JP2002130048A - 内燃機関用ピストン - Google Patents
内燃機関用ピストンInfo
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- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0603—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston at least part of the interior volume or the wall of the combustion space being made of material different from the surrounding piston part, e.g. combustion space formed within a ceramic part fixed to a metal piston head
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Ceramic Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 内燃機関用ピストンを、ピストン本体の頂面
に凹設された燃焼室のリップ縁部、ピストン本体のピン
ボス部に形成したピン穴並びにピストン本体の外周面に
形成されたリング溝の各部位をそれぞれ補強して内燃機
関の高性能化に対応可能なように構成する。 【解決手段】 燃焼室１１のリップ縁部１２、ピンボス
部６に形成したピン穴６１並びにリング溝４の各部位
に、所定の寸法形状を有するピストン本体と異なる材質
の予成形体７１、７２、７３を鋳込んでピストン本体を
形成する。この場合、前記各予成形体は、各部位にそれ
ぞれ必要な特性に応じて組成をかえた急冷凝固粉末のア
ルミニウム合金から成形してなる。
に凹設された燃焼室のリップ縁部、ピストン本体のピン
ボス部に形成したピン穴並びにピストン本体の外周面に
形成されたリング溝の各部位をそれぞれ補強して内燃機
関の高性能化に対応可能なように構成する。 【解決手段】 燃焼室１１のリップ縁部１２、ピンボス
部６に形成したピン穴６１並びにリング溝４の各部位
に、所定の寸法形状を有するピストン本体と異なる材質
の予成形体７１、７２、７３を鋳込んでピストン本体を
形成する。この場合、前記各予成形体は、各部位にそれ
ぞれ必要な特性に応じて組成をかえた急冷凝固粉末のア
ルミニウム合金から成形してなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、急冷凝固粉末のア
ルミニウム合金からなる成形体でピストン本体の各部位
を適宜補強してなる内燃機関用ピストンに関する。
ルミニウム合金からなる成形体でピストン本体の各部位
を適宜補強してなる内燃機関用ピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、内燃機関の高性能化に伴い、内燃
機関用のピストンは耐熱性及び耐磨耗性の向上が不可欠
である。特に、内燃機関であるディーゼルエンジンの出
力の向上及び燃焼効率の改善などの目的でピストン本体
の頂面に燃焼室が凹設されたピストンでは、爆発行程時
に高い熱的負荷を受けることでその燃焼室に亀裂が生じ
ないように、燃焼室の耐熱疲労亀裂性が要求される。ま
た、シリンダー内を摺動するピストンリングが嵌着され
るピストン本体のリング溝では、高い耐磨耗性及び耐凝
着性が要求され、さらに、繰り返し爆発圧力を受けるピ
ンボス部のピン穴では、高面圧下で耐え得る高温疲労強
度特性が要求される。
機関用のピストンは耐熱性及び耐磨耗性の向上が不可欠
である。特に、内燃機関であるディーゼルエンジンの出
力の向上及び燃焼効率の改善などの目的でピストン本体
の頂面に燃焼室が凹設されたピストンでは、爆発行程時
に高い熱的負荷を受けることでその燃焼室に亀裂が生じ
ないように、燃焼室の耐熱疲労亀裂性が要求される。ま
た、シリンダー内を摺動するピストンリングが嵌着され
るピストン本体のリング溝では、高い耐磨耗性及び耐凝
着性が要求され、さらに、繰り返し爆発圧力を受けるピ
