(57)【要約】マウンティングはメタルシートリングからなり、その断面は実質的に「Ｕ字」様であり、「Ｕ字」分岐の自由端部は、キャリアフープの内側表面に形成されている環状座部に内側縁に整合して載置されて結合され、前記支持及び結合が、前述の環状座部に沿って延びるそれぞれの環状溶接ビードによってシールされてキャリアフープの本体上に置かれ、メタルシートリングと、両環状座部の間に延びる前記キャリアフープの内側直径方向表面（７）とによって内側表面は構成される内部環状冷却チューブ（３）が成形されている。方法は、所望の厚みのフラットメタルシートを取得してこれを切断して円形ディスクを生成し、前記ディスクをスタンピングすることによって、分岐フィンの折り曲げ縁を有する円周壁を生成し、前段階で構成された部材をスタンピングすることによって円形底部を切断して除去し、前段階で構成されたリングを取得して、第１の分岐フィン内に既に存在する折り曲げ縁の反対側にある円形縁をスタンピングすることによって第２の分岐フィンの折り曲げ縁を形成する。得られるメタルシートリングは、メタルシートの単一体からなり、その断面は異なる事前作成設計に対応する分岐フィンを有する「Ｃ字」外形である。【選択図】図１
2004536258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタルシートリング（５）を使用する形式であり、前記メタルシートリング（５）の断面がキャリアフープ（６）に向かって突出する２つのフィン（１０）及び（１１）の間に延びるウェブ（１５）を備え、前記フィンの自由端部が、前記キャリアフープの内側面に形成されるそれぞれの環状座部（８）及び（９）に内側縁と整合して載置されて結合され、前記支持及び結合が前記環状座部に沿って延びるそれぞれの環状溶接ビード（１４）によってシールされて前記キャリアフープの本体上に置かれ、メタルシートリングと、両環状座部の間に延びる前記キャリアフープの内側直径方向表面（７）とによって内側表面が構成された内部環状冷却チューブ（３）が成形されている、内燃機関のピストンの環状冷却チューブを成形するためにキャリアフープに組み付けられて溶接されるメタルシートリングのマウンティング方法において、
前記支持及び結合において、「Ｕ字」断面が他のフィン（１１）よりも大きい角度で開いたフィン（１０’）を有するメタルシートリング（５）の予成形体が提供され、前記予成形体のフィン（１０’）の自由端部は前記キャリアフープ（６）の内側表面（７）の直径よりも小さく、同じ予成形体の他のフィン（１１）の自由端部の直径は前記支持部フープ（６）の内側表面（７）の直径よりも大きくされており、前記メタルシートリングのフィン（１０）に対して最終的な支持及び形状をもたらす外側ダイ（３６／３７）を有するツール（Ｈ）によって実行される最終スタンピング作業によりマウンティングが完了することを特徴とするマウンティング方法。
【請求項２】
前記メタルシートリングが、前記キャリアフープよりも高さが大きく、前記リングのフィン（１０）及び（１１）が、前記キャリアフープ（６）のそれぞれの前記環状座部（８）及び（９）に対して収束する方向に配向されていることを特徴とする請求項１に記載のキャリアフープ内に組み付けられ溶接されるメタルシートリングのマウンティング方法。
【請求項３】
前記キャリアフープの本体が円錐台断面であり、前記メタルシートリングのフィンが、前記キャリアフープのそれぞれの環状座部に向かって収束する方向に配向されていることを特徴とする請求項１に記載のキャリアフープ内に組み付けられ溶接されるメタルシートリングのマウンティング方法。
【請求項４】
前記メタルシートリングのフィンの一方（１１）が、前記キャリアフープの本体に対して垂直方向に配向されており、前記フィンの他方（１０）が、湾曲したラインに従い、次いで前記キャリアフープに対して横方向にある前記座部まで延びる最終直線経路で終端することを特徴とする請求項１に記載のキャリアフープ内に組み付けられ溶接されるメタルシートリングのマウンティング方法。
【請求項５】
前記メタルシートリングが前記キャリアフープよりも大きい高さを有し、前記リングのフィンの両方が前記キャリアフープに対して横方向に配向された終点経路を有して湾曲していることを特徴とする請求項１に記載のキャリアフープ内に組み付けられ溶接されるメタルシートリングのマウンティング方法。
【請求項６】
キャリアフープに組み付けられるフィンメタルシートリングを製造する方法であって、
適切な厚みのフラットメタルシートを準備する段階から始まり、
前記メタルシートを切断して円形ディスクを成形する段階と、
前記ディスクをスタンピングすることによって、より大きく形成された分岐フィン（１１）の折り曲げ縁を有する円周壁を生成する段階と、
前段階において構成された部材をスタンピングすることにより、前記ディスクの円形底部を切断して除去する段階と、
前段階において構成されたリングを取得して、前記第１の分岐フィンに既に存在する折り曲げ縁の反対側にある円形縁をスタンピングすることにより、第２の分岐フィンの折り曲げ縁を成形する段階とからなり、
前記第２の分岐フィン（１０’）の折り曲げ縁が、前記第１の分岐フィン（１１）の折り曲げ縁よりも小さい角度とより大きい角度との両方を有して形成され、その後、前記分岐フィン（１０’）及び（１１）の各縁の直径を正確に決定することからなる較正段階に進み、次いで、このメタルシートリング予成形体（５）を前記キャリアフープ（６）に組み込んで、前記第１の分岐フィン（１１）を適切な環状座部（９）上に確実に載置させると共に、前記第２の分岐フィンを適切な環状座部（８）に面して配置し、次に、前記第２の分岐フィン（１０）に最終支持及び形状を与える最終スタンピング工程に進むことを特徴とするキャリアフープに組み付けられるフィンメタルシートリングを製造する方法。
【請求項７】
前記較正段階が、前段階で予成形されたフィンリングを回転支持部に配置し、両方のフィンの周辺縁に働く切断ツールにより最終較正を行うことを含むことを特徴とする、請求項６に記載のキャリアフープに組み付けられるフィンメタルシートリングを製造する方法。
【請求項８】
最終スタンピング・ダイが、支持部材とスタンピング・ツールとを備え、協働して働く前記ツールの作動表面が、該表面が動作する予成形されたメタルシートリング（５）を取り囲み、形状が構成される最終設計に対応する動作周辺経路を提供することを特徴とする請求項６に記載のキャリアフープに組み付けられるフィンメタルシートリングを製造する方法。
【請求項９】
前記第１の段階において前記メタルシート上で行った切断が、スタンピングによる円形切断ダイを用いて行われることを特徴とする請求項６に記載のキャリアフープに組み付けられるフィンメタルシートリングを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主要な目的は、内燃機関のピストンの環状冷却チューブを成形するためにキャリアフープ内に組み付けられ溶接されるメタルシートリングのマウンティング方法およびキャリアフープに組み付けられるフィンメタルシートリングを製造する方法であり、これは、本明細書で確立されたマウンティングの特定の条件に関して、冷却チューブの不浸透性においてより大きな保証を実現する。
【０００２】
より詳細には、本発明は、内燃機関のピストンに係合して通常冷却通路と呼ばれる内部冷却チューブを成形可能な、キャリアフープに組み付けられ溶接されるメタルシートリングのマウンティングを意図している。
【０００３】
本発明は、キャリアフープに組み付けられ溶接されたとき、内燃機関のピストンの本体に結合されて、冷却通路とも呼ばれる内部冷却チューブを形成するような形式のフィンメタルシートリングを成形するため特に考案された製造方法に関する。
【０００４】
よく知られているように、内燃機関、特にディーゼルエンジンに用いられるピストンは、これらが燃焼衝撃の圧力に起因する高負荷及び発生熱を受けるために極度の熱的条件及び大きな機械的強度に曝され、これにより過酷な条件下での長期間の耐久性が要求される。
【０００５】
