活塞及其制造方法与流程

本发明涉及内燃机的活塞及其制造方法。

背景技术：

考虑到刚性、重量最小化、耐热性和冷却损失，已知用不同材料形成活塞的不同部分的内燃机的活塞(参见专利文献1至专利文献3)。通常，冠部由铁基材料制成，以便提高耐热性和刚性并减小冷却损失，并且裙部由铝基材料制成，以便最小化重量。铁基材料和铝基材料通过锻造、摩擦搅拌焊接或将一种材料层压在另一种材料上，结合到一起。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：us2014/0299091a1

专利文献2：jph09-310639a

专利文献3：jp2010-005687a

技术实现要素：

本发明要解决的问题

然而，在不同材料彼此结合的界面处，由于两种材料的热膨胀系数之间的差，可能出现界面断裂。

鉴于现有技术的这种问题，本发明的主要目的是提供一种通过组合不同材料制造的活塞，其免于不同材料之间的界面中界面断裂的问题。

解决问题的手段

为了实现这种目的，本发明的特定方面提供了一种内燃机的活塞1，包括：第一部20、20、21，其包含第一材料；第二部21、25，其包含与所述第一材料不同的第二材料；以及边界部22、26、27，其包含所述第一材料和所述第二材料这两者并且以规定厚度设置在所述第一部与所述第二部之间，以将所述第一部和所述第二部彼此结合，其中，在所述边界部中，从所述第一部那侧到所述第二部那侧，所述第一材料的构成比逐渐减小并且所述第二材料的构成比逐渐增大。

根据本发明的该方面，因为第一材料和第二材料的构成比在设置于第一部与第二部之间的边界部中逐渐变化，所以最小化由第一材料和第二材料的热膨胀系数之间的差造成的应力。因此，可以最小化界面断裂。

在该结构中，优选地，在所述边界部中，从所述第一部那侧到所述第二部那侧，所述第一材料的所述构成比逐渐并连续减小，并且所述第二材料的所述构成比逐渐并连续增大。而且，可以设置为使得在所述边界部中，从所述第一部那侧到所述第二部那侧，所述第一材料的所述构成比逐渐并线性减小，并且所述第二材料的所述构成比逐渐并线性增大。

从而，第一材料和第二材料的构成比的转变非常平滑，使得可以最小化因热膨胀系数的差而产生的应力。

另选地，可以设置为使得在所述边界部中，从所述第一部那侧到所述第二部那侧，所述第一材料的所述构成比阶梯式逐渐减小，并且所述第二材料的所述构成比阶梯式逐渐增大。

从而，简化边界部的形成。

在任意这种结构中，优选地，所述第一材料是铁基材料，并且所述第二材料是铝基材料。

通过对活塞的高温部和滑动部使用铁基材料，可以提高其刚性、耐热性和耐磨性。通过对活塞的低温部使用铝基材料，可以实现重量减小。

在任意这种结构中，可以设置为使得所述第一材料是铝基材料或铁基材料，并且所述第二材料是树脂材料。

通过对活塞的高温部和滑动部使用铝基材料或铁基材料，可以提高其刚性、耐热性和耐磨性。通过对活塞的低温部使用树脂材料，可以实现重量减小。

进一步地，在任意这种结构中，优选地，所述第一部设置在所述活塞的相对于其轴向方向位于燃烧室一侧的部分中，并且所述第二部设置在所述活塞的相对于其轴向方向远离所述燃烧室的一侧的部分中。

由此，活塞的高温部由具有高刚性和高耐热性的材料形成，并且活塞的低温部由具有更小重量的材料形成。

在任意这种结构中，优选地，所述第一部设置在所述活塞的径向外部中，并且所述第二部设置在所述活塞的比所述第一部更靠径向内部中。

从而，活塞的与气缸壁面滑动接触的部分由具有高耐磨性的材料制成，并且活塞的不与气缸壁面滑动接触的部分由具有轻重量的材料制成。

本发明的另一个方面提供了一种内燃机的活塞1，包括：冠部2，其限定燃烧室的下端；一对销座部3，其从所述冠部远离所述燃烧室突出，并容纳活塞销，以及一对裙部4，其从所述冠部远离所述燃烧室突出，并连接到相对应的销座部，其中，所述活塞包括铁基部20，其包含铁基材料；铝基部21，其包含铝基材料；以及铁铝边界部22，其包含所述铁基材料和所述铝基材料这两者并以规定厚度设置在所述铁基部与所述铝基部之间，以将所述铁基部与所述铝基部彼此结合，并且其中，在所述边界部中，从所述铁基部的一侧到所述铝基部的一侧，所述铁基材料的构成比逐渐减小并且所述铝基材料的构成比逐渐增大，所述铁基部形成所述冠部的至少一部分，所述铝基部形成所述裙部的至少一部分。

