JPH10277723A - 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Info
- Publication number
- JPH10277723A JPH10277723A JP9108173A JP10817397A JPH10277723A JP H10277723 A JPH10277723 A JP H10277723A JP 9108173 A JP9108173 A JP 9108173A JP 10817397 A JP10817397 A JP 10817397A JP H10277723 A JPH10277723 A JP H10277723A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- aluminum alloy
- forging
- rapidly solidified
- internal combustion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
-
- 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
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
- Y10T29/49249—Piston making
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Forging (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 急冷凝固粉末アルミ合金と他の連続鋳造材と
からなる複合素材を一体的に鍛造することで異なる材質
同士の接合強度を充分とした部分的に材質が異なる内燃
機関用ピストン本体の製造法を提供する。 【解決手段】 アルミ合金の連続鋳造材を第一口金部か
ら押し出しながら、押し出される連続鋳造材の周りに充
満させておいたアルミ合金の急冷凝固粉末を、加熱し加
圧することで固化しつつ、第一口金部よりも大径の第二
口金部から、連続鋳造材と共に押し出すことにより、連
続鋳造材からなる材質の芯材と急冷凝固粉末からなる材
質の外周材とを一体的に接合させた柱状体とし、該柱状
体を所定の大きさに切断して鍛造用素材を製造し、該鍛
造用素材の鍛造による一体成形工程及び後加工工程を経
てピストン本体の完成品とする。
からなる複合素材を一体的に鍛造することで異なる材質
同士の接合強度を充分とした部分的に材質が異なる内燃
機関用ピストン本体の製造法を提供する。 【解決手段】 アルミ合金の連続鋳造材を第一口金部か
ら押し出しながら、押し出される連続鋳造材の周りに充
満させておいたアルミ合金の急冷凝固粉末を、加熱し加
圧することで固化しつつ、第一口金部よりも大径の第二
口金部から、連続鋳造材と共に押し出すことにより、連
続鋳造材からなる材質の芯材と急冷凝固粉末からなる材
質の外周材とを一体的に接合させた柱状体とし、該柱状
体を所定の大きさに切断して鍛造用素材を製造し、該鍛
造用素材の鍛造による一体成形工程及び後加工工程を経
てピストン本体の完成品とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２サイクルや４サ
イクルのガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等
のレシプロエンジンに使用される内燃機関用ピストンを
製造するための方法に関する。
イクルのガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等
のレシプロエンジンに使用される内燃機関用ピストンを
製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】２サイクルや４サイクルのガソリンエン
ジンおよびディーゼルエンジンのようなレシプロエンジ
ンに使用される内燃機関用ピストンでは、エンジンの高
出力化に対応して、高温での強度や耐摩耗性の向上が求
められると共に、ピストンの往復慣性力を小さくして出
力増大やエンジン振動の低減を図るために一層の軽量化
が求められることから、その材質については、材質自体
が軽量であり、且つ、薄肉に成形することが可能で、し
かも、薄肉に成形しても高温で永久変形が少なく、高温
での強度や耐摩耗性の高いことが要求されている。
ジンおよびディーゼルエンジンのようなレシプロエンジ
ンに使用される内燃機関用ピストンでは、エンジンの高
出力化に対応して、高温での強度や耐摩耗性の向上が求
められると共に、ピストンの往復慣性力を小さくして出
力増大やエンジン振動の低減を図るために一層の軽量化
が求められることから、その材質については、材質自体
が軽量であり、且つ、薄肉に成形することが可能で、し
かも、薄肉に成形しても高温で永久変形が少なく、高温
での強度や耐摩耗性の高いことが要求されている。
【０００３】そのようなピストンの材質としては、従
来、例えば、軽量なアルミニウム（Ａｌ）を基材とし
て、耐摩耗性や耐焼付性を高めるためにシリコン（Ｓ
ｉ）を添加すると共に、強度を高めるために銅（Ｃｕ）
およびマグネシウム（Ｍｇ）を添加したような連続鋳造
材のアルミ合金が使用されており、そのようなアルミ合
金を一般的には鋳造加工することによって、ピストン本
体の一次成形品が製造されている。
来、例えば、軽量なアルミニウム（Ａｌ）を基材とし
て、耐摩耗性や耐焼付性を高めるためにシリコン（Ｓ
ｉ）を添加すると共に、強度を高めるために銅（Ｃｕ）
およびマグネシウム（Ｍｇ）を添加したような連続鋳造
材のアルミ合金が使用されており、そのようなアルミ合
金を一般的には鋳造加工することによって、ピストン本
体の一次成形品が製造されている。
【０００４】一方、レシプロエンジンに使用される内燃
機関用ピストンでは、燃焼室に露出するヘッド部では特
に高い耐熱性が要求され、シリンダ内面に摺接するピス
トン外周面では特に高い耐摩耗性が要求されること、お
よび、材料費の節約やピストン重量の軽量化を行うため
に、ピストン本体の全体を同じ材質で一様に強化するの
ではなく、部分的に材質を変えて複合的にピストン本体
を形成するということが従来から様々に提案されてい
る。（例えば、特開昭６３−１２６６６１号公報，実開
平２−１０７７４９号公報，特開平３−２６７５５２号
公報，特開平５−３２０７８８号公報等参照。）
機関用ピストンでは、燃焼室に露出するヘッド部では特
に高い耐熱性が要求され、シリンダ内面に摺接するピス
トン外周面では特に高い耐摩耗性が要求されること、お
よび、材料費の節約やピストン重量の軽量化を行うため
に、ピストン本体の全体を同じ材質で一様に強化するの
ではなく、部分的に材質を変えて複合的にピストン本体
を形成するということが従来から様々に提案されてい
る。（例えば、特開昭６３−１２６６６１号公報，実開
平２−１０７７４９号公報，特開平３−２６７５５２号
公報，特開平５−３２０７８８号公報等参照。）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の内燃機関用ピストンでは、部分的に材質が異な
る複合材のピストン本体を製造する場合に、異なる材質
で各部分を成形してから溶接により一体化したり、ある
いは、一方の材質で一方の部分を成形してから、この成
形した一方の部分を鋳型内に保持して、他方の材質を溶
解して鋳型内に流し込むことにより、該一方の部分を鋳
包むことで一体的に成形したりしているため、一つの材
質からなる素材によりピストン本体を製造する場合と比
べて、製造工程が多くなったり製造時間が増大したりし
て、その結果コストアップを招くこととなる。
な従来の内燃機関用ピストンでは、部分的に材質が異な
る複合材のピストン本体を製造する場合に、異なる材質
で各部分を成形してから溶接により一体化したり、ある
いは、一方の材質で一方の部分を成形してから、この成
形した一方の部分を鋳型内に保持して、他方の材質を溶
解して鋳型内に流し込むことにより、該一方の部分を鋳
包むことで一体的に成形したりしているため、一つの材
質からなる素材によりピストン本体を製造する場合と比
べて、製造工程が多くなったり製造時間が増大したりし
て、その結果コストアップを招くこととなる。
【０００６】また、異なる材質で各部分を成形してから
溶接により一体化したような場合には、異なる材質の接
合部分の周辺で溶接時の熱により材質自体の強度が低下
することがあり、また、一方の材質からなる一方の部分
を他方の材質で鋳包むことにより一体化成形するような
場合には、異なる材質同士の接合部分の接合強度が充分
でないような虞も生じる。
