特表2022-523809エンジンピストン、エンジン、ハンドヘルドツール、及びエンジンピストンの製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-26
(54)【発明の名称】エンジンピストン、エンジン、ハンドヘルドツール、及びエンジンピストンの製造方法
(51)【国際特許分類】
F02F 3/00 20060101AFI20220419BHJP
F16J 1/00 20060101ALI20220419BHJP
B22C 9/24 20060101ALI20220419BHJP
B22C 9/10 20060101ALI20220419BHJP
【ＦＩ】
F02F3/00 M
F02F3/00 G
F16J1/00
B22C9/24 A
B22C9/10 J
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021552634
(86)(22)【出願日】2020-03-02
(85)【翻訳文提出日】2021-09-03
(86)【国際出願番号】 SE2020050228
(87)【国際公開番号】W WO2020180232
(87)【国際公開日】2020-09-10
(31)【優先権主張番号】1950283-0
(32)【優先日】2019-03-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】SE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】511234781
【氏名又は名称】フスクバルナ アクティエボラーグ
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一
(74)【代理人】
【識別番号】100114018
【弁理士】
【氏名又は名称】南山 知広
(74)【代理人】
【識別番号】100153729
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 有一
(72)【発明者】
【氏名】ヘンリク アッサールソン
(72)【発明者】
【氏名】ヨーアン レーン
【テーマコード（参考）】
3J044
4E093
【Ｆターム（参考）】
3J044AA06
3J044CA01
3J044CA25
3J044CA40
3J044DA09
4E093QA01
4E093QA02
4E093UA06
4E093UA08
(57)【要約】
ピストン先端部（３）と、外套面（５）と、外套面（５）内の層状掃気チャネル（７）と、ピストン先端部（３）と層状掃気チャネル（７）との間に準備された重量減少空間（９）と、を備える２ストロークエンジンピストン（１）が開示されている。重量減少空間（９）は、外套面（５）で最大の第１の軸方向範囲（ａ１）と、外套面（５）の半径方向内側で最大の第２の軸方向範囲（ａ２）と、を有し、第２の軸方向範囲（ａ２）は最大の第１の軸方向範囲（ａ１）よりも大きい。本開示は、エンジン（３０）、ハンドヘルドツール（４０）、及びエンジンピストン（１）の製造方法に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
２ストロークエンジンピストン（１）であって、ピストン先端部（３）と、
外套面（５）と、
該外套面（５）の層状掃気チャネル（７）と、
前記ピストン先端部（３）と前記層状掃気チャネル（７）との間に準備された重量減少空間（９）と、備え、
前記重量減少空間（９）は、前記外套面（５）における前記２ストロークエンジンピストン（１）の中心軸（ａｘ）に平行な方向において最大の第１の軸方向範囲（ａ１）と、前記外套面（５）の半径方向内側で前記２ストロークエンジンピストン（１）の前記中心軸（ａｘ）に平行な方向における第２の軸方向範囲（ａ２）とを有し、
前記第２の軸方向範囲（ａ２）は前記最大の第１の軸方向範囲（ａ１）よりも大きい、２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項2】
前記第２の軸方向範囲（ａ２）は、前記最大の第１の軸方向範囲（ａ１）よりも少なくとも１０％大きいか、又は少なくとも４０％大きい、請求項１に記載の２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項3】
前記第２の軸方向範囲（ａ２）は、前記最大の第１の軸方向範囲（ａ１）よりも少なくとも８０％大きいか、又は少なくとも１００％大きい、請求項２に記載の２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項4】
前記重量減少空間（９）は、前記外套面（５）における第１の最上部区画面（１０'）と、前記外套面（５）の半径方向内側における第２の上部区画面（１０”）とを有し、前記第２の上部区画面（１０”）は、前記第１の最上部区画面（１０'）よりも前記ピストン先端部（３）に近接して準備されることを特徴とする、請求項１～３の何れか一項に記載の２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項5】
前記２ストロークエンジンピストン（１）は前記外套面（５）に第１のピストンリング凹部（１１）を有し、前記重量減少空間（９）は、前記第１のピストンリング凹部（１１）の半径方向内側に延在していることを特徴とする、請求項１～４の何れか一項に記載の２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項6】
前記２ストロークエンジンピストン（１）は前記外套面（５）に第２のピストンリング凹部（１３）を有し、前記重量減少空間（９）は、前記第２のピストンリング凹部（１３）の半径方向内側に延在していることを特徴とする、請求項５に記載の２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項7】
前記重量減少空間（９）は前記外套面（５）における第１の最下部区画面（１５’）と、前記外套面（５）の半径方向内側における第２の下部区画面（１５”、１５’”）とを有し、前記第２の下部区画面（１５”、１５’”）は、前記第１の最下部区画面（１５’）よりも前記ピストン先端部（３）からさらに離間して準備されることを特徴とする、請求項１～６の何れか一項に記載の２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項8】
前記重量減少空間（９）は、層状掃気チャネル（７）の半径方向内側に延びていることを特徴とする、請求項７に記載の２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項9】
前記重量減少空間（９）の半径方向範囲（ｒ１）は、前記２ストロークエンジンピストン（１）の半径（ｒ）の少なくとも１５％、又は少なくとも３５％である、請求項１～８の何れか一項に記載の２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項10】
前記重量減少空間（９）は、前記外套面（５）において最大の第１の接線方向範囲（Ｔ１）と、前記外套面（５）の半径方向内側に第２の接線方向範囲（Ｔ２）とを有し、前記第２の接線方向範囲（Ｔ２）は前記最大の第１の接線方向範囲（Ｔ１）よりも大きい、請求項１～９の何れか一項に記載の２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項11】
前記第２の接線方向範囲（Ｔ２）は、前記最大の第１の接線方向範囲（Ｔ１）よりも少なくとも５％大きいか、又は少なくとも１０％大きい、請求項１０に記載の２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項12】
