JPH10231930A

JPH10231930A - 内燃機関用ピストン及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10231930A
Application number: JP3448497A
Authority: JP
Inventors: Masato Sasaki; 正登佐々木
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】アルミニウム合金ピストンの製造作業能率の
向上とコストの低廉化を図りつつ、耐摩耗性と耐凝着性
を満足すると共に、ピストン本体と再溶融合金部との接
合境界面の接合強度を向上させる。【構成】アルミニウム合金からなるピストン本体１の
リングランド部３に３つのピストンリング溝４，５，６
が形成された内燃機関のピストンである。前記トップリ
ング溝に対応する位置に環状凹部を形成すると共に、こ
の環状凹部内に、炭化珪素の粒子を含有したアルミニウ
ム合金と銅の複合材料からなる複合線材１１を巻装す
る。そして、この環状凹部の周壁と複合線材を電子ビー
ムにより再溶融した後、この再溶融合金部１５の外周に
トップリング溝４を切削により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術】本発明は、自動車等の内燃機関用
ピストン及び該ピストンの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、近時、自動車用内燃機関
のピストンにあっては、高出力化高性能化の要請に伴い
軽量化を図るべくその材質を鋳鉄に代えてアルミニウム
合金で形成しており、また、シリンダボアの内壁面と対
向する外周面に、ピストンリングが装着される複数のピ
ストンリング溝が形成されている。さらに、このピスト
ンリング溝のうち燃焼室に最も近いトップリング溝は、
特に高温に晒され、かつ燃焼圧力を直接受けるため、ピ
ストンリング（トップリング）との摩耗が激しい。この
ため、トップリング溝とトップリングとの間には、アル
ミ凝着が発生し易くなる。

【０００３】そこで、斯かるアルミ凝着を防止する種々
の技術が開発されており、例えば（１）トップリング溝
の表面部に無機繊維集合体を複合させて強化するもの
（特開昭５９−２０１９５３号公報）や、（２）Ｉｎ−
ＳｉｔｕプロセスによるハイブリッドＭＭＣ（金属基複
合材料）をピストンへ応用するもの（自動車技術１９８
９−５．ＮＯ８９１０５６）、（３）トップリング溝の
表面部にニッケル多孔体を複合させて強化するもの（特
公平３−３０７０８号公報）などがある。また、（４）
トップリング溝の表面部をアルマイト処理層により強化
したり（特開平１−１９０９５１号公報）、（５）トッ
プリング溝の表面部に銅などを電子ビームで溶融拡散さ
せることにより合金層を形成するもの（三菱自動車１９
８８，ＮＯ１「テクニカルレビュー」，特開平２−１２
５９５２号）があり、更には、（６）トップリング溝部
分にニレジスト鋳鉄をアルフィン処理してアルミニウム
合金に鋳ぐるんでリング支持部材とするものなど、多く
の改良技術が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、前記各従来
例には、以下のような欠点がある。即ち、（１），
（２），（３）の従来例にあっては、無機繊維材等の材
料上の点からその成形法として高圧凝固法を用いなけれ
ばならない。したがって、製造コストの上昇が余儀なく
されるばかりか、ピストンの形状が制約されてしまう。

【０００５】また、（４）の従来例にあっては、アルマ
イト処理層によりピストンリングとの耐凝着性は向上す
るものの、耐摩耗性が不十分になる。更に、（５）の従
来例は、逆に耐凝着性が不足する惧れがある。

【０００６】また、（６）の従来例は、最も古くから行
われている技術であり、耐摩耗性や耐凝着性は確保でき
るものの、鋳鉄製であるため、重量の増加が余儀なくさ
れる。

【０００７】さらに、他の従来例として特開平２ー１０
１１４１号に記載された発明のように、アルニミウム合
金を、Ｓｉ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｍｎを夫々所定の重量
％割合で配合し、このアルミ合金の粉末のマトリックス
にＡｌ₂Ｏ₃等の一種の粒子を分散させて高強度のアルニ
ミウム合金を成形するものも提供されているが、この材
料を高いエネルギー密度の熱源により再溶融させると、
該再溶融部の接合の際に、再溶融部にブローホールが発
生するおそれがある。なぜならば、粉末粒子間に不可避
の空気が存在して最終加工まで残留してしまう可能性が
あるからである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の各従来
例における実情に鑑みて案出されたもので、請求項１の
発明は、アルミニウム合金からなるピストン本体の外周
に複数のピストンリング溝が形成されてなる内燃機関用
ピストンにおいて、前記ピストン本体のピストンリング
溝の少なくともトップリング溝に対応する位置に環状凹
部を形成し、この環状凹部内に、炭化珪素の粒子を含有
したアルミニウム合金と銅の複合材料からなる複合線材
を嵌挿し、前記環状凹部周壁と複合線材を高エネルギー
密度の熱源により再溶融すると共に、該再溶融部の外周
にピストンリング溝を形成したことを特徴としている。

