(57)【要約】【課題】耐摩環とソルト中子との間の隙間での湯回り性を良好にして密度をたかめ、前記耐摩環と環状空洞部とを可及的に冠部内の上部位置に配置し得る製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】キャビティ１３内に環状空洞部を形成するソルト中子１７が予め配置固定される下金型１０と、前記キャビティの上端開口を開閉する上金型１１と、該上金型に設けられて、耐摩環５を着脱自在に予め保持する保持機構１２と、前記キャビティ内に注入された溶湯Ｑが前記ソルト中子の一部に接触した後に、前記上金型と保持機構をキャビティ方向へ下降させて前記耐摩環をソルト中子の外側部側に移動させて該耐摩環とソルト中子の互いの位置をピストン軸方向でオーバーラップさせ、この移動タイミングでの両者の隙間幅Ｌ内での溶湯の攪拌性や流動性を得て、湯回り性を向上させた。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冠部にピストンリング溝形成用の耐摩環が埋設されていると共に、ピストン軸方向で前記耐摩環の少なくとも一部とオーバーラップしかつ前記耐摩環の内周縁から径方向内側へ所定量離間した環状空洞部が形成されてなる内燃機関用ピストンの製造方法であって、
固定型のキャビティ内に前記耐摩環と前記環状空洞部を形成する中子のいずれか一方側を予め配置すると共に、他方側を、前記キャビティを開閉する可動型に保持させる工程と、
前記キャビティ内に注入された溶湯が前記耐摩環と中子のいずれか一方側の少なくとも一部に接触した後に、前記可動型を介して前記他方側をピストン軸方向へ移動させて該他方側と前記一方側の互いの位置をピストン軸方向でオーバーラップさせる工程と、
その後、前記キャビティ内の全てに前記溶湯を充填注入する工程と、
前記溶湯が冷却され固化した後に、離型させて前記ピストンをキャビティ内から取り出す工程と、
を有することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
【請求項２】
冠部にピストンリング溝形成用の耐摩環が埋設されていると共に、ピストン軸方向で前記耐摩環の少なくとも一部とオーバラップしかつ前記耐摩環の内周縁から径方向内側へ所定量離間した環状空洞部が形成されてなる内燃機関用ピストンの製造装置であって、
キャビティ内に前記耐摩環と前記環状空洞部を形成する中子のいずれか一方側が配置固定される固定型と、
前記キャビティを開閉する可動型と、
前記可動型に設けられて、耐摩環と中子のいずれか他方側を着脱自在に保持する保持機構と、
前記キャビティ内に注入された溶湯が前記耐摩環と中子のいずれか一方側の少なくとも一部に接触した後に、前記可動型と保持機構を制御して前記他方側をピストン軸方向へ移動させて該他方側と前記一方側の互いの位置をピストン軸方向でオーバーラップさせる制御機構と、
を備えていることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【請求項３】
冠部に埋設されて、外周にピストンリング溝が形成される耐摩環と、
ピストンの軸方向で前記耐摩環の少なくとも一部とオーバーラップし、かつ前記耐摩環の内周縁から径方向内側へ所定量離間して配置された環状空洞部と、
前記耐摩環の外面全体に形成されてピストン母材と融合し、該ピストン母材よりも強度が低い金属被膜と、
を備えた内燃機関のピストンにおいて、
前記金属被膜は、耐摩環の内周面側の肉厚がピストン軸方向の両端面側の肉厚よりも薄く形成され、
前記耐摩環の内周面と環状空洞部の外周側内面との間の径方向の離間距離が３．５ｍｍ未満に設定されていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造によって形成される内燃機関用ピストンの製造方法と、この製造装置及びこの製造装置によって製造されたピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、いわゆるディーゼル機関用のピストンにあっては、軽量化の要請からピストン本体をアルミニウム合金材によって形成しているが、このピストンの上端部に有する冠部に掛かる燃焼圧力が高いことから、前記冠部の外周にガソリン機関のようにピストンリング溝を形成し、ここに直接ピストンリングを設けると、ピストンリング溝が破損するおそれがある。このため、前記冠部の内部に鋳鉄製の耐摩環を埋設し、この強度の高い耐摩環の外周にピストンリング溝を形成するようになっている。
【０００３】
また、前記冠部の耐摩環の内側に環状空洞部を形成し、オイルジェットから噴射された冷却用オイルを前記環状空洞部内に循環させて前記冠部を強制的に冷却するようになっている。
【０００４】
