JPS6078164A - 繊維強化金属製ピストンピン及びその製造方法 - Google Patents
繊維強化金属製ピストンピン及びその製造方法Info
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- JPS6078164A JPS6078164A JP18481183A JP18481183A JPS6078164A JP S6078164 A JPS6078164 A JP S6078164A JP 18481183 A JP18481183 A JP 18481183A JP 18481183 A JP18481183 A JP 18481183A JP S6078164 A JPS6078164 A JP S6078164A
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- piston pin
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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
- 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
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
- F16J1/10—Connection to driving members
- F16J1/14—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections
- F16J1/16—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections with gudgeon-pin; Gudgeon-pins
-
- 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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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Laminated Bodies (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】
産業上の利用分野
本発明は、ピストンピンに係り、更に詳細には強化繊維
にて複合強化された軽金属にて構成されたピストンピン
に係る。
にて複合強化された軽金属にて構成されたピストンピン
に係る。
従来技術
従来の内燃機関用のピストンピンは鋼材にて構成されて
いるため、比較的重量が大きく内燃機関の軽量化や高出
力化を図ることが困難であることに鑑み、アルミナ繊維
の如き強化繊維にて複合強化されたアルミニウム合金の
如き軽金属にてピストンピンを構成する試みが行われて
おり、またかかるピストンピンに於てはその円筒状外周
面の摺動特性が悪く、ピストンピン自身又は相手部材と
してのコネクティングロッドのビン孔壁面やピストンの
ピンボス壁面の摩耗が大きくなるため、強化繊維にて複
合強化された軽金属よりなる円柱体又は円筒体の外側に
金属スリーブを嵌込み、該金属スリーブの円筒状外周面
を硬質金属にて被覆することが試みられている（特開昭
５６−１３１８５９号、実開昭５６−１３２３４７号）
。
いるため、比較的重量が大きく内燃機関の軽量化や高出
力化を図ることが困難であることに鑑み、アルミナ繊維
の如き強化繊維にて複合強化されたアルミニウム合金の
如き軽金属にてピストンピンを構成する試みが行われて
おり、またかかるピストンピンに於てはその円筒状外周
面の摺動特性が悪く、ピストンピン自身又は相手部材と
してのコネクティングロッドのビン孔壁面やピストンの
ピンボス壁面の摩耗が大きくなるため、強化繊維にて複
合強化された軽金属よりなる円柱体又は円筒体の外側に
金属スリーブを嵌込み、該金属スリーブの円筒状外周面
を硬質金属にて被覆することが試みられている（特開昭
５６−１３１８５９号、実開昭５６−１３２３４７号）
。
しかしかかる従来のピストンピンに於ては、強化＃ａ維
は一般にピストンピンの軸線に沿って一方向に配向され
るか、ピストンピンの軸線に対しＯｏ及び９０°をなす
強化繊維を含むプリプレグシートをピストンピンの軸線
の周りに円筒状に巻くことにより配向されており、かか
る強化繊維の配向によってはピストンピンの剛性や熱膨
張等が十分には制御されないため、繊維強化金属部と金
属スリーブとの間の変形モードの相違に起因してこれら
が剥離したり金属スリーブに亀裂が発生する等の問題が
発生ずる。このため金属スリーブを三分割する等の対策
が提案されている（特開昭５６−１３１８５９号〉が、
かかるピストンピンは高価であり、また長期間に厘り熱
サイクルや応力負荷を受けることに起因づ−る剥離や亀
裂の問題を完全に回避し得る程金属スリーブと繊維強化
金属部とを十分に密着させることは不可能である。
は一般にピストンピンの軸線に沿って一方向に配向され
るか、ピストンピンの軸線に対しＯｏ及び９０°をなす
強化繊維を含むプリプレグシートをピストンピンの軸線
の周りに円筒状に巻くことにより配向されており、かか
る強化繊維の配向によってはピストンピンの剛性や熱膨
張等が十分には制御されないため、繊維強化金属部と金
