(57)【要約】【課題】製品の厚肉部におけるヒケ巣の発生を抑制して健全な内部品質を得るとともに、製品のピストン頂面に緻密な表層を形成するので、表層部は緻密な凝固組織となり、機械的強度が向上すること。【解決手段】製品形状部のキャビティのピストン頂面に対応する部分を別体の入子３とし、該入子３には内部冷却回路４を設けて、該内部冷却回路４に冷却媒体を供給することにより、製品形状部の前記キャビティのピストン頂面１０に対応する部分を冷却することによって、前記キャビティ内に充填された溶湯が入子３によって急冷されるとともに、製品形状部の前記キャビティの厚肉部１１、１１′に連通部を介して連絡した製品形状部以外の前記キャビティのボス部９、９′に開口する開口部にピン２を挿入し、充填された前記溶湯の凝固が開始された後、前記ピン２を押し込み前記ボス部９、９′を局部加圧する内燃機関用ピストンの鋳造方法および装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイカスト金型のピストン用キャビティ内に溶湯を充填することにより内燃機関用ピストンを鋳造する内燃機関用ピストンの鋳造方法において、
ピストン用キャビティ内に溶湯が充填され、充填された溶湯の凝固が開始された後、製品形状部以外の前記キャビティを局部加圧することにより、
該製品形状部以外の前記キャビティ内の未凝固溶湯を製品形状部の前記キャビティの厚肉部に送り、凝固中に溶湯補給を行う
ことを特徴とする内燃機関ピストンの鋳造方法。
【請求項２】
請求項１において、
製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を急冷して、製品のピストン頂面に緻密な表層を形成する
ことを特徴とする内燃機関用ピストンの鋳造方法。
【請求項３】
請求項２において、
製品形状部の前記キャビティの厚肉部に連通部を介して連絡した製品形状部以外の前記キャビティのボス部に開口する開口部にピンを挿入し、充填された前記溶湯の凝固が開始された後、前記ピンを押し込み前記ボス部を局部加圧することを特徴とする内燃機関用ピストンの鋳造方法。
【請求項４】
請求項３において、
製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を別体の入子とし、該入子には内部冷却回路を設けて、該内部冷却回路に冷却媒体を供給することにより、製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を冷却することによって、前記キャビティ内に充填された溶湯が入子によって急冷される
ことを特徴とする内燃機関用ピストンの鋳造方法。
【請求項５】
ダイカスト金型のピストン用キャビティ内に溶湯を充填することにより内燃機関用ピストンを鋳造する内燃機関用ピストンの鋳造装置において、
製品形状部の前記キャビティの厚肉部に連通部を介して連絡した製品形状部以外の前記キャビティの前記厚肉部の厚さに近い厚さを有するボス部に開口する開口部に油圧シリンダにより駆動されるピンを挿入し、充填された前記溶湯の凝固が開始された後、前記ピンを押し込み前記ボス部を局部加圧することにより、前記ボス部の未凝固溶湯を製品形状部の前記キャビティの厚肉部に送り、凝固中に溶湯補給を行う
ことを特徴とする内燃機関用ピストンの鋳造装置。
【請求項６】
請求項５において、
製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を別体の可動型入子とし、該可動型入子には内部冷却回路を設けて、該内部冷却回路に冷却媒体を供給することにより、製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を冷却することによって、前記キャビティ内に充填された溶湯が入子によって急冷される
ことを特徴とする内燃機関用ピストンの鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイカスト金型のピストン用キャビティ内に溶湯を充填することにより内燃機関ピストンを鋳造する内燃機関用ピストンの鋳造方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より内燃機関用ピストンは、重力鋳造法により生産されることが一般的であるが、近年の低コスト化や高出力化に対応するために、ダイカスト工法により生産される製品が出てきている。これらに対応するためには、鋳造した粗形材の切削加工などを減らすことが効果的であり、鋳造したままの鋳肌で使用する（以下、黒皮化と言う）ことや、加工代を極力小さくする必要がある。また高出力化には粗形材の強度も必要となり、特にダイカスト化においては、鋳造欠陥の抑制が、重要な課題となる。
