(57)【要約】【課題】燃焼室内の温度を低下させることなく、かつ耐久性の高い内燃機関用のピストンとその製造方法を提供する。【解決手段】内燃機関用のピストン１０において、そのピストン頂面部１は、燃焼室側表面の一部を少なくとも含み、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重の中空粒子（中空鉄粒子３，…）が母材金属内に分散されてなる第１の層がピストン頂面部１に形成されており、その下方に中空粒子を含有しない母材金属層が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用のピストンであって、
前記ピストンの燃焼室側表面にはピストン頂面部が形成されており、
前記燃焼室側表面の一部を少なくとも含み、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第１の層が前記ピストン頂面部に形成されていることを特徴とする内燃機関用のピストン。
【請求項２】
内燃機関用のピストンであって、
前記ピストンの燃焼室側表面にはピストン頂面部が形成されており、
前記燃焼室側表面の一部を少なくとも含み、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重の第１の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第１の層と、該第１の層に一体に成形され、母材金属に比して相対的に低比重で、かつ、第１の中空粒子に比して相対的に低熱伝導性を有する第２の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第２の層と、が前記ピストン頂面部に形成されていることを特徴とする内燃機関用のピストン。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関用のピストンにおいて、
前記第１の層の燃焼室側に中空粒子を含まない母材金属からなる層が形成されていることを特徴とする内燃機関用のピストン。
【請求項４】
前記中空粒子が中空金属粒子からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関用のピストン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関用のピストンにおいて、
前記母材金属はアルミニウム合金からなり、
少なくとも前記第１の層が下式を満たすことを特徴とする内燃機関用のピストン。
ρＡｌＲ３−３ρ＊Ｒｔ（Ｒ−ｔ）−ρ＊ｔ３＞０
ここで、
ρＡｌ：アルミニウム合金の密度、Ｒ：中空粒子の外径、ρ＊：中空粒子の表皮部の密度、ｔ：中空粒子の肉厚
【請求項６】
内燃機関用のピストンの製造方法であって、ピストンの燃焼室側表面にはピストン頂面部が形成されており、該燃焼室側表面の一部を少なくとも含み、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第１の層が前記ピストン頂面部に形成されているピストンの製造方法において、
成形されるピストン頂面部が上方に位置するように成形型を正立させ、該成形型内に母材金属溶湯を充填する第１の工程と、
中空粒子が分散された母材金属溶湯を該成形型のピストン頂面部成形箇所に充填する第２の工程と、
成形型を冷却した後に脱型する第３の工程と、からなる内燃機関用のピストンの製造方法。
【請求項７】
内燃機関用のピストンの製造方法であって、ピストンの燃焼室側表面にはピストン頂面部が形成されており、燃焼室側表面の一部を少なくとも含み、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重の第１の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第１の層と、該第１の層に一体に成形され、母材金属に比して相対的に低比重で、かつ、第１の中空粒子に比して相対的に低熱伝導性を有する第２の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第２の層と、が前記ピストン頂面部に形成されているピストンの製造方法において、
成形されるピストン頂面部が下方に位置するように成形型を倒立させ、第１の中空粒子および第２の中空粒子が分散された母材金属溶湯を該成形型のピストン頂面部成形箇所に充填する第１の工程と、
成形型内に母材金属溶湯を充填する第２の工程と、
成形型を冷却した後に脱型する第３の工程と、からなる内燃機関用のピストンの製造方法。
