JPH0326294B2 - - Google Patents
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- JPH0326294B2 JPH0326294B2 JP18844582A JP18844582A JPH0326294B2 JP H0326294 B2 JPH0326294 B2 JP H0326294B2 JP 18844582 A JP18844582 A JP 18844582A JP 18844582 A JP18844582 A JP 18844582A JP H0326294 B2 JPH0326294 B2 JP H0326294B2
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- JP
- Japan
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- piston pin
- piston
- reinforcing fibers
- reinforced
- fiber
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
- F16J1/10—Connection to driving members
- F16J1/14—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections
- F16J1/16—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections with gudgeon-pin; Gudgeon-pins
-
- 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
- F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
- F05C2253/16—Fibres
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、強化繊維にて強化された金属よりな
る繊維強化金属製ピストンピンに係る。
る繊維強化金属製ピストンピンに係る。
エンジンの高性能化の一環として、ピストンピ
ンの軽量化を図る目的で、ピストンピンをプラス
チツクにて構成し、これを強化繊維にて強化した
種々のピストンピンが従来より提案されている。
例えば実開昭55−17952号に於ては、ピストンピ
ンの軸線方向に配向された強化繊維、ピツチ角
（強化繊維とピストンピンの軸線に垂直な平面と
のなす角）±45゜にて螺旋状に配向された強化繊
維、及びピストンピンの円周方向に配向された強
化繊維にて強化されたプラスチツクよりなるピス
トンピンが提案されており、特開昭56−6910号に
於ては、ピツチ角±65゜〜90゜にて螺旋状に配向さ
れた強化繊維にて強化されたプラスチツクよりな
る円柱体が金属スリーブ内に嵌込まれた構造を有
するピストンピンが提案されている。
ンの軽量化を図る目的で、ピストンピンをプラス
チツクにて構成し、これを強化繊維にて強化した
種々のピストンピンが従来より提案されている。
例えば実開昭55−17952号に於ては、ピストンピ
ンの軸線方向に配向された強化繊維、ピツチ角
（強化繊維とピストンピンの軸線に垂直な平面と
のなす角）±45゜にて螺旋状に配向された強化繊
維、及びピストンピンの円周方向に配向された強
化繊維にて強化されたプラスチツクよりなるピス
トンピンが提案されており、特開昭56−6910号に
於ては、ピツチ角±65゜〜90゜にて螺旋状に配向さ
れた強化繊維にて強化されたプラスチツクよりな
る円柱体が金属スリーブ内に嵌込まれた構造を有
するピストンピンが提案されている。
しかし実開昭55−17952号に於て提案されたピ
ストンピンに於ては、強化繊維の利用率が低く、
重量及び寸法が大きいという欠点があり、また特
開昭56−6910号に於て提案されたピストンピンに
於ては、強化繊維の利用率が低く、金属スリーブ
と繊維強化プラスチツクとを接合することが困難
であり、また製造コストが高いという欠点があ
る。これら以外にも種々の繊維強化プラスチツク
製のピストンピンが提案されているが、何れも強