属スリーブとの間の変形モードの相違に起因してこれら
が剥離したり金属スリーブに亀裂が発生する等の問題が
発生ずる。このため金属スリーブを三分割する等の対策
が提案されている（特開昭５６−１３１８５９号〉が、
かかるピストンピンは高価であり、また長期間に厘り熱
サイクルや応力負荷を受けることに起因づ−る剥離や亀
裂の問題を完全に回避し得る程金属スリーブと繊維強化
金属部とを十分に密着させることは不可能である。
発明の目的
本願発明者等は、繊維強化金属部の外側に金属スリーブ
が嵌込まれた構造を有する従来のピストンピンに於ける
上述の如き問題に鑑み、種々のピッチ角にて螺旋状に配
向された強化繊維にて複合強化された軽金属よりなる円
筒体の外側に金属スリーブを嵌込み、該金属スリーブの
円筒状外周面に種々の硬質金属を被覆してピストンピン
を製造し、それらについて強度試験等を行った結果、ピ
ッチ角を特定の範囲に設定すれば従来のピストンピンに
於ける上述の如き種々の問題を解消し冑ることを見出し
た。
が嵌込まれた構造を有する従来のピストンピンに於ける
上述の如き問題に鑑み、種々のピッチ角にて螺旋状に配
向された強化繊維にて複合強化された軽金属よりなる円
筒体の外側に金属スリーブを嵌込み、該金属スリーブの
円筒状外周面に種々の硬質金属を被覆してピストンピン
を製造し、それらについて強度試験等を行った結果、ピ
ッチ角を特定の範囲に設定すれば従来のピストンピンに
於ける上述の如き種々の問題を解消し冑ることを見出し
た。
本発明の目的は、本願発明者等が行った実験的研究の結
果得られた知見に基づき、軽量且比較的低部であり耐久
性に優れた繊維強化金属製のピストンピン及びかかるピ
ストンピンを比較的低部に且生産性よく製造することの
できる方法を提供することである。
果得られた知見に基づき、軽量且比較的低部であり耐久
性に優れた繊維強化金属製のピストンピン及びかかるピ
ストンピンを比較的低部に且生産性よく製造することの
できる方法を提供することである。
発明の構成
これらの目的は、本発明によれば、軸線の周りにピッチ
角±６５６〜±７０’にて螺旋状に配向された強化繊維
にて複合強化された軽金属よりなり前記軸線に沿って延
在する芯部と、金属よりなり前記芯部の周りにて前記＠
線に沿って延在１゛る円筒状の中間層と、該中間層の円
筒状外周面を覆う硬質金属の外層とよりなるピストンピ
ン、及び軸線の周りにピッチ角±６５°〜±７０°にて
螺旋状に配向された強化繊維よりなるｉｖ＃成形体を形
成し、該ｍ、ｍ成形体を金属スリーブ内に配置し、これ
を予熱した後鋳型内に配置し、該鋳型内に軽金属の溶湯
を注渇し、該溶湯を加圧しつつ凝固さぜ、骨られた凝固
体より実質的に前記軽金属のみよりなる部分を除去し、
前記金属スリーブの円筒状外周面を硬質金属にて被覆す
るビス［・ンビンの製造方法にＪ：つて達成される。
角±６５６〜±７０’にて螺旋状に配向された強化繊維
にて複合強化された軽金属よりなり前記軸線に沿って延
在する芯部と、金属よりなり前記芯部の周りにて前記＠
線に沿って延在１゛る円筒状の中間層と、該中間層の円
筒状外周面を覆う硬質金属の外層とよりなるピストンピ
ン、及び軸線の周りにピッチ角±６５°〜±７０°にて
螺旋状に配向された強化繊維よりなるｉｖ＃成形体を形
成し、該ｍ、ｍ成形体を金属スリーブ内に配置し、これ
を予熱した後鋳型内に配置し、該鋳型内に軽金属の溶湯
を注渇し、該溶湯を加圧しつつ凝固さぜ、骨られた凝固
体より実質的に前記軽金属のみよりなる部分を除去し、
前記金属スリーブの円筒状外周面を硬質金属にて被覆す
るビス［・ンビンの製造方法にＪ：つて達成される。
発明の作用及び効果
本発明によるピストンピンによれば、ピストンピンの芯
部を構成する軽金属がピッチ角±６５゜〜±７０°にて
螺旋状に配向された強化繊維にて複合強化され、従って
芯部の剛性及び熱膨張率、特に径方向の熱膨張率と金属
スリーブの剛性及び熱膨張率とが実質的に一致Ｊるので
、芯部と金属スリーブとが剥離したりすることがなく、
またピストンピン全体に作用する曲げ応力、ピストン及
びコネクテ、イングロツドに挿通された部分に作用する
圧縮応力、及びピストンに押通され１０部分とコネクテ
ィングロッドに挿通された部分との間の部分に作用する
剪断応力に耐える強度及び耐久性を有する軽量で比較的
低部なピストンピンを得ることができる。
部を構成する軽金属がピッチ角±６５゜〜±７０°にて
螺旋状に配向された強化繊維にて複合強化され、従って
芯部の剛性及び熱膨張率、特に径方向の熱膨張率と金属
スリーブの剛性及び熱膨張率とが実質的に一致Ｊるので
、芯部と金属スリーブとが剥離したりすることがなく、
またピストンピン全体に作用する曲げ応力、ピストン及
びコネクテ、イングロツドに挿通された部分に作用する
圧縮応力、及びピストンに押通され１０部分とコネクテ
ィングロッドに挿通された部分との間の部分に作用する
剪断応力に耐える強度及び耐久性を有する軽量で比較的
低部なピストンピンを得ることができる。
また本発明のピストンピンの製造方法によれば、所定の
ピッチ角にて螺旋状に配向された強化繊維よりなるｗＣ
維成形体が金属スリーブ内に配向された状態にて強化繊
維と軽金属との複合化が行われるので、強化繊維と軽金
属との複合化の過程に於ても強化繊維の配向状態及び体
積率が所定の値に維持され、これにより強化Ｉｌｉ維が
所定の体積率及び所定のピッチ角にて螺旋状に配向され
