本發(fā)明涉及一種通過鑄造形成的內(nèi)燃機用活塞和該活塞的制造方法及制造裝置。

背景技術(shù)：

眾所周知，在火花點火式汽油內(nèi)燃機中，已經(jīng)提供了一種意在通過稀混合氣燃燒提高燃油效率和通過均勻燃燒提高輸出等的所謂的直噴型(gdi)內(nèi)燃機。

這理解為特別是通過在構(gòu)成燃燒室的鋁合金制活塞的冠面局部設(shè)置絕熱材料，有促進(jìn)噴射燃料霧化的效果，但很難使絕熱材料與鋁合金母材牢固地結(jié)合。

因此，如本申請人先前申請的以下專利文獻(xiàn)1記載的內(nèi)容那樣，在活塞的冠面的規(guī)定位置設(shè)置導(dǎo)熱系數(shù)低比鋁合金母材低的低導(dǎo)熱系數(shù)部，該低導(dǎo)熱系數(shù)部是使活塞母材的鋁合金材料浸滲于由導(dǎo)熱系數(shù)比鋁合金母材低的玻璃材料構(gòu)成的多孔質(zhì)部件中的構(gòu)造。通過該構(gòu)造，滿足了高絕熱性和與活塞母材之間的結(jié)合強度兩方面要求。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2014－25418號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

但是，在所述專利文獻(xiàn)1記載的現(xiàn)有技術(shù)中，由于所述鋁合金熔融金屬的粘性等原因，使得鋁合金熔融金屬沒有被充分浸滲到所述多孔絕熱材料的所有各空穴中，導(dǎo)致殘存了不少空穴。

因此，在內(nèi)燃機的驅(qū)動中，未燃燒氣體進(jìn)入殘存的所述空穴內(nèi)并原樣作為排出氣體排出，所以有可能導(dǎo)致廢氣排放性能變差。

本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)燃機用活塞，其能夠確保低導(dǎo)熱系數(shù)部的高絕熱性和與活塞母材之間的結(jié)合強度，并且能夠通過增進(jìn)封孔處理來抑制多孔質(zhì)部件的空穴的殘存而抑制廢氣排放性能變差。

技術(shù)方案1的發(fā)明尤以如下內(nèi)容為特征：低導(dǎo)熱系數(shù)部具有導(dǎo)熱系數(shù)比活塞母材低的多孔質(zhì)部件和浸滲到該多孔質(zhì)部件的空穴內(nèi)的浸滲劑，該浸滲劑在發(fā)動機驅(qū)動中的所述活塞的使用環(huán)境下保持在所述空穴內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明，能夠通過增進(jìn)封孔處理來抑制多孔質(zhì)部件的空穴的殘存，抑制廢氣排放性能變差。

附圖說明

圖1中，(a)是本發(fā)明的內(nèi)燃機的活塞的縱剖視圖，(b)是圖1的(a)所示的a部放大圖。

圖2中，(a)是本實施方式所用的多孔質(zhì)部件的縱剖視圖，(b)是圖2的(a)所示的b部放大圖。

圖3是由本實施方式所用的多孔質(zhì)部件中的氯化鈉的體積與體積率之間的關(guān)系來表示空穴(空隙率)和殘留氯化鈉的特性圖。

圖4是表示氯化鈉的體積與熱傳導(dǎo)率之間的關(guān)系的特性圖。

圖5是表示本實施方式所用的鑄造模具裝置的縱剖視圖。

圖6是表示由前述鑄造模具裝置剛鑄造成的活塞成形體的縱剖視圖。

圖7是表示本實施方式所用的清漆浸滲裝置的示意圖。

圖8是利用清漆浸滲裝置進(jìn)行的清漆浸滲工序的示意圖，(a)表示向處于真空狀態(tài)的真空容器內(nèi)供給清漆的狀態(tài)，(b)表示結(jié)束供給清漆的狀態(tài)，(c)是表示清漆被浸滲到了各空穴內(nèi)的狀態(tài)。

圖9是表示第二實施方式所用的清漆浸滲裝置的示意圖，(a)表示負(fù)壓導(dǎo)入機構(gòu)和清漆供給機構(gòu)未與真空容器連接的狀態(tài)，(b)表示所述兩個機構(gòu)與真空容器連接的狀態(tài)。

圖10是第三實施方式所用的清漆浸滲裝置的示意圖。

具體實施方式

以下，基于附圖對本發(fā)明的內(nèi)燃機用活塞和該活塞的制造方法及制造裝置的實施方式進(jìn)行詳述。本實施方式所用的活塞是應(yīng)用于火花點火式的直噴型汽油發(fā)動機的活塞。

所述活塞1整體上由ac8aal－si類的鋁合金作為母材一體鑄造而成，如圖1的(a)所示，具有形成為大致圓筒狀并利用冠面2a劃分燃燒室的冠部2、一體地設(shè)置于該冠部2的下端外周緣的一對圓弧狀的推力側(cè)裙部3及反推力側(cè)裙部3和與該各裙部3的圓周方向的兩側(cè)端連結(jié)的一對圍裙部4、4。此外，在該圍裙部4一體地設(shè)置有銷轂部4a、4a，該銷轂部4a、4a形成有支承未圖示的活塞銷的兩端部的銷孔4b、4b。

