JPH0134683Y2 - - Google Patents
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- JPH0134683Y2 JPH0134683Y2 JP12051983U JP12051983U JPH0134683Y2 JP H0134683 Y2 JPH0134683 Y2 JP H0134683Y2 JP 12051983 U JP12051983 U JP 12051983U JP 12051983 U JP12051983 U JP 12051983U JP H0134683 Y2 JPH0134683 Y2 JP H0134683Y2
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Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
本考案は複合材からなる耐摩環をインサートし
てなるピストンに関する。 例えば車輛用エンジンに使用されるアルミニウ
ム合金等のピストン、特にデイーゼルエンジン用
ピストンは、運転中燃焼室が高温、高圧になる為
ピストン先端部の摩耗が特に著しい。 この為、ピストン先端部に使用するリング状の
耐摩環は、耐摩耗性及び熱伝導性に優れ、熱膨張
係数が小さく、かつ高温強度及び疲労強度の高い
素材から成るものが必要である。 従来、アルミニウム合金製ピストンにあつて、
その先端部の摩耗を減少させる為の耐摩環として
は、鋳鉄製耐摩環（ニレジスト）が知られてお
り、当該耐摩環をピストン先端部に鋳ぐるんで使
用しているが、次のような欠点があつた。 鋳鉄製耐摩環とピストンリング（熱膨張係数
11.5〜12.0×10-6／℃）とは熱膨張係数に大き
な差がある為、両者間に大きなクリアランスが
生じ易い。 鋳鉄製耐摩環は熱伝導率が悪い為ピストンの
温度が高くなるとピストン強度、熱疲労強度が
低下したり、熱膨張により耐摩環の寸法が増大
すると、ライナーとのクリアランスを大きくと
る必要が生じる為、騒音が発生しやすく、又ラ
イナーとの焼付けが発生し易い。 耐摩耗性に劣る。 鋳鉄製耐摩環とアルミニウム合金製のピスト
ン本体とは密着性が悪い為、アルフイン処理
（表面処理）が必要になり、又ピストンに溶体
化処理を施こした際、ピストン本体と耐摩環と
の境界部にクラツクが発生し、歩留りが悪い。 又、従来、アルミニウム合金製ピストン本体に
複合材耐摩環を装着してなるものも知られている
が、かゝるピストンによると次のような欠点があ
る。 これはAl2O3繊維等の強化材へ高圧下でAl溶
湯を圧入してなるものであるから、強化材中に
Al合金が均一に充填し難く、しかも真空雰囲
気にするとか特殊な成形法が必要となる。 Al合金と強化材とからなる複合材耐摩環の
横断面形状を単にコの字形状としてなるものの
場合は、耐摩環とピストン本体との機械的結合
力が弱い。 そこで本考案は上述従来の欠点を解消すべくな
された耐摩環付ピストンを提供することを目的と
するものである。 以下に本考案を第１図、第２図に基づいて詳述
する。 ピストンは図示の如く、ピストン本体１の先端
部に周設したトツプリング溝部２に、横断面略横
向きＴ字形状としたリング状の複合材耐摩環３を
鋳造用アルミニウム合金又はマグネシウム合金等
によりインサートして鋳ぐるんで構成されてい
る。 上記耐摩環３には、SiC、Al2O3、カーボン、
Si3N4、SiO2、ステンレス鋼、ボロン等から選ん
だ粒径２〜100μの粒状粉末、径0.2〜0.155μ長さ
50〜300μのウイスカー、又は線径が２〜100μ、
長さ0.5〜５mmの短繊維をJISダイカスト用
ADC10合金等の鋳造用軽合金溶湯に５〜30wt％
添加して撹拌混合したアルミニウム基複合材をダ
イカストにより成形したものが用いられるが、こ
の耐摩環３は、上述ダイカスト成形以外の成形手
段、例えば、金型鋳造、溶湯鍛造、低圧鋳造、又
は低速鋳造等で成形したものでも可能である。 又、上記耐摩環３は、上述のように横断面略横
向きＴ字形状に、つまり垂直板部３ａと、該垂直
板部３ａの中央部から外側へ略直角に延設した水
平板部３ｂとから一体に成形されていて、該水平
板部３ｂの中央部には外向きのリング溝３ｃを設
けてある。 しかして、上記耐摩環３をインサートしてピス
トン本体１のトツプリング溝部２に対応した金型
キヤビテイ内にセツトし、JIS Al鋳物用AC8A合
金、又はAC8B合金等を用いてピストン本体１を
