JPH0154541B2 - - Google Patents
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- JPH0154541B2 JPH0154541B2 JP55153001A JP15300180A JPH0154541B2 JP H0154541 B2 JPH0154541 B2 JP H0154541B2 JP 55153001 A JP55153001 A JP 55153001A JP 15300180 A JP15300180 A JP 15300180A JP H0154541 B2 JPH0154541 B2 JP H0154541B2
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- JP
- Japan
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- cap member
- piston
- protrusion
- groove
- outer diameter
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- 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
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
-
- 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
- F02F3/10—Pistons having surface coverings
- F02F3/12—Pistons having surface coverings on piston heads
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
- F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
- F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
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- 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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
- F05C2201/0448—Steel
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- F05C2203/0882—Carbon, e.g. graphite
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- 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
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- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
-
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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- F05C2253/16—Fibres
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は内燃機関のピストンに関し、特に複合
構造の軽量ピストンに関する。
構造の軽量ピストンに関する。
特開昭53−41622号公報にはアルミニウム合金
製ピストンの頂部をピストンスカート部より小さ
い外径とし、ピストン頂面上に形成された円筒状
凹部に繊維成形体を充填した複合ピストンが開示
されている。しかしながらこのピストンでは、繊
維成形体がピストン頂面上の円筒状凹部内に単に
充填されているだけであるため、エンジン運転時
においてアルミニウム合金製ピストンが熱膨張す
ると繊維成形体がピストン頂面上の円筒状凹部か
ら脱落するおそれがあるという問題がある。
製ピストンの頂部をピストンスカート部より小さ
い外径とし、ピストン頂面上に形成された円筒状
凹部に繊維成形体を充填した複合ピストンが開示
されている。しかしながらこのピストンでは、繊
維成形体がピストン頂面上の円筒状凹部内に単に
充填されているだけであるため、エンジン運転時
