JP2009299619A - ピストン用耐摩環およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却媒体流通路を形成するための部材が一体化されて成る耐摩環に対し、ピストンの鋳造成形時に溶湯が冷却媒体流通路を閉塞してしまうことを回避できるピストン用耐摩環およびその製造方法を提供する。
【解決手段】流通路形成体７に、耐摩環本体６の内周面６２に沿って延びる延長部７４を設けておき、この延長部７４の外周面７４ａと耐摩環本体６の内周面６２とを面接触させた状態で、これらを互いに溶接する。これにより、溶接面積を十分に確保し、溶接不良の発生を抑制して、ピストンの鋳造時の溶湯がオイル流通路５１内に流れ込んでしまうことを阻止する。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車用エンジンなどの内燃機関に適用されるピストン用耐摩環およびその製造方法に係る。特に、本発明は、冷却媒体（例えばオイル）の流通路を形成するための部材が一体化されて成る耐摩環に対し、その冷却性能を十分に確保するための対策に関する。

近年のエンジン（例えば自動車用エンジン）は、軽量化を図り且つ放熱性を高める目的から、アルミニウム合金製の部品が多く用いられており、ピストンもアルミニウム合金製となっている。一方、近年、エンジンは低燃費化および高出力化の傾向にあり、燃焼室内の温度環境は非常に高温になってきている。また、燃焼圧力も高圧になってきている。このため、ピストンに装着されるピストンリングには高い耐摩耗性が要求されており、高硬度のピストンリングが使用されるようになってきている。この場合、上記アルミニウム合金製のピストンに形成されているピストンリング溝の内壁には、高硬度のピストンリングが衝突する状況となるため、ピストンリング溝の内壁の摩耗や変形が懸念される。特に、燃焼温度の高いディーゼルエンジンに適用されるトップリングにあっては、高い燃焼圧が直接作用するので、トップリング溝の内壁にはトップリングからの衝撃が繰り返し作用し、摩耗や変形が発生する可能性が高い。このようにトップリング溝に摩耗や変形が発生してしまうと、ガス漏れやオイル漏れが生じ、エンジンの出力低下などを招いてしまい好ましくない。

これを改善するため、アルミニウム合金製のピストンのトップリング装着部分に、アルミニウム合金よりも高硬度の材料であって高温時においても高い耐摩耗性を有するニレジスト材からなる耐摩環を鋳込んでおくことが提案されている。つまり、ピストンに鋳込まれた高硬度の耐摩環の外周面にトップリング溝を形成しておき、このトップリング溝にトップリングを装着することで、ピストン本体（アルミニウム合金の部分）とトップリングとの直接接触を回避する構成である。

一方、上記トップリング装着部分の周辺は、燃料の圧縮、爆発による熱エネルギにより高温に曝されるため、冷却を必要とする。そのため、従来から、ピストンの上部肉厚部におけるトップリング装着部分近傍には環状（ドーナツ状）の冷却用空洞（以下、冷却媒体流通路と呼ぶ場合もある）が設けられ、潤滑油などの冷却媒体を循環させて冷却する構成が採用されている。

そして、上述したような耐摩環が鋳込まれているピストンにあっては、この耐摩環の内周側に環状の冷却媒体流通路を配置しておくことで、耐摩環を直接冷却する構造が検討されている。

例えば、下記の特許文献１および特許文献２には、リング溝を有する耐摩環本体の内周面に断面が略コ字状に形成された流通路形成体（この特許文献では中空金属環と称している）を溶接により一体的に接合し、これら耐摩環本体と流通路形成体との間で冷却媒体流通路を形成した構成が開示されている。具体的には、板金の折り曲げ成形によって外周側に開放する断面略コ字状に形成された流通路形成体の各開放側先端部を耐摩環本体の内周面に溶接することで、これらを一体化させた構成となっている。
特開平１１−８２７３８号公報 特開平５−２３１５３９号公報

しかしながら、これまでの耐摩環本体と流通路形成体との接合構造では、流通路形成体の各開放側先端部を耐摩環本体の内周面に溶接していた。つまり、耐摩環本体の内周面に対して流通路形成体の各開放側先端部を突き合わせた状態で溶接していた。このため、その溶接箇所の面積（流通路形成体と耐摩環本体との接触面積）が小さく、十分な溶接強度が得られないばかりでなく、部分的な溶接不良が発生してしまう可能性の高いものとなっていた。特に、耐摩環全体の軽量化を図るべく流通路形成体の板厚寸法を小さく設定するほど、上記溶接箇所の面積が小さくなり、上記懸念は大きくなってしまう。