【０００９】請求項２の発明は、アルミニウム合金から
なるピストン本体の外周に複数のピストンリング溝が形
成されてなる内燃機関用ピストンにおいて、前記ピスト
ン本体のピストンリング溝の少なくともトップリング溝
に対応する位置に環状凹部を形成し、その環状凹部内
に、炭化珪素の粒子を含有したアルミニウム合金と銅の
複合材料からなる複合線材を嵌挿した後、前記環状凹部
周壁と複合線材を高エネルギー密度の熱源により再溶融
すると共に、この再溶融部を、１０重量％≦Ｃｕ≦２３
重量％、８≦Ｓｉ重量％、及び不可避の不純物を含むア
ルミニウム合金マトリックスに炭化珪素の粒子を５体積
％以上、２５体積％以下分散させたアルミニウム合金と
し、該再溶融部の外周にピストンリング溝を形成したこ
とを特徴としている。

【００１０】請求項３の発明は、アルミニウム合金から
なるピストン本体の外周に複数のピストンリング溝が形
成されてなる内燃機関用ピストンの製造方法において、
前記ピストン本体となるピストン母材の少なくともトッ
プリング溝に対応する位置に環状凹部を形成する第１工
程と、この環状凹部内に、炭化珪素の粒子を含有したア
ルミニウム合金と銅の複合材料からなる複合線材を嵌挿
する第２工程と、その後、前記環状凹部周壁と複合線材
とを高エネルギー密度の熱源により再溶融する第３工程
と、冷却後、該再溶融部の外周にピストンリング溝を形
成する第４工程とからなることを特徴としている。

【００１１】

【作用】前記構成の本発明によれば、ピストンリング溝
周壁に炭化珪素粒子と銅を同時に含有させることができ
る。したがって、炭化珪素によりピストンリングに対す
る耐摩耗性が向上し、さらに、銅の含有によって耐摩耗
性が更に向上すると共に、耐凝着性の向上が著しい。

【００１２】しかも、炭化珪素の粒子を含有したアルミ
ニウム合金と銅の複合線材をトップリング溝に対応する
位置の環状凹部に嵌挿した後、前記環状凹部の周壁と複
合線材を、例えば電子ビームを照射して再溶融し、その
後冷却するようにしたため、再溶融による均質な合金層
が形成されて、該合金層とピストンの母材との境界面の
接合強度を著しく高くすることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の態様を図面
に基づいて詳述する。

【００１４】図１〜図２は本発明に係る内燃機関用ピス
トンの断面図を示し、このピストンは、ピストン本体１
がアルミニウム合金製（ＪＩＳＡＣ８Ａ−Ｔ６）で略円
筒状に形成され、燃焼室に臨む冠部２と、該冠部２の下
部に有するリングランド部３の外周面に形成された３つ
のピストンリング溝４，５，６と、該各トップ，セカン
ド，オイルリング溝４〜６に嵌着されるピストンリング
７，８，９とを備えている。前記複数のピストンリン
グ溝４，５，６のうち、トップリング溝４は次のように
して形成される。

【００１５】まず、図３Ａ，Ｂに示すように、ピストン
本体１のトップリング溝４を形成すべき冠部２の外周に
環状凹部１０を形成し（第１工程）、この環状凹部１０
内に複合線材１１を巻き付けて嵌挿する（第２工程）。

