CN107110061A - 内燃机用活塞和该活塞的制造方法及制造装置 - Google Patents

Abstract

低导热系数部(5)具有由导热系数比活塞母材(1')低的硼硅酸玻璃构成的多孔质部件(6)和浸渗到该多孔质部件的内部的母材(1')的铝合金材料(1a)，活塞母材由铝合金材料构成，低导热系数部是将所述玻璃粉末的第一粉体(8)与氯化钠粉末的第二粉体(9)的成形体放入热水中将第二粉体(9)溶解而在多孔质部件内形成空穴(9a)，使铝合金材料(1a)浸渗到该空穴内而与活塞母材一体化，并且在多孔质部件上表面通过利用抽真空和大气压的清漆浸渗装置使包含聚酰亚胺等的清漆(39)浸渗到空穴内而抑制残存。由此，能够抑制废气排放性能变差。

Description

内燃机用活塞和该活塞的制造方法及制造装置

技术领域

本发明涉及一种通过铸造形成的内燃机用活塞和该活塞的制造方法及制造装置。

背景技术

众所周知，在火花点火式汽油内燃机中，已经提供了一种意在通过稀混合气燃烧提高燃油效率和通过均匀燃烧提高输出等的所谓的直喷型(GDI)内燃机。

这理解为特别是通过在构成燃烧室的铝合金制活塞的冠面局部设置绝热材料，有促进喷射燃料雾化的效果，但很难使绝热材料与铝合金母材牢固地结合。

因此，如本申请人先前申请的以下专利文献1记载的内容那样，在活塞的冠面的规定位置设置导热系数低比铝合金母材低的低导热系数部，该低导热系数部是使活塞母材的铝合金材料浸渗于由导热系数比铝合金母材低的玻璃材料构成的多孔质部件中的构造。通过该构造，满足了高绝热性和与活塞母材之间的结合强度两方面要求。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014－25418号公报

发明内容

但是，在所述专利文献1记载的现有技术中，由于所述铝合金熔融金属的粘性等原因，使得铝合金熔融金属没有被充分浸渗到所述多孔绝热材料的所有各空穴中，导致残存了不少空穴。

因此，在内燃机的驱动中，未燃烧气体进入残存的所述空穴内并原样作为排出气体排出，所以有可能导致废气排放性能变差。

本发明的目的在于提供一种内燃机用活塞，其能够确保低导热系数部的高绝热性和与活塞母材之间的结合强度，并且能够通过增进封孔处理来抑制多孔质部件的空穴的残存而抑制废气排放性能变差。

技术方案1的发明尤以如下内容为特征：低导热系数部具有导热系数比活塞母材低的多孔质部件和浸渗到该多孔质部件的空穴内的浸渗剂，该浸渗剂在发动机驱动中的所述活塞的使用环境下保持在所述空穴内。

根据本发明，能够通过增进封孔处理来抑制多孔质部件的空穴的残存，抑制废气排放性能变差。

附图说明

图1中，(A)是本发明的内燃机的活塞的纵剖视图，(B)是图1的(A)所示的A部放大图。

图2中，(A)是本实施方式所用的多孔质部件的纵剖视图，(B)是图2的(A)所示的B部放大图。

图3是由本实施方式所用的多孔质部件中的氯化钠的体积与体积率之间的关系来表示空穴(空隙率)和残留氯化钠的特性图。

图4是表示氯化钠的体积与热传导率之间的关系的特性图。

图5是表示本实施方式所用的铸造模具装置的纵剖视图。

图6是表示由前述铸造模具装置刚铸造成的活塞成形体的纵剖视图。

图7是表示本实施方式所用的清漆浸渗装置的示意图。

图8是利用清漆浸渗装置进行的清漆浸渗工序的示意图，(A)表示向处于真空状态的真空容器内供给清漆的状态，(B)表示结束供给清漆的状态，(C)是表示清漆被浸渗到了各空穴内的状态。

图9是表示第二实施方式所用的清漆浸渗装置的示意图，(A)表示负压导入机构和清漆供给机构未与真空容器连接的状态，(B)表示所述两个机构与真空容器连接的状态。

图10是第三实施方式所用的清漆浸渗装置的示意图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的内燃机用活塞和该活塞的制造方法及制造装置的实施方式进行详述。本实施方式所用的活塞是应用于火花点火式的直喷型汽油发动机的活塞。

所述活塞1整体上由AC8A Al－Si类的铝合金作为母材一体铸造而成，如图1的(A)所示，具有形成为大致圆筒状并利用冠面2a划分燃烧室的冠部2、一体地设置于该冠部2的下端外周缘的一对圆弧状的推力侧裙部3及反推力侧裙部3和与该各裙部3的圆周方向的两侧端连结的一对围裙部4、4。此外，在该围裙部4一体地设置有销毂部4a、4a，该销毂部4a、4a形成有支承未图示的活塞销的两端部的销孔4b、4b。