所述冠部2呈壁厚形成得較厚的圓盤狀，構(gòu)成燃燒室的冠面2a的截面形成為大致凹凸?fàn)畈⒕植啃纬闪吮砻娣e較大的平坦?fàn)畹陌疾?b，并且在該凹部2b的上表面規(guī)定位置埋設(shè)有導(dǎo)熱系數(shù)比活塞母材1’低的低導(dǎo)熱系數(shù)部5。另外，在冠部2的外周形成有三個活塞環(huán)槽2c。

該低導(dǎo)熱系數(shù)部5在凹部2b上的埋設(shè)位置是燃料從設(shè)置于未圖示的氣缸蓋的作為燃料噴射閥的噴射器直接噴射到的位置，該低導(dǎo)熱系數(shù)部5在后述的活塞1的鑄造時一體地埋設(shè)于凹部2b內(nèi)，并且如圖1的(b)所示，在由導(dǎo)熱系數(shù)比活塞母材1’低的玻璃材料構(gòu)成的多孔質(zhì)部件6的內(nèi)部浸滲有活塞母材1’的一部分的鋁合金材料1a。

即，該低導(dǎo)熱系數(shù)部5由多孔質(zhì)部件6、鋁合金材料1a和后述的清漆39構(gòu)成，所述多孔質(zhì)部件6由所述玻璃材料構(gòu)成，通過與活塞1不同的后述的制造方法基本上形成為凸圓盤狀，所述鋁合金材料1a是向該多孔質(zhì)部件6的預(yù)先填充的水溶性鹽發(fā)生了溶解后的空穴9a內(nèi)浸滲的活塞母材1’的一部分，所述清漆39浸滲到所述空穴9a內(nèi)。

〔多孔質(zhì)部件的制造方法〕

以下，簡要說明所述多孔質(zhì)部件6的制造方法。首先，第一粉體8是不溶于水的玻璃的粉末，將第一粉體8和作為水溶性的粉末(氯化鈉粉末)的第二粉體9混合，將該混合粉放入模具并以規(guī)定壓力進(jìn)行加壓成形，之后，通過規(guī)定的燒結(jié)溫度tb使其燒結(jié)。需要說明的是，該燒結(jié)溫度tb比第二粉體9的燒結(jié)溫度ta低。

之后，使燒結(jié)成的燒結(jié)體浸漬到經(jīng)過攪拌的冷水或熱水中，利用冷水或熱水將燒結(jié)體內(nèi)的第二粉體9溶解并去除而形成大量空穴9a，由此成形出圖2所示的多孔質(zhì)部件6。該多孔質(zhì)部件6的導(dǎo)熱系數(shù)充分小于作為熔融金屬的所述活塞母材1’的導(dǎo)熱系數(shù)。

所述第一粉體8如前所述為玻璃粉末，是以升溫后表現(xiàn)出?；F(xiàn)象的作為非晶固體的硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽為主要成分的堅硬、透明的物質(zhì)?；瘜W(xué)上變?yōu)椴Ａ顟B(tài)的主要是硅酸化合物(硅酸鹽礦物)。作為構(gòu)成玻璃的氧化物，有sio2、al2o3、b2o3、bao、bi2o3、li2o、mgo、p2o5、pbo、sno、tio2、zno、r2o(r是堿金屬li、na、k的簡寫符號)、ro(r是堿土類金屬mg、ca、sr、ba的簡寫符號)。

所述第一粉體8發(fā)生軟化的溫度(軟化點)比第二粉體9的熔點低，熔點為700℃以上。

所述?；c是玻璃構(gòu)造發(fā)生變化的溫度，粘性約1013.3poise。所述軟化點是玻璃因自重而軟化變形的溫度，粘性約107.6poise。

另一方面，就第二粉體9而言，作為材料，是氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、氯化鈣、碳酸鈣、碳酸鈉、硫酸鈉、硫酸鎂、硫酸鉀、硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸鎂、硝酸鉀、四硼酸鈉等水溶性的鹽類，但也可以是其中的一種或兩種以上的鹽的混合鹽。

優(yōu)選為所述氯化鈉和氯化鉀、氯化鎂、氯化鈣、碳酸鈣、碳酸鈉、硫酸鈉、硫酸鎂、硫酸鉀、四硼酸鈉那樣熔點超過700℃且為水溶性的鹽。在本實施方式中，使用所述氯化鈉。

〔實施例〕

以下，對多孔質(zhì)部件6的具體制造方法進(jìn)行說明。

首先，將作為所述氯化鈉的第二粉體9攪拌混合于硼硅酸玻璃(旭硝子(株式會社)制的粉末玻璃asf1898)的第一粉體8。

第一粉體8與第二粉體9的混合比例被設(shè)定為，第一粉體8為40～20體積％，第二粉體9為60～80體積％。將重量比的比率比例為54：46(重量比)的混合粉混合(混合工序)。

