(57)【要約】  本発明は、冷却流路（４）を形成する解体可能な略環状の鋳造用中子（３）と、鋳造中に鋳造用中子（３）を支持する少なくとも２つの支持体（５，６）とを備える内燃機関のピストン（２）用の鋳型（１）に関する。支持体（５，６）および支持体（９）のうち少なくとも１つと鋳造用中子（３）との連結部に、阻害又は閉鎖の要素（１５）が配置されている。阻害又は閉鎖の要素（１５）は、鋳造後にピストン（２）と結合され、鋳造用中子（３）の除去後に、連結部の閉鎖、流路を絞った中間排液路（１４）の形成のいずれかを行う。したがって、鋳型（１）の安定性が向上でき、その取り扱いを簡素化できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストン（２）用の鋳型（１）であって、
冷却流路（４）を形成するための解体可能な略環状の鋳造用中子（３）と、
鋳造プロセス中に前記鋳造用中子（３）を支持する少なくとも２つの支持体（５，６）と、
を備え、
前記２つの支持体（５，６）の少なくとも１つ、又は付加的な第３の支持体（９）と、前記鋳造用中子（３）との間の連結部に、阻害又は閉鎖の要素（１５）が配置され、
前記阻害又は閉鎖の要素（１５）が、鋳造プロセス後に、前記ピストン（２）と少なくとも部分的に強固に結合され、前記鋳造用中子（３）の除去後に前記連結部を閉鎖するか、少なくとも流路を絞った中間排液路（１４）を形成することを特徴とする鋳型。
【請求項２】
請求項１に記載の鋳型であって、
前記阻害又は閉鎖の要素（１５）が、前記鋳造用中子（３）に入るピン（１０）を備えており、
スリーブ（１１）が前記ピン（１０）に装着されること、または、
前記ピン（１０）の反対側に軸受状の穴部（１６）を有していることを特徴とする鋳型。
【請求項３】
請求項１または２に記載の鋳型であって、
前記２つの支持体（５，６）が、互いに隣接して設けられていて、後に、前記鋳造用中子（３）との前記連結部において前記冷却流路（４）の給液路（７）および排液路（８）を形成し、
前記鋳造用中子（３）における前記給液路（７）および前記排液路（８）の反対側に、前記鋳造用中子（３）を支持する第３の支持体（９）が備えられていることを特徴とする鋳型。
【請求項４】
請求項３に記載の鋳型であって、
前記給液路（７）、前記排液路（８）、及び／又は前記中間排液路（１４）は、前記鋳造用中子（３）の環状面に対し、５°以下の偏差で実質的に直交するように配向されていることを特徴とする鋳型。
【請求項５】
請求項２〜４のうちいずれか１項に記載の鋳型であって、
前記阻害又は閉鎖の要素（１５）ないしそのスリーブ（１１）が、その外側に環状の周溝（１２）を有していることを特徴とする鋳型。
【請求項６】
請求項２〜５のうちいずれか１項に記載の鋳型であって、
鋳造後の前記スリーブ（１１）は前記ピストン（２）に固定され、前記ピン（１０）は取り外し可能であること、
及び／又は、
前記阻害又は閉鎖の要素（１５）が、前記スリーブ（１１）と一体的に形成されたピンを備えていることを特徴とする鋳型。
【請求項７】
請求項２〜６のうちいずれか１項に記載の鋳型であって、
前記阻害又は閉鎖の要素（１５）ないしそのスリーブ（１１）が、約４〜５ｍｍの外径と、約１〜２ｍｍの内径とを有していることを特徴とする鋳型。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の鋳型であって、
ピストン（２）が、軽金属合金、特にアルミニウム合金で形成されていることを特徴とする鋳型。
【請求項９】
請求項２〜８のうちいずれか１項に記載の鋳型であって、
前記スリーブ（１１）が、前記鋳造用中子（３）とネガティブモールド（１３）との間に配置されており、前記ピン（１０）が前記鋳造用中子（３）と前記ネガティブモールド（１３）とに入ることによって、前記鋳造用中子（３）と前記ネガティブモールド（１３）とが互いに固定されることを特徴とする鋳型。
【請求項１０】
請求項９に記載の鋳型であって、
前記鋳造用中子（３）、及び／又は前記ネガティブモールド（１３）が、塩または砂の中子として形成されることを特徴とする鋳型。