ンボス部のピン穴では、高面圧下で耐え得る高温疲労強
度特性が要求される。
【０００３】これに対応して従来の内燃機関用ピストン
では、例えば、セラミック繊維或いはセラミックウィス
カーなどの複合繊維から、燃焼室、ピン穴並びにリング
溝の各部位の形状に応じて成形したものを、各部位に加
圧鍛造で複合させて各部位を強化しているが、複合繊維
は高価であるばかりでなく、近年のさらなる内燃機関の
高性能化に伴い、複合繊維による上記強化策では十分な
効果が得られない場合がある。このため、所定の特性を
有するように組成された急冷凝固粉末のアルミニウム合
金から成形したものによってピストン本体全体またはそ
の一部（例えば、ピストン本体頂面の燃焼室のみ）を補
強することが提案されている（例えば、特許第２５７２
８８９号公報参照）。
では、例えば、セラミック繊維或いはセラミックウィス
カーなどの複合繊維から、燃焼室、ピン穴並びにリング
溝の各部位の形状に応じて成形したものを、各部位に加
圧鍛造で複合させて各部位を強化しているが、複合繊維
は高価であるばかりでなく、近年のさらなる内燃機関の
高性能化に伴い、複合繊維による上記強化策では十分な
効果が得られない場合がある。このため、所定の特性を
有するように組成された急冷凝固粉末のアルミニウム合
金から成形したものによってピストン本体全体またはそ
の一部（例えば、ピストン本体頂面の燃焼室のみ）を補
強することが提案されている（例えば、特許第２５７２
８８９号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同じ組
成の急冷凝固粉末のアルミニウム合金からなる成形体で
ピストン本体全体を補強したのでは、燃焼室に要求され
る耐熱疲労亀裂性、リング溝に要求される高い耐磨耗性
及び耐凝着性並びにピン穴に要求される高温疲労強度特
性などの異なる特性の全てを満足するように、アルミニ
ウム合金の組成を調製するのは困難であり、また、一部
のみの補強では、内燃機関の高性能化に充分対応できな
いという問題があった。
成の急冷凝固粉末のアルミニウム合金からなる成形体で
ピストン本体全体を補強したのでは、燃焼室に要求され
る耐熱疲労亀裂性、リング溝に要求される高い耐磨耗性
及び耐凝着性並びにピン穴に要求される高温疲労強度特
性などの異なる特性の全てを満足するように、アルミニ
ウム合金の組成を調製するのは困難であり、また、一部
のみの補強では、内燃機関の高性能化に充分対応できな
いという問題があった。
【０００５】そこで、本発明の課題は、上記問題に鑑
み、ピストン本体の各部位が必要な特性を有するもので
適宜補強され、内燃機関の高性能化に対応可能な内燃機
関用ピストンを提供することにある。
み、ピストン本体の各部位が必要な特性を有するもので
適宜補強され、内燃機関の高性能化に対応可能な内燃機
関用ピストンを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の内燃機関用ピストンは、ピストン本体の頂面
に凹設された燃焼室のリップ縁部、ピストン本体のピン
ボス部に形成したピン穴並びにピストン本体の外周面に
形成されたリング溝の各部位に、所定の寸法形状を有す
るピストン本体と異なる材質の予成形体を鋳込んでなる
内燃機関用ピストンであって、前記各予成形体は、各部
位にそれぞれ必要な特性に応じて組成をかえた急冷凝固
粉末のアルミニウム合金から成形してなることを特徴と
する。
に本発明の内燃機関用ピストンは、ピストン本体の頂面
に凹設された燃焼室のリップ縁部、ピストン本体のピン
ボス部に形成したピン穴並びにピストン本体の外周面に
形成されたリング溝の各部位に、所定の寸法形状を有す
るピストン本体と異なる材質の予成形体を鋳込んでなる
内燃機関用ピストンであって、前記各予成形体は、各部
位にそれぞれ必要な特性に応じて組成をかえた急冷凝固
粉末のアルミニウム合金から成形してなることを特徴と
する。
【０００７】本発明によれば、ピストン本体の燃焼室の
リップ縁部に対しては高い耐熱疲労亀裂性が、ピン穴に
対しては高い耐磨耗性及び耐凝着性が、そして、リング
溝に対しては高い耐磨耗性及び耐凝縮性がそれぞれ付与
される。このため、リップ縁部の補強による出力向上な
