【誤訳訂正書】
【提出日】平成26年1月14日(2014.1.14)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】内燃機関のピストンにおけるピストンリング溝の加工方法、およびその方法を用いてピストンリング溝を加工したピストン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンにおけるピストンリング溝の加工方法、およびその方法を用いてピストンリング溝を加工したピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいては、内燃機関のピストンのほぼ１００パーセントは重力ダイキャストによって製造される。これはまた、電気点火機関の大部分にも適用される。より小さい発達の枠組みの中で、しかし同時により効率的なエンジンにおいて、より大きな圧縮応力が生じる。これは、第１ピストンリングおよびピストンを収容する第１リング溝に大きな応力が加わることを意味する。特に、未来の高い応力を受ける電気点火機関のピストンには耐摩耗補強を設け、ピストンおよびピストンリングの寿命および作動特性を向上する必要がある。
【０００３】
電気点火機関のピストンの分野においては、既に用いられている部材が既知であり、それは高い応力を受ける第１ピストンリングを、電気的に塗布される酸化アルミニウム層によって局所的に補強することで、第１ピストンリングにおける高い表面圧および摩耗応力に耐えるものである。
【０００４】
技術的視点から、リングキャリアを一体的に鋳造することが、ディーゼルエンジンのピストンにおいて既に標準であるとともに、電気点火機関のピストンにおいてもますます求められるであろう。しかしそれは非常に複雑である。当該領域においては、さらに、特に冷却ダクトを有するディーゼルエンジンのピストンにおいて、冷却ダクトと組み合わされたリングキャリアを手動で型に挿入することが既知である。型に入れる前に、いわゆるアルフィン法を用い、該リングキャリアを液体アルミニウムに浸すことで、再鋳造の際に部分的に凝固したアルミニウムで全体を濡らすことができる。これは特に、リングキャリアと周囲のピストン材料との良好な金属結合を意味する。冷却ダクトは、例えば塩で作られピストンブランクの凝固の後で洗い流すことができる型コアを有しうる。
【０００５】
内燃機関のピストンの製造についての特許文献１の請求項１の前文より、最上部のリング溝および冷却ダクトの区画を第１のくぼみに配し、それから径方向内側に延伸される被覆リングで覆うことで、リング溝を切削した後の残りの溝を、例えば熱注入によって充填することができる方法が知られている。
【０００６】
特許文献２においては、当該区画を後で除去される外側のリングの溶解コアで形成することで、該区画を補強材料で充填する。その後、溶解コアの内側の区画を除去することで、冷却ダクトが形成される。
【０００７】
特許文献３において、ピストンの上部に少なくとも１箇所で被覆要素によって覆われるくぼみを設けることで冷却ダクトを形成するピストンが述べられている。
【０００８】
特許文献４における鍛鋼製のピストンの閉鎖された冷却ダクトの製造のための方法においては、最初に径方向外側に円周に面する開口部を内側に曲げ、それから２つの半円状要素によって閉じるものとする。
【０００９】
特許文献５はピストンの製造方法に関し、ピストンリング溝の区画を最初に切削し、それから電子またはレーザービームによって加工することで合金区画を形成するものである。その後、このように処理された区画からピストンリング溝を切削する。
【００１０】
最後に、特許文献６において内燃機関のピストンの製造のための方法について述べられ、冷却ダクトを除去可能な素材で充填するとともに、後に第１リング溝が切削される径方向外側の溝を補強材料で充填するものとする。次に、除去可能な素材を除去することで、リング形状の冷却ダクトが残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許発明第１９８０７１７６号明細書
【特許文献２】独国特許発明第１９６４９３６３号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１５３６１２５号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２００４００３９８０号明細書
【特許文献５】国際公開第８２／００３８１４号パンフレット
【特許文献６】独国特許出願公開第１０２００５０４７０３５号明細書
【発明の概要】
【００１２】
本発明の基礎をなす目的は、内燃機関のピストンの製造のための該ピストンにおけるピストンリング溝の加工方法であって、ピストンを特に効果的に製造することができるとともに、さらにピストンについての要求を満たすものを提供することである。加えて、該ピストンも呈示されるべきである。
【００１３】
この目的の一方は、請求項１で述べる方法によって達成される。
【００１４】