溶接により一体化したような場合には、異なる材質の接
合部分の周辺で溶接時の熱により材質自体の強度が低下
することがあり、また、一方の材質からなる一方の部分
を他方の材質で鋳包むことにより一体化成形するような
場合には、異なる材質同士の接合部分の接合強度が充分
でないような虞も生じる。
【０００７】本発明は、上記のような問題を解消するた
めに、内燃機関用ピストンの製造方法において、部分的
に材質が異なるピストン本体を製造する場合に、一方の
材質に急冷凝固粉末アルミ合金を使用することで、ピス
トン本体の強度や耐摩耗性を向上させ、しかも、そのよ
うな急冷凝固粉末と他の材質（連続鋳造材）とからなる
複合素材を、製造工程や製造時間をあまり増やすことな
く製造することでコストアップを抑えると共に、そのよ
うな複合素材を一体的に鍛造することで、ピストン本体
における異なる材質同士の接合強度を充分なものにする
ことを課題とするものである。
めに、内燃機関用ピストンの製造方法において、部分的
に材質が異なるピストン本体を製造する場合に、一方の
材質に急冷凝固粉末アルミ合金を使用することで、ピス
トン本体の強度や耐摩耗性を向上させ、しかも、そのよ
うな急冷凝固粉末と他の材質（連続鋳造材）とからなる
複合素材を、製造工程や製造時間をあまり増やすことな
く製造することでコストアップを抑えると共に、そのよ
うな複合素材を一体的に鍛造することで、ピストン本体
における異なる材質同士の接合強度を充分なものにする
ことを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
課題を解決するために、上記の請求項１に記載したよう
に、接合界面で一体的に接合された強度の異なる材質に
よりピストン本体が構成されている内燃機関用ピストン
の製造方法において、アルミ合金の連続鋳造材を第一口
金部から押し出しながら、押し出される連続鋳造材の周
りに充満させておいたアルミ合金の急冷凝固粉末を、加
熱し加圧することで固化しつつ、第一口金部よりも大径
の第二口金部から、連続鋳造材と共に押し出すことによ
り、連続鋳造材からなる材質の芯材と急冷凝固粉末から
なる材質の外周材とを一体的に接合させた柱状体として
から、該柱状体を所定の大きさに切断することにより鍛
造用素材を製造し、該鍛造用素材の鍛造による一次成形
工程および後加工工程を経てピストン本体の完成品とす
るようにしたことを特徴とするものである。
課題を解決するために、上記の請求項１に記載したよう
に、接合界面で一体的に接合された強度の異なる材質に
よりピストン本体が構成されている内燃機関用ピストン
の製造方法において、アルミ合金の連続鋳造材を第一口
金部から押し出しながら、押し出される連続鋳造材の周
りに充満させておいたアルミ合金の急冷凝固粉末を、加
熱し加圧することで固化しつつ、第一口金部よりも大径
の第二口金部から、連続鋳造材と共に押し出すことによ
り、連続鋳造材からなる材質の芯材と急冷凝固粉末から
なる材質の外周材とを一体的に接合させた柱状体として
から、該柱状体を所定の大きさに切断することにより鍛
造用素材を製造し、該鍛造用素材の鍛造による一次成形
工程および後加工工程を経てピストン本体の完成品とす
るようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】また、上記の請求項１に記載した内燃機関
用ピストンの製造方法において、上記の請求項２に記載
したように、アルミ合金の急冷凝固粉末が、シリコン
（Ｓｉ）を１０〜２２重量％の範囲で含み、初晶シリコ
ンの平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とするも
のである。
用ピストンの製造方法において、上記の請求項２に記載
したように、アルミ合金の急冷凝固粉末が、シリコン
（Ｓｉ）を１０〜２２重量％の範囲で含み、初晶シリコ
ンの平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とするも
のである。
【００１０】また、上記の請求項２に記載した内燃機関
用ピストンの製造方法において、上記の請求項３に記載
したように、アルミ合金の急冷凝固粉末が、シリコン
（Ｓｉ）よりも硬い非金属成分粒子を、平均粒径が１０
μｍ以下の状態で、１〜１０重量％の範囲で含むことを
特徴とするものである。
用ピストンの製造方法において、上記の請求項３に記載
したように、アルミ合金の急冷凝固粉末が、シリコン
（Ｓｉ）よりも硬い非金属成分粒子を、平均粒径が１０
μｍ以下の状態で、１〜１０重量％の範囲で含むことを
特徴とするものである。
【００１１】また、上記の請求項３に記載した内燃機関
用ピストンの製造方法において、上記の請求項４に記載
したように、シリコン（Ｓｉ）よりも硬い成分粒子が、
炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ
3 ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの何れか一つ
あるいは複数からなることを特徴とするものである。
用ピストンの製造方法において、上記の請求項４に記載
したように、シリコン（Ｓｉ）よりも硬い成分粒子が、
炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ
3 ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの何れか一つ
あるいは複数からなることを特徴とするものである。
【００１２】さらに、上記の請求項２乃至４に記載した
内燃機関用ピストンの製造方法において、上記の請求項
５に記載したように、アルミ合金の急冷凝固粉末が、鉄
（Ｆｅ）を１〜１０重量％の範囲で含み、その化合物の
平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とするもので
ある。
内燃機関用ピストンの製造方法において、上記の請求項
５に記載したように、アルミ合金の急冷凝固粉末が、鉄
（Ｆｅ）を１〜１０重量％の範囲で含み、その化合物の
平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とするもので
ある。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の内燃機関用ピスト
ンの製造方法の実施形態について、図面に基づいて説明
する。
ンの製造方法の実施形態について、図面に基づいて説明
する。
【００１４】図１は、本発明の製造方法により製造され
るピストン本体の一例を示すもので、（Ａ）は、ピン孔
の軸線方向から見た側面を示し、（Ｂ）は、上方から見
たヘッド部の上面を示し、（Ｃ）は、図（Ｂ）のＣ−Ｃ
線に沿った縦断面を示している。
るピストン本体の一例を示すもので、（Ａ）は、ピン孔
の軸線方向から見た側面を示し、（Ｂ）は、上方から見
たヘッド部の上面を示し、（Ｃ）は、図（Ｂ）のＣ−Ｃ
線に沿った縦断面を示している。
【００１５】ピストン本体１は、燃焼室に上面が露出す
るヘッド部２と、シリンダ内面に側面が摺接するスカー
ト部３が、ピンボス部４のある側では肉厚が厚くなり、
ピンボス部４のない側ではピンボス部４よりも下方に向
って肉厚が徐々に薄くなるように、厚い円板状のピスト
ン鍛造用の素材から鍛造により一次成形されてから、こ
の一次成形によるピストン加工用の素材（一次成形品）
に対して、不要な部分を削り落としたりリング溝部５や
ピン孔部６を形成する等の機械加工処理を施し、更に必
要に応じてメッキ等の表面処理を施すことで、最終製品
として仕上げられているものである。
るヘッド部２と、シリンダ内面に側面が摺接するスカー
ト部３が、ピンボス部４のある側では肉厚が厚くなり、
ピンボス部４のない側ではピンボス部４よりも下方に向
って肉厚が徐々に薄くなるように、厚い円板状のピスト
ン鍛造用の素材から鍛造により一次成形されてから、こ
の一次成形によるピストン加工用の素材（一次成形品）
に対して、不要な部分を削り落としたりリング溝部５や
ピン孔部６を形成する等の機械加工処理を施し、更に必
要に応じてメッキ等の表面処理を施すことで、最終製品
として仕上げられているものである。
【００１６】このピストン本体１は、接合界面で一体的
に接合された強度の異なる２種の材質１Ａ，１Ｂにより
全体が複合的に形成されていて、強度の高い材質とし
て、アルミ合金の急冷凝固粉末（パウダーメタル）から
形成される材質１Ａが、ヘッド部２の周辺部からリング
溝部５とピンボス部４の外側とスカート部３を占めるよ
うにピストン本体１の外周部（側壁部分）に分布し、そ
れよりも強度の低い材質として、アルミ合金の連続鋳造
材（溶製材）から形成される材質１Ｂが、ヘッド部２の