そのため、内部冷却チューブの存在を含む種々のピストン設計がすでに知られており、このチューブは一般に、ピストンのトップフープを収容する環状パイプに隣接して配置され、これにより通常オイルである冷却液が、ピストン及びそのフープが曝される極度の温度作用を抑制する目的で前記内部チューブを通過して循環する。この作用を効果的なものとするために、圧縮フープを収容するパイピングに冷却用経路を可能な限り近接させることが要求される。
【０００６】
実際、前記の極度な熱的条件及び機械的応力は、ピストンの特定部分を上述の理由に起因して損傷又は障害を受ける可能性のある特別な強度に曝されるようにする。最も影響を受ける区域又は経路を冷却することにより、オイルが循環できる内部冷却通路を構成する上述の内部冷却チューブの生成が可能となする。
【０００７】
これらの冷却チューブを製造する幾つかの技法が見出されており、様々な形式の構造及び設計が決定され、前記チューブは略環状であり、ピストン本体の内部スペースに向かって延びる他のチューブと連通することができる。
【０００８】
本発明のマウンティングは、トップ円形ヘッド（ピストンヘッド）と、該ヘッドから下方に延びる円筒型壁部とを有する形式の１つである、内燃機関用のアルミニウム合金ピストンに適用できる。この場合、このようなヘッドはまた、環状冷却チューブを形成する金属インサート部材を含み、該インサート部材は、該ヘッド内部に配置され、ピストン本体のシャフトに同軸で半径方向に延び、且つ「Ｕ字」型に類似した又は等価の断面メタルシートリングを支持するキャリアフープによって構成され、該メタルシートリングは前記キャリアフープに組み付けられ溶接される。
【０００９】
本発明は、具体的には、キャリアフープにメタルシートリングを取り付けて結合するために使用されるマウンティングの独創的な手段に関する新規性を導入するものであり、前記マウンティングは、溶接を行う前に該リングがキャリアフープに正しく位置決めされて固定維持されることを確実にし、熱膨張差に起因する応力の使用を必要とせずに、溶接ビードに対する好都合な支持を提供する。
【００１０】
本発明のマウンティングの大きな利点は、とりわけ連続溶接ビードの適用において、結合コストが低く、大きな有効性及び安全性が達成されることであり、これにより両構成要素の密接した結合が確立される。
【００１１】
通常、ピストン本体はアルミニウムで鋳造され、そのため前述の冷却チューブは、ピストン本体内部に配置するためにタッピングの前に構成ダイ内に置かれるインサート部材である。このインサート部材は、通常、ニッケル及び銅の鋳鉄であるキャリアフープと、「Ｕ字」のような断面のメタルシートリングとを備え、該リングのフィンの自由端部は前記キャリアフープに溶接されるように配置されている。このような状態の下で、ピストンの一体性及びその構造が保持される。
【００１２】
その結果、内部環状チューブが導入され、該チューブの壁は前述の「Ｕ字」形状又はその同等の形状のメタルシートリングとキャリアフープの内側半径方向表面とにより構成され、これらは溶接により事前に互いに接合されている。有効な結合は、ピストンの鋳造工程において行われるアルミニウムのタッピング中に冷却チューブ内部に材料が入らないことを保証するように確立されることが意図されている。
【００１３】
メタルシートリングとキャリアフープ間の有効な結合を達成するためには、シール溶接において密封封止して、タッピング工程中のチューブ内部へのアルミニウムの侵入並びに注入される液体アルミニウムへのチューブ内側からの高温ガスの排出を回避することが重要である。
【００１４】
この溶接の密封性を保証するためには、メタルシートリングが該溶接に影響する可能性のある応力を保持することなく、それぞれのキャリアフープに結合されることが非常に重要である。すなわち、極めて正確な寸法を有し、溶接工程中にキャリアフープに応力を持込まない最終構造を有するメタルシートリングを生成することが非常に重要である。
【００１５】
これらの環状冷却チューブについて幾つかの形式及び設計選択肢が存在し、前記選択肢は、該冷却チューブを収容するピストンの最終用途に従うべきであることが意図される。これらの幾つかの設計の多くは、フィンメタルシートリングの形式における変形形態によって実現される。
【００１６】
本発明は、具体的には、これらのフィンメタルシートリングを製造する新規の方法に関し、最終形式の変形形態の前述の設計選択肢も含まれる。
【背景技術】
【００１７】
前述のように、上記環状冷却チューブを形成するためにピストンに適用されるインサート部材は既に知られている。保証及び耐性能力の要件に対応するための特別な製作方法もまた開示されている。
【００１８】
このような趣旨で、以下の特許：米国特許第４，７７６，０７５号、第４，５８６，５５３号、又は第３，９９１，８１１号を実施例として引用することができ、これらの全てには、内部環状冷却通路を備えたピストンの設計がそれぞれ開示されている。
【００１９】
また、出願人は米国特許第５，９０３，９７４号に言及し、該特許は、エンジンピストン用の溝つき中空インサートフープを作るための方法及び装置に関し、前記フープは、フープスロットに隣接する冷却路用内部パイピングを構成するために上部又はピストンヘッドに隣接して配置される。従って、構造体は、「Ｕ字」形の断面のメタルシートリングと鋳造キャリアフープを含んで形成される。鋳造キャリアフープは、高耐性材料でつくられ、ピストン本体と同じ熱膨張係数を有するのが好ましい。両要素は、溶接ビードで接合され、前記ビードは「Ｕ字」断面リングの外側部分と前記キャリアフープの内側半径方向表面とを固定する。結果的に、冷却液循環のために適合されたチューブが、キャリアフープの内側半径方向表面と「Ｕ字」断面のメタルシートリングの１つとによって形成される。
【００２０】
この場合における欠点は、溶接ビードで接合されたこれらの要素の相対移動に起因する望ましくないクラックが使用時に発生しないようにするため、冷却チューブの正確な調整に適合する前記２つの部材の相互結合において特に正確さが要求されることである。
【００２１】
実際、米国特許第５，９０３，９７４号は、キャリアフープの内径が、組み付けられるメタルシートリングの「Ｕ字」分岐の自由端部の直径より僅かに小さくなければならないことを定めている。この結合を確立するために、キャリアフープは、事前に加熱して内径を膨張させなければならず、このような方法で、「Ｕ字」断面の前記シートが圧力を形成し、それ自体が溶接作業中の正しい位置決めを維持するようにする。
【００２２】
この溶接は、基材も裏当てもなく、実行が非常に困難である。これは、作業コストが極めて高い高度な方法によってのみ可能である。
【００２３】
更に、組み付けられる経路は、いずれの場合においても発生すべき干渉が常に維持されるように、非常に小さな公差で機械加工される必要がある。
【００２４】
換言すれば、接合されるべき部材の所望の安定した位置決めを得るために熱膨張が使用されるが、このことは、高コストであることに加えて、このような部材の接合が適正に行われなかった場合には、ピストンの使用中に生じる応力が望ましくないクラックを発生させる危険を冒すことになる。
【００２５】
上述のこととは別に、この構造は平行面の「Ｕ字」断面パターンに限定された冷却チューブの構成のみが可能であるよう意図されており、種々の要件に従った他の断面形式の多くのピストン設計が存在することから、この構成は非常に制限的なものである。
【００２６】
これら全ての実施形態における主要な問題は、キャリアフープの内側表面への「Ｕ字」断面メタルシートの良好な組み付け及び位置決めを達成することであり、これは、とりわけ先の組み付け、位置決め作業、並びに実行されるべき溶接においてもまた、かなり困難であり一般にコスト高である。
【００２７】
特に言及されることは、このマウンティングにおいては、両構成部品の結合を決定付ける溶接ビードのための裏当て具が必要とされず、前記工程は実行が困難であり、必要とされる気密性に関しては不安定である。
【００２８】
