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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024043773
(43)【公開日】2024-04-02
(54)【発明の名称】ピストンの製造方法
(51)【国際特許分類】
F02F 3/00 20060101AFI20240326BHJP
F16J 1/01 20060101ALI20240326BHJP
【ＦＩ】
F02F3/00 G
F02F3/00 302Z
F16J1/01
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022148948
(22)【出願日】2022-09-20
(71)【出願人】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100115381
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 昌崇
(74)【代理人】
【識別番号】100133916
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 興
(72)【発明者】
【氏名】阪井 博行
(72)【発明者】
【氏名】市川 和男
(72)【発明者】
【氏名】乃生 芳尚
(72)【発明者】
【氏名】中野 光一
(72)【発明者】
【氏名】坂木 民司
(72)【発明者】
【氏名】本田 雄一
(72)【発明者】
【氏名】中橋 宏和
(72)【発明者】
【氏名】内田 浩康
【テーマコード（参考）】
3J044
【Ｆターム（参考）】
3J044AA05
3J044AA18
3J044BA04
3J044BC02
3J044BC04
3J044CA01
3J044CA13
3J044DA09
3J044EA00
(57)【要約】
【課題】空間部内部に粒子が充填されるとともに凝集抑制構造を備えたピストンを大量生産することが可能なピストンの製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】ピストン製造方法では、まず、水と粉粒体との混合物を固化させた立体形状であって辺を凹ませた溝１２１～１２３を有する複数のブロック１０１～１１４を準備する。複数のブロック１０１～１１４を互いに重ね合わせて第１貫通孔１３１、第２貫通孔１３２および第３貫通孔１３３を有する中子１００を準備する。キャビティ内部に中子１００を配置して型締めする。キャビティならびに中子１００の第１貫通孔１３１、第２貫通孔１３２および第３貫通孔１３３に溶湯を注入する。溶湯を凝固させることにより、空間部３０を有するピストン本体２０を形成し、それとともに、第１梁部材５１、第２梁部材５２および柱部材５２を形成する。最後に、ピストン本体２０の空間部３０から水を排出する。
【選択図】図７
【解決手段】ピストン製造方法では、まず、水と粉粒体との混合物を固化させた立体形状であって辺を凹ませた溝１２１～１２３を有する複数のブロック１０１～１１４を準備する。複数のブロック１０１～１１４を互いに重ね合わせて第１貫通孔１３１、第２貫通孔１３２および第３貫通孔１３３を有する中子１００を準備する。キャビティ内部に中子１００を配置して型締めする。キャビティならびに中子１００の第１貫通孔１３１、第２貫通孔１３２および第３貫通孔１３３に溶湯を注入する。溶湯を凝固させることにより、空間部３０を有するピストン本体２０を形成し、それとともに、第１梁部材５１、第２梁部材５２および柱部材５２を形成する。最後に、ピストン本体２０の空間部３０から水を排出する。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ピストン本体の内部に空間部が形成されるとともに当該空間部に粉粒体が充填された内燃機関用のピストンを製造する方法であって、
流動性を有するベース材と前記粉粒体との混合物を固化させることにより、複数の面および隣接する２つの前記面の境界の辺を有する立体形状であって前記辺を当該立体形状の内方に凹ませた溝を有する複数のブロックを準備するブロック準備工程と、
前記複数のブロックを互いに重ね合わせて前記複数のブロックのそれぞれの溝の幅方向側縁をつなぎ合わせることにより前記ピストンの往復動方向に交差する方向に延びる梁用貫通孔を形成し、前記複数のブロックを互いに接着することにより、前記梁用貫通孔を有する中子を準備する中子準備工程と、
前記ピストン本体の外形形状に対応するキャビティを有する鋳造型に対して、前記キャビティの内部に前記中子を配置して型締めする型締め工程と、
前記キャビティおよび前記中子の前記梁用貫通孔に、前記ピストンの材料からなる溶湯を注入する溶湯注入工程と、
前記溶湯を凝固させることにより、前記キャビティの内部に前記ピストン本体を形成するとともに当該ピストン本体の内部に前記中子の外形形状に対応する前記空間部を形成し、さらに、前記梁用貫通孔の内部に前記空間部内部を前記ピストンの往復動方向に交差する方向に延びる梁部材を形成する溶湯凝固工程と、
前記溶湯凝固工程の後に、前記ピストン本体の前記空間部から前記ベース材を排出するベース材排出工程と、
を含む、
ことを特徴とするピストンの製造方法。
流動性を有するベース材と前記粉粒体との混合物を固化させることにより、複数の面および隣接する２つの前記面の境界の辺を有する立体形状であって前記辺を当該立体形状の内方に凹ませた溝を有する複数のブロックを準備するブロック準備工程と、
前記複数のブロックを互いに重ね合わせて前記複数のブロックのそれぞれの溝の幅方向側縁をつなぎ合わせることにより前記ピストンの往復動方向に交差する方向に延びる梁用貫通孔を形成し、前記複数のブロックを互いに接着することにより、前記梁用貫通孔を有する中子を準備する中子準備工程と、
前記ピストン本体の外形形状に対応するキャビティを有する鋳造型に対して、前記キャビティの内部に前記中子を配置して型締めする型締め工程と、
前記キャビティおよび前記中子の前記梁用貫通孔に、前記ピストンの材料からなる溶湯を注入する溶湯注入工程と、
前記溶湯を凝固させることにより、前記キャビティの内部に前記ピストン本体を形成するとともに当該ピストン本体の内部に前記中子の外形形状に対応する前記空間部を形成し、さらに、前記梁用貫通孔の内部に前記空間部内部を前記ピストンの往復動方向に交差する方向に延びる梁部材を形成する溶湯凝固工程と、
前記溶湯凝固工程の後に、前記ピストン本体の前記空間部から前記ベース材を排出するベース材排出工程と、
を含む、
ことを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項2】
請求項１に記載のピストンの製造方法において、
前記中子準備工程において、前記梁用貫通孔を互いに交差するように２本形成するように、前記複数のブロックを組み合わせて互いに接着することにより、互いに交差する２本の前記梁用貫通孔を有する中子を準備し、
前記溶湯凝固工程において、互いに交差する２本の前記梁用貫通孔の内部に互いに交差する２本の前記梁部材を形成する、
ことを特徴とするピストンの製造方法。
前記中子準備工程において、前記梁用貫通孔を互いに交差するように２本形成するように、前記複数のブロックを組み合わせて互いに接着することにより、互いに交差する２本の前記梁用貫通孔を有する中子を準備し、
前記溶湯凝固工程において、互いに交差する２本の前記梁用貫通孔の内部に互いに交差する２本の前記梁部材を形成する、
ことを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項3】
請求項１または２に記載のピストンの製造方法において、
前記中子準備工程において、前記梁用貫通孔とともに前記往復動方向に延びる柱用貫通孔を形成するように、前記複数のブロックを組み合わせて互いに接着することにより、前記梁用貫通孔および前記柱用貫通孔を有する中子を準備し、
前記溶湯注入工程において、前記キャビティならびに前記中子の前記梁用貫通孔および前記柱用貫通孔に前記溶湯を注入し、
前記溶湯凝固工程において、前記梁用貫通孔の内部に前記梁部材を形成するとともに前記柱用貫通孔の内部に前記往復動方向に延びる柱部材を形成する、
ことを特徴とするピストンの製造方法。
前記中子準備工程において、前記梁用貫通孔とともに前記往復動方向に延びる柱用貫通孔を形成するように、前記複数のブロックを組み合わせて互いに接着することにより、前記梁用貫通孔および前記柱用貫通孔を有する中子を準備し、
前記溶湯注入工程において、前記キャビティならびに前記中子の前記梁用貫通孔および前記柱用貫通孔に前記溶湯を注入し、
前記溶湯凝固工程において、前記梁用貫通孔の内部に前記梁部材を形成するとともに前記柱用貫通孔の内部に前記往復動方向に延びる柱部材を形成する、
ことを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項4】
請求項１または２に記載のピストンの製造方法において、
前記ベース材は、水を含み、
前記ブロック準備工程では、前記水と前記粉粒体との混合物を－４０度以下で凍結することにより、前記複数のブロックを準備する、
ことを特徴とするピストンの製造方法。
前記ベース材は、水を含み、
前記ブロック準備工程では、前記水と前記粉粒体との混合物を－４０度以下で凍結することにより、前記複数のブロックを準備する、
