JP3792079B2

JP3792079B2 - ピン状ブラケット及びその製造方法

Info

Publication number: JP3792079B2
Application number: JP21586799A
Authority: JP
Inventors: 高久平出; 正和柏木; 謙一蛭川
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2019-07-29
Also published as: JP2001041209A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用エンジンマウント及びサスペンション部品等を車体に固定するために使用されるピン状ブラケット及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車用エンジンマウントにおいては、円筒形状のブッシュが車体とエンジンとの間に介在する構造となっている。ブッシュは円筒形状の防振ゴムと、この防振ゴム外周面に取り付けられた車体側ブラケットと、この防振ゴム内周面に取り付けられた円筒形状の鋼製コアとを有し、この鋼製コアにピン状ブラケットのピン部が圧入される。車体の構造部材には車体側ブラケットが固定される一方、エンジンにはエンジン側ブラケットが固定され、ピン状ブラケットをエンジン側ブラケットに固定することでエンジンが車体に搭載される。
【０００３】
この場合に、ピン状ブラケットをブッシュに圧入する際の圧入荷重及びブッシュにピン状ブラケットを圧入した後の使用時の耐ブッシュ抜け荷重を制御するために、ブッシュ内周面に機械加工を施して公差内に納めている。また、同様に荷重を制御するために、ピン状ブラケットも機械加工によりその寸法精度を確保している。このように、従来の筒状ブッシュ及びピン状ブラケットは、圧入荷重及び耐ブッシュ抜け荷重を制御するために、機械加工しており、このため、製造コストが高いという難点がある。
【０００４】
一方、筒状ブラケットの内径をピン状ブッシュよりも大きくしておき、筒状ブラケット部内にブッシュを挿入配置した後、筒状ブラケット部を電磁成形することにより縮径し、ブッシュの外周部を締め付けることにより筒状ブラケット部とブッシュとを締結する方法が提案されている（特開平１０−１４１３２６号公報）。この方法では、寸法精度を出すための機械加工は不要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この電磁成形によりブラケットとブッシュとを固定しようとすると、電磁成形というコストが高い成形方法を使用する必要があり、実用的ではないという欠点がある。また、電磁成形の際に熱が発生し、この熱により防振ゴムの特性が劣化するという難点もある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、寸法精度を確保するための機械加工が不要であり、また電磁成形も不要であって、製造コストが低いと共に、成形時の防振ゴムの劣化も防止することができるピン状ブラケット及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明に係るピン状ブラケットは、１対の鋳型を使用して鋳造により製造され、円筒体に圧入されるピンを一体に有するピン状ブラケットにおいて、前記ピンは、外面にその軸心方向に平行で且つ前記１対の鋳型の型割面に平行な１対の第１平面部が形成されており、前記軸心方向に直交する断面が、前記第１平面部によるものを含む平坦部と前記円筒体の形状寸法から決まる所定の目標真円形状に整合する円弧部とが交互に現れる形状であることを特徴とする。
【０００８】
