ピストンおよび製造の方法
耐久性のあるディーゼルエンジンの用途に特に適合されるピストンは、周方向に延在する接合面を有する別々の部分から製造される。周方向に延在する接合面は、結合の前に、接合面の結合を可能にするのに十分な高温に加熱され、その後、接合面が互いに接触され、捩じられて、接合面の界面において永久的な冶金的な溶接部を達成する。ピストンは、両方が同時に溶接される、径方向に間隔をあけられた壁を有する。溶接接合部は、同一の平面または異なる平面に位置してもよい。上記部分は、一旦接合されると、まだ熱い間に溶接接合部における壁の厚さを減少させるように僅かに引離され得る。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
発明の背景
この出願は、２００３年１１月４日に出願された出願番号第１０／７０１，２７４号の一部継続出願である。
【０００２】
ピストン構造をもたらすために、別々に形成されたピストンの部分を結合するためのさまざまな方法が公知である。１つのこのようなプロセスは摩擦溶接であり、ピストンの一方の部分が他方の部分に押付けられながら高速で回転され、結果として生じる摩擦エネルギが上記部分をともに結合するのに十分な熱を発生させる。他の技術は抵抗溶接、誘導溶接などを含み、上記部分が互いに接触された後、エネルギ束が上記部分の接合面を横切って導入され、このエネルギ束によって接合面が互いに面を接合するのに十分に加熱されるようにする。
【０００３】
米国特許第５，１５０，５１７号は摩擦溶接の一例であるが、米国特許第６，２９１，８０６号は典型的な誘導加熱の一例であり、エネルギを誘導し、したがって界面で加熱するためにコイルが接触接合面の側に与えられる。このように誘導コイルを側面に与えることには、誘導コイルに隣接する、材料の端縁近くの接合面の領域を、コイルからより遠い接合面の領域よりもより速い速度で加熱する傾向があり、したがって、熱流の変動および界面に隣接する材料の領域において熱影響部を作り出す。ディーゼルエンジン用のピストンなどの要求の厳しい高負荷の用途では、材料の強度および整合性の如何なる変動も最小限にするために、界面を横切る熱影響部が均一な溶接接合部を設けることが望ましいであろう。
【０００４】
米国特許第６，１５５，１５７号は、摩擦溶接によって接合面の２つの径方向に間隔をあけられた組を横切って接合される第１および第２の部分を有するピストンを開示する。このような構造は誘導溶接によって上記部分を接合することへの課題を提示するであろうということが理解される。なぜなら、接合面が位置する領域へのアクセスが制限され、内部冷却ギャラリーの場合には、嵌め合わせられる接合面に隣接するいずれの誘導コイルの位置決めにも到達できないからである。ピストンの分野における公知の既存の技術に基づいて、上述の′６４２号特許に示されるようなピストンの複雑な構造を誘導溶接するための好適な技術は、存在することが知られておらず、使用されることが間違いなく知られていない。これは、このような誘導加熱技術を、径方向に間隔をあけられた複数の接合面を有する複雑なピストンの構成に適合させる際の実用上の難題のためである。
【０００５】
耐久性のあるピストンの分野のほかに、誘導加熱は石油製品を担持する突合せ溶接金属チューブなどの単純な構造を接合するために使用される。米国特許第６，６３７，６４２号はこのようなプロセスを開示する。このような管は、平らでより平坦な端部面を有する単純で、単一の壁で囲まれた円筒形の構造である。１つの端部面を別の端部面に接合するために、誘導コイルが端部面の間に導入され、端部面は高温に加熱され、その後コイルが引抜かれ、端部面は互いに係合されて、溶接接合部を達成する。好ましくは、一旦面が接触されると、面は溶接面のより密接な合体を達成するために少量（数度）捩じられる。驚くべきことに、単純で、単一の壁で囲まれた円筒形の石油パイプを接合することにこれまで限定されていた誘導溶接技術が、接合面の界面を横切って均一であるが最小の熱影響部を有する強く、整合性の高い接合部を達成する態様で、複雑なピストン構造を接合するためにうまく利用されるように改善され得ることを発明者は発見した。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
この発明の第１の局面に従ってピストンを作る方法は、各々が少なくとも２つの接合面を有するピストンの第１および第２の部分を製造することを含む。上記部分は、接合面が互いに間隔をあけられた関係にある状態で支持される。接合面は、間隔をあけられている間に、高温に加熱され、その後加熱が中断され、接合面は互いに接触されて、接合面を横切る冶金的な結合を形成する。この発明の１つの局面に従って、上記部分は結合部がまだ熱い間に僅かに引離され、溶接接合部の細く括れた領域を作り出す。これは材料をできるだけ減らし、重量およびコストを節約する。材料および重量の低減をさらに高めるために、接合されている壁部分に空洞も組入れられてもよい。
【０００７】
この発明における別の局面に従って、ピストンを作るための方法が提供され、第１のピストン部分の接合面が第２のピストン部分の接合面に間隔をあけられた関係で支持され、間隔をあけられている間に面が加熱され、次いでまとめられて、冶金的な結合を形成する。ピストンは径方向に間隔をあけられた壁を有し、壁を横切る溶接接合部は異なる平面に位置し得る。結合に続いて、溶接接合部はさらに、溶接部の微細構造の加熱を制御するために再び焼戻し加熱動作において加熱され得る。
【０００８】
この発明におけるさらなる局面に従って、誘導溶接接合部によって接合される嵌め合わせ接合面を備える第１および第２の部分を有し、接合部を横切って均一な熱影響部を有するピストンが提供される。
【０００９】
この発明は、複数の部分のピストンを溶接するための単純で低コストの方法を提供するという利点を有する。
【００１０】
この発明は、溶接接合部に隣接する小さく均一な熱影響部を有する、低コストで整合性の高い溶接接合部を提供するというさらなる利点を有する。
【００１１】
この発明は、２つのピストン部分の接合面の加熱を正確に制御することを可能にする誘導加熱方法を提供し、そのため、各々のピストン部分の接合面が、接合面を高い結合温度に加熱する間に過度にまたは過少に加熱されることがないというさらなる利点を有する。
【００１２】
この発明は、互いから離れて間隔をあけられている間にピストン部分の接合面を加熱する、より正確には、面が互いに接合された後に面を加熱することと比較して、均一におよび制御されて面を加熱するというさらなる利点を有する。たとえば、摩擦溶接を用いて、部分の径方向に間隔をあけられた内壁および外壁部分の端部面に設けられる隣接面を備える上部および下部頭頂部を有するピストンは必ず、外壁が内壁よりも相対的により加熱されるという結果になる。なぜなら、外壁の直径が内壁の直径よりも大きく、したがって内壁の直径よりも大きな角速度で回転し、その結果、内壁において発生する摩擦熱よりも大きな割合で摩擦熱を発生させるからである。摩擦溶接とは異なって、誘導溶接はこのようなピストンの内壁および外壁の相対的な加熱を正確に制御することをこの発明に従って可能にし、それによって、内壁と外壁との間により均一な溶接接合部をもたらす。
【００１３】
この発明の方法によって接合されるピストンの内壁および外壁の加熱を制御することは、外壁を過度に加熱することを回避し、外壁には、摩擦溶接と比較してリングベルト領域における熱流量をよりよく制御するためにリング溝が形成される。
【００１４】
この発明に従う誘導加熱の別の利点は、誘導加熱が、摩擦溶接と比較して、誘導加熱後に部分を接合するのに相対的に低い圧縮力を必要とすることであり、溶接のために必要な熱は比較的高い圧縮荷重下にある間に部分の相対的な回転によって発生される（摩擦溶接
