JP2005349458A - Casting, cast piston, and method for producing casting - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、一般的には、鋳造品、鋳造ピストンおよび鋳造品の製造方法に関し、より特定的には、冷却油を循環させるための中空部が形成された鋳造品、鋳造ピストンおよび鋳造品の製造方法に関する。 The present invention generally relates to a cast product, a cast piston, and a method of manufacturing the cast product. More specifically, the present invention relates to a cast product, a cast piston, and a cast product in which a hollow portion for circulating cooling oil is formed. It relates to a manufacturing method.
従来のピストンに関して、たとえば、特開平5−69240号公報には、リング溝が形成された耐摩環に沿って冷却油用通路が形成されたディーゼルエンジン用ピストンが開示されている(特許文献1)。特許文献1に開示されたピストンでは、耐摩環と、その耐摩環に溶接された冷却油環部とによって区画形成された空間に、冷却油用通路が形成されている。
Regarding a conventional piston, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-69240 discloses a piston for a diesel engine in which a cooling oil passage is formed along a wear-resistant ring in which a ring groove is formed (Patent Document 1). . In the piston disclosed in
また、特開平11−82738号公報には、複雑な構造を必要とせず、耐摩環のリング溝の冷却効率を向上させるピストンが開示されている(特許文献2)。特許文献2に開示されたピストンでも、耐摩環と、その耐摩環に溶接された中空金属環とによって区画形成された空間に、冷却油用通路が形成されている。
しかしながら、特許文献1に開示されたピストンでは、冷却油環部によって、ピストン母材であるアルミニウム合金と、冷却油用通路を循環する冷却油とが分断されている。このため、両者の間の熱伝達率が低下し、期待する冷却効率が得られないという問題が発生する。また、特許文献2に開示されたピストンでは、リング溝の冷却効率を向上させるため、冷却油用通路を規定する耐摩環の内周面が凹凸形状に形成されている。しかし、ピストンを形成するアルミニウム合金と、冷却油用通路を循環する冷却油との間には、中空金属環が連続して存在するため、特許文献1に開示されたピストンと同様に冷却効率の低下が問題となる。
However, in the piston disclosed in
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、鋳込みにより形成された中空部に鋳物の表面を露出させた鋳造品およびその製造方法を提供することである。また別に、この発明の目的は、冷却効率に優れた信頼性の高い鋳造ピストンを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a cast product in which the surface of the casting is exposed in a hollow portion formed by casting and a manufacturing method thereof. Another object of the present invention is to provide a highly reliable casting piston having excellent cooling efficiency.
この発明に従った鋳造品は、鋳込みにより中空部が形成された鋳造品である。鋳造品は、金属製の網状体を備える。その網状体は、中空部を規定する鋳物の表面を覆う。 The cast product according to the present invention is a cast product in which a hollow portion is formed by casting. The cast product includes a metal net. The mesh body covers the surface of the casting that defines the hollow portion.
このように構成された鋳造品によれば、網状体によって、鋳造品の鋳造工程時に溶湯が中空部内へ浸入することを防止する。これにより、中空部を規定する鋳物の表面が、網状体の網目の間から中空部に露出した構成を得ることができる。 According to the cast product configured in this manner, the net-like body prevents the molten metal from entering the hollow portion during the casting process of the cast product. Thereby, the structure which the surface of the casting which prescribes | regulates a hollow part is exposed to the hollow part from between the mesh | network of a mesh body can be obtained.
この発明に従った鋳造ピストンは、外周面を有するピストン本体と、外周面の周方向に沿ってピストン本体に埋設され、リング溝が形成された耐摩環とを備え、内燃機関の燃焼圧を受圧し、かつ受熱する鋳造ピストンである。ピストン本体には、耐摩環に隣り合って、冷却用流体が流れる中空部が形成されている。鋳造ピストンは、金属製の網状体をさらに備える。その網状体は、中空部を規定するピストン本体の表面を覆う。 A casting piston according to the present invention includes a piston main body having an outer peripheral surface, and a wear-resistant ring embedded in the piston main body along a circumferential direction of the outer peripheral surface and formed with a ring groove, and receives the combustion pressure of the internal combustion engine. And a casting piston that receives heat. The piston body is formed with a hollow portion through which a cooling fluid flows adjacent to the wear-resistant ring. The casting piston further includes a metal net. The mesh body covers the surface of the piston body that defines the hollow portion.
