JP2010127248A - ピストン冷却流路形成用環状体、ピストン用クーリングチャンネル形成方法、及び内燃機関用ピストン - Google Patents
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Abstract
【課題】ピストン冷却流路形成用環状体を埋設したピストンにおいて開口周りでの接合面の剥離発生や剥離を拡大させずに機械加工により連通路及び開口を形成する。
【解決手段】ピストンに鋳込まれるピストン冷却流路形成用環状体10は開口形成位置12にてその周縁部が薄肉部12aとされ機械加工による開口が容易で機械的強度が弱い形状とされている。このため薄肉部12aがドリル刃により容易に破壊されて開口する。このためピストン冷却流路形成用環状体10をピストン本体との接合表面から剥離する方向の力は小さくなる。更に薄肉部12aが機械的強度が弱いので容易に変形する。このことから薄肉部12aよりも内部の剥離が外側に広がるのを阻止できる。このため1つのドリル刃を連続して使用しても、開口周りでの接合面の剥離や剥離の拡大を防止でき、ドリル刃を取り替えなくても良く高効率な穿孔作業が可能となる。
【選択図】図5
【解決手段】ピストンに鋳込まれるピストン冷却流路形成用環状体10は開口形成位置12にてその周縁部が薄肉部12aとされ機械加工による開口が容易で機械的強度が弱い形状とされている。このため薄肉部12aがドリル刃により容易に破壊されて開口する。このためピストン冷却流路形成用環状体10をピストン本体との接合表面から剥離する方向の力は小さくなる。更に薄肉部12aが機械的強度が弱いので容易に変形する。このことから薄肉部12aよりも内部の剥離が外側に広がるのを阻止できる。このため1つのドリル刃を連続して使用しても、開口周りでの接合面の剥離や剥離の拡大を防止でき、ドリル刃を取り替えなくても良く高効率な穿孔作業が可能となる。
【選択図】図5
Description
本発明は、ピストン内に埋設されることでピストン内部に冷却媒体流通のための冷却流路を形成するピストン冷却流路形成用環状体、これを用いたピストン用クーリングチャンネル形成方法及び内燃機関用ピストンに関する。
内燃機関のピストンにおいて、内燃機関運転時に高温化するピストンを冷却するためにピストン内にオイルを流通させるクーリングチャンネルが形成されることがある(例えば特許文献1〜3参照)。このクーリングチャンネルの形成手法としては、ピストン内にピストン冷却流路形成用の環状体を鋳込むなどして埋設し、その後、この環状体内の冷却流路用空間に貫通するように、外部からドリル等の機械加工にて穿孔することで連通路及び開口を形成している。
特開2007−132300号公報(第4頁、図1−3)
特開2005−349458号公報(第4−7頁、図3−5)
特許第2659636号公報(第2−3頁、図1−2)
このようにドリル等の機械加工にて穿孔する場合、ピストンから環状体にドリル刃が移行した場合に、環状体にはピストンとの接合表面から剥離される方向の力が作用する。
このためピストンと環状体との接合面、特に穿孔された開口周りに剥離部分が生じる。この剥離幅が大きいとピストンが駆動された場合に、剥離部分に応力が集中して、接合面が次第に破壊され、更にこの破壊が他の部位へ影響を及ぼす可能性がある。
このためピストンと環状体との接合面、特に穿孔された開口周りに剥離部分が生じる。この剥離幅が大きいとピストンが駆動された場合に、剥離部分に応力が集中して、接合面が次第に破壊され、更にこの破壊が他の部位へ影響を及ぼす可能性がある。
特にアルミニウム合金内に鉄合金製の環状体を鋳込む場合には、アルミニウム合金穿孔用のドリルにてそのまま環状体まで穿孔すると剥離が生じやすい。このためアルミニウム合金を穿孔した後に鉄合金穿孔用のドリルに取り替えるといった作業性上の問題が発生し、大きい剥離を生じさせずに効率的に穿孔処理することが困難である。
本発明は、ピストン冷却流路形成用環状体を埋設したピストンにおいて、開口周りでの接合面の剥離を発生させずに、あるいは剥離が発生しても拡大をさせずに、機械加工により連通路及び開口を形成することを目的とするものである。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載のピストン冷却流路形成用環状体は、ピストン内に埋設されることでピストン内部に冷却媒体流通のための冷却流路を形成するピストン冷却流路形成用環状体であって、外部と冷却媒体の給排を行う開口を形成するための開口形成位置が、他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状とされていることを特徴とする。
請求項1に記載のピストン冷却流路形成用環状体は、ピストン内に埋設されることでピストン内部に冷却媒体流通のための冷却流路を形成するピストン冷却流路形成用環状体であって、外部と冷却媒体の給排を行う開口を形成するための開口形成位置が、他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状とされていることを特徴とする。
このようにピストン冷却流路形成用環状体は、開口形成位置が他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状とされている。このことにより、開口形成位置が機械加工による開口容易性が他の位置と同等な形状とされている場合よりも、ドリル等の機械加工にて穿孔する際に、穿孔処理がピストンからピストン冷却流路形成用環状体へ移行しても、ピストン冷却流路形成用環状体をピストンとの接合表面から剥離する方向の力は小さくなる。
