JP2017125439A - ピストンおよびピストンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低熱伝導部をさらに異なる材料により形成することができるピストンを提供すること。【解決手段】 内燃機関のピストンにおいて、アルミニウム合金で形成さた本体部の冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部に、偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材と、複数の低熱伝導部形成材同士を接着させるバインダと、を有する低熱伝導部を設けた。【選択図】 図15

Description

本発明は、ピストンおよびピストンの製造方法に関する。

この種の技術としては、下記の特許文献1に記載の技術が開示されている。特許文献1には、アルミニウム合金を素材とするピストンの頂面にキャビティを形成し、キャビティの底面に熱伝導率の小さい低熱伝導部材を取り付けたものが開示されている。

特開平11-193721号公報

上記特許文献1の技術にあっては、低熱伝導部材の材料としてSUS、チタン等の金属、合金等の多孔体を用いている。しかし、低熱伝導部材をさらに異なる材料により形成することが求められている。
本発明は、上記問題に着目されたもので、その目的とするところは、低熱伝導部をさらに異なる材料により形成することができるピストンおよびピストンの製造方法を提供することである。

上記目的を達成するため、第一の発明では、内燃機関のピストンにおいて、アルミニウム合金で形成さた本体部の冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部に、偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材と、複数の低熱伝導部形成材同士を接着させるバインダと、を有する低熱伝導部を設けた。
第二の発明では、内燃機関のピストンの製造方法において、アルミニウム合金で形成さた本体部の冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部に、偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材と、複数の低熱伝導部形成材同士を接着させるバインダと、を充填する充填工程と、回転するツールで凹部内の低熱伝導部形成材およびバインダを押圧する押圧工程と、を有するようにした。

よって、低熱伝導部をさらに異なる材料により形成することができる。

実施例1の内燃機関のピストンの斜視図である。 実施例1のピストンの製造工程を示すフローチャートである。 実施例1の一次機械加工工程後のピストンを示す斜視図である。 実施例1の一次機械加工工程後のピストンを示す断面図である。 実施例1の混合粉末充填工程後のピストンを示す斜視図である。 実施例1の混合粉末充填工程後のピストンを示す断面図である。 実施例1の混合粉末押圧工程時のピストンを示す図である。 実施例1の混合粉末押圧工程後のピストンを示す斜視図である。 実施例1の混合粉末押圧工程後のピストンを示す断面図である。 実施例1の二次機械加工工程後のピストンを示す斜視図である。 実施例1の二次機械加工工程後のピストンを示す断面図である。 実施例1のプリフォームを示す斜視図である。 実施例1の混合粉末充填工程後のピストンの模式図である。 実施例1の混合粉末押圧工程時のピストンの模式図である。 実施例1の混合粉末押圧工程終了時のピストンの模式図である。 実施例2の混合粉末押圧工程時のピストンの模式図である。 実施例2の混合粉末押圧工程終了時のピストンの模式図である。 実施例3のピストンの製造工程を示すフローチャートである。 実施例3の被膜形成工程後のピストンを示す断面図である。

〔実施例1〕
［ピストンの構成］
図1は内燃機関のピストン1の斜視図である。ピストン1はアルミニウム合金を母材として形成されている。実施例1のピストン1は、筒内噴射式の内燃機関に用いられるものである。
ピストン1は、略円柱状に形成されている。ピストン1の軸方向（ピストン1がシリンダ内で往復運動する方向）の燃焼室側の面（頂面）は冠部2を構成している。冠部2には低熱伝導部3が形成されている。低熱伝導部3は、冠部2をピストンの軸方向から見たときに、冠部2の中心部分に円形状に形成されている。低熱伝導部3は、アルミニウム合金よりも熱伝導率が低い材料により形成されている。低熱伝導部3は、アルミニウム合金よりも熱伝導率が低いため、アルミニウム合金よりも断熱性が高い。低熱伝導部3の材料については後で詳述する。低熱伝導部3の外周縁の外側全周はアルミニウム合金で包囲されている。

