JPH0337023B2 - - Google Patents
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- JPH0337023B2 JPH0337023B2 JP61285639A JP28563986A JPH0337023B2 JP H0337023 B2 JPH0337023 B2 JP H0337023B2 JP 61285639 A JP61285639 A JP 61285639A JP 28563986 A JP28563986 A JP 28563986A JP H0337023 B2 JPH0337023 B2 JP H0337023B2
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- piston
- internal combustion
- combustion engine
- manufacturing
- skirt
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- 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
- F02F3/0015—Multi-part pistons
- F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
-
- 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
- F02F3/0015—Multi-part pistons
- F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
- F02F2003/0061—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping by welding
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は内燃機関のピストンの製造方法に関
し、特に、ヘツド部がAl基複合材料からなり、
スカート部がAl又はAl合金からなる内燃機関の
ピストンの製造方法に係る。 ［従来技術］ （背景） 内燃機関のピストンには燃費向上のため軽量化
が要求される。 かかる要求に応じるためピストンの材質として
Al合金を使用することが検討された。 しかし、ピストンのヘツド部には高い耐熱性、
高い耐摩耗性、高強度、高耐性、熱膨張率が小さ
いことが要求されるので、ピストンの材質として
Al合金を使用した場合にはかかる要求を満たす
ことはできない。 そこで、高い耐熱性、高い耐摩耗性、高強度、
高剛性、小熱膨張性を満たすために、ピストンの
材質としてAl基複合材料を使用することが検討
された。 しかし、Al基複合材料は冷間加工性が悪いた
め、ピストンの材質としてAl基複合材料を使用
する場合には、Al基複合材料をピストン形状に
冷間加工することが困難となる。また、Al基複
合材料自体が高価なためピストンが高価になつて
しまうという問題がある。 そのため、ピストンのヘツド部のみをAl基複
合材料とし、他の部分はAl合金とする試みがな
されている（特開昭58−100642号公報）。 （従来技術の構成） ところで、ピストンのヘツド部のみをAl基複
合材料とし、他の部分はAl合金としたピストン
の製造方法としては次の技術が知られている。 第５図に示すように、鋳型２０キヤビテイー
２２内に、ヘツド部形状に成形された複合材料
（プリフオーム２４）を予め配置し、このプリ
フオーム２４が配置された鋳型２０内にAl金
属あるいはAl合金の溶湯２６を鋳込み、鋳込
み後、静水的高圧力を加えたまま凝固させるこ
とにより造ピストンを製造するいわゆる溶湯鍛
造法。 Al基複合材料よりなるヘツド部とAl金属あ
るいはAl合金よりなるスカート部とをアーク
溶接又はフラツシユバツト溶接することにより
ピストンを製造する方法。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記従来技術には次のような問題点が
ある。 上記した溶湯鍛造法においては、製品コスト
が高く、実用的でない。 アーク溶接又はフラツシユバツト溶接する方
法においては、溶接時のアーク熱又はフラツシ
