JPS62292964A - ピストン - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えば、内燃機関の構成部品として使用さ
れ、シリンダブロック内で往復運動するピストンの改良
に関するものである。

（従来の技術） 内燃機関の構成部品として使用されるピストンは、シリ
ンダ内を往復運動して往動時には燃料混合気体を圧縮し
、また復動時には燃焼気体の圧力を受けて、前記気体と
の間でエネルギの授受を行う部品であり、このピストン
の往復運動はコネクチングロッドを介してクランクシャ
フトの回転力に変換される。そして、このピストンには
、ピストンリング溝が２本ないし３木形成しであると共
に、前記コネクチングロッドの小端部を連結するピスト
ンピンを装着するためのピストンピン穴が形成しである
。このようなピストンの一般的な構造は、「新編　自動
車工学便覧　第４編　第１−８０〜８１頁」　（昭和５
８年９月３０日　社団法人　自動車技術会　発行）に記
載しである。

このピストンにおいては、上記のように、コネクチング
ロッドの小端部を連結するピストンピンを装着するため
のピストンピン穴が形成しであるが、このピストンピン
穴形成部分の表面は摺動特性および耐彦耗特性に優れて
いることが要求されると同時に、相手材であるピストン
ピンへの攻撃性が小さいことも要求される。

一方、この種のピストンにおいて軽量化を行うことは、
燃費や振動の低減に大きな効果があるため、マグネシウ
ム合金やアルミニウム合金から製作することが考えられ
、マグネシウム合金はアルミニウム合金よりもざらに比
重が小さいため、往復運動部の軽量化に寄与する度合が
大である。しかしながら、マグネシウム合金とした場合
にはピストンピン穴形成部分において受ける大きな荷重
に酎えうるようにするために、受は面積を大きくして対
処するようになす必要があるが、このようにした場合に
はピストンピンが大きくなり、とくにピストンピンは鋼
製であることが多いことがら、ピストンの軽量化にとっ
て好ましくないものであった。

他方、従来より、表面の摺動特性を向上させるために、
液体潤滑剤や固体潤滑剤を使用することがよく行われて
おり、さらには固体潤滑剤を内部に複合化させた複合材
料も開発されている。この複合材料の一例としては、固
体潤滑剤の粒状粉体と強化繊維との混合液から繊維成形
体を形成し、マトリックス金属を溶湯鍛造法により複合
化させたものがある（特開昭５８−９３８４５号）。

（発明が解決しようとする問題点） そこで、ピストンピン穴形成部分の摺動特性を改善する
ために、ピストンピン穴形成部分を上記の複合材料から
形成することも考えられるが、このような従来の固体潤
滑複合材料では、繊維表面層だけでなく内部の繊維間隙
にも固体潤滑剤粉末が存在するものとなっていたため、
固体潤滑剤の熱分解を考慮して、摺動部分に固体潤滑剤
を最初から多量に存在させなければならず、それゆえか
さ密度が高くなりすぎ、溶湯鍛造法によっては十分な複
合化が達せられないという問題点を有していると共に、
固体潤滑剤の使用効率が低く、耐久性にも劣るものにな
るという問題点があった。

（発明の目的） この発明は、上述した従来の問題点にかんがみてなされ
たもので、ピストンピン穴形成部分の摺動特性が著しく
良好であり、耐久性にも優れていると同時に、ピストン
ピン穴に装着されるピストンピンへの攻撃性が小さいピ
ストンを提供することを目的としている。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は、ピストンピン穴を有すると共に、少なくと
も前記ピストンピン穴形成部分を繊維で強化したピスト
ンにおいて、前記ピストンピン穴形成部分の表面に、金
属の硫化物、セレン化合物および酸化物よりなる固体潤
滑剤のうちから選ばれる１種または２種以上の固体潤滑
剤からなる固体潤滑複合層を形成していることを特徴と
しており、前記固体潤滑剤を前記強化繊維によって効果
的に担持させるようにしたことを特徴としている。

第１図はこの発明の一実施態様によるピストンを示す図
であって、図に示すピストン１は、ピストンヘッド部分
に凹部２を有していると共に、上部側の外表面にピスト
ンリング溝３を有し、中央部分において水平方向に貫通
するピストンピン穴４を右していると４ｔに　暖缶で朋
ロナス１女〃手ングロッド装着穴５を有している。そし
て、ピストンピン穴４を形成している部分は繊ａ６で強
化された繊維強化層７となっていると共に、ピストンピ
ン穴形成部分の表面には固体潤滑複合層８を有している
ものである。

