JPH042702A - ピストンの製造方法 - Google Patents
ピストンの製造方法Info
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- JPH042702A JPH042702A JP2102986A JP10298690A JPH042702A JP H042702 A JPH042702 A JP H042702A JP 2102986 A JP2102986 A JP 2102986A JP 10298690 A JP10298690 A JP 10298690A JP H042702 A JPH042702 A JP H042702A
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Classifications
-
- 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
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
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- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は内燃機関に用いられるピストンの製造方法に関
する。
する。
「従来の技術]
自動車用ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等のピ
ストンは、その慣性力を低減するために主としてアルミ
ニウム合金から鋳造成形されている。 このアルミニウ
ム合金鋳物製(JIS AC8A AC8C等)のピス
トンは、その熱膨張係数(21X 10−6.・′°C
)が鋳鉄製のシリンダの熱膨張係数(10x 10−’
/ ”C)と比べて倍近く大きい。
ストンは、その慣性力を低減するために主としてアルミ
ニウム合金から鋳造成形されている。 このアルミニウ
ム合金鋳物製(JIS AC8A AC8C等)のピス
トンは、その熱膨張係数(21X 10−6.・′°C
)が鋳鉄製のシリンダの熱膨張係数(10x 10−’
/ ”C)と比べて倍近く大きい。
よって、ピストンの焼付きを防止するためには、冷間時
には有害であるが、ピストンとシリンダとの間にエンジ
ンのフルパワー時のピストンの熱膨張を考慮したクリア
ランスをとる必要がある。
には有害であるが、ピストンとシリンダとの間にエンジ
ンのフルパワー時のピストンの熱膨張を考慮したクリア
ランスをとる必要がある。
このクリアランスは、エンジンのフルパワー時にピスト
ンが熱膨張してシリンダ内に上手く納まるように設計さ
れているので、エンジンの冷間時にはシリンダ内のピス
トンがカバガバの状態となる。
ンが熱膨張してシリンダ内に上手く納まるように設計さ
れているので、エンジンの冷間時にはシリンダ内のピス
トンがカバガバの状態となる。
従って、ピストンのトップランドとシリンダとの間の無
駄容積(デッドボリューム)が増大することになり、燃
焼効率が悪化する。
駄容積(デッドボリューム)が増大することになり、燃
焼効率が悪化する。
また、シリンダ内を往復動するピストンが上記クリアラ
ンスの範囲で首振り運動してピストンがシリンダ側壁に
叩きつけられ、スラップ音が発生する(特にアイドリン
グ時)。
ンスの範囲で首振り運動してピストンがシリンダ側壁に
叩きつけられ、スラップ音が発生する(特にアイドリン
グ時)。
このような燃焼効率の悪化及びスラップ音の発生を抑制
・低減するためには、ピストンとシリンダとの間のクリ
アランスを小さくすればよく、そのためにはアルミニウ
ム合金製のピストンの熱膨張率が低下できればよい。
・低減するためには、ピストンとシリンダとの間のクリ
アランスを小さくすればよく、そのためにはアルミニウ
ム合金製のピストンの熱膨張率が低下できればよい。
よって、ピストンの熱膨張を低減させる種々の技術が研
究・開発されている9例えば、ピストン内部にスチール
製の板を鋳包み、熱膨張の低減を図ったいわゆるオート
マチックピストンがあるが、これは製造コストが高い。
究・開発されている9例えば、ピストン内部にスチール