ことを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項5】
請求項１または２に記載のピストンの製造方法において、
前記粉粒体の前記空間部への充填率は、前記空間部の容積に占める体積割合として、３５～５０％である、
ことを特徴とするピストンの製造方法。
前記粉粒体の前記空間部への充填率は、前記空間部の容積に占める体積割合として、３５～５０％である、
ことを特徴とする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、エンジンのシリンダ内で往復移動するピストンの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
シリンダ内に往復動可能に収容されるピストンを備えたエンジン（レシプロエンジン）では、燃費向上と出力確保の観点から、圧縮比を大きくするとともにピストンの慣性重量を低減することが考えられる。ここで、慣性重量の低減のためには、従来からピストン内部に空間部を設けて軽量化が図られている。ただし、燃焼圧力の最大値を高めると、ピストンに生じる振動からエンジンの振動や騒音がともに大きくなる。そのため、起振源となるピストンは、軽量化とともに振動抑制も要求される。
【0003】
起振源となるピストンの軽量化および振動抑制の両立を図る従来の構造として、特許文献１に記載されているように、ピストンの空間部に粒子状充填材を移動可能な充填率で充填した構造が提案されている。この構造では、ピストンの往復移動中に、粒子状充填材が空間部内部を移動することによって、ピストンで生じる振動のエネルギーを粒子状充填材同士の摩擦による熱エネルギーに変換し、それにより、ピストンの振動を減衰させることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０－１８６７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記のようなピストンの空間部に充填された粒子状充填材を用いてピストンに生じる振動を減衰させる構造では、ピストンの往復移動中に粒子状充填材が凝集してほぼ一体の塊となって空間部内部で往復移動する現象が生じる。このため、粒子状充填材同士の摩擦による振動抑制機能が効果的に発揮できない。
【0006】
そこで、空間部内部に粒子の凝集を抑制する構造を設けることが考えられるが、空間部内部に粒子が充填されるとともに凝集抑制構造を備えたピストンを大量生産することは困難である。
【0007】
本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、空間部内部に粒子が充填されるとともに凝集抑制構造を備えたピストンを大量生産することが可能なピストンの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明のピストンの製造方法は、ピストン本体の内部に空間部が形成されるとともに当該空間部に粉粒体が充填された内燃機関用のピストンを製造する方法であって、流動性を有するベース材と前記粉粒体との混合物を固化させることにより、複数の面および隣接する２つの前記面の境界の辺を有する立体形状であって前記辺を当該立体形状の内方に凹ませた溝を有する複数のブロックを準備するブロック準備工程と、前記複数のブロックを互いに重ね合わせて前記複数のブロックのそれぞれの溝の幅方向側縁をつなぎ合わせることにより前記ピストンの往復動方向に交差する方向に延びる梁用貫通孔を形成し、前記複数のブロックを互いに接着することにより、前記梁用貫通孔を有する中子を準備する中子準備工程と、前記ピストン本体の外形形状に対応するキャビティを有する鋳造型に対して、前記キャビティの内部に前記中子を配置して型締めする型締め工程と、前記キャビティおよび前記中子の前記梁用貫通孔に、前記ピストンの材料からなる溶湯を注入する溶湯注入工程と、前記溶湯を凝固させることにより、前記キャビティの内部に前記ピストン本体を形成するとともに当該ピストン本体の内部に前記中子の外形形状に対応する前記空間部を形成し、さらに、前記梁用貫通孔の内部に前記空間部内部を前記ピストンの往復動方向に交差する方向に延びる梁部材を形成する溶湯凝固工程と、前記溶湯凝固工程の後に、前記ピストン本体の前記空間部から前記ベース材を排出するベース材排出工程と、を含むことを特徴とする。
【0009】
本発明は、ピストンの鋳造時にピストンの空間部を形成するための中子に空間部への粉粒体の充填と凝集抑制構造の形成という２つの機能を持たせることにより、粉粒体および凝集抑制構造を備えたピストンの量産を可能にする画期的なピストンの製造方法である。
【0010】
すなわち、上記のピストンの製造方法では、まず、ブロック準備工程において、流動性を有するベース材と粉粒体との混合物を固化させることにより、複数の面および隣接する２つの前記面の境界の辺を有する立体形状であって少なくとも１つの辺を当該立体形状の内方に凹ませた溝を有する複数のブロックを準備する。ついで、中子準備工程において、複数のブロックを互いに重ね合わせて複数のブロックのそれぞれの溝の幅方向側縁をつなぎ合わせることによりピストンの往復動方向に交差する方向に延びる梁用貫通孔を形成し、複数のブロックを互いに接着することにより、梁用貫通孔を有する中子を準備する。そして、溶湯注入工程において溶湯がキャビティとともに中子の梁用貫通孔に流入することにより、溶湯凝固工程では、空間部を有するピストン本体を形成するとともに当該空間部の内部にピストンの往復動方向に交差する方向に延びる梁部材を形成することができる。
【0011】
その後、凝固後の型開き後に中子の構成材料の一つである流動性を有するベース材をピストン本体の空間部から排出することにより、中子の他の構成材料である粉粒体がピストンの内部の空間部に残留する。これにより、ピストンの一般的な鋳造技術を利用して、空間部内部に粉粒体が充填されるとともに凝集抑制構造としての梁部材を備えたピストンを大量生産することが可能になる。
【0012】
上記のように形成された梁部材は、ピストンの往復動方向に対して交差する方向に延びているので、凝集抑制構造として機能することが可能である。すなわち、ピストンの往復移動中では、粉粒体が空間部における往復動方向の端部に一時的に集まっても粉粒体が往復動方向に移動する途中で当該粉粒体が梁部材に衝突することにより粉粒体の分散を促進するとともに粉粒体の移動方向を変えることが可能になる。これにより、梁部材は、粉粒体の凝集を抑制させる凝集抑制構造として機能することが可能である。また、その結果、粉粒体間の摩擦を増幅させるので、ピストンの振動抑制機能を効果的に発揮することが可能である。
【0013】
なお、本発明でいう「ブロック」とは、中子を構成するための複数の面および隣接する２つの前記面の境界の辺を有する立体形状を有する部品またはセグメントのことであり、複数の面と隣接する２つの面の境界の辺を有する形状であればよく、たとえば、略立方体形状や略直方体形状など種々の形状が含まれる。
【0014】
上記のピストンの製造方法において、前記中子準備工程において、前記梁用貫通孔を互いに交差するように２本形成するように、前記複数のブロックを組み合わせて互いに接着することにより、互いに交差する２本の前記梁用貫通孔を有する中子を準備し、前記溶湯凝固工程において、互いに交差する２本の前記梁用貫通孔の内部に互いに交差する２本の前記梁部材を形成するのが好ましい。
【0015】
上記の製造方法では、ピストンの鋳造時に互いに交差する２本の梁部材を同時に形成することが可能になり、ピストン製造の作業性が向上する。しかも、上記の製造方法で製造されるピストンでは、２本の梁部材が空間部の広範囲にわたって平面的に張り巡らされるので、粉粒体が往復動方向に移動する途中に複数の梁部材うちのいずれかに確実に衝突して粉粒体を分散させることが可能になり、減衰効果を確実に高めることが可能である。
【0016】
上記のピストンの製造方法において、前記中子準備工程において、前記梁用貫通孔とともに前記往復動方向に延びる柱用貫通孔を形成するように、前記複数のブロックを組み合わせて互いに接着することにより、前記梁用貫通孔および前記柱用貫通孔を有する中子を準備し、前記溶湯注入工程において、前記キャビティならびに前記中子の前記梁用貫通孔および前記柱用貫通孔に前記溶湯を注入し、前記溶湯凝固工程において、前記梁用貫通孔の内部に前記梁部材を形成するとともに前記柱用貫通孔の内部に前記往復動方向に延びる柱部材を形成するのが好ましい。
【0017】
上記の製造方法では、ピストンの鋳造時に往復動方向に交差する方向に延びる梁部材とともに往復動方向に延びる柱部材を同時に形成することが可能になり、ピストン製造の作業性が向上する。また、上記の製造方法で製造されるピストンでは、ピストン本体の空間部の部位の剛性が弱くても、往復動方向に延びる柱部材が空間部の内壁を往復動方向で支持することにより、ピストン本体における空間部の部位を補強することが可能である。したがって、梁部材による粉粒体の凝集抑制と柱部材によるピストン本体の補強が可能になる。
【0018】
上記のピストンの製造方法において、前記ベース材は、水を含み、前記ブロック準備工程では、前記水と前記粉粒体との混合物を－４０度以下で凍結することにより、前記複数のブロックを準備するのが好ましい。
【0019】