ピストン1の外周面であって軸方向において燃焼室側はランド部8を構成している。ランド部8の下側にはスカート部5が形成されている。スカート部5は、周方向に離間して2箇所に形成されている。スカート部5は、それぞれ対向する位置に形成されている。スカート部5の外周面は略円筒状に形成されている。冠部2、スカート部5、ランド部8により本体部9を構成している
対向するスカート部5と略直交する位置に、スカート部5を挟んで離間した状態でボス部6が形成されている。ボス部6には、ピストン1にコネクティングロッドを回動可能に組み付けるためのピストンピンが挿入されるピン孔6aが形成されている。

［ピストン製造工程］
図2はピストン1の製造工程を示すフローチャートである。図３は一次機械加工工程後のピストン1を示す斜視図である。図4は一次機械加工工程後のピストン1を示す断面図である。図5は混合粉末充填工程後のピストン1を示す斜視図である。図6は混合粉末充填工程後のピストン1を示す断面図である。図7は混合粉末押圧工程時のピストン1を示す図である。図8は混合粉末押圧工程後のピストン1を示す斜視図である。図9は混合粉末押圧工程後のピストン1を示す断面図である。図10は二次機械加工工程後のピストン1を示す斜視図である。図11は二次機械加工工程後のピストン1を示す断面図である。図12はプリフォーム3bを示す斜視図である。
ステップS1はピストン1の鋳造工程である。ピストン鋳造工程では、アルミニウム合金によりピストン1の粗材を鋳造する。この工程で、本体部9が形成される。
ステップS２は一次機械加工工程である（図3,4）。一次機械加工工程では、工作機械によりピストン1の粗材のランド部8の外径切削、スカート部5の外径切削、ボス部6の加工、ピン孔6aの加工、冠部2の凹部2aの加工などを行う。凹部2aは、ピストン1を軸方向から見たときに円形となる窪みとして形成されている。凹部2aには、後の工程で低熱伝導部3の材料が充填される。なお、凹部2aは鋳造工程において鋳抜きにより形成するようにしても良い。

ステップS3は混合粉末充填工程である（図5,6）。混合粉末充填工程では、低熱伝導部3の材料である混合粉末3aが凹部2aに充填される。混合粉末3aは、ピストン1の本体部9の材料であるアルミニウム合金よりも熱伝導率が低い材料（低熱伝導部形成材12）の粉末と、塑性流動により本体部9の材料であるアルミニウム合金と合金化または金属間化合物となり得る材料（バインダ13）の粉末からなる。また低熱伝導部形成材12は、その降伏応力（または耐力）がアルミニウム合金の耐力よりも小さいものが用いられる。低熱伝導部形成材12の例としては、層状ケイ酸塩（例えばマイカ）、窒化ホウ素、グラファイト、モリブデンなどが挙げられる。低熱伝導部形成材12は、扁平形状となっている。バインダ13の例としては、アルミニウム、アルミニウム合金などが挙げられる。バインダ13は、球体形状となっている。
ステップS４は混合粉末押圧工程である（図7,8,9）。混合粉末押圧工程では、円筒ツール7により混合粉末3aを凹部2a内に詰め込むように押圧しつつ、円筒ツール7を周方向に回転させる。これにより、バインダ13が軟化し、撹拌される。バインダ13は、本体部9の材料であるアルミニウム合金と合金化、または金属間化合物を形成する。混合粉末押圧工程では摩擦攪拌接合と類似した手法を用いている。混合粉末押圧工程の後には、低熱伝導部3は本体部9の材料であるアルミニウム合金部分と一体になっている。また混合粉末押圧工程の後には、低熱伝導部3の冠部2側の面（表面）には円筒ツール7により接合部材が撹拌されたときの撹拌軌跡が残る。低熱伝導部3は混合粉末3aの状態から体積が減少し、低熱伝導部3の表面は、冠部2の表面よりも凹部2aの底部側に位置している。