においてアルミニウム合金製ピストンが熱膨張す
ると繊維成形体がピストン頂面上の円筒状凹部か
ら脱落するおそれがあるという問題がある。
また、実公昭47−16001号公報、実開昭52−
127110号公報、および実開昭53−128409号公報に
は、アルミニウム合金製ピストンの頂部の外周面
上に、外方に向けて突出する突出部を形成し、ピ
ストン頂部に取付けられるキヤツプ部材内周面上
に、突出部と係合可能な溝を形成してこの溝を突
出部に嵌合させたピストンが開示されている。し
かしながら、これらのピストンでは、キヤツプ部
材の外径とピストンスカート部との外径が同一で
あるため、ピストンキヤツプ部の熱膨張率がピス
トンの熱膨張率より大きい場合には、エンジン運
転時にピストンキヤツプ部の外径がピストンスカ
ート部の外径より大きくなつてピストンの摺動損
失が増大したり、さらにはピストンが摺動不可能
となるおそれがある。
127110号公報、および実開昭53−128409号公報に
は、アルミニウム合金製ピストンの頂部の外周面
上に、外方に向けて突出する突出部を形成し、ピ
ストン頂部に取付けられるキヤツプ部材内周面上
に、突出部と係合可能な溝を形成してこの溝を突
出部に嵌合させたピストンが開示されている。し
かしながら、これらのピストンでは、キヤツプ部
材の外径とピストンスカート部との外径が同一で
あるため、ピストンキヤツプ部の熱膨張率がピス
トンの熱膨張率より大きい場合には、エンジン運
転時にピストンキヤツプ部の外径がピストンスカ
ート部の外径より大きくなつてピストンの摺動損
失が増大したり、さらにはピストンが摺動不可能
となるおそれがある。
それらの問題点に鑑み本発明は、キヤツプ部材
とピストンとの熱膨張差によつてこれらの係合が
はずれることを防止すると共に、キヤツプ部材の
外径がピストンの外径より大きくなつてピストン
の摺動損失が増大することを防止することを目的
とする。
とピストンとの熱膨張差によつてこれらの係合が
はずれることを防止すると共に、キヤツプ部材の
外径がピストンの外径より大きくなつてピストン
の摺動損失が増大することを防止することを目的
とする。
本発明によれば繊維強化樹脂材で形成され形状
が円筒状であつて、ヘツド部分、胴部分及びスカ
ート部分からなる基礎構造体を有する一体構造の
ピストンが提供され、セラミツクス又は金属、及
びその合金のような不燃性材料、特にアルミニウ
ムのような熱伝導性材料から形成されたキヤツプ
部材が上記基礎構造体のヘツド部分を一体構造に
完全に被覆している。
が円筒状であつて、ヘツド部分、胴部分及びスカ
ート部分からなる基礎構造体を有する一体構造の
ピストンが提供され、セラミツクス又は金属、及
びその合金のような不燃性材料、特にアルミニウ
ムのような熱伝導性材料から形成されたキヤツプ
部材が上記基礎構造体のヘツド部分を一体構造に
完全に被覆している。
以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説明
する。尚、添付図面の各図における同一の参照番
号はそれに相当する同一部材を指示するものであ
る。
する。尚、添付図面の各図における同一の参照番
号はそれに相当する同一部材を指示するものであ
る。
図において、１０は本発明によるピストンを示
し、該ピストン１０はヘツド部分１１、胴部分１
２及びスカート部分１３を有する繊維強化基礎構
造体からなるものである。上記ヘツド部分１１に
キヤツプ部材１４が一体構造的に結合されてい
る。
し、該ピストン１０はヘツド部分１１、胴部分１
２及びスカート部分１３を有する繊維強化基礎構
造体からなるものである。上記ヘツド部分１１に
キヤツプ部材１４が一体構造的に結合されてい
る。
本発明によるピストン１０の基礎構造体は繊維
強化樹脂材料から形成されている。本発明の実施
に際しては、上記繊維は不連続で不規則方位の繊
維で一般に約1/8吋（約３mm）から２吋（約51mm）
までの長さ範囲のもので特に約1/2吋（約13mm）
の長さのものである。この強化繊維はほう素、炭
素、グラフアイト、ガラス、ポリアラアミド
（Polyaramids）及びこれらの混合材のような代
表的な強化材料から選択される。しかしながら、
これらの強化繊維はガラス、炭素及びグラフアイ
ト繊維から選択するのが好ましい。きわめて周知
のように、ガラス繊維は炭素繊維よりも比較的廉
価であるので、本発明のピストンを形成するとき
費用が唯一の選択基準である場合には必然的に選
択される繊維である。一方、炭素繊維はガラス繊
維よりも非常に軽量であるので、重量が第一に重
要である場合はグラフアイト繊維、又は炭素とグ
ラフアイト繊維が選択される繊維となる。勿論、
中間物としてガラス、炭素及びグラフアイト繊維
