JP5081083B2 - ピストン素材の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は例えば、車両用エンジンのような内燃機関のピストン等として利用されるピストン素材を製造するためのピストン素材の製造方法およびその関連技術に関する。

車両用のエンジンピストンとして用いられるピストン素材は、円形のランド部（ヘッド部）における下面側に、一対のスカート部と、一対のピンボス部と、スカート部およびピンボス部間を連結するサイドウォール部とが下方突出状に設けられたものが一般である。

このようなピストン素材を鍛造加工によって製造する場合例えば、下記特許文献１に示す鍛造装置が用いられる。この鍛造装置の金型は、ピストン素材の上面側を成形する上金型と、下面側を成形する下金型とを備え、下金型の成形孔には、スカート部、ピンボス部およびサイドウォール部を形成するための溝部がそれぞれ設けられている。そして下金型の成形孔に鍛造素材をセットしておいて、その鍛造素材に上金型を打ち込んで加圧することにより、鍛造素材の所要部分を成形孔の各溝部に圧入させて、ピストン素材の形状に成形するようにしている。

一方、鍛造用金型は複数の金型部品が組み合わされて作製されるのが通例であり、従来より鍛造加工の技術分野においては、金型部品の組み合わせ位置、つまり金型の分割ライン（分割位置）においては、亀裂やひび割れ等の破損が発生するのを抑制できる効果がある、ということが知られている。

特許文献１においては、鍛造加工時に、ピストン素材の破損し易い部分例えば、スカート部、ピンボス部およびサイドウォール部の先端部に対応する位置に沿って、下金型に分割ラインを設定し、スカート部、ピンボス部およびサイドウォール部の先端部に破損が生じるのを防止するようにしている。
特開２０００−２４７４７号公報

ところで、エンジンピストン用のピストン素材に関しては、軽量化、高強度化等の様々な厳しい条件を満足させる必要があるが、近年のピストン素材においては特に、軽量化や材料費削減の要望が強く、この要望には、ピストン素材の一部を薄肉に形成することによって対処するようにしている。

例えばランド部の裏面側における下方突出部によって囲まれる部分の外側領域（突出部外側領域）に、凹陥状の肉盗み部を形成することにより、ピストン素材の軽量化等を図る技術が提案されている。

しかしながら、突出部外側領域に凹陥状の肉盗み部が形成されるピストン素材を、上記特許文献１に示す従来の鍛造加工方法によって製造しようとすると、鍛造時において、流動する金属材料の応力によって、薄肉の肉盗み部周辺に亀裂やひび割れ等の破損が生じるおそれがあった。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、肉盗み部周辺に破損が生じるのを防止することができるピストン素材の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、以下の構成を備えている。

なお本発明において、以下の構成のように分割ライン（分割位置）を特定するに際しては、他方側金型（下金型）を平面視状態、換言すれば他方側金型をその軸心に平行な目線で見た状態で特定するものである。

［１］ ランド部の裏面側に、一対のスカート部と、一対のピンボス部と、前記スカート部および前記ピンボス部間を連結するサイドウォール部とが裏面側に突出するように設けられたピストン素材を、鍛造加工によって製造するようにしたピストン素材の製造方法であって、
ピストン素材の表面側を成形する一方側金型と、裏面側を成形する他方側金型とを準備しておき、前記一方側金型および前記他方側金型によって鍛造素材を挟圧することにより、その鍛造素材をピストン素材の形状に成形するものとし、
成形されたピストン素材には、前記ランド部の裏面側における前記ピンボス部および前記サイドウォール部よりも外側に凹陥状の肉盗み部が設けられるとともに、前記ランド部における前記肉盗み部の外側に外周壁部が設けられ、
前記他方側金型を分割する分割ラインが、前記外周壁部を形成するための外周壁部形成用溝部の溝底に沿って設けられることを特徴とするピストン素材の製造方法。

［２］ 前記肉盗み部が、周方向に並んで複数設けられ、隣り合う前記肉盗み部間に、両肉盗み部間を仕切るようにリブ部が設けられたピストン素材を製造するものとした前項１に記載のピストン素材の製造方法。

［３］ 前記他方側金型を分割する分割ラインが、前記スカート部を形成するためのスカート部形成用溝部の溝底に沿って設けられる前項１または２に記載のピストン素材の製造方法。

