JPH0547304B2 - - Google Patents
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- JPH0547304B2 JPH0547304B2 JP59047398A JP4739884A JPH0547304B2 JP H0547304 B2 JPH0547304 B2 JP H0547304B2 JP 59047398 A JP59047398 A JP 59047398A JP 4739884 A JP4739884 A JP 4739884A JP H0547304 B2 JPH0547304 B2 JP H0547304B2
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- piston
- billet
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- molded body
- mold
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/09—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using pressure
- B22D27/13—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using pressure making use of gas pressure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
-
- 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
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F2200/00—Manufacturing
- F02F2200/04—Forging of engine parts
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Forging (AREA)
Description
〓産業上の利用分野〓
本発明は内燃機関用ピストンおよびその製造方
法に係り、とくに少なくとも一部分を無機繊維集
合体あるいは微粉粒体の多孔質成形体で複合して
強化するようにした内燃機関用ピストンおよびそ
の製造方法に関する。 〓従来の技術〓 内燃機関用ピストン、とくにアルミニウム合金
製のピストンにおいては、これに加えられる熱的
な負荷や機械的な負荷が近年次第に高くなつてい
る。従つてこのような高い負荷に対する材料面で
の何等かの対策が必要になつている。溶湯鍛造と
呼ばれる加圧鍛造技術や、あるいはそれを応用し
た繊維複合強化（いわゆるFRM化）技術がこれ
に対応しており、これらの技術によつて上記の高
い熱的あるいは機械的負荷を受けるようにする試
みがなされている。 例えば第１図に示すように、ピストン１のトツ
プリング溝２の部分を無機繊維集合体あるいは多
孔質成形体４によつて複合することにより、とく
にトツプリング溝２の部分の耐摩耗性を向上させ
るようにしている。あるいはまた第２図に示すよ
うに、ピストン１の頂面３の部分に無機繊維集合
体あるいは多孔質金属成形体４を複合し、これに
よつて頂面３の耐熱亀裂性を向上させるようにし
ている。 このように局部的に無機繊維集合体あるいは多
孔質成形体４をピストン１に複合する場合には、
加圧鋳造を応用し、例えばセラミツク繊維から成
る無機繊維集合体４を金型内の当該部位に配置
し、この金型内に注入された鋳造合金の溶湯を加
圧して上記無機繊維集合体の空隙部に侵入させ、
この合金を母材とする複合材を形成するようにし
ている。 このような従来の複合強化の方法によるピスト
ンは、部分複合に限定される。そしてこのピスト
ンを部分複合する場合には、必要とする複合部位
の形状に合致した多孔質の成形体を作成しなけれ
ばならず、この成形体を鋳型の所定の部位に固定
するとともに、鋳型内に溶湯を注入しながら加圧
し、加圧鋳造によつてピストンを形成させる。こ
のときに同時に上記成形体の空隙に鋳造合金の溶
湯を侵入させ、ピストンの所要部位に上記成形体
を複合して複合材を形成させることになる。 このような従来の繊維強化ピストンにおいて
は、ピストンの全体を複合化することが非常に困
難である。何故ならばピストンの全体形状に合致
した多孔質成形体を作ることは困難であり、また
もし作れたとしても非常にコスト高になるからで
ある。 さらにこのような従来のピストンは、加圧鋳造
品であるために、普通の常圧鋳造品に比べて凝固
時の冷却速度が大きく、それに応じて材料強度の
上昇がある程度期待できる。しかしこのような強
度の上昇はあくまでも鋳造品のそれの範囲内であ
