(57)【要約】【課題】ピストンのピンボア内面に溝構造を作るための方法であって、比較的シンプルな製造、および／または低い製造コスト、および／または短い製造時間によって特徴付けられる方法を提供する。【解決手段】本発明は、ピストン（１）のピンボア（４）の内面（３）に溝構造（２）を作るための方法に関する。この方法では、バイト（６）を有する回転可能な中ぐり棒（７）を提供し、第１回転速度（ｎ１）で回転方向（１０）に回転する中ぐり棒（７）を第１送り速度（ｖ１）でピンボア（４）内に前進させて第１深さ（１９）および第１幅（２３）を有するらせん状の第１溝（１６）を内面（３）に形成し、第２回転速度（ｎ２）で回転方向（１０）に回転する中ぐり棒（７）を第２送り速度（ｖ２）でピンボア（４）から後退させて第２深さ（２０）を有するらせん状の第２溝（１８）を内面（３）に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン（１）のピンボア（４）の内面（３）に溝構造（２）を作るための方法であって、
少なくとも１つのバイト（６）を有する回転可能な中ぐり棒（７）を提供するステップと、
第１回転速度（ｎ１）で回転方向（１０）に回転する上記中ぐり棒（７）を第１送り速度（ｖ１）で上記ピンボア（４）内に前進させ、上記溝構造（２）の第１深さ（１９）および第１幅（２３）を有する少なくとも１つのらせん状の第１溝（１６）を上記内面（３）に形成するステップと、
第２回転速度（ｎ２）で上記回転方向（１０）に回転する上記中ぐり棒（７）を第２送り速度（ｖ２）で上記ピンボア（４）から後退させ、その間に上記溝構造（２）の上記第１深さ（１９）とは異なる第２深さ（２０）を有する少なくとも１つのらせん状の第２溝（１８）を上記内面（３）に形成するステップとを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記第２送り速度（ｖ２）は、上記第１送り速度（ｖ１）よりも大きい
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記第２深さ（２０）は、上記第１深さ（１９）よりも大きい
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
上記第２溝（１８）は、上記第１幅（２３）よりも大きい第２幅（２４）を有する
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項において、
上記第２溝（１８）は、上記第１幅（２３）よりも小さい第２幅（２４）を有する
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
上記第２溝（１８）の第２ピッチ（２２）は、上記第１溝（１６）の第１ピッチ（２１）よりも大きい
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
上記ピンボア（４）の上記内面（３）を、上記第１溝（１６）を形成する間に、周方向および／または軸方向において径が変化するボアとして形成する
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、
少なくとも１つの上記第２溝（１８）は、第２ピッチ（２２）および第２幅（２４）を有し、
上記第２幅（２４）は、上記第２ピッチ（２２）の２５〜５０％の大きさである
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
上記第１溝（１６）を、上記少なくとも１つのバイト（６）によって形成し、
上記第２溝（１８）を、上記中ぐり棒（７）に取り付けた別のバイトによって形成する
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項において、
上記第１深さ（１９）は、２μｍ以下であり、
および／または、
上記第２深さ（２０）は、２０μｍ以下である
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
ピンボア（４）の内面（３）に溝構造（２）が設けられたピストン（１）であって、
上記溝構造（２）は、
第１深さ（１９）および第１幅（２３）を有する少なくとも１つのらせん状の第１溝（１６）と、
上記第１深さ（１９）とは異なる第２深さ（２０）を有する少なくとも１つのらせん状の第２溝（１８）とを有する