［４］ 前記他方側金型を分割する分割ラインが、周方向に連続して設けられる前項１〜３のいずれか１項に記載のピストン素材の製造方法。

［５］ 前記他方側金型を分割する分割ラインが、ピストン素材における前記ランド部の外周面に対応して設けられる前項１〜４のいずれか１項に記載のピストン素材の製造方法。

［６］ 前記他方側金型を分割する分割ラインが、前記ピンボス部を形成するためのピンボス部形成用溝部および前記サイドウォール部を形成するためのサイドウォール部形成用溝部の両溝底に沿って設けられる前項１〜５のいずれか１項に記載のピストン素材の製造方法。

［７］ 鍛造素材として、アルミニウムまたはアルミニウム合金製のものが用いられる前項１〜６のいずれか１項に記載のピストン素材の製造方法。

［８］ 前項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法によって製造されたピストン素材であって、
前記外周壁部の先端部に、前記分割ラインに対応してバリが形成されたことを特徴とするピストン素材。

［９］ ランド部の裏面側に、一対のスカート部と、一対のピンボス部と、前記スカート部および前記ピンボス部間を連結するサイドウォール部とが裏面側に突出するように設けられたピストン素材を製造するための鍛造用金型であって、
ピストン素材の表面側を成形する一方側金型と、
裏面側を成形する他方側金型とを備え、
前記一方側金型および前記他方側金型によって鍛造素材を挟圧することにより、その鍛造素材がピストン素材の形状に成形されるよう構成され、
成形されたピストン素材には、前記ランド部の裏面側における前記ピンボス部および前記サイドウォール部よりも外側に凹陥状の肉盗み部が設けられるとともに、前記ランド部における前記肉盗み部の外側に外周壁部が設けられ、
前記他方側金型を分割する分割ラインが、前記外周壁部を形成するための外周壁部形成用溝部の溝底に沿って設けられたことを特徴とする鍛造用金型。

［１０］ 前記一方側金型が、前記他方側金型に対し上側に配置されて、前記一方側金型が上金型として構成されるとともに、前記他方側金型が下金型として構成される前項９に記載の鍛造用金型。

発明［１］のピストン素材の製造方法によれば、外周壁部形成用溝部の溝底に沿って分割ラインを設けているため、鍛造時にその溝部内における金属材料の応力が緩和され、肉盗み部周辺に破損が生じるのを防止することができる。

発明［２］のピストン素材の製造方法によれば、肉盗み部周辺のリブ部に破損が生じるのを防止することができる。

発明［３］のピストン素材の製造方法によれば、スカート部に破損が生じるのを防止することができる。

発明［４］［５］のピストン素材の製造方法によれば、肉盗み部周辺に破損が生じるのをより確実に防止することができる。

発明［６］のピストン素材の製造方法によれば、ピンボス部およびサイドウォール部に破損が生じるのを防止することができる。

発明［７］のピストン素材の製造方法によれば、アルミニウム製のピストン素材を確実に製造することができる。

発明［８］によれば、上記と同様の作用効果を有するピストン素材を提供することができる。

発明［９］［１０］によれば、上記と同様の作用効果を有する鍛造用金型を提供することができる。

＜第１実施形態＞
まず始めにこの発明の第１実施形態としての製造方法によって製造されるピストン素材（１）について図５〜７を参照しつつ説明する。なお以下の説明においては、図５の紙面に向かって「上下方向」を「前後方向」、「左右方向」を「左右方向」とし、図６，７の紙面に向かって「上下方向」を「上下方向」として説明する。

これらの図に示すように、このピストン素材（１）は、円形のランド部（１１）と、その下面側（裏面側）に設けられた一対のスカート部（１２）（１２）、一対のピンボス部（１３）（１３）、サイドウォール部（１４）とを一体に備えている。

一対のスカート部（１２）（１２）は、ランド部（１１）の下面側における外周縁部の左右両側端部に、下方に突出するように設けられている。

一対のピンボス部（１３）（１３）は、ランド部（１１）の下面側における中間部の前後両側に、下方に突出するように設けられている。

サイドウォール部（１４）は、前後一対のピンボス部（１３）（１３）の左右両側にそれぞれ設けられ、前側のピンボス部（１３）の左右両側と一対のスカート部（１２）（１２）の各前端部との間を連結するとともに、後側のピンボス部（１３）の左右両側と一対のスカート部（１２）（１２）の各後端部との間を連結する態様に、下方に突出するように設けられている。