耐摩環３とを鋳造により一体に成形する。 このように構成することによつて温度変化の際
生じる熱膨張、又は収縮によりピストン本体１内
には、トツプリング溝部２に鋳ぐるんだ耐摩環３
における垂直板部３ａの上下両端を内・外から押
圧する反対方向の力が夫々働くことによつて、耐
摩環３はピストン本体１に機械的に挾持、保持さ
れ、ピストン本体１と耐摩環３間の隙間の発生は
防止される。 又上記耐摩環３のマトリツクス合金とピストン
本体１の素材とは同系統のAl合金である為、耐
摩環３とピストン本体１との境界面に溶着による
強固な結合層が形成される。 次に本考案のピストンを実際に製造した実施例
について説明する。 ＜実施例＞ 650℃〜750℃に保温したADC10合金の溶湯中
に径が100μ前後のSiC粉末を15wt％添加して20分
間撹拌混合した後、250トンのダイカストマミン
を用いて鋳込圧（ゲージ圧）150Kg／cm2（プレツ
シヤオンメタル1000Kg／cm2）、鋳込プランジヤー
速度1.2m／sec、鋳込温度750℃、金型温度200゜〜
250℃の条件下で鋳造した。ダイカスト鋳造の為
寸法精度が良く、従つて鋳放しの状態で埋金とし
て使用可能なAl基複合材製耐摩環を得た。 次いで、この耐摩環を室温、又は250℃に予熱
した後金型内に埋金としてセツトし、AC8A合金
溶湯を用いて通常のダイカスト鋳造条件下でピス
トン本体１を成形した。 尚、その他の成形法として金型鋳造、溶湯鍛
造、低圧鋳造、又は低速鋳造等も可能である。 このように成形した複合材耐摩環の一般的性質
をピストン本体を形成するAC8A合金と対比して
表−１に示す。
てなるピストンに関する。 例えば車輛用エンジンに使用されるアルミニウ
ム合金等のピストン、特にデイーゼルエンジン用
ピストンは、運転中燃焼室が高温、高圧になる為
ピストン先端部の摩耗が特に著しい。 この為、ピストン先端部に使用するリング状の
耐摩環は、耐摩耗性及び熱伝導性に優れ、熱膨張
係数が小さく、かつ高温強度及び疲労強度の高い
素材から成るものが必要である。 従来、アルミニウム合金製ピストンにあつて、
その先端部の摩耗を減少させる為の耐摩環として
は、鋳鉄製耐摩環（ニレジスト）が知られてお
り、当該耐摩環をピストン先端部に鋳ぐるんで使
用しているが、次のような欠点があつた。 鋳鉄製耐摩環とピストンリング（熱膨張係数
11.5〜12.0×10-6／℃）とは熱膨張係数に大き
な差がある為、両者間に大きなクリアランスが
生じ易い。 鋳鉄製耐摩環は熱伝導率が悪い為ピストンの
温度が高くなるとピストン強度、熱疲労強度が
低下したり、熱膨張により耐摩環の寸法が増大
すると、ライナーとのクリアランスを大きくと
る必要が生じる為、騒音が発生しやすく、又ラ
イナーとの焼付けが発生し易い。 耐摩耗性に劣る。 鋳鉄製耐摩環とアルミニウム合金製のピスト
ン本体とは密着性が悪い為、アルフイン処理
（表面処理）が必要になり、又ピストンに溶体
化処理を施こした際、ピストン本体と耐摩環と
の境界部にクラツクが発生し、歩留りが悪い。 又、従来、アルミニウム合金製ピストン本体に
複合材耐摩環を装着してなるものも知られている
が、かゝるピストンによると次のような欠点があ
る。 これはAl2O3繊維等の強化材へ高圧下でAl溶
湯を圧入してなるものであるから、強化材中に
Al合金が均一に充填し難く、しかも真空雰囲
気にするとか特殊な成形法が必要となる。 Al合金と強化材とからなる複合材耐摩環の
横断面形状を単にコの字形状としてなるものの
場合は、耐摩環とピストン本体との機械的結合
力が弱い。 そこで本考案は上述従来の欠点を解消すべくな
された耐摩環付ピストンを提供することを目的と
するものである。 以下に本考案を第１図、第２図に基づいて詳述
する。 ピストンは図示の如く、ピストン本体１の先端
部に周設したトツプリング溝部２に、横断面略横
向きＴ字形状としたリング状の複合材耐摩環３を
鋳造用アルミニウム合金又はマグネシウム合金等
によりインサートして鋳ぐるんで構成されてい
る。 上記耐摩環３には、SiC、Al2O3、カーボン、
Si3N4、SiO2、ステンレス鋼、ボロン等から選ん
だ粒径２〜100μの粒状粉末、径0.2〜0.155μ長さ
50〜300μのウイスカー、又は線径が２〜100μ、
長さ0.5〜５mmの短繊維をJISダイカスト用
ADC10合金等の鋳造用軽合金溶湯に５〜30wt％
添加して撹拌混合したアルミニウム基複合材をダ
イカストにより成形したものが用いられるが、こ
の耐摩環３は、上述ダイカスト成形以外の成形手
段、例えば、金型鋳造、溶湯鍛造、低圧鋳造、又
