JP5779105B2 - ダイカスト用のピストンおよびリングの組立体 - Google Patents

Description

本発明は、ダイカスト用のピストンおよびリングの組立体に関し、特に、限定はされないが、コールドチャンバー式ダイカスト法のためのものである。

以下の説明においては単純化のために主にコールドチャンバー式ダイカストに言及するが、このことは限定要因としては解釈されないということを予め明記することが適切である。なぜなら、本願発明は、特に相容れない場合を除き、金属または非金属材料の他のタイプのダイカスト法（例えば、ホットチャンバー式ダイカスト法）にも適用できるからである。

コールドチャンバー式ダイカスト法は長い間知られてきており、それゆえ以下には、本発明を理解するために厳密に必要であることを除き、詳細には記載しない。さらなる情報のためには、このことについての多数の技術的あるいは科学的な刊行物を参照すべきである。

この方法においては、溶融金属が円筒状の内部空洞を有する容器に注がれ、その中で該金属は移動するピストンによって軸方向の出口の方へ押され、これにより鋳造される部分の雄型を内包する雌型に注入される。

ピストンによって溶融金属上に働く圧力を増大させるために、既知の解決では、内燃機関のピストンに適用されているようなシールリングを採用している。もちろん内燃機関とは異なる適用例では特有の技術的手段を必要とする。

このために数タイプのシールリングが現在すぐに利用でき、それは単純化すれば２つの異なるカテゴリに分けることができる。

第１のカテゴリは、リングとピストンとの間の溶融金属の浸入を利用する原理に基づいている。すなわち、リングを半径方向に拡大させ、容器の円筒状内壁に対して望ましいシールを得ることである。この種のリングの一例が２００１年に付与されたヨーロッパ特許EP１１９７２７９号に記載されている。

第２のカテゴリは、リングとピストンとの両構成要素の対をなす構造により、リングの内周面とピストンとの間にラビリンスシールを形成することに基づいている。この場合、リングの内周面は環状の溝および環状のリブを有し、これらはピストンの同様な環状の溝および環状のリブに一致している。

このラビリンスシールは、リングに弾力性を与える切り欠きの特定の階段形状に沿ってリングが半径方向に拡大することを許容して、ピストンとシールリングとの間に溶融金属が漏れるかもしれないというリスクを無くしている。

この技術の一つの例が１９９７年に付与されたヨーロッパ特許EP４２３４１３号に記載されている。

前記の先行技術による解決は、ピストンと容器の円筒状の壁との間のシールに関して満足な結果をもたらしてはいるが、それらは依然として性能および信頼性について限度を有している。

実際は、これらの技術の第１のものに関する限り、一の工程のサイクルと次の工程のサイクルとの間に生じる不可欠の冷却により、リングとピストンとの間で硬化する金属がリングの弾力性を失わせ、その結果、容器の円筒状の壁に対するリングの摩擦が高くなり、該壁にダメージを与え、あるいはとにかくピストン焼付きのリスクをもたらすことに注意しなければならない。

おそらくこの理由により、EP１１９７２７９号に記載されたシールリングは銅；すなわちピストンが摺動する容器の鋼よりもやわらかい材料で形成されている。

上述した第２の技術によるシールリングは、これらの問題がない。なぜなら、これまでに述べたように、リング自身とピストンとの間にラビリンスシールがあり、先の場合とは違い、溶融金属の浸入を防ぐからである。

しかしながら、この解決においては、ダイカスト工程の間に発生した力の影響によるピストンに対するリングの回転を防ぐことのできるシステムが無いことにより、リングには角度位置の安定性の問題がある。

本願発明の基礎となる技術的課題は、それゆえ、従来技術の上述した欠点を克服するような構造上および機能上の特徴を有するピストンとリングとの組立体を提供することである。

前記課題は、特許請求の範囲に記載した特徴を有するピストンとリングとの組立体によって解決される。

本発明によって達成される前記特徴および有利な効果は、添付された図に示された、限定されていない好ましい実施形態について述べる以下の詳細な説明から、より明らかになる。

