JPH02292574A - 繊維強化プラスチック製ピストンピンの製造方法 - Google Patents
繊維強化プラスチック製ピストンピンの製造方法Info
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- JPH02292574A JPH02292574A JP8717690A JP8717690A JPH02292574A JP H02292574 A JPH02292574 A JP H02292574A JP 8717690 A JP8717690 A JP 8717690A JP 8717690 A JP8717690 A JP 8717690A JP H02292574 A JPH02292574 A JP H02292574A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、内燃機関などに用いられる繊維強化プラスチ
ック製ピストンピンの製造方法に係り、さらに詳しくは
、その剛性と耐摩耗性とを改良した繊維強化プラスチッ
ク製ピストンピンの製造方法に関する． 背景技術とその問題点 内燃機関などにおけるピストンピン１は、第１図に示す
ように、ピストン２のビン孔３に支持され、その中央部
に嵌入されたコネクチングロソド（以下、「コンロツド
Ｊという）４とピストン２とを連結するもので、ピスト
ン頂面５に加わる燃焼室内の爆発圧力をピストン２から
受けてコンロッド４に伝えるものである。従って、ピス
トンピンｌとコンロッド４との間の上記爆発圧力の伝達
に伴い、ピストンピン１には、比較的高温度下において
軸方向の曲げ応力が発生する。また、その外周はビン孔
３やコンロツド４との接触面において半径方向の接触圧
力を受け、この圧力によって接触部に圧縮応力と摩擦力
とが発生する。
ック製ピストンピンの製造方法に係り、さらに詳しくは
、その剛性と耐摩耗性とを改良した繊維強化プラスチッ
ク製ピストンピンの製造方法に関する． 背景技術とその問題点 内燃機関などにおけるピストンピン１は、第１図に示す
ように、ピストン２のビン孔３に支持され、その中央部
に嵌入されたコネクチングロソド（以下、「コンロツド
Ｊという）４とピストン２とを連結するもので、ピスト
ン頂面５に加わる燃焼室内の爆発圧力をピストン２から
受けてコンロッド４に伝えるものである。従って、ピス
トンピンｌとコンロッド４との間の上記爆発圧力の伝達
に伴い、ピストンピン１には、比較的高温度下において
軸方向の曲げ応力が発生する。また、その外周はビン孔
３やコンロツド４との接触面において半径方向の接触圧
力を受け、この圧力によって接触部に圧縮応力と摩擦力
とが発生する。
従って、このような負荷に耐えるためには、ピストンピ
ン１の材質は、例えば合金鋼を浸炭焼入れ焼戻したもの
であるのが通常である。しかし、鋼製であれば、当然そ
の比重が大きいから、運転中のピストンピンの慣性力が
大きくなり、これにより、エンジンの振動などが大きく
なるという問題が生じる。
ン１の材質は、例えば合金鋼を浸炭焼入れ焼戻したもの
であるのが通常である。しかし、鋼製であれば、当然そ
の比重が大きいから、運転中のピストンピンの慣性力が
大きくなり、これにより、エンジンの振動などが大きく
なるという問題が生じる。
このような状況に鑑み、最近、繊維強化プラスチック製
のピストンピンの利用が注目されて来ている。この繊維
強化プラスチック製のピストンピンは、プラスチックの
基地（マトリックス）内に弾性率や引張強さが大で硬度
が高く、かつ自己潤滑性を有する炭素繊維を配したもの
で、これによって、軽量化はもちろん、強度的にも充分
強く、しかも潤滑性の良いピストンピンが作られるよう
になった。
のピストンピンの利用が注目されて来ている。この繊維
強化プラスチック製のピストンピンは、プラスチックの
基地（マトリックス）内に弾性率や引張強さが大で硬度
が高く、かつ自己潤滑性を有する炭素繊維を配したもの
で、これによって、軽量化はもちろん、強度的にも充分
強く、しかも潤滑性の良いピストンピンが作られるよう
になった。
しかしながら、このプラスチック製ピストンピンでは、