前記重量減少空間（９）は、前記２ストロークエンジンピストン（１）を備えるエンジン（３０）の作動中に、任意のガス移動チャネルの相互接続を分離するように構成される、請求項１～１１の何れか一項に記載の２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項13】
前記２ストロークエンジンピストン（１）は、前記外套面（５）の第２の層状掃気チャネル（７’）と、
前記ピストン先端部（３）と前記第２の層状掃気チャネル（７’）との間に準備された第２の重量減少空間（９’）と、を備える請求項１～１２の何れか一項に記載の２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項14】
前記重量減少空間（９）は、前記２ストロークエンジンピストン（１）の中心軸（ａｘ）に沿って延在する平面（ｐ１）の第１の側（ｓ１）に準備され、前記第２の重量減少空間（９'）は前記平面（ｐ１）の第２の側（ｓ２）に準備される、請求項１３に記載の２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項15】
前記第２の重量減少空間（９’）は、前記重量減少空間（９）と実質的に同一であるが鏡面対称形状を有する、請求項１３又は１４に記載の２ストロークエンジンピストン（１）。
【請求項16】
請求項１～１５の何れか一項に記載の２ストロークエンジンピストン（１）を備える２ストロークエンジン（３０）。
【請求項17】
請求項１６に記載の２ストロークエンジン（３０）を備えるハンドヘルドツール（４０）。
【請求項18】
２ストロークエンジンピストン（１）を製造する方法（１００）であって、キャビティ（５２）を有する鋳型（５０）を提供するステップ（１１０）であって、キャビティ（５２）内に備わるピストン（１）が、ピストン先端部（３）と、外套面（５）と、該外套面（５）内の層状掃気チャネル（７）とを有するように、前記キャビティ（５２）が準備される、ステップ（１１０）と、
キャビティ（５２）内にコア（５４）を準備するステップ（１２０）であって、コア（５４）の外面（５４’）が２ストロークエンジンピストン（１）の重量減少空間（９）の内面（８）を規定するように、かつ、重量減少空間（９）が、ピストン先端部（３）と層状掃気チャネル（７）との間に準備され、前記外套面（５）において２ストロークエンジンピストン（１）の中心軸（ａｘ）に平行な方向で最大の第１の軸方向範囲（ａ１）と、前記外套面（５）の半径方向内側における２ストロークエンジンピストン（１）の中心軸（ａｘ）に平行な方向で第２の軸方向範囲（ａ２）と、を提供し、前記第２の軸方向範囲（ａ２）が前記最大の第１の軸方向範囲（ａ１）よりも大きい、ステップ（１２０）と、
を有する、方法（１００）。
【請求項19】
コア（５４）を準備するステップ（１２０）は、鋳型（５０）とは異なる材料のコア（５４）を準備するステップ（１２２）含む、請求項１８に記載の方法（１００）。
【請求項20】
コア（５４）を準備するステップ（１２０）は、前記コア（５４）がロストコア（５４）となるようにコア（５４）を準備するステップ（１２４）を含む、請求項１８又は１９に記載の方法（１００）。
【請求項21】
コア（５４）を準備するステップ（１２０）は、多孔質材料のコア（５４）を準備するステップ（１２６）を含む、請求項１８～２０の何れか一項に記載の方法（１００）。
【請求項22】
多孔質材料のコア（５４）を準備するステップ（１２６）は、砂及び／又は塩のコア（５４）を準備するステップ（１２８）を含む、請求項２１に記載の方法（１００）。
【請求項23】
コア（５４）を準備するステップ（１２０）は、付加的な方法（１００）を用いてコア（５４）を準備するステップ（１３０）を含む、請求項１８～２２の何れか一項に記載の方法（１００）。
【請求項24】
エンジンピストン（１）を製造する方法（２００）であって、キャビティ（５２）を有する鋳型（５０）を提供するステップ（１１０）であって、キャビティ（５２）内に備わるピストン（１）が、ピストン先端部（３）と、外套面（５）と、該外套面（５）内の層状掃気チャネル（７）とを有するように、前記キャビティ（５２）が準備される、ステップ（１１０）と、
キャビティ（５２）にコア（５４）を準備するステップ（１２０）であって、コア（５４）の外面（５４’）がピストン（１）の重量減少空間（９）の内面（８）を規定し、かつ、重量減少空間（９）が、外套面（５）においてエンジンピストン（１）の中心軸（ａｘ）に平行な方向で最大の第１の軸方向範囲（ａ１）と、外套面（５）の半径方向内側におけるエンジンピストン（１）の中心軸（ａｘ）に平行な方向で第２の軸方向範囲（ａ２）とを提供し、前記第２の軸方向範囲（ａ２）が前記最大の第１の軸方向範囲（ａ１）よりも大きい、ステップ（１２０）と、
を有する、方法（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、重量減少空間を備える２ストロークエンジンピストンに関する。
本開示はさらに、ピストンを備える２ストロークエンジンと、２ストロークエンジンを備えるハンドヘルドツールと、エンジンピストンを製造する方法と、に関する。
本開示はさらに、ピストンを備える２ストロークエンジンと、２ストロークエンジンを備えるハンドヘルドツールと、エンジンピストンを製造する方法と、に関する。
【背景技術】
【0002】
２ストロークエンジンとは、内燃機関の一種で、クランク軸１回転だけの間にピストンの２ストロークでパワーサイクルを完結させるものである。シリンダ内のピストンの最上部位置は通常、上死点と呼ばれ、シリンダ内のピストンの最下部位置は通常、下死点と呼ばれる。２ストロークエンジンは４ストロークエンジンに比べ、可動部品点数を大幅に削減し、コンパクト化、大幅な軽量化を実現した。したがって、２ストロークガソリンエンジンは、機械的簡易性、軽量性、および高い電力対重量比が主な懸念事項である用途で使用される。典型的な用途は、チェーンソーのようなハンドヘルドツールである。
【0003】
ほとんどの小型２ストロークエンジンはクランクケース掃気エンジンである。つまり、これらのエンジンはピストンのパワーストローク中にクランクケース内に圧力を増加するために、これらのエンジンがチャージングポンプとしてピストンの下の領域を使用するということである。これらのエンジンの幾つかには、クランクケースに空気／燃料混合気を供給するように構成されたキャブレターのような燃料供給装置が設けられている。２ストロークエンジンの動力行程では、燃料の燃焼によって得られるシリンダ内の増加した圧力と温度がエンジンのクランク軸に供給される機械的仕事に部分的に変換される。同時に、クランクケース内の圧力は、ピストンが下死点に向かって移動結果として増加する。シリンダ壁に準備された排気口を開放し、ピストンが下死点に向かうその動きでシリンダに対して第１の位置に達したときに、排気ガスをシリンダから流出させる。ピストンは、下死点に向かって移動を続け、第１の位置より下の第２の位置に到達すると、シリンダ壁内に準備された入口ポートが開放される。入口ポートは、移送ダクトを介してクランクケースに流体的に接続される。クランクケース内の混合気はクランクケース内の過圧力により、入口ポートを介して強制的にシリンダ内に流入する。
【0004】