ングによる熱でAl基複合材料中の強化材（例
えばSiCウイスカ）が分解し、分解により発生
するガスのため溶接部にブローホールを生じた
り、酸化物を生じたりするという問題点。 ［問題点を解決するための手段］ 上記問題点は、ヘツド部が、Al金属又はAl合
金よりなるマトリクスを粒子又は繊維で強化して
なるAl基複合材料からなり、スカート部がAl又
はAl合金からなる内燃機関のピストンの製造方
法において、該ヘツド部と該スカート部とを摩擦
溶接により接合することを特徴とする内燃機関の
ピストンの製造方法によつて解決される。 以下に本発明を詳細に説明する。 本発明においてはヘツド部がAl基複合材料か
らなる。 Al基複合材料としては、Al金属又はAl合金の
マトリツクスを各種の繊維もしくは粒子で強化し
たものならば特に限定されない。 マトリクスのAl合金としては、特に限定され
ないが、例えば、AC8A，6061，2024，2219，
7075，4032，AC8B，AC8C，AC9A，AC9B，
AC5A等を用いればよい。 強化材の粒子としては、例えば、SiC、Al2O3、
Si3N4、ZrO2、TiC、TiO2等のセラミツク粒子を
用いればよい。 また、強化材の繊維としては、例えば、SiCウ
イスカ、Si3N4等のウイスカ、Ｃ、Al2O3、Al2O3
−SiO2、SiC等の短繊維、および長繊維を用いれ
ばよい。 なお、以上の強化材例のうち、繊維としては
SiCが好ましい。 さらに、次の性状を有するSiCウイスカを用い
ることがより好ましい。 ●直径 0.1μm〜2μm ●長さ 10〜1000μm これは、この範囲の直径のSiCウイスカが製
造容易であり、経済的であるからである。 ●アスペクト比 100以上 アスペクト比が100以上の場合に強度の向上
が特に著しいからである。 ●Vf ５〜40％ ５％未満では強度の向上効果があまり期待で
きず、一方、40％を超えると強度の向上効果は
飽和するので、経済的に損だからである。 ここで、 アスペクト比＝ウイスカ長さ／ウイスカ直径 Vf＝ウイスカ体積／ウイスカ体積＋マトリクス体積 である。 なお、Al基複合材料からなるヘツド部の製造
方法は特に問わないが、例えば、粉末法、溶湯鍛
造法等によればよい。 一方、スカート部はAl金属又はAl合金からな
る。 ここで、スカート部のAl合金としては、特に
限定されないが、例えば、AC8A，6061，2024，
2219，7075，4032，AC8B，AC8C，AC9A，
AC9B，AC5A等を用いればよい。 本発明では、あらかじめピストンのヘツド部の
みを健全なAl基複合材料で作成し（製造方法は
問わない）、このヘツド部を、Al金属又はAl合金
からなるスカート部と摩擦溶接にて接合すること
により、部分強化ピストンを製造する。 なお、摩擦溶接後は必要に応じ、機械加工およ
び熱処理を施す。 接合部の形状は、後述する第１図、第２図、第
３図、第４図等に示す形状が考えられるが、これ
らの形状に限定されるものではない。 また、ピストン形状にも限定されるものではな
い。 接合位置も特に制限されるものではないが、ピ
ストンリングはめ込み部分は、Al基複合材料の
方に設けることが好ましい。なぜならば、ピスト
ンリングはめ込み部分は、エンジン作動時に高温
になる。従つて、 ピストンリングはめ込み部分を、高温強度の
高いAl基複合材料の方に設けることによりピ
ストンリングはめ込み部分の高温強度を高くす
ることができる。 ピストンリングはめ込み部分は熱膨張する
が、ピストンリングはめ込み部分を、熱膨張率
の小さなAl基複合材料の方に設けると、ピス
トンリングはめ込み部分の熱膨張率は小さくな
るのでピストンリングを固定してしまうことが
なく、従つて、ピストンリングは耐えずシリン
ダ壁面にあたり、シール性が良くなるからであ
る。 ［発明の実施例］ 以下実施例を参照して本発明を詳細に説明す
る。 （第１実施例） 第１図に第１実施例を示す。 第１図中、ヘツド部１はAl基複合材料（繊
維：SiCウイスカ、マトリツクス：6061合金）よ
りなり、スカート部２はAl合金（6061合金又は
AC8A）よりなる。 なお、SiCウイスカとしては次のものを用い
た。 ●径 0.5μm ●長さ 50〜100μm ●アスペクト比 100〜200 Vf値 20％ なお、ピストンの外径は40mm、長さは60mmであ