の場合、約１，０００ｐｓｉ対２０，０００ｐｓｉ）。その結果、この発明に従う誘導溶接のための部分を保持および支持するのに必要とされる取付具および装置は、摩擦溶接に必要とされるものほど堅固である必要はない。さらに、摩擦溶接の間に伝えられ、ピストンの使用中に経験される荷重をしばしば超える重い圧縮荷重にこの構造が耐える必要がないので、ピストンの構造は多少解放される。その結果、より薄い部分およびより低重量のピストンが誘導溶接を用いて可能であり、製造業者にとってコスト節約になり、このようなピストンのユーザによって燃料および排出効率を認識される。
【００１５】
この発明のこれらおよび他の特徴ならびに利点は、以下の詳細な説明および添付の図面に関連して考慮されるときに、より容易に理解されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
好ましい実施例の詳細な説明
この発明の現在の好ましい実施例に従って構成されるピストンは概して、図面において１０で示され、少なくとも２つの部分から製造される。２つの部分は、周方向に延在する嵌め合わせ可能な接合面の少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つの組を提供する態様で互いから別々に形成される。周方向に延在する嵌め合わせ可能な接合面は、最初は互いから離れて間隔をあけられ、部分を溶接するのに十分な温度に加熱され、その後、面の加熱が終了され、面が互いに接合されて、部分間に永久的な溶接部をもたらす。
【００１７】
示される実施例では、ピストン１０は、第１の部分１２および第２の部分１４を含む。部分１２、１４の両方は、金属、好ましくは合金鋼から製造されるが、この発明はこれらの材料に限定されない。第１および第２の部分は鋳造、鍛造されてもよく、粉末金属から製造されてもよく、または金属部分を作るためのその他のプロセスであってもよい。第１の部分１２および第２の部分１４のために使用される合金は、同一のものまたは異なるものであってもよく、したがって、材料の溶接をもたらすために第１および第２の部分が加熱される必要がある温度は、特定の用途の要件によって同一または異なってもよい。
【００１８】
示される実施例では、第１の部分１２はピストン１０の上部頭頂部を含み、第２の部分１４は、接合されたときに部分１２、１４がピストン１０を構成するように上部部分１２を補完するピストン１０の下部頭頂部として示される。
【００１９】
第１の部分１２は、燃焼ボウル１８および任意に１つ以上のバルブポケット２０を有して形成される上部壁１６を有する。燃焼ボウル１８は、ピストン１０の長手方向の軸Ａを中心に対称形である場合もあれば、特定の用途によって要求されれば、示されるように非対称形である場合もある。バルブポケット２２は、下部部分１４に対して非対称形である。言い換えれば、バルブポケット２０および燃焼ボウル１８は、下部部分１４に対して特定の位置または向きを有するように形成され、そのため、このような非対称形の機能がピストン１０にもたらされる場合、下部部分１４に対するバルブポケット２０の角位置および燃焼ボウルの位置１８はピストン１０の動作に極めて重要である。
【００２０】
上部部分１２は、燃焼ボウル１８の下に下方向に延在する内側環状壁２２、および内壁２２の径方向に外側に間隔をあけられ、上部壁１６から垂れ下がる外側環状壁またはリングベルト２４を有して形成される。内壁２２および外壁２４は、それぞれの接合面２６、２８を有して、端部にまたは端部の近くに形成される。接合面２６、２８は周方向に延在し、好ましくは連続的であり、長手方向の軸Ａに対して対称的に形成され、そのため接合面２６、２８は軸Ａを中心に同心である。
【００２１】
第１の部分１２を第２の部分１４に溶接する前に、第１の部分は好ましくは機械加工され、さらに好ましくは、燃焼ボウル１８と、任意のバルブポケット２０と、接合面２６、
２８と、内壁２２および外壁２４の間に配置され、接合面２６、２８から上部壁１６に向けて燃焼ボウル１８の外側に上方向に延在する環状冷却ギャラリーの窪み３０と、内壁２２の径方向に内側に延在する内部ドーム３２とに最終仕上された面をもたらすように最終機械加工される。以下に記載されるように、ピストン１０は外側リングベルト２４に一連のリング溝を有して形成されるが、このようなリング溝は好ましくは、説明されるように接合後にピストン１０の中に機械加工される。
【００２２】
ピストン１０の第２の下部頭頂部１４は、ネック３６から下方向に延在するピン突起３４の対を有して形成され、ピン穴の軸Ｂに沿って同軸上に位置合わせされるピン穴３８の組を有して形成される。ネック３６は、内側環状壁４０および外側環状壁４２を有して形成される。内壁４０および外壁４２は、それぞれの接合面４４、４６を有して形成され、接合面４４、４６は、周方向に延在し、好ましくは連続的であり、上部頭頂部１２の内壁２２および外壁２４の接合面２６、２８とそれぞれに位置合わせし、嵌め合わさる。図２に最もよく示されるように、上部頭頂部１２の接合面２６、２８および下部頭頂部１４の接合面４４、４６は、好ましくは、以下に記載されるように、部分間に加熱コイルを容易に導入および取外すことができるように、それぞれの共通の平面に含まれる。しかしながら、接合面のより平坦な配置が好ましいが、この発明はこのような配置に限定されず、面が互いに嵌め合わさる限り、接合面は異なる平面に配置されることができ、さまざまな形状を有することができる（たとえば、嵌め合わせ面は円錐形、階段状などである）。
【００２３】
下部頭頂部１４を上部頭頂部１２に溶接する前に、下部頭頂部１４は好ましくは機械加工され、さらにより好ましくは、最終仕上が、冷却ギャラリーの窪み４８を含む、ピン穴３８、ネック３６に形成されるように最終機械加工される。冷却ギャラリーの窪み４８は、内壁４０と外壁４２との間に配置され、接合面４４、４６から底部壁５０に下方向に延在する。底部壁５０は、内壁４０および外壁４２の下端の間に延在し、下端を接合し、それによって１つの部分として好ましくは形成される。下部頭頂部１４は、さらに、ピストンスカート５２を含み、ピストンスカート５２は、下部頭頂部１４の構造とともに単一の、動かすことのできない構造として製造され、ピン突起３４に動かせないように固定される。ピストンスカート５２の内側面５４および外側面５６は、ピン突起３４の内側面５８および外側面６０として、溶接の前に最終機械加工される。ピン穴３８は、さらに、ピストン１０の動作中にピン穴３８内にリストピンを保持するために使用されるリング溝６２を含むように最終機械加工されてもよい。
【００２４】
上部頭頂部１２および下部頭頂部１４の外壁２４、４２は、径方向に縮小されたまたは括れた領域６４、６６を有して自由な端部に隣接して形成されてもよく、径方向に縮小されたまたは括れた領域６４、６６は、より薄く、括れた領域６４、６６から離れたすぐのところにある壁２４、４２の領域における断面である。接合面２８、４６は、好ましい実施例に従って、括れた領域６４、６６の自由な端部に形成され、そのため、頭頂部１２、１４が図４に示されるように接合されるとき、オイル排液溝６８がピストンにおいてピン突起３４のすぐ上に形成され、溶接接合部７０が接合面２６、４４および２８、４６の位置においてそれぞれにオイル排液溝６８を横切って形成される。
【００２５】
ここで、溶接動作のさらなる詳細を参照して、図２は、別々に形成され、予め機械加工された上部頭頂部１２および下部頭頂部１４を示し、上部頭頂部１２および下部頭頂部１４は、それぞれの接合面２６、２８および４４、４６が軸方向に位置合わせされるが互いに間隔をあけられた関係にある状態で取付けられる。加熱コイル、好ましくは誘導加熱コイル７２は、上部頭頂部１２と下部頭頂部１４との間の空間に伸長され、コイル７２は、接合面の加熱を誘導するように通電されて、接合面を誘導溶接接合部によって互いに冶金的に結合できるようにするのに十分な温度に上昇させる。加熱コイル７２は、一旦十分な高温に加熱されると、図４に示されるように素早く取外され、上部頭頂部１２および下部
