JPH02108446A - 内燃機関用複合ピストンの製造方法 - Google Patents
内燃機関用複合ピストンの製造方法Info
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- JPH02108446A JPH02108446A JP26210788A JP26210788A JPH02108446A JP H02108446 A JPH02108446 A JP H02108446A JP 26210788 A JP26210788 A JP 26210788A JP 26210788 A JP26210788 A JP 26210788A JP H02108446 A JPH02108446 A JP H02108446A
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Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、内燃機関に使用されるアルミ合金製ピストン
の一部分、つまり、当該ピストンに対してトップリング
が嵌まる溝を刻設する部分や、クラウン部分を、異質金
属によって補強するようにした複合ピストンの製造方法
に関するものである。
の一部分、つまり、当該ピストンに対してトップリング
が嵌まる溝を刻設する部分や、クラウン部分を、異質金
属によって補強するようにした複合ピストンの製造方法
に関するものである。
従来、内燃機関に使用されるアルミ合金製ピストンのう
ち当該ピストンに対してトップリング４ド嵌まる溝を刻
設する部分の補強には、当該部分Ｇ；鉄系ニレジスト製
のリング体を鋳込むのが一般的であったが、リング体と
アルミ合金との結合性が低く、且つ、トップリングが嵌
まる溝の加工が困難であり、しかも、前記鉄系ニレジス
ト製のリング体はコストが高く、且つ、ピストンのｆｆ
１ｆｆｌが増大する等の問題があった。
ち当該ピストンに対してトップリング４ド嵌まる溝を刻
設する部分の補強には、当該部分Ｇ；鉄系ニレジスト製
のリング体を鋳込むのが一般的であったが、リング体と
アルミ合金との結合性が低く、且つ、トップリングが嵌
まる溝の加工が困難であり、しかも、前記鉄系ニレジス
ト製のリング体はコストが高く、且つ、ピストンのｆｆ
１ｆｆｌが増大する等の問題があった。
そこで、先行技術としての、特開昭５９−２１２１５９
号公報又は特開昭６０−１１８３６７号公報等は、発泡
ニッケル等のニッケル多孔体を使用し、このニッケル多
孔体を、ピストンを鋳造するための金型内のうち当該ピ
ストンに対してトップリングが嵌まる溝を刻設する部分
に配設したのち、前記金型内に、溶融アルミ合金を加圧
状態（約４００ｋｇ／ｃｔ以上の圧力）で充虜すること
を提案している。
号公報又は特開昭６０−１１８３６７号公報等は、発泡
ニッケル等のニッケル多孔体を使用し、このニッケル多
孔体を、ピストンを鋳造するための金型内のうち当該ピ
ストンに対してトップリングが嵌まる溝を刻設する部分
に配設したのち、前記金型内に、溶融アルミ合金を加圧
状態（約４００ｋｇ／ｃｔ以上の圧力）で充虜すること
を提案している。
そして、このニッケル多孔体とアルミ合金との結合を強
固にするために、前記鋳造後において約４５０〜５５０
℃の温度で１−１０時間の間にゎたって加熱処理を施す
ことにより、ニッケルとアルミの合金層を生成するよう
にしている。
固にするために、前記鋳造後において約４５０〜５５０
℃の温度で１−１０時間の間にゎたって加熱処理を施す
ことにより、ニッケルとアルミの合金層を生成するよう
にしている。
しかし、ここに使用するニッケルは、それ自体、高価で
あると共に、鋳造後において前記のような長い時間にわ
たる加熱処理を必要するので、製造コストが大幅にアッ
プするばかりか、ニケソルは比重が大きいから、ピスト
ンの重量が可成りアップするのであった。
あると共に、鋳造後において前記のような長い時間にわ
たる加熱処理を必要するので、製造コストが大幅にアッ
プするばかりか、ニケソルは比重が大きいから、ピスト
ンの重量が可成りアップするのであった。
また、アルミ合金製のピストンのうちトップリングが嵌
まる溝を刻設する部分やクラウン部分を、多孔体によっ
て補強することの別の意味には、ピストンのうちトップ
リングが嵌まる溝を刻設する部分やクラウン部分におけ
る熱膨張を、多孔体Ｇとよって抑制すること、及び、ピ
ストンへの熱伝達を低減することにあるが、前記ニッケ
ルは、熱膨張係数及び熱伝導率が大きいので、このニッ
ケルの多孔体によって熱膨張を抑制すること、熱伝達を
阻止することの効果は低いのであった。
まる溝を刻設する部分やクラウン部分を、多孔体によっ
て補強することの別の意味には、ピストンのうちトップ