ことを特徴とするピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に係る、ピストンのピンボアの内面に溝構造を作る方法に関する。本発明は、また、そのような方法によって溝構造が設けられたピンボアを備えた、内燃エンジンのピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンは、通常、例えばコネクティングロッドを接続するためのピンが回転可能に取り付けられる少なくとも１つのピンボアを備える。ピンボアの表面は、動作中に生じる高い負荷に耐えられるよう、できるだけ滑らかに形成されることが望ましい。これによりピンボアがより高い負荷に耐えられるようになるが、しかしながらそのような平坦な表面は、ピストンとピンとの間の潤滑に必要な潤滑油をピンボアに供給することに良くない影響を与える。より優れた潤滑を実現するために、ピンボア表面に、潤滑油のための油溜めとして機能して潤滑を改善させる溝を設けることが知られている。そのような溝を表面に設けると、平坦な表面の比率が減少し、よって表面の負荷支持特性が損なわれる。また、そのような溝は、潤滑油を十分に溜めておくことができない。
【０００３】
この問題を解決するために、特許文献１および特許文献２では、ピンボア表面に、深い溝および相対的に浅い溝を有する溝構造を設けることが提案されている。両タイプの溝が潤滑油を溜める機能を果たし、浅い溝は、表面の負荷支持特性により貢献する。これらのピストンにおいては、溝構造の溝は、平行に設けられているか、または平行に延びている。また、各溝の深さは、対応する溝に沿って変化し得る。
【０００４】
特許文献３から、非円筒形状のボアを作るための精密中ぐり盤が知られており、これによると、適当な制御を通して、周方向（楕円率）や径方向（らっぱ形状）においてボア径を変えることができる。精密中ぐり盤は、回転可能な中ぐり工具として、ボア内に送られるバイトを有する中ぐり棒と、この中ぐり棒と同期して動くワークチャックとを備える。そのような精密中ぐり盤により、適当な制御、例えばバイトの一定径方向振れおよび一定送り速度により、本発明に係るらせん溝をボア内面に形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００６０５０２４６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第６０８９７５６号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第４４４２２１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そのような従来技術に係る溝構造の欠点は、製造コストを高くしたり製造時間を長くしたりする独立した操作のために、とりわけ作るためのコストが高いことである。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、ピストンのピンボア内面に溝構造を作るための方法およびそのようなピストンのための改善されたまたは少なくとも従来のものに代わる実施形態であって、特に比較的シンプルな製造、および／または低い製造コスト、および／または短い製造時間によって特徴付けられる実施形態を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、この目的は独立請求項の主題によって達成される。有利な実施形態は従属請求項の主題である。
【０００９】
本発明は、１つ以上のバイトを有する中ぐり棒からなる中ぐり工具によって、ピストンのピンボアの内面に溝構造を作るという基本思想に基づく。バイトによって、中ぐり棒がピンボア内に前進するときには、第１深さおよび第１幅ｂ１を有する第１溝がピンボアの内面に形成され、引き続き中ぐり棒が後退するときには、第１深さとは異なる第２深さを有する第２溝がピンボアの内面に形成される。このため、深さが異なる複数の溝を有する溝構造を、同じ工具、すなわち中ぐり棒に取り付けられる１つのバイトによって作ることができる。また、簡易化された態様でかつより短い時間でピンボアの内面に溝構造を形成することができる。なぜなら、ピンボア内に中ぐり棒を前進させるときと、ピンボアから中ぐり棒を後退させるときとの両方において、ピンボアの内面に溝が形成されるためである。本発明の思想によると、溝構造は、そのような回転可能な中ぐり棒によって作られる。ここで、中ぐり棒は、第１回転速度ｎ１で回転方向に回転しながら第１速度または送り速度ｖ１でピンボア内に前進させられる。その代わりに、これらのおよびその他の相対運動は、所定位置に固定された中ぐり棒に対するワークチャック内のピストンの対応する移動によって実行されてもよい。第１深さおよび第１幅を有する少なくとも１つのらせん状の第１溝が、ピンボアの内面に形成される。本発明によると、中ぐり棒は、引き続き第２回転速度ｎ２で上記と同じ回転方向に回転しながら第２速度または送り速度ｖ２でピンボアから後退させられる。中ぐり棒が後退するときには、第１深さとは異なる第２深さを有する溝構造の少なくとも１つのらせん状の第２溝が、ピンボアの内面に形成される。
