(57)【要約】【課題】低コストで良好な密着性を確保するに好適な内燃機関のピストンピンの製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】ワークＷにおける筒状体２の貫通穴内にマンドレル５を挿入し、マンドレル５の軸心Ｃ２をワークＷの軸心Ｃ１から偏心させて、マンドレル５を筒状体２の貫通穴内面に押付ける。そして、その偏心状態を維持しつつ、マンドレル５若しくはワークＷのいずれかをワークＷの軸心Ｃ１周りに回転（公転）させることにより、前記貫通穴内面に対してマンドレル５を摩擦により転がり接触させ、マンドレル５を筒状体２内面に対して自転させる。これにより、ワークＷにおける筒状体２は、円周方向へ展伸されつつ半径方向外側へ拡径され、その外周が金属筒１の内面へ密着される。【選択図】図３
2009192060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉の金属筒の内周に、多層の繊維部材を熱硬化性樹脂で相互に接着して結合することにより形成した繊維強化合成樹脂の筒状体を前記熱硬化性樹脂が完全硬化させる前に挿入し、
前記筒状体の貫通穴内に、それ自身の軸回りに回転可能なマンドレルを挿入し、マンドレルの軸を金属筒の軸心から偏心させてマンドレルの表面を筒状体の貫通穴内面に押圧状態で転がり接触させ、
前記偏心状態のマンドレルまたは金属筒の少なくともいずれか一方を金属筒の軸心回りに回転させて、前記筒状体をマンドレルにより半径方向外側に拡径させてその外周を金属筒の内面に圧接して密着させ、
前記筒状体が内周に圧接された金属筒を加熱してその熱硬化性樹脂を加熱硬化させて、筒状体を金属筒に一体的に接着することを特徴とする内燃機関のピストンピンの製造方法。
【請求項２】
前記マンドレルには、金属筒の両端面に当接するフランジ状の枠体を備え、マンドレルによる筒状体の半径方向外側への拡径による圧接時に、枠体により筒状体の金属筒側方へのはみ出しを抑制することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のピストンピンの製造方法。
【請求項３】
薄肉の金属筒の内周に、多層の繊維部材を熱硬化性樹脂で相互に接着して結合することにより形成した繊維強化合成樹脂の筒状体を前記熱硬化性樹脂が完全硬化させる前に挿入し、筒状体の外周を金属筒に内側から圧接させ、加熱炉に入れて加熱されることにより熱硬化性樹脂を加熱硬化させて、筒状体を金属筒に一体的に接着する内燃機関のピストンピンの製造に使用される製造装置であり、
それ自身の軸回りに回転可能であり、薄肉の金属筒の内周に熱硬化性樹脂が完全硬化させる前の繊維強化合成樹脂の筒状体が挿入されたワークにおける筒状体の貫通穴内に挿入されて、その軸を金属筒の軸心から偏心させてその表面が筒状体の貫通穴内面に押圧状態で転がり接触するマンドレルと、
前記軸位置が金属筒の軸心から偏心したマンドレルまたは金属筒の少なくともいずれか一方を金属筒の軸心回りに回転させて、前記筒状体をマンドレルにより半径方向外側に拡径させてその外周を金属筒の内面に圧接して密着させる回転手段と、を備えることを特徴とする内燃機関のピストンピンの製造装置。
【請求項４】
前記回転手段は、前記金属筒の軸心から偏心して位置するマンドレルに対して前記金属筒をその軸心回りに回転させることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のピストンピンの製造装置。
【請求項５】
前記回転手段は、停止保持された金属筒に対して前記マンドレルを前記金属筒の軸心回りに所定角度範囲で往復回動させ、停止保持された金属筒をマンドレルの所定往復回動毎に所定角度回転させて停止保持することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のピストンピンの製造装置。
【請求項６】
前記マンドレルは、金属筒内の筒状体内面に接触する長手方向中途部で軸方向両側に分割され、筒状体内で分割端部同士を互いに係合させて一体回転可能に構成されていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一つに記載の内燃機関のピストンピンの製造装置。
【請求項７】
前記マンドレルは、金属筒の両端面に夫々接触するフランジ状の枠体を備えることを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか一つに記載の内燃機関のピストンピンの製造装置。
【請求項８】
