(57)【要約】  本発明は、ピストンブランク（１）を用意し、ピストンブランク（１）に、最終製品としてのクーリングチャンネル付きピストン（２）の外径を越えて張り出すフランジ（Ｋ）を鍛造法、転動押込み法又はこれに類する方法で形成し、クーリングチャンネル（５）を形成するために、周囲を取り巻くように環状に延びる半径方向の凹部（Ａ）をピストンブランク（１）に作り込む、ピストンヘッド内にクーリングチャンネル（５）を有する内燃機関用のクーリングチャンネル付きピストン（２）を製造する方法であって、周囲を取り巻くように環状に延びる半径方向の凹部（Ａ）を鍛造法、転動押込み法又はこれに類する方法でピストンブランク（１）に作り込み、後続の工程においてフランジ（Ｋ）を変形加工することにより、周囲を取り巻くように環状に延びる凹部（Ａ）と相俟って、クーリングチャンネルを形成することを特徴とする、内燃機関用のクーリングチャンネル付きピストンを製造する方法に関する。
2015518784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンブランク（１）を用意し、
該ピストンブランク（１）に、最終製品としてのクーリングチャンネル付きピストン（２）の外径を越えて張り出すフランジ（Ｋ）を鍛造法、転動押込み法又はこれに類する方法で形成し、前記クーリングチャンネル（５）を形成するために、周囲を取り巻くように環状に延びる半径方向の凹部（Ａ）を前記ピストンブランク（１）に作り込む、
ピストンヘッド内にクーリングチャンネル（５）を有する内燃機関用のクーリングチャンネル付きピストン（２）を製造する方法であって、
周囲を取り巻くように環状に延びる半径方向の前記凹部（Ａ）を鍛造法、転動押込み法又はこれに類する方法で前記ピストンブランク（１）に作り込み、後続の工程において前記フランジ（Ｋ）を変形加工することにより、周囲を取り巻くように環状に延びる前記凹部（Ａ）と相俟って、前記クーリングチャンネルを形成することを特徴とする、内燃機関用のクーリングチャンネル付きピストンを製造する方法。
【請求項２】
前記凹部（Ａ）を作り込む方法を実施する際に、半径方向に前記ピストンブランク（１）の外径を越えて張り出す、周囲を取り巻くように環状に延びるフランジ（Ｋ）も生じるように、前記方法を実施する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記フランジ（Ｋ）の変形加工を鍛造法、転動押込み法、後成形法又はこれに類する方法で実施する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記フランジ（Ｋ）を、前記クーリングチャンネル（５）を形成するために、所定の当接領域に当接させる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記フランジ（Ｋ）を、前記クーリングチャンネルを形成するために、少なくとも部分的に周囲を取り巻くように環状に延びる半径方向のランドに、フランジの位置を確定すべく変形加工後に当接させる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記フランジ（Ｋ）を変形加工後、周囲を取り巻くように環状に延びる半径方向の前記ランドに解離不能に固定する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記凹部（Ａ）を鍛造法、転動押込み法又はこれに類する方法で前記ピストンブランク（１）に、これにより同時に前記フランジ（Ｋ）を形成することなく作り込む、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記フランジ（Ｋ）の位置をヘッド又はスカート上縁と面一になるように構成する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造されたクーリングチャンネル付きピストン。
【請求項１０】
最終製品としての前記クーリングチャンネル付きピストンの機能要素が、ピストンヘッド、ピストンスカート、ピストンボス、ピン孔等を含む、請求項９記載のクーリングチャンネル付きピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クーリングチャンネル付きピストンを製造する方法及びこの方法により製造された内燃機関用のクーリングチャンネル付きピストンに関する。
【０００２】
欧州特許出願公開第１４５２２５０号明細書において、ピストンブランクを少なくとも部分的に、好ましくは全体的に鍛造法で製造することが公知である。その際、ピストンの機能要素、例えばピストンヘッド、ピストンスカート、ピストンボス、ピン孔等は、ピストンブランクに作り込まれる。