このためピストンに埋設されたピストン冷却流路形成用環状体は、その開口周りでの接合面の剥離は生じない。剥離が生じたとしても、開口形成位置が機械加工による開口が容易な形状であることから大きな剥離力は生じず極めて小さい幅に維持されることになる。このことからその後に内燃機関などに適用されても剥離の拡大を防止できる。
更に、このことからピストン側とは異なる材料にてピストン冷却流路形成用環状体が形成されていたとしても、従来のごとくドリル刃などの穿孔機械側の加工器具を取り替えなくても良くなり、高効率な穿孔作業が可能となる。
請求項2に記載のピストン冷却流路形成用環状体は、ピストン内に埋設されることでピストン内部に冷却媒体流通のための冷却流路を形成するピストン冷却流路形成用環状体であって、外部と冷却媒体の給排を行う開口を形成するための開口形成位置が、他の位置よりも機械的強度が弱い形状とされていることを特徴とする。
このようにピストン冷却流路形成用環状体は、開口形成位置が他の位置よりも機械的強度が弱い形状とされている。このことにより、開口形成位置が他の位置と同様な機械的強度とされている場合よりも、ドリル等の機械加工にて穿孔する際に、穿孔処理がピストンからピストン冷却流路形成用環状体へ移行した場合に、開口形成位置での変形が大きくなる。このため開口形成位置の周りの領域への穿孔処理時の剥離力の伝達量は小さくなる。
このためピストンに埋設されたピストン冷却流路形成用環状体は、その開口周りでの接合面の剥離は生じない。剥離が生じたとしても大きな剥離力は生じず極めて小さい幅に維持されることになる。このことからその後に内燃機関などに適用されても剥離の拡大を防止できる。
更に、このことからピストン側とは異なる材料にてピストン冷却流路形成用環状体が形成されていたとしても、従来のごとくドリル刃などの穿孔機械側の加工器具を取り替えなくても良くなり、高効率な穿孔作業が可能となる。
請求項3に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項1又は2に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記開口形成位置は、この位置の周縁部が他の位置よりも肉厚が薄く形成されていることにより、他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状あるいは機械的強度が弱い形状とされていることを特徴とする。
このように開口形成位置の周縁部については他の位置よりも肉厚を薄く形成することにより、他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状あるいは機械的強度が弱い形状にすることができる。
このように周縁部が他の位置よりも薄いことにより、ドリル等の機械加工にて穿孔する際にはこの薄い部分にて破壊されやすくあるいは変形されやすく、環状体に生じるピストンとの接合表面から剥離される方向の力は極めて小さくなる。
このためピストンに埋設されたピストン冷却流路形成用環状体は、その開口周りでの接合面の剥離は生じないし、開口形成位置よりも外側への剥離が生じたとしても、強い剥離力は外側へ伝達されず剥離は極めて小さい幅に維持される。このことから、その後に内燃機関などに適用されても剥離の拡大を防止できる。更に従来のごとくドリル刃などの穿孔機械側の加工器具を取り替えなくても良く、高効率な穿孔作業が可能となる。
請求項4に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項1又は2に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記開口形成位置は、この位置が他の位置よりも肉厚が薄く形成されていることにより、他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状あるいは機械的強度が弱い形状とされていることを特徴とする。
このように開口形成位置そのものが他の位置よりも肉厚を薄く形成することにより、他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状あるいは機械的強度が弱い形状にすることができる。
このように開口形成位置が他の位置よりも薄いことにより、ドリル等の機械加工にて穿孔する際にはこの薄い部分にて破壊されやすくあるいは変形されやすく、環状体に生じるピストンとの接合表面から剥離される方向の力は極めて小さくなる。
このためピストンに埋設されたピストン冷却流路形成用環状体は、その開口周りでの接合面の剥離は生じないし、開口形成位置よりも外側への剥離が生じたとしても、強い剥離力は外側へ伝達されず剥離は極めて小さい幅に維持される。このことから、その後に内燃機関などに適用されても剥離の拡大を防止できる。更に従来のごとくドリル刃などの穿孔機械側の加工器具を取り替えなくても良く、高効率な穿孔作業が可能となる。
請求項5に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項3又は4に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記開口形成位置において、内面側に窪みが形成され、外面側には窪みが形成されていない状態であることにより、肉厚が薄く形成されていることを特徴とする。
