JP6538034B2 - 鋳型、及び、該鋳型により鋳造されるピストン - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用のピストンを鋳造するための鋳型に関する。本発明は、そのような鋳型により鋳造されるピストンにも関する。

内燃機関用のピストンを鋳造するときには、特に、望ましくない鋳巣を避けるために、鋳造工程の最中、常に、十分な排気が確保されなければならない。これに関連して、従来技術において、ワッフルパターンと称される表面模様が有効であることが判っている。その表面模様によって、注型材料の流動性を向上させるばかりでなく、排気性能を向上させることも可能になる。しかしながら、公知のワッフルパターンには、該ワッフルパターンの抜き勾配よりも外側での鋳造ピストンの脱型が,アンダーカットを生み出して、鋳造ピストンに損傷を与え得るため、ワッフルパターンは、鋳型の引き抜き方向に導入されなければならない、という欠点がある。それにもかかわらず、そのような表面模様は、排気性能を向上させるためだけではなく、この鋳型によって生産されたピストンの製造起源を特定するためにも、全面的に望まれている。

本発明は、特に、脱型方向に関する適応性が著しく向上した鋳型を特定する、という課題を取り扱うものである。

本発明によれば、前記の課題は、独立請求項の主題によって解決される。有利な形態は従属請求項の主題である。

本発明は、内燃機関用ピストンを鋳造するための、それ自体は公知の鋳型において、ピストンスカートの将来の内周面に対応する領域に、溝部によって形成され且つ、鋳物素材の脱型を、表面模様に対して約９０°になるまで、つまり表面模様に平行になるまで許容する表面模様を備える、という基本概念に基づいている。そのため、表面模様を形成している溝部は、本発明によれば、０．２ｍｍよりも大きく且つ０．５ｍｍよりも小さい深さｔ（０．２ｍｍ＜ｔ＜０．５ｍｍ）と、０．０２ｍｍよりも大きく且つ０．０５ｍｍよりも小さい幅ｂ（０．０２ｍｍ＜ｂ＜０．０５ｍｍ）と、０°よりも大きく且つ１０°よりも小さい傾斜角α（０°＜α＜１０°）で外方へ傾斜した溝壁面と、を有している。それゆえ、そのような溝部の断面は、台形状となっている。本発明に係る溝部は、表面模様を形成する従来の溝部よりも小さくて且つ急峻であって、鋳造工程中、鋳型の排気を可能な限り最適化するのに寄与すると共に、その鋳造金属は、アンダーカットのように溝部に入り込んで引っかからない。一般的に、本発明に係る表面模様は、個々の溝部により排気可能であることの保証が重要ではあるものの、自由に構成変更可能である。それに関連して、その表面模様は、シールドガスの有無や、離型剤又は永久的コーティングの有無や、永久的コーティングと離型剤との組み合わせの有無に拘わらず、使用可能である。前述の溝部を有する、本発明に係る表面模様の格別な利点は、模造が困難であり且つ、製造起源の証明を提供可能な外観を備えた表面模様を生成することができる、ということである。

本発明による解決策のさらに有利な形態では、溝部は、矩形構造を形成している。そのような矩形構造としては、例えば、方形構造又は菱形構造とすることが可能である。方形構造又は菱形構造は、特にワッフルパターンとも呼ばれる構造であり、鋳物素材の鋳型からの脱型を、ほぼ全方向につまり、その表面に略平行になるまで許容する。

本発明に係る解決策の有利な発展形では、溝部は、レーザを用いて形成される。レーザを用いたそのような溝部の形成、ひいては、レーザを用いた表面模様の間接的な形成は、費用効果に優れると共に、高品質な製造方法を代表している。

表面模様に対して、コーティング、特に離型剤が塗布されている、とすれば有利である。そのようなコーティングは、溝部の開口を少なくとも部分的に狭くすることが可能であり、それによって、注型材料が溝部に入り込むのを抑制することができる。それと同時に、コーティング、特に永久的コーティング又は離型剤が塗布された状態にあっても、排気を確保することができるように、そのコーティングは、個々の溝部を閉塞していない。ツールの耐用期間を増加させるために、適切なオプションには、金属若しくはセラミックコーティング、又は、それらの組み合わせが含まれる。

本発明のさらに重要な特徴及び利点は、従属項、図面、及び、図面に関連した図説から得ることができる。

もちろん、前述の又は後述の特徴は、各々に記載された組み合わせで使用することができるだけではなく、本発明の範囲を逸脱しない、他の組み合わせ又は単独で使用することができる。

図１は、脱型方向の図示を伴う、ピストンを鋳造するための本発明に係る鋳型の概略断面図である。 図２は、表面模様付近の鋳型形状を詳細に示す図である。 図３は、ピストンスカートの内周面における本発明に係る表面模様の概略図である。

