内燃机的活塞以及该活塞的制造方法

内燃机的活塞以及该活塞的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种内燃机的活塞以及该活塞的制造方法，其能够满足活塞母材与低导热系数部之间高的隔热性与结合强度这两者。低导热系数部(5)由多孔质部件(6)和所述母材(1')的一部分的铝合金材料(1a)构成，该多孔质部件(6)由导热系数低于活塞(1)的铝合金母材(1')的硼硅酸盐玻璃构成，该所述母材(1')的一部分的铝合金材料(1a)浸渍于该多孔质部件的内部，将所述玻璃粉末的第一粉状体(8)与氯化钠粉末的第二粉状体(9)混合烧成而形成成形体，将该成形体放入热水中，将所述第二粉状体溶解而在多孔质部件内形成空穴(9a)，之后，在利用减压铸造用模具铸造活塞时，使所述铝合金浸透浸渍于所述多孔质部件的空穴内而与活塞母材一体化，从而提高结合强度。
【专利说明】内燃机的活塞以及该活塞的制造方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过铸造而形成的内燃机的活塞以及该活塞的制造方法。

【背景技术】
[0002]如公知那样，在火花点火式的汽油内燃机中，提供了一种以靠稀薄混合气燃烧来提高油耗、靠均质燃烧来提高输出等为目的的所谓的直喷型(GDI)内燃机。
[0003]关于这一点，尤其可知通过在构成燃烧室的铝合金制的活塞的顶面局部设置隔热材料，从而具有促进喷射燃料雾化的效果，但难以将隔热材料牢固地结合于铝合金母材上。
[0004]因此，如以下的专利文献I所记载的那样，也提出了使铝合金母材浸溃由导热系数低于铝合金母材的材料构成的多孔质的隔热材料的内部，从而将母材与隔热材料牢固地结合的方案。
[0005]【现有技术文献】
[0006]专利文献1:日本特开平11 - 193721号公报
[0007]然而，关于所述专利文献I所记载的现有技术，若将母材浸溃多孔质隔热材料的全部空穴，则不再获得足够的隔热效果，因此所述多孔质隔热材料与母材之间形成空气层、真空层。因此，带来因优先确保隔热效果而导致不会充分获得母材与多孔质隔热材料之间的结合强度这一技术课题。


【发明内容】

[0008]本发明目的在于，提供一种能够满足活塞母材与低导热系数部之间高隔热性与结合强度这两者的内燃机的活塞以及该活塞的制造方法。
[0009]技术方案I所述的发明是一种内燃机的活塞，其用于缸内喷射式火花点火式的内燃机，在自喷射器被喷射燃料的顶面的规定部位，局部设有导热系数低于母材的低导热系数部，所述内燃机的活塞的特征在于，
[0010]所述低导热系数部使所述母材浸溃于由导热系数低于所述母材的玻璃材料构成的多孔质部件的内部，并且在所述多孔质部件与母材之间的至少一部分设置有包含氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙、碳酸钾、碳酸钠、硫酸钠、硫酸镁、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁、硝酸钙、四硼酸钠中的至少一者在内的材料。
[0011]根据本发明，能够满足活塞母材与低导热系数部之间高的隔热性与结合强度这两者。

【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1A是本发明的内燃机的活塞的纵向剖视图，图1B是图1A所示的A部的放大图。
[0013]图2A是用于本实施方式的多孔质部件的纵向剖视图，图2B是图2A所示的B部放大图。
[0014]图3是根据用于本实施方式的多孔质部件中的氯化钠的体积与体积率之间的关系表示空穴(空隙率)与残留氯化钠的特性图。
[0015]图4是表示氯化钠的体积与导热度之间的关系的特性图。
[0016]图5表示用于本实施方式的铸造模具装置，图5A是该装置的纵向剖视图，图5B是表示该装置的一部分的纵向剖视图。