所述冠部2呈壁厚形成得较厚的圆盘状，构成燃烧室的冠面2a的截面形成为大致凹凸状并局部形成了表面积较大的平坦状的凹部2b，并且在该凹部2b的上表面规定位置埋设有导热系数比活塞母材1’低的低导热系数部5。另外，在冠部2的外周形成有三个活塞环槽2c。

该低导热系数部5在凹部2b上的埋设位置是燃料从设置于未图示的气缸盖的作为燃料喷射阀的喷射器直接喷射到的位置，该低导热系数部5在后述的活塞1的铸造时一体地埋设于凹部2b内，并且如图1的(B)所示，在由导热系数比活塞母材1’低的玻璃材料构成的多孔质部件6的内部浸渗有活塞母材1’的一部分的铝合金材料1a。

即，该低导热系数部5由多孔质部件6、铝合金材料1a和后述的清漆39构成，所述多孔质部件6由所述玻璃材料构成，通过与活塞1不同的后述的制造方法基本上形成为凸圆盘状，所述铝合金材料1a是向该多孔质部件6的预先填充的水溶性盐发生了溶解后的空穴9a内浸渗的活塞母材1’的一部分，所述清漆39浸渗到所述空穴9a内。

〔多孔质部件的制造方法〕

以下，简要说明所述多孔质部件6的制造方法。首先，第一粉体8是不溶于水的玻璃的粉末，将第一粉体8和作为水溶性的粉末(氯化钠粉末)的第二粉体9混合，将该混合粉放入模具并以规定压力进行加压成形，之后，通过规定的烧结温度TB使其烧结。需要说明的是，该烧结温度TB比第二粉体9的烧结温度TA低。

之后，使烧结成的烧结体浸渍到经过搅拌的冷水或热水中，利用冷水或热水将烧结体内的第二粉体9溶解并去除而形成大量空穴9a，由此成形出图2所示的多孔质部件6。该多孔质部件6的导热系数充分小于作为熔融金属的所述活塞母材1’的导热系数。

所述第一粉体8如前所述为玻璃粉末，是以升温后表现出玻化现象的作为非晶固体的硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐为主要成分的坚硬、透明的物质。化学上变为玻璃状态的主要是硅酸化合物(硅酸盐矿物)。作为构成玻璃的氧化物，有SiO₂、Al₂O₃、B₂O₃、BaO、Bi₂O₃、Li₂O、MgO、P₂O₅、PbO、SnO、TiO₂、ZnO、R₂O(R是碱金属Li、Na、K的简写符号)、RO(R是碱土类金属Mg、Ca、Sr、Ba的简写符号)。

所述第一粉体8发生软化的温度(软化点)比第二粉体9的熔点低，熔点为700℃以上。

所述玻化点是玻璃构造发生变化的温度，粘性约1013.3poise。所述软化点是玻璃因自重而软化变形的温度，粘性约107.6poise。

另一方面，就第二粉体9而言，作为材料，是氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙、碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硫酸镁、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钙、硝酸镁、硝酸钾、四硼酸钠等水溶性的盐类，但也可以是其中的一种或两种以上的盐的混合盐。

优选为所述氯化钠和氯化钾、氯化镁、氯化钙、碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硫酸镁、硫酸钾、四硼酸钠那样熔点超过700℃且为水溶性的盐。在本实施方式中，使用所述氯化钠。

〔实施例〕

以下，对多孔质部件6的具体制造方法进行说明。

首先，将作为所述氯化钠的第二粉体9搅拌混合于硼硅酸玻璃(旭硝子(株式会社)制的粉末玻璃ASF1898)的第一粉体8。

第一粉体8与第二粉体9的混合比例被设定为，第一粉体8为40～20体积％，第二粉体9为60～80体积％。将重量比的比率比例为54：46(重量比)的混合粉混合(混合工序)。

各粉末的粒径被设定为，平均粒径为4.5μm的第一粉体8、平均粒径为75～180μm的第二粉体9占70％以上。

接着，将所述混合粉放入到模具中进行加压成形，并在650℃～750℃的温度下加热20～40分钟进行烧成，在本实施例中，在700℃的温度下加热30分钟而获得了烧结成形体(烧成工序)。

将该烧结成形体浸渍到经过搅拌的55℃的热水中(液体)，将内部的第二粉体9(氯化钠)溶解并将其从成形体中提取出来，获得了具有大量空穴9a的多孔质部件6(溶解工序)。需要说明的是，该溶解工序使第二粉体9在50℃～95℃的热水中在30分钟～3小时的范围内进行。

如图2A所示，该多孔质部件6由圆盘状的基部6a和一体地设置于该基部6a的上表面的小径圆柱状的突起部6b构成，如图2B所示，该多孔质部件6为第二粉体9几乎全部溶解消失而残存所述第一粉体8(玻璃)的形态，因此为在第一粉体8的周围形成有大量空穴9a的状态。

