JP2015504372A - ピストン用鋳型 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関のピストン（８）のための鋳型（１）、そのようなピストン（８）、およびそのようなピストン（８）を製造する方法に関する。鋳型（１）は、鋳型（１）の鋳造コア（２）を適当な位置に固定する少なくとも２つのサポート（３）を有し、少なくとも１つのサポート（３）の端部（５）が、鋳造コア（２）に貫入して、それを適切な位置に固定する。本発明では、少なくとも１つのサポート（３）が、少なくとも２つの構成要素、すなわちマンドレルピン（４）と、そこに結合された端部（５）とから形成され、マンドレルピン（４）はピストン（８）の離型の際に分離または除去され得、端部（５）は、ピストン（８）中に残り、そこで冷却チャネル（１１）を閉じる。

Description

本発明は、ピストン用鋳型に関し、特に、請求項１のプリアンブルの特徴を有する、自動車のための内燃機関のピストン用鋳型に関するものである。

ピストンは、内燃機関の構成部品であり、十分に知られている。そのようなピストンは、内燃機関のクランクケース内にストローク調整可能に設けられる。燃焼室内で生じる燃焼故に広がる温度は、ピストンの主な負荷（loading）を構成し、それが、ピストンが頻繁に冷却される理由である。この目的を達成するために、ピストンは、通常、冷却チャネルを有し、それは、燃焼室に近接するピストン内の領域に配置され、または走る。冷却チャネルピストンは、通常、鋳型を利用して製造される。そのような一般的な鋳型は、例えば特許文献１から知られている。ここでは、冷却チャネルを形成するために取り外し可能な鋳造コアが設けられ、それは、鋳型内にサポートによって保持され、ピストンの製造後、例えば特に鋳造プロセスの後に除去される。これは、例えば鋳造コアを洗い流し、または適切な溶剤によって鋳造コアを溶解することによって行われる。各サポートは、通常、それぞれ鋳造コアに面する端部を含み、それは、鋳造コアに貫入し、それによって鋳造コアをサポートに固定する。

さらに、そのような鋳造コア、または対応するピストンの製造方法は、例えば、特許文献２、および特許文献３から知られている。

独国特許出願公開第19 804 168 A1号明細書 特国特許発明101 31 725 B4号明細書 独国特許出願公開第10 2007 044 105 A1号明細書

ここで不利なのは、それぞれの端部が、冷却チャネルを通して流れる冷却媒体のための冷却チャネルの入口または出口を形成することである。その結果、サポートの数は、冷却チャネルの入口または出口の数に対応する。流体力学または熱力学的理由（hydraulic or thermodynamic）で、冷却媒体が冷却チャネルをよりよく、かつ長く（better and longer）流れるように、冷却チャネルの開口の数はできるだけ少なく保つことが好ましい。そのため、１つの入口および１つの出口を有する実施例が好ましく、それは２つのそのようなサポートの数に伴われる。一方、２つのそのようなサポートは、必ずしも鋳造コアの十分なまたは満足な保持および／または位置固定を確実にしない。

本発明は、内燃機関のピストンの鋳型、および内燃機関のそのようなピストンの製造方法のための改良された実施例を提示する問題を扱い、それは、特に、鋳型内の鋳造コアの改良された保持または固定によって特徴付けられる。

本発明によれば、この問題は独立請求項の主題によって解決される。有利な実施例は従属請求項の主題である。

本発明は、鋳型の鋳造コアに面するサポートの端部が、鋳造プロセスの後に行われる離型の後のピストン中に残り、鋳造コアを通して外側に向けて形成されたピストンの冷却チャネルを流体的に（fluidically）シールするように、少なくとも１つのピストンの鋳型のサポートを形成するという概略のアイデアに基づく。これによって、特に、鋳造コアを保持または固定する複数のサポートを設けることが可能になり、任意の数、しかし特に２つのそのようなサポートは、離型の際に冷却チャネルの入口および出口を形成し、任意の数の他のサポートは、単に鋳造コアを保持または固定するために働く。この場合の、後者のサポートは、それぞれ上記タイプの端部を有し、そこで、これらの端部は、外側への冷却チャネルを流体的にシールする。ここでの離型は、特に、鋳型が何らかの形で最終鋳造ピストン（finish-cast piston）から取り外されることを意味する。例えば、鋳型は、ピストンから、引き抜き、払い落とし、または洗い流され得る。（pulled out, knocked out or flushed out of the pisto）
進歩性を有するアイデアによれば、鋳型は、鋳造コアを支持する少なくとも２つのサポートを含み、少なくとも１つのサポートは、鋳造コアに面する端部を含み、それは、鋳造コアに貫入して、それをサポートに固定する。さらに、少なくとも１つのサポートは、２つの部分によって形成されている。上記２つの部分で形成されたサポートは、マンドレルピンと、そこに連結された端部とを含んでいる。離型の際、すなわち最終鋳造ピストンからの鋳型の取り外しまたは分離の際には、上記端部は、ピストン中に鋳込まれ（remains cast）、マンドレルピンは、ピストンから除去され得る。ピストン中に残った端部は、その結果、端部が鋳造コアに貫入し、または鋳造コアに接触する場所で、冷却チャネルを閉じる。このような閉塞は、端部が、この場所で外側への冷却チャネルを流体的に、シールすることを意味する。また、マンドレルピンが、完全に、または部分的にピストン中に残るように、端部、および対応するマンドレルピンを形成することも考えられる。同様に、端部、およびマンドレルピンが、ワンピースで実現され、鋳造ピストンを除去する際に、そこでマンドレルピンが定義されたように壊れる、あらかじめ定められたブレーキングポイントとして働く断面の局所的な減少を備えることも考えられる。

