JPH02169847A - 鋳造型。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃橢関のピストン、特に、？ｓ２数の素材か
らなる各要部が全体として一体的に鋳造されるピストン
のＨ７Ｍ方法に関する。

（従来の技術） 従来、内燃機閏のピストンとして、高速化に対応ずべく
、軽量化を図り易いアルミニューム合金製のピストンが
多用されている。

ところで、ピストンは燃焼室で生じた高温高圧のガスを
冠面で押圧力として受け、これらの合力をコンロッドを
介しクランクシャフト側に伝えるもので、シリンダ内を
往復摺動する。

このため、ピストンは全体として十分な機械的強度を要
求され、特に、その冠面ば高温高圧にさらされることよ
り、十分な耐熱性を要求され、しかも、ピストン外周面
はシリンダ内壁面と膚接することより、十分な耐摩耗性
を要求されている。

特に、ピストンは、シリンダ内壁とピストン外周面間の
ガス漏れを防ぐべく、ピストン外周面の冠面対向部側に
リング溝が形成され、そこにピストンリングを嵌合させ
ている。ところが、ピストンの主要母材としてアルミ合
金が用いられている場合、リング溝に直接ピストンリン
グが嵌着され、使用されると、早期に摩耗、へたつが生
じ、この冠面対向部がピストンの耐久性を大きく左右す
ることとなる。

そこで、通常は、冠面対向部に鉄系、あるいは主要母材
より硬質の耐摩耗性の良いアルミ系の各耐ｆｆ環（リン
グキャリヤ）を介してピストンリングがピストンに取付
けられ、リング溝部の耐摩耗性を確保している。

ところが、アルミ合金のピストン本体にリングキャリヤ
を鋳口ｌυだ場合、両金属のなじみが良くないと、熱膨
張係数の差に基づき、両金属の界面間に剥離が生じ、機
械的強度の低下を招くことがある。そこで、従来のリン
グキャリヤは鋳込みに先立ち、母材との間で拡散接合し
易い金属ｊ模を前持って表面処理（アルミナイズ処理）
により生成し、これにより、接合強度が確保されている
。

更に、リングキャリヤとして、特に、耐摩耗性の高い発
泡金属を用い、これを主要母材により鋳ぐるみ、これに
より、リング溝の耐摩耗性を確保すると共にリングキャ
リヤと主要母材との接合強度を確保するという提案が特
開昭６０−１７５７４８号公報や特開昭６０−１６８９
５９号公報に開示されている。

更にまた、ＦＲＭ＠ｒＲ１［ｅ造することにより冠面対
向部を形成し、回部の機械的強度を向上させたり、ある
いは、冠面対向部に耐摩耗性の良いアルミ合金層を再溶
融処理（リメルト処理）により生成し、その上で回部に
耐久性のＱいリング溝を形成したものも知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、従来のようにリングキャリヤの鋳ぐるみを行
なうには、その鋳ぐるみに先立ち、リングキャリヤ自体
の鋳造、機械加工、前処理、アルミナイズ処理を必要と
し、前工程数が多く、コスト高を招くと共に、歩留まり
が悪いという問題があった。

更に、ｆ８ｍ鍛造法や、再溶融処理によりピストンの冠
面対向部の機械的強度を保ちつつ、その耐摩耗性を強化
するという方法の場合、特別の処理装置を必要とすると
いう問題があった。

本発明の目的は、ピストンの要部毎に必要とされるそれ
ぞれ異なる特性が１りられるピストンを、複数の素材を
用いて一体鋳造できるピストンの鋳造方法を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 本発明によるピストンのＵ選方法は、被８１　Ｎピスト
ンの主要部が鋳造される第１鋳造空間と上記被鋳造ピス
トンの冠面対向部が鋳造されると共に上記第１鋳造空間
に付加される第２ｕ′ｆＸＪ空閤とを経時的に分けて型
締めできるｌ造型を用い、上記鋳造型内に上記第１ｕ造
空間のみを確保する第１型締め工程と、確保された第１
訪造空間内に主溶湯を注入する第１注入工程と、上記第
１鋳造空間の主溶湯の凝固の後に上記第２鋳造空間を確
保する第２型締め工程と、確保された第２鋳造空間内に
主溶湯とは異なる異種溶）易を注入する第２注入工程と
を行なうことを特徴としている。