【請求項８】
内燃機関用のピストンの製造方法であって、ピストンの燃焼室側表面にはピストン頂面部が形成されており、中空粒子を含まない母材金属からなる表層と、該表層に一体に成形され、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重の第１の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第１の層と、該第１の層に一体に成形され、母材金属に比して相対的に低比重で、かつ、第１の中空粒子に比して相対的に低熱伝導性を有する第２の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第３の層と、が前記ピストン頂面部に形成されているピストンの製造方法において、
成形されるピストン頂面部が下方に位置するように成形型を倒立させ、母材金属溶湯を成形型のピストン頂面部成形箇所の一部に充填する第１の工程と、
第１の中空粒子および第２の中空粒子が分散された母材金属溶湯を前記ピストン頂面部成形箇所の残部に充填する第２の工程と、
成形型内に母材金属溶湯を充填する第３の工程と、
成形型を冷却した後に脱型する第４の工程と、からなる内燃機関用のピストンの製造方法。
【請求項９】
前記中空粒子が中空金属粒子からなることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の内燃機関用のピストンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用のピストンとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用のピストンには、軽量で熱伝導率の高いアルミニウム合金が一般に使用されており、エンジン効率の向上とピストン上部の効率的な放熱が図られている。ピストンの放熱性は、ピストン自体の強度低下を抑制する上で重要であるが、その一方で、ピストンの放熱性が高いと内燃機関始動時等の低負荷下において、燃焼室内の温度が低下してしまい、ハイドロカーボンの増加やＮＯｘの増加といった問題が生じ易い。
【０００３】
そこで、燃焼室内に対向するピストン頂面部をアルミニウム合金等の母材金属に比して相対的に低熱伝導性のチタン系合金等の焼結材で形成するといった技術もおこなわれている。これは、アルミニウム合金等の母材金属にチタン系合金等からなる焼結材を鋳ぐるんで製造するものであるが、この構造では異種合金界面強度が母材金属強度に比して著しく低下するため、ピストンの耐久性がこの界面強度で決定されるといっても過言ではなく、結果として耐久性の低いピストンとならざるを得ない。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示の複合セラミックコーティング材においては、内燃機関用のピストンの頂面にメタリックボンドコートをコーティングし、その上部にメタル／セラミック層を形成し、さらにその上部に複合セラミック最上層を形成してなるピストンが開示されている。かかる構成のピストンにおいても、各層間における界面強度の相違に基づいてピストンの耐久性が低下することは否めない。
【特許文献１】特表平８−５０１６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、燃焼室内の温度を低下させることなく、かつ耐久性の高い内燃機関用のピストンとその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成すべく、本発明による内燃機関用のピストンは、該ピストンの燃焼室側表面にピストン頂面部が形成されており、前記燃焼室側表面の一部を少なくとも含み、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第１の層が前記ピストン頂面部に形成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明のピストンは純アルミやアルミニウム合金などの母材金属溶湯から成形されるものであり、燃焼室内に噴射される燃料が直接照射するピストン頂面部の表層を、母材金属内に中空粒子が分散されてなる層から成形するものである。なお、ここでいう「層」とは、厳密に母材金属のみからなる部分と明確に画成される層のみならず、ピストン頂面部の表層から内部に向って徐々に中空粒子の数が減少するような場合において相対的に多数の中空粒子を有する部分を包含している。
【０００８】