つて、鍛造材でもたらされるような強度や靭性は
期待できない。従つて従来のこの種のピストンに
よれば、部分的に繊維によつて複合強化すること
ができたとしても、十分な強度や靭性を得ること
ができないという欠点があつた。 〓発明の目的〓 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたも
のであつて、高い強度および靭性が得られるとと
もに、局部的な複合強固のみならず、必要に応じ
て全体をも複合強化することができるようにした
内燃機関用ピストンおよびその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。 〓発明の構成と作用〓 本発明は、ピストンの全体を固体鍛造によつて
形成することにより、高い強度と靭性とを得るよ
うにするとともに、その少なくとも一部、あるい
は全体をセラミツク繊維等の無機繊維集合体ある
いは微粉粒体の多孔質成形体で複合強化するよう
にした内燃機関用ピストンおよびその製造方法に
関するものであつて、さらにその製造方法におい
て、好ましくは在来の複合材の製造方法には見ら
れない気体加圧の方法を取入れるようにしてい
る。 とくに本発明の第１の特徴は、ピストンの全体
あるいは必要な部分のみが無機繊維集合体あるい
は微粉粒体の多孔質成形体によつて複合強化さ
れ、かつ鍛造によつて塑性加工されて成形される
ようになつていることである。ピストンにおいて
強度あるいは靭性を最も必要とする部分は、ピン
穴を形成するためのピンボス部であつて、鋳造材
の強度や靭性では十分ではなく、鍛造材のそれを
必要とする場合がある。従つて本発明によれば、
ピンボス部が高い強度および靭性を有するピスト
ンをも提供することが可能になる。 つぎに示す表は、AC8A材を母材としたアルミ
ニウム合金の、単体および複合材の鋳造のままお
よび鍛造した場合の引張り強さと伸びとを示した
ものである。この表から明らかなように、同一の
材料でも鋳造よりも鍛造の方が大きな強度と靭性
とを得ることができ、また繊維によつて複合強化
することによりさらに強度が向上することが明ら
かである。なおこの表において、無機繊維による
強化の場合には、SiCを15％複合したものであ
る。
法に係り、とくに少なくとも一部分を無機繊維集
合体あるいは微粉粒体の多孔質成形体で複合して
強化するようにした内燃機関用ピストンおよびそ
の製造方法に関する。 〓従来の技術〓 内燃機関用ピストン、とくにアルミニウム合金
製のピストンにおいては、これに加えられる熱的
な負荷や機械的な負荷が近年次第に高くなつてい
る。従つてこのような高い負荷に対する材料面で
の何等かの対策が必要になつている。溶湯鍛造と
呼ばれる加圧鍛造技術や、あるいはそれを応用し
た繊維複合強化（いわゆるFRM化）技術がこれ
に対応しており、これらの技術によつて上記の高
い熱的あるいは機械的負荷を受けるようにする試
みがなされている。 例えば第１図に示すように、ピストン１のトツ
プリング溝２の部分を無機繊維集合体あるいは多
孔質成形体４によつて複合することにより、とく
にトツプリング溝２の部分の耐摩耗性を向上させ
るようにしている。あるいはまた第２図に示すよ
うに、ピストン１の頂面３の部分に無機繊維集合
体あるいは多孔質金属成形体４を複合し、これに
よつて頂面３の耐熱亀裂性を向上させるようにし
ている。 このように局部的に無機繊維集合体あるいは多
孔質成形体４をピストン１に複合する場合には、
加圧鋳造を応用し、例えばセラミツク繊維から成
る無機繊維集合体４を金型内の当該部位に配置
し、この金型内に注入された鋳造合金の溶湯を加
圧して上記無機繊維集合体の空隙部に侵入させ、
この合金を母材とする複合材を形成するようにし
ている。 このような従来の複合強化の方法によるピスト
ンは、部分複合に限定される。そしてこのピスト
ンを部分複合する場合には、必要とする複合部位
の形状に合致した多孔質の成形体を作成しなけれ
ばならず、この成形体を鋳型の所定の部位に固定
するとともに、鋳型内に溶湯を注入しながら加圧
し、加圧鋳造によつてピストンを形成させる。こ
のときに同時に上記成形体の空隙に鋳造合金の溶
湯を侵入させ、ピストンの所要部位に上記成形体
を複合して複合材を形成させることになる。 このような従来の繊維強化ピストンにおいて
は、ピストンの全体を複合化することが非常に困
難である。何故ならばピストンの全体形状に合致
した多孔質成形体を作ることは困難であり、また
もし作れたとしても非常にコスト高になるからで
ある。 さらにこのような従来のピストンは、加圧鋳造
品であるために、普通の常圧鋳造品に比べて凝固
時の冷却速度が大きく、それに応じて材料強度の
上昇がある程度期待できる。しかしこのような強
度の上昇はあくまでも鋳造品のそれの範囲内であ
つて、鍛造材でもたらされるような強度や靭性は
