(57)【要約】【課題】  冷却性能を向上できる内燃機関のピストンを提供すること。【解決手段】  ピストンヘッド部２aにオイルが流通する空洞（オイル通路６）が設けられ、空洞（オイル通路６）は、多孔質材料（オイル通路形成部材５）を含む中空部材３をピストン１の素材内に鋳包むことで形成される。多孔質材料内には、該多孔質材料（ニレジスト鋳鉄）よりも熱伝導率の高い含浸材（アルミニウム合金）が含浸されていることとした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンヘッド部にオイルが流通する空洞が設けられた内燃機関のピストンであって、
前記空洞は、多孔質材料を含む中空部材をピストン素材内に鋳包むことで形成され、
前記多孔質材料内には、該多孔質材料よりも熱伝導率の高い含浸材が含浸されている
ことを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項２】
請求項１に記載された内燃機関のピストンにおいて、
前記多孔質材料は焼結金属であることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された内燃機関のピストンにおいて、
前記多孔質材料の空孔率は２０〜５０％であることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項４】
請求項３に記載された内燃機関のピストンにおいて、
前記多孔質材料の空孔率は３０〜４０％であることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項５】
請求項１に記載された内燃機関のピストンにおいて、
前記含浸材はアルミニウム合金、又は銅合金であることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項６】
ピストンリング溝の内周側にクーリングチャンネルが設けられた内燃機関のピストンであって、
前記クーリングチャンネルは、ピストンリング溝を構成する鋳鉄からなる環状の耐摩環と、該耐摩環の内周側に設けられ、前記耐摩環に対して熱収縮が大きなリング部材とを噛み合わせることで形成された中空部材をピストン素材内に鋳包むことによって形成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項７】
請求項６に記載された内燃機関のピストンにおいて、
前記リング部材は焼結金属にて成形されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項８】
請求項７に記載された内燃機関のピストンにおいて、
前記リング部材は前記耐摩環と同じ材料によって成形されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項９】
請求項６に記載された内燃機関のピストンにおいて、
前記耐摩環と前記リング部材は、一方に設けられた凹部と他方に設けられた凸部によって噛み合っていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項１０】
ピストンヘッド部に空洞が設けられた内燃機関のピストンであって、
前記空洞は、焼結金属材料からなる複数の構成部品を含む中空部材をピストン素材内に鋳包むことで形成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項１１】
ピストンヘッド部に空洞が設けられた内燃機関のピストンの製造方法であって、
焼結金属材料からなる複数の構成部品を含む部品を組み合わせて中空部材を仮組み付けする第１工程と、
仮組み付けされた前記中空部材を焼成して各構成部品を一体化する第２工程と、
前記中空部材をピストンの鋳型に配置して鋳包みを行う第３工程と、
を含む工程によって前記空洞が形成される
ことを特徴とする内燃機関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に関し、特にピストンの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
往復型内燃機関のピストンにおいて燃焼室に面する部分は、最も高熱及び高負荷が作用する箇所であり、常に冷却が必要である。よって、従来、ピストンを内部から冷却する冷却通路（クーリングチャンネル）をピストンヘッド部に形成したピストンが知られている。例えば特許文献１に開示されたピストンは、耐摩環の内周側に断面コ字型の板金部材を接合し、これをピストン素材内に鋳包むことで冷却通路を形成している。