中央部からピンボス部４の内側を占めるようにピストン
本体１の中央部（軸芯部分）に分布している。
に接合された強度の異なる２種の材質１Ａ，１Ｂにより
全体が複合的に形成されていて、強度の高い材質とし
て、アルミ合金の急冷凝固粉末（パウダーメタル）から
形成される材質１Ａが、ヘッド部２の周辺部からリング
溝部５とピンボス部４の外側とスカート部３を占めるよ
うにピストン本体１の外周部（側壁部分）に分布し、そ
れよりも強度の低い材質として、アルミ合金の連続鋳造
材（溶製材）から形成される材質１Ｂが、ヘッド部２の
中央部からピンボス部４の内側を占めるようにピストン
本体１の中央部（軸芯部分）に分布している。
【００１７】ところで、上記のピストン本体１における
一方の材質１Ａの部分を形成するための急冷凝固粉末に
ついて、本実施形態では、例えば、アルミニウム（Ａ
ｌ）を基材として、全体中に、シリコン（Ｓｉ）を１０
〜２２重量％，鉄（Ｆｅ）を１〜１０重量％，銅（Ｃ
ｕ）を０．５〜５重量％，マグネシウム（Ｍｇ）を０．
５〜５重量％，マンガン（Ｍｎ）を１重量％以下，ニッ
ケル（Ｎｉ）を１重量％以下，クロム（Ｃｒ）を１重量
％以下，ジルコニウム（Ｚｒ）を２重量％以下，モリブ
デン（Ｍｏ）を１重量％以下の範囲で含むようなものが
使用されている。
一方の材質１Ａの部分を形成するための急冷凝固粉末に
ついて、本実施形態では、例えば、アルミニウム（Ａ
ｌ）を基材として、全体中に、シリコン（Ｓｉ）を１０
〜２２重量％，鉄（Ｆｅ）を１〜１０重量％，銅（Ｃ
ｕ）を０．５〜５重量％，マグネシウム（Ｍｇ）を０．
５〜５重量％，マンガン（Ｍｎ）を１重量％以下，ニッ
ケル（Ｎｉ）を１重量％以下，クロム（Ｃｒ）を１重量
％以下，ジルコニウム（Ｚｒ）を２重量％以下，モリブ
デン（Ｍｏ）を１重量％以下の範囲で含むようなものが
使用されている。
【００１８】その具体例としては、シリコン（Ｓｉ）を
１７重量％，鉄（Ｆｅ）を５重量％，銅（Ｃｕ）を１重
量％，マグネシウム（Ｍｇ）を０．５重量％，マンガン
（Ｍｎ）を０．０１重量％，ニッケル（Ｎｉ）を０．０
１重量％，クロム（Ｃｒ）を０．０１重量％，ジルコニ
ウム（Ｚｒ）を１重量％，モリブデン（Ｍｏ）を０．０
１重量％含むような急冷凝固粉末アルミ合金がある。
１７重量％，鉄（Ｆｅ）を５重量％，銅（Ｃｕ）を１重
量％，マグネシウム（Ｍｇ）を０．５重量％，マンガン
（Ｍｎ）を０．０１重量％，ニッケル（Ｎｉ）を０．０
１重量％，クロム（Ｃｒ）を０．０１重量％，ジルコニ
ウム（Ｚｒ）を１重量％，モリブデン（Ｍｏ）を０．０
１重量％含むような急冷凝固粉末アルミ合金がある。
【００１９】また、本実施形態では、材質１Ａの部分を
形成するためのアルミ合金の急冷凝固粉末の他の例とし
て、アルミニウム（Ａｌ）を基材として、全体中に、シ
リコン（Ｓｉ）を１０〜２２重量％，鉄（Ｆｅ）を１〜
１０重量％，銅（Ｃｕ）を０．５〜５重量％，マグネシ
ウム（Ｍｇ）を０．５〜５重量％，マンガン（Ｍｎ）を
１重量％以下，ニッケル（Ｎｉ）を１重量％以下，クロ
ム（Ｃｒ）を１重量％以下，ジルコニウム（Ｚｒ）を２
重量％以下，モリブデン（Ｍｏ）を１重量％以下の範囲
で含むと共に、更に耐摩耗性を高めるために、シリコン
（Ｓｉ）よりも硬い成分である炭化シリコン（ＳｉＣ）
を１〜１０重量％の範囲で含むようなものが使用されて
いる。
形成するためのアルミ合金の急冷凝固粉末の他の例とし
て、アルミニウム（Ａｌ）を基材として、全体中に、シ
リコン（Ｓｉ）を１０〜２２重量％，鉄（Ｆｅ）を１〜
１０重量％，銅（Ｃｕ）を０．５〜５重量％，マグネシ
ウム（Ｍｇ）を０．５〜５重量％，マンガン（Ｍｎ）を
１重量％以下，ニッケル（Ｎｉ）を１重量％以下，クロ
ム（Ｃｒ）を１重量％以下，ジルコニウム（Ｚｒ）を２
重量％以下，モリブデン（Ｍｏ）を１重量％以下の範囲
で含むと共に、更に耐摩耗性を高めるために、シリコン
（Ｓｉ）よりも硬い成分である炭化シリコン（ＳｉＣ）
を１〜１０重量％の範囲で含むようなものが使用されて
いる。
【００２０】その具体例としては、シリコン（Ｓｉ）を
１７重量％，鉄（Ｆｅ）を５重量％，銅（Ｃｕ）を１重
量％，マグネシウム（Ｍｇ）を０．５重量％，マンガン
（Ｍｎ）を０．０１重量％，ニッケル（Ｎｉ）を０．０
１重量％，クロム（Ｃｒ）を０．０１重量％，ジルコニ
ウム（Ｚｒ）を１重量％，モリブデン（Ｍｏ）を０．０
１重量％含むと共に、更に、炭化シリコン（ＳｉＣ）を
５重量％含むような急冷凝固粉末アルミ合金がある。
１７重量％，鉄（Ｆｅ）を５重量％，銅（Ｃｕ）を１重
量％，マグネシウム（Ｍｇ）を０．５重量％，マンガン
（Ｍｎ）を０．０１重量％，ニッケル（Ｎｉ）を０．０
１重量％，クロム（Ｃｒ）を０．０１重量％，ジルコニ
ウム（Ｚｒ）を１重量％，モリブデン（Ｍｏ）を０．０
１重量％含むと共に、更に、炭化シリコン（ＳｉＣ）を
５重量％含むような急冷凝固粉末アルミ合金がある。
【００２１】なお、上記のようなアルミ合金の急冷凝固
粉末の各例において、シリコン（Ｓｉ）や炭化シリコン
（ＳｉＣ）は、金属組織中に硬質の粒子を存在させるこ
とで耐摩耗性および耐焼付性を高めるために添加されて
いるものであり、鉄（Ｆｅ）は、金属組織を分散強化し
て２００℃以上で高い強度を得るために添加されている
ものであり、また、銅（Ｃｕ）およびマグネシウム（Ｍ
ｇ）は、２００℃以下での強度を高めるために添加され
ているものであって、その添加量については、上記の範
囲外では所望の耐摩耗性や耐焼付性および高温での必要
な強度を得ることができない。
粉末の各例において、シリコン（Ｓｉ）や炭化シリコン
（ＳｉＣ）は、金属組織中に硬質の粒子を存在させるこ
とで耐摩耗性および耐焼付性を高めるために添加されて
いるものであり、鉄（Ｆｅ）は、金属組織を分散強化し
て２００℃以上で高い強度を得るために添加されている
ものであり、また、銅（Ｃｕ）およびマグネシウム（Ｍ
ｇ）は、２００℃以下での強度を高めるために添加され
ているものであって、その添加量については、上記の範
囲外では所望の耐摩耗性や耐焼付性および高温での必要
な強度を得ることができない。
【００２２】一方、ピストン本体１における他方の材質
１Ｂの部分を形成するための連続鋳造材（溶製材）につ
いて、本実施形態では、従来から使用されている鋳造を
前提とした連続鋳造材のアルミ合金、すなわち、アルミ
ニウム（Ａｌ）を基材として、全体中に、シリコン（Ｓ
ｉ）を１０〜２２重量％，鉄（Ｆｅ）を１重量％以下，
銅（Ｃｕ）を０．５〜５重量％，マグネシウム（Ｍｇ）
を０．５〜２重量％，マンガン（Ｍｎ）を１重量％以
下，ニッケル（Ｎｉ）を１重量％以下，クロム（Ｃｒ）
を１重量％以下の範囲で含むようなものが使用されてい
る。
１Ｂの部分を形成するための連続鋳造材（溶製材）につ
いて、本実施形態では、従来から使用されている鋳造を
前提とした連続鋳造材のアルミ合金、すなわち、アルミ
ニウム（Ａｌ）を基材として、全体中に、シリコン（Ｓ
ｉ）を１０〜２２重量％，鉄（Ｆｅ）を１重量％以下，
銅（Ｃｕ）を０．５〜５重量％，マグネシウム（Ｍｇ）
を０．５〜２重量％，マンガン（Ｍｎ）を１重量％以
下，ニッケル（Ｎｉ）を１重量％以下，クロム（Ｃｒ）
を１重量％以下の範囲で含むようなものが使用されてい
る。
【００２３】その具体例としては、シリコン（Ｓｉ）を
１２重量％，鉄（Ｆｅ）を０．２重量％，銅（Ｃｕ）を
４重量％，マグネシウム（Ｍｇ）を１重量％，マンガン
（Ｍｎ）を０．１重量％，ニッケル（Ｎｉ）を０．１重
量％，クロム（Ｃｒ）を０．１重量％含むような連続鋳
造材のアルミ合金がある。
１２重量％，鉄（Ｆｅ）を０．２重量％，銅（Ｃｕ）を
４重量％，マグネシウム（Ｍｇ）を１重量％，マンガン
（Ｍｎ）を０．１重量％，ニッケル（Ｎｉ）を０．１重
量％，クロム（Ｃｒ）を０．１重量％含むような連続鋳
造材のアルミ合金がある。
【００２４】なお、上記のようなアルミ合金の急冷凝固
粉末による材質１Ａの各例と、連続鋳造材による材質１
Ｂの一例について、耐摩耗性および疲労強度についてそ
れぞれ比較試験を行った結果については以下の通りであ
る。
粉末による材質１Ａの各例と、連続鋳造材による材質１
Ｂの一例について、耐摩耗性および疲労強度についてそ
れぞれ比較試験を行った結果については以下の通りであ
る。
【００２５】すなわち、図８は、耐摩耗性を比較するた
めに、急冷凝固粉末による材質１Ａの各例（ＳｉＣを含
む例−Ａ１，および，ＳｉＣを含まない例−Ａ２）と、
連続鋳造材による材質１Ｂの一例（例−Ｂ）のそれぞれ
について、試験温度２５０℃で、フレッチング摩耗試験
（試験材質をローターとし、このローターを揺動させな
がら所定材質のライダーを繰り返し押し付けて、接触面
の摩耗痕の面積を摩耗量とする）を行った結果を示すも