頭頂部１４は互いの方に軸方向に相対的に移動され、結合に十分な温度にある間に、それぞれの接合面２６、４４および２８、４６を互いに合体させて係合させる。この発明に従って、内壁および外壁の両方の接合面は、加熱コイル７２による単一の動作における適切な結合温度に同時に加熱される。好ましくは、加熱コイル７２は誘導加熱コイルを含み、誘導加熱コイルは、通電されるときに、接合面を高い結合温度に局所的に加熱するように内壁および外壁において電子の流れを誘導するが、内壁材料および外壁材料の大部分は主として誘導加熱によって影響を受けないままである（つまり、このような高温、さらに言うと、材料の微細構造の変化を引起すであろう温度に引き上げられることはない）。その結果、誘導加熱は、内壁および外壁の幅方向に実質的に均一な、非常に制御された熱影響部（ＨＡＺ）７４を生み出す。
【００２６】
一旦上部頭頂部１２および下部頭頂部１４が加熱され、互いに接触されると、部分１２、１４は好ましくは、比較的少量だけ捩じられて、溶接接合部界面７０を横切る上部および下部頭頂部材料の非常に整合性の高い冶金的な合体または結合を達成するように接合面を混合または擦り付ける。上部頭頂部１２および下部頭頂部１４は、数度から１回転未満の範囲で、好ましくは約２〜４度捩じられる。上部または下部頭頂部がバルブポケット２０またはオフセット燃焼ボウル１８などの非対称形の機能を含む場合には、それらの機能が最終的なピストンにおいてピン穴の軸Ｂに対して適切に方向付けられることが重要である。したがって、捩じった後に上記機能をピン穴の軸Ｂに対して適切な向きに向ける量だけ、接合の前に上記機能が軸Ｂと位置ずれを起こすように頭頂部１２、１４の位置および取付けが注意深く制御される。
【００２７】
図６に示されるように、溶接に続いて、リングベルト２４に一連のリング溝７６を設けるように最終機械加工動作がピストン１０で行なわれる。リング溝７６は好ましくはオイル排液溝６８の上にあり、したがって、溶接接合部７０はリング溝７６の最下部の下にある外壁２４、４２に位置決めされる。
【００２８】
上部頭頂部１２および下部頭頂部１４を溶接した結果、閉じたオイルギャラリー７８が頭頂部１２、１４の間に形成され、内壁２２、４０および外壁２４、４２、上部壁１６、ならびに底部壁５０が境界となり、溶接接合部７０はオイルギャラリー７８に露出される。頭頂部１２、１４は、オイルギャラリー７８への適切なオイル供給および排液通路を有して形成または機械加工されることができ、オイル供給および排液通路は上述の他の最終機械加工される面と同様に、溶接の前に有利に形成され得る。
【００２９】
接合面２６、２８および４４、４６は、面が接合された後に加熱するのではなく、面を接合する前に加熱コイル７２によって加熱されるので、接合面の直接的で均一な加熱が達成されることができ、非常に制御可能であることが理解される。図８は、異なる材料、形状などのために、コイルが接合面の組の各々から等距離に位置決めされる場合に、上部および下部頭頂部の接合面が均一に加熱されないであろう状況を示す。図８の示される例では、上部頭頂部１２の接合面２６、２８は、下部頭頂部の接合面よりもより多くの量またはより強力な加熱を必要とし、したがって、下部頭頂部のそれよりも上部頭頂部に相対的により近づくように誘導コイル７２は接合面２６、２８の方に付勢または移動される。このように、２つの部分の結合温度が異なっている場合もあれば、所与の結合温度を達成するために一方の部分が他方の部分よりもより多くのエネルギを必要とする場合もあるときでさえ、嵌め合わせ接合面はその必要とされるそれぞれの結合温度に適切に加熱されることが確実になる。より多くの加熱を必要とする部分の方に、およびより少ない加熱を必要とする部分から離れるようにコイル７２を移動させることによって、結合の前にそれらの部分を過度に加熱することを極力抑え、過小に加熱することを防ぐように適切な均衡位置が達成されることができる。上部および下部頭頂部の相対的な加熱を制御するこの能力によって、補完する部分との接合に適切なときに適切な結合温度に達するために、上部頭頂
部１２および下部頭頂部１４は、異なる結合温度を有する異なる材料、または異なる加熱要件を要求する同一または異なる材料の構造から製造されることができる。
【００３０】
部分１２、１４は、好ましくは鋼から製造され、より好ましくはＳＡＥ４１４０グレードから製造される。部分１２、１４は、２８〜３４ＲCの範囲の硬度を有する焼戻しマルテンサイト構造をもたらすために溶接の前に焼戻しされる。溶接接合部の中央の硬度は３５から５０の範囲であり、好ましくはその範囲の下端近くである。誘導コイルによる接合面の制御された予熱を用いて、溶接接合部の硬度は３８〜４２ＲCの範囲内に制御されることができる。予熱は効果的に接合面を「浸漬」し、面より下に熱を通す。これは、接合後の溶接部材料の「焼入れ」動作を低減するという利点を有し、中央に焼戻しされていないマルテンサイト、より正確にはベイナイトが形成されるのを回避することを目的とする。４１４０材料は、妥当な時間（つまり、秒）内の制御冷却を可能にする、抑制されたＴＴＴカーブの利点を有する。
【００３１】
図９は、図８のピストンの変形例を示し、上部内壁２２および下部内壁４０を横切る溶接接合部界面７０は、上部外壁６４および下部外壁６６を横切る溶接接合部界面７０とは異なる平面に位置する。外壁６４、６６の溶接接合部界面７０が、隣接するリング溝７６の間、好ましくはリング溝の最下部の上のリングランドに位置することがさらに示される。
【００３２】
図１０は、この発明の別の変形例であり、上部頭頂部１２および下部頭頂部１４は、一旦加熱され、まとめられ、溶接部界面７０を横切って接合されると、溶接接合部７０における金属がまだ加熱された塑性状態にある間に僅かに引離されて、最初に僅かに隆起した状態から、接合された壁の厚さを局所的に減少させ、溶接接合部７０の領域における壁に細く括れた領域７６を作り出す。さらに、少なくとも内壁２２、４０は、溶接の前に端部面に窪みを有して形成されることができ、この窪みは、溶接後に壁２２、４０とともに空洞７８を形成する結果になる。
【００３３】
溶接に続いて、溶接接合部７０は、溶接接合部７０における金属の微細構造をたとえばマルテンサイトから焼戻しマルテンサイトへ変更するために、再び溶接接合部７０を焼戻しするように誘導加熱または他の手段によって加熱処理され得る。
【００３４】
明らかに、この発明の多くの修正例および変形例が上述の教示の観点から可能である。したがって、この発明は、特許請求の範囲内で、具体的に記載されるものとは異なったように実施され得ることが理解されるべきである。この発明は特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】溶接の前の上部および下部ピストン部分の斜視図である。
【図２】取付けられる部分および加熱されるその接合面を示す、図１と同様の図である。
【図３】図２で使用される加熱コイルの平面図である。
【図４】図２の部分を通る断面図である。
【図５】図２と同様の図であるが、加熱後に互いに接触され、捩じられる部分を示す図である。
【図６】最終機械加工されたピストンの斜視図である。
【図７】図６の線７−７に沿ってとられた断面図である。
【図８】ピストン部分の一方の接合面に、他方の接合面によりもより接近して位置決めされる加熱コイルを示す拡大部分断面図である。
【図９】この発明の変形例の断面図である。
【図１０】この発明の別の変形例の拡大部分断面図である。
【背景技術】
【０００１】
発明の背景
この出願は、２００３年１１月４日に出願された出願番号第１０／７０１，２７４号の一部継続出願である。
