(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方に開口するキャビティを有する固定型と、該固定型に対して上下方向に移動可能に設けられ、前記固定型に挿入係合されることでピストンの冠面の成形に供する可動型と、を備え、前記固定型のキャビティ内に中子を配置し鋳造することをもって、内部に冷却用空洞を有するピストンの製造に供する内燃機関用ピストンの製造方法であって、
前記固定型は、前記キャビティ内に設けられ、前記上方に向かって突出形成されて前記冷却用空洞と連通する導入孔及び排出孔を形成する支持体と、該支持体に設けられ、前記上方に向かって突出形成されて前記中子を前記キャビティ内の所定位置に位置決めする係止突起と、前記上方に向かって前記キャビティの内径が拡径するように形成されたテーパ状孔部とを備え、
前記可動型は、前記テーパ状孔部と係合することによって前記固定型に対する位置決めを行うテーパ状軸部を備え、
前記中子は、前記係止突起が挿入される係止孔を有し、保持機構によって前記キャビティ内に配置され、
前記保持機構は、前記固定型の前記テーパ状孔部と係合することによって前記固定型に対する位置決めを行うテーパ状軸部を有するガイド型を備え、
前記保持機構に前記中子を保持させる第１ステップと、
前記固定型の前記テーパ状孔部と前記ガイド型の前記テーパ状軸部とを係合させることによって前記固定型に対する前記保持機構の位置決めを行う第２ステップと、
前記係止突起が前記係止孔に挿入されるように前記保持機構が前記中子を下方へと移動させ、前記キャビティ内に前記中子を配置する第３ステップと、
前記固定型から前記ガイド型を離間させる第４ステップと、
前記固定型の前記テーパ状孔部と前記可動型の前記テーパ状軸部とを係合させることによって前記固定型に対する前記可動型の位置決めを行い、該位置決めを伴って前記固定型に前記可動型を挿入係合させる第５ステップと、
を有することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車の内燃機関に適用され、内部に冷却用空洞を有する内燃機関用ピストンの製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の内燃機関に適用される従来の内燃機関用ピストンは、例えば以下の特許文献１に記載されるような金型鋳造により製造される。
【０００３】
すなわち、鋳造型内において冷却用空洞の形成に供する可溶性の中子を固定配置した後、当該鋳造型に溶湯を注入することによってピストン素材を形成し、その後、このピストン素材を鋳造型から取り出して水等で前記中子を溶解除去することによって前記冷却用空洞を有するピストンを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５４８３６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、鋳造型と中子は所定の相対位置関係を満たす必要があることから、前記従来の方法では、当該中子を手作業によって鋳造型に固定配置していた。このため、製造作業が煩雑となり、コスト低減も十分に図れなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、前記従来の内燃機関用ピストンの技術的課題に鑑みて案出されたものであって、中子の配置作業性を向上し得る内燃機関用ピストンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明は、固定型のキャビティ内に中子を配置して鋳造することをもって、内部に冷却用空洞を有するピストンの製造に供する内燃機関用ピストンの製造装置であって、とりわけ、可動型における前記固定型との係合に供する係合部と同様の係合部を有するガイド型と、該ガイド型に設けられ、前記中子を所定の位置に保持する保持機構と、を備え、前記保持機構を介して前記中子を保持する前記ガイド型が前記固定型に係合して前記キャビティ内に前記中子が配置されると、前記固定型から前記ガイド型が離間し、当該固定型に前記可動型が挿入係合することによって前記ピストンの鋳造を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明によれば、可動型と同様の係合部を有するガイド型（治具）を構成し、そのガイド型を介して固定型のキャビティ内に中子を配置するようにしたため、当該中子をキャビティ内の適切な位置に自動的に配置することが可能となる。これによって、中子の配置作業の自動化を図ることができ、生産性の向上に供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る内燃機関用ピストンの製造装置により製造されるピストンの縦断面図である。
【図２】本発明に係る内燃機関用ピストンの製造装置のうち、鋳込み工程における使用態様を示す当該装置の要部断面図である。
【図３】固定型のうち第１金型の具体的形状を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る内燃機関用ピストンの製造装置のうち、中子配置工程における使用態様であって本発明の第１実施形態を示す当該装置の要部断面図である。
【図５】本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法のうち第１ステップの工程説明に供する同ピストンの製造装置の要部断面図である。
【図６】本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法のうち第１ステップと第２ステップの間に行う中子の位置補正工程の説明に供する同ピストンの製造装置の要部断面図である。
【図７】本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法のうち第２ステップの説明に供する同ピストンの製造装置の要部断面図である。
【図８】本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法のうち第３ステップの説明に供する同ピストンの製造装置の要部断面図である。
