JPS6353226A - エンジン用繊維強化複合部材 - Google Patents

エンジン用繊維強化複合部材

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JPS6353226A
JPS6353226A JP7795087A JP7795087A JPS6353226A JP S6353226 A JPS6353226 A JP S6353226A JP 7795087 A JP7795087 A JP 7795087A JP 7795087 A JP7795087 A JP 7795087A JP S6353226 A JPS6353226 A JP S6353226A
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matrix
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composite
compact
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Keisuke Ban
伴 恵介
Takeo Arai
新井 彪雄
Tatsuo Sakakibara
榊原 達雄
Noriaki Miyake
三宅 紀明
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Honda Motor Co Ltd
Art Kinzoku Kogyo KK
Art Metal Manufacturing Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
Art Kinzoku Kogyo KK
Art Metal Manufacturing Co Ltd
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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 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
    • F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
    • 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
    • F05C2251/00—Material properties
    • F05C2251/04—Thermal properties
    • F05C2251/042—Expansivity

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (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。

Description

【発明の詳細な説明】 A0発明の目的 (1)産業上の利用分野 本発明は、エンジンのピストン、シリンダスリーブ等の
部材のマトリックス金属中に無機質繊維を充填複合して
なる、エンジン用繊維強化複合部材に関する。
(2)従来の技術 従来、上記繊維強化複合部材の繊維強化複合部は各部間
程度の特性を付与されていた。
(3)発明が解決しようとする問題点 ところがエンジン用繊維強化複合部材では、その繊維強
化複合部の要求される緒特性が、該複合部の各所におい
て互いに相違しており、例えばピストンにおいては高温
高負荷の作用するヘッド部及びリングランド部は十分な
機械的強度、耐熱性が要求されるのに対し、シリンダと
常に摺擦するスカート部は特にシリンダとの摺動性や耐
摩耗性が良好であることが要求されるが、前記従来の繊
維強化複合部材ではかかる要求全部を同時に満たすこと
ができなかった。
本発明は上記問題を解決し得るエンジン用繊維強化複合
部材を提供することを目的とする。
B0発明の構成 (1)問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明は、互いに独立した複
数個の無機質繊維成形体をマトリックス金属中に充填複
合してなるエンジン用繊維強化複合部材であって、前記
複数個の無機質繊維成形体の特性を互いに異ならせたこ
とを特徴とする。
(2)作 用 上記構成によれば、繊維強化複合部材の複合部各部の特
性を、その各部の目的機能に即して種々異ならせること
ができ、しかも製造に当っては、特性の相異なる複数個
の繊維成形体を成形型内に適宜セットするだけで、複合
部各所における特性を容易に変えることができる。
(3)実施例 以下、図面により本発明の一実施例について説明すると
、ローエックス(AC8B)等のAN−3i系合金をマ
トリックスとするエンジン用ピストンPは、ヘッド部1