このように構成された鋳造ピストンによれば、網状体によって、鋳造ピストンの鋳造工程時に溶湯が中空部内へ浸入することを防止する。これにより、中空部を規定するピストン本体の表面を、網状体の網目の間から中空部に露出させることができる。このような構成により、冷却用流体は、ピストン本体の表面と直接、接触しながら、中空部内を流れる。これにより、冷却用流体によるピストン本体や耐摩環の冷却効率を向上させることができ、延いては、ピストンの信頼性を向上させることができる。 According to the casting piston configured as described above, the net-like body prevents the molten metal from entering the hollow portion during the casting process of the casting piston. Thereby, the surface of the piston main body that defines the hollow portion can be exposed to the hollow portion from between the meshes of the mesh body. With such a configuration, the cooling fluid flows in the hollow portion while being in direct contact with the surface of the piston body. As a result, the cooling efficiency of the piston main body and the wear-resistant ring by the cooling fluid can be improved, and as a result, the reliability of the piston can be improved.
また好ましくは、ピストン本体を構成する鋳物が、網状体を挟んで中空部の反対側にのみ存在する。このように構成された鋳造ピストンによれば、網状体の網目の間から中空部に突出した鋳物が、中空部内を流れる冷却用流体の流れを妨げるということがない。このため、冷却用流体によるピストン本体や耐摩環の冷却効率が低下することを防止できる。 Preferably, the casting constituting the piston main body is present only on the opposite side of the hollow portion with the mesh body interposed therebetween. According to the casting piston configured as described above, the casting projecting into the hollow portion from between the meshes of the mesh body does not hinder the flow of the cooling fluid flowing in the hollow portion. For this reason, it can prevent that the cooling efficiency of the piston main body by the cooling fluid and a wear-resistant ring falls.
この発明に従った鋳造品の製造方法は、鋳型内に、中空形状を有する金属製の網状体を配置する工程と、鋳型内に溶融金属を注湯し、網状体が有する中空形状部分に位置して中空部が形成された鋳造品を作製する工程とを備える。 The method for manufacturing a cast product according to the present invention includes a step of placing a metal network having a hollow shape in a mold, a molten metal poured into the mold, and a position in a hollow shape portion of the network. And a step of producing a cast product in which the hollow portion is formed.
このように構成された鋳造品の製造方法によれば、鋳型内に注湯された溶融金属は、網状体の網目を通過することができず、網状体が有する中空形状部分に中空部を形成することができる。これにより、中子を用いることなく、鋳物の表面が中空部に露出した構成を得ることができる。 According to the casting product manufacturing method configured as described above, the molten metal poured into the mold cannot pass through the mesh of the mesh body, and a hollow portion is formed in the hollow shape portion of the mesh body. can do. Thereby, the structure which the surface of the casting was exposed to the hollow part can be obtained, without using a core.
また好ましくは、鋳造品を作製する工程は、重力鋳造法により鋳造品を作製する場合に、鋳型内の雰囲気との境界に生じる溶融金属の酸化膜を、網状体によって捉え、酸化膜の形成される位置を制御する工程を含む。このように構成された鋳造品の製造方法によれば、亀裂や欠損の起点となり得る溶融金属の酸化膜が、鋳造品の応力集中が生じやすい位置や、鋳造工程後に加工される位置に形成されることを防止できる。 Preferably, in the step of producing a cast product, when a cast product is produced by a gravity casting method, an oxide film of a molten metal generated at a boundary with an atmosphere in a mold is captured by a network and an oxide film is formed. A step of controlling the position. According to the method of manufacturing a cast product thus configured, a molten metal oxide film that can be a starting point of cracks and defects is formed at a position where stress concentration of the cast product is likely to occur or at a position processed after the casting process. Can be prevented.
