研究開発された技術紹介

自動車エンジン用ピストンはアルミ合金(AC8A材)を重力鋳造法(以下GDC)で製作するのが主流であるが、ダイカスト法に比べコスト面・環境面で劣る。ダイカスト法も鋳造欠陥や強度、耐圧性等のデメリットがあるが、本事業化研究では新材料(AC8A-T6以上の機械的特性)の開発により、現行のT6熱処理に比べ当社で実績があるT5熱処理(コスト面で有利)に基づくダイカスト製ピストンを製作し、実際の自動車用エンジンに組み込み運転評価を行い、自動車メーカーへプレゼン・働きかけにより評価を得ることを最終目標とする。

ダイカスト鋳造の出来るピストン用アルミニウム合金の開発、ピストン製造で行われている熱処理方法の改良、及び内部欠陥検査システムの検討などにより、自動車エンジン用ピストンの生産効率向上に資するダイカスト鋳造技術の開発を行う。
(新技術)
ダイカスト法でピストンを作る場合、いかに欠陥を無くすかが重要であることから、無欠陥鋳造方法と非破壊での鋳造欠陥検査方法を確立する問題解決のための手段・シミュレーションの使用により最適なタイミングで部分加圧をすることで、鋳造品質を改善させた。
(新技術の特徴)
製作に要する時間を削減し、材料及びエネルギー使用量における改善を実施することが可能になる。

・ダイカストピストン用アルミニウム合金の開発
-自動車用ピストン材料として高温強度に優れたアルミニウム合金の成分を決定し、評価用のピストンを製造した
・鋳造シミュレーションを用いた金型方案の適正化
-鋳造シミュレーションを用いて鋳造欠陥の少ない金型方案及び部分加圧のタイミングを決定した
・X線CT画像の3次元化による内部欠陥検査の実施及び超音波画像による内部欠陥検査法を開発
・実際にダイカストピストンを製作し性能評価を実施、エンジン実機耐久試験相当の単体試験で問題ないことを確認

自動車エンジン用の鋳造品質及び高温強度に優れたダイカスト製ピストン

・実用化に向けた開発は大方終了しており、量産に向けては品質の安定性が重要な課題となる。
・ダイカスト鋳造時の鋳造欠陥をいかに安定して制御できる(無くせる)かが鍵となるため、今後は、本研究で見出した金型方案及び開発材料を用いて量産条件でのテスト生産を行い、品質のロバスト性を確認する必要がある。

・ダイカスト製による自動車エンジンピストンの確立により、成形時間の短縮とコストダウンを実現
-従来の重力鋳造法では、成形に要する時間がかかり、エネルギー使用に無駄が生じていた
-鋳造欠陥を安定して制御し、無くすことで、自動車エンジン用ピストンをダイカスト製にて成立させることができた
-その結果、リードタイムの短縮に貢献することが可能になり、製造コストの削減に寄与することができるようになった
・非破壊検査(X線CT、超音波探傷システム)を用いて鋳造欠陥の検出が可能従来工法開発成果・鍛造技術の開発により、製品の展開可能性が拡大
-高強度材料の利用が可能になったことにより、高性能エンジンへの対応が可能になった

・自動車メーカーと具体的な採用に向けた検討を進めている。
・超音波画像による内部欠陥の検査については、3年後までにインラインで検査可能な状態に持って行き、自動車メーカー要求のスペックを満足するピストンの形状に合わせた測定方法を確立し、5年後の量産化を目指して取り組みたいと考えている