并且，在前述的混合工序和烧成工序中，如果加热第一粉体8(玻璃粉末)和第二粉体9(氯化钠)的混合粉的成形体，则玻璃粉末将包覆在氯化钠的粒子的周围，根据第一粉体8与第二粉体9的混合比例的不同，多孔质部件6的形成方式不同。

也就是说，本申请的发明人进行了各种改变第一粉体8与第二粉体9的混合比例的实验，得出了图3及图4所示的结果。

即，例如在氯化钠的粉末为80体积％以上，并且玻璃粉末为20体积％以下的情况下，由于玻璃粉末彼此通过加热也不会熔融接合，所以不能制作成形体，在利用冷水或热水溶解时导致成形体不成形。

另外，如果氯化钠的粉末少于60体积％，并且玻璃粉末多于40体积％，则玻璃粉末彼此容易通过加热而熔融接合，包覆在氯化钠粉末的周围。因此，在氯化钠的粉末在之后的冷水或热水中溶化出来时，冷水或热水不能与氯化钠粉末接触，不能成形所述多孔质部件6。

在氯化钠粉末为60～80体积％，并且玻璃粉末为40～20体积％时，可获得敞开的空穴9a(从表面连通到内部的空穴)。氯化钠粉末不会全部溶解出来，其一部分被玻璃粉末包覆而处于封闭状态。该封闭状态的氯化钠粉末的量取决于该氯化钠粉末(第二粉体9)与玻璃粉末(第一粉体8)的混合比例。

并且，在氯化钠(第二粉体9)为80体积％时，残留的氯化钠会通过溶解而消失，如果减少第二粉体9的体积％，则残留氯化钠的体积％也上升，在第二粉体9为60体积％时，残留的氯化钠的粉末为25体积％。残留的氯化钠粉末一方面被第一粉体8的玻璃粉末包围，作为绝热材料而起作用，另一方面，在使后述的活塞铸造合金(一部分的铝合金材料1a)浸渗到所获得的多孔质部件6中之后，对浸渗部分进行切削加工而最终完成，在其加工表面会露出残留的氯化钠。

如果再次利用冷水或热水溶解去除露出的氯化钠粉末，则加工表面将变为作为多孔质部件6的玻璃与活塞母材1’的铸造合金的复合构造，氯化钠粉末越多则溶解量越多，表面的凹凸越多且表面积越是增大。

因此，在本实施例中，将第二粉体9的氯化钠粉末设定为60～80体积％，并且将第一粉体8的玻璃粉末设定为40～20体积％。

接着，将所述第二粉体9几乎完全去除而主要由第一粉体8(玻璃)构成的多孔质部件6设置在后述的减压铸造用的模具10内，之后，向该模具10内注入铝合金熔融金属来铸造活塞1，并且在该活塞1的铸造中使活塞母材1’的熔融金属的一部分浸渗到多孔质部件6的各空穴9a内而在冠面2a的凹部2b中一体地埋设低导热系数部5(注入工序)。

所述减压铸造用的模具10与作为所述现有技术而登载的日本特开2014－25418号公报所记载的内容相同，所以简单进行说明。如图5所示，在铸造模具11内在下部侧具有型芯15，所述型芯15由中心型芯12及配置于该中心型芯12的周围的菲利普型芯(フィリップコア)13、侧型芯等多个组合型芯组合而成。此外，形成用于使冷却水在模具10的内部循环的冷却路的未图示的左右一对肘节销(リストピン)相对且水平设置，该肘节销的前端部以能够卡合/脱离的方式与形成于所述侧型芯的孔卡合。

而且，所述减压铸造用的模具10在上部侧设置有能够相对于所述铸造模具11拆装的顶型芯19，该顶型芯19由外顶型芯21和内顶型芯23构成，所述外顶型芯21具有作为抽吸排出部20的一个例子的空间部，所述内顶型芯23一体地设置于该外顶型芯21。

所述外顶型芯21在上端部设置有封闭所述抽吸排出部20的接合器25，在该接合器25的大致中央设置有管状的第一连通管27。该第一连通管27与所述抽吸排出部20连通，并且与例如真空泵(省略图示)等负压产生机构连接。因此，通过使所述负压产生机构动作，能够对所述抽吸排出部20内进行减压而使其成为负压。

所述内顶型芯23在与型芯15及所述铸造模具11之间形成型腔22，并且内顶型芯23由多孔质材料通过通气性模具(多孔质模具)构成。

所述内顶型芯23的下表面的型腔面23A形成为用于转印活塞1的冠面2a的转印面，并且通过放电加工形成为精加工面。因此，对铝合金熔融金属的耐热性、耐磨损性优异，并且不会产生粘着。