なお、本実施形態においては、一対のスカート部（１２）（１２）、一対のピンボス部（１３）（１３）および複数のサイドウォール部（１４）によって下方突出部が構成されるともに、ランド部（１１）の下面側に、この下方突出部（１２）〜（１４）によって囲まれた部分の外側領域、つまりピンボス部（１３）およびサイドウォール部（１４）の前後方向の外側領域を、突出部外側領域と称するものとする。

ランド部（１１）の下面側における突出部外側領域としての前側領域および後側領域には、肉盗み部（１７）が略周方向に沿って間隔をおいてそれぞれ３個ずつ形成されている。各肉盗み部（１７）は、凹陥状に形成されており、ランド部（１１）の下面が上方へ凹陥形成されることによって形成されている。さらに肉盗み部（１７）の各間は、凹陥形成されておらず、その非凹陥部が、隣り合う肉盗み部（１７）（１７）間を仕切るように配置されたリブ部（１６）として形成されている。

このリブ部（１６）は、軽量化のために設けられた凹陥状の肉盗み部（１７）を補強するものである。本実施形態において、リブ部（１６）は、外周壁部（１５）からピンボス部（１３）に向かって、高さが増加した形状を有し、かつ幅がサイドウォール部（１４）の幅と同等もしくはそれ以上であるのが好ましい。

また凹陥状の肉盗み部（１７）が形成されることによって、各肉盗み部（１７）とランド部（１１）の外周面との間には、外周壁部（１５）が形成されている。

なお、ピストン素材（１）の材料としては一般に、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられ、好適例として、４０３２合金、高温強度合金等を挙げることができる。具体的には、Ｓｉ：１０．５〜１３．５質量％、Ｃｕ：３〜５質量％、Ｎｉ：１〜３質量％、Ｆｅ：０．１〜０．５質量％、Ｍｇ：０．８〜１．２質量％を含有したアルミニウム合金や、Ｓｉ：１０．５〜１３．５質量％、Ｆｅ：０．１〜０．５質量％、Ｃｕ：３〜５質量％、Ｍｇ：０．２〜０．８質量％、Ｍｎ：０．１〜０．４質量％、Ｃｒ：０．１〜０．４質量％を含有したアルミニウム合金や、Ｓｉ：１１〜１２質量％、Ｃｕ：３〜５質量％、Ｍｇ：１〜１．４質量％、Ｆｅ：４〜６質量％を含有したアルミニウム合金を採用することができる。

図１は本実施形態の製造方法が適用可能な鍛造装置としての鍛造用金型（ダイセット）を示す概略正面図、図２は鍛造装置における下金型（２）の側面断面図、図３は下金型（２）の正面断面図、図４は下金型（２）の分割ライン（Ｌ１）を説明するための平面図である。

これらの図に示すように、本実施形態の鍛造装置は、下金型（２）と、成形用荷重を付与する上金型（３）とを備えている。なおこれらの金型（２）（３）の材料としては、周知の金型用鋼材が用いられる。

下金型（２）は、鍛造装置のベースフレーム（２０）上に設置されている。この下金型（２）は、ピストン素材（１）の下面側（裏面側）および外周面を成形するもので、平面視円形の成形孔（２１）を有している。この成形孔（２１）の内径寸法は、成形するピストン素材（１）におけるランド部（１１）の外径寸法に対応して形成されている。

下金型（２）の成形孔（２１）における底壁部には、成形するピストン素材（１）のスカート部（１２）、ピンボス部（１３）、サイドウォール部（１４）、外周壁部（１５）およびリブ部（１６）に対応して、スカート部形成用溝部（２２）、ピンボス部形成用溝部（２３）、サイドウォール部形成用溝部（２４）、外周壁部形成用溝部（２５）およびリブ部形成用溝部（２６）が形成されるとともに、肉盗み部（１７）に対応して、肉盗み部形成用凸部（２７）が形成されている。

ここで本実施形態において、下金型（２）は、内側および外側の２つの金型部品（２Ａ）（２Ｂ）に分割可能に構成されており、両金型部品（２Ａ）（２Ｂ）の分割ライン（Ｌ１）が、スカート部形成用溝部（２２）および外周壁部形成用溝部（２５）の溝底における外周端縁、つまりピストン素材（１）のランド部（１１）における外周端縁（外周面）に対応する位置に設定されており、平面視において、仮想真円の線上に沿って連続して形成されている。なお図４において、分割ライン（Ｌ１）は実線で示し、他の部位は一点鎖線で示している（後述の図８〜１０においても同じ）。