た芯部を有するピストンピンを能率よく低部に製造する
ことができ、また繊維成形体が金属スリーブ内に配置さ
れた状態にて予熱され、軽金属の溶湯が加圧されるので
、繊組成形体の個々の強化繊維間に軽金属の溶湯が確実
に浸透し、また強化繊維と軽金属どが良好に密着でるだ
けでなく、金属スリーブと芯部との間の界面に於て金属
スリーブを構成する金属と芯部のマトリックス金属とが
合金化反応し、これにより芯部と金属スリーブとの密着
性にも優れ１＝ピストンピンを低部に且能率よく製造す
ることができる。
ピッチ角にて螺旋状に配向された強化繊維よりなるｗＣ
維成形体が金属スリーブ内に配向された状態にて強化繊
維と軽金属との複合化が行われるので、強化繊維と軽金
属との複合化の過程に於ても強化繊維の配向状態及び体
積率が所定の値に維持され、これにより強化Ｉｌｉ維が
所定の体積率及び所定のピッチ角にて螺旋状に配向され
た芯部を有するピストンピンを能率よく低部に製造する
ことができ、また繊維成形体が金属スリーブ内に配置さ
れた状態にて予熱され、軽金属の溶湯が加圧されるので
、繊組成形体の個々の強化繊維間に軽金属の溶湯が確実
に浸透し、また強化繊維と軽金属どが良好に密着でるだ
けでなく、金属スリーブと芯部との間の界面に於て金属
スリーブを構成する金属と芯部のマトリックス金属とが
合金化反応し、これにより芯部と金属スリーブとの密着
性にも優れ１＝ピストンピンを低部に且能率よく製造す
ることができる。
尚本発明によるビス［−ンビン及びその製造方法に於け
る軽金属はアルミニウム合金、マグネシウム及びそれら
を主成分とづる合金であってよく、強化繊維はこれらの
軽金属との両立性に優れ且強度向上効果等に優れた炭素
繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ−シリ
カ繊維、ボロン繊維等であってよく、強化繊維の体積率
は強化繊維や軽金属の種類、強化繊維の繊維径等に応じ
て５０〜７０％に設定されることが好ましい。また中間
層を構成づ″る金属は芯部を構成するマトリックス金属
としての軽金属と合金反応する任意の金属であってよい
が、特にステンレス鋼の如き鋼であることが好ましく、
外層を構成する硬質金属はモリブデン、クロムの如き単
一金属、ステライトの如き合金、炭化ケイ素の粒子が分
散されたニッケルの如き複合金属材料等であってよく、
これらの硬質金属は溶射、めっき、蒸着等の手段により
中間層の円筒状外周面に被覆されてよい。
る軽金属はアルミニウム合金、マグネシウム及びそれら
を主成分とづる合金であってよく、強化繊維はこれらの
軽金属との両立性に優れ且強度向上効果等に優れた炭素
繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ−シリ
カ繊維、ボロン繊維等であってよく、強化繊維の体積率
は強化繊維や軽金属の種類、強化繊維の繊維径等に応じ
て５０〜７０％に設定されることが好ましい。また中間
層を構成づ″る金属は芯部を構成するマトリックス金属
としての軽金属と合金反応する任意の金属であってよい
が、特にステンレス鋼の如き鋼であることが好ましく、
外層を構成する硬質金属はモリブデン、クロムの如き単
一金属、ステライトの如き合金、炭化ケイ素の粒子が分
散されたニッケルの如き複合金属材料等であってよく、
これらの硬質金属は溶射、めっき、蒸着等の手段により
中間層の円筒状外周面に被覆されてよい。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
詳細に説明する。
大、１０−
第１図は本発明によるピストンピンの一つの実施例を一
部破断して示す解図的斜視図である。図に於て、１は軸
線２の周りにピッチ角±６７．５０にて螺旋状に配向さ
れた炭素繊維３（東し株式会社製「トレカ」 （登録商
標）Ｍ２Ｃ）にて複合強化されたアルミニウム合金４．
ＬＩＩＳ規格ＡＣ７Ａ）よりなり軸線２に沿って延在す
る中空孔５を有する円筒状の芯部を示している。芯部１
の外側にはステンレスｗ４（ＪＩＳ規格５ＵＳ３０４）
よりなり芯部１の周りにて軸線２に沿って延在づる円筒
状の中間層６が芯部１ど一体的に設けられている。中間
層６の円筒状外周面はモリブデンの被覆層７にて覆われ
ている。
部破断して示す解図的斜視図である。図に於て、１は軸
線２の周りにピッチ角±６７．５０にて螺旋状に配向さ
れた炭素繊維３（東し株式会社製「トレカ」 （登録商
標）Ｍ２Ｃ）にて複合強化されたアルミニウム合金４．
ＬＩＩＳ規格ＡＣ７Ａ）よりなり軸線２に沿って延在す
る中空孔５を有する円筒状の芯部を示している。芯部１
の外側にはステンレスｗ４（ＪＩＳ規格５ＵＳ３０４）
よりなり芯部１の周りにて軸線２に沿って延在づる円筒
状の中間層６が芯部１ど一体的に設けられている。中間
層６の円筒状外周面はモリブデンの被覆層７にて覆われ
ている。
上述の如く構成されたピストンピンは本発明の製造方法
に従って以下の如く製造された。
に従って以下の如く製造された。
先ず外径８＋ａｍ、内径６１１１１１１のステンレス鋼
ＬｌｌＳ規格５ＵＳ３０４）製のパイプ８の周りに炭素
繊維３（東し株式会社製「トレカ」 （登録商標）Ｍ２
Ｃ、単糸径７ｔｔｍ）のストランド（単糸数６０００本
）をフィラメントワインディングによって巻き付けるこ
とによりピッチ角θ−６７，５゜の円筒状の層とピッチ
角θ＝−６７，５°の０円筒状の層とが径方向に交互に
積層された第２図に示されている如き外径２１１ＩＩＩ