炭素繊維によって前記曲げ応力には充分耐えられても、
前記コンロッド内面との接触面においては、基地が比較
的軟質のプラスチックであるから、この部分が前記接触
圧力により第２図に示すように選択的に摩耗又は変形し
て、炭素繊維６が突き出ることになる。このため、相手
方のピン孔やコンロッドの内面を損傷させたり、この摩
耗又は変形してへこんだプラスチックの基地７からクラ
ック８が発生したり、或は、摩耗又は変形が僅かでも、
繰返し応力を受けてプラスチック部からクランクが発生
するなどの不具合が発生していた。
炭素繊維によって前記曲げ応力には充分耐えられても、
前記コンロッド内面との接触面においては、基地が比較
的軟質のプラスチックであるから、この部分が前記接触
圧力により第２図に示すように選択的に摩耗又は変形し
て、炭素繊維６が突き出ることになる。このため、相手
方のピン孔やコンロッドの内面を損傷させたり、この摩
耗又は変形してへこんだプラスチックの基地７からクラ
ック８が発生したり、或は、摩耗又は変形が僅かでも、
繰返し応力を受けてプラスチック部からクランクが発生
するなどの不具合が発生していた。
発明の目的
本発明は、上記の不具合な点を除去するためになされた
もので、その目的は、従来のようにプラスチックの基地
のみが過度に摩耗することがなく、剛性が高くて強度的
にも強い繊維強化プラスチック製ピストンピンを簡単な
製造工程により提供することにある。
もので、その目的は、従来のようにプラスチックの基地
のみが過度に摩耗することがなく、剛性が高くて強度的
にも強い繊維強化プラスチック製ピストンピンを簡単な
製造工程により提供することにある。
発明の概要
上述の目的を達成するための本発明は、炭素繊維積層体
の軸方向に対して互いに交叉するように炭素繊維を格子
状に配置してほぼピストンピンの形状に構成した前記炭
素繊維積層体を形成し、ウィスカの短繊維を分散させて
含ませたプラスチックを前記ほぼピストンピン形状の炭
素繊維積層体に含浸させて硬化させたことを特徴とする
、繊維強化プラスチック製ピストンピンの製造方法に係
るものである。
の軸方向に対して互いに交叉するように炭素繊維を格子
状に配置してほぼピストンピンの形状に構成した前記炭
素繊維積層体を形成し、ウィスカの短繊維を分散させて
含ませたプラスチックを前記ほぼピストンピン形状の炭
素繊維積層体に含浸させて硬化させたことを特徴とする
、繊維強化プラスチック製ピストンピンの製造方法に係
るものである。
以上のように構成することにより、ピストンピンの表面
の耐摩耗性が改善され、従来のようにプラスチックの基
地のみが過度に摩耗又は変形することがなく、強度的に
も強い繊維強化プラスチック製ピストンピンを簡単な製
造工程により提供することができる。
の耐摩耗性が改善され、従来のようにプラスチックの基
地のみが過度に摩耗又は変形することがなく、強度的に
も強い繊維強化プラスチック製ピストンピンを簡単な製
造工程により提供することができる。
実施例
以下、本発明の一実施例を第３図〜第５図により説明す
る。
る。
先ず、第３図に示すように、炭素繊維１０をピストンピ
ン１ｌの軸方向に対してほぼ一定の角度（例えばほぼ４
５度）で、しかも互いに交叉するようにして、格子状の
炭素繊維１０から成る円筒体を作る。この格子状の炭素
繊維から成る円筒体を作るには、炭素繊維１０を平面的
に格子状に配列した後にこれを円筒状に巻いてもよく、
また、円柱状の型の外周に．格子状に巻付けた後にこの
型から取り外すようにしてもよい。或は、直径の異なる
幾つかの円筒体を作り、これらを同心円的に配置しても
よい。
ン１ｌの軸方向に対してほぼ一定の角度（例えばほぼ４
５度）で、しかも互いに交叉するようにして、格子状の
炭素繊維１０から成る円筒体を作る。この格子状の炭素
繊維から成る円筒体を作るには、炭素繊維１０を平面的
に格子状に配列した後にこれを円筒状に巻いてもよく、
また、円柱状の型の外周に．格子状に巻付けた後にこの
型から取り外すようにしてもよい。或は、直径の異なる
幾つかの円筒体を作り、これらを同心円的に配置しても
よい。
次いで、この格子状の炭素繊維から成る円筒体に、短繊
維の炭化珪素ウィスカを分敗させて含ませたポリイミド
