CN107076050A - 内燃机的活塞制造方法以及内燃机用活塞的摩擦封孔装置 - Google Patents

Abstract

提供一种能够有效密封设于活塞的冠面的低导热系数部件(多孔部件)上表面的各空穴的活塞制造方法。在浇铸在铝合金制的活塞(1)的冠面(2a)的低导热系数部件(5)的上表面(5a)，使摩擦封孔装置的旋转工具(44)的平坦前端面(44a)抵接，使该旋转工具经由电动机、减速机构一边旋转一边带有载荷地向低导热系数部件侧按压。由此，通过利用低导热系数部件的上表面与旋转工具的前端面之间的摩擦热在所述上表面形成塑性流动层(5d)，来密封多孔部件(6)上表面的各空穴(9a)的开口部。

Description

内燃机的活塞制造方法以及内燃机用活塞的摩擦封孔装置

技术领域

本发明涉及在活塞的冠面设置有多孔的低导热系数部件的内燃机的活塞制造方法和内燃机用活塞的摩擦封孔装置。

背景技术

作为以往的内燃机的活塞，公知有例如本申请人在先申请的以下专利文献1所记载的内燃机的活塞。

该活塞适用于从燃料喷射阀向活塞的冠面喷射燃料而点火燃烧的筒内喷射型火花点火式的内燃机，在活塞的冠面利用减压铸造法设置有由比该活塞的铝合金母材的导热系数低的硼硅酸玻璃构成的多孔的低导热系数部件。

即，在减压铸造模具内的规定位置预先配置保持多孔部件，然后，向所述模具内注入铝合金熔融金属来铸造活塞时，在所述多孔部件的空穴内浸渍所述铝合金熔融金属而形成低导热系数部件，使该低导热系数部件一体固定于活塞的冠面。

该低导热系数部件从所述燃料喷射阀向上表面直接喷射燃料而促进雾化，从而提高燃烧性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2014-25418号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

然而，在记载于所述专利文献1的活塞中，不仅在多孔部件的内部，还在表面开口形成有多个空穴，因此会使所述喷射的燃料进入表面的各空穴内。

其结果是，特别是在内燃机起动时，所述各空穴内的燃料会被原封不动地地排出，可能会使HC等排气排放性能恶化。

因此，作为密封所述各空穴的方法，考虑在低导热系数部件(多孔部件)的外表面施以阳极氧化覆膜，在该方法中，由于沿着表面的凹凸形成覆膜，因此在表面开口的所述空穴比较大的情况下，可能无法密封。

本发明鉴于所述以往的技术的课题而提出，其目的在于提供一种对多孔部件进行机械加压，通过利用该摩擦热在表面形成塑性流动层来进行封孔处理，从而不论空穴的开口面积的大小，都能够对空穴进行密封的活塞制造方法、制造装置。

用于解决技术课题的技术方案

在本发明的内燃机的活塞的制造方法中，在活塞的冠面设置有低导热系数部件，该低导热系数部件使用了比所述活塞母材的导热系数低的多孔部件，包括

在成形模具的内部规定位置配置所述多孔部件后，向所述模具内注入熔融金属而浸渍在所述多孔部件的各空穴内，使固定所述低导热系数部件的活塞成形的活塞成形工序；

在所述活塞冷却后，使旋转工具向从所述模具内取出的所述活塞的低导热系数部件的表面按压而利用摩擦热对所述多孔部件表面的空穴进行封孔处理的摩擦封孔工序。

发明的效果

利用本发明，能够提高低导热系数部件相对于活塞母材的接合强度，并且能够有效密封多孔部件表面的各空穴。其结果是，能够谋求提高内燃机的排气排放性能等。

附图说明

图1是切断本发明的内燃机的活塞制造方法的第一实施方式的活塞的一部分而表示的俯视图。

图2是图1所示的A部放大图。

图3中的(A)是本实施方式的多孔部件(低导热系数部件)的纵剖视图，(B)是表示图3中的(A)的B部放大图。

图4中的(A)是表示本实施方式的活塞制造装置的剖视图，(B)是表示该活塞制造装置的一部分的剖视图。

图5是从所述活塞制造装置取出的活塞母材的剖视图。

图6是本实施方式的摩擦封孔装置的示意说明图。

图7是表示图6的主要部分的详细的图，(A)是正面说明图，(B)是该图(A)的平面说明图。

图8是表示本实施方式的利用摩擦封孔装置进行的摩擦封孔工序的说明图，(A)是旋转工具从低导热系数部件的上方下降的状态，(B)是旋转工具的前端面与低导热系数部件的上表面抵接的状态，(C)是利用旋转工具对低导热系数部件的上表面进行封孔处理的状态。