そして、前記ピストンの鋳造方法としては、前記環状空洞部を形成する中子と前記耐摩環を鋳型のキャビティ内に予め一緒に配置固定して、その後、前記キャビティ内にアルミニウム合金の溶湯を注入して、ピストン内に前記耐摩環を埋設すると共に、環状空洞部を形成するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２５７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記耐摩環は、ピストンリング溝の強度を高める他に、燃焼室から冠部に伝達された高熱をピストンリングに伝達してシリンダボアと熱交換する機能も有する一方、前記環状空洞部内の冷却用オイルも同じく吸熱して熱交換機能を有している。このため、耐摩環と環状空洞部は、熱負荷の大きな冠部の冠面近くの上方位置に配置されていることが望まれており、したがって、耐摩環と環状空洞部は自ずと冠部内で互いに径方向へ近接した状態で配置されることになる。
【０００７】
よって、前記ピストンの鋳造時には、前記耐摩環と環状空洞部形成用の中子が径方向で近接した状態で配置され、つまり、両者間の隙間が狭い状態で成形されることになる。このため、前記狭い隙間での溶湯の湯回り不良を発生させるおそれがある。
【０００８】
また、湯回り不良を回避するために、いわゆるダイキャスト法を用いてピストンを製造することも考えられるが、ダイキャストを用いると、ピストンの内部に巣が発生し易くなり、強度的な欠陥を招くおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、ピストン製造方法に関し、とりわけ、固定型のキャビティ内に前記耐摩環と前記環状空洞部を形成する中子のいずれか一方側を予め配置すると共に、他方側を、前記キャビティを開閉する可動型に保持させる工程と、前記キャビティ内に注入された溶湯が前記耐摩環と中子のいずれか一方側の少なくとも一部に接触した後に、前記可動型を介して前記他方側をピストン軸方向へ移動させて該他方側と前記一方側の互いの位置をピストン軸方向でオーバーラップさせる工程と、その後、前記キャビティ内の全てに前記溶湯を充填注入する工程と、前記溶湯が冷却され固化した後に、離型させて前記ピストンをキャビティ内から取り出す工程と、を有することを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、ピストンの製造装置に関し、とりわけ、キャビティ内に前記耐摩環と前記環状空洞部を形成する中子のいずれか一方側が配置固定される固定型と、前記キャビティを開閉する可動型と、前記可動型に設けられて、耐摩環と中子のいずれか他方側を着脱自在に保持する保持機構と、前記キャビティ内に注入された溶湯が前記耐摩環と中子のいずれか一方側の少なくとも一部に接触した後に、前記可動型と保持機構を制御して前記他方側をピストン軸方向へ移動させて該他方側と前記一方側の互いの位置をピストン軸方向でオーバーラップさせる制御機構と、を備えていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、冠部に埋設されて、外周にピストンリング溝が形成される耐摩環と、ピストンの軸方向で前記耐摩環の少なくとも一部とオーバーラップし、かつ前記耐摩環の内周縁から径方向内側へ所定量離間して配置形成された環状空洞部と、前記耐摩環の外面全体に形成されてピストン母材と融合し、該ピストン母材よりも強度が低い金属被膜と、を備えた内燃機関のピストンにおいて、
前記金属被膜は、耐摩環の内周面側の肉厚がピストン軸方向の両端面側の肉厚よりも薄く形成され、前記耐摩環の内周面と環状空洞部の外周側内面との間の径方向の離間距離が３．５ｍｍ未満に設定されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、ピストン製造時において、例えば固定型に固定された環状空洞部形成用中子の一部あるいは全部が注入溶湯に接触、浸漬した時点で、前記耐摩環を移動させて、前記溶湯内に浸漬するようにしたため、前記溶湯が、前記中子と耐摩環との間の隙間に強制的に入り込んで該隙間内への溶湯の湯回り性が良好になって、湯回り不良やいわゆる湯境いの発生がなくなる。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、比較的簡単な装置によって請求項１の発明と同じ作用効果を得られることから、鋳造作業の容易性と製造コストの低減化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に供されるディーゼル機関用ピストンの鋳造した後の状態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の製造装置の概略を示す縦断面図である。
【図３】同製造装置の作動初期の状態を示す縦断面図である。
【図４】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図５】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図６】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図７】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図８】製造装置の離型作動状態を示す縦断面図である。