【請求項１１】
内燃機関用の鋳造ピストン（２）であって、
前記内燃機関の動作中の前記ピストン（２）を冷却するために内側に位置する環状の冷却流路（４）を備え、
前記冷却流路（４）が、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の鋳型（１）によって形成されている鋳造ピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストン用の鋳型であって、請求項１のプリアンブル部分に記載の解体可能な略環状の鋳型用中子を備えた鋳型に関する。本発明はさらに、内燃機関用の鋳造ピストンと、このような鋳造ピストンを製造する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のピストン用の鋳型であって、冷却流路を形成するための解体可能な略環状の鋳型用中子を備えた一般的な鋳型が独国特許出願公開第１９８０４１６８号明細書に公知である。この鋳型用中子は、２つの支持体（いわゆるクイル）に支持されている。これら支持体は、鋳型用中子と連通する領域において、後に、環状の冷却流路の給液路および排液路を形成する。
【０００３】
各支持体の中心線は、ピストンの外周に対して傾斜可能であり、その先端は、ピストンの外周側に配置されて解体可能な鋳型用中子に接している。こうすることによって、特に、強度が向上したピストンの形成が可能になっている。
【０００４】
公知の鋳型は、冷却流路の給液路および排液路が互いに近接配置されていて、冷却流路を形成する鋳型用中子を支持することに適していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、内燃機関のピストン用の一般的な鋳型の改良実施形態または少なくとも代替実施形態の課題を扱っており、本発明の鋳型は、特に、安定性の向上と、この鋳型で製造されるピストンの冷却力の向上とを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、この課題は独立請求項の主題によって解決される。好適な実施形態は従属請求項の主題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、次の基本概念に基づいている。すなわち、公知の内燃機関のピストンの鋳型において、冷却流路を形成するための解体可能な略環状の鋳造用中子と、鋳造プロセス中に前記鋳造用中子を支持する少なくとも２つの支持体と、を備える。
【０００８】
前記２つの支持体の少なくとも１つ又は付加的な第３の支持体と、前記鋳造用中子との間の連結部に、阻害又は閉鎖の要素が配置される。前記阻害又は閉鎖の要素は、鋳造プロセス後に、前記ピストンと少なくとも部分的に強固に結合されてピストン内に残る。前記阻害又は閉鎖の要素は、前記鋳造用中子の除去後に前記連結部を閉鎖するか、少なくとも流路を絞った中間排液路を形成する。
【０００９】
本ケースでは、前記阻害又は閉鎖の要素は、閉鎖要素とされていて、冷却流路を封止する。
【００１０】
またそれの代替として、阻害又は閉鎖の要素における冷却流路に面した端部に、冷却流路に連通する、流路を絞った接続部を形成することで中間排液路が形成されることも容易に想定できる。
【００１１】
実用上の冷却流路の給液路及び排液路は、１つまたは２つの支持体を介して、または、これら支持体を通じて冷却流路にドリルで孔を空ける後加工を介して形成できる。
【００１２】
阻害又は閉鎖の要素の各実施形態において、冷却流路に液を導入する接続部が形成されない場合には、このような阻害又は閉鎖の要素は単純な閉鎖要素であり、対応する支持体は、鋳造プロセス中に鋳造用中子を固定するための単純な支持体となる。
【００１３】
阻害又は閉鎖の要素が、冷却流路との連結部において、冷却流路に通じる流路を絞った（断面が小さい）接続部を形成している場合、この連結部に中間排液路が形成できる。
【００１４】
好ましい実施形態によれば、鋳造用中子を支持するために、第３の支持体が設けられ、最初に言及した２つの支持体は、互いに隣接して配置され、後に冷却流路の給液路と排液路とを形成する。
