JP2019044735A - Piston of internal combustion engine, film thickness measurement method for piston of internal combustion engine, and manufacturing method for piston of internal combustion engine - Google Patents

Piston of internal combustion engine, film thickness measurement method for piston of internal combustion engine, and manufacturing method for piston of internal combustion engine Download PDF

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Abstract

To provide a piston of an internal combustion engine where a film having thermal properties different from those of a piston body part is provided on a crestal plane on a combustion chamber side, and which can easily measure a thickness of a film.SOLUTION: A piston comprises a piston body part and a film. The film has a film body part and a recess part for film thickness measurement. The recess part for film thickness measurement is opened toward a combustion chamber, and has a bottom part, an opening edge part, and a peripheral wall part between the bottom part and the opening edge part. At least a part of the opening edge part and peripheral wall part is composed of the film body part. The bottom part has a reference surface for film thickness measurement in at least a part of which the film body part does not exist.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、内燃機関のピストンに関する。   The present invention relates to a piston for an internal combustion engine.

従来、熱的性質がピストン本体部と異なる膜を燃焼室側の冠面に有する内燃機関のピストンが知られている(例えば特許文献1)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a piston for an internal combustion engine having a film having a thermal property different from that of a piston main body on the combustion chamber is known (for example, Patent Document 1).

特開2015−222060号公報JP 2015-2222060 A

従来のピストンでは、膜の厚さを測定することが容易でなかった。   With a conventional piston, it was not easy to measure the thickness of the membrane.

本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストンは、好ましくは、膜が膜本体部及び膜厚測定用凹部を有する。膜厚測定用凹部は、燃焼室に向かって開口しており、底部、開口縁部、及び底部と開口縁部との間の周壁部を有する。開口縁部及び周壁部の少なくとも一部は膜本体部からなる。底部は、少なくとも一部に膜本体部が存在しない膜厚測定用基準面を有する。   In the piston of the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention, preferably, the membrane has a membrane main body portion and a thickness measurement concave portion. The film thickness measurement recess is open toward the combustion chamber and has a bottom, an opening edge, and a peripheral wall between the bottom and the opening edge. At least a part of the opening edge portion and the peripheral wall portion is formed of a membrane main body portion. The bottom portion has a film thickness measurement reference surface in which at least a part of the film main body does not exist.

膜厚測定用基準面を用いて膜の厚さを容易に測定することができる。   The thickness of the film can be easily measured using the reference surface for film thickness measurement.

第1実施形態のピストンを冠面の側から見た斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of the piston according to the first embodiment viewed from the crown surface side. 第1実施形態のピストンを、ピストンの軸線(及び膜厚測定用凹部の軸)を含む平面で切った断面を示す。FIG. 3 shows a cross section of the piston of the first embodiment cut along a plane including the axis of the piston (and the axis of the film thickness measuring recess). FIG. 第1実施形態の膜厚測定用凹部を含む膜の部分の断面を模式的に示す。FIG. 3 schematically shows a cross section of a film portion including a film thickness measurement recess according to the first embodiment. 第1実施形態の鋳造工程で形成されたピストン本体部の原型の、図1と同様の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view similar to FIG. 1 of a prototype of a piston main body formed in the casting process of the first embodiment. 図4のピストン本体部の原型の、図2と同様の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view similar to FIG. 2 of the prototype of the piston main body portion of FIG. 第1実施形態の焼結体形成工程で焼結材料が設置されたピストンの原型の、図1と同様の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view similar to FIG. 1 of a prototype of a piston on which a sintered material is installed in the sintered body forming step of the first embodiment. 図6のピストンの原型の、図2と同様の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view similar to FIG. 2 of the prototype of the piston of FIG. 第1実施形態の焼結工程を、ピストンの原型の断面を用いて模式的に示す。The sintering process of the first embodiment is schematically shown using a cross section of a prototype of a piston. 第1実施形態の焼結工程で形成されたピストンの原型の、図1と同様の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view similar to FIG. 1 of a prototype of a piston formed in the sintering process of the first embodiment. 図9のピストンの原型の、図2と同様の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view similar to FIG. 2 of the prototype of the piston of FIG. 第3実施形態のピストンの、図1と同様の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view similar to FIG. 1 of a piston according to a third embodiment. 第3実施形態のピストンの、図2と同様の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view similar to FIG. 2 of a piston according to a third embodiment. 第4実施形態のピストンの、図1と同様の斜視図である。FIG. 9 is a perspective view similar to FIG. 1 of a piston according to a fourth embodiment. 第4実施形態のピストンの、図2と同様の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view similar to FIG. 2 of a piston according to a fourth embodiment. 第5実施形態の、図3と同様の断面模式図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view similar to FIG. 3 of a fifth embodiment.

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
まず、構成を説明する。本実施形態のピストン1は、内燃機関(エンジン)のシリンダの内部に、往復移動可能に収容される。エンジンは、4ストローク・ガソリンエンジンである。図1及び図2に示すように、ピストン1は、ピストン本体部2及び膜3を有する。ピストン本体部2は、アルミニウム合金(例えばAl-Si系のAC8A)を材料(素材)として各部が一体に形成されている。なお、ピストン本体部2の主材料は鉄等でもよい。ピストン1(ピストン本体部2)は、有底筒状であり、ピストンヘッド4と、ピストンピンボス部(エプロン部)5と、スカート部(ピストンスカート)6とを有する。ピストン本体部2は、軽量化等のため、アルミニウム合金を材料(素材)として形成される。以下、ピストン1がシリンダの内部で移動する方向を軸方向という。軸方向でピストンピンボス部5やスカート部6に対しピストンヘッド4の側を一方側といい、その反対側を他方側という。
[First embodiment]
First, the configuration will be described. The piston 1 of this embodiment is accommodated in a cylinder of an internal combustion engine (engine) so as to be able to reciprocate. The engine is a 4-stroke gasoline engine. As shown in FIGS. 1 and 2, the piston 1 has a piston body 2 and a membrane 3. Each part of the piston main body 2 is integrally formed of an aluminum alloy (for example, Al-Si AC8A) as a material (raw material). The main material of the piston main body 2 may be iron or the like. The piston 1 (piston body 2) has a bottomed cylindrical shape, and includes a piston head 4, a piston pin boss (apron) 5, and a skirt (piston skirt) 6. The piston main body 2 is formed using an aluminum alloy as a material (raw material) for weight reduction or the like. Hereinafter, the direction in which the piston 1 moves inside the cylinder is referred to as the axial direction. In the axial direction, the piston head 4 side with respect to the piston pin boss part 5 and the skirt part 6 is called one side, and the opposite side is called the other side.

ピストンヘッド4は、冠部40とランド部41を有する。冠部40は、ピストンヘッド4の軸方向一方側にあり、冠面(頂面)400を有する。冠面400は、冠部40の軸方向一方側にあり、軸方向に対し直交して広がる平面状であって、軸方向一方側からみて略円形の輪郭を有する。冠面400の中心を通り軸方向に延びる直線を、以下、ピストン1の軸線10という。冠面400は、シリンダヘッドとの間に、燃焼室を画する。冠面400は、ピストンヘッド4のうち燃焼室側(燃焼室に臨む側)の面であり、燃焼室の内部の燃焼ガスに直接暴露される。冠部40には凹部401がある。凹部401は、冠部40の軸方向一方側に開口する有底円筒状(底面が平面である浅皿状)であり、底部402、開口縁部、及び周壁部403を有する。底部402は、軸方向に対し直交して広がる(軸線10に対し直交する平面と実質的に平行な)平面状であり、軸方向一方側からみて略円形の輪郭を有する。周壁部403は、底部402と開口縁部との間を軸方向に延びる。凹部401は、冠部40の略中央にある。凹部401の軸線はピストン1の軸線10と実質的に(製造誤差の範囲内で)一致する。   The piston head 4 has a crown portion 40 and a land portion 41. The crown portion 40 is on one side in the axial direction of the piston head 4 and has a crown surface (top surface) 400. The crown surface 400 is on the one side in the axial direction of the crown portion 40, has a planar shape extending perpendicularly to the axial direction, and has a substantially circular outline when viewed from one side in the axial direction. The straight line extending in the axial direction through the center of the crown surface 400 is hereinafter referred to as the axis 10 of the piston 1. The crown surface 400 defines a combustion chamber with the cylinder head. The crown surface 400 is the surface of the piston head 4 on the combustion chamber side (the side facing the combustion chamber), and is directly exposed to the combustion gas inside the combustion chamber. The crown 40 has a recess 401. The recess 401 has a bottomed cylindrical shape (shallow dish shape whose bottom is a flat surface) that opens on one axial side of the crown 40, and includes a bottom 402, an opening edge, and a peripheral wall 403. The bottom 402 has a planar shape that extends perpendicular to the axial direction (substantially parallel to a plane perpendicular to the axis 10), and has a substantially circular outline when viewed from one side in the axial direction. The peripheral wall portion 403 extends in the axial direction between the bottom portion 402 and the opening edge portion. The recess 401 is in the approximate center of the crown 40. The axis of the recess 401 substantially coincides with the axis 10 of the piston 1 (within manufacturing error).

ランド部41は冠部40の外周側から軸方向他方側に延びる。ランド部41の外周には、環状のピストンリング溝410が3つある。各溝410にはピストンリングが設置される。ランド部41の内部には、環状の通路411がある。通路411は、ピストン1の周方向に延び、軸方向から見て凹部401の外周側に重なる。通路411は、軸方向で(軸線10と直交する方向から見て)、各溝410が形成された領域の少なくとも一部と重なる。通路411には、例えばオイルジェットから噴射されたオイルが流通する。このオイルの流通によりピストンヘッド4(ランド部41)が冷却されうる。   The land portion 41 extends from the outer peripheral side of the crown portion 40 to the other side in the axial direction. On the outer periphery of the land portion 41, there are three annular piston ring grooves 410. A piston ring is installed in each groove 410. Inside the land portion 41 is an annular passage 411. The passage 411 extends in the circumferential direction of the piston 1 and overlaps the outer peripheral side of the recess 401 when viewed from the axial direction. The passage 411 overlaps at least a part of the region in which each groove 410 is formed in the axial direction (viewed from a direction orthogonal to the axis 10). In the passage 411, for example, oil injected from an oil jet flows. The piston head 4 (land portion 41) can be cooled by this oil flow.

