JP3915155B2 - 内燃機関用ピストンの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用ピストンの製造方法に関するものであり、特に、ピストンの内部にオイルを循環することによりピストンを冷却するための空洞を塩中子によって成形する内燃機関用ピストンに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
内部に冷却空洞を有する内燃機関用ピストンの製造方法を開示した従来技術には様々なものがあり、特に塩中子を用いてピストンの内部に冷却空洞を形成するものとして、例えば特開平5−256192号がある。この従来技術に開示された内燃機関用ピストンの製造方法は、ピストン外周のピストンリングを嵌め合わせる耐摩耗性材料で作られた耐摩環の内周側に凹部を形成し、この耐摩環の内周より若干小さな外径で形成されるリング形状の塩中子の外周に凸部を形成し、耐摩環の凹部と塩中子の凸部とを係合させて塩中子を保持するものである。具体的には、鋳造時にアルミ溶湯の熱により塩中子が割れ、破損等が起きないように塩中子に予熱を加えるが、耐摩環を形成する耐摩耗性材料よりも塩の熱膨張係数が大きいことを利用して、内側に配置した塩中子が耐摩環より大きく膨張することにより塩中子が耐摩環に保持されるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術に開示された塩中子の保持方法においては、予熱の温度や時間、塩中子の外周と耐摩環の内周とのクリアランス、塩中子の外周の凸部の大きさと耐摩環の内周の凹部の大きさなど、様々な条件によって塩中子の保持力が変化するため塩中子と耐摩環との設計公差を小さくし、細部まで注意して成形を行う必要があった。また、塩中子の外周と耐摩環の内周とのクリアランスを大きく設定すると予熱後に塩中子の保持力が小さくなってアルミ溶湯を注入したときに塩中子が外れて不良となり、塩中子の外周と耐摩環の内周とのクリアランスを小さく設定すると予熱前に耐摩環の内周側に塩中子を配置する前処理が困難となるばかりか、塩中子の熱膨張により耐摩環の内周側で締嵌状態となって塩割れが発生する可能性があった。
【0004】
本発明は、上記の課題を解決する内燃機関用ピストンの製造方法を開示するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために請求項1の発明において講じた技術的手段は、リング状塩中子に該塩中子の外方に延びる支持体を係合し、該支持体の前記塩中子に対し径方向外周側の端部をピストン鋳造型の内部に保持してアルミ溶湯を注入してピストンを鋳造し、該ピストンを前記ピストン鋳造型から離型した後、該ピストンの外周を周方向に切削してリング部分を形成しつつ前記支持体の前記端部を除去し、前記リング部分に耐摩耗材料を肉盛し肉盛部を形成し、ピストンの外部と連通する連通孔を介して前記塩中子を溶解し、前記肉盛部にピストンリング溝を形成して製造するものである。従って、塩中子を所定の位置で確実に保持できるので、塩中子を溶解後の冷却空洞の位置が所望の位置とすることが可能となる。
【0006】
請求項2の発明において講じた手段は、支持体を板状片とし、一端が塩中子に埋められていることである。従って、塩を圧縮してリング状に成形するときに支持体を塩中子の内部に配置することが可能となり、簡単に且つ確実に支持体を取り付けることが可能となる。
【0007】
請求項3の発明において講じた手段は、支持体の塩中子側端部に、塩中子保持部を形成したことである。従って、塩中子保持部が塩中子を外側から保持することができ、塩中子への支持体の取り付けを容易に行うことが可能となる。特に、塩中子保持部の上下から保持できるように塩中子保持部の形状を断面U字状とすることが好ましい。
【0008】
請求項4の発明において講じた手段は、前記支持体は複数の板状片からなり、それぞれの支持体は所定の間隔で前記塩中子の外周に配置されることである。従って、支持体は少ない部材で効率的に塩中子を保持することができ、しかも確実に所望の位置に塩中子を保持することが可能となる。
【0009】
請求項5の発明において講じた手段は、切削により形成されたリング部分をピストン内部に向けて先細となるテーパー形状となっていることである。従って、次のリング部分に肉盛を行う溶射時に溶けた耐摩耗材料がリング部分に付着しやすくなり、効率的に肉盛工程を行うことが可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0011】