る。 本例では、スカート部２の摩擦溶接すべき接合
面２ａ，２ｂを円環状に形成し、ヘツド部２の摩
擦溶接すべき接合面１ａ，１ｂを、スカート部２
の摩擦溶接すべき接合面２ａ，２ｂと略同面積で
且つ円環状に形成すべく、ヘツド部１及びスカー
ト部２の軸心方向にそれぞれ凹部３，４を設けて
いる。 ヘツド部１とスカート部２の接合面をこのよう
に薄肉化すると、摩擦溶接する際に両者のヒート
バランスがとれ、両者のうちの一方（熱容量の大
きな方）のみの温度が上がりにくくなることを防
止することができる。従つて、熱容量の大きい方
の接合面に付着した酸化物あるいは油脂等の汚れ
も十分に外に押出され、酸化物あるいは油脂等の
汚れに起因する欠陥の発生をも防止することがで
きる。 スカート部２を回転させながら、ヘツド部１に
接触させ、摩擦熱より加熱し、設定より代に達し
た時点でブーキを付加し、スカート部２を急停止
させると共に加圧し、摩擦溶接を行なつた。 溶接は、加熱圧力P1（摩擦中の推力のゲージ圧
力）、アツプセツト圧力P2（停止後の推力のゲー
ジ圧力）、回転数Ｎ、加熱時設定より代Se1を変え
実施した。 第１比較例として、摩擦溶接時に用いて材料と
同じものを用いて第１図の接合面１ａと２ａと
を、また、接合面１ｂと２ｂとを相対させ、開先
部とし、テイグにて周溶接し、ピストンを製造し
た。以下本方法をアーク溶接法と呼ぶ。 また、第２比較例として、摩擦溶接時に用いた
材料と同じものを用いて、第１図の接合面１ａと
２ａとを、また、接合面１ｂと２ｂを相対させ、
フラツシユバツト溶接し、ピストンを製造した。
以下本方法をフラツシユバツト溶接法と呼ぶ。 以上の条件を表１に示す。また完成したピスト
ンについてAl基複合材料、Al合金界面の顕微鏡
観察、界面強度を測定し、その結果についても表
１に示す。 実施例Ａ〜Ｅはスカート部材質が6061、実施例
Ｆ〜Ｇはスカート部材質がAC8Aであるが、いず
れも界面強度は28Kgｆ／mm2以上で、界面近傍の
6061又はAC8Aの母材で破断した。また顕微鏡観
察によつても界面は健全であつた。 一方、比較例Ｈはアーク溶接法、比較例はフ
ラツシユバツト溶接法によるものであるが、界面
に酸化膜、酸化物、ブローホール、割れ等の欠陥
が認められ、界面強度も12〜15Kgｆ／mm2程度と低
く、実用にはならない。 （第２実施例） 第２図に第２実施例を示す。 本例では、スカート部２側に突出し、かつ、ス
カート部２の凹部４の内径より小さな外径を有す
る円筒状の突出部５をヘツド部部１の摩擦溶接す
べき接合面１ａ，１ｂに設け、該突出部の根元近
傍において、直径方向内側にへこんだ溝部６を該
突出部５の外周に設けてある。 かかる溝部６を設けることにより、摩擦溶接す
る際に発生するバリはこの溝部６に収納され、ピ
ストン内部にはバリははみださない。すなわち、
第１実施例の場合は、バリはピストンの内部にも
はみだし、このバリが脱落するとピストン内部に
入り込み、ピストンのトラブルを生じせしめるこ
とがあるが、本例ではかかる事態を防止すること
ができる。 他の点は第１実施例と同様である。 （第３実施例） 第３図に第３実施例を示す。 本例では、スカート部２に設けた凹部４が有底
で且つ当該底部７に軸心方向に該凹部４とスカー
ト部２の内部８とを連通する連通孔９を設けてあ
る。 本例ではこのように凹部４が有底であるので、
摩擦溶接の際に内バリが生じ、それが脱落したと
してもこの底部７に脱落したバリがたまるので、
ピストン内部８に入りこむのを防止している。 なお、連通孔９を設けたのは、ヘツド部１の凹
部３とスカート部２の凹部４とで形成される空間
内の空気が、摩擦溶接時の摩擦熱あるいは使用時
の熱のため膨張するのでこの膨張した空気を外部
に逃がすためである。従つて、連通孔９を設ける
位置。形状は特に問わない。第４図に示すように
直線状でもよいし、また、曲折せしめてもよい。
曲折せしめた場合には空気は通過するが、脱落し
たバリはピストン内部に入りにくくなるので好ま
しい。 なお、他の点は第１実施例と同様である。 （第４実施例） 第４図に第４実施例を示す。 本例では、ヘツド部１及び／又はスカート部２
の摩擦溶接すべき接合面１ａ，１ｂを突起形状と
した。 第４図ではヘツド部１の摩擦溶接すべき接合面
１ａを突起形状としている。 Al基複合材料とAl又はAl合金との間には硬度
差があるため、両者の接合面とともに平面とする