【特許文献１】特開平５−２３１５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１のピストンでは、冷却通路を形成する板金部材に、熱伝導率が比較的低い鋼板を使用しているため、ピストンの熱が冷却通路内へ十分速やかに移動せず、冷却性能が不十分である、という問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、冷却性能を向上できる内燃機関のピストンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関のピストンは、ピストンヘッド部にオイルが流通する空洞が設けられ、前記空洞は、多孔質材料を含む中空部材をピストン素材内に鋳包むことで形成され、前記多孔質材料内には、該多孔質材料よりも熱伝導率の高い含浸材が含浸されていることとした。
【発明の効果】
【０００６】
よって、冷却通路を形成する中空部材の熱伝導率を高めて、ピストンの冷却性能を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の内燃機関のピストンを実現する最良の形態を、図面に基づき説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は、実施例１のピストン１の軸方向断面図である。実施例１のピストン１が適用される内燃機関は直接噴射式のディーゼルエンジンであり、ピストン１はディーゼルエンジンのシリンダ内に摺動自在に収容されている。ピストン１は、ピストン本体２及び中空部材３を有している。
【０００９】
ピストン本体２は有底円筒形状であり、ピストンヘッド部（以下、ヘッド部２ａという。）とピストンスカート部（以下、スカート部２ｂという。）を有している。ピストン本体２の下部に設けられたスカート部２ｂの内周には、空洞部２０が形成されている。スカート部２ｂ（空洞部２０）の周壁にはピン孔２２及びピンボス22aが形成されている。ピン孔２２には、コンロッドをピストン１に連結するためのピストンピンが嵌挿される。
【００１０】
ヘッド部２ａの頂面には、所謂リエントラント型の燃焼室を構成する凹状のキャビティ２１が穿設されている。キャビティ２１はピストン本体２と同軸に形成されており、キャビティ２１の入口には該入口を絞るように径方向内側に突出したリップ部21aが形成されている。キャビティ２の底壁は断面山形状に隆起されており、この隆起部21bとリップ部21aとに囲まれてドーナツ形状の渦流室21cが形成されている。
【００１１】
ピストン本体２の外周面２３の上側には、３本のリング溝Ａ,Ｂ,Ｃが設けられている。リング溝Ａ〜Ｃは、ヘッド部２ａからスカート部２ｂへ向かって順に、トップリング溝Ａ、セカンドリング溝Ｂ、オイルリング溝Ｃを有している。トップリング溝Ａは耐摩環４に形成されており、セカンドリング溝Ｂとオイルリング溝Ｃは、ピストン本体２の周壁（外周面２３）に直接形成されている。トップリング溝Ａとセカンドリング溝Ｂにはコンプレッションリング（トップリング、セカンドリング）が設置され、オイルリング溝Ｃにはオイルリングが設置される。
【００１２】
ヘッド部２ａには、環状の中空部材３が鋳包まれている。中空部材３は、耐摩環４及びオイル通路形成部材５からなる。耐摩環４は、軸方向で切った断面がコ字状に形成された環状の部材であり、ヘッド部２ａの外周側であってセカンドリング溝Ｂの上方、渦流室21cと略同じ高さに設置されている。耐摩環４の上記コ字状に囲まれた凹部によりトップリング溝Ａが形成されている。すなわち、上記コ字状の開口部は耐摩環４の外周側に位置しており、耐摩環４がヘッド部２ａに鋳込まれた状態で上記開口部がピストン本体２の外周面２３に露出することでトップリング溝Ａが形成されている。
【００１３】
オイル通路形成部材５は、上側部材５１と下側部材５２の二部材からなる環状の部材であり、キャビティ２１（渦流室21c）の外側かつ耐摩環４の内側の位置に設けられている。上側部材５１と下側部材５２は、それぞれの内周側で互いに一体に接合され、かつそれぞれの外周側で耐摩環４と一体に噛み合った状態で、ヘッド部２ａの内部に鋳込まれている。このように耐摩環４とオイル通路形成部材５とが一体に組み付けられることで、中空部材３が形成されている。
【００１４】
耐摩環４の内周面と上側部材５１の下面と下側部材５２の上面とで囲まれた空洞は、ピストン本体２と同軸にピストン１の全周に亘ってリング状に形成されており、冷却媒体としてのオイルが流通ないし循環するオイル通路６となる。オイル通路６の径方向外側の側壁は耐摩環４の内周側により構成されており、オイル通路６はトップリング溝５ａの内側に隣り合った位置にある。
