特許 5984809 内燃機関用のピストン並びにピストンを製造する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5984809

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】内燃機関用のピストン並びにピストンを製造する方法

(51)【国際特許分類】

   F02F 3/00 20060101AFI20160823BHJP

   F02F 3/26 20060101ALI20160823BHJP

   F02F 3/16 20060101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   F02F3/00 301B

   F02F3/26 A

   F02F3/16

【請求項の数】13

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-523485(P2013-523485)

(86)(22)【出願日】2011年8月9日

(65)【公表番号】特表2013-533430(P2013-533430A)

(43)【公表日】2013年8月22日

(86)【国際出願番号】DE2011001563

(87)【国際公開番号】WO2012019592

(87)【国際公開日】20120216

【審査請求日】2014年4月16日

(31)【優先権主張番号】102010033881.8

(32)【優先日】2010年8月10日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】506292974

【氏名又は名称】マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100099483

【弁理士】

【氏名又は名称】久野 琢也

(72)【発明者】

【氏名】ライナー シャープ

(72)【発明者】

【氏名】クラウス ケラー

【審査官】 稲村 正義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２７０８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２９８６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２３９５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０８２２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５０５１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５２４５１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｆ ３／００−３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のピストン部材（１１，１１１，２１１）と第２のピストン部材（１２，１１２，２１２）とから成る、内燃機関用のピストン（１０，１１０，２１０）を製造する方法であって、下記の方法ステップ、すなわち
（ａ）調質可能な鋼又は析出硬化する鋼から成っていて少なくとも１つの接合面（２９，３１）を備える、前記第１のピストン部材（１１，１１１，２１１）のブランク（２１１′）を準備し、
（ｂ）調質可能な鋼又は析出硬化する鋼から成っていて少なくとも１つの接合面（３２，３３）を備える、前記第２のピストン部材（１２，１１２，２１２）のブランク（２１２′）を準備し、
（ｃ）前記ブランク（２１１′，２１２′）を調質又は析出硬化し、
（ｄ）前記第１のピストン部材（１１，１１１，２１１）のブランク（２１１′）と前記第２のピストン部材（１２，１１２，２１２）のブランク（２１２′）とを、前記接合面（２９，３１，３２，３３）を介して摩擦溶接によって結合して１つのピストンブランク（２１０′）を形成し、この際に少なくとも１つの摩擦溶接シーム（２５，２６，１２５，２２６）と該少なくとも１つの摩擦溶接シーム（２５，２６，１２５，２２６）の領域における熱影響ゾーン（３０，３０′）とを形成し、
（ｅ）前記熱影響ゾーン（３０，３０′）を維持しながら、前記ピストンブランク（２１０′）に焼き戻し又は応力除去焼き鈍しを、施し、
（ｆ）前記ピストンブランク（２１０′）を、１つのピストン（１０，１１０，２１０）に後加工及び／又は仕上げ加工する、
という方法ステップを特徴とする、内燃機関用のピストンを製造する方法。

【請求項2】

前記ブランク（２１１′，２１２′）を、ステップ（ｃ）とステップ（ｄ）との間において予備加工する、請求項１記載の方法。

【請求項3】

少なくとも１つの摩擦溶接シーム（２６，１２５）を、該摩擦溶接シーム（２６，１２５）が半径方向においてピストン中心軸線（Ａ）に対して鋭角（α）又は鈍角（β）を成して延びるように、形成する、請求項１記載の方法。

【請求項4】

少なくとも１つのブランク（２１１′，２１２′）に少なくとも１つのリング溝（３４，３６，３７）を設け、前記ブランク（２１１′，２１２′）の少なくとも１対の対応する接合面（２９，３２）を、ステップ（ｄ）の後で１つのリング溝（３４）の下側の溝面（３４′）と外側の摩擦溶接シーム（２５，１２５）の中心との間の間隔が、該摩擦溶接シームの熱影響ゾーン（３０）の軸方向高さよりも小さくなるように、位置決めする、請求項１記載の方法。

