(57)【要約】【課題】ピッチタイムを短縮すると共に高品質なリング溝を形成できる方法を提供する。【解決手段】本発明は、内燃エンジンのピストン（１）を加工するための方法であって、少なくとも１つのリング溝（２）を形成する方法に関する。本発明の本質的事項は、少なくとも１つのリング溝（２）を、もっぱら研削によって形成することである。それにより、高品質で非常に細いリング溝（２）を低コストに形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンのピストン（１）を加工するための方法であって、
少なくとも１つのリング溝（２）を、もっぱら研削によって形成する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記少なくとも１つのリング溝（２）を、少なくとも１つの研削ディスク（４）を有する回転研削工具（３）によって形成する
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、
上記研削の間、上記ピストン（１）を、固定するか、または該ピストン（１）のピストン軸（５）回りに回転させる
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、
互いに異なる断面形状を有する複数の研削ディスク（４）を使用して、互いに異なる溝形状を有する複数の上記リング溝（２）を研削する
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
少なくとも２つの平行な研削ディスク（４）を有する研削工具（３）を使用して、少なくとも２つの平行なリング溝（２）を同時に研削する
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５において、
同じまたは互いに異なる断面形状を有する少なくとも２つの研削ディスク（４）を備えた研削工具（３）を使用して、同じリング溝（２）または互いに溝形状の異なるリング溝（２）を同時に研削する
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項５または６において、
同じまたは互いに異なる直径を有する少なくとも２つの研削ディスク（４）を備えた研削工具（３）を使用して、同じリング溝（２）または互いに溝深さの異なるリング溝（２）を同時に研削する
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項２において、
上記研削ディスク（４）の回転軸（６）とピストン軸（５）とが互いに平行にまたは傾いて延びた状態で、上記少なくとも１つのリング溝（２）を研削する
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項２〜８のいずれか１項において、
外方に向かって薄くなる周縁部（８）を有する少なくとも１つの研削ディスク（４）により、互いに斜めに延びる溝壁を有するリング溝（２）を研削する
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、
上記少なくとも１つのリング溝（２）を研削する前に、該リング溝（２）が形成される領域に少なくとも１つのオイルドレン孔（７）を形成する
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
上記リング溝（２）が形成される領域に、少なくとも２つの上記オイルドレン孔（７）を形成する
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項において、
上記少なくとも１つのリング溝（２）を、最大の溝幅（ｂ）を１．５ｍｍとして、もっぱら研削によって形成する
ことを特徴とする方法。
【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、内燃エンジンのピストンを加工する方法であって、少なくとも１つのリング溝が形成される方法に関する。本発明は、また、この方法によって加工されたピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃エンジンのピストンを加工するための一般的な方法が開示されており、当該方法では、少なくとも１つのリング溝が形成される。この場合、リング溝をできるだけ耐摩耗性の優れたものにできるように、当該リング溝に硬質陽極酸化皮膜が設けられる。そして当該皮膜は、当該溝内に挿入される回転研削工具によって少なくとも一部が平滑化される。それにより、溝の表面をとりわけ滑らかにすることができる。この場合、ピストン材料における溝は、従来より切削によって予め形成される。
【０００３】
一般に、ピストンリング溝と言われるものは、これまで切削によって機械的に作られてきた。この場合、溝は、公差の要求を満たすことができるよう、プレカットされた後に溝壁、すなわち上側および下側面において旋削される。細い溝のために、この用途に使用される切削工具をいっそう繊細なものにする必要があり、このことは、特にピッチタイム、工具の耐久性、および品質要求に悪影響を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９０２７６４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明は、特に、従来技術から知られる欠点を克服した、一般的な方法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を提示するという課題に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、この課題は、独立請求項１の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【０００７】
