JPH0598314A - 流体圧アキシヤル又はラジアルピストン機械用ピストン並びにその製造方法 - Google Patents

流体圧アキシヤル又はラジアルピストン機械用ピストン並びにその製造方法

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JPH0598314A
JPH0598314A JP4060738A JP6073892A JPH0598314A JP H0598314 A JPH0598314 A JP H0598314A JP 4060738 A JP4060738 A JP 4060738A JP 6073892 A JP6073892 A JP 6073892A JP H0598314 A JPH0598314 A JP H0598314A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 非機械形成法によりその後の機械加工なし
に、従来のピストンよりも経済的な方法でピストンを製
造する。 【構成】 成形可能な状態の材料を、全面が閉止されて
いるピストン外形を規定する型内に注入する。この型に
は、完成後のピストン内に残り、かつ、全面が閉止され
るピストン内部のコア区域６を規定するために少なくと
も１つの支持コア７が該型の内側から離間状態で配設さ
れる。次に、高強度特性と低重量とを有するピストン成
形用材料を稠密化する。最後に、完成したピストンを囲
繞された支持コアと共に取出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流体圧アキシャル又は
ラジアルピストン機械用ピストン並びにその製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ピストンの基底部が開口した中空のピス
トンチャンバを有し、ピストンの材料よりも密度の小さ
い充填片を充填したアキシャル又はラジアルピストン機
械用のピストンが従来から知られている。このように重
量を節約することにより、中実ピストンと比較して、よ
り速い回転が可能になり、従って、当該アキシャル又は
ラジアルピストン機械のより大きな出力が可能になる。
【０００３】これら公知のピストンは、技術的に複雑
で、従って、非常に高価な方法、例えばドロップ鍛造法
により塑性加工され、その後、頭部が球状ピストン及び
スリッパピストンの場合は頭部及び充填片を収容するた
めに設けられている中空ピストンチャンバを含む鍛造素
材の機械加工を行って外形輪郭を形成し、製造される。
これら公知のピストンの場合、損傷及びそれに伴うピス
トンの早期故障を防ぐために、充填片があらゆる運転状
況下で所定位置に固定されていることが重要である。こ
の固定は、複雑な構造及び製造、すなわち、費用の掛か
る方法により達成される。
【０００４】この種のピストンは例えばドイツ特許公報
ＤＥ−ＰＳ３７３２６４８により公知であり、これによ
れば、中空ピストンチャンバの横方向中心軸を含む面の
両側の中空ピストンチャンバに面したジャケット内側表
面に環状溝が旋削されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】液状で中空ピストンチ
ャンバ内に鋳込まれる充填片材料は、冷却時径方向及び
軸線方向に収縮する。軸線方向には上記溝の壁の方向に
収縮し、壁に対して張力を生ずる。このように、冷却し
た充填片は、中空ピストンチャンバ内の上記溝に対して
焼き嵌め結合の状態で保持されるが、収縮の結果径方向
には隙間が生じる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴によると、
流体圧アキシャル又はラジアルピストン機械用ピストン
を非機械加工法によって製造する方法であって、流動性
を有し成形可能な状態の材料を、全周がクローズされた
ピストンの外形を限定する型内に注入する工程であっ
て、該型内には、完成後のピストン内に残り、かつ、全
周がクローズされたピストン内部のコア区域を限定する
ために少なくとも１つの支持コアが該型の内側から離間
された状態で配設されており、高強度特性と低重量とを
備えたピストンを成形すべく該材料を稠密化する工程
と、完成したピストンを囲繞された該支持コアと共に取
出す工程とからなることを特徴とする方法が提供され
る。
【０００７】本発明の別な特徴によれば、鋳造、焼結な
どにより高強度材料で非機械加工法によって一体的に製
造される油圧アキシャル又はラジアルピストン機械用ピ
ストンであって、該ピストンは、該高強度材料で囲繞さ
れた少なくとも１つのコア区域をその内部に有し、さら
に、作動中にピストンに作用する力を吸収あるいは支持
し、ピストン形成中に該コア区域を規定する支持コアを
包含し、該支持コアは該コア区域で置換される該高強度
材料よりも軽いことを特徴とするピストンが提供され
る。
【０００８】
【作用】本発明のピストンは、ピストン中に既に収納さ
れている充填片と一体的に、非機械成形法によりその後
の機械加工なしに、従来のピストンよりも経済的な方法
で製造される。例えば、表面の品質を向上させるために
その後精密機械加工が必要な場合でも、依然としてこの
経済性を有する。利用可能な成形工程は各種あり、適切
に選択することにより安定性や寸法上の精度など要求さ
れる品質が得られる。この品質を得るためには、例え
ば、焼結あるいは経済性を考慮するとダイカスト又は遠
心鋳造が特に適している。
【０００９】ピストン中に充填片を鋳込むという先行技
術の成形方法の代わりに、本発明のピストンは、充填片
の周囲に形成され、この充填片に向かって凝固するの
で、充填片はピストンに対して径方向の隙間なしに焼き
嵌め接続となる。従って、この充填片は運転中にピスト
ンに作用する力を吸収あるいは支持（ｔａｋｅ ｕｐ）
する支持コアとして形成することができる。その結果、
コア区域において置換されるピストン材料よりも軽い支
持コアを使用すると、コア区域あるいは支持コアの径方
向の寸法を増加し、同時にピストンジャケットの厚みを
減少し、好ましくは上記コア区域の容量を当該ピストン
部容量の約５０％よりも大きくなるようにすることによ
り、従来のピストンと比較して重量を軽減することが可
能である。ピストンに高張力鋼を使用することによりこ
の効果は更に増加される。また、本発明のピストンの安
定性は、現在の技術に基づく片側が開放された中空ピス
トンチャンバの代わりに、ピストン材料によって全面を
囲まれた一つ又はそれ以上のコア区域を有するので、公
知のピストンの安定性よりも高くなっている。
【００１０】本発明によると、ピストン成形中にコア区
域を形成するために使用される支持コアは、公知のピス
トン用充填片にとって代わるものであり、全面を囲まれ
ているので、いわば、自動的に完全に堅固に当該コア区
域内に固定される。中空ピストンチャンバ内で充填片を
固定するための従来技術の複雑な構造上及び製造上の手
段は不要になる。１個あるいは複数の支持コアがそれぞ
れのコア区域内に位置されているので、本発明のピスト
ンには、コア区域に圧油が漏れる可能性のある継目は存
在しない。もし油漏れが油孔で発生すると当該アキシャ
ルピストン機械の容積効率が減少する。
【００１１】支持コアは、ピストン運転中に発生する力
を吸収あるいは支持するだけでなく、ピストン製造中の
温度及び圧力条件下で形状的に安定している材料で製造
されるので、特に、焼結を行う場合には、十分な支持機
能も果たす。支持コアの表面溶融及び軟化は悪影響はな
いと考えられる。
【００１２】ピストン材料に対して置換される支持コア
はピストン材料よりも軽い。支持コアはそれぞれのコア
区域を完全に、あるいは、少なくとも１つの中空チャン
バが形成される場合には部分的に充填することができ
る。完全に充填する場合は、支持コアの密度はピストン
材料の密度よりも小さい。しかし、これは、部分的に充
填する場合、特に各支持コアがそれぞれの中空チャンバ
を包含する中空支持コアとして形成される場合には、絶
対に必要なものではない。更に安定性を増すか重量を減
少するためには、そのような支持コアの中空チャンバ内
に中実形状あるいは例えば層状支持構造の補強体を設け
てもよい。
【００１３】支持コア及び補強体用の材料としては、ピ
ストン製造中の寸法上の安定性、ピストン運転中に必要
な強度、及びその密度などに関する上記要求事項を満た
すことを条件に、金属、金属合金、セラミック材料、焼
結金属などが考えられる。
【００１４】２つ以上の材料、例えばガラス、金属、セ
ラミック材料、焼結金属、プラスチック材料などの複合
材料も使用可能である。特筆の価値があるものとしては
複合繊維材料があり、カーボン繊維との複合繊維材料が
好ましい。支持コアとして使用される材料は強度特性、
特に圧縮率は、ピストン材料の数値を越える必要は必ず
しもない。
【００１５】ドイツ公告公報ＤＥ−ＡＳ０５５８７９に
開示されたピストンは、中に中空コアが配設された数個
の中空チャンバを有する。しかし、これは、かなり低い
温度と曲げと圧力の点でより小さな要求しか受けないも
ので、ラジアルピストン機械で発生するような遠心力を
受けないヂーゼル原動機用の油冷却式のピストンであ
る。中空コアと同様に、中空チャンバは全面囲まれるも
のではなく、油供給通路に連結されている。中空チャン
バは油供給通路と共にピストン冷却の役目を果たす油循
環システムに相当する。中空コアは肉厚の薄いシートメ
タルからのみ構成され、支持機能は持たない。
【００１６】本発明のピストンのコア区域はピストンの
長手方向に延長していることが好ましく、細長い形状の
ものが好都合である。しかし、例えば、球状のコア区域
を長手方向に配設してもよい。
【００１７】各コア区域はピストン軸線回りに同心状に
配設された方が好都合である。
【００１８】本発明の他の特徴によれば、ピストンは、
少なくともピストン軸線の区域全体に沿って延長する、
コア区域を備えないピストン部分を含む。このような場
合、特に円筒状ピストン用としては、断面が環状の少な
くとも１個のコア区域あるいは各々の断面が実質上半円
形で直径方向に対面する２個のコア区域が使用できる。
しかしながら、本発明のピストンは異なる形状、例えば
円形断面の少なくとも１個のコア区域を含んでいてもよ
い。本発明の更に他の特徴によれば、ピストンはピスト
ン軸線全体に沿って、すなわち、コア区域を備えないピ
ストン部分又はコア区域あるいは支持コアを貫通して延
長する油孔を有する。この油孔はピストン成形中に使用
されるコア片で規定されると好都合であり、油孔用通路
を形成するためにピストンから除く必要がないように、
その形状は中実なコア片ではなくて管状であってもよ
い。中実なコア片の場合は、ピストン成形後油孔を規定
する管に交換すると有利である。支持コアを型内で固定
するためにコア片をピストン成形中に使用できる。
【００１９】
【実施例】図示したピストンは高張力鋼合金からなり、
斜板型アキシャルピストン機械用の装備を有し、一端に
ピストン基部２を有する円筒状のピストン軸１と、他端
にアキシャルピストン機械の斜板に対して公知の方法で
支持されているスリッパ（ｓｌｉｐｐｅｒ）に係合する
ように形成された旋回ヘッド３とを含む。図１乃至８及
び図１１、１２に示すピストンのピストン軸線５に沿っ
て油孔４が貫通している。この油孔４はピストン基部２
及び旋回ヘッド３で公知の方法により外部へ連絡してお
り、スリッパでの油圧支持を行うためにスリッパへ油を
供給する役割を果たす。図９、１０、１３及び１４に示
すピストンには油孔はない。
【００２０】図１及び２に示すピストンの内部におい
て、ピストン軸１の範囲には、コア区域６があり、この
区域は断面が環状で、ピストンの長手方向に延長し、ピ
ストン軸線５に対して同心状に形成され、ピストン運転
中に発生する力を吸収あるいは支持するより軽量な材
料、例えばデューロプラスチック（ｄｕｌｏｐｌａｓｔ
ｉｃ；熱可塑性）プラスチック材料に埋設したアラミド
繊維のような高強度カーボン繊維の複合材料製である同
じく環状の支持コア７が充填されている。コア区域６及
び支持コア７はピストン基部２、ピストン軸１及びこの
ピストン軸１と旋回ヘッド３とを連結する連結部８とに
よって全面が囲繞される。コア区域６及び支持コア７に
より、油孔４が貫通したコア区域を備えないピストン部
分９が囲繞される。支持コア７は、ピストン軸１の部分
におけるピストンの断面積の５０％よりも大きい。これ
は、下記の実施例の場合も同様である。
【００２１】図３、４に示すピストンは、実質的に半円
形のコア区域１１を完全に満たす同一形状の支持コア１
０を２個使用した点で図１、２に示すピストンと異な
る。２つのコア区域１１はコア区域を備えないピストン
部分を表す金属板１２で互いに分離されている。ピスト
ン軸線５の区域では金属板１２は両側に拡張し、油孔４
を収納するのに十分な材料を提供している。
【００２２】図５、６に示すピストンは、環状支持コア
が周囲のピストン材料に対して緊密に適合する中空支持
コア１３として形成され、その内部に中空のチャンバ１
４を有し、焼結材料製であるという点で第１、２図に示
すピストンと異なる。
【００２３】図７、８に示すピストンは、図５、６に示
すピストンに相当するものであるが、図７に示すよう
に、中空支持コア１３の径方向内側壁及び外側壁を互い
にジグザグ状に支持する層状補強構造材１５を環状中空
支持コア１３の中空チャンバ全体にわたって備えてい
る。
【００２４】図９、１０に示すピストンは、油孔がな
く、円形断面のコア区域１７を完全に充填して配設され
た同じく円形支持コア１６が設けられているという点で
図１、２に示すピストンと異なる。
【００２５】図１１、１２に示すピストンは、図９、１
０に示すピストンに相当するものであるが、コア区域を
備えないピストン部分がないために、図１１からわかる
ように、ピストン基部２、支持コア１６、連結部８及び
旋回ヘッド３とを貫通する軽量金属製の管状コア片１８
内でピストン軸線５周辺に延長される油孔４を有する。
【００２６】図１３、１４に示すピストンは、油孔４を
規定する管状コア片１８にとって代わる、簡単に除去可
能な材料でできた円筒状コア片１９を有するという点で
図１１、１２に示すピストンと異なる。
【００２７】以上図示したピストンは成形工程により機
械加工なしに、例えばダイカストで一体的に作られる。
図１１、１２に示すピストンを例として参照し、簡単に
要約すると、支持コア１６は型内において管状コア片１
８によって保持され、ピストンの外側形状を決定する型
の内面から離間され、ダイカスト業界で公知の材料で製
作されている。次に、液状化されたピストン材料が加圧
下で公知の方法により支持コア１６と型との間の空間に
注入される。冷却中にピストン材料はその全周でこの支
持コア１６に向かって収縮し、互いに両者の部材が焼き
嵌めされるピストン／支持コア複合体を形成する。十分
な冷却後、型が開放され、完成したピストンが取り出さ
れる。この後、ピストン軸１及び旋回ヘッド３を短時間
精密機械加工する。
【００２８】図１乃至８並びに図１３、１４に図示され
るピストンは、図１１、１２に示すピストンと同じ型を
使用するものの、環状支持コア７、１３間あるいは２個
の半円形支持コア１０間に保持されたそれぞれ必要な支
持コア７、１０あるいは１３及びコア片１９を使用し、
同じ方法で製造される。コア片１９を取除くことにより
油孔４が生じる。図１３、１４に示すピストンの場合、
コア片１９は取除かれていない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のピストンの第１実施例の部分断面
図。
【図２】 図１のピストンの横断面図。
【図３】 本発明のピストンの第２実施例の部分断面
図。
【図４】 図３のピストンの横断面図。
【図５】 本発明のピストンの第３実施例の部分断面
図。
【図６】 図５のピストンの横断面図。
【図７】 本発明のピストンの第４実施例の部分断面
図。
【図８】 図７のピストンの横断面図。
【図９】 本発明のピストンの第５実施例の部分断面
図。
【図１０】 図９のピストンの横断面図。
【図１１】 本発明のピストンの第６実施例の部分断面
図。
【図１２】 図１１のピストンの横断面図。
【図１３】 本発明のピストンの第７実施例の部分断面
図。
【図１４】 図１３のピストンの横断面図。
【符号の説明】
１ ピストン軸 ２ ピストン基部 ３ 旋回ヘッド ４ 油孔 ５ ピストン軸線 ６、１１、１７ コア区域 ７、１０、１６ 支持コア １２ 金
属板 １３ 中空支持コア １４ 中空チャンバ １５ 層状補強構造材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｊ 1/01 7366−3Ｊ (72)発明者 イエルジ クレヤ ドイツ連邦共和国 デー−7916 ネルジン ゲン ライビ イン クノプラハ 29

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流動性を有し成形可能な状態の材料を、
    全周がクローズされたピストンの外形を限定する型内に
    注入する工程であって、該型内には完成後のピストン内
