JP2734098B2 - 内燃機関のピストン成型方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関に用いられるピストンの成型方法に
係り、特に、所定径のピストンピン挿入孔を確実且つ容
易に再溶融組織により形成することができ、しかも、再
溶融組織にブローホールが発生することのないピストン
成型方法に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、内燃機関に用いられるピストンにおいては、
中央部が連接棒に連結されるピストンピンの両端部が、
それぞれボス部に形成されたピストンピン挿入孔に挿入
支持されて、燃焼室内でのガス爆発圧力を連接棒に伝達
し得るようになっている。

そのため、上述のようなガス爆発等の際には、上記ピ
ストンピンが各ボス部及び連接棒間で曲げ応力を受ける
ことになり、上記ボス部のヘッド側内面がピストンピン
から大きな反力を受け、そのボス部内面が損傷するおそ
れがある。

したがって、近年、ピストンにおいては、その製造に
際して上記ボス部のヘッド側内面に再溶融処理が施され
て、上記ボス部内面の機械的性質が改質されている。す
なわち、従来、ピストンは第４図及び第５図に示すよう
に、粗形材状にピストン本体１が成型された後（第４図
及び第５図（ａ））、そのピストン本体１のピストンピ
ン挿入孔2,2を区画形成するボス部3,3のヘッド側内面
（第４図のＡ領域）に、直接、電子ビームやレーザビー
ム等の高エネルギービームが照射されて再溶融組織４が
形成され（第５図（ｂ））、次いで、ピストン本体１に
熱処理及び機械加工が施されて（第５図（ｃ））、所定
の寸法・形状に成型されていた。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、従来よりピストンの成型方法にあっては、
上記機械加工によって所定径のピストンピン挿入孔２を
得るためにピストン本体１のボス部３内面には所定の仕
上代（第５図寸法Ｂ）が付設されている。しかしなが
ら、従来の成型方法にあってはその仕上代が小さいた
め、上記ボス部３内面に直接高エネルギービームを照射
すると、第５図（ｂ），（ｃ）に示すようにボス部３内
端部が上記仕上代以上に垂れ込み、その後機械加工を施
しても、再溶融組織４により所定径のピストンピン挿入
孔２を形成することができなくなる問題を生じていた。

殊に、この再溶融組織４は所定深さが必要とされるた
め、上記垂れ込みを生じないように高エネルギービーム
をボス部３内面に照射することは極めて困難となってお
り、問題はより深刻となっていた。

そこで、本出願人は、先に第６図に示すように鍔付ブ
ッシュ５の鍔部６をボス部３内側端面に当接するよう鍔
付ブッシュ５をボス部３内に圧入し、鍔付ブッシュ５と
共にボス部３内面を再溶融処理するようにしたピストン
成型方法を提案した。

しかしながら、このピストン成型方法によれば、鍔付
ブッシュ５の圧入に際して、第６図（ａ）に示すよう
に、ボス部３内面端部の面取部７と鍔付ブッシュ５段部
の面取部８との不整合により密閉された空隙９が発生し
やすい。そのため、この空隙９が生じた状態で再溶融処
理を施すと、第６図（ｂ）に示すように空隙９内の空気
が加熱膨張されて再溶融組織４内にブローホール10が形
成され、上記機械加工後にも第６図（ｃ）に示すように
ボス部３内面つまり再溶融組織４表面にブローホール10
が残る問題を生じていた。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、再溶融組織により確実且つ容易
に所定径のピストンピン挿入孔を形成することができる
と共に、その再溶融組織にブローホールが発生すること
のないピストン成型方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、ピストン本体を
成型した後、該ピストン本体のピストンピン挿入孔を区
画形成するボス部内に、挿入方向後方に上記挿入孔より
拡径した鍔部を有する鍔付ブッシュを圧入すると共に、
上記鍔部とボス部との間にガス逃げ間隔を形成し、上記
鍔付ブッシュと共にボス部を再溶融処理したものであ
る。

［作 用］ ガス逃げ間隔を形成したため、鍔付ブッシュをボス部
内へ圧入する際に、密閉された空隙が生じることはな
い。そのため、鍔付ブッシュと共にボス部を再溶融処理
すると、再溶融組織内にブローホールが発生することな
く、鍔付ブッシュ及びボス部内面が溶融・凝固されて充
分な体積の再溶融組織がボス部内に確保される。

［実施例］ 以下に本発明の一実施例を添付図面に従って説明す
る。

一実施例にかかるピストンは第２図及び第３図に示す
ように、先ず鋳造によりピストン本体12が成型された
後、そのピストン本体12のボス部13,13内面に再溶融処
理が施される。そして、そのピストン本体12に熱処理を
経て機械的加工が施されて、外周面14,頂面15,ピストン
ピン挿入孔16,16及びリング溝17等が所定の形状・寸法
に形成されている。

ピストン本体12は第３図に示すように、その質量によ
る慣性力を低減すべく、アルミ合金（Al−Si系合金）に
より略筒形ピストン形状に一体成型されている。

本発明で特徴とするところは、ピストン本体12の径方
向内方に突設形成され且つピストン挿入孔16,16を区画
形成するボス部13,13内に、それぞれ挿入方向後方に上
記挿入孔より拡径した鍔部18を有する鍔付ブッシュ19を
圧入すると共に、その鍔部18とボス部13との間にガス逃
げ間隙20を形成し、鍔付ブッシュ19と共にボス部13を再
溶融処理にしたことにある。

具体的には、第１図（ａ）に示すように、略段付円筒
体状の鍔付ブッシュ19の鍔部18をボス部13端面と所定間
隙を介して対向させて鍔付ブッシュ19をボス部13内側端
部に圧入により嵌合してガス逃げ用間隙20を形成し、そ
の後、この鍔付ブッシュ19の内面側から電子ビームやレ
ーザビーム等の高エネルギービームをヘッド側つまり頂
面15方向に照射して、鍔付ブッシュ19及びボス部13のヘ
ッド側内面を再溶融している。

ここに、鍔付ブッシュ19はボス部13と同材質のアルミ
合金（Al−Si系合金）により形成されている。そのた
め、鍔付ブッシュ19及びボス部13内面を再溶融すると、
先ず鍔付ブッシュ19が溶融されることになる。鍔付ブッ
シュ19は、その内面側から外方に向って溶融され、第１
図（ｂ）に示すように鍔部18の外縁部が溶融する前に、
鍔付ブッシュ19段部の面取部21が溶融されることにな
る。したがって、その後、鍔部18の外縁部とボス部13の
内面とが溶融されるに伴なって、鍔部18及びボス部13間
に存在する空気がガス逃げ間隙20から逃げつつ、ガス逃
げ間隔20が溶融金属によりボス部13内面側から順次埋め
込まれることになる。このようにして、この溶融金属
は、ブローホールを含有することなくボス部13内面に保
持され、その熱が囲りの金属により指向性をもって奪わ
れることにより急冷凝固され、第１図（ｃ）に示すよう
にブローホールがなく、微細な組織を有し且つ構造欠陥
の少ない再溶融組織22が形成されることになる。なお、
上記溶融金属は鍔付ブッシュ19により補給されて充分な
体積を有するため、上記垂れ込みによって再溶融組織22
の表面がボス13の内面以下になることはない。

そして最後に、機械加工によってボス部13内面を仕上
げると、第１図（ｄ）に示すように、表面にブローホー
ルが残らない再溶融組織22が確実にボス部13内面に形成
されると共に所定径のピストンピン挿入孔16が形成され
ることになる。

したがって、本実施例によれば、ブローホールがな
く、微細組織を有し且つ構造欠陥の少ない再溶融組織22
により確実且つ容易に所定径のピストンピン挿入孔16を
形成できる。そして、この再溶融組織22はボス部13のヘ
ッド側内面に形成されるため、強度及び靭性など機械的
性質が改善された再溶融組織22を介して燃焼室内のガス
爆発圧力等がピストンピンに伝達され得ることになり、
ボス部13内面が損傷することなく、ボス部13しいてはピ
ストン本体12の耐久性が向上して高速及び高出力化を図
ることができる。

また、上記再溶融処理は、従来と同等の形状に鋳造形
成されたピストン本体12を利用して行うことができるた
め、容易に既存のピストン成型方法に適用できる。

なお、上記実施例においては、鍔付ブッシュ19をボス
部13と同等の材質であるアルミ合金により形成したが、
この鍔付ブッシュ19はボス部13とは異種の材質により形
成されるものであってもよい。要は、再溶融処理の際に
ブローホールを生じることなくボス部13内面と共に溶融
・凝固され且つ組織の機械的性質が改善されるものであ
ればよい。そして、この条件が確保されれば、ピストン
本体12は鋳鉄等の鉄系材質により形成したものであって
もよい。

また、上記実施例においては、ボス部13内面の内方端
部にのみ再溶融処理を施したが、長寸のの鍔付ブッシュ
19利用してボス部13のヘッド側内面全体に亘って施して
もよい。

また、上記実施例においては、ボス部13端面から所定
間隔を介して鍔付ブッシュ19の鍔部18を配置してガス逃
げ間隙20を形成したが、鍔部18端面に面取部21まで達す
る切欠溝を形成することにより形成してもよい。この場
合には、鍔部18の端面をボス部13端面に当接させて鍔付
ブッシュ19をボス部13内に圧入でき、鍔付ブッシュ19の
軸方向位置決めが容易となる。

［発明の効果］ したがって、本発明によれば次のごとく優れた効果を
発揮する。

（１）再溶融処理に際してボス部内面と共に鍔付ブッシ
ュが溶融されるため、確実且つ容易に再溶融組織により
所定径のピストンピン挿入孔を形成することができる。

（２）鍔部とボス部との間にガス逃げ間隙が形成される
ため、ボス部内面の再溶融組織にブローホールを生じる
ことなく再溶融処理を行うことができる。

（３）もって、ボス部内面に加わる力を確実に再溶融組
織を介して受けることができ、大きな耐久性を有するピ
ストンを成型でき、高速及び高出力化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例が適用されたボス部の拡大断
面図であり、（ａ）は鍔付ブッシュを圧入した状態、
（ｂ）は再溶融処理を施して鍔付ブッシュを再溶融した
状態、（ｃ）は再溶融処理後の状態、（ｄ）は機械加工
後の状態、第２図は一実施例の概略成型方法を示す工程
図、第３図は一実施例においてピストン本体に鍔付ブッ
シュを嵌合した状態を示す正面断面図、第４図は再溶融
処理が施される領域を示す従来のピストン本体の正面断
面図、第５図は従来例が適用されたボス部の拡大断面
図、第６図は改良された成形方法が適用されたボス部の
拡大断面図である。 図中、12はピストン本体、13はボス部、16はピストンピ
ン挿入孔、19は鍔付ブッシュ、20はガス逃げ間隙、22は
再溶融組織である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストン本体を成型した後、該ピストン本
   体のピストンピン挿入孔を区画形成するボス部内に、挿
   入方向後方に上記挿入孔より拡径した鍔部を有する鍔付
   ブッシュを圧入すると共に、上記鍔部とボス部との間に
   ガス逃げ間隙を形成し、上記鍔付ブッシュと共にボス部
   を再溶融処理した内燃機関のピストン成型方法。