(57)【要約】本発明は、内燃機関に用いられるものであって、特に２つの部品で構成された組立式ピストン（3）に関する。このピストン（3）は、上側ピストン部品（1）と下側ピストン部品（2）とを備えている。本発明は、上側ピストン部品（2）が下側ピストン部品（3）とねじ部（4）によって接合されることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側ピストン部品（1）及び下側ピストン部品（2）を有して内燃機関に用いられる組立式のピストンであって、
上記上側ピストン部品（1）は、ねじ部（4）によって上記下側ピストン部品（2）と接合されていることを特徴とするピストン。
【請求項２】
請求項１に記載のピストンにおいて、
上記上側ピストン部品（1）における上記下側ピストン部品（2）との接合部（5）は、上記内燃機関の燃焼室に直接に面しており、
上記ねじ部（4）は、特にブローバイガスに対して気密性を有するように構成されていることを特徴とするピストン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のピストンにおいて、
上記上側ピストン部品（1）及び上記下側ピストン部品（2）は、互いに螺合された状態で冷却通路（7）を形成することを特徴とするピストン。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つに記載のピストンにおいて、
上記上側ピストン部品（1）及び上記下側ピストン部品（2）は、同じ材料、又は熱膨張率が等しい複数の材料で構成されていることを特徴とするピストン。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一つに記載のピストンにおいて、
上記上側ピストン部品（1）と上記下側ピストン部品（2）の一方又は両方のねじ部（4）がオーバーサイズねじとなっており、
上記上側ピストン部品（1）と上記下側ピストン部品（2）とが熱接合加工によって互いに螺合されることを特徴とするピストン。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れか一つに記載のピストンにおいて、
上記ねじ部（4）は、細目ねじであって、
上記ねじ部（4）は、互いに螺合された後に接着または半田付けによってシールされることを特徴とするピストン。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一つに記載のピストンにおいて、
上記下側ピストン部品（2）には、カラー部（8）が設けられており、
上記カラー部（8）は、環状のシール端（9）を有していることを特徴とするピストン。
【請求項８】
請求項７に記載のピストンにおいて、
上記上側ピストン部品（1）は、上記下側ピストン部品（2）のシール端（9）に対向するように形成されたシール用凹部（10）を有し、
上記上側ピストン部品（1）及び上記下側ピストン部品（2）が互いに完全に螺合されると、上記シール端（9）は、上記シール用凹部（10）に当接して、又は該シール用凹部（10）に嵌り込んで固定されることを特徴とするピストン。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一つに記載のピストン（3）を有する内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組立式ピストン（特に、２つの部品で構成された組立式ピストン）、又は上側ピストン部品と下側ピストン部品を有する組立式ピストンを備えた内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温や機械的応力の影響を受ける内燃機関では、ピストンの材料として、耐熱性の高い鋼鉄がよく用いられる。このようなピストンは、熱負荷が高いため、ほぼ必ず冷却通路構造を有している。この冷却通路構造では、内燃機関の運転中にピストンを冷却するため、冷却媒体、特にエンジンオイルが流れている。
【０００３】
冷却通路構造を有するピストンを製造方法としては、様々なものが考えられる。第１の方法としては、１つの部品でピストンを構成することが考えられる。この方法において、ピストンは、通常、ブランク材を鍛造した後に全ての輪郭を機械加工することによって形成される。この場合、冷却通路は、ピストンの下側の部分の内部に円環状に形成されなければならない。また、冷却通路は、製造工程上の理由により、ピストンの上側の部分に向かって開口していなければならない。従って、上述のような開口した冷却通路構造をシールするために、カバープレートのような追加の部品を組み込むことが必要になる。
【０００４】