期待できない。従つて従来のこの種のピストンに
よれば、部分的に繊維によつて複合強化すること
ができたとしても、十分な強度や靭性を得ること
ができないという欠点があつた。 〓発明の目的〓 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたも
のであつて、高い強度および靭性が得られるとと
もに、局部的な複合強固のみならず、必要に応じ
て全体をも複合強化することができるようにした
内燃機関用ピストンおよびその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。 〓発明の構成と作用〓 本発明は、ピストンの全体を固体鍛造によつて
形成することにより、高い強度と靭性とを得るよ
うにするとともに、その少なくとも一部、あるい
は全体をセラミツク繊維等の無機繊維集合体ある
いは微粉粒体の多孔質成形体で複合強化するよう
にした内燃機関用ピストンおよびその製造方法に
関するものであつて、さらにその製造方法におい
て、好ましくは在来の複合材の製造方法には見ら
れない気体加圧の方法を取入れるようにしてい
る。 とくに本発明の第１の特徴は、ピストンの全体
あるいは必要な部分のみが無機繊維集合体あるい
は微粉粒体の多孔質成形体によつて複合強化さ
れ、かつ鍛造によつて塑性加工されて成形される
ようになつていることである。ピストンにおいて
強度あるいは靭性を最も必要とする部分は、ピン
穴を形成するためのピンボス部であつて、鋳造材
の強度や靭性では十分ではなく、鍛造材のそれを
必要とする場合がある。従つて本発明によれば、
ピンボス部が高い強度および靭性を有するピスト
ンをも提供することが可能になる。 つぎに示す表は、AC8A材を母材としたアルミ
ニウム合金の、単体および複合材の鋳造のままお
よび鍛造した場合の引張り強さと伸びとを示した
ものである。この表から明らかなように、同一の
材料でも鋳造よりも鍛造の方が大きな強度と靭性
とを得ることができ、また繊維によつて複合強化
することによりさらに強度が向上することが明ら
かである。なおこの表において、無機繊維による
強化の場合には、SiCを15％複合したものであ
る。
【表】
本発明の第２の特徴は、全体あるいは部分的に
複合される複合材の形成が、鍛造成形前のビレツ
トでなされることである。ピンボス部を含むピス
トンの下部だけを鍛造材にする方法には、ねじ込
み、焼ばめ、その他の方法も存在するが、これら
は２部分結合法を利用するもので、その前後に切
削や研削等の機械加工をしなければならない欠点
を伴なう。複合材の鍛造は普通の展伸材よりも難
しく、とくに部分複合材では塑性加工の対象品の
硬軟が不均一であるので、最終製品において複合
強化部分が何処に位置してしまうか解らない問題
を伴なうことになる。しかるにこのような問題
は、ダミービレツト（予備塑性加工体）の塑性加
工の選び方で、所定の位置に正しく配置すること
が可能になる。 本発明の第３の特徴は、鍛造前のビレツトの複
合材の製作にプランジヤ加圧による方法の他に、
好ましくは気体による加圧法を提唱するものであ
る。プランジヤ加圧の場合には、その加圧力が
500Kgｆ／cm2以上の大きな値となることにもよる
が、プランジヤが金属で構成されており、たとえ
断熱皮膜が形成されていたとしても、熱伝導性が
高いので、プランジヤに接触した溶湯が部分的に
凝固を起し、それを凌駕して溶湯にさらに圧力を
加えるようにすると、さらに高い加圧力が必要と
なる。これに対して気体加圧の場合には、気体が
良好な断熱材であるから、鋳型内の溶湯を冷却す
ることなく、10Kgｆ／cm2程度の圧力でも溶湯を静
水圧的に加圧することが可能になる。 第３図〜第５図は、同じ容積の溶湯を大きなプ
ランジヤ６で加圧する場合（第３図）、小さなプ
ランジヤ７で加圧する場合（第４図）、およびパ
イプ８を通して供給される気体で加圧される場合
（第５図）の鋳型９内の早期凝固の様相を図示し
たものである。プランジヤ６，７を用いて加圧す
る場合には、鋳型９の内表面とプランジヤ６，７
の下面から凝固が始まり、帽子状の早期凝固部１
０を形成することになる。従つてこの早期凝固部
１０砕く以上の大きさの加圧力を必要とする。 これに対して気体加圧の場合には、気体が熱の
不良導体であるので、第５図に示すように鋳型９
の内表面での早期凝固が認められるのみであり、
小さな加圧力で十分に役立つことになる。なお第
３図〜第５図において、鋳型９の下部に配されて
いるのは、溶湯１１がその空隙部に侵入されて複
合される無機繊維集合体２である。 〓実施例〓 以下本発明を図示の実施例によつて説明する。 実施例 １ 第６図は本実施例に係る内燃機関用ピストンの
ビレツトを製造するための装置を示すものであつ
て、このビレツトの製造装置はベース１５を備え
ている。ベース１５上には管状鋳型１６が直立し
て配置されている。この鋳型１６の上部と下部と