【０００２】
ピストン構造をもたらすために、別々に形成されたピストンの部分を結合するためのさまざまな方法が公知である。１つのこのようなプロセスは摩擦溶接であり、ピストンの一方の部分が他方の部分に押付けられながら高速で回転され、結果として生じる摩擦エネルギが上記部分をともに結合するのに十分な熱を発生させる。他の技術は抵抗溶接、誘導溶接などを含み、上記部分が互いに接触された後、エネルギ束が上記部分の接合面を横切って導入され、このエネルギ束によって接合面が互いに面を接合するのに十分に加熱されるようにする。
【０００３】
米国特許第５，１５０，５１７号は摩擦溶接の一例であるが、米国特許第６，２９１，８０６号は典型的な誘導加熱の一例であり、エネルギを誘導し、したがって界面で加熱するためにコイルが接触接合面の側に与えられる。このように誘導コイルを側面に与えることには、誘導コイルに隣接する、材料の端縁近くの接合面の領域を、コイルからより遠い接合面の領域よりもより速い速度で加熱する傾向があり、したがって、熱流の変動および界面に隣接する材料の領域において熱影響部を作り出す。ディーゼルエンジン用のピストンなどの要求の厳しい高負荷の用途では、材料の強度および整合性の如何なる変動も最小限にするために、界面を横切る熱影響部が均一な溶接接合部を設けることが望ましいであろう。
【０００４】
米国特許第６，１５５，１５７号は、摩擦溶接によって接合面の２つの径方向に間隔をあけられた組を横切って接合される第１および第２の部分を有するピストンを開示する。このような構造は誘導溶接によって上記部分を接合することへの課題を提示するであろうということが理解される。なぜなら、接合面が位置する領域へのアクセスが制限され、内部冷却ギャラリーの場合には、嵌め合わせられる接合面に隣接するいずれの誘導コイルの位置決めにも到達できないからである。ピストンの分野における公知の既存の技術に基づいて、上述の′６４２号特許に示されるようなピストンの複雑な構造を誘導溶接するための好適な技術は、存在することが知られておらず、使用されることが間違いなく知られていない。これは、このような誘導加熱技術を、径方向に間隔をあけられた複数の接合面を有する複雑なピストンの構成に適合させる際の実用上の難題のためである。
【０００５】
耐久性のあるピストンの分野のほかに、誘導加熱は石油製品を担持する突合せ溶接金属チューブなどの単純な構造を接合するために使用される。米国特許第６，６３７，６４２号はこのようなプロセスを開示する。このような管は、平らでより平坦な端部面を有する単純で、単一の壁で囲まれた円筒形の構造である。１つの端部面を別の端部面に接合するために、誘導コイルが端部面の間に導入され、端部面は高温に加熱され、その後コイルが引抜かれ、端部面は互いに係合されて、溶接接合部を達成する。好ましくは、一旦面が接触されると、面は溶接面のより密接な合体を達成するために少量（数度）捩じられる。驚くべきことに、単純で、単一の壁で囲まれた円筒形の石油パイプを接合することにこれまで限定されていた誘導溶接技術が、接合面の界面を横切って均一であるが最小の熱影響部を有する強く、整合性の高い接合部を達成する態様で、複雑なピストン構造を接合するためにうまく利用されるように改善され得ることを発明者は発見した。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
この発明の第１の局面に従ってピストンを作る方法は、各々が少なくとも２つの接合面を有するピストンの第１および第２の部分を製造することを含む。上記部分は、接合面が互いに間隔をあけられた関係にある状態で支持される。接合面は、間隔をあけられている間に、高温に加熱され、その後加熱が中断され、接合面は互いに接触されて、接合面を横切る冶金的な結合を形成する。この発明の１つの局面に従って、上記部分は結合部がまだ熱い間に僅かに引離され、溶接接合部の細く括れた領域を作り出す。これは材料をできるだけ減らし、重量およびコストを節約する。材料および重量の低減をさらに高めるために、接合されている壁部分に空洞も組入れられてもよい。
【０００７】
この発明における別の局面に従って、ピストンを作るための方法が提供され、第１のピストン部分の接合面が第２のピストン部分の接合面に間隔をあけられた関係で支持され、間隔をあけられている間に面が加熱され、次いでまとめられて、冶金的な結合を形成する。ピストンは径方向に間隔をあけられた壁を有し、壁を横切る溶接接合部は異なる平面に位置し得る。結合に続いて、溶接接合部はさらに、溶接部の微細構造の加熱を制御するために再び焼戻し加熱動作において加熱され得る。
【０００８】
この発明におけるさらなる局面に従って、誘導溶接接合部によって接合される嵌め合わせ接合面を備える第１および第２の部分を有し、接合部を横切って均一な熱影響部を有するピストンが提供される。
【０００９】
この発明は、複数の部分のピストンを溶接するための単純で低コストの方法を提供するという利点を有する。
【００１０】
この発明は、溶接接合部に隣接する小さく均一な熱影響部を有する、低コストで整合性の高い溶接接合部を提供するというさらなる利点を有する。
【００１１】
この発明は、２つのピストン部分の接合面の加熱を正確に制御することを可能にする誘導加熱方法を提供し、そのため、各々のピストン部分の接合面が、接合面を高い結合温度に加熱する間に過度にまたは過少に加熱されることがないというさらなる利点を有する。
【００１２】
この発明は、互いから離れて間隔をあけられている間にピストン部分の接合面を加熱する、より正確には、面が互いに接合された後に面を加熱することと比較して、均一におよび制御されて面を加熱するというさらなる利点を有する。たとえば、摩擦溶接を用いて、部分の径方向に間隔をあけられた内壁および外壁部分の端部面に設けられる隣接面を備える上部および下部頭頂部を有するピストンは必ず、外壁が内壁よりも相対的により加熱されるという結果になる。なぜなら、外壁の直径が内壁の直径よりも大きく、したがって内壁の直径よりも大きな角速度で回転し、その結果、内壁において発生する摩擦熱よりも大きな割合で摩擦熱を発生させるからである。摩擦溶接とは異なって、誘導溶接はこのようなピストンの内壁および外壁の相対的な加熱を正確に制御することをこの発明に従って可能にし、それによって、内壁と外壁との間により均一な溶接接合部をもたらす。
【００１３】
この発明の方法によって接合されるピストンの内壁および外壁の加熱を制御することは、外壁を過度に加熱することを回避し、外壁には、摩擦溶接と比較してリングベルト領域における熱流量をよりよく制御するためにリング溝が形成される。
【００１４】
この発明に従う誘導加熱の別の利点は、誘導加熱が、摩擦溶接と比較して、誘導加熱後に部分を接合するのに相対的に低い圧縮力を必要とすることであり、溶接のために必要な熱は比較的高い圧縮荷重下にある間に部分の相対的な回転によって発生される（摩擦溶接
の場合、約１，０００ｐｓｉ対２０，０００ｐｓｉ）。その結果、この発明に従う誘導溶接のための部分を保持および支持するのに必要とされる取付具および装置は、摩擦溶接に必要とされるものほど堅固である必要はない。さらに、摩擦溶接の間に伝えられ、ピストンの使用中に経験される荷重をしばしば超える重い圧縮荷重にこの構造が耐える必要がないので、ピストンの構造は多少解放される。その結果、より薄い部分およびより低重量のピストンが誘導溶接を用いて可能であり、製造業者にとってコスト節約になり、このようなピストンのユーザによって燃料および排出効率を認識される。
【００１５】
この発明のこれらおよび他の特徴ならびに利点は、以下の詳細な説明および添付の図面に関連して考慮されるときに、より容易に理解されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
好ましい実施例の詳細な説明