円筒ツール7は、その外径が凹部2aの内径とほぼ同じ大きさのものを用いている。混合粉末押圧工程において凹部2aと隣接する本体部9も軟化し、混合粉末3aのバインダ13と混ざり合うため、混合粉末押圧工程後は低熱伝導部3とピストン1の母材とは境目なく一体となっている。なお、ステップS3の混合粉末充填工程とステップS4の混合粉末押圧工程を低熱伝導部形成工程としている。
ステップS5は熱処理加工である。熱処理加工では、混合粉末押圧工程が終了したピストン1に熱処理を施す。熱処理により、混合粉末押圧工程の際の塑性流動に伴う歪みを除去し、強度の均一化を行う。
ステップS6は二次機械加工工程である（図10,11）。二次機械加工工程では、工作機械によりピストン1に仕上加工を施す。このとき、冠部2を切削し、低熱伝導部3の表面は冠部2の表面と一致するように形成される。
なお、混合粉末3aに代えてプリフォーム3bを用いるようにしても良い（図12）。プリフォーム3bは、粉末状の低熱伝導部形成材12とバインダ13を混ぜあわせ加圧して圧粉体として形成される。さらに圧粉体としてプリフォーム3bを形成した後に、プリフォーム3bを加熱する。これにより、粒子状の低熱伝導部形成材12とバインダ13の表面を覆っていた酸化膜が崩れ、粒子同士が接着しやすくなる。そのため、プリフォーム3bが崩れにくくなる。

［低熱伝導部の生成］
低熱伝導部3の生成過程について詳しく説明する。図13は混合粉末充填工程後のピストン1の模式図である。図14は混合粉末押圧工程時のピストン1の模式図である。図15は混合粉末押圧工程終了時のピストン1の模式図である。
混合粉末充填工程では、扁平形状の低熱伝導部形成材12と球体形状のバインダ13とを混ぜあわせた状態の混合粉末3aを凹部2aに充填する。
混合粉末押圧工程では円筒ツール7により混合粉末3aを押圧しながら、円筒ツール7を回転させる。これにより、円筒ツール7と混合粉末3aとの間で摩擦熱が発生し、円筒ツール7と当接する付近のバインダ13が軟化する。軟化したバインダ13は低熱伝導部形成材12を抱え込んで一体となる。そして低熱伝導部形成材12同士を接着させる。混合粉末押圧工程時には、扁平形状をした低熱伝導部形成材12は円筒ツール7の回転方向に寝た配置に揃う（低熱伝導部形成材12の長軸が円筒ツール7の回転方向に揃う）。
低熱伝導部形成材12の断熱効果により、混合粉末押圧工程時に表面付近の混合粉末3aが受け取る熱量に対して、凹部2aの底部付近の混合粉末3aが受け取る熱量は小さい。そのため、凹部2aの底部付近のバインダ13の一部は充分に軟化しないことがある。しかし、表面側（円筒ツール7と接触する側）のバインダ13は本体部9の材料であるアルミニウム合金部分と一体になり、低熱伝導部3の表面を蓋するようになっているため、凹部2aから内部の混合粉末3aが漏れることはない。

混合粉末押圧工程後には、低熱伝導部3の表面は冠部2側に若干膨らむ。これは主に2つの要因からなる。第一の要因は、混合粉末押圧工程時に、表面側の混合粉末3aが受け取る熱量と凹部2aの底部側の混合粉末3aが受け取る熱量とが異なるためである。そのため、混合粉末3aの表面側の熱膨張量に対して混合粉末3aの底部側の熱膨膨張量が小さくなる。
これにより、混合粉末押圧工程後の低熱伝導部3の表面は冠部2側に若干膨らむ。
第二の要因は、低熱伝導部形成材12の降伏応力（または耐力）が本体部9を形成するアルミニウム合金の耐力（または降伏応力）よりも小さいためである。一般に材料の降伏応力（または耐力）が大きほど、材料に力をかけて変形させた後に力を抜いたときの変形の戻り量（スプリングバック）が大きくなる。混合粉末押圧工程においては、円筒ツール7からの押圧力により、低熱伝導部形成材12が変形する。また混合粉末3aを介して円筒ツール7からの押圧力が本体部9に作用し、本体部9を構成するアルミニウム合金も変形する。混合粉末工程後の低熱伝導部形成材12の戻り量に対して、本体部9のアルミニウム合金の戻り量が大きい。そのため、本体部9（凹部2a）により低熱伝導部3を押圧する。これにより、混合粉末押圧工程後の低熱伝導部3の表面は冠部2側に若干膨らむ。
混合粉末押圧工程後には、低熱伝導部3の表面は冠部2側に若干膨らむことにより、低熱伝導部3内に空気層が形成され易くなる。低熱伝導部3が内部に空気層14を有することにより、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。