【０００３】
従来におけるピストン粗形材の品質を向上させるダイカスト鋳造方法および装置としては、金型の製品キャビティ部分に溶湯が充填された後にピストンの頂面部に設けたボス形状を２次的局部加圧ピンにより加圧して頂面部の組織を緻密化して強度向上を図るといったものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２３２４５４号公報（第３−５頁、第１図〜第５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記従来のダイカスト鋳造方法および装置は、以下に述べるような問題があった。
【０００６】
第１に、ピストン製品形状の頂面部に設けたボスを加圧して圧力を頂面に伝えるため、製品形状ではないボスを付加しているので、製品加工においてこのボスを削り取る必要がある。頂面の形状がフラットならば比較的容易に加工除去できるが、近年の直噴タイプのものでは３次元的に湾曲しているので、加工形状が複雑化してコスト高の要因となる。このことからピストンの頂面を全て黒皮化して、低コスト化することが難しかった。
【０００７】
第２に、このような局部加圧をアルミニウム合金溶湯の充填後に実施した場合、一般的に加圧した直下あるいは周辺部分の組織には偏析出が生じて、製品の凝固組織が不均一となり、強度バラツキの原因となることがあり、加圧により収縮巣のような鋳造欠陥は抑制できるが、このマクロ偏析による強度低下のおそれが有った。
【０００８】
そこで本発明者は、ダイカスト金型のピストン用キャビティ内に溶湯を充填することにより内燃機関用ピストンを鋳造する内燃機関用ピストンの鋳造方法および装置において、ピストン用キャビティ内に溶湯が充填され、充填された溶湯の凝固が開始された後、製品形状部以外の前記キャビティを局部加圧することにより、該製品形状部以外の前記キャビティ内の未凝固溶湯を製品形状部の前記キャビティの厚肉部に送り、凝固中に溶湯補給を行うという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、製品の厚肉部におけるヒケ巣の発生を抑制して健全な内部品質を得るとともに、製品のピストン頂面に緻密な表層を形成するので、表層部は緻密な凝固組織となり、機械的強度が向上するという目的を達成する本発明に到達した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載の第１発明）の内燃機関用ピストンの鋳造方法は、
ダイカスト金型のピストン用キャビティ内に溶湯を充填することにより内燃機関用ピストンを鋳造する内燃機関用ピストンの鋳造方法において、
ピストン用キャビティ内に溶湯が充填され、充填された溶湯の凝固が開始された後、製品形状部以外の前記キャビティを局部加圧することにより、
該製品形状部以外の前記キャビティ内の未凝固溶湯を製品形状部の前記キャビティの厚肉部に送り、凝固中に溶湯補給を行う
ものである。
【００１０】
本発明（請求項２に記載の第２発明）の内燃機関用ピストンの鋳造方法は、
前記第１発明において、
製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を急冷して、  製品のピストン頂面に緻密な表層を形成する
ものである。
【００１１】
本発明（請求項３に記載の第３発明）の内燃機関用ピストンの鋳造方法は、
前記第２発明において、
製品形状部の前記キャビティの厚肉部に連通部を介して連絡した製品形状部以外の前記キャビティのボス部に開口する開口部にピンを挿入し、充填された前記溶湯の凝固が開始された後、前記ピンを押し込み前記ボス部を局部加圧するものである。
【００１２】
本発明（請求項４に記載の第４発明）の内燃機関用ピストンの鋳造方法は、
前記第３発明において、