この発明の現在の好ましい実施例に従って構成されるピストンは概して、図面において１０で示され、少なくとも２つの部分から製造される。２つの部分は、周方向に延在する嵌め合わせ可能な接合面の少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つの組を提供する態様で互いから別々に形成される。周方向に延在する嵌め合わせ可能な接合面は、最初は互いから離れて間隔をあけられ、部分を溶接するのに十分な温度に加熱され、その後、面の加熱が終了され、面が互いに接合されて、部分間に永久的な溶接部をもたらす。
【００１７】
示される実施例では、ピストン１０は、第１の部分１２および第２の部分１４を含む。部分１２、１４の両方は、金属、好ましくは合金鋼から製造されるが、この発明はこれらの材料に限定されない。第１および第２の部分は鋳造、鍛造されてもよく、粉末金属から製造されてもよく、または金属部分を作るためのその他のプロセスであってもよい。第１の部分１２および第２の部分１４のために使用される合金は、同一のものまたは異なるものであってもよく、したがって、材料の溶接をもたらすために第１および第２の部分が加熱される必要がある温度は、特定の用途の要件によって同一または異なってもよい。
【００１８】
示される実施例では、第１の部分１２はピストン１０の上部頭頂部を含み、第２の部分１４は、接合されたときに部分１２、１４がピストン１０を構成するように上部部分１２を補完するピストン１０の下部頭頂部として示される。
【００１９】
第１の部分１２は、燃焼ボウル１８および任意に１つ以上のバルブポケット２０を有して形成される上部壁１６を有する。燃焼ボウル１８は、ピストン１０の長手方向の軸Ａを中心に対称形である場合もあれば、特定の用途によって要求されれば、示されるように非対称形である場合もある。バルブポケット２２は、下部部分１４に対して非対称形である。言い換えれば、バルブポケット２０および燃焼ボウル１８は、下部部分１４に対して特定の位置または向きを有するように形成され、そのため、このような非対称形の機能がピストン１０にもたらされる場合、下部部分１４に対するバルブポケット２０の角位置および燃焼ボウルの位置１８はピストン１０の動作に極めて重要である。
【００２０】
上部部分１２は、燃焼ボウル１８の下に下方向に延在する内側環状壁２２、および内壁２２の径方向に外側に間隔をあけられ、上部壁１６から垂れ下がる外側環状壁またはリングベルト２４を有して形成される。内壁２２および外壁２４は、それぞれの接合面２６、２８を有して、端部にまたは端部の近くに形成される。接合面２６、２８は周方向に延在し、好ましくは連続的であり、長手方向の軸Ａに対して対称的に形成され、そのため接合面２６、２８は軸Ａを中心に同心である。
【００２１】
第１の部分１２を第２の部分１４に溶接する前に、第１の部分は好ましくは機械加工され、さらに好ましくは、燃焼ボウル１８と、任意のバルブポケット２０と、接合面２６、
２８と、内壁２２および外壁２４の間に配置され、接合面２６、２８から上部壁１６に向けて燃焼ボウル１８の外側に上方向に延在する環状冷却ギャラリーの窪み３０と、内壁２２の径方向に内側に延在する内部ドーム３２とに最終仕上された面をもたらすように最終機械加工される。以下に記載されるように、ピストン１０は外側リングベルト２４に一連のリング溝を有して形成されるが、このようなリング溝は好ましくは、説明されるように接合後にピストン１０の中に機械加工される。
【００２２】
ピストン１０の第２の下部頭頂部１４は、ネック３６から下方向に延在するピン突起３４の対を有して形成され、ピン穴の軸Ｂに沿って同軸上に位置合わせされるピン穴３８の組を有して形成される。ネック３６は、内側環状壁４０および外側環状壁４２を有して形成される。内壁４０および外壁４２は、それぞれの接合面４４、４６を有して形成され、接合面４４、４６は、周方向に延在し、好ましくは連続的であり、上部頭頂部１２の内壁２２および外壁２４の接合面２６、２８とそれぞれに位置合わせし、嵌め合わさる。図２に最もよく示されるように、上部頭頂部１２の接合面２６、２８および下部頭頂部１４の接合面４４、４６は、好ましくは、以下に記載されるように、部分間に加熱コイルを容易に導入および取外すことができるように、それぞれの共通の平面に含まれる。しかしながら、接合面のより平坦な配置が好ましいが、この発明はこのような配置に限定されず、面が互いに嵌め合わさる限り、接合面は異なる平面に配置されることができ、さまざまな形状を有することができる（たとえば、嵌め合わせ面は円錐形、階段状などである）。
【００２３】
下部頭頂部１４を上部頭頂部１２に溶接する前に、下部頭頂部１４は好ましくは機械加工され、さらにより好ましくは、最終仕上が、冷却ギャラリーの窪み４８を含む、ピン穴３８、ネック３６に形成されるように最終機械加工される。冷却ギャラリーの窪み４８は、内壁４０と外壁４２との間に配置され、接合面４４、４６から底部壁５０に下方向に延在する。底部壁５０は、内壁４０および外壁４２の下端の間に延在し、下端を接合し、それによって１つの部分として好ましくは形成される。下部頭頂部１４は、さらに、ピストンスカート５２を含み、ピストンスカート５２は、下部頭頂部１４の構造とともに単一の、動かすことのできない構造として製造され、ピン突起３４に動かせないように固定される。ピストンスカート５２の内側面５４および外側面５６は、ピン突起３４の内側面５８および外側面６０として、溶接の前に最終機械加工される。ピン穴３８は、さらに、ピストン１０の動作中にピン穴３８内にリストピンを保持するために使用されるリング溝６２を含むように最終機械加工されてもよい。
【００２４】
上部頭頂部１２および下部頭頂部１４の外壁２４、４２は、径方向に縮小されたまたは括れた領域６４、６６を有して自由な端部に隣接して形成されてもよく、径方向に縮小されたまたは括れた領域６４、６６は、より薄く、括れた領域６４、６６から離れたすぐのところにある壁２４、４２の領域における断面である。接合面２８、４６は、好ましい実施例に従って、括れた領域６４、６６の自由な端部に形成され、そのため、頭頂部１２、１４が図４に示されるように接合されるとき、オイル排液溝６８がピストンにおいてピン突起３４のすぐ上に形成され、溶接接合部７０が接合面２６、４４および２８、４６の位置においてそれぞれにオイル排液溝６８を横切って形成される。
【００２５】
ここで、溶接動作のさらなる詳細を参照して、図２は、別々に形成され、予め機械加工された上部頭頂部１２および下部頭頂部１４を示し、上部頭頂部１２および下部頭頂部１４は、それぞれの接合面２６、２８および４４、４６が軸方向に位置合わせされるが互いに間隔をあけられた関係にある状態で取付けられる。加熱コイル、好ましくは誘導加熱コイル７２は、上部頭頂部１２と下部頭頂部１４との間の空間に伸長され、コイル７２は、接合面の加熱を誘導するように通電されて、接合面を誘導溶接接合部によって互いに冶金的に結合できるようにするのに十分な温度に上昇させる。加熱コイル７２は、一旦十分な高温に加熱されると、図４に示されるように素早く取外され、上部頭頂部１２および下部
頭頂部１４は互いの方に軸方向に相対的に移動され、結合に十分な温度にある間に、それぞれの接合面２６、４４および２８、４６を互いに合体させて係合させる。この発明に従って、内壁および外壁の両方の接合面は、加熱コイル７２による単一の動作における適切な結合温度に同時に加熱される。好ましくは、加熱コイル７２は誘導加熱コイルを含み、誘導加熱コイルは、通電されるときに、接合面を高い結合温度に局所的に加熱するように内壁および外壁において電子の流れを誘導するが、内壁材料および外壁材料の大部分は主として誘導加熱によって影響を受けないままである（つまり、このような高温、さらに言うと、材料の微細構造の変化を引起すであろう温度に引き上げられることはない）。その結果、誘導加熱は、内壁および外壁の幅方向に実質的に均一な、非常に制御された熱影響部（ＨＡＺ）７４を生み出す。