前記枠体の少なくともいずれか一方は、弾性体による付勢手段により金属筒の端面に当接されるものであることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関のピストンピンの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンピンの製造方法及び製造装置に関し、特に、金属筒の内部に炭素繊維強化プラスチックの筒状体を一体的に密着させるに好適な内燃機関のピストンピンの製造方法及び製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から内燃機関の往復動部分を軽量化するため、ピストンピンのような筒状の製品に対して鋼管の肉厚を減らし、剛性補強のために炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の筒状体を内挿して一体化させることが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、薄肉の金属筒の内周に、多層の繊維部材を熱硬化性樹脂で相互に接着して結合することにより形成する繊維強化合成樹脂の筒状体を前記熱硬化性樹脂を完全硬化させる前に挿入し、この筒状体を挿入した金属筒を加熱炉に入れた状態で金属筒の内周に筒状体の外周を内側から圧接しつつ金属筒の外周側から熱硬化性樹脂を加熱硬化させて、筒状体を金属筒に一体的に接着するようにしている。
【０００４】
そして、筒状体の外周を金属筒に内側から圧接して密着させる方法として、筒状体を挿入した金属筒の両端を閉塞して内部に加圧流体を供給し、筒状体の内側から押圧する方法や金属筒に挿入した筒状体の内部から、一対の割型部材とくさびからなる機械的拡張手段により筒状体の内側から加圧する方法等が紹介されている。
【特許文献１】特公昭６２−３２３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例で紹介されている方法では、下記に記載するように、設備や治具コストが高価なものとなったり、成形段取りに時間がかかる等の課題があった。
【０００６】
即ち、筒状体を挿入した金属筒の両端を閉塞して内部に加圧流体を供給し、筒状体の内側から押圧する方法では、加熱炉内において筒状体の内側へ加圧流体を供給する機構・装置を必要とし、成形段取り作業においてもセッティングに時間がかかるものであった。また、金属筒に挿入した筒状体の内部から、一対の割型部材とくさびからなる機械的拡張手段により筒状体の内側から加圧する方法では、筒状体の端部と中央部との押圧力にばらつきが発生して良好な密着性が得られない場合がある。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、低コストで良好な密着性の確保に好適な内燃機関のピストンピンの製造方法及び製造装置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】
【０００８】
本発明は、薄肉の金属筒の内周に、多層の繊維部材を熱硬化性樹脂で相互に接着して結合することにより形成した繊維強化合成樹脂の筒状体を前記熱硬化性樹脂が完全硬化させる前に挿入し、前記筒状体の貫通穴内に、それ自身の軸回りに回転可能なマンドレルを挿入し、マンドレルの軸を金属筒の軸心から偏心させてマンドレルの表面を筒状体の貫通穴内面に押圧状態で転がり接触させ、前記偏心状態のマンドレルまたは金属筒の少なくともいずれか一方を金属筒の軸心回りに回転させて、前記筒状体をマンドレルにより半径方向外側に拡径させてその外周を金属筒の内面に圧接して密着させ、前記筒状体が内周に圧接された金属筒を加熱してその熱硬化性樹脂を加熱硬化させて、筒状体を金属筒に一体的に接着するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本発明では、薄肉の金属筒の内周に熱硬化性樹脂が完全硬化させる前の繊維強化合成樹脂の筒状体が挿入されたワークの筒状体の貫通穴内に、それ自身の軸回りに回転可能なマンドレルを挿入し、マンドレルの軸を金属筒の軸心から偏心させてマンドレルの表面を筒状体の貫通穴内面に押圧状態で転がり接触させ、前記偏心状態のマンドレルまたは金属筒の少なくともいずれか一方を金属筒の軸心回りに回転させて、前記筒状体をマンドレルにより半径方向外側に拡径させてその外周を金属筒の内面に圧接して密着させるため、回転（自転）するマンドレルによる均一な密着力により金属筒の内面に密着した繊維強化合成樹脂の筒状体を備えるピストンピン（中間製品）を得ることができる。また、回転（自転）するマンドレルによる均一な圧縮により筒状体を構成する繊維強化合成樹脂の密度を均一に高めることができ、高強度のピストンピンをえることができる。しかも、回転（自転）するマンドレルによる厚さ寸法の高精度に均一な繊維強化合成樹脂の筒状体を金属筒の内面に密着させて形成できるため、強度を保つための余分な厚肉（惰肉）を必要とすることなく最適な肉厚の筒状体とすることができ、使用する繊維強化合成樹脂の原価を低減できる。さらに、筒状体は回転（自転）するマンドレルにより拡径されるため、成型時の外形寸法を金属筒の内径よりやや小さく形成することが可能であり、金属筒への挿入性を向上でき、量産性も向上できる。また、得られたピストンピン中間製品は、個々に取り扱うことができ、複数個をロット毎、若しくは、連続的に加熱炉に投入することができ、繊維強化合成樹脂よりなる筒状体を内側に密着させて一体に備えるピストンピンを、低コストで効率的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の内燃機関のピストンピンの製造方法及び製造装置の一実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１は本発明の製造方法により製造されるピストンピンの縦断面図、図２はピストンピンの中間製品の製造工程を示す工程図、図３〜図５は金属筒の内面への筒状体の密着方法に使用するマンドレルの正面図・断面図および分割端面図、図６は筒状体の密着状態を示す説明図、図７、８は第１実施例の密着加工装置の概略側面図および断面図、図９，１０は第２実施例の密着加工装置の概略側面図および断面図である。
