(57)【要約】【課題】ブローホールの発生が著しく低減され、簡単に鋳造でき、更にはコストも割安なピストンの鋳造方法を提供する。【解決手段】各金型１ａ，１ｂの間及び各金型１ａ，１ｂと中子との間にキャビティ２を形成し、このキャビティ内に半凝固溶湯Ｍ２が供給される。この半凝固溶湯Ｍ２は周知の半凝固鋳造法で使用される溶湯で、液状の溶湯金属が冷却され半凝固状態となった溶湯である。この溶湯Ｍ２を使用するときは、キャビティ２内での空気巻き込み量が著しく低下するし、また、例えば６０％程度が固体となっている半凝固溶湯Ｍ２では固体部分が半分以上占めているため、内部に巣がほとんど発生しない。更に、液状の溶湯と比較して半凝固溶湯Ｍ２の温度が低くなっているため、金型１ａ，１ｂに対する熱影響が小さく、また、キャビティ２内の溶湯の冷却時間が短くて済む。【選択図】  図１
2004330273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状の頭部と、該頭部に一体に形成された連結部とを備えたピストンの鋳造方法において、
一対の金型の間にスライドコア、入れ子ピン等の中子を配置して該各金型及び中子との間に前記頭部及び前記連結部を構成するキャビティを形成し、
しかる後、前記キャビティ内に半凝固溶湯又は半溶融溶湯を供給する
ことを特徴とするピストンの鋳造方法。
【請求項２】
前記中子の先端には前記連結部用キャビティに挿入される第１凸部が形成された
ことを特徴とする請求項１記載のピストンの鋳造方法。
【請求項３】
前記中子の先端には前記頭部用キャビティの底部を貫通して前記連結部用キャビティの外側に臨む第２凸部が形成された
ことを特徴とする請求項１記載又は請求項２記載のピストンの鋳造方法。
【請求項４】
前記連結部用キャビティの底部には湯口が形成された
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項記載のピストンの鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜板式圧縮機等に用いられるピストンの鋳造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のピストンの鋳造方法として、ポアフリーダイキャスト法が知られている（特許文献１を参照）。このポアフリーダイキャスト法によるピストンの鋳造方法を図９（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して説明する。
【０００３】
まず、図９（ａ）に示すように、固定金型１ａと可動金型１ｂとを対面接触させる。これにより、固定金型１ａと可動金型１ｂの間にピストン鋳造用のキャビティ１ｃが形成される。また、キャビティ１ｃは湯路１ｄを通じて射出スリーブ１ｅに連通した状態となっている。次いで、図９（ｂ）に示すように、射出スリーブ１ｅに配置された射出ピストン１ｆを酸素供給口１ｇの近傍まで移動する。しかる後、酸素供給口１ｇを通じて酸素等の活性ガスを射出スリーブ１ｅに供給し、射出スリーブ１ｅ及び湯路１ｄを通じてキャビティ１ｃ内に活性ガスを充填する。これにより、キャビティ１ｃ内の空気が活性ガスと置き換えられる。キャビティ１ｃ内を活性ガスに置換した後、図９（ｃ）に示すように、アルミ合金などの溶湯Ｍ１を投入口１ｈを通じて射出スリーブ１ｅに注入する。そして、射出ピストン１ｆを射出スリーブ１ｅの先端に向けて移動させ、高速、高圧で溶湯Ｍ１を射出する。これにより、キャビティ１ｃ内で活性ガスと溶湯が瞬時に化学反応してキャビティ１ｃ内が真空に近い状態となり、そして、キャビティ１ｃ内に溶湯Ｍ１が充填される。その後、溶湯Ｍ１が凝固し、金型１ａ，１ｂを外すことにより、ピストンが製造される。
【０００４】
ポアフリーダイキャスト法によれば、真空に近いキャビティ１ｃでピストンが製造されるため、鋳造されたピストン内部の巻き込み気体（いわゆるブローホール）が低減され、品質の優れたピストンが製造される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１０７８５３号公報
【０００６】
【発明が解決しよとする課題】
しかしながら、ポアフリーダイキャスト法では未だピストン内部に気体が混入しており（２〜３ｍｌ／１００ｇ）、更なるブローホールの低減が要望されていた。
【０００７】