また下金型（２）の軸心に対する両金型部品（２Ａ）（２Ｂ）の接合面（分割面）の傾斜角度、つまり金型部品（２Ａ）（２Ｂ）の抜き勾配は、０°に設定されている。

なお両金型部品（２Ａ）（２Ｂ）は、組み合わされて、焼きばめ（収縮ばめ）によって連結固定されることにより、下金型（２）として構成される。

一方図１に示すように、上金型（３）は、ピストン素材（１）の上面側（表面側）を成形するものであって、下金型（２）の上方位置において、鍛造装置に設けられたホルダー（３０）に取り付けられている。この上金型（３）は、その下面側に、下金型（２）の成形孔（２１）に対応するパンチ（３１）を備えている。

ホルダー（３０）は上金型（３）と共に図示しない昇降駆動手段によって昇降駆動できるようになっている。そして上金型（３）が上昇した位置から降下した際には、パンチ（３１）が下金型（２）の成形孔（２１）内にセットされた鍛造素材に打ち込まれて、その鍛造素材に高荷重を付与できるようになっている。

なお本実施形態においては、上金型（３）によって一方側金型が構成されるとともに、下金型（２）によって他方側金型が構成されている。

次に上記鍛造装置（鍛造用金型）を用いて、鍛造素材を鍛造加工して、ピストン素材（１）を形成する方法について説明する。

まず鍛造加工装置の下金型（２）および上金型（３）の所要部分に潤滑剤を塗布し、円柱状の鍛造素材を下金型（２）の成形孔（２１）にセットする。

潤滑剤としては、水性潤滑剤、油性潤滑剤等を例示でき、塗布量はそれぞれ２〜１５ｇ程度である。

また鍛造素材としては、上記のアルミニウム合金の連続鋳造材を所定長さに切断する等の方法によって製作されたものや、上記のアルミニウム合金の粉末をビレット状に圧縮成形した後、熱間押出によって丸棒状に成形し、その押出材を所定長さに切断する等の方法によって製作されたものを用いることができる。なお本発明において、鍛造素材としては、上記の連続鋳造材や押出材の他に、圧延材等も使用することができる。

また鍛造素材がアルミニウム合金の場合、予備加熱温度は、３８０〜４８０℃、好ましくは４００〜４６０℃に設定するのが良い。

さらに下金型（２）の加熱温度は、１５０〜３５０℃、好ましくは２００〜３５０℃に設定するのが良い。

さらに上金型（３）の加熱温度は、５０〜２５０℃、好ましくは１００〜２００℃に設定するのが良い。

なお本実施形態では、予備潤滑処理においてボンデ処理または水溶性潤滑処理を行うのが好ましい。

上記したように鍛造素材を下金型（２）の成形孔（２１）内にセットした状態から、上金型（３）を降下させて、パンチ（３１）を鍛造素材に打ち込んで高荷重で加圧する。これにより鍛造素材の所要部分が成形孔（２１）における各溝部（２２）〜（２６）に圧入されて、スカート部（１２）、ピンボス部（１３）、サイドウォール部（１４）、外周壁部（１５）およびリブ部（１６）が形成されるとともに、肉盗み部形成用凸部（２７）が鍛造素材に押し込まれて凹陥形成されることにより、凹陥状の肉盗み部（１７）が形成される。

こうして鍛造素材の成形が完了して、ピストン素材（１）が製造される。その後、上金型（３）が上昇された後、図示しないノックアウトピンによって、下金型（２）内のピストン素材（１）が突き出されて排出される。

ここで本実施形態においては、下金型（２）を、ピストン素材（１）のランド部（１１）の外周端縁に相当する位置で２分割するようにしているため、鍛造加工時に、肉盗み部（１７）の周辺例えば、外周壁部（１５）やリブ部（１６）に亀裂やひび割れ等の破損が生じるのを防止することができる。