各粉末的粒徑被設(shè)定為，平均粒徑為4.5μm的第一粉體8、平均粒徑為75～180μm的第二粉體9占70％以上。

接著，將所述混合粉放入到模具中進(jìn)行加壓成形，并在650℃～750℃的溫度下加熱20～40分鐘進(jìn)行燒成，在本實施例中，在700℃的溫度下加熱30分鐘而獲得了燒結(jié)成形體(燒成工序)。

將該燒結(jié)成形體浸漬到經(jīng)過攪拌的55℃的熱水中(液體)，將內(nèi)部的第二粉體9(氯化鈉)溶解并將其從成形體中提取出來，獲得了具有大量空穴9a的多孔質(zhì)部件6(溶解工序)。需要說明的是，該溶解工序使第二粉體9在50℃～95℃的熱水中在30分鐘～3小時的范圍內(nèi)進(jìn)行。

如圖2a所示，該多孔質(zhì)部件6由圓盤狀的基部6a和一體地設(shè)置于該基部6a的上表面的小徑圓柱狀的突起部6b構(gòu)成，如圖2b所示，該多孔質(zhì)部件6為第二粉體9幾乎全部溶解消失而殘存所述第一粉體8(玻璃)的形態(tài)，因此為在第一粉體8的周圍形成有大量空穴9a的狀態(tài)。

并且，在前述的混合工序和燒成工序中，如果加熱第一粉體8(玻璃粉末)和第二粉體9(氯化鈉)的混合粉的成形體，則玻璃粉末將包覆在氯化鈉的粒子的周圍，根據(jù)第一粉體8與第二粉體9的混合比例的不同，多孔質(zhì)部件6的形成方式不同。

也就是說，本申請的發(fā)明人進(jìn)行了各種改變第一粉體8與第二粉體9的混合比例的實驗，得出了圖3及圖4所示的結(jié)果。

即，例如在氯化鈉的粉末為80體積％以上，并且玻璃粉末為20體積％以下的情況下，由于玻璃粉末彼此通過加熱也不會熔融接合，所以不能制作成形體，在利用冷水或熱水溶解時導(dǎo)致成形體不成形。

另外，如果氯化鈉的粉末少于60體積％，并且玻璃粉末多于40體積％，則玻璃粉末彼此容易通過加熱而熔融接合，包覆在氯化鈉粉末的周圍。因此，在氯化鈉的粉末在之后的冷水或熱水中溶化出來時，冷水或熱水不能與氯化鈉粉末接觸，不能成形所述多孔質(zhì)部件6。

在氯化鈉粉末為60～80體積％，并且玻璃粉末為40～20體積％時，可獲得敞開的空穴9a(從表面連通到內(nèi)部的空穴)。氯化鈉粉末不會全部溶解出來，其一部分被玻璃粉末包覆而處于封閉狀態(tài)。該封閉狀態(tài)的氯化鈉粉末的量取決于該氯化鈉粉末(第二粉體9)與玻璃粉末(第一粉體8)的混合比例。

并且，在氯化鈉(第二粉體9)為80體積％時，殘留的氯化鈉會通過溶解而消失，如果減少第二粉體9的體積％，則殘留氯化鈉的體積％也上升，在第二粉體9為60體積％時，殘留的氯化鈉的粉末為25體積％。殘留的氯化鈉粉末一方面被第一粉體8的玻璃粉末包圍，作為絕熱材料而起作用，另一方面，在使后述的活塞鑄造合金(一部分的鋁合金材料1a)浸滲到所獲得的多孔質(zhì)部件6中之后，對浸滲部分進(jìn)行切削加工而最終完成，在其加工表面會露出殘留的氯化鈉。

如果再次利用冷水或熱水溶解去除露出的氯化鈉粉末，則加工表面將變?yōu)樽鳛槎嗫踪|(zhì)部件6的玻璃與活塞母材1’的鑄造合金的復(fù)合構(gòu)造，氯化鈉粉末越多則溶解量越多，表面的凹凸越多且表面積越是增大。

因此，在本實施例中，將第二粉體9的氯化鈉粉末設(shè)定為60～80體積％，并且將第一粉體8的玻璃粉末設(shè)定為40～20體積％。

接著，將所述第二粉體9幾乎完全去除而主要由第一粉體8(玻璃)構(gòu)成的多孔質(zhì)部件6設(shè)置在后述的減壓鑄造用的模具10內(nèi)，之后，向該模具10內(nèi)注入鋁合金熔融金屬來鑄造活塞1，并且在該活塞1的鑄造中使活塞母材1’的熔融金屬的一部分浸滲到多孔質(zhì)部件6的各空穴9a內(nèi)而在冠面2a的凹部2b中一體地埋設(shè)低導(dǎo)熱系數(shù)部5(注入工序)。

所述減壓鑄造用的模具10與作為所述現(xiàn)有技術(shù)而登載的日本特開2014－25418號公報所記載的內(nèi)容相同，所以簡單進(jìn)行說明。如圖5所示，在鑄造模具11內(nèi)在下部側(cè)具有型芯15，所述型芯15由中心型芯12及配置于該中心型芯12的周圍的菲利普型芯(フィリップコア)13、側(cè)型芯等多個組合型芯組合而成。此外，形成用于使冷卻水在模具10的內(nèi)部循環(huán)的冷卻路的未圖示的左右一對肘節(jié)銷(リストピン)相對且水平設(shè)置，該肘節(jié)銷的前端部以能夠卡合/脫離的方式與形成于所述側(cè)型芯的孔卡合。