【図９】本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法のうち第４ステップの説明に供する同ピストンの製造装置の要部断面図である。
【図１０】本発明の内燃機関用ピストンの製造方法に係る第５ステップのうち注湯直前の状態を現した同ピストンの製造装置の要部断面図である。
【図１１】本発明の内燃機関用ピストンの製造方法に係る第５ステップのうち注湯途中の状態を現した同ピストンの製造装置の要部断面図である。
【図１２】本発明の内燃機関用ピストンの製造方法に係る第５ステップのうち溶湯充填状態を現した同ピストンの製造装置の要部断面図である。
【図１３】本発明の内燃機関用ピストンの製造方法に係る第５ステップのうち鋳造完了状態を現した同ピストンの製造装置の要部断面図である。
【図１４】本発明に係る内燃機関用ピストンの製造装置の第２実施形態を現した図３に相当する当該装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る内燃機関用ピストンの製造装置及び製造方法の各実施形態につき、図面に基づいて詳述する。なお、下記の各実施形態では、自動車用エンジンのピストンについて適用した例を基に説明する。
【００１１】
本発明に係る内燃機関用ピストン１（以下、単に「ピストン」という。）は、例えばＡＣ８Ａのアルミニウム合金材を鋳造してなるもので、図１に示すように、円筒状のスカート部２と、該スカート部２の上端に一体に設けられる冠部３と、前記スカート部２の内周面に対向するように一体に設けられ、それぞれ内部にピストンピン（図示外）の両端部支持に供するピン孔４ａ，４ａを有するほぼ円筒状のピンボス部４，４と、から構成されている。
【００１２】
なお、前記ピストン材としては、前記ＡＣ８Ａ以外のアルミニウム鋳造合金や、マグネシウム鋳造合金等も適用可能である。
【００１３】
前記冠部３には、周方向に沿って厚肉部３ａが構成されていて、この厚肉部３ａには、その外周面に、図示外の複数のリング溝が設けられると共に、その内部に、オイル等の冷却媒体の通流をもって当該冠部３の冷却に供するほぼ円環状の冷却用空洞５が形成されている。
【００１４】
また、前記厚肉部３ａの内側面には、それぞれ冷却用空洞５内へと開口して前記オイル等の導入及び排出に供する導入孔６及び排出孔７が設けられている。すなわち、導入孔６から導入されたオイル等が冷却用空洞５を通って排出孔７から排出される、といった一方向の流れが構成されるようになっている。具体的には、ピストン１の下死点近傍に配置される図示外のオイルジェットによりオイルが導入孔６へと導かれ、排出孔７より排出されたオイルは機関内に還流されることとなる。
【００１５】
このようにして、前記ピストン１では、エンジン内の各摺動部における潤滑等に供するオイルの一部を冷却用空洞５へと導いて当該冷却用空洞５内を循環させることにより、燃焼室からの熱伝導によって最も高温となる冠部３や環状溝３ｂの冷却が図られている。
【００１６】
次に、前記ピストン１の金型鋳造に係る製造装置（鋳造装置）について説明する。
【００１７】
すなわち、この鋳造装置は、図２、図３に示すように、上方に開口するキャビティＣＶを構成する固定型２０と、この固定型２０の上方位置にて上下移動可能に設けられ、その下端部に設けられたコア３１が固定型２０の前記開口部２０ａへと挿入係合されることでピストン１の冠面３ｂの成形に供する可動型３０と、前記可動型３０や後述する治具４０の移動等を駆動制御する図示外の駆動機構及び制御機構と、から主として構成され、可溶性中子１０が支持配置された前記固定型２０に溶湯を重力によって鋳込むことで前記ピストン１の原形となるピストン素材１ａが鋳造される。なお、本発明に使用する前記可溶性中子１０（以下、単に「中子」という。）は、いわゆるソルトコア（塩中子）であって、塩化ナトリウムを主成分とした材料をプレスによってリング状に押し固めることにより成形されたものである。このように、当該中子１０をソルトコアによって構成することで、この中子１０の製造及び鋳造後の除去を容易に行うことが可能となり、前記ピストン１の生産性の向上に供されることとなる。
【００１８】
なお、前記冷却用空洞５の形成手段として、本実施形態では前記可溶性中子１０であるソルトコアを用いているが、用途によっては、当該可溶性中子１０の代わりに、砂を主材料とした砂中子のような崩壊性中子を用いてもよい。
【００１９】
前記固定型２０は、分解可能な複数の金型によって構成されたもので、主としてピストン１の内周部の成型に供する第１金型２１と、この第１金型２１の外周域に半割状に設けられ、主としてピストン１の外周部の形成に供する１対の第２金型２２と、から構成され、これら金型２１，２２によって前記キャビティＣＶが構成される。
【００２０】
前記第１金型２１は、ほぼ円柱状に形成され、上端側がピストン１の内周部に対応する形状に形成されている。そして、この第１金型２１の上端部には、ピストン１の導入孔６及び排出孔７に対応する位置に、当該両孔６，７の成形や前記中子１０の支持配置に供する１対の支持体２３，２３が突設されている。これら両支持体２３，２３は、それぞれ同様の円錐台状に形成されると共に、当該両支持体２３，２３の上面には、それぞれ中子１０底部に穿設される係止部である１対の係止穴１１，１１に係合可能な係止突起２４，２４が突設されている（図３参照）。なお、当該両係止突起２４，２４は、ともに細長い棒状に形成され、仮に前記両係止穴１１，１１が存しない場合であっても中子１０と係合可能な形状に構成されると共に、該中子１０の固定に十分な突出量（埋没量）に設定されている。
【００２１】
前記第２金型２２は、中空状に構成され、キャビティＣＶの上端側開口部を構成するその上端側内周には、前記コア３１との係合に供する被係合部２５が形成されている。この被係合部２５は、内方へと向かって縮径状に形成されてなるもので、外部へ臨む外端部に設けられ、可動型３０の水平方向の位置決めに供する大径孔部２５ａと、該大径孔部２５ａから内方へと向かって漸次縮径状に構成される円錐テーパ状孔部（以下、単に「テーパ状孔部」という。）２５ｂと、該テーパ状孔部２５ｂの先端部となる内端部に設けられる小径孔部２５ｃと、から構成されている。
【００２２】