どの作用と、ピン穴の強化（ピン穴径及び横幅の縮小が
可能）によるピストン及びピストンピンの重量の軽量化
などの作用と、リング溝の強化によるピストン本体のト
ップランドの幅寸法のさらなる縮小に伴う排ガス特性の
改善などの作用とが相俟って、急冷凝固粉末のアルミニ
ウム合金でピストン本体全体またはその一部のみを補強
したものに比して、内燃機関のさらなる高性能化が可能
になる。
リップ縁部に対しては高い耐熱疲労亀裂性が、ピン穴に
対しては高い耐磨耗性及び耐凝着性が、そして、リング
溝に対しては高い耐磨耗性及び耐凝縮性がそれぞれ付与
される。このため、リップ縁部の補強による出力向上な
どの作用と、ピン穴の強化（ピン穴径及び横幅の縮小が
可能）によるピストン及びピストンピンの重量の軽量化
などの作用と、リング溝の強化によるピストン本体のト
ップランドの幅寸法のさらなる縮小に伴う排ガス特性の
改善などの作用とが相俟って、急冷凝固粉末のアルミニ
ウム合金でピストン本体全体またはその一部のみを補強
したものに比して、内燃機関のさらなる高性能化が可能
になる。
【０００８】また、より過酷な条件での内燃機関設計を
可能にするには、前記ピストン本体の頂面を、前記リッ
プ縁部を補強する前記予成形体と同じ組成の急冷凝固粉
末アルミニウム合金粉末からなる成形体で補強すること
が望ましい。
可能にするには、前記ピストン本体の頂面を、前記リッ
プ縁部を補強する前記予成形体と同じ組成の急冷凝固粉
末アルミニウム合金粉末からなる成形体で補強すること
が望ましい。
【０００９】さらに、脆化を抑制すると共に高強度で熱
膨張係数の小さくするため、前記アルミニウム合金粉末
は、アルミニウムー珪素系のものであることが望まし
い。
膨張係数の小さくするため、前記アルミニウム合金粉末
は、アルミニウムー珪素系のものであることが望まし
い。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１を参照して、１は、アルミニ
ウム合金鋳物であるディーゼルエンジン用ピストン本体
を示す。円筒状の該ピストン本体１の頂面２には、ディ
ーゼルエンジンの出力の向上及び燃焼効率の改善などの
目的で所定の形状の燃焼室１１が凹設されている。ま
た、ピストン本体１のトップランド部３の下側外周面に
は、ピストンリング（図示せず）が嵌着される３個のリ
ング溝４が所定の間隔を置いて形成されている。そし
て、該リング溝４の下側にはスカート部５が形成されて
いる。該スカート部５の内部には、ピストン本体１にコ
ンロッドを連結するピストンピンが枢着されるピン穴６
１が穿設されたピンボス部６が形成されている。
ウム合金鋳物であるディーゼルエンジン用ピストン本体
を示す。円筒状の該ピストン本体１の頂面２には、ディ
ーゼルエンジンの出力の向上及び燃焼効率の改善などの
目的で所定の形状の燃焼室１１が凹設されている。ま
た、ピストン本体１のトップランド部３の下側外周面に
は、ピストンリング（図示せず）が嵌着される３個のリ
ング溝４が所定の間隔を置いて形成されている。そし
て、該リング溝４の下側にはスカート部５が形成されて
いる。該スカート部５の内部には、ピストン本体１にコ
ンロッドを連結するピストンピンが枢着されるピン穴６
１が穿設されたピンボス部６が形成されている。
【００１１】ところで、近年におけるディーゼルエンジ
ンの高性能化に伴い、ディーゼルエンジン用ピストンは
耐熱性及び耐磨耗性の向上が不可欠である。特に、本実
施の形態のように頂面に燃焼室１１が凹設されたピスト
ンでは、爆発行程時に高い熱的負荷を受けることでその
燃焼室に亀裂が生じないように、燃焼室１１の耐熱疲労
亀裂性が要求される。また、シリンダー内を摺動するピ
ストンリングが嵌着されるリング溝４では高い耐磨耗性
及び耐凝着性が要求され、さらに、繰り返し爆発圧力を
受けるピン穴６１では、高面圧下で耐え得る高温疲労強
度特性が要求される。このため、アルミニウム合金を急
冷凝固法を用いて成形したものでピストン本体全体また
はその一部を補強することが提案されているが、これで
は、燃焼室１１に要求される耐熱疲労亀裂性、リング溝
４に要求される高い耐磨耗性及び耐凝着性並びにピン穴
６１に要求される高温疲労強度特性などの異なる特性の