ピストンピンボス部5及びスカート部6は、ピストンヘッド4(ランド部41)から軸方向他方側に延び、ピストンヘッド4に対し燃焼室の反対側にある。スカート部6及びピストンピンボス部5の内周側は中空である。ピストンピンボス部5は、ピストン1の軸線10に対する径方向の両側に一対ある。各ピストンピンボス部5はピンボス50を有する。各ピンボス50はピストンピン孔51を有する。ピストンピン孔51は、ピンボス50を貫通してピストン1の上記径方向に延びる。各ピストンピン孔51にはピストンピンの端部が挿入され嵌まる。ピストン1は、ピストンピンを介してコンロッドの小端部に連結される。コンロッドの大端部はクランクシャフトに連結される。スカート部6は、ピストン1の上記径方向両側に一対ある。スカート部6は、軸線10の周り方向(周方向)で両ピストンピンボス部5,5に挟まれる。スカート部6の周方向両側はピストンピンボス部5に接続する。スカート部6はシリンダの内壁に対し摺動する。   The piston pin boss portion 5 and the skirt portion 6 extend from the piston head 4 (land portion 41) to the other side in the axial direction, and are on the opposite side of the combustion chamber with respect to the piston head 4. The inner peripheral side of the skirt portion 6 and the piston pin boss portion 5 is hollow. A pair of piston pin bosses 5 is provided on both sides in the radial direction with respect to the axis 10 of the piston 1. Each piston pin boss portion 5 has a pin boss 50. Each pin boss 50 has a piston pin hole 51. The piston pin hole 51 extends through the pin boss 50 in the radial direction of the piston 1. In each piston pin hole 51, the end of the piston pin is inserted and fitted. The piston 1 is connected to the small end of the connecting rod via a piston pin. The large end of the connecting rod is connected to the crankshaft. A pair of skirt portions 6 are provided on both sides of the piston 1 in the radial direction. The skirt portion 6 is sandwiched between the piston pin boss portions 5 and 5 in the direction around the axis 10 (circumferential direction). Both sides of the skirt 6 in the circumferential direction are connected to the piston pin boss 5. The skirt portion 6 slides against the inner wall of the cylinder.

膜3は、燃焼室からピストン本体部2への熱伝導性を低下させるための構造体である。膜3は凹部401に収容される。凹部401は膜保持部として機能する。膜3の軸方向一方側は冠面400の一部として燃焼室に面する。膜3の軸方向他方側は凹部401の底部402に接する。膜3の外周は凹部401の周壁部403に接する。膜3の厚さ(凹部401の深さ)は例えば0.1〜0.2mmである。膜3は、膜本体部30及び凹部(膜厚測定用凹部)31を有する。   The membrane 3 is a structure for reducing the thermal conductivity from the combustion chamber to the piston body 2. The film 3 is accommodated in the recess 401. The recess 401 functions as a film holding unit. One axial side of the membrane 3 faces the combustion chamber as part of the crown surface 400. The other axial side of the film 3 is in contact with the bottom 402 of the recess 401. The outer periphery of the film 3 is in contact with the peripheral wall 403 of the recess 401. The thickness of the film 3 (depth of the recess 401) is, for example, 0.1 to 0.2 mm. The film 3 has a film body 30 and a recess (film thickness measurement recess) 31.

図3に示すように、膜本体部30は、バインダー300及び中空粒子301を含む。バインダー300は金属であり、アルミニウムを含む。アルミニウムは、純アルミニウムでもアルミニウム合金でもよい。中空粒子301は、ピストン本体部2の金属よりも熱伝導率が低い材料(低熱伝導性材料)である。中空粒子301は、金属又はセラミックスから形成された球状の外殻を有しており、その最大外形寸法は例えば数十μmである。外殻の内部に空隙がある。外殻の材料となる金属として、例えばチタン、チタン合金、ステンレス鋼等を用いることができる。外殻の材料となるセラミックスとして、例えばアルミナ、シリカ、アルミナとシリカの複合材等を用いることができる。中空粒子301は膜本体部30の内部に複数分散している。なお、平均粒径等の異なる2種以上の中空粒子を用いてもよい。膜本体部30は焼結体である。膜本体部30の内部には、バインダー300同士の間、又はバインダー300と中空粒子301との間に、焼結による複数の空隙302がある。   As shown in FIG. 3, the membrane main body 30 includes a binder 300 and hollow particles 301. The binder 300 is a metal and includes aluminum. Aluminum may be pure aluminum or an aluminum alloy. The hollow particle 301 is a material (low thermal conductivity material) having a lower thermal conductivity than the metal of the piston body 2. The hollow particle 301 has a spherical outer shell formed of metal or ceramics, and its maximum outer dimension is, for example, several tens of μm. There is a void inside the outer shell. For example, titanium, a titanium alloy, stainless steel, or the like can be used as a metal that is a material of the outer shell. For example, alumina, silica, a composite material of alumina and silica, or the like can be used as the ceramic material for the outer shell. A plurality of hollow particles 301 are dispersed inside the membrane body 30. Two or more kinds of hollow particles having different average particle diameters may be used. The film main body 30 is a sintered body. Inside the membrane body 30, there are a plurality of voids 302 formed by sintering between the binders 300 or between the binder 300 and the hollow particles 301.

凹部31は、有底円筒状(底面が平面である浅皿状)であり、燃焼室に向かって開口する。凹部31は、底部310、開口縁部311、及び周壁部312を有する。底部310は、軸方向に対し直交して広がる(軸線10に対し直交する平面と実質的に平行な)平面状であり、軸方向一方側からみて略円形の輪郭を有する。底部310は、凹部401の底部402の一部である。底部310には膜本体部30が存在せず(接せず)、膜本体部30が底部310を覆わない。凹部401の底部402の一部が、底部310として、燃焼室側に露出する。開口縁部311は、軸方向一方側からみて略円形の輪郭を有する。開口縁部311の全部(全周)は、膜本体部30からなる。周壁部312は、底部310と開口縁部311との間の壁部であり、軸方向に延びる円筒状の内周面を有する。周壁部312の全部(全周)は、膜本体部30からなる。ピストン1の径方向で、凹部31は、膜本体部30(凹部401)の中央から若干ずれた位置にあり、凹部31の軸線は軸線10に対しずれている。凹部31の周壁部312の一部が軸線10と重なる。   The recess 31 has a bottomed cylindrical shape (a shallow dish shape with a flat bottom surface) and opens toward the combustion chamber. The recess 31 has a bottom portion 310, an opening edge portion 311, and a peripheral wall portion 312. The bottom portion 310 has a planar shape extending orthogonally to the axial direction (substantially parallel to a plane orthogonal to the axis 10), and has a substantially circular outline when viewed from one side in the axial direction. The bottom part 310 is a part of the bottom part 402 of the recess 401. The bottom 310 does not have (but does not contact with) the membrane main body 30, and the membrane main body 30 does not cover the bottom 310. A part of the bottom 402 of the recess 401 is exposed as a bottom 310 to the combustion chamber side. The opening edge 311 has a substantially circular outline when viewed from one axial side. The entire opening edge 311 (entire circumference) is composed of the membrane main body 30. The peripheral wall portion 312 is a wall portion between the bottom portion 310 and the opening edge portion 311 and has a cylindrical inner peripheral surface extending in the axial direction. The entire peripheral wall portion 312 (entire circumference) is composed of the membrane body portion 30. In the radial direction of the piston 1, the concave portion 31 is slightly displaced from the center of the membrane main body portion 30 (concave portion 401), and the axis of the concave portion 31 is offset from the axis 10. A part of the peripheral wall 312 of the recess 31 overlaps the axis 10.

以下、図4〜10を用いてピストン1の製造工程について説明する。製造工程は、鋳造工程、第1機械加工工程、焼結体形成工程、熱処理工程、第2機械加工工程、及び膜厚測定工程を含む。   Hereinafter, the manufacturing process of the piston 1 will be described with reference to FIGS. The manufacturing process includes a casting process, a first machining process, a sintered body forming process, a heat treatment process, a second machining process, and a film thickness measurement process.

鋳造工程で、ピストン本体部2の原型(中間加工材)を鋳造する。具体的には、母材金属としてのアルミニウム合金の溶湯を金型に流し込み、凝固させる。このとき、ピストン本体部2の内周や通路411の一部が形成される。   In the casting process, the prototype (intermediate workpiece) of the piston body 2 is cast. Specifically, a molten aluminum alloy as a base metal is poured into a mold and solidified. At this time, the inner periphery of the piston main body 2 and a part of the passage 411 are formed.

第1機械加工工程で、図4及び図5に示すようなピストン本体部2の原型2Aを、旋盤等を用いて機械加工により形成する。原型2Aは、凹部401の原型401Aを有する。機械加工によって、表面粗さ、例えば算術平均粗さRaの値が小さくなるように、原型401Aの底部402を仕上げる(底面を表面処理する)。なお、鋳造工程で凹部401の原型401Aを形成し、第1機械加工工程で原型401Aの底部402を仕上げ加工してもよい。   In the first machining step, a prototype 2A of the piston body 2 as shown in FIGS. 4 and 5 is formed by machining using a lathe or the like. The prototype 2A has a prototype 401A of the recess 401. By machining, the bottom portion 402 of the original 401A is finished (surface treatment is performed on the bottom surface) so that the surface roughness, for example, the value of the arithmetic average roughness Ra becomes small. Note that the master 401A of the recess 401 may be formed in the casting process, and the bottom 402 of the master 401A may be finished in the first machining process.

焼結体形成工程で、図9及び図10に示すようなピストン1の原型1Bを形成する。原型1Bは、凹部401の原型401Aの内部に、焼結体として形成された膜3の原型3Bを有する。焼結体形成工程は、材料準備工程と、材料設置工程と、焼結工程とを含む。   In the sintered body forming step, a prototype 1B of the piston 1 as shown in FIGS. 9 and 10 is formed. The prototype 1B has a prototype 3B of the film 3 formed as a sintered body inside the prototype 401A of the recess 401. The sintered body forming process includes a material preparation process, a material installation process, and a sintering process.

材料準備工程で、焼結体としての膜3を形成するための材料(以下、形成材料303という。)を準備する。形成材料303は、バインダー300としての金属粉末(アルミニウム粉)と中空粒子301とが所定の(重量又は体積)比率で混ぜ合わされたものである。   In the material preparation step, a material for forming the film 3 as a sintered body (hereinafter referred to as a forming material 303) is prepared. The forming material 303 is obtained by mixing metal powder (aluminum powder) as the binder 300 and hollow particles 301 in a predetermined (weight or volume) ratio.

材料設置工程で、図6及び図7に示すように、形成材料303を、ピストン本体部2の原型2Aにおける凹部401の原型401Aに充填する。具体的には、原型401Aの上端部(開口縁部)まで形成材料を入れる。なお、原型401Aのどの位置まで形成材料303を入れるかは任意である。また、原型401Aに金属粉末と中空粒子301とを別々に入れた後、原型401Aの内部でこれらを混ぜ合わせてもよい。   In the material installation step, as shown in FIGS. 6 and 7, the forming material 303 is filled into the prototype 401A of the concave portion 401 in the prototype 2A of the piston main body 2. Specifically, the forming material is put up to the upper end (opening edge) of the prototype 401A. Note that it is arbitrary to which position of the original 401A the forming material 303 is put. Further, after the metal powder and the hollow particles 301 are separately put into the prototype 401A, they may be mixed inside the prototype 401A.