以上説明したように、この発明に従えば、鋳込みにより形成された中空部に鋳物の表面を露出させた鋳造品およびその製造方法を提供することができる。また、この発明に従えば、冷却効率に優れた信頼性の高い鋳造ピストンを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a cast product in which the surface of the casting is exposed in a hollow portion formed by casting and a method for manufacturing the same. Moreover, according to this invention, the reliable casting piston excellent in cooling efficiency can be provided.
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、この発明の実施の形態におけるピストンを示す側面図である。図中には、直接噴射式のディーゼルエンジンを構成するピストンとシリンダとが示されている。図2は、図1中のピストンを示す断面図である。 FIG. 1 is a side view showing a piston according to an embodiment of the present invention. In the figure, a piston and a cylinder constituting a direct injection type diesel engine are shown. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the piston in FIG.
図1および図2を参照して、ディーゼルエンジンは、シリンダ壁2bを有するシリンダ2と、そのシリンダ壁2bに囲まれた空間に封入されたピストン1とを備える。ピストン1は、鋳造工程により作製された鋳造ピストンであり、アルミニウム合金からたとえば形成されたピストン本体11を備える。シリンダ2は、たとえば、鋳鉄やアルミニウム合金から形成されている。
Referring to FIGS. 1 and 2, the diesel engine includes a
ピストン本体11は、ヘッド部4と、ヘッド部4に連なり、図示しないコネクティングロッドに接続されるスカート部3とから構成されている。ヘッド部4は、図示しないシリンダヘッドに向い合う頂面1aを有する。ヘッド部4には、頂面1aから凹んだ形状を有し、燃焼室を構成するリップ部17が形成されている。ピストン1は、その燃焼室で発生した燃焼圧を受けることによって、シリンダ2内を往復運動する。
The
図3は、図2中の2点鎖線IIIに囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。図1から図3を参照して、ヘッド部4は、シリンダ壁2bに対向して延在する外周面1bをさらに有する。ピストン本体11には、耐摩環10が埋設されている。耐摩環10は、リップ部17を取り囲むように、外周面1bの周方向に沿って環状に延びている。耐摩環10は、耐磨耗性に優れた材料から形成されており、たとえば、ニレジスト(Ni-resist:高ニッケルオーステナイト鋳鉄)から形成されている。
3 is an enlarged cross-sectional view of a range surrounded by a two-dot chain line III in FIG. Referring to FIGS. 1 to 3,
耐摩環10には、外周面1b側に開口し、外周面1bの周方向に沿って延びるリング溝12が形成されている。外周面1bには、外周面1bの周方向に沿って延びるリング溝13およびオイルリング溝14が形成されている。リング溝12および13ならびにオイルリング溝14は、互いに間隔を隔てて形成されており、リング溝12、リング溝13およびオイルリング溝14と挙げた順に、頂面1aに近い位置から並んで形成されている。
The wear-
リング溝12および13には、それぞれ、上部ピストンリング5および下部ピストンリング6が嵌め合わされている。オイルリング溝14には、オイルリング7が嵌め合わされている。上部ピストンリング5は、摩耗に対して最も厳しい条件となる位置に配置されている。したがって、その位置に耐摩環10を設けることによって、ピストン1の耐磨耗性を確保することができる。なお、なお、本実施の形態では、ピストンに3本のリングが設けられているが、1本のリングが設けられていても良いし、2本のリングが設けられていても良い。
An
ピストン本体11には、耐摩環10の内側に位置して環状に延在するオイルギャラリ20が形成されている。オイルギャラリ20は、耐摩環10の内周面10cと、その内周面10cから連なるピストン本体11の表面11aとに囲まれた空間に形成されている。オイルギャラリ20は、ほぼ耐摩環10とリップ部17との間に位置している。ピストン本体11には、オイルギャラリ20に連通するオイル供給孔15と、図2中に示す断面とは別断面でオイルギャラリ20に連通する図示しないオイル排出孔とが形成されている。ピストン本体11の表面11aは、ステンレス鋼などの金属から形成された金網21によって覆われている。ピストン本体11を構成する鋳物は、金網21を挟んで、オイルギャラリ20とは反対側にのみ存在し、内周面10cと表面11aとに囲まれた空間にピストン本体11を構成する鋳物が存在しない。
