(57)【要約】【課題】  アンダーカットを有する内燃機関用ピストンの製造に供される金型装置において、製作コストの低減や小型化等を実現する。【解決手段】  金型ベース２１の上面には、前後一対のピニオン４１を有するピニオンシャフト４２が一対の軸受ブロック４３を介して回転自在に支持されるとともに、両ピニオン４１にそれぞれ噛み合う前後一対の第１ラック４５が摺動自在に保持されている。両第１ラック４５は、左右方向にスライドすることでピニオン４１を回転駆動する。アンダーカット型２４には両ピニオン４１にそれぞれ噛み合う前後一対の第２ラック４９が締結されており、ピニオン４１が回転することでアンダーカット型２４と第２ラック４９とが斜め下方に一体にスライドする。【選択図】      図９
2014094399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンダーカットを有する部品の製造に供される金型装置であって、
金型ベースに保持され、閉鎖位置と開放位置との間を往復動するスライド型と、
前記金型ベースに保持され、前記スライド型の移動方向と異なる方向で閉鎖位置と開放位置との間を往復動するアンダーカット型と、
前記スライド型を前記閉鎖位置と前記開放位置との間で駆動する駆動手段と、
前記金型ベースに回転自在に保持されたピニオンと、
前記ピニオンに噛み合い、前記駆動手段によって前記スライド型の移動方向に駆動される第１ラックと、
前記ピニオンに噛み合う一方で前記アンダーカット型に連結され、当該ピニオンを介して前記第１ラックに駆動されることによって当該アンダーカット型を前記閉鎖位置と前記開放位置との間で移動させる第２ラックとを備えたことを特徴とするピストン製造用金型装置。
【請求項２】
前記閉鎖位置側では前記スライド型と前記駆動手段とを連結し、前記スライド型の閉鎖位置と開放位置との間に設定された連結解除位置で当該連結を解除する第１の連結手段と、
前記駆動手段に設けられ、前記スライド型の開放位置側では前記第１ラックに連結し、前記スライド型の閉鎖位置と開放位置との間に設定された連結解除位置で当該連結を解除する第２の連結手段とを備えたことを特徴とする、請求項１に記載されたピストン製造用金型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンダーカットを有する内燃機関用ピストンの製造に供される金型装置に係り、詳しくは製作コストの低減や小型化等を実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関用ピストンは、アルミニウム系合金あるいは鉄系合金を素材として、鋳造金型装置や鍛造金型装置によって製造される。内燃機関用ピストンでは、軽量化と強度確保とを両立させるために、ピストンヘッドの下方（ピストンピンボスの外側等）にアンダーカットを設けることがある（特許文献１，２参照）。アンダーカットを有するこの種のピストンを製造する場合、金型ベースに対して水平方向に移動するスライドキャビティ型の他、斜め方向や旋回方向に移動するアンダーカット型を備えた金型装置を用い、型締め時や型開き時に油圧シリンダや空圧シリンダ等の駆動手段（以下、油圧シリンダに代表させる）でアンダーカット型を駆動するようにしていた。
【特許文献１】特表２０１０−５２３３３９号公報
【特許文献２】特許４７４１４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した金型装置では、スライドキャビティ型用の油圧シリンダの他にアンダーカット型用の油圧シリンダも必要となるため、金型装置の製作コストが増大することや体格が大きくなることが避けられなかった。また、アンダーカット型とスライドキャビティ型とを時間差をもって駆動する場合、各油圧シリンダの駆動制御が煩雑になる問題があった。
【０００４】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、アンダーカットを有する内燃機関用ピストンの製造に供される金型装置において、製作コストの低減や小型化等を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の側面では、アンダーカット（１０，１１）を有する部品（１）の製造に供される金型装置（２０）であって、金型ベース（２１）に保持され、閉鎖位置と開放位置との間を往復動するスライド型（２３）と、前記金型ベースに保持され、前記スライド型の移動方向と異なる方向で閉鎖位置と開放位置との間を往復動するアンダーカット型（２４）と、前記スライド型を前記閉鎖位置と前記開放位置との間で駆動する駆動手段（２５）と、前記金型ベースに回転自在に保持されたピニオン（４１）と、前記ピニオンに噛み合い、前記駆動手段によって前記スライド型の移動方向に駆動される第１ラック（４５）と、前記ピニオンに噛み合う一方で前記アンダーカット型に連結され、当該ピニオンを介して前記第１ラックに駆動されることによって当該アンダーカット型を前記閉鎖位置と前記開放位置との間で移動させる第２ラック（４９）とを備えた。