製の板を鋳包み、熱膨張の低減を図ったいわゆるオート
マチックピストンがあるが、これは製造コストが高い。
また、ピストンの燃焼室側廻りをセラミ・yクファイバ
によって複合化し、熱膨張の低減を図ったセラミックフ
ァイバ複合化ピストンがあるが、このセラミックファイ
バを複合化した部位の熱膨張率は18x 10−’/’
Cであり、アルミの熱膨張率21x10−’/’Cと比
べると、その熱膨張低減効果は約15%と小さく充分な
効果があるとはいえない。
によって複合化し、熱膨張の低減を図ったセラミックフ
ァイバ複合化ピストンがあるが、このセラミックファイ
バを複合化した部位の熱膨張率は18x 10−’/’
Cであり、アルミの熱膨張率21x10−’/’Cと比
べると、その熱膨張低減効果は約15%と小さく充分な
効果があるとはいえない。
これに対し、Ti−Al金属間化合物によってピストン
を成形すると、Ti−Al金属間化合物の熱膨張率は8
xlo−’/’Cであり、アルミの熱膨張率21X
10−’/’Cと比べると約173となって、大幅な熱
膨張の低下を図ることができる。
を成形すると、Ti−Al金属間化合物の熱膨張率は8
xlo−’/’Cであり、アルミの熱膨張率21X
10−’/’Cと比べると約173となって、大幅な熱
膨張の低下を図ることができる。
J発明が解決しようとする課u1
しかしながら、Ti−Al合金は鋳造性が悪く、また切
削性にも劣るため、例えば吸引法などの特殊な精密製造
法によって鋳造品の切削加工箇所を少なくしてピストン
を製造する必要がある。よって、製品歩留りが悪化する
。
削性にも劣るため、例えば吸引法などの特殊な精密製造
法によって鋳造品の切削加工箇所を少なくしてピストン
を製造する必要がある。よって、製品歩留りが悪化する
。
本発明者は、鋳造ではなく粉末冶金法の焼結(例えば、
特開昭55−100209号「グラファイト材」に記載
のホットプレス法や通電焼結法等)によって、Ti−A
j’合金製のピストンを製造すれば、複雑な形状のピス
トンが切削加工なしに製造できることを見出した。
特開昭55−100209号「グラファイト材」に記載
のホットプレス法や通電焼結法等)によって、Ti−A
j’合金製のピストンを製造すれば、複雑な形状のピス
トンが切削加工なしに製造できることを見出した。
しかしながら、Ti−Al金合金焼結用アトマイズ粉末
は、その市場性が乏しいため、入手困雛である。そこで
、容易に入手可能なTiの焼結用アトマイズ粉末とAi
の焼結用アトマイズ粉末とを混練してこれらを焼結する
ことになるが、Ti粉末とAl粉末とを単に混練しただ
けではこれらが十分均一にならず、焼結されたTi−A
、11合金製のピストンにはTiのみの部分やAlのみ
の部分が生成されてしまう。Tiの熱膨張率(8,5:
<10−’/’C)とAlの熱膨張率(21x 10−
’/’C)とは倍以上も違うため、このピストンが加熱
されるエンジンの運転時にはピストンにA、&とTiと
の熱膨張率の差に基づく熱歪みが生じてしまい焼付くこ
とになる。
は、その市場性が乏しいため、入手困雛である。そこで
、容易に入手可能なTiの焼結用アトマイズ粉末とAi
の焼結用アトマイズ粉末とを混練してこれらを焼結する
ことになるが、Ti粉末とAl粉末とを単に混練しただ
けではこれらが十分均一にならず、焼結されたTi−A
、11合金製のピストンにはTiのみの部分やAlのみ
の部分が生成されてしまう。Tiの熱膨張率(8,5:
<10−’/’C)とAlの熱膨張率(21x 10−
’/’C)とは倍以上も違うため、このピストンが加熱
されるエンジンの運転時にはピストンにA、&とTiと
の熱膨張率の差に基づく熱歪みが生じてしまい焼付くこ
とになる。
以上の事情を考慮して創案された本考案の目的は、熱膨
張の大幅な低下が図れるTi−Al合金製ピストンを製
造するに際して、容易に入手可能なTi粉末とAlI粉
末とを用いてA」とTiとが偏ることな(Ti−Al!
合金がピストン内部に均一に生成されるピストンの製造
方法を提供するものである。
張の大幅な低下が図れるTi−Al合金製ピストンを製
造するに際して、容易に入手可能なTi粉末とAlI粉
末とを用いてA」とTiとが偏ることな(Ti−Al!