本願発明に係るシールリングの軸測投影図である。 本願発明に係るシールリングの軸測投影図である。 図１および２に示されたリングが用いられる、本願発明に係るピストンの軸測投影図である。 図１および２に示されたリングが用いられる、本願発明に係るピストンの側面図である。 図１〜４のリングおよびピストンの組み立てられた状態を示す図である。 本願発明に係るシールリングの変形例の軸測投影図である。 図６のリングが用いられる、本願発明に係るピストンの変形例の軸測投影図である。 図６および７のリングおよびピストンの組み立てられた状態を示す図である。 本願発明に係るピストンの更なる変形例の図７および８に相当する図である。

図を参照して、符号１は本発明に係るダイカスト用のピストン２のシールリングを示している。

ピストン２は銅で作るのが好ましく、鋼あるいは他の適当な金属材料で作ることも可能である。何れの場合についても、既知のピストンキャリアあるいはロッドに固定されることが意図されているが、これらは本願発明の理解のために重要ではないので図示していない。

図１および図２に示されたシールリングは開いている。すなわち、シールリングは、相互に接触している水平面を備えた段状タイプであることが好ましい、切り欠き１０を有している。

リングの内部には、後側のリングの縁、すなわちダイカスト工程中のピストン２の前方向への動き方向における下流の縁、の近傍に円周を一周して等間隔に配置された複数の歯１１があり、好ましくは、歯１１の１つの縁はリングの縁と並んでいる。

好ましい実施形態によれば、切り欠き１０には２つの歯１１ａ、１１ｂがあり、これらは他のものよりも小さく、これらの組み合わされた長さは実質的に歯１１の長さと同じである。

歯１１はリングの内壁１３から半径方向に突出し、それらの寸法、すなわちそれらのリングの内壁１３からの半径方向の高さ、円周方向の長さおよび軸方向の幅は、リングの直径、リングの幅、リングのピストンとの相対的な位置、歯の数等のようないくつかの要因によって異なるものとすることができる。

それにもかかわらず、歯の数は好ましくは２よりも大きく、より好ましくは４と１０の間ということは明言できる。

ピストン２は一体品として、好ましくは銅あるいは銅合金で形成され、他の適当な金属材料が代わりに用いられることも可能であるが、少なくとも内部の一部が中空の筒状のスカート２０を有し、それは支持ロッド（図示なし）に固定されることが可能となっている。

前側に、ピストン１はテーパ状の頭部２１を有し、その基部にはリング１の歯１１の形状と対をなすが僅かに大きい形状を有する座部２２がある。このように、ダイカスト工程のために組み立てられたとき（図５に示すように）、座部２２に歯１１が噛合い、リングとピストンとの間には僅かな（しかし無視できない）遊びがあり、それはリングがピストンに対して弾性的に拡大することを可能にする。

さらに、座部２２と頭部２１の端部との間には当接面２３があり、ダイカスト工程の間、この面２３に対してリング１は液状金属により発生した圧力によって押される。その結果、前記面においてリングはピストンと接触して軸方向に維持され、従って溶融金属がリングを通って浸入することを防止している。

リングはしかしながら、上述した歯と座部との間の遊びにより、半径方向に拡大することができ、従って容器の円筒状の内壁に対して望まれたシールを提供している。

この点について、歯１１がそれぞれ座部２２に噛合って維持され、リング１はピストン２に対して回転することなく安定して組み立てられた状態であることが指摘されなければならない。

加えて、リング１の後側の縁への、すなわち前側の縁から充分に離れての、歯１１の位置付けは、溶融金属が座部２２に到ること、および凝固した後で座部２２が詰まることを防止することに注目すべきである。

座部に詰まりが生じると、リングはもはや初期の引っ込んだ状態に戻ることはできないので、弾性を失うであろうことは明らかである。

さらに、シールリング１は外部から来る液体金属に対して、すなわち、ピストンが摺動する円筒状のチャンバーの壁を流れてくる金属に対して座部２２を保護する。

言い換えると、このことは、リング１とピストン２とからなる組立体は、リングはそれ自身が溶融金属の浸入に対して噛合い領域を保護するので、本質的に信頼できると言うことを意味している。