[0017]图6是表示在该铸造模具装置配置有多孔质部件的状态的放大剖视图。
[0018]图7是表示刚利用该铸造模具装置铸造后的活塞成形体的纵向剖视图。

【具体实施方式】
[0019]以下，基于附图详细说明本发明的内燃机用活塞、该活塞的制造方法的实施方式。用于本实施方式的活塞适用于火花点火式的直喷型汽油机。
[0020]所述活塞I整体利用作为母材的AC8A Al 一 Si类的铝合金铸造成一体，并如图1所示形成为大致圆筒状，具有:在顶面2a上划分出燃烧室的顶部2、一体地设于该顶部2的下端外周缘的圆弧状的一对推力侧裙部(7 ^ 7卜側7力一卜部)3以及反推力侧裙(反卜側7力一卜)3、经由各连结部位与该各裙部3的圆周方向的两侧端连结的一对裙板部4、4。此外，在该裙板部4 一体地形成有支承未图示的活塞销的两端部的销座部4a、4a。
[0021]所述顶部2呈形成为壁厚相对较厚的圆盘状，构成燃烧室的顶面2a的剖面形成为大致凹凸状，并在局部形成有表面积大的平坦状的凹部2b，并且在该凹部2b的上表面规定位置埋设有导热系数低于所述活塞母材I’的低导热系数部5。另外，在顶部2的外周形成有三个活塞环槽2c。
[0022]该低导热系数部5在凹部2b中的埋设位置是自设于未图示的缸盖的作为燃料喷射阀的喷射器直接喷射燃料的位置，在铸造后述的活塞I时一体地埋设在凹部2b内，并且，如图1B所示，在由导热系数低于活塞母材I’的玻璃材料构成的多孔质部件6的内部浸溃有活塞母材I’的一部分la。
[0023]S卩，该低导热系数部5由多孔质部件6和铝合金材料Ia构成，该多孔质部件6通过与活塞I不同的后述的制造方法基本上形成为凸圆盘状，并由所述玻璃材料构成，该铝合金材料Ia是预先填充在该多孔质部件6的空穴内的水溶性盐溶解后的、填充于空穴9a的母材I’的一部分。
[0024]〔多孔质部件的制造方法〕
[0025]以下，概略说明所述多孔质部件6的制造方法，首先，混合作为未溶于水的玻璃的粉末的第一粉状体8和作为水溶性的粉末材料(氯化钠粉末材料)的第二粉状体9，将该混合粉放入模具以规定压力加压成形后，以温度TbB进行烧结。此外，所述第一粉状体8的烧结温度TbB低于第二粉状体9的烧结温度TaA。
[0026]之后，使烧结后的烧结体浸溃于搅拌的水或者热水中，利用水或者热水溶解烧结体内的第二粉状体9并去除而做成多个空穴9a，从而成形图2所示的多孔质部件6。该多孔质部件6的导热系数充分小于作为熔融金属(溶湯金属)的所述母材I’的导热系数。
[0027]所述第一粉状体8如上所述地是玻璃粉末，并且是以通过升温而表现出玻璃化转移现象的作为非晶固体的硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐为主成分的硬且透明的物质。在化学方面是以玻璃状态为主的硅氧化合物(硅酸盐矿物)。作为构成玻璃的氧化物，具有Si022、Al22033、B22033、BaO, Bi22033、Li220、MgO, P22055、PbO、SnO, Ti022、ZnO, R220 (R 代表碱金属:L1、Na、K)，RO (R 代表碱土金属:Mg、Ca、Sr、Ba)。
[0028]所述第一粉状体8的软化温度(软化点)低于第二粉状体9的熔点，熔点是700°C以上。
[0029]所述转变点是玻璃构造变化的温度，粘性约为1013.3poiSe。所述软化点是玻璃以自重软化变形的温度，粘性约为107.6poiSe。
[0030]另一方面，第二粉状体9的材料是氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙、碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硫酸镁、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钙、硝酸镁、硝酸钾、四硼酸钠等水溶性的盐类，也可以是其中一种或两种以上的盐的混合盐。