图9表示本发明的第二实施方式的利用摩擦封孔装置进行的摩擦封孔工序，(A)表示使第一旋转工具的前端面与低导热系数部件的上表面抵接的状态，(B)表示利用第一旋转工具在低导热系数部件的上表面进行封孔处理的状态，(C)表示在低导热系数部件进行封孔处理的状态，(D)表示使第二旋转工具的前端面与低导热系数部件的中央部的上表面抵接的状态，(E)表示利用第二旋转工具在低导热系数部件的中央部进行封孔处理的状态。

图10是表示本发明的第三实施方式的利用摩擦封孔装置进行的摩擦封孔处理状态的说明图。

图11是表示本实施方式的旋转工具的移动轨迹的说明图。

图12是表示本发明的第四实施方式的利用摩擦封孔装置进行的摩擦封孔工序的说明图，(A)表示第一次的旋转工具的冲压位置，(B)表示进行了封孔处理的低导热系数部件的封孔部和未封孔部，(C)表示第二次的旋转工具的冲压位置，(D)表示利用旋转工具进行的外周侧的冲压轨迹。

图13是表示本发明的第五实施方式的摩擦封孔工序的说明图，(A)表示低导热系数部件的上表面露出的活塞母材的圆形槽和旋转工具在该上方位置待机的状态，(B)表示在圆形槽内填充铝合金粉末，并且旋转工具在该上方位置待机的状态，(C)表示利用旋转工具，使铝合金粉末进行摩擦封孔的状态。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的内燃机的活塞制造方法、该活塞的摩擦封孔装置的实施方式。本实施方式的活塞适用于筒内火花点火式的所谓直喷型汽油内燃机。

所述活塞1整体，作为母材，利用AC8AAl-Si类的铝合金一体铸造，如图1所示，具有：形成为大致圆筒状，并在冠面2a上划分出燃烧室的冠部2；一体设于该冠部2的下端外周缘的圆弧状的一对推力侧裙部3a以及反推力侧裙3b；经由各连结部位连结于该各裙部3a、3b的圆周向的两侧端的一对挡板部4a、4b。需要说明的是，在该挡板部4a、4a一体形成有支承未图示的活塞销的两端部的销突起部4b、4b。

所述冠部2形成为比较厚壁的圆盘状，划分燃烧室的冠面2a的外周部形成为凸状，并且中央部形成有表面积大的平坦状的凹部2b。在该凹部2b的上表面规定位置浇铸固定有比所述活塞母材1’的导热系数低的低导热系数部件5。另外，在冠部2的外周形成有三个活塞环槽2c。

在所述低导热系数部件5中，在凹部2b的埋设位置为来自设于未图示的汽缸盖的燃料喷射阀即喷射器的燃料被直接喷射的位置，并且在后述活塞1的制造时(铸造时)，一体浇铸并固定于凹部2b内，并且如图2所示，活塞母材1’的一部分在所述浇铸时浸渍在由比活塞母材1’的导热系数低的玻璃材料构成的多孔部件6的内部。

即，该低导热系数部件5具有：由玻璃材料构成的多孔部件6；浸渍在预先填充在该多孔部件6的空穴内的水溶性盐在溶解后的多个空穴9a的母材1’的一部分即铝合金材料1a。

〔多孔部件的制造方法〕

以下，对多孔部件6的具体制造方法进行说明。基本是通过将粉末玻璃即第一粉体8、氯化化合物即第二粉体混合而烧结成形。

即，所述第一粉状体8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SiO2、Al203、B203、BaO、Bi203、Li20、MgO、P205、PbO、SnO、TiO2、ZnO、R2O(R代表碱金属：Li、Na、K)，RO(R代表碱土金属：Mg、Ca、Sr、Ba)。

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℃以上。

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。

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。

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℃并且是水溶性的盐。

该实施例中，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。

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)。

各粉末的粒径被设定为，第一粉状体8的平均粒径为4.5μm，第二粉状体9的平均粒径为850～1300μm，该第二粉末9设定为所述850～1300μm的粒径的含有比例为50～80％的范围。

