本發(fā)明涉及發(fā)動機用活塞的制造方法。

背景技術(shù)：

以往，在像發(fā)動機部件那樣暴露在高溫氣體中的金屬制品中，為了抑制來自于高溫氣體的熱傳遞，即冷卻損失，而在其金屬制母材的表面形成絕熱層。作為一個示例，已知有在劃分出發(fā)動機燃燒室的活塞主體的頂面，形成由氧化鋯等無機氧化物或含有中空粒子的有機類材料構(gòu)成的絕熱層。

可是，有時會在劃分出燃燒室的活塞主體的頂面與汽缸蓋的下表面之間的間隙部內(nèi)形成擠流區(qū)域。如果在這樣的活塞主體頂面中形成擠流區(qū)域的面（擠流區(qū)域面）上設(shè)置絕熱層，則該絕熱層的溫度會變得高溫，進而擠流區(qū)域面本身會變得高溫。因此，在燃燒工序中，高溫高圧的端部氣體（end gas）（處于遠離火花塞的地方的未燃燒的混合氣）流入擠流區(qū)域時，高溫的擠流區(qū)域面使得從端部氣體向擠流區(qū)域面的散熱受到阻礙，可能發(fā)生爆震（knocking）。而且，形成于擠流區(qū)域面的絕熱層產(chǎn)生裂縫，造成絕熱層的損傷和剝離，絕熱性能喪失。

因此，也有記載活塞主體頂面中的擠流區(qū)域面上沒有形成絕熱層，僅在除此以外的部分形成絕熱層的內(nèi)燃機的文獻（例如參照專利文獻1）。

根據(jù)專利文獻1的內(nèi)燃機，擠流區(qū)域面上未形成絕熱層，因此可以促進端部氣體向擠流區(qū)域面的散熱，抑制爆震的發(fā)生。

現(xiàn)有技術(shù)文獻：

專利文獻：

專利文獻1：日本特開2011-169232號公報。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題：

然而，在專利文獻1的結(jié)構(gòu)中，雖然能夠抑制擠流區(qū)域的爆震發(fā)生，但從降低冷卻損失的觀點出發(fā)，理想的是在將擠流區(qū)域面也包括在內(nèi)的活塞主體的整個頂面形成絕熱層。

因此，本發(fā)明的目的是在擠流區(qū)域面上形成絕熱層，同時防止因爆震的發(fā)生而導致該絕熱層產(chǎn)生較大的裂縫，抑制絕熱層的損傷和剝離。

解決問題的手段：

為了達成上述目的，本發(fā)明中，對設(shè)置于活塞主體的頂面上的絕熱層進行加壓，預先施加加壓應(yīng)力。

即，這里公開的發(fā)動機用活塞的制造方法是活塞主體的頂面上設(shè)置有絕熱層的發(fā)動機用活塞的制造方法，所述絕熱層是包括眾多中空粒子、以及在將該中空粒子保持于所述活塞主體的頂面的同時填滿所述中空粒子間從而形成所述絕熱層的母材的粘合劑的層，具備：在所述活塞主體的頂面上配置包括所述中空粒子和所述粘合劑的絕熱材料從而形成所述絕熱層的絕熱層形成工序；以及，對所述絕熱層進行加壓的加壓工序。

根據(jù)本發(fā)明，通過預先對設(shè)置于活塞主體的頂面上的絕熱層施加加壓應(yīng)力，以此提高該絕熱層對拉伸應(yīng)力的耐受性，發(fā)生爆震時，能夠抑制絕熱層的裂縫的產(chǎn)生。

在優(yōu)選形態(tài)中，所述活塞主體的頂面具備形成擠流區(qū)域的擠流區(qū)域面，在所述加壓工序中，所述加壓僅對配置于所述擠流區(qū)域面上的絕熱層進行。擠流區(qū)域容易發(fā)生爆震，形成于擠流區(qū)域面上的絕熱層容易產(chǎn)生裂縫。根據(jù)本結(jié)構(gòu)，能夠有效地抑制形成于擠流區(qū)域面上的絕熱層的裂縫的產(chǎn)生。

在優(yōu)選形態(tài)中，所述擠流區(qū)域為平面。由此，能夠容易地進行加壓。

在優(yōu)選形態(tài)中，在所述加壓工序中，與所述加壓同時地進行所述絕熱層的燒成。由此，絕熱層的強度提高，并能夠有效地抑制裂縫的產(chǎn)生。

在優(yōu)選形態(tài)中，所述粘合劑為硅類樹脂，通過所述燒成使所述絕熱層的表面至少一部分的所述硅類樹脂氧化。由此，絕熱層的強度提高，并能夠有效地抑制裂縫的產(chǎn)。

