(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状塩中子に該塩中子の外方に延びる支持体を係合し、該支持体の前記塩中子に対し径方向外周側の端部をピストン鋳造型の内部に保持してアルミ溶湯を注入してピストンを鋳造し、該ピストンを前記ピストン鋳造型から離型した後、該ピストンの外周を周方向に切削してリング部分を形成しつつ前記支持体の前記端部を除去し、前記リング部分に耐摩耗材料を肉盛し肉盛部を形成し、ピストンの外部と連通する連通孔を介して前記塩中子を溶解し、前記肉盛部にピストンリング溝を形成した内燃機関用ピストンの製造方法。
【請求項２】
前記支持体は板状片からなり、前記端部の反対の一端を前記塩中子に埋められていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
【請求項３】
前記支持体の塩中子側端部に、塩中子保持部を形成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
【請求項４】
前記支持体は複数の板状片からなり、それぞれの支持体は所定の間隔で前記塩中子の外周に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
【請求項５】
前記リング部分は、ピストン内部に向けて先細となるテーパー形状となっていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
【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製造方法に関するものであり、特に、ピストンの内部にオイルを循環することによりピストンを冷却するための空洞を塩中子によって成形する内燃機関用ピストンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内部に冷却空洞を有する内燃機関用ピストンの製造方法を開示した従来技術には様々なものがあり、特に塩中子を用いてピストンの内部に冷却空洞を形成するものとして、例えば特開平５−２５６１９２号がある。この従来技術に開示された内燃機関用ピストンの製造方法は、ピストン外周のピストンリングを嵌め合わせる耐摩耗性材料で作られた耐摩環の内周側に凹部を形成し、この耐摩環の内周より若干小さな外径で形成されるリング形状の塩中子の外周に凸部を形成し、耐摩環の凹部と塩中子の凸部とを係合させて塩中子を保持するものである。具体的には、鋳造時にアルミ溶湯の熱により塩中子が割れ、破損等が起きないように塩中子に予熱を加えるが、耐摩環を形成する耐摩耗性材料よりも塩の熱膨張係数が大きいことを利用して、内側に配置した塩中子が耐摩環より大きく膨張することにより塩中子が耐摩環に保持されるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術に開示された塩中子の保持方法においては、予熱の温度や時間、塩中子の外周と耐摩環の内周とのクリアランス、塩中子の外周の凸部の大きさと耐摩環の内周の凹部の大きさなど、様々な条件によって塩中子の保持力が変化するため塩中子と耐摩環との設計公差を小さくし、細部まで注意して成形を行う必要があった。また、塩中子の外周と耐摩環の内周とのクリアランスを大きく設定すると予熱後に塩中子の保持力が小さくなってアルミ溶湯を注入したときに塩中子が外れて不良となり、塩中子の外周と耐摩環の内周とのクリアランスを小さく設定すると予熱前に耐摩環の内周側に塩中子を配置する前処理が困難となるばかりか、塩中子の熱膨張により耐摩環の内周側で締嵌状態となって塩割れが発生する可能性があった。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決する内燃機関用ピストンの製造方法を開示するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために請求項１の発明において講じた技術的手段は、リング状塩中子に該塩中子の外方に延びる支持体を係合し、該支持体の前記塩中子に対し径方向外周側の端部をピストン鋳造型の内部に保持してアルミ溶湯を注入してピストンを鋳造し、該ピストンを前記ピストン鋳造型から離型した後、該ピストンの外周を周方向に切削してリング部分を形成しつつ前記支持体の前記端部を除去し、前記リング部分に耐摩耗材料を肉盛し肉盛部を形成し、ピストンの外部と連通する連通孔を介して前記塩中子を溶解し、前記肉盛部にピストンリング溝を形成して製造するものである。従って、塩中子を所定の位置で確実に保持できるので、塩中子を溶解後の冷却空洞の位置が所望の位置とすることが可能となる。
【０００６】