の混合物を選択することもある。
強化樹脂材料から形成されている。本発明の実施
に際しては、上記繊維は不連続で不規則方位の繊
維で一般に約1/8吋（約３mm）から２吋（約51mm）
までの長さ範囲のもので特に約1/2吋（約13mm）
の長さのものである。この強化繊維はほう素、炭
素、グラフアイト、ガラス、ポリアラアミド
（Polyaramids）及びこれらの混合材のような代
表的な強化材料から選択される。しかしながら、
これらの強化繊維はガラス、炭素及びグラフアイ
ト繊維から選択するのが好ましい。きわめて周知
のように、ガラス繊維は炭素繊維よりも比較的廉
価であるので、本発明のピストンを形成するとき
費用が唯一の選択基準である場合には必然的に選
択される繊維である。一方、炭素繊維はガラス繊
維よりも非常に軽量であるので、重量が第一に重
要である場合はグラフアイト繊維、又は炭素とグ
ラフアイト繊維が選択される繊維となる。勿論、
中間物としてガラス、炭素及びグラフアイト繊維
の混合物を選択することもある。
こゝに指摘したように、不連続繊維は樹脂母材
に埋め込まれている。一般に、樹脂母材としては
熱硬化性樹脂が好ましいけれども、熱可塑性又は
熱硬化性樹脂のような樹脂ならなんでも使用する
ことができる。
に埋め込まれている。一般に、樹脂母材としては
熱硬化性樹脂が好ましいけれども、熱可塑性又は
熱硬化性樹脂のような樹脂ならなんでも使用する
ことができる。
適当な熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、ポ
リイミド樹脂及びポリエステル樹脂がある。
リイミド樹脂及びポリエステル樹脂がある。
エポキシ樹脂にはポリエポキサイド（polyepo
−xides）があり、該ポリエポキサイドはよく知
られた縮合生成物、すなわち水酸基、もしくはア
ミン、酸及びアルデヒドのような活性水素原子を
含有する化合物をもつたオキシラン環を含有する
化合物である。最も一般的なエポキシ樹脂化合物
はエピクロルヒドリン、ビスフエノール及びその
同族体の化合物である。ポリエステル樹脂は多価
アルコールをもつた多塩基酸の縮合重合生成物で
ある。代表的なポリエステルにはポリエチレンテ
レフタレートのようなポリテレフタレートがあ
る。ポリイミド樹脂はピロメリツト酸二無水物及
び芳香族ジアミンから誘導される。
−xides）があり、該ポリエポキサイドはよく知
られた縮合生成物、すなわち水酸基、もしくはア
ミン、酸及びアルデヒドのような活性水素原子を
含有する化合物をもつたオキシラン環を含有する
化合物である。最も一般的なエポキシ樹脂化合物
はエピクロルヒドリン、ビスフエノール及びその
同族体の化合物である。ポリエステル樹脂は多価
アルコールをもつた多塩基酸の縮合重合生成物で
ある。代表的なポリエステルにはポリエチレンテ
レフタレートのようなポリテレフタレートがあ
る。ポリイミド樹脂はピロメリツト酸二無水物及
び芳香族ジアミンから誘導される。
樹脂内における繊維の量は繊維の選定、基本的
部分の強度や重量特性などによつて変化する。一
般に、内燃機関のピストンの場合は、樹脂内のガ
ラス繊維が体積比で約40％ないし70％であつて、
好ましくは55％ないし65％が採用される。特にエ
ポキシ樹脂母材においてはガラス繊維の量が体積
比で約60％ないし65％であるのが好ましい。ま
た、強化繊維が炭素繊維である場合は、一般に樹
脂内の炭素繊維の量が体積比で約40％ないし70％
であつて、好ましくは55％ないし約65％が採用さ
れる。エポキシ樹脂母材における刻み炭素繊維又
はグラフアイト繊維の量は体積比で60％ないし65
％であることが特に好ましい。
部分の強度や重量特性などによつて変化する。一
般に、内燃機関のピストンの場合は、樹脂内のガ
ラス繊維が体積比で約40％ないし70％であつて、
好ましくは55％ないし65％が採用される。特にエ
ポキシ樹脂母材においてはガラス繊維の量が体積
比で約60％ないし65％であるのが好ましい。ま
た、強化繊維が炭素繊維である場合は、一般に樹
脂内の炭素繊維の量が体積比で約40％ないし70％
であつて、好ましくは55％ないし約65％が採用さ
れる。エポキシ樹脂母材における刻み炭素繊維又
はグラフアイト繊維の量は体積比で60％ないし65
％であることが特に好ましい。
本発明のピストンは圧縮成形技術によつて最も
有益に形成される。実際に、圧縮成形用として指
定される商業的に利用できるシート状又はばら状
の樹脂−繊維強化熱硬化性合成物は本発明を実施
するのにきわめて適当な材料である。代表的な商
業的に利用できる成形合成物、例えばガラス繊維
を混入したエポキシ樹脂成形合成物、及びグラフ
アイト繊維を混合したエポキシ成形合成物はそれ
