(57)【要約】多軸鍛造された一体型ピストンは、スチールから鍛造され、ピンボス（２０）の対、およびピンボスと一体として形成される一体型スカート（２４）を含む、下方冠部（１４）を含む。下方冠部は、上方冠部（１２）に摩擦圧接されて、ピストンヘッド内に少なくとも１つの閉じたオイル流路（６４）を形成する。下方冠部は、ピストンの縦方向および横方向に鍛造されて、ピストンの縦方向および横方向に鍛造された特徴を与える。横方向に鍛造された特徴は、ピストン構造全体の材料を減らすために、ピストンスカートに形成されるアンダーカットされた窪み（９０）を含んでもよい。横方向の鍛造では、ピストンスカートとピストンヘッドの間で下方冠部に横方向に鍛造されたスロット（１２８）が形成されるため、結果として、ピストンスカートはピストンヘッドから切り離される。
2004515359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンを鍛造する方法であって、
前記ピストンの縦方向の第１の軸方向でスチールのブランクをダイ鍛造して、少なくともピストンヘッドの一部分と、前記ピストンヘッド部から下方に延在し前記第１の軸方向を横切る共通のピン孔軸を有する横方向に間隔を空けられたピンボスの対と、前記ピンボスから間隔を空けられた横方向に対向するスカート部分の対および前記スカート部分の間に延在し前記スカート部分を一体構造としてピンボスに接合する支柱部分とを含む一体型鍛造構造を作るステップと、
少なくとも前記第１の軸方向を横切る第２の軸方向で、前記ブランクをダイ鍛造して、前記ピストンスカートの前記支柱部分の各々に鍛造された窪みを作るステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記第２の軸方向での前記ダイ鍛造は、前記ピン孔軸に整列する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記窪みが前記ピンボス部分の外側表面の横方向内側に延在するように、前記ピンボスの外側表面を形成し、前記第２の軸方向で支柱部分を鍛造するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記スカートは、前記ピンボスの下方縁の縦方向の近傍に下方縁を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ピン孔軸の周りでピンボスにピン孔を形成するステップを含み、前記ピン孔は、上方頂点を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記支柱部分に鍛造される前記窪みは、前記ピン孔の前記上方頂点の下方に延在するように形成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ウェブ部分に鍛造される前記窪みは、前記ピン孔軸の上方および下方に延在するように形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記支柱部分に鍛造される前記窪みは、前記ピン孔軸の上方のある場所で、前記ピン孔の横方向に対向する縁の横方向内側に延在する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記窪みは、前記ピン孔の上方で、前記ピンボスに亘って横方向に延在するように形成される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記支柱部分は、下方縁を有し、前記窪みは、前記窪みの前記下方縁が、前記支柱部分の前記下方縁から少なくとも部分的に間隔を空けられるように、各々縦方向にアンダーカットされる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記窪みの一部分は、前記スカート部分の方に延在するように形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記スカート部分は下方縁を備え、延在窪み部分は、前記スカート部分の前記下方縁から間隔を空けられるように形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記スカートは、一体構造として前記ピストンヘッドに直接接合される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ヘッドは、少なくとも１つの閉じたオイル流路を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ピストンヘッドを少なくとも２つの部分で形成し、それらを共に接合して、前記ヘッド内に閉じたオイル流路を規定するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の軸での鍛造動作で、前記流路の少なくとも一部分を鍛造するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ピストンヘッド部分を摩擦圧接によって接合するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つのオイルドレンアクセス開口部を鍛造するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記アクセス開口部は、オイルリング溝に開口するように形成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記スカート部分が、前記ヘッド部の近くのその上方領域でより厚く、前記スカート部分の下端部部の近傍でより細くなるように、前記スカート部分に縦方向にテーパする内壁を鍛造するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
上方冠部および下方冠部を含むように前記ピストンを形成するステップを含み、各部は、円周方向に延在する内壁、および前記内壁の径方向外側に間隔を空けられる円周方向に延在する外壁を有し、前記上方部の前記外壁はリングベルトによって規定され、前記下方部の前記外壁は前記ピストンスカートによって規定される、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記内壁に嵌合可能な接合面を形成し、前記内壁を前記接合面に亘って摩擦圧接して、前記上方冠部および前記下方冠部を結合するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記外壁に嵌合可能な接合面を形成し、前記外壁を前記接合面に亘って摩擦圧接すると同時に、前記内壁を前記摩擦圧接して、前記ピストンスカートを前記リングベルトに結合するステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記上方冠部および下方冠部の前記内壁および前記外壁の間に、円周方向の窪みを鍛造して、前記冠部分を共に摩擦圧接する際に、閉じた流路を形成するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記外壁の前記摩擦圧接接合部の下方で、前記下方冠部の前記外壁に、少なくとも１つのリング溝を形成するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記内壁および前記外壁の前記摩擦圧接接合部が異なる面にあるように、前記内壁および前記外壁の接合面を形成するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記下方冠部に、その前記内壁と、前記内壁と外壁との間で円周方向に延在する外側の流路フロアとをつなぐ内側の流路フロアを設け、前記冠部を共に摩擦圧接する際に、前記冠部の間に内側および外側の閉じたオイル流路を形成するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記下方冠部に、少なくとも１つのオイルドレンアクセス孔を鍛造するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記鍛造プロセスで、一体として形成された前記ピストンスカートおよび前記ピンボスを有する前記ピストンの下方冠部を少なくとも形成するステップを含み、前記第１の軸の鍛造ステップ中に、横方向の空間によって分離される内側面を前記ピンボスに形成するステップと、同じステップで、前記ピン孔軸の上方に位置し、前記横方向の空間に開口し、前記ピンボスの底部から離れる縦方向で、前記ピン孔の前記内側面に対してアンダーカットされる空洞を形成して、前記空洞が前記ピン孔軸の方向で、前記ピンボスの内側面の横方向外側に延在するようにするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
関連する上方冠部を形成し、前記上方および下方冠部を摩擦圧接接合部に亘って共に摩擦圧接するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記上方および下方冠部は、前記摩擦圧接接合部が前記空洞を通るように形成される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記上方および下方冠部は、前記空洞が前記摩擦圧接接合部の上方および下方に延在するように形成される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記冠部を共に接合する際に、前記冠部の間に閉じたオイル流路を形成するステップを含み、前記閉じたオイル流路は、前記空洞を囲み、前記冠部の接合された内壁によってそこから分離される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記ピンボスの前記内側面をある角度に鍛造して、ピンボスの可変の幅が前記ピンボスの前記下端部から離れて前記縦方向に広がるようにするステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
