JP7530574B2 - Piston for internal combustion engine and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、シリンダボアの内周部に対して摺動可能である外周部を有する内燃機関のピストンに関する。本発明はまた、このような内燃機関のピストンの製造方法に関する。 The present invention relates to a piston for an internal combustion engine having an outer periphery that is slidable relative to an inner periphery of a cylinder bore. The present invention also relates to a method for manufacturing such a piston for an internal combustion engine.
自動車等の車両に設けられるエンジン等の内燃機関において、ピストンは、直線状の長手軸線に沿って延びるシリンダボア内を長手軸線に沿った方向にて往復移動する。このとき、ピストンの外周部はシリンダボアの内周部に対して摺動する。典型的に、ピストンは、シリンダボアの内周部に対して摺動可能である外周部を有するピストン本体と、このピストン本体の外周部からシリンダボアの底側に延びる2つのスカートとを含んでおり、さらに、ピストンにおいては、シリンダボアの内周部に対するピストンの外周部の摩擦抵抗を低減するために、各スカートの外周部上に被膜層が形成されている。 In an internal combustion engine such as an engine installed in a vehicle such as an automobile, a piston reciprocates in a cylinder bore extending along a linear longitudinal axis in a direction along the longitudinal axis. At this time, the outer periphery of the piston slides against the inner periphery of the cylinder bore. Typically, the piston includes a piston body having an outer periphery that can slide against the inner periphery of the cylinder bore, and two skirts that extend from the outer periphery of the piston body to the bottom side of the cylinder bore, and further, a coating layer is formed on the outer periphery of each skirt in the piston to reduce the frictional resistance of the outer periphery of the piston against the inner periphery of the cylinder bore.
しかしながら、ピストンにおいては、被膜層による摩擦抵抗の低減効果に加えて、さらなる摩擦抵抗の低減効果を得ることが望まれる。そのため、さらなる摩擦抵抗の低減効果を得るために種々のピストンが提案されている。 However, in pistons, it is desirable to obtain an even greater reduction in frictional resistance in addition to the reduction in frictional resistance provided by the coating layer. For this reason, various pistons have been proposed to obtain even greater reductions in frictional resistance.
このようなピストンの一例としては、鋳造により形作られたピストンにおける2つのスカートの外周部に、複数のディンプルを形成するように、硬質粒子等のショット材をショットピーニングによって均一に吹き付けて、その後、2つのスカートの外周部上に、被膜層を形成するように樹脂を被膜させたピストンが挙げられる。このピストンにおいては、2つのスカートの外周部における複数のディンプルに倣うように、これらの外周部上における被膜層の外表面から凹む複数の凹部が形成されており、これら複数の凹部の大きさは互いに等しくなっており、かつ複数の凹部は被膜層全体にて均一に分布している。(例えば、特許文献1を参照。) One example of such a piston is a piston that has been formed by casting, and that has had shot material such as hard particles uniformly sprayed by shot peening to form multiple dimples on the outer periphery of the two skirts, and then that has had a resin coating applied to the outer periphery of the two skirts to form a coating layer. In this piston, multiple recesses are formed on the outer surface of the coating layer on the outer periphery of the two skirts to imitate the multiple dimples on the outer periphery of the two skirts, and the multiple recesses are all equal in size and are uniformly distributed throughout the entire coating layer. (See, for example, Patent Document 1.)
しかしながら、ピストンにおいて、2つのスカートのうちスラスト側のスカートに作用する荷重は、これらのうち反スラスト側のスカートに作用する荷重よりも大きくなる。そのため、上記ピストンの一例のように、2つのスカートの被膜層における複数の凹部の大きさを互いに等しくし、かつ複数の凹部を被膜層全体にて均一に分布させたピストンにおいては、長期間の使用後に、スラスト側のスカートの被膜層における特定の領域の摩耗、特に、中央の領域の摩耗が、他の領域の摩耗よりも早くなる。この場合、ピストンの初期状態の摺動性能を長期間に亘って維持することが困難となる。 However, in a piston, the load acting on the skirt on the thrust side of the two skirts is greater than the load acting on the skirt on the anti-thrust side. Therefore, in a piston in which the sizes of the multiple recesses in the coating layers of the two skirts are equal and the multiple recesses are uniformly distributed throughout the coating layer, as in the example piston above, after a long period of use, wear in certain areas of the coating layer of the skirt on the thrust side, especially the central area, will occur more quickly than wear in other areas. In this case, it will be difficult to maintain the initial sliding performance of the piston for a long period of time.
例えば、このようなピストンにおいては、長期間の使用後に、2つのスカートに作用する荷重のバランスが崩れて、これによって、上記特定の領域における摩耗が、他の領域の摩耗よりも早期に促進し、ピストンの往復移動時に生じる振動が増大するおそれがある。 For example, in such a piston, after a long period of use, the balance of the load acting on the two skirts may be lost, which may accelerate wear in the specific area more quickly than in other areas, increasing the vibrations that occur when the piston reciprocates.
また、上記ピストンの一例においては、ショットピーニングによって吹き付けられたショット材が、スカートの外周部に残存するおそれがある。このようなスカートの外周部には被膜層が密着し難い。この場合、ピストンの摩擦抵抗が増大するおそれがあり、かつピストンの摺動性能が低下するおそれがある。 In addition, in the example of the piston described above, there is a risk that the shot material sprayed by shot peening may remain on the outer periphery of the skirt. It is difficult for the coating layer to adhere to the outer periphery of such a skirt. In this case, there is a risk that the frictional resistance of the piston may increase and the sliding performance of the piston may decrease.
さらに、アルミニウム合金製のピストンの鋳造時において、ピストンの粗材の表面にシリコンが晶出することがある。そのため、このようなピストンの製造時においては、晶出したシリコンを除去するために、混酸処理が行われる。しかしながら、混酸処理においては、シリコンのみならずピストンの粗材が溶解するおそれがある。この場合、ピストンの粗材の形状精度が低下して、ひいては、ピストンの摩擦抵抗が増大するおそれがあり、かつピストンの摺動性能が低下するおそれがある。 Furthermore, when casting an aluminum alloy piston, silicon may crystallize on the surface of the piston rough material. Therefore, when manufacturing such pistons, a mixed acid treatment is performed to remove the crystallized silicon. However, the mixed acid treatment may dissolve not only the silicon but also the piston rough material. In this case, the shape precision of the piston rough material may decrease, which may increase the frictional resistance of the piston and reduce the sliding performance of the piston.
このような実情を鑑みると、内燃機関のピストン及びその製造方法においては、ピストンの摺動性能を効率的に向上させることが望まれる。 In light of this situation, it is desirable to efficiently improve the sliding performance of pistons in internal combustion engines and their manufacturing methods.
課題を解決するために、一態様に係る内燃機関のピストンは、直線状の長手軸線に沿って延びるシリンダボア内にて前記シリンダボアの内周部に対して前記長手軸線に沿った長手方向に摺動可能に構成される外周部を有するピストン本体と、前記ピストン本体の径方向に互いに対向しており、かつ前記ピストン本体の外周部から前記シリンダボアの底に向かって延びる2つのスカートとを備え、前記2つのスカートが、これらを対向させた方向であるスカート対向方向にてスラスト側に位置する第1スカートと、前記スカート対向方向にて反スラスト側に位置する第2スカートとから成り、前記シリンダボアの内周部に対向する前記第1スカートの外周部上に第1被膜層が形成され、前記シリンダボアの内周部に対向する前記第2スカートの外周部上に第2被膜層が形成される、内燃機関のピストンであって、前記第1被膜層には、前記第2被膜層よりも多くの凹部が形成され、前記第1被膜層の特定部分にて単位面積中に前記凹部により占められる領域の大きさが、前記特定部分以外の前記第1被膜層の残部分にて単位面積中に前記凹部により占められる領域の大きさよりも大きくなっている。 In order to solve the problem, a piston of an internal combustion engine according to one embodiment comprises a piston body having an outer periphery configured to be slidable in a longitudinal direction along a linear longitudinal axis relative to an inner periphery of a cylinder bore extending along the longitudinal axis, and two skirts that face each other in the radial direction of the piston body and extend from the outer periphery of the piston body toward the bottom of the cylinder bore, and the two skirts are arranged in a skirt facing direction, that is, a first skirt located on the thrust side in the skirt facing direction, and a second skirt located on the counter-thrust side in the skirt facing direction. A piston for an internal combustion engine, which comprises a first coating layer formed on the outer periphery of the first skirt facing the inner periphery of the cylinder bore and a second skirt located on the side of the first skirt, and a second coating layer formed on the outer periphery of the second skirt facing the inner periphery of the cylinder bore, the first coating layer has more recesses formed therein than the second coating layer, and the size of the area occupied by the recesses in a unit area in a specific portion of the first coating layer is larger than the size of the area occupied by the recesses in a unit area in the remaining portion of the first coating layer other than the specific portion.