この中空粒子が母材金属に比して相対的に低比重であることでピストン頂面部の表層に多数の中空粒子が分散した状態となる。この中空粒子（の表皮部）は、例えば鉄、タングステン、タンタル、モリブデン、イリジウム、白金、チタン、パラジウム、ニッケル、マグネシウム、ベリリウム、アルミニウムなどの金属素材のほか、セラミックスなどを適用できる。中でも、鉄を適用することで材料コストを低廉にできるとともにその製造も簡易となる。中空粒子の製造方法の一例としては、所定寸法の樹脂ビーズの外周に鉄粉をまぶし、これを鉄の溶融温度雰囲気下に置くことで内部の樹脂ビーズを溶融／蒸発させる方法などがある。
【０００９】
中空粒子は選定される素材に応じてその外径や内径（中空部の大きさ）が調整され、ピストンの母材金属溶湯内で該中空粒子が浮遊できるように設計される。
【００１０】
ピストン頂面部がピストン一般部（頂面部以外の部分）を構成する母材金属と同素材の母材金属から成形され、かつ双方が一体成形されることにより、この頂面部とピストン一般部との界面強度が母材金属強度に比して著しく低下するといった課題は完全に解消される。
【００１１】
さらにピストン頂面部に母材金属内に空気溜まりを有する中空粒子が分散されていることで、この層が低熱伝導層を形成することとなり、したがって燃焼室内の高温雰囲気を維持することが可能となり、燃焼効率の向上に繋がる。さらに、頂面部の表層を低熱伝導層とする一方で、その下方には母材金属からなる層が形成されていることで、低熱伝導層内の熱を熱伝導性の高い下層から効果的に逃がすことができるため、ピストン頂面部の放熱性能も十分に担保される。
【００１２】
また、本発明による内燃機関用のピストンの他の実施の形態は、前記ピストンの燃焼室側表面にはピストン頂面部が形成されており、前記燃焼室側表面の一部を少なくとも含み、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重の第１の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第１の層と、該第１の層に一体に成形され、母材金属に比して相対的に低比重で、かつ、第１の中空粒子に比して相対的に低熱伝導性を有する第２の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第２の層と、が前記ピストン頂面部に形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本実施の形態は、ピストン頂面部を熱伝導率の異なる２種類の層であって母材金属のみからなる層に比して相対的に低熱伝導性の層を形成し、その表層側（第１の層）を下層（第２の層）に比して相対的に高熱伝導層とするものである。
【００１４】
ピストン頂面部の表層側を熱伝導性のより高い層から形成し、その下方に相対的に低熱伝導層を形成することにより、燃焼室内の燃焼効率を一層高めることができる。
【００１５】
本実施の形態では、ピストン頂面部の表層側の第１の層を構成する中空粒子（第１の中空粒子）をその下層を構成する中空粒子（第２の中空粒子）に比して高比重とするものである。これは、例えば双方の中空粒子を同一外径に成形し、第１の中空粒子の表皮部（上記する金属素材やセラミックス素材からなる部分）の肉厚を相対的に厚くすることにより（したがって中空部の体積が相対的に少なくなる）、第２の中空粒子を相対的に低比重とすることができる。
【００１６】
ここで、さらに他の実施の形態として、前記第１の層の燃焼室側に中空粒子を含まない母材金属からなる層が形成されているピストンであってもよい。
【００１７】
ピストン頂面部の表層を中空粒子の存在しない母材金属からなる層とすることで、ピストン頂面部の表面の平坦性を担保することができる。
【００１８】
ここで、上記するピストンがアルミニウム合金を母材金属とする場合においては、少なくとも上記する第１の層が形成される条件（母材金属内に第１の中空粒子が分散するための条件）として、以下の式を満足するように中空粒子を設計するのが望ましい。
【００１９】
[式]
ρＡｌＲ３−３ρ＊Ｒｔ（Ｒ−ｔ）−ρ＊ｔ３＞０
ここで、ρＡｌ：アルミニウム合金の密度、Ｒ：中空粒子の外径、ρ＊：中空粒子の表皮部の密度、ｔ：中空粒子の肉厚。
【００２０】
上式を満足するように中空粒子の外径と中空粒子の表皮部の密度および肉厚を決定することにより、中空粒子が層内に分散された低熱伝導層が確実に形成される。
【００２１】
