JPS63150454A - Composite material piston and manufacture thereof - Google Patents
Composite material piston and manufacture thereofInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、自動車等のエンジンに適用する複合材ピス
トン及びその製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a composite piston that is applied to engines such as automobiles and a method for manufacturing the same.
従来、セラミック材を断熱材又は耐熱材として利用する
ピストン等のエンジン部材は、例えば、実開昭５５−６
４７９号公報、特開昭５８−２５５５２号公報、実開昭
６１−７４６５１号公報等に開示されている。そこで、
実開昭６１−７４６５１号公報に開示されたものについ
て、第５図を参照して概説する。第５図において、内燃
機関の断熱ピストン２０が示されている。この断熱ピス
トン２０は、セラミックス製のピストン冠部２１及び金
属製のスカート部２２から構成され、互いにボルト２３
及びナツト２４によって皿ばね２８を介して固定されて
いる。ピストン冠部２１とスカート部２２との間には、
スペーサリング２７及び断熱ガスケット２６が介在され
、しがち断熱空気層２５．２９が形成されている。Conventionally, engine parts such as pistons that utilize ceramic materials as heat insulating or heat-resistant materials have been developed, for example, by
This method is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 479, Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-25552, Japanese Utility Model Application No. 74651-1987, and the like. Therefore,
The device disclosed in Japanese Utility Model Application Publication No. 61-74651 will be summarized with reference to FIG. In FIG. 5, an adiabatic piston 20 of an internal combustion engine is shown. This heat insulating piston 20 is composed of a piston crown part 21 made of ceramics and a skirt part 22 made of metal, which are mutually connected by bolts 23.
and is fixed via a disc spring 28 by a nut 24. Between the piston crown part 21 and the skirt part 22,
A spacer ring 27 and a heat insulating gasket 26 are interposed to form a thin heat insulating air layer 25,29.
更に、従来、内燃機関のシリンダライナをセラミック材
即ちセラミックスによって形成したものが、例えば、実
開昭６０−１３４８４．４号公報に開示されている。こ
の内燃機関のシリンダライナについて、第６図及び第７
図を参照して概説する。Furthermore, a conventional cylinder liner for an internal combustion engine made of a ceramic material is disclosed in, for example, Japanese Utility Model Application No. 60-13484.4. Regarding the cylinder liner of this internal combustion engine, Figures 6 and 7 show the cylinder liner of this internal combustion engine.
An overview will be given with reference to the figure.
このシリンダライナ３０は、外側シリンダライナ３１と
これに嵌合した内側シリンダライナ３２とから成る。外
側シリンダライナ３１を鋳鉄によって形成し、また内側
シリンダライナ３２を低熱伝導率のセラミックスにより
形成する。また、外側シリンダライナ３１と内側シリン
ダライナ３２との間に断熱空間３３を形成している。This cylinder liner 30 consists of an outer cylinder liner 31 and an inner cylinder liner 32 fitted therewith. The outer cylinder liner 31 is made of cast iron, and the inner cylinder liner 32 is made of ceramic with low thermal conductivity. Further, a heat insulating space 33 is formed between the outer cylinder liner 31 and the inner cylinder liner 32.
しかしながら、上記のようなセラミック材を断熱材又は
耐熱材として利用するピストン等のエンジン部材におい
て、断熱特性を十分に得ることは、極めて困難である０
例えば、ジルコニア系セラミック材等を断熱材として利
用しても、熱伝導率は、組成によって相違するが、はぼ
０．００９〜０．００５ ｃａｌ／ａｍ ｓｅｃ℃程度
である。しかも、一般材料である窒化珪素系セラミック
材等の熱伝導率と比較して余り大きな差はないものであ
る。一般に、ピストン等のエンジン部材についての断熱
材の特性は、空気程度の熱伝導率があることが好ましく
、物性材料として適しているのは、チタン酸カリウムの
熱伝導率程度を有するものである。−船釣に、各材料の
熱伝導率を比較すると、組成によって種々相違するが、
概略的には、窒化珪素系セラミックスは０．０３ ｃａ
ｌ／ｃ＋ｓ ｓｅｃ℃であり、チタン酸カリウム系セラ
ミックスは０．０００１２ ｃａｌ／ｃ＋＊ ５ｅｃｔ
であり、また空気は０．００００５ ｃａｌ／ｃｍ ｓ
ｅｃ’ｃである。ところで、チタン酸カリウムを固形化
することは相当に困難であり、他のセラミック材と混合
しても、チタン酸カリウムの融点（１３７０℃）が低い
ため、焼結することができないという問題点を有してい
る。However, it is extremely difficult to obtain sufficient heat insulation properties in engine parts such as pistons that use ceramic materials as heat insulating or heat-resistant materials.