は低速鋳造等で成形したものでも可能である。 又、上記耐摩環３は、上述のように横断面略横
向きＴ字形状に、つまり垂直板部３ａと、該垂直
板部３ａの中央部から外側へ略直角に延設した水
平板部３ｂとから一体に成形されていて、該水平
板部３ｂの中央部には外向きのリング溝３ｃを設
けてある。 しかして、上記耐摩環３をインサートしてピス
トン本体１のトツプリング溝部２に対応した金型
キヤビテイ内にセツトし、JIS Al鋳物用AC8A合
金、又はAC8B合金等を用いてピストン本体１を
耐摩環３とを鋳造により一体に成形する。 このように構成することによつて温度変化の際
生じる熱膨張、又は収縮によりピストン本体１内
には、トツプリング溝部２に鋳ぐるんだ耐摩環３
における垂直板部３ａの上下両端を内・外から押
圧する反対方向の力が夫々働くことによつて、耐
摩環３はピストン本体１に機械的に挾持、保持さ
れ、ピストン本体１と耐摩環３間の隙間の発生は
防止される。 又上記耐摩環３のマトリツクス合金とピストン
本体１の素材とは同系統のAl合金である為、耐
摩環３とピストン本体１との境界面に溶着による
強固な結合層が形成される。 次に本考案のピストンを実際に製造した実施例
について説明する。 ＜実施例＞ 650℃〜750℃に保温したADC10合金の溶湯中
に径が100μ前後のSiC粉末を15wt％添加して20分
間撹拌混合した後、250トンのダイカストマミン
を用いて鋳込圧（ゲージ圧）150Kg／cm2（プレツ
シヤオンメタル1000Kg／cm2）、鋳込プランジヤー
速度1.2m／sec、鋳込温度750℃、金型温度200゜〜
250℃の条件下で鋳造した。ダイカスト鋳造の為
寸法精度が良く、従つて鋳放しの状態で埋金とし
て使用可能なAl基複合材製耐摩環を得た。 次いで、この耐摩環を室温、又は250℃に予熱
した後金型内に埋金としてセツトし、AC8A合金
溶湯を用いて通常のダイカスト鋳造条件下でピス
トン本体１を成形した。 尚、その他の成形法として金型鋳造、溶湯鍛
造、低圧鋳造、又は低速鋳造等も可能である。 このように成形した複合材耐摩環の一般的性質
をピストン本体を形成するAC8A合金と対比して
表−１に示す。
【表】
オイル
表−１から、本考案の耐摩環は適度な熱膨張系
数を有し、しかも耐摩耗性に優れ、高温下ので強
度も高い。 次に、本考案耐摩環の特徴である熱膨張係性に
ついて使用温度範囲における測定値をADC10合
金と対比して表−２に示す。
表−１から、本考案の耐摩環は適度な熱膨張系
数を有し、しかも耐摩耗性に優れ、高温下ので強
度も高い。 次に、本考案耐摩環の特徴である熱膨張係性に
ついて使用温度範囲における測定値をADC10合
金と対比して表−２に示す。
【表】
本考案耐摩環は断面が略Ｔ字形状であり、かつ
表−２の測定値から、使用温度範囲において鋳鉄
製耐摩環と比べて熱膨張係数が小さいので、温度
上昇により径が膨大したピストン本体１の外周部
１ａから耐摩環３に締付力が働く為、ピストン本
体１と耐摩環３との結合力は強固になる。 以上説明したように本考案に係る複合材耐摩環
付ピストンによれば、SiC，Al2O3等の強化材を、
ピストン本体１と同系材質の溶湯に添加して撹拌
混合した素材を用いて耐摩環３をダイカスト鋳造
等により横断面略横向きＴ字形状に成形し、該耐
摩環３をピストン本体１の先端部に鋳造用アルミ
ニウム合金等により鋳ぐるんで一体に成形したも
のであるから、上記耐摩環３は横断面略横向きＴ
字形状であり、かつその熱膨張係数が小さいの
で、寸法安定性に優れ、ピストン本体１と耐摩環
３とは機械的結合が強固であると共に、耐摩環３
のマトリツクス合金と、ピストン本体１の素材と
は同系材質であり、かつ鋳造用軽合金溶湯中に上
述強化材を添加し撹拌混合したことにより、当該
強化材が合金中に均一に分布することによつて、
両者は冶金的結合も強いので、その両者の結合は
従来品に比べて強固であるから高温下で長時間運
転しても常に密に保持されてクリアランスを生じ
ることはなくなり、又耐摩環３は耐摩耗性に優
れ、高温強度が高く、寸法精度の高いものをダイ
カスト成形によつて量産できるので機械加工を省
くことができ、かつピストン本体１と耐摩環３は
上述のように機械的及び冶金的結合が強固である
ことによつて従来必要とされていたアルフイン処
理を省略できるから生産性に優れてコストダウン
でき、更に従来品に比し軽量化を図り得るので低
速用エンジンは勿論、高速用エンジンにも適用で
きてエンジンの性能向上を図り得る等の効果があ
る。