このような溶接不良が発生した状態で、ピストン成形型内に耐摩環を配置してピストンの鋳造加工を行う場合、流通路形成体が耐摩環本体から剥離してしまったり、溶接不良箇所から冷却媒体流通路内に溶湯が流れ込み、この溶湯によって冷却媒体流通路が閉塞されてしまう可能性があった。これでは、冷却媒体流通路内に冷却媒体を流通させることができなくなり、冷却性能が著しく悪化してしまう。

特に、上述したような耐摩環本体に対する流通路形成体の突き合わせ部分での溶接不良箇所から溶湯が流れ込む場合、図１０に示すように、流れ込んだ溶湯の流れは大きく乱れたものとなり、冷却媒体流通路ｄ内の広範囲に亘って溶湯ｃが流れ込んでしまう可能性がある。この図１０では、ａが耐摩環本体であり、ｂが流通路形成体である。

以上のような課題が生じる現象は、ピストンの鋳造加工時ばかりでなく、この鋳造加工の前処理としてアルフィン処理を行うものにあっても同様に発生する。このアルフィン処理とは、鋳込み性改善のために、ピストンの鋳造加工前に耐摩環をアルミニウムの溶湯内に浸漬させておくことで、アルミニウムとの間のぬれ性を改善する処理である。そして、上記溶接不良が生じている場合、この溶湯内への浸漬時に、冷却媒体流通路に溶湯が流れ込んでしまう可能性があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷却媒体流通路を形成するための部材が一体化されて成る耐摩環に対し、ピストンの鋳造加工時に溶湯が上記冷却媒体流通路を閉塞してしまうことを回避できるピストン用耐摩環およびその製造方法を提供することにある。

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、高硬度材料で成る耐摩環本体と、この耐摩環本体に接合されることで冷却媒体流通路を形成する流通路形成体との接合部分の構成として、流通路形成体に、耐摩環本体の内周面に沿って延びる延長部を設けておき、この延長部の外周面と耐摩環本体の内周面とを面接触させた状態で、これらを互いに接合（溶接）している。これにより、接合面積を十分に確保し、接合不良の発生を抑制している。

−解決手段−
具体的に、本発明は、鋳造加工により成形された内燃機関用ピストンのピストンリング装着部分に配設され、外周面にピストンリング溝を備えた環状の耐摩環本体と、この耐摩環本体の内周面に接合され、この耐摩環本体との間で冷却媒体の流通路を形成する流通路形成体とを備えて成るピストン用耐摩環を前提とする。このピストン用耐摩環に対し、上記流通路形成体に、耐摩環本体との間で冷却媒体の流通路を形成するための流通路壁部と、この流通路壁部に連続して耐摩環本体の内周面に沿って延びる延長部とを備えさせ、この延長部の外周面と上記耐摩環本体の内周面とを互いに接合させている。

この特定事項により、耐摩環本体と流通路形成体との接合部分では、流通路形成体の延長部の外周面と耐摩環本体の内周面とが面接触した状態となっており、従来の如く流通路形成体の先端部が耐摩環本体に突き合わされた状態で接合されるものに比べて、接合面積が十分に確保されている。そのため、接合不良の発生を抑制することができ、流通路形成体が耐摩環本体から剥離してしまうことがなくなり、接合強度を十分に確保できる。また、接合不良箇所が無くなることで、ピストンの鋳造加工時に、冷却媒体流通路（流通路壁部の内側空間）に溶湯が流れ込んでしまうことも阻止され、この冷却媒体流通路が溶湯（ピストンの構成材料）によって閉塞されてしまうといったこともなくなる。その結果、冷却媒体流通路の流路面積を大きく確保することができ、この冷却媒体流通路を流れる冷却媒体による冷却効果を十分に発揮させることができる。

また、上述した如く流通路形成体の延長部が耐摩環本体に面接触しているので、この流通路形成体を板金加工で形成する場合に、その板厚寸法を小さく設定しても（薄肉化しても）、それが原因で接合不良が発生するといったことはない。このため、流通路形成体の薄肉化による軽量化を図ることができ、ピストンの軽量化に寄与させることができる。

また、仮に、流通路形成体の延長部の外周面と耐摩環本体の内周面との面接触部分に接合不良が存在していて、この部分から冷却媒体流通路内に溶湯が流れ込む状況になったとしても、この溶湯は、流通路形成体の延長部の外周面と耐摩環本体の内周面とによって流れ方向が規制され（流れ方向がガイドされ）、この溶湯の流れが冷却媒体流通路内で大きく乱れてしまうといったことが抑制される。例えば、この冷却媒体流通路内に流れ込んだ溶湯は、耐摩環本体の内周面に沿って流れ、冷却媒体流通路内の中央部分に達することが抑制された流れとなる。これによっても、冷却媒体流通路が溶湯によって閉塞されてしまうといったことが防止でき、冷却媒体流通路を流れる冷却媒体による冷却効果を十分に発揮させることができる。