従って、上記から理解されるように、このタイプのエンジンでは排気ポートとシリンダ内の入口ポートとが、エンジンの掃気段階、すなわちピストンが下死点の領域にあるときに、同時に開いている。その結果、空気／燃料混合物のいくらかは、吸気ポートから掃気段階で排気ポートにシリンダを通って流れることができる。したがって、小型の２ストロークエンジンに関連する問題は、未燃炭化水素、すなわち未燃燃料の排気である。この課題に対抗する方法は、層状掃気装置をエンジンに提供することである。
【0005】
このようなエンジンでは、ピストンが上死点の領域にあるときに、移送ダクトとシリンダ壁内の空気流路とを重ね合わせるように準備された層状の掃気流路を備えることができる。ピストンがこの位置にあるとき、清浄な空気、すなわち付加された燃料のない空気が空気流路から移送ダクト内に流れ込む可能性がある。その結果、ピストンが、入口ポートが開放された上述した第２の位置に到達すると、清浄な空気は移送ダクト内をさらに下がった空気／燃料混合物がシリンダに到達する前に、まずシリンダ内に入る。このようにして、掃気段階において排気ポートを通って流出する燃料が少なくなり、それによって未燃焼炭化水素の排気を大幅に低減することができる。
【0006】
しかし、ピストン内に層状掃気チャネルを有する欠点は、ピストン内のチャネル壁を必要とするため、ピストンに重量を付加することである。エンジンのピストンの重量は重要な側面であり、ピストンの重量の増加はいくつかの欠点をもたらす。例えば、より高い重量を有するピストンは、ピストンの移動によって引き起こされる振動を増大させる。従って、ピストンを含むエンジンはより振動し、クランクシャフト上のカウンターウェイトを必要とすることがあり、このカウンターウェイトはより大きな重量を有するとともに、ベアリングはより大きな重量を有する。従って、このようなエンジンは、ハンドヘルドツールの重量を増加させ、使用中にそれをより振動させる可能性がある。以上のことから理解されるように、エンジンのピストンの軽量化により、多くの利点を得ることができる。しかしながら、ピストンの重量を軽減しようとするときにも、多くの課題が存在する。部分的には、ピストンがエンジンでの動作中に受ける高温、力、および圧力に耐えるために、一定構造的強度および剛性を必要とするからである。さらに、ピストンの重量の減少は、必要とされるピストンの構造および幾何学的形状により問題となる場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の目的は、上述の問題および欠点の少なくともいくつかを克服するか、又は少なくとも軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の第１の態様によれば、目的は、ピストン先端部と、外套面と、外套面内の層状掃気チャネルと、ピストン先端部と層状掃気チャネルとの間に準備された重量減少空間とを備える２ストロークエンジンピストンによって達成される。重量減少空間は外套面で最大の第１の軸方向範囲、外套面内で半径方向に第２の軸方向範囲を有し、第２の軸方向範囲は、最大の第１の軸方向範囲よりも大きい。
【0009】
第２の軸方向範囲は、最大の第１の軸方向範囲よりも大きいので、構造的に強固で堅固なピストンのための条件が提供される一方で、ピストンの重量を大幅に軽減するための条件が提供される。これは外套面における重量減少空間の比較的より小さい第１の軸方向範囲が、ピストンの構造的強度および剛性を大きく損なわない一方で、重量減少空間の比較的大きい第２の軸方向範囲が、外套面の半径方向内側であるため、ピストンの大幅な重量減少をもたらすことができるからである。外套面における重量減少空間の比較的より小さい第１の軸方向範囲は、ピストンの外套面が外套面の半径方向内部の材料よりも、ピストンの構造的強度および剛性にとって重要であるため、ピストンの構造的強度および剛性を大きく損なうことはないであろう。
【0010】
さらに、ピストンの外套面は、シールを備え、熱を伝導し、シリンダに沿ったピストンの移動時にエンジンのシリンダに対してピストンを安定させるなど、多くのエンジン関連機能を有する。したがって、第２の軸方向範囲は最大の第１の軸方向範囲よりも大きいので、外套面のエンジン関連機能が著しく損なわれることはないが、ピストンの重量を大幅に軽減するための条件が提供される。
【0011】
さらに、ピストンを大幅に軽量化するための条件が提供されるので、運転中の重量を大幅に軽減し、振動を低減した燃焼エンジンのための条件も提供される。
【0012】
さらに、ピストンは層状掃気チャネルを含むので、ピストンが２ストロークエンジンで使用されるとき、炭化水素の低排気のための条件が提供される。さらに、重量減少空間により、ピストンがピストンに重量を加える層状掃気チャネルを含むにもかかわらず、軽量ピストンを設けることができる。
【0013】
したがって、上述の問題および欠点の少なくともいくつかを克服するか、又は少なくとも軽減するピストンが提供される。その結果、上記目的が達成される。
【0014】
任意選択で、第２の軸方向範囲は、最大の第１の軸方向範囲よりも少なくとも１０％大きいか、又は少なくとも４０％大きい。それによって、構造的に強い剛性のピストンのための条件が提供され、ピストンの重量の有意な減少のための条件が提供される。
【0015】
任意選択で、第２の軸方向範囲は、最大の第１の軸方向範囲よりも少なくとも８０％大きいか、又は少なくとも１００％大きい。それによって、構造的に強い剛性のピストンのための条件が提供され、ピストンの重量の有意な減少のための条件が提供される。
【0016】
任意に、重量減少空間は外套面における第１の最上部区画面と、外套面の半径方向内側における第２の上部区画面とを含み、第２の上部区画面は、第１の最上部区画面よりもピストン先端部に近接して準備される。それによって、構造的に強い剛性のピストンのための条件が提供され、ピストンの重量の有意な減少のための条件が提供される。これは、外套面における第１の最上部区画面とピストン先端部との間の比較的大きい軸方向距離が構造的に強固で堅固なピストンを確保し、一方、第２の上部区画面とピストン先端部との間の比較的小さい軸方向距離がピストンの重量の有意な減少のための条件を提供するからである。
【0017】
任意に、ピストンは外套面内の第１のピストンリング凹部を備え、重量減少空間は第１のピストンリング凹部の内側に半径方向に延在する。これにより、構造強度及び剛性が著しく損なわれることなく、ピストンのさらなる軽量化のための条件が提供される。これは、ピストンリング凹部の半径方向内側の材料がピストンの構造強度と剛性に与える影響が小さいためである。さらに、外套面のエンジン関連機能が著しく損なわれない一方で、ピストンの重量の有意な減少のための条件が提供される。
【0018】
任意に、ピストンは外套面内にある第２のピストンリング凹部を備え、重量減少空間は第２のピストンリング凹部の内側に半径方向に延在する。これにより、ピストンのさらなる軽量化のための条件が提供され、一方、エンジン関連機能およびピストンの構造的強度および剛性は、それほど損なわれない。さらに、これらの実施形態に係るピストンは、２つのピストンリング凹部を備えているので、ピストンとシリンダ壁との間に改善されたシールを得るための条件を有するピストンが提供される。
【0019】
任意選択で、重量減少空間は外套面において第１の最下部区画面と、外套面の半径方向内側において第２の最下部区画面とを備え、第２の最下部区画面は第１の最下部区画面よりもピストン先端部からさらに準備される。それによって、構造的に強い剛性のピストンのための条件が提供され、ピストンの重量の有意な減少のための条件が提供される。これは、第２の下部区画面とピストン先端部との間の比較的大きい軸方向距離がピストンの重量の有意な減少のための条件を提供し、一方、外套において第１の下部区画面とピストン先端部との間の比較的小さい軸方向距離が構造的に強固で堅固なピストンを確保するからである。
