(57)【要約】【課題】型と材料との間に摩擦熱が発生しないようにして、型の寿命及び構造部材の離型性を向上させる構造部材の成形方法及び構造部材を提供する。【解決手段】第１材料側溝４ａと下型凸部１ｃとが係合するように、第１構造部材材料５を下型１の突設部１ｂ上に配設する。続いて、第２構造部材材料６を第１構造部材材料５の上に配設する。続いて、上型凸部３ｃと第２材料側溝６ａとが係合するように、上型３を第２構造部材材料６に下降させる。次に、上型３を回転させると共に、下方側に所定の荷重を付加しながら下降させることで、第１構造部材材料５と第２構造部材材料６との摺接部に摩擦熱を発生させて、第１構造部材材料５及び第２構造部材材料６を軟化若しくは半溶融化させる。そして、軟化若しくは半溶融化した構造部材材料４がキャビティ内にほぼ充填されると上型３の回転を停止し、荷重を増大させることにより、構造部材を成形する。【選択図】図１
2005161371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１型と第２型との間に構造部材材料を挿入する材料挿入工程と、
前記第１型及び前記第２型により前記構造部材材料に荷重を付加しつつ前記第１型を前記第２型に対して相対回転させて発生した摩擦熱により前記構造部材材料を軟化若しくは半溶融化させる軟化半溶融化工程と、
前記軟化若しくは前記半溶融化した前記構造部材材料に前記第１型及び前記第２型により荷重を付加して構造部材を成形する成形工程と、
からなる構造部材の成形方法において、
前記第１型は、前記構造部材材料との接触面側に第１係止手段が形成され、
前記第２型は、前記構造部材材料との接触面側に第２係止手段が形成され、
前記構造部材材料は、前記第１型に対して相対回転係止可能に前記第１係止手段に係合する第１構造部材材料と、前記第２型に対して相対回転係止可能に前記第２係止手段に係合し前記第１構造部材材料に摺接可能な第２構造部材材料とからなり、
前記軟化半溶融化工程は、前記第１構造部材材料と前記第２構造部材材料とが相対回転させて前記第１構造部材材料と前記第２構造部材材料との摺接部に発生した摩擦熱により前記第１構造部材材料及び前記第２構造部材材料を軟化若しくは半溶融化させることを特徴とする構造部材の成形方法。
【請求項２】
前記第１係止手段は、前記第１構造部材材料との接触面側に突出して形成された型側凸部若しくは前記第１構造部材材料との接触面側に凹状に形成された型側凹部であって、
前記第１構造部材材料は、前記型側凸部に係合する材料側凹部若しくは前記型側凹部に係合する材料側凸部が形成されたことを特徴とする請求項１記載の構造部材の成形方法。
【請求項３】
前記第１係止手段は、前記型側凸部であって、
さらに、前記材料挿入工程後に前記第１型の前記型側凸部を前記第１構造部材材料に押圧して前記材料側凹部を形成する材料側凹部成形工程を有することを特徴とする請求項２記載の構造部材の成形方法。
【請求項４】
前記第２係止手段は、前記第２構造部材材料との接触面側に突出して形成された型側凸部若しくは前記第２構造部材材料との接触面側に凹状に形成された型側凹部であって、
前記第２構造部材材料は、前記型側凸部に係合する材料側凹部若しくは前記型側凹部に係合する材料側凸部が形成されたことを特徴とする請求項１記載の構造部材の成形方法。
【請求項５】
前記第２係止手段は、前記型側凸部であって、
さらに、前記材料挿入工程後に前記第２型の前記型側凸部を前記第２構造部材材料に押圧して前記材料側凹部を形成する材料側凹部成形工程を有することを特徴とする請求項２記載の構造部材の成形方法。
【請求項６】
前記第１係止手段は、前記第１構造部材材料との接触面側に凹状に形成された型側凹部であって、
前記第１構造部材材料は、前記型側凹部に係合する略柱形状であることを特徴とする請求項１記載の構造部材の成形方法。
【請求項７】
前記第２係止手段は、前記第２構造部材材料との接触面側に凹状に形成された型側凹部であって、
前記第２構造部材材料は、前記型側凹部に係合する略柱形状であることを特徴とする請求項１記載の構造部材の成形方法。
【請求項８】
前記第１係止手段は、前記第１構造部材材料との接触面側に突出して形成された型側凸部であって、
前記第１構造部材材料は、前記型側凸部に係合する略筒形状であることを特徴とする請求項１記載の構造部材の成形方法。
【請求項９】
前記第２係止手段は、前記第２構造部材材料との接触面側に突出して形成された型側凸部であって、
前記第２構造部材材料は、前記型側凸部に係合する略筒形状であることを特徴とする請求項１記載の構造部材の成形方法。
【請求項１０】
前記第１構造部材材料及び前記第２構造部材材料は、同種材料若しくは異種材料からなることを特徴とする請求項１記載の構造部材の成形方法。
【請求項１１】
前記第１構造部材材料は、アルミニウム又はマグネシウムを主成分とする材料であり、
前記第２構造部材材料は、アルミニウム若しくはマグネシウムを主成分とする材料、又は、鉄，チタン若しくはセラミックスを主成分とする材料であることを特徴とする請求項１記載の構造部材の成形方法。
【請求項１２】