【請求項5】

ステップ（ｆ）において、前記ピストンブランク（２１０′）に少なくとも１つのリング溝（３４，３６，３７）を設け、この際に１つのリング溝（３４）の下側の溝面（３４′）と外側の摩擦溶接シーム（２５，１２５）の中心との間の間隔が、該摩擦溶接シームの熱影響ゾーン（３０）の軸方向高さよりも小さくなるようにする、請求項１記載の方法。

【請求項6】

ステップ（ａ）において、ピストンベース体（１１，１１１，２１１）のブランク（２１１′）に、外側の接合面（２９）及び内側の接合面（３１）と、両接合面（２９，３１）の間を延びる環状の下側の冷却通路部分（２３ａ）とを、準備し、ステップ（ｂ）において、ピストンリングエレメント（１２，１１２，２１２）のブランク（２１２′）に、外側の接合面（３２）及び内側の接合面（３３）と、両接合面（３２，３３）の間において環状に延びる上側の冷却通路部分（２３ｂ）とを、準備する、請求項１記載の方法。

【請求項7】

燃焼室凹部（２４）を有する、ピストンリングエレメント（１２，１１２，２１２）のブランク（２１２′）を使用する、請求項６記載の方法。

【請求項8】

燃焼室凹部（２４）の少なくとも１つの壁領域（２８′）を有する、ピストンリングエレメント（１２，１１２，２１２）のブランク（２１２′）を使用し、燃焼室凹部（２４）の少なくとも１つの底領域（２７）を有する、ピストンベース体（１１，１１１，２１１）のブランク（２１１′）を使用する、請求項６記載の方法。

【請求項9】

第１のピストン部材（１１，１１１，２１１）と第２のピストン部材（１２，１１２，２１２）とから成る、内燃機関用のピストン（１０，１１０，２１０）であって、該ピストン（１０，１１０，２１０）は、ピストン頂部（１９）と環状のトップランド（２１）と、リング溝（３４，３６，３７）を備える環状のリング部分（２２）とピストンスカート（１５）とを有する、ピストンにおいて、
前記第１のピストン部材（１１，１１１，２１１）及び前記第２のピストン部材（１２，１１２，２１２）は、調質可能な鋼又は析出硬化する鋼から成っていて、摩擦溶接によって互いに結合されており、少なくとも１つの摩擦溶接シーム（２５，２６，１２５，２２６）は、熱影響ゾーン（３０，３０′）によって取り囲まれており、
前記少なくとも１つの摩擦溶接シーム（２５，１２５）は、１つのリング溝（３４）の下側の溝面（３４′）と摩擦溶接シーム（２５，１２５）の中心との間の間隔が、該摩擦溶接シーム（２５，１２５）の熱影響ゾーン（３０）の軸方向高さよりも小さくなるように、位置決めされていることを特徴とする、内燃機関用のピストン。

【請求項10】

前記少なくとも１つの摩擦溶接シーム（２６，１２５）は、該摩擦溶接シーム（２６，１２５）が半径方向においてピストン中心軸線（Ａ）に対して垂直に又は鋭角（α）又は鈍角（β）を成して延びている、請求項９記載のピストン。

【請求項11】

前記第１のピストン部材は、少なくとも１つのピストンスカート（１５）を有するピストンベース体（１１，１１１，２１１）であり、前記第２のピストン部材は、少なくとも１つのピストン頂部（１９）と環状のトップランド（２１）と、リング溝（３４，３６，３７）を備える環状のリング部分（２２）とを有するピストンリングエレメント（１２，１１２，２１２）であり、前記ピストンベース体（１１）と前記ピストンリングエレメント（１２）とは、環状の冷却通路（２３）を形成している、請求項９記載のピストン。

