JPS5810568B2 - 回転ピストン内燃機関用多角状ピストン並びに該ピストンの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ピストン側部を形成する外周壁と互いに平行
な側部分と、中央の軸受ボスを形成する内周壁とを備え
た、トロコイド構造様式回転ピストン内燃機関用外角状
ピストンに関し、更に該ピストンの製造方法に関する。

この種のピストンは従来鋳物部材として形成されて来た
が、これには、高価な鋳型及び鋳型心とを必要としてい
る。

鋳物は全面を加工しなければならない。

内部の砂の洗浄は困難である。鋳物のピストンの壁厚は
比較的大きく、完全には均一とはならず、従ってピスト
ンにアンバランス重量が生じ、該アンバランス重量を後
で除去する必要がある。

本発明は、製造を容易にし、重量を軽減し且つアンバラ
ンス重量を少くした、上述様式の多角状ピストンを提供
することを課題とする。

本発明によるピストンは、その壁を、切削加工なしで成
形した鋼板一部材で形成し、該部材がその接触位置で互
いに溶着又は溶接されていることを特徴とする。

本発明のこの提案は、ピストンの缶壁がそれぞれ完全に
同一の壁厚を有し、該壁厚を鋳物のピストンの壁厚に比
べて可成り薄く出来、このことによって重量を軽減する
と共にアンバランス重量を少くするということを保証す
る。

少なくともピストン側面を形成する外周面が何らの仕上
加工を必要としなくなる。

壁厚が薄いことにより、又良好な冷却が行える。

特に、ピストンの外周壁が、それぞれピストンの側面を
形成し且つ寸法上正確にプレス打抜きされた同一の鋼板
部材から形成されていて、該部材が側壁を形成する鋼板
部材の周面に載置され、この周面と溶着又は溶接されて
いる。

軸受ボスは、横断面Ｕ字形の、必要に応じて鏡像的に形
成された２個の部材によって形成された板部分からなり
、該板部分の脚状部が側面の内面と溶着又は溶接されて
いる。

ピストン側面を形成する鋼板部材は、側壁を形成する鋼
板と同一部材であり、その製造はプレス及び打抜きによ
って容易に行える。

ピストン角部内にシール部材を収容するための半径方向
の溝が必要であるので、隣接するピストン側面を互いに
突当てることによって形成されるピストン角部に必要な
形状を有した材料からなる挿入材（以下プロフィル材と
称す）を設け、該材料が、ピストン側面を形成する鋼板
部材の隣接する内面と結合され且つシール部材を収容す
るための半径方向の溝を有していることは、目的に合致
する。

挿入材は側壁を形成する鋼板板を通じて突出させ、その
結果気密の保持を損じることなくすることも出来る。

その理由は半径方向の溝が複数の互いに結合しなければ
ならない構造部材を通じて形成されることはないからで
ある。

側壁を形成する鋼板部材の一つが、特に硬化可能（焼入
れ可能）な鋼から製造され、ピストンの伝達機構の一部
を形成する内歯を備えるようにしても良い。

この内歯はピストンを組込む前に成形することが出来る
。

この加工は、従来ピストンに固定された歯車に対し可成
り簡単に行える。

側壁を形成する鋼板部材は、その内面に、周縁に平行で
周縁近域に延在する溝を備えていてもよい。

該溝は冷却媒体の流通を受け、従ってこの軸方向のシー
ル部材が側壁の外面に取付けられる範囲が冷却される。

ピストンの内室を冷却媒体で良好に流通することを保証
するために、ピストン側面と軸受ボスの間に横断面Ｔ字
形の案内板を設け、その中央脚状部が軸受ボス内に設け
られた冷却媒体の供給口の中心に配置される。

供給される冷却媒体はこの脚状部によって円周方向に、
一方のピストン角部及び他方のピストン角部へと転向さ
れる。

本発明により提案された別の実施例も可能である。

即ち、ピストン側面を形成する鋼板板その横方向の長縁
で側壁を形成する鋼板板の内側面に接触し、この鋼板板
によって半径方向に握持され、その際ピストン側面の外
面が側壁の周面と一致することと、ピストン側面が軸受
ボスの脚状部に支持されていることとを提案する。

側壁間に設けられたピストン側面は、この提案の場合、
その内面の縁域で、側壁間に接触する軸受ボス脚状部に
半径方向に支持されることも可能である。

この脚状部は周壁の周面近域迄達している。

ピストン側面とその凹所範囲で附加的に補強するために
、ピストン側面をその中心で軸受ボスに、側壁に平行に
設けた補強板を介して支持し、該補強板が側面に案内板
を備え、該案内板が軸受ボス内に設けられた冷却媒体−
供給口の中心に配置されていることを提案する。

この補強板によって、ピストン側面に働く力はピストン
の形状安定には何らの悪影響を生じず、他方案内板は供
給される冷却媒体を円周方向に、隣り合うピストン角部
の一方及び他方に転向する。

周壁、即ち、個々のピストン側面を互いに、即ち周方向
に更に強化するのは、ピストン角部に設けられた挿入材
をピストン側面の内面を結合し且つ対応して曲げ加工さ
れた連結材によって握持し、その際連結材を合目的にピ
ストン側面の各々の鋼板部材と溶接によって固定連結す
ることによって行われる。

提案した技術思想は、ピストンに作用する力及び温度の
影響の下でピストンの気密性を悪化させる変形を決して
生ぜしめないという範囲でピストンの強度と安定性（鋼
柱）を改良している。

本発明の別の提案によって側壁がその内側で半径方向外
方に延びている軸受ボスの脚状部及びピストン側面に平
らに接触しているので、側壁は軸受ボスの脚状部で形状
的に調心されている。

心出しは例えば通し軸によって形成され、該通し軸は側
壁と脚状部を共通に貫通している。

しかしながら、心出しを半切込み部分によって形成して
も良い。

半切込み部分は側壁から突出し、軸受ボスの脚状部の対
応した孔又は凹所に正確に適合している。

本発明は、本発明によるピストンの製造方法にも関する
。

この方法は、鋼板一部材を寸法正確にプレス打抜きし、
プロフィル材からなるピストン角部用の挿入材を切出し
、一方の側壁を形成する鋼板部材の内歯を精密打抜きす
ることによって予備成形し、次いで全部材を一つの側壁
と共に位置固定するために溶着間隙を残して部分溶接し
、更に突当り位置に溶着材を配着し、第２の側壁を装着
し、次いで全部材を溶着炉内で互いに溶着し、更に内歯
を備える側壁をその歯を予備成形した範囲で、例えば高
周波焼入れ法によって硬化し、更に軸受孔、内歯、シー
ル部材を収容するための溝を機械加工によって製造する
ことを特徴とする。

この方法の変形では、ピストン側面を形成する鋼板部材
が側壁を形成する鋼板部材と、例えば電子溶接法又はレ
ーザー溶接法によって互いに結合される。

ピストンを製造するためには別の方法も可能である。

この場合、ピストン側面を連結材と共に位置固定的に溶
接し、次いで案内板を溶着した補強板並びに軸受ボスが
、ピストン側面によって形成された周壁内に挿入され、
最大０．３ｍｍ、特に０．２ｍｍの溶着間隙を残して互
いに、又周壁と部分溶接することによって結合され、更
に、ピストン側面の横方向の長縁と軸受ボスの脚状部の
外面とが共通に平面研磨され、次いで突当て位置にペー
スト状の溶着材を配着した後に、両側壁が平面研磨され
た面に配着され、位置的に固定され、次いで全部材が互
いに溶着される。

この方法には、一方ではピストン側面と軸受ボスの脚状
部との間に、及び両側壁間を、問題なく平行性を保持さ
せ、従って平面的な接触によって、特に狭い間隙が、前
述の部材間に生じ、該狭い間隙は、溶着材の節約、特に
溶着材の流動性と結合性の改良とを可能とし、従って、
完全な気密性と高負荷に耐える溶着結合とを保証すると
いう利点がある。

ペースト状溶着材を配着する替りに、部分溶接の替りに
全部材を電鋳的に銅メッキすることも出来る。

溶着炉内で加熱する場合に、流動状の銅が毛細管作用に
より、各構造部材間の溶着間隙内に引込まれる。

この提案は、ピストンの全内面が製造した状態で薄い銅
層によって被覆され、該銅層が冷却媒体による腐蝕を防
ぐという利点がある。

本発明によるピストンの一実施例を図面に従い詳説する
。

第１〜４図に示した３角状のピストンは外周壁を有し、
該外周壁は寸法上正確な３個のプレス打抜き板部材と、
プレス打抜き鋼板部材２，３によって形成され且つ互い
に平行な２個の側壁と、鏡像的に同一の２個の部材によ
って形成された横断面Ｕ字形のピストンボスとから形成
されている。

ピストン側面１は、燃焼ガス及び圧力が直接さらされる
範囲で分離を生じないようにするため、側壁２，３を握
持している。

ピストン角部は隣接するピストン側面１の突当り位置に
よって形成され、ピストン角部にはシール部材用の図示
していない半径方向溝を含むために役立つと共にプロフ
ィル材からなる挿入材５が設けられている。

第２図に示している様に、この挿入材５は両側壁２，３
間に延在しているが、挿入材を側壁を通じて側壁の外面
迄突出させることが可能である。

このことは、半径方向の溝が互いに連結された構造部分
間の分離面を通じては延びていないという利点を有する
。

ピストン側面１と軸受ボス４の間には案内板６が設けら
れていて、該案内板６は、それぞれＴ字形断面を含む２
個の板材によって形成されている。

この様に形成されたＴ字形横断面の中央脚状部７はそれ
ぞれ、軸受ボス４内に設けられた供給孔８の中央に配置
されている。

この孔８を通じて流入する冷却媒体は脚状部７によって
矢印９の方向左右の方向に隣接ピストン角部に転向され
る。

ピストンボス４の他側面には、冷却媒体用の放出孔１０
が設けられている。

側壁２の内面は溝１１を備え、該溝２は周縁に平行に又
周縁近域に延在している。

この溝１１は運転中、冷却媒体の流通を受ける従って、
側壁はピストンの軸方向シールの外面範囲で冷却される
。

側壁３は硬化可能な鋼から形成され、内歯１２を備えて
いる。

内歯１２はピストン伝達機構の一部を形成する。

図示の実施例では、各ピストン角部の範囲に、ピストン
を貫通する管材１３が挿入されていて、該管材１３はピ
ストン両側間の圧力補償を行うのに役立つ。

第１〜４図によるピストンの全部材は特に共溶着されて
いる。

この場合保持装置（ジグ）内で一方の側壁を除いた全部
材が他方の側壁上に載置され、例えば０．２ｍｍの溶着
間隙を残して点溶接によって固定される。

更に全部材の突当り、即ち接触位置にペースト状の溶着
材、特にニッケルの添加物を含む銅ろうが配着され、次
いで他の側壁が装着され、又、この様に組立られたピス
トンが溶着炉内に入れられ、そこで、約１１００℃の温
度で全部材が互いに気密に溶着される。

内歯１２を担持する側壁３は予備成形された範囲で、例
えば高周波により焼入され、次いで軸受孔、内歯及びシ
ール部材を収容する溝が機械的加工により仕上げられる
。

ピストンの全部材の結合は一方では溶接によって行われ
、即ち、特にピストン側面１と側壁２゜３とが溶接によ
って結合される。

このためには、電子又はレーザー光線溶接を用いるのが
特に適している。

第５〜９図に示したピストンの場合、同−又は同様な部
材には第１〜４図に用いた同一の参照番号を付している
。

第１〜４図の実施例とは異なり、ピストン側面１′はそ
の横方向長縁で側壁２´。

３′の内側面に突当てられ、その内面の縁域で軸受ボス
４′の半径方向脚状部に支持され、従ってピストン側面
１′の外面は側壁２’、３’の周面と一致する。

外周壁のピストン角部にはプロフィル材からなる挿入材
５´が設けられ、該挿入材はシール部材用の半径方向の
溝を収容するのに役立っている。

第６図に示している様に、この挿入材５´は両側壁２’
、３’間に延在し、連結材１４によって握持され、流速
結材はピストン側面１´と例えばスタッド溶接によって
互いに固定連結されている。

ピストン側面１′と軸受ボス４′の間には剛性を高くす
るために補強板１５が設けられている。

補強板１５には案内板１６が装着され、該案内板１６は
それぞれ、軸受ボス４′に設けられた供給孔８´の中央
に配置され、油案内リブ１６’と共にこの供給孔８´を
通じ突出している。

この供給孔８′を通じて流入する冷却媒体は案内板１６
によって矢印９′の方向、左右方向に隣接するピストン
角部に転向される。

軸受ボス４′の他側には、冷却媒体用の放出孔１０が設
けられている。

側壁３′はこの実施例でも焼入れ可能な鋼から形成され
、内歯１２’を備えている。

この内歯１２´は通常のピストン伝達機構の一部を形成
する。

第５〜９図の実施例の場合、各ピストン角部の範囲に、
側壁２’、３’を軸受ボス４´の脚状部で心出しした貫
通軸１７が挿入され、該貫通軸は、平らに配置された側
部分２’、３’の位置を、軸受ボス４′及びピストン側
面１′を他の部材と共に形成した構造群に対して、明確
に位置固定し、且つ組立てを容易にするのに役立ってい
る。

しかしながら心出しは、半分打抜かれた部分１８によっ
ても形成出来、この部分１８は側壁２′及び／又は３′
からプレスで突出され、正確に軸受ボス４′の脚状部の
対応した孔内に適合される。