ので、これによって材質１Ａ（例−Ａ１，および，例−
Ａ２）の何れについても、材質１Ｂ（例−Ｂ）と比べ
て、高温で高い耐摩耗性を有することが示されている。
めに、急冷凝固粉末による材質１Ａの各例（ＳｉＣを含
む例−Ａ１，および，ＳｉＣを含まない例−Ａ２）と、
連続鋳造材による材質１Ｂの一例（例−Ｂ）のそれぞれ
について、試験温度２５０℃で、フレッチング摩耗試験
（試験材質をローターとし、このローターを揺動させな
がら所定材質のライダーを繰り返し押し付けて、接触面
の摩耗痕の面積を摩耗量とする）を行った結果を示すも
ので、これによって材質１Ａ（例−Ａ１，および，例−
Ａ２）の何れについても、材質１Ｂ（例−Ｂ）と比べ
て、高温で高い耐摩耗性を有することが示されている。
【００２６】また、図９は、疲労強度を比較するため
に、急冷凝固粉末による材質１Ａの各例（ＳｉＣを含む
例−Ａ１，および，ＳｉＣを含まない例−Ａ２）と、連
続鋳造材による材質１Ｂの一例（例−Ｂ）のそれぞれに
ついて、２５℃，１５０℃，２５０℃の各試験温度で、
繰返し荷重による疲労試験（試験片に対して正弦波荷重
を作用させ、正弦波の一周期を単位に数えて破壊までの
繰返し数を求めることで、疲労限度を示す）を行った結
果を示すもので、これによって材質１Ａ（例−Ａ１，お
よび，例−Ａ２）の何れについても、材質１Ｂ（例−
Ｂ）と比べて、全ての温度で高い疲労強度を有すること
が示されている。
に、急冷凝固粉末による材質１Ａの各例（ＳｉＣを含む
例−Ａ１，および，ＳｉＣを含まない例−Ａ２）と、連
続鋳造材による材質１Ｂの一例（例−Ｂ）のそれぞれに
ついて、２５℃，１５０℃，２５０℃の各試験温度で、
繰返し荷重による疲労試験（試験片に対して正弦波荷重
を作用させ、正弦波の一周期を単位に数えて破壊までの
繰返し数を求めることで、疲労限度を示す）を行った結
果を示すもので、これによって材質１Ａ（例−Ａ１，お
よび，例−Ａ２）の何れについても、材質１Ｂ（例−
Ｂ）と比べて、全ての温度で高い疲労強度を有すること
が示されている。
【００２７】さて、図１に示すような強度の異なる２種
の材質１Ａ，１Ｂにより全体が複合的に形成されている
ピストン本体１を、上記のようなアルミ合金の急冷凝固
粉末とアルミ合金の連続鋳造材とを材料として製造す
る、本実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法につい
て以下に説明する。
の材質１Ａ，１Ｂにより全体が複合的に形成されている
ピストン本体１を、上記のようなアルミ合金の急冷凝固
粉末とアルミ合金の連続鋳造材とを材料として製造す
る、本実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法につい
て以下に説明する。
【００２８】ピストン本体１を製造するための材料とな
るアルミ合金の連続鋳造材については、例えば、図２に
示すように、（Ａ）アルミ合金のインゴットを、（Ｂ）
溶解して連続鋳造してから、（Ｃ）所定の大きさに切断
することで連続鋳造材としたものが使用され、また、ア
ルミ合金の急冷凝固粉末については、例えば、図３に示
すように、（Ａ）アルミ合金のインゴットを、（Ｂ）約
７００℃以上で溶解してから霧状に散布し、冷却速度１
００℃／ｓｅｃ以上で急激に冷やして凝固させること
で、平均粒径で約１００μｍ程度の急冷凝固粉末（パウ
ダーメタル）としたものが使用される。
るアルミ合金の連続鋳造材については、例えば、図２に
示すように、（Ａ）アルミ合金のインゴットを、（Ｂ）
溶解して連続鋳造してから、（Ｃ）所定の大きさに切断
することで連続鋳造材としたものが使用され、また、ア
ルミ合金の急冷凝固粉末については、例えば、図３に示
すように、（Ａ）アルミ合金のインゴットを、（Ｂ）約
７００℃以上で溶解してから霧状に散布し、冷却速度１
００℃／ｓｅｃ以上で急激に冷やして凝固させること
で、平均粒径で約１００μｍ程度の急冷凝固粉末（パウ
ダーメタル）としたものが使用される。
【００２９】なお、アルミ合金の急冷凝固粉末中に含有
されている各構成成分については、当初のアルミ合金イ
ンゴット中に含有されていて急冷凝固により粉末化され
ているか、あるいは、急冷凝固して粉末化させたアルミ
合金に対して粉末状にして混入するかの何れかによっ
て、アルミ合金の急冷凝固粉末中に微細な粉末状態で含
有されている。
されている各構成成分については、当初のアルミ合金イ
ンゴット中に含有されていて急冷凝固により粉末化され
ているか、あるいは、急冷凝固して粉末化させたアルミ
合金に対して粉末状にして混入するかの何れかによっ
て、アルミ合金の急冷凝固粉末中に微細な粉末状態で含
有されている。
【００３０】上記のような急冷凝固粉末と連続鋳造材と
を材料として、本実施形態の製造方法では、まず、図４
に示すように、素材製造装置１１によって複合ピストン
鍛造用素材１０を製造する。
を材料として、本実施形態の製造方法では、まず、図４
に示すように、素材製造装置１１によって複合ピストン
鍛造用素材１０を製造する。
【００３１】素材製造装置１１には、連続鋳造材１Ｂを
収納する第一収納室１２と、急冷凝固粉末１Ａを収納す
る第二収納室１３とが隣接して設けられており、第一収
納室１２と第二収納室１３の隔壁には、第一口金部１４
が開口され、第二収納室１３の第一口金部１４と対向す
る位置には、第一口金部１４よりも大きな径の第二口金
部１５が外部に向かって開口されている。
収納する第一収納室１２と、急冷凝固粉末１Ａを収納す
る第二収納室１３とが隣接して設けられており、第一収
納室１２と第二収納室１３の隔壁には、第一口金部１４
が開口され、第二収納室１３の第一口金部１４と対向す
る位置には、第一口金部１４よりも大きな径の第二口金
部１５が外部に向かって開口されている。
【００３２】そのような装置１１により、第一収納室１
２内に収納した連続鋳造材１Ｂを、４００〜５００℃に
加熱して加圧することで、第一口金部１４を通して第二
収納室１３の側に円柱状に押し出しながら、第二収納室
１３内に収納した急冷凝固粉末１Ａを、４００〜５００
℃に加熱して加圧することで固化しつつ、第一口金部１
４よりも大径の第二口金部１５を通して押し出す。
２内に収納した連続鋳造材１Ｂを、４００〜５００℃に
加熱して加圧することで、第一口金部１４を通して第二
収納室１３の側に円柱状に押し出しながら、第二収納室
１３内に収納した急冷凝固粉末１Ａを、４００〜５００
℃に加熱して加圧することで固化しつつ、第一口金部１
４よりも大径の第二口金部１５を通して押し出す。
【００３３】それにより、連続鋳造材１Ｂを芯材とし急
冷凝固粉末１Ａを外周材とした複合材の円柱体が、第二
口金部１５を通して装置１１の外方に共に押し出される
こととなり、この複合材の円柱体を所定の大きさに切断
することによって、鍛造によりピストン本体１の一次成
形品を形成するための複合ピストン鍛造用素材１０が製
造される。
冷凝固粉末１Ａを外周材とした複合材の円柱体が、第二
口金部１５を通して装置１１の外方に共に押し出される
こととなり、この複合材の円柱体を所定の大きさに切断
することによって、鍛造によりピストン本体１の一次成
形品を形成するための複合ピストン鍛造用素材１０が製
造される。
【００３４】なお、上記のような装置１１により製造さ
れた複合ピストン鍛造用素材１０では、第一口金部１４
を連続鋳造材１Ｂが通過する時にその酸化皮膜が破壊さ
れ、第二収納室１３内で連続鋳造材１Ｂは母材が露出
し、この露出部に加熱された急冷凝固粉末１Ａが押圧さ
れて接合するため、円柱状の芯材１Ｂと外周材１Ａの接
合強度が高い値となっており、このため、複合ピストン
鍛造用素材１０では、運搬中や後工程の鍛造の準備中に
芯材１Ｂと外周材１Ａの接合が容易に破壊されることが
なく、その取扱性が良いものとなっている。
れた複合ピストン鍛造用素材１０では、第一口金部１４
を連続鋳造材１Ｂが通過する時にその酸化皮膜が破壊さ
れ、第二収納室１３内で連続鋳造材１Ｂは母材が露出
し、この露出部に加熱された急冷凝固粉末１Ａが押圧さ
れて接合するため、円柱状の芯材１Ｂと外周材１Ａの接
合強度が高い値となっており、このため、複合ピストン
鍛造用素材１０では、運搬中や後工程の鍛造の準備中に
芯材１Ｂと外周材１Ａの接合が容易に破壊されることが
なく、その取扱性が良いものとなっている。
【００３５】この複合ピストン鍛造用素材１０は、鍛造
後のピストン本体１の高さよりも小さい高さ（厚さ）に
形成され、芯材（連続鋳造材１Ｂ）の径よりも外周材
（急冷凝固粉末１Ａ）の肉厚が小さくなるように形成さ
れている。
後のピストン本体１の高さよりも小さい高さ（厚さ）に
形成され、芯材（連続鋳造材１Ｂ）の径よりも外周材
（急冷凝固粉末１Ａ）の肉厚が小さくなるように形成さ
れている。