前記成形工程は、前記構造部材における前記構造部材材料の充填率を所定値以上にする荷重を付加することを特徴とする請求項１記載の構造部材の成形方法。
【請求項１３】
前記成形工程は、前記第１構造部材材料と前記第２構造部材材料とが一体化結合可能な荷重を付加することを特徴とする請求項１記載の構造部材の成形方法。
【請求項１４】
前記構造部材は、内燃機関用ピストンであることを特徴とする請求項１記載の構造部材の成形方法。
【請求項１５】
第１型と第２型との間に構造部材材料を挿入する材料挿入工程と、
前記第１型及び前記第２型により前記構造部材材料に荷重を付加しつつ前記第１型を前記第２型に対して相対回転させて発生した摩擦熱により前記構造部材材料を軟化若しくは半溶融化させる軟化半溶融化工程と、
前記軟化若しくは前記半溶融化した前記構造部材材料に前記第１型及び前記第２型により荷重を付加して構造部材を成形する成形工程と、
から形成される構造部材において、
前記第１型は、前記構造部材材料との接触面側に第１係止手段が形成され、
前記第２型は、前記構造部材材料との接触面側に第２係止手段が形成され、
前記構造部材材料は、前記第１型に対して相対回転係止可能に前記第１係止手段に係合する第１構造部材材料と、前記第２型に対して相対回転係止可能に前記第２係止手段に係合し前記第１構造部材材料に摺接可能な第２構造部材材料とからなり、
前記軟化半溶融化工程は、前記第１構造部材材料と前記第２構造部材材料とが相対回転させて前記第１構造部材材料と前記第２構造部材材料との摺接部に発生した摩擦熱により前記第１構造部材材料及び前記第２構造部材材料を軟化若しくは半溶融化させることを特徴とする構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関用ピストン等の構造部材の成形方法及びその構造部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一方端側が開放された容器内に材料を充填し、加圧ロッドにより充填された材料を容器の開放端側から加圧すると共に容器に対して加圧ロッドを相対回転運動させることにより、摩擦熱を発生させて材料を軟化させて構造部材を成形することが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−１８１４３１号公報
【特許文献２】特開２０００−２８００９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の構造部材の成形方法では、容器若しくは加圧ロッドとこれらに取付けた材料とを相対回転することにより、容器若しくは加圧ロッドと材料との間に摩擦熱が発生する。そのため、摩擦熱が発生する容器若しくは加圧ロッドに摩耗やかじり等が発生し、容器若しくは加圧ロッドの寿命の低下及び形成された構造部材の離型性の問題が生じた。さらに、連続成形時には、型と材料との凝着による金属間化合物の形成で連続成形の中断に至る場合もあった。
【０００４】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、容器若しくは加圧ロッドである型と材料との間に摩擦熱が発生しないようにすることで、型の寿命及び構造部材の離型性を向上させることができる構造部材の成形方法及び構造部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の構造部材の成形方法は、第１型と第２型との間に構造部材材料を挿入する材料挿入工程と、前記第１型及び前記第２型により前記構造部材材料に荷重を付加しつつ前記第１型を前記第２型に対して相対回転させて発生した摩擦熱により前記構造部材材料を軟化若しくは半溶融化させる軟化半溶融化工程と、前記軟化若しくは前記半溶融化した前記構造部材材料に前記第１型及び前記第２型により荷重を付加して構造部材を成形する成形工程と、からなる構造部材の成形方法において、前記第１型は、前記構造部材材料との接触面側に第１係止手段が形成され、前記第２型は、前記構造部材材料との接触面側に第２係止手段が形成され、前記構造部材材料は、前記第１型に対して相対回転係止可能に前記第１係止手段に係合する第１構造部材材料と、前記第２型に対して相対回転係止可能に前記第２係止手段に係合し前記第１構造部材材料に摺接可能な第２構造部材材料とからなり、前記軟化半溶融化工程は、前記第１構造部材材料と前記第２構造部材材料とが相対回転させて前記第１構造部材材料と前記第２構造部材材料との摺接部に発生した摩擦熱により前記第１構造部材材料及び前記第２構造部材材料を軟化若しくは半溶融化させることを特徴とする（請求項１）。
【０００６】