【００１５】
オイル通路６の径方向内側の側壁は上側部材５１及び下側部材５２の内周側により構成されており、オイル通路６は、キャビティ２１の外側に、渦流室21cの最外径位置から所定距離をおいて配置されている。この所定距離は、オイル通路６とキャビティ２１との間で必要最低限の肉厚を確保し、これによりピストン本体２の強度を十分確保できる値に設定されている。また、オイル通路６の底部の壁は下側部材５２により構成されており、セカンドリング溝Bと略同じ高さにある。
【００１６】
下側部材５２（オイル通路６）の底部には、所定の周方向箇所にオイルの導入口INと排出口OUTが形成されている。また、ピストン本体２の内部には、空洞部２０と導入口INとを連通する供給通路２４、及び排出口OUTと空洞部２０とを連通する排出通路２５が、ピストン１の軸方向にそれぞれ形成されている。空洞部２０には、ジェットノズルが導入口INに指向して配置されている。
【００１７】
ジェットノズルから噴出されたオイルは、供給通路２４（導入口IN）からオイル通路６内に導入され、オイル通路６内を循環した後、排出通路２５（排出口OUT）からクランクケース内に排出される。その際、キャビティ２１及びトップリング溝Ａの近傍におけるピストン１の熱を、（オイル通路６の周壁を構成する）耐摩環４及びオイル通路形成部材５を経由して吸収し、これをピストン１の外部へ排出する。すなわち、オイル通路６はピストン１を内部から積極的に冷却する冷却通路（クーリングチャンネル）として機能する。
【００１８】
このようにクーリングチャンネルは、トップリング溝Ａの内周側に中空部材３をピストン１の素材内に鋳包むことによって形成されている。クーリングチャンネルによりトップリング溝Aの裏側が冷やされることで、トップリングのトップリング溝Aへの焼き付きが防止される。また、燃焼室の裏側が冷やされることで、ピストン１の熱負荷が効果的に軽減される。
【００１９】
図２は、組み立てられた状態の中空部材３の軸方向断面を示す。説明のためピストン１の中心軸Oの方向にｘ軸を設け、下側部材５２に対して上側部材５１が設置される側を正方向とする。耐摩環４の上面（ｘ軸正方向側の面）には、その内周寄りに、リング状の溝である凹部４１が形成されている。同様に、耐摩環４の下面（ｘ軸負方向側の面）には凹部４２が形成されている。
【００２０】
上側部材５１は、水平方向（ｘ軸に対して垂直方向）に延びるように形成された円環部51aと、円環部51aの内周縁に連続して形成され、下方（ｘ軸負方向）かつ中心軸Oに向かって傾斜するテーパ部51bと、テーパ部51bの内周縁に連続して形成され、ｘ軸負方向に延びる円筒部51cと、を有している。円環部51aの下面（ｘ軸負方向側の面）の外周端には、リング状の突起である凸部51dが形成されている。
【００２１】
下側部材５２は、水平方向に延びるように形成された円環部52aと、円環部52aの内周縁に連続して形成され、下方かつ中心軸Oに向かって傾斜するテーパ部52bと、テーパ部52bの内周縁に連続して形成され、水平方向かつ中心軸Oに向かって延びるリング状の底部52cと、底部52cの内周縁に連続して形成され、上方（ｘ軸正方向）に延びる円筒部52dと、を有している。円環部52aの上面（ｘ軸正方向側の面）の外周端には、リング状の突起である凸部52eが形成されている。
【００２２】
円筒部52dの上方端には受け部52fが設けられている。受け部52fは、円筒部52dの上方端面と、円筒部52dの内周面に連続して僅かに上方に延びて形成された（円筒部52dよりも若干小径の）円筒部分の外周面とにより囲まれた窪みである。
【００２３】
図２の組み付け状態で、耐摩環４とオイル通路形成部材５は、凹部４１,４２と凸部51d, 52eにおいて噛み合っている。すなわち、上側部材５１の円環部51aの凸部51dは、耐摩環４の上面の凹部４１に嵌合し、凹部４１に保持されている。下側部材５２の円環部52aの凸部52eは、耐摩環４の下面の凹部４２に嵌合し、凹部４２に保持されている。
【００２４】
一方、上側部材５１と下側部材５２は、凸部51d, 52eとは反対側の内周端で、重なり部をつくって接合している。すなわち、上側部材５１の円筒部51cと下側部材５２の円筒部52dは略同径であり、円筒部51cの下方端面は円筒部52dの上方端面に接合している。そして、円筒部51cの下方端は円筒部52dの受け部52fに保持されている。言い換えると、円筒部51cの下方端は、円筒部52dの上方端とｘ軸方向及びｘ軸直方向で重なり合っている。
【００２５】