【０００３】
従来技術では、完成したピストンにおけるトップランドの領域の、ほぼ第１の溝の高さに、周囲を取り巻くように環状に延びる鍔がやはり鍛造法で形成される。その際、この鍔の幾何学形状は、いずれクーリングチャンネルを形成することになるさらに作り込むべき凹部を閉鎖するために十分な材料が提供されるように選択される。鍔の上側又は下側において、切削加工により上下の頂点半径と内壁とを有する凹部が、ピストンブランクに加工され、鍔が、加工した鍔の変形加工後、凹部を閉鎖するのに好適な形状にもたらされる。
【０００４】
この場合、切削加工により凹部を作り込むことで、鍛造法により達成されたそれ自体十分に堅固な組織を弱めてしまうことは、欠点である。さらに、切削加工によりピストンブランクの材料は失われてしまい、このことは、製造コストの面で不利に働く。
【０００５】
それゆえ本発明の根底にある課題は、相応の方法と、この方法により製造されたクーリングチャンネル付きピストンを改良することである。
【０００６】
本発明によれば、ピストンブランクを依然として、従来技術において公知であるように、その機能要素とともに少なくとも部分的に、好ましくは完全に鍛造法にて製造する。鍛造法により、内燃機関内での運転のための昨今のクーリングチャンネル付きピストンの要求を充足する材料組織が達成される。
【０００７】
本発明では、凹部を切削加工によりピストンブランクに作り込むのではなく、凹部も鍛造法又はこれに比肩する方法（例えばロール押込み法（Ｗａｌｚｄｒｕｅｃｋｖｅｒｆａｈｒｅｎ）、プレス加工又はこれに類する方法）で作り込むようにしている。これにより、少なくとも大幅に減じられた材料廃棄量が生じる。このことは、相応の手間あるいはコストの削減につながる。それというのも、この著しく減じられた材料廃棄量だけをリサイクルすればよいからである。さらに、ピストンブランクに凹部を作り込むことに伴い又は作り込むことによって、好ましくは同時に、変形加工可能な、周囲を取り巻くように環状に延びる半径方向の鍔も生じるように、方法が構成されると、有利である。このようなピストンブランクの製造後、このようにして生じる、ピストンブランクの外径を越えて張り出し、周囲を取り巻くように環状に延びる半径方向の鍔あるいはフランジは、それが凹部を閉鎖し、これによりピストンヘッド内に配置されているクーリングチャンネルが生じるように変形加工可能である。周囲を取り巻くように環状に延びる半径方向の（のちにクーリングチャンネルを形成することになる）凹部を形成するための切削加工が、少なくとも大部分省略され、好ましくは、鍛造法で得られた材料組織も維持され、従来技術のように切削加工によって弱化されない。
【０００８】
ピストンブランクには、最終製品としてのクーリングチャンネル付きピストンの外径を越えて張り出したフランジが、鍛造法、転動押込み法（Ｗａｅｌｚｄｒｕｅｃｋｖｅｒｆａｈｒｅｎ）若しくはスピンベンディング又はこれに類する方法で形成可能である。
【０００９】
フランジの変形加工は、鍛造法、転動押込み法、後成形法（Ｋａｌｉｂｒｉｅｒｖｅｒｆａｈｒｅｎ）又はこれに類する方法で実施可能である。
【００１０】
以下、例示的に本発明に係るクーリングチャンネル付きピストンを製造する方法の最も重要な工程について説明する：
−アンダカットを有しない一体的なクーリングチャンネル付きピストン鍛造ブランクを製造する。
−最終製品としてのクーリングチャンネル付きピストンの直径を超えて張り出すフランジを形成する。好ましくは、同じ工程で、のちにクーリングチャンネルを形成する凹部を形成する。
−択一的には、凹部を別の工程で形成する。
−クーリングチャンネルを形成するためにフランジを変形加工することにより凹部を閉鎖する。
−リング溝を作り込み、トップランドを成形する。
【００１１】
本発明に係る方法の別の態様において、のちにクーリングチャンネルを形成する凹部を鍛造法、転動押込み法又はこれに類する方法でピストンブランクに、これにより同時にフランジを形成することなく作り込む。
【００１２】
本発明に係る方法を実施するにあたり、フランジの位置をヘッド又はスカート上縁と面一になるように構成してもよい。
【００１３】
リング溝、特にピストンリングを収容するリング溝を、変形加工したフランジ及び／又はピストン基体に配置してもよい。
【００１４】
リング溝及び少なくとも１つのトップランドは、クーリングチャンネルを形成するためにフランジを変形加工する際にあるいはクーリングチャンネルを閉鎖する際に形成してもよい。また、フランジの形成時に既に溝の形成を行うことも可能である。
【００１５】
クーリングチャンネルの形成後、リング溝及び少なくとも１つのトップランドを、旋削法又はこれに類する方法によりクーリングチャンネル付きピストン鍛造ブランクから作り出してもよい。