また、本発明の構造部材は、第１型と第２型との間に構造部材材料を挿入する材料挿入工程と、前記第１型及び前記第２型により前記構造部材材料に荷重を付加しつつ前記第１型を前記第２型に対して相対回転させて発生した摩擦熱により前記構造部材材料を軟化若しくは半溶融化させる軟化半溶融化工程と、前記軟化若しくは前記半溶融化した前記構造部材材料に前記第１型及び前記第２型により荷重を付加して構造部材を成形する成形工程と、から形成される構造部材において、前記第１型は、前記構造部材材料との接触面側に第１係止手段が形成され、前記第２型は、前記構造部材材料との接触面側に第２係止手段が形成され、前記構造部材材料は、前記第１型に対して相対回転係止可能に前記第１係止手段に係合する第１構造部材材料と、前記第２型に対して相対回転係止可能に前記第２係止手段に係合し前記第１構造部材材料に摺接可能な第２構造部材材料とからなり、前記軟化半溶融化工程は、前記第１構造部材材料と前記第２構造部材材料とが相対回転させて前記第１構造部材材料と前記第２構造部材材料との摺接部に発生した摩擦熱により前記第１構造部材材料及び前記第２構造部材材料を軟化若しくは半溶融化させることを特徴とする（請求項１５）。
【発明の効果】
【０００７】
つまり、第１構造部材材料が第１型の第１係止手段に係合しているので、第１型と第２型とが相対回転する際において、第１構造部材材料は第１型と一体となって第２型に対して相対回転する。従って、第１構造部材材料と第１型との間には、摩擦熱が発生することがない。また、第２構造部材材料が第２型の第２係止手段に係合しているので、第１型と第２型とが相対回転する際において、第２構造部材材料は第２型と一体となって第１型に対して相対回転する。従って、第２構造部材材料と第２型との間には、摩擦熱が発生することがない。そして、摩擦熱が発生する部分は、第１構造部材材料と第２構造部材材料との摺接部分となる。その結果、第１構造部材材料及び第２構造部材材料が、それぞれの摺接部分から徐々に軟化若しくは半溶融化する。
【０００８】
このように、摩擦熱が発生する部分は第１構造部材材料と第２構造部材材料であって、型と構造部材材料との間には摩擦熱は発生しない。従って、従来の構造部材の成形方法のように、型と構造部材材料との間に摩擦熱が発生することによる問題は生じなくなる。具体的には、第１型と第１構造部材材料との間及び第２型と第２構造部材材料との間に摩耗やかじり等の発生もなく、さらには第１型若しくは第２型と構造部材材料との間に金属間化合物が形成されることもない。その結果、型の寿命をより向上することができると共に、成形された構造部材の型からの離型性もより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００１０】
前記第１係止手段は、前記第１構造部材材料との接触面側に突出して形成された型側凸部若しくは前記第１構造部材材料との接触面側に凹状に形成された型側凹部であって、前記第１構造部材材料は、前記型側凸部に係合する材料側凹部若しくは前記型側凹部に係合する材料側凸部が形成されるようにしてもよい（請求項２）。これにより、確実に第１型と第１構造部材材料との相対回転を係止することができる。なお、第１係止手段である前記型側凸部若しくは前記型側凹部、及び、第１構造部材材料に形成された材料側凹部若しくは材料側凸部は、第１型と第１構造部材材料とが相対回転しないように係止されていればよく、どのような形状であってもよい。さらに、型側凸部と材料側凹部の係合関係、及び、型側凹部と材料側凸部の係合関係は、一方を他方に圧入した嵌合関係であってもよいし、相互に隙間を有する遊合関係であってもよい。
【００１１】
なお、前記第１係止手段は、前記型側凸部であって、さらに、前記材料挿入工程後に前記第１型の前記型側凸部を前記第１構造部材材料に押圧して前記材料側凹部を形成する材料側凹部成形工程を有するようにしてもよい（請求項３）。材料側凹部成形工程を有することにより、予め第１構造部材材料に材料側凹部を形成する必要がないため、第１構造部材材料の成形が容易となるのに加えて第１構造部材材料のコストを低減することができる。
【００１２】
また、前記第２係止手段は、前記第２構造部材材料との接触面側に突出して形成された型側凸部若しくは前記第２構造部材材料との接触面側に凹状に形成された型側凹部であって、前記第２構造部材材料は、前記型側凸部に係合する材料側凹部若しくは前記型側凹部に係合する材料側凸部が形成されるようにしてもよい（請求項４）。これにより、確実に第２型と第２構造部材材料との相対回転を係止することができる。なお、第２係止手段である前記型側凸部若しくは前記型側凹部、及び、第２構造部材材料に形成された材料側凹部若しくは材料側凸部は、第２型と第２構造部材材料とが相対回転しないように係止されていればよく、どのような形状であってもよい。さらに、型側凸部と材料側凹部の係合関係、及び、型側凹部と材料側凸部の係合関係は、一方を他方に圧入した嵌合関係であってもよいし、相互に隙間を有する遊合関係であってもよい。
【００１３】
なお、前記第２係止手段は、前記型側凸部であって、さらに、前記材料挿入工程後に前記第２型の前記型側凸部を前記第２構造部材材料に押圧して前記材料側凹部を形成する材料側凹部成形工程を有するようにしてもよい（請求項５）。材料側凹部成形工程を有することにより、予め第２構造部材材料に材料側凹部を形成する必要がないため、第２構造部材材料の成形が容易となるのに加えて第２構造部材材料のコストを低減することができる。
【００１４】