また、耐摩環本体と流通路形成体との接合部分の具体構成の一つとしては以下のものが挙げられる。上記流通路形成体の流通路壁部を、耐摩環本体の内周面との間に所定間隔を存して配設された内周壁と、この内周壁におけるピストン軸線方向の一端部から耐摩環本体の内周面に向かって延びる第１壁と、上記内周壁におけるピストン軸線方向の他端部から耐摩環本体の内周面に向かって延びる第２壁とを備えた構成とする。そして、上記延長部を、上記第１壁の外周側端縁から耐摩環本体の内周面に沿って延びる形状に形成しておき、その外周面を上記耐摩環本体の内周面に接合する一方、第２壁の先端部を、耐摩環本体の内周面に当接して接合した構成としている。

また、耐摩環本体と流通路形成体との接合部分の他の具体構成としては以下のものが挙げられる。上記流通路形成体の流通路壁部を、耐摩環本体の内周面との間に所定間隔を存して配設された内周壁と、この内周壁におけるピストン軸線方向の一端部から耐摩環本体の内周面に向かって延びる第１壁と、上記内周壁におけるピストン軸線方向の他端部から耐摩環本体の内周面に向かって延びる第２壁とを備えた構成とする。また、上記延長部を、上記第１壁の外周側端縁から耐摩環本体の内周面に沿って延びる第１延長部と、上記第２壁の外周側端縁から耐摩環本体の内周面に沿って延びる第２延長部とを備えた構成とする。そして、これら各延長部の外周面を上記耐摩環本体の内周面にそれぞれ接合した構成としている。

これら特定事項により、耐摩環本体と流通路形成体との接合部分の構成が具体化でき、本発明の実用性を高めることができる。また、特に、上記延長部として第１延長部および第２延長部を備えさせ、これら延長部の外周面を耐摩環本体の内周面にそれぞれ接合した構成の場合、耐摩環本体と流通路形成体との接合部分の全体を面接触による接合部とすることができ、耐摩環全体として接合不良箇所を無くすことが可能になる。

また、上記耐摩環本体と流通路形成体とを互いに異なる材料により形成し、流通路形成体の延長部の外周面と耐摩環本体の内周面とを互いに溶接した構成としている。

このように耐摩環本体と流通路形成体とを互いに異なる材料により形成するのは、耐摩環本体に求められる機能と流通路形成体に求められる機能とが互いに異なっていることに起因する。耐摩環本体は、ピストンリングに接触するため、摩耗や変形を生じないように高硬度が要求される。例えば、この耐摩環本体の構成材料としてはニレジストが採用される。これに対し、流通路形成体は、冷却媒体流通路の断面を所定形状に形成するために高い加工性が要求される。例えば、この流通路形成体の構成材料としてはステンレスが採用される。このように互いに異なる材料同士を溶接する場合、同一材料を溶接する場合に比べて溶接不良が発生する可能性が高くなるが、本発明では、この互いに異なる材料で成る耐摩環本体と流通路形成体とを面接触させた状態で溶接しているため、溶接不良が発生する可能性を大幅に低減することが可能である。

上述の如く構成されたピストン用耐摩環の製造方法としては以下のものが挙げられる。先ず、流通路形成体の上記延長部を１箇所にのみ備えさせたものの場合、金属製板材の折り曲げ加工によって上記内周壁、第１壁、第２壁、延長部を形成して流通路形成体を作製する流通路形成体作製工程と、上記延長部の外周面を耐摩環本体の内周面に重ね合わせた状態で、これら両者を溶接する第１溶接工程と、上記第２壁の先端部を耐摩環本体の内周面に当接した状態で、これら両者を溶接する第２溶接工程とを有することになる。

一方、流通路形成体の上記延長部として第１延長部および第２延長部を備えさせたものの場合、金属製板材の折り曲げ加工によって上記内周壁、第１壁、第２壁、第１延長部、第２延長部を形成して流通路形成体を作製する流通路形成体作製工程と、上記第１延長部の外周面を耐摩環本体の内周面に重ね合わせた状態で、これら両者を溶接する第１溶接工程と、上記第２延長部の外周面を耐摩環本体の内周面に重ね合わせた状態で、これら両者を溶接する第２溶接工程とを有することになる。