リングが嵌まる溝を刻設する部分やクラウン部分におけ
る熱膨張を、多孔体Ｇとよって抑制すること、及び、ピ
ストンへの熱伝達を低減することにあるが、前記ニッケ
ルは、熱膨張係数及び熱伝導率が大きいので、このニッ
ケルの多孔体によって熱膨張を抑制すること、熱伝達を
阻止することの効果は低いのであった。
本発明は、ニッケルよりも軽く廉価で、且つ、熱膨張係
数及び熱伝達率が小さい鉄の多孔体を使用して、アルミ
合金製ピストンのうちトップリングが嵌まる溝を刻設す
る部分やクラウン部分を補強することを提案するもので
ある。
数及び熱伝達率が小さい鉄の多孔体を使用して、アルミ
合金製ピストンのうちトップリングが嵌まる溝を刻設す
る部分やクラウン部分を補強することを提案するもので
ある。
しかし、鉄の多孔体の製造に際しては、発泡剤による直
接発泡方法では発泡することができず、また、ニッケル
のように、発泡合成樹脂の表面にニッケルを電気メツキ
し、次いで、加熱によって合成樹脂を焼失すると云う方
法を採用することができないのである そこで、本発明者は、鉄の多孔体を得ること、及びこの
鉄の多孔体とアルミ合金とを強固に結合することについ
て種々研究した結果、本発明を完成するに至った。
接発泡方法では発泡することができず、また、ニッケル
のように、発泡合成樹脂の表面にニッケルを電気メツキ
し、次いで、加熱によって合成樹脂を焼失すると云う方
法を採用することができないのである そこで、本発明者は、鉄の多孔体を得ること、及びこの
鉄の多孔体とアルミ合金とを強固に結合することについ
て種々研究した結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、酸化鉄の粒状物を高温で還元焼成
して多孔性の補強体を形成し、この多孔性の補強体を、
ピストンを鋳造するための金型内のうち当該ピストンを
補強する部分に配設したのち、前記金型内に、溶融アル
ミ合金を注入して加圧するか、又は溶融アルミ合金を加
圧状態で充填するものである。
して多孔性の補強体を形成し、この多孔性の補強体を、
ピストンを鋳造するための金型内のうち当該ピストンを
補強する部分に配設したのち、前記金型内に、溶融アル
ミ合金を注入して加圧するか、又は溶融アルミ合金を加
圧状態で充填するものである。
このように、酸化鉄の粒状物を高温で還元焼成すると、
酸化鉄は鉄に還元する。この補強体を、金型内における
所定の箇所に配設して、金型内に、溶融アルミ合金を注
入して加圧するか、又は溶融アルミ合金を加圧充填する
ことにより、溶融アルミ合金は、補強体内に浸透し、補
強体における還元鉄と合金化して凝固するから、高温強
度に優れ、且つ、熱膨張が低、いアルミ合金ピストンを
得ることができる。
酸化鉄は鉄に還元する。この補強体を、金型内における
所定の箇所に配設して、金型内に、溶融アルミ合金を注
入して加圧するか、又は溶融アルミ合金を加圧充填する
ことにより、溶融アルミ合金は、補強体内に浸透し、補
強体における還元鉄と合金化して凝固するから、高温強
度に優れ、且つ、熱膨張が低、いアルミ合金ピストンを
得ることができる。
以下、本発明の実施例を、アルミ合金製ピストンのうち
トップリングが嵌まる溝を刻設する部分やクラウン部分
を補強する場合に適用した図面について説明する。
トップリングが嵌まる溝を刻設する部分やクラウン部分
を補強する場合に適用した図面について説明する。
先づ、粒径が約１〜１０００ミクロン、好ましくは、約
４５ミクロンの鉄のミル・スケールの粒状物（若干の炭
素と珪素とを含む）を、第１図に示すように、円筒形に
固め成形して、多孔性の円筒形成形体１を製作する。こ
の固め成形に際しては、体積率（成形体の体稍に対する
ミル・スケールの体積の割合）を約２３〜５０％に、つ
まり、気孔率を約５０〜７７％にする。
４５ミクロンの鉄のミル・スケールの粒状物（若干の炭
素と珪素とを含む）を、第１図に示すように、円筒形に
固め成形して、多孔性の円筒形成形体１を製作する。こ
の固め成形に際しては、体積率（成形体の体稍に対する
ミル・スケールの体積の割合）を約２３〜５０％に、つ
まり、気孔率を約５０〜７７％にする。
この多孔性の円筒形成形体ｌを、第２図に示すように、
耐熱体製の円筒形サゴ−２内に入れると共に、当該円筒
形成形体１の外側と内側との両方に、“コークスの粉末
と石灰との混合物３を充填したのち、約１１００〜１１
５０℃の温度で、数１０時間にわたって加熱するという
還元焼成を行うことにより、外径がＤで内径がｄの円筒
形の多孔性補強素材４を得る。
耐熱体製の円筒形サゴ−２内に入れると共に、当該円筒
形成形体１の外側と内側との両方に、“コークスの粉末
と石灰との混合物３を充填したのち、約１１００〜１１
５０℃の温度で、数１０時間にわたって加熱するという
