JPH0440105B2 - - Google Patents

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JPH0440105B2
JPH0440105B2 JP59091505A JP9150584A JPH0440105B2 JP H0440105 B2 JPH0440105 B2 JP H0440105B2 JP 59091505 A JP59091505 A JP 59091505A JP 9150584 A JP9150584 A JP 9150584A JP H0440105 B2 JPH0440105 B2 JP H0440105B2
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JP
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piston
metal base
powder
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composite
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Hiroshi Okamura
Shigeru Tagami
Masaaki Kudo
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Mitsubishi Motors Corp
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Mitsubishi Motors Corp
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/14Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0009Cylinders, pistons
    • B22D19/0027Cylinders, pistons pistons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ピストン、特に内燃機関用ピストン
の製造方法に関するものである。
高温、高圧の燃焼ガスに接しながら作動する内
燃機関のピストンにおいて、その所望部分特にピ
ストン冠部を、アルミナ、炭化硅素等の無機質繊
維(ウイスカを含む)あるいは粉末にアルミニウ
ム合金、マグネシウム合金、鉄基合金等の金属基
材を含浸させた複合材によつて構成することによ
り、耐熱衝撃性、耐摩耗性等を改善し得ること
は、良く知られているところである。そして従来
の複合材ピストンの製造方法は、予め所要の形状
に成形した上記無機質繊維の成形体即ちマツト
を、直接ピストンの鋳型内の所望位置に設置し、
オートクレープ法、冷間焼結法、ホツトプレス
法、溶湯鍛造法等により金属基材と複合化させ、
複合材ピストンを得るものであつた。しかしなが
ら、上記製造方法では、無機質繊維をピストンの
所望部位において複雑な形状に均等に分配させ、
均質な従つて安定した特性を有するピストンを得
ることは困難である。
本発明は、上述した従来の製造方法の欠点を改
善するために創案されたもので、アルミナ、炭化
硅素等のセラミツク繊維(ウイスカを含む)を成
形したマツトあるいはセラミツク粉末にアルミニ
ウム合金等の金属基材を溶湯鍛造により含浸させ
る方法、セラミツク繊維(あるいは粉末)及び金
属基材を高圧射出する方法又は金属粉末とセラミ
ツク繊維又は粉末とを混合し焼結する方法等によ
り単純形状の複合材粗材を作る工程と、上記複合
材粗材を鋳造後に碇留効果を生起しかつ鋳型に適
合する形状に加工して成形複合材を作る工程と、
予熱した上記成形複合材をピストン鋳型内に設置
し上記金属基材または上記金属粉末と同種の金属
基材を注湯して溶湯鍛造を行いピストンを鋳造す
る工程とを包含することを特徴とするピストンの
製造方法を要旨とするものである。
以下本発明方法の実施例を添付図面について具
体的に説明する。本発明方法の実施に当つては、
先ず第2図に示すように、例えばアルミナ(直径
数〜30μ、長さ数〜100mm、アスペクト比10〜500
以上、体積含有率Vf数〜30%)、炭化硅素(直径
0.05〜1μm、長さ10〜500μm、アスペクト比10〜
500、体積含有率Vf数〜30%)あるいはジルコニ
アフアイバ、窒化硅素ウイスカ等のセラミツク繊
維(ウイスカを含む)を成形して形状的に単純で
均質性を得やすい円筒状のマツト10を作り、こ
れを対応する形状を有する鋳型内に設置し、アル
ミニウム合金等の金属基材の溶湯を注湯し、周知
の溶湯鍛造法によつて円筒状をなす複合材の粗材
14を製造する。第2図に示す円筒状粗材14
は、溶湯鍛造法により金属基材を含浸させたマツ
ト10と金属基材単味の部分12とからなつてい
る。又他の例として、第3図に示すように、形状
的に単純な外周部分が中央部分よりやや厚い円板
状のマツト10を上記同様の無機質繊維で成形
し、同様の金属基材を溶湯鍛造により含浸させ
て、金属基材を含浸させたマツトと金属基材単味
の部分12とから円板状の複合体粗材14を得た
ものである。また、セラミツク粉末とアルミニウ
ム合金等の金属基材を用い溶湯鍛造法によつて複
合体粗材14を製造してもよい。これらの複合体
粗材14は、マツト10が円筒或いは円板のよう
な極めて単純な形状をなしているので、その成形
も容易であり、又溶湯鍛造時に形くずれすること
も少ないので、出来上つた製品としても素材も又
極めて均質で安定した品質を有するものである。
(なおマツト即ち成形体それ自体は、良く知られ
ているように、無機繊維をフエルト状に層積した
ものが、最も一般的であるが、無機繊維の織布を
一枚以上層積してもよいし、織布と織布との間に
フエルト状無機繊維を介在させたものでもよい)
なお、セラミツク繊維又はウイスカ、セラミツク
粉末と金属基材と溶湯鍛造法による複合に限られ
ず、セラミツク繊維又は粉末と金属基材とを高圧