Ｉ１１長さ１５００ｍｍの円筒状の繊維成形体９を形成
した。この繊維成形体９を８５ｍｍの長さに切断した後
、第３図に示されている如く、外径２３＋ｎ３内径２１
ｍｍ、長さ１０５ｍｍのステンレス＃１（ＪＩＳ規格
５ＵＳ３０４）製のパイプ１０内の中央に挿入すること
により、長さ８５ＩｌｌｌＩｌの＃＆雑成形体９′とパ
イプ１０とよりなる円筒体１１を形成した。
ＬｌｌＳ規格５ＵＳ３０４）製のパイプ８の周りに炭素
繊維３（東し株式会社製「トレカ」 （登録商標）Ｍ２
Ｃ、単糸径７ｔｔｍ）のストランド（単糸数６０００本
）をフィラメントワインディングによって巻き付けるこ
とによりピッチ角θ−６７，５゜の円筒状の層とピッチ
角θ＝−６７，５°の０円筒状の層とが径方向に交互に
積層された第２図に示されている如き外径２１１ＩＩＩ
Ｉ１１長さ１５００ｍｍの円筒状の繊維成形体９を形成
した。この繊維成形体９を８５ｍｍの長さに切断した後
、第３図に示されている如く、外径２３＋ｎ３内径２１
ｍｍ、長さ１０５ｍｍのステンレス＃１（ＪＩＳ規格
５ＵＳ３０４）製のパイプ１０内の中央に挿入すること
により、長さ８５ＩｌｌｌＩｌの＃＆雑成形体９′とパ
イプ１０とよりなる円筒体１１を形成した。
次いで円筒体１１を図には示されていないが７５０に予
熱した後、第４図に示されている如く、高圧鋳造用の鋳
型１２内に配置し、該鋳型内に７４０℃のアルミニウム
合金（Ｊｔｓ規格ＡＣ７Ａ）の溶湯１３を注渇し、該溶
湯をプランジャ１４により１５００ｋｃ＋／♂の圧力に
て加圧し、その加圧状態を溶湯１３が完全に凝固づ°る
まで保持した。
熱した後、第４図に示されている如く、高圧鋳造用の鋳
型１２内に配置し、該鋳型内に７４０℃のアルミニウム
合金（Ｊｔｓ規格ＡＣ７Ａ）の溶湯１３を注渇し、該溶
湯をプランジャ１４により１５００ｋｃ＋／♂の圧力に
て加圧し、その加圧状態を溶湯１３が完全に凝固づ°る
まで保持した。
溶湯１３が完全に凝固した後、鋳型１２よりノックアウ
トビン１５により凝固体を取り出し、該凝固体より実質
的にアルミニウム合金のみＪ：りなる部分を機械加工に
よって除去することにより円柱体を取り出し、該円柱体
に対しドリルににる錐揉みを行ってパイプ８及び該パイ
プ内にて凝固したアルミニウム合金を除去し、パイプ１
０の円筒状外周面をＱ、５ｖｎ程度研削し、更にその両
端を切断することにより、第５図に示されている如き外
径２１．９５ｍｍ、内径８１１１１Ｔ１１長さ７５１１
１ｍの円筒状のピストンピン粗材を得た。かくして得ら
れた円筒体１６のパイプ１０の円筒状外周面をプラズマ
溶射によってモリブデンにて被覆し、該被覆層に対し最
終研磨を行うことにより第１図に示されている如き外径
２２１ＲＩ１１．内径８１Ｉ１ｍ１長さ７５ｍｍのピス
トンピンとしに０尚このピストンピンに於ける炭素繊維
の体１！ｉ率は６５％であり、モリブデンの外層の厚さ
は約３０μ請であった。
トビン１５により凝固体を取り出し、該凝固体より実質
的にアルミニウム合金のみＪ：りなる部分を機械加工に
よって除去することにより円柱体を取り出し、該円柱体
に対しドリルににる錐揉みを行ってパイプ８及び該パイ
プ内にて凝固したアルミニウム合金を除去し、パイプ１
０の円筒状外周面をＱ、５ｖｎ程度研削し、更にその両
端を切断することにより、第５図に示されている如き外
径２１．９５ｍｍ、内径８１１１１Ｔ１１長さ７５１１
１ｍの円筒状のピストンピン粗材を得た。かくして得ら
れた円筒体１６のパイプ１０の円筒状外周面をプラズマ
溶射によってモリブデンにて被覆し、該被覆層に対し最
終研磨を行うことにより第１図に示されている如き外径
２２１ＲＩ１１．内径８１Ｉ１ｍ１長さ７５ｍｍのピス
トンピンとしに０尚このピストンピンに於ける炭素繊維
の体１！ｉ率は６５％であり、モリブデンの外層の厚さ
は約３０μ請であった。
また比較の目的で、炭素繊維がピッチ角θ＝±４５°、
±５５０１±６００、±６５°、±７００、±７５°に
て螺旋状に配向された点を除き上述の実施例１と同一の
要領及び同一の条件にて同一寸法のピストンピンを製造
した。
±５５０１±６００、±６５°、±７００、±７５°に
て螺旋状に配向された点を除き上述の実施例１と同一の
要領及び同一の条件にて同一寸法のピストンピンを製造
した。
これらのピストンピンを用いて第６図に示されている如
くピストン１８とコネクティングロッド１９とを連結し
、コネクティングロッド１９をピストン１８の軸線２０
に沿ってピストンに対し荷重Ｐにて押付け、荷重Ｐが３
トンのときの荷重、即ち実動荷重とそのときのＡ点、即
ち最も大きい変形が生じることが経験的に解っているピ
ストンに挿通された部分とコネクティングロッドに挿通
された部分との間の中間の部分であってピストンヘッド
１８ａの側の外周面の位置に於けるピストンピンの軸線
２に平行な方向の変形歪を測定し、また荷重Ｐを増大し
てピストンピンが破断するときの荷重、即ち破断荷重を
測定する圧縮試験を行った。この圧縮試験の結果を第７
図に示づ゛。
くピストン１８とコネクティングロッド１９とを連結し
、コネクティングロッド１９をピストン１８の軸線２０
に沿ってピストンに対し荷重Ｐにて押付け、荷重Ｐが３
トンのときの荷重、即ち実動荷重とそのときのＡ点、即
ち最も大きい変形が生じることが経験的に解っているピ
ストンに挿通された部分とコネクティングロッドに挿通
された部分との間の中間の部分であってピストンヘッド