For example, even if a zirconia ceramic material or the like is used as a heat insulating material, the thermal conductivity is approximately 0.009 to 0.005 cal/am sec°C, although it differs depending on the composition. Furthermore, the thermal conductivity is not much different from that of general materials such as silicon nitride ceramic materials. In general, it is preferable that a heat insulating material for engine members such as a piston has a thermal conductivity comparable to that of air, and a material suitable as a physical material has a thermal conductivity comparable to that of potassium titanate. - Comparing the thermal conductivity of various materials for boat fishing, there are various differences depending on the composition.
Roughly speaking, silicon nitride ceramics are 0.03 ca
l/c+s sec°C, and potassium titanate ceramics is 0.00012 cal/c+*5ect
and air is 0.00005 cal/cm s
It is ec'c. By the way, it is quite difficult to solidify potassium titanate, and even if mixed with other ceramic materials, the problem is that potassium titanate cannot be sintered due to its low melting point (1370°C). have.
更に、セラミック材から成るエンジンのシリンダライナ
材については、摺動抵抗を減少させることができるため
、耐熱性を有し、熱膨張率が小さい特徴を有するので、
内燃機関のその他の材料として利用することができる。Furthermore, engine cylinder liner materials made of ceramic materials can reduce sliding resistance, have heat resistance, and have a low coefficient of thermal expansion.
It can be used as other materials for internal combustion engines.
ところで、シリンダライナの摺動相手のピストンをセラ
ミック材によって構成すると、ピストン自体の構造が複
雑であるため強度上の問題があり、しかもコストが高く
なり、セラミック材のピストンを使用するのに問題があ
る。しかしながら、セラミック材のシリンダライナに対
して鋳鉄等の金属製ピストンを使用すると、ピストンの
摺動部が金属の融点に近くなり、焼付き等の問題が生じ
る。また、金属とアルミナセラミックス等のセラミック
材の合成において重要なことは、金属とセラミックスを
いかに安定して複合状態に成形するかということであり
、例えば、複合材を成形するにはそれら材料を混合する
ことが困難であり、しかも均一な状態に混合することは
極めて困難なことである。By the way, if the piston on which the cylinder liner slides is made of ceramic material, the structure of the piston itself is complicated, so there are problems with its strength, and the cost is also high. be. However, when a piston made of metal such as cast iron is used for a cylinder liner made of ceramic material, the sliding portion of the piston becomes close to the melting point of the metal, resulting in problems such as seizure. In addition, what is important in the synthesis of metals and ceramic materials such as alumina ceramics is how to form the metals and ceramics into a stable composite state.For example, in order to form a composite material, these materials are mixed. Moreover, it is extremely difficult to mix them into a uniform state.
この発明の目的は、上記の問題点を解消することであり
、ピストンスカート部をアルミニウム中にウィスカー材
を混入した複合材で構成し、剛性を増大させると共に熱
膨張率を小さくし、更にシリンダライナとピストンスカ
ート部との摺動性を向上させることのできる複合材ピス
トンを提供すると共に、その複合材ピストンの複合材の
合成にあたって結合力が優れ、しかも均一に混合されて
いる複合材を提供できる複合材ピストンの製造方法を提
供することである。The purpose of this invention is to solve the above problems, and the piston skirt is made of a composite material made of aluminum mixed with a whisker material to increase rigidity and reduce the coefficient of thermal expansion. It is possible to provide a composite piston that can improve sliding properties between the piston and the piston skirt, and also to provide a composite material that has excellent bonding strength and is uniformly mixed when synthesizing the composite material of the composite piston. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a composite piston.
この発明は、上記の問題点を解消し、上記の目的を達成
するために、次のように構成されている。In order to solve the above problems and achieve the above objects, the present invention is configured as follows.
