JPS60166158A - 内燃機関用ピストンの製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関用ピストンの製造方法に係り、とくに
無機繊維集合体あるいは多孔質金属成形体によって一部
を複合強化づるとともに、可溶性中子を用いて内部に冷
ｉｄｌ用空洞を設りるようにした内燃機関用ピストンの
製造方法に関する。

従来技術 内燃機関を高出力化すると、ピストンの温度が上昇し、
リングの膠着やピストンの破損、あるいは焼付が発生づ
る。そこでピストンの頂部の内側に冷に１用空洞を形成
し、この空洞に冷却油を通しで冷却を行なうようにした
ピストンが使用に供されるようになっている。また内燃
機関から成るエンジンの高出ノｊ化にともなうトップリ
ング溝の摩耗も増大し、ピストンの唐傘が短縮されるこ
とになる。そこで特殊鋳鉄、例えばニレジスト製の耐摩
環をトップリング溝に鋳込むようにしたピストンが広く
使われるようになっている。さらにこの耐摩環と上記冷
却用空洞とをともに有づるピストンも広く実用化されて
いる。

しかしながら耐摩環を備えるとともに、冷却用空洞が形
成されたピストンにおいては、両者間の距離を一定の値
以上にしないと、鋳造時に湯のまわりが悪くなる。耐摩
環とピストン本体とは、熱の流れを良くづるためにアル
フィン結合によって冶金学的に溶着されているが、１−
記の距離を大きくしない場合には、この溶着層の形成も
悪くなるという鋳造上の問題を生ずることになる。また
冷却用空洞と頂部の燃焼室との間の距離を一定の値以上
にしないと、冷却用空洞の部分にかかる応力が高くなり
、ピストンが破損する可能性が生ずる。

そこで耐摩環と冷却用空洞との間の距離および冷却用空
洞と燃焼室との間の距離をそれぞれ所定の値以上にする
と、頂部の燃焼室の大きさが制約され、エンジンが十分
な性能を発揮づるために必要な大きさが得られなくなり
、また燃焼室の偏心の問が制限されることになる。従っ
て従来の耐摩環と冷却用空洞とを備えたピストンは、エ
ンジンの性能に必要な燃焼室を自由に設Ｓ１することが
出来ないという不都合があった。

またピストンの外周部のトップリング溝の位置を高くす
れば、トップランドの外周部とシリンダライナとの間に
形成される空間のデッドボリュームを小さくすることが
可能となり、これによって燃費を低減することができ、
またＩＩＦガス対策の上で効果的である。しかしトップ
リング溝を上方に位置させると、このトップリング溝の
部分の温度が上昇する。そこでこの部分の温度を低くす
るために、冷却用空洞をピストンの頂部側に設け、トッ
プリング溝の近傍の温度を下げるようにり−る試みがな
され−Ｃいる。しかし鉄とアルミニュウム合金との冶金
学的な結合、すなわちアルフィン結合されている耐摩環
とピストン本体との結合層が、１〜ツブリング満の位置
を高く覆ることによって耐摩環近傍に生ずる高い熱的お
よび機械的負荷により、破壊され易くなる。そしてこれ
に伴ってピストンの焼（＝ｌや、あるいはランド欠損の
ような問題が発生し、このために１〜ツブリング溝の位
置を上げることは実用上回動であるとされている。

一方ピストンの頂部には局部的な熱負荷が加わり、とく
に直接噴剣型エンジンのピストンにおいては、その頂部
の燃焼室のエツジの部分に高い熱負荷が加わり、このエ
ツジの部分に亀裂が発生する問題がある。このような亀
裂は冷却用空洞をピストンの頂部に設けてピストンの温
度を下げても十分に解決されない。

ところでピストンを局部的に無機繊維集合体あるいは多
孔質金属成形体で強化する方法は既に公知である。この
ような対策によれば、ピストンを部分的に補強して上記
の耐摩環に関する不具合を解消し、あるいはリング溝の
摩耗を減少させ、またピストンの頂面を強化することが
可能である。

しかしこの複合強化に利用される加圧鋳造法により、冷
却用空洞をも有するピストンを従来の方法で製造しよう
とすると、次のような種々の製造上の問題が生じ、この
ために実用化されＣいないのが現状である。

すなわち可溶性の中子により冷却用空洞をピストンの頂
部に形成しようとすれば一１上記の中子を鋳型内の空間
の所定の位置に保持しなければならない。この保持の方
法は２通りある。第１の方法は、中子を形成づるときに
ピンを中子に埋込み、ピストンを鋳造するためのパンチ
型の穴にこのビンを差込む方法である。第２の方法はパ
ンチ型にパイプを予め固定しておき、中子に穴を設けて
この穴の中へクギを差込み、このクギを上記バイブの内
側に押込み、中子をこのクギにより固定する方法である
。

