JPH07310588A - 内燃機関のピストン及びその製造方法 - Google Patents
内燃機関のピストン及びその製造方法Info
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- JPH07310588A JPH07310588A JP10581694A JP10581694A JPH07310588A JP H07310588 A JPH07310588 A JP H07310588A JP 10581694 A JP10581694 A JP 10581694A JP 10581694 A JP10581694 A JP 10581694A JP H07310588 A JPH07310588 A JP H07310588A
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- B23P15/10—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass pistons
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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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
- F02F2200/00—Manufacturing
- F02F2200/04—Forging of engine parts
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 製造コストの低廉化を図りつつピストンリン
グ溝表面の耐摩耗性及び耐凝着性を一段と向上させる。 【構成】 アルミニウム合金製からなるピストン本体１
の外周に複数のピストンリング溝４，５，６が形成され
てなる内燃機関のピストンにおいて、前記ピストンリン
グ溝の少なくともトップリング溝４に相当する位置に、
炭化珪素（ＳｉＣ）の粒子１１ａを含有したアルミニウ
ム合金材１１ｂの耐摩環１１を鋳ぐるむと共に、該耐摩
環１１で形成されたリング溝の表面に陽極酸化処理によ
るアルマイト処理層２０を形成し、該アルマイト処理層
２０内に前記耐摩環１１から析出したＳｉＣ粒子２０ａ
を含有させた。
グ溝表面の耐摩耗性及び耐凝着性を一段と向上させる。 【構成】 アルミニウム合金製からなるピストン本体１
の外周に複数のピストンリング溝４，５，６が形成され
てなる内燃機関のピストンにおいて、前記ピストンリン
グ溝の少なくともトップリング溝４に相当する位置に、
炭化珪素（ＳｉＣ）の粒子１１ａを含有したアルミニウ
ム合金材１１ｂの耐摩環１１を鋳ぐるむと共に、該耐摩
環１１で形成されたリング溝の表面に陽極酸化処理によ
るアルマイト処理層２０を形成し、該アルマイト処理層
２０内に前記耐摩環１１から析出したＳｉＣ粒子２０ａ
を含有させた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の内燃機関の
ピストンの改良に関する。
ピストンの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、近時、自動車用内燃機関
のピストンにあっては、高出力化高性能化の要請に伴い
軽量化を図るべくその材質を鋳鉄に代えてアルミニウム
合金で形成され、シリンダボアの内壁面と対向する外周
面に、ピストンリングが装着される複数のピストンリン
グ溝が形成されている。また、このピストンリング溝の
うち燃焼室に最も近いトップリング溝は、特に高温に晒
され、かつ燃焼圧力を直接受けるため、ピストンリング
（トップリング）との摩耗が激しい。このため、トップ
リング溝とトップリングとの間には、アルミ凝着が発生
し易くなる。
のピストンにあっては、高出力化高性能化の要請に伴い
軽量化を図るべくその材質を鋳鉄に代えてアルミニウム
合金で形成され、シリンダボアの内壁面と対向する外周
面に、ピストンリングが装着される複数のピストンリン
グ溝が形成されている。また、このピストンリング溝の
うち燃焼室に最も近いトップリング溝は、特に高温に晒
され、かつ燃焼圧力を直接受けるため、ピストンリング
（トップリング）との摩耗が激しい。このため、トップ
リング溝とトップリングとの間には、アルミ凝着が発生
し易くなる。
【０００３】そこで、斯かるアルミ凝着を防止する種々
の技術が開発されており、例えば（１）トップリング溝
の表面部に無機繊維集合体を複合させて強化するもの
（特開昭５９−２０１９５３号公報）や、（２）Ｉｎ−
ＳｉｔｕプロセスによるハイブリッドＭＭＣ（金属基複
合材料）をピストンへ応用するもの（自動車技術１９８
９−５．ＮＯ８９１０５６）、（３）トップリング溝の
表面部にニッケル多孔体を複合させて強化するもの（特
公平３−３０７０８号公報）などがある。また、（４）
トップリング溝の表面部をアルマイト処理層により強化
したり（特開平１−１９０９５１号公報）、（５）トッ
プリング溝の表面部に銅などを電子ビームで溶融拡散さ
せることにより合金層を形成するもの（三菱自動車１９
８８，ＮＯ１「テクニカルレビュー」）があり、更に
は、（６）トップリング溝部分にニレジスト鋳鉄をアル
