鋳鉄製又は鉄製ピストンの窒化又は軟窒化処理加工方法

【課題】窒化又は軟窒化処理後にピストン各部を均一な冷却速度で冷却できるようにする。
【解決手段】窒化又は軟窒化処理後にスカート部４に金属製ダミーウエイト２０を取付けて冷却することで、スカート部４と他の箇所の冷却速度を均一とする。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機械の鋳鉄製ピストン、鉄製ピストンを窒化又は軟窒化処理加工する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機械の鋳鉄製のピストン、鉄製のピストンとしては例えば図１に示すものが知られている。具体的には、燃焼室を構成する凹陥部１を有する頭部２と、コネクティングロッドを連結するピン挿通孔３を有する筒状のスカート部４を備えたピストン。
【０００３】前述のピストンにおいては耐摩耗性及び又は耐酸化性及び又は高温強度向上のために表面に窒化又は軟窒化処理加工を施している。
【０００４】窒化又は軟窒化処理加工としては、所定の雰囲気中でピストン全体を加熱して窒化又は軟窒化処理し、その後に冷却ガスによりピストン全体を冷却するものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】鋳鉄製ピストン又は鉄製ピストンを前述のように窒化又は軟窒化処理加工すると、窒化又は軟窒化後冷却時に発生するピストン各部の変形量が一様でなく種々の不具合が発生する。これは、ピストンの形状が均一でないことになる。
【０００６】例えば、軟窒化処理時に発生する変形に関し、最も影響を受ける箇所は図１に示すスカート部４である。理由は、スカート部４の肉厚が他の箇所に比較して薄い為、軟窒化後の冷却速度が速くなることによる。この為、形状剛性が最も小さい当該部において、大きな材料力学的変形が発生する。
【０００７】鉄製ピストンを軟窒化処理加工した時のスカート部の変形状況を図２に示す。図２において、軟窒化処理加工前の寸法（形状）がＡで示され、軟窒化処理加工後の寸法（形状）がＢで示されており、軟窒化処理加工後のスカート部４の変形量はＤ₂−Ｄ₁となる。
【０００８】本発明は前述の課題を解決できるようにした鋳鉄製又は鉄製ピストンの窒化又は軟窒化処理加工方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】第１の発明は、鋳鉄製又は鉄製ピストンを耐摩耗性及び又は耐酸化性及び又は高温強度向上のため表面に窒化又は軟窒化処理加工する方法において、前記窒化又は軟窒化処理後に、ピストン各部の冷却速度が均一となるように冷却することを特徴とする鋳鉄製又は鉄製ピストンの窒化又は軟窒化処理加工方法である。
【００１０】第１の発明によれば、ピストン各部の冷却速度が均一となることによって、ピストン各部の変形量が均一となって大きな材料力学的変形が発生することがない。
【００１１】第２の発明は、窒化又は軟窒化処理後にスカート部に金属製ダミーウエイト２０を着脱自在に取付けた状態で冷却してピストン各部の冷却速度を均一とする鋳鉄製又は鉄製ピストンの窒化又は軟窒化処理加工方法。
【００１２】第２の発明によれば、スカート部４に金属製ダミーウエイト２０を着脱自在に取付ければ良いから、特別な処理装置が不要であり、従来の処理装置を利用できる。
【００１３】第３の発明は、窒化又は軟窒化処理後に、スカート部には少量の冷却ガスを吹き付け、スカート部以外の箇所には多量の冷却ガスを吹き付けてピストン各部の冷却速度を均一とする鋳鉄製又は鉄製ピストンの窒化又は軟窒化処理加工方法である。
【００１４】第３の発明によれば、冷却ガスの吹き付け量をコントロールすれば良いから、その制御が簡単となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図３と図４に示すように、基盤１０上に鋳鉄製ピストンを頭部２を下向きとして載置し、スカート部４の下端部に金属製ダミーウエイト２０を嵌合して着脱自在に取付け、この状態で軟窒化処理及び冷却処理を行なった。なお、軟窒化処理及び冷却処理は従来と同様である。