要求を全て満足するように、アルミニウム合金粉末を組
成するのは困難であり、内燃機関の高性能化に充分対応
できない。そこで、本発明の実施形態では、燃焼室１１
のリップ縁部１２、リング溝４並びにピン穴６１の各部
位に、各部位にそれぞれ必要な特性に応じて組成をかえ
た急冷凝固粉末を固化したアルミニウム合金からなる予
成形体７１、７２、７３を鋳込んで、ピストン本体１を
製作した。
ンの高性能化に伴い、ディーゼルエンジン用ピストンは
耐熱性及び耐磨耗性の向上が不可欠である。特に、本実
施の形態のように頂面に燃焼室１１が凹設されたピスト
ンでは、爆発行程時に高い熱的負荷を受けることでその
燃焼室に亀裂が生じないように、燃焼室１１の耐熱疲労
亀裂性が要求される。また、シリンダー内を摺動するピ
ストンリングが嵌着されるリング溝４では高い耐磨耗性
及び耐凝着性が要求され、さらに、繰り返し爆発圧力を
受けるピン穴６１では、高面圧下で耐え得る高温疲労強
度特性が要求される。このため、アルミニウム合金を急
冷凝固法を用いて成形したものでピストン本体全体また
はその一部を補強することが提案されているが、これで
は、燃焼室１１に要求される耐熱疲労亀裂性、リング溝
４に要求される高い耐磨耗性及び耐凝着性並びにピン穴
６１に要求される高温疲労強度特性などの異なる特性の
要求を全て満足するように、アルミニウム合金粉末を組
成するのは困難であり、内燃機関の高性能化に充分対応
できない。そこで、本発明の実施形態では、燃焼室１１
のリップ縁部１２、リング溝４並びにピン穴６１の各部
位に、各部位にそれぞれ必要な特性に応じて組成をかえ
た急冷凝固粉末を固化したアルミニウム合金からなる予
成形体７１、７２、７３を鋳込んで、ピストン本体１を
製作した。
【００１２】ここで、燃焼室１１のリップ縁部１２とし
て鋳込まれたリップ縁部予成形体７１は、Ａｌ（アルミ
ニウム）を母材として、Ｓｉ（珪素）、Ｆｅ（鉄）、Ｚ
ｒ（ジルコニウム）及びＭＭ（ミッシュ・メタル）を添
加した急冷凝固粉末のアルミニウム合金からなる。この
場合、Ｓｉの含有量は５〜２０重量％の範囲とする。Ｓ
ｉは、熱膨張係数を下げると共に、鋳込み後の冷却時に
焼きばめ効果によってリップ表面に残留圧縮応力を生じ
させ、その表面における亀裂の発生を抑制する目的で添
加する。このような効果を生じさせるには、Ｓｉ含有量
が５重量％では小さすぎ、また、２０重量％を超えると
脆くなりすぎ、リップ縁部としては使用できないからで
ある。また、Ｆｅの含有量は３重量％〜８重量％の範囲
とする。Ｆｅは耐熱性を増加させる目的で添加するが、
Ｆｅ含有量が３重量％未満ではリップ縁部１２の耐熱性
を増加させるには少なすぎ、また、８重量％を超えると
脆くなるからである。Ｚｒの含有量は０．５重量％〜２
重量％の範囲とする。Ｚｒは、組織の微細化と共に耐熱
性を向上させる目的で添加するが、０．５重量％未満で
は組織の微細化及び耐熱性の向上に不十分であり、ま
た、２重量％を超えるとそのような効果が飽和してしま
うからである。ＭＭ（ミッシュ・メタル）の含有量は２
重量％〜１０重量％の範囲とする。ＭＭは組織を微細化
する目的で添加するが、２重量％未満では組織の微細化
の効果が少なく、また、１０重量％を超えると脆くなる
からである。該リップ縁部予成形体７１の組成の一例と
しては、Ａｌ−１７Ｓｉ−５Ｆｅ−１Ｚｒー３ＭＭが挙
げられる。
て鋳込まれたリップ縁部予成形体７１は、Ａｌ（アルミ
ニウム）を母材として、Ｓｉ（珪素）、Ｆｅ（鉄）、Ｚ
ｒ（ジルコニウム）及びＭＭ（ミッシュ・メタル）を添
加した急冷凝固粉末のアルミニウム合金からなる。この
場合、Ｓｉの含有量は５〜２０重量％の範囲とする。Ｓ
ｉは、熱膨張係数を下げると共に、鋳込み後の冷却時に
焼きばめ効果によってリップ表面に残留圧縮応力を生じ
させ、その表面における亀裂の発生を抑制する目的で添
加する。このような効果を生じさせるには、Ｓｉ含有量
が５重量％では小さすぎ、また、２０重量％を超えると
脆くなりすぎ、リップ縁部としては使用できないからで
ある。また、Ｆｅの含有量は３重量％〜８重量％の範囲
とする。Ｆｅは耐熱性を増加させる目的で添加するが、
Ｆｅ含有量が３重量％未満ではリップ縁部１２の耐熱性
を増加させるには少なすぎ、また、８重量％を超えると
