JPH0373750B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0373750B2 JPH0373750B2 JP57234704A JP23470482A JPH0373750B2 JP H0373750 B2 JPH0373750 B2 JP H0373750B2 JP 57234704 A JP57234704 A JP 57234704A JP 23470482 A JP23470482 A JP 23470482A JP H0373750 B2 JPH0373750 B2 JP H0373750B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- light alloy
- circumferential direction
- plain
- warp
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
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
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
-
- 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)
- 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】
この発明は内熱機関用のピストンに関し、特に
アルミニウム合金等の軽合金材料製のピストンに
関するものである。
アルミニウム合金等の軽合金材料製のピストンに
関するものである。
周知のように内燃機関用のピストンとしては、
軽量化、慣性力の低減を目的としてアルミニウム
合金等の軽合金材料を使用することが多い。しか
るにピストンピンが挿入されるピン穴附近、すな
わちピンボス部には大きな繰返し応力が作用する
から、その部分には疲労破壊が生じ易く、特に材
質的に鉄と比較して強度が低い軽合金材料を用い
た場合にはその傾向が顕著である。従来、このよ
うな軽合金材料製ピストンにおけるボス部の強度
向上を図る方策としては、ボス部の肉厚を大きく
する手段が採用されているが、肉厚を大きくすれ
ばピストンの重量が大きくなり、そのため軽合金
材料を用いる本来の目的である軽量化に反するこ
とになる。またボス部にリブを形成することによ
つてボス部強度の向上を図る方法も知られている
が、この場合にもピストン重量が大きくなる問題
がある。さらに、ボス部の強度向上を図るため、
第１図に示すように構成したピストンも提案され
ている。すなわち第１図に示されるピストンは、
長板状もしくは棒状の鋼等の高強度材料からなる
ストラツド１をピストンヘツド部２に埋込み、か
つそのストラツド１とピン穴３の周囲を取囲むよ
うに高強度線材４を埋込んでボス部５を補強した
ものであり、このようなピストンにおいてはボス
部５とヘツド部２との間の引張方向の力に対して
は強いが、圧縮方向の力に対して充分ではなく、
しかもストラツド１を埋込むため前記同様にピス
トン重量が増大する問題がある。
軽量化、慣性力の低減を目的としてアルミニウム
合金等の軽合金材料を使用することが多い。しか
るにピストンピンが挿入されるピン穴附近、すな
わちピンボス部には大きな繰返し応力が作用する
から、その部分には疲労破壊が生じ易く、特に材
質的に鉄と比較して強度が低い軽合金材料を用い
た場合にはその傾向が顕著である。従来、このよ
うな軽合金材料製ピストンにおけるボス部の強度
向上を図る方策としては、ボス部の肉厚を大きく
する手段が採用されているが、肉厚を大きくすれ
ばピストンの重量が大きくなり、そのため軽合金
材料を用いる本来の目的である軽量化に反するこ
とになる。またボス部にリブを形成することによ
つてボス部強度の向上を図る方法も知られている
が、この場合にもピストン重量が大きくなる問題
がある。さらに、ボス部の強度向上を図るため、
第１図に示すように構成したピストンも提案され
ている。すなわち第１図に示されるピストンは、
長板状もしくは棒状の鋼等の高強度材料からなる
ストラツド１をピストンヘツド部２に埋込み、か
つそのストラツド１とピン穴３の周囲を取囲むよ
うに高強度線材４を埋込んでボス部５を補強した
ものであり、このようなピストンにおいてはボス
部５とヘツド部２との間の引張方向の力に対して
は強いが、圧縮方向の力に対して充分ではなく、
しかもストラツド１を埋込むため前記同様にピス
トン重量が増大する問題がある。
この発明は以上の事情に鑑みてなされたもの
で、上述のような諸問題を招くことなくボス部の
強度を向上させ、伴せて熱膨張を防止した軽合金
