JPS5964577A - 内燃機関用ピストンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関用ビス１〜ンの製造方法に係り、特に
断熱性に優れたビス１〜ンの製造方法に関するものであ
る。

内燃機関の燃焼室を断熱化りることににす、放熱損失が
少なくなり熱効率が向上する。さらに燃焼室を断熱化り
るどＪｊｌガス対策が容易になり、また低質燃料の使用
が可能になる。さらに排気エネルギを有効に利用するこ
ともできるＪ：うになる。

イこで゛シリンダｌベッド、シリングライブ、ビス１〜
ン等の内燃機関を構成ηる部品を断熱化する試みが４１
されくいる。、狛に燃焼室壁面の一部を構成するピスト
ンは燃焼によって相当の高温にさらされるの−Ｃ１１ｎ
温特１！１りなわち耐熱亀裂性や耐酸性をイ１している
ことが好ましい。そこでビス１−ンの燃焼室に臨むＪＧ
ｉ　ｒｏｌｌ側をＣラミック等の耐熱月利を用いて断熱
化づ′る試みがなされている。・ところが例えば羽部Ｉ
から成るＣラミックをビス１〜ンの頂部ｔこ開織的に結
合しただりだど、Ｃラミックとビス１〜ン本体との結合
がうまくいかず、これによってセラミックが１（１落し
たりあるいはヒラミックに亀裂が発生りる等の問題点を
生ずる。

そこで本願出願人はすでに、特願昭５６−１１４８４６
号において、金属繊維焼結体等の多孔質の結合構造体を
用いてセラミックをビス１〜ン本体に強固に結合Ｊるよ
うにしたピストンＪ３よびその製造方法を提案している
。上記金属繊維等から成る多孔質の結合構造体には、そ
の一部の孔にセラミックが充１眞されるとともに、他部
の孔にはビスされるにうになっている。ｉｌｌなわら結
合構造体の無数の孔を利用しｃＬヒラミックピストン本
体の金属とを結合するようにしている。このようなビス
１〜ンにおいては、上記結合４１４胎体の孔の内の一部
にはセラミックが充填されるとともに、他部の孔に金属
が充填されなｔ）ればならず、しがちこれらのセラミッ
クと金属とがそれぞれ充填される孔の割合があまりにも
不均一になるど、Ｃラミックのピストン本体に対Ｊ−る
結合強度が小さくなる。

従って多孔質の結合椙３債体を用いる場合には、Ｃラミ
ックと金属とがそれぞれ充填される孔の割合を適切に配
分することが重要な問題どなる。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、結合構造体の孔にセラミックと金属とが所望の割合
でそれぞれ充填され、これによってじラミックがピスト
ン本体に強固に結合されるようにしたビス１−ンの製造
方法を提供することを目的とするものである。特に本発
明の著しい特徴は、ワックス成形体を予め用意しておき
、このワックス成形体と多孔質の結合４１１１造体の内
の少なくとも一方をワックスの融点よりも低い湿度に加
熱し−（おき、両者を相対的に加ＬＥ　することにより
ワックスを結合構造１木の他部の孔に充填し、これにＪ
、っ（ピストン本体の少’＜ｒ＜どし一部を構成づる金
属が充填される孔を確保しでおくことにある。

ｊスート本発明を実施例につき図面を参照して説明りる
。まず第１の実施例をその１稈の順に説明づるど、第′
１図Ｊ３　Ｊ：びｆｆｉ　２図に示ツＪ：うに偏平な円
盆状の金属繊維集合体から成る結合構造体１を用意りる
。この結合構造体１は、ニッケル基合金、」パル１へ基
合金、鉄基合金、銅基合金等から成り、例えば太さが５
　（１）　Ｏ１１ｍ以下の金属繊肩１の集合体から構成
されでいる。そしてこの結合構造体は好；Ｌしくは金属
繊維を焼結し−Ｃ第１図Ｊ３よび第２図に示す形状に成
形されたものであってにい。この結合構造体１は、その
高さ方向の厚みがほぼ５〜１５ｍｍの範囲内にあり、ま
たこの結合構造体１は、織肩１間に無数の孔を右Ｌ／　
’ＣＪ３す、その気孔率は最大で９０％に達し、好まし
くは４０〜６０％の気孔率を有り−るものであってよい
。またこの結合４（４造体１の上面には、ビス（〜ンの
燃焼室を構成する凹部２が形成されている。