【００１６】次に、図３Ｃに示すように、真空雰囲気中
で電子ビーム１４を照射して、複合線材１１及びその近
傍のピストン本体１のアルミニウム合金母材つまりトッ
プリング溝周壁を局部的に溶融し、アルミニウム及び炭
化珪素をアルミニウム合金中に溶融拡散させてアルミニ
ウム合金−炭化珪素の再溶融合金部１５を形成する（第
３工程）。前記電子ビーム１４の照射は、ピストン本体
１を緩速度で回転させつつ実施される。したがって、電
子ビーム１４照射後、つまり、電子ビーム１４が通過し
た後、再溶融合金部１５はアルミニウム合金の母材によ
って急速に冷却され、アルミニウムと鋼の金属間化合物
が微細に生成される。また、電子ビーム１４はエネルギ
ー密度が高いため、再溶融部分には炭化珪素が均一に分
散され、均質な再溶融合金部１５が得られる。

【００１７】その後、図３Ｄに示すように、再溶融合金
部１５部分にトップリング溝４を形成する（第４工
程）。かかる一連の工程によって高温に晒されても容易
に変形しないピストンリング溝が得られる。

【００１８】そして、前記ピストン本体１のアルミニウ
ム合金母材は、表１に示した成分を有し、また、該ピス
トン本体１の母材に形成された前記環状凹部１０は、幅
が４.４mm，深さが４.４mmに設定されて複合線材１１の
外径よりも小さく形成され、該複合線材１１を嵌挿した
際に環状凹部１０の内周面との間に隙間が生じないよう
に形成するのが好ましい。

【００１９】前記複合線材１１は、具体的には図４に示
すように９９重量％以上の銅材を用いた中空銅管１２
（外径φ４.５、肉厚０.１５mm）の内部に後掲の表１に
示したＳｉＣ粒子を複合したアルミニウム合金の充填材
１３を充填して構成されている。この充填材１３の複合
アルミニウム合金の組成は、表２に示されている。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】また、前述のように電子ビーム１４の照射
により溶融されて形成された再溶融合金部１５は、冠部
２の頂面２ａから１０mm離れた位置を中心に深さ６mm、
巾１０mmに設定され、１０重量％≦Ｃｕ≦２３重％、８
≦Ｓｉ重量％、及び不可避の不純物を含むアルミニウム
合金マトリックスに炭化珪素の粒子を５体積％以上、２
５体積％以下分散させたアルミニウム合金に形成されて
いる。

【００２３】したがって、最終的に形成されたトップリ
ング溝４の周壁は、前記成分からなる再溶融合金部１５
のアルミニウム合金で形成されることになる。

【００２４】尚、高エネルギー密度の熱源としては、電
子ビーム１４の他にＴＩＧ，レーザ，プラズマアーク等
を用いることも可能である。

【００２５】次に、前記複合線材１１の製造方法につい
て述べる。

【００２６】最大径で数μｍから数十μｍ（好ましくは
５〜１５μｍの平均粒径をもつ）のＳｉＣ粒子を３０体
積％含有したアルミニウム合金鋳造インゴットをアルゴ
ンガス等の不活性雰囲気中で溶解し９９３Ｋに保持した
のち、機械撹拌を行いＳｉＣ粒子をアルミニウム合金溶
湯内に均一に分散させる。この溶湯を使って次の工程で
複合線材１１を製造する。

【００２７】〔方法１〕まず方法１は、図５に示すよ
うに、外径４.５mm、肉厚０.１５mmの中空銅管１２の外
周に黒鉛、窒化珪素、アルミナ等のアルミ溶湯に濡れな
い材料の保護管２３を中空銅管１２と隙間なく被せる
か、または、中空銅管１２の外周面にいわゆる塗型剤を
塗布する。

【００２８】次に、中空銅管１２と保護管２３の組み合
わせた管２４を、溶湯炉２２内の溶湯２５面２５ａに対
して垂直に溶湯中に入れる。組み合わせ管体２４の底面
より溶湯２５が侵入し、中空銅管１２内部の空気を追い
出し溶湯２５で置換され空気は残らない。

【００２９】かかる組み合わせ管体２４を溶湯２５内で
水平姿勢に変え、そのまま図５の左側に示すように、組
み合わせ管体２４の両端部２４ａ，２４ｂがほぼ同時に
大気中に出るよう取り出す。大気中に取り出されと速や
かに中空銅管１２ないの溶湯２５の凝固が始まり、した
がって、溶湯２５が中空銅管１２内より流れ出すことは
ない。つまり、組み合わせ管体２４を傾けながら両端部
２４ａ，２４ｂのどちらか一方を先に大気中に出した場
合は、重力の作用によって低いもう一方の端部から溶湯
２５が流れ出して、中空銅管１２内部の溶湯２５の充填
量が減少する。

