JP2000097105A

JP2000097105A - 内燃機関用ピストン

Info

Publication number: JP2000097105A
Application number: JP10268291A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Yamagata; 裕山縣; Toshikatsu Koike; 俊勝小池
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2000-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】必要な強度を確保しながら可能な限りの計量
化を図ることができる内燃機関用ピストンを提供する。【解決手段】略円板状のヘッド部２の下面のピストン
ピン軸線Ｃ上の２箇所部分から下方に延設された一対の
ピンボス部４，４と上記ヘッド部２の外周縁の上記ピス
トンピン軸線Ｃの前側，後側部分から下方に延設された
スカート部３，３とを上記ヘッド部２の下面２ｆから下
方に延設された複数のリブ部５ａ，５ｂで接続した内燃
機関用ピストン１において、上記ピストンピン軸線Ｃ及
びクランク軸線Ｄを含む平面Ｅを境として、ピストン１
が下死点方向に移動するときコンロッド３３が位置する
側を第１領域Ｇ１，ピストン１が上死点方向に移動する
ときコンロッド３３が位置する側を第２領域Ｇ２とする
とき、上記複数のリブ部のうち、第２領域Ｇ２側の後側
リブ部５ｂの厚さを第１領域Ｇ１側の前側リブ部５ａの
厚さより厚くした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用ピストンに
関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関用ピストンでは、略円板状のヘ
ッド部の下面のピストンピン軸線上の２箇所部分から下
方に延設された一対のピンボス部と上記ヘッド部の外周
縁の少なくとも上記ピストンピン軸線の両側部分から下
方に延設されたスカート部とを上記ヘッド部の下面から
下方に延設された複数のリブ部で接続した構造が一般的
に採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで内燃機関の高
速・高出力化の要請に応えるには、上記ピストンの可能
な限りの軽量化が効果的であるが、そのためには、必要
な強度を確保しながら各部の肉厚を可能な限り薄く設定
することが必要となる。

【０００４】本発明は、上記内燃機関の高速・高出力化
の要請に鑑みてなされたもので、必要な強度を確保しな
がら可能な限りの軽量化を図ることができる内燃機関用
ピストンを提供することを課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、略円
板状のヘッド部の下面のピストンピン軸線上の２箇所部
分から下方に延設された一対のピンボス部と上記ヘッド
部の外周縁の少なくとも上記ピストンピン軸線の両側部
分から下方に延設されたスカート部とを上記ヘッド部の
下面から下方に延設された複数のリブ部で接続した内燃
機関用ピストンにおいて、上記ピストンピン軸線及びク
ランク軸線を含む平面を境として、ピストンが下死点方
向に移動するときコンロッドが位置する側を第１領域，
ピストンが上死点方向に移動するときコンロッドが位置
する側を第２領域とするとき、上記複数のリブ部のう
ち、第２領域側のリブ部の厚さを第１領域側のリブ部の
厚さより厚くしたことを特徴とし、請求項２の発明は、
第２領域側のリブ部のピストン軸方向長さを第１領域側
のリブ部の長さより長くしたことを特徴としている。

【０００６】請求項３の発明は、上記複数のリブ部のう
ち、第２領域側のリブ部の厚さを第１領域側のリブ部の
厚さより厚くし、かつ第２領域側のリブ部のピストン軸
方向長さを第１領域側のリブ部の長さより長くしたこと
を特徴としている。

【０００７】請求項４の発明は、請求項１ないし３の何
れかにおいて、上記ピストンピン軸線を上記第２領域側
にオフセット配置したことを特徴としている。

【０００８】

【発明の作用効果】本発明に係る内燃機関用ピストンに
よれば、第１領域側，第２領域側のリブ部をピストン側
圧に応じた強度を有する厚さ又は長さに設定でき、ピス
トンの軽量化を図ることができる。即ち、本発明のピス
トンは、エンジンに装着された際に、燃焼行程におい
て、つまりピストンが下死点方向に移動する行程では、
第２領域側にピストン側圧が作用する一方、圧縮行程等
のピストンが上死点方向に移動する行程では第１領域側
にピストン側圧が作用するが、燃焼行程におけるピスト
ン側圧の方が圧縮行程等におけるピストン側圧より大き
い。そこで本発明では、この大きなピストン側圧が作用
する第２領域側に位置するリブ部を第１領域側に位置す
るリブ部より厚肉に、又は長く設定したので、リブ部を
ピストン側圧に対応したものとすることができ、結果的
にピストンを軽量化することができる。