１８ａの側の外周面の位置に於けるピストンピンの軸線
２に平行な方向の変形歪を測定し、また荷重Ｐを増大し
てピストンピンが破断するときの荷重、即ち破断荷重を
測定する圧縮試験を行った。この圧縮試験の結果を第７
図に示づ゛。
この第７図より、炭素１１維のピッチ各θが±６５°〜
±７０’である場合にピストンピンの破断荷重が最大と
なり、しかもＡ点に於ける変形歪が小さい値に維持され
ることが解る。
±７０’である場合にピストンピンの破断荷重が最大と
なり、しかもＡ点に於ける変形歪が小さい値に維持され
ることが解る。
また上述の実施例１に於て製造されたピストンピンを４
気筒２０００ｃｃのガソリン機関に組込み、機関回転数
５２０ Ｏｒｐｍ 、全負荷にて２００時間に屋る耐久
試験を行ったところ、上述の実施例１に於て製造された
ピストンピンには有害な変形や芯部と中間層との間の界
面の剥離や中間層の亀裂等の発生は一切認められず、こ
のピストンピンは十分な強度及び耐久性を有するもので
あることが認められた。また上述の実施例１に於て製造
されたピストンピンを切断して中間層と芯部との間の界
面を光学顕微鏡にて観察したところ、第８図に示され工
いる如く、中間層を構成するステンレス鋼と芯部のマト
リックス金属としてのアルミニウム合金とが互に溶融混
合することにより形成された合金層が存在しており、中
間層と芯部とが強固に＠着していることが認められた。
気筒２０００ｃｃのガソリン機関に組込み、機関回転数
５２０ Ｏｒｐｍ 、全負荷にて２００時間に屋る耐久
試験を行ったところ、上述の実施例１に於て製造された
ピストンピンには有害な変形や芯部と中間層との間の界
面の剥離や中間層の亀裂等の発生は一切認められず、こ
のピストンピンは十分な強度及び耐久性を有するもので
あることが認められた。また上述の実施例１に於て製造
されたピストンピンを切断して中間層と芯部との間の界
面を光学顕微鏡にて観察したところ、第８図に示され工
いる如く、中間層を構成するステンレス鋼と芯部のマト
リックス金属としてのアルミニウム合金とが互に溶融混
合することにより形成された合金層が存在しており、中
間層と芯部とが強固に＠着していることが認められた。
更に比較の目的で、ピストンピンの軸線に沿って円筒状
に一方向に配向された層とピストンピンの軸線の周りに
周方向に円筒状に配向された層とが径方向に交互に＄Ａ
層された炭素繊維にて複合弓虫化されたアルミニウム合
金にて芯部が構成されている点を除き、上述の実施例１
の場合と同一の要領及び同一の条件にて製造されたピス
トンピンを試作し、これを上述の耐久試験と同一の条件
にて行われた耐久試験に供したところ、試験（Ｉｎｎ後
後５時間経過た時点に於て中間層と芯部との界面に亀裂
が発生していることが認められた。試験後両者のピスト
ンピンの芯部の径方向の熱膨？Ｊ長率を徂１１定したと
ころ、実施例１の芯部の熱膨張率は１２゜５×１０−６
であり、実質的に中間層の径方向の熱膨張率と実質的に
同一であることが認められたのに対し、比較例のピスト
ンピンの芯部の熱膨弓長率は実質的にＯであり、中間層
の径方向の熱膨張率とは大きく相違しており、このこと
が要因となって亀裂及び剥離が発生したものと推測され
る。
に一方向に配向された層とピストンピンの軸線の周りに
周方向に円筒状に配向された層とが径方向に交互に＄Ａ
層された炭素繊維にて複合弓虫化されたアルミニウム合
金にて芯部が構成されている点を除き、上述の実施例１
の場合と同一の要領及び同一の条件にて製造されたピス
トンピンを試作し、これを上述の耐久試験と同一の条件
にて行われた耐久試験に供したところ、試験（Ｉｎｎ後
後５時間経過た時点に於て中間層と芯部との界面に亀裂
が発生していることが認められた。試験後両者のピスト
ンピンの芯部の径方向の熱膨？Ｊ長率を徂１１定したと
ころ、実施例１の芯部の熱膨張率は１２゜５×１０−６
であり、実質的に中間層の径方向の熱膨張率と実質的に
同一であることが認められたのに対し、比較例のピスト
ンピンの芯部の熱膨弓長率は実質的にＯであり、中間層
の径方向の熱膨張率とは大きく相違しており、このこと
が要因となって亀裂及び剥離が発生したものと推測され
る。
尚上述の如く製造されたピストンピンの［ｉは８６０で
あり、このピストンピンは従来の鋼鍛造製のピストンピ
ンよりも２８％１ｉｌＩなものであった。
あり、このピストンピンは従来の鋼鍛造製のピストンピ
ンよりも２８％１ｉｌＩなものであった。
大羞」Ｌと
第９図は本発明によるピストンピンの他の一つの＊施例
を一部破断して示す解図的斜視図である。
を一部破断して示す解図的斜視図である。
図に於て、２１は軸線２２の周りにピッチ角±７０°に
て螺旋状に配向された炭素繊ｌＮ１（東し株式会社製「
トレカ」 （登録商標）Ｔ３００）にて複合強化された
マグネシウム合金（ＪＩｓ規格ＭＣ８）よりなり軸線２
２に沿って延在する中空孔２５を有する円筒状の芯部を
示している。芯部２１の外側にはステンレス１（ＪＩＳ
規格５ＵＳ３０４）よりなり芯部２１の周りにて軸線２
２に沿って延在する円筒状の中間＠２６が芯部２１と一
体的に設けられている。中間層２６の円筒状外周面、芯
部２１の中空孔５の表面、芯部２１及び中間層６の両端
面はＮｌ −８ｉ Ｃ（炭化ケイ素の粒子が分散された
ニッケル）のめっき層２７にて覆われている。
て螺旋状に配向された炭素繊ｌＮ１（東し株式会社製「
トレカ」 （登録商標）Ｔ３００）にて複合強化された
マグネシウム合金（ＪＩｓ規格ＭＣ８）よりなり軸線２