【００１０】
回転方向を保つことによって、特に中ぐり棒を停止させる必要がなく、その結果として溝構造の形成が簡易化および短時間化される。このため、少なくとも１つのらせん状の第１溝と、少なくとも１つのらせん状の第２溝とは、互いに逆向きのらせん方向を有する。
【００１１】
ピンボアの内面への各溝の形成は、当該内面のバイトに対する径方向調節によって行われる。ここで、中ぐり棒は、溝構造の溝を形成するために径方向において調節される1つ以上の径方向調節可能なバイトを備えていてもよい。また、ピストンまたはピストンボアの内面と中ぐり棒との間の相対運動によって溝を形成することも考えられる。ここで、特に、中ぐり棒の回転軸と交差するようにかつ当該中ぐり棒の回転と同期させてピストンをバイトに対して動かすことが考えられる。同様に、中ぐり棒をその回転軸と交差するように動かしてもよい。
【００１２】
各溝の深さおよび幅は、特に、中ぐり工具の回転速度に対してのピンボア内面に対する当該中ぐり工具の対応する調節によって決まる。そのような調節は、特に特許文献３に記載されているように実行される。
【００１３】
第１および第２溝の互いに異なる深さは、様々な態様で実現可能である。両溝は、同じバイトが中ぐり棒の前進運動と後退運動との間に径方向において調節され、当該バイトが異なる深さをもってピンボアの内面に切れ込むことによって作られてもよい。この場合、ピストンまたはワークチャックの同期運動が有利には省略可能である。
【００１４】
または、より深い（またはより浅い）第２溝は、中ぐり棒が後退する間に、ピストンがその都度の加工箇所においてバイトに向かって（またはバイトから遠ざかって）径方向に動かされるときに、中ぐり棒の回転に同期しかつ回転軸に対して交差するピストンの運動と、バイトの径方向調節とによってピンボアの内面に作られてもよい。両方の場合において、作られる各溝の幅は、バイト形状に関連して深さと共に変わる。
【００１５】
特許文献３の図２のようなピンボア内面の非円筒形の基本形状を有するボアを作るためにワークピースの同期運動が何らかの態様で行われる場合、有利には、中ぐり棒に対するバイトの径方向調節または調節可能性を省略することができる。この場合、中ぐり棒が前進するときに第１溝を有するボアの所望の非円筒形内面が適当な制御を通じて作られる一方、中ぐり棒が後退するときに第１溝よりも一定値だけ深い第２溝が形成されるように、方法が変更されてもよい。
【００１６】
当然、中ぐり棒を後退させるときに非円筒形内面に沿った繰り返しの移動を省略することが可能であり、また深い第２溝としてシンプルに円筒形の溝形状を形成することも考えられ、その場合には当該第２溝の深さはボア内面に対して変化する。
【００１７】
また、異なる深さを有する第２溝を、中ぐり棒に取り付けられる別個の第２バイトによって作ってもよい。中ぐり棒が前進させられて第１溝が形成された後、ピンボア内面に第２溝を形成するために当該中ぐり棒を径方向に延ばしてから後退させてもよく、一方、第１バイトを、第１溝が形成された後で径方向に引っ込めて取り外してもよい。有利には、第１および第２溝の形状は、異なる工具を使用することで互いに全く独立して構成されていてもよい。一例として、比較的幅広で平坦な第１溝と、より深いがより細い第２溝とが組み合わされてもよく、このような組合せは、中ぐり棒の前進および後退の間に異なる深さで係合する１つの切れ刃によっては実現できない。
【００１８】
好ましい実施形態では、中ぐり棒の前進および後退の間において、当該中ぐり棒の回転方向のみでなく回転速度も同じままである（ｎ１＝ｎ２）。この場合、第１および第２らせん溝の所望のピッチを実現するために、送り速度ｖ１，ｖ２のみを調節する必要がある。しかしながら、ｇｉ＝ｖｉ／ｎｉの関係によると、ピッチｇは、特に第１回転速度が第２回転速度と一致しない場合に（ｎ１≠ｎ２）、代替的または追加的に中ぐり棒の各回転速度によっても影響され得る。基本的には、中ぐり棒は、任意の第１送り速度ｖ１および／または第２送り速度ｖ２で移動させられてもよい。
【００１９】
好ましい実施形態では、ピンボアから中ぐり棒を後退させる際の第２送り速度ｖ２は、ピンボア内に中ぐり棒を前進させる際の第１送り速度ｖ１よりも大きい。すなわち、中ぐり棒は、回転方向を一定としたまま、第１送り速度よりも大きい第２送り速度で後退させられる。このため、回転速度が一定である場合（ｎ１＝ｎ２）、第２溝のピッチは、少なくとも１つの第１溝のピッチよりも大きくなる。したがって、ピンボア内面のうち少なくとも１つの第２溝が形成されている部分の比率は、ピンボア内面のうち少なくとも１つの第１溝が形成されている部分の比率よりも小さい。
