(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主体部（４）と、前記主体部（４）を囲繞し、且つその主体部（４）とは特性を異にする外周部（８）とを備えたＡｌ合金製構造部材を製造するに当り、
円柱状または管状である第１の圧粉体（９）と、その第１の圧粉体（９）のＡｌ合金粉末とは特性を異にするＡｌ合金粉末よりなる、管状の第２の圧粉体（１０）とを別々に成形する工程と、
それら第１及び第２の圧粉体（９，１０）を互いに同心状に嵌合させて内外二層構造のビレット（１１）を得る工程と、
該ビレット（１１）に押出し加工を施して、前記第１の圧粉体（９）より形成された内側領域（１８）が前記主体部（４）に対応し、また前記第２の圧粉体（１０）より形成された外側領域（１９）が前記外周部（８）に対応する押出し材（１６）を得る工程と、
前記押出し材（１６）に、その押出し方向（ａ）と交差する方向の切断加工を施して複数の鍛造用素材（２０）を得る工程と、
前記素材（２０）に鍛造加工を施す工程と
を用いることを特徴とする、Ａｌ合金製構造部材の製造方法。
【請求項２】
主体部（４）と、前記主体部（４）を囲繞し、且つその主体部（４）とは特性を異にする外周部（８）とを備えたＡｌ合金製構造部材を製造するに当り、
Ａｌ合金製中空体（２８）と、その中空体（２８）とは特性を異にするＡｌ合金粉末（２９）よりなる圧粉体とを別々に成形する工程と、
前記中空体（２８）内に前記Ａｌ合金粉末（２９）よりなる圧粉体を同心状に嵌合して内外二層構造のビレット（１１）を得る工程と、
該ビレット（１１）に押出し加工を施して、前記圧粉体より形成された内側領域（１８）が前記主体部（４）に対応し、また前記中空体（２８）より形成された外側領域（１９）が前記外周部に対応する押出し材（１６）を得る工程と、
前記押出し材（１６）に、その押出し方向（ａ）と交差する方向の切断加工を施して複数の鍛造用素材（２０）を得る工程と、
前記素材（２０）に鍛造加工を施す工程と
を用いることを特徴とする、Ａｌ合金製構造部材の製造方法。
【請求項３】
前記嵌合は、テーパ嵌合であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＡｌ合金製構造部材の製造方法。
【請求項４】
前記主体部（４）は、耐熱性を有するＡｌ合金より構成され、また前記外周部（８）は、耐摩耗性及び耐焼付き性を有するＡｌ合金より構成されることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載のＡｌ合金製構造部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は構造部材、特に、主体部と、前記主体部を囲繞し、且つその主体部とは特性を異にする外周部とを備えたＡｌ合金製構造部材の製造方法に関する。
【０００２】
前記構造部材としては、例えば、Ａｌ合金よりなる内燃機関用ピストンを挙げることができる。この場合、主体部は耐熱性を具備し、また外周部は耐摩耗性および耐焼付き性を具備することが要求される。
【０００３】
【従来の技術】
従来、ピストンの鍛造用素材としては、例えば耐熱性Ａｌ合金よりなる円板と、耐摩耗性Ａｌ合金よりなる円柱体とが用いられている。
【０００４】
そして、鍛造加工において、円板よりヘッド部を成形し、また円柱体よりピンボス部を有するスカート部を成形し、同時にヘッド部とスカート部との接合を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来法によると、鍛造用素材が溶製材（溶解工程を経て得られた材料の意）であることから、その材質改良に対する制約が大きく、したがってヘッド部およびスカート部の特性向上を図る上で自ずと限界がある。
【０００６】
また鍛造加工によるヘッド部とスカート部との接合強度は比較的低く、そのため接合強度の一層の向上が望まれている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記Ａｌ合金製構造部材において、その主体部および外周部の特性向上に容易に応ずることが可能であり、また主体部と外周部との接合強度を高めることが可能な前記製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
