JPS5974247A - 複合材料部材の製造方法 - Google Patents
複合材料部材の製造方法Info
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- JPS5974247A JPS5974247A JP18517382A JP18517382A JPS5974247A JP S5974247 A JPS5974247 A JP S5974247A JP 18517382 A JP18517382 A JP 18517382A JP 18517382 A JP18517382 A JP 18517382A JP S5974247 A JPS5974247 A JP S5974247A
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- fibers
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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
- F02F3/10—Pistons having surface coverings
- F02F3/12—Pistons having surface coverings on piston heads
-
- 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
-
- 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
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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)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (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、ｍ維強化金属複合（Δ斜部材に係り、表面層
が短繊維又は粒子にて強化され内部が長繊緒又は短繊維
にて強化された繊維強化金属複合材料部材に係る。
が短繊維又は粒子にて強化され内部が長繊緒又は短繊維
にて強化された繊維強化金属複合材料部材に係る。
自動車、航空機などの各種構成要素や部材に於ては、部
分的に特別な機械的特性を要求されることが多い。例え
ば、自動車用１ンジンに於−Ｃは、エンジンの性能に対
する要求が高くなるにつれて、ピストンの如ぎ部材は比
強度や剛性に優れていることに加えて、そのｍ動向が耐
摩耗性に優れており、またその頂面部が耐熱性及び断熱
性に優れていることが強く要求されるようになってきた
。かかる部材の比強度、耐摩耗性、耐熱性、断熱性など
を向上させる一つの手段どして、それらの部材を各種の
無機質繊維などを強化材としアルミニウム合金の如き軽
金属をマトリックスとする繊維強化金属複合材料にて構
成ザることが試みられている。
分的に特別な機械的特性を要求されることが多い。例え
ば、自動車用１ンジンに於−Ｃは、エンジンの性能に対
する要求が高くなるにつれて、ピストンの如ぎ部材は比
強度や剛性に優れていることに加えて、そのｍ動向が耐
摩耗性に優れており、またその頂面部が耐熱性及び断熱
性に優れていることが強く要求されるようになってきた
。かかる部材の比強度、耐摩耗性、耐熱性、断熱性など
を向上させる一つの手段どして、それらの部材を各種の
無機質繊維などを強化材としアルミニウム合金の如き軽
金属をマトリックスとする繊維強化金属複合材料にて構
成ザることが試みられている。
しかし従来の繊維強化金属複合材料にて構成された部材
に於ては、一般に一梗類の強化材のみが使用されており
、そのた゛めががる繊維強化金属複合材料にて構成され
た部材はそれに要求される全ての特性を満たりことがで
きず、その用途が限られたり、その部材に対し別の処理
を施さなければならないなどの不具合がある。例えばピ
ストンピンの比強度を向上させる目的で、ピストンピン
をＫ ｍ Ｗｔ、雑の如き長繊維にて強化されたアルミ
ニウム合金にて構成すれば、その曲げ強さや剪断強さの
如き強度を向上させることはできるが、ピストン及びコ
ネクティングロッドとの摺動向の耐摩耗性を充分には向
上さけることがひきないため、ピストンピンの円筒状外
周面に対し・モリブデン又はその合金などを溶射したり
、Ｎｉ −Ｐめっきの如きめっきを施すなどの処理を行
なう必要がある。
に於ては、一般に一梗類の強化材のみが使用されており
、そのた゛めががる繊維強化金属複合材料にて構成され
た部材はそれに要求される全ての特性を満たりことがで
きず、その用途が限られたり、その部材に対し別の処理
を施さなければならないなどの不具合がある。例えばピ
ストンピンの比強度を向上させる目的で、ピストンピン
をＫ ｍ Ｗｔ、雑の如き長繊維にて強化されたアルミ
ニウム合金にて構成すれば、その曲げ強さや剪断強さの
如き強度を向上させることはできるが、ピストン及びコ
ネクティングロッドとの摺動向の耐摩耗性を充分には向
上さけることがひきないため、ピストンピンの円筒状外
周面に対し・モリブデン又はその合金などを溶射したり