還元焼成を行うことにより、外径がＤで内径がｄの円筒
形の多孔性補強素材４を得る。
この還元焼成により、各ミル・スケールの粒状物は、互
いに結合されると共に、各ミル・スケールは酸素が除か
れて鉄に還元することにより、鉄の多孔体が得られる。
いに結合されると共に、各ミル・スケールは酸素が除か
れて鉄に還元することにより、鉄の多孔体が得られる。
次いで、この円筒形の多孔性補強素材４を、第３図に示
すように、その軸方向に沿って適宜長さくｌ）ごとに輪
切り状に切断することにより、外径がＤで内径がｄで幅
がｌの多孔性のリング状補強体５を得る。
すように、その軸方向に沿って適宜長さくｌ）ごとに輪
切り状に切断することにより、外径がＤで内径がｄで幅
がｌの多孔性のリング状補強体５を得る。
この多孔性のリング状補強体５を、第４図に示すように
、ピストンを鋳造するための金型６内のうちピストンに
対してトップリングが嵌まる溝を刻設する部分に配設し
たのち、前記金型６内に、溶融アルミ合金を、約４００
〜１０００ ｋｇ／ ｃｎｆの圧力の加圧状態で充填す
るか、又は、金型６内に、溶融アルミ合金を注入したの
ち、中子型６ａを矢印で示すように押し込むことにより
、約４００〜１０００ ｋｇ／ｃＪの圧力に加圧する。
、ピストンを鋳造するための金型６内のうちピストンに
対してトップリングが嵌まる溝を刻設する部分に配設し
たのち、前記金型６内に、溶融アルミ合金を、約４００
〜１０００ ｋｇ／ ｃｎｆの圧力の加圧状態で充填す
るか、又は、金型６内に、溶融アルミ合金を注入したの
ち、中子型６ａを矢印で示すように押し込むことにより
、約４００〜１０００ ｋｇ／ｃＪの圧力に加圧する。
すると、溶融アルミ合金は、前記多孔性のリング状補強
体５内に浸透し、補強体５における還元鉄と合金化して
凝固するから、第５図に示すように、トップリングが嵌
まる溝を刻設する部分に、多孔性のリング状補強体５を
、一体的に鋳込んで成る複合ピストン７が得られる。こ
の場合、還元鉄とアルミ合金との合金化をより促進する
には、前記補強体５を、金型６内において１００〜３０
０°Ｃに予熱してから、これに溶融アルミ合金を加圧充
填するか、又は、溶融アルミ合金を注入したのち加圧す
るようにすれば良い。
体５内に浸透し、補強体５における還元鉄と合金化して
凝固するから、第５図に示すように、トップリングが嵌
まる溝を刻設する部分に、多孔性のリング状補強体５を
、一体的に鋳込んで成る複合ピストン７が得られる。こ
の場合、還元鉄とアルミ合金との合金化をより促進する
には、前記補強体５を、金型６内において１００〜３０
０°Ｃに予熱してから、これに溶融アルミ合金を加圧充
填するか、又は、溶融アルミ合金を注入したのち加圧す
るようにすれば良い。
なお、鋳造後の複合ピストン７は、その外径を機械加工
するとき、第６図に示すように、その外面のうち前記補
強体５の部分にトップリングが嵌まる溝８を、当該補強
体５の以外の部分にセカンドリングが嵌まる？ＸＩＪ９
及びオイルリングが嵌まる溝１０を各々刻設するのであ
る。
するとき、第６図に示すように、その外面のうち前記補
強体５の部分にトップリングが嵌まる溝８を、当該補強
体５の以外の部分にセカンドリングが嵌まる？ＸＩＪ９
及びオイルリングが嵌まる溝１０を各々刻設するのであ
る。
そして、ここに得られた複合ピストン７におけるトップ
リングが嵌まる溝８の部分における耐摩耗性と引張強度
とを、前記補強体５を使用しないアルミ合金製ピストン
と比較する試験を行ったところ、常温における耐摩耗性
は約１００％、４００℃の温度における耐摩耗性は約８
００％もアップし、常温における引張強度は約２０％、
４００℃の温度における引張強度は約１００％もアンプ
したのである。
リングが嵌まる溝８の部分における耐摩耗性と引張強度
とを、前記補強体５を使用しないアルミ合金製ピストン
と比較する試験を行ったところ、常温における耐摩耗性
は約１００％、４００℃の温度における耐摩耗性は約８
００％もアップし、常温における引張強度は約２０％、
４００℃の温度における引張強度は約１００％もアンプ
したのである。
また、トップリングが嵌まる溝８を加工するときの加工
性は、当該溝８を刻設する部分に、頭記した従来のよう
に、炭素鋼のリング体を鋳込んだ場合に比べて、約５０
〜２００％もアンプしたのであり、更にまた、前記補強
体５を鋳込んだ部分における熱膨張係数は、補強体５を
使用しないアルミ合金製ピストンの場合に比較して、約
７０〜８０％に減少できるのであり、加えて、前記補強
体５を祷込んだ複合ピストン７の重量は、補強体５を使
用しないアルミ合金製ピストンに比べて約１０％程度だ
け増加するのみであった。
性は、当該溝８を刻設する部分に、頭記した従来のよう
に、炭素鋼のリング体を鋳込んだ場合に比べて、約５０
