JPS58211552A - 内燃機関のピストンおよびその製造方法 - Google Patents
内燃機関のピストンおよびその製造方法Info
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- JPS58211552A JPS58211552A JP9430582A JP9430582A JPS58211552A JP S58211552 A JPS58211552 A JP S58211552A JP 9430582 A JP9430582 A JP 9430582A JP 9430582 A JP9430582 A JP 9430582A JP S58211552 A JPS58211552 A JP S58211552A
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- 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
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
-
- 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
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
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- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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- F05C2253/16—Fibres
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- 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)
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】
本発明は内燃機関のビスＩ−ンＪ５Ｊ、びその製造方法
に関づる。
に関づる。
往復動望内燃機関にあってはビス１〜ン、ピストンピン
、コンロッドなど可動部分の軽量化が強く要請されてい
る。これら往復動部分の軽量化は運初光のバランスを良
好にして振動（騒音）を軽減するとともに、燃費の向上
に寄与する。
、コンロッドなど可動部分の軽量化が強く要請されてい
る。これら往復動部分の軽量化は運初光のバランスを良
好にして振動（騒音）を軽減するとともに、燃費の向上
に寄与する。
従賽のピストンは金属製のものが大部分を占めているが
、゛爆発力が全て繰返し的にピストンに作用するため、
ピストンのＩＭが比較的大ぎくなってしまうことはさけ
られなかった。
、゛爆発力が全て繰返し的にピストンに作用するため、
ピストンのＩＭが比較的大ぎくなってしまうことはさけ
られなかった。
又従来のピストンは線膨張率の大きな金属で形成されて
いたため、運転時の温度分布により異形となる。このた
めピストンをだ円形状に加■づる必要がある等の不便さ
があった。
いたため、運転時の温度分布により異形となる。このた
めピストンをだ円形状に加■づる必要がある等の不便さ
があった。
本発明はかかる問題を解決するために提案されたもので
、炭素ｔＩＨＨあるいはガラス繊維を含む複合材料と耐
熱材料とから構成される軽量でかつ機械的強度の大きい
ビ支トンおよびその製造方法を提供′するものである。
、炭素ｔＩＨＨあるいはガラス繊維を含む複合材料と耐
熱材料とから構成される軽量でかつ機械的強度の大きい
ビ支トンおよびその製造方法を提供′するものである。
ηなわら、本発明の内燃機関のビス１〜ンは、円板状の
ヘッドとシリンダ状のスカート部とからなり、該ヘッド
の少なくとも上部は耐熱材料製であり、該ヌカ−１一部
は炭素繊維、ガラス繊維などの繊維強化樹脂複合材製で
あり、該ヘッドと該スカート部は一体的に接着された構
成となることを特徴とするものである。
ヘッドとシリンダ状のスカート部とからなり、該ヘッド
の少なくとも上部は耐熱材料製であり、該ヌカ−１一部