The piston
なお、本実施の形態では、好ましい形態として上述の構成について説明したが、ピストン本体11を構成する鋳物は、金網21の網目から突出していても良い。
In addition, in this Embodiment, although the above-mentioned structure was demonstrated as a preferable form, the casting which comprises the piston
図4は、図3中に示す耐摩環および金網を部分的に示す斜視図である。図中では、耐摩環および金網の形状を表わすため、図3中のピストン本体11が透視して描かれている。図3および図4を参照して、金網21は、略C字状に折り曲げられており、その両端が、耐摩環10の周方向に沿って、内周面10cの上端および下端にそれぞれ接続されている。金網21は、正方形形状を有する開口部30が格子状に配列された網目状に形成されている。開口部30の一辺の長さは、たとえば、0.5mmである。オイルギャラリ20を取り囲むピストン本体11の表面11aは、開口部30を介してオイルギャラリ20に露出している。
FIG. 4 is a perspective view partially showing the wear-resistant ring and the wire mesh shown in FIG. In the drawing, the piston
耐摩環10およびピストン本体11を冷却するため、オイルギャラリ20には、オイル供給孔15を通じて冷却油が供給される。供給された冷却油は、オイルギャラリ20の内部を循環した後、図示しないオイル排出孔を通じて外部へと排出される。この際、ピストン本体11の表面11aがオイルギャラリ20に露出しているため、冷却油は、表面11aと直接、接触しながらオイルギャラリ20の内部を循環する。
Cooling oil is supplied to the
金網21の開口寸法が最も大きくなる値(図4中では、開口部30の対角線長さ)をLとした場合、開口寸法Lは、0.2mm以上1.0mm以下であることが好ましい。開口寸法Lを0.2mm以上とすることで、表面11aがオイルギャラリ20に露出する面積を確保することができる。開口寸法Lを1.0mm以下とすることで、後で説明するピストン1の鋳造工程時に、溶融金属が金網21の網目を通過することを防止できる。
When the value (the diagonal length of the
図5は、図4中に示す金網の第1の変形例であって、その金網の表面を拡大して示す平面図である。図5を参照して、本変形例では、金網21は、長方形形状を有する開口部31が格子状に配列された網目状に形成されている。この場合、開口部31の対角線長さが、金網21の開口寸法Lとなる。
FIG. 5 is a first modified example of the wire mesh shown in FIG. 4, and is a plan view showing an enlarged surface of the wire mesh. Referring to FIG. 5, in this modification, the
図6は、図4中に示す金網の第2の変形例を示す斜視図である。図7は、図6中に示す金網の表面を拡大して示す平面図である。図6および図7を参照して、本変形例では、金網21は、ひし形形状を有する開口部32が連続して配列された網目状に形成されている。この場合、開口部32から得られる2つの対角線長さのうち大きい方の長さが、金網21の開口寸法Lとなる。
FIG. 6 is a perspective view showing a second modification of the wire mesh shown in FIG. FIG. 7 is an enlarged plan view showing the surface of the wire mesh shown in FIG. With reference to FIG. 6 and FIG. 7, in the present modification, the
図8は、図4中に示す金網の第3の変形例であって、その金網の表面を拡大して示す平面図である。図8を参照して、本変形例では、金網21は、円形状を有する開口部33が連続して配列された網目状に形成されている。この場合、開口部33の直径が金網21の開口寸法Lとなる。なお、金網21の網目の形状は、図4から図8を用いて説明した形状に限定されず、多角形や楕円形など他の形状であっても良い。