根据本发明的该方面，因为经受比活塞的其他部分更高的温度的冠部由铁基材料制成，所以提高了活塞的刚度、耐热性和耐磨性，并且减小冷却损失。因为经受比活塞的其他部分更低温度的裙部由铝基材料制成，所以可以减小重量。

优选地，所述铁基部包括所述冠部的限定所述燃烧室的一部分。

根据本发明的该方面，因为经受比活塞的其他部分更高的温度的冠部由铁基材料制成，所以提高了活塞的刚性、耐热性和耐磨性，并且减小冷却损失。具体地，可以最小化活塞的端环槽脊的高度，使得减小活塞的端环槽脊的外周面的表面积，因此可以最小化活塞的暴露于燃烧室的部分的表面积。因此，可以最小化从燃烧室到活塞的热传递，并且这有助于热损失的减小。而且，因为最小化端环槽脊的外周面与气缸壁面之间产生的间隙的体积，所以可以减小该部分中滞留的气体量，使得可以增强活塞的向上冲程期间从活塞的上表面(冠表面)的外周部朝向燃烧室的中心的气流(可以称为挤流)。

在这种结构中，优选地，所述冠部的外周形成有第一压缩环槽11、第二压缩环槽12和油环槽13，各自以该顺序从所述燃烧室的一侧以环状方式周向延伸，并且所述铁基部形成为限定所述第一压缩环槽的一部分，而所述铝基部形成为限定所述第二压缩环槽和所述油环槽的一部分，所述铁铝边界部在位于所述第一压缩环槽与所述油环槽之间的部分中周向地延伸。

从而，可以提高限定第一压缩环槽的该部分的耐磨性。

在这种结构中，优选地，所述铝基部形成所述销座部的整个区域。

从而，可以最小化活塞的重量。

进一步地，在这种结构中，优选地，所述铁基部形成所述销座部的整个区域。

从而，因为提高了销座部的刚性，所以可以减小活塞销的直径和用于容纳活塞销的销孔的直径。通过减小销孔的直径，可以减小活塞的压缩高度。当压缩高度减小时，可以减小活塞的重量。另外，减小活塞的侧向力，使得减小裙部与气缸内壁之间产生的摩擦力。

进一步地，在这种结构中，可以设置为使得铁基部构成在冠部的一侧的销座部的一部分，并且铝基部构成在远离冠部的一侧的销座部的一部分。进一步地，在该结构中，销座部均设置有销孔16，活塞销插入到该销孔中，并且所述铁基部可以构成限定所述销孔的销孔边缘部3a和在冠部的一侧的各个销座部的一部分，而铝基部可以构成远离不包括销孔边缘部的冠部的该侧的各个销座部的一部分。进一步地，在该结构中，销座部均设置有销孔16，活塞销插入到该销孔中，并且所述铁基部可以构成限定所述销孔的销孔边缘部3a，而铝基部可以构成各个销座部的除了销孔边缘部以外的剩余部分。而且，销座部均可设置有销孔16，活塞销插入到该销孔中，并且所述铁基部可以构成限定所述销孔的销孔边缘部3a和连接部，该连接部在各个销座部中从所述销孔边缘部向所述冠部延伸，同时所述铝基部可以构成各个销座部的除了所述销孔边缘部和所述连接部以外的剩余部分。

在任意这种结构中，因为销孔周围的销座部的该部分的刚性增大，所以可以减小销孔的直径，并且可以减小压缩高度。铝基部用于基本不影响销座部的刚性的部分中，使得可以最小化活塞的重量。

进一步地，在这种结构中，铁基部可以构成冠部的外周，而铝基部构成冠部的中间部分、销座部和裙部。

从而，通过用铁基材料形成需要高耐磨性的部分，提高耐磨性，并且可以通过用铝基材料形成剩余部分而减小活塞的重量。

进一步地，在这种结构中，优选地，沿周向延伸的冷却通道14形成在所述冠部的外周部中，并且所述铝基部形成限定所述冷却通道的通道边缘部2e的远离所述燃烧室的一侧的一部分。

因为冠部的需要较低刚性的部分由铝基部形成，所以可以减小活塞的重量。另外，因为从喷油孔朝向活塞的后表面喷出的油可能与铝基部接触，所以促进从活塞到油的热传导，使得促进活塞的冷却。