様々な特許文献は、この問題に関して取り組んでおり、その１つは、独国特許ＤＥ２６２４４１２（米国特許第４，１２０，０８１号）であって、これは、この趣旨でキャリアフープを提供する環状キャビティ上に配置される平らな円形冠状のメタルシートを開示している。メタルシートはフープ上に折り曲げられ、適切なツールを用いてその中で調整される。次いで、接触縁部に溶接を施すことによって、結合シールが行われる。
【００２９】
このマウンティングの欠点あるいは不都合点は、折り曲げの調整がキャリアフープの本体自体によって制限されることであり、このことはメタルシートが溶接前に堅固に調整されることを妨げる。
【００３０】
溶接工程の前に前記キャリアフープの本体に十分な圧力を与えて、メタルシートが望ましい位置に取り付けられることを確保するのは不可能である。
【００３１】
従って、この特許は、本出願が特に考慮する４つの態様を開示していないのは確実であると言える。
【００３２】
メタルシートリング（５）は、溶接によるシールに影響を与える応力を持込むことなく、ノッチ又は浅い凹部（４）の上に適切に配置される端部（６）及び（７）を有する。すなわち、フィン（７）の折り曲げ工程で発生した材料に特有の応力を、フィンがその座部（４）に最終的に位置付けられるまでにどのようにして除去するかが開示されていない。
【００３３】
支持フープに垂直な直線状のフィンを有するデザイン以外のメタルシートリングの他の「Ｕ字」形断面のデザインをどのようにして得るかについての開示も提案もなされていない。
【００３４】
この先行技術の開示は、平行な面を有する「Ｕ字」形断面構成に限定された冷却チューブを成型する方法を単に部分的に開示したものであり、これは、種々の要件に従った類似の断面形式を有する多くのピストン設計が存在する限りにおいて非常に限定的なものである点に特に留意されたい。
【００３５】
上述のいずれの文献でなされた開示においても、メタルシートリングの端部（６）及び（７）が、溶接を進める前に堅固に調整され適切に位置付けされるのを保証する方法が開示されていない。溶接工程に先立つ最終のマウンティングについて、正確な結合が達成され、及びどのような種類の溶接でも受入れることを確保するためには、前述の端部（６）及び（７）に非常に正確な寸法を与えることが不可欠であることは特に留意される。そうでない場合には、小さな傷が溶接に移行してシールを不完全なものにする。キャリア本体（１）がリング形成の支持部として用いられているので、メタルシートリングの自由端部における前記最終寸法を調整することは不可能である。
【００３６】
図４に示されるような「Ｕ字」形断面を有するメタルシートリングを提供するためには、スタンピング工程が必要であり、この工程は大きい材料変形を発生させるので潤滑材の使用を必要とするという事実を強調することは非常に重要である。潤滑材は、成形されるフィンの厚みの影響を大きく受けて発生する大きな摩擦を防止し、構成ダイの寿命を保証するために必要とされる。
【００３７】
問題は、使用される潤滑材が少量使用されても、支持フープにわたるシールを形成する最終溶接工程にマイナスに影響することである。
【００３８】
潤滑材は、支持フープとメタルシートリングの両方の壁を汚染する。該潤滑材は、溶接作業及びピストン内に注入される前に行われる後続のアルミニウム浴（アルフィナイゼーション又はアルミナ化）を汚染のない状態で確実に行うために、溶接前に洗浄及び乾燥により除去されなければならない。
【００３９】
しかしながら、「洗浄」に関しては２つの問題がある。すなわち、ａ）これは洗浄される表面、つまりリング及びメタルシートリングの両方の内側リング表面に影響を及ぼし、これによって後続の「アルミナ化」に顕著な欠陥を発生させる。及び、ｂ）「洗浄」は、環境を汚染する工程であることから現在では許容されない。
【００４０】
上述の理由によりこのマウンティング手段は放棄され、当業界では、米国特許第６，１０５，５４０号、第５，９０３，９７４号、第４，７７６，０７５号、第４，５８６，５５３号、及び更に日本特許ＪＰ−Ａ−５−２３１５３９号、６−２１０３８３号で開示されているような、他の解決法が探索されてきた。
【００４１】
米国特許第６，１０５，５４０号はまた、従来技術の一部としても言及されており、支持用キャリアフープに溶接されたメタルシートにより成形された冷却チューブを備える、内燃機関に適用可能な冷却環状マウンティングを開示している。
【００４２】
この米国特許によって導入された新規性は、この場合「Ｕ字」断面を有するメタルシートがキャリアフープの内側環状表面で自己圧縮を維持し、フープと冷却チューブ間の温度差によって収縮しないことである。すなわち、このことは前の実施形態に対し、キャリアリング内のメタリックフープのマウンティングにおいて熱膨張差が折り込まれないという利点を有する。
【００４３】
米国特許第６，１０５，５４０号の目的は、溶接工程の前にキャリアリングへメタリックフープを適切に位置決めすることを確実にするように、冷却チューブの調整をするためのインサート部材を提供することであり、これによってキャリアフープとメタルシートリングとの間に堅固で確実な溶接接合部が確立される。
【００４４】
前記発明は、温度差の利用を排除できることについて言及しているが、メタルシートリングの温度を利用するツールを用いることによって正確で安定した組み付けが行われるべきであるとしている。
【００４５】
この米国特許第６，１０５，５４０号で開示され及び含まれる基本的な概念は、メタルシートの「一定の弾性」特性を用いてキャリアフープ内でのメタルシートの位置決めに役立てて、メタルシート自体を一定の圧力でフープの内側半径方向表面に保持し、溶接工程を適切に実行できるようにするものである。
【００４６】
従って、キャリアフープの内側表面とメタルシートリングの「Ｕ字」分岐との角度が４５°未満であることが条件として設定され、これは、この値より大きいとマウンティングが前述の「弾性」による利点が得られなくなる事実に基づく。
【００４７】
マウンティングのこの構造原理により既知のものと比較して利点が生じても、これを本質的に解析することにより幾つかの欠点が明らかになるが、これは本発明のマウンティングを用いることで明確に克服することができる。
【００４８】
実際、米国特許第６，１０５，５４０号で開示されたマウンティングにおいて、メタルシートリングに形成される「Ｕ字」外形は対称であることが必要とされ、さもなければ、キャリアフープの内側表面への圧力により正確な位置決めができなくなると考えられる。
【００４９】
また、この背景技術への制限として、メタルシートリングを定めるチャネル壁が常に圧縮応力を維持する条件も考えられる。溶接工程前及び溶接工程中にこの条件が満たされない場合には、該工程に影響を及ぼす可能性がある。
【００５０】
更に、メタルシートリングの「Ｕ字」外形の両方のフィンが、これらを支持するキャリアフープの内側表面の平面に対して４５°未満でなければならない条件を設定する制限が考えられる。
【００５１】
キャリアフープの内側表面はメタルシートリングを成形する「Ｕ字」外形のフィン端部に対する円錐台座を生成しないという制限にも留意されたい。
【００５２】
前記フィンの自由端部と支持フープの内側表面間の直径の差を最少にする必要があるという事実に基づき、キャリアフープがメタルシートの「Ｕ字」外形のフィンの自由端部に対する階段状座部を定める１対の内側半径方向表面を提供しない点は特に留意される。前記階段状座部が存在しない場合には、フィンの溶接は支持部なしで行われ、これは不確実である。
【００５３】
米国特許第６，１０５，５４０号で開示されたマウンティングを用いて行われたものとして組み付けが行われた場合は常に、メタルシートリングにおける「Ｕ字」外形のフィンの自由端部の支持部表面が小さくなるので、前記組み付けを固定する溶接ビードは安定した裏当てを持たないことになり、この場合の溶接は材料供給が多い状態でのみ実行することができる。
【００５４】
結果的に、温度変動によってひき起こされる可能性のある設定圧縮応力への何らかの変更は、溶接ビードに直接影響を及ぼす。
【００５５】
この従来技術によれば、これらのメタルシートリングの製造工程を開示するある背景技術が存在する。
【００５６】