また、前記第２金型２２の内部には、一端が湯口２６として外部に開口すると共に他端がキャビティＣＶに開口する湯道２７が貫通形成されている。すなわち、前記湯口２６を介して外部から注がれた溶湯が湯道２７を通ってキャビティＣＶ内へと導かれるようになっている。
【００２３】
前記可動型３０は、図示外の可動機構により支持され、上方からキャビティＣＶを開閉するように移動することにより、コア３１の先端面３１ａをもってピストン１の冠面３ｂが成形されることとなる。なお、前記可動機構としては、例えば油圧シリンダが用いられる（図２参照）。
【００２４】
そして、前記コア３１の外周には、固定型２０（第２金型２２）の被係合部２５に対応する形状に構成され当該被係合部２５に係合することにより可動型３０の径方向の位置決めを行う係合部３２が設けられている。すなわち、この係合部３２は、固定型２０の大径孔部３２ａに対しほぼ隙間なく嵌合して前記可動型３０の位置決めに供する大径軸部３２ａと、固定型２０のテーパ状孔部２５ｂ及び小径孔部２５ｃに対しそれぞれ所定の径方向隙間を隔てて係合する円錐テーパ状軸部（以下、単に「テーパ状軸部」という。）３２ｂ及び小径軸部３２ｃと、から構成されている。
【００２５】
また、前述のように従来は手作業によって行っていた前記キャビティＣＶ内への中子１０の固定配置について、本発明では、所定の治具４０を用いることによって自動で行えるようになっている。すなわち、この治具４０は、図４に示すように、例えばロボットアーム等の搬送機（図示外）による当該治具４０の搬送に供する支持体４１と、この支持体４１に支持されるかたちで当該支持体４１の各端部側の上部に対をなして配置されたエアシリンダ４２，４２と、該各対のエアシリンダ４２，４２を介して昇降移動可能に吊り下げ支持され、可動型３０と同様の係合部３２をもって固定型２０に係合可能となるように構成された治具本体４３と、該治具本体４３の中央下部にステップモータ４５を介して連結され、前記中子１０の配置固定に際しての当該中子１０の保持に供する保持機構４４と、から主として構成され、前記鋳造装置の一部として当該装置と連動することにより、ピストン１の鋳造工程全体が自動で行えるようになっている。なお、同図では、いわゆる多数個取り（本実施形態では２個取り）型の一方側のみを表したものであって、他方側については図示を省略している（図４〜図９参照）。
【００２６】
また、本実施形態では、前記治具本体４３の駆動手段として、上述のようなエアシリンダ４２，４２を用いるようにしたことで、当該治具本体４３の駆動制御の容易化に供されると共に、油を使用しない分、装置のメンテナンス性も良好となっている。
【００２７】
なお、用途によっては、前記エアシリンダ４２，４２の代わりに、油圧シリンダを用いてもよい。
【００２８】
前記支持体４１は、各対のエアシリンダ４２，４２の支持に供する架台５１と、該架台５１に一体的に設けられ、前記図示外の搬送機によって把持される把持部５２と、から構成される。前記架台５１は、ほぼ平板状を呈し、その幅方向の両端部側には、各対のエアシリンダ４２，４２のロッド４２ｂ，４２ｂの挿通に供する１対のロッド挿通孔５３，５３が並列に貫通形成されている。これら各対のロッド挿通孔５３，５３は、各エアシリンダ４２，４２のロッド４２ｂ，４２ｂとの間に十分な径方向隙間Ｃが形成されるような、該各ロッド４２ｂ，４２ｂの外径と比べて十分大きな内径に設定されていて、前記径方向隙間Ｃをもって後述するフローティング機構の実効が図れるようになっている。また、前記各対のロッド挿通孔５３，５３の反エアシリンダ４２，４２側の端部には、その開口端側へ向かって漸次拡径するテーパ部５３ａ，５３ａとしてそれぞれ構成されている。
【００２９】
また、前記架台５１の上部には、その幅方向のほぼ中央位置に、各対のエアシリンダ４２，４２の中間に位置するように前記把持部５２が突設されていて、当該把持部５２が前記図示外の搬送機により把持されることで、治具４０全体が搬送可能となっている。一方、架台５１の下部には、その両端部側における各対のロッド挿通孔５３，５３間に、それぞれエアシリンダ４２，４２による治具本体４３の下降移動に係る最下降位置の規制に供する逆さボルト状の規制部材５４，５４が突設されている。
【００３０】
なお、前記規制部材５４，５４は、上端部が架台５１に固定され、下端側の所定範囲が治具本体４３の有する後述の支持孔６４ａに挿通することによって当該所定範囲において治具本体４３に対する支持体４１の相対移動を許容する軸状部５４ａと、この軸状部５４ａの下端部に前記支持孔６４ａよりも大径となるような段差拡径状に構成され、治具本体４３と干渉することによって当該治具本体４３との相対移動を規制する規制部５４ｂと、によって構成される。すなわち、前記規制部５４ｂの上端部外周縁が前記支持孔６４ａの孔縁に係止することで支持体４１の治具本体４３との一体的な移動（上昇移動）が可能になると共に、前記規制部５４ｂの下端面が台座部６３の上面に当接することで治具本体４３に対しての支持体４１のそれ以上の相対移動（下降移動）が規制されることとなる。
【００３１】
前記各対のエアシリンダ４２，４２は、各シリンダ４２ａ，４２ａの先端部に設けられたフランジが各ロッド挿通孔５３，５３の孔縁に係止するかたちで架台５１に支持され、各ロッド４２ｂ，４２ｂの先端には、それぞれ治具本体４３（後述する躯体６１）との連結に供する連結部材５５，５５が設けられている。これら各連結部材５５，５５は、各ロッド４２ｂ，４２ｂよりも大きな外径を有するほぼ円錐台状に形成され、比較的小径の上端側がロッド４２ｂ，４２ｂに、また、比較的大径の下端側が前記躯体６１の連係部６４にそれぞれ固定されることにより、各エアシリンダ４２，４２と治具本体４３とが一体的に移動可能となっている。
【００３２】
また、前記各連結部材５５，５５は、各エアシリンダ４２，４２に対し支持体４１が相対移動して、その外周部に設けられたテーパ部５５ａ，５５ａが各ロッド挿通孔５３，５３のテーパ部５３ａ，５３ａと係合することによって、後述するフローティング機構による治具本体４３のフローティング作用を制限（ロック）することが可能となっている。これによって、当該フローティング機構による治具本体４３のフローティング作用を確保しつつも、後述する中子１０の拾得工程等では当該フローティング作用をロックすることで、そのオペレーションが良好に（精度良く）行えるようになっている。