これら各製造方法によって製造されたピストン用耐摩環においても、上述した各解決手段と同様の作用効果を得ることができる。

本発明は、耐摩環本体の内周面と、流通路形成体に形成された延長部の外周面とを面接触させた状態で、これらを互いに接合（溶接）することで、両部材の接合面積を十分に確保し、接合不良の発生を抑制している。このため、ピストンの鋳造加工時に、冷却媒体流通路に溶湯が流れ込んでしまうことが阻止され、冷却媒体流通路の流路面積を大きく確保することができる。その結果、この冷却媒体流通路を流れる冷却媒体による冷却効果を十分に発揮させることが可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用ディーゼルエンジンのピストン用耐摩環に本発明を適用した場合について説明する。

図１は、本実施形態に係るピストン１がシリンダボア２１内に配置された状態を示す側面図である。また、図２は、ピストン１の断面図である。本実施形態に係るエンジンは、燃料直接噴射式のディーゼルエンジンであって、シリンダボア２１を有するシリンダ２と、そのシリンダボア２１内に往復移動自在に挿入されたピストン１とを備えている。ピストン１は、鋳造加工により作製された鋳造ピストンであり、アルミニウム合金によって形成されたピストン本体１１を備えている。シリンダ２は、例えば、鋳鉄やアルミニウム合金により形成されている。

上記ピストン本体１１は、ヘッド部３と、このヘッド部３に連なり且つ図示しないコネクティングロッドに連結されるスカート部４とを備えている。ヘッド部３は、図示しないシリンダヘッドに対向する頂面３１を有している。このヘッド部３には、頂面３１の中央部分を凹陥して成り且つ燃焼室を構成するリップ部（凹陥部）３２が形成されている。ピストン１は、膨張行程時に燃焼室で発生した燃焼圧を受けることによって、シリンダボア２１内を往復運動する。そして、この往復運動がコネクティングロッドによって回転運動に変換されて、エンジンの出力軸であるクランクシャフトに出力されるようになっている。

（耐摩環）
本実施形態に係るピストン１は、上記ヘッド部３におけるトップリング装着部分の近傍に、本実施形態の特徴とする部材である耐摩環５が配設されている。以下、この耐摩環５およびその周辺部の構成について説明する。

図３は、図２において２点鎖線ＩＩＩで囲まれた領域を拡大して示す断面図である。また、図４は、耐摩環５の一部を断面で示す斜視図である。

図１〜図４に示すように、上記ヘッド部３は、シリンダボア２１の内壁に対向して延在する外周面３３を有している。

耐摩環５は、外径寸法が上記ヘッド部３の外径寸法に略一致する円環状の部材であって、上記リップ部３２の外周側を取り囲むように、ピストン本体１１の内部に鋳込まれている。

そして、本実施形態に係る耐摩環５は、外周側に位置する耐摩環本体６と、この耐摩環本体６の内周面に溶接された流通路形成体７とを備えた構成となっている。

耐摩環本体６は、耐磨耗性に優れた材料から形成された略リング形状の部材であって、例えば、ニレジスト（Ｎｉ−ｒｅｓｉｓｔ：高ニッケルオーステナイト鋳鉄）によって形成されている。

この耐摩環本体６は、外径寸法が上記ヘッド部３の外径寸法に略一致しており、その外周面における高さ方向の中央部にはトップリング溝（ピストンリング溝）６１が周方向の全体に亘って形成されている。そして、このトップリング溝６１に、コンプレッションリングとしてのトップリング（ピストンリング）８１が装着されている（図１参照）。

尚、上記ピストン１のヘッド部３には、上記耐摩環５の配設位置よりもスカート部４側の位置にセカンドリング溝３４およびオイルリング溝３５がそれぞれ形成されている。

上記セカンドリング溝３４にはコンプレッションリングとしてのセカンドリング８２が、また、オイルリング溝３５にはオイルリング８３がそれぞれ装着されている。

上記コンプレッションリングとしてのトップリング８１およびセカンドリング８２は、例えば高炭素鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼等により形成されており、周方向の一箇所に合い口が形成された平面視略Ｃ形の平板状部材からなっている。

オイルリング８３の具体構成としては、それぞれ周方向の一箇所に合い口が形成された平面視略Ｃ形の平板状のアッパーリングおよびロアリングを備え、これらリングの間にセンターリングを介装して組み立てられた３ピース構造になっている。尚、このオイルリング８３の構成としては３ピース構造に限られるものではない。