上記の見地から、従って、リング１およびピストン２がどのようにして本発明の基礎となる技術的課題を解決できるのかを理解することができる。

実際、本組立体はリング１の弾性を利用することによって必要なシールを確保している。この見地のもとで、本発明は前に記載した第２のタイプの技術に、その全ての有利な点を含めて、入っていると言うことができる。

しかしながら、引用した先行技術と異なり、歯１１と座部２２間の係合は、リングのピストンに対する回転を防ぎ、これにより全システムが適切に作動することを確保している。

これはリングの弾性的挙動を維持することによって達成される。なぜなら、リングとピストンとの間に設けられたシールは、凝固した際にいくつかの先行技術に関して述べた問題を引き起こす可能性のある、溶融金属の蓄積を防止するからである。

上述したことに加え、本発明は更なる有利な効果も達成する。

実際、リング１およびピストン２の複数の歯１１および座部２２の存在は、それぞれ、選択された結合に応じたどのような構成においても、リングがピストンに対してある角度位置をとることを可能にする。

言い換えると、歯および座部によって提供される様々な可能な組み合わせの中から１つの組み合わせを選択することによって、リング１は、例えば、切り欠き１０を頂部に、底部に、水平方向直径位置に、あるいは中間角度位置に配置することを選択することによって正確に位置付けることができる。

リング１のこの選択的な位置付けは、ピストン２がスライドする円筒状チャンバーの不規則（円から外れる）を補償することを可能にし、同様に、溶融金属に働く圧力下での、およびダイカスト工程で起こる可能性のある他の状況下での不均衡を補償することを可能にする。

この状況下、切り欠きに設置された半分の歯１１ａ、１１ｂは小さい寸法であることが重要であり、その結果それらは、他の歯と同じようにどの座部２２にも係合することができる。

本願発明の他の重要な利点は、リングの歯はリングをピストン上にバヨネット式に装着するために利用することもできることである。

この状況は、特に、リングが閉じたリングであるときはいつでも都合が良い。閉じたリングとは、すなわち、切り欠きを有さず、図６、７、８および９に示されるようなものであり、これらの図では構造上または機能上、上記に記載されたものと同等である要素は、アポストロフィを付加した同じ関連の数字によって示されている。

図示のように、この場合リング１'は前方側からピストン２'上を滑り、そして、典型的なバヨネットタイプの組立体に従って、リングを回転して歯１１'をピストン２'から半径方向に突出している座部２２'の下に持ってくるようにして、所定の位置にロックされる。

リング１０'の後方への動きを防止し、リング１０'を所定位置に維持するために、ピストン１'は薄い弾性リングからなるカラー２４'を含み、それはリング１０'の下方への移動および歯１１'と座部２２'との間の結合方向とは反対方向への回転を防いでいる。

閉じたリングおよびバヨネットタイプの装着にはいくつかの変形も可能であり、その例が図９に示されている。

この場合、座部２２''は一方側が開いており、これによりリング１''のバヨネット装着が容易になっている。リングの反対回転は、ピストンスカート２０''の中に伸び、スカート２０''に備えられた孔（図には示されていない）にねじで取り付けられるねじ山が設けられた保持ステム２６''を有するロッド２５''によって防止されている。

ロッド２５''の端部は座部２２''の1つに設けられた空洞２７''に係合し、これによりリング１''の回転を防止している。

もちろん、ピストンに対するリングの回転を防止するためにカラー２４'またはロッド２５''の代わりとなる他のシステムを用いることも可能である。これら全ての解決に共通の特徴は、上記教示に従って内歯を有するリングである。

この点については、閉じたリングは特定のダイカスト法の場合に用いられ、この場合容器端部には内部でピストンが摺動する円筒状チャンバーへの案内はないことを指摘しなければならない。

本発明における閉じたリングの変形例は、前に記載した他の解決と同様の結果を達成する。なぜならシールがリング１'、１''とピストン２'、２''との間に配置されているからである。実際のところ、バヨネットタイプの装着はそれぞれの向い合う表面間に僅かに力を加えられた軸方向への接触を保証しており、それゆえリングを通っての液体金属の浸入を防止している。

さらに、このバヨネットタイプの装着は、リングが選択的かつ正確な方法でピストンに対し角度的に位置付けられることを可能にする。なぜなら、多数の歯１１'、１１''と半径方向の座部２２'、２２''によって多数の組み合わせが形成されることが可能となるからである。この場合切り欠きが無いが、それにもかかわらずリング１'、１''は予め決められた角度構成に従って位置付けることが可能であり有利である。

これまで記載され、図示されてきたものの更なる変形例として、当該技術分野で既に知られているように、１つのピストンには２つあるいはもっと多くのシールリングを設けることが可能であることを述べるべきである。

それゆえ、ピストンは１つの開いたリング１および１つの閉じたリング１'、または同タイプ（開または閉）の２つのリングを有することが可能である。

最後に、本明細書の冒頭に戻るが、コールドチャンバー式ダイカスト法のためのピストンおよびリングの上述した説明は、必ずしも金属を要件としない（例えばプラスチック材料を用いる）、他のタイプの方法にも同様に適用可能であることを指摘しなければならない。

もちろん、歯１１、１１'および座部２２、２２'の形状は、両方とも四辺形の形状である図示の形状とは異ならせることが可能である。

それゆえ、例えば、ピンに類似した歯および細長の孔に類似した座部、あるいは異なる幾何学的形状を同様に用いることが考えられる。開いたリング(すなわち、切り欠きを有する)が用いられる際は、歯と座部との間の結合に或る遊びを設けることが必要であり、そうすることで説明したようにリングが弾性的に拡大することを可能にする。

これら全ての変形は、本願クレームの範囲内である。

Claims (13)

1. 内側へ向けて突出している複数の歯（１１；１１'）を備えていることを特徴とするダイカストピストン用のシールリング（１；１'）。
2. 前記複数の歯（１１；１１'）は、前記リングが備えられたピストンの前向き運動の方向に関して、前記リングの後側縁の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のリング。
3. 前記複数の歯（１１；１１'）は等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリング。
4. 切り欠き（１０）を有し、２つの半分の歯（１１ａ、１１ｂ）が該切り欠き（１０）に関して反対側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のリング。
5. 前記リングは閉じていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のリング。
6. 歯の数が４から１０の範囲であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のリング。
7. 前向き運動の方向に関し側部となるスカート（２０）と前側の頭部（２１）とを備えたダイカストピストンにおいて、シールリング（１）から突出している複数の歯（１１；１１'）に係合するようになった横側に配置された複数の座部（２２；２２'）を備えていることを特徴とするダイカストピストン（２）。
8. 前記座部（２２；２２'）は前記頭部（２１；２１'）の基部近傍に配置されていることを特徴とする請求項７に記載のピストン。
9. 前記座部（２２；２２'）は等間隔に配置されていることを特徴とする請求項７または８に記載のピストン。
10. 前記座部（２２；２２'）と前記頭部（２１；２１'）の端部との間に当接面（２３；２３'）が配置されていることを特徴とする請求項７〜９の何れか一項に記載のピストン。
11. 前記リング（１'）の前記ピストン（２'）との相対的な回転を防止するようになった保持手段（２５”、２６”）を備えていることを特徴とする請求項７〜１０の何れか一項に記載のピストン。
12. 前記保持手段は、前記ピストン（２'）の前記スカート（２０'）を貫通するロッド（２５”）を備えていることを特徴とする請求項１１に記載のピストン。
13. 前記保持手段は、前記リング（１'）と前記頭部（２１'）の基部の前記当接面（２３'）との間に弾性のカラー（２４'）を備えていることを特徴とする請求項１２に記載のピストン。

Images