は炭素繊維、ガラス繊維などの繊維強化樹脂複合材製で
あり、該ヘッドと該スカート部は一体的に接着された構
成となることを特徴とするものである。
また、本発明の内燃機関の゛ピストンの製造り法は、少
なくとも、Ｆ部を耐熱材料で製造した円板状のヘッドと
、炭素繊維、ガラスＩ１Ｍなどの繊維強化樹脂複合材Ｃ
製造したシリンダ状のスカート部とを、エポキシ樹脂、
ポリイミド、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂で
接着づ“ることを特徴とづるものである。本明細書では
、本発明のピストンＪ３よびその製造方法を一括しく説
明づる。
なくとも、Ｆ部を耐熱材料で製造した円板状のヘッドと
、炭素繊維、ガラスＩ１Ｍなどの繊維強化樹脂複合材Ｃ
製造したシリンダ状のスカート部とを、エポキシ樹脂、
ポリイミド、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂で
接着づ“ることを特徴とづるものである。本明細書では
、本発明のピストンＪ３よびその製造方法を一括しく説
明づる。
ここぐｗＸＩｌｔとしては炭素繊維、ガラス繊維のほか
にボロン繊維、シリコンカーバイド繊維あるいは液晶繊
維とも称されている有機高弾ｔ！！ｍ紺を用いることが
できる。また樹脂としては」エポキシ樹脂、ポリイミド
、不飽和ポリニスデル、フェノール樹脂等の耐熱性熱硬
化性樹脂を用いることができる。１ｍ雑に炭素ａｍを用
いた場合には耐摩耗性の高いものとなる。強度、耐熱性
、耐摩耗性の最もすぐれた組合わＵは、炭素ｍＨとポリ
イミドである。
にボロン繊維、シリコンカーバイド繊維あるいは液晶繊
維とも称されている有機高弾ｔ！！ｍ紺を用いることが
できる。また樹脂としては」エポキシ樹脂、ポリイミド
、不飽和ポリニスデル、フェノール樹脂等の耐熱性熱硬
化性樹脂を用いることができる。１ｍ雑に炭素ａｍを用
いた場合には耐摩耗性の高いものとなる。強度、耐熱性
、耐摩耗性の最もすぐれた組合わＵは、炭素ｍＨとポリ
イミドである。
本発明の内燃機関のピストンを構成°ｇゐヘッドは、少
なくとら上部が耐熱材料で製造されでいる。
なくとら上部が耐熱材料で製造されでいる。
ここで耐熱月利とは窒化珪素、炭化珪素等のセラミック
ス、アルミ合金等をいう。このヘッドは全体を耐熱材料
で製造してもよい。また燃焼室を形成づるヘラ２ド上部
のみを耐熱材料で製造してもよい。ヘッド上部のみを耐
熱材料で製造した場合、ヘッドの下部は繊維強化樹脂複
合４４ ｔ−補強Ｊる。
ス、アルミ合金等をいう。このヘッドは全体を耐熱材料
で製造してもよい。また燃焼室を形成づるヘラ２ド上部
のみを耐熱材料で製造してもよい。ヘッド上部のみを耐
熱材料で製造した場合、ヘッドの下部は繊維強化樹脂複
合４４ ｔ−補強Ｊる。
これにより全体としてヘッドのｉｔ［が軽減できる。
耐熱材料製のヘッドの製造は、従来公知のヒラミックス
焼結法あるいはアルミダイキャスト法により製造できる
。一般的なセラミックスの製造方法は、窒化珪素、炭化
珪素等のセラミックス粉末に熱可塑性樹脂等を配合して
可塑化し、通常のプラスデックの射出成形と同様の方法
で金型成形し、その後加熱して脱脂、非酸化性雰囲気ト
で焼結してセラミックス焼結体とづるものである。
焼結法あるいはアルミダイキャスト法により製造できる
。一般的なセラミックスの製造方法は、窒化珪素、炭化
珪素等のセラミックス粉末に熱可塑性樹脂等を配合して
可塑化し、通常のプラスデックの射出成形と同様の方法
で金型成形し、その後加熱して脱脂、非酸化性雰囲気ト
で焼結してセラミックス焼結体とづるものである。
ヘッドの上部がセラミックス製で、下部が繊維強化樹脂
複合（４製の場合には、ヘッドの」一部のみを、まず、
セラミックス焼結体で作る。次にセラミックス焼結体を
金型に配冒し、次に繊維強化樹脂複合４４素祠を配置し
、金型内で加熱加圧して一体的にヘッドを形成づる。°
繊維強化樹脂複合材中の繊維は角能なかぎり２次元（ヘ
ッド上面の広がりｈ向）的に配合りるのが好ましい。こ
のためには、一定方向にｍ雑を並べ、繊維間に熱硬化性
樹脂を含浸８ｔ！たシート状あるいはテープ状のプレプ
レグをＭＡ層し、Ｍｊｌ！体を加圧加熱してｌＩＨ強化
樹脂複合祠とするのが好ましい。