度、耐久性、耐熱性などの点で不充分であつた
り、強化繊維を所定の配向状態に配向することが
面倒であるなどの欠点がある。
ストンピンに於ては、強化繊維の利用率が低く、
重量及び寸法が大きいという欠点があり、また特
開昭56−6910号に於て提案されたピストンピンに
於ては、強化繊維の利用率が低く、金属スリーブ
と繊維強化プラスチツクとを接合することが困難
であり、また製造コストが高いという欠点があ
る。これら以外にも種々の繊維強化プラスチツク
製のピストンピンが提案されているが、何れも強
度、耐久性、耐熱性などの点で不充分であつた
り、強化繊維を所定の配向状態に配向することが
面倒であるなどの欠点がある。
本願発明者等は、従来の繊維強化プラスチツク
製のピストンピンに於ける上述の如き欠点に鑑
み、種々のピツチ角にて螺旋状に配向された強化
繊維にて強化された金属よりなるピストンピンを
製造し、それらについて強度試験などを行なつた
結果、ピツチ角を特定の範囲に設定すれば従来の
繊維強化プラスチツク製のピストンピンに於ける
上述の如き種々の欠点を解消し得ることを見出し
た。
製のピストンピンに於ける上述の如き欠点に鑑
み、種々のピツチ角にて螺旋状に配向された強化
繊維にて強化された金属よりなるピストンピンを
製造し、それらについて強度試験などを行なつた
結果、ピツチ角を特定の範囲に設定すれば従来の
繊維強化プラスチツク製のピストンピンに於ける
上述の如き種々の欠点を解消し得ることを見出し
た。
即ち、レシプロエンジンに組込まれたピストン
ピンは、全体として繰返し曲げ応力を受け、ピス
トン及びコネクテイングロツドに挿通された部分
に於ては繰返し圧縮応力を受け、ピストンに挿通
された部分とコネクテイングロツドに挿通された
部分との間の部分に於ては繰返し剪断応力を受
け、しかも180℃程度の温度に曝されるが、ピス
トンピンを構成する金属を特定の範囲のピツチ角
にて螺旋状に配向された強化繊維にて強化すれ
ば、上述の如き従来のピストンピンに於ける種々
の欠点を解消し、優れたピストンピンを得ること
ができることを見出した。
ピンは、全体として繰返し曲げ応力を受け、ピス
トン及びコネクテイングロツドに挿通された部分
に於ては繰返し圧縮応力を受け、ピストンに挿通
された部分とコネクテイングロツドに挿通された
部分との間の部分に於ては繰返し剪断応力を受
け、しかも180℃程度の温度に曝されるが、ピス
トンピンを構成する金属を特定の範囲のピツチ角
にて螺旋状に配向された強化繊維にて強化すれ
ば、上述の如き従来のピストンピンに於ける種々
の欠点を解消し、優れたピストンピンを得ること
ができることを見出した。
本発明は、強度、耐久性、耐熱性に優れ、しか
も低コストにて容易に製造可能な繊維強化金属製
ピストンピンを提供することを目的としている。
も低コストにて容易に製造可能な繊維強化金属製
ピストンピンを提供することを目的としている。
かかる目的は、本発明によれば、強化繊維にて
強化された金属よりなるピストンピンにして、前
記強化繊維はピツチ角±65゜〜±70゜にて螺旋状に
配向されたピストンピンによつて達成される。
強化された金属よりなるピストンピンにして、前
記強化繊維はピツチ角±65゜〜±70゜にて螺旋状に
配向されたピストンピンによつて達成される。
本発明による繊維強化金属製ピストンピンによ
れば、ピストンピンを構成する金属がピツチ角±
65゜〜±70゜にて螺旋状に配向された強化繊維にて
強化されており、従つてピストンピン全体に作用
する曲げ応力、ピストン及びコネクテイングロツ
ドに挿通された部分に作用する圧縮応力、及びピ
ストンに挿通された部分とコネクテイングロツド
に挿通された部分との間の部分に作用する剪断応
力に耐える強度及び耐久性を有し、しかもプラス
チツクをマトリツクスとするピストンピンに比し
てはるかに耐熱性に優れたピストンピンを得るこ
とができる。
れば、ピストンピンを構成する金属がピツチ角±
65゜〜±70゜にて螺旋状に配向された強化繊維にて
強化されており、従つてピストンピン全体に作用
する曲げ応力、ピストン及びコネクテイングロツ
ドに挿通された部分に作用する圧縮応力、及びピ
ストンに挿通された部分とコネクテイングロツド
に挿通された部分との間の部分に作用する剪断応
力に耐える強度及び耐久性を有し、しかもプラス