このように肉厚を薄くする場合の窪みについては、ピストン冷却流路形成用環状体の内面側に形成し外面側には形成せずに滑らかな面としている。このことにより、ピストン冷却流路形成用環状体を鋳造体内に鋳込む場合にも溶湯の円滑な流れを維持でき、鋳物としてのピストンの耐久性を高めることができる。
請求項6に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項1又は2に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記開口形成位置は、この位置の周縁部に貫通部が不連続に形成されていることにより、他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状あるいは機械的強度が弱い形状とされていることを特徴とする。
このように周縁部に貫通部を不連続に形成していることにより、他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状あるいは機械的強度が弱い形状にすることができる。
このように周縁部には貫通部が不連続に形成されていることにより、ドリル等の機械加工にて穿孔する際にはこの貫通部が不連続に形成されている周縁部に沿って破壊されやすくあるいは変形されやすく、環状体に対して生じるピストンとの接合表面から剥離される方向の力は極めて小さくなる。
このように周縁部には貫通部が不連続に形成されていることにより、ドリル等の機械加工にて穿孔する際にはこの貫通部が不連続に形成されている周縁部に沿って破壊されやすくあるいは変形されやすく、環状体に対して生じるピストンとの接合表面から剥離される方向の力は極めて小さくなる。
このためピストンに埋設されたピストン冷却流路形成用環状体は、その開口周りでの接合面の剥離は生じないし、剥離が生じたとしても強い剥離力は外側へ伝達されず極めて小さい幅に維持される。このことから、その後に内燃機関などに適用されても剥離の拡大を防止できる。更に従来のごとくドリル刃などの穿孔機械側の加工器具を取り替えなくても良く、高効率な穿孔作業が可能となる。
請求項7に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項6に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記貫通部は、前記開口形成位置の周縁部にて周方向に伸びるスリットとして形成されていることを特徴とする。
不連続な貫通部としては、このように周方向に伸びるスリットとして形成しても良い。
請求項8に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項6に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記貫通部は、前記開口形成位置の周縁部にて径方向に伸びるスリットとして形成されていることを特徴とする。
請求項8に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項6に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記貫通部は、前記開口形成位置の周縁部にて径方向に伸びるスリットとして形成されていることを特徴とする。
不連続な貫通部としては、このように径方向に伸びるスリットとして形成しても良い。
請求項9に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項1〜8のいずれか一項に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、ピストン冷却流路形成用環状体自身は金属製であり、前記開口形成位置の形状はプレス加工により形成されていることを特徴とする。
請求項9に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項1〜8のいずれか一項に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、ピストン冷却流路形成用環状体自身は金属製であり、前記開口形成位置の形状はプレス加工により形成されていることを特徴とする。
このようにピストン冷却流路形成用環状体が金属製であれば、前述したごとくの開口形成位置の形状はプレス加工により容易に形成することができる。
請求項10に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項1〜9のいずれか一項に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、ピストン冷却流路形成用環状体自身は金属製であり、前記開口形成位置以外の形状は金属板を曲げ加工することにより形成されていることを特徴とする。
請求項10に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項1〜9のいずれか一項に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、ピストン冷却流路形成用環状体自身は金属製であり、前記開口形成位置以外の形状は金属板を曲げ加工することにより形成されていることを特徴とする。
このようにピストン冷却流路形成用環状体が金属製であれば、ピストン冷却流路形成用環状体における開口形成位置以外の形状については、金属板の曲げ加工にて容易に形成することができる。
