WO2020017192A1 - 内燃機関用ピストンの製造方法 - Google Patents

内燃機関用ピストンの製造方法 Download PDF

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WO2020017192A1
WO2020017192A1 PCT/JP2019/023185 JP2019023185W WO2020017192A1 WO 2020017192 A1 WO2020017192 A1 WO 2020017192A1 JP 2019023185 W JP2019023185 W JP 2019023185W WO 2020017192 A1 WO2020017192 A1 WO 2020017192A1
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piston
functional
manufacturing
combustion engine
internal combustion
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PCT/JP2019/023185
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English (en)
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正登 佐々木
峻 藤栄
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/10—Pistons  having surface coverings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/01—Pistons; Trunk pistons; Plungers characterised by the use of particular materials

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine driven by using a combustible fuel, and more particularly to a method for manufacturing a piston for an internal combustion engine.
  • ⁇ ⁇ One of the major causes of this loss is the loss associated with cooling the combustion chamber. This loss is generally called a cooling loss, and accounts for 20% to 30% of the calorific value of the fuel supplied to the internal combustion engine, which accounts for a large part of the waste heat of the internal combustion engine.
  • the combustion chamber of the internal combustion engine can be ideally insulated, that is, if this cooling loss can be eliminated, the actual combustion cycle can be made closer to the theoretical efficiency of the Otto cycle. For this reason, development for improving the heat insulation of the combustion chamber has been earnestly carried out.
  • the inside of the combustion chamber including the surface of the piston crown (hereinafter referred to as the piston crown) is improved. It is important to suppress heat transfer from the combustion gases.
  • Patent Document 1 a low heat conductive thin film is formed on a piston crown surface, and heat leaks from a piston crown portion into a base made of an aluminum alloy constituting a piston. Attempts have been made to reduce as much as possible. Thus, forming a low thermal conductive thin film on the piston crown surface is an effective method for reducing cooling loss.
  • the low thermal conductive thin film is formed by friction stir welding or discharge pulse sintering. This low heat conductive thin film is formed by sintering a mixed powder of aluminum powder, magnesium powder, iron powder, etc. to form a sintered body, and this sintered body is friction stir welded to the aluminum alloy on the piston crown surface, or discharge pulsed. He states that it is formed by joining by sintering, and can achieve strong joining.
  • Patent Document 1 it has been proposed to form a low thermal conductive thin film by spark plasma sintering (SPS: Spark Plasma Sintering).
  • SPS Spark Plasma Sintering
  • a metal powder for forming a low thermal conductive thin film is placed on the crown surface of the piston, and the metal powder is mechanically pressurized by a pressing electrode and heated by pulse current to burn the metal powder. This forms a low thermal conductivity sintered thin film on the piston crown surface.
  • the sintered thin film having a low thermal conductivity is described as a function of the sintered thin film.
  • the sintered thin film having a radiation absorbing property having a function of accelerating the temperature rise rate of the piston crown surface.
  • a sintered thin film having a function other than low thermal conductivity such as a functional sintered thin film (hereinafter, referred to as a “functional layer”) that realizes such a heat insulating function and a temperature increasing function.
  • a functional layer having a plurality of functions such as a heat insulating function and a temperature increasing function.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a piston for an internal combustion engine, which can form a good functional layer by uniformly dispersing a powder of a functional sintered material on a piston crown surface.
  • “homogeneous” does not mean a completely homogenous state, but it is sufficient that a thin film acceptable in manufacturing is uniformly formed.
  • the piston body is formed of a metal material
  • the piston body is a method of manufacturing a piston having a piston crown and a skirt, At least a functional layer in a first state made of a retaining agent containing at least one of a resin, an adhesive, and a wax, holding a functional sintered powder made of a powder, is provided on a piston crown surface, which is a surface of the piston crown.
  • Setting the functional layer to be formed on the It is performed after the step of forming the functional layer, and heating the functional layer in the first state to reduce the volume of the holding agent as compared with the functional layer in the first state, and sintering the functional sintered powder.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a process of shifting from the “functional layer in the first state” to the “functional layer in the second state”, following FIG. 4, in the method for manufacturing a piston of the present invention.
  • FIG. 3 is a process diagram illustrating a manufacturing process of the piston manufacturing method according to the first embodiment of the present invention. It is explanatory drawing explaining the generation
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an installation processing step of the piston main body illustrated in FIG. 7.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a process of charging a holding agent in which the functional sintered powder shown in FIG. 7 is dispersed.
  • FIG. 3 is a process diagram illustrating a manufacturing process of the piston manufacturing method according to the first embodiment of the present invention. It is explanatory drawing explaining the generation
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an installation processing step of the piston main body illustrated in FIG. 7.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a process of charging a holding agent in which the functional sin
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a heat treatment step of the holding agent after a predetermined settling time illustrated in FIG. 7 has elapsed. It is explanatory drawing explaining the pressurizing process of the functional sintered powder shown in FIG. 7, and the process of energizing the functional sintered powder.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a completion step of taking out the piston illustrated in FIG. 7. It is an explanatory view explaining a manufacturing method of a piston concerning a 2nd embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a first modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating a second modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating a third modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating a fourth modification of the second embodiment of the present invention. It is explanatory drawing explaining the manufacturing method of the piston which becomes 3rd Embodiment of this invention. It is explanatory drawing explaining the pressurization processing step of the functional sintered powder of the embodiment shown in FIG. 19, and the electricity supply processing step of a functional sintered powder. It is explanatory drawing explaining the process of applying a holding
  • FIG. 25 is an explanatory view following FIG. 24, illustrating a step of applying a functional sintered powder to the holding agent on the electrode surface of the upper electrode mold by dipping. It is explanatory drawing explaining the pressurization process step of the functional sintered powder shown in FIG. 25, and the electric conduction process step of a functional sintered powder. It is an explanatory view explaining the 1st modification of a 5th embodiment of the present invention. It is an explanatory view explaining the 2nd modification of a 5th embodiment of the present invention.
  • the piston body 10 is a cast product made of an aluminum alloy, and is integrally formed as a whole.
  • the piston body 10 is slidably accommodated in a cylinder (not shown) formed in a cylinder block (not shown).
  • the piston main body 10 is provided with a relatively thick disk-shaped crown 11 and a skirt 12 which is integrally provided on the back side of the crown 11 and is slidable with respect to the cylinder wall surface. ing.
  • the skirt portion 12 has a pair of skirt portions 12a and 12b. Further, between the skirt portions 12a and 12b, a piston pin hole 13 through which a piston pin connected to the connecting rod engaged with the crankshaft is inserted is formed.
  • the crown portion 11 of the piston main body 10 has a piston crown surface 14 that forms a part of a combustion chamber (not shown) of the internal combustion engine on the surface side, and a piston ring (not shown) is mounted on the outer periphery.
  • Three annular ring grooves 15 are formed.
  • a compression ring (not shown) is mounted on each of the first ring groove 15a and the second ring groove 15b on the piston crown surface 14 side.
  • an oil ring (not shown) is mounted in the third ring groove 15c on the back surface side of the crown portion 11.
  • the skirt portions 12a and 12b located on the opposite side of the crown portion 11 of the crown portion 11 of the piston body portion 10 are disposed at symmetrical positions on the left and right with respect to the piston central axis. I have.
  • the skirt portions 12a and 12b are substantially entirely formed as relatively thin walls, and the entire outer peripheral surface is formed in an arc shape.
  • the skirt portion 12 is formed such that the width along the circumferential direction of the piston gradually decreases toward the lower side in the axial direction of the piston.
  • a functional sintered layer is formed on the piston crown surface 14 of the crown 11 of the piston.
  • this functional sintered layer is formed as a thin film having a heat insulating function and a temperature increasing function. Then, this thin film is formed by a discharge plasma sintering method, and in order to form a good functional sintering layer, before performing the discharge plasma sintering method, a functional sintering layer for forming a functional sintering layer is formed. It is important that the powder is uniformly distributed on the piston crown surface 14.
  • the direct injection type is the mainstream in recent internal combustion engines.
  • the piston crown surface 14 has a complicated surface shape including irregularities. Have been. For this reason, there is a problem that it is difficult to uniformly distribute only the functional sintered powder on the piston crown surface 14.
  • At least a holding agent holding the functional sintered powder made of powder is placed on the piston crown, which is the surface of the piston crown, and the functional sintered powder is placed on the piston crown.
  • the heat treatment removes the retaining agent so as to be deposited on the piston, and sinters the deposited functional sintered powder to form a functional sintered layer on the piston crown.
  • FIG. 2 shows a configuration of a spark plasma sintering apparatus for performing spark plasma sintering
  • FIG. 3 shows a functional unsintered layer before sintering (the first state of claim 1).
  • 4 and 5 show the function in the process of transitioning from a functional unsintered layer to a functional sintered layer that has been subjected to a sintering process (functional layer in a second state).
  • FIG. 6 shows a functional sintered layer subjected to a sintering process.
  • the discharge plasma sintering apparatus 20 includes a housing 21 for housing a functional unsintered layer (sintered powder), a vacuum chamber 22 for housing the housing 21, and a housing 21 for housing the housing 21.
  • the pressurized and pressurized sintering unit 23 that pressurizes the pressed functional unsintered layer (sintered powder) and supplies energy for sintering the pressurized functional unsintered layer (sintered powder).
  • the housing 21 includes the piston main body 10, the upper electrode mold 24, and the die 25 for housing the functional unsintered layer (sintered powder).
  • the upper electrode mold 24 is inserted into the die 25 from one end of the through hole of the die 25, and the piston body 10 is inserted into the die 25 from the other end of the through hole of the die 25.
  • the functional unsintered layer (sintered powder) accommodated in the through hole of the die 25 is pressurized by moving the upper electrode mold 24 downward in the figure.
  • the upper electrode mold 24 is pressed by the current-pressing and sintering unit 23 and is moved downward in the drawing.
  • the current-pressing and sintering unit 23 includes an upper electrode 26 disposed above the upper electrode mold 24, a lower electrode 27 disposed below the piston main body 10, and an upper electrode 26 which is arranged vertically in the drawing.
  • an upper electrode 26 disposed above the upper electrode mold 24, a lower electrode 27 disposed below the piston main body 10, and an upper electrode 26 which is arranged vertically in the drawing.
  • a pulse power supply unit 29 is provided, and a control unit 30 for controlling the pressurizing unit 28 and the pulse power supply unit 29 is provided.
  • the piston body 10 is accommodated in the through hole of the die 25, and a functional unsintered layer (sintered powder) is arranged on the piston crown surface 14 to accommodate the upper electrode mold 24. Then, the functional unsintered layer (sintered powder) is pressed using the upper electrode mold 24. Next, the piston body 10 is brought into contact with the lower electrode 27 with the functional unsintered layer (sintered powder) sandwiched between the upper electrode mold 24 and the piston crown surface 14, and then the vacuum chamber 22 is pressed. The inside is evacuated to a predetermined pressure or less. In addition, it is also possible to fill with an inert gas instead of exhausting.
  • the upper electrode 26 is moved downward in the drawing to bring the upper electrode 26 into contact with the upper electrode mold 24, and the pulse power supply unit 29 is driven while the upper electrode 26 is pressed by the pressing unit 28. Then, a pulse current is applied between the upper electrode 26 and the lower electrode 27. With the application of the pulse current, the temperature of the functional unsintered layer (sintered powder) increases. When the temperature of the functional unsintered layer (sintered powder) becomes equal to or higher than a predetermined temperature, the pressure for pressing the upper electrode 26 by the pressing unit 28 is changed to a small value, and the pressure of the functional unsintered layer (sintered powder) is reduced. Then, the application of the pulse current between the upper electrode 26 and the lower electrode 27 is continued so that the temperature becomes a predetermined higher temperature.
  • a pulse current flows through a contact portion where the metal particles of the functional unsintered layer (sintered powder) come into contact with each other.
  • the generation of heat causes the particles contacting at the contact portion to fuse together.
  • the value of the pulse current is adjusted by the control unit 30 to a value at which the target temperature is reached.
  • a functional unsintered layer 31 is housed and installed between the piston crown surface 14 and the electrode surface 32 of the upper electrode mold 24.
  • the upper electrode mold 24 performs discharge plasma sintering by applying a pulse current to the functional unsintered layer 31, and the upper electrode mold 24 is divided into an upper mold and an electrode mold. Separating and forming a functional unsintered layer, which is a functional layer in the first state in the upper mold, and then performing discharge plasma sintering by replacing the upper mold with an electrode mold. Is also possible.
  • the functional unsintered layer 31 is housed and installed between the piston crown surface 14 and the electrode surface 32 of the upper electrode mold 24.
  • the shape of the piston crown surface 14 and the electrode surface 32 of the upper electrode mold 24 are complementary shapes. When the piston crown surface 14 and the electrode surface 32 abut each other, they are formed in a shape that can be in close contact with each other. . Therefore, the functional sintered powder is distributed according to the complementary shape. This will be described later.
  • the functional unsintered layer 31 has a functional sintered powder 34 dispersed inside a holding agent 33.
  • the holding agent 33 has fluidity or viscosity (including liquefaction and paste) at normal temperature or in a heated state, and can exist along the shape of the piston crown surface 14. For this reason, even if the piston crown 14 has a complicated shape having irregularities, the retaining agent 33 can flow according to the shape of the piston crown 14.
  • the holding agent 33 and the functional sintered powder 34 are mixed at a predetermined mixing ratio, and the functional sintered powder 34 is determined by the mixing ratio and the distance between the piston crown surface 14 and the electrode surface 32. Is generally determined. The larger the mixing ratio of the functional sintered powder 34 is, the more functional sintered powder 34 is present. Similarly, the larger the distance between the piston crown surface 14 and the electrode surface 32 is, the more functional sintered powder 34 is present. A powder 34 exists. Therefore, the thickness of the functional sintered layer formed by the functional sintered powder 34 depends on the mixing ratio between the retaining agent 33 and the functional sintered powder 34 and / or the ratio between the piston crown surface 14 and the electrode surface 32. The distance between them can be largely determined.
  • the holding agent 33 has a flow characteristic of flowing at room temperature or in a heated state, and also has a characteristic that the volume is reduced through one or more state changes of evaporation, thermal decomposition, or combustion by heat. It has. Therefore, the volume of the retainer 33 is reduced by heating before the sintering step to be described later or by heating in the sintering step, and the remaining amount of the retainer 33 when the piston is mounted on the internal combustion engine is reduced. Can be.
  • the retaining agent 33 may be burned in the combustion process of the internal combustion engine to generate soot or reduce exhaust gas performance. It is needless to say that not all of the holding agent 33 needs to be thermally decomposed, burned, or evaporated, and a part may be left.
  • a resin, a wax, a viscous liquid, an adhesive, or the like can be used as the holding agent 33 having such physical characteristics.