在優(yōu)選形態(tài)中，在所述加壓工序中，與所述燒成同時地進行所述活塞主體的冷卻。由此，通過在絕熱層的加壓以及燒成時冷卻活塞主體，以此能夠提高絕熱層與活塞主體的頂面之間的密接性。

發(fā)明效果：

如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過預先對設(shè)置于擠流區(qū)域面上的絕熱層施加加壓應(yīng)力，以此提高該絕熱層對拉伸應(yīng)力的耐受性，擠流區(qū)域發(fā)生爆震時，能夠抑制擠流區(qū)域面的絕熱層的裂縫的產(chǎn)生。

附圖說明

圖1是模式化示出具備通過本發(fā)明的一實施形態(tài)的方法制造的活塞的發(fā)動機的剖視圖；

圖2是示出圖1實施形態(tài)的活塞的冠面的俯視圖；

圖3是圖2的活塞的縱向剖視圖；

圖4是圖3的絕熱層的放大剖視圖；

圖5是示出根據(jù)圖1實施形態(tài)的活塞的制造裝置的圖；

圖6是示出使用圖5的裝置進行絕熱層的加壓的狀態(tài)的圖；

圖7是示出根據(jù)本發(fā)明其他實施形態(tài)的活塞的制造裝置的圖；

圖8是示出使用圖7的裝置進行絕熱層的加壓的狀態(tài)的圖。

具體實施方式

以下，基于附圖詳細說明本發(fā)明的實施形態(tài)。以下優(yōu)選實施形態(tài)的說明實質(zhì)上僅是例示，并非旨在限定本發(fā)明、其適用物或其用途。

（第一實施形態(tài)）

＜發(fā)動機的結(jié)構(gòu)＞

圖1所示的直噴式發(fā)動機E具備：活塞1、汽缸體2、汽缸蓋3、將汽缸蓋3的進氣道5進行開閉的進氣門4，將排氣道7進行開閉的排氣門6、噴射器8、火花塞9?；钊?在汽缸體2的汽缸內(nèi)徑（cylinder bore）內(nèi)進行往復運動。

發(fā)動機的燃燒室由活塞1的冠面10、汽缸體2、汽缸蓋3、進排氣門4、6的傘部前表面（面對燃燒室的面）形成。如圖1、圖2所示，活塞1的冠面10的大致中央部設(shè)置有形成燃燒室的腔的凹陷狀的腔部11。又，冠面10的外緣側(cè)存在擠流區(qū)域部12，擠流區(qū)域部12在遠離燃燒室的腔的外緣側(cè)形成擠流區(qū)域。在根據(jù)本實施形態(tài)的活塞1的冠面10中，擠流區(qū)域部12由擠流區(qū)域部12a、12b、12c、12d構(gòu)成。

＜絕熱層＞

如圖3所示，活塞1具備作為該活塞1的基材的活塞主體19、以及從降低發(fā)動機E的燃燒室的冷卻損失的觀點出發(fā)設(shè)置于活塞主體19的頂面的絕熱層21。

活塞主體19是實施T7處理或T6處理后得到的鋁合金制成的?；钊黧w19的頂面具備構(gòu)成上述腔部11的腔面11’、和構(gòu)成上述擠流區(qū)域部12的擠流區(qū)域面12’。

如圖4所示，絕熱層21是包括中空粒子31和粘合劑材料（粘合劑；binder）32的層。

即，絕熱層21包括粘合劑材料32以及分散于其中的眾多中空粒子31。粘合劑材料32將中空粒子31保持在活塞主體19的頂面，同時填滿中空粒子31間從而形成絕熱層21的母材。粘合劑材料32例如是硅類樹脂等低導熱性材料，同時中空粒子31的內(nèi)部空間內(nèi)含有導熱性較低的空氣。因此，絕熱層21為低導熱性的層。

作為中空粒子31，優(yōu)選采用含有二氧化硅中空球（silicaballoon)、玻璃中空球、白砂中空球、粉煤灰中空球、氣凝膠中空球等Si系氧化物成分（例如二氧化硅（SiO₂））或Al系氧化物成分（例如氧化鋁（Al₂O₃））的陶瓷類中空粒子，尤其優(yōu)選采用玻璃中空球。由此，能夠降低絕熱層21的導熱性，同時還能提高其強度。

另外，中空粒子31優(yōu)選為球狀。從改善絕熱層21的絕熱性的觀點出發(fā)，中空粒子31的平均粒徑優(yōu)選5μm以上50μm以下，更優(yōu)選10μm以上45μm以下，尤其優(yōu)選15μm以上40μm以下。從改善絕熱層21的絕熱性的觀點出發(fā)，絕熱層21中的中空粒子31的含量優(yōu)選5質(zhì)量%以上50質(zhì)量%以下，更優(yōu)選10質(zhì)量%以上45質(zhì)量%以下，尤其優(yōu)選15質(zhì)量%以上40質(zhì)量%以下。