【００１５】
本発明では、鋳造用中子における２つの支持体の反対側に、鋳造用中子を支持する第３の支持体が設けられている。この第３の支持体は、冷却流路の中間排液路を形成し、その断面積は大幅に縮小されている。
【００１６】
そのために、第３の支持体は、鋳造用中子に入るピンを有する阻害又は閉鎖の要素を備えており、そのピンにスリーブが装着されるようになっている。この場合、ピンの外径は、スリーブの外径よりもかなり小さい。
【００１７】
その結果、鋳造後にピンを除去した時の中間排液路の直径は、スリーブではなく、ピンの直径に相当する。ピンは除去されるが、スリーブは鋳造後もピストン内に残る。例えば砂や塩の中子として形成できる解体可能な鋳造用中子も、公知の方法で同様に除去される。
【００１８】
第３の支持体により、一般的な鋳型に関して多数の効果が実現できる。この場合における言及されるべき第１の効果は、冷却流路を形成する解体可能な鋳造用中子が３つの支持体によって比較的安定して支持されており、主給液路と主排液路とが、冷却流路の片側の互いに近接した箇所に設けられていることである。
【００１９】
本発明の阻害又は閉鎖の要素は、ピンと、それに装着されるスリーブとを備えているため、中間排液路の直径、ひいては断面はさらに大幅に縮小できる。この結果、少なくとも冷媒の不本意な流出が抑制でき、本発明の鋳型で製造されるピストンの冷却力も大幅に改善できる。
【００２０】
従来のピストンにおける、給液路の反対側にある排液路と比較すると、本発明のピストンの実施形態における給液路および排液路は、互いに近接しているので、給液路を介して冷却流路に流入する冷却オイルなどの冷媒は、排液路を通って冷却流路から流出する前に、冷却流路全体に行き渡る。
【００２１】
それによって冷却効果は向上するが、給液路および排液路が鋳造用中子の片側に配置されているので、鋳造用中子を支持することが困難になる。鋳造用中子を付加的に支持できるように、その反対側に第３の支持体が設けられ、この結果、鋳造用中子が大幅に安定する。
【００２２】
しかしながら、第３の支持体を最初の２つの支持体と同様に設計すると、冷媒が、冷却流路の半分を過ぎた箇所でなくなってしまうため、所望の冷却効果が実現できない。スリーブが装着されたピンを備える本発明の阻害又は閉鎖の要素によって、第３の支持体は、冷媒の過剰な流出を招くことなく実用的な支持効果を十分に発揮できる。この場合のスリーブは、阻害要素を構成する。
【００２３】
実際には、阻害又は閉鎖の要素ないしスリーブは、その外側に環状の周溝を有している。このような外側の周溝は、製造の面で非常に容易に形成される一方で、ピストンを鋳造する際には、鋳造材料がこのような周溝に流れ込むため、阻害又は閉鎖の要素ないしスリーブは、鋳造済ピストンに確実に固定される。
【００２４】
外側の周溝の代わりに、凸部や凹部などの異なった外形形態が形成されていてもよい。これらはピストンの鋳造材料と確実に連結され、鋳造されたピストン内には、阻害又は閉鎖の要素ないしスリーブが、さらに強固に固定される。
【００２５】
本発明の解決手段をさらに好適に発展させると、スリーブの外径は、約４〜５ｍｍ（好ましくは約４．５ｍｍ）であり、その内径は、約１〜２ｍｍ（好ましくは約１．８ｍｍ）である。
【００２６】
この場合、ピンの外径は実質的にスリーブの内径と一致する（例えばこの場合は、１．８ｍｍ）。外径が、後に形成される排液路の内径と一致していた従来の支持体と比較すると、本発明のスリーブによって、中間排液路の直径は、例えば４．５ｍｍから１．８ｍｍに縮小できる。そのため、中間排液路を介して排液される冷媒の流量を大幅に減少できる。
【００２７】
実際には、スリーブは、鋳造用中子とネガティブモールド（すなわち、別の鋳造用中子）との間に配置されている。ピンが鋳造用中子とネガティブモールドとの両方に挿入されることによって、鋳造用中子とネガティブモールドとは互いに固定される。
【００２８】
ピストンの鋳造後、冷却流路を形成する鋳造用中子は解体される（特には、洗い流される）。ピンはスリーブから引き抜かれるが、ピストンの鋳造材料がスリーブの周溝に結合するので、スリーブはピストン内に残る。