ピストン本体２は、アルミニウム合金により成形されている。耐摩環４は鋳鉄製であり、ニレジスト鋳鉄からなる。オイル通路形成部材５は、ニレジスト鋳鉄からなる多孔質材料により成形されており、内部に微小な空洞である気孔（以下、空孔という。）が多数形成されている。この空孔内には、ニレジスト鋳鉄からなる多孔質材料本体よりも熱伝導率の高い材料、具体的にはアルミニウム合金が含浸されている。
【００２６】
（ピストンの製造工程）
以下、ピストン１の製造工程を説明する。
第１工程では、ニレジスト鋳鉄からなる耐摩環４を上記形状（図２参照）に切削加工する。
【００２７】
第２工程では、耐摩環４を切削加工する際に発生した粉末（切削粉）を材料として、オイル通路形成部材５の上側部材５１と下側部材５２のそれぞれにつき、上記形状（図２参照）の成形体（圧粉体）を得る。具体的には、上側部材５１と下側部材５２のそれぞれの成形金型に、上記切削粉（以下、切粉という。）を可能な限り含めた焼結用の金属粉末を充填して、これに圧力を掛けて固化し、上記形状にプレス加工する。
【００２８】
第３工程では、上側部材５１と下側部材５２の成形体（圧粉体）同士を、耐摩環４を挟み込むように仮組み付けし、中空部材３を組み立てる（図２参照）。
【００２９】
第４工程では、組み立てた中空部材３を、ニレジスト鋳鉄の融点に近い所定温度（例えば１０００℃以上）で焼結炉において加熱し、オイル通路形成部材５の焼結体を作る。このとき、耐摩環４とオイル通路形成部材５とが焼着して接合するとともに、上側部材５１と下側部材５２とが受け部52fで焼着して接合する。これによりオイル通路６が焼成される。
【００３０】
ここで、圧粉体のオイル通路形成部材５（上側部材５１と下側部材５２）は、中実の耐摩環４よりも熱収縮率が大きい。耐摩環４と一体に仮組み付けしない状態でオイル通路形成部材５のみを焼結した場合には、体積が焼結前に比べて約２０〜３０％減少する。本実施例１では、体積があまり変化しない耐摩環４と組み合わせた状態でオイル通路形成部材５を焼結するため、オイル通路形成部材５の過度の収縮を抑制し、これにより製造精度を向上することが容易である。
【００３１】
一方、上側部材５１と下側部材５２が径方向（ｘ軸に対して垂直方向）ないし軸方向（ｘ軸方向）に収縮する際、耐摩環４の凹部４１に引っ掛けられた上側部材５１の凸部51dが凹部４１に強く押し付けられるとともに、耐摩環４の凹部４２に引っ掛けられた下側部材５２の凸部52eが凹部４２に強く押し付けられる。これにより、上側部材５１及び下側部材５２と耐摩環４との焼結による接合が容易になる。また、上側部材５１と下側部材５２が軸方向（ｘ軸方向）に収縮する際、上側部材５１の円筒部51cが下側部材５２の受け部52fに押し付けられる。よって、上側部材５１及び下側部材５２の焼結による接合が容易になる。
【００３２】
また、この第４工程では、オイル通路形成部材５（上側部材５１と下側部材５２）は、その内部で接触する粉末粒子同士が結合するとともに、粉末粒子間に無数の空孔を残し、全体としては加熱前の形状をおおむね維持して固まる。すなわち、オイル通路形成部材５の焼結体は、多数の金属粉末（切粉）が全体として溶融することなく、個々の粉末の表面が溶けて凝集・一体化することで、内部に無数の空孔が形成された多孔質の構造体となっている。後述するように焼結体の空孔率は、好ましくは３０％から４０％であり、空孔率がこの範囲内に収まるように、第２工程において、上側部材５１及び下側部材５２の圧粉体を調整する。
【００３３】
第５工程では、焼結により成形された中空部材３を、鋳物用アルミニウム合金（例えば７〜１４％のシリコンを含んだAC3A材）の溶湯（例えば６５０〜８００℃）の中に浸漬する。これにより、アルミニウム合金がオイル通路形成部材４（上側部材５１と下側部材５２）の表面から内部の空孔内に進入し、浸透する。例えば１０〜３０分間浸漬した後、中空部材３を溶湯から引き上げる。
【００３４】
第６工程では、溶湯から引き上げた中空部材３を空冷し、アルミニウム合金の結晶相を調整した後、再び上記溶湯に浸漬する。
【００３５】
第７工程では、上記のように空孔にアルミニウム合金を含浸させた中空部材３をピストン１の金型（鋳型）内にセットし、ピストン本体２の素材となる鋳物用アルミニウム合金（例えばAC8A材）を流し込んで、ピストン１を成形する。すなわち、中空部材３をピストン１の素材に鋳包んで、ピストン本体２を中空部材３と一体に鋳込む。
【００３６】
第８工程では、ピストン本体２の空洞部２０にドリル刃を入れてピストン本体２に供給通路２４及び排出通路２５を穿設するとともに、オイル通路形成部材５（下側部材５２）の底部に導入口INと排出口OUTを開口する。
【００３７】