鍛造されたピストンであって、
燃焼ボウルと、複数のリング溝が形成されたリングベルトとを有するピストンヘッドと、
前記ピストンヘッドから下方に延在し、前記ピストンヘッドの縦方向の軸を横切る共通のピン孔軸に沿って整列して形成されるピン孔を有するピンボスの対と、
前記ピンボスから間隔を空けられる対向するスカート部分の対、およびスカート部分の間に延在し、前記スカート部分を前記ピンボスに結合する介在支柱部分を含み、前記ピンボスと一体として鍛造されるピストンスカートとを含み、前記支柱部分は、前記ピン孔軸に沿って、反対の方向で対面する外側表面を提示し、下縁を有し、前記鍛造ピストンはさらに、
前記支柱部分の前記外側表面に形成される鍛造された窪みを含む、鍛造ピストン。
【請求項３６】
前記ピン孔は、横方向に対向する縁を有し、前記窪みは、前記ピン孔軸の上方のある場所で、前記ピン孔縁の横方向内側に延在する、請求項３５に記載のピストン。
【請求項３７】
前記窪みは、前記ピン孔の上方で、前記ピンボスに亘って横方向に延在する、請求項３６に記載のピストン。
【請求項３８】
前記ピンボスは、外面を有し、前記窪みは、前記ピン孔面の内側に延在する、請求項３５に記載のピストン。
【請求項３９】
支柱部分は、下方縁を有し、前記窪みは、前記支柱部分の前記関連する下方縁から少なくとも部分的に間隔を空けられた、縦方向にアンダーカットされた下方縁を各々有する、請求項３５に記載のピストン。
【請求項４０】
前記窪みの一部分は、前記スカートの前記スカート部分の方に延在する、請求項３５に記載のピストン。
【請求項４１】
前記スカート部分は、下方縁を有し、前記窪みの前記延在部分は、前記スカート部分の前記下方縁から間隔を空けられる、請求項４０に記載のピストン。
【請求項４２】
前記窪みは、前記ピストンの前記縦方向の軸と前記ピン孔軸との両方を含む縦方向の面に関して対称的である、請求項３５に記載のピストン。
【請求項４３】
前記窪みの各々は、前記ピン孔の上方で、前記縦方向の面に関して延在する、請求項４２に記載のピストン。
【請求項４４】
前記ピストンヘッドは、少なくとも１つのオイル冷却流路を有する、請求項３５に記載のピストン。
【請求項４５】
前記ピストンヘッドは、少なくとも１つの摩擦圧接接合部を含む、請求項４４に記載のピストン。
【請求項４６】
前記流路は閉じた底端部を有する、請求項４５に記載のピストン。
【請求項４７】
前記ピストンスカートは上端部を有し、前記リングベルトは下端部を有する、請求項３５に記載のピストン。
【請求項４８】
前記ピストンスカートの前記上端部は、前記リングベルトの前記下端部に結合されて、前記ピストンヘッド内に、少なくとも１つの閉じたオイル冷却流路を規定する、請求項４７に記載のピストン。
【請求項４９】
前記ピストンスカートは、前記リングベルトに摩擦圧接される、請求項４７に記載のピストン。
【請求項５０】
前記ピストンは、スチールから作られる、請求項３５に記載のピストン。
【請求項５１】
前記ピストンヘッドは、前記リングベルトを有する上方冠を含み、前記リングベルトは、下方接合面を有する円周方向に連続する外壁と、前記リングベルトの径方向内側に間隔を空けられ、下方接合面を有する円周方向の内壁とを規定し、前記ピストンヘッドは、前記ピストンスカートを有する下方冠を含み、前記ピストンスカートは、上方接合面を有する円周方向に連続する外壁と、前記ピストンスカートの径方向内側に間隔を空けられ、上方接合面を有する円周方向に連続する内壁とを規定し、前記内壁および外壁の前記上方および下方接合面は、摩擦圧接によって接合されて、少なくとも１つの閉じたオイル冷却流路を規定する、請求項３５に記載のピストン。
【請求項５２】
前記ピストンヘッドは、前記内壁によって分離される、径方向内側および径方向外側の冷却流路を含む、請求項５１に記載のピストン。
【請求項５３】
前記ピストンヘッドは、少なくとも１つのオイルドレン開口部を含む、請求項５１に記載のピストン。
【請求項５４】
前記下方冠は、前記内壁および外壁の間で前記内壁および外壁の前記上方接合面の下方に延在する円周方向の窪みを含んで、前記摩擦圧接接合部の下方にあり、前記下方冠の方に延在する、前記冷却流路の下方部分を規定する、請求項５１に記載のピストン。
【請求項５５】
前記下方冠の前記外壁は、前記上方および下方冠の前記外壁の前記摩擦圧接接合部の下方にある、少なくとも１つの前記リング溝を備える、請求項５４に記載のピストン。
【請求項５６】
前記円周方向の窪みは、前記下方冠の前記スカート部分の方に延在する、請求項５４に記載のピストン。
【請求項５７】
前記外壁の前記接合面は、異なる面の前記内壁の前記接合面の上方に間隔を空けられる、請求項５１に記載のピストン。
