JPH05306650A - 内燃機関のアルミ合金製ピストン - Google Patents
内燃機関のアルミ合金製ピストンInfo
- Publication number
- JPH05306650A JPH05306650A JP11121092A JP11121092A JPH05306650A JP H05306650 A JPH05306650 A JP H05306650A JP 11121092 A JP11121092 A JP 11121092A JP 11121092 A JP11121092 A JP 11121092A JP H05306650 A JPH05306650 A JP H05306650A
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- Japan
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- piston
- plating layer
- aluminum alloy
- laser beam
- ring groove
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
Landscapes
- Chemically Coating (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 アルミ合金製ピストンの高熱による変形，軟
化を防止しつつリング溝表面のメッキ層の十分な硬化を
得ると共に、製造コストの低廉化を図る。 【構成】 アルミ合金製ピストン１の外周面にニッケ
ル，コバルトあるいは鉄の少なくとも１つの成分と燐と
からなるメッキ層４を形成すると共に、前記ピストン１
の外周面に有する２段のリング溝２，３のメッキ層４
を、レーザービーム照射することによって約２５０℃以
上の温度で集中的に急加熱して硬化層に形成した。
化を防止しつつリング溝表面のメッキ層の十分な硬化を
得ると共に、製造コストの低廉化を図る。 【構成】 アルミ合金製ピストン１の外周面にニッケ
ル，コバルトあるいは鉄の少なくとも１つの成分と燐と
からなるメッキ層４を形成すると共に、前記ピストン１
の外周面に有する２段のリング溝２，３のメッキ層４
を、レーザービーム照射することによって約２５０℃以
上の温度で集中的に急加熱して硬化層に形成した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、外周に形成されたリン
グ溝にメッキ層等の表面処理を施した内燃機関のアルミ
合金製ピストンに関する。
グ溝にメッキ層等の表面処理を施した内燃機関のアルミ
合金製ピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】近時、自動車用内燃機関にあっては、高
出力化，高回転化の要請に伴って、ピストンを鋼製に代
えてアルミ合金製にして軽量化を図り、往復運動時の慣
性力を低下させるようになっている。ところが、機関の
高出力化等によってピストン冠部に対する熱負荷が大き
くなるとと共に、潤滑油の急激な温度上昇が余儀なくさ
れる。したがって、斯かる苛酷な条件下においてアルミ
合金製ピストンを作動させると、冠部付近の外周面に有
する複数のリング溝の表面と該リング溝内に保持された
ピストンリングとが凝着する惧れがある。この結果、リ
ング溝表面の摩耗やピストンリングの焼き付き及び折損
等を招来する。
出力化，高回転化の要請に伴って、ピストンを鋼製に代
えてアルミ合金製にして軽量化を図り、往復運動時の慣
性力を低下させるようになっている。ところが、機関の
高出力化等によってピストン冠部に対する熱負荷が大き
くなるとと共に、潤滑油の急激な温度上昇が余儀なくさ
れる。したがって、斯かる苛酷な条件下においてアルミ
合金製ピストンを作動させると、冠部付近の外周面に有
する複数のリング溝の表面と該リング溝内に保持された
ピストンリングとが凝着する惧れがある。この結果、リ
ング溝表面の摩耗やピストンリングの焼き付き及び折損
等を招来する。
【０００３】そこで、例えば特開平３−７８５５３号公
報等に記載された技術のように、ピストンのリング溝を
含む外周面に複合分散メッキ層を形成したものも提供さ
れている。即ち、前記複合分散メッキ層は、ニッケル−
燐−酸化クロム粒子からなり、ピストンの母材に電解メ
ッキ法によって形成している。そして、斯かるニッケル
等の複合分散メッキ層によって硬度を高め耐摩耗性や耐