【００３６】なお、本実施形態では、図５に示すよう
に、芯材１Ｂと外周材１Ａとを同心円状に形成している
が、場合によっては、図６に示すように、外周材１Ａの
肉厚を部分的に変えたり、鍛造の際に金型に位置決めす
るための突起１０ａを形成しても良く、そのような芯材
１Ｂや外周材１Ａの形状の変更は、上記の装置１１の第
一口金部１４や第二口金部１５の形状を変えることによ
って容易に行うことができる。
に、芯材１Ｂと外周材１Ａとを同心円状に形成している
が、場合によっては、図６に示すように、外周材１Ａの
肉厚を部分的に変えたり、鍛造の際に金型に位置決めす
るための突起１０ａを形成しても良く、そのような芯材
１Ｂや外周材１Ａの形状の変更は、上記の装置１１の第
一口金部１４や第二口金部１５の形状を変えることによ
って容易に行うことができる。
【００３７】そのように製造された複合ピストン鍛造用
素材１０を、本実施形態では、図７に示すように、２５
０〜４５０℃の間に制御した状態で予熱した下型２２
と、同じく２５０〜４５０℃の間に制御した状態で予熱
した上型（パンチ）２１とによる熱間鍛造により一次成
形品に成形してから、不要な部分を削り落としたりリン
グ溝部５やピン孔部６を形成する等の機械加工処理を施
し、更に必要に応じてメッキ等の表面処理を施すこと
で、ピストン本体１の最終製品として仕上げる。
素材１０を、本実施形態では、図７に示すように、２５
０〜４５０℃の間に制御した状態で予熱した下型２２
と、同じく２５０〜４５０℃の間に制御した状態で予熱
した上型（パンチ）２１とによる熱間鍛造により一次成
形品に成形してから、不要な部分を削り落としたりリン
グ溝部５やピン孔部６を形成する等の機械加工処理を施
し、更に必要に応じてメッキ等の表面処理を施すこと
で、ピストン本体１の最終製品として仕上げる。
【００３８】なお、上記のように制御された温度に予熱
された上型２１と下型２２を用いた熱間鍛造によれば、
アルミ合金の延性を充分に利用して、寸法精度良くピス
トン本体の一次成形品を成形することができ、また、複
合ピストン鍛造用素材１０における材質１Ａと材質１Ｂ
の接合界面が鍛造により延ばされることによって、材質
１Ａと材質１Ｂのそれぞれの母材が直接接合する領域が
増加するので、鍛造されたピストン本体１では、材質１
Ａと材質１Ｂの接合界面における接合強度が、鍛造前よ
りも強化された状態となる。
された上型２１と下型２２を用いた熱間鍛造によれば、
アルミ合金の延性を充分に利用して、寸法精度良くピス
トン本体の一次成形品を成形することができ、また、複
合ピストン鍛造用素材１０における材質１Ａと材質１Ｂ
の接合界面が鍛造により延ばされることによって、材質
１Ａと材質１Ｂのそれぞれの母材が直接接合する領域が
増加するので、鍛造されたピストン本体１では、材質１
Ａと材質１Ｂの接合界面における接合強度が、鍛造前よ
りも強化された状態となる。
【００３９】上記のような本実施形態の内燃機関用ピス
トンの製造方法によれば、アルミ合金の急冷凝固粉末を
固化して成形する工程において、同時的に、連続鋳造材
１Ｂを芯材とし急冷凝固粉末１Ａを外周材とした複合ピ
ストン鍛造用素材１０を製造することができるため、急
冷凝固粉末１Ａを構成材料とした複合ピストン鍛造用素
材１０を、製造工程や製造時間を増やすことなく製造す
ることができて、製造コストのアップを抑えることがで
きる。
トンの製造方法によれば、アルミ合金の急冷凝固粉末を
固化して成形する工程において、同時的に、連続鋳造材
１Ｂを芯材とし急冷凝固粉末１Ａを外周材とした複合ピ
ストン鍛造用素材１０を製造することができるため、急
冷凝固粉末１Ａを構成材料とした複合ピストン鍛造用素
材１０を、製造工程や製造時間を増やすことなく製造す
ることができて、製造コストのアップを抑えることがで
きる。
【００４０】また、そのように製造された複合ピストン
鍛造用素材１０における材質１Ａ（急冷凝固粉末による
もの）と材質１Ｂ（連続鋳造材によるもの）との接合界
面を、鍛造により延ばすことによって、鍛造されたピス
トン本体１における材質１Ａと材質１Ｂの接合強度を強
化することができる。
鍛造用素材１０における材質１Ａ（急冷凝固粉末による
もの）と材質１Ｂ（連続鋳造材によるもの）との接合界
面を、鍛造により延ばすことによって、鍛造されたピス
トン本体１における材質１Ａと材質１Ｂの接合強度を強
化することができる。
【００４１】そして、そのような複合ピストン鍛造用素
材１０から鍛造されたピストン本体１では、急冷凝固粉
末を固化して鍛造した材質１Ａが、ピストン本体１の外
周部分に分布することとなるため、ピストン本体１の強
度や耐摩耗性を効果的に向上させることができる。
材１０から鍛造されたピストン本体１では、急冷凝固粉
末を固化して鍛造した材質１Ａが、ピストン本体１の外
周部分に分布することとなるため、ピストン本体１の強
度や耐摩耗性を効果的に向上させることができる。
【００４２】すなわち、本実施形態では、ピストン本体
１の材質１Ａの部分では、何れも、平均粒径が約１００
μｍ程度に粉末化されたアルミ合金中に、シリコン（Ｓ
ｉ）や鉄（Ｆｅ）等の各構成成分が、平均粒径が１０μ
ｍ以下の微細化された状態で分散されたものとなってい
る。
１の材質１Ａの部分では、何れも、平均粒径が約１００
μｍ程度に粉末化されたアルミ合金中に、シリコン（Ｓ
ｉ）や鉄（Ｆｅ）等の各構成成分が、平均粒径が１０μ
ｍ以下の微細化された状態で分散されたものとなってい
る。
【００４３】そのため、例えば、シリコン（Ｓｉ）につ
いては、初晶シリコンの平均粒径が１０μｍ以下の微細
化された状態でアルミ合金組織中に分散されていること
で、材質１Ａが薄く引き延ばされるように鍛造されて
も、シリコン（Ｓｉ）の粒子が割れて当該部分からクラ
ックが発生するようなことが無く、その結果、鍛造され
たピストン本体１の疲労強度が高いものとなっている。
いては、初晶シリコンの平均粒径が１０μｍ以下の微細
化された状態でアルミ合金組織中に分散されていること
で、材質１Ａが薄く引き延ばされるように鍛造されて
も、シリコン（Ｓｉ）の粒子が割れて当該部分からクラ
ックが発生するようなことが無く、その結果、鍛造され
たピストン本体１の疲労強度が高いものとなっている。
【００４４】また、鉄（Ｆｅ）については、微細化され
分散された状態の鉄（Ｆｅ）を含む急冷凝固粉末アルミ
合金を鍛造により成形することで、鉄の粗大な化合物の
形成が阻止され、応力集中の原因となる鉄分の粗大化合
部のない均一な金属組織が得られるため、通常の鋳造工
程によりピストン本体を一次成形する場合よりも鉄（Ｆ
ｅ）を多く添加することが可能となって、高温での強度
が高い合金を得ることが可能となる。
分散された状態の鉄（Ｆｅ）を含む急冷凝固粉末アルミ
合金を鍛造により成形することで、鉄の粗大な化合物の
形成が阻止され、応力集中の原因となる鉄分の粗大化合
部のない均一な金属組織が得られるため、通常の鋳造工
程によりピストン本体を一次成形する場合よりも鉄（Ｆ
ｅ）を多く添加することが可能となって、高温での強度
が高い合金を得ることが可能となる。
【００４５】これに対して、通常の鋳造工程によりピス
トン本体の一次成形を行う場合には、材質となるアルミ
合金中に鉄成分が多く添加されていると、鋳造後の冷却
により合金中に鉄の粗大な化合物が形成されて強度の低
下を招くこととなる。
トン本体の一次成形を行う場合には、材質となるアルミ
合金中に鉄成分が多く添加されていると、鋳造後の冷却
により合金中に鉄の粗大な化合物が形成されて強度の低
下を招くこととなる。
【００４６】さらに、急冷凝固粉末１０Ａ中に炭化シリ
コン（ＳｉＣ）を含有させた場合には、炭化シリコン
（ＳｉＣ）が微細化された状態でアルミ合金組織中に均
等に分散されることにより、高い耐摩耗性を得ることが
できる。
コン（ＳｉＣ）を含有させた場合には、炭化シリコン
（ＳｉＣ）が微細化された状態でアルミ合金組織中に均
等に分散されることにより、高い耐摩耗性を得ることが
できる。
【００４７】なお、その他の構成成分についても、材質
１Ａの部分の材料をアルミ合金の急冷凝固粉末とするこ
とにより、該粉末中に微細な粉末として含有させること
ができ、その結果、そのようなアルミ合金粉末が成形固
化や鍛造を経て緻密な結晶組織となることで、該構成成
分により結晶粒界での応力集中による強度低下をきたす
ようなことが無くなるため、疲労強度が高められること
となる。
１Ａの部分の材料をアルミ合金の急冷凝固粉末とするこ
とにより、該粉末中に微細な粉末として含有させること
ができ、その結果、そのようなアルミ合金粉末が成形固
化や鍛造を経て緻密な結晶組織となることで、該構成成
分により結晶粒界での応力集中による強度低下をきたす
ようなことが無くなるため、疲労強度が高められること
となる。
