JPS61144468A - High speed cylinder device - Google Patents

High speed cylinder device

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JPS61144468A
JPS61144468A JP26622884A JP26622884A JPS61144468A JP S61144468 A JPS61144468 A JP S61144468A JP 26622884 A JP26622884 A JP 26622884A JP 26622884 A JP26622884 A JP 26622884A JP S61144468 A JPS61144468 A JP S61144468A
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JP
Japan
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piston
whiskers
cylinder device
fibers
speed cylinder
Prior art date
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Pending
Application number
JP26622884A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Kiryu
桐生 恒治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS61144468A publication Critical patent/JPS61144468A/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/01Pistons; Trunk pistons; Plungers characterised by the use of particular materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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Abstract

PURPOSE:To manufacture a piston member having high strength and heat- resistance with a specific gravity of light metal's level by mixing whiskers having a small specific gravity or long fibers in a light metal matrix. CONSTITUTION:Whiskers and fibers are compounded with light metal of a matrix to form a piston. It is necessary to set the volume percentage of whiskers in composite material within the range of 10-50%. The volume percentage of the fibers should be within the range of 20-70%. A Al-base, Mg-base or Ti-base light alloy is used for matrix.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は高速シリンダ装置に係り、特に超高真空系の保
護装置等に用いられる高速で駆動する速断弁等に好適な
高速シリンダ装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a high-speed cylinder device, and more particularly to a high-speed cylinder device suitable for a quick-acting valve driven at high speed used in a protection device of an ultra-high vacuum system.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

例えば核融合装置等で用いる超高真空系では不慮の事故
で大気が侵入するのを防止するために、真空容器に高速
で駆動する速断弁を有する保護装置が設けられている。
For example, in an ultra-high vacuum system used in a nuclear fusion device, etc., a protection device having a quick-release valve that operates at high speed is provided in the vacuum vessel to prevent atmospheric air from entering in the event of an unexpected accident.

第3図にこのような超高真空系の保護装置の系統を示(
。第3図において、超^真空容器1と計測ステーシコン
2とがビームチャンネル3によって接続され、このビー
ムチャンネル3の途中に大気の侵入を検知するための圧
力検出器4が設けられている。圧力検出器4からの検出
信号はシステムコントローラ5に入力され、このシステ
ムコント0−ラ5から電磁弁6の動作指令が出力される
ようになっている。
Figure 3 shows the system of such ultra-high vacuum system protection equipment (
. In FIG. 3, an ultra-vacuum vessel 1 and a measurement station 2 are connected by a beam channel 3, and a pressure detector 4 is provided in the middle of the beam channel 3 to detect intrusion of the atmosphere. A detection signal from the pressure detector 4 is input to a system controller 5, and an operation command for the electromagnetic valve 6 is output from the system controller 5.

ビームチャンネル3には速断弁7の弁座8が取り付けら
れ、この速断弁7の弁体9は流体源10からの流体で動
作する高速駆動装置11によって開閉駆動されるように
なっている。この超高真空系の保護システムでは計測ス
テーション2において、計測中に誤まって大気が真空系
内に侵入すると、圧力検出器4によって大気の侵入がい
ち早く検出され、その信号がコントローラ5に送られる
ようになっている。そして、コントローラ5はその信号
を受けて電磁弁6に動作指令を出力し、流体源10から
の流れを切換えて高速駆動装置11を動作させるように
なっている。高速駆動装置11に連結された弁体9は、
弁座8を急速に閉鎖する。この一連の動作は、侵入した
大気が速断弁9に到達する以前に完了するようにして超
高真空容器1内への空気の侵入を確実に防止する必要が
ある。大気の侵入速度はほぼ音速(約340 m/5e
c)に等しいから、例えば圧力検出器4から弁座8まで
の距離が3mとすれば、保護システム全体の動作時間は
8.8m5ec以下が要求され、圧力検出器とコント0
−ラの遅れ時間を差引くと速断弁自身の動作時間は5m
5ec以下であることが要求される。
A valve seat 8 of a quick-release valve 7 is attached to the beam channel 3, and the valve body 9 of the quick-release valve 7 is driven to open and close by a high-speed drive device 11 that operates with fluid from a fluid source 10. In this ultra-high vacuum system protection system, if air accidentally enters the vacuum system during measurement at the measurement station 2, the pressure detector 4 will detect the air entry as soon as possible, and a signal will be sent to the controller 5. It looks like this. In response to the signal, the controller 5 outputs an operation command to the electromagnetic valve 6, switches the flow from the fluid source 10, and operates the high-speed drive device 11. The valve body 9 connected to the high-speed drive device 11 is
Close the valve seat 8 rapidly. This series of operations must be completed before the entered air reaches the quick-release valve 9 to reliably prevent air from entering the ultra-high vacuum container 1. The intrusion speed of the atmosphere is approximately the speed of sound (approximately 340 m/5e
c) Therefore, for example, if the distance from the pressure detector 4 to the valve seat 8 is 3 m, the operating time of the entire protection system is required to be 8.8 m5ec or less, and the pressure detector and control 0
- After subtracting the delay time of A, the operating time of the quick-acting valve itself is 5 m.
It is required that it be 5ec or less.