は、それぞれ上部密閉型１７および下部密閉型１
８によつて閉じられるようになつており、さらに
下部密閉型１８は下部押え型１９によつて押圧さ
れるようになつている。またこの管状鋳型１６の
側面側にはバルブ２０が接続されたパイプ２１が
連通して取付けられるようになつている。このパ
イプ２１の他端は加圧気体タンク２２と接続され
るようになつている。またこのタンク２２の反対
側の入口は、パイプ２３およびバルブ２４を介し
て、図外の加圧気体供給源と接続されるようにな
つている。 つぎに以上の装置を用いてビレツトを作る動作
について説明すると、まず下部密閉型１８によつ
てこの管状鋳型１６の下端を閉塞するとともに、
この下部密閉型１８を下部押え型１９によつて押
えるようにする。そして管状鋳型１６の内部であ
つて、その下側にセラミツク多孔体２５を配置す
る。この状態において管状鋳型１６の内部に、上
部開口から鋳造合金、例えばアルミニウム合金の
溶湯２６を所定量注入する。そしてこの後に上部
密閉型１７によつて管状鋳型１６の上部開口を閉
塞する。 このようにセラミツク多孔体２５と溶湯２６と
が入つた状態において上部が閉塞された管状鋳型
１６の内部には、気体の圧力が加えられる。この
加圧はバルブ２０を開くことにより、タンク２２
内の加圧気体をパイプ２１を通して管状鋳型１６
内に導くことによつて行なわれる。これによつて
鋳型16内の溶湯に所定の圧力が加えられるととも
に、上記セラミツク多孔体２５の空隙の部分に溶
湯２６が侵入され、これによつて多孔体２５が複
合されることになる。加圧を終了したらばバルブ
２０を閉じ、溶湯２６が凝固した後にまず上部密
閉型１７を解放する。ついで下部押え型１９を下
降させて下部密閉型１８を取外し、その後に下部
押え型１９を上昇させる。すると複合材ビレツト
２７（第７図参照）は上方へ押出されることにな
る。なお上記の加圧に用いられる気体は乾燥空気
で十分であるが、10Kgｆ／cm2程度の圧力としてお
くことが好ましい。 第７図はこのようにして製造した複合材ビレツ
ト２７を示しており、このビレツト２７は部分的
にセラミツク多孔体２５によつて複合強化されて
いる。すなわち点線の斜線で示した部分が複合部
分を構成している。そしてこのようなビレツト２
７を用いて、鍛造によつて成形することにより、
第８図に示すようなピストン２８が得られる。こ
のピストン２８はそのトツプリング溝２９の部分
が上記セラミツク多孔体２５によつて複合強化さ
れるようになつている。 ピストン２８を構成する素材は第９図に示すよ
うに、その内部に、ピン穴３０を形成するための
ピストンボス部３１が設けられている。従つてピ
ストン２８の高さ方向と直交する方向において、
第１０図に示すように、Ｘ方向とＹ方向とでは、
その肉厚および形状が異なる。よつてこのような
ピストン２８を第７図に示すようなビレツト２７
から直接鍛造しても、成形そのものも困難であ
り、複合材２５の位置も変つてしまう問題があ
る。そこでこの実施例においては、このような不
具合を避けるために、中間ダミービレツトの形状
に塑性加工し、この中間ダミービレツトを経由し
て鍛造することにより、第８図に示すように若干
の変形はあつても、ほとんど所定の位置に複合材
２５を複合したピストン２８が得られることにな
る。 実施例 ２ つぎに本発明の第２の実施例を第１１図〜第１
３図につき説明する。なおこの実施例において、
上記第１の実施例と対応する部分には同一の符号
を付すとともに、同一の構成の部分についてはそ
の説明を省略する。この第２の実施例の特徴は、
管状鋳型１６の底部に第１１図に示すように、ほ
ぼ円盤状をなすセラミツク多孔体２５を配置し、
加圧鋳造によつて第１２図に示すようなビレツト
２７を成形している。そしてこのビレツト２７を
上記第１の実施例と同様に、中間ダミービレツト
を介して鍛造することにより、第１３図に示すよ
うなピストン２８を得ている。このピストン２８
は、そのトツプリング溝の部分に代えて、頂面３
２の部分にセラミツク多孔体２５が複合強化され
るようになつており、これによつて耐熱亀裂性を
改善するようにしている。 実施例 ３ つぎに本発明の第３の実施例を第１４図〜第１
６図につき説明すると、この実施例はピストン２
８のほぼ全体に補強を行なうようにしたものであ
つて、第１４図に示すようにビレツトの高さより
もやや高い寸法のセラミツク多孔体２５を管状鋳
型１６内に配置する。そしてこの鋳型１６内に溶
湯２６を注入するとともに、バルブ２０を開いて
タンク２２内の空気を鋳型２６内に供給して加圧
を行なつている。このようにして第１５図に示す
ようなビレツト２７を得るようにしている。この
ビレツト２７はそのぼぼ全体にセラミツク繊維が
分布しているために、このようなビレツト２７を
鍛造することによつて、第１６図に示すようなピ
ストン２８が得られ、そのトツプリング溝２９、