フィン処理してアルミニウム合金に鋳ぐるんでリング支
持部材とするもの、また（７）低Ｓｉのアルミニウム−
マグネシウム系合金部材を鋳ぐるみ、アルマイト処理を
施すもの（特開平１−１９０９５１号公報）など多くの
改良技術が提案されている。
の技術が開発されており、例えば（１）トップリング溝
の表面部に無機繊維集合体を複合させて強化するもの
（特開昭５９−２０１９５３号公報）や、（２）Ｉｎ−
ＳｉｔｕプロセスによるハイブリッドＭＭＣ（金属基複
合材料）をピストンへ応用するもの（自動車技術１９８
９−５．ＮＯ８９１０５６）、（３）トップリング溝の
表面部にニッケル多孔体を複合させて強化するもの（特
公平３−３０７０８号公報）などがある。また、（４）
トップリング溝の表面部をアルマイト処理層により強化
したり（特開平１−１９０９５１号公報）、（５）トッ
プリング溝の表面部に銅などを電子ビームで溶融拡散さ
せることにより合金層を形成するもの（三菱自動車１９
８８，ＮＯ１「テクニカルレビュー」）があり、更に
は、（６）トップリング溝部分にニレジスト鋳鉄をアル
フィン処理してアルミニウム合金に鋳ぐるんでリング支
持部材とするもの、また（７）低Ｓｉのアルミニウム−
マグネシウム系合金部材を鋳ぐるみ、アルマイト処理を
施すもの（特開平１−１９０９５１号公報）など多くの
改良技術が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、前記各従来
例には、以下のような欠点がある。即ち、（１），
（２），（３）の従来例にあっては、無機繊維材等の材
料上の点からその成形法として高圧凝固法を用いなけれ
ばならない。したがって、製造コストの上昇が余儀なく
されるばかりか、ピストンの形状が制約されてしまう。
例には、以下のような欠点がある。即ち、（１），
（２），（３）の従来例にあっては、無機繊維材等の材
料上の点からその成形法として高圧凝固法を用いなけれ
ばならない。したがって、製造コストの上昇が余儀なく
されるばかりか、ピストンの形状が制約されてしまう。
【０００５】また、（４）の従来例にあっては、アルマ
イト処理層によりピストンリングとの耐凝着性は向上す
るものの、単なるアルマイト処理層を形成するだけであ
るから、耐摩耗性が不十分になる。更に、（５）の従来
例は、逆に耐凝着性が不足する惧れがある。
イト処理層によりピストンリングとの耐凝着性は向上す
るものの、単なるアルマイト処理層を形成するだけであ
るから、耐摩耗性が不十分になる。更に、（５）の従来
例は、逆に耐凝着性が不足する惧れがある。
【０００６】また、（６）の従来例は、最も古くから行
われている技術であり、耐摩耗性や耐凝着性は確保でき
るものの、鋳鉄製であるため、重量の増加が余儀なくさ
れる。
われている技術であり、耐摩耗性や耐凝着性は確保でき
るものの、鋳鉄製であるため、重量の増加が余儀なくさ
れる。
【０００７】更に、（７）の従来例は、アルミニウム−
マグネシウム系合金展伸材を用いているため、この場合
も耐摩耗性及び耐凝着性が不十分になる。
マグネシウム系合金展伸材を用いているため、この場合
も耐摩耗性及び耐凝着性が不十分になる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記各従来例
における実情に鑑みて案出されたもので、炭化珪素（Ｓ
ｉＣ）粒子を含有したアルミニウム合金の耐摩環をアル
ミ合金製ピストンのトップリング溝に対応する位置に鋳
ぐるむと共に、該耐摩環で形成されたリング溝の表面に
陽極酸化処理（アルマイト処理）によるアルマイト処理
層を形成したことを特徴としている。
における実情に鑑みて案出されたもので、炭化珪素（Ｓ
ｉＣ）粒子を含有したアルミニウム合金の耐摩環をアル
ミ合金製ピストンのトップリング溝に対応する位置に鋳
ぐるむと共に、該耐摩環で形成されたリング溝の表面に
陽極酸化処理（アルマイト処理）によるアルマイト処理
層を形成したことを特徴としている。
【０００９】
【作用】前記構成の本発明によれば、耐摩環自体は、材
料上の点から鋳造等によって成形できると共に、該耐摩
環を単にピストン成形時に鋳ぐるむだけであるため、そ
の製造コストの低廉化が図れる。
料上の点から鋳造等によって成形できると共に、該耐摩
環を単にピストン成形時に鋳ぐるむだけであるため、そ
の製造コストの低廉化が図れる。
【００１０】また、本発明においては、耐摩環としてア
ルミニウム合金中に炭化珪素（ＳｉＣ）が分散したもの
となっている。そして、特にアルマイト処理層を形成し
た例えばトップリング溝の少なくとも上下面においても
アルマイト処理層表面に前記耐摩環から析出したＳｉＣ
粒子が分散露呈している。
ルミニウム合金中に炭化珪素（ＳｉＣ）が分散したもの
となっている。そして、特にアルマイト処理層を形成し
た例えばトップリング溝の少なくとも上下面においても
アルマイト処理層表面に前記耐摩環から析出したＳｉＣ
粒子が分散露呈している。
【００１１】アルマイト処理層は、それ自体で硬質であ
ると共に、非金属層であるため、相手材であるピストン
リングに対して凝着が生じにくく、したがってアルマイ
ト処理層をトップリング溝の上下面に形成しただけでも
ある程度耐摩耗性、耐スカッフ性は向上するが、それだ
けでは必ずしも充分ではない。すなわち、アルマイト処
理層自体が摩耗して母材が露出してしまえば、急激にス