上記のピストンの製造方法では、ベース材に含まれる水は調達し易く、しかも、水の量を調整することにより、水と粉粒体を混合するときに粉粒体の充填量を容易に調整することが可能である。また、水と粉粒体との混合物を－４０度以下で凍結することにより、ブロックが高温の溶湯と接触したときの耐熱性を向上させることが可能である。さらに、中子を準備するときに、隣接する２つのブロックの対向面に水を塗布することによりブロック同士の接着を容易に行うことが可能である。
【0020】
上記のピストンの製造方法において、前記粉粒体の前記空間部への充填率は、前記空間部の容積に占める体積割合として、３５～５０％であるのが好ましい。
【0021】
上記の範囲であれば、上記の製造方法で製造されるピストンでは、粉粒体が空間部の内部を円滑に往復移動することができ、ピストンの減衰効果が確実に発揮される。
【発明の効果】
【0022】
以上のように、本発明のピストンの製造方法によれば、空間部内部に粒子が充填されるとともに凝集抑制構造としての梁部材を備えたピストンを大量生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明のピストンの製造方法で製造されるピストンの一例として、ピストン本体内部に粉粒体が収容されるとともに第１～第２梁部材および柱部材を有する分散フレームが収容されたピストンの一部切欠斜視図である。
【図7】本発明の実施形態に係るピストンの製造方法のフローチャートである。
【図19】型締め工程において、モールドのキャビティ内に中子を配置した状態を示す断面図である。
【図20】溶湯が凝固した後に型開きして中子のベース材である水を気化して排出する状態を示す断面図である。
【図21】本発明の製造方法で製造されるピストンの変形例として、立方体の中心を通って対角線を通る４本の梁部材によって構成された体心立方構造の分散フレームを模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明の実施形態に係るピストンの製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0025】
なお、本実施形態では、ピストン１および中子１００に関する以下の説明において、「上下方向」は図示しないエンジンのシリンダの中心軸の方向（シリンダ軸方向）およびピストン１の往復動方向と同義であり、エンジンの燃焼室側が「上」、その反対側（クランク室側）が「下」である。また、「前後方向」とはエンジンのクランクシャフトの軸方向と平行な方向のことであり、その一方側を「前」、他方側を「後」とする。さらに、「左右方向」とは「上下方向」および「前後方向」の双方に直交する方向のことであり、その一方側を「左」、他方側を「右」とする。この場合、左側は燃焼室の排気側から吸気側を向く側であるから、左側は吸気側と同義である。また、右側は吸気側から排気側を向く側であるから、右側は排気側と同義である。図中において、「左」「右」の表記に括弧付きで「ＩＮ」「ＥＸ」を併記しているのはこのためである。
【0026】
［I．本製造方法で製造されるピストンの概要］
本発明の製造方法で製造されるピストンは、内燃機関用のピストンであり、エンジンのシリンダ内で上下方向に往復動する部材である。このピストン１は、以下の図１～５に示されるように、前後方向に分かれて一対の空間部３０が内部に形成されたピストン本体２０と、一対の空間部３０のそれぞれに充填された粉粒体４０と、一対の空間部３０のそれぞれ内部に形成された分散フレーム５０とを有する。分散フレーム５０は、粉粒体４０の凝集を抑制するためのフレーム状の構造体であり、前後方向に延びる第１梁部材５１と、左右方向に延びる第２梁部材５２と、上下方向に延びる柱部材５３とを有する。ピストン１の構成の詳細な説明については、後段で説明する。
本発明の製造方法で製造されるピストンは、内燃機関用のピストンであり、エンジンのシリンダ内で上下方向に往復動する部材である。このピストン１は、以下の図１～５に示されるように、前後方向に分かれて一対の空間部３０が内部に形成されたピストン本体２０と、一対の空間部３０のそれぞれに充填された粉粒体４０と、一対の空間部３０のそれぞれ内部に形成された分散フレーム５０とを有する。分散フレーム５０は、粉粒体４０の凝集を抑制するためのフレーム状の構造体であり、前後方向に延びる第１梁部材５１と、左右方向に延びる第２梁部材５２と、上下方向に延びる柱部材５３とを有する。ピストン１の構成の詳細な説明については、後段で説明する。
【0027】
［II．ピストン１の製造方法］
本実施形態に係るピストンの製造方法の概要について、図７を用いて説明する。
本実施形態に係るピストンの製造方法の概要について、図７を用いて説明する。
【0028】
図７に示すように、ピストンの製造方法は、次のステップを備える。
【0029】
最初に、ブロック準備工程Ｓ１として、ピストン本体２０の一対の空間部３０を形成する中子１００（図１６～図１８参照）を構成するための構成部品として、複数のブロック１０１～１１４（図１０～図１４参照）を準備する。複数のブロック１０１～１１４のそれぞれは、後述のように溝１２１～１２３（図１０～図１４参照）を有する。
【0030】
【0031】
ついで、型締め工程Ｓ３として、モールド（鋳造型）のキャビティの内部に中子１００を配置して型締めする。
【0032】
ついで、溶湯注入工程Ｓ４として、キャビティおよび中子１００の複数の貫通孔１３１～１３３に、ピストンの材料からなる溶湯を注入する。
【0033】
そして、溶湯凝固工程Ｓ５として、溶湯を凝固させて、空間部３０を有するピストン本体２０および分散フレーム５０（具体的には、第１梁部材５１、第２梁部材５２、および柱部材５３）を形成する。
【0034】
溶湯の凝固後に、ベース材排出工程Ｓ６として、ピストン本体２０の空間部３０からベース材である水分を排出する。
【0035】
つぎに、上記の各工程Ｓ１～Ｓ６について、さらに詳細に説明する。
【0036】
（ブロック準備工程Ｓ１）
ブロック準備工程Ｓ１は、上記のように、図１０～図１４に示される溝１２１～１２３を有する複数のブロック１０１～１１４を準備する工程である。このブロック準備工程Ｓ１については、まず、図９に示された簡略化されたモデルを用いて簡単に説明する。図９の簡略化モデルでは、ベース材ＢＳと粉粒体ＰＷとの混合物を固化した複数（図９では４つ）のブロックＢ１～Ｂ４を準備する。４つのブロックＢ１～Ｂ４は、これら４つのブロックＢ１～Ｂ４が突き合わされる部分における各ブロックＢ１～Ｂ４の辺ＳＤにそれぞれ溝Ｇを有する。溝Ｇは、辺ＳＤにおいてブロックの内方に凹ませた形状を有する。
ブロック準備工程Ｓ１は、上記のように、図１０～図１４に示される溝１２１～１２３を有する複数のブロック１０１～１１４を準備する工程である。このブロック準備工程Ｓ１については、まず、図９に示された簡略化されたモデルを用いて簡単に説明する。図９の簡略化モデルでは、ベース材ＢＳと粉粒体ＰＷとの混合物を固化した複数（図９では４つ）のブロックＢ１～Ｂ４を準備する。４つのブロックＢ１～Ｂ４は、これら４つのブロックＢ１～Ｂ４が突き合わされる部分における各ブロックＢ１～Ｂ４の辺ＳＤにそれぞれ溝Ｇを有する。溝Ｇは、辺ＳＤにおいてブロックの内方に凹ませた形状を有する。
【0037】
【0038】
まず、ステップＳ２１として、流動性を有するベース材としての液体（例えば水）と粉粒体４０（金属やセラミックスなどの粒状体）とを混錬する。
【0039】
ついで、ステップＳ２２として、液体（例えば水）と粉粒体４０との混合物を、複数のブロック１０１～１１４それぞれの形状に対応する成形型に入れて複数のブロック１０１～１１４の形状に成形する。
【0040】
最後に、混合物を－４０度以下まで冷却して凍結（固化）させることにより、凍結した複数のブロック１０１～１１４が完成する。
【0041】
図１０～図１４に示されるように、複数のブロック１０１～１１４それぞれは、複数の面および隣接する２つの前記面の境界の辺を有する立体形状であって少なくとも１つの辺を当該立体形状の内方に凹ませた溝１２１～１２３を有する。
【0042】
複数のブロック１０１～１１４それぞれは、中子１００を構成するための複数の面および隣接する２つの前記面の境界の辺を有する立体形状を有する部品またはセグメントであり、複数の面と隣接する２つの面の境界の辺を有する形状であればよい。この立体形状には、たとえば、略立方体形状や略直方体形状など種々の形状が含まれる。
【0043】
本実施形態のブロック１０１～１１４は、それぞれ、他のブロックと向かい合う面は平面であるが、中子１００の外表面を構成する面（すなわち、中子１００の外側に露出する面を構成する面）は曲面で構成した立体形状である。これにより、複数のブロック１０１～１１４を合体することにより、複雑な外形形状を有する中子１００を形成することが可能である。
【0044】
また、本発明でいう立体形状は、当該立体形状を構成する複数の面のうちの一部において隣接する２つの面およびそれらの境界の辺が同一平面上にあるような形状であってもよい。例えば、上記の複数のブロック１０１～１１４の隣接する２つ、４つまたは６つのブロックを合体して、他のブロックと向かい合う平面を合体して同一平面上に隣接させ、その同一平面上の隣接する２つの面の境界の辺に沿って溝を形成すればよい。
【0045】
溝１２１～１２３は、それぞれ、複数のブロック１０１～１１４のうち、４つのブロックが突き合わされる部分における各ブロックの辺に形成されている。溝１２１～１２３は、複数のブロック１０１～１１４にとっては円弧状にブロック内方に凹んだ断面を有する。溝１２１～１２３は、具体的には以下のように形成されている。
【0046】