つまり、内燃機関のピストンの製造の際に、当該ピストンにおいて冷却ダクトおよびピストンリング溝が設けられる区画を最初にへこませ、それから冷却ダクトを塞ぐかまたは覆うものである。ピストンリングに適応する材料を“塞いだもの”に取り付ける。本発明にかかる方法は、単一のピストンにおいて冷却ダクトを覆うために必要な長さよりも長いワイヤー材料を用いることで、その特別な効果をもたらす。換言すれば、その寸法に関して、個々に適合したリング等は設けられず、例えばワイヤー材料をロールから連続して伸ばして冷却ダクトを覆う凹部に導入するとともに、必要な長さに達した際にワイヤー材料を切断することができる。上記および後述のうちの多くの好ましい手順を自動化することにより、本発明に係るピストンの製造を特に容易にすることができる。
【００１５】
ピストンにおいて冷却ダクトおよびピストンリング溝が設けられる区画は、鋳造の際または加工前に既に適当な方式で凹ませておくことができる。さらに、補強材料およびリングキャリアの役割を果たす材料に設けられる冷却ダクトおよび溝の配置への要求はほとんど無い。冷却ダクトがピストン軸に対し垂直であるとともにピストン軸に対し対称でありうる平面に関して、主に前記平面の下に配置することができるとともに、その上縁部をカバー部材の上縁部の高さに配置することができる。さらに、ピストン軸および存在しうる燃焼ボウルに向かって配置されるこの区画の冷却ダクトは、その形状大きさが燃焼ボウルに適合されると考えられる。例えば、ピストン軸に沿った均一な厚さの材料が燃焼ボウルと冷却ダクトとの間に存在しうる。
【００１６】
いずれにせよ、長く冷却ダクトを覆うワイヤー材料を設けることで、好ましくは、単一のピストンに必要な長さに関して、連続的な“無限の”供給によって、より高い度合いの自動化を達成することができる。特に、既に要求されたように、リングキャリアの前処理やアルフィン処理、該リングキャリアおよび型コアの型への配置、型からの型コアの洗浄および除去といった手動作業手順の手数を省くことができる。
【００１７】
本発明に係る方法の好ましいさらなる改良は、さらなる請求項で述べられる。
【００１８】
前述のように、本発明に係る方法は、ロールから連続して繰り出されて冷却ダクトを覆うワイヤー材料によって、特に効果的に実行することができる。
【００１９】
冷却ダクトを覆うようワイヤー材料を取り付けることについては、例えば締付けによる形状を適合させた状態での取り付けが、特に有利であることがわかっている。
【００２０】
さらに、これに関して、例えば、材料費の点で有利なように塊の状態とする等、最初に選択したワイヤーの形状は、冷却ダクトを覆うために、その取り付けの際に変形させてもよい。
【００２１】
ワイヤー断面の形状に関して、現在、長円、矩形または台形の断面が考えられている。これは、このような形状は、冷却ダクトと径方向外側の溝との間の狭い点への取り付けに際して有利であると見込まれているためである。しかし、ワイヤーの他の形状大きさも考えられる。
【００２２】
特に、被覆ワイヤー材料とピストン材料の間に結合される材料のために、および／または好ましくは後でリング溝を切削するため被覆ワイヤー材料に付加される補強材料のために、ワイヤー材料を、好ましくは位置を限定し、好ましくは誘導的に、加熱することが有利であることがわかっている。
【００２３】
この場合、特に好ましくは、ワイヤー材料またはピストン母材の融点のすぐ下の温度で加熱することによって、一方では融解した材料の必要な取り扱いによる製造方法の複雑化を防ぐとともに、同時に前述の材料の間での特に良好な結合の要求を冶金的に満たすものである。
【００２４】
既に示されたように、本発明に係る方法の枠組みの中で、補強材料が噴射により被覆ワイヤー材料に付加される。
【００２５】
これに関して、少なくとも２つの異なる補強材料が、同時に、または順次、好ましくは連続的にワイヤー状で供給され、前記ワイヤー材料に噴射にて付加される際に、その混合比を例えばワイヤー状で供給される際の異なるワイヤー直径および／または異なる送り速度によって設定することが特に有利である。
【００２６】
特に、アルミシリコン合金および非合金鋼が材料として組み合わされるとともに／または２つの異なる材料の混合比が６０〜７０：３０〜４０の場合、特に良好な性質が見込まれる。前２つの段落で特定される手段は本出願のさらなる特徴に対し独立して有利なものであるが、組み合わせることも可能である。
【００２７】
前述の目的はさらに、内燃機関のピストンを製造する装置によって達成され、該装置は、単一のピストンの冷却ダクトを覆うのに必要な長さよりも長いワイヤー材料を提供する装置を有する。これは例えばワイヤー繰り出し装置でありうる。
【００２８】
ワイヤー材料を取り付けて冷却ダクトを覆うためには、当初に検討した結果、例えばローラーの形状であって取り付けられるワイヤーを変形させることができるローレットが特に有利であることがわかっている。
【００２９】
前述の手順の実行のために必要とされるものに、さらなる装置が事実上対応する。可能な最も大規模な自動化のために、例えばワイヤー材料を取り付け、加熱するとともに、補強材料を高温噴射するための装置を単一の機械に組み合わせることができる。
