(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を０．４２〜０．８４重量％を含み、密度が６．０ｇ／ｃｍ3以上のオーステナイト系ステンレス鋼の焼結体で形成されていることを特徴とする内燃機関用ピストンの耐摩環。
【請求項２】
ピストンのリング溝の耐摩耗性向上のために該ピストンに鋳包んで形成される内燃機関用ピストンの耐摩環であって、前記耐摩環は炭素を０．４２〜０．８４重量％を含み、密度が６．０ｇ／ｃｍ3以上のオーステナイト系ステンレス鋼の焼結体からなり、
前記耐摩環は、前記リング溝に沿って２分割されて形成された焼結合金粉末の２分割圧密成形体を焼結により一体化したことを特徴とする内燃機関用ピストンの耐摩環。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用ピストンのリング溝に鋳包められてリング溝の耐摩耗性を向上させる耐摩環に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用ピストン、特にディーゼルエンジン用等の高負荷で使用されるピストンにおいては、ピストンのリング溝の耐摩耗性向上のためにピストンに耐摩環を鋳包み、この耐摩環でリング溝を形成している。この耐摩環としてはニレジスト製のものが使用されている（特開平５−２４０３４７号公報）。
【０００３】
ところで、一般に金属材料は耐摩耗性を高くすればそれにつれて、硬度は高くなり切削性などの加工性が悪くなるという問題がでてくる。ニレジスト製の耐摩環も例外でなく、切削加工性が悪く生産工程のネックになっており、加工に時間がかかりピストンの生産の所要時間が多くかかるという問題点がある。
また、鋳造で製作する場合、耐摩環が相対的に大きく、その熱容量もそれに比して大きくなるため、ピストンを形成するアルミニウム母材との密着性に大きく影響する。密着性の向上のために、耐摩環を鋳包む部分を大きめにして熱容量を確保したり、耐摩環を鋳包む際にアルミニウム注湯後もしばらくバーナなどの他の熱源で温めて溶湯温度の低下防止を図り、密着性の確保につとめている。
【０００４】
上記したごとく、ニレジスト製の耐摩環は、ピストンのリング溝にに鋳包むために種々の工夫をこらして上記の不具合に対応しているのが事実であり、製品製造上も問題点が多い。
今後、エンジンの使用状況が過酷になることを考えると、ピストン温度の上昇を考慮し、且つ低コストの耐摩環が必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、密着性の向上した低コストの耐摩環を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一方の内燃機関用ピストンの耐摩環は、炭素を０．４２〜０．８４重量％を含み、密度が６．０ｇ／ｃｍ3以上のオーステナイト系ステンレス鋼の焼結体で形成されていることを特徴とする。オーステナイト系ステンレス鋼の焼結体で形成されるため、加工が容易でかつ耐摩性に富む。さらに、熱伝導性が低いためピストンを形成するアルミニウム母材と機械的にも結合し、密着性が高くなる。
【０００７】
本発明のもう一つの内燃機関用ピストンの耐摩環は、ピストンのリング溝の耐摩耗性向上のために該ピストンに鋳包んで形成される内燃機関用ピストンの耐摩環であって、前記耐摩環は炭素を０．４２〜０．８４重量％を含み、密度が６．０ｇ／ｃｍ3以上のオーステナイト系ステンレス鋼の焼結体からなり、前記耐摩環は、前記リング溝に沿って２分割されて形成された焼結合金粉末の２分割圧密成形体を焼結により一体化したことを特徴とする。耐摩環に予めリング溝が形成されている。このため、耐摩環を鋳包んだ後、ピストンのリング溝の仕上げ加工を必要とするのみで、加工が容易となる。また、容易に回り止め等の突部を形成できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の一方の内燃機関用ピストンの耐摩環は、オーステナイト系ステンレス鋼の焼結体で形成されている。このオーステナイト系ステンレス鋼の焼結体はその炭素含量が０．４２〜０．８４重量％の範囲であり、その密度は６．０ｇ／ｃｍ3以上である。このオーステナイト系ステンレス鋼の焼結体はその熱膨張係数（１７．８×１０-6（１／Ｋ））がピストン素材のアルミニウム合金の熱膨張係数（２０．０×１０-6（１／Ｋ））と近いため、高温下で使用しても不具合が生じない。またこの耐摩環はピストンリングに対して摩耗せず、摩耗もさせないのでピストンの長寿命化が可能となる。