前記目的を達成するために請求項１の発明によれば、主体部と、前記主体部を囲繞し、且つその主体部とは特性を異にする外周部とを備えたＡｌ合金製構造部材を製造するに当り、円柱状または管状である第１の圧粉体と、その第１の圧粉体のＡｌ合金粉末とは特性を異にするＡｌ合金粉末よりなる、管状の第２の圧粉体とを別々に成形する工程と、それら第１及び第２の圧粉体を互いに同心状に嵌合させて内外二層構造のビレットを得る工程と、該ビレットに押出し加工を施して、前記第１の圧粉体より形成された内側領域が前記主体部に対応し、また前記第２の圧粉体より形成された外側領域が前記外周部に対応する押出し材を得る工程と、前記押出し材に、その押出し方向と交差する方向の切断加工を施して複数の鍛造用素材を得る工程と、前記素材に鍛造加工を施す工程とを用いるＡｌ合金製構造部材の製造方法が提供される。
【０００９】
前記手段を採用すると、構造部材における主体部および外周部の特性向上に対し、粉末の配合を変えることで容易に応ずることが可能である。
【００１０】
また第１および第２の圧粉体より形成される内側および外側領域の接合が押出し加工により行われるので、内側領域が対応する主体部と外側領域が対応する外周部との接合強度が高く、その信頼性も高い。
【００１１】
さらに、押出し材より複数の鍛造用素材が得られるので、構造部材の量産性向上を図る上で有効である。
【００１２】
また、前記目的を達成するために請求項２の発明によれば、主体部と、前記主体部を囲繞し、且つその主体部とは特性を異にする外周部とを備えたＡｌ合金製構造部材を製造するに当り、Ａｌ合金製中空体と、その中空体とは特性を異にするＡｌ合金粉末よりなる圧粉体とを別々に成形する工程と、前記中空体内に前記Ａｌ合金粉末よりなる圧粉体を同心状に嵌合して内外二層構造のビレットを得る工程と、該ビレットに押出し加工を施して、前記圧粉体より形成された内側領域が前記主体部に対応し、また前記中空体より形成された外側領域が前記外周部に対応する押出し材を得る工程と、前記押出し材に、その押出し方向と交差する方向の切断加工を施して複数の鍛造用素材を得る工程と、前記素材に鍛造加工を施す工程とを用いるＡｌ合金製構造部材の製造方法が提供される。
【００１３】
前記手段を採用すると、構造部材の外周部における特性向上については制約があるが、主体部の特性向上には容易に応ずることが可能であり、また主体部と外周部との接合強度の向上および構造部材の量産性向上を図ることが可能である。
【００１４】
さらに請求項３の発明によれば、請求項１又は２の発明の前記構成に加えて、前記嵌合が、テーパ嵌合であることを特徴とするＡｌ合金製構造部材の製造方法が提供され、また請求項４の発明によれば、請求項１、２又は３の発明の前記構成に加えて、前記主体部が、耐熱性を有するＡｌ合金より構成され、また前記外周部が、耐摩耗性及び耐焼付き性を有するＡｌ合金より構成されることを特徴とするＡｌ合金製構造部材の製造方法が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１において、構造部材としての内燃機関用ピストン１はＡｌ合金よりなり、ヘッド部２および両ピンボス部３を構成する円筒状主体部４と、その主体部４を囲繞すると共にトップランド部５、リング地帯６およびスカート部７を構成する外周部８とを備える。主体部４は、例えば、３重量％未満の合金元素を含有するＡｌ合金より構成されて耐熱性を有し、また外周部８は、例えば、１０重量％以上のＳｉ、０．５重量％以上のＣｕ、Ｍｇ、ＮｉおよびＦｅを含有するＡｌ合金、ＪＩＳ  ４０００系Ａｌ合金等より構成されて耐摩耗性および耐焼付き性を有する。
【００１６】
以下、ピストン１の製造について、実施例により具体的に説明する。なお、実施例１において、（  ）内の数値は上限値、下限値または好適範囲を示す。
〔実施例１〕
Ａ．鍛造用素材の製造
（１）  図２に示すように、耐熱性を考慮して、組成がＡｌ−２重量％Ｃ−０．２重量％Ｏである、粒径０．６mm以下（１mm以下）のＡｌ合金粉末を用い、圧力２７００bar （２０００bar 以上）の条件で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）を行うことにより、直径約７６mm、長さ１６５mmの円柱状をなす第１の圧粉体９を得た。