、Ｎｉ −Ｐめっきの如きめっきを施すなどの処理を行
なう必要がある。
本発明は、従来の繊維強化金属複合材料にて構成された
部材に於ける上述の如き不具合に鑑み、また各秤機械の
部材に於ては一般に表面層に於（は耐摩耗性ヤ）耐熱性
に（帰れていることが必要とされ、部材全体としＣは強
度に優れていることが必要とされることに鑑み、部材の
表面層及び内部がそれぞれに要求される特性に応じてそ
れぞれ短繊維又は粒子、長繊維又は短繊維にて強化され
た繊維強化金属複合材料部材及びその製造方法を提供す
ることを目的としている。
部材に於ける上述の如き不具合に鑑み、また各秤機械の
部材に於ては一般に表面層に於（は耐摩耗性ヤ）耐熱性
に（帰れていることが必要とされ、部材全体としＣは強
度に優れていることが必要とされることに鑑み、部材の
表面層及び内部がそれぞれに要求される特性に応じてそ
れぞれ短繊維又は粒子、長繊維又は短繊維にて強化され
た繊維強化金属複合材料部材及びその製造方法を提供す
ることを目的としている。
かかる目的は、本発明によれば、繊維強化金属複合材料
部材にして、該部材の表面層の少なくとも一部は繊維径
に対する５ｉｕｔｔ長の比が小さい強化繊維にて強化さ
れており、前記部材の前記表面層より内側の部分の少な
くとも一部は４４１１径に対′１Ｊる繊維長の比が前記
第一の強化繊維よりも大きい強化繊維にて強化された繊
維強化金属複合材料部材、及び繊維強化金属複合材料部
材にして、該部材の表面層の少なくとも一部はｌ１ｆｆ
径に対する繊維長の比が小さい第一の強化繊維にて強化
されており、前記部材の前記表面層Ｊ、り内側の部分の
少なくとも一部は綴紐径に対する繊ｌｌ１ｔ長の比が前
記第一の強化繊維よりも大きい第二の強化繊維にて強化
された繊維強化金属複合材料部材の製造方法にして、前
記第二の強化繊維にて所定の形状、密度、配向の繊維成
形体を形成し、前記繊維成形体の表面に前記第一の強化
繊維を付着させ、これを鋳型内に配置し、該鋳型内に金
属の溶湯を注渇し、該溶湯を前記鋳型内にて加圧しつつ
凝固させる繊維強化金属複合材料部材の製造方法によっ
て達成される。
部材にして、該部材の表面層の少なくとも一部は繊維径
に対する５ｉｕｔｔ長の比が小さい強化繊維にて強化さ
れており、前記部材の前記表面層より内側の部分の少な
くとも一部は４４１１径に対′１Ｊる繊維長の比が前記
第一の強化繊維よりも大きい強化繊維にて強化された繊
維強化金属複合材料部材、及び繊維強化金属複合材料部
材にして、該部材の表面層の少なくとも一部はｌ１ｆｆ
径に対する繊維長の比が小さい第一の強化繊維にて強化
されており、前記部材の前記表面層Ｊ、り内側の部分の
少なくとも一部は綴紐径に対する繊ｌｌ１ｔ長の比が前
記第一の強化繊維よりも大きい第二の強化繊維にて強化
された繊維強化金属複合材料部材の製造方法にして、前
記第二の強化繊維にて所定の形状、密度、配向の繊維成
形体を形成し、前記繊維成形体の表面に前記第一の強化
繊維を付着させ、これを鋳型内に配置し、該鋳型内に金
属の溶湯を注渇し、該溶湯を前記鋳型内にて加圧しつつ
凝固させる繊維強化金属複合材料部材の製造方法によっ
て達成される。
本発明ににれば、部材の表面層の少なくとも一部は繊維
径に対する繊維長の比が小さい強化繊維にて強化され、
部ｌの表面層より内側の部分の少なくとも一部が繊維径
に対づ゛る繊維長の比が人さい強化繊維にて強化される
ので、部材全体としくは比強度や剛性に優れており、ま
た表面層に於ては耐摩耗性や耐熱性に優れた部材を得る
ことがＣきる。即ち部材の各部に要求される特性に応じ
て、長繊維、短繊維又は粒子、及びマトリックス金属を
適宜に選定することにより、各部に要求される特性の実
質的に全てを具備する部材を得ることができる。例えば
、本発明に従ってビス１ヘンやピストンピンを製造１”
れば、それらの比強度や耐久性を向上さけることができ
、更にはエンジンの高性能化を図ることができる。
径に対する繊維長の比が小さい強化繊維にて強化され、
部ｌの表面層より内側の部分の少なくとも一部が繊維径
に対づ゛る繊維長の比が人さい強化繊維にて強化される
ので、部材全体としくは比強度や剛性に優れており、ま
た表面層に於ては耐摩耗性や耐熱性に優れた部材を得る
ことがＣきる。即ち部材の各部に要求される特性に応じ
て、長繊維、短繊維又は粒子、及びマトリックス金属を
適宜に選定することにより、各部に要求される特性の実
質的に全てを具備する部材を得ることができる。例えば
、本発明に従ってビス１ヘンやピストンピンを製造１”
れば、それらの比強度や耐久性を向上さけることができ
、更にはエンジンの高性能化を図ることができる。
またＭ＆帷強化金属複合材料は一般（５−被削Ｐ１が悪
く、従ってｗＸ雑強化金属複合材料を所定の形状及び大
ぎさの部材に研削等にて什」−げ加二丁でるｑ七は困難
であるが、本発明によれば、部材の表面層は短繊維や粒
子にて強化されるので、本発明ににるｍ維強化金属複合
材料部材は、部材全体が高強度及び高剛性を有する長Ｉ
ＩｔＩｔ＃に−Ｃ強化された従来の繊維強化金属複合材
料部材に比して、研削等の仕上げ加工を容易に行ない得
るものであり、まＩＪその仕上げ而もより平滑になる。
く、従ってｗＸ雑強化金属複合材料を所定の形状及び大
ぎさの部材に研削等にて什」−げ加二丁でるｑ七は困難
であるが、本発明によれば、部材の表面層は短繊維や粒