請求項11に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項10に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記曲げ加工は、プレス加工又はロール加工であることを特徴とする。
曲げ加工は、プレス加工又はロール加工にて実現でき、金属板からピストン冷却流路形成用環状体を容易に形成することができる。
請求項12に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項1〜11のいずれか一項に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、ピストンはアルミニウム合金製であり、鉄合金製のピストン冷却流路形成用環状体自身が鋳込まれることで前記ピストン内に埋設されるものであることを特徴とする。
請求項12に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項1〜11のいずれか一項に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、ピストンはアルミニウム合金製であり、鉄合金製のピストン冷却流路形成用環状体自身が鋳込まれることで前記ピストン内に埋設されるものであることを特徴とする。
このように鉄合金製のピストン冷却流路形成用環状体がアルミニウム合金製のピストンに鋳込まれる場合に、前述した剥離が生じやすくなるが、この場合にも剥離の防止あるいは剥離の拡大を防止できる。
更に穿孔作業中にアルミニウム合金穿孔用の加工器具から鉄合金穿孔用の加工器具に取り替えなくても、剥離の防止あるいは剥離の拡大を防止できるので、高効率な穿孔作業が可能となる。
請求項13に記載のピストン冷却流路形成用環状体では、請求項12に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、ピストン冷却流路形成用環状体自身は、ピストンの外周面に一部が露出する耐摩環の背後に一体化されて鋳込まれることにより、前記冷却流路を形成した状態にてピストン内に埋設されるものであることを特徴とする。
このように耐摩環と共に冷却流路を形成した状態にてピストン内に埋設されるものとすることができ、小型のピストン内の狭隘な場所にも容易に配置できると共に、効果的に剥離の防止あるいは剥離の拡大を防止でき、更に高効率な穿孔作業が可能となる。
請求項14に記載のピストン用クーリングチャンネル形成方法は、請求項1〜13のいずれか一項に記載のピストン冷却流路形成用環状体を、ピストン内に埋設した後に、ピストン底面側からドリル刃により前記開口形成位置に向けて穿孔することで外部と前記冷却流路との間で冷却媒体の給排を行う連通路及び前記開口を形成することを特徴とする。
このようなピストン用クーリングチャンネル形成方法により、前述したピストン冷却流路形成用環状体をピストン内に埋設してクーリングチャンネル用の空間を形成した後に、ドリル刃により開口形成位置に向けて穿孔しても、前述したごとく剥離の防止あるいは剥離の拡大を防止できる。したがってクーリングチャンネルを備えていても耐久性の高いピストンを実現できる。更に高効率な穿孔作業が可能となる。
請求項15に記載の内燃機関用ピストンは、請求項14に記載のピストン用クーリングチャンネル形成方法にて形成されたピストン用クーリングチャンネルを有することを特徴とする。
このようなピストン用クーリングチャンネルを有することにより、冷却効率が高く、かつ耐久性の高い内燃機関用ピストンを、高い作業効率にて実現できる。
[実施の形態1]
図1は、上述した発明が適用されたピストン2の縦断面図である。このピストン2は、内燃機関、ここではディーゼルエンジンに用いられるものであり、アルミニウム合金からなるピストン本体4にクーリングチャンネル付耐摩環6を鋳込んである。
図1は、上述した発明が適用されたピストン2の縦断面図である。このピストン2は、内燃機関、ここではディーゼルエンジンに用いられるものであり、アルミニウム合金からなるピストン本体4にクーリングチャンネル付耐摩環6を鋳込んである。
クーリングチャンネル付耐摩環6は耐摩環本体8とピストン冷却流路形成用環状体10とから構成されている。
耐摩環本体8は図2に示すごとくの鉄合金製の環状体であり、外周面8aにはトップリング溝8bが形成されている。図2の(a)は正面図、(b)は斜視図、(c)は平面図、(d)は底面図である。
耐摩環本体8は図2に示すごとくの鉄合金製の環状体であり、外周面8aにはトップリング溝8bが形成されている。図2の(a)は正面図、(b)は斜視図、(c)は平面図、(d)は底面図である。
ピストン冷却流路形成用環状体10は、ピストン2に埋設される前は、図3に示すごとくの鉄合金製の環状体であり、板材を曲げ加工して断面U字状に形成されている。図3の(a)は正面図、(b)は背面図、(c)は斜視図、(d)は平面図、(e)は底面図である。このピストン冷却流路形成用環状体10には、底面側にて軸回りに150°の間隔で2ヶ所、開口形成位置12が設けられている。
この開口形成位置12は他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状とされている。更に本実施の形態では、開口形成位置12は他の位置よりも機械的強度が弱い形状でもある。