  • a resin polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacetal (POM), carboxy-modified polyolefin resin, vinyl acetate resin, vinyl chloride resin, vinyl chloride vinyl chloride copolymer resin, vinyl alcohol resin, butyral resin, vinyl fluoride resin ,
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • POM polyacetal
  • carboxy-modified polyolefin resin vinyl acetate resin
  • vinyl chloride resin vinyl chloride vinyl chloride copolymer resin
  • vinyl alcohol resin butyral resin
  • vinyl fluoride resin An acrylic resin, a polyester resin, a urethane resin, an epoxy resin, a urea resin, a phenol resin, an acrylonitrile resin, a nitrocellulose resin, etc.
  • a paraffin wax hereinafter, referred to as a paraffin
  • Polyethylene wax, wax, tar, glue, urushi, rosin, beeswax and the like can be used.
  • Alcohols, glycerin, conductive polymers and the like can be used as the viscous liquid.
  • solid paraffin is used as paraffin.
  • the functional sintered powder 34 is made of a material capable of obtaining a required function.
  • the functional sintered material is not limited to a single metal powder, but may include a plurality of types of metal powder or ceramic powder. Alternatively, a mixed powder of a metal powder and a ceramic powder can be used.
  • powder of aluminum alloy (AL-Mg), powder of zirconia, titanium, silicon, ceramic, or the like can be used alone or in combination.
  • the above-mentioned auxiliary agent for joining the powder can be mixed.
  • the functional sintered powder 34 has a functional sintered layer having a lower thermal conductivity. Can be obtained. Therefore, cooling loss during operation of the internal combustion engine can be reduced.
  • solid paraffin is used as the retaining agent 33
  • AL-Mg-based aluminum alloy powder is used as the functional sintered powder.
  • the use of the AL-Mg-based aluminum alloy powder is for the purpose of improving the heat insulation of the piston crown surface 14.
  • other materials can be selected to obtain other functions.
  • the solid paraffin is heated to a predetermined temperature equal to or higher than the melting point, and the fixed paraffin is melted and fluidized or liquefied.
  • the solid paraffin is melted at a temperature of 100 ° C. or less, it has an advantage of easy handling.
  • the molten paraffin 33 as a retaining agent is melted at a temperature lower than the heating temperature in the sintering step described later, so that the fluidity of the molten paraffin 33 is improved, and the functional unfired
  • the tie layer 31 can be formed.
  • the molten paraffin 33 is mixed with the AL-Mg-based aluminum alloy powder 34, and the mixture is stirred so that the aluminum alloy powder 34 is dispersed in the molten paraffin 33, preferably uniformly.
  • the fixed paraffin is fluidized or liquefied by heating, but by adjusting the blending amount of the fixed paraffin, or by changing the holding agent 33 to another material, at room temperature,
  • the holding agent 33 having fluidity or viscosity may be used.
  • the molten paraffin 33 holding the aluminum alloy powder 34 is poured into the surface of the piston crown 14 so that the molten paraffin 33 is filled according to the shape of the piston crown 14. Is done. Further, when the filling of the molten paraffin 33 is completed, the upper electrode mold 24 is placed on the upper surface of the molten paraffin 33. In the state shown in FIG. 3, the piston crown surface 14, the upper electrode mold 24, and the molten paraffin 33 are maintained at a predetermined temperature (90 to 100 ° C.) equal to or higher than the melting point of solid paraffin, and the molten paraffin 33 has fluidity. , The powder 34 of the aluminum alloy is maintained in a freely movable state.
  • the aluminum alloy powder 34 is settled in the molten paraffin 33 toward the piston crown 14 by gravity. As shown in (1), it is deposited so as to have a uniform thickness over the entire piston crown surface 14. Thereby, the molten paraffin 33 and the powder 34 of the aluminum alloy are separated. The size of the powder particles is determined so that the particles can settle by gravity within a predetermined time.
  • the powder 34 of the aluminum alloy is uniformly distributed in the form of a film over the entire piston crown 14 according to the shape of the piston crown 14. Therefore, even if the piston crown surface 14 has a complicated shape, the aluminum alloy powder 34 can be uniformly distributed.
  • the pulse current flows in the contact portion where each of the aluminum alloy powders 34 comes into contact, and Joule heat or heat due to discharge plasma is generated in the contact portions. Rises, and the powders that come into contact at the contact portion are fused to each other to form a sintered layer.
  • the functional sintered layer (the functional layer in the second state) is formed on the piston crown surface 14 from the functional unsintered layer (the functional layer in the first state).
  • the functional sintered layer 35 is formed on the piston crown surface 14 as shown in FIG. Since this functional sintered layer 35 is formed from the homogeneous functional unsintered layer 31 shown in FIGS. 3 to 5, the functional sintered layer 35 may also be a uniform sintered thin film. it can.
  • the piston of the present embodiment is obtained by raising the upper electrode mold 24 and taking out the piston main body 10.
  • the functional sintered layer 35 is sintered by evaporating the molten paraffin 33, voids or voids are formed, and the functional sintered layer 35 has a thermal conductivity due to the voids and voids. As a result, the cooling loss during the operation of the internal combustion engine can be reduced.
  • At least the holding agent holding the functional sintered powder made of the powder is arranged on the piston crown surface which is the surface of the piston crown, and the functional sintered powder is Is heated on the piston crown surface to retain the functional sintered powder and remove the retaining agent, and the deposited functional sintered powder is sintered to functional sintering on the piston crown surface.
  • a process for forming a layer is performed.
  • the functional sintered powder is uniformly held on the piston crown, thereby forming a sintered thin film along the shape of the piston crown. be able to.
  • the aluminum alloy powder 34 is deposited on the piston crown surface 14, and the aluminum alloy powder 34
  • the molten paraffin 33 is evaporated in the deposited state to form an unsintered layer of the aluminum alloy powder 34.
  • the molten paraffin 33 has an insulating property, but by mixing a conductive powder into the molten paraffin 33, it is possible to easily carry out a pulse current for discharge plasma sintering.
  • a conductive powder a powder of “magnalium”, which is an alloy compound of magnesium and aluminum, can be used. Since the powder of magnalium is melted at a low temperature, the conduction of the pulse current can be achieved at an early stage. For example, when the temperature is set to around 500 ° C., the molten paraffin 33 is already evaporated, and the magnalium is also melted and penetrates into the gaps between the aluminum alloy powders 34, so that conduction for pulse current can be easily obtained.
  • so-called “char” powder obtained by steaming and carbonizing an organic substance can be used.
  • plant-derived charcoal such as wood, bamboo, and coconut powder
  • electrical conduction can be obtained early after paraffin evaporates or before it evaporates. Since it is incinerated at a high temperature, a good functional sintered layer 35 can be obtained.
  • magnalium or charcoal it is also possible to mix magnalium or charcoal in advance, apply pulse current during the evaporation process of the molten paraffin 33, and start sintering from the time electrical conduction is established during this process.
  • FIG. 7 shows the entire manufacturing process
  • FIGS. 8 to 13 show details of the manufacturing process.
  • each manufacturing process will be described with reference to FIGS. 8 to 13.
  • Step S10 of FIG. 7 the piston body is formed by a casting process.
  • processing step S11 primary machining of the piston crown surface 14, the crown portion 11, and the skirt portion 12 is performed. Incidentally, if casting by precise bi-casting can be performed, this primary machining process can be omitted.
  • processing step S12 the functional sintered powder 34 is mixed into the holding agent 33 and stirred to generate the retaining agent 33 in which the functional sintered powder 34 is dispersed.
  • the holding agent 33 is a solid paraffin
  • the functional sintered powder 34 is a powder of an aluminum alloy.
  • solid paraffin is put into the container 40 and is kept at a temperature of about 100 ° C., so that the fixed paraffin is melted to become the molten paraffin 33.
  • the aluminum alloy powder 34 is put into the molten paraffin 33 at a predetermined ratio and stirred to disperse the aluminum alloy powder 34 in the molten paraffin 33.
  • the molten paraffin 33 in which the aluminum alloy powder 34 is dispersed is adjusted to a shape suitable for spark plasma sintering.
  • the liquid paraffin 33 in which the aluminum alloy powder 34 is dispersed is transferred to a constant temperature container 41 at approximately 100 ° C.
  • the liquid paraffin 33 can be used in a liquid state.
  • the temperature of the molten paraffin 33 in which the powder 34 of the aluminum alloy is dispersed is lowered, the liquid paraffin 33 is softened so as to have fluidity from a liquid state, and this is stretched thinly and punched into a shape along the surface shape of the piston crown surface 14. The temperature can be further reduced to form a solid paraffin sheet 42 for use. Further, the temperature of the molten paraffin 33 in which the aluminum alloy powder 34 is dispersed can be lowered and used in the form of a softened block 43. Further, a mixture in which the amount of fixed paraffin or the temperature of molten paraffin is adjusted so that the molten paraffin 33 becomes a viscous paste may be used.
  • the functional unsintered layer 31 is placed on the piston crown surface 14 by placing the sheet 42 or the retaining agent 33 in the shape of the block 43 on the piston crown surface 14.
  • the effect is that workability is good.
  • An example using the sheet 42 will be described in a second embodiment, and an example using the block 43 will be described in a third embodiment.
  • processing step S13 the installation processing of the piston main body 10 after the primary machining processing is performed on the spark plasma sintering apparatus shown in FIG.
  • the piston body 10 is housed in the housing 25H of the die 25 such that the piston crown surface 14 of the piston body 10 is on the upper side.
  • a large-diameter portion 25B having a large inner diameter is formed on the upper end side of the die 25, and a gap is formed between the die 25 and the outer periphery of the upper electrode mold 24 described later.
  • Processing Step S14 In the processing step S13, when the installation processing of the piston main body 10 in the spark plasma sintering device is completed, in the processing step S14, the aluminum alloy powder 34 is dispersed as shown in FIG. An injection process of transferring the molten paraffin 33 from the thermostatic container 41 to the surface of the piston crown 14 is performed.
  • the melted paraffin 33 to be charged is a liquid stored in the thermostatic container 41.
  • the sheet 42 and the block 43 shown in FIG. 8 it is necessary to use the molten paraffin 33 in this processing step.
  • the paraffin present on the surface of the piston crown surface 14 needs to be in a molten state, and is kept at a temperature equal to or higher than the melting point of solid paraffin (approximately 100 ° C.).
  • a temperature equal to or higher than the melting point of solid paraffin approximately 100 ° C.
  • the layer of the molten paraffin 33 also has a shape following the shape.
  • the excess molten paraffin 33 is discharged from a gap between the inner periphery of the large diameter portion 25B of the die 25 and the outer periphery of the upper electrode mold 24.
  • the paraffin is heated to 320 ° C. or higher by external heating to evaporate and remove the molten paraffin 33.
  • the vaporized molten paraffin 33 gas is discharged from the gap between the inner periphery of the large diameter portion 25B of the die 25 and the outer periphery of the upper electrode mold 24.
  • ⁇ Processing Step S17 ⁇ In the processing step S16, as shown in FIG. 12, while maintaining the state of pressurizing the deposited aluminum alloy powder 34 from the upper electrode mold 24 toward the piston body 10, The sintering process is performed by applying a pulse current. With the application of the pulse current, the pulse current flows in the contact portion where each of the aluminum alloy powders 34 comes into contact, and Joule heat or heat due to discharge plasma is generated in the contact portions. Rise, and the powders that come into contact at the contact portion are fused to each other to form a functional sintered layer 35 having low thermal conductivity.
  • a pulse current is applied from the upper electrode mold 24 toward the piston body 10 to perform sintering. Processing is being performed. Therefore, the pressing force during sintering does not require a relatively large force.
  • a functional powder different from the aluminum alloy powder 34 when added, the deformation of the other functional powder can be suppressed.
  • a material having a hollow structure such as silica, alumina, zirconia, or the like as another functional powder can maintain internal pores and maintain functionality. Further, more voids can be left in the sintered layer formed after the amount of the molten paraffin 33 (retention agent) is reduced.
  • the average thickness of the functional sintered layer 35 is set to be larger than the manufacturing dimensional error of the piston main body 10. That is, the piston main body 10 is formed by casting, and includes a manufacturing dimensional error. In some cases, it is necessary to subject the piston body 10 to secondary machining in order to obtain a desired size and shape. Therefore, if the average thickness of the functional sintered layer 35 is made larger than the manufacturing dimensional error of the piston main body 10, the manufacturing dimensional error of the piston main body 10 is reduced by adjusting the thickness of the functional sintered layer 35. Can be absorbed. Therefore, a piston as a final product formed with desired dimensions can be obtained without performing secondary machining on the piston main body 10.
  • the holding agent holding the functional sintered powder made of a powder is placed on the piston crown, which is the surface of the piston crown, and the functional sintered powder is placed on the piston crown.
  • the heat treatment removes the retaining agent so as to deposit on the surface, and sinters the deposited functional sintered powder to form a functional sintered layer on the piston crown surface.
  • the functional sintered powder is uniformly held on the piston crown by the holding agent, so that it is possible to easily form a good functional layer along the shape of the piston crown.
  • the holding agent is characterized in that it is a material that thermally decomposes, burns, or evaporates in the heating step and / or the sintering step.
  • the heating in the heating step and / or the sintering step the volume of the retaining agent can be reduced, and the residual amount of the retaining agent when the piston is mounted and operated on the internal combustion engine can be reduced.
  • the sintering step is such that the upper electrode mold is brought into contact with the functional layer (functional unsintered layer) in the first state, and a pulsed current is applied to the functional sintered powder to perform the sintering process. Sintering.
  • the functional layer in the second state functional sintered layer
  • a relatively large force is required to press the functional layer in the first state during sintering. do not do. Therefore, when another functional material is added to the functional layer in the first state, the deformation of the other functional material can be suppressed.
  • the hollow structure can be maintained. Further, more voids can be left in the functional sintered layer formed after the volume of the holding agent is reduced.
  • the functional sintered layer is characterized by having voids due to a decrease in the volume of the holding agent.
  • the voids reduce the thermal conductivity of the functional sintered layer, and can reduce the cooling loss during operation of the internal combustion engine.
  • the holding agent is characterized in that the melting point is a material having a melting point of 100 ° C. or less. Since the holding agent is melted at a temperature lower than the sintering temperature in the sintering process, it is necessary to improve the fluidity of the holding agent during heating of the holding agent and form a functional unsintered layer following the piston crown surface. Can be.
  • the retaining agent is a paraffin wax. Paraffin wax can be easily volatilized by heating in a heating step and / or a sintering step.
  • the functional layer in the second state is not machined. According to this, the manufacturing process of the piston can be simplified by not performing the finishing machining on the functional layer in the second state.