【００１１】
まず、本発明によって製造されるピストンピンは、図１に示すように、比較的薄肉の金属筒１と、その内周に固着されるガラス繊維又は炭素繊維層あるいは、炭素繊維とガラス繊維、ボロン繊維等とを交互に重ね熱硬化性樹脂を結合樹脂として相互に結合して円筒状に形成した繊維強化合成樹脂の筒状体２とから構成される。金属筒１の外周面には耐摩耗性を高めるように表面処理が施される。
【００１２】
繊維強化合成樹脂の筒状体２は、図２に示すように、一方向のみの方向性を与えないように、軸方向に繊維を配列するもの、軸方向にある角度をもって交差するもの、円周方向に配列するもの等を順次積層し（Ａ）、かつこれら互いの層間をエポキシ樹指、ポリイミド、ポリエステル等の熱硬化性樹脂を結合（バインダ）樹脂としてシート状に成形し（Ｂ）、このシート状部材を円柱状部材に巻付けて筒状に形成し（Ｃ）、円柱状部材を引抜いて半硬化状態に乾燥させて形成する。そして、この半硬化状態の筒状体２は、図示しない別工程（Ｄ）で形成したピストンピンの外周側を構成する金属筒１に挿入してワークＷを形成し（Ｅ）、後述する密着加工でワークＷの金属筒１と筒状体２とを密着させた後に、ピストンピンの加熱処理過程にて硬化及び結合されることになる。以下では、金属筒１に筒状体２が挿入されて組合わされたものに対して、単に「ワークＷ」とのみ称する。
【００１３】
この繊維強化合成樹脂の筒状体２と金属筒１の接着は、詳しくは後述するが、前記密着加工により密着された後、これを加熱炉に収容して金属筒１の外側から熱を加えて結合樹脂を硬化させることにより行う。炭素繊維強化合成樹脂は、鉄に比較して単位重量当りの機械的強度が約１０倍と極めて大きく、しかも耐疲労強度が約１．６倍で、さらに線膨張も非常に小さく寸法の安定性が良い。また振動に対する減衰特性が高いので、ピストンピンのように常に振動する部材には最適である。
【００１４】
このようにして、ピストンピンに要求される大きな機械的強度並びに耐疲労強度については、この繊維強化合成樹脂の筒状体２で受けもち、コンロッドとの接触面には耐摩耗性が大きくしかも寸法精度の高い金属筒１と対応させるので、全てを金属で形成する従来のピストンピンに比較して１／２−１／３の重量で、同等の強度を保つことが可能となる。
【００１５】
この場合、筒状体２と金属筒１との接着強度を高めることが、両素材のもつ機械的な強度をそれぞれ十分に発揮させるための条件となるが、そのために、本実施形態では、以下に記載した、密着加工を実施する。
【００１６】
即ち、本実施形態の製造方法における密着加工は、図３、４に示すように、ワークＷにおける筒状体２の貫通穴内にマンドレル５を挿入し、マンドレル５の軸心Ｃ２をワークＷの軸心Ｃ１から偏心させて、マンドレル５を筒状体２の貫通穴内面に押付ける。そして、その偏心状態を維持しつつ、マンドレル５若しくはワークＷのいずれかをワークＷの軸心Ｃ１周りに回転（公転）させることにより、前記貫通穴内面に対してマンドレル５を摩擦により転がり接触させる。この場合に、マンドレル５は筒状体２内面に対して自転する。これにより、ワークＷにおける筒状体２は、図６に示すように、円周方向へ展伸されつつ半径方向外側へ拡径され、その外周が金属筒１の内面へ密着される。
【００１７】
前記マンドレル５は、図３に示すように、ワークＷにおける筒状体２の貫通穴に挿入された略中央部で左右（５Ａ，５Ｂ）に分割され、夫々の分割端部５Ｃには、図５に示すように、一方に突起６Ａを他方にこの突起６Ａが嵌り込む窪み６Ｂを、夫々互違いに設けることで、互いに突起６Ａと窪み６Ｂを嵌合させて一体に回転可能となっており、且つこの状態から分割端部５Ｃ同士の嵌合を分離して、いずれか一方のマンドレル５Ａ（５Ｂ）を他方のマンドレル５Ｂ（５Ａ）に対して軸方向に離間させることにより、両マンドレル５Ａ，５Ｂ間に空間を開けて、ワークＷの密着加工状態への取付（ワークセット）および密着加工完了後の取外し（ワークリセット）を可能としている。一対のマンドレル５Ａ，５Ｂの軸方向外側端にはマンドレル軸５Ｄが夫々突出させて配置されている。
【００１８】