また、前述の鋳造工程でピストンの頭部（ピストンの摺動部分）と連結部（外部動力が伝達される部分）を一体に形成することができるが、高温で液状の溶湯Ｍ１がキャビティ１ｃ内で凝固する際、肉厚な連結部の内部にひけ巣が形成されるおそれがある。
【０００８】
このような問題点を解決するため、金型１ａ，１ｂ内にスクイズ部材を配置した鋳造方法が提案されている。この鋳造方法によれば、キャビティ１ｃ内の溶湯Ｍ１が半流動状態となったき、連結部形成用のキャビティに向かってスクイズ部材を押し込む。これにより、溶湯に対して局部加圧が加わり、ひけ巣の発生が防止される。
【０００９】
しかしながら、これではスクイズ部材を可動するスクイズ装置が必要となりコストが割高となるという問題点を有していた。また、溶湯Ｍ１の温度が高いため、金型１ａ，１ｂに対する熱破壊も進行し易く、金型１ａ，１ｂが短命なものとなっていた。
【００１０】
更に、ピストンを製造する際は、前述の鋳造工程の後に、頭部開口を閉鎖するため頭部閉鎖工程が実施される。この頭部閉鎖工程では閉鎖キャップを頭部開口に嵌め込み、頭部とキャップを一般に電子ビームで溶接している。
【００１１】
しかしながら、電子ビームで溶接をする際はブローホールが発生しないよう、真空引きをしたり、また、巣の発生を防止するために、浅く複数回に亘って溶接する必要があり、溶接サイクルタイムもピストン１個当たり１４秒と長くなっていた。
【００１２】
本発明の目的は前記従来の問題点に鑑み、ブローホールの発生が著しく低減され、簡単に鋳造でき、更にはコストも割安なピストンの鋳造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するため、請求項１の発明は、有底筒状の頭部と、頭部に一体に形成された連結部とを備えたピストンの鋳造方法において、一対の金型の間にスライドコア、入れ子ピン等の中子を配置して各金型の間及び各金型と中子との間に頭部及び連結部を構成するキャビティを形成し、しかる後、キャビティ内に半凝固溶湯又は半溶融溶湯を供給するようになっている。
【００１４】
本発明によれば、各金型の間及び各金型と中子との間にキャビティを形成し、このキャビティ内に半凝固溶湯又は半溶融溶湯が供給される。この半凝固溶湯は周知の半凝固鋳造法で使用される溶湯で、液状の溶湯金属が冷却され半凝固状態となった溶湯である。この溶湯を使用するときは、製品内部への空気巻き込み量が著しく低下するし、また、例えば６０％程度が固体となっている半凝固溶湯では固体部分が半分以上占めているため、内部巣がほとんど発生しない。更に、液状の溶湯と比較して半凝固溶湯の温度が低くなっているため、金型に対する熱影響が小さく、また、キャビティ内の溶湯の冷却時間が短くて済む。
【００１５】
一方、半溶融溶湯は周知のチクソキャスト法で使用される溶湯で、液状の溶湯を一旦固化し、その後所定大きさのビレットを複数形成する。ピストンを鋳造する際、このビレットを再加熱して半溶融状態とし、これをキャビティ内に供給する。ここで、溶湯が半溶融状態となっているため、半凝固溶湯を用いた場合と同様に空気巻き込み量を低減でき、巣の発生を防止でき、更には金型に対する熱影響を小さくすることができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１に係るピストンの鋳造方法において、中子の先端には連結部用キャビティに挿入される第１凸部が形成されている。本発明によれば、ピストン鋳造と同時に第１凸部により肉厚な連結部に凹部が形成される。連結部に凹部が形成された分、ピストンの軽量化が図られる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に係るピストンの鋳造方法において、中子の先端には頭部用キャビティの底部を貫通して連結部用キャビティの外側に臨む第２凸部が形成されている。
【００１８】
本発明によれば、ピストンの鋳造と同時にピストン頭部の底には内外に連通する貫通穴が形成される。これにより、ピストン鋳造後に従来行われていた貫通穴の切削加工等が不要となる。
【００１９】
なお、半凝固溶湯又は半溶融溶湯の湯廻り性を向上させるため、連結部用キャビティの底部に湯口を形成するようにしてもよい（請求項４の発明）。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１乃至図７は本発明に係るピストンの鋳造方法の第１実施形態を示すもので、図１は半凝固鋳造法の概略工程図、図２はピストン鋳造装置の概略構成図、図３は各金型とスライドコアとの配置状態を示す正面断面図、図４は各金型とスライドコアとの配置状態を示す側面断面図、図５はピストンを示す正面断面図、図６はピストンの底面図、図７はピストンの側面断面図である。なお、図９に示した従来例と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。