【0020】
任意に、重量減少空間は、層状掃気チャネルの内側に半径方向に延在する。これにより、ピストンがピストンに重量を付加する層状掃気チャネルを含むにもかかわらず、ピストンをさらに軽量化するための条件が提供される。
【0021】
任意に、略円筒形ピストンに対して、重量減少空間の半径方向範囲は、ピストンの半径の少なくとも１５％、又は少なくとも３５％である。これにより、ピストンの大幅な軽量化を保証することができる。
【0022】
任意に、重量減少空間は外套面において最大の第１の接線方向範囲、および外套面の半径方向内部において第２の接線方向範囲を有し、第２の接線方向範囲は、最大の第１の接線方向範囲よりも大きい。これにより、構造的に強固な剛性のピストンのための条件が提供され、ピストンの重量のさらなる減少のための条件が提供される。これは、ピストンの外套面の材料が外套面の半径方向内部の材料よりも、ピストンの構造強度や剛性にとって重要であるためである。さらに、外套面のエンジン関連機能が著しく損なわれない一方で、ピストンの重量の有意な減少のための条件が提供される。
【0023】
任意選択で、第２の接線方向範囲は、最大の第１の接線方向範囲よりも少なくとも５％大きいか、又は少なくとも１０％大きい。これにより、エンジン関連機能及びピストンの構造強度及び剛性を著しく損なわない間に、ピストンの大幅な軽量化を確保することができる。
【0024】
任意に、重量減少空間は、ピストンを備えるエンジンの動作中に任意のガス移動チャネルを相互接続することから隔離されるように構成される。これにより、重量減少空間の唯一の目的がピストンの軽量化であるピストンが提供される。従って、重量減少空間がいかなるガス移動チャネル間の接続にも関与しないピストンが設けられる。さらに任意選択的に、重量減少空間はピストンを備えるエンジンの動作中に、任意のガス移動チャネルから隔離されるように構成されてもよい。
【0025】
任意に、ピストンは、外套面にある第２の層状掃気チャネルと、ピストン先端部と第２の層状掃気チャネルとの間に準備された第２の重量減少空間とを備える。これにより、ピストンが、各々重量をピストンに加える２つの層状掃気チャネルを含むにもかかわらず、重量が低いピストンに対して条件が提供される。
【0026】
第２の重量減少空間は上述した重量減少空間の実施形態のいずれかに従って、外套面で最大の第１の軸方向範囲、外套面の半径方向内部で最大の第２の軸方向範囲を有し得、第２の軸方向範囲は、最大の第１の軸方向範囲よりも大きい。
【0027】
任意に、前記重量減少空間は前記ピストンの中心軸に沿って延在する平面の第１の側に準備され、前記第２の重量減少空間は前記平面の第２の側に準備される。それによって、構造的に強い剛性のピストンのための条件が提供され、ピストンのさらなる重量減少のための条件が提供される。
【0028】
任意選択的に、第２の重量減少空間は、重量減少空間と実質的に同一であるが鏡像対称の形状を有する。それによって、構造的に強い剛性のピストンのための条件が提供され、ピストンのさらなる重量減少のための条件が提供される。
【0029】
本発明の第２の態様によれば、この目的は、本開示のいくつかの実施形態によるピストンを備える２ストロークエンジンによって達成される。
【0030】
それによって、使用中に低量の振動および炭化水素を生成する低重量２ストロークエンジンのための条件が提供される。これは、エンジンがその重量を大幅に減少させる条件を有するピストンを備えているため、およびピストンが層状掃気チャネルを備えているためである。
【0031】
したがって、上述の問題および欠点の少なくともいくつかを克服するか、又は少なくとも軽減する２ストロークエンジンが提供される。その結果、上記目的が達成される。
【0032】
本発明の第３の態様によれば、この目的は、本開示のいくつかの実施形態による２ストロークエンジンを備えるハンドヘルドツールによって達成される。
【0033】
それによって、使用中に少量の振動および炭化水素を生成しながら、軽量のハンドヘルドツールのための条件が提供される。これは、エンジンがその重量を大幅に減少させる条件を有するピストンを備えているため、およびピストンが層状掃気チャネルを備えているためである。
【0034】
したがって、上述の問題および欠点の少なくともいくつかを克服するか、又は少なくとも軽減するハンドヘルドツールが提供される。その結果、上記目的が達成される。
【0035】
本発明の第４の態様によれば、目的は、以下のステップを含む２ストロークエンジンピストンの製造方法によって達成される。
キャビティを有する鋳型を提供するステップであって、キャビティ内に鋳造されたピストンが、ピストン先端部、外套面、および外套面内の層状掃気チャネルを有するように、キャビティが準備された、ステップと、
コアをキャビティ内に準備するステップであって、コアの外面がピストンの重量減少空間の内面を規定するように、かつ、重量減少空間がピストン先端部と層状掃気チャネルとの間に準備され、外套面において最大の第１の軸方向範囲と、外套面内部において半径方向に第２の軸方向範囲とを提供し、ここで、第２の軸方向範囲は最大の第１の軸方向範囲よりも大きい、ステップ。
キャビティを有する鋳型を提供するステップであって、キャビティ内に鋳造されたピストンが、ピストン先端部、外套面、および外套面内の層状掃気チャネルを有するように、キャビティが準備された、ステップと、
コアをキャビティ内に準備するステップであって、コアの外面がピストンの重量減少空間の内面を規定するように、かつ、重量減少空間がピストン先端部と層状掃気チャネルとの間に準備され、外套面において最大の第１の軸方向範囲と、外套面内部において半径方向に第２の軸方向範囲とを提供し、ここで、第２の軸方向範囲は最大の第１の軸方向範囲よりも大きい、ステップ。
【0036】
この方法は第２の軸方向範囲が最大の第１の軸方向範囲より大きくなるようにコアを準備するステップを含むので、この方法はピストンの重量を大幅に減少させるための条件を提供する一方で、ピストンの構造的強度および剛性はそれほど損なわれない。これは外套面における重量減少空間の比較的より小さい第１の軸方向範囲が、ピストンの構造的強度および剛性を大きく損なうことがない一方で、外套面の半径方向内部における重量減少空間の比較的大きい第２の軸方向範囲が、ピストンの大幅な重量減少をもたらすことができるからである。外套面における重量減少空間の比較的より小さい第１の軸方向範囲は、ピストンの外套面が外套面の半径方向内部の材料よりも、ピストンの構造的強度および剛性にとって重要であるため、ピストンの構造的強度および剛性を大きく損なうことはないであろう。
【0037】
さらに、ピストンの外套面は、シールを備え、熱を伝導し、シリンダに沿ったピストンの移動時にエンジンのシリンダに対してピストンを安定させるなど、多くのエンジン関連機能を有する。したがって、本方法は、第２の軸方向範囲が最大の第１の軸方向範囲よりも大きくなるようにコアを準備するステップを含むので、本方法は外套面のエンジン関連機能を著しく損なわない間に、ピストンの重量を大幅に減少させるための条件を提供する。
【0038】
さらに、この方法は、キャビティ内に鋳造されたピストンが層状掃気チャネルを有するように準備されたキャビティを有する鋳型を提供するステップを含むので、ピストンが２ストロークエンジンで使用されるときに炭化水素の低排気のための条件が提供される。さらに、ピストンが層状掃気チャネルを含むにもかかわらず、低重量のピストンを提供することができる方法が提供される。
【0039】
したがって、上述の問題および欠点の少なくともいくつかを克服するか、又は少なくとも軽減する方法が提供される。その結果、上記目的が達成される。
