JP2007085201A - Method of manufacturing piston for internal combustion engine, and piston for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却空洞を構成すべくパイプ部材をピストンの鋳造とともに鋳込んで構成される内燃機関用ピストン及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a piston for an internal combustion engine configured by casting a pipe member together with a piston to form a cooling cavity, and a method for manufacturing the same.
内燃機関の運転時、ピストンは高温の燃焼ガスを受けるため高温となる。そのため、例えば材料強度低下によるピストン亀裂や、ピストン外周に設けたリング溝の摩耗大による種々の不具合(ピストンリング折損等)が生じる虞がある。 During the operation of the internal combustion engine, the piston receives a high-temperature combustion gas and thus becomes hot. For this reason, for example, there is a possibility that various problems (piston ring breakage, etc.) may occur due to piston cracks due to a decrease in material strength, and ring wear provided on the outer periphery of the piston.
そこで、これらを防止するために、燃焼室に近いピストン頭部の内部には冷却空洞が構成されている。冷却空洞はピストン冷却のためにオイルが吹き付けられるピストンの内側面側にて開口しており、ピストンはオイルの吹き付けにより冷却されるとともに、吹き付けられたオイルが開口から空洞内を循環することによっても冷却される構造となっている。 In order to prevent these problems, a cooling cavity is formed inside the piston head near the combustion chamber. The cooling cavity is opened on the inner surface side of the piston to which oil is sprayed for piston cooling, and the piston is cooled by the oil spraying, and the sprayed oil circulates in the cavity from the opening. The structure is cooled.
このような冷却空洞をピストン内に形成するために、従来では、パイプ部材をピストンの鋳造とともに鋳込むようにした技術が例えば特許文献1にて提案されている。
具体的に、特許文献1では、環状のパイプ材の一側にガイドパイプがロウ付けされて空洞部材が形成され、この空洞部材が鋳型内にセットされ該型内にアルミニウム合金溶湯が注湯されることで、冷却空洞を有するピストンが製造されるようになっている。
In order to form such a cooling cavity in a piston, for example, Patent Document 1 proposes a technique in which a pipe member is cast together with casting of a piston.
Specifically, in Patent Document 1, a guide pipe is brazed to one side of an annular pipe member to form a hollow member, the hollow member is set in a mold, and molten aluminum alloy is poured into the mold. As a result, a piston having a cooling cavity is manufactured.
ところで、空洞部材のガイドパイプはオイルの出入り口となるため、ピストンの内側面にて開口させる必要がある。しかも、このガイドパイプは鋳型内で空洞部材を支持する役目も担っているため、ピストンの内側面を成形する中子型にてガイドパイプを支持する必要がある。 By the way, since the guide pipe of the hollow member serves as an inlet / outlet of oil, it is necessary to open it at the inner surface of the piston. In addition, since this guide pipe also plays a role of supporting the hollow member in the mold, it is necessary to support the guide pipe with a core mold for molding the inner surface of the piston.
上記文献1では、中子型にガイドパイプを支持するための支柱が設けられ、該支柱に対してガイドパイプの先端部を加熱して圧入するようにしている。そのため、中子型への空洞部材の位置決めが煩雑であった。 In Document 1, a support for supporting the guide pipe is provided in the core type, and the tip end portion of the guide pipe is heated and press-fitted into the support. Therefore, the positioning of the hollow member in the core mold is complicated.
そこで、特許文献2には、冷却空洞となる円環状の管部材の周囲に、金属多孔体環を配置し、この金属多孔体環を型内の段差部に配置し、該型内にアルミニウム合金の溶湯を注湯してピストン成形体を得た後、金属多孔体環にアルミ溶湯が侵入して凝固した環状強化部の領域内にピストンリング溝を形成するピストンの製造方法が記載されている。 Therefore, in Patent Document 2, a metal porous body ring is disposed around an annular tube member serving as a cooling cavity, and the metal porous body ring is disposed at a step portion in the mold, and an aluminum alloy is disposed in the mold. A piston manufacturing method is described in which a piston molded body is obtained by pouring a molten metal, and then a piston ring groove is formed in the region of the annular reinforcing portion solidified by the molten aluminum entering the metal porous body ring. .