另外，在所述内顶型芯23的型腔面23A中，与作为产品的活塞1上的冠面2a的冠面燃烧室的较细部分及边缘对应的部分23B的壁厚形成为大于2mm但处于12mm以下。

另外，在内顶型芯23的规定位置，如图5所示，设置有从上下方向贯穿该内顶型芯23和所述抽吸排出部20及接合器25的金属管状的第二连通管28，并且在该第二连通管28的下端部形成有保持所述多孔质部件6的保持槽23c。也就是说，所述多孔质部件6预先保持在内顶型芯23的型腔面23A的规定位置，所述突起部6b通过压入而被嵌合保持在第二连通管28的下端部内，并且基部6a被抵接保持于保持槽23c的周面。

与所述第一连通管27相同，所述第二连通管28在上端部与例如真空泵(省略图示)等负压产生机构连接。因此，通过使所述负压产生机构动作，对预先保持于所述保持槽23c的所述多孔质部件6的内部进行减压而使其处于负压，使后述铝合金1a的熔融金属浸渗到大量空穴9a中。

因此，如果使所述抽吸排出部20处于负压，则所述型腔22内的气体经由内顶型芯23被抽吸到抽吸排出部20而向外部排出，注入所述型腔22的铝合金的熔融金属被抽吸到所述内顶型芯23的型腔面23A(转印面)而与其直接接触，原样转印所述型腔面23A的形状。

另外，在使所述抽吸排出部20处于负压而将型腔22的气体抽吸排出，并且抽吸型腔22内的熔融金属而使其与内顶型芯23的型腔面23A直接紧密接触时，可有效地进行与产品的较细部分及边缘对应的部分的抽吸，即使是产品的较细部分及边缘的部分，也能够准确地转印内顶型芯23的型腔面23A的形状。

而且，在所述铸造模具11上设置有用于对所述型腔22供给熔融金属的横浇道29，该横浇道29与所述型腔22的下部侧连通。

〔活塞的铸造方法〕

因此，为了利用所述模具10铸造活塞1，从铸造模具11的所述横浇道29向所述型腔22内注入铝合金的熔融金属(注入工序)，并且使抽吸排出部20内处于负压。此时，在型腔22的下部侧对所述型腔22进行熔融金属的供给，通过对所述抽吸排出部20进行减压并使其处于负压，所述型腔22内的气体透过所述内顶型芯23向外部排出。

另外，由于同时还利用所述真空泵经由第二连通管28对多孔质部件6内进行减压而使其处于负压，所以供给到所述型腔22内的熔融金属在所述抽吸排出部20的负压的作用下被直接抽吸接触到内顶型芯23的型腔面23A(转印面)而与之紧密接触。

即，如果从横浇道29向型腔22供给铝合金熔融金属，并且直浇口被熔融金属封闭，则驱动未图示的减压用的马达来排出抽吸排出部20内的空气，对抽吸排出部20进行减压。如果通过该减压而在抽吸排出部20与型腔22之间产生了差压，则型腔22内的气体透过作为通气性模具(多孔质模具)的内顶型芯23的空穴向外部排出。

并且，如果型腔22内的熔融金属逐渐上升而与所述内顶型芯23的型腔面23A接触，则由于对抽吸排出部20进行了减压，所述熔融金属成为被型腔面23A抽吸而紧密接触的形态。此时，在使活塞1成形的情况下，所述型腔面23A的凹凸转印到活塞的冠面，相当于活塞冠面的凸部的型腔面23A的凹部23C的部分23B比其他部分形成得更薄，因此，可更有效地进行该部分的熔融金属的抽吸紧密接触，即使是活塞冠面2a的难以形成形状的部分，也能够高精度地成形。

另外，由于所述多孔质部件6内也变为负压，所以型腔22内的铝熔融金属的一部分被抽吸到所述多孔质部件6内，向氯化钠被溶解后生成的大量空穴9a内浸透而浸渗于其中。由此，如图6所示，内部浸渗有与活塞母材1’相同的铝合金材料1a的低导热率部5被一体地埋设固定于活塞母材1’。需要说明的是，所述各空穴9a中虽然浸渗了铝合金材料1a，但还是稍微残存所述第二粉体9(氯化钠)。

之后，从冷却的减压铸造用的模具10取出与所述低导热系数部5成为一体的活塞母材1’。需要说明的是，在该活塞母材1’的所述凹部2b的上表面，在所述低导热系数部5的外周侧一体地形成有圆筒部2d，该圆筒部2d的高度形成为与所述低导热系数部5的高度大致相同。