樹脂を浸入させてから、加熱硬化させて、軸形状のピス
トンピン１１を成形する。
維の炭化珪素ウィスカを分敗させて含ませたポリイミド
樹脂を浸入させてから、加熱硬化させて、軸形状のピス
トンピン１１を成形する。
ウィスカとしては、上記炭化珪素の他に窒化珪素でもよ
く、これらの弾性率はほぼ５０，０００ｋｇ／＋ｎｏ＋
”、引張強さは最大約１， ４ ０ ０ｋｇ／ｍｍ”
程度である。そして、基地のプラスチックとしては、上
記ポリイミド樹脂の他に、ポリアミド樹脂やエボキシ樹
脂などがよく、これらは軽量化に大きく寄与することは
もちろん、ある程度の耐熱強度も有している。なお、炭
素繊維，１０は、弾性率がほぼ２ ５， ０ ０ ０
ｋｇ／ｍｍ” 、引張強さが２１０〜３ ０ ０ ｋｇ
／ａｍ”程度である。そして、上記強化繊維の体積充填
率は、炭素繊維１０がほぼ２０〜６０％、ウィスカが５
〜２０％であるのが好ましく、本実施例においては、炭
素繊維を約３０％、炭化珪素のウィスカ１３を約１５％
充填した。
く、これらの弾性率はほぼ５０，０００ｋｇ／＋ｎｏ＋
”、引張強さは最大約１， ４ ０ ０ｋｇ／ｍｍ”
程度である。そして、基地のプラスチックとしては、上
記ポリイミド樹脂の他に、ポリアミド樹脂やエボキシ樹
脂などがよく、これらは軽量化に大きく寄与することは
もちろん、ある程度の耐熱強度も有している。なお、炭
素繊維，１０は、弾性率がほぼ２ ５， ０ ０ ０
ｋｇ／ｍｍ” 、引張強さが２１０〜３ ０ ０ ｋｇ
／ａｍ”程度である。そして、上記強化繊維の体積充填
率は、炭素繊維１０がほぼ２０〜６０％、ウィスカが５
〜２０％であるのが好ましく、本実施例においては、炭
素繊維を約３０％、炭化珪素のウィスカ１３を約１５％
充填した。
このようにしてできた繊維強化プラスチック製ピストン
ピン１１の表面部を顕微鏡で見た所を概略的に示したの
が第４図であり、また、第５図はピストンピンの表面部
の一部分の拡大斜視図で第２図と同様の図であるが、プ
ラスチックの基地１２が格子状の炭素繊維１０とこの格
子間に分布するウィスカ１３とによって二重に強化され
ていることが分かる。なお、炭素繊維１０を互いに交叉
するように格子状にして巻いているのは、炭素繊維の機
械的特性の方向性（異方性）をできる限り少なくするた
めである。
ピン１１の表面部を顕微鏡で見た所を概略的に示したの
が第４図であり、また、第５図はピストンピンの表面部
の一部分の拡大斜視図で第２図と同様の図であるが、プ
ラスチックの基地１２が格子状の炭素繊維１０とこの格
子間に分布するウィスカ１３とによって二重に強化され
ていることが分かる。なお、炭素繊維１０を互いに交叉
するように格子状にして巻いているのは、炭素繊維の機
械的特性の方向性（異方性）をできる限り少なくするた
めである。
応用例
本発明による繊維強化プラスチック製ピストンピンの製
造方法は、内燃機関に限らず、油圧機器や空圧機器など
のピストンピンの製造方法に適用することができる。
造方法は、内燃機関に限らず、油圧機器や空圧機器など
のピストンピンの製造方法に適用することができる。
発明の効果
本発明による繊維強化プラスチック製ピストンピンの製
造方法によれば、基本的には、炭素繊維積層体の軸方向
に対して互いに交叉するように炭素繊維を格子状に配置
してほぼピストンピンの形状に構成した前記炭素繊維積
層体を形成し、ウィスカの短繊維を分散させて含ませた
プラスチックを前記ほぼピストンピン形状の炭素繊維積
層体に含浸させて硬化させることによって、プラスチッ
クの基地を炭素繊維で強化すると共に、さらにウィスカ
の短繊維で強化したピストンピンを製造することができ
るから、その製造工程が簡単である。
造方法によれば、基本的には、炭素繊維積層体の軸方向
に対して互いに交叉するように炭素繊維を格子状に配置
してほぼピストンピンの形状に構成した前記炭素繊維積
層体を形成し、ウィスカの短繊維を分散させて含ませた
プラスチックを前記ほぼピストンピン形状の炭素繊維積
層体に含浸させて硬化させることによって、プラスチッ
クの基地を炭素繊維で強化すると共に、さらにウィスカ
の短繊維で強化したピストンピンを製造することができ