在这种结构中，活塞可以还包括：树脂部25，其包含树脂材料；以及铁树脂边界部26，其包含所述铁基材料与所述树脂材料这两者并以规定厚度设置在所述铁基部与所述树脂部之间，以将所述铁基部与所述树脂部结合，其中，所述冠部的外周部形成有沿周向延伸的冷却通道，所述树脂部形成限定所述冷却通道的通道边缘部，所述铁基部形成所述冠部的所述外周部的除了所述通道边缘部以外的剩余部分。

因为冠部的不需要较高刚性的部分由树脂材料形成，所以可以最小化活塞的重量。

在这种结构中，活塞可以还包括：树脂部25，其包含树脂材料；以及铝树脂边界部27，其包含所述铝基材料与所述树脂材料这两者并以规定厚度设置在所述铝基部与所述树脂部之间，以将所述铝基部与所述树脂部彼此结合，所述铝基部形成所述裙部的外周部分，所述树脂部形成所述裙部的内周部分。

从而，因为裙部的不需要较高刚性的部分由树脂部形成，所以可以减小活塞的重量。

本发明的另一个方面提供了一种用于制造活塞的方法，活塞包括：第一部20、21，其包含第一材料；第二部21、25，其包含与所述第一材料不同的第二材料；以及边界部22、26、27，其包含所述第一材料和所述第二材料这两者并且以规定厚度设置在所述第一部与所述第二部之间，以将所述第一部和所述第二部彼此结合，在所述边界部中，从所述第一部那侧到所述第二部那侧，所述第一材料的构成比逐渐减小并且所述第二材料的构成比逐渐增大，所述方法包括，接连地沉积处于熔融状态且包含不同构成比的所述第一材料和所述第二材料的层，其中所述第一材料和所述第二材料的构成比逐渐变化。

从而，简化具有边界部的活塞的制造。

在这种结构中，可以设置为使得所述第一部通过熔化成形或机加工而形成为单体构件，边界部形成在第一部的表面上，并且第二部形成在边界部的表面上，作为通过使第二材料熔化而形成的层。可选地，可以设置为使得所述第一部通过熔化成形或机加工而形成为单体构件，边界部形成在第一部的表面上，并且第二部通过熔化成形或机加工而形成为单体构件并附接到边界部。此外，还可以设置为使得所述第一部通过熔化成形或机加工而形成为单体构件，第二部通过熔化成形或机加工而形成为单体构件，并且边界部形成为单体构件，然后附接到第一部和第二部这两者。

从而，需要由分层成形或另外分层而形成的部分被限制，使得最小化制造时间。

发明效果

由于这种结构，活塞可以通过组合不同材料而形成，而免受结合不同材料的部分中的界面断裂的问题。本发明还提供了一种用于制造这种活塞的方法。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施方式的活塞的截面图；

图2是示出了铁基部、铁铝边界部、和铝基部中的示例性构成比的曲线图；

图3是示出了铁基部、铁铝边界部、和铝基部中的另一个示例性构成比的曲线图；

图4是根据本发明的第二实施方式的活塞的截面图；

图5是根据本发明的第三实施方式的活塞的截面图；

图6是根据本发明的第四实施方式的活塞的截面图；

图7是根据本发明的第五实施方式的活塞的截面图；

图8是根据本发明的第六实施方式的活塞的截面图；

图9是根据本发明的第七实施方式的活塞的截面图；

图10是根据本发明的第八实施方式的活塞的截面图；

图11是根据本发明的第九实施方式的活塞的截面图；

图12是根据本发明的第十实施方式的活塞的截面图；以及

图13是3d打印机的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图根据具体实施方式描述根据本发明的活塞。

(第一实施方式)

如图1所示，根据第一实施方式的内燃机的活塞1包括：冠部2(端环槽脊部)，其限定燃烧室的下端；一对销座部3，其从冠部2的下表面2d向下突出并被构造为容纳活塞销；以及一对裙部4，其从冠部2的下表面2d的外周边缘向下突出并且均连接到其任意一侧上的相应销座部3。

冠部2形成为盘形，并且其上表面2a与内燃机的气缸壁协作，以限定燃烧室。更具体地，冠部2的上表面2a限定燃烧室的下端。冠部2的上表面2a的中心部向下凹进，以便限定空腔2b。在冠部2的外周面2c上，从上方(燃烧室侧)，通过向内径向凹进并周向延伸，以该顺序形成第一压缩环槽11、第二压缩环槽12和油环槽13，作为环状槽。第一压缩环嵌合在第一压缩环槽11中，第二压缩环嵌合在第二压缩环槽12中，并且油环嵌合在油环槽13中。