【００３０】その後、組み合わせ管体２４全体を大気中
に取り出したのち、保護管２３を中空銅管１２から取り
外せば、中空銅管１２内部に溶湯２５が充填された複合
線材１１が得られる。次に、この複合線材１１を環状凹
部の円周長さに応じて適度な長さに切断すればよい。

【００３１】〔方法２〕方法２は、図６Ａ〜Ｄに示す
ように、方法１と同様に組み合わせ管体２４を溶湯２５
内に浸せきする。溶解炉２２の底面には、組み合わせ管
体２４とほぼ同じ径をもつガイド２７と、溶湯２５がガ
イド２７から流出を防止する栓２６が設けられている。
溶湯２５内に充分浸せきされた組み合わせ管体２４は、
ガイド２７内に誘導されたのち、栓２６を押し下げるよ
うに下降する（図６Ｂ）。その際に、冷却のための空気
または水が組み合わせ管体２４の回りから組み合わせ管
体２４に当たるようにする。これにより、組み合わせ管
体２４の中空銅管１２内の溶湯２５はガイド２７を出る
と同時に凝固が始まる。また、溶湯２５面が凝固界面よ
り高いため、重力により加圧され欠陥のない鋳物が中空
銅管１２内部に充填される。そして、図６Ｄに示すよう
に一本の組み合わせ管体２４がガイド２７内から引き出
される直前に、別の組み合わせ管体２４をガイド２７内
に挿入し、以下前述の繰り返しを行うことにより連続的
に中空銅管１２内に溶湯を欠陥無く充填することがで
き、これによって適性な複合線材１１を得ることができ
る。

【００３２】〔方法３〕方法３としては、図７Ａに示
すように坩堝３０の上壁から内部に垂直方向から筒状の
ストーク２８が挿通されており、このストーク２８は、
溶湯２５である黒鉛、窒化珪素、アルミナ等のアルミ合
金溶湯２５に侵食されない材料または鋼鉄製に塗型をし
形成されている。また、ストーク２８は、その上端のは
め合部に中空銅管１２の下端部が適度なはめ合い代をも
って差し込まれている。さらに、中空銅管１２の上端部
は、第１バルブ３０が取り付けられた第１パイプ３２を
介してサージタンク３１に接続されている。また、サー
ジタンク３１は、第２バルブ３３が取り付けられた第２
パイプ３４を介して真空ポンプ３５に接続されている。
前記中空銅管１２とストーク２８は、電気加熱炉３６に
て５００〜６００℃に加熱されている。

【００３３】所定時間加熱後に第１バルブ３０を閉じる
と共に、第２バルブ３３を開ける。同時に真空ポンプ３
５を作動させてサージタンク３１内を減圧した後、真空
ポンプ３５の作動を停止させて第２バルブ３３を閉じ、
次に、第１バルブ３０を開ける。このため、中空銅管１
２内が減圧されて、溶湯２５が中空銅管１２内に吸引さ
れ内部に充填される。この溶湯２５の充填高さは中空銅
管１２内圧とのバランスで決まり、したがって、充填し
たい高さとなるように中空銅管１２内の圧力を調整す
る。また、他例として、チェックバルブを設けて溶湯が
チェックバルブを押し上げて、溶湯充填が終了するよう
にしても良い。

【００３４】その後、図７Ｂに示すように、加熱炉３６
を上方に移動させながら冷却風をストーク２８及び中空
銅管１２に吹きかけて（矢印）、充填されたアルミニウ
ム合金溶湯２５をストーク２８側から一方向に凝固させ
る。凝固が完了したのちストーク２８から中空銅管１２
を抜き取って、第１パイプ３２を中空銅管１２から外
す。これによって、中空銅管１２内に溶湯２５が満つに
充填された複合線材１１が得られる。

【００３５】〔方法４〕方法４は、図８Ａに示すよう
にストーク２８を坩堝３０の上壁から内部に垂直方向に
挿通してあり、このストーク２８は、黒鉛、窒化珪素、
アルミナ等アルミ溶湯に侵食されない材料または鋼鉄製
によって塗型に形成されている。また、このストーク２
８の上端部のはめ合部に中空銅管１２の下端部が適度な
はめ合い代をもって差し込まれている。そして、前記中
空銅管１２の上端部は、大気に解放されている。