子にて強化されるので、本発明ににるｍ維強化金属複合
材料部材は、部材全体が高強度及び高剛性を有する長Ｉ
ＩｔＩｔ＃に−Ｃ強化された従来の繊維強化金属複合材
料部材に比して、研削等の仕上げ加工を容易に行ない得
るものであり、まＩＪその仕上げ而もより平滑になる。
また本発明によるｍＭ強化金属複合材料部材の製造方法
によれば、上述の如く比強度、耐久性、加工性などに優
れた１１帷強化金属複合月料部材を容易に且能率良く製
造することができる。
によれば、上述の如く比強度、耐久性、加工性などに優
れた１１帷強化金属複合月料部材を容易に且能率良く製
造することができる。
本発明の一つの詳細な特徴によれば、ｌｌｉ紺径に対り
る繊維長の比が大きい強化繊維、即ち長繊維又は類４１
維は、アルミナ繊維や炭化ケイ素繊維の如きセラミック
繊維、各種の炭素繊維、ステンレス鋼線やタングステン
線の如き金属繊維、アルミナ繊維やアルミナ−シリカ繊
維の如きセラミック短繊維、各種の炭素短繊維、炭化ケ
イ素、窒化ケイ素、アルミナ、チタン酸カリウムなどの
ボイス力などであってよく、また繊維径に対する繊維長
の比が小さい強化繊維・、即ち短繊維又は粒子は、ノ７
ルミナ械維やアルミナ−シリカ繊維の如きセラミック短
繊維、各種の炭素短繊維、炭化ケイ素。
る繊維長の比が大きい強化繊維、即ち長繊維又は類４１
維は、アルミナ繊維や炭化ケイ素繊維の如きセラミック
繊維、各種の炭素繊維、ステンレス鋼線やタングステン
線の如き金属繊維、アルミナ繊維やアルミナ−シリカ繊
維の如きセラミック短繊維、各種の炭素短繊維、炭化ケ
イ素、窒化ケイ素、アルミナ、チタン酸カリウムなどの
ボイス力などであってよく、また繊維径に対する繊維長
の比が小さい強化繊維・、即ち短繊維又は粒子は、ノ７
ルミナ械維やアルミナ−シリカ繊維の如きセラミック短
繊維、各種の炭素短繊維、炭化ケイ素。
窒化ケイ素、アルミナ、チタン酸カリウムなどのボイス
力、炭化チタン、炭化ケイ素、ｒＡ化バナジウム、炭化
タングステン、炭化ニオブ、炭化クロムなどの金属炭化
物粒子、酸化クロム、アルミナ。
力、炭化チタン、炭化ケイ素、ｒＡ化バナジウム、炭化
タングステン、炭化ニオブ、炭化クロムなどの金属炭化
物粒子、酸化クロム、アルミナ。
酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素などの金属
酸化物粒子、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化クロム、窒
化ボロンなどの金属窒化物粒子、イの仙炭素粒子や粒化
モリブデン粒子などであってよく、マトリックス金属は
アルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金＼ｂ
、亜鉛合金、鉛合金、銅合金、スズ合金などであってよ
い。
酸化物粒子、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化クロム、窒
化ボロンなどの金属窒化物粒子、イの仙炭素粒子や粒化
モリブデン粒子などであってよく、マトリックス金属は
アルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金＼ｂ
、亜鉛合金、鉛合金、銅合金、スズ合金などであってよ
い。
また本発明による繊維強化金属複合材料部材の製造方法
の一つの詳細な特徴によれば、繊維成形体の表面に第一
の強化繊維を付着させる工程に於ては、第一の強化繊維
は無機バインダーにて繊組成形体の表面に付着される。
の一つの詳細な特徴によれば、繊維成形体の表面に第一
の強化繊維を付着させる工程に於ては、第一の強化繊維
は無機バインダーにて繊組成形体の表面に付着される。
この場合に使用される無機バインダーとしては、コロイ
ド状のシリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化イソ１ヘリ
ウム、酸化セリウム、酸化第二鉄、ケイ酸ジルコニウム
、醇化アンチモンなどであってよく、かかる無機バイン
ダーと共に第一の強化繊維を繊維成形体に付着させ、し
かる後筒−の強化繊維を（−１着された［１成形体を乾
燥させる。また無機バインダーとじでポリビニルアルコ
ールなどの有機バインダが使用されＣもよいが、この場
合にはマトリックス金属との複合化に先立って、第一の
強化！１１ｆｔを付着された繊維成形体を焼成して右１
幾バインダ中に含まれる有機成分を除去する必要がある
。
ド状のシリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化イソ１ヘリ
ウム、酸化セリウム、酸化第二鉄、ケイ酸ジルコニウム
、醇化アンチモンなどであってよく、かかる無機バイン
ダーと共に第一の強化繊維を繊維成形体に付着させ、し
かる後筒−の強化繊維を（−１着された［１成形体を乾
燥させる。また無機バインダーとじでポリビニルアルコ
ールなどの有機バインダが使用されＣもよいが、この場
合にはマトリックス金属との複合化に先立って、第一の
強化！１１ｆｔを付着された繊維成形体を焼成して右１
幾バインダ中に含まれる有機成分を除去する必要がある
。
本発明による繊維強化金属複合材料部材の製造方法の他
の一つの詳細な特徴によれば、鋳型内に７トリツクス金