【００２９】
ピンやスリーブは、金属製（特に鋼鉄または合金鋼製）である。ピンは、その上に鋳造用中子を支持する機能だけでなく、支持体の横ずれや持ち上がりに対して鋳造用中子を固定する機能もある。
【００３０】
本発明のさらに好適な態様では、阻害又は閉鎖の要素は、鋳造用中子に入るピンを備え、阻害又は閉鎖の要素におけるピンと反対側の面には、軸穴状の凹部がある。軸穴状の凹部によって、阻害又は閉鎖の要素は、例えばネガティブモールドに固定でき、鋳造用中子に入るピンによって鋳造用中子に固定される。
【００３１】
阻害又は閉鎖の要素により、液を導く接続部や中間排水通路が形成されないため、阻害又は閉鎖の要素を設けることで、後に、液漏れを生じることなく、鋳造用中子を支持できる。
【００３２】
ピンやスリーブは、一部品として、又は一部分として設計してもよい。また、ピン及びスリーブは、互いに組み付けられる複数の部品として設計してもよい。
【００３３】
本発明のさらに重要な特徴および効果が、従属請求項と、図面と、図面を用いた対応する図面の説明とから実現される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る鋳型の図である。
【図２】本発明に係る鋳型を用いて鋳造される鋳造ピストンの図である。
【図３】本発明に係る鋳型における第３の支持体の領域の詳細図である。
【図４】本発明のある実施形態に係る鋳型における第３の支持体の領域の図である。
【図５】本発明の別の実施形態に係る鋳型における第３の支持体の領域の図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態に係る鋳型における第３支持体の領域の図である。
【図７】本発明の更なる実施形態に係る鋳型における第３支持体の領域の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
上述の特徴およびこれから以下に説明する特徴は、対応する記載された組み合わせで用いられるだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなく他の組み合わせまたは単独で用いられてもよいと理解されるべきである。
【００３６】
本発明の好ましい実施形態は、図示とともに、以下により詳細に説明される。明細書の同じ符号は、同一、同様、または機能的に同じ構成要素を示している。
【００３７】
図１および図３に、これら以外では図示していない本発明の鋳型１を示す。内燃機関のピストン２（図２参照）用のこの鋳型１は、冷却流路４（図２および図３参照）を形成する解体可能な略環状鋳造用中子３（図１参照）と、鋳造プロセス中に、その鋳造用中子３を支持する２つの支持体５，６とを備えている。これら２つの支持体５，６は、後に、鋳造用中子３との連結部で冷却流路４の給液路７と排液路８とを形成する（図１参照）。
【００３８】
この場合の冷却流路４は環状に設計されており、給液路７および排液路８の領域でのみ環状の形状が分断されている。本発明の特別な実施形態では、２つの支持体５，６が互いに隣接して配置されており、鋳造用中子３における給液路７および排液路８と反対側には、鋳造用中子３を支持する第３の支持体９が設けられている。
【００３９】
本発明によれば、阻害又は閉鎖の要素１５が、２つの支持体５，６の少なくとも１つ又は付加的な第３の支持体９と、鋳造用中子３との間の連結部に配置されている。鋳造プロセス後の阻害又は閉鎖の要素１５の少なくとも一部は、ピストン２と強固に結合される。
【００４０】
阻害又は閉鎖の要素１５は、鋳造用中子３の取り外し後に連結部を閉鎖することと、少なくとも流路を絞った中間排液路１４を形成することのいずれかを行う。ここでは、阻害又は閉鎖の要素１５は、鋳造用中子３に入るピン１０（図３〜図７参照）と、このピン１０に装着されるスリーブ１１とを備えている。
【００４１】
第３の支持体９により、鋳造用中子３を第３の位置で支持できるだけでなく、給液路７および排液路８を互いに近くに隣接して配置できる。この結果、全体的により安定した鋳型１が実現できる。
