JP2000213412A - 内燃機関用のピストン及びその製造方法 - Google Patents
内燃機関用のピストン及びその製造方法Info
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Abstract
造により製作する場合、ヘッド部のバルブリセスにヒケ
やヒケによるキズ等が生じないようにする。 【解決手段】 ピストン軸芯方向に金型を移動させて行
う鍛造により、ヘッド部5の外周部付近にバルブリセス
6が形成され、ヘッド部5の外周部におけるバルブリセ
ス6付近の縁部から突出する薄肉の突出部10が形成さ
れるように構成する。
Description
ンジン等の内燃機関に使用されるピストンの構成に関す
る。
使用されるピストンでは、鋳造により形成されているも
のが多くあるが、近年ではアルミ合金等を使用した鍛造
により形成されたピストンが現れてきている。
ではシリンダヘッドに吸気バルブ及び排気バルブが配置
されているので、ピストンのヘッド部の外周部近くに凹
部状のバルブリセスを形成したものがあり、ピストンが
上死点に達した際に、開操作された吸気バルブ及び排気
バルブがピストンのヘッド部のバルブリセスに入り込む
ようにして、吸気バルブ及び排気バルブの開閉にピスト
ンが干渉しないように構成している。この場合、ピスト
ンのヘッド部はシリンダで爆発する高圧の燃焼ガスを受
け止めるので、ピストンのヘッド部にヒケやヒケによる
キズ等が生じていると、ピストンの耐久性の低下を招く
おそれがある。本発明は内燃機関用のピストンにおい
て、ピストンを鍛造により製作する場合に、特にバルブ
リセスにヒケやヒケによるキズ等が生じないようにする
ことを目的としている。
に示すように、ピストンのヘッド部5の外周部近くにバ
ルブリセス6が形成される場合、ヘッド部5の外周部で
金型が終わり、ヘッド部5の外周部から外方に素材が流
れないように構成されていたとする。図8(ロ)に示す
状態において、ピストン軸芯方向に金型を移動させてピ
ストンの鍛造を行うと、例えば図8(ロ)の矢印A1に
示すように、素材が中側から金型のバルブリセス6の底
面部6aに対応する部分に沿って流れて、バルブリセス
6が形成されると考えられる。この図8(ロ)に示す状
態の場合、矢印A1に示す素材の流れが大きなものとな
ると考えられ、金型のバルブリセス6の縦壁部6bに対
応する部分に沿って素材があまり流れ込まずに、金型の
バルブリセス6の縦壁部6bに対応する部分に素材が滞
留するものと考えられる。これにより、矢印A1に示す
素材の流れによって発生する断層によって、バルブリセ
ス6の底面部6aと縦壁部6bとの間の部分に、ヒケや
ヒケによるキズ等の欠陥Bが発生し易いものと考えられ
る。
面(ヘッド部5の表面に対応する部分)を粗くし、矢印
A1に示す素材の流れに抵抗が加わるようにして、金型
のバルブリセス6の縦壁部6bに対応する部分に素材が
滞留し難くするように構成することも可能である。しか
しながら、このように構成するとヘッド部5の表面が粗
くなり、ヘッド部5の表面に疲労破壊が発生し易くなっ
て、ピストンの耐久性の低下を招くおそれがある。
ピストン軸芯方向に金型を移動させてピストンの鍛造を
行うと、例えば図8(イ)の矢印A2に示すように、素
材が中側から金型のバルブリセス6の底面部6aに対応
する部分に沿って流れて、バルブリセス6が形成される
のであり、図8(イ)の矢印A3に示すように、金型の
バルブリセス6の縦壁部6bに対応する部分及び金型の
ヘッド部5の外周部に対応する部分に素材が流れ込み、
素材がさらに外方に流れて、ヘッド部5の外周部におけ
るバルブリセス6付近の縁部から突出する突出部10
が、形成されるものと考えられる。
と、図8(イ)に示すように金型のバルブリセス6の縦
壁部6bに対応する部分及び金型のヘッド部5の外周部
に対応する部分から、素材がさらに外方に流れて、ヘッ
ド部5の外周部におけるバルブリセス6付近の縁部から
突出する突出部10が形成されるように構成しているの
であり、図8(ロ)に示すように素材の行き着く先を金
型のヘッド部5の外周部に止めるのではなく、図8
(イ)に示すように突出部10にまで少し先に延ばして
いる。請求項1及び5の特徴のように、素材の行き着く
先を金型のヘッド部の外周部に止めるのではなく、突出
部にまで少し先に延ばすことにより、図8(イ)の矢印
A3に示すように、金型のバルブリセス6の縦壁部6b