［作用］
ピストン1は体積が大きいため熱容量が大きく、ピストン1の温度は急上昇しない。またピストン1はアルミニウム合金製であるため、熱伝導率が高く冠部2においてシリンダ内の燃料ガスから受け取った熱は、ピストンリングやスカート部5からシリンダへ伝わる。そのため、ピストン1の温度上昇は緩やかである。
実施例1のピストン1は筒内噴射式の内燃機関に用いられるものである。シリンダ内に向かって噴射された燃料はシリンダ内で蒸発するが、一部はピストン1の冠部2に衝突する。ピストン1の温度が十分に高いときには、燃料が冠部2に衝突した際に、燃料はピストン1から熱を受け取り、蒸発する。しかし、前述のようにピストン1は温度上昇が緩やかであるため、内燃機関始動時等においてはピストン1の温度が低く、冠部2上に蒸発しきれない燃料が液膜として残るおそれがある。冠部2上に残った燃料は、デポジットや、排気への未燃炭化水素の混入の原因となる。
そこで実施例1では冠部2にピストン1を形成するアルミニウム合金よりも熱伝導率が低い低熱伝導部3を形成するようにした。これにより、低熱伝導部3において燃料ガスから受け取った熱は他の部分に伝達されにくく、低熱伝導部3の温度上昇を迅速にすることができる。そのため、低熱伝導部3に衝突した燃料は蒸発しやすくなる。

また実施例1では、ピストン1の冠部2に形成された凹部2aに低熱伝導部3を設けるようにした。低熱伝導部3は扁平形状を有する低熱伝導部形成材12と低熱伝導部形成材12同士を接着させるバインダ13とをから形成される。これにより、混合粉末押圧工程時には、混合粉末3aの表面側と凹部2aの底部側とでは受け取る熱量が異なるため、混合粉末3aの表面側の熱膨張量に対して混合粉末3aの底部側の熱膨膨張量が小さくなる。そのため混合粉末押圧工程後には、混合粉末3aの表面側が若干膨らんだ状態となり、低熱伝導部3は内部に空気層14を有することとなる。低熱伝導部3が内部に空気層14を有することにより、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
また実施例1では、低熱伝導部形成材12として、本体部9を形成するアルミニウム合金よりも熱伝導率が低い材料を用いることとした。これにより、低熱伝導部形成材12の断熱効果により、混合粉末押圧工程時に表面付近の混合粉末3aが受け取る熱量に対して、凹部2aの底部付近の混合粉末3aが受け取る熱量は小さくなる。そのため、混合粉末3aの表面側の熱膨張量に対して混合粉末3aの底部側の熱膨膨張量が小さくなる。よって、混合粉末押圧工程後には、混合粉末3aの表面側が若干膨らんだ状態となり、低熱伝導部3は内部に空気層14を有することとなる。低熱伝導部3が内部に空気層14を有することにより、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。