しかしながら加圧鋳造にこのような方法を採用すると、
第１の方法を用いた場合にはパンチ型の穴に溶湯が侵入
し、ピンが入りにくくなる欠点を生ずる。これに対して
第２の方法によれば、中子に通し穴を開ける際に中子が
割れたり、あるいはクギに溶湯が密着した状態で凝固づ
るために、溶湯が凝固した後にこのクギを引き難くなり
、クギやパイプの損傷が多くなる。さらには無機繊維集
合体あるいは多孔質金属成形体を金型にセットし、さら
にこの後に中子をセットしなければならないために、こ
れらに時間がかかって金型の温度が降下し、瀾まわりが
悪くなる等の不都合を生ずることになる。

このような問題を解決するために、本願出願人等は、特
願昭５８−１２１４２９号において、冷ＩＪｌ用空洞を
形成するだめの可溶性中子を、ピストンを局部的に補強
するための無機繊維集合体あるいは多孔質金属成形体に
保持させた状態で鋳造りるようにした内燃機関用ピスト
ンの製造方法を提案している。しかしながらこのような
方法によっても、次のような問題がある。

すなわち第１に、複合強化のための成形体の強度が弱い
場合、例えば無機繊維集合体から成る成形体を炭化珪素
や窒化珪素のウィスカを利用して成形した場合には、こ
れらの成形体の強度が弱いために、中子を支持しようと
してもセット時に成形体が壊れたり変形したりしてうま
く中子が保持できない。また加圧によって複合する場合
にも同様の問題が生ずる。第２に円筒型あるいは外型で
複合強化すべき無機繊維集合体から成る成形体を支える
ために、ピストンの外周部を加工するときの削り代と支
持部分だけ高価な成形体が余分に必要になり、あるいは
コストが高くなるという欠点を生ずることになる。

発明の目的 本発明はこのにうな問題に鑑みてなされたものであって
、とくに無機繊維集合体あるいは多孔質金属成形体によ
って一部を複合強化するとともに、可溶性中子を用いて
内部に冷却用空洞を設けるようにした内燃機関用ピスト
ンの製造方法において、上記可溶性中子を補強用の無機
繊維集合体あるいは多孔質金属成形体によって保持させ
ることなく、しかも冷ＬＪ用空洞が上記無機繊維集合体
あるいは多孔質金属成形体に隣接して形成されるように
した内燃機関用ピストンの製造方法を提供づることを目
的するものである。

発明の構成 本発明は、無機繊維集合体あるいは多孔質金属成形体に
よって一部を複合強化づるとともに、可溶性中子を用い
て内部に冷却用空洞を設けるようにした内燃機関用ピス
トンの製造方法において、前記冷却用空洞を形成りるた
めの可溶性中子に無機繊維集合体あるいは多孔質金属成
形体を保持させた状態で鋳造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に関するものであ
る。

以下本発明を図示の実施例につき説明】る。

実施例１ 第１図および第２図に示すように、本実施例に係るピス
トンをに造するための中子を兼用するパンチ型１は、そ
の上面に３本の支社２を備えており、これらの支柱２は
上方に向っている。そしてこれらの支柱２の上面にはそ
れぞれ支持ビン３がさらに連設されている。これらの支
持ビン３を漏える支柱２が冷却用空洞を形成リ−るため
の塩中子４を支持するようになっており、塩中子４の下
面には上記支持ビン３を受け入れるためのピン穴５が形
成されている。なおこのビン穴５は支持ビン３としっく
り嵌合されるようになっており、さらに支柱２の上面は
塩中子４の下面と密着するように互に整合する形状にな
っている。従ってこのような形状により、ビン穴５内へ
の溶湯の侵入が防止されることになる。また上記塩中子
４の外周側には無機繊維成形体６が接合されて取付けら
れるようになっている。なお無機繊維成形体６は炭化珪
素ウィスカから構成されており、このウィスカから成る
成形体６と塩中子４とは、互いに無機バインダで接合さ
れるようになっている。

なお上記支社２の支持ビン３と塩中子４との結合に際し
て、注湯前にバインダの量を少くした塗型剤を支柱２に
噴霧しておくことにより、塩中子４と支柱２との密着は
さらに完全になる。従ってこのように塗型剤で密着させ
た後に、塩中子４を支持ピン３によってパンチ型１の支
柱２に固定覆るようにすればよい。

