JP2000303904A - 内燃機関ピストンの製造方法 - Google Patents
内燃機関ピストンの製造方法Info
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- JP2000303904A JP2000303904A JP11113807A JP11380799A JP2000303904A JP 2000303904 A JP2000303904 A JP 2000303904A JP 11113807 A JP11113807 A JP 11113807A JP 11380799 A JP11380799 A JP 11380799A JP 2000303904 A JP2000303904 A JP 2000303904A
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- piston
- skirt
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F2200/00—Manufacturing
- F02F2200/04—Forging of engine parts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/04—Heavy metals
- F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
- F05C2201/0448—Steel
Landscapes
- Forging (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】同種又は異種金属により分割鍛造成形したピス
トンヘッド部とスカート部との接合強度を向上し、かつ
接合金属の組み合わせを拡大した内燃機関ピストンの製
造方法を提供する。 【解決手段】リングベルト１ａを有するピストンヘッド
部１とピンボス６にピン穴７を有するスカート部とから
なるピストンの前記ピストンヘッド部側を耐熱性の良い
鋼により、前記スカート部側を前記ピストンヘッド部１
側と同種又は異種金属により少なくとも２つ以上に分割
して鍛造成形し、前記少なくとも２つ以上に分割した分
割面を対接して摩擦圧接による固相接合で一体化した。
トンヘッド部とスカート部との接合強度を向上し、かつ
接合金属の組み合わせを拡大した内燃機関ピストンの製
造方法を提供する。 【解決手段】リングベルト１ａを有するピストンヘッド
部１とピンボス６にピン穴７を有するスカート部とから
なるピストンの前記ピストンヘッド部側を耐熱性の良い
鋼により、前記スカート部側を前記ピストンヘッド部１
側と同種又は異種金属により少なくとも２つ以上に分割
して鍛造成形し、前記少なくとも２つ以上に分割した分
割面を対接して摩擦圧接による固相接合で一体化した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関ピストン
の製造方法に関するものである。
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関のピストンには、リングベルト
を有するピストンヘッド部とピン穴を有するスカート部
の一体鋳造ピストンと鍛造ピストンがある。複雑形状の
ピストンは一体鍛造が困難であり、また、シリンダ中を
ピストンが上下運動する際に、ピストンの上死点付近で
ピストンの首振り的な運動によってシリンダ壁を叩いて
音を発生するピストン打音の低減等で、特種鋼によりピ
ストンヘッド部側を、アルミ合金でスカート部側を分割
段造成形して両者を接合一体化したピストンが知られて
いる。
を有するピストンヘッド部とピン穴を有するスカート部
の一体鋳造ピストンと鍛造ピストンがある。複雑形状の
ピストンは一体鍛造が困難であり、また、シリンダ中を
ピストンが上下運動する際に、ピストンの上死点付近で
ピストンの首振り的な運動によってシリンダ壁を叩いて
音を発生するピストン打音の低減等で、特種鋼によりピ
ストンヘッド部側を、アルミ合金でスカート部側を分割
段造成形して両者を接合一体化したピストンが知られて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記ピストンヘッド部
側とスカート部側を分割段造成形した両者を接合一体化
するには融点の差の大きい金属の溶接が困難であり、溶
接のためにはピストンヘッド部側とスカート部側の異種
金属の組み合せに制限がある。この異種金属の組み合せ
の制限を回避するために、ピストンヘッド部側とスカー
ト部側とをインロー継手による圧嵌めや焼き嵌め等で接
合一体化しているが、高熱を受け、かつクランクシャフ
トに回転力を付与する苛酷な上下運動を行うピストンに
