JP5119244B2 - 一体型のピストンを製造するための方法および該方法によって製造されたピストン - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の方法、すなわち内燃機関に用いられる一体型のピストンであって、ピストンヘッドに全周にわたって環状に延びる、下方に向かって開いたクーリングチャンネルと、ピストンヘッドとピストンスカートとの間に形成された環状の切欠きとが設けられていて、ピストンヘッドとピストンスカートとがピストンボスによって互いに結合されている形式の一体型のピストンをピストンブランクから製造するための方法であって、前記環状の切欠きとクーリングチャンネルとを、切削加工によってピストンブランクに加工成形し、引き続き外側輪郭を仕上げ加工し、クーリングチャンネルを閉じる形式の方法に関する。さらに本発明は、該方法によって製造されたピストンに関する。

スチールから鋳造法で製造されたこのような形式のピストンは、実地から公知である。この場合、閉じられたクーリングチャンネルを得るためには、溶出可能な鋳造中子が使用されなければなない。この鋳物造子はこの製造法を複雑かつ高価にする。

鍛造されたピストンブランクから加工された一体型のピストンは、ドイツ連邦共和国特許第１００１３３９５号明細書から公知である。クーリングチャンネルを製造するためには、さらに２つの互いに異なる作業ステップが必要となる。これらの作業ステップは、互いに異なる旋削工具を用いて、ピストンが回転している状態で実施されなければならない。第１の作業ステップでは、環状の切欠きが加工成形され、この環状の切欠きは、次いで別の軸方向の切欠き分だけ補われる。次いでようやく第２の作業ステップで、この軸方向の切欠きが最終加工されて、完成したクーリングチャンネルを形成する。この場合に欠点となるのは、旋削工具を導入するために、ピストンの回転運動が、予め規定された位置で停止されなければならない、すなわち旋削工具をピストンスカートの間に挿入することのできる位置で停止されなければならないことである。旋削工具の挿入後にようやく、ピストンは再び回転させられ、クーリングチャンネルが加工成形される。

この場合、これらの旋削工具は、ピストン軸線に対して半径方向および軸方向でしか運動しない。その結果、このように製造されたクーリングチャンネルの高さは、ピストンヘッドとボックス形のピストンスカートとの間の切欠きの高さに依存することになる。クーリングチャンネルの高さは、常にピストンヘッドとピストンスカートとの間の切欠きの高さの２倍よりも小さくなる。なぜなら、この切欠きの高さだけでなく、使用される工具の厚さも、クーリングチャンネルの達成可能な高さを制限するからである。

本発明の根底を成す課題は、クーリングチャンネルの高さが、ピストンヘッドとピストンスカートとの間の切欠きの高さとは無関係に形成することができ、しかもピストンの回転運動を中断することなく実施することのできるような一体型のピストンを製造するための方法を提供することである。さらに本発明の課題は、このような方法により製造されたピストンを提供することである。

本発明の課題は、請求項１の特徴部に記載の方法および本発明による方法により製造されたピストンによって解決される。この場合、本発明によって、クーリングチャンネルを切削加工するために、ピストンが回転している状態で１つの工具を、前記切欠きに通してクーリングチャンネルの領域へ弧形の旋回運動の形で進入運動させ、かつクーリングチャンネルを削り出すことが規定されている。

本発明による方法により、クーリングチャンネルの高さを、ピストンヘッドとピストンスカートとの間の切欠きの高さとは無関係に形成することが初めて可能になる。本発明によれば、ピストンボス面に対して平行には実施されない工具の弧形の旋回運動により、使用される工具の寸法が、ピストンヘッドとピストンスカートとの間の切欠きの高さによって制限されなくなる。したがってクーリングチャンネルの高さは常に、その都度製造したいピストンに課せられた要求に適合され得る。これにより本発明による方法を、種々異なるピストンタイプに使用することができる。

本発明はさらに、クーリングチャンネルが、唯１つの作業ステップにおいて唯１つの工具を用いるだけで、ピストンヘッドとピストンスカートとの間の環状の切欠きを起点として製作され得ることにより優れている。このことは作業時間と工具コストを節減し、これにより製造コストを全体的に低減させることができる。