チツクをマトリツクスとするピストンピンに比し
てはるかに耐熱性に優れたピストンピンを得るこ
とができる。
また本発明によれば、強化繊維をピツチ角±
65゜〜±70゜にて螺旋状に配向するだけでよいの
で、本発明によるピストンピンは、従来の繊維強
化プラスチツク製のピストンピンに比して、低コ
ストにて能率良く製造することが可能なものであ
る。
65゜〜±70゜にて螺旋状に配向するだけでよいの
で、本発明によるピストンピンは、従来の繊維強
化プラスチツク製のピストンピンに比して、低コ
ストにて能率良く製造することが可能なものであ
る。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。
について詳細に説明する。
実施例 １
外径８mmのステンレス鋼（JIS規格SUS310S）
製の棒１の表面に炭素繊維２（東レ株式会社製
「トレカ」（登録商標）M40、単糸径7μ）のスト
ランド（単糸数6000本）を、フイラメントワイン
デイングによりピツチ角θp＝70゜にて螺旋状に配
向して巻付けることにより、第１図に示されてい
る如き外径23mmmmの棒体３を形成した。この棒体
３を外径25mm、内径23mmのステンレス鋼（JIS規
格SUS310S）製のパイプ４内に挿入して75mmの
長さに切断することにより、第２図に示されてい
る如き円柱体５を形成した。
製の棒１の表面に炭素繊維２（東レ株式会社製
「トレカ」（登録商標）M40、単糸径7μ）のスト
ランド（単糸数6000本）を、フイラメントワイン
デイングによりピツチ角θp＝70゜にて螺旋状に配
向して巻付けることにより、第１図に示されてい
る如き外径23mmmmの棒体３を形成した。この棒体
３を外径25mm、内径23mmのステンレス鋼（JIS規
格SUS310S）製のパイプ４内に挿入して75mmの
長さに切断することにより、第２図に示されてい
る如き円柱体５を形成した。
次いで円柱体５を800℃に予熱した後、図には
示されていない高圧鋳造用の鋳型内に配置し、該
鋳型内に750℃のアルミニウム合金（４％Mg、
残部Al）の溶湯を注湯し、該溶湯を1500Kg/cm2の
圧力にて加圧し、その加圧状態をアルミニウム合
金の溶湯が完全に凝固するまで保持した。
示されていない高圧鋳造用の鋳型内に配置し、該
鋳型内に750℃のアルミニウム合金（４％Mg、
残部Al）の溶湯を注湯し、該溶湯を1500Kg/cm2の
圧力にて加圧し、その加圧状態をアルミニウム合
金の溶湯が完全に凝固するまで保持した。
鋳型内のアルミニウム合金の溶湯が完全に凝固
した後、鋳型内より凝固体を取出し、該凝固体に
対し切削及びドリルによる錐揉みなどの機械加工
を行なつて、炭素繊維にて強化された部分のみを
切出し、これに対し研削加工などを行なつて、第
３図に示されている如く、外径22mm、内径８mm、
長さ72mmのピストンピン６とした。
した後、鋳型内より凝固体を取出し、該凝固体に
対し切削及びドリルによる錐揉みなどの機械加工
を行なつて、炭素繊維にて強化された部分のみを
切出し、これに対し研削加工などを行なつて、第
３図に示されている如く、外径22mm、内径８mm、
長さ72mmのピストンピン６とした。
また比較の目的で、炭素繊維をピツチ角θp＝
±45゜、±55゜、±60゜、±65゜、±67.5゜、±75゜に
て螺旋状
に配向した点を除き上述の実施例と同様の要領に
て同一寸法のピストンピンを製造した。
±45゜、±55゜、±60゜、±65゜、±67.5゜、±75゜に
て螺旋状
に配向した点を除き上述の実施例と同様の要領に
て同一寸法のピストンピンを製造した。
これらのピストンピンを用いてピストン７とコ
ネクテイングロツド８とを連結し、第４図に示さ
れている如く、コネクテイングロツド８をピスト
ン７の軸線９に沿つてピストンに対し荷重Ｐにて
押付け、荷重Ｐが３トンのときの荷重、即ち実動
荷重とそのときのＡ点、即ち最も大きい変形が生
ずることが経験的に解つているピストンに挿通さ
れた部分とコネクテイングロツドに挿通された部
分との中間の部分であつてピストンヘツド１０の
側の外周面の位置に於けるピストンピンの軸線１
１に平行な方向の変形歪を測定し、また荷重Ｐを
増大してピストンピンが破断するときの荷重、即
ち破断荷重を測定する圧縮試験を行なつた。この
圧縮試験の結果を第５図に示す。
ネクテイングロツド８とを連結し、第４図に示さ