このようなピストン１を製造するに際しては、例えば、
円筒形状にした繊維成形体の内周面側に固体潤滑剤を担
持させた状態とし、この繊維成形体をピストン成形型内
に設置して、前記ピストン成形型内に溶湯を供給するこ
とにより、前記繊維成形体を複合化させ、ピストンピン
穴形成部分を［ｔ６で強化した繊維強化層７にすると共
に、繊維強化層７の表面に固体潤滑複合層８を有するピ
ストン１を得る。

この発明によるピストン１において、当該ピストン１自
体の素材は特に限定されず、強化用繊維６についても特
に限定されない。また、固体潤滑剤としては、金属の硫
化物、セレン化物および酸化物よりなるものが使用され
、より具体的には、二硫化モリブデン、二硫化タングス
テン、セレン化モリブデン、セレン化タングステン、酸
化鉛などのような金属の硫化物、セレン化物および酸化
物が用いられる。ただし、固体潤滑剤として知られてい
る黒鉛は、ピストン素材がとくに酸化傾向の強いマグネ
シウム（合金）からなる場合には、マグネシウム（合金
）溶湯中で酸化されるので好ましくない。

（実施例） 平均Ｆａ維径２．２ｇｍのアルミナシリケート質繊維に
チアス（株）製　商品名：ファインフレックス、５０重
量％Ａ又２０３．５０重量％５ｉ０２）１３．６ｇを１
文のコロイグルシリ力１０％溶液に加えてよく撹拌し調
合した後、真空成形法により筒状の繊維成形体を成形し
、さらにプレスにより所定形状に成形してかさ密度０．
４ｇ／ｃ、ｍ３の筒状繊維成形体を作成した。

次いで、上記筒状１ａ雄成形体を１５０℃にて２時間乾
燥させた後、さらに８００℃にてｌ特開焼成してコロイ
ダルシリカによりａｍ間を強く結合させた。

次いで、前記焼成後の筒状繊維成形体を遠心分離器にセ
ットし、次に二硫化モリブデン（１００メツシユ以下お
よび３５０メツシュ以上の粒度に分級）粉末を水に分散
させた溶液を加え、遠心分離によって二硫化モリブデン
の粉末層を成形体の内周面に厚さ０．５ｍｍとなるよう
に形成させた。このとき、二硫化モリブデンのかさ密度
は２．３８ｇ／ｃｍ３であった。

続いて、この成形体を１５０℃にて２時間乾燥させた後
、ピストン成形用鋳型にセットしく左右２個）、次いで
前記鋳型内にマグネシウム合金（Ａｉ：２重量％、５ｉ
ｌ１重量％、残部マグネシウム）の溶湯（溶湯温度；７
２０°Ｃ）を注湯し、これと同時に鋳型内を１００１０
０Ｏ／Ｃｍ２の圧力で加圧し、鋳型内のマグネシウム合
金が完全に凝固するまで加圧状態を保持し、その後ノッ
クアウトピンによって、ピストンピン穴形成部分が無機
質繊維６で強化された繊維強化層７となっているととも
にピストンピン穴形成部分の表面に固体潤滑剤からなる
固体潤滑複合層８が形成されているピストン１　（Ａ）
を得た。

（比較例） マグネシウム合金からなりかつピストンピン穴形成部分
を繊維強化しないピストン（Ｂ）と、マグネシウム合金
からなりかつピストンピン穴形成部分に固体潤滑剤を付
着させたピストン（Ｃ）と、マグネシウム合金からなり
かつピストンピン穴形成部分をｍ！Ｉ強化したピストン
（Ｄ）とを製作した。

（評価例） 次に、上述の実施例および比較例で用意したピストン（
Ａ　、　Ｂ　、　Ｃ、Ｄ）において、ピストンピン穴形
成部分の耐摩耗性およびその相手材に対する摩擦摩耗特
性を把握するために、当該ピストンから試験片を切り出
し、第１表に示す試験片と相手材との組合わせとして、
第２図に示した摩耗試験機によって第２表に示す条件で
摩耗試験を行った。

なお、ここで用いた摩耗試験機は、第２図に示すように
、回転軸１１に固定した相手材ホルダ１２に相手材円板
１３が取外し可能に取付けられており、図示しない駆動
装置によって所定速度で回転するようにしである。また
、相手材円板１３に相対向させて固定軸１４が設置して
あり、図示しない油圧装置によって、第２図右方向に向
けて所定圧力で押圧力が作用するようにしである。そし
て、固定軸１４の先端フランジ部１５には試験片ホルダ
１６が固定してあり、この試験片ホルダ１６には試験片
１７が合計４個取外し可能に取付けてあって、試験片１
７に対して前記相手材円板１３が圧接摺動するようにな
っている。また、オイルは試験片ホルダ１６の中心から
循環供６合されるようになっている。