また、前記第１係止手段は、前記第１構造部材材料との接触面側に凹状に形成された型側凹部であって、前記第１構造部材材料は、前記型側凹部に係合する略柱形状であるようにしてもよい（請求項６）。また、前記第２係止手段は、前記第２構造部材材料との接触面側に凹状に形成された型側凹部であって、前記第２構造部材材料は、前記型側凹部に係合する略柱形状であるようにしてもよい（請求項７）。これにより、第１構造部材材料又は第２構造部材材料は、簡易な形状である略柱形状とすることができるので、第１構造部材材料又は第２構造部材材料の成形コストを低減することができる。
【００１５】
また、前記第１係止手段は、前記第１構造部材材料との接触面側に突出して形成された型側凸部であって、前記第１構造部材材料は、前記型側凸部に係合する略筒形状であるようにしてもよい（請求項８）。前記第２係止手段は、前記第２構造部材材料との接触面側に突出して形成された型側凸部であって、前記第２構造部材材料は、前記型側凸部に係合する略筒形状であるようにしてもよい（請求項９）。これにより、第１構造部材材料又は第２構造部材材料は、簡易な形状である略筒形状とすることができるので、第１構造部材材料又は第２構造部材材料の成形コストを低減することができる。なお、第１係止手段及び／又は第２係止手段である型側凸部は、例えば台形形状等の先端側に向かって細くなっている断面形状を有する線状であってもよいし、略円錐形状であってもよい。このように型側凸部が、先端側に向かって細く形成されることにより、容易に材料側凹部を形成することができる。
【００１６】
また、前記第１構造部材材料及び前記第２構造部材材料は、同種材料若しくは異種材料からなるようにしてもよい（請求項１０）。同種材料とする場合には、例えば、構造部材材料をピストン専用の構造部材材料とする必要がなく、汎用的な形状からなる構造部材材料を用いることができる。また、異種材料とする場合には、構造部材を複合材料とすることができる。また、前記第１構造部材材料は、アルミニウム又はマグネシウムを主成分とする材料であり、前記第２構造部材材料は、アルミニウム若しくはマグネシウムを主成分とする材料、又は、鉄，チタン若しくはセラミックス等を主成分とする材料としてもよい（請求項１１）。これにより、構造部材全体の軽量化及び高強度化等を図ることができる。
【００１７】
また、前記成形工程は、前記構造部材における前記構造部材材料の充填率を所定値以上にする荷重を付加するようにしてもよい（請求項１２）。これにより、成形された構造部材が、所定値以上の充填率を確保することができる。従って、構造部材の強度を十分に確保することができる。また、前記成形工程は、前記第１構造部材材料と前記第２構造部材材料とが一体化結合可能な荷重を付加するようにしてもよい（請求項１３）。これにより、第１構造部材材料と第２構造部材材料とが強固に結合することができ、成形された構造部材の強度を十分に確保することができる。なお、成形工程において付加される荷重は、軟化半溶融化工程において付加される荷重よりも大きな荷重であることが望ましい。また、前記構造部材は、内燃機関用ピストンとしてもよい（請求項１４）。
【実施例】
【００１８】
次に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
【００１９】
（第１実施例）
第１実施例では、構造部材の成形方法の一例として、内燃機関用ピストン（以下、「ピストン」という）の成形方法について説明する。一般に、内燃機関用ピストンは、主として、ピストンクラウン部、ピストン溝部及びピストンスカート部とからなる。
【００２０】
次に、ピストンを型合わせにより第１実施例における成形する成形装置について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、成形装置の軸方向断面図である。図２は、下型１の平面図である。図３は、上型３の底面図である。図１に示すように、成形装置の金型は下型１と横型２と上型３とから構成される。すなわち、下型１は、土台となる円盤部１ａと、その円盤部１ａのほぼ中央で図１の上側に突設した突設部１ｂと、さらに突設部１ｂの頂面側に突出した下型凸部１ｃとからなる。突設部１ｂの形状は、ピストンスカート部の内側の形状を転写する形状となっている。下型凸部（第１係止手段、型側凸部）１ｃは、図２に示すように、一文字形状に形成されている。なお、下型１はテーブル（図示せず）に固定されている。
【００２１】
横型２は、ほぼ円筒形状であって、ピストンスカート部の外側の形状を転写する形状となっている。また、横型２は、内径が下型１の突設部１ｂの外径より大きく、高さが下型１の突設部１ｂの高さより高く形成されている。そして、この横型２は下型１上に着脱自在に取付けられる。
【００２２】
上型３は、円盤部３ａと、軸部３ｂと、上型凸部３ｃとからなる。円盤部３ａの外径は、横型２の内径よりやや小さく形成されている。また、軸部３ｂの一端側は、円盤部３ａの中心に取付けられている。軸部３ｂの他端側は、モータ（図示せず）に回転可能に接続されている。上型凸部（第２係止手段、型側凸部）３ｃは、図３に示すように、十文字形状に形成されている。さらに、上型３が、軸部３ｂの軸方向に移動可能であって、所定の荷重を付加することができる構成とされている。なお、下型１、横型２及び上型３は、摩耗を考慮して表面が硬質な鋼材、例えば工具鋼や超鋼合金等により形成されている。ここで、下型１及び横型２が第１型に相当し、上型３が第２型に相当する。
