JP2009243426A - 内燃機関用ピストンのピストンヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 製作が容易で、且つ、低コストな、冷却オイルを十分に還流させて高い冷却性能を得ることができ、しかも、上板と耐摩環との接合部においてエアホールを生じることがない冷却空洞付き耐摩環を提供する。
【解決手段】 冷却オイルを還流させる冷却空洞付き耐摩環を鋳包んだ内燃機関用ピストンのピストンヘッドであって、前記冷却空洞の上面を形成する鋼板からなる環状の所定の断面形状に形成された上板と、前記冷却空洞の下面を形成する鋼板からなる環状の所定の断面形状に形成された下板とを有し、前記上板と前記下板の各一端側の周縁部を金属からなる前記耐摩環の表面にそれぞれ接合すると共に、前記上板と前記下板の各他端側の周縁部同士を接合して、前記耐摩環の背面に、前記上板と前記下板とで囲まれた前記冷却空洞を一体的に形成し、前記ピストンヘッドの内側から前記耐摩環へのオイル供給路又はオイル排出路を、前記上板と前記下板の接合部を介さずに形成したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関用ピストンのピストンヘッド部に鋳包まれる、冷却オイルを還流させる冷却空洞付き耐摩環を備えたピストンヘッドに関する。

近年、ディーゼルエンジンは高出力化や小型軽量化等にともなって高速高負荷の傾向にあり、ピストンにおいては熱による負荷が厳しくなってきている。特に、ピストンのトップリング溝（ピストンリング溝）近傍は、圧縮、爆発による熱エネルギーで高温となり、加えて、エンジン潤滑油の炭化や燃焼による煤が発生して付着することによって、シリンダー壁面との間でトップリング溝に装着されるピストンリング（トップリング）が磨耗してピストンリングの機能が低下し、オイル消費量が増大する傾向にある。
このため、このような問題に対処するために、ピストンのピストンヘッド部近傍に、その内周側にピストン冷却用のエンジンオイルを還流させる冷却空洞（胴環部）を有すると共に、その外周側にトップリング溝を有する耐摩耗性の材料からなる耐摩環を鋳込んだピストンが、従来より提案されている
ところで、上記特許文献１に開示されている冷却空洞を有する耐摩環を備えたピストンでは、図１４に示すように、耐摩環１０１の内周側に接合した断面がコ字状の鋼板１０２によって形成される冷却空洞１０３の高さ（幅）Ｂは、耐摩環１０１の高さ（幅）と略同一であり、また、ピストンヘッド１００の内径方向における燃焼室壁面１０４と冷却空洞１０３との間において十分な強度が得られる距離を確保すると、冷却空洞１０３はその内径方向に十分な奥行きを持つことができなくなる。この結果、冷却空洞１０３の容積は小さく、内部を還流するエンジンオイルの量も少ないことによって、高い冷却性能を得ることができなかった。

また、近年のディーゼルエンジンは、低排出ガスの要求から燃焼室の径が大きくなると共に、ピストンのトップリング溝の位置が頂面側に上がる傾向にあるため、上記した従来の内周側に冷却空洞を有する耐摩環を備えたピストンでは、図１５に示すように、ピストンヘッド１００の燃焼室壁面１０４と冷却空洞１０３との間の距離Ｃにおいて、十分な強度を得るための距離を確保することが難しかった。この結果、耐摩環１０１の内径方向に大きな冷却空洞１０３を設けることができず、高い冷却性能を得ることができなかった。
また、上記した従来の内周側に冷却空洞を有する耐摩環を備えたピストンを製造する際において、冷却空洞部１０３は、断面がコ字状の１枚の鋼板１０２をリング状に溶接した後に絞り込み加工によって形成しているが、このような加工は高度な技術と設備が必要であり、コストアップの要因の一つとなっていた。

上記課題を解決するために、本出願人は、先に、特許文献２に示す構造の冷却空洞付き耐摩環を提案した。
しかしながら、同文献に示される構造では、図１６に示すように、ピストンヘッド１００を構成するアルミニウム合金を鋳込んだ後に、アルミニウム合金内側１０６から、ドリル加工により、冷却空洞１０３に接続する管路１０７，１０８を形成する際に、上板１０４と下板１０５との接合部に当たり、切削抵抗が大きくなり、上板１０４と下板１０５を構成する鋼板が、アルミニウム合金から剥がされずに残留して前記冷却空洞内１０３における冷却用オイルの流れを妨げたり、エンジン稼働中に鋼板が剥がれてピストンが破損するという問題があった。
特開平５−２３１５３９号公報 特開２００５−３６７７１号公報

