(57)【要約】【課題】  ピストンの燃料噴射領域に応じた位置に低熱伝導部材を設けることができるピストンの製造方法を提供すること。【解決手段】  内燃機関のピストンの製造方法において、アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料である低熱伝導部形成材で形成された環状の低熱伝導部をピストン本体部の冠部のうち内燃機関の燃焼室側に形成する工程であって、内燃機関のシリンダ内におけるピストンの移動方向の直交断面における環状の低熱伝導部の内周縁よりも内側に低熱伝導部形成材よりも熱伝導率の高い材料で形成された非低熱伝導部を有するように低熱伝導部を形成する低熱伝導部形成工程を有するようにした。【選択図】  図1
2017125440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストンの製造方法であって、
冠部と、前記冠部に設けられたスカート部と、を有する本体部をアルミニウム合金で形成する本体部形成工程と、
前記アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料である低熱伝導部形成材で形成された環状の低熱伝導部を前記冠部のうち内燃機関の燃焼室側に形成する工程であって、内燃機関のシリンダ内におけるピストンの移動方向の直交断面における前記環状の低熱伝導部の内周縁よりも内側に前記低熱伝導部形成材よりも熱伝導率の高い材料で形成された非低熱伝導部を有するように前記低熱伝導部を形成する低熱伝導部形成工程と、
を有することを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項２】
請求項1に記載のピストンの製造方法において、
前記低熱伝導部形成工程は、前記冠部のうち前記燃焼室側に設けられた凹部に前記低熱伝導部形成材を充填する充填工程と、前記凹部内の前記低熱伝導部形成材を回転するツールで押圧する押圧工程と、を有し、
前記押圧工程は、前記ツールの回転中心が前記ピストンの移動方向の直交断面において、複数個存在するように行われることを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項３】
請求項2に記載のピストンの製造方法において、
前記押圧工程は、前記ツールで前記低熱伝導部形成材を押圧する工程が複数回行われることを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項４】
請求項1に記載のピストンの製造方法において、
前記低熱伝導部形成工程は、前記冠部のうち前記燃焼室側に設けられた凹部に前記低熱伝導部形成材を充填する充填工程と、前記凹部内の前記低熱伝導部形成材を回転する環状のツールで押圧する押圧工程と、を有することを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項５】
請求項1に記載のピストンの製造方法において、
前記非低熱伝導部は、前記本体部の前記アルミニウム合金であることを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項６】
請求項5に記載のピストンの製造方法において、
前記低熱伝導部形成工程は、前記冠部のうち前記燃焼室側に設けられた環状凹部に前記低熱伝導部形成材を充填する工程と、前記環状凹部内の前記低熱伝導部形成材を回転するツールで押圧する押圧工程と、を有し、
前記環状凹部は、前記環状凹部の外周縁の外側全周が前記本体部の前記アルミニウム合金で包囲されるように形成されることを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項７】
請求項6に記載のピストンの製造方法において、
前記低熱伝導部が外周側に露出するように前記低熱伝導部の外周縁よりも外側の前記本体部を切削除去する外周部除去工程を有することを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項８】
請求項1に記載のピストンの製造方法において、
前記低熱伝導部形成材は、前記アルミニウム合金よりも硬度の高い材料であって、
前記低熱伝導部形成工程は、前記低熱伝導部がピストンの外周側に露出するように行われ、
前記低熱伝導部の外周側にピストンリングが挿入されるリング溝を形成するリング溝形成工程を更に有することを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項９】
請求項1に記載のピストンの製造方法において、
前記低熱伝導部形成工程は、前記冠部のうち前記燃焼室側の最外周部に設けられた凹部に前記低熱伝導部形成材を充填する充填工程と、前記凹部内の前記低熱伝導部形成材を回転するツールで押圧する押圧工程と、を有し、
前記押圧工程は、前記本体部の外周側を型で包囲した状態で行われることを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項１０】
請求項1に記載のピストンの製造方法において、
前記低熱伝導部形成材は、粉体の混合材料であることを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項１１】
請求項10に記載のピストンの製造方法において、
前記低熱伝導部形成工程は、前記低熱伝導部形成材である前記粉体の混合材料を加圧した圧粉体を形成する圧粉工程と、前記冠部のうち前記燃焼室側に設けられた凹部に前記圧粉体を配置する配置工程と、を有することを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項１２】
内燃機関のピストンであって、アルミニウム合金で形成され、冠部と、前記冠部に設けられたスカート部と、を有する本体部と、
前記冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられ前記アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料である低熱伝導部形成材で形成された環状の低熱伝導部と、
前記環状の低熱伝導部の内周縁よりも内側に設けられ、前記低熱伝導部形成材よりも熱伝導率の高い材料で形成された非低熱伝導部と、
