湯の凝固後
に鋳型から取出せば、円周方向に連続する平織物が軽合
金基材中に埋込まれて、外周部が繊ｐ／軽合金複合材で
形成されたピストン素形材が得られる。この後、上記ピ
ストン素形材に対し適宜機械加工や仕上げ加工を行えば
この発明のピストンが得られる。
なお前述のような高圧鰐造法に代え、遠心鋳造法を用い
ても良いことは勿論である。
ても良いことは勿論である。
以下にこの発明のピストンを製造した具体例を記づ゛。
４気筒２０００ｃｃのガソリンエンジン用ピストン（外
径８５ｖｎ）を次のように試作した。すなわち、先ず縦
糸と横糸との比率を３：１とした炭素ｌｌｉ雑（東し製
「トレカ」）を縦糸が中心軸線と平行となるように円筒
体に巻付けて、外径８０ＩＩ１ｍ、肉厚４ ｍｍ、高さ
６０＋ｎｍの炭素繊維からなる中空円筒状の＠雑成形体
を作成した。なおこの繊維成形体は、その繊維密度を、
最終的にアルミニウム合金と複合したときの繊維体積率
が５０％となるように調節した。次いでこのＩ！ｉ維成
形成形体８００℃に予熱した後、ピストン鋳造用の高圧
鋳造鋳型内に配置し、ただちにアルミニウム合金（ＪＩ
Ｓ規格のＡＣ８Ａ）の溶湯を注湯し、加圧力ｉ ｏｏ。
径８５ｖｎ）を次のように試作した。すなわち、先ず縦
糸と横糸との比率を３：１とした炭素ｌｌｉ雑（東し製
「トレカ」）を縦糸が中心軸線と平行となるように円筒
体に巻付けて、外径８０ＩＩ１ｍ、肉厚４ ｍｍ、高さ
６０＋ｎｍの炭素繊維からなる中空円筒状の＠雑成形体
を作成した。なおこの繊維成形体は、その繊維密度を、
最終的にアルミニウム合金と複合したときの繊維体積率
が５０％となるように調節した。次いでこのＩ！ｉ維成
形成形体８００℃に予熱した後、ピストン鋳造用の高圧
鋳造鋳型内に配置し、ただちにアルミニウム合金（ＪＩ
Ｓ規格のＡＣ８Ａ）の溶湯を注湯し、加圧力ｉ ｏｏ。
ｋａ／ ｄにて加圧し、かつその加圧力をアルミニウム
合金溶湯の凝固まで保持した。凝固後に鋳型から取出し
て機械加工を施し、ピストンとした。
合金溶湯の凝固まで保持した。凝固後に鋳型から取出し
て機械加工を施し、ピストンとした。
得られたピストンは、ボス部の強度が高く、また熱膨張
も少なく、かつまた軽量性も損なわれていないことが確
認された。
も少なく、かつまた軽量性も損なわれていないことが確
認された。
以上の説明で明らかなようにこの発明のピストンは、少
なくともピン穴周囲のボス部を含む部分に耐熱性長繊維
からなる平織物を周方向に連続するように埋込んで、そ
の平織物を基材の軽合金と一体化したものであるから、
ボス部が従来の軽合金材料製ピストンと比較して格段に
強化されており、したがってボス部に加わる繰返し荷重
によって疲労破壊が生じることが有効に防止でき、また
ボス部の強度が高いためボス部の肉厚を従来よりも小さ
くすることができるから、従来よりもさらに軽量化が速
成され、かつまた従来のストランドを埋込んだピストン
等と比較しても軽量性に優れるとともに、ボス部に対す
る圧縮力に対しても強く、さらには平織物によって熱膨
張が抑制されるためピストンとシリンダ内壁との焼付き
も防止できる等、科・々の渇れた効果を奏し得るもので
ある。
なくともピン穴周囲のボス部を含む部分に耐熱性長繊維
からなる平織物を周方向に連続するように埋込んで、そ
の平織物を基材の軽合金と一体化したものであるから、
ボス部が従来の軽合金材料製ピストンと比較して格段に
強化されており、したがってボス部に加わる繰返し荷重
によって疲労破壊が生じることが有効に防止でき、また
ボス部の強度が高いためボス部の肉厚を従来よりも小さ
くすることができるから、従来よりもさらに軽量化が速
成され、かつまた従来のストランドを埋込んだピストン
等と比較しても軽量性に優れるとともに、ボス部に対す
る圧縮力に対しても強く、さらには平織物によって熱膨
張が抑制されるためピストンとシリンダ内壁との焼付き
も防止できる等、科・々の渇れた効果を奏し得るもので
ある。
第１図は従来のピストンの一例を示す略解的な斜視図、
第２図はこの発明のビス］−ンの一例を示す要部切欠正
面図、第３図は第２図の矢視Ａ方向からの底面図である
。 ３・・・ビニ／穴、 ５・・・ボス部、 ６・・・基材
、 ７・・・平織物。 出願人 トヨタ自動車株式会社 代理人 弁理± 豊 １）武 久 （けか１名） 第１図 第２図 ｉ。 第３図 ＝３２４−
第２図はこの発明のビス］−ンの一例を示す要部切欠正
面図、第３図は第２図の矢視Ａ方向からの底面図である
。 ３・・・ビニ／穴、 ５・・・ボス部、 ６・・・基材
、 ７・・・平織物。 出願人 トヨタ自動車株式会社 代理人 弁理± 豊 １）武 久 （けか１名） 第１図 第２図 ｉ。 第３図 ＝３２４−
Claims (3)
- （１）軽合金材料を基材とするピストンにおいて、少な
くともピストンピンが挿入されるビン穴周囲のボス部を
含む部分に、耐熱性を有する長繊維からなる平織物がピ
ストンの周方向に連続するように埋込まれて、その平織
物が基材の軽合金材料と複合一体化されていることを特
徴とする内燃機関用ピストン。 - （２）前記長繊維からなる平織物がピストンの外周面の