【００３３】
前記治具本体４３は、１対のエアシリンダ４２，４２を介して支持体４１に支持され、昇降移動可能に設けられたほぼ円筒状の躯体６１と、この躯体６１の下端側外周部に当該躯体６１に対して相対移動可能に支持され、その外周部に前記可動型３０の係合部３２と同様の係合部３２が形成されたほぼ円筒状のガイド型６２と、から構成され、該ガイド型６２の内周側に収容されるかたちで、保持機構４４が前記躯体６１の下端部に取り付けられている。
【００３４】
前記躯体６１は、そのベースとなるほぼ平板状の台座部６３と、この台座部６３の上部に配設され、各対のエアシリンダ４２，４２及び規制部材５４との連係に供する連係部６４と、前記台座部６３の下部に突設され、その外周面がガイド型６２の内周面に摺接することによって当該ガイド型６２の相対移動（昇降）を案内するほぼ円筒状のガイド部６５と、を有している。
【００３５】
前記台座部６３は、ほぼ円盤状を呈し、その外周部に、ガイド型６２を吊り下げ支持する支持ピン６６の挿通配置に供する複数のピン挿通孔６３ａが貫通形成されている。これら各支持ピン６６は、ボルト状を呈し、前記各ピン挿通孔６３ａに挿通する軸部６６ａの上端部に拡径状に構成された係止部６６ｂが前記各ピン挿通孔６３ａの孔縁に係止することにより台座部６３に支持されると共に、前記軸部６６ａの下端部がガイド型６２の上端部に固定されることで、当該ガイド型６２を吊り下げ支持している。そして、これら各支持ピン６６の外周域であって台座部６３とガイド型６２との間には、それぞれコイルスプリング６７が介装配置されている。すなわち、各エアシリンダ４２，４２の空気圧や支持体４１による押圧力に基づきガイド型６２に対し躯体６１を相対移動させる際には、前記各コイルスプリング６７の付勢力に抗して下降する一方、各エアシリンダ４２，４２の空気圧や支持体４１による押圧力を解除することで、前記各コイルスプリング６７の付勢力に基づき上昇移動するようになっている。
【００３６】
また、前記台座部６３の周方向の所定位置には、前記固定型２０の上端部に突設された係合突起２２ａに係合可能なキー状の係合溝６３ｂが、その厚さ幅方向に沿って切欠形成されている。すなわち、前記係合突起２２ａと前記係合溝６３ｂとの係合をもって躯体６１の回転方向の位置ずれ防止機構（いわゆる回り止め機構）が構成され、これによって、後述する中子１０の挿入配置作業が良好に行えるようになっている。
【００３７】
前記連係部６４は、ほぼ有蓋円筒状を呈し、その下端部が台座部６３上面に固定されるかたちで当該台座部６３上面に立設されている。そして、この連係部６４には、そのほぼ中央位置に、規制部材５４の軸状部５４ａよりも前記径方向隙間Ｃ分だけ大きな内径に設定され、該軸状部５４ａの挿通を許容しつつ規制部５４ｂに係止可能に構成された支持孔６４ａが設けられている。そして、かかる構成をもって当該支持孔６４ａと規制部材５４（軸状部５４ａ）との間に形成される前記径方向隙間Ｃにより、治具本体４３の径方向の自由度の確保に供するフローティング機構が構成されている。すなわち、このようなフローティング機構によって治具本体４３の径方向の自由度を確保する（所定量の径方向移動を許容する）ことにより、固定型２０に対する治具本体４３（ガイド型６２）の軸心ずれを吸収して、当該固定型２０に対するガイド型６２の良好な挿入性が確保されることとなる。
【００３８】
前記ガイド型６２は、上端側に設けられ、固定型２０との係合時に当該固定型２０の上面に積載される大径部６８と、下端側に設けられ、固定型２０との係合時においてキャビティＣＶ内へと挿入係合される、前記可動型３０のコア３１に相当する段差縮径状の小径部６９とを有し、前記小径部４４の外周には、被係合部２５に係合可能な前記係合部３２と同一の構成を有する係合部３２が設けられている。なお、このガイド型６２の係合部３２については、前述した固定型２０の係合部３２と同一の構成を有するものであることから、これと同一の符号を付すことによって、その具体的な説明を省略する。また、ガイド型６２の内周部には軸方向に沿って同一の内径となるガイド面６２ａが構成され、このガイド面６２ａが躯体６１のガイド部６５に摺接するようにガイド型６２が相対移動することにより、このガイド型６２の適切な昇降移動に基づく当該ガイド型６２の固定型２０に対する適切な挿入が確保されることとなる。
【００３９】
前記保持機構４４は、空気圧により作動するように構成されたもので、躯体６１のガイド部６５内周側に収容されるかたちでステップモータ４５を介して台座部６３に回転自在に支持され、中子１０を外周側から挟むように保持することにより、当該中子１０の搬送に供する。具体的には、ステップモータ４５を介して台座部６３に支持されるほぼ円盤状のベース部材７１と、このベース部材７１の外周縁部においてガイド部６５の軸方向に沿うかたちで周方向ほぼ等間隔に３つ以上設けられた複数の可動爪７２と、によって構成され、前記各可動爪７２が前記ベース部材７１に導入される空気圧に基づき当該ベース部材７１の径方向に沿って可動することで中子１０を外周側から保持するチャック７３と、該チャック７３の内周側に収容配置され、エアシリンダ４２，４２の進出に伴ってチャック７３により保持された中子１０の押し出しに供する押出用部材７４と、から構成されている。
【００４０】
前記ステップモータ４５は、保持機構４４を介し拾い上げた中子１０の係止穴１１，１１の位置（周方向位置）認識に供する画像解析装置８１（図６参照）の解析結果に応じて駆動制御されるもので、該画像解析装置８１の解析結果に応じて保持機構４４を回動させることにより、固定型２０に対する中子１０の周方向の位置合わせ、すなわち固定型２０の係止突起２４，２４に対する中子１０の係止穴１１，１１の位置合わせに供されることとなる。なお、前記画像解析装置８１は、カメラを介して取り込んだ中子１０底面の画像を二値化することによって前記係止穴１１，１１の位置解析を行うものである。
【００４１】
以下、上記鋳造装置を用いたピストン１の製造方法について、図２〜図１３に基づいて説明する。
【００４２】