脆くなるからである。Ｚｒの含有量は０．５重量％〜２
重量％の範囲とする。Ｚｒは、組織の微細化と共に耐熱
性を向上させる目的で添加するが、０．５重量％未満で
は組織の微細化及び耐熱性の向上に不十分であり、ま
た、２重量％を超えるとそのような効果が飽和してしま
うからである。ＭＭ（ミッシュ・メタル）の含有量は２
重量％〜１０重量％の範囲とする。ＭＭは組織を微細化
する目的で添加するが、２重量％未満では組織の微細化
の効果が少なく、また、１０重量％を超えると脆くなる
からである。該リップ縁部予成形体７１の組成の一例と
しては、Ａｌ−１７Ｓｉ−５Ｆｅ−１Ｚｒー３ＭＭが挙
げられる。
【００１３】次いで、リング溝４として鋳込まれたリン
グ溝予成形体７２は、Ａｌを母材として、Ｓｉ、Ｆｅ、
Ｎｉ、Ｚｒ及びＭＭを添加した急冷凝固粉末のアルミニ
ウム合金からなる。この場合、Ｓｉの含有量は２０〜３
５重量％の範囲とする。Ｓｉは、耐磨耗性を向上させる
目的で添加するが、リング溝４においてこのような効果
を生じさせるにはＳｉ含有量が２０重量％では小さす
ぎ、また、３５重量％を超えると脆くなりすぎ、リング
溝４としては使用できないからである。また、Ｆｅ及び
Ｎｉの含有量は２重量％〜１１重量％の範囲とする（こ
の場合、Ｆｅの含有量は１重量％〜５重量％の範囲と
し、Ｎｉの含有量は１重量％〜６重量％の範囲とす
る）。両者は耐熱性を増加させる目的で添加するが、両
者の合計含有量が２重量％未満ではリング溝の耐熱性を
増加させるには少なすぎ、また、１１重量％を超えると
脆くなるからである。Ｚｒの含有量は０．５重量％〜２
重量％の範囲とする。Ｚｒは、組織の微細化と共に耐熱
性を向上させる目的で添加するが、０．５重量％未満で
は組織の微細化及び耐熱性の向上に不十分であり、ま
た、２重量％を超えるとそのような効果が飽和してしま
うからである。ＭＭの含有量は２重量％〜１０重量％の
範囲とする。ＭＭは組織を微細化する目的で添加する
が、２重量％未満では、組織の微細化の効果が少なく、
また、１０重量％を超えると脆くなるからである。該リ
ング溝予成形体７２の組成の一例としてはＡｌ−３０Ｓ
ｉ−２Ｆｅ−３Ｎｉ−２Ｚｒー３ＭＭが挙げられる。
グ溝予成形体７２は、Ａｌを母材として、Ｓｉ、Ｆｅ、
Ｎｉ、Ｚｒ及びＭＭを添加した急冷凝固粉末のアルミニ
ウム合金からなる。この場合、Ｓｉの含有量は２０〜３
５重量％の範囲とする。Ｓｉは、耐磨耗性を向上させる
目的で添加するが、リング溝４においてこのような効果
を生じさせるにはＳｉ含有量が２０重量％では小さす
ぎ、また、３５重量％を超えると脆くなりすぎ、リング
溝４としては使用できないからである。また、Ｆｅ及び
Ｎｉの含有量は２重量％〜１１重量％の範囲とする（こ
の場合、Ｆｅの含有量は１重量％〜５重量％の範囲と
し、Ｎｉの含有量は１重量％〜６重量％の範囲とす
る）。両者は耐熱性を増加させる目的で添加するが、両
者の合計含有量が２重量％未満ではリング溝の耐熱性を
増加させるには少なすぎ、また、１１重量％を超えると
脆くなるからである。Ｚｒの含有量は０．５重量％〜２
重量％の範囲とする。Ｚｒは、組織の微細化と共に耐熱
性を向上させる目的で添加するが、０．５重量％未満で
は組織の微細化及び耐熱性の向上に不十分であり、ま
た、２重量％を超えるとそのような効果が飽和してしま
うからである。ＭＭの含有量は２重量％〜１０重量％の
範囲とする。ＭＭは組織を微細化する目的で添加する
が、２重量％未満では、組織の微細化の効果が少なく、
また、１０重量％を超えると脆くなるからである。該リ
ング溝予成形体７２の組成の一例としてはＡｌ−３０Ｓ
ｉ−２Ｆｅ−３Ｎｉ−２Ｚｒー３ＭＭが挙げられる。
【００１４】最後に、ピン穴６１として鋳込まれたピン
穴予成形体７３は、Ａｌを母材として、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｚ
ｒ及びＭＭを添加した急冷凝固粉末のアルミニウム合金
からなる。この場合、Ｓｉの含有量は１５〜２０重量％
の範囲とする。Ｓｉは耐磨耗性を向上させるため添加す
るが、Ｓｉ含有量が１５重量％ではピン穴１７ａの強化
として使用するには耐磨耗性が小さすぎ、また、２０重
量％を超えると脆くなりすぎるからである。また、Ｆｅ