【００１６】
クーリングチャンネルの幾何学形状の形成は、少なくとも部分的に、好ましくはしかし完全に、クーリングチャンネルの閉鎖前に実施する。凹部を形成し、クーリングチャンネルを形成するために凹部を閉鎖する好適な方法は、例えば鍛造、圧延、ローラバニシング（Ｒｏｌｌｉｅｒｅｎ）、転動押込み又はこれに比肩する好適な方法である。
【００１７】
鍛造法で製造されるピストンは、鋳造法で製造されるピストンと比較して高い強度を有している。本発明に係る方法は、この利点を最終製品におけるクーリングチャンネルの領域においても維持している。従来技術において公知であるような切削加工法は、材料組織の変化、ひいては加工領域の弱化に至らしめる。このことは、本発明により回避あるいは最小化される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】クーリングチャンネル付きピストン鍛造ブランクの概略図である。
【図２】凹部の作り込み及びそれと同時のフランジの形成後のクーリングチャンネル付きピストン鍛造ブランクの概略図である。
【図３】クーリングチャンネルの形成後のクーリングチャンネル付きピストンブランクの概略図である。
【図４】リング溝を作り込んだ後のクーリングチャンネル付きピストンの概略図である。
【００１９】
本発明に係る方法の原理を図１乃至図４に示してある。図１は、鍛造法で製造される素材としてのピストンブランク１を原理的に示している。その際、のちの最終製品としてのピストンの機能要素、例えばピストンヘッド、ピストンスカート、ピストンボス、ピン孔等が作り込まれる。最終製品としての完成したピストンは、クーリングチャンネル付きピストンであるべきであるので、図２に示すようにピストンブランク１に凹部Ａが作り込まれる。周囲を取り巻くように環状に延びる半径方向の凹部Ａも、鍛造法、ロール押込み法若しくは回転鍛造法又はこれに類する方法で作り込まれる。その際、凹部Ａを作り込む方法は、半径方向にピストンブランクの外径を超えて張り出した、周囲を取り巻くように環状に延びるフランジＫ（鍔ともいう）が生じるように実施される。
【００２０】
図２に示すように、好ましい実施の形態では、図２で見て凹部Ａの上側にフランジＫが生じるように、凹部Ａをピストンブランク１に作り込む。このことが可能であるように、（やはり図２で見て）上方から例えばプレート等により押さえる必要がある。このことは、周囲を取り巻くように環状に延びる半径方向の凹部Ａをピストンブランクに作り込むために用いられる工具が、ピストンブランクの材料をピストン行程軸線に向かって押し退け、それと同時に、周囲を取り巻くように環状に延びる半径方向のフランジＫが図２に示すような形状をなすように作用することを意味する。その際、フランジＫの所望の形状付与が実現され、ピストンブランクの材料が上方に押し遣られてしまわないように、この箇所に押さえ（例えばプレート）を使用する必要がある。このことは、図２に、下向きの３つの矢印により略示してある。
【００２１】
ピストンブランクが図２に原理的に示すような形状を得た後、周囲を取り巻くように環状に延びる半径方向のフランジＫを、それが凹部Ａを閉鎖するように変形加工する。この工程は、従来技術（欧州特許出願公開第１４５２２５０号明細書）に看取可能である。当初は外向きに張り出していたフランジＫを、凹部Ａを閉鎖するために折り曲げた後、周囲を取り巻くように環状に延びる下縁においてピストンブランクに解離不能に結合してもよい。ただし、これは必須というわけではない。クーリングチャンネル付きピストン２におけるクーリングチャンネル５の形成は、これにて終了する。その後、例えばトップランド３及びリング溝４をピストンブランクに形成する。その結果、クーリングチャンネル付きピストン２が生じる。最終的にさらに、こうして製造したピストンブランクの最終加工を実施する。その結果、内燃機関のシリンダ内で使用するための、クーリングチャンネルを備える運転準備の整ったピストンが生じる。
【符号の説明】
【００２２】
１  ピストンブランク
２  ピストン
３  トップランド
４  リング溝
５  クーリングチャンネル
Ａ  凹部
Ｋ  フランジ
【図１】
2015518784.tif 000003
【図２】
2015518784.tif 000004
【図３】
2015518784.tif 000005
【図４】
2015518784.tif 000006
【国際調査報告】
2015518784.tif 000007
2015518784.tif 000008
2015518784.tif 000009
2015518784.tif 000010
2015518784.tif 000011
2015518784.tif 000012