粘合劑材料32可以使用作為低導熱性材料的硅類樹脂，例如，可優(yōu)選使用由以甲基硅樹脂、甲基苯基硅樹脂為代表的支化度較高的三維聚合物構(gòu)成的硅類樹脂。作為硅類樹脂的具體例子，例如可以舉出聚烷基苯基硅氧烷。由此，能夠降低絕熱層21的導熱性，同時能夠獲得活塞主體19的頂面與絕熱層21之間的優(yōu)異的密接性。

另外，從獲得優(yōu)異的絕熱性能的觀點出發(fā)，絕熱層21的厚度優(yōu)選為50μm以上150μm以下，更優(yōu)選60μm以上120μm以下，尤其優(yōu)選60μm以上100μm以下。

又，絕熱層21的厚度可以形成為厚度根據(jù)活塞主體19的頂面上的位置而不同的結(jié)構(gòu)。例如，設(shè)置于擠流區(qū)域面12’上的絕熱層21的厚度可以是設(shè)置于腔面11’上的絕熱層21的大約一半以下。該情況下，設(shè)置于腔面11’上的絕熱層的厚度優(yōu)選為上述范圍，另一方面，設(shè)置于擠流區(qū)域面12’上的絕熱層優(yōu)選為15μm以上150μm以下，更優(yōu)選25μm以上120μm以下，尤其優(yōu)選30μm以上100μm以下。由此，即使是爆震的發(fā)生導致擠流區(qū)域面12’上的絕熱層21產(chǎn)生裂縫時，也能夠有效地抑制其裂縫的行進。

＜絕熱層的形成方法＞

準備活塞主體19和用于形成絕熱層21的絕熱材料。

關(guān)于活塞主體19，在其頂面形成用于形成腔的凹部，并通過脫脂處理除去附著在活塞主體19的頂面上的油脂或指紋等污垢。

又，準備將作為粘合劑材料32的液態(tài)硅樹脂和作為中空粒子31的玻璃中空球進行攪拌和混合后得到的絕熱材料。根據(jù)需要添加增稠劑或稀釋溶劑來調(diào)節(jié)絕熱材料的粘度。

為了提高活塞主體19與絕熱材料，尤其是與硅樹脂之間的粘著力，優(yōu)選對活塞主體19的頂面實施粗化處理。作為粗化處理，例如優(yōu)選進行噴砂等噴磨處理。例如，噴磨處理可以在使用鼓風裝置，用粒度#30的氧化鋁作為磨料，圧力0.39MPa，時間45秒，距離100mm的處理條件下進行。另外，不限于此，在活塞主體19由Al合金構(gòu)成的情況下，亦可通過氧化鋁膜處理在活塞主體19的頂面形成微小凹凸。例如，氧化鋁膜處理可以在使用草酸浴，浴溫20℃，電流密度2A／dm2，時間20分鐘的處理條件下進行。

然后，用噴霧器或毛刷等將絕熱材料涂覆在活塞主體19的頂面上，形成絕熱層21（絕熱層形成工序）。接著，通過熱風干燥、紅外線加熱等進行所形成的絕熱層21的預干燥。

而且，根據(jù)需要，重復該涂布和預干燥（重復涂覆），制成期望的涂布厚度。

接著，將加壓模具推向上述絕熱層21中配置于擠流區(qū)域面上的絕熱層21b（加壓工序）。

圖5示出用于對上述絕熱層21b進行加壓的加壓裝置的結(jié)構(gòu)。該加壓裝置具備：支持活塞主體19的支持臺41、構(gòu)成作為位置檢測單元的透射激光傳感器的投光器43a和光接收器43b、以及加壓模具45。

支持臺41具備嵌合于活塞裙部的插口部的嵌合部41a，無搖動地支持活塞主體19。激光傳感器是檢測支持于支持臺41的活塞主體19的活塞銷座的中心位置（活塞銷孔的中心軸線L的位置）L的傳感器，由投光器43a和光接收器43b構(gòu)成。

加壓模具45在其下表面具有仿照活塞主體19的擠流區(qū)域面的加壓面45a，安裝于支持臺41上方的進行升降的滑動器49上。

在形成絕熱層21時，如圖6所示，將活塞主體19的插口部嵌合于支持臺41的嵌合部41a從而將活塞主體19支持于支持臺41。通過激光傳感器43a、43b檢測活塞主體19的活塞銷座的中心位置L，并將其位置信息輸入滑動器49的驅(qū)動控制部。

基于上述位置信息，設(shè)定加壓模具45的下降行程。而且，通過滑動器49使加壓模具45下降上述設(shè)定行程。然后，加壓面45a被推向設(shè)置于活塞主體19的擠流區(qū)域面上的絕熱層21b上。這時，從提高絕熱層21b的強度、有效抑制裂縫的產(chǎn)生的觀點出發(fā)，加壓壓力優(yōu)選為0.1MPa以上2MPa以下，更優(yōu)選0.5MPa以上1.5MPa以下，尤其優(yōu)選0.8MPa以上1.2MPa以下。