２に沿って延在する中空孔２５を有する円筒状の芯部を
示している。芯部２１の外側にはステンレス１（ＪＩＳ
規格５ＵＳ３０４）よりなり芯部２１の周りにて軸線２
２に沿って延在する円筒状の中間＠２６が芯部２１と一
体的に設けられている。中間層２６の円筒状外周面、芯
部２１の中空孔５の表面、芯部２１及び中間層６の両端
面はＮｌ −８ｉ Ｃ（炭化ケイ素の粒子が分散された
ニッケル）のめっき層２７にて覆われている。
上述の如く構成されたピストンピンは本発明の製造方法
に従って上述の実施例１の場合と同様の要領にて以下の
如く製造された。
に従って上述の実施例１の場合と同様の要領にて以下の
如く製造された。
先ず図には示されていないが、外径８ｍｍ、内径６ｍｍ
のステンレスｍ（ＪＩＳ規格５ＬＪＳ３０４）製のパイ
プの周りに炭素繊維（東し株式会社製「トレカ」 （登
録商標）７３００．単糸径７μｍ＞のストランド（単糸
数６０００本）をフィラメントワインディングによって
巻き付けることによりピッチ角θ−７０°の円筒状の層
とピッチ角θ＝−７０°の円筒状の層どが径方向に交互
に積層された外径２１ ｍｍ、長さ１５００ｍｍの円筒
状の繊維成形体を形成した。この円筒体を８５ｍｍの長
さに切断した後、外径２３＋１１１１、内径２１ ＋＋
＋ｎ＋、長さ１０５ＩＩＩＩＩ＋のステンレス鋼（ＪＩ
Ｓ規格５ＵＳ３０４）製のパイプ内に挿入することによ
り、８５ＩＩＩＩ１１の長さに切断されたｍ１ｆｆｌ成
形体とステンレス鋼製のパイプとよりなる円筒体を形成
した。
のステンレスｍ（ＪＩＳ規格５ＬＪＳ３０４）製のパイ
プの周りに炭素繊維（東し株式会社製「トレカ」 （登
録商標）７３００．単糸径７μｍ＞のストランド（単糸
数６０００本）をフィラメントワインディングによって
巻き付けることによりピッチ角θ−７０°の円筒状の層
とピッチ角θ＝−７０°の円筒状の層どが径方向に交互
に積層された外径２１ ｍｍ、長さ１５００ｍｍの円筒
状の繊維成形体を形成した。この円筒体を８５ｍｍの長
さに切断した後、外径２３＋１１１１、内径２１ ＋＋
＋ｎ＋、長さ１０５ＩＩＩＩＩ＋のステンレス鋼（ＪＩ
Ｓ規格５ＵＳ３０４）製のパイプ内に挿入することによ
り、８５ＩＩＩＩ１１の長さに切断されたｍ１ｆｆｌ成
形体とステンレス鋼製のパイプとよりなる円筒体を形成
した。
次いで円筒体を７００℃に予熱した後、高圧鋳造用の鋳
型内に配置し、該鋳型内に６９０℃のマグネシウム合金
ＬＩＩＳ規格ＭＣ８）の溶湯を注湯し、該溶湯をプラン
ジャにより１５００ｋｇ／♂の圧力にて加圧し、その加
圧状態を溶湯が完全に凝固するまで保持した。溶湯が完
全に凝固した後、鋳型よりノックアウトビンにより凝固
体を取り出し、該凝固体より実質的にマグネシウム合金
のみよりなる部分を機械加工によって除去づることによ
り円柱体を取り出し、該円柱体に対しドリルによる錐揉
みを行って外径８■のパイプ及び該パイプ内にて凝固し
たマグネシウム合金を除去し、外径２３ｎ＋ｍのパイプ
の円筒状外周面を０．５ｍｍ程度研削し、更にその両端
を切断づ−ることにより、外径２１．９５ｍｍ、内径８
１１１１１１長さ７５＋ｎｍの円筒状のピストンピン素
材を得た。かくして得られた円筒体をＮｉ −３ｉ Ｃ
のめっき浴中に浸漬し、無電解めっきによって円筒体の
表面をＮｉ −８ｔ Ｃのめっき層にて被覆し、これに
より第９図に示されている如き外径２２１＋１１１．内
径８ＩＩＩＩ１１１長さ７５ＩｌｌＩ１１のピストンピ
ンとした。尚このピストンピンに於ける炭素繊維の体積
率は６５％であり、Ｎｉ −３ｉＣのめつき層の厚さは
約３０μｍであった。
型内に配置し、該鋳型内に６９０℃のマグネシウム合金
ＬＩＩＳ規格ＭＣ８）の溶湯を注湯し、該溶湯をプラン
ジャにより１５００ｋｇ／♂の圧力にて加圧し、その加
圧状態を溶湯が完全に凝固するまで保持した。溶湯が完
全に凝固した後、鋳型よりノックアウトビンにより凝固
体を取り出し、該凝固体より実質的にマグネシウム合金
のみよりなる部分を機械加工によって除去づることによ
り円柱体を取り出し、該円柱体に対しドリルによる錐揉
みを行って外径８■のパイプ及び該パイプ内にて凝固し
たマグネシウム合金を除去し、外径２３ｎ＋ｍのパイプ
の円筒状外周面を０．５ｍｍ程度研削し、更にその両端
を切断づ−ることにより、外径２１．９５ｍｍ、内径８
１１１１１１長さ７５＋ｎｍの円筒状のピストンピン素
材を得た。かくして得られた円筒体をＮｉ −３ｉ Ｃ
のめっき浴中に浸漬し、無電解めっきによって円筒体の
表面をＮｉ −８ｔ Ｃのめっき層にて被覆し、これに
より第９図に示されている如き外径２２１＋１１１．内
径８ＩＩＩＩ１１１長さ７５ＩｌｌＩ１１のピストンピ
ンとした。尚このピストンピンに於ける炭素繊維の体積
率は６５％であり、Ｎｉ −３ｉＣのめつき層の厚さは
約３０μｍであった。
上述の如く製造されたピストンピンの重量は７９ｇであ
り、このピストンピンは従来の鋼鍛造製のピストンピン
よりも３４％軽量なものであった。
り、このピストンピンは従来の鋼鍛造製のピストンピン
よりも３４％軽量なものであった。
また上述の如く製造されたピストンピンを４気筒２００
０ｃｃのガソリン機関に組込み、機関回転数５２０Ｏｒ
ｐｍ、全負荷にて２００時間に亙る。耐久試験を行った
ところ、上述のピストンピンは十分な強度及び耐久性を
有するものであることが認められた。また上述のピスト
ンピンはその全ての表面がＮｉ −８ｔ Ｃのめつき層