を有することを特徴とするピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンの製造方法およびピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術としては、下記の特許文献1に記載の技術が開示されている。特許文献1には、アルミニウム合金を素材とするピストンの頂面にキャビティを形成し、キャビティの底面に熱伝導率の小さい低熱伝導部材を取り付けたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平11-193721号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献1の技術にあっては、ピストンを軸方向から見たときに、燃料噴射弁側の半分の領域に低熱伝導部材を設けている。しかし、燃料噴射領域は燃料噴射弁の取り付け位置などに応じて異なるため、燃料噴射領域に低熱伝導部材を設けることができないおそれがあった。
本発明は、上記問題に着目されたもので、その目的とするところは、ピストンの燃料噴射領域に応じた位置に低熱伝導部材を設けることができるピストンの製造方法およびピストンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、第一の発明では、内燃機関のピストンの製造方法において、アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料である低熱伝導部形成材で形成された環状の低熱伝導部をピストン本体部の冠部のうち内燃機関の燃焼室側に形成する工程であって、内燃機関のシリンダ内におけるピストンの移動方向の直交断面における環状の低熱伝導部の内周縁よりも内側に低熱伝導部形成材よりも熱伝導率の高い材料で形成された非低熱伝導部を有するように低熱伝導部を形成する低熱伝導部形成工程を有するようにした。
第二の発明では、内燃機関のピストンにおいて、ピストンの冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられアルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料である低熱伝導部形成材で形成された環状の低熱伝導部と、環状の低熱伝導部の内周縁よりも内側に設けられ、低熱伝導部形成材よりも熱伝導率の高い材料で形成された非低熱伝導部と、を有するようにした。
【発明の効果】
【０００６】
よって、燃料噴射領域が冠部上で円環状となる内燃機関において、燃料噴射量域に対応した位置に低熱伝導部を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例1の内燃機関のピストンの斜視図である。
【図２】実施例1のピストンの製造工程を示すフローチャートである。
【図３】実施例1の一次機械加工工程終了後のピストンを示す図である。
【図４】実施例1の混合粉末充填工程終了後のピストンを示す図である。
【図５】実施例1の混合粉末押圧工程実施後のピストンを示す図である。
【図６】実施例1の混合粉末押圧工程終了後のピストンを示す図である。
【図７】実施例1の二次機械加工工程終了後のピストンを示す図である。
【図８】実施例2のピストンの斜視図である。
【図９】実施例2のピストンの製造工程を示すフローチャートである。
【図１０】実施例2の一次機械加工工程終了後のピストンを示す図である。
【図１１】実施例2のプリフォームの斜視図である。
【図１２】実施例2のプリフォーム配置工程終了後のピストンを示す図である。
【図１３】実施例2のプリフォーム押圧工程実施時のピストンを示す図である。
【図１４】実施例2の押圧工程終了時のピストンを示す図である。
【図１５】実施例2の押圧工程終了後のピストンを示す図である。
【図１６】実施例2の二次機械加工工程終了後のピストンの形状を示す図である。
【図１７】実施例3のピストンの斜視図である。
【図１８】実施例４の内燃機関のピストンの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔実施例1〕
［ピストンの構成］
図1は内燃機関のピストン1の斜視図である。ピストン1はアルミニウム合金を母材として形成されている。実施例１のピストン1は、筒内噴射式の内燃機関に用いられるものである。
ピストン1は、略円柱状に形成されている。ピストン1の軸方向（ピストン1がシリンダ内で往復運動する方向）の燃焼室側の面（頂面）は冠部2を構成している。冠部2には低熱伝導部3が形成されている。低熱伝導部3はピストン1の軸方向に対して直交する断面において環状に形成されている。低熱伝導部3は、冠部2の最外周よりも内側に、冠部2の全周に渡って1つの環状に形成されている。低熱伝導部3は、アルミニウム合金よりも熱伝導率が低い材料により形成されている。低熱伝導部3の材料については後で詳述する。低熱伝導部3の内周側の素材はアルミニウム合金である。低熱伝導部3の内周側は非低熱伝導部2bを構成している。低熱伝導部3の外周縁の外側全周はアルミニウム合金で包囲されている。低熱伝導部3の外周縁の外側全周はアルミニウム合金で包囲されている。
【０００９】
ピストン1の外周面であって軸方向において燃焼室側はランド部8を構成している。ランド部8にはリング溝４が全周に渡って形成されている。リング溝４は、軸方向に離間して3箇所に形成されており、冠部2側から順にトップリング溝4a、セカンドリング溝4b、オイルリング溝4cを構成している。トップリング溝4a、セカンドリング溝4bにはそれぞれシリンダリングが係合される。オイルリング溝4cにはオイルリングが係合される。
オイルリング溝4cよりも下側にはスカート部5が形成されている。スカート部5は、周方向に離間して2箇所に形成されている。スカート部5は、それぞれ対向する位置に形成されている。スカート部5の外周面は略円筒状に形成されている。冠部2、スカート部5、ランド部8により本体部9を構成している
対向するスカート部5と略直交する位置に、スカート部5を挟んで離間した状態でボス部6が形成されている。ボス部6には、ピストン1にコネクティングロッドを回動可能に組み付けるためのピストンピンが挿入されるピン孔6aが形成されている。