【００３０】
最後に、前述の目的は前述の方法でピストンリング溝を加工したピストンによって達成され、該ピストンは冷却ダクトと補強材料との間に被覆材料を有し、ピストンリングをロールから連続的に繰り出されるワイヤー材料に適合し、取り付けのために変形されるとともに／または続けて前述の方式で加熱されることを特徴とする。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、ピストン底部（図１上部）およびピストン外側部の近くに位置するピストンブランクの領域の断面を示す。以下により詳細に述べるように、溝１０は外側（図１左側）に開かれるとともに、典型的な実施例では台形状であり、補強材料で充填され、それから最上部のピストンリングを収容するためのリング溝を設けられる。溝１０は、ピストン軸（図１）へと広がり、本実施例では台形状のさらなる溝１４から延伸する狭窄部１２へと延伸する。以下により詳細に述べるように、溝１４は本発明に係る処理の過程において閉じられているとともに、完成したピストンにおいて冷却ダクトを形成する。示される例において、溝１０・１４は、ピストン軸に対し垂直である平面に関して、およそ狭窄部１２の中心を経て対称である。しかし、後述の別実施例においてはそうではない。
【００３２】
図２に示すように、本発明に係る方法の枠組みの中で、ワイヤー材料１６は溝１０に導入され、例えば形状を適合させることによって狭窄部１２に取り付けられる。図２の例において、ワイヤー材料１６は略長円状の断面を有し、断面の長主軸は狭窄部１２の寸法よりいくらか長いものとすることで、前述の取り付けを可能としている。これは特に、矢印Ａの方向に押圧するとともに、例えば適当なローレット２６を用いることで実行することができる。例に示されるローレット２６は略円柱状であるとともに、わずかに凹状の溝つきの外面を有する。同様に、ローレット２６は略円柱状であるか、または外側へ凹状、換言すれば円形でありうる。あるいは、ローレット２６は平頭の円錐形状でありうる。図８・９に示すように、幅広の側が外側を向いた略矩形状の断面または台形状の断面を、さらなるワイヤーの形状大きさとして用いることができる。
【００３３】
図３から明らかなように、冷却ダクト溝１４を覆うために設けられるワイヤー材料は、その外側部への押圧によっていくらか扁平にすることができる。図３において、さらに、例えば誘導的に設計することができる加熱装置１８によってワイヤーを加熱することができることが示される。
【００３４】
図４に示すように、続けて補強材料を、例えば高温噴射によってワイヤー材料１６に取り付けることができ、これによって、この区画で最上部のピストンリングを永続的かつ確実に装着可能とするという要求が満たされる。この目的のために、図５の結果として示すように、好ましくは、外側の溝を補強材料で完全に充填し、それからピストンの円柱外面において完成させ、該外面と略平らにする。さらに、ピストンリング溝２０を切削する。
【００３５】
図６に示される冷却ダクトの溝１４の別の寸法大きさにおいては、溝１４は狭窄部１２の上縁から、すなわちワイヤー材料１６の上縁から、完成したピストンの底部へと延伸され、特にこの実施例においては外側の溝１０の下縁部に達する。示される例においては、冷却ダクト溝１４はその上側が略平らであるとともに下側が湾曲している。
【００３６】
図７に冷却ダクト溝１４のさらなる別実施例が示され、それは狭窄部１２の中心点の上方の断面において図１〜５の実施例と同様であるが、その下部はある角度でピストン軸２２の方向へ下方へと延伸し、燃焼ボウル２４の寸法大きさに適合する。特に、ピストン軸２２に向けられる冷却ダクト溝１４の区画は、例えば曲がって形成され、それによって冷却ダクト溝１４と燃焼ボウル２４との間に略ばらつきのない厚さの“橋”が残存するとともに／または、ピストン軸に最も近い冷却ダクトの区画とピストン軸２２との距離は、燃焼ボウルから最も遠い燃焼ボウルの点との距離とほぼ等しいか小さい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ピストンブランクの上部の断面図。
【図２】図１に挿入されるワイヤー材料およびツールを加えた断面図。
【図３】図２に変形されるワイヤー材料および加熱装置を加えた断面図。
【図４】図３に補強材料を取り付けた断面図。
【図５】完成状態の図１から４の断面図。
【図６】図５の別実施例の断面図。
【図７】図５の別実施例の断面図。
【図８】図２に別の形状大きさのワイヤーを加えた状態。
【図９】図２に別の形状大きさのワイヤーを加えた状態。
【符号の説明】
【００３８】
１０            溝
１２            狭窄部
１４            溝
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却ダクト（１４）を有する区画に、径方向外側の溝（１０）が設けられているとともに、該径方向外側の溝（１０）と該冷却ダクト（１４）との間に狭窄部（１２）が設けられている状態の内燃機関用のピストンに、ピストンリング溝（２０）を加工する方法であって、