【図９】本実施形態に供される保持機構と耐摩環を示す要部斜視図である。
【図１０】Ａ、Ｂは本実施形態に供される耐摩環の断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に供される上金型と保持機構を示す分解斜視図である。
【図１２】Ａは本実施形態に供される耐摩環の斜視図、Ｂは同耐摩環の一部断面図である。
【図１３】本実施形態の製造装置とその作動初期の状態を示す縦断面図である。
【図１４】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図１５】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図１６】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図１７】同製造装置の離型作動状態を示す縦断面図である。
【図１８】同製造装置の最終的な離型作動状態を示す縦断面図である。
【図１９】第３実施形態の製造装置を示す縦断面図である。
【図２０】同製造装置の作動初期の状態を示す縦断面図である。
【図２１】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図２２】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図２３】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図２４】Ａは第４実施形態の製造装置を示す縦断面図、Ｂは該製造装置の要部拡大断面図である。
【図２５】同製造装置の作動初期の状態を示す縦断面図である。
【図２６】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図２７】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図２８】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図２９】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図３０】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図３１】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図３２】第５実施形態の製造装置とその作動初期の状態を示す縦断面図である。
【図３３】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図３４】同製造装置のさらに異なる作動状態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法と、この製造装置及びこの製造装置によって製造されたピストンの実施形態を図面に基づいて詳述する。なお、本実施形態に供されるピストンは、レシプロ・ディーゼル内燃機関に適用したものである。
【００１６】
〔第１実施形態〕
前記ピストン１は、全体が母材としてＡＣ８Ａ  Ａｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金によって一体に鋳造され、図１に示すように、ほぼ円筒状に形成されて、冠面２ａ上に燃焼室を画成する冠部２と、該冠部２の下端外周縁に一体に設けられた円弧状の一対のスラスト側スカート部及び反スラスト側スカート３と、該各スカート部３の円周方向の両側端に各連結部位を介して連結された一対のエプロン部４と、を備えている。なお、このエプロン部４には、図外のピストンピンの両端部を支持するピンボス部４ａが一体に形成されている。
【００１７】
前記冠部２は、比較的肉厚に形成された円盤状を呈し、冠面２ａ上に燃焼室を構成する断面ほぼ逆Ｍ状の凹部２ｂが形成されていると共に、後述する鋳造型から取り出された直後には図示のように大径状に形成され、かつ冠面２ａ上に押し湯で形成された突起部２ｃが一体に設けられている。この突起部２ｃや大径な外周部は、事後的に基準にしたがって切削・研磨などの機械加工がなされて外周面にプレッシャリングやオイルリングなどの３つのピストンリングを保持するピストンリング溝が形成されるようになっている。
【００１８】
また、冠部２の内部には、耐摩環５が埋設されていると共に、該耐摩環５の内周側には内部に冷却用オイルを循環させる環状空洞部６が形成されている。
【００１９】
前記耐摩環５は、前述した冠部２の外周部の研磨後に、最上端側の前記プレッシャリングを保持するピストンリング溝を形成するためのものであって、図９及び図１０Ａ、Ｂに示すように、ニレジスト鋳鉄によって円環状一体に形成されて、環状本体５ａの上端外周にフランジ部５ｂが一体に形成されている。このフランジ部５ｂには、後述するように、鋳造時に可動型である上型に有する保持機構１２によって保持される小径な内径均一な１つの保持孔５ｃが穿設されている。
