JP2786873B2 - ピストンの製造方法 - Google Patents

ピストンの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は圧縮機などに使用されるピストンの製造方法
に関する。
（ロ）従来の技術 一般に、ピストンはネズミ鋳鉄や鋼等の金属材料で形
成されているが、シリンダー内を高速で摺動することか
ら外周面の耐摩耗性をより向上することが種々試みられ
ている。例えば、特公昭54−41244号公報では、ピスト
ンの外周面に硬質のアルマイト処理を施して耐摩耗性を
向上している。（この場合、ピストン母材はアルミニウ
ム）また、この他、ピストンの外周面を浸炭焼入処理し
て耐摩耗性を高めたものもある。
一方、ピストンはその質量を減らして負荷の軽減並び
に入力の低減を図るため、少なくともスカート部は薄肉
の円筒状に形成されている。
（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら上記の構成によると、ピストンの外周面
には浸炭焼入処理等の熱硬化処理が施されること、及
び、スカートが薄肉の円筒状に形成されていることか
ら、熱処理時に肉厚の薄いスカートがテーパ状（反トッ
プ側に向かって漸次拡径した状態）に広がり易く、この
後、仕上加工として外周面の研摩加工を行うとスカート
の外周面に形成された硬化層が多量に削り取られてしま
い外周面の全体に一様な厚さの硬化層を形成することが
できず、結果的に所望とする耐摩耗性を得ることができ
ないという問題があった。この問題はスカートの薄肉部
を比較的長く取っているボールジョイント式のピストン
に特に顕著に起こる。
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、質量を
増加したりすることなく、外周面の全体に均一な厚さの
硬化層が形成できるようにして耐摩耗性の良いピストン
が得られる製造方法を提供することを目的とする。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、スカート付金属製ピストン母材を、少なく
ともそのスカートの肉厚が反トップ側に向かって漸次且
つ後述する熱処理時にピストン直径が略均一に復元しう
る程度に縮径し、この母材をＮ及びＣの供給源ガス雰囲
気下で加熱処理に付し、母材の外周面に窒化膜層を形成
さすと共に、スカート部を熱変形させ、次いで外周面を
研摩加工することによりピストンを製造したものであ
る。
（ホ）作用 本発明のピストンの製造方法によれば、ピストンのス
カートは、熱処理の前に予め反トップ側に向かって漸次
縮径するテーパ状に形成されているため、熱処理時、ピ
ストンに高熱が加わったときに、熱変形により薄肉部を
反トップ側にいくほど大きく拡径させて熱処理後のピス
トン外周面を硬化層が生成された状態でトップからスカ
ートまでストレートに形成しておくことができ、この
後、外周面の研摩加工を施しても外周面の硬化層を均一
な厚さに維持することができる。これにより、スカート
に薄肉部を長く形成した軽量なピストンでも外周面の耐
摩耗性を向上することができる。
（ヘ）実施例 以下、本発明の実施例を図面に基ずいて説明する。
１は鋼材からなりスカートに全周に亘る円筒状の薄肉
部２を、内部に球座３及びカシメ部４を有するボールジ
ョイント式のピストンである。このピストンには厚さ１
〜５μ程度の窒化層５が略均一な厚さで形成されてい
る。このピストン１は、連接棒６の一端に設けた球体７
を球座３に当接させて円筒状のカシメ部４をカシメ付け
ることにより、球体７に球面で軸支され、図示しないシ
リンダ内を往復摺動する。そして、前記ピストン１は以
下の方法で製作される。
まず、鋼材を冷間鍛造してピストン母材1aを成型しこ
れに切削加工や研摩加工を施して上述した薄肉部２、球
座３、及びカシメ部４を形成するが、このとき、ピスト
ン母材1aの外周面を研摩加工によって第２図（Ａ）或る
いは第３図（Ｂ）に示すように薄肉部２の外周面が反ト
ップ側に向かって漸次縮径するように研摩しておく。縮
径の程度は、後述する熱処理時にピストン１の直径が略
均一に復元しうる程度である。尚、縮径はすべてピスト
ン１の外径に関して言う。
より具体的には、例えば、第３図（Ａ）に示すよう
に、SS41或るいはS12C（日本工業規格による）等で冷間
鍛造されたスカート付鋼製ピストン母材（直径22mm,長
さ15mm,薄肉部の厚さ1mm）の場合、薄肉部２の反トップ
側先端の直径は、トップ側の直径より15μ程度小さくさ
れる。この場合、第２図（Ａ）に示すように薄肉部２だ
けを漸次縮径させても或るいは第３図（Ｂ）に示すよう
にピストン１外周面の全部、即ち、ピストン１のトップ
側の先端から薄肉部２の反トップ側先端までを縮径させ
ても良い（この場合、センターレス芯無し研削盤等にて
加工するのが良い）が、本発明においては少なくとも薄
肉部２が縮径されていることを必須とする。縮径は第２
図及び第３図の工程図に示すようにピストン母材1aを一
旦作製した後、外周面を研摩によって加工するのが好ま
しい。
次に、このようなピストン母材は第２図（Ｂ）又は第
３図（Ｃ）で示すように、Ｎ及びＣの供給源ガス雰囲気
下で加熱処理にふされる。Ｎ及びＣの供給源ガスとは、
例えばCOガス、NH3ガスが挙げられる。この処理は一般
に窒化膜形成処理として公知の方法が利用でき、なかで
も代表的な処理としてガス軟窒化処理が挙げられる。
ガス軟窒化処理は、通常、COガス、NH3ガス雰囲気下
においてで約550〜600℃で１〜数時間加熱することによ
り行われ、そこでは、ピストン母材の表面にＣを固溶し
たFe3N、及び、Ｃを殆ど固溶しないFe4N、Fe16N2などの
組成の窒化膜が形成される。窒化膜の厚さは一般的に約
15〜20μ程度であるのが好ましい。
上記の処理時に、ピストン母材1aの縮径された部分、
ことに薄肉部２では熱変形が行われ、それにより、薄肉
部２の反トップ側に行く程大きく拡径され略均一な外径
を有するピストン母材1aとなる。｛第２図（Ｂ）及び第
３図（Ｃ）において破線で示す｝ 最後に、第２図（Ｃ）及び第３図（Ｄ）に示すよう
に、ピストン母材1aは、その外周面を研摩加工して、窒
化膜層の厚さが１〜５μ程度になるよう仕上げられる。
上記の方法により、ガス軟窒化処理時にピストン母材
1aの薄肉部２が変形して拡径しても、結果的にその外周
面をトップの先端からスカートの先端までストレートな
状態に形成しておくことができ、最終研摩加工後の外周
面全体の窒化層５の厚さを均一にできる。これにより、
負荷の軽減や入力低減を図ろうとしてスカートに薄肉部
２を形成して軽量化を促進したピストンであっても、耐
摩耗性を良好に高めることができる。
（ト）発明の効果 以上のように本発明によれば、ピストンの質量を減ら
して負荷の軽減や入力低減を図りつつ、外周面の耐摩耗
性を向上することができ、信頼性並びに耐久性の高いピ
ストンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を示すピストン装置の断面図、
第２図はスカートだけにテーパ加工を施すようにしたピ
ストンの製造工程を示す説明図、第３図はピストン外周
面全体にテーパ加工を施すようにしたピストンの製造工
程を示す説明図である。 １……ピストン、1a……ピストン母材、２……薄肉部、
５……窒化層。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−218667（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−13855（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭54−30452（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16J 1/00 - 1/24 C23C 8/00 - 8/80

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】スカート付金属製ピストン母材を、少なく
    ともそのスカートの肉厚が反トップ側に向かって漸次且
    つ後述する熱処理時にピストン直径が略均一に復元しう
    る程度に縮径し、この母材をＮ及びＣの供給源ガス雰囲
    気下で加熱処理に付し、母材の外周面に窒化膜層を形成
    さすと共に、スカート部を熱変形させ、次いで外周面を
    研摩加工することからなるピストンの製造方法。
  2. 【請求項２】スカート付金属製ピストン母材が、スカー
    ト付鋼鉄製ビストン母材である請求項１記載のピストン
    の製造方法。
  3. 【請求項３】加熱処理は550〜600℃で１〜数時間行われ
    る請求項１記載のピストンの製造方法。
JP1028069A 1988-02-18 1989-02-07 ピストンの製造方法 Expired - Lifetime JP2786873B2 (ja)

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