[0031]希望是如所述氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙、碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硫酸镁、硫酸钾、四硼酸钠那样熔点超过700°C并且是水溶性的盐。在本实施方式中，使用了所述氯化钠。
[0032]〔实施例〕
[0033]以下，对多孔质部件6的具体制造方法进行说明。
[0034]首先，在硼硅酸盐玻璃(旭硝子(株式会社)制的粉末玻璃ASF1898)的第一粉状体8中混合作为所述氯化钠的第二粉状体9。
[0035]将第一粉状体8与第二粉状体9的混合比例设定为，第二粉状体9是60?80体积％，第一粉状体是40?20体积％。将重量比的比率比例为54:46(重量比)的混合粉混合(混合工序)。
[0036]各粉末的粒径被设定为，第一粉状体8的平均粒径为4.5 μ m，第二粉状体9的平均粒径为850?1300 μ m。
[0037]接下来，将所述混合粉放入模具而加压成形，以650°C?750°C的温度加热20?40分钟而烧成，在本实施例中，以700°C的温度加热30分钟而得到烧结成形体(烧成工序)。
[0038]将该烧结成形体浸溃于搅拌的55°C的热水中，将内部的第二粉状体9(氯化钠)溶解，并自成形体抽出，获得具有较多空穴9a的多孔质部件6 (溶解工序)。此外，该溶解工序是在50°C?95°C的热水中以5分钟?3小时的范围内对第二粉状体9进行溶解的工序。
[0039]如图2A所不,该多孔质部件6由圆盘状的基部6a和一体地设于该基部6a的上表面的小径圆柱状的突起部6b构成，所述基部6a的上端外周缘形成于锥面6c。另外，如图2B所示，该多孔质部件6成为第二粉状体9几乎溶解并消失、仅残存所述第一粉状体8 (玻璃)的形态，因此该多孔质部件6成为在第一粉状体8的周围形成有很多空穴9a的状态。
[0040]若在所述混合工序与烧成工序中加热第一粉状体8(玻璃粉末)与第二粉状体9 (氯化钠)的混合粉的成形体，则玻璃粉末覆盖氯化钠的粒子的周围，多孔质部件6的完成方法根据第一粉状体8与第二粉状体9的混合比例而不同。
[0041]换句话说，本申请的发明人实施了对第一粉状体8与第二粉状体9的混合比例进行各种改变的实验，得到图6以及图7所示的结果。
[0042]S卩，例如，在氯化钠的粉末为80体积％以上、玻璃粉末为20体积％以下的情况下，玻璃粉末彼此不会因加热而熔融接合，因此不能制作成形体，成形体在溶解于水或者热水中时崩坏。
[0043]另外，若氯化钠的粉末少于60体积％，玻璃粉末多于40体积％，则玻璃粉末彼此容易因加热而熔融接合，覆盖氯化钠粉末的周围。因此，在氯化钠的粉末要在之后的水或者热水中溶解时，水、热水不能与氯化钠粉末接触，不能够使所述多孔质部件6成形。
[0044]在氯化钠粉末为60?80体积％、玻璃粉末为40?20体积％时，获得开放(才一7° >)的空穴9a(自表面连接至内部的空穴)。氯化钠粉末并非全部被溶解，而是其一部分被玻璃粉末覆盖而成为闭合的状态。该闭合的状态的氯化钠粉末的量由该氯化钠粉末(第二粉状体9)与玻璃粉末(第一粉状体8)的混合比例决定。
[0045]在氯化钠(第二粉状体9)为80体积％时，若溶解而残留的氯化钠消失，第二粉状体9的体积％减少，则残留氯化钠的体积％也上升，在第二粉状体9为60体积％时，残留的氯化钠的粉末成为25体积％。残留的氯化钠粉末被第一粉状体8的玻璃粉末包围，作为隔热材料而起作用，另一方面，在获得的多孔质部件6中浸溃后述的活塞铸造合金(铝合金Ia)后，对浸溃部分进行切削加工而完成，但在该加工表面出现残留的氯化钠。