【００４２】
阻害又は閉鎖の要素１５ないしスリーブ１１と接続されるピン１０によって、ピン１０が形成する中間排液路１４の直径を直径ｄ１から直径ｄ２に縮小でき（図４参照）、断面積も縮小できる。このために、第３の支持体９の領域における中間排液路１４から流出する冷媒材料を減少させることができる。
【００４３】
ここでは、給液路７、排液路８、及び／又は中間排液路１４（支持体９）は、例えば図１から明らかなように、鋳造用中子３の環状面に対して略直交するように形成されていてもよい。阻害又は閉鎖の要素１５ないしスリーブ１１は、周溝１２をさらに備えていてもよい（図３および図４参照）。
【００４４】
ピストン２の鋳造中に鋳造材料を注入するためにピン１０が取り外された後、この周溝１２によってスリーブ１１がピストン２内に固定される。スリーブ１１の外周面には、周溝１２の代わりに、他の凸部または凹部が形成されていてもよいことは明らかである。これらがピストン２の鋳造材料とアンダーカット状に接続されることで、阻害又は閉鎖の要素１５ないしスリーブ１１は、鋳造済のピストン２内に確実に固定される。
【００４５】
図４に示すように、スリーブ１１は、滑らかな外面を有していてもよく、粘着摩擦によってピストン２の鋳造材料に保持されるだけでよいことは明らかである。スリーブ１１の外径は、例えば、約４〜５ｍｍ（好ましくは約４．５ｍｍ）であり、スリーブ１１の内径は、例えば約１〜２ｍｍ（好ましくは１.８ｍｍ）であってもよい。
【００４６】
スリーブ１１の内径は、実質的に、ピン１０の外径に一致している。ピストン２は、例えば、軽金属ピストンとして特にアルミニウム合金から鋳造されてもよい。スリーブ１１やピン１０の材料は、特にアルミニウム合金またはスチールであってもよい。
【００４７】
ピン１０によって、鋳造用中子３は、略縦方向に支持されるとともに、横方向のずれや持ち上がりに対して固定される。この結果、全体的に強固な鋳型１を作成できる。
【００４８】
図３に示すように、スリーブ１１は、鋳造用中子３と、ネガティブモールド１３（すなわち、金属型、砂型や塩型）との間に配置され、ピン１０は、鋳造用中子３とネガティブモールド１３とに挿入されることによって、これらを互いに固定する。鋳造用中子３は、例えば、砂中子や塩中子として形成されてもよい。
【００４９】
一般的に、支持体５，６，９には、広い範囲の様々な実施態様が想定され、これら支持体は、後に、それぞれ給液路７、排液路８、中間排液路１４として機能する。支持体５，６，９が単純に支持機能だけを持つ場合には、給液路７および排液路８は、鋳造済ピストン２に孔を空けて設けることが考えられる。
【００５０】
図２および図３には、スリーブ１１を伴う阻害又は閉鎖の要素１５が図示されており、これらは、ピン１０を介して鋳造用中子３およびネガティブモールド１３の両方に保持されている。ピン１０を取り除くことによって、断面が縮小された中間排液路１４が鋳造プロセス後に形成される。ここでは、ピン１０は、ネガティブモールド１３を貫通するほど長くてもよい。
【００５１】
図５には、ピン１０及びスリーブ１１から構成される阻害又は閉鎖の要素１５が図示されており、阻害又は閉鎖の要素１５は、鋳造プロセス後にピストン２に残る。ピン１０も同様にピストン２内に残るので、冷却流路４は、支持体９との連結部においてしっかりと閉鎖されるため、漏れがない。
【００５２】
これと同様な実施形態を図６に示す。ここでは、ピン１０およびスリーブ１１が一体的に形成されており、これらピン１０およびスリーブ１１は一体型の阻害又は閉鎖の要素１５を構成している。
【００５３】
図７には、鋳造用中子３に入るピン１０を備える阻害又は閉鎖の要素１５の実施態様が図示されている。ピン１０は、阻害又は閉鎖の要素１５の一体化した一部分であり、阻害又は閉鎖の要素１５におけるピン１０と反対側の面には、軸穴状の凹部１６がある。阻害又は閉鎖の要素１５は、軸穴状の凹部１６を介してピン１０´またはネガティブモールド１３によって保持及び固定ができる。
【００５４】