【００２３】
そして、上述した成形装置を用いてピストン（構造部材）を成形するための構造部材材料４について図４及び図５を参照して説明する。図４は第１構造部材材料５を示し、図４（ａ）が第１構造部材材料５の正面図であり、図４（ｂ）が第１構造部材材料５の底面図を示す。図５は第２構造部材材料６を示し、図５（ａ）が第２構造部材材料６の正面図であり、図５（ｂ）が第２構造部材材料６の平面図である。なお、構造部材材料４は、第１構造部材材料５と第２構造部材材料６とからなり、何れもアルミニウムを主成分とする合金からなる。
【００２４】
第１構造部材材料５は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、略円柱形状をなしている。具体的には、第１構造部材材料５の外径が横型２の内径より小さく形成されている。さらに、第１構造部材材料５の下面側には、十文字の第１材料側溝（材料側溝）５ａが形成されている。この十文字の第１材料側溝５ａは、上述した下型１の下型凸部１ｃに係合する形状とされている。なお、第１構造部材材料５の第１材料側溝５ａと下型１の下型凸部１ｃとが係合した場合、係合部分には僅かに隙間を有するようにしている。
【００２５】
第２構造部材材料６は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、第１構造部材材料５とほぼ同様の略円柱形状をなしている。具体的には、第２構造部材材料６の外径が横型２の内径より小さく形成されている。さらに、第２構造部材材料６の上面側には、一文字の第２材料側溝（材料側溝）６ａが形成されている。この一文字の第２材料側溝６ａは、上述した上型３の上型凸部３ｃに係合する形状とされている。なお、第２構造部材材料６の第２材料側６ａと上型３の上型凸部３ｃとが係合した場合、係合部分には僅かに隙間を有するようにしている。
【００２６】
次に、上述した成形装置及び構造部材材料４を用いたピストンの成形方法について図１及び図６を参照して説明する。まず、ピストンを成形するための構造部材材料４のうち第１構造部材材料５を下型１の突設部１ｂの上に配設する（材料挿入工程）。具体的には、第１構造部材材料５の十文字の第１材料側溝５ａが下型１の下型凸部１ｃに係合するように、第１構造部材材料５を配設する。この場合、図１に示すように、下型１の突設部１ｂの上面側と第１構造部材材料５の下面側とが接している。
【００２７】
続いて、第２構造部材材料６を第１構造部材材料５の上に配設する（材料挿入工程）。すなわち、第１構造部材材料５の上面側と第２構造部材材料６の下面側とが接している。続いて、上型３を第２構造部材材料６と接触する位置まで下降させる。具体的には、第２構造部材材料６の一文字の第２材料側溝６ａが上型３の上型凸部３ｃに係合するように、上型３を下降させる。この場合、図１に示すように、上型３の円盤部３ａの下面側と第２構造部材材料６の上面側とが接している。
【００２８】
続いて、モータ（図示せず）の駆動により、上型３を軸部３ｂの軸中心回りに回転させると共に、下方側に所定の荷重を付加しながら下降させる。このように、上型３を回転させつつ、所定の荷重を付加しながら下方側へ下降させることにより、第２構造部材材料６は上型３と共に回転する。これは、上述したように第２構造部材材料６の一文字の第２材料側溝６ａと上型３の上型凸部３ｃとが係合しているからである。一方、第１構造部材材料５は、上型３が回転している場合も上型３と共に回転することはない。第２構造部材材料５が回転すると、第２構造部材材料５の下面側と第１構造部材材料６の上面側に生じる摩擦力により、第１構造部材材料５が回転しようとする。しかし、第１構造部材材料５の第１材料側溝５ａが下型１の下型凸部１ｃに係合していることにより、第１構造部材材料５は回転しない。
【００２９】
つまり、この動作により、第１構造部材材料５と第２構造部材材料６とが、第１構造部材材料５の上面側と第２構造部材材料６の下面側とが摺接しながら相対回転することになる。その結果、第１構造部材材料５の上面側と第２構造部材材料６の下面側との間（摺接部）に摩擦熱が発生する。そして、この摩擦熱により、第１構造部材材料５の上面側及び第２構造部材材料６の下面側が、徐々に軟化さらには半溶融化し始める（軟化半溶融化工程）。なお、上型３の回転速度が大きい程、より摩擦熱を発生させることができる。さらに、上型３により付加される荷重が大きい程、より摩擦熱を発生させることができる。
【００３０】
そして、軟化若しくは半溶融化した第１構造部材材料５及び第２構造部材材料６は、下型１の突設部１ｂと横型２との間の下方に移動する。そして、下型１、横型２及び上型３により形成されるキャビティ内に構造部材材料４がほぼ充填されるまで、上型３を回転させ下方へ荷重をかけながら移動させ続ける。図６に示すように、構造部材材料４がキャビティ内にほぼ充填されると、上型３の回転を停止する。そして、上型３が構造部材材料４に付加する荷重を増大させて、軟化若しくは半溶融化した第１構造部材材料５及び第２構造部材材料６が完全に一体化した構造部材を成形する（成形工程）。この成形工程における荷重は、第１構造部材材料５と第２構造部材材料６とが一体化結合させる荷重であると共に、成形される構造部材における構造部材材料４の充填率が所定値以上となる荷重である。なお、この荷重は、予め実験、解析等により求めることができる。