このような技術によれば、冷却空洞を構成する管部材の位置決めを良好に行うことができるとともに、ピストンリング溝を環状強化部に形成することで、ピストンリング溝の強化を図ることができる。
しかしながら、金属多孔体環とピストン本体側とは十分に結合されているものの、円環状の管部材とピストン本体側との結合については十分に考慮がなされていない。従って、管部材がピストン本体側と異なる材料により構成される場合、管部材とピストン本体側とが十分に密着せず、両者の間に断熱層となる空気層が形成されるため、十分な冷却効果を得ることができないという問題がある。また、管部材と金属多孔体環とが異なる材料により構成されているため、ピストンに使用される材料数が増加するという問題もある。 However, although the metal porous ring and the piston main body side are sufficiently coupled, the coupling between the annular tube member and the piston main body side is not sufficiently considered. Therefore, when the pipe member is made of a material different from that of the piston main body side, the pipe member and the piston main body side do not sufficiently adhere to each other, and an air layer serving as a heat insulating layer is formed between them. There is a problem that the effect cannot be obtained. Further, since the pipe member and the metal porous ring are made of different materials, there is a problem that the number of materials used for the piston increases.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、パイプ部材を鋳込んで冷却空洞を構成する内燃機関用ピストンの製造方法及び内燃機関用ピストンであって、ピストン成形時にパイプ部材の位置決めを容易に行うことができるとともに、使用材料の低減を図り、更に冷却効果の高い構造となる内燃機関用ピストンの製造方法及び内燃機関用ピストンを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is a method for manufacturing a piston for an internal combustion engine in which a cooling cavity is formed by casting a pipe member, and a piston for an internal combustion engine. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a piston for an internal combustion engine and a piston for an internal combustion engine that can easily position a pipe member during molding, reduce the material used, and have a structure with a high cooling effect.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、アルミニウム合金により構成されるとともに、冷却空洞を構成すべくパイプ部材をピストンの鋳造とともに鋳込んで構成される内燃機関用ピストンの製造方法であって、前記冷却空洞を構成すべく中空円環状をなすパイプ本体部と、該パイプ本体部の径方向外側部分からフランジ状に設けられるフランジ部とを有し、前記パイプ本体部と前記フランジ部とを同一の金属材料により構成した前記パイプ部材を作製する工程と、ピストン本体側と同種の組成のアルミニウム合金溶湯に前記パイプ部材を浸潰し、前記パイプ本体部及び前記フランジ部の表面に被膜を形成する工程と、前記パイプ部材の前記フランジ部を鋳型の内周面に設けた段差部に載置して該段差部と該内周面とで位置決めし、前記パイプ部材を前記鋳型内に支持する工程と、前記鋳型内にピストンを構成するアルミニウム合金溶湯を注湯して前記パイプ部材が鋳込まれたピストン中間体を成形する工程と、前記鋳型にて成形された前記ピストン中間体の外側面を切削及び研磨してピストンの外形を形成する工程と、を備えたことをその要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 is a manufacturing of a piston for an internal combustion engine which is made of an aluminum alloy and which is formed by casting a pipe member together with the casting of the piston so as to form a cooling cavity. A pipe main body portion that forms a hollow ring to form the cooling cavity, and a flange portion that is provided in a flange shape from a radially outer portion of the pipe main body portion, the pipe main body portion and the A step of producing the pipe member in which the flange portion is made of the same metal material; and the pipe member is immersed in a molten aluminum alloy having the same composition as that of the piston main body side, and is formed on the surfaces of the pipe main body portion and the flange portion. A step of forming a coating; and the flange portion of the pipe member is placed on a step portion provided on the inner peripheral surface of the mold, and the step portion and the inner peripheral surface are positioned. A step of supporting the pipe member in the mold, a step of forming a piston intermediate body in which the pipe member is cast by pouring molten aluminum alloy constituting the piston in the mold, and the mold And the step of cutting and polishing the outer surface of the piston intermediate formed to form the outer shape of the piston.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、前記ピストンの外周にはピストンリングを装着するためのリング溝を有し、前記フランジ部がピストンを構成する金属材料よりも硬度の高い金属材料にて形成されるとともに、前記切削及び研磨により前記リング溝を形成する際に前記フランジ部が前記リング溝に露出するようにしたことをその要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing a piston for an internal combustion engine according to the first aspect, the outer periphery of the piston has a ring groove for mounting a piston ring, and the flange portion constitutes the piston. The gist of the present invention is that the flange portion is exposed to the ring groove when the ring groove is formed by the cutting and polishing.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、前記フランジ部が前記リング溝の下側内壁面に露出するようにしたことをその要旨とする。 The gist of the invention described in claim 3 is that, in the method for manufacturing a piston for an internal combustion engine according to claim 2, the flange portion is exposed on the lower inner wall surface of the ring groove.
請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、前記パイプ部材のフランジ部が前記リング溝に対応する位置となるように、前記段差部の位置が設定されることをその要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a piston for an internal combustion engine according to the second or third aspect, the position of the stepped portion is such that the flange portion of the pipe member is at a position corresponding to the ring groove. The gist is that is set.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、前記フランジ部の切削及び研磨される部分が前記段差部に載置されることをその要旨とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a piston for an internal combustion engine according to any one of the first to fourth aspects, a portion to be cut and polished of the flange portion is placed on the stepped portion. This is the gist.