課題を解決するために、一態様に係る内燃機関のピストンの製造方法は、直線状の軸線に沿って延びるシリンダボア内にて前記シリンダボアの内周部に対して前記長手軸線に沿った長手方向に摺動可能に構成される外周部を有するピストン本体と、前記ピストン本体の径方向に互いに対向しており、かつ前記ピストン本体の外周部から前記シリンダボアの底に向かって延びる2つのスカートとを含む粗材を備え、前記2つのスカートが、前記スカート対向方向にてスラスト側に位置する第1スカートと、前記スカート対向方向にて反スラスト側に位置する第2スカートとから成り、かつ前記第1及び第2スカートのそれぞれの外周部上に被膜層が形成される、内燃機関のピストンの製造方法であって、前記ピストンの粗材を形作るべく、金属溶湯を前記第1スカートの外周部の一部分に対応するように配置された金型の流出口から、前記ピストンの粗材の形状に適合するように形成された前記金型のキャビティ部に流し込む工程と、形作られた前記ピストンの粗材を前記金型のキャビティ部から取り出す工程と、取り出された前記ピストンの粗材の表面に露出したシリコンをウォータージェット噴射によって除去する工程と、前記シリコンを除去した前記ピストンの粗材の表面上に前記被膜層を形成する工程とを含む。 In order to solve the problem, a manufacturing method of a piston for an internal combustion engine according to one embodiment comprises a raw material including a piston body having an outer periphery configured to be slidable in a longitudinal direction along a longitudinal axis relative to an inner periphery of a cylinder bore extending along a linear axis, and two skirts that face each other in a radial direction of the piston body and extend from the outer periphery of the piston body toward a bottom of the cylinder bore, the two skirts being comprised of a first skirt located on the thrust side in the skirt facing direction and a second skirt located on the anti-thrust side in the skirt facing direction, and the first and second skirts being comprised of a first skirt located on the thrust side in the skirt facing direction and a second skirt located on the anti-thrust side in the skirt facing direction, A method for manufacturing a piston for an internal combustion engine in which a coating layer is formed on the outer periphery of each of the first skirts, the method including the steps of: pouring molten metal from an outlet of the die arranged to correspond to a portion of the outer periphery of the first skirt into a cavity of the die formed to fit the shape of the piston rough material, removing the shaped piston rough material from the cavity of the die, removing silicon exposed on the surface of the removed piston rough material by water jet spray, and forming the coating layer on the surface of the piston rough material from which the silicon has been removed.
一態様に係る内燃機関のピストン及びその製造方法においては、ピストンの摺動性能を効率的に向上させることができる。 In one embodiment of a piston for an internal combustion engine and a method for manufacturing the same, the sliding performance of the piston can be efficiently improved.
一実施形態に係る内燃機関のピストン及びその製造方法について、以下に説明する。本実施形態に係るピストンは、自動車のエンジンに用いられるものとなっている。しかしながら、ピストンは、自動車のエンジン以外の内燃機関に用いられるものであってもよい。例えば、ピストンは、船外機のエンジン、小型芝刈り機や発電機等に搭載される汎用エンジン等に用いられるものであってもよい。 A piston for an internal combustion engine according to one embodiment and a method for manufacturing the same are described below. The piston according to this embodiment is used in an automobile engine. However, the piston may also be used in an internal combustion engine other than an automobile engine. For example, the piston may be used in an outboard motor engine, or a general-purpose engine mounted on a small lawn mower or generator, etc.
「ピストンの概略について」
最初に、図1~図3を参照して、本実施形態に係るピストン1の概略について説明する。すなわち、ピストン1は、概略的には次のように構成される。特に図1~図3に示すように、ピストン1は、直線状の長手軸線Lに沿って延びるシリンダボア2内にて長手軸線L(一点鎖線により示す)に沿った長手方向(図1~図3にて、2つの片側矢印P1,P2により示す)にて往復移動可能に構成される。なお、図1~図3においては、シリンダボア2の頂上側を向く長手方向の頂上側を片側矢印P1により示し、かつシリンダボア2の底側を向く長手方向の底側を片側矢印P2により示す。
"Outline of the piston"
First, an outline of the piston 1 according to this embodiment will be described with reference to Figures 1 to 3. That is, the piston 1 is generally configured as follows. As shown in Figures 1 to 3 in particular, the piston 1 is configured to be able to reciprocate in the longitudinal direction (indicated by two one-sided arrows P1, P2 in Figures 1 to 3) along the longitudinal axis L (indicated by a dashed line) in a cylinder bore 2 extending along a linear longitudinal axis L. Note that in Figures 1 to 3, the longitudinal top side facing the top side of the cylinder bore 2 is indicated by a one-sided arrow P1, and the longitudinal bottom side facing the bottom side of the cylinder bore 2 is indicated by a one-sided arrow P2.
ピストン1は、シリンダボア2内にてシリンダボア2の内周部2aに対して長手方向に摺動可能に構成される外周部11aを有するピストン本体11を有する。ピストン1は、ピストン本体11の1つの径方向にて互いに対向する2つのスカート12,13を有する。2つのスカート12,13は、ピストン本体11の外周部11aからシリンダボア2の底に向かって延びる。なお、以下においては、径方向は、ピストン本体11の径方向を指すものとして定義する。 The piston 1 has a piston body 11 having an outer periphery 11a configured to be able to slide longitudinally relative to the inner periphery 2a of the cylinder bore 2 within the cylinder bore 2. The piston 1 has two skirts 12, 13 that face each other in one radial direction of the piston body 11. The two skirts 12, 13 extend from the outer periphery 11a of the piston body 11 toward the bottom of the cylinder bore 2. In the following, the radial direction is defined as referring to the radial direction of the piston body 11.
2つのスカート12,13は、これらを対向させた方向であるスカート対向方向にてスラスト側(図1にて片側矢印Q1により示す)に位置する第1スカート12と、スカート対向方向にて反スラスト側(図1にて片側矢印Q2により示す)に位置する第2スカート13とから成る。スカート対向方向は1つの径方向である。第1及び第2スカート12,13のそれぞれは、シリンダボア2の内周部2aに対向する外周部12a,13aを有する。図1において、スカート対向方向は、2つの片側矢印Q1,Q2により示される。 The two skirts 12, 13 consist of a first skirt 12 located on the thrust side (indicated by a one-sided arrow Q1 in FIG. 1) in the skirt opposing direction, which is the direction in which they face each other, and a second skirt 13 located on the anti-thrust side (indicated by a one-sided arrow Q2 in FIG. 1) in the skirt opposing direction. The skirt opposing direction is one radial direction. The first and second skirts 12, 13 each have an outer periphery 12a, 13a that faces the inner periphery 2a of the cylinder bore 2. In FIG. 1, the skirt opposing direction is indicated by two one-sided arrows Q1, Q2.
図1及び図2に示すように、第1スカート12の外周部12a上には第1被膜層20が形成される。図1及び図3に示すように、第2スカート13の外周部13a上には第2被膜層30が形成される。第1被膜層20には、第2被膜層30よりも多くの凹部21が形成される。 As shown in Figures 1 and 2, a first coating layer 20 is formed on the outer periphery 12a of the first skirt 12. As shown in Figures 1 and 3, a second coating layer 30 is formed on the outer periphery 13a of the second skirt 13. More recesses 21 are formed in the first coating layer 20 than in the second coating layer 30.