にて覆われているので、炭素繊維を強化繊維としマグネ
シウム合金をマトリックス金属とする複合材料に於て問
題となるガルバニック腐食も発生しなかった。
０ｃｃのガソリン機関に組込み、機関回転数５２０Ｏｒ
ｐｍ、全負荷にて２００時間に亙る。耐久試験を行った
ところ、上述のピストンピンは十分な強度及び耐久性を
有するものであることが認められた。また上述のピスト
ンピンはその全ての表面がＮｉ −８ｔ Ｃのめつき層
にて覆われているので、炭素繊維を強化繊維としマグネ
シウム合金をマトリックス金属とする複合材料に於て問
題となるガルバニック腐食も発生しなかった。
以上に於ては本発明を二つの実施例について詳細に説明
し１＝が、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はム（、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１＝が、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はム（、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。
第１図は本発明によるピストンピンの一つの実施例を一
部破断して示す解図的斜視図、第２図は繊維成形体を示
す部分斜視図、第３図は繊維成形体とステンレス鋼製の
パイプとよりなる円筒体を示す斜視図、第４図は鋳造工
程を示寸断面図、第５図はピストンピン粗材を示す斜視
図、第６図は圧縮試験の態様を示す断面図、第７図は圧
縮試験の結果を示すグラフ、第８図は実施例１に於て製
造されたピストンピンの断面の一部を４００倍にて示す
光学顕微鏡写真、第９図は本発明によるピストンピンの
他の一つの実施例を一部破断して示す解図的斜視図であ
る。 １・・・芯部、２・・・軸線、３・・・炭素繊維、４・
・・アルミニウム合金、５・・・中空孔、６・・・中間
層、７・・・モリブデンの被覆層、８・・・パイプ、９
・・・繊維成形体。 １０・・・パイプ、１１・・・円筒体、１２・・・鋳型
、１３・・・アルミニウム合金の溶湯、１４・・・プラ
ンジャ。 １５・・・ノックアウトビン、１６・・・ピストンピン
粗材、１８・・・ビス１ヘン、１８ａ・・・ピストンヘ
ッド。 １９・・・コネクティングロッド、２０・・・軸線、２
１・・・芯部、２２・・・軸線、２３・・・炭素繊維、
２４・・・マグネシウム合金、２５・・・中空孔、２６
・・・中間図。 ２７・・・Ｎｉ −８ｉ Ｃめつき層 性 許 出 願 人 を−ヨタ自動車株式会社代 理
人 弁理士 明石 昌毅 第１図 第２図 ρ 第３図 第４図 第５図 ＋Ａ 第６図 Ｐ 廿 第７図 ピッチ角θ 第８図 第９図 （方 式） １、事件の表示 昭和５８年特許願第１８４８１１号２
、発明の名称 ｍ帷強化金属製ビス１ヘンビン及びその製造方法３、補
正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 愛知県費０１市トヨタ町１番地名 称 （３２
０） ｔ−ヨタ自動車株式会社４、代理人 居 所 の１０４東京都中央区新川１丁目５番１９号茅
場町長岡ビル３階 電話５５１−４１７１昭和５９年１
１１１１日（昭和５９年１月３１日発送）６、補正の対
象 明１ｍ ７、補正の内容 別紙の通り （１）明細書第１８頁第１２行の［ピストンピンの断面
１を「ピストンピンの軸線を通る長手方向断面の組織を
示ダべく該断面」と補正する。
部破断して示す解図的斜視図、第２図は繊維成形体を示
す部分斜視図、第３図は繊維成形体とステンレス鋼製の
パイプとよりなる円筒体を示す斜視図、第４図は鋳造工
程を示寸断面図、第５図はピストンピン粗材を示す斜視
図、第６図は圧縮試験の態様を示す断面図、第７図は圧
縮試験の結果を示すグラフ、第８図は実施例１に於て製
造されたピストンピンの断面の一部を４００倍にて示す
光学顕微鏡写真、第９図は本発明によるピストンピンの
他の一つの実施例を一部破断して示す解図的斜視図であ
る。 １・・・芯部、２・・・軸線、３・・・炭素繊維、４・
・・アルミニウム合金、５・・・中空孔、６・・・中間
層、７・・・モリブデンの被覆層、８・・・パイプ、９
・・・繊維成形体。 １０・・・パイプ、１１・・・円筒体、１２・・・鋳型
、１３・・・アルミニウム合金の溶湯、１４・・・プラ
ンジャ。 １５・・・ノックアウトビン、１６・・・ピストンピン
粗材、１８・・・ビス１ヘン、１８ａ・・・ピストンヘ
ッド。 １９・・・コネクティングロッド、２０・・・軸線、２
１・・・芯部、２２・・・軸線、２３・・・炭素繊維、
２４・・・マグネシウム合金、２５・・・中空孔、２６
・・・中間図。 ２７・・・Ｎｉ −８ｉ Ｃめつき層 性 許 出 願 人 を−ヨタ自動車株式会社代 理
人 弁理士 明石 昌毅 第１図 第２図 ρ 第３図 第４図 第５図 ＋Ａ 第６図 Ｐ 廿 第７図 ピッチ角θ 第８図 第９図 （方 式） １、事件の表示 昭和５８年特許願第１８４８１１号２
、発明の名称 ｍ帷強化金属製ビス１ヘンビン及びその製造方法３、補
正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 愛知県費０１市トヨタ町１番地名 称 （３２
０） ｔ−ヨタ自動車株式会社４、代理人 居 所 の１０４東京都中央区新川１丁目５番１９号茅
場町長岡ビル３階 電話５５１−４１７１昭和５９年１