本発明は、内燃エンジンのピストンのリング溝を、初めて、切削ではなくもっぱら研削によって形成するという基本思想に基づく。ここで、研削によると、非常に小さな溝幅のみでなく、表面状態に関する非常に高い品質をも実現することができる。これにより、ピストンリングの機能性に好影響を与える表面品質向上と、短周期および長周期の表面うねりに関する品質向上との両方が実現される。「短周期の表面うねり」および「長周期の表面うねり」の語は、所定の平面度からの偏差を意味する。ここで、短周期の表面うねりは、回転研削工具またはワークピースの「振動」によって生じる。一方、長周期の表面うねりは、回転研削工具またはワークピースが非円形態様で取り付けられることによって生じる。また、中実材にリング溝を研削する際に、例えばオイルドレン孔の形成によって形作られる非連続断面でさえ、これまでのような品質への悪影響を与えないことは特に有利である。このタイプのオイルドレン孔は、リング溝が形成される領域に設けられるものであって、切削によってリング溝を形成する場合に表面うねりに悪影響を与えるおそれがある。これに対し、本発明にしたがって中実材に少なくとも１つのリング溝を研削する場合、このタイプのオイルドレン孔は単純に研削され、その過程においてバリが形成されることがない。特にバリに関して、本発明に係るリング溝の研削は、部品のきれいさに関する大きな利点をもたらす。本発明に係るリング溝の研削においては、ピストンの材料がどの程度硬いか、および、特定の環境下で、リング溝が形成される領域、例えば溶接箇所の領域に硬さの異なる微細構造が存在するかどうかは重要でなく、そのことは形成されるリング溝の品質に関して同様に大きな利点をもたらす。純粋に理論的に、もちろん、研削に先立ってある程度の溝のプレカットを行ってもよい。
【０００８】
本発明に係る解決策の有利な態様では、少なくとも１つのリング溝は、研削ディスクを有する回転研削工具によって形成される。研削の間、ピストンは、固定されてもよいし、またはそのピストン軸回りに回転してもよい。特に、研削ディスクとピストンとを同時に同じ方向に回転させることにより（両方とも時計回り方向または反時計回り方向）、少なくとも１つのリング溝を比較的迅速に研削することができる。ここで、もちろん、研削ディスクおよびピストンの一方を固定しかつ他方を回転させてもよい。これにより、真円度および平面度に関する特に高い品質を実現できる。ここでまた、もちろん、両部材（ピストンおよび研削工具）が互いに逆方向に回転してもよい。その場合、研削効果を得るために両部材を互いに異なる速度で回転させる。
【０００９】
本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、互いに断面形状の異なる複数の研削ディスクが使用され、それにより互いに異なる溝形状を有する複数のリング溝が研削される。本発明にしたがってリング溝をもっぱら研削によって形成することにより、均一で非常に細くて深いリング溝を形成すること、およびまた、対応する断面形状の研削ディスクの使用により、互いに斜めに延びる溝壁を有するリング溝を形成することが初めて可能となる。基本的に、研削ディスクによって形成できる溝形状には実質的に制限がない。
【００１０】
少なくとも２つの平行な研削ディスクを有する研削工具を使用することが好ましい。そのような平行な研削ディスクにより、少なくとも２つの平行なリング溝を同時に研削できる。そのような少なくとも２つ、好ましくは３つまたは４つの平行な研削ディスクを有する研削工具を用いることにより、最も好ましい場合には、ピストンにおいて必要な全てのリング溝を同時に研削することができる。その結果、ピッチタイムおよびよって製造コストを大幅に低減することができる。
【００１１】
好適には、少なくとも２つの研削ディスクは、同じまたは互いに異なる断面を有しており、したがって複数の同じリング溝または互いに溝形状の異なる複数のリング溝がそれにより同時に研削され得る。研削工具が有する研削ディスクの対応する配置および選択により、要求に応じて異なるまたは同じ溝形状を正確に伴って、好ましくは一度の研削作業で１つのリング部を形成することができる。
【００１２】
本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、少なくとも２つの研削ディスクは、同じまたは互いに異なる直径を有する。その結果、複数の同じリング溝または互いに溝深さの異なる複数のリング溝を同時に研削することができる。各研削ディスクの対応する構成により、互いに異なるまたは同じ溝深さを有する複数のリング溝を同時に形成することができる。
【００１３】
本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、少なくとも１つのリング溝の研削の間、研削ディスクの回転軸とピストン軸とは、互いに平行にまたは傾いて延びる。各研削ディスクの研削リムにおける断面形状の選択に加えて、研削ディスクの回転軸の対応する傾きにより、対応する溝形状を形成することができる。
【００１４】
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対応する図の説明から明らかになるだろう。
【００１５】
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】
【００１６】
【図１】図１は、少なくとも１つのリング溝を研削によって形成する本発明に係る方法を実行中の本発明に係るピストンを示す側面図である。
【図２】図２は、図１と同様の斜視図である。
【図３】図３は、図１と同様の平面図である。
【図４】図４は、図１と同様の断面図である。
【図５】図５は、図１の細部図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１〜図５に示すように、内燃エンジン（図示せず）のピストン１を加工するための本発明に係る方法では、少なくとも１つのリング溝２が、もっぱら研削によって形成される。ピストン１の動作中において、リング溝２はピストンリング（図示せず）の取付けに役立つ。当該ピストンリングは、リング溝２に収容される。本発明にしたがってもっぱら研削によって少なくとも１つのリング溝２を形成することにより、これまで切削において生じていた全ての欠点を克服することができる。ピストン１の中実材にリング溝２を研削する場合、特に均一で小さい溝幅、例えば１．５ｍｍ程度かそれよりも小さい溝幅を高品質に作り出すことができる。既存の切削工具でこのような小さな寸法のリング溝を作ることは不可能であった。とりわけ、リング溝２を１．５ｍｍ以下とより細くしようと強まる傾向により、本発明に係る方法の利用が促される。