焼付性及び耐食性を向上させるようになっている。
報等に記載された技術のように、ピストンのリング溝を
含む外周面に複合分散メッキ層を形成したものも提供さ
れている。即ち、前記複合分散メッキ層は、ニッケル−
燐−酸化クロム粒子からなり、ピストンの母材に電解メ
ッキ法によって形成している。そして、斯かるニッケル
等の複合分散メッキ層によって硬度を高め耐摩耗性や耐
焼付性及び耐食性を向上させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
なピストン母材に複合分散メッキ層を形成するには、該
メッキ層を硬化させるために、必ず熱処理を行なければ
ならない。したがって、前記従来例においても、メッキ
層を形成後、ピストン全体を１５０°〜２００℃程度の
加熱温度でかつ１〜２時間の加熱時間で熱処理を行って
いる。
なピストン母材に複合分散メッキ層を形成するには、該
メッキ層を硬化させるために、必ず熱処理を行なければ
ならない。したがって、前記従来例においても、メッキ
層を形成後、ピストン全体を１５０°〜２００℃程度の
加熱温度でかつ１〜２時間の加熱時間で熱処理を行って
いる。
【０００５】然し乍ら、前記従来例の熱処理条件では、
アルミ合金（例えばＡＣ８Ａ）のピストン母材が熱変形
したり、軟化する惧れはないが、複合分散メッキ層の十
分な硬化が得られない。即ち、アルミ合金（ＡＣ８Ａ）
のピストン母材は、図３の実験例からも明らかなように
ピストンを３００℃で所定時間加熱すると、スカート部
の上端域Ｂでは僅かに収縮（−）変形するが、スカート
部の下端域Ｃや冠部域Ａでは、数十時間で２０〜３０μ
ｍまで膨張（＋）変形してしまう。一方、この複合分散
メッキ層の十分な硬化を得るためには、２５０℃以上の
加熱温度が必要であることが一般に知られている。
アルミ合金（例えばＡＣ８Ａ）のピストン母材が熱変形
したり、軟化する惧れはないが、複合分散メッキ層の十
分な硬化が得られない。即ち、アルミ合金（ＡＣ８Ａ）
のピストン母材は、図３の実験例からも明らかなように
ピストンを３００℃で所定時間加熱すると、スカート部
の上端域Ｂでは僅かに収縮（−）変形するが、スカート
部の下端域Ｃや冠部域Ａでは、数十時間で２０〜３０μ
ｍまで膨張（＋）変形してしまう。一方、この複合分散
メッキ層の十分な硬化を得るためには、２５０℃以上の
加熱温度が必要であることが一般に知られている。
【０００６】したがって、前記従来例では、加熱温度が
低い上、加熱時間も短いため、複合分散メッキ層による
特に耐摩耗性が十分に得られず、前述のようなピストン
の苛酷な作動条件下において経時的にリング溝の表面が
摩耗してしまう惧れがある。
低い上、加熱時間も短いため、複合分散メッキ層による
特に耐摩耗性が十分に得られず、前述のようなピストン
の苛酷な作動条件下において経時的にリング溝の表面が
摩耗してしまう惧れがある。
【０００７】しかも、前記従来例にあっては、複合分散
メッキ層の組成中に高価な酸化クロム粒子を含有させて
いるため、製造コストの高騰が余儀なくされている。
メッキ層の組成中に高価な酸化クロム粒子を含有させて
いるため、製造コストの高騰が余儀なくされている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の問
題点に鑑みて案出されたもので、アルミ合金製ピストン
の外周面に、ニッケル，コバルトあるいは鉄の少なくと
も１つの成分と燐とからなるメッキ層を形成すると共
に、前記ピストンの外周に形成されたリング溝の前記メ
ッキ層を、エネルギー密度の高い熱源で約２５０℃以上
に急加熱して硬化層に形成したことを特徴としている。
題点に鑑みて案出されたもので、アルミ合金製ピストン
の外周面に、ニッケル，コバルトあるいは鉄の少なくと
も１つの成分と燐とからなるメッキ層を形成すると共
に、前記ピストンの外周に形成されたリング溝の前記メ
ッキ層を、エネルギー密度の高い熱源で約２５０℃以上
に急加熱して硬化層に形成したことを特徴としている。
【０００９】
【作用】前記構成の本発明によれば、ピストン全体を加
熱するのではなく、リング溝のメッキ層のみを集中的に
短時間で急加熱するため、ピストン母材全体への高熱伝
達が回避される。したがって、ピストン母材の熱変形や
軟化が防止されつつメッキ層を十分に硬化させることが
可能になり、リング溝表面の耐摩耗性が一段と向上す
る。
熱するのではなく、リング溝のメッキ層のみを集中的に
短時間で急加熱するため、ピストン母材全体への高熱伝