また、図３および図４に示すように、上記耐摩環本体６の内周面６２は凹凸の無い円筒面で形成されている。更に、耐摩環本体６の上面６３および下面６４は平坦面で形成されている。

一方、上記流通路形成体７は、ステンレス製の板材が折り曲げ等の加工によって略円環状に形成された部材として形成されている。具体的には、図３に示すように、この流通路形成体７は、ピストン１の内部に鋳込まれた状態で、耐摩環本体６の内周面６２との間に所定間隔を存して略平行に配設された内周壁７１と、この内周壁７１の上端縁から耐摩環本体６の内周面６２に向かって水平方向に延びる第１壁７２と、内周壁７１の下端縁から耐摩環本体６の内周面６２に向かって水平方向に延びる第２壁７３と、上記第１壁７２の外周側端縁から耐摩環本体６の内周面６２に沿うように下方に延びる延長部７４とを備えている。

上記内周壁７１の高さ寸法は上記耐摩環本体６の高さ寸法に略一致している。このため、図３に示すように、耐摩環本体６の内周面６２に流通路形成体７が溶接された状態では、上記第１壁７２の上面７２ａと上記耐摩環本体６の上面６３とが略面一（略同一高さ位置）となり、また、上記第２壁７３の下面７３ａと上記耐摩環本体６の下面６４とが略面一（略同一高さ位置）となっている。

また、上記延長部７４は、その長さ寸法（上下方向の寸法）が、上記耐摩環本体６の高さ寸法の略半分に設定されている。また、この延長部７４は、その外周面７４ａと、上記第２壁７３の外周端（先端部）７３ｂとは同一面上に位置している。つまり、流通路形成体７の軸心（ピストン１の軸心に一致）から延長部７４の外周面７４ａまでの距離と、流通路形成体７の軸心から第２壁７３の外周端７３ｂまでの距離とは互いに同一に設定されている。

そして、この流通路形成体７の延長部７４は、その外周面７４ａが上記耐摩環本体６の内周面６２のうちの上側半分の領域に重ね合わされてプラズマ溶接によって接合されている。また、上記第２壁７３の外周端７３ｂは、耐摩環本体６の内周面６２の下端部に当接され、同じく、プラズマ溶接によって接合されている。

これにより、上記耐摩環本体６の内周面６２と、流通路形成体７の各壁７１，７２，７３とによって囲まれた空間が、冷却用のエンジンオイル（冷却媒体）を流通させるためのオイル流通路（冷却媒体流通路）５１として形成されている。このため、上記流通路形成体７の各壁７１，７２，７３が、本発明でいう流通路壁部として構成されている。

尚、図２に示すように、上記ピストン本体１１には、ピストン本体１１の内部空間Ｓと上記オイル流通路５１とを連通するオイル供給孔１２が形成されている。また、ピストン本体１１には、図２中に示す断面とは異なる断面においてピストン本体１１の内部空間Ｓとオイル流通路５１とを連通する図示しないオイル排出孔が形成されている。つまり、上記オイル供給孔１２からオイル流通路５１に導入されたオイルが、このオイル流通路５１を流れながらピストン１上部の熱を奪った後に、オイル排出孔を経てオイルパンへ回収されるようになっている。これにより、トップリング装着部分の周辺が冷却されるようになっている。

（製造方法）
次に、上述の如く構成された耐摩環５の製造方法およびピストン１の製造方法について説明する。

上記耐摩環５を構成する流通路形成体７は、図５（ａ）に示すような薄板円盤状の金属製板材７’（ステンレスで成る円盤）に対して以下に述べるような加工が行われることで、図５（ｂ）に示すような上記内周壁７１，第１壁７２，第２壁７３，延長部７４を備えたリング形状に形成される。以下、図６を用いて、この流通路形成体７の加工作業について説明する。

先ず、図６（ａ）に断面形状を示すような上記薄板円盤状の金属製板材７’の中央部分を絞り加工することにより、図６（ｂ）に示す形状にする。これにより、金属製板材７’は、外周部に位置する外側円環部７ａと、この外側円環部７ａの内周端から所定寸法だけ上方に立ち上がる立設部７ｂと、この立設部７ｂの上端から水平方向に延びる円盤部７ｃとが形成される。この場合、上記外側円環部７ａの幅寸法（図６（ｂ）における寸法Ａは、上記第２壁７３の幅寸法である）。

その後、図６（ｃ）に示すように、上記円盤部７ｃの中央部分をプレス加工により円形に打ち抜く。これにより、円盤部７ｃの中央部に開口７ｄが形成された状態となり、上記円盤部７ｃは円環状の内側円環部７ｅとして形成される。また、この場合の上記立設部７ｂの高さ寸法と上記内側円環部７ｅの幅寸法（半径方向の寸法）との和は、上記図３に示す断面における内周壁７１の高さ寸法と、第１壁７２の水平方向の寸法と、延長部７４の高さ寸法との和に略一致している。