本発明の有利な別の実施態様は請求項２以下に記載されている。

本発明の有利な実施態様では、切欠きを通じた、クーリングチャンネルの領域内への工具の弧形の旋回運動を、ピストンブランクが回転している状態で行う。すなわちピストンブランクを、不断の回転運動に保持することができる。このことは、本発明による方法の実施を一層簡単にし、時間ならびにエネルギを節減する。

本発明の別の有利な実施態様によると、クーリングチャンネルの切削加工は、既に工具の弧形の旋回運動中に行われる。このことは相応の時間およびコストの節減を伴う連続的な製造プロセスを可能にするだけでなく、本発明による方法を、ピストンヘッドとピストンスカートとの間の切欠きの高さと無関係にする。

本発明による方法のために好適な工具は、たとえば旋削バイト（Drehmeissel）、特にフック形の旋削バイトである。

以下に本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。実施例は概略的に図示されており、縮尺は正確ではない。

ピストンブランクを、一点鎖線で示した本発明によるピストンと一緒に断面して示した側面図である。 本発明による、切欠きを通じた、クーリングチャンネルの領域内への旋削バイトの弧形の旋回運動を示した図である。 本発明による、切欠きを通じた、クーリングチャンネルの領域内への旋削バイトの弧形の旋回運動を示した図である。 本発明による、切欠きを通じた、クーリングチャンネルの領域内への旋削バイトの弧形の旋回運動を示した図である。 本発明による、切欠きを通じた、クーリングチャンネルの領域内への旋削バイトの弧形の旋回運動を示した図である。 本発明による、切欠きを通じた、クーリングチャンネルの領域内への旋削バイトの弧形の旋回運動を示した図である。

図１には、一体型の、鍛造されたピストンブランク１０が示されている。このピストンブランク１０は、本実施例では、自体公知の型鍛造法により製造されている。一点鎖線によって、完成したピストン２０の輪郭が示されている。ピストンブランク１０は、あとでピストンリング帯１２が設けられるピストンヘッド１１と、ピストンスカート１３と、ピストンヘッド１１に付設されたピストンボス１４とを有していて、たとえば鍛造可能なスチールか、またはたとえばアルミニウム合金のような軽金属合金から製造され得る。

図２ないし図６には、ピストンリング帯１２の領域に冷却通路もしくはクーリングチャンネル１５を本発明により製造するための方法ステップが示されている。

第１の方法ステップでは、ピストンブランク１０において、切削加工つまり本実施例では旋削加工により環状の切欠き１６が設けられる。切欠き１６の高さは、１つの工具、つまり本実施例ではフック形の旋削バイト１７が、ピストンを回転させた状態で、弧を描くような形状の弧形の旋回運動の形で、製作したいクーリングチャンネル１５の領域に進入運動可能になるような大きさに形成されているだけでよい。この切欠き１６により、ピストンヘッド１１は、ピストンボス１４を介してしかピストンスカート１３に結合されていない。

環状に延在するクーリングチャンネル１５を、ピストンリング帯１２の領域に製作するためには、次いでフック形の旋削バイト１７が、ピストンが回転している状態で、弧形の旋回運動Ａの形で、製作しようとするクーリングチャンネル１５の領域に進入運動させられる。この弧形の旋回運動Ａに基づき、切欠き１６の高さは、フック形の旋削バイト１７の高さｈよりも著しく小さく形成されていてよい。その結果、旋削バイト１７の高さｈを切欠き１６の高さよりも高く設定することができるので、軸方向でクーリングチャンネル１５を削り出すことができる。この場合、このクーリングチャンネル１５の深さ（高さ）が、切欠き１６の高さよりも著しく大きく形成されていてよいだけでなく、クーリングチャンネル１５の深さは、切欠き１６の高さと全く無関係に選択され得る。旋削バイト１７の最適化された構成および経路案内において、クーリングチャンネル１５の、完全に任意でほぼ無制限の深さを得ることができる。これによって、本発明による方法を用いて、各エンジンタイプの要求に最適に適合され得る種々異なるタイプの一体型のピストンを製造することができる。

さらに強調されるべきことは、クーリングチャンネル１５が、唯１回の作業ステップで、たとえば上述したフック形の旋削バイトのような唯１つの工具１７を用いるだけで、ピストンを回転させながら製造されることである。