（作用） 第１型締め工程において、鋳造型内に第１ｕ造空間のみ
を確保し、第１注入工程において、確保された第１ｉｌ
ｉ造空間内に主溶湯を注入し、第２型締め工程において
、第１鋳造空間の主溶湯の凝固の後に第２鋳造空間を確
保し、第２注入工程において、確保された第２ｕ造空間
内に主溶湯とは異なる異種溶湯を注入し、これにより、
被ｖＪＴｉピストンの主要部が主溶湯により、被鋳造ピ
ストンの冠面対向部が異種溶湯により互いが一体として
鋳造される。

（実施例） 第１図に示したピストンは本発明方法により鋳造されて
いる。このピストンは、その本体１は冠面２を備える胴
部３と、その下のスカート部４とからなり、全体はその
主要部がアルミ合金により、冠面対向部Ｃが主要母材で
あるアルミ合金とは異なる異種材料により鋳造されてい
る。

ここで、ピストンの主要部にはＪＩＳ規格でＡＣ−８Δ
やＡＣ−８Ｇの鋳造用アルミ合金が採用され、冠面対向
部Ｃには異種材料としての耐摩耗性の高いアルミ合金（
たとえば、ケイ素やマグネシウムの比率が比較的高く、
自身の硬度及び熱処理による硬度の強化を図り易いもの
）が使用される。

本体１は冠面２が平坦に形成され、その外周面１２には
周知の構成のトップリング溝１３とセカンドリング溝１
４とオイルリング満１５とがこの順に上方より順次形成
されている。ここで、ピストンの冠面２側の環状の外周
壁である冠面対向部Ｃは、各リング溝の深さＳより十分
大きい幅ｔと３つのリング溝１３．１４．１５を全て取
り込めるだけの縦幅りを備えるよう構成されている。な
お、各リング溝は、これらに図示しないトップリング、
セカンドリング、オイルリングがそれぞれ嵌着できるよ
うな形状に、形成されている。

ここで、第１図のピストンを鋳造する鋳造装置を第３図
に示した。この鋳造装置は、固定型５と、左右の移動型
６，７と、上移動型８と、固定型５に支持される切り換
え移動型９と、この移ｖＪを９の切り換え手段としての
エアシリンダ１０と、図示しない周知の溶湯供給手段と
で構成されている。

固定型５は図示しない基台により支持され、その中央に
縦向きにエアシリンダ１０を保持し、そのピストン本体
ドの上端に切り換え移動型９を取付けている。切り換え
移動型９はその中央に一対の貫通穴１６が形成されてい
る基盤部９０１と、その上面より突出する環状突部９０
２とからなり、固定型５の収容穴１７内に上下動可能に
支持されている。しかち、貫通穴１６には一対のブラケ
ット１８が遊嵌しており、同ブラケット１８により、切
り換え移動型９の上方の片状固定型１９が固定型５に一
体結合されている。ここで、切り換え移動型９は第４図
（ａ）、（ｂ）に実線で示す突出位置Ｐ１と２点鎖線で
示す退部位置ＰＯとに切り換え移動可能に支持されてい
る。

左右移動型６．７は互いに付き合わされて、その両者の
対向面間に被鋳造ピストンの鋳造面Ｆが形成される。し
かも、左移動型７には上移動型８に続く主溶潟路２０が
、左移動型６には上移動型８に続く異種溶湯路２１がそ
れぞれ形成される。

なお、上移動路８には主溶瀉路２０を異種溶湯路２１の
各注湯口２２，２３がそれぞれ形成されている。

左右の移動路６．７と上移動型８は図示しない各エアシ
リンダによりそれぞれ、型締め位置く第３図に実線で示
した位置）と、型開き位置（第３図に２点鎖線で示した
位置）とに切り換え移動可能に支持されている。

この場合、各移動型が型締め位置にあり、切り換え移動
型９が’ｒ１１去位ＥｆｆＰＯにあると、ｖｉ造型内に
は、ピストン本体１を完全に鋳造できる第１鋳造空間Ａ
１と第２鋳造空間Ａ２との合成空間が確保される。更に
、切り換え移動型２２が突出１ヴ置Ｐ１に切り換え移動
されると、ｖｉ造型内には第１鋳造空間Ａ１のみが確保
されるように構成されている（第４図（ａ）、（ｂ）参
照）。

ここで、本発明のピストンの＃Ｒ造方法を説明する。

ここでは、第３図に示すような鋳造装置を用い、アルミ
合金製のピストン本体１を鋳造する。

まず、鋳造型内の各移！ｐＨ型が型締めされ、同時に切
換え移動型９がエアシリンダ１０により駆動され、突出
位ｆｆ’？Ｐ１に保持される。これにより、鋳造型内に
は、第１！５造空間（第４図（ｂ　’）　＝ｕ照）Ａ１
のみが確保され、第１型締め工程がなされる。