而且，所述減壓鑄造用的模具10在上部側(cè)設(shè)置有能夠相對于所述鑄造模具11拆裝的頂型芯19，該頂型芯19由外頂型芯21和內(nèi)頂型芯23構(gòu)成，所述外頂型芯21具有作為抽吸排出部20的一個例子的空間部，所述內(nèi)頂型芯23一體地設(shè)置于該外頂型芯21。

所述外頂型芯21在上端部設(shè)置有封閉所述抽吸排出部20的接合器25，在該接合器25的大致中央設(shè)置有管狀的第一連通管27。該第一連通管27與所述抽吸排出部20連通，并且與例如真空泵(省略圖示)等負(fù)壓產(chǎn)生機構(gòu)連接。因此，通過使所述負(fù)壓產(chǎn)生機構(gòu)動作，能夠?qū)λ龀槲懦霾?0內(nèi)進(jìn)行減壓而使其成為負(fù)壓。

所述內(nèi)頂型芯23在與型芯15及所述鑄造模具11之間形成型腔22，并且內(nèi)頂型芯23由多孔質(zhì)材料通過通氣性模具(多孔質(zhì)模具)構(gòu)成。

所述內(nèi)頂型芯23的下表面的型腔面23a形成為用于轉(zhuǎn)印活塞1的冠面2a的轉(zhuǎn)印面，并且通過放電加工形成為精加工面。因此，對鋁合金熔融金屬的耐熱性、耐磨損性優(yōu)異，并且不會產(chǎn)生粘著。

另外，在所述內(nèi)頂型芯23的型腔面23a中，與作為產(chǎn)品的活塞1上的冠面2a的冠面燃燒室的較細(xì)部分及邊緣對應(yīng)的部分23b的壁厚形成為大于2mm但處于12mm以下。

另外，在內(nèi)頂型芯23的規(guī)定位置，如圖5所示，設(shè)置有從上下方向貫穿該內(nèi)頂型芯23和所述抽吸排出部20及接合器25的金屬管狀的第二連通管28，并且在該第二連通管28的下端部形成有保持所述多孔質(zhì)部件6的保持槽23c。也就是說，所述多孔質(zhì)部件6預(yù)先保持在內(nèi)頂型芯23的型腔面23a的規(guī)定位置，所述突起部6b通過壓入而被嵌合保持在第二連通管28的下端部內(nèi)，并且基部6a被抵接保持于保持槽23c的周面。

與所述第一連通管27相同，所述第二連通管28在上端部與例如真空泵(省略圖示)等負(fù)壓產(chǎn)生機構(gòu)連接。因此，通過使所述負(fù)壓產(chǎn)生機構(gòu)動作，對預(yù)先保持于所述保持槽23c的所述多孔質(zhì)部件6的內(nèi)部進(jìn)行減壓而使其處于負(fù)壓，使后述鋁合金1a的熔融金屬浸滲到大量空穴9a中。

因此，如果使所述抽吸排出部20處于負(fù)壓，則所述型腔22內(nèi)的氣體經(jīng)由內(nèi)頂型芯23被抽吸到抽吸排出部20而向外部排出，注入所述型腔22的鋁合金的熔融金屬被抽吸到所述內(nèi)頂型芯23的型腔面23a(轉(zhuǎn)印面)而與其直接接觸，原樣轉(zhuǎn)印所述型腔面23a的形狀。

另外，在使所述抽吸排出部20處于負(fù)壓而將型腔22的氣體抽吸排出，并且抽吸型腔22內(nèi)的熔融金屬而使其與內(nèi)頂型芯23的型腔面23a直接緊密接觸時，可有效地進(jìn)行與產(chǎn)品的較細(xì)部分及邊緣對應(yīng)的部分的抽吸，即使是產(chǎn)品的較細(xì)部分及邊緣的部分，也能夠準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)印內(nèi)頂型芯23的型腔面23a的形狀。

而且，在所述鑄造模具11上設(shè)置有用于對所述型腔22供給熔融金屬的橫澆道29，該橫澆道29與所述型腔22的下部側(cè)連通。

〔活塞的鑄造方法〕

因此，為了利用所述模具10鑄造活塞1，從鑄造模具11的所述橫澆道29向所述型腔22內(nèi)注入鋁合金的熔融金屬(注入工序)，并且使抽吸排出部20內(nèi)處于負(fù)壓。此時，在型腔22的下部側(cè)對所述型腔22進(jìn)行熔融金屬的供給，通過對所述抽吸排出部20進(jìn)行減壓并使其處于負(fù)壓，所述型腔22內(nèi)的氣體透過所述內(nèi)頂型芯23向外部排出。

另外，由于同時還利用所述真空泵經(jīng)由第二連通管28對多孔質(zhì)部件6內(nèi)進(jìn)行減壓而使其處于負(fù)壓，所以供給到所述型腔22內(nèi)的熔融金屬在所述抽吸排出部20的負(fù)壓的作用下被直接抽吸接觸到內(nèi)頂型芯23的型腔面23a(轉(zhuǎn)印面)而與之緊密接觸。