図３は、オイル通路形成部材５の空孔率とアルミニウム合金の浸透度及び形状保持性との関係についての実験結果を示す。
【００３８】
空孔率は、オイル通路形成部材５の全体積に占める全空孔の割合（空孔の含有率）である。オイル通路形成部材５の真密度ρ（ｋｇ／m3）と見かけ密度ρ'（ ｋｇ／m3）を用いて、空孔率（％）＝｛１−（ρ'/ρ）｝×１００により算出する。ここで真密度ρとは、空孔がないとした場合のオイル通路形成部材５の実質の密度であり、材料（ニレジスト鋳鉄）それ自身の理論密度をいう。見かけ密度ρ'とは、空孔の容積を含んで計算されるオイル通路形成部材５の見かけ上の密度であり、オイル通路形成部材５の焼結体において実際に測定された密度をいう。
【００３９】
浸透度（％）とは、オイル通路形成部材５の内部へのアルミニウム合金の浸透度合いを示す値である。浸漬後のオイル通路形成部材５を切断し、その断面を観察して、その表面からアルミニウム合金が進入した距離がオイル通路形成部材５の板厚全体（例えば円環部51aのx軸方向幅）に占める割合を測定することで算出する。断面観察で板厚の１０％未満の浸透しかなかったものを×、１０％以上５０％未満の浸透があったものを△、５０％以上８０％未満の浸透があったものを○、８０％以上の浸透があったものを◎と表示している。熱伝導率が比較的高いアルミニウム合金の浸透により、鋳鉄製のオイル通路形成部材５の熱伝導率は全体として上がる。よって、浸透度が高いほど、オイル通路形成部材５の内部を熱が移動しやすくなる。
【００４０】
形状保持性とは、焼結後も中空部材３がその形状を概ね維持できる程度すなわち強度を示し、焼結により中空部材３を組み立てることができるか否かを示す度合いである。中空部材３を組み立てることができる強度を有しているものを○又は◎と表示する。○よりも◎のほうが、強度が高いことを示す。
【００４１】
空孔率と浸透度との関係に着目すると、空孔率が０〜１０％では、アルミニウム合金の浸透は見られなかった（×）。空孔率が１０〜２０％では、オイル通路形成部材５の熱伝導率を上げるという観点からは、浸透度が不十分であった（△）。空孔率が２０％以上で、上記観点から十分な浸透度が確保された（○◎）。特に、空孔率が３０％以上では、上記観点から浸透度が良好であり（◎）、オイル通路形成部材５の熱伝導率を効果的に上げることができた。
【００４２】
一方、空孔率と形状保持性との関係に着目すると、空孔率が０〜５０％で、焼結後においても中空部材３の形状が保持された。すなわち、中空部材３の強度が、焼結による成形が可能な所定値を満たした。特に、空孔率が０〜４０％では形状が十分に保持され、中空部材３をピストン本体２に鋳込む際の形状保持性やオイル通路６の形成といった観点から、強度が良好であった。一方、空孔率が５０％以上では、上記所定値をクリアせず焼結による成形が不可能であるか、又は焼結後の強度が不足した。
【００４３】
以上より、中空部材３の強度を確保しつつオイル通路形成部材５の熱伝導率を上げることが可能な空孔率は２０〜５０％であり、特に３０〜４０％が望ましいことが分かった。
【００４４】
［実施例１の作用］
以下、従来例と対比しつつ、本実施例１の作用効果を説明する。
従来、ディーゼルエンジンのピストンにおいて、燃焼室に面して高熱になるピストンヘッド部の内部に冷却用のオイル通路を形成したものが知られている。
【００４５】
また近年、ディーゼルエンジンは高速高負荷で運転される傾向にあるため、ピストンに対する熱負荷が厳しくなってきており、ピストンのトップリング溝の近傍は圧縮、爆発による熱エネルギーで高温になる。それだけでなく、エンジン潤滑油の炭化や燃焼による煤が発生して付着し、ピストンリングと摩擦する。よって、ピストンリングの機能が低下し、オイル消費量が増大するおそれがある。これを改善するため、ピストン素材よりも高温時の耐摩耗性に優れたニレジスト鋳鉄等からなる耐摩環にトップリング溝を形成し、これをピストン本体に鋳込んだピストンや、この耐摩環の内周側（トップリング溝の近傍）に冷却用のオイル通路を配置したピストンも知られている。
【００４６】
ここで、オイル通路と耐摩環とを別体に設けた場合、すなわち、ピストン本体内であって耐摩環から所定距離をおいた位置に、例えば中子等を用いてオイル通路を形成した場合、オイル通路を形成する部材を別途設ける必要はない。ピストン本体からオイル通路内への熱の移動を妨げる部材がないため冷却効率もよい。しかし、この場合、ピストン製作時にオイル通路（中子等）と耐摩環との間にアルミニウム溶湯（ピストン素材）を流すことになるため、位置ズレ等のピストン製作上の困難がある。それだけでなく、オイル通路をトップリング溝に近づけることに対して制約があり、トップリング溝近傍の冷却効率が不十分となる。