日本特許ＪＰ−Ａ−５−２３１５３９はこの背景技術であり、該特許は「Ｕ字」形状断面のメタルシートリング及び鋳造支持フープを含む構造を開示しており、これらはメタルシートリングの端部と支持フープの内側部分とを溶接することによって結合される。
【００５７】
この文献には、メタルシートリングが、ピストン本体の材料と同じ熱膨張係数を有するメタルシートを回転させることによって生成されることが開示されている。
【００５８】
実際、これはＫｅｎｊｉ  Ｎａｋａｊｉｍａに付与された米国特許第５，９０３，９７４号でまた開示されているように、これらの「Ｕ字」断面のメタルシートリングが、例えば、幅１８ｍｍ、長さ２９０ｍｍ、厚み０．６ｍｍのステンレスシートから従来製造されており、これらはロール製造機械によって曲げられる。曲げの後、前記シートは円形断面のテンプレート上に配置され、その自由端部が溶接されて円形リングが構成される。このロール製造機械により、該リングは「Ｕ字」断面が得られる。
【００５９】
これまでの開示の補足として、日本特許公開ＪＰ−Ａ−６−２１０３８３には以下が述べられている。曲げられたシートの自由端部を溶接することによって得られた円筒状シートが、ロール製造機械内で巻かれて「Ｕ字」断面の円形カラーの形式にされる。次いで、前記カラーは、回転機械内に配置されて、フープの内側直径に従った所定寸法にされる。更なる段階において、リング形状のシートは機械を通過し、この加工中に形成された円形カラー端部の縁から粗さが除去されることになる。
【００６０】
また、米国特許第５，９０３，９７４号には、これらのシートメタルリングの製造の従来技法として、３つの異なる機械、ロール、回転装置、及びカットダウン装置（表面粗さ又は凹凸除去のための研磨装置）の使用が開示されている。これらの機械は集められず、大きなスペースを占める場所に順に配置されることができる。このことは、設置コストが高いことを表す。Ｎａｋａｊｉｍａは、従来技法を用いてメタルシートリングを効率的に製造することはできないと述べている。
【００６１】
米国特許第５，９０３，９７４号で開示された新規性は、これらのメタルシートリングを製造する機械であり、これは受けスロット内に筒状フープを配置する段階を含み、これにより、ダイが可動位置にある筒状フープと共に回転しているとき、ロールが前記フープに圧力を加えてフープに「Ｕ字」断面を与えるカラーを形成する。次いで、そのように予形成された各リングは、切断機が自由端部上で作動するように配置されると共に、これを支持するダイが回転して縁を平滑にし、すなわち存在する可能性のある折曲部及び粗い縁を除去する。
【００６２】
上述の米国特許第５，９０３，９７４号は、単一の機械でメタルシートリングを完全に成形するという新規性を提供する。すなわち、これまで３つの機械を用いて得られたものが、ここでは１つの機械で達成することができるが、この製造の方法及び段階は依然として上述の日本特許で開示されたものと基本的には同じである。従って、これらはコスト高で、非常に多くのツールを必要とする。
【００６３】
更に、これは、直線状のフィンを有する「Ｕ字」外形のリングを作るように特に設計された機械又は工程であることが意図されている。他の外形設計又は断面が必要とされる場合には、各場合に対して特別に設計された別の構造ダイを導入する必要があり、従って、製造コストが大幅に増大する。
【００６４】
これは、各場合において、筒状リングを「Ｕ字」外形リングに変形する圧力ロールと回転ダイを結合させる工程に言及していることもまた意図される。
【００６５】
また、これら全ての明細書は、曲げられたシートから構成され、次いでこれらの自由端部で溶接される円筒リングに言及することもまた意図される。
【００６６】
米国特許第１，４２８，７７７号もまた引用され、メタルシートリングを形成する最終ステージが開示されているが、これは本出願による用途又は目的に好適ではないことに留意されたい。
【００６７】
更に、この特許で開示された方法では、本出願で開示するマウンティングに必要とされるようなメタルシートリングを成形することはできない。
【００６８】
実際、出願人らがこの先行技術の開示を分析すると、該開示された形成方法は、図３及び図４を参照して、１段及び２段（３５行目ないし５７行目）に明確に説明されていることが理解できる。特に最終段において（５３行目ないし５７目行）は、「図３に示された部材又は要素が形成された後、ワッシャ（６）がシリンダー（９）の上にフランジに対して配置され、その後シリンダーが外側に折り曲げられて図４に示されるようにガスケットが完成する。」と読める。
【００６９】
前述のように、参照されたワッシャ（６）はガスケットの一体部品としてリング内部に留まるようになることは明らかである。従って、ワッシャ（６）を除去することはできない。
【００７０】
参照されたワッシャ（６）が、リング形成用の内部ダイとして機能すると断言しても差し支えない。
【００７１】
前記ワッシャ（６）の存在がリングの内部スペースを占有し、これにより、本出願の目的（チューブ又は閉鎖通路の側壁を成形して、これを通る冷却用流体が自由に循環することができる）においてリングを適用することが妨げられる。
【００７２】
【特許文献１】
米国特許第４，７７６，０７５号公報
【特許文献２】
米国特許第４，５８６，５５３号公報
【特許文献３】
米国特許第３，９９１，８１１号公報
【特許文献４】
米国特許第５，９０３，９７４号公報
【特許文献５】
独国特許ＤＥ２６２４４１２公報
【特許文献６】
米国特許第４，１２０，０８１号公報
【特許文献７】
米国特許第６，１０５，５４０号公報
【特許文献８】
日本特許公開ＪＰ−Ａ−５−２３１５３９号公報
【特許文献９】
日本特許公開ＪＰ−Ａ−６−２１０３８３号公報
【特許文献１０】
米国特許第１，４２８，７７７号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００７３】
上に述べられたように、本明細書に関するマウンティングは、トップ円形ヘッド（ピストンヘッド）及び前記ヘッドから下方に延びる円筒状壁を有する形式の、内燃機関用アルミニウム合金ピストンに適用できる。この場合、前記ヘッドはまた、環状冷却チューブを形成するメタルインサート部材を含み、これはヘッド内部に配置され、ピストン本体のシャフトに同軸の半径方法に延び、且つ「Ｕ字」に類似した断面のメタルシートリングを支持するキャリアフープによって構成され、該メタルシートリングは前記キャリアフープに組み付けられ溶接される。
【００７４】
本発明によって導入された新規性は、キャリアフープにメタルシートリングを接合し組み付けるのに使用されるマウンティングの独創的な手段に特に関するものであり、前記組み付けは、溶接を行う前にキャリアフープにリングが正しく位置決めされ固定維持されることを確実にし、熱膨張差に起因する応力の使用を必要とせずに、溶接ビードへの極めて好都合で確実な裏当てを提供する。
【００７５】
従って、マウンティングは僅かな最終変形を要するのみであり、その結果、メタルシートリングのフィンは、該フィンを設計するために用いた角度に関係なく、非常に正確に位置付けられるようになる。
【００７６】
マウンティングは、どのような種類の潤滑材も用いずに、乾燥した清潔な状態で全てが行われ、これは、後続の溶接工程がメタルシートリング及び支持フープの両方の汚染のない表面上で行われることを保証し、そのため、アルミナ化及びアルミニウム合金ピストンにおける後続の鋳造が有効なものとなる。
マウンティングは、最終的に清浄で清潔な部材と結合することにより実現され、どのような種類の洗浄も必要としない。
【００７７】
この実施形態を現在既知の全てのものから卓越させる第１の新規性は、キャリアフープにより、メタルシートリングの環状縁部の各経路の座部において、直径方向平面内に形成される表面支持部と軸方向平面内に形成される表面支持部とが与えられることである。両支持表面は、互いにある角度を構成するキャリアフープの内側表面であり、これらの直径は、間に定められる同じフープの内側表面の直径よりも大きい。
【００７８】
