JP3705676B2

JP3705676B2 - 内燃機関用ピストンの製造方法

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Publication number: JP3705676B2
Application number: JP10817397A
Authority: JP
Inventors: 俊勝小池; 裕山縣; 清治井上
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2017-04-10
Also published as: JPH10277723A; US6363608B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２サイクルや４サイクルのガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンに使用される内燃機関用ピストンを製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２サイクルや４サイクルのガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンのようなレシプロエンジンに使用される内燃機関用ピストンでは、エンジンの高出力化に対応して、高温での強度や耐摩耗性の向上が求められると共に、ピストンの往復慣性力を小さくして出力増大やエンジン振動の低減を図るために一層の軽量化が求められることから、その材質については、材質自体が軽量であり、且つ、薄肉に成形することが可能で、しかも、薄肉に成形しても高温で永久変形が少なく、高温での強度や耐摩耗性の高いことが要求されている。
【０００３】
そのようなピストンの材質としては、従来、例えば、軽量なアルミニウム（Ａｌ）を基材として、耐摩耗性や耐焼付性を高めるためにシリコン（Ｓｉ）を添加すると共に、強度を高めるために銅（Ｃｕ）およびマグネシウム（Ｍｇ）を添加したような連続鋳造材のアルミ合金が使用されており、そのようなアルミ合金を一般的には鋳造加工することによって、ピストン本体の一次成形品が製造されている。
【０００４】
一方、レシプロエンジンに使用される内燃機関用ピストンでは、燃焼室に露出するヘッド部では特に高い耐熱性が要求され、シリンダ内面に摺接するピストン外周面では特に高い耐摩耗性が要求されること、および、材料費の節約やピストン重量の軽量化を行うために、ピストン本体の全体を同じ材質で一様に強化するのではなく、部分的に材質を変えて複合的にピストン本体を形成するということが従来から様々に提案されている。（例えば、特開昭６３−１２６６６１号公報，実開平２−１０７７４９号公報，特開平３−２６７５５２号公報，特開平５−３２０７８８号公報等参照。）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の内燃機関用ピストンでは、部分的に材質が異なる複合材のピストン本体を製造する場合に、異なる材質で各部分を成形してから溶接により一体化したり、あるいは、一方の材質で一方の部分を成形してから、この成形した一方の部分を鋳型内に保持して、他方の材質を溶解して鋳型内に流し込むことにより、該一方の部分を鋳包むことで一体的に成形したりしているため、一つの材質からなる素材によりピストン本体を製造する場合と比べて、製造工程が多くなったり製造時間が増大したりして、その結果コストアップを招くこととなる。
【０００６】
また、異なる材質で各部分を成形してから溶接により一体化したような場合には、異なる材質の接合部分の周辺で溶接時の熱により材質自体の強度が低下することがあり、また、一方の材質からなる一方の部分を他方の材質で鋳包むことにより一体化成形するような場合には、異なる材質同士の接合部分の接合強度が充分でないような虞も生じる。
【０００７】