このような構造の摩耗試験機において、固定軸１４に所
定の押圧力をかけることにより所定の面圧（第２表に示
す押圧荷重）で相手材円板１３と試験片１７とが接触す
るようにしておきながら、回転軸１１を所定速度（第２
表に示すすベリ速度）で所定時間（第２表に示す試験時
間）回転させ、試験片１７および相手材円板１３の各々
の摩耗量を調べることにより、ピストンピン穴形成部分
自体の耐摩耗特性および相手材に対する摩擦摩耗特性の
評価を行った。この評価結果を同じく第１表に示す。

第２表　試験条件 第１表に示すように、試験片の組合わせＡ（ピストンＡ
）の場合には、試験片の組合わせＤ（ピストンＤ）に比
べて、相手材への攻撃性が小さく自分自身の耐摩耗性も
良好であることが明らかである。また、試験片の組合わ
せＢ、Ｃ（ピストンＢ、Ｃ）の場合には、試験片の組合
わせＡ（ピストンＡ）に比べて相手材への攻撃性は小さ
くなっているものの、自分自身の摩耗量が著しく大きな
ものとなっている。すなわち、ピストンピン穴形成部分
かｔａ繊維化されていない場合に、マグネシウム合金自
体は非常に軟らかいため、大きな面圧が加わった場合に
摩耗しやすく、組合わせＣのように固体潤滑剤を用いた
場合には、軟らかいマトリックス金属と共に固体潤滑剤
が容易に破壊して摺動面外へ排出されるため、固体潤滑
剤の自己犠牲潤滑効果がうすれるので摩耗しやすいもの
となる。

従って、この摩耗試験の結果より、第１図に示したよう
に、ｍｍ強化層７の表面に、固体潤滑複合層８を積層し
たこの発明によるピストン１の場合には、自らの＃摩耗
性に優れていると同時に相手材に対する摩擦摩耗特性に
も優れているものであることが明らかである。そして、
この場合において、高荷重に対しては繊維強化層７で荷
重を受は持ち、潤滑は固体潤滑複合層８中からの固体潤
滑剤が摺動面に存在するために著しく優れたものとなる
。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明によれば。

ピストンピン穴を有すると共に、少なくとも前記ピスト
ンピン穴形成部分を繊維で強化したピストンにおいて、
前記ピストンピン穴形成部分の表面に、金属の硫化物、
セレン化合物および酸化物よりなる固体潤滑剤のうちか
ら選ばれる１種または２種以上の固体潤滑剤からなる固
体潤滑複合層を形成している構成としたから、ピストン
ピン穴形成部分の耐摩耗性に著しく優れていると共に、
ピストンピン穴に装着されるピストンピンに対する攻撃
性も著しく小さく、ピストンピン穴形成部分およびピス
トンピンの摩耗量をきわめて少ないものとして適切な摺
動クリアランスを長期にわたって維持することが可能で
あるという著大なる効果がもたらされ、とくに、アルミ
ニウム合金よりもさらに比重が小さくより一層の軽量化
が可能であるものの耐摩耗性に問題のあるマグネシウム
（合金）製のピストンに適用した場合に有効なものであ
る。そして、このような往復運動部の軽量化によって内
燃機関における燃費の節減ならびに振動の低減に有効な
ものとなり、特にピストンの軽量化に対する寄与率が大
きいマグネシウム合金製としたときに当該ピストンピン
穴の直径を従来のアルミニウム合金製ピストンのピスト
ンピン穴の直径と同等のものにできるため、材料の鐙き
換えによる軽量効果が一段と大きくなり、内燃機関の燃
費節減ならびに振動低減に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるピストンの断面図、
第２図はピストンのピストンピン穴形成部分における摩
擦摩耗特性を評価するのに使用した摩耗試験機の概略図
である。 １・・・ピストン、 ４・・・ピストンピン穴、 ６・・・繊維、 ８・・・固体潤滑複合層。 特許出願人　　　日産自動車株式会社 同　出願人　　　ニチアス株式会社 代理人弁理士　　小　　墳　　　豊 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストンピン穴を有すると共に、少なくとも前記
   ピストンピン穴形成部分を繊維で強化したピストンにお
   いて、前記ピストンピン穴形成部分の表面に、金属の硫
   化物、セレン化合物および酸化物よりなる固体潤滑剤の
   うちから選ばれる１種または２種以上の固体潤滑剤から
   なる固体潤滑複合層を形成していることを特徴とするピ
   ストン。