即ち、この出願の第１番目の発明は、少なくともピスト
ンスカート部をアルミニウム材で構成し、前記アルミニ
ウム材中にウィスカー材を混入し、更−にピストンスカ
ート部の摺動部にアルミナ被膜層を形成したことを特徴
とする複合材ピストンに関し、更に具体的に詳述すると
、前記ウィスカー材が窒化アルミニウムのウィスカー材
であるか、又は前記ウィスカー材がチタン酸カリウ１１
のウィスカー材であり、あるいは、前記アルミニウム材
に酸化アルミニウムを混合し且つ前記ウィスカー材をア
ルミナのウィスカー材で構成することを特徴とする複合
材ピストンに関する。That is, the first invention of this application is such that at least the piston skirt portion is made of an aluminum material, a whisker material is mixed into the aluminum material, and an alumina coating layer is further formed on the sliding portion of the piston skirt portion. Regarding the composite piston characterized by the above, in more specific detail, the whisker material is aluminum nitride whisker material, or the whisker material is potassium titanate 11
Alternatively, the present invention relates to a composite piston characterized in that the whisker material is made of an alumina whisker material, or the aluminum material is mixed with aluminum oxide, and the whisker material is made of an alumina whisker material.
また、この出願の第２番目の発明は、アルミニウム又は
アルミニウムと酸化アルミニウムの粉末とアルミナのウ
ィスカー材とを混合し、更に有機材から成る成形剤を混
合して合成した後に、これを高温の下で前記有機バイン
ダを気化させ、次いで焼結成形した複合材によって少な
くともピストンスカート部を形成し、その後、前記ピス
トンスカート部の摺動部に対してアルミナ被覆処理を施
してアルミナ被膜層を形成したことを特徴とする複合材
ピストンの製造方法に関する。In addition, the second invention of this application is to synthesize aluminum or aluminum and aluminum oxide powder and alumina whisker material, further mix a molding agent made of an organic material, and then synthesize the mixture under high temperature. The organic binder is vaporized, and then at least a piston skirt portion is formed from a sintered composite material, and then the sliding portion of the piston skirt portion is coated with alumina to form an alumina coating layer. The present invention relates to a method for manufacturing a composite piston characterized by:
更に、この出願の第３番目の発明は、アルミニウムの粉
末と窒化アルミニウム又はチタン酸カリウムのウィスカ
ー材とを混合し、更に有機バインダを混合した混合物を
成形型に注入して成形し、硬化後に加熱して前記有機バ
インダを気化させ、次いで焼結成形し、更に前記ピスト
ンスカート部の摺動部に対してアルミナ被覆処理を施し
てアルミナ被膜層を形成したことを特徴とする複合材ピ
ストンの製造方法に関する。Furthermore, the third invention of this application is that a mixture of aluminum powder, aluminum nitride or potassium titanate whisker material, and an organic binder is injected into a mold, molded, and heated after curing. A method for producing a composite piston, characterized in that the organic binder is vaporized, the organic binder is then sintered, and the sliding portion of the piston skirt portion is further coated with alumina to form an alumina coating layer. Regarding.
この発明による複合材ピストン及びその製造方法は、以
上のように構成されており、次のように作用する。即ち
、この複合材ピストンは、少なくともピストンスカート
部をアルミニウム材で構成し、前記アルミニウム材中に
ウィスカー材を混入し、更にピストンスカート部の摺動
部にアルミナ被膜層を形成したので、セラミックスから
成るシリンダライナに適用して、熱膨張率を小さくでき
、摺動抵抗を減少できると共に耐熱性に富む。また、ア
ルミニウムの繊維強化金属（ＦＲＭ）となり、強度を増
大できる。The composite piston and the method for manufacturing the same according to the present invention are constructed as described above and operate as follows. That is, in this composite piston, at least the piston skirt portion is made of an aluminum material, a whisker material is mixed into the aluminum material, and an alumina coating layer is further formed on the sliding portion of the piston skirt portion, so that it is made of ceramics. When applied to cylinder liners, the coefficient of thermal expansion can be reduced, sliding resistance can be reduced, and the material is highly heat resistant. In addition, it becomes a fiber reinforced metal (FRM) of aluminum, and its strength can be increased.