合金がピストン内部に均一に生成されるピストンの製造
方法を提供するものである。
[課題を解決するための手P1]
上記目的を達成するため本発明のピストンの製造方法は
、Ti粒子を核体としてその表面にAl粒子を被覆して
複合粒子を形成し、この複合粒子を集合させピストン状
に圧縮成形しつつ焼結し、複合粒子のAl粒子をTi粒
子側に熱拡散させてTi−Aj!合金相を生成するよう
にしたものである。
、Ti粒子を核体としてその表面にAl粒子を被覆して
複合粒子を形成し、この複合粒子を集合させピストン状
に圧縮成形しつつ焼結し、複合粒子のAl粒子をTi粒
子側に熱拡散させてTi−Aj!合金相を生成するよう
にしたものである。
[作用]
核体としてのTi粒子の表面にAl粒子を被覆させた複
合粒子を集合させ、この集合体をピストン状に圧縮成形
しつつ焼結するようにしたので、TiとAl!とが均一
に混練され、焼結によって得られるTi−Al!合金相
がピストン内部に均一に分散生成される。
合粒子を集合させ、この集合体をピストン状に圧縮成形
しつつ焼結するようにしたので、TiとAl!とが均一
に混練され、焼結によって得られるTi−Al!合金相
がピストン内部に均一に分散生成される。
また、精度の高い圧縮成形及び焼結を行うことにより複
雑な形状のピストンを切削加工なしに製造できる。
雑な形状のピストンを切削加工なしに製造できる。
[実施例コ
本発明の一実施例としてのピストンの製造方法を添付図
面に従って説明する。
面に従って説明する。
先ず、一般に市販されている約100μmのTi粒子と
約10μm以下のAl粒子とを準備する。
約10μm以下のAl粒子とを準備する。
そして、これらTi粒子とAl粒子とを静電容器内で混
練し、第1図に示すように、約100μ■のT1粒子1
を核体としてのその表面に約10μm以下のAl粒子2
を静電気力によって付着させる。
練し、第1図に示すように、約100μ■のT1粒子1
を核体としてのその表面に約10μm以下のAl粒子2
を静電気力によって付着させる。
二のように表面にA、R粒子2が付着したTi粒子1を
2000rpl〜8000rpliの回転翼を備えた容
器(図示せず)内に投入し、数分間、高速気流による衝
撃力(遠心転勤)を与える。この衝撃作用により、第2
図に示すように静電付着したA、9粒子2が核体である
Ti粒子1に強固にくい込んで、Ti粒子1の表面がA
l粒子2によって被覆された複合粒子3か成形される。
2000rpl〜8000rpliの回転翼を備えた容
器(図示せず)内に投入し、数分間、高速気流による衝
撃力(遠心転勤)を与える。この衝撃作用により、第2
図に示すように静電付着したA、9粒子2が核体である
Ti粒子1に強固にくい込んで、Ti粒子1の表面がA
l粒子2によって被覆された複合粒子3か成形される。
この複合粒子3のTiとAjとの重量比は約7=3が望
ましい。
ましい。
この複合粒子3を第5図に示す通電焼結装置4の焼結室
5に投入充填する。このときの複合粒子3は、第3図に
示す如く多数の複合粒子3が単に集合した状態となって
いる。第5図に示すように、上記通電焼結装置5の焼結
室5は、上下に対向されたパンチ電極6と、その間に設
けられた絶縁体(アルミナ等)の型枠7とによって、第
7図に示すピストン形状に区画形成されている。上記パ
ンチt&6には、油圧機構によりピストンの軸方向に所
定の圧縮圧力P1が加わるようになっていると共に、直
流に高周波を重畳した特殊電源8にスイッチ9を介して
結線されている。
5に投入充填する。このときの複合粒子3は、第3図に
示す如く多数の複合粒子3が単に集合した状態となって
いる。第5図に示すように、上記通電焼結装置5の焼結
室5は、上下に対向されたパンチ電極6と、その間に設
けられた絶縁体(アルミナ等)の型枠7とによって、第
7図に示すピストン形状に区画形成されている。上記パ
ンチt&6には、油圧機構によりピストンの軸方向に所
定の圧縮圧力P1が加わるようになっていると共に、直
流に高周波を重畳した特殊電源8にスイッチ9を介して
結線されている。
また、上記型枠7は、第6図に示すように、二分割可能
に縮割りされており、ピストンの軸方向に対して直角方
向に所定の圧縮圧力P2が加わるようになっている。
に縮割りされており、ピストンの軸方向に対して直角方
向に所定の圧縮圧力P2が加わるようになっている。
上記パンチ電極6の電流、電圧、圧力P1、及び型枠7
の圧力P2を経時変化させて運転制御することにより、
焼結室5に充填された複合粒子3がピストン形状に圧縮
成形されると共に、粒子3間に適宜放電が生じ、数十秒
という短時間で第7図に示すピストン10が焼結製造さ
れる(いわゆるプラズマ放電を用いた通電焼結法)。
の圧力P2を経時変化させて運転制御することにより、
焼結室5に充填された複合粒子3がピストン形状に圧縮
成形されると共に、粒子3間に適宜放電が生じ、数十秒
という短時間で第7図に示すピストン10が焼結製造さ
れる(いわゆるプラズマ放電を用いた通電焼結法)。
この通電焼結の際に、予め焼結室5をAlの融点より高
温でTiの融点より低温の約600〜800℃に予熱し