材料主体のピストンを提供することを目的とする
ものである。
で、上述のような諸問題を招くことなくボス部の
強度を向上させ、伴せて熱膨張を防止した軽合金
材料主体のピストンを提供することを目的とする
ものである。
すなわちこの発明は軽合金材料を基材とするピ
ストンにおいて、少なくともピン穴周囲のボス部
を含む部分に、耐熱性を有する長繊維を横糸およ
び縦糸とした平織物を、その横糸および縦糸の一
方をピストンの周方向に配向させかつ他方をピス
トンの軸線と平行な方向に配向させた状態で、ピ
ストンの周方向に連続するように埋込み、その平
織物を基材の軽合金材料と複合一体化させたこと
を特徴とするものであり、このように耐熱性を有
する長繊維の平織物を埋込むことによつてボス部
附近を強化し、かつその平織物を周方向に連続さ
せることによつて熱膨張を抑えたものである。
ストンにおいて、少なくともピン穴周囲のボス部
を含む部分に、耐熱性を有する長繊維を横糸およ
び縦糸とした平織物を、その横糸および縦糸の一
方をピストンの周方向に配向させかつ他方をピス
トンの軸線と平行な方向に配向させた状態で、ピ
ストンの周方向に連続するように埋込み、その平
織物を基材の軽合金材料と複合一体化させたこと
を特徴とするものであり、このように耐熱性を有
する長繊維の平織物を埋込むことによつてボス部
附近を強化し、かつその平織物を周方向に連続さ
せることによつて熱膨張を抑えたものである。
以下この発明のピストンをさらに詳細に説明す
る。
る。
第２図および第３図はこの発明のピストンの一
例を示すものであり、このピストンは、アルミニ
ウム合金もしくはマグネシウム合金等の軽合金材
料を基材６として作られており、かつその外周部
には所定の厚みにわたつて耐熱性を有する長繊維
の縦糸および横糸からなる平織物７が埋込まれ
て、その所定厚みの外周部が繊維／軽合金複合材
８で構成されている。すなわちピン穴３の周囲の
ボス部５の外周側部分を含む外周部の全周にわた
つて繊維／軽合金複合材８で構成されている。ま
た前記平織物７は、その縦糸もしくは横糸のうち
一方、例えば縦糸がピストン全体の軸線と平行な
方向に配向され、他方、例えば横糸がピストンの
円周方向に配向されている。
例を示すものであり、このピストンは、アルミニ
ウム合金もしくはマグネシウム合金等の軽合金材
料を基材６として作られており、かつその外周部
には所定の厚みにわたつて耐熱性を有する長繊維
の縦糸および横糸からなる平織物７が埋込まれ
て、その所定厚みの外周部が繊維／軽合金複合材
８で構成されている。すなわちピン穴３の周囲の
ボス部５の外周側部分を含む外周部の全周にわた
つて繊維／軽合金複合材８で構成されている。ま
た前記平織物７は、その縦糸もしくは横糸のうち
一方、例えば縦糸がピストン全体の軸線と平行な
方向に配向され、他方、例えば横糸がピストンの
円周方向に配向されている。
上述の例においては、繊維／軽合金複合材８に
おける平織物７の縦糸がボス部５に加わるピスト
ン軸線と平行な方向の繰返し荷重に対する強度、
鋼性を高める役割を果たし、また横糸がピストン
全体の熱膨張を抑制する役割を果たす。したがつ
てボス部５に加わる繰返し荷重によつてボス部５
附近に疲労破壊が生じて亀裂等が発生することを
有効に防止でき、しかも熱膨張を抑制して、熱膨
張によるシリンダ内壁面とのクリアランスの減少
に起因するピストンとシリンダとの間の焼付きの
発生をも有効に防止できる。
おける平織物７の縦糸がボス部５に加わるピスト
ン軸線と平行な方向の繰返し荷重に対する強度、
鋼性を高める役割を果たし、また横糸がピストン
全体の熱膨張を抑制する役割を果たす。したがつ
てボス部５に加わる繰返し荷重によつてボス部５
附近に疲労破壊が生じて亀裂等が発生することを
有効に防止でき、しかも熱膨張を抑制して、熱膨
張によるシリンダ内壁面とのクリアランスの減少
に起因するピストンとシリンダとの間の焼付きの
発生をも有効に防止できる。
前記平織物７に使用される繊維としては、ピス
トンの使用温度で充分に耐え得るよう充分な耐熱
性を有し、しかも強度も優れているものを用いる
ことが望ましく、例えば炭素繊維、ボロン(B)繊
維、アルミナ（Al2O3）繊維、炭化珪素（SiC）
繊維等を使用することが望ましい。またその平織
物７を軽合金材料と複合一体化した繊維／軽合金
複合材８における繊維の配合比は、10〜70体積％
程度とすることが望ましい。10体積％未満ではボ
ス部強化や熱膨張抑制等の所期の目的を充分に得
ることが困難であり、一方70体積％を越えれば、
工業的規模での製造において繊維と軽合金材料と
を複合一体化することが困難となる。
トンの使用温度で充分に耐え得るよう充分な耐熱
性を有し、しかも強度も優れているものを用いる
ことが望ましく、例えば炭素繊維、ボロン(B)繊