【0040】
任意選択的に、コアを準備するステップは、以下のステップを含む。
鋳型とは異なる材料のコアを準備するステップ。
鋳型とは異なる材料のコアを準備するステップ。
【0041】
これにより、ピストンを鋳型に鋳込んだ後に取り出すのが簡単な材料のコアを準備する条件が提供される。さらに、材料のコアを準備するための条件が提供され、コアのより複雑な幾何学的形状を可能にし、したがって、重量減少空間のより複雑な幾何学的形状も可能にする。
【0042】
任意選択的に、コアを準備するステップは、以下のステップを含む。
コアがロストコアとなるようにコアを準備するステップ。
コアがロストコアとなるようにコアを準備するステップ。
【0043】
これにより、ピストンが層状掃気チャネルを備えているにもかかわらず、また、重量減少空間の第２の軸方向範囲が最大の第１の軸方向範囲よりも大きいにもかかわらず、ピストンを鋳型に鋳込んだ後に取り除くことが容易なコアが得られる。
【0044】
任意選択的に、コアを準備するステップは、以下のステップを含む。
多孔質材料のコアを準備するステップ。
多孔質材料のコアを準備するステップ。
【0045】
これにより、ピストンが層状の掃気チャネルを備えているにもかかわらず、また、重量減少空間の第２の軸方向範囲が最大の第１の軸方向範囲よりも大きいにもかかわらず、ピストンを鋳型内に鋳造した後に、簡単な方法でコアを除去するための条件が提供される。
【0046】
任意選択的に、多孔質材料のコアを準備するステップは、以下のステップを含む。
珪砂及び／又は塩でできたコアを準備するステップ。
珪砂及び／又は塩でできたコアを準備するステップ。
【0047】
これにより、ピストンが層状の掃気チャネルを備えているにもかかわらず、また、重量減少空間の第２の軸方向範囲が最大の第１の軸方向範囲よりも大きいにもかかわらず、ピストンを鋳型内に鋳造した後に、簡単な方法でコアを除去するための条件が提供される。
【0048】
任意選択的に、コアを準備するステップは、以下のステップを含む。
付加的な製造方法を用いてコアを準備するステップ。
付加的な製造方法を用いてコアを準備するステップ。
【0049】
それによって、より複雑な幾何学形状を有するコアを得るための条件が提供され、したがって、より複雑な幾何学形状を有する重量減少空間を得るための条件も提供される。そのさらなる結果として、さらなる構造的に強い剛性のピストンを得るため、ならびにピストンのさらなる重量減少を得るための条件が提供される。
【0050】
本発明の第５の態様によれば、この目的は、以下のステップを含むエンジンピストンの製造方法によって達成される。
キャビティ内に鋳造されたピストンが、ピストン先端部及び外套面を有するように準備されたキャビティを有する鋳型を提供するステップと、
コアをキャビティ内に準備するステップであって、コアの外面がピストンの重量減少空間の内面を規定するように、かつ、重量減少空間が外套面で最大の第１の軸方向範囲と、外套面内部で半径方向に第２の軸方向範囲とを提供し、ここで、第２の軸方向範囲は最大の第１の軸方向範囲よりも大きい、ステップ。
キャビティ内に鋳造されたピストンが、ピストン先端部及び外套面を有するように準備されたキャビティを有する鋳型を提供するステップと、
コアをキャビティ内に準備するステップであって、コアの外面がピストンの重量減少空間の内面を規定するように、かつ、重量減少空間が外套面で最大の第１の軸方向範囲と、外套面内部で半径方向に第２の軸方向範囲とを提供し、ここで、第２の軸方向範囲は最大の第１の軸方向範囲よりも大きい、ステップ。
【0051】
これらの実施形態によれば、本方法によって製造されるピストンは、４ストロークピストンなどの２ストロークエンジンピストンとは別のタイプのエンジンピストンであってもよい。このようなピストンは例えば、ディーゼルエンジンのような圧縮点火エンジン、又は火花点火装置を有するオットーエンジンに使用されるように構成されても同様、オットーエンジンは、ガス、ガソリン、アルコール、同様の揮発性燃料、又はそれらの組み合わせで作動するように構成されてもよい。しかしながら、第５の態様による方法は、第４の態様による方法を参照して上で定義された実施形態のそれぞれと組み合わせることができることが理解されるのであろう。
【0052】
本方法は第２の軸方向範囲が最大の第１の軸方向範囲よりも大きくなるようにコアを準備するステップを含むので、本方法はピストンの重量を大幅に低減するための条件を提供する一方で、ピストンの構造的強度および剛性はそれほど損なわれない。これは外套面における重量減少空間の比較的より小さい第１の軸方向範囲が、ピストンの構造的強度および剛性を大きく損なうことがない一方で、外套面の半径方向内部における重量減少空間の比較的大きい第２の軸方向範囲が、ピストンの大幅な重量減少をもたらすことができるからである。外套面における重量減少空間の比較的より小さい第１の軸方向範囲は、ピストンの外套面が外套面の半径方向内部の材料よりも、ピストンの構造的強度および剛性にとって重要であるため、ピストンの構造的強度および剛性を大きく損なうことはないであろう。
【0053】
さらに、シールを備え、熱を伝導し、シリンダに沿ったピストンの移動時にエンジンのシリンダに対してピストンを安定させるなど、ピストンの外套面は多くのエンジン関連機能を有する。したがって、本方法は、第２の軸方向範囲が最大の第１の軸方向範囲よりも大きくなるようにコアを準備するステップを含むので、本方法は外套面のエンジン関連機能を著しく損なわない間に、ピストンの重量を大幅に減少させるための条件を提供する。
【0054】
したがって、上述の問題および欠点の少なくともいくつかを克服するか、又は少なくとも軽減する方法が提供される。その結果、上記目的が達成される。
【0055】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の特許請求の範囲および以下の詳細な説明を検討すると明らかになるのであろう。
【図面の簡単な説明】
【0056】
本発明の様々な態様（その特定の特徴および利点を含む）は、以下の詳細な説明および添付の図面において議論される例示的な実施形態から容易に理解される。
【発明を実施するための形態】
【0057】
ここで、本発明の態様をより完全に説明する。同じ参照符号は全体を通して同じ要素を指す。周知の機能又は構成は簡潔さ及び／又は明確さのために、必ずしも詳細に説明されない。
【0058】
図１は、いくつかの実施形態による、２ストロークエンジンピストン１の斜視図を示す。２ストロークエンジンピストン１は簡潔さと明瞭さの理由から、ここでは「ピストン１」と呼ばれることもある。ピストン１はピストン先端部３を備える。ピストン先端部３はピストン１がエンジンシリンダ内に準備されている場合に、２ストロークエンジンのエンジンシリンダのシリンダヘッドに対向するように準備されている。ピストン先端部３は、エンジンシリンダのシリンダ壁と共に燃焼室を画定するように準備されている。したがって、ピストン先端部３は、ピストン１を備えるエンジンの動力行程中、高温燃焼ガスと接触するように準備される。さらに、ピストン１は、円筒形状の外套面５を備える。外套面５の外径はエンジンシリンダの内径よりも僅かに小さく、外套面５はその中にピストン１を準備したときにエンジンシリンダのシリンダ壁に対向するように準備されている。ピストン１の外套面５は、ピストンスカートと呼ばれることもある。
【0059】