と、そのヘッド部1の外周下部に連なるリングランド部
2と、該リングランド部2の下部に連なるスカート部3
とを備えており、リングランド部2の外周面には、ピス
トンリング(図示せず)が装着されるリング112aが
形成される。ピストンPのマトリックス6中には、その
ヘッド部1及びリングランド部2において第1の繊維成
形体4が、またそのスカート部3において第2の繊維成
形体5がそれぞれ高圧凝固鋳造法により充填複合されて
いる。第1の繊維成形体4は、高温、高負荷に曝される
ヘッド部1及びリングランド部2の強度を維持し且つ熱
膨張を抑制し、さらにヘッド部1の吹き抜けやリング溝
2aのへたり等を防止するために、相互に絡み合う結晶
化ガラス繊維より偏平皿状に成形されると共にマトリッ
クスへの充填複合前にはカサ密度0.4 g/ cm 
’に調整されている。また第2の繊維成形体5は、シリ
ンダに摺擦するスカート部3の熱膨張を抑制し且つその
耐摩耗性や耐スカツフイング性を向上させ、さらにはシ
リンダとの摺動性を考慮して、相互に絡み合う炭素繊維
より薄肉円筒状に成形されると共にマトリックスへの充
填複合前にはカサ密度0.3g/cra”に調整されて
いる。尚、各繊維成形体4,5の初期寸法は上記カサ密
度による圧縮率を見込んだものとする。
而して上記ピストンPを高圧凝固鋳造法により鋳造する
際には、該ピストンPの外形に対応した鋳造型内に前記
第1.第2の繊維成形体4.5をセントしてから注湯し
、その溶湯に対し加圧パンチにより50〜2000 k
g/caの静水的高圧力を加えたまま凝固させ、これに
より第1−のようなピストンPが得られる。このように
して得られたピストンPは、特にヘッド部1及びリング
ランド部2において強度及び耐熱性に優れたものとなり
ヘッド部1の吹き抜けやリング溝2aのへたり防止に有
効であり、またスカート部3においては熱膨張が効果的
に抑制され且つ耐摩耗性や耐スカツフイング性も向上し
、シリンダとの摺動性も良好であることが確認された。
更に上記ピストンの複合部境界をバーナーにより加熱し
たところ、ローエックスのみの部分は完全溶融したが、
複合部は当初の形を完全に維持しており、耐熱性の向上
が認められた。
尚、前記実施例ではマトリックスとしてAf−3i系合
金を示したが、本発明では鋳鉄、銅、アルミニウム、マ
グネシウムまたはそれらの合金であってもよい。またマ
トリックスとしてシルミン(A CA A材)、過共晶
ケイ素合金を使用しても充填複合化には何等支障はなく
、物性的にも同様な結果が得られる。
ところで第2図(1)は、相互に絡み合う無機質繊維よ
りなる繊維成形体を高圧凝固鋳造法によりマトリックス
金属中に充填複合させる場合の、充填複合工程の溶湯圧
カー加圧時間の関係を示したもので、互いに絡み合う無
機質繊維より一定形状に成形された繊維成形体として容
’fJ 38.5 cm’ 、カサ密度0.3g/(至
)3のものを使用し、マトリックスにアルミニウム合金
(日本工業規格、AC8B材)を用い、鋳込み温度78
0℃の条件の下に鋳造した場合である。(2)は繊維成
形体のない場合の溶湯圧カー加圧時間の関係を示す。A
は充填域、Bは複合加圧域、Cはスクイズ凝固域、Dは
凝固域を示す。
第2図(1)から明らかなようにA?+J域においては
、繊維成形体の圧縮および??!湯の浸入複合により溶
湯に加わる静圧力は(2)に比較して緩やかに上昇し、
従って溶湯は完全に溶融状態で繊維成形体に充填される
。その後Btu域において急速に静圧が加わり、C領域
でスクイズ凝固、D領域で凝固を短時間のうちに終了す
るため、極めて良好な複合化を行うことができ、しかも
高圧下での急速凝固によって繊維とマトリックスとの密
着度、複合化度も高く、同時にマトリックス自体の強化
も著しい。
第3図は、下表(3)〜(6)の繊維成形体のカサ密度
−圧縮率の関係を示す。
繊維成形体初期寸法・・・直径70鳶鳳、厚さ10mm
マ ト リ ッ り ス・・・アルミニウム合金(日本
工業規格AC8B材 静    圧    カー 2000 kg/cs”鋳
込み温度・・・780℃ 第4図は上記(3)〜(6)の繊維成形体のカサ密度−
複合化後の充填率の関係を示す。
第3図から明らかなようにカサ密度の低いものはそれだ
け初期寸法より圧縮され、複合化後の繊維充填率はほぼ
同一となる。従って繊維成形体の同一カサ密度に対して
初期寸法、容量的には溶湯) 量と型ストロークのみが
変わるだけで複合化には比較的影響を与えない。更に長
繊維でも溶湯の浸入には全く問題はなく、繊維成形体へ
の溶湯の浸入充填後直ちに凝固を開始するので凝固過程
中の加圧力により繊維が折損、変形することはない。
そのため本発明において使用される繊維は、製造上の制
約がないから複合強化および繊維成形体製造時の繊維の
絡みを考慮すると、長繊維が好ましい。
また繊維(ウィスカーを含む)は第3.4図に示すよう
に、繊維表面に銅、ニッケル、銀等の金属皮膜層もしく