即，如果從橫澆道29向型腔22供給鋁合金熔融金屬，并且直澆口被熔融金屬封閉，則驅(qū)動未圖示的減壓用的馬達(dá)來排出抽吸排出部20內(nèi)的空氣，對抽吸排出部20進(jìn)行減壓。如果通過該減壓而在抽吸排出部20與型腔22之間產(chǎn)生了差壓，則型腔22內(nèi)的氣體透過作為通氣性模具(多孔質(zhì)模具)的內(nèi)頂型芯23的空穴向外部排出。

并且，如果型腔22內(nèi)的熔融金屬逐漸上升而與所述內(nèi)頂型芯23的型腔面23a接觸，則由于對抽吸排出部20進(jìn)行了減壓，所述熔融金屬成為被型腔面23a抽吸而緊密接觸的形態(tài)。此時，在使活塞1成形的情況下，所述型腔面23a的凹凸轉(zhuǎn)印到活塞的冠面，相當(dāng)于活塞冠面的凸部的型腔面23a的凹部23c的部分23b比其他部分形成得更薄，因此，可更有效地進(jìn)行該部分的熔融金屬的抽吸緊密接觸，即使是活塞冠面2a的難以形成形狀的部分，也能夠高精度地成形。

另外，由于所述多孔質(zhì)部件6內(nèi)也變?yōu)樨?fù)壓，所以型腔22內(nèi)的鋁熔融金屬的一部分被抽吸到所述多孔質(zhì)部件6內(nèi)，向氯化鈉被溶解后生成的大量空穴9a內(nèi)浸透而浸滲于其中。由此，如圖6所示，內(nèi)部浸滲有與活塞母材1’相同的鋁合金材料1a的低導(dǎo)熱率部5被一體地埋設(shè)固定于活塞母材1’。需要說明的是，所述各空穴9a中雖然浸滲了鋁合金材料1a，但還是稍微殘存所述第二粉體9(氯化鈉)。

之后，從冷卻的減壓鑄造用的模具10取出與所述低導(dǎo)熱系數(shù)部5成為一體的活塞母材1’。需要說明的是，在該活塞母材1’的所述凹部2b的上表面，在所述低導(dǎo)熱系數(shù)部5的外周側(cè)一體地形成有圓筒部2d，該圓筒部2d的高度形成為與所述低導(dǎo)熱系數(shù)部5的高度大致相同。

之后，利用清漆浸滲裝置使清漆39浸滲到所述活塞母材1’的低導(dǎo)熱系數(shù)部5(多孔質(zhì)部件6)的上表面的空穴9a內(nèi)。

即，由于在所述多孔質(zhì)部件6上特別是在上表面6c上產(chǎn)生了大量空穴9a(全空穴率1～10％)，所以如前所述，有可能在大量空穴9a內(nèi)產(chǎn)生燃料氣體而導(dǎo)致廢氣排放性能降低。因此，進(jìn)行封孔處理，通常的封孔處理是使用有機類封孔劑向空穴9a中浸透、浸滲。作為主要的封孔劑的種類，有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯樹脂、丁醛樹脂、有機胺的衍生物等。作為封閉材料(浸滲劑)，可以是能夠容易浸滲到空穴內(nèi)的低粘度的材料，可以考慮毛刷涂抹、浸滲涂抹、噴霧涂抹等手段。

但是，這些封閉材料的耐熱溫度低，耐不住活塞1的冠面2a的溫度處于350℃的溫度環(huán)境。在向各空穴9a的浸滲過程中，也不能期待利用所述毛刷涂抹等充分向空穴9a中浸滲。因此，通過應(yīng)用所謂的真空浸滲法，即使是數(shù)μm的間隙也能夠進(jìn)行浸滲，但通常的真空浸滲法都是浸滲整個部件，需要清洗浸滲以外的部分，作業(yè)性很差。

因此，在本實施方式中，利用以下的借助真空輔助的清漆浸滲裝置提高清漆39向各空穴9a內(nèi)的浸滲性。

所述清漆39作為封止劑必須是硬化后耐得住噴射燃料的燃燒熱的材料，在本實施方式中，是玻化溫度為350℃以上的聚酰亞胺前體或聚酰胺酰亞胺前體，它們被以dma、dmf或gbl為主體的溶劑溶解，這是從基于本申請發(fā)明人的實驗結(jié)果的以下的表1、2中選出的。此外，所述清漆39也可以不使用前體，而是使用已經(jīng)酰亞胺化的聚酰亞胺溶掖。

在該實驗中，作為清漆39，分別準(zhǔn)備了兩種(1)(2)的聚酰亞胺類(pi)清漆、兩種(1)(2)的聚酰胺酰亞胺類(pai)清漆，對于向它們添加所述溶劑而溶解的狀態(tài)的物質(zhì)，在利用前述裝置將該物質(zhì)供給到多孔質(zhì)部件6的各空穴9a中的狀態(tài)下進(jìn)行了實驗。

首先，在表1中，為了使清漆的溶劑揮發(fā)，在100～200℃的溫度下暴露于大氣中加熱了30分鐘和60分鐘。將清漆表面硬化但溶劑沒有揮發(fā)而膨脹的情況設(shè)為×，將表面沒有變化的情況設(shè)為○。