ピストン１は、外套面５内の第１および第２のピストンリング凹部１１、１３を備えている。第１及び第２のピストンリング凹部１１、１３の各々は、ピストン１の外套面５とエンジンシリンダのシリンダ壁との間にシールを与えるためのピストンリングを受け入れるように準備されている。さらに、ピストン１は、ピストン１をエンジンのコネクティングロッドに接続するためのガジオンピン（ピストンピン）を受け入れるように構成された開口部１２を備えている。
【0060】
ピストン１は、外套面５内に層状掃気チャネル７を更に備える。層状掃気チャネル７はピストン１がエンジンシリンダに対してある位置にあるときに、エンジンのシリンダ壁内に移送ダクトと空気チャネルとを重ね合わせて準備されている。ピストン１がこの位置にあるとき、清浄な空気、すなわち付加された燃料のない空気は、層状掃気チャネル７を介して空気チャネルから移送ダクト内に流入することができる。その結果、エンジンによって生成される未燃炭化水素の排気を大幅に低減することができる。
【0061】
図１に示すように、ピストン１は、ピストン先端部３と層状掃気チャネル７との間に準備された重量減少空間９を更に備える。図示の実施形態によれば、重量減少空間９は、ピストン１を含むエンジンの動作中に任意のガス移動チャネルから隔離されるように構成され、エンジンの動作中に任意のガス移動機能を割り当てられない。重量減少空間９はピストン１の外套面５を貫通して延在し、外套面５に開口部１４を有する。図示された実施形態によれば、重量減少空間９の開口部１４は、重量減少空間９の唯一の開口部である。図１では、開口部１４からは見えない、外套面５の半径方向内側の重量減少空間９の区画面の部分を鎖線で示している。重量減少空間９は、外套面５において、最大の第１の軸方向範囲ａ１を有する。用語「最大の第１の軸方向範囲ａ１」は、ここでは外套面５における重量減少空間９の２つの区画面の間、すなわち開口部１４において、ピストン１の中心軸に平行な方向に測定された重量減少空間９の最大の範囲ａ１を包含することを意図している。ピストン１の中心軸は、エンジンにおけるピストン１の動作中にピストン１の移動方向と一致する。さらに、ピストン１の中心軸も円筒状の外套面５の中心軸と一致している。
【0062】
さらに、本開示によれば、重量減少空間９は、外套面５の半径方向内側に第２の軸方向範囲ａ２を有する。図１から分かるように、第２の軸方向範囲ａ２は、最大の第１の軸方向範囲ａ１よりも大きい。用語「第２の軸方向範囲ａ２」は、ここではピストン１の中心軸に平行な方向において、外套面５の半径方向内側にある重量減少空間９の２つの区切られた表面の間で測定される重量減少空間９の範囲ａ２を包含することを意図している。本開示のいくつかの実施形態によれば、第２の軸方向範囲ａ２は、第１の軸方向範囲ａ１の半径方向内側で測定される。すなわち、かかる実施形態によれば、第１の軸方向範囲ａ１および第２の軸方向範囲ａ２は同一平面内で測定され、ここで、この平面はピストン１の中心軸に沿って延在される。
【0063】
本明細書でさらに説明されるように、第２の軸方向範囲ａ２は最大の第１の軸方向範囲ａ１よりも大きいので、構造的に強い剛性のピストン１のための条件が与えられ、一方、ピストン１の重量の有意な減少のための条件が与えられる。さらに、ピストン１の外套面５はシリンダに沿ったピストンの移動時に、シールを備え、熱を伝導し、ピストン１をエンジンのシリンダに対して安定させるなど、エンジンに関連する多くの機能を有する。したがって、第２の軸方向範囲ａ２が最大の第１の軸方向範囲ａ１よりも大きいので、外套面５のエンジン関連機能が著しく損なわれない一方で、ピストン１の重量の有意な減少のための条件が提供される。
【0064】
図示の実施形態によれば、第２の軸方向範囲ａ２は、最大の第１の軸方向範囲ａ１よりも約１２８％大きい。さらなる実施形態によれば、第２の軸方向範囲ａ２は、最大の第１の軸方向範囲ａ１よりも少なくとも１０％大きくてもよく、又は少なくとも４０％大きくてもよい。さらに、いくつかの実施形態によれば、第２の軸方向範囲ａ２は、最大の第１の軸方向範囲ａ１よりも少なくとも８０％大きくてもよく、又は少なくとも１００％大きくてもよい。
【0065】
図２は、図１に示されるピストン１の第１の断面を示す。図２の第１の断面は、中心軸からオフセットされた位置でピストン１の中心軸に平行な平面内に作られる。図２に示すように、重量減少空間９は、外套面５における第１の最上部区画面１０'を備える。用語「第１の最上部区画面１０’」はここではピストン１の中心軸に平行な方向に測定されたピストン先端部３に最も近い外套面５、すなわち開口部１４における重量減少空間９の区画面１０’を包含することを意図しており、さらに、重量減少空間９は、外套面５の半径方向内側にある第２の上部区画面１０”を含んでいる。図２に見られるように、第２の上部区画面１０”は、第１の最上部区画面１０’よりもピストン先端部３に近接して準備される。このようにして、構造的に強い剛性のピストン１のための条件が与えられ、ピストン１の重量を著しく減少させるための条件が与えられる。
【0066】
第２の上部区画面１０”は図示された実施形態に従う場合と同様に、外套面５の半径方向に位置する重量減少空間９の最上部区画面１０”であってもよく、すなわち、外套面５の半径方向の内側にある重量減少空間９の区画面１０”はピストン１の中心軸ａｘと平行な方向に測定されたピストン先端部３に最も近い位置にある。ピストン１が扁平なピストン先端部３を含む場合には第１の最上部区画面１０’の面法線、および第２の上部区画面１０”の面法線はピストン先端部の面法線とは反対の方向を向いている。さらに、ピストン１がエンジンに搭載されているときには、第１の最上部区画面１０’の面法線および第２の上部区画面１０”の面法線がそれぞれ、ピストン１の移動方向と一致する方向を指し、下死点に向かう方向に移動する。しかしながら、明らかに、本明細書の教示は、非扁平状ピストン先端部を有するピストンにも適用可能であることが理解されるのであろう。
【0067】
図１および図２では、第１および第２のピストンリング凹部１１、１３が示されている。図２に最もよく示されているように、重量減少空間９は第１のピストンリング凹部１１の内側に半径方向に延在するとともに、第２のピストンリング凹部１３の内側に半径方向に延在する。さらに、重量減少空間９は外套面５における第１の最下部区画面１５’と、外套面５の半径方向内側における第２の下部区画面１５”とから構成されており、図２に示すように、第２の下部区画面１５”は、第１の最下部区画面１５’よりもピストン先端部３からさらに離れて準備されている。このようにして、構造的に強い剛性のピストン１のための条件が与えられ、ピストン１の重量を著しく減少させるための条件が与えられる。
【0068】
用語「第１の最下部区画面１５’”」はここでは外套面５における重量減少空間９の区画面１５’を包含するように意図されており、すなわち、開口部１４において、ピストン１の中心軸に平行な方向に測定されるピストン先端部３から最も離れている。第２の下部区画面１５”は図示の実施形態による場合のように、外套面５の半径方向内側の重量減少空間９の最下部区画面１５”であってもよく、すなわち、ピストン１の中心軸に平行な方向に測定されるピストン先端部３から半径方向に最も離れている外套面５の半径方向内側の重量減少空間９の区画面１５”であってもよい。ピストン１が扁平状ピストン先端部３を備える場合、第１の最下部区画面１５’の面法線および面法線の第２の下部区画面１５”は、それぞれピストン先端部の面法線の方向を指す。更に、第１の最下部区画面１５’の面法線及び面法線の第２の下部区画面１５”はピストン１がエンジンに搭載されている場合にはピストン１の移動方向と一致する方向を各々指し示し、上死点に向かう方向に移動する。
【0069】