請求項２の発明において講じた手段は、支持体を板状片とし、一端が塩中子に埋められていることである。従って、塩を圧縮してリング状に成形するときに支持体を塩中子の内部に配置することが可能となり、簡単に且つ確実に支持体を取り付けることが可能となる。
【０００７】
請求項３の発明において講じた手段は、支持体の塩中子側端部に、塩中子保持部を形成したことである。従って、塩中子保持部が塩中子を外側から保持することができ、塩中子への支持体の取り付けを容易に行うことが可能となる。特に、塩中子保持部の上下から保持できるように塩中子保持部の形状を断面Ｕ字状とすることが好ましい。
【０００８】
請求項４の発明において講じた手段は、前記支持体は複数の板状片からなり、それぞれの支持体は所定の間隔で前記塩中子の外周に配置されることである。従って、支持体は少ない部材で効率的に塩中子を保持することができ、しかも確実に所望の位置に塩中子を保持することが可能となる。
【０００９】
請求項５の発明において講じた手段は、切削により形成されたリング部分をピストン内部に向けて先細となるテーパー形状となっていることである。従って、次のリング部分に肉盛を行う溶射時に溶けた耐摩耗材料がリング部分に付着しやすくなり、効率的に肉盛工程を行うことが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の製造方法により製造された内燃機関用ピストン（以下、ピストンと称す）１０の断面図を示している。ピストン１０は、アルミを母体とする合金で形成されており、本体１２と、本体１２の下側に内部空間１４を形成するスカート部１６とから構成されている。図１に示すように、スカート部１６には、ピストン１０と図示しないピストンロッドとを係合するピストンピン（図示しない）が挿入されるピン孔１８がピストン１０の中央を貫通するように形成されている。スカート部１６におけるピン孔１８が形成される部分は、ピン孔１８の強度を確保するためスカート肉厚部２０が設けられている。なお、図１の左半分はピン孔１８に沿った断面を示す図であり、右半分はピン孔１８に垂直な断面を示す図面である。
【００１２】
ピストン本体１２の上部表面には、燃焼室を区画する凹部２２が形成されている。ピストン本体１２の側壁には、図示しないピストンリングを保持するための３本のリング溝２２、２４、２６が形成されている。特に燃焼室に近い第１リング溝２２は、燃焼室からの熱伝導により高温になっても図示しないピストンリングとの摩耗に耐えられるようにニレジスト材などの耐摩耗性材料で形成されたリング２８に設けられている。３０はピストン１０を冷却するための空洞であり、連通路３２を介して内部空洞１４から潤滑オイルが導かれるようになっている。
【００１３】
ピストン１０のスカート部１６の外周には、図示しないエンジンのシリンダーボアとの間で焼き付きを防止し、ピストン１０の摺動摩擦を低減するための樹脂コート３４が塗布されている。この樹脂コート３４は、ピストン１０とシリンダーボアとの間の寸法公差などの理由により、樹脂コート３４の肩部３６おける摩耗が激しいことを鑑み、肩部３６の膜厚を下端部３８の膜厚に比べて厚く形成されている。樹脂コート３４は、図１に示すように肩部３６から下端部３８にかけて滑らかなテーパー形状としても良いし、スクリーン印刷等で樹脂コートを塗布するときに、肩部３６のみを２度塗りすることで肩部３６の肉厚を確保してもよい。
【００１４】
なお、４０は、冷却空洞３０を形成するための後述する塩中子４２を保持する支持部材である。
【００１５】
次に、図２から図５により、図１に示すピストン１０の本発明による製造工程を説明する。
【００１６】
第１の工程では、図２、図３に示すように塩中子４２を成形する。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。塩中子４２は、塩材を圧縮プレスにより円環状に形成する。このとき、３個の板片よりなる支持部材４０の一端を塩中子４２の外周に均等間隔で（図２参照）、しかも厚さ方向の略中央に（図３参照）、塩中子４２の内部に埋め込むように配置している。
【００１７】
第２の工程は、図４に示すように塩中子４２を上型４４と主型４６、４８とで形成されるピストン型にセットする。塩中子４２は、塩中子４２の外周に取り付けた支持部材４０の外周側を上型４４と主型４６、４８との間に保持され支えられる。そして、このピストン型にアルミを母体とする溶融アルミ合金を注入してピストンが鋳造される。
【００１８】
第３の工程では、第３の工程では、先ず第２の工程によるピストン型から取り出されたピストン１０の内部空間１４から塩中子４２へ連通路３２を切削して、加圧された水で塩中子４２を溶解する。なお、連通路３２は、ピストン１０を冷却するための潤滑オイルが給排しやすいように、位置、通路角度及び大きさなどが決められ、塩中子４２の対向する位置に２つ設けることが好ましい。
【００１９】