製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を別体の入子とし、該入子には内部冷却回路を設けて、該内部冷却回路に冷却媒体を供給することにより、製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を冷却することによって、前記キャビティ内に充填された溶湯が入子によって急冷される
ものである。
【００１３】
本発明（請求項５に記載の第５発明）の内燃機関用ピストンの鋳造装置は、
ダイカスト金型のピストン用キャビティ内に溶湯を充填することにより内燃機関用ピストンを鋳造する内燃機関用ピストンの鋳造装置において、
製品形状部の前記キャビティの厚肉部に連通部を介して連絡した製品形状部以外の前記キャビティの前記厚肉部き厚さに近い厚さを有するボス部に開口する開口部に油圧シリンダにより駆動されるピンを挿入し、充填された前記溶湯の凝固が開始された後、前記ピンを押し込み前記ボス部を局部加圧することにより、前記ボス部の未凝固溶湯を製品形状部の前記キャビティの厚肉部に送り、凝固中に溶湯補給を行う
ものである。
【００１４】
本発明（請求項６に記載の第６発明）の内燃機関用ピストンの鋳造装置は、
前記第５発明において、
製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を別体の可動型入子とし、該可動型入子には内部冷却回路を設けて、該内部冷却回路に冷却媒体を供給することにより、製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を冷却することによって、前記キャビティ内に充填された溶湯が入子によって急冷される
ものである。
【００１５】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第１発明の内燃機関用ピストンの鋳造方法は、ダイカスト金型のピストン用キャビティ内に溶湯を充填することにより内燃機関用ピストンを鋳造する内燃機関用ピストンの鋳造方法において、ピストン用キャビティ内に溶湯が充填され、充填された溶湯の凝固が開始された後、製品形状部以外の前記キャビティを局部加圧することにより、該製品形状部以外の前記キャビティ内の未凝固溶湯を製品形状部の前記キャビティの厚肉部に送り、凝固中に溶湯補給を行うので、製品である内燃機関用ピストンの厚肉部におけるヒケ巣の発生を抑制して健全な内部品質を得るという効果を奏する。
【００１６】
上記構成より成る第２発明の内燃機関用ピストンの鋳造方法は、前記第１発明において、製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を急冷して、製品である内燃機関用ピストンのピストン頂面に緻密な表層を形成するので、表層部は緻密な凝固組織となり、機械的強度が向上するという効果を奏する。
【００１７】
上記構成より成る第３発明の内燃機関用ピストンの鋳造方法は、前記第２発明において、製品形状部の前記キャビティの厚肉部に連通部を介して連絡した製品形状部以外の前記キャビティのボス部に開口する開口部にピンを挿入し、充填された前記溶湯の凝固が開始された後、前記ピンを押し込み前記ボス部を局部加圧するものであるので、前記製品である内燃機関用ピストンの厚肉部におけるヒケ巣の発生を抑制して健全な内部品質を得るという効果を奏する。
【００１８】
上記構成より成る第４発明の内燃機関用ピストンの鋳造方法は、前記第３発明において、製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を別体の入子とし、該入子には内部冷却回路を設けて、該内部冷却回路に冷却媒体を供給することにより、製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を冷却することによって、前記キャビティ内に充填された溶湯が入子によって急冷されるので、製品である内燃機関用ピストンのピストン頂面に緻密な表層を形成するため、表層部は緻密な凝固組織となり、機械的強度が向上するという効果を奏する。
【００１９】