第4図は速断弁7の構成例を示している。速断弁7には
ピストン形^速駆動装置11が一体的に組立てられてい
る。高速駆動装置11のシリンダ12には電磁弁6、減
圧弁13等を有する流路14.15を介して流体源10
が接続されており、このシリンダ12内で摺動するピス
トン16のピストンロッド17に弁体9が連結されてい
る。なお、18はビームチャンネル3と連通する弁胴、
19は弁体9を最大開口限位置で停止するためのストッ
パである。
FIG. 4 shows an example of the structure of the quick-release valve 7. A piston-type speed drive device 11 is integrally assembled with the quick-release valve 7. A fluid source 10 is connected to the cylinder 12 of the high-speed drive device 11 via a flow path 14.15 having a solenoid valve 6, a pressure reducing valve 13, etc.
The valve body 9 is connected to a piston rod 17 of a piston 16 that slides within the cylinder 12. In addition, 18 is a valve body communicating with the beam channel 3,
19 is a stopper for stopping the valve body 9 at the maximum opening position.

このような速断弁7において、通常はシリンダ12内の
気室[Al2Oと、気室[8]2i内の圧力とを減圧弁
13により[Al < [8]の関係が成り立つように
セットして、ピストン16を図の上演に引き上げ、弁体
9を開状態にしておく。
In such a quick-release valve 7, the pressure in the air chamber [Al2O] in the cylinder 12 and the pressure in the air chamber [8] 2i are usually set by the pressure reducing valve 13 so that the relationship [Al < [8] holds. , the piston 16 is pulled up to the position shown in the figure, and the valve body 9 is kept open.

そして、空気侵入時には電磁弁6を励磁し、気室[8]
21の圧力を解放することにより、ピストン16を気室
[Al2Oの圧力により押し下げ、弁体9により弁座8
の開口部を閉塞するものである。このような速断弁7を
高速駆動するには、気室[8121を急速に減圧する必
要があるが、この場合、ピストン16をその圧力変動に
可能な限り短時間で応答できる構成にしなければならな
い。
When air enters, the solenoid valve 6 is energized and the air chamber [8]
By releasing the pressure of 21, the piston 16 is pushed down by the pressure of the air chamber [Al2O, and the valve body 9 pushes the valve seat 8 down.
The opening is closed. In order to drive such a quick-release valve 7 at high speed, it is necessary to rapidly reduce the pressure in the air chamber [8121, but in this case, the piston 16 must be configured to be able to respond to pressure fluctuations in the shortest possible time. .

従来ではこの種の高速シリンダ装置のピストンに対して
はSUS材を適用するのが一般的であるが、このような
鉄系材料ではピストン重量が重くなり応答時間が遅くな
る。
Conventionally, it has been common to use SUS material for the piston of this type of high-speed cylinder device, but such iron-based material increases the weight of the piston and slows down the response time.