本発明は、上記のような問題を解消するために、内燃機関用ピストンの製造方法において、部分的に材質が異なるピストン本体を製造する場合に、一方の材質に急冷凝固粉末アルミ合金を使用することで、ピストン本体の強度や耐摩耗性を向上させ、しかも、そのような急冷凝固粉末と他の材質（連続鋳造材）とからなる複合素材を、製造工程や製造時間をあまり増やすことなく製造することでコストアップを抑えると共に、そのような複合素材を一体的に鍛造することで、ピストン本体における異なる材質同士の接合強度を充分なものにすることを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような課題を解決するために、上記の請求項１に記載したように、接合界面で一体的に接合された強度の異なる材質によりピストン本体が構成されている内燃機関用ピストンの製造方法において、アルミ合金の連続鋳造材を第一口金部から押し出しながら、押し出される連続鋳造材の周りに充満させておいたアルミ合金の急冷凝固粉末を、加熱し加圧することで固化しつつ、第一口金部よりも大径の第二口金部から、連続鋳造材と共に押し出すことにより、連続鋳造材からなる材質の芯材と急冷凝固粉末からなる材質の外周材とを一体的に接合させた柱状体としてから、該柱状体を所定の大きさに切断することにより鍛造用素材を製造し、該鍛造用素材の鍛造による一次成形工程および後加工工程を経てピストン本体の完成品とするようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、上記の請求項１に記載した内燃機関用ピストンの製造方法において、上記の請求項２に記載したように、アルミ合金の急冷凝固粉末が、シリコン（Ｓｉ）を１０〜２２重量％の範囲で含み、初晶シリコンの平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、上記の請求項２に記載した内燃機関用ピストンの製造方法において、上記の請求項３に記載したように、アルミ合金の急冷凝固粉末が、シリコン（Ｓｉ）よりも硬い非金属成分粒子を、平均粒径が１０μｍ以下の状態で、１〜１０重量％の範囲で含むことを特徴とするものである。
【００１１】
また、上記の請求項３に記載した内燃機関用ピストンの製造方法において、上記の請求項４に記載したように、シリコン（Ｓｉ）よりも硬い成分粒子が、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの何れか一つあるいは複数からなることを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、上記の請求項２乃至４に記載した内燃機関用ピストンの製造方法において、上記の請求項５に記載したように、アルミ合金の急冷凝固粉末が、鉄（Ｆｅ）を１〜１０重量％の範囲で含み、その化合物の平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関用ピストンの製造方法の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の製造方法により製造されるピストン本体の一例を示すもので、（Ａ）は、ピン孔の軸線方向から見た側面を示し、（Ｂ）は、上方から見たヘッド部の上面を示し、（Ｃ）は、図（Ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った縦断面を示している。
【００１５】
ピストン本体１は、燃焼室に上面が露出するヘッド部２と、シリンダ内面に側面が摺接するスカート部３が、ピンボス部４のある側では肉厚が厚くなり、ピンボス部４のない側ではピンボス部４よりも下方に向って肉厚が徐々に薄くなるように、厚い円板状のピストン鍛造用の素材から鍛造により一次成形されてから、この一次成形によるピストン加工用の素材（一次成形品）に対して、不要な部分を削り落としたりリング溝部５やピン孔部６を形成する等の機械加工処理を施し、更に必要に応じてメッキ等の表面処理を施すことで、最終製品として仕上げられているものである。
【００１６】