また、前記両マンドレル５Ａ，５Ｂには、ワークＷの夫々の端面に当接するフランジ状の枠体７が設けられ、各枠体７はワークＷの両端面に接触することにより、マンドレル５により円周方向に展伸されつつ拡径される筒状体２が金属筒１の端部から軸方向外側へ張出すことを阻止するよう機能する。一方の枠体７は一方のマンドレル５Ａに軸方向には移動しないよう固定枠体７Ａとして設けられる。また、他方の枠体７Ｂは他方のマンドレル５Ｂに軸方向に移動可能な可動枠体７Ｂとして設けられ、他方のマンドレル５Ｂに軸方向に設けた移動しないフランジ７Ｃとの間に配置した弾性体７Ｄ、図示例では、圧縮コイルスプリングにより、ワークＷ側に付勢され、弾性体７ＤによりワークＷの端面に当接するように構成している。このように、ワークＷを固定枠体７Ａと可動枠体７Ｂとで挟み付けることにより、ワークＷを構成する金属筒１の軸方向寸法のバラツキを吸収するよう構成している。なお、各枠体７Ａ，７Ｂは、夫々のマンドレル５に対して回転方向に一体に回転するものであってもよく、また、マンドレル５に対して自由に回転可能なものであってもよい。以下では、両マンドレル５Ａ，５Ｂを総称する場合には、単に「マンドレル５」とし、個々のマンドレル５Ａ，５Ｂはその符号と共に記載する。
【００１９】
以上の構成の密着加工を実施する密着加工装置の第１実施例を図７及び図８に示す。本実施例の密着加工装置は、前記ワークＷを固定保持し、工具としてのマンドレル５をワークＷにおける筒状体２の貫通穴内に挿入し、マンドレル５の軸心をワークＷの軸心から偏心させ、マンドレル５を筒状体２の貫通穴内面に押付け、その偏心状態を維持しつつ、マンドレル５をワークＷの軸心周りに回転（公転）させて、前記貫通穴内面とマンドレル５とを摩擦により転がり接触させる（マンドレル５は筒状体２内面に対して自転する）方法により、ワークＷにおける筒状体２を、円周方向へ展伸されつつ半径方向外側へ拡径させ、その外周を金属筒１の内面へ密着させるようにしたものである。
【００２０】
本実施例の密着加工装置は、前記ワークＷを固定保持するために、固定機台１０に設けた支柱の上端において、ワークＷの軸方向に隔てた位置に配置したワークホルダ１２と、ワークホルダ１２にワークＷである金属筒１を保持するクランプ１３とを備える。ワークホルダ１２には、例えば、ワークＷである金属筒１をＶ字状溝により下側から支持するようにし、これに対向するクランプ１３にも、同様にワークＷである金属筒１に上方から係合するＶ字状溝を備えるように構成する。
【００２１】
また、前記密着加工装置は、前記固定機台１０および固定機台１０に対して結合および分離可能に設けた可動機台１１を備え、固定機台１０および可動機台１１に、夫々設けた支柱１４の上端側に軸受１５を介して回転可能に夫々回動軸１６を備える。この両回動軸１６の対向する軸端には、半径方向移動可能に夫々軸受部材１７が配置され、前記固定枠体７Ａおよび可動枠体７Ｂを備えた一対のマンドレル５は、その両端のマンドレル軸５Ｄがこの軸受部材１７に夫々回転自在に支持されている。
【００２２】
前記両軸受部材１７は、図８（Ａ）に示すように、回動軸１６の軸端に設けた半径方向溝１６Ａの一端（回動軸１６の軸心）に位置する同心状態から、図８（Ｂ）に示すように、半径方向溝１６Ａに沿って移動させた、回動軸１６の軸心に対する偏心状態へ位置変更可能としている。この軸受部材１７は、軸受部材１７に設けた図示しないねじ穴にねじ係合するねじ１８Ａ（このねじ１８Ａは、図示しない支持手段により、それ自体の軸方向位置が固定されている）により構成されるねじ機構１８の回転位置を調整することにより、半径方向溝１６Ａ内での半径方向位置（偏心位置）を調整可能としている。ねじ機構１８の外端には、互いに噛合う傘歯車機構１９が配置され、この傘歯車機構１９は制御軸２０を介してサーボモータ等のアクチュエータ２１に連結されている。
【００２３】
前記固定機台１０側の傘歯車機構１９およびアクチュエータ２１は固定機台１０側の回動軸１６と一体となって回動可能なフレーム２２Ｂに支持され、可動機台１１側の傘歯車機構１９は可動機台１１側の回動軸１６と一体となって回動可能なフレーム２２Ａに支持されている。固定機台１０側のフレーム２２Ｂに支持されたアクチュエータ２１側制御軸２０と可動機台１１側のフレーム２２Ａに支持された傘歯車機構１９の制御軸２０とは、可動機台１１が固定機台１０に対して連結される際には接合し、可動機台１１が固定機台１０から分離される際には分離するカップリング２３により連結される。
【００２４】
前記両回動軸１６の各支柱１４から外側へ突出した端部にはプーリ２５が夫々設けられ、支柱１４の下端側に回転可能に配置された駆動軸２６に設けたプーリ２７と前記回動軸１６のプーリ２５にはベルト２８が共に巻掛けられている。前記駆動軸２６はサーボモータ等のアクチュエータ２９により回転駆動される。可動機台１１側の駆動軸２６と固定機台１０側の駆動軸２６とは、結合および分離可能なカップリング３０を介して連結されている。
【００２５】
以上の構成の第１実施例の密着加工装置による密着加工は、以下の要領で実施される。      
【００２６】
密着加工装置の待機状態では、可動機台１１が固定機台１０から分離され、可動機台１１側の回動軸１６に軸受部材１７を介して支持されるマンドレル５Ａは、固定機台１０側のマンドレル５Ｂに対して分割端部５Ｃにより分離され、可動機台１１側の制御軸２０および駆動軸２６と固定機台１０側の制御軸２０および駆動軸２６とは、夫々カップリング２３，３０を分離させて離脱されている。また、固定機台１０上のワークＷを固定保持するクランプ１３は開放されて、ワークホルダ１２上はワークＷが取り除かれた状態となっている。また、各マンドレル５は予めアクチュエータ２１により回動軸１６と同心状態に復帰されている。