そして、図６（ｄ）に示すように、上記内側円環部７ｅを鉛直上方に向くように加工し、この内側円環部７ｅを上記立設部７ｂに連続する円筒形状にする。これにより、内側円環部７ｅと立設部７ｂとは連続する円筒部７ｆとして形成される。

更に、その後、図６（ｅ）に示すように、上記円筒部７ｆを外周側に折り曲げ加工して、水平方向外側に延びるように形成し、この部分が水平延長部７ｇとして形成される。この際の折り曲げ箇所（図６（ｅ）における折り曲げ点Ｂ）は、この円筒部７ｆの下端から上記耐摩環本体６の高さ寸法に略一致する高さ位置に設定される。つまり、この折り曲げ加工によって上記流通路形成体７の内周壁７１が形成される。

そして、図６（ｆ）に示すように、上記水平延長部７ｇの先端部分を鉛直下方に折り曲げる。これにより、水平延長部７ｇのうち水平方向に延びる部分が上記第１壁７２として形成され、鉛直下方に折り曲げられた部分が延長部７４として形成される。この際の折り曲げ箇所（図６（ｆ）における折り曲げ点Ｃ）は、延長部７４の外周面７４ａと第２壁７３の外周端７３ｂとが同一面上に位置するように設定される。以上のようにして流通路形成体７が形成される。

このようにして形成された流通路形成体７と、予めニレジスト材によって所定形状に形成された耐摩環本体６との溶接に際しては、上述した如く、流通路形成体７の延長部７４の外周面７４ａが上記耐摩環本体６の内周面６２のうちの上側半分の領域に重ね合わされ、且つ第２壁７３の外周端７３ｂが耐摩環本体６の内周面６２の下端部に当接され、各箇所がプラズマ溶接によって接合されて、流通路形成体７と耐摩環本体６とが一体化されて耐摩環５が作製される。

そして、この耐摩環５を図示しないピストン鋳造用の金型内の所定位置に保持した状態で、金型のキャビティ内にアルミ系の金属溶湯を注入して鋳造を行う。そして、得られた鋳造品を所定のピストン形状に切削することにより、図２に示すように、耐摩環５が一体的に鋳込まれたピストン１が製造されることになる。尚、上記耐摩環本体６に設けられるトップリング溝６１は、上記ピストン鋳造加工の前段階で形成しておいてもよいし、ピストン鋳造加工後に行われるピストン形状への切削加工時に形成するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る耐摩環５にあっては、耐摩環本体６と流通路形成体７との溶接部分では、流通路形成体７の延長部７４の外周面７４ａと耐摩環本体６の内周面６２とが面接触した状態となっており、従来の如く流通路形成体の先端部が耐摩環本体に突き合わされた状態で溶接されるものに比べて、溶接面積が十分に確保されている。そのため、溶接不良の発生を抑制することができ、流通路形成体７が耐摩環本体６から剥離してしまうことがなくなり、溶接強度を十分に確保できる。また、溶接不良箇所が無くなることで、ピストン１の鋳造加工時に、オイル流通路５１に溶湯が流れ込んでしまうことも阻止され、このオイル流通路５１が溶湯（ピストン１の構成材料）によって閉塞されてしまうといったこともなくなる。その結果、オイル流通路５１の流路面積を大きく確保でき、このオイル流通路５１を流れるエンジンオイル（冷却媒体）による冷却効果を十分に発揮させることができる。

また、上述した如く流通路形成体７の延長部７４が耐摩環本体６に面接触しているので、この流通路形成体７の板厚寸法を小さく設定しても（薄肉化しても）、それが原因で溶接不良が発生するといったことはない。このため、流通路形成体７の薄肉化による軽量化を図ることができ、ピストン１の軽量化に寄与させることができる。

更に、上述した如く、耐摩環本体６の構成材料と流通路形成体７の構成材料とが異なっている場合、同一材料を溶接する場合に比べて溶接不良が発生する可能性が高くなるが、本実施形態では、この互いに異なる材料で成る耐摩環本体６と流通路形成体７とを面接触させた状態で溶接しているため、溶接不良が発生する可能性を大幅に低減することが可能であり、特に有効である。