【００３６】さらに、坩堝３０の内部上端側には、円板
状の保持部材３７が取り付けられており、坩堝３０とス
トーク２８の接合界面は大気に通じることがないよう可
撓性のシール部材３８によりシールされていると共に、
該シール部材３８と保持部材３７との間には空間部３９
が隔成されている。この空間部３９は、第１バルブ４０
が設けられた第１パイプ４１を介して蓄圧室４２に接続
されている。また蓄圧室４２には、第２バルブ４３を有
する第２パイプ４４を介して加圧ポンプ４５に接続され
ている。さらに、中空銅管１２とストーク２８は、電気
加熱炉４６にて５００〜６００℃に加熱されている。

【００３７】次に、所定時間加熱後、第１バルブ４０を
閉じると共に、第２バルブ４３を開ける。次に、加圧ポ
ンプ４５を作動させて蓄圧室４２内を加圧し、その後、
加圧ポンプ４５を停止させて第２バルブ４３を閉じた
後、第１バルブ４０を開ける。これによって、前記空間
部３９内が加圧されて、シール部材３８の下方への変形
により溶湯２５がストーク２８を通って中空銅管１２内
に充填される。充填高さは空間部３９の圧力と充填高さ
のバランスで決まる。充填したい高さとなるように空間
部３９の圧力を調整する。また方法３同様チェックバル
ブ方式をとっても良い。

【００３８】その後、図８Ｂに示すように、加熱炉４６
を上方に移動させながら冷却風をストーク２８及び中空
銅管１２に吹きかけ（矢印）、充填されたアルミニウム
合金溶湯２５をストーク２８側から一方向に凝固させ
る。凝固が完了したのちストーク２８より中空銅管１２
を外す。これによって、複合線材１１が成形される。

【００３９】１から４のいずれかの方法で製作された複
合線材１１は、中空銅管１２内に最大径で数μｍから数
十μｍ、好ましくは５〜１５μｍの平均粒径をもつのＳ
ｉＣ粒子を１０から５０体積％含有したアルミニウム合
金が充填されたものとなり、これを前述のように環状凹
部の円周方向の長さに応じて適当な長さに切断すれば、
製造が完了する。

【００４０】再溶融合金部１５にできたアルミニウム合
金成分は次の因子できまる。

【００４１】中空銅管外径Ｒ１内径Ｒ２内径に充填されるアルミニウム合金成分Ｓｉ，Ｃｕ等ＳｉＣ粒子の体積率Ｖ体積％高密度熱源により溶かされるピストン母材成分Ｓｉ，Ｃｕ等すなわち、再溶融合金部１５の求めるアルミニウム合金
は、１０重量％≦Ｃｕ≦２３重量％、８≦Ｓｉ重量％、
および不可避の不純物を含むアルミニウム合金マトリッ
クスに炭化珪素の粒子を５体積％以上、２５体積％以下
分散したアルミニウム合金となるようそれらの値が決定
されている。

【００４２】以下、前述のような工程で成形された再溶
融合金部１５の接合境界面の強度と耐摩耗性と耐凝着性
及び機械加工性についての特性変化を実験した結果を述
べる。

【００４３】まず、マトリックスのアルミニウム合金の
成分を表３に示す。この実験においては、鋳造法で製作
した試料を用いた。またＳｉＣ粒子の添加量は、０，
５，１０，１５，２０，２５，３０体積％として７種の
材料について評価した。

【００４４】

【表３】

【００４５】そして、耐摩耗性の評価方法は、図９に示
す装置を用いて行った。即ち、図外のモータで回転する
回転台５０上にピストンリング７を固定して、この上部
にヒータ５１の下端に固定されたテストピース５２を押
し付けて摩耗させる。このテストピース５２は、ピスト
ン本体１のリング溝から切り出したアルミニウム合金部
材である。この方法における温度，潤滑状態等の試験条
件は実際のエンジンのピストンと相関性のあるものとし
た。評価は、試験後の摩耗深さで行った。

【００４６】また、耐凝着性の評価方法は、図１０に示
す装置を用いて行い、ピストン本体１のトップリング溝
４下面にピストンリング７を押し当てて、アクチュエー
タ５３，５４を介して矢印一方向にのみ摺動させる加速
試験法によった。評価は、リング溝４のピストンリング
７摺動面積に対する凝着摩耗した面積の割合で行った。