【００２０】
前記環状空洞部６は、図１に示すように、前記耐摩環５とピストン１の中心軸線Ｘと同軸上に配置されて前記耐摩環５の内周面から径方向内側へ僅かな隙間幅長さ(Ｌ)、たとえば約３ｍｍ程度の隙間幅長さＬ（距離)をもって近接配置されていると共に、ピストン軸方向で互いにほぼ全体がオーバーラップする位置に配置されている。
【００２１】
前記耐摩環５と環状空洞部６内部の冷却用オイルは、燃焼室の高熱を吸収して外部との熱交換を効率良く行うために、燃焼室(凹部２ｂ)に近い冠部２の内部上端側に可及的に近づけことが望ましいため、ピストン軸方向の位置で両者５，６をオーバーラップさせるようになっている。したがって、前記隙間幅長さ(Ｌ)は、自ずと短くなってしまい、本実施形態では約３ｍｍ程度に設定してあるが、約０．１〜３．５ｍｍまで任意に設定することが可能である。
【００２２】
次に、前記ピストン１を鋳造する装置について説明する。
【００２３】
この鋳造装置としては、図２〜図７に示すように構成され、図外の基台に固定され、中央に中子である突部１５を有する固定型の下金型１０と、該下金型１０の上方位置に上下動可能に設けられた可動型である上金型１１と、該上金型１１と連動しつつ前記耐摩環５を保持する保持機構１２と、前記上金型１１と保持機構１２の上下動及び可動タイミングなどを制御する制御機構である図外のコントロールユニットと、から主として構成されている。
【００２４】
前記下金型１０は、突部１０が所定方向へ分解可能な例えば５つの金型部材によって構成され、内部ほぼ中央にピストン形成用のキャビティ１３が形成されていると共に、内側部に断面ほぼＬ字形状の注湯口１４が形成されている。
【００２５】
前記キャビティ１３は、外周側の隔壁部１０ａや、下部中央にピストン１の前記スカート部３やエプロン部４を成形しつつピストン１の内部を成形するほぼ円柱状の前記突部１５などによって隔成されて、この突部１５を介して鋳造時に前記ピストン１の冠部２が重力方向の上側となるように構成されている。
【００２６】
また、前記突部１５の上端外周部には、複数の支持突起１６がほぼ垂直に突設されており、この各支持突起１６の上端部に、前記環状空洞部６を形成するための断面楕円形のソルト中子１７をキャビティ１３内で予め固定支持するようになっている。さらに、前記隔壁部１０ａの突部１５の上方近傍には、前記保持機構１２を介して上金型１１により下降した前記耐摩環５を載置支持する鉄系金属の支持部材１８が固定されている。
【００２７】
前記上金型１１は、可動機構１９に前記キャビティ１３を上方から開閉するように支持され、下部１１ａが前記ピストン冠部２の冠面２ａや凹部２ｂなどを成形する形状に形成されている。前記可動機構１９は、例えば油圧シリンダによって構成され、図外の吊下げ基台に固定されたシリンダ１９ａと、該シリンダ１９ａ内のピストンを介して伸縮動(上下動)するピストンロッド１９ｂと、を備え、このピストンロッド１９ｂの先端部に前記上金型１１の上部ほぼ中央が固定されている。
【００２８】
前記保持機構１２は、図９に示すように上金型１１の下端面の外周側に突設された４つの保持凸部１２ａを有し、このうちの１つの保持凸部１２ａの先端部に前記耐摩環５の保持孔５ｃに挿通する先端先細りテーパ状の保持ピン１２ｂが突設されている共に、他の３つの保持凸部１２ａの先端部には前記耐摩環５の外周縁を保持する円弧状突起１２ｃがそれぞれ突設されている。
【００２９】
そして、前記保持ピン１２ｂが保持孔５ｃに係止した状態では、保持孔５ｃの内周面に係止することによって、耐摩環５全体が図１０に示すように、僅かに傾いた状態で各保持ピン１２ａにいわば引っかけられた状態で支持されると共に、この状態で前記３つの円弧状突起１２ｃの内面が耐摩環５の外周縁に適度に当接して把持するようになっている。
【００３０】
その後、上金型１１の下降に伴い前記耐摩環５のフランジ部５ｂが前記支持部材１８の上面に載置されると、耐摩環５の姿勢がほぼ水平状態になることから、前記保持ピン１２ａと保持孔５ｃの係止状態が解除されて保持孔５ｃから抜け出しが可能になると共に、各円弧状突起１２ｃの内面と耐摩環５の外周縁との適度な当接も解除されるようになっている。
【００３１】
前記コントロールユニットは、前記油圧シリンダの油圧回路に設けられた図外の電磁弁などを開閉制御してシリンダ１９ａ内への油圧の給排制御を行い、これによってピストンロッド１９ｂの伸縮ストロークを行わせて上金型１１の上下移動位置を制御するようになっており、このとき、前記キャビティ１３内への溶湯Ｑの注入量に応じてピストンロッド１９ｂを介して上金型１１の下降移動時期のタイミングを制御するようになっている。
【００３２】
次に、前記鋳造装置を用いたピストン１鋳造の工程手順について説明する。なお、この鋳造装置での鋳造法としては、いわゆるグラビティフィード法が採られている。
