(57)【要約】【課題】エンジン用ピストンの鋳造時，溶湯の滞留や合流に起因する湯紋がクラウン部に発生しないようにして，クラウン部の高温強度の増強を図る。【解決手段】鋳型Ｍ内のピストン成形用キャビティ２０に，その下部から重力注湯して，エンジン用ピストン１０を鋳造する，エンジン用ピストンの製造方法において，ピストン１０のクラウン部１１の頂面１１ａに対応するキャビティ２０の底面２１ａを水平面Ｈに対して１５〜３５°傾斜させた状態でキャビティ２０への注湯を行う。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型（Ｍ）内のピストン成形用キャビティ（２０）に，その下部から重力注湯して，エンジン用ピストン（１０）を鋳造する，エンジン用ピストンの製造方法において，
ピストン（１０）のクラウン部（１１）の頂面（１１ａ）に対応する前記キャビティ（２０）の底面（２１ａ）を水平面（Ｈ）に対して傾斜させた状態で，該キャビティ（２０）に注湯することを特徴とする，エンジン用ピストンの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のエンジン用ピストンの製造方法において，
前記キャビティ（２０）の底面（２１ａ）の水平面（Ｈ）に対する傾斜角度（θ）を１５〜３５°としたことを特徴とする，エンジン用ピストンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，鋳型内のピストン成形用キャビティに，その下部から重力注湯して，エンジン用ピストンを鋳造する，エンジン用ピストンの製造方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，重力注湯によりエンジン用ピストンを鋳造する場合，ピストンのクラウン部が下向きとなるようにして鋳造する倒立鋳造法，又はピストンのクラウン部が上向きとなるようにして鋳造する正立鋳造法の何れかを採用するのが一般的である。
【０００３】
ところで，近年の環境改善の目的でエンジンの重量軽減を図るべく，ピストン自体の薄肉軽量化の要求がある。しかしながら，ピストンの薄肉軽量化を進めた場合には，熱負荷が増大し，特にエンジンの燃費低減のために希薄燃焼方式が採用される場合には，クラウン部が受ける熱量が著しく増加する。因みに，自動車用の２０００ｃｃエンジンにおけるピストンのクラウン部の頂面温度を調べてみると，２０００年モデルのものでは２４０°程度であったのに対して，２００３年モデルのものでは２８０〜２９０°であり，ピストンは３００°近い頂面温度下で使用されているのが現状である。したがって，特にピストンのクラウン部には，高い高温強度が要求されるのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，従来の倒立鋳造法又は正立鋳造法で鋳造されたピストンを調べてみると，高温強度のマイナス因子になると考えられるものがクラウン部に散見される。それは，注湯時，溶湯の滞留や合流に起因して生じた湯紋であり，この湯紋の発生部には，溶湯の酸化から生じた酸化膜や，溶湯が流動中に捕捉した異物等が溶湯の凝固により取り残されていることがあり，それらはクラウン部の高温強度を低下させる一因となる。
【０００５】
本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，鋳造時，クラウン部には湯紋が発生しないようにして，クラウン部の高温強度の増強を図り，ピストンの薄肉軽量化に寄与し得る，エンジン用ピストンの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために，本発明は，鋳型内のピストン成形用キャビティに，その下部から重力注湯して，エンジン用ピストンを鋳造する，エンジン用ピストンの製造方法において，ピストンのクラウン部の頂面に対応する前記キャビティの底面を水平面に対して傾斜させた状態で，該キャビティに注湯することを第１の特徴とする。
【０００７】
また本発明は，第１の特徴に加えて，前記キャビティの底面の水平面に対する傾斜角度を１５〜３５°としたことを第２の特徴とする。
【０００８】
さらに本発明は，第１又は第２の特徴に加えて，ピストンの鋳造後は，スカート部の  外周面及び端面を切削仕上げ加工することにより，スカート部の先端部に残存する湯紋を除去することを第３の特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の第１の特徴によれば，注湯時，キャビティでは，溶湯が傾斜した底面に沿って上昇していくため，溶湯は，キャビティ全体を満たすまで，キャビティの，クラウン部に対応する下部に留まることがないから，溶湯の滞留や合流に起因する湯紋がクラウン部に発生することを防ぐことができ，したがってピストンの薄肉軽量化を図りつゝ，クラウン部の高温強度を効果的に高めることができる。
【００１０】
また本発明の第２の特徴によれば，溶湯の滞留や合流に起因する湯紋のクラウン部での発生を，より確実に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。
【００１２】
図１は本発明方法で鋳造されるエンジン用ピストンの縦断面図，図２は図１の２−２線断面図，図３は同ピストンの鋳造に使用される鋳型の縦断面図，図４は上記鋳型への注湯過程説明図である。