頂面３２、およびピン穴３０が形成されるピスト
ンボス部３１がセラミツク繊維によつて複合強化
されることになる。 以上本発明を３つの実施例につき説明したが、
本発明はこれらの実施例によつて限定されること
なく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更
が可能である。例えば上記３つの実施例はいずれ
もビレツトを鋳造する際に空気によつて加圧を行
なうようにしているが、必ずしも空気によつて加
圧を行なう必要はなく、プランジヤによつて加圧
を行なうようにしてもよい。また本発明は、頂面
に凹部から成る燃焼室を備えるピストンにも適用
可能であつて、その開口縁部にセラミツク多孔体
を複合強化するようにしたピストンにも適用可能
である。 〓発明の効果〓 以上のように本発明は、少なくとも一部分を無
機繊維集合体あるいは微粉粒体の多孔質成形体で
複合して鋳造されたビレツトを用い、固体鍛造に
よつて成形するようにした内燃機関用ピストンお
よびその製造方法に関するものである。 従つて本発明によれば、高い熱的あるいは機械
的負荷に耐えるピストンを提供することができる
ばかりでなく、固体鍛造によつて従来の鋳造では
期待できない高い強度と靭性とを有する内燃機関
用ピストンを提供することが可能になる。しかも
無機繊維集合体あるいは微粉流体の多孔質成形体
は母材中に複合されて結合されているために、複
合部分の結合強度が高く、複合された部分が他の
部分から分離して剥離脱落を生ずることがない。
複合される複合材の形成が、鍛造成形前のビレツ
トでなされることである。ピンボス部を含むピス
トンの下部だけを鍛造材にする方法には、ねじ込
み、焼ばめ、その他の方法も存在するが、これら
は２部分結合法を利用するもので、その前後に切
削や研削等の機械加工をしなければならない欠点
を伴なう。複合材の鍛造は普通の展伸材よりも難
しく、とくに部分複合材では塑性加工の対象品の
硬軟が不均一であるので、最終製品において複合
強化部分が何処に位置してしまうか解らない問題
を伴なうことになる。しかるにこのような問題
は、ダミービレツト（予備塑性加工体）の塑性加
工の選び方で、所定の位置に正しく配置すること
が可能になる。 本発明の第３の特徴は、鍛造前のビレツトの複
合材の製作にプランジヤ加圧による方法の他に、
好ましくは気体による加圧法を提唱するものであ
る。プランジヤ加圧の場合には、その加圧力が
500Kgｆ／cm2以上の大きな値となることにもよる
が、プランジヤが金属で構成されており、たとえ
断熱皮膜が形成されていたとしても、熱伝導性が
高いので、プランジヤに接触した溶湯が部分的に
凝固を起し、それを凌駕して溶湯にさらに圧力を
加えるようにすると、さらに高い加圧力が必要と
なる。これに対して気体加圧の場合には、気体が
良好な断熱材であるから、鋳型内の溶湯を冷却す
ることなく、10Kgｆ／cm2程度の圧力でも溶湯を静
水圧的に加圧することが可能になる。 第３図〜第５図は、同じ容積の溶湯を大きなプ
ランジヤ６で加圧する場合（第３図）、小さなプ
ランジヤ７で加圧する場合（第４図）、およびパ
イプ８を通して供給される気体で加圧される場合
（第５図）の鋳型９内の早期凝固の様相を図示し
たものである。プランジヤ６，７を用いて加圧す
る場合には、鋳型９の内表面とプランジヤ６，７
の下面から凝固が始まり、帽子状の早期凝固部１
０を形成することになる。従つてこの早期凝固部
１０砕く以上の大きさの加圧力を必要とする。 これに対して気体加圧の場合には、気体が熱の
不良導体であるので、第５図に示すように鋳型９
の内表面での早期凝固が認められるのみであり、
小さな加圧力で十分に役立つことになる。なお第
３図〜第５図において、鋳型９の下部に配されて
いるのは、溶湯１１がその空隙部に侵入されて複
合される無機繊維集合体２である。 〓実施例〓 以下本発明を図示の実施例によつて説明する。 実施例 １ 第６図は本実施例に係る内燃機関用ピストンの
ビレツトを製造するための装置を示すものであつ
て、このビレツトの製造装置はベース１５を備え
ている。ベース１５上には管状鋳型１６が直立し
て配置されている。この鋳型１６の上部と下部と
は、それぞれ上部密閉型１７および下部密閉型１
８によつて閉じられるようになつており、さらに
下部密閉型１８は下部押え型１９によつて押圧さ
れるようになつている。またこの管状鋳型１６の
側面側にはバルブ２０が接続されたパイプ２１が
連通して取付けられるようになつている。このパ
イプ２１の他端は加圧気体タンク２２と接続され
るようになつている。またこのタンク２２の反対
側の入口は、パイプ２３およびバルブ２４を介し
て、図外の加圧気体供給源と接続されるようにな
つている。 つぎに以上の装置を用いてビレツトを作る動作
について説明すると、まず下部密閉型１８によつ
てこの管状鋳型１６の下端を閉塞するとともに、