【００３１】
構造部材が成形された後、まず、上型３を上方へ移動させる。次に、横型２を下型１から取り外す。そして、成形された構造部材を下型１から取り外す。この構造部材、すなわちピストンは、さらに、切削加工等によりピストン溝部等が形成される。
【００３２】
（第２実施例）
第２実施例についても、第１実施例と同様に構造部材の成形方法の一例として、内燃機関用ピストンの成形方法について説明する。まずは、ピストンを型合わせにより成形する第２実施例の成形装置について、図７〜図９を参照して説明する。図７は、成形装置の軸方向断面図である。図８は、下型１１の平面図である。図９は、上型１３の底面図である。
【００３３】
図７に示すように、成形装置の金型は下型１１と横型１２と上型１３とから構成される。すなわち、下型１１は、土台となる円盤部１１ａと、その円盤部１１ａのほぼ中央で図７の上側に突設した突設部１１ｂと、さらに突設部１１ｂの頂面側に突出した下型凸部１１ｃとからなる。突設部１１ｂの形状は、ピストンスカート部の内側の形状を転写する形状となっている。下型凸部（第１係止手段、型側凸部）１１ｃは、図８に示すように、略平行な２本の直線状に形成されている。そして、この下型凸部１１ｃは、略台形形状からなる断面形状に形成されている。なお、下型１１はテーブル（図示せず）に固定されている。
【００３４】
横型１２は、ほぼ円筒形状であって、ピストンスカート部の外側の形状を転写する形状となっている。また、横型１２は、内径が下型１１の突設部１１ｂの外径より大きく、高さが下型１１の突設部１１ｂの高さより高く形成されている。そして、この横型１２は下型１１上に着脱自在に取付けられる。
【００３５】
上型１３は、円盤部１３ａと、軸部１３ｂと、上型凸部１３ｃとからなる。円盤部１３ａの外径は、横型１２の内径よりやや小さく形成されている。また、軸部１３ｂの一端側は、円盤部１３ａの中心に取付けられている。軸部１３ｂの他端側は、モータ（図示せず）に回転可能に接続されている。上型凸部（第２係止手段、型側凸部）１３ｃは、図９に示すように、略平行な２本の直線上に形成されている。そして、この上型凸部１３ｃは、略台形形状からなる断面形状に形成されている。さらに、上型１３が、軸部１３ｂの軸方向に移動可能であって、所定の荷重を付加することができる構成とされている。なお、下型１１、横型１２及び上型１３は、摩耗を考慮して表面が硬質な鋼材、例えば工具鋼や超鋼合金等により形成されている。ここで、下型１１及び横型１２が第１型に相当し、上型１３が第２型に相当する。
【００３６】
そして、上述した第２実施例の成形装置を用いてピストン（構造部材）を成形するための構造部材材料１４について図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は第１構造部材材料１５を示し、図１０（ａ）が第１構造部材材料１５の正面図であり、図１０（ｂ）が第１構造部材材料１５の底面図を示す。図１１は第２構造部材材料１６を示し、図１１（ａ）が第２構造部材材料１６の正面図であり、図１１（ｂ）が第２構造部材材料１６の平面図である。なお、構造部材材料１４は、第１構造部材材料１５と第２構造部材材料１６とからなり、何れもアルミニウムを主成分とする合金からなる。
【００３７】
第１構造部材材料１５は、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、略円柱形状をなしている。具体的には、第１構造部材材料１５の外径が横型１２の内径より小さく形成されている。さらに、第１構造部材材料１５の下面側には、略平行な２本の直線状に第１材料側溝（材料側溝）１５ａが形成されている。この第１材料側溝１５ａは、上述した下型１１の下型凸部１１ｃに係合する形状とされている。なお、第１構造部材材料１５の第１材料側溝１５ａと下型１１の下型凸部１１ｃとが係合した場合、係合部分には僅かに隙間を有するようにしている。
【００３８】
第２構造部材材料１６は、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、第１構造部材材料１５とほぼ同様の略円柱形状をなしている。具体的には、第２構造部材材料１６の外径が横型１２の内径より小さく形成されている。なお、第２構造部材材料１６の上面側には、第１実施例における第２構造部材材料６のような第２材料側溝６ａは形成されていない。
【００３９】
次に、上述した第２実施例の成形装置及び構造部材材料１４を用いたピストンの成形方法について図７，図１２及び図１３を参照して説明する。まず、ピストンを成形するための構造部材材料１４のうち第１構造部材材料１５を下型１１の突設部１１ｂの上に配設する（材料挿入工程）。具体的には、第１構造部材材料１５の第１材料側溝１５ａが下型１１の下型凸部１１ｃに係合するように、第１構造部材材料１５を配設する。この場合、図７に示すように、下型１１の突設部１１ｂの上面側と第１構造部材材料１５の下面側とが接している。