るから、その製造工程が簡単である。
また、本発明の製造方法により製造されるピストンピン
においては、ピストンピンのピストンやコンロッドとの
接触面におけるプラスチック基地は、強くて硬い格子状
の炭素繊維と、この格子間に分布されたさらに強くて硬
いウィスカの短繊維とによって強化されているから、上
記接触面は強度的に強くなると共に剛性も高められ、こ
のため、高い面圧の高速度の摩擦力を受けても、この面
圧力による圧縮応力や変形、摩擦力による摩耗などに充
分耐えることができる。この結果、プラスチックの基地
のみが過度に摩耗したり変形して凹み、この凹部からク
ラックが発生するようなことがない。また、上記圧縮応
力が繰返されてもクラックが発生するようなことがない
。
においては、ピストンピンのピストンやコンロッドとの
接触面におけるプラスチック基地は、強くて硬い格子状
の炭素繊維と、この格子間に分布されたさらに強くて硬
いウィスカの短繊維とによって強化されているから、上
記接触面は強度的に強くなると共に剛性も高められ、こ
のため、高い面圧の高速度の摩擦力を受けても、この面
圧力による圧縮応力や変形、摩擦力による摩耗などに充
分耐えることができる。この結果、プラスチックの基地
のみが過度に摩耗したり変形して凹み、この凹部からク
ラックが発生するようなことがない。また、上記圧縮応
力が繰返されてもクラックが発生するようなことがない
。
また、本発明の製造方法により製造されるピストンピン
においては、ピストンピンの軸方向の圧縮応力や引張応
力も、同様に強くて硬い炭素繊維と、この格子間に分布
されたさらに強くて硬いウィスカとによって分担され、
また、炭素繊維は炭素繊維積層体の軸方向に対して互い
に交叉するように格子状に配置されているため、炭素繊
維の機械的特性の方向性をできるだけ軽滅させることが
できるから、ピストンピンは従来のものより更に一層強
度的に強く、かつ剛性の高いものとなる。
においては、ピストンピンの軸方向の圧縮応力や引張応
力も、同様に強くて硬い炭素繊維と、この格子間に分布
されたさらに強くて硬いウィスカとによって分担され、
また、炭素繊維は炭素繊維積層体の軸方向に対して互い
に交叉するように格子状に配置されているため、炭素繊
維の機械的特性の方向性をできるだけ軽滅させることが
できるから、ピストンピンは従来のものより更に一層強
度的に強く、かつ剛性の高いものとなる。
また、本発明の製造方法により製造されるピストンピン
においては、ピストンピンのピストンやコンロッドとの
接触面における潤滑は、主として潤滑材を介して接触し
ている自己潤滑性のある炭素繊維が担うことになるが、
比較的軟質であるプラスチックの基地が適当に凹み、こ
の凹部で潤滑材を常に保持するようになるから、潤滑性
も改善されることになる。
においては、ピストンピンのピストンやコンロッドとの
接触面における潤滑は、主として潤滑材を介して接触し
ている自己潤滑性のある炭素繊維が担うことになるが、
比較的軟質であるプラスチックの基地が適当に凹み、こ
の凹部で潤滑材を常に保持するようになるから、潤滑性
も改善されることになる。
第１図はピストン、ピストンピン及びコンロンドの組立
て状態における縦断面図、第２図は従来例における不具
合のあるピストンピンの表面部の一部分の拡大斜視図、
第３図〜第５図は本発明による繊維強化プラスチック製
ピストンピンの製造方法の一実施例を示すもので、第３
図は格子状の炭素繊維から成る円筒体の斜視図、第４図
は顕微鏡で見たピストンピンの表面部分の概略図、第５
図はピストンピンの表面部の一部分の拡大斜視図で第２
図と同様の図である。 なお、図面に用いた符号において、 １０−−・一−−−−一−一−−一一−一−−一一−−
−−一炭素繊維１ １ −−−−−−−一−−一−−
−〜−−ピストンピン１ ２ −一−−−−−一一−
−−−−−−−−−−プラスチックの基地１ ３ −
−−一−−−−−−−−−−−ウィスカである。
て状態における縦断面図、第２図は従来例における不具
合のあるピストンピンの表面部の一部分の拡大斜視図、
第３図〜第５図は本発明による繊維強化プラスチック製
ピストンピンの製造方法の一実施例を示すもので、第３