第４の工程を、図５（ａ）〜（ｃ）に示す図面に従って説明する。ピストン１０の第１リング溝２２が形成されるリング部分５０を支持部材４０を含めて図５（ａ）に示すように切削する。このとき、リング部分５０の側壁は奥細のテーパー形状としている。そして、図５（ｂ）に示すようにリング部分５０に耐摩耗性材料を溶射して肉盛りする。このとき、リング部分５０の側壁が奥細のテーパー形状となっているので、溶射された耐摩耗性材料はリング部分５０に付着しやすくなっている。その後、図５（ｃ）に示すように第１リング溝２２を切削加工するとともに、ピストン１０の外周に合わせてリング２８の表面加工を施す。
【００２０】
そして、第２リング溝２４、第３リング溝２６を切削し、ピストンスカート部１６の外周に樹脂コート３４を塗布する。
【００２１】
以上の工程でピストン１０が製造されるが、ピストン鋳造時に塩中子４２を強固に保持するために、３個の板片で形成した支持部材４０を１枚の円環状の板材で構成してもよい。また、図５（ａ）に示されるリング部分の切削においては、支持部材４０の一部をピストン１０の内部に残しているが、残存される支持部材の長さについては任意に変更することが可能であり、塩中子４２の外周も含めて支持部材４０を切削することも可能である。更に、上記で説明した第３の工程と第４の工程は、逆の順序で行うこともできる。
【００２２】
図６は、本発明の第２の実施形態を示す図面であり、第１の実施形態の図４に対応する状態を示すものである。図６に示した支持部材５４は、塩中子４２を上下で保持する断面Ｕ字形状の保持部分５２を備えている。従って、塩中子４２の保持力を強いものとすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
上記した請求項１の発明によれば、リング状塩中子に該塩中子の外方に延びる支持体を係合し、該支持体の前記塩中子に対し径方向外周側の端部をピストン鋳造型の内部に保持してアルミ溶湯を注入してピストンを鋳造し、該ピストンを前記ピストン鋳造型から離型した後、該ピストンの外周を周方向に切削してリング部分を形成しつつ前記支持体の前記端部を除去し、前記リング部分に耐摩耗材料を肉盛し肉盛部を形成し、ピストンの外部と連通する連通孔を介して前記塩中子を溶解し、前記肉盛部にピストンリング溝を形成して製造するものである。従って、塩中子を所定の位置で確実に保持できるので、塩中子を溶解後の冷却空洞の位置が所望の位置とすることができる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、支持体を板状片とし、一端が塩中子に埋められているので、塩を圧縮してリング状に成形するときに支持体を塩中子の内部に配置することができ、簡単に且つ確実に支持体を取り付けることができる。
【００２５】
請求項３の発明によれば、支持体の塩中子側端部に、塩中子保持部を形成したので、塩中子保持部が塩中子を外側から保持することができ、塩中子への支持体の取り付けを容易に行うことができる。このことは、特に、塩中子保持部の上下から保持できるように塩中子保持部の形状を断面Ｕ字状とすることで、塩中子の保持力も向上させることができる。
【００２６】
請求項４の発明によれば、支持体は複数の板状片からなり、それぞれの支持体は所定の間隔で塩中子の外周に配置されるので、支持体は少ない部材で効率的に塩中子を保持することができ、しかも確実に所望の位置に塩中子を保持することができる。
【００２７】
請求項５の発明によれば、切削により形成されたリング部分をピストン内部に向けて先細となるテーパー形状となっていることである。従って、次のリング部分に肉盛を行う溶射時に溶けた耐摩耗材料がリング部分に付着しやすくなり、効率的に肉盛工程を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法により製造されるピストンの断面を示すものである。
【図２】塩中子の上視図を示すものである。
【図３】図２のＡ−Ａ断面を示すものである。
【図４】塩中子をピストン型に取り付けた工程を示すものである。
【図５】リングの加工状態を示すものであり、（ａ）は外周の切削後の状態、（ｂ）は肉盛りの状態、（ｃ）は第１リング溝の切削後の状態をそれぞれ示している。
【図６】第２の実施の形態の支持部材により塩中子をピストン型にセットした状態を示すものである。
【符号の説明】
２２・・・第１リング溝（ピストンリング溝）
３２・・・連通孔
４０・・・支持部材（支持体）
４２・・・塩中子
５２・・・塩保持部（塩中子保持部）
【図１】
0003915155.tif 000002
【図２】
0003915155.tif 000003
【図３】
0003915155.tif 000004
【図４】
0003915155.tif 000005
【図５】
0003915155.tif 000006
【図６】
0003915155.tif 000007