属の溶湯が注湯されるに先立って、第一の強化繊維を付
着された繊維成形体はマトリックス金属の融点以上の温
度に加熱される。
の一つの詳細な特徴によれば、鋳型内に７トリツクス金
属の溶湯が注湯されるに先立って、第一の強化繊維を付
着された繊維成形体はマトリックス金属の融点以上の温
度に加熱される。
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Ｊる。
詳細に説明Ｊる。
実施例１
第１図は自動車用デ゛イーゼルエンジンのピストンピン
どして構成された本発明による繊維強化金属複合材１１
部月の一つの実施例を一部破断して示す解図、第２図乃
至第４図は第１図に示されたビス１〜ンビンの製造工程
を示づ解図である。
どして構成された本発明による繊維強化金属複合材１１
部月の一つの実施例を一部破断して示す解図、第２図乃
至第４図は第１図に示されたビス１〜ンビンの製造工程
を示づ解図である。
第１図に於て、１はアルミニウム合金（Ａ１−３％Ｍ（
１）にて構成されたビス１−ンビンを示しており、ビス
１〜ンピン１は軸線２に沿って延在する孔３を有する中
空構造をイｊしている。このピストンピン１の円筒状外
周面を郭定づる表面層４（厚さ約０．５ｍｍ＞は炭化ク
イ素ボイスカ５（平均繊維？Ｍ’０．２μｍ、平均ｓｉ
＃ｌｔ長１５０μｍ）に−（強化されており、表面層
４より半径方向内側の内層部６は軸線２の周りにピッチ
角θｐ−±７０°にて螺旋状に配向された炭素繊Ｉ「７
（東し株式会社製トレカＭ４０（登録商標）、繊維径７
μｍ）にて強化されている。
１）にて構成されたビス１−ンビンを示しており、ビス
１〜ンピン１は軸線２に沿って延在する孔３を有する中
空構造をイｊしている。このピストンピン１の円筒状外
周面を郭定づる表面層４（厚さ約０．５ｍｍ＞は炭化ク
イ素ボイスカ５（平均繊維？Ｍ’０．２μｍ、平均ｓｉ
＃ｌｔ長１５０μｍ）に−（強化されており、表面層
４より半径方向内側の内層部６は軸線２の周りにピッチ
角θｐ−±７０°にて螺旋状に配向された炭素繊Ｉ「７
（東し株式会社製トレカＭ４０（登録商標）、繊維径７
μｍ）にて強化されている。
以上の如く構成されたビスｌ−＞ビンは、木ブを明によ
る繊維強化金属複合材料部材の製造方法に（）１って以
下の如く製造された。
る繊維強化金属複合材料部材の製造方法に（）１って以
下の如く製造された。
まず外径Ｂｍ＋ｎのステンレス１１Ｍ（ＪＩＳ規格ＳＵ
Ｓ ３１ ’ＯＳ ）製の棒８の表面に炭素繊維７の１
７−ン（繊維数３ ’Ｏ’０ ’Ｏ木）をピッチ角θｐ
＝±７０°のフィラメントワインディングにより軸線２
の周りに螺旋状に巻付けることにより、第２図に示され
ている如き外径２１．５ｍｍの棒体１０を形成した。次
いでこの棒体１０を長さ７５ｗ＋ｍの円柱体に切断した
。
Ｓ ３１ ’ＯＳ ）製の棒８の表面に炭素繊維７の１
７−ン（繊維数３ ’Ｏ’０ ’Ｏ木）をピッチ角θｐ
＝±７０°のフィラメントワインディングにより軸線２
の周りに螺旋状に巻付けることにより、第２図に示され
ている如き外径２１．５ｍｍの棒体１０を形成した。次
いでこの棒体１０を長さ７５ｗ＋ｍの円柱体に切断した
。
次いで炭化クイ素ボイスカ５を水溶性シリカゾル３’Ｑ
ｗｔ％溶液中に分散させ、その分散液をスプレーにて前
記円柱体の円筒状外周面に厚さ１ｍｍにて付着させ、こ
れを１２０’Ｃにて２時間乾燥させることにＪ：す、第
３図に示されている如き複合繊維成形体１１を形成した
。
ｗｔ％溶液中に分散させ、その分散液をスプレーにて前
記円柱体の円筒状外周面に厚さ１ｍｍにて付着させ、こ
れを１２０’Ｃにて２時間乾燥させることにＪ：す、第
３図に示されている如き複合繊維成形体１１を形成した
。
次いでこの複合繊維成形体１１を予熱炉内にて８０ ’
Ｏ℃に予熱し、第４図に示されている如く上型１２及び
下型１３により郭定されたモールドキャビティ１４内に
配置し、七−ルビキャビティ１４内に湯道１５を経て約
７４０℃のアルミニウム合金の溶場１６を注渇し、該溶
場をプランジャ１７によっ’Ｃ１５’０Ｏｋ（１／ａｍ
９の圧力に加圧し、その加圧状態をアルミニウム合金の
溶場１６が完全に凝固するまで保持しｌＣ０ かくしてアルミニウム合金の溶場１６が完全に凝固した
後、上型１２を下型１３より離型し、上述の如く形成さ
れた凝固体をノックアウトビン１８〜２０によって取出
し、その凝固体に対し切削及びドリルによる錐揉みなど
の機械加工を行なって炭素繊維及び炭化ケイ素ボイス力
にて強化された部分のみを切出し、これに対し研削加工
などを行なって、第１図に示されている如き外径２２ｎ
ｖ。
Ｏ℃に予熱し、第４図に示されている如く上型１２及び
下型１３により郭定されたモールドキャビティ１４内に
配置し、七−ルビキャビティ１４内に湯道１５を経て約
７４０℃のアルミニウム合金の溶場１６を注渇し、該溶
場をプランジャ１７によっ’Ｃ１５’０Ｏｋ（１／ａｍ
９の圧力に加圧し、その加圧状態をアルミニウム合金の
溶場１６が完全に凝固するまで保持しｌＣ０ かくしてアルミニウム合金の溶場１６が完全に凝固した
後、上型１２を下型１３より離型し、上述の如く形成さ
れた凝固体をノックアウトビン１８〜２０によって取出
し、その凝固体に対し切削及びドリルによる錐揉みなど
の機械加工を行なって炭素繊維及び炭化ケイ素ボイス力
にて強化された部分のみを切出し、これに対し研削加工