該径方向外側の溝（１０）を介して該狭窄部（１２）に被覆材料を取り付け、該被覆材料にて該冷却ダクト（１４）を覆う、被覆材料取付工程と、
該被覆材料取付工程で該狭窄部（１２）に取り付けた該被覆材料に、補強材料を付加し、該径方向外側の溝（１０）内に該補強材料を充填する、補強材料付加・充填工程と、
該補強材料付加・充填工程で該径方向外側の溝（１０）に充填した該補強材料に該ピストンリング溝（２０）を形成する、ピストンリング溝形成工程と、よりなる方法において、
ワイヤー材料（１６）を該被覆材料として該狭窄部（１２）に取り付けるものであって、該被覆材料取付工程は、
該ピストンにおける該冷却ダクト（１４）を覆うのに必要な長さよりも長い状態でロールとなっている該ワイヤー材料（１６）を、該ロールより連続的に繰り出す工程と、
繰り出した該ワイヤー材料（１６）を該径方向外側の溝（１０）に導入して該狭窄部（１２）に供給する工程と、
繰り出した該ワイヤー材料（１６）の長さが前記の必要な長さに達したときに該ワイヤー材料（１６）を切断する工程と、を含むものであることを特徴とする内燃機関のピストンにおけるピストンリング溝の加工方法。
【請求項２】
前記ワイヤー材料（１６）が、前記被覆材料取付工程において、または該被覆材料取付工程と前記補強材料付加・充填工程との間において、前記狭窄部（１２）に形状が適合する状態に変形されることにより、前記冷却ダクト（１４）を覆うものとする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ワイヤー材料（１６）は略長円状、矩形状または台形状の断面形状を有し、該断面形状が、前記狭窄部（１２）の断面寸法より大きい寸法を有するものとする、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記被覆材料として前記狭窄部（１２）に取り付けた前記ワイヤー材料（１６）を、前記被覆材料取付工程と前記補強材料付加・充填工程との間において、加熱するものとする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ワイヤー材料（１６）の加熱は、位置を限定して行うものとする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ワイヤー材料（１６）の加熱は、誘導的に行うものとする、請求項４または請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ワイヤー材料（１６）または前記ピストンの材料の融点のすぐ下の温度で、前記ワイヤー材料（１６）を加熱するものとする、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記補強材料付加・充填工程において、該補強材料を噴射することで、噴射した該補強材料を、前記狭窄部（１２）の前記被覆材料に付加し、前記径方向外側の溝（１０）内に充填するものとする、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記補強材料は、噴射されるまでにワイヤー状で供給されるものとする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記補強材料として少なくとも２つの異なる材料を、同時に、または順次、ワイヤー状で供給するものとし、噴射に際しての該２つの異なる材料の混合比を、ワイヤー状での供給の際の該材料の直径および送り速度のうち少なくとも一方によって設定するものとする、請求項８または請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの異なる材料としてアルミシリコン合金および非合金鋼を用いるものとし、該アルミシリコン合金および非合金鋼の混合比を６０〜７０：３０〜４０とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記被覆材料取付工程において、前記ワイヤー材料（１６）を、ワイヤー繰り出し装置により連続的に繰り出すものとする、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ワイヤー材料（１６）を押圧する装置を用いて、前記のワイヤー材料（１６）の変形を行うものとする、請求項２または請求項３に記載の方法。
【請求項１４】
前記ワイヤー材料（１６）を押圧する装置としてローレット（２６）を用いるものとする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
加熱装置（１８）を用いて、前記のワイヤー材料（１６）の加熱を行うものとする、請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
材料を高温噴射する装置を用いて、前記の補強材料の噴射を行うものとする、請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の方法によりピストンリング溝を加工した、内燃機関のピストン。