JP2560402B2 - 内燃機関のピストン - Google Patents
内燃機関のピストンInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はアルミニウム製ピストンのクラウン部を熱
膨張率の低い金属で形成した内燃機関のピストンに関す
る。
膨張率の低い金属で形成した内燃機関のピストンに関す
る。
［従来の技術］ アルミニウム製ピストンのクラウン部の熱膨張を抑え
ようとした提案として第８図に示す「ピストン」（実開
昭60−82550号公報）の提案が知られている。
ようとした提案として第８図に示す「ピストン」（実開
昭60−82550号公報）の提案が知られている。
この提案は、ピストンクラウン部ａの側壁部ｂを、ピ
ストンクラウン部ｃを形成する合金よりも熱膨張率の低
い繊維材料を、体積比が10〜20％でそのピストンクラウ
ン部ａを形成する合金に混合し複合化させて形成し、
「ピストン」を構成したものである。
ストンクラウン部ｃを形成する合金よりも熱膨張率の低
い繊維材料を、体積比が10〜20％でそのピストンクラウ
ン部ａを形成する合金に混合し複合化させて形成し、
「ピストン」を構成したものである。
［発明が解決しようとする課題］ しかし提案にあっては、鋳造製造時及びピストン実働
時の熱サイクルによって、合金と繊維材料との境界面に
内部的なクラックか発生する確率が高く、信頼性の面で
解決すべき課題となっていた。
時の熱サイクルによって、合金と繊維材料との境界面に
内部的なクラックか発生する確率が高く、信頼性の面で
解決すべき課題となっていた。
そこでピストンのクラウン部の外周面にニレジスト
（ニッケル−クロム系オーステナイト）から成る環状部
材を嵌合する段付部を形成し、その段付部に環状部材を
拡散接合して一体化させる「ピストン」（実開昭62−14
149号公報）や、ピストンのクラウン部とスカート部を
軸方向にインロー嵌合するように形成し、これらをクラ
ンクピンで結合するように構成した「冷却機構の組立構
造ピストン」（特開昭54−47937号公報）等が提案され
ていたが、前者は拡散接合時に拡散接合面に脆い金属間
化合物を形成する恐れがある点で、後者は分割構造とし
たために、ピストンピンを挿入するボス部に応力集中が
起り易い点で共に採用が困難になっていた。
（ニッケル−クロム系オーステナイト）から成る環状部
材を嵌合する段付部を形成し、その段付部に環状部材を
拡散接合して一体化させる「ピストン」（実開昭62−14
149号公報）や、ピストンのクラウン部とスカート部を
軸方向にインロー嵌合するように形成し、これらをクラ
ンクピンで結合するように構成した「冷却機構の組立構
造ピストン」（特開昭54−47937号公報）等が提案され
ていたが、前者は拡散接合時に拡散接合面に脆い金属間
化合物を形成する恐れがある点で、後者は分割構造とし
たために、ピストンピンを挿入するボス部に応力集中が
起り易い点で共に採用が困難になっていた。
［課題を解決するための手段］ この発明は、上記課題を解決することを目的とし、こ
の発明はアルミニウム製ピストンのクラウン部の少なく
とも外周部を熱膨張率の低い金属で形成すると共に、該
金属とアルミニウム部分との境界にチタン層を介在させ
て成る内燃機関のピストンを構成したものである。
の発明はアルミニウム製ピストンのクラウン部の少なく
とも外周部を熱膨張率の低い金属で形成すると共に、該
金属とアルミニウム部分との境界にチタン層を介在させ
て成る内燃機関のピストンを構成したものである。
［作用］ チタン層は、低熱膨張率を有した金属及びアルミニウ
ム部分の相互に対して拡散接合の相性がよく且つチタン
層との相互間に脆い金属化合物を形成する事がない。ま
たチタンの熱膨張率はアルミニウムと低熱膨張率を有し
た金属のほぼ中間から拡散接合時の熱ひずみによって発
生するクラックを防止し、ピストンの実働時の熱サイク
ルによって発生するクラックを防止する。即ち低熱膨張
率を有した金属の接合強度は一定に維持されるから、低
熱膨張率を有した金属は、破壊や脱落することなくピス
トンの実働時においてクラウン部の熱膨張を阻み、ピス
トンの実働時におけるスラップ音の発生，燃焼ガスの吹
き抜け，オイルの漏洩を防止すること及び燃費を向上さ
せることを可能にする。
ム部分の相互に対して拡散接合の相性がよく且つチタン
層との相互間に脆い金属化合物を形成する事がない。ま
たチタンの熱膨張率はアルミニウムと低熱膨張率を有し
た金属のほぼ中間から拡散接合時の熱ひずみによって発
生するクラックを防止し、ピストンの実働時の熱サイク
ルによって発生するクラックを防止する。即ち低熱膨張
率を有した金属の接合強度は一定に維持されるから、低
熱膨張率を有した金属は、破壊や脱落することなくピス
トンの実働時においてクラウン部の熱膨張を阻み、ピス
トンの実働時におけるスラップ音の発生，燃焼ガスの吹
き抜け，オイルの漏洩を防止すること及び燃費を向上さ