【０００９】
オーステナイト系ステンレス鋼の焼結体の炭素量が０．４２重量％未満の場合はα−フェライト化して好ましくない。０．８４重量％を越えると炭素過多（グラファイト）となり好ましくない。また、耐摩環の密度が６．０ｇ／ｃｍ3未満の場合は部材の強度が低下して好ましくない。
このオーステナイト系ステンレス鋼は、例えば、炭素の他にクロム、ニッケルを含むオーステナイト系ステンレス鋼よりなる焼結体用の粉末が用いられる。
【００１０】
このオーステナイト系鋼の焼結体で形成された耐摩環は、ニレジスト製の耐摩環と同等の耐摩耗性を有するとともに、ニレジスト製耐摩環に比べて加工性がよく低コストで製造できピストンへの密着性にも優れ、ピストンへの鋳包みも容易となる。
本発明のもう一つの耐摩環は、ピストンのリング溝に沿って２分割されて形成された焼結合金粉末の２分割圧密成形体を、焼結により一体化して形成されている。耐摩環は、鉄等の焼結合金粉末を用いて耐摩環の圧密成形体を形成し、次いで圧密成形体を焼結することで形成される。
【００１１】
圧密成形体は、後工程での加工工程を簡略化するために、２分割圧密成形体とすることで耐摩環の製品として必要形状に近い状態で作製できるとともに、焼結工程で２分割圧密成形体を容易に締結一体化することができる。その結果、加工工程での処理は最小限にでき、かつ熱容量の低減も可能であるため、鋳造時の密着性向上のための諸施策を省くことができる。また、アルミニウム母材との間の回り止め用の突部を容易に形成できる。
【００１２】
通常、２分割して２種類の圧密成形体を作り、焼結工程で一体的に接合して耐摩環を作製することはコストアップとなる。しかしこの場合、後工程である加工工程の簡素化が可能となり、トータルとしてのピストン製造の低コスト化を図ることができる。
２分割の圧密成形体は、例えば、図２にその形状を示すように、リング溝に沿って２分したＬ字形部と一字形部とに分けて形成する。そして、焼結時に両者の結合面を合わせて加熱することにより、一体的に焼結することにより、所定形状の寸法精度の高い耐摩環を製造することができる。
【００１３】
焼結により一体化した耐摩環は、ピストン素材のアルミニウム合金で鋳包まれて図１に示すピストンのトップリング溝１２を形成する。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
本実施例１の耐摩環を鋳包んだピストンの断面図を図１に示す。このピストン１０はその頂面側の側周部分１１にトップリング溝１２、セカンドリング溝１３、オイルリング溝１４、が設けられている。前記トップリング溝１２は、耐摩耗性向上のために鋳包まれた本実施例の耐摩環２０により形成されている。
【００１５】
この耐摩環２０は、オーステナイト系ステンレス鋼粉末（組成、Ｃｒ：１８．６６重量％、Ｎｉ：１１．０５重量％、Ｃ：０．４２重量％、残部鉄、平均粒径（１００ｍｅｓｈアンダー）を用いて図２の２点破線に示すＬ字形部２２と一字形部２１とに分けた形状の２分割圧密成形体をプレス成形で作製した。なお、図２の製品形状が実線で示され、２点破線は、後に機械加工により仕上げ加工された状態を示す。
【００１６】
この耐摩環２０の平面図を図３に示すように、この耐摩環２０にはその内周面側の４カ所に等角度間隔で中心方向に突出した突部２３が形成されている。この突部２３はピストン１０に鋳包まれ、アルミニウム母材中に突入した状態となり、耐摩環２０がピストン１０に対して回転するのを阻止する。
Ｌ字形部２２の大きく突出している部分は、鋳造時に型へセットされて固定される部分である。これらＬ字形部２２と一字形部２１とは接合面を合わせて加熱され一体的に焼結固定され、耐摩環２０が製造された。