に対応する部分及び金型のヘッド部5の外周部に対応す
る部分に素材が流れ込み易くなって、金型のバルブリセ
ス6の縦壁部6bに対応する部分に素材が滞留すると言
う状態を回避することができるのであり、バルブリセス
6にヒケやヒケによるキズ等が生じると言う状態を防止
することができる。
の外周部におけるバルブリセス付近の縁部から突出する
突出部が形成されるようにすれば、前項[I]に記載の
ように金型の表面を粗くしなくても、金型のバルブリセ
スの縦壁部に対応する部分に素材が滞留すると言う状態
を回避することができるのであり、ヘッド部の表面が粗
くなってヘッド部の表面に疲労破壊が発生し易くなると
言う状態を伴うことがない。
と、請求項1及び5の場合と同様に、前項[II]に記
載の「作用」を備えており、これに加えて以下のような
「作用」を備えている。請求項2及び6の特徴による
と、ヘッド部の外周部におけるバルブリセス付近の縁部
から、突出部がピストン軸芯方向に突出するようにして
おり、突出部の突出方向が金型の移動方向に沿ってい
る。これにより、金型をピストン軸芯方向に移動させて
鍛造を行う際、金型の押し作用によって素材が抵抗少な
く円滑に突出部側に流れ込んで、突出部が形成されると
考えられる。
請求項1及び5又は請求項2及び6の場合と同様に、前
項[II][III]に記載の「作用」を備えており、
これに加えて以下のような「作用」を備えている。請求
項3及び7の特徴によると、ヘッド部の外周部の全周に
亘って突出部が形成されて、突出部を形成するのに必要
な素材の量が多いものになっており、金型の突出部に対
応する部分に、多くの素材が流れ込むようになってい
る。これにより例えば図8(イ)の矢印A3に示すよう
に、金型のバルブリセス6の縦壁部6bに対応する部分
及び金型のヘッド部5の外周部に対応する部分に、さら
に多くの素材が流れ込み、金型のバルブリセス6の縦壁
部6bに対応する部分に素材が滞留すると言う状態をさ
らに回避することができるのであり、バルブリセス6に
ヒケやヒケによるキズ等が生じると言う状態をさらに防
止することができる。
求項1〜3のうちのいずれか一つ及び請求項5〜7のう
ちのいずれか一つの場合と同様に、前項[II][II
I][IV]に記載の「作用」を備えており、これに加
えて以下のような「作用」を備えている。請求項4及び
8の特徴のように突出部の厚さを0.3〜5mmに設定
すると、素材(例えばアルミ合金等)が鍛造により支障
なく突出部側に流れ込んで、突出部を形成すると考えら
れ、突出部の厚さが不必要に大きくなり過ぎないものと
考えられる。
5〜8のうちのいずれか一つの場合と同様に前項[I
I]〜[V]に記載の「作用」を備えており、これに加
えて以下のような「作用」を備えている。請求項9の特
徴によると、本体を鍛造した後に突出部を削り落とすこ
とによって、ピストンを得ることができる。この場合、
ヘッド部の外周部の機械加工を行うので、この機械加工
によって突出部も一緒に削り落とすようにすることが可
能である。
ートバイ等の4サイクルのエンジンに使用されるピスト
ンの本体1を示しており、後述するように本体1に機械
加工が施されて、ピストンが得られるのであり、本体1
はアルミ合金を材料として鍛造によって製作される。
について説明する。図1(イ),2,4に示すようにヘ
ッド部5の表側において、凹部状のバルブリセス6が4
つ形成されており、図2の紙面右又は左側の一方の一対
のバルブリセス6が吸気バルブ(図示せず)用で、他方
の一対のバルブリセス6が排気バルブ(図示せず)用で
ある。4つのバルブリセス6に亘る外周面部7が、ピス
トン軸芯方向に直交する平面に形成され、中央面部8が
緩やかな凹面状に形成されており、中央面部8の中央に
円錐状の凸部9が形成されている。
セス6は、平面視半円状(図2参照)で中心側から外周
側に向けて下るように傾斜する底面部6a、平面視円弧
状(図2参照)の第1縦壁部6b、外周部の小さな第2
縦壁部6cにより形成されている。図1(イ),2,4
に示すように、本体1のヘッド部5の外周部の縁部か
ら、図1(イ)の紙面上方(ピストン軸芯方向)に突出
するように、薄肉のリング状の突出部10がヘッド部5
の外周部の全周に亘って形成されており、突出部10の
厚さTは、0.3mm〜5mm程度に設定されている。
5の裏側において、ヘッド部5の裏側の外周部から図4
の紙面下方(ピストン軸芯方向)に延出される縦壁状の
