JPH0422052Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、内燃機関用ピストンに係わり、特
に、スカート肩部のスカツフイング摩耗の発生を
防止できる内燃機関用ピストンに関する。

〔従来の技術〕

第５図は、従来の内燃機関用ピストンの側面図
である。

第５図において、１はピストン全体、２は頭
部、３はスカート部、４はスカート肩部である。

第５図のようなピストン１においては、ピスト
ン高温時、スカート肩部４にスカツフイング摩耗
が発生し、焼き付きが発生することがあつた。

これは、スカート部３のなかでもスカート肩部
４の温度が一番上昇するために、斯かる部分が一
番沢山熱膨張するからであり、特に、ピストン１
を熱膨張率の大きなアルミニウム製としたとき
に、スカート肩部４へスカツフイング摩耗が発生
し易い。因に、エンジン作動時、スカート肩部４
の温度は150〜160℃になるのに対して、符号５が
付されているスカート部３の先端は80℃程度にし
かならない。また、頭部２は温度は高いが、直径
が小さいので頭部２においてスカツフイング摩耗
が発生することはない。

上記したようなスカート肩部４におけるスカツ
フイング摩耗の発生を防止するには、予め熱膨張
量を見込んでシリンダボアとのクリアランスを大
きくすることが考えられる。しかしながら、この
やり方では冷間時にスラツプ音が生じるという問
題が発生するので、あまり好ましくない。

スラツプ音を生じさせず、またスカート肩部４
におけるスカツフイング摩耗の発生を防止するた
めに、従来、第６図に示されているように、スカ
ート肩部４に円環状のリング１１を鋳込むことが
提案されていた（例えば、本出願人が昭和58年８
月２日付けで出願した実願昭58−121195）。

第６図において、円環状のリング１１は繊維強
化金属で作られている。

〔考案が解決しようとする課題〕 第６図に示されているものでは、円環状のリン
グ１１の締結作用によつてスカート肩部４は殆ど
熱膨張せず、スカート肩部４にスカツフイング摩
耗が発生することはない。

しかし、繊維強化金属が非常に高価であるた
め、非常にコストアツプになるという問題があつ
た。さらに、ピストン１と繊維強化金属（円環状
のリング１１）の接合面では、ピストン１の材料
（例えば、アルミニウム）と繊維強化金属の熱膨
張率の差により、接合面の方向に剪断力が発生す
るので、円環状のリング１１がピストン１から剥
離し易いという問題があつた。

本考案は、このような従来の技術の問題点を解
決するものである。

本考案の目的は、コストが低く、且つ、剥離の
発生しない構成によつて、スカート肩部のスカツ
フイング摩耗の発生を防止することにある。

〔課題を解決するための手段」 この目的を達成するために、本考案にあつては
次のような手段が講じられている。

即ち、本考案に係る内燃機関用ピストンという
のは、リング溝が設けられている頭部と、その下
にあるスカート部とから構成されているアルミニ
ウム製のピストンにおいて、スカート部のスカー
ト肩部のみを、熱膨張率の低い材料によつて合金
化された合金化層から形成するとともに、合金化
層の厚さを２乃至５mmとすることを特徴とする。

〔作用〕

本考案では、スカート肩部に形成した熱膨張率
の低い合金化層の締結作用によつて、スカート肩
部の熱膨張が抑制でき、スカート肩部にスカツフ
イング摩耗が発生することを防止できる。

また、前記第６図に示されるような繊維強化金
属を用いていないので、非常にコストが安い。さ
らに、合金化層を形成するのは、スカツフイング
摩耗が発生するスカート肩部のみであるので、よ
りコストを抑えることができる。因に、本考案の
製造コストは、前記第６図のものに比べて約10分
の１で済む。

そして、スカート肩部に形成される合金化層
は、母材であるアルミニウムと熱膨張率の低い材
料とが溶解して合金化したものであるので、ピス
トンと低熱膨張率の合金化層との接合面が存在せ
ず、合金化層が剥離することがない。