そこで、本発明は、製作が容易で、且つ、低コストな、冷却オイルを十分に還流させて高い冷却性能を得ることができ、しかも、上板と耐摩環との接合部においてエアホールを生じることがない冷却空洞付き耐摩環を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者等は、鋭意検討の結果、下記の通り解決手段を見出した。
即ち、本発明の第１の解決手段は、冷却オイルを還流させる冷却空洞付き耐摩環を鋳包んだ内燃機関用ピストンのピストンヘッドであって、前記冷却空洞の上面を形成する鋼板からなる環状の所定の断面形状に形成された上板と、前記冷却空洞の下面を形成する鋼板からなる環状の所定の断面形状に形成された下板とを有し、前記上板と前記下板の各一端側の周縁部を金属からなる前記耐摩環の表面にそれぞれ接合すると共に、前記上板と前記下板の各他端側の周縁部同士を接合して、前記耐摩環の背面に、前記上板と前記下板とで囲まれた前記冷却空洞を一体的に形成し、前記ピストンヘッドの内側から前記耐摩環へのオイル供給路又はオイル排出路を、前記上板と前記下板の接合部を介さずに形成したことを特徴とする。
また、第２の解決手段は、第１の解決手段において、前記上板は、前記ピストンヘッドに鋳包まれた際に、前記ピストンヘッドの上面内周部に形成される燃焼室壁面との間で所定の強度が得られる距離が確保されるように、中央部が前記ピストンヘッドの内側下方に傾斜した断面形状に加工されていることを特徴とする。
また、第３の解決手段は、第１の解決手段において、前記下板は、前記ピストンヘッドに鋳包まれた際に、前記上板との間で容積の大きい前記冷却空洞が確保されるように、中央部の断面形状が前記ピストンヘッドの下方に向けて凹状に加工されていることを特徴とする。
また、第４の解決手段は、第１の解決手段において、前記上板の前記耐摩環の表面への接合部において、前記上板の縁部の断面形状を、前記上板の端縁側に向かって下降傾斜させたことを特徴とする。

本発明によれば、所定の断面形状に加工された鋼板からなる上板と下板の各一端側の周縁部を金属からなる耐摩環の表面にそれぞれ接合すると共に、上板と下板の各他端側の周縁部同士を接合することにより、耐摩環の背面に形状の自由度の高い冷却空洞を一体的に形成することができ、この上板と下板の接合部を介さずに、耐摩環内に形成された冷却空洞を接続することにより、冷却オイルを十分に還流させて高い冷却性能を得ることができる内燃機関用ピストンのピストンヘッドを容易にかつ安価に提供することができる。