と、ヘツド部とスカート部の中心軸と回転軸とが
少しでもずれた場合、相対速度の速い外周部が最
初に接触し、その部分が優先的に変形するため、
回転中心部に酸化物が残り、接合不良が発生す
る。しかるに、本例のように少なくともいずれか
の接合面を突起形状とすると、両者は回転中心部
から接触していくため、中心部の酸化物は外周部
へ押出され健全な接合が行なわれる。 なお、突起形状は、第４図では円錐状のものを
示しているが、円錐状に限らない。要は、回転中
心部より徐々に接触する形状（たとえば半球状）
であればよいことは以上の説明より明らかであ
る。 なお、突起形状の先端面積としては10mm2以下が
好ましい。10mm2を超える場合には、接合面中心部
に酸化膜が残り、融合不良が生じる場合があるか
らである。 これらの結果から本発明方法によれば、Al基
複合材料、Al材料間界面に脆弱な金属間化合物
や酸化膜を形成させずに、充分な強度を持つ部分
強化ピストンを製造可能なことがわかる。 ［発明の効果］ 本発明は以上のように構成したので以下のもろ
もろの効果が得られる。 軽量のピストンが製造できる。 ヘツド部が、優れた耐熱性、優れた耐摩耗
性、高強度、高剛性、熱膨張率の小さいピスト
ンを製造することができる。 素材費、加工費が安価となる。 ヘツド部とスカート部との界面に酸化物、割
れ、ラミネーシヨン等の欠陥が存在しないピス
トンを製造することができる。 溶接部にブローホール、酸化物の存在しない
ピストンを製造することができる。 【表】
し、特に、ヘツド部がAl基複合材料からなり、
スカート部がAl又はAl合金からなる内燃機関の
ピストンの製造方法に係る。 ［従来技術］ （背景） 内燃機関のピストンには燃費向上のため軽量化
が要求される。 かかる要求に応じるためピストンの材質として
Al合金を使用することが検討された。 しかし、ピストンのヘツド部には高い耐熱性、
高い耐摩耗性、高強度、高耐性、熱膨張率が小さ
いことが要求されるので、ピストンの材質として
Al合金を使用した場合にはかかる要求を満たす
ことはできない。 そこで、高い耐熱性、高い耐摩耗性、高強度、
高剛性、小熱膨張性を満たすために、ピストンの
材質としてAl基複合材料を使用することが検討
された。 しかし、Al基複合材料は冷間加工性が悪いた
め、ピストンの材質としてAl基複合材料を使用
する場合には、Al基複合材料をピストン形状に
冷間加工することが困難となる。また、Al基複
合材料自体が高価なためピストンが高価になつて
しまうという問題がある。 そのため、ピストンのヘツド部のみをAl基複
合材料とし、他の部分はAl合金とする試みがな
されている（特開昭58−100642号公報）。 （従来技術の構成） ところで、ピストンのヘツド部のみをAl基複
合材料とし、他の部分はAl合金としたピストン
の製造方法としては次の技術が知られている。 第５図に示すように、鋳型２０キヤビテイー
２２内に、ヘツド部形状に成形された複合材料
（プリフオーム２４）を予め配置し、このプリ
フオーム２４が配置された鋳型２０内にAl金
属あるいはAl合金の溶湯２６を鋳込み、鋳込
み後、静水的高圧力を加えたまま凝固させるこ
とにより造ピストンを製造するいわゆる溶湯鍛
造法。 Al基複合材料よりなるヘツド部とAl金属あ
るいはAl合金よりなるスカート部とをアーク
溶接又はフラツシユバツト溶接することにより
ピストンを製造する方法。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記従来技術には次のような問題点が
ある。 上記した溶湯鍛造法においては、製品コスト
が高く、実用的でない。 アーク溶接又はフラツシユバツト溶接する方
法においては、溶接時のアーク熱又はフラツシ
ングによる熱でAl基複合材料中の強化材（例
えばSiCウイスカ）が分解し、分解により発生
するガスのため溶接部にブローホールを生じた
り、酸化物を生じたりするという問題点。 ［問題点を解決するための手段］ 上記問題点は、ヘツド部が、Al金属又はAl合
金よりなるマトリクスを粒子又は繊維で強化して
なるAl基複合材料からなり、スカート部がAl又
はAl合金からなる内燃機関のピストンの製造方
法において、該ヘツド部と該スカート部とを摩擦
溶接により接合することを特徴とする内燃機関の