冠部2的外周部形成有冷却通道14，其由在活塞1的中心轴线周围周向延伸的环状通路构成。冷却通道14设置在空腔2b的径向向外，且在第一压缩环槽11、第二压缩环槽12和油环槽13的径向向内。多个通路14a从冠部2中的冷却通道14的下端向下延伸，并且向冠部2的下表面2d开口。

两个销座部3从冠部2的下表面2d向下突出。两个销座部3以间隔开的关系彼此相对。销座部3形成有相应的通孔16，它们以同轴关系彼此对齐。各个销座部3设置有销孔边缘部3a，其沿销孔16的轴向方向以筒形突出，并且限定销孔16。换言之，销孔边缘部3a均设置有比销座部3的剩余部分更大的厚度。活塞销插入在销孔16中，并且以可旋转的方式支撑连杆的小端。

两个裙部4从冠部2的下表面2d的外周边缘向下突出，并且以各个裙部4的两个横向边缘连接到相应销座部3的方式，沿着冠部2的外周边缘横向地或沿周向方向延伸。各个裙部4的周向中间部的外表面4a形成为围绕活塞1的轴线作为中心的筒形面。

活塞1包括：铁基部20(由图1和其他附图中的有点区域表示)，其包含铁基材料；铝基部21(由图1和其他附图中的白色区域表示)，其包含铝基材料；以及铁铝边界部22(图1和其他附图中的深色有点区域)，其包含铁基材料和铝基材料这两者，并设置在铁基部20与铝基部21之间，以将铁基部20结合到铝基部21。铁基材料是包含铁作为主要成分的材料，并且可以是诸如钢和铸铁的铁合金。铝基材料是包含铝作为主要成分的材料，并且可以是除了铝之外，包含铜、硅、镁和镍中的至少一种的铝合金。铝基材料可以是例如诸如lo-ex的铝硅合金。这样，活塞1设置有由不同材料制成的多个部分。

在铁铝边界部22中，从铁基部20的一侧到铝基部21的一侧，铁基材料的构成比逐渐减小，并且铝基材料的构成比逐渐增大。如图2所示，在铁铝边界部22中，从铁基部20的一侧到铝基部21的一侧，铁基材料的构成比逐渐连续减小，并且铝基材料的构成比逐渐增大。在铁铝边界部22中，从铁基部20的一侧到铝基部21的一侧，铁基材料的构成比可以线性减小，同时铝基材料的构成比线性增大。虽然图中未示出，但在铁铝边界部22中，从铁基部20的一侧到铝基部21的一侧，铁基材料的构成比也可以以曲线方式逐渐减小，同时铝基材料的构成比以曲线方式逐渐增大。进一步地，如图3所示，在铁铝边界部22中，从铁基部20的一侧到铝基部21的一侧，铁基材料的构成比也可以阶梯式逐渐减小，并且铝基材料的构成比阶梯式逐渐增大。铁铝边界部22的厚度可以，不排外地，例如等于或大于0.5mm且等于或小于30mm。

在第一实施方式中，铁基部20构成冠部2的中心部分和冠部2在燃烧室侧的外周部(外周部的上半部)，并且铝基部21构成冠部2的远离燃烧室侧的外周部(外周部的下半部分)、销座部3的整个区域和裙部4的整个区域。铁铝边界部22设置在冠部2的限定铁基部20与铝基部21之间的边界的外周部分中。铁基部20构成限定冠部2的外周部中的第一压缩环槽11的一部分，并且铝基部21构成限定冠部2的外周部中的第二压缩环槽12和油环槽13的一部分。换言之，在本实施方式中，铁基部20设置在活塞1的相对于活塞1的轴向方向位于燃烧室的一侧的部分中，并且铝基部21设置在活塞1的相对于活塞1的轴向方向位于远离燃烧室的一侧的部分中。

铁铝边界部22经由位于第一压缩环槽11与第二压缩环槽12之间的部分从冠部2的外周面2c延伸到冷却通道14的外周，并且从冷却通道14的下端延伸到冠部2的下表面2d。铁铝边界部22还沿着冠部2与销座部3之间的边界延伸。

在下面描述的第二实施方式至第十实施方式中，活塞1的由铁基部20和铝基部21形成的部分与第一实施方式的活塞1的不同。在各种实施方式的以下描述中，与第一实施方式的部件对应的部件用相同的附图标记来表示，并且可以从说明书中省略这些部分。

(第二实施方式)

如图4所示，在第二实施方式中，铁基部20构成冠部2的中央部分和冠部2在燃烧室侧的外周部分，以及销座部3的整个区域，同时铝基部21构成冠部2的远离燃烧室的外周部，和裙部4的整个区域。铁基部20构成冠部2的限定第一压缩环槽11的外周部，并且铝基部21构成冠部2的限定第二压缩环槽12和油环槽13的外周部分。