〈実施の形態１〉
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷却空洞付き耐摩環を配設した内燃機関用ピストンのピストンヘッドを示す断面図である。尚、図１に示すものは、内燃機関の一種であるディーゼルエンジンに使用される。
このピストンヘッド１の上部２には、トップリング溝（ピストンリング溝）３を有する耐摩耗性を向上させるための耐摩環４が鋳込まれて配設されており、耐摩環４の内周側にはピストン冷却用のエンジンオイルを還流させる冷却空洞５が一体的に設けられている。上部２の外周のトップリング溝３の下側には、セカンドリング溝６とオイルリング溝７が略平行に隣接して形成されている。
耐摩環３の内周側（背面）に一体的に設けた冷却空洞５は、ピストンヘッド１の中心側から外周面に向かって上方傾斜し、且つ、下側に凹むようにして形成された環状の上板８と、中央部が凹状に湾曲するように形成された環状の下板９との各基端部（ピストンヘッド１の外周側の周縁部）を耐摩環４の上面と下面にそれぞれ接合し、上板８と下板９との各先端部（ピストンヘッド１の内周側の周縁部）同士を接合することによって構成されている。
次に、上記した本実施の形態に係る冷却空洞５の製造方法を、図２を参照して説明する。
先ず、図１に示したピストンヘッド１の燃焼室壁面１０の曲面形状に応じて湾曲している環状のオーステナイト系ステンレス鋼板からなる上板８と、中央部が凹状に湾曲している環状のオーステナイト系ステンレス鋼板からなる下板９をそれぞれプレス加工よって製作する。尚、この上板８と下板９の製作は、プレス加工以外に絞り加工によって製作してもよい。
上板８の一端側の基端部８ａは、耐摩環４の上面の中央部よりも端部側に確実にろう付けで接合されるように中央部に対して外側に向けて曲げられており、上板８の他端側の先端部８ｂは、基端部８ａ側を水平状態の耐摩環４の上面に接合した際に下方に向むくように外側に向けて曲げられている。下板９の一端側の基端部９ａは、耐摩環４の下面の中央部よりも端部側に確実にろう付けで接合されるように中央部に対して外側に曲げられており、下板９の他端側の先端部９ｂは、その先端面が上板８の先端部８ｂの内周面と接するように外側に向けて曲げられている。下板９の基端部９ａは先端部９ｂの位置よりも高くなるように形成されている。
そして、製作された上板８の一端側の基端部８ａをニレジスト鋳鉄からなる耐摩環４の上面の中央部よりも端部側にろう付けで接合した後、製作された下板９の一端側の基端部９ａを耐摩環４の下面の中央部よりも端部側にろう付けで接合すると共に、上板８の他端側の下方に向けて曲げた先端部８ｂの内周面に下板９の他端側の先端部９ｂをろう付けで接合して、耐摩環４の背面の斜め下方に位置するようにして、上板８と下板９によって囲まれた冷却空洞５を耐摩環４の背面に一体的に形成する。尚、この状態では、耐摩環４にはトップリングが装着されるトップリング溝部分（二点鎖線部分）は加工されておらず、このトップリング溝部分（二点鎖線部分）よりも前方に長く形成されている。
そして、上記のように冷却空洞５を一体的に形成した耐摩環４を金型内に保持して配置し、アルミ系の金属溶湯を注入して鋳造を行い、その後、得られた鋳造品を所定のピストン形状に切削することにより、図１に示すように、耐摩環４の背面に上板８と下板９とによって形成された冷却空洞５を一体的に具備して、耐摩環４の外周側にトップリング溝３を有し、更に、トップリング溝３の下側にセカンドリング溝６とオイルリング溝７を有するピストンヘッド１が得られる。
このように、プレス加工によって所望の形状に加工された上板８と下板９を接合することにより、耐摩環４の背面に設計自由度の高い冷却空洞５を容易に形成することができるので、冷却空洞５を形成する上面の上板８を、図１に示すように上部２の燃焼室壁面１０の曲面形状に応じて湾曲して形成し、上部２の外周側から内周側に行くに従ってその上面からの距離が離れるようにしているので、燃焼室壁面１０との間において十分な強度が得られる所定の距離Ａを確保することができる。
また、冷却空洞５を形成する下面の下板９の外周側は、図１に示すように耐摩環３の背面の垂直下方に向けてセカンドリング溝６とオイルリング溝７の内周側に近接する位置まで形成され、中央部が凹状に湾曲するように形成されているので、上板８とによってエンジンオイルを還流するための十分な容積を有する冷却空洞５を、耐摩環４と一体的に低コストで容易に製作することができる。

〈実施の形態２〉
図３は、冷却空洞付き耐摩環の変形例を示す断面図である。尚、図１、図２に示した実施の形態１の冷却空洞付き耐摩環と同一機能を有する部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施の形態は、図３に示すように、中央部が下方に直線的に傾斜している環状のオーステナイト系ステンレス鋼板からなる上板８と、中央部が凹状に湾曲している環状のオーステナイト系ステンレス鋼板からなる下板９をそれぞれプレス加工よって製作し、この上板８と下板９によって耐摩環４の背面に冷却空洞５を形成している。
上板８の一端側の基端部８ａは、耐摩環４の上面の中央部よりも端部側に確実にろう付けで接合されるように中央部に対して外側に向けて曲げられており、上板８の他端側の先端部８ｂは、基端部８ａ側を水平状態の耐摩環４の上面に接合した際に水平方向を向くように曲げられている。下板８の一端側の基端部９ａは、耐摩環４の下面の中央部よりも端部側に確実にろう付けで接合されるように中央部に対して外側に向けて曲げられており、下板９の他端側の先端部９ｂは、基端部９ａ側を水平状態の耐摩環４の下面に接合した際に水平方向を向くように曲げられ、上板８の先端部８ｂの下面と接するようにしている。
そして、本実施の形態では、製作された上板８の一端側の基端部８ａをニレジスト鋳鉄からなる耐摩環４の上面の中央部よりも端部側にろう付けで接合した後、製作された下板９の一端側の基端部９ａを耐摩環４の下面の中央部よりも端部側にろう付けで接合すると共に、対向する上板８の先端部８ｂの下面と下板９の先端部９ｂの上面とをろう付けで接合して、耐摩環４の背面の斜め下方に位置するようにして、上板８と下板９によって囲まれた冷却空洞５を耐摩環４の背面に一体的に形成する。
尚、この状態では、耐摩環４にはトップリングが装着されるトップリング溝部分（二点鎖線部分）は加工されておらず、このトップリング溝部分（二点鎖線部分）よりも前方に長く形成されている。以下の工程は実施の形態１と同様であり、本実施の形態では省略する。