【００１０】
［ピストン製造工程］
図2はピストン1の製造工程を示すフローチャートである。図３は一次機械加工工程後のピストン1を示す図である。図４は混合粉末充填工程後のピストン1を示す図である。図5は混合粉末押圧工程時のピストン1を示す図である。図6は混合粉末押圧工程後のピストン1を示す図である。図７は二次機械加工工程後のピストン1を示す図である。
ステップS1はピストン1の鋳造工程である。ピストン鋳造工程では、アルミニウム合金によりピストン1の粗材を鋳造する。この工程で、本体部9が形成される。
ステップS２は一次機械加工工程である（図3）。一次機械加工工程では、工作機械によりピストン1の粗材のランド部8の外径切削、スカート部5の外径切削、ボス部6の加工、ピン孔6aの加工、冠部2の環状溝2aの加工などを行う。環状溝2aは、冠部2に全周に渡って凹状の溝を加工することにより形成される。環状溝2aには、後の工程で低熱伝導部3の材料が充填される。なお、環状溝2aは鋳造工程において鋳抜きにより形成するようにしても良い。
【００１１】
ステップS3は混合粉末充填工程である（図4）。混合粉末充填工程では、低熱伝導部3の材料である混合粉末3aが環状溝2aに充填される。混合粉末3aは、ピストン1の本体部9の材料であるアルミニウム合金よりも熱伝導率が低い材料（低熱伝導材料）の粉末と、塑性流動により本体部9の材料であるアルミニウム合金と合金化または金属間化合物となり得る材料（接合材料）の粉末からなる。低熱伝導材料の例としては、ジルコニア、コージェライト、ムライト、シリコン、シリカ（二酸化ケイ素）、層状ケイ酸塩（例えばマイカ）、タルク、アルミナ系や窒化ケイ素系等の中実のセラミックケイ酸塩ガラス、アクリルガラス、有機ガラス、などが挙げられる。接合材料の例としては、アルミニウム、アルミニウム合金などが挙げられる。
ステップS４は混合粉末押圧工程である（図5,6）。混合粉末押圧工程では、円筒ツール7により混合粉末3aを環状溝2a内に詰め込むように押圧しつつ、円筒ツール7を周方向に回転させる。これにより、接合材料が軟化し、撹拌される。そのため、低熱伝導材料を接合材料内に抱え込むことができる。また接合材料は、本体部9の材料であるアルミニウム合金と合金化、または金属間化合物を形成する。混合粉末押圧工程では摩擦攪拌接合と類似した手法を用いている。混合粉末押圧工程の後には、低熱伝導部3は本体部9の材料であるアルミニウム合金部分と一体になっている。また混合粉末押圧工程の後には、低熱伝導部3の表面には円筒ツール7により接合部材が撹拌されたときの撹拌軌跡が残る。低熱伝導部3は混合粉末3aの状態から体積が減少し、冠部2の表面に露出していない。
【００１２】
円筒ツール7の内径は、環状溝2aの内径（溝の径方向内側の側面の径）よりも若干小さく形成されている。円筒ツール7の外径は、環状溝2aの外径（溝の径方向外側の側面の径）よりも若干大きく形成されている。これにより、混合粉末押圧工程において円筒ツール7が環状溝2a以外の本体部9にオーバラップして当接することとなる。そのため、混合粉末3aが環状溝2aから漏れ出さないようにすることができる。また、混合粉末押圧工程において環状溝2aと隣接する本体部9も軟化し、混合粉末3aの接合材料と混ざり合うため、混合粉末押圧工程後は低熱伝導部3とピストン1の母材とは境目なく一体となっている。なお、ステップS3の混合粉末充填工程とステップS4の混合粉末押圧工程を低熱伝導部形成工程としている。
ステップS5は熱処理加工である。熱処理加工では、混合粉末押圧工程が終了したピストン1に熱処理を施す。熱処理により、混合粉末押圧工程の際の塑性流動に伴う歪みを除去し、強度の均一化を行う。
ステップS6は二次機械加工工程である（図7）。二次機械加工工程では、工作機械によりピストン1に仕上加工を施す。このとき、冠部2を切削し、低熱伝導部3は冠部2の表面に露出する。また二次機械加工工程において、リング溝4を形成する。
【００１３】
［作用］
ピストン1は体積が大きいため熱容量が大きく、ピストン1の温度は急上昇しない。またピストン1はアルミニウム合金製であるため、熱伝導率が高く冠部2においてシリンダ内の燃料ガスから受け取った熱は、ピストンリングやスカート部5からシリンダへ伝わる。そのため、ピストン1の温度上昇は緩やかである。
実施例1のピストン1は筒内噴射式の内燃機関に用いられるものである。シリンダ内に向かって噴射された燃料はシリンダ内で蒸発するが、一部はピストン1の冠部2に衝突する。ピストン1の温度が十分に高いときには、燃料が冠部2に衝突した際に、燃料はピストン1から熱を受け取り、蒸発する。しかし、前述のようにピストン1は温度上昇が緩やかであるため、内燃機関始動時等においてはピストン1の温度が低く、冠部2上に蒸発しきれない燃料が液膜として残るおそれがある。冠部2上に残った燃料は、デポジットや、排気への未燃炭化水素の混入の原因となる。
【００１４】
そこで実施例1では冠部2にピストン1を形成するアルミニウム合金よりも熱伝導率が低い低熱伝導部3を形成するようにした。これにより、低熱伝導部3において燃料ガスから受け取った熱は他の部分に伝達されにくく、低熱伝導部3の温度上昇を迅速にすることができる。そのため、低熱伝導部3に衝突した燃料は蒸発しやすくなる。
また実施例1では、例えば燃料噴霧がピストン1の軸線とほぼ同軸上で円錐形に広がるタイプの内燃機関に対応して、低熱伝導部3を冠部2の径方向外側部分に環状となるように形成した。このため、燃料噴射領域が冠部2の径方向外側に存在するような内燃機関において、燃料噴射量域に対応した位置に低熱伝導部3を設けることができる。
また実施例1では、ピストン1の冠部2に環状溝2aに混合粉末3aを充填し、混合粉末3aを円筒ツール7により、混合粉末3aを環状溝2a内に詰め込むように押圧しつつ周方向に回転させるようにした。円筒ツール7を用いて混合粉末押圧工程を行うことで、一度に環状の低熱伝導部3を形成することができる。
【００１５】
また実施例1では、環状に形成した低熱伝導部3の内周側に本体部9のアルミニウム合金を有するようにした。これにより、低熱伝導部3の内周側を本体部9の材料であるアルミニウム合金以外を用いる必要がない。また、低熱伝導部3の内周縁よりも内側に本体部9の肉が存在するため、混合粉末押圧工程において低熱伝導部3の内側に混合粉末3aが逃げにくく、混合粉末3aに圧力をかけやすくなる。