これに対し、軽聞化のためにアルミ合金材料の適用が検
討されているが、アルミ合金のみを用いた場合には超高
真空を達成するためのベーキング処理(約150℃)に
より高温強度が低下し、過時効などの第2相析出による
軽年変化をきたすおそれがある。また、アルミ合金では
ヤング率が低く剛性が小さいこと、熱膨張率が大きいこ
となどのため、ピストンのような精密寸法を要する摺動
部品にそのまま適用することは困難である。
In order to reduce this problem, the use of aluminum alloy materials is being considered, but if only aluminum alloy is used, high-temperature strength will be increased due to baking treatment (approximately 150℃) to achieve ultra-high vacuum. There is a risk of light aging due to second phase precipitation such as overaging. In addition, aluminum alloys have a low Young's modulus, low rigidity, and a high coefficient of thermal expansion, so it is difficult to apply them directly to sliding parts that require precision dimensions, such as pistons.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、軽量
かつ高強度で耐熱性があり、しかも耐摩耗性の優れたピ
ストンを0する高速シリンダ装置を提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-speed cylinder device that is lightweight, has high strength, is heat resistant, and has excellent wear resistance.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記の目的を達成するために、本発明は、ピストンをA
l等の軽金属マトリックスに所定範囲の体積率で耐熱性
無機物からなるウィスカまたは繊維を複合した強化材料
で構成したことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a piston with A
It is characterized by being made of a reinforcing material that is a composite of whiskers or fibers made of a heat-resistant inorganic material at a predetermined volume percentage in a light metal matrix such as L.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

この実施例では、ウィスカおよびmMをマトリックスの
軽金属と複合化することによりピストンを構成している
。この場合まず、ライスカヤ繊維を所定の形状に成形し
たプリフォーム(予備成形体)を作成し、溶浸法、粉末
法、拡散法などの手法により高温で加圧成形を行なう。
In this example, the piston is constructed by combining the whiskers and mM with the light metal of the matrix. In this case, first, a preform (preformed body) is created by molding Raiskaya fiber into a predetermined shape, and pressure molding is performed at a high temperature by a method such as an infiltration method, a powder method, or a diffusion method.

ウィスカのプリフォーム成形では、ウィスカが未処理の
ままでは粉状で所定の形状に成形できないため、水ある
いは有機溶剤を媒体としてプリフォーム成形する。例え
ばSiCウィスカの水溶液または有機溶剤を媒体とした
懸濁液をつくり、濾紙を介して溶媒液のみを除去し、濡
れた状態でSiCウィスカを加圧し、このSiCウィス
カの予備成形体を乾燥する。このようにして得られる予
備成形体の体積率(成形体全体の体積中に占めるSiC
ウィスカの体積の割合)は19%である。
In whisker preform molding, since untreated whiskers are powdery and cannot be molded into a predetermined shape, preform molding is performed using water or an organic solvent as a medium. For example, a suspension of SiC whiskers in an aqueous solution or an organic solvent is prepared, only the solvent solution is removed through a filter paper, the SiC whiskers are pressurized in a wet state, and the preformed SiC whiskers are dried. The volume fraction of the preformed body obtained in this way (SiC in the volume of the whole molded body)
The whisker volume percentage) is 19%.

したがってプリフォームに必要なSiCウィスカの体積
率の下限値はぼ10%である。プリフォームに必要な体
積率の大きいSiCウィスカを製造することは可能であ
るが、プリフォームを金型内に設置し、Al等の軽金属
を注入して加圧する際、体積率が大きすぎるとA7等の
溶湯がSiCウィスカのプリフォーム内に十分溶浸しな
いので複合強化の効果が小さくなる。
Therefore, the lower limit of the volume fraction of SiC whiskers required for the preform is approximately 10%. It is possible to manufacture SiC whiskers with a large volume fraction required for preforms, but when placing the preform in a mold and injecting light metal such as Al and pressurizing it, if the volume fraction is too large, A7 Since the molten metal does not sufficiently infiltrate into the SiC whisker preform, the effect of composite reinforcement becomes small.