達が回避される。したがって、ピストン母材の熱変形や
軟化が防止されつつメッキ層を十分に硬化させることが
可能になり、リング溝表面の耐摩耗性が一段と向上す
る。
【００１０】また、メッキ層の組成物中に酸化クロム粒
子を含まないため、製造コストの低廉化が図れる。
子を含まないため、製造コストの低廉化が図れる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述
する。
する。
【００１２】この実施例では、図１に示すように外周面
に２段のリング溝２，３を有するアルミ合金製（ＡＣ８
Ａ材）のピストン１を用い、前処理として通常のジンケ
ート処理を施した。
に２段のリング溝２，３を有するアルミ合金製（ＡＣ８
Ａ材）のピストン１を用い、前処理として通常のジンケ
ート処理を施した。
【００１３】メッキ浴として、スルファミン酸ニッケル
２５０ｇ／ｌ，次亜リン酸ナトリウムｇ／ｌのスルファ
ミン酸−次亜リン酸浴を作り、ＰＨを４.５に調整し
た。
２５０ｇ／ｌ，次亜リン酸ナトリウムｇ／ｌのスルファ
ミン酸−次亜リン酸浴を作り、ＰＨを４.５に調整し
た。
【００１４】前記メッキ浴の温度を９０℃に保ち、その
中に前記ピストン１を浸漬し、無電解法によるメッキ処
理を行った。これによって、形成されたニッケル−燐の
メッキ層４の厚さは均一であり、リング溝２，３の表面
においては２０μｍ、ピストンスカート部５の外周面に
おいても２０μｍの厚さであった。
中に前記ピストン１を浸漬し、無電解法によるメッキ処
理を行った。これによって、形成されたニッケル−燐の
メッキ層４の厚さは均一であり、リング溝２，３の表面
においては２０μｍ、ピストンスカート部５の外周面に
おいても２０μｍの厚さであった。
【００１５】次に、ピストン１の各リング溝２，３の表
面に、図２に示すようなエネルギー密度の高い熱源であ
るレーザービーム発信機６によってレーザービームを照
射する。
面に、図２に示すようなエネルギー密度の高い熱源であ
るレーザービーム発信機６によってレーザービームを照
射する。
【００１６】以下、このレーザー照射条件及びその実験
結果を示す。即ち、７はレーザービーム発信機６から照
射されたレーザービーム、８は該レーザービーム７を補
正して正確にトレースするトラッキングミラー、９はレ
ーザービーム７をリング溝２，３に収束させる対物レン
ズである。前記レーザービーム７の焦点距離は１９１mm
として、焦点の位置をリング溝２，３の被加熱位置１７
mm上方に設定して、被加熱位置で２mmのレーザービーム
径とした。加工速度は１０００mm／minの短時間に設定
し、加工出力を５０，１００，１５０，２００，２５
０，３００ｗと変化させた。そして、表１に示すよう
に、加工出力が１５０ｗまではメッキ層４の硬度が５６
０HVできわだった上昇が認められなかったが、加工出力
を２００ｗ，２５０ｗまで上げると、硬度７５０，９０
０HVまで上昇した。しかし、３００ｗまで上げるとメッ
キ層４自体が溶融してしまった。
結果を示す。即ち、７はレーザービーム発信機６から照
射されたレーザービーム、８は該レーザービーム７を補
正して正確にトレースするトラッキングミラー、９はレ
ーザービーム７をリング溝２，３に収束させる対物レン
ズである。前記レーザービーム７の焦点距離は１９１mm
として、焦点の位置をリング溝２，３の被加熱位置１７
mm上方に設定して、被加熱位置で２mmのレーザービーム
径とした。加工速度は１０００mm／minの短時間に設定
し、加工出力を５０，１００，１５０，２００，２５
０，３００ｗと変化させた。そして、表１に示すよう
に、加工出力が１５０ｗまではメッキ層４の硬度が５６
０HVできわだった上昇が認められなかったが、加工出力
を２００ｗ，２５０ｗまで上げると、硬度７５０，９０
０HVまで上昇した。しかし、３００ｗまで上げるとメッ
キ層４自体が溶融してしまった。
【００１７】
【表１】
【００１８】したがって、この表からも明らかなよう
に、加工出力２００ｗ〜２５０ｗの条件下で集中的かつ
急速加熱によって２５０℃以上に昇温させることによ
り、メッキ層４の硬度を十分に上昇できることが明らか
となった。これは、それまでの非晶質であったメッキ層
がニッケル固溶体（Ｎｉ3ＰのＮｉ固溶体）となり、次
に、Ｎｉ3ＰとＮｉの共晶体が折出して硬化したためで
ある。また、斯かるレーザービーム７をリング溝２，３
のみに照射した場合におけるピストン１母材の硬度は、
表にも示すように５０〜３００ｗのいずれの加工出力時