  • the piston main body is formed by casting, and the average thickness of the functional layer in the second state is larger than the manufacturing dimensional error of the piston main body. Since the average thickness of the functional layer in the second state is larger than the manufacturing dimensional error of the piston body, the manufacturing dimensional error of the piston body is absorbed by adjusting the thickness of the functional layer in the second state. be able to. Therefore, it is possible to obtain a piston as a final product having desired dimensions without performing machining on the piston main body.
  • a liquid molten paraffin 33 mixed with an aluminum alloy powder 34 is used.
  • a solid state mixed with the aluminum alloy powder 34 shown in FIG. 8 is used.
  • a paraffin sheet 42 is used.
  • FIG. 14 a solid paraffin sheet 42 mixed with the aluminum alloy powder 34 shown in FIG. 8 is placed on the piston crown surface 14.
  • the solid sheet 42 is placed on the piston crown 14 and heated to a temperature of about 100 ° C.
  • a molten paraffin 33 into which the aluminum alloy powder 34 is homogeneously mixed is obtained.
  • Subsequent processing steps are the same as the processing steps shown in FIG. 11 to FIG.
  • the solid-state paraffin sheet 42 in which the aluminum alloy powder 34 that is the functional sintered powder is dispersed is formed and placed on the piston crown surface 14 so that the functional layer in the first state is formed. Can be performed, so that there is an effect that workability is good. Also, since the step of holding the aluminum alloy powder (functional sintered powder) 34 on the paraffin (holding agent) 33 is not performed on the piston crown surface 14, the aluminum alloy powder (functional sintered powder) is held. There is an effect that it is easy to form the sheet 42 in which the particles 34 are uniformly distributed.
  • a necessary number (a plurality) of sheets 42 may be used in order to adjust the thickness of the functional sintered layer 35 (see FIG. 6). According to this, the film thickness can be easily adjusted by appropriately selecting the number of sheets 42.
  • a plurality of sheets 42 can be partially overlapped.
  • the distribution and the like of the seat 42 on the piston crown surface 14 can be freely set.
  • a sheet having different functions for example, a heat insulating sintered layer is formed using a sheet 42A having excellent heat insulating properties, and sheets 42B having excellent radiation absorbing properties are arranged side by side.
  • a radiation absorbing layer can also be formed.
  • different functional sintered layers can be formed, new functions and effects can be expected. For example, at the time of low-temperature start-up, combustion can promote an increase in temperature by the radiation absorbing layer, and fuel can be injected into this portion to improve the volatility of the fuel.
  • a heat insulating sintered layer is formed using a sheet 42A having excellent heat insulating properties, and a sheet 42B having excellent radiation absorbing properties is superimposed on the sheet 42A to form a radiation absorbing layer.
  • a sheet 42B having excellent radiation absorbing properties is superimposed on the sheet 42A to form a radiation absorbing layer.
  • different functional sintered layers can be formed one upon another, new functions and effects can be expected. For example, the temperature can be increased by the radiation absorbing layer due to combustion, and the heat loss from the radiation absorbing layer is further insulated by the heat insulating sintered layer, so that the cooling loss can be further reduced.
  • the sheet forming step includes a sheet forming step, and the sheet forming step is a step performed before the setting step of the functional layer in the first state, and the holding agent is formed into a sheet shape.
  • the sheet holds the functional sintered powder
  • the step of installing the functional layer in the first state is a step of installing the sheet on the piston crown surface.
  • the sheet holding the functional sintered powder By placing the sheet holding the functional sintered powder on the piston crown surface, it is possible to perform the process of installing the functional layer, so that workability is good and the functional sintered powder is held by the holding agent Since the step of performing is not performed on the piston crown surface, it is easy to form a sheet in which the functional sintered powder is uniformly distributed.
  • thermoplastic resin holding agent
  • PTFE tetrafluoroethylene
  • a block 43 made of a thermoplastic resin mixed with an aluminum alloy powder 34 is placed on the piston crown surface 14.
  • the block 43 is placed on the piston crown surface 14 and heated to a predetermined temperature. Then, as shown in FIG. 20, the thermoplastic resin block 43 in which the aluminum alloy powder 34 is homogeneously mixed is deformed along the shapes of the upper electrode mold 24 and the piston crown 14, and the shape is changed. Will be retained.
  • the thermoplastic resin does not become liquid, and the aluminum alloy powder 34 is maintained in a soft state having shape stability. Therefore, the aluminum alloy powder 34 does not accumulate on the piston crown surface 14.
  • the upper mold 24 is lowered and pressurized. As the mold 24 descends, it gradually accumulates on the piston crown surface 14. Then, when a predetermined thickness is reached, a pulsed current is applied to heat and sinter the aluminum alloy powder 34, whereby a functional sintered layer 35 can be formed on the piston crown surface 14.
  • the unsintered layer 31 can be formed.
  • the functional sintered layer 35 can be formed on the piston crown surface 14, so that the formation of the functional unsintered layer 31 and the efficiency of the sintering operation can be improved. it can.
  • a thermoplastic resin is used.
  • the present invention can be implemented in a similar manner using paraffin.
  • the retention agent for the functional layer in the first state is characterized by being soft and fluid. According to this, the electrode surface of the upper electrode mold along the shape of the piston crown surface is pressed against the piston crown surface by pressing the block forming the functional layer in the first state against the piston crown surface. The functional layer in the first state can be formed.
  • the holding agent forming the functional layer in the first state is a thermoplastic resin. According to this, the shape of the retaining agent is easily changed by heating so as to follow the shape of the piston crown surface.
  • the melting point of the holding agent forming the functional layer in the first state is lower than the melting point of the functional sintered powder forming the functional layer in the first state.
  • the retaining agent flows at an early stage, and the functional layer in the first state can be shaped to conform to the shape of the piston crown surface.
  • the liquid molten paraffin 33 mixed with the aluminum alloy powder 34 is used.
  • the electrode surface 32 of the upper electrode mold 24 is provided with adhesiveness. This is different in that an agent is applied, and then the powder 34 of the aluminum alloy is held by the holding agent.
  • a holding agent 44 having an adhesive property such as an adhesive or a pressure-sensitive adhesive is uniformly sprayed on the electrode surface 32 of the upper mold 24 by a spray gun 45 to discharge the holding agent 44.
  • This spraying may be performed at normal temperature.
  • the adhesive or the pressure-sensitive adhesive preferably has a property of evaporating or decomposing by heat, and preferably a plant-based pressure-sensitive adhesive can be used.
  • the spray gun 46 is used to spray the aluminum alloy powder 34 onto the holding agent 44, and the functional unsintered layer 31 # made of the aluminum alloy powder 34 (see FIG. 4). Correspondence) is formed.
  • the aluminum alloy powder 34 held on the electrode surface 32 of the upper electrode mold 24 comes into direct contact with the piston crown surface 14.
  • the upper electrode mold 24 is lowered and pressurized while heating and thermally decomposing the adhesive or the pressure-sensitive adhesive.
  • the functional sintered layer 35 can be formed on the piston crown 14 by heating and sintering the powder 34 of the aluminum alloy. Thus, even if the piston crown surface 14 has a complicated shape, a uniform functional sintered layer 35 can be formed.
  • the process in which the application process using the spray gun 45 and the application process using the spray gun 46 are combined may be performed a plurality of times. This makes it easy to adjust the thickness of the functional sintered layer 35.
  • the uniform functional sintering layer 35 may be formed by repeatedly applying a plurality of times over the entire area of the piston crown surface 14, or the retaining agent and the function may be partially applied. By repeatedly applying the functional sintered powder, the functional sintered layer 35 having a partially different film thickness may be formed.
  • the application step of the functional sintered powder such as the aluminum alloy powder 34 may be performed at least after the first retention agent application step, and may be performed after all of the retention agent application steps performed a plurality of times are completed. This does not mean that the step of installing the functional sintered powder is performed.
  • the step of applying the retaining agent and the step of applying the functional sintered powder may be performed alternately.
  • the electrode surface 32 of the upper electrode mold 24 is coated with the holding agent 44 and the functional sintered powder such as the aluminum alloy powder 34. It is also possible to apply a functional sintered powder such as a holding agent 44 and a powder 34 of an aluminum alloy.
  • the step of installing the functional layer in the first state includes the step of applying a retaining agent and the step of installing a functional sintered powder, and the step of applying the retaining agent includes applying the retaining agent to the upper electrode.
  • This is a step of applying to the electrode surface of the mold or the crown surface of the piston, and the step of installing the functional sintered powder is performed after the step of applying the retaining agent, and the electrode surface of the upper mold electrode or the piston crown surface is performed.
  • the method is characterized in that it is a step of installing a functional sintered powder on the holding agent applied to the substrate. According to this, a more uniform functional layer in the first state can be formed.
  • the process of applying the functional sintered powder which is also called a retaining agent, is repeatedly performed a plurality of times. According to this, the thickness of the functional layer in the first state can be adjusted.
  • the step of installing the functional layer in the first state includes the step of installing a functional sintered powder and the step of installing another functional sintered powder
  • the installation step is a step of installing a functional sintered powder on the electrode surface of the upper electrode mold or the crown surface of the piston, and the other functional sintered powder is installed on the electrode surface of the upper electrode mold.
  • a step of installing another functional sintered powder on the piston crown surface, and each of the installing steps is performed in a different step, and another functional sintered powder is used for heat conduction of the metal material of the piston body.
  • the material is characterized by having a thermal conductivity lower than the thermal conductivity.
  • the amount of each functional sintered powder, distribution on the piston crown surface, and the like can be freely set.
  • the step of installing the functional layer in the first state includes the step of installing the functional layer in the first first state and the step of installing the functional layer in the second first state.
  • the installation areas of the functional layers in one state are different from each other.
  • a holding agent having adhesive properties is applied to the electrode surface 32 of the upper electrode mold 24, and thereafter, the aluminum alloy powder 34 (functional sintered powder) is held by the holding agent.
  • a retaining agent molten paraffin 33
  • the functional sintered powder aluminum alloy powder 34
  • the dip includes not only immersion in liquid but also immersion in powder.
  • the electrode surface 32 of the upper electrode mold 24 is dipped in a thermostatic container 41 in which the molten paraffin 33 is stored, and the molten paraffin 33 is adhered to the electrode surface 32. This allows the process to proceed to the next step of holding the aluminum alloy powder 34.
  • the powder 34 of the aluminum alloy stored in the powder container 47 is adhered to the molten paraffin 33 adhered to the electrode surface 32 of the upper electrode mold 24. In this way, a layer of a film-like aluminum alloy powder 34 can be formed on the molten paraffin 33.
  • the upper electrode mold 24 is placed on the piston crown surface 14 and pulse current is applied while applying pressure and heating.
  • the functional sintered layer 35 can be formed on the piston crown surface 14.
  • operations such as forming the sheet 42 and the block 43 in advance can be omitted, and the manufacturing process can be simplified.
  • the molten paraffin 33 holding the aluminum alloy powder 34 is solidified, the molten paraffin 33 is again dipped from above the aluminum alloy powder 34, and the aluminum alloy powder 34 By dipping and forming a plurality of layers, the thickness of the functional sintered layer 35 (see FIG. 6) can also be adjusted. According to this, it is possible to easily adjust the film thickness by appropriately selecting the number of dips.
  • the film thickness is adjusted by partially masking and increasing the number of dips only in the necessary region. Can be. In this case, the distribution and the like on the piston crown surface 14 can be freely set by the mask.
  • a heat insulating sintered layer is formed using a functional sintered powder having a different function, for example, a functional sintered powder having an excellent heat insulating property.
  • the radiation-absorbing layer can also be formed by using a conductive sintered powder.
  • a heat insulating sintering layer is formed by using a functional sintering powder having excellent heat insulating properties, and a functional sintering powder having excellent radiation absorption is added to this functional sintering powder.
  • the radiation-absorbing layer can also be formed by overlapping.
  • the retaining agent 44 and the powder 34 of the aluminum alloy are dipped and applied to the electrode surface 32 of the upper electrode mold 24. It is also possible to apply the aluminum alloy powder 34 by dipping.
  • the step of installing the functional layer in the first state includes the step of applying a retaining agent and the step of installing a functional sintered powder
  • the step of applying the retaining agent includes applying the retaining agent to the upper electrode.
  • This is a step of applying a dip to the electrode surface of the mold or the crown surface of the piston, and the step of installing the functional sintered powder is performed after the step of applying the holding agent, and the electrode surface of the upper electrode mold or the piston It is characterized in that it is a step of placing a sintered material by dipping on a holding agent applied to the crown surface.
  • a uniform functional sintered layer 35 can be formed.
  • operations such as forming sheets and blocks in advance can be omitted, and the manufacturing process can be simplified.
  • the step of installing the functional layer in the first state includes the step of installing a functional sintered powder and the step of installing another functional sintered powder
  • the installation step is a step of installing a functional sintered powder on the electrode surface of the upper electrode mold or the crown surface of the piston, and the other functional sintered powder is installed on the electrode surface of the upper electrode mold.
  • a step of installing another functional sintered powder on the piston crown surface, and each of the installing steps is performed in a different step, and another functional sintered powder is used for heat conduction of the metal material of the piston body.
  • the material is characterized by having a thermal conductivity lower than the thermal conductivity.
  • the amount of each functional sintered powder, distribution on the piston crown surface, and the like can be freely set.
  • the step of installing the functional layer in the first state includes the step of installing the functional layer in the first first state and the step of installing the functional layer in the second first state.
  • the installation areas of the functional layers in one state are different from each other.
  • the piston main body is formed of a metal material
  • the piston main body is a method of manufacturing a piston having a piston crown and a skirt.
  • a functional layer in a first state comprising a retaining agent containing at least one of a resin, an adhesive, and a wax, holding a sintered powder, is provided on a piston crown surface which is a surface of the piston crown portion.
  • the setting step is performed after the setting step of the functional layer.
  • the functional layer in the first state is heated to reduce the volume of the holding agent as compared with the functional layer in the first state, and the functional sintered powder is removed.
  • a sintering step of sintering to form a functional layer in a second state on the piston crown surface.
  • the functional sintered powder is uniformly held on the piston crown by the holding agent, so that the functional layer can be easily formed according to the shape of the piston crown.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment.
  • the method for manufacturing a piston for an internal combustion engine is a method for manufacturing a piston for an internal combustion engine, wherein the piston main body is formed of a metal material, and a piston head and a piston skirt are formed.
  • Providing a functional layer in a first state comprising a step of installing the functional layer in the first state on a piston crown surface, which is a surface of the piston head portion,
  • the functional layer includes a functional sintered material and a retaining agent, and the functional sintered material is a powder (hereinafter, referred to as a functional sintered powder), and the retaining agent is a resin, a viscous liquid.
  • a sintering step of the functional layer in the first state wherein the functional layer includes an adhesive, an adhesive, or a wax, and is capable of holding the functional sintered powder on the piston crown.