図２ないし図６には、本実施例中ではフック形の旋削バイト１７である工具の弧形の旋回運動が、個別のステップに分けて図示されている。図面を見やすくするという理由から、ピストンブランク１０を図示するかわりに、完成したピストン２０が図示されている。

図２は、旋削バイト１７が、傾倒された角度位置でピストンブランクに当て付けられる様子を示している。

図３は、旋削バイト１７が、切欠き１６を通ってクーリングチャンネル１５の領域に進入する様子を示している。この場合、旋削バイト１７は、半径方向運動および軸方向運動を実施するだけではなく、旋回支点Ｓを中心とした旋回運動をも実施する。

図４は、旋回支点Ｓを中心とした弧形の旋回運動時における旋削バイト１７を示している。この旋回運動時にクーリングチャンネル１５の形状が削り出される。

図５は、旋回支点Ｓを中心とした旋回運動の終了時に、別の軸方向運動に移行する際の旋削バイト１７を示している。この図からよく判るように、旋削バイト１７は、切欠き１６よりも著しく大きな高さｈを有している。

図６は、旋削バイト１７がその終端位置に到達し、クーリングチャンネル１５が最終的な形状および深さを取得した状態を示している。

上記の製作プロセスから明らかであるように、工具ヘッドに装着された旋削バイト１７を用いて、旋回支点Ｓを中心とした旋削バイト１７の弧形の旋回運動に基づき、任意の深さを有するクーリングチャンネル１５を製作することができる。

クーリングチャンネル１５の完成後に、ボス孔１８が公知の方法で設けられ、ピストン２０の外側輪郭が切削加工によって仕上げ加工される。

下方に向かって開いたクーリングチャンネル１５を閉鎖するためには、公知の形式で、２つの部分から成るカバーリング（たとえば分割された皿ばね）がプリロード（予荷重）をかけられてピストンヘッド１１に設けられた相応する載置部に導入される。カバーリングは、冷却オイルのための流入開口および流出開口（共に図示せず）を備えている。

本発明による方法を用いて、特に簡単でかつ廉価に、大容積のクーリングチャンネルを備えた、本発明による一体型のピストンが製造される。このピストンは、その自由な材料選択（鍛造されたスチールまたは鍛造可能なアルミニウム合金）に基づいて、鋳造法により製造されたピストンに比べて、たとえば高い強度を有しているので、特に、本発明による一体型のピストンは高負荷されるディーゼルエンジンのために極めて好適である。

Claims (4)

1. 内燃機関に用いられる一体型のピストン（２０）であって、ピストンヘッド（１１）に全周にわたって環状に延びる、下方に向かって開いたクーリングチャンネル（１５）と、ピストンヘッド（１１）とピストンスカート（１３）との間に形成された環状の切欠き（１６）とが設けられていて、ピストンヘッド（１１）とピストンスカート（１３）とがピストンボス（１４）によって互いに結合されている形式の一体型のピストン（２０）をピストンブランク（１０）から製造するための方法であって、前記環状の切欠き（１６）とクーリングチャンネル（１５）とを、切削加工によってピストンブランク（１０）に加工成形し、引き続き外側輪郭を仕上げ加工し、クーリングチャンネルを閉じる形式の方法において、クーリングチャンネル（１５）を切削加工するために、１つの工具（１７）を、ピストンブランク（１０）が回転している状態で、傾倒された角度位置でピストンブランク（１０）に当て付け、前記切欠き（１６）に通してクーリングチャンネル（１５）の領域へ半径方向運動および軸方向運動ならびに旋回支点（Ｓ）を中心とした旋回運動で進入運動させ、かつクーリングチャンネル（１５）を削り出すことを特徴とする、内燃機関に用いられる一体型のピストンを製造するための方法。
2. 工具（１７）として、フック形の旋削バイトを使用する、請求項１項記載の方法。
3. 請求項１または２記載の方法を用いて製造された、内燃機関に用いられるピストン。
4. クーリングチャンネル（１５）の軸方向の高さが、前記切欠き（１６）の軸方向の高さよりも大きく形成されている、請求項３記載のピストン。

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