また実施例1では、低熱伝導部形成材12として、層状ケイ酸塩を用いるようにした。層状ケイ酸塩は断熱効果が高い。さらに層状ケイ酸塩は薄く剥がれ易い結晶構造を有する。よって、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
また実施例1では、低熱伝導部形成材12として、窒化ホウ素またはグラファイトまたはモリブデンを用いるようにした。窒化ホウ素、グラファイト、モリブデンも層状ケイ酸塩と同様は断熱効果が高い。さらに窒化ホウ素、グラファイト、モリブデンも薄く剥がれ易い結晶構造を有する。よって、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
また実施例1では、低熱伝導部形成材12として、その降伏応力（または耐力）が本体部9を形成するアルミニウム合金の耐力よりも小さいものを用いるようにした。これにより、混合粉末工程後の低熱伝導部形成材12の戻り量に対して、本体部9のアルミニウム合金の戻り量が大きくなり、低熱伝導部3内に空気層が形成され易くなる。よって、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。

［効果］
実施例1の効果を以下に列記する。
(1) 内燃機関のピストン1は、アルミニウム合金で形成され、冠部2と、冠部2に設けられたスカート部5と、を有する本体部9と、冠部2の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部2aと、凹部2a内に設けられ、偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材12と、複数の低熱伝導部形成材12同士を接着させるバインダ13と、を有する低熱伝導部3と、
を有するようにした。
これにより、低熱伝導部3が内部に空気層14を有し、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
(2) 低熱伝導部形成材12は、本体部9を形成するアルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料とした。
これにより、低熱伝導部3が内部に空気層14の形成が促進され、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。

(3) 低熱伝導部形成材12を層状ケイ酸塩とした。
これにより、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
(4) 低熱伝導部形成材12を、窒化ホウ素またはグラファイトまたはモリブデンとした。
これにより、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
(5) 低熱伝導部形成材12の降伏応力（または耐力）は、本体部9を形成するアルミニウム合金の耐力よりも小さくした。
これにより、混合粉末工程後の低熱伝導部形成材12の戻り量に対して、本体部9のアルミニウム合金の戻り量が大きくなり、低熱伝導部3内に空気層が形成され易くなる。よって、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
(6) 内燃機関のピストンの製造方法であって、冠部2と、冠部2に設けられたスカート部5と、冠部2の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部2aと、を有する本体部9をアルミニウム合金で形成するピストン鋳造工程（本体部形成工程）と、偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材12と、複数の低熱伝導部形成材12同士を接着させるバインダ13と、を凹部2aに充填する混紡粉末充填工程（充填工程）と、回転する円筒ツール7（ツール）で凹部2a内の低熱伝導部形成材12およびバインダ13を押圧する混合粉末押圧工程（押圧工程）と、を有する。
これにより、低熱伝導部3が内部に空気層14を有し、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。

〔実施例2〕
実施例1では、凹部2aの外径とほぼ同じ大きさの外径を有する円筒ツール7を用いて、混合粉末押圧工程を行うようにしていた。これに対し、実施例2では凹部2aの内径よりも大きい外径を有する円筒ツール7を用いて、混合粉末押圧工程を行うようにした。実施例1と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図16は混合粉末押圧工程時のピストン1の模式図である。図17は混合粉末押圧工程終了時のピストン1の模式図である。
混合粉末押圧工程では円筒ツール7により混合粉末3aを押圧しながら、円筒ツール7を回転させる。これにより、円筒ツール7と混合粉末3aとの間で摩擦熱が発生し、円筒ツール7と当接する付近のバインダ13が軟化する。軟化したバインダ13は低熱伝導部形成材12を抱え込んで一体となる。そして低熱伝導部形成材12同士を接着させる。混合粉末押圧工程時には、扁平形状をした低熱伝導部形成材12は円筒ツール7の回転方向に寝た配置に揃う（低熱伝導部形成材12の長軸が円筒ツール7の回転方向に揃う）。

円筒ツール7の外径は凹部2aの内径よりも大きいため、混合粉末押圧工程では円筒ツール7は凹部2aの外側の冠部2も押圧することとなる。冠部2を含む本体部9はアルミニウム合金製であるため、円筒ツール7と冠部2との間で発生する摩擦熱により本体部9も軟化し、混合粉末3aとともに撹拌される。混合粉末押圧工程後は、撹拌された本体部9と混合粉末3aとにより、低熱伝導部3の表面の外周部分を冠部2側から覆う撹拌部10を構成する。撹拌部10により低熱伝導部3がカシメられるため、低熱伝導部3が凹部2aから脱落することを抑制することができる。