【００４７】機械加工性の評価は、直径７０mmの円柱粗
材を以下の加工条件で加工し、工具の摩耗量が０.３mm
になるまでの加工数で評価した。切削速度：２００m/mi
n，切り込み量：０.３mm，送り量：０.０３mm（１回転
毎），工具：気相合成ダイヤモンド工具（旭ダイヤ
（株）製）前記各評価結果を表４に示す。

【００４８】ここで、耐摩耗性は、ＳｉＣ粒子が無添加
（Ｏ）の摩耗量を１００とした割合を示す。数値が小さ
い程摩耗しないことを示す。

【００４９】また、耐凝着性は、ＳｉＣ粒子が無添加の
凝着した面積を１００とした割合を示す。数値が小さい
程凝着しないことを示す。

【００５０】機械加工性は、ＳｉＣ粒子の無添加の粗材
を、工具としてＣＰＸを使って加工した場合の工具寿命
を１００とした。但し、ＳｉＣ粒子が添加された粗材は
気相合成ダイヤモンド工具で加工している。

【００５１】

【表４】

【００５２】上記表４から明らかなように、ＳｉＣ粒子
の添加量が５重量％でも無添加の場合に比べて耐摩耗性
は著しく向上し、１０体積％でほぼその効果は一定とな
る。

【００５３】一方、耐凝着性も同様な傾向にあり、Ｓｉ
Ｃ粒子の添加量が５体積％でも無添加に比べて著しく向
上していることがわかる。しかし、１０体積％以上では
凝着の発生はない。

【００５４】また、機械加工性は、ＳｉＣ粒子の添加量
が５体積％でも無添加に比べて加工性が悪くなる。更
に、添加量の増加に伴って加工性は悪化してゆき、３０
体積％では工具の刃先に欠けが生じて加工不能である。

【００５５】以上の実験から、最適なＳｉＣ粒子の添加
量は５体積％から２５体積％までで、望ましくは１０体
積％から２０体積％であることがわかる。

【００５６】他の成分の含有理由及び含有量の限定理由
は以下の通りである。

【００５７】ＣｕについてＣｕは、金属間化合物を形成し、アルミニウム合金マト
リックスを強化し耐摩耗性、耐凝着性を向上させる効果
を有する。ただし、１０重量％を下回ると前記効果を得
ることができず、一方、２３重量％を上回ると、非常に
硬くなる一方、脆くなり、耐摩耗性が悪化する。そし
て、再溶融合金部１５のＣｕ量を変化させ、摩耗試験を
行い、図１１のような結果を得た。また、耐摩耗性の評
価方法は、図１０に示す装置を用いて行った。即ち、図
外のモータで回転する回転台上にピストンリングを固定
して、この上部にヒータの下端に固定されたテストピー
スを押し付けて摩耗させる。このテストピースは、ピス
トン本体のリング溝から切り出したアルミニウム合金部
材である。この方法における温度、潤滑状態等の試験条
件は、実際のエンジンのピストンと相関性のあるものと
した。評価は試験後の摩耗深さで行った。

【００５８】ＳｉについてＳｉは１２％以上で初晶シリコンの晶出により耐摩耗性
の向上が図られるが、加工性が悪化してくる。しかし、
それは以下の場合は高エネルギー密度の熱源にて溶融す
る再溶融性に影響する。すなわち、ＳｉＣ粒子と熱源に
より再溶融したマトリックスのアルミニウム合金との反
応がＳｉ８重量％以下で発生することを認めた。したが
って、再溶融後得られるアルミニウム合金のＳｉ量が８
重量％以下となる場合、ＳｉＣとアルミニウムの反応生
成物であるＡｌ４Ｃ３の生成が認められると同時に溶融
面の荒れ、ブローの発生により再溶融ができない。

【００５９】それゆえ、Ｓｉ重量％は８％以上とすべき
であり、加工性の点から好ましくは上限１５％以下が良
い。本実施例の場合には、再溶融部の断面積については
特に規定していないが、上記断面積を変えた場合には複
合線材の寸法，内部アルミニウム合金中の炭化珪素の体
積％を変える必要があるが、本発明の再溶融部の合金成
分であれば適宜変更可能であることはいうまでもない。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、従来のような高圧凝固
法を用いることなく、単に重力鋳造によって得られたピ
ストン母材を用いることができる。