表−２の測定値から、使用温度範囲において鋳鉄
製耐摩環と比べて熱膨張係数が小さいので、温度
上昇により径が膨大したピストン本体１の外周部
１ａから耐摩環３に締付力が働く為、ピストン本
体１と耐摩環３との結合力は強固になる。 以上説明したように本考案に係る複合材耐摩環
付ピストンによれば、SiC，Al2O3等の強化材を、
ピストン本体１と同系材質の溶湯に添加して撹拌
混合した素材を用いて耐摩環３をダイカスト鋳造
等により横断面略横向きＴ字形状に成形し、該耐
摩環３をピストン本体１の先端部に鋳造用アルミ
ニウム合金等により鋳ぐるんで一体に成形したも
のであるから、上記耐摩環３は横断面略横向きＴ
字形状であり、かつその熱膨張係数が小さいの
で、寸法安定性に優れ、ピストン本体１と耐摩環
３とは機械的結合が強固であると共に、耐摩環３
のマトリツクス合金と、ピストン本体１の素材と
は同系材質であり、かつ鋳造用軽合金溶湯中に上
述強化材を添加し撹拌混合したことにより、当該
強化材が合金中に均一に分布することによつて、
両者は冶金的結合も強いので、その両者の結合は
従来品に比べて強固であるから高温下で長時間運
転しても常に密に保持されてクリアランスを生じ
ることはなくなり、又耐摩環３は耐摩耗性に優
れ、高温強度が高く、寸法精度の高いものをダイ
カスト成形によつて量産できるので機械加工を省
くことができ、かつピストン本体１と耐摩環３は
上述のように機械的及び冶金的結合が強固である
ことによつて従来必要とされていたアルフイン処
理を省略できるから生産性に優れてコストダウン
でき、更に従来品に比し軽量化を図り得るので低
速用エンジンは勿論、高速用エンジンにも適用で
きてエンジンの性能向上を図り得る等の効果があ
る。
第１図は本考案に係る複合材耐摩環付ピストン
の一例を示す縦断正面図、第２図は同ピストンに
おける複合材耐摩環を示す斜視図である。 １……ピストン本体、２……トツプリング溝
部、３……耐摩環。
の一例を示す縦断正面図、第２図は同ピストンに
おける複合材耐摩環を示す斜視図である。 １……ピストン本体、２……トツプリング溝
部、３……耐摩環。
Claims (1)
- SiC，Al2O3等の強化材をピストン本体１と同
系材質の溶湯に添加して撹拌混合した素材を用い
てダイカスト鋳造等により横断面略横向きＴ字形
状に成形した耐摩環３を、ピストン本体１の先端
部等へAl合金等により鋳ぐるんで一体に成形し
てなることを特徴とする複合材耐摩環付ピスト
ン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12051983U JPS6028245U (ja) | 1983-08-01 | 1983-08-01 | 複合材耐摩環付ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12051983U JPS6028245U (ja) | 1983-08-01 | 1983-08-01 | 複合材耐摩環付ピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6028245U JPS6028245U (ja) | 1985-02-26 |
| JPH0134683Y2 true JPH0134683Y2 (ja) | 1989-10-23 |
Family
ID=30276187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12051983U Granted JPS6028245U (ja) | 1983-08-01 | 1983-08-01 | 複合材耐摩環付ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6028245U (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030016965A (ko) * | 2001-08-23 | 2003-03-03 | 현대자동차주식회사 | 피스톤 링의 탑 링 캐리어 구조 |
-
1983
- 1983-08-01 JP JP12051983U patent/JPS6028245U/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6028245U (ja) | 1985-02-26 |
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