【００４８】上記のような各点に関連して、そのように
強化された材質１Ａがピストン本体１の外周部分に分布
することにより、例えば、ピストン本体１の側壁が耐摩
耗性や耐焼付性の高い材質１Ａとなることで、ピストン
本体１の寿命を延ばすことができ、また、該材質１Ａの
熱膨張係数が小さいことにより、ピストン本体１の熱変
形を小さくすることができ、また、スカート部３で材質
１Ａが薄く引き延ばされるように鍛造されても、シリコ
ン（Ｓｉ）の粒子が割れて当該部分からクラックが発生
するようなことが無いことで、疲労強度を向上させるこ
とができる。
強化された材質１Ａがピストン本体１の外周部分に分布
することにより、例えば、ピストン本体１の側壁が耐摩
耗性や耐焼付性の高い材質１Ａとなることで、ピストン
本体１の寿命を延ばすことができ、また、該材質１Ａの
熱膨張係数が小さいことにより、ピストン本体１の熱変
形を小さくすることができ、また、スカート部３で材質
１Ａが薄く引き延ばされるように鍛造されても、シリコ
ン（Ｓｉ）の粒子が割れて当該部分からクラックが発生
するようなことが無いことで、疲労強度を向上させるこ
とができる。
【００４９】また、リング溝部５の付近からヘッド部２
にかかるトップランドの部分が強度の高い材質１Ａとな
ることで、エンジンの運転中にピストンのトップランド
がシリンダ壁に強く押し付けられても、その力に充分に
耐えることができるため、トップランドの部分を小さく
することができ、その結果、トップランドとシリンダ壁
との隙間に残留する排気ガス量を減少させることができ
て、排気ガス中のＨＣを減らすことができる。
にかかるトップランドの部分が強度の高い材質１Ａとな
ることで、エンジンの運転中にピストンのトップランド
がシリンダ壁に強く押し付けられても、その力に充分に
耐えることができるため、トップランドの部分を小さく
することができ、その結果、トップランドとシリンダ壁
との隙間に残留する排気ガス量を減少させることができ
て、排気ガス中のＨＣを減らすことができる。
【００５０】以上、本発明の内燃機関用ピストンの製造
方法の一実施形態について説明したが、本発明は、上記
のような実施形態にのみ限定されるものではなく、例え
ば、材料として使用されるアルミ合金の急冷凝固粉末や
アルミ合金の連続鋳造材については、上記の実施形態で
各例として具体的に示したようなものに限られるもので
はなく、また、複合ピストン鍛造用素材をピストン本体
の一次成形品に鍛造するための具体的な方法や、最終的
に製造されるピストン本体の具体的な形状等について
も、上記の実施形態に示したようなものに限られるもの
ではない。
方法の一実施形態について説明したが、本発明は、上記
のような実施形態にのみ限定されるものではなく、例え
ば、材料として使用されるアルミ合金の急冷凝固粉末や
アルミ合金の連続鋳造材については、上記の実施形態で
各例として具体的に示したようなものに限られるもので
はなく、また、複合ピストン鍛造用素材をピストン本体
の一次成形品に鍛造するための具体的な方法や、最終的
に製造されるピストン本体の具体的な形状等について
も、上記の実施形態に示したようなものに限られるもの
ではない。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したような本発明の内燃機関用
ピストンの製造方法によれば、ピストン本体を構成する
材質に急冷凝固粉末アルミ合金を使用することで、ピス
トン本体の強度や耐摩耗性を向上させることができ、し
かも、そのような急冷凝固粉末を構成材料とした複合ピ
ストン鍛造用素材を、製造工程や製造時間を増やすこと
なく製造することができて、製造コストのアップを抑え
ることができると共に、そのような複合ピストン鍛造用
素材を一体的に鍛造することによって、ピストン本体に
おける異なる材質同士の接合強度を向上させることがで
きる。
ピストンの製造方法によれば、ピストン本体を構成する
材質に急冷凝固粉末アルミ合金を使用することで、ピス
トン本体の強度や耐摩耗性を向上させることができ、し
かも、そのような急冷凝固粉末を構成材料とした複合ピ
ストン鍛造用素材を、製造工程や製造時間を増やすこと
なく製造することができて、製造コストのアップを抑え
ることができると共に、そのような複合ピストン鍛造用
素材を一体的に鍛造することによって、ピストン本体に
おける異なる材質同士の接合強度を向上させることがで
きる。
【図１】本発明の製造方法により製造されるピストン本
体の一例を示す（Ａ）側面図，（Ｂ）上面図，および
（Ｃ）図ＢのＣ−Ｃ線に沿った縦断面図。
体の一例を示す（Ａ）側面図，（Ｂ）上面図，および
（Ｃ）図ＢのＣ−Ｃ線に沿った縦断面図。
【図２】本発明の製造方法で材料として使用されるアル
ミ合金の連続鋳造材を製造する方法の一例を示す説明
図。
ミ合金の連続鋳造材を製造する方法の一例を示す説明
図。
【図３】本発明の製造方法で材料として使用されるアル
ミ合金の急冷凝固粉末を製造する方法の一例を示す説明
図。
ミ合金の急冷凝固粉末を製造する方法の一例を示す説明
図。
【図４】本発明の製造方法の一実施形態について、連続
鋳造材と急冷凝固粉末から複合ピストン鍛造用素材を製
造するときの状態を示す（Ａ）図ＢのＡ−Ａ線に沿った
断面側面説明図，および（Ｂ）図ＡのＢ−Ｂ線に沿った
断面正面説明図。
鋳造材と急冷凝固粉末から複合ピストン鍛造用素材を製
造するときの状態を示す（Ａ）図ＢのＡ−Ａ線に沿った
断面側面説明図，および（Ｂ）図ＡのＢ−Ｂ線に沿った
断面正面説明図。
【図５】図４に示した状態で製造される複合ピストン鍛
造用素材の一例を示す（Ａ）上面図，および（Ｂ）図Ａ
のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
造用素材の一例を示す（Ａ）上面図，および（Ｂ）図Ａ
のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図６】図４に示した状態で製造される複合ピストン鍛
造用素材の他の例を示す（Ａ）上面図，および（Ｂ）図
ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図。
造用素材の他の例を示す（Ａ）上面図，および（Ｂ）図
ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図７】図５に示した複合ピストン鍛造用素材をピスト
ン本体の一次成形品に鍛造するときの状態の一例を示す
断面説明図。
ン本体の一次成形品に鍛造するときの状態の一例を示す
断面説明図。
【図８】ピストン本体を構成する２種の材質について、
急冷凝固粉末による材質の各例（ＳｉＣを含む例−Ａ１
と、ＳｉＣを含まない例−Ａ２）と、連続鋳造材による
材質の一例（例−Ｂ）とについて、材質による耐摩耗性
の差異を示すグラフ。
急冷凝固粉末による材質の各例（ＳｉＣを含む例−Ａ１
と、ＳｉＣを含まない例−Ａ２）と、連続鋳造材による
材質の一例（例−Ｂ）とについて、材質による耐摩耗性
の差異を示すグラフ。
【図９】ピストン本体を構成する２種の材質について、
急冷凝固粉末による材質の各例（ＳｉＣを含む例−Ａ１
と、ＳｉＣを含まない例−Ａ２）と、連続鋳造材による
材質の一例（例−Ｂ）とについて、２５℃，１５０℃，
２５０℃の各温度において、材質による疲労強度の差異
を示すグラフ。
急冷凝固粉末による材質の各例（ＳｉＣを含む例−Ａ１
と、ＳｉＣを含まない例−Ａ２）と、連続鋳造材による
材質の一例（例−Ｂ）とについて、２５℃，１５０℃，
２５０℃の各温度において、材質による疲労強度の差異
を示すグラフ。
１ ピストン本体（内燃機関用ピストン） １Ａ 急冷凝固粉末（強度の高い材質） １Ｂ 連続鋳造材（強度の低い材質） １０ 複合ピストン鍛造用素材（鍛造用素材） １１ 素材製造装置 １４ 第一口金部 １５ 第二口金部
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 21/02 Ｃ２２Ｃ 21/02 Ｆ０２Ｆ 3/00 Ｆ０２Ｆ 3/00 Ｇ ３０１ ３０１Ｚ ３０２ ３０２Ｚ Ｆ１６Ｊ 1/01 Ｆ１６Ｊ 1/01
Claims (5)
- 【請求項１】 接合界面で一体的に接合された強度の異
なる材質によりピストン本体が構成されている内燃機関
用ピストンの製造方法において、アルミ合金の連続鋳造
材を第一口金部から押し出しながら、押し出される連続
鋳造材の周りに充満させておいたアルミ合金の急冷凝固
粉末を、加熱し加圧することで固化しつつ、第一口金部
よりも大径の第二口金部から、連続鋳造材と共に押し出
すことにより、連続鋳造材からなる材質の芯材と急冷凝
固粉末からなる材質の外周材とを一体的に接合させた柱
状体としてから、該柱状体を所定の大きさに切断するこ