铁铝边界部22设置在铁基部20与铝基部21之间的边界处，并且经由位于第一压缩环槽11与第二压缩环槽12之间的部分从冠部2的外周面2c延伸到冷却通道14的外周，并且经由冷却通道14的下端延伸到冠部2的下表面2d。进一步地，铁铝边界部22沿着裙部4与销座部3之间的边界延伸。

(第三实施方式)

如图5所示，在第三实施方式中，铁基部20构成冠部2的中心部、冠部2在燃烧室侧的外周部、以及销座部在燃烧室侧的部分(销座部3的上半部)，而铝基部21构成冠部2的远离燃烧室侧的外周部分、裙部4的整个区域、以及销座部3的远离燃烧室侧的部分(销座部3的下半部)。铁基部20构成冠部2的限定第一压缩环槽11的外周部，并且铝基部21构成冠部2的限定第二压缩环槽12和油环槽13的外周部。

铁铝边界部22设置在铁基部20与铝基部21之间的边界处，并且经由位于第一压缩环槽11与第二压缩环槽12之间的部分从冠部2的外周面2c延伸到冷却通道14的外周，并且从冷却通道14的下端延伸到冠部2的下表面2d。铁铝边界部22沿着裙部4的上半部与销座部3的上半部之间的边界延伸，然后沿着假想线朝向销孔16延伸，假想线将各个销座部3分为相应的上部分和下部分。

(第四实施方式)

如图6所示，在第四实施方式中，铁基部20构成冠部2的中心部分、冠部2在燃烧室侧的外周部分、销座部在燃烧室侧的部分、以及销座部3a，同时铝基部21构成冠部2的远离燃烧室侧的外周部分、裙部4的整个区域、以及销座部3的不包括销孔边缘部3a且远离燃烧室侧的部分。铁基部20构成冠部2的限定第一压缩环槽11的外周部，并且铝基部21构成冠部2的限定第二压缩环槽12和油环槽13的外周部分。

铁铝边界部22设置在铁基部20与铝基部21之间的边界处，并且经由位于第一压缩环槽11与第二压缩环槽12之间的部分从冠部2的外周面2c延伸到冷却通道14的外周，并且从冷却通道14的下端延伸到冠部2的下表面2d。铁铝边界部22沿着裙部4的上半部与销座部3的上半部之间的边界延伸，然后沿着各个销座部3的销孔边缘部3a的下半部延伸。

(第五实施方式)

如图7所示，在第五实施方式中，铁基部20构成冠部2的中心部分、冠部2在燃烧室侧的外周部分、以及销座部3a，同时铝基部21构成冠部2的远离燃烧室侧的外周部分、裙部4的整个区域、以及不包括销孔边缘部3a的销座部3。铁基部20构成冠部2的限定第一压缩环槽11的外周部，并且铝基部21构成冠部2的限定第二压缩环槽12和油环槽13的外周部分。

铁铝边界部22设置在铁基部20与铝基部21之间的边界处，并且经由位于第一压缩环槽11与第二压缩环槽12之间的部分从冠部2的外周面2c延伸到冷却通道14的外周，并且从冷却通道14的下端延伸到冠部2的下表面2d。铁铝边界部22还沿着各个销座部3的销孔边缘部3a延伸。

(第六实施方式)

如图8所示，在第六实施方式中，铁基部20构成冠部2的中心部分、冠部2在燃烧室侧的外周部分、销孔边缘部3a、以及均从对应的销孔边缘部3a延伸到冠部2的连接部3b，同时铝基部21构成冠部2的远离燃烧室侧的外周部分、裙部4的整个区域、以及不包括销孔边缘部3a和连接部3b的销座部3。铁基部20构成冠部2的限定第一压缩环槽11的外周部，并且铝基部21构成冠部2的限定第二压缩环槽12和油环槽13的外周部分。连接部3b沿着销座部3与裙部4之间的边界延伸。在另选实施方式中，可以自由选择连接部3b的位置和数量。例如，连接部3b可以线性延伸竖直地穿过各个销座部3的中心。

铁铝边界部22设置在铁基部20与铝基部21之间的边界处，并且经由位于第一压缩环槽11与第二压缩环槽12之间的部分从冠部2的外周面2c延伸到冷却通道14的外周，并且从冷却通道14的下端延伸到冠部2的下表面2d。铁铝边界部22沿着各个销座部3的销孔边缘部3a，并沿着各个连接部3b的任一侧边缘延伸。

(第七实施方式)

