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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