また実施例1では、環状溝2aの外周縁の外側全周が本体部9のアルミニウム合金で包囲されるようにした。これにより、低熱伝導部3の外周縁よりも外側に本体部9の肉が存在するため、混合粉末押圧工程において低熱伝導部3の外側に混合粉末3aが逃げにくく、混合粉末3aに圧力をかけやすくなる。
また実施例1では、低熱伝導部3の形成材を粉体の混合粉末3aとした。これにより、環状溝2a内で接合材料と低熱伝導材料とが均一に混ざり合った状態で混合粉末押圧工程を行うことができ、低熱伝導部3を均一な材質とすることができる。
【００１６】
［効果］
実施例1の効果を以下に列記する。
(1) 内燃機関のピストン1の製造方法は、冠部2と、冠部2に設けられたスカート部5と、を有する本体部9をアルミニウム合金で形成する鋳造工程（本体部形成工程）と、アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料である低熱伝導材料（低熱伝導部形成材）で形成された環状の低熱伝導部3を冠部2のうち内燃機関の燃焼室側に形成する工程であって、内燃機関のシリンダ内におけるピストン1の移動方向の直交断面における環状の低熱伝導部3の内周縁よりも内側に混合粉末3a（低熱伝導部形成材）よりも熱伝導率の高い材料で形成された非低熱伝導部2bを有するように低熱伝導部3を形成する低熱伝導部形成工程と、を有するようにした。
このため、燃料噴射領域が冠部2の径方向外側に存在するような内燃機関において、燃料噴射量域に対応した位置に低熱伝導部3を設けることができる。
【００１７】
(2) 低熱伝導部形成工程は、冠部2のうち燃焼室側に設けられた環状溝2a（凹部）に混合粉末3a（低熱伝導部形成材）を充填する混合粉末充填工程（充填工程）と、環状溝2a（凹部）内の混合粉末3a（低熱伝導部形成材）を回転する環状の円筒ツール7（ツール）で押圧する混合粉末押圧工程（押圧工程）と、を有する。
円筒ツール7を用いて混合粉末押圧工程を行うことで、一度に環状の低熱伝導部3を形成することができる。
(3) 非低熱伝導部2bは、本体部9のアルミニウム合金とした。
これにより、低熱伝導部3の内周側をピストン1の素材であるアルミニウム合金以外を用いる必要がない。また、低熱伝導部3の内周縁よりも内側に本体部9の肉が存在するため、混合粉末押圧工程において低熱伝導部3の内側に混合粉末3aが逃げにくく、混合粉末3aに圧力をかけやすくなる。
【００１８】
(4) 低熱伝導部形成工程は、冠部2のうち燃焼室側に設けられた環状溝2a（環状凹部）に混合粉末3a（低熱伝導部形成材）を充填する工程と、環状溝2a（環状凹部）内の混合粉末3a（低熱伝導部形成材）を回転する円筒ツール7（ツール）で押圧する混合粉末押圧工程（押圧工程）と、を有し、環状溝2a（環状凹部）は、環状溝2a（環状凹部）の外周縁の外側全周が本体部9のアルミニウム合金で包囲されるようにした。
これにより、低熱伝導部3の外周縁よりも外側に本体部9の肉が存在するため、混合粉末押圧工程において低熱伝導部3の外側に混合粉末3aが逃げにくく、混合粉末3aに圧力をかけやすくなる。
(5) 混合粉末3a（低熱伝導部形成材）を、粉体の混合材料とした。
これにより、環状溝2a内で接合材料と低熱伝導材料とが均一に混ざり合った状態で混合粉末押圧工程を行うことができ、低熱伝導部3を均一な材質とすることができる。
【００１９】
(6) 内燃機関のピストン1であって、アルミニウム合金で形成され、冠部2と、冠部2に設けられたスカート部5と、を有する本体部9と、冠部2の内燃機関の燃焼室側に設けられアルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料である混合粉末3a（低熱伝導部形成材）で形成された環状の低熱伝導部3と、環状の低熱伝導部3の内周縁よりも内側に設けられ、混合粉末3a（低熱伝導部形成材）よりも熱伝導率の高い材料で形成された非低熱伝導部2bと、を有する。
このため、燃料噴射領域が冠部2の径方向外側に存在するような内燃機関において、燃料噴射量域に対応した位置に低熱伝導部3を設けることができる。
【００２０】
〔実施例2〕
実施例1のピストン1では、低熱伝導部3の外周縁の外側全周はアルミニウム合金で包囲されていた。実施例2では、低熱伝導部3の外周縁の外側全周が露出するように形成した。以下、実施例2のピストン1について説明するが、実施例1と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
［ピストンの構成］
図8は実施例2のピストン1の斜視図である。ピストン1の冠部2には低熱伝導部3が形成されている。低熱伝導部3はピストン1の軸方向に対して直交する断面において環状に形成されている。低熱伝導部3は、冠部2の最外周に冠部2の全周に渡って1つの環状に形成されている。低熱伝導部3は、アルミニウム合金よりも熱伝導率が低い材料により形成されている。低熱伝導部3の内周側の素材はアルミニウム合金である。低熱伝導部3の内周側は非低熱伝導部2bを構成している。低熱伝導部3は外周面が露出するように設けられている。
【００２１】
［ピストン製造工程］
図9はピストン1の製造工程を示すフローチャートである。図10は一次機械加工工程終了後のピストン1を示す図である。図11はプリフォーム3bの斜視図である。図12はプリフォーム配置工程終了後のピストン1を示す図である。図13はプリフォーム押圧工程実施時のピストン1を示す図である。図14は押圧工程終了時のピストン1を示す図である。図15は押圧工程終了後のピストン1を示す図である。図16は二次機械加工工程終了後のピストン1の形状を示す図である。
ステップS11はピストン1の鋳造工程である。ピストン鋳造工程では、アルミニウム合金によりピストン1の粗材を鋳造する。この工程で、本体部9が形成される。