【０００６】
また、本発明の第２の側面では、前記閉鎖位置側では前記スライド型と前記駆動手段とを連結し、前記スライド型の閉鎖位置と開放位置との間に設定された連結解除位置で当該連結を解除する第１の連結手段（３２）と、前記駆動手段に設けられ、前記スライド型の開放位置側では前記第１ラックに連結し、前記スライド型の閉鎖位置と開放位置との間に設定された連結解除位置で当該連結を解除する第２の連結手段（３２）とを備えた。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の第１の側面によれば、単一の駆動手段によってスライド型とアンダーカット型とが駆動されることになり、金型装置の製作コストの削減や小型化を図ることができるとともに、金型装置の駆動制御も容易に行えるようになる。また、第２の側面によれば、第１および第２の連結手段によってスライド型とアンダーカット型との作動タイミングをずらすことが可能となり、金型ベースの小型化等を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るピストンの側面図である。
【図２】図１中のII−II断面図である。
【図３】図１中のIII−III断面図である。
【図４】実施形態に係るピストンの下方からの斜視図である。
【図５】実施形態に係る金型装置の平面図である。
【図６】図５中のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】実施形態に係るアンダーカット型の斜視図である。
【図８】実施形態に係るアンダーカット型駆動機構を示す平面図である。
【図９】実施形態に係るアンダーカット型駆動機構を示す斜視図である。
【図１０】実施形態に係る金型装置の作動を示す平面図である。
【図１１】図１０中のＸＩ−ＸＩ断面図である。
【図１２】実施形態に係る金型装置の作動を示す平面図である。
【図１３】図１０中のＸＩ−ＸＩ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明をピストン製造用の鋳造金型装置（以下、単に金型装置と記す）に適用した一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、ピストンについては図１，図２中に上下、左右、前後を矢印で示し、金型装置については図５，図６中に上下、左右、前後を矢印で示し、部材や部位の位置や方向をこれらにそって説明する。
【００１０】
≪実施形態の構成≫
＜ピストン＞
以下、図１〜図４を参照し、ピストンの構成について説明する。なお、ピストンは、その外形等が前後および左右で対称であるため、同一の機能を有する部位には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
本実施形態の金型装置で製造されるピストン１は、アルミニウム系合金を素材とするガソリンエンジン用の鋳造ピストンであり、図１，図４に示すように、円筒状のピストンヘッド２と、ピストンヘッド２の下端下方に延設されて図示しないシリンダ壁面に摺接する前後のピストンスカート３と、ピストンヘッド２の下端下方に延設されるとともに両ピストンスカート３に連続する左右のピストンピンボス４とを有している。ピストンヘッド２の外周には、図示しないリング（ピストンリングおよびオイルリング）用の３条のリング溝５〜７が切削加工によって形成されている。
【００１２】
図２に示すように、前後のピストンピンボス４は、ピストンヘッド２の外周を延長した円よりも内側に位置するとともに、図示しないピストンピンが嵌入するピン孔８をそれぞれ有している。ピン孔８は、金型装置のマンドレル９（二点差線で示す）によって下孔が形成された後、切削工具によって穿孔される。
【００１３】
図２，図４に示すように、ピストンヘッド２には、ピストンピンボス４の端面よりも内側に入り込むかたちで、中央アンダーカット１０がピン孔８の直上に形成されている。また、図２，図４に示すように、中央アンダーカット１０の側方には、これもピストンピンボス４の端面よりも内側に入り込むかたちで前後アンダーカット１１が形成されている。図２，図３に示すように、中央アンダーカット１０および前後アンダーカット１１は、ピストンヘッド２の前後外周部およびピストンピンボス４の端面とともに、後述する金型装置のアンダーカット型２４（二点差線およびスマッジングで示す）の中央アンダーカット形成突起３５および前後アンダーカット形成突起３６によって形成される。