スカート部11が、180°位相が異なるように一対形
成されており、ヘッド部5の表側の一対のバルブリセス
6の間に対向するヘッド部5の裏側に、スカート部11
が位置している(図1(イ)参照)。一対のスカート部
11の間に少し大きめのブロック状のピンボス部12が
形成され、スカート部11とピンボス部12とを接続す
るように縦壁状のリブ13が形成されている。
部5の外周部とピンボス部12との間に重量軽減用の2
つの凹部14が形成され、ヘッド部5の外周部とリブ1
3との間に重量軽減用の4つの凹部15が形成されてい
る。図3及び図4に示すように、スカート部11の少し
中央側の位置で、ヘッド部5の表側の一対のバルブリセ
ス6の間に対向するヘッド部5の裏側に、重量軽減用の
2つの凹部16が形成されている。
6及び図7に示すように内面が円筒状のガイド部2に、
本体1のヘッド部5の裏側(コンロッド側)を鍛造する
第2金型4が固定され、本体1のヘッド部5の表側(シ
リンダヘッド側)を鍛造する第1金型3が、ガイド部2
に沿って移動操作自在に支持されている。第1金型3に
おいて、外周部3aが段付き軸状に小径に設定されてお
り、ガイド部2の内径に対して第1金型3の外径が少し
だけ小さいものに設定されて、ガイド部2と第1金型3
との間を通って空気が抜けるように設定されている。図
1(イ)に示すヘッド部5のバルブリセス6に対応する
4つの凸部3b、及びヘッド部5の凸部9に対応する1
つの凹部3cが、第1金型3に形成されている。
いて、図1(ロ)に示すピンボス部12に対応する2つ
の凹部4a、リブ13に対応する4つの凹部4b、スカ
ート部11に対応する2つの凹部4c、重量軽減用の凹
部14,15に対応する6つの凸部4g、図4に示す重
量軽減用の凹部16に対応する2つの凸部4dが形成さ
れており、第2金型4の凹部4aに押し出しロッド17
がスライド操作自在に支持されている。第2金型4の凹
部4a,4bは底部4e,4fを備えており、第2金型
4の底部4e,4fに、図6の紙面左右方向に向く小径
の空気抜き孔(図示せず)が設けられている。第2金型
4の凹部4cは底部を備えておらず、図6の紙面右側に
開放されており、第2金型4の凹部4cの端部にテーパ
ー面4hが形成されて先細り状に構成されている。
盤状のアルミ合金素材(図示せず)を第2金型4に置
き、第1金型3を図6の紙面左側から紙面右方に移動操
作することによって、ガイド部2、第1及び第2金型
3,4により本体1を鍛造する。この場合、第1金型3
の移動方向(鍛造方向)が、ピストン軸芯方向(エンジ
ンのシリンダでピストンが往復移動する方向)に設定さ
れている。
り、アルミ合金素材が第1金型3の凹部3c(図1
(イ)のヘッド部5の凸部9に対応)に入り込み、第1
金型3の表面に沿って中側から外周側に流れて、第1金
型3の凸部3b(バルブリセス6に対応)から第1金型
3の外周部3aに入り込む。この場合、アルミ合金素材
が第1金型3の外周部3aに全周に亘って入り込むこと
によって、第1金型3の凸部3b付近でアルミ合金素材
が中側から外周側に円滑に流れて、第1金型3の凸部3
bの隅々にアルミ合金素材が行き渡る。アルミ合金素材
が第1金型3の外周部3aに入り込み、第1金型3の凸
部3b付近でアルミ合金素材が中側から外周側に流れ
る。これにより、図1(イ)に示すようにヘッド部5の
表側に4つのバルブリセス6、1つの凸部9、及び突出
部10が形成される。
り、アルミ合金素材が第2金型4の凹部4a,4bに入
り込み、第2金型4の底部4e,4fに達するのであ
り、アルミ合金素材が第2金型4の表面に沿って中側か
ら外周側に流れて、第2金型4の凸部4d,4g付近か
ら、第2金型4の凹部4cに入り込む。この場合、第2
金型4の凹部4a,4bに底部4e,4f(小径の空気
抜き孔は在る)が備えられているのに対し、第2金型4
の凹部4cの端部は開放されているので、中側から第2
金型4の凹部4cにアルミ合金素材が不足なく流れて入
り込むのであり、アルミ合金素材が第2金型4の凹部4
cの端部に達すると、テーパー面4hの抵抗によってア
ルミ合金素材の流れが部分的に止められる。
ンボス部12の端部12b及びリブ13の端部13b
が、第2金型4の凹部4a,4bの底部4e,4fによ
って規制を受けた成形端に形成されて、アルミ合金素材
が第2金型4の底部4e,4fの小径の空気抜き孔に入
り込んだ凸部12a,13aが形成される。スカート部
11の端部11aは、第2金型4の凹部4cの規制を受
