JPH02255265A - 内燃機関用ピストンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は内燃機関用ピストンの製造方法に係り、とくに
可溶性中子を用いて内部に冷却用空洞を形成するように
したピストンの製造方法に関する。

【発明の概要】

冷却用空洞を形成するための塩中子等の可溶性中子をト
ップリング溝、燃焼室の周縁部等の所要の部位を補強す
るための例えばセラミックファイバから成るプリフォー
ム上に載置し、しかも金型によって保持されている多孔
性材料の形成体、例えばニツケルセルメット等の金属発
泡体の支持リングによって可溶性中子が鋳造中に移動し
ないように保持し、この状態において金型内にアルミニ
ウム合金の溶湯を注入して加圧鋳造を行なうようにした
ものであって、金型側に可溶性中子を押えるための支持
ビンを設けないで鋳造を行なうようにしたものである。 Ｋ従来の技術】 例えば特開昭６２−１０４５７号公報に開示されている
ように、直噴型ディーゼルエンジンのシリンダ内に組込
まれるピストンは、その内部であって頂部側の部分に冷
却用空洞を備えるようにしている。このような冷却用空
洞には下方からオイルが噴射され、冷却用空洞内を循環
することによって熱を奪うようにしている。すなわち高
い熱的な負荷を受けるとくにピストンの頂面側の部分を
冷却用空洞内を循環するオイルによって冷却するように
している。 このようなピストンを鋳造する場合には、従来は第１０
図に示すようにリング状の可溶性中子１を複合強化用プ
リフォーム５上にセットし、この可溶性中子１が鋳造時
に溶湯の浮力によって浮いたり移動しないようにパンチ
型３に固定した支持ビン２によって保持していた。そし
てこの金型４のキャビティ内にアルミニウム合金の溶湯
を注入して加圧することにより、高圧鋳造の方法によっ
てピストンが成形されるようになっていた。 あるいはまたピストンの頂面に形成される燃焼室の縁部
を補強するプリフォーム上に可溶性中子を載置するよう
にしていた。すなわち第１１図に示すように、ピストン
を成形するための金型４の底部の突部の周縁部にセット
されているプリフォーム５上に可溶性中子１を載置する
ようにし、この可溶性中子１を上方からパンチ型３によ
って支持ビン２を介して押えるようにしていた。そして
この場合においても金型４のキャビティ内にアルミニウ
ム合金の溶湯を注入して加圧することにより、ピストン
が鋳造されるようになっていた。このようなピストンは
、鋳造後に支持ビン２を抜いた後に形成される穴をドリ
ル加工し、この穴を通してピストン内に水を注入するこ
とにより、上記可溶性中子１を溶解して冷却用空洞を形
成するようにしていた。 Ｋ発明が解決しようとする問題点】 従来のこのような冷却用空洞を有するピストンの製造方
法によれば、可溶性中子１を支持する支持ビン２が加圧
鋳造の際における溶湯の圧力と溶湯の凝固収縮に伴って
生ずる曲げ応力を繰返し受けるために破損することがあ
った。このような破損を防止するためには、支持ビン２
を必要以上に太くしなければならなかった。また支持ビ
ン２の位置が悪いと、パンチ型３の製作に工数がかかる
欠点があった。 また第１０図あるいは第１１図に示すような金型によっ
て鋳造されたピストン６は、その下面に臨む凹部７に第
９図に示すような支持ビン２を受ける支持座８が形成さ
れるとともに、支持座８にはそれぞれ支持ビン２を抜去
った後のビン穴９が形成されることになる。第９図の例
は２本の支持ビン２を用いたピストンであって、この場
合には中心に対して互いに対称な位置にある一対のビン
穴がドリル加工されて円形孔１０．１１が形成されるよ
うにしている。これらの円形孔１０．１１がそれぞれオ
イル入口孔およびオイル出口孔を構成することになる。 ところが支持ビン２を扱いた後に残る２本のビン穴９に
ついては、このまま放置するとオイルが漏れて冷却効果
を損うことになる。そこで鋳造後にこのようなビン穴９
をプラグによって塞ぐようにしていた。従ってプラグを
必要とするばかりでなく、加工工数が増大する欠点があ
った。 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、金型内において補強用のプリフォーム上に載置され
た可溶性中子を押えるための支持ビンを必要とせず、ま
た支持ビンを受けるための支持座やビン穴が残らないよ
うにした内燃機関用ピストンの製造方法を提供すること
を目的とするものである。 Ｋ問題点を解決するための手段】 本発明は、所定の部位を補強するためのプリフォーム上
に可溶性中子を載置して金型内に配し、溶湯を前記金型
内に注入して前記プリフォームを加圧鋳造により複合す
るとともに、鋳造後に鋳口まれた前記可溶性中子を溶解
して内部に冷却用空洞を形成するようにした方法におい
て、前記金型によって保持される例えば発泡金属成形体
から成る支持リング等の支持手段を設け、前記プリフォ
ーム上に載置されている前記可溶性中子を前記支持手段
によってＷＪ場が金型内に注入されたとき可溶性中子が
浮力によって浮いたり移動しないように保持しながら加
圧鋳造し、鋳造後に上記支持手段がピストン材料と一体