【００２６】
一旦上部頭頂部１２および下部頭頂部１４が加熱され、互いに接触されると、部分１２、１４は好ましくは、比較的少量だけ捩じられて、溶接接合部界面７０を横切る上部および下部頭頂部材料の非常に整合性の高い冶金的な合体または結合を達成するように接合面を混合または擦り付ける。上部頭頂部１２および下部頭頂部１４は、数度から１回転未満の範囲で、好ましくは約２〜４度捩じられる。上部または下部頭頂部がバルブポケット２０またはオフセット燃焼ボウル１８などの非対称形の機能を含む場合には、それらの機能が最終的なピストンにおいてピン穴の軸Ｂに対して適切に方向付けられることが重要である。したがって、捩じった後に上記機能をピン穴の軸Ｂに対して適切な向きに向ける量だけ、接合の前に上記機能が軸Ｂと位置ずれを起こすように頭頂部１２、１４の位置および取付けが注意深く制御される。
【００２７】
図６に示されるように、溶接に続いて、リングベルト２４に一連のリング溝７６を設けるように最終機械加工動作がピストン１０で行なわれる。リング溝７６は好ましくはオイル排液溝６８の上にあり、したがって、溶接接合部７０はリング溝７６の最下部の下にある外壁２４、４２に位置決めされる。
【００２８】
上部頭頂部１２および下部頭頂部１４を溶接した結果、閉じたオイルギャラリー７８が頭頂部１２、１４の間に形成され、内壁２２、４０および外壁２４、４２、上部壁１６、ならびに底部壁５０が境界となり、溶接接合部７０はオイルギャラリー７８に露出される。頭頂部１２、１４は、オイルギャラリー７８への適切なオイル供給および排液通路を有して形成または機械加工されることができ、オイル供給および排液通路は上述の他の最終機械加工される面と同様に、溶接の前に有利に形成され得る。
【００２９】
接合面２６、２８および４４、４６は、面が接合された後に加熱するのではなく、面を接合する前に加熱コイル７２によって加熱されるので、接合面の直接的で均一な加熱が達成されることができ、非常に制御可能であることが理解される。図８は、異なる材料、形状などのために、コイルが接合面の組の各々から等距離に位置決めされる場合に、上部および下部頭頂部の接合面が均一に加熱されないであろう状況を示す。図８の示される例では、上部頭頂部１２の接合面２６、２８は、下部頭頂部の接合面よりもより多くの量またはより強力な加熱を必要とし、したがって、下部頭頂部のそれよりも上部頭頂部に相対的により近づくように誘導コイル７２は接合面２６、２８の方に付勢または移動される。このように、２つの部分の結合温度が異なっている場合もあれば、所与の結合温度を達成するために一方の部分が他方の部分よりもより多くのエネルギを必要とする場合もあるときでさえ、嵌め合わせ接合面はその必要とされるそれぞれの結合温度に適切に加熱されることが確実になる。より多くの加熱を必要とする部分の方に、およびより少ない加熱を必要とする部分から離れるようにコイル７２を移動させることによって、結合の前にそれらの部分を過度に加熱することを極力抑え、過小に加熱することを防ぐように適切な均衡位置が達成されることができる。上部および下部頭頂部の相対的な加熱を制御するこの能力によって、補完する部分との接合に適切なときに適切な結合温度に達するために、上部頭頂
部１２および下部頭頂部１４は、異なる結合温度を有する異なる材料、または異なる加熱要件を要求する同一または異なる材料の構造から製造されることができる。
【００３０】
部分１２、１４は、好ましくは鋼から製造され、より好ましくはＳＡＥ４１４０グレードから製造される。部分１２、１４は、２８〜３４ＲCの範囲の硬度を有する焼戻しマルテンサイト構造をもたらすために溶接の前に焼戻しされる。溶接接合部の中央の硬度は３５から５０の範囲であり、好ましくはその範囲の下端近くである。誘導コイルによる接合面の制御された予熱を用いて、溶接接合部の硬度は３８〜４２ＲCの範囲内に制御されることができる。予熱は効果的に接合面を「浸漬」し、面より下に熱を通す。これは、接合後の溶接部材料の「焼入れ」動作を低減するという利点を有し、中央に焼戻しされていないマルテンサイト、より正確にはベイナイトが形成されるのを回避することを目的とする。４１４０材料は、妥当な時間（つまり、秒）内の制御冷却を可能にする、抑制されたＴＴＴカーブの利点を有する。
【００３１】
図９は、図８のピストンの変形例を示し、上部内壁２２および下部内壁４０を横切る溶接接合部界面７０は、上部外壁６４および下部外壁６６を横切る溶接接合部界面７０とは異なる平面に位置する。外壁６４、６６の溶接接合部界面７０が、隣接するリング溝７６の間、好ましくはリング溝の最下部の上のリングランドに位置することがさらに示される。
【００３２】
図１０は、この発明の別の変形例であり、上部頭頂部１２および下部頭頂部１４は、一旦加熱され、まとめられ、溶接部界面７０を横切って接合されると、溶接接合部７０における金属がまだ加熱された塑性状態にある間に僅かに引離されて、最初に僅かに隆起した状態から、接合された壁の厚さを局所的に減少させ、溶接接合部７０の領域における壁に細く括れた領域７６を作り出す。さらに、少なくとも内壁２２、４０は、溶接の前に端部面に窪みを有して形成されることができ、この窪みは、溶接後に壁２２、４０とともに空洞７８を形成する結果になる。
【００３３】
溶接に続いて、溶接接合部７０は、溶接接合部７０における金属の微細構造をたとえばマルテンサイトから焼戻しマルテンサイトへ変更するために、再び溶接接合部７０を焼戻しするように誘導加熱または他の手段によって加熱処理され得る。
【００３４】
明らかに、この発明の多くの修正例および変形例が上述の教示の観点から可能である。したがって、この発明は、特許請求の範囲内で、具体的に記載されるものとは異なったように実施され得ることが理解されるべきである。この発明は特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】溶接の前の上部および下部ピストン部分の斜視図である。
【図２】取付けられる部分および加熱されるその接合面を示す、図１と同様の図である。
【図３】図２で使用される加熱コイルの平面図である。
【図４】図２の部分を通る断面図である。
【図５】図２と同様の図であるが、加熱後に互いに接触され、捩じられる部分を示す図である。
【図６】最終機械加工されたピストンの斜視図である。
【図７】図６の線７−７に沿ってとられた断面図である。
【図８】ピストン部分の一方の接合面に、他方の接合面によりもより接近して位置決めされる加熱コイルを示す拡大部分断面図である。
【図９】この発明の変形例の断面図である。
【図１０】この発明の別の変形例の拡大部分断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンを作る方法であって、
互いから間隔をあけられた少なくとも２つの関連する周方向に延在する接合面を有するピストンの第１の部分を準備することと、
互いから間隔をあけられた少なくとも２つの関連する周方向に延在する接合面を有するピストンの第２の部分を準備することと、
第１の部分の接合面が第２の部分の接合面と接触しないように位置決めされた状態で、第１および第２のピストン部分を支持することと、
第１および第２の部分の接合面を高い結合温度に加熱し、その後、第１および第２の部分の接合面を互いに接触させ、それによって、それらの間に冶金的な結合を形成することとを備え、接合面は異なる平面に位置する、方法。
【請求項２】
接合面は誘導加熱によって加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１および第２のピストン部分が互いに接触しないように支持される間に、それらのそれぞれの接合面は互いに間隔をあけられた関係で、第１の部分の形成面と第２の部分の形成面との間に空隙を形成して配置される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