また、合金化層の厚さを２乃至５mmとしている
ので、スカート肩部の熱膨張を確実に抑制できる
とともに、合金化層の剥離を確実に防止できる。
すなわち、合金化層の厚さは、あまり浅いとスカ
ート肩部の熱膨張抑制効果が小さく、また、あま
り厚いと母材と確実に合金化せず、合金化層の剥
離が発生する。したがつて、本考案では、合金化
層の厚さを２乃至５mmとすることによつて、スカ
ート肩部の熱膨張の抑制に十分な合金化層の厚さ
を確保するとともに、確実に合金化層を形成して
剥離を防止している。

なお、通常の方法では合金化層を形成するのが
難しいが、レーザ光線、電子ビーム或いはTIG等
を用いれば可能である。

〔実施例〕

第１図は、本考案の一実施例に係る内燃機関用
ピストンの縦断面図である。

第１図において、ピストン１は頭部２とその下
に位置するスカート部３とから構成されている。

頭部２にはその側壁１４に周方向に延びるリン
グ溝１５が設けられている。ピストン１全体はア
ルミニウムで出来ている。

本実施例に係るピストン１のスカート肩部４
は、熱膨張率が低く且つアルミニウムと合金化し
易い材料によつて合金化され、合金化層９とされ
ている。

熱膨張率が低く且つアルミニウムと合金化し易
い材料とは、珪素、モリブデン、タングステン、
チタン、ニツケル或いはクロム等の金属材料、ま
たは、チタンカーバイド、タングステンカーバイ
ド、酸化アルミニウム、シリコンカーバイド等の
セラミツク材料である。

本実施例に係るピストン１の製造方法を説明す
る。

まず第１に、ピストンの粗材を鋳造する。ピス
トンの粗材の材質はアルミニウム合金、例えば、
JISの合金番号AC8A等である。また、鋳造方法
も、従来と同様に、金型鋳造、溶湯鍛造、高圧鋳
造等どの方法を用いてもよい。

次に、第２図に示されるように、鋳造した粗材
２２を粗加工して、スカート肩部４（第１図参
照）に相当する部分（熱膨張率を低くしたい部
分）に溝２１を作り、溝２１に熱膨張率が低く且
つアルミニウムと合金化し易い材料の粉末を塗布
する。溝２１の幅ａは10mm程度、深さｄは２〜５
mm程度である。

次に、第３図に示されるように、上記粉末が塗
布されたピストン粗材２２を矢印Ａのように回転
させながら、高エネルギ密度のレーザ光線２９を
粉末の部分に照射する。そして、塗布された材料
と母材であるアルミニウムとを溶解させ、合金化
層を作る。第３図において、２８はレーザ光線２
９を反射させるための鏡である。

このようにして出来たピストン粗材２２を仕上
げ加工すると第１図に示されているような本実施
例に係るピストン１が出来上がる。

本出願人は、次のようなテストピースＡ〜Ｅを
用いて比較実験を行つた。

テストピースＡは、合金化処理をしないピスト
ンで、JISの合金番号AC8Cで作つたものである。

テストピースＢも、合金化処理をしないピスト
ンで、JISの合金番号AC8Aで作つたものである。

テストピースＣは、アルミニウム母材に合金化
材料として珪素を用いた。この結果出来た合金化
層は60％のアルミニウムと40％の珪素の合金から
成つている。

テストピースＤは、アルミニウム母材に合金化
材料として珪素とチタンとを用いた。この結果出
来た合金化層は50％のアルミニウムと40％の珪素
と10％のチタンの合金から成つている。

テストピースＥは、アルミニウム母材に合金化
材料として珪素とチタンとチタンカーバイドとを
用いた。この結果出来た合金化層は45％のアルミ
ニウムと40％の珪素と15％のチタンカーバイドと
の合金から成つている。