（２）  図３に示すように、耐摩耗性および耐焼付き性を考慮して、組成がＡｌ−１２重量％Ｓｉ−３重量％Ｃｕ−１重量％Ｍｇ−５重量％Ｆｅである、粒径８０μｍ以下（１００μｍ以下）のＡｌ合金粉末を用い、圧力２７００bar （２０００bar 以上）の条件で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）を行うことにより、外径１４５mm、内径約７６mm、長さ１６５mmの管状をなす第２の圧粉体１０を得た。
（３）  図４に示すように、第２の圧粉体１０に第１の圧粉体９を嵌合して、内外二層構造のビレット１１を得た。
（４）  ビレット１１を、加熱炉内に設置して５．５時間（２時間以上、好ましくは５〜６時間）保持することにより脱ガス処理を行うと共に押出し温度である４７０℃（３００℃以上、好ましくは４２０〜５２０℃）に昇温した。
（５）  図５に示すように、ビレット１１を押出し機１２のコンテナ１３内に設置し、次いでラム１４を作動させてビレット１１を、ダイス１７のダイス孔１５より押出し比６．４（４以上、好ましくは６．２５〜１１．０）にて押出し、図６に示す外径５７mmの押出し材１６を得た。この押出し材１６においては押出し方向前側の部分と押残り部分は切除されている。
【００１７】
押出し材１６において、第１の圧粉体９より形成された内側領域１８はピストン１の主体部４に対応し、また第２の圧粉体１０より形成された外側領域１９はピストン１の外周部８に対応する。
（６）  図７に示すように、押出し材１６に、その押出し方向ａと交差する方向の切断加工を施して複数の鍛造用素材２０を得た。この場合、素材２０の長さは４５mmに設定された。
Ｂ．ピストンの製造
（１）  鍛造用素材２０を、加熱炉内に設置して９０分間（１２０分間以下、高周波加熱の場合は０．５分間程度）保持することにより鍛造温度である４２０℃（３００℃以上）に昇温した。
（２）  図８に示すように、鍛造機２１のダイス２２におけるダイス孔２３内に鍛造用素材２０を、その外側領域１９がダイス孔２３内周面に対向するように設置した。
（３）  図９に示すように、ポンチ２４を下降させ、圧縮圧２４．７ｔ／cm2 （２０ｔ／cm2 以上）の条件で素材２０に鍛造加工を施して、耐熱性を有するＡｌ合金より構成された円筒状主体部４と、耐摩耗性および耐焼付き性を有するＡｌ合金より構成された外周部８とを備えたピストン素材２５を得た。
（４）  ピストン素材２５に所定の機械加工を施してピストン１を得た。
【００１８】
前記手段を採用すると、ピストン１における主体部４および外周部８の特性向上に対し、粉末の配合を変えることで容易に応ずることが可能である。
【００１９】
また第１及び第２の圧粉体９，１０より形成される内側および外側領域１８，１９の接合が押出し加工により行われるので、内側領域１８が対応する主体部４と外側領域１９が対応する外周部８との接合強度が高く、その信頼性も高い。
【００２０】
さらに、押出し材１６より複数の鍛造用素材２０が得られるので、ピストン１の量産性向上を図る上で有効である。
【００２１】
第１および第２の圧粉体９，１０の心合せのために、それら９，１０をテーパ嵌合する、といった手段も考えられる。
〔参考例〕
Ａ．鍛造用素材の製造
（１）  図１０，１１に示すように、耐摩耗性および耐焼付き性を考慮して、Ａｌ合金であるＪＩＳ  ４０３２よりなる筒状部２６と同材質の蓋部２７とを備えた中空体（金属製中空体）２８を用意した。筒状部２６の外径は１４５mm、内径は７６mm、長さは１６５mmである。
【００２２】
耐熱性を考慮して、実施例１同様に、組成がＡｌ−２重量％Ｃ−０．２重量％Ｏである、粒径０．６μｍ以下のＡｌ合金粉末（金属粉末）２９を用意し、これを筒状部２６内に充填し、次いで筒状部２６の開口を蓋部２７により閉じ、その後筒状部２６と蓋部２７とを溶接して内外二層構造のビレット１１を得た。
（２）  ビレット１１を、加熱炉内に設置して５．５時間保持することにより押出し温度である４７０℃に昇温した。
（３）  実施例１同様に、図５に示すごとく、ビレット１１を押出し機１２のコンテナ１３内に設置し、次いでラム１４の作動によりビレット１１を、ダイス孔１５より押出し比６．４にて押出し、実施例１同様に図６に示す外径５７mmの押出し材１６を得た。
【００２３】