  • the retaining agent is thermally decomposed, burned, or evaporated in a heating step after the step of installing the functional layer in the first state and / or in the sintering step. It is a material to do.
  • the sintered body of the functional layer in the second state has voids due to a decrease in the volume of the holding agent.
  • the holding agent is a material having a melting point of 100 ° C. or less.
  • the retaining agent is paraffin wax.
  • the holding agent of the functional layer in the first state has a sheet shape.
  • the method further includes a step of forming a sheet material, wherein the step of forming the sheet material includes the step of setting the functional layer in the first state.
  • the step of installing the conductive layer is a step of installing the sheet material on the piston crown surface.
  • the retaining agent is paraffin wax.
  • the step of installing the functional layer in the first state includes the step of applying a retaining agent and the step of installing the functional sintered powder.
  • the step of applying the retainer is a step of applying the retainer to the piston crown surface
  • the step of installing the functional sintered powder is performed after the step of applying the retainer, and the step of applying the piston crown This is a step of installing the functional sintered powder on the holding agent applied to a surface.
  • the step of applying the retaining agent is a step of applying the retaining agent to the crown surface of the piston by spraying.
  • the step of applying the retaining agent is repeatedly performed a plurality of times.
  • the retaining agent of the functional layer in the first state is soft and has fluidity.
  • the holding agent of the functional layer in the first state is a thermoplastic resin.
  • the melting point of the holding agent of the functional layer in the first state is the same as that of the functional layer in the first state. Lower than the melting point of the sintered powder.
  • the retaining agent is paraffin wax.
  • the step of installing the functional layer in the first state includes a step of applying the retaining agent to the piston crown surface by dipping. Including.
  • the functional layer in the second state is not subjected to machining.
  • the piston main body is formed by casting, and the average thickness of the functional layer in the second state is as described above. It is larger than the manufacturing dimensional error of the piston body.
  • the step of installing the functional layer in the first state includes the step of installing the functional sintered powder and a step different from this.
  • the step of installing the functional sintered powder wherein the step of installing the functional sintered powder is a step of installing the functional sintered powder on the piston crown surface, wherein the another functional sintered powder is Is a step of installing the other functional sintered powder on the piston crown surface, and is performed in a separate step from the step of installing the functional sintered powder, and the different functional sintered powder is provided.
  • the compact is a material having a lower thermal conductivity than that of the metal material of the piston main body.
  • the step of installing the functional layer in the first state includes the step of installing a functional layer in a first first state, A step of installing a functional layer in a second first state, wherein the installation area of the functional layer in the first state on the piston crown surface in the step of installing the functional layer in the first first state; This is a region different from the installation region of the first state functional layer on the piston crown surface in the second first state functional layer installation process.
  • an electrode in the sintering step, is brought into contact with the functional layer in the first state to energize the functional layer. This is the step of sintering the sintered powder.
  • the functional layer in the first state includes another functional sintered powder, and the other functional sintered powder is provided. Is a material having a lower thermal conductivity than that of the metal material of the piston body.
  • the present invention provides a method for manufacturing a piston for an internal combustion engine, which is a method for manufacturing a piston including a piston body formed of a metal material and having a piston crown and a skirt.
  • a functional unsintered layer in which a functional sintered powder is dispersed and held in a holding agent that disappears by heating on the piston crown surface of the piston crown; and
  • the functional unsintered layer is heated after the step of forming a sintered layer, the retaining agent is lost by heating the functional unsintered layer, and the remaining functional sintered powder is sintered to form a functional sintered body on the piston crown surface.
  • a sintering step of forming a tie layer is a sintering step of forming a tie layer.
  • the functional unsintered layer is heated at a temperature higher than a boiling point of the retaining agent to thereby retain the retaining agent.
  • a powder of a conductive material is added to the functional green layer.
  • the functional sintered powder is an aluminum alloy powder
  • the holding agent is paraffin wax
  • the conductive material Is a powder of charcoal derived from plants.

Landscapes

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Abstract

本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法は、機能性紛体焼結材を保持し、樹脂、接着剤、または蝋の１つ以上を含む保持剤からなる第１状態の機能性層（３１）を、ピストン冠面に設置する第１状態の機能性層の設置工程（Ｓ１４）と、第１状態の機能性層の設置工程の後に実施され、第１状態の機能性層を加熱（Ｓ１５）して保持剤の体積が第１状態の機能性層よりも減少し、かつ機能性紛体焼結材が焼結されて機能性焼結体となる第２状態の機能性層を生成する焼結工程（Ｓ１６）、（Ｓ１７）とを実行して、ピストン冠面に機能性層を形成する。

Description

内燃機関用ピストンの製造方法
　本発明は可燃性燃料を用いて駆動される内燃機関に係り、特に内燃機関用ピストンの製造方法に関するものである。
　一般に、内燃機関は、燃焼室に供給されて燃焼される燃料の発熱量の３０％～４０％が動力に変換され、残りの５０％～６０％は廃熱として外部に放出されるものである。火花点火式内燃機関の場合、その理論サイクルはオットーサイクルであって理論熱効率は６０％を超えることが知られている。しかしながら、実際の燃焼サイクルでは様々な損失があり、その熱効率は３０％～４０％に留まるものである。
　この損失の大きな原因の一つに燃焼室の冷却に伴う損失が挙げられる。この損失は一般的に冷却損失といわれ、内燃機関に供給される燃料の発熱量に対して２０％～３０％を占め、これが内燃機関の廃熱の大きな部分を占める。
　したがって、内燃機関の燃焼室を理想的に断熱化できれば、つまり、この冷却損失を無くすことができれば、実際の燃焼サイクルをオットーサイクルの理論効率に近づけることができる。このため、燃焼室の断熱性を向上する開発が鋭意行われており、燃焼室の断熱性を向上するには、ピストン冠部の表面（以下、ピストン冠面と表記する）を含む燃焼室内の燃焼ガスからの熱伝達を抑制することが重要である。
　例えば、特開２０１７－１０１２６９号公報（特許文献１）においては、ピストン冠面に低熱伝導薄膜を形成して、ピストン冠部からピストンを構成するアルミニウム合金からなる基体の内部に熱が漏れ出すのを極力少なくする試みがなされている。このように、ピストン冠面に低熱伝導薄膜を形成することは、冷却損失を少なくするうえで有効な方法である。尚、この特許文献１においては、低熱伝導薄膜は摩擦撹拌接合や、放電パルス焼結によって形成されている。この低熱伝導薄膜は、アルミニウム紛、マグネシウム紛、鉄紛等の混合紛体を焼結処理して焼結体を形成し、この焼結体をピストン冠面のアルミニウム合金に摩擦撹拌接合、或いは放電パルス焼結によって接合することで形成され、強固な接合を実現できると述べている。
特開２０１７－１０１２６９号公報
　ところで、特許文献１にも示されているように、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ：　Ｓｐａｒｋ　Ｐｌａｓｍａ　Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）によって低熱伝導薄膜を形成することが提案されている。放電プラズマ焼結法は、ピストン冠面に低熱伝導薄膜を形成するための金属紛体を載置し、加圧電極によって金属紛体を機械的な加圧とパルス通電による加熱を行い、金属紛体を焼結してピストン冠面に低熱伝導性の焼結薄膜を形成するものである。
　このような放電プラズマ焼結法は、金属紛体に対する機械的な加圧と、パルス通電による電磁エネルギーによる自己発熱、及び金属粒子間に発生する放電プラズマエネルギーを焼結の駆動力としている。このような放電プラズマ焼結法によれば、ピストン冠面に１００μｍ程度の低熱伝導性の焼結薄膜を形成することが可能となる。
　ここで、良好な低熱伝導性の焼結薄膜を形成するためには、放電プラズマ焼結法を実施する前に、焼結材料である金属紛体をピストン冠面に均質に分布させることが重要である。
　そして、最近の内燃機関は直噴式が主流であり、例えば燃焼室に吸入される空気にタンブル流を形成するため、ピストン冠面は凹凸を含む複雑な表面形状に形成されている。このため、焼結材料である金属紛体だけをピストン冠面に薄く均質に分布させることが難しく、ピストン冠面に一様な焼結薄膜を形成する技術が求められている。
　尚、上述の例では焼結薄膜の機能として低熱伝導性の焼結薄膜について説明しているが、これ以外に、ピストン冠面の温度の上昇速度を早める機能を有する輻射吸収性の焼結薄膜といった、低熱伝導性以外の機能を有する焼結薄膜を形成することもできるので、以下ではこのような断熱機能、温度上昇機能等を実現する機能性焼結薄膜（以下では、「機能性層」と表記する）として説明を行う。もちろん、断熱機能、温度上昇機能等の複数の機能を備える機能性層とすることも可能である。
　本発明の目的は、機能性焼結材料の紛体をピストン冠面に均質に分布させて良好な機能性層を形成することができる内燃機関用ピストンの製造方法を提供することにある。ここで、均質とは完全な均質状態を意味するものではなく、製造上で許容できる薄膜が一様に形成されれば良いものである。
　本発明は、その一態様として、
　ピストン本体部が金属材料で形成されており、このピストン本体部がピストン冠部とスカート部を備えたピストンの製造方法であって、
　少なくとも、紛体からなる機能性焼結紛体を保持した、樹脂、接着剤、または蝋の１つ以上を含む保持剤からなる第１状態の機能性層を、ピストン冠部の表面であるピストン冠面に形成する機能性層の設置工程と、
　機能性層の形成工程の後に実施され、第１状態の機能性層を加熱して保持剤の体積を第１状態の機能性層よりも減少し、且つ機能性焼結紛体を焼結してピストン冠面に第２状態の機能性層を形成する焼結工程と、