の含有量は１重量％〜５重量％の範囲とする。Ｆｅは耐
熱性を増加させるため添加するが、Ｆｅ含有量が１重量
％未満ではピン穴６１の耐熱性を増加させるには少なす
ぎ、また、５重量％を超えると脆くなるからである。Ｚ
ｒの含有量は０．５重量％〜２重量％の範囲とする。Ｚ
ｒは、組織の微細化と共に耐熱性を向上させる目的で添
加するが、０．５重量％未満では組織の微細化及び耐熱
性の向上に不十分であり、また、２重量％を超えるとそ
のような効果が飽和してしまうからである。そして、Ｍ
Ｍの含有量は２重量％〜１０重量％の範囲とする。ＭＭ
は組織を微細化する目的で添加するが、２重量％未満で
は、組織の微細化の効果が少なく、また、１０重量％を
超えると脆くなるからである。該ピン穴６１を形成する
ピン穴予成形体７３の組成の一例としてはＡｌ−１７Ｓ
ｉ−５Ｆｅ−１Ｚｒー３ＭＭが挙げられる。
穴予成形体７３は、Ａｌを母材として、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｚ
ｒ及びＭＭを添加した急冷凝固粉末のアルミニウム合金
からなる。この場合、Ｓｉの含有量は１５〜２０重量％
の範囲とする。Ｓｉは耐磨耗性を向上させるため添加す
るが、Ｓｉ含有量が１５重量％ではピン穴１７ａの強化
として使用するには耐磨耗性が小さすぎ、また、２０重
量％を超えると脆くなりすぎるからである。また、Ｆｅ
の含有量は１重量％〜５重量％の範囲とする。Ｆｅは耐
熱性を増加させるため添加するが、Ｆｅ含有量が１重量
％未満ではピン穴６１の耐熱性を増加させるには少なす
ぎ、また、５重量％を超えると脆くなるからである。Ｚ
ｒの含有量は０．５重量％〜２重量％の範囲とする。Ｚ
ｒは、組織の微細化と共に耐熱性を向上させる目的で添
加するが、０．５重量％未満では組織の微細化及び耐熱
性の向上に不十分であり、また、２重量％を超えるとそ
のような効果が飽和してしまうからである。そして、Ｍ
Ｍの含有量は２重量％〜１０重量％の範囲とする。ＭＭ
は組織を微細化する目的で添加するが、２重量％未満で
は、組織の微細化の効果が少なく、また、１０重量％を
超えると脆くなるからである。該ピン穴６１を形成する
ピン穴予成形体７３の組成の一例としてはＡｌ−１７Ｓ
ｉ−５Ｆｅ−１Ｚｒー３ＭＭが挙げられる。
【００１５】次に、各予成形体７１、７２、７３の形成
方法の一例を説明する。
方法の一例を説明する。
【００１６】先ず、上記燃焼室１１のリップ縁部１２、
リング溝４並びにピン穴６１の各部位について上述した
組成範囲で各々、アトマイズ法によりアルミニウム合金
粉末を作製する。上記各組成の粉末を粒径１００ｍｅｓ
ｈ（約１５０μｍ以下）に篩粉し、圧粉体用原料とす
る。次いで、室温で成形圧４ｔｏｎ／ｃｍ2で所定寸法
を有する金型で金型成形を行う。この場合、該成形体の
相対密度は約７５％とする。次いで、該各成形体を４９
０℃まで加熱し、内径が１ｍｍ小さくかつ外径が１ｍｍ
大きな金型に挿入し面圧８ｔｏｎ／ｃｍ2で鍛造し、１
００％密度の鍛造体を得る。これを適宜切削して、所定
の寸法に加工し、鋳込み用予成形体７１，７２，７３と
して形成する。そして、該各予成形体７１，７２，７３
を、鋳造用鋳型の所定の位置に配置した後、該鋳型にア
ルミニウム合金（例えば、Ａｌ−１２Ｓｉ−１Ｃｕ−１
Ｍｇ−１Ｎｉ）の溶湯を注いで、所定のピストン本体１
１を形成する。
リング溝４並びにピン穴６１の各部位について上述した
組成範囲で各々、アトマイズ法によりアルミニウム合金
粉末を作製する。上記各組成の粉末を粒径１００ｍｅｓ
ｈ（約１５０μｍ以下）に篩粉し、圧粉体用原料とす
る。次いで、室温で成形圧４ｔｏｎ／ｃｍ2で所定寸法
を有する金型で金型成形を行う。この場合、該成形体の
相対密度は約７５％とする。次いで、該各成形体を４９
０℃まで加熱し、内径が１ｍｍ小さくかつ外径が１ｍｍ
大きな金型に挿入し面圧８ｔｏｎ／ｃｍ2で鍛造し、１
００％密度の鍛造体を得る。これを適宜切削して、所定
の寸法に加工し、鋳込み用予成形体７１，７２，７３と
して形成する。そして、該各予成形体７１，７２，７３
を、鋳造用鋳型の所定の位置に配置した後、該鋳型にア
ルミニウム合金（例えば、Ａｌ−１２Ｓｉ−１Ｃｕ−１
Ｍｇ−１Ｎｉ）の溶湯を注いで、所定のピストン本体１