次に上記結合構造体１の金属の注入される部分の孔を予
め（ＩＴ「保し−（おくためのワックス成形体３を用意
する。このワックス成形体３は、例えば蜜蝋ど６蝋と、
そしでロジン（松やに）とを重量化で４５：４５：１０
の割合で混合したものから構成されでおり、この混合物
を上記結合構造イホ１と（Ｊぼ同様の形状に成形したも
のである。なおワックス成形体こ３は結合構造体１より
もその厚さが薄くてよく、例えば１〜５ｍｍの厚さに構
成されＣいる。なおロジンを添加り°ることにＪ：つて
、ワックス成形体３はその強度を向上させることができ
、このために取扱いが容易になる。そしにのワックス成
形体３は第３図に示すように下型４の上部であって、筒
型５の内周面」二にレツ１へされる。ト型４（Ｊ、上記
結合構造体１と凹凸の関係をなすにうなピストンの頂部
と同様の形状をなしている。

そしてこの下型４の表面および筒型５の内周面には、予
め離４１ソ剤どしく、オリーブ油あるいはマシン油をス
プレーまたは刷毛で薄く塗布してｄ５　＜ようにりるど
Ｊ、い。

ぞしＣ上記第′１図おにびり！２図に承り結合構造体１
を、加熱炉内にＪ３いて」−記ワックス成形体３の８１
１点よりし若干低い温１σ、例えばでれより゛ｂ約！ｊ
麿ＩＦ（い５０℃の温度に加熱し、取出してワックス成
形体３十に迅速にレットりる。次にこの結合構造体１の
上部に、この結合構造体１の上面の形状と対応りる凹凸
を右りるパンチ型６を静かに下降さけ、このパンチ型６
によって結合構造体１をワックス成形体３に対しＣ静か
に加斤スる。するとワックス成形体３は、結合構造体１
の右づる熱Ｊ、って快化されるどとしに、このワックス
成形体３を構成りるワックスが」上記の圧力によって上
記結合構造体１の孔のうち、下側の部分に第１図に示す
ように充填されることになる。

この結合％Ｙ　３ｍ体１の孔へのワックス３の充填の際
に、結合構造体１の温度をワックス３の融点よりも高く
シ゛（おくと、ワックス成形体３が溶（］てしまい、こ
れによって均一な充填ができなくなってしまう。すなわ
ちワックス３が溶４Ｊでしまうために、流動したり、あ
るいは毛管現象にＪ、っ−Ｃ結合構造体１の高さ方向の
全部の孔を局部的に充ｊσＩりる等の不都合を生ずる。

また結合構ｊ盾体１の加熱温度が低過ぎる場合には、ワ
ックスｓ３が快化づることがなく、このためにパンチ型
６の１１カを大きくしな【ノればならなくなるが、この
ような大きなツノを加えると、結合構造体１が変形して
イの形状が狂ってしまう恐れがあり、あるいは結合構ｊ
賀体１の孔がつぶれ−でしまう可能性が牛づ゛る。従っ
て結合構造体１の加熱温度は、ワックス成形体３が流動
せず、しかも軟化Ｊるに十分／ｅＫ温度であることを要
する。

このようにしてその下側の部分の孔にワックス３が充填
された結合構造体１へは、スラリ状のセラミックが供給
される。このセラミックは結合構）翫１ホ１のワックス
３ににっでは充填されていない′孔に充ｊｎ、されるこ
とになる。なおこのセラミックの注入は、図外の型枠内
に上記結合構造体１を配し６行なうどＪ、い。このＪ：
うにして結合構造体１のワックスご３が充１眞されてい
ない上側の約半分の高さの部分にレンミック層が形成さ
れることになる。なおここ′ｃＩＩ用されるセラミック
としては、酸化物系、：ＪＩ　ＩＩ！２化物系、ｄする
いはこれらの混合物であってＪζい。イして結合構造体
１にセラミックを注入し−（充１ｉ１　Ｌ）た４１らば
、これらを加熱炉に導さ、約４００〜１　！５００℃の
汎ｉ度に加熱し、上記しラミックを焼結固化さｌる。こ
のようにして第５図おＪ、ぴ第６図に示すように、セラ
ミック構造１ホ゛ｌを結合（ｂ造体１内に一体に成形Ｊ
ることがｒぎる。このけラミック構造体７は、結合構造
体１を（１４成りる金属繊組にＪ、つ−Ｃ補強されてお
り、しかも結合構造体１に形成された無数の孔に食込む
Ｊ、うに充填されて結合されでいるために、セラミック
構造体７自身およびこのセラミック構造体７ど結合４１
４造体１との結合の強度は極めて大きくなつ一ζいる。