的に複合されるようにしたものである。 １作用】 従って可溶性中子を金型内に配置されているプリフォー
ム上に載置するとともに、この可溶性中子を上から支持
手段によって支持して保持することが可能になり、金型
側に可溶性中子を押えるための支持ビンを必要としなく
なる。この支持手段は例えば多孔材料から構成され、そ
の空孔部に溶湯が加圧により浸透するためにピストン本
体と一体的に複合されることになり、ピストンの運転中
に脱落することがない。また支持ビンを使用しないため
に、余分な穴があかなくなるので後でこの穴を塞ぐ必要
もなくなり、ピストンの潤滑油による冷却効果も高まる
。 に実施例】 第１図は本発明の一実施例に係る内燃機関用ピストンの
製造方法に用いられる金型を示すものであって、この金
型は下型１５と、この下型１５上に重ねて配置される筒
型１６と、筒型１６内に挿入され、ピストンの内部に凹
部を形成するためのパンチ型１７とを備えている。下型
１５の内側の中央部には突部１８が形成されており、こ
の突部１８によってピストンの頂面に燃焼室を形成する
ようにしている。 このような金型を用いて冷却用空洞を内部に備えるピス
トンを加圧鋳造する場合には、下型１５の内側の周縁部
にプリフォーム１９を配する。プリフォーム１９は多孔
性金属焼結体をリング状に成形したものであって、例え
ばトップリング溝の部分を補強するためのものである。 このプリフォーム１９は内側に可溶性中子を受ける凹み
部２３を設け、ここに可溶性中子を嵌込む。この食塩か
ら成る可溶性中子２０を後から水で溶解すると、ピスト
ンの内部に冷却用空洞が形成されるようになっている。 そして可溶性中子２０の上に支持リング２１を配置し、
下型１５と筒型１６によって固定する。 抑圧リング２１は第６図に示すように多孔性材料の形成
体で、例えば住友電工株式会社製のニツケルセルメット
から構成されるとともに、中心側の開口部に突出するよ
うに４個の支持片３４を備えるようになっており、これ
らの支持片３４によって可溶性中子２０が上方に移動し
ないよう保持するようにしている。すなわち可溶性中子
２０はプリフォーム１９の凹み部２３と支持リング２１
とにより上下左右の移動が阻止されるため、鋳造中の溶
湯の移動や浮力によってその位置が変らなくなる。なお
支持リング２１は第１図に示すように、下型１５の上側
の段部２２に保持されるようになっている。 このように金型内にプリフォーム１９と可溶性中子２０
とを配置するとともに、可溶性中子２０を支持リング２
１によって押えた状態において、金型のキャビティ内に
アル、ミニラム合金の溶湯を注入する。そして図外の加
圧手段によってアルミニウム合金を加圧しながら固化さ
せることにより、第４図および第５図に示すようなピス
トン２６が得られることになる。ピストン２６は上記金
型の突部１８によってその頂部に燃焼室２７が形成され
ている。またピストン２６は鋳造後に機械加工によって
外周面に３本のリング溝２８．２９．３０が形成される
ようになっている。そして１番上側のトップリング溝２
８については、上記プリフォーム１９によって補強され
るようになっている。 しかもピストン２６は、その鋳造後に第５図に示すよう
に、下側から軸線方向とほぼ平行に一対の円形孔３１．
３２を形成する。これらの円形孔３１．３２は上記可溶
性中子２０に至る深さとする。そしてこれらの円形孔３
１．３２を通して内部に水を噴射して注入する。すると
水によって可溶性中子２０が溶解され、第４図に示すよ
うに燃焼室２７の外周側に臨むように冷却用空洞３３が
内部に形成されることになる。このようなピストン２６
がエンジンに組込まれると、上記円形孔３１．３２がそ
れぞれ冷却油注入口および冷却油注出口を構成すること
になり、これらの注入口３１および注出口３２を通して
冷却用空洞３３内に冷却油が循環することになる。従っ
てとくにピストン２６の頂面側の部分がオイルで冷却さ
れることになる。 このようなピストン２６によれば、とくにその冷却用空
洞３３を形成するための可溶性中子２０が金型内におい
てプリフォーム１９上に載置されるとともに支持リング
２１によって押えられるようになっている。従って可溶
性中子２０を押えるための支持ビンが必要でなくなり、
これによって圧力に耐えられずに支持ビンが破損する事
故を防止することが可能になる。また支持ビンが不要に
なることから、ピストン側に支持座や支持穴を設ける必
要がなくなる。また支持ビンを用いないために、金型か
ら取外されたピストンには、ビン穴が残らない。従って
ビン穴をプラグによって塞ぐ必要がなくなり、部品およ
び工数の点で有利になり、ピストンのコストの削減を図
ることが可能になる。 ビンに代えて可溶性中子２０を押えるための支持リング
２１は最終的にピストン２６に鋳口まれた状態でピスト
ン２６内に残ることになる。すなわちこの支持リング２
１の無数の孔の部分にアルミニウム合金の溶湯が注入さ
れて複合されることになる。この支持リング２１は無機
繊維や多孔質金属であってもよいが、多孔率を大きくし
ても可溶性中子２０を保持する十分な強度を有する発泡
金属成形体が好ましい。またその体積率はアルミニウム
合金母材との複合を良好にし、複合後におけるその部分