複合（４製の場合には、ヘッドの」一部のみを、まず、
セラミックス焼結体で作る。次にセラミックス焼結体を
金型に配冒し、次に繊維強化樹脂複合４４素祠を配置し
、金型内で加熱加圧して一体的にヘッドを形成づる。°
繊維強化樹脂複合材中の繊維は角能なかぎり２次元（ヘ
ッド上面の広がりｈ向）的に配合りるのが好ましい。こ
のためには、一定方向にｍ雑を並べ、繊維間に熱硬化性
樹脂を含浸８ｔ！たシート状あるいはテープ状のプレプ
レグをＭＡ層し、Ｍｊｌ！体を加圧加熱してｌＩＨ強化
樹脂複合祠とするのが好ましい。
また、ヘッドとスカート部との接合を容易にするため、
ヘッドの側周面に段部を設りたり、凹凸を設け、スカー
ト部との接着面積を大きくづ“るのは好ましい。
ヘッドの側周面に段部を設りたり、凹凸を設け、スカー
ト部との接着面積を大きくづ“るのは好ましい。
シリンダ状のスカート部は炭素繊維、ガラス繊維などの
ｌＩｉ雑強化樹脂複合材製である。樹脂としては」：ボ
キシ樹脂、ポリイミド、ポリエステル等の熱硬化性樹脂
が好ましい。ヌカ−１〜部の製造はノイラメン］〜ワイ
ンディング、テープワインディング法が利用できる。テ
ープワインディング法は棒状の芯材の表面に樹脂を含浸
した炭素繊維等のブレプレグデープ等を斜めに傾斜して
巻きっ番ノ、上下層で傾斜方向を逆にし【積層し、この
状態で加熱硬化させて管状体を作るものである。スカー
ト部は、この管状体より切り出し、穴加工等を行なフて
スカート部とする。スカート部の側周面の平滑さ、寸法
Ｎ度を＾くづるため、円筒状の金型内壁面で管状体の外
周面を型形成することもできる。この場合には、芯材（
マンドレル）とし゛Ｃゴムチコーブを被覆したパイプ等
を用い、上記と同様にプレブレグデープを積層し、得ら
れた積層体を上記円筒状金型に入れ、ゴムヂ１−１の内
部に圧縮ガス、圧縮流体を入れてチューブを膨張させ、
その膨張圧縮力で成型素材を金型内壁面に押し着け、型
成型プるものである。これにより表面が平滑で、寸法精
度の高いスカート部が成形できる。
ｌＩｉ雑強化樹脂複合材製である。樹脂としては」：ボ
キシ樹脂、ポリイミド、ポリエステル等の熱硬化性樹脂
が好ましい。ヌカ−１〜部の製造はノイラメン］〜ワイ
ンディング、テープワインディング法が利用できる。テ
ープワインディング法は棒状の芯材の表面に樹脂を含浸
した炭素繊維等のブレプレグデープ等を斜めに傾斜して
巻きっ番ノ、上下層で傾斜方向を逆にし【積層し、この
状態で加熱硬化させて管状体を作るものである。スカー
ト部は、この管状体より切り出し、穴加工等を行なフて
スカート部とする。スカート部の側周面の平滑さ、寸法
Ｎ度を＾くづるため、円筒状の金型内壁面で管状体の外
周面を型形成することもできる。この場合には、芯材（
マンドレル）とし゛Ｃゴムチコーブを被覆したパイプ等
を用い、上記と同様にプレブレグデープを積層し、得ら
れた積層体を上記円筒状金型に入れ、ゴムヂ１−１の内
部に圧縮ガス、圧縮流体を入れてチューブを膨張させ、
その膨張圧縮力で成型素材を金型内壁面に押し着け、型
成型プるものである。これにより表面が平滑で、寸法精
度の高いスカート部が成形できる。
マンドレルに金属棒を用いでもよい。この場合成形型は
圧縮金型と覆る。
圧縮金型と覆る。
金型成形にあってはビン穴が形成される部分を厚くする
とか、変形させることができ、かならずしも完全な管状
体に成彫り−る必要はない。
とか、変形させることができ、かならずしも完全な管状
体に成彫り−る必要はない。
ヘッドとスカート部の接合は、熱硬化性樹脂接着剤でｆ
Ｔう。熱映化性樹脂として（よ繊維強化樹脂複合材を構
成りる樹脂が好゛ましい。接着は突き合わせ接着、ウイ
ζＪ接看、ネジ接合面Ｃの接着等梗々のものが採用でき
る。
Ｔう。熱映化性樹脂として（よ繊維強化樹脂複合材を構
成りる樹脂が好゛ましい。接着は突き合わせ接着、ウイ
ζＪ接看、ネジ接合面Ｃの接着等梗々のものが採用でき
る。
スカート部のビス１〜ンビン穴に、別に作ったブシュ等
の軸受部を接合プるようにしてもよい。
の軸受部を接合プるようにしてもよい。
本発明の内燃ＩａＷＪのピストンは、スカート部あるい
はスカート部とヘッドの下部が繊維強化樹脂複合材製で
あるため、軽量でありかつ機械的強度Ｊ３よび耐疲労強
度が高い。イの上に振動に対する減衰特性が１ぐれ、寸