このピストン本体１は、接合界面で一体的に接合された強度の異なる２種の材質１Ａ，１Ｂにより全体が複合的に形成されていて、強度の高い材質として、アルミ合金の急冷凝固粉末（パウダーメタル）から形成される材質１Ａが、ヘッド部２の周辺部からリング溝部５とピンボス部４の外側とスカート部３を占めるようにピストン本体１の外周部（側壁部分）に分布し、それよりも強度の低い材質として、アルミ合金の連続鋳造材（溶製材）から形成される材質１Ｂが、ヘッド部２の中央部からピンボス部４の内側を占めるようにピストン本体１の中央部（軸芯部分）に分布している。
【００１７】
ところで、上記のピストン本体１における一方の材質１Ａの部分を形成するための急冷凝固粉末について、本実施形態では、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を基材として、全体中に、シリコン（Ｓｉ）を１０〜２２重量％，鉄（Ｆｅ）を１〜１０重量％，銅（Ｃｕ）を０．５〜５重量％，マグネシウム（Ｍｇ）を０．５〜５重量％，マンガン（Ｍｎ）を１重量％以下，ニッケル（Ｎｉ）を１重量％以下，クロム（Ｃｒ）を１重量％以下，ジルコニウム（Ｚｒ）を２重量％以下，モリブデン（Ｍｏ）を１重量％以下の範囲で含むようなものが使用されている。
【００１８】
その具体例としては、シリコン（Ｓｉ）を１７重量％，鉄（Ｆｅ）を５重量％，銅（Ｃｕ）を１重量％，マグネシウム（Ｍｇ）を０．５重量％，マンガン（Ｍｎ）を０．０１重量％，ニッケル（Ｎｉ）を０．０１重量％，クロム（Ｃｒ）を０．０１重量％，ジルコニウム（Ｚｒ）を１重量％，モリブデン（Ｍｏ）を０．０１重量％含むような急冷凝固粉末アルミ合金がある。
【００１９】
また、本実施形態では、材質１Ａの部分を形成するためのアルミ合金の急冷凝固粉末の他の例として、アルミニウム（Ａｌ）を基材として、全体中に、シリコン（Ｓｉ）を１０〜２２重量％，鉄（Ｆｅ）を１〜１０重量％，銅（Ｃｕ）を０．５〜５重量％，マグネシウム（Ｍｇ）を０．５〜５重量％，マンガン（Ｍｎ）を１重量％以下，ニッケル（Ｎｉ）を１重量％以下，クロム（Ｃｒ）を１重量％以下，ジルコニウム（Ｚｒ）を２重量％以下，モリブデン（Ｍｏ）を１重量％以下の範囲で含むと共に、更に耐摩耗性を高めるために、シリコン（Ｓｉ）よりも硬い成分である炭化シリコン（ＳｉＣ）を１〜１０重量％の範囲で含むようなものが使用されている。
【００２０】
その具体例としては、シリコン（Ｓｉ）を１７重量％，鉄（Ｆｅ）を５重量％，銅（Ｃｕ）を１重量％，マグネシウム（Ｍｇ）を０．５重量％，マンガン（Ｍｎ）を０．０１重量％，ニッケル（Ｎｉ）を０．０１重量％，クロム（Ｃｒ）を０．０１重量％，ジルコニウム（Ｚｒ）を１重量％，モリブデン（Ｍｏ）を０．０１重量％含むと共に、更に、炭化シリコン（ＳｉＣ）を５重量％含むような急冷凝固粉末アルミ合金がある。
【００２１】
なお、上記のようなアルミ合金の急冷凝固粉末の各例において、シリコン（Ｓｉ）や炭化シリコン（ＳｉＣ）は、金属組織中に硬質の粒子を存在させることで耐摩耗性および耐焼付性を高めるために添加されているものであり、鉄（Ｆｅ）は、金属組織を分散強化して２００℃以上で高い強度を得るために添加されているものであり、また、銅（Ｃｕ）およびマグネシウム（Ｍｇ）は、２００℃以下での強度を高めるために添加されているものであって、その添加量については、上記の範囲外では所望の耐摩耗性や耐焼付性および高温での必要な強度を得ることができない。
【００２２】
一方、ピストン本体１における他方の材質１Ｂの部分を形成するための連続鋳造材（溶製材）について、本実施形態では、従来から使用されている鋳造を前提とした連続鋳造材のアルミ合金、すなわち、アルミニウム（Ａｌ）を基材として、全体中に、シリコン（Ｓｉ）を１０〜２２重量％，鉄（Ｆｅ）を１重量％以下，銅（Ｃｕ）を０．５〜５重量％，マグネシウム（Ｍｇ）を０．５〜２重量％，マンガン（Ｍｎ）を１重量％以下，ニッケル（Ｎｉ）を１重量％以下，クロム（Ｃｒ）を１重量％以下の範囲で含むようなものが使用されている。
【００２３】
その具体例としては、シリコン（Ｓｉ）を１２重量％，鉄（Ｆｅ）を０．２重量％，銅（Ｃｕ）を４重量％，マグネシウム（Ｍｇ）を１重量％，マンガン（Ｍｎ）を０．１重量％，ニッケル（Ｎｉ）を０．１重量％，クロム（Ｃｒ）を０．１重量％含むような連続鋳造材のアルミ合金がある。