接下来，将所述混合粉放入模具而加压成形，以650℃～750℃的温度加热20～40分钟而烧成，在本实施例中，以700℃的温度加热30分钟而得到烧结成形体(烧成工序)。

将该烧结成形体浸渍于搅拌的55℃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)。需要说明的是，该溶解工序是在50℃～95℃的热水中以30分钟～3小时的范围内对第二粉状体9进行溶解的工序。

如图3A所示，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3B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。

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。

即，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，得到以下结果。

即，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。

另外，若氯化钠的粉末少于50体积％，玻璃粉末多于50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。

在氯化钠粉末为50～80体积％、玻璃粉末为50～20体积％时，获得开放(オープン)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。

并且，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中浸渍后述的活塞铸造合金(铝合金1a)后，对浸渍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。

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1’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。

需要说明的是，该氯化钠的体积率越小，残留的氯化钠越多。

接着，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1成形的减压铸造用模具10内，在活塞1的铸造中，多孔质部件6的空穴内浸渍母材1’的一部分，在冠面2a的凹部2b一体地埋设低导热系数部5。

〔活塞的铸造模具装置〕

所述减压铸造用模具10为与所述特开2014-25418号公报所记载的装置相同，参照图4A、B进行简单说明。

即，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(フィリップ)型芯13、侧部型芯14等的多个分割型芯而成。

在所述模具10的内部，相对水平地设置左右一对的活塞销(リストピン)16，该活塞销16形成用于循环冷却水的冷却路径。

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(モールドブッシュ)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。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23一体地设于该外顶部型芯21。

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(アダプター)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。

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。

另外，所述内顶部型芯23的与所述型芯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1成形时，形成了用于转印活塞1的冠面2a的转印面。该型腔面23A通过放电加工形成了加工表面(仕上げ面)。

因此，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。

另外，如图4(A)所示，在与形成所述冠面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渍于多个空穴9a。

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。

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32，该浇道32与所述型腔29的下部侧连通。

〔活塞的铸造方法〕

因此，在使用所述模具10铸造活塞1时，自铸型11的所述浇道32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。因此，能够有效地排出型腔29内的气体。

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。

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)。

即，若自浇道32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。

并且，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1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冠面2a的形状的部分，也能够高精度地进行成形。

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5所示，与活塞母材1’相同地在内部浸渍有铝合金材料1a的低导热系数部5被一体地埋设固定于母材1’。需要说明的是，虽然在所述各空穴9a中填充铝合金材料1a，但稍微残存有所述第二粉状体9(氯化钠)。

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1’，如图1所示，对形成于活塞母材1’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冠面2a相同的面(切削工序)。

〔低导热率部件上表面的封孔处理〕

然后，在所述一次机械加工完成后，利用如图6～图8所示的摩擦封孔装置进行存在于所述低导热系数部件5的表面的空穴9a的封孔处理(摩擦封孔工序)。

即，图6表示用于通过摩擦密封所述低导热系数部件5的表面的空穴9a的摩擦封孔装置的示意构造。该摩擦封孔装置使用公知的用于摩擦搅拌接合的的设备，在台部40上使作为工件的活塞1定位，并且与该台部40相对的十字头41被支承为能够在门形的架台42上升降。用于摩擦封孔的中实圆筒状的旋转工具(刀具或探测器)44经由工具架43向下安装于所述十字头42。该旋转工具44经由十字头42上的电动机45、减速机构46被旋转驱动，这些电动机45、减速机构46构成旋转机构。同时，包括旋转工具44的十字头42整体利用移动机构即液压缸47被升降驱动。需要说明的是，在摩擦封孔装置上除了设置有周知的液压源48以外，还设置有控制盘49。

在此，所述旋转工具44的前端面44a构成为比低导热系数部件5的直径大一圈的圆形的平坦面。

图7具体表示图6所示的摩擦封孔装置中的在台部40上用于活塞1的定位的机构，(A)表示正面说明图，(B)表示该图(A)的平面说明图。如图6中的(A)、(B)所示，在台部40上对活塞1进行定位夹持时，将活塞1覆盖在位于台部40上的中心夹具50而凹凸嵌合，从内侧支承冠面2a，并且使具有能够插入活塞1侧的销孔的突起部51a的一分为二状的左右一对侧部夹具51利用未图示的液压缸前进动作，利用该左右一对侧部夹具51从两侧加压限制活塞1而定位夹持。需要说明的是，为了防止活塞1的变形，在从内侧支承冠面2a时，优选通过整面接触来支承。利用所述左右的侧部夹具51以及液压缸构成保持机构(保持工序)。