【００２７】
先ず、金属筒１内に筒状体２を挿入したワークＷを、その筒状体２の貫通穴を固定機台１０上のマンドレル５Ｂに嵌合させてワークホルダ１２のＶ字状溝上に設置し、クランプ１３によりワークＷがワークホルダ１２上に固定される。固定機台１０側のマンドレル５Ｂはその分割端部５ＣがワークＷの中途部まで挿入した状態でワークＷの中心に位置している。
【００２８】
次いで、可動機台１１を固定機台１０側に前進させて固定機台１０に連結させる。同時に可動機台１１側マンドレル５Ａの分割端部５Ｃが前進してワークＷの筒状体２内に入り込み、固定機台１０側マンドレル５Ｂの分割端部５Ｃに係合して両者が連結状態となると共に、駆動軸２６同士および制御軸２０同士がカップリング２３，３０により夫々連結される。この状態においては、マンドレル５の固定枠体７Ａおよび可動枠体７ＢがワークＷの金属筒１の端面に接触した状態となる。
【００２９】
次に、アクチュエータ２１を作動させて制御軸２０が回動され、両傘歯車機構１９を介してねじ機構１８が回転され、軸受部材１７が回動軸１６の軸心から偏心作動され、マンドレル５がワークＷの軸心から偏心されて、その表面がワークＷにおける筒状体２の貫通穴内面に接触し、筒状体２の一部を金属筒１内面に接触させるまで偏心移動させて、アクチュエータ２１を停止させる。
【００３０】
次いで、アクチュエータ２９を駆動して駆動軸２６を回転させ、プーリ２７・ベルト２８・プーリ２５を介して回動軸１６を所定回動角の範囲で往復させて回動させる。回動軸１６が回動されることにより、回動軸１６と一体的に制御軸２０、アクチュエータ２１および各傘歯車機構１９を保持している両フレーム２２Ａ，２２ＢをワークＷ回りに揺動させる。同時に、マンドレル５はワークＷに対して偏心した状態で公転され、ワークＷにおける筒状体２内面との摩擦接触により転がり回転（自転）し、当該接触している筒状体２の部分を順次円周方向に展伸させながら半径方向外方に拡径させる。
【００３１】
前記所定回動角は、ワークホルダ１２を支持する支柱と揺動するフレーム２２Ａ，２２Ｂとの干渉を避けるために、例えば、フレーム２２Ａ，２２Ｂが最上端に位置している回転位置から左右に夫々角度１３５度（全揺動角２７０度、下方の左右角４５度は除かれる）の範囲で往復させて揺動させる。この往復回動時にマンドレル５の偏心量を徐々に若干だけ大きくすることにより、筒状体２外面の金属筒１内面への密着を促進させる。そして、所定の偏心量に達した段階でそれ以上の偏心量の増加を停止させ、筒状体２の厚さを均一とする。前記筒状体２の密着加工過程において、可動枠体７Ｂおよび固定枠体７Ａは金属筒１の端面に当接して密着加工される筒状体２の金属筒１の軸方向外側へのせり出しを阻止して、金属筒１内面への密着を助長させる。
【００３２】
所定回数の往復揺動により、筒状体２の前記所定回動角範囲の金属筒１内面への密着が完了した段階で、アクチュエータ２９を停止させて回動軸１６の回動を停止させ、偏心したマンドレル５をアクチュエータ２１・傘歯車機構１９・ねじ機構１８により同心状態に戻し、クランプ１３を解除してワークＷをワークホルダ１２上で、例えば、１８０度回転させて、密着加工の未加工範囲を上方にして、再びクランプ１３によりワークＷを固定する。このワークＷの回転は、図示しないアクチュエータにより行うようにしてもよい。
【００３３】
そして、同様に、アクチュエータ２１を作動させて制御軸２０を回動し、両傘歯車機構１９を介してねじ機構１８を回転させて、軸受部材１７を回動軸１６の軸心から偏心作動させ、マンドレル５をワークＷの軸心から再び偏心させて、その表面がワークＷにおける筒状体２の貫通穴内面に接触させて、筒状体２の一部が金属筒１内面に接触させるまで偏心移動させて、アクチュエータ２１を停止させる。
【００３４】
次いで、同様に、アクチュエータ２９を駆動して駆動軸２６を回転させ、プーリ２７・ベルト２８・プーリ２５を介して回動軸１６を所定回動角の範囲で往復させて回動させる。回動軸１６が回動されることにより、回動軸１６と一体的に制御軸２０、アクチュエータ２１および各傘歯車機構１９を保持している両フレーム２２をワークＷ回りに揺動する。同時に、マンドレル５はワークＷに対して偏心した状態で公転され、ワークＷにおける筒状体２内面との摩擦接触により転がり回転（自転）し、当該接触している筒状体２の部分を順次円周方向に展伸させながら半径方向外方に拡径させる。
【００３５】
この往復回動時にマンドレル５の偏心量を徐々に若干だけ大きくすることにより、筒状体２外面の金属筒１内面への密着を促進させる。そして、所定の偏心量に達した段階でそれ以上の偏心量の増加を停止させ、筒状体２の厚さを均一とする。前記筒状体２の密着加工過程において、可動枠体７Ｂおよび固定枠体７Ａは金属筒１の端面に当接して密着加工される筒状体２の金属筒１の軸方向外側へのせり出しを阻止して、金属筒１内面への密着を助長させる。
【００３６】
