JPS62288775A - 繊維強化軽合金製ピストン及びその製造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は！ａ維強化軽合金製ピストン及びその製造方法
に係り、特に高圧凝固鋳造法により無機質繊維（ウィス
カーを含む）ＩＡｊ形体に軽合金マトリックスを充填複
合させて強化したものに関する。

［従来の技術］ 自動車、二輪車、船舶等のガソリン機関やディーゼル機
関におけるエンジンのピストンにおいては軽合金源のピ
ストンが用いられることが多いが、これらのピストンに
ついては熱間強度、疲労強度、耐摩耗性等が求められて
いる。

このため、ｍＩｎＩｎ強化全合金製ストンが種々考案さ
れている（特許第１０７６３０８号、特許第１０７９６
１８号、特開昭５８−１００６４２、特開昭５９−２０
１９５２）。

しかしながら、これらの考案及び実施例においては、ピ
ストン頭部やピストンリング用溝部の外表面側のみを部
分的に複合強化しており。

黒皮で使用されるピストン内面から外表面にわたって複
合強化を行なっている例はない。

［発明が解決しようとする問題点］ ガソリン機関やディーゼル機関等に用いられる軽合金製
ピストンにおいては次のような点の向上が要求されてい
る。

■ピストン頭部の熱間強度、熱間疲労強度、及び耐熱疲
労 ■ピストンリング用溝部の耐摩耗性及び熱間強度 ■スカート部の剛性及び耐摩耗性 ■ピストンリング用溝部やピストン頭部の熱変形及び熱
的な寸法安定性 ■全体の軽量化 上記の点の内、特に■及び■はピストンの軽量化に密接
に関連しており、且つエンジンの性能や燃費にも著しく
影響する重要な問題である。

従って、上記の問題点を解決するためには、ピストン頭
部またはピストンリング用溝部の外表面側の一部を複合
強化するだけでは不充分であり、複合強化を内部にまで
拡張することが必要となり、これによってピストンを更
に薄肉軽量化することが可能となる。

しかし、そのためには、ピストン内面を形成する金型形
状に合致するようにｍ１Ｌｎ成形体を形成し、軽合金マ
トリックスの複合化時にそれらの面同志が密着するよう
に繊維成形体を金型に固定しなければならない。

においては、繊維成形体は鋳型キャビテＪ−内のコーナ
一部、底部、四部又は型；”ｌ１部に繊ｍ成形体と金型
のハメ合いを利用して固定されており、このような方法
では繊維成形体を金型に密着させて軽合金マトリックス
を複合化させることは困難であった。

そこで、本発明はピストンにおける複合強化を内表面部
にまで拡張し、上記の要求される諸性性を向上せしめた
ピストンを提供すること。

及びそのような繊維強化軽合金製ピストンを安定的に製
造する方法を提供することを［］的として創作された。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、次の繊維強化軽合金製ピストンとその製造方
法の二発明からなる。

第一の発明は、ピストンの内表面を黒皮とし、該内表面
から外表面にわたって、１−６圧凝固鋳造法により：Ｉ
：！Ｅ　ｖ１質繊維成形体に１１イ合・〉マトリ、クス
を充填複合させた調部強化軽合金で構ｂ１７　ｌ、た、
′糺１−洛と寸ろ蚕↓νＡ［−玲イヒ軽合・７）へ１ピ
ストンに係る。

第二の発＋ｙＪは、無機質繊維成形体を少なくともその
一面が黒皮で使用されるピストンの内面形状に合致する
ように形成し、該面を金型と面接触させて該ｍ維成形体
を金型に固定した後、所定の部分をに６圧凝固鋳造法に
より軽合金マトリックスを充填複合させて繊維強化軽合
金化することを特徴とする繊維強化軽合金製ピストンの
製造方法に係る。

［作用］ 第一の発明においては、従来のようにピストンの頭部や
ピストンリング用＋ｌ’７　部だけでなく、ピストンの
内表面から外表面にわたって内部が連続的に繊維強化軽
合金で構成されることになるため、ピストンの熱間強度
、熱間疲労強度、及び耐熱疲労等を向上させることがで
きる。

また、無機質繊維成形体の形状をピストンのの複合強化
する部分に対応して形成しておくことにより、その部分
を選択的に強化することができる０例えば、従来から行
なわれているようにピストン頭部やピストンリング用溝
部は重点的な強化部であるが、無機質繊維成形体の形状
を同部分が複合強化されるようにしておけ、ばよく、当
然に無機質繊維成形体の形状をピストンの全体的形状と
しておくことにより、ピストン全体を複合強化すること
も可俺である。