まず、前記固定型２０の両係止突起２４，２４を介してキャビティＣＶ内に中子１０を固定配置する。すなわち、図５（ａ）に示すように、前記鋳造装置に係る治具４０の治具本体４３の同軸上にそれぞれ配設される所定の位置決め台８２の決められた位置に予熱された中子１０をセットした後、当該装置を起動する。すると、図５（ｂ）に示すように、各エアシリンダ４２，４２のロッド４２ｂ，４２ｂの進出量が最小であって各連結部材５５，５５が支持体４１（ロッド挿通孔５３，５３のテーパ部５３ａ，５３ａ）に係合した状態、すなわち前記フローティング機構がロックされた状態で、治具４０全体が下降を開始し、保持機構４４を決められた位置まで降下させる。このとき、位置決め台８２は弾力性に富んだベルトコンベア上に設置されていることから、該ベルトコンベアからの反力により押出用部材７４が中子１０に当接したところで停止する。続いて、図５（ｃ）に示すように、ベース部材７１に空気圧が導入されて各可動爪７２が径方向内側へと移動（チャック７３が縮径）することにより、当該各可動爪７２が中子１０に外嵌するかたちで当該中子１０を保持する（本発明に係る第１ステップ）。その後、図６（ａ）に示すように、保持機構４４を介して中子１０を保持したまま治具４０全体が上昇して画像解析装置８１の真上まで移動し、当該画像解析装置８１を介して中子１０の底面の状態（前記両係止穴１１，１１の周方向位置）を解析させる。すると、図６（ｂ）に示すように、その解析結果に応じて保持機構４４を回動させることにより、中子１０の周方向位置を調整する。
【００４３】
なお、本実施形態では、前記中子１０のより簡易な配置手段として位置決め台８２を用いることとしたが、かかる位置決め台８２以外の手段、例えば中子１０を前記ベルトコンベア上に直接載置し、前記搬送機であるロボットアームに取り付けられたカメラで当該中子１０の配置位置を割り出すことにより直接拾い上げる、といった手段を採用することも可能である。
【００４４】
このようにして前記治具４０に中子１０を適切な状態で保持させた後、当該治具４０を、図４に示すように、予め結合された固定型２０とほぼ同軸となる位置まで移動させる。その後、図７に示すように、各エアシリンダ４２，４２に多少の空気圧を導入して前記フローティング機構を解除した状態で、支持体４１を下降させることによって治具４０全体を下降移動させる。すると、当該治具４０は、ガイド型６２の小径軸部３２ｃの先端が固定型２０のテーパ状孔部２５ｂの表面に摺接すると共に、ガイド型６２のテーパ状軸部３２ｂが固定型２０の大径孔部２５ａの孔縁に摺接することで、当該両テーパ形状をもって固定型２０に導入案内され、ガイド型６２の小径部６９が固定型２０の開口部２０ａに係合すると共に、台座部６３の係合溝６３ｂが固定型２０の係合突起２２ａに係合し、大径部６８下面が固定型２０の上端面に当接したところで、支持体４１の下降に基づく当該治具４０全体の下降が停止する（本発明に係る第２ステップ）。
【００４５】
ここで、本発明では、固定型２０に対する治具４０の係合にあたり、ガイド型６２について可動型３０のコア３１と同様の係合部３２を設ける構成とすると共に、治具本体４３の径方向の自由度確保に供する前記フローティング機構を設ける構成としたことにより、治具４０を固定型２０に挿入係合させるに際し、当該治具４０が水平方向において多少の位置ずれを生じていた場合でも、前記両テーパ形状による案内（ガイド）作用をもって、固定型２０に対して芯出し（センタリング）されるように係合することとなる。これによって、その後、中子１０を前記両係止突起２４，２４を介して固定型２０に係合固定する際に、当該中子１０を自動的かつ容易に位置決めすることが可能となる。
【００４６】
続いて、上述のようにしてガイド型６２が固定型２０に係合した後は、図８に示すように、支持体４１に押圧力を加え、各コイルスプリング６７の付勢力に抗して当該支持体４１をさらに下降させることにより、ガイド型６２に対し相対移動させるかたちで躯体６１をさらに下降させる。すると、当該躯体６１と一緒に保持機構４４全体が下降することから、これに保持される中子１０（各係止穴１１，１１）に対し固定型２０の各係止突起２４，２４がそれぞれ圧入状態に押し込まれることとなり、当該中子１０が固定型２０に係合固定される（本発明に係る第３ステップ）。
【００４７】
なお、前記ガイド型６２に対し躯体６１を下降させるにあたっては、図外の着座センサないし変位センサにより下降量を判断することで、当該下降の停止を決定する。この際、当該下降を機械的にロックさせることも考えられるが、それには前記搬送機にかかる負荷を検知することが必要となる。
【００４８】
また、本実施形態では、前記画像解析装置８１をもって、上述のように中子１０の各係止穴１１，１１の周方向位置を調整していることから、固定型２０に対し支持体４１と共に躯体６１を押し込むのみで、各係止突起２４，２４が中子１０の各係止穴１１，１１内へと自動的かつ適確に押し込まれて、固定型２０に対し当該中子１０を容易かつ適切に係合固定することができる。加えて、前記画像解析装置８１を用いる場合には、当該中子１０（係止穴１１，１１）の位置を非接触にて検出することが可能となるため、より簡素な構成をもって当該中子１０の位置の検出及び調整を行えるといったメリットも得られる。
【００４９】
さらに、本実施形態の場合には、前述のような係合突起２２ａと係合溝６３ｂによるいわゆるキー嵌合をもって固定型２０に対するガイド型６２の周方向の位置決めを併せて行うこととしたため、前述の画像解析による位置調整効果が最大限に活かされ、固定型２０に対し中子１０がより適切に係合固定されることとなる。
【００５０】
以上のようにして中子１０を固定型２０に係合固定させた後は、図９に示すように、前記図示外の搬送機によって支持体４１を引き上げることで、各対のエアシリンダ４２，４２を介して治具４０全体を上昇させることにより、固定型２０に対する中子１０の固定配置が完了する（本発明に係る第４ステップ）。
【００５１】
続いて、前記中子１０の固定配置が完了した後は、治具４０が前記初期位置（中子１０セット位置）へと移動すると共に、図２に示すように、可動型３０が固定型２０とほぼ同軸となる位置まで移動する。すると、図１０に示すように、可動機構である油圧シリンダ８３のロッド８３ａを所定量だけ進出させることによって可動型３０を所定量だけ下降させ、図示のように当該可動型３０のコア３１の一部を固定型２０の開口部２０ａに挿入した位置にて一旦停止・保持させる。