在该状态下，一边使旋转工具44旋转，一边使其前端面44a向低导热系数部件5的上表面5a整体按压，而成为堵塞该上表面5a整体的形状。如上所述，这是由于旋转工具44的圆形的前端面44a形成为比低导热系数部件5的上表面5a大一圈。但是，如果旋转工具44的前端面44a不从上表面5a偏移，旋转工具44也可以是其轴心也移动的旋转方式。

进一步地，在向旋转的旋转工具44施加载荷而压入，在到达规定的载荷(例如5吨)、压入量以及摩擦扭矩的时刻除去载荷，提起旋转工具44而使其旋转停止。

这样，利用旋转工具44的前端面44a与低导热系数部件5的上表面5a之间的摩擦热在低导热系数部件5的上表面5a整体形成塑性流动层5b。由此，使形成于所述上表面5a的各空穴9a的开口部密封。

需要说明的是，旋转工具44的旋转速度、摩擦扭矩等各条件设定为，利用摩擦热使低导热系数部件5(多孔部件6)的上表面5a的玻璃即硅氧化合物、活塞1的母材1’即铝合金材料软化而形成所述塑性流动层5b。

图8是所述摩擦封孔处理的过程的详细图，该图(A)表示使旋转工具44的前端面44a未与保持在预先规定位置的活塞1的低导热系数部件5的上表面5a接触的状态，该图(B)表示旋转工具44的前端面44a与低导热系数部件5的上表面5a整体及其周围的状态。进一步地，该图(C)表示旋转工具44相对于低导热系数部件5的上表面5a压入到规定量而在低导热系数部件5的上表面5a形成塑性流动层5b，而成为各空穴9a被封孔的状态。

如图8(C)所示，伴随旋转工具44的压入旋转，以其旋转工具44的前端形状被转印的方式，在低导热系数部件5的周围形成比其大一圈的的其他凹部18。同时，伴随旋转工具44的压入，通过使活塞1的母材1’被压退而在低导热系数部件5的周围产生“恢复力”F，而该“恢复力”F在二次机械加工时被切削除去。

即，在二次机械加工时，要将利用旋转工具44的压入而产生的低导热系数部件5周围的凹部消失，进行切削加工，以使得低导热系数部件5的表面与活塞1的母材1’成为共面状态，因此，在此时连“恢复力”F也被同时切削除去。

低导热系数部件5的上表面5a的直径与旋转工具44的前端面44a的直径的关系为旋转工具44的前端面44a的直径超过上表面5a的直径即可，优选的是旋转工具44的直径比低导热系数部件5的直径大1mm左右。另外，低导热系数部件5的形状不一定必须是圆形，但在旋转工具44为圆形部件的情况下，优选低导热系数部件5也是圆形。

如上所述，在本实施方式中，在所述载荷、旋转扭矩、旋转速度等各条件下，通过使所述旋转工具44旋转，而在低导热系数部件5的上表面5a形成圆形状的塑性流动层5b，不论所述各空穴9a的开口面积的大小，都能够有效地对大致所有空穴9a的开口进行密封。

由此，由于喷射燃料未进入在所述低导热系数部件5的上表面5a侧的被密封的各空穴9a内，因此能够抑制内燃机的排气排放性能等降低。

〔第二实施方式〕

图9A～图9E表示第二实施方式，备有两种旋转工具，对所述低导热系数部件5的上表面5a分成两个阶段地进行封孔处理。

即，首先，作为第一阶段，如图9A，B所示，作为第一旋转工具54，使用与第一实施方式的工具同样地，横截面积形成为比所述低导热系数部件5的外径稍大，前端部形成为内部中空状的圆筒状，该前端部的前端面54a形成为圆环状的工具。

作为第二阶段，如图9D、E所示，作为第二旋转工具55，使用前端部的前端面55a的外径比所述第一旋转工具54的前端部的外径、低导热系数部件5的后述中央部5c的外径稍小的圆柱状的部件，来进行封孔处理。

并且，首先，如图9A，B所示，利用第一旋转工具54使圆环状的前端面54在规定载荷、旋转扭矩等所述各条件下向低导热系数部件5的上表面5a按压，利用摩擦热软化而形成圆环状的塑性流动层5b。因此，如图9C所示，对位于低导热系数部件5的上表面5a外周侧的圆环状的区域的各空穴9a的开口部进行封孔处理。此时，如图所示，未进行封孔处理的低导热系数部件5的中央部5c成为鼓起成圆柱状的形状。