FIG. 8 is a third modification of the wire mesh shown in FIG. 4, and is a plan view showing the surface of the wire mesh in an enlarged manner. Referring to FIG. 8, in the present modification, the
この発明の実施の形態における鋳造品としてのピストン1は、鋳込みにより中空部としてのオイルギャラリ20が形成された鋳造品である。ピストン1は、金属製の網状体としての金網21を備える。金網21は、オイルギャラリ20を規定する鋳物としてのピストン本体11の表面11aを覆う。オイルギャラリ20には、冷却用流体としての冷却油が流される。
The
なお、本実施の形態では、本発明における鋳造品を、ディーゼルエンジンを構成するピストン1に適用した場合について説明したが、これに限定されず、鋳造によって作製される各種の製品に適用することが可能である。また、ディーゼルエンジンのピストンのみならず、ガソリンエンジンのピストンに適用することも可能である。さらに、本実施の形態では、耐摩環10に隣接してオイルギャラリ20が形成されているが、オイルギャラリ20は、耐摩環10と間隔を隔ててピストン本体11の内部に形成されていても良い。この場合、金網21は、オイルギャラリ20を取り囲むピストン本体11の表面を覆うように形成される。また、本発明における鋳造品では、耐摩環10は、必ずしも形成されている必要はない。
In the present embodiment, the case where the cast product according to the present invention is applied to the
この発明の実施の形態における鋳造ピストンとしてのピストン1は、外周面1bを有するピストン本体11を備え、内燃機関としてのディーゼルエンジンの燃焼圧を受圧し、かつ受熱する鋳造ピストンである。ピストン本体11には、冷却用流体としての冷却油が流れる中空部としてのオイルギャラリ20が形成されている。ピストン1は、網状体としての金網21をさらに備える。金網21は、オイルギャラリ20を規定するピストン本体11の表面11aを覆う。
A
ピストン1は、外周面1bの周方向に沿ってピストン本体11に埋設され、リング溝12が形成された耐摩環10をさらに備える。オイルギャラリ20は、耐摩環10に隣り合って環状に延びている。
The
図9は、図1中のピストンを製造するための鋳型を示す断面図である。続いて、図1中に示すピストンの製造方法について説明を行なう。図9を参照して、本実施の形態では、所定形状のキャビティ51を有する鋳型41を用いて、重力鋳造法(溶かした金属を自然重力によって鋳型に注入する方法)によりピストン1を作製する。鋳型41には、それぞれ異なる位置からキャビティ51に連通する湯口42および押し湯座(ライザ)43とが形成されている。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a mold for manufacturing the piston in FIG. Then, the manufacturing method of the piston shown in FIG. 1 is demonstrated. Referring to FIG. 9, in the present embodiment,
まず、中空空間54を形成するように金網21が固定された耐摩環ベース53を、キャビティ51内の所定位置にセッティングする。次に、湯口42からキャビティ51内に、ピストン本体11の材料である溶融金属52、たとえば溶融したアルミニウム合金を注湯する。このとき、溶融金属52は、金網21の周りに充填されていくものの、自らの表面張力によって、金網21の網目を通過することができない。このため、溶融金属52は、中空空間54内に浸入せず、その周りを取り囲んだ状態でキャビティ51に充填される。
First, the wear-
図10は、図9中の2点鎖線Xで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。図10を参照して、溶融金属52の注湯時、キャビティ51内は、大気雰囲気にある。このため、溶融金属52と大気雰囲気中の酸素とが反応して、溶融金属52の液面52aには、酸化膜が形成されている。一方、溶融金属52の注湯が進むに従って、液面52aの高さが徐々に上昇し、やがて金網21がセッティングされた位置にまで達する。このとき、金網21の直下に位置して液面52aに形成されていた溶融金属52の酸化膜が、金網21に接触する。すると、液面52aの全体に渡って形成されていた全ての酸化膜が、金網21に引き寄せられ、金網21の周りに集合する。
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing a range surrounded by a two-dot chain line X in FIG. Referring to FIG. 10, when pouring