[0046]若再次利用水或者热水溶解去除出现的氯化钠粉末，则加工表面成为作为多孔质部件6的玻璃与活塞母材I’的铸造合金的复合结构，氯化钠粉末越多溶解量越多，表面的凹凸变多而表面积增大。
[0047]此外，该氯化钠的体积率越小，残留的氯化钠越多。
[0048]因此，在本实施例中，将第二粉状体9的氯化钠粉末设定为60?80体积％，将第一粉状体8的玻璃粉末设定为40?20体积％。
[0049]接下来，去除大部分的所述第二粉状体9，将主要由第一粉状体8(玻璃)构成的多孔质部件6配置在使活塞I成形的减压铸造用模具10内，在活塞I的铸造中，多孔质部件6的空穴内浸溃母材I’的一部分，在顶面2a的凹部2b —体地埋设低导热系数部5。
[0050]〔活塞的铸造用模具构造〕
[0051]如图3A、图3B所示，所述减压铸造用模具10包括铸型11，在该铸型11内，在下部侧具备型芯15，该型芯15通过组合中心型芯12以及配置在该中心型芯12的周围的菲利普(7〗U 〃 7° )型芯13、侧部型芯14等的多个分割型芯而成。该型芯15在形成所述活塞I的情况下形成活塞I的内部形状。
[0052]另外，在所述减压铸造用模具10的内部，相对水平地设置左右一对的活塞销('J7卜C > ) 16，该活塞销16形成用于循环冷却水的冷却路径。该活塞销16的前端部以能够与形成于所述侧部型芯14的孔卡合、分离的方式卡合。
[0053]而且，所述减压铸造用模具10具有支承所述活塞销16的模具衬套(? 一 > K 7''7 Λ ) 17，在上部侧设有能够相对于所述铸型11拆卸的顶部型芯19。
[0054]该顶部型芯19由外顶部型芯21和内顶部型芯23构成，该外顶部型芯21具有作为抽吸排出部20的一个例子的空间部，该内顶部型芯23 —体地设于该外顶部型芯21。
[0055]所述外顶部型芯21在上端部设有密封所述抽吸排出部20的接合器(7 ￥ 7°夕一)25，并且在该接合器25的大致中央设有管状的第一连通管27。该第一连通管27与所述抽吸排出部20连通，并且连接于例如真空泵(省略图示)等那样的负压产生部件。因此，通过使所述负压产生部件工作，能够将所述抽吸排出部20内减压而成为负压。
[0056]此外，所述抽吸排出部20形成空间部，作为空间部，当然是室状的空间，也包含孔状的空间、槽状的空间。总之，作为抽吸排出部20，只要是起到有效地将后述的型腔内的气体经由(透过)所述内顶部型芯23进行抽吸排出的功能的结构即可。
[0057]所述内顶部型芯23与所述型芯15相对地设置，并且在该型芯15以及所述铸型11之间形成型腔29。另外，该内顶部型芯23例如通过通气性模具(多孔质模具)利用烧结SUS材料等铁类金属粉末而成的多孔质材料而构成。
[0058]S卩，所述内顶部型芯23使用粉末粒度为100目以下、250目以上的铁类金属粉末，通过热等静压[HIP(Hot Isosutatic Pressing)]成形为空穴径为4 μ m?12 μ m的通气性模具材料后进行烧结，或者同时进行成形与烧结而制造的。由此，形成为通气性模具。
[0059]所述内顶部型芯23的下表面、换句话说是与所述型芯15相对的型腔面23A在向所述型腔29供给(注入)铝合金的熔融金属而使作为产品的活塞I成形时，形成了用于转印活塞I的顶面2a的转印面。该型腔面23A通过放电加工形成了加工表面(仕上(f面)，换句话说，使用电火花成型加工机中的放电加工条件的加工区域，以不需要作为后续加工的例如精加工、抛光加工的方式，预先形成表面粗糙度与产品的加工表面粗糙度对应的产品加工表面。
[0060]因此，针对铝合金的熔融金属的耐热性、耐磨耗性优异，并且不会产生粘着(如I；” )O即，由于内顶部型芯23的型腔面23A通过放电加工而并非切削加工、研磨加工而加工成产品加工表面，所以避免了金属粉末粒子损坏而堵塞粒子间的空穴，良好地保持了粉末粒子间的空穴的通气性。