【００１９】
本発明に係る方法では、例えば、対応する研削リム８を有する少なくとも１つの研削ディスク４を備えた回転研削工具３によって、少なくとも１つのリング溝２が形成される。ここで、ピストン１は、研削の間、固定されてもよいし、またはそのピストン軸５回りに回転してもよい。同様に、研削ディスク４を備えた研削工具３は、その回転軸６回りに回転してもよいし、または静止していてもよい。しかしながら、少なくとも１つのリング溝２を研削するために、２つの研削パートナーのうち少なくとも一方、すなわち研削工具３またはピストン１が回転する必要がある。ここで、ピストン１と研削工具３とが同時に同じ方向に回転することが好ましく、それにより加工時間およびよって製造コストを大幅に低減することができる。もちろん、研削工具３およびピストン１の一方が固定され、他方が回転することも考えられ、それにより真円度および平面度に関する高い品質を実現することができる。図示するように、ピストン１および研削工具３は両（回転）方向に動くことができる。上述した態様に加えて、同方向回転（研削工具３とピストン１との両方が同じ方向に回転する）または逆方向回転（研削工具３とピストン１とが互いに逆方向に回転する）によって研削を実行することもできる。
【００２０】
本発明にしたがってもっぱら研削によって少なくとも１つのリング溝２を形成することにより、ピストン１の材料がどの程度硬いか、またピストン１内、例えば溶接部分の領域内に硬度の異なる微細構造が存在するかどうかは重要でない。本発明に係る方法では、中実材において研削が実行される。すなわち、形成対象のリング溝２は、プレカットまたは予備形成されることが全くなくてもよい。
【００２１】
図１〜図３に示すように、研削工具３は、３つの研削ディスク４を備えており、当該３つの研削ディスク４は、互いに異なる断面形状を有する。そのため、このタイプの研削工具３を、ピストン１に形成されるべき全てのリング溝２を同時に研削するのに使用することができ、よってピッチタイムおよび製造コストを低減することができる。本発明に係る方法の主な利点は、研削の間に何らかのバリが全く形成されないことである。これに対し、切削の場合、そうしたバリが生じて部品のきれいさに悪影響を与える。
【００２２】
研削工具３が備える各研削ディスク４の別の実施形態により、互いに異なる溝形状のリング溝２を同時に形成することも可能である。複数の同じ研削ディスク４を使用すれば、複数の同じリング溝２を同時に形成することが可能である。
【００２３】
例えば、同じまたは異なる直径を有する複数の研削ディスク４を使用することにより、複数の同じリング溝２または異なる溝深さｔを有する複数のリング溝２を同時に形成することもできる。
【００２４】
例えば、図４には、断面図および細部図Ａにより、互いに異なる溝深さｔ１，ｔ２および互いに異なる溝幅ｂ１，ｂ２，ｂ３を有する複数のリング溝２を備えたピストン１が図示されている。細部図Ａにおいて最も上側のリング溝２は、斜めにセットされた研削ディスク４によって研削されてもよいし、または円錐形状の研削リム８を有する研削ディスク４によって研削されてもよい。後者の場合、各リング溝２は、異なる断面形状、異なる溝幅ｂ、および異なる溝深さｔを有するが、当該各リング溝２は、形状、幅、および直径の異なる複数の研削ディスク４を有する研削工具３によって同時に研削されてもよい。
【００２５】
ここで、研削ディスク４または研削工具３の回転軸６とピストン軸５とは、互いに平行に延びていることが好ましいが（図１〜図３を参照）、図４に例示するように互いに斜めに延びていてもよい。回転軸６の対応する傾きにより、１つの同じ研削ディスク４を用いて、ピストン１に形状の異なる複数の溝を形成することができる。
【００２６】
少なくとも１つのリング溝２を研削する前に、オイルドレン孔７（図１を参照）を形成してもよい。このオイルドレン孔７にまたがるリング溝２をその後研削する際には、当該オイルドレン孔７の領域においてバリが全く形成されない。このことは、リング溝２を切削によって形成する場合には不可能であると思われる。
【００２７】
本発明にしたがった対応する研削工具３によるリング溝２の研削により、極めて小さい溝幅ｂを有するリング溝２を形成するだけでなく、それと同時にリング溝２の品質を大幅に向上させることもできる。一例として、これにより、ピストンリングの機能性に好影響を与える表面品質向上と、短周期および長周期の表面うねりに関する品質向上との両方が実現される。本発明に係るリング溝２の研削においては、例えばオイルドレン孔７を通るような非円形断面でさえ、これまでと違ってもはや品質に影響しない。また、例えば図４および図５に示すように、研削ディスク４の工具デザインを実質的に自由に選択可能であるために大きく可変な溝形状を有する傾斜リング溝２（プレート溝）の加工性に関する欠点も存在しない。
【００２８】
本発明にしたがってピストン１の中実材にリング溝２を研削することにより、非常に高品質なリング溝２を低コストかつ迅速に形成することが可能となり、また非常に小さな溝幅ｂを同時に実現可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１    ピストン
２    リング溝
３    回転研削工具
４    研削ディスク
５    ピストン軸
６    回転軸
７    オイルドレン孔
８    研削リム（周縁部）
ｂ    溝幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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