請求項6に記載の発明は、アルミニウム合金により構成されるとともに、冷却空洞を構成すべくパイプ部材をピストンの鋳造とともに鋳込んで構成される内燃機関用ピストンであって、前記パイプ部材は、前記冷却空洞を構成すべく中空円環状をなすパイプ本体部と、該パイプ本体部の径方向外側部分からピストンの外周までフランジ状に延出されたフランジ部とを有し、前記パイプ本体部と前記フランジ部とを同一の金属材料により構成し、前記パイプ本体部及び前記フランジ部の表面にピストン本体側と同種の組成のアルミニウム合金よりなる被膜が形成されたことをその要旨とする。 The invention according to claim 6 is an internal combustion engine piston which is made of an aluminum alloy and which is formed by casting a pipe member together with a piston to form a cooling cavity. A pipe body portion having a hollow annular shape to form a cooling cavity, and a flange portion extending in a flange shape from a radially outer portion of the pipe body portion to an outer periphery of the piston, the pipe body portion and the pipe The gist is that the flange portion is made of the same metal material, and a coating made of an aluminum alloy having the same composition as the piston main body is formed on the surfaces of the pipe main body portion and the flange portion.
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の内燃機関用ピストンにおいて、前記ピストンの外周にはピストンリングを装着するためのリング溝を有し、前記フランジ部がピストンを構成する金属材料よりも硬度の高い金属材料にて形成されるとともに、前記リング溝に露出することをその要旨とする。 A seventh aspect of the present invention is the internal combustion engine piston according to the sixth aspect, wherein the piston has a ring groove for mounting a piston ring on the outer periphery of the piston, and the flange portion constitutes the piston. The gist of the present invention is that it is formed of a metal material having higher hardness and exposed to the ring groove.
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の内燃機関用ピストンにおいて、前記フランジ部が前記リング溝の下側内壁面に露出することをその要旨とする。
(作用)
請求項1に記載の発明によれば、ピストン内に鋳込まれるパイプ部材は、中空円環状をなすパイプ本体部と、該パイプ本体部の径方向外側部分からフランジ状に設けられるフランジ部とを有し、そのパイプ本体部とフランジ部とが同一の金属材料により作製される。次いで、パイプ部材はピストン本体側と同種の組成のアルミニウム合金溶湯に浸潰され、パイプ本体部及びフランジ部の表面に被膜が形成される。次いで、パイプ部材のフランジ部が鋳型の内周面に設けた段差部に載置されて該段差部と該内周面とで位置決めされ、鋳型内に支持される。次いで、鋳型内にピストンを構成するアルミニウム合金溶湯が注湯されてパイプ部材が鋳込まれたピストン中間体が成形され、そして、成形されたピストン中間体の外側面が切削及び研磨されてピストンの外形が形成される。こうして、内部に冷却空洞を有するピストンが製造される。このようにパイプ部材にフランジ部を設け、該フランジ部にて鋳型内の段差部に載置するだけで、パイプ部材を鋳型内に容易に位置決め支持することができる。また、パイプ部材のパイプ本体部とフランジ部とが同一の金属材料にて形成されることから、パイプ部材、ひいてはピストンに用いる材料の数が少なくて済む。この場合、パイプ部材を一体形成でき、パイプ部材、ひいてはピストンの部品数を少なくすることが可能である。更に、ピストン本体側と同種の組成のアルミニウム合金溶湯にパイプ部材が浸潰されてパイプ本体部及びフランジ部の表面に被膜が形成されることから、ピストン成形時においてパイプ本体部及びフランジ部とピストン本体側との密着性が高くなる。これにより、パイプ部材とピストン本体との間の断熱層となる空気層の形成を極力低減でき、ピストン本体側からパイプ部材側、即ち冷却空洞側への熱伝導性が良好となって、冷却効果の高い構造となる。
The gist of the invention according to claim 8 is that, in the piston for the internal combustion engine according to claim 7, the flange portion is exposed on the lower inner wall surface of the ring groove.
(Function)
According to the first aspect of the present invention, the pipe member cast into the piston includes a pipe body portion having a hollow annular shape, and a flange portion provided in a flange shape from a radially outer portion of the pipe body portion. The pipe body and the flange are made of the same metal material. Next, the pipe member is immersed in a molten aluminum alloy having the same composition as that of the piston body, and a coating is formed on the surfaces of the pipe body and the flange. Next, the flange portion of the pipe member is placed on the step portion provided on the inner peripheral surface of the mold, positioned by the step portion and the inner peripheral surface, and supported in the mold. Next, molten aluminum alloy constituting the piston is poured into the mold to form a piston intermediate body in which a pipe member is cast, and the outer surface of the formed piston intermediate body is cut and polished to remove the piston. An outline is formed. Thus, a piston having a cooling cavity inside is manufactured. Thus, the pipe member can be easily positioned and supported in the mold simply by providing the pipe member with the flange portion and placing the flange portion on the stepped portion in the mold. In addition, since the pipe main body portion and the flange portion of the pipe member are formed of the same metal material, the number of materials used for the pipe member and hence the piston can be reduced. In this case, the pipe member can be integrally formed, and the number of parts of the pipe member, and hence the piston, can be reduced. Furthermore, since the pipe member is immersed in a molten aluminum alloy having the same composition as that of the piston main body and a coating is formed on the surfaces of the pipe main body and the flange, the pipe main body, the flange and the piston are formed at the time of piston molding. Adhesion with the main body side becomes high. As a result, the formation of an air layer serving as a heat insulating layer between the pipe member and the piston body can be reduced as much as possible, the thermal conductivity from the piston body side to the pipe member side, i.e., the cooling cavity side, is improved, and the cooling effect It becomes a high structure.