維、アルミナ（Al2O3）繊維、炭化珪素（SiC）
繊維等を使用することが望ましい。またその平織
物７を軽合金材料と複合一体化した繊維／軽合金
複合材８における繊維の配合比は、10〜70体積％
程度とすることが望ましい。10体積％未満ではボ
ス部強化や熱膨張抑制等の所期の目的を充分に得
ることが困難であり、一方70体積％を越えれば、
工業的規模での製造において繊維と軽合金材料と
を複合一体化することが困難となる。
なお第２図の例においてはピストンの外周部の
全体にわたつて平織物７が埋込まれているが、こ
の発明のピストンは要はピストン外周部のうち、
少なくともボス部５を含む部分に周方向に連続し
て平織物７が埋込まれていれば良い。
全体にわたつて平織物７が埋込まれているが、こ
の発明のピストンは要はピストン外周部のうち、
少なくともボス部５を含む部分に周方向に連続し
て平織物７が埋込まれていれば良い。
次にこの発明のピストンの製造方法について説
明すると、例えば予め耐熱性長繊維からなる平織
物を用意しておき、この平織物によつて中空円筒
状の繊維成形体を作成する。このためには、例え
ば前記平織物を円柱体に所望の厚さとなるまで巻
付ければ良い。このようにして得られた繊維成形
体を予熱してピストン鋳造用の高圧鋳造鋳型内に
配置し、ただちに軽合金溶湯を注湯して500〜
1500Kg／cm2程度の加圧力を加え、かつその加圧力
を軽合金溶湯の凝固まで保存して所謂高圧鋳造を
行う。このように高圧鋳造を行うことによつて軽
合金溶湯が繊維間の空隙に充填され、軽合金と繊
維とが複合一体化される。したがつて軽合金溶湯
の凝固後に鋳型から取出せば、円周方向に連続す
る平織物が軽合金基材中に埋込まれて、外周部が
繊維／軽合金複合材で形成されたピストン素形材
が得られる。この後、上記ピストン素形材に対し
適宜機械加工や仕上げ加工を行えばこの発明のピ
ストンが得られる。
明すると、例えば予め耐熱性長繊維からなる平織
物を用意しておき、この平織物によつて中空円筒
状の繊維成形体を作成する。このためには、例え
ば前記平織物を円柱体に所望の厚さとなるまで巻
付ければ良い。このようにして得られた繊維成形
体を予熱してピストン鋳造用の高圧鋳造鋳型内に
配置し、ただちに軽合金溶湯を注湯して500〜
1500Kg／cm2程度の加圧力を加え、かつその加圧力
を軽合金溶湯の凝固まで保存して所謂高圧鋳造を
行う。このように高圧鋳造を行うことによつて軽
合金溶湯が繊維間の空隙に充填され、軽合金と繊
維とが複合一体化される。したがつて軽合金溶湯
の凝固後に鋳型から取出せば、円周方向に連続す
る平織物が軽合金基材中に埋込まれて、外周部が
繊維／軽合金複合材で形成されたピストン素形材
が得られる。この後、上記ピストン素形材に対し
適宜機械加工や仕上げ加工を行えばこの発明のピ
ストンが得られる。
なお前述のような高圧鋳造法に代え、遠心鋳造
法を用いても良いことは勿論である。
法を用いても良いことは勿論である。
以下にこの発明のピストンを製造した具体例を
記す。
記す。
４気筒2000c.c.のガソリンエンジン用ピストン
（外径85mm）を次のように試作した。すなわち、
先ず縦糸と横糸との比率を３：１とした炭素繊維
（東レ製「トレカ」）を縦糸が中心軸線と平行とな
るように円筒体に巻付けて、外径80mm、肉厚４
mm、高さ60mmの炭素繊維からなる中空円筒状の繊
維成形体を作成した。なおこの繊維成形体は、そ
の繊維密度を、最終的にアルミニウム合金と複合
したときの繊維体積率が50％となるように調節し
た。次いでこの繊維成形体を約800℃に予熱した
後、ピストン鋳造用の高圧鋳造鋳型内に配置し、
ただちにアルミニウム合金（JIS規格のAC8A）
の溶湯を注湯し、加圧力1000Kg／mm2にて加圧し、
かつその加圧力をアルミニウム合金溶湯の凝固ま
で保持した。凝固後に鋳型から取出して機械加工
を施し、ピストンとした。
（外径85mm）を次のように試作した。すなわち、
先ず縦糸と横糸との比率を３：１とした炭素繊維
（東レ製「トレカ」）を縦糸が中心軸線と平行とな
るように円筒体に巻付けて、外径80mm、肉厚４
mm、高さ60mmの炭素繊維からなる中空円筒状の繊
維成形体を作成した。なおこの繊維成形体は、そ
の繊維密度を、最終的にアルミニウム合金と複合
したときの繊維体積率が50％となるように調節し
た。次いでこの繊維成形体を約800℃に予熱した
後、ピストン鋳造用の高圧鋳造鋳型内に配置し、
ただちにアルミニウム合金（JIS規格のAC8A）
の溶湯を注湯し、加圧力1000Kg／mm2にて加圧し、
かつその加圧力をアルミニウム合金溶湯の凝固ま
で保持した。凝固後に鋳型から取出して機械加工
を施し、ピストンとした。
得られたピストンは、ボス部の強度が高く、ま