カッフや摩耗が進行するようになる。そこで、この発明
では、アルミニウム合金にＳｉＣ粒子を分散した合金を
耐摩環として用いて、アルマイト処理層表面に耐摩環か
ら析出したＨＶ３０００程度の著しく硬質なＳｉＣ粒子
を分散露呈させ、その硬質なＳｉＣ粒子により相手材か
らの荷重を支持させて、アルマイト処理層の摩耗の進行
を防止している。すなわち、アルマイト処理層とＳｉＣ
粒子との相乗効果によってトップリング溝の耐摩耗性、
耐凝着性を著しく向上させることが可能になった。
ると共に、非金属層であるため、相手材であるピストン
リングに対して凝着が生じにくく、したがってアルマイ
ト処理層をトップリング溝の上下面に形成しただけでも
ある程度耐摩耗性、耐スカッフ性は向上するが、それだ
けでは必ずしも充分ではない。すなわち、アルマイト処
理層自体が摩耗して母材が露出してしまえば、急激にス
カッフや摩耗が進行するようになる。そこで、この発明
では、アルミニウム合金にＳｉＣ粒子を分散した合金を
耐摩環として用いて、アルマイト処理層表面に耐摩環か
ら析出したＨＶ３０００程度の著しく硬質なＳｉＣ粒子
を分散露呈させ、その硬質なＳｉＣ粒子により相手材か
らの荷重を支持させて、アルマイト処理層の摩耗の進行
を防止している。すなわち、アルマイト処理層とＳｉＣ
粒子との相乗効果によってトップリング溝の耐摩耗性、
耐凝着性を著しく向上させることが可能になった。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述
する。
する。
【００１３】図１〜図２は本発明に係るピストンの断面
図を示し、このピストンは、ピストン本体１がアルミ合
金製（ＪＩＳＡＣ８Ａ−Ｔ６）で略円筒状に形成され、
燃焼室に臨む冠部２と、該冠部２の下部に有するリング
ランド部３の外周面に形成された３つのピストンリング
溝４，５，６と、該各トップ，セカンド，オイルリング
溝４〜６に嵌着されるピストンリング７，８，９と、各
リング溝４〜６下部のスカート部１０とを備えている。
図を示し、このピストンは、ピストン本体１がアルミ合
金製（ＪＩＳＡＣ８Ａ−Ｔ６）で略円筒状に形成され、
燃焼室に臨む冠部２と、該冠部２の下部に有するリング
ランド部３の外周面に形成された３つのピストンリング
溝４，５，６と、該各トップ，セカンド，オイルリング
溝４〜６に嵌着されるピストンリング７，８，９と、各
リング溝４〜６下部のスカート部１０とを備えている。
【００１４】前記トップリング溝４は、冠部２の頂面か
ら９ｍｍ離れた位置を中心に、幅４ｍｍ，深さ８ｍｍに
形成されていると共に、この表面部のみが後述の成形方
法で成形された耐摩環１１によって形成されている。
ら９ｍｍ離れた位置を中心に、幅４ｍｍ，深さ８ｍｍに
形成されていると共に、この表面部のみが後述の成形方
法で成形された耐摩環１１によって形成されている。
【００１５】この耐摩環１１は、図３にも示すように炭
化珪素（ＳｉＣ）の粒子１１ａを含有したアルミニウム
合金１１ｂで構成され、前記ピストン本体１内にトップ
リング溝４の表面部を構成すべく鋳ぐるまれている。
化珪素（ＳｉＣ）の粒子１１ａを含有したアルミニウム
合金１１ｂで構成され、前記ピストン本体１内にトップ
リング溝４の表面部を構成すべく鋳ぐるまれている。
【００１６】また、この耐摩環１１の表面及びピストン
本体１の冠部２及びリングランド部３のトップリング溝
４付近の外周面に陽極酸化処理によるアルマイト処理層
２０が形成されている。このアルマイト処理層２０は、
内部に耐摩環１１と同様に炭化珪素ＳｉＣの粒子２０ａ
が含有されている。即ち、前述のように陽極酸化処理時
に、耐摩環１１内のＳｉＣ粒子が折出してアルマイト処
理層２０に含有されるのである。
本体１の冠部２及びリングランド部３のトップリング溝
４付近の外周面に陽極酸化処理によるアルマイト処理層
２０が形成されている。このアルマイト処理層２０は、
内部に耐摩環１１と同様に炭化珪素ＳｉＣの粒子２０ａ
が含有されている。即ち、前述のように陽極酸化処理時
に、耐摩環１１内のＳｉＣ粒子が折出してアルマイト処
理層２０に含有されるのである。
【００１７】以下、前記耐摩環１１の具体的な製造方法
について説明する。即ち、まず、最大径で数μｍから数
１０μｍのＳｉＣ粒子を１０〜２０％含有したアルミニ
ウム合金鋳造インゴットを、アルゴンガス等の不活性雰
囲気中で溶解し、９９３Ｋに保持した後、機械撹拌を行
いＳｉＣ粒子をアルミニウム合金材内に均一に分散させ
る。
について説明する。即ち、まず、最大径で数μｍから数
１０μｍのＳｉＣ粒子を１０〜２０％含有したアルミニ
ウム合金鋳造インゴットを、アルゴンガス等の不活性雰
囲気中で溶解し、９９３Ｋに保持した後、機械撹拌を行
いＳｉＣ粒子をアルミニウム合金材内に均一に分散させ
る。
【００１８】その後、図４に示す下鋳型１２内に、Ｓｉ
Ｃ粒子を含有したアルミニウム合金溶湯１３を注入して
上鋳型１４で圧力を加えて凝固させる。次に、冷却後、
下鋳型１２内から耐摩環１１の粗形材を取り出した後、
押し湯を切断し、必要に応じて機械加工を行えば、耐摩
環１１の成形作業が完了する。
Ｃ粒子を含有したアルミニウム合金溶湯１３を注入して
上鋳型１４で圧力を加えて凝固させる。次に、冷却後、
下鋳型１２内から耐摩環１１の粗形材を取り出した後、
押し湯を切断し、必要に応じて機械加工を行えば、耐摩