之后，利用清漆浸渗装置使清漆39浸渗到所述活塞母材1’的低导热系数部5(多孔质部件6)的上表面的空穴9a内。

即，由于在所述多孔质部件6上特别是在上表面6c上产生了大量空穴9a(全空穴率1～10％)，所以如前所述，有可能在大量空穴9a内产生燃料气体而导致废气排放性能降低。因此，进行封孔处理，通常的封孔处理是使用有机类封孔剂向空穴9a中浸透、浸渗。作为主要的封孔剂的种类，有环氧树脂、酚醛树脂、乙烯树脂、丁醛树脂、有机胺的衍生物等。作为封闭材料(浸渗剂)，可以是能够容易浸渗到空穴内的低粘度的材料，可以考虑毛刷涂抹、浸渗涂抹、喷雾涂抹等手段。

但是，这些封闭材料的耐热温度低，耐不住活塞1的冠面2a的温度处于350℃的温度环境。在向各空穴9a的浸渗过程中，也不能期待利用所述毛刷涂抹等充分向空穴9a中浸渗。因此，通过应用所谓的真空浸渗法，即使是数μm的间隙也能够进行浸渗，但通常的真空浸渗法都是浸渗整个部件，需要清洗浸渗以外的部分，作业性很差。

因此，在本实施方式中，利用以下的借助真空辅助的清漆浸渗装置提高清漆39向各空穴9a内的浸渗性。

所述清漆39作为封止剂必须是硬化后耐得住喷射燃料的燃烧热的材料，在本实施方式中，是玻化温度为350℃以上的聚酰亚胺前体或聚酰胺酰亚胺前体，它们被以DMA、DMF或GBL为主体的溶剂溶解，这是从基于本申请发明人的实验结果的以下的表1、2中选出的。此外，所述清漆39也可以不使用前体，而是使用已经酰亚胺化的聚酰亚胺溶掖。

在该实验中，作为清漆39，分别准备了两种(1)(2)的聚酰亚胺类(PI)清漆、两种(1)(2)的聚酰胺酰亚胺类(PAI)清漆，对于向它们添加所述溶剂而溶解的状态的物质，在利用前述装置将该物质供给到多孔质部件6的各空穴9a中的状态下进行了实验。

首先，在表1中，为了使清漆的溶剂挥发，在100～200℃的温度下暴露于大气中加热了30分钟和60分钟。将清漆表面硬化但溶剂没有挥发而膨胀的情况设为×，将表面没有变化的情况设为○。

接着，在表2中，将所述○的情况的清漆继续在300℃的温度下暴露于大气中加热了30分钟，将残留溶剂挥发而产生膨胀、或者热解而碳化的情况设为×，将体积变化小且作为固态物质存在的情况设为○。

[表1]

溶剂挥发

[表2]

暴露于大气中加热300℃×30min

从表1可知，在30～60分钟的加热过程中，在100℃～150℃之前，PI、PAI的(1)(2)在清漆表面都没有变化，记作○，在150℃以上时，都变为清漆的表面硬化但溶剂不挥发而膨胀的状态，记作×。

之后，在将所述表1中记作○的清漆以300℃的温度暴露于大气中加热了30分钟的情况下，如表2所示，对于PI的(1)(2)中的在所述100～110℃的低温下加热后的清漆、PAI的(1)中的在100～130℃下加热后的清漆、PAI的(2)中的在100～120℃的低温下加热后的清漆，通过在300℃下暴露于大气中加热，产生残留溶剂引起的膨胀，不能使用。

另一方面，可以知道，表1中以130～150℃的较高温度加热后的清漆即使受到300℃的加热，浸渗到各空穴9a的清漆39也没有较大的变化，可以得到足够的浸渗效果。

因此，从该实验结果可知，为了使溶剂挥发，所述清漆39特别优选以130～150℃加热30～60分钟而获得的清漆。也就是说，在所述温度条件和加热时间的条件下获得的清漆39在耐热性和耐久性方面优异。

〔清漆浸渗装置〕

如图7所示，所述清漆浸渗装置由真空容器30、负压导入机构31和清漆供给机构32构成，所述真空容器30是有盖圆筒状的罩状部件，被载置保持在形成于活塞母材1’的凹部2b的所述圆筒部2d的上端面，所述负压导入机构31使该真空容器30的内部成为负压状态，所述清漆供给机构32向所述低导热系数部5的外表面供给清漆。

所述真空容器30由壁厚较厚且刚性较高的不锈钢类金属材料一体地形成，所述真空容器30以覆盖所述低导热系数部5的上表面的方式配置，主要由载置于所述圆筒部2d的上表面的圆筒壁30a和一体地形成于该圆筒壁30a的上端部的圆盘状的上壁部30b构成。

所述圆筒壁30a外径形成为比所述圆筒部2d的外径稍小而内径形成为比圆筒部2d的内径大，从而载置保持在圆筒部2d的上表面。另外，圆筒部2d在整个下表面一体地设置有将其与所述圆筒部2d的上表面之间密封的圆环状的密封部件33。