このようにして無機繊維成形体６をその外周側に接合し
ている塩中子４は、支社２を介してパンチ型１に取付け
られることになる。そし−にのパンチ型１は第３図に示
す円筒型７と下型８とから成るピストンを鋳造りるため
の金型内に挿入されるようになつＣいる。この金型のキ
ャビティ内には、アルミニュウム合金の溶湯９が注入さ
れるとともに、このパンチ型１によって約８００眩／Ｃ
イの圧力で加圧され、そのままの状態で凝固を完ｒさせ
て第４図に示すようなピストンを鋳造づるようにしてい
る。

ピストン１１は第４図に示す−ように、そのトップリン
グ溝１２の部分が上記の無機繊維成形体６によって複合
強化されている。なおこのピストン１１の外周面は、鋳
造後に機械加工によって仕上げられるとともに、さらに
無Ｉ　ＩＩ　１１４成形体４によって補強された部分に
はトップリング溝１２が切削加工によって形成されるよ
うになつＣいる。また上記パンチ型１に連設された支柱
２が除去される際に、このピストン１１には連通孔１３
が形成されるようになっており、この連通孔１３を通し
てビス１ヘン１１の内部に水を供給することにより、塩
中子４が溶解して冷却用空洞１４が形成される。

従ってこの空洞１４に冷却油を通ずることによってピス
トン１１の頂面側が冷却されることになる。

さらに第３図に示すように下型８の上面には突起１０が
形成されているために、この突起１０によってピストン
１１の頂面に凹部からなる燃焼室１５が形成されるよう
になる。

従来の重力金型鋳造法で用いられる塩中子に連通孔を形
成し、クギでこの塩中子を固定する方法によれば、塩中
子に連通孔を開けておかねばならず、また塩中子の支持
部分と塩中子との密着が完全でないために、溶湯が加圧
ｖｉ造時にこれらの間に侵入し、塩中子が割れたり、ク
ギの穴に溶湯が侵入するという問題があった。しかし本
実施例に係る方法によれば、このような問題は完全に解
消されることになった。

さらにトップリング溝１２を補強Ｊるための無機４Ｍ維
底成形６が炭化珪素ウィスカから構成されており、この
炭化珪素ウィスカから成る成形体は、加圧によって複合
される際に変形する傾向が認められるが、これはピスト
ン１１を工作機械によって仕上加工してリング溝１２を
形成した状態での機能にまったく影響しない。仮にこの
成形体６に変形がおこっても、その変形を予め予測しく
成形体６を製造してＡＢプばよいからである。ちなみに
無機繊維成形体６によって塩中子４を支持するようにし
た場合には、塩中子が加圧にＪ、って折損したり、塩中
子の位置がずれてしまうような不具合があったが、この
ような不具合も本実施例においては解消されている。

実施例２ つぎに本発明の第２の実施例を第５図および第６図につ
き説明する。なおこの実施例にＪ３いて、第１図〜第４
図に示す第１の実施例と対応する部分には同一の旬月を
付づとともに、同一の構成の部分についてはその説明を
省略する。この実施例の特徴は、塩中子４に予め支持ピ
ン１６を埋め込んだ状態で焼結して成形することにある
。そしてこの支持ピン１６に対応して、パンチ型１の支
柱２にピン穴１７を形成するようにしている。またこの
実施例においては、塩中子４の内周側から上面にかけて
、無機繊維成形体１８を接合して取付【ノるようにして
おり、この成形体１８によってピストン１１の燃焼室１
５の開口縁部を補強するようしている。

従ってこのピストン１１の頂面側の内部には、塩中子４
を溶解して除去することにより、冷却用空洞１４が形成
されることになる。そしてこの水による塩中子４の溶出
によって冷ん）用空洞１４を形成させるときに塩中子４
に連設されたピン１６は流出した。そしてこのような実
施例に係るピストン１１においても、鋳造時の溶湯の侵
入や塩中子４の破損等の問題が解消され、さらに無機Ｉ
ＨＮ成形体１８の加圧時における変形も、ピストン１１
の機能上問題がなくなった。

実施例３ つぎに本発明の第３の実施例を第７図および第８図につ
き説明する。なおこの実施例においても、上記第１およ
び第２の実施例と対応する部分には同一の符号をイ」す
とともに、同一の構成の部分についてはその説明を省略
づる。