【００４７】
トップリング溝近傍の冷却性能を十分得るためにオイル通路の断面積を大きくしようとしても、例えばピストン頂面に燃焼室が穿設された内燃機関（典型的には直接噴射型のディーゼルエンジン）では、燃焼室の壁面からオイル通路までの距離が短くなってしまい、ピストンとして必要な強度を得ることが難しくなる。例えば、トップリング溝の位置はピストン頂面側に上がる傾向にあるが、この場合、耐摩環（トップリング溝）の内側にオイル通路を配置しようとしても、燃焼室の壁面からオイル通路までの距離を十分に確保できない。また、近年のディーゼルエンジンは、低排出ガスの要求から、燃焼室径が大きくなる傾向にあり、耐摩環の内側にオイル通路を設置するためのスペースを確保することが一層難しくなっている。
【００４８】
そこで、上記特許文献１に開示されているように、断面コ字型の板金部材をオイル通路形成部材とし、これを耐摩環の内周側に接合して一体成形したものを、ピストン本体に鋳込む技術が知られている（以下、これを従来例という。）。この従来例では、オイル通路形成部材を耐摩環と一体に設けているため、オイル通路と耐摩環（トップリング溝）との間の距離をより短くできる。また、オイル通路形成部材と耐摩環とを鋳造によって一体成形するのではなく、断面コ字型の部材を耐摩環に接合する構成により、上記距離を可能な限り短くできる。よって、ピストン強度を確保しつつ、トップリング溝近傍の冷却効率をより向上できると考えられる。
【００４９】
しかし、この従来例では、オイル通路形成部材を製作する際、帯状の鋼板をリング状に成形した後、絞り加工により断面コ字型に成形している。また、このように成形したオイル通路形成部材をロウ材や溶接により耐摩環に接合している。このため、高価な加工設備が必要になり、製造コストの抑制が困難である。また、熱伝導率が比較的低い（ピストン素材であるアルミニウム合金等よりも熱伝導率が劣る）鋼板を使用しているため、ピストンヘッド部ないしトップリング溝近傍の熱がオイル通路内へ十分速やかに移動しない。このため、冷却性能の向上に余地を残していた。
【００５０】
これに対し、本実施例１では、オイル通路形成部材５を製作する際、耐摩環４を切削加工する際に発生した切粉を利用しつつ、焼結により成形するため、高価な加工設備が不要であり、製造コストの抑制が容易である。また、オイル通路形成部材５に熱伝導率が比較的低い材料を使用していても、多孔質材料からなるオイル通路形成部材５（焼結体）に熱伝導率が高い材料（アルミニウム合金）を含浸させることで、ピストンヘッド部２aないしトップリング溝Aの近傍からオイル通路６内への熱伝導率を高め、冷却性能をより向上できる。
【００５１】
［実施例１の効果］
以下、実施例１から把握される本発明の内燃機関のピストン１の効果を列挙する。
【００５２】
（１）ピストンヘッド部２aにオイルが流通する空洞（オイル通路６）が設けられた内燃機関のピストンであって、空洞（オイル通路６）は、多孔質材料（オイル通路形成部材５）を含む中空部材３をピストン１の素材内に鋳包むことで形成され、多孔質材料内には、該多孔質材料（ニレジスト鋳鉄）よりも熱伝導率の高い含浸材（アルミニウム合金）が含浸されていることとした。
【００５３】
よって、空洞（オイル通路６）を構成する中空部材３の熱伝導率を高めて、ヘッド部２aないしトップリング溝Aの近傍の冷却性能を向上できる、という効果を有する。
【００５４】
（２）多孔質材料（オイル通路形成部材５）は焼結金属であることとした。
【００５５】
よって、中空部材３（オイル通路形成部材５）を製作する際、鋼板の絞り加工等によった場合よりも成形が容易であり、高価な加工設備が不要となるため、製造コストの抑制を図ることができる、という効果を有する。
【００５６】
（３）多孔質材料（オイル通路形成部材５）の空孔率は２０〜５０％であることとした。
【００５７】
よって、空孔率が２０％以上であることで、中空部材３（オイル通路形成部材５）の熱伝導率を上げることが可能である。また、空孔率が５０％以下であることで、焼結による中空部材３の成形が可能であり、組み付け性を確保できる、という効果を有する。
【００５８】
（４）多孔質材料（オイル通路形成部材５）の空孔率は３０〜４０％であることとした。
【００５９】
よって、中空部材３（オイル通路形成部材５）の熱伝導率の向上と中空部材３の強度確保とを、より高度なレベルで実現できる。
【００６０】
（５）含浸材はアルミニウム合金であることとした。
【００６１】