第７図には別の心出しが示されている。

この心出しは、１個の貫通軸１９からなり、この軸１９
はピストンをその全体中に亘って貫通している。

即ち、側壁２’、３’は共通に軸受ボス４′と固定され
る。

貫通軸は、その両端で中空に形成され、非常に狭い溶着
間隙をこの範囲に生じるために拡げられる。

第５〜９図に示した実施例では個々の部材は共溶着され
る。

この場合、第１〜４図に示したピストンの製造方法とは
異なり、先ず保持装置内でピストン側面１′が連結材１
４と、補強板１５が案内板１６と固定溶接される。

更に、ピストン側面１′によって形成される周壁内に補
強板１５と軸受ボス４´が挿入され、例えば０．２ｍｍ
（０，０５ｍｍ迄小さく出来る）の溶着間隙を残して、
点溶接によって固定され、両側でＹ面研磨される。

次いで部材の突当り又は接触位置にペースト状の溶着材
特にニッケル添加物を含む銅３３が配着され、両側壁２
，３を載置し、貫通軸又は半打抜き部分によって固定す
る。

この様にして形成組立したピストンを第１〜４図に示し
たと同様に製品に仕上げる。

本発明によるピストンは、機械加工が限定した僅かな部
分にしか必要でないので大量生産に適合している。

又このピストンは鋳物のピストンよりも重量に於て軽く
、多数の同一部材により実質的にアンバランス重量を生
じることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図はピストンの側面を第２図の断面線Ａ−Ａに沿っ
て示したものであり、第２図は第１図の断面線Ｂ−Ｂの
縦断面図であり、第３図は第１図のＸ矢視を示し、第４
図は第１〜３図に示したピストンを組立る前の分解図で
あり、第５図は第２実施例のピストンの側面を第６図の
断面線Ｃ−Ｃに沿って示したものであり、第６図は第５
図の断面線Ｄ−Ｄを示し、第７図は第５図の断面線Ｄ−
Ｄの縦断面の一部を示し、第８図は第５図の矢視Ｙを示
し、第９図は第５〜８図に示したピストンの組立前の分
解図である。 １．１’、２，２’、３，３’、４，４’・・・・・・
ピストン壁、２，３，２’、３’・・・・・・側壁、４
′・・・・・・軸受ボス、１５・・・・・・補強板、１
６・・・・・・案内板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ それぞれのピストン側面を形成する外周壁と互いに
   平行な側壁と、中央の軸受ボスを形成する内周壁とを備
   えた、トロコイド構造様式回転ピストン内燃機関用多角
   状ピストンに於て、外周壁１゜１´、側壁２，２′、３
   ，３’及び内周壁４゜４′それぞれが切削加工なしで成
   形された鋼板からなる一つの部材からなり、該部材相互
   がその接触位置で互いに溶着又は溶接されていることと
   、外周壁が、それぞれピストン側面を形成し且つ寸法上
   正確にプレス打抜きされた同一の鋼板部材から形成され
   ていることと、軸受ボスが横断面Ｕ字形の部材によって
   形成された板材からなり、該板材の脚状部が側壁２，３
   の内面と溶接又は溶着されていることを特徴とする多角
   状ピストン。 ２ 外周壁を形成する部材が、側壁２，３を形成する鋼
   板部材の局面に載置され且つ該鋼板部材２゜３と溶着又
   は溶接されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の多角状ピストン。 ３ ピストン側面１を形成する鋼板部材が、その横方向
   の長縁で側壁２’、３’を形成する鋼板部材の内面に接
   触し、該鋼板部材によって半径方向に握持され、その際
   ピストン側面１′の外面が側壁２’、３’の周面と一致
   していることと、ピストン側面１′が軸受ボス４′の脚
   状部に支持されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の多角状ピストン。 ４ 鋼板部材が寸法上正確にプレス打抜きされ、プロフ
   ィル材からなるピストン角部用の挿入材が定寸切断され
   、一方の側壁を形成する鋼板材の内歯が精密プレス打抜
   きで成形され、次いで一方の側壁と共にもう一方の側壁
   を除いた全部材が最大０．３７ｍｍの溶着間隙を残して
   位置固定のために部分溶接され、次いで突当り位置にペ
   ースト状の溶着材が配着され、もう一方の側壁が装着さ
   れ、更に全部材が互いに溶着され、次いで内歯を担持す
   る側壁が歯を予備成形した範囲で高周波焼入れ法によっ
   て硬化され、最後に軸受孔、内歯及びシール部材を収容
   するための溝が機械加工によって仕上げられることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の多角状ピストン
   の製造方法。 ５ 溶着材を配着する替りに固定溶接した後又は前に全
   部材を電鋳的に銅メッキすることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載の製造方法。