た熱膨張も少なく、かつまた軽量性も損なわれて
いないことが確認された。
た熱膨張も少なく、かつまた軽量性も損なわれて
いないことが確認された。
以上の説明で明らかなようにこの発明のピスト
ンは、少なくともピン穴周囲のボス部を含む部分
に耐熱性長繊維からなる平織物を周方向に連続す
るように埋め込み、しかもその縦糸および横糸の
一方を周方向に配向し、かつ他方を軸線と平行な
方向に配向し、さらにその平織物を基材の軽合金
と一体化したものであるから、ボス部が従来の軽
合金材料製ピストンと比較して格段に強化されて
おり、したがつてボス部に加わる繰返し荷重によ
つて疲労破壊が生じることが有効に防止でき、ま
たボス部の強度が高いためボス部の肉厚を従来よ
りも小さくすることができるから、従来よりもさ
らに軽量化が達成され、かつまた従来のストラツ
ドを埋込んだピストン等と比較しても軽量性に優
れるとともに、ボス部に対する圧縮力に対しても
強く、さらには平織物の横糸もしくは縦糸がピス
トンの周方向に配向されていることにより熱膨張
が抑制されるためピストンとシリンダ内壁との焼
付きも防止できる等、種々の優れた効果を奏し得
るものである。
ンは、少なくともピン穴周囲のボス部を含む部分
に耐熱性長繊維からなる平織物を周方向に連続す
るように埋め込み、しかもその縦糸および横糸の
一方を周方向に配向し、かつ他方を軸線と平行な
方向に配向し、さらにその平織物を基材の軽合金
と一体化したものであるから、ボス部が従来の軽
合金材料製ピストンと比較して格段に強化されて
おり、したがつてボス部に加わる繰返し荷重によ
つて疲労破壊が生じることが有効に防止でき、ま
たボス部の強度が高いためボス部の肉厚を従来よ
りも小さくすることができるから、従来よりもさ
らに軽量化が達成され、かつまた従来のストラツ
ドを埋込んだピストン等と比較しても軽量性に優
れるとともに、ボス部に対する圧縮力に対しても
強く、さらには平織物の横糸もしくは縦糸がピス
トンの周方向に配向されていることにより熱膨張
が抑制されるためピストンとシリンダ内壁との焼
付きも防止できる等、種々の優れた効果を奏し得
るものである。
第１図は従来のピストンの一例を示す略解的な
斜視図、第２図はこの発明のピストンの一例を示
す要部切欠正面図、第３図は第２図の矢視Ａ方向
からの底面図である。 ３……ピン穴、５……ボス部、６……基材、７
……平織物。
斜視図、第２図はこの発明のピストンの一例を示
す要部切欠正面図、第３図は第２図の矢視Ａ方向
からの底面図である。 ３……ピン穴、５……ボス部、６……基材、７
……平織物。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 軽合金材料を基材とするピストンにおいて、
少なくともピストンピンが挿入されるピン穴周囲
のボス部を含む部分に、耐熱性を有する長繊維を
横糸および縦糸とした平織物が、その横糸および
縦糸の一方がピストンの周方向に配向されかつ他
方がピストンの軸線と平行な方向に配向された状
態で、ピストンの周方向に連続するように埋込ま
れて、その平織物が基材の軽合金材料と複合一体
化されていることを特徴とする内燃機関用ピスト
ン。 ２ 前記長繊維からなる平織物がピストンの外周
の全面にわたつて周方向に連続するように埋め込
まれている特許請求の範囲第１項記載の内燃機関
用ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23470482A JPS59120755A (ja) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | 内燃機関用ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23470482A JPS59120755A (ja) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | 内燃機関用ピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59120755A JPS59120755A (ja) | 1984-07-12 |
| JPH0373750B2 true JPH0373750B2 (ja) | 1991-11-22 |
Family
ID=16975082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23470482A Granted JPS59120755A (ja) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | 内燃機関用ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59120755A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3639806A1 (de) * | 1986-11-21 | 1988-05-26 | Kolbenschmidt Ag | Leichtmetallkolben fuer brennkraftmaschinen |