この実施例の特徴は、塩中子４とパンチ型１とを連結し
て、この塩中子４をパンチ型１に支持させるために、ニ
ッケル合金発泡体１９を用い〔いる。塩中子４にはこの
発泡体１９が接合されており、この発泡体１９を介して
パンチ型１に同定されている。なお発泡体１９はその気
孔率が９８％で、その上部は塩中子４の形状と整合づる
形状になっており、またその下部はパンチ型１ど整合す
る形状とされ、さらにこのパンチ型１に植設された支持
ビン２１を受入れるビン穴２０が発泡体１９に形成され
Ｃいる。なおこのような発泡体１９は、プレス加工によ
って容易に製造される。

上記塩中子４には、上記第１の実施例と同様に、ピスト
ン１１の１−ツブリング満１２の部分を補強するための
無ｍ　ＩＩ　Ｎ成形体６が接合される。この成形体６は
例えばアルミナＩｌｉ紺から構成されている。このよう
にパンチ型１に発泡体１９を介して塩中子４を保持させ
るとともに、この塩中子４にさらに成形体６を保持させ
た状態において、上記第１の実施例と同様の装置によっ
てピストン１１を加圧して鋳造することにより、第８図
に示すようなピストン１１が得られている。なおピスト
ン１１を構成づるアルミニュウム合金は、１〜ツブリン
グ溝１２を補強するための無機繊維成形体６の気孔の部
分に侵入されるばかりでなく、上記ニッケル合金発泡体
１９の気孔部にも侵入している。

従ってこの発泡体１９もピストンと一体に連結されるよ
うになる。従って塩中子４を除去づるために、別の連通
孔２２をドリルで形成し、この連通孔２２を通して水を
供給するようにした。

発明の効果 以上のように本発明は、冷却用空洞を形成するための可
溶性中子に無機繊維集合体あるいは多孔質金属成形体を
保持さけた状態で鋳造りるようにしたものである。従っ
て本発明によれば、無機繊維集合体あるいは多孔質金属
成形体の強度が弱い場合においても、これらが壊れたり
変形したりすることなく、鋳型内において確実に保持す
ることができる。また無機繊維集合体あるいは多孔質金
属成形体に支持桟を設（プる必要がなくなるために、高
価４に無機繊維成形体あるいは多孔質金属成形体が必要
以上に大きくなることを防止覆ることが可能となる。こ
のために、一部を複合強化したピストンを安価に供給覆
ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係るピストンを鋳造す
るためのパンチ型と塩中子との結合構造を示す要部断面
図、第２図は同平面図、第３図は同ピストンの鋳造装置
の縦断面図、第４図はこの装置によっＵ　ｖＪ造された
ピストンの縦断面図、第５図は本発明の第２の実施例に
係るピストンを鋳造づるためのパンチ型と可溶性中子ど
の結合構造を示す縦断面図、第６図はこのパンチ型を用
いて鋳造されたピストンの縦断面図、第７図は本発明の
第３の実施例に係るピストンを鋳造するためのパンチ型
ど塩中子との結合構造を示す縦断面図、第８図はこのパ
ンチ型を用いてｍ造されたピストンの縦断面図である。 １・・・パンチ型、２・・・支柱、３・・・支持ビン、
４・・・塩中子、６・・・無機繊維成形体、７・・・円
形型、８・・・下型、１１・・・内燃機関用ビスＩ〜ン
、１２・・・トップリング溝、１４・・・冷ｆＪＩ用空
洞、１５・・・燃焼室、１６・・・支持ピン、１８・・
・無機繊維成形体、１９・・・ニッケル合金発泡体、２
１・・・支持ビン。 代理人　松　利　修 第６図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、無機繊維集合体あるいは多孔質金属成形体によって
   一部を複合強化するとともに、可溶性中子を用いて内部
   に冷却用空洞を設けるようにした内燃機関用ピストンの
   製造方法において、前記冷却用空洞を形成するための可
   溶性中子に無機ｓｉａ集合体あるいは多孔質金属成形体
   を保持させた状態で鋳造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。 ２、前記鋳造を加圧下で行なうようにづるとともに、加
   圧を行なうパンチ型によって前記可溶性中子を保持する
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の内燃ｅｉｔｍ用ピストンの製造方法。 ３、前記可溶性中子を支持する支持手段の支持面を前記
   可溶性中子にならう形状にしてこの中子に密着させ、前
   記可溶性中子と前記支持手段との間への溶湯の侵入を防
   止するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項に記載の内燃Ｉｌｌ田川ピストン製造方
   法。 ４、前記可溶性中子を支持する支持手段として多孔質成
   形体を用い、この成形体を介して前記可溶性中子を加圧
   を行なうパンチ型に保持させるようにするとともに、前
   記多孔質成形体がこのピストンに複合されるようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項の何れ
   かに記載の内燃機関用ピストンの製造方法。