JPH07178534A - 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
- JPH07178534A JPH07178534A JP32552293A JP32552293A JPH07178534A JP H07178534 A JPH07178534 A JP H07178534A JP 32552293 A JP32552293 A JP 32552293A JP 32552293 A JP32552293 A JP 32552293A JP H07178534 A JPH07178534 A JP H07178534A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- preform
- piston
- molding
- aluminum alloy
- ring groove
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- Withdrawn
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Classifications
-
- 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
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
-
- 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
- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
- F05C2203/08—Ceramics; Oxides
- F05C2203/0804—Non-oxide ceramics
- F05C2203/0808—Carbon, e.g. graphite
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 繊維強化金属製ピストンにおける切削性の悪
化を抑えつつ、繊維強化金属部における強化繊維の体積
率を大きくする。 【構成】 予めリング溝1Dを形成したセラミック繊維
2からなる補強用予備成形体5に熔湯金属6を含浸さ
せ、加圧成形したことを特徴とする繊維強化金属製ピス
トン1。
化を抑えつつ、繊維強化金属部における強化繊維の体積
率を大きくする。 【構成】 予めリング溝1Dを形成したセラミック繊維
2からなる補強用予備成形体5に熔湯金属6を含浸さ
せ、加圧成形したことを特徴とする繊維強化金属製ピス
トン1。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、強化繊維及び粒子から
なる補強用予備成形体に熔湯金属を含浸させて複合化し
た繊維強化金属ピストンに関するものである。
なる補強用予備成形体に熔湯金属を含浸させて複合化し
た繊維強化金属ピストンに関するものである。
【0002】
【従来の技術】セラミック繊維やガラス繊維等の強化繊
維や粒子を主体としたプリフォームと呼ばれる補強用予
備成形体に、アルミ合金の熔湯を含浸させて複合化した
繊維強化金属ピストンが提案されている(特開平2−1
73225号)。このピストンは、耐熱膨張性や強度を
向上させるという点からピストンのヘッド部に繊維強化
金属を配置している。繊維強化金属の強度や耐熱膨張性
は、含まれる配合材の種類や体積率によって決められる
ことが多い。
維や粒子を主体としたプリフォームと呼ばれる補強用予
備成形体に、アルミ合金の熔湯を含浸させて複合化した
繊維強化金属ピストンが提案されている(特開平2−1
73225号)。このピストンは、耐熱膨張性や強度を
向上させるという点からピストンのヘッド部に繊維強化
金属を配置している。繊維強化金属の強度や耐熱膨張性
は、含まれる配合材の種類や体積率によって決められる
ことが多い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように、強化用予
備成形体に熔湯金属を含浸させて製造したピストンで
は、補強用予備成形体と金属との複合化によりピストン
強度や耐熱膨張性等が向上する反面、切削性が低下する
という問題を抱えている。特に、繊維強化金属における
配合材の体積率が大きくなるとこの傾向が顕著に現れ、
ピストンリングを嵌合させるリング溝等の加工が困難に
なるという問題点がある。
備成形体に熔湯金属を含浸させて製造したピストンで
は、補強用予備成形体と金属との複合化によりピストン
強度や耐熱膨張性等が向上する反面、切削性が低下する
という問題を抱えている。特に、繊維強化金属における
配合材の体積率が大きくなるとこの傾向が顕著に現れ、
ピストンリングを嵌合させるリング溝等の加工が困難に
なるという問題点がある。
【0004】
【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、予めリング溝を形成したセラミッ
ク繊維及び粒子からなる補強用予備成形体に熔湯金属を
含浸させ、加圧成形したことを特徴とする。
化金属製ピストンは、予めリング溝を形成したセラミッ
ク繊維及び粒子からなる補強用予備成形体に熔湯金属を
含浸させ、加圧成形したことを特徴とする。
【0005】
【作用】熔湯金属を含浸させて複合化する前のセラミッ
ク繊維及び粒子からなる補強用予備成形体にリング溝を
形成しているので、同補強用予備成形体に熔湯金属を含
浸させて加圧成形すると、リング溝以外の部位は複合化
され、リング溝には熔湯金属が流れ込んで凝固する。
ク繊維及び粒子からなる補強用予備成形体にリング溝を
形成しているので、同補強用予備成形体に熔湯金属を含
浸させて加圧成形すると、リング溝以外の部位は複合化
され、リング溝には熔湯金属が流れ込んで凝固する。
【0006】
【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
成されていると共に、ヘッド部1Aに複数のリング溝1
D,1E,1Fがそれぞれ形成されている。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。
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
成されていると共に、ヘッド部1Aに複数のリング溝1
D,1E,1Fがそれぞれ形成されている。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。
【0007】ピストンのヘッド部1Aは、図2に示すセ
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
って成形された補強用予備成形体であるプリフォーム5
に、熔湯金属としての鋳造用のアルミ合金6(AC8
A)を含浸させて複合化する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)。
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
って成形された補強用予備成形体であるプリフォーム5
に、熔湯金属としての鋳造用のアルミ合金6(AC8
A)を含浸させて複合化する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)。
【0008】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、プリフォーム5の骨組みを
構成している。コージェライト粒子3は、熱膨張を抑制
したり、切削性を向上させる作用を持っている。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いる。
いるアルミニウムの酸化物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、プリフォーム5の骨組みを
構成している。コージェライト粒子3は、熱膨張を抑制
したり、切削性を向上させる作用を持っている。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いる。
【0009】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4
(a)に示す撹拌工程で、底部に複数のオリフィス7a
が設けられた露水成形機の円筒形状の容器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4(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4(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。焼成した円形のプリフォーム5には、図2に示すよ
うに、リング溝1Dやその他の切削加工が図示しない加
工機によって行われ所定形状に整えられる。ここでは、
複合化前のプリフォーム5にリング溝1Dを切削加工で
形成したが、容器7内に中子を設けてリング溝1Dを設
ける成形方法でも構わない。
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4