法の安定性にもづぐれている。これは、繊維強化樹脂複
合材のりぐれた特性に基ずく。例えば炊素繊維強化樹脂
複合材は、鉄に比較して単位重量当りの機械的強度が約
１０倍と極めて大きく、しかも対疲労強度が約５倍であ
り、さらに、線膨張率も非常に小さく寸法の安定性が良
い。その上に振動に対する減衰特性が高い。
はスカート部とヘッドの下部が繊維強化樹脂複合材製で
あるため、軽量でありかつ機械的強度Ｊ３よび耐疲労強
度が高い。イの上に振動に対する減衰特性が１ぐれ、寸
法の安定性にもづぐれている。これは、繊維強化樹脂複
合材のりぐれた特性に基ずく。例えば炊素繊維強化樹脂
複合材は、鉄に比較して単位重量当りの機械的強度が約
１０倍と極めて大きく、しかも対疲労強度が約５倍であ
り、さらに、線膨張率も非常に小さく寸法の安定性が良
い。その上に振動に対する減衰特性が高い。
といった特性をもつ。
本発明のピストンでは、ピストンに匪求される大きなり
ｓ械的強度ならびに耐疲労強度については、繊維強化樹
脂複合材で受けもち、火炎と接触するヘッドには耐熱材
料を対応さ［ている。このため、全てを金属で形成する
従来のピストンに比較して、本発明のピストンは１／２
〜１／３の重量で同等の強度を保つことが可能となる。
ｓ械的強度ならびに耐疲労強度については、繊維強化樹
脂複合材で受けもち、火炎と接触するヘッドには耐熱材
料を対応さ［ている。このため、全てを金属で形成する
従来のピストンに比較して、本発明のピストンは１／２
〜１／３の重量で同等の強度を保つことが可能となる。
さらに線膨張率が小さいため、温度分布に′伴う変形が
小さい！こめ、ビス１−ン形状は真円形状Ｃよい。
小さい！こめ、ビス１−ン形状は真円形状Ｃよい。
具体的な本発明のピストンの断面を概略的に第１図〜第
４図に承り。第１図のビスＩ−ンはヘッド１全体をセラ
ミックス製とし、スカート部２を繊維強化樹脂複合材と
し、両者を突合わせ接合したものである。
４図に承り。第１図のビスＩ−ンはヘッド１全体をセラ
ミックス製とし、スカート部２を繊維強化樹脂複合材と
し、両者を突合わせ接合したものである。
第２図に示づピストンは、ヘッド３を上部３１とＦ部３
２に：分け、上部３１をセラミックス製、下部を繊維強
化樹脂複合材製とし−ｃｍ成したものｒある。そしてヘ
ッド３とスカート部２とは突合わ１部接合で一体化した
ものである。
２に：分け、上部３１をセラミックス製、下部を繊維強
化樹脂複合材製とし−ｃｍ成したものｒある。そしてヘ
ッド３とスカート部２とは突合わ１部接合で一体化した
ものである。
第３図に示づビス１−ンは、ヘッド４を段ｆＪとし、か
つ、ヘッド４全体をセラミックス製としたし“めである
。ヘッド４とスカート部２とは段付部ぐ接合されており
、段イリ部が存有するだ番）接合血梢が増大している。
つ、ヘッド４全体をセラミックス製としたし“めである
。ヘッド４とスカート部２とは段付部ぐ接合されており
、段イリ部が存有するだ番）接合血梢が増大している。
第４図に承りピストンは、ヘッド５を下部５１とＦ部５
２に分り、かつ１；部５２に段イ・１部を設けたもので
ある。ヘッド５の土部５１はセラミックス製、下部５２
は繊維強化４Ｍｌ１１複合月製（ある。
２に分り、かつ１；部５２に段イ・１部を設けたもので
ある。ヘッド５の土部５１はセラミックス製、下部５２
は繊維強化４Ｍｌ１１複合月製（ある。
そして下部の段４１部とスカート部２とが段１４部ぐ接
合されている。第４図のビス１ヘンはヘッド５の下部５
１とメカ−１〜部２とが同一材質であり、がつ、段付接
合Ｃあるため、接合が一層完全になる。
合されている。第４図のビス１ヘンはヘッド５の下部５
１とメカ−１〜部２とが同一材質であり、がつ、段付接
合Ｃあるため、接合が一層完全になる。
第１図は本発明のピストンの一例を示づ断面概略図、第
２図は、伯の例を示すピストンの断面概略図、第３図は
さらに別の例を示すピストンの断面概略図、第４図はさ
らに他の例を示づビス］〜ンの断面概略図である。 １．３．４．４・・・・・・ヘッド ２・・・・・・スカート部 ３１．１５・・・・・・ヘッド上部 ３２．５２・・・・・・ヘッドＦ部 特許出願人 株式会社豊田中央研究ｔ’ｔｒ代理
人 弁理１ 人 川 定 向 弁理士 藤 谷 修同