なお、テストピースＣ〜Ｅについて、レーザの
照射条件は、出力2.2KW、エネルギ密度500W／
mm²、照射時間0.05秒とした。

上記のようなテストピースＡ〜Ｅについて、ス
カート肩部４の熱膨張率を測定した結果が第４図
に示されている。

第４図から分かるように、本実施例に係るテス
トピースＣ〜Ｅは、従来技術に係るテストピース
ＡとＢに比べて、スカート肩部４の熱膨張率は約
半分であることが分かる。

上記説明から分かるように、本実施例によれ
ば、スカート肩部４に形成した熱膨張率の低い合
金化層９の締結作用によつて、スカート肩部４の
熱膨張が抑制でき、スカート肩部４のスカツフイ
ング摩耗の発生を防止することが出来る。

また、本実施例では、前記第６図に示されるよ
うな繊維強化金属を用いていないので、非常にコ
ストが安い。さらに、合金化層９を形成するの
は、スカツフイング摩耗が発生するスカート肩部
４のみであるので、よりコストを抑えることがで
きる。因に、本実施例の製造コストは、前記第６
図のものに比べて約10分の１で済む。

そして、スカート肩部４に形成される合金化層
９は、母材であるアルミニウムと熱膨張率の低い
材料とが溶解して合金化したものであるので、ピ
ストン１と低熱膨張率の合金化層９との接合面が
存在せず、合金化層９が剥離することがない。

なお、本実施例の合金化層９の厚さは、あまり
浅いとスカート肩部４の熱膨張抑制効果が小さ
く、また、あまり厚いとレーザ光線が浸透しない
ために、２〜５mmにするのが望ましく、合金化層
９の厚さを２〜５mmとすることによつて、スカー
ト肩部４の熱膨張の抑制に十分な合金化層９の厚
さを確保でき、確実に合金化層９を形成して剥離
を防止できる。上記テストピースＣ〜Ｅについて
は、2.5mmとした。

本実施例において合金化層９を形成するのにレ
ーザ光線を使用した理由は、通常の方法では先に
述べた材料はアルミニウムと合金を作らないが、
レーザ光線を使用すればアルミニウムと合金を作
るからである。これは、急熱急冷が行われるから
である。なお、レーザ光線以外にも、電子ビーム
或いはTIG等を用いてもよい。

なお、本実施例では、ピストンとシリンダボア
とのクリアランスを小さくすることが出来るの
で、ピストンの打音を小さくすることが出来ると
いう利点もある。

〔考案の効果〕

本考案によれば、アルミニウム製の内燃機関用
ピストンにおいて、スカート肩部のみを、熱膨張
率の低い材料によつて合金化された合金化層から
形成するとともに、合金化層の厚さを２乃至５mm
としたので、熱膨膨張率の低い合金化層の締結作
用によつて、スカート肩部の熱膨張が抑制でき、
スカート肩部にスカツフイング摩耗が発生するこ
とを防止できる。また、合金化層を形成するの
は、スカツフイング摩耗が発生するスカート肩部
のみであるので、コストを抑えることができる。

そして、合金化層は、母材であるアルミニウム
と熱膨張率の低い材料とが溶解して合金化したも
のであるので、ピストンと低熱膨張率の合金化層
との接合面が存在せず、合金化層が剥離すること
がない。

さらに、合金化層の厚さを２乃至５mmとしてい
るので、スカート肩部の熱膨張の抑制に十分な合
金化層の厚さを確保できるとともに、確実に合金
化層を形成でき剥離を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例に係る内燃機関用
ピストンの側面図、第２図は、第１図のピストン
を作成する一工程を説明する説明図、第３図は、
第１図のピストンを作成する他の工程を説明する
説明図、第４図は、テストピースＡ〜Ｅについて
の実験結果を表すグラフ、第５図は、従来の内燃
機関用ピストンの側面図、第６図は、従来の他の
内燃機関用ピストンの一部分の縦断面図である。 １……ピストン、２……頭部、３……スカート
部、４……スカート肩部、９……合金化層、１５
……リング溝。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 リング溝が設けられている頭部と、その下にあ
   るスカート部とから構成されているアルミニウム
   製のピストンにおいて、 前記スカート部のスカート肩部のみを、熱膨張
   率の低い材料によつて合金化された合金化層から
   形成するとともに、 該合金化層の厚さを２乃至５mmとしたことを特
   徴とする内燃機関用ピストン。