環１１の成形作業が完了する。
【００１９】尚、前記耐摩環１１の粗形材は、前記重力
鋳造法の他に、ダイキャスト法や溶湯鋳造法を用いるこ
とも可能である。更に、別の方法として、粉末鍛造法が
ある。これは、ＳｉＣ粒子とアルミニウム合金粒子を混
合した後、金型内に充填して上鋳型１４で圧力を加えて
成形する。そして、加熱した後に鍛造成形を加えて密度
を上げる。また、密度が上昇しない場合は、再度加熱後
に鋳造を繰り返すと密度が上昇する。この方法によれ
ば、最終製品形状に仕上がるため、その後の機械加工が
不要になり、作業性が向上する。
鋳造法の他に、ダイキャスト法や溶湯鋳造法を用いるこ
とも可能である。更に、別の方法として、粉末鍛造法が
ある。これは、ＳｉＣ粒子とアルミニウム合金粒子を混
合した後、金型内に充填して上鋳型１４で圧力を加えて
成形する。そして、加熱した後に鍛造成形を加えて密度
を上げる。また、密度が上昇しない場合は、再度加熱後
に鋳造を繰り返すと密度が上昇する。この方法によれ
ば、最終製品形状に仕上がるため、その後の機械加工が
不要になり、作業性が向上する。
【００２０】そして、このようにして成形した耐摩環１
１を、ピストン本体１に鋳ぐみ固定する。この鋳ぐるみ
条件の一例を示せば、耐摩環１１の予熱温度は６７３
Ｋ，ピストン本体１の注湯温度は９９３Ｋ，鋳型温度は
４７３Ｋ，耐摩環１１の化成処理はパーカライジング
（株）のパルコール３７５６の溶液を３１３Ｋに加熱
し、６０秒間浸漬する。
１を、ピストン本体１に鋳ぐみ固定する。この鋳ぐるみ
条件の一例を示せば、耐摩環１１の予熱温度は６７３
Ｋ，ピストン本体１の注湯温度は９９３Ｋ，鋳型温度は
４７３Ｋ，耐摩環１１の化成処理はパーカライジング
（株）のパルコール３７５６の溶液を３１３Ｋに加熱
し、６０秒間浸漬する。
【００２１】ここで、耐摩環１１にあらかじめ化成処理
を施す理由は、アルミニウム系材料の場合には、表面に
緻密な酸化膜が強固に形成されているため、溶湯との接
触界面は十分に溶着することができず、そのため溶湯に
よって形成されるピストン本体１のアルミニウム層部分
と、アルミニウム合金の耐摩環１１との接合が不十分に
なる。また、溶湯の加熱度を上げたり、また耐摩環１１
を十分に予熱した場合などには溶着する現象が認められ
るが、その条件範囲は極めて狭く、均一に接着すること
がむずかしいのが実情である。
を施す理由は、アルミニウム系材料の場合には、表面に
緻密な酸化膜が強固に形成されているため、溶湯との接
触界面は十分に溶着することができず、そのため溶湯に
よって形成されるピストン本体１のアルミニウム層部分
と、アルミニウム合金の耐摩環１１との接合が不十分に
なる。また、溶湯の加熱度を上げたり、また耐摩環１１
を十分に予熱した場合などには溶着する現象が認められ
るが、その条件範囲は極めて狭く、均一に接着すること
がむずかしいのが実情である。
【００２２】特に、耐摩環１１を予熱することにより酸
化膜が厚くなり、接着が増々困難になる惧れがある。
化膜が厚くなり、接着が増々困難になる惧れがある。
【００２３】そこで、前記のように予め化成処理を行う
と、予熱により化成処理層は酸化するが、耐摩環１１の
アルミニウム合金材までは酸化されず、上述の化成処理
層の酸化物もピストン本体１のアルミニウム合金の溶湯
により容易に除去される為、ピストン本体１のアルミニ
ウム合金と耐摩環１１のアルミニウム合金１１ｂとを高
い接合強度で接着させることが可能となる。
と、予熱により化成処理層は酸化するが、耐摩環１１の
アルミニウム合金材までは酸化されず、上述の化成処理
層の酸化物もピストン本体１のアルミニウム合金の溶湯
により容易に除去される為、ピストン本体１のアルミニ
ウム合金と耐摩環１１のアルミニウム合金１１ｂとを高
い接合強度で接着させることが可能となる。
【００２４】また、前記アルマイト処理層２０を形成す
る部分を、摩耗の激しいトップリング溝４の上下面の他
に、冠部２及びリングランド部３のトップリング溝４付
近の外周面のみとし、スカート部には施こさなかったの
は、この部分に施すとここに油膜切れが発生してスカッ
フが発生し易くなるからである。
る部分を、摩耗の激しいトップリング溝４の上下面の他
に、冠部２及びリングランド部３のトップリング溝４付
近の外周面のみとし、スカート部には施こさなかったの
は、この部分に施すとここに油膜切れが発生してスカッ
フが発生し易くなるからである。
【００２５】また、アルマイト処理層２０の厚さは後述
する実験結果からして、１０〜５０μｍの範囲内に設定
した。つまり、１０μｍ未満では充分な耐摩耗性が得ら
れず、一方、５０μｍを越えれば表面粗さが大きくな
り、処理コストも高くなるからである。
する実験結果からして、１０〜５０μｍの範囲内に設定
した。つまり、１０μｍ未満では充分な耐摩耗性が得ら
れず、一方、５０μｍを越えれば表面粗さが大きくな
り、処理コストも高くなるからである。
【００２６】さらに、ＳｉＣ粒子１１ａ，２０ａの大き
さは、３〜４０μｍの範囲内に定めた。なぜなら、後述
の実験結果からして、３μｍ未満の場合はピストンリン
グ７の荷重を十分に支持することが困難であるため、十
分な耐摩耗性を示すことが困難であり、一方、４０μｍ
を越えれば溝加工後の表面粗さが大きくなるため、アル
マイト処理後の粗さも大きくなってしまい、またアルマ