第2図はSiCウィスカで強化したA6061の複合材
料についで、SiCウィスカ体積率を変えたときの特性
を調べたものである。SiCウィスカの体積率が大きく
なると、複合材料の特性は徐々に向上するが50%を超
えても特性の向上はほとんどなく、却ってマトリックス
の軽金属溶瀉がプリフォームの内部に溶浸しにくくなり
、加圧成形ができず欠陥が大きくなる。したがって、複
合材料中のウィスカの体積率は10〜50%の範囲で設
定することが必要であることかでわかる。
Figure 2 shows the characteristics of an A6061 composite material reinforced with SiC whiskers when the SiC whisker volume fraction was varied. As the volume fraction of SiC whiskers increases, the properties of the composite material gradually improve, but even if it exceeds 50%, there is almost no improvement in properties, and on the contrary, it becomes difficult for the light metal melt in the matrix to infiltrate inside the preform, and Pressure molding cannot be performed and defects become large. Therefore, it can be seen that it is necessary to set the volume fraction of whiskers in the composite material in the range of 10 to 50%.

複合材料を製造する方法は上記したl浸法の代りに粉末
法、固相接合法を採用することもできる。
As a method for manufacturing the composite material, a powder method or a solid phase bonding method can be used instead of the above-mentioned dipping method.

一方、繊維のプリフォーム成形の場合は有機系のバイン
ダーにより接続するが、溶浸法、粉末法、固相接合法の
いずれの製造方法でも約500〜800℃の高温加圧成
形であり、有機バインダーは200〜300℃で飛散す
る。このため体積率で20%以下の11Mでは局部的な
偏りが生じ、talII体積率のバラツキが大きな問題
となる。また繊維では体積率の増加に伴い機械的強度も
比例して向上するが、体積率70%以上ではマトリック
スの金属が繊維の周辺まで完全に廻り込めず欠陥の多い
材料となる。従って繊維では体積率を20〜70%の範
囲とすることが必要である。
On the other hand, in the case of fiber preform molding, the connection is made using an organic binder, but whether the manufacturing method is the infiltration method, the powder method, or the solid phase bonding method, the molding is performed at a high temperature of about 500 to 800°C. The binder scatters at 200-300°C. For this reason, in 11M with a volume fraction of 20% or less, local deviation occurs, and variations in the tal II volume fraction become a big problem. In addition, the mechanical strength of fibers increases proportionally as the volume fraction increases, but when the volume fraction exceeds 70%, the matrix metal cannot completely wrap around the fibers, resulting in a material with many defects. Therefore, it is necessary for the volume fraction of fibers to be in the range of 20 to 70%.

以下、具体例について説明する。A specific example will be explained below.

第4図の速断弁において、ピストン16をオーステナイ
ト系ステンレス鋼(SUS304)、アルミニウム合金
(A2024)、アルミニウム複合材料(Vf30%−
8i Cウィスカ/A1)I)3種類作成した。これら
3種類の材料についてそれぞれ特性を比較し第1表に示
す機械的特性、第2表に示す物理的およびその他各種特
性が明らかになった。なお、アルミニウム複合材料は溶
浸法によって製造した。またウィスカを単にWと略記す
る。
In the quick-acting valve shown in Fig. 4, the piston 16 is made of austenitic stainless steel (SUS304), aluminum alloy (A2024), or aluminum composite material (Vf30%-
8i C Whisker/A1) I) Three types were created. By comparing the properties of these three types of materials, the mechanical properties shown in Table 1 and the physical and other various properties shown in Table 2 were clarified. Note that the aluminum composite material was manufactured by an infiltration method. Also, whisker is simply abbreviated as W.

第  1  表 第  2  表 例えば超^真空系に係わる高速シリンダ装置の速断弁に
おいて具備すべき条件としては、イ〉応答を早くするた
めに軽量であること、口〉流体源の圧力変動に耐えるた
め高強度、高弾性であること、 ハ)ベーキング時のm 14fに対しても組織的な安定
性があること、 二)シリンダ内で高速駆動するためには線膨張率が小さ
いこと、 ホ)耐摩耗性があること、 が要求される。
Table 1 Table 2 For example, the conditions that should be met in a quick-acting valve for a high-speed cylinder device related to an ultra-vacuum system are: (i) It must be lightweight for quick response; and (i) It must be lightweight to withstand pressure fluctuations in the fluid source. It must have high strength and high elasticity, c) It must have structural stability even against m 14f during baking, 2) It must have a small coefficient of linear expansion in order to be driven at high speed in the cylinder, and e) It must be resistant to It is required to be abrasive.