接著，在表2中，將所述○的情況的清漆繼續(xù)在300℃的溫度下暴露于大氣中加熱了30分鐘，將殘留溶劑揮發(fā)而產(chǎn)生膨脹、或者熱解而碳化的情況設(shè)為×，將體積變化小且作為固態(tài)物質(zhì)存在的情況設(shè)為○。

[表1]

溶劑揮發(fā)

[表2]

暴露于大氣中加熱300℃×30min

從表1可知，在30～60分鐘的加熱過程中，在100℃～150℃之前，pi、pai的(1)(2)在清漆表面都沒有變化，記作○，在150℃以上時，都變?yōu)榍迤岬谋砻嬗不軇┎粨]發(fā)而膨脹的狀態(tài)，記作×。

之后，在將所述表1中記作○的清漆以300℃的溫度暴露于大氣中加熱了30分鐘的情況下，如表2所示，對于pi的(1)(2)中的在所述100～110℃的低溫下加熱后的清漆、pai的(1)中的在100～130℃下加熱后的清漆、pai的(2)中的在100～120℃的低溫下加熱后的清漆，通過在300℃下暴露于大氣中加熱，產(chǎn)生殘留溶劑引起的膨脹，不能使用。

另一方面，可以知道，表1中以130～150℃的較高溫度加熱后的清漆即使受到300℃的加熱，浸滲到各空穴9a的清漆39也沒有較大的變化，可以得到足夠的浸滲效果。

因此，從該實驗結(jié)果可知，為了使溶劑揮發(fā)，所述清漆39特別優(yōu)選以130～150℃加熱30～60分鐘而獲得的清漆。也就是說，在所述溫度條件和加熱時間的條件下獲得的清漆39在耐熱性和耐久性方面優(yōu)異。

〔清漆浸滲裝置〕

如圖7所示，所述清漆浸滲裝置由真空容器30、負(fù)壓導(dǎo)入機構(gòu)31和清漆供給機構(gòu)32構(gòu)成，所述真空容器30是有蓋圓筒狀的罩狀部件，被載置保持在形成于活塞母材1’的凹部2b的所述圓筒部2d的上端面，所述負(fù)壓導(dǎo)入機構(gòu)31使該真空容器30的內(nèi)部成為負(fù)壓狀態(tài)，所述清漆供給機構(gòu)32向所述低導(dǎo)熱系數(shù)部5的外表面供給清漆。

所述真空容器30由壁厚較厚且剛性較高的不銹鋼類金屬材料一體地形成，所述真空容器30以覆蓋所述低導(dǎo)熱系數(shù)部5的上表面的方式配置，主要由載置于所述圓筒部2d的上表面的圓筒壁30a和一體地形成于該圓筒壁30a的上端部的圓盤狀的上壁部30b構(gòu)成。

所述圓筒壁30a外徑形成為比所述圓筒部2d的外徑稍小而內(nèi)徑形成為比圓筒部2d的內(nèi)徑大，從而載置保持在圓筒部2d的上表面。另外，圓筒部2d在整個下表面一體地設(shè)置有將其與所述圓筒部2d的上表面之間密封的圓環(huán)狀的密封部件33。

所述上壁部30b在外周側(cè)的規(guī)定位置貫穿形成有供所述負(fù)壓導(dǎo)入機構(gòu)31的真空管35插通固定的第一固定用孔30c，并且，在相對于該固定用孔30c處于徑向相反側(cè)的位置，貫穿形成有供所述清漆供給機構(gòu)32的清漆供給管41插入固定的第二固定用孔30d。

所述負(fù)壓導(dǎo)入機構(gòu)31主要由真空泵34、真空管35、第一開閉閥36和第三開閉閥38構(gòu)成，真空泵34是產(chǎn)生負(fù)壓的負(fù)壓產(chǎn)生器，真空管35是一端部35a與該真空泵34連接且另一端部35b經(jīng)由所述第一固定用孔30c與真空容器30連接的負(fù)壓導(dǎo)入通路，第一開閉閥36設(shè)置于該真空管35的中途，將該真空管35的內(nèi)部連通或者切斷連通，第三開閉閥38設(shè)置于從該第一開閉閥36的下游側(cè)分支而與大氣連通的大氣壓導(dǎo)入管37。

所述真空泵34是使用油等的通常的裝置，以規(guī)定的抽吸壓對所述真空容器30內(nèi)進(jìn)行抽吸而使之成為真空狀態(tài)。

所述第一開閉閥36在以下的清漆浸滲作業(yè)中進(jìn)行開閉動作，在所述真空泵34的動作過程中開閥，如果該動作停止則進(jìn)行關(guān)閉動作。另外，在該關(guān)閉動作后，所述第三開閉閥38進(jìn)行開啟動作。

所述清漆供給機構(gòu)32主要由有底圓筒狀的儲存箱40、清漆供給管41和第二開閉閥42構(gòu)成，所述儲存箱40在內(nèi)部儲存有作為浸滲劑的清漆39，所述清漆供給管41是一端部41a與所述儲存箱40連接且另一端部41b與所述真空容器30的第二固定用孔30d連接的浸滲劑導(dǎo)入通路，所述第二開閉閥42設(shè)置于該清漆供給管41的中途。