イト処理層２０にクラックが生じ易くなって剥離する惧
れがあるためである。
さは、３〜４０μｍの範囲内に定めた。なぜなら、後述
の実験結果からして、３μｍ未満の場合はピストンリン
グ７の荷重を十分に支持することが困難であるため、十
分な耐摩耗性を示すことが困難であり、一方、４０μｍ
を越えれば溝加工後の表面粗さが大きくなるため、アル
マイト処理後の粗さも大きくなってしまい、またアルマ
イト処理層２０にクラックが生じ易くなって剥離する惧
れがあるためである。
【００２７】以下、前述のような工程で成形された耐摩
環１１にアルマイト処理層２０を施した場合の耐摩耗性
と耐凝着性及び耐摩環１１材料の材料の機械加工性につ
いての特性変化を実験した結果を説明する。
環１１にアルマイト処理層２０を施した場合の耐摩耗性
と耐凝着性及び耐摩環１１材料の材料の機械加工性につ
いての特性変化を実験した結果を説明する。
【００２８】まず、マトリックスのアルミニウム合金の
成分を表に示す。この実験においては鋳造法で製作した
試料を用いた。粒径９．３±４μｍのＳｉＣ粒子の添加
量は、０，５，１０，１５，２０，２５，３０体積％と
して７種の材料にアルマイト処理をしたものについて評
価した。
成分を表に示す。この実験においては鋳造法で製作した
試料を用いた。粒径９．３±４μｍのＳｉＣ粒子の添加
量は、０，５，１０，１５，２０，２５，３０体積％と
して７種の材料にアルマイト処理をしたものについて評
価した。
【００２９】次に、ＳｉＣ粒子の体積率を１０．０％と
して、添加するＳｉＣ粒子の粒径を２，５，１０，２
０，３０，４０μｍの６種の材料にアルマイト処理を施
こしたものについて評価した。また同時にＳｉＣ粒子を
添加せずマトリックスのアルミニウム合金のみとアルマ
イト処理を施こさないものについても評価した。
して、添加するＳｉＣ粒子の粒径を２，５，１０，２
０，３０，４０μｍの６種の材料にアルマイト処理を施
こしたものについて評価した。また同時にＳｉＣ粒子を
添加せずマトリックスのアルミニウム合金のみとアルマ
イト処理を施こさないものについても評価した。
【００３０】
【表１】
【００３１】そして、耐摩耗性の評価方法は、図５に示
す装置を用いて行った。即ち、図外のモータで回転する
回転台１５上にピストンリング７を固定して、この上部
にヒータ１６の下端に固定されたテストピース１７を押
し付けて摩耗させる。このテストピース１７は、ピスト
ン本体１のリング溝から切り出した耐摩環である。この
方法における温度，潤滑状態等の試験条件は実際のエン
ジンのピストンと相関性のあるものとした。評価は、試
験後の摩耗深さで行った。
す装置を用いて行った。即ち、図外のモータで回転する
回転台１５上にピストンリング７を固定して、この上部
にヒータ１６の下端に固定されたテストピース１７を押
し付けて摩耗させる。このテストピース１７は、ピスト
ン本体１のリング溝から切り出した耐摩環である。この
方法における温度，潤滑状態等の試験条件は実際のエン
ジンのピストンと相関性のあるものとした。評価は、試
験後の摩耗深さで行った。
【００３２】また、耐凝着性の評価方法は、図６に示す
装置を用いて行い、ピストン本体１のトップリング溝４
下面にピストンリング７を押し当てて、アクチュエータ
１８，１９を介して矢印一方向にのみ摺動させる加速試
験法によった。評価は、リング溝４のピストンリング７
摺動面積に対する凝着摩耗した面積の割合で行った。試
験はアルマイト皮膜が充分になくなるまでの摺動回数と
した。
装置を用いて行い、ピストン本体１のトップリング溝４
下面にピストンリング７を押し当てて、アクチュエータ
１８，１９を介して矢印一方向にのみ摺動させる加速試
験法によった。評価は、リング溝４のピストンリング７
摺動面積に対する凝着摩耗した面積の割合で行った。試
験はアルマイト皮膜が充分になくなるまでの摺動回数と
した。
【００３３】機械加工性の評価は、直径７０ｍｍの円柱
粗材を以下の加工条件で加工し、工具の摩耗量が０．３
ｍｍになるまでの加工数で評価した。切削速度：２００
ｍ／ｍｉｎ，切り込み量：０．３ｍｍ，送り量：０．０
３ｍｍ（１回転毎），工具：気相合成ダイヤモンド工具
（旭ダイヤ（株）製） 前記各評価結果を表２及び表３に示す。
粗材を以下の加工条件で加工し、工具の摩耗量が０．３
ｍｍになるまでの加工数で評価した。切削速度：２００
ｍ／ｍｉｎ，切り込み量：０．３ｍｍ，送り量：０．０
３ｍｍ（１回転毎），工具：気相合成ダイヤモンド工具
（旭ダイヤ（株）製） 前記各評価結果を表２及び表３に示す。
【００３４】
【表２】
【００３５】
【表３】
【００３６】ここで、耐摩耗性は、ＳｉＣ粒子が無添加
つまりＯで、アルマイト処理無しの摩耗量を１００とし
た割合を示す。数値が小さい程摩耗しないことを示す。
つまりＯで、アルマイト処理無しの摩耗量を１００とし
た割合を示す。数値が小さい程摩耗しないことを示す。
【００３７】耐凝着性は、ＳｉＣ粒子が無添加アルマイ
ト処理無しの凝着した面積を１００とした割合を示す。
数値が小さい程凝着しないことを示す。
ト処理無しの凝着した面積を１００とした割合を示す。
数値が小さい程凝着しないことを示す。
【００３８】機械加工性は、ＳｉＣ粒子の無添加の粗材
を、工具としてＣＰＸを使って加工した場合の工具寿命
を１００とした。但し、ＳｉＣ粒子が添加された粗材は