［効果］
(7) 内燃機関のシリンダ内におけるピストン1の移動方向の直交断面における冠部2と低熱伝導部3の境界において、本体部9を形成するアルミニウム合金と低熱伝導部3とが撹拌された撹拌部10を有するようにした。
撹拌部10により低熱伝導部3がカシメられるため、低熱伝導部3が凹部2aから脱落することを抑制することができる。

〔実施例3〕
実施例1ではピストン1の低熱伝導部3の表面は露出していた。これに対し、実施例3では低熱伝導部3の表面に低熱伝導被膜11を形成するようにした。実施例1と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図18はピストン1の製造工程を示すフローチャートである。図19は被膜形成工程後のピストン1を示す断面図である。ステップS1〜ステップS6の工程は、実施例1と同じである。実施例2では、ステップS6の二次機械加工工程の後に、被膜形成工程を追加した。
ステップS7は被膜形成工程である（図19）。被膜形成工程では、低熱伝導部3の表面（外側）に低熱伝導被膜11を形成する。低熱伝導被膜11は、低熱伝導部3よりも熱伝導率が低く、かつ、比熱が低い材料により形成されている。低熱伝導被膜11の材料としては、例えばシリカが用いられる。
低熱伝導被膜11は、低熱伝導部3よりも熱伝導率および比熱が低いため、燃焼室内の温度の上下変動に対して追従性が高く、ピストン1の表面に高熱応答の断熱層を形成することができる。

［効果］
(8) 低熱伝導部3の外側に設けられ、低熱伝導部3よりも低熱伝導率でかつ低比熱の材料で形成された低熱伝導被膜11を有するようにした。
これにより、ピストン1の表面に高熱応答の断熱層を形成することができる。
(9) 低熱伝導部3の外側に低熱伝導部3よりも低熱伝導率でかつ低比熱の材料の低熱伝導被膜11を形成する皮膜形成工程（工程）を有するようにした。
これにより、ピストン1の表面に高熱応答の断熱層を形成することができる。

〔他の実施例〕
以上、本発明を実施例1〜実施例3に基づいて説明してきたが、各発明の具体的な構成は実施例1〜実施例3に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
実施例1〜実施例3では、低熱伝導部3は冠部2の中心部分に円形状に形成されていた。低熱伝導部3の形状は、燃料の噴射領域に応じて設定すれば良い。例えば、冠部2をピストンの軸方向から見たときに、冠部2の中心とほぼ同心状の環状に形成しても良い。冠部2をピストンの軸方向から見たときに、円形状または環状に形成した低熱伝導部3を冠部2に複数形成するようにしても良い。

以上説明した実施形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
内燃機関のピストンであって、
アルミニウム合金で形成され、冠部と、前記冠部に設けられたスカート部と、を有する本体部と、
前記冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部と、
前記凹部内に設けられ、偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材と、前記複数の低熱伝導部形成材同士を接着させるバインダと、を有する低熱伝導部と、
を有する。
これにより、低熱伝導部が内部に空気層を有し、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。
より好ましい態様では、上記態様において、
前記低熱伝導部形成材は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料である。
これにより、低熱伝導部が内部に空気層の形成が促進され、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。

別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成材は、層状ケイ酸塩である。
これにより、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成材は、窒化ホウ素またはグラファイトまたはモリブデンである。
これにより、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
内燃機関のシリンダ内におけるピストンの移動方向の直交断面における前記冠部と前記低熱伝導部の境界において前記本体部を形成する前記アルミニウム合金と前記低熱伝導部とが撹拌された撹拌部を有する。
これにより、撹拌部により低熱伝導部がカシメられるため、低熱伝導部が凹部から脱落することを抑制することができる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成材の降伏応力は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金の降伏応力よりも小さい。
これにより、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。

さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部の外側に設けられ、前記低熱伝導部よりも低熱伝導率でかつ低比熱の材料で形成された低熱伝導被膜を有する。
これにより、ピストンの表面に高熱応答の断熱層を形成することができる。
また他の観点から、
内燃機関のピストンの製造方法であって、
冠部と、前記冠部に設けられたスカート部と、前記冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部と、を有する本体部をアルミニウム合金で形成する本体部形成工程と、
偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材と、前記複数の低熱伝導部形成材同士を接着させるバインダと、を前記凹部に充填する充填工程と、
回転するツールで前記凹部内の前記低熱伝導部形成材および前記バインダを押圧する押圧工程と、
を有する。
これにより、低熱伝導部が内部に空気層を有し、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。

より好ましい態様では、上記態様において、
前記低熱伝導部形成材は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料である。
これにより、低熱伝導部が内部に空気層の形成が促進され、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成材は、層状ケイ酸塩である。
これにより、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成材は、窒化ホウ素またはグラファイトまたはモリブデンである。
これにより、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。

さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記押圧工程は、前記凹部の直径よりも直径の大きい前記ツールで行われる。
これにより、撹拌部により低熱伝導部がカシメられるため、低熱伝導部が凹部から脱落することを抑制することができる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成材の降伏応力は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金の降伏応力よりも小さい。
これにより、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部の外側に前記低熱伝導部よりも低熱伝導率でかつ低比熱の材料の低熱伝導被膜を形成する工程を有する。
これにより、ピストンの表面に高熱応答の断熱層を形成することができる。

1 ピストン
2 冠部
2a 凹部
3 低熱伝導部
5 スカート部
7 円筒ツール（ツール）
9 本体部
10 撹拌部
11 低熱伝導被膜
12 低熱伝導部形成材
13 バインダ

Claims (10)

1. 内燃機関のピストンであって、
   アルミニウム合金で形成され、冠部と、前記冠部に設けられたスカート部と、を有する本体部と、
   前記冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部と、
   前記凹部内に設けられ、偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材と、前記複数の低熱伝導部形成材同士を接着させるバインダと、を有する低熱伝導部と、
   を有することを特徴とするピストン。
2. 請求項1に記載のピストンにおいて、
   前記低熱伝導部形成材は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料であることを特徴とするピストン。
3. 請求項2に記載のピストンにおいて、
   前記低熱伝導部形成材は、層状ケイ酸塩であることを特徴とするピストン。
4. 請求項1に記載のピストンにおいて、
   内燃機関のシリンダ内におけるピストンの移動方向の直交断面における前記冠部と前記低熱伝導部の境界において前記本体部を形成する前記アルミニウム合金と前記低熱伝導部とが撹拌された撹拌部を有することを特徴とするピストン。
5. 請求項1に記載のピストンにおいて、
   前記低熱伝導部形成材の降伏応力は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金の降伏応力よりも小さいことを特徴とするピストン。
6. 請求項1に記載のピストンにおいて、
   前記低熱伝導部の外側に設けられ、前記低熱伝導部よりも低熱伝導率でかつ低比熱の材料で形成された低熱伝導被膜を有することを特徴とするピストン。
7. 内燃機関のピストンの製造方法であって、
   冠部と、前記冠部に設けられたスカート部と、前記冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部と、を有する本体部をアルミニウム合金で形成する本体部形成工程と、
   偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材と、前記複数の低熱伝導部形成材同士を接着させるバインダと、を前記凹部に充填する充填工程と、
   回転するツールで前記凹部内の前記低熱伝導部形成材および前記バインダを押圧する押圧工程と、
   を有することを特徴とするピストンの製造方法。
8. 請求項7に記載のピストンの製造方法において、
   前記低熱伝導部形成材は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料であることを特徴とするピストンの製造方法。
9. 請求項8に記載のピストンの製造方法において、
   前記低熱伝導部形成材は、層状ケイ酸塩であることを特徴とするピストンの製造方法。
10. 請求項7に記載のピストンの製造方法において、
    前記押圧工程は、前記凹部の直径よりも直径の大きい前記ツールで行われることを特徴とするピストンの製造方法。

Images