ておくことで、焼結室5内に投入充填された複合粒子3
の表層のAl粒子2が核体としてのTi粒子1側に熱拡
散し、第4図に示す如くTi粒子1を内包するようにT
i−AlJ金相11が生成される。
温でTiの融点より低温の約600〜800℃に予熱し
ておくことで、焼結室5内に投入充填された複合粒子3
の表層のAl粒子2が核体としてのTi粒子1側に熱拡
散し、第4図に示す如くTi粒子1を内包するようにT
i−AlJ金相11が生成される。
また、これと同時に、隣接する複合粒子3の表層部のA
l粒子2相互が焼結され、複合粒子3相互が結合するこ
とになる。
l粒子2相互が焼結され、複合粒子3相互が結合するこ
とになる。
すなわち、このピストンの製造方法によれば、焼結室5
内に充填された複合粒子3は、第3図に示す如く単に複
合粒子3が集合した状態から、第4図に示すように複合
粒子3のA、R粒子2がTi粒子1(PIに熱拡散して
Ti粒子1を内包するようにTi−Al台合金相11生
成されると同時に、隣接する複合粒子3の表層部のAl
粒子2相互が焼結された状態となって、第7図に示すよ
うなTi−Al金合金ピストン10が製造される。
内に充填された複合粒子3は、第3図に示す如く単に複
合粒子3が集合した状態から、第4図に示すように複合
粒子3のA、R粒子2がTi粒子1(PIに熱拡散して
Ti粒子1を内包するようにTi−Al台合金相11生
成されると同時に、隣接する複合粒子3の表層部のAl
粒子2相互が焼結された状態となって、第7図に示すよ
うなTi−Al金合金ピストン10が製造される。
このピストン10は、A、R粒子2とTi粒子1とから
なる複合粒子3を焼結材としているので、第4図に示す
ようにTi相とA、N相とが偏ることな(Ti−AlJ
金相11がピストン10内部に均一に分散生成されるこ
とになる。
なる複合粒子3を焼結材としているので、第4図に示す
ようにTi相とA、N相とが偏ることな(Ti−AlJ
金相11がピストン10内部に均一に分散生成されるこ
とになる。
従って、AlとTiとの熱膨張差に基づくピストン10
の熱歪みが抑制される。
の熱歪みが抑制される。
また、このTi−AlJ金製のピストン10は、第4図
に示すTi−AlJ金相の熱膨張率が8×10−6/°
Cであり、且つ核体としてのTiの熱、膨張率が8.5
xlo−6/°Cであることから、AlIIJピスト
ン(Alの熱膨張率は21 X 10−6. ”C)と
比べると大幅な熱膨張の低減か図れる。よって、ピスト
ン10とシリンダとの間のクリアランスを狭くて゛き、
第7図に示すピストン10のトップランド10aとシリ
ンダとの間の無駄容積(デッドボリューム)を小さくし
て燃焼効率の改善が図れると共に、上記クリアランスの
範囲でピストン10か首振り運動することによって生じ
るスラップ音を低減できる。
に示すTi−AlJ金相の熱膨張率が8×10−6/°
Cであり、且つ核体としてのTiの熱、膨張率が8.5
xlo−6/°Cであることから、AlIIJピスト
ン(Alの熱膨張率は21 X 10−6. ”C)と
比べると大幅な熱膨張の低減か図れる。よって、ピスト
ン10とシリンダとの間のクリアランスを狭くて゛き、
第7図に示すピストン10のトップランド10aとシリ
ンダとの間の無駄容積(デッドボリューム)を小さくし
て燃焼効率の改善が図れると共に、上記クリアランスの
範囲でピストン10か首振り運動することによって生じ
るスラップ音を低減できる。
また、精度の高い圧縮成形及び通電焼結を行うことによ
り、複雑な形状のピストン10を切削加工なしに製造で
きる。
り、複雑な形状のピストン10を切削加工なしに製造で
きる。
[発明の効果]
以上説明したように本発明によれば、次のごとき優れた
効果が発揮できる。
効果が発揮できる。
(1〕 熱膨張の大幅な低減か図れるTi−Al合金
製ピストンを製造するに際して、容易に入手可能な焼結
用のTi粒子とAA粉粒子を用いて、TiとAlとが偏
ることなく焼結によって得られるTi−Al合金相をピ
ストン内部に均一に分散生成することができる。
製ピストンを製造するに際して、容易に入手可能な焼結
用のTi粒子とAA粉粒子を用いて、TiとAlとが偏
ることなく焼結によって得られるTi−Al合金相をピ
ストン内部に均一に分散生成することができる。
(2] 精度の高い圧縮成形及び焼結を行うことによ
り、複雑な形状のピストンを切削加工なしに製造できる
。
り、複雑な形状のピストンを切削加工なしに製造できる
。
第1図はTi粒子の表面にAl2粒子を静電付着させた
ものを示す断面図、第2図は第1図に示すAl粒子をT
i粒子に強固にくい込ませた複合粒子を示す断面図、第
3図は第2図に示す複合粒子の集合体を示す断面図、第
4図は第3図に示す集合体を圧縮成形しつつ焼結したも
のを示す断面図、第5図は通電焼結装置の側断面図、第
6図は第5図に示す通電焼結装置の型枠を示す斜視図、
第7図は第5図に示す通電焼結装置によって製造された
Ti−Al合金製ピストンである。 図中、1はTi粒子、2はAl粒子、3は複合粒子、1
1はTi−Al合金相である。 第3 2・・・N粒子 3・−社舎塁子 77・・・r7−At金全金 相 第4図