【００１４】
＜金型装置＞
以下、図５〜図９を参照して金型装置の構成を説明する。なお、金型装置は左右対称であるため、同一の機能を有する部材には同一の符号を付すとともに、煩雑になることを避けるべく、図５，図６，図８，図９においては金型や駆動機構等を右側のみ示す。
【００１５】
図５〜図９に示すように、金型装置２０は、矩形板状の金型ベース２１と、金型ベース２１の上面に固定された下型２２（図５には不図示）と、金型ベース２１に対して左右方向に（すなわち、閉鎖位置と開放位置との間を）往復動する平面視でコ字状を呈する左右一対のスライドキャビティ型２３と、両スライドキャビティ型２３の中央に位置して斜め上方から下方に（すなわち、閉鎖位置と開放位置との間を）往復動する左右一対のアンダーカット型２４と、スライドキャビティ型２３およびアンダーカット型２４を駆動する左右一対の駆動ロッド２５（油圧シリンダ）と、金型ベース２１に立設された４本のコラム２６を主要構成要素としている。なお、コラム２６の上部には上型やその駆動機構が配置され、金型ベース２１の下部にはピストン１内側の凹部１５（図２，図３参照）を形成するマンドレルやその駆動機構が配置されるが、煩雑になることを避けるためこれらの図示や説明を省略する。
【００１６】
スライドキャビティ型２３は、ピストンヘッド２およびピストンスカート３の外周における左右方向中央部を形成するものであり、前述したマンドレル９が固着・一体化されるとともに、駆動ロッド２５に連結されたキャビティベース型３１に保持されている。キャビティベース型３１は、駆動ロッド２５との連結・分離に供されるロック機構３２を備えており、図示しないスプリングによって付勢されたロック機構３２の駆動爪３３がコラム２６によって内側に押し込まれたときに（図５の状態で）キャビティベース型３１と駆動ロッド２５とが連結し、駆動爪３３がコラム２６から外れたときに（後述する図１０，図１１の状態となったときに）キャビティベース型３１と駆動ロッド２５とが分離する。
【００１７】
アンダーカット型２４は、ピストンピンボス４の外面とピストンヘッド２およびピストンスカート３の外周における左右方向中央部を除く部位とを形成するものであり、金型ベース２１によって斜め下方に往復動可能に保持されている。図７に示すように、アンダーカット型２４には、前述したピストン１の中央アンダーカット１０に対応する中央アンダーカット形成突起３５と、前後アンダーカット１１に対応する一対の前後アンダーカット形成突起３６とが設けられている。なお、中央アンダーカット形成突起３５の下方には、マンドレル９が嵌入する貫通孔３８が穿設されている。
【００１８】
＜アンダーカット型駆動機構＞
図８，図９に示すように、金型ベース２１の上面には、前後一対のピニオン４１を有するピニオンシャフト４２が一対の軸受ブロック４３を介して回転自在に支持されるとともに、両ピニオン４１にそれぞれ噛み合う前後一対の第１ラック４５が摺動自在に保持されている。両第１ラック４５は、両端部に係合突起４６が立設された平面視で略コ字形状の牽引プレート４７に固着されており、牽引プレート４７と一体に左右方向にスライドすることでピニオン４１を回転駆動する。
【００１９】
本実施形態の場合、駆動ロッド２５の下部には係合バー４８が一体に設けられており、キャビティベース型３１と分離する位置（図１０，図１１に示す位置）まで駆動ロッド２５が作動（短縮）した時点で、この係合バー４８が牽引プレート４７の係合突起４６に係合してロック機構３２によってロックされる。
【００２０】
一方、アンダーカット型２４には両ピニオン４１にそれぞれ噛み合う前後一対の第２ラック４９が締結されており（図７参照）、ピニオン４１が回転することでアンダーカット型２４と第２ラック４９とが斜め下方に一体にスライドする。なお、前述の第１ラック４５はピニオン４１の外側に噛み合い、第２ラック４９はピニオン４１の内側に噛み合っている。
【００２１】
≪実施形態の作用≫
本実施形態の場合、製造作業者は、図５，図６に示すように、駆動ロッド２５によってスライドキャビティ型２３およびアンダーカット型２４を左右方向中央に位置させた状態で（すなわち、型閉じした状態で）、凹部１５を形成するマンドレル（図示せず）や上型をセットした後、溶融したアルミニウム合金（素材）を型内に注入する。これにより、アンダーカット型２４の両アンダーカット形成突起３５，３６の周囲に素材が進入し、図２，図３に示すように、中央アンダーカット１０と前後アンダーカット１１とを有するピストン１が成形される。
【００２２】