焼結工程で、充填された形成材料303(具体的にはそのうちのアルミニウム粉)を焼結する。本実施形態では、放電プラズマ焼結法を利用し、機械的な加圧とパルス通電加熱とによって焼結を行う。準備工程として、図8に示すように、ピストン本体部2の原型2Aの軸方向両側に炭素電極81,82をそれぞれ配置する。軸方向一方側の電極81は突出部810を有する。突出部810は、電極81の端面の一部から軸方向に突出する円柱状である。形成材料303の内部であって膜3の凹部31となることが予定されている位置に、円柱状の絶縁体83を、軸方向に延びるように設置する。絶縁体83の軸方向一方側の端面は突出部810の端面に対向し、絶縁体83の軸方向他方側の端面は凹部401の原型401Aの底部402に接する。この状態で、形成材料303に電極81の端面を接触させ、ピストン本体部2の原型2Aの軸方向他方側に電極82を接触させる。そして、形成材料303を加圧しつつ、電源80からパルス電圧(電流)を印加する。通電による各アルミニウム粉の発熱や粒子間に発生する放電プラズマエネルギー等により、形成材料が焼結される。図9及び図10に示すように、当初の形成材料303よりも体積が減少した焼結体としての膜3の原型3Bが、凹部401の原型401Aの内部に形成される。   In the sintering step, the filled forming material 303 (specifically, aluminum powder among them) is sintered. In this embodiment, the discharge plasma sintering method is used, and sintering is performed by mechanical pressurization and pulse current heating. As a preparation step, as shown in FIG. 8, carbon electrodes 81 and 82 are respectively arranged on both sides in the axial direction of the prototype 2A of the piston main body 2. The electrode 81 on one axial side has a protrusion 810. The protruding portion 810 has a cylindrical shape protruding in the axial direction from a part of the end face of the electrode 81. A columnar insulator 83 is installed so as to extend in the axial direction at a position inside the forming material 303 where the concave portion 31 of the film 3 is planned. The end surface on one side in the axial direction of the insulator 83 faces the end surface of the protruding portion 810, and the end surface on the other side in the axial direction of the insulator 83 is in contact with the bottom portion 402 of the prototype 401A of the recess 401. In this state, the end surface of the electrode 81 is brought into contact with the forming material 303, and the electrode 82 is brought into contact with the other axial side of the prototype 2A of the piston main body 2. Then, a pulse voltage (current) is applied from the power supply 80 while pressurizing the forming material 303. The forming material is sintered by heat generation of each aluminum powder by energization, discharge plasma energy generated between the particles, and the like. As shown in FIG. 9 and FIG. 10, a prototype 3B of the film 3 as a sintered body whose volume is smaller than that of the original forming material 303 is formed inside the prototype 401A of the recess 401.

原型3Bにおいて、絶縁体83及び突出部810が取り除かれた後の空隙が、膜3の凹部31の原型31Bとなる。凹部401の原型401Aにおける底部402の一部が、凹部31の底部310として露出する。このように、形成材料303を用いて膜本体部30の原型が焼結により形成されるとき、同時に(共通する工程で)、凹部31の原型31Bが形成されるため、製造工程の簡素化を図ることができる。電極81や絶縁体83の形状を凹部31に対応させることで、容易に凹部31(原型31B)を形成することができる。なお、突出部810は導電体(電極)でなく絶縁体であってもよい。また、絶縁体83の代わりに、突出部810が進入可能な(導電性又は絶縁性の)円筒部材を軸方向に延びるように設置し、円筒部材の内周側であって原型401Aの底部402と突出部810の端面との間の空隙を絶縁体として機能させてもよい。この場合、円筒部材が取り除かれた後の空隙が、凹部31の原型31Bとなる。   In the prototype 3B, the gap after the insulator 83 and the protruding portion 810 are removed becomes the prototype 31B of the recess 31 of the film 3. A part of the bottom 402 of the original 401A of the recess 401 is exposed as the bottom 310 of the recess 31. Thus, when the prototype of the film body 30 is formed by sintering using the forming material 303, the prototype 31B of the recess 31 is formed at the same time (in a common process), thus simplifying the manufacturing process. You can plan. By making the shape of the electrode 81 and the insulator 83 correspond to the recess 31, the recess 31 (original 31B) can be easily formed. Note that the protruding portion 810 may be an insulator instead of a conductor (electrode). Further, instead of the insulator 83, a cylindrical member (conductive or insulating) into which the protruding portion 810 can enter is installed so as to extend in the axial direction, and is located on the inner peripheral side of the cylindrical member and at the bottom 402 of the prototype 401A. And the gap between the end face of the protruding portion 810 may function as an insulator. In this case, the gap after the cylindrical member is removed becomes the prototype 31B of the recess 31.

熱処理工程で、ピストン1の原型1Bに熱処理を施す。これにより、原型1B(ピストン本体部2の原型2A)の性質を改善して適当な強度・硬さに調整する。なお、熱処理工程を、焼結体形成工程の前に行ってもよいし、第2機械加工工程の後に行ってもよい。   In the heat treatment step, heat treatment is performed on the prototype 1B of the piston 1. As a result, the properties of the prototype 1B (prototype 2A of the piston body 2) are improved and adjusted to appropriate strength and hardness. Note that the heat treatment step may be performed before the sintered body forming step or after the second machining step.

第2機械加工工程で、熱処理されたピストン1の原型1Bを旋盤等により機械加工し、図1及び図2に示すようなピストン1を形成する。ピストンヘッド4の軸方向一方側(燃焼室に臨む側)を切削加工し、冠面400を形成する。ピストンヘッド4の軸方向一方側の表面の全部は、機械加工される。ピストンヘッド4の(径方向外側の)一部と共に膜3の原型3Bの(表面側の)一部を切削加工することで、膜3を形成しつつ、膜3を含む冠面400を平面状に仕上げる。絶縁体83等が取り除かれた後の上記空隙(原型31B)の一部が残ることで、膜3に凹部31が形成される。その他、ピストンピン孔51やピストンリング溝410を加工するとともに、ピストンヘッド4やスカート部6の外周等、ピストン本体部2の外径を仕上げる。   In the second machining step, the prototype 1B of the heat-treated piston 1 is machined with a lathe or the like to form the piston 1 as shown in FIGS. A crown surface 400 is formed by cutting one axial side of the piston head 4 (the side facing the combustion chamber). The entire surface of one side of the piston head 4 in the axial direction is machined. By cutting a part (on the surface side) of the prototype 3B of the membrane 3 together with a part (outside in the radial direction) of the piston head 4, the crown surface 400 including the membrane 3 is planar while forming the membrane 3 Finish. A recess 31 is formed in the film 3 by leaving a part of the gap (original 31B) after the insulator 83 and the like are removed. In addition, the piston pin hole 51 and the piston ring groove 410 are processed, and the outer diameter of the piston main body 2 such as the outer periphery of the piston head 4 and the skirt 6 is finished.

以上のように、焼結体形成工程と第2機械加工工程は、膜3を形成するための膜形成工程として機能する。なお、形成された膜3の軸方向一方側の表面に陽極酸化処理を施してもよい。この場合、膜本体部30の強度が向上すると共に、バインダー300が酸化することで膜本体部30の熱伝導率が低下する。多孔質の陽極酸化皮膜が形成されるため、膜本体部30の熱伝導率が更に低下する。なお、陽極酸化皮膜の表面に封孔処理を施すことが好ましい。   As described above, the sintered body forming process and the second machining process function as a film forming process for forming the film 3. An anodizing treatment may be applied to the surface on one side in the axial direction of the formed film 3. In this case, the strength of the film main body 30 is improved, and the thermal conductivity of the film main body 30 is reduced by oxidizing the binder 300. Since the porous anodic oxide film is formed, the thermal conductivity of the film body 30 is further reduced. In addition, it is preferable to perform a sealing treatment on the surface of the anodized film.

膜厚測定工程は、形成された膜3(膜本体部30)の厚さを測定する。本実施形態の測定方法は接触式であり、膜厚測定機器として、例えば接触式表面粗さ計を用いる。図3において、一点鎖線の矢印で、表面粗さ計の触針(接触子)9の移動を示す。横方向に(軸線10に直交する平面に沿って)凹部31を経由して移動させた接触子9の上下方向(軸方向)の運動を電気的に検出し、その電気信号を処理することで、膜3の厚さを測定可能である。膜厚測定工程は、第1工程、第2工程、及び第3工程に分けて考えることができる。第1工程は、接触子9を、膜3の凹部31における底部310の表面に接触させる。これは、底部310の表面の位置を測定することに相当する。第2工程は、膜本体部30の軸方向一方側(燃焼室側)の表面に接触子9を接触させる。これは、膜本体部30の上記表面の位置を測定することに相当する。第3工程は、第1工程及び第2工程で検出された電気信号に基づき、接触子9の上下方向の変位量を算出する。これは、第1工程と第2工程の測定結果に基づき膜3の厚さを演算することに相当する。その後、測定された膜厚が所定の上限値と下限値との間(所定の範囲内)であるか否かを判定し、所定範囲内であれば合格とする。なお、第1工程と第2工程の先後は逆でもよい。実際に、第2工程の測定結果から第1工程の測定結果を減ずることで膜3の厚さを演算する処理を行ってもよい。   In the film thickness measurement step, the thickness of the formed film 3 (film body 30) is measured. The measurement method of the present embodiment is a contact type, and a contact type surface roughness meter is used as a film thickness measuring instrument, for example. In FIG. 3, the movement of the stylus (contactor) 9 of the surface roughness meter is indicated by a dashed-dotted arrow. By electrically detecting the vertical movement (axial direction) of the contact 9 moved in the lateral direction (along the plane perpendicular to the axis 10) via the recess 31, and processing the electrical signal The thickness of the film 3 can be measured. The film thickness measurement process can be divided into a first process, a second process, and a third process. In the first step, the contact 9 is brought into contact with the surface of the bottom 310 in the recess 31 of the film 3. This corresponds to measuring the position of the surface of the bottom 310. In the second step, the contact 9 is brought into contact with the surface of the membrane main body 30 on one axial side (combustion chamber side). This corresponds to measuring the position of the surface of the membrane body 30. In the third step, the amount of vertical displacement of the contactor 9 is calculated based on the electrical signals detected in the first step and the second step. This corresponds to calculating the thickness of the film 3 based on the measurement results of the first step and the second step. Thereafter, it is determined whether or not the measured film thickness is between a predetermined upper limit value and a lower limit value (within a predetermined range). Note that the first and second steps may be reversed. Actually, the process of calculating the thickness of the film 3 may be performed by subtracting the measurement result of the first step from the measurement result of the second step.

このように、凹部31は、膜厚測定用の凹部として機能する。底部310の表面は、膜厚測定用の基準面として機能する。なお、膜厚測定工程を、ピストン1の製造工程に限らず、ピストン1の使用後の検査工程等において実行してもよい。   Thus, the recess 31 functions as a recess for measuring the film thickness. The surface of the bottom portion 310 functions as a reference surface for measuring the film thickness. Note that the film thickness measurement process is not limited to the manufacturing process of the piston 1, but may be performed in an inspection process after use of the piston 1.