このピン状ブラケットにおいて、前記第１平面部は、前記ピンの軸心方向と直交する断面における前記鋳型中心をとおり前記鋳型の対向方向に沿う線と前記目標真円形状の外周との交差位置から予め決められた距離ｓだけ中心側の位置をとおることが好ましい。
【０００９】
また、前記距離ｓは、前記型割面に介在する異物の大きさの予想値をδとするとき、１４δ≦ｓ≦３６δであることが好ましい。
【００１０】
更に、前記ピンの外面には、前記ピンの軸心方向に平行で且つ前記型割面に直交する１対の第２平面部が形成されていることが好ましい。
【００１１】
本願第２発明に係るピン状ブラケットの製造方法においては、重ね合わされた状態で溶融金属の注入空間が形成される１対の鋳型を使用し、鋳造により、円筒体に圧入されるピンを一体に有するピン状ブラケットを製造する方法において、前記注入空間の前記ピンに相当する部分に、前記ピンの軸心方向に平行で且つ重ね合わせ面に平行な第１平面部が形成され、前記注入空間の前記ピンの軸心方向に直交する断面が、前記第１平面部によるものを含む平坦部と前記円筒体の形状寸法から決まる所定の目標真円形状に整合する円弧部とが交互に現れる形状である鋳型を使用して鋳造することを特徴とする。本発明においては、ピンは圧入される円筒体の形状寸法から決まる所定の目標真円形状に対し、その円周上で正対する位置にピンの中心線に平行な平面部を少なくとも１対有することにより、機械加工することなく所定の寸法公差内に納めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施例に係るアルミニウム合金製ピン状ブラケットを縦型鋳造装置により製造するための鋳型形状を示す図、図２は本発明の実施例方法にて製造されたアルミニウム合金製ピン状ブラケットを示す斜視図である。図３は本発明の実施例方法にて製造されたアルミニウム合金製ピン状ブラケットの取付け状態を示す斜視図である。図４は同じくその側面図、図５は同じくその平面図である。図１に示すように、上型１及び下型２は重ね合わされてほぼ円柱状のキャビティ（溶融金属の注入空間）を形成する。しかし、この上型１及び下型２による溶融金属の注入空間は断面が真円３ではなく、その上下に対向する平坦部（第１平面部）４ａと左右に対向する平坦部（第２平面部）４ｂが平坦な形状４を有する。
【００１３】
図１に示す縦型鋳造装置を使用して製造されたアルミニウム合金製ピン状ブラケット６は図２に示すように、基部１２とピン部１０とからなり、ピン部１０は円筒状に成形され、基部１２にはボルト・ナットによりエンジン側ブラケット９と接続可能なようにねじ穴１３が３個形成されている。このピン部１０は、車体側ブラケット７の円筒部２０中心部に配置された中空円筒状のインシュレータブッシュ８に圧入される。基部１２はエンジン側ブラケット９にボルト・ナットにより接続される。
【００１４】
また、ピン部１０には圧入されるインシュレータブッシュ８の内周により決定する所定の目標真円形状に対し、円周面上に対向して中心線に平行な平行面部１１ａ、１１ｂが夫々９０度角度をずらして２対形成されている。即ち、ピン部１０の断面形状は平行面部１１ａ、円弧部、平行面部１１ｂ、円弧部、平行面部１１ａ、円弧部、平行面部１１ｂ、円弧部が交互に現れるものになる。
【００１５】
また、車体側ブラケット７では、インシュレータブッシュ８の外周面と円筒部２０の内周面との間には中空円筒状のブッシュ２１が配置される。なお、円筒部２０の底部にはフランジ２２が円筒部２０の直径方向に延びるように形成され、このフランジ２２にはサイドメンバ３１に固定するためのねじ穴２３が穿設されている。
【００１６】