第２の方法としては、上側ピストン部品と下側ピストン部品という２つの部品でピストンを構成することが考えられる。これらのピストン部品は、鍛造加工によって別々に製造される。この変形例は、上側ピストン部品と下側ピストン部品の幾何学形状によって冷却通路が直接に閉じられる点で有利である。しかし、この変形例は、冷却通路を塞いだ後における両ピストン部品の接合部の機械加工を省略できない点で不利である。この場合の接合方法としては、例えば溶接加工が用いられる。この溶接加工中には、溶接加工に起因する高温によって接合部分が溶融し、これにより接合が行われる。溶接加工では、接合が可能になる一方、ビードが形成される場合がある。このビードは、後で除去することができず、冷却媒体の流れ、ひいては冷却効果に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００５】
上述のような一般的なタイプのピストンは、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許１０２０９１６８号明細書
【特許文献２】独国特許４１３４５３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のピストンでは、例えばビートを有する接合部が形成されており、このビードが冷却効果に悪影響を及ぼす。本発明の課題は、このような不具合を有する従来のピストンを改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、上記課題は、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、従属項の主題である。
【０００９】
本発明は、“上側ピストン部品及び下側ピストン部品という２つの部品を、ねじ部によって(つまり、上記２つの部品を互いに螺合させることによって)接合してピストンを構成する”という包括的なコンセプトに基づいている。上側ピストン部品は、下側ピストン部品と一緒になって、冷却通路又は冷却通路構造を形成している。この冷却通路又は冷却通路構造は、双方のピストン部品が互いに螺合されることによって、確実にシールされる。上述したような不具合をもたらすビードが発生する溶接加工は、ここでは不要である。従って、このようなビードによる冷却効果への悪影響は発生しない。なお、ねじ部が冷却媒体に関して気密性を有するように構成されていることは言うまでもない。例えば鋼鉄は、高い耐熱性を有しているので、上述のように構成されたピストンの材料として考慮に入れられる。
【００１０】
上側ピストン部品と下側ピストン部品は、同じ材料、又は少なくとも熱膨張率が等しい複数の材料で構成されるのが好ましい。こうすることで、“上記の材料(つまり、上側ピストン部品と下側ピストン部品)が温度変化に伴って同じ割合で膨張する”という大きな利点が得られる。従って、双方のピストン部品の熱膨張率の違いに起因して上側ピストン部品と下側ピストン部品との間の接合部分が開いてしまうことで冷却通路構造又は冷却通路がシールされなくなることが回避される。
【００１１】
本発明による解決方法のもう１つの有利な実施形態では、上側ピストン部品と下側ピストン部品の一方又は両方におけるねじ部の径が標準よりも大きくなっており、双方のピストン部品が熱接合加工によって互いに接合される。双方のピストン部品を互いに螺合させることは、少なくとも１つのピストン部品が加熱され又は冷却されて熱膨張し又は熱収縮することによって、一方のピストン部品が他方のピストン部品のねじ部に螺合できるようになった状態でのみ可能である。引き続き行われる冷却工程又は加熱工程によって一方のピストン部品のねじ部が他方のピストン部品のねじ部と噛み合った状態で収縮し、これによって気密性が得られる。更に、特に費用がかかる追加のシール加工が不要になる。
【００１２】
あるいは、本発明に係るピストンには、細目ねじからなるねじ部が形成されていてもよい。このねじ部は、双方のピストン部品を互いに螺合させた後に行われる接着加工または半田付け加工によってシールされる。この接合加工では、加熱工程又は冷却工程は不要であり、ねじ部のシール性は、もっぱら、接着または半田付けでシールされる細目ねじからなるねじ部の幾何学形状によってもたらされる。この方法では、熱接合するための加熱装置又は冷却装置が不要になる。
【００１３】
本発明の更なる重要な特徴及び利点は、従属項、図面、及び図面に関連する説明に記載されている。
【００１４】
上述された特徴および以下で詳細に説明される特徴は、例示される特定の組み合わせだけでなく、他の組み合わせで、又は本発明の範囲から逸脱しない範囲で、独立して用いることができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施例は図面に示されていて、以下の説明で詳細に記述されている。また、同じ符号は、同じ構成要素に付されているか、又は機能的に同じもの若しくは同程度のものに付されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る組立式ピストンの上側ピストン部品の概略図である。
【図２】本発明に係る組立式ピストンの下側ピストン部品の概略図である。
【図３】組み立てられた状態のピストンの概略図である。