接着，将第一旋转工具54替换为第二旋转工具55，如图9D，E所示，在所述低导热系数部件5的鼓起的中央部5c的上表面，所述第二旋转工具55的前端面55a从上方向自该中央部5c稍向径向外侧偏心的位置按压而旋转，并直接使第二旋转工具55以跨过中央部5c、外周侧的已经成为塑性流动层5b的部位的状态，画圆地回转移动。由此，在所述中央部5c的上表面，利用摩擦热形成与外周侧的塑性流动层5b同样的塑性流动层5b。

这样，从第一旋转工具54替换为第二旋转工具55而进行两个阶段的封孔处理的理由在于，在如第一实施方式那样使用一个旋转工具44的情况下，在旋转工具44的周速度大的外周侧首先形成塑性流动层5b来进行封孔处理，但在由于其载荷、旋转速度而使旋转工具44变形的情况下，仅使旋转工具44旋转，会使该旋转速度、载荷双方越大，低导热系数部件5的中心部的速度越慢而产生未塑性流动层，可能不能获得足够的封孔效果。

在此，如本实施方式那样，在低导热系数部件5的内外周侧以两个阶段地进行封孔处理时，由于能够在低导热系数部件5的上表面5a整体形成塑性流动层5b，因此能够进行有效的封孔处理。

另外，利用本实施方式，由于能够使低导热系数部件5的上表面5a整体平滑，因此在之后的精加工切削的壁厚少，而容易进行后处理。

〔第三实施方式〕

图10以及图11表示第三实施方式，在该实施方式中，除了所述旋转机构以外，利用未图示的移动机构，使一个旋转工具56在低导热系数部件5的上表面5a一边旋转一边以螺旋状移动。

即，所述旋转工具56的前端面56a的外径形成为比所述低导热系数部件5的外径足够小，利用所述移动机构使前端面56a在低导热系数部件5的上表面5a上从外周侧向中央部侧以螺旋状移动。

另外，如图11所示，所述螺旋状的移动轨迹M设定为旋转工具56的前端面56a在内外以一部分重合的方式从外周侧向内周侧(中央侧)以螺旋状设定，在低导热系数部件5的上表面5a的外周部侧，以覆盖外周缘整体的状态移动。

因此，利用该实施方式，通过使一个旋转工具56在低导热系数部件5的上表面5a从外周侧向中央侧以螺旋状移动，而能够在上表面5a整体形成均匀的塑性流动层5c。即，利用比低导热系数部件5的上表面5a的面积小的旋转工具56的前端面56a一边进行塑性流动化一边移动而向整体扩展，因此能够在整体形成均匀的塑性流动层5c。

并且，由于旋转工具56的按压的面积小，因此能够以小的载荷进行，而能够谋求装置的小型化。

另外，由于利用一个旋转工具56连续进行螺旋移动，因此能够谋求封孔处理作业效率的提高。

需要说明的是，也可以使所述旋转工具56利用所述移动机构从低导热系数部件5的中央部侧向外周侧以螺旋状移动。

〔第四实施方式〕

图12表示第四实施方式，在该实施方式中，使旋转工具57相对于低导热系数部件5的上表面5a以冲压状上下移动，并且一边重复冲压运动，一边画圆地从外周侧向内周侧(中心侧)移动。

所述旋转工具57与第三实施方式的旋转工具同样地，外径形成为比所述低导热系数部件5的上表面5a足够小，并且利用未图示的移动机构即冲压机构，在前端面40a一边在低导热系数部件5的上表面5a旋转一边按压一次，然后，暂时上升而以与所述按压的部位的中央部5d重合的方式向圆周向移动，在此，进一步下降而进行按压作业，一边重复这些向圆周向的冲压运动、圆周向的移动，一边依次进行小圆形状的塑性流动化，而在低导热系数部件5的上表面5a整体形成塑性流动层5b。

具体而言，如图12A，B所示，首先，使旋转工具57在低导热系数部件5的外周侧以跨过冠面2a的状态，一边旋转一边按压，在该部分形成圆形状的塑性流动层5b。然后，暂时使旋转工具57上升而向圆周向移动规定量，如图12C所示，在覆盖塑性流动层5b的中央部(未去除部)5d的位置定位，并直接下降而一边按压上表面5a一边旋转。由此，形成以下圆形状的塑性流动层5b。