図３乃至図５に示すように、ピン状ブラケット６はそのピン部１０がインシュレータブッシュ８に圧入されることで車体側ブラケット７に固定され、この車体側ブラケット７はねじ穴２３を介してボルト・ナットによりサイドメンバ３１に固定される。また、エンジン側ブラケット９にはエンジン３０本体に固定するためのねじ穴２４が３個形成され、ボルト・ナットによりエンジン３０本体に固定される。そして、ピン状ブラケット６をエンジン側ブラケット９にボルト・ナットにより固定することで、エンジン３０本体が車体に搭載される。
【００１７】
本実施例においては、ピン部１０が圧入されるインシュレータブッシュ８の内周により決定する所定の目標真円形状に対し、ピン状ブラケット６のピン部１０の円周上に対向して中心線に平行な平面部１１ａ、１１ｂを夫々９０度角度をずらして２対形成することにより、所定の寸法公差に納めることができるため、インシュレータブッシュ８にピン部１０を圧入する場合、寸法精度を確保するための研削等の機械加工が不要になる。また、熱が発生する加工をする必要がないため、インシュレータブッシュ８の劣化を防止することができる。また、エンジン側ブラケット９は、アルミニウム合金の鋳造材により形成することができる。
【００１８】
また、本実施例においては、鋳造により製造されるピン部１０をその断面が周方向に平坦部と周面部とが現れるような形状にし、図１に示すように、このような形状となるように、鋳型の内面形状を決めたので、鋳型の前ショットで鋳造したピン状ブラケット６のバリ又は離型剤のかたまり等の異物噛み込み等により鋳型キャビティが上下鋳型の対向方向に延びてその分鋳造されるピンの断面寸法がこの方向に延びても、その延びた分に見合う長さだけその方向のキャビティ寸法が小さくなっているので、鋳造後に機械加工して表面を研削しなくても、ピン部１０をインシュレータブッシュ８に圧入することができる。
【００１９】
なお、車体側ブラケット７はアルミニウム合金の押出材により形成することができ、インシュレータブッシュ８はアルミニウム若しくはアルミニウム合金又は鋼により形成することができ、ブッシュ２１は防振ゴム等により形成することができる。
【００２０】
本願発明者等は自動車エンジンマウント等の固定に使用されるピン状ブラケットの断面形状が、目的とした真円形状ではない理由を解明すべく、種々実験研究した結果、図６に示すように、このピン状ブラケットを縦型鋳造により製造する際に、鋳造後の製品が上鋳型ＵＭと下鋳型ＬＭとの対向方向を長軸とする楕円形状になってしまうことを見出した。このように、ピン状ブラケットの鋳造時に、その断面形状が目標とする形状、即ち、図６に示すように、直径がｄの真円形状にならず、その上鋳型ＵＭと下鋳型ＬＭとの対向方向に延びた形状になってしまうことが、ピン状ブラケットの断面形状を不均一なものとし、鋳造後に機械加工を必要としていた理由である。なお、上鋳型ＵＭと下鋳型ＬＭとを重ね合わせた型割線（ＰＬ：Partial Line）にて、溶融金属が若干漏れてバリが発生する。このバリも鋳造後の機械加工により除去する必要がある。
【００２１】
そして、本発明者等は、上述のように、ピン状ブラケットの断面形状が楕円状になってしまう理由が、主として上鋳型及び下鋳型の重ね合わせ面にバリ及び離型剤の層等の異物が噛み込み、それらの金型により構成されるキャビティが金型の対向方向に延びてしまうことによるものであることを見出した。しかも、通常金型はショット毎にスプレー洗浄されるが、通常１つの金型に複数のキャビティがあり、このキャビティ１つ１つに充分スプレーが行き渡らなかったり、また、吹き飛ばした異物が他のキャビティに引っかかったりする場合がある等、完全には異物を取り払うことができないのが現状である。
【００２２】