更に、この複合材ピストンの製造方法によれば、従来複
合材の混合方法が困難であったものが、極めて良好に固
形化し焼結して合成することができ、安定した複合状態
を得ることができると共に、素材の混合状態が均一であ
り、またアルミナ層とウィスカー材との結合状態は容易
に接合できると共に極めて強力に結合する。Furthermore, according to this method of manufacturing a composite piston, it is possible to solidify and sinter the composite materials, which were difficult to mix in the past, and to synthesize them, making it possible to obtain a stable composite state. In addition, the mixing state of the materials is uniform, and the bonding state between the alumina layer and the whisker material is easy to bond and extremely strong.
以下、図面を参照して、この発明による複合材ピストン
及びその製造方法の一実施例を詳述する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a composite piston and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第１図及び第２図には、この発明の一実施例である複合
材ピストンが符号１０によって全体的に示されている。1 and 2, a composite piston according to one embodiment of the present invention is indicated generally by the numeral 10.
第１図において、この複合材ピストンｌＯが窒化珪素系
セラミックス、炭化珪素系セラミックス等のセラミック
材から成るエンジンのシリンダライナ５に嵌合している
状態が示されている。第２図は第１図の符号■における
拡大断面図である。複合材ピストンｌＯは、ピストンヘ
ッドＩとピストンスカート部２とから成る。また、ピス
トンヘッド１とピストンスカート部２との間には、断熱
空気５１９が形成されている。ピストンスカート部２に
はピストンリング溝８が形成されている。これらのピス
トンリング溝８には、圧力リング、オイルリング等のピ
ストンリング（図示省略）が嵌込まれるように構成され
ている。ピストンスカート部２については、第２図に示
すように、アルミニウム材又はアルミニウムと酸化アル
ミニウムとの混合材から成るアルミニウム材１２で構成
し、その内部にはウィスカー材１１を混入する。このウ
ィスカー材１１は、例えば、酸化アルミニウム即ちアル
ミナ（Ａｌ□０３）のファイバーである。このアルミニ
ウム材■２とアルミナのファイバー即ちウィスカー材１
１とから成る複合材は、剛性が増大し且つ熱膨張係数が
小さくなる。この複合材におけるピストンスカート部２
の摺動部即ちシリンダライナ摺動部となる部分に、アル
ミナの被膜層４を約２０μ〜５０μの厚さで合成させる
。In FIG. 1, this composite piston 1O is shown fitted into an engine cylinder liner 5 made of a ceramic material such as silicon nitride ceramics or silicon carbide ceramics. FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along the reference numeral ``■'' in FIG. The composite piston IO consists of a piston head I and a piston skirt part 2. Further, a heat insulating air 519 is formed between the piston head 1 and the piston skirt portion 2. A piston ring groove 8 is formed in the piston skirt portion 2. These piston ring grooves 8 are configured to fit piston rings (not shown) such as a pressure ring or an oil ring. As shown in FIG. 2, the piston skirt portion 2 is made of an aluminum material 12 made of an aluminum material or a mixed material of aluminum and aluminum oxide, and a whisker material 11 is mixed therein. The whisker material 11 is, for example, a fiber of aluminum oxide, that is, alumina (Al□03). This aluminum material ■2 and alumina fiber or whisker material 1
1 has increased rigidity and a reduced coefficient of thermal expansion. Piston skirt part 2 in this composite material
An alumina coating layer 4 with a thickness of about 20 to 50 microns is synthesized on the sliding part of the cylinder liner, that is, the part that will become the cylinder liner sliding part.
この場合に、アルミナ被膜層４とアルミニウム材１２中
のアルミナのファイバー即ちウィスカー材１１とが反応
し、アルミナ被膜Ｎ４が複合材に強固に結合して被覆で
き、従って、結合力の優れた複合材ピストンスカート部
が成形できる。In this case, the alumina coating layer 4 reacts with the alumina fibers in the aluminum material 12, that is, the whisker material 11, and the alumina coating N4 can be firmly bonded to and coated on the composite material, resulting in a composite material with excellent bonding strength. The piston skirt can be molded.