とにより鍛造用素材を製造し、該鍛造用素材の鍛造によ
る一次成形工程および後加工工程を経てピストン本体の
完成品とするようにしたことを特徴とする内燃機関用ピ
ストンの製造方法。 - 【請求項２】 アルミ合金の急冷凝固粉末が、シリコン
（Ｓｉ）を１０〜２２重量％の範囲で含み、初晶シリコ
ンの平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする請
求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。 - 【請求項３】 アルミ合金の急冷凝固粉末が、シリコン
（Ｓｉ）よりも硬い非金属成分粒子を、平均粒径が１０
μｍ以下の状態で、１〜１０重量％の範囲で含むことを
特徴とする請求項２に記載の内燃機関用ピストンの製造
方法。 - 【請求項４】 シリコン（Ｓｉ）よりも硬い成分粒子
が、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ
2 Ｏ3 ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの何れか
一つあるいは複数からなることを特徴とする請求項３に
記載の内燃機関用ピストンの製造方法。 - 【請求項５】 アルミ合金の急冷凝固粉末が、鉄（Ｆ
ｅ）を１〜１０重量％の範囲で含み、その化合物の平均
粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項２乃
至４に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10817397A JP3705676B2 (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 内燃機関用ピストンの製造方法 |
| US09/058,769 US6363608B1 (en) | 1997-04-10 | 1998-04-10 | Method of manufacturing piston |
| EP19980106754 EP0870919B1 (en) | 1997-04-10 | 1998-04-14 | Piston for an internal combustion engine and a method for producing same |
| DE1998611753 DE69811753T2 (de) | 1997-04-10 | 1998-04-14 | Brennkraftmaschinenkolben und Verfahren zu seiner Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10817397A JP3705676B2 (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 内燃機関用ピストンの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10277723A true JPH10277723A (ja) | 1998-10-20 |
| JP3705676B2 JP3705676B2 (ja) | 2005-10-12 |
Family
ID=14477846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10817397A Expired - Fee Related JP3705676B2 (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 内燃機関用ピストンの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6363608B1 (ja) |
| JP (1) | JP3705676B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101249540B1 (ko) | 2011-10-27 | 2013-04-01 | 한국생산기술연구원 | 변형 및 확산 동시제어에 의한 하이브리드 금속소재 제조방법 및 그 하이브리드 금속소재 |
| WO2013187716A1 (ko) * | 2012-06-13 | 2013-12-19 | 한국생산기술연구원 | 완충패드를 이용한 압출금형 및 압출품 제조방법 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10113629A1 (de) * | 2001-03-21 | 2002-10-02 | Thyssen Krupp Automotive Ag | Verfahren zur Herstellung von Kolben- bzw. Kolbenbauteilen sowie Schmiedewerkzeug |
| US6487773B2 (en) * | 2001-03-23 | 2002-12-03 | Mahle Gmbh | Method of making one-piece piston |
| KR100484465B1 (ko) * | 2002-03-15 | 2005-04-20 | 엘지전자 주식회사 | 문자영상 출력장치 및 방법 |
| DE10300283B3 (de) * | 2003-01-02 | 2004-06-09 | Arno Friedrichs | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Hartmetall-Werkzeugs |
| US6973723B2 (en) * | 2003-01-08 | 2005-12-13 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Piston formed by powder metallurgical methods |
| US7509890B2 (en) * | 2004-05-27 | 2009-03-31 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Non-homogeneous engine component formed by powder metallurgy |
| US7299715B2 (en) * | 2004-05-27 | 2007-11-27 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Non-homogeneous engine component formed by powder metallurgy |
| US20060101641A1 (en) * | 2004-11-15 | 2006-05-18 | Borgwarner Inc. | Armature pin and method for assembly |
| US7383713B2 (en) * | 2005-03-30 | 2008-06-10 | Aleris Aluminum Koblenz Gmbh | Method of manufacturing a consumable filler metal for use in a welding operation |
| JP6254368B2 (ja) * | 2013-06-03 | 2017-12-27 | マーレエンジンコンポーネンツジャパン株式会社 | 内燃機関用ピストンおよびそのピン穴の加工方法 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1835863A (en) * | 1928-08-06 | 1931-12-08 | Champion Machine & Forging Com | Method of forming pistons |
| US3009237A (en) * | 1954-01-25 | 1961-11-21 | Lehmeier Carl | Piston blanks |
| US2707136A (en) | 1954-02-17 | 1955-04-26 | Permold Co | Insert ring for pistons |
| FR1226350A (fr) | 1958-06-09 | 1960-07-11 | Ind De L Aluminium Sa | Procédé de fabrication de corps composites formés d'aluminium et d'aluminium fritté |
