JP2678640B2 - 鋳造型。 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は内燃機関のピストン、特に、複数の素材から
なる各要部が全体として一体的に鋳造される鋳造型に関
する。

《従来の技術》 従来、内燃機関のピストンとして、高速化に対応すべ
く、軽量化を図り易いアルミニューム合金製のピストン
が多用されている。

ところで、ピストンは燃焼室で生じた高温高圧のガス
を冠面で押圧力として受け、これらの合力をコンロッド
を介しクランクシャフト側に伝えるもので、シリンダ内
を往復摺動する。

このため、ピストンは全体として十分な機械的強度を
要求され、特に、その冠面は高温高圧にさらされること
より、十分な耐熱性を要求され、しかも、ピストン外周
面はシリンダ内壁面と摺接することより、十分な耐摩耗
性が要求されている。

特に、ピストンは、シリンダ内壁とピストン外周面間
のガス漏れを防ぐべく、ピストン外周面の冠面対向部側
にリング溝が形成され、そこにピストンリングを嵌合さ
せている。ところが、ピストンの主要母材としてアルミ
合金が用いられている場合、リング溝に直接ピストンリ
ングが嵌着され、使用されると、早期に摩耗、へたりが
生じ、この冠面対向部がピストンの耐久性を大きく左右
することとなる。

そこで、通常は、冠面対向部に鉄系、あるいは主要母
材より硬質の耐摩耗性の良いアルミ系の各耐摩環（リン
グキャリヤ）を介してピストンリングがピストンに取付
けられ、リング溝部の耐摩耗性を確保している。

ところが、アルミ合金のピストン本体にリングキャリ
ヤを鋳包んだ場合、両金属のなじみが良くないと、熱膨
張係数の差に基づき、両金属の界面間に剥離が生じ、機
械的強度の低下を招くことがある。そこで、従来のリン
グキャリヤは鋳込みに先立ち、母材との間で拡散接合し
易い金属膜を前持って表面処理（アルミナイズ処理）に
より生成し、これにより、接合強度が確保されている。

更に、リングキャリヤとして、特に、耐摩耗性の高い
発泡金属を用い、これを主要母材により鋳ぐるみ、これ
により、リング溝の耐摩耗性を確保すると共にリングキ
ャリヤと主要母材との接合強度を確保するという提案が
特開昭60−175748号公報や特開昭60−168959号公報に開
示されている。

更にまた、FRMを溶湯鍛造することにより冠面対向部
を形成し、同部の機械的強度を向上させたり、あるい
は、冠面対向部に耐摩耗性の良いアルミ合金層を再溶融
処理（リメルト処理）により生成し、その上で同部に耐
久性の良いリング溝を形成したものも知られている。

《発明が解決しようとする課題》 ところが、従来のようにリングキャリヤの鋳ぐるみを
行なうには、その鋳ぐるみに先立ち、リングキャリヤ自
体の鋳造、機械加工、前処理、アルミナイズ処理を必要
とし、前工程数が多く、コスト高を招くと共に、歩留ま
りが悪いという問題があった。

更に、溶湯鍛造法や、再溶融処理によりピストンの冠
面対向部の機械的強度を保ちつつ、その耐摩耗性を強化
するという方法の場合、特別の処理装置を必要とすると
いう問題があった。

本発明の目的は、ピストンの要部毎に必要とされるそ
れぞれ異なる特性が得られるピストンを、複数の素材を
用いて一体鋳造できる鋳造型を提供することにある。

《課題を解決するための手段》 本発明による鋳造型は、固定型と、該固定型の上面に
摺動可能に対向して設けられ、互いに対向面が当接した
ときに中央部に溶湯が注入される空間を形成する一対の
開閉移動型と、該開閉移動型の上面を覆う上型と、前記
固定型内に移動可能に設けられ、上動したときに前記空
間の下部外周に環状壁を形成する切換移動型と、前記開
閉移動型に形成され前記空間に常時開口する第１給湯口
と、前記開閉移動型に形成され、前記切換移動型が上動
して前記環状壁が前記空間内にあるときは、該環状壁に
よって開口部が閉塞される第２給湯口とを備えたことを
特徴とする。

