JPS59183964A - ピストンのスキ−ズ鋳造法 - 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】 本発明は、補強ピストンリングみぞ形成用インサートの
ような、ピストンのクラウンから軸方向に間隔を有する
インサートを有する種類のアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金ピストンのスキーズ鋳造（５ｑｕｅｅｚｅ　ｃ
ａｓｔ、ｉｎｇ　）に関する金属のスキーズ鋳造は、多
年間公知であった方法である。これは、溶湯をダイ中へ
供給し、次いでダイを閉じ、溶湯が凝固する際それに圧
力を適用する方法である。加圧力は数百トンの程度であ
ってもよい。かかる凝固は、慣用の重力、ダイカストに
よって製造した類似の鋳物よりも強くかつその構造がと
くに均質である鋳物を製造することができる。

これらの利点のため、スキーズ鋳造は長らく、内燃機関
または圧縮機用のアルミニウムまたはアルミニウム合金
のピストン製造のために考慮されてきたが、その理由は
重力ダイカストピストンよりもすぐれた強度のピストン
を製造する可能性を提供するからであり；該強度は従前
にはより高価でかつ複雑な鍛造法の使用によってのみ達
成可能であシ、それでンーンングカー用ピストンのよう
な特殊目的ピストンの製造の、ｔめに適用されたにすぎ
なかった。

かかるピストンをスキーズ鋳造する目的は多年間存在し
ていたが、製造上の種々の困難に遭遇したため、広い商
業的使用は達成されなかった。

これらの困難のうちには、ピストンリングみぞ補強イン
サートのような、ピストンのクラウンから軸方向に間隔
を有するインナートの、スキーズ鋳造ピストン中への組
込みがある。かかるインサートは、一般に形が環状であ
シ、ピストンのアルミニウムまたはアルミニウム合金よ
りも耐摩耗性の金属でつくられている。インナートは、
スカートの底部とクラウンとの間の位置でピストンのま
わりに延び、完成されたピストンにおいては、インナー
ト中に形成された１つ以上のピストンリングみぞを有す
る。

英国特許第２０９０７７９Ａ号および同第２０９０７８
０Ａ号明細書は、双方共かかるインサートの組込みに関
する。これらの明細書においては、ピストンはクラウン
・アップで（つまりクラウンを下部ダイ部材の上端に向
けて）スキーズ鋳造され、インナートはタブを有し、こ
れが溶湯を下部ダイ部、１オ中へ注入する前に下部ダイ
部材内の突出部に係合する。このダイ部（オの下部は、
ピストンのスカートを形成するよう姉造形されている。

溶湯を下部ダイ部材中へ注入した後、上部ダイ部材がダ
イを閉じ、溶湯にそれが凝固する間圧力を加える。

英国特許第２０７２０６５Ａ号明細書、も、かかるイン
サートの組込みに関する。再び、ピストンを下部ダイ部
材と一体に構成された若Ｔの突出部上にインナートを置
いてクラウン・アンプでスキーズ鋳造する。下部ダイ部
材中へ溶湯を注入し、上部ダイ部材がダイを閉じ、溶湯
にそれが凝固する間圧力を適用する。

これら明細書に記載されたスキーズ鋳造法は多くの欠点
を有する。

第１は、溶湯が一般にダイの底から上向きに凝固し、ピ
ストンの横断面を通る凝固速度に変化が起シうることで
ある。これ・ハ、インナートが変化が最大である鋳物の
頂部に面しているので、インソー一トの一部は凝固した
金属内にあシ、他の部分は溶湯の中にあり、このことが
インフートに、狂い、ゆがみおよび亀裂を生じうる応力
を惹起しうろことを意味する。これは、クラウン・アツ
ノ鋳造においては、インサート下方のかなシの深さの溶
湯が凝固の間、収縮して下＝ｌＳダイ部材の突出部によ
って強固に支持されているイン丈−トから離れることに
よって一層ひどくなる。

下部ダイ部材突出部はその円周長の小部分（代表的には
約４係）にわたって支持するにすぎずかつ凝固および収
縮する金属によって下方の支持が与えられなくなると、
インサートは恐らくスキーズ力によってゆがみ、亀裂ま
たは破損するものと思われる。これは、支持突出部の数
または寸法を増加することによって防ぐことができない
。その理由はこれが同時に、インサートと金属との間の
必要な結合を得るのに重要な、凝固および収縮する金属
によるインサートの下向き運動を妨げるからである。

英国特許第２０９０７７９Ａ号および同第２０９０７８
０Ａ号明細書において、この収縮の問題を、タブを凝固
の間破壊するように配置し、こうしてインサートが動け
るようにして克服することが試みられている。この配置
は凝固相違の間顆を解決しない（実際、若干の突出部は
他のものより先に破壊し、狂いや亀裂の危険が増加しう
る）。さらに、適正に破壊しない突出部が下部ダイ部材
を損傷することがあｐｌこれは明らかに望ましくない。

英国特許第２０７２０６５Ａ号明細書には、異なる凝固
または収縮を調節するための何の準備もなされていない
。

第２の欠点は、ピストンのスカート部分成するダイの部
分がダイの下端にあるので、はじめに入る溶湯はダイ全
通ってスカートを形成するダイ部分に達し、ダイの残余
部分が充填されかつ第２のダイ部材が下降してダイを閉
じるまで圧力を受けないことである。このため、および
ピストンスカートの薄さのために、ピストンスカートを
形成する溶湯は一般に、圧力が適用される前に少なくと
も部分的に凝固する。これによりピストンはスキーズ鋳
造されないで、たんに重力ダイカストされているだけの
スカート部分を有することとなり、こうしてピストン残
余部分の強度および均質な構造を欠くようになる。これ
が苛酷な条件下でのピストンの破壊を生じうる。

また、インナートがダイの頂部に面していることも不利
である。その理由は浮渣や酸化物のような不純物がダイ
の頂部に浮上する傾向があり、鋳造金属とイン丈−トと
の間の結合を妨げかつピストンのクラウンにおける金属
の質を低下しうるからであり；ピストンのクラウンは使
用時に峡も不利な条件を受けるぎストンの部分である。

本発明によれば、ピストンのクラウンから軸方向に間隔
を有する補強インナートを有する、内燃機関または圧縮
機用−ストンの製造法が提供され、該方法はピストンを
スキーズ鋳造法によυクラウン・ダウンで鋳造し、その
際インナートまたは補強材を、下部ダイ部材が重力によ
シ溶湯で充填される前に、下部ダイ部材の底に面して位
置定めし、次いで下部ダイ部材を上部ダイ部材によって
閉じて溶湯を加圧下に凝固させることからなる。

さらに、本発明方法によってつくられた内燃機関用ピス
トンも本発明の範囲内である。

次に、添付図面につき、本発明を詳述する。

第１図に関し、スキーズ鋳造装置は、下部ダイ部材１０
および下部ダイ部材トに取付けられた可動の上部ダイ部
材１１を有する。

下部ダイ部材１０は、要求される内燃機関ピストンの外
形である内形を何し、上部ダイ部材１１は、要求される
ピストンの内形を形成する突出部′１２を備えている。

下部ダイ部材１０は、下部ダイ部材１０の下端に隣接す
る間隔を有する多数のラグ１３を有し、鋳造前に、ラグ
１３上に環状補強拐１４が載せられる。補強材１４は、
鉄材料からなっていてもよく、かつ環状ピストンリング
みぞ補強インサートまたは膨張制御インテートであって
もよい。

次いで、溶湯１５が下部ダイ部材１０中へ供給される。

溶湯１５の量は、要求される寸法のピストンを形成する
のに十分であるが、大過剰が存在しないことを確保する
ように定められるそれから、上部ダイ部材１１が、運動
の第１段階で、第１図に示した引戻された位置から第２
図に示した位置へ動かされ、該位置で上部ダイ部材１１
は溶湯の表面に隣接している。運動の速度は、代表的に
は毎秒的２００　ｍｍであってもよく、従って溶湯に対
する圧力の適用に最小の遅れしか存在しない。第２図に
示した位置で、上部ダイ部材１１は運動の第２段階で緩
慢に溶＠１５中へ下降して第６図に示した位置に達する
。この運動の速度は代表的には、作られる鋳物の形状寸
法にもよるが、毎秒１〜１０　ｍｍであってもよい。運
動の第２段階における上部ダイ部材１１の運動速度は、
満足な鋳物生派とできるだけ高度につ９合っている。

次いで、上部ダイ部材１１は、溶湯が凝固する間、溶湯
に代表的には２００〜６００トンのスキーズ力を加える
。これが、強い均質な構造をつくる。金属が凝固する場
合の金属の収縮は、上部ダイ部材の運動によって吸収さ
れる。

圧力は、凝固が完結するまで保持される。次いで、上部
ダイ部材１１が引上げられ、鋳造ピストンは仕上機械加
工のため下部ダイ部材１０から取り除かれる。

インサート１４は下部グイ部材１０の下端に而している
ので、ピストンの最初の部分が凝固する。これは、イン
サートのまわりに実質的に異なる凝固が存在せず、イン
サートのゆがみや亀裂の生起が減少することを意味する
。さらに、インサート下方の金属の深さは非常に小さい
ので、収縮によって惹起される運動量は非常に小さく；
インサートが下部グイ部材１０の上端にある場合よりも
はるかに小さい。インシー１・１４は上部ダイ部材１１
から遠く離れておシ、従って上部ダイ部材１１とインサ
ート１４との間の干渉の可能性は存在しない。また、溶
湯中の浮渣および酸化物のような不純物が溶湯とインサ
ートとの間の結合に干渉する機会もはるかに少ない。そ
の理由はこれらの不純物はすべて表面に浮上がるからで
ある。さらに、下部ダイ部材１０中へ最小の乱流での溶
湯の供給が、インテート１４による制限されないスペー
スによって与えられる。