ぞれ商号EM−7302及びEM−7125としてカルフ
オルニヤ州ガーデイニアのユーエスヒテイコ社重
合体部門（the U.S.Polymeric Division of
HITCO、Gardenia、CA）によつてばら状でで
販売されており、またシート状では商号リテツク
ス5G65（Lytex5G65）としてイリノイ州、ウツド
ストツク（Woodstock，IL）のモートン化学会
社（Morton Chemical Co.，）によつて販売され
ている。
有益に形成される。実際に、圧縮成形用として指
定される商業的に利用できるシート状又はばら状
の樹脂−繊維強化熱硬化性合成物は本発明を実施
するのにきわめて適当な材料である。代表的な商
業的に利用できる成形合成物、例えばガラス繊維
を混入したエポキシ樹脂成形合成物、及びグラフ
アイト繊維を混合したエポキシ成形合成物はそれ
ぞれ商号EM−7302及びEM−7125としてカルフ
オルニヤ州ガーデイニアのユーエスヒテイコ社重
合体部門（the U.S.Polymeric Division of
HITCO、Gardenia、CA）によつてばら状でで
販売されており、またシート状では商号リテツク
ス5G65（Lytex5G65）としてイリノイ州、ウツド
ストツク（Woodstock，IL）のモートン化学会
社（Morton Chemical Co.，）によつて販売され
ている。
キヤツプ部材１４の形成に使用する材料はピス
トンが内燃機関の使用条件で通常受ける高温及び
高圧のもとで比較的に耐腐食性及び安定性のある
広範囲の材料から選択することができる。とりわ
けキヤツプ部材１４形成に適当である部類の材料
は金属とセラミツクスである。本発明の実施にお
いては、キヤツプ部材１４を鋼、アルミニウム及
びチタンのような金属又はその合金で形成するの
が特に好ましい。実際には、キヤツプ部材１４を
次のアルミニウム合金すなわち称呼番号2024、
7075、7078及び6061のアルミニウム合金で形成す
るのが特に好ましい。この称呼番号は勿論米国合
金構成表（U.S.alloy compositions）を参照した
ものである。これらの合金はＴ−３熱処理（T3
−temper）を施したものが特に好ましい。上記
のような構成と処理を有するアルミニウム合金は
商品としてあるので容易に利用でき、かつ標準的
な技術例えば適当な棒材を必要寸法に引抜き又は
押出しの技術によつて入用なキヤツプ部材１４に
形成することができる。本発明のピストンを形成
する場合には、ピストン基礎構造体とキヤツプ部
材１４間の熱膨張係数の相違に対する準備を考慮
しなければならない。図示の実施例では、基礎構
造体の材料よりも大きな熱膨張係数を有するアル
ミニウムのキヤツプ部材１４を使用しており、キ
ヤツプ部材１４の外径は十分な量だけピストン１
０の胴部分とスカート部分の外径よりも小さく設
計して、使用時に膨張したキヤツプ部材１４の外
径がピストン１０の基礎構造体のスカート部分と
リング部分の外径より大きくならないように形成
される。従つて、ピストン１０の基礎構造体のヘ
ツド部分もまた該基礎構造体の胴体やスカート部
分の外径よりも小さい外径を有する。図から明ら
かなように、キヤツプ部材１４に圧縮リング用の
環状溝１５が設けられている。同様にピストン１
０の基礎構造体の胴部分１２に必要なときにオイ
ルリングを収容するための環状溝１６が設けられ
ている。尚、該溝１６を設けるのは随意であるが
設けておいた方が好ましい。例えば、ピストンが
４サイクルエンジンに使用される場合はオイルリ
ングが必要であるが、ピストンが２サイクルエン
ジンに使用される場合はオイルリングは必要とさ
れない。また、複数個の密閉リングが必要とされ
る場合のためにこのような環状溝を複数個設ける
こともできる。
トンが内燃機関の使用条件で通常受ける高温及び
高圧のもとで比較的に耐腐食性及び安定性のある
広範囲の材料から選択することができる。とりわ
けキヤツプ部材１４形成に適当である部類の材料
は金属とセラミツクスである。本発明の実施にお
いては、キヤツプ部材１４を鋼、アルミニウム及
びチタンのような金属又はその合金で形成するの
が特に好ましい。実際には、キヤツプ部材１４を
次のアルミニウム合金すなわち称呼番号2024、
7075、7078及び6061のアルミニウム合金で形成す
るのが特に好ましい。この称呼番号は勿論米国合
金構成表（U.S.alloy compositions）を参照した
ものである。これらの合金はＴ−３熱処理（T3
−temper）を施したものが特に好ましい。上記
のような構成と処理を有するアルミニウム合金は
商品としてあるので容易に利用でき、かつ標準的
な技術例えば適当な棒材を必要寸法に引抜き又は