所述儲存箱40在整個外周設(shè)置有加熱器43，該加熱器43為了使內(nèi)部的清漆39的粘度穩(wěn)定而將清漆39的溫度保持恒定。

所述第二開閉閥42是在以下的清漆填充(供給)作業(yè)中開閉所述清漆供給管41的裝置，其在利用所述真空泵34將真空容器30內(nèi)減壓至規(guī)定壓力時進(jìn)行開啟動作，從而將所述儲存箱40內(nèi)的清漆39經(jīng)由清漆供給管41向所述多孔質(zhì)部件6的上表面6c側(cè)供給。

此外，所述負(fù)壓導(dǎo)入機構(gòu)31和清漆供給機構(gòu)32處于預(yù)先與所述真空容器30連接的狀態(tài)。

以下，對使所述清漆39浸滲到多孔質(zhì)部件6的各空穴9a的作業(yè)工序進(jìn)行說明。

首先，如圖7所示，在通過上述制造工序成形的活塞母材1’的冠部2上所具有的所述圓筒部2d的上表面上，經(jīng)由所述密封部件33載置固定所述真空容器30。

之后，將所述真空泵34的真空管35的另一端部35b與第一固定用孔30c連接固定，并且將安裝有所述儲存箱40的清漆供給管41的下端部與第二固定用孔30d連接。

此時，所述第一、第二、第三開閉閥36、42、38全部處于關(guān)閉動作狀態(tài)，使得真空管35、清漆供給管41各自的上下游的連通被切斷，并且真空管35內(nèi)與大氣之間的連通也被切斷。

接著，向所述儲存箱40的內(nèi)部放入規(guī)定量的清漆39，并且接通所述加熱器43的開關(guān)而將儲存箱40內(nèi)的清漆39加熱至規(guī)定溫度，從而謀求內(nèi)部的清漆39的粘度的穩(wěn)定化。

之后，打開所述第一開閉閥36并且使真空泵34動作，在真空容器30內(nèi)的壓力變?yōu)?.01mpa以下的真空度時關(guān)閉所述第一開閉閥36。

之后，如圖8的(a)、(b)所示，打開第二開閉閥42使清漆供給管41連通，將清漆39向真空容器30內(nèi)供給而形成利用清漆39覆蓋多孔質(zhì)部件6的整個上表面6c的狀態(tài)。之后，在清漆39變?yōu)檫m量的供給量后關(guān)閉第二開閉閥42。由此，形成清漆39覆蓋所在述多孔質(zhì)部件6的整個上表面6c的狀態(tài)。

接著，如圖8的(c)所示，在所述第一開閉閥36關(guān)閉的狀態(tài)下，通過使第三開閉閥38進(jìn)行開啟動作，使大氣壓從大氣壓導(dǎo)入管37通到真空管35的下游側(cè)而向真空容器30內(nèi)供給。由此，所述清漆39在被大氣壓強力抽吸的狀態(tài)下浸滲到處于真空狀態(tài)的各空穴9a內(nèi)。

在向多孔質(zhì)部件6的各空穴9a內(nèi)浸滲完清漆39之后，從所述活塞母材1’上拆下真空容器30、負(fù)壓導(dǎo)入機構(gòu)31及清漆供給機構(gòu)32。

之后，在浸滲到所述多孔質(zhì)部件6的各空穴9a內(nèi)的清漆39硬化后，對形成于所述活塞母材1’的外周面的鑄造溢料等和各活塞環(huán)槽2c等進(jìn)行切削加工，并且對所述冠面2a、所述圓筒部2d及凸?fàn)畹乃龅蛡鲗?dǎo)率部5(多孔質(zhì)部件6)的突起部6b進(jìn)行切削加工而形成為與凹部2b的上表面共面(切削加工)。通過這一系列的成形加工，完成活塞1的成形作業(yè)。

如上所述，在本實施方式中，在活塞1的冠面2a的燃料直接噴射到的部位設(shè)置有低導(dǎo)熱系數(shù)部5，該低導(dǎo)熱率部5的主要構(gòu)造由導(dǎo)熱系數(shù)比鋁合金材料低的硼硅酸玻璃制的多孔質(zhì)部件6形成，因此可獲得高絕熱性。因此，可充分促進(jìn)燃料霧化而提高燃燒性能并且提高燃油效率。

在此，如果對所述低導(dǎo)熱率部5的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行考察，則所述多孔質(zhì)部件6的空穴9a的空隙率越小，活塞1的鋁合金材料1a向該空穴9a的浸滲量越少，因此第一粉體8(玻璃粉末)和殘留的氯化鈉粉末的合計體積率變大，所以導(dǎo)熱系數(shù)降低。

如果利用冷水或熱水將露出在表面的殘留氯化鈉溶解去除，則去除前的第一粉體8和殘留的氯化鈉的表面積在去除后變?yōu)閮H有第一粉體8的玻璃成分而形成凹凸，因此其表面積增大。