一般的に、阻害又は閉鎖の要素１５、スリーブ１１、ピン１０は、全部の支持体５，６，９、すなわち、あらゆる形態の支持体に用いることができる。なぜなら、給液路７、排液路８、中間排液路１４は、後工程の穴空けによって形成できるからである。
【００５５】
鋳造用中子３は、鋳造済ピストン２内の冷却流路４の形状を後で確定するが、安定性のため、少なくとも向かい合せの２箇所で鋳型１によって支持される。この場合、１つの支持体を、例えば、後に給液路７となる位置に配置することで、支持体における鋳造用中子３との接触面を介して、後に冷却流路４となる給液開口が既に形成されていることになる。
【００５６】
上述の冷却流路４における給液路７および排液路８は、良好な冷却効果を得るために、ピストン２の同じ側に隣接して配置される。なぜなら、冷却流体が、冷却流路４全体を流れる必要があるからである。
【００５７】
したがって、安定性の理由からは、給液路７および排液路８に１つの支持体を設けるだけでは十分ではない。ピストンの長手方向の軸に対して、給液路７または排液路８とほぼ反対側の位置にも支持体が必要となる。
【００５８】
この支持体９には、冷却流路４（中間排液路１４）となる望ましくない付加的な開口が形成され、この開口が実際の排液路８より前にオイルを排液してしまう。この付加的な開口を閉鎖または縮小するために、阻害又は閉鎖の要素１５が鋳造用中子３と支持体９との間に鋳造される。
【００５９】
阻害又は閉鎖の要素１５は、鋳造用中子３を固定する機能をさらに備える。阻害又は閉鎖の要素１５は、冷却流路４を完全に閉鎖するか、あるいは冷却流体の流出を減少させる。阻害又は閉鎖の要素１５は、鋳造済ピストン２と確実にしっかりと接続できる外形を有することが好ましい。
【００６０】
本発明によれば、以下のようにピストン２が製造される。
【００６１】
まず、冷却流路４を形成する解体可能な略環状の鋳造用中子３が、鋳造プロセス中にこの鋳造用中子３を支持する３つの支持体５，６，９上に支持される。最初の２つの支持体５，６は、後に冷却流路４の給液路７および排液路８を形成する、鋳造用中子３との連結領域において互いに隣接して配置される。
【００６２】
鋳造用中子３における給液路７および排液路８の反対側は、第３の支持体９によって支持されている。阻害又は閉鎖の要素１５は、第３の支持体９と鋳造用中子３との連結部に設けられている。阻害又は閉鎖の要素１５は、鋳造プロセス後に、その少なくとも一部がピストン２と強固に結合され、鋳造用中子３の取り外し後に、連結部を閉鎖するか、少なくとも流路を絞った中間排液路１４を形成する。
【００６３】
阻害又は閉鎖の要素１５は、鋳造用中子３に入るピン１０を備えており、スリーブ１１はこのピン１０に装着される。この場合、スリーブ１１は、鋳造用中子３と、金属型などのネガティブモールド１３との間に配置され、ピン１０は、鋳造用中子３とネガティブモールド１３との両方に入る。こうして、これら鋳造用中子３とネガティブモールド１３とを互いに固定できる（図３，図４，図５、および図６参照）。
【００６４】
この鋳型１を用いてピストン２が鋳造され、冷却後に、冷却流路４を形成した鋳造用中子が除去される（詳細に言えば、洗い流される）。このプロセスにおいては、ピン１０もスリーブ１１から引き抜かれるので、スリーブ１１だけが鋳造されたピストン２に残る。
【００６５】
この場合、スリーブ１１の外側にある適度な凸部、凹部、または周溝１２を介して、ピストン２内にスリーブ１１を固定できる。阻害又は閉鎖の要素１５が、阻害要素として設計されているか、または閉鎖要素として設計されているかにより、冷却流体の流出阻止か、冷却流体の流出減少かのいずれかが可能になる。
【００６６】
とりわけ、本発明に係る鋳造用中子３の第３の支持体によって、特に安定した鋳型１が形成でき、阻害又は閉鎖の要素１５により、冷却流路４における中間排液路１４の位置からの不本意な冷媒の多量の流出が防止できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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