せることを可能にする。
［実施例］ 以下にこの発明の好適な一実施例を添付図面に基づい
て説明する （第１実施例） この実施例はピストンのクラウン部を強化繊維金属
（FRM）で構成した例を示したものである。
て説明する （第１実施例） この実施例はピストンのクラウン部を強化繊維金属
（FRM）で構成した例を示したものである。
第１図に示されるように、ピストン１は有底筒体状に
形成され、上部のクラウン部２と下部のスカート部３か
ら構成される。スカート部３の対向する内面には半径方
向に***させてピストンピン（図示せず）を貫通させる
ボス部4,4が形成されており、それらボス部4,4間に位置
されたコンロッド（図示せず）のスモールエンドをピス
トンピンで回転支持するようにしている。
形成され、上部のクラウン部２と下部のスカート部３か
ら構成される。スカート部３の対向する内面には半径方
向に***させてピストンピン（図示せず）を貫通させる
ボス部4,4が形成されており、それらボス部4,4間に位置
されたコンロッド（図示せず）のスモールエンドをピス
トンピンで回転支持するようにしている。
さて、クラウン部２は第２図に示すように芯体６にSi
C,Al2O3等のセラミック繊維７を網目状に巻き付けて、
セラミック繊維７の巻回体８を作り、この巻回体８を型
内に収容した後、溶湯を注ぎ約500気圧の加圧鋳造を経
て成形される。ところで、芯体６及び溶湯の材質は、実
施例にあってはスカート部と同材質のアルミ合金、例え
ばAC8系合金（JIS規格）とし、上記セラミック繊維の体
質あたりの巻回密度は略10〜40％とする。芯体６の円周
方向に対するセラミック繊維７の巻回角θは±５゜〜±
30゜の範囲から選択する。ただし、巻回角θは小さい程
円周方向の熱膨張を小さくする。このようにして形成さ
れたクラウン部２は第１図及び第２図に示してあるよう
に、ピストン１のスカート部３にチタン材を円盤状に形
成した中間板９を介して拡散接合され固着される。
C,Al2O3等のセラミック繊維７を網目状に巻き付けて、
セラミック繊維７の巻回体８を作り、この巻回体８を型
内に収容した後、溶湯を注ぎ約500気圧の加圧鋳造を経
て成形される。ところで、芯体６及び溶湯の材質は、実
施例にあってはスカート部と同材質のアルミ合金、例え
ばAC8系合金（JIS規格）とし、上記セラミック繊維の体
質あたりの巻回密度は略10〜40％とする。芯体６の円周
方向に対するセラミック繊維７の巻回角θは±５゜〜±
30゜の範囲から選択する。ただし、巻回角θは小さい程
円周方向の熱膨張を小さくする。このようにして形成さ
れたクラウン部２は第１図及び第２図に示してあるよう
に、ピストン１のスカート部３にチタン材を円盤状に形
成した中間板９を介して拡散接合され固着される。
一方、クラウン部２には、外周面に沿ってトップリン
グ溝10が形成されているが、このトップリング溝10は上
述の如くセラミック繊維７の介在によって耐摩耗性に優
れているから、このトップリング溝10が形成された摩耗
防止用のリングをピストン１に一体的に設ける必要がな
くなる。さらに、クラウン部２の軸芯方向に沿ってキャ
ビティ11を形成する場合は、クラウン部２の軸方向の長
さを長くし、後加工（機械加工）にて形成する。
グ溝10が形成されているが、このトップリング溝10は上
述の如くセラミック繊維７の介在によって耐摩耗性に優
れているから、このトップリング溝10が形成された摩耗
防止用のリングをピストン１に一体的に設ける必要がな
くなる。さらに、クラウン部２の軸芯方向に沿ってキャ
ビティ11を形成する場合は、クラウン部２の軸方向の長
さを長くし、後加工（機械加工）にて形成する。
尚、この実施例で中間板９に対してスカート部３の上
面及びクラウン部２の下面を相互に拡散接合する説明を
したが、拡散接合に替えてろう付や電子ビーム溶接で接
合することも当然可能である。
面及びクラウン部２の下面を相互に拡散接合する説明を
したが、拡散接合に替えてろう付や電子ビーム溶接で接
合することも当然可能である。
したがって、スカート部３にクラウン部２を一体的に
且つ確実に接合することができ、且つクラウン部３の熱
膨張係数をアルミ合金の1/4程度とすることができるか
ら、クラウン部２とシリンダ（図示せず）とのクリアラ
ンスを従来の1/4程度とすることができ、課題をとなっ
ていたスラップ音を低減し、パティキュレートの低減及
び燃焼ガスの吹き抜けやオイルの漏洩を低減し、燃費を
向上させることができる。また、チタンの熱膨張係数は
約8.5×10-6/℃で、アルミ合金と強化繊維の中間をとる
ため、接合時に於ける熱歪が小さくなると共に実働時に
於ける熱サイクルによるクラックの発生がない。即ち、
熱伝導が緩和されることによって接合強度が一定に維持
される。
且つ確実に接合することができ、且つクラウン部３の熱
膨張係数をアルミ合金の1/4程度とすることができるか
ら、クラウン部２とシリンダ（図示せず）とのクリアラ