この下部密閉型１８を下部押え型１９によつて押
えるようにする。そして管状鋳型１６の内部であ
つて、その下側にセラミツク多孔体２５を配置す
る。この状態において管状鋳型１６の内部に、上
部開口から鋳造合金、例えばアルミニウム合金の
溶湯２６を所定量注入する。そしてこの後に上部
密閉型１７によつて管状鋳型１６の上部開口を閉
塞する。 このようにセラミツク多孔体２５と溶湯２６と
が入つた状態において上部が閉塞された管状鋳型
１６の内部には、気体の圧力が加えられる。この
加圧はバルブ２０を開くことにより、タンク２２
内の加圧気体をパイプ２１を通して管状鋳型１６
内に導くことによつて行なわれる。これによつて
鋳型16内の溶湯に所定の圧力が加えられるととも
に、上記セラミツク多孔体２５の空隙の部分に溶
湯２６が侵入され、これによつて多孔体２５が複
合されることになる。加圧を終了したらばバルブ
２０を閉じ、溶湯２６が凝固した後にまず上部密
閉型１７を解放する。ついで下部押え型１９を下
降させて下部密閉型１８を取外し、その後に下部
押え型１９を上昇させる。すると複合材ビレツト
２７（第７図参照）は上方へ押出されることにな
る。なお上記の加圧に用いられる気体は乾燥空気
で十分であるが、10Kgｆ／cm2程度の圧力としてお
くことが好ましい。 第７図はこのようにして製造した複合材ビレツ
ト２７を示しており、このビレツト２７は部分的
にセラミツク多孔体２５によつて複合強化されて
いる。すなわち点線の斜線で示した部分が複合部
分を構成している。そしてこのようなビレツト２
７を用いて、鍛造によつて成形することにより、
第８図に示すようなピストン２８が得られる。こ
のピストン２８はそのトツプリング溝２９の部分
が上記セラミツク多孔体２５によつて複合強化さ
れるようになつている。 ピストン２８を構成する素材は第９図に示すよ
うに、その内部に、ピン穴３０を形成するための
ピストンボス部３１が設けられている。従つてピ
ストン２８の高さ方向と直交する方向において、
第１０図に示すように、Ｘ方向とＹ方向とでは、
その肉厚および形状が異なる。よつてこのような
ピストン２８を第７図に示すようなビレツト２７
から直接鍛造しても、成形そのものも困難であ
り、複合材２５の位置も変つてしまう問題があ
る。そこでこの実施例においては、このような不
具合を避けるために、中間ダミービレツトの形状
に塑性加工し、この中間ダミービレツトを経由し
て鍛造することにより、第８図に示すように若干
の変形はあつても、ほとんど所定の位置に複合材
２５を複合したピストン２８が得られることにな
る。 実施例 ２ つぎに本発明の第２の実施例を第１１図〜第１
３図につき説明する。なおこの実施例において、
上記第１の実施例と対応する部分には同一の符号
を付すとともに、同一の構成の部分についてはそ
の説明を省略する。この第２の実施例の特徴は、
管状鋳型１６の底部に第１１図に示すように、ほ
ぼ円盤状をなすセラミツク多孔体２５を配置し、
加圧鋳造によつて第１２図に示すようなビレツト
２７を成形している。そしてこのビレツト２７を
上記第１の実施例と同様に、中間ダミービレツト
を介して鍛造することにより、第１３図に示すよ
うなピストン２８を得ている。このピストン２８
は、そのトツプリング溝の部分に代えて、頂面３
２の部分にセラミツク多孔体２５が複合強化され
るようになつており、これによつて耐熱亀裂性を
改善するようにしている。 実施例 ３ つぎに本発明の第３の実施例を第１４図〜第１
６図につき説明すると、この実施例はピストン２
８のほぼ全体に補強を行なうようにしたものであ
つて、第１４図に示すようにビレツトの高さより
もやや高い寸法のセラミツク多孔体２５を管状鋳
型１６内に配置する。そしてこの鋳型１６内に溶
湯２６を注入するとともに、バルブ２０を開いて
タンク２２内の空気を鋳型２６内に供給して加圧
を行なつている。このようにして第１５図に示す
ようなビレツト２７を得るようにしている。この
ビレツト２７はそのぼぼ全体にセラミツク繊維が
分布しているために、このようなビレツト２７を
鍛造することによつて、第１６図に示すようなピ
ストン２８が得られ、そのトツプリング溝２９、
頂面３２、およびピン穴３０が形成されるピスト
ンボス部３１がセラミツク繊維によつて複合強化
されることになる。 以上本発明を３つの実施例につき説明したが、
本発明はこれらの実施例によつて限定されること
なく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更
が可能である。例えば上記３つの実施例はいずれ
もビレツトを鋳造する際に空気によつて加圧を行
なうようにしているが、必ずしも空気によつて加
圧を行なう必要はなく、プランジヤによつて加圧
を行なうようにしてもよい。また本発明は、頂面
に凹部から成る燃焼室を備えるピストンにも適用