【００２０】
少なくとも１つの第２溝の第２深さは、少なくとも１つの第１溝の第１深さよりも大きいことが好ましい。すなわち、中ぐり棒が後退するときに、少なくとも１つのそのような溝構造のらせん状の第２溝が、第１深さよりも大きな第２深さを有してピンボア内面に形成される。このため、溝構造は、少なくとも１つの第１溝よりも深く形成された少なくとも１つのそのような第２溝を有する。したがって、少なくとも１つの第２溝の領域では、より多くの潤滑油が溜められ得る一方、少なくとも１つの第１溝の領域では、ピンボアに取り付けられるピンに対するより優れた負荷支持特性が得られる。
【００２１】
好ましい実施形態では、潤滑油溜めとして機能するより深い溝がピンボア内面の２５〜５０％、特に好ましくは約４０％を占める場合に、十分な潤滑油の供給と、ガス圧負荷を引き受けるためのピンボア内面の十分に高い負荷支持特性との両方を実現することができる。これは、第２溝における幅とピッチとの比率として、０．２５≦ｂ２／ｇ２≦０．５、またはｂ２／ｇ２≒０．４に相当する。
【００２２】
好ましい実施形態によると、少なくとも１つの第２溝の第２幅は、少なくとも１つの第１溝の第１幅よりも大きい。すなわち、中ぐり棒が後退するときに、少なくとも１つのそのような溝構造のらせん状の第２溝が、第１幅よりも大きな第２幅を有してピンボア内面に形成される。しかしながら、同じバイトで第２溝を第１溝よりも浅くカットするか、または異なるバイトを用いて、第１溝の第１幅よりも第２溝の第２幅を小さくすることも可能である。
【００２３】
有利な実施形態では、第２溝は、第１溝よりも深い。すなわち、まず中ぐり棒が前進するときには、ピンボアの内面全体に比較的平坦な第１溝が形成され、一方でその後の後退の間には、好ましくはより大きなピッチを有するより深い第２溝が形成される。これにより、（逆の順序の場合に）平坦な第１溝をカットするときに、バイトが形成済みのより深い第２溝に入り込み、当該バイトに作用する力がそれに伴って変化することで加工品質に悪影響が及ぶのを回避することができる。
【００２４】
本発明に係る方法によると、基本的に、ピンボアの内面に任意の深さを有する第１溝および第２溝を形成することができる。
【００２５】
ピンボア内面に形成される第１溝の第１深さは、約１μｍであることが好ましい。少なくとも１つの第２溝の第２深さは、好ましくは２０μｍ以下であり、特に好ましくは約５μｍである。
【００２６】
中ぐり棒の回転速度は、各溝が所望の深さおよび／または幅および／またはピッチを有してピンボア内面に形成されるのであれば、基本的に残りの運動パラメータに応じた任意の回転速度であってもよい。
【００２７】
ここで、中ぐり棒の回転速度は、特に前進と後退との間で変更されてもよい。すなわち、第１回転速度ｎ１と第２回転速度ｎ２とは、互いに異なっていてもよい。
【００２８】
ピストンのピンボアの内面に溝構造を作るための方法のみでなく、本発明に係る方法によって製造されたピストンもまた本発明の範囲に含まれることを理解されたい。当該ピストンは、ピンボアの内面に、互いに逆向きのらせん方向および互いに異なる深さを有する２つのらせん溝を備える。
【００２９】
ピストンは、内燃エンジンにおいて使用される。ピンボアを介して、ピストンは特にコネクティングロッドに接続されてもよく、そのために対応するピンがピンボアに取り付けられる。
【００３０】
本発明の別の重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、および図面を参照した関連する図の説明から明らかになるだろう。
【００３１】
上述したまたは後述する特徴は、それぞれに示した組合せにおいてのみでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組合せにおいてまたは単独でも利用可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、溝構造を作っている間における内燃エンジンのピストンの概略断面図である。
【図２】図２は、溝構造を作った後における図１に符号IIで示す領域の概略図である。
【図３】図３は、溝構造を作った後における図１に符号IIIで示す領域の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。なお、同一の参照符号は、同一のもしくは類似の、または機能的に同一の構成要素を示す。
【００３４】
図１は、図示しない内燃エンジンのピストン１の断面図であって、溝構造２（図２および図３を参照）を作っている間の状態を示すものである。図２は、溝構造２を作った後における図１に符号IIで示す領域を示している。図３は、溝構造２を作った後における図１に符号IIIで示す領域を示している。