この構造的原理から、必要とされるメタルシートリングが円錐台（角度の設定制約は無い）を構成するフィンを有する場合には、本発明は、前述の座部が傾斜した方向を提供できることを意図している。
【００７９】
結果的に、メタルシートリングの前記座部を形成するこれらの表面は、フープの内側スペースに向かって延びる経路によって互いに分離されて配置され、従って、成形された冷却チューブの内側表面の１つが構成される。
【００８０】
上述のことから、二重の支持座部が生成され、その一部として溶接ビードへの支持に役立つことは明らかである。
【００８１】
この利点は、キャリアフープ上へのメタルシートリングのマウンティングのために確立された新規な構造的解決法により可能である。実際、適切で安定したマウンティングを達成するために、最終形状ではない該リングがキャリアフープ内に提供され位置付けられる。
【００８２】
予成形されたリングが生成され、その「Ｕ字」断面のフィンの一方が他方よりも大きい角度に開かれる。このような状態のもとで、フィンの一方の自由端部の直径は、前記フィンが止まるキャリアフープの内側表面の直径と少なくとも相似しており、一方、他のフィンの自由端部直径は、前記フィンが止まるキャリアフープの内側表面の直径より実質的に小さい。
【００８３】
このような状態のもとで、予成形されたリングが位置決めされると、該リングのフィンの一方は座部に配置され、他方は小さい直径を有する座部から僅かに離れて維持されることになる。適切なツールを用いることによって、前記フィンがキャリアフープの対応する座部に位置して止まるまで、前記フィンが開いたリング上で圧縮動作を加えることになる。
【００８４】
既に行われた試験は、上述のように、メタルシートリングが応力無しに位置決めされ、溶接工程を実行することができるよう安定が維持されるので、本発明のマウンティングは非常に有効であることを示している。結合時に熱膨張が発生すること無く、且つ望ましくない応力を生じること無く、理想的な位置決めが達成される。これは明らかに機械的組み付けである。
【００８５】
本発明のマウンティングが、メタルシートリングの外形又は断面の異なるデザイン及び寸法への対応を可能とすることは特に留意されるが、これは、キャリアフープへの結合を可能とするためにリング予成形を生成する構造的条件を上述の方法で導入することによって、更に別の及び最終的な溶接工程における望ましい条件でマウンティングを実行することが常に可能となる事実に基づく。
【００８６】
従って、本発明のマウンティングは「Ｕ字」断面又は同等のメタルシートリングのマウンティングを可能とすることが意図され、「Ｕ字」フィンは、これらを接合する横断ウェブと鋭角を形成し、これらは収束フィンである。
【００８７】
また、本発明が、成形される冷却チューブの幅がキャリアフープの高さ又は厚みよりも大きくする方法で、フィンの１つが他のものよりも長い場合のメタルシートリングのマウンティングを可能にすることも留意されたい。
【００８８】
更に、本発明のマウンティングの結果として、フィンの自由端部を支持するためのキャリアフープに形成される座部は平行座部、又は組立体の水平面に対して傾斜した、すなわち円錐台状の座部とすることができることにも留意されたい。
【００８９】
本発明のマウンティングの結果として、「Ｕ字」断面メタルシート又は同等物は、異なる比率及び角度の異なる曲率度のフィンを有して形成可能であることもまた留意されたい。
【００９０】
また、本発明のマウンティングの結果として、「Ｕ字」断面メタルシートリング又は同等物は、冷却チューブがキャリアフープの対称軸に対してずれて配置されるように定めて設計できることも留意されたい。
【００９１】
更に、シートフィンの二重支持部が、第３の材料の供給の有無に関わらず、どのような形式の溶接に対しても非常に確実な裏当てを構成することも意図される。
【００９２】
従って、本発明の主な目的は、以下のように定めることができる。内燃機関のピストンの環状冷却チューブを成形するためにキャリアフープに組み付けられて溶接されるメタルシートリングのマウンティングであって、該マウンティングはメタルシートリングからなり、その断面がキャリアフープに向かって突出するた２つのフィンの間に延びるウェブを備え、そのため、フィンの自由端部がキャリアフープの内側表面に形成される環状座部に内側縁と整合して載置されて結合され、前記支持及び結合が、上述の環状座部に沿って延びる溶接ビードによってシールされてキャリアフープ本体内上に置かれ、メタルシートリングと、前記２つの環状座部の間に延びるキャリアフープの内側直径表面とによってチューブの内側表面が構成された内側環状冷却チューブが成形される。
【００９３】
本発明は、メタルシートリングのフィンがキャリアフープに向かって収束する方向に配向されることを意図している。
【００９４】
また、メタルシートリングのフィンがキャリアフープに対して垂直に配向されることも意図される。
【００９５】
更に、キャリアフープの本体は円錐台断面であり、メタルシートリングのフィンがキャリアフープのそれぞれの環状座部に向かって収束する方向に配向されることが意図される。
【００９６】
また、メタルシートリングのフィンの一方がキャリアフープ本体に対して垂直方向に配向され、他方が湾曲したラインに従い、次いで、キャリアフープに対して横方向にある座部にまで延びる最終直線経路に達することが意図される。
【００９７】
メタルシートリングの両方のフィンが、キャリアフープの横方向に配向された終点経路を有するように曲げられることも更に意図される。
【００９８】
他方においては、メタルシートリングの高さは、キャリアフープの高さよりも高くてもよいことが意図される。
【００９９】
キャリアフープ上に置かれる環状溶接ビードが、前記フープの環状座部上に形成され、二重裏当て支持部内に限定することもまた意図される。
【０１００】
更にまた、キャリアフープへのメタルシートリングの結合において、前記リングは、そのフィンの一方が他方よりも大きい角度を有するよう前もって引き離されて提供され、そのため自由端部の直径が他方のフィンの自由端部よりも小さくなり、更に結合後、この引き離されたフィンはキャリアフープ本体に対して押し付けられて、最終位置及び最終形状となる。
【０１０１】
また、キャリアフープへのメタルシートリングの結合において、フィンの一方の自由端部の直径はキャリアフープの内側直径よりも小さいことが意図される。
【０１０２】
更に、本明細書によるフィンメタルシートリングを製造する方法は、前記リングが公知の従来のダイ及びツールを用いて構成されるという事実に基づき、高価な機械を必要としないことから、現在知られている全ての他の方法から明らかに区別される。
【０１０３】
これによって、機械、取付具及び労力に関して高いコストを要する、成形ロールと共に成形される部材の回転を生じる手段を用いる必要性が排除される。
【０１０４】
その結果、溶接により取り付けられた端部を有する湾曲シートで構成された円筒状リングの必要性が排除される。溶接を排除することにより、不良溶接に基づく起こり得る損傷又は欠陥が排除される。
【０１０５】
本発明のリングを構成するためには、市場で商業的に入手可能な平坦なメタルシートが使用される。
【０１０６】
このことは、「Ｃ字」チャネルの壁を形成するために望ましい厚みに関するシートの様々な厚み度合いを、どのような不都合もなく選択できる利点をもたらす。
【０１０７】
例えば異なる品質のステンレス鋼及び／又は炭素鋼のような異なる種類の材料を選択することもまた可能である。
【０１０８】
本発明の工程により、成形される冷却用チャネルの最終設計を設定するための要求に関するリングの外形設計を調整することが可能となる。
【０１０９】
リング製造において事前の溶接を全く必要とせず、従って溶接欠陥の可能性が始めから排除される。
【０１１０】
このことは、好ましくは円形である平坦なメタルシートからのスタンピング法として、完全に新規な能力が使用されることが意図される。
【０１１１】