図７はこの金型の重ね合わせ面に異物が噛み込んだときの金型内面（キャビティ内面）の１／４部分の輪郭形状を示す模式図である。金型の型割線ＰＬがｘ軸、キャビティ中心をとおり、型割線ＰＬに垂直の方向をｙ軸とする。ピン状ブラケットとして半径ｒ（ｄ／２）の真円形状（一点鎖線）の鋳造製品を得ようとするのに対し、金型の重ね合わせ面に異物の噛み込みがあって、金型の型割線ＰＬがｙ軸方向にδだけずれた場合、金型の内面はｙ軸方向にδだけ平行移動し、実線にて示すようになる。このため、金型のキャビティ形状が、ｙ軸方向の長軸が半径ｒ＋δであり、ｘ軸方向の短軸が半径ｒとなる楕円形状になる。
【００２３】
上述の如く、ピン状ブラケットの断面形状が真円にならない理由が、主として、金型間の異物の噛み込みであることに鑑み、本発明は、金型のキャビティ形状を、図１に示すように、その上型１と下型２とが対向する方向の両端部（上型１及び下型２の中央部）において、キャビティ空間が目標とする断面形状（真円３）を円弧状に切り取ったようなものとなるように、平坦部４ａを設けた。図７にこの平坦部４ａを２点鎖線にて示す。また、型割線ＰＬにおけるバリの部分を予め考慮し、このバリが発生してもそのバリが半径ｒの真円内に収まるように、型割線ＰＬにおける鋳型内面にも平坦部４ｂを設けた。従って、溶融金属の注入前に、上型１及び下型２により構成されるキャビティ空間の断面形状は、図７の２点鎖線及び図１に示すように、上端部の平坦部４ａ、円弧部、右端部の平坦部４ｂ、円弧部、下端の平坦部４ａ、円弧部、左端の平坦部４ｂ、円弧部が交互に現れるものとなる。
【００２４】
このような異形断面形状のキャビティ空間を有する金型内に溶融金属を注入すると、金型の型割線ＰＬにおける異物の噛み込みにより上型１及び下型２がｙ軸方向に離反するようにずれた場合でも、得られた鋳造製品の断面形状は、半径ｒの真円内に収まるようになる。従って、鋳造後に機械加工して、ピン状ブラケットの外面を研削する必要がない。
【００２５】
次に、この平坦部４ａの大きさについて説明する。このピン状ブラケットが圧入される円筒状ブッシュの内径をｄ´（ｍｍ）とすると、ピン状ブラケットの径ｄ（ｍｍ）はブッシュ内径よりも例えば０．１５ｍｍ大きく、ｄ´＋０．１５（ｍｍ）である。そして、公差は、例えば、ブッシュ内径ｄ´及びピン状ブラケット径ｄのいずれも０．０５ｍｍである。従って、ピン状ブラケットの径ｄは、ｄ＜ｄ´＋０．１５＋０．０５であることが必要である。
【００２６】
また、図７に示すように、異物の噛み込み及び鋳型変形等がない場合に、目標とする断面形状のピン状ブラケットを得るための鋳型内面の形状（一点鎖線）は、ｘ²＋ｙ²＝ｒ²により表される。これに対し、異物が噛み込んで鋳型がδだけｙ軸方向に移動した場合の鋳型内面の形状（実線）は、ｘ²＋（ｙ−δ）²＝ｒ²により表される。また、図７の座標軸の原点と異物が噛み込んで鋳型がδだけｙ軸方向に移動した場合の鋳型内面を表す実線との間の距離Ｒは、Ｒ＝√｛（ｘ²＋（ｙ＋δ）²｝−ｒで表される。
【００２７】
そこで、本発明においては、Ｒ−ｒが公差以内に入るように鋳型内面の形状を決める。このＲ−ｒが公差を超えると、鋳造されたピン状ブラケットの径が目標とする半径ｒの真円の線分を公差を超えて外部にはみ出してしまい、そのままではピン状ブラケットを円筒状ブッシュ内に圧入することができない。
【００２８】
このＲ−ｒは下記数式１にて表される。
【００２９】
【数１】
ｆ（ｘ）＝Ｒ−ｒ＝√｛ｘ²＋（ｙ＋δ）²｝−ｒ
【００３０】
公差を±０．２５ｍｍとすると、ピン径はｄ±０．２５ｍｍとなる。この公差の内訳は、そのうちの８０％の０．２ｍｍが型の熱変形及び圧力変動による変形であり、残りの０．０５ｍｍが安全を見込んだ分である。このピン径に対し、バリ及び離型剤等の異物の噛み込みによる分、δが加わる。このδは通常０．０５乃至０．１ｍｍであり、例えば、０．０８ｍｍである。従って、ピン径は０．２＋０．０８ｍｍ＝０．２８ｍｍだけ大きくなる。これは、公差０．２５ｍｍよりも０．０３ｍｍだけ大きい。