上記構成より成る第５発明の内燃機関用ピストンの鋳造装置は、ダイカスト金型のピストン用キャビティ内に溶湯を充填することにより内燃機関用ピストンを鋳造する内燃機関用ピストンの鋳造装置において、製品形状部の前記キャビティの厚肉部に連通部を介して連絡した製品形状部以外の前記キャビティの前記厚肉部き厚さに近い厚さを有するボス部に開口する開口部に油圧シリンダにより駆動されるピンを挿入し、充填された前記溶湯の凝固が開始された後、前記ピンを押し込み前記ボス部を局部加圧することにより、前記ボス部の未凝固溶湯を製品形状部の前記キャビティの厚肉部に送り、凝固中に溶湯補給を行うので、前記製品である内燃機関用ピストンの厚肉部におけるヒケ巣の発生を抑制して健全な内部品質を得るという効果を奏する。
【００２０】
上記構成より成る第６発明の内燃機関用ピストンの鋳造装置は、前記第５発明において、製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を別体の可動型入子とし、該可動型入子には内部冷却回路を設けて、該内部冷却回路に冷却媒体を供給することにより、製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を冷却することによって、前記キャビティ内に充填された溶湯が入子によって急冷されるので、製品である内燃機関用ピストンのピストン頂面に緻密な表層を形成するため、表層部は緻密な凝固組織となり、機械的強度が向上するという効果を奏する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００２２】
（実施形態）
本実施形態の内燃機関用ピストンの鋳造方法および装置は、図１ないし図３に示されるようにダイカスト金型のピストン用キャビティ内に溶湯を充填することにより内燃機関用ピストンを鋳造する内燃機関用ピストンの鋳造方法および装置において、製品形状部の前記キャビティのピストン頂面に対応する部分を別体の入子３とし、該入子３には内部冷却回路４を設けて、該内部冷却回路４に冷却媒体を供給することにより、製品形状部の前記キャビティのピストン頂面１０に対応する部分を冷却することによって、前記キャビティ内に充填された溶湯が入子３によって急冷されるとともに、製品形状部の前記キャビティの厚肉部１１、１１′に連通部を介して連絡した製品形状部以外の前記キャビティのボス部９、９′に開口する開口部にピン２を挿入し、充填された前記溶湯の凝固が開始された後、前記ピン２を押し込み前記ボス部９、９′を局部加圧するものである。
【００２３】
本第１実施形態において金型は、ダイカスト鋳造法によるピストンの金型の構成を示す図１に示されるように可動型中子１と、可動型入子３と、スライドコア５・５’  と、固定型中子６と、固定型入子７から成る。
【００２４】
これらを型締めにより組み合わせた状態にすると、ピストンの製品キャビティ８の空間が形成される。そこに溶けたアルミニウム合金（以下、溶湯と言う）をプランジャーにより加圧充填し、鋳造圧力を加えながら凝固させてピストン粗形材１４を成形する。
【００２５】
溶湯は設定された速度で製品キャビティ８に充填され、冷却回路４に供給される冷却媒体によって、内部に設けられた可動型入子３により急冷される。この可動型入子３はピストンの製品頂面部１０を形成しており、頂面の表層は急冷されることにより微細な凝固組織となり、機械的特性の向上が見込める。
【００２６】
溶湯が凝固する時に鋳造欠陥となる凝固収縮巣（以下、ヒケ巣と言う）が、最終凝固部すなわち厚肉部位に発生する。ピストンの場合にはピンボス厚肉部１１のヒケ巣発生域１２付近が最も発生し易く、これを抑制することが、製品の品質にとって重要となる。
【００２７】
この抑制方法として、製品キャビティ８からピンボス厚肉部１１と同等の厚さで、これと連通した加圧用ボス９を可動型中子１の製品形状部以外の箇所に設ける。またこのボスの直上には、油圧シリンダーにより動作するスクイズピン２が配置されており、溶湯が充填され凝固が開始した後にこのスクイズピン２を前進させることにより加圧用ボス９を局部加圧する。
【００２８】
この圧力により加圧用ボス９の内部の未凝固溶湯をヒケ巣が発生するピンボス厚肉部１１に送り、凝固中に溶湯補給を行うことによって、ヒケ巣の発生を抑制して健全な内部品質を得る事ができる。
【００２９】