【００４０】
続いて、第２構造部材材料１６を第１構造部材材料１５の上に配設する（材料挿入工程）。すなわち、第１構造部材材料１５の上面側と第２構造部材材料１６の下面側とが接している。続いて、上型１３の上型凸部１３ｃが第２構造部材材料１６と接触する位置まで上型１３を下降させる。
【００４１】
続いて、上型１３を回転させることなく、下方側に所定の荷重を付加しながら上型１３を下降させる（材料側凹部成形工程）。つまり、上型１３は、第２構造部材材料１６の上面側を押圧しながら下降する。具体的には、上型１３の上型凸部１３ｃが第２構造部材材料１６の上面側を押圧する。その結果、図１２に示すように、第２構造部材材料１６の上面側には、上型１３の上型凸部１３ｃの形状が転写された溝（材料側凹部）１６ａが形成される。すなわち、第２構造部材材料１６の上面側に形成される溝１６ａは、略平行な２本の直線状の溝となる。なお、図１２に示すように、上型１３の円盤部１３ａの下面側と第２構造部材材料１６の上面側とが接する位置まで、上型１３は第２構造部材材料１６を押圧する。
【００４２】
続いて、モータ（図示せず）の駆動により、上型１３を軸部１３ｂの軸中心回りに回転させると共に、下方側に所定の荷重を付加しながら下降させる。このように、上型１３を回転させつつ、所定の荷重を付加しながら下方側へ下降させることにより、第２構造部材材料１６は上型１３と共に回転する。これは、第２構造部材材料１６に形成された溝１６ａと上型１３の上型凸部１３ｃとが係合しているからである。一方、第１構造部材材料１５は、上型１３が回転している場合も上型１３と共に回転することはない。第２構造部材材料１５が回転すると、第２構造部材材料１５の下面側と第１構造部材材料１６の上面側に生じる摩擦力により、第１構造部材材料１５が回転しようとする。しかし、第１構造部材材料１５の第１材料側溝１５ａが下型１１の下型凸部１１ｃに係合していることにより、第１構造部材材料１５は回転しない。
【００４３】
つまり、この動作により、第１構造部材材料１５と第２構造部材材料１６とが、第１構造部材材料１５の上面側と第２構造部材材料１６の下面側とが摺接しながら相対回転することになる。その結果、第１構造部材材料１５の上面側と第２構造部材材料１６の下面側との間（摺接部）に摩擦熱が発生する。そして、この摩擦熱により、第１構造部材材料１５の上面側及び第２構造部材材料１６の下面側が、徐々に軟化さらには半溶融化し始める（軟化半溶融化工程）。なお、上型１３の回転速度が大きい程、より摩擦熱を発生させることができる。さらに、上型１３により付加される荷重が大きい程、より摩擦熱を発生させることができる。
【００４４】
そして、軟化若しくは半溶融化した第１構造部材材料１５及び第２構造部材材料１６は、下型１１の突設部１１ｂと横型１２との間の下方に移動する。そして、下型１１、横型１２及び上型１３により形成されるキャビティ内に構造部材材料１４がほぼ充填されるまで、上型１３を回転させ下方へ荷重をかけながら移動させ続ける。図１３に示すように、構造部材材料１４がキャビティ内にほぼ充填されると、上型１３の回転を停止する。そして、上型１３が構造部材材料１４に付加する荷重を増大させて、軟化若しくは半溶融化した第１構造部材材料１５及び第２構造部材材料１６が完全に一体化した構造部材を成形する（成形工程）。この成形工程における荷重は、第１構造部材材料１５と第２構造部材材料１６とが一体化結合させる荷重であると共に、成形される構造部材における構造部材材料１４の充填率が所定値以上となる荷重である。なお、この荷重は、予め実験、解析等により求めることができる。
【００４５】
構造部材が成形された後、まず、上型１３を上方へ移動させる。次に、横型１２を下型１１から取り外す。そして、成形された構造部材を下型１１から取り外す。この構造部材、すなわちピストンは、さらに、切削加工等によりピストン溝部等が形成される。なお、下型１１に形成された下型凸部１１ｃ及び上型１３に形成された上型凸部１３ｃの断面形状の断面形状が略台形形状をなしているので、硬化若しくは固化した構造部材材料１４を下型１１及び上型１３から容易に離型することができる。
【００４６】
（第２実施例の変形態様）
第２実施例の変形態様におけるピストンの成形方法について説明する。まずは、ピストンを型合わせにより成形する第２実施例の変形態様の成形装置について、図１４〜図１６を参照して説明する。図１４は、成形装置の軸方向断面図である。図１５は、下型２１の平面図である。図１６は、上型２３の底面図である。
【００４７】
図１４に示すように、成形装置の金型は下型２１と横型２２と上型２３とから構成される。すなわち、下型２１は、土台となる円盤部２１ａと、その円盤部２１ａのほぼ中央で図１４の上側に突設した突設部２１ｂと、さらに突設部２１ｂの頂面側に突出した下型凸部２１ｃとからなる。突設部２１ｂの形状は、ピストンスカート部の内側の形状を転写する形状となっている。下型凸部（第１係止手段、型側凸部）２１ｃは、図１５に示すように、先端側が細い略円錐形状のものが複数形成されている。なお、下型２１はテーブル（図示せず）に固定されている。
【００４８】