ここでは開口形成位置12の周縁部が他の位置よりも肉厚が薄く形成されていることにより、他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状とされて、かつ他の位置よりも機械的強度が弱い形状とされている。即ち、図4の拡大縦断面図に示すごとく、2ヶ所の開口形成位置12にはそれぞれ周縁部に薄肉部12aが形成されて、ドリル加工による開口が容易となり、更にドリル加工時において容易に変形するように機械的強度が弱くされている。尚、図4の(a)は図3におけるA−A線断面図、(b)はB−B線断面図である。又、前記図1の断面についても、この2つの2ヶ所の開口形成位置12での断面を示している。
図2に示した構成の耐摩環本体8の内周側において、段差8cを間にして形成されている内周面8d,8eに対して、ピストン冷却流路形成用環状体10の外周端縁部10a,10bを接合することにより一体化され、図5に示すごとくのクーリングチャンネル付耐摩環6が一体に形成されている。この接合は、例えば溶接にてなされる。このことにより耐摩環本体8とピストン冷却流路形成用環状体10との間には、後述する図6に示すごとく環状の冷却流路用空間14が形成されることになる。
このクーリングチャンネル付耐摩環6がアルミニウム合金にて鋳込まれ、更に切削などの加工により外形が加工されて、図6の縦断面図に示すごとくのピストン本体4が形成される。このピストン本体4に対して、図7の(a)、(b)に示す部分拡大図のごとく、2ヶ所で下方からドリル刃18にて2ヶ所の開口形成位置12に向かって穿孔加工することにより、図1に示したごとくのオイル導入孔20及びオイル排出孔22とが形成される。したがって薄肉部12aを周縁部に有する2ヶ所の開口形成位置12は、それぞれオイル導入孔20及びオイル排出孔22の穿孔処理の最後に開口されて、オイル導入孔20及びオイル排出孔22にそれぞれ連通する。すなわち開口形成位置12は、外部と冷却媒体(ここではオイル)の給排を行う開口を形成するための開口形成位置となっている。
したがってドリル加工において、ドリル刃18の先端はピストン本体4を穿孔した最後に、各開口形成位置12を貫通し、図8,9の拡大図に示すごとく、環状の冷却流路用空間14に開口部20a,22aを形成して、冷却流路用空間14への連通路としてオイル導入孔20及びオイル排出孔22を完成する。このことにより冷却流路用空間14は実際に冷却流路24となる。
このようにして図1に示したピストン2が完成する。このピストン2をディーゼルエンジンに適用することにより、オイル導入孔20には下方のシリンダブロック側に設けられた破線で示すオイル噴射口25からオイル噴射がなされ、オイル導入孔20から開口部20aを介して冷却流路24内にオイルが導入される。そして冷却流路24内を流れたオイルは、開口部22aとオイル排出孔22とを介して、ピストン2の下側に排出される。図1では、オイル排出孔22から噴出するオイルはコンロッド26のオイル導入孔26aに注入されて、コンロッド26とピストンピン28との間の潤滑に用いられる。
ピストン冷却流路形成用環状体10は次のように成形される。すなわち、まず、図10の平面図に示すごとく、鉄合金製の金属板である板状環状体30に対して、前記開口部20a,22aを形成する開口形成位置12において、その周縁部に薄肉部12aを形成する。尚、鉄合金板材をプレスにて環状に打ち抜いて板状環状体30を形成する際に同時にプレスにて薄肉部12aを形成しても良い。
このように薄肉部12aが形成された板状環状体30をプレスやロールなどによる曲げ加工により、図3,4に示した形状のピストン冷却流路形成用環状体10の形状に加工する。
このように成形されたピストン冷却流路形成用環状体10を、耐摩環本体8の内周面8d,8eに溶接することによりクーリングチャンネル付耐摩環6が完成する。
このクーリングチャンネル付耐摩環6は、前述したごとく耐摩環本体8の外周面が外側に露出した状態でピストン本体4内に鋳込まれる。
このクーリングチャンネル付耐摩環6は、前述したごとく耐摩環本体8の外周面が外側に露出した状態でピストン本体4内に鋳込まれる。
以上説明した本実施の形態1によれば、以下の効果が得られる。
(イ).クーリングチャンネル付耐摩環6において耐摩環本体8と一体化されることで冷却流路24を形成している形状のピストン冷却流路形成用環状体10は、開口形成位置12にてその周縁部が薄肉部12aとされ、他の位置よりも肉厚が薄く形成されている。このことにより、他の位置よりもドリルなどの機械加工による開口が容易な形状とされ、更に他の位置よりも機械的強度が弱い形状とされている。
(イ).クーリングチャンネル付耐摩環6において耐摩環本体8と一体化されることで冷却流路24を形成している形状のピストン冷却流路形成用環状体10は、開口形成位置12にてその周縁部が薄肉部12aとされ、他の位置よりも肉厚が薄く形成されている。このことにより、他の位置よりもドリルなどの機械加工による開口が容易な形状とされ、更に他の位置よりも機械的強度が弱い形状とされている。
このことにより、ドリルにて穿孔する際に、ドリル刃18による穿孔がピストン本体4を構成しているアルミニウム合金から鉄合金のピストン冷却流路形成用環状体10へ移行しても、薄肉部12aが容易に破壊されて開口する。このためピストン冷却流路形成用環状体10をピストン本体4との接合表面から剥離する方向の力は小さくなる。