また、本発明による内燃機関用のピストンの製造方法は、内燃機関用のピストンの製造方法であって、ピストンの燃焼室側表面にはピストン頂面部が形成されており、該燃焼室側表面の一部を少なくとも含み、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第１の層が前記ピストン頂面部に形成されているピストンの製造方法において、成形されるピストン頂面部が上方に位置するように成形型を正立させ、該成形型内に母材金属溶湯を充填する第１の工程と、中空粒子が分散された母材金属溶湯を該成形型のピストン頂面部成形箇所に充填する第２の工程と、成形型を冷却した後に脱型する第３の工程と、からなるものである。
【００２２】
本発明では、成形型を正立させ（ピストン頂面部が上方にくるように成形型の姿勢を保持する）、該成形型内に母材金属溶湯等を流し込んでピストンを製造するものである。ここで、ピストンの製造方法として大きく２つの形態を適用できる。
【００２３】
一つの形態は、ピストンの一般部（頂面部以外の部分）用の母材金属溶湯を成形型内に流しこんで所定時間置き、次いでピストン頂面部用の溶湯（母材金属溶湯内に中空粒子が混入された溶湯）を成形型の頂面部成形箇所に流し込む方法である。この場合、成形型内の頂面部成形箇所に予め母材金属からなる頂面部用の無端壁（無端型）を設置しておくことで頂面部の成形がより簡易なものとなる。
【００２４】
一方、他の形態は、母材金属溶湯内に中空粒子が混入された溶湯を成形型内に一気に流し込む方法である。この方法は、低比重の中空粒子が成形型の上方のピストン頂面部に集まる作用を期待するものであり、ピストン上面の全面が頂面部となる場合には最も簡易な製造方法となる。
【００２５】
また、本発明による内燃機関用のピストンの製造方法の他の実施の形態において、ピストンの燃焼室側表面にはピストン頂面部が形成されており、燃焼室側表面の一部を少なくとも含み、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重の第１の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第１の層と、該第１の層に一体に成形され、母材金属に比して相対的に低比重で、かつ、第１の中空粒子に比して相対的に低熱伝導性を有する第２の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第２の層と、が前記ピストン頂面部に形成されているピストンの製造方法において、成形されるピストン頂面部が下方に位置するように成形型を倒立させ、第１の中空粒子および第２の中空粒子が分散された母材金属溶湯を該成形型のピストン頂面部成形箇所に充填する第１の工程と、成形型内に母材金属溶湯を充填する第２の工程と、成形型を冷却した後に脱型する第３の工程と、からなるものである。
【００２６】
本実施の形態は、熱伝導性の異なる２つの層を有するピストンを製造する方法であり、かかる製造方法では、成形型を倒立させ（ピストン頂面部が下方にくるように成形型の姿勢を保持する）、比重の異なる２種類の中空粒子を含有する母材金属溶湯を成形型内の頂面部成形箇所に流し込み、次いで中空粒子を含まない母材金属溶湯を成形型内に流し込むものである。この方法によれば、頂面部の表層から順に相対的に比重の大きな中空粒子が分散され、結果として比重の異なる２つの層を頂面部に形成することができる。
【００２７】
ここで、上記する第１の層の燃焼室側に中空粒子を含まない母材金属からなる層を形成する場合には、成形型を倒立させた後、まず中空粒子を含まない母材金属溶湯を流し込み、次いで比重の異なる２種類の中空粒子を含有する母材金属溶湯を成形型内の頂面部成形箇所に流し込み、最後に中空粒子を含まない母材金属溶湯を成形型内に流し込めばよい。
【発明の効果】
【００２８】
以上の説明から理解できるように、本発明の内燃機関用のピストンによれば、燃焼室内の高温雰囲気を維持して燃焼効率を向上させることができるとともに、ピストン頂面部からの放熱性も確保できることでその耐久性を低下させることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明のピストンの縦断面図であり、図２は本発明のピストンの平面図である。図３〜５は図１のＩＩＩ部の実施の形態の拡大図であり、図６はピストン頂面部に占める中空粒子分散層の比率の最適範囲に関する検証結果を示したグラフである。
【００３０】