全面にわたって周方向に連続するように埋め込まれてい
る特許請求の範囲第１項記載の内燃機関用ピストン。 - （３）前記平織物を構成する縦糸および横糸の一方がピ
ストンの周方向に配向され、他方がピストンの軸線と平
行な方向に配向されている特許請求の範囲第１項記載の
内燃機関用ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23470482A JPS59120755A (ja) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | 内燃機関用ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23470482A JPS59120755A (ja) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | 内燃機関用ピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59120755A true JPS59120755A (ja) | 1984-07-12 |
| JPH0373750B2 JPH0373750B2 (ja) | 1991-11-22 |
Family
ID=16975082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23470482A Granted JPS59120755A (ja) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | 内燃機関用ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59120755A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63110767U (ja) * | 1987-01-09 | 1988-07-16 | ||
| US4831918A (en) * | 1986-11-21 | 1989-05-23 | Kolbenschmidt Aktiengesellschaft | Light alloy pistons with reinforcing inserts for the piston pin bores |
| EP2053228A2 (de) * | 2007-10-23 | 2009-04-29 | KS Kolbenschmidt GmbH | Bolzennabe eines Kolbens |
| CN105195715A (zh) * | 2015-10-28 | 2015-12-30 | 山东理工大学 | 一种增强销孔的内燃机铝活塞及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5341622A (en) * | 1976-09-27 | 1978-04-15 | Honda Motor Co Ltd | Piston made of fiber-reinforced light alloy |
-
1982
- 1982-12-27 JP JP23470482A patent/JPS59120755A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5341622A (en) * | 1976-09-27 | 1978-04-15 | Honda Motor Co Ltd | Piston made of fiber-reinforced light alloy |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4831918A (en) * | 1986-11-21 | 1989-05-23 | Kolbenschmidt Aktiengesellschaft | Light alloy pistons with reinforcing inserts for the piston pin bores |
| JPS63110767U (ja) * | 1987-01-09 | 1988-07-16 | ||
| JPH0522692Y2 (ja) * | 1987-01-09 | 1993-06-10 | ||
| EP2053228A2 (de) * | 2007-10-23 | 2009-04-29 | KS Kolbenschmidt GmbH | Bolzennabe eines Kolbens |
| CN105195715A (zh) * | 2015-10-28 | 2015-12-30 | 山东理工大学 | 一种增强销孔的内燃机铝活塞及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0373750B2 (ja) | 1991-11-22 |
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