【請求項５８】
前記ピンボスは、横方向の空間によって分離される内側面と、前記ピン孔の上方に位置し前記空間に開口し、かつ前記ピンボスの中でアンダーカットされて、前記ピンボス軸の方向で前記ピンボスの内側面の横方向外側に延在する鍛造された空洞とを含む、請求項３５に記載のピストン。
【請求項５９】
前記ピストンヘッドは、その内壁が接合された上部冠部および下方冠部を含み、その内壁は、前記ピンボスの前記内側面の横方向外側に間隔を空けられ、かつ前記空洞の縦方向に延在する内側表面を規定する、内部表面を備え、前記内壁は、前記空洞を通る接合部を有する、請求項５８に記載のピストン。
【請求項６０】
前記接合部は摩擦圧接接合部を含む、請求項５８に記載のピストン。
【請求項６１】
前記内壁の前記内側表面は、上方に垂直に延在するか、または前記内側面から前記接合部に向かって、ある正の外向き抜き勾配にある、請求項５８に記載のピストン。
【請求項６２】
前記空洞は、前記ピンボスの前記内側面に対して前記アンダーカットされた形で、前記接合部の上方で、前記上方冠部に延在する、請求項５８に記載のピストン。
【請求項６３】
ヘッドは、前記空洞を囲み、そこから前記内壁によって分離される、閉じたオイル流路を含む、請求項５８に記載のピストン。
【請求項６４】
前記内側面は、前記ピンボスが、前記ピンボスの下端部と前記空洞の近傍の前記ピンボス上方の上方領域との間で、前記ピストンの縦方向で変化する幅を有するように、ある角度に設定される、請求項５８に記載のピストン。
【請求項６５】
前記ピンボスの前記幅は、前記ピン孔に亘って継続的に増加する、請求項６４に記載のピストン。
【請求項６６】
前記内側面の間の前記空間は、前記ピンボスの前記下端部から前記空洞に向かって、縦方向に減少する、請求項６４に記載のピストン。
【請求項６７】
前記ピストンスカート部分は、前記ピン孔軸に対して垂直な縦方向の面で測定した際に、前記スカート部分の下方端部から前記ピストンヘッドに向かって厚みが増加するようにテーパする、請求項３５に記載のピストン。
【請求項６８】
前記ピストンスカート部分は、外壁および内壁を有し、前記内壁は、前記外壁に対してある角度に設定されて、前記スカート部分の前記下端部から離れる縦方向で継続的に増加する前記厚みを与える、請求項６７に記載のピストン。
【請求項６９】
前記角度は、約２°またはそれより大きい、請求項６８に記載のピストン。
【請求項７０】
前記角度は、３°未満に設定される、請求項６８に記載のピストン。
【請求項７１】
モノスチールピストンであって、
スチールから作られ、少なくとも１つの円周方向に延在する嵌合する表面を有する上方冠部分と、
スチールの単一片から鍛造される下方冠部分とを含み、前記下方冠部分は、少なくとも１つの円周方向に延在する嵌合する表面を有する上方ヘッド部、互いに対して横方向に間隔を空けられ、前記上方ヘッド部分から下方に延在するピンボス部分の対、および前記ピンボス部分と一体の鍛造片として形成される一体型のスカートを含み、前記一体型のスカートは、前記ピンボス部分から間隔を空けられた対向するスカート部分の対と、前記スカート部分と前記ピンボス部分の間および中間に延在する支柱部分とを含み、前記下方冠部分の前記嵌合表面は、前記上方冠部分の前記嵌合表面に摩擦圧接される、モノスチールピストン。
【請求項７２】
前記ピストンスカートは、前記上方冠部分から間隔を空けられ、切り離される、上方自由縁を含む、請求項７１に記載のピストン。
【請求項７３】
前記上方冠部分は、互いから径方向に間隔を空けられる前記円周方向に連続する接合面の対を含み、前記下方冠部分は、前記上方冠部分の前記接合面に摩擦圧接されて少なくとも１つの閉じたオイル流路を規定する、前記円周方向に連続する接合面の対応する対を含む、請求項７１に記載のピストン。
【請求項７４】
前記摩擦圧接された冠部分は、少なくとも２つの閉じたオイル流路を含む、請求項７３に記載のピストン。
【請求項７５】
前記ピストンスカート部分は、前記上方冠部分から間隔を空けられ、切り離される、上方自由縁を含む、請求項７３に記載のピストン。
【請求項７６】
前記下方冠部分は、多軸鍛造されて、前記ピストンの縦方向での鍛造によってアクセスできない１つ以上の区域でピストンスカートに鍛造された窪みを含む、請求項７１に記載のピストン。
【請求項７７】
ピストンを作る方法であって
少なくとも１つの円周方向に連続する接合表面を備えるヘッド部分を有する上方冠部分をスチールで作るステップと、
少なくとも１つの対応する円周方向に連続する接合面を有する上方ヘッド部分と、前記上方ヘッド部分から下方に延在するピンボス部分の対と、前記ピンボス部分と一体として鍛造されるピストンスカートとを含む下方冠部分をスチールの単一片から鍛造し、前記上方および下方冠部分の前記接合面を摩擦圧接して、前記上方および下方冠部分を結合するステップとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