并且，如前所述，如果低導(dǎo)熱系數(shù)部5的導(dǎo)熱系數(shù)降低，則該低導(dǎo)熱系數(shù)部5的熱量的蓄積增大，蓄積的熱量有助于燃料的霧化，此時，表面積大的一方容易向燃料傳遞熱量，促進(jìn)燃料的霧化。

而且，所述低導(dǎo)熱系數(shù)部5經(jīng)由大量空穴9a浸滲了與活塞母材1’相同的鋁合金材料1a，因此，提高了該鋁合金材料1a與活塞母材1’的熱粘性，從而提高了結(jié)合強度。

其結(jié)果是，能夠滿足活塞母材1’與低導(dǎo)熱系數(shù)部5之間的高絕熱性和結(jié)合強度這兩方面要求。

特別是，由于活塞1的鋁合金材料1a浸滲于所述多孔質(zhì)部件6的大量空穴9a內(nèi)，所以增大了活塞1的鑄造合金與多孔質(zhì)部件6的界面強度。

另外，在本實施方式中，由于利用前述那樣的借助真空輔助的清漆浸滲裝置使清漆39浸滲到多孔質(zhì)部件6上形成的各空穴9a中，所以能夠提高清漆39向所述各空穴9a內(nèi)的浸滲性。特別是，由于將清漆39直接供給到多孔質(zhì)部件6的上表面6c，并通過抽真空和空氣壓使其向各空穴9a內(nèi)浸滲，因此增大了清漆39的浸滲效果。

其結(jié)果是，能夠通過增進(jìn)封孔處理來充分抑制多孔質(zhì)部件6的特別是上表面6a側(cè)的空穴9a的殘存，因此能夠充分抑制廢氣排放性能變差。

〔第二實施方式〕

圖9表示第二實施方式，在形成于真空容器30的上壁部30b的第一固定用孔30c預(yù)先安裝有管連接用的連接器44。另一方面，在所述第二固定用孔30d的孔邊緣的上部設(shè)置有圓筒狀的支承部件45a和支承片45b，所述支承片45b載置固定在該支承部件45a的上端面，并在中央具有供所述清漆供給管41的下端部插入而對其進(jìn)行支承的支承孔。另外，所述支承部件45a和支承片45b通過規(guī)定的密封部件液密性地抵接于真空容器30，所述支承孔的孔邊緣與清漆供給管41的下端部之間也被密封。

因此，為了向所述真空容器30連接所述負(fù)壓導(dǎo)入機構(gòu)31和清漆供給機構(gòu)32，如圖9的(b)所示，將所述真空管35的另一端部35b與預(yù)先安裝于第一固定用孔30c的所述連接器44連接，并且將固定了支承片45b的所述支承部45a載置固定在所述第二固定用孔30d的上部，從而將所述清漆供給管41的下端部插入所述支承片45b的支承孔并且使前端部面對真空容器30內(nèi)。由此，完成所述兩機構(gòu)31、32相對于真空容器30的連接。

因此，在該連接狀態(tài)下，通過與前述清漆的填充、浸滲工序相同的工序向多孔質(zhì)部件6的各空穴9a中填充(浸滲)所述清漆39，從而可獲得與第一實施方式相同的作用效果。

另外，在完成所述清漆39的浸滲作業(yè)后，從真空容器30拆下所述負(fù)壓導(dǎo)入機構(gòu)31和清漆供給機構(gòu)32，之后，從圓筒部2d上拆下真空容器30。由此，在完成清漆浸滲后，從真空容器30拆下各機構(gòu)31、32，因此清漆39不會向周邊流出。

〔第三實施方式〕

圖10表示第三實施方式，在所述第一、第二實施方式中，將清漆浸滲裝置與單個活塞母材1’連接，但在該實施方式中，在并行排列的四個活塞母材1’的各圓筒部2d的上表面同時載置固定預(yù)先結(jié)合為一體的四個真空容器30…，將一個真空導(dǎo)入機構(gòu)31的真空管35的四個分支形成的另一端部35b…與該各真空容器30…的第一固定用孔30c…連接，并且將一個清漆供給機構(gòu)32的清漆導(dǎo)入管41的四個分支形成的下端部41b…連接。

因此，根據(jù)該實施方式，由于基本結(jié)構(gòu)與第一、第二實施方式相同，所以可獲得相同的作用效果，特別是由于能夠向四個活塞母材1’的各多孔質(zhì)部件6同時進(jìn)行抽真空和清漆39供給等，所以可謀求提高封孔處理作業(yè)效率。

本發(fā)明不限定于所述各實施方式的結(jié)構(gòu)，例如，還可以在生產(chǎn)線上連續(xù)地配置大量活塞母材1’，將真空容器30依次載置固定在各活塞母材1’的圓筒部2d上從而連續(xù)地進(jìn)行封孔處理。

而且，在本實施方式中，作為封止劑(浸滲劑)，使用了作為有機類的樹脂類材料的包含聚酰亞胺或聚酰胺酰亞胺的材料，但只要是耐得住所述活塞1的冠面2a的溫度環(huán)境的材料即可，例如，也可以使用作為無機類材料的硅酸鈉、烷基硅酸鹽、硅氧烷、重鉻酸鹽等。