〈実施の形態３〉
図４は、冷却空洞付き耐摩環を配設したピストンヘッドを示す断面図、図５は、実施の形態３に係る冷却空洞付き耐摩環を示す断面図である。尚、図１、図２に示した実施の形態１の冷却空洞付き耐摩環と同一機能を有する部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施の形態は、図５に示すように、中央部が下方に直線的に傾斜している環状のオーステナイト系ステンレス鋼板からなる上板８と、中央部が凹状に湾曲している環状のオーステナイト系ステンレス鋼板からなる下板９をそれぞれプレス加工よって製作し、この上板８と下板９によって耐摩環４の背面に冷却空洞５を形成している。
上板８の一端側の基端部８ａは、耐摩環４の上面の中央部よりも端部側に確実にろう付けで接合されるように中央部に対して外側に向けて曲げられており、上板８の他端側の先端部８ｂは、基端部８ａ側を水平状態の耐摩環４の上面に接合した際に垂直下方を向くように曲げられている。下板９の一端側の基端部９ａは、耐摩環４の下面の中央部よりも端部側に確実にろう付けで接合されるように中央部に対して外側に向けて曲げられており、下板９の他端側の先端部９ｂは、上板８の先端部８ｂの内周面と接するように上方に向けて曲げられている。
そして、本実施の形態では、製作された上板８の一端側の基端部８ａをニレジスト鋳鉄からなる耐摩環４の上面の中央部よりも端部側にろう付けで接合した後、製作された下板９の一端側の基端部９ａを耐摩環４の下面の中央部よりも端部側にろう付けで接合すると共に、対向する上板８の先端部８ｂの内周面と下板９の先端部９ｂの外周面とをろう付けで接合して、耐摩環４の背面の斜め下方に位置するようにして、上板８と下板９によって囲まれた冷却空洞５を耐摩環４の背面に一体的に形成する。
尚、この状態では、耐摩環４にはトップリングが装着されるトップリング溝部分（二点鎖線部分）は加工されておらず、このトップリング溝部分（二点鎖線部分）よりも前方に長く形成されている。
そして、上記のように冷却空洞５を一体的に形成した耐摩環４を金型内に保持して配置し、アルミ系の金属溶湯を注入して鋳造を行い、その後、得られた鋳造品を所定のピストン形状に切削することにより、図４に示すように、耐摩環４の背面に上板８と下板９とによって形成された冷却空洞５を一体的に具備して、耐摩環４の外周側にトップリング溝３を有し、更に、トップリング溝３の下側にセカンドリング溝６とオイルリング溝７を有するピストンヘッド１ａが得られる。