ピストンの冷却チャネルは、概して、鋳造プロセスの後にピストンから取り外される取り外し可能な鋳造コアで形成される。これは、例えば、鋳造コアを例えば水によって洗い流し、または鋳造コアを例えば適切な溶剤によって溶解することによってもたらされる。冷却チャネルは、このようにピストン内の中空スペースとして形成され、鋳造コア、およびしたがって冷却チャネルが環状または実質的に環状に形成される実施例が好ましい。さらに、鋳造コアおよび冷却チャネルが、ピストンが対応する内燃機関に組み込まれた状態で、内燃機関の燃焼室に面しまたは隣接する鋳型またはピストンの領域に配置される実施例の鋳型が好ましい。

好ましくは、鋳型は、離型の際にピストンから完全に除去されるように形成された、またはそれらが冷却チャネルの入口または出口を形成するようにピストンから除去可能な、少なくとも２つのサポートを含む。特に、これらのサポートは、したがってマンドレルピンおよび対応する端部が一緒にピストンから除去可能、または存在する端部がないように形成される。マンドレルピンおよび対応する端部は、例えばワンピースで、または一体的に（one piece or monolithically）形成される。さらに、鋳型は、端部が離型の際にピストン中に残り、対応するマンドレルピンはピストンから除去可能なように形成された１つまたは複数の他のサポートを含む。特に好ましいのは、サポートが鋳型内に環状に配置され、したがって鋳造コアを正しく（evenly）固定する実施例である。入口および出口を形成するサポートは、さらに、冷却チャネルを流れるクーラント、特にオイルが、冷却チャネル内で最大の流路を有するように、特に、互いに隣接して配置される。したがって、効果的に、かつ均一に（evenly）ピストンを冷却することが可能になる。

鋳造コアへの各端部の貫入は、例えば各端部の関連する突出部を通じて実現でき、上記突出部は、針状、または針形状（needle-like or needle-shaped）に形成され得、鋳造コアに貫入する。上記端部は、したがって部分的に冷却チャネルに貫入するプラグとして働き、冷却チャネルのこの位置は閉じられ、または外側に向けて流体的にシールされる。ここで、離型の際にピストン中に残る端部と同様に入口および出口を形成するサポートの端部は、両方とも、そのような突出部を含み得る。入口および出口を形成するサポートは、しかし、ピストンから除去され得る。これらのサポートによって、また、端部はピストン中に残るが、上記プロセスでの対応する位置で（corresponding point in the process）、冷却チャネルを外側に対して流体的にシールしない。

離型の際にピストンに残る端部は、実際上は、関連するマンドレルピンから分離し得る。この場合の端部は、特に、ブラインドホールを含み、その中にマンドレルピンが挿入される。これは、端部が完全に、または部分的に、関連するマンドレルピンを包み込み、端部と関連するマンドレルピンとの間の連結が解除可能に実現されることを意味する。特に、そのような端部および関連するマンドレルピンが、互いに螺合し得る他の実施例も、また、考えられる。さらに実際的な設計は、端部が形作られ（moulded on）、両方の構成要素の間の移行部が減少された断面で実現され、あらかじめ定められたブレーキングポイントとして働くワンピースのマンドレルピンにある。

実際上、端部は、スチールまたは特に銅で形成または製造される。これは、鋳造プロセスでアルミニウムが鋳造材料として用いられる場合に特に有利である。したがって、マンドレルピンは、また、スチールまたは銅で製造され得る。しかし、マンドレルピンは、
離型の際にピストンから除去され、または鋳造プロセスの後に、特に水によってピストンから洗い流され、または適切な溶剤によってピストンから溶解されるサンドピンまたはソルトピンとして形成され得る。