誘導加熱は、空隙の中に誘導コイルを伸長し、接合面を加熱するようにコイルを通電することによって実施され、その後、第１および第２の部分の接合面を接触させる前にコイルが空隙から引抜かれる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
接合面の接触の間、第１および第２の部分は、互いを横切って接合面を摺動させるように互いに対して捩じられる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
捩じることは３６０°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
捩じることは１８０°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
捩じることは９０°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
捩じることは４５°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
捩じることは３０°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
捩じることは２０°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
捩じることは１０°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項１３】
捩じることは５°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項１４】
第１および第２の部分の一方の接合面に、前記接合面の他方によりもより接近して誘導コイルを位置決めすることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
第１および第２の部分を異なる材料から製造することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
接合面の加熱および結合の前に、部分に燃焼ボウルを最終機械加工することと、第２の部分にピン突起およびピン穴を最終機械加工することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
結果として生じるピストンは、ピストンのリングベルトに誘導溶接接合部を設けられ、リングベルトに設けられる任意のリング溝の最下部の下に誘導溶接接合部を設置する、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
加熱および第２の部分との結合の前に、第１の部分にバルブポケットを機械加工することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
第１および第２の部分の嵌め合い壁部分に接合面を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
壁部分は環状である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
接合面は壁部分の括れた端部領域に設けられる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
接合面の温度を結合温度に上昇させるのに必要な加熱はいずれも、接合面が互いに接触される前および後に中断される、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
環状の冷却ギャラリーは、径方向に間隔をあけられた側壁の対、上部壁、および底部壁が境界となる第１および第２の部分の間に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
冷却ギャラリーに露出される接合面において溶接接合部が各々の側壁に形成されるように、接合面が側壁に形成される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
第１の部分は燃焼ボウルを有して形成され、第２の部分はピン突起の対およびピン突起に動かせないように固定されるピストンスカートを有して形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
第１の部分は、第１の部分の長手方向の軸を含む平面を横切って非対称形の機能を有して機械加工される、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
ピストンを製造する方法であって、
少なくとも１つの関連する嵌め合わせ面を有する第１のピストン部分を製造することと、
少なくとも１つの関連する嵌め合わせ面を有する第１のピストン部分から別々に第２のピストン部分を製造することと、
第１のピストン部分の嵌め合わせ面を第２のピストン部分の嵌め合わせ面から間隔をあけることと、
嵌め合わせ面が間隔をあけられた状態で、面の溶接に十分な温度に面を加熱することと、
接合された嵌め合わせ面を横切ってピストン部分を溶接するように、加熱された嵌め合わせ面を互いに接触させ、接合された嵌め合わせ面がまだ熱い間に、嵌め合わせ面の厚さを減少させるようにピストン部分を互いから軸方向に引離すこととを備える、方法。
【請求項２８】
接合面は誘導加熱によって加熱される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
嵌め合わせ面を横切って空洞を形成することを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
溶接に続いて、接合された嵌め合わせ面は、接合された嵌め合わせ面を再び焼戻しするようにさらに加熱処理される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
ピストンであって、
嵌め合わせ面を有する上部ピストン部分と、
嵌め合わせ面を有する下部ピストン部分と、
前記嵌め合わせ面を合体する誘導溶接接合部とを備え、接合された嵌め合わせ面は溶接接合部において局所的に薄くされる、ピストン。
【請求項１】
ピストンを作る方法であって、
互いから間隔をあけられた少なくとも２つの関連する周方向に延在する接合面を有するピストンの第１の部分を準備することと、
互いから間隔をあけられた少なくとも２つの関連する周方向に延在する接合面を有するピストンの第２の部分を準備することと、
第１の部分の接合面が第２の部分の接合面と接触しないように位置決めされた状態で、第１および第２のピストン部分を支持することと、
第１および第２の部分の接合面を高い結合温度に加熱し、その後、第１および第２の部分の接合面を互いに接触させ、それによって、それらの間に冶金的な結合を形成することとを備え、接合面は異なる平面に位置する、方法。
【請求項２】
接合面は誘導加熱によって加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１および第２のピストン部分が互いに接触しないように支持される間に、それらのそれぞれの接合面は互いに間隔をあけられた関係で、第１の部分の形成面と第２の部分の形成面との間に空隙を形成して配置される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