　を有する。
　本発明によれば、保持剤により機能性焼結紛体をピストン冠面に均質に保持させることで、ピストン冠面の形状に倣った機能性層の形成を容易にすることができる。
ピストン本体部の一般的な構成を示す断面図である。 放電プラズマ焼結装置の構成を示す構成図である。 本発明のピストンの製造方法における、「第１状態の機能性層」を形成する工程を説明する説明図である。 本発明のピストンの製造方法における、「第１状態の機能性層」から「第２状態の機能性層」に移行する過程を説明する説明図である。 本発明のピストンの製造方法における、図４に続く「第１状態の機能性層」から「第２状態の機能性層」に移行する過程を説明する説明図である。 本発明のピストンの製造方法における、「第２状態の機能性層」が形成された状態を説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態になるピストンの製造方法の製造工程を説明する工程図である。 図７に示す機能性焼結紛体を分散した保持剤の生成処理工程を説明する説明図である。 図７に示すピストン本体の設置処理工程を説明する説明図である。 図７に示す機能性焼結紛体を分散した保持剤の投入処理工程を説明する説明図である。 図７に示す所定沈降時間を経過した後の保持剤の加熱処理工程を説明する説明図である。 図７に示す機能性焼結紛体の加圧処理工程、及び機能性焼結紛体の通電処理工程を説明する説明図である。 図７に示すピストンを取り出す完成工程を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態になるピストンの製造方法を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態の第１の変形例を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態の第２の変形例を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態の第３の変形例を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態の第４の変形例を説明する説明図である。 本発明の第３の実施形態になるピストンの製造方法を説明する説明図である。 図１９に示す実施形態の機能性焼結紛体の加圧処理工程、及び機能性焼結紛体の通電処理工程を説明する説明図である。 本発明の第４の実施形態になるピストンの製造方法で、保持剤を塗布する工程を説明する説明図である。 図２１に続き、機能性焼結紛体を塗布する工程を説明する説明図である。 図２２に示す機能性焼結紛体の加圧処理工程、及び機能性焼結紛体の通電処理工程を説明する説明図である。 本発明の第５の実施形態になるピストンの製造方法で、上型電極金型の電極面に保持剤をディップによって塗布する工程を説明する説明図である。 図２４に続き、上型電極金型の電極面の保持剤にディップによって機能性焼結紛体を塗布する工程を説明する説明図である。 図２５に示す機能性焼結紛体の加圧処理工程、及び機能性焼結紛体の通電処理工程を説明する説明図である。 本発明の第５の実施形態の第１の変形例を説明する説明図である。 本発明の第５の実施形態の第２の変形例を説明する説明図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
　先ず、内燃機関に使用される一般的なピストン本体部の構成について、図１に基づき説明する。尚、図１に示すピストン本体部の冠面は平坦状に形成されている。
　ピストン本体部１０は、アルミニウム合金からなる鋳造品であり、全体が一体に形成されている。このピストン本体部１０は、図示しないシリンダブロックに形成されたシリンダ（図示せず）に摺動可能に収容される。ピストン本体部１０は、比較的に厚肉に形成された円盤状の冠部１１と、冠部１１の裏面側に一体に設けられ、シリンダ壁面に対して摺動可能なスカート部１２が形成されている。このスカート部１２は、一対のスカート部１２ａ、１２ｂを有している。また、スカート部１２ａ、１２ｂの間には、クランクシャフトに係合されたコネクティングロッドと連結するピストンピンが挿通されるピストンピン孔１３が形成されている。
　ピストン本体部１０の冠部１１は、表面側に内燃機関の燃焼室（図示せず）の一部を構成するピストン冠面１４を有するとともに、外周にピストンリング（図示せず）が装着される環状の３つのリング溝１５が形成されている。３つのリング溝１５のうち、ピストン冠面１４側の第１リング溝１５ａ及び第２リング溝１５ｂには、それぞれコンプレッションリング（図示せず）が装着される。３つのリング溝１５のうち、冠部１１の裏面側の第３リング溝１５ｃには、オイルリング（図示せず）が装着される。
　ピストン本体部１０の冠部１１のピストン冠面１４とは反対側に位置する各スカート部１２ａ、１２ｂは、図１に示すように、ピストン中心軸を中心とした左右の対称位置に配置されている。スカート部１２ａ、１２ｂは、略全体が比較的薄肉に形成された壁部であり、全体の外周面は円弧状に形成されている。スカート部１２は、ピストン周方向に沿った幅がピストン軸方向で下方側に向かって、徐々に幅狭となるように形成されている。
　以上のような構成を有するピストンにおいては、ピストンの冠部１１のピストン冠面１４には機能性焼結層が形成される。この機能性焼結層は、上述したように、断熱機能や温度上昇機能を備えた薄膜として形成される。そして、この薄膜は放電プラズマ焼結法によって形成され、良好な機能性焼結層を形成するためには、放電プラズマ焼結法を実施する前に、機能性焼結層を生成する機能性焼結紛体をピストン冠面１４に均質に分布させることが重要である。
　ところで、上述したように、最近の内燃機関は直噴式が主流であり、例えば、燃焼室に吸入される空気にタンブル流を形成するため、ピストン冠面１４は凹凸を含む複雑な表面形状に形成されている。このため、機能性焼結紛体だけをピストン冠面１４に均質に分布させることが難しいという課題がある。
　更に、上述した課題の他に、ピストン冠面１４が鋳肌の場合には、ピストン冠面１４と組み合わされる上型電極金型の電極面の形状精度に誤差が生じ、薄膜レベルの膜厚では上型電極金型の電極面が機能性焼結紛体に接触しない場所が存在し、これも良好な焼結薄膜を得る上で課題となる場合もある。
　以上のようなことから、少なくとも、ピストン冠面１４が凹凸を含む複雑な表面形状に形成されている場合においては、機能性焼結紛体をピストン冠面１４に均質に分布させることが要請されている。
　そこで、本発明の本実施形態では、少なくとも、紛体からなる機能性焼結紛体を保持した保持剤をピストン冠部の表面であるピストン冠面に載置し、機能性焼結紛体がピストン冠面に堆積するように保持剤を加熱して除去し、且つ堆積した機能性焼結紛体を焼結してピストン冠面に機能性焼結層を形成する処理工程を実行するようにした。以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
　先ず、本実施形態の基本的な考え方について、図２～図６を用いて説明する。ここで、図２は放電プラズマ焼結を実行するための放電プラズマ焼結装置の構成を示し、図３は、焼結される前の機能性未焼結層（請求項でいう第１状態の機能性層）を示し、図４、図５は、機能性未焼結層から焼結処理された機能性焼結層（請求項でいう第２状態の機能性層）に移行する過程の機能性未焼結層を示し、図６は、焼結処理された機能性焼結層を示している。
　図２に示すように、放電プラズマ焼結装置２０は、機能性未焼結層（焼結紛体）を収容する収容部２１と、収容部２１を収容する真空チャンバ２２と、収容部２１に収容された機能性未焼結層（焼結紛体）を加圧すると共に、加圧された機能性未焼結層（焼結紛体）を焼結するためのエネルギーを供給する通電加圧焼結部２３とを備えている。
　収容部２１は、ピストン本体部１０、上型電極金型２４、及び機能性未焼結層（焼結紛体）を収納するダイ２５を備えている。上型電極金型２４は、ダイ２５の貫通孔の一端からダイ２５の内部に挿入され、ピストン本体部１０は、ダイ２５の貫通孔の他端からダイ２５の内部に挿入されている。ダイ２５の貫通孔内に収容された機能性未焼結層（焼結紛体）は、上型電極金型２４を図中の下方向に移動させることにより、加圧される。本実施形態では、通電加圧焼結部２３によって、上型電極金型２４が加圧されて図中下方向に移動される。
　通電加圧焼結部２３は、上型電極金型２４の上方に配される上部電極２６と、ピストン本体部１０の下方に配される下部電極２７と、上部電極２６を図中上下方向に移動させ、上部電極２６が上型電極金型２４と当接したときに、上部電極２６に加圧動作を行わせる加圧部２８と、上部電極２６と下部電極２７との間にパルス電流を流すパルス電源ユニット２９と、加圧部２８およびパルス電源ユニット２９を制御する制御ユニット３０とを備えている。
　次に、本実施形態の製造工程について説明する。まず、ダイ２５の貫通孔内にピストン本体部１０を収容し、ピストン冠面１４の上に機能性未焼結層（焼結紛体）を配置して上型電極金型２４を収納する。そして、上型電極金型２４を用いて、機能性未焼結層（焼結紛体）を加圧する。次に、上型電極金型２４及びピストン冠面１４で機能性未焼結層（焼結紛体）を挟持した状態で、ピストン本体部１０を下部電極２７に当接させた後、真空チャンバ２２内を所定の圧力以下となるように排気する。尚、排気の代わりに不活性ガスを充填することも可能である。
　次に、上部電極２６を図中下方に移動させて上部電極２６と上型電極金型２４とを当接させ、加圧部２８により上部電極２６を加圧しながら、パルス電源ユニット２９を駆動し、上部電極２６と下部電極２７との間にパルス電流を通電する。パルス電流の通電に伴って、機能性未焼結層（焼結紛体）の温度は上昇する。機能性未焼結層（焼結紛体）の温度が所定温度以上になったら、加圧部２８により上部電極２６を加圧する圧力を小さく変更し、機能性未焼結層（焼結紛体）の温度が更に高い所定温度となるように、引き続き、上部電極２６と下部電極２７との間にパルス電流の通電を継続する。
　機能性未焼結層（焼結紛体）にパルス通電を行うことにより、機能性未焼結層（焼結紛体）の金属粒子同士が接触する接触部にパルス電流が流れ、この接触部にジュール熱が発生することにより、接触部で接触する粒子同士が融着される。尚、パルス電流の値は、制御ユニット３０によって、目標とする温度となるような値に調整されている。
　このような方法によって、ピストン冠面１４に、機能性未焼結層から機能性焼結層が形成される。したがって、これからわかるように、機能性焼結紛体をピストン冠面１４に均質に分布させることが重要である。
　次に、機能性焼結紛体をピストン冠面１４に均質に分布させて機能性焼結層を形成する本発明の基本的な考え方について説明する。尚、以下の説明は、ピストン本体部１０をダイ２５に収納した状態からの製造工程を示している。
　図３において、ピストン冠面１４と上型電極金型２４の電極面３２との間には、機能性未焼結層３１が収納、設置されている。ここで、上型電極金型２４は、機能性未焼結層３１にパルス通電して放電プラズマ焼結を行うものであるが、上型電極金型２４を上型金型と電極金型に分離し、上型金型で第１状態の機能性層である、機能性未焼結層の形成を行い、その後に、上型金型を電極金型に置き換えて放電プラズマ焼結を行うことも可能である。
　本実施形態は、図３に示すように、ピストン冠面１４と上型電極金型２４の電極面３２との間に、機能性未焼結層３１が収納、設置される。ピストン冠面１４と上型電極金型２４の電極面３２の形状は、相補的な形状とされ、ピストン冠面１４と電極面３２を突き合わせた場合は、相互に密着できる形状に形成されている。したがって、この相補的な形状に倣って、機能性焼結紛体が分布されることになる。これについては、後述する。
　機能性未焼結層３１は、保持剤３３の内部に、機能性焼結紛体３４が分散されて存在している。保持剤３３は、常温、或いは加熱状態で流動性または粘性（液状化、ペースト状を含む）を有しており、ピストン冠面１４の形状に沿って存在することができる。このため、ピストン冠面１４が凹凸を有する複雑な形状であっても、保持剤３３は、ピストン冠面１４の形状に倣って流動することができる。
　また、保持剤３３と機能性焼結紛体３４は、所定の混合比で混合されており、この混合比と、ピストン冠面１４と電極面３２との間の間隔によって、機能性焼結紛体３４の量が概ね決められる。機能性焼結紛体３４の混合割合が大きいほど、多くの機能性焼結紛体３４が存在し、同様に、ピストン冠面１４と電極面３２の間の間隔が大きいほど、多くの機能性焼結紛体３４が存在する。したがって、機能性焼結紛体３４によって形成される機能性焼結層の厚さは、保持剤３３と機能性焼結紛体３４との混合比、及び／又はピストン冠面１４と電極面３２との間の間隔によって、概ね決めることができる。
　ここで、保持剤３３は上述したように、常温、或いは加熱状態で流動する流動特性を備えると共に、熱によって蒸発、或いは熱分解、或いは燃焼の１つ以上の状態変化を経て体積が減少する特性を備えている。したがって、後述する焼結工程の前での加熱、或いは焼結工程による加熱によって、保持剤３３の体積を減少させ、ピストンが内燃機関に搭載されるときの保持剤３３の残存量を少なくすることができる。
　例えば、保持剤３３が残ったまま、内燃機関に搭載されて運転されると、内燃機関の燃焼工程において、保持剤３３が燃焼して煤の発生や、排ガス性能の低下を招くおそれがある。尚、保持剤３３の全てが熱分解、或いは燃焼、或いは蒸発する必要はなく、一部が残存しても良いことはいうまでもない。
　このような物理的特性を備える保持剤３３としては、樹脂、ワックス（蝋）、粘性液体、接着剤等を使用することができる。例えば、樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、カルボキシ変性ポリオレフィン樹脂、酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩酢ビ共重合樹脂、ビニルアルコール樹脂、ブチラール樹脂、フッ化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、アクリロニトリル樹脂、ニトロセルロース樹脂等を使用することができ、またワックス（蝋）としては、パラフィンワックス（以下、パラフィンと表記する）、ポリエチレンワックス、ワックス、タール、にかわ、ウルシ、松脂、ミツロウ等を使用することができる。粘性液体としてはアルコール類、グリセリン、導電ポリマー等を使用することが出来る。尚、本実施形態では、パラフィンとして固形パラフィンを使用する。
　また、機能性焼結紛体３４は、必要とされる機能を得ることができる材料が使用されるが、機能性焼結材料として単一の金属紛に限らず、複数種類の金属紛やセラミック紛、或いは金属紛とセラミック紛との混合紛体を使用することができる。
　例えば、アルミニウム合金（ＡＬ－Ｍｇ系）の紛体、ジルコニア、チタン、シリコン、セラミック等の紛体等を単一、或いは混合して使用することができる。また、場合によっては、上述した紛体を接合する補助剤を混合することもできる。
　したがって、機能性焼結紛体３４は、ピストン本体部１０の金属材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する機能性材料を添加することで、より低い熱伝導率を有する機能性焼結層を得ることができる。よって、内燃機関の運転時における冷却損失を低減することができる。
　本実施形態では、保持剤３３として固形パラフィンを使用し、機能性焼結紛体３４として、ＡＬ－Ｍｇ系のアルミニウム合金の紛体を使用している。ＡＬ－Ｍｇ系のアルミニウム合金の紛体を使用するのは、ピストン冠面１４の断熱性を向上する目的のためである。もちろん、これ以外の機能を得るために他の材料を選択することもできることは、言うまでもない。
　そして、固形パラフィンを融点以上の所定温度に加熱し、固定パラフィンを溶融して流動化、或いは液状化している。ここで、固形パラフィンは１００℃以下で溶融するので、取り扱いが容易であるという長所を有している。
　このように、保持剤である溶融パラフィン３３は、後述する焼結工程における加熱温度より低い温度で溶融するため、溶融パラフィン３３の流動性を向上させ、ピストン冠面１４に倣った機能性未焼結層３１を形成することができる。そして、この溶融パラフィン３３に、ＡＬ－Ｍｇ系のアルミニウム合金の紛体３４を混合して、溶融パラフィン３３にアルミニウム合金の紛体３４が分散、望ましくは均質に分散するように撹拌する。
　尚、本実施例では、固定パラフィンを加熱することにより流動化、或いは液状化しているが、固定パラフィンの配合量を調整、または保持剤３３を別の材料に変更することにより、常温状態において、流動性または粘性を有する保持剤３３を用いるようにしてもよい。
　次に、図３に示すように、このアルミニウム合金の紛体３４を保持した溶融パラフィン３３を、ピストン冠面１４の表面に流しこむことで、ピストン冠面１４の形状に倣って溶融パラフィン３３が充填される。更に、溶融パラフィン３３の充填が完了すると、上型電極金型２４が溶融パラフィン３３の上面に載置される。尚、この図３の状態では、ピストン冠面１４、上型電極金型２４、溶融パラフィン３３は、固形パラフィンの融点以上の所定温度（９０～１００℃）に維持され、溶融パラフィン３３は流動性を保持しているので、アルミニウム合金の紛体３４は、自由に移動可能な状態に維持されている。
　図３に示すように、この状態で所定の沈降時間だけ放置しておくと、アルミニウム合金の紛体３４は、溶融パラフィン３３の中を重力によってピストン冠面１４の側に沈降していき、図４に示すように、ピストン冠面１４の全体に亘って均質に所定の膜厚になるように堆積される。これによって、溶融パラフィン３３とアルミニウム合金の紛体３４とが分離される。尚、紛体の粒子は、所定時間内に重力によって沈降することができる大きさに決められている。
　このように、ピストン冠面１４の形状に倣って、アルミニウム合金の紛体３４がピストン冠面１４の全体に亘って膜状に均質に分布される。したがって、ピストン冠面１４が複雑な形状であっても、アルミニウム合金の紛体３４を均質に分布させることができる。