本開示のいくつかの実施形態によれば、重量減少空間９は、層状掃気チャネル７の内側に半径方向に延びることができる。このような重量減少空間９の下部区画面１５’”は、図２の鎖線１５’”で示されている。
【0070】
図示の実施形態によれば、重量減少空間９の半径方向範囲ｒ１は、ピストン１の半径の約５７％である。さらなる実施形態によれば、重量減少空間９の半径方向範囲ｒ１は、ピストン１の半径の少なくとも１５％、又は少なくとも３５％であってもよい。重量減少空間９の半径方向範囲ｒ１は、外套面５から重量減少空間９の半径方向内側の区画面まで、ピストン１の半径方向、すなわちピストン１の中心軸に垂直な方向に測定することができる。
【0071】
図３は図１および図２に示すピストン１の第２の断面を示す図である。図３の第２の断面は、ピストン１の中心軸に垂直な平面内で作られる。重量減少空間９は図３に示すように、外套面５における第１の接線方向範囲Ｔ１が最も大きく、外套面５における第２の接線方向範囲Ｔ２が半径方向内部にあり、第２の接線方向範囲Ｔ２が最大の第１の接線方向範囲Ｔ１よりも大きい。これにより、構造的に強固な剛性のピストン１のための条件が与えられ、ピストン１の重量を更に減少させるための条件が与えられる。これは、ピストン１の外套面５における材料が外套面５の半径方向内側の材料よりも、ピストン１の構造強度及び剛性にとって重要であるからである。
【0072】
本明細書で言及される接線方向範囲Ｔ１、Ｔ２は、中心軸と交差する中心正常なｃ１、ｃ２を有する測定線Ｌ１、Ｌ２に沿ってピストン１の中心軸に垂直な平面で測定された、重量減少空間９の２つの区画面間の距離である。図示の実施形態によれば、第２の接線方向範囲Ｔ２は、最大の第１の接線方向範囲Ｔ１よりも約１８％大きい。さらなる実施形態によれば、第２の接線方向範囲Ｔ２は、最大の第１の接線方向範囲Ｔ１よりも少なくとも５％大きくてもよく、又は少なくとも１０％大きくてもよい。
【0073】
図１に示すように、図示の実施形態によれば、ピストン１は、外套面５内に第２の層状掃気チャネル７’を備えている。また、第２の層状掃気チャネル７’はピストン１がエンジンシリンダに対してある位置にあるときに、エンジンのシリンダ壁内に移送ダクトと空気チャネルとを重ね合わせるように準備されている。すなわち、ピストン１がこの位置にあるとき、清浄な空気、すなわち付加された燃料のない空気は、空気流路から第２の層状掃気チャネル７’を介して移送ダクト内にも流入することができる。さらに、図１、図２、および図３に見られるように、ピストン１は、ピストン先端部３と第２の層状掃気チャネル７’との間に準備された第２の重量減少空間９’を備える。図３に示すように、重量減少空間９はピストン１の中心軸に沿って延びる平面ｐ１の第１の側ｓ１上に準備され、第２の重量減少空間９’は平面ｐ１の第２の側ｓ２上に準備され、第２の側ｓ２は第１の側ｓ１とは反対側に準備されている。第２の重量減少空間９’は重量減少空間９と実質的に同一であるが鏡面対称形状を有し、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。
【0074】
さらに、図１および図３に示されるように、ピストン１は第３の重量減少空間９”および第４の重量減少空間９’”を備え、図示される実施形態によれば、第３の重量減少空間９”および第４の重量減少空間９’”はそれぞれ、ピストン先端部３とピストン１の層状掃気チャネル７、７’との間に準備され、第３の重量減少空間９”および第４の重量減少空間９’”はそれぞれ、本明細書で説明される重量減少空間９と同様の又は対応する特徴を備え得る。
【0075】
ピストン１はアルミニウム合金で形成することができる。さらに、本明細書でさらに説明するように、ピストン１は、鋳造製造方法を使用して製造することができる。図１～３に示す実施形態によるピストン１は、小型クランクケース掃気２ストロークエンジン用の２ストロークエンジンピストン１である。
【0076】
図４は、いくつかの実施形態によるハンドヘルドツール４０を示す。図示の実施形態によれば、ハンドヘルドツール４０はチェーンソーである。さらなる実施形態によれば、ハンドヘルドツール４０は、ヘッジトリマー、リーフブロワー、マルチツールなどの別のタイプの携帯ツールであってもよい。ハンドヘルドツール４０は、２ストロークエンジン３０を備える。２ストロークエンジン３０は、図１～３に示す実施形態によるピストン１を備える。
【0077】
図５は、いくつかの実施形態による鋳型５０を示す。図示の実施形態によれば、鋳型５０は、キャビティ５２内に鋳造されたピストンが、外套面内のピストン先端部、外套面、および層状掃気チャネルを有するように準備されたキャビティ５２を有する。図示の実施形態によれば、鋳型５０は２つの鋳型半体５３、５３’を含む。２つの鋳型半体５３、５３’は、キャビティ５２の中心軸に沿って延びる分離平面に沿って互いに分離することができる。
【0078】
図６は、いくつかの実施形態によるコア５４を示す。本明細書でさらに説明するように、図示の実施形態によれば、コア５４は、鋳型５０のキャビティ５２内に準備されるように構成される。
【0079】
図７は、いくつかの実施形態による、２ストロークエンジンピストン１の製造方法１００を示す。ピストン１は、図１～３に示す実施形態によるピストン１とすることができる。更に、図５に示されている鋳型５０及び図６に示されているコア５４は、以下で参照される。従って、以下では、図１～３及び図５～７を同時に参照する。２ストロークエンジンピストン１を製造する方法１００は、以下のステップを含む。
キャビティ５２内に鋳造されたピストン１が、ピストン先端部３と、外套面５と、外套面５内の層状掃気チャネル７とを有するキャビティ５２を有する鋳型５０を設けるステップ１１０と、
コア５４をキャビティ５２内に準備するステップ１２０であって、コア５４の外面５４’がピストン１の重量減少空間９の内面８を画定し、重量減少空間９がピストン先端部３と層状掃気チャネル７との間に準備され、外套面５における最大の第１の軸方向範囲ａ１と、外套面５の半径方向内側における第２の軸方向範囲ａ２とを提供し、ここで第２の軸方向範囲ａ２は最大の第１の軸方向範囲ａ１よりも大きい、ステップ。
キャビティ５２内に鋳造されたピストン１が、ピストン先端部３と、外套面５と、外套面５内の層状掃気チャネル７とを有するキャビティ５２を有する鋳型５０を設けるステップ１１０と、
コア５４をキャビティ５２内に準備するステップ１２０であって、コア５４の外面５４’がピストン１の重量減少空間９の内面８を画定し、重量減少空間９がピストン先端部３と層状掃気チャネル７との間に準備され、外套面５における最大の第１の軸方向範囲ａ１と、外套面５の半径方向内側における第２の軸方向範囲ａ２とを提供し、ここで第２の軸方向範囲ａ２は最大の第１の軸方向範囲ａ１よりも大きい、ステップ。
【0080】
図１には、上述した重量減少空間９の内面８が示されている。キャビティ５２内にコア５４を準備するステップ１２０は、鋳型５０を準備するステップ１１０の後に実行されてもよい。このような実施形態によれば、コア５４は、キャビティ５２の区画面に取り付けることができる。代替として、鋳型５０を設けるステップ１１０と、コア５４をキャビティ５２内に準備するステップ１２０とは、同時に実行されてもよい。このような実施形態によれば、コア５４は鋳型５０と一体化されてもよい。
【0081】
図７に示すように、コア５４を準備するステップ１２０は、以下のステップを含むことができる。
鋳型５０とは異なる材料のコア５４を準備するステップ１２２。
鋳型５０とは異なる材料のコア５４を準備するステップ１２２。
【0082】
一例として、鋳型５０は鋼材料などの金属材料で提供されてもよく、コア５４は砂及び／又は塩などの多孔質物質でアレンジされてもよい。