可能であつて、その開口縁部にセラミツク多孔体
を複合強化するようにしたピストンにも適用可能
である。 〓発明の効果〓 以上のように本発明は、少なくとも一部分を無
機繊維集合体あるいは微粉粒体の多孔質成形体で
複合して鋳造されたビレツトを用い、固体鍛造に
よつて成形するようにした内燃機関用ピストンお
よびその製造方法に関するものである。 従つて本発明によれば、高い熱的あるいは機械
的負荷に耐えるピストンを提供することができる
ばかりでなく、固体鍛造によつて従来の鋳造では
期待できない高い強度と靭性とを有する内燃機関
用ピストンを提供することが可能になる。しかも
無機繊維集合体あるいは微粉流体の多孔質成形体
は母材中に複合されて結合されているために、複
合部分の結合強度が高く、複合された部分が他の
部分から分離して剥離脱落を生ずることがない。
第１図は従来のピストンを示す縦断面図、第２
図は別の従来のピストンの縦断面図、第３図は大
きなプランジヤを用いたビレツトの製造装置の縦
断面図、第４図は小さなプランジヤを用いたビレ
ツトの製造装置の縦断面図、第５図は気体による
加圧を行なうようにしたビレツトの製造装置の縦
断面図、第６図は本発明の第１の実施例に係るビ
レツトの製造の状態を示す縦断面図、第７図は得
られたビレツトの縦断面図、第８図はこのビレツ
トから鍛造されたピストンの縦断面図、第９図は
一般的なピストンを示す縦断面図、第１０図は第
９図におけるＸ〜Ｘ線断面図、第１１図は本発明
の第２の実施例に係るビレツトの製造の状態を示
す縦断面図、第１２図はこのようにして得られた
ビレツトの縦断面図、第１３図はこのビレツトを
鍛造して得られるピストンの縦断面図、第１４図
は本発明の第３の実施例に係るビレツトを製造す
る状態を示す縦断面図、第１５図はこの装置によ
つて得られるビレツトの縦断面図、第１６図はこ
のビレツトを鍛造して得られるピストンの縦断面
図である。また図面中の主要な部分の名称はつぎ
の通りである。 １６……管状鋳型、１７……上部密閉型、１８
……下部密閉型、２０……バルブ、２２……加圧
気体タンク、２５……セラミツク多孔体、２６…
…アルミニウム合金の溶湯、２７……ビレツト、
２８……ピストン、２９……トツプリング溝、３
１……ピンボス部、３２……頂面。
図は別の従来のピストンの縦断面図、第３図は大
きなプランジヤを用いたビレツトの製造装置の縦
断面図、第４図は小さなプランジヤを用いたビレ
ツトの製造装置の縦断面図、第５図は気体による
加圧を行なうようにしたビレツトの製造装置の縦
断面図、第６図は本発明の第１の実施例に係るビ
レツトの製造の状態を示す縦断面図、第７図は得
られたビレツトの縦断面図、第８図はこのビレツ
トから鍛造されたピストンの縦断面図、第９図は
一般的なピストンを示す縦断面図、第１０図は第
９図におけるＸ〜Ｘ線断面図、第１１図は本発明
の第２の実施例に係るビレツトの製造の状態を示
す縦断面図、第１２図はこのようにして得られた
ビレツトの縦断面図、第１３図はこのビレツトを
鍛造して得られるピストンの縦断面図、第１４図
は本発明の第３の実施例に係るビレツトを製造す
る状態を示す縦断面図、第１５図はこの装置によ
つて得られるビレツトの縦断面図、第１６図はこ
のビレツトを鍛造して得られるピストンの縦断面
図である。また図面中の主要な部分の名称はつぎ
の通りである。 １６……管状鋳型、１７……上部密閉型、１８
……下部密閉型、２０……バルブ、２２……加圧
気体タンク、２５……セラミツク多孔体、２６…
…アルミニウム合金の溶湯、２７……ビレツト、
２８……ピストン、２９……トツプリング溝、３
１……ピンボス部、３２……頂面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 無機繊維集合体あるいは無機質の微粉粒体か
ら成る多孔質成形体が母材の少なくとも一部分に
複合された状態で鋳造されたビレツトを固体鍛造
によつて成形するようにしたことを特徴とする内
燃機関用ピストン。 ２ 前記無機繊維集合体あるいは無機質の微粉粒
体から成る多孔質成形体がリング溝の部分、頂
面、またはピンボスの部分に局部的に複合されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の内燃機関用ピストン。 ３ 前記無機繊維集合体あるいは無機質の微粉粒
体から成る多孔質成形体が母材の全体に複合され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の内燃機関用ピストン。 ４ 所定の形状を有する無機繊維集合体あるいは
無機質の微粉粒体から成る多孔質成形体を鋳型中
の所定の位置に配してビレツトを鋳造し、該ビレ
ツトに前記無機繊維集合体あるいは無機質の微粉
粒体から成る多孔質成形体を複合する工程と、 前記ビレツトを固体鍛造することによつてピス