| US3070414A (en) * | 1959-08-03 | 1962-12-25 | Thompson Ramo Wooldridge Inc | Piston and method of making same |
| NL6505582A (ja) | 1965-04-30 | 1966-10-31 | ||
| US4051590A (en) * | 1972-10-19 | 1977-10-04 | Cincinnati Incorporated | Method for hot forging finished articles from powder metal preforms |
| AU536976B2 (en) | 1980-09-10 | 1984-05-31 | Comalco Limited | Aluminium-silicon alloys |
| DE3404903A1 (de) | 1984-02-11 | 1985-08-14 | Mahle Gmbh, 7000 Stuttgart | Gegossener aluminiumkolben fuer verbrennungsmotoren mit oberflaechlich mechanisch verdichteten nabenbohrungen |
| JPS63126661A (ja) | 1986-11-17 | 1988-05-30 | Suzuki Motor Co Ltd | ピストンの製造方法 |
| JPS63132743A (ja) | 1986-11-26 | 1988-06-04 | Suzuki Motor Co Ltd | ピストンの製造方法 |
| DE3719121A1 (de) | 1987-06-06 | 1988-12-15 | Mahle Gmbh | Verfahren zur herstellung eines aluminiumkolbens mit faserverstaerkten bereichen fuer verbrennungsmotoren |
| JPH01180927A (ja) | 1988-01-13 | 1989-07-18 | Toyota Motor Corp | ピストン製造方法 |
| DE3822031A1 (de) | 1988-06-30 | 1990-01-04 | Kolbenschmidt Ag | Leichtmetallkolben fuer brennkraftmaschinen |
| JPH02107749A (ja) | 1988-10-17 | 1990-04-19 | Mitsui Petrochem Ind Ltd | 非晶質合金薄膜 |
| JPH02233858A (ja) | 1989-03-07 | 1990-09-17 | Mazda Motor Corp | アルミニウム合金製鍛造ピストンの製造方法 |
| JP3777206B2 (ja) | 1995-09-18 | 2006-05-24 | 本田技研工業株式会社 | Ａｌ合金製構造部材の製造方法 |
| US6070323A (en) * | 1997-02-12 | 2000-06-06 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Piston for internal combustion engine and material therefore |
-
1997
- 1997-04-10 JP JP10817397A patent/JP3705676B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-04-10 US US09/058,769 patent/US6363608B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101249540B1 (ko) | 2011-10-27 | 2013-04-01 | 한국생산기술연구원 | 변형 및 확산 동시제어에 의한 하이브리드 금속소재 제조방법 및 그 하이브리드 금속소재 |
| WO2013187716A1 (ko) * | 2012-06-13 | 2013-12-19 | 한국생산기술연구원 | 완충패드를 이용한 압출금형 및 압출품 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3705676B2 (ja) | 2005-10-12 |
| US6363608B1 (en) | 2002-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4080111B2 (ja) | 鍛造用アルミニウム合金製ビレットの製造方法 | |
| JPH0747986B2 (ja) | 強化ピストン及びその製造方法 | |
| JPH10277723A (ja) | 内燃機関用ピストンの製造方法 | |
| EP0809050A1 (en) | Piston for an internal combustion engine and method of making a piston | |
| US6070323A (en) | Piston for internal combustion engine and material therefore | |
| US3401736A (en) | Process for formation of non-abrasive refractory rubbing surface having high thermal conductivity by casting | |
| JP2007270813A (ja) | 内燃機関用ピストン | |
| JPH10288085A (ja) | 内燃機関用ピストン | |
| JP3942129B2 (ja) | 鍛造ピストンの製造方法および鍛造用金型 | |
| JP3389590B2 (ja) | コンロッドの製造方法 | |
| US6032570A (en) | Composite piston for machine | |
| JP4566132B2 (ja) | 筒状部材の成形方法 | |
| EP0870919B1 (en) | Piston for an internal combustion engine and a method for producing same | |
| JPH10288086A (ja) | 内燃機関用ピストン | |
| JP2000005840A (ja) | 鍛造ピストンおよびその製造方法 | |
| JPH1136030A (ja) | ピストン用アルミニウム合金及びピストン製造方法 | |
| JP4155423B2 (ja) | 鍛造ピストンの製造方法および鍛造済み成形素材 | |
| JPH10288082A (ja) | 内燃機関用ピストン | |
| JPH10219383A (ja) | 内燃機関用鍛造ピストンおよび鍛造ピストン用素材 | |
| JPH10219378A (ja) | 鍛造ピストン用素材 | |
| JPH0515886B2 (ja) | ||
| JP2002174140A (ja) | シリンダスリーブ及び内燃機関用シリンダブロック並びに内燃機関 | |
| JPH04183959A (ja) | ディーゼルエンジン用ピストンの製造方法 | |
| JP2001098304A (ja) | 鍛造用アルミニウム合金製ビレット及び内燃機関用ピストン | |
| JP2000097105A (ja) | 内燃機関用ピストン |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040116 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041214 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050726 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050726 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080805 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110805 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120805 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |