(57)【要約】【課題】クーリングチャネルを容易に形成できると同時に、接合面を密着させて精度よく接合し易い内燃機関用ピストンを提供する。【解決手段】ヘッド部１１の内部にクーリングチャネル１７の環状路１７ａを備えた内燃機関用ピストンであり、ボス１３を有するスカート部１２及びヘッド部１１の中央部１１ａを備えたピストン本体１８と、ピストンリング溝１５を有するランド部１４及びヘッド部１１の周縁部１１ｅを備えて鍛造されたヘッド環状部１１ｃとが、接合面１１ｄ、１８ｄにおいて接合されてなり、接合面１１ｄ、１８ｄが、クーリングチャネル１７の環状路１７ａを横切り、且つ、周縁部１１ｅ側の端部より中央部１１ａ側の端部が頂面１１ｂに近接するように傾斜する単一のテーパ面からなっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッド部の内部にクーリングチャネルの環状路を備えた内燃機関用ピストンにおいて、
ピストンピン孔が形成されたボスを有するスカート部及び前記ヘッド部の中央部を一体に備えたピストン本体と、ピストンリング溝を有するランド部及び前記ヘッド部の周縁部を一体に備えて鍛造されたヘッド環状部とが、接合面において接合されてなり、
前記接合面が、前記クーリングチャネルの環状路を横切り、且つ、前記周縁部側の端部よりも前記中央部側の端部が頂面に近接するように傾斜する単一のテーパ面からなることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項２】
前記ヘッド部は、頂面にキャビティを有し、
前記ヘッド環状部は、前記キャビティの内側に突出するリップ部を備えていることを請求項１に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項３】
前記ヘッド環状部は、前記ランド部を有する外周部と、前記リップ部を有する内周部とを有し、前記外周部と前記内周部とが異なる材料からなり、前記外周部は前記内周部より耐磨耗性が高く、前記内周部は前記外周部より耐熱性が高い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。
【請求項４】
前記ヘッド環状部は、前記ピストン本体より耐熱強度が高い材料からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の内燃機関用ピストン。
【請求項５】
前記ヘッド環状部は、急冷凝固合金の鍛造されたものであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の内燃機関用ピストン。
【請求項６】
前記ピストン本体は、鍛造されたものであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載の内燃機関用ピストン。
【請求項７】
前記クーリングチャネルは、前記環状路から前記ヘッド環状部の頂面に向けて穿設された有端孔からなる延長路を備え、該延長路はピストンの周方向に複数所定の間隔で配置されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一つに記載の内燃機関用ピストン。
【請求項８】
前記クーリングチャネルは、前記接合面が横切る前記環状路の他にピストン軸方向に並べて前記ヘッド環状部内に形成された他の環状路を備え、２つの前記環状路がバイパス路で連通されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一つに記載の内燃機関用ピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等のレシプロエンジンなどの内燃機関に使用されるピストンに関し、特に、ヘッド部の内部に潤滑油等の冷却液を循環させる冷却用のクーリングチャネルを備えた内燃機関用ピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロエンジン等の内燃機関用ピストンはヘッド部及びスカート部を有し、ヘッド部に燃焼室と対向する頂面やピストンリング溝を有してシリンダと対向するランド部が設けられ、スカート部にピストンピンが嵌入されるボスが設けられている。
【０００３】
このようなピストンでは、各部位毎に異なる性能が要求されており、例えば、ヘッド部の頂面は燃焼時の熱が直接に伝達されるため耐熱性が要求され、ヘッド部のランド部及びピストンリング溝はシリンダ内で摺動し、高い燃焼圧力を受けるピストンリングが接触するため、高い耐磨耗性と体面圧性が要求され、スカート部のボス部は高い耐面圧性が要求されている。
【０００４】
従来、このような異なる性能を達成するために、各部位毎に異なる材料を使用することが行われている。例えば、ヘッド部の高温下における耐熱強度を確保するために、特許文献１に記載されているように、ヘッド部の頂面側やその一部に急冷凝固粉末アルミニウム合金、繊維強化アルミニウム合金、粒子強化アルミニウム合金等を使用して鍛造により成形したり、ピストンリング溝、特に、圧力リング溝にニレジスト環を配置することなどが行われている。
【０００５】
また、ヘッド部を冷却するために、例えば、下記特許文献２、３に記載されているように、ヘッド部内部に冷却用オイルの流路となるクーリングチャネルが設けられたものも提案されている。
【０００６】
これらの特許文献２、３では、内燃機関用ピストンが上部形成体と下部形成体とから構成され、上部形成体と下部形成体との間に冷却用空洞が形成されることにより、ヘッド部内に環状の冷却用空洞が設けられている。
【特許文献１】特開平９−３１０６３９号公報
【特許文献２】実開平６−２５５３７号公報
【特許文献３】特開２０００−２３０４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ヘッド部の上部に炭化ケイ素を含有させた急冷凝固粉末アルミニウム合金等を用いて、ヘッド部の下部と上部とで材料を異ならせた上記特許文献１では、異なる材料を高い圧力で鍛造することにより一体的にして製造されるため、ヘッド内部に冷却用の空洞を設けることが困難で、冷却性能を向上させつつ強度を向上することができなかった。
【０００８】
一方、冷却用の空洞が設けられた上記特許文献２、３では、ピストンの上部形成体と下部形成体との接合面が、ランド部から冷却空洞までの水平面と、冷却空洞からヘッド部の頂部までの垂直面との２つの面からなるため、上部形成体と下部形成体とを精度良く接合することが容易でない。即ち、このように複数の面で形成されていると、より公差の小さい一方の接合面が接することにより、他方の接合面の接合精度が悪化し、全ての接合面を十分な精度で接合させることが困難であった。
【０００９】
そこで、この発明では、クーリングチャネルを容易に形成できると同時に、接合面を密着させて精度よく接合し易い内燃機関用ピストンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、ヘッド部の内部にクーリングチャネルの環状路を備えた内燃機関用ピストンにおいて、ピストンピン孔が形成されたボスを有するスカート部及び前記ヘッド部の中央部を一体に備えたピストン本体と、ピストンリング溝を有するランド部及び前記ヘッド部の周縁部を一体に備えて鍛造されたヘッド環状部とが、接合面において接合されてなり、前記接合面が、前記クーリングチャネルの環状路を横切り、且つ、前記周縁部側の端部よりも前記中央部側の端部が頂面に近接するように傾斜する単一のテーパ面からなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記ヘッド部が頂面にキャビティを有し、前記ヘッド環状部は、前記キャビティの内側に突出するリップ部を備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の構成に加え、前記ヘッド環状部は、前記ランド部を有する外周部と、前記リップ部を有する内周部とを有し、前記外周部と前記内周部とが異なる材料からなり、前記外周部は前記内周部より耐磨耗性が高く、前記内周部は前記外周部より耐熱性が高いことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の構成に加え、前記ヘッド環状部は、前記ピストン本体より耐熱強度が高い材料からなることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一つに記載の構成に加え前記ヘッド環状部は、急冷凝固合金の鍛造されたものであることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一つに記載の構成に加え、前記ピストン本体は、鍛造されたものであることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか一つに記載の構成に加え、前記クーリングチャネルは、前記環状路から前記ヘッド環状部の頂面に向けて穿設された有端孔からなる延長路を備え、該延長路はピストンの周方向に複数所定の間隔で配置されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の何れか一つに記載の構成に加え、前記クーリングチャネルは、前記接合面が横切る前記環状路の他にピストン軸方向に並べて前記ヘッド環状部内に形成された他の環状路を備え、２つの前記環状路がバイパス路で連通されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の内燃機関用ピストンによれば、ピストン本体とヘッド環状部との接合面がクーリングチャネルの環状路を横切るように形成されているので、環状路を接合面に開口させることができ、環状路を接合面側から容易に形成することができる。そのため、ヘッド環状部を鍛造する際に同時に環状路を形成することも可能で、製造が容易である。
【００１９】
また、接合面が単一のテーパ面で形成されているので、接合面全面で公差を小さく抑えることができ、接合面同士を容易に密着させて精度よく接合し易い。しかも、接合面の始点と終点を変えないとすれば、接合面を最短距離にすることができて接合が一層容易に精度よくできると同時に、ヘッド環状部の体積を少なく抑えることができるため、鍛造によりヘッド環状部を形成し易い。
【００２０】
請求項２に記載の内燃機関用ピストンによれば、ヘッド環状部がピストンリング溝を有するランド部と共に、ヘッド部頂面のキャビティの内側に突出するリップ部を備えているので、ピストンにおいて特に耐熱性が要求される部位であるリップ部と耐磨耗性、耐面圧性が要求される部位であるランド部とをヘッド環状部に集約させることができ、ピストンの耐久性を向上させ易い。
【００２１】
請求項３に記載の内燃機関用ピストンによれば、ヘッド環状部が、ランド部を有する外周部と、リップ部を有する内周部とを有し、外周部と前記内周部とが異なる材料からなり、外周部が内周部より耐磨耗性が高い材料からなると共に内周部は外周部より耐熱性が高い材料からなるので、ヘッド環状部の高温になり易い部位の耐熱強度と摩耗が生じ易い部位の耐磨耗性を確保することができ、ヘッド環状部の耐久性を向上し易い。
【００２２】
請求項４に記載の内燃機関用ピストンによれば、ヘッド環状部がピストン本体より耐熱強度が高い材料からなるので、より高温になり易い部位の耐熱強度を確保することができ、耐久性を向上し易い。
【００２３】
しかも、ヘッド環状部が単一のテーパ面からなる接合面によりピストン本体と分割されているので、ヘッド環状部の体積を小さく抑えることができ、ピストン本体より耐熱強度の高い材料の使用量を少なく抑ることが可能である。
【００２４】
請求項５に記載の内燃機関用ピストンによれば、特に、耐熱性や耐磨耗性が要求されるヘッド環状部が急冷凝固合金の鍛造されたものであるので、ヘッド環状部の耐久性を確実に向上することができる。
【００２５】
請求項６に記載の内燃機関用ピストンによれば、クーリングチャネルの環状路を横切る接合面を有するピストン本体及びヘッド環状部が、それぞれ鍛造により成形されているので、クーリングチャネルをヘッド部の内部に備えていても、ピストンを十分な強度で形成することが可能である。
【００２６】
しかも、鍛造のため肉厚も薄くでき、クーリングチャネルの通路断面積の大型化とピストン全体の軽量化が可能である。
【００２７】
請求項７に記載の内燃機関用ピストンによれば、クーリングチャネルがヘッド環状部からヘッド環状部の頂面に向けて穿設された有端孔からなる延長路を備え、この延長路がピストンの周方向に複数所定の間隔で配置されているので、ヘッド部の特に加熱されやすい頂面側をより冷却し易い。
【００２８】
請求項８に記載の内燃機関用ピストンによれば、接合面が横切る環状路の他に、ヘッド環状部内に形成された他の環状路を備えているので、複数の環状路によりヘッド部を冷却することができ、効率のよい冷却が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
［実施の形態１］
以下、この発明の実施の形態１について図を用いて説明する。
【００３０】
図１乃至図６はこの実施の形態１に係る直接噴射式ディーゼルエンジン用ピストンを示す。図において、符号１０はピストンであり、図示しないシリンダの燃焼室側に配置されるヘッド部１１と、図示しないクランク側に配置されるスカート部１２を有している。スカート部１２には、ピストンピン孔１３ａを有するボス１３が設けられ、ヘッド部１１の側周面側には３本のピストンリング溝１５を有するランド部１４が設けられ、ヘッド部１１の中央部１１ａの頂面１１ｂには、燃焼室の一部を構成し、燃料噴射装置から直接燃料が吹き込まれるキャビティ１６が設けられている。また、ヘッド部１１の内部にはクーリングチャネル１７が設けられている。
【００３１】
このピストン１０は、ボス１３を有するスカート部１２全体及びヘッド部１１の中央部１１ａが一体に形成されたピストン本体１８と、ピストンリング溝１５を有するランド部１４及びヘッド部１１の周縁部１１ｅが一体に形成されたヘッド環状部１１ｃとが、それぞれの接合面１１ｄ、１８ｄにおいて接合されることにより構成されている。
【００３２】
ピストン本体１８は、ヘッド部１１の中央部１１ａの頂面１１ｂに設けられたキャビティ１６の底面１６ａを含んでいる。また、スカート部１２のボス１３のピストンピン孔１３ａは、スカート部１２の一対の対向部分に形成された肉厚部に、青銅ブッシュ部材等を配置することなく直接開設されており、所定の精度の貫通孔となっている。
【００３３】
一方、ヘッド環状部１１ｃは、ヘッド部１１の頂面１１ｂとキャビティ１６の周囲の内側に突出したリップ部１１ｆを含んでいる。
【００３４】
また、クーリングチャネル１７は、図２に示すように、ヘッド環状部１１ｃに沿う無端環状に連続する環状路１７ａと、図４に示すように、ヘッド部１１の底部から環状路１７ａまで貫通する２つの貫通路からなる冷却用オイルの供給路１７ｃ及び排出路１７ｄを備えている。
【００３５】
この実施の形態１では、クーリングチャネル１７は、環状路１７ａからヘッド環状部１１ｃの頂面１１ｂに向けて穿設された有端孔からなる複数の延長路１７ｂを備えている。この延長路１７ｂは周方向に複数所定の間隔で配置されている。この延長路１７ｂは、図２に示されるように、ヘッド部１１のキャビティ１６に噴射される燃料１６ｂに対応する位置に設けられて、特に高温となる部分の冷却効率が向上するようになっている。
【００３６】
そして、ヘッド環状部１１ｃとピストン本体１８との接合面１１ｄ、１８ｄは、ヘッド部１１の周縁部１１ｅ側の端部よりも中央部１１ａ側の端部が頂面１１ｂに近接するように傾斜する一定の勾配を有する単一のテーパ面により構成されている。
【００３７】
この接合面１１ｄ、１８ｄは、環状路１７ａを横切るように形成されており、ヘッド環状部１１ｃとピストン本体１８との各接合面１１ｄ、１８ｄには、互いに対向することにより、環状路１７ａを形成するように環状の溝１１ｇ、１８ｇが設けられている。
【００３８】
次に、このようなピストン１０を製造する方法について図６を用いて説明する。
【００３９】
まず、ヘッド環状部１１ｃとピストン本体１８とを別体に作製する。ここでは、ヘッド環状部１１ｃを鍛造により作製することにより、軽量且つ引張り強度等、十分な強度を確保する。また、ピストン本体１８は、鍛造、鋳造等適宜な方法で作製することができるが、この実施の形態では、強度を確保し易いという理由で、鍛造により成形して作製する。
【００４０】
その際、ヘッド環状部１１ｃとピストン本体１８とを異なる材料を用いて製造するのが好ましく、ヘッド環状部１１ｃはピストン本体１８より耐熱強度が高い材料を用いるのが好適であり、ピストン本体１８はピストンピンを支持する関係から耐面圧強度が確保できる材料を用いるのが好適である。
【００４１】
具体的には、ヘッド環状部１１ｃの材料としては、例えば、シリコン及び／又は鉄含有アルミニウム合金を溶解した後で急冷凝固させて得られる急冷粉末アルミニウム合金、或いは、更にニッケル、クロム、マンガンなどの元素を含有させた前記アルミニウム合金を溶解した後で急冷凝固させて得られる粉末や金属箔でもよい。他の金属元素が含有されていてもよく、上記粉末や箔にＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３などの粒子やウィスカを強化材として添加してもよい。また、アルミニウム合金の連続鋳造棒でもよい。その場合、強化材としてＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３などの粒子やウィスカを添加してもよい。
【００４２】
また、ピストン本体１８の材料としては、ヘッド環状部１１ｃの材料とシリコン及び／又は鉄の含有量が異なるアルミニウム合金や、更に銅、マグネシウム等の含有量の異なるアルミニウム合金などを用いてもよい。
【００４３】
このような材料を用いて、ヘッド環状部１１ｃを鍛造により作製するには、急冷粉末アルミニウム合金を丸棒形状に押出し（工程ａ）、切断してヘッド環状部１１に対応する大きさのビレットとし（工程ｂ）、ピストン軸方向の一対の成形型で挟み強圧して成形することにより鍛造し（工程ｃ）、機械加工する（工程ｄ）ことにより行う。
【００４４】
鍛造する工程では（工程ｃ）、成形型に接合面１１ｄに対応するテーパ面を形成しておくのが好ましく、更に、そのテーパ面にクーリングチャネル１７の環状路１７ａを構成するための環状の溝１１ｇを形成しておくのが好ましい。
【００４５】
得られた成形体を機械加工する工程では（工程ｄ）、接合面１１ｄを所定精度で単一テーパ面となるように加工する。また、環状の溝１１ｇから頂面１１ｂに向けて延長路１７ｂを周方向に所定の間隔で穿設する。
【００４６】
また、前記のような材料を用いて、ピストン本体１８を鍛造により作製するには、丸棒形状に押出し（工程ｅ）、切断してピストン本体１８に対応する大きさのビレットとし（工程ｆ）、ピストン軸方向の一対の成形型で挟み強圧して成形することにより鍛造し（工程ｇ）、機械加工する（工程ｈ）ことにより行う。
【００４７】
鍛造する工程では（工程ｇ）、成形型に接合面１８ｄに対応するテーパ面を形成しておくのが好ましく、更に、そのテーパ面にクーリングチャネル１７の環状路１７ａを構成するための環状の溝１８ｇを形成しておくのが好ましい。更に、ヘッド部１１の頂面１１ｂ側には、キャビティ１６を成形型により形成するのがよい。
【００４８】
得られた成形体を機械加工する工程では（工程ｈ）、接合面１８ｄをヘッド環状部１１ｃの接合面１１ｄと同一となるように、所定精度の単一テーパ面に加工する。また、ヘッド部１１の底部から環状の溝１８ｇに貫通する供給路１７ｃ及び排出路１７ｄを穿設する。
【００４９】
ヘッド環状部１１ｃ及びピストン本体１８の機械加工を施した後、ヘッド環状部１１ｃとピストン本体１８とを、接合面１１ｄ、１８ｄにおいて接合する（工程ｉ）。この接合方法は、例えば、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接、ろう付け、摩擦圧接等各種の方法により行うことができる。
【００５０】
その際、溶融範囲を少なくするのが好ましく、例えば電子ビームにより少ない溶融範囲で接合したり、ろう付けでアルミニウム合金自体を溶融させないで接合することも好適である。
【００５１】
そして、接合一体化した後、必要な場合には、ピストン１０の外形やランド部１４及びピストンリング溝１５、更にはピストンピン孔１３ａの機械加工を行うと共に、必要に応じピストンリング溝１５やピストンピン孔１３ａ等に鉄系やニッケル系の金属、或いはセラミック等を溶射する（工程ｊ）。
【００５２】
その後、最終的な仕上げ加工を施して（工程ｋ）、ピストン１０の製造を完了する。
【００５３】
以上のようなこの実施の形態１のピストン１０によれば、ピストン本体１８とヘッド環状部１１ｃとの接合面１８ｄ、１１ｄがクーリングチャネル１７の環状路１７ａを横切るように形成されているので、ピストン本体１８やヘッド環状部１１ｃの作製時に環状路１７ａを接合面に長手方向に開口させることができ、環状路１７ａを環状の溝１１ｇ、１８ｇとして接合面１１ｄ、１８ｄ側から容易に形成することができる。そのため、ヘッド環状部１１ｃを鍛造する際に環状の溝１１ｇ、１８ｇを形成することが可能であり、クーリングチャネル１７の環状路１７ａの形成が容易である。同時に、中子を用いたり、クーリングチャネル形成用のパイプを埋設してヘッド環状部１１ｃを鋳造する必要がないため、鍛造により容易に作製でき、ヘッド環状部１１ｃ自体の強度も向上することができる。
【００５４】
また、接合面１１ｄ、１８ｄが単一のテーパ面で形成されているので、水平面や垂直面等の複数の面を組合せて接合面を形成する場合に比べて、接合面１１ｄ、１８ｄ全面で公差を小さく抑えることができ、接合面１１ｄ、１８ｄ同士を容易に密着させて精度よく接合することができる。また、精度良く密着させられれば、電子ビーム溶接等による接合がより容易に行える。
【００５５】
しかも、接合面の始点と終点を変えないとすれば、接合面１１ｄ、１８ｄを最短距離で形成ことができて接合が一層容易に精度よくできると同時に、ヘッド環状部１１ｃの体積を少なく抑え易いため、鍛造し易く、ヘッド環状部１１ｃの作製も容易である。
【００５６】
更に、中央部１１ａ側が突出する単一のテーパ面によりピストン本体１８とヘッド環状部１１ｃとを接合しているため、ピストン本体１８に設けられたボス１３の孔の上部の肉厚をピストン本体１８のみで確保できるため、ヘッド部１１に対するボス１３の十分な強度を確保し易い。そのため、ヘッド部１１の頂面１１ｂとボス１３の軸心との間の所謂コンプレッションハイトを短く抑えることが可能である。
【００５７】
また、このピストン１０では、ヘッド環状部１１ｃがピストンリング溝１５を有するランド部１４と共に、キャビティ１６の内側に突出するリップ部１１ｆとを備えているので、ピストン１１において特に耐熱性や耐磨耗性、耐面圧性が要求される部位をヘッド環状部１１ｃに集約させることができ、ピストン１０の耐久性を向上させ易い。
【００５８】
更に、このピストン１０では、ヘッド環状部１１ｃがピストン本体１８より耐熱強度が高い材料からなるので、より高温になり易い部位の耐熱強度を確保することができ、耐久性を向上することができる。
【００５９】
しかも、ヘッド環状部１１ｃが単一のテーパ面からなる接合面１１ｄ、１８ｄによりピストン本体１８と分割されているため、ヘッド環状部１１ｃの体積を小さく抑えることができ、その結果、ヘッド環状部１１ｃをピストン本体より耐熱強度の高い特殊な材料により形成しても、その材料の使用量を少なく抑ることが可能である。
【００６０】
特に、ここでは、耐熱性や耐磨耗性、耐面圧性が要求されるヘッド環状部１１ｃが急冷粉末アルミニウム合金の鍛造されたものであるので、耐久性を確実に向上することができる。
【００６１】
また、このピストン１０では、環状路１７ａを横切る接合面１１ｄ、１８ｄを有するピストン本体１８及びヘッド環状部１１ｃが、それぞれ鍛造により成形されているので、クーリングチャネル１７をヘッド部１１の内部に備えていても、ピストン１０を十分な強度で形成することが可能である。
【００６２】
しかも、鍛造のため肉厚も薄くでき、クーリングチャネルの通路断面積の大型化とピストン全体の軽量化が可能である。
【００６３】
更に、このピストン１０では、クーリングチャネル１７が環状路１７ａからヘッド環状部１１ｃの頂面１１ｂに向けて穿設された延長路１７ｂを備え、この延長路１７ｂがピストン周方向に複数所定の間隔で配置されているので、ヘッド部１１の特に加熱されやすい頂面１１ｂ側をより冷却し易い。
【００６４】
なお上記の実施の形態１はこの発明の範囲内で適宜変更可能であり、例えば、上記では環状路１７ａを完全な無端環状路として形成したが、ヘッド環状部１１ｃに沿って端部が設けられた通路として形成されていてもよい。
【００６５】
また、上記ではヘッド環状部１１ｃにランド部１４と全ピストンリング溝１５とが形成されているが、特に限定されるものではなく、ヘッド環状部１１ｃとピストン本体１８とを接合後に加工するため、ランド部１４の一部やピストンリング溝１５の一部がピストン本体１８に形成されていてもよい。この場合、最もヘッド部１１の頂面１１ｂに近接するトップランド部と圧力リング溝とは耐久性を確保するためにヘッド環状部１１ｃに形成されているのが好ましい。
［実施の形態２］
【００６６】
図７及び図８はこの実施の形態２に係るディーゼルエンジン用ピストンを示す。
【００６７】
この実施の形態２のピストン２０では、クーリングチャネル１７が実施の形態１と異なる構成を有している。ここでは、環状路１７ａより頂面１１ｂ側となるヘッド環状部１１ｃ内のリップ部１１ｆの側方周囲に、環状路１７ａとピストン軸方向に並べて形成された他の環状路としての環状路１７ｅが設けられてリング蓋体１９で覆われ、環状路１７ａと環状路１７ｅとの間がバイパス路１７ｆにより連通されている。また、このピストン２０では、冷却オイルの排出路１７ｄがボス３のピストンピン孔１３ａの上部に設けられている。その他は実施の形態１と同様である。
【００６８】
このようなクーリングチャネル１７の環状路１７ｅを形成するには、例えば、ヘッド環状部１１ｃを成形型で強圧することにより鍛造する際、頂面１１ｂ側から環状路１７ｅに対応する溝を形成し、次に、ヘッド環状部１１ｃをピストン本体１８に接合しない状態で、環状路１７ａの環状の溝１１ｇと環状路１７ｅに対応する溝との間を貫通する孔からなるバイパス路１７ｆを加工し、その後、環状路１７ｅに対応する溝の頂面１１ｂ側に、ヘッド環状部１１ｃと同一材料からなるリング蓋体１９を電子ビーム接合することにより形成することができる。
【００６９】
このようなピストン２０によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる上、接合面１１ｄ、１８ｄが横切る環状路１７ａの他に、ヘッド環状部１１ｃ内に他の環状路１７ｅを備えているので、複数の環状路１７ａ、１７ｅによりヘッド部１１を冷却することができ、効率のよい冷却が可能である。
【００７０】
なお、この実施の形態２では、クーリングチャネル１７の供給路１７ｃが環状路１７ａに接続された例について図示しているが、適宜変更可能であり、供給路１７ｃを他の環状路１７ｅに設けてもよい。その場合、より高温側から先に冷却液を供給できるため、より効率的な冷却が可能である。
［実施の形態３］
【００７１】
図９及び図１０はこの実施の形態３に係るガソリンエンジン用ピストンを示す。
【００７２】
この実施の形態３のピストン３０では、延長路１７ｂが設けられていない他は、略実施の形態１のピストン１０と同一の構成を有している。
【００７３】
この実施の形態３のように、ガソリンエンジン用ピストンであっても、この発明を適用することにより、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能である。
［実施の形態４］
【００７４】
図１１乃至図１４は、この実施の形態４に係るピストンに用いるヘッド環状部を示している。この実施の形態４は上記実施の形態１乃至３のヘッド環状部１１ｃの変形例である。
【００７５】
このヘッド環状部４１ｃは、図１１（ｂ）に示すように、ピストンリング溝１５を有するランド部１４及び周縁部１１ｅを有する外周部４２と、リップ部１１ｆを有する内周部４３とを有し、外周部４２と内周部４３とが異なる材料から一体成形されている。ここでは、外周部４２は内周部より耐磨耗性、耐面圧性が高い材料４２ａからなり、内周部４３は外周部４２より耐熱性が高い材料４３ａからなっている。
【００７６】
具体的には、外周部４２の材料４２ａとしては、例えば、上記実施の形態１のヘッド環状部１１ｃに使用される合金やこの合金にＳｉＣの含有量を増加した合金等を使用することができる。一方、内周部４３の材料４３ａとしては、上記実施の形態１のヘッド環状部１１ｃに使用される合金にＦｅの含有量を増加した合金などを使用することができる。
【００７７】
このようなヘッド環状部４１ｃを作製するには、図１４（ａ）に示すように、図６の工程ａ乃至工程ｄを一部変更することにより行うことができる。
【００７８】
ここでは、まず外周部４２を構成する材料４２ａと内周部４３を構成する材料４３ａとを、予め内外に２重環構造に成形した図１１（ａ）に示すような成形素材４０を作製する。
【００７９】
このような成形素材４０を作製するには、特に限定されるものではないが、例えば、前述のような異なる材料、好ましくは２種類の急冷凝固合金からなる材料４２ａ、４３ａを積層すると共に（工程ｐ）、２重管押出しにより中空の２重管形状に成形したり、プラズマ放電焼結或いは他の焼結により中空の２重管形状に成形して（工程ｑ）行うことができる。
【００８０】
２重管押出しにより成形するには、例えば図１１に示すように、外周部４２の材料４２ａから鋳造、鍛造、或いは焼結などにより容器状に形成された成形体の内部に、内周部４３の材料４３ａの粉末を充填し（ａ）、これを中空状に押出し可能な型４４を通過させることによりヘッド環状部１１ｃの外径に対応した中空の筒状に成形し（ｂ）、これをヘッド環状部１１ｃに対応した長さで切断する（ｃ）ことにより成形素材４０を得ることができる。
【００８１】
また、プラズマ焼結或いは他の焼結により成形素材４０を作製するには、例えば図１３に示すように、中心部に中子が配置された容器４５を筒体４６で仕切り、容器４５内の筒体４６の内側と外側にそれぞれの粉末の材料４２ａ、４３ａを充填し、筒体４６を抜き取った後、焼結させ、その後、強圧して鍛造することにより、ヘッド環状部１１ｃの外径及び長さに対応した寸法の成形素材４０を得ることができる。
【００８２】
次に、このような成形素材４０を用いて、実施の形態１と同様に上下の成形型により強圧して成形することにより鍛造し（工程ｃ）、環状の溝１１ｇを有するヘッド環状部１１ｃに対応した形状に成形する。
【００８３】
そして、機械加工により、図１１（ｂ）中に仮想線で示すように、単一のテーパ面からなる接合面１１ｄを所定精度で形成する（工程ｄ）ことによりヘッド環状部４１ｃとすることができる。
【００８４】
その後、このヘッド環状部４１ｃをピストン本体１８と接合し（工程ｉ）、頂面１１ｂ、ランド部１４及びピストンリング溝１５を機械加工や必要に応じ金属又はセラミックスの溶射を行い（工程ｊ）、最終的な仕上加工を施せば（工程ｋ）、ピストン本体１８と一体化された状態で、図１１（ｂ）中に仮想線で示されるようなヘッド環状部１１ｃを所定精度に仕上げることができ、ピストン１０、２０、３０を得ることができる。
【００８５】
このようなヘッド環状部４１ｃを用いたピストン１０、２０、３０では、ランド部１４を有する外周部４２が内周部４３より耐磨耗性や耐面圧性が高い材料からなると共に、リップ部１１ｆを有する内周部４３が外周部４２より耐熱性の高い材料からなるので、ヘッド環状部４１ｃの各部位において要求される異なる性質に対応した最適な材料を使用することができ、より高温になり易い部位の耐熱強度と、より摩耗が生じ易い部位の耐磨耗性とを確保することができ、ヘッド環状部４１ｃの耐久性をより一層向上することが可能である。
【００８６】
なお、この実施の形態４では、２種類の異なる材料を用いたヘッド環状部４１ｃについて説明したが、３種類以上の異なる材料を用いて同様に作製することも可能である。
【００８７】
一方、製造工程も種々変更可能である。例えば図１４（ｂ）に示すように、工程ｐにおいて３種類以上のアルミニウム粉末を積層してもよい。また、アルミニウム粉末を焼結する前にピストンリング溝１５用の耐摩環を設置して焼結してもよい（工程ｒ）。その場合、ヘッド環状部４１ｃとピストン本体１８とを接合（工程ｉ）した後、金属やセラミックスの溶射を行う必要はない。更に、接合（工程ｉ）する前に各部の機械加工を十分に行い、接合（工程ｉ）後に機械加工を施すことなく仕上加工（工程ｋ）を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】この発明の実施の形態１に係るディーゼルエンジン用ピストンの側面図である。
【図２】同実施の形態１のピストンの平面図である。
【図３】同実施の形態１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】同実施の形態１のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】同実施の形態１のピストンの底面図である。
【図６】同実施の形態１のピストンの製造工程を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係るディーゼルエンジン用ピストンを示し、図２のＡ−Ａ断面に相当する断面図である。
【図８】同実施の形態２のピストンを示す図２のＢ−Ｂ断面に相当する断面図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係るガソリンエンジン用ピストンを示し、図２のＡ−Ａ断面に相当する断面図である。
【図１０】同実施の形態３のピストンを示す図２のＢ−Ｂ断面に相当する断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係るピストンのヘッド環状部を示す断面図であり、（ａ）は成形前の素材、（ｂ）は成形及び加工後の状態を示す。
【図１２】図１１の成形素材を２重押出しにより作製する工程を示す図である。
【図１３】図１１の成形素材を焼結により作製するための容器を示す断面図である。
【図１４】（ａ）は実施の形態４のヘッド環状部及びそれを用いたピストンの製造工程を示す図、（ｂ）は製造工程の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０、２０、３０  ピストン
１１  ヘッド部
１１ａ  中央部
１１ｂ  頂面
１１ｃ、４１ｃ  ヘッド環状部
１１ｄ、１８ｄ  接合面
１１ｅ  周縁部
１１ｆ  リップ部
１２  スカート部
１３  ビンボス
１４  ランド部
１５  ピストンリング溝
１６  キャビティ
１７  クーリングチャネル
１７ａ、１７ｅ  環状路
１７ｂ  延長路
１８  ピストン本体
４２  外周部
４３  内周部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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