なＪ３上記セラミックを焼結づる際に、結合構造体１の
約半分の孔の部分を充填していたワックス３　ＧＪ、完
全に溶出し、焼失してしまう。従って上記ワックス３を
除去りるために別の」−稈を必凹とけず、後述づる金属
を充１眞ηる孔を４ｒ１１保り−ることができる。

次にこのセラミツク４ｉ＋１造 が一体になったものを第７図に示ｔ　、ｌ、うに、下型
８によって底部が閉塞された円ｔ１）私の金型９内に収
納配置する。口の揚台に−［記セラミック構造体７が小
側になるＪ、うに配する、１そしＣピストン本体を４ｊ
４成するアルミニウム合金あるいは鋳鉄等の金属１０の
溶湯を所定量金型９内に注入１−る。注湯後ただらにビ
ス］〜ンの内部形状と同じ形状を石りる中子状のパンチ
型１１を第Ｅ３図に、示りＪ、うに金型９内に挿入し、
このパンチ型１１に最大２５０　０　ｋｏ／　ｃ＋にの
圧ノＪを加える。すると溶融金属１０は上記結合構造体
１の残りの半分の部分の孔内に完全に充填される。この
後に金属１０を加圧状態のまｊ：で同化させることによ
り、ビスｌ〜ン木（Ａ１０どセラミック構造体７とが結
合構造体を介し−（結合されたピストンが得られる。そ
してビス１ヘン本体１０ど結合構造体１とは、ビス１〜
ン本イホ１０を（１４成りる金ＩＩべの一部が結合構造
体１の孔内に入りこＡｌ　’ｅ喰込むようｔこ結合され
ているＩこめに、両名のＩｉ！ｉ合強旧はコ１常に人さ
″くむっている。またピストン本体１０を加圧鋳造によ
って成形しているために金属１０は加圧下で固化される
ことになり、従）１（の中力ｖ１迄に、」、るビメトン
よりち優れた特性を右りることに４「る。

次に本発明の第２の実施例を説明づる。なおこの実施１
！ｌＩｌにｉ１３りる各４１う成部品の形状は上記第１
の実施１９１＋とほぼ同様なので、上記第１の実施例の
説明に用いた第１〜８図を参照して説明１゛る。まず上
記第１の実施例と同様に、第１図および第２図に示りに
うな金属繊屑１集合体から成る結合構造体１を用意する
。またこの結合構造体１とほぼ同様の形状をなし、しか
もその厚さが結合構造体１にりもややλ９いワックス成
形体３を用意する。このワックス成形体３は、上記第１
の実施例と同様の組成、ｉＪ’　ｆ、’にわら蜜蝋と７
ＥＩｖＡと１−１ジンとの混合物であってよく、このワ
ックス成形体３を加熱炉内において、このワックス成形
体３の融点よりも約１０　℃低い温度よ（゛加熱して軟
化状態にし−Ｕ　ａ３＜。

でして離型剤を塗布した下型４の土部に第３３図に承り
ように配する。そしＣ常温の結合４ｆ’ｉ　３’＋’＝
　（Ａ　１をその上部に配し、パンチ型６によって結合
構造体１をワックス成形体３に対して相対的に加ＪＪ−
′？Ｉ−る。

りるど軟化したワックス３が１−記結合４１１１造体１
の孔の約半分の部分に充１眞されるごとになる。従・）
てこの実施例においても、第４図に示ずＪ、うに結合４
Ｍ　造１ホ１の下側の約半分の部分Ｇ、ｌワックス３−
Ｃ′充填されることになる。