従って、本発明の主な目的は、キャリアフープに結合できるフィンメタルシートリングを製造し、内燃機関のピストンの環状冷却チューブを成形する方法であって、該方法は、所望の厚みの平坦なメタルシートを取得しこれを切断して円形ディスクを生成する段階と、前記ディスク上でのスタンピングによって、分岐フィンの折り曲げ縁を有する円周壁を作る段階と、前段階で構成された部材のスタンピングによって、円形底部を切断し取除く段階と、前段階で構成されたリングを取得し、第１の分岐フィン内に既存の折り曲げ縁の反対側にある円形縁のスタンピングにより、第２の分岐フィンの折り曲げ縁を形成する段階と、前段階で作られたフィンリングを回転支持部内に配置し、両方のフィンの周辺縁に作用する切断ツールによって前記リングへの最終較正を行う段階とを含む。
【０１１２】
スタンピング・ダイは、支持部材及びスタンピング・ツールを備え、協働する作動表面が、動作される金属部材を固定し、形成されるメタルシートリングに関する事前設計に対応する構造を有する周辺経路を提供することもまた意図される。
【０１１３】
第１の段階においてメタルシート上に生成される切断動作は、スタンピングによる円形の切断ダイによって行われることに留意されたい。
【０１１４】
二次的な目的として、本発明は、記述された方法によって得られ、メタルシートの単独体からなるメタルシートのフィンリングに関し、その断面は、異なる事前作成設計に対応する分岐フィンの「Ｃ字」外形である。
【０１１５】
また、メタルシートリングの分岐フィンに関する異なる事前作成設計が、フィンの異なる方向、曲率及び寸法を有することができることに留意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１１６】
上述の利点を達成するために、他の多くのものを本発明のマウンティングの構造的、構成的、及び機能的な特徴の理解を容易にするために付加できることはユーザ及び当業者には明らかであり、実施形態の好ましい実施例が以下に記述され、これらは、添付の図面において特定の縮尺によらず概略的に示されるが、明確に言えば、単に一実施例としてのものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、その基本原理の例証として役立てるためだけのものである。
【０１１７】
各図における同じ参照番号及び文字は、本発明の製造方法の本説明のために選定された実施例による、同じ又は同等の構成部品又は要素に対応している点に留意されたい。
【０１１８】
図１にみられるように、本発明で言及されるマウンティングは、内燃機関に使用されるピストン１への適用が意図されている。
【０１１９】
よく知られているように、ピストンは、フープ（図示せず）を伴ってどのような動作条件においても高温ガス及び潤滑オイルの侵入を排除するように燃焼チャンバを有効にシールしなければならない。他方、通常ピストンヘッドと呼ばれる部分２は、より熱的及び機械的要求に曝されるものであることが既に知られている。従って、現在のところ各ヘッド２の本体内に配置された冷却通路３を含む種々のピストンが存在する。
【０１２０】
これらの冷却通路３の目的は、温度が高くなり過ぎたときに、前記区域における温度上昇を抑制することである。従って、エンジンオイルのような冷却液が、前記内部チューブ３を通って循環し、これはチューブ４を通ることによってピストンの内側との連通を維持する。すなわち、ピストン運動に伴ってある量の潤滑オイル自体が攪拌されて、更に内部冷却チューブ３内に入り、ヘッド本体２内側の熱を吸収する。
【０１２１】
通常、ピストン本体はアルミニウム構造であって鋳造により製造され、一方、前述の冷却チューブ３は、通常、ニッケル及び銅を含む鋳鉄であるキャリアフープ６に溶接されたメタルシートリング５を用いて形成され、前記冷却チューブをタッピング前に構成ダイ中に配置することにより、これらがピストン本体の内部に保持されるようになる。このような状況下でピストンの一体性及びその構造が維持される。
【０１２２】
図１でみられるように、冷却チューブ３は環状チューブであり、その壁は前述のメタルシートリング及びキャリアフープ６の内側半径方向表面７で構成される。
【０１２３】
本発明が特に意図する範囲のマウンティングは、メタルシートリング５とキャリアフープ６との溶接結合による冷却チューブ３の構成が、効率的で低コストであるものとすることができ、とりわけ、ピストンタッピングの全工程中にアルミニウムの侵入がないことを保証するように形成されている。
【０１２４】
好ましくは、本発明のマウンティングを構成する部材の組は、アルミニウムと同じ膨張係数を有する。
【０１２５】
実際、図２ないし図６に示されるように、キャリアフープ６がその内側表面に合う２つの環状座部８及び９を提供するので、実現されるマウンティングは優れたものとなる。これらの環状座部は、互いに同じで対向し且つ対称であり、構成される環状冷却チューブ３の内側半径方向表面７を定める同じキャリアの本体経路によって互いの分離が維持されている。
【０１２６】
これらの座部８及び９が存在することにより、該各座において折り曲げられたメタルシートリング５のフィン１０及び１１の両自由端部に二重の支持部が構築される利点が得られる。支持部の一方は直径方向の環状表面であり、他方は軸方向の環状表面であって、これは環状座部８及び９と共形である。
【０１２７】
このようにして実現されるのは、両部材５及び６の結合を確立する溶接が密封閉止を与えることであり、該密封封止により、構成されるピストンの不合格を発生させる影響を及ぼすような、環状冷却チューブ３へのアルミニウムの侵入又は新たに鋳型内に注入される液体アルミニウムへの前記チューブ３の内側からの高温ガスの排出が回避される。
【０１２８】
前記図２ないし図６で示されるように、前記環状座部がキャリアフープの本体上で溶接を確実に支持するという事実により、各環状座部における前述の二重支持部は優れたものであり、このことは、あらゆる種類の機械的懸念並びに温度変化により常に発生する応力に耐える能力に関して非常に有利である。すなわち、溶接ビード１２が常にシール手段として機能し、キャリアフープの本体が機械的抵抗を与える。
【０１２９】
リング５のフィンの自由端部が、キャリアフープ６の軸方向表面上に置かれて直線状支持部を構成する結果、溶接ビードも同様に閉止裏当てとなり、従って構成されるシールが良好に達成され、そうでない場合には、高温に起因する材料の性質によって生じる何らかの相対運動がクラックを発生させる可能性がある多くの場合が存在するという事実により、前出の段落で確認されたことは大いに留意すべきである。
【０１３０】
これらの５つの図（図２−図６）において、２つ前出の段落で示された発展的原理に相当する様々な設計選択肢が示され、更に、これらの各々は製造業者が求める冷却チューブ３の異なる構成基準に適合する。これらの図は、本発明のマウンティングが冷却チューブ３の様々な設計を可能とすることを示している。従って、このことは、様々な市場要求に適用可能である。
【０１３１】
図２に示される例では、メタルシートリング５は、キャリアフープ本体６に垂直な直線フィンの「Ｕ字」断面のものであり、そのためフィン１０及び１１の自由端部は、キャリアフープ６によって提供された前述の座部８及び９に置かれて止まっているのが示されている。
【０１３２】
図３には、メタルシートリング５ａが、この場合、キャリアフープ本体に向かって収束する方向のフィン１０及び１１を有し、そのため冷却チューブ３は台形断面で構成されることが示される。
【０１３３】
図４には、メタルシートリング５ｂが、この場合には、円錐台断面のキャリアフープ６上に置かれ、これに応じて、該円錐台断面の環状座部８及び９は拡散する方向に配向され、そのため構成される冷却チューブ３は、同様に台形断面であり、前記キャリアフープ６の高さよりもより大きい高さとなる。
【０１３４】
図５には、本発明のマウンティングを用いて実現することができる内部冷却チューブ３設計の別の変形形態が示されている。この場合、リング５ｃのフィン１１は直線状であり、キャリアフープ６の座部９に垂直に配向され、一方、フィン１０は曲線経路に始まり、座部８を構成する両面の内の直径方向表面に垂直に終端する。この場合、冷却チューブ３はまた、キャリアフープ６の高さよりも大きい高さで構成される。
【０１３５】