【００２４】
なお、上記のようなアルミ合金の急冷凝固粉末による材質１Ａの各例と、連続鋳造材による材質１Ｂの一例について、耐摩耗性および疲労強度についてそれぞれ比較試験を行った結果については以下の通りである。
【００２５】
すなわち、図８は、耐摩耗性を比較するために、急冷凝固粉末による材質１Ａの各例（ＳｉＣを含む例−Ａ１，および，ＳｉＣを含まない例−Ａ２）と、連続鋳造材による材質１Ｂの一例（例−Ｂ）のそれぞれについて、試験温度２５０℃で、フレッチング摩耗試験（試験材質をローターとし、このローターを揺動させながら所定材質のライダーを繰り返し押し付けて、接触面の摩耗痕の面積を摩耗量とする）を行った結果を示すもので、これによって材質１Ａ（例−Ａ１，および，例−Ａ２）の何れについても、材質１Ｂ（例−Ｂ）と比べて、高温で高い耐摩耗性を有することが示されている。
【００２６】
また、図９は、疲労強度を比較するために、急冷凝固粉末による材質１Ａの各例（ＳｉＣを含む例−Ａ１，および，ＳｉＣを含まない例−Ａ２）と、連続鋳造材による材質１Ｂの一例（例−Ｂ）のそれぞれについて、２５℃，１５０℃，２５０℃の各試験温度で、繰返し荷重による疲労試験（試験片に対して正弦波荷重を作用させ、正弦波の一周期を単位に数えて破壊までの繰返し数を求めることで、疲労限度を示す）を行った結果を示すもので、これによって材質１Ａ（例−Ａ１，および，例−Ａ２）の何れについても、材質１Ｂ（例−Ｂ）と比べて、全ての温度で高い疲労強度を有することが示されている。
【００２７】
さて、図１に示すような強度の異なる２種の材質１Ａ，１Ｂにより全体が複合的に形成されているピストン本体１を、上記のようなアルミ合金の急冷凝固粉末とアルミ合金の連続鋳造材とを材料として製造する、本実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法について以下に説明する。
【００２８】
ピストン本体１を製造するための材料となるアルミ合金の連続鋳造材については、例えば、図２に示すように、（Ａ）アルミ合金のインゴットを、（Ｂ）溶解して連続鋳造してから、（Ｃ）所定の大きさに切断することで連続鋳造材としたものが使用され、また、アルミ合金の急冷凝固粉末については、例えば、図３に示すように、（Ａ）アルミ合金のインゴットを、（Ｂ）約７００℃以上で溶解してから霧状に散布し、冷却速度１００℃／ｓｅｃ以上で急激に冷やして凝固させることで、平均粒径で約１００μｍ程度の急冷凝固粉末（パウダーメタル）としたものが使用される。
【００２９】
なお、アルミ合金の急冷凝固粉末中に含有されている各構成成分については、当初のアルミ合金インゴット中に含有されていて急冷凝固により粉末化されているか、あるいは、急冷凝固して粉末化させたアルミ合金に対して粉末状にして混入するかの何れかによって、アルミ合金の急冷凝固粉末中に微細な粉末状態で含有されている。
【００３０】
上記のような急冷凝固粉末と連続鋳造材とを材料として、本実施形態の製造方法では、まず、図４に示すように、素材製造装置１１によって複合ピストン鍛造用素材１０を製造する。
【００３１】
素材製造装置１１には、連続鋳造材１Ｂを収納する第一収納室１２と、急冷凝固粉末１Ａを収納する第二収納室１３とが隣接して設けられており、第一収納室１２と第二収納室１３の隔壁には、第一口金部１４が開口され、第二収納室１３の第一口金部１４と対向する位置には、第一口金部１４よりも大きな径の第二口金部１５が外部に向かって開口されている。
【００３２】
そのような装置１１により、第一収納室１２内に収納した連続鋳造材１Ｂを、４００〜５００℃に加熱して加圧することで、第一口金部１４を通して第二収納室１３の側に円柱状に押し出しながら、第二収納室１３内に収納した急冷凝固粉末１Ａを、４００〜５００℃に加熱して加圧することで固化しつつ、第一口金部１４よりも大径の第二口金部１５を通して押し出す。
【００３３】