尚、ここに「無機質繊維成形体」とはウィスカーをも含
む概念である。

第二の発明においては、従来のようにｆａ維成形体をＰ
ｊ型キャビティー内のコーナ一部等に繊維成形体と金型
のハメアイを利用して固定する手段を採用していたのと
異なり、黒皮として使用されるピストンの内面形状に合
致するように無機質Ｈ＆誰成形体を形成して、金型に面
接触状態でｉａ雑成形体を固定することとしているため
、繊維成形体は金型に密着し、ピストンの薄肉軽量化を
図ることが可ス剋となる。

ここに、ｉａ維成形体を固定する金型は加圧プランジャ
ーの一部であってもよく、またピストンの頭部相当側を
下向きにした上型であっても、その逆にピストンの頭部
相当側を上向きにした下型であってもよく、何れにして
も繊維成形体を密着固定して高圧凝固鋳造が行なえれば
足りる。

また、繊維成形体の内面に通じる連通孔を金型の内部に
形成しておくとともに、該連通孔及びガスベンドを介し
て真空ポンプ等により該繊維成形体の内面を吸引するこ
ととすると、ｍ維成形体をより強固に金型に固定するこ
とができる。

更に、上記の吸引を軽合金溶湯を注湯後、溶湯加圧時ま
で継続させておくと、繊維成形体内部のガスが充分に脱
気された状ｙＥｉで溶湯が充填されることになるため、
複合部の湯不廻りやボイド等のガスに起因する欠陥を防
止することができる。

［実施例］ 実施例１ ピストンの頭部及びピストンリング用溝部かム合金製ピ
ストンの断面図を第１図に示す。

同図において、ハツチングを密に施した部分１が複合強
化された部分であり、ピストンの頭部２及びピストンリ
ング用溝部３が含まれる。

尚、この場合、ピストンのスカート部４は複合強化され
ていない。

このアルミニウム合金製ピストンは第２図に示すような
方法で製造された。

即ち、直径０．０５〜０．５ｐｍ、長さ１０〜２００Ｉ
ＬｍのＳｉＣウィスカーからなる繊維成形体５を、ピス
トンの頭部及びピストンリング用溝部に該当する部分を
構成し、またその内面をピストンの内面形状に合致する
金型（上型）６の形状に合わせてＶｆ１６％に形成した
。

この金型６の内部には繊Ｍ成形体５の内面に通じる連通
孔７が形成されており、該連通孔７及びガスベンド８を
介して繊維成形体５の内面を吸引できるようになってい
る。

”　　ｔＴ＋　　１−：’ｓ　　ｌ−：市　冒１　了ｌ
　　７−Ａ、ｅ−Ｉ〒　六　ギ　・７　ザ　　（ｆ’に
せず）により繊維成形体５を金型６に吸着固定し、主型
９と加圧プランジャー１０で構成される鋳型の中にＡＣ
８ＡＣ１０溶：Ｉｇｊｌｔを注湯した後、繊維成形体５
の内部のガスを吸引脱気しつつ加圧プランジャー１０で
溶湯を加圧しながら繊維強化軽合金製ピストンを製造し
た。

この製造方法により得られたピストンは複合部の引張強
度が４２〜４４　ｋ　ｇ　ｆ　／　ｍ　ｍであり、従来
のものに比較して約３０％の強度向上を図ることができ
た。

笈呈１」 ピストンの頭部、ピストンリング用）Ｉｎ部及びピンボ
ス部からピストンの内面まで複合強化したアルミニウム
合金製ピストンの断面図を第３図に示す。

同図において、ハツチングを密に施した部分は全て複合
強化された部分であり、ピストンの頭部１２及びピスト
ンリング用溝部１３、更にピンボス部１４からピストン
の内面が含まれる。

このアルミニウム合金製ピストンは第４図に示すような
方法で製造された。

１５は繊維成形体、１６は下型、１７は連通孔、１８は
ガスベンド、１９は主型、２ｏは加圧プランジャー、２
１はＡ１合金溶湯であり、本実施例においては繊維成形
体１５を下型１６に固定した以外は前記の実施例１と本
質的に同様である。ただ、ピストンの頭部１２及びピス
トンリング用溝部１３、更にピンポス部１４からピスト
ンの内面まで複合強化するために、繊維成形体１５はほ
ぼピストンの全体的形状をなすように形成されている。