請求項2,7に記載の発明によれば、パイプ部材のフランジ部がピストンを構成する金属材料よりも硬度の高い金属材料にて形成され、リング溝にて露出する。これにより、リング溝内のフランジ部が露出する部分の耐摩耗性が向上し、摩耗の進行が緩やかとなるピストンを製作できる。 According to invention of Claim 2, 7, the flange part of a pipe member is formed with a metal material whose hardness is higher than the metal material which comprises a piston, and is exposed in a ring groove. Thereby, the wear resistance of the portion where the flange portion in the ring groove is exposed is improved, and a piston in which the progress of wear is moderate can be manufactured.
請求項3,8に記載の発明によれば、パイプ部材のフランジ部がリング溝の下側内壁面に露出して該下側内壁面を構成する。即ち、燃焼ガスの圧力を直接的に受けるピストンリングがこのリング溝に装着される場合、リング溝の下側内壁面はそのピストンリングから大きな押圧力を受けるため摩耗が大きい部位であるが、該下側内壁面を硬度が高い金属材料のフランジ部にて構成することで、該下側内壁面の耐摩耗性が向上し、摩耗の進行が緩やかとなるピストンを製作できる。 According to invention of Claim 3, 8, the flange part of a pipe member is exposed to the lower inner wall face of a ring groove, and comprises this lower inner wall face. That is, when a piston ring that directly receives the pressure of the combustion gas is attached to this ring groove, the lower inner wall surface of the ring groove receives a large pressing force from the piston ring. By constituting the lower inner wall surface with a flange portion made of a metal material having high hardness, it is possible to manufacture a piston in which the wear resistance of the lower inner wall surface is improved and the progress of wear is moderate.
請求項4に記載の発明によれば、パイプ部材のフランジ部がリング溝に対応する位置となるように段差部の位置が設定される。これにより、フランジ部を単純な平板状としながらも、該フランジ部をリング溝に位置することが可能となる。 According to the invention described in claim 4, the position of the stepped portion is set so that the flange portion of the pipe member is located at a position corresponding to the ring groove. Thereby, the flange portion can be positioned in the ring groove while the flange portion has a simple flat plate shape.
請求項5に記載の発明によれば、フランジ部の切削及び研磨される部分が段差部に載置される。これにより、パイプ部材のフランジ部における載置される部分や段差部の形状の自由度を向上できる。 According to the invention described in claim 5, the portion of the flange portion to be cut and polished is placed on the step portion. Thereby, the freedom degree of the shape of the part and step part in which the flange part of a pipe member is mounted can be improved.
請求項6に記載の発明によれば、ピストン内に鋳込まれるパイプ部材は、中空円環状をなすパイプ本体部と、該パイプ本体部の径方向外側部分からピストンの外周までフランジ状に延出されたフランジ部とを有している。そのパイプ本体部とフランジ部とは同一の金属材料により構成され、更にパイプ本体部及びフランジ部の表面にピストン本体側と同種の組成のアルミニウム合金よりなる被膜が形成されたものが使用される。このようなパイプ部材が鋳込まれるピストンは、上記請求項1の製造方法にて製造可能であるため、上記と同様、ピストン成形時においてパイプ部材を鋳型内に容易に位置決め支持できるとともに、使用材料の低減された冷却効果の高い構造となる。 According to the sixth aspect of the present invention, the pipe member cast into the piston extends in a flange shape from the radially outer portion of the pipe body portion to the outer periphery of the piston. And a flange portion. The pipe main body part and the flange part are made of the same metal material, and the pipe main body part and the flange part are formed with a coating made of an aluminum alloy having the same composition as the piston main body side. Since the piston into which such a pipe member is cast can be manufactured by the manufacturing method according to claim 1, the pipe member can be easily positioned and supported in the mold at the time of piston molding as described above, and the material used Thus, a structure with a reduced cooling effect is obtained.
従って、本発明によれば、ピストン内に鋳込むパイプ部材の位置決めを容易に行うことができるとともに、使用材料の低減を図り、更に冷却効果の高い構造となる内燃機関用ピストンの製造方法及び内燃機関用ピストンを提供することができる。 Therefore, according to the present invention, the pipe member cast into the piston can be easily positioned, the material used can be reduced, and the internal combustion engine piston manufacturing method and the internal combustion engine having a structure with a high cooling effect. An engine piston can be provided.