複合材ピストンの製造方法について、アルミニウム又は
アルミニウムと酸化アルミニウムとの混合材から成るア
ルミニウム材１２中にアルミナファイバー即ちアルミナ
のウィスカー１１を混在させるためには、アルミナのウ
ィスカー材１１とアルミニウム及び酸化アルミニウムの
粉末を混合し、その混合物中に有機材から成る成形側を
混合して合成し、ピストンスカート部２に成形し、次い
でその成形物を加熱焼結してピストンスカート部２の形
状に構成する。その後、この複合材におけるピストンス
カート部２の外周面である摺動部即ちシリンダライナ摺
動部となる部分に、アルミナ被覆処理を行い、アルミナ
被膜層４を約２０μ〜５０μの厚さで接合させて、複合
材ピストンを成形する。Regarding the method for manufacturing a composite piston, in order to mix alumina fibers, that is, alumina whiskers 11 in the aluminum material 12 made of aluminum or a mixture of aluminum and aluminum oxide, it is necessary to mix the alumina whisker material 11 with aluminum and aluminum oxide. The powders are mixed, and a molding side made of an organic material is mixed into the mixture to synthesize the piston skirt portion 2, and then the molded product is heated and sintered to form the shape of the piston skirt portion 2. Thereafter, alumina coating treatment is applied to the outer peripheral surface of the piston skirt portion 2 of this composite material, that is, the portion that will become the cylinder liner sliding portion, and an alumina coating layer 4 is bonded to a thickness of about 20 μm to 50 μm. to form a composite piston.
次に、第３図及び第４図には、この発明の別の実施例で
ある複合材ピストンが符号１５によって全体的に示され
ている。この複合材ピストン１５については、上記複合
材ピストン１０と比較してピストンスカート部３の組成
が相違する以外は同一の構成であるので、同一の部品に
は同一の符号を付し、それら同一の構成についての説明
は省略する。第３図において、この複合材ピストン１５
が窒化珪素系セラミックス、炭化珪素系セラミックス等
のセラミック材から成るエンジンのシリンダライナ５に
嵌合している状態が示されている。3 and 4, another embodiment of the present invention, a composite piston, is shown generally at 15. This composite piston 15 has the same structure as the composite piston 10 described above except for the difference in the composition of the piston skirt portion 3, so the same parts are given the same reference numerals and A description of the configuration will be omitted. In FIG. 3, this composite piston 15
is shown fitted into an engine cylinder liner 5 made of a ceramic material such as silicon nitride ceramics or silicon carbide ceramics.
第４図は第３図の符号■における拡大断面図である。ピ
ストンスカート部３については、第４図に示すように、
アルミニウム材１３で構成し、その内部にはウィスカー
材１４を混入する。このウィスカー材１４は、例えば、
窒化アルミニウム又はチタン酸カリウムのウィスカー材
等である。FIG. 4 is an enlarged sectional view taken along the reference numeral ``■'' in FIG. As for the piston skirt portion 3, as shown in FIG.
It is made of an aluminum material 13, and a whisker material 14 is mixed inside it. This whisker material 14 is, for example,
It is a whisker material such as aluminum nitride or potassium titanate.
ウィスカー材１４が窒化アルミニウムの場合について説
明する。このアルミニウム材１３と窒化アルミニウム材
のウィスカー材１４とから成る複合材即ち成形材は、ア
ルミニウムの繊維強化金属（ＦＲＭ）材となり、強度が
増大し且つ熱膨張係数が抑制される部ち小さくなる。し
かしながら、この複合材は、ピストン材料即ち高温摺動
部として使用する場合に、摺動面に金属が露出状態にな
っているので、摺動時の加熱により、焼付き現象が発生
する。この現象を防止するため、複合材の摺動部となる
面に対してアルミナ処理を施す、このアルミナ処理によ
ってピストンスカート部３の摺動面にアルミナ被膜層７
を形成する。アルミナ処理については、窒化アルミニウ
ムの繊維即ちウィスカー材１４とアルミナ被膜層７とは
容易に接合し、層の強度も増大する効果がある。A case where the whisker material 14 is aluminum nitride will be explained. The composite material, that is, the molded material made of the aluminum material 13 and the whisker material 14 of aluminum nitride material becomes a fiber reinforced metal (FRM) material of aluminum, and the strength is increased and the coefficient of thermal expansion is reduced in the suppressed portion. However, when this composite material is used as a piston material, that is, a high-temperature sliding part, the metal is exposed on the sliding surface, so a seizure phenomenon occurs due to heating during sliding. In order to prevent this phenomenon, alumina treatment is applied to the surface of the composite material that will become the sliding part. Through this alumina treatment, the alumina coating layer 7 is applied to the sliding surface of the piston skirt part 3.
form. The alumina treatment has the effect of easily bonding the aluminum nitride fibers or whisker material 14 to the alumina coating layer 7 and increasing the strength of the layer.