【０００９】またピストンが上死点に到達するとコンロ
ッドの傾き方向が入れ替わるので、コンロッドからの圧
力による側圧の方向がＦ１方向からＦ２方向に入れ替わ
る。これによりシリンダとピストンの間にクリアランス
があるので、打音（ピストンスラップ）が発生する。点
火はピストンが上死点に到達する前に実施されて急激に
燃焼室内の圧力が上昇し、ピストンが上死点に到達する
時点においては燃焼室圧がかなり大きくなっており、こ
れによりコンロッド反力も大きくなり、これにより大き
な打音が発生する。しかし、請求項４の発明では、ピス
トンピン軸線Ｃを僅かに第２領域側にオフセットさせた
ので、ピストンが従来の上死点に到達する前にコンロッ
ドの傾き方向が入れ替わる。すなわち側圧の方向が入れ
替わるタイミングが早まるので、その分燃焼室内の圧力
が小さくなり、打音を小さくできる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。図１ないし図１１は本発明の一
実施形態による内燃機関用鍛造ピストン及びその製造方
法を説明するための図であり、図１，図２，図３，図４
は機械加工済の鍛造ピストンの平面図，右側面図，正面
図，底面図、図５，図６，図７は図１のV-V 線断面図,V
I-VI線断面図,VII-VII線断面図、図８は図２のVIII-VII
I 線断面図、図９，図１０は上記ピストンの製造方法を
説明するための模式図、図１１は上記ピストンのエンジ
ン装着状態での力の作用状態を説明するための模式図で
ある。なお、本実施形態における前後左右は図１に示す
通りであり、平面視で排気側を前，吸気側を後とする。

【００１１】図において、１は４サイクル５バルブエン
ジン用アルミ合金製鍛造ピストンであり、該ピストン１
は略円板状のヘッド部２と、該ヘッド部２の下面のピス
トンピン軸線Ｃ上の２箇所部分から下方に延設された一
対のピンボス部４，４と、上記ヘッド部２の外周縁の上
記ピストンピン軸線Ｃの前側，後側部分から下方に延設
されたスカート部３，３と、上記ヘッド部２の下面２ｆ
から下方に延設され上記各ピンボス部４と上記スカート
部３と上記ヘッド部２の下面２ｆとを接続する２つの前
側リブ部５ａ及び２つの後側リブ部５ｂとを備えてい
る。

【００１２】上記ヘッド部２は略円板状をなしており、
燃焼室の底面を形成する上面２ａには３つの吸気弁用逃
げ凹部２ｂと２つの排気弁用逃げ凹部２ｃが形成されて
おり、また側面２ｈには２つの圧縮リング溝２ｄと１つ
のオイルリング溝２ｅが機械加工により形成されてい
る。

【００１３】上記ピンボス部４，４は、上記ヘッド部２
の下面２ｆの、ピストンピン軸線Ｃ上でかつヘッド部２
の外周面から内方に凹んだ２箇所部分から下方に延びて
いる。該両ピンボス部４，４には、同軸をなして貫通す
るようにピストンピン孔４ａが形成されている。なお、
４ｂはピストンピンの抜け止め用リングが嵌着される止
めリング溝であり、４ｃは該止めリング溝４ｂに止めリ
ングを着脱する際の工具挿入孔である。