横型２２は、ほぼ円筒形状であって、ピストンスカート部の外側の形状を転写する形状となっている。また、横型２２は、内径が下型２１の突設部２１ｂの外径より大きく、高さが下型２１の突設部２１ｂの高さより高く形成されている。そして、この横型２２は下型２１上に着脱自在に取付けられる。
【００４９】
上型２３は、円盤部２３ａと、軸部２３ｂと、上型凸部２３ｃとからなる。円盤部２３ａの外径は、横型２２の内径よりやや小さく形成されている。また、軸部２３ｂの一端側は、円盤部２３ａの中心に取付けられている。軸部２３ｂの他端側は、モータ（図示せず）に回転可能に接続されている。上型凸部（第２係止手段、型側凸部）２３ｃは、図１６に示すように、先端側が細い略円錐形状のものが複数形成されている。さらに、上型２３が、軸部２３ｂの軸方向に移動可能であって、所定の荷重を付加することができる構成とされている。なお、下型２１、横型２２及び上型２３は、摩耗を考慮して表面が硬質な鋼材、例えば工具鋼や超鋼合金等により形成されている。ここで、下型２１及び横型２２が第１型に相当し、上型２３が第２型に相当する。
【００５０】
そして、上述した第２実施例の変形態様の成形装置を用いてピストン（構造部材）を成形するための構造部材材料２４について説明する。この構造部材材料２４は、第１構造部材材料２５と第２構造部材材料２６とからなり、何れもアルミニウムを主成分とする合金からなる。第１構造部材材料２５及び第２構造部材材料２６は何れも、図１１（ａ）（ｂ）に示すような略円柱形状をなしている。
【００５１】
次に、上述した第２実施例の変形態様の成形装置及び構造部材材料２４を用いたピストンの成形方法について図１４を参照して説明する。まず、ピストンを成形するための構造部材材料２４のうち第１構造部材材料２５を下型１１の突設部２１ｂの上に配設する（材料挿入工程）。このとき、第１構造部材材料２５の下面側と下型２１の下型凸部２１ｃとが接している。
【００５２】
続いて、第２構造部材材料２６を第１構造部材材料２５の上に配設する（材料挿入工程）。すなわち、第１構造部材材料２５の上面側と第２構造部材材料２６の下面側とが接している。続いて、上型２３の上型凸部２３ｃが第２構造部材材料２６と接触する位置まで上型２３を下降させる。
【００５３】
続いて、上型２３を回転させることなく、下方側に所定の荷重を付加しながら上型２３を下降させる（材料側凹部成形工程）。つまり、上型２３は、第２構造部材材料２６の上面側を押圧しながら下降する。具体的には、上型２３の上型凸部２３ｃが第２構造部材材料２６の上面側を押圧する。その結果、第１構造部材材料２５及び第２構造部材材料２６は、下型２１及び上型２３により押圧される。そうすると、第１構造部材材料の下面側には、下側２１の下型凸部２１ｃの形状が転写された穴（材料側凹部）が形成される。また、第２構造部材材料２６の上面側には、上型２３の上型凸部２３ｃの形状が転写された穴（材料側凹部）が形成される。なお、下型２１の突設部２１ｂの頂面側と第１構造部材材料の下面側とが接する位置まで、かつ、上型２３の円盤部２３ａの下面側と第２構造部材材料２６の上面側とが接する位置まで、上型２３は第１構造部材材料２５及び第２構造部材材料２６を押圧する。この後の動作は、上述した第２実施例と同様であるので説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施例における構造部材の成形方法を示す図である。
【図２】下型の平面図を示す図である。
【図３】上型の底面図を示す図である。
【図４】第１構造部材材料を示す図である。
【図５】第２構造部材材料を示す図である。
【図６】第１実施例における構造部材の成形方法を示す図である。
【図７】第２実施例における構造部材の成形方法を示す図である。
【図８】下型の平面図を示す図である。
【図９】上型の底面図を示す図である。
【図１０】第１構造部材材料を示す図である。
【図１１】第２構造部材材料を示す図である。
【図１２】第２実施例における構造部材の成形方法を示す図である。
【図１３】第２実施例における構造部材の成形方法を示す図である。
【図１４】第２実施例の変形態様における構造部材の成形方法を示す図である。
【図１５】下型の平面図を示す図である。
【図１６】上型の底面図を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１，１１，２１：下型（第１型）、  １ａ，１１ａ，２１ａ：円盤部、  １ｂ，１１ｂ，２１ｂ：突設部、  １ｃ，１１ｃ，２１ｃ：下型凸部（型側凸部）、  ２，１２、２２：横型（第１型）、  ３，１３，２３：上型（第２型）、  ３ａ，１３ａ，２３ａ：円盤部、  ３ｂ，１３ｂ，２３ｂ：軸部、  ３ｃ，１３ｃ，２３ｃ：上型凸部（型側凸部）、  ４，１４，２４：構造部材材料、  ５，１５，２５：第１構造部材材料、  ６，１６，２６：第２構造部材材料
【図１】
2005161371.tif 000003
【図２】
2005161371.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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