は繊維表層部に拡散層を有する繊維を用いると、溶湯の
浸入複合化に際して上記金属皮膜層および拡散層とマト
リックスとの固溶、拡散現象を生じるため、繊維成形体
のマトリックスに対する濡れ性が向上し、結果的に繊維
成形体の圧縮力も少なく、より大きなカサ密度のものま
で複合化させることが可能である。
上記充填複合工程において複合可能な限界条件は全充填
前または途中で溶湯浸入抵抗が増加し、溶湯の静圧が上
昇し始めることによって決定され、第4図に示すように
繊維成形体のカサ密度が支配的要因となり、カサ密度の
上限は0.6g/cm’程度であり、その上限を超える
と繊維成形体の溶湯充填圧力に対する緩衝機能が減退し
、溶湯の充填域で溶湯圧力が急激に上昇して溶湯が繊維
成形体に密に充填されないうちに凝固し、良好な複合化
が得られない、その外、マトリックスの融点、熱容量、
凝固範囲、凝固熱および繊維成形体の熱容量、熱伝導率
も少なからず影響する。
また繊維成形体のカサ密度を上記の如< 0.6 g/
cI113以下とし、かつその成形体のマトリックスへ
の充填複合手段として高圧凝固鋳造法を採用すれば、上
記のように溶湯を完全溶融状態で繊維成形体に浸入させ
、その後急速に凝固させるので、マトリックスの制約を
受けないという長所がある。
即ち後述するアルミニウム合金を例にとると、従来法で
は困難である23%の過共晶ケイ素合金のように硬質な
初晶を大量に晶出するものでも充填複合化に当って全く
支障なく、繊維を折損することもない。更に繊維成形体
製造時、繊維を二次元配向させて繊維相互を絡ませるこ
とも可能で、複合後もその配向は維持されるため、曲げ
強度を向上させる上に有効である。
C3発明の効果 以上のように本発明によれば、互いに独立した複数個の
無機質繊維成形体をマトリックス金属中に充填複合して
なるエンジン用繊維強化複合部材であって、前記複数個
の無機質繊維成形体の特性を互いに異ならせたので、繊
維強化複合部材の複合部各部の特性を、その各部の目的
機能に即して種々異ならせることができ、しかも製造に
当っては、特性の相異なる複数個の繊維成形体を成形型
内に適宜セットするだけで、複合部各所における特性を
容易に変えることができるから、作業工程が簡単で生産
性向上に寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用したピストンの縦断面図、第2図
は加圧時間−溶湯圧力関係図、第3図は繊維成形体カサ
密度−圧縮率関係図、第4図は繊維成形体カサ密度−複
合化後の充填率関係図である。 特許出願人本田技研工業株式会社 同    アート金属工業株式会社 代理人   弁理士 落   合     健第3図 第4図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)互いに独立した複数個の無機質繊維成形体をマト
    リックス金属中に充填複合してなるエンジン用繊維強化
    複合部材であって、前記複数個の無機質繊維成形体の特
    性を互いに異ならせたことを特徴とする、エンジン用繊
    維強化複合部材。
  2. (2)前記特許請求の範囲第(1)項記載のエンジン用
    繊維強化複合部材において、前記複数個の無機質繊維成
    形体のカサ密度を互いに異ならせた、エンジン用繊維強
    化複合部材。
  3. (3)前記特許請求の範囲第(1)項記載のエンジン用
    繊維強化複合部材において、前記複数個の無機質繊維成
    形体の繊維の種類を互いに異ならせた、エンジン用繊維
    強化複合部材。
  4. (4)前記特許請求の範囲第(1)、(2)または(3
    )項記載のエンジン用繊維強化複合部材において、前記
    マトリックス金属はAl−Si系合金である、エンジン
    用繊維強化複合部材。
  5. (5)前記特許請求の範囲第(1)、(2)、(3)ま
    たは(4)項記載のエンジン用繊維強化複合部材におい
    て、前記繊維強化複合部材がピストンである、エンジン
    用繊維強化複合部材。
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JPH0420973B2 JPH0420973B2 (ja) 1992-04-07

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01275725A (ja) * 1988-04-27 1989-11-06 Mazda Motor Corp 繊維強化金属部材

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JPS5067224A (ja) * 1973-10-20 1975-06-05

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