【００１４】上記スカート部３，３は、エンジン回転に
伴って発生するピストン側圧を受けるためのものであ
り、上記ピストンピン軸線Ｃの前側，後側、つまりピス
トンピンに連結される不図示のコンロッドの揺動方向と
対向する部分に設けられている。該スカート部３，３の
外周面はシリンダボア内周面に摺接するもので、機械加
工が施されている。このスカート部３の肉厚は、図５に
示すように、上記オイルリング溝２ｅに近接する上端部
３ａから該ピストンの下端に位置する下端部３ｂまで徐
々に薄くなる傾斜肉厚に設定されている。なお、スカー
ト部３をピストン軸線Ａを通る任意の面で切断した時、
外周面と切断面との交差線すなわち外周面のなす線はピ
ストン軸線Ａに平行で、同様の内周面と切断面とのなす
交差線は内方に傾斜している。

【００１５】ここで、上記スカート部３の上端部３ａと
ヘッド部２の下面２ｆとの境界部２ｇはオイルリング溝
２ｅを形成しても十分な厚みが得られるように厚肉にな
っており、かつエッジ形状をなすことなく緩やかな曲面
をなしている。なお、上記ヘッド部２，スカート部３の
内表面、及びピンボス部４，リブ部５の表面は機械加工
が施されていない鍛造肌のままとなっている。

【００１６】上記前側リブ部５ａ，後側リブ部５ｂは、
上記各ピンボス部４の軸方向略中央の前縁，後縁と上記
前側，後側のスカート部３の左，右縁と上記ヘッド部２
の下面２ｆとを接続しており、該前側，後側リブ部５
ａ，５ｂはピストン軸線Ａ方向に見ると、上記ピンボス
部４側からピストンピン軸線Ｃと直角の直線より左，右
に広がっている。また上記各リブ部５ａ，５ｂは、図７
に示すようにピストン軸線Ａ方向に均一の肉厚を有し、
かつ図８に示すようにピストンピン軸線Ｃと交差する方
向に見ても均一の肉厚を有している。

【００１７】ここで上記前側リブ部５ａと後側リブ部５
ｂとを比較すると、後側リブ部５ｂの肉厚が前側リブ部
５ａの肉厚より厚く設定されており、かつ後側リブ部５
ｂのピストン軸方向長さが前側リブ部５ａの長さより長
く設定されいる。さらにまた、上記ピストンピン軸線Ｃ
は僅かに後側リブ部５ｂ側にオフセット配置されてい
る。

【００１８】本実施形態のピストン１は、図１１に示す
状態でエンジンに装着される。即ち、ピストン１は、シ
リンダブロック３１のシリンダボア３１ａ内に摺動自在
に挿入されて該シリンダボア３１ａ及びシリンダヘッド
３２の燃焼凹部３２ａとで燃焼室を構成するとともに、
コンロッド３３でクランク軸３４のクランクピン３４ａ
に連結され、図示矢印ａ方向に回転する。

【００１９】そして上記ピストンピン軸線Ｃ及びクラン
ク軸３４の軸線Ｄを含む平面Ｅを境として、ピストン１
が下死点方向に移動するときコンロッド３３が位置する
側を第１領域Ｇ１，ピストン１が上死点方向に移動する
ときコンロッド３３が位置する側を第２領域Ｇ２とする
とき、上記ピストン１は、上記肉厚が厚く、かつピスト
ン軸方向長さが長い２つの後側リブ部５ｂが第２領域Ｇ
２側のに位置し、上記２つの前側リブ部５ａが第１領域
Ｇ１側に位置するように配置されている。

【００２０】次に上記ピストン１の製造方法について説
明する。上記ピストン１は、先ずアルミ合金塊からなる
ピストン素材（ビレット）１０′を金型鍛造により上記
ピストン１と略同じ形状の成形素材１０（図９，図１０
参照）に成形し、該成形素材１０に所要の機械加工を施
すことにより製造される。

【００２１】図９，図１０は上記成形素材１０を製造す
るための鍛造用金型を示す。なお、同図では、鍛造用金
型を図１のVII-V 線に沿って断面した状態で示してい
る。図中、２０は鍛造用金型であり、これは上記ピスト
ン１と略同一形状を有する成形素材１０の表面形状の一
部に対応した形状の第１金型（上型）１１と、上記成形
素材１０の表面形状の残りに対応した形状の第２金型
（下型）１２とを有する。該第２金型１２は鍛造装置の
固定部に固定され、第１金型１１は可動部に固定されて
おり、該第１，第２金型１１，１２は所定の鍛造力でも
って相対移動可能となっている。