ドリル刃18がずれて薄肉部12aにて破壊せずに周縁部よりも内部にて穿孔が行われたとしても、その周辺に存在する薄肉部12aが機械的強度が弱いので容易に変形する。このことにより薄肉部12aよりも外側へは強い剥離力は伝達されず、薄肉部12aよりも内部の剥離が外側に広がるのを阻止できる。
このためアルミニウム合金穿孔用のドリル刃18を、そのままピストン冷却流路形成用環状体10の穿孔処理に連続して使用しても、その開口周りでの接合面の剥離は生じない。あるいは剥離が生じていたとしても強い剥離力は外側へ伝達されず極めて小さい幅に維持される。
このことから、その後にディーゼルエンジンに適用されても剥離の拡大を防止できる。更に従来のごとくドリル刃18を取り替えなくても良くなり、高効率な穿孔作業が可能となる。
(ロ).開口形成位置12の薄肉部12aについては、ドーナツ状の鉄合金製板材をプレス加工にて形成し、これをプレスやロールにて曲げ加工してピストン冷却流路形成用環状体10としている。このように本実施の形態のピストン冷却流路形成用環状体10はプレス加工やロール加工により容易に製造することができる。
(ハ).ピストン冷却流路形成用環状体10は、ピストン本体4の外周面に一部が露出する耐摩環本体8の背後に一体化されて鋳込まれることにより、冷却流路用空間14を形成した状態にてピストン本体4内に埋設されるものである。
このように耐摩環本体8と共に冷却流路用空間14を形成した状態にてピストン本体4内に埋設されるものとすることができ、小型のピストン2内の狭隘な場所にも容易に配置できると共に、効果的に剥離の防止あるいは剥離の拡大を防止できる。
そして、このピストン冷却流路形成用環状体10を用いて、ピストン本体4内に埋設してクーリングチャンネル用の冷却流路用空間14を形成した後に、ドリル刃18により開口形成位置12に向けて穿孔しても、前述したごとく剥離の防止あるいは剥離の拡大を防止できる。
したがってクーリングチャンネル用の冷却流路24を備えていても耐久性の高いピストン2を実現でき、冷却効率が高く、かつ耐久性の高い内燃機関用ピストン2を実現できる。
[実施の形態2]
本実施の形態では、図11に示すごとくピストン冷却流路形成用環状体110における開口形成位置112は、周縁部のみでなく全体が薄肉状態に形成されている。このピストン冷却流路形成用環状体110が、前記実施の形態1と同形状の耐摩環本体108に溶接にて一体化されることによりクーリングチャンネル付耐摩環106を構成している。図11の(a)はクーリングチャンネル付耐摩環106の斜視図、(b)は平面図である。
本実施の形態では、図11に示すごとくピストン冷却流路形成用環状体110における開口形成位置112は、周縁部のみでなく全体が薄肉状態に形成されている。このピストン冷却流路形成用環状体110が、前記実施の形態1と同形状の耐摩環本体108に溶接にて一体化されることによりクーリングチャンネル付耐摩環106を構成している。図11の(a)はクーリングチャンネル付耐摩環106の斜視図、(b)は平面図である。
このクーリングチャンネル付耐摩環106が、図12の(a)、(b)にて縦断面図で示すごとく、ピストン本体104内に鋳込まれる。そして開口形成位置112に向けて前記実施の形態1と同様にドリル刃118にて穿孔される。このことによりオイル導入孔120及びオイル排出孔122と共に、開口形成位置112に開口が形成されて、クーリングチャンネル用の冷却流路用空間114が冷却流路124となり、ピストン本体104が完成する。
このように開口形成位置112全体を薄肉状にしても、前記実施の形態1の効果を生じさせることができる。
[実施の形態3]
本実施の形態では、前記実施の形態1の開口形成位置の構造と異なるのは、図13に示すごとくピストン冷却流路形成用環状体210に形成されている開口形成位置212の薄肉部212aは冷却流路用空間214側、即ち内面側を窪ませることにより形成している点である。したがって外面側は平滑な曲面が形成されているのみである。図13の(a)はピストン冷却流路形成用環状体210の斜視図、(b)は平面図である。
[実施の形態3]
本実施の形態では、前記実施の形態1の開口形成位置の構造と異なるのは、図13に示すごとくピストン冷却流路形成用環状体210に形成されている開口形成位置212の薄肉部212aは冷却流路用空間214側、即ち内面側を窪ませることにより形成している点である。したがって外面側は平滑な曲面が形成されているのみである。図13の(a)はピストン冷却流路形成用環状体210の斜視図、(b)は平面図である。
このピストン冷却流路形成用環状体210が、図14の(a)、(b)にて縦断面図で示すごとく、前記実施の形態1と同形状の耐摩環本体208に溶接にて一体化されることにより、クーリングチャンネル付耐摩環206が構成されている。
このクーリングチャンネル付耐摩環206が、ピストン本体204内に鋳込まれる。そして開口形成位置212に向けて前記実施の形態1と同様にドリル刃218にて穿孔される。このことによりオイル導入孔220及びオイル排出孔222と共に、開口形成位置212に開口が形成されて、クーリングチャンネル用の冷却流路用空間214が冷却流路224となり、ピストン本体204が完成する。
以上説明した本実施の形態3によれば、以下の効果が得られる。
(イ).上述したごとく開口形成位置212の薄肉部212aを内面側に形成しても、前記実施の形態1の効果を生じさせることができる。
(イ).上述したごとく開口形成位置212の薄肉部212aを内面側に形成しても、前記実施の形態1の効果を生じさせることができる。