如图9所示，在第七实施方式中，铁基部20构成冠部2的外周部分，同时铝基部21构成冠部2的中央部分、裙部4的整个区域和销座部3的整个区域。铁基部20设置在活塞1的径向外部上，并且铝基部21设置在铁基部20的径向向内。

铁铝边界部22设置在铁基部20与铝基部21之间的边界处，并且从冠部2的上表面2a延伸到下表面2d，并且围绕活塞1的中心轴线环状地延伸。铁铝边界部22还沿着冠部2与裙部4之间的边界延伸。

(第八实施方式)

如图10所示，在第八实施方式中，铁基部20构成冠部2在燃烧室侧的外周部分，同时铝基部21构成冠部2的远离燃烧室侧的外周部分、冠部2的中央部分、裙部4的整个区域、和销座部3的整个区域。铁基部20构成冠部2的限定第一压缩环槽11的外周部，并且铝基部21构成冠部2的限定第二压缩环槽12和油环槽13的外周部分。

铁铝边界部22设置在铁基部20与铝基部21之间的边界处，并且经由位于第一压缩环槽11与第二压缩环槽12之间的部分从冠部2的外周面2c延伸到冷却通道14的外周，并且从冷却通道14的上端延伸到冠部2的上表面2a。

(第九实施方式)

如图11所示，在第九实施方式中，铁基部20构成冠部2的中央部分、冠部2的不包括限定冷却通道14的下端的部分的外周部分、裙部4的整个区域、和销座部3的整个区域，同时铝基部21构成冠部2的限定冷却通道14的下端的部分。

铁铝边界部22设置在铁基部20与铝基部21之间的边界处，并且沿着冠部2的外周部分的下部分中的铝基部21的任一侧表面，从限定冷却通道14的下端的壁面延伸到冠部2的下表面2d。

(第十实施方式)

如图12所示，除了铁基部20和铝基部21之外，第十实施方式的活塞1包括：树脂部25，其包含树脂材料；铁树脂边界部26，其包含铁基材料和树脂材料这两者并以规定厚度设置在铁基部20与树脂部25之间以将铁基部20和树脂部25彼此结合；和铝树脂边界部27，其包含铝基材料和树脂材料这两者并以规定厚度设置在铝基部21与树脂部25之间，以将铝基部21和树脂部25彼此结合。树脂材料可以由耐热树脂材料组成，诸如例如聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、环氧树脂、尼龙6树脂、尼龙6,6树脂等。

铁树脂边界部26以规定厚度设置在铁基部20与树脂部25之间，并且从铁基部20的一侧到树脂部25的一侧，铁基材料的构成比逐渐减小并且树脂材料的构成比逐渐增大。铁树脂边界部26中的铁基材料和树脂材料的构成比的变化或梯度可以是连续或是阶梯式的。铝树脂边界部27中的铝基材料和树脂材料的构成比的变化或梯度可以是连续或是阶梯式的。铁树脂边界部26和铝树脂边界部27的厚度可以，不排外地，等于或大于例如0.5mm且等于或小于30mm。

铁基部20构成冠部2的中心部分和冠部2的在燃烧室侧且不包括限定冷却通道14的通道边缘部2e的外周部分。铝基部21构成冠部2的远离燃烧室侧且不包括通道边缘部2e外周部分、销座部3的整个区域、以及裙部4的外周部分。树脂部25构成通道边缘部2e和裙部4的内周部分。铁基部20构成冠部2的限定第一压缩环槽11的外周部，并且铝基部21构成冠部2的限定第二压缩环槽12和油环槽13的外周部分。通道边缘部2e是从冷却通道14的壁表面相对于冷却通道14的中心以规定宽度径向向外延伸的区域，并且设置有管形。

铁树脂边界部26设置在铁基部20与树脂部25之间的边界处，并且沿着通道边缘部2e的外周边缘的上部延伸。铝树脂边界部27设置在铝基部21与树脂部25之间的边界处，并且沿着通道边缘部2e的外周边缘的下部延伸。进一步地，铝树脂边界部27在裙部4中竖直地延伸，以便将裙部4沿厚度方向分离成两个部分。

(活塞制造方法)

第一实施方式至第十实施方式的活塞1可以由以下制造方法制造。铁铝边界部22、铁树脂边界部26和铝树脂边界部27通过使用已知的分层增材制造方法而形成。因为工件通过层压几个层而形成，所以在执行增材制造方法时，材料的构成可以通过改变各层的构成，沿层压方向变化。增材制造方法可以是粉末层压方法，诸如例如选择性激光熔化(slm)方法和选择性激光烧结(sls)。