溝１２１は、中子１００の前後方向に延びる前後一対の第１貫通孔１３１を形成するために前後方向に延びている。前側の第１貫通孔１３１に対応する溝１２１は、中子１００の最も前側の部分に対応する４つのブロック１０７～１１０からなる第１ブロック組の突合せ部における各ブロックの辺と、第１ブロック組の後側の４つのブロック１０１～１０４からなる第２ブロック組の突合せ部における各ブロックの辺と、にそれぞれ形成されている。後側の第１貫通孔１３１に対応する溝１２１は、中子１００の最も後側の部分に対応する４つのブロック１１１～１１４からなる第３ブロック組の突合せ部における各ブロックの辺と、前記第３ブロック組の前側に隣接する４つのブロック１０１、１０２、１０５、１０６からなる第４ブロック組の突合せ部における各ブロックの辺と、にそれぞれ形成されている。
【0047】
溝１２２は、中子１００の左右方向に延びる前後一対の第２貫通孔１３２を形成するために左右方向に延びている。前側の第２貫通孔１３２に対応する溝１２２は、前側かつ右側の４つのブロック１０１、１０３、１０７、１０９からなる第５ブロック組の突合せ部における各ブロックの辺と、前側かつ左側の４つのブロック１０２、１０４、１０８、１１０からなる第６ブロック組の突合せ部における各ブロックの辺と、にそれぞれ形成されている。後側の第２貫通孔１３２に対応する溝１２２は、後側かつ右側の４つのブロック１０１、１０５、１１１、１１３からなる第７ブロック組の突合せ部における各ブロックの辺と、後側かつ左側の４つのブロック１０２、１０６、１１２、１１４からなる第８ブロック組の突合せ部における各ブロックの辺と、にそれぞれ形成されている。
【0048】
溝１２３は、中子１００の上下方向に延びる前後一対の第３貫通孔１３３を形成するために上下方向に延びている。前側の第３貫通孔１３３に対応する溝１２３は、前側かつ上側の４つのブロック１０１、１０２、１０７、１０８からなる第９ブロック組の突合せ部における各ブロックの辺と、前側かつ下側の４つのブロック１０３、１０４、１０９、１１０からなる第１０ブロック組の突合せ部における各ブロックの辺と、にそれぞれ形成されている。後側の第３貫通孔１３３に対応する溝１２３は、後側かつ上側の４つのブロック１０１、１０２、１１１、１１２からなる第１１ブロック組の突合せ部における各ブロックの辺と、後側かつ下側の４つのブロック１０５、１０６、１１３、１１４からなる第１２ブロック組の突合せ部における各ブロックの辺と、にそれぞれ形成されている。
【0049】
（中子準備工程Ｓ２）
中子準備工程Ｓ２では、図９に示される簡易モデルを用いて説明すれば、それぞれ溝Ｇを有する凍結した複数のブロックＢ１～Ｂ４を互いに重ね合わせて複数のブロックＢ１～Ｂ４のそれぞれの溝Ｇの幅方向側縁Ｇ１をつなぎ合わせる。これにより、図１５に示された簡略化された中子のモデルのように、貫通孔Ｈを形成し、ブロックＢ１～Ｂ４の対向面同士を互いに接着することにより、溝Ｇが結合することにより形成された貫通孔Ｈを有する中子を形成する。
中子準備工程Ｓ２では、図９に示される簡易モデルを用いて説明すれば、それぞれ溝Ｇを有する凍結した複数のブロックＢ１～Ｂ４を互いに重ね合わせて複数のブロックＢ１～Ｂ４のそれぞれの溝Ｇの幅方向側縁Ｇ１をつなぎ合わせる。これにより、図１５に示された簡略化された中子のモデルのように、貫通孔Ｈを形成し、ブロックＢ１～Ｂ４の対向面同士を互いに接着することにより、溝Ｇが結合することにより形成された貫通孔Ｈを有する中子を形成する。
【0050】
具体的な中子準備工程Ｓ２では、図１０～１４に示される上記の溝１２１～１２３を有する凍結した複数のブロック１０１～１１４を互いに接着し、図１６～１８に示される複数の貫通孔１３１～１３３を有する凍結した中子１００を準備する。
【0051】
具体的には、図１６～１８に示される中子１００は、具体的には、ピストン本体２０の一対の空間部３０（図５参照）に対応する外形形状を有する一対の第１対応部分１３６と、一対の空間部３０の間をつなぐ一対の細い流路３１（図５参照）に対応する外形形状を有する一対の第２対応部分３７とを有する。なお、１３５は、型開き後に凍結した中子１００に含まれる水分を排出するための突起部である。突起部１３５は、中子１００の下面の前後方向の中間でかつ左右方向両側に配置されている。
【0052】
一対の第１対応部分１３６のそれぞれは、前後方向に延びる第１貫通孔１３１と、左右方向に延びる第２貫通孔１３２と、上下方向に延びる第３貫通孔１３３とを有する。
【0053】
第１貫通孔１３１は、第１の梁用貫通孔であり、分散フレーム５０の前後方向に延びる第１梁部材５１（図５参照）に対応する。
【0054】
第２貫通孔１３２は、第２の梁用貫通孔であり、分散フレーム５０の左右方向に延びる第２梁部材５２（図５参照）に対応する。第２貫通孔１３２は、第１貫通孔１３１と直交（すなわち９０度に交差）する。
【0055】
第３貫通孔１３３は、柱用貫通孔であり、分散フレーム５０の上下方向に延びる柱部材５３（図５参照）に対応する。第３貫通孔１３３は、第１貫通孔１３１と第２貫通孔１３２との交点を通って上下方向に延びる。
【0056】
複数のブロック１０１～１１４は、それぞれベース材として水が用いられているので、ブロック同士の対向面に水を塗布すればようにブロック同士を接着することが可能である。
【0057】
上記の中子１００は、ベース材としての水と粉粒体４０との混合物によって構成されているが、粉粒体４０の空間部３０への充填率が空間部３０の容積に占める体積割合として、３５～５０％になるように、中子１００における粉粒体４０の充填量が設定される。
【0058】
（型締め工程Ｓ３）
型締め工程Ｓ３では、ピストン本体２０の外形形状に対応するキャビティを有するモールド（鋳造型）に対して、キャビティの内部に中子１００を配置して型締めする。
型締め工程Ｓ３では、ピストン本体２０の外形形状に対応するキャビティを有するモールド（鋳造型）に対して、キャビティの内部に中子１００を配置して型締めする。
【0059】
具体的には、上記のように準備した中子１００を、図１９に示されるように、モールド２２０を構成するセグメント２２１～２２４の組み合わせにより形成されるキャビティ（空洞部）２２０ａ内に配置して、モールド（鋳造型）２２０を型締めする。ここで、モールド２２０を構成するセグメント２２１～２２４のうち、セグメント２２２には、中子１００の２つの突起部１３５を差し込むことができる２箇所の凹部２２０ｂが設けられている。
【0060】
中子１００をキャビティ２２０ａ内に配置する際には、中子１００の突起部１３５を凹部２２０ｂに差し込むことで、キャビティ２２０ａ内での中子１００の位置および姿勢を規定することができる。
【0061】
（溶湯注入工程Ｓ４）
溶湯注入工程Ｓ４では、キャビティおよび中子１００の複数の貫通孔１３１～１３３に、ピストンの材料からなる溶湯（溶融した金属であり、例えば、アルミニウム合金を溶融したもの）を注入する。具体的には、図１９において、図示を省略する湯口から溶湯（溶融金属）をキャビティ２２０ａ内に注入するとともに、図１６～１８に示される中子１００の第１～第３貫通孔１３１～１３３に注入する。 このとき、注入時における溶湯の温度は、略８００℃である。キャビティ２２０ａ内に注入された溶湯は、中子１００と接する部分から凝固し始める。
溶湯注入工程Ｓ４では、キャビティおよび中子１００の複数の貫通孔１３１～１３３に、ピストンの材料からなる溶湯（溶融した金属であり、例えば、アルミニウム合金を溶融したもの）を注入する。具体的には、図１９において、図示を省略する湯口から溶湯（溶融金属）をキャビティ２２０ａ内に注入するとともに、図１６～１８に示される中子１００の第１～第３貫通孔１３１～１３３に注入する。 このとき、注入時における溶湯の温度は、略８００℃である。キャビティ２２０ａ内に注入された溶湯は、中子１００と接する部分から凝固し始める。
【0062】
一方、中子１００は、溶湯が注入された後において、０℃付近まで温度が漸次上昇し、その後、少しの間０℃付近の温度で推移する。中子１００は、０℃付近の温度で少しの間推移した後、温度上昇し、中子１００のベース材である水が気化し始める。
【0063】
（溶湯凝固工程Ｓ５）
溶湯凝固工程Ｓ５では、キャビティ２２０ａ内で溶湯を凝固させることにより、キャビティ２２０ａの内部にピストン本体２０を形成するとともに当該ピストン本体２０の内部に中子１００の外形形状に対応する一対の空間部３０を形成する。
溶湯凝固工程Ｓ５では、キャビティ２２０ａ内で溶湯を凝固させることにより、キャビティ２２０ａの内部にピストン本体２０を形成するとともに当該ピストン本体２０の内部に中子１００の外形形状に対応する一対の空間部３０を形成する。
【0064】
それとともに、中子１００の一対の空間部３０のそれぞれの内部に図１～５に示される２本の梁部材５１、５２および柱部材５３を有する分散フレーム５０を形成する。具体的には、中子１００の第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２の内部に空間部３０内部をピストンの往復動方向（上下方向）に交差する方向に延びる梁部材、すなわち、前後方向に延びる第１梁部材５１および左右方向に延びる第２梁部材５２を形成する。さらに、第３貫通孔１３３の内部に往復動方向（上下方向）に延びる柱部材５３を形成する。
【0065】
（ベース材排出工程Ｓ６）
ベース材排出工程Ｓ６では、上記の溶湯凝固工程の後に、ピストン本体２０の空間部３０から中子１００を構成していたベース材である水を気化した状態で排出する。