次に、作用効果を説明する。膜3は、熱的性質がピストン本体部2と異なる機能層であり、燃焼室とピストン本体部2との間にあって、低熱伝導皮膜(断熱層)として機能する。よって、エンジンの熱効率や排ガス特性の向上を図ることができる。すなわち、膜本体部30は、その素材の熱的性質によるほか、中空粒子301の内部の空隙及び空隙302によって、ピストン本体部2よりも熱伝導率が低い。よって、燃焼室の内部のガスからピストンヘッド4(ピストン本体部2)への熱伝達が低下するため、その分、ガスの燃焼効率が向上する。また、膜3により冠面400が高温状態に維持されるため、冠面400に付着した燃料が速やかに気化・燃焼する。なお、膜3は、ピストン本体部2よりも(単位体積当りの)熱容量が低くてもよい。この場合、燃焼室内のガス温度に対する冠面400の温度の追従性が向上するため、燃料の異常燃焼(ノッキング)を抑制できる。また、膜3は、冠面400の一部に局在してもよい。これにより冠面400の温度の過度な上昇を抑制し、断熱性の向上とノッキングの抑制とを両立させることができる。例えば、ピストン1が筒内直噴式のエンジンに適用される場合、膜3は、冠面400における燃料の噴射領域に対応した箇所(燃料が衝突・爆発し、温度や圧力が最も高くなる部位及びその周辺)に局在してもよい。   Next, the function and effect will be described. The membrane 3 is a functional layer having a thermal property different from that of the piston main body 2 and is located between the combustion chamber and the piston main body 2 and functions as a low thermal conductive film (heat insulating layer). Therefore, it is possible to improve the thermal efficiency and exhaust gas characteristics of the engine. That is, the membrane main body 30 has a lower thermal conductivity than the piston main body 2 due to the internal properties of the hollow particles 301 and the air gap 302 in addition to the thermal properties of the material. Therefore, heat transfer from the gas inside the combustion chamber to the piston head 4 (piston main body 2) is reduced, and the gas combustion efficiency is improved accordingly. Further, since the crown surface 400 is maintained at a high temperature by the film 3, the fuel adhering to the crown surface 400 is quickly vaporized and burned. The membrane 3 may have a lower heat capacity (per unit volume) than the piston body 2. In this case, since the followability of the temperature of the crown surface 400 to the gas temperature in the combustion chamber is improved, abnormal combustion (knocking) of the fuel can be suppressed. Further, the membrane 3 may be localized on a part of the crown surface 400. As a result, an excessive increase in the temperature of the crown surface 400 can be suppressed, and both improvement in heat insulation and suppression of knocking can be achieved. For example, when the piston 1 is applied to an in-cylinder direct injection engine, the membrane 3 corresponds to the fuel injection region on the crown surface 400 (the portion where the fuel collides / explodes and the temperature or pressure becomes highest). It may be localized in the vicinity thereof.

膜本体部30における低熱伝導性材料は、中空粒子301以外の材料であってもよい。本実施形態では、膜本体部30が中空粒子301を含むため、膜本体部30における空隙率が増加し、熱伝導率が一層低くなる。なお、中空粒子301(外殻)の材料として、ピストン本体部2よりも熱伝導率が低い材料を用いることが好ましい。中空粒子301の形状は球状に限らず柱状(カーボンナノチューブ等)でもよい。   The low thermal conductivity material in the membrane main body 30 may be a material other than the hollow particles 301. In the present embodiment, since the membrane body 30 includes the hollow particles 301, the porosity in the membrane body 30 is increased, and the thermal conductivity is further reduced. In addition, it is preferable to use a material having a lower thermal conductivity than the piston body 2 as the material of the hollow particles 301 (outer shell). The shape of the hollow particle 301 is not limited to a spherical shape, and may be a columnar shape (carbon nanotube or the like).

膜本体部30は、バインダー300を含む。よって、膜本体部30が中空粒子301を含む場合でも、バインダー300により、膜本体部30の内部における結合の強度(硬さ)が向上し、その欠けや崩れが抑制される。また、膜3とピストン本体部2との接合の強度が向上し、膜3をピストン本体部2に保持する力が向上する。バインダー300は金属である。よって、中空粒子301によって比較的大きな空隙が内部に形成されても、膜本体部30の強度を向上できる。バインダー300の金属はアルミニウムに限らず、チタン合金やマグネシウム等でもよいが、熱伝導率がピストン本体部2の素材(母材金属)と同等又はそれより低い金属(低熱伝導性材料)であることが好ましい。また、耐熱性や耐久性が高い金属であることが好ましい。本実施形態では、バインダー300はアルミニウムを含む。よって、アルミニウム合金を含むピストン本体部2と膜本体部30との接合力を向上できる。   The film main body 30 includes a binder 300. Therefore, even when the membrane main body 30 includes the hollow particles 301, the binder 300 improves the bonding strength (hardness) inside the membrane main body 30 and suppresses chipping and collapse thereof. In addition, the strength of the bonding between the membrane 3 and the piston body 2 is improved, and the force for holding the membrane 3 on the piston body 2 is improved. The binder 300 is a metal. Therefore, even if a relatively large void is formed inside by the hollow particles 301, the strength of the membrane body 30 can be improved. The metal of the binder 300 is not limited to aluminum, but may be titanium alloy, magnesium, etc., but the thermal conductivity should be equal to or lower than the material (base metal) of the piston main body 2 (low thermal conductivity material). Is preferred. Moreover, it is preferable that it is a metal with high heat resistance and durability. In the present embodiment, the binder 300 includes aluminum. Therefore, it is possible to improve the bonding force between the piston main body 2 including the aluminum alloy and the membrane main body 30.

膜本体部30は、焼結により形成される焼結体である。焼結体は、鋳造によるピストン本体部2よりも、微少な空隙302を多く含む。このため、膜3の熱伝導率をピストン本体部2よりも効率的に低くすることができる。また、焼結によれば、膜本体部30が比較的厚くても、膜本体部30を効率的に形成できる。言い換えると、膜3を厚くすることが容易である。なお、焼結体形成工程後に第2機械加工工程を行う。すなわち、冠面400を切削加工により形成する前に、膜3の原型3Bを形成する。よって、焼結体形成工程において、冠面400の形状による制約が少ないため、原型3Bを形成する作業が容易となる。言い換えると、冠面400を複雑な形状とした場合でも、この冠面400に膜3を容易に形成できる。   The film main body 30 is a sintered body formed by sintering. The sintered body includes more minute voids 302 than the piston main body portion 2 formed by casting. For this reason, the thermal conductivity of the membrane 3 can be made lower than that of the piston main body 2 efficiently. In addition, by sintering, the membrane body 30 can be efficiently formed even if the membrane body 30 is relatively thick. In other words, it is easy to make the film 3 thick. A second machining process is performed after the sintered body forming process. That is, before the crown surface 400 is formed by cutting, the prototype 3B of the film 3 is formed. Therefore, in the sintered body forming process, since there are few restrictions due to the shape of the crown surface 400, the work of forming the prototype 3B becomes easy. In other words, even when the crown surface 400 has a complicated shape, the film 3 can be easily formed on the crown surface 400.

ピストンヘッド4は、冠面400に凹部401を有する。凹部401は、膜3の外周を周壁部403によって囲み、膜3の保持部として機能する。よって、ピストン本体部2からの膜3の脱落を抑制できる。また、焼結工程で、放電プラズマ焼結法を利用する場合でも、凹部401に形成材料303を保持しつつこれに圧力を加えて通電できるため、有利である。なお、焼結工程で、通電によらない加圧や加熱によって焼結を行ってもよい。また、形成材料303を加圧して円板状に成型したプリフォームを用意し、これを凹部401に設置して焼結を行ってもよい。この場合、膜3の凹部31の原型をあらかじめプリフォームに形成しておくことができる。また、摩擦撹拌溶接(接合)の原理を利用して焼結を行ってもよい。この場合、回転する工具により形成材料303を押圧することで、形成材料303が混ぜられると共に摩擦熱により加熱され、焼結体が形成される。この場合でも、ピストンヘッド4に凹部401があれば、凹部401に形成材料303を保持しつつこれに圧力を加えて撹拌できるため、有利である。また、この場合、膜3の凹部31の型となる部材を設置したり、凹部401の内部や凹部401に隣接する位置に形成材料303が設置されない(摩擦撹拌によっても焼結体が形成されない)空間を設けたりすることで、膜3の凹部31を形成可能である。   The piston head 4 has a recess 401 on the crown surface 400. The recess 401 surrounds the outer periphery of the membrane 3 with the peripheral wall portion 403 and functions as a holding portion of the membrane 3. Therefore, the membrane 3 can be prevented from falling off from the piston body 2. Further, even when the discharge plasma sintering method is used in the sintering process, it is advantageous because the forming material 303 is held in the recess 401 and can be energized by applying pressure thereto. In the sintering process, sintering may be performed by pressurization or heating that does not depend on energization. Alternatively, a preform formed by pressing the forming material 303 into a disk shape may be prepared, and this may be placed in the recess 401 and sintered. In this case, the prototype of the recess 31 of the film 3 can be formed in advance on the preform. Further, sintering may be performed using the principle of friction stir welding (joining). In this case, by pressing the forming material 303 with a rotating tool, the forming material 303 is mixed and heated by frictional heat to form a sintered body. Even in this case, if the piston head 4 has the concave portion 401, it is advantageous because the forming material 303 is held in the concave portion 401 and can be agitated by applying pressure thereto. Further, in this case, a member to be a mold of the concave portion 31 of the film 3 is not installed, or the forming material 303 is not installed in the concave portion 401 or a position adjacent to the concave portion 401 (a sintered body is not formed even by friction stirring). The recess 31 of the film 3 can be formed by providing a space.

膜3が薄すぎると、上記熱伝達を十分に低下させることができない。一方、膜3が厚すぎると、膜3により冠面400が高温になりすぎてノッキングが発生するおそれがある。よって、膜3の厚さは、上記熱伝達の低下機能を十分に発揮可能でありかつノッキングの発生を抑制可能な所定範囲内に管理されることが望ましい。管理の必要性は、ピストン1の製造に際してだけでなく、製造後の使用に際しても言える。これに対し、膜3は凹部31を有する。よって、ピストン1の製造時や使用後に、上記膜厚測定工程を実行することで膜厚の測定を容易に行うことができ、その測定結果に基づき膜厚を上記所定範囲内に管理できる。凹部31の底部310の表面には、膜本体部30が存在せず、ピストン本体部2(凹部401の底部402)の表面が露出する。よって、この底部310の表面を基準面とすることにより、膜3(膜本体部30)の厚さを測定することができる。なお、底部310の表面の少なくとも一部に膜本体部30が存在していなければよく、底部310の表面に膜本体部30が部分的に存在する領域があってもよい。   If the film 3 is too thin, the heat transfer cannot be sufficiently reduced. On the other hand, if the film 3 is too thick, the film 3 may cause the crown surface 400 to be too hot and cause knocking. Therefore, it is desirable that the thickness of the film 3 be controlled within a predetermined range that can sufficiently exhibit the function of reducing heat transfer and can suppress the occurrence of knocking. The necessity of management can be said not only when the piston 1 is manufactured, but also when it is used after manufacturing. On the other hand, the film 3 has a recess 31. Therefore, the film thickness can be easily measured by executing the film thickness measurement step at the time of manufacturing or after use of the piston 1, and the film thickness can be managed within the predetermined range based on the measurement result. The membrane main body 30 does not exist on the surface of the bottom 310 of the recess 31, and the surface of the piston main body 2 (the bottom 402 of the recess 401) is exposed. Therefore, the thickness of the membrane 3 (membrane body portion 30) can be measured by using the surface of the bottom portion 310 as a reference plane. Note that it is sufficient that the film main body 30 is not present on at least a part of the surface of the bottom 310, and there may be a region where the film main body 30 is partially present on the surface of the bottom 310.