然后，如图12D所示，一边依次重复所述冲压运动、圆周向的移动一边形成低导热系数部件5的外周部整体的圆形状的塑性流动层5b。

在所述外周部整体形成塑性流动层5b后，使旋转工具57在覆盖所述外周部的圆环状的塑性流动层5b的一部分的位置向内侧移动，然后，再次与上述同样地重复冲压运动、圆周向的移动而形成圆环状的塑性流动层5b，然后，使这一系列的冲压运动、圆周向的移动进一步在内周侧反复进行。然后，在最后的低导热系数部件5的中央部，在覆盖塑性流动层5b的中央部5d的位置，利用旋转工具57处理为除去非塑性流动层。

这样，在本实施方式中，不使旋转工具57在低导热系数部件5的上表面5a上滑动，而是以冲压方式移动，因此能够在低导热系数部件5的上表面5a整体有效地形成塑性流动层5b。

利用本实施方式，由于能够将旋转工具57设定得较小，因此能够以小的载荷进行，能够使摩擦搅拌部分的搅拌条件相同。另外，由于进行冲压运动，因此不会受到在按压旋转工具57的范围的周围产生的毛刺的影响，从而提高可靠性。

其他结构与所述各实施方式同样，因此能够获得相同的作用效果。

〔第五实施方式〕

图13表示第五实施方式，在埋设在所述冠面2a的内部的低导热系数部件5的上表面侧，形成比该低导热系数部件5的外径大的凹部即圆形槽2d，在该圆形槽2d的内部填充与例如活塞母材1’相同材质的铝合金粉末59，然后，使该铝合金粉末59在旋转工具58的平坦圆形状的前端面58a按压旋转而在低导热系数部件5的上表面5a摩擦接合。

即，首先，在所述活塞1的铸造时，在冠面2a的内部一体埋设有所述低导热系数部5，然后，在该低导热系数部件5的上表面5a侧通过例如机械加工形成所述圆形槽2d。在该圆形槽2d的底面侧，成为所述低导热系数部件5的上表面5a整体露出的状态。需要说明的是，所述圆形槽2d在活塞铸造时使用圆形状的型芯而能够与低导热系数部件5(多孔部件6)的固定一起成形。

在活塞1的铸造后，如图13B所示，在所述圆形槽2d的内部填充铝合金粉末59，然后，如图C所示，使所述旋转工具58的平坦前端面58a从铝合金粉末59的上方按压而旋转，从而使该铝合金粉末59与所述低导热系数部件5的上表面5a摩擦接合而形成盖状的铝合金表面层60，利用该表面层60，能够密封所述各空穴9a的各个开口。

尤其是，在本实施方式中，在所述低导热系数部件5的上表面5a使铝合金粉末59直接摩擦接合，从而使所述铝合金粉末59进入各空穴9a内，因此能够更有效地对各空穴9a进行封孔。

在该实施方式中，在所述圆形槽2d内填充有铝合金粉末59，也可以取而代之，而收纳配置例如预先形成为圆盘板状的铝合金材。

本发明不限于所述实施方式的结构，例如，所述第一粉末8、第二粉末9的成分也可以根据活塞1的材料成分等任意变更。

另外，旋转工具44、54、55、56、57的前端面44a、54a、55a、56a、57a的形状不限于平坦状，也可以是曲面状。

Claims (18)