弁理士 丸 山 明 夫 第１図 第３図 第２図 第４図
２図は、伯の例を示すピストンの断面概略図、第３図は
さらに別の例を示すピストンの断面概略図、第４図はさ
らに他の例を示づビス］〜ンの断面概略図である。 １．３．４．４・・・・・・ヘッド ２・・・・・・スカート部 ３１．１５・・・・・・ヘッド上部 ３２．５２・・・・・・ヘッドＦ部 特許出願人 株式会社豊田中央研究ｔ’ｔｒ代理
人 弁理１ 人 川 定 向 弁理士 藤 谷 修同
弁理士 丸 山 明 夫 第１図 第３図 第２図 第４図
Claims (7)
- （１）円板状のヘッドとシリンダ状のスカート部とから
なり、該ヘッドの少なくとも上部は耐熱材料製であり、
該スカート部は炭素ｖａｎ、ガラス繊維などの繊維強化
樹脂複合“材製であり、該ヘッドと該スカート部は一体
的に接着された構成となることを特徴とづる内燃機関の
ピストン。 - （２）ヘッドの上部は耐熱材料製であり、該ヘッドの下
部は繊維強化樹脂複合材製であり、該上部と該下部とが
一体的に接着された構成となる特許請求の範囲第１項記
載のピストン。 - （３）ヘッドとスカー１へ部は段イリ接着された特許請
求の範囲第１１１（記載のビス１ヘン。 - （４）耐熱材料は窒化珪素、炭化珪素などのセラミック
スあるいはアルミ合金である特許請求の範囲第１項記載
のビス１〜ン。 - （５）繊維強化樹脂複合材を構成づる樹脂はエポキシ樹
脂、ポリイミド、ポリニスデルなどの熱硬化性樹脂であ
る特ｊＩ！ｉ！ｉ求の範囲第１慎記載のビス１〜ン。 - （６）少なくとも上部を耐熱月利で製造した円板状のヘ
ッドと、炭素繊維、ガラス繊Ｈなどの繊維強化樹脂複合
材で製造し１ｃシリンダ状のスｊｊ−ト部とをコーホキ
シ樹脂、ポリイミド、ポリゴースプルなどの熱硬化性樹
脂で接着づることを特徴とする内燃機関のビス１〜ンの
製造方法。 - （７）スカート部は樹脂を含浸したフィラメントあるい
は繊維ｉ−プを芯材の表面に巻きイリ各ノで積層し、硬
化して（ｑだパイプ状体を切断、穴加］−シたものであ
る特許請求の範囲第６項記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9430582A JPS58211552A (ja) | 1982-06-02 | 1982-06-02 | 内燃機関のピストンおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9430582A JPS58211552A (ja) | 1982-06-02 | 1982-06-02 | 内燃機関のピストンおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58211552A true JPS58211552A (ja) | 1983-12-09 |
Family
ID=14106558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9430582A Pending JPS58211552A (ja) | 1982-06-02 | 1982-06-02 | 内燃機関のピストンおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58211552A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109154250A (zh) * | 2016-05-27 | 2019-01-04 | 本田技研工业株式会社 | 活塞及其制造方法 |
-
1982
- 1982-06-02 JP JP9430582A patent/JPS58211552A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109154250A (zh) * | 2016-05-27 | 2019-01-04 | 本田技研工业株式会社 | 活塞及其制造方法 |
| JPWO2017203779A1 (ja) * | 2016-05-27 | 2019-02-21 | 本田技研工業株式会社 | ピストン及びその製造方法 |
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