【００２２】上記第１金型１１は、上記成形素材１０の
表面形状の一部、具体的には、ヘッド部２の上面２ａの
表面形状に対応した形状の鍛造型部１１ａを有してい
る。また上記第２金型１２は、上記成形素材１０の表面
形状の残り、具体的にはヘッド部２の側部外表面２ｈ，
下面２ｆに対応した形状の鍛造型部１２ａ，１２ｂと、
スカート部３の外表面，内表面に対応した形状のスカー
ト鍛造型部１２ｃと、ピンボス部４の表面に対応した形
状の鍛造型部と、前側リブ部５ａ，後側リブ部５ｂの表
面に対応した形状のリブ鍛造型部１２ｄｂ，１２ｄａと
を有している。

【００２３】ここで、上記第２金型１２のスカート鍛造
型部１２ｃは、その厚さ寸法が上側ほど厚く下側ほど薄
く設定された抜き勾配を有しており、またこのスカート
鍛造型部１２ｃのアルミ合金の流入時の入り口部１２ｃ
´は曲率の大きい滑らかな形状に設定されている。

【００２４】一方、上記第２金型１２のリブ鍛造型部１
２ｄａ，１２ｄｂは、抜き勾配を有さず、その厚さ寸法
は軸方向に均一になっており、またこのリブ鍛造型部１
２ｄａ，１２ｄｂの入り口部１２ｄ´は上記入り口部１
２ｃ´に比較して曲率の小さいエッジ形状に設定されて
いる。さらにまた、後側リブ部５ｂ用の鍛造型部１２ｄ
ｂは、前側リブ部５ａ用の鍛造型部１２ｄａより肉厚方
向寸法が厚くかつピストン軸方向寸法が長く設定されて
いる。

【００２５】上記鍛造用金型２０を用いて成形素材１０
を成形する場合には、第２金型１２内に上記成形素材１
０に対応した体積を有するアルミ合金塊からなるピスト
ン素材（ビレット）１０′を載置し、第１金型１１を所
定の鍛造力でもって下降させる。この場合上記第１，第
２金型１１，１２の少なくとも何れかに設けられたヒー
タにより、又は外部のヒータによりピストン素材１０′
を４００〜５００℃に加熱して熱間鍛造することにより
アルミ合金の延性を十分に利用して成形素材１０に寸法
精度良く鍛造することができる。

【００２６】このような金型鍛造において、第２金型１
２の上記スカート鍛造型部１２ｃについて、ヘッド部２
側、つまりピストン素材１０′が流入開始する側の厚さ
を大きく、先端側の厚さを薄く設定したので、アルミ合
金はスカート鍛造型部１２ｃ内にピストン軸方向（鍛造
方向）に塑性変形して進入しつつ、さらに鍛造方向と直
角方向（厚さ方向）にも塑性変形することとなる。つま
りアルミ合金は鍛造の進行に伴って塑性変形を継続する
こととなり、それだけ必要とする鍛造荷重が増加する。
しかし上記スカート鍛造型部１２ｃの厚さを先端側ほど
薄く設定して抜き勾配を設けたことから、鍛造後の型抜
き荷重を減少できる。

【００２７】一方、リブ鍛造型部１２ｄａ，１２ｄｂに
ついては、ピストン軸方向（鍛造方向）に均一の厚さに
設定したので、アルミ合金はリブ鍛造型部１２ｄａ，１
２ｄｂ内にピストン軸方向（鍛造方向）には塑性変形す
るものの、鍛造方向と直角方向（厚さ方向）には塑性変
形することはないので、つまりアルミ合金は上記リブ鍛
造型部１２ｄａ，１２ｄｂの入り口部１２ｄ´を通過し
た後においてはさらに塑性変形することはなく、鍛造荷
重が増加することはない。一方、上記リブ鍛造型部１２
ｄａ，１２ｄｂの厚さを軸方向に均一に設定したことか
ら抜き勾配がなく、従って鍛造後の型抜き時の摩擦力が
増加する懸念があるが、上述の塑性変形によりアルミ合
金の温度が高くなっている点、及びリブ部５の軸方向寸
法が例えば上記スカート部３に比べて短いことから型抜
き荷重が極端に増加することはない。