(ロ).開口形成位置212の薄肉部212aが内側のみであることにより外面側は滑らかな面とされている。このことによりピストン冷却流路形成用環状体210を図14に示したごとくアルミニウム合金の鋳造体内に鋳込んでも溶湯の円滑な流れを維持でき、鋳造したピストン本体204の耐久性を高くすることができる。
[実施の形態4]
本実施の形態では、前記実施の形態1の開口形成位置の構造と異なるのは、図15に示すごとくピストン冷却流路形成用環状体310に設けられている開口形成位置312の周縁部には丸孔状の貫通部312aが不連続に形成されている点である。このように貫通部312a間が不連続であることにより、貫通部312aに囲まれた内側の領域312bは脱落することはない。図15の(a)はピストン冷却流路形成用環状体310の正面図、(b)は斜視図、(c)は平面図、(d)はその部分拡大図である。
本実施の形態では、前記実施の形態1の開口形成位置の構造と異なるのは、図15に示すごとくピストン冷却流路形成用環状体310に設けられている開口形成位置312の周縁部には丸孔状の貫通部312aが不連続に形成されている点である。このように貫通部312a間が不連続であることにより、貫通部312aに囲まれた内側の領域312bは脱落することはない。図15の(a)はピストン冷却流路形成用環状体310の正面図、(b)は斜視図、(c)は平面図、(d)はその部分拡大図である。
このピストン冷却流路形成用環状体310が、図16の(a)、(b)にて縦断面図で示すごとく、前記実施の形態1と同形状の耐摩環本体308に溶接にて一体化されることにより、クーリングチャンネル付耐摩環306が構成されている。
このクーリングチャンネル付耐摩環306が、ピストン本体304内に鋳込まれる。この鋳込み時には貫通部312aの小径であるので溶湯は通過せず、冷却流路用空間314内には溶湯は浸入しない。
そして開口形成位置312に向けて前記実施の形態1と同様にドリル刃318にて穿孔される。このことによりオイル導入孔320及びオイル排出孔322と共に、開口形成位置312に開口が形成されて、クーリングチャンネル用の冷却流路用空間314が冷却流路324となり、ピストン本体304が完成する。
上述したごとく開口形成位置312の周縁部に貫通部312aを不連続に形成しても、前記実施の形態1の効果を生じさせることができる。
[その他の実施の形態]
(a).前記実施の形態2においては、図11,12にて示したごとく開口形成位置112はピストン冷却流路形成用環状体110の外周面に窪ませたが、内周面側を窪ませても良い。このことにより前記実施の形態3の(ロ)の効果を生じる。
[その他の実施の形態]
(a).前記実施の形態2においては、図11,12にて示したごとく開口形成位置112はピストン冷却流路形成用環状体110の外周面に窪ませたが、内周面側を窪ませても良い。このことにより前記実施の形態3の(ロ)の効果を生じる。
(b).前記実施の形態4においては、図15,16に示したごとく丸孔状の貫通部312aが開口形成位置312の周縁部に不連続に形成されていたが、これ以外の形状の貫通部であっても良い。例えば、図17の(a)に示すごとく、開口形成位置412の周縁部にて周方向に伸びるスリット412aとして貫通部を形成しても良い。あるいは図17の(b)に示すごとく、開口形成位置512の周縁部にて径方向に伸びるスリット512aとして形成しても良い。それぞれ各スリット配列の最外位置よりも内側にてドリル刃にて開口部を形成する。このことによっても前記実施の形態1の効果を生じる。
(c).前記各実施の形態ではディーゼルエンジンに適用したピストンの例を示したが、ガソリンエンジンのピストンにも適用できる。
2…ピストン、4…ピストン本体、6…クーリングチャンネル付耐摩環、8…耐摩環本体、8a…外周面、8b…トップリング溝、8c…段差、8d,8e…内周面、10…ピストン冷却流路形成用環状体、10a,10b…外周端縁部、12…開口形成位置、12a…薄肉部、14…冷却流路用空間、18…ドリル刃、20…オイル導入孔、20a…開口部、22…オイル排出孔、22a…開口部、24…冷却流路、25…オイル噴射口、26…コンロッド、26a…オイル導入孔、28…ピストンピン、30…板状環状体、104…ピストン本体、106…クーリングチャンネル付耐摩環、108…耐摩環本体、110…ピストン冷却流路形成用環状体、112…開口形成位置、114…冷却流路用空間、118…ドリル刃、120…オイル導入孔、122…オイル排出孔、124…冷却流路、204…ピストン本体、206…クーリングチャンネル付耐摩環、208…耐摩環本体、210…ピストン冷却流路形成用環状体、212…開口形成位置、212a…薄肉部、214…冷却流路用空間、218…ドリル刃、220…オイル導入孔、222…オイル排出孔、224…冷却流路、304…ピストン本体、306…クーリングチャンネル付耐摩環、308…耐摩環本体、310…ピストン冷却流路形成用環状体、312…開口形成位置、312a…貫通部、312b…内側の領域、314…冷却流路用空間、318…ドリル刃、320…オイル導入孔、322…オイル排出孔、324…冷却流路、412…開口形成位置、412a…スリット、512…開口形成位置、512a…スリット。
Claims (15)
- ピストン内に埋設されることでピストン内部に冷却媒体流通のための冷却流路を形成するピストン冷却流路形成用環状体であって、