ものを示す断面図、第2図は第1図に示すAl粒子をT
i粒子に強固にくい込ませた複合粒子を示す断面図、第
3図は第2図に示す複合粒子の集合体を示す断面図、第
4図は第3図に示す集合体を圧縮成形しつつ焼結したも
のを示す断面図、第5図は通電焼結装置の側断面図、第
6図は第5図に示す通電焼結装置の型枠を示す斜視図、
第7図は第5図に示す通電焼結装置によって製造された
Ti−Al合金製ピストンである。 図中、1はTi粒子、2はAl粒子、3は複合粒子、1
1はTi−Al合金相である。 第3 2・・・N粒子 3・−社舎塁子 77・・・r7−At金全金 相 第4図
Claims (1)
- 1、Ti粒子を核体としてその表面にAl粒子を被覆し
て複合粒子を形成し、この複合粒子を集合させピストン
状に圧縮成形しつつ焼結し、複合粒子のAl粒子をTi
粒子側に熱拡散させてTi−Al合金相を生成するよう
にしたことを特徴とするピストンの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2102986A JPH042702A (ja) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | ピストンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2102986A JPH042702A (ja) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | ピストンの製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH042702A true JPH042702A (ja) | 1992-01-07 |
Family
ID=14342035
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2102986A Pending JPH042702A (ja) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | ピストンの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH042702A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0645463A2 (en) * | 1993-09-17 | 1995-03-29 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | TiAl-based intermetallic compound piston ring and process for treating the surfaces thereof |
CN102334511A (zh) * | 2011-11-08 | 2012-02-01 | 广州市泰祥白蚁防治工程有限公司 | 一种蟑螂植物源农药饵料 |
JP2013506085A (ja) * | 2009-10-02 | 2013-02-21 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | 内燃機関用の鋼製ピストン |
-
1990
- 1990-04-20 JP JP2102986A patent/JPH042702A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0645463A2 (en) * | 1993-09-17 | 1995-03-29 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | TiAl-based intermetallic compound piston ring and process for treating the surfaces thereof |
EP0645463A3 (en) * | 1993-09-17 | 1995-05-17 | Honda Motor Co Ltd | Piston ring made of TiAl based intermetallic compound and process for surface treatment. |
JP2013506085A (ja) * | 2009-10-02 | 2013-02-21 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | 内燃機関用の鋼製ピストン |
US9051896B2 (en) | 2009-10-02 | 2015-06-09 | Daimler Ag | Steel piston for internal combustion engines |
CN102334511A (zh) * | 2011-11-08 | 2012-02-01 | 广州市泰祥白蚁防治工程有限公司 | 一种蟑螂植物源农药饵料 |
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