押出し材１６において、Ａｌ合金粉末２９より形成された内側領域１８はピストン１の主体部４に対応し、また中空体２８より形成された外側領域１９はピストン１の外周部８に対応する。
（４）  実施例１同様に図７に示すごとく、押出し材１６に、その押出し方向ａと交差する方向の切断加工を施して複数の鍛造用素材２０を得た。この場合、素材２０の長さは４５mmに設定された。
Ｂ．ピストンの製造
（１）  鍛造用素材２０を、加熱炉内に設置して９０分間保持することにより鍛造温度である４２０℃に昇温した。
（２）  実施例１同様に図８に示すごとく、鍛造機２１のダイス２２におけるダイス孔２３内に鍛造用素材２０を、その外側領域１９がダイス孔２３内周面に対向するように設置した。
（３）  実施例１同様に図９に示すごとく、ポンチ２４を下降させ、圧縮圧２４．７ｔ／cm2 の条件で素材２０に鍛造加工を施して、耐熱性を有するＡｌ合金より構成された円筒状主体部４と、耐摩耗性および耐焼付き性を有するＡｌ合金より構成された外周部８とを備えたピストン素材２５を得た。
（４）  ピストン素材２５に所定の機械加工を施してピストン１を得た。
【００２４】
前記手段を採用すると、ピストン１の外周部８における特性向上については比較的大きな制約があるが、主体部４の特性向上には容易に応ずることが可能であり、また主体部４と外周部８との接合強度の向上およびピストン１の量産性向上を図ることが可能である。  さらにＡｌ合金粉末２９をそのままの状態で用いるので、ビレット１１の製造を簡便にすることができる。
〔実施例２〕
この実施例２は、前記参考例の中空体２８と同一構造の中空体に、前記Ａｌ合金粉末よりなる圧粉体を同心状に嵌合するようにして内外二層構造のビレット１１を得るものであって、その点を除いて、参考例と同様である。
【００２５】
また、本発明（請求項１）では、図１２に示すように、管状をなす第１，第２の圧粉体９，１０より内外二層構造のビレット１１を構成し、押出し加工に当りマンドレルを用いて押出し材を二重管状に形成することも可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、前記のように特定された手段を採用することによって、構造部材における主体部および外周部、または主体部の特性向上に容易に応ずることが可能であると共にそれら主体部および外周部間の接合強度を高めることが可能である、量産性の良好な製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ピストンの断面図である。
【図２】  第１の圧粉体の斜視図である。
【図３】  第２の圧粉体の斜視図である。
【図４】  ビレットの第１例を示す斜視図である。
【図５】  押出し機の断面図である。
【図６】  押出し材の斜視図である。
【図７】  押出し材より鍛造用素材を切出す状態を示す斜視図である。
【図８】  鍛造機における加工前の状態を示す断面図である。
【図９】  鍛造機における加工後の状態を示す断面図である。
【図１０】  ビレットの第２例（参考例）を示す斜視図である。
【図１１】  図１０の１１−１１線断面図である。
【図１２】  ビレットの第３例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１      ピストン（構造部材）
４      主体部
８      外周部
９      第１の圧粉体
１０    第２の圧粉体
１１    ビレット
１６    押出し材
１８    内側領域
１９    外側領域
２０    鍛造用素材
２８    中空体
２９    Ａｌ合金粉末
ａ      押出し方向
【図１】
0003777206.tif 000002
【図２】
0003777206.tif 000003
【図３】
0003777206.tif 000004
【図４】
0003777206.tif 000005
【図５】
0003777206.tif 000006
【図６】
0003777206.tif 000007
【図７】
0003777206.tif 000008
【図８】
0003777206.tif 000009
【図９】
0003777206.tif 000010
【図１０】
0003777206.tif 000011
【図１１】
0003777206.tif 000012
【図１２】
0003777206.tif 000013