膜3は凹部401により保持され、膜3の外周は周壁部403によって囲まれる。よって、膜3が凹部31を有しなければ、膜3の厚さを測定することは困難である。これに対し、膜3の一部に凹部31があるため、膜3が凹部401により保持される場合でも、膜厚を容易に測定することができる。   The film 3 is held by the recess 401, and the outer periphery of the film 3 is surrounded by the peripheral wall part 403. Therefore, it is difficult to measure the thickness of the film 3 unless the film 3 has the recess 31. On the other hand, since the film 3 has the concave portion 31, the film thickness can be easily measured even when the film 3 is held by the concave portion 401.

具体的には、膜厚測定工程は、膜3の凹部31における底部310の表面の位置を測定する第1工程と、膜本体部30のうち燃焼室側の面である表面の位置を測定する第2工程と、第1工程及び第2工程の測定結果に基づき、膜3(膜本体部30)の厚さを演算する第3工程とを有する。よって、底部310の表面から膜本体部30の表面(燃焼室に対向する面)までの距離(底部310の表面と膜本体部30の表面との間の段差の高さ)を測定することにより、膜3(膜本体部30)の厚さを測定することができる。なお、膜厚の測定は、実際の膜厚の数値を測定するものに限らず、膜厚が所定の範囲内にあるか否かを直接判断するものであってもよい。   Specifically, in the film thickness measurement step, the first step of measuring the position of the surface of the bottom 310 in the recess 31 of the film 3 and the position of the surface that is the surface on the combustion chamber side of the film main body 30 are measured. The second step and a third step of calculating the thickness of the film 3 (film main body portion 30) based on the measurement results of the first step and the second step. Therefore, by measuring the distance from the surface of the bottom 310 to the surface of the membrane body 30 (the surface facing the combustion chamber) (the height of the step between the surface of the bottom 310 and the surface of the membrane body 30) The thickness of the membrane 3 (membrane main body 30) can be measured. Note that the measurement of the film thickness is not limited to measuring the actual value of the film thickness, but may directly determine whether or not the film thickness is within a predetermined range.

膜3の凹部31における底部310の表面は、冠部40の凹部401における底部402の表面の一部である。底部402の表面は、第1機械加工工程において表面粗さが小さくなるように処理される。よって、膜厚測定の基準面としての底部310の表面も、表面粗さが小さくなるため、膜厚の測定精度を向上させることができる。なお、ピストン本体部2を鋳造する場合には、ピストン本体部2の原型2Aにおける底部402の表面が最初は鋳肌となる。この表面(鋳肌)が上記のように表面粗さが小さくなるように機械加工されることで、底部402(凹部401)と膜本体部30との密着性が向上するため、凹部401による膜3の保持性を向上させることができる。   The surface of the bottom 310 in the recess 31 of the film 3 is a part of the surface of the bottom 402 in the recess 401 of the crown 40. The surface of the bottom portion 402 is processed so that the surface roughness becomes small in the first machining process. Therefore, the surface of the bottom portion 310 as a reference surface for film thickness measurement also has a small surface roughness, so that the film thickness measurement accuracy can be improved. When casting the piston main body 2, the surface of the bottom 402 in the original mold 2 </ b> A of the piston main body 2 initially becomes a casting surface. Since the surface (cast surface) is machined so as to reduce the surface roughness as described above, the adhesion between the bottom 402 (recess 401) and the film body 30 is improved. 3 retainability can be improved.

膜3の凹部31における底部310の表面は、軸方向(軸線10)に対し直交する平面と平行である。よって、底部310の表面からの軸方向における寸法を測定すれば、膜3の厚さを測定できるため、膜厚測定機器へのピストン1の設置や膜厚測定等が容易となる。なお、底部310の表面が「軸方向に対し直交する面と平行である」とは、厳密に平行であることを意味しておらず、底部310の表面の加工誤差が許容されることや、膜厚測定機器へのピストン1の設置位置の正確さが保証されるものでないことは、言うまでもない。   The surface of the bottom 310 in the recess 31 of the film 3 is parallel to a plane orthogonal to the axial direction (axis line 10). Therefore, if the dimension in the axial direction from the surface of the bottom part 310 is measured, the thickness of the film 3 can be measured, so that the installation of the piston 1 in the film thickness measuring device, the film thickness measurement, and the like are facilitated. Note that the surface of the bottom portion 310 is “parallel to the plane orthogonal to the axial direction” does not mean that it is strictly parallel, and that the processing error of the surface of the bottom portion 310 is allowed, Needless to say, the accuracy of the installation position of the piston 1 to the film thickness measuring device is not guaranteed.

膜3の凹部31の開口縁部311は、全周が膜本体部30からなる。よって、開口縁部311のうち、膜厚測定に適した箇所を適宜選択することができるため、測定精度の向上が可能である。例えば、開口縁部311の周りの複数箇所で膜厚を測定し、その平均値を最終的な膜厚の測定値としてもよい。   The opening edge 311 of the recess 31 of the film 3 is formed by the film main body 30 on the entire circumference. Therefore, a location suitable for film thickness measurement can be selected as appropriate from the opening edge 311, so that measurement accuracy can be improved. For example, the film thickness may be measured at a plurality of locations around the opening edge 311 and the average value may be used as the final film thickness measurement value.

本実施形態の膜厚測定方法は接触式であり、膜厚測定機器の接触子9を底部310の表面に接触させる工程と、接触子9を膜本体部30の表面に接触させる工程とを含む。よって、非接触式の測定方法に比べ、測定対象の表面粗さの影響を受け難い。すなわち、接触子9の先端部(端子)が当接する表面に微少な凹凸が存在している場合であっても、それが測定結果に影響を与えにくいため、安定した測定結果を得ることができる。なお、膜厚測定機器として、表面粗さ計に限らず、例えば接触式の変位計(変位センサ)を用いてもよい。   The film thickness measuring method of the present embodiment is a contact type, and includes a step of bringing the contactor 9 of the film thickness measuring device into contact with the surface of the bottom portion 310, and a step of bringing the contactor 9 into contact with the surface of the membrane main body portion 30. . Therefore, it is less susceptible to the surface roughness of the measurement object than the non-contact measurement method. That is, even if there is a minute unevenness on the surface with which the tip (terminal) of the contact 9 abuts, it is difficult to affect the measurement result, so a stable measurement result can be obtained. . The film thickness measuring device is not limited to the surface roughness meter, and for example, a contact displacement meter (displacement sensor) may be used.

[第2実施形態]
本実施形態における膜3の厚さ(膜厚)の測定方法は非接触式であり、膜厚測定機器として、例えばレーザー変位計(変位センサ)を用いる。図3において、一点鎖線の矢印で、レーザー光の照射位置の移動を示す。横方向に凹部31を経由して移動させたレーザー光の反射を受光部で検出し、その信号を処理することで、膜厚を測定可能である。第1実施形態と同様、膜厚測定工程は、第1工程、第2工程、及び第3工程に分けて考えることができる。第1工程は、レーザー光を底部310の表面に照射する。反射光を検出することで、上記表面までの距離を測定する。これは、底部310の表面の位置を測定することに相当する。第2工程は、レーザー光を膜本体部30の軸方向一方側の表面に照射する。反射光を検出することで、上記表面までの距離を測定する。これは、膜本体部30の上記表面の位置を測定することに相当する。第3工程は、第1工程の測定結果(距離)から第2工程の測定結果(距離)を減ずることで、膜3(膜本体部30)の厚さを演算する。なお、第1工程と第2工程の先後は逆でもよい。その他の構成は第1実施形態と同じである。
[Second Embodiment]
The method for measuring the thickness (film thickness) of the film 3 in this embodiment is a non-contact type, and a laser displacement meter (displacement sensor), for example, is used as a film thickness measuring instrument. In FIG. 3, the movement of the laser light irradiation position is indicated by a dashed-dotted arrow. The film thickness can be measured by detecting the reflection of the laser beam moved in the lateral direction via the concave portion 31 at the light receiving portion and processing the signal. As in the first embodiment, the film thickness measurement process can be divided into a first process, a second process, and a third process. In the first step, the surface of the bottom portion 310 is irradiated with laser light. The distance to the surface is measured by detecting the reflected light. This corresponds to measuring the position of the surface of the bottom 310. In the second step, a laser beam is irradiated on the surface of one side of the film main body 30 in the axial direction. The distance to the surface is measured by detecting the reflected light. This corresponds to measuring the position of the surface of the membrane body 30. In the third step, the thickness of the film 3 (membrane main body 30) is calculated by subtracting the measurement result (distance) of the second step from the measurement result (distance) of the first step. Note that the first and second steps may be reversed. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

次に、作用効果を説明する。本実施形態の膜厚測定方法は非接触式であり、膜厚測定用のレーザー光を底部310の表面に照射する工程と、レーザー光を膜本体部30の表面に照射する工程とを含む。よって、接触式の測定方法に比べ、接触子が膜本体部30に接触しないため、接触子の接触に伴う膜3の損傷を抑制することができる。また、接触式の測定方法における接触子の端子の径よりも、レーザー光のスポットの径を小さくすることは容易である。このため、膜3における凹部31の形成範囲(膜本体部30が存在しない範囲)を小さくすることができる。よって、膜本体部30が存在しない部分による膜3の機能への影響を抑制することができる。なお、測定に用いられる光はレーザー光に限らない。底部310の表面に照射する測定用の媒体として、光に限らず、超音波や磁気を用いる非接触式の変位計により、膜厚の測定を行ってもよい。また、変位計に限らず、非接触式の測長センサを用いて膜厚の測定を行ってもよい。また、膜3において凹部31と膜本体部30とを跨ぐ部位の断面形状(の画像等)をレーザー光やX線の照射等により取得し、この断面形状における段差の大きさから膜厚を求めてもよい。その他、第1実施形態と同様の構成により、第1実施形態と同様の作用効果が得られる。   Next, the function and effect will be described. The film thickness measurement method of the present embodiment is a non-contact method, and includes a step of irradiating the surface of the bottom portion 310 with a laser beam for film thickness measurement and a step of irradiating the surface of the film body 30 with the laser beam. Therefore, as compared with the contact-type measurement method, the contact does not contact the membrane main body 30, so that damage to the membrane 3 due to contact of the contact can be suppressed. Moreover, it is easy to make the spot diameter of the laser beam smaller than the diameter of the contact terminal in the contact-type measuring method. For this reason, the formation range of the recess 31 in the film 3 (the range in which the film main body 30 does not exist) can be reduced. Therefore, the influence on the function of the membrane 3 due to the portion where the membrane main body portion 30 does not exist can be suppressed. The light used for measurement is not limited to laser light. The measurement medium irradiated on the surface of the bottom portion 310 is not limited to light, and the film thickness may be measured by a non-contact displacement meter using ultrasonic waves or magnetism. Further, the film thickness may be measured using not only a displacement meter but also a non-contact type length measuring sensor. In addition, the cross-sectional shape (image, etc.) of the portion of the membrane 3 that straddles the concave portion 31 and the membrane main body 30 is acquired by laser light or X-ray irradiation, etc. May be. In addition, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by the same configuration as that of the first embodiment.