１．技術分野
この発明は、一般に、強力なディーゼルエンジン用のピストンに関し、さらにそのようなピストンを作る方法に関する。この開示は、２０００年１０月１８日に出願された仮特許出願第６０／２４１，７５９号に開示される多軸鍛造されたピストンを援用し、この仮出願の優先権をこの出願に主張する。
【０００２】
２．関連技術
強力なディーゼルエンジン用のピストンは、通常、一体構成または連接構成のどちらかである。一体構成では、ピストンヘッド、ピンボスおよびスカートが単一片から鍛造され、連接構成では、ピストンスカートは、ピストンの残りの部分とは別に形成され、ピストンピンを通じて連接された形でそこに接合される。
【０００３】
米国特許第４，５８１，９８３号は、一体構成のピストンを開示する。この場合、上方部は鍛造され、下方部は鋳造され、内側面で、粒子線を用いた溶接によってニッケルの中間層で接合される。
【０００４】
米国特許第３，６５４，８４０号は、単軸鍛造プロセスで形成された一体鍛造ピストンを開示する。
【０００５】
米国特許第４，９１０，０９３号は、連接ピストンの一体ピストンブランクを鍛造する方法を開示する。この引用は、ピストンスカートが、別に形成され連接される部品ではなく、ピストン構造に一体化した部分である、一体型ピストンの鍛造については何の教示もしていない。
【０００６】
【発明の概要】
この発明によると、少なくとも一体型ピストンの下方冠部分を鍛造するための方法が提供される。鍛造された物品は、少なくとも、ピストンヘッドの一部分、ピストンヘッドから下方に延びるピンボスの対、およびピンボスと一体として形成され、ピンボスから間隔を空けられる対向するピストンスカート部分の対およびスカート部分の間に延在し、スカート部分を一体構造としてピンボスに接合する介在支柱部分を含むピストンスカートを含む。
【０００７】
この発明の方法によると、上記の特徴は、第１の軸方向でスチールのブランクを型鍛造することによって形成される。このピストン物品を、第１の軸方向を横切る第２の軸方向でさらに鍛造して、ピストンスカートの支柱部分の各々に鍛造された窪みを作る。
【０００８】
この発明は、多軸鍛造プロセスを使用して、少なくとも一体型ピストンの下方冠部分を鍛造する方法を提供するという利点を有し、これにより材料の嵩が最小限となり、それに対応して、単軸鍛造されたピストンと比較して、ピストンの重量も最小限となる。横方向の鍛造ステップで変位される材料は、ダイの中でピストン構造の他の部分を形成するため、鍛造された一体型ピストンを製造するために必要とされる材料の量が減少する。
【０００９】
この発明はさらに、そのような多軸鍛造プロセスによって作られた鍛造された一体型ピストンに向けられ、少なくともピストンの下方部分は、一体として形成されたスカートおよびピンボスを有し、縦方向および横方向で鍛造されて、スカート部分をピンボスに接続する支柱部分に窪みを設ける。そのような態様で作られたピストンは、多軸鍛造方法に関する上述の利点と同じ利点を共有する。
【００１０】
この発明の好ましい実施例を以下の説明および添付の図面で開示する。
［詳細な説明］
この発明の第１の実施例に従って作られたモノスチール（ｍｏｎｏｓｔｅｅｌ）のピストンが、図１〜７の中の１０に一般的に示され、スチールから作られた上方冠部１２および下方冠部１４を含む。下方冠部１４は、１つのスチール片から鍛造され、少なくともピストン１０のヘッド１８の一部分１６、ヘッド部分１６からその下方自由端２２に向かって下方に延在するピンボス２０の対、および同じ鍛造された材料からピンボスと一体として形成されたピストンスカート２４を含む。スカートは、ピストンの横方向に対向する側にピンボス２０に対して間隔を空けられて配置されるスカート部分２６の対と、スカート部分２６およびピンボス２０の間に延在し、スカート部分２６およびピンボス２０を相互に接続する介在支柱部分２０とを含む。
【００１１】
ピストン１０は、縦方向の軸Ａおよびピン孔軸Ｂを含み、ピン孔軸Ｂは縦方向の軸Ａを横切り、好ましくは軸Ａに対して垂直である。ピンボス２０は、ピン孔軸Ｂに沿って整列するピン孔３０を設けられる。
【００１２】
下方冠部１４は、上方冠部１２とは別に鍛造される。上方冠部１２は、鍛造することが好ましいが、鋳造などの他の技術によっても形成し得る。上方冠部１２は、円周方向に連続する上方壁３２を有し、上方壁３２はドーム形状のボウル壁３４を囲み、ボウル壁３４は、ピストン１０の先端の窪んだ燃焼ボウル３６を規定する。外壁またはリングベルト３８は、燃焼ボウル壁３４に対して径方向外側に上方壁３２から下方に向かって延在する。リングベルト３８には、少なくとも１つの燃焼リング溝４０が設けられ、好ましくは燃焼リング溝４０の対を設けられる。リングベルト３８は、下方の円周方向に連続する接合面４２の方に延びる。
【００１３】