【００３５】
溝構造２は、ピストン１のピンボア４の内面３に形成される。ピンボア４は、互いに並んだ２つのボア部５を有する。ピンボア４の内面３に溝構造２を設けるために、まずバイト６を有する中ぐり工具が提供される。このバイト６を有する中ぐり工具は、中ぐり棒７に回転一体的に取り付けられる。中ぐり棒７は、当該中ぐり棒７の軸９に一致する回転軸８回りの回転方向１０に回転する。このため、バイト６も回転方向１０に回転する。まず、中ぐり棒７は、回転方向１０に回転しながら、前進方向１１においてピンボア４内に送られる。中ぐり棒７がピンボア４内に送られている間、バイト６とピンボア４の内面３との間の相対的な径方向運動がさらに生じる。これは、矢印１２で示すような中ぐり棒７およびよってバイト６の径方向運動を通じてなされてもよい。代わりにまたは加えて、ピストン１を、回転軸８と直交する第１運動方向１３、および／または回転軸８および第１運動方向１３と直交する第２運動方向１４において動かしてもよい。第１運動方向１３および／または第２運動方向１４におけるピストン１の運動は、当該ピストン１を保持するチャック１５によって実現されてもよい。中ぐり棒７がピンボア４内へ送られると、バイト６と内面３との間の上記相対的な径方向運動を通じて、少なくとも１つのらせん状の第１溝１６（図２および図３を参照）がピンボア４の内面３に形成される。ここで、図１には溝構造２を作っている途中の状態が示されており、そこでは中ぐり棒７が既にピンボア４内に完全に送られて前進方向１１においてピンボア４から外に出ている。ここで、第１溝１６は図１には示されていない。この後、中ぐり棒７は、回転方向１０に回転しながら前進方向１１とは逆向きの後退方向１７に動かされ続け、その結果、バイト６はピンボア４を二度にわたって通過し、中ぐり棒７はピンボア４から後退する。中ぐり棒７がピンボア４から後退する間には、中ぐり棒７またはバイト６の内面３に対する上記相対的な径方向運動を通じて、溝構造２の少なくとも１つのらせん状の第２溝１８がピンボア４の内面３に形成される。ここで、少なくとも１つの第１溝１６のらせん方向は、少なくとも１つの第２溝１８のらせん方向と逆向きである。図示の例では、１つのそのような第１溝１６と１つのそのような第２溝１８とが、ピンボア４の各ボア部５に形成されていて、対応するボス部５の実質的に全体にわたってらせん状に延びている。
【００３６】
ここで、第１溝１６と第２溝１８とは、径方向に延びる異なる深さ１９，２０を有する（図３を参照）。すなわち、第１溝は第１深さ１９を有しており、この第１深さ１９は第２溝１８の第２深さ２０とは異なる。例示の実施形態では、第２深さ２０が第１深さ１９よりも大きい。
【００３７】
中ぐり棒７は、第１送り速度でピンボア４内に前進させられる一方、第１送り速度とは異なる第２速度でピンボア４から後退させられる。このため、少なくとも１つの第２溝１８のピッチ２２は、少なくとも１つの第１溝１６のそれとは異なる。すなわち、第１溝１６の第１ピッチ２１は第２溝１８の第２ピッチ２２と異なっており、図示の例では、第２ピッチ２２が第１ピッチ２１よりも大きい。これは、中ぐり棒７の回転速度を一定として、第２送り速度を第１送り速度よりも大きくすることで実現できる。この関係は、図１において、進行方向１１の矢印が後退方向１７の矢印よりも短いことによって表されている。
【００３８】
また、第１溝１６は、回転軸９または進行方向１１もしくは後退方向１７に平行に延びる第１幅２３を有する。第１幅２３は、第２溝１８の対応する第２幅２４とは異なる。図示の例では、第２幅２４が第１幅２３よりも大きい。
【００３９】
図示の例では、各溝１６，１８の深さ１９，２０、ピッチ２１，２２、および幅２３，２４は実質的に一定である。しかしながら、各溝１６，１８の深さ１９，２０および／またはピッチ２１，２２および／または幅２３，２４は、特に対応する溝１６，１８に沿って、変化していてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１    ピストン
２    溝構造
３    内面
４    ピンボア
６    バイト
７    中ぐり棒
１０    回転方向
１６    第１溝
１８    第２溝
１９    第１深さ
２０    第２深さ
２１    第１ピッチ
２２    第２ピッチ
２３    第１幅
２４    第２幅
ｎ１    第１回転速度
ｎ２    第２回転速度
ｖ１    第１送り速度
ｖ２    第２送り速度
【図１】
2018028316.tif 000003
【図２】
2018028316.tif 000004
【図３】
2018028316.tif 000005