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
- Prior art date
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- Withdrawn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 |