れている如く、コネクテイングロツド８をピスト
ン７の軸線９に沿つてピストンに対し荷重Ｐにて
押付け、荷重Ｐが３トンのときの荷重、即ち実動
荷重とそのときのＡ点、即ち最も大きい変形が生
ずることが経験的に解つているピストンに挿通さ
れた部分とコネクテイングロツドに挿通された部
分との中間の部分であつてピストンヘツド１０の
側の外周面の位置に於けるピストンピンの軸線１
１に平行な方向の変形歪を測定し、また荷重Ｐを
増大してピストンピンが破断するときの荷重、即
ち破断荷重を測定する圧縮試験を行なつた。この
圧縮試験の結果を第５図に示す。
この第５図より、強化繊維のピツチ角θpが±
65゜〜±70゜である場合にピストンピンの破断荷重
が重大となり、しかもＡ点に於ける変形歪が小さ
い値に維持されることが解る。
65゜〜±70゜である場合にピストンピンの破断荷重
が重大となり、しかもＡ点に於ける変形歪が小さ
い値に維持されることが解る。
またこの実施例に於けるピストンピンは中実の
鋼材を鍜造し、これを中空の円筒体に形成し、更
に熱処理を施すことにより形成されている従来の
鋼製のピストンピンに比して重量が約半分であり
ながら、これと同等の強度及び剛性を有してお
り、また従来の繊維強化プラスチツク製のピスト
ンピンに比してはるかに優れた強度、耐久性、及
び耐熱性を有するものであることが確認された。
鋼材を鍜造し、これを中空の円筒体に形成し、更
に熱処理を施すことにより形成されている従来の
鋼製のピストンピンに比して重量が約半分であり
ながら、これと同等の強度及び剛性を有してお
り、また従来の繊維強化プラスチツク製のピスト
ンピンに比してはるかに優れた強度、耐久性、及
び耐熱性を有するものであることが確認された。
実施例 ２
上述の実施例１の場合と同様、外径８mmのステ
ンレス鋼（JIS規格SUS430）製の棒の表面にア
ルミナ繊維（デユポン社製「FPフアイバ」（登録
商標）、繊維径20μ）を、フイラメントワインデ
イングによりピツチ角θp＝67.5゜にて螺旋状に巻
付けることにより、外径23mmの棒体を形成した。
次いでこの棒体を外径25mm、内径23mmのステンレ
ス鋼（JIS規格SUS430）製のパイプ内に挿入し、
これを75mmの長さの円柱体に切断した。
ンレス鋼（JIS規格SUS430）製の棒の表面にア
ルミナ繊維（デユポン社製「FPフアイバ」（登録
商標）、繊維径20μ）を、フイラメントワインデ
イングによりピツチ角θp＝67.5゜にて螺旋状に巻
付けることにより、外径23mmの棒体を形成した。
次いでこの棒体を外径25mm、内径23mmのステンレ
ス鋼（JIS規格SUS430）製のパイプ内に挿入し、
これを75mmの長さの円柱体に切断した。
次いでこの円柱体を800℃に予熱した後、図に
は示されていない高圧鋳造用の鋳型内に配置し、
該鋳型内に680℃のマグネシウム合金（JIS規格
MC7）の溶湯を注湯し、該溶湯を1800Kg/cm2の圧
力にて加圧し、その加圧状態をマグネシウム合金
の溶湯が完全に凝固するまで保持した。
は示されていない高圧鋳造用の鋳型内に配置し、
該鋳型内に680℃のマグネシウム合金（JIS規格
MC7）の溶湯を注湯し、該溶湯を1800Kg/cm2の圧
力にて加圧し、その加圧状態をマグネシウム合金
の溶湯が完全に凝固するまで保持した。
かくしてマグネシウム合金の溶湯が完全に凝固
した後、鋳型内より凝固体を取出し、該凝固体よ
りアルミナ繊維にて複合強化された部分のみを切
出し、これに対し研削加工などを行なつて外径22
mm、内径８mm、長さ72mmのピストンピンを形成し
た。
した後、鋳型内より凝固体を取出し、該凝固体よ
りアルミナ繊維にて複合強化された部分のみを切
出し、これに対し研削加工などを行なつて外径22
mm、内径８mm、長さ72mmのピストンピンを形成し
た。
また比較の目的で、ピツチ角θp＝±45゜にてア
ルミナ繊維をフイラメントワインデイングした点
を除き、上述の実施例と同様の要領にてピストン
ピンを製造した。これらのピストンピンに対し上
述の実施例１の場合と同様の圧縮試験を行なつ
た。
ルミナ繊維をフイラメントワインデイングした点
を除き、上述の実施例と同様の要領にてピストン
ピンを製造した。これらのピストンピンに対し上
述の実施例１の場合と同様の圧縮試験を行なつ
た。