ピストンの製造方法によつて解決される。 以下に本発明を詳細に説明する。 本発明においてはヘツド部がAl基複合材料か
らなる。 Al基複合材料としては、Al金属又はAl合金の
マトリツクスを各種の繊維もしくは粒子で強化し
たものならば特に限定されない。 マトリクスのAl合金としては、特に限定され
ないが、例えば、AC8A，6061，2024，2219，
7075，4032，AC8B，AC8C，AC9A，AC9B，
AC5A等を用いればよい。 強化材の粒子としては、例えば、SiC、Al2O3、
Si3N4、ZrO2、TiC、TiO2等のセラミツク粒子を
用いればよい。 また、強化材の繊維としては、例えば、SiCウ
イスカ、Si3N4等のウイスカ、Ｃ、Al2O3、Al2O3
−SiO2、SiC等の短繊維、および長繊維を用いれ
ばよい。 なお、以上の強化材例のうち、繊維としては
SiCが好ましい。 さらに、次の性状を有するSiCウイスカを用い
ることがより好ましい。 ●直径 0.1μm〜2μm ●長さ 10〜1000μm これは、この範囲の直径のSiCウイスカが製
造容易であり、経済的であるからである。 ●アスペクト比 100以上 アスペクト比が100以上の場合に強度の向上
が特に著しいからである。 ●Vf ５〜40％ ５％未満では強度の向上効果があまり期待で
きず、一方、40％を超えると強度の向上効果は
飽和するので、経済的に損だからである。 ここで、 アスペクト比＝ウイスカ長さ／ウイスカ直径 Vf＝ウイスカ体積／ウイスカ体積＋マトリクス体積 である。 なお、Al基複合材料からなるヘツド部の製造
方法は特に問わないが、例えば、粉末法、溶湯鍛
造法等によればよい。 一方、スカート部はAl金属又はAl合金からな
る。 ここで、スカート部のAl合金としては、特に
限定されないが、例えば、AC8A，6061，2024，
2219，7075，4032，AC8B，AC8C，AC9A，
AC9B，AC5A等を用いればよい。 本発明では、あらかじめピストンのヘツド部の
みを健全なAl基複合材料で作成し（製造方法は
問わない）、このヘツド部を、Al金属又はAl合金
からなるスカート部と摩擦溶接にて接合すること
により、部分強化ピストンを製造する。 なお、摩擦溶接後は必要に応じ、機械加工およ
び熱処理を施す。 接合部の形状は、後述する第１図、第２図、第
３図、第４図等に示す形状が考えられるが、これ
らの形状に限定されるものではない。 また、ピストン形状にも限定されるものではな
い。 接合位置も特に制限されるものではないが、ピ
ストンリングはめ込み部分は、Al基複合材料の
方に設けることが好ましい。なぜならば、ピスト
ンリングはめ込み部分は、エンジン作動時に高温
になる。従つて、 ピストンリングはめ込み部分を、高温強度の
高いAl基複合材料の方に設けることによりピ
ストンリングはめ込み部分の高温強度を高くす
ることができる。 ピストンリングはめ込み部分は熱膨張する
が、ピストンリングはめ込み部分を、熱膨張率
の小さなAl基複合材料の方に設けると、ピス
トンリングはめ込み部分の熱膨張率は小さくな
るのでピストンリングを固定してしまうことが
なく、従つて、ピストンリングは耐えずシリン
ダ壁面にあたり、シール性が良くなるからであ
る。 ［発明の実施例］ 以下実施例を参照して本発明を詳細に説明す
る。 （第１実施例） 第１図に第１実施例を示す。 第１図中、ヘツド部１はAl基複合材料（繊
維：SiCウイスカ、マトリツクス：6061合金）よ
りなり、スカート部２はAl合金（6061合金又は
AC8A）よりなる。 なお、SiCウイスカとしては次のものを用い
た。 ●径 0.5μm ●長さ 50〜100μm ●アスペクト比 100〜200 Vf値 20％ なお、ピストンの外径は40mm、長さは60mmであ
る。 本例では、スカート部２の摩擦溶接すべき接合
面２ａ，２ｂを円環状に形成し、ヘツド部２の摩
擦溶接すべき接合面１ａ，１ｂを、スカート部２
の摩擦溶接すべき接合面２ａ，２ｂと略同面積で
且つ円環状に形成すべく、ヘツド部１及びスカー
ト部２の軸心方向にそれぞれ凹部３，４を設けて
いる。 ヘツド部１とスカート部２の接合面をこのよう
に薄肉化すると、摩擦溶接する際に両者のヒート
バランスがとれ、両者のうちの一方（熱容量の大
きな方）のみの温度が上がりにくくなることを防
止することができる。従つて、熱容量の大きい方
の接合面に付着した酸化物あるいは油脂等の汚れ