[0061]另外，在所述内顶部型芯23的型腔面23A中，作为产品的活塞I中的顶面2a的顶面燃烧室的与较细的部分、边缘对应的部分23B的壁厚形成为大于2mm且为12mm以下。
[0062]另外，如图3A以及图6所示，在内顶部型芯23的规定位置、换句话说在与形成所述顶面2a的凹部2b的部位对应的位置设有沿上下方向贯穿该内顶部型芯23、所述抽吸排出部20以及接合器25的金属管状的第二连通管30，并且在位于该第二连通管30的下端部的部位形成有保持所述多孔质部件6的大致圆锥状的保持槽31。换句话说，所述多孔质部件6预先保持在内顶部型芯23的型腔面23A的规定位置，所述突起部6b通过压入而嵌合保持在第二连通管30的下端部内，并且基部6a抵接保持于保持槽31的周面。
[0063]所述第二连通管30在上端部与所述第一连通管27相同地连接于例如真空泵(省略图示)等那样的负压产生部件。因此，通过使所述负压产生部件工作，能够使预先保持于所述保持槽31的所述多孔质部件6的内部减压而成为负压，从而使后述的熔融铝金属浸溃于多个空穴9a。
[0064]如所述那样，由于所述内顶部型芯23构成为多孔质型，所以若使所述抽吸排出部20为负压，则所述型腔29内的气体经由内顶部型芯23向抽吸排出部20抽吸而向外部排出。另外，注入所述型腔29的铝合金的熔融金属被抽吸而直接与所述内顶部型芯23的型腔面23A(转印面)接触，将所述型腔面23A的形状直接转印。
[0065]另外，在通过使熔融金属直接与所述内顶部型芯23的型腔面23A接触而对产品原样地转印型腔面23A的形状时，在产品存在较细的部分、边缘的情况下，难以通过熔融金属的表面张力精密地转印。因此，在本实施方式中，与所述内顶部型芯23的较细的部分、边缘对应的部分23B的壁厚形成为比其他部分的壁厚薄。
[0066]因此，在使所述抽吸排出部20为负压来抽吸排出型腔29的气体，并且将型腔29内的熔融金属抽吸而直接与内顶部型芯23的型腔面23A紧密接触时，有效地对与产品的较细的部分、边缘对应的部分进行抽吸，即使在产品的较细的部分、边缘的部分，也能够准确地转印内顶部型芯23的型腔面23A的形状。
[0067]然而，向形成于活塞I的顶面2a的燃烧室直接喷射燃料而形成滚流或者涡流型式的汽油直喷用的活塞I的顶面2a所要求的规格粗糙度根据配置喷射喷嘴的位置等而不同，大致为Ra = Sym以下，由于顶面形状部最小起模斜度为5°，所以使用100目(粒径20 μ m)的不锈钢粉作为内顶部型芯23的多孔质材料，通过HIP成形法形成空穴径为4 μ m的多孔质模具原材料。之后，烧结该多孔质模具原材料，通过放电加工将型腔面23A精加工成表面粗糙度Ra = 8 μ m以下。
[0068]此时，与形成于活塞顶面2a的凸部对应地，使与形成于所述型腔面23A的凹部23C对应的部分23B、即难以出现活塞顶面2a的形状的部分的壁厚为8mm。此外，关于壁厚，希望仅使因强度或模具温度的关系而需要精度的位置薄壁化。
[0069]在所述铸型11中，将用于对注入(供给)到所述型腔29内的熔融金属冷却.凝固时的体积收缩进行补偿的冒口型腔31连通于所述型腔29。在该冒口型腔31的周围设有由保温性高的材料构成的冒口入块(押湯入子)33。而且，在所述铸型11中设有用于对所述型腔29供给熔融金属的浇道35，该浇道35与所述型腔29的下部侧连通。
[0070]〔活塞的铸造方法〕
[0071]因此，在使用所述模具10铸造活塞I时，自铸型11的所述浇道35向所述型腔29内注入铝合金的熔融金属，并使抽吸排出部20内为负压。此时，在型腔29的下部侧对所述型腔29进行熔融金属的供给，并通过将所述抽吸排出部20减压为负压，从而将所述型腔29内的气体透过所述内顶部型芯23而向外部排出。因此，能够有效地排出型腔29内的气体。
[0072]另外，同时利用所述真空泵，经由第二连通管30将多孔质部件6内减压为负压。