【請求項12】

前記ピストンリングエレメント（１２）は燃焼室凹部（２４）を有する、請求項１１記載のピストン。

【請求項13】

前記ピストンリングエレメント（１２，１１２，２１２）は、燃焼室凹部（２４）の少なくとも１つの壁領域（２８′）を有し、前記ピストンベース体（１１，１１１，２１１）は、燃焼室凹部（２４）の少なくとも１つの底領域（２７）を有する、請求項１１記載のピストン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１のピストン部材と第２のピストン部材とから成る、内燃機関用のピストンを製造する方法に関する。本発明はさらに、内燃機関用のこのようなピストンに関する。本発明はさらにまた、第１のピストン部材と第２のピストン部材とから成る、内燃機関用のピストンであって、該ピストンは、ピストン頂部と環状のトップランドと、リング溝を備える環状のリング部分とピストンスカートとを有する、ピストンに関する。

【0002】

今日の内燃機関用のピストンは、ますます、僅かなオイル消費で済むように設計される。今日の内燃機関においては同時にピストンに対する熱的及び機械的な負荷が、ますます高まっているので、ピストンに機関運転時に十分なオイルが供給されないおそれがある。その結果、より高い摩擦負荷が生じることになる。これにより、より激しい摩耗、ひいてはピストンの耐用寿命の低下が惹起される。従って、このような激しい摩耗にさらされる、ピストンの部分領域もしくは部分構造、例えば第１のリング溝の下側の溝面を、例えば窒化によって（ＥＰ０９８５７３９Ａ１参照）又はレーザビームを用いて（ＤＥ１０２００７００６９４８Ａ１）によって、硬化することが望まれている。これらの処置は、大きな手間を、ひいては高いコストを要する。

【0003】

ゆえに本発明の課題は、ピストンの部分領域もしくは部分構造の硬化を、減じられた手間もしくはコストで行うことができる、ピストン製造方法を、提供することである。

【0004】

この課題を解決する本発明の方法は、下記の方法ステップ、すなわち、（ａ）調質可能な鋼又は析出硬化する鋼から成っていて少なくとも１つの接合面を備える、第１のピストン部材のブランクを準備し、（ｂ）調質可能な鋼又は析出硬化する鋼から成っていて少なくとも１つの接合面を備える、第２のピストン部材のブランクを準備し、（ｃ）ブランクを調質又は析出硬化し、（ｄ）第１のピストン部材のブランクと第２のピストン部材のブランクとを、接合面を介して摩擦溶接によって結合して１つのピストンブランクを形成し、この際に少なくとも１つの摩擦溶接シームと該少なくとも１つの摩擦溶接シームの領域における熱影響ゾーンとを形成し、（ｅ）熱影響ゾーンを維持しながら、ピストンブランクに焼き戻し又は応力除去焼き鈍しを、施し、（ｆ）ピストンブランクを、１つのピストンに後加工及び／又は仕上げ加工する、という方法ステップを特徴とする。

【0005】

本発明によるピストンは、第１のピストン部材及び第２のピストン部材が、調質可能な鋼又は析出硬化する鋼から成っていて、摩擦溶接によって互いに結合されており、少なくとも１つの摩擦溶接シームが、熱影響ゾーンによって取り囲まれていることを特徴とする。

【0006】

調質（Vergueten）というのは、焼き入れと焼き戻しとから成る、鋼の熱処理のことを意味し、このような熱処理によって、鋼の所望の硬度と強度が調節される。これに関連して焼き入れ（Haerten）というのは、オーステナイト組織の状態に加熱した後、急冷して、マルテンサイト組織及び／又はベイナイト組織の状態に変化させる、鋼の熱処理のことを意味する。焼き戻し（Anlassen）は、鋼製のワークを焼き入れ後に鉄・炭素線図における下側の変態点Ａｃ１以下の温度で加熱し、保持し、次いで冷却することである。応力除去焼き鈍し（Spannungsarmgluehen）というのは、ワークの冷却時に発生する内部応力（残留応力）を、組織の実質的な変化なしに、低減させる熱処理のことを意味する。