【００２１】
本実施形態に係るピストンの鋳造方法は半凝固鋳造法を採用している。この半凝固鋳造法は溶湯としてアルミニウム合金等の金属材料を溶湯を使用している。また、この溶湯は半凝固状態となっている。ここで、半凝固状態の金属材料を製造するときは、図１に示すように、金属材料を溶融する（Ｓ１）。そして、液状の金属材料を所定形状の容器に注湯し、これをエアブロー冷却等を行い半凝固溶湯Ｍ２を製造する（Ｓ２）。しかる後、金型成形工程に移行する（Ｓ３）。
【００２２】
この金型成形工程では、ピストン鋳造装置が用いられる。まず、図３及び図４に示すように、固定金型１ａと可動金型１ｂとを対面接触させ、また、各金型１ａ，１ｂ間に形成されたキャビティ２内に中子、例えば上下方向に延びる円柱状のスライドコア３を配置する。ここで、各金型１ａ，１ｂの円形内周面とスライドコア３の外周面は間隙をおいて同心円上に配置され、これにより、各金型１ａ，１ｂの内周面とスライドコア３の外周面との間にピストン頭部用のキャビティ２１が形成される。また、キャビティ２１の下方の金型１ａ，１ｂ間にはピストン連結部用のキャビティ２２が形成される。また、湯廻りを向上させるため、キャビティ２２の底部２２ａには湯路１ｄに連通する湯口２２ｂが形成されている。
【００２３】
スライドコア３の下端には第１凸部３１と２個の第２凸部３２が突設されている。第１凸部３１は略半球状となっており、キャビティ２２の上部に達するよう突出している。一方、第２凸部３２は第１凸部３１を挟んで左右に配置されており、キャビティ２１の底部２１ａを貫通している。また、第２凸部３２の貫通位置は、図５及び図６に示すように、後述する連結部４２の外側に貫通穴４１ａが開口される位置となるよう設計されている。なお、スライドコア３の代わりに図示しない入れ子ピンを使用するようにしてもよい。
【００２４】
以上のように各金型１ａ，１ｂ及びスライドコア３を配置した後、図２に示すように、半凝固溶湯Ｍ２を投入口１ｈを通じて射出スリーブ１ｅ内に配置する。そして、射出ピストン１ｆを射出スリーブ１ｅの先端に向けて移動させ、溶湯Ｍ２を射出する。この射出された半凝固溶湯Ｍ２は射出スリーブ１ｅ、湯路１ｄ及び湯口２２ｂを通じてキャビティ２に射出される。
【００２５】
半凝固溶湯Ｍ２はキャビティ２のうち、先ず、ピストン連結部用のキャビティ２２に供給され、更に、上昇してピストン頭部用のキャビティ２１に供給される。半凝固溶湯Ｍ２が両キャビティ２１，２２に完全に充填されたとき、半凝固溶湯Ｍ２の射出を停止する。その後、キャビティ２内の半凝固溶湯Ｍ２が固化した後、図示しないコア可動装置を駆動してスライドコア３を引く抜き、また、図示しない金型可動装置を駆動して可動金型１ｂを外す。
【００２６】
これにより、図５及び図６に示すように、仮のピストン４が形成される。このピストン４の頭部４１には第２凸部３２により貫通穴４１ａが形成され、また、ピストン４の連結部４２には第１凸部３１により凹部４２ａが形成される。
【００２７】
ピストン４の鋳造が終了した後、図５に示すように、頭部４１の上端開口をキャップ５で閉塞し、キャップ５をピストン４に溶接する。また、ピストン４を斜板式圧縮機のピストンとして使用するときは、図７に示すように、連結部４２に斜板６及びシュー７を保持する保持空間４３を切削加工等する。しかる後、ピストン４をコーティング等することにより、製品としてのピストンが製造される。
【００２８】
本実施形態によれば、ピストン４を鋳造する際、半凝固鋳造法により半凝固溶湯Ｍ２を使用しているため、空気の巻き込み量が著しく低減され、実験によれば、製品内部のガス量は１００ｇ当たり０．７ｍｌ〜１．２ｍｌとなり、また、巣が発生することがなく、高品質のピストン４が製造される。
【００２９】
また、液状の溶湯と比較して半凝固溶湯Ｍ２の温度が低くなっているため、キャビティ２内の溶湯の冷却時間が短く、ピストン４の製造時間が短時間となる。また、金型１ａ，１ｂに対する熱影響が小さくなるため、金型１ａ，１ｂが長寿命となる。
【００３０】