1.一种内燃机的活塞制造方法，在活塞的冠面设置有使用比所述活塞母材的导热系数低的多孔部件的低导热系数部件，其特征在于，包括：

以在所述多孔部件的空穴内浸渍有熔融金属的所述低导热系数部件设于所述冠面的状态保持所述活塞的工序；

在所述活塞被保持的状态下，使旋转工具向所述低导热系数部件的表面按压而利用摩擦热对所述多孔部件表面的空穴进行封孔处理的摩擦封孔工序。

2.如权利要求1所述的内燃机的活塞制造方法，其特征在于，

在所述摩擦封孔工序中，一边使所述旋转工具在相对于所述多孔部件的表面按压的位置移动一边进行封孔处理。

3.如权利要求2所述的内燃机的活塞制造方法，其特征在于，

在所述摩擦封孔工序中，一边使所述旋转工具相对于所述低导热系数部件的表面以冲压状移动一边按压来进行封孔处理。

4.如权利要求3所述的内燃机的活塞制造方法，其特征在于，

在使所述旋转工具以冲压状移动时，使所述旋转工具的前端面外周部覆盖预先进行了封孔处理的部位的中央部地移动。

5.如权利要求4所述的内燃机的活塞制造方法，其特征在于，

在所述摩擦封孔工序中，对所述低导热系数部件的表面整体进行封孔处理。

6.如权利要求5所述的内燃机的活塞制造方法，其特征在于，

在所述摩擦封孔工序中，使所述旋转工具的前端面在所述低导热系数部件的表面从中央向外侧以螺旋状移动。

7.如权利要求2所述的内燃机的活塞制造方法，其特征在于，

在所述摩擦封孔工序中，使所述旋转工具的前端面一边向所述低导热系数部件的表面按压，一边连续地滑动移动来进行封孔处理。

8.如权利要求7所述的内燃机的活塞制造方法，其特征在于，

在所述摩擦封孔工序中，使所述旋转工具的前端面在所述低导热系数部件的表面整体连续地滑动移动来进行封孔处理。

9.如权利要求8所述的内燃机的活塞制造方法，其特征在于，

在所述摩擦封孔工序中，使所述旋转工具的前端面从所述低导热系数部件的表面的中央侧向外侧，或者从外侧向中央侧以螺旋状滑动移动来进行封孔处理。

10.如权利要求1所述的内燃机的活塞制造方法，其特征在于，

在摩擦封孔工序中，首先利用所述旋转工具的形成为圆环状的前端面对所述低导热系数部件的表面的外周部进行封孔处理，

然后，利用与所述旋转工具的前端面相比，具有小径的圆形状的前端面的其他旋转工具，在所述低导热系数部件的表面的剩余的中央部进行封孔处理。

11.如权利要求1所述的内燃机的活塞制造方法，其特征在于，

在所述摩擦封孔工序后，具有对所述低导热系数部件的表面进行切削加工的切削工序。

12.如权利要求1所述的内燃机的活塞制造方法，其特征在于，

所述多孔部件由金属成形体构成，该金属成形体使与活塞母材相同的金属粉末材料和比该金属粉末材料的导热系数低的玻璃粉末材料融合而形成。

13.如权利要求1所述的内燃机的活塞制造方法，其特征在于，

在所述摩擦封孔工序中，在利用所述旋转工具的前端面覆盖所述低导热系数部件的表面整体的状态下，使所述旋转工具的前端面旋转来进行封孔处理。

14.如权利要求1所述的内燃机的活塞制造方法，其特征在于，

所述旋转工具的前端面形成为平面状。

15.如权利要求1所述的内燃机的活塞制造方法，其特征在于，

在将所述多孔部件配置在成形模具的内部规定位置后，向所述模具内注入熔融金属而使所述低导热系数部件浸渍在所述多孔部件的各空穴内，从而固定所述低导热系数部件。

16.一种内燃机的活塞制造方法，包括：

在活塞的冠面附近的内部，使活塞母材的熔融金属浸渍在比该活塞的母材的导热系数低的多孔部件的各空穴内来固定低导热系数部件的活塞成形工序；

在所述活塞冠面的所述低导热系数部件所在的部位，使该低导热系数部件的上表面整体露出地形成凹部的凹部形成工序；

在所述凹部内的低导热系数部件的上表面配置与活塞母材大致相同材质的密封材料的密封材料配置工序；

通过使旋转工具向所述密封材料的上表面按压而利用摩擦热使所述密封材料软化，来密封所述低导热系数部件的表面的空穴的摩擦密封工序。

17.一种内燃机用活塞的摩擦封孔装置，在活塞的冠面设置有低导热系数部件，该低导热系数部件使用了比活塞母材的导热系数低的多孔部件，其特征在于，具有：

保持机构，其保持在所述冠面设有所述低导热系数部件的活塞；

旋转机构，其通过一边使前端面向所述低导热系数部件的表面按压一边旋转而产生摩擦热，来进行封孔处理；

移动机构，其使所述旋转机构的旋转工具或所述活塞本身移动到能够进行空穴的密封处理的规定位置。

18.如权利要求17所述的内燃机用活塞的摩擦封孔装置，其特征在于，

所述移动机构在利用所述旋转工具的前端面对所述低导热系数部件表面的空穴进行了封孔处理之后，使所述旋转工具暂时从所述表面分离，再次在其他位置一边以冲压状移动一边进行封孔处理。