所定回数の往復揺動により、筒状体２の前記所定回動角範囲の金属筒１内面への密着が完了した段階で、アクチュエータ２９を停止させて回動軸１６の回動を停止させ、偏心したマンドレル５をアクチュエータ２１・傘歯車機構１９・ねじ機構１８により同心状態に戻し、可動機台１１を固定機台１０から分離させ、可動機台１１側の回動軸１６に軸受部材１７を介して支持されるマンドレル５Ａを、固定機台１０側のマンドレル５Ｂに対して分割端部５Ｃにより分離させ、可動機台１１側の制御軸２０および駆動軸２６と固定機台１０側の制御軸２０および駆動軸２６とを、夫々カップリング２３，３０により分離させて、密着加工装置の待機状態とする。そして、固定機台１０上のワークＷを固定保持するクランプ１３を開放して、ワークホルダ１２上の密着加工が完了したワークＷを取り除いて排出する。以上の工程を繰り返すことにより、順次ワークＷの密着加工を実施することができる。
【００３７】
密着加工が完了したワークＷは、図示しない加熱炉に挿入して約１５０℃−２００℃に加熱する。ワークＷは一個ずつ加熱処理することもできるが、複数のワークＷを前記した密着加工により作成し、複数のワークＷを、同時に加熱炉に挿入して同時に加熱、若しくは、順次加熱炉に投入して連続的に加熱することが効率的で望ましい。このようにして、未硬化状態の筒状体２を金属筒１の内面に良く密着させた状態で、外側つまり前記密着面側から加熱硬化させるので筒状体２と金属筒１とは互いに強固に接着され、ピストンピンとして十分な強度が得られる。なお、加熱炉として高周波加熱機構を備えるものを利用すると、短時間で効率よく加熱できる。加熱を終えて加熱炉から取出されたワークＷは、繊維強化合成樹脂の筒状体２の外周が金属筒１に内側から圧接して加熱硬化されて金属筒１に一体的に接着された状態となっている。
【００３８】
得られたピストンピンは、熱硬化性樹脂を加熱硬化させつつ繊維強化合成樹脂の筒状体２の外周を、金属筒１に内側に密着させて、筒状体２を金属筒１に一体的に接着され、両者の接着強度が非常に強く、互いに素材のもつ特性が相乗的に助長され、この結果、金属性のピストンピンに比べて、１／２〜１／３の重量で同等の機械的強度を保持し、しかも耐久性にすぐれた非常に軽量なピストンピンとすることができ、しかも効率よく製造することができる。
【００３９】
上記した密着加工装置の第１実施例においては、ワークＷの例えば、２７０度の角度範囲の密着加工を施した後に、ワークＷを上下反転させて、再度ワークＷの例えば、２７０度の角度範囲の密着加工を施こすものについて説明したが、図示しないが、ワークホルダ１２上でワークＷをアクチュエータ等により順次回転させつつ、同様の方法で、ワークＷの例えば、２７０度の角度範囲の密着加工を順次施こすようにすると、ワークＷを反転する工程およびそれに付随して発生するマンドレル５の偏心調整作業を省略することができ、効率的に密着加工を施すことができる。
【００４０】
図９、１０に示す密着加工を実施する密着加工装置の第２実施例では、工具としてのマンドレル５をワークＷにおける筒状体２の貫通穴内にマンドレル５を挿入し、ワークＷを回転させた状態で、マンドレル５の軸心をワークＷの軸心から偏心させ、マンドレル５を筒状体２の貫通穴内面に押付け、その偏心状態を維持して、回転する前記ワークＷの貫通穴内面とマンドレル５との摩擦により転がり接触させる（マンドレル５は筒状体２内面に対して自転する）方法により、ワークＷにおける筒状体２を、円周方向へ展伸されつつ半径方向外側へ拡径させ、その外周を金属筒１の内面へ密着させるようにしたものである。
【００４１】
本実施例の密着加工装置は、前記ワークＷを回転保持するために、前記ワークＷである金属筒１の外周に接触して回転可能に保持する、一対の支持ローラ３５と一対の従動ローラ３６との４個のローラを後述する固定機台１０側に備える。前記一対の支持ローラ３５は、ワークＷの左右下方に配置されてその軸位置が固定されてワークＷを下方から回転可能に支持し、モータ等の図示しないアクチュエータにより回転する駆動ローラ３７に接触して回転駆動され、ワークＷをその位置で回転させるよう作動する。前記一対の従動ローラ３６は、ワークＷから上方に離れた待機位置とワークＷの左右上方に接触してワークＷにより回転され、ワークＷをその位置で回転させながら支持する作動位置とを備える。
【００４２】
また、前記密着加工装置は、前記固定機台１０および固定機台１０に対して結合および分離可能に設けた可動機台１１を備え、固定機台１０および可動機台１１に、上下方向に移動可能に夫々軸受部材１７が配置され、前記固定枠体７Ａおよび可動枠体７Ｂを備えた一対のマンドレル５は、その両端のマンドレル軸５Ｄがこの軸受部材１７に夫々回転自在に支持されている。
【００４３】
前記両軸受部材１７は、ワークＷに対する同心状態から、下方向に移動させた、ワークＷの軸心に対する偏心状態へ位置変更可能としている。この軸受部材１７は、軸受部材１７に設けた図示しないねじ穴にねじ係合するねじ１８Ａ（このねじ１８Ａは、図示しない支持手段により、それ自体の軸方向位置が固定されている）により構成されるねじ機構１８の回転位置を調整することにより、上下方向位置（偏心位置）を調整可能としている。ねじ機構１８の下端には、互いに噛合う傘歯車機構１９が配置され、この傘歯車機構１９は制御軸を介してサーボモータ等のアクチュエータ２１に制御軸２０を介して連結されている。
【００４４】