図１は本発明のピストンの一実施の形態の縦断面図であり、図２はその平面図である。このピストン１０は、アルミニウム合金からなる母材金属にて成形された一般部２と、その燃焼室側表面の一部に形成される頂面部１とから大略構成されている。なお、図示する実施の形態ではピストン上面の一部の平面範囲に頂面部１が形成されているが、ピストン上面の全面に頂面部が形成される実施の形態であってもよい。
【００３１】
この頂面部１は図３に示すように大きく２つの層から構成されている。燃焼室側の第１の層１１は母材金属内に鉄からなる表皮３１の内部に中空部３２が形成された中空鉄粒子３が分散された層である。
【００３２】
一方、その下方（燃焼室と反対側）には、中空鉄粒子を含まない母材金属からなる層１２が形成されている。層１２は母材金属からなる一般部２と一体に成形されており、層１１もその成分は母材金属であって層１２および一般部２と一体に成形されている。
【００３３】
ここで、ピストン１０の製造方法を概説する。まず、成形されるピストン１０の頂面部１が上方に位置するように不図示の成形型を正立させ、該成形型内に母材金属溶湯を充填する。次いで中空鉄粒子３，…が分散された母材金属溶湯を該成形型の頂面部１成形箇所に充填する。ここで、中空鉄粒子３、…が分散された母材金属溶湯を流し込む前に、母材金属で成形された層１１用の無端型を配設し、この型内に中空鉄粒子３、…が分散された母材金属溶湯を流し込んでもよい。最後に成形型を冷却し、脱型して図示するピストン１０が製造される。
【００３４】
次に、上記中空鉄粒子３がアルミニウム合金からなる母材金属内で浮遊（分散）する条件を以下で検証する。中空鉄粒子の質量をＭとすると、下式が成立する。
【００３５】
[式１]
Ｍ＝ＭＦｅ＋ＭＡｉｒ＝４／３π｛Ｒ３−（Ｒ−ｔ）３｝ρＦｅ＋４／３π（Ｒ−ｔ）３ρＡｉｒとなる。
ここで、ＭＦｅ：鉄粒子のみの質量、ＭＡｉｒ：中空部の空気の質量、Ｒ：中空鉄粒子の外径、ｔ：鉄表皮の肉厚、ρＦｅ：鉄密度で７．８６×１０３ｋｇ／ｍ３、ρＡｉｒ：空気密度で０．００１２×１０３ｋｇ／ｍ３。
【００３６】
ρＦｅ＞＞ρＡｉｒ  の関係から、式１は下式２に近似することができる。
[式２]
Ｍ ≒ ＭＦｅ＝４／３π｛Ｒ３−（Ｒ−ｔ）３｝ρＦｅ
【００３７】
一方、無垢のアルミニウム球体の質量は下式となる。
[式３]
ＭＡｌ＝４／３πＲ３ρＡｌとなる。
【００３８】
ここで、ρＡｌ：アルミニウム密度で２．７０×１０３ｋｇ／ｍ３であり、そのほとんどをアルミニウムで占めるアルミニウム合金密度とすることができる。
【００３９】
上記製造方法において中空鉄粒子３がアルミニウム合金内に浮遊する条件として、以下の条件を満足する必要がある。
[式４]
Ｍ ＜ ＭＡｌ
【００４０】
式４に式２，３を代入して整理すると、以下の式となる。
[式５]
ρＡｌＲ３−３ρＦｅＲｔ（Ｒ−ｔ）−ρＦｅｔ３＞０
【００４１】
式５において、Ｒ＝１、ρＡｌ、ρＦｅに上記密度を代入して整理すると下式となる。
[式６]
ｔ ＜ ０．１３
【００４２】
式６は、中空鉄粒子の外径を１に正規化した一般式であり、この場合には、鉄表皮の肉厚ｔが０．１３未満であればアルミニウム合金母材内に中空鉄粒子が分散することになる。
【００４３】
次に、図示する中空鉄粒子３が母材金属内に分散してなる層１１における平均熱伝導率について検証する。層１１の平均熱伝導率：λＡｖｅは下式となる。
[式７]
λＡｖｅ＝（λＦｅ×ＶＦｅ＋λＡｉｒ×ＶＡｉｒ＋λＡｌ×ＶＡｌ）／（ＶＦｅ＋ＶＡｉｒ＋ＶＡｌ）
ここで、λＦｅ：鉄の熱伝導率（で２０℃、８０Ｗ／ｍＫ）、λＡｉｒ：空気の熱伝導率（で２０℃、０．０２６Ｗ／ｍＫ）、λＡｌ：アルミニウムの熱伝導率（で２０℃、２３７Ｗ／ｍＫ）。
【００４４】
図３を参照し、頂面部１の層１１において、中空鉄粒子３とアルミニウム合金からなる母材金属の比率を３：７、すなわち中空鉄粒子の体積比率を３０％程度とすると、中空鉄粒子の表皮の鉄と、中空部の空気の体積比率がおよそ１：２より（ｔ ＝ ０．１３Ｒとして）、ＶＦｅ：ＶＡｉｒ：ＶＡｌは下式となる。
[式８]
ＶＦｅ：ＶＡｉｒ：ＶＡｌ＝１：２：７
【００４５】
例えば、アルミニウム合金１００％で成形された従来のピストンの頂面部温度が２５０℃であり、頂面部温度の目標温度を３００℃とした場合、熱伝導率を８０％程度に設定する必要がある。そこで、図示するピストンがこの熱伝導率を満足するか否かを式７に上記数値を代入して検証する。
【００４６】
λＡｖｅ＝（λＦｅ×ＶＦｅ＋λＡｉｒ×ＶＡｉｒ＋λＡｌ×ＶＡｌ）／（ＶＦｅ＋ＶＡｉｒ＋ＶＡｌ）＝（８０×１＋０．０２６×２＋２３７×７）／（１＋２＋７）＝１７４Ｗ／ｍＫとなる。
【００４７】
この数値はアルミニウムの熱伝導率の８０％以下の数値となっており、したがって、層１１をその表層に形成した頂面部１を具備するピストン１０によれば、ピストン頂面部の温度を目標温度以上に維持することができる。