図1は、本発明の製造方法により製造された内燃機関用ピストン(以下、ピストンと称す)10の断面図を示している。ピストン10は、アルミを母体とする合金で形成されており、本体12と、本体12の下側に内部空間14を形成するスカート部16とから構成されている。図1に示すように、スカート部16には、ピストン10と図示しないピストンロッドとを係合するピストンピン(図示しない)が挿入されるピン孔18がピストン10の中央を貫通するように形成されている。スカート部16におけるピン孔18が形成される部分は、ピン孔18の強度を確保するためスカート肉厚部20が設けられている。なお、図1の左半分はピン孔18に沿った断面を示す図であり、右半分はピン孔18に垂直な断面を示す図面である。
【0012】
ピストン本体12の上部表面には、燃焼室を区画する凹部22が形成されている。ピストン本体12の側壁には、図示しないピストンリングを保持するための3本のリング溝22、24、26が形成されている。特に燃焼室に近い第1リング溝22は、燃焼室からの熱伝導により高温になっても図示しないピストンリングとの摩耗に耐えられるようにニレジスト材などの耐摩耗性材料で形成されたリング28に設けられている。30はピストン10を冷却するための空洞であり、連通路32を介して内部空洞14から潤滑オイルが導かれるようになっている。
【0013】
ピストン10のスカート部16の外周には、図示しないエンジンのシリンダーボアとの間で焼き付きを防止し、ピストン10の摺動摩擦を低減するための樹脂コート34が塗布されている。この樹脂コート34は、ピストン10とシリンダーボアとの間の寸法公差などの理由により、樹脂コート34の肩部36おける摩耗が激しいことを鑑み、肩部36の膜厚を下端部38の膜厚に比べて厚く形成されている。樹脂コート34は、図1に示すように肩部36から下端部38にかけて滑らかなテーパー形状としても良いし、スクリーン印刷等で樹脂コートを塗布するときに、肩部36のみを2度塗りすることで肩部36の肉厚を確保してもよい。
【0014】
なお、40は、冷却空洞30を形成するための後述する塩中子42を保持する支持部材である。
【0015】
次に、図2から図5により、図1に示すピストン10の本発明による製造工程を説明する。
【0016】
第1の工程では、図2、図3に示すように塩中子42を成形する。図3は、図2のA−A断面図である。塩中子42は、塩材を圧縮プレスにより円環状に形成する。このとき、3個の板片よりなる支持部材40の一端を塩中子42の外周に均等間隔で(図2参照)、しかも厚さ方向の略中央に(図3参照)、塩中子42の内部に埋め込むように配置している。
【0017】
第2の工程は、図4に示すように塩中子42を上型44と主型46、48とで形成されるピストン型にセットする。塩中子42は、塩中子42の外周に取り付けた支持部材40の外周側を上型44と主型46、48との間に保持され支えられる。そして、このピストン型にアルミを母体とする溶融アルミ合金を注入してピストンが鋳造される。
【0018】
第3の工程では、第3の工程では、先ず第2の工程によるピストン型から取り出されたピストン10の内部空間14から塩中子42へ連通路32を切削して、加圧された水で塩中子42を溶解する。なお、連通路32は、ピストン10を冷却するための潤滑オイルが給排しやすいように、位置、通路角度及び大きさなどが決められ、塩中子42の対向する位置に2つ設けることが好ましい。
【0019】
第4の工程を、図5(a)〜(c)に示す図面に従って説明する。ピストン10の第1リング溝22が形成されるリング部分50を支持部材40を含めて図5(a)に示すように切削する。このとき、リング部分50の側壁は奥細のテーパー形状としている。そして、図5(b)に示すようにリング部分50に耐摩耗性材料を溶射して肉盛りする。このとき、リング部分50の側壁が奥細のテーパー形状となっているので、溶射された耐摩耗性材料はリング部分50に付着しやすくなっている。その後、図5(c)に示すように第1リング溝22を切削加工するとともに、ピストン10の外周に合わせてリング28の表面加工を施す。
【0020】
そして、第2リング溝24、第3リング溝26を切削し、ピストンスカート部16の外周に樹脂コート34を塗布する。
【0021】
以上の工程でピストン10が製造されるが、ピストン鋳造時に塩中子42を強固に保持するために、3個の板片で形成した支持部材40を1枚の円環状の板材で構成してもよい。また、図5(a)に示されるリング部分の切削においては、支持部材40の一部をピストン10の内部に残しているが、残存される支持部材の長さについては任意に変更することが可能であり、塩中子42の外周も含めて支持部材40を切削することも可能である。更に、上記で説明した第3の工程と第4の工程は、逆の順序で行うこともできる。