[0073]因此，供给到所述型腔29内的熔融金属由于所述抽吸排出部20为负压而被直接抽吸、接触并紧密接触于内顶部型芯23的型腔面23A(转印面)。此时，由于所述内顶部型芯23的与产品形状的较细的部分、边缘的部分对应的部分23B的壁厚形成为比其他部分薄，所以有效地进行该部分的熔融金属的抽吸紧密接触，进行更准确的转印。
[0074]S卩，若自浇道35对型腔29供给铝合金熔融金属，浇口被熔融金属封闭，则驱动未图示的减压用的马达排出抽吸排出部20内的空气，将抽吸排出部20减压。若利用该减压在抽吸排出部20与型腔29之间产生差压，则型腔29内的气体透过通气性模具(多孔质模具)23的空穴向外部排出。
[0075]若型腔29内的熔融金属逐渐上升而与所述内顶部型芯23的型腔面23A接触，则抽吸排出部20被减压，从而所述熔融金属成为被抽吸而与型腔面23A紧密接触的形态。此时，在使活塞I成形的情况下，所述型腔面23A的凹凸被转印于活塞的顶面，相当于活塞顶面的凸部的型腔面23A的凹部23C的部分23B形成为比其他部分薄，因此更有效地将该部分的熔融金属抽吸而进行紧密接触，即使是难以出现活塞顶面2a的形状的部分，也能够高精度地进行成形。
[0076]另外，由于所述多孔质部件6内也成为负压，所以型腔29内的铝熔融金属的一部分被抽吸到所述多孔质部件6内，浸透并填充于氯化钠被溶解的多个空穴9a内。由此，如图7所示，与活塞母材I’相同地在内部浸溃有铝合金材料Ia的低导热系数部5被一体地埋设固定于母材I’。此外，虽然在所述各空穴9a中填充铝合金材料la，但稍微残存有所述第二粉状体9 (氯化钠)。
[0077]之后，自冷却的减压铸造用模具10取出与所述低导热系数部5成为一体的活塞母材I’，如图1A所示，对形成于活塞母材I’的外周面的铸件毛刺等、活塞环槽2c进行切削加工，并且对所述低导热系数部5 (多孔质部件6)的突起部6a、基部6a上表面进行切削加工而形成为与顶面2a相同的面(切削工序)。通过这一系列的成形加工完成活塞I的成形作业。
[0078]如以上那样，在本实施方式中，在直接喷射活塞I的顶面2a的燃料的部位设有低导热系数部5，由于该低导热系数部5的主要结构由导热系数低于铝合金材料的硼硅酸盐玻璃制的多孔质部件6形成，所以能够获得高的隔热性。因此，充分地促进燃料的雾化，燃烧性能提高，并且油耗降低。
[0079]这里，若考察所述低导热系数部5的导热系数，则所述多孔质部件6的空穴9a的空隙率越小，活塞I的铸造合金Ia向该空穴9a的浸溃量越少，因此第一粉状体8 (玻璃粉末)与残留的氯化钠粉末的合计体积率变大，因此导热系数降低。
[0080]若利用水、热水溶解去除在表面出现的残留氯化钠，则去除前的第一粉状体8与残留的氯化钠的表面积在去除后仅成为第一粉状体8的玻璃成分而形成凹凸，因此其表面积增大。
[0081]如上述那样，若低导热系数部5的导热系数降低，则该低导热系数部5的热量的存储增大，存储的热量有助于燃料的雾化，但此时，表面积较大易于向燃料传递热量，促进燃料的雾化。
[0082]而且，所述低导热系数部5经由多个空穴9a而与活塞母材I’相同地浸溃有铝合金材料la，因此该铝合金材料Ia与活塞母材I’之间的热粘接性提高，结合强度提高。
[0083]其结果是，能够满足活塞母材I’与低导热系数部5之间的高的隔热性与结合强度这两者。
[0084]特别是，由于所述多孔质部件6的很多空穴9a内浸溃有活塞I的铸造合金la，所以活塞I的铸造合金与多孔质部件6之间的界面强度变大。
[0085]此外，由于出现在多孔质部件6的表面的玻璃材料存在脱落的可能，所以通过将活塞I的铝合金阳极氧化而覆盖所述表面的玻璃材料，从而抑制脱落，并且获得阳极氧化层的隔热效果。
[0086]另外，所述内顶部型芯23的型腔面23A由于预先对产品加工表面进行高精度地加工，所以铸造的活塞I的顶面2a不需要精加工等后续加工，能够直接使用，因此能够廉价地制造活塞I。