ベース材排出工程Ｓ６では、上記の溶湯凝固工程の後に、ピストン本体２０の空間部３０から中子１００を構成していたベース材である水を気化した状態で排出する。
【0066】
具体的には、図２０に示すように、キャビティ２２０ａ内への溶湯の注入から所定時間経過して溶湯が凝固した後に、モールド２２０を型開きする。これにより突起部１３５におけるピストン本体２０（すなわち、溶融金属が凝固した部分）から露出する部分から、中子１００を構成していたベース材ＢＳである水が気化した状態で外部へ排出される。中子１００の他の構成材料である粉粒体４０はピストン本体２０の内部の空間部３０に残留する。なお、突起部１３５の直径または幅は、水が気化して排出されるが、粉粒体４０が空間部３０に残留することを可能にする寸法に設定される。
【0067】
なお、本実施形態に係る製造方法では、突起部１３５をピストンヘッド２１における頂面とは反対側のスカート部２６が設けられた側に向けて突出するようにしているが、突起部１３５も中子１００の他の部分と同様に水でできているので気化する。突起部１３５の消滅後には、ピストンヘッド２１の下面には突起部１３５が存在した場所に開口が形成されるが、ピストン本体２０の製造完了時に溶接などで塞げばよい。
【0068】
［III．本実施形態のピストン製造方法の特徴］
（１）
本実施形態のピストン１の製造方法では、まず、ブロック準備工程において、流動性を有するベース材ＢＳと粉粒体４０との混合物を固化させることにより、複数の面および隣接する２つの前記面の境界の辺を有する立体形状であって少なくとも１つの辺を当該立体形状の内方に凹ませた溝１２１～１２３を有する複数のブロック１０１～１１４（図１０～図１４参照）を準備する。ついで、中子準備工程において、複数のブロック１０１～１１４を互いに重ね合わせて複数のブロック１０１～１１４のそれぞれの溝１２１～１２３の幅方向側縁をつなぎ合わせることによりピストンの往復動方向（本実施形態では上下方向）に交差する方向（本実施形態では前後方向および左右方向）に延びる梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２を形成し、複数のブロック１０１～１１４を互いに接着することにより、梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２を有する中子１００（図１６～１８参照）を準備する。そして、溶湯注入工程において溶湯がキャビティ２２０ａ（図１９参照）とともに中子１００の梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２に流入することにより、溶湯凝固工程では、一対の空間部３０を有するピストン本体２０を形成するとともに当該空間部３０の内部に前後方向および左右方向に延びる第１梁部材５１および第２梁部材５２（図５参照）を形成することができる。
（１）
本実施形態のピストン１の製造方法では、まず、ブロック準備工程において、流動性を有するベース材ＢＳと粉粒体４０との混合物を固化させることにより、複数の面および隣接する２つの前記面の境界の辺を有する立体形状であって少なくとも１つの辺を当該立体形状の内方に凹ませた溝１２１～１２３を有する複数のブロック１０１～１１４（図１０～図１４参照）を準備する。ついで、中子準備工程において、複数のブロック１０１～１１４を互いに重ね合わせて複数のブロック１０１～１１４のそれぞれの溝１２１～１２３の幅方向側縁をつなぎ合わせることによりピストンの往復動方向（本実施形態では上下方向）に交差する方向（本実施形態では前後方向および左右方向）に延びる梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２を形成し、複数のブロック１０１～１１４を互いに接着することにより、梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２を有する中子１００（図１６～１８参照）を準備する。そして、溶湯注入工程において溶湯がキャビティ２２０ａ（図１９参照）とともに中子１００の梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２に流入することにより、溶湯凝固工程では、一対の空間部３０を有するピストン本体２０を形成するとともに当該空間部３０の内部に前後方向および左右方向に延びる第１梁部材５１および第２梁部材５２（図５参照）を形成することができる。
【0069】
その後、凝固後の型開き後に中子１００の構成材料の一つである流動性を有するベース材ＢＳ（図２０参照）をピストン本体２０の空間部３０から排出することにより、中子１００の他の構成材料である粉粒体４０がピストンの内部の空間部３０に残留する。これにより、ピストンの一般的な鋳造技術を利用して、空間部３０内部に粉粒体４０が充填されるとともに凝集抑制構造としての第１梁部材５１および第２梁部材５２を備えたピストン１を大量生産することが可能になる。
【0070】
上記のように形成された第１梁部材５１および第２梁部材５２は、ピストンの往復動方向（上下方向）に対して交差する方向（前後方向および左右方向）に延びているので、凝集抑制構造として機能することが可能である。すなわち、ピストン１の往復移動中では、粉粒体４０が空間部３０における上下方向の端部に一時的に集まっても粉粒体４０が上下方向に移動する途中で当該粉粒体４０が第１梁部材５１および第２梁部材５２に衝突することにより粉粒体４０の分散を促進するとともに粉粒体４０の移動方向を変えることが可能になる。これにより、第１梁部材５１および第２梁部材５２は、粉粒体４０の凝集を抑制させる凝集抑制構造として機能することが可能である。また、その結果、粉粒体４０間の摩擦を増幅させるので、ピストンの振動抑制機能を効果的に発揮することが可能である。
【0071】
（２）
本実施形態のピストン１の製造方法では、中子準備工程において、梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２を互いに交差するように２本形成するように、複数のブロック１０１～１１４を組み合わせて互いに接着することにより、互いに交差する２本の梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２を有する中子１００を準備する。そして、溶湯凝固工程において、互いに交差する２本の梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２の内部に互いに交差する２本の第１梁部材５１および第２梁部材５２を形成する。
本実施形態のピストン１の製造方法では、中子準備工程において、梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２を互いに交差するように２本形成するように、複数のブロック１０１～１１４を組み合わせて互いに接着することにより、互いに交差する２本の梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２を有する中子１００を準備する。そして、溶湯凝固工程において、互いに交差する２本の梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２の内部に互いに交差する２本の第１梁部材５１および第２梁部材５２を形成する。
【0072】
上記の製造方法では、ピストン１の鋳造時に互いに交差する２本の第１梁部材５１および第２梁部材５２を同時に形成することが可能になり、ピストン製造の作業性が向上する。しかも、上記の製造方法で製造されるピストン１では、２本の第１梁部材５１および第２梁部材５２が空間部３０の広範囲にわたって平面的に張り巡らされるので、粉粒体４０が上下方向に移動する途中に複数の第１梁部材５１および第２梁部材５２うちのいずれかに確実に衝突して粉粒体４０を分散させることが可能になり、減衰効果を確実に高めることが可能である。
【0073】
（３）
本実施形態のピストン１の製造方法では、中子準備工程において、梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２とともに往復動方向（上下方向）に延びる柱用貫通孔である第３貫通孔１３３を形成するように、複数のブロック１０１～１１４を組み合わせて互いに接着することにより、梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２および柱用貫通孔である第３貫通孔１３３を有する中子１００を準備する。
本実施形態のピストン１の製造方法では、中子準備工程において、梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２とともに往復動方向（上下方向）に延びる柱用貫通孔である第３貫通孔１３３を形成するように、複数のブロック１０１～１１４を組み合わせて互いに接着することにより、梁用貫通孔である第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２および柱用貫通孔である第３貫通孔１３３を有する中子１００を準備する。
【0074】
溶湯注入工程において、キャビティ２２０ａおよび中子１００の第１貫通孔１３１、第２貫通孔１３２および第３貫通孔１３３に溶湯を注入する。溶湯凝固工程において、第１貫通孔１３１および第２貫通孔１３２の内部に第１梁部材５１および第２梁部材５２を形成するとともに第３貫通孔１３３の内部に上下方向に延びる柱部材５３を形成する。