気相合成ダイヤモンド工具で加工している。
を、工具としてＣＰＸを使って加工した場合の工具寿命
を１００とした。但し、ＳｉＣ粒子が添加された粗材は
気相合成ダイヤモンド工具で加工している。
【００３９】表２及び表３から明らかのように、アルマ
イト処理無しの場合はＳｉＣ粒子の添加量が５体積％で
も無添加の場合に比べて耐摩性は著しく向上し１０体積
％でほぼその効果は一定となる。
イト処理無しの場合はＳｉＣ粒子の添加量が５体積％で
も無添加の場合に比べて耐摩性は著しく向上し１０体積
％でほぼその効果は一定となる。
【００４０】アルマイト処理をした場合、アルマイト皮
膜の耐摩耗がアルミニウム合金に比べて優れるためＳｉ
Ｃ粒子を添加したアルミニウム合金にアルマイト処理を
した場合、しない場合と比べて耐摩性は向上する。
膜の耐摩耗がアルミニウム合金に比べて優れるためＳｉ
Ｃ粒子を添加したアルミニウム合金にアルマイト処理を
した場合、しない場合と比べて耐摩性は向上する。
【００４１】一方、耐凝着性も同様な傾向にありアルマ
イト処理無しの場合ＳｉＣ粒子の添加量が増加するにつ
れて、耐凝着性が著しく向上していることが判る。そし
て２５体積％以上では凝着の発生は無い。
イト処理無しの場合ＳｉＣ粒子の添加量が増加するにつ
れて、耐凝着性が著しく向上していることが判る。そし
て２５体積％以上では凝着の発生は無い。
【００４２】アルマイト処理をした場合にはＳｉＣ添加
量が５体積％でも凝着の発生はなく著しく耐凝着性の向
上していることが判る。
量が５体積％でも凝着の発生はなく著しく耐凝着性の向
上していることが判る。
【００４３】また、機械加工性は、ＳｉＣ粒子の添加量
が５体積％でも無添加に比べて加工性が悪くなる。更
に、添加量の増加に伴って加工性は悪化して行き、３０
体積％では工具の刃先に欠けが生じて加工不能である。
が５体積％でも無添加に比べて加工性が悪くなる。更
に、添加量の増加に伴って加工性は悪化して行き、３０
体積％では工具の刃先に欠けが生じて加工不能である。
【００４４】ＳｉＣ粒子の大きさの効果はアルマイト処
理無しの場合では５μｍ正確には３μｍ以上あれば耐摩
耗性は著しく向上する。また耐凝着性においても粒子の
大きさが大きくなるほど向上する様であるがＳｉＣ粒子
の体積率が一定の場合著しい向上は無い。
理無しの場合では５μｍ正確には３μｍ以上あれば耐摩
耗性は著しく向上する。また耐凝着性においても粒子の
大きさが大きくなるほど向上する様であるがＳｉＣ粒子
の体積率が一定の場合著しい向上は無い。
【００４５】しかしアルマイト処理をした場合ＳｉＣ粒
子の大きさが５μｍ正確には３μｍ以上あれば耐摩耗性
は著しく向上しまた凝着の発生もなくなる。
子の大きさが５μｍ正確には３μｍ以上あれば耐摩耗性
は著しく向上しまた凝着の発生もなくなる。
【００４６】また粒子の大きさが大きくなればなるほど
加工性は悪化し４０μｍでは加工後の粗さが悪くなりそ
の後のアルマイト処理による粗さの悪化が著しい。
加工性は悪化し４０μｍでは加工後の粗さが悪くなりそ
の後のアルマイト処理による粗さの悪化が著しい。
【００４７】以上の実験から、最適なＳｉＣ粒子の添加
量は５体積％から２５体積％までで、望ましくは１０体
積％から２０体積％であることがわかる。
量は５体積％から２５体積％までで、望ましくは１０体
積％から２０体積％であることがわかる。
【００４８】また粒子の大きさは３μｍ以上４０μｍ以
内であり望ましくは２０μｍ以下である方が良い。
内であり望ましくは２０μｍ以下である方が良い。
【００４９】分散粒子は以上説明してきたＳｉＣ粒子の
他に同等以上の硬さを有するものであれば良くＢＮ，Ｓ
ｉ３ｎ4，Ａｌ2Ｏ3，ＷＣ，ＴｉＣ，ＴｉＢ2，等の粒子
を用いても良い。
他に同等以上の硬さを有するものであれば良くＢＮ，Ｓ
ｉ３ｎ4，Ａｌ2Ｏ3，ＷＣ，ＴｉＣ，ＴｉＢ2，等の粒子
を用いても良い。
【００５０】以上説明してきたＳｉＣ粒子を添加したア
ルミニウム合金で形成された耐摩環１１を、アルミニウ
ム合金のピストン本体１内に鋳ぐるんだピストンにアル
マイト処理を施したピストンを、内燃機関に組み込んで
試験を行った。ここで、耐摩環１１のＳｉＣ粒子の添加
量は１０体積％に設定した。尚、比較のためにアルマイ
ト処理をしないピストンおよび前述のような耐摩環をピ
ストン本体に鋳ぐるまないピストンの試験も行った。
ルミニウム合金で形成された耐摩環１１を、アルミニウ
ム合金のピストン本体１内に鋳ぐるんだピストンにアル
マイト処理を施したピストンを、内燃機関に組み込んで
試験を行った。ここで、耐摩環１１のＳｉＣ粒子の添加
量は１０体積％に設定した。尚、比較のためにアルマイ
ト処理をしないピストンおよび前述のような耐摩環をピ
ストン本体に鋳ぐるまないピストンの試験も行った。
【００５１】運転条件は、４気筒で排気量が２０００ｃ
ｃのディーゼル機関を用い油温１５０度，冷却水温度１
２０度にて２００時間の連続運転を行った。
ｃのディーゼル機関を用い油温１５０度，冷却水温度１
２０度にて２００時間の連続運転を行った。
【００５２】この結果、耐摩環を鋳ぐるまないピストン
は５０μｍの摩耗が発生し、トップリング溝下面の８５
％に凝着の発生が認められたのに対し、前記耐摩環１１
を鋳ぐるんだピストンでアルマイト処理をしないもので
は５μｍの摩耗が発生し、トップリング溝下面の５０％