ステップS12は一次機械加工工程である。一次機械加工工程では、工作機械によりピストン1の粗材のランド部の外径切削、スカート部5の外径切削、ボス部6の加工、ピン孔6aの加工、冠部2の環状溝2aの加工などを行う。環状溝2aは、冠部2に全周に渡って凹状の溝を加工することにより形成される。環状溝2aには後の工程において低熱伝導部3が設けられる。環状溝2aは、低熱伝導部3が設けられた後に、外周側が露出するように形成される。なお、環状溝2aは鋳造工程において鋳抜きにより形成するようにしても良い。一次機械加工工程終了後、ピストン1は固定治具10内に収容される。固定治具10は、円筒形状に形成されている。固定治具10の内径は、ピストン1のランド部8の外径とほぼ同じ大きさであって、内周にピストン1を収容可能に形成されている。また固定治具10の高さは、ピストン1の軸方向の高さとほぼ同じ高さに形成されている。
【００２２】
ステップS13は圧粉体形成工程である。実施例1では混合粉末3aを環状溝2aに充填するようにしたが、実施例2では低熱伝導材料と接合材料から環状のプリフォーム3bを形成する。プリフォーム3bは、粉末状の低熱伝導材料と接合材料を混ぜあわせ加圧して圧粉体として形成される。
ステップS14は圧粉体熱処理工程である。圧粉体としてプリフォーム3bを形成した後に、プリフォーム3bを加熱する。これにより、粒子状の低熱伝導材料と接合材料の表面を覆っていた酸化膜が崩れ、粒子同士が接着しやすくなる。そのため、プリフォーム3bが崩れにくくなる。
ステップS15はプリフォーム配置工程である。プリフォーム工程では、プリフォーム3bを環状溝2a内に配置する。
ステップS16はプリフォーム押圧工程である。プリフォーム押圧工程では、円筒ツール7によりプリフォーム3bを環状溝2a内に詰め込むように押圧しつつ、円筒ツール7を周方向に回転させる。これにより、接合材料が軟化し、撹拌される。そのため、低熱伝導材料を接合材料内に抱え込むことができる。また接合材料は、本体部9の材料であるアルミニウム合金と合金化、または金属間化合物を形成する。混合粉末押圧工程の後には、低熱伝導部3は本体部9の材料であるアルミニウム合金部分と一体になっている。また混合粉末押圧工程の後には、低熱伝導部3の表面には円筒ツール7により接合部材が撹拌されたときの撹拌軌跡が残る。低熱伝導部3は混合粉末3aの状態から体積が減少し、冠部2の表面に露出していない。
【００２３】
円筒ツール7の内径は、環状溝2aの内径（溝の径方向内側の側面の径）とほぼ同じ大きさに形成されている。円筒ツール7の外径は、ピストン1のランド部8の外径とほぼ同じ大きさに形成されている。実施例2のプリフォーム3bは実施例1の混合粉末3aと異なり圧粉体であるため、環状溝2aから漏れ出すおそれが少ない。そのため、実施例1と異なり、円筒ツール7の幅を環状溝2aの幅よりも大きくして、環状溝2a以外の本体部9とオーバラップして当接させる必要はない。なお、ステップS15のプリフォーム配置工程とステップS16のプリフォーム押圧工程を低熱伝導部形成工程としている。
ステップS17は熱処理加工である。熱処理加工では、プリフォーム押圧工程が終了したピストン1に熱処理を施す。熱処理により、プリフォーム押圧工程の際の塑性流動に伴う歪みを除去し、強度の均一化を行う。
ステップS18は二次機械加工工程である。二次機械加工工程では、工作機械によりピストン1に仕上加工を施す。このとき、冠部2を切削し、低熱伝導部3は冠部2の表面に露出する。また二次機械加工工程において、リング溝4を形成する。トップリング溝4aは低熱伝導部3の外周面に形成されている。
【００２４】
［効果］
実施例2の効果を以下に列記する。
(7) 低熱伝導部3が外周側に露出するように低熱伝導部3の外周縁よりも外側の本体部を切削除去する一次機械加工（外周部除去工程）を有するようにした。
これにより、ピストン1の冠面2の最外周側に低熱伝導部3を設けることができる。そのため、燃料噴射領域が冠部2の最外周側に存在するような内燃機関において、燃料噴射量域に対応した位置に低熱伝導部3を設けることができる。
(8) プリフォーム3b（低熱伝導部形成材）は、アルミニウム合金よりも硬度の高い材料であって、低熱伝導部形成工程は、低熱伝導部3がピストン1の外周側に露出するように行われ、低熱伝導部3の外周側にピストンリングが挿入されるトップリング溝4aを形成する二次機械加工工程（リング溝形成工程）を更に有するようにした。
これにより、トップリング溝4aの強度向上を図ることができる。
【００２５】
(9) 低熱伝導部形成工程は、冠部2のうち燃焼室側の最外周部に設けられた環状溝2a（凹部）にプリフォーム3b（低熱伝導部形成材）を充填するプリフォーム設定工程（充填工程）と、環状溝2a（凹部）内のプリフォーム3b（低熱伝導部形成材）を回転する円筒ツール7（ツール）で押圧するプリフォーム押圧工程（押圧工程）と、を有し、プリフォーム押圧工程（押圧工程）は、本体部9の外周側を固定治具10（型）で包囲した状態で行われるようにした。
これにより、低熱伝導部3より外周側に冠部2の肉が存在しない場合であっても、プリフォーム押圧工程時に固定治具10によりプリフォーム3の逃げを抑制することができる。
(10) 低熱伝導部形成工程は、プリフォーム3b（低熱伝導部形成材）である粉体の混合材料を加圧した圧粉体を形成する圧粉体形成工程（圧粉工程）と、冠部2のうち燃焼室側に設けられた環状溝2a（凹部）に圧粉体を配置するプリフォーム配置工程（配置工程）と、を有するようにした。
これにより、プリフォーム押圧工程において環状溝2aからプリフォーム3bを逃げにくくすることができる。
【００２６】
(11) 低熱伝導部形成工程は、圧粉体形成工程（圧粉工程）後でかつプリフォーム配置工程（配置工程）前に行われるプリファーム熱処理工程（加熱処理工程）を更に更に有するようにした。
これにより、プリフォーム3bを崩れにくくすることができ、プリフォーム押圧工程においてプリフォーム3bが逃げにくくすることができる。
(12) 低熱伝導部形成工程は、冠部2のうち燃焼室側に設けられた環状溝2a（凹部）にプリフォーム3b（低熱伝導部形成材）を充填するプリフォーム配置工程（充填工程）と、環状溝2a（凹部）内のプリフォーム3b（低熱伝導部形成材）を回転する円筒ツール7（ツール）で押圧するプリフォーム押圧工程（押圧工程）と、を有し、プリフォーム押圧工程（押圧工程）は、本体部9の外周側を固定治具10（型）で包囲した状態で行われるようにした。
これにより、プリフォーム押圧工程においてピストン1の変形を抑制することができる。