【００１３】
先ず，図１及び図２により，本発明方法により製造されるエンジン用ピストン１０について説明する。
【００１４】
エンジン用ピストン１０は，軽合金，例えばＡｌ合金を素材として鋳造されるものであって，外周に複数条のリング溝１２を備えるクラウン部１１と，このクラウン部１１から下方に延びる円筒状のスカート部１３と，このスカート部１３の上部に一体に連設され，クラウン部１１の軸線と直交する方向に並ぶ一対のピンボス部１４，１４とからなっており，各ピンボス部１４，１４のピン孔１５，１５には，その外端寄りに位置する環状のクリップ溝１６，１６とが設けられる。但し，クラウン部１１の外周面及びリング溝１２，スカート部１３の外周面及び端面，並びにピン孔１５，１５の内周面は，ピストン１０の鋳造後，仕上げのために切削加工される。尚，符号１１ａは，エンジンの燃焼室に曝されるクラウン部１１の頂面を示す。
【００１５】
次に図３により，上記ピストン１０の鋳造に使用される鋳型Ｍについて説明する。
【００１６】
鋳型Ｍは，開閉自在に分割される複数の金型からなるもので，それら金型を閉じることにより，鋳型Ｍ内には，前記ピストン１０のクラウン部１１の頂面１１ａに対応する底面２１ａを有するピストン成形用キャビティ２０と，このキャビティ２０の下部に連通して，キャビティ２０より上方に立ち上がる湯道２５と，この湯道２５の立ち上がり部とキャビティ２０の間にあって，それらと連通する押し湯溜め２６とが形成されるようになっており，湯道２５の上端は拡張していて湯口２５ａとなっている。キャビティ２０は，ピストン１０のクラウン部１１，スカート部１３及びピンボス部１４，１４にそれぞれ対応するクラウン成形部２１，スカート成形部２３及びピンボス成形部２４からなっている。
【００１７】
この鋳型Ｍは，また，ピストン１０のピンボス部１４，１４に対応するピンボス成形部２４の軸線と平行な水平枢軸２７を介して図示しない固定機台に支持されていて，枢軸２７周りに自由に揺動し得るようになっており，特に，キャビティ２０への注湯時，湯道２５の下端部を最下部にして，キャビティ２０の底面２１ａが水平面Ｈに対して角度θ傾斜するように，鋳型Ｍに傾斜姿勢を与える点に本発明の特徴がある。その際，傾斜角度θは，１５〜３５°と設定することが望ましい。
【００１８】
次に，図４を参照しながら，この実施例の作用について説明する。
【００１９】
湯道２５の下端部を最下部にして，キャビティ２０の底面２１ａが水平面Ｈに対して１５〜３５°の角度で傾斜するように鋳型Ｍを傾けた状態では，キャビティ２０の，スカート成形部２３の一部分２３ａが突出した最上部となる。このような鋳型Ｍの傾斜状態で，例えばＡｌ合金の略７３０°の溶湯２８を湯口２５ａから湯道２５に流し込むと，図４の（Ａ）〜（Ｄ）に示すように，溶湯２８は，キャビティ２０及び押し湯溜め２６を，それらの下部から満たしていき，先に注入された溶湯を押し上げることで，キャビティ２０及び押し湯溜め２６全体を満たす。
【００２０】
その際，特にキャビティ２０では，注入された溶湯２８は，傾斜した底面２１ａに沿って上昇していくため，キャビティ２０全体を満たすまでは，キャビティ２０の下部，即ちクラウン成形部２１に留まることがないから，クラウン成形部２１での溶湯２８の滞留部の発生を防ぐことができる。そしてキャビティ２０を上昇していく溶湯２８は，最終的にはスカート成形部２３の突出した最上部２３ａで合流する。この溶湯２８の合流部は，ピストン１０のスカート部１３の下端部の一部分に当たるので，鋳造後，スカート部１３の外周面及び端面を切削仕上げ加工するとき，その合流部は除去される。
【００２１】
かくして，注湯時，鋳型Ｍを傾斜させるという，極めて簡単な方法で，クラウン部１１には，溶湯の滞留や合流に起因する湯紋が存在しないエンジン用ピストン１０を鋳造することができ，ピストン１０の薄肉軽量化を図るつゝ，クラウン部１１の高温強度を効果的に高めることができる。
【００２２】
下表は，キャビティ２０の底面２１ａの傾斜角度θを変えてピストン１０を鋳造し，所定の切削加工を施した場合の湯紋の残存状況を調べた結果を示す。尚，各比較例の調査個数は５０個である。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
上表から明らかなように，本発明の方法により製造した比較例４〜９のピストン１０のクラウン部１１においては，湯紋の残存が皆無であり，また鋳型Ｍの傾斜角度θを１５〜３５°にした場合（比較例４〜７）には，スカート部１３においても湯紋の残存が皆無であった。  
【００２５】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明方法で鋳造されるエンジン用ピストンの縦断面図。
【図２】図１の２−２線断面図。
【図３】同ピストンの鋳造に使用される鋳型の縦断面図。
【図４】上記鋳型への注湯過程説明図。
【符号の説明】
【００２７】
Ｈ・・・・・水平面
Ｍ・・・・・鋳型
１０・・・・ピストン
１１・・・・クラウン部
１１ａ・・・クラウン部の頂面
１３・・・・スカート部
２０・・・・キャビティ
２１ａ・・・キャビティの底面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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