【0075】
上記の製造方法では、ピストン１の鋳造時に前後方向および左右方向に延びる第１梁部材５１および第２梁部材５２とともに上下方向に延びる柱部材５３を同時に形成することが可能になり、ピストン製造の作業性が向上する。また、上記の製造方法で製造されるピストン１では、ピストン本体２０の空間部３０の部位の剛性が弱くても、上下方向に延びる柱部材５３が空間部３０の内壁を上下方向で支持することにより、ピストン本体２０における空間部３０の部位を補強することが可能である。したがって、第１梁部材５１および第２梁部材５２による粉粒体４０の凝集抑制と柱部材５３によるピストン本体２０の補強が可能になる。
【0076】
（４）
本実施形態のピストン１の製造方法では、中子１００を構成するベース材ＢＳは、水を含む。ブロック準備工程では、水と粉粒体４０との混合物を－４０度以下で凍結することにより、複数のブロック１０１～１１４を準備する。
本実施形態のピストン１の製造方法では、中子１００を構成するベース材ＢＳは、水を含む。ブロック準備工程では、水と粉粒体４０との混合物を－４０度以下で凍結することにより、複数のブロック１０１～１１４を準備する。
【0077】
上記のピストン１の製造方法では、ベース材ＢＳに含まれる水は調達し易く、しかも、水の量を調整することにより、水と粉粒体４０を混合するときに粉粒体４０の充填量を容易に調整することが可能である。また、水と粉粒体４０との混合物を－４０度以下で凍結することにより、ブロック１０１～１１４が高温の溶湯と接触したときの耐熱性を向上させることが可能である。さらに、中子１００を準備するときに、ブロック１０１～１１４のうち隣接する２つのブロックの対向面に水を塗布することによりブロック同士の接着を容易に行うことが可能である。
【0078】
（５）
本実施形態のピストン１の製造方法では、粉粒体４０の空間部３０への充填率は、空間部３０の容積に占める体積割合として、３５～５０％である。
本実施形態のピストン１の製造方法では、粉粒体４０の空間部３０への充填率は、空間部３０の容積に占める体積割合として、３５～５０％である。
【0079】
上記の範囲であれば、上記の製造方法で製造されるピストン１では、粉粒体４０が空間部３０の内部を円滑に往復移動することができ、ピストン１の減衰効果が確実に発揮される。
【0080】
（変形例）
（Ａ）
なお、上記実施形態の製造方法では、中子の構成材料の１つであるベース材として水を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ベース材は流動性を有する材料であれば種々の材料を採用することが可能である。他のベース材として、塩を含む材料、例えば、塩と凝結剤の混合物などを用いてもよい。このように塩を含むベース材を用いた場合には、型開き工程の後に、温水をピストン本体２０の空間部３０に注入することにより、塩を空間部３０の内部から排出することが可能である。
（Ａ）
なお、上記実施形態の製造方法では、中子の構成材料の１つであるベース材として水を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ベース材は流動性を有する材料であれば種々の材料を採用することが可能である。他のベース材として、塩を含む材料、例えば、塩と凝結剤の混合物などを用いてもよい。このように塩を含むベース材を用いた場合には、型開き工程の後に、温水をピストン本体２０の空間部３０に注入することにより、塩を空間部３０の内部から排出することが可能である。
【0081】
（Ｂ）
上記の実施形態の製造方法で製造されるピストン１は、第１梁部材５１および第２梁部材５２だけでなく柱部材５３を備えているが、本発明では、柱部材を形成することは必須ではない。柱部材を省略して、往復動方向に対して交差する方向に延びる梁部材のみの構成、例えば、前後方向に延びる第１梁部材５１および左右方向に延びる第２梁部材５２のうちのいずれか１つまたは両方を備えた構成のピストンを製造してもよい。または、往復動方向に交差する方向であって、前後方向または左右方向に対して傾斜する方向に延びる梁部材を備えた構成のピストンを製造してもよい。さらに、１つの空間部３０につき、複数の梁部材が多数の交点で交差する構成、例えば、マトリックス状に張り巡らされた多数の梁部材を備えた構成のピストンを製造してもよい。
上記の実施形態の製造方法で製造されるピストン１は、第１梁部材５１および第２梁部材５２だけでなく柱部材５３を備えているが、本発明では、柱部材を形成することは必須ではない。柱部材を省略して、往復動方向に対して交差する方向に延びる梁部材のみの構成、例えば、前後方向に延びる第１梁部材５１および左右方向に延びる第２梁部材５２のうちのいずれか１つまたは両方を備えた構成のピストンを製造してもよい。または、往復動方向に交差する方向であって、前後方向または左右方向に対して傾斜する方向に延びる梁部材を備えた構成のピストンを製造してもよい。さらに、１つの空間部３０につき、複数の梁部材が多数の交点で交差する構成、例えば、マトリックス状に張り巡らされた多数の梁部材を備えた構成のピストンを製造してもよい。
【0082】
（Ｃ）
なお、上記の実施形態の製造方法で製造されるピストン１は、ピストンの往復動方向が上下方向と一致している例が示されているが、ピストンの往復動方向が上下方向と一致していない場合でもよい。例えば、往復動方向が上下方向に対して前後方向または左右方向に傾斜している場合、または往復動方向が水平方向と一致している場合であってもよい。その場合も、上記実施形態の作用効果を奏することが可能である。
なお、上記の実施形態の製造方法で製造されるピストン１は、ピストンの往復動方向が上下方向と一致している例が示されているが、ピストンの往復動方向が上下方向と一致していない場合でもよい。例えば、往復動方向が上下方向に対して前後方向または左右方向に傾斜している場合、または往復動方向が水平方向と一致している場合であってもよい。その場合も、上記実施形態の作用効果を奏することが可能である。
【0083】
［ＩＶ．ピストン１の構成の詳細な説明］
つぎに、上記のピストン１の構成について、さらに詳細に説明する。
図１～図５は、本発明の製造方法で製造されるピストン１の具体的構造を示す図であり、図１は斜視図、図２～図４はピストン１の一部切り欠いてピストン１内部の空間部３０に収容された粉粒体４０および分散フレーム５０を示す図、図５は一対の空間部３０および一対の分散フレーム５０の位置関係を模式的に示す図である。
つぎに、上記のピストン１の構成について、さらに詳細に説明する。
図１～図５は、本発明の製造方法で製造されるピストン１の具体的構造を示す図であり、図１は斜視図、図２～図４はピストン１の一部切り欠いてピストン１内部の空間部３０に収容された粉粒体４０および分散フレーム５０を示す図、図５は一対の空間部３０および一対の分散フレーム５０の位置関係を模式的に示す図である。
【0084】
【0085】
【0086】
ピストンヘッド２１は、比較的扁平な円柱状の部材であり、エンジンの燃焼室の底面を形成する冠面２２と、エンジンのシリンダの側周面と摺接する外周面２４とを備える。冠面２２は、ペントルーフ型の燃焼室の天井面と対向する面であり、その外縁部分を除く主要領域が、当該天井面に対応するように山型に突出するように形成されている。冠面２２には、下方に窪むキャビティ２３が形成されている。キャビティ２３は、燃焼室の天井面に配置された図外のインジェクタからの燃料噴射を受けるための凹部であり、本実施形態では平面視で略楕円形に形成されている。
【0087】
ピストンヘッド２１の外周面２４には、ピストンリング（図示省略）が嵌め込まれる複数の（ここでは３つの）リング溝２５が形成されている。ピストンリングは、エンジンの燃焼室からクランク室への燃焼ガスの漏出を防ぐ機能、および、シリンダの側周面に付着した余分なオイルを掻き落とす機能を有している。
【0088】
一対のスカート部２６は、その一方が左側（吸気側）に、他方が右側（排気側）に位置するように配置されている。各スカート部２６がシリンダの側周面に摺接することにより、ピストン１が往復動する際の首振り振動が抑制される。
【0089】
ピストンヘッド２１の下側であって両スカート部２６の間の部位には、前後一対の縦壁２７が設けられている。前側の縦壁２７は、両スカート部２６の前端どうしをつなぐように左右方向に延びる壁部であり、後側の縦壁２７は、両スカート部２６の後端どうしをつなぐように左右方向に延びる壁部である。
【0090】
一対の縦壁２７は、その左右方向の中間部にピンボス部２８を有している。各ピンボス部２８は、前後方向に貫通するピン孔２８ａを規定する環状の壁部である。ピン孔２８ａには、ピストン本体２０と図示しないコンロッド（コネクティングロッド）とを結合するために前後方向に延びる図示しないピストンピンが固定的に挿入される。すなわち、ピストンピンは、その前端部および後端部がそれぞれ各ピンボス部２８のピン孔２８ａに嵌入されることにより、一対の縦壁２７に跨るような状態でピストン本体２０に固定される。さらに、両ピンボス部２８の間に位置するピストンピンの中間部には、コンロッドの小端部（上端部）が外挿される。すなわち、ピストン本体２０は、ピストンピンを介してコンロッドの小端部に結合される。コンロッドの小端部は、一対のピンボス部２８の前後方向の中間部に位置する上方に凹む収容凹部２９（図３参照）に収容される。