第1表と第2表の特性から上記イ)〜ホ)の条件におい
て、最も良好な特性を有しているのがSiC(w)/A
Jであることがわかる。特に速断弁として高い信頼性を
得るためには、イ)の項目が重要となってくる。ピスト
ンの重量が軽くなることによる作動時間の短縮は、運動
力学の次式により求められる。運動の方程式F=maよ
りa=□・・・・・・(1) (但し、F:物体に作用する力、m:物体の1iffi
、a:Fによる加速度) 速断弁が一定の距離を移動すると等加速度運動の方程式
より S = −a t   ・・・・・・(2)(但し、S
:移動した距離、V。=初速、t:時間、a:Fによる
加速度) 式(1)を式(3)に代入すると ここで第1表および第2表に示した5US304とSi
 C(w)/Aノの2種類の材料についての作動時間を
式(4)で比較する。但し、S、Fは一定であり、m−
ρXM(ρ:密度、Mニ一定休5iC(W)/AJの場
合 故に、 即ち、Si C(w)/AJのピストンは5US304
の作動時間の約60%で作動完了する。
Based on the properties in Tables 1 and 2, SiC(w)/A has the best properties under the conditions a) to e) above.
It turns out that it is J. In particular, item (a) is important in order to obtain high reliability as a quick-acting valve. The reduction in operating time due to the reduction in the weight of the piston is determined by the following kinematics equation. From the equation of motion F=ma, a=□・・・・・・(1) (However, F: Force acting on the object, m: 1iffi of the object
, a: Acceleration due to F) When the quick-opening valve moves a certain distance, from the equation of uniformly accelerated motion, S = -at (2) (However, S
: Distance traveled, V. = initial velocity, t: time, a: acceleration due to F) Substituting equation (1) into equation (3) yields 5US304 and Si shown in Tables 1 and 2.
The operating times for two types of materials, C(w)/A, are compared using equation (4). However, S and F are constant, and m-
In the case of ρ
The operation is completed in about 60% of the operating time.

実際のピストンの作動に対してはシリンダの加圧精度、
#!擦係数、接触面圧などの因子が作動時間に大きな影
響を及ぼすため、SiC(w)/Aノのピストンが5U
S304のピストンの作動時間の対して完全に60%短
縮される訳ではないことは当然である。
For actual piston operation, cylinder pressure accuracy,
#! Since factors such as friction coefficient and contact surface pressure have a large effect on the operating time, the SiC(w)/A piston is 5U.
Naturally, the operating time of the piston in S304 is not completely reduced by 60%.

このため速断弁の動作時間の縮小を行なってみた。第3
表に3種類のピストン材料の結果を示す。
For this reason, we tried reducing the operating time of the quick-release valve. Third
The table shows the results for three types of piston materials.

第  3  表 5tJS30.4のピストンでは4.8m5ec。Table 3 5tJS30.4 piston is 4.8m5ec.

SiC(w)/Aオのピストンでは3.9m5ec。3.9m5ec for SiC(w)/Ao piston.

A2042では不具合発生のため動作しない結果となっ
た。前述した通り速断弁自身の動作時間としては5Ti
Lsec以下のものを要求されており、5tJs304
のピストンでは応答の限界値に近く、保護装置を目的と
する高速シリンダとしては信頼性に欠ける。また、アル
ミ合金のピストンはトラブルが多く、現状では使用に不
適である。
A2042 ended up not working due to a problem. As mentioned above, the operating time of the quick-release valve itself is 5Ti.
Lsec or less is required, 5tJs304
The response of the piston is close to the limit value, and it lacks reliability as a high-speed cylinder intended as a protection device. Additionally, aluminum alloy pistons have many troubles and are currently unsuitable for use.