上方冠部１２の円周方向に連続する内壁４４は、外壁３８に対し径方向内側に間隔を空けられて、燃焼ボウル壁３４から下方に向かって延在する。内壁４４は、その下端部で、円周方向に連続する接合面４６を提示する。接合面４２、４６は、図２および３に示されるように、内壁接合面４６が外壁３８の接合面４２よりも下方の面にあるように、同一平面上にないことが好ましい。内壁４４は、縦方向で外壁３８に対して平行であり、ピストン１０の縦方向の軸Ａに関して同心上にあることが好ましい。燃焼ボウル壁３４は、内壁４４から縦方向の軸Ａにある頂部に向かって上方に延在し、尖った頂部のある燃焼ボウル壁３４を備えたアーチ型の燃焼ボウル構造を提供し、これは、縦方向の軸Ａに対して平行に縦方向に延在する円周方向に連続する内壁４４によって支持される。
【００１４】
上述のように、下方冠部１４は、上方冠部１２とは別の鍛造部品として形成される。下方冠部１４は、少なくとも円周方向に連続する内側の接合面４８を含み、接合面４８は、ピンボス２０から上方に延在しピンボス２０に接合する円周方向に連続する内壁５０の上端部部に設けられ、上方冠部１２の内壁４４の接合面４６と同軸で整列する。
【００１５】
第１の実施例の下方冠部１４のピストンスカート２４は、円周方向に連続する上方接合面５２を提示し、これは、内壁５０の接合面４８の径方向外側に間隔を空けられ、リングベルト３８の接合面４２と同軸で整列する。接合面４８、５２は、異なる面にあって、縦方向にずらされ、上方冠部の接合面４６、４２の高さの差をそれぞれ補完するのが好ましい。このため、スカート２４の接合面５２は、内壁接合面４８の面の軸方向上方にある面に配置され、上方冠部１２および下方冠部１４の対応する内側の接合面４６、４８および外側の接合面４２、５２は、それぞれ相互に係合する形で合わさる。
【００１６】
第１の実施例の下方冠部１４のピストンスカート２４は、ピストン１０のオイルリングを受入れるための少なくとも１つのオイルリング溝５４を備えることが好ましい。円周方向に連続するチャネル５６は、下方冠部１４に鍛造され、スカート２４の内壁５０とスカート外壁５３との間の空間でスカート２４の方に延在する。チャネル５６のフロア５８は、接合面４８、５２の下方、好ましくはスカート壁５３に形成されるリング溝５４の下方に間隔がとられている。
【００１７】
この発明によると、上方冠部１２および下方冠部１４は、互いに摩擦圧接されて、部分１２、１４がその嵌合する内側の接合面４６、４８および外側の接合面４２、５２に亘って永久的な摩擦圧接接合部６０、６２によって接合される。接合されると、上方冠部１２および下方冠部１４は、上方冠部１２および下方冠部１４のそれぞれの接合された内壁４４、５０と外壁３８、５３との間に径方向に、少なくとも１つの円周方向に連続する閉じたオイル流路６４を規定する。
【００１８】
第１の実施例によると、下方冠部１４には、さらに内側の流路フロア６６が設けられ、これは内壁表面５０の間の空間をつなぎ、上方冠部１２および下方冠部１４が接合された場合に、内側のオイル流路６８を包囲する。内側の流路フロア６６は、一体型の下方冠部の形成中に、同様に下方冠部１４に鍛造される。外側のオイル流路６４は、１つ以上のポート７０を通じて内側のオイル流路６８と連通し、内側のオイル流路６８は流路フロア６６に形成された開口部７２を通じてピンボス２０の間の空間と連通する。１つ以上のドレン孔７６が下方部１４に鍛造される。ドレン孔７６は、スカート壁５３の外側表面に窪みをつけたものであり、下方からリング溝５４の方に縦方向に開口し、ピストン１０の動作中溝５４にオイルドレンを提供する。
【００１９】
下方冠部１４は、多軸鍛造動作によって作られることが好ましく、下方冠部ブランクは、下方冠部１２の縦方向の軸Ａと、軸Ａを横切る方向との両方で鍛造され、下方冠部１４に横方向に鍛造された特徴を与えるが、これは、軸Ａの縦方向の鍛造によっては達成し得ない。図１から７に図示される実施例では、下方冠部１４を縦方向の軸Ａで鍛造し、内壁５０、スカート外壁５３およびその間のチャネル５６を含む上方ヘッド部１６ならびに内側のオイル流路６８のフロア６６を、上方からの鍛造ダイツールを用いて形成する。下方からは、ピストン１０の軸Ａの縦の方向で、ピストンスカート２４およびピンボス２０を鍛造する。スカート部分２６は、外側作業面７８を有し、これは上方冠部１２および下方冠部１４が接合された場合、リングベルト３８の外側表面と整列し、リングベルト３８の外側表面の延在部として形成される。外側作業面７８は、ピストンの往復運動中、ピストンシリンダの壁（図示せず）に対峙するように適合され、エンジン（図示せず）の動作中、ピストンをピストン孔に適切に整列させるのを支援する。外側作業面７８は、縦方向の軸Ａに対して平行であることが好ましい。スカート部分２６は、径方向の内側を向いた内側表面８０を有する。内側表面８０は、スカート部分２６がその下方自由端部８２の近くで比較的薄くなり、上方スカート壁５３の付近で比較的厚くなるように、好ましくはピストンスカートの下端部から上端部に向かう方向で連続的に厚みが増すようにテーパするように、外側の作業面７８に対してある角度に配置されることが好ましい。スカート部分２６の長さは、ピンボス２０の長さとほぼ同じであることが好ましく、ピンボス２０の長さより僅かに長いのがさらに好ましい。これはスカート部分２６の下端部８２がピンボス２０の下端部２２にあるか、またはその僅かに下方にあるようにするためである。