〈実施の形態４〉
図６は、本発明の実施の形態４に係る冷却空洞付き耐摩環を示す断面図である。尚、図４、図５に示した実施の形態３の冷却空洞付き耐摩環と同一機能を有する部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施の形態における、冷却空洞５を形成するためのプレス加工よって製作される上板８と下板９の形状は、図５に示した実施の形態３と同様の形状である。また、耐摩環４の上面と下面の中央部よりも端部側にかけては、上板８の基端部８ａと下板８の基端部９ａがそれぞれ接合される切欠き部が形成されている。
そして、本実施の形態では、製作された上板８の一端側の基端部８ａをニレジスト鋳鉄からなる耐摩環４の上面の中央部よりも端部側に形成した切欠き部にろう付けで接合した後、製作された下板９の一端側の基端部９ａを耐摩環４の下面の中央部よりも端部側に形成した切欠き部にろう付けで接合すると共に、対向する上板８の先端部８ｂの内周面と下板９の先端部９ｂの外周面とをろう付けで接合して、耐摩環４の背面の斜め下方に位置するようにして、上板８と下板９によって囲まれた冷却空洞５を耐摩環４の背面に一体的に形成する。
尚、この状態では、耐摩環４にはトップリングが装着されるトップリング溝部分（二点鎖線部分）は加工されておらず、このトップリング溝部分（二点鎖線部分）よりも前方に長く形成されている。以下の工程は実施の形態３と同様であり、本実施の形態では省略する。

〈実施の形態５〉
図７は、本発明の実施の形態５に係る冷却空洞付き耐摩環を示す断面図である。尚、図４、図５に示した実施の形態３の冷却空洞付き耐摩環と同一機能を有する部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施の形態における、冷却空洞５を形成するためのプレス加工よって製作される上板８の基端部８ａは、実施の形態３で用いた上板８の基端部８ａの長さを短く形成したものであり、下板９の基端部９ａは、実施の形態３で用いた下板９の基端部９ａを直線状に形成したものである。上板８と下板９の各基端部８ａ、９ａ以外の形状は、実施の形態３で用いた上板８と下板９の形状と同様である。
また、耐摩環４の下面の背面側には、下板８の直線状の基端部９ａが接合される切欠き部が形成されている。
そして、本実施の形態では、製作された上板８の一端側の基端部８ａをニレジスト鋳鉄からなる耐摩環４の上面の背面上部にろう付けで接合した後、製作された下板９の一端側の基端部９ａを耐摩環４の下面の背面に形成した切欠き部にろう付けで接合すると共に、対向する上板８の先端部８ｂの内周面と下板９の先端部９ｂの外周面とをろう付けで接合して、耐摩環４の背面の斜め下方に位置するようにして、上板８と下板９によって囲まれた冷却空洞５を耐摩環４の背面に一体的に形成する。
尚、この状態では、耐摩環４にはトップリングが装着されるトップリング溝部分（二点鎖線部分）は加工されておらず、このトップリング溝部分（二点鎖線部分）よりも前方に長く形成されている。以下の工程は実施の形態３と同様であり、本実施の形態では省略する。

〈実施の形態６〉
図８は、本発明の実施の形態６に係る冷却空洞付き耐摩環を示す断面図である。尚、図４、図５に示した実施の形態３の冷却空洞付き耐摩環と同一機能を有する部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施の形態における、冷却空洞５を形成するためのプレス加工よって製作される上板８は、実施の形態５で用いた上板８と同様の形状であり、下板９は、実施の形態３で用いた下板９と同様の形状である。また、耐摩環４の形状も実施の形態３で用いた耐摩環４と同様の形状である。
そして、本実施の形態では、製作された上板８の一端側の基端部８ａをニレジスト鋳鉄からなる耐摩環４の上面の背面上部にろう付けで接合した後、製作された下板９の一端側の基端部９ａを耐摩環４の下面の中央部よりも端部側にろう付けで接合すると共に、対向する上板８の先端部８ｂの内周面と下板９の先端部９ｂの外周面とをろう付けで接合して、耐摩環４の背面の斜め下方に位置するようにして、上板８と下板９によって囲まれた冷却空洞５を耐摩環４の背面に一体的に形成する。
尚、この状態では、耐摩環４にはトップリングが装着されるトップリング溝部分（二点鎖線部分）は加工されておらず、このトップリング溝部分（二点鎖線部分）よりも前方に長く形成されている。以下の工程は実施の形態３と同様であり、本実施の形態では省略する。