このほかウィスカとseaを組合せることも可能である
。例えば第1図に示した円盤形のピストン16において
、内周中央部に長繊維24を配列し、外周表面部にウィ
スカあるいは短lIM25を配している。この場合、内
周表面部のウィカあるいは知謀N25は強度向士率や線
膨張率で良識N24よりも効果が小さいが、耐摩耗性の
効果は大きくなる。従来の5US304やアルミ合金な
どでは100℃以上における機械的強瓜の低下が著しい
が、さらに疲労強度やクリープ強度の低下も著しくなる
ことが知られている。しかし繊維やウィス力を配交した
アルミ複合材料では300℃程度までは、機械的、物理
的、冶金的特性は室温時の特性と変化がない。
In addition, it is also possible to combine whiskers and seas. For example, in the disk-shaped piston 16 shown in FIG. 1, long fibers 24 are arranged at the center of the inner periphery, and whiskers or short lIMs 25 are arranged on the outer periphery surface. In this case, the inner peripheral surface portion of Wika or Chikushi N25 has a smaller effect on strength coefficient and linear expansion coefficient than Junken N24, but has a greater effect on wear resistance. Conventional 5US304, aluminum alloys, and the like exhibit a significant decrease in mechanical strength at temperatures above 100° C., but it is also known that fatigue strength and creep strength also decrease significantly. However, for aluminum composite materials mixed with fibers and whiskers, the mechanical, physical, and metallurgical properties do not change from those at room temperature up to about 300°C.

なお本発明による高速シリンダ装置のピストンのマトリ
ックスはAj!基に限定されるものではなく、Mg系、
Ti系などの軽合金にも応用することが可能である。ま
た、ウィスカまたは繊維としては、SiC系、Al2O
3系、c系、B系またはs + −T i−c系の耐熱
性の無機物を用いることができる。更に軽金属マトリッ
クス中にウィカまたはll報を一定方向に配列し複合材
料とすれば、ピストンの特性が向上する。
Note that the piston matrix of the high-speed cylinder device according to the present invention is Aj! Not limited to Mg-based,
It can also be applied to light alloys such as Ti-based alloys. In addition, as whiskers or fibers, SiC type, Al2O
A heat-resistant inorganic material of type 3, c type, B type, or s + -T i-c type can be used. Furthermore, if a composite material is obtained by arranging metal or metal in a certain direction in a light metal matrix, the characteristics of the piston will be improved.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、本発明によれば、軽金属のマトリックス
に比重の小さいウィスカあるいは長繊維を混入すること
により、Aj!等の軽金属レベルの比重のままで高強度
で耐熱性を有し、かつ耐摩耗性の共存するピストン部材
とすることが可能である。特にピストン重過の軽石化に
伴い速断弁の作動時閉を短くすることができるため、信
頼性や軽全盛を著しく向上させる効果がある。ざらにこ
のようなピストン部材は軽jで高比強麿と高比弾性を有
するのみでなく、従来のへ1合金材料では使用不可能で
ある100℃以上の高温領域でも各種特性の低下が小さ
く耐熱性も良好である。
As described above, according to the present invention, Aj! It is possible to create a piston member that has high strength, heat resistance, and abrasion resistance while maintaining a specific gravity at the same level as a light metal such as. In particular, as the piston weight is reduced to pumice, the closing time of the quick-release valve during operation can be shortened, which has the effect of significantly improving reliability and light operation. In general, such a piston member not only has a light weight, high specific strength and high specific elasticity, but also exhibits minimal deterioration of various properties even in high-temperature regions of 100°C or higher, which cannot be used with conventional He1 alloy materials. It also has good heat resistance.

しかもSiC系、Al2O3系、c系、B系、S i 
−T i −c系などによる複合化材としてのウィスカ
や!!紺はマトリックスのA7等の軽金属と同様に半減
期が小さく、誘導放射能が問題とされる分野においても
、Cu、Mn、Znなどが添加されている高力アルミ合
金よりも好ましい材質となるなどの効果が認められる。
Moreover, SiC type, Al2O3 type, c type, B type, Si
Whiskers as a composite material based on the -T i -c system! ! Navy blue has a short half-life similar to light metals such as matrix A7, and even in fields where induced radioactivity is a problem, it is a more preferable material than high-strength aluminum alloys containing additives such as Cu, Mn, and Zn. The effect of