このように、多孔質材料（オイル通路形成部材４の空孔）内に含浸する材料として、熱伝導率が高いアルミニウム合金を用いることで、中空部材３（オイル通路形成部材５）の熱伝導度を向上し、ピストン本体２から冷却媒体（オイル）への熱移動を容易とすることができる。
【００６２】
尚、含浸材として本実施例１ではアルミニウム合金を用いたが、多孔質材料（ニレジスト鋳鉄）よりも熱伝導性の良い材料であれば良く、例えば銅合金であってもよい。ここで、ピストン本体２の素材としては、アルミニウム合金を用いることが一般的である。よって、含浸材として本実施例１のようにアルミニウム合金を用いたときは、ピストン素材との間で材料の大部分を共通にすることが可能となり、低コスト化等を図ることができる。尚、この場合の含浸材におけるアルミニウム合金の組成としては、ピストン素材と同じであってもよいし、本実施例１のようにピストン素材と異ならせてその用途（熱伝導等）に最適な配合としてもよい。
【００６３】
（６）ピストンリング溝（トップリング溝A）の内周側にクーリングチャンネル（オイル通路６）が設けられた内燃機関のピストンであって、クーリングチャンネルは、ピストンリング溝を構成する鋳鉄からなる環状の耐摩環４と、耐摩環４の内周側に設けられ、耐摩環４に対して熱収縮が大きなリング部材（オイル通路形成部材５）とを噛み合わせることで形成された中空部材３をピストン素材内に鋳包むことによって形成されていることとした。
【００６４】
よって、トップリング溝Aとオイル通路６との距離を最小として、ピストン１の強度を確保しつつ、トップリング溝Aの近傍の冷却性能を向上できる。また、耐摩環４に対して熱収縮が大きなリング部材（オイル通路形成部材５）と耐摩環４とを噛み合わせて中空部材３を形成することで、加熱（焼結）による接合を容易とし、加工コスト（接合コスト）を低減できる。すなわち、オイル通路６を焼成すると同時にリング部材（オイル通路形成部材５）が耐摩環４と接合するため、接合のためのロウ付けや溶接などの追加の工程が不要となる。尚、本実施例１のような焼結材に限らず、熱収縮が大きな部材であれば上記作用効果が得られることは言うまでもない。
【００６５】
（７）リング部材（オイル通路形成部材５）は焼結金属にて成形されていることとした。
【００６６】
よって、リング部材（オイル通路形成部材５）を焼結により成形するため、鋼板の加工等により成形するよりも製造コストを抑制できる。また、焼結金属にて成形されるリング部材（オイル通路形成部材５）は熱収縮性が高いため、この焼結体の性質を利用して上記（６）のように中空部材３の加工性を向上し、製造コスト（接合コスト）の抑制を図ることができる。
【００６７】
（８）リング部材（オイル通路形成部材５）は耐摩環４と同じ（同種の）材料（ニレジスト鋳鉄）によって成形されていることとした。
【００６８】
よって、リング部材（オイル通路形成部材５）と耐摩環４との間で材料を共通とすることで、低コスト化等を図ることができる。特に、本実施例１のように、耐摩環４を切削加工する際に発生した切粉をリング部材（オイル通路形成部材５）の材料に含めることで、焼結部材用の高価な金属粉を用いる必要性が小さくなって材料を節約できるため、製造コスト（材料コスト）を抑制できる。尚、切粉は均質に調整されておらず粒が粗いものの、この特質は、アルミニウム合金等を含浸するための空孔を作成するという観点からは却って有利に働き、特に不都合はない。
【００６９】
（９）耐摩環４とリング部材（オイル通路形成部材５）は、一方に設けられた凹部と他方に設けられた凸部によって噛み合っていることとした。
【００７０】
よって、中空部材３を加熱（焼結）により作成する際、リング部材（オイル通路形成部材５）が径方向ないし軸方向に収縮すると、耐摩環４の凹部４１,４２に噛み合ったオイル通路形成部材５の凸部51d,52eは、凹部４１,４２に対して上記方向で強く押し付けられる。したがって、加熱（焼結）による両部材の接合が容易になり、中空部材３の加工性を向上できる。尚、実施例１では耐摩環４に凹部４１,４２を設け、オイル通路形成部材５に凸部51d,52eを設けることとしたが、逆に、耐摩環４に凸部を設け、オイル通路形成部材５に凹部を設けてこれらを噛み合わせることとしてもよい。
【００７１】
（１０）ピストンヘッド部２aに空洞（オイル通路６）が設けられた内燃機関のピストンであって、空洞（オイル通路６）は、焼結金属材料からなる複数の構成部品（オイル通路形成部材５の上側部材５１と下側部材５２）を含む中空部材３をピストン素材内に鋳包むことで形成されていることとした。
【００７２】
よって、空洞（オイル通路６）を形成する中空部材３を成形する際、焼結金属材料からなる複数の構成部品を用いることで、鋼板の加工等により成形する場合よりも製造コストを抑制できる。尚、本実施例１では上側部材５１と下側部材５２の２部材を組み合わせて中空部材３（オイル通路形成部材５）を構成することとしたが、適宜、３以上の部材を組み合わせることとしてもよい。