前記固定機台１０側の傘歯車機構１９・制御軸２０およびアクチュエータ２１は固定機台１０側に支持され、可動機台１１側の傘歯車機構１９・制御軸２０は可動機台１１側に支持されている。固定機台１０側のアクチュエータ２１に連結された制御軸２０と可動機台１１側の傘歯車機構１９の制御軸２０とは、可動機台１１が固定機台１０に対して連結される際には接合し、可動機台１１が固定機台１０から分離される際には分離するカップリング２３により連結されている。
【００４５】
以上の構成の密着加工装置による密着加工は、以下の要領で実施される。密着加工装置の待機状態では、可動機台１１が固定機台１０から分離され、可動機台１１側の軸受部材１７を介して支持されるマンドレル５Ａは、固定機台１０側のマンドレル５Ｂに対して分割端部５Ｃにより分離され、可動機台１１側の制御軸２０と固定機台１０側の制御軸２０とは、カップリング２３を分離させて離脱されている。また、固定機台１０上のワークＷを回転保持する一対の従動ローラ３６は一対の支持ローラ３５から上方に離間した待機位置にあり、一対の支持ローラ３５上からワークＷが取り除かれた状態となっている。また、各マンドレル５は予めアクチュエータ２１によりワークＷの軸心と同心状態となるようにされている。
【００４６】
先ず、金属筒１内に筒状体２を挿入したワークＷを、その筒状体２の貫通穴を固定機台１０上のマンドレル５に嵌合させて一対の支持ローラ３５上に設置し、一対の従動ローラ３６を待機位置から作動位置に下降させてワークＷを回転可能に支持する。固定機台１０側のマンドレル５Ｂはその分割端部５ＣがワークＷの中途部まで挿入した状態でワークＷの中心に位置している。
【００４７】
次いで、可動機台１１を固定機台１０側に前進させて固定機台１０に連結させる。同時に可動機台１１側マンドレル５Ａの分割端部５Ｃが前進してワークＷの筒状体２内に入り込み、固定機台１０側マンドレル５Ｂの分割端部５Ｃに係合して両者が連結状態となると共に、制御軸２０同士がカップリング２３により連結される。この状態においては、マンドレル５の固定枠体７Ａおよび可動枠体７ＢがワークＷの金属筒１の端面に接触した状態となる。
【００４８】
次に、アクチュエータ２１を作動させて制御軸２０が回動され、両傘歯車機構１９を介してねじ機構１８が回転され、軸受部材１７およびマンドレル５がワークＷの軸心から偏心作動され、マンドレル５の表面がワークＷにおける筒状体２の貫通穴内面に接触し、筒状体２の一部を金属筒１内面に接触させるまで偏心移動させて、アクチュエータ２１を停止させる。
【００４９】
次いで、駆動ローラ３７を回転させ、一対の支持ローラ３５を回転させ、ワークＷおよび一対の従動ローラ３６を回動させる。ワークＷが回転されることにより、マンドレル５はワークＷにおける筒状体２内面との摩擦接触により転がり回転（自転）し、当該接触している筒状体２の部分を順次円周方向に展伸させながら半径方向外方に拡径させる。そして、マンドレル５の偏心量を徐々に若干だけ大きくすることにより、筒状体２外面の金属筒１内面への密着を促進させる。そして、所定の偏心量に達した段階でそれ以上の偏心量の増加を停止させ、筒状体２の厚さを均一とする。前記筒状体２の密着加工過程において、可動枠体７Ｂおよび固定枠体７Ａは金属筒１の端面に当接して密着加工される筒状体２の金属筒１の軸方向外側へのせり出しを阻止して、金属筒１内面への密着を助長させる。
【００５０】
ワークＷの所定回転により、筒状体２の金属筒１内面への密着が完了した段階で、駆動ローラ３７を停止させてワークＷの回転を停止させ、偏心したマンドレル５をアクチュエータ２１・傘歯車機構１９・ねじ機構１８によりワークＷに対して同心状態に戻し、可動機台１１を固定機台１０から分離させ、可動機台１１側の軸受部材１７を介して支持されるマンドレル５Ａを、固定機台１０側のマンドレル５Ｂに対して分割端部５Ｃにより分離させ、可動機台１１側の制御軸２０と固定機台１０側の制御軸２０とを、カップリング２３により分離させて、密着加工装置の待機状態とする。
そして、固定機台１０上のワークＷを従動ローラ３６を上昇させて待機位置に待避させて、ワークＷの支持を開放して、支持ローラ３５上の密着加工が完了したワークＷを取り除いて排出する。以上の工程を繰り返すことにより、順次ワークＷの密着加工を実施することができる。
【００５１】
その後は、第１実施例と同様に、密着加工が完了したワークＷは、図示しない加熱炉に挿入して約１５０℃−２００℃に加熱して、未硬化状態の筒状体２を金属筒１の内面に良く密着させた状態で、外側つまり前記密着面側から加熱硬化させ、筒状体２と金属筒１とは互いに強固に接着し、ピストンピンとして十分な強度が得られる。
【００５２】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００５３】