１を形成する。
【００１７】尚、本実施の形態では、燃焼室１１のリッ
プ縁部１２のみに、予成形体７１を鋳込むこととした
が、より過酷な条件での内燃機関設計を可能にするた
め、図２に示すように、ピストン本体１の頂面２を、リ
ップ縁部予成形体７１と同じ組成の急冷凝固粉末アルミ
ニウム合金粉末からなる成形体７４で補強することもで
きる。
プ縁部１２のみに、予成形体７１を鋳込むこととした
が、より過酷な条件での内燃機関設計を可能にするた
め、図２に示すように、ピストン本体１の頂面２を、リ
ップ縁部予成形体７１と同じ組成の急冷凝固粉末アルミ
ニウム合金粉末からなる成形体７４で補強することもで
きる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃焼室のリップ部、リング溝並びにピン穴の各部位に、
該各部位にとって必要な特性を有する急冷凝固粉末のア
ルミニウム合金からなる予成形体がそれぞれ鋳込まれて
いるので、ピストン本体全体またはその一部のみを補強
したものに比して、内燃機関のさらなる高性能化が可能
になる。
燃焼室のリップ部、リング溝並びにピン穴の各部位に、
該各部位にとって必要な特性を有する急冷凝固粉末のア
ルミニウム合金からなる予成形体がそれぞれ鋳込まれて
いるので、ピストン本体全体またはその一部のみを補強
したものに比して、内燃機関のさらなる高性能化が可能
になる。
【図１】本発明の内燃機関用ピストンの分解斜視図
【図２】他の実施形態にかかる内燃機関用ピストンの分
解斜視図
解斜視図
１ ピストン本体 １１ 燃焼室 １２ リップ縁部 ４ リング溝 ６１ ピン穴 ７１、７２、７３ 予成形体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｃ２２Ｃ 21/02 Ｃ２２Ｃ 21/02 (72)発明者 松瀬 康詩 長野県上田市下之郷813−６ アート金属 工業株式会社内 (72)発明者 林 治彦 長野県上田市下之郷813−６ アート金属 工業株式会社内 (72)発明者 鍛冶 俊彦 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社内 (72)発明者 服部 久雄 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社内 (72)発明者 武田 義信 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3J044 AA01 BA04 BC02 BC03 BC04 DA09 EA01
Claims (3)
- 【請求項１】 ピストン本体の頂面に凹設された燃焼室
のリップ縁部、ピストン本体のピンボス部に形成したピ
ン穴並びにピストン本体の外周面に形成されたリング溝
の各部位に、所定の寸法形状を有するピストン本体と異
なる材質の予成形体を鋳込んでなる内燃機関用ピストン
であって、前記各予成形体は、各部位にそれぞれ必要な
特性に応じて組成をかえた急冷凝固粉末を固化したアル
ミニウム合金から成形してなることを特徴とする内燃機
関用ピストン。 - 【請求項２】 前記ピストン本体の頂面を、前記リップ
縁部を補強する前記予成形体と同じ組成の急冷凝固粉末
アルミニウム合金粉末からなる成形体で補強したことを
特徴とする請求項１記載の内燃機関用ピストン。 - 【請求項３】 前記アルミニウム合金粉末は、アルミニ
ウムー珪素系のものであることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載の内燃機関用ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000323061A JP2002130048A (ja) | 2000-10-23 | 2000-10-23 | 内燃機関用ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000323061A JP2002130048A (ja) | 2000-10-23 | 2000-10-23 | 内燃機関用ピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002130048A true JP2002130048A (ja) | 2002-05-09 |