作为示例，活塞1通过使用选择性激光熔化方法来制造。图13示出了3d打印机30的示例，3d打印机被构造为通过使用分层成型方法来制造工件。如图13所示，3d打印机30包括：外壳31，其具有开口上端；工作台32，其支撑内部放置有工件的外壳31；喷嘴33，其被构造为供给粉末材料；以及激光装置34，其用于向所供给的粉末材料照射激光，以使其熔化。工作台32可沿竖直方向移动并绕规定的轴线旋转。工作台32具有沿周向设置的多个工作区域，并且可以通过使工作台32旋转而改变当前工作区域。工件可以在各个工作区域工作。另外，工作台32随着工件的各层的形成而向下移动，使得对材料分层的位置可以维持在恒定高度。

喷嘴33包括：第一喷嘴，用于以粉末形式供给铁基材料；第二喷嘴，用于以粉末形式供给铝基材料；以及第三喷嘴，用于以粉末形式供给树脂材料。第一喷嘴至第三喷嘴中的每一个设置有节流阀，使得可以调节要供给的材料的量。通过改变从第一喷嘴至第三喷嘴中的每一个供给的材料的量，可以改变向工件的各个具体位置供给的材料的构成比。喷嘴33和激光装置34由驱动装置35支撑，驱动装置35包括例如导轨和马达，以便相对于工作台32向前、向后、向左右移动。

3d打印机30基于关于铁铝边界部22、铁树脂边界部26和铝树脂边界部27的形状和各个部分的材料的构成比的三维数据，以具有特定构成比的材料向工件的各个具体位置供给这样的方式，控制喷嘴33，并且通过向工件的各个具体位置选择性照射激光束并且熔化材料的对应部分，层压各个材料层。

还可以通过熔化成形或机加工，或者经由上述分层增材制造方法，形成铁基部20、铝基部21和树脂部25，各作为单体件。如这里使用的熔化成形包括铸造和注射成型，并且如这里使用的机加工包括切割和锻造。

在包括铁基部20、铝基部21和铁铝边界部22的活塞1的制造方法的第一示例中，首先，铁基部20和铝基部21中的一者通过熔化成形或机加工形成为单体构件。然后，铁铝边界部22和铁基部20与铝基部21中的另一者经由分层增材制造方法形成在铁基部20和铝基部21中的一者的表面上。

在包括铁基部20、铝基部21和铁铝边界部22的活塞1的制造方法的第二示例中，首先，铁基部20和铝基部21中的一者通过熔化成形或机加工形成为单体构件。然后，铁铝边界部22经由分层增材制造方法形成在铁基部20和铝基部21中的一者的表面上。铁基部20和铝基部21中的另一者通过熔化成形或机加工形成为单体构件，并且经由本身已知的结合方法，诸如焊接、摩擦搅拌焊接和锻造，结合到铁铝边界部22。

在包括铁基部20、铝基部21和铁铝边界部22的活塞1的制造方法的第三示例中，首先，铁基部20和铝基部21中通过熔化成形或机加工各形成为单体构件。然后，铁铝边界部22由分层增材制造方法形成。接着，铁铝边界部22经由本身已知的结合方法，诸如焊接、摩擦搅拌焊接和锻造，结合到铁基部20和铝基部21。

在包括铁基部20、铝基部21和铁铝边界部22的活塞1的制造方法的第四示例中，铁基部20、铝基部21和铁铝边界部22通过分层增材制造方法形成为单体构件。

在包括铁基部20、铝基部21、树脂部25、铁铝边界部22、铁树脂边界部26和铝树脂边界部27的活塞1的制造方法的示例中，铁基部20、铝基部21、树脂部25、铁铝边界部22、铁树脂边界部26和铝树脂边界部27经由分层增材制造方法一体形成。在另选实施方式中，铁基部20的部分、铝基部21的部分、树脂部25的部分均提前形成为单体构件，并且剩余部件经由分层增材制造方法形成在单体构件的表面上。

下面讨论上述实施方式的活塞1的效果。因为铁铝边界部22设置在铁基部20与铝基部21之间，并且铁基材料和铝基材料的构成比在铁铝边界部22中逐渐变化，所以可以最小化由铁基材料和铝基材料的热系数之间的差造成的应力。因此，保护铁铝边界部22不受损伤。类似于铁基部20与树脂部25之间设置的铁树脂边界部26，和铝基部21与树脂部25之间设置的铝树脂边界部27，通过避免材料的构成比在边界中急剧变化，使得可以最小化由两种材料的热膨胀系数之间的差造成的损失。

