機械の研究 2026年2月1日発売 第78巻 第2号

説明

巻頭記事
強度耐久性を有するエンジンピストンの摩擦圧接法による創製

内燃機関に搭載されているエンジンピストンは、主に運転中の燃焼圧を受けるピストンヘッド部（以下、ヘッド部）と自身の放熱などを担うピストンスカート部（以下、スカート部）から構成されており、自動車エンジンなどに搭載されている最重要な安全保安部品の1つとして広くしられている。ピストンはエンジンスペックにあわせてさまざまな大きさが用いられているが、その形状は複雑であることから、一般的には鋳造材が多く用いられている。そのなかで、軽量で線膨張係数が小さくピストン用合金として開発された鋳造アルミニウム（Al）合金AC8Aが、自動車には多く搭載されている。

このようなAl系材料に代表される軽金属の使用は自動車の軽量化や燃費向上に対して大いに貢献しているが、トラックなどの長時間走行を繰り返す車両にAl鋳造製のピストンを搭載した場合、高熱負荷を受けるヘッド部においてき裂や溶損などといった不具合が発生しやすいという問題が指摘されている。そのため、長時間走行を繰り返すエンジンにはAl鋳造製のピストンよりも強度耐久性に優れている鋳鉄製のピストンを用いる方が望ましく、それが燃費向上に対する障害の1つとなっている。

そのような背景のもと、ヘッド部のき裂発生を低減させる方法の1つとして、著者らは、図1に示すようにこのヘッド部を強度耐久性のある材料へと置換し、実際のピストン材として活用されているAC8A製のスカート部と接合して一体化することで、ヘッド部における疲労強度の向上を図ることが可能であることを提案している。そして、それを実現するために、ヘッド部には強度耐久性のあるA6061–T6材を、スカート部には高温時でも高い寸法精度が確保できるAC8A–T6材をそれぞれ用い、両者の接合に摩擦圧接法が適用できるかを検討してきた。また、それがエンジンピストンとして適用するための種々の検討もおこなってきた。本報告ではそれら一連の検討結果を抜粋して述べる。

兵庫県立大学 大学院工学研究科 准教授
木村真晃

釧路工業高等専門学校 創造工学科 特任教授
高橋　剛