更に、半凝固溶湯Ｍ２を用いることにより、スクイズ部材で局部加圧を行うことなく、製品内部の巣の発生を防止できるため、金型構造が簡単になる。
【００３１】
更に、高品質のピストン４の製造により、キャップ５を頭部４１に溶接する際、プロジェクション溶接やスポット溶接も可能となり、生産性が向上する。
【００３２】
更にまた、第１凸部３１及び第２凸部３２により貫通穴４１ａ及び凹部４２ａがピストン４の鋳造と同時に形成されるため、その後の切削加工等が削減され、この点でも生産性が向上している。
【００３３】
なお、貫通穴４１ａの機能はキャップ溶接の際に発生する内部ガスの放出機能を有し、また、ピストン４の軽量化を実現することができる。また、凹部４２ａは連結部４２の肉盗みとなっており、ピストン４１の軽量化を実現することができる。
【００３４】
図８は本発明に係るピストンの鋳造方法の第２実施形態を示すものである。前記第１実施形態に係る鋳造方法では半凝固鋳造法により半凝固溶湯Ｍ２を使用したが、本実施形態ではチクソキャスト法により半溶融溶湯を使用している。このチクソキャスト法を図８を参照して説明する。
【００３５】
チクソキャスト法は溶湯としてアルミニウム合金等の金属材料を溶湯を使用している。また、この溶湯は半溶融状態となっている。ここで、半溶融状態の金属材料を製造するときは、図８に示すように、金属材料を溶融する（Ｓ１１）。次いで、液状の金属材料を電磁撹拌を行う（Ｓ１２）。その後、液状の金属を冷却しながら円柱状のビレットを製造する（Ｓ１３）。そして、円柱状のビレットを所定長さに裁断する（Ｓ１４）。ピストンを鋳造する際は、裁断されたビレットを高周波加熱等により再度加熱して半溶融溶湯を製造する（Ｓ１５）。これを前記第１実施形態と同様の金型成形工程で溶湯として用い（Ｓ１６）、ピストンを製造する。
【００３６】
本実施形態に係るチクソキャスト法では溶湯として半溶融状態の金属材料が使用されるから、巣の発生の防止、空気巻き込み量の低減、生産性の向上、金型の熱破壊の防止等、前記第１実施形態と同様の作用を発揮する。
【００３７】
なお、チクソキャスト法の金型成形工程については前記第１実施形態と同様であるため、図示及びその説明を省略した。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶湯として半凝固溶湯又は半溶融溶湯が使用されているため、製品内部への空気巻き込み量が著しく低下し、また、スクイズ部材による局部加圧をすることなく、製品内部における巣の発生を確実に防止することができ、更には金型の熱破壊も防止することができる。
【００３９】
請求項２の発明によれば、ピストン鋳造と同時に連結部に凹部が形成されるため、ピストンの軽量化が図られる。
【００４０】
請求項３の発明によれば、ピストンの鋳造と同時にピストン頭部の底には内外に連通する貫通穴が形成される。これにより、ピストン鋳造後の貫通穴の切削加工等が不要となる。
【００４１】
請求項４の発明によれば、連結部用キャビティの底部に湯口を形成しているため、半凝固溶湯又は半溶融溶湯の湯廻り性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る半凝固鋳造法の概略工程図
【図２】ピストン鋳造装置の概略構成図
【図３】各金型とスライドコアとの配置状態を示す正面断面図
【図４】各金型とスライドコアとの配置状態を示す側面断面図
【図５】ピストンを示す正面断面図
【図６】ピストンの底面図
【図７】ピストンの側面断面図
【図８】第２実施形態に係るチクソキャスト法の概略工程図
【図９】従来のピストンの鋳造方法を示す概略構成図
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…金型、２，２１，２２…キャビティ、３…スライドコア、４…ピストン、２１ａ，２２ａ…底部、３１…第１凸部、３２…第２凸部、４１…頭部、４１ａ…貫通穴、４２…連結部、４２ａ…凹部、Ｍ１，Ｍ２…溶湯。
【図１】
2004330273.tif 000003
【図２】
2004330273.tif 000004
【図３】
2004330273.tif 000005
【図４】
2004330273.tif 000006
【図５】
2004330273.tif 000007
【図６】
2004330273.tif 000008
【図７】
2004330273.tif 000009
【図８】
2004330273.tif 000010
【図９】
2004330273.tif 000011