【0007】

本明細書において使用されている、焼き入れ、焼き戻し、調質、応力除去焼き鈍し等の概念は、ＤＩＮ ＥＮ １００５２に関連している。

【0008】

調質可能な鋼又は析出硬化する鋼（ＡＦＰ−鋼）では、摩擦溶接によって、摩擦溶接シームの近傍周囲において硬化が進む。従来技術では、上記のような鋼から成るブランクは、場合によっては予備加工され、軟質状態において摩擦溶接によって互いに結合され、これによって形成されたピストンブランクは、次いで初めて調質される。これによって軟質の材料は硬化されるが、摩擦溶接シームの近傍領域における硬化はさらに高められる。

【0009】

本発明による思想は、ブランクを初めに調質するか又は、鍛造プロセス後における他の好適な熱導入（析出硬化）によって所望の強度にもたらし、次いでこの状態において摩擦溶接によって互いに結合することにある。この場合においても摩擦溶接シームの近傍周囲においては硬化が生じる。この領域において硬度は、４００ＨＶ（ビッカース）までの値だけ高まる。この硬化された領域を、本明細書では「熱影響ゾーン」と呼ぶ。この熱影響ゾーンは、該熱影響ゾーンの外におけるピストンブランクの調質された又は析出硬化された材料よりも、硬い。

【0010】

摩擦溶接後における調質は、本発明による方法では、もはや不要である。その代わりに、摩擦溶接後に形成されたピストンブランクには、場合によっては存在する応力を消滅させるために、焼き戻し又は応力除去焼き鈍しが実施される。この際に熱影響ゾーンにおける硬度は幾分低下するが、２５０ＨＶ（ビッカース）までの硬度を有する硬化は維持される。つまり完成したピストンにおける熱影響ゾーンは、ピストンの残りの材料よりも高い硬度を有する、摩擦溶接シームの周囲における領域である。

【0011】

この熱影響ゾーンは本発明によれば、強い摩耗にさらされるピストンの部分領域もしくは部分構造を硬化するために利用される。そのために摩擦溶接シームもしくは、摩擦溶接シームを用いて結合される、ピストン部材のブランクの接合面は、次のように、すなわち、強い摩耗にさらされ、ゆえに硬化することが望まれている、製造されるピストンの部分領域もしくは部分構造が、摩擦溶接後に熱影響ゾーンに位置するように、位置決めされる。これによって、部分領域もしくは部分構造に、窒化又はレーザビーム処理のような別の硬化工程を施す必要がなくなる。

【0012】

本発明は、請求項に記載されているようなすべてのピストン構造態様のために、並びに、調質を実施しやすい鋼材料から成るすべてのピストン部材のために、適している。

【0013】

本発明の有利な態様は、従属請求項に記載されている。

【0014】

ブランクは、鍛造又は鋳造によって製造することができ、好ましくは摩擦溶接の前に予備加工することができ、これによって例えばボス孔、燃焼室凹部及び冷却通路部分のような構造を、鍛造もしくは鋳造によって可能であるよりも精密かつ正確に成形することができる。

【0015】

本発明の好適な態様では、少なくとも１つの摩擦溶接シームを、該摩擦溶接シームが半径方向においてピストン中心軸線に対して鋭角又は鈍角を成して延びるように、形成する。このようにすると、摩擦溶接工程の開始時に両方のピストン部材のセンタリングを促進することができる。そしてこれにより、付加的なガイド面、ガイド縁部又はこれに類したものは不要になる。

【0016】

本発明の特に好ましい態様では、少なくとも１つのブランクに少なくとも１つのリング溝を設け、ブランクの少なくとも１対の対応する接合面を、ステップ（ｄ）の後で１つのリング溝の下側の溝面と外側の摩擦溶接シームの中心との間の間隔が、該摩擦溶接シームの熱影響ゾーンの軸方向高さよりも小さくなるように、位置決めする。この態様とは択一的な態様では、ステップ（ｆ）において、ピストンブランクに少なくとも１つのリング溝を設け、この際に１つのリング溝の下側の溝面と少なくとも１つの摩擦溶接シームの中心との間の間隔が、該摩擦溶接シームの熱影響ゾーンの軸方向高さよりも小さくなるようにする。このようにすると、強い摩耗にさらされるリング溝を硬化することができる。このことは特に、第１のリング溝の下側の溝面に該当する。