などを行なって、第１図に示されている如き外径２２ｎ
ｖ。
内径（３ｍｍ、長さ７２Ｉ１ｍのピストンピン１を形成
した。
した。
尚上述の如く製造されＩｃピストンピン１の炭化ケイ素
ホイスカ５及び炭素繊維７の体積率はそれぞれ約１０％
、約６０％であった。またかくして製造されたピストン
ピン１をその＠輸２に沿って切断し、その１１面を観察
したところ、表面層４を強化する炭化ケイ素５の一部が
炭素繊維７の間に滲み込んでおり、炭化クイ素ホイスカ
５にて強化された表面層４ど炭素繊維７にで強化された
内層、部６どが強固に密着していることが認められた。
ホイスカ５及び炭素繊維７の体積率はそれぞれ約１０％
、約６０％であった。またかくして製造されたピストン
ピン１をその＠輸２に沿って切断し、その１１面を観察
したところ、表面層４を強化する炭化ケイ素５の一部が
炭素繊維７の間に滲み込んでおり、炭化クイ素ホイスカ
５にて強化された表面層４ど炭素繊維７にで強化された
内層、部６どが強固に密着していることが認められた。
更に上述の如く製造されたピストンピン１を、イれがピ
ストンに対しポル］へにて固定され−」ネクテイングロ
ツドにブツシュを介さずに挿通されたセミフローティン
グ方式にで４気筒４ｖイクルデイーピルエンジン（圧縮
比＋２１．５、排気用：２１９８ＣＧ）に組込み、下記
の表１に示す試験条件にて試験運転を行なったところ、
上述の如く製造されたピストンピンは充分な強度及び耐
摩耗性を右するものであることが確かめられた。
ストンに対しポル］へにて固定され−」ネクテイングロ
ツドにブツシュを介さずに挿通されたセミフローティン
グ方式にで４気筒４ｖイクルデイーピルエンジン（圧縮
比＋２１．５、排気用：２１９８ＣＧ）に組込み、下記
の表１に示す試験条件にて試験運転を行なったところ、
上述の如く製造されたピストンピンは充分な強度及び耐
摩耗性を右するものであることが確かめられた。
表 １
使用燃料二 軽油
エンジン回転数：４（３ＱＱｒｐｍ
（５％オーバーラン）
エンジン負荷＝ フル１」−ド
冷却水温： １００℃
試験時間 ２０ ’Ｏ時間
実施例２
第５図は自動車用ディーゼルエンジンのピストンとして
構成された本発明による繊維強化金属複合材料部材の他
の一つの実施例を一部切欠いて示す斜視図、第６図乃至
第８図は第５図に示されたビスｌ−ンの製造工程を示す
解図である。
構成された本発明による繊維強化金属複合材料部材の他
の一つの実施例を一部切欠いて示す斜視図、第６図乃至
第８図は第５図に示されたビスｌ−ンの製造工程を示す
解図である。
第５図に於て、２１はアルミニウム合金（ＪＩＳＭＡＩ
８ＡＣ８へ）にて構成されたピストンを示してｉ３す、
ピストン２１のピストンヘッド２２の表面層２３（厚さ
約１．５ｍｎ＋）は平均直径３μｍのジル］ニア粒子２
４にて強化されており、ビス１−、ンヘッド２２の表面
層２３Ｊ：りも内側の１ノ１層部２５（厚さ約５ｍｎ）
はアルミナ−シリカ短繊維２６（平均繊維径３μｍ、繊
維長５〜１３１１１ｍ＞にて上吊化されている。またこ
のピストン２１の側８ｒｌり１４＾１面２７の１〜ツブ
ランド２８及び１〜ツブ１ノングｉＭ ２９を郭定づる
部分は側部外周面２７Ｊ：り半径方＋６ｔＢａｍの幅に
厘り内層部２５を強化するアルミプ゛−シリカ短ｍｇと
同一のアルミナーシリノＪ ’）ｎ ［Ｎｌｉ ＜こで
強化されている。
８ＡＣ８へ）にて構成されたピストンを示してｉ３す、
ピストン２１のピストンヘッド２２の表面層２３（厚さ
約１．５ｍｎ＋）は平均直径３μｍのジル］ニア粒子２
４にて強化されており、ビス１−、ンヘッド２２の表面
層２３Ｊ：りも内側の１ノ１層部２５（厚さ約５ｍｎ）
はアルミナ−シリカ短繊維２６（平均繊維径３μｍ、繊
維長５〜１３１１１ｍ＞にて上吊化されている。またこ
のピストン２１の側８ｒｌり１４＾１面２７の１〜ツブ
ランド２８及び１〜ツブ１ノングｉＭ ２９を郭定づる
部分は側部外周面２７Ｊ：り半径方＋６ｔＢａｍの幅に
厘り内層部２５を強化するアルミプ゛−シリカ短ｍｇと
同一のアルミナーシリノＪ ’）ｎ ［Ｎｌｉ ＜こで
強化されている。
尚第５図に於て、３０は図には示されてｐｚ ｌ； （
、ｓ＋ピストンピンを受りる孔を示しており、３１及び
３２はそれぞれ図には示されていないセカンド１ノング
及びオイルリングを受入れるリング溝を示している。
、ｓ＋ピストンピンを受りる孔を示しており、３１及び
３２はそれぞれ図には示されていないセカンド１ノング
及びオイルリングを受入れるリング溝を示している。
以」二の如く構成されたビス１−ン２１は、本発明によ
る繊維強化金属複合材料部材σ）製造方法にｆＭつて以
下の如く製造された。
る繊維強化金属複合材料部材σ）製造方法にｆＭつて以
下の如く製造された。
まずアルミナ−シリカ短繊維２６を水に分散させ、その
分散液より真空成形法により第６図に示されている如く
直径９Ｑｍｍ、高さ２’Ｑｍｍ、円筒状側壁３３の厚さ
８ｍｍ、底壁３４の厚さ５ｎｍの皿形の繊維成形体３５
を形成した。
分散液より真空成形法により第６図に示されている如く
直径９Ｑｍｍ、高さ２’Ｑｍｍ、円筒状側壁３３の厚さ
８ｍｍ、底壁３４の厚さ５ｎｍの皿形の繊維成形体３５
を形成した。
次いでジルコニア粒子２４を水溶性ジルコニアゾル２Ｑ
ｗｔ％溶液中に分散さＵ゛、イの分散液を繊維成形体３