この複合材ピストンの製造方法については、まず、アル
ミニウムの粉末と窒化アルミニウムのウィスカーとを混
合し、その混合物と有機バインダとを混煉したものを成
形型に注入して成形し、硬化後に約３００℃程度に加熱
し、有機バインダを気化させ、その成形品をアルミニウ
ムの融点以下の温度で混合焼結する。この製造方法にお
いて、アルミニウム粉末と窒化アルミニウムウィスカー
との混合比は、約６＝４又は約７＝３程度に混合するこ
とが好ましい、ウィスカー材１４のサイズについては、
繊維長さが約０．５ｍ＋ｍ〜１００μ、繊維径が約５０
μ〜５μであり、アルミニウム粉末のサイズについては
、径が約５０μ〜２００μである。また、この複合材に
おけるピストンスカート部３の摺動部即ちシリンダライ
ナ摺動部となる部分に、アルミナの被膜層７を約２０μ
〜５０μの厚さで接合させる。この場合に、アルミナ被
膜層７とアルミニラ・−ム材１３中の窒化アルミニウム
繊維即ちウィスカー材１４とが反応し、アルミナ被膜７
が複合材に強固に結合して被覆でき、従って、結合力の
優れた複合材ピストンスカート部が成形できる。Regarding the manufacturing method of this composite piston, first, aluminum powder and aluminum nitride whiskers are mixed, and the mixture and an organic binder are injected into a mold and molded, and after curing, approximately 300 The organic binder is vaporized by heating to about .degree. C., and the molded product is mixed and sintered at a temperature below the melting point of aluminum. In this manufacturing method, the mixing ratio of aluminum powder and aluminum nitride whiskers is preferably about 6=4 or about 7=3. Regarding the size of the whisker material 14,
Fiber length is approximately 0.5m + m ~ 100μ, fiber diameter is approximately 50
μ to 5μ, and for the size of aluminum powder, the diameter is about 50μ to 200μ. In addition, a coating layer 7 of about 20 μm of alumina was applied to the sliding portion of the piston skirt portion 3 of this composite material, that is, the portion that would become the cylinder liner sliding portion.
It is bonded to a thickness of ~50μ. In this case, the alumina coating layer 7 and the aluminum nitride fibers in the aluminum laminate material 13, that is, the whisker material 14, react, and the alumina coating layer 7
can be firmly bonded and coated to the composite material, and therefore a composite piston skirt portion with excellent bonding strength can be molded.
また、ウィスカー材１４がチタン酸カリウム（ＩｈＴｉ
＆０゜）の場合については、アルミニウムの融点が特に
低いため、チタン酸カリウムの性質を積なうことなく使
用できる利点がある。その他の点については上記窒化ア
ルミニウムの場合と同様であるので、これらについての
説明は省略する。Further, the whisker material 14 is made of potassium titanate (IhTi).
&0°), since the melting point of aluminum is particularly low, there is an advantage that it can be used without accumulating the properties of potassium titanate. Since the other points are the same as those for aluminum nitride, the explanation thereof will be omitted.
以上、この発明による複合材ピストン及びその製造方法
を、ピストンスカート部に適用した場合について説明し
たが、ピストンスカート部のみでなく、ピストンヘッド
部、その他のエンジン部材、特にそれらの摺動部につい
ても、この複合材が同様に適用できることは勿論である
。The composite piston according to the present invention and the method for manufacturing the same have been described above in the case where it is applied to the piston skirt, but it is also applicable not only to the piston skirt but also to the piston head and other engine parts, especially their sliding parts. , it goes without saying that this composite material can be similarly applied.
この発明による複合材ピストン及びその製造方法は、以
上のように構成されているので、次のような効果を奏す
る。即ち、この複合材ピストンは、少なくともピストン
スカート部をアルミニウム材で構成し、前記アルミニウ
ム材中にウィスカー材を混入し、更にピストンスカート
部の摺動部にアルミナ被膜の層を形成したので、セラミ
ックスから成るシリンダライナに適用して摺動抵抗を減
少できると共に耐熱性に富み、焼付き等の現象が生じる
ことがなく、熱膨張率を小さくでき、ピストンとシリン
ダライナとの摺動性能を向上できる。Since the composite piston and the method for manufacturing the same according to the present invention are configured as described above, the following effects are achieved. That is, in this composite piston, at least the piston skirt portion is made of an aluminum material, a whisker material is mixed into the aluminum material, and an alumina coating layer is further formed on the sliding portion of the piston skirt portion, so that it can be made from ceramics. When applied to a cylinder liner made of aluminum, the sliding resistance can be reduced, and it is highly heat resistant, and phenomena such as seizure do not occur, the coefficient of thermal expansion can be reduced, and the sliding performance between the piston and the cylinder liner can be improved.