【００３１】
そこで、図８に示すように、ピン径ｄのずれを、公差０．２５ｍｍ以内にするために、上型と下型との対向方向の両端部、即ち、ｙ軸方向の両端部で、キャビティ空間を夫々ｙ軸に沿う長さでｓだけ削り取る。前記数式１において、δ＝０．２８（このうち、異物噛み込み分は０．０８、金型変形分は０．２）とし、ピン半径ｒを１０ｍｍとし、ｆ（ｘ）＝０．２５ｍｍとすれば、ｘ＝４．５ｍｍとなる。このときのｓは、幾何学的な関係から約１．１０ｍｍと求まる。即ち、ｒ＝１０ｍｍであるから、ｘ＝４．５ｍｍの場合は、ｙ＝８．９０ｍｍとなり、１０−８．９０ｍｍでｓ＝１．１０ｍｍとなる。従って、ｓ≧１．１０ｍｍであれば、異物噛み込みの誤差を吸収して、金型の変形を考慮しても公差±０．２５ｍｍ以内に収まる。このように、０．０８ｍｍの異物が存在したときに、公差を±０．２５ｍｍ以内に納めるためには、ｓ＝１．１０ｍｍ削る必要があるので、１．１０／０．０８＝１３．７５であるから、予想される異物の大きさδに合わせて、削り取る長さｓを下記数式２のように設定する。
【００３２】
【数２】
ｓ≧１３．７５δ
又は数字を丸めて、ｓ≧１４δ
【００３３】
図９は横軸にｘの値をとり、縦軸に誤差を取って数式１の関係を図示したグラフ図である。この図に示すように、誤差が０．２５ｍｍの場合のｘの値は、前述の如く、４．５ｍｍである。そして、誤差が０．２ｍｍの場合のｘの値は７ｍｍである。寸法精度（公差）のうち、８０％を示す０．２ｍｍは型の熱又は応力による変形分であるので、これを吸収するように削り取ることは意味がない。この誤差が０．２ｍｍの場合のｘの値は７ｍｍであり、このときの削り取る量ｓは幾何学的な関係からｓ＝２．９ｍｍとなる。即ち、ｒ＝１０ｍｍであるから、ｘ＝７ｍｍの場合は、ｙ＝７．１ｍｍとなり、１０−７．１ｍｍでｓ＝２．９ｍｍとなる。従って、ｓ≦２．９ｍｍであれば、異物噛み込みの誤差を吸収して、金型の変形を考慮しても公差±０．２５ｍｍ以内に収まる。この図９は異物の大きさδを０．０８ｍｍとしたものであるから、２．９／０．０８＝３６となり、結局、削り取る長さｓの最大値は下記数式３にて表される。
【００３４】
【数３】
ｓ≦３６δ
【００３５】
従って、削り取る長さｓ、即ち、半径ｒの真円３におけるｙ軸上の点と、平坦部４ａとの間のｙ軸に沿う長さｓは、下記数式４を満たすものとする。
【００３６】
【数４】
１４δ≦ｓ≦３６δ
【００３７】
このように、平坦部４ａの位置を決めることにより、ピンを円筒体に圧入するための摩擦力は確保しつつ、誤差を超えて突出する部分を削除することができ、鋳造後に機械加工することなく、ピンを円筒体に圧入することができる。
【００３８】
また、型割線ＰＬにおける平坦部４ｂについては、単に、バリがピンの円筒体への圧入を阻止するように、真円の外側に突出しないように、その削り取る量を決めればよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ピンは圧入される円筒体の形状寸法から決まる所定の目標真円形状に対し、その円周上で正対する位置にピンの中心線に平行な平面部を少なくとも１対有することにより、機械加工することなく所定の寸法公差内に納めることができる。
【００４０】
また、鋳造により製造されるピンをその面が周方向に平坦部と周面部とが現れるような形状にし、このような形状となるように、鋳型の内面形状を決めたので、鋳型の異物噛み込み等により鋳型キャビティが上下鋳型の対向方向に延びてその分鋳造されるピンの断面寸法がこの方向に延びても、その延びた分に見合う長さだけその方向のキャビティ寸法が小さくなっているので、鋳造後に機械加工して表面を研削しなくても、ピンを円筒体に圧入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例方法にて使用する金型を示す図である。