【００５２】
そして、前記アルミニウム合金材の溶湯Ｍを固定型２０（第２金型２２）の湯口２６へと注ぐことによって、当該溶湯ＭをキャビティＣＶ内に充填する。具体的には、溶湯Ｍを、その湯面が中子１０の上端よりも若干高い位置となるまで注入した後、図１１に示すように、可動型３０をさらに下降させ、固定型２０の被係合部２５に対して当該可動型３０（コア３１）の係合部３２を完全に係合させることによって、前記開口部２０ａを閉塞する（本発明に係る第５ステップ）。
【００５３】
その後、上記注湯を続け、図１２に示すように、前記キャビティＣＶに溶湯Ｍが充填されたところで当該注湯を終了する。そして、前記溶湯Ｍが冷却固化した後、図１３に示すように、可動型３０を上昇させることによって当該可動型３０を離型させた後、固定型２０を分解することによって、鋳造されたピストン素材１ａを取り出す。最後に、この取り出したピストン素材１ａについて、前記一方の孔６，７から水を注入することで中子１０を溶解すると共に、研削・研磨等の必要な機械加工を行い、前記ピストン１の完成となる。
【００５４】
以上のように、本実施形態によれば、前記治具４０として可動型３０と同様の係合部３２が形成されたガイド型６２を用いて固定型２０のキャビティＣＶ内に可溶性の中子１０を配置するようにしたため、このガイド型６２によって固定型２０に対する中子１０の芯出し（水平方向の位置決め）がなされ、当該中子１０をキャビティＣＶ内の適切な水平方向位置に自動的に配置することが可能となる。これによって、中子１０の配置作業の自動化を図ることができ、前記ピストン１の生産性の向上に供される。
【００５５】
なお、この際、前記係合部３２の先端側については、案内部となるテーパ状軸部３２ｂが設けられ、このテーパ状軸部３２ｂを介して固定型２０に対する可動型３０及びガイド型６２の挿入係合が案内されることから、当該固定型２０に対する可動型３０及びガイド型６２の挿入性を向上させることができる。この結果、前記ピストン１の良好な生産性が得られることは勿論、当該係合部３２による位置決め精度を高めることが可能となり、これによって、前述した中子配置作業の自動化の実効を図ることができる。
【００５６】
また、前記保持機構４４については、躯体６１のガイド部６５を介しガイド型６２の内周面に摺動案内される構成となっていることから、前述したガイド型６２による水平方向の位置決めを利用してキャビティＣＶに対し中子１０を真っ直ぐに挿入することができ、前記固定型２０に対する当該中子１０の挿入配置をより適確に行えるといったメリットも得られる。
【００５７】
加えて、前記保持機構４４については、各可動爪７２が径方向へとスライドするようなチャッキング構造を採用したことにより、当該保持機構４４による中子１０の保持にあたって、当該中子１０を芯出し（センタリング）した状態で保持することが可能となることから、前記固定型２０に対する当該中子１０の位置決めを容易かつ効果的に行うこともできる。
【００５８】
また、前記鋳造装置では、中子１０を固定型２０に固定配置するにあたり、この固定型２０に係止突起２４，２４を設けると共に、当該中子１０についても前記係止突起２４，２４に圧入状態をもって係止する係止穴１１，１１を設ける構成としたことから、かかる凹凸（雄雌）の係合関係をもって中子１０の適切な位置決めに供されると共に、前記ピストン１の品質及び歩留まりの確保や注湯時に中子１０が浮き上がってしまう不具合の防止等、冷却用空洞５を備えるピストン１の鋳造の実効を図ることにも供される。
【００５９】
さらに、上記中子１０の固定配置にあたっては、固定型２０に立設した係止突起２４，２４に中子１０の底部に設けた係止穴１１，１１を差し込むような構成としたことから、当該固定配置にあたり、係止突起２４，２４に対し中子１０を上方から押し込むのみで固定することが可能となるため、前記ピストン１のより良好な生産性を確保することもできる。
【００６０】
加えて、前記鋳造装置では、保持機構４４の下降方向、すなわち中子１０の離間方向へと付勢力を発揮するコイルスプリング６７を用いたことで、固定型２０（係止突起２４，２４）に対する中子１０の固定に際し、当該中子１０を係止突起２４，２４に対し衝撃をほとんど与えることなく係止（圧入）させることが可能となり、当該圧入時に中子１０が破損してしまう不都合を抑制することにも供される。
【００６１】
また、前記鋳造装置では、保持機構４４による中子１０の保持にあたって、当該中子１０を、径方向外側から内側へと縮径するようにスライドする構成を有するチャック７３によって保持する構成としたことから、固定型２０（ピストン形状）との関係で当該中子１０の内周側に十分なスペースが確保できない場合であっても、前述したような当該中子１０の芯出し配置が可能となって、前記中子配置作業の自動化の実効を図ることができる。
【００６２】
図１４は本発明に係る内燃機関用ピストンの製造装置等の第２実施形態を示し、前記保持機構４４による中子１０の保持態様を変更したものである。なお、かかる構成以外の基本的構成については前記第１実施形態と同様であるため、当該第１実施形態と同一の構成及び作用については、当該第１実施形態と同一の符号を付すことによってその説明を省略する。
【００６３】
すなわち、この実施形態では、前記鋳造装置における保持機構４４の各可動爪７２が、径方向内側から外側へと拡径するかたちでスライドするように構成され、当該各可動爪７２を中子１０の内周部に圧接させることにより中子１０を保持する構成となっている。
【００６４】
具体的には、前記保持機構４４において、ベース部材７１の外周側に例えばほぼ円筒状に構成された押出用部材７４が設けられると共に、この押出用部材７４の内周側に、前述のような径方向内側から外側へと拡径するかたちでスライドするように構成された３つ以上の可動爪７２によって構成されるチャック７３が配置されている。
【００６５】
なお、前記押出用部材７４は、必ずしも周方向に連続した円筒状でなくてもよく、前述のようにしてチャッキングされた中子１０を押し出すことができるものであれば、周方向に断続的に構成されたものや周方向の２、３箇所にいわゆるスポット状に設けられたものなど、いかなる態様であってもよい。