(13) プリフォーム3b（低熱伝導部形成材）は、アルミニウム合金よりも硬度の高い材料であって、冠部2は、冠部2の外周側に設けられピストンリングが挿入されるトップリング溝4a（リング溝）を有し、低熱伝導部3は、トップリング溝4a（リング溝）を含む範囲に設けられるようにした。
これにより、トップリング溝4aの強度向上を図ることができる。
【００２７】
〔実施例3〕
実施例1では低熱伝導部3と冠部2の全周に渡って1つの環状に形成していた。実施例3では低熱伝導部3を複数の環状に形成するようにした。以下、実施例3のピストン1について説明するが、実施例1と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図17は実施例3のピストン1の斜視図である。ピストン1の冠部2には低熱伝導部3が形成されている。低熱伝導部3はピストン1の軸方向に対して直交する断面において環状に形成されている。低熱伝導部3は複数（実施例3では8個）形成され、冠部2の周方向に並んでいる。低熱伝導部3は、アルミニウム合金よりも熱伝導率が低い材料により形成されている。低熱伝導部3の内周側の素材はアルミニウム合金である。低熱伝導部3の内周側は非低熱伝導部2bを構成している。
【００２８】
冠部2に低熱伝導部3を形成する際には、実施例1と同様に環状溝2aを形成し、環状溝2aに混合粉末3aを充填した後に円筒ツール7により混合粉末3aを押圧するようにして形成すれば良い。また実施例2と同様に環状溝2aにプリフォーム3bを配置するようにしても良い。
混合粉末3aまたはプリフォーム3bを押圧する際には、1つの円筒ツール7により押圧工程を8回行うようにすれば良い。また8個の円筒ツール7により押圧工程を1回行うようにしても良い。いずれの方法であっても、円筒ツール7の回転中心がシリンダ内のピストン1の移動方向の直交断面において、複数個存在する。実施例3では1つの低熱伝導部3の大きさが小さいため、円筒ツール7も小さくすることができる。そのため、円筒ツール7による混合粉末3aまたはプリフォーム3bの押圧力を抑えることができ、押圧工程におけるピストン1の変形を抑制することができる。
【００２９】
［効果］
(14) 低熱伝導部形成工程は、冠部2のうち燃焼室側に設けられた環状溝2a（凹部）に混合粉末3a（低熱伝導部形成材）を充填する混合粉末充填（充填工程）と、環状溝2a（凹部）内の混合粉末3a（低熱伝導部形成材）を回転する円筒ツール7（ツール）で押圧する混合粉末押圧工程（押圧工程）と、を有し、混合粉末押圧工程（押圧工程）は、円筒ツール7（ツール）の回転中心がピストン1の移動方向の直交断面において、複数個存在するように行われるようにした。
これにより、円筒ツール7を小さくすることができるため、混合粉末押圧工程における円筒ツール7による混合粉末3aの押圧力を抑えることができる。そのため、ピストン1の変形を抑制することができる。
【００３０】
(15) 混合粉末押圧工程（押圧工程）は、円筒ツール7（ツール）で混合粉末3a（低熱伝導部形成材）を押圧する工程が複数回行われるようにした。
これにより、円筒ツール7により混合粉末3aに効率的に圧をかけることができ、低熱伝導部3の密着性を向上させることができる。
(16) 低熱伝導部形成工程は、冠部2のうち燃焼室側に設けられた環状溝2a（凹部）に混合粉末3a（低熱伝導部形成材）を充填する混合粉末充填工程（充填工程）と、環状溝2a（凹部）内の混合粉末3a（低熱伝導部形成材）を回転する複数の円筒ツール7（ツール）で同時に押圧する混合粉末押圧工程（押圧工程）と、を有するようにした。
これにより、混合粉末押圧工程において環状溝2a同士の間のピストン1の肉が逃げにくく、円筒ツール7により混合粉末3aに圧をかけやすくすることができる。
(17) 低熱伝導部3は、ピストン1の移動方向の直交断面において、撹拌中心周りに混合粉末3a（低熱伝導形成部材）が撹拌された撹拌軌跡を有する被撹拌部を複数有するようにした。
これにより、低熱伝導部3を複数形成することができ、燃料噴射領域に応じて適切な位置に適切な形状の低熱伝導部3を形成することができる。
【００３１】
〔実施例4〕
実施例1では低熱伝導部3と冠部2の全周に渡って1つの環状に形成していた。実施例4では実施例1と同様に形成した環状の低熱伝導部3の内周側に、さらに第2低熱伝導部11を形成するようにした。以下、実施例4のピストン1について説明するが、実施例1と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図18は内燃機関のピストン1の斜視図である。ピストン1の冠部2には低熱伝導部3および第2低熱伝導部11が形成されている。低熱伝導部3は実施例1と同様に冠部2の全周に渡って1つの環状に形成されている。冠部2の中心部分には、円状の第2低熱伝導部11が形成されている。低熱伝導部3と第2低熱伝導部11との間には非低熱伝導部2bが設けられている。非低熱伝導部2bは本体部9の一部であり、アルミニウム合金により形成されている。
【００３２】
冠部2に低熱伝導部3を形成する際には、実施例1と同様に環状溝2aを形成し、環状溝2aに混合粉末3aを充填した後に円筒ツール7により混合粉末3aを押圧するようにして形成すれば良い。冠部2に第2低熱伝導部11を形成する際にも、環状溝2aに代えて円筒状の凹部を形成し、この凹部に混合粉末3aを充填した後に円筒状の凹部の形状に合わせて形成した円柱状のツールにより混合粉末3aを押圧するようにして形成すれば良い。また実施例2と同様に混合粉末3aに代えて、プリフォーム3bを配置するようにしても良い。
また低熱伝導部3および第2低熱伝導部11を円筒ツール7や円柱状のツールを用いて一度に押圧するのではなく、環状溝2aの幅や円筒状の凹部の径よりも小さい径を有するツールを用いて、ツールを移動させながら混合粉末3aやプリフォーム3bを押圧するようにしても良い。
【００３３】
［効果］
(18) 混合粉末押圧工程（押圧工程）は、混合粉末3a（低熱伝導部形成材）を押圧する工程がツールを移動させながら行われるようにした。
これにより、低熱伝導部3の形状に応じてツールを用意する必要がない。また連続した形状の低熱伝導部3を形成することができる。
【００３４】
〔他の実施例〕