【図４】上側ピストン部品と下側ピストン部品との間のねじ部の部分の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に、ピストン３（図３参照）の上側ピストン部品１を示す。このピストンは、上記上側ピストン部品１と下側ピストン部品２（図２参照）とを組み立てたものである。ピストン３は、図外の内燃機関、特に自動車の内燃機関に設けられている。双方のピストン部品１,２は、ねじ部４によって互いに接続される。また、両者は、例えば溶接のような接合方法を追加的に用いて接合されていてもよい。
【００１８】
図１によれば、上側ピストン部品１のねじ部４は、内ねじで構成されている。一方、図２によれば、下側ピストン部品２のねじ部４は、上記内ねじと相補的な形状の外ねじで構成されている。このように、上側ピストン部品１及び下側ピストン部品２の間の接合部５は、ねじ部４の領域となっており、内燃機関の燃焼室６に直接に面している。このため、上記接合部５（つまり、ねじ部４）は、気密状態になるように、特にブローバイガスに関して気密状態になるように構成されなければならない。
【００１９】
図３に示すように、上側ピストン部品１と下側ピストン部品２が互いに螺合した状態では、それらの部品１,２が冷却通路７又は冷却通路構造を形成する。この冷却通路７は、下側ピストン部品２の上部に環状に形成される。内燃機関の運転中には、ピストン３を冷却するために冷却通路７に冷却媒体（特に、エンジンオイル）が送り込まれ、この冷却媒体が冷却通路７内を流れる。上記ねじ部４は、上記冷却媒体（つまり、例えばエンジンオイル）が漏れないように形成されなければならない。
【００２０】
図２及び３に示すように、下側ピストン部品２には、カラー部８が形成されている。このカラー部８は、環状のシール端９を有している。これに対して、上側ピストン部品１は、下側ピストン部品２のシール端９と対向するように形成された凹溝状のシール用凹部１０を有している。上側ピストン部品１と下側ピストン部品２が完全に螺合されると、シール端９がシール用凹部１０に当接し、またはシール端９がシール用凹部１０に入り込むことによって、両者の間がシールされる。同様に、上側ピストン部品１と下側ピストン部品２の間のもう１つの接合部５’も、ピストン３が完全に組み立てられるとシールされる。冷却媒体を冷却通路７へ送り込むために、貫通孔１１（特に、ドリル等で穿孔した孔）を下側ピストン部品２に設けることができる。この貫通孔１１を介して、冷却通路７が冷却媒体の流通経路に接続される。
【００２１】
接合部５を確実にシールするため、上側ピストン部品１と下側ピストン部品２の一方または両方のねじ部４の山を、オーバーサイズねじとしてもよい。この場合、双方のピストン部品１,２は、熱接合加工によって互いに螺合させられる。この目的のために、例えば上側ピストン部品１を加熱し、まだ熱い状態の上側ピストン部品１を下側ピストン部品２に螺合させる。上側ピストン部品１は冷却されると収縮するため、シールされた熱接合部が完成する。同様の効果は、例えば、下側ピストン部品２を冷却することによっても得られる。冷却されることで下側ピストン部品２が収縮するため、下側ピストン部品２を上側ピストン部品１に螺合させることが可能になる。その後に下側ピストン部品２が加熱されると、下側ピストン部品２は膨張する。このため、上述の場合と同様に、下側ピストン部品２が上側ピストン部品１と一緒にシールされた熱接合部を形成する。
【００２２】
熱接合を行う代わりに、ねじ部４を細目ねじとし、双方のピストン部品を互いに螺合させてから接着加工または半田付け加工を行うことによってシールしてもよい。この方法では、双方のピストン部品１,２を冷えた状態で互いに螺合させ、その後にねじ部４の半田付け又は接着を行うことによって気密性が得られる。従来より知られている溶接等の接合方法と比べると、上述した両方の方法には、“冷却通路にはみ出して冷却媒体の流れを妨げる溶接ビードが形成されない”という非常に大きな利点がある。
【００２３】
更に、上側ピストン部品１と下側ピストン部品２の間にねじ部４を形成することで、双方のピストン部品１,２の非常に正確な位置合わせが可能となる。このため、各ピストン部品１,２のほとんどの部分を完全に機械加工した後に二つのピストン部品１,２を互いに接合することができる。そして、接合後は、ピストン部品１,２において、例えば直角度や平行度を指定された公差内にする必要がある領域のみに後工程を施せばよい。
【００２４】
内燃機関は非常に高温となるため、熱膨張によって接合部５,５'に隙間ができないようにすることが重要である。従って、上側ピストン部品１と下側ピストン部品２は、同じ材料、又は少なくとも熱膨張率が等しい複数の材料で構成されているのが好ましい。これにより、問題となる温度範囲において、接合部５,５'の気密性を確保することができる。
【００２５】
図４には、上側ピストン部品１のねじ部４と下側ピストン部品２のねじ部４が、詳細に示されている。図示した状態では、オーバーサイズとなっている。つまり、双方のねじ部４のねじ径は、オーバーラップしているように見える。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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