ピストンに残る端部は、概して、対応する位置で冷却チャネルを外側に対して閉じ、したがってシールする、いかなるサイズおよび／または形状も有し得る。特に、端部は、円柱状の膨出形状を有し得る。これは、離型の際に、ピストンとの積極的な結合（positively-joined connection）によって端部がピストン内に残り、関連するマンドレルピンはピストンから除去されることを意味する。

冷却チャネルを形成する鋳造コアは、鋳造プロセスの後にピストンから分離され得るあらゆる材料から製造され得る。好ましくは、鋳造コアは、ソルトコアとして形成される。鋳造コアがサンドコアとして形成される実施例も、また、考えられる。

ピストンは、特に、以下に述べられる方法によって製造される。ここで、溶解可能な鋳造コアは、鋳型のサポートに配置され、または載せられて固定される。これは、例えば、鋳造コアに貫入する各サポートの関連する端部の針形状、または針状の突出部で達成される。

これにしたがって、鋳型は閉じている。これは、鋳型が、鋳型を外側に向けて閉じ、よって、サポートおよび鋳造コアが配置される中空スペースを形成する鋳型を含み得ることを意味している。閉じられた鋳型は、次に、鋳造材料で満たされる。これに続いて、鋳型は、最終鋳造ピストンから分離される。ピストンからの鋳型の分離は、いわゆる離型に際して行われる。鋳造コアの除去のために、マンドレルピンが、まず除去され、少なくとも１つのサポートの端部は、ピストン中に残り、その位置で冷却チャネルを閉じる。鋳造コアの溶解によって、冷却チャネルが形成される。

本発明のさらに重要な特徴、および利点は、従属請求項、図面、および図面を用いた図解の対応する記述に見出される。

上記の、および以下でさらに説明される特徴は、与えられる組み合わせで用いられるだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組み合わせ、または単独でも用いられ得ることは明らかである。

本発明の好ましい例示的実施例は、図示され、以下の記述でより詳細に説明され、同一の参照符号は同一または類似した機能的に等価な構成要素を表す。

鋳型の模式図である。 マンドレルピンが挿入されたままの本発明のピストンの模式的断面図である。 あらかじめ定められたブレーキング断面および端部を有するマンドレルピンを有する１つのサポートの模式図である。

図１は、冷却チャネル１１を形成する鋳造コア２、および３つのサポート３を含む鋳型１を示す。この目的のために、少なくとも１つのサポート３は、マンドレルピン４と、鋳造コア２に面する端部５とを含んでいる。各端部５は、針状に形成された突出部６を含み、それは、鋳造コア２に突出し、それを固定する。ここで、サポート３は、鋳型１のモールディング７に配置されている。

２つのサポート３は、それらが、鋳造プロセスの後に最終鋳造ピストン８から完全に除去され得るように形成される。これらのサポート３は、結果的に、鋳造コア２によって形成されるピストン８中の冷却チャネル１１のための入口９および出口１０を形成する。

図２は、最終鋳造ピストン８の断面を示し、説明のためにマンドレルピン４はピストン８内に配置され続けていて、残りのサポート３は、離型の際にピストン８から完全に除去されている。既に述べたように、これらの除去されたサポート３は、冷却チャネル１１の入口９および出口１０を形成する。ピストン８内に配置されたサポート３の端部５は、ピストン８のマンドレルピン４が挿入されるブラインドホール１２を含んでいる。端部５は、さらに、円柱状の膨出形状を含み、鋳造プロセスの際には鋳造材料が回りに鋳造され、鋳造プロセスの後には、積極的な結合によってピストン８に結合される。図２に示された断面では、示される端部５は、鋳造コア２の穴に挿入される突出部６が設けられる冷却チャネル１１または鋳造コア２に面する側に、六角形の断面形状を有している。端部５の冷却チャネル１１から離れる側には、ブラインドホール１２に、対応するマンドレルピン４が挿入されている。

このようにして、端部５をピストン８に残したまま、マンドレルピン４をピストン８から除去することが可能になる。これは、例えば、対応するマンドレルピン４を引っ張ることによって可能である。したがって、端部５は、冷却チャネル１１を流れるクーラント、例えばオイルが、その場所で冷却チャネル１１から流れ出られないように、その場所で冷却チャネル１１を閉じる。図２に示される表現では、鋳造コア２は、ピストン８内、および冷却チャネル１１の領域内に見られる。鋳造コア２をピストン８から消滅させるためには、例えば、水、または適切な溶剤が用いられる。したがって、鋳造コア２は、ソルトコア１３、またはサンドコア１４として形成される。