進行上述加壓處理之后，對設(shè)置于活塞主體19的頂面上的絕熱層2整體進行例如在180℃左右的溫度下幾小時至幾十小時的加熱處理。由此，硅樹脂（粘合劑）硬化，從而眾多中空粒子31被緊密填充，獲得這些粒子間由粘合劑材料32填滿的絕熱層21。

如上所述，根據(jù)本實施形態(tài)的活塞1的制造方法中，對設(shè)置于活塞主體19的擠流區(qū)域面12’上的絕熱層21b按壓加壓模具并進行加壓處理，預先施加加壓應(yīng)力。

根據(jù)本結(jié)構(gòu)，通過預先對設(shè)置于擠流區(qū)域面上的絕熱層21b施加加壓應(yīng)力，以此提高該絕熱層21b對拉伸應(yīng)力的耐受性，擠流區(qū)域發(fā)生爆震時，能夠抑制擠流區(qū)域面12’的絕熱層21b的裂縫的產(chǎn)生。

另外，從加壓工序中容易進行加壓的觀點出發(fā)，優(yōu)選活塞主體19的頂面中擠流區(qū)域面12’為平面。

（其他實施形態(tài)）

以下，說明根據(jù)本發(fā)明的其他實施形態(tài)。另外，在這些實施形態(tài)的說明中，與第一實施形態(tài)相同的部分標以相同符號并省略詳細的說明。

圖7和圖8是說明活塞的制造方法的其他實施形態(tài)的附圖。

如圖7所示，加壓模具45以不僅對設(shè)置于活塞主體19的擠流區(qū)域面12’上的絕熱層21b，還能夠?qū)Τ艘酝獾慕^熱層21a進行加壓的形式，在整個絕熱層21范圍內(nèi)具備加壓面45a。

根據(jù)本結(jié)構(gòu)，能夠?qū)φ麄€絕熱層21進行加壓處理，因此絕熱層21整體的拉伸應(yīng)力變強，能夠更有效地抑制裂縫的產(chǎn)生。

又，在使用這樣的加壓模具45的情況下，預先形成絕熱層21，代替地，亦可形成為將絕熱材料供給至活塞主體19的頂面上，通過加壓模具45將該絕熱材料按壓展開于頂面上，并用相同的裝置進行絕熱層21的成形的結(jié)構(gòu)。該情況下，通過在進行成形之后繼續(xù)進行加壓來達成加壓處理。由此，可以簡化活塞1的制造工序。

又，在其他實施形態(tài)中，亦可形成為在由加壓模具45進行的加壓處理的同時或之后繼續(xù)加熱加壓模具45，進行絕熱層21的燒成的結(jié)構(gòu)。由此，可以簡化活塞1的制造工序。

又，通過燒成，使上述絕熱層21的表面的至少一部分的硅樹脂氧化。由此，絕熱層21的強度提高，能夠有效地抑制裂縫的產(chǎn)生。

另外，在由加壓模具45的加熱進行的燒成中，在絕熱層21中，熱從與加壓模具45接觸的表面?zhèn)冗M行傳遞，因此從絕熱層21的表面?zhèn)鹊交钊黧w19的頂面?zhèn)刃纬蓽囟忍荻?。因此，通過調(diào)節(jié)加壓模具45的溫度，以此使絕熱層21的表面的至少一部分的上述硅樹脂氧化從而提高絕熱層21的強度，同時絕熱層21內(nèi)部保持硅樹脂的樣子從而能夠保持與活塞主體19的頂面之間的密接性。

如此，在通過加壓模具45進行絕熱層21的燒成的情況下，可以將活塞主體19形成為例如通過從活塞裙部內(nèi)側(cè)進行水冷或空冷等方法來進行冷卻的結(jié)構(gòu)。由此，絕熱層21中產(chǎn)生的上述溫度梯度變大，即能夠有效地抑制絕熱層21內(nèi)部的硅樹脂的溫度上升，因此能夠提高絕熱層21與活塞主體19的頂面之間的密接性。

工業(yè)應(yīng)用性：

本發(fā)明中，在活塞主體頂面的擠流區(qū)域面形成絕熱層，同時能夠防止該絕熱層上產(chǎn)生較大裂縫，能夠抑制絕熱層的損傷和剝離，因此極為有用。

符號說明：

1 活塞；

11’ 腔面；

12’ 擠流區(qū)域面；

19 活塞主體；

21、21a、21b 絕熱層；

31 中空粒子；

32 粘合劑材料（粘合劑）；

45 加壓模具；

E 發(fā)動機。