にも１３０〜１４９HV程度となり、特に２００〜２５０
ｗでは１４０，１３０HVとなっており、硬度の軟化が発
生しない。これは、加熱がレーザービーム７によって集
中的かつ短時間に急加熱されたため、ピストン１母材へ
の拡散高熱伝達が回避されたものと考えられる。
に、加工出力２００ｗ〜２５０ｗの条件下で集中的かつ
急速加熱によって２５０℃以上に昇温させることによ
り、メッキ層４の硬度を十分に上昇できることが明らか
となった。これは、それまでの非晶質であったメッキ層
がニッケル固溶体（Ｎｉ3ＰのＮｉ固溶体）となり、次
に、Ｎｉ3ＰとＮｉの共晶体が折出して硬化したためで
ある。また、斯かるレーザービーム７をリング溝２，３
のみに照射した場合におけるピストン１母材の硬度は、
表にも示すように５０〜３００ｗのいずれの加工出力時
にも１３０〜１４９HV程度となり、特に２００〜２５０
ｗでは１４０，１３０HVとなっており、硬度の軟化が発
生しない。これは、加熱がレーザービーム７によって集
中的かつ短時間に急加熱されたため、ピストン１母材へ
の拡散高熱伝達が回避されたものと考えられる。
【００１９】このようにして得られたピストン１を水冷
４サイクル，４気筒（２０００cc）のエンジンつまりシ
リンダブロック９のシリンダ内に組み込み、回転数６４
００rpm、負荷４／４の運転条件で、１００時間の耐久
テストを行った。テスト後、ピストン１のリング溝２，
３の表面からピストンリング１０，１１表面へのアルミ
ニウム合金の凝着の有無を調べたところ、アルミニウム
合金の凝着は全く認められなくなった。また、リング溝
２，３表面及びピストンリング１０，１１表面の摩耗も
ほとんど認められなかった。
４サイクル，４気筒（２０００cc）のエンジンつまりシ
リンダブロック９のシリンダ内に組み込み、回転数６４
００rpm、負荷４／４の運転条件で、１００時間の耐久
テストを行った。テスト後、ピストン１のリング溝２，
３の表面からピストンリング１０，１１表面へのアルミ
ニウム合金の凝着の有無を調べたところ、アルミニウム
合金の凝着は全く認められなくなった。また、リング溝
２，３表面及びピストンリング１０，１１表面の摩耗も
ほとんど認められなかった。
【００２０】このように、本実施例では、メッキ処理後
のリング溝２，３の表面に対するレーザービーム７の集
中的な照射によって急速に加熱するため、ピストン１全
体の変形や軟化等が抑制されつつリング溝２，３表面を
十分に硬化させることができる。
のリング溝２，３の表面に対するレーザービーム７の集
中的な照射によって急速に加熱するため、ピストン１全
体の変形や軟化等が抑制されつつリング溝２，３表面を
十分に硬化させることができる。
【００２１】しかも、メッキ処理を電解メッキ法ではな
く無電解メッキ法を用いたため、粒子分散が良好とな
り、メッキ皮膜層の厚さが電解メッキ法に比して全体に
均一化され、低コストで高い寸法精度が得られる。この
結果、生産効率の向上と大量生産が可能になる。
く無電解メッキ法を用いたため、粒子分散が良好とな
り、メッキ皮膜層の厚さが電解メッキ法に比して全体に
均一化され、低コストで高い寸法精度が得られる。この
結果、生産効率の向上と大量生産が可能になる。
【００２２】また、本実施例では、高価な酸化クロム粒
子を含めなくとも前述の表面処理によって耐摩耗性や耐
焼付性が得られるため、この点でもコストの大巾な低廉
化が図れる。
子を含めなくとも前述の表面処理によって耐摩耗性や耐
焼付性が得られるため、この点でもコストの大巾な低廉
化が図れる。
【００２３】尚、本発明は、前記実施例に限定されるも
のではなく、例えばエネルギー密度の高い熱源として電
子ビーム高周波誘導加熱装置や、電流による抵抗加熱装
置、その他赤外線照射加熱装置等を用いることも可能で
ある。
のではなく、例えばエネルギー密度の高い熱源として電
子ビーム高周波誘導加熱装置や、電流による抵抗加熱装
置、その他赤外線照射加熱装置等を用いることも可能で
ある。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る内燃機関のアルミ合金製ピストンによれば、とりわ
けリング溝表面に形成されたニッケル，コバルトあるい
は鉄の少なくとも１つの成分と燐とからなるメッキ層
を、エネルギー密度の高い熱源で約２５０℃以上に急加
熱して硬化層にしたため、リング溝の表面からピストン
リング表面へのアルミニウム合金の凝着が防止されるこ
とは勿論のこと、リング溝表面に対する集中的かつ短時