ンスを従来の1/4程度とすることができ、課題をとなっ
ていたスラップ音を低減し、パティキュレートの低減及
び燃焼ガスの吹き抜けやオイルの漏洩を低減し、燃費を
向上させることができる。また、チタンの熱膨張係数は
約8.5×10-6/℃で、アルミ合金と強化繊維の中間をとる
ため、接合時に於ける熱歪が小さくなると共に実働時に
於ける熱サイクルによるクラックの発生がない。即ち、
熱伝導が緩和されることによって接合強度が一定に維持
される。
さらに、クラウン部２及びこのクラウン部２に形成す
るキャビティ11は、強化繊維金属で形成されるから、耐
熱性が大幅に向上し高温強度が向上する。
るキャビティ11は、強化繊維金属で形成されるから、耐
熱性が大幅に向上し高温強度が向上する。
（第２実施例） この実施例は上記強化繊維金属で形成したクラウン部
２を熱膨張係数が10×10-6/℃のダクタイル鋳鉄で形成
する例を示したものである。
２を熱膨張係数が10×10-6/℃のダクタイル鋳鉄で形成
する例を示したものである。
第４図に示されるように、まずダクタイル鋳鉄でクラ
ウン部２を成形し、その成形されたクラウン部２を上記
中間板９のキャビティ11に相当する部分を上方へ凸に窪
ませて成形された中間板12を拡散接合する。
ウン部２を成形し、その成形されたクラウン部２を上記
中間板９のキャビティ11に相当する部分を上方へ凸に窪
ませて成形された中間板12を拡散接合する。
ただし、拡散接合性をより向上させるためにチタン材
から成る中間板12の接合面にニッケル箔或いは銀箔を挿
入して境界面の密着度を向上させるようにしても構わな
いが、この場合は拡散接合温度は900℃程度が好まし
い。
から成る中間板12の接合面にニッケル箔或いは銀箔を挿
入して境界面の密着度を向上させるようにしても構わな
いが、この場合は拡散接合温度は900℃程度が好まし
い。
次に中間板12を接合したクラウン部２を、その中間板
12を上に向けて鋳造型内にセットし、アルミニウム合金
の溶湯を注ぎ、加圧鋳造を行うと、第１図に示すピスト
ン１が形成される。
12を上に向けて鋳造型内にセットし、アルミニウム合金
の溶湯を注ぎ、加圧鋳造を行うと、第１図に示すピスト
ン１が形成される。
加圧鋳造時にあってチタンとアルミニウム合金及びチ
タンとダクタイル鋳鉄とは、拡散接合性が良く、また境
界面に脆い金属間化合物を生成することがないから、境
界面のクラック発生を防止し、接合強度を確実にする。
即ち、高い信頼性を得ることができる。
タンとダクタイル鋳鉄とは、拡散接合性が良く、また境
界面に脆い金属間化合物を生成することがないから、境
界面のクラック発生を防止し、接合強度を確実にする。
即ち、高い信頼性を得ることができる。
したがって、この実施例にあってもクラウン部２を形
成するダクタイル鋳鉄がアルミニウム合金の1/2程度の
熱膨張係数を有しているから、クラウン部２とシリンダ
とのクリアランスを従来の1/2とすることができる。
尚、中間板12は第３図に示した形状であっても構わな
い。
成するダクタイル鋳鉄がアルミニウム合金の1/2程度の
熱膨張係数を有しているから、クラウン部２とシリンダ
とのクリアランスを従来の1/2とすることができる。
尚、中間板12は第３図に示した形状であっても構わな
い。
（第３実施例） この実施例は、アルミニウム合金から形成されるクラ
ウン部２の外周面を上記ダクタイル鋳鉄で構成した例を
示したものである。
ウン部２の外周面を上記ダクタイル鋳鉄で構成した例を
示したものである。
第５図に示してあるように、アルミニウム合金で形成
されるクラウン部２を予めスカート部３に対して縮径し
てピストン１を段状に成形する。一方、第５図及び第６
図に示すように、その段付部13に嵌合する中間リング14
をチタン材から成形し、中間リング14の外周面に第５図
及び第７図に示すようにダクタイル鋳鉄から成る環状部
材15を嵌合し、これらをろう付け、または拡散接合して
一体化する。この後、一体化された中間リング14を段付
部13に嵌合し拡散接合する。
されるクラウン部２を予めスカート部３に対して縮径し
てピストン１を段状に成形する。一方、第５図及び第６
図に示すように、その段付部13に嵌合する中間リング14
をチタン材から成形し、中間リング14の外周面に第５図
及び第７図に示すようにダクタイル鋳鉄から成る環状部
材15を嵌合し、これらをろう付け、または拡散接合して
一体化する。この後、一体化された中間リング14を段付
部13に嵌合し拡散接合する。
ところで上記の拡散接合にあっては、嵌合のはめ合い
をきつくして圧入するように相互の寸法を定め、圧入に
よる拡散接合することも当然可能であり、またチタンと
鋳鉄との間に第２実施例同様ニッケル箔、銀箔を挿入し
てもよい。参考としてチタンとアルミニウムとの拡散接
合温度は500℃程度、チタンと鋳鉄との拡散接合温度は9
00℃程度が好ましい。
をきつくして圧入するように相互の寸法を定め、圧入に