【００２０】
ピンボス２０の内側表面８４およびその間の横方向の空間８６は、縦方向の軸Ａに沿って下方から下方冠部１２を軸鍛造する中で、同様に形成される。内側表面８４は、縦方向の軸に対してある角度に配置されることが好ましい。これは、横方向の空間８６が、ピンボス２０の下端部２２の近くおよびその上端部で幅が広くなるようにするためである。内側表面８４を縦方向の軸に対して１２．５°の角度に設定し、ピン孔軸Ｂに沿って測定されるピンボス２０の縦方向の軸Ａの方向の幅または厚みが変わるようにすることが好ましい。これは、ピンボス２０が、下端部２２の近くで薄くなり、かつ上方冠部１２の方向で、ピン孔３０の頂点またはその上方に向かって連続して厚くなるようにするためである。スカート部分２６の内側表面８０は、外側表面７８に対して２．５°の角度に設定されるのが好ましい。
【００２１】
第１の実施例では、下方から縦方向で下方冠部１４を鍛造することで、内側の流路フロア６６の下面８８も形成する。
【００２２】
下方冠部１４を縦方向の軸Ａの方向で鍛造するだけでなく、縦方向の軸Ａを横切る軸に沿ってさらに鍛造する。第１の実施例では、下方冠部１２を横方向の孔軸Ｂで鍛造して、ピストンスカート２４の支柱部分２８に横向きに鍛造された窪み９０を形成する。図１から７に示されるように、ピンボス２０は、外側表面９２を備えて、外側表面９２は、リングベルト３８およびスカート壁５３の外側表面の径方向の内側に間隔がとられる。鍛造された窪み９０は、ピンボスの外側表面９２の径方向の内側に延在し、縦方向でアンダーカットされるため、窪み９０は、ピストン１０の縦方向Ａでの鍛造からはその全体を形成することができない。図示のとおり、窪み９０は、少なくともピン孔３０を部分的に囲み、ピン孔軸Ｂの上方の場所でピン孔軸Ｂに向かって横方向内側に延在し、少なくとも縦方向で部分的にアンダーカットされる。窪み９０の上方アンダーカット領域は、９４に示され、ピン孔３０の上方であってかつ上方スカート壁５３の下方の場所で、ピンボスの面全体に亘って延在してもよい。
【００２３】
窪み９０は、窪み９０の下方壁９４が支柱２８の下端部９６の上方に間隔がとられるように、ピストンの下端部の付近で縦方向にアンダーカットされてもよい。窪み９０は、さらにスカート部分２６の方に延在してもよく、窪み９０を縦方向でアンダーカットしてスカート部分２８に一般的にＩ形状の構造を与えてもよい。下方冠部１４で行なう横方向の鍛造動作により支柱部分２８の材料の嵩が減り、これが他の場所に変位されて、ピンボス２０およびスカート部分２６を含む、下方冠部の近傍の特徴を形成するための材料を提供する。窪み９０の壁は、ピン孔３０から間隔を空けられ、厚みのあるハブ領域９８がピン孔３０を囲むようにすることが好ましい。窪み９０は、ピン孔３０の上方の頂点１００の下方および上方に延在する。
【００２４】
窪み９０の形成を含む、下方冠部１４の多軸鍛造は、下方部１４を上方部１２に摩擦圧接する前に行なう。
【００２５】
図８および９を参照すると、代替のピストン構造が一般に２１０に示される。ここでは、同じ参照番号を使用して第１の実施例のピストン１０の対応する特徴を示しているが、番号には２００が加えられている。ピストン２１０は、嵌合する内壁２４４、２５０および外壁２３８、２５３を含む上方および下方冠部２１２、２１４を含み、これらは、好ましくは摩擦圧接接合部２６６、２６２によって互いの接合面で結合され、閉じたオイル流路２６４を規定する。第１の実施例のピストン１０と違い、第１の実施例の内側の流路フロア６６または内側のオイル流路６８はないことがわかる。代わりに、ピンボス２２０の内側表面２８４の上方の空間１２２がピンボス２２０から燃焼ボウル壁２３０に向かって上方に延在し、ピンボス２２０の内側表面２８４の間の横方向の空間２８６に開口している。
【００２６】
図９に最もよく示されるように、空間１２２は、アンダーカットされた下方壁面１２４を含み、これは、ピン孔軸Ｂに関してピンボス２２０の内側表面２８４から横向きに外側に延在し、ピン孔２２０の内側表面２８０の横向きに外側に間隔を空けられる、下方冠部２１４の上方に延在する側壁１２６に変化する。側壁１２６は、内壁２５０の径方向内側の表面によって規定されることが好ましい。上方冠部２１２は、内側の側壁１２８を有し、これは、下方冠部２１２の側壁１２６の延在部を規定し、下方冠部２１２の内壁２４４の内側表面によって同様に規定される。図９から、ピストン２１０を一体として（すなわち摩擦圧接接合なしに、上方冠部２１２および下方冠部２１４を同じ材料の１つの鍛造片から形成するのは不可能であることがわかるであろう。なぜなら、ピン孔２２０の間に細くなる通路２８６を形成しつつ、同時にピンボスの上方に大きなアンダーカットされた空間１２２を形成することは不可能であるからである。これは、ピンボス２２０を通って下方から延びる鍛造ダイツールによって、空間１２２のアンダーカットされた領域にアクセスすることはできないためである。