【００１７】
この耐摩環２０の硬さは、ＨＲＢ  ６７．３、密度：６．７４ｇ／ｃｍ３であった。鋳包み鋳造を行った後、従来と同じ方法で研削加工を行い、ピストン１０の側周面を仕上げ加工するとともにその頂面部１１にトップリング溝１２、セカンドリング溝１３、オイルリング溝１４を形成した。
これらトップリング溝１２、セカンドリング溝１３およびオイルリング溝１４の仕上げ加工に特に困難は無かった。
【００１８】
また、耐摩環２０はピストン１０のアルミニウム母材に強固に保持されていた。
本実施例の耐摩環２０は焼結体で形成されている。このため回り止め用の突部２３も型成形で容易に形成することができた。また、焼結体であるため、その表面に凹凸が多く、これによりピストン１０のアルミニウム母材に投錨効果により機械的に結合され、一体性が高い。さらにこの耐摩環２０はオーステナイト系ステンレス鋼製であるため、熱伝導率が低く、溶湯が耐摩環２０により冷却されにくく鋳包み鋳造が容易という利点もある。
（実施例２）
実施例１の耐摩環の材質を他のオーステナイト系ステンレス鋼粉末（組成、Ｃｒ：１８．４７、Ｎｉ：１０．９８、Ｃ：０．８４、残部鉄、平均粒径（１００ｍｅｓｈアンダー）に代え、実施例１と同じ方法でこの実施例２の耐摩環を得た。
【００１９】
この耐摩環２０の硬さは、ＨＲＢ  ７５．５、密度：６．０５ｇ／ｃｍ３であった。
この耐摩環を使用し実施例１と同じ方法で鋳包み鋳造を行いピストンを鋳造した。その後、従来と同じ方法で切削加工を行い、ピストンの側周面を仕上げ加工するとともにその頂面部にトップリング溝、セカンドリング溝、オイルリング溝を形成した。これらトップリング溝、セカンドリング溝およびオイルリング溝の仕上げ加工に特に困難は無かった。
【００２０】
また、この実施例２の耐摩環もピストンのアルミニウム母材に強固に保持されていた。この耐摩環も焼結体で形成されているため耐摩耗性が高い。また、焼結体であるため、その表面に凹凸が多く、これによりピストンのアルミニウム母材に投錨効果により機械的に結合され、一体性が高い。さらにこの耐摩環はオーステナイト系ステンレス鋼製であるため、熱伝導率が低く、溶湯が耐摩環により冷却されにくく鋳包み鋳造が容易という利点もある。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の一方の内燃機関用ピストンの耐摩環は、炭素を０．４２〜０．８４重量％を含み、密度が６．０ｇ／ｃｍ3以上のオーステナイト系ステンレス鋼の焼結体で形成されている。耐摩環が焼結体で形成されているため成形性が良い。耐摩環の表面は凹凸に富み、ピストンを形成するアルミニウム母材と機械的にも結合し、密着性が高くなる。また、オーステナイト系ステンレス鋼であるためピストン素材のアルミニウムと熱膨張率が近い。このため、高温下で使用しても不具合が生じない。さらにピストンリングに対して摩耗しにくく、摩耗もさせにくいので、長寿命化が可能である。
【００２２】
本発明のもう一つの内燃機関用ピストンの耐摩環はリング溝に沿って２分割されて形成された焼結合金粉末の２分割圧密成形体を焼結により一体化されている。リング溝に沿って２分割されており圧密成形体の製造が容易という利点がある。また、耐摩環に予めリング溝が形成されている。このため、耐摩環を鋳包んだ後、ピストンのリング溝の仕上げ加工を必要とするのみで、加工が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の耐摩環を鋳包んだピストンの断面図である。
【図２】実施例１の耐摩環の部分断面図である。
【図３】実施例１の耐摩環の平面図である。
【符号の説明】
１０：ピストン、１１：側周部、１２：トップリング溝、１３：セカンドリング溝、１４：オイルリング溝、２０：耐摩環、２３：突部
【図１】
0003569429.tif 000002
【図２】
0003569429.tif 000003
【図３】
0003569429.tif 000004