トンを成形する工程と、 をそれぞれ具備することを特徴とする内燃機関用
ピストンの製造方法。 ５ 前記ビレツトの鋳造時に溶湯に圧力を加える
ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
内燃機関用ピストンの製造方法。 ６ 前記溶湯に圧力を加える媒体として気体を用
いることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記
載の内燃機関用ピストンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4739884A JPS60191654A (ja) | 1984-03-12 | 1984-03-12 | 内燃機関用ピストンおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4739884A JPS60191654A (ja) | 1984-03-12 | 1984-03-12 | 内燃機関用ピストンおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60191654A JPS60191654A (ja) | 1985-09-30 |
| JPH0547304B2 true JPH0547304B2 (ja) | 1993-07-16 |
Family
ID=12774006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4739884A Granted JPS60191654A (ja) | 1984-03-12 | 1984-03-12 | 内燃機関用ピストンおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60191654A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61171858U (ja) * | 1985-04-15 | 1986-10-25 | ||
| JPS6471563A (en) * | 1987-09-11 | 1989-03-16 | Daihatsu Motor Co Ltd | Ceramic-metal composing body |
| AT406837B (de) * | 1994-02-10 | 2000-09-25 | Electrovac | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von metall-matrix-verbundwerkstoffen |
| JP3212245B2 (ja) * | 1995-08-30 | 2001-09-25 | マツダ株式会社 | 鋳造方法及び鋳造装置並びに鋳造品 |
| JP2008260023A (ja) * | 2007-04-10 | 2008-10-30 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 金属複合材料の製造方法及び金属複合材料からなる部材 |
| JP6256453B2 (ja) * | 2015-11-17 | 2018-01-10 | マツダ株式会社 | エンジンのピストン構造 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4938839A (ja) * | 1972-08-19 | 1974-04-11 | ||
| JPS5393120A (en) * | 1977-01-27 | 1978-08-15 | Honda Motor Co Ltd | Fiber reinforcement complex portion material and its preparation |
| JPS5877736A (ja) * | 1981-11-05 | 1983-05-11 | Yukihiko Uchida | ピストンの製造方法 |
| JPS5886968A (ja) * | 1981-11-20 | 1983-05-24 | Izumi Jidosha Kogyo Kk | 繊維強化アルミニウム合金製ピストンの製造方法 |
| JPS5982156A (ja) * | 1982-11-01 | 1984-05-12 | Toyota Motor Corp | 内燃機関用ピストンの製造方法 |
-
1984
- 1984-03-12 JP JP4739884A patent/JPS60191654A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60191654A (ja) | 1985-09-30 |
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