に凝着の発生が認められたのに対してアルマイト処理を
したものでは摩耗も凝着も認められなかった。
は５０μｍの摩耗が発生し、トップリング溝下面の８５
％に凝着の発生が認められたのに対し、前記耐摩環１１
を鋳ぐるんだピストンでアルマイト処理をしないもので
は５μｍの摩耗が発生し、トップリング溝下面の５０％
に凝着の発生が認められたのに対してアルマイト処理を
したものでは摩耗も凝着も認められなかった。
【００５３】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、炭化珪素（ＳｉＣ）粒子を含有したアルミニウ
ム合金材に耐摩環を、アルミニウム合金製のピストン本
体に鋳ぐるんでリング溝を形成したため、ピストンリン
グとの耐摩耗性等が向上することは勿論のこと、単なる
溶湯鋳造法によって成形できるため、製造コストの低廉
化が図れる。
よれば、炭化珪素（ＳｉＣ）粒子を含有したアルミニウ
ム合金材に耐摩環を、アルミニウム合金製のピストン本
体に鋳ぐるんでリング溝を形成したため、ピストンリン
グとの耐摩耗性等が向上することは勿論のこと、単なる
溶湯鋳造法によって成形できるため、製造コストの低廉
化が図れる。
【００５４】特に、前記耐摩環のリング溝表面にアルマ
イト処理層を形成したため、該アルマイト処理層とアル
マイト処理層内の炭化珪素粒子との相乗効果によって前
記リング溝表面の耐摩耗性や耐凝着性が著しく向上す
る。
イト処理層を形成したため、該アルマイト処理層とアル
マイト処理層内の炭化珪素粒子との相乗効果によって前
記リング溝表面の耐摩耗性や耐凝着性が著しく向上す
る。
【図１】本考案の実施例を示すピストンの要部断面図。
【図２】本実施例のピストンの縦断面図。
【図３】本実施例のピストンの要部拡大断面図。
【図４】本実施例の耐摩環の金型成形を示す説明図。
【図５】耐摩耗性のテスト状態を示す説明図。
【図６】耐凝着性のテスト状態を示す説明図。
１…ピストン本体 ２…冠部 ３…リングランド部 ４…トップリング溝 ７…トップリング １１…耐摩環 １１ａ…ＳｉＣ粒子 ２０…アルマイト処理層
Claims (2)
- 【請求項１】 アルミニウム合金製からなるピストン本
体の外周に複数のピストンリング溝が形成されてなる内
燃機関のピストンにおいて、 前記ピストンリング溝の少なくともトップリング溝に対
応する位置に、炭化珪素の粒子を含有したアルミニウム
合金材の耐摩環を鋳ぐるむと共に、該耐摩環で形成され
たリング溝の表面に陽極酸化処理によるアルマイト処理
層を形成したことを特徴とする内燃機関のピストン。 - 【請求項２】 アルミニウム合金製からなるピストン本
体の外周に複数のピストンリング溝が形成されてなる内
燃機関のピストンの製造方法であって、 アルミニウム合金材の内部に炭化珪素を含有した耐摩環
を予め成形すると共に、前記ピストン本体の鋳造時に、
前記ピストンリング溝の少なくともトップリング溝に対
応する位置に前記耐摩環を鋳込み、その後、前記耐摩環
で形成されたリング溝の表面を陽極酸化処理を行なうよ
うにしたことを特徴とする内燃機関のピストンの製造方
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10581694A JP3280516B2 (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | 内燃機関のピストン及びその製造方法 |
| DE1995118552 DE19518552C2 (de) | 1994-05-20 | 1995-05-19 | Kolben für Verbrennungsmotoren |
| GB9510270A GB2290598B (en) | 1994-05-20 | 1995-05-22 | Pistons for internal combustion engines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10581694A JP3280516B2 (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | 内燃機関のピストン及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07310588A true JPH07310588A (ja) | 1995-11-28 |
| JP3280516B2 JP3280516B2 (ja) | 2002-05-13 |
Family
ID=14417617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10581694A Expired - Fee Related JP3280516B2 (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | 内燃機関のピストン及びその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3280516B2 (ja) |
| DE (1) | DE19518552C2 (ja) |
| GB (1) | GB2290598B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040031938A (ko) * | 2002-10-08 | 2004-04-14 | 현대자동차주식회사 | 피스톤 탑 랜드의 구조 |