［発明の効果］ 以上のように、本発明はピストンにおける複合強化を内
部にまで拡張することにより、■ピストン頭部の熱間強
度、熱間疲労強度、１耐熟疲労の向上、■ピストンリン
グ用ＩＭ部の耐摩耗性及び熱間強度の向上、■スカート
部の剛性及び耐摩耗性の向上、及び■ピストンリング用
溝部やピストン頭部の熱変形及び熱的な寸法安定性の向
りを図るとともに、これによってピストン全体の薄肉軽
ｔ：化を回部とする。

また、そのような繊維強化軽合金製ピストンを安定的に
製造する方法を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１のピストンの断面図、第２図は該実施
例１のピストンの製造に用いられる金型の構造を示す断
面図、第３図は実施例２のピストンの断面図、第４図は
該実施例２のピストンの製造に用いられる金型の構造を
示す断面図である。 １・・・ハツチングを密に施した部分　２・・−ピスト
ンの頭部　３・・・ピストンリング用溝部　４・・・ス
カート部　５・・・繊維成形体　６・・・に型　７・・
・連通孔　８・・・ガスベンド　９・・・主型　１０・
・・加圧プランジャー　１１・・・ＡＣ８ＡＣ１０溶湯
　１２・・・ピストンの頭部　１３・・・ピストンリン
グ用溝部　１４・・・ピンボス部　１５・・・Ｕ＆誰成
形体１６　、、、下Ｊｆｌ　　Ｉ　７、−０−Ｉｆ　’
ａ（＋）ｌ　　　ｌ　Ｑ、、、　引’　１　ヘｙ　Ｖ１
９・・・主型　２０・・・加圧プランジャー　２１・・
・ＡＩ合金溶湯 第３図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストンの内表面を黒皮とし、該内表面から外表
   面にわたって、高圧凝固鋳造法により無機質繊維成形体
   に軽合金マトリックスを充填複合させた繊維強化軽合金
   で構成したことを特徴とする繊維強化軽合金製ピストン
   。
2. （２）ピストン頭部またはピストンリング用溝部を高圧
   凝固鋳造法により無機質繊維成形体に軽合金マトリック
   スを充填複合させた繊維強化軽合金で構成した特許請求
   の範囲第（１）項記載の繊維強化軽合金製ピストン。
3. （３）ピストン全体を高圧凝固鋳造法により無機質繊維
   成形体に軽合金マトリックスを充填複合させた繊維強化
   軽合金で構成した特許請求の範囲第（１）項記載の繊維
   強化軽合金製ピストン。
4. （４）無機質繊維成形体を少なくともその一面が黒皮で
   使用されるピストンの内面形状に合致するように形成し
   、該面を金型と面接触させて該繊維成形体を金型に固定
   した後、所定の部分を高圧凝固鋳造法により軽合金マト
   リックスを充填複合させて繊維強化軽合金化することを
   特徴とする繊維強化軽合金製ピストンの製造方法。
5. （５）無機質繊維成形体を固定する金型が加圧プランジ
   ャーの一部である特許請求の範囲第（４）項記載の繊維
   強化軽合金製ピストンの製造方 法。
6. （６）無機質繊維成形体を固定する金型がピストンの頭
   部相当側を下向きにした上型である特許請求の範囲第（
   ４）項記載の繊維強化軽合金製ピストンの製造方法。
7. （７）無機質繊維成形体を固定する金型がピストンの頭
   部相当側を上向きにした下型である特許請求の範囲第（
   ４）項記載の繊維強化軽合金製ピストンの製造方法。
8. （８）無機質繊維成形体を金型に固定する手段が、該繊
   維成形体の内面に通じる連通孔を金型の内部に形成して
   おくとともに、該連通孔及びガスベンドを介して該繊維
   成形体の内面を吸引することとした特許請求の範囲第（
   ４）項、第（５）項、第（６）項、第（７）項記載の繊
   維強化軽合金製ピストンの製造方法。
9. （９）連通孔及びガスベンドを介して該繊維成形体の内
   面を吸引する手段を、軽合金溶湯を注湯後、溶湯加圧時
   まで継続させることとした特許請求の範囲第（８）項記
   載の繊維強化軽合金製ピストンの製造方法。