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図1は、内燃機関に用いられるピストン10を示している。ピストン10は下方が中空の略円柱状をなしており、該ピストン10の上部外周には3つのリング溝11〜13が形成されている。各リング溝11〜13は断面が略矩形状をなしている。各リング溝11〜13には、それぞれピストンリング14〜16が装着される。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a
各ピストンリング14〜16のうち、上部の2つのリング溝11,12に装着されるピストンリング14,15は、主として燃焼室の気密保持の役割を担う第1及び第2コンプレッションリングとなっている。これらピストンリング14,15は、周方向の1箇所に切れ目を有する円環平板形状をなしている。また最下部のリング溝13に装着されるピストンリング16は、主として内燃機関のシリンダ内壁面の余剰オイルを掻き落とす役割を担うオイルリングとなっている。ピストンリング16は、断面が略I型形状で周方向の1箇所に切れ目を有する円環状をなしており、その内側には、該リング16を径方向外側に付勢するコイルエキスパンダ17が装備されている。
Among the piston rings 14 to 16, the piston rings 14, 15 mounted in the upper two
また、図2に示すように、最上部のリング溝11の径方向内側には、該リング溝11に沿うように円環状をなす冷却空洞20が構成されている。冷却空洞20は、パイプ部材21をピストン10の鋳造とともに鋳込むことでピストン10内部に構成される。因みに、本実施の形態では、ピストン10本体はアルミニウム合金よりなり、パイプ部材21はピストン10本体側のアルミニウム合金よりも硬度が高いステンレスよりなる。
Further, as shown in FIG. 2, an
パイプ部材21は、冷却空洞20を構成すべく中空円環状をなすパイプ本体部22と、該パイプ本体部22の径方向外側部分からフランジ状に設けられるフランジ部23とを有している。パイプ本体部22内の冷却空洞20は、ピストン10の内側面側に開口が形成される連通孔(図示略)と連通されている。このピストン10内側面側には、該ピストン10の下方(クランクケース側)から噴射されるオイルが吹き付けられ、ピストン10はオイルの吹き付けにより冷却されるとともに、吹き付けられたオイルが開口から空洞20内を循環することによっても冷却される構造となっている。
The
また、パイプ部材21のフランジ部23は、ピストン10の外周まで延びており、リング溝11の下側内壁面11aにて露出して該下側内壁面11aを構成している。即ち、このリング溝11の下側内壁面11aは、燃焼ガスの圧力を直接的に受けるピストンリング14から大きな押圧力を受けるため摩耗が大きい部位であるが、該下側内壁面11aをピストン10本体側のアルミニウム合金よりも硬度が高いステンレスのフランジ部23にて構成することで、該下側内壁面11aの耐摩耗性が向上し、摩耗の進行が緩やかとなる。
The
また、フランジ部23は径方向に延びているため、燃焼室があるピストン10の上部からの熱を効果的に吸収することが可能となっている。しかも、吸収した熱はフランジ部23を通じて冷却空洞20側、若しくはピストンリング14からシリンダ内壁面(図示略)側に伝わるため、ピストン10の冷却効果は大きい。特に、フランジ部23が位置する下側内壁面11aの冷却が良好に行われるので、このことによっても下側内壁面11aの耐摩耗性が向上する。
Moreover, since the
次に、本実施の形態におけるピストン10の製造態様について説明する。
図3に示すように、ピストン10を成形する鋳型30は、外型31、中子型32及び上型33とを備えている。外型31、中子型32及び上型33には、各型31〜33に跨って、完成品のピストン10(図4で波線にて図示)よりも若干大きいピストン中間体(図示略)を形成するための成形凹部34が形成されている。即ち、外型31には、ピストン中間体の外周面を成形するための内周面31aが形成されている。また、中子型32には、ピストン中間体の内側面を成形するための外周面32aが形成されており、上型33には、ピストン中間体の上面を成形するための下面33aが形成されている。また、この外型31には、アルミニウム合金溶湯(アルミ溶湯)を注湯するための注湯口(図示略)が形成されている。
Next, a manufacturing mode of the
As shown in FIG. 3, the