【００１６】前記金属製ダミーウエイト２０はスカート部４の内面に沿った円孤状面２１を有する一対の両側部材２２を幅狭い中間連結部材２３で一体的に連結したもので、その両側部材２２がスカート部４の突部５に載置してある。
【００１７】比較例として前述と同様な鋳鉄製ピストンを金属製ダミーウエイト２０を取付けずに前述と同様にして軟窒化処理加工した。
【００１８】その結果、金属製ダミーウエイト２０を取付けて軟窒化処理加工した鋳鉄製ピストンのスカート部４の変形量が１７μｍで、金属製ダミーウエイト２０を取付けないで軟窒化処理加工した鋳鉄製ピストンのスカート部４の変形量が２７μｍであり、スカート部の変形量が約３７％低減したことが判明した。
【００１９】前述の理由は、肉厚が薄いスカート部の冷却速度が金属製ダミーウエイト２０によって遅くなり、スカート部の冷却速度と他の箇所の冷却速度との差が小さくなったためである。
【００２０】このように、スカート部４と他の箇所との冷却速度の差が小さくなることによって、その冷却速度の差異により発生する材料力学的変形が低減する。
【００２１】次に本発明の第２実施例を説明する。図５は処理装置を示し、処理槽３０内を仕切板３１により第１室３２と第２室３３とに区画し、第１室３２に複数の吹出口３４を有する第１通路３５を設け、第２室３３に複数の吹出口３６を有する第２通路３７を設ける。
【００２２】冷却ガス、例えば不活性ガスのタンク３８内の不活性ガスをコンプレッサ３９で第１路４０と第２路４１に吐出し、第１路４０に第１流量調整手段、例えば第１可変絞り４２を設けると共に、前記第１通路３５に連通する。第２路４１に第２流量調整手段、例えば第２可変絞り４３を設けると共に、前記第２通路３７に連通する。
【００２３】前記第１可変絞り４２の開口面積が大きく、第２可変絞り４３の開口面積が小さくなり、第１室３２には多量の不活性ガスが流入し、第２室３３には少量の不活性ガスが流入するようにしてある。
【００２４】鋳鉄製ピストンを従来と同様にして軟窒化処理し、その鋳鉄製ピストンを処理槽３０内に、頭部２が第１室３２に突出し、スカート部４が第２室３３に突出するように設け、コンプレッサ３９を駆動して不活性ガスを頭部２とスカート部４にそれぞれ吹きつけて冷却する。
【００２５】これにより、頭部２には多量の不活性ガスが吹きつけられ、肉厚の薄いスカート部４にはより少量の不活性ガスが吹きつけられるので、ピストン各部の冷却速度がほぼ均一に保たれ、冷却速度の差異により発生する材料力学的変形が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピストンの断面図である。
【図２】鉄製ピストンの軟窒化処理加工によるスカート部の変形状況を示す図表である。
【図３】本発明の第１実施例を示すピストンの断面図である。
【図４】図３の平面図である。
【図５】本発明の第２実施例を示す処理装置の説明図である。
【符号の説明】
２…頭部
４…スカート部
２０…金属製ダミーウエイト
３０…処理槽
３１…仕切板
３２…第１室
３３…第２室
３８…不活性ガスのタンク
３９…コンプレッサ
４２…第１可変絞り弁
４３…第２可変絞り弁。

【特許請求の範囲】
【請求項１】鋳鉄製又は鉄製ピストンを耐摩耗性及び又は耐酸化性及び又は高温強度向上のため表面に窒化又は軟窒化処理加工する方法において、前記窒化又は軟窒化処理後に、ピストン各部の冷却速度が均一となるように冷却することを特徴とする鋳鉄製又は鉄製ピストンの窒化又は軟窒化処理加工方法。
【請求項２】窒化又は軟窒化処理後にスカート部に金属製ダミーウエイト２０を着脱自在に取付けた状態で冷却してピストン各部の冷却速度を均一とする請求項１記載の鋳鉄製又は鉄製ピストンの窒化又は軟窒化処理加工方法。
【請求項３】窒化又は軟窒化処理後に、スカート部には少量の冷却ガスを吹き付け、スカート部以外の箇所には多量の冷却ガスを吹き付けてピストン各部の冷却速度を均一とする請求項１記載の鋳鉄製又は鉄製ピストンの窒化又は軟窒化処理加工方法。

【図１】