それにより、連続鋳造材１Ｂを芯材とし急冷凝固粉末１Ａを外周材とした複合材の円柱体が、第二口金部１５を通して装置１１の外方に共に押し出されることとなり、この複合材の円柱体を所定の大きさに切断することによって、鍛造によりピストン本体１の一次成形品を形成するための複合ピストン鍛造用素材１０が製造される。
【００３４】
なお、上記のような装置１１により製造された複合ピストン鍛造用素材１０では、第一口金部１４を連続鋳造材１Ｂが通過する時にその酸化皮膜が破壊され、第二収納室１３内で連続鋳造材１Ｂは母材が露出し、この露出部に加熱された急冷凝固粉末１Ａが押圧されて接合するため、円柱状の芯材１Ｂと外周材１Ａの接合強度が高い値となっており、このため、複合ピストン鍛造用素材１０では、運搬中や後工程の鍛造の準備中に芯材１Ｂと外周材１Ａの接合が容易に破壊されることがなく、その取扱性が良いものとなっている。
【００３５】
この複合ピストン鍛造用素材１０は、鍛造後のピストン本体１の高さよりも小さい高さ（厚さ）に形成され、芯材（連続鋳造材１Ｂ）の径よりも外周材（急冷凝固粉末１Ａ）の肉厚が小さくなるように形成されている。
【００３６】
なお、本実施形態では、図５に示すように、芯材１Ｂと外周材１Ａとを同心円状に形成しているが、場合によっては、図６に示すように、外周材１Ａの肉厚を部分的に変えたり、鍛造の際に金型に位置決めするための突起１０ａを形成しても良く、そのような芯材１Ｂや外周材１Ａの形状の変更は、上記の装置１１の第一口金部１４や第二口金部１５の形状を変えることによって容易に行うことができる。
【００３７】
そのように製造された複合ピストン鍛造用素材１０を、本実施形態では、図７に示すように、２５０〜４５０℃の間に制御した状態で予熱した下型２２と、同じく２５０〜４５０℃の間に制御した状態で予熱した上型（パンチ）２１とによる熱間鍛造により一次成形品に成形してから、不要な部分を削り落としたりリング溝部５やピン孔部６を形成する等の機械加工処理を施し、更に必要に応じてメッキ等の表面処理を施すことで、ピストン本体１の最終製品として仕上げる。
【００３８】
なお、上記のように制御された温度に予熱された上型２１と下型２２を用いた熱間鍛造によれば、アルミ合金の延性を充分に利用して、寸法精度良くピストン本体の一次成形品を成形することができ、また、複合ピストン鍛造用素材１０における材質１Ａと材質１Ｂの接合界面が鍛造により延ばされることによって、材質１Ａと材質１Ｂのそれぞれの母材が直接接合する領域が増加するので、鍛造されたピストン本体１では、材質１Ａと材質１Ｂの接合界面における接合強度が、鍛造前よりも強化された状態となる。
【００３９】
上記のような本実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法によれば、アルミ合金の急冷凝固粉末を固化して成形する工程において、同時的に、連続鋳造材１Ｂを芯材とし急冷凝固粉末１Ａを外周材とした複合ピストン鍛造用素材１０を製造することができるため、急冷凝固粉末１Ａを構成材料とした複合ピストン鍛造用素材１０を、製造工程や製造時間を増やすことなく製造することができて、製造コストのアップを抑えることができる。
【００４０】
また、そのように製造された複合ピストン鍛造用素材１０における材質１Ａ（急冷凝固粉末によるもの）と材質１Ｂ（連続鋳造材によるもの）との接合界面を、鍛造により延ばすことによって、鍛造されたピストン本体１における材質１Ａと材質１Ｂの接合強度を強化することができる。
【００４１】
そして、そのような複合ピストン鍛造用素材１０から鍛造されたピストン本体１では、急冷凝固粉末を固化して鍛造した材質１Ａが、ピストン本体１の外周部分に分布することとなるため、ピストン本体１の強度や耐摩耗性を効果的に向上させることができる。
【００４２】
すなわち、本実施形態では、ピストン本体１の材質１Ａの部分では、何れも、平均粒径が約１００μｍ程度に粉末化されたアルミ合金中に、シリコン（Ｓｉ）や鉄（Ｆｅ）等の各構成成分が、平均粒径が１０μｍ以下の微細化された状態で分散されたものとなっている。
【００４３】