また、外型31の内周面31aには、円環状に段差部31bが形成されている。段差部31bは、上型33側から成形凹部34内に挿入したパイプ部材21を載置するために設けられている。この段差部31bにおける載置面は平面となっている。段差部31bに載置されるパイプ部材21のフランジ部23は、ピストン10の切削研磨加工前においては、ピストン中間体と同様に完成品のピストン10よりも径方向外側に大きく形成されるものであり、その完成品のピストン10よりも径方向外側に突出する外周部分23aが段差部31bに載置される。また、段差部31bに載置されるフランジ部23は、完成品のピストン10の最上部のリング溝11に対応する位置(高さ)に設定されている。
Further, an
ここで、本実施の形態のパイプ部材21は、図5のように構成されている。図5(a)に示すように、中空をなすステンレス製のパイプ材が円環状に曲げられて端部同士が接合され、パイプ本体部22が構成される。尚、図5(d)に示すように、連結パイプ24を用い、パイプ材の各端部を挿入してかしめ、円環状のパイプ本体部22を構成してもよい。円環状に構成されたパイプ本体部22の径方向外側部分には、フランジ部23を構成するための図5(b)に示すような平板円環状をなす同じくステンレス製のリング材が配置され接合される。これにより、図5(c)に示すように、パイプ本体部22の径方向外側部分にフランジ部23を有するパイプ部材21が構成される。この場合のフランジ部23の外径は、完成品のピストン10の外径よりも大きく設定されている。
Here, the
また、このように構成されるパイプ部材21の表面には、ピストン10成形時にピストン10本体との間に断熱層となる空気層が極力形成されないように、ピストン10本体側のアルミニウム合金との密着性を高くするアルミナイジング(被膜処理)が施される。より詳しくは、パイプ部材21は先ず予備加熱され、予備加熱されたパイプ部材21がピストン10本体を構成するアルミニウム合金と同一組成のアルミ溶湯に浸潰される。尚、この場合、全くの同一の組成でなく、若干組成の異なる同種のアルミ溶湯を用いてもよい。そして、所定時間経過後にパイプ部材21がアルミ溶湯から取り出され、パイプ部材21の表面に10〜20μmの被膜(図示略)が形成される。この被膜により、パイプ部材21とピストン10本体側との密着性が高められる。
Further, the surface of the
そして、ピストン10を製造するにあたり、先ず図3及び図4に示すように、パイプ部材21のフランジ部23(外周部分23a)が外型31の段差部31bに載置され、該段差部31b及び内周面31aとで位置決めされて、上型33が閉められる。次いで、注湯口からアルミ溶湯が成形凹部34内に流し込まれ、冷却後、上型33が開けられて、パイプ部材21が鋳込まれたピストン中間体が成形凹部34から取り出される。尚、アルミ溶湯が流し込まれる際、フランジ部23の下面側への回り込みが良好でない場合には、外型31に対しエア抜き等の対策がなされる。
In manufacturing the
次いで、取り出されたピストン中間体には、各リング溝11〜13を含めた完成品の外形を形成すべく、該ピストン10の外側面の切削及び研磨加工が施される。このとき、ピストン10の外側面の切削及び研磨加工と同時に、パイプ部材21のフランジ部23の外周部分23aもその加工がなされる。そして、リング溝11の形成とともに、フランジ部23が該リング溝11の下側内壁面11aにて露出する。また、図示しないがピストン10の内側面には、パイプ部材21の冷却空洞20と連通する連通孔が形成され、冷却空洞20内へのオイルの流通が可能とされる。こうして、これらの工程を経て、図1及び図2に示すような本実施の形態のピストン10が製造されている。
Next, the outer surface of the
次に、本実施の形態の特徴的な作用効果を記載する。
(1)ピストン10内に鋳込まれるパイプ部材21は、中空円環状をなすパイプ本体部22と、該パイプ本体部22の径方向外側部分からフランジ状に設けられるフランジ部23とを有し、そのパイプ本体部22とフランジ部23とが同一の金属材料により作製される。次いで、パイプ部材21はピストン10本体側と同一組成のアルミ溶湯に浸潰され、パイプ本体部22及びフランジ部23の表面に被膜が形成される。次いで、パイプ部材21は、フランジ部23が鋳型30を構成する外型31の内周面31aに設けた段差部31bに載置されて該段差部31bと該内周面31aとで位置決めされ、鋳型30内に支持される。次いで、鋳型30内にアルミ溶湯が注湯されてパイプ部材21を内部に有するピストン中間体(図示略)が成形され、そして、成形されたピストン中間体の外側面が切削及び研磨されてピストン10の外形が形成される。こうして、内部に冷却空洞を有するピストン10が製造されている。このようにパイプ部材21にフランジ部23を設け、該フランジ部23にて鋳型30内の段差部31bに載置するだけで、パイプ部材21を鋳型30内に容易に位置決め支持することができる。
Next, characteristic actions and effects of the present embodiment will be described.