すなわち図４の破線に示すように、従来（特許文献１）の下金型では、スカート部（１２）、ピンボス部（１３）およびサイドウォール部（１４）の先端部に対応する位置に沿って、分割ライン（Ｌｘ）が設定されているが、この場合には、鍛造素材に上金型が打ち込まれて鍛造加工されると、鍛造素材の材料はまず、下金型における外周壁部形成用溝部（２５）およびリブ部形成用溝部（２６）に充填されてから、ピンボス部形成用溝部（２３）に充填されていく。その後、鍛造素材の材料は、サイドウォール部形成用溝部（２４）およびスカート部形成用溝部（２２）に充填されていく。従って、金属材料は、ピンボス部成形用溝部（２３）およびスカート部成形用溝部（２２）に流入している間も、外周壁部形成用溝部（２５）およびリブ部形成用溝部（２６）内に充満しているため、外周壁部形成用溝部（２５）およびリブ部形成用溝部（２６）内の金属材料は、塑性流動開始から完了するまでの間、終始、高加圧状態となり、外周壁部形成用溝部（２５）内に板厚方向（径方向）に多大な応力が発生する。このため、外周壁部形成用溝部（２５）およびリブ部形成用溝部（２６）の周辺、つまり肉盗み部（１７）の周辺の外周壁部（１５）やリブ部（１６）、特にリブ部（１６）にひび割れや亀裂等の破損が発生する可能性が高くなる。これはリブ部（１６）の幅が狭く成形時に高加圧状態となり易いためである。

そこで本実施形態においては、外周壁部形成用溝部（２５）の溝底に沿って分割ライン（Ｌ１）を設定し、その位置で下金型（２）を分割しているため、鍛造中、外周壁部形成用溝部（２５）およびリブ部形成用溝部（２６）内に高加圧状態で金属材料が充満されて、外周壁部形成用溝部（２５）内において径方向に多大な応力が発生したとしても、その応力に応じて、下金型（２）は分割ライン（Ｌ１）の位置が僅かに拡開するように弾性変形する。これにより、外周壁部形成用溝部（２５）およびリブ部形成用溝部（２６）内における金属材料の応力が緩和され、外周壁部（１５）やリブ部（１６）における亀裂や割れの発生および成長が抑制される。

このように本実施形態においては、外周壁部（１５）やリブ部（１６）に破損が生じるのを防止しつつ、肉盗み部（１７）を形成できるため、軽量なピストン素材（１）を確実に製造することできる。

また本実施形態は、鍛造時に、金型の外周壁部形成用溝部（２５）およびリブ部形成用溝部（２６）内における金属材料の応力を緩和できるため、応力が金型の一部に集中するのを防止することができる。このため、金型への応力負担も軽減することができ、金型寿命を格段に向上させることができる。参考までに、本実施形態の下金型（２）は、上記特許文献１に示す下金型と比較して、使用条件が同じ場合でも、金型寿命をおよそ２〜３倍に延ばすことができる。

さらに本実施形態においては、下金型（２）を真円の線上に沿って分割するようにしているため、従来の金型のように、異形線の線上に沿って分割する場合と比較して、下金型（２）の製作を簡単に行うことができ、金型製作期間を短縮できて、より一層コストを削減することができる。現実に本実施形態の下金型（２）は、上記特許文献１の下金型と比較して、製造コストを１／３程度にまで削減することが可能である。

その上さらに、下金型（２）を真円の線上に沿って分割しているため、下金型（２）を構成する金型部品（２Ａ）（２Ｂ）を組み合わせて焼きばめする作業も簡単に行うことができ、この点においても、金型の製作をより一層簡単に行うことができる。

一方、本実施形態においては、分割ライン（Ｌ１）に沿って形成されるバリを切除する作業も省略することができる。すなわち本実施形態においては、ピストン素材（１）の外周端縁に対応する位置で下金型（２）を分割するようにしているため、ピストン素材（１）の外周端縁、例えば、ピストン素材（１）における外周壁部（１５）の先端面端部やスカート部（１２）の先端面端部にバリが形成される。その一方、鍛造製品としてのピストン素材（１）は、寸法精度を確保するために最終的に外周面を切削仕上げする。このため本実施形態のように、ピストン素材（１）の外周端縁に沿ってバリが形成されている場合には、上記外周面仕上げ工程におけるピストン素材（１）の外周面の切削仕上げと同時に、バリも切削除去することができる。従って、鍛造加工後にバリのみを除去するバリ除去作業を行う必要がなく、その分、作業工程数を削減できて、生産性の向上およびコストの削減を図ることができる。