けない自由端に形成される。
2金型3,4により本体1の鍛造が終了すると、第1金
型3が図6の紙面左方に移動操作されるのであり、本体
1が第2金型4に付着した状態で第1金型3から離れ
る。次に第2金型4の押し出しロッド17が図6の紙面
左方に移動操作されて、押し出しロッド17がピンボス
部12の端部12bを押して、本体1が第2金型4から
離れる。
造が終了すると、次に本体1の機械加工を行って、図5
に示すようなピストンを得るのであり、次に本体1の機
械加工について説明する。図1(イ)に示すヘッド部5
の凸部9により本体1の中心が設定されて、ヘッド部5
の外周部及びスカート部11の外周部の切削加工が行わ
れ、図1(イ)に示す突出部10が全て削り落とされる
のであり、図5に示すようにバルブリセス6の外周側が
開放された状態となる。次に図5に示すように、ヘッド
部5の外周部に2本のピストンリング溝18、及び1本
のオイルリング溝19が切削加工されて形成され、半径
方向に貫通する複数のオイル孔(図示せず)がオイルリ
ング溝19に開孔される。
トンピン支持孔20が開孔され、ピストンピン支持孔2
0にサークリップ(図示せず)の支持溝(図示せず)が
形成されるのであり、図5の紙面上下方向(ピストン軸
芯方向)のオイル供給孔(図示せず)が、ピストンピン
支持孔20に接続するようにピンボス部12に開孔され
る。ヘッド部5の裏側において、図1(ロ)に示すピン
ボス部12の端部12b及びリブ13の端部13bの凸
部12a,13aが削り落とされ、図1(イ)に示すヘ
ッド部5の凸部9が削り落とされる。図1(ロ)及び図
4に示すスカート部11の端部11aが、所定位置で切
り落とされる(削り落とされる)。
5に示すピストンにおいて、ヘッド部5の外周部及びス
カート部11の外周部の切削加工を行う場合、図1
(イ)に示す突出部10を全て削り落とすのではなく、
突出部10を少し残して、バルブリセス6の外周側に縦
壁部が形成されるようにしてもよい。逆に突出部10を
全て削り落とす場合には、図1(イ)に示すように突出
部10をヘッド部5の外周部の全周に亘って形成するの
ではなく、ヘッド部5の外周部においてバルブリセス6
の付近にのみ突出部10を形成してもよい。図1(イ)
及び図4に示すように突出部10を、ピストン軸芯方向
(図4の紙面上下方向)に突出させるのではなく、突出
部10をピストン半径方向(図4の紙面左右方向に突出
させるように構成してもよい。
合金素材を置き、第1金型3を図6の紙面左側から紙面
右方に移動操作して鍛造を行うように構成しているが、
第1金型3を固定として、第1金型3にアルミ合金素材
を置き、第2金型4を図6の紙面右側から紙面左方に移
動操作して鍛造を行うように構成してもよい。図1
(イ)に示すリブ13を備えずに、スカート部11がヘ
ッド部5の外周部の全周に亘って形成されるようなピス
トンにも、本発明は適用できる。
関用のピストンを鍛造により製作する場合、ヘッド部の
外周部におけるバルブリセス付近の縁部から突出する突
出部が形成されるようにすることによって、バルブリセ
スにヒケやヒケによるキズ等が生じると言う状態を防止
することができるようになり、ピストンの耐久性の低下
を未然に防止することができるようになった。請求項1
及び5の特徴によると、金型の表面を粗くしなくても、
バルブリセスにヒケやヒケによるキズ等が生じると言う
状態を防止することができ、ヘッド部の表面が粗くなっ
てヘッド部の表面に疲労破壊が発生し易くなると言う状
態を伴うことがないので、ピストンの耐久性の低下を防
止すると言う面で有利なものとなった。
及び5の場合と同様に前述の請求項1及び5の「発明の
効果」を備えており、この「発明の効果」に加えて以下
のような「発明の効果」を備えている。請求項2及び6
の特徴によると、突出部がピストン軸芯方向に突出する
ようにすることにより、金型の押し作用によって抵抗少
なく円滑に突出部が形成されると考えられるので、バル
ブリセスにヒケやヒケによるキズ等が生じると言う状態
をさらに防止することができるようになり、ピストンの
耐久性の低下をさらに未然に防止することができるよう
になった。
及び5又は請求項2及び6の場合と同様に、前述の請求
項1及び5又は請求項2及び6の「発明の効果」を備え
ており、この「発明の効果」に加えて以下のような「発
明の効果」を備えている。請求項3及び7の特徴による
と、ヘッド部の外周部の全周に亘って突出部が形成され