〈実施の形態７〉
図９は、冷却空洞付き耐摩環を配設したピストンヘッドを示す断面図、図１０は、本発明の実施の形態７に係る冷却空洞付き耐摩環を示す断面図である。尚、図４、図５に示した実施の形態３の冷却空洞付き耐摩環と同一機能を有する部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施の形態における耐摩環４は、図９に示すピストンヘッド１ｂに示すように、その外周側にトップリング溝３とセカンドリング溝６が形成されることにより、実施の形態３の耐摩環４よりも高さが高く形成されている。また、本実施の形態における、冷却空洞５を形成するためのプレス加工よって製作される上板８の形状は、図８に示した実施の形態６と同様の形状であり、下板９の形状は、図５に示した実施の形態３における下板９に対して、耐摩環４の高さが高くなった分だけ中央部の凹状の湾曲部分の形状が浅くなるように、基端部９ａが先端部９ｂの高さと略同じ高さになるように形成されている。
下板９の一端側の基端部９ａは、耐摩環４の下面の中央部よりも端部側に確実にろう付けで接合されるように中央部に対して外側に向けて曲げられており、下板９の他端側の先端部９ｂは、上板８の先端部８ｂの内周面と接するように上方に向けて曲げられている。
そして、本実施の形態では、製作された上板８の一端側の基端部８ａをニレジスト鋳鉄からなる耐摩環４の上面の背面上部にろう付けで接合した後、製作された下板９の一端側の基端部９ａを耐摩環４の下面の中央部よりも端部側にろう付けで接合すると共に、対向する上板８の先端部８ｂの内周面と下板９の先端部９ｂの外周面とをろう付けで接合して、耐摩環４の背面に上板８と下板９によって囲まれた冷却空洞５を一体的に形成する。
尚、この状態では、耐摩環４にはトップリングとセカンドリングがそれぞれ装着されるトップリング溝部分（二点鎖線部分）とその下のセカンドリング溝部分（二点鎖線部分）は加工されておらず、このトップリング溝部分（二点鎖線部分）とセカンドリング溝部分（二点鎖線部分）よりも前方に長く形成されている。
そして、上記のように冷却空洞５を一体的に形成した耐摩環４を金型内に保持して配置し、アルミ系の金属溶湯を注入して鋳造を行い、その後、得られた鋳造品を所定のピストン形状に切削することにより、図９に示すように、耐摩環４の背面に上板８と下板９とによって形成された冷却空洞５を一体的に具備して、耐摩環４の外周側にトップリング溝３とセカンドリング溝６を有し、更に、セカンドリング溝６の下側にオイルリング溝７を有するピストンヘッド１ｂが得られる。

次に、上記実施の形態の１〜７に共通する冷却空洞５内にエンジンオイルを供給する供給孔と排出孔について、図１１を使用して説明する。尚、上記実施の形態で説明した同一機能を有する部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図１１（ａ）及び（ｂ）において、ピストンヘッド１の内側に形成された空間１５と、耐摩環４の冷却空洞５との間で、エンジンオイルを供給又は排出するための管路として、供給路１６と排出路１７が設けられている。
これらの供給路１６と排出路１７とは、それぞれ、耐摩環４を構成する上板８と下板９との接合部を介さずに、空間１５と冷却空洞５とを接続している。
これにより、ドリル加工により、冷却空洞５に接続する供給路１６，１７を形成する際に、上板８と下板９との接合部に当たり、切削抵抗が大きくなり、上板８と下板９を構成する鋼板が、アルミニウム合金から剥がされずに残留して冷却空洞５内における冷却用オイルの流れを妨げたり、エンジン稼働中に鋼板が剥がれてピストンが破損することを防ぐことができる。
また、上板８と下板９との接合部の幅Ｗを３ｍｍ以上とすることが好ましい。鋳込まれる際、上板８と下板９の接合が不十分の場合、溶湯が空洞部に進入しにくくするとともに、接着強度が高くなるからである。
更に、図１２に示すように、上板８及び下板９の接合部分において、供給路１６又は排出路１７が接続される部位１６ａ（１７ａ）の接合部の幅Ｖ（図１２（ｂ））は、他の接合部の幅Ｗに対して狭くすることが好ましい。通常、供給路１６の直径は、３〜８ｍｍ程度であり、排出路１７の直径は、３〜１０ｍｍ程度であるので、幅Ｗを３ｍｍ以上とすると、幅Ｖは、（Ｗ−１）ｍｍ程度とすることが好ましい。

上記実施の形態で説明した上板８と、上板８を耐摩環４の表面への接合に際しては、上板８の縁部の断面形状を、図１３（ａ）に示すように、上板８の端縁側に向かって下降傾斜させることが好ましい。ピストンヘッド１を鋳込む際に、上板８と耐摩環４との接合部にエアホールが生じないからである。また、上板８の縁部の形状は、端縁側に向かって下降傾斜するものであればよく、図１３（ｂ）に示すように、端縁の先端部が垂直面を構成していてもよい。