《作用》 固定型上にて、一対の開閉移動型を当接させ、該開閉
移動型上に上型を載置し、切換移動型を上動させて、第
２給湯口を閉塞すると、空間が第１形状空間として形成
され、該第１形状空間の形状の第１製品部が形成され
る。次に、切換移動型を下動させると、第１製品部下端
の外周に第２形状空間が形成され、該第２形状空間に第
２給湯口が開口する。該第２給湯口から第２の溶湯を注
湯すると、第１製品部下端外周に、第２製品部が一体的
に形成される。

《実施例》 第１図に示したピストンは本発明の鋳造型を用いて鋳
造されている。このピストンは、その本体１は冠面２を
備える胴部３と、その下のスカート部４とからなり、全
体はその主要部がアルミ合金により、冠面対向部Ｃが主
要母材であるアルミ合金とは異なる異種材料により鋳造
されている。

ここで、ピストンの主要部にはJIS規格でAC−8AやAC
−8Cの鋳造用アルミ合金が採用され、冠面対向部Ｃには
異種材料としての耐摩耗性の高いアルミ合金（たとえ
ば、ケイ素やマグネシウムの比率が比較的高く、自身の
硬度及び熱処理による硬度の強化を図り易いもの）が使
用される。

本体１は冠面２が平坦に形成され、その外周面12には
周知の構成のトップリング溝13とセカンドリング溝14と
オイルリング溝15とがこの順に上方より順次形成されて
いる。ここで、ピストンの冠面２側の環状の外周壁であ
る冠面対向部Ｃは、各リング溝の深さＳより十分大きい
幅ｔと３つのリング溝13,14,15を全て取り込めるだけの
縦幅ｈを備えるよう構成されている。なお、各リング溝
は、これらに図示しないトップリング、セカンドリン
グ、オイルリングがそれぞれ嵌着できるような形状に、
形成されている。

ここで、第１図のピストンを鋳造する鋳造型を第３図
に示した。この鋳造型は、固定型５と、左右の開閉移動
型6,7と、上移動型（上型）８と、固定型５に支持され
る切り換え切換移動型９と、この切換移動型９の切り換
え手段としてのエアシリンダ10と、図示しない周知の溶
湯供給手段とで構成されている。

固定型５は図示しない基台により支持され、その中央
に縦向きにエアシリンダ10を保持し、そのピストンロッ
ドの上端に切換移動型９を取付けている。切換移動型９
はその中央に一対の貫通穴16が形成されている基盤部90
1と、その上面より突出する環状突部902とからなり、固
定型５の収容穴17内に上下動可能に支持されている。し
かも、貫通穴16には一対のブラケット18が遊嵌してお
り、同ブラケット18により、切換移動型９の上方の片状
固定型19が固定型５に一体結合されている。ここで、切
換移動型９は第４図（ａ），（ｂ）に実線で示す突出位
置P1と２点鎖線で示す退却位置P0とに切り換え移動可能
に支持されている。

左右の開閉移動型6,7は互いに付き合わされて、その
両者の対向面間に被鋳造ピストンの鋳造面Ｆが形成され
る。しかも、左の開閉移動型７には上移動型８に続く主
溶湯路20が、左の開閉移動型６には上移動型８に続く異
種溶湯路21がそれぞれ形成される。なお、上移動路８に
は主溶湯路20を異種溶湯路21の各注湯口22,23がそれぞ
れ形成されている。

左右の移動路6,7と上移動型８は図示しない各エアシ
リンダによりそれぞれ、型締め位置（第３図に実線で示
した位置）と、型開き位置（第３図に２点鎖線で示した
位置）とに切り換え移動可能に支持されている。

この場合、各開閉移動型６、７が型締め位置にあり、
切換移動型９が退去位置P0にあると、鋳造型内には、ピ
ストン本体１を完全に鋳造できる第１鋳造空間A1と第２
鋳造空間A2との合成空間が確保される。更に、切換移動
型９が突出位置P1に切り換え移動されると、鋳造型内に
は第１鋳造空間A1のみが確保されるように構成されてい
る（第４図（ａ），（ｂ）の参照）。

ここで、本発明の鋳造型の動作を説明する。

ここでは、第３図に示すような鋳造型を用いアルミ合
金製のピストン本体１を鋳造する。

まず、鋳造型内の各開閉移動型６、７が型締めされ、
同時に切換移動型９がエアシリンダ10により駆動され、
突出位置P1に保持される。これにより、鋳造型内には、
第１鋳造空間（第４図（ｂ）参照）A1のみが確保され、
第１型締め工程がなされる。