| CN101460743B (zh) | 2006-06-07 | 2012-06-27 | 三电有限公司 | 流体机械 |
| WO2018173719A1 (ja) * | 2017-03-23 | 2018-09-27 | Ｋｙｂ株式会社 | 摺動部材の製造方法及び摺動部材 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19535590A1 (de) * | 1994-09-26 | 1996-04-04 | Unisia Jecs Corp | Kolben für Brennkraftmaschinen und Verfahren zu deren Herstellung |
| DE19532252C2 (de) * | 1995-09-01 | 1999-12-02 | Erbsloeh Ag | Verfahren zur Herstellung von Laufbuchsen |
| DE19532244C2 (de) * | 1995-09-01 | 1998-07-02 | Peak Werkstoff Gmbh | Verfahren zur Herstellung von dünnwandigen Rohren (I) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3339867A1 (de) * | 1982-12-16 | 1985-05-15 | Kolbenschmidt AG, 7107 Neckarsulm | Verfahren zur herstellung verschleissfester oberflaechen der ringnuten von aus aluminiumlegierungen bestehenden kolben fuer brennkraftmaschinen |
| JPS59201953A (ja) * | 1983-04-28 | 1984-11-15 | Izumi Jidosha Kogyo Kk | 内燃機関用ピストン |
| JPH01190951A (ja) * | 1988-01-26 | 1989-08-01 | Toyota Motor Corp | 内燃機関用ピストン |
| DE4010474A1 (de) * | 1990-03-31 | 1991-10-02 | Kolbenschmidt Ag | Leichtmetallkolben |
| JP2880589B2 (ja) * | 1991-06-27 | 1999-04-12 | 倉敷化工株式会社 | 液体封入ブッシュ |
| JPH06218521A (ja) * | 1993-01-26 | 1994-08-09 | Unisia Jecs Corp | 内燃機関のピストン |
-
1994
- 1994-05-20 JP JP10581694A patent/JP3280516B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-05-19 DE DE1995118552 patent/DE19518552C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-05-22 GB GB9510270A patent/GB2290598B/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040031938A (ko) * | 2002-10-08 | 2004-04-14 | 현대자동차주식회사 | 피스톤 탑 랜드의 구조 |
| CN101460743B (zh) | 2006-06-07 | 2012-06-27 | 三电有限公司 | 流体机械 |
| WO2018173719A1 (ja) * | 2017-03-23 | 2018-09-27 | Ｋｙｂ株式会社 | 摺動部材の製造方法及び摺動部材 |
| JP2018159113A (ja) * | 2017-03-23 | 2018-10-11 | Ｋｙｂ株式会社 | 摺動部材及び摺動部材の製造方法 |
| US10767694B2 (en) | 2017-03-23 | 2020-09-08 | Kyb Corporation | Manufacturing method for sliding member and sliding member |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB9510270D0 (en) | 1995-07-19 |
| DE19518552C2 (de) | 1999-03-11 |
| GB2290598B (en) | 1998-01-07 |
| DE19518552A1 (de) | 1995-11-30 |
| GB2290598A (en) | 1996-01-03 |
| JP3280516B2 (ja) | 2002-05-13 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |