JPS6158955A - ピストンの製作法 - Google Patents

ピストンの製作法

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JPS6158955A
JPS6158955A JP60115553A JP11555385A JPS6158955A JP S6158955 A JPS6158955 A JP S6158955A JP 60115553 A JP60115553 A JP 60115553A JP 11555385 A JP11555385 A JP 11555385A JP S6158955 A JPS6158955 A JP S6158955A
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piston
manufacturing
combustion chamber
main
piston part
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ジヤン―クロード・アヴズ
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AE PLC
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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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、溶接によって互いに結合された主ピストン部
分と第２ピストン部分とからなる内燃機関用ピストンの
製作法に関る、。
従来技術によれば、ピストンの基本形状は単一のピスト
ン成形工程によって、即ち鍛造又は重力鋳造（ｇｒａｖ
ｉｔｙ　ｄｉｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　）　又はヨシ最近に
おいてはスキーズキャスティング（ｓｑｕｅｅｚｅｃａ
ｓｔｉｎｇ　）、即ち溶湯を重力の作用で開いた金型内
へ供給し、次いで金型を閉じ、次いで溶湯を、数トンの
力を作用させながら、凝固させる方法によって、製作さ
れた。これらの各方法はいずれもピストンのある一部の
成形には有利であるが、ピストンの他の一部の成形には
不利である。
鍛造について言えば、この方法によれば高い強度をうる
ことができ、従ってピストンリング溝のような高い応力
を生じるピストン部分に極めて高い強度を与えることが
できる利点がある。
しかしその反面、この鍛造法ではピストン燃焼室又はピ
ストンリング溝のようなピストンクラウン部分の製作が
困難である欠点があ）、これらの部分は後に機械加工、
場合によっては形削りを必要とる、。
重力鋳造（ｇｒａｖｉｔｙ　ｄｉｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　
）にライて言えば、この方法はピストンを容易にか＼安
く製作る、ことができる利点がある。埋め金の使用も、
例えばＡｌ　−Ｆｉｎ結合の利用によって容易に行なう
ことができる。しかし重力鋳造では、鍛造の場合と比較
して高い強度かえられず、特にピストンがディーゼル機
関に用いられる場合、ピストンクラウン端部にしばしば
生じる極めて高い熱負荷に対る、特別の耐熱性もえられ
ない欠点がある。
スキーズキャスティングは、重力鋳造ピストンよりも均
一の、巣のない金属組織を有る、ピストンかえられる利
点がちる。この方法によればピストンの機械的強度が高
められ、材料特性が一般に改善される。しかしスキーズ
キャスティングによるピストンの製作は、通常の重力鋳
造よりも高い経費を及び長い作製時間を要る、。
さらにまた、改善される材料特性はピストンのある部分
、例えばクラウン部分には望ましく又は必要であるが、
ピストンの他の部分、例えば下側のピストンスカート部
分には望ましくなく又は必要ではない。このことは、就
中、極めて大型のディーゼル機関用ピストンの場合、即
ちクラウン部分が極めて高い熱負荷をうけ、またピスト
ン製作のさいの材料量が大きく、これを全部スキーズキ
ャスティングで製作る、には過度に高い経費を要る、場
合に特に言えることである。
本発明は、溶接手段によって互いに結合された主ピスト
ン部分及び第２ピストン部分から成る内燃機関用ピスト
ンの製作法であって、主ピストン部分を第１のピストン
製作工程により製作し、第２のピストン部分を第２のピ
ストン製作工程によシ製作し、このさい、第２のピスト
ン部分が、少なくともその一部分が、主ピストン部分よ
りもより高い耐久性を有る、ように製作し、次いで上記
の耐久性の部分に、互いに離れて半径方向に延びている
、底面でつながった面を有る、ピストンリング溝を製作
る、ことを要旨とる、、ピストンの製作法を提案る、も
のである。
次に図示の実施例につき本発明を説明る、。
第１図において、例えばディーゼル機関用の大型ピスト
ンとして使用る、ことができる図示のピストンは主ピス
トン部分１０及び、該主ピストン部分に溶接部１２によ
り結合された第２ピストン部分１１から構成されている
。この主ピストン部分はアルミニウム又はアルミニウム
合金から重力鋳造によって又は鍛造によって製作された
もの受ある。この主ピストン部分１０には、入口部２２
を含む完全な燃焼室１８が製作されている。このピスト
ン部分１０はまた一番下側のピストンリング溝１４ｄ及
び、ピストンクラウン部中に環状に延びる冷却油用の通
路１３の内側の下側部分２６を形成る、だめに機械加工
される。さらに２つのＬ字形面部分２７゜２８が加工さ
れ、その一方の面部分２７は通路部分２６の上縁から上
向きにピストンクラウン面まで達しており、もう一方の
面部分２８は通路部分２６の下縁からリング・ζノド１
５に達している。第２ピストン部分１１は、溶融アルミ
ニウム又はアルミニウム合金、例えばＬｏ　−Ｅｘから
スキーズキャスティング法によって製作されたものであ
る。即ち溶融金属又は金属合金は重力の作用で金型内へ
鋳込まれ、次いで金型が可動の金型部材により閉じられ
る。溶湯は次いで数トンの力の作用下で凝固せしめられ
、第２ピストン部分１１に製作される。凝固後金型が開
かれ、均一の金属又は金属合金よ構成るスキーズキャス
ティング鋳造品が取出される。
該鋳造品は次いで機械加工により第２ピストン部分とし
て製作される。この機械加工ではピストン部分１１は平
らな上面及び、３つの上側のピストンリング溝１４ａ　
、１４ｂ　、１４ｃを有る、湾曲した外周面を備えた、
一般に環状の部品として製作される。各ピストンリング
溝は底面４７に達る、半径方向に延びている、互いに隔
った面４６を有している。環状の部品の内周面は、通路
上３の残シの部分２９を形成し、かつ主ピストン部分ｌ
Ｏの２つのし字形の面部分２７．２８に対応る、２つの
突出しだ１字形面部分３０．３１を形成る、べく、機械
加工される。
両ピストン部分１０．１１の製作後、これらは任意の適
尚な溶接法、例えばエレクトロビーム溶接法、によって
溶接され、この場合溶接は、専ら、面部分２７の垂直（
ピストン軸方向）の表面とピストン部分１１の１字形面
部分３０の対応る、垂直の表面との間並びに面部分２８
の水平の表面と他方のＬ字形面部分３１の対応る、水平
の表面との間だけに溶接部１２が形成されるように、行
なわれる。他の水平及び垂直の表面は溶接されない。そ
れというのはこれらの部分の溶接は必ずしも必要でなく
、またこれらの範囲の溶接は困難であるからである。
第２ピストン部分１１は、主ピストン部分１０よりも作
動温度におけるピストンリングによる摩耗に対る、耐摩
耗性の点で優れている、スキーズキャスティング法で鋳
造した鋳物の全周に亘って形成された２つの上側のピス
トンリング溝１４ａ、１４ｂを有している。さらに、ス
キーズキ・ヤスティングされた第２ピストン部分１１は
ピストンクラウンのエツジを補強されており、作動温度
におけるピストンのこの部分の耐摩耗性が強化されてい
る。しかし、高価でかつ比較的鋳造作業が困難なスキー
ズキャスティング法によって鋳造る、ピストン部分は最
小限にとどめるべきである。ピストンの大部分は重力鋳
造又は鍛造によるアルミニウムもしくはアルミニウム合
金から成る。従ってスキーズキャスティング法の効果を
必要とる、ピストン部分だけをこの方法で鋳造る、。こ
のようにして製造シたピストンは全部をスキーズキャス
テイング法で鋳造したピストンよりもより容易にかつ安
く製造る、ことができ、また、全部を重力鋳造又は鍛造
で製造したピストンよりも優れた耐熱性及び強度を有る
、。このような製法は、ピストン材料体積が大きい大型
ディーゼルのピストンの製作に特に有利である。
次に第２図について説明る、と、第１図と共通る、部分
には同一の共通の符号が付されており、これらの部分に
ついては詳細な説明を省略スル。この第２図のピストン
においては、主ピストン部分１０は鍛造品又は重力鋳造
品であり、通路部分２６及び一番下側のピストンリング
溝１４ｄは第１図の実施例と同様の形式で製作されてお
り、また、通路部分２６の上側縁及び下縁から延びる２
つの面部分２７．２８も同様である。しかしこの第２図
のピストンにおいては、上側の面部分２７の上縁はピス
トンクラウンまで達しておらず、半径方向で内側へ向っ
て燃焼室１８の側壁１０に達している。
次に第２及び第３ピストン部分がスキーズキャスティン
グ法で製作される。第２ピストン部分１１は、一般に、
第１図の実施例の第２ピストン部分１１と同じ形式でス
キーズキャスティング法で鋳造される。しかしこの第２
ピストン部分１１内には、一番上側のピストンリング溝
１４ａの範囲に繊維よ９成る補強部３６が設けられてお
り、従ってこのピストンリング溝１４ａは、協働る、ピ
ストンリングによる摩耗に対して補強された半径方向の
面４Ｇ及び底面４７を有る、。
第３ピストン部分３５は、第３図に示されているように
、次のように製作される。まず繊維より成るマット４０
をスキーズキャスティング装置の下側金型部分４１内に
配置る、。これらの繊維はセラミック又は金属繊維であ
ることができる。金型は、上側金型部分４２によって閉
じられた場合、はぼ円筒形を呈る、。マント４０の寸法
は、これが閉じた金型を完全に満たすことなく、周囲及
び上側にスペースを残すように定められている。溶融ア
ルミニウム又はアルミニウム合金、例えばＬｏ　−Ｅｘ
が金型内へ重力で鋳込まれる。金型は上側金型部分４２
によって閉じられる。溶湯は数トンの力の作用下で凝固
され、この力は溶湯をマット繊維内へ圧入させ密に結合
させる。
凝固後金型が開かれ、スキーズキャスティング鋳物４３
が取出される。該鋳物は一般に円筒形であり、繊維によ
シ補強された中心部を有している。スキーズキャスティ
ング法によれば、巣及びその他の、強度を減少させる欠
陥を有しない鋳物かえられ、かつ金属又はセラミック繊
維と金属との間に強力な密な結合が保証される。
繊維は鋳造品の耐熱性及びその強度を高める。
次いで上記鋳物は機械加工され、環状埋め金の形の第３
ピストン部分に製作され、その内周は燃焼室１８への入
口部２２を規定し、かつ下面及び円形の、軸方向に延び
ている外面を有している。下面は埋め金の中心に向って
斜めに上昇している。
ピストンを完成させるため、第３ピストン部分３５は、
部分３５の下面と面部分２７の半径方向１内側へ延びて
いる面との間の溶接部１２によシ、主ピストン部１０に
結合される。次いでこのピストン部分に、補強された第
２ピストン部分１１が第１図について既に説明した形式
で、結合される。
完成したピストンは燃焼室１８の入口に、補強された入
口部２２を有し、該入口部はピストンの他の部分よりも
高い耐熱性を有している。
サラニピストンは補強された上側ピストンリング溝１．
４８を有し、これは他のピストンリング溝よりも高い耐
摩耗を有している。このピストンリング溝１４ａによれ
ば、あらかじめ鋳造したピストンリング補強挿入体の使
用及びその所謂アルミニウムーフィン結合法による結合
の必要がない。さらに、第１及び第２の両ピストン部分
には通路１３がツルトコアキヤスティングを用いること
なく製作される。これにより鋳造工程が著しく簡単にな
る。
しかし、第２図に破線で示されているように、第２ピス
トン部分１１中に、通路１３の全体を製作る、こともで
き、この場合通路はメルトコア法によって部分１１中に
製作る、ことができる。このようにる、ことは、第２ピ
ストン部分１１の形状があまり複雑にならない点で有利
である。さらにこの部分１１と主ピストン部分１０との
間の溶接部１２を中断部なしに連続的に形成る、ことが
できる。
第４図について説明る、と、第１図〜第３図と共通る、
部分には同じ符号が付されており、これらの部分につい
ては詳細な説明を省略る、。
この第４図のピストンは主ピストン部分１０及び第２ピ
ストン部分１１によって構成されている。主ピストン部
分１０は、第１図のピストンの主ピストン部分と同様に
重力鋳造又は鍛造によって製作されている。
第２ピストン部分１１は第１図及び第２図のピストンの
第２ピストン部分とほぼ同様にスキーズキャスティング
法受製作されている。しかし第牛図のピストンの第２ピ
ストン部分１１は上側の３つのピストンリング溝１４ａ
　、１４ｂ　。
１４ｃ並びに頂面及び一番下側のピストンリング溝１４
ｄの底面の一部を形成している。さらにこの第２ピスト
ン部分１１はスキーズキャスティング中に結合された第
一鉄挿入体３７を含んでおり、この挿入体はスキーズキ
ャスティング鋳物に所謂アルミニウムーフィン結合によ
って結合されている。挿入体３７は、その内部に一番上
側のピストンリング溝１４ａが製作される位置に配置さ
れている。
さらに、この第２ピストン部分１１はピストンクラウン
の全体を形成しかつ燃焼室１８の入口部２２を形成して
いる。
第２ピストン部分１１は、通路部分２６の下縁からリン
グ・々ノド１５へ達している面部分２８及び通路部分２
６の上縁から燃焼室１８の内壁へ達している截頭円錐形
の面３８に適合る、形状に製作されている。第２ピスト
ン部分１１は、既に述べたように、上記の面間の溶接に
よシ、主ピストン部分に結合されているＯこのようにし
て、スキーズキャスティングされたクラウン部及び補強
されたピストンリング溝の利点が、ピストン全体をスキ
ーズキャスティングる、必要なしに見られている。スキ
ーズキャスティングされた第２ピストン部分は耐久性の
クラウン燃焼室入口部並びに第２及び第３のピストンリ
ング溝１４ｂ、１４Ｃを有しており、かつ第一鉄の挿入
体３７により、半径方向に延びている面４６及び底面４
７を有る、補強された上側ピストンリング溝１４ａが形
成されている。
第５図に示されているピストンは第４図のピストンとほ
ぼ同様−ｔｓ６す、第４図と共通る、部分には共通の同
じ符号が付されており、これらの部分については詳細な
説明は省略る、。第十図のピストンと第５図のピストン
との相違点は、第５図のピストンでは第２ピストン部分
に、第１図〜第３図に関連して既に述べた繊維よυ成る
２つの補強部が製作されている点にある。これらの補強
部は第１図〜第３図に関連して述べた形式でスキーズキ
ャスティング中に第２ピストン部分内に結合される。
一方の補強部３８はクラウンの外側二ノジ及び一番上側
のピストンリング溝１４ａを補強し、これに対して他方
の繊維補強部３９は燃焼室１８の入口部２２を補強して
いる。第２ピストン部分１１の燃焼室入口部２２が製作
される鋳物部分は第６図に破線で示されているように、
削υ代を有しており、この部分は第３図について既に説
明されたように機械加工される。
さらに、主ピストン部分１０及び第２ピストン部分１１
が突合わされるＬ字形面部分１８が省略されており、両
ピストン部分はこの区域において、通路１３とリング、
Ｓノド１５との間及び通路１３と燃焼室１８との間に延
びている個個の環状面！突合わされている。従ってこの
第２ピストン部分１１にはたんに上側及びその下側の第
２のピストンリング溝１４ａ　、１４ｂが製作されてい
るにすぎず、第３及び第Φのピストンリング溝１４ｃ、
１４ｄは主ピストン部分１０に製作されている。
次に第６図について述べると、この第６図は第５図のピ
ストンに類似したピストンを示しており、第５図と共通
る、部分については同じ符号が付されており、これらの
部分については詳細な説明は省略る、。この第６図の実
施例では、主ピストン部分１０と第２ピストン部分１１
との接合は、燃焼室１８から斜めに下降して通路１３を
横切ってリングバンドに終っている、互いに合致した截
頭円錐面５０．５１で行なわれており、その結果、２つ
のピストン部分は、ピストン軸線を含む平面に直線的に
交叉る、単一の溶接部によって溶接されている。
この実施例は、単一の溶接部による溶接が可能であるた
め、製作が容易である利点を有る、。
主ピストン部分ＩＱと第２ピストン部分１１との間に溶
接されていない区分はない。また２つのピストン部分２
６．’２’；］に通路１３の各部を製作る、ことはピス
トン製作上有利である。
次に第７図について述べると、この実施例は第２図及び
第３図の実施例と類似しており、これらの実施例と共通
の部分には同じ符号が付されておシ、これらの共通な部
分についての詳細な説明は省略る、。この第７図の実施
例では、第２及び第３のピストン部分１１．３５は第２
図及び第３図について述べた形式と同じ形式で製作され
ている。しかしこの第７図の実施例では、第２ピストン
部分１１中の繊維補強部３６はピストンクラウンまで達
している。
この第７図の実施例の主要な相違点は、第２ピストン部
分１１と第３のピストン部分３５とが直接互いに結合さ
れていない点にある。即ち主ピストン部分１ｏ中に２つ
のほぼＬ字形の面部分４４．４５が製作されている。そ
の一方のＬ字形の面部分４４はピストンクラウンの表面
カラ延びている通路１３を通シリングパント１５に達し
ている。もう１つの１字形面部分４５はピストンクラウ
ンの表面から燃焼室１８の側壁に達している。
上記の第１のＬ字形の面部分４４は第２ピストン部分を
受容していて第２ピストン部分１１との接合線に沿って
これと溶接されている。第２のＬ字形の面部分４５は第
３ピストン部分３５を受容しており、該第３ピストン部
分との接合面で溶接されている。
この構成はピストン各部分の組立が容易である点で有利
である。
以上述べた本発明の実施例においては、主ピストン部分
１０が重力鋳造又は鍛造で製作され、第２ピストン部分
１１及び、場合により設けられる第３ピストン部分３５
はスキーズキャスティング法で製作されているが、さら
に別の適当な、２つの異なるピストン成形法を使用る、
ことも可能である。例えば主ピストン部分１ｏを鍛造で
製作し、第２及び（又は）第３のピストン部分１１．３
５を、適当な補強部と共に、重力鋳造で製作してもよい
。また重力鋳造法又は鍛造法及び遠心鋳造法を組合わせ
ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は溶接によって互いに結合された主ピストン部分
及び第２ピストン部分から成る、内燃機関用ピストンの
第１実施例のクラウン部分の断面図、第２図は溶接によ
って互いに結合された主ピストン部分、第２ピストン部
分及び第３ピストン部分から成る、内燃機関用ピストン
の第２実施例のクラウン部分の断面図、第３図は第２図
の第３ピストン部分の製作工程を示すだめのスキーズキ
ャスティング金型の部分的な略示断面図、第牛図は溶接
によって互いに結合された主ピストン部分と、ピストン
燃焼室入口部を有る、第２ピストン部分とから成る、内
燃機関用ピストンの第３実施例のクラウン部分の断面図
、第５図は、第２ピストン部分の、燃焼室入口部を形成
る、部分が補強されている内燃機関用ピストンの第４実
施例の断面図、第６図は、第２ピストン部分が主ぎスト
ン部分に、ピストン軸線を含む平面に対して直線的に交
叉る、溶接部によって結合されている、内燃機関用ピス
トンの第５実施例の断面図、第７図は、主ピストン部分
、第２ピストン部分及び第３ピストン部分より成り、第
２及び第３ピストン部分がそれぞれ別々に主ピストン部
分に結合されている、内燃機関用ピストンの第６実施例
の断面図である。 １０・・主ピストン部分、１１・・・第２ピストン部分
、１２・・溶接部、１３・・・通路、１４ａ　、　１４
ｂ　、１４ｃ　、１４ｄ・・・ピストンリング溝、１５
・・・リングバンド、１０・・・燃焼室側壁、１８・・
ピストン燃焼室、２２・・・燃焼室入口部、２Ｇ・・通