図2に示すように、第1被膜層20の特定部分20aにて単位面積中に凹部21により占められる領域の大きさが、特定部分20a以外の第1被膜層20の残部分20bにて単位面積中に凹部21により占められる領域の大きさよりも大きくなっている。第1被膜層20の特定部分20aは、長手方向にて、第1及び第2スカート12,13の外周部12a,13a上で規定される基準径を有する基準部分1aに配置することができる。なお、図2において、特定部分20aは、仮想線、すなわち、二点鎖線によって囲まれている。 As shown in FIG. 2, the size of the area occupied by the recesses 21 in a unit area in the specific portion 20a of the first coating layer 20 is larger than the size of the area occupied by the recesses 21 in a unit area in the remaining portion 20b of the first coating layer 20 other than the specific portion 20a. The specific portion 20a of the first coating layer 20 can be arranged in the longitudinal direction at a reference portion 1a having a reference diameter defined on the outer peripheries 12a, 13a of the first and second skirts 12, 13. Note that in FIG. 2, the specific portion 20a is surrounded by a virtual line, i.e., a two-dot chain line.
「ピストンの詳細について」
図1~図3を参照すると、本実施形態に係るピストン1は、詳細には次のように構成することができる。ピストン1は、金属製の鋳造品である粗材10を有する。粗材10を構成する金属は、アルミニウム合金とすることができる。特に、金属は、Al(アルミニウム)-Si(ケイ素)系のアルミニウム合金とすることができる。しかしながら、粗材の金属はこれに限定されない。例えば、粗材の金属は、アルミニウム、鉄、鉄合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金等とすることもできる。
"Details about pistons"
1 to 3, the piston 1 according to this embodiment can be configured in detail as follows. The piston 1 has a blank 10 which is a metal casting. The metal constituting the blank 10 can be an aluminum alloy. In particular, the metal can be an Al (aluminum)-Si (silicon) based aluminum alloy. However, the metal of the blank is not limited thereto. For example, the metal of the blank can be aluminum, iron, an iron alloy, titanium, a titanium alloy, magnesium, a magnesium alloy, or the like.
ピストン1は、ピストン本体11の周方向にて2つのスカート12,13を連結するように形成される2つのサイドウォール14,15を有する。ピストン1は、ピストンピン(図示せず)を保持するように構成される2つのピンボス16,17を有する。2つのピンボス16,17は、それぞれ2つのサイドウォール14,15に設けられる。なお、以下においては、周方向は、ピストン本体11の周方向を指すものとして定義する。 The piston 1 has two sidewalls 14, 15 formed to connect two skirts 12, 13 in the circumferential direction of the piston body 11. The piston 1 has two pin bosses 16, 17 configured to hold a piston pin (not shown). The two pin bosses 16, 17 are provided on the two sidewalls 14, 15, respectively. In the following, the circumferential direction is defined as referring to the circumferential direction of the piston body 11.
このようなピストン1において、粗材10は、ピストン本体11と、第1及び第2スカート12,13と、2つのサイドウォール14,15と、2つのピンボス16,17とを含むことができる。 In such a piston 1, the blank 10 can include a piston body 11, first and second skirts 12, 13, two sidewalls 14, 15, and two pin bosses 16, 17.
さらに、ピストン1において、ピストン本体11の外周部11aは、略円柱形状に形成される。その長手方向の頂上側端に位置するクラウン部11bを有する。ピストン本体11は、クラウン部11bに対して長手方向の底側に位置するリングランド部11cを有する。ピストン本体11は、その外周部11aから凹むようにリングランド部11cに形成される複数のリング溝11dを有する。複数のリング溝11dは、長手方向に互いに間隔を空けている。各リング溝11dには、ピストンリング(図示せず)が嵌合される。 Furthermore, in the piston 1, the outer periphery 11a of the piston body 11 is formed in a generally cylindrical shape. It has a crown portion 11b located at the top end in the longitudinal direction. The piston body 11 has a ring land portion 11c located on the bottom side in the longitudinal direction relative to the crown portion 11b. The piston body 11 has a plurality of ring grooves 11d formed in the ring land portion 11c so as to be recessed from the outer periphery 11a. The plurality of ring grooves 11d are spaced apart from one another in the longitudinal direction. A piston ring (not shown) is fitted into each ring groove 11d.
第1及び第2スカート12,13の外周部12a,13aのそれぞれは、バレル形状の曲面に沿って形成される。基準径は、ピストン1の基準となる外径である。基準径は、ピストン1及びシリンダボア2間の嵌め合いの関係で、スカート12,13の外周部12a,13aにて上記スカート対向方向に沿ってそれぞれ設けられるスラスト側端区域及び反スラスト側端区域に基づいて、スカート12,13の長手方向の指定高さにて規定される外径である。図1~図3においては、この指定高さに位置する基準面Cが示されている。 The outer periphery 12a, 13a of the first and second skirts 12, 13 are each formed along a curved surface of a barrel shape. The reference diameter is the reference outer diameter of the piston 1. The reference diameter is an outer diameter determined at a specified height in the longitudinal direction of the skirts 12, 13 based on the thrust side end area and the anti-thrust side end area provided on the outer periphery 12a, 13a of the skirts 12, 13 along the skirt opposing direction in the fit relationship between the piston 1 and the cylinder bore 2. In Figures 1 to 3, a reference plane C located at this specified height is shown.
第1スカート12を配置したスカート対向方向のスラスト側は、エンジンの稼働時において、ピストン1が上死点を通過した直後にシリンダボア2の内周部2aから側圧を受ける方向である。第2スカート13を配置したスカート対向方向の反スラスト側は、スカート対向方向にてスラスト側とは反対側を向く方向である。 The thrust side of the skirt facing direction where the first skirt 12 is located is the direction in which lateral pressure is received from the inner periphery 2a of the cylinder bore 2 immediately after the piston 1 passes top dead center when the engine is running. The anti-thrust side of the skirt facing direction where the second skirt 13 is located is the direction facing the opposite side from the thrust side in the skirt facing direction.
第1及び第2スカート12,13のそれぞれは、長手方向で見て、スカート対向方向に延びるスラスト軸線M(一点鎖線により示す)を基準として周方向にて略対称に形成される。スラスト軸線Mは、スカート12,13の周方向の略中心を通るように直線状に延びる。スラスト軸線Mは、スカート12,13の長手方向の指定高さに位置する。 When viewed in the longitudinal direction, each of the first and second skirts 12, 13 is formed approximately symmetrically in the circumferential direction with respect to a thrust axis M (indicated by a dashed line) that extends in the direction in which the skirts face each other. The thrust axis M extends linearly so as to pass through approximately the circumferential center of the skirts 12, 13. The thrust axis M is located at a specified height in the longitudinal direction of the skirts 12, 13.
2つのピンボス16,17は、スラスト対向方向とは別の1つの径方向であるボス対向方向(図2及び図3にて、2つの片側矢印R1,R2により示す)にて対向する。なお、図2及び図3においては、ボア対向方向の一方側を片側矢印R1により示し、かつボア対向方向の他方側を片側矢印R2により示す。ボス対向方向は、長手方向及びスラスト対向方向と略直交する。スラスト対向もまた、長手方向及びボス対向方向と略直交する。 The two pin bosses 16, 17 face each other in a boss facing direction (indicated by two one-sided arrows R1, R2 in Figs. 2 and 3), which is a radial direction separate from the thrust facing direction. Note that in Figs. 2 and 3, one side of the bore facing direction is indicated by a one-sided arrow R1, and the other side of the bore facing direction is indicated by a one-sided arrow R2. The boss facing direction is approximately perpendicular to the longitudinal direction and the thrust facing direction. The thrust facing direction is also approximately perpendicular to the longitudinal direction and the boss facing direction.