【００２８】ここで、本実施形態では、上記第２金型１
２のスカート鍛造型部１２ｃの入り口部１２ｃ´は曲率
の大きい滑らかな形状に設定されており、一方リブ鍛造
型部１２ｄａ，１２ｄｂの入り口部１２ｄ´は上記入り
口部１２ｃ´に比較して曲率の小さいエッジ形状に設定
されている。これにより厚さの薄いリブ鍛造型部１２ｄ
ａ，１２ｄｂへのアルミ合金の流入が厚さの厚いスカー
ト鍛造型部１２ｃへの流入に比較して相対的に容易とな
り、全体として同じ鍛造荷重でもって両鍛造型部１２
ｃ，１２ｄａ，１２ｄｂ内に欠肉なくアルミ合金を流入
させることができる。

【００２９】この点をより詳細に述べれば以下の通りで
ある。即ち、上記入り口部を上記１２ｄ´のように曲率
の小さいエッジ形状とした場合には、成形素材１０′の
入り口部に向かう傾斜剪断面（最大剪断応力面）の主応
力方向（鍛造方向）に対する角度が小さくなり、それだ
けアルミ合金が塑性変形により昇温して剪断破壊応力が
小さくなり、その結果、厚さの薄い鍛造型部であっても
アルミ合金の流入が容易となる。

【００３０】一方、上記入り口部を上記１２ｃ´のよう
に曲率の大きい隅切り形状とした場合には、成形素材１
０′の入り口部に向かう傾斜剪断面（最大剪断応力面）
の主応力方向（鍛造方向）に対する角度が４５°と大き
くなり、塑性変形による摩擦熱，圧縮熱が拡散してアル
ミ合金が昇温し難くなり剪断破壊応力の低下が小さく、
その結果、アルミ合金が型面に凝着し易く、鍛造型部の
厚さを大きくしないとアルミ合金の流入が困難となる。

【００３１】なお、図９，図１０に二点鎖線で示すよう
に、上記鍛造用金型２０の第２金型１２を、スカート鍛
造型部１２ｃ，リブ鍛造型部１２ｄａ，１２ｄｂ及びピ
ンボス部に対応した鍛造型部の下端を通る分割面ａより
内側の金型ｂと外側の金型ｃとに分割しておくこともで
きる。このようにした場合には、上記スカート鍛造型部
１２ｃ，リブ鍛造型部１２ｄａ，１２ｄｂにアルミ合金
が流入する際に該鍛造型部１２ｃ，１２ｄａ，１２ｄｂ
の底部にクラックが発生するのを上記分割面ａが僅かに
開くことで回避でき、その結果金型の寿命を延長でき
る。

【００３２】また本実施形態のピストン１は、図１１に
示すようにエンジンに装着される。この場合、燃焼行程
において、つまりピストン１が下死点方向に移動する行
程（同図に実線で示す行程）では、第２領域Ｇ２側にピ
ストン側圧Ｆ２が作用する一方、圧縮行程等のピストン
が上死点方向に移動する行程（同図に二点鎖線で示す行
程）では第１領域Ｇ１側にピストン側圧Ｆ１が作用する
が、燃焼行程におけるピストン側圧Ｆ２の方がＦ１より
大きい。

【００３３】そこで本実施形態では、上記大きなピスト
ン側圧Ｆ２が作用する第２領域Ｇ２側に位置する後側リ
ブ部５ｂを第１領域Ｇ１側に位置する前側リブ部５ａよ
り厚肉にし、かつピストン軸方向長さを長く設定したの
で、前側，後側リブ部５ａ，５ｂを作用するピストン側
圧Ｆ１，Ｆ２に対応した厚さ，長さに設定することがで
き、結果的にピストン１を軽量化することができる。