このように金網21は、溶融金属52の酸化膜のフィルタとしても機能し、後に続く工程でリップ部17が加工される位置に酸化膜が形成されることを防止できる。燃焼圧を受け、応力集中が生じやすいリップ部17に、亀裂や欠損の起点となる酸化膜が形成されることを防止することで、ピストン1の信頼性を向上させることができる。また、続く工程でリップ部17を加工する際にも、加工面に欠けが生じることを防止できる。
Thus, the
溶融金属52を冷却した後、得られた鋳造ピストンを鋳型41から取り出す。耐摩環ベース53と金網21とに取り囲まれた中空空間54には、オイルギャラリ20が形成されている。最後に、その鋳造ピストンに必要な加工を施し、図1中に示すピストン1を完成させる。
After the
この発明の実施の形態における鋳造品としてのピストン1の製造方法は、鋳型41内に、中空形状としての中空空間54を有する金属製の網状体としての金網21を配置する工程と、鋳型41内に溶融金属52を注湯し、金網21が有する中空空間54部分に位置して中空部としてのオイルギャラリ20が形成されたピストン1を作製する工程とを備える。
The manufacturing method of the
このように構成された、この発明の実施の形態におけるピストン1およびその製造方法によれば、冷却油が、オイルギャラリ20に露出した表面11aと接触しながらオイルギャラリ20内を循環する。このため、ピストン本体11の冷却効率が向上し、燃焼室に近く、温度上昇が最も大きくなる耐摩環10の周りを効果的に冷却することができる。たとえば、アルミニウムからなるピストン本体11とオイルギャラリ20との間にステンレス板が介在しており、アルミニウム−ステンレス間の熱伝達率を100%とした場合を想定すると、本実施の形態では、この場合と比較して冷却効率を約1%向上させることができる。つまり、実際には、冷却効率を1%から7%ほどの範囲で向上させることができる。これにより、ピストン1とシリンダ2との摺動面に供給された潤滑油が劣化することを防止し、ピストン1を安定して往復運動させることができる。
According to the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 ピストン、1b 外周面、10 耐摩環、11 ピストン本体、11a 表面、12 リング溝、20 オイルギャラリ、21 金網、41 鋳型、52 溶融金属、54 中空空間。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記中空部を規定する鋳物の表面を覆う金属製の網状体を備える、鋳造品。 A cast product in which a hollow portion is formed by casting,
A cast product comprising a metal net that covers the surface of a casting that defines the hollow portion.
前記外周面の周方向に沿って前記ピストン本体に埋設され、リング溝が形成された耐摩環とを備え、
内燃機関の燃焼圧を受圧し、かつ受熱する鋳造ピストンであって、
前記ピストン本体には、前記耐摩環に隣り合って、冷却用流体が流れる中空部が形成されており、
前記中空部を規定する前記ピストン本体の表面を覆う金属製の網状体をさらに備える、鋳造ピストン。 A piston body having an outer peripheral surface;
A wear-resistant ring embedded in the piston body along the circumferential direction of the outer peripheral surface and having a ring groove formed thereon,
A casting piston that receives the combustion pressure of the internal combustion engine and receives heat,
In the piston body, a hollow portion through which a cooling fluid flows is formed adjacent to the wear-resistant ring,
A cast piston, further comprising a metal net that covers a surface of the piston body defining the hollow portion.
前記鋳型内に溶融金属を注湯し、前記網状体が有する中空形状部分に位置して中空部が形成された鋳造品を作製する工程とを備える、鋳造品の製造方法。 Placing a metal net having a hollow shape in a mold; and
And a step of pouring molten metal into the mold and producing a cast product in which a hollow part is formed in a hollow part of the mesh body.
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