も十分に外に押出され、酸化物あるいは油脂等の
汚れに起因する欠陥の発生をも防止することがで
きる。 スカート部２を回転させながら、ヘツド部１に
接触させ、摩擦熱より加熱し、設定より代に達し
た時点でブーキを付加し、スカート部２を急停止
させると共に加圧し、摩擦溶接を行なつた。 溶接は、加熱圧力P1（摩擦中の推力のゲージ圧
力）、アツプセツト圧力P2（停止後の推力のゲー
ジ圧力）、回転数Ｎ、加熱時設定より代Se1を変え
実施した。 第１比較例として、摩擦溶接時に用いて材料と
同じものを用いて第１図の接合面１ａと２ａと
を、また、接合面１ｂと２ｂとを相対させ、開先
部とし、テイグにて周溶接し、ピストンを製造し
た。以下本方法をアーク溶接法と呼ぶ。 また、第２比較例として、摩擦溶接時に用いた
材料と同じものを用いて、第１図の接合面１ａと
２ａとを、また、接合面１ｂと２ｂを相対させ、
フラツシユバツト溶接し、ピストンを製造した。
以下本方法をフラツシユバツト溶接法と呼ぶ。 以上の条件を表１に示す。また完成したピスト
ンについてAl基複合材料、Al合金界面の顕微鏡
観察、界面強度を測定し、その結果についても表
１に示す。 実施例Ａ〜Ｅはスカート部材質が6061、実施例
Ｆ〜Ｇはスカート部材質がAC8Aであるが、いず
れも界面強度は28Kgｆ／mm2以上で、界面近傍の
6061又はAC8Aの母材で破断した。また顕微鏡観
察によつても界面は健全であつた。 一方、比較例Ｈはアーク溶接法、比較例はフ
ラツシユバツト溶接法によるものであるが、界面
に酸化膜、酸化物、ブローホール、割れ等の欠陥
が認められ、界面強度も12〜15Kgｆ／mm2程度と低
く、実用にはならない。 （第２実施例） 第２図に第２実施例を示す。 本例では、スカート部２側に突出し、かつ、ス
カート部２の凹部４の内径より小さな外径を有す
る円筒状の突出部５をヘツド部部１の摩擦溶接す
べき接合面１ａ，１ｂに設け、該突出部の根元近
傍において、直径方向内側にへこんだ溝部６を該
突出部５の外周に設けてある。 かかる溝部６を設けることにより、摩擦溶接す
る際に発生するバリはこの溝部６に収納され、ピ
ストン内部にはバリははみださない。すなわち、
第１実施例の場合は、バリはピストンの内部にも
はみだし、このバリが脱落するとピストン内部に
入り込み、ピストンのトラブルを生じせしめるこ
とがあるが、本例ではかかる事態を防止すること
ができる。 他の点は第１実施例と同様である。 （第３実施例） 第３図に第３実施例を示す。 本例では、スカート部２に設けた凹部４が有底
で且つ当該底部７に軸心方向に該凹部４とスカー
ト部２の内部８とを連通する連通孔９を設けてあ
る。 本例ではこのように凹部４が有底であるので、
摩擦溶接の際に内バリが生じ、それが脱落したと
してもこの底部７に脱落したバリがたまるので、
ピストン内部８に入りこむのを防止している。 なお、連通孔９を設けたのは、ヘツド部１の凹
部３とスカート部２の凹部４とで形成される空間
内の空気が、摩擦溶接時の摩擦熱あるいは使用時
の熱のため膨張するのでこの膨張した空気を外部
に逃がすためである。従つて、連通孔９を設ける
位置。形状は特に問わない。第４図に示すように
直線状でもよいし、また、曲折せしめてもよい。
曲折せしめた場合には空気は通過するが、脱落し
たバリはピストン内部に入りにくくなるので好ま
しい。 なお、他の点は第１実施例と同様である。 （第４実施例） 第４図に第４実施例を示す。 本例では、ヘツド部１及び／又はスカート部２
の摩擦溶接すべき接合面１ａ，１ｂを突起形状と
した。 第４図ではヘツド部１の摩擦溶接すべき接合面
１ａを突起形状としている。 Al基複合材料とAl又はAl合金との間には硬度
差があるため、両者の接合面とともに平面とする
と、ヘツド部とスカート部の中心軸と回転軸とが
少しでもずれた場合、相対速度の速い外周部が最
初に接触し、その部分が優先的に変形するため、
回転中心部に酸化物が残り、接合不良が発生す
る。しかるに、本例のように少なくともいずれか
の接合面を突起形状とすると、両者は回転中心部
から接触していくため、中心部の酸化物は外周部
へ押出され健全な接合が行なわれる。 なお、突起形状は、第４図では円錐状のものを
示しているが、円錐状に限らない。要は、回転中
心部より徐々に接触する形状（たとえば半球状）
であればよいことは以上の説明より明らかであ