2つのサイドウォール14,15の外周部14a,15aは、第1及び第2スカート12,13の外周部12a,13aよりも径方向の中心寄りに配置される。2つのサイドウォール14,15のそれぞれは、長手方向で見て、ボア対向方向に延びるボア軸線N(一点鎖線により示す)を基準として周方向にて略対称に形成される。ボア軸線Nは、長手方向にてピストン本体11のクラウン部11bの基準位置から所定のコンプレッション高さ離れて位置する。 The outer peripheries 14a, 15a of the two sidewalls 14, 15 are positioned radially closer to the center than the outer peripheries 12a, 13a of the first and second skirts 12, 13. When viewed in the longitudinal direction, each of the two sidewalls 14, 15 is formed approximately symmetrically in the circumferential direction with respect to a bore axis N (indicated by a dashed line) extending in the bore facing direction. The bore axis N is located a predetermined compression height away from the reference position of the crown portion 11b of the piston body 11 in the longitudinal direction.
2つのピンボス16,17は、ボア軸線Nに沿って延びる貫通孔16a,17aを有する。貫通孔16a,17aは、ピストンピン(図示せず)が嵌合可能となるように形成される。 The two pin bosses 16, 17 have through holes 16a, 17a that extend along the bore axis N. The through holes 16a, 17a are formed so that a piston pin (not shown) can fit into them.
第1及び第2被膜層20,30のそれぞれは、樹脂材料を含有する。この樹脂材料は、PAI(ポリアミドイミド)、PI(ポリイミド)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のような低い摩擦抵抗性及び高い耐熱性を有する樹脂材料とすることができる。しかしながら、樹脂材料は、これに限定されない。 Each of the first and second coating layers 20, 30 contains a resin material. This resin material can be a resin material having low friction resistance and high heat resistance, such as PAI (polyamideimide), PI (polyimide), PTFE (polytetrafluoroethylene), etc. However, the resin material is not limited to this.
第1及び第2被膜層20,30のそれぞれは、上記樹脂材料と、グラファイト、二硫化モリブデン等のような固体潤滑剤と、酸化チタン等のような微小粒子とを含有することができる。第1及び第2被膜層20,30は、同様の成分によって構成することができる。しかしながら、第1及び第2被膜層は、異なる成分によって構成することもできる。 The first and second coating layers 20, 30 may each contain the above-mentioned resin material, a solid lubricant such as graphite, molybdenum disulfide, etc., and microparticles such as titanium oxide, etc. The first and second coating layers 20, 30 may be composed of similar components. However, the first and second coating layers may also be composed of different components.
図1及び図2を参照すると、第1被膜層20は、複数の凹部21を有する。第1被膜層20の各凹部21は、第1被膜層20の外表面から第1スカート12の外周部12aに向かって凹むように形成される。 Referring to Figures 1 and 2, the first coating layer 20 has a plurality of recesses 21. Each recess 21 in the first coating layer 20 is formed so as to recess from the outer surface of the first coating layer 20 toward the outer periphery 12a of the first skirt 12.
第1被膜層20における特定部分20aの径方向の中心は、スラスト軸線Mと略一致させることができる。特定部分20aの長手方向の中心は、基準面Cと略一致させることができる。スラスト軸線Mは、基準面Cに沿って位置する。第1被膜層20の凹部21は、特定部分20a及び残部分20bの両方に配置されている。特定部分20aに位置する凹部21は、残部分20bに位置する凹部21よりも大きくなっている。しかしながら、第1被膜層の凹部は、特定部分のみに配置することができる。特定部分に位置する凹部は、残部分に位置する凹部と実質的に同じ大きさにすることもできる。 The radial center of the specific portion 20a in the first coating layer 20 can be approximately aligned with the thrust axis M. The longitudinal center of the specific portion 20a can be approximately aligned with the reference plane C. The thrust axis M is located along the reference plane C. The recesses 21 of the first coating layer 20 are disposed in both the specific portion 20a and the remaining portion 20b. The recesses 21 located in the specific portion 20a are larger than the recesses 21 located in the remaining portion 20b. However, the recesses of the first coating layer can be disposed only in the specific portion. The recesses located in the specific portion can also be substantially the same size as the recesses located in the remaining portion.
図1及び図3を参照すると、第2被膜層30は、複数の凹部31を有する。第2被膜層30の各凹部31は、第2被膜層30の外表面から第2スカート13の外周部13aに向かって凹むように形成される。第2被膜層30に位置する凹部31は、第1被膜層20の特定部分20aに位置する凹部21よりも小さくなっている。しかしながら、第1被膜層の凹部は、特定部分のみに配置することもできる。第2被膜層に位置する凹部は、第1被膜層の特定部分に位置する凹部と実質的に同じ大きさにすることもできる。 Referring to Figures 1 and 3, the second coating layer 30 has a plurality of recesses 31. Each recess 31 in the second coating layer 30 is formed to recess from the outer surface of the second coating layer 30 toward the outer periphery 13a of the second skirt 13. The recesses 31 located in the second coating layer 30 are smaller than the recesses 21 located in the specific portion 20a of the first coating layer 20. However, the recesses in the first coating layer may be disposed only in the specific portion. The recesses located in the second coating layer may be substantially the same size as the recesses located in the specific portion of the first coating layer.
「ピストンの製造方法の概略について」
次に、図4~図8を参照して、本実施形態に係るピストン1の製造方法の概略について説明する。すなわち、ピストン1の製造方法は、概略的には次のようになっている。図4及び図5を参照すると、ピストン1の製造方法は、ピストン1の粗材10を形作るべく、図5にて片側矢印Fによって示すように、金属溶湯Eを金型40の流出口41から、金型40のキャビティ部42に流し込む工程(鋳造工程)S1を含む。
"Outline of piston manufacturing method"
Next, an outline of a method for manufacturing the piston 1 according to this embodiment will be described with reference to Figures 4 to 8. That is, the method for manufacturing the piston 1 is generally as follows. With reference to Figures 4 and 5, the method for manufacturing the piston 1 includes a step (casting step) S1 of pouring a molten metal E from an outlet 41 of a die 40 into a cavity portion 42 of the die 40, as shown by a one-sided arrow F in Figure 5, in order to form a blank 10 of the piston 1.
図5に示されるように、鋳造工程S1にて用いられる金型40の流出口41は、粗材10における第1スカート12の外周部12aの一部分(以下、必要に応じて「流出口対応部分」という)12bに対応するように配置される。この流出口対応部分12bは、第1被膜層20の特定部分20aに対応する。金型40のキャビティ部42は、粗材10の形状に適合するように形作られる。 As shown in FIG. 5, the outlet 41 of the mold 40 used in the casting process S1 is positioned to correspond to a portion 12b (hereinafter referred to as the "outlet corresponding portion" as necessary) of the outer periphery 12a of the first skirt 12 in the raw material 10. This outlet corresponding portion 12b corresponds to a specific portion 20a of the first coating layer 20. The cavity portion 42 of the mold 40 is shaped to fit the shape of the raw material 10.
図4に示されるように、ピストン1の製造方法は、形作られたピストン1の粗材10を金型40のキャビティ部42から取り出す工程(取り出し工程)S2を含む。図4、図6、及び図7を参照すると、ピストン1の製造方法は、取り出された粗材10の表面に露出したシリコンGをウォータージェット噴射によって除去する工程(シリコン除去工程)S5を含む。図4及び図8を参照すると、ピストン1の製造方法は、シリコンGを除去したピストン1の粗材10の表面上に第1及び第2被膜層20,30を形成する工程(表面処理工程)S6を含む。 As shown in FIG. 4, the method for manufacturing the piston 1 includes a step (removal step) S2 of removing the shaped rough material 10 of the piston 1 from the cavity portion 42 of the mold 40. With reference to FIGS. 4, 6, and 7, the method for manufacturing the piston 1 includes a step (silicon removal step) S5 of removing the silicon G exposed on the surface of the removed rough material 10 by water jet spray. With reference to FIGS. 4 and 8, the method for manufacturing the piston 1 includes a step (surface treatment step) S6 of forming the first and second coating layers 20, 30 on the surface of the rough material 10 of the piston 1 from which the silicon G has been removed.
「ピストンの製造方法の詳細について」
次に、図4~図8を参照すると、ピストン1の製造方法は、詳細には次のようにすることができる。図4及び図5を参照すると、鋳造工程S1にて用いられる金属溶湯Eは、上述した粗材10を構成する金属と同様の金属から構成される。鋳造工程S1においては、重力鋳造法が用いられる。
"Details about piston manufacturing methods"
4 to 8, the manufacturing method of the piston 1 can be described in detail as follows. With reference to Fig. 4 and Fig. 5, the molten metal E used in the casting step S1 is made of the same metal as the metal constituting the above-mentioned blank 10. In the casting step S1, a gravity casting method is used.