　次に図４の状態においては、溶融したパラフィン３３は電気絶縁性を有しているので、このままの状態ではパルス通電ができない。このため、図４に示す状態で、外部加熱によって溶融パラフィン３３の温度を更に高くする工程を実行する。一般的にパラフィンは３２０℃付近の温度が沸点となっているので、外部加熱によって３２０℃以上に加熱して、溶融パラフィン３３を蒸発させれば、溶融パラフィン３３の体積を減少することができる。つまり、溶融パラフィン３３を蒸発させて消失、除去することができ、結果的にピストン冠面１４の表面に、アルミニウム合金の紛体３４が残留することになる。
　したがって、溶融パラフィン３３を蒸発させて、上型電極金型２４を下降させれば、図５に示すように、上型電極金型２４とアルミニウム合金の紛体３４とを接触させることができる。これによって、上型電極金型２４、アルミニウム合金の紛体３４、及びピストン冠面１４の間で、電気的な回路が形成されることになる。この状態で、上型電極金型２４を加圧しながら、上型電極金型２４とピストン本体部１０の間にパルス電流を通電する。
　パルス電流の通電に伴って、アルミニウム合金の紛体３４の夫々が接触する接触部にパルス電流が流れ、この接触部にジュール熱や放電プラズマによる熱が発生することにより、アルミニウム合金の紛体３４の温度は上昇し、接触部で接触する紛体同士が融着されて、焼結層が形成される。このような方法によって、ピストン冠面１４に機能性未焼結層（第１状態の機能性層）から機能性焼結層（第２状態の機能性層）が形成される。
　このような放電プラズマ焼結によって、ピストン冠面に１００μｍ程度の低熱伝導性の焼結薄膜を均質に形成することができる。尚、放電プラズマ焼結による焼結工程で生じる温度は極めて高いので、残存していた溶融パラフィン３３は、容易に揮発されて、ほとんど残存することはない。
　そして、図５に示すパルス電流の通電によって、アルミニウム合金の紛体３４が焼結されると、図６に示すように、ピストン冠面１４上に機能性焼結層３５が形成される。この機能性焼結層３５は、図３～図５に示してある均質な機能性未焼結層３１から形成されているので、機能性焼結層３５も均質な焼結薄膜とすることができる。機能性焼結層３５が形成されると、上型電極金型２４を上昇させてピストン本体部１０を取り出せば、本実施形態のピストンが得られることになる。
　機能性焼結層３５は、溶融パラフィン３３を蒸発させて焼結されているため、空隙、或いは空孔が形成されており、この空隙や空孔によって機能性焼結層３５は熱伝導率が減少されるので、内燃機関の運転時における冷却損失を低減することができる。
　以上述べたように、本発明の実施形態によれば、少なくとも、紛体からなる機能性焼結紛体を保持した保持剤をピストン冠部の表面であるピストン冠面に配置し、機能性焼結紛体がピストン冠面に堆積した状態で機能性焼結紛体を保持した保持剤を加熱して保持剤を除去し、且つ堆積した機能性焼結紛体を焼結してピストン冠面に機能性焼結層を形成する処理工程を実行するようにしている。
　これによれば、複雑な表面形状を有するピストン冠面であっても、機能性焼結紛体をピストン冠面に均質に保持させることで、ピストン冠面の形状に沿った焼結薄膜を形成することができる。
　尚、上述した実施例においては、図３及び図４に示すように、所定の沈降時間を設定することで、アルミニウム合金の紛体３４をピストン冠面１４に堆積させ、このアルミニウム合金の紛体３４が堆積された状態で溶融パラフィン３３を蒸発させて、アルミニウム合金の紛体３４の未焼結層を形成している。
　一方、沈降時間を設定しないで行うことも可能である。つまり、図３に示す状態で、溶融パラフィン３３を加熱して蒸発させながら、上型電極金型２４を下降して加圧していくと、残留しているアルミニウム合金の紛体３４が、上型電極金型２４の下降に合わせて徐々にピストン冠面１４に堆積していく。
　そして、所定の膜厚に達すると、パルス通電を行なってアルミニウム合金の紛体３４を加熱して焼結することで、ピストン冠面１４に機能性焼結層３５を形成することができる。この方法によれば、溶融パラフィン３３の除去とアルミニウム合金の紛体３４の堆積を同時に行えるので、製造時間を短縮できる効果が得られる。
　ここで、溶融パラフィン３３は絶縁性を備えているが、これに導電性の紛体を混入することで、放電プラズマ焼結のためのパルス通電を容易にすることができる。この導電性の紛体は、マグネシウムとアルミニウムの合金化合物である「マグナリウム」の紛体を使用することができる。マグナリウムの紛体は低い温度で溶融するので、早期にパルス通電の導通を図ることができる。例えば、５００℃付近の温度にすると溶融パラフィン３３は既に蒸発し、マグナリウムも溶融してアルミニウム合金の紛体３４の隙間に浸入していくので、容易にパルス通電のための導通を得ることができる。
　更に、より好ましい導電性の紛体として、有機物を蒸し焼きして炭化させた、いわゆる「炭」の粉体を使用することができる。例えば、木材、竹材、椰子殻等の植物由来の炭を紛体にしてパラフィンに混合することで、パラフィンが蒸発した後、或いは蒸発する前に早期に電気導通が得られ、また、パルス通電で発生する高温で焼却されてしまうので、良好な機能性焼結層３５を得ることができる。尚、マグナリウムや炭を予め混入し、溶融パラフィン３３の蒸発過程でパルス通電を行い、この過程の途中で電気的な導通が成立した時点から焼結を開始することも可能である。
　次に、本実施形態の具体的なピストンの製造工程について、図７～図１３を用いて説明する。図７は製造工程の全体を示しており、図８～図１３はこの製造工程の詳細を示している。以下、図７の全体の製造工程の説明に合わせて、夫々の製造工程を図８～図１３を用いて補足しながら説明する。
　≪処理工程Ｓ１０、Ｓ１１≫先ず、図７の処理工程Ｓ１０においては、ピストン本体を鋳造処理によって形成する。次に、処理工程Ｓ１１においては、ピストン冠面１４、冠部１１、スカート部１２の一次機械加工を実施する。尚、精密なバイキャストによる鋳造ができれば、この一次機械加工処理を省略することができる。
　≪処理工程Ｓ１２≫上述の処理と並行して、処理工程Ｓ１２においては、機能性焼結紛体３４を保持剤３３に混入して撹拌し、機能性焼結紛体３４が分散した保持剤３３を生成する。ここで、上述したように、保持剤３３は固形パラフィンであり、機能性焼結紛体３４はアルミニウム合金の紛体である。
　図８にあるように、容器４０には固形パラフィンが投入され、ほぼ１００℃の温度に保たれているので、固定パラフィンは溶融して溶融パラフィン３３となっている。この溶融パラフィン３３に、アルミニウム合金の紛体３４を所定の割合で投入、撹拌して、アルミニウム合金の紛体３４を溶融パラフィン３３に分散させる。次に、このアルミニウム合金の紛体３４が分散された溶融パラフィン３３を、放電プラズマ焼結に適した形状に調整する。
　例えば、液状のまま使用するのであれば、ほぼ１００℃の恒温容器４１に、アルミニウム合金の紛体３４が分散された溶融パラフィン３３を移し替えることで、使用することができる。
　また、アルミニウム合金の紛体３４が分散された溶融パラフィン３３の温度を低下させて、液状から流動性を有するように柔らかくし、これを薄く延ばしてピストン冠面１４の表面形状に沿った形状に打ち抜き、更に温度を低下させて固形パラフィンのシート４２の形態にして使用することができる。更には、アルミニウム合金の紛体３４が分散された溶融パラフィン３３の温度を低下させて、柔らかくしたブロック４３の形態にして使用することができる。更に、溶融パラフィン３３が粘性を有するペースト状となるように固定パラフィンの配合量、または溶融パラフィンの温度を調整したものを用いることもできる。
　このように固形状にすると、シート４２、或いはブロック４３の形状の保持剤３３をピストン冠面１４に載置することで、ピストン冠面１４の上に機能性未焼結層３１を設置することができ、作業性が良いという効果がある。尚、シート４２を使用する例を実施例２で説明し、ブロック４３を使用する例を実施例３で説明する。
　≪処理工程Ｓ１３≫図７に戻り、処理工程Ｓ１０～Ｓ１２の処理が完了すると処理工程Ｓ１３の処理が実施される。処理工程Ｓ１３においては、図２に示す放電プラズマ焼結装置に、一次機械加工処理が終了したピストン本体部１０の設置処理を行う。図９に示すように、ダイ２５の収納部２５Ｈに、ピストン本体部１０のピストン冠面１４が上側になるようにしてピストン本体部１０を収納する。尚、ダイ２５の上端側は内径が大きい径大部２５Ｂが形成されており、後述する上型電極金型２４の外周との間で隙間が形成される構成とされている。
　≪処理工程Ｓ１４≫処理工程Ｓ１３で、放電プラズマ焼結装置にピストン本体部１０の設置処理が終了すると、処理工程Ｓ１４において、図１０に示しているように、アルミニウム合金の紛体３４が分散された溶融パラフィン３３を恒温容器４１からピストン冠面１４の表面に移し替える、投入処理を行う。ここで、投入される溶融パラフィン３３は、恒温容器４１に貯留されている液状のものである。尚、図８に示したシート４２、ブロック４３を使用する場合は、この処理工程で溶融パラフィン３３とする必要がある。
　いずれにしても、ピストン冠面１４の表面に存在するパラフィンは溶融状態にすることが必要であり、このため、固形パラフィンの融点温度以上（ほぼ１００℃）の温度に保持されている。これによって、複雑な形状のピストン冠面１４に均質な機能性未焼結層３１を形成する準備を行う。
　アルミニウム合金の紛体３４が分散された溶融パラフィン３３をピストン冠面１４の表面に移し替える投入処理を終了すると、図１１に示す上型電極金型２４を下降させて、所定の厚さの溶融パラフィン３３の層となるように設定する。この場合、ピストン冠面１４と上型電極金型２４の電極面３２は、相補的な形状となっているので、溶融パラフィン３３の層もこれに倣った形状となっている。尚、余剰の溶融パラフィン３３は、ダイ２５の径大部２５Ｂの内周と上型電極金型２４の外周の隙間から排出される。
　そして、所定の沈降時間が経過するまでこの状態を維持する。所定の沈降時間が経過すると、アルミニウム合金の紛体３４は、溶融パラフィン３３の中を重力によってピストン冠面１４の側に沈降していき、図４に示すように、所定の膜厚になるように堆積される。
　これによって、溶融パラフィン３３とアルミニウム合金の紛体３４とが分離され、ピストン冠面１４の形状に倣って、アルミニウム合金の紛体３４が膜状に均質に分布される。したがって、ピストン冠面１４が複雑な形状であっても、アルミニウム合金の紛体３４を均質に分布させることができる。
　≪処理工程Ｓ１５、Ｓ１６≫所定の沈降時間が経過すると、処理工程Ｓ１５においては、アルミニウム合金の紛体３４が分散された溶融パラフィン３３を蒸発させるために、パラフィンの沸点温度付近より高い温度で加熱する。本実施形態では、外部加熱によって溶融パラフィン３３の温度を更に高くしている。
　一般的に、パラフィンは３２０℃付近の温度が沸点となっているので、外部加熱によって３２０℃以上に加熱して、溶融パラフィン３３を蒸発させて除去している。尚、蒸発した溶融パラフィン３３のガスは、ダイ２５の径大部２５Ｂの内周と上型電極金型２４の外周の隙間から排出される。
　溶融パラフィン３３が蒸発すると、上型電極金型２４によって堆積されたアルミニウム合金の紛体３４を加圧して、放電パルス焼結を実施できる状態とする。尚、上述したように、加圧しながらパラフィンを蒸発させることができるので、上述した沈降時間を設定せずに、処理工程Ｓ１５、Ｓ１６を実行することも可能である。
　≪処理工程Ｓ１７≫処理工程Ｓ１６では、図１２に示すように、堆積されたアルミニウム合金の紛体３４を加圧した状態を維持しながら、上型電極金型２４からピストン本体部１０に向かって、パルス通電を実施して焼結処理を実行する。パルス電流の通電に伴って、アルミニウム合金の紛体３４の夫々が接触する接触部にパルス電流が流れ、この接触部にジュール熱や放電プラズマによる熱が発生することにより、アルミニウム合金の紛体３４の温度は上昇し、接触部で接触する紛体同士が融着されて低熱伝導性の機能性焼結層３５が形成される。
　ここで、処理工程１７においては、堆積されたアルミニウム合金の紛体３４を加圧した状態を維持しながら、上型電極金型２４からピストン本体部１０に向かって、パルス通電を実施して焼結処理を実行している。このため、焼結時における加圧力は比較的大きな力を必要としない。
　よって、アルミニウム合金の紛体３４とは別の機能性紛体を添加する場合、この別の機能性紛体の変形を抑制することができる。例えば、別の機能性紛体として、シリカ、アルミナ、ジルコニア等の中空構造を形成した材料では、内部の空孔を維持することができ、機能性を保持できる。また、溶融パラフィン３３（保持剤）の減少した後に形成される焼結層の空隙をより多く残すことができる。
　≪処理工程Ｓ１８≫パルス通電によって機能性焼結層３５が形成されると、図１３に示しているように、上型電極金型２４を上側に移動させて、ピストン本体部１０を取り出せば、１００μｍ程度の低熱伝導性の焼結薄膜を均質に形成されたピストン冠面を備えるピストンを得ることができる。
　ここで、処理工程Ｓ１４～処理工程Ｓ１７を実施すると、機能性焼結層３５に機械加工を施さなくても、充分な機械寸法精度を得ることができる。これによって、機能性焼結層３５に対し、仕上げ加工となる二次機械加工を施さないことで、ピストンの製造工程の簡素化を図ることができる。
　また。機能性焼結層３５の平均厚さは、ピストン本体部１０の製造寸法誤差よりも大きく設定されている。つまり、ピストン本体部１０は、鋳造によって形成され、製造寸法誤差を含む。場合によっては、所望の寸法、形状を得るために、ピストン本体部１０に二次機械加工を施す必要がある。したがって、機能性焼結層３５の平均厚さを、ピストン本体部１０の製造寸法誤差よりも大きくすれば、機能性焼結層３５の厚さの調整により、ピストン本体部１０の製造寸法誤差を吸収することができる。よって、ピストン本体部１０に二次機械加工を施すことなく、所望の寸法で形成された最終製品としてのピストンを得ることができる。
　以上述べたように、本実施形態によれば、紛体からなる機能性焼結紛体を保持した保持剤をピストン冠部の表面であるピストン冠面に載置し、機能性焼結紛体がピストン冠面に堆積するように保持剤を加熱して除去し、且つ堆積した機能性焼結紛体を焼結してピストン冠面に機能性焼結層を形成する処理工程を実行するようにした。
　これによれば、保持剤により機能性焼結紛体をピストン冠面に均質に保持させることで、ピストン冠面の形状に沿った良好な機能性層の形成を、容易にすることができる。
　また、本実施形態によれば、保持剤は、加熱工程、及び又は焼結工程において、熱分解、燃焼、または蒸発する材料であることを特徴としている。加熱工程、及び又は焼結工程における加熱によって、保持剤の体積を減少させ、ピストンが内燃機関に搭載されて運転されているときの保持剤の残存量を少なくすることができる。
　また、本実施形態によれば、焼結工程は、第１状態の機能性層（機能性未焼結層）に上型電極金型を当接させ、パルス通電することで機能性焼結紛体を焼結させる工程であることを特徴としている。これによれば、パルス通電によって第２状態の機能性層（機能性焼結層）を形成するため、焼結時において、第１状態の機能性層の加圧に比較的大きな力を必要としない。よって、第１状態の機能性層に別の機能性材料を添加する場合、この別の機能性材料の変形を抑制することができる。例えば、別の機能性材料として中空構造を備える材料を用いる場合、中空構造を維持することができる。また、保持剤の体積が減少した後に形成される機能性焼結層の空隙を、より多く残すことができる。
　また、本実施形態によれば、機能性焼結層は、保持剤の体積の減少に伴う空隙を有することを特徴としている。空隙が機能性焼結層の熱伝導率を低下させ、内燃機関の運転時における冷却損失を低減することができる。
　また、本実施形態によれば、保持剤は、融点が摂氏１００℃以下の材料であることを特徴としている。保持剤は、焼結工程における焼結温度より低い温度で溶融するため、保持剤の加熱時において保持剤の流動性を向上させ、ピストン冠面に倣った機能性未焼結層を形成することができる。
　また、本実施形態によれば、保持剤は、パラフィンワックスであることを特徴としている。パラフィンワックスは、加熱工程、及び又は焼結工程における加熱により、容易に揮発させることができる。
　また、本実施形態によれば、焼結工程の後に、第２状態の機能性層に対して機械加工を施さないことを特徴としている。これによれば、第２状態の機能性層に対し、仕上げ加工となる機械加工を施さないことで、ピストンの製造工程の簡素化を図ることができる。
　また、本実施形態によれば、ピストン本体部は、鋳造によって形成されており、第２状態の機能性層の平均厚さは、ピストン本体部の製造寸法誤差よりも大きいことを特徴としている。第２の状態の機能性層の平均厚さは、ピストン本体部の製造寸法誤差よりも大きいため、第２状態の機能性層の厚さの調整により、ピストン本体部の製造寸法誤差を吸収することができる。よって、ピストン本体部に機械加工を施すことなく、所望の寸法で形成された最終製品としてのピストンを得ることができる。
　次に、本発明の第２の実施形態について、図１４～図１６を用いて詳細に説明する。第１の実施形態では、アルミニウム合金の紛体３４を混入した液状の溶融パラフィン３３を使用しているが、第２の実施形態では、図８に示しているアルミニウム合金の紛体３４を混入した固形状のパラフィンのシート４２を使用している点で異なっている。
　図１４において、ピストン冠面１４には、図８で示したアルミニウム合金の紛体３４を混入した固形状のパラフィンのシート４２が載置されている。この固形状のシート４２は、ピストン冠面１４に載置されて１００℃程度の温度まで加熱される。そして、図１０に示すように、アルミニウム合金の紛体３４が均質に混入した溶融パラフィン３３となる。これの後の処理工程は図１１～図１３に示した処理工程と同じであるので、説明は省略する。
　このように、機能性焼結紛体であるアルミニウム合金の紛体３４を分散させた、固形状のパラフィンのシート４２を形成してピストン冠面１４に載置することで、第１状態の機能性層の設置工程を行うことができるため、作業性が良いという効果がある。また、アルミニウム合金の紛体（機能性焼結紛体）３４をパラフィン（保持剤）３３に保持させる工程が、ピストン冠面１４の上で行われないため、アルミニウム合金の紛体（機能性焼結紛体）３４が均質に分布したシート４２の形成が容易となる効果がある。