[第3実施形態]
図11及び図12に示すように、膜3の凹部31は、ピストン1の径方向で、膜本体部30(凹部401)の中央から最も離れた位置(外周縁)にある。凹部31の開口縁部311の一部(軸線10から最も離れた部分)及び周壁部312の一部(軸線10から最も離れた部分)が、ピストン本体部2(ピストンヘッド4)における凹部401の開口縁部及び周壁部403とそれぞれ重なり、一致する。凹部31の開口縁部311の他の部分及び周壁部312の他の部分は、膜本体部30からなる。その他の構成は第1実施形態と同じである。
[Third embodiment]
As shown in FIGS. 11 and 12, the concave portion 31 of the membrane 3 is located at the position (outer peripheral edge) farthest from the center of the membrane main body 30 (the concave portion 401) in the radial direction of the piston 1. A part of the opening edge 311 of the recess 31 (the part farthest from the axis 10) and a part of the peripheral wall 312 (the part farthest from the axis 10) form the recess 401 in the piston main body 2 (piston head 4). They overlap and coincide with the opening edge and the peripheral wall 403, respectively. The other part of the opening edge 311 of the recess 31 and the other part of the peripheral wall 312 are formed of the membrane body 30. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

次に、作用効果を説明する。一般に、燃焼室における燃焼(爆発)は、ピストン1の軸線10の近傍から開始する。このため、冠面400の中央部又はその近傍において、膜3により、燃焼室とピストン本体部2との間の断熱性を高めることが効果的である。一方、膜3において、凹部31には膜本体部30が存在しないことから、凹部31においては膜3の断熱機能が発揮されない。これに対し、本実施形態では、凹部31の開口縁部311及び周壁部312は、膜本体部30からなる領域(第1領域)と、ピストンヘッド4の凹部401からなる領域(第2領域)とを含む。すなわち、凹部31が、ピストンヘッド4の凹部401に接する位置、言い換えると膜3の外周縁にある。よって、凹部31が冠面400の中央部又はその近傍に位置することを容易に回避できるため、膜本体部30が存在しない部分による膜の機能への影響を抑制できる。なお、ピストン1が筒内直噴式のエンジンに適用される場合、冠面400における燃料の噴射領域に対応した箇所を避けるように凹部31を配置すれば、膜3の機能の低下をより確実に抑制できる。その他、第1実施形態と同様の構成により、第1実施形態と同様の作用効果が得られる。   Next, the function and effect will be described. In general, combustion (explosion) in the combustion chamber starts from the vicinity of the axis 10 of the piston 1. For this reason, it is effective to improve the heat insulation between the combustion chamber and the piston main body 2 by the membrane 3 at or near the center of the crown surface 400. On the other hand, in the film 3, since the film main body 30 does not exist in the recess 31, the heat insulating function of the film 3 is not exhibited in the recess 31. On the other hand, in the present embodiment, the opening edge 311 and the peripheral wall 312 of the recess 31 are an area composed of the membrane body 30 (first area) and an area composed of the recess 401 of the piston head 4 (second area). Including. That is, the concave portion 31 is at a position in contact with the concave portion 401 of the piston head 4, in other words, at the outer peripheral edge of the membrane 3. Therefore, the concave portion 31 can be easily avoided from being located in the central portion of the crown surface 400 or in the vicinity thereof, so that the influence on the function of the membrane by the portion where the membrane main body portion 30 does not exist can be suppressed. When the piston 1 is applied to an in-cylinder direct injection engine, if the concave portion 31 is disposed so as to avoid the portion corresponding to the fuel injection region on the crown surface 400, the function of the membrane 3 is more reliably deteriorated. Can be suppressed. In addition, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by the same configuration as that of the first embodiment.

[第4実施形態]
図13及び図14に示すように、冠部40には第1実施形態の凹部401がない。膜3の軸方向他方側は冠部40の軸方向一方側の表面に接する。膜3の外周はピストンヘッド4の外周の一部を構成する。膜3の凹部31における底部310の表面は、冠部40の軸方向一方側の表面である。凹部31は、膜本体部30の略中央にある。凹部31の軸線はピストン1の軸線10と実質的に一致する。凹部31の周壁部312は、軸線10に対し傾いている。凹部31の径は、底部310の側(軸方向他方側)から開口縁部311の側(軸方向一方側)に向かうに従い、徐々に増加する(大径となる)。周壁部312における膜3の厚さ(軸方向寸法)は、軸方向(軸線10)に対して直交する方向(ピストン1の径方向)において底部310の側(軸線10の側)から開口縁部311の側(ピストン1の径方向外側)に向かうに従い、徐々に増加する。その他の構成は第1実施形態と同じである。
[Fourth embodiment]
As shown in FIGS. 13 and 14, the crown 40 does not have the recess 401 of the first embodiment. The other axial side of the membrane 3 is in contact with the surface of the crown 40 on the one axial side. The outer periphery of the membrane 3 constitutes a part of the outer periphery of the piston head 4. The surface of the bottom portion 310 in the concave portion 31 of the film 3 is the surface on one side of the crown portion 40 in the axial direction. The recess 31 is at the approximate center of the membrane body 30. The axis of the recess 31 substantially coincides with the axis 10 of the piston 1. The peripheral wall 312 of the recess 31 is inclined with respect to the axis 10. The diameter of the recess 31 gradually increases (becomes a large diameter) from the bottom 310 side (the other axial side) toward the opening edge 311 side (the one axial side). The thickness (axial dimension) of the membrane 3 in the peripheral wall portion 312 is such that the opening edge from the bottom 310 side (axis 10 side) in the direction orthogonal to the axial direction (axis 10) (the radial direction of the piston 1) It gradually increases as it goes toward 311 (the radially outer side of the piston 1). Other configurations are the same as those of the first embodiment.

次に、作用効果を説明する。凹部31の周壁部312が軸線10に沿って(軸方向に)延びる形状である場合、周壁部312の内周面と膜本体部30の軸方向一方側の表面とがなす角度が直角に近くなる。よって、開口縁部313の付近において膜3が破損しやすくなる。これに対し、本実施形態では、周壁部312における膜3の厚さ(軸方向寸法)が、底部310の側から開口縁部311の側に向かうに従い、徐々に増加する。このように周壁部312が傾斜する形状であるため、周壁部312の内周面と膜本体部30の軸方向一方側の表面とがなす角度が直角より大きくなる。よって、開口縁部313の付近における膜3の破損を抑制できる。また、膜3を焼結により形成し、焼結時に膜3の凹部31を型により形成する場合、型となる部材(第1実施形態の絶縁体83等)を抜く際、周壁部312の内周面が上記のように傾斜する形状であるため、この傾斜面が上記型となる部材の抜き勾配となり、周壁部312との干渉を抑制することができる。同様に、放電プラズマ焼結法を用いて膜3を形成する場合、周壁部312の傾斜面が電極81の突出部810の抜き勾配となり、周壁部312と突出部810との干渉を抑制することができる。その他、第1実施形態と同様の構成により、第1実施形態と同様の作用効果が得られる。   Next, the function and effect will be described. When the peripheral wall 312 of the recess 31 extends along the axis 10 (in the axial direction), the angle formed by the inner peripheral surface of the peripheral wall 312 and the surface of one side of the membrane main body 30 in the axial direction is close to a right angle. Become. Therefore, the film 3 is easily damaged in the vicinity of the opening edge 313. In contrast, in the present embodiment, the thickness (axial dimension) of the film 3 in the peripheral wall portion 312 gradually increases from the bottom portion 310 side toward the opening edge portion 311 side. Since the peripheral wall portion 312 is inclined as described above, the angle formed by the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 312 and the surface on one side in the axial direction of the membrane main body portion 30 is larger than a right angle. Therefore, damage to the film 3 in the vicinity of the opening edge 313 can be suppressed. Further, when the film 3 is formed by sintering and the concave portion 31 of the film 3 is formed by a mold at the time of sintering, the inner wall of the peripheral wall portion 312 is removed when removing a member (such as the insulator 83 of the first embodiment) serving as the mold. Since the peripheral surface is inclined as described above, the inclined surface becomes a draft angle of the member serving as the mold, and interference with the peripheral wall portion 312 can be suppressed. Similarly, when the film 3 is formed using the discharge plasma sintering method, the inclined surface of the peripheral wall portion 312 becomes a draft angle of the protruding portion 810 of the electrode 81, and interference between the peripheral wall portion 312 and the protruding portion 810 is suppressed. Can do. In addition, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by the same configuration as that of the first embodiment.

[第5実施形態]
図15に示すように、膜3の軸方向一方側の表面には、膜3(膜本体部30及び凹部31)を覆う第2の膜32がある。膜32は、膜本体部30を覆うほか、凹部31の底部310、開口縁部311、及び周壁部312を覆う。膜3(膜本体部30)は焼結体であり多孔質であるため、膜3の表面には多数の空孔が開口する(膜3の表面に陽極酸化処理を施した場合も同様)。膜32は、これらの空孔の開口を塞ぐ。膜32は、例えば、第2機械加工工程後、封孔処理剤を用いて膜3にメッキを施すことにより形成される(膜3の表面に陽極酸化処理を施した場合は加圧水蒸気等による封孔処理により形成される)。封孔処理剤は、例えば、耐熱性に優れるシリカを含む。膜厚測定工程は、上記封孔処理の工程前に行われ、膜32が形成される前に、膜3の厚さを測定する。その他の構成は第1実施形態と同じである。
[Fifth Embodiment]
As shown in FIG. 15, there is a second film 32 covering the film 3 (the film main body 30 and the recess 31) on the surface of the film 3 on one axial side. The membrane 32 covers the membrane main body 30 and also covers the bottom 310 of the recess 31, the opening edge 311 and the peripheral wall 312. Since the membrane 3 (membrane main body portion 30) is a sintered body and is porous, a large number of pores open on the surface of the membrane 3 (the same applies when the surface of the membrane 3 is subjected to anodization). The membrane 32 closes the opening of these holes. The film 32 is formed, for example, by plating the film 3 using a sealing agent after the second machining step (when the surface of the film 3 is anodized, it is sealed with pressurized steam or the like). Formed by hole treatment). The sealing agent contains silica having excellent heat resistance, for example. The film thickness measurement step is performed before the sealing treatment step, and the thickness of the film 3 is measured before the film 32 is formed. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

次に、作用効果を説明する。膜3の表面に開口する空孔に未燃ガスや燃料が浸入すると、膜3の機能(断熱性)やエンジンの排ガス性能が低下するおそれがある。これに対し、膜3を覆う第2の膜32によりこの空孔が封止されることで、膜3の機能や排ガス性能の改善を図ることができる。   Next, the function and effect will be described. If unburned gas or fuel enters a hole opened on the surface of the membrane 3, the function (thermal insulation) of the membrane 3 and the exhaust gas performance of the engine may be deteriorated. On the other hand, the function of the membrane 3 and the exhaust gas performance can be improved by sealing the pores with the second membrane 32 covering the membrane 3.