る。 なお、突起形状の先端面積としては10mm2以下が
好ましい。10mm2を超える場合には、接合面中心部
に酸化膜が残り、融合不良が生じる場合があるか
らである。 これらの結果から本発明方法によれば、Al基
複合材料、Al材料間界面に脆弱な金属間化合物
や酸化膜を形成させずに、充分な強度を持つ部分
強化ピストンを製造可能なことがわかる。 ［発明の効果］ 本発明は以上のように構成したので以下のもろ
もろの効果が得られる。 軽量のピストンが製造できる。 ヘツド部が、優れた耐熱性、優れた耐摩耗
性、高強度、高剛性、熱膨張率の小さいピスト
ンを製造することができる。 素材費、加工費が安価となる。 ヘツド部とスカート部との界面に酸化物、割
れ、ラミネーシヨン等の欠陥が存在しないピス
トンを製造することができる。 溶接部にブローホール、酸化物の存在しない
ピストンを製造することができる。 【表】
第１図は本発明の第１実施例を説明するための
正面断面図である。第２図は本発明の第２実施例
を説明するための正面断面図である。第３図は本
発明の第３実施例を説明するための正面断面図で
ある。第４図は本発明の第４実施例を説明するた
めの正面断面図である。第５図は従来例を説明す
るための正面断面図である。 １……ヘツド部、２……スカート部、１ａ，１
ｂ，２ａ，２ｂ……接合面、３，４……凹部、５
……突出部、６……溝部、７……底部、８……ピ
ストン内部、９……連通孔、２０……鋳型、２２
……キヤビテイ、２４……プリフオーム、２６…
…溶湯。
正面断面図である。第２図は本発明の第２実施例
を説明するための正面断面図である。第３図は本
発明の第３実施例を説明するための正面断面図で
ある。第４図は本発明の第４実施例を説明するた
めの正面断面図である。第５図は従来例を説明す
るための正面断面図である。 １……ヘツド部、２……スカート部、１ａ，１
ｂ，２ａ，２ｂ……接合面、３，４……凹部、５
……突出部、６……溝部、７……底部、８……ピ
ストン内部、９……連通孔、２０……鋳型、２２
……キヤビテイ、２４……プリフオーム、２６…
…溶湯。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ヘツド部が、Al金属又はAl合金よりなるマ
トリクスを粒子又は繊維で強化してなるAl基複
合材料からなり、スカート部がAl又はAl合金か
らなる内燃機関のピストンの製造方法において、
該ヘツド部と該スカート部とを摩擦溶接により接
合することを特徴とする内燃機関のピストンの製
造方法。 ２ スカート部の摩擦溶接すべき接合面を円環状
に形成し、ヘツド部の摩擦溶接すべき接合面を、
スカート部の摩擦溶接すべき接合面と略同面積で
且つ円環状に形成すべく、ヘツド部及びスカート
部の軸心方向に凹部を設けてなる特許請求の範囲
第１項記載の内燃機関のピストンの製造方法。 ３ スカート部側に突出し、かつ、スカート部の
凹部の内径より小さな外径を有する円筒状の突出
部をヘツド部の摩擦溶接すべき接合面に設け、該
突出部の根元近傍において、直径方向内側にへこ
んだ溝部を該突出部の外周に、設けてなる特許請
求の範囲第２項記載の内燃機関のピストンの製造
方法。 ４ スカート部に設けた凹部が有底で且つ当該底
部に軸心方向に該凹部とスカート部の内部とを連
通する連通孔を設けてなる特許請求の範囲第２項
又は第３項のいずれかに記載の内燃機関のピスト
ンの製造方法。 ５ 摩擦溶接すべき接合面は、ヘツド部及び／又
はスカート部の摩擦溶接すべき接合面を突起形状
とした特許請求の範囲第１項記載の内燃機関のピ
ストンの製造方法。 ６ 突起物の先端面積が10mm2以下である特許請求
の範囲第５項記載の内燃機関のピストンの製造方
法。 ７ 繊維はSiCウイスカである特許請求の範囲第
１項乃至第６項のいずれかに記載の内燃機関のピ
ストンの製造方法。 ８ SiCウイスカは、その直径は0.1μm〜2μmで
あり、その長さは10〜1000μmであり、アスペク
ト比は100以上であり、Al基複合材料中に示める
体積率Vfは５〜40％である特許請求の範囲第７