【００６６】
このように、本実施形態によれば、とりわけ中子１０を内周側から保持する構成としたことから、前記第１実施形態と同様の作用効果が奏せられることは勿論、固定型２０（ピストン形状）との関係で当該中子１０の外周側に十分なスペースが確保できない場合であっても、前述のような当該中子１０の芯出し配置が可能となって、前記中子配置作業の自動化の実効を図ることができる。
【００６７】
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば冷却用空洞５の構成（レイアウト）等を含め、ピストン１の具体的な形状については、当該ピストン１の仕様等によって自由に変更することができる。つまり、言い換えれば、本発明に係る内燃機関用ピストンの製造装置及び製造方法は、下方へと開口する冷却用空洞５を有するピストンであれば、当該ピストンの形状に関係なく適用することができる。
【００６８】
また、前記各実施形態においては、中子１０の係合固定にあたり、画像解析装置８１による中子１０の係止穴１１，１１の位置調整を行うこととしているが、当該画像解析装置６０による位置調整はおろか、そもそも中子１０の係止穴１１，１１自体、必須のものではない。つまり、中子１０は塩でできていることから、固定型２０の各係止突起２４，２４の先端側を先細り状に形成し、かつ、これらを適切な荷重をもって中子１０に押し付けることにより、係止穴１１，１１が多少ずれていたり、当該係止穴１１，１１自体が存在しなくとも、当該各係止突起２４，２４に対し中子１０を適切かつ良好に係合固定することができる。
【００６９】
さらに、前記係合部３２の形状についても、前記テーパ状軸部３２ｂは必ずしも小径軸部３２ｃと大径軸部３２ａとの間に設けられている必要はなく、例えば当該係合部３２の先端部に設けられるような構成であってもよい。また、この際、テーパ状軸部３２ｂは、例えばいわゆる面取り程度のものであってもよく、固定型２０（開口部２０ａ）に対するガイド型６２の挿入を案内し得るものであれば、その程度は問わない。
【００７０】
前記各実施形態から把握される特許請求の範囲に記載した発明以外の技術的思想について、以下に説明する。
【００７１】
（ａ）請求項２に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記係合部の先端側にはテーパ状の案内部が設けられ、該案内部により前記固定型に対する前記可動型及びガイド型の挿入係合が案内されることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【００７２】
かかる構成としたことで、固定型に対する可動型やガイド型の挿入性を向上させることができる結果、良好な生産性が得られるのは勿論のこと、係合部による位置決め精度を高めることが可能となる。これによって、前記中子配置の自動化の実効が図れる。
【００７３】
（ｂ）請求項１又は２に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記中子は、前記固定型に設けられた支持体に係止可能な係止部を有し、該係止部を前記支持体に係止させることで、該支持体を介して前記キャビティ内に固定配置されることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【００７４】
かかる構成としたことで、中子の適切な位置決め固定が可能となり、品質・歩留まりの確保や注湯時に中子が浮き上がってしまう不具合の防止など、冷却用空洞を備えるピストン鋳造の実効が図れる。
【００７５】
また、前記中子と支持体とによって一連の冷却用空洞を形成でき、当該空洞の形成に係る追加工を最小限に抑えることもできる。
【００７６】
（ｃ）前記（ｂ）に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記係止部は凹部として構成されると共に、前記支持体は前記固定型の底部から立設された突部によって構成されることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【００７７】
かかる構成とすることで、支持体に対して中子を上から押し込むのみで固定できるため、より良好な生産性の確保に供される。
【００７８】
また、前記中子と支持体とによって一連の冷却用空洞を形成できることから、当該空洞の形成に係る追加工を最小限に抑えることもできる。
【００７９】
（ｄ）請求項１又は２に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記保持機構は、前記中子を芯出し保持可能に構成されていることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【００８０】
これにより、中子を芯出し（センタリング）した状態で保持することが可能となり、固定型に対する当該中子の位置決めを容易に行うことができる。
【００８１】
（ｅ）前記（ｄ）に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記保持機構は、前記中子の回転方向位置を調整可能に構成されていることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【００８２】
これにより、中子を保持する際の回転方向の位置ずれを調整することが可能となり、前記固定型に対する当該中子の位置決めを一層容易に行うことに供される。
【００８３】
（ｆ）前記（ｅ）に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記保持機構により保持される前記中子の回転方向位置は、画像認識装置をもって検出されることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【００８４】
かかる構成とすることで、中子の回転方向位置を非接触にて検出することが可能となるため、より簡素な構成をもって当該中子の回転位置を検出及び調整することができる。
【００８５】