【００２７】
図１１に示される一般的な方法で、上方冠部２１２とは別に下方冠部２１４を鍛造することにより、縦の鍛造方向で適切な上方ダイツールを選択することで容易にそのようなアンダーカットされた空間１２２を形成することが可能になる。言い換えれば、図１１の上方ダイツール１１０は、上方冠部２１２および下方冠部２１４が摩擦圧接される際に、大きなアンダーカットされた空間１２２ができ、不必要な材料の量を減らすことにつながり、これが他のどこかに変位されて下方冠部２１４の他の構造部分を形成し、より軽量でより効率のよいピストン２１０が提供されるように、下方冠部２１４に側壁１２６および下方壁１２４を形成するサイズおよび形状である。
【００２８】
第１の実施例のピストン１０と同様、ピストン２１０は、同じ一体型のピストンスカート２２４を含み、これは上述のように窪みを含むように多軸鍛造してもよい。そのような特徴および詳細の説明ならびに例示は理解されているため、第２の実施例２１０については繰返さない。第１の実施例と第２の実施例の主な違いは、第２の実施例には閉じた中央のオイル流路がなく、その代わりに、ピンボス２２０の上方に延在しピンボス２２０の間の空間８６に開口する大型のアンダーカット空間１２２が設けられている点である。
【００２９】
図１０を参照すると、第３の実施例のピストン３１０が示される。ここでは、同じ参照番号を使用して、第１の実施例１０に関連する同じ特徴を示しているが、参照番号には３００が加えられている。ピストン３１０は、上方冠部３１２および下方冠部３１４を含み、これらは上述の態様で互いに摩擦圧接され、永久的に冠部を結合して一体型のピストン構造を作り、上述の単一または二重のオイル流路構造を規定する。
【００３０】
下方冠部３１４は、ピンボス３３０、およびピンボス３２０と一体として鍛造されるピストンスカート３２４を備える。上述の２つの実施例とは違い、スカート部分３２６は、少なくとも上方に鍛造された対向する隙間またはスロット１２８の対を備える。これら隙間またはスロットは、スカート部分３２６の上方自由縁１３０を規定し、スカート部分３２６は、リングベルト３３８から切り離され、間隔を空けられるが、支柱部分３２８によって、下方冠部３１４の一体構造としてピンボス３２０に結合される。上方スロット１２８の形成は、下方冠部３１４を鍛造する際の多軸鍛造動作の中で行なわれる。この場合、下方冠部３１４の鍛造中に、横方向のダイツールが、ピン孔軸に沿って、またはピストン３１０の縦方向の軸Ａに対して垂直なピン孔軸に対して垂直に、横方向内側へ持ち込まれる。上方スロット１２８は、単独で形成することもできるし、または、ピストンの第１の実施例１０に関して述べた、多軸形成された窪み９０に加えて形成することもできる。
【００３１】
上方スロット１２８に加えて、スカート部分３２６は、スカート部分３１０の上端部と下端部との中間に、１つ以上の付加的なスロット１３２を備えてもよい。そのようなスロットの１つ１３２が、ピン孔軸Ｂに整列して、図９に示される。スロット１２８、１３２は、材料を取除くことによってピストン１０を軽量化する役目を果たし、さらに、ピストンの動作中にピストンシリンダの壁からオイルをかきとる自由縁１３０、１３４を提示することによって、エンジンのオイル消費の低減を支援する。さらに、スロット１２８、１３２は、ピストンスカート部分１２６を通気し、それらをピストンのヘッドから切り離し、ヘッドからの熱の直接的な流れからスカート部分１２６を分離し、スカート部分１２６に冷却空間を導入する役目を果たす。
【００３２】
開示された実施例は、この発明の好ましい形を表わすが、限定的ではなく例示的であることを意図される。この発明は特許請求の範囲に規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例に従って構成されたピストンの正面の斜視図である。
【図２】図１の線２−２に沿った断面図である。
【図３】図１の線３−３に沿った断面図である。
【図４】ピストンの下方鍛造部分の斜視図である。
【図５】下方鍛造部分の別の斜視図である。
【図６】下方鍛造部分の正面図である。
【図７】図６の下方鍛造部分の側面正面図である。
【図８】この発明の代替の実施例の断面図である。
【図９】図８の線９−９に沿った断面図である。
【図１０】この発明の第３の実施例に従って作られたピストンの斜視図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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