このような重力鋳造法を用いる場合、金型40にて強制的に冷却水を循環させずに自然冷却が行われる。そのため、多くの場合において、ピストン1の粗材10内で最終的に冷え固まる部分は、高温の金属溶湯Eが金型40のキャビティ部42に向かって流出する流出口41に対向する部分12b、すなわち、流出口対応部分12bとなる。この部分には、例えば、Al-Si系のアルミニウム合金中の成分であるシリコンG、特に、初晶シリコンGが粗大化し、かつ高密度に晶出する傾向がある。 When using such gravity casting, natural cooling is performed without forcibly circulating cooling water in the die 40. Therefore, in many cases, the part of the raw material 10 of the piston 1 that finally cools and solidifies is the part 12b that faces the outlet 41 through which the high-temperature molten metal E flows toward the cavity portion 42 of the die 40, i.e., the outlet-corresponding part 12b. In this part, for example, silicon G, which is a component in Al-Si-based aluminum alloys, and in particular primary crystal silicon G, tend to coarsen and crystallize at high density.
さあに、図4に示すように、ピストン1の製造方法は、取り出し工程S2にて金型40から取り出された粗材10の強度、硬さ等を調整すべく、粗材10に対して加熱処理、冷却処理等を施す工程(熱処理工程)S3を含む。例えば、熱処理工程S3は、人工時効硬化処理のみを行うT5熱処理、溶体化処理、及び人工時効硬化処理を行うT6熱処理等とすることができる。 As shown in FIG. 4, the manufacturing method of the piston 1 includes a step S3 (heat treatment step) of subjecting the raw material 10 to a heating treatment, cooling treatment, etc., in order to adjust the strength, hardness, etc., of the raw material 10 removed from the die 40 in the removal step S2. For example, the heat treatment step S3 can be a T5 heat treatment that performs only artificial age hardening, or a T6 heat treatment that performs solution treatment and artificial age hardening, etc.
ピストン1の製造方法は、熱処理工程S3を施された粗材10の形状を整えるために粗材10に対して切削加工を施す工程(機械加工工程)S4を含む。例えば、機械加工工程S4においては、粗材10の内径、外径、第1及び第2スカート12,13の表面粗さ等の寸法精度、粗材10のリング溝11d、第1及び第2スカート12,13等の形状精度等を高めるべく、粗材10を、精密旋盤等を用いた切削加工によって仕上げることができる。機械加工工程S4の切削加工によって、第1及び第2スカート12,13の表面は、条痕を有するように形作られる。 The manufacturing method of the piston 1 includes a step (machining step) S4 of cutting the rough material 10 to adjust the shape of the rough material 10 that has been subjected to the heat treatment step S3. For example, in the machining step S4, the rough material 10 can be finished by cutting using a precision lathe or the like to improve the dimensional accuracy of the inner diameter, outer diameter, and surface roughness of the first and second skirts 12, 13 of the rough material 10, and the shape accuracy of the ring groove 11d, the first and second skirts 12, 13, etc. of the rough material 10. By the cutting process in the machining step S4, the surfaces of the first and second skirts 12, 13 are shaped to have striations.
図7(a)に示すように、シリコン除去工程S5前のピストン1の粗材10における第1及び第2スカート12,13の外周部12a,13aの表面、特に、第1スカート12の流出口対応部分12bの表面には、点線で示すようにシリコンG、特に、初晶シリコンGが晶出している。 As shown in FIG. 7(a), silicon G, particularly primary crystal silicon G, is crystallized on the surfaces of the outer peripheries 12a, 13a of the first and second skirts 12, 13 in the raw material 10 of the piston 1 before the silicon removal process S5, particularly on the surface of the outlet-corresponding portion 12b of the first skirt 12, as shown by the dotted line.
図6に示すように、シリコン除去工程S5のウォータージェット噴射においては、このような表面に対して、ウォータージェット噴射機のノズル50から略垂直に水Wを噴射する。一例として、ウォータージェット噴射における水Wの噴射圧力は、約100MPa~約200MPaとすることができる。しかしながら、噴射圧力はこれに限定されない。噴射圧力は、ノズルと粗材との距離等に応じて適宜設定することができる。 As shown in FIG. 6, in the water jet spraying of the silicon removal process S5, water W is sprayed from the nozzle 50 of the water jet sprayer substantially perpendicularly onto such a surface. As an example, the spray pressure of the water W in the water jet spraying can be about 100 MPa to about 200 MPa. However, the spray pressure is not limited to this. The spray pressure can be set appropriately depending on the distance between the nozzle and the rough material, etc.
その結果、図7(b)及び図8(a)に示すように、シリコン除去工程S5後のピストン1の粗材10における第1スカート12の外周部12aの表面、特に、第1スカート12の流出口対応部分12bの表面には、シリコンGを除去した部分に凹部12c(図2、図7(a)、図7(b)、図8(a)、及び図8(b)に示す)が形成される。凹部12cは、アンカー形状に形成される。第2スカート13の外周部13aの表面にもまた、シリコンGを除去した部分に凹部13b(図3に示す)が形成される。 As a result, as shown in Figures 7(b) and 8(a), on the surface of the outer periphery 12a of the first skirt 12 in the raw material 10 of the piston 1 after the silicon removal process S5, particularly on the surface of the outlet-corresponding portion 12b of the first skirt 12, a recess 12c (shown in Figures 2, 7(a), 7(b), 8(a), and 8(b)) is formed in the portion from which the silicon G has been removed. The recess 12c is formed in an anchor shape. A recess 13b (shown in Figure 3) is also formed on the surface of the outer periphery 13a of the second skirt 13 in the portion from which the silicon G has been removed.
図4及び図8を参照すると、表面処理工程S6においては、第1及び第2被膜層20,30は、バインダーである樹脂材料に固体潤滑剤及び微小粒子を分散させた薬剤を、スクリーン法、スプレー法等によって第1及び第2スカート12,13の外周部12a,13aに印刷した後に、これらを焼成することによって形成することができる。しかしながら、表面処理工程においては、これ以外の工程によって、第1及び第2被膜層を形成することもできる。 Referring to Figures 4 and 8, in the surface treatment step S6, the first and second coating layers 20, 30 can be formed by printing a chemical agent, in which a solid lubricant and fine particles are dispersed in a resin material as a binder, on the outer periphery 12a, 13a of the first and second skirts 12, 13 by a screen method, a spray method, or the like, and then baking them. However, in the surface treatment step, the first and second coating layers can also be formed by other steps.
図8(b)に示すように、表面処理工程S6によって、第1スカート12の外周部12aの凹部12cに倣って第1被膜層20の凹部21が形成される。特に、第1スカート12の流出口対応部分12bの凹部12cに倣って第1被膜層20の特定部分20aの凹部21が形成される。第1被膜層20は、アンカー形状の凹部12cによってもたらされるアンカー効果によって第1スカート12と密着する。 As shown in FIG. 8(b), the surface treatment step S6 forms a recess 21 in the first coating layer 20 following the recess 12c in the outer periphery 12a of the first skirt 12. In particular, the recess 21 in the specific portion 20a of the first coating layer 20 is formed following the recess 12c in the outlet-corresponding portion 12b of the first skirt 12. The first coating layer 20 adheres to the first skirt 12 due to the anchor effect provided by the anchor-shaped recess 12c.
また、表面処理工程S6によって、第2スカート13の外周部13aの凹部13bに倣って第2被膜層30の凹部31が形成される。第2被膜層30は、アンカー形状の凹部13bによってもたらされるアンカー効果によって第2スカート13と密着する。 In addition, the surface treatment step S6 forms a recess 31 in the second coating layer 30 following the recess 13b in the outer periphery 13a of the second skirt 13. The second coating layer 30 adheres to the second skirt 13 due to the anchor effect brought about by the anchor-shaped recess 13b.