そのため、例えば、シリコン（Ｓｉ）については、初晶シリコンの平均粒径が１０μｍ以下の微細化された状態でアルミ合金組織中に分散されていることで、材質１Ａが薄く引き延ばされるように鍛造されても、シリコン（Ｓｉ）の粒子が割れて当該部分からクラックが発生するようなことが無く、その結果、鍛造されたピストン本体１の疲労強度が高いものとなっている。
【００４４】
また、鉄（Ｆｅ）については、微細化され分散された状態の鉄（Ｆｅ）を含む急冷凝固粉末アルミ合金を鍛造により成形することで、鉄の粗大な化合物の形成が阻止され、応力集中の原因となる鉄分の粗大化合部のない均一な金属組織が得られるため、通常の鋳造工程によりピストン本体を一次成形する場合よりも鉄（Ｆｅ）を多く添加することが可能となって、高温での強度が高い合金を得ることが可能となる。
【００４５】
これに対して、通常の鋳造工程によりピストン本体の一次成形を行う場合には、材質となるアルミ合金中に鉄成分が多く添加されていると、鋳造後の冷却により合金中に鉄の粗大な化合物が形成されて強度の低下を招くこととなる。
【００４６】
さらに、急冷凝固粉末１０Ａ中に炭化シリコン（ＳｉＣ）を含有させた場合には、炭化シリコン（ＳｉＣ）が微細化された状態でアルミ合金組織中に均等に分散されることにより、高い耐摩耗性を得ることができる。
【００４７】
なお、その他の構成成分についても、材質１Ａの部分の材料をアルミ合金の急冷凝固粉末とすることにより、該粉末中に微細な粉末として含有させることができ、その結果、そのようなアルミ合金粉末が成形固化や鍛造を経て緻密な結晶組織となることで、該構成成分により結晶粒界での応力集中による強度低下をきたすようなことが無くなるため、疲労強度が高められることとなる。
【００４８】
上記のような各点に関連して、そのように強化された材質１Ａがピストン本体１の外周部分に分布することにより、例えば、ピストン本体１の側壁が耐摩耗性や耐焼付性の高い材質１Ａとなることで、ピストン本体１の寿命を延ばすことができ、また、該材質１Ａの熱膨張係数が小さいことにより、ピストン本体１の熱変形を小さくすることができ、また、スカート部３で材質１Ａが薄く引き延ばされるように鍛造されても、シリコン（Ｓｉ）の粒子が割れて当該部分からクラックが発生するようなことが無いことで、疲労強度を向上させることができる。
【００４９】
また、リング溝部５の付近からヘッド部２にかかるトップランドの部分が強度の高い材質１Ａとなることで、エンジンの運転中にピストンのトップランドがシリンダ壁に強く押し付けられても、その力に充分に耐えることができるため、トップランドの部分を小さくすることができ、その結果、トップランドとシリンダ壁との隙間に残留する排気ガス量を減少させることができて、排気ガス中のＨＣを減らすことができる。
【００５０】
以上、本発明の内燃機関用ピストンの製造方法の一実施形態について説明したが、本発明は、上記のような実施形態にのみ限定されるものではなく、例えば、材料として使用されるアルミ合金の急冷凝固粉末やアルミ合金の連続鋳造材については、上記の実施形態で各例として具体的に示したようなものに限られるものではなく、また、複合ピストン鍛造用素材をピストン本体の一次成形品に鍛造するための具体的な方法や、最終的に製造されるピストン本体の具体的な形状等についても、上記の実施形態に示したようなものに限られるものではない。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したような本発明の内燃機関用ピストンの製造方法によれば、ピストン本体を構成する材質に急冷凝固粉末アルミ合金を使用することで、ピストン本体の強度や耐摩耗性を向上させることができ、しかも、そのような急冷凝固粉末を構成材料とした複合ピストン鍛造用素材を、製造工程や製造時間を増やすことなく製造することができて、製造コストのアップを抑えることができると共に、そのような複合ピストン鍛造用素材を一体的に鍛造することによって、ピストン本体における異なる材質同士の接合強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法により製造されるピストン本体の一例を示す（Ａ）側面図，（Ｂ）上面図，および（Ｃ）図ＢのＣ−Ｃ線に沿った縦断面図。