尚、上述した各実施の形態では、ニレジスト鋳鉄からなる耐摩環４を用いたが、鉄焼結体からなる耐摩環４を用いてもよい。
また、上述した各実施の形態では、上板８と下板９の各基端部８ａ、９ａと耐摩環４との接合、及び各先端部８ｂ、９ｂとの接合をろう付けで行ったが、一般的な溶接によって接合するようにしてもよい。
更に、上板８と下板９によって形成される冷却空洞５の断面形状は、上述した各実施の形態のような断面形状に限定されることなく任意の形状に形成することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷却空洞付き耐摩環を配設したピストンを示す断面図。 本発明の実施の形態１に係る冷却空洞付き耐摩環を示す断面図。 本発明の実施の形態２に係る冷却空洞付き耐摩環を示す断面図。 本発明の実施の形態３に係る冷却空洞付き耐摩環を配設したピストンを示す断面図。 本発明の実施の形態３に係る冷却空洞付き耐摩環を示す断面図。 本発明の実施の形態４に係る冷却空洞付き耐摩環を示す断面図。 本発明の実施の形態５に係る冷却空洞付き耐摩環を示す断面図。 本発明の実施の形態６に係る冷却空洞付き耐摩環を示す断面図。 本発明の実施の形態７に係る冷却空洞付き耐摩環を配設したピストンを示す断面図。 本発明の実施の形態７に係る冷却空洞付き耐摩環を示す断面図。 本発明の実施の形態に係るピストンヘッドを示す断面図。 本発明の実施の形態に係るピストンヘッドにおける冷却空洞付き耐摩環の上板と耐摩環との接合部を示す断面図。 本発明の実施の形態に係るピストンヘッドにおける冷却空洞付き耐摩環の上板と耐摩環との接合部を示す断面図。 従来例における冷却空洞付き耐摩環を配設したピストンを示す断面図。 従来例における冷却空洞付き耐摩環を配設したピストンを示す断面図。 従来例における冷却空洞付き耐摩環を配設したピストンを示す断面図。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ ピストン
２ ピストンヘッド部
３ トップリング溝
４ 耐摩環
５ 冷却空洞
６ セカンドリング溝
７ オイルリング溝
８ 上板
８ａ、９ａ 基端部
８ｂ、９ｂ 先端部
９ 下板
１０ 燃焼室壁面
１５ 空間
１６ 供給路
１７ 排出路

Claims (4)

1. 冷却オイルを還流させる冷却空洞付き耐摩環を鋳包んだ内燃機関用ピストンのピストンヘッドであって、前記冷却空洞の上面を形成する鋼板からなる環状の所定の断面形状に形成された上板と、前記冷却空洞の下面を形成する鋼板からなる環状の所定の断面形状に形成された下板とを有し、前記上板と前記下板の各一端側の周縁部を金属からなる前記耐摩環の表面にそれぞれ接合すると共に、前記上板と前記下板の各他端側の周縁部同士を接合して、前記耐摩環の背面に、前記上板と前記下板とで囲まれた前記冷却空洞を一体的に形成し、前記ピストンヘッドの内側から前記耐摩環へのオイル供給路又はオイル排出路を、前記上板と前記下板の接合部を介さずに形成したことを特徴とするピストンヘッド。
2. 前記上板は、前記ピストンヘッドに鋳包まれた際に、前記ピストンヘッドの上面内周部に形成される燃焼室壁面との間で所定の強度が得られる距離が確保されるように、中央部が前記ピストンヘッドの内側下方に傾斜した断面形状に加工されていることを特徴とする請求項１に記載のピストンヘッド。
3. 前記下板は、前記ピストンヘッドに鋳包まれた際に、前記上板との間で容積の大きい前記冷却空洞が確保されるように、中央部の断面形状が前記ピストンヘッドの下方に向けて凹状に加工されていることを特徴とする請求項１に記載のピストンヘッド。
4. 前記上板の前記耐摩環の表面への接合部において、前記上板の縁部の断面形状を、前記上板の端縁側に向かって下降傾斜させたことを特徴とする請求項１に記載のピストンヘッド。

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