５の底壁３４のビス］−ンヘッド側の表面３６に対し刷
毛を用いて厚さ約１，５ｍｍにて何首させ、これを２０
０℃にて２時間乾燥させることにより、第７図に示され
ている如きアルミナ−シリカ短繊維２６とジルコニア粒
子２４とよりなる複合繊維成形体３７を形成した。
ｗｔ％溶液中に分散さＵ゛、イの分散液を繊維成形体３
５の底壁３４のビス］−ンヘッド側の表面３６に対し刷
毛を用いて厚さ約１，５ｍｍにて何首させ、これを２０
０℃にて２時間乾燥させることにより、第７図に示され
ている如きアルミナ−シリカ短繊維２６とジルコニア粒
子２４とよりなる複合繊維成形体３７を形成した。
次いでこの複合繊維成形体３７を予熱炉内にて約８０
’Ｏ℃に予熱し、ピストン鋳造装置の下型３８の底壁３
９上に載回し、下型３８内にアルミニ・クム含金の溶湯
４０を注渇し、該溶湯を上型４１により１３ ’Ｏ’Ｏ
ｋｑ／い９の圧力に加圧し、その加圧状態をアルミニウ
ム合金の溶湯４０が完全に凝固するまで保持した。
’Ｏ℃に予熱し、ピストン鋳造装置の下型３８の底壁３
９上に載回し、下型３８内にアルミニ・クム含金の溶湯
４０を注渇し、該溶湯を上型４１により１３ ’Ｏ’Ｏ
ｋｑ／い９の圧力に加圧し、その加圧状態をアルミニウ
ム合金の溶湯４０が完全に凝固するまで保持した。
アルミニウム合金の溶湯４０が完全に凝固した後、かく
して形成された凝固体をノックアウトビン４２によって
下型３８より取出し、その凝固体に対し切削及び研削等
の機械加工を行なって第５図に示されている如く、直径
９’Ｑｍｍ、長さ７０ｍｍのピストンを形成した。
して形成された凝固体をノックアウトビン４２によって
下型３８より取出し、その凝固体に対し切削及び研削等
の機械加工を行なって第５図に示されている如く、直径
９’Ｑｍｍ、長さ７０ｍｍのピストンを形成した。
尚上述の如く製造されたピストン２１のアルミナ−シリ
カ短繊維及びジルコニア粒子の体積率はイれぞれ約７％
、約４０％であった。またかくして製造されたビス１−
ン２１を４気筒４リイクルｊ゛イーゼルエンジン（圧縮
比：２１．５、排気量２１９８ＣＣ）に組込み、１掲の
表１に示す試験条件に゛Ｃ試験運転を行なったところ、
−［述の如＜ ＩＪｉｔ＋７されたピストン２１はピス
トン全体としての強匪、トップリング溝２９に於（〕る
耐摩耗性、ビス１−ンヘッド２２に於ける耐熱性及び断
熱性が、アルミニウム合金のみに゛Ｃ構成されＩＣピス
トンに比し−くはるかに優れていることが確かめられた
。
カ短繊維及びジルコニア粒子の体積率はイれぞれ約７％
、約４０％であった。またかくして製造されたビス１−
ン２１を４気筒４リイクルｊ゛イーゼルエンジン（圧縮
比：２１．５、排気量２１９８ＣＣ）に組込み、１掲の
表１に示す試験条件に゛Ｃ試験運転を行なったところ、
−［述の如＜ ＩＪｉｔ＋７されたピストン２１はピス
トン全体としての強匪、トップリング溝２９に於（〕る
耐摩耗性、ビス１−ンヘッド２２に於ける耐熱性及び断
熱性が、アルミニウム合金のみに゛Ｃ構成されＩＣピス
トンに比し−くはるかに優れていることが確かめられた
。
更に上述の如く製造されたピストン２１をイの軸線に沿
って切断しその断面を観察したところ、表面層２３とそ
の内側の内層部２５どの間の密着も良好であることが認
められた。
って切断しその断面を観察したところ、表面層２３とそ
の内側の内層部２５どの間の密着も良好であることが認
められた。
以上に於ては本発明を二つの実施例について訂柵に説明
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
とは当業者にとって明らかであろう。
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
とは当業者にとって明らかであろう。
５ＸＳ１図は自動車用ディーゼルエンジンのビス］ヘン
ビンどしての構成された本発明による繊維強化金属複合
材料部ネＡの一つの実施例を一部破断して示す解図、第
２図乃至第４図は第１図に示されたピストンピンの製造
工程を示−１解図、第５図は自動車用ディーゼル１ン１
ジンのピストンとして構成された本発明による繊維強化
金属複合材料部材の他の一つの実施例を一部切欠いて示
づ斜視図、第６図乃至第８図は第５図に示されたピスト
ンの製造工程を示す解図である。 １・・・ピストンピン、２・・・軸線、３・・・孔、４
・・・表面層、５・・・炭化ケイ素ボイス力、６・・・
内層部、７・・・炭素繊維、８・・・棒、１０・・・棒
体、１１・・・複合繊維成形体、１２・・・上型、１３
・・・下型、１４・・・モールド−１−ヤビティ、１５
・・・湯道、１６・・・アルミニウム合金の溶湯、１７
・・・プランジｐ、１８−２０・・・ノックアウトピン
８，２１・・・ビス１−ン、２２・・・ピストンヘッド
、２３・・・表面層、２／ｌ・・・ジルコニア粒子、２
５・・・内層部、２６・・・アルミナルシリアＪ短繊維
、２７・・・側部外周面、２８・・・トップランド、２
９・・・トップリング溝、３０・・・孔、３１．３２・
・・リング溝、３３・・・円筒状側壁、３４・・・底壁
、３５・・・繊維成形体、３６・・・表面、３７・・・
複合繊維成形体。 ３８・・・下型、３９・・・底壁、４０・・・アルミニ
ウム合金の溶湯、４１・・・土、型、４２・・・ノック
アラ１−ビン特 許 出 願 人 トヨタ自動車株式