のアルミニウム合金の母材との材質の差を小さくするた
め７％以下であることが好ましい。また支持リング２１
の内周面の所定の位置、例えばその円周方向の４箇所に
それぞれ支持片３４を設けておくことによって、支持リ
ング２１の半径方向の寸法を小さくすることが可能にな
り、使用する発泡金属の量も少なくなる。 第２図は変形例に係るピストンの製造方法を示すもので
あって、この変形例においては、トップリング溝２８の
部分を補強するプリフォーム１９の＾さ方向の寸法を小
さくするとともに、ピストン２６の肩部に達しない寸法
としている。そしてこのようなプリフォーム１９を下型
１５の下側の段部３７上にセットし、その上に可溶性中
子２０を載置するとともに、この可溶性中子２０を支持
リング２１によって押えるようにしている。このような
金型によって鋳造されるピストンにおいても、その鋳造
時に可溶性中子２０を押えるために支持ビンを必要とし
なくなる。従ってこのようなピストンにおいても、上記
実施例と同様の作用効果を奏することが可能になる。 第３図は別の変形例のピストンの製造のための金型を示
すものであって、この金型においては、その下型１５の
内側の中央部に形成されている突部１８の周囲にプリフ
ォーム１９を配するようにしている。プリフォーム１９
はＳｉＣウィスカから成り、ピストン２６の燃焼ｖ２７
の周縁部を、補強するようにピストン２６に複合される
ことになる。そしてこのプリフォーム１９上に可溶性中
子２０を載置するとともに、可溶性中子２０を支持リン
グ２１によって押えるようにしている。従ってこの変形
例においては、可溶性中子２０は燃焼室２７の縁部を補
強するプリフォーム１９と金型によって保持される支持
リング２１とによって挟着保持されることになる。そし
てこの場合においても支持ビンが不要になることから、
上記実施例と同様の作用効果を奏することが可能になる
。 なお支持リング２１の形状は第６図の形状に限定される
ことなく、第７図および第８図に示す形状、あるいはこ
れに類似する形状であってもよい。 Ｋ発明の効果】 以上のように本発明は、金型によって保持される支持手
段を設け、プリフォーム上に載置されている可溶性中子
を支持手段によって支持して保持しながら加圧鋳造する
ようにしたものである。従ってこのような構成によれば
、金型のパンチ型に支持ビンを設け、この支持ビンによ
って可溶性中子の浮きを防止することが不要になる。従
って溶湯の圧力によって支持ビンが折れる事故を防止す
ることが可能になるとともに、支持ビンを抜いた後にで
きる穴もなくなることから、穴をプラグで塞ぐ必要もな
くなる。 また第２の発明は、支持手段を多孔性材料の成形体から
成る支持リングとし、また第３の発明は発泡金属成形体
によって支持リングを構成するとともに、この押圧リン
グをピストンに鋳口まれるようにしたものである。従っ
てこの支持リングの孔の部分に溶湯が注入されて確実に
複合されることになり、後から支持リングを取外す必要
がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る製造方法に用いられる
金型の縦断面図、第２図および第３図は変形例の製造方
法に用いられる金型の縦断面図、第４図は第１図に示す
金型によって鋳造されたピストンの縦断面図、第５図は
同底面図、第６図は可溶性中子を押える支持リングの外
観斜視図、第第７図は変形例の支持リングの外観斜視図
、第８図は同縦断面図、９図は従来の方法によって製造
されたピストンの横断面図、第１０図および第１１図は
従来のピストンの製造方法を示す金型の縦断面図である
。 また図面中の主要な部分の名称はつぎの通りである。 １５・・・下型 １６・・・筒型 １７・・・パンチ型 １９・・・プリフォーム ２０・・・可溶性中子 ２１・・・支持リング ・段部 ・アルミニウム合金の溶湯 一ピストン ・燃焼至 ・トップリング溝 ・冷却油注入口（円形孔） ・冷却油注出口（円形孔） ・冷却用空洞 ・支持片

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の部位を補強するためのプリフオーム上に可溶
   性中子を載置して金型内に配し、溶湯を前記金型内に注
   入して前記プリフオームを加圧鋳造により複合するとと
   もに、鋳造後に鋳包まれた前記可溶性中子を溶解して内
   部に冷却用空洞を形成するようにした方法において、前
   記可溶性中子を前記金型によって保持される支持手段と
   前記プリフォームとによって保持しながら加圧鋳造する
   ことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。 ２、前記支持手段が多孔性材料の成形体から成る支持リ
   ングであつて、このリングの空孔部に鋳造時に溶湯を浸
   透させ、ピストン中に一体に複合させるようにしたこと
   を特徴とする請求項第１項に記載の内燃機関用ピストン
   の製造方法。 ３、前記多孔性材料が発泡金属であることを特徴とする
   請求項第２項に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。