所述上壁部30b在外周侧的规定位置贯穿形成有供所述负压导入机构31的真空管35插通固定的第一固定用孔30c，并且，在相对于该固定用孔30c处于径向相反侧的位置，贯穿形成有供所述清漆供给机构32的清漆供给管41插入固定的第二固定用孔30d。

所述负压导入机构31主要由真空泵34、真空管35、第一开闭阀36和第三开闭阀38构成，真空泵34是产生负压的负压产生器，真空管35是一端部35a与该真空泵34连接且另一端部35b经由所述第一固定用孔30c与真空容器30连接的负压导入通路，第一开闭阀36设置于该真空管35的中途，将该真空管35的内部连通或者切断连通，第三开闭阀38设置于从该第一开闭阀36的下游侧分支而与大气连通的大气压导入管37。

所述真空泵34是使用油等的通常的装置，以规定的抽吸压对所述真空容器30内进行抽吸而使之成为真空状态。

所述第一开闭阀36在以下的清漆浸渗作业中进行开闭动作，在所述真空泵34的动作过程中开阀，如果该动作停止则进行关闭动作。另外，在该关闭动作后，所述第三开闭阀38进行开启动作。

所述清漆供给机构32主要由有底圆筒状的储存箱40、清漆供给管41和第二开闭阀42构成，所述储存箱40在内部储存有作为浸渗剂的清漆39，所述清漆供给管41是一端部41a与所述储存箱40连接且另一端部41b与所述真空容器30的第二固定用孔30d连接的浸渗剂导入通路，所述第二开闭阀42设置于该清漆供给管41的中途。

所述储存箱40在整个外周设置有加热器43，该加热器43为了使内部的清漆39的粘度稳定而将清漆39的温度保持恒定。

所述第二开闭阀42是在以下的清漆填充(供给)作业中开闭所述清漆供给管41的装置，其在利用所述真空泵34将真空容器30内减压至规定压力时进行开启动作，从而将所述储存箱40内的清漆39经由清漆供给管41向所述多孔质部件6的上表面6c侧供给。

此外，所述负压导入机构31和清漆供给机构32处于预先与所述真空容器30连接的状态。

以下，对使所述清漆39浸渗到多孔质部件6的各空穴9a的作业工序进行说明。

首先，如图7所示，在通过上述制造工序成形的活塞母材1’的冠部2上所具有的所述圆筒部2d的上表面上，经由所述密封部件33载置固定所述真空容器30。

之后，将所述真空泵34的真空管35的另一端部35b与第一固定用孔30c连接固定，并且将安装有所述储存箱40的清漆供给管41的下端部与第二固定用孔30d连接。

此时，所述第一、第二、第三开闭阀36、42、38全部处于关闭动作状态，使得真空管35、清漆供给管41各自的上下游的连通被切断，并且真空管35内与大气之间的连通也被切断。

接着，向所述储存箱40的内部放入规定量的清漆39，并且接通所述加热器43的开关而将储存箱40内的清漆39加热至规定温度，从而谋求内部的清漆39的粘度的稳定化。

之后，打开所述第一开闭阀36并且使真空泵34动作，在真空容器30内的压力变为0.01MPa以下的真空度时关闭所述第一开闭阀36。

之后，如图8的(A)、(B)所示，打开第二开闭阀42使清漆供给管41连通，将清漆39向真空容器30内供给而形成利用清漆39覆盖多孔质部件6的整个上表面6c的状态。之后，在清漆39变为适量的供给量后关闭第二开闭阀42。由此，形成清漆39覆盖所在述多孔质部件6的整个上表面6c的状态。

接着，如图8的(C)所示，在所述第一开闭阀36关闭的状态下，通过使第三开闭阀38进行开启动作，使大气压从大气压导入管37通到真空管35的下游侧而向真空容器30内供给。由此，所述清漆39在被大气压强力抽吸的状态下浸渗到处于真空状态的各空穴9a内。

在向多孔质部件6的各空穴9a内浸渗完清漆39之后，从所述活塞母材1’上拆下真空容器30、负压导入机构31及清漆供给机构32。

之后，在浸渗到所述多孔质部件6的各空穴9a内的清漆39硬化后，对形成于所述活塞母材1’的外周面的铸造溢料等和各活塞环槽2c等进行切削加工，并且对所述冠面2a、所述圆筒部2d及凸状的所述低传导率部5(多孔质部件6)的突起部6b进行切削加工而形成为与凹部2b的上表面共面(切削加工)。通过这一系列的成形加工，完成活塞1的成形作业。

如上所述，在本实施方式中，在活塞1的冠面2a的燃料直接喷射到的部位设置有低导热系数部5，该低导热率部5的主要构造由导热系数比铝合金材料低的硼硅酸玻璃制的多孔质部件6形成，因此可获得高绝热性。因此，可充分促进燃料雾化而提高燃烧性能并且提高燃油效率。