【００４８】
次に、本発明のピストンの他の実施例について説明する。図４に示すピストンの頂面部１Ａは、熱伝導率の異なる２種類の中空鉄粒子３Ａ，…，３，…が母材金属であるアルミニウム合金内に分散されてなる層１３，１４と、中空鉄粒子を含まないアルミニウム合金からなる層１２とから成形されたものである。
【００４９】
ここで、中空鉄粒子３Ａ、３はともにほぼ同程度の外径を有しているが、中空鉄粒子３Ａは相対的に表皮３１Ａの厚みが厚く成形されており（したがって中空部３２Ａが小体積となる）、中空鉄粒子３に比して高熱伝導率の粒子となっている。したがって、層１３は層１４に比して熱伝導率の高い層となっており、層１４の下層である層１２は最も高い熱伝導層となっている。
【００５０】
このようにピストン頂面部を２つの低熱伝導層から構成し、燃焼室側の層を相対的に高熱伝導層とすることで燃焼室内の昇温効率を一層高めることができ、さらに、それらの下方に母材金属層が形成されていることでピストンの放熱性も十分に担保することができる。
【００５１】
次に、頂面部１Ａを有するピストンの製造方法を概説する。成形される頂面部１Ａが下方に位置するように不図示の成形型を倒立させておき、この状態で中空鉄粒子３、…，３Ａ，…が分散されたアルミニウム合金からなる母材金属溶湯を成形型のピストン頂面部成形箇所に充填する。時間の経過に伴って相対的に比重大の中空鉄粒子３Ａが下方に移動し、中空鉄粒子３が上方に移動していく。より詳細に説明すると、中空鉄粒子３は、上式６のｔ ＜ ０．１３を満足するようにその表皮厚が設定されており、中空鉄粒子３Ａではその表皮厚がｔ ＞ ０．１３を満足するように設定されている。この比重差によって中空鉄粒子３Ａが分散された層１３が下方に形成され（成形型が倒立した姿勢において）、その上方に中空鉄粒子３が分散された層１４が形成されるものである。次いで、成形型内のピストン一般部成形箇所に母材金属溶湯を充填し、所定時間経過させた後に該成形型を反転させて冷却し、脱型することで頂面部１Ａを有するピストンが製造される。
【００５２】
また、図５に示すピストンの頂面部１Ｂは、図４に示すピストン頂面部１Ａの層１３のさらに燃焼室側に中空鉄粒子を含有しない母材金属層１５を有するものである。この実施例によれば、中空鉄粒子がピストン頂面部の表面に露出することにより、該表面に微小な凹凸が生じてその平坦性が阻害されるといった問題を解消することができる。
【００５３】
[ピストン頂面部に占める中空粒子分散層の比率の最適範囲に関する検証結果]
発明者等は、頂面部における中空鉄粒子分散層の最適な厚みについて検証し、その結果を図６に示している。ここで、最適な厚みとは、トレードオフの関係にあるピストンの断熱度と高温強度の双方をともに所定の性能とできるように決定されるものである。例えば分散層の厚みが厚くなる（中空鉄粒子を含まない層厚が薄くなる）と熱伝導性が低くなることで断熱性能は向上する一方で、ピストン（の頂面部）内における高温が維持され易い結果、ピストンの高温強度は低下することになる。
【００５４】
図６は、図１に示す層１１と層１２の総厚：Ｔと層１１の厚み：ｔの比率に応じた断熱度（実線）と高温強度（点線）を示しており、層１１内における中空鉄粒子３の体積比率が３０％程度の場合のグラフを示している。
【００５５】
ピストンの断熱性能と高温強度双方を満足する中空鉄粒子分散層の厚みとして、頂面部全体の１／３程度が最も望ましいと結論付けることができる。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明のピストンの縦断面図である。
【図２】本発明のピストンの平面図である。
【図３】図１のIII部の一実施の形態の拡大図である。
【図４】図１のIII部の他の実施の形態の拡大図である。
【図５】図１のIII部のさらに他の実施の形態の拡大図である。
【図６】ピストン頂面部に占める中空粒子分散層の比率の最適範囲に関する検証結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１，１Ａ，１Ｂ…頂面部、２…一般部、３，３Ａ…中空鉄粒子、３１，３１Ａ…表皮、３２，３２Ａ…中空部、１０…ピストン、１１，１２，１３，１４，１５…層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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