このＪ、うにし−〇ワックス３によつＣ一部の孔が充填
された結合構造体１には、以下］二記第１の実施例ど同
様にしてまずセラミック４１Ｊ　Ｖｉ（Ａ　７が結合さ
れ、ついでビスＩ〜ン本体を構成する金ｍ　＋ｍ　造林
１０が結合されることになる。りなわら結合構造体１を
介してセラミック構造体７と金属構造体１０どが結合さ
れたピストンが４’−７られることに４１：る。

以上本発明を第１おＪ：び第２の実施例について述べた
が、本発明はこれらの実施例によって限定されることな
く、本発明の技術的思想に基づい（−各種変更がｉｉＩ
　ｆｉｔニーぐある。例えば上記実施例においては、金
属４１ｉ’）責（Ａがピストン本体を構成しているが、
必りＬ、　ｔ＞金属構造体がビス１〜ン本体を構成する
必９’ｊ　Ｌ、Ｎ　＜’Ｋ　＜、その一部を１１り成す
るものであってｔ）Ｊ、い。すｔｒわちビス１〜ンの頂
部側を構成１−る金Ｉ１．ｉＫ　ｌｌ５ｓ　ｉ４陣と、
ｔ？ンミツク構造体とを結合構造体にＪ：っで結合し、
この後にビス［〜ン木体を構成する金属成形体を電子ビ
ーム溶１＆等の方法によって結合りることにＪ、す、内
燃機関用のピストンをｌｔするようにしてもｊ、い。

以−１−に述べたＪ：うに本発明は、ワックス成形体を
予め用意してＪ３き、このワックス成形体と多孔質の結
合構造体の内の少なくとも一方をワックスの融点よりも
低い温度に加熱してＪ′３き、両者を相対的に加圧りる
ことにより、ワックスを上記結合構造体の他部の孔に充
填し、その後にワックスを除去りるようにしたものであ
るから、多孔質の結合構）前体の孔の内、セラミックが
充填される孔と金属が充填される孔との割合を所定の値
にコン１〜Ｌ１−ルづることがぐき、これににつでセラ
ミック（１へ透体ど金属４（へ透体の結合強度を所℃ｌ
Ｊの高い強１αどすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に用いられる結合構造体
の斜視図、第２図は同根［＋７ｉ面図、第３図はこの結
合構造体の一部にワックスを充填する装置の縦断面図、
第４図はワックスが充填された結合構造体の類ｍ１図、
第５図はセラミック構造体が〜体ｔこ形成された結合構
造体の斜視図、第６図は同縦断面図、第７図はこの結合
構造体に金１ｉ１に構ｊ責体を結合゛りる装置の縦断面
図、第８図はこの金属を加珪鋳造している状態を承り第
７図と同様の断面図Ｃある。 なお図面に用いた符号にｄ３いて、 １・・・結合構造体 ３・・・ワックス成形体 ７・・・セラミック構造体 １０・・・金属構造体 である。 代理人　　　松ヰ・１　修

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １４多孔質の結合構造体の一部の孔にセラミックを充填
   して焼結し、セラミック構造体を形成づるどともに、他
   ゛部の孔にビスＩ−ン本体の少なくとも一部を構成づる
   金属構造体をなづ金属を充填して、前記結合４Ｍ造体を
   介して前記セラミック構造体と前記金属構造体とを結合
   し、燃焼室に臨む頂部を前記セラミック構造体から構成
   するＪ：うにしたビス１〜ンの製造方法において、ワッ
   クス成形体を予め用意しておき、このソックス成形体と
   前記多孔質の結合構造体の内の少なくとも一方をワック
   スの融ｊユよりも低い温度に加熱しておき、両者を相対
   的に加圧することにより前記ワックスを前記結合構造体
   の前ｎ１２他部の孔に充填し、その後にこのワックスを
   除去するようにしたことを特徴とする内燃；幾関用ピス
   トンの製造方法。 ２、前記結合構造体を前記ワックスの融点より−しやや
   低い温度に加熱してＪ３き、この結合構造体を前記ワッ
   クス成形体に対して加圧して前記他部の孔に前記ワック
   スを充填するＪ：うにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１頂に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。 ３、前記ワックス成形体をその融点よりもやや低い温度
   に加熱しで軟化させておき、このワックス成形体にス・
   １して前記結合構造体を加圧して前記他部の孔に前記ワ
   ックスを充填りるようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の内燃機関用ビス１〜ンの製造方法
   。