ここで、膜本体部30だけでなく凹部31を膜32が覆う場合、膜32の厚さが均一であれば、膜3の厚さの測定を、膜32が形成される前に行っても後に行っても、その測定結果は変わらない。しかし、膜本体部30を覆う膜32の厚さと、凹部31を覆う膜32の厚さとが異なる(例えば凹部31の側で膜32が厚くなる)場合がある。このように膜32の厚さが均一でない状態で膜3の厚さを測定すると、測定精度が低下するおそれがある。これに対し、膜厚測定工程は、膜32が形成される前に、膜3の厚さを測定する。これにより、膜3の厚さの測定精度が低下することを抑制できる。   Here, when the film 32 covers not only the film main body 30 but also the recess 31, if the thickness of the film 32 is uniform, the thickness of the film 3 may be measured before the film 32 is formed. Even if it is performed later, the measurement result does not change. However, the thickness of the film 32 covering the film main body 30 may be different from the thickness of the film 32 covering the recess 31 (for example, the film 32 becomes thicker on the recess 31 side). As described above, if the thickness of the film 3 is measured in a state where the thickness of the film 32 is not uniform, the measurement accuracy may be lowered. In contrast, in the film thickness measurement step, the thickness of the film 3 is measured before the film 32 is formed. Thereby, it can suppress that the measurement precision of the thickness of the film | membrane 3 falls.

なお、膜本体部30のいずれかの部位において、膜32の形成の前後で、膜厚を測定してもよい。これらの測定結果の差により、膜32の厚さを測定することができる。膜32の厚さの測定結果に基づき、膜32の厚さを所定範囲内に管理することで、膜3や膜32のそれぞれの機能を適切に発揮させることができる。その他、第1実施形態と同様の構成により、第1実施形態と同様の作用効果が得られる。   It should be noted that the film thickness may be measured before and after the formation of the film 32 in any part of the film main body 30. Based on the difference between these measurement results, the thickness of the film 32 can be measured. Based on the measurement result of the thickness of the film 32, the functions of the film 3 and the film 32 can be appropriately exhibited by managing the thickness of the film 32 within a predetermined range. In addition, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by the same configuration as that of the first embodiment.

[他の実施形態]
以上、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明したが、本発明の具体的な構成は、実施形態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。例えば、エンジンの形式は任意である。エンジンは、4ストロークエンジンに限らず2ストロークエンジンであってもよい。ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンであってもよい。燃料の供給方式は、シリンダ(燃焼室)内に直接噴射する筒内直噴式でもよいし、吸気ポートに噴射するポート噴射式でもよい。車両に限らず船舶等に搭載されるエンジンであってもよい。ピストンの形状は任意である。例えば、冠面にバルブとの干渉を抑制するための凹部等があってもよい。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated based on drawing, the specific structure of this invention is not limited to embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of invention are included. Even if it exists, it is included in this invention. For example, the engine format is arbitrary. The engine is not limited to a 4-stroke engine and may be a 2-stroke engine. Not only a gasoline engine but also a diesel engine may be used. The fuel supply method may be an in-cylinder direct injection type that directly injects into the cylinder (combustion chamber), or a port injection type that injects into the intake port. An engine mounted on a ship or the like is not limited to a vehicle. The shape of the piston is arbitrary. For example, there may be a recess or the like for suppressing interference with the bulb on the crown surface.

[実施形態から把握しうる技術的思想]
以上説明した実施形態から把握しうる技術的思想(又は技術的解決策。以下同じ。)について、以下に記載する。
(1) 本技術的思想の内燃機関のピストンは、その1つの態様において、
金属を含み、ピストンヘッド及びスカート部を有するピストン本体部であって、
前記ピストンヘッドは、前記ピストンヘッドのうち内燃機関の燃焼室側の面である冠面に凹状の膜保持部を有する、
ピストン本体部と、
前記膜保持部にあり、膜本体部及び膜厚測定用凹部を有する膜であって、
前記膜本体部は、熱的性質が前記ピストン本体部と異なり、
前記膜厚測定用凹部は、前記燃焼室に向かって開口しており、底部、開口縁部、及び前記底部と前記開口縁部との間の周壁部を有し、
前記開口縁部及び前記周壁部の少なくとも一部は前記膜本体部からなり、
前記底部は、少なくとも一部に前記膜本体部が存在しない膜厚測定用基準面を有する、
膜と
を有する。
(2) より好ましい態様では、前記態様において、
前記膜厚測定用凹部の前記開口縁部は、全周が前記膜本体部からなる。
(3) 別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記膜本体部は焼結体である。
(4) 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、
前記膜本体部は、金属であるバインダーを含む。
(5) 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、
前記膜厚測定用凹部の前記開口縁部は、前記膜本体部からなる第1領域と、前記膜保持部からなる第2領域とを含む。
(6) 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、
前記膜本体部は焼結体である。
(7) 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、
前記膜本体部は、金属であるバインダーを含む。
(8) 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、
前記膜は、前記周壁部において、前記ピストン本体部が内燃機関のシリンダ内で移動する方向である軸方向における厚さが、前記軸方向に対し直交する方向において前記底部側から前記開口縁部側に向かうに従い徐々に増加する。
(9) 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、
前記膜厚測定用基準面は、前記膜保持部の表面が機械加工によって表面処理された面である。
(10) 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、
前記膜の前記膜本体部及び前記膜厚測定用凹部を覆う第2の膜を有する。
(11) 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、
前記膜厚測定用基準面は、前記ピストン本体部が内燃機関のシリンダ内で移動する方向である軸方向に対し直交する平面と平行である。
(12) 本技術的思想の内燃機関のピストンの膜厚測定方法は、その1つの態様において、
前記ピストンは、
金属を含み、ピストンヘッド及びスカート部を有するピストン本体部であって、
前記ピストンヘッドは、前記ピストンヘッドのうち内燃機関の燃焼室側の面である冠面に膜保持部を有する、
ピストン本体部と、
前記膜保持部にあり、膜本体部及び凹部を有する膜であって、
前記膜本体部は、前記ピストン本体部よりも熱伝導率が低く、
前記凹部は、前記燃焼室に向かって開口しており、底部、開口縁部、及び前記底部と前記開口縁部との間の周壁部を有し、
前記開口縁部及び前記周壁部の少なくとも一部は前記膜本体部からなり、
前記底部は、少なくとも一部に前記膜本体部が存在しない基準面を有する、
膜と
を有するピストンであって、
前記基準面の位置を測定する第1工程と、
前記膜本体部のうち前記燃焼室側の面である表面の位置を測定する第2工程と、
前記第1工程と前記第2工程の測定結果に基づき、前記膜の厚さを演算する第3工程と
を有する。
(13) より好ましい態様では、前記態様において、
前記第1工程は、接触子を前記基準面に接触させる工程を含み、
前記第2工程は、前記接触子を前記膜本体部の前記表面に接触させる工程を含む。
(14) 別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記第1工程は、膜厚測定用のレーザー光、超音波、又は磁気を前記基準面に照射する工程を含み、
前記第2工程は、前記膜厚測定用のレーザー光、超音波、又は磁気を前記膜本体部の前記表面に照射する工程を含む。
(15) 別の観点から、本技術的思想の内燃機関のピストンの製造方法は、その1つの態様において、
前記膜厚測定方法を適用可能な内燃機関のピストンの製造方法であって、
前記膜本体部を焼結により形成する膜形成工程を含む。
(16) より好ましい態様では、前記態様において、
前記膜形成工程は、金属粉末を材料として前記膜本体部を形成するとき、前記凹部を形成する。
(17) 別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記膜形成工程は、金属粉末に電極を当接させ、通電することで、前記膜本体部の焼結体を形成する。
[Technical ideas that can be grasped from the embodiment]
A technical idea (or technical solution, the same applies hereinafter) that can be grasped from the embodiment described above will be described below.
(1) In one aspect of the piston of the internal combustion engine of the present technical idea,
A piston body comprising a metal and having a piston head and a skirt,
The piston head has a concave film holding portion on a crown surface which is a surface on the combustion chamber side of the internal combustion engine in the piston head.
A piston body,
In the film holding part, a film having a film body part and a film thickness measurement recess,
The membrane body is different in thermal properties from the piston body,
The film thickness measurement recess is open toward the combustion chamber, and has a bottom, an opening edge, and a peripheral wall between the bottom and the opening edge.
At least a part of the opening edge portion and the peripheral wall portion is composed of the membrane body portion,
The bottom has a reference surface for film thickness measurement in which the film main body does not exist at least in part.
And a membrane.
(2) In a more preferred embodiment, in the above embodiment,
The opening edge of the film thickness measurement recess is entirely formed of the film body.
(3) In another preferred embodiment, in any of the above embodiments,
The membrane body is a sintered body.
(4) In still another preferred embodiment, in any of the above embodiments,
The membrane body includes a binder that is a metal.
(5) In still another preferred embodiment, in any of the above embodiments,
The opening edge portion of the film thickness measurement recess includes a first region composed of the film body portion and a second region composed of the film holding portion.
(6) In still another preferred embodiment, in any of the above embodiments,
The membrane body is a sintered body.
(7) In still another preferred embodiment, in any of the above embodiments,
The membrane body includes a binder that is a metal.
(8) In still another preferred embodiment, in any of the above embodiments,
In the peripheral wall portion, the membrane has a thickness in an axial direction in which the piston main body moves in a cylinder of the internal combustion engine in a direction perpendicular to the axial direction from the bottom side to the opening edge side. Gradually increases toward
(9) In still another preferred embodiment, in any of the above embodiments,
The reference surface for film thickness measurement is a surface obtained by subjecting the surface of the film holding portion to surface processing by machining.
(10) In still another preferred embodiment, in any of the above embodiments,
A second film covering the film main body and the film thickness measurement recess of the film;
(11) In still another preferred embodiment, in any of the above embodiments,
The film thickness measuring reference plane is parallel to a plane orthogonal to the axial direction, which is the direction in which the piston body moves in the cylinder of the internal combustion engine.
(12) In one aspect of the method for measuring the film thickness of the piston of the internal combustion engine of the present technical idea,
The piston is
A piston body comprising a metal and having a piston head and a skirt,
The piston head has a film holding portion on a crown surface which is a surface on the combustion chamber side of the internal combustion engine in the piston head.
A piston body,
The film is in the film holding part and has a film main body part and a concave part,
The membrane body has a lower thermal conductivity than the piston body,
The concave portion is open toward the combustion chamber, and has a bottom portion, an opening edge portion, and a peripheral wall portion between the bottom portion and the opening edge portion,
At least a part of the opening edge portion and the peripheral wall portion is composed of the membrane body portion,
The bottom portion has a reference surface in which the membrane main body portion does not exist at least in part.
A piston having a membrane,
A first step of measuring the position of the reference plane;
A second step of measuring the position of the surface that is the surface on the combustion chamber side of the membrane body part;
And a third step of calculating the thickness of the film based on the measurement results of the first step and the second step.
(13) In a more preferred embodiment, in the above embodiment,
The first step includes a step of bringing a contact into contact with the reference surface,
The second step includes a step of bringing the contact into contact with the surface of the membrane main body.
(14) In another preferred embodiment, in any of the above embodiments,
The first step includes a step of irradiating the reference surface with laser light for film thickness measurement, ultrasonic waves, or magnetism,
The second step includes a step of irradiating the surface of the film main body with laser light, ultrasonic waves, or magnetism for measuring the film thickness.
(15) From another viewpoint, in one aspect of the method for manufacturing a piston of an internal combustion engine of the present technical idea,
A method of manufacturing a piston of an internal combustion engine to which the film thickness measurement method can be applied,
A film forming step of forming the film body by sintering;
(16) In a more preferred embodiment, in the above embodiment,
In the film forming step, the concave portion is formed when the film main body is formed using metal powder as a material.
(17) In another preferred embodiment, in any of the above embodiments,
In the film forming step, an electrode is brought into contact with the metal powder and energized to form a sintered body of the film main body.