よる拡散接合することも当然可能であり、またチタンと
鋳鉄との間に第２実施例同様ニッケル箔、銀箔を挿入し
てもよい。参考としてチタンとアルミニウムとの拡散接
合温度は500℃程度、チタンと鋳鉄との拡散接合温度は9
00℃程度が好ましい。
尚、第３実施例において、上記ダクタイル鋳鉄に替え
て上記第１実施例で説明した強化繊維金属で環状部材15
を構成しても構わない。
て上記第１実施例で説明した強化繊維金属で環状部材15
を構成しても構わない。
さらに、第２実施例及び第３実施例で説明したダクタ
イル鋳鉄は鋳鉄の一例であり、耐摩耗性及び熱膨張率の
低い鋳鉄であれば良い。
イル鋳鉄は鋳鉄の一例であり、耐摩耗性及び熱膨張率の
低い鋳鉄であれば良い。
［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなようにこの発明によれ
ば次の如き優れた効果を発揮する。
ば次の如き優れた効果を発揮する。
アルミニウム製ピストンのクラウン部の少なくとも外
周部を熱膨張率の低い金属で形成すると共に、その金属
とアルミニウム部分との境界にチタン層を介在させたか
ら、ピストンのクラウン部の熱膨張を阻み且つアルミニ
ウム部分と低熱膨張金属との高い接合信頼性を得ること
ができる。
周部を熱膨張率の低い金属で形成すると共に、その金属
とアルミニウム部分との境界にチタン層を介在させたか
ら、ピストンのクラウン部の熱膨張を阻み且つアルミニ
ウム部分と低熱膨張金属との高い接合信頼性を得ること
ができる。
第１図はこの発明の第１実施例を示す断面図、第２図は
巻回体を示す斜視図、第３図は中間板を示す斜視図、第
４図は第２実施例を示す断面図、第５図は第３実施例を
示す断面図、第６図は中間リングを示す斜視図、第７図
は環状部材を示す斜視図、第８図は従来例を示す断面図
である。 図中、１はピストン、２はクラウン部、9,12はチタン材
から成る中間板である。
巻回体を示す斜視図、第３図は中間板を示す斜視図、第
４図は第２実施例を示す断面図、第５図は第３実施例を
示す断面図、第６図は中間リングを示す斜視図、第７図
は環状部材を示す斜視図、第８図は従来例を示す断面図
である。 図中、１はピストン、２はクラウン部、9,12はチタン材
から成る中間板である。
Claims (1)
- 【請求項１】アルミニウム製ピストンのクラウン部の少
なくとも外周部を熱膨張率の低い金属で形成すると共
に、該金属とアルミニウム部分との境界にチタン層を介
在させて成る内燃機関のピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63087182A JP2560402B2 (ja) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | 内燃機関のピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63087182A JP2560402B2 (ja) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | 内燃機関のピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01262350A JPH01262350A (ja) | 1989-10-19 |
| JP2560402B2 true JP2560402B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=13907845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63087182A Expired - Lifetime JP2560402B2 (ja) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | 内燃機関のピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2560402B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10662892B2 (en) * | 2016-09-09 | 2020-05-26 | Caterpillar Inc. | Piston for internal combustion engine having high temperature-capable crown piece |
-
1988
- 1988-04-11 JP JP63087182A patent/JP2560402B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01262350A (ja) | 1989-10-19 |
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