(1) The
また、パイプ部材21のパイプ本体部22とフランジ部23とが同一の金属材料(ステンレス)にて形成されることから、パイプ部材21、ひいてはピストン10に用いる材料の数が少なくて済む。この場合、図6のようにパイプ部材21を一体形成でき、パイプ部材21、ひいてはピストン10の部品数を少なくすることが可能である。更に、ピストン10本体側と同一のアルミ溶湯にパイプ部材21が浸潰されてパイプ本体部22及びフランジ部23の表面に被膜が形成されることから、ピストン10成形時においてパイプ本体部22及びフランジ部23とピストン10本体側との密着性が高くなる。これにより、パイプ部材21とピストン10本体との間の断熱層となる空気層の形成を極力低減でき、ピストン10本体側からパイプ部材21側、即ち冷却空洞側への熱伝導性が良好となって、冷却効果の高い構造となる。しかも、空気層の形成が極力低減されることから、この部分での割れが生じ難い剛性の高い構造となる。
In addition, since the pipe
(2)パイプ部材21のフランジ部23がピストン10を構成する金属材料(アルミニウム合金)よりも硬度の高い金属材料(ステンレス)にて形成され、最上部のリング溝11の下側内壁面11aにて露出して該下側内壁面11aを構成する。即ち、このリング溝11の下側内壁面11aは、燃焼ガスの圧力を直接的に受けるピストンリング14から大きな押圧力を受けるため摩耗が大きい部位であるが、該下側内壁面11aを硬度が高い金属材料のフランジ部23にて構成することで、該下側内壁面11aの耐摩耗性を向上することができ、摩耗の進行が緩やかとなる。
(2) The
(3)パイプ部材21のフランジ部23が最上部のリング溝11に対応する位置となるように段差部31bの位置(高さ)が設定される。これにより、フランジ部23を単純な平板状としながらも、該フランジ部23を最上部のリング溝11(下側内壁面11a)に位置することができる。
(3) The position (height) of the
(4)フランジ部23の切削及び研磨される外周部分23aが段差部31bに載置される。これにより、パイプ部材21のフランジ部23の外周部分23aや段差部31bの形状の自由度を向上することができる。
(4) The outer
尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
上記実施の形態では、パイプ部材21を、パイプ本体部22に対応するパイプ材と、フランジ部23に対応するリング材との2部品、図5(d)では連結パイプ24を含めると3部品で構成したが、これに限定されるものではない。
The embodiment of the present invention may be modified as follows.
In the above embodiment, the
例えば、図6に示すように、一部品でパイプ部材21を構成してもよい。即ち、図6(a)に示すように、ステンレスよりなる平板25を用い、図6(b)のように中間部分を凹ませた中間部材25aとし、次いで図6(c)(d)の中間部材25b,25cのように凹ました部分にてパイプ本体部22を形成し、両側部分を互いに張り合わせる。そして、図6(d)のような中間部材25cを図6(e)のように円環状に曲げて端部同士を接合してパイプ部材21を形成してもよい。このようにすれば、部品数や用いる材料の数を少なくすることができ、接合箇所も少なくすることができる。
For example, as shown in FIG. 6, you may comprise the
上記実施の形態では、パイプ部材21を構成する材料をステンレスとしたが、この他の材料、例えばピストン10と同様のアルミニウム合金や鉄、銅等を用いてもよい。この場合、パイプ部材21の少なくともフランジ部23に、ピストン10を構成するアルミニウム合金よりも硬度が高い金属材料を用いることが好ましい。
In the above embodiment, the material constituting the
上記実施の形態では、パイプ部材21のフランジ部23を、最上部のリング溝11の下側内壁面11aにて露出させたが、露出箇所はこれに限定されるものではない。例えば、その他のリング溝12,13にて露出させるようにしてもよい。また、リング溝11〜13とは無関係なピストン10の外周の所定箇所にて露出させてもよい。
In the said embodiment, although the
上記実施の形態では、パイプ部材21のフランジ部23が最上部のリング溝11に対応する位置となるように段差部31bの位置(高さ)を設定したが、段差部31bの位置はこれに限るものではなく、例えばフランジ部23を露出させる箇所に応じて適宜変更してもよい。
In the above-described embodiment, the position (height) of the
上記実施の形態では、フランジ部23の切削及び研磨される外周部分23aを円環状としているが、円環状以外の形状としてもよい。また、段差部31bにおいても円環状以外の形状としてもよい。
In the above embodiment, the outer
10…ピストン、11〜13…リング溝、11a…下側内壁面、14〜16…ピストンリング、20…冷却空洞、21…パイプ部材、22…パイプ本体部、23…フランジ部、23a…切削及び研磨される部分である外周部分、30…鋳型、31…外型、31a…内周面、31b…段差部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記冷却空洞を構成すべく中空円環状をなすパイプ本体部と、該パイプ本体部の径方向外側部分からフランジ状に設けられるフランジ部とを有し、前記パイプ本体部と前記フランジ部とを同一の金属材料により構成した前記パイプ部材を作製する工程と、
ピストン本体側と同種の組成のアルミニウム合金溶湯に前記パイプ部材を浸潰し、前記パイプ本体部及び前記フランジ部の表面に被膜を形成する工程と、
前記パイプ部材の前記フランジ部を鋳型の内周面に設けた段差部に載置して該段差部と該内周面とで位置決めし、前記パイプ部材を前記鋳型内に支持する工程と、
前記鋳型内にピストンを構成するアルミニウム合金溶湯を注湯して前記パイプ部材が鋳込まれたピストン中間体を成形する工程と、
前記鋳型にて成形された前記ピストン中間体の外側面を切削及び研磨してピストンの外形を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。 A method for manufacturing a piston for an internal combustion engine, which is composed of an aluminum alloy and is formed by casting a pipe member together with a piston to form a cooling cavity,
A pipe body portion having a hollow ring shape to form the cooling cavity, and a flange portion provided in a flange shape from a radially outer portion of the pipe body portion, and the pipe body portion and the flange portion are the same A step of producing the pipe member made of the metal material of
Immersing the pipe member in a molten aluminum alloy having the same composition as the piston body, and forming a coating on the surfaces of the pipe body and the flange; and
Placing the flange portion of the pipe member on a stepped portion provided on the inner peripheral surface of the mold, positioning the stepped portion and the inner peripheral surface, and supporting the pipe member in the mold;
Pouring an aluminum alloy molten metal constituting the piston into the mold to form a piston intermediate in which the pipe member is cast; and
Cutting and polishing an outer surface of the piston intermediate formed by the mold to form an outer shape of the piston;