誘導加熱は、空隙の中に誘導コイルを伸長し、接合面を加熱するようにコイルを通電することによって実施され、その後、第１および第２の部分の接合面を接触させる前にコイルが空隙から引抜かれる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
接合面の接触の間、第１および第２の部分は、互いを横切って接合面を摺動させるように互いに対して捩じられる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
捩じることは３６０°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
捩じることは１８０°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
捩じることは９０°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
捩じることは４５°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
捩じることは３０°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
捩じることは２０°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
捩じることは１０°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項１３】
捩じることは５°未満にわたって行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項１４】
第１および第２の部分の一方の接合面に、前記接合面の他方によりもより接近して誘導コイルを位置決めすることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
第１および第２の部分を異なる材料から製造することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
接合面の加熱および結合の前に、部分に燃焼ボウルを最終機械加工することと、第２の部分にピン突起およびピン穴を最終機械加工することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
結果として生じるピストンは、ピストンのリングベルトに誘導溶接接合部を設けられ、リングベルトに設けられる任意のリング溝の最下部の下に誘導溶接接合部を設置する、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
加熱および第２の部分との結合の前に、第１の部分にバルブポケットを機械加工することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
第１および第２の部分の嵌め合い壁部分に接合面を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
壁部分は環状である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
接合面は壁部分の括れた端部領域に設けられる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
接合面の温度を結合温度に上昇させるのに必要な加熱はいずれも、接合面が互いに接触される前および後に中断される、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
環状の冷却ギャラリーは、径方向に間隔をあけられた側壁の対、上部壁、および底部壁が境界となる第１および第２の部分の間に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
冷却ギャラリーに露出される接合面において溶接接合部が各々の側壁に形成されるように、接合面が側壁に形成される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
第１の部分は燃焼ボウルを有して形成され、第２の部分はピン突起の対およびピン突起に動かせないように固定されるピストンスカートを有して形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
第１の部分は、第１の部分の長手方向の軸を含む平面を横切って非対称形の機能を有して機械加工される、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
ピストンを製造する方法であって、
少なくとも１つの関連する嵌め合わせ面を有する第１のピストン部分を製造することと、
少なくとも１つの関連する嵌め合わせ面を有する第１のピストン部分から別々に第２のピストン部分を製造することと、
第１のピストン部分の嵌め合わせ面を第２のピストン部分の嵌め合わせ面から間隔をあけることと、
嵌め合わせ面が間隔をあけられた状態で、面の溶接に十分な温度に面を加熱することと、
接合された嵌め合わせ面を横切ってピストン部分を溶接するように、加熱された嵌め合わせ面を互いに接触させ、接合された嵌め合わせ面がまだ熱い間に、嵌め合わせ面の厚さを減少させるようにピストン部分を互いから軸方向に引離すこととを備える、方法。
【請求項２８】
接合面は誘導加熱によって加熱される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
嵌め合わせ面を横切って空洞を形成することを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
溶接に続いて、接合された嵌め合わせ面は、接合された嵌め合わせ面を再び焼戻しするようにさらに加熱処理される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
ピストンであって、
嵌め合わせ面を有する上部ピストン部分と、
嵌め合わせ面を有する下部ピストン部分と、
前記嵌め合わせ面を合体する誘導溶接接合部とを備え、接合された嵌め合わせ面は溶接接合部において局所的に薄くされる、ピストン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２００７−５２４５１２（Ｐ２００７−５２４５１２Ａ）
【公表日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４４００７（Ｐ２００６−５４４００７）
【出願日】平成１６年１２月１０日（２００４．１２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４１３７１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６０３１５
【国際公開日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（５９９０５８３７２）フェデラル−モーグル コーポレイション (234)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１０日（２００４．１２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４１３７１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６０３１５
【国際公開日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（５９９０５８３７２）フェデラル−モーグル コーポレイション (234)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]