以上、本発明を実施例1〜実施例4に基づいて説明してきたが、各発明の具体的な構成は実施例1〜実施例4に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
実施例1では混合粉末3aを環状溝2aに充填するようにしたが、実施例2と同様にプリフォーム3bを環状溝2aに配置するようにしても良い。
実施例2ではプリフォーム3bを環状溝2aに配置するようにしたが、実施例2と同様に混合粉末3aを環状溝2aに充填するようにしても良い。
実施例1〜実施例3では、円筒ツール7により混合粉末3aまたはプリフォーム3bを押圧するようにしていたが、環状溝2aの幅よりも小さい径を有するツールを用いて、ツールを移動させながら混合粉末3aやプリフォーム3bを押圧するようにしても良い。
実施例1〜実施例4では、低熱伝導部3の内周側の非低熱伝導部2bを本体部9の一部であり、アルミニウム合金により形成するようにした。非低熱伝導部2bは本体部9とは別の材料により形成するようにしても良い。
【００３５】
また実施例1〜実施例4の低熱伝導材料および接合材料の形状は、粉末状に限らず、フレーク状やチップ状のものであっても良い。
また低熱伝導材料は、シリカを主成分とする微細多孔質構造の充填部材やシリカゲル、シリカエアロゲル等のほか、中空のセラミックビーズ、中空のガラスビーズ、中空の金属球を用いることができる。さらには、炭素、酸素、珪素等を含んだ有機珪素化合物や、高強度且つ高耐熱性のセラミック繊維のほか、低熱伝導率且つ低比熱の耐熱金属材料であるチタンやチタン合金、ＳＵＳ、低合金鋼、鋳鉄（ねずみ鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄）等の粉末も同様に用いることができる。
以上説明した実施形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
内燃機関のピストンの製造方法は、
冠部と、前記冠部に設けられたスカート部と、を有する本体部をアルミニウム合金で形成する本体部形成工程と、
前記アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料である低熱伝導部形成材で形成された環状の低熱伝導部を前記冠部のうち内燃機関の燃焼室側に形成する工程であって、内燃機関のシリンダ内におけるピストンの移動方向の直交断面における前記環状の低熱伝導部の内周縁よりも内側に前記低熱伝導部形成材よりも熱伝導率の高い材料で形成された非低熱伝導部を有するように前記低熱伝導部を形成する低熱伝導部形成工程と、
を有する。
これにより、燃料噴射領域が冠部上で円環状となる内燃機関において、燃料噴射量域に対応した位置に低熱伝導部を設けることができる。
【００３６】
より好ましい態様では、上記態様において、
前記低熱伝導部形成工程は、前記冠部のうち前記燃焼室側に設けられた凹部に前記低熱伝導部形成材を充填する充填工程と、前記凹部内の前記低熱伝導部形成材を回転するツールで押圧する押圧工程と、を有し、
前記押圧工程は、前記ツールの回転中心が前記ピストンの移動方向の直交断面において、複数個存在するように行われる。
これにより、ツールを小さくすることができるため、押圧工程におけるツールによる低熱伝導部形成材の押圧力を抑えることができる。そのため、ピストンの変形を抑制することができる。
別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記押圧工程は、前記ツールで前記低熱伝導部形成材を押圧する工程が複数回行われる。
これにより、ツールにより低熱伝導部形成材に効率的に圧をかけることができ、低熱伝導部の密着性を向上させることができる。
【００３７】
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記押圧工程は、前記低熱伝導部形成材を押圧する工程が前記ツールを移動させながら行われる。
これにより、低熱伝導部の形状に応じてツールを用意する必要がない。また連続した形状の低熱伝導部を形成することができる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成工程は、前記冠部のうち前記燃焼室側に設けられた凹部に前記低熱伝導部形成材を充填する充填工程と、前記凹部内の前記低熱伝導部形成材を回転する環状のツールで押圧する押圧工程と、を有する。
環状のツールを用いて押圧工程を行うことで、一度に環状の低熱伝導部を形成することができる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記非低熱伝導部は、前記本体部の前記アルミニウム合金である。
これにより、低熱伝導部の内周側を本体部の素材であるアルミニウム合金以外を用いる必要がない。また、低熱伝導部の内周縁よりも内側に本体部の肉が存在するため、押圧工程において低熱伝導部の内側に混合粉末が逃げにくく、混合粉末に圧力をかけやすくなる。
【００３８】
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成工程は、前記冠部のうち前記燃焼室側に設けられた環状凹部に前記低熱伝導部形成材を充填する工程と、前記環状凹部内の前記低熱伝導部形成材を回転するツールで押圧する押圧工程と、を有し、
前記環状凹部は、前記環状凹部の外周縁の外側全周が前記本体部の前記アルミニウム合金で包囲される。
これにより、低熱伝導部の外周縁よりも外側に本体部の肉が存在するため、混合粉末押圧工程において低熱伝導部の外側に混合粉末が逃げにくく、混合粉末に圧力をかけやすくなる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部が外周側に露出するように前記低熱伝導部の外周縁よりも外側の前記本体部を切削除去する外周部除去工程を有する。
これにより、燃料噴射領域が冠部の最外周側に存在するような内燃機関において、燃料噴射量域に対応した位置に低熱伝導部を設けることができる。
【００３９】
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成材は、前記アルミニウム合金よりも硬度の高い材料であって、
前記低熱伝導部形成工程は、前記低熱伝導部がピストンの外周側に露出するように行われ、