以上、本実施形態に係る内燃機関のピストン1は、直線状の長手軸線Lに沿って延びるシリンダボア2内にて前記シリンダボア2の内周部2aに対して前記長手軸線Lに沿った長手方向に摺動可能に構成される外周部11aを有するピストン本体11と、前記ピストン本体11の径方向に互いに対向しており、かつ前記ピストン本体11の外周部11aから前記シリンダボア2の底に向かって延びる2つのスカート12,13とを備え、前記2つのスカート12,13が、これらを対向させた方向であるスカート対向方向にてスラスト側に位置する第1スカート12と、前記スカート対向方向にて反スラスト側に位置する第2スカート13とから成り、前記シリンダボア2の内周部2aに対向する前記第1スカート12の外周部12a上に第1被膜層20が形成され、前記シリンダボア2の内周部2aに対向する前記第2スカート13の外周部13a上に第2被膜層30が形成される、内燃機関のピストン1であって、前記第1被膜層20には、前記第2被膜層30よりも多くの凹部21が形成され、前記第1被膜層20の特定部分20aにて単位面積中に前記凹部21により占められる領域の大きさが、前記特定部分20a以外の前記第1被膜層20の残部分20bにて単位面積中に前記凹部21により占められる領域の大きさよりも大きくなっている。 As described above, the piston 1 of the internal combustion engine according to this embodiment includes a piston body 11 having an outer periphery 11a configured to be slidable in the longitudinal direction along the longitudinal axis L relative to the inner periphery 2a of the cylinder bore 2 within the cylinder bore 2 extending along a linear longitudinal axis L, and two skirts 12, 13 that face each other in the radial direction of the piston body 11 and extend from the outer periphery 11a of the piston body 11 toward the bottom of the cylinder bore 2, and the two skirts 12, 13 are arranged in a skirt opposing direction, that is, a first skirt 12 located on the thrust side and a second skirt 12 located on the anti-thrust side in the skirt opposing direction. A piston 1 for an internal combustion engine, which is composed of a first skirt 12 and a second skirt 13, a first coating layer 20 is formed on the outer periphery 12a of the first skirt 12 facing the inner periphery 2a of the cylinder bore 2, and a second coating layer 30 is formed on the outer periphery 13a of the second skirt 13 facing the inner periphery 2a of the cylinder bore 2, and the first coating layer 20 has more recesses 21 formed therein than the second coating layer 30, and the size of the area occupied by the recesses 21 in a unit area in a specific portion 20a of the first coating layer 20 is larger than the size of the area occupied by the recesses 21 in a unit area in the remaining portion 20b of the first coating layer 20 other than the specific portion 20a.
このようなピストン1においては、第1スカート12上の第1被膜層20の凹部21、特に、第1被膜層20の特定部分20aの凹部21に溜まるオイルが、第2スカート13上の第2被膜層30の凹部31に溜まるオイルよりも多くなる。そのため、スラスト側の第1スカート12に作用する荷重が、反スラスト側の第2スカート13に作用する荷重よりも大きくなったとしても、スラスト側の第1被膜層20の耐焼き付き性能を、反スラスト側の第2被膜層30の耐焼き付き性能よりも高めることができる。 In such a piston 1, the oil that accumulates in the recesses 21 of the first coating layer 20 on the first skirt 12, particularly in the recesses 21 of the specific portion 20a of the first coating layer 20, is greater than the oil that accumulates in the recesses 31 of the second coating layer 30 on the second skirt 13. Therefore, even if the load acting on the first skirt 12 on the thrust side becomes greater than the load acting on the second skirt 13 on the anti-thrust side, the seizure resistance of the first coating layer 20 on the thrust side can be made greater than the seizure resistance of the second coating layer 30 on the anti-thrust side.
そして、このようなピストン1を長期間に亘って使用したとしても、スラスト側の第1被膜層20の摩耗量と、反スラスト側の第2被膜層30の摩耗量とを実質的に等しくすることができる。そのため、ピストン1の初期状態の摺動性能を長期間に亘って維持することができる。よって、本実施形態に係るピストン1においては、ピストン1の摺動性能を効率的に向上させることができる。 Even if such a piston 1 is used for a long period of time, the amount of wear of the first coating layer 20 on the thrust side and the amount of wear of the second coating layer 30 on the anti-thrust side can be made substantially equal. Therefore, the initial sliding performance of the piston 1 can be maintained for a long period of time. Therefore, in the piston 1 according to this embodiment, the sliding performance of the piston 1 can be efficiently improved.
本実施形態に係るピストン1においては、前記第1被膜層20の特定部分20aが、前記長手方向にて、前記第1及び第2スカート12,13の外周部12a,13a上で規定される基準径を有する基準部分1aに配置されている。 In the piston 1 according to this embodiment, the specific portion 20a of the first coating layer 20 is disposed in the longitudinal direction at a reference portion 1a having a reference diameter defined on the outer periphery 12a, 13a of the first and second skirts 12, 13.
このようなピストン1においては、他の部分よりも大きな荷重を受ける基準部分1aに配置される第1被膜層20の特定部分20aに溜まるオイル溜まりを、他の部分のオイル溜まりよりも多くすることができる。そのため、スラスト側の第1被膜層20の特定部分20aにおける耐焼き付き性能を、第1被膜層20の残部分20b及び反スラスト側の第2被膜層30における耐焼き付き性能よりも高めることができる。よって、ピストン1の初期状態の摺動性能を長期間に亘って維持することができる。すなわち、ピストン1の摺動性能を効率的に向上させることができる。 In such a piston 1, the oil pool that accumulates in the specific portion 20a of the first coating layer 20, which is located in the reference portion 1a that receives a larger load than other portions, can be made larger than the oil pools in other portions. Therefore, the seizure resistance of the specific portion 20a of the first coating layer 20 on the thrust side can be made higher than the seizure resistance of the remaining portion 20b of the first coating layer 20 and the second coating layer 30 on the anti-thrust side. Therefore, the initial sliding performance of the piston 1 can be maintained for a long period of time. In other words, the sliding performance of the piston 1 can be efficiently improved.
本実施形態に係る内燃機関のピストン1の製造方法は、直線状の長手軸線Lに沿って延びるシリンダボア2内にて前記シリンダボア2の内周部2aに対して前記長手軸線Lに沿った長手方向に摺動可能に構成される外周部11aを有するピストン本体11と、前記ピストン本体11の径方向に互いに対向しており、かつ前記ピストン本体11の外周部11aから前記シリンダボア2の底に向かって延びる2つのスカート12,13とを含む粗材10を備え、前記2つのスカート12,13が、前記スカート対向方向にてスラスト側に位置する第1スカート12と、前記スカート対向方向にて反スラスト側に位置する第2スカート13とから成り、かつ前記第1及び第2スカート12のそれぞれの外周部12a,13a上に被膜層20,30が形成される、内燃機関のピストン1の製造方法であって、前記ピストン1の粗材10を形作るべく、金属溶湯Eを前記第1スカート12の外周部12aの一部分12bに対応するように配置された金型40の流出口41から、前記ピストン1の粗材10の形状に適合するように形成された前記金型40のキャビティ部42に流し込む工程S1と、形作られた前記ピストン1の粗材10を前記金型40のキャビティ部42から取り出す工程S2と、取り出された前記ピストン1の粗材10の表面に露出したシリコンGをウォータージェット噴射によって除去する工程S5と、前記シリコンGを除去した前記ピストン1の粗材10の表面上に前記被膜層20,30を形成する工程S6とを含む。 The manufacturing method of the piston 1 of the internal combustion engine according to this embodiment is a method for manufacturing a piston 1 of an internal combustion engine, comprising: a piston body 11 having an outer periphery 11a configured to be slidable in the longitudinal direction along the longitudinal axis L with respect to an inner periphery 2a of the cylinder bore 2 within the cylinder bore 2 extending along a linear longitudinal axis L; and a raw material 10 including two skirts 12, 13 that face each other in the radial direction of the piston body 11 and extend from the outer periphery 11a of the piston body 11 toward the bottom of the cylinder bore 2, the two skirts 12, 13 being composed of a first skirt 12 located on the thrust side in the skirt facing direction and a second skirt 13 located on the anti-thrust side in the skirt facing direction, and the outer peripheries 12a, 13a of the first and second skirts 12 being formed by forming the first and second skirts 12 in a first and second direction. A manufacturing method for a piston 1 for an internal combustion engine, in which coating layers 20, 30 are formed on the surface of the piston 1, includes a step S1 of pouring molten metal E from an outlet 41 of a die 40 arranged to correspond to a portion 12b of the outer periphery 12a of the first skirt 12 into a cavity portion 42 of the die 40 formed to fit the shape of the piston 1 rough material 10, a step S2 of removing the shaped piston 1 rough material 10 from the cavity portion 42 of the die 40, a step S5 of removing silicon G exposed on the surface of the removed piston 1 rough material 10 by water jet spray, and a step S6 of forming the coating layers 20, 30 on the surface of the piston 1 rough material 10 from which the silicon G has been removed.