【００３４】また本実施形態では、ピストンピン軸線Ｃ
を僅かに第２領域Ｇ２側にオフセットさせたので、ピス
トン１が従来のオフセットのない場合の上死点に到達す
る前にコンロッド３３の傾き方向が入れ替わる。すなわ
ち側圧の方向がＦ１方向からＦ２方向に入れ替わるタイ
ミングが早まるので、その分上死点前に点火着火し燃焼
開始する燃焼室内の圧力が、側圧の方向が入れ替わる上
記タイミングにおいて小さくなり、シリンダ３１ａとピ
ストン１の間にクリアランスがあることによるピストン
１のＦ２方向への移動による打音を小さくできる。

【００３５】ここで上記のような鍛造ピストンの製造に
使用されるピストン素材（ビュレット）１０´について
は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を基材とし、シリコ
ン（Ｓｉ）を１０〜２５重量％，鉄（Ｆｅ）を１重量％
以下，銅（Ｃｕ）を０．５〜７重量％，マグネシウム
（Ｍｇ）を０．１〜２重量％，マンガン（Ｍｎ）を１．
５重量％以下，ニッケル（Ｎｉ）を１．５重量％以下，
クロム（Ｃｒ）を１．５重量％以下の範囲で含むアルミ
合金を円柱形状の棒状体に連続鋳造した溶製材を切断し
たものが使用される。

【００３６】また、上記のような組成のアルミ合金を溶
解炉の底部から円柱形状の連続鋳造体として引き出すと
共に、溶解炉から出て凝固が始まる部分の外周に電磁石
又は超音波発振器からなる攪拌装置を配置して、円柱形
状の連続鋳造体の中心部と外周部を攪拌混合しつつ凝固
させることにより、析出結晶粒子の成長を抑制して粒子
サイズを小さくし、且つ、外周部から中心部に渡って結
晶粒子を均一に分散させるようにした固体で円形形状の
アルミ合金の棒状体を、適当な大きさに切断してピスト
ン素材１０′として使用しても良い。

【００３７】上記のように円柱形状の連続鋳造体の中心
部と外周部を攪拌混合しつつ凝固させたピストン素材１
０′を使用した場合には、結晶粒子のサイズが小さく且
つ均一に分散されていることから鍛造時にクラックが発
生し難くなるため、鍛造時の歩留りを向上させることが
でき、且つ、ピストン１をエンジンに組み込んで運転し
た場合のスカート部３の疲労強度を高くすることができ
る。

【００３８】さらに、ピストン素材１０′については、
初晶シリコンの平均粒径が１０μｍ以下であるシリコン
（Ｓｉ）を１０〜２２重量％の範囲で含む急冷凝固粉末
を固化したアルミ合金を使用しても良い。

【００３９】このような急冷凝固粉末アルミ合金として
は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を基材とし、シリコ
ン（Ｓｉ）を１０〜２２重量％，鉄（Ｆｅ）を１〜１０
重量％，銅（Ｃｕ）を０．５〜５重量％，マグネシウム
（Ｍｇ）を０．５〜５重量％，マンガン（Ｍｎ）を１重
量％以下，ニッケル（Ｎｉ）を１重量％以下，クロム
（Ｃｒ）を１重量以下，ジルコニウム（Ｚｒ）を２重量
％以下，モリブデン（Ｍｏ）を１重量％以下の範囲で囲
むようなものがある。

【００４０】上記急冷凝固粉末アルミ合金の含有成分に
おいて、シリコン（Ｓｉ）は、金属組織中に硬質の初晶
や共晶のシリコン粒を晶出させることで耐摩耗性および
耐焼付性を高めるために添加され、鉄（Ｆｅ）は、金属
組織を分散強化して２００℃以上で高い強度を得るため
に添加され、また、銅（Ｃｕ）およびマグネシウム（Ｍ
ｇ）は、２００℃以下での強度を高めるために添加され
るものであって、それらの添加量については、上記の範
囲外では所望の耐摩耗性や耐焼付性および高温での必要
な強度を得ることができない。