射出法により複合し、あるいはセラミツク繊維又
は粉末と金属粉末とを焼結する方法等により複合
材粗材を製造してもよい。
次に、上述のようにして製造された複合体粗材
14は、例えば第1図に示したピストン16の場
合、燃焼室18の内周面の一部を形成する部分2
0及び楔形碇留部22を適宜の成形法例えば機械
加工によつて削成されて成形複合材24に加工さ
れる。そして、必要に応じ脱脂等の清浄化処理を
行なつたのち、別途準備されたピストンの鋳型内
に設置され、再び溶湯鍛造法によつて金属基材の
溶湯が鋳込まれ製品としての鋳造ピストンが製造
される。なお、溶湯鍛造法によつてピストン16
を鋳造する工程において、成形複合材24を予熱
(融点以下)しておくことが肝要であり、これに
より鋳着が容易かつ確実になる利点がある。上記
最終鋳造工程において、溶湯鍛造法を採用するこ
とによつて、成形複合材の表面に発生しやすい金
属基材の酸化皮膜等が効果的に破壊され、成形複
合材とその後に鋳込まれた金属基材との境界面又
は境界域での結合強度が高まり、更に上記楔形碇
留部22を設けることによつて、両者の結合強度
は一層強化されることが明らかである。このよう
にして製造されたピストン16は、その冠部にお
ける複合材部分の均質性が高く、所望の耐熱性、
機械的強度、耐摩耗性等優れた特性を有し、ばら
つきが少なく品質優良である。(なお、上記燃焼
室18の内周面の一部を形成する部分20は、ピ
ストン全体の鋳造後に機械加工によつて削設して
もよい。) 次に第4図に示した本発明方法の他の実施例
は、第3図に示した複合材粗材14を使用し、第
4図中に鎖線で示した楔形碇留部22aを、第3
図の金属基材単味部分12に削成したのち、第1
図の場合と同様にしてピストン16を鋳造したも
のである。このピストンにおいても、上述したと
同様の高品質の製品が得られることは明白であ
る。
更に、第5図に示した本発明方法の実施例は、
ピストン16の冠部の外周部分のみにリング状の
成形複合材24を配置したものであつて、碇留部
22bが段状に形成された点で、第1図及び第4
図のピストンとは異なるが、その他は上述したピ
ストンと実質的に同一であつて、同様の高品質製
品を得ることができる。
次に本発明方法によるピストンと従来構造によ
るピストンとの熱衝撃試験及び耐摩耗性比較試験
結果を第6図及び第7図に示す。第6図は熱衝撃
試験結果を示すもので、第8図に示す加熱冷却サ
イクル試験を行うことにより生じた亀裂数をサイ
クルに応じて比較したものであり、従来構造のア
ルミニウム合金製ピストンAと較べて本発明方法
により炭化硅素、アルミニウム合金複合材を使用
したピストンBの方が亀裂数が著しく低減してい
ることが明らかである。又第7図は、摺動距離
570m、摺動速度0.12m/sec、加圧力18.9Kg、相
手材ボロン鋳鉄にて摩耗量を測定したもので、従
来構造のピストンAよりも本発明方法によるピス
トンBの方が、摩耗量が極めて少ないことが明白
である。
なお、第1図、第4図、第5図に示したピスト
ン16に共通して、26はピストンリング溝、2
8はピストンピン孔である。なお、又上記実施例
は何れもピストンの冠部に複合材部分を設けた場
合に関するものであるが、ピストンのその部分例
えばピストンスカート部に複合材部分を形成し、
上記と同様の効果を奏し得ることは明らかであ
る。
叙上のように、本発明に係るピストンの製造方
法は、アルミナ、炭化硅素等のセラミツク繊維
(ウイスカを含む)を成形したマツトあるいはセ
ラミツク粉末にアルミニウム合金等の金属基材を
溶湯鍛造により含浸させる方法、セラミツク繊維
(あるいは粉末)及び金属基材を高圧射出する方
法又は金属粉末とセラミツク繊維又は粉末とを混
合し焼結する方法等により単純形状の複合材粗材
を作る工程と、前記複合材粗材を鋳造後に碇留効
果を生起しかつ鋳型に適合する形状に加工して成
形複合材を作る工程と、予熱した上記成形複合材
をピストン鋳型内に設置し上記金属基材または上
記金属粉末と同種の金属基材を注湯して溶湯鍛造
を行いピストンを鋳造する工程とを包含すをこと
を特徴とし、従来の製造方法に較べて品質的にば
らつきがなく、高品質の複合材ピストンを容易に
製造することができるので、極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の第1実施例を示すピスト
ン断面図、第2図及び第3図は本発明方法の実施
に際し使用する複合材粗材の断面図、第4図及び
第5図は、本発明方法の第2及び第3実施例を示
すピストン断面図、第6図は本発明方法によるピ
ストンの熱衝撃試験結果を示した線図、第7図は
本発明方法によるピストンの摩耗量を測定した試
験結果の線図、第8図は第6図の熱衝撃試験を実
施した際の加熱冷却サイクルのパターンを示す図
面である。 10…繊維成形体、16…ピストン、14…複
合材粗材、24…成形複合体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 アルミナ、炭化硅素等のセラミツク繊維(ウ
    イスカを含む)を成形したマツトあるいはセラミ
    ツク粉末にアルミニウム合金等の金属基材を溶湯
    鍛造により含浸させる方法、セラミツク繊維(あ
    るいは粉末)及び金属基材を高圧射出する方法又
    は金属粉末とセラミツク繊維又は粉末とを混合し
    焼結する方法等により単純形状の複合材粗材を作
    る工程と、上記複合材粗材を鋳造後に碇留効果を
    生起しかつ鋳型に適合する形状に加工して成形複
    合材を作る工程と、予熱した上記成形複合材をピ
    ストン鋳型内に設置し上記金属基材または上記金
    属粉末と同種の金属基材を注湯して溶湯鍛造を行
    いピストンを鋳造する工程とを包含することを特
    徴とするピストンの製造方法。
JP59091505A 1984-05-08 1984-05-08 ピストンの製造方法 Granted JPS60234763A (ja)

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