外部と冷却媒体の給排を行う開口を形成するための開口形成位置が、他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状とされていることを特徴とするピストン冷却流路形成用環状体。 - ピストン内に埋設されることでピストン内部に冷却媒体流通のための冷却流路を形成するピストン冷却流路形成用環状体であって、
外部と冷却媒体の給排を行う開口を形成するための開口形成位置が、他の位置よりも機械的強度が弱い形状とされていることを特徴とするピストン冷却流路形成用環状体。 - 請求項1又は2に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記開口形成位置は、この位置の周縁部が他の位置よりも肉厚が薄く形成されていることにより、他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状あるいは機械的強度が弱い形状とされていることを特徴とするピストン冷却流路形成用環状体。
- 請求項1又は2に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記開口形成位置は、この位置が他の位置よりも肉厚が薄く形成されていることにより、他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状あるいは機械的強度が弱い形状とされていることを特徴とするピストン冷却流路形成用環状体。
- 請求項3又は4に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記開口形成位置において、内面側に窪みが形成され、外面側には窪みが形成されていない状態であることにより、肉厚が薄く形成されていることを特徴とするピストン冷却流路形成用環状体。
- 請求項1又は2に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記開口形成位置は、この位置の周縁部に貫通部が不連続に形成されていることにより、他の位置よりも機械加工による開口が容易な形状あるいは機械的強度が弱い形状とされていることを特徴とするピストン冷却流路形成用環状体。
- 請求項6に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記貫通部は、前記開口形成位置の周縁部にて周方向に伸びるスリットとして形成されていることを特徴とするピストン冷却流路形成用環状体。
- 請求項6に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記貫通部は、前記開口形成位置の周縁部にて径方向に伸びるスリットとして形成されていることを特徴とするピストン冷却流路形成用環状体。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、ピストン冷却流路形成用環状体自身は金属製であり、前記開口形成位置の形状はプレス加工により形成されていることを特徴とするピストン冷却流路形成用環状体。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、ピストン冷却流路形成用環状体自身は金属製であり、前記開口形成位置以外の形状は金属板を曲げ加工することにより形成されていることを特徴とするピストン冷却流路形成用環状体。
- 請求項10に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、前記曲げ加工は、プレス加工又はロール加工であることを特徴とするピストン冷却流路形成用環状体。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、ピストンはアルミニウム合金製であり、鉄合金製のピストン冷却流路形成用環状体自身が鋳込まれることで前記ピストン内に埋設されるものであることを特徴とするピストン冷却流路形成用環状体。
- 請求項12に記載のピストン冷却流路形成用環状体において、ピストン冷却流路形成用環状体自身は、ピストンの外周面に一部が露出する耐摩環の背後に一体化されて鋳込まれることにより、前記冷却流路を形成した状態にてピストン内に埋設されるものであることを特徴とするピストン冷却流路形成用環状体。
- 請求項1〜13のいずれか一項に記載のピストン冷却流路形成用環状体を、ピストン内に埋設した後に、ピストン底面側からドリル刃により前記開口形成位置に向けて穿孔することで外部と前記冷却流路との間で冷却媒体の給排を行う連通路及び前記開口を形成することを特徴とするピストン用クーリングチャンネル形成方法。
- 請求項14に記載のピストン用クーリングチャンネル形成方法にて形成されたピストン用クーリングチャンネルを有することを特徴とする内燃機関用ピストン。
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JP2008305310A JP2010127248A (ja) | 2008-11-28 | 2008-11-28 | ピストン冷却流路形成用環状体、ピストン用クーリングチャンネル形成方法、及び内燃機関用ピストン |
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-
2008
- 2008-11-28 JP JP2008305310A patent/JP2010127248A/ja active Pending
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