　また、図１５に示しているように、機能性焼結層３５（図６参照）の膜厚を調整するためにシート４２を必要な枚数（複数）を重ね合わせて用いることもできる。これによれば、シート４２の枚数を適切に選ぶことで、簡単に膜厚調整が可能となる。
　また、図１６に示すように、ピストン冠面１４の特定の領域に対して膜厚を厚くするため、部分的にシート４２を複数枚だけ重ね合わせることができる。この場合、シート４２のピストン冠面１４における分布等を自由に設定することができる。
　更に、図１７に示すように、異なった機能を備えるシート、例えば、断熱性に優れたシート４２Ａを用いて断熱性焼結層を形成し、輻射吸収性に優れたシート４２Ｂを並べて配置して輻射吸収性層を形成することもできる。このように、異なった機能性焼結層を形成できるので、新たな作用、効果が期待できる。例えば、低温始動時に、燃焼によって、輻射吸収性層によって温度が高くなるのを促進でき、この部分に燃料を噴射して燃料の揮発性を向上することができる。
　また、図１８に示すように、例えば、断熱性に優れたシート４２Ａを用いて断熱性焼結層を形成し、このシート４２Ａに輻射吸収性に優れたシート４２Ｂを重ね合わせて輻射吸収性層を形成することもできる。このように、異なった機能性焼結層を重ねて形成できるので、新たな作用、効果が期待できる。例えば、燃焼によって輻射吸収性層によって温度が高くなるのを促進でき、更に輻射吸収性層からの熱を断熱性焼結層で断熱することで、冷却損失を更に少なくすることができる。
　また、本実施形態によれば、シートの形成工程を含み、このシートの形成工程は、第１状態の機能性層の設置工程の前に行われる工程であって、保持剤をシート形状に成形することでシートを形成し、シートは、機能性焼結紛体を保持しており、第１状態の機能性層の設置工程は、シートをピストン冠面に設置する工程であることを特徴としている。
　機能性焼結粉体が保持されたシートをピストン冠面に乗せることで、機能性層の設置工程を行うことができるため、作業性が良く、また、機能性焼結紛体を保持剤に保持させる工程がピストン冠面上で行われないため、機能性焼結紛体が均一に分布したシートの形成が容易となる。
　次に、本発明の第３の実施形態について、図１９～図２０を用いて詳細に説明する。第１の実施形態では、アルミニウム合金の紛体３４を混入した液状の溶融パラフィン３３を使用しているが、第３の実施形態では、図１９に示しているアルミニウム合金の紛体３４を混入した、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のような熱可塑性樹脂（保持剤）をブロック４３として使用している点で異なっている。熱可塑性樹脂は液状とはならず、形状安定性を備えた柔らかいブロック４３として用いられる。
　図１９において、ピストン冠面１４には、アルミニウム合金の紛体３４を混入した熱可塑性樹脂のブロック４３が載置されている。このブロック４３は、ピストン冠面１４に載置されて、所定の温度まで加熱される。そして、図２０に示すように、アルミニウム合金の紛体３４が均質に混入した熱可塑性樹脂のブロック４３は、上型電極金型２４、及びピストン冠面１４の形状に沿って変形され、その形状を保持することになる。
　尚、この状態では、アルミニウム合金の紛体３４は、溶融パラフィン３３の場合と異なり、熱可塑性樹脂は液状とはならず、形状安定性を備えた柔らかい状態に維持されている。このため、アルミニウム合金の紛体３４は、ピストン冠面１４に堆積しない。
　したがって、図２０に示す状態で、熱可塑性樹脂を加熱して熱分解させながら、上型電極金型２４を下降して加圧していくと、残留しているアルミニウム合金の紛体３４が上型電極金型２４の下降に合わせて徐々にピストン冠面１４に堆積していく。そして、所定の膜厚に達すると、パルス通電を行なってアルミニウム合金の紛体３４を加熱して焼結することで、ピストン冠面１４に機能性焼結層３５を形成することができる。
　このように、ピストン冠面１４の形状に倣った、上型電極金型２４の電極面３２をブロック４３に押し付けることで、ピストン冠面１４の形状に沿って、図５に示すような機能性未焼結層３１を形成することができる。そして、この状態でパルス通電することによって、ピストン冠面１４に機能性焼結層３５を形成することができるので、機能性未焼結層３１の形成と焼結作業の効率化を図ることができる。尚、本実施形態では、熱可塑性樹脂を使用しているが、パラフィンを用いて同様の形態で実施することも可能である。
　本実施形態によれば、第１状態の機能性層の保持剤は、柔らかく流動性を有することを特徴としている。これによれば、ピストン冠面の形状に沿った上型電極金型の電極面を第１状態の機能性層を形成するブロックをピストン冠面に押し付けることで、ピストン冠面の形状に沿った第１状態の機能性層を形成することができる。
　また、本実施形態によれば、第１状態の機能性層を形成する保持剤は、熱可塑性樹脂であることを特徴としている。これによれば、加熱によって保持剤がピストン冠面の形状に沿うように形状を変化させ易くなる。
　また、本実施形態によれば、第１状態の機能性層を形成する保持剤の融点は、第１状態の機能性層を形成する機能性焼結紛体の融点より低いことを特徴としている。加熱の際に、早期に保持剤が流動し、第１状態の機能性層をピストン冠面の形状に沿った形状とすることができる。
　次に、本発明の第４の実施形態について、図２１～図２３を用いて詳細に説明する。第１の実施形態では、アルミニウム合金の紛体３４を混入した液状の溶融パラフィン３３を使用しているが、第４の実施形態では、上型電極金型２４の電極面３２に接着性を備える保持剤を塗布し、その後にアルミニウム合金の紛体３４を保持剤に保持させる点で異なっている。
　図２１に示しているように、接着剤、或いは粘着剤のような粘着性を有する保持剤４４を、スプレーガン４５によって均質に上型電極金型２４の電極面３２に吹き付けて保持剤４４を形成する。尚、この吹き付けは常温で実施しても良いものである。また、接着剤、或いは粘着剤は熱によって、蒸発、或いは熱分解する特性を備えているものがよく、好ましくは、植物由来の粘着剤をすることができる。
　次に、図２２に示しているように、スプレーガン４６に変更してアルミニウム合金の紛体３４を保持剤４４に吹き付けて、アルミニウム合金の紛体３４からなる機能性未焼結層３１　（図４に対応）　を形成する。尚、この実施形態においては、上型電極金型２４の電極面３２に保持されたアルミニウム合金の紛体３４は、ピストン冠面１４に直接的に接触する形態となる。
　したがって、図２３に示す状態で、接着剤、或いは粘着剤を加熱して熱分解させながら、上型電極金型２４を下降して加圧していき、所定の膜厚に達すると、パルス通電を行なってアルミニウム合金の紛体３４を加熱して焼結することで、ピストン冠面１４に機能性焼結層３５を形成することができる。このように、ピストン冠面１４が複雑な形状であっても、均質な機能性焼結層３５を形成することができる。
　また、スプレーガン４５による塗布工程とスプレーガン４６による塗布工程を組み合わせた工程を複数回に亘って行うこともできる。これによって、機能性焼結層３５の膜厚の調整が容易となる。尚、保持剤の塗布工程は、ピストン冠面１４の全域において、複数回に亘って繰り返して塗布して均一な機能性焼結層３５を形成しても良いし、部分的に保持剤と機能性焼結紛体の塗布を繰り返すことで、部分的に膜厚の異なる機能性焼結層３５を形成しても良い。
　また、アルミニウム合金の紛体３４のような機能性焼結紛体の塗布工程は、少なくとも最初の保持剤の塗布工程の後に行われれば良く、複数回行われる保持剤の塗布工程の全てが完了した後で、機能性焼結紛体の設置工程を行うことを意味するものではない。例えば、保持剤の塗布工程と機能性焼結紛体の塗布工程を、交互に実施するようにしても良い。
　尚、上述した説明では、上型電極金型２４の電極面３２に保持剤４４とアルミニウム合金の紛体３４のような機能性焼結紛体を塗布しているが、場合によっては、ピストン冠面１４に保持剤４４とアルミニウム合金の紛体３４のような機能性焼結紛体を塗布することも可能である。
　本実施形態によれば、第１状態の機能性層の設置工程は、保持剤の塗布工程と、機能性焼結紛体の設置工程を含み、保持剤の塗布工程は、保持剤を上型電極金型の電極面、或いはピストン冠面に塗布する工程であり、機能性焼結紛体の設置工程は、保持剤の塗布工程の後に行われ、上型電極金型の電極面、或いはピストン冠面に塗布された保持剤に、機能性焼結紛体を設置する工程であることを特徴としている。これによれば、より均一な第１状態の機能性層を形成することができる。
　また、本実施形態によれば、保持剤も呼び機能性焼結紛体の塗布工程は、複数回に亘って繰り返し行われることを特徴としている。これによれば、第１状態の機能性層の厚みの調整が可能となる。
　また、本実施形態によれば、第１状態の機能性層の設置工程は、機能性焼結紛体の設置工程と、他の機能性焼結紛体の設置工程を含み、機能性焼結紛体の設置工程は、上型電極金型の電極面、或いはピストン冠面に機能性焼結紛体を設置する工程であり、他の機能性焼結紛体の設置工程は、上型電極金型の電極面、或いはピストン冠面に別の機能性焼結紛体を設置する工程であり、夫々の設置工程は異なった工程で実施され、別の機能性焼結紛体は、ピストン本体部の金属材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料であることを特徴としている。
　これによれば、異なった機能性焼結紛体を別々の工程において設置することにより、夫々の機能性焼結紛体の量、ピストン冠面における分布等を自由に設定することができる。
　また、本実施形態によれば、第１状態の機能性層の設置工程は、第１の第１状態の機能性層の設置工程と、第２の第１状態の機能性層設置工程を含み、第１の第１状態の機能性層の設置工程におけるピストン冠面の第１状態の機能性層の設置領域と、第２の第１状態の機能性層の設置工程におけるピストン冠面の第１状態の機能性層の設置領域は、互いに異なることを特徴としている。
　これによれば、第１状態の機能性層の設置工程を複数回に亘って繰り返す場合、夫々の設置領域を異ならせることで、ピストン冠面に部分的に膜厚を変える変更が可能となる。
　次に、本発明の第５の実施形態について、図２４～図２６を用いて詳細に説明する。第４の実施形態では、上型電極金型２４の電極面３２に接着性を備える保持剤を塗布し、その後にアルミニウム合金の紛体３４（機能性焼結紛体）を保持剤に保持させているが、第５の実施形態では、ディップによって、上型電極金型２４の電極面３２に保持剤（溶融パラフィン３３）を塗布し、その後に、ディップによって機能性焼結紛体（アルミニウム合金の紛体３４）を保持剤（溶融パラフィン３３）に保持させている点で異なっている。ここで、ディップとは液体に漬すことだけではなく、紛体に漬すことも含むものである。
　図２４においては、上型電極金型２４の電極面３２を、溶融パラフィン３３が貯留された恒温容器４１にディップして、電極面３２に溶融パラフィン３３を付着させる。これによって、次の工程のアルミニウム合金の紛体３４の保持工程に進むことができる。
　図２５においては、上型電極金型２４の電極面３２に付着された溶融パラフィン３３に、紛体容器４７に貯留したアルミニウム合金の紛体３４を付着させる。これによって、溶融パラフィン３３に膜状のアルミニウム合金の紛体３４の層を形成できる。
　更に、図２６に示すように、上型電極金型２４をピストン冠面１４の上に載置して加圧、加熱しながらパルス通電を実行する。これによって、ピストン冠面１４に機能性焼結層３５を形成することができる。このように、ピストン冠面１４が複雑な形状であっても、均質な機能性焼結層３５を形成することができる。また、シート４２やブロック４３を事前に形成する等の作業を省くことができ、製造工程の簡素化を図ることができる。
　また、図２７に示しているように、アルミニウム合金の紛体３４を保持した溶融パラフィン３３が固化した後に、アルミニウム合金の紛体３４の上から再び溶融パラフィン３３をディップし、またアルミニウム合金の紛体３４もディップして、複数の層を形成することで、機能性焼結層３５（図６参照）の膜厚を調整することもできる。これによれは、ディップの回数を適切に選ぶことで、簡単に膜厚調整が可能となる。
　また、図１６に示すように、ピストン冠面１４の特定の領域に対して膜厚を厚くするため、部分的にマスクを施して必要な領域だけディップの回数を増やせば膜厚を調整することができる。この場合、マスクによってピストン冠面１４における分布等を自由に設定することができる。
　更に、図１７示すように、異なった機能を備える機能性焼結粉末、例えば、断熱性に優れた機能性焼結粉末を用いて断熱性焼結層を形成し、輻射吸収性に優れた機能性焼結粉末を用いて輻射吸収性層を形成することもできる。また、図１８に示すように、断熱性に優れた機能性焼結粉末を用いて断熱性焼結層を形成し、この機能性焼結粉末に輻射吸収性に優れた機能性焼結粉末を重ね合わせて輻射吸収性層を形成することもできる。
　尚、上述した説明では、上型電極金型２４の電極面３２に保持剤４４とアルミニウム合金の紛体３４をディップして塗布しているが、場合によっては、ピストン冠面１４に保持剤４４とアルミニウム合金の紛体３４をディップして塗布することも可能である。
　本実施形態によれば、第１状態の機能性層の設置工程は、保持剤の塗布工程と、機能性焼結紛体の設置工程を含み、保持剤の塗布工程は、保持剤を上型電極金型の電極面、或いはピストン冠面にディップによって塗布する工程であり、機能性焼結紛体の設置工程は、保持剤の塗布工程の後に行われ、上型電極金型の電極面、或いはピストン冠面に塗布された保持剤に、ディップによって焼結材を設置する工程であることを特徴としている。
　これによれば、ピストン冠面が複雑な形状であっても、均質な機能性焼結層３５を形成することができる。また、シートやブロックを事前に形成する等の作業を省くことができ、製造工程の簡素化を図ることができる。
　また、本実施形態によれば、第１状態の機能性層の設置工程は、機能性焼結紛体の設置工程と、他の機能性焼結紛体の設置工程を含み、機能性焼結紛体の設置工程は、上型電極金型の電極面、或いはピストン冠面に機能性焼結紛体を設置する工程であり、他の機能性焼結紛体の設置工程は、上型電極金型の電極面、或いはピストン冠面に別の機能性焼結紛体を設置する工程であり、夫々の設置工程は異なった工程で実施され、別の機能性焼結紛体は、ピストン本体部の金属材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料であることを特徴としている。
　これによれば、異なった機能性焼結紛体を別々の工程において設置することにより、夫々の機能性焼結紛体の量、ピストン冠面における分布等を自由に設定することができる。
　また、本実施形態によれば、第１状態の機能性層の設置工程は、第１の第１状態の機能性層の設置工程と、第２の第１状態の機能性層設置工程を含み、第１の第１状態の機能性層の設置工程におけるピストン冠面の第１状態の機能性層の設置領域と、第２の第１状態の機能性層の設置工程におけるピストン冠面の第１状態の機能性層の設置領域は、互いに異なることを特徴としている。
　これによれば、第１状態の機能性層の設置工程を複数回に亘って繰り返す場合、夫々の設置領域を異ならせることで、ピストン冠面に部分的に膜厚を変える変更が可能となる。
　以上述べたように、本発明によれば、ピストン本体部が金属材料で形成されており、このピストン本体部がピストン冠部とスカート部を備えたピストンの製造方法であって、少なくとも、機能性焼結紛体を保持した、樹脂、接着剤、または蝋の１つ以上を含む保持剤からなる第１状態の機能性層を、ピストン冠部の表面であるピストン冠面に設置する機能性層の設置工程と、機能性層の設置工程の後に実施され、第１状態の機能性層を加熱して保持剤の体積を第１状態の機能性層よりも減少し、且つ機能性焼結紛体を焼結してピストン冠面に第２状態の機能性層を形成する焼結工程とからなる内燃機関用ピストンの製造方法を提案するものである。
　これによれば、保持剤により機能性焼結紛体をピストン冠面に均質に保持させることで、ピストン冠面の形状に倣った機能性層の形成を容易にすることができる。
　尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　以上説明した実施形態に基づく内燃機関用ピストンの製造方法としては、例えば、以下に述べる態様のものが考えられる。
　すなわち、当該内燃機関用ピストンの製造方法は、その１つの態様において、内燃機関用ピストンの製造方法であって、ピストン本体部は金属材料で形成されており、ピストンヘッド部と、ピストンスカート部を備えており、第１状態の機能性層の設置工程であって、前記ピストンヘッド部の表面であるピストン冠面に前記第１状態の機能性層を設置する工程を含み、前記第１状態の機能性層は、機能性焼結材と保持剤を含み、前記機能性焼結材は粉体（以下、機能性焼結紛体と表記する）であって、前記保持剤は、樹脂、粘性液体、接着剤、またはワックス（蝋）を含み、前記ピストン冠面に前記機能性焼結紛体を保持可能である、前記第１状態の機能性層の設置工程と、焼結工程であって、前記第１状態の機能性層の設置工程の後に行われ、前記第１状態の機能性層を加熱することで、第２状態の機能性層に変化させる工程であって、前記第２状態の機能性層は、前記保持剤の体積が前記第１状態の機能性層よりも減少しており、前記機能性焼結紛体は焼結体となっている、前記焼結工程と、を有する。
　前記内燃機関用ピストンの製造方法の好ましい態様において、前記保持剤は、前記第１状態の機能性層の設置工程の後の加熱工程、及び又は前記焼結工程において、熱分解、燃焼、または蒸発する材料である。