また、ピストン、特にピストンスカート部はアルミニウ
ムの繊維強化金属（ＦＲＭ）となり、強度を増大するこ
とができる。In addition, the piston, especially the piston skirt portion, is made of aluminum fiber reinforced metal (FRM) to increase its strength.
更に、この複合材ピストンの製造方法は、アルミニウム
の粉末又はアルミニウムと酸化アルミニウムとの混合材
の粉末とアルミナのウィスカー材とを混合し、更に有機
材から成る成形剤を混合して合成した後に、これを高温
の下で前記有機バインダを気化させ、次いで焼結成形し
た複合材によって少なくともピストンスカート部を形成
し、その後、前記ピストンスカート部の摺動部に対して
アルミナ被覆処理を施してアルミナ被膜層を形成するか
、あるいは、アルミニウムの粉末と窒化アルミニウム又
はチタン酸カリウムのウィスカー材とを混合し、更に有
機バインダを混合した混合物を成形型に注入して成形し
、硬化後に加熱して前記有機バインダを気化させ、次い
で焼結成形し、更に前記ピストンスカート部の摺動部に
対してアルミナ被覆処理を施してアルミナ被膜層を形成
したので、従来、複合材の混合し焼結することが困難で
あったものが、この製造方法によれば、極めて良好に合
成することができ、ウィスカー材とアルミニウム粉末と
を良好に固形化して焼結することができ、安定した複合
状態を得ることができると共に、混合状態が均一であり
、しかも信頼性に冨んだ複合材を提供でき、しかも所望
の含有比率の複合材を容易に得ることができる。更に、
アルミナ被膜層とウィスカー材の繊維とが極めて容易に
接合し、従ってアルミナ被膜層は前記ピストンスカート
部の外周面即ち摺動部に強力に結合することができる。Furthermore, the method for manufacturing this composite piston includes mixing aluminum powder or powder of a mixture of aluminum and aluminum oxide with an alumina whisker material, and further mixing a molding agent made of an organic material to synthesize the material, and then The organic binder is vaporized under high temperature, and then at least the piston skirt portion is formed by sintering and forming the composite material.Then, the sliding portion of the piston skirt portion is coated with alumina to form an alumina coating. Alternatively, a mixture of aluminum powder, aluminum nitride or potassium titanate whisker material, and an organic binder may be injected into a mold to form a layer, and after curing, the mixture is heated and the organic The binder was vaporized, then sintered, and the sliding part of the piston skirt was coated with alumina to form an alumina coating layer, making it difficult to mix and sinter composite materials in the past. However, according to this manufacturing method, it is possible to synthesize extremely well, and the whisker material and aluminum powder can be solidified and sintered well, and a stable composite state can be obtained. At the same time, it is possible to provide a composite material with a uniform mixing state and high reliability, and moreover, it is possible to easily obtain a composite material with a desired content ratio. Furthermore,
The alumina coating layer and the fibers of the whisker material are bonded very easily, so that the alumina coating layer can be strongly bonded to the outer circumferential surface of the piston skirt portion, that is, the sliding portion.