押出しの技術によつて入用なキヤツプ部材１４に
形成することができる。本発明のピストンを形成
する場合には、ピストン基礎構造体とキヤツプ部
材１４間の熱膨張係数の相違に対する準備を考慮
しなければならない。図示の実施例では、基礎構
造体の材料よりも大きな熱膨張係数を有するアル
ミニウムのキヤツプ部材１４を使用しており、キ
ヤツプ部材１４の外径は十分な量だけピストン１
０の胴部分とスカート部分の外径よりも小さく設
計して、使用時に膨張したキヤツプ部材１４の外
径がピストン１０の基礎構造体のスカート部分と
リング部分の外径より大きくならないように形成
される。従つて、ピストン１０の基礎構造体のヘ
ツド部分もまた該基礎構造体の胴体やスカート部
分の外径よりも小さい外径を有する。図から明ら
かなように、キヤツプ部材１４に圧縮リング用の
環状溝１５が設けられている。同様にピストン１
０の基礎構造体の胴部分１２に必要なときにオイ
ルリングを収容するための環状溝１６が設けられ
ている。尚、該溝１６を設けるのは随意であるが
設けておいた方が好ましい。例えば、ピストンが
４サイクルエンジンに使用される場合はオイルリ
ングが必要であるが、ピストンが２サイクルエン
ジンに使用される場合はオイルリングは必要とさ
れない。また、複数個の密閉リングが必要とされ
る場合のためにこのような環状溝を複数個設ける
こともできる。
第２図に示すように、孔１７をスカート部分１
３の側壁に穿設してピストンピン用の適切な孔と
することができる。また第２図で明らかなよう
に、上記孔１７を設けた区域のスカート部分１３
の壁厚を増大してピストンのボスとして役だちか
つ強度を増加することができる。もし要望される
ならば、孔１７は耐摩耗性を増大するためにブツ
シユを嵌合するのに使用されることもできる。
３の側壁に穿設してピストンピン用の適切な孔と
することができる。また第２図で明らかなよう
に、上記孔１７を設けた区域のスカート部分１３
の壁厚を増大してピストンのボスとして役だちか
つ強度を増加することができる。もし要望される
ならば、孔１７は耐摩耗性を増大するためにブツ
シユを嵌合するのに使用されることもできる。
ピストン１０の基礎構造体のヘツド部分１１と
確実にしかも分離できないように係合するための
手段をキヤツプ部材１４に設けることが本発明の
実施において特に重要である。このことはキヤツ
プ部材１４の内径部内に係合関係をもたらすため
の内周溝１９と、ヘツド部分１１の外側に延びる
外周フランジ２０とを設けることによつてきわめ
て容易に達成される。
確実にしかも分離できないように係合するための
手段をキヤツプ部材１４に設けることが本発明の
実施において特に重要である。このことはキヤツ
プ部材１４の内径部内に係合関係をもたらすため
の内周溝１９と、ヘツド部分１１の外側に延びる
外周フランジ２０とを設けることによつてきわめ
て容易に達成される。
第５図に示す本発明の別の実施例においては、
キヤツプ部材１４は係合キー溝２２内に延在する
キー２１によつてヘツド部分１１にその一部分と
して永久に嵌合されている。
キヤツプ部材１４は係合キー溝２２内に延在する
キー２１によつてヘツド部分１１にその一部分と
して永久に嵌合されている。
ピストンはキヤツプ部材１４を適当な型内に配
置して形成される。例えば、アルミニウムのキヤ
ツプ部材１４を使用する場合、該アルミニウムキ
ヤツプ部材１４を最初にサンドブラストを施して
からトリクロルエチレンで洗滌して、該部材１４
を一体成形用の型内に配置する。その後、型内に
必要な樹脂例えば前述のシート状成形化合物のう
ちの一つを装填する。それから型を閉じて、この
組立体に適切な熱と圧力を加える。例えば、上記
樹脂は一般に約135℃（約275〓）から約163℃
（約325〓）までの範囲の温度と、約70.3Kg／cm2
（約1000psi）から約352Kg／cm2（約5000psi）まで
の圧力で硬化される。冷却後、部品を型から分離
する。
置して形成される。例えば、アルミニウムのキヤ
ツプ部材１４を使用する場合、該アルミニウムキ
ヤツプ部材１４を最初にサンドブラストを施して
からトリクロルエチレンで洗滌して、該部材１４
を一体成形用の型内に配置する。その後、型内に
必要な樹脂例えば前述のシート状成形化合物のう
ちの一つを装填する。それから型を閉じて、この
組立体に適切な熱と圧力を加える。例えば、上記
樹脂は一般に約135℃（約275〓）から約163℃
（約325〓）までの範囲の温度と、約70.3Kg／cm2
（約1000psi）から約352Kg／cm2（約5000psi）まで
の圧力で硬化される。冷却後、部品を型から分離
する。
さて、本発明をさらに詳しく説明するために、
次の実施例について述べる。
次の実施例について述べる。