[0087]此外，在所述说明中，例示了仅将内顶部型芯23形成为多孔质型(通气性模具)的情况，但本发明并不仅限于内顶部型芯23，希望例如也将所述型芯15、模具衬套17做成多孔质型。这样，若将型芯、模具衬套做成多孔质型，则多孔质型因在内部包含气体而保温性优异，能够良好地保持熔融金属的流动性。
[0088]另外，在减压铸造用模具10中，由于使利用多孔质材料形成的内顶部型芯23的空穴径为4 μ m?12 μ m，所以即使在不进行涂料而供给铝合金的熔融金属来进行产品的成形的情况下，熔融金属的一部分也不会因熔融金属的表面张力进入空穴内，不会产生粘着。
[0089]而且，在所述内顶部型芯23中，由于将需要转印精度的位置的壁厚形成为12mm以下，所以能够在该位置有效地排出型腔内的气体而抽吸熔融金属，从而进行精确的转印。
[0090]另外，由于所述内顶部型芯23的多孔质材料通过烧结铁类金属粉而成，所以将铝合金的熔融金属供给到型腔而成形的情况下的耐热性优异。
[0091]另外，由于所述铁类金属粉是不锈钢粉，所以耐腐蚀性、耐热性、耐磨耗性优异。
[0092]以下，说明自所述实施方式掌握的、除所述权利要求书之外的发明的技术思想。
[0093]〔权利要求a〕根据权利要求1所述的内燃机的活塞，
[0094]所述多孔质部件是硼硅酸盐玻璃。
[0095]〔权利要求b〕根据权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，
[0096]所述多孔质部件的空穴率约为60?80体积％。
[0097]〔权利要求C〕根据权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，
[0098]所述母材是铝合金。
[0099]〔权利要求d〕根据权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，
[0100]设置在多孔质部件与母材之间的材料是氯化钠。
[0101]根据本发明，通过使用氯化钠作为夹设物，溶解度较高并且材料成本低，因此实现制造成本的减少。
[0102]〔权利要求e〕根据权利要求3所述的内燃机的活塞的制造方法，其特征在于，
[0103]所述第一粉状体是硼硅酸盐玻璃，另一方面，第二粉状体是氯化钠。
[0104]〔权利要求f〕根据权利要求3所述的内燃机的活塞的制造方法，其特征在于，
[0105]所述第一粉状体与第二粉状体的重量比率为54对46。
[0106]〔权利要求g〕根据权利要求3所述的内燃机的活塞的制造方法，其特征在于，
[0107]所述混合粉的烧成以650°C?750°C的温度进行20?40分钟。
[0108]〔权利要求h〕根据权利要求3所述的内燃机的活塞的制造方法，其特征在于，
[0109]使所述第二粉状体在50°C?95°C的热水中溶解5分钟?3小时。
[0110]附图标记说明
[0111]L...活塞；
[0112]Ia…铝合金材料；
[0113]2…顶部;
[0114]2a…顶面；
[0115]2b…凹部;
[0116]3…裙部;
[0117]4…裙板部；
[0118]5…低导热系数部；
[0119]6…多孔质部件；
[0120]8…第一粉状体；
[0121]9…第二粉状体；
[0122]9a…空穴；
[0123]10…减压铸造用模具。
【权利要求】
1.一种内燃机的活塞,其特征在于,用于缸内喷射式火花点火式的内燃机，在自喷射器被喷射燃料的顶面的规定部位，局部设有导热系数低于母材的低导热系数部， 所述低导热系数部使所述母材浸溃于由导热系数低于所述母材的玻璃材料构成的多孔质部件的内部，并在所述多孔质部件与母材之间的至少一部分设置有包含氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙、碳酸钾、碳酸钠、硫酸钠、硫酸镁、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁、硝酸钙、四硼酸钠中的至少一者在内的材料。