第１図はこの発明による複合材ピストンの一実施例を示
す断面図、第２図は第１図の符号■における拡大断面図
、第３図はこの発明による複合材ピストンの別の実施例
を示す断面図、第４図は第３図の符号■における拡大断
面図、第５図は従来の内燃機関の断熱ピストンを示す一
部断面図、第６図は従来の内燃機関のシリンダライナを
示す一部断面図、並びに第７図は第６図の符号■におけ
る拡大断面図である。
１・・−一一一一ピストンヘッド、２．３−・−ピスト
ンス、カート部、４．７−・・−アルミナ被膜層、５−
−−シリンダライナ、１０．１５−・−複合材ピストン
、１１−・・・−アルミナのウィスカー材、１２．１３
−・・−アルミニウム材、１４・−・・・−窒化アルミ
ニウムのウィスカー材（又はチタン酸カリウムのウィス
カー材）。
特許出願人 いす−′自動車株式会社代理人 弁理
士 尾 仲 −宗
第 ５ 図FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a composite piston according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view at the reference numeral ■ in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the composite piston according to the present invention. 4 is an enlarged sectional view taken at the symbol ■ in FIG. 3, FIG. 5 is a partial sectional view showing a heat insulating piston of a conventional internal combustion engine, and FIG. 6 is a cylinder liner of a conventional internal combustion engine. A partial cross-sectional view and FIG. 7 are an enlarged cross-sectional view at the reference numeral ■ in FIG. 6. 1...-1111 piston head, 2.3--piston, cart part, 4.7-...-alumina coating layer, 5-
--Cylinder liner, 10.15--Composite piston, 11---Alumina whisker material, 12.13
-...-aluminum material, 14...-aluminum nitride whisker material (or potassium titanate whisker material). Patent Applicant Isu-' Jidosha Co., Ltd. Agent Patent Attorney O Naka - So Figure 5
Claims (10)
で構成し、前記アルミニウム材中にウィスカー材を混入
し、更にピストンスカート部の摺動部にアルミナ被膜層
を形成したことを特徴とする複合材ピストン。(1) A composite piston characterized in that at least the piston skirt portion is made of an aluminum material, a whisker material is mixed into the aluminum material, and an alumina coating layer is further formed on the sliding portion of the piston skirt portion.
ー材であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の複合材ピストン。(2) The composite piston according to claim 1, wherein the whisker material is an aluminum nitride whisker material.
ー材であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の複合材ピストン。(3) The composite piston according to claim 1, wherein the whisker material is a whisker material of potassium titanate.
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の複合
材ピストン。(4) The composite piston according to claim 1, wherein aluminum oxide is mixed into the aluminum material.
ることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の複合
材ピストン。(5) The composite piston according to claim 4, wherein the whisker material is an alumina whisker material.
を混合し、更に有機材から成る成形剤を混合して合成し
た後に、これを高温の下で前記有機バインダを気化させ
、次いで焼結成形した複合材によって少なくともピスト
ンスカート部を形成し、その後、前記ピストンスカート
部の摺動部に対してアルミナ被覆処理を施してアルミナ
被膜層を形成したことを特徴とする複合材ピストンの製
造方法。(6) After synthesizing aluminum powder and alumina whisker material and further mixing a molding agent made of an organic material, the organic binder is vaporized under high temperature, and then the composite is formed by sintering. 1. A method for manufacturing a composite piston, comprising: forming at least a piston skirt portion using a material, and then applying an alumina coating treatment to a sliding portion of the piston skirt portion to form an alumina coating layer.
末を混合したことを特徴とする特許請求の範囲第６項に
記載の複合材ピストンの製造方法。(7) The method for manufacturing a composite piston according to claim 6, characterized in that aluminum oxide powder is mixed with the aluminum powder.
更に有機バインダを混合した混合物を成形型に注入して
成形し、硬化後に加熱して前記有機バインダを気化させ
、次いで焼結成形し、更に前記ピストンスカート部の摺
動部に対してアルミナ被覆処理を施してアルミナ被膜層
を形成したことを特徴とする複合材ピストンの製造方法
。(8) Mixing aluminum powder and whisker material,
Further, a mixture containing an organic binder is injected into a mold and molded, and after hardening, heating is performed to vaporize the organic binder, followed by sintering and forming, and further, the sliding portion of the piston skirt portion is coated with alumina. A method for manufacturing a composite piston, characterized in that an alumina coating layer is formed by applying.
ー材であることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記
載の複合材ピストンの製造方法。(9) The method for manufacturing a composite piston according to claim 8, wherein the whisker material is an aluminum nitride whisker material.
カー材であることを特徴とする特許請求の範囲第８項に
記載の複合材ピストンの製造方法。(10) The method for manufacturing a composite piston according to claim 8, wherein the whisker material is a whisker material of potassium titanate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61296575A JP2595946B2 (en) | 1986-12-15 | 1986-12-15 | Composite piston and method of manufacturing the same |
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| JPS63150454A true JPS63150454A (en) | 1988-06-23 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2595946B2 (en) |
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1986
- 1986-12-15 JP JP61296575A patent/JP2595946B2/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2595946B2 (en) | 1997-04-02 |
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