【００３３】
図３に示すように、前記キャビティ１３内の各支持突起１６の上端部に、ソルト中子１７を固定支持する。このソルト中子１７は、予め約７２０℃の温度に予熱されている。
【００３４】
一方、前記耐摩環５は、予め７６０℃の温度のＡＣ３Ａのアルミナ溶湯に１０分間浸漬されて取り出されたもので、表面全体にＡＣ３Ａの表面処理層が形成されている。この耐摩環５を上金型１１の一つの保持凸部１２ａの保持ピン１２ｂに前記フランジ部５ｂの保持孔５ｃに挿通して係止させると共に、各円弧状突起１２ｃの内面が耐摩環５の外周縁に適度に当接して保持する(第１工程)。
【００３５】
前述のように、耐摩環５に、純度の高いＡＣ３Ａのアルミナ表面層を予め形成しておくのは、鉄との反応が良いことから、前記注入された溶湯Ｑと耐摩環５との密着性を高めることができるためである。
【００３６】
続いて、図４に示すように、可動機構１９によって上金型１１を所定量だけ下降させてここで一旦止め、耐摩環５をソルト中子１７の上方に位置に待機させる(第２工程)。
【００３７】
その後、図５に示すように、約７２０℃のＡＣ８Ａ(アルミニウム合金)の溶湯Ｑを注湯口１４のロート状開口端１４ａからキャビティ１３内に注入して、該溶湯Ｑが前記ソルト中子１７全体を浸漬して該ソルト中子１７の高さよりも僅かに上昇するまで注入する。つまり、この実施形態では、ソルト中子１７の全体が溶湯Ｑに浸漬されるまでキャビティ１３内に溶湯Ｑが注入される(第３工程)。
【００３８】
また、かかる溶湯Ｑが注入される途中で、図６に示すように、キャビティ１３内に溶湯Ｑが充填される前に、前記可動機構１９により上金型１１をさらに下降させると、該上金型１１の下部１１ａが前記溶湯Ｑを上方から加圧下降すると共に、上金型１１の上端フランジ部１１ｂがキャビティ１３の上端開口縁に当接して、上金型１１の下部１１ａの周壁でキャビティ１３の上端開口を閉塞する(第４工程)。
【００３９】
このとき、同時に前記耐摩環５も溶湯Ｑ内に入り込みつつ前記ソルト中子１７の側部に到達して、前記フランジ部５ｂの下面が前記支持部材１８の上面に当接して載置支持される。この状態では、耐摩環５とソルト中子１７は、互いにピストン軸方向で全体がオーバーラップした位置となる。
【００４０】
その後、図７に示すように、キャビティ１３内に溶湯Ｑが充填された時点で注湯を終了する。続いて、冷却固化した後に、図８に示すように、上金型１１を可動機構１９によって上方へ離型させ、続いて下金型１０の各金型部材を分解してピストン母材を取り出す(第５工程)。
【００４１】
次に、前記ピストン母材を研削や研磨などの機械加工によって所定の形状に成形すると共に、前記ソルト中子１７の内部に水を注入して該ソルト中子１７を溶解して、図１に示した環状空洞部６を形成する(第６工程)。
【００４２】
そして、前述のように、耐摩環５が溶湯Ｑ内を移動することによって、該耐摩環５とソルト中子１７との間の隙間幅Ｌ内へ溶湯Ｑが強制的に入り込んで湯回りが良好になる。すなわち、前記耐摩環５のソルト中子１７外側部側への移動に伴う溶湯Ｑの攪拌や流動性によって隙間幅Ｌ内の溶湯Ｑの湯回りが良好になって、湯回り不良や湯境の発生が抑制される。
【００４３】
このため、前記耐摩環５とソルト中子１７（環状空洞部６）との間の径方向の隙間幅長さＬを可及的に小さくすることが可能になり、これによって、両者５，６を冠部２の十分に高い位置へ配置することができる。
【００４４】
この結果、前記耐摩環５と環状空洞部６内の冷却用オイルによって、燃焼室からの熱交換効率が向上して冷却性能を十分に高めることができる。
【００４５】
また、前記耐摩環５を保持する保持機構１２は、上金型１１の下部に設けられた保持ピン１２ｂと３つの円弧状突起１２ｃ及び耐摩環５側の保持孔５ｃによって簡単な構造になっているため、製造作業が容易である。また、耐摩環５の支持を、保持孔５ｃを利用して傾斜させることにより、支持するようにしたため、これらの支持作用が極めて容易になる。また、この耐摩環５の傾斜状態で各円弧状突起１２ｃによって耐摩環５の外周縁を支持することから安定した保持が得られる。
【００４６】
なお、本実施形態では、前記耐摩環５に一つの保持孔５を設けるようにしてあるが、保持孔をもう一つ設け、前記保持ピン１２ｂも一つ設けるようにすることも可能であり、このようにすれば、前記円弧状突起１２ｃが不要になって金型構造が簡素化される。
【００４７】
また、本実施形態では、鋳造時において、前記冠部２が重力方向上側に形成され、スカート部３やエプロン部４が重力方向下側に形成されるように形成しため、鋳造時における溶湯Ｑ内の不純物は、前記冠部２の上部側に移動することから、前述のように、鋳造後に、冠部２の不要な上端部を機械加工によって削除することによって、不純物も一緒に削除することができる。
【００４８】
さらに、前記耐摩環５を上金型１１に保持し、支持の困難な前記ソルト中子１７をキャビティ１３内に予め配置固定したため、鋳造作業能率が向上する。