【0091】
ピストンヘッド２１の内部、具体的には、一対のピンボス部２８のそれぞれ上の部分に一対の空間部３０が形成されている。一対の空間部３０は、収容凹部２９を間に挟みながら前後方に並んで配置されている。
【0092】
それぞれの空間部３０は、図１および図２に示されるように、その前後方向に沿った断面（左右方向と直交する切断面により切断した断面）が中央側ほど拡大するように形成されている。詳しくは、各空間部３０は、前後方向視で下側に凸となるように突出した底面を有しており、その突出量がピストン本体２０の左右方向の中央位置において最も大きくなるように形成されている。言い換えると、各空間部３０は、その断面積（すなわち、図３に示される左右方向に直交する断面についての断面積）が図１および図２のピン孔２８ａの中心Ｏに近づくほど拡大するように形成されている。このため、各空間部３０の断面積は、ピン孔２８ａの中心Ｏに対応する位置（左右方向の中央）において最も大きくなる。また、各空間部３０は、その前後方向の幅が下側ほど縮小するように形成されている。また、図３に示されるように、各空間部３０の前後方向の幅は、上下方向において、３本のリング溝２５のうち一番上のリング溝２５の高さ位置で最も大きくなるように設定される。そして、各空間部３０のその高さ位置で第１梁部材５１およびそれに直交する第２梁部材５２が配置されている。
【0093】
本実施形態では、一対の空間部３０は、図５に示されるように、ピストン本体２０の外周方向に沿って前後方向に延びる一対の細い流路３１を通して連通している。したがって、ピストン本体２０の内部には、一対の空間部３０および一対の流路３１によって１つの大きな空間部が形成されている。
【0094】
それぞれの空間部３０には、図１～４に示されるように、粉粒体４０および分散フレーム５０が配置されている。
【0095】
粉粒体４０は、多数の微細な粒子の集合体である。粉粒体４０は、空間部３０の内部で移動可能な充填率（すなわち、空間部３０を粉粒体４０によって完全に塞がない程度の充填率）で空間部３０に充填されている。
【0096】
粉粒体４０の充填率は、例えば、上記のように空間部３０の容積に占める体積割合として、３５～５０％であれば粉粒体４０は往復移動中に分散フレーム５０の２本の梁部材５１、５２に衝突して円滑に分散することが可能である。
【0097】
粉粒体４０としては、上記のように金属やセラミックスなどの粒状体などが用いられるが、さらに詳しくは、ピストン鋳造時およびエンジン使用時の熱に耐えられる程度の耐熱性を有するセラミックなどの無機材料または金属材料からなる粉体または粒体が選定される。粉粒体４０の粒子の大きさおよび形状は、ピストン１の往復移動に伴って粉粒体４０が空間部３０の内部で移動可能な条件を満たすように適宜選定される。
【0098】
図１～５に示されるように、分散フレーム５０は、各空間部３０の内部に配置され、ピストン１の往復移動に伴って粉粒体４０が空間部３０の内部で往復移動する際に粉粒体４０を分散するように構成されている。
【0099】
分散フレーム５０は、上記のように、往復動方向（上下方向）に対して交差する方向（図１～６に示される前後方向および左右方向）に延びる少なくとも１つ以上の梁部材として、第１梁部材５１および第２梁部材５２を備えている。さらに詳述すれば、本実施形態の分散フレーム５０は、前後方向に延びる第１梁部材５１と、左右方向に延びる第２梁部材５２と、往復動方向（上下方向）に延びる柱部材５３とを備える。第１梁部材５１は、前後方向に延びる円柱状の部材であり、その両端は空間部３０の前後方向に対向する一対の側壁に支持されている。第２梁部材５２は、左右方向に延びる円柱状の部材であり、その両端は空間部３０の左右方向に対向する一対の側壁に支持されている。柱部材５３は、上下方向に延びる円柱状の部材であり、その両端は空間部３０の上下方向に対向する天壁おおよび底壁に支持されている。
【0100】
本実施形態では、複数の梁部材として、第１梁部材５１および第２梁部材５２が平面視で互いに交差（直交）して延びるように配置されている。なお、第１梁部材５１および第２梁部材５２は交差していればよく、直交していなくてもよい。
【0101】
第１梁部材５１および第２梁部材５２が交差する交点５４は、往復動方向（上下方向）から見てピンボス部２８と重なる位置、すなわち、ピンボス部２８の上にある。具体的には、交点５４は、ピンボス部２８のピン孔２８ａの中心Ｏの上にある。
【0102】
交差する梁部材５１、５２のうちの１本の梁部材である第１梁部材５１は、各ピンボス部２８に沿って延びる。具体的には、第１梁部材５１は、図１および図３に示されるように、ピンボス部２８のピン孔２８ａの中心Ｏを通る中心線Ｃ（前後方向に延びる線）に沿って延びる。
【0103】
柱部材５３は、第１梁部材５１および第２梁部材５２が交差する交点５４を通って上下方向に延びる。
【0104】
以上のように、本実施形態の分散フレーム５０は、図６に示されるように、平面視において互いに直交して延びる第２本の梁部材５１、５２、すなわち、前後方向に延びる第１梁部材５１および左右方向に延びる第２梁部材５２と、第１梁部材５１および第２梁部材５２の交点５４を通って上下方向に延びる柱部材５３とによって構成された面心立方構造である。
【0105】
この面心立方構造では、立方体を構成する６つの平面Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２の互いに対向する平面の中心同士を結ぶように、第１梁部材５１、第２梁部材５２、および柱部材５３が延びている。すなわち、第１梁部材５１は、前後方向に延びて前後方向に向かい合う２つの平面Ｓ１１およびＳ１２の中心同士を結ぶ。第２梁部材５２は、左右方向に延びて左右方向に向かい合う２つの平面Ｓ２１およびＳ２２の中心同士を結ぶ。柱部材５３は、上下方向に延びて上下方向に向かい合う２つの平面Ｓ３１およびＳ３２の中心同士を結ぶ。
【0106】
本実施形態では、分散フレーム５０を構成する第１梁部材５１、第２梁部材５２、および柱部材５３は、円柱状であるので、粉粒体４０との衝突時に粉粒体４０を分散させる効果が高く、かつ、梁部材の劣化や損耗が少ない。なお、本発明はこれらの梁部材５１、５２および柱部材５３の断面形状についてとくに限定するものではなく、粉粒体４０を分散させることが可能であればいかなる断面形状（例えば多角形の断面形状）でもよい。
【0107】
分散フレーム５０が空間部３０の内部で占める容積率は、１５％以下（好ましくは６～６．８％）であれば、上記の梁部材５１、５２および柱部材５３の本数および太さを減らしても粉粒体４０の効果的な分散によりピストンの減衰効果を十分に発揮することが可能である。
【0108】
分散フレーム５０を構成する第１梁部材５１、第２梁部材５２、および柱部材５３は、上記のように、ピストン本体２０とともに鋳造により一体形成される。
【0109】
（上記ピストン１の特徴）
（１）
上記のピストン１は、ピストン本体２０の空間部３０に粒子状の粉粒体４０が充填された構成において、粉粒体４０を分散する分散フレーム５０を備えている。分散フレーム５０は、ピストン１の往復動方向に対して交差する方向に延びる少なくとも１つ以上の梁部材（第１梁部材５１および第２梁部材５２）を備えている。このため、ピストン１の往復移動中では、粉粒体４０が空間部３０における往復動方向（上下方向）の端部、すなわち、空間部３０の下部または上部に一時的に集まっても粉粒体４０が上下方向に移動する途中で当該粉粒体４０が分散フレーム５０の梁部材に衝突することにより粉粒体４０の分散を促進するとともに粉粒体４０の移動方向を変えることが可能になる。これにより、粉粒体４０の凝集を抑制するとともに粉粒体４０間の摩擦を増幅させるので、ピストン１の振動抑制機能を効果的に発揮することが可能である。
（１）
上記のピストン１は、ピストン本体２０の空間部３０に粒子状の粉粒体４０が充填された構成において、粉粒体４０を分散する分散フレーム５０を備えている。分散フレーム５０は、ピストン１の往復動方向に対して交差する方向に延びる少なくとも１つ以上の梁部材（第１梁部材５１および第２梁部材５２）を備えている。このため、ピストン１の往復移動中では、粉粒体４０が空間部３０における往復動方向（上下方向）の端部、すなわち、空間部３０の下部または上部に一時的に集まっても粉粒体４０が上下方向に移動する途中で当該粉粒体４０が分散フレーム５０の梁部材に衝突することにより粉粒体４０の分散を促進するとともに粉粒体４０の移動方向を変えることが可能になる。これにより、粉粒体４０の凝集を抑制するとともに粉粒体４０間の摩擦を増幅させるので、ピストン１の振動抑制機能を効果的に発揮することが可能である。
【0110】
また、第１梁部材５１および第２梁部材５２がピストン本体２０の空間部３０の内壁を支持することにより、ピストン本体２０の強度を上げることが可能になる。すなわち、第１梁部材５１および第２梁部材５２を含む分散フレーム５０をピストン本体２０の補強のための補強部材として活用することが可能である。
【0111】
（２）
上記のピストン１では、図４に示されるように、第１梁部材５１および第２梁部材５２は、平面視で互いに交差して延びるように配置されているので、第１梁部材５１および第２梁部材５２が空間部３０の広範囲にわたって平面的に張り巡らされる。そのため、粉粒体４０が往復動方向（上下方向）に移動する途中に第１梁部材５１および第２梁部材５２のうちのいずれかに確実に衝突して粉粒体４０を分散させることが可能になり、減衰効果を確実に高めることが可能である。