当冠部2由铁基部20构成时，与冠部2由铝基部21构成的情况相比，提高了冠部2的耐热性和刚性。进一步地，因为提高了冠部2的热存储特性，所以减小了冷却损失。

当冠部2的限定第一压缩环槽11的部分由铁基部20构成时，与冠部2由铝基部21构成的情况相比提高了耐磨性，使得最小化因第一压缩环而造成的磨损。因为与限定第一压缩环槽11的部分相比，不要求冠部2的限定第二压缩环槽12和油环槽13的部分是耐磨和耐热的，所以活塞1的重量可以通过用铝基部21形成该部分而减小。

因为冠部2的限定第一压缩环槽11的部分由铁基部20构成，所以可以减小端环槽脊(从活塞1的上表面2a延伸到第一压缩环槽11的部分)的高度。因此，减小活塞1的端环槽脊的外周面的表面积，并且减小活塞1在燃烧室侧的表面积。当减小该表面积时，减小从燃烧气体到活塞1的热传递，使得进一步减小冷却损失。另外，因为减小了端环槽脊的外周面与气缸壁面之间产生的间隙的体积，所以减小该部分中停留的气体的量，使得促进挤流。这转而使燃烧室中的气流更活跃，并且提高了燃烧效率。

当限定冠部2中的冷却通道14的通道边缘部2e由树脂部25形成时，抑制冠部2的冷却，使得减小冷却损失。而且，因为在冠部2中限定远离的燃烧室的冷却通道14侧的部分不需要刚性和耐热性这么高，所以通过将该部分构成为铝基部21，可以减小活塞1的重量。另外，因为从喷油孔朝向活塞1的后表面喷出的油可能与铝基部21接触，所以促进从活塞1到油的热传导，使得促进活塞1的冷却。在另选实施方式中，当期望抑制冷却效率时，可以用树脂部25代替铝基部21。

当裙部4由铝基部21构成时，与裙部4由铁基部20构成的情况相比，可以减小重量。进一步地，通过用铝基部21制作裙部4的外周部分并用树脂部25制作裙部4的内周部分，可以甚至进一步减小活塞1的重量。

当销座部3由铁基部20构成时，与销座部3由铝基部21构成的情况相比，提高了其刚性。因此，可以减小活塞销和销孔16的直径。因此，减小活塞1的压缩高度，并且可以减小其重量。另外，随着减小压缩高度，减小了活塞1中产生的侧向力，使得可以最小化裙部4与气缸壁面之间的摩擦。通过用铁基部20形成销孔边缘部3a和销座部3的上部，可以提高销座部3的刚性。而且，通过用铝基部21形成销座部3的下部，可以减小活塞1的重量。当销孔边缘部3a和冠部2由铁基部20连接时，可以有效提高活塞1的刚性。因此，销孔边缘部3a和冠部2可以通过由铁基部20形成的连接部3b彼此连接。

从减小铁基部20侧向铝基部21侧的热膨胀系数的梯度的观点看，期望铁铝边界部22的厚度大。如果铁铝边界部22的厚度是0.5mm或更大，例如，从铁基部20侧到铝基部21侧的每单位长度的构成比的梯度变得足够小，使得可以适当减小两个部分之间的热膨胀之差。从而，即使在高温条件下，也可以避免铁铝边界部22中的应力集中，并且可以避免铁铝边界部22的损坏。另一方面，从制造时间和制造成本的观点看，期望铁铝边界部22的厚度小。当铁铝边界部22由上述分层增材制造方法形成时，铁铝边界部22的更大厚度意味着制造时间和制造成本这两者的增加。因此，从减小热膨胀的梯度和缩短制造时间以及降低制造成本的观点看，铁铝边界部22的厚度优选地等于或大于0.5mm且等于或小于30mm。

已经从具体实施方式的角度描述了本发明，但本发明不限于这种实施方式，并且可以自由修改，而不偏离本发明的精神。例如，在上述实施方式中，活塞1至少包括铁基部20、铝基部21和树脂部25中的至少两种，但活塞1还可以包括四个或更多个的这种部分。在这种情况下，应当设置边界部，以便对应于由不同材料制成的不同部分的数量。进一步地，根据本发明的活塞可以应用于各种其他已知的内燃机，诸如汽油机、柴油机、hcci引擎等。

1：活塞

2：冠部

2e：通道边缘部

3：销座部

3a：销孔边缘部

3b：连接部

4：裙部

11：第一压缩环槽

12：第二压缩环槽

13：油环槽

14：冷却通道

16：销孔

20：铁基部

21：铝基部

22：铁铝边缘部

25：树脂部

26：铁树脂边界部

27：铝树脂边界部

30:3d打印机