【００４９】
また、前記耐摩環５と環状空洞部６との間の隙間幅Ｌは、約３．００ｍｍのきわめて薄い幅となるが、前記溶湯Ｑが前記隙間幅Ｌ内に流入した際に、強度の弱いＡＣ３Ａのアルミナが溶けて薄くなり、強度の高いＡＣ８Ａのアルミ合金が多くなることから、両者５，６間の強度が高くなる。
【００５０】
なお、前記隙間幅Ｌを可及的に小さくして例えば０．１ｍｍの幅にすることも可能であるが、強度の関係で最小でも約２ｍｍ程度が望ましい。
〔第２実施形態〕
図１１は第２実施形態の製造装置に供される保持機構１２を示し、上金型２１が、ほぼ逆円錐形の本体２２と、該本体２２の直径方向両端側に形成された嵌合溝２２ａ、２２ａに上下方向から嵌合する一対の嵌合部２３、２３とから分割形成され、前記両嵌合部２３，２３の下端に先端部２４ａ、２５ａがそれぞれ径方向内側に指向したほぼＬ字形のそれぞれ一対の保持爪２４、２４、２５、２５が設けられている。一方、耐摩環５は、図１２Ａ、Ｂに示すように、ほぼ円環状に形成されて、その外周面の幅方向中央に、前記各保持爪２４，２５が径方向から係止する円環状の係止溝２６が形成されている。
【００５１】
鋳造装置の他の構成は、第１実施形態と同じであって、例えば下金型１０は、分離可能な５個の金型部材によって構成されていると共に、可動機構１９は油圧シリンダによって構成されている。
【００５２】
以下、この第２実施形態における鋳造装置での鋳造方法について説明すると、まず、図１３に示すように、予めキャビティ１３内の各支持突起１６の上端部に、ソルト中子１７を固定支持して置くと共に、前記保持機構１２の各保持爪２４、２５を介して前記耐摩環５を上金型２１の下部に保持させておく(第１工程)。
【００５３】
その後、前述と同じ可動機構１９によって上金型２１を所定量下降させてここで一旦止め、下部２１ａを下金型１０のキャビティ１３上端側に位置させて耐摩環５をソルト中子１７の上方位置で待機させる状態とする(第２工程)。
【００５４】
次に、図１４に示すように、注湯口１４からキャビティ１３内に溶湯Ｑを注入して前記ソルト中子１７全体が溶湯Ｑに浸漬されるまで注入される(第３工程)。
【００５５】
かかるソルト中子１７が浸漬されると同時に、図１５及び図１６に示すように、可動機構１９によって上金型２１をさらに下降させると、前記上端フランジ部２１ｂがキャビティ１３の上端開口縁に当接して、前記下部２１ａの周壁でキャビティ１３の上端開口を閉塞する(第４工程)。
【００５６】
このとき、同時に前記耐摩環５も保持爪２４ａ、２５ａに保持されつつ溶湯Ｑ内に入り込みつつ前記ソルト中子１７の側部に到達した状態になる。この状態では、耐摩環５とソルト中子１７は、互いにピストン軸方向で全体がオーバーラップした位置となる。
【００５７】
その後、キャビティ１３内の溶湯Ｑが冷却固化した後、離型させるわけであるが、図１７に示すように、まず、可動機構１９によって上金型２１の前記本体２２のみを上昇させて、一対の嵌合部２３，２３はそのまま残存させる(第５工程)。
【００５８】
次に、図１８に示すように、下金型１０の各金型部材を分離し、その後、残った２つの嵌合部２３，２３を径方向の左右方向(矢印方向)へ引き離して、前記耐摩環５の係止溝２６に対する各保持爪２４ａ、２５ａの係止状態を解除する。これによって、ピストン母材を金型装置から取り出すことができる(第６工程)。
【００５９】
その後、前述のように、ピストン母材の外周面に機械加工を行って所望のピストン１形状に仕上げることによって、作業が終了する。
【００６０】
以上のように、この実施形態も前記耐摩環５のソルト中子１７外側部側への移動に伴う溶湯Ｑの攪拌性と流動性によって隙間幅Ｌ内の溶湯Ｑの湯回りが良好になって湯回り不良と湯境の発生を抑制できる。この結果、第１実施形態と同様な作用効果が得られる。
【００６１】
また、本実施形態では、第１実施形態のような支持部材１８が不要になる。
【００６２】
〔第３実施形態〕
図１９〜図２３は第３の実施形態を示し、第１実施形態に有する下金型１０の支持部材１８に予め耐摩環５を載置支持させておく一方、ソルト中子１７を前記上金型１１の可動機構１９とは別体の保持機構１２に予め保持したものである。
【００６３】
具体的には、前記上金型１１の内部軸方向に沿って少なくとも一対の挿通孔３０、３０が上下方向に貫通形成されていると共に、該両挿通孔３０，３０の内部に円柱状の保温材３１、３１が固定されている。
【００６４】
前記上金型１１の可動機構１９は、上端がベース板２７に固定された一対のシリンダ１９ａ、１９ａを備え、このシリンダ１９ａ、１９ａによって伸縮自在に設けられた各ピストンロッド１９ｂ、１９ｂの各先端が上金型１１の上端フランジ部１１ｂの直径方向の両端部に連結されている。
【００６５】
前記保持機構１２は、上端部が共通のベース板２７に固定された可動シリンダ３２と、該可動シリンダ３２に伸縮自在に設けられたピストンロッド３３の下端部に固定された保持板３４と、該保持板３４の下端面に固定されて、先端部側が前記保温材３１，３１内を摺動自在に設けられた一対の保持ロッド３５、３５と、該保持ロッド３５，３５の先端に設けられて、前記ソルト中子１７を上方から挿して仮止め保持する保持ピン３６、３６と、から構成されている。