Family
ID=18800820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000323061A Pending JP2002130048A (ja) | 2000-10-23 | 2000-10-23 | 内燃機関用ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002130048A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004063603A2 (en) * | 2003-01-08 | 2004-07-29 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Piston formed by powder metallurgical methods |
| US7299715B2 (en) | 2004-05-27 | 2007-11-27 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Non-homogeneous engine component formed by powder metallurgy |
| US7509890B2 (en) | 2004-05-27 | 2009-03-31 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Non-homogeneous engine component formed by powder metallurgy |
| CN104942213A (zh) * | 2010-12-09 | 2015-09-30 | 马勒国际公司 | 用于内燃机的活塞及其制造方法 |
-
2000
- 2000-10-23 JP JP2000323061A patent/JP2002130048A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004063603A2 (en) * | 2003-01-08 | 2004-07-29 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Piston formed by powder metallurgical methods |
| WO2004063603A3 (en) * | 2003-01-08 | 2005-04-07 | Int Engine Intellectual Prop | Piston formed by powder metallurgical methods |
| US6973723B2 (en) * | 2003-01-08 | 2005-12-13 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Piston formed by powder metallurgical methods |
| US7299715B2 (en) | 2004-05-27 | 2007-11-27 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Non-homogeneous engine component formed by powder metallurgy |
| US7509890B2 (en) | 2004-05-27 | 2009-03-31 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Non-homogeneous engine component formed by powder metallurgy |
| CN104942213A (zh) * | 2010-12-09 | 2015-09-30 | 马勒国际公司 | 用于内燃机的活塞及其制造方法 |
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