【0022】
図6は、本発明の第2の実施形態を示す図面であり、第1の実施形態の図4に対応する状態を示すものである。図6に示した支持部材54は、塩中子42を上下で保持する断面U字形状の保持部分52を備えている。従って、塩中子42の保持力を強いものとすることができる。
【0023】
【発明の効果】
上記した請求項1の発明によれば、リング状塩中子に該塩中子の外方に延びる支持体を係合し、該支持体の前記塩中子に対し径方向外周側の端部をピストン鋳造型の内部に保持してアルミ溶湯を注入してピストンを鋳造し、該ピストンを前記ピストン鋳造型から離型した後、該ピストンの外周を周方向に切削してリング部分を形成しつつ前記支持体の前記端部を除去し、前記リング部分に耐摩耗材料を肉盛し肉盛部を形成し、ピストンの外部と連通する連通孔を介して前記塩中子を溶解し、前記肉盛部にピストンリング溝を形成して製造するものである。従って、塩中子を所定の位置で確実に保持できるので、塩中子を溶解後の冷却空洞の位置が所望の位置とすることができる。
【0024】
請求項2の発明によれば、支持体を板状片とし、一端が塩中子に埋められているので、塩を圧縮してリング状に成形するときに支持体を塩中子の内部に配置することができ、簡単に且つ確実に支持体を取り付けることができる。
【0025】
請求項3の発明によれば、支持体の塩中子側端部に、塩中子保持部を形成したので、塩中子保持部が塩中子を外側から保持することができ、塩中子への支持体の取り付けを容易に行うことができる。このことは、特に、塩中子保持部の上下から保持できるように塩中子保持部の形状を断面U字状とすることで、塩中子の保持力も向上させることができる。
【0026】
請求項4の発明によれば、支持体は複数の板状片からなり、それぞれの支持体は所定の間隔で塩中子の外周に配置されるので、支持体は少ない部材で効率的に塩中子を保持することができ、しかも確実に所望の位置に塩中子を保持することができる。
【0027】
請求項5の発明によれば、切削により形成されたリング部分をピストン内部に向けて先細となるテーパー形状となっていることである。従って、次のリング部分に肉盛を行う溶射時に溶けた耐摩耗材料がリング部分に付着しやすくなり、効率的に肉盛工程を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法により製造されるピストンの断面を示すものである。
【図2】塩中子の上視図を示すものである。
【図3】図2のA−A断面を示すものである。
【図4】塩中子をピストン型に取り付けた工程を示すものである。
【図5】リングの加工状態を示すものであり、(a)は外周の切削後の状態、(b)は肉盛りの状態、(c)は第1リング溝の切削後の状態をそれぞれ示している。
【図6】第2の実施の形態の支持部材により塩中子をピストン型にセットした状態を示すものである。
【符号の説明】
22・・・第1リング溝(ピストンリング溝)
32・・・連通孔
40・・・支持部材(支持体)
42・・・塩中子
52・・・塩保持部(塩中子保持部)
Claims (5)
- リング状塩中子に該塩中子の外方に延びる支持体を係合し、該支持体の前記塩中子に対し径方向外周側の端部をピストン鋳造型の内部に保持してアルミ溶湯を注入してピストンを鋳造し、該ピストンを前記ピストン鋳造型から離型した後、該ピストンの外周を周方向に切削してリング部分を形成しつつ前記支持体の前記端部を除去し、前記リング部分に耐摩耗材料を肉盛し肉盛部を形成し、ピストンの外部と連通する連通孔を介して前記塩中子を溶解し、前記肉盛部にピストンリング溝を形成した内燃機関用ピストンの製造方法。
- 前記支持体は板状片からなり、前記端部の反対の一端を前記塩中子に埋められていることを特徴とする請求項1記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
- 前記支持体の塩中子側端部に、塩中子保持部を形成したことを特徴とする請求項1記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
- 前記支持体は複数の板状片からなり、それぞれの支持体は所定の間隔で前記塩中子の外周に配置されることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
- 前記リング部分は、ピストン内部に向けて先細となるテーパー形状となっていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
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