図６には、本発明のマウンティングを用いて実現することができる内部冷却チューブ３設計の別の変形形態が示されている。この場合には、リング５ｄの前述のフィン１０及び１１は、キャリアフープ６の前述の支持部８及び９を構成する両面の直径方向表面に垂直に配向された収束ラインで終わる各曲線に沿って延びている。
【０１３６】
次に、図７ないし図１１を参照すると、本発明のマウンティングを簡単で迅速な、作業コストの低い、信頼性のある方法で生成するために得られた構造的解決法を理解することができる。
【０１３７】
ここで図７に示される断面を参照すると、フィン１０の自由端部を定める直径はフィン１１の自由端部を定める直径より短く、フィン１０がそこから突き出ている主ウェブに対する湾曲角度は、フィン１１が突き出ている湾曲角度よりも大きいことが理解できる。
【０１３８】
従って、これは、フィン１０の突出長がフィン１１の突出長よりも短い、メタルシートリング５への支持部フープ６の結合を形成するのに非常に有用な本発明の構造的状態にある予成形されたメタルシートリング５である。
【０１３９】
実際、ここでまた図７から図１１を参照すると、２つ前の段落で説明された寸法関係により、リング５がキャリアフープ６の内側環状表面に面するようになることがまた理解されるであろう。このことは、フィン１０の自由端部の直径が、支持部フープ６に付属し座部８及び９間に延びる、半径方向表面７の経路の直径よりも常に僅かに小さいことに起因する。
【０１４０】
この簡単な構造的解決法は、部材５及び６の結合を非常に効果的な方法で対処する。
【０１４１】
図１２には、リング５及びキャリアフープ６の両方が結合されると、最終的にフィン１０へのスタンピングを行うことだけが必要となることが示されている。フィン１１が、該フィンの自由端部が座部９上に置かれるように位置決めされると共に、ツール１２がフィン１０に圧力を加えて、該フィンの自由端部が環状座部８上に適正に位置付けられるようにする。
【０１４２】
前記図１２には、メタルシートリング５が、キャリアフープ６上に極めて良好に位置付けられて安定に保たれ、フィン１０及び１１に応力を加えることなく、環状冷却チューブに最終構成をもたらしていることが示されている。
【０１４３】
図１３に示される拡大詳細図は、部材５及び６の間の最終結合を確立する溶接工程１３の方法を正確に示すものである。
【０１４４】
実際、図１４及び図１５の拡大詳細図において示されるように、本発明のマウンティングが現在知られている他のものと相違する点は、キャリアフープの本体が溶接ビードの支持部として使用されることであり、該状態はこのマウンティングを非常に安定で信頼性のあるものに保証する。
【０１４５】
この好ましい実施例において、溶接ビード１４（図１５）が示され、前記ビードはガス封入電気アークによって行われる。従って、ビード１４は、フィン１０の自由端部と環状座部８（図１４）を備えるキャリアフープ６の一部分とにより構成されて生成される。この環状シールは、前記結合された経路が提供する材料によって構成され、必要な場合には第３の材料をも含むことができる。
【０１４６】
明らかにこの形式の結合は、各場合において材料の供給の有無に関係なく、電子ビーム、高周波、マイクロプラズマ等といった他の形式の溶接を使用することも可能である。
【０１４７】
本明細書による製造方法は、図１６で示されるフィンリング５を構成するために開発されている。これは、本発明のマウンティングを説明するために上述されたメタルシートリングである。
【０１４８】
ここで、前記リングの製造に関する本発明の方法を詳細に説明するため、リングは、それぞれフィン１０及び１１が突出して環状チャネルを構成し、該チャネルの寸法及び形式が、そこで構成されている環状冷却チューブが有すべき基本的構造に従うウェブ１５を備えるものとして記述される。
【０１４９】
図１７は、内燃機関用のピストンの機構を示す。ピストンは、一般にアルミニウムで鋳造され、ピストンの上部２に適合して延びる環状冷却チューブ３を含む。
【０１５０】
先に示されたように、これらの環状冷却チューブの目的は、温度が高くなり過ぎたときに、前記上部区域における温度上昇を抑制することである。従って、ピストンの運動に伴って攪拌される潤滑オイルのような冷却液が、前記チューブを通って循環する。
【０１５１】
図１８で表された断面は、これらの環状冷却チューブ３が、先行技術の開示に従って、及び現在市場に存在する実施形態にも従って構成された方法を示す。支持フープ６に取り付けられたフィンメタルシートリング５を理解することができる。
【０１５２】
前記図１８には、形成される環状冷却チューブが明確に示され、これはキャリアフープの内側表面７と、フィン１０及び１１と、メタルシートリング５のウェブ１５とを備える。
【０１５３】
本発明の目的は、ピストン本体の内部に有効に環状冷却チューブを構成することができる、キャリアフープに溶接によって取り付けられることになる前述のフィンメタルシートリングの組み立ての新規な方法である。
【０１５４】
この好ましい実施例において、フィンリング５が、直線的で平行な分岐からなる「Ｕ字」型断面であるパターンに相当する場合が示される。しかしながら、本発明の製造方法は、調製可能な形式及び設計の他のフィンリングに一致するように生成される点に留意されたい。以下の実用上の説明から明らかなように、スタンピング・ダイを交換することだけが求められることになる。
【０１５５】
図１９ないし図２２は、互いに直線的で平行な分岐を有するリング５を生成する工程の段階を示す。
【０１５６】
図１９には、リング５に成形されることになる平坦なディスク・プレートを得る、切断ツールを用いて平坦なメタルシートリング１６をダイでスタンピングすることからなる第１の段階が示される。
【０１５７】
これらのメタルシートリングの組み立てにおいて、製造が容易で低コストの平坦なメタルディスクから開始されるので、この最初の構成段階は非常に重要である。
【０１５８】
実際、殆どの場合においては、溶接によって端部が取り付けられた折り曲げメタルシートで構成される筒状リングから組み立てが開始される。本発明の方法では、リングを溶接結合によって構成しない方法が見出された。そこに溶接の無い単一の環状本体が得られ、このことはこの部材に要求される性質に関して非常に重要である。
【０１５９】
図２０には、第２の構成段階が、第１の構成スタンピング又は深絞りによって作られることが示されている。前の段階において既に構成されたディスク１８が装着され、ダイ１９／２０により第１の環状折り曲げが形成され、ここでダイ１９がフィンの生成を意図する設計を提供する。
【０１６０】
図２１には、前の段階において処理された部材内に存在する円形底部２１の切断及び除去によるメタルシートリングの構成からなる第３の構成段階が示される。このように、カット・ダイ２２及びこれに対応する支持部２３が使用される。同時に、これらのダイの協働作用によって成形されるリングのフィン１１が生じる。
【０１６１】
図２２には、更なる段階が示され、前の段階において成形されたリングが反転されて、環状フィン１１の最終形及び寸法に対応する座部が成形されたベース支持体２４内に配置され、フィン１０が、ツール２５を用いてスタンピングによって成形されるが、該ツール２５は、本図で示されるように、このフィン１０の望ましい構成を与えるように特別に設計された動作経路を含む。
【０１６２】
この時点で、フィン１１を生じさせる折り曲げを生成する経路に適合する前記切断ダイ２２の作動表面の設計変更によって、各フィンについての他の形式、方向又は寸法を設計することができるような、特許請求の範囲の方法の他の利点を意図することができる。
【０１６３】
図２２に示されるスタンピング・ダイ２５に対しても同様であり、前述の作動表面２６は、製造を意図する冷却用チャネルの設計に関して、製造者が設定した寸法、方向又は湾曲変化角度に従った設計を有することになる。
【０１６４】
前の２つの段落での説明に従って、市場に存在する全ての設計のものを製造するためには、顧客が求めている様々な環状冷却チューブに従ったダイのセットを有すれば十分であることを理解すべきであり、この新規の方法において確立された全ての段階が継続されるときは常に、メタルシートの平坦なディスクから開始される。