    に残り、かつ、全周をクローズしたピストン内部のコア
    区域を限定するために少なくとも１つの支持コアが該型
    の内側から離間状態で配設されており、 高強度特性と低重量とを備えたピストンを成形すベく該
    材料を稠密化する工程と、 完成したピストンを囲繞された該支持コアと共に取出す
    工程とからなることを徴とする流体圧アキシャル又はラ
    ジアルピストン機械用ピストンを非機械加工法によって
    製造する方法。
  2. 【請求項２】 該材料はこね粉状乃至液状であり、鋳型
    として成形された型内に注入され、次いで冷却により稠
    密化されることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 こね粉状乃至液状の該材料は加圧下で該
    型内に充填されることを特徴とする請求項２記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 該材料が粉状であり、焼結用鋳型として
    形成された型内に注入され、その後加圧及び加熱下での
    焼結により稠密化されることを特徴とする請求項１記載
    の方法。
  5. 【請求項５】 鋳造、焼結などにより高強度材料で非機
    械加工法によって一体的に製造される流体圧アキシャル
    又はラジアルピストン機械用ピストンであって、該ピス
    トンは、該高強度材料で囲繞された少なくとも１つのコ
    ア区域をその内部に有し、さらに、作動中にピストンに
    作用する力を吸収あるいは支持しピストン成形中に該コ
    ア区域を限定する支持コアを包含し、該支持コアは該コ
    ア区域で置換される該高強度材料よりも軽いことを特徴
    とするピストン。
  6. 【請求項６】 該コア区域の容量が当該ピストン容量の
    約５０％よりも大きいことを特徴とする請求項５記載の
    ピストン。
  7. 【請求項７】 該支持コアは該コア区域を完全に充填す
    ることを特徴とする請求項５記載のピストン。
  8. 【請求項８】 該支持コアは該コア区域を部分的に充填
    し、その結果少なくとも１個の中空チャンバが形成され
    ることを特徴とする請求項５記載のピストン。
  9. 【請求項９】 該支持コアは該中空チャンンバを包含す
    る中空支持コアとして形成されることを特徴とする請求
    項８記載のピストン。
  10. 【請求項１０】 該中空支持コアの該中空チャンバ内に
    補強部材が配設されていることを特徴とする請求項８記
    載のピストン。
  11. 【請求項１１】 該コア区域が該ピストンの長手方向に
    延長することを特徴とする請求項５記載のピストン。
  12. 【請求項１２】 該コア区域が細長い形状であることを
    特徴とする請求項５記載のピストン。
  13. 【請求項１３】 該コア区域がピストン軸線に対して同
    心状に配設されていることを特徴とする請求項５記載の
    ピストン。
  14. 【請求項１４】 コア区域を備えないピストン部分が少
    なくとも該ピストン軸線の周辺においてピストンの全長
    にわたって延長することを特徴とする請求項５記載のピ
    ストン。
  15. 【請求項１５】 断面が環状である少なくとも１個のコ
    ア区域を含むことを特徴とする請求項５記載のピスト
    ン。
  16. 【請求項１６】 断面が実質的に半円形である径方向に
    対向する２個のコア区域を有することを特徴とする請求
    項５記載のピストン。
  17. 【請求項１７】 断面が円形である少なくとも１個のコ
    ア区域を含むことを特徴とする請求項５記載のピスト
    ン。
  18. 【請求項１８】 該ピストン軸線に沿って延長する油孔
    を含むことを特徴とする請求項５記載のピストン。
  19. 【請求項１９】 該油孔が該ピストン成形中に使用され
    るコア片によって限定されることを特徴とする請求項１
    ８記載のピストン。
  20. 【請求項２０】 該コア片が管状のコア片であることを
    特徴とする請求項１９記載のピストン。
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