間の急速加熱によってピストンの変形や軟化による強度
の低下が防止されつつ、メッキ層を十分に硬化させるこ
とができる。
係る内燃機関のアルミ合金製ピストンによれば、とりわ
けリング溝表面に形成されたニッケル，コバルトあるい
は鉄の少なくとも１つの成分と燐とからなるメッキ層
を、エネルギー密度の高い熱源で約２５０℃以上に急加
熱して硬化層にしたため、リング溝の表面からピストン
リング表面へのアルミニウム合金の凝着が防止されるこ
とは勿論のこと、リング溝表面に対する集中的かつ短時
間の急速加熱によってピストンの変形や軟化による強度
の低下が防止されつつ、メッキ層を十分に硬化させるこ
とができる。
【００２５】また、メッキ層の組成中に従来のような高
価な酸化クロム粒子を含めずとも、十分な耐摩耗性及び
耐焼付性が得られるため、製造コストの大巾な低廉化が
図れる。
価な酸化クロム粒子を含めずとも、十分な耐摩耗性及び
耐焼付性が得られるため、製造コストの大巾な低廉化が
図れる。
【図１】本発明のアルミ合金製ピストンの一実施例を示
す要部断面図。
す要部断面図。
【図２】本実施例に供されるレーザービーム装置の概略
図。
図。
【図３】従来のアルミ合金製ピストンの加熱時間と各部
の変形量を示すグラフ。
の変形量を示すグラフ。
１…アルミ合金製ピストン、２，３…リング溝、４…メ
ッキ層、６…レーザービーム発信機、７…レーザービー
ム。
ッキ層、６…レーザービーム発信機、７…レーザービー
ム。
Claims (1)
- 【請求項１】 アルミ合金製ピストンの外周面に、ニッ
ケル，コバルトあるいは鉄の少なくとも１つの成分と燐
とからなるメッキ層を形成すると共に、前記ピストンの
外周に形成されたリング溝の前記メッキ層を、エネルギ
ー密度の高い熱源で約２５０℃以上に急加熱して硬化層
に形成したことを特徴とする内燃機関のアルミ合金製ピ
ストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11121092A JPH05306650A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 内燃機関のアルミ合金製ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11121092A JPH05306650A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 内燃機関のアルミ合金製ピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05306650A true JPH05306650A (ja) | 1993-11-19 |
Family
ID=14555321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11121092A Pending JPH05306650A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 内燃機関のアルミ合金製ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05306650A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009533589A (ja) * | 2006-04-08 | 2009-09-17 | カーエス コルベンシュミット ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ２つのピストンリング溝を有し、１つのピストンリング溝にピストンリング支持体が設けられている、内燃機関のためのピストン |
-
1992
- 1992-04-30 JP JP11121092A patent/JPH05306650A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009533589A (ja) * | 2006-04-08 | 2009-09-17 | カーエス コルベンシュミット ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ２つのピストンリング溝を有し、１つのピストンリング溝にピストンリング支持体が設けられている、内燃機関のためのピストン |
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