おいては接合強度の信頼性に乏しい。
側とスカート部側を分割段造成形した両者を接合一体化
するには融点の差の大きい金属の溶接が困難であり、溶
接のためにはピストンヘッド部側とスカート部側の異種
金属の組み合せに制限がある。この異種金属の組み合せ
の制限を回避するために、ピストンヘッド部側とスカー
ト部側とをインロー継手による圧嵌めや焼き嵌め等で接
合一体化しているが、高熱を受け、かつクランクシャフ
トに回転力を付与する苛酷な上下運動を行うピストンに
おいては接合強度の信頼性に乏しい。
【０００４】本発明の目的は、同種又は異種金属により
分割鍛造成形したピストンヘッド部とスカート部との接
合強度を向上し、かつ接合金属の組み合わせを拡大した
内燃機関ピストンの製造方法を提供することである。
分割鍛造成形したピストンヘッド部とスカート部との接
合強度を向上し、かつ接合金属の組み合わせを拡大した
内燃機関ピストンの製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は、リングベルトを有するピストンヘッド部と
ピン穴を有するスカート部とからなるピストンの前記ピ
ストンヘッド部側を耐熱性の良い鋼により、前記スカー
ト部側を前記ピストンヘッド部側と同種又は異種金属に
より少なくとも２つ以上に分割して鍛造成形し、前記少
なくとも２つ以上に分割した分割面を対接して摩擦圧接
による固相接合で一体化することを特徴とするものであ
る。
め本発明は、リングベルトを有するピストンヘッド部と
ピン穴を有するスカート部とからなるピストンの前記ピ
ストンヘッド部側を耐熱性の良い鋼により、前記スカー
ト部側を前記ピストンヘッド部側と同種又は異種金属に
より少なくとも２つ以上に分割して鍛造成形し、前記少
なくとも２つ以上に分割した分割面を対接して摩擦圧接
による固相接合で一体化することを特徴とするものであ
る。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１において、１はリングベルト１
ａを有するピストンヘッド部であり、２はピン穴７を有
するスカート部であって、前記ピストンヘッド部１と前
記スカート部２とは上下２分割されている。
基づいて説明する。図１において、１はリングベルト１
ａを有するピストンヘッド部であり、２はピン穴７を有
するスカート部であって、前記ピストンヘッド部１と前
記スカート部２とは上下２分割されている。
【０００７】前記ピストンヘッド部１は、その頂面３に
凹状の燃焼室４を有し、この燃焼室４の部位の直下に前
記ピストンヘッド部１の径Ｄ３より小径Ｄ１の突出円筒
部５を有している。また、前記スカート部２は、前記突
出円筒部５の小径Ｄ１と略同径Ｄ２の上端面８を有し、
図２でも示すように、ピンボス６に前記ピン穴７が設け
られている。
凹状の燃焼室４を有し、この燃焼室４の部位の直下に前
記ピストンヘッド部１の径Ｄ３より小径Ｄ１の突出円筒
部５を有している。また、前記スカート部２は、前記突
出円筒部５の小径Ｄ１と略同径Ｄ２の上端面８を有し、
図２でも示すように、ピンボス６に前記ピン穴７が設け
られている。
【０００８】前記上下２分割したピストンヘッド部１
は、例えば、炭素鋼系を含む耐熱性の良い鋼で、また、
スカート部２は、前記ピストンヘッド部１と同種又はア
ルミ合金等の軽量及び熱伝導性の良い異種金属で鍛造成
形したものである。
は、例えば、炭素鋼系を含む耐熱性の良い鋼で、また、
スカート部２は、前記ピストンヘッド部１と同種又はア
ルミ合金等の軽量及び熱伝導性の良い異種金属で鍛造成
形したものである。
【０００９】前記少なくとも２つ以上に分割して鍛造成
形した異種金属のピストンヘッド部１分割面である突出
円筒部５の下端面５ａと、スカート部２の上端面８とを
対接して摩擦圧接による固相接合で一体化するものであ
る。
形した異種金属のピストンヘッド部１分割面である突出
円筒部５の下端面５ａと、スカート部２の上端面８とを
対接して摩擦圧接による固相接合で一体化するものであ
る。
【００１０】その実施例としては図３で示すように、一
方の把持部材９によりピストンヘッド部１のにリングベ
ルト１ａを把持し、他方の把持部材１０によりスカート
部２の外周を把持する。前記ピストンヘッド部１のにリ
ングベルト１ａを把持する一方の把持部材９は、例え
ば、回転駆動ギヤ１３が噛合されていて、回転駆動ギヤ
１３によって回転する。また、スカート部２の外周を把
持する他方の把持部材１０は回転を拘束している固定の
ものである。
方の把持部材９によりピストンヘッド部１のにリングベ
ルト１ａを把持し、他方の把持部材１０によりスカート
部２の外周を把持する。前記ピストンヘッド部１のにリ
ングベルト１ａを把持する一方の把持部材９は、例え
ば、回転駆動ギヤ１３が噛合されていて、回転駆動ギヤ