上記で概設した過程に従つて、５馬力のブリツ
グスーストラツトン（Briggs−Stratton）競走用
のエンジンのピストンを製作した。ピストンボス
を含んだピストン胴体は約60％のガラス繊維を含
有するガラス繊維強化エポキシ樹脂のばら状成形
化合物から形成された。キヤツプ部材１４はＴ−
３熱処理（Ｔ−3temper）を施した称呼番号6061
のアルミニウム合金から形成された。このピスト
ンの寸法は、運転中のアルミニウムの膨張に適応
するためにキヤツプ部材の外径をピストンのスカ
ート部分の外径よりも約0.76mm（約0.030吋）小
さくしたことを除いては、ブリツグスエンジン
（Briggs engine）性能説明書におけるピストン
の寸法と実質的に同一であつた。キヤツプ部材１
４の厚さは1.52mm（約0.060吋）であつた。アル
ミニウムキヤツプ部がピストン基礎構造体のヘツ
ド部分に係合接着するように、アルミニウムキヤ
ツプ部材を配置した適当な型内で繊維強化樹脂材
料を圧縮成形してこのピストンが形成された。こ
の成形は実際には148.8℃（300〓）の温度と
210.93Kg／cm2（3000psi）の圧力で処理された。
このピストンを形成後計量したらこのようなエン
ジンに使用される通常の金属製ピストンよりも25
％軽いことが分つた。
グスーストラツトン（Briggs−Stratton）競走用
のエンジンのピストンを製作した。ピストンボス
を含んだピストン胴体は約60％のガラス繊維を含
有するガラス繊維強化エポキシ樹脂のばら状成形
化合物から形成された。キヤツプ部材１４はＴ−
３熱処理（Ｔ−3temper）を施した称呼番号6061
のアルミニウム合金から形成された。このピスト
ンの寸法は、運転中のアルミニウムの膨張に適応
するためにキヤツプ部材の外径をピストンのスカ
ート部分の外径よりも約0.76mm（約0.030吋）小
さくしたことを除いては、ブリツグスエンジン
（Briggs engine）性能説明書におけるピストン
の寸法と実質的に同一であつた。キヤツプ部材１
４の厚さは1.52mm（約0.060吋）であつた。アル
ミニウムキヤツプ部がピストン基礎構造体のヘツ
ド部分に係合接着するように、アルミニウムキヤ
ツプ部材を配置した適当な型内で繊維強化樹脂材
料を圧縮成形してこのピストンが形成された。こ
の成形は実際には148.8℃（300〓）の温度と
210.93Kg／cm2（3000psi）の圧力で処理された。
このピストンを形成後計量したらこのようなエン
ジンに使用される通常の金属製ピストンよりも25
％軽いことが分つた。
このようにして形成された上記ピストンを競走
車に組込んで250000回以上の負荷サイクル（クラ
ンクシヤフトの回転数）の野外試験を行なつたが
なんら問題がなかつた。
車に組込んで250000回以上の負荷サイクル（クラ
ンクシヤフトの回転数）の野外試験を行なつたが
なんら問題がなかつた。
以上のように本発明によれば、ヘツド部分の外
周面上に、外方に向けて突出する突出部を形成
し、この突出部にキヤツプ部材を分離不可能に嵌
着せしめると共に、キヤツプ部材が運転時に膨張
してもその外径が胴部分とスカート部分の外径よ
りも大きくならないように十分な量だけ胴部分と
スカート部分の外径よりも小さい外径を有するよ
うに形成せしめたので、キヤツプ部材とピストン
基礎構造体との間の係合がこれらの間の熱膨張差
によつてはずれることを防止することができると
共に、エンジン運転時においてもキヤツプ部材の
外径がピストン基礎構造体の胴部分およびスカー
ト部分の外径よりも大きくならないのでピストン
の摺動損失が増大したりシリンダに対し摺動不可
能となることを防止することができる。
周面上に、外方に向けて突出する突出部を形成
し、この突出部にキヤツプ部材を分離不可能に嵌
着せしめると共に、キヤツプ部材が運転時に膨張
してもその外径が胴部分とスカート部分の外径よ
りも大きくならないように十分な量だけ胴部分と
スカート部分の外径よりも小さい外径を有するよ
うに形成せしめたので、キヤツプ部材とピストン
基礎構造体との間の係合がこれらの間の熱膨張差
によつてはずれることを防止することができると
共に、エンジン運転時においてもキヤツプ部材の
外径がピストン基礎構造体の胴部分およびスカー
ト部分の外径よりも大きくならないのでピストン
の摺動損失が増大したりシリンダに対し摺動不可
能となることを防止することができる。
第１図は本発明によるピストンの正面図、第２
図は本発明によるピストンの側面図、第３図は第
１図の３−３線に沿つた断面図、第４図は第２図
の４−４線に沿つた断面図、第５図は本発明によ
る別の実施例を示す部分断面図である。 １０……ピストン、１１……ヘツド部分、１２