るようにすることによって、突出部側に多くの素材が流
れ込むようになるので、バルブリセスにヒケやヒケによ
るキズ等が生じると言う状態をさらに防止することがで
きるようになり、ピストンの耐久性の低下をさらに未然
に防止することができるようになった。
〜3のうちのいずれか一つ及び請求項5〜7のうちのい
ずれか一つの場合と同様に、請求項1〜3、請求項5〜
7の「発明の効果」を備えており、この「発明の効果」
に加えて以下のような「発明の効果」を備えている。請
求項4及び8の特徴によると、突出部の厚さを0.3〜
5mmに設定することにより、素材(例えばアルミ合金
等)が鍛造により支障なく突出部を形成すると考えられ
るので、不良率の低減による生産コストの低減を図るこ
とができた。さらに、不必要に厚さが大きくなり過ぎず
に、素材(例えばアルミ合金等)が鍛造により支障なく
突出部を形成すると考えられるので、素材の節約による
生産コストの低減も図ることができた。
うちのいずれか一つの場合と同様に請求項5〜8の「発
明の効果」を備えており、この「発明の効果」に加えて
以下のような「発明の効果」を備えている。請求項9の
特徴によると、本体を鍛造した後に突出部を削り落とす
ことによって、ピストンを得ることができ、ヘッド部の
外周部の機械加工を行う際に、突出部も一緒に削り落と
すようにすることが可能になるので、生産コストの低減
と言う面でも有利なものとなっている。
から見た斜視図
平面図
底面図
縁部から突出する突出部が形成されている状態と、突出
部が形成されていない状態とを示す図
Claims (9)
- 【請求項1】 ピストン軸芯方向に金型を移動させて行
う鍛造により、ヘッド部の外周部付近にバルブリセスが
形成され、 前記ヘッド部の外周部における前記バルブリセス付近の
縁部から突出する薄肉の突出部が形成されている内燃機
関用のピストン。 - 【請求項2】 ピストン軸芯方向に金型を移動させて行
う鍛造により、ヘッド部の外周部付近にバルブリセスが
形成され、 前記ヘッド部の外周部における前記バルブリセス付近の
縁部から、ピストン軸芯方向に突出する薄肉の突出部が
形成されている内燃機関用のピストン。 - 【請求項3】 前記突出部が前記ヘッド部の外周部の全
周に亘って形成されている請求項1又は2記載の内燃機
関用のピストン。 - 【請求項4】 前記突出部の厚さが、0.3〜5mmに
設定されている請求項1〜3のうちのいずれか一つに記
載の内燃機関用のピストン。 - 【請求項5】 ヘッド部の外周部付近にバルブリセスが
形成され、前記ヘッド部の外周部における前記バルブリ
セス付近の縁部から突出する薄肉の突出部が形成される
ように、ピストン軸芯方向に金型を移動させて本体を鍛
造する内燃機関用のピストンの製造方法。 - 【請求項6】 ヘッド部の外周部付近にバルブリセスを
形成し、前記ヘッド部の外周部における前記バルブリセ
ス付近の縁部から、ピストン軸芯方向に突出する薄肉の
突出部が形成されるように、ピストン軸芯方向に金型を
移動させて本体を鍛造する内燃機関用のピストンの製造
方法。 - 【請求項7】 前記突出部が前記ヘッド部の外周部の全
周に亘って形成されるように、ピストン軸芯方向に金型
を移動させて前記本体を鍛造する請求項5又は6記載の
内燃機関用のピストンの製造方法。 - 【請求項8】 前記突出部の厚さが、0.3〜5mmと
なるように、ピストン軸芯方向に金型を移動させて前記
本体を鍛造する請求項5〜7のうちのいずれか一つに記
載の内燃機関用のピストンの製造方法。 - 【請求項9】 前記本体を鍛造した後に、前記突出部を
削り落とすことによってピストンを得る請求項5〜8の
うちのいずれか一つに記載の内燃機関用のピストンの製
造方法。
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---|---|---|---|
JP01435599A JP4226128B2 (ja) | 1999-01-22 | 1999-01-22 | 内燃機関用のピストンの製造方法 |
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JP01435599A JP4226128B2 (ja) | 1999-01-22 | 1999-01-22 | 内燃機関用のピストンの製造方法 |
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