１３によって回転する。また、スカート部２の外周を把
持する他方の把持部材１０は回転を拘束している固定の
ものである。
【００１１】前記一方の把持部材９により把持したピス
トンヘッド部１の頂面３に油圧シリンダ１４によって押
動される押圧部材１１を当接し、他方の把持部材１０に
より把持したスカート部２は固定の支持部材１２の上に
前記ピストンヘッド部１と同心で支持する。
トンヘッド部１の頂面３に油圧シリンダ１４によって押
動される押圧部材１１を当接し、他方の把持部材１０に
より把持したスカート部２は固定の支持部材１２の上に
前記ピストンヘッド部１と同心で支持する。
【００１２】このようにして、一方の把持部材９により
把持したピストンヘッド部１を回転すると共に、押圧部
材１１によって推力を付与する。これにより、ピストン
ヘッド部１の突出円筒部５の下端面５ａがスカート部２
の上端面８に対接し、支持部材１２によって前記ピスト
ンヘッド部１の推力を受け止める。
把持したピストンヘッド部１を回転すると共に、押圧部
材１１によって推力を付与する。これにより、ピストン
ヘッド部１の突出円筒部５の下端面５ａがスカート部２
の上端面８に対接し、支持部材１２によって前記ピスト
ンヘッド部１の推力を受け止める。
【００１３】従って、支持部材１２により前記ピストン
ヘッド部１の推力を受け止められ、回転を拘束している
固定の把持部材１０に把持されているスカート部２に対
し相対回転するピストンヘッド部１によってピストンヘ
ッド部１の突出円筒部５と下端面５ａの対接面にが摩擦
発熱し、金属融合に必要な温度を確保した後、ピストン
ヘッド部１の回転を停止させ押圧部材１１によって加圧
することにより、ピストンヘッド部１とスカート部２が
固相接合で一体化する。
ヘッド部１の推力を受け止められ、回転を拘束している
固定の把持部材１０に把持されているスカート部２に対
し相対回転するピストンヘッド部１によってピストンヘ
ッド部１の突出円筒部５と下端面５ａの対接面にが摩擦
発熱し、金属融合に必要な温度を確保した後、ピストン
ヘッド部１の回転を停止させ押圧部材１１によって加圧
することにより、ピストンヘッド部１とスカート部２が
固相接合で一体化する。
【００１４】前記加圧による固相接合では接合部にバリ
が発生するが、これは、ピストンヘッド部１のリングベ
ルト１ａの研削仕上げやリング溝等を機械加工する際に
切削除去又はスケール除去する。
が発生するが、これは、ピストンヘッド部１のリングベ
ルト１ａの研削仕上げやリング溝等を機械加工する際に
切削除去又はスケール除去する。
【００１５】前記図１で示すピストンヘッド部１とスカ
ート部２が一体型の場合、図３の符号１５で示す冷却溝
の加工はピストンヘッド部１の下端面と把持部材１０と
の隙間１６より挿入した切削工具で削り取る。このた
め、前記隙間１６の最小化に限界があり、これに伴いピ
ストンヘッド部１下端面とピン穴７の中心間の距離１７
に限界があるが、図１で示すように、本発明によるピス
トンヘッド部１とスカート部２とを２分割して鍛造成形
した場合では、この両者を摩擦圧接する前に冷却溝１５
を加工することが可能であり、低コスト化が計られると
共に、ピストンヘッド部１下端面とピン穴７の中心間の
距離１７は最小化できる。
ート部２が一体型の場合、図３の符号１５で示す冷却溝
の加工はピストンヘッド部１の下端面と把持部材１０と
の隙間１６より挿入した切削工具で削り取る。このた
め、前記隙間１６の最小化に限界があり、これに伴いピ
ストンヘッド部１下端面とピン穴７の中心間の距離１７
に限界があるが、図１で示すように、本発明によるピス
トンヘッド部１とスカート部２とを２分割して鍛造成形
した場合では、この両者を摩擦圧接する前に冷却溝１５
を加工することが可能であり、低コスト化が計られると
共に、ピストンヘッド部１下端面とピン穴７の中心間の
距離１７は最小化できる。
【００１６】図４及び図５は上記ピストンとは形状を異
にしたのピストンの変形例であり、ピストンヘッド部１
には前記突出円筒部５を廃止し、ピストンヘッド部１の
径Ｄ３の下端面１ｂを接合面とし、スカート部２の上端
面８の径Ｄ４を前記ピストンヘッド部１の下端面１ｂの
径Ｄ３と略同径とし、図５で示すように、ピンボス６の
肉厚を厚くしたものである。
にしたのピストンの変形例であり、ピストンヘッド部１
には前記突出円筒部５を廃止し、ピストンヘッド部１の
径Ｄ３の下端面１ｂを接合面とし、スカート部２の上端
面８の径Ｄ４を前記ピストンヘッド部１の下端面１ｂの
径Ｄ３と略同径とし、図５で示すように、ピンボス６の
肉厚を厚くしたものである。
【００１７】このピストンの変形例もピストンヘッド部
１の下端面１ｂとスカート部２の上端面８が対接して前
記よ同様に摩擦圧接による固相接合し、図６で示すよう
に、ピストンヘッド部１とスカート部２が一体化する。