1 ピストン
2 ピストン本体部
3 膜
30 膜本体部
300 バインダー
31 凹部(膜厚測定用凹部)
310 底部
311 開口縁部
312 周壁部
32 第2の膜
4 ピストンヘッド
400 冠面
401 凹部(膜保持部)
6 スカート部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piston 2 Piston main-body part 3 Film | membrane 30 Film | membrane main-body part 300 Binder 31 Recessed part (recessed part for film thickness measurement)
310 bottom 311 opening edge 312 peripheral wall 32 second membrane 4 piston head 400 crown surface 401 recess (membrane holding portion)
6 Skirt

Claims (17)

内燃機関のピストンであって、
金属を含み、ピストンヘッド及びスカート部を有するピストン本体部であって、
前記ピストンヘッドは、前記ピストンヘッドのうち内燃機関の燃焼室側の面である冠面に凹状の膜保持部を有する、
ピストン本体部と、
前記膜保持部にあり、膜本体部及び膜厚測定用凹部を有する膜であって、
前記膜本体部は、熱的性質が前記ピストン本体部と異なり、
前記膜厚測定用凹部は、前記燃焼室に向かって開口しており、底部、開口縁部、及び前記底部と前記開口縁部との間の周壁部を有し、
前記開口縁部及び前記周壁部の少なくとも一部は前記膜本体部からなり、
前記底部は、少なくとも一部に前記膜本体部が存在しない膜厚測定用基準面を有する、
膜と
を有する内燃機関のピストン。
A piston of an internal combustion engine,
A piston body comprising a metal and having a piston head and a skirt,
The piston head has a concave film holding portion on a crown surface which is a surface on the combustion chamber side of the internal combustion engine in the piston head.
A piston body,
In the film holding part, a film having a film body part and a film thickness measurement recess,
The membrane body is different in thermal properties from the piston body,
The film thickness measurement recess is open toward the combustion chamber, and has a bottom, an opening edge, and a peripheral wall between the bottom and the opening edge.
At least a part of the opening edge portion and the peripheral wall portion is composed of the membrane body portion,
The bottom has a reference surface for film thickness measurement in which the film main body does not exist at least in part.
A piston for an internal combustion engine having a membrane.
請求項1に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記膜厚測定用凹部の前記開口縁部は、全周が前記膜本体部からなる、内燃機関のピストン。
The piston of the internal combustion engine according to claim 1,
The opening edge of the film thickness measurement recess is a piston of an internal combustion engine, the entire circumference of which is the film body.
請求項2に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記膜本体部は焼結体である、内燃機関のピストン。
The piston of the internal combustion engine according to claim 2,
The piston of an internal combustion engine, wherein the membrane body is a sintered body.
請求項3に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記膜本体部は、金属であるバインダーを含む、内燃機関のピストン。
The piston of the internal combustion engine according to claim 3,
The membrane main body part is a piston of an internal combustion engine including a binder which is a metal.
請求項1に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記膜厚測定用凹部の前記開口縁部は、前記膜本体部からなる第1領域と、前記膜保持部からなる第2領域とを含む、内燃機関のピストン。
The piston of the internal combustion engine according to claim 1,
The piston of an internal combustion engine, wherein the opening edge of the film thickness measurement recess includes a first region made up of the membrane body and a second region made up of the membrane holding part.
請求項5に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記膜本体部は焼結体である、内燃機関のピストン。
The piston of the internal combustion engine according to claim 5,
The piston of an internal combustion engine, wherein the membrane body is a sintered body.
請求項6に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記膜本体部は、金属であるバインダーを含む、内燃機関のピストン。
The piston of the internal combustion engine according to claim 6,
The membrane main body part is a piston of an internal combustion engine including a binder which is a metal.
請求項1に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記膜は、前記周壁部において、前記ピストン本体部が内燃機関のシリンダ内で移動する方向である軸方向における厚さが、前記軸方向に対し直交する方向において前記底部側から前記開口縁部側に向かうに従い徐々に増加する、内燃機関のピストン。
The piston of the internal combustion engine according to claim 1,
In the peripheral wall portion, the membrane has a thickness in an axial direction in which the piston main body moves in a cylinder of the internal combustion engine in a direction orthogonal to the axial direction from the bottom side to the opening edge side. The piston of an internal combustion engine that gradually increases toward
請求項1に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記膜厚測定用基準面は、前記膜保持部の表面が機械加工によって表面処理された面である、内燃機関のピストン。
The piston of the internal combustion engine according to claim 1,
The reference surface for film thickness measurement is a piston of an internal combustion engine, wherein the surface of the film holding portion is a surface treated by machining.
請求項1に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記膜の前記膜本体部及び前記膜厚測定用凹部を覆う第2の膜を有する、内燃機関のピストン。
The piston of the internal combustion engine according to claim 1,
A piston for an internal combustion engine, comprising: a second membrane that covers the membrane main body portion of the membrane and the film thickness measurement recess.
請求項1に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記膜厚測定用基準面は、前記ピストン本体部が内燃機関のシリンダ内で移動する方向である軸方向に対し直交する平面と平行である、内燃機関のピストン。
The piston of the internal combustion engine according to claim 1,
The piston for an internal combustion engine, wherein the reference surface for measuring the film thickness is parallel to a plane orthogonal to an axial direction that is a direction in which the piston body moves in a cylinder of the internal combustion engine.
内燃機関のピストンの膜厚測定方法であって、
前記ピストンは、
金属を含み、ピストンヘッド及びスカート部を有するピストン本体部であって、
前記ピストンヘッドは、前記ピストンヘッドのうち内燃機関の燃焼室側の面である冠面に膜保持部を有する、
ピストン本体部と、
前記膜保持部にあり、膜本体部及び凹部を有する膜であって、
前記膜本体部は、前記ピストン本体部よりも熱伝導率が低く、
前記凹部は、前記燃焼室に向かって開口しており、底部、開口縁部、及び前記底部と前記開口縁部との間の周壁部を有し、
前記開口縁部及び前記周壁部の少なくとも一部は前記膜本体部からなり、
前記底部は、少なくとも一部に前記膜本体部が存在しない基準面を有する、
膜と
を有するピストンであって、
前記基準面の位置を測定する第1工程と、
前記膜本体部のうち前記燃焼室側の面である表面の位置を測定する第2工程と、
前記第1工程と前記第2工程の測定結果に基づき、前記膜の厚さを演算する第3工程と
を有する、内燃機関のピストンの膜厚測定方法。
A method for measuring the thickness of a piston of an internal combustion engine,
The piston is
A piston body comprising a metal and having a piston head and a skirt,
The piston head has a film holding portion on a crown surface which is a surface on the combustion chamber side of the internal combustion engine in the piston head.
A piston body,
The film is in the film holding part and has a film main body part and a concave part,
The membrane body has a lower thermal conductivity than the piston body,
The concave portion is open toward the combustion chamber, and has a bottom portion, an opening edge portion, and a peripheral wall portion between the bottom portion and the opening edge portion,
At least a part of the opening edge portion and the peripheral wall portion is composed of the membrane body portion,
The bottom portion has a reference surface in which the membrane main body portion does not exist at least in part.
A piston having a membrane,
A first step of measuring the position of the reference plane;
A second step of measuring the position of the surface that is the surface on the combustion chamber side of the membrane main body;
A method for measuring the thickness of a piston of an internal combustion engine, comprising: a third step of calculating the thickness of the film based on the measurement results of the first step and the second step.
請求項12に記載の内燃機関のピストンの膜厚測定方法において、
前記第1工程は、接触子を前記基準面に接触させる工程を含み、
前記第2工程は、前記接触子を前記膜本体部の前記表面に接触させる工程を含む、
内燃機関のピストンの膜厚測定方法。
The method for measuring the thickness of a piston of an internal combustion engine according to claim 12,
The first step includes a step of bringing a contact into contact with the reference surface;
The second step includes a step of bringing the contact into contact with the surface of the membrane main body.
A method for measuring the thickness of a piston of an internal combustion engine.
請求項12に記載の内燃機関のピストンの膜厚測定方法において、
前記第1工程は、膜厚測定用のレーザー光、超音波、又は磁気を前記基準面に照射する工程を含み、
前記第2工程は、前記膜厚測定用のレーザー光、超音波、又は磁気を前記膜本体部の前記表面に照射する工程を含む、
内燃機関のピストンの膜厚測定方法。
The method for measuring the thickness of a piston of an internal combustion engine according to claim 12,
The first step includes a step of irradiating the reference surface with laser light, ultrasonic waves, or magnetism for film thickness measurement,
The second step includes a step of irradiating the surface of the film main body with laser light, ultrasonic waves, or magnetism for measuring the film thickness,
A method for measuring the thickness of a piston of an internal combustion engine.
請求項12に記載の膜厚測定方法を適用可能な内燃機関のピストンの製造方法であって、
前記膜本体部を焼結により形成する膜形成工程を含む、内燃機関のピストンの製造方法。
A method for manufacturing a piston of an internal combustion engine to which the film thickness measuring method according to claim 12 can be applied,
A method for manufacturing a piston of an internal combustion engine, comprising a film forming step of forming the film body by sintering.
請求項15に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
前記膜形成工程は、金属粉末を材料として前記膜本体部を形成するとき、前記凹部を形成する、内燃機関のピストンの製造方法。
The method for manufacturing a piston of an internal combustion engine according to claim 15,
The said film formation process is a manufacturing method of the piston of an internal combustion engine which forms the said recessed part, when forming the said film | membrane main-body part using metal powder as a material.
請求項16に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
前記膜形成工程は、前記金属粉末に電極を当接させ、通電することで、前記膜本体部の焼結体を形成する、内燃機関のピストンの製造方法。
The method for manufacturing a piston of an internal combustion engine according to claim 16,
The film forming step is a method of manufacturing a piston for an internal combustion engine, wherein an electrode is brought into contact with the metal powder and energized to form a sintered body of the film main body.
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