＜第２実施形態＞
図８はこの発明の鍛造装置（鍛造用金型）に適用可能な第２実施形態の下金型（２）の分割ライン（Ｌ２）を説明するための平面図である。同図に示すように、この下金型（２）においては、ピストン素材（１）におけるランド部（１１）の外周端縁（外周端面）よりも内側に、つまりスカート部形成用溝部（２２）および外周壁部形成用溝部（２５）の溝底面における外側端縁から少し内側に、分割ライン（Ｌ２）が形成され、その位置で下金型（２）が２分割されている。換言すれば、ピストン素材（１）の外径寸法よりも、少し小さい径寸法の仮想真円の線上に沿って分割ライン（Ｌ２）が形成され、その位置で下金型（２）が分割されている。

本実施形態の下金型（２）において、他の構成は、上記第１実施形態の下金型（２）の構成と同様である。

そしてこの下金型（２）を用いて、上記第１実施形態と同様にして、鍛造装置を形成するものである。

この第２実施形態の下金型（２）を備えた鍛造装置を用いて、ピストン素材（１）を製作する場合においても、上記と同様に、鍛造時に、分割ライン（Ｌ２）の位置が僅かに拡開するように下金型（２）が弾性変形することにより、金属材料の応力が緩和され、外周壁部（１５）やリブ部（１６）が破損するのを防止することができる。さらに肉盗み部（１７）が確実に形成されるため、ピストン素材（１）の軽量化を図ることができる。

さらに本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、金型寿命の向上、金型製作期間の短縮およびコストの削減を図ることができる。

なおこの第２実施形態においては、分割ライン（Ｌ２）に沿って形成されるバリは、ピストン素材（１）における外周壁部先端面の中心寄りの位置およびスカート部先端面の中心寄りの位置に沿って配置されるため、後に行われる外周面仕上げ工程においてバリを除去できない場合がある。

しかしながら、本第２実施形態においては、バリが形成されるピストン素材（１）の外周壁部先端面やスカート部先端面は、下面側に露出されているため、そのバリを簡単に除去することができる。従って、バリ除去作業を簡単に行うことができ、生産性の向上およびコストの削減を図ることができる。

＜第３実施形態＞
図９はこの発明の鍛造装置（鍛造用金型）に適用可能な第３実施形態の下金型（２）の分割ライン（Ｌ１）（Ｌ３）を説明するための平面図である。同図に示すように、この下金型（２）においては、上記第１実施形態と同様の分割ライン（Ｌ１）に加えてさらに、一方側（右側）のスカート部形成用溝部（２２）の前後位置から、一方側（右側）の前後のサイドウォール部形成用溝部（２４）（２４）、前後のピンボス部形成用溝部（２３）（２３）、他方側（左側）の前後のサイドウォール部形成用溝部（２４）（２４）を順に通って、他方側（左側）のスカート部形成用溝部（２２）の前後位置に到る分割ライン（Ｌ３）（Ｌ３）が設定されている。換言すれば、分割ライン（Ｌ１）に加えてさらに、ピストン素材（１）におけるスカート部（１２）、ピンボス部（１３）およびサイドウォール部（１４）の先端部に沿って分割ライン（Ｌ３）（Ｌ３）が設定されている。

そしてこれらの分割ライン（Ｌ１）（Ｌ３）（Ｌ３）において、下金型（２）が４分割されている。

本実施形態の下金型（２）において、他の構成は、上記実施形態の下金型（２）の構成と同様である。

そしてこの下金型（２）を用いて、上記実施形態と同様にして、鍛造装置を形成するものである。

この第３実施形態の下金型（２）を備えた鍛造装置を用いて、ピストン素材（１）を製作する場合においても、上記と同様に、外周壁部（１５）やリブ部（１６）が破損するのを防止しつつ、ピストン素材（１）の軽量化を図ることができる。さらに、上記と同様に、金型寿命の向上、金型製作期間の短縮およびコストの削減を図ることができる。

その上さらに本第３実施形態においては、スカート部（１２）、ピンボス部（１３）およびサイドウォール部（１４）等の下方突出部先端に対応する位置にも分割ライン（Ｌ３）を設定しているため、鍛造時に、下方突出部（１２）〜（１４）の先端位置においても、応力を緩和することができる。従って下方突出部（１２）の先端部に、亀裂やひび割れ等が発生するのも確実に防止することができ、より高い品質のピストン素材（１）を製作することができる。

なおこの第３実施形態の下金型（２）においては図１０に示すように、分割ライン（Ｌ１）と分割ライン（Ｌ３）との合流部の交差角度（θ１）（θ２）が小さくなると、その合流位置における金型部品の形状が細長く先鋭な形状となり、破損し易くなってしまう。このため本実施形態においては、分割ライン（Ｌ１）（Ｌ３）の交差角度（θ１）（θ２）は、７０°以上、好ましくは８０°以上に設定するのが良い。さらに本実施形態では、「θ１」≧「θ２」に調整するように設定するのが良く、より好ましくは「θ１」＝「θ２」に調整するのが良い。