１１１１日（昭和５９年１月３１日発送）６、補正の対
象 明１ｍ ７、補正の内容 別紙の通り （１）明細書第１８頁第１２行の［ピストンピンの断面
１を「ピストンピンの軸線を通る長手方向断面の組織を
示ダべく該断面」と補正する。
Claims (2)
- （１）軸線の周りにピッチ角±６５°〜±７０’にて螺
旋状に配向された強化ｌｌｉ維にて複合強化された軽金
属Ｊ：りなり前記軸線に沿って延在する芯部と、金属よ
りなり前記芯部の周りにて前記軸線に沿って延在する円
筒状の中間層と、該中間層の円筒状外周面を覆う硬質金
属の外層とよりなるピストンピン。 - （２）軸線の周りにピッチ角±６５〜±７０°にて螺旋
状に配向された強化繊維よりなる繊維成形体を形成し、
該繊維成形体を金属スリーブ内に配置し、これを予熱し
た後鋳型内に配置し、該鋳型内に軽金属の溶湯を注渇し
、該溶湯を加圧しつつ凝固させ、得られた凝固体より実
質的に前記軽金属のみよりなる部分を除去し、前記金属
スリーブの円筒状外周面を硬質金属にて被覆するピスト
ンピンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18481183A JPS6078164A (ja) | 1983-10-03 | 1983-10-03 | 繊維強化金属製ピストンピン及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18481183A JPS6078164A (ja) | 1983-10-03 | 1983-10-03 | 繊維強化金属製ピストンピン及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6078164A true JPS6078164A (ja) | 1985-05-02 |
| JPH0517991B2 JPH0517991B2 (ja) | 1993-03-10 |
Family
ID=16159697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18481183A Granted JPS6078164A (ja) | 1983-10-03 | 1983-10-03 | 繊維強化金属製ピストンピン及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6078164A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60194039A (ja) * | 1984-03-14 | 1985-10-02 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 繊維強化アルミニウム合金複合材料および製造方法 |
| GB2373562A (en) * | 2001-03-23 | 2002-09-25 | Alireza Veshagh | Gudgeon pin with a fused surface metal coating on a ceramic-reinforced metallic core |
| AT501474B1 (de) * | 2005-04-20 | 2006-09-15 | Arc Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen Gmbh | Bolzen für drehgelenke von kurbeltrieben |
-
1983
- 1983-10-03 JP JP18481183A patent/JPS6078164A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60194039A (ja) * | 1984-03-14 | 1985-10-02 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 繊維強化アルミニウム合金複合材料および製造方法 |
| GB2373562A (en) * | 2001-03-23 | 2002-09-25 | Alireza Veshagh | Gudgeon pin with a fused surface metal coating on a ceramic-reinforced metallic core |
| GB2373562B (en) * | 2001-03-23 | 2004-07-21 | Alireza Veshagh | Gudgeon pin comprising metallic core reinforced with ceramic and with fused hard outer metal coating |
| AT501474B1 (de) * | 2005-04-20 | 2006-09-15 | Arc Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen Gmbh | Bolzen für drehgelenke von kurbeltrieben |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0517991B2 (ja) | 1993-03-10 |
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