次に、湯口22より、主溶湯を注入する第１注入工程に
入る。この場合、主溶湯は切換移動型９により閉鎖され
ている第２鋳造空間A2と異種溶湯路21とを除いた全ての
空間に供給され、凝固に入る。

次に、主溶湯の凝固、少なくとも、ピストンの第１鋳
造空間A1の外殻のみが凝固する所定時間を経過すると、
エアシリンダ23を駆動させ、切換移動型９を退却位置P0
に切り換え移動させ、第２型締め工程が達成される（第
４図（ａ）参照）。これにより、鋳造型内には主溶湯の
凝固により生成された外殻と、左右の開閉移動型6,7と
切換移動型９とにより囲まれた環状の第２鋳造空間A2が
確保される。

この後、湯口23より第２鋳造空間A2に耐摩耗性の優れ
た異種溶湯を注入する第２注入工程を行なう。これによ
り、完全な凝固に入っていない主溶湯の外殻に対して、
異種溶湯が隙間なく完全に侵入し、両合金は拡散接合
し、一体的な鋳造が達成される。

更に、第２注入工程を行った後であって、湯口23付近
の溶湯が凝固した直後において、更に、エアシリンダ23
を退却位置P0側より、突出位置P1側に向け押圧駆動させ
る。これにより、切換移動型９を加圧位置P2に切り換え
る加圧工程を実施する。この加圧工程により、第１鋳造
空間A1の主溶湯の外殻の隙間に異種溶湯が加圧された状
態で隙間なく、より完全に侵入し、両合金の拡散接合は
確実になされ、完全に一体化したピストンの鋳造が達成
される。

この後、鋳造されたピストンは、型開き工程、研削工
程を経て、その外形を整えられ、特に、冠面対向部Ｃに
複数のリング溝13,14,15が形成され、ピストンの製造が
完了する。

このように製造されたピストンはその機械的強度が十
分高く、冠面対向部Ｃの各リング溝の摩耗、へたりの発
生をも押えることができ、ピストンの耐久性が向上した
ものとなる。

上述の処において、第２注入工程の後に加圧工程を行
なったが、これに代え、第２注入工程で十分な動鋳造特
性を生かせば、たとえば、異種溶湯路21の高さ方向の長
さを十分大きくとれば、これのみで十分な両合金の一体
化を図れ、あえて加圧工程を行なうこともない。

《発明の効果》 以上のように、本発明の鋳造型によれば、固定型と、
該固定型の上面に摺動可能に対向して設けられ、互いに
対向面が当接したときに中央部に溶湯が注入される空間
を形成する一対の開閉移動型と、該開閉移動型の上面を
覆う上型と、前記固定型内に移動可能に設けられ、上動
したときに前記空間の下部外周に環状壁を形成する切換
移動型と、前記開閉移動型に形成され前記空間に常時開
口する第１給湯口と、前記開閉移動型に形成され、前記
切換移動型が上動して前記環状壁が前記空間内にあると
きは、該環状壁によって開口部が閉塞される第２給湯口
とを備えて構成したので、機械的強度が高く、耐久性の
あるピストンを底コストで、歩留まり良く鋳造できる。
特に、異種溶湯に耐摩耗性の高い異種溶湯を用いた場
合、ピストンの軽量化を図ると共にリング溝の耐摩対策
を容易に行なえ、ピストン耐久性がより向上するという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により得られたピストンの断面図、
第２図は本発明方法の一例をなす工程説明図、第３図は
第１図のピストンの鋳造を行なった鋳造装置の概略断面
図、第４図（ａ），（ｂ）は第３図の鋳造装置の作動説
明図である。 １……ピストン本体、5,6,7,8……鋳造型、９……切り
変え移動型、A1……第１鋳造空間、A2……第２鋳造空
間、Ｃ……冠面対向部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実用新案登録請求の範囲 固定型と、 該固定型の上面に摺動可能に対向して設けられ、互いに
   対向面が当接したときに中央部に溶湯が注入される空間
   を形成する一対の開閉移動型と、 該開閉移動型の上面を覆う上型と、 前記固定型内に移動可能に設けられ、上動したときに前
   記空間の下部外周に環状壁を形成する切換移動型と、 前記開閉移動型に形成され前記空間に常時開口する第１
   給湯口と、 前記開閉移動型に形成され、前記切換移動型が上動して
   前記環状壁が前記空間内にあるときは、該環状壁によっ
   て開口部が閉塞される第２給湯口と、 を備えたことを特徴とする鋳造型。