１の下端面１ｂとスカート部２の上端面８が対接して前
記よ同様に摩擦圧接による固相接合し、図６で示すよう
に、ピストンヘッド部１とスカート部２が一体化する。
【００１８】ピストンに機能としては下記の条件が要求
される。 （ａ）軽量であること、（ｂ）ピストンヘッド部（頂面
に燃焼室が形成さているものも含めて）は耐熱性である
こと、（ｃ）スカート部、ピンビス部は高強度であるこ
と、（ｄ）ピストンとシリンダとのクリアランスを小さ
くし、焼き付き防止とピストンスラップ（叩き音）防止
を両立させるため、ピストンとシリンダとの材料は同じ
線膨脹率を有しているとが望ましいこと、（ｅ）加工が
容易であること、である。
される。 （ａ）軽量であること、（ｂ）ピストンヘッド部（頂面
に燃焼室が形成さているものも含めて）は耐熱性である
こと、（ｃ）スカート部、ピンビス部は高強度であるこ
と、（ｄ）ピストンとシリンダとのクリアランスを小さ
くし、焼き付き防止とピストンスラップ（叩き音）防止
を両立させるため、ピストンとシリンダとの材料は同じ
線膨脹率を有しているとが望ましいこと、（ｅ）加工が
容易であること、である。
【００１９】そこで、本発明によると、ピストンヘッド
部１を鋼とし、スカート部２を鋼以外の例えばアルミ合
金とした異種金属のものでは、上記（ａ）〜（ｅ）の条
件の全てをクリアし、ピストンヘッド部１とスカート部
２とが同種金属の鋼によるものでは、上記（ａ）〜
（ｅ）の全ての条件をクリアすると共に、前記異種金属
のものより一層理想的な機能を持ったピストンが提供で
きる。
部１を鋼とし、スカート部２を鋼以外の例えばアルミ合
金とした異種金属のものでは、上記（ａ）〜（ｅ）の条
件の全てをクリアし、ピストンヘッド部１とスカート部
２とが同種金属の鋼によるものでは、上記（ａ）〜
（ｅ）の全ての条件をクリアすると共に、前記異種金属
のものより一層理想的な機能を持ったピストンが提供で
きる。
【００２０】上記実施例は、ピストンヘッド部１とスカ
ート部２との２分割で説明したが、接合位置及び分割数
は２分割以上の任意に選定することも可能である。ま
た、ピストンヘッド部１の頂面３に燃焼室４が形成され
ているが、本発明は、燃焼室４が形成されていないピス
トンでも適用することができる。
ート部２との２分割で説明したが、接合位置及び分割数
は２分割以上の任意に選定することも可能である。ま
た、ピストンヘッド部１の頂面３に燃焼室４が形成され
ているが、本発明は、燃焼室４が形成されていないピス
トンでも適用することができる。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように本発明によると、同種
又は異種金属により分割鍛造成形したピストンヘッド部
とスカート部とを摩擦圧接による固相接合によること
で、接合する材料成分のみで接合を可能とするため、溶
接による溶融の欠陥、溶着金属による異種の合金生成や
インロー継手による圧嵌めや焼き嵌め等で接合による接
合強度の不信頼性が排除され、接合強度の信頼性を向上
すると共に、接合金属の組み合わせを拡大することがで
きる利点を有している。また、ピストンヘッド部とスカ
ート部とを２分割以上に鍛造成形することにより、それ
ぞれの部品を高精度に鍛造成形することができ、この２
分割以上の鍛造成形品による高精度特性により、鍛造一
体化型あるいは鋳造品より軽量化できる利点も有してい
る。
又は異種金属により分割鍛造成形したピストンヘッド部
とスカート部とを摩擦圧接による固相接合によること
で、接合する材料成分のみで接合を可能とするため、溶
接による溶融の欠陥、溶着金属による異種の合金生成や
インロー継手による圧嵌めや焼き嵌め等で接合による接
合強度の不信頼性が排除され、接合強度の信頼性を向上
すると共に、接合金属の組み合わせを拡大することがで
きる利点を有している。また、ピストンヘッド部とスカ
ート部とを２分割以上に鍛造成形することにより、それ
ぞれの部品を高精度に鍛造成形することができ、この２
分割以上の鍛造成形品による高精度特性により、鍛造一
体化型あるいは鋳造品より軽量化できる利点も有してい
る。
【図１】分割鍛造したピストンヘッド部とスカート部の
断面図
断面図
【図２】図１のＡ矢視断面図
【図３】摩擦圧接による固相接合例を示す説明図
【図４】分割鍛造したピストンヘッド部とスカート部の
変形例を示す断面図
変形例を示す断面図
【図５】図４のＢ矢視断面図
【図６】図４で示すピストンヘッド部とスカート部を接
合した断面図
合した断面図