【００６６】
また、前記キャビティ１３の周壁に設けられた支持部材１８に予め耐摩環５が載置保持されていると共に、前記支持突起１６，１６の上端部には、下降した前記ソルト中子１７を下側から挿して保持する一対のソルト受けピン３７、３７が突設されている。なお、耐摩環５の表面には、第１実施形態と同じく予めＡＣ３Ａのアルミナ表面処理層が形成されている。
【００６７】
したがって、この実施形態によれば、まず、図２０に示すように、予め支持部材１８の上面に耐摩環５を載置保持していると共に、前記各保持ピン３６，３６に下方からソルト中子１７を挿して保持しておく(第１工程)。
【００６８】
その後、図２１に示すように、前述と同じ可動機構１９によって上金型２１を下降させて、上端フランジ部１１ｂを下金型１０のキャビティ１３の上端縁に当接させてキャビティ１３の上端開口を閉塞すると共に、可動シリンダ３２のピストンロッド３３も可動機構１９のピストンロッド１９ｂ、１９ｂと同期伸張させてソルト中子１７も下降移動させる(第２工程)。
【００６９】
次に、注湯口１４からキャビティ１３内に溶湯Ｑを注入して前記耐摩環５全体が溶湯Ｑに浸漬されるまで注入する(第３工程)。
【００７０】
かかる耐摩環５が浸漬されると同時に、図２２に示すように、可動シリンダ３２のピストンロッド３３を介してソルト中子１７を下降させて、該ソルト中子１７がソルト受けピン３７，３７で十分に挿し込まれるまで下降させる(第４工程)。
【００７１】
なお、この最大下降移動位置は、前記保持板３４が上金型１１の上面に当接した時点で規制されるように設定されている。
【００７２】
その後、図２３に示すように、可動シリンダ３２とピストンロッド３３を介して各保持ロッド３５、３５を保持ピン３６、３６と一緒に上昇移動させる。これによって、各保持ピン３６，３６がソルト中子１７から抜け出して、ソルト中子１７はソルト受けピン３７，３７に保持された状態になる(第５工程)。
【００７３】
そして、前記図２２に示す上金型１１下降に伴って前記ソルト中子１７も保持ピン３６、３６に保持されつつ溶湯Ｑ内に入り込みつつ前記耐摩環５の側部に到達した状態になる。この状態では、耐摩環５とソルト中子１７は、互いにピストン軸方向で全体がオーバーラップした位置となる。
【００７４】
その後、キャビティ１３内の溶湯Ｑが冷却固化した後、可動機構１９によって上金型１１を上昇させて離型させると共に、下金型１０の各金型部材を分離することによって、ピストン母材を金型装置から取り出すことができる(第６工程)。
【００７５】
その後、前述のように、ピストン母材の外周面に機械加工を行って所望のピストン１形状に仕上げることによって、作業が終了する。
【００７６】
以上のように、この実施形態もソルト中子１７の耐摩環５の内側部側への移動に伴う溶湯Ｑの攪拌性と流動性によって隙間幅Ｌ内の溶湯Ｑの湯回りが良好になって湯回り不要や湯境の発生を抑制できる。この結果、前記各実施形態と同様な作用効果が得られる。
【００７７】
〔第４実施形態〕
図２４〜図３０は第４実施形態を示し、基本構造は第３実施形態と同様であるが、前記ソルト中子１７を上下動させる保持機構１２の構造が異なっている。
【００７８】
すなわち、図２４Ａに示すように、可動シリンダ３２のピストンロッド３３の先端に矩形状の枠部材３８が固定されていると共に、該枠部材３４の上壁３４ａ下面に第２可動シリンダ３９が設けられていると共に、該第２可動シリンダ３９に第２ピストンロッド４０が上下方向へ伸縮自在に設けられている。
【００７９】
また、前記枠部材３８の下壁３４ｂには、前記各保温材３１，３１の内部を摺動可能な左右一対のガイド用パイプ４１、４１が固定されている。
【００８０】
一方、前記第２ピストンロッド４０の先端に固定された保持板４２の両端部下面には、図２４Ｂにも示すように、前記各ガイド用パイプ４１，４１内を摺動可能な長尺な保持ピン４３、４３の上端部が固定されている。他の構成は第３実施形態と同じである。
【００８１】
以下、本実施形態による製造工程について説明すると、まず、図２５に示すように、下金型１０側の支持部材１８に耐摩環５を予め載置固定しておくと共に、前記各保持ピン４４３，４３の先端部を前記ソルト中子１７に上方から挿し込んで仮止め支持しておく(第１工程)。
【００８２】
その後、図２６に示すように、前述と同じ可動機構１９によって上金型２１を下降させて、上端フランジ部１１ｂを下金型１０のキャビティ１３の上端縁に当接させてキャビティ１３の上端開口を閉塞すると共に、可動シリンダ３２のピストンロッド３３も可動機構１９のピストンロッド１９ｂ、１９ｂと同期伸張させて枠部材３８と一緒にソルト中子１７も下降移動させる(第２工程)。
【００８３】
次に、注湯口１４からキャビティ１３内に溶湯Ｑを注入して前記耐摩環５全体が溶湯Ｑに浸漬されるまで注入する(第３工程)。