【0083】
図７に示すように、コア５４を準備するステップ１２０は、以下のステップを含む。
コア５４がロストコア５４、すなわち、一度使用されることが意図された使い捨てコア５４になるようにコア５４を準備するステップ１２４。
コア５４がロストコア５４、すなわち、一度使用されることが意図された使い捨てコア５４になるようにコア５４を準備するステップ１２４。
【0084】
このようにして、コア５４はピストン１が層状掃気チャネル７を備えているにもかかわらず、また、重量減少空間９の第２の軸方向範囲ａ２が最大の第１の軸方向範囲ａ１よりも大きいにもかかわらず、ピストン１を鋳造した後に、鋳型５０内で除去するのが容易となる。
【0085】
図７に示すように、コア５４を準備するステップ１２０は、以下のステップを含む。
多孔質材料のコア５４を準備するステップ１２６。
多孔質材料のコア５４を準備するステップ１２６。
【0086】
このようにして、コア５４はピストン１が層状掃気チャネル７を備えているにもかかわらず、また、重量減少空間９の第２の軸方向範囲ａ２が最大の第１の軸方向範囲ａ１よりも大きいにもかかわらず、ピストン１を鋳造した後に、鋳型５０内で除去するのが容易となる。
【0087】
図７に示すように、多孔質材料のコア５４を準備するステップ１２６は、以下のステップを含む。
砂及び／又は塩のコア５４を準備するステップ１２８。
砂及び／又は塩のコア５４を準備するステップ１２８。
【0088】
このようにして、コア５４はピストン１が層状掃気チャネル７を備えているにもかかわらず、また、重量減少空間９の第２の軸方向範囲ａ２が最大の第１の軸方向範囲ａ１よりも大きいにもかかわらず、ピストン１を鋳造した後に、鋳型５０内で除去するのが容易となる。
【0089】
図７に示すように、コア５４を準備するステップ１２０は、以下のステップを含む。
付加的な製造方法を用いてコア５４を準備するステップ１３０。
付加的な製造方法を用いてコア５４を準備するステップ１３０。
【0090】
これらの実施形態によれば、コア５４および鋳型５０は、付加的な製造方法を使用して提供されてもよい。
【0091】
付加的な製造方法を使用してコア５４を準備するステップ１３０は、以下のステップを含むことができる。
堆積された材料層が共にコア５４を形成するように、材料層を連続的に堆積させるステップ。
堆積された材料層が共にコア５４を形成するように、材料層を連続的に堆積させるステップ。
【0092】
任意選択で、方法１００は、以下を含むことができる。
材料の層を連続的に堆積させて、材料の堆積された層が一緒になって鋳型５０およびコア５４を形成するステップ。
材料の層を連続的に堆積させて、材料の堆積された層が一緒になって鋳型５０およびコア５４を形成するステップ。
【0093】
付加的製造は、時には３次元印刷と呼ばれる。本明細書で言及される付加的な製造方法は、液槽光重合法、ステレオリソグラフィー、材料噴射、バインダー噴射、粉末床溶融、材料押出、指向性エネルギー堆積、選択的レーザー溶融／焼結、又はシート積層のカテゴリー内の付加的な製造方法であってもよい。
【0094】
本明細書で説明する方法１００は、以下のステップをさらに含むことができる。
鋳型５０のキャビティ５２にピストン１を鋳造させるステップ１３２。
鋳型５０のキャビティ５２にピストン１を鋳造させるステップ１３２。
【0095】
ピストン１は、例えばアルミニウム合金を用いて鋳造してもよい。さらに、一例として、ピストン１は、ダイカスト又は重力鋳造を用いて鋳造されてもよい。
【0096】
いくつかの実施形態によれば、本明細書に記載の方法１００は、以下のステップをさらに含むことができる。
ピストン１を鋳造するステップ１３２の後に、ピストン先端部３、外套面５、および層状掃気チャネル７のうちの１つ又は複数を機械加工するステップ。
ピストン１を鋳造するステップ１３２の後に、ピストン先端部３、外套面５、および層状掃気チャネル７のうちの１つ又は複数を機械加工するステップ。
【0097】
機械加工のステップは、例えば、研削、旋削、およびフライス削りのうちの１つ又は複数を含むことができる。
【0098】
図８は、いくつかのさらなる実施形態による、エンジンピストン１の製造方法２００を示す。方法２００は、以下のステップを含む。
キャビティ５２を有する鋳型５０を提供するステップ１５０であって、キャビティ５２内に鋳造されたピストン１が、ピストン先端部３及び外套面５を有するように、キャビティが準備された、ステップ１５０と、
コア５４をキャビティ５２内に準備するステップ１６０であって、コア５４の外面５４’がピストン１の重量減少空間９の内面８を画定し、重量減少空間９が外套面５で最大の第１の軸方向範囲ａ１と、外套面５の半径方向内側で第２の軸方向範囲ａ２とを提供し、ここで第２の軸方向範囲ａ２が最大の第１の軸方向範囲ａ１よりも大きい、ステップ。
キャビティ５２を有する鋳型５０を提供するステップ１５０であって、キャビティ５２内に鋳造されたピストン１が、ピストン先端部３及び外套面５を有するように、キャビティが準備された、ステップ１５０と、
コア５４をキャビティ５２内に準備するステップ１６０であって、コア５４の外面５４’がピストン１の重量減少空間９の内面８を画定し、重量減少空間９が外套面５で最大の第１の軸方向範囲ａ１と、外套面５の半径方向内側で第２の軸方向範囲ａ２とを提供し、ここで第２の軸方向範囲ａ２が最大の第１の軸方向範囲ａ１よりも大きい、ステップ。
【0099】
これらの実施形態によれば、ピストンは、４ストロークピストンなどの２ストロークエンジンピストン１よりも別のタイプのエンジンピストンであってもよい。このようなピストンは例えば、ディーゼルエンジンのような圧縮点火エンジン、又は火花点火装置を有するオットーエンジンに使用されるように構成されても同様、オットーエンジンは、ガス、ガソリン、アルコール、同様の揮発性燃料、又はそれらの組み合わせで作動するように構成されてもよい。
【0100】
さらに、図８に示すように、方法２００は、図７を参照して本明細書で説明するステップ１２２、１２４、１２６、１２８、１３０、１３２のいずれか１つを含むことができる。さらに、方法２００によって製造されるピストンは図１～３を参照して説明したピストン１と同様に、１つ又は複数の特徴、機能、および利点を備えることができる。
【0101】
上記は各種例示的な実施形態を例示するものであり、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義されることを理解されたい。当業者は添付の特許請求の技術的範囲によって定義されるように、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態を修正することができ、例示的な実施形態の異なる特徴を組み合わせて、本明細書で説明されるもの以外の実施形態を作成することができることを理解するのであろう。
【0102】
本明細書で使用されるように、用語「comprising」又は「comprises」はオープンエンドであり、１つ又は複数の述べられた特徴、要素、ステップ、成分、又は機能を含むが、１つ又は複数の他の特徴、要素、ステップ、成分、機能、又はそれらのグループの存在又は追加を排除しない。
【0103】
ピストン１が２つ以上の重量減少空間９、９’、９”、９’”を含む実施形態では本明細書で言及される「重量減少空間９」が「第１の重量減少空間９」とも呼ばれることがあり、したがって、本開示全体を通して、「重量減少空間９」という用語は「第１の重量減少空間９」という用語に置き換えることができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】