【0017】

本発明による方法は例えば次のようなピストン、すなわち第１のピストン部材として、ピストンスカートを備えるピストンベース体を有し、かつ第２のピストン部材として、ピストン頂部と環状のトップランドと、環状溝を有する環状のリング部分とを備えるピストンリングエレメントを有し、ピストンベース体とピストンリングエレメントとが環状の冷却通路を形成しているピストンのために適している。

【0018】

特にこのようなピストンのために好適な態様では、ステップ（ａ）において、ピストンベース体のブランクに、外側の接合面及び内側の接合面と、両接合面の間を延びる下側の冷却通路部分とを、準備し、ステップ（ｂ）において、ピストンリングエレメントのブランクに、外側の接合面及び内側の接合面と、両接合面の間において環状に延びる上側の冷却通路部分とを、準備する。ピストンリングエレメントのブランクは燃焼室凹部を有することができる。その代わりにピストンリングエレメントのブランクは、燃焼室凹部（２４）の少なくとも１つの壁領域を有してもよい。この場合には、ピストンベース体のブランクは、燃焼室凹部の少なくとも１つの底領域を有する。

【0019】

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1a】本発明によるピストンの１実施形態を示す断面図である。

【図1b】図１ａに示したピストンの一部を拡大して示す図である。

【図2a】本発明によるピストンの別の実施形態を示す断面図である。

【図2b】図２ａに示したピストンの一部を拡大して示す図である。

【図3】本発明によるピストンを製造するための、ピストンベース体のブランクとピストンリングエレメントのブランクとの１実施形態を示す断面図である。

【図4】図３に示したブランクの予備加工後を示す断面図である。

【図5】図４に示した部材から製造された、本発明によるピストンのためのピストンブランクを示す断面図である。

【図6】図５に示したピストンブランクから製造された、本発明によるピストンを示す断面図である。

【0021】

図１ａ及び図１ｂは、本発明によるピストン１０の第１実施形態を示す。このピストン１０はピストンベース体１１とピストンリングエレメント１２とから成っている。両部材はそれぞれ、例えばＤＩＮ ＥＮ １００８３又はＤＩＮ ＥＮ １０２６７による鋼材料から成っていてよく、このような鋼材料は、調質することができ、かつ摩擦溶接に適している。

【0022】

図示の実施形態では、ピストンベース体１１はＡＦＰ鋼から成っている。このピストンベース体１１は、ピストンスカート１５を有し、このピストンスカート１５は、自体公知のように、ボス１６と、ピストンピン（図示せず）を受容するためのボス孔１７と、摺動面（図示せず）を備えるスカート領域１８とを有している。ピストンリングエレメント１２は、図示の実施形態では４２ＣｒＭｏ４から製造されている。ピストンリングエレメント１２は、ピストン頂部１９と環状のトップランド（Feuersteg）２１とを有している。ピストンベース体１１とピストンリングエレメント１２とは、ピストンリング（図示せず）を受容するための環状のリング部分２２、環状の閉鎖された冷却通路２３及び燃焼室凹部２４を形成している。

【0023】

ピストンベース体１１とピストンリングエレメント１２とは、自体公知のように、摩擦溶接によって互いに結合されている。従ってピストン１０は、リング部分２２の領域に外側の摩擦溶接シーム２５を有し、かつ燃焼室凹部２４の領域に内側の摩擦溶接シーム２６を有している。図示の実施形態では、外側の摩擦溶接シーム２５がピストン１０の中心軸線Ａに対して垂直に延びているのに対して、内側の摩擦溶接シーム２６は、中心軸線Ａに対して鋭角αを成して延びている。内側の摩擦溶接シーム２６の延在形態によって、ピストンベース体１１におけるピストンリングエレメント１２のセンタリングを促進することができる。摩擦溶接シームの延在形態に関しては、もちろん、摩擦溶接シームの他の位置及び角度を任意に組み合わせることができる。