路部分、２７・・・Ｌ字形面部分、２８・・・Ｌ字形面
部分、３５・・・第３ピストン部分、３６，３７゜３８
、．３９・・・補強部、４４．４５・・・Ｌ字形面部分
、４６・・・面、４７・・・底面、５０．５１・・・截
頭円錐形表面。 １０、、、主ピストン部分 １１　、、、第２ピストン部分 手続補正書（方式） ％式％ 事件の表示　昭和６０年特許願第１１５５５３号発明の
名称 ピストンの製作法 補正をる、者 事件との関係　特許出願人 名　称　ニーイーφビーエルシー ４、代理人 昭和６０年　８　月　２７日　　　（５′？：送日）補
正の対象 （３）図面 補正の内容

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、溶接手段によつて互いに結合された主ピストン部分
    と第２ピストン部分とから成る内燃機関用ピストンの製
    作法において、主ピストン部分（１０）を第１のピスト
    ン製作工程によつて製作し、第２ピストン部分を第２の
    ピストン製作工程により、第２ピストン部分が、少なく
    ともその一部が、主ピストン部分（１０）よりも高い耐
    久性を有するように製作し、次いで上記の耐久性を有す
    る部分に、底面（４７）によつてつながつている、互い
    に離れた、半径方向に延びている面（４６）を有するピ
    ストンリング溝（１４ａ）を製作することを特徴とする
    、ピストンの製作法。 ２、第２ピストン部分（１１）に、上記の耐久性を有す
    る部分を形成する補強部（３６、３７、３８）を製作す
    る、特許請求の範囲第１項記載のピストンの製作法。 ３、ピストンに燃焼室（１８）を製作し、該燃焼室の周
    囲に入口部（２２）を製作し、この場合上記第２ピスト
    ン部分（１１）により上記燃焼室入口部を形成する、特
    許請求の範囲第１項又は第２項記載のピストンの製作法
    。 ４、上記燃焼室入口部（２２）を補強する補強部（３９
    ）を第２ピストン部分（１１）に製作する、特許請求の
    範囲第３項記載のピストンの製作法。 ５、主ピストン部分（１０）及び第２ピストン部分（１
    １）に燃焼室からリングバンドへ延びている、互いに合
    致する截頭円錐形の表面（５０、５１）を製作し、かつ
    主ピストン部分及び第２ピストン部分を、上記の截頭円
    錐形の表面を一溶接工程で溶接することにより、結合す
    る特許請求の範囲第３項又は第４項記載のピストンの製
    作法。 ６、主ピストン部分及び第２ピストン部分とは別個に第
    ３ピストン部分（３５）を製作し、該第３ピストン部分
    （３５）によりピストン燃焼室（１８）の周囲に燃焼室
    入口部（２２）を形成し、該入口部を溶接によりピスト
    ンに結合する、第１項又は第２項記載のピストンの製作
    法。 ７、第３ピストン部分（３５）をスキーズキャスティン
    グ法で製作する、特許請求の範囲第６項記載のピストン
    の製作法。 ８、ピストン内部にピストン周面に沿つて延びている通
    路（１３）を製作し、この場合該通路（１３）の少なく
    とも一部を第２ピストン部分（１１）によつて形成する
    、特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項
    記載のピストンの製作法。 ９、主ピストン部分（１０）を重力鋳造により製作する
    、特許請求の範囲第１項から第８項のうちいずれか１項
    記載のピストンの製作法。 １０、主ピストン部分（１０）を鍛造により製作する、
    特許請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項記
    載のピストンの製作法。 １１、第２ピストン部分を重力鋳造により製作する、特
    許請求の範囲第１項から第１０項のうちいずれか１項記
    載のピストンの製作法。
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