【０１６５】
前出の段落で述べられたことを単に例証するため、図２３から図２７には、本発明の方法により外形が湾曲フィンの「Ｃ字」に対応するメタルシートリングの成形が可能となる方法が示されている。
【０１６６】
図２３には、第１の構成段階が各場合において同一であることが示されている（図１９参照）。
【０１６７】
メタルディスク１８が得られると、図２４に示される第２の構成段階が開始され、スタンピング・ダイ２８が、どのようなフィン１１’がフィン１１になるかによって異なる予備型をもたらすように、予測パターンに対応する作動表面の環状経路２７を与え、一方、ベース２９はこのような設計に協働するパターンに対応しており、このことは環状経路２７’において理解される。
【０１６８】
底部２１を除去する段階は、図２１で示されたものと同様であり、一方、図２６及び２７に示される段階において、スタンピング・ダイ３０、３１、３２、及び３３が見られ、これらは特に、湾曲フィン１０’及び１１’の「Ｃ字」に従った断面のメタルシートリングの最終形状をもたらすように生成されている。
【０１６９】
次に図２８を参照すると、後続の較正段階が詳細に理解され、ここでは、予成形されたメタルシートリング５が回転支持体３４に取り付けられ、そのため切断ツール３５によってフィン１０及び１１の自由端部の直径を正確に決定することができ、同様に最終的に荒い縁又は表面の不規則性が除去される。
【０１７０】
本明細書の方法は、図３１及び図３２に示されたもののような組立体に結合できるメタルシートリングを製造するのに特に有利である。
【０１７１】
これは、環状支持部６がフィン１０’及び１１の自由端部を収容するよう形成された１対の環状結合段部８及び９を含む組立体であり、該結合区域は密封結合シールを構成する溶接工程が行われる場所である。
【０１７２】
リング５を支持部６に挿入するためには、前記フィン１０’の端部直径が、前記支持部６の内側表面７の直径よりも小さくなければならない（図３１）。
【０１７３】
位置付けられると、外側スタンピング・ダイ３６／３７を用いて最終スタンピングが行われる（図３２）。
【０１７４】
この場合、スタンピング・ダイ３２（図３０）がこ、のフィン１０’の予備形成を行い、その端部直径を最終位置決めに必要な大きさに制限することのみを要する。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１】内燃機関のピストンを構成する本体の垂直断面が補足された部分側面図である。
【図２】Ｕ字」断面のメタルシートリングのフィンが直線状で互いに平行である場合の本発明のマウンティングを表す断面図である。
【図３】Ｕ字」断面のメタルシートリングのフィンが収束する方向にある場合の本発明のマウンティングを表す断面図である。
【図４】メタルシートリングのフィンが座部に向かって収束する方向にあることにより、キャリアフープの本体が斜め方向の座部（円錐台構造）を提供する場合の本発明のマウンティングを表す断面図である。
【図５】メタルシートリングを成形した冷却チューブの高さが、キャリアフープの本体の高さよりも高い場合の本発明のマウンティングを表す断面図である。前記チューブはキャリアフープの対称軸に対してずれて配置されている。
【図６】メタルシートリングのフィンが湾曲している場合の本発明のマウンティングを表す断面図である。
【図７】ここでは最終組み付けの前にキャリアフープ内への位置付けのためにフィンの自由端部の直径が互いに異なるように予成形されている、図２に示されるような「Ｕ字」外形及び平行フィンのメタルシートリングを示す垂直断面概略図である。
【図８】この場合には、最終組み付けの前にキャリアフープ内への位置付けのためにフィンの自由端部の直径が互いに異なるように予成形されている、図３に表されているようなメタルシートリングの外形を表す前出の図の1つに類似した垂直断面概略図である。
【図９】キャリア本体の座部が傾斜して分岐方向に配向されており、図４に示されるようなメタルシートリングが、キャリアフープ内への位置付けのためにフィンの自由端部の直径が互いに異なるように予成形されて配置されている場合の前出の図の1つに類似した垂直断面概略図である。
【図１０】キャリアフープ内への位置付けのためにフィンの自由端部の直径が互いに異なるように予成形された場合における図５で示されるようなメタルシートリングの前出の図の1つに類似した垂直断面概略図である。
【図１１】キャリアフープ内への位置付けのためにフィンの自由端部の直径が互いに異なるように予成形されている場合における、図６で示されるような「胞状」外形（連続曲線）のメタルシートリングの前出の図の1つに類似した垂直断面概略図である。
【図１２】本発明に従って取り付けられる冷却チューブを構成する部材の最終位置付けが行われる方法を示す垂直断面概略図である。
【図１３】既に位置付けられた部材上で溶接工程が実行される方法を示す垂直断面概略図である。
【図１４】溶接工程が実行できるように、キャリアフープを形成する対応する組み付け座部上でのメタルシートリングのフィンの自由端部縁の結合作業を示す垂直断面の拡大詳細図である。
【図１５】両方の部材を固定した安定的な方法で接合する環状溶接ビードの構成を示す場合における、前出の図の1つに類似した垂直断面の拡大詳細図である。
【図１６】本明細書における方法によって成形することができるフィンメタルシートリングを示す斜視図である。
【図１７】内燃機関のピストンを構成する本体の垂直断面によって補足された側面図である。
【図１８】環状冷却チューブを構成するためにピストン本体に導入されるインサート部材を示す断面詳細図である。
【図１９】成形されるフィンの断面が直線分岐を有する「Ｕ字」様である場合の本明細書の方法に従ってフィンメタルシートリングを成形する第１段階を示す概略図である。
【図２０】前出の図に示されたリングに後続するフィンリングを成形するための段階を表す垂直断面概略図である。
【図２１】前出の図に示されたリングに後続するフィンリングを成形するための他の段階を表す垂直断面概略図である。
【図２２】前出の図に示されたリングに後続するフィンリングを成形するための他の段階を表す垂直断面概略図である。
【図２３】成形されるフィンリングの断面が曲線分岐の「Ｕ字」様である場合における本明細書の方法に従ってフィンメタルシートリングを成形する第１段階を示す概略図である。
【図２４】前出の図に示されたリングに後続するフィンリングを成形するための段階を表す垂直断面概略図である。
【図２５】前出の図に示されたリングに後続するフィンメタルシートリングを成形するための段階を表す垂直断面概略図である。
【図２６】前出の図に示されたリングに後続するフィンリングを成形するための段階を表す垂直断面概略図である。
【図２７】前出の図に示されたリングに後続するフィンリングを成形するための段階を表す垂直断面概略図である。
【図２８】本明細書の方法に従って成形されるフィンリングの「Ｕ字」チャネルのフィン直径を必要な場合に調整又は較正する段階を表す垂直断面概略図である。
【図２９】本発明の方法を用いて、図３１及び図３２に表されるような支持部フープに結合可能なフィンリングを成形することができることを示す垂直断面概略図である。
【図３０】前出の図に示されたリングに後続するフィンリングを成形するための段階を表す垂直断面概略図である。
【図３１】図１４及び図１５に従って成形されたフィンリングがマウンティングのためにキャリアフープ内に存在する状態で示される垂直断面概略図である。
【図３２】本発明の方法に従った好ましいキャリアフープ内におけるフィンメタルシートリングの最終マウンティングを示す垂直断面概略図である。
【符号の説明】
【０１７６】
１  ピストン
２  ヘッド
３  冷却通路
４  チューブ
５  メタルシートリング
６  キャリアフープ
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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