会社代 理 人 弁理士 明石 畠毅第１
図 １ 第２図 ρ０ 第３図 第 ４ ノ 第 ８ 図
ビンどしての構成された本発明による繊維強化金属複合
材料部ネＡの一つの実施例を一部破断して示す解図、第
２図乃至第４図は第１図に示されたピストンピンの製造
工程を示−１解図、第５図は自動車用ディーゼル１ン１
ジンのピストンとして構成された本発明による繊維強化
金属複合材料部材の他の一つの実施例を一部切欠いて示
づ斜視図、第６図乃至第８図は第５図に示されたピスト
ンの製造工程を示す解図である。 １・・・ピストンピン、２・・・軸線、３・・・孔、４
・・・表面層、５・・・炭化ケイ素ボイス力、６・・・
内層部、７・・・炭素繊維、８・・・棒、１０・・・棒
体、１１・・・複合繊維成形体、１２・・・上型、１３
・・・下型、１４・・・モールド−１−ヤビティ、１５
・・・湯道、１６・・・アルミニウム合金の溶湯、１７
・・・プランジｐ、１８−２０・・・ノックアウトピン
８，２１・・・ビス１−ン、２２・・・ピストンヘッド
、２３・・・表面層、２／ｌ・・・ジルコニア粒子、２
５・・・内層部、２６・・・アルミナルシリアＪ短繊維
、２７・・・側部外周面、２８・・・トップランド、２
９・・・トップリング溝、３０・・・孔、３１．３２・
・・リング溝、３３・・・円筒状側壁、３４・・・底壁
、３５・・・繊維成形体、３６・・・表面、３７・・・
複合繊維成形体。 ３８・・・下型、３９・・・底壁、４０・・・アルミニ
ウム合金の溶湯、４１・・・土、型、４２・・・ノック
アラ１−ビン特 許 出 願 人 トヨタ自動車株式
会社代 理 人 弁理士 明石 畠毅第１
図 １ 第２図 ρ０ 第３図 第 ４ ノ 第 ８ 図
Claims (3)
- （１）繊維強化金属複合材料部材にして、該部材の表面
層の少なくとも一部は繊維径に対する繊維長の比が小さ
い第一の強化繊維にて強化されており、前記部材の前記
表面層より内側の部分の少なくとも一部は繊維径に対す
る繊維長の比が前記第一の強化ＩＢＭよりも大きい第二
の強化繊維にて強化された繊維強化金属複合材料部材。 - （２） ＩＩ維強化金属複合材料部材にして、該部材の
表面層の少なくとも一部は繊維径に対りる繊維長の比が
小さい第一の強化繊維にて強化されており、前記部材の
前記表面層より内側の部分の少なくとも一部は繊Ｈ径に
対する繊維長の比が前記第一の強化繊維よりも大きい第
二の強化繊維にて強化された繊維強化金属複合材料部材
の製造方法にして、前記第二の強化ａｌ維にて所定の形
状、密度、配向の繊維成形体を形成し、前記繊維成形体
の表面に前記第一の強化繊維を付着させ、これを鋳型内
に配置し、該鋳型内にマトリックス金属の溶湯を注渇し
、該溶湯を前記鋳型内にで加圧しつつ凝固さＵる繊維強
化金属複合材料部材の製造り法。 - （３）特許請求の範囲第２項の繊維強化金属複合月利部
材の製造方法に於て、前記繊維成形体の表面に前記第一
の強化繊維を付着させる工程に於ては、前記第一の強化
繊維は無機バインダーにで前記Ｍ＆組成形体の表面に付
着されることを特徴とづる繊維強化金属複合材料部材の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18517382A JPS5974247A (ja) | 1982-10-20 | 1982-10-20 | 複合材料部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18517382A JPS5974247A (ja) | 1982-10-20 | 1982-10-20 | 複合材料部材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5974247A true JPS5974247A (ja) | 1984-04-26 |
| JPS6341967B2 JPS6341967B2 (ja) | 1988-08-19 |
Family
ID=16166106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18517382A Granted JPS5974247A (ja) | 1982-10-20 | 1982-10-20 | 複合材料部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5974247A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6191341A (ja) * | 1984-10-12 | 1986-05-09 | Sumitomo Chem Co Ltd | 繊維強化金属複合体 |
| JPS61178050U (ja) * | 1985-04-24 | 1986-11-06 | ||
| JPS61253341A (ja) * | 1985-05-02 | 1986-11-11 | Toyota Motor Corp | アルミナ繊維・アルミナ−シリカ繊維強化金属複合材料 |
| JPS6286133A (ja) * | 1985-05-02 | 1987-04-20 | Toyota Motor Corp | 摺動用部材 |
| JPS6296626A (ja) * | 1985-05-02 | 1987-05-06 | Toyota Motor Corp | 摺動用部材 |