前記低熱伝導部の外周側にピストンリングが挿入されるリング溝を形成するリング溝形成工程を更に有する。
これにより、リング溝の強度向上を図ることができる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成工程は、前記冠部のうち前記燃焼室側の最外周部に設けられた凹部に前記低熱伝導部形成材を充填する充填工程と、前記凹部内の前記低熱伝導部形成材を回転するツールで押圧する押圧工程と、を有し、
前記押圧工程は、前記本体部の外周側を型で包囲した状態で行われる。
これにより、低熱伝導部より外周側に冠部の肉が存在しない場合であっても、押圧工程時に型により低熱伝導部形成材の逃げを抑制することができる。
【００４０】
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成材は、粉体の混合材料である。
これにより、冠部の凹部内で低熱伝導部形成材が均一に混ざり合った状態で押圧工程を行うことができ、低熱伝導部を均一な材質とすることができる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成工程は、前記低熱伝導部形成材である前記粉体の混合材料を加圧した圧粉体を形成する圧粉工程と、前記冠部のうち前記燃焼室側に設けられた凹部に前記圧粉体を配置する配置工程と、を有する。
これにより、押圧工程において凹部から圧粉を逃げにくくすることができる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成工程は、前記圧粉工程後でかつ前記配置工程前に行われる加熱処理工程を更に更に有する。
これにより、圧粉体を崩れにくくすることができ、押圧工程において圧粉体が逃げにくくすることができる。
【００４１】
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成工程は、前記冠部のうち前記燃焼室側に設けられた凹部に前記低熱伝導部形成材を充填する充填工程と、前記凹部内の前記低熱伝導部形成材を回転する複数のツールで同時に押圧する押圧工程と、を有する。
これにより、混押圧工程において凹部同士の間のピストンの肉が逃げにくく、ツールにより低熱伝導部形成材に圧をかけやすくすることができる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成工程は、前記冠部のうち前記燃焼室側に設けられた凹部に前記低熱伝導部形成材を充填する充填工程と、前記凹部内の前記低熱伝導部形成材を回転するツールで押圧する押圧工程と、を有し、
前記押圧工程は、前記本体部の外周側を型で包囲した状態で行われる。
これにより、押圧工程においてピストンの変形を抑制することができる。
【００４２】
また他の観点から、ピストンは、
内燃機関のピストンであって、アルミニウム合金で形成され、冠部と、前記冠部に設けられたスカート部と、を有する本体部と、
前記冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられ前記アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料である低熱伝導部形成材で形成された環状の低熱伝導部と、
前記環状の低熱伝導部の内周縁よりも内側に設けられ、前記低熱伝導部形成材よりも熱伝導率の高い材料で形成された非低熱伝導部と、
を有する。
これにより、燃料噴射領域が冠部上で円環状となる内燃機関において、燃料噴射量域に対応した位置に低熱伝導部を設けることができる。
より好ましい態様では、上記態様において、
前記低熱伝導部は、前記ピストンの移動方向の直交断面において、撹拌中心周りに前記低熱伝導形成部材が撹拌された撹拌軌跡を有する被撹拌部を複数有する。
これにより、低熱伝導部を複数形成することができ、燃料噴射領域に応じて適切な位置に適切な形状の低熱伝導部を形成することができる。
【００４３】
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成材は、前記アルミニウム合金よりも硬度の高い材料であって、
前記冠部は、前記冠部の外周側に設けられピストンリングが挿入されるリング溝を有し、
前記低熱伝導部は、前記リング溝を含む範囲に設けられる。
これにより、リング溝の強度向上を図ることができる。
さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記低熱伝導部形成材は、粉体の混合材料である。
これにより、冠部の凹部内で低熱伝導部形成材が均一に混ざり合った状態で押圧工程を行うことができ、低熱伝導部を均一な材質とすることができる。
【符号の説明】
【００４４】
1    ピストン
2    冠部
2a    環状溝（凹部）
2b    非低熱伝導部
3    低熱伝導部
3a    混合粉末（低熱伝導部形成材）
3b    プリフォーム（低熱伝導部形成材）
5    スカート部
7    円筒ツール（ツール）
9    本体部
【図１】
2017125440.tif 000003
【図２】
2017125440.tif 000004
【図３】
2017125440.tif 000005
【図４】
2017125440.tif 000006
【図５】
2017125440.tif 000007
【図６】
2017125440.tif 000008
【図７】
2017125440.tif 000009
【図８】
2017125440.tif 000010
【図９】
2017125440.tif 000011
【図１０】
2017125440.tif 000012
【図１１】
2017125440.tif 000013
【図１２】
2017125440.tif 000014
【図１３】
2017125440.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2017125440.tif 000017
【図１６】
2017125440.tif 000018
【図１７】
2017125440.tif 000019
【図１８】
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