１ ピストンヘッド部 １ａ リングベルト １ｂ 下端面 ２ スカート部 ３ 頂面 ４ 燃焼室 ５ 突出円筒部 ５ａ 下端面 ６ ピンボア ７ ピン穴 ８ 上端面 ９ 把持部材 １０ 把持部材 １１ 押圧部材 １２ 支持部材 １３ 回転駆動ギヤ １４ 油圧シリンダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 伊久生 群馬県前橋市元総社町395番地の３ 理研 鍛造株式会社内 (72)発明者 大河原 浩明 群馬県前橋市元総社町395番地の３ 理研 鍛造株式会社内 Ｆターム(参考） 4E067 AA02 AA05 BG00 DA13 DA17 EB00 4E087 HA62
Claims (1)
- 【請求項１】 リングベルトを有するピストンヘッド部
とピンボスにピン穴を有するスカート部とからなるピス
トンの前記ピストンヘッド部側を耐熱性の良い鋼によ
り、前記スカート部側を前記ピストンヘッド部側と同種
又は異種金属により少なくとも２つ以上に分割して鍛造
成形し、前記少なくとも２つ以上に分割した分割面を対
接して摩擦圧接による固相接合で一体化することを特徴
とする内燃機関のピストン製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11113807A JP2000303904A (ja) | 1999-04-21 | 1999-04-21 | 内燃機関ピストンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11113807A JP2000303904A (ja) | 1999-04-21 | 1999-04-21 | 内燃機関ピストンの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000303904A true JP2000303904A (ja) | 2000-10-31 |
Family
ID=14621569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11113807A Pending JP2000303904A (ja) | 1999-04-21 | 1999-04-21 | 内燃機関ピストンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000303904A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004515359A (ja) * | 2000-10-18 | 2004-05-27 | フェデラル−モーグル コーポレイション | 多軸鍛造されたピストン |
| JP2010247236A (ja) * | 2002-11-06 | 2010-11-04 | Federal Mogul Corp | ピストンおよびその製造方法 |
| WO2019013287A1 (ja) | 2017-07-14 | 2019-01-17 | 新日鐵住金株式会社 | 内燃機関用ピストン及びその製造方法 |
-
1999
- 1999-04-21 JP JP11113807A patent/JP2000303904A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004515359A (ja) * | 2000-10-18 | 2004-05-27 | フェデラル−モーグル コーポレイション | 多軸鍛造されたピストン |
| JP2010247236A (ja) * | 2002-11-06 | 2010-11-04 | Federal Mogul Corp | ピストンおよびその製造方法 |
| JP2011101905A (ja) * | 2002-11-06 | 2011-05-26 | Federal Mogul Corp | ピストンを製造するための方法およびピストン |
| JP2012152826A (ja) * | 2002-11-06 | 2012-08-16 | Federal Mogul Corp | ピストンおよびピストンを製造する方法 |
| WO2019013287A1 (ja) | 2017-07-14 | 2019-01-17 | 新日鐵住金株式会社 | 内燃機関用ピストン及びその製造方法 |
| KR20200008163A (ko) | 2017-07-14 | 2020-01-23 | 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 | 내연 기관용 피스톤 및 그 제조 방법 |
| EP3653863A4 (en) * | 2017-07-14 | 2021-03-24 | Nippon Steel Corporation | PISTON FOR A COMBUSTION ENGINE AND MANUFACTURING PROCESS FOR IT |
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