……胴部分、１３……スカート部分、１４……キ
ヤツプ部材、１５，１６……環状溝、１７……
孔、１９……内周溝、２０……外周フランジ、２
１……キー、２２……係合キー溝。
図は本発明によるピストンの側面図、第３図は第
１図の３−３線に沿つた断面図、第４図は第２図
の４−４線に沿つた断面図、第５図は本発明によ
る別の実施例を示す部分断面図である。 １０……ピストン、１１……ヘツド部分、１２
……胴部分、１３……スカート部分、１４……キ
ヤツプ部材、１５，１６……環状溝、１７……
孔、１９……内周溝、２０……外周フランジ、２
１……キー、２２……係合キー溝。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関用のピストンであつて、該ピストン
は、 ヘツド部分、胴部分及びスカート部分からな
り、繊維強化樹脂材料から形成された基礎構造体
と、 上記基礎構造体と一体構造的に上記ヘツド部分
の全外壁面を被うと共に上記基礎構造体よりも熱
膨張率の大きいセラミツクス、金属及びその合金
からなる一群から選択された材料で形成されたキ
ヤツプ部材と、からなるもので、 上記ヘツド部分の外周面上に、外方に向けて突
出する突出部を形成し、上記キヤツプ部材内周面
上に前記突出部と係合可能な溝を形成し、該溝を
前記突出部に嵌合させることにより、前記突出部
に上記キヤツプ部材を分離不可能に嵌着せしめ、
前記キヤツプ部材は運転時に膨張してもその外径
が上記胴部分とスカート部分の外径よりも大きく
ならないように十分な量だけ上記胴部分とスカー
ト部分の外径よりも小さい外径を有するように形
成されたことを特徴とする複合ピストン。 ２ 前記樹脂が熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂から
選択されたものであり、また前記繊維がほう素、
炭素、グラフアイト、ガラス、ポリアラアミド
（polyaramids）及びこれらの混合物からなる一
群から選択されたものであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の複合ピストン。 ３ 前記樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載の複合ピストン。 ４ 前記熱硬化性樹脂がエポキシ、ポリイミド及
びポリエステルから選択されたものであることを
特徴とする特許請求の範囲第３項記載の複合ピス
トン。 ５ 前記突出部は環状フランジによつて形成さ
れ、前記溝は、前記環状フランジが嵌合する環状
溝であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の複合ピストン。 ６ 前記突出部はキーによつて形成され、前記溝
は、前記キーが嵌合するキー溝であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の複合ピスト
ン。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/090,447 US4306489A (en) | 1979-11-01 | 1979-11-01 | Composite piston |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5688934A JPS5688934A (en) | 1981-07-18 |
| JPH0154541B2 true JPH0154541B2 (ja) | 1989-11-20 |
Family
ID=22222802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15300180A Granted JPS5688934A (en) | 1979-11-01 | 1980-11-01 | Composite piston |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4306489A (ja) |
| EP (1) | EP0028502A1 (ja) |
| JP (1) | JPS5688934A (ja) |
| CA (1) | CA1142820A (ja) |
Families Citing this family (45)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1980-11-01 JP JP15300180A patent/JPS5688934A/ja active Granted
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