次に、湯口２２より、主溶湯を注入する第１注入工程に
入る。この場合、主溶湯は切り換え移動型９により閉鎖
されている第２鋳造空間Ａ２と異種溶湯路２１とを除い
た全ての空間に供給され、凝固に入る。

次に、主溶氾の凝固、少なくとも、ピストンの第１鋳造
空間Ａ１の外殻のみが凝固する所定時間を経過すると、
エアシリンダ２３を駆動させ、切り換え移動型２２を退
却位置ＰＯに切り換え移１）＋させ、第２型締め工程が
達成される（第４図（ａ）参照）。これにより、Ｓ！造
型内には主溶腸の凝固により生成された外殻と、左右の
移動型６．７と、切り換え移動型９とにより囲まれた環
状の第２鋳造空間Ａ２が確保される。

この後、湯口２３より第２　Ｓ、Ｖ選字間Ａ２に耐摩耗
性の優れた異種溶湯を注入する第２注入工程を行なう。

これにより、完全な凝固に入っていない主溶泪の外殻に
対して、異種溶湯が隙間なく完全に侵入し、両合金は拡
散接合し、一体的なＶ！造が達成される。

更に、第２注入工程を行った優であって、濃口２３付近
の溶湯が凝固した直後において、更に、エアシリンダ２
３を退却位置ＰＯ側より、突出位置Ｐ１側に向は押圧駆
動させる。これにより、切り換え移動型２２を加圧位１
ｆｌＰ２に切り換える加圧工程を実施する。この加圧工
程により、第１鋳造空間△１の主溶湯の外殻の隙間に異
種溶湯が加圧された状態で隙間なく、より完全に侵入し
、両合金の拡散接合は確実になされ、完全に一体化した
ピストンの鋳造が達成される。

この後、！８造されたピストンは、型聞き工程、研削工
程を経て、その外形を整えられ、特に、冠面対向部Ｃに
複数のリング１１η１３．１４．１５が形成され、ピス
トンの製造が完了する。

このように製造されたピストンはその機械的強度が十分
高く、冠面対向部Ｃの各リング１カの摩耗、へたりの発
生をも押えることができ、ピストンの耐久性が向上した
ものとなる。

上述の処において、第２注入工程のｔｂに加圧工程を行
なったが、これに代え、第２注入工程で十分なりＪ鋳造
特性を生かせば、たとえば、異種溶湯路２１の＾さ方向
の良さを十分大きくとれば、これのみで十分な両合金の
一体化を図れ、あえて加圧工程を行なうこともない。

（発明の効果） 以上のように、本発明方法によれば、第１型締め工程、
第１注入工程、第２型締め工程及び第２注人工稈を経時
的に分けて行なうことににす、特に、確保された第２鋳
造空間内に主溶氾とｔま異なる異種溶湯を注入し、これ
により、被鋳造ピストンの主要部が主溶湯により、冠面
対向部が異種溶湯により、互いが一体として鋳造される
ようにしたので、機械的強度が高く、耐久性のあるピス
トンを低コストで、歩留まり良＜　＆６　’＃ｊできる
。特に、異種溶湯に耐摩耗性の高い異種溶湯を用いた場
合、ピストンの軽量化を図ると共にリング溝の耐摩対策
を容易に行なえ、ピストン耐久性がより向上するという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により１９られたピストンの断面図
、第２図は本発明方法の一例をなす工程説明図、第３図
は第１図のピストンのｕ造を行なった鋳造装置の概略断
面図、第４図（ａ）、（ｂ）は第３図の鋳造装置の作動
説明図である。 １・・・ピストン本体、５．６，７．８・・・鋳造型、
９・・・切り変え移動型、Ａ１・・・第１鋳造空間、Ａ
２・・・第２鋳造空間、Ｃ・・・冠面対向部。 弗１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被鋳造ピストンの主要部が鋳造される第１鋳造空間と上
   記被鋳造ピストンの冠面対向部が鋳造されると共に上記
   第１鋳造空間に付加される第２鋳造空間とを経時的に分
   けて型締めできる鋳造型を用い、上記鋳造型内に上記第
   １鋳造空間のみを確保する第１型締め工程と、確保され
   た第１鋳造空間内に主溶湯を注入する第１注入工程と、
   上記第１鋳造空間の主溶湯の凝固の後に上記第２鋳造空
   間を確保する第２型締め工程と、確保された第２鋳造空
   間内に主溶湯とは異なる異種溶湯を注入する第２注入工
   程とを行なうことを特徴としたピストンの鋳造方法。