このような製造方法によって作製されるピストン1においては、第1スカート12上の第1被膜層20の凹部21、特に、第1被膜層20の特定部分20aの凹部21に溜まるオイルが、第2スカート13上の第2被膜層30の凹部31に溜まるオイルよりも多くなる。そのため、スラスト側の第1スカート12に作用する荷重が、反スラスト側の第2スカート13に作用する荷重よりも大きくなったとしても、スラスト側の第1被膜層20の耐焼き付き性能を、反スラスト側の第2被膜層30の耐焼き付き性能よりも高めることができる。 In the piston 1 produced by this manufacturing method, the oil that accumulates in the recesses 21 of the first coating layer 20 on the first skirt 12, particularly in the recesses 21 of the specific portion 20a of the first coating layer 20, is greater than the oil that accumulates in the recesses 31 of the second coating layer 30 on the second skirt 13. Therefore, even if the load acting on the first skirt 12 on the thrust side becomes greater than the load acting on the second skirt 13 on the anti-thrust side, the seizure resistance of the first coating layer 20 on the thrust side can be made greater than the seizure resistance of the second coating layer 30 on the anti-thrust side.
そして、このようなピストン1を長期間に亘って使用したとしても、スラスト側の第1被膜層20の摩耗量と、反スラスト側の第2被膜層30の摩耗量とを実質的に等しくすることができる。そのため、ピストン1の初期状態の摺動性能を長期間に亘って維持することができる。よって、本実施形態に係るピストン1においては、ピストン1の摺動性能を効率的に向上させることができる。 Even if such a piston 1 is used for a long period of time, the amount of wear of the first coating layer 20 on the thrust side and the amount of wear of the second coating layer 30 on the anti-thrust side can be made substantially equal. Therefore, the initial sliding performance of the piston 1 can be maintained for a long period of time. Therefore, in the piston 1 according to this embodiment, the sliding performance of the piston 1 can be efficiently improved.
さらに、ピストン1の粗材10の表面に晶出したシリコンGを除去するために用いられるウォータージェット噴射は、ショットピーニング、混酸処理等と比較して、ピストン1の粗材10に与えるダメージを少なくできる。そのため、ピストン1の形状精度を高くすることができる。よって、本実施形態に係るピストン1の製造方法においては、ピストン1の摺動性能を効率的に向上させることができる。 Furthermore, the water jet spray used to remove the silicon G crystallized on the surface of the rough material 10 of the piston 1 can cause less damage to the rough material 10 of the piston 1 compared to shot peening, mixed acid treatment, etc. Therefore, the shape precision of the piston 1 can be improved. Therefore, in the manufacturing method of the piston 1 according to this embodiment, the sliding performance of the piston 1 can be efficiently improved.
ここまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、その技術的思想に基づいて変形及び変更可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and the present invention can be modified and changed based on its technical concept.
「実施例」
実施例について説明する。実施例においては、上記実施形態に係る製造方法によって、Al-Si系のアルミニウム合金製の上記実施形態に係るピストン1を製造した。さらなる条件としては、鋳造工程S1においては、金属溶湯EをAl-Si系のアルミニウム合金の溶湯Eとした。熱処理工程S3においては、T6熱処理を実施した。シリコン除去工程S5においては、第1及び第2スカート12,13に対してのみウォータージェット噴射を施した。なお、ウォータージェット噴射における水Wの噴射圧力を約160MPaとした。
"Example"
An example will be described. In the example, the piston 1 according to the above embodiment made of an Al-Si aluminum alloy was manufactured by the manufacturing method according to the above embodiment. As a further condition, in the casting step S1, the molten metal E was an Al-Si aluminum alloy molten metal E. In the heat treatment step S3, a T6 heat treatment was performed. In the silicon removal step S5, water jet injection was performed only on the first and second skirts 12, 13. The injection pressure of the water W in the water jet injection was set to about 160 MPa.
このような実施例において、表面処理工程S6前のピストン1の粗材10における第1及び第2スカート12,13の表面を、約200倍の倍率に設定した光学顕微鏡によって観察した。さらに、第1スカート12の流出口対応部分12bに形成される複数の凹部12c及び第2スカート13に形成される複数の凹部13bのそれぞれの寸法を、その凹部13bの輪郭から任意に抽出された3点の測定点から導き出される直径によって得て、さらに、これらの寸法の平均値を算出した。表面処理工程S6後のピストン1における第1及び第2スカート12,13上の第1及び第2被膜層20,30の表面を、約40倍の倍率に設定したSEM(走査電子顕微鏡)によって観察した。 In this embodiment, the surfaces of the first and second skirts 12, 13 of the raw material 10 of the piston 1 before the surface treatment step S6 were observed with an optical microscope set at a magnification of about 200 times. Furthermore, the dimensions of the multiple recesses 12c formed in the outlet corresponding portion 12b of the first skirt 12 and the multiple recesses 13b formed in the second skirt 13 were obtained by the diameter derived from three measurement points arbitrarily extracted from the contour of the recess 13b, and the average value of these dimensions was calculated. The surfaces of the first and second coating layers 20, 30 on the first and second skirts 12, 13 of the piston 1 after the surface treatment step S6 were observed with an SEM (scanning electron microscope) set at a magnification of about 40 times.
「比較例」
比較例について説明する。比較例においては、シリコン除去工程を実施しない点を除いて実施例と同様の製造方法によって、Al-Si系のアルミニウム合金製のピストンの粗材を製造した。このような比較例において、表面処理工程前のピストンの粗材における第1及び第2スカートの表面を、約200倍の倍率に設定した光学顕微鏡によって観察した。表面処理工程後のピストンにおける第1及び第2スカート上の第1及び第2被膜層の表面を、約40倍の倍率に設定したSEMによって観察した。
"Comparative Example"
A comparative example will now be described. In the comparative example, a piston rough material made of an Al-Si aluminum alloy was manufactured by the same manufacturing method as in the example, except that the silicon removal process was not performed. In this comparative example, the surfaces of the first and second skirts of the piston rough material before the surface treatment process were observed with an optical microscope set at a magnification of about 200 times. The surfaces of the first and second coating layers on the first and second skirts of the piston after the surface treatment process were observed with an SEM set at a magnification of about 40 times.
これら実施例及び比較例における光学顕微鏡の観察結果を対比すると、次のようなことが確認できた。実施例においては、第1スカート12の表面上における多数の凹部12cの存在と、第2スカート13の表面上における多数の凹部13bの存在とを確認できた。その一方で、比較例においては、第1及び第2スカートの表面が滑らかであることを確認した。すなわち、比較例においては、第1及び第2スカートの表面上における凹部の存在を確認できなかった。そのため、ウォータージェット噴射を行う表面処理工程によって、第1及び第2被膜層20,30の凹部21,31を形成するように、第1スカート12の凹部12c及び第2スカート13の凹部13bを確実に形成できることが確認できた。 Comparing the results of the optical microscope observations in the examples and comparative examples, the following was confirmed. In the examples, the presence of numerous recesses 12c on the surface of the first skirt 12 and the presence of numerous recesses 13b on the surface of the second skirt 13 were confirmed. On the other hand, in the comparative examples, it was confirmed that the surfaces of the first and second skirts were smooth. In other words, in the comparative examples, the presence of recesses on the surfaces of the first and second skirts could not be confirmed. Therefore, it was confirmed that the surface treatment process using water jet spraying can reliably form the recesses 12c of the first skirt 12 and the recesses 13b of the second skirt 13 so as to form the recesses 21, 31 of the first and second coating layers 20, 30.