A method of manufacturing a piston for an internal combustion engine, comprising:
前記ピストンの外周にはピストンリングを装着するためのリング溝を有し、
前記フランジ部がピストンを構成する金属材料よりも硬度の高い金属材料にて形成されるとともに、前記切削及び研磨により前記リング溝を形成する際に前記フランジ部が前記リング溝に露出するようにしたことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。 In the manufacturing method of the piston for internal-combustion engines according to claim 1,
The outer periphery of the piston has a ring groove for mounting a piston ring,
The flange portion is formed of a metal material having a hardness higher than that of the metal material constituting the piston, and the flange portion is exposed to the ring groove when the ring groove is formed by the cutting and polishing. A method of manufacturing a piston for an internal combustion engine.
前記フランジ部が前記リング溝の下側内壁面に露出するようにしたことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。 In the manufacturing method of the piston for internal-combustion engines according to claim 2,
A method for manufacturing a piston for an internal combustion engine, wherein the flange portion is exposed on a lower inner wall surface of the ring groove.
前記パイプ部材のフランジ部が前記リング溝に対応する位置となるように、前記段差部の位置が設定されることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。 In the manufacturing method of the piston for internal-combustion engines according to claim 2 or 3,
The method of manufacturing a piston for an internal combustion engine, wherein the position of the stepped portion is set so that the flange portion of the pipe member is located at a position corresponding to the ring groove.
前記フランジ部の切削及び研磨される部分が前記段差部に載置されることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。 In the manufacturing method of the piston for internal-combustion engines given in any 1 paragraph of Claims 1-4,
A method for manufacturing a piston for an internal combustion engine, wherein a portion of the flange portion to be cut and polished is placed on the step portion.
前記パイプ部材は、前記冷却空洞を構成すべく中空円環状をなすパイプ本体部と、該パイプ本体部の径方向外側部分からピストンの外周までフランジ状に延出されたフランジ部とを有し、前記パイプ本体部と前記フランジ部とを同一の金属材料により構成し、前記パイプ本体部及び前記フランジ部の表面にピストン本体側と同種の組成のアルミニウム合金よりなる被膜が形成されたことを特徴とする内燃機関用ピストン。 A piston for an internal combustion engine configured by an aluminum alloy and configured by casting a pipe member together with a piston to form a cooling cavity,
The pipe member has a pipe main body portion that forms a hollow ring to form the cooling cavity, and a flange portion that extends in a flange shape from the radially outer portion of the pipe main body portion to the outer periphery of the piston, The pipe body part and the flange part are made of the same metal material, and a coating made of an aluminum alloy having the same composition as the piston body side is formed on the surfaces of the pipe body part and the flange part. A piston for an internal combustion engine.
前記ピストンの外周にはピストンリングを装着するためのリング溝を有し、
前記フランジ部がピストンを構成する金属材料よりも硬度の高い金属材料にて形成されるとともに、前記リング溝に露出することを特徴とする内燃機関用ピストン。 The piston for an internal combustion engine according to claim 6,
The outer periphery of the piston has a ring groove for mounting a piston ring,
The piston for an internal combustion engine, wherein the flange portion is formed of a metal material having a hardness higher than that of a metal material constituting the piston, and is exposed to the ring groove.
前記フランジ部が前記リング溝の下側内壁面に露出することを特徴とする内燃機関用ピストン。 The piston for an internal combustion engine according to claim 7,
The piston for an internal combustion engine, wherein the flange portion is exposed on a lower inner wall surface of the ring groove.
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JP2005272414A JP2007085201A (en) | 2005-09-20 | 2005-09-20 | Method of manufacturing piston for internal combustion engine, and piston for internal combustion engine |
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KR101526744B1 (en) * | 2013-12-18 | 2015-06-08 | 현대자동차주식회사 | Engine piston for vehicle |
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- 2005-09-20 JP JP2005272414A patent/JP2007085201A/en active Pending
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