【００６１】また、中空銅管の内部にＳｉＣ粒子を含ん
だアルミニウム合金で充填したことにより内部に空気が
存在せず、再溶融によるブローの発生がない。

【００６２】さらに、高エネルギー密度の熱源による再
溶融化により再溶融部とピストン母材との界面の接合強
度がきわめて高くなる。また、ＳｉＣ粒子が均一に分散
するため、耐摩耗、耐凝着性の向上が図れる。

【００６３】また、請求項２の発明によれば、再溶融部
を１０重量％≦Ｃｕ≦２３重量％、８≦Ｓｉ重量％、及
び不可避の不純物を含むアルミニウム合金マトリックス
に炭化珪素の粒子を５体積％以上、２５体積％以下分散
させたアルミニウム合金としたため、その外周に形成し
たピストンリング溝周壁がより一層耐摩耗，耐凝着性に
優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施の形態に供されるすピストンの要
部断面図。

【図２】ピストンの縦断面図。

【図３】Ａ〜Ｄはピストンの製造工程を示す要部拡大
図。

【図４】本実施の形態に供される複合線材の縦断面図。

【図５】複合線材の第１の製造方法に供される装置を示
す概略図。

【図６】複合線材の第２の製造方法に供される装置を示
す概略図。

【図７】複合線材の第３の製造方法に供される装置を示
す概略図。

【図８】複合線材の第４の製造方法に供される装置を示
す概略図。

【図９】耐摩耗性のテスト装置を示す説明図。

【図１０】耐凝着性のテスト装置を示す説明図。

【図１１】摩耗試験の結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１…ピストン本体２…冠部４…トップリング溝１０…環状凹部１１…複合線材１２…中空銅管１３…充填材１４…電子ビーム１５…再溶融合金部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２２Ｃ 32/00 Ｃ２２Ｃ 32/00 ＱＦ０２Ｆ 3/00 Ｆ０２Ｆ 3/00 ＮＧ３０１３０１Ｚ３０２３０２Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム合金からなるピストン本体
の外周に複数のピストンリング溝が形成されてなる内燃
機関用ピストンにおいて、前記ピストン本体のピストンリング溝の少なくともトッ
プリング溝に対応する位置に環状凹部を形成し、この環
状凹部内に、炭化珪素の粒子を含有したアルミニウム合
金と銅の複合材料からなる複合線材を嵌挿し、前記環状
凹部周壁と複合線材を高エネルギー密度の熱源により再
溶融すると共に、該再溶融部の外周にピストンリング溝
を形成したことを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項２】アルミニウム合金からなるピストン本体
の外周に複数のピストンリング溝が形成されてなる内燃
機関用ピストンにおいて、前記ピストン本体のピストンリング溝の少なくともトッ
プリング溝に対応する位置に環状凹部を形成し、その環
状凹部内に、炭化珪素の粒子を含有したアルミニウム合
金と銅の複合材料からなる複合線材を嵌挿し、前記環状
凹部周壁と複合線材を高エネルギー密度の熱源により再
溶融すると共に、この再溶融部を、１０重量％≦Ｃｕ≦２３重量％、８≦Ｓｉ重量％、及び
不可避の不純物を含むアルミニウム合金マトリックスに
炭化珪素の粒子を５体積％以上、２５体積％以下分散さ
せたアルミニウム合金とし、該再溶融部の外周にピスト
ンリング溝を形成したことを特徴とする内燃機関用ピス
トン。
【請求項３】アルミニウム合金からなるピストン本体
の外周に複数のピストンリング溝が形成されてなる内燃
機関用ピストンの製造方法において、前記ピストン本体となるピストン母材の少なくともトッ
プリング溝に対応する位置に環状凹部を形成する第１工
程と、この環状凹部内に、炭化珪素の粒子を含有したア
ルミニウム合金と銅の複合材料からなる複合線材を嵌挿
する第２工程と、その後、前記環状凹部周壁と複合線材
とを高エネルギー密度の熱源により再溶融する第３工程
と、冷却後、該再溶融部の外周にリング溝を形成する第
４工程とからなる内燃機関用ピストンの製造方法。