【００４１】上記のような急冷凝固粉末アルミ合金によ
るピストン素材１０′では、溶解したアルミ合金を霧状
に散布して急冷凝固させることにより粉末化してから成
形固化しているため、アルミ合金粉末は平均粒径で約１
００μｍ程度となり、その中に含まれているシリコン
（Ｓｉ）は、粉末化しつつ凝固するアルミ合金の金属組
織中に晶出させた硬質の初晶シリコンが平均粒径が１０
μｍ以下となるように微細化されていて、各アルミ合金
粒子毎に分散されている。

【００４２】上記のようにシリコン（Ｓｉ）が微細化さ
れて分散されていることにより、ピストン素材１０′を
鍛造して略ピストン形状の成形素材１０′とする際に、
特にスカート部３で材料が薄く引き延ばされるように鍛
造されても、その部分で初晶シリコンの粒子が割れてク
ラックが発生するようなことが無く、その結果、鍛造で
成形されたピストン１は、スカート部３での疲労強度が
高いものとなる。

【００４３】ピストン素材１０′として使用する急冷凝
固粉末アルミ合金としては、上記のようなものに限ら
ず、例えば、更にその耐摩耗性を高めるために、シリコ
ン（Ｓｉ）よりも硬い成分である炭化シリコン（Ｓｉ
Ｃ）を所定量含むものも使用される。

【００４４】上記炭化シリコン（ＳｉＣ）を含有する急
冷凝固粉末アルミ合金の一例としては、アルミニウム
（Ａｌ）を基材とし、シリコン（Ｓｉ）を１０〜２２重
量％，鉄（Ｆｅ）を１〜１０重量％，銅（Ｃｕ）を０．
５〜５重量％，マグネシウム（Ｍｇ）を０．５〜５重量
％，マンガン（Ｍｎ）を１重量％以下，ニッケル（Ｎ
ｉ）を１重量％以下，クロム（Ｃｒ）を１重量％以下，
ジルコニウム（Ｚｒ）を２重量％以下，モリブデン（Ｍ
ｏ）を１重量％以下の範囲で含むと共に、更に、炭化シ
リコン（ＳｉＣ）を１〜１０重量％の範囲で含むような
ものがある。

【００４５】上記のような炭化シリコン（ＳｉＣ）を含
有する急冷凝固粉末アルミ合金からなるピストン素材１
０′では、初晶シリコンの平均粒径が１０μｍ以下とな
るようにシリコン（Ｓｉ）が微細化されて含まれている
と共に、更に耐摩耗性および耐焼付性を高めるために、
シリコン（Ｓｉ）よりも硬く非溶解性の非金属物である
炭化シリコン（ＳｉＣ）が、平均粒径が１０μｍ以下と
なるように微細化された状態で金属組織中に分散して含
まれており、このピストン素材１０から鍛造されたピス
トン１は、微細な炭化シリコン（ＳｉＣ）がアルミ合金
組織中に均等に分散されたものとなり、それによって高
い耐摩耗性を得ることができる。

【００４６】上記のような急冷凝固粉末アルミ合金によ
るピストン素材１０の製造については、先ず、アルミニ
ウム（Ａ１）の基材に対して必要な各成分（シリコンや
炭化シリコンその他）を予め含有させたアルミ合金のイ
ンゴットを準備して、これを約７００℃以上で溶解して
から霧状に散布し、冷却速度１００℃／ｓｅｃ以上で急
激に冷やして粉末に凝固させるか、或いは、必要な成分
を含まないアルミ合金を溶解して急冷凝固することによ
り形成したアルミ合金粉末に、平均粒径が１〜１０μｍ
となるように微細化した必要成分の粉末を所定量だけ混
合する等によって、固化する前のアルミ合金粉末を得
る。