在此，如果对所述低导热率部5的导热系数进行考察，则所述多孔质部件6的空穴9a的空隙率越小，活塞1的铝合金材料1a向该空穴9a的浸渗量越少，因此第一粉体8(玻璃粉末)和残留的氯化钠粉末的合计体积率变大，所以导热系数降低。

如果利用冷水或热水将露出在表面的残留氯化钠溶解去除，则去除前的第一粉体8和残留的氯化钠的表面积在去除后变为仅有第一粉体8的玻璃成分而形成凹凸，因此其表面积增大。

并且，如前所述，如果低导热系数部5的导热系数降低，则该低导热系数部5的热量的蓄积增大，蓄积的热量有助于燃料的雾化，此时，表面积大的一方容易向燃料传递热量，促进燃料的雾化。

而且，所述低导热系数部5经由大量空穴9a浸渗了与活塞母材1’相同的铝合金材料1a，因此，提高了该铝合金材料1a与活塞母材1’的热粘性，从而提高了结合强度。

其结果是，能够满足活塞母材1’与低导热系数部5之间的高绝热性和结合强度这两方面要求。

特别是，由于活塞1的铝合金材料1a浸渗于所述多孔质部件6的大量空穴9a内，所以增大了活塞1的铸造合金与多孔质部件6的界面强度。

另外，在本实施方式中，由于利用前述那样的借助真空辅助的清漆浸渗装置使清漆39浸渗到多孔质部件6上形成的各空穴9a中，所以能够提高清漆39向所述各空穴9a内的浸渗性。特别是，由于将清漆39直接供给到多孔质部件6的上表面6c，并通过抽真空和空气压使其向各空穴9a内浸渗，因此增大了清漆39的浸渗效果。

其结果是，能够通过增进封孔处理来充分抑制多孔质部件6的特别是上表面6a侧的空穴9a的残存，因此能够充分抑制废气排放性能变差。

〔第二实施方式〕

图9表示第二实施方式，在形成于真空容器30的上壁部30b的第一固定用孔30c预先安装有管连接用的连接器44。另一方面，在所述第二固定用孔30d的孔边缘的上部设置有圆筒状的支承部件45a和支承片45b，所述支承片45b载置固定在该支承部件45a的上端面，并在中央具有供所述清漆供给管41的下端部插入而对其进行支承的支承孔。另外，所述支承部件45a和支承片45b通过规定的密封部件液密性地抵接于真空容器30，所述支承孔的孔边缘与清漆供给管41的下端部之间也被密封。

因此，为了向所述真空容器30连接所述负压导入机构31和清漆供给机构32，如图9的(B)所示，将所述真空管35的另一端部35b与预先安装于第一固定用孔30c的所述连接器44连接，并且将固定了支承片45b的所述支承部45a载置固定在所述第二固定用孔30d的上部，从而将所述清漆供给管41的下端部插入所述支承片45b的支承孔并且使前端部面对真空容器30内。由此，完成所述两机构31、32相对于真空容器30的连接。

因此，在该连接状态下，通过与前述清漆的填充、浸渗工序相同的工序向多孔质部件6的各空穴9a中填充(浸渗)所述清漆39，从而可获得与第一实施方式相同的作用效果。

另外，在完成所述清漆39的浸渗作业后，从真空容器30拆下所述负压导入机构31和清漆供给机构32，之后，从圆筒部2d上拆下真空容器30。由此，在完成清漆浸渗后，从真空容器30拆下各机构31、32，因此清漆39不会向周边流出。

〔第三实施方式〕

图10表示第三实施方式，在所述第一、第二实施方式中，将清漆浸渗装置与单个活塞母材1’连接，但在该实施方式中，在并行排列的四个活塞母材1’的各圆筒部2d的上表面同时载置固定预先结合为一体的四个真空容器30…，将一个真空导入机构31的真空管35的四个分支形成的另一端部35b…与该各真空容器30…的第一固定用孔30c…连接，并且将一个清漆供给机构32的清漆导入管41的四个分支形成的下端部41b…连接。

因此，根据该实施方式，由于基本结构与第一、第二实施方式相同，所以可获得相同的作用效果，特别是由于能够向四个活塞母材1’的各多孔质部件6同时进行抽真空和清漆39供给等，所以可谋求提高封孔处理作业效率。

本发明不限定于所述各实施方式的结构，例如，还可以在生产线上连续地配置大量活塞母材1’，将真空容器30依次载置固定在各活塞母材1’的圆筒部2d上从而连续地进行封孔处理。

而且，在本实施方式中，作为封止剂(浸渗剂)，使用了作为有机类的树脂类材料的包含聚酰亚胺或聚酰胺酰亚胺的材料，但只要是耐得住所述活塞1的冠面2a的温度环境的材料即可，例如，也可以使用作为无机类材料的硅酸钠、烷基硅酸盐、硅氧烷、重铬酸盐等。