【0024】

図２ａ及び図２ｂは、ピストンベース体１１１とピストンリングエレメント２１１とから成る本発明によるピストン１１０の別の実施形態を示す。このピストン１１０は、図１ａ及び図１ｂに示したピストン１０にほぼ相当しているので、同一の構造エレメントには同じ符号が用いられていて、これについては図１ａ及び図１ｂに対する上記記載を参照するものとする。両実施形態におけるただ１つの相違は、外側の摩擦溶接シーム１２５がピストン１１０の中心軸線Ａに対して鈍角βを成して延びていることにある。中心線Ａに対して鋭角αを成して延びている摩擦溶接シーム２６との組合せにおいて、摩擦溶接シームのこの位置及び角度組合せによって、ピストンベース体１１におけるピストンリングエレメント１２の特に確実な促進されたセンタリングが可能になる。

【0025】

図３〜図６は、本発明によるピストン２１０の別の実施形態と、本発明によるピストン１０，１１０，２１０のすべての実施形態のための本発明による製造方法の１実施形態を示す。ピストン２１０は、図１ａ及び図１ｂに示したピストン１０にほぼ相当しているので、同一の構造エレメントには同じ符号が用いられていて、これについては図１ａ及び図１ｂに対する上記記載を参照するものとする。ただ１つの相違は、内側の摩擦溶接シーム２２６がピストン２１０の中心軸線Ａに対して垂直に延びていることである。

【0026】

本発明によるピストン１０，１１０，２１０は、以下に記載するように製造される。製造方法は、ピストン２１０を例にとって記載されるが、当該記載はピストン１０，１１０に対しても言える。

【0027】

図３に示すように、初めにピストンベース体２１１のブランク２１１′とピストンリングエレメント２１２のブランク２１２′が、例えば鍛造、鋳造又は焼結を用いて準備される。図示の実施形態では、リング部分、冷却通路、燃焼室凹部、ピストンボス及びボス孔は、まったく又は完全には加工されていない。ピストン上側部分は、リング圧延を用いて、又は管からの切断によっても製造することができる。

【0028】

ブランク２１１′，２１２′は、鋳造もしくは鍛造の後、自体公知のように、調質又は析出硬化によって所望の硬度に調節される。

【0029】

調質については、ＤＩＮ ＥＮ １００８３の基準が通用する。すなわち、４２ＣｒＭｏ４に対しては、８５０℃でのオーステナイト化、オイル中における硬化／急冷、６００℃での焼き戻し。３８ＭｎＶＳ６の析出硬化：約１２８０℃での固溶化熱処理、約１０００℃までの変形、次いで６００℃未満へのコントロールされた空気冷却。熱処理後にブランク２１１′，２１２′は、２４０〜３６０ＨＶ（ビッカース）の硬度を有する。

【0030】

図示の実施形態ではブランク２１１′，２１２′は、熱処理後に図４に示すように予備加工される。

【0031】

ピストンベース体２１１のブランク２１１′には図示の実施形態では、燃焼室凹部２４の底領域２７及び壁領域２８の一部が、例えば旋削によって加工される。さらにボス１６及びボス孔１７、並びに摺動面を備えるスカート領域１８が加工される。最後に、冷却通路２３の環状の下側の冷却通路部分２３ａが加工される。これによって外側の接合面２９と内側の接合面３１とが形成される。ピストンリングエレメント２１２のブランク２１２′には図示の実施形態では、燃焼室凹部２４の壁領域の残りの部分２８′が、例えば旋削によって加工される。さらに冷却通路２３の環状の上側の冷却通路部分２３ｂが加工される。これによって外側の接合面３２と内側の接合面３３とが形成される。