（ア）薄肉の金属筒１の内周に、多層の繊維部材を熱硬化性樹脂で相互に接着して結合することにより形成した繊維強化合成樹脂の筒状体２を前記熱硬化性樹脂が完全硬化させる前に挿入し、前記筒状体２の貫通穴内に、それ自身の軸回りに回転可能なマンドレル５を挿入し、マンドレル５の軸５Ｄを金属筒１の軸心から偏心させてマンドレル５の表面を筒状体２の貫通穴内面に押圧状態で転がり接触させ、前記偏心状態のマンドレル５または金属筒１の少なくともいずれか一方を金属筒１の軸心回りに回転させて、前記筒状体２をマンドレル５により半径方向外側に拡径させてその外周を金属筒１の内面に圧接して密着させ、前記筒状体２が内周に圧接された金属筒１を加熱してその熱硬化性樹脂を加熱硬化させて、筒状体２を金属筒１に一体的に接着するようにした。したがって、回転（自転）するマンドレル５による均一な密着力により金属筒１の内面に密着した繊維強化合成樹脂の筒状体２を備えるピストンピン（中間製品）を得ることができる。また、回転（自転）するマンドレル５による均一な圧縮により筒状体２を構成する繊維強化合成樹脂の密度を均一に高めることができ、高強度のピストンピンを得ることができる。しかも、回転（自転）するマンドレル５による厚さ寸法の高精度に均一な繊維強化合成樹脂の筒状体２を金属筒１の内面に密着させて形成できるため、強度を保つための余分な厚肉（惰肉）を必要とすることなく最適な肉厚の筒状体２とすることができ、使用する繊維強化合成樹脂の原価を低減できる。さらに、筒状体２は回転（自転）するマンドレル５により拡径されるため、成型時の外形寸法を金属筒１の内径よりやや小さく形成することが可能であり、金属筒１への挿入性を向上でき、量産性も向上できる。また、得られたピストンピン中間製品は、個々に取り扱うことができ、複数個をロット毎、若しくは、連続的に加熱炉に投入することができ、繊維強化合成樹脂よりなる筒状体２を内側に密着させて一体に備えるピストンピンを、低コストで効率的に製造することができる。
【００５４】
（イ）第１実施例の密着加工装置においては、回転手段としてのアクチュエータ２９により、停止保持された金属筒１に対して前記マンドレル５を前記金属筒１の軸心回りに所定角度範囲で往復回動させ、停止保持された金属筒１をマンドレル５の所定往復回動毎に所定角度回転させて停止保持することにより、固定保持した金属筒１であっても、内挿した筒状体２を金属筒１の内面に密着させて形成することができる。
【００５５】
（ウ）第２実施例の密着加工装置においては、回転手段としてのアクチュエータ（３７）により、金属筒１の軸心から偏心して位置するマンドレル５に対して前記金属筒１をその軸心回りに回転させることにより、筒状体２を拡径させて金属筒１内面に密着させるため、密着加工装置の構成を簡略化できる。
【００５６】
（エ）マンドレル５は、金属筒１内の筒状体２内面に接触する長手方向中途部で軸方向両側に分割され、筒状体２内で分割端部５Ｃ同士を互いに係合させて一体回転可能に構成されていることにより、金属筒１の筒状体２に夫々の端部より分割端部５Ｃを挿入して一体化させることにより、密着加工を開始することができ、ワークＷに対するマンドレル５の装着段取りを簡素化でき、量産による生産性を向上できる。
【００５７】
（オ）マンドレル５は、金属筒１の両端面に夫々接触するフランジ状の枠体７Ａ，７Ｂを備えることにより、密着加工時における筒状体２の軸方向側方へのはみ出しを抑制でき、均一な厚さで金属筒１内面に密着した筒状体２を得ることができる。
【００５８】
（カ）枠体７Ａ，７Ｂの少なくともいずれか一方は、弾性体による付勢手段（７Ｄ）により金属筒１の端面に当接されるものであることにより、金属筒１の長手方向寸法のバラツキがあっても、金属筒１の端面に接触して、密着加工時における筒状体２の軸方向側方へのはみ出しを抑制でき、均一な厚さで金属筒１内面に密着した筒状体２を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の製造方法により製造されるピストンピンの縦断面図。
【図２】ピストンピンの中間製品の製造工程を示す工程図。
【図３】金属筒の内面への筒状体の密着方法に使用するマンドレルの正面図。
【図４】金属筒の内面への筒状体の密着方法に使用するマンドレルの断面図。
【図５】金属筒の内面への筒状体の密着方法に使用するマンドレルの分割端面図。
【図６】筒状体の密着状態を示す説明図。
【図７】第１実施例の密着加工装置の概略側面図。
【図８】第１実施例の密着加工装置の概略断面図。
【図９】第２実施例の密着加工装置の概略側面図。
【図１０】第２実施例の密着加工装置の概略断面図。
【符号の説明】
【００６０】
Ｗ  ワーク
１  金属筒
２  筒状体
５、５Ａ、５Ｂ  マンドレル
５Ｃ  分割端部
５Ｄ  軸
７Ａ、７Ｂ  枠体
１０  固定機台
１１  可動機台
１２  ワークホルダ
１３  クランプ
１６  回動軸
１７  軸受部材
１８  ねじ機構
１９  傘歯車機構
２０  制御軸
２１、２９  アクチュエータ
２６  駆動軸
【図１】
2009192060.tif 000003
【図２】
2009192060.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】
2009192060.tif 000009
【図８】
2009192060.tif 000010
【図９】
2009192060.tif 000011
【図１０】
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