＜第４実施形態＞
図１１はこの発明の鍛造装置（鍛造用金型）に適用可能な第４実施形態としての下金型（２）の分割ライン（Ｌ３）（Ｌ３）（Ｌ４）（Ｌ４）を説明するための平面図である。同図に示すように、この下金型（２）においては、上記第３実施形態の分割ライン（Ｌ３）（Ｌ３）に加えてさらに、一方側（右側）のスカート部形成用溝部（２２）の前後位置から、前後の外周壁部形成用溝部（２５）（２５）の外周端縁を通って、他方側（左側）のスカート部形成用溝部（２２）の前後位置に到る分割ライン（Ｌ４）（Ｌ４）が設定され、これらの位置において、下金型（２）が３分割されている。

本実施形態の下金型（２）において、他の構成は、上記実施形態の下金型（２）の構成と同様である。

そしてこの下金型（２）を用いて、上記実施形態と同様にして、鍛造装置を形成するものである。

この第４実施形態の下金型（２）を備えた鍛造加工装置を用いて、ピストン素材（１）を製作する場合においても、上記と同様に、同様の作用効果を得ることができる。

＜変形例＞
上記実施形態においては、ピストン素材（１）として前後両側に肉盗み部（１７）が共に３個ずつ設けられるものを鍛造加工する場合を例に挙げて説明したが、本発明において製造されるピストン素材の肉盗み部の数は限定されるものではない。例えば図１２に示すように、前後両側に共に４個ずつ肉盗み部（１７）を有するピストン素材（１）を製造するようにしても良いし、図１３に示すように前後両側に１個ずつ肉盗み部（１７）を有するピストン素材（１）を製造するようにしても良い。

もっとも本発明においては図１２に示すように、片側に大きい肉盗み部（１７）を１個だけ設ける場合には、ピストン素材の強度が低下する恐れがあるため、上記各実施形態や図１１に示すピストン素材のように、少なくとも片側に２個以上ずつ肉盗み部を形成することにより、リブ部を少なくとも１つ以上形成するのが好ましい。

また上記実施形態においては、下金型（２）に、スカート部形成用溝部（２２）、ピンボス部形成用溝部（２３）、サイドウォール部形成用溝部（２４）、外周壁部形成用溝部（２５）、リブ部形成用溝部（２６）および肉盗み部形成用凸部（２７）を形成するようにしているが、それだけに限られず、本発明においてはこれらの溝部（２２）〜（２６）および凸部（２７）を上金型に形成しておき、その上金型を、下金型にセットした鍛造素材に打ち込んで、各突出部（１２）〜（１６）および肉盗み部（１７）を形成するようにしても良い。この場合には、下金型が一方側金型として構成されるとともに、上金型が他方側金型として構成される。

また言うまでもなく、本発明においては、下金型等を軸心方向に沿って上下に分割できるようにしても良い。

本発明のピストン素材の製造方法は、車両用エンジンのピストン等を製造する際に適用することができる。

この発明の第１実施形態であるピストン素材の製造方法が採用された鍛造用金型を示す正面図である。 第１実施形態の鍛造用金型における下金型を示す側面断面図であって、図４のＤ２−Ｄ２線断面に相当する断面図である。 第１実施形態の下金型を示す正面断面図であって、図４のＤ３−Ｄ３線断面に相当する断面図である。 第１実施形態における下金型の分割ラインを説明するための平面図である。 第１実施形態の鍛造用金型を用いて製作されたピストン素材を示す下面図である。 第１実施形態で製作されたピストン素材を示す正面図である。 第１実施形態で製作されたピストン素材を示す側面断面図である。 この発明の鍛造用金型に適用可能な第２実施形態としての下金型の分割ラインを説明するための平面図である。 この発明の鍛造用金型に適用可能な第３実施形態としての下金型の分割ラインを説明するための平面図である。 図９の破線で囲まれた部分を拡大して示す平面図である。 この発明の鍛造用金型に適用可能な第４実施形態としての下金型の分割ラインを説明するための平面図である。 この発明の製造方法によって製造可能な第１変形例としてのピストン素材を示す下面図である。 この発明の製造方法によって製造可能な第２変形例としてのピストン素材を示す下面図である。