実施例において、第1スカート12の流出口対応部分12bの凹部12c及び第2スカート13の凹部13bにおける寸法の平均値を対比すると、次のようなことが確認できた。第1スカート12の流出口対応部分12bの凹部12cにおける寸法の平均値は、約44μmであった。第2スカート13の凹部13bにおける寸法の平均値は、約33μmであった。さらに、実施例における光学顕微鏡の観察結果によれば、第1スカート12の流出口対応部分12bに形成されるにおける複数の凹部12cが、第2スカート13における複数の凹部13bよりも密集していることが確認できた。そのため、実施例においては、第1被膜層20の特定部分20aに、良好なオイル溜まりをもたらす凹部21を形成するように、第1スカート12の流出口対応部分12bに凹部12cを確実に形成できることが確認できた。 In the examples, the following was confirmed by comparing the average dimensions of the recesses 12c in the outlet-corresponding portion 12b of the first skirt 12 and the recesses 13b in the second skirt 13. The average dimension of the recesses 12c in the outlet-corresponding portion 12b of the first skirt 12 was about 44 μm. The average dimension of the recesses 13b in the second skirt 13 was about 33 μm. Furthermore, according to the results of observation with an optical microscope in the examples, it was confirmed that the multiple recesses 12c formed in the outlet-corresponding portion 12b of the first skirt 12 were more densely packed than the multiple recesses 13b in the second skirt 13. Therefore, in the examples, it was confirmed that the recesses 12c can be reliably formed in the outlet-corresponding portion 12b of the first skirt 12 so as to form the recesses 21 that provide good oil storage in the specific portion 20a of the first coating layer 20.
実施例及び比較例におけるSEMの観察結果を対比すると、次のようなことが確認できた。実施例においては、第1被膜層20における多数の凹部21の存在と、第2被膜層30における多数の凹部31の存在とを確認できた。比較例においては、第1及び第2被膜層の表面が滑らかであることを確認した。すなわち、比較例においては、第1及び第2被膜層における凹部の存在を確認できなかった。そのため、ウォータージェット噴射を行う表面処理工程によって、第1及び第2被膜層20,30の凹部21,31を確実に形成できることが確認できた。 Comparing the SEM observation results of the examples and comparative examples, the following was confirmed. In the examples, the presence of numerous recesses 21 in the first coating layer 20 and the presence of numerous recesses 31 in the second coating layer 30 were confirmed. In the comparative examples, it was confirmed that the surfaces of the first and second coating layers were smooth. That is, in the comparative examples, the presence of recesses in the first and second coating layers could not be confirmed. Therefore, it was confirmed that the recesses 21, 31 in the first and second coating layers 20, 30 can be reliably formed by the surface treatment process using water jet spraying.
1…ピストン、1a…基準部分
2…シリンダボア、2a…内周部
10…粗材、11…ピストン本体、11a…外周部、12…第1スカート(スカート)、12a…外周部、12b…一部分(流出口対応部分)、13…第2スカート(スカート)、13a…外周部
20…被膜層、第1被膜層、20a…特定部分、20b…残部分、21…凹部
30…被膜層、第2被膜層
40…金型、41…流出口、42…キャビティ部
L…長手軸線、E…金属溶湯、G…シリコン、初晶シリコン
S1…鋳造工程(工程)、S2…取り出し工程(工程)、S5…シリコン除去工程(工程)、S6…表面処理工程(工程)
1...piston, 1a...reference portion 2...cylinder bore, 2a...inner periphery 10...raw material, 11...piston body, 11a...outer periphery, 12...first skirt (skirt), 12a...outer periphery, 12b...part (part corresponding to outlet), 13...second skirt (skirt), 13a...outer periphery 20...coating layer, first coating layer, 20a...specific portion, 20b...remaining portion, 21...recess 30...coating layer, second coating layer 40...mold, 41...outlet, 42...cavity portion L...longitudinal axis, E...molten metal, G...silicon, primary crystal silicon S1...casting process (process), S2...removal process (process), S5...silicon removal process (process), S6...surface treatment process (process)
Claims (2)
前記ピストン本体の径方向に互いに対向しており、かつ前記ピストン本体の外周部から前記シリンダボアの底に向かって延びる2つのスカートと
を備え、
前記2つのスカートが、これらを対向させた方向であるスカート対向方向にてスラスト側に位置する第1スカートと、前記スカート対向方向にて反スラスト側に位置する第2スカートとから成り、
前記シリンダボアの内周部に対向する前記第1スカートの外周部上に第1被膜層が形成され、
前記シリンダボアの内周部に対向する前記第2スカートの外周部上に第2被膜層が形成される、内燃機関のピストンであって、
前記第1スカートの外周部の凹部に倣って前記第1被膜層の凹部が形成され、
前記第2スカートの外周部の凹部に倣って前記第2被膜層の凹部が形成され、
前記第1被膜層には、前記第2被膜層よりも多くの凹部が形成され、
前記第1被膜層の中央の特定部分にて単位面積中に前記凹部により占められる領域の大きさが、前記特定部分以外の前記第1被膜層の残部分にて単位面積中に前記凹部により占められる領域の大きさよりも大きくなっており、前記特定部分が前記残部分に囲まれている、内燃機関のピストン。 a piston body having an outer periphery configured to be slidable in a longitudinal direction along a linear longitudinal axis relative to an inner periphery of the cylinder bore within the cylinder bore;
two skirts that face each other in the radial direction of the piston body and extend from the outer periphery of the piston body toward the bottom of the cylinder bore;
The two skirts are composed of a first skirt located on the thrust side in a skirt facing direction in which the two skirts face each other, and a second skirt located on the anti-thrust side in the skirt facing direction,
a first coating layer is formed on an outer periphery of the first skirt facing an inner periphery of the cylinder bore;
A piston for an internal combustion engine, comprising: a second coating layer formed on an outer periphery of the second skirt facing an inner periphery of the cylinder bore,
a recess in the first coating layer is formed to correspond to the recess in the outer periphery of the first skirt;
a recess in the second coating layer is formed to correspond to the recess in the outer periphery of the second skirt;
The first coating layer has more recesses formed therein than the second coating layer,
A piston for an internal combustion engine, wherein the size of the area occupied by the recess per unit area in a specific portion in the center of the first coating layer is larger than the size of the area occupied by the recess per unit area in the remainder of the first coating layer other than the specific portion, and the specific portion is surrounded by the remainder .
前記ピストンの粗材を形作るべく、金属溶湯を前記第1スカートの外周部の一部分に対応するように配置された金型の流出口から、前記ピストンの粗材の形状に適合するように形成された前記金型のキャビティ部に流し込む工程と、
形作られた前記ピストンの粗材を前記金型のキャビティ部から取り出す工程と、
取り出された前記ピストンの粗材の表面に露出したシリコンをウォータージェット噴射によって除去する工程と、
前記シリコンを除去した前記ピストンの粗材の表面上に前記被膜層を形成する工程と
を含む内燃機関のピストンの製造方法。 A method for manufacturing a piston for an internal combustion engine, comprising: a blank including a piston body having an outer periphery configured to be slidable in a longitudinal direction along a linear longitudinal axis relative to an inner periphery of a cylinder bore extending along the longitudinal axis; and two skirts facing each other in a radial direction of the piston body and extending from the outer periphery of the piston body toward a bottom of the cylinder bore, the two skirts being comprised of a first skirt located on the thrust side in the skirt facing direction and a second skirt located on the anti-thrust side in the skirt facing direction, the method comprising the steps of: forming a coating layer on the outer periphery of each of the first and second skirts;
A process for forming a blank of the piston by pouring a molten metal from an outlet of the die arranged to correspond to a part of the outer periphery of the first skirt into a cavity portion of the die formed to fit the shape of the blank of the piston;
removing the shaped piston blank from the cavity of the die;
removing silicon exposed on the surface of the removed piston blank by water jet spray;
forming the coating layer on the surface of the piston raw material from which the silicon has been removed.
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