(a)に示す撹拌工程で、底部に複数のオリフィス7a
が設けられた露水成形機の円筒形状の容器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4(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4(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。焼成した円形のプリフォーム5には、図2に示すよ
うに、リング溝1Dやその他の切削加工が図示しない加
工機によって行われ所定形状に整えられる。ここでは、
複合化前のプリフォーム5にリング溝1Dを切削加工で
形成したが、容器7内に中子を設けてリング溝1Dを設
ける成形方法でも構わない。
【0010】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線熱膨張係数を図6を用いて説明す
る。図6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。
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線熱膨張係数を図6を用いて説明す
る。図6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。
【0011】(ピストン製造工程)先ず、形を整えられ
た図2に示すプリフォーム5を、図5(a)に示すピス
トン成形金型9内にセットし、図5(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5(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。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。
た図2に示すプリフォーム5を、図5(a)に示すピス
トン成形金型9内にセットし、図5(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5(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。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。
【0012】注湯したアルミ合金6が冷却凝固すると、
図5(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す。
図5(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す。
【0013】加圧、含浸工程では、リング溝1Dにも熔
湯状のアルミ合金6が流れ込むが、同リング溝1Dは空
間とされているので繊維の存在がなく、図3に示すよう
に、アルミ合金6だけが凝固してプリフォーム5中の繊
維との複合化は行われない。従って、複合化の終了した
ピストン1を取り出し、ヘッド1Aにリング溝1Dの加
工を行う場合、リング溝1Dに流れ込んで凝固したアル
ミ合金6を削ることでリング溝1Dが、また、アルミ合
金6のみで成形されたピストン1の周面を削ることでリ
ング溝1E,1Fがそれぞれ形成される。
湯状のアルミ合金6が流れ込むが、同リング溝1Dは空
間とされているので繊維の存在がなく、図3に示すよう
に、アルミ合金6だけが凝固してプリフォーム5中の繊
維との複合化は行われない。従って、複合化の終了した
ピストン1を取り出し、ヘッド1Aにリング溝1Dの加
工を行う場合、リング溝1Dに流れ込んで凝固したアル
ミ合金6を削ることでリング溝1Dが、また、アルミ合
金6のみで成形されたピストン1の周面を削ることでリ
ング溝1E,1Fがそれぞれ形成される。
【0014】繊維強化金属よりもアルミ合金6の方が切
削が容易なことは周知のことであるので、繊維強化金属
を配置したピストンのヘッド部1Aに容易にリング溝1
Dを形成することができる。
削が容易なことは周知のことであるので、繊維強化金属
を配置したピストンのヘッド部1Aに容易にリング溝1
Dを形成することができる。
【0015】このように、複合化される前のプリフォー
ム5を予め加工しておくことで、アルミ合金6の含浸
後、即ち複合化されたピストン1であっても容易に加工
することができる。従って、繊維強化金属部におけるア
ルミナ繊維2やコージェライト粒子3及びカーボン繊維
4の体積率を大きくしても加工性に自由度を得ることが
でき、切削工具の耐久性にもつながる。
ム5を予め加工しておくことで、アルミ合金6の含浸
後、即ち複合化されたピストン1であっても容易に加工
することができる。従って、繊維強化金属部におけるア
ルミナ繊維2やコージェライト粒子3及びカーボン繊維
4の体積率を大きくしても加工性に自由度を得ることが
でき、切削工具の耐久性にもつながる。
【0016】
【発明の効果】以上、本発明によれば、強化繊維及び粒
子の体積率が大きい繊維強化金属であってもリング溝内
は複合化されないので、リング溝の切削加工を容易に行
うことができ、高い耐熱膨張性を確保しつつ切削性に富
む繊維強化金属製ピストンを提供することができる。
子の体積率が大きい繊維強化金属であってもリング溝内
は複合化されないので、リング溝の切削加工を容易に行
うことができ、高い耐熱膨張性を確保しつつ切削性に富
む繊維強化金属製ピストンを提供することができる。
【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に用いられる
補強用予備成形体を示す断面図である。
補強用予備成形体を示す断面図である。
【図3】熔湯金属を含浸されて複合化したピストンの断
面図である。
面図である。
【図4】(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5】(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6】アルミ合金に各繊維及び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。
線熱膨張係数と体積率との関係を示す線図である。
1 繊維強化金属製ピストン 1D リング溝 2 セラミック繊維 5 補強用予備成形体(プリフォーム) 6 熔湯金属(アルミ合金)
───────────────────────────────────────────────────── 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】リング溝を形成したセラミック繊維を有す
る補強用予備成形体に熔湯金属を含浸させ、加圧成形し
た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 |
---|---|---|---|
JP32552293A JPH07178534A (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 |
---|---|---|---|
JP32552293A JPH07178534A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 繊維強化金属製ピストン |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07178534A true JPH07178534A (ja) | 1995-07-18 |
Family
ID=18177820
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32552293A Withdrawn JPH07178534A (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) | JPH07178534A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006061936A (ja) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Toyota Industries Corp | 複合材料 |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP32552293A patent/JPH07178534A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006061936A (ja) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Toyota Industries Corp | 複合材料 |
JP4524591B2 (ja) * | 2004-08-26 | 2010-08-18 | 株式会社豊田自動織機 | 複合材料およびその製造方法 |
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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 |