【００４７】そして上記のようなアルミ合金粉末につい
て、型の中にアルミ合金粉末を充填し、４００〜５００
℃（７００℃未満の温度）に加熱且つ加圧して、直接的
に所望の大きさおよび形状のピストン素材１０′を成形
するか、或いは、アルミ合金粉末を４００〜５００℃に
加熱して押し出すことにより丸棒として固形化した後、
この丸棒を一個のピストンに相当する適当量の大きさの
厚い円板形状に切断する等によって、厚い円板状のピス
トン素材１０′とする。

【００４８】アルミ合金粉末からピストン素材１０′を
成形するには、その他にも、アルミ合金粉末を４００〜
５００℃に加熱しつつ一対の圧延ロールの間に導いて圧
延した後、プレスにより打ち抜くことで厚い円板形状の
ピストン素材として成形したり、シャーリングで所望の
大きさに切断して矩形のピストン素材として成形したり
することも可能であり、更に、そのように矩形に成形し
てから予備鍛造して厚い円板形状のピストン素材に成形
しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による内燃機関用鍛造ピス
トンの平面図である。

【図２】上記ピストンの右側面図である。

【図３】上記ピストンの正面図である。

【図４】上記ピストンの底面図である。

【図５】上記ピストンの断面側面図（図１のV-V 線断面
図）である。

【図６】上記ピストンの断面正面図（図１のVI-VI 線断
面図）である。

【図７】上記ピストンの断面正面図（図１のVII-VII 線
断面図）である。

【図８】上記ピストンの断面平面図（図２のVIII-VIII
線断面図）である。

【図９】上記ピストンの金型鍛造の状態を示す模式図で
ある。

【図１０】上記ピストンの金型鍛造の状態を示す模式図
である。

【図１１】上記ピストンのエンジン装着状態を示す模式
図である。

【符号の説明】

１ピストン２ヘッド部２ｆ下面３スカート部４ピンボス部５ａ前側リブ部５ｂ後側リブ部３３コンロッドＣピストンピン軸線Ｄクランク軸線Ｅ平面Ｇ１第１領域Ｇ２第２領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】略円板状のヘッド部の下面のピストンピ
ン軸線上の２箇所部分から下方に延設された一対のピン
ボス部と上記ヘッド部の外周縁の少なくとも上記ピスト
ンピン軸線の両側部分から下方に延設されたスカート部
とを上記ヘッド部の下面から下方に延設された複数のリ
ブ部で接続した内燃機関用ピストンにおいて、上記ピス
トンピン軸線及びクランク軸線を含む平面を境として、
ピストンが下死点方向に移動するときコンロッドが位置
する側を第１領域，ピストンが上死点方向に移動すると
きコンロッドが位置する側を第２領域とするとき、上記
複数のリブ部のうち、第２領域側のリブ部の厚さを第１
領域側のリブ部の厚さより厚くしたことを特徴とする内
燃機関用ピストン。
【請求項２】略円板状のヘッド部の下面のピストンピ
ン軸線上の２箇所部分から下方に延設された一対のピン
ボス部と上記ヘッド部の外周縁の少なくとも上記ピスト
ンピン軸線の両側部分から下方に延設されたスカート部
とを上記ヘッド部の下面から下方に延設された複数のリ
ブ部で接続した内燃機関用ピストンにおいて、上記ピス
トンピン軸線及びクランク軸線を含む平面を境として、
ピストンが下死点方向に移動するときコンロッドが位置
する側を第１領域，ピストンが上死点方向に移動すると
きコンロッドが位置する側を第２領域とするとき、上記
複数のリブ部のうち、第２領域側のリブ部のピストン軸
方向長さを第１領域側のリブ部の長さより長くしたこと
を特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項３】請求項１において、上記第２領域側のリ
ブ部のピストン軸方向長さを第１領域側のリブ部の長さ
より長くしたことを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項４】請求項１ないし３の何れかにおいて、上
記ピストンピン軸線を上記第２領域側にオフセット配置
したことを特徴とする内燃機関用ピストン。