ピンボス厚肉部１１・１１’  は、ピストン製品には２箇所あり、一方のピンボス厚肉部１１’  にはゲート１６を設けて鋳造圧力をランナー部１５を介して作用させることでヒケ巣の抑制を行うが、それだけでは不十分な場合には、加圧用ボス９’  およびスクイズピン２’  を図１のようにランナー部１５の直上に配置して、先に示した反ゲート側と同様に局部加圧を実施することでヒケ巣を抑制する。
【００３０】
上記のように凝固中の溶湯に対して局部加圧を実施した場合、加圧部位の直下およびその周辺部にマクロ偏析出が発生して鋳造品の強度バラツキを助長する要因となる。本実施形態においては、図１ないし図３に示されるようにマクロ偏析出発生域１３は、加圧用ボス９の底部とその周囲になるが、図２および図３に示されるピストン粗形材略図から明らかなように、ピストン粗形材１４は鋳造後の仕上げ処理工程において加圧用ボス９およびランナー部１５を製品部からは切断・除去するため、製品内部組織のマクロ偏析出は極めて小さいものとなり、強度バラツキの問題も解消される。
【００３１】
上述の様に本実施形態において、鋳造成形されたピストン粗形材１４の製品頂面部１０には、余分なボス形状も無いので成形されたままの形状で加工すること無く製品として使用でき、大幅なコスト低減が可能となる。また製品の頂面は、微細な組織の鋳肌のまま使用でき、ピンボス厚肉部にはヒケ巣などの鋳造欠陥の発生や局部加圧によるマクロ偏析出といった凝固組織の不均一も無く、良好な内部品質と性能を得ることができる。
【００３２】
本実施形態においては、ピストンを鋳造するダイカスト金型の頂面部分を構成する部分を別体の入子３とし、この入子３には内部冷却回路４を設けて冷却することで金型に充填された溶湯は入子によって急冷され、ピストンの頂面部分１０の表層部は緻密な凝固組織となり強度などの機械的特性は向上する。
【００３３】
また溶湯充填時の圧力（鋳造圧力）だけではピストンの頂面下部に位置する厚肉部のピンボス部１１、１１′に発生する凝固収縮巣（ヒケ巣）を抑制することは困難であるが、本実施形態においては、このピンポス部１１、１１′と同等の厚さのつなぎ形状によりピンポス部と連通したボス形状のボス部９、９′を製品形状の外部のキャビティに設けて、このボスを油圧により動作するピン２すなわちスクイズピンにより溶湯が充填された後に加圧することで、この圧力がピンボス部１１、１１′へ作用してピンボス厚肉部に発生するヒケ巣を抑制する。
【００３４】
一般的にこの様なヒケ巣は、溶湯を充填するゲートから離れた部位の厚肉部に著しく発生する。またピストンにはピンボスが２箇所あり一方にゲートを設けた場合、この加圧用ボスはもう一方のピンボスに連通するように設置する。しかし本実施形態においては、鋳造圧力だけでゲート部に連通したピンボス厚肉部１１、１１′にヒケ巣が発生する場合は、ゲート部のランナーに加圧用ボス部９、９′を配置して、これを同様にスクイズピン２で加圧して、ヒケ層を抑制することが出来る。
【００３５】
本第１実施形態においては、前記スクイズピン２によって、頂面およびピストンの製品形状部を直接加圧しないので、加圧部位の直下に発生するマクロ偏析出はこの製品形状外の加圧用ボス部９、９′に生じる。このボス部９、９′は、鋳造後の後処理にて製品から切断除去されるため、ピストン製品の頂面部１０およびピンボス部１１、１１′の内部組織は比較的均一となり、偏析による強度のバラツキは極力小さくできる。
【００３６】
以上のように本実施形態においては、頂面に余分なボスを設けること無く、頂面および近傍（ピンボス部）の内部品質が良好なピストン粗形材をダイカスト工法により生産することが出来、頂面の形状を自由に設計出来、完全な加工レスによう黒皮化が可能となり、ピストン製品の低コストを実現するものである。
【００３７】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の内燃機関用ピストンの鋳造装置を示す断面図である。
【図２】本実施形態の内燃機関用ピストンの鋳造装置によって製造されたピストン粗形材を説明するための正面図である。
【図３】本実施形態におけるピストン粗形材を示す平面図である。
【符号の説明】
２  ピン
３  入子
４  内部冷却回路
９、９′  キャビティのボス部
１０  ピストン頂面
１１、１１′  キャビティの厚肉部
【図１】
2004255430.tif 000003
【図２】
2004255430.tif 000004
【図３】
2004255430.tif 000005