〜２００％もアンプしたのであり、更にまた、前記補強
体５を鋳込んだ部分における熱膨張係数は、補強体５を
使用しないアルミ合金製ピストンの場合に比較して、約
７０〜８０％に減少できるのであり、加えて、前記補強
体５を祷込んだ複合ピストン７の重量は、補強体５を使
用しないアルミ合金製ピストンに比べて約１０％程度だ
け増加するのみであった。
なお、前記多孔性リング状補強体５における気孔率は、
５０〜７７％にするのが好ましく、気孔率が５０％未満
であると、補強体５の組織内への溶融アルミ合金の浸透
性が悪（なるので、補強体５のアルミ合金に対する結合
強度が低下するし、補強体５の組織内に溶融アルミ合金
を一層浸透させるには溶融アルミ合金により高い圧力を
かけるようにしなければならないので、コストがアップ
するばかりか、ピストンの重量もアンプするのであり、
また、気孔率が７７％を越えると、補強体５による補強
の効果が低くなるのであって、最も好ましいのは、約７
０％の前後であった。更にまた、前記還元焼成後におけ
る多孔性補強素材４には、溶融アルミ合金の加圧充填に
際して形崩れすることを防止するために、約１０〜５０
０ ｋｇ／ｃＪ程度の圧縮強度が必要であった。
５０〜７７％にするのが好ましく、気孔率が５０％未満
であると、補強体５の組織内への溶融アルミ合金の浸透
性が悪（なるので、補強体５のアルミ合金に対する結合
強度が低下するし、補強体５の組織内に溶融アルミ合金
を一層浸透させるには溶融アルミ合金により高い圧力を
かけるようにしなければならないので、コストがアップ
するばかりか、ピストンの重量もアンプするのであり、
また、気孔率が７７％を越えると、補強体５による補強
の効果が低くなるのであって、最も好ましいのは、約７
０％の前後であった。更にまた、前記還元焼成後におけ
る多孔性補強素材４には、溶融アルミ合金の加圧充填に
際して形崩れすることを防止するために、約１０〜５０
０ ｋｇ／ｃＪ程度の圧縮強度が必要であった。
また、実験によると、補強体５における気孔率を高い値
にした場合、当該補強体５の温度が低い状態で、これに
溶融アルミ合金の加圧充填すると、当該補強体５に形崩
れが発生したが、この場合、補強体５を約３００℃に予
熱することにより、この形崩れを防止できるのであり、
３００℃より高い温度の予熱は、コストのアンプを招来
するのみで不必要であった。
にした場合、当該補強体５の温度が低い状態で、これに
溶融アルミ合金の加圧充填すると、当該補強体５に形崩
れが発生したが、この場合、補強体５を約３００℃に予
熱することにより、この形崩れを防止できるのであり、
３００℃より高い温度の予熱は、コストのアンプを招来
するのみで不必要であった。
なお、前記実施例は、ピストンのうちトップリングが嵌
まる溝の部分を補強する場合を示したが、本発明は、こ
れに躍らず、ピストンのうちそのクラウン部分を補強す
る場合にも適用できることは云うまでもない。
まる溝の部分を補強する場合を示したが、本発明は、こ
れに躍らず、ピストンのうちそのクラウン部分を補強す
る場合にも適用できることは云うまでもない。
以上の通り本発明によると、アルミ合金製ピストンのう
ちトップリングが嵌まる溝等のように補強を必要とする
部分を、鉄の酸化物を使用して強固に補強することがで
きるのであり、ここに使用する酸化鉄は、前記先行技術
に使用するニッケルより遥かに安価であり、しかも、鉄
は、ニッケルよりも熱膨張係数及び熱伝達率並びに比重
が小さいから、異質金属で補強した複合ピストンの製造
コストを低減できると共に、複合ビス！−ンを軽量化で
きて、アルミ合金製ピストンの耐久性を更に向上できる
効果を有する。
ちトップリングが嵌まる溝等のように補強を必要とする
部分を、鉄の酸化物を使用して強固に補強することがで
きるのであり、ここに使用する酸化鉄は、前記先行技術
に使用するニッケルより遥かに安価であり、しかも、鉄
は、ニッケルよりも熱膨張係数及び熱伝達率並びに比重
が小さいから、異質金属で補強した複合ピストンの製造
コストを低減できると共に、複合ビス！−ンを軽量化で
きて、アルミ合金製ピストンの耐久性を更に向上できる
効果を有する。
図面は本発明の実施例の工程図を示し、第１図は酸化鉄
の粒状物を固め成形した成形体の斜視図、第２図は還元
焼成の状態を示す縦断正面図、第３図は還元焼成した補
強素材から補強体を輪切りしている状態を示す斜視図、
第４図は金型による鋳造の状態を示す縦断正面図、第５
図及び第６図は複合ピストンの縦断正面図である。 ■・・・・円筒形成形体、２・・・・還元焼成用サガー
３・・・・コークスの粉末と石灰との混合物、４・・・
・補強素材、５・・・・補強体、６・・・・金型、６ａ
・・・・中子型、７・・・・複合ピストン、８・・・・
トップリンク用？Ｉｓ、９・・・・セカンドリング用溝