2.一种内燃机的活塞，其特征在于，至少在顶面具有导热系数低于母材的低导热系数部， 所述低导热系数部使所述母材浸溃于由导热系数低于所述母材的玻璃材料构成的多孔质部件的内部，并在所述多孔质部件与母材之间的至少一部分设置有水溶性且熔点高于所述多孔质部件的材料。
3.一种内燃机的活塞的制造方法，其特征在于，是至少在顶面具有导热系数低于母材的低导热系数部的内燃机的活塞的制造方法，包括: 至少混合导热系数低于所述母材且在热量的作用下软化的材料的第一粉状体、以及具有水溶性且熔点高于所述第一粉状体的第二粉状体的工序； 将所述混合粉进行加压成形而烧成的烧成工序； 在该烧成工序后，利用液体使所述第二粉状体溶解而使多孔质部件成形的工序； 对设置于模具内的所述多孔质部件进行抽吸，或者将熔融金属一边加压一边注入到所述丰吴具内的工序； 在冷却后，对自模具取出的活塞的顶面实施切削加工的切削工序。
4.根据权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于， 所述多孔质部件的空穴率约为60?80体积％。
5.根据权利要求4所述的内燃机的活塞，其特征在于， 所述多孔质部件至少含有硼硅酸盐玻璃而形成。
6.根据权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于， 所述母材是铝合金。
7.根据权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于， 设置在多孔质部件与母材之间的材料是氯化钠。
8.根据权利要求3所述的内燃机的活塞的制造方法，其特征在于， 所述第一粉状体是包含硼硅酸盐玻璃的粉状体，另一方面，第二粉状体是包含氯化钠的粉状体。
9.根据权利要求3所述的内燃机的活塞的制造方法，其特征在于， 所述第一粉状体与第二粉状体的重量比率大致为54对46。
10.根据权利要求3所述的内燃机的活塞的制造方法，其特征在于， 所述混合粉的烧成以650°C?750°C的温度进行20?40分钟。
11.根据权利要求3所述的内燃机的活塞的制造方法，其特征在于， 使所述第二粉状体在50°C?95°C的热水中溶解5分钟?3小时。
12.根据权利要求3所述的内燃机的活塞的制造方法，其特征在于， 使所述第二粉状体的平均粒径为850?1300 μ m。
13.根据权利要求3所述的内燃机的活塞的制造方法，其特征在于， 所述模具且是形成所述顶面的顶部型芯由空穴径为4 μ m?12 μ m的通气性模具构成。
14.根据权利要求13所述的内燃机的活塞的制造方法，其特征在于， 所述顶部型芯通过烧结铁类金属粉而形成。
15.根据权利要求14所述的内燃机的活塞的制造方法，其特征在于， 所述铁类金属粉是不锈钢粉。
16.根据权利要求6所述的内燃机的活塞，其特征在于， 所述低导热系数部的表面被铝合金的阳极氧化膜覆盖。
17.根据权利要求3所述的内燃机的活塞，其特征在于， 在所述切削工序后，具有利用液体使表面的所述第二粉状体溶解而使多孔质部件成形的工序。
18.根据权利要求5所述的内燃机的活塞，其特征在于， 所述多孔质部件是硅氧化合物，所述母材是铝合金，并且在所述硅氧化合物与铝合金之间的至少一部分具有氯化钠。
19.根据权利要求18所述的内燃机的活塞，其特征在于， 所述多孔质部件的表面被铝合金的阳极氧化膜覆盖。
20.根据权利要求3所述的内燃机的活塞，其特征在于， 所述第一粉状体及所述第二粉状体的熔点都高于700°C。
【文档编号】F02F3/26GK104350265SQ201380030080
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2012年7月27日
【发明者】佐佐木正登 申请人:日立汽车系统株式会社