この圧縮試験の結果、アルミナ繊維のピツチ角
θpが±45゜であるピストンピンの破断荷重は10ト
ンであり、Ａ点に於ける変形歪は3500×10-6であ
るのに対し、アルミナ繊維のピツチ角θpが±
67.5゜であるピストンピンの破断荷重は12トンで
あり、Ａ点に於ける変形歪は800×10-6であり、
従つて本発明によるピストンピンは使用される強
化繊維及びマトリツクス金属の種類に拘らず、強
度及び耐久性などの点に於て従来のピストンピン
よりも優れていることが解る。
θpが±45゜であるピストンピンの破断荷重は10ト
ンであり、Ａ点に於ける変形歪は3500×10-6であ
るのに対し、アルミナ繊維のピツチ角θpが±
67.5゜であるピストンピンの破断荷重は12トンで
あり、Ａ点に於ける変形歪は800×10-6であり、
従つて本発明によるピストンピンは使用される強
化繊維及びマトリツクス金属の種類に拘らず、強
度及び耐久性などの点に於て従来のピストンピン
よりも優れていることが解る。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の
実施例が可能であることは当業者にとつて明らか
であろう。
細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の
実施例が可能であることは当業者にとつて明らか
であろう。
第１図乃至第３図は本発明による一つの実施例
によるピストンピンの製造工程を示す斜視図、第
４図は圧縮試験の解図的説明図、第５図は実施例
１に於ける圧縮試験の結果を示すグラフである。 １…ステンレス鋼製の棒、２…炭素繊維、３…
棒体、４…パイプ、５…円柱体、６…ピストンピ
ン、７…ピストン、８…コネクテイングロツド、
９，１０…ピストンヘツド、１１…軸線。
によるピストンピンの製造工程を示す斜視図、第
４図は圧縮試験の解図的説明図、第５図は実施例
１に於ける圧縮試験の結果を示すグラフである。 １…ステンレス鋼製の棒、２…炭素繊維、３…
棒体、４…パイプ、５…円柱体、６…ピストンピ
ン、７…ピストン、８…コネクテイングロツド、
９，１０…ピストンヘツド、１１…軸線。
Claims (1)
- １ 強化繊維にて強化された金属よりなるピスト
ンピンにして、前記強化繊維はピツチ角±65゜〜
±70゜にて螺旋状に配向されたピストンピン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18844582A JPS5980564A (ja) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | 繊維強化金属製ピストンピン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18844582A JPS5980564A (ja) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | 繊維強化金属製ピストンピン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5980564A JPS5980564A (ja) | 1984-05-10 |
| JPH0326294B2 true JPH0326294B2 (ja) | 1991-04-10 |
Family
ID=16223807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18844582A Granted JPS5980564A (ja) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | 繊維強化金属製ピストンピン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5980564A (ja) |
-
1982
- 1982-10-27 JP JP18844582A patent/JPS5980564A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5980564A (ja) | 1984-05-10 |
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