また、仮に、流通路形成体７の延長部７４の外周面７４ａと耐摩環本体６の内周面６２との面接触部分に溶接不良が存在していて、この部分からオイル流通路５１内に溶湯が流れ込む状況になったとしても、この溶湯は、図７に示すように、流通路形成体７の延長部７４の外周面７４ａと耐摩環本体６の内周面６２とによって流れ方向が規制され（流れ方向が下向きにガイドされ）、この溶湯の流れがオイル流通路５１内で大きく乱れてしまうといったことが抑制される。つまり、このオイル流通路５１内に流れ込んだ溶湯は、耐摩環本体６の内周面６２に沿って下方へ向かう（流通路形成体７の第２壁７３に向かう）ことになり、オイル流通路５１内の中央部分に達することが抑制された流れとなる。これによっても、オイル流通路５１が溶湯によって閉塞されてしまうといったことが防止でき、オイル流通路５１を流れるエンジンオイルによる冷却効果を十分に発揮させることができる。

また、このような溶湯の流れ込みが発生する状況となっても、流通路形成体７の延長部７４の外周面７４ａと耐摩環本体６の内周面６２との間には圧力損失が生じており、この圧力損失が生じる領域は従来のものよりも長くなっているため、オイル流通路５１内に流れ込む溶湯の流れ込み量は、従来のものに比べて大幅に低減されることになる。これによっても、オイル流通路５１の内部面積を十分に確保することが可能である。

尚、ピストン１の鋳造加工では、それに先立ってアルフィン処理（鋳込み性改善のために、ピストン１の鋳造加工前に耐摩環をアルミニウムの溶湯内に浸漬させる処理）を実施する場合があるが、本実施形態によれば、このアルフィン処理時に、オイル流通路５１に溶湯が流れ込んでしまうことも回避できる。

（変形例）
次に、変形例について説明する。この変形例は、流通路形成体７の形状が上述した実施形態のものと異なっている。その他の構成は上記実施形態と同様であるので、ここでは流通路形成体７の形状についてのみ説明する。

図８は、この変形例に係る耐摩環５を示す図３に相当する図である。また、図９は、この変形例に係る耐摩環５を示す図４に相当する図である。これらの図に示すように、本変形例における耐摩環５を構成する流通路形成体７は、耐摩環本体６の内周面６２に面接触する延長部として、上側の第１延長部７５と下側の第２延長部７６とを備えている。

第１延長部７５は、上述した実施形態における延長部７４と同様に、上記第１壁７２の外周側端縁から耐摩環本体６の内周面６２に沿うように下方に延びる形状となっている。

一方、第２延長部７６は、上記第２壁７３の外周側端縁から耐摩環本体６の内周面６２に沿うように上方に延びる形状となっている。

このように上下２箇所に備えられた各延長部７５，７６が共に耐摩環本体６の内周面６２に面接触された状態でプラズマ溶接によって接合されている。このため、耐摩環本体６と流通路形成体７との溶接部分の全体を面接触による溶接部とすることができ、耐摩環５全体として溶接不良箇所を無くすことが可能になり、上記実施形態で述べた効果をより確実に発揮することができる。

−他の実施形態−
以上説明した実施形態および変形例は、自動車用ディーゼルエンジンのピストン用耐摩環５に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンのピストン用耐摩環にも適用可能である。また、エンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。また、ガソリンエンジンのピストン用耐摩環に対しても本発明は適用可能である。

また、実施形態および変形例における耐摩環５は、外周面にトップリング溝６１を備えたものであった。本発明はこれに限らず、トップリング溝およびセカンドリング溝を備えさせるようにしてもよい。

また、上記耐摩環５を構成する耐摩環本体６および流通路形成体７の構成材料としては上述したものには限定されず、種々の材料が適用可能である。

更に、一つの延長部７４を有する上記実施形態では、この延長部７４が、第１壁７２の外周側端縁から耐摩環本体６の内周面６２に沿うように下方に延びる形状としていた。本発明はこれに限らず、一つの延長部が、第２壁７３の外周側端縁から耐摩環本体６の内周面６２に沿うように上方に延びる形状とするものも本発明の技術的思想に含まれる。

加えて、上記耐摩環本体６と流通路形成体７との接合手段としては、プラズマ溶接に限らず他の溶接手法であってもよい。また、ろう付けを適用することも可能である。

実施形態においてピストンがシリンダボア内に配置された状態を示す側面図である。 ピストンの断面図である。 ピストンにおける耐摩環配設箇所を拡大して示す断面図である。 耐摩環本体と流通路形成体との接合状態を示す斜視図である。 図５（ａ）は流通路形成体の成形前の状態を示す斜視図であり、図５（ｂ）は流通路形成体の成形後の状態を示す斜視図である。 流通路形成体の成形作業を示す加工工程図である。 実施形態においてオイル流通路に溶湯が流れ込む状況が発生した場合における溶湯の流れを説明するための図である。 変形例に係る耐摩環を示す図３に相当する図である。 変形例に係る耐摩環を示す図４に相当する図である。 従来例においてオイル流通路に溶湯が流れ込む状況が発生した場合における溶湯の流れを説明するための図である。