製造作業者は、ピストン１の成形が完了すると、図１０，図１１に示すように、図示しない油圧制御装置を操作することで両駆動ロッド２５を左右に引く。すると、ロック機構３２を介して駆動ロッド２５に連結したキャビティベース型３１およびスライドキャビティ型２３が左右に開き、キャビティベース型３１に固着されたマンドレル９もアンダーカット型２４の貫通孔３８から抜け出す。
【００２３】
キャビティベース型３１が図１０，図１１に示す位置まで左右に移動すると、駆動爪３３がコラム２６から外れてロック機構３２から外側に突出し、駆動ロッド２５とキャビティベース型３１との連結が断たれる。同時に、駆動ロッド２５と一体の係合バー４８が牽引プレート４７の係合突起４６に係合し、駆動ロッド２５によって牽引プレート４７が左右に駆動されるようになる。この際、牽引プレート４７を左右方向で中央寄りに付勢する図示しない圧縮コイルスプリング（後述）が圧縮される。
【００２４】
牽引プレート４７が左右に更に駆動されると、図１２，図１３に示すように、牽引プレート４７に固着された第１ラック４５も左右にスライドし、第１ラック４５に噛み合ったピニオン４１が図１３中に矢印で示す方向（右側のピニオン４１の場合、反時計回り）に回転する。すると、ピニオン４１に噛み合った第２ラック４９が斜め下方に移動し、アンダーカット型２４がピストン１から離脱する。これにより、図１３に示すように、ピストン１を上方に取り出すことが可能となる。
【００２５】
一方、型締め時においては、駆動ロッド２５が左右方向で中央側に作動すると、駆動ロッド２５および係合バー４８の作動と同時に、上述の圧縮コイルスプリングによって牽引プレート４７が左右方向で中央寄りに駆動され、牽引プレート４７に固着された第１ラック４５に噛み合ったピニオン４１が図１３中で時計回りに回転する。すると、ピニオン４１に噛み合った第２ラック４９が斜め上方に移動し、図１０，図１１に示す状態となる。
【００２６】
駆動ロッド２５が図１０，図１１に示す状態から更に中央側に作動すると、コラム２６によって駆動爪３３が内側に押し込まれ、係合バー４８と牽引プレート４７との連結が断たれる一方で、駆動ロッド２５とキャビティベース型３１とが連結する。この状態から駆動ロッド２５が中央側に更に作動すると、左右のキャビティベース型３１（すなわち、スライドキャビティ型２３）が金型ベース２１の中央で合体し、図５，図６に示す状態となる（すなわち、元の位置に復帰する）。
【００２７】
本実施形態では、このような構成を採ったことにより、左右各１本の駆動ロッド２５でスライドキャビティ型２３とアンダーカット型２４とを時間差をもって駆動することができるようになり、金型装置２０の製作コスト低減や小型化、駆動制御の容易化等を実現することができる。
【００２８】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態はガソリンエンジン用ピストンを製造するための鋳造金型装置に本発明を適用したものであるが、ディーゼルエンジン用ピストンを製造するための鍛造金型装置にも適用可能である。また、上記実施形態ではベース型に対してアンダーカット型が斜め方向にスライドするものとしたが、例えば、扇形のラックを用いてアンダーカット型を緩やかな円弧軌道に沿ってスライドさせるものとしてもよい。その他、金型装置やアンダーカット型の具体的構成や具体的形状等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１      ピストン（部品）
１０    中央アンダーカット
１１    前後アンダーカット
２０    金型装置
２１    金型ベース
２３    スライドキャビティ型（スライド型）
２４    アンダーカット型
２５    駆動ロッド（駆動手段）
３２    ロック機構（第１および第２の連結手段）
３５    中央アンダーカット形成突起
３６    前後アンダーカット形成突起
４１    ピニオン
４５    第１ラック
４８    係合バー
４９    第２ラック
【図１】
2014094399.tif 000003
【図２】
2014094399.tif 000004
【図３】
2014094399.tif 000005
【図４】
2014094399.tif 000006
【図５】
2014094399.tif 000007
【図６】
2014094399.tif 000008
【図７】
2014094399.tif 000009
【図８】
2014094399.tif 000010
【図９】
2014094399.tif 000011
【図１０】
2014094399.tif 000012
【図１１】
2014094399.tif 000013
【図１２】
2014094399.tif 000014
【図１３】
2014094399.tif 000015