図３は、さらなる例示的実施例としてのワンピースのサポート３を示す。膨出部１５は、これも六角形断面で実現され得、やはり、完成した状態で、冷却チャネル１１のサポート３の位置で、外側に向かう開口がピストン８に形成されないことを確実にする。ここで、膨出部１５は、端部５に対応する。マンドレルピン４の断面は、マンドレルピン４に引っ張り力が作用したときに、位置１６で、定義されたように壊れるように、あらかじめ定められたブレーキングポイントの形で形成された断面減少部１６を含む。

ピストン８は、優位には、アルミニウムから製造される。マンドレルピン４または端部５は、また、アルミニウムより高い融点を有する材料、例えばスチールや銅から製造され得る。

Claims (12)

1. 冷却チャネル（１１）を形成するための溶解可能な鋳造コア（２）、および 中に挿入される鋳造コア（２）を支持する少なくとも２つのサポート（３）を有する、特に自動車の内燃機関のピストン（８）のための鋳型（１）であって、
   少なくとも１つのサポート（３）は、鋳造コア（２）に面し、鋳造コア（２）に貫入して、それをサポート上に固定する端部を含み、
   少なくとも１つのサポート（３）が、少なくとも２つの構成要素、すなわちマンドレルピン（４）およびそこに連結された端部（５）から形成され、
   ピストン（８）の離型において、マンドレルピン（４）が分離または除去可能であり、端部（５，１５）がピストン（８）中に残り、その位置で冷却チャネル（１１）を閉じることを特徴とする鋳型。
2. 請求項１の鋳型であって、
   上記端部（５）が、鋳造コア（２）に貫入する針状の突出部（６）を含むことを特徴とする鋳型。
3. 請求項２または請求項３の鋳型であって、
   上記端部（５）が、マンドレルピン（４）が挿入されるブラインドホール（１２）を有することを特徴とする鋳型。
4. 請求項１から請求項３のうち何れか１項の鋳型であって、
   端部（５）が、円柱状に膨らんだ形状を有していることを特徴とする鋳型。
5. 請求項１から請求項４のうち何れか１項の鋳型であって、
   端部（５）が、スチールまたは銅から形成され、および／または
   マンドレルピン（４）がスチール、銅、またはサンドもしくはソルトピンとして形成されていることを特徴とする鋳型。
6. 請求項１から請求項５のうち何れか１項の鋳型であって、
   溶解可能な鋳造コア（２）を支持するサポート（３）が、ワンピースで形成され、マンドレルピン（４）における鋳造コア（２）から遠い側の領域に、端部（５）を形成する局所的な膨出部（１５）、および局所的な断面減少部（１６）を含むことを特徴とする鋳型。
7. 請求項６の鋳型であって、
   上記サポート（３）がスチールまたは銅から形成されていることを特徴とする鋳型（１）。
8. 請求項１から請求項７のうち何れか１項の鋳型であって、
   鋳型（１）が、少なくとも３つのサポート（３）を含み、
   少なくとも２つのサポート（３）は、ピストン（８）の離型の際に、冷却チャネル（１１）の入口（９）および／または出口（１０）を形成するために分離され得るように形成されることを特徴とする鋳型。
9. 請求項１から請求項８のうち何れか１項の鋳型であって、
   鋳造コア（２）が、ソルトコア（１３）、またはサンドコア（１４）として形成されていることを特徴とする鋳型。
10. 請求項１から請求項９のうち何れか１項の鋳型（１）による、特に自動車の内燃機関のピストン（８）を製造する方法であって、
    − 溶解可能な鋳造コア（２）が鋳型（１）のサポート（３）の上に載置されて固定され、
    − 鋳型（１）が閉じられ、
    − 鋳型（１）内に鋳造材料が導入され、
    − 鋳型（１）が最終鋳造ピストン（８）から分離され、
    − ピストン（８）の離型後に、少なくとも１つのマンドレルピン（４）が除去され、少なくとも１つの端部（５，１５）はピストン（８）中に残り、そこで冷却チャネル（１１）を閉じ、
    − 溶解可能な鋳造コア（２）が溶解され、特に洗い流される
    ことを特徴とする方法。
11. 請求項１０の方法であって、
    ピストン（８）がアルミニウムから鋳造されることを特徴とする方法。
12. 請求項１０または請求項１１の方法によって、および／または
    請求項１から請求項９のうち何れか１項の鋳型（１）によって製造された、特に自動車の内燃機関のピストン（８）。
    

Images