| JPH0522692Y2 (ja) * | 1987-01-09 | 1993-06-10 | ||
| DE102008051089A1 (de) * | 2007-10-23 | 2009-04-30 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Bolzennabe eines Kolbens |
| CN105195715A (zh) * | 2015-10-28 | 2015-12-30 | 山东理工大学 | 一种增强销孔的内燃机铝活塞及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5341622A (en) * | 1976-09-27 | 1978-04-15 | Honda Motor Co Ltd | Piston made of fiber-reinforced light alloy |
-
1982
- 1982-12-27 JP JP23470482A patent/JPS59120755A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59120755A (ja) | 1984-07-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR950014939B1 (ko) | 보강재로 보강한 피스톤 및 이의 제조방법 | |
| US4739738A (en) | Cast components for internal combustion engines with embedded reinforcing layers | |
| JPH06238421A (ja) | 金属マトリックス複合材料およびその製造法 | |
| JPH0159422B2 (ja) | ||
| EP0710729B1 (en) | Fibre-reinforced metal pistons | |
| US4831918A (en) | Light alloy pistons with reinforcing inserts for the piston pin bores | |
| EP0145393A2 (en) | The reinforcement of engine blocks | |
| US4966221A (en) | Method of producing aluminum alloy castings and piston made of aluminum alloy | |
| JPH10265870A (ja) | アルミニウム基複合材料およびその製造方法 | |
| JPS6362304B2 (ja) | ||
| US5097887A (en) | Process of making a pressure-diecast, fiber-reinforced part | |
| JPS59120755A (ja) | 内燃機関用ピストン | |
| GB2063418A (en) | Connecting rods | |
| US4730548A (en) | Light metal alloy piston | |
| JPH0225700B2 (ja) | ||
| JPS60182338A (ja) | 軽金属製内燃機関用シリンダブロツク | |
| JP3617251B2 (ja) | シリンダブロックの鋳造方法 | |
| KR20210078950A (ko) | 수축결합용 주철재 인써트 및 이를 이용한 이종금속 부품의 주조방법 | |
| JPS59229033A (ja) | 内燃機関用ピストン | |
| JPS5982552A (ja) | 内燃機関用ピストン | |
| JPS609838A (ja) | 繊維強化金属体およびその製造方法 | |
| EP0447701B1 (en) | Reinforced heat resisting member and production method | |
| JPS62168954A (ja) | デイ−ゼルエンジンのピストン | |
| JPS59229034A (ja) | 内燃機関用ピストン | |
| JP2560420B2 (ja) | 内燃機関のピストン |