本発明の好ましい例示的な実施形態は、図示されており、以下の説明で詳細に説明される。同一の、又は類似の、或いは機能的に同一の構成要素には、同じ符号を付している。

図１及び図２に示すように、本発明に係る鋳型１は、一部の領域のみが図示された、内燃機関用ピストン２（図３参照）を鋳造するための鋳型であって、ピストンスカートの将来の内周面３に対応する領域に、溝部４によって形成された表面模様５を備えている。それに関連して、本発明によれば、溝部４は、以下の寸法を有している。つまり、深さｔは、０．２ｍｍと０．５ｍｍとの間（図２参照）にあり、幅ｂは、０．０２ｍｍと０．０５ｍｍとの間にあり、溝壁面６は、該溝壁面６の外方への傾斜角αが０°＜α＜１０°となるように、外方へ傾斜している。本発明に基づいて形成された溝部４によって、従来の表面模様とは対照的に、鋳造ピストン２を、ほぼ任意の方向に、特に、図１に示すように、表面模様５の表面に略平行な方向になるまで脱型することが可能になる。それに関連して、図１に示す円弧７は、可能な限りの脱型角度を示しており、ピストン２を、鋳型１から、約１８０°に及ぶ略任意の角度方向に脱型することができる、ということを明示している。このことは、従来の表面模様の場合には不可能だった。それは、従来の表面模様は、鋳型の引き抜き方向だけに生成可能であったからである。つまり、従来のピストン２の場合、ワッフルパターンの抜き勾配、又は、溝部の抜き勾配の外側での脱型は、アンダーカットを生成し、鋳造部分に対し、必然的に損傷を与えることになる。

本発明に係る鋳型は、最早、この欠点を有していない。それは、この鋳型の場合、表面模様５は、注型材料が表面模様５に入り込めないように、即ち、特に、溝部４に入り込めないように構成されているからである。したがって、本発明に係る鋳型は、アンダーカットが生成されないため、脱型方向に関し、大きな自由度を許容する。それにもかかわらず、本発明に係る溝部４、又は、その溝部４により形成される表面模様５は、ピストン２の鋳造工程において、流動性と、排気性能とを向上させることができる。

図３に示すように、溝部４は、矩形構造、例えば、矩形ワッフルパターン、又は、菱形構造を形成している。

図２に示すように、隣り合う２つの溝部４の間には、０．２ｍｍと２．０ｍｍとの間の間隔ａが設けられている。鋳型１において、溝部４ひいては表面模様５の形成は、例えばレーザを用いることによって実行可能である。レーザを用いることで、溝部４を、著しく精密に形成可能に且つ、相対的に費用効果に優れた方法で形成可能になる。その上、本発明に係る鋳型１を用いて鋳造されたピストン２が、所定の製造者の作だと明確に且つ容易に判るように、表面模様５の特定の形状を、製造起源を示すマークの形成に使用することができる。

改めて図２に示すように、鋳型１には、表面模様５付近に、コーティング８、特に離型剤を塗布することも可能である。通常、離型剤は、例えば、特に、多孔性の鋳造部分の表面を滑らかにするために鋳型１に塗布されるコーティング材として理解されている。そのため、使用されるベース材料は、例えば、精密に研磨される、耐火材又は高融点耐火材である。加えて、そのようなコーティング８又は離型剤は、その下地を遮熱すると共に、ピストン２の鋳造中に溶融した金属に起因する熱負荷から下地を防護する。表面模様５、又は、表面模様５を形成する溝部４は、例えば、シールドガスの有無に拘わらず形成可能である。一般的に、本発明に係る溝部４は、これまでの表面模様の溝部よりも小さくて且つ急峻であって、鋳造工程中、溶融金属の入り込み、ひいては望まれないアンダーカットの形成を少なくとも低減、又は、好ましくは回避することが可能になる。適切な鋳造に要求される排気は、それでも尚、確実に保証されることになる。

以上説明したように、本発明に係る鋳型１の実質的な利点としては、例えば、脱型方向がほとんど任意であること、表面模様５の所定の形状を用いた製造起源の表示、及び、ピストン２の鋳造時における確実な排気、などを挙げることができる。

Claims (7)

1. 内燃機関用のピストン（２）を鋳造するための鋳型（１）であって、
   ピストンスカートの将来の内周面（３）に対応する領域に、溝部（４）によって形成される表面模様（５）を備え、
   前記溝部（４）の断面は、前記鋳型（１）の内部に向かって先細り、かつ所定の幅ｂを設けた底面を有する台形をなし、
   前記溝部（４）は、
   ０．２ｍｍよりも大きく且つ０．５ｍｍよりも小さい深さｔと、
   ０．０２ｍｍよりも大きく且つ０．０５ｍｍよりも小さい前記底面の幅ｂと、
   ０°よりも大きく且つ１０°よりも小さい傾斜角αで外方へ傾斜した溝壁面（６）と、
   を有していることを特徴とする鋳型。
2. 前記溝部（４）が矩形構造を形成していることを特徴とする請求項１に記載の鋳型。
3. ２つの前記溝部（４）の間に、０．２ｍｍよりも大きく且つ２．０ｍｍよりも小さい間隔ａが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋳型。
4. 前記溝部（４）がレーザを用いて形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の鋳型。
5. 前記表面模様（５）に対して、コーティング（８）、特に離型剤が塗布されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の鋳型。
6. 前記表面模様（５）が矩形ワッフルパターンとして形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の鋳型。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１つに記載された、前記ピストンスカートの内周面（３）に対応する領域に、溝部（４）によって形成される表面模様（５）を備えた鋳型（１）により鋳造されるピストン（２）であって、
   前記溝部（４）は、
   ０．２ｍｍよりも大きく且つ０．５ｍｍよりも小さい深さｔと、
   ０．０２ｍｍよりも大きく且つ０．０５ｍｍよりも小さい幅ｂと、
   ０°よりも大きく且つ１０°よりも小さい傾斜角αで外方へ傾斜した溝壁面（６）と、
   を有していることを特徴とするピストン。

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