このように軽量、高強度、耐熱性、耐摩耗性ざらに耐t
IlfJ4化などで良好な特性を有していることにより
、例えば核融合や高エネルギ物理の加速器などの分野で
利用される高速シリンダ装置の速断弁等として信頼性や
健全性を高めることができる。
Thus, it is lightweight, high strength, heat resistant, abrasion resistant and rough resistant.
By having good characteristics such as IlfJ4, it is possible to improve reliability and soundness as a quick-release valve of a high-speed cylinder device used in fields such as nuclear fusion and high-energy physics accelerators.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例に係るピストンを示す斜視図
、第2図はウィスカで強化した△6061合金の特性を
示すグラフ、第3図は超高真空系の保護装置を示す系統
図、第4図は速断弁の構成を示す断面図である。 7・・・速断弁、9・・・弁体、12・・・シリンダ、
16・・・ピストン、24・・・長繊維、25・・・ウ
ィスカまたは短繊維。 出願人代理人   波 多 野   久第1図 第2図
Fig. 1 is a perspective view showing a piston according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a graph showing the characteristics of Δ6061 alloy reinforced with whiskers, and Fig. 3 is a system diagram showing a protection device for an ultra-high vacuum system. , FIG. 4 is a sectional view showing the structure of the quick-release valve. 7... Quick-release valve, 9... Valve body, 12... Cylinder,
16... Piston, 24... Long fiber, 25... Whisker or short fiber. Applicant's agent Hisashi Hatano Figure 1 Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、流体圧で高速作動するピストンを備えた高速シリン
ダ装置において、前記ピストンを体積率で10〜50%
の耐熱性無機物からなるウィスカ、または体積率で20
〜70%の耐熱性無機物からなる繊維のいずれか一方ま
たは両方を軽金属マトリックス中に混入させた複合強化
構造としたことを特徴とする高速シリンダ装置。 2、ウィスカまたは繊維はSiC系、 Al_2O_3系、C系またはB系の無機物である特許
請求の範囲第1項記載の高速シリンダ装置。 3、軽金属マトリックスはAl系、Mg系またはTi系
いずれかの軽金属である特許請求の範囲第1項記載の高
速シリンダ装置。 4、ウィスカまたは繊維は軽金属マトリックス中に一定
方向に配列されている特許請求の範囲第1項記載の高速
シリンダ装置。 5、ピストンはその円周方向中央部に長繊維を配し、ピ
ストン円周方向外周表面部側にウィスカまたは短繊維を
配してなる特許請求の範囲第1項記載の高速シリンダ装
置。 6、長繊維はAl_2O_3系、SiC系、C系、B系
またはSi−Ti−C系いずれかの無機物からなり、ウ
ィスカまたは短繊維はSiC系またはAl_2O_3系
の無機物からなる特許請求の範囲第5項記載の高速シリ
ンダ装置。
[Claims] 1. In a high-speed cylinder device equipped with a piston that operates at high speed using fluid pressure, the piston has a volume ratio of 10 to 50%.
Whiskers made of heat-resistant inorganic material, or a volume fraction of 20
A high-speed cylinder device characterized in that it has a composite reinforced structure in which one or both of fibers made of ~70% heat-resistant inorganic material is mixed into a light metal matrix. 2. The high-speed cylinder device according to claim 1, wherein the whiskers or fibers are SiC-based, Al_2O_3-based, C-based, or B-based inorganic materials. 3. The high-speed cylinder device according to claim 1, wherein the light metal matrix is an Al-based, Mg-based, or Ti-based light metal. 4. The high speed cylinder device according to claim 1, wherein the whiskers or fibers are unidirectionally arranged in the light metal matrix. 5. The high-speed cylinder device according to claim 1, wherein the piston has long fibers disposed at the center in the circumferential direction, and whiskers or short fibers are disposed on the outer peripheral surface side of the piston in the circumferential direction. 6. The long fibers are made of any one of Al_2O_3-based, SiC-based, C-based, B-based, or Si-Ti-C-based inorganic materials, and the whiskers or short fibers are made of SiC-based or Al_2O_3-based inorganic materials. High-speed cylinder device as described in section.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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