【００８４】
かかる耐摩環５が浸漬されると同時に、図２７に示すように、可動シリンダ３２のピストンロッド３３を介してソルト中子１７をさらに下降させて、該ソルト中子１７が溶湯Ｑに浸漬すると共に、ソルト受けピン３７，３７で十分に挿し込まれるまで下降させる(第３工程)。
【００８５】
なお、この最大下降移動位置は、前記枠部材３８の下壁３８ｂの下面が上金型１１の上面に当接した時点で規制されるように設定されている。
【００８６】
その後、図２８に示すように、枠部材３８をそのまま上金型１１の上面に当接させた状態で第２可動シリンダ３９と第２ピストンロッド４０を介して各保持ピン４３、４３を各ガイド用パイプ４１，４１内で上昇移動させる。これによって、各保持ピン４３，４３がソルト中子１７から抜け出して、ソルト中子１７はソルト受けピン３７，３７に保持された状態になる(第４工程)。
【００８７】
次に、図２９に示すように、可動ピストン３３が短縮して枠部材３８を介して各ガイド用パイプ４１，４１及び各保持ピン４３，４３を一緒に上昇移動させると共に、第２可動シリンダ３９が第２ピストンロッド４０を介して各保持ピン４３、４３を各ガイド用パイプ４１，４１の先端から突出させて、次のソルト中子１７を保持可能とする(第５工程)。
【００８８】
その後、可動機構１９によって上金型１１を下金型１０から上昇させて離型させると共に、下金型１０の各金型部材を分離してピストン母材を取り出すようになっている(第６工程)。
【００８９】
そして、この実施形態も、前述したように、図２７に示す上金型１１の下降に伴って前記ソルト中子１７も保持ピン４３，４３に保持されつつ溶湯Ｑ内に入り込みつつ前記耐摩環５の側部に到達した状態になる。この状態では、耐摩環５とソルト中子１７は、互いにピストン軸方向で全体がオーバーラップした位置となる。
【００９０】
したがって、この実施形態もソルト中子１７の耐摩環５の内側部側への移動に伴う溶湯Ｑの攪拌性と流動性によって隙間幅Ｌ内の溶湯Ｑの湯回りが良好になって湯回り不良や湯境の発生を抑制できる。この結果、前記各実施形態と同様な作用効果が得られる。
【００９１】
〔第５実施形態〕
図３１〜図３４は第５実施形態を示し、上下金型１０，１１のキャビティ構造を変更してピストン１の冠部２を下側に、スカート部３，エプロン部４側を上側で形成されるようにしたものである。すなわち、下金型１０の下部壁側で、冠部２の上端側を形成するキャビティ構造とし、上金型１１の下部と下金型１０の隔壁部１０ａによってスカート部３などを形成するキャビティ構造とした。
【００９２】
そして、図３１に示すように、キャビティ１３内の支持部材１８に予め耐摩環５を載置固定しておくと共に、上金型１１の下部１１ａに複数の保持ピン４４を介してソルト中子１７が予め保持されている(第１工程)。
【００９３】
その後、図３２に示すように、上金型１１をキャビティ１３の上端側に待機状態とした時点で、取り鍋４５によってキャビティ１３内に溶湯Ｑを注入して(第２工程)、前記耐摩環５が溶湯Ｑに浸漬されたと同時に、図３３に示すように、上金型１１を下降させて、前記ソルト中子１７を耐摩環５の内側部位置に配置して互いにピストン軸方向でオーバーラップさせる(第３工程)。
【００９４】
これと同時に、図３４に示すように、溶湯Ｑをさらに注入することによってキャビティ１３内に溶湯Ｑを充満させる(第４工程)。
【００９５】
そして、前述のように、図３３に示す上金型１１の下降に伴って前記ソルト中子１７も溶湯Ｑ内に入り込みつつ前記耐摩環５の側部に到達した状態になって、耐摩環５とソルト中子１７は、互いにピストン軸方向で全体がオーバーラップした位置となり、ソルト中子１７の耐摩環５の内側部側への移動に伴う溶湯Ｑの攪拌性と流動性によって隙間幅Ｌ内の溶湯Ｑの湯回りが良好になって、湯回り不良や湯境の発生を抑制できる。この結果、前記各実施形態と同様な作用効果が得られる。
【００９６】
本発明は、前記各実施形態の製造装置に限定されるものではなく、例えば可動機構１９や可動シリンダなどの可動装置を電動で駆動させることも可能であり、また、上下金型１０，１１の構造もピストン１に仕様や大きさに応じて自由に変更することが可能である。
【００９７】
また、ピストン１を前記ディーゼル機関ばかりかガソリン機関のピストンに適用することも可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１…ピストン
２…冠部
２ａ…冠面
２ｂ…凹部
３…スカート部
４…エプロン部
５…耐摩環
６…環状空洞部
１０…下金型(固定型)
１１…上金型(可動型)
１１ａ…下部
１１ｂ…上端フランジ部
１２…保持機構
１３…キャビティ
１４…注湯口
１６…支持突起
１７…ソルト中子
１８…支持部材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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