上記のピストン１では、図４に示されるように、第１梁部材５１および第２梁部材５２は、平面視で互いに交差して延びるように配置されているので、第１梁部材５１および第２梁部材５２が空間部３０の広範囲にわたって平面的に張り巡らされる。そのため、粉粒体４０が往復動方向（上下方向）に移動する途中に第１梁部材５１および第２梁部材５２のうちのいずれかに確実に衝突して粉粒体４０を分散させることが可能になり、減衰効果を確実に高めることが可能である。
【0112】
とくに図４に示されるように平面視で広い空間部３０であっても、上記のように第１梁部材５１および第２梁部材５２が広範囲にわたって平面的に張り巡らされているので、粉粒体４０が確実に第１梁部材５１および第２梁部材５２に衝突して粉粒体４０を分散させることが可能になる。
【0113】
（３）
上記のピストン１では、図４に示されるように、ピストン本体２０は、往復動方向（上下方向）から見て空間部３０と重なる位置（すなわち、空間部３０よりも下方の位置）にエンジンのコンロッドと当該ピストン本体２０とを結合するピストンピンが挿入されるピンボス部２８を備える。
上記のピストン１では、図４に示されるように、ピストン本体２０は、往復動方向（上下方向）から見て空間部３０と重なる位置（すなわち、空間部３０よりも下方の位置）にエンジンのコンロッドと当該ピストン本体２０とを結合するピストンピンが挿入されるピンボス部２８を備える。
【0114】
第１梁部材５１および第２梁部材５２が交差する交点５４は、上下方向から見てピンボス部２８と重なる位置、すなわち、ピンボス部２８の上にある。
【0115】
空間部３０におけるピンボス部２８の上の位置では、空間部３０の上下方向の幅が最も広くなり、それにより空間部３０の底面が最も低くなるので、粉粒体４０がたまりやすい。そこで、上記の構成では、梁部材の交点５４がピンボス部２８の上にあることにより、空間部３０の底面における上下方向から見てピンボス部２８と重なる位置で集まった粉粒体４０を往復動方向に移動中に確実に交差する第１梁部材５１および第２梁部材５２に衝突させて粉粒体４０を分散させることが可能である。
【0116】
（４）
上記のピストン１では、図３および図４に示されるように、交差する第１梁部材５１および第２梁部材５２のうちの第１梁部材５１は、ピンボス部２８に沿って延びるので、空間部３０の底面における往復動方向（上下方向）から見てピンボス部２８と重なる位置で集まった粉粒体４０を上下方向に移動中に確実にピンボス部２８に沿って延びる第１梁部材５１に衝突させて粉粒体４０を分散させることが可能である。
上記のピストン１では、図３および図４に示されるように、交差する第１梁部材５１および第２梁部材５２のうちの第１梁部材５１は、ピンボス部２８に沿って延びるので、空間部３０の底面における往復動方向（上下方向）から見てピンボス部２８と重なる位置で集まった粉粒体４０を上下方向に移動中に確実にピンボス部２８に沿って延びる第１梁部材５１に衝突させて粉粒体４０を分散させることが可能である。
【0117】
（５）
上記のピストン１では、分散フレーム５０は、図１～６に示されるように、上下方向に延びる柱部材５３をさらに備える。ピストン本体２０の空間部３０の部位では剛性が弱いが、上下方向に延びる柱部材５３が空間部３０の内壁を上下方向で支持することにより、ピストン本体２０における空間部３０の部位を補強することが可能である。
上記のピストン１では、分散フレーム５０は、図１～６に示されるように、上下方向に延びる柱部材５３をさらに備える。ピストン本体２０の空間部３０の部位では剛性が弱いが、上下方向に延びる柱部材５３が空間部３０の内壁を上下方向で支持することにより、ピストン本体２０における空間部３０の部位を補強することが可能である。
【0118】
また、柱部材５３は、ピンボス部２８の上にあるので、ピストン本体２０におけるピンボス部２８上の位置の部位を効果的に補強することが可能である。さらに詳細にいえば、空間部３０におけるピンボス部２８の上の位置では、空間部３０の底面が最も低くなり、空間部３０の上下方向の寸法が大きくなっているので、ピストン本体２０におけるピンボス部２８上の位置における剛性が他の部分よりも相対的に弱い。そこで、上記のように、柱部材５３をピンボス部２８上に配置することにより、ピストン本体２０の効果的な補強が可能になる。
【0119】
（６）
上記のピストン１では、分散フレーム５０は、図６に示されるように、平面視において互いに直交して延びる第１梁部材５１および第２梁部材５２と、第１梁部材５１および第２梁部材５２の交点５４を通って上下方向に延びる柱部材５３とによって構成された面心立方構造である。
上記のピストン１では、分散フレーム５０は、図６に示されるように、平面視において互いに直交して延びる第１梁部材５１および第２梁部材５２と、第１梁部材５１および第２梁部材５２の交点５４を通って上下方向に延びる柱部材５３とによって構成された面心立方構造である。
【0120】
かかる構成によれば、３本の棒状体、すなわち、２本の梁部材（すなわち第１梁部材５１および第２梁部材５２）および１本の柱部材５３のみで粉粒体４０の高い分散効果を得ることが可能である。しかも、第１梁部材５１、第２梁部材５２および柱部材５３が１点で交差するので、分散フレーム５０およびそれによって支持されるピストン本体２０の強度が高くなる。
【0121】
また、この構成であれば、分散フレーム５０が空間部３０の内部で占める容積率を十分に下げながら高い減衰効果を得ることが可能である。
【0122】
（７）
上記のピストン１では、分散フレーム５０が空間部３０の内部で占める容積率は、１５％以下（好ましくは６～６．８％）である。この範囲であれば、分散フレーム５０の梁部材の本数や太さを減らしながら粉粒体４０の効果的な分散をしてピストンの減衰効果を十分に発揮することが可能である。
上記のピストン１では、分散フレーム５０が空間部３０の内部で占める容積率は、１５％以下（好ましくは６～６．８％）である。この範囲であれば、分散フレーム５０の梁部材の本数や太さを減らしながら粉粒体４０の効果的な分散をしてピストンの減衰効果を十分に発揮することが可能である。
【0123】
（ピストン１の変形例）
上記の実施形態では、ピストン１の一例として、面心立方構造の分散フレーム５０（すなわち、前後方向に延びる第１梁部材５１、左右方向に延びる第２梁部材５２、および上下方向に延びる柱部材５３を備えた構成）を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。分散フレームは、往復動方向に対して交差する方向に延びる少なくとも１つ以上の梁部材を備えていれば種々の構成を採用することが可能である。
上記の実施形態では、ピストン１の一例として、面心立方構造の分散フレーム５０（すなわち、前後方向に延びる第１梁部材５１、左右方向に延びる第２梁部材５２、および上下方向に延びる柱部材５３を備えた構成）を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。分散フレームは、往復動方向に対して交差する方向に延びる少なくとも１つ以上の梁部材を備えていれば種々の構成を採用することが可能である。
【0124】
分散フレームの変形例として、例えば、図２１に示されるように、分散フレーム６０が往復動方向（上下方向）に交差する４本の梁部材６１、６２、６３、６４によって構成された体心立方構造であってもよい。
【0125】
４本の梁部材６１、６２、６３、６４は、立方体における中心ＢＣを通る４本の対角線に沿って延び、すなわち、立方体の６つの角部Ｐ１～Ｐ８のうちの２点を結ぶように延びる。具体的には、第１１梁部材６１は、中心ＢＣを通るとともに角部Ｐ１およびＰ８を結ぶ。第１２梁部材６２は、中心ＢＣを通るとともに角部Ｐ２およびＰ７を結ぶ。第１３梁部材６３は、中心ＢＣを通るとともに角部Ｐ３およびＰ６を結ぶ。第１４梁部材６４は、中心ＢＣを通るとともに角部Ｐ４およびＰ５を結ぶ。
【0126】
このような体心立方構造の分散フレーム６０では、４本の梁部材６１～６４で粉粒体４０の高い分散効果を得ることが可能である。しかも、４本の梁部材６１～６４が１点で交差するので、分散フレーム６０およびそれによって支持されるピストン本体２０の強度が高くなる。
【0127】
また、この構成であれば、分散フレーム５０が空間部３０の内部で占める容積率を十分に下げながら高い減衰効果を得ることが可能である。
【0128】
なお、図６に示される上記の面心立方構造の分散フレーム５０の方が図２１に示される体心立方構造の分散フレーム６０よりも少ない梁部材により粉粒体４０と衝突して分散させて減衰効果が高いので、図６に示される上記の面心立方構造の分散フレーム５０を採用する方が好ましい。
【符号の説明】
【0129】
１ ピストン
２０ ピストン本体
３０ 空間部
４０ 粉粒体
５０ 分散フレーム
５１ 第１梁部材
５２ 第２梁部材
５３ 柱部材
５４ 交点
１００ 中子
１０１～１１４ ブロック
１２１～１２３ 溝
１３１ 第１貫通孔
１３２ 第２貫通孔
１３３ 第３貫通孔
２０ ピストン本体
３０ 空間部
４０ 粉粒体
５０ 分散フレーム
５１ 第１梁部材
５２ 第２梁部材
５３ 柱部材
５４ 交点
１００ 中子
１０１～１１４ ブロック
１２１～１２３ 溝
１３１ 第１貫通孔
１３２ 第２貫通孔
１３３ 第３貫通孔
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】