Claims (18)

1.一种内燃机用活塞，该内燃机用活塞在冠面的规定位置设置有导热系数比活塞母材低的低导热系数部，其特征在于，

所述低导热系数部具有导热系数比所述活塞母材低的多孔质部件和浸渗到该多孔质部件的空穴内的浸渗剂，

该浸渗剂在发动机驱动中的所述活塞的使用环境下保持在所述空穴内。

2.如权利要求1所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述浸渗剂由树脂类材料形成。

3.如权利要求2所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述树脂类材料的玻化温度为350℃以上。

4.如权利要求3所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述树脂类材料是包含聚酰亚胺或聚酰胺酰亚胺的材料。

5.如权利要求1所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述多孔质部件的基体材料由玻璃材料形成，所述活塞母材的一部分浸渗到所述多孔质部件的内部，并且在所述玻璃材料与活塞母材之间，向通过将熔点比所述玻璃材料高的水溶性材料溶解而形成的所述空穴内浸渗所述浸渗剂。

6.如权利要求5所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述多孔质部件是硼硅酸玻璃。

7.如权利要求5所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述活塞母材是铝合金材料。

8.如权利要求5所述的内燃机用活塞，其特征在于，

在所述玻璃材料与活塞母材之间，熔点比所述玻璃材料高的水溶性材料是氯化钠。

9.如权利要求1所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述浸渗剂是无机类材料。

10.一种内燃机用活塞的制造方法，所述内燃机用活塞在冠面的规定位置设置有导热系数比活塞母材低的低导热系数部，

所述内燃机用活塞的制造方法的特征在于，具有：

第一工序，在将所述低导热系数部一体地成形于所述活塞母材的冠面后，使包含导热系数比所述活塞母材低的多孔质部件的表面在内的规定区域减压；

第二工序，在所述第一工序的减压过程中，使浸渗剂浸渗到所述多孔质部件的多个空穴；

第三工序，在所述第二工序后，使所述规定区域向大气敞开，通过该大气压使浸渗到所述多个空穴内的浸渗剂填充。

11.如权利要求10所述的内燃机用活塞的制造方法，其特征在于，

所述浸渗剂是包含聚酰亚胺或聚酰胺酰亚胺的清漆。

12.如权利要求11所述的内燃机用活塞的制造方法，其特征在于，具有：

第四工序，在所述第三工序后，加热所述规定区域使溶剂蒸发而形成为固态成分。

13.如权利要求12所述的内燃机用活塞的制造方法，其特征在于，

所述第四工序中的加热处理的温度为100～150℃的温度。

14.如权利要求13所述的内燃机用活塞的制造方法，其特征在于，

所述加热处理的时间为30～60分钟。

15.如权利要求14所述的内燃机用活塞的制造方法，其特征在于，

所述加热处理在130℃的温度下进行30分钟。

16.如权利要求10所述的内燃机用活塞的制造方法，其特征在于，

作为所述第一工序的前工序，具有：

混合工序，将第一粉体和第二粉体搅拌混合而生成混合粉，所述第一粉体会通过热量而软化，且导热系数比所述活塞母材低，所述第二粉体为水溶性，且熔点温度比所述第一粉体高；

烧成工序，将所述混合粉体加压成形后进行烧成；

溶解工序，在该烧成工序后，利用液体使所述第二粉体溶解而形成所述多孔质部件；

注入工序，在将所述多孔质部件设置在模具内后，一边抽吸所述多孔质部件或者对熔融金属进行加压一边注入所述模具内，从而成形活塞并且使活塞母材向所述多孔质部件的多个空穴内浸渗；

切削工序，对冷却后从所述模具取出的活塞的冠面进行切削加工。

17.如权利要求16所述的内燃机用活塞的制造方法，其特征在于，

所述第一粉体是硼硅酸玻璃，所述第二粉体是氯化钠。

18.一种内燃机用活塞的制造装置，所述内燃机用活塞在冠面的规定部位设置有导热系数比活塞母材低的低导热系数部，

所述内燃机用活塞的制造装置的特征在于，具有：

罩状部件，其覆盖所述冠面的包含形成低传导率部的多孔质部件的表面的区域；

负压导入机构，其具有一端部与所述罩状部件连接的负压导入通路、设置于该负压导入通路并开闭所述负压导入通路的第一开闭阀和设置于所述负压导入通路的另一端部的负压产生器；

浸渗剂供给机构，其具有一端部与所述罩状部件连接的浸渗剂导入通路、设置于该浸渗剂导入通路并开闭所述浸渗剂导入通路的第二开闭阀和设置于所述浸渗剂导入通路的另一端部并在内部储存浸渗剂的储存箱；

第三开闭阀，其设置于与所述罩状部件连接的大气导入通路，向所述罩状部件内导入大气压或者将导入切断。