　別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記第２状態の機能性層の前記焼結体は、前記保持剤の体積の減少に伴う空隙を有する。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記保持剤は、融点が摂氏１００℃以下の材料である。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記保持剤は、パラフィンワックスである。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記第１状態の機能性層の前記保持剤は、シート形状を有する。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、シート材の形成工程を含み、前記シート材の形成工程は、前記第１状態の機能性層の設置工程の前に行われる工程であって、前記保持剤をシート形状に成形することで前記シート材を形成し、前記シート材は、前記機能性焼結紛体を保持しており、前記第１状態の機能性層の設置工程は、前記シート材を前記ピストン冠面に設置する工程である。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記保持剤は、パラフィンワックスである。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記第１状態の機能性層の設置工程は、保持剤塗布工程と、前記機能性焼結紛体の設置工程を含み、前記保持剤塗布工程は、前記保持剤を前記ピストン冠面に塗布する工程であって、前記機能性焼結紛体の設置工程は、前記保持剤塗布工程の後に行われ、前記ピストン冠面に塗布された前記保持剤に、前記機能性焼結紛体を設置する工程である。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記保持剤塗布工程は、前記保持剤を前記ピストン冠面にスプレーにより塗布する工程である。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記保持剤塗布工程は、複数回に亘って繰り返し行われる。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記第１状態の機能性層の前記保持剤は、柔らかく流動性を有する。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記第１状態の機能性層の前記保持剤は、熱可塑性樹脂である。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記第１状態の機能性層の前記保持剤の融点は、前記第１状態の機能性層の前記機能性焼結紛体の融点より低い。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記保持剤は、パラフィンワックスである。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記第１状態の機能性層の設置工程は、前記保持剤を前記ピストン冠面にディップにより塗布する工程を含む。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記焼結工程の後に、前記第２状態の機能性層に対し機械加工を施さない。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記ピストン本体部は、鋳造によって形成されており、前記第２状態の機能性層の平均厚さは、前記ピストン本体部の製造寸法誤差よりも大きい。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記第１状態の機能性層の設置工程は、前記機能性焼結紛体の設置工程と、これとは別の機能性焼結紛体の設置工程を含み、前記機能性焼結紛体の設置工程は、前記ピストン冠面に前記機能性焼結紛体を設置する工程であって、前記別の機能性焼結紛体の設置工程は、前記ピストン冠面に前記別の機能性焼結紛体を設置する工程であって、前記機能性焼結紛体の設置工程とは別の行程で実施され、前記別の機能性焼結紛体は、前記ピストン本体部の金属材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料である。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記第１状態の機能性層の設置工程は、第１の第１状態の機能性層の設置工程と、第２の第１状態の機能性層の設置工程を含み、前記第１の第１状態の機能性層の設置工程における前記ピストン冠面の前記第１状態の機能性層の設置領域と、前記第２の第１状態の機能性層の設置工程における前記ピストン冠面の前記第１状態の機能性層の設置領域とは互いに異なる領域である。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記焼結工程は、前記第１状態の機能性層に電極を当接させて通電することで前記機能性焼結紛体を焼結させる工程である。
　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記第１状態の機能性層は、別の機能性焼結紛体を含み、前記別の機能性焼結紛体は、前記ピストン本体部の金属材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料である。
　また、別の観点から、当該内燃機関用ピストンの製造方法は、その１つの態様において、金属材料で形成され、ピストン冠部とスカート部を備えたピストン本体部からなるピストンの製造方法であって、少なくとも、加熱することで消失する保持剤に機能性焼結紛体を分散して保持した機能性未焼結層を、前記ピストン冠部のピストン冠面に形成する形成行程と、前記機能性未焼結層の形成工程の後に実施され、前記機能性未焼結層を加熱して前記保持剤を消失し、残留した前記機能性焼結紛体を焼結して前記ピストン冠面に機能性焼結層を形成する焼結工程とからなる。
　前記内燃機関用ピストンの製造方法の好ましい態様において、前記形成行程と前記焼結工程の間であって、前記保持剤の沸点より高い温度で前記機能性未焼結層を加熱して前記保持剤を消失させる加熱工程を含む。
　別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記機能性未焼結層には導電性材料の紛体が添加されている。
　さらに、別の好ましい態様では、前記内燃機関用ピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記機能性焼結紛体はアルミニウム合金の紛体であり、前記保持剤はパラフィンワックスであり、前記導電性材料は植物由来の炭の紛体である。

Claims (26)

  1. 　内燃機関用ピストンの製造方法であって、
    　ピストン本体部は金属材料で形成されており、ピストンヘッド部と、ピストンスカート部を備えており、
    　第１状態の機能性層の設置工程であって、前記ピストンヘッド部の表面であるピストン冠面に前記第１状態の機能性層を設置する工程を含み、
    　前記第１状態の機能性層は、機能性焼結材と保持剤を含み、前記機能性焼結材は粉体（以下、機能性焼結紛体と表記する）であって、前記保持剤は、樹脂、粘性液体、接着剤、またはワックス（蝋）を含み、前記ピストン冠面に前記機能性焼結紛体を保持可能である、前記第１状態の機能性層の設置工程と、
    　焼結工程であって、前記第１状態の機能性層の設置工程の後に行われ、前記第１状態の機能性層を加熱することで、第２状態の機能性層に変化させる工程であって、
    　前記第２状態の機能性層は、前記保持剤の体積が前記第１状態の機能性層よりも減少しており、前記機能性焼結紛体は焼結体となっている、前記焼結工程と、を有することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  2. 　請求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記保持剤は、前記第１状態の機能性層の設置工程の後の加熱工程、及び又は前記焼結工程において、熱分解、燃焼、または蒸発する材料であることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  3. 　請求項２に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記第２状態の機能性層の前記焼結体は、前記保持剤の体積の減少に伴う空隙を有することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  4. 　請求項２に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記保持剤は、融点が摂氏１００℃以下の材料であることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  5. 　請求項４に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記保持剤は、パラフィンワックスであることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  6. 　請求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記第１状態の機能性層の前記保持剤は、シート形状を有することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  7. 　請求項６に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　シート材の形成工程を含み、
    　前記シート材の形成工程は、前記第１状態の機能性層の設置工程の前に行われる工程であって、前記保持剤をシート形状に成形することで前記シート材を形成し、
    　前記シート材は、前記機能性焼結紛体を保持しており、
    　前記第１状態の機能性層の設置工程は、前記シート材を前記ピストン冠面に設置する工程であることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  8. 　請求項７に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記保持剤は、パラフィンワックスであることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  9. 　請求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記第１状態の機能性層の設置工程は、保持剤塗布工程と、前記機能性焼結紛体の設置工程を含み、
    　前記保持剤塗布工程は、前記保持剤を前記ピストン冠面に塗布する工程であって、
    　前記機能性焼結紛体の設置工程は、前記保持剤塗布工程の後に行われ、前記ピストン冠面に塗布された前記保持剤に、前記機能性焼結紛体を設置する工程であることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  10. 　請求項９に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記保持剤塗布工程は、前記保持剤を前記ピストン冠面にスプレーにより塗布する工程であることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  11. 　請求項９に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記保持剤塗布工程は、複数回に亘って繰り返し行われることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  12. 　請求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記第１状態の機能性層の前記保持剤は、柔らかく流動性を有することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  13. 　請求項１２に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記第１状態の機能性層の前記保持剤は、熱可塑性樹脂であることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  14. 　請求項１２に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記第１状態の機能性層の前記保持剤の融点は、前記第１状態の機能性層の前記機能性焼結紛体の融点より低いことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  15. 　請求項１４に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記保持剤は、パラフィンワックスであることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  16. 　請求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記第１状態の機能性層の設置工程は、前記保持剤を前記ピストン冠面にディップにより塗布する工程を含むことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  17. 　請求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記焼結工程の後に、前記第２状態の機能性層に対し機械加工を施さないことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  18. 　請求項１７に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記ピストン本体部は、鋳造によって形成されており、
    　前記第２状態の機能性層の平均厚さは、前記ピストン本体部の製造寸法誤差よりも大きいことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  19. 　請求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記第１状態の機能性層の設置工程は、前記機能性焼結紛体の設置工程と、これとは別の機能性焼結紛体の設置工程を含み、
    　前記機能性焼結紛体の設置工程は、前記ピストン冠面に前記機能性焼結紛体を設置する工程であって、
    　前記別の機能性焼結紛体の設置工程は、前記ピストン冠面に前記別の機能性焼結紛体を設置する工程であって、前記機能性焼結紛体の設置工程とは別の行程で実施され、
    　前記別の機能性焼結紛体は、前記ピストン本体部の金属材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料であることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  20. 　請求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記第１状態の機能性層の設置工程は、第１の第１状態の機能性層の設置工程と、第２の第１状態の機能性層の設置工程を含み、
    　前記第１の第１状態の機能性層の設置工程における前記ピストン冠面の前記第１状態の機能性層の設置領域と、前記第２の第１状態の機能性層の設置工程における前記ピストン冠面の前記第１状態の機能性層の設置領域とは互いに異なる領域であることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  21. 　請求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記焼結工程は、前記第１状態の機能性層に電極を当接させて通電することで前記機能性焼結紛体を焼結させる工程であることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  22. 　請求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記第１状態の機能性層は、別の機能性焼結紛体を含み、
    　前記別の機能性焼結紛体は、前記ピストン本体部の金属材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料であることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  23. 　金属材料で形成され、ピストン冠部とスカート部を備えたピストン本体部からなるピストンの製造方法であって、少なくとも、
    　加熱することで消失する保持剤に機能性焼結紛体を分散して保持した機能性未焼結層を、前記ピストン冠部のピストン冠面に形成する形成行程と、
    　前記機能性未焼結層の形成工程の後に実施され、前記機能性未焼結層を加熱して前記保持剤を消失し、残留した前記機能性焼結紛体を焼結して前記ピストン冠面に機能性焼結層を形成する焼結工程とからなることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  24. 　請求項２３に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記形成行程と前記焼結工程の間であって、前記保持剤の沸点より高い温度で前記機能性未焼結層を加熱して前記保持剤を消失させる加熱工程を含むことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  25. 　請求項２４に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記機能性未焼結層には導電性材料の紛体が添加されていることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
  26. 　請求項２５に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
    　前記機能性焼結紛体はアルミニウム合金の紛体であり、前記保持剤はパラフィンワックスであり、前記導電性材料は植物由来の炭の紛体であることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
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