【００７３】
（１１）本実施例１の内燃機関のピストン１の製造方法は、ピストンヘッド部２aに空洞（オイル通路６）が設けられた内燃機関のピストン１の製造方法であって、焼結金属材料からなる複数の構成部品（オイル通路形成部材５の上側部材５１と下側部材５２）を含む部品を組み合わせて中空部材３を仮組み付けする第１工程（実施例１の第３工程）と、仮組み付けされた中空部材３を焼成して各構成部品を一体化する第２工程（実施例１の第４工程）と、中空部材３をピストン１の鋳型に配置して鋳包みを行う第３工程（実施例１の第７工程）と、を含む工程によって空洞（オイル通路６）が形成されることとした。
【００７４】
このように、空洞（オイル通路６）を形成する際、焼結金属材料からなる複数の構成部品を仮組み付けし、これを焼成して各構成部品を一体化する工程を有することで、鋼板の加工等により空洞（オイル通路６）を形成する場合よりも製造工程が簡素化される。したがって、ピストン１の製造コストを抑制できる。
【００７５】
［他の実施例］
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例１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。
【００７６】
例えば、実施例１では、上記ピストン構造ないしその製造方法をディーゼルエンジンのピストン１に適用した例を示したが、ガソリンエンジンのピストンにも適用できる。またクーリングチャンネル内に導入する冷却媒体はオイル以外のもの、例えばエア等が可能である。
【００７７】
実施例１のピストン１では耐摩環４を設けたが、必ずしも耐摩環４を設けなくてもよい。実施例１では耐摩環４とオイル通路形成部材５を一体に設けたが、必ずしもオイル通路形成部材５を耐摩環４と一体に設けなくてもよい。
【００７８】
また、耐摩環４を、オイル通路形成部材５と同様、焼結体により形成することとしてもよい。耐摩環４の材料として、実施例１ではニレジスト鋳鉄を用いたが、ピストン本体２よりも高い硬度を持つ材料であれば良く、特に限定しない。
【００７９】
また、オイル通路形成部材５の材料として、実施例１では耐摩環４と同じ材料（ニレジスト鋳鉄）を用いたが、耐摩環４と異なる材料（例えばオステナイト系ステンレス）を用い、その粉末を焼結することでオイル通路形成部材５を成形することとしてもよい。また、焼結金属材料として、鉄系材料に限らず、非鉄金属材料を用いてもよい。
【００８０】
実施例１では、多孔質材料（オイル通路形成部材５）の空孔率は２０〜５０％であることとしたが、上記作用効果が得られる限り、厳密に上記範囲内である必要はなく、２０％を若干下回っていたり、５０％を若干超えていたりしてもよい。また、空孔率は、焼結前の圧粉体に基づき計算してもよい。さらに、実施例１と異なる計算方法で空孔率や浸透度を算出することとしてもよい。
【００８１】
実施例１では、耐摩環４とオイル通路形成部材５を焼成により接合した後、この中空部材３を溶湯に浸漬し、その後一旦空冷し、再び上記溶湯に浸漬してから、ピストン本体２と一体に鋳込むこととしたが、空冷の工程を省略してもよい。すなわち、中空部材３を溶湯に浸漬後、これをそのままピストン金型内にセットして鋳込むこととしてもよい。
【００８２】
また、アルミニウム合金の含浸方法として、実施例１では、焼成した中空部材３を溶湯に浸漬し、その後、ピストン金型内にこれをセットして鋳込むこととしたが、焼成した中空部材３をそのままピストン金型内にセットして、ピストン素材であるアルミニウム合金の溶湯をこの金型内に注湯し、その後、この溶湯に圧力を負荷することで中空部材３（オイル通路形成部材５）にアルミニウム合金を含浸させることとしてもよい。この場合、含浸材の組成はピストン素材と同一になる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】実施例１のピストンの軸方向断面図である。
【図２】実施例１の中空部材の軸方向断面図である。
【図３】実施例１の空孔率と浸透度及び形状保持性との関係についての実験結果を示す。
【符号の説明】
【００８４】
１  ピストン
２a  ピストンヘッド部
３  中空部材
５  オイル通路形成部材（多孔質材料）
６  オイル通路（空洞）
【図１】
2009287486.tif 000003
【図２】
2009287486.tif 000004
【図３】
2009287486.tif 000005