項記載の内燃機関のピストンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28563986A JPS63138141A (ja) | 1986-11-29 | 1986-11-29 | 内燃機関のピストンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28563986A JPS63138141A (ja) | 1986-11-29 | 1986-11-29 | 内燃機関のピストンの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63138141A JPS63138141A (ja) | 1988-06-10 |
| JPH0337023B2 true JPH0337023B2 (ja) | 1991-06-04 |
Family
ID=17694135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28563986A Granted JPS63138141A (ja) | 1986-11-29 | 1986-11-29 | 内燃機関のピストンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63138141A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0230386A (ja) * | 1988-07-19 | 1990-01-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | アルミニウム合金材の摩擦圧接法 |
| JPH063170B2 (ja) * | 1988-07-29 | 1994-01-12 | 日本碍子株式会社 | セラミックス鋳ぐるみピストン |
| JPH063171B2 (ja) * | 1988-10-25 | 1994-01-12 | 日本碍子株式会社 | セラミックスー金属の摩擦圧接体およびそれから成るセラミックス鋳ぐるみピストン |
| JP2718124B2 (ja) * | 1988-12-28 | 1998-02-25 | いすゞ自動車株式会社 | 内燃機関のピストンの製造方法 |
| JPH02107749U (ja) * | 1989-02-15 | 1990-08-28 | ||
| JP2753880B2 (ja) * | 1990-04-06 | 1998-05-20 | リョービ 株式会社 | エンジン構成部材 |
| US6260472B1 (en) * | 1998-07-28 | 2001-07-17 | Federal-Mogul World Wide, Inc. | One-piece integral skirt piston and method of making the same |
| DE102011100521B4 (de) * | 2010-08-10 | 2015-01-15 | Mahle International Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor, sowie einen danach hergestellten Kolben |
| JPWO2012035655A1 (ja) * | 2010-09-17 | 2014-01-20 | 株式会社医研工業 | アイレス縫合針の製造方法、アイレス縫合針、及びアイレス縫合針製造用突き合せ抵抗溶接機 |
| EP3653863B1 (en) * | 2017-07-14 | 2025-01-15 | Nippon Steel Corporation | Internal combustion engine piston and production method for same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5974247A (ja) * | 1982-10-20 | 1984-04-26 | Toyota Motor Corp | 複合材料部材の製造方法 |
-
1986
- 1986-11-29 JP JP28563986A patent/JPS63138141A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63138141A (ja) | 1988-06-10 |
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