【図２】本発明の製造方法で材料として使用されるアルミ合金の連続鋳造材を製造する方法の一例を示す説明図。
【図３】本発明の製造方法で材料として使用されるアルミ合金の急冷凝固粉末を製造する方法の一例を示す説明図。
【図４】本発明の製造方法の一実施形態について、連続鋳造材と急冷凝固粉末から複合ピストン鍛造用素材を製造するときの状態を示す（Ａ）図ＢのＡ−Ａ線に沿った断面側面説明図，および（Ｂ）図ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面正面説明図。
【図５】図４に示した状態で製造される複合ピストン鍛造用素材の一例を示す（Ａ）上面図，および（Ｂ）図ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図６】図４に示した状態で製造される複合ピストン鍛造用素材の他の例を示す（Ａ）上面図，および（Ｂ）図ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図７】図５に示した複合ピストン鍛造用素材をピストン本体の一次成形品に鍛造するときの状態の一例を示す断面説明図。
【図８】ピストン本体を構成する２種の材質について、急冷凝固粉末による材質の各例（ＳｉＣを含む例−Ａ１と、ＳｉＣを含まない例−Ａ２）と、連続鋳造材による材質の一例（例−Ｂ）とについて、材質による耐摩耗性の差異を示すグラフ。
【図９】ピストン本体を構成する２種の材質について、急冷凝固粉末による材質の各例（ＳｉＣを含む例−Ａ１と、ＳｉＣを含まない例−Ａ２）と、連続鋳造材による材質の一例（例−Ｂ）とについて、２５℃，１５０℃，２５０℃の各温度において、材質による疲労強度の差異を示すグラフ。
【符号の説明】
１ピストン本体（内燃機関用ピストン）
１Ａ急冷凝固粉末（強度の高い材質）
１Ｂ連続鋳造材（強度の低い材質）
１０複合ピストン鍛造用素材（鍛造用素材）
１１素材製造装置
１４第一口金部
１５第二口金部

Claims

接合界面で一体的に接合された強度の異なる材質によりピストン本体が構成されている内燃機関用ピストンの製造方法において、アルミ合金の連続鋳造材を第一口金部から押し出しながら、押し出される連続鋳造材の周りに充満させておいたアルミ合金の急冷凝固粉末を、加熱し加圧することで固化しつつ、第一口金部よりも大径の第二口金部から、連続鋳造材と共に押し出すことにより、連続鋳造材からなる材質の芯材と急冷凝固粉末からなる材質の外周材とを一体的に接合させた柱状体としてから、該柱状体を所定の大きさに切断することにより鍛造用素材を製造し、該鍛造用素材の鍛造による一次成形工程および後加工工程を経てピストン本体の完成品とするようにしたことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
アルミ合金の急冷凝固粉末が、シリコン（Ｓｉ）を１０〜２２重量％の範囲で含み、初晶シリコンの平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
アルミ合金の急冷凝固粉末が、シリコン（Ｓｉ）よりも硬い非金属成分粒子を、平均粒径が１０μｍ以下の状態で、１〜１０重量％の範囲で含むことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
シリコン（Ｓｉ）よりも硬い成分粒子が、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの何れか一つあるいは複数からなることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
アルミ合金の急冷凝固粉末が、鉄（Ｆｅ）を１〜１０重量％の範囲で含み、その化合物の平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項２乃至４に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。