（ｇ）前記（ｄ）に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記保持機構は、前記ガイド型に対してスライド可能に案内支持されていることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【００８６】
かかる構成とすることで、ガイド型の位置決めを利用して、キャビティ内に真上から配置することができる。
【００８７】
（ｈ）前記（ｇ）に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記保持機構は、前記ガイド型に設けられるエアシリンダによってスライド可能に構成されていることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【００８８】
かかる構成とすることで、当該保持機構による中子の配置制御を容易に行うことができる。
【００８９】
（ｉ）前記（ｇ）に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記保持機構は、前記スライド可能方向において前記中子の組み付け方向に対し逆方向へ付勢するばねを有していることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【００９０】
かかる構成とすることで、ピンに対しほとんど衝撃を与えることなく中子を係止させることが可能となって、当該中子が破損してしまう不都合を抑制することができる。
【００９１】
（ｊ）前記（ｄ）に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記保持機構は、前記中子の円環内側において径方向内側から外側へ向かって移動する複数の保持部を有することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【００９２】
かかる構成とすることで、固定型（キャビティ内の形状）との関係で中子の外周側スペースが小さい場合であっても、当該中子の芯出し配置が可能となる。
【００９３】
（ｋ）前記（ｄ）に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記保持機構は、前記中子の円環外側において径方向外側から内側へ向かって移動する複数の保持部を有することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【００９４】
かかる構成とすることで、固定型（キャビティ内の形状）との関係で中子の内周側スペースが小さい場合であっても、当該中子の芯出し配置が可能となる。
【００９５】
（ｌ）前記（ｊ）又は（ｋ）に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記保持機構は、空気圧により前記保持部を駆動することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【００９６】
（ｍ）請求項１又は２に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記中子は円環状に構成されていることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【００９７】
（ｎ）前記（ｍ）に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記中子は塩化ナトリウムを主成分とすることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【００９８】
かかる構成とすることで、中子の製造及び鋳造後の除去を容易に行うことが可能となり、生産性の向上に供される。
【００９９】
（ｏ）請求項３に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
前記第１ステップでは、前記保持機構に対し前記中子を芯出し保持することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
【０１００】
（ｐ）前記（ｏ）に記載の内燃機関用ピストンの製造方法において、
前記第２ステップでは、前記固定型に対し前記ガイド型が位置ずれした場合には、前記キャビティの上方に形成される前記固定型の開口部の内周面に対し前記係合部の先端側に設けられるテーパ状の案内部が摺動することによって、当該位置ずれが補正されることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
【０１０１】
これにより、当該位置補正を自動的かつ容易に行うことができ、良好な生産性の確保に供される。
（ｑ）請求項２に記載の内燃機関用ピストンの製造装置において、
前記被係合部にはテーパ状の案内部が設けられ、該案内部によって前記固定型に対する前記可動型及びガイド型の挿入係合が案内されることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造装置。
【０１０２】
かかる構成とすることで、前記可動型及びガイド型の良好な挿入係合に供されることとなる。
【符号の説明】
【０１０３】
１…ピストン
３ｂ…冠面
５…冷却用空洞
１０…可溶性中子
２０…固定型
３０…可動型
３２…係合部
４０…治具
４４…保持機構
６２…ガイド型
ＣＶ…キャビティ
【図１】
0005916494.tif 000002
【図２】
0005916494.tif 000003
【図３】
0005916494.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005916494.tif 000006
【図６】
0005916494.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005916494.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0005916494.tif 000013
【図１３】
0005916494.tif 000014
【図１４】
0005916494.tif 000015