、１０・・・・オイルリング用溝。
の粒状物を固め成形した成形体の斜視図、第２図は還元
焼成の状態を示す縦断正面図、第３図は還元焼成した補
強素材から補強体を輪切りしている状態を示す斜視図、
第４図は金型による鋳造の状態を示す縦断正面図、第５
図及び第６図は複合ピストンの縦断正面図である。 ■・・・・円筒形成形体、２・・・・還元焼成用サガー
３・・・・コークスの粉末と石灰との混合物、４・・・
・補強素材、５・・・・補強体、６・・・・金型、６ａ
・・・・中子型、７・・・・複合ピストン、８・・・・
トップリンク用？Ｉｓ、９・・・・セカンドリング用溝
、１０・・・・オイルリング用溝。
Claims (1)
- （１）、酸化鉄の粒状物を高温で還元焼成して多孔性の
補強体を形成し、この多孔性の補強体を、ピストンを鋳
造するための金型内のうち当該ピストンを補強する部分
に配設したのち、前記金型内に、溶融アルミ合金を注入
して加圧するか、又は溶融アルミ合金を加圧状態で充填
することを特徴とする内燃機関用複合ピストンの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63262107A JP2560096B2 (ja) | 1988-10-17 | 1988-10-17 | 内燃機関用複合ピストンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63262107A JP2560096B2 (ja) | 1988-10-17 | 1988-10-17 | 内燃機関用複合ピストンの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02108446A true JPH02108446A (ja) | 1990-04-20 |
| JP2560096B2 JP2560096B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=17371136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63262107A Expired - Fee Related JP2560096B2 (ja) | 1988-10-17 | 1988-10-17 | 内燃機関用複合ピストンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2560096B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5858056A (en) * | 1995-03-17 | 1999-01-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Metal sintered body composite material and a method for producing the same |
| US6553892B1 (en) | 1999-10-18 | 2003-04-29 | Smc Kabushiki Kaisha | Mounting structure for piston packing |
| CN100410401C (zh) * | 2006-06-15 | 2008-08-13 | 太原科技大学 | 制造泡沫铝材装置中的压头 |
-
1988
- 1988-10-17 JP JP63262107A patent/JP2560096B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5858056A (en) * | 1995-03-17 | 1999-01-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Metal sintered body composite material and a method for producing the same |
| US6553892B1 (en) | 1999-10-18 | 2003-04-29 | Smc Kabushiki Kaisha | Mounting structure for piston packing |
| CN100410401C (zh) * | 2006-06-15 | 2008-08-13 | 太原科技大学 | 制造泡沫铝材装置中的压头 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2560096B2 (ja) | 1996-12-04 |
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