符号の説明

１…ピストン素材
１１…ランド部
１２…スカート部
１３…ピンボス部
１４…サイドウォール部
１５…外周壁部
１６…リブ部
１７…肉盗み部
２…下金型（他方側金型）
２２…スカート部形成用溝部
２３…ピンボス部形成用溝部
２４…サイドウォール部形成用溝部
２５…外周壁部形成用溝部
Ｌ１〜Ｌ４…分割ライン

Claims (10)

1. ランド部の裏面側に、一対のスカート部と、一対のピンボス部と、前記スカート部および前記ピンボス部間を連結するサイドウォール部とが裏面側に突出するように設けられたピストン素材を、鍛造加工によって製造するようにしたピストン素材の製造方法であって、
   ピストン素材の表面側を成形する一方側金型と、裏面側を成形する他方側金型とを準備しておき、前記一方側金型および前記他方側金型によって鍛造素材を挟圧することにより、その鍛造素材をピストン素材の形状に成形するものとし、
   成形されたピストン素材には、前記ランド部の裏面側における前記ピンボス部および前記サイドウォール部よりも外側に凹陥状の肉盗み部が設けられるとともに、前記ランド部における前記肉盗み部の外側に外周壁部が設けられ、
   前記他方側金型を分割する分割ラインが、前記外周壁部を形成するための外周壁部形成用溝部の溝底に沿って設けられ、
   前記分割ラインは、前記他方側金型を構成する金型部品間の接合面であることを特徴とするピストン素材の製造方法。
2. 前記他方側金型を分割する分割ラインが、前記ピンボス部を形成するためのピンボス部形成用溝部および前記サイドウォール部を形成するためのサイドウォール部形成用溝部の両溝底に沿って設けられている請求項１に記載のピストン素材の製造方法。
3. 前記他方側金型を分割する分割ラインが、周方向に連続して設けられ、
   前記ピンボス部形成用溝部および前記サイドウォール部形成用溝部に沿って設けられた分割ラインと、前記周方向に連続して設けられる分割ラインとの合流部において、両分割ラインの交差角度が７０°以上に設定されている請求項２に記載のピストン素材の製造方法。
4. 前記肉盗み部が、周方向に並んで複数設けられ、隣り合う前記肉盗み部間に、両肉盗み部間を仕切るようにリブ部が設けられたピストン素材を製造するものとした請求項１〜３のいずれか１項に記載のピストン素材の製造方法。
5. 前記他方側金型を分割する分割ラインが、前記スカート部を形成するためのスカート部形成用溝部の溝底に沿って設けられる請求項１〜４のいずれか１項に記載のピストン素材の製造方法。
6. 前記他方側金型を分割する分割ラインが、ピストン素材における前記ランド部の外周面に対応して設けられる請求項１〜５のいずれか１項に記載のピストン素材の製造方法。
7. 鍛造素材として、アルミニウムまたはアルミニウム合金製のものが用いられる請求項１〜６のいずれか１項に記載のピストン素材の製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法によって製造されたピストン素材であって、
   前記外周壁部の先端部に、前記分割ラインに対応してバリが形成されたことを特徴とするピストン素材。
9. ランド部の裏面側に、一対のスカート部と、一対のピンボス部と、前記スカート部および前記ピンボス部間を連結するサイドウォール部とが裏面側に突出するように設けられたピストン素材を製造するための鍛造用金型であって、
   ピストン素材の表面側を成形する一方側金型と、
   裏面側を成形する他方側金型とを備え、
   前記一方側金型および前記他方側金型によって鍛造素材を挟圧することにより、その鍛造素材がピストン素材の形状に成形されるよう構成され、
   成形されたピストン素材には、前記ランド部の裏面側における前記ピンボス部および前記サイドウォール部よりも外側に凹陥状の肉盗み部が設けられるとともに、前記ランド部における前記肉盗み部の外側に外周壁部が設けられ、
   前記他方側金型を分割する分割ラインが、前記外周壁部を形成するための外周壁部形成用溝部の溝底に沿って設けられ、
   前記分割ラインは、前記他方側金型を構成する金型部品間の接合面であることを特徴とする鍛造用金型。
10. 前記一方側金型が、前記他方側金型に対し上側に配置されて、前記一方側金型が上金型として構成されるとともに、前記他方側金型が下金型として構成される請求項９に記載の鍛造用金型。
    

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