| JPS6338717A (ja) * | 1986-07-31 | 1988-02-19 | Honda Motor Co Ltd | 軽合金製摺動部材 |
| JPS6352946U (ja) * | 1986-09-25 | 1988-04-09 | ||
| JPS63138141A (ja) * | 1986-11-29 | 1988-06-10 | Kobe Steel Ltd | 内燃機関のピストンの製造方法 |
| US4755437A (en) * | 1985-07-04 | 1988-07-05 | Michele Sabatie | Castings and their production process |
| JPS63243237A (ja) * | 1987-03-31 | 1988-10-11 | Yanmar Diesel Engine Co Ltd | グラフアイト質カ−ボンフアイバ−を含んだｆｒｍ耐摩耗部品 |
| US4961990A (en) * | 1986-06-17 | 1990-10-09 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Fibrous material for composite materials, fiber-reinforced composite materials produced therefrom, and process for producing same |
| JPH02308953A (ja) * | 1989-05-22 | 1990-12-21 | Isuzu Motors Ltd | 繊維強化金属製機械要素の製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9967648B2 (en) | 2015-09-30 | 2018-05-08 | Apple Inc. | Case with magnetic over-center mechanism |
-
1982
- 1982-10-20 JP JP18517382A patent/JPS5974247A/ja active Granted
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6191341A (ja) * | 1984-10-12 | 1986-05-09 | Sumitomo Chem Co Ltd | 繊維強化金属複合体 |
| JPS61178050U (ja) * | 1985-04-24 | 1986-11-06 | ||
| JPS61253341A (ja) * | 1985-05-02 | 1986-11-11 | Toyota Motor Corp | アルミナ繊維・アルミナ−シリカ繊維強化金属複合材料 |
| JPS6286133A (ja) * | 1985-05-02 | 1987-04-20 | Toyota Motor Corp | 摺動用部材 |
| JPS6296626A (ja) * | 1985-05-02 | 1987-05-06 | Toyota Motor Corp | 摺動用部材 |
| US4755437A (en) * | 1985-07-04 | 1988-07-05 | Michele Sabatie | Castings and their production process |
| US4961990A (en) * | 1986-06-17 | 1990-10-09 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Fibrous material for composite materials, fiber-reinforced composite materials produced therefrom, and process for producing same |
| JPS6338717A (ja) * | 1986-07-31 | 1988-02-19 | Honda Motor Co Ltd | 軽合金製摺動部材 |
| JPS6352946U (ja) * | 1986-09-25 | 1988-04-09 | ||
| JPS63138141A (ja) * | 1986-11-29 | 1988-06-10 | Kobe Steel Ltd | 内燃機関のピストンの製造方法 |
| JPS63243237A (ja) * | 1987-03-31 | 1988-10-11 | Yanmar Diesel Engine Co Ltd | グラフアイト質カ−ボンフアイバ−を含んだｆｒｍ耐摩耗部品 |
| JPH02308953A (ja) * | 1989-05-22 | 1990-12-21 | Isuzu Motors Ltd | 繊維強化金属製機械要素の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6341967B2 (ja) | 1988-08-19 |
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