【0032】

ブランク２１１′の外側の接合面２９は、ブランク２１２′の外側の接合面３２と対応する。相応に、ブランク２１１′の内側の接合面３１は、ブランク２１２′の内側の接合面３３と対応する。すなわち両方のブランク２１１′，２１２′は、その接合面２９，３１；３２，３３に沿って互いに結合されて１つのピストンブランク２１０′を形成することができる。両ブランク２１１′，２１２′を結合するために、両ブランク２１１′，２１２′は、自体公知のように、互いに接合させられて押圧され、この際に選択された溶接シーム位置によって、センタリングを促進させることができる。次いで両ブランク２１１′，２１２′の溶接は、従来技術に基づいて良く知られているフライホイール式摩擦溶接によって行われる。

【0033】

摩擦溶接工程によって、発生した摩擦溶接シーム２５，２２６の周りにはそれぞれ、図１ｂ及び図２ｂに示すような、熱による変質部つまり熱影響ゾーン３０，３０′が形成される。これらの熱影響ゾーン３０，３０′は、摩擦溶接シーム２５，２６，１２５，２２６の上下にそれぞれ約１〜３ｍｍにわたって延在する。熱影響ゾーン３０，３０′の領域において硬度は、熱影響ゾーン３０，３０′の外におけるブランク２１１′，２１２′の調質された材料に対して、４００ＨＶ（ビッカース）までの値だけ高められている。すなわち、熱影響ゾーン３０，３０′の領域においては約６００〜８００ＨＶ（ビッカース）の最大硬度が発生する。

【0034】

このようにして形成されたピストンブランク２１０′には、図示の実施形態では摩擦溶接の後で、熱処理、つまり焼き戻し又は応力除去焼き鈍しが、好ましくは５５０℃で１時間、施される。このような熱処理によって、熱影響ゾーン３０，３０′における材料の硬度は、約２００ＨＶ（ビッカース）だけ減じられる。すなわち熱影響ゾーン３０，３０′の領域において、最大硬度は、約４００〜６００ＨＶ（ビッカース）に減じられる。その他の領域は、熱処理によって硬度変化を被らない。これによって、硬化された熱影響ゾーン３０，３０′とブランク２１１′，２１２′の残りの材料との間における持続的な硬度の差異が得られる。

【0035】

図５に示したピストンブランク２１０′は、上に記載の摩擦溶接工程の結果として、外側の摩擦溶接シーム２５及び内側の摩擦溶接シーム２２６に沿って、摩擦溶接ビード３５を有している。ピストンブランク２１０′は、自体公知のように、ブランク２１１′，２１２′の構成に関連して、後加工もしくは仕上げ加工される。例えば外形、表面、燃焼室凹部、ボス孔等を仕上げ加工することができ、接近可能な摩擦溶接ビード３５は除去される。本発明によれば、リング溝３４，３６，３７（図１ｂ、図２ｂ参照）を備えたリング部分２２が加工され、この際にリング部分２２の加工は、第１のリング溝３４の下側の溝面３４′が、熱影響ゾーン３０の領域に位置決めされ、リング溝３４の下側の溝面３４′と外側の摩擦溶接シーム２５，１２５の中心との間の間隔が、熱影響ゾーン３０の軸方向高さよりも小さくなるように（図１ｂ、図２ｂ参照）、なされる。結局、下側の溝面３１′は、特にその外縁部３４′′の領域において硬化されている。そして溝面の硬度は、約４００〜６００ＨＶ（ビッカース）であり、このことは本発明によれば、約１００〜２００ＨＶ（ビッカース）の硬度の上昇に相当し、耐摩耗性を改善することになる。最終的に、図６に示すような完成したピストン２１０が得られる。もちろん、他のリング溝３６，３７もまたこのようにして硬化させることができる。同様なことは、本発明によるピストン１０，１１０，２１０の、硬化することが望まれている他の部分領域及び部分構造に対しても言える。このような部分領域及び部分構造は、摩擦溶接後に熱影響ゾーン３０，３０′の領域に位置することが望ましい。

【図1a】

【図1b】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】