符号の説明

１ ピストン
５ 耐摩環
５１ オイル流通路（冷却媒体流通路）
６ 耐摩環本体
６２ 内周面
６１ トップリング溝（ピストンリング溝）
７ 流通路形成体
７１ 内周壁
７２ 第１壁
７３ 第２壁
７３ｂ 外周端（先端部）
７４ 延長部
７４ａ 外周面
７５ 第１延長部
７６ 第２延長部
８１ トップリング（ピストンリング）

Claims (6)

1. 鋳造加工により成形された内燃機関用ピストンのピストンリング装着部分に配設され、外周面にピストンリング溝を備えた環状の耐摩環本体と、この耐摩環本体の内周面に接合され、この耐摩環本体との間で冷却媒体の流通路を形成する流通路形成体とを備えて成るピストン用耐摩環において、
   上記流通路形成体には、耐摩環本体との間で冷却媒体の流通路を形成するための流通路壁部と、この流通路壁部に連続して耐摩環本体の内周面に沿って延びる延長部とが備えられており、この延長部の外周面と上記耐摩環本体の内周面とが互いに接合されていることを特徴とするピストン用耐摩環。
2. 上記請求項１記載のピストン用耐摩環において、
   上記流通路形成体の流通路壁部は、耐摩環本体の内周面との間に所定間隔を存して配設された内周壁と、この内周壁におけるピストン軸線方向の一端部から耐摩環本体の内周面に向かって延びる第１壁と、上記内周壁におけるピストン軸線方向の他端部から耐摩環本体の内周面に向かって延びる第２壁とを備えて構成されており、
   上記延長部は、上記第１壁の外周側端縁から耐摩環本体の内周面に沿って延びる形状に形成されていて、その外周面が上記耐摩環本体の内周面に接合されている一方、第２壁の先端部は、耐摩環本体の内周面に当接されて接合されていることを特徴とするピストン用耐摩環。
3. 上記請求項１記載のピストン用耐摩環において、
   上記流通路形成体の流通路壁部は、耐摩環本体の内周面との間に所定間隔を存して配設された内周壁と、この内周壁におけるピストン軸線方向の一端部から耐摩環本体の内周面に向かって延びる第１壁と、上記内周壁におけるピストン軸線方向の他端部から耐摩環本体の内周面に向かって延びる第２壁とを備えて構成されており、
   上記延長部は、上記第１壁の外周側端縁から耐摩環本体の内周面に沿って延びる第１延長部と、上記第２壁の外周側端縁から耐摩環本体の内周面に沿って延びる第２延長部とを備えており、これら各延長部の外周面が上記耐摩環本体の内周面にそれぞれ接合されていることを特徴とするピストン用耐摩環。
4. 上記請求項１、２または３記載のピストン用耐摩環において、
   上記耐摩環本体と流通路形成体とは互いに異なる材料により形成されており、流通路形成体の延長部の外周面と耐摩環本体の内周面とが互いに溶接されていることを特徴とするピストン用耐摩環。
5. 上記請求項２記載のピストン用耐摩環の製造方法であって、
   金属製板材の折り曲げ加工によって上記内周壁、第１壁、第２壁、延長部を形成して流通路形成体を作製する流通路形成体作製工程と、
   上記延長部の外周面を耐摩環本体の内周面に重ね合わせた状態で、これら両者を溶接する第１溶接工程と、
   上記第２壁の先端部を耐摩環本体の内周面に当接した状態で、これら両者を溶接する第２溶接工程とを有していることを特徴とするピストン用耐摩環の製造方法。
6. 上記請求項３記載のピストン用耐摩環の製造方法であって、
   金属製板材の折り曲げ加工によって上記内周壁、第１壁、第２壁、第１延長部、第２延長部を形成して流通路形成体を作製する流通路形成体作製工程と、
   上記第１延長部の外周面を耐摩環本体の内周面に重ね合わせた状態で、これら両者を溶接する第１溶接工程と、
   上記第２延長部の外周面を耐摩環本体の内周面に重ね合わせた状態で、これら両者を溶接する第２溶接工程とを有していることを特徴とするピストン用耐摩環の製造方法。

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