図は格子状の炭素繊維から成る円筒体の斜視図、第４図
は顕微鏡で見たピストンピンの表面部分の概略図、第５
図はピストンピンの表面部の一部分の拡大斜視図で第２
図と同様の図である。 なお、図面に用いた符号において、 １０−−・一−−−−一−一−−一一−一−−一一−−
−−一炭素繊維１ １ −−−−−−−一−−一−−
−〜−−ピストンピン１ ２ −一−−−−−一一−
−−−−−−−−−−プラスチックの基地１ ３ −
−−一−−−−−−−−−−−ウィスカである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、炭素繊維積層体の軸方向に対して互いに交叉するよ
うに炭素繊維を格子状に配置してほぼピストンピンの形
状に構成した前記炭素繊維積層体を形成する工程と、 ウィスカの短繊維を分散させて含ませたプラスチックを
前記ほぼピストンピン形状の炭素繊維積層体に含浸させ
て硬化させる工程とから成り、これによって、プラスチ
ックの基地を炭素繊維で強化すると共に、さらにウィス
カの短繊維で強化したピストンピンを製造するようにし
たことを特徴とする、繊維強化プラスチック製ピストン
ピンの製造方法。 ２、炭素繊維のピストンピンにおける体積充填率が２０
〜６０％となり、ウィスカのピストンピンにおける体積
充填率が５〜２０％となるようにしたことを特徴とする
、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、平面的に格子状に配列した炭素繊維を巻き込むこと
により炭素繊維積層体を形成するようにしたことを特徴
とする、特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8717690A JPH02292574A (ja) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | 繊維強化プラスチック製ピストンピンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8717690A JPH02292574A (ja) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | 繊維強化プラスチック製ピストンピンの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02292574A true JPH02292574A (ja) | 1990-12-04 |
Family
ID=13907682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8717690A Pending JPH02292574A (ja) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | 繊維強化プラスチック製ピストンピンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02292574A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5585644A (en) * | 1978-12-23 | 1980-06-27 | Tokushu Muki Zairyo Kenkyusho | Reinforced composite material and manufacture thereof |
-
1990
- 1990-03-31 JP JP8717690A patent/JPH02292574A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5585644A (en) * | 1978-12-23 | 1980-06-27 | Tokushu Muki Zairyo Kenkyusho | Reinforced composite material and manufacture thereof |
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