【図２】本発明の実施例方法にて製造されたアルミニウム合金製ピン状ブラケットを示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例方法にて製造されたアルミニウム合金製ピン状ブラケットの取付け状態を示す斜視図である。
【図４】同じくその側面図である。
【図５】同じくその平面図である。
【図６】従来の問題点を示す模式図である。
【図７】本発明における平坦部位置の設定方法を説明する模式図である。
【図８】同じく平坦部位置の設定方法を説明する模式図である。
【図９】同じく誤差とｘ軸との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１、ＵＭ；上鋳型
２、ＬＭ；下鋳型
３；真円
４；形状
４ａ；平坦部
４ｂ；平坦部
６；ピン状ブラケット
７；車体側ブラケット
８；インシュレータブッシュ
９；エンジン側ブラケット
１０；ピン部
１１ａ、１１ｂ；平坦部
１２；基部
１３、２３、２４；ねじ穴
２０；円筒部
２１；ブッシュ
２２；フランジ
３０；エンジン
３１；サイドメンバ
ＰＬ；型割線

Claims

１対の鋳型を使用して鋳造により製造され、円筒体に圧入されるピンを一体に有するピン状ブラケットにおいて、前記ピンは、外面にその軸心方向に平行で且つ前記１対の鋳型の型割面に平行な１対の第１平面部が形成されており、前記軸心方向に直交する断面が、前記第１平面部によるものを含む平坦部と前記円筒体の形状寸法から決まる所定の目標真円形状に整合する円弧部とが交互に現れる形状であることを特徴とするピン状ブラケット。
前記第１平面部は、前記ピンの軸心方向と直交する断面における前記鋳型中心をとおり前記鋳型の対向方向に沿う線と前記目標真円形状の外周との交差位置から予め決められた距離ｓだけ中心側の位置をとおることを特徴とする請求項１に記載のピン状ブラケット。
前記距離ｓは、前記型割面に介在する異物の大きさの予想値をδとするとき、１４δ≦ｓ≦３６δであることを特徴とする請求項２に記載のピン状ブラケット。
更に、前記ピンの外面には、前記ピンの軸心方向に平行で且つ前記型割面に直交する１対の第２平面部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のピン状ブラケット。
重ね合わされた状態で溶融金属の注入空間が形成される１対の鋳型を使用し、鋳造により、円筒体に圧入されるピンを一体に有するピン状ブラケットを製造する方法において、前記注入空間の前記ピンに相当する部分に、前記ピンの軸心方向に平行で且つ重ね合わせ面に平行な第１平面部が形成され、前記注入空間の前記ピンの軸心方向に直交する断面が、前記第１平面部によるものを含む平坦部と前記円筒体の形状寸法から決まる所定の目標真円形状に整合する円弧部とが交互に現れる形状である鋳型を使用して鋳造することを特徴とするピン状ブラケットの製造方法。
前記注入空間の前記第１平面部は、前記ピンの軸心方向と直交する断面における前記鋳型中心をとおり前記鋳型の対向方向に沿う線と前記目標真円形状の外周との交差位置から予め決められた距離ｓだけ中心側の位置をとおることを特徴とする請求項５に記載のピン状ブラケットの製造方法。
前記距離ｓは、前記鋳型の型割面に介在する異物の大きさの予想値をδとするとき、１４δ≦ｓ≦３６δであることを特徴とする請求項６に記載のピン状ブラケットの製造方法。
更に、前記１対の鋳型には、前記注入空間の前記ピンに相当する部分に、前記ピンの軸心方向に平行で且つ前記鋳型の型割面に直交する１対の第２平面部が形成されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のピン状ブラケットの製造方法。