さらに、溶湯供給の間でスキーズ前に、ダイの充填を確
実にする溶湯の慎重な流れが存在する。下部々ゞイ部材
の頂部にインサートがあるクラウン・アップスキーズ鋳
造においては、下部グイ部材の中心に溶湯を注入するこ
とが必要であるので、インナートは溶湯の流れに干渉し
ない。また、この注入は下部ダイ部材１０中の溶湯の最
終液面上方でなければならない。これにより注入が複雑
となυ、下部ダイ部材１０内の溶湯中に好ましからぬ乱
流が生起しうる。

記載したクラウン・ダウンスキーズ鋳造法においては、
溶湯は下部グイ部材１０中ヘダイ部材１０の壁および最
終金属液面もしくはその近くで供給することができる。

このため、充填はクラウン・アップスキーズ鋳造におけ
るよシも複雑でなくな９、乱流を最小にするのも助ける
ピストンのスカート１７（第３図参照）は、下部グイ部
材１０の上端にある。これは、スカートが、下部ダイ部
材１０中へ注入される溶湯の最終部分から形成されるこ
とを意味する。このためおよび上部ダイ部材１１が、下
部グイ部材１０中の金属たまシ中へ、金属が凝固する前
に進入するため、圧力が適用される前にスカート金属が
凝固する可能性は存在しない。これによｐ１スカートが
常に十分にスキーズ鋳造されるのが確保される。スカー
トは、重カダイ力ストスカートの形成する可能性なしに
必要なだけ薄くつくることができる。

上部および下部グイ部材１０．１１は、溶湯１５の早期
凝固が脊圧しない状態を確保するため、スキーズ鋳造前
に加熱することができることは明らかである。さらに、
上部グイ部材１１によって一度圧力が適用されたら、で
きるだけ迅速な溶湯の凝固を確保するために、鋳造の間
これらグイ部材を冷却することができる。

種々の形状寸法のピストンの製造を容易にするため、上
部および下部グイ部材が任意所望の構造を有することが
できることは明らかである０また、ピストンリングみぞ
補強インサートは任意所望の形状であってもよくかつ類
似の方法を膨張制御インナー）ｋ組込むために使用する
ことができる（この場合・インサートを上部グイ部材上
に支持する必要はないが）ことも明らかである。

【図面の簡単な説明】

作例図面は本発明の若干の貞施例を示すもので、第１図
は内燃１幾関用ピストンを成形するためのスキーズ鋳造
法の開始時におけるクラウン・ダウンスキーズ鋳造装置
の略示断面図であり、第２図は第１段階の終りにおける
装置を示す、第１図と類似の断面図であり、第３図＆、
１スキーズ鋳造工程の終ｐ頃の装置を示す、第１図およ
び第２図と類似の断面図である。 １０・・・下部グイ部材、１１・・上部グイ部材、１２
・・・突出部、１３・・・間隔金有するラグ、１４１．
インナート、１５・・・溶湯

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ピストン中へピストンのクラウンから軸方向に間
   隔を有する補強インサー）　（１４）を組込み、ピスト
   ンをスキーズ鋳造法によって（１５）を充填し、それか
   ら下部ダイ部材を上部ダイ部材（１１）によって閉じて
   溶湯を加圧下に凝固させる形式の、内燃機関または圧縮
   機用ピストンの製造法において、下部ダイ部材（１０）
   はその底部にピストンのクラウン全形成し、その頂部に
   ピストンのスカートを形成し、インサートを、下部ダイ
   部材（１０）が溶湯（１５）で充填される前に、下部グ
   イ部材（１０）の底に面して位置定めすることを特徴と
   する内燃機関または圧縮機用ピストンの製造法。 ２、−上部ダイ部材（１１）の運動が２段階であり、第
   １段階は引戻された位置から溶湯（１５）の表面に隣接
   する位置まででち少、残りの運動は第２段階であり、第
   １段階における上部ダイ部材（１５）の速度は第２段階
   における上部ダイ部材（１１）の運動速度よりも速く、
   第２段階における上部ダイ部材（１１）の運動速度は、
   上部ダイ部材が溶湯（１５）中へ入ったときに溶湯のス
   ブラッシングを阻止するのに十分に遅い、特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ６、第１段階における上部ダイ部材（１１）の速度が毎
   秒約２００　＋ｎｒｎである、特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ４、第２段階における上部ダイ部材（１１）の速度が毎
   秒１間と１０ｍｍの間である、特許請求の範囲第２項ま
   たは第６項記載の方法。 ５、上部ダイ部材（１１）を、下部ダイ部（オ（１０）
   を閉じる前忙加熱する、特許請求の範囲第１項〜第４項
   のいずれか１項記載の方法６　上部および下部ダイ部材
   （１０，１１）を、溶湯の凝固する間冷却する、特許請
   求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項記載の方法７　
   下部ダイ部材（１０）が、その中にピストンリングみぞ
   補強インサー）（１４）’を支持および位置定めするた
   めの突出部（１３）を有する、特許請求の範囲第１項〜
   第６項のいずれか１項記載の方法。 ８、　イン丈−トヲ、下部ダイ部材（１０）内にインナ
   ートを位置定めするための支持体と一体に形成する、特
   許請求の範囲第１項〜第６項のいずれか１項記載の方法
   。