JP3872804B2

JP3872804B2 - 鋳造用金型

Info

Publication number: JP3872804B2
Application number: JP2004215644A
Authority: JP
Inventors: 俊仁竹内; 栄二増田; 浩門田; 裕二大原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: JP2006035243A

Description

本発明は、第１の気筒列及び第２の気筒列によりＶ字形状をなすＶ型シリンダブロックを鋳造成型するための鋳造用金型に関する。

Ｖ型シリンダブロックの鋳造には、鋳造用金型内のキャビティ部のレイアウトとして各気筒列が垂直となるように配置する縦置き方式と、連設された気筒列が水平となるように配置する横置方式の２つの方式が挙げられる。いずれの方式においても、オイルパンの取付面にゲートを設ける方法が一般的である。

このような鋳造用金型として、例えば図７に示すように、Ｖ型シリンダブロックを形成するためのキャビティ１を第１の気筒列２ａが下、第２の気筒列２ｂが上となるように横置きとし、第１の気筒列２ａに対して湯口３、湯道４及び複数のゲート５を介して溶湯を注入する鋳造用金型が用いられている。第２の気筒列２ｂには複数のガス抜き部６が設けられている。なお、図７（及び、後述する図４及び図５）では、理解しやすいように、湯口、キャビティ、湯道及びゲートの形状をこれらの部分によって形成される空間部の形状を図示し、鋳造用金型自体の図示を省略している。

関連する従来技術として、特許文献１には、多気筒型内燃機関用シリンダブロックを鋳造成型するための鋳造用金型として、各湯道の底面を上流から下流に向かって上り階段状とし、湯面の上昇が略均一となるようにした金型が記載されている。

特許文献２には、Ｖ型シリンダブロックを形成するためのキャビティにおけるジャーナル軸方向（気筒の配列方向）の両端にアシストゲートを設け、一対のシリンダバレルの鋳造品質を相当に均一化することのできる鋳型用金型が記載されている。

特許文献３には、湯道がキャビティの下方両側から中央付近にかけて形成され、ゲートが湯道の長手方向に沿って形成されるとともに、ガス抜きランナの連通する上端部には溶湯が貯溜される室が設けられた鋳造用金型が記載されている。

特許文献４には、Ｖ型シリンダブロックを形成するためのキャビティにおける第１の気筒列及び第２の気筒列のジャーナル軸方向に沿ってそれぞれ湯道が設けられている鋳造用金型が記載されている。

特公平７−２４９３１号公報特開２００２−１９２３０６号公報特許第３０９５３３３号公報特開平４−１１１９５５号公報

ところで、図７に示すような鋳造用金型では、第２の気筒列２ｂに対しては第１の気筒列２ａを経由して溶湯が流入することから、溶湯流入の時間差が生じ、第１の気筒列２ａと第２の気筒列２ｂの鋳造品質が不均一となるおそれがある。前記特許文献２に記載された鋳造用金型では、アシスト湯口ランナの作用によって、第１の気筒列及び第２の気筒列に溶湯が注入される時間差が小さいため、第１の気筒列と第２の気筒列とは相当に鋳造品質が均一化されて好適である。しかしながら、特許文献２に記載された鋳造用金型では、第１の気筒列及び第２の気筒列とも溶湯は下方から注入されるため、ジャーナル部等の中心線に対して対称な鋳造品質が得られなくなるおそれがある。図７に示す鋳造用金型においても同様の事態が想定される。

前記特許文献４に記載された鋳造用金型では、第１の気筒列及び第２の気筒列のジャーナル軸方向に沿ってそれぞれ湯道が設けられていることから、ジャーナル部を中心とした対称な鋳造品質が得られるが、双方から流入した溶湯はジャーナル軸受部等の中心位置で合流するため、この部分の溶湯の流れが乱れて鋳造品質が低下するおそれがある。ジャーナル軸受部は高強度であることが望ましく、高品質に鋳造されることが好ましい。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、第１の気筒列及び第２の気筒列によりＶ字形状をなすＶ型シリンダブロックを鋳造成型する鋳造用金型において、ジャーナル軸受部等の中心線に対して略対称の鋳造品質が得られ、しかもジャーナル軸受部を高品質に鋳造成型することができる鋳造用金型を提供することを目的とする。

本発明に係る鋳造用金型は、第１の気筒列及び第２の気筒列によりＶ字形状をなすＶ型シリンダブロックを鋳造成型する鋳造用金型において、
前記Ｖ型シリンダブロックを形成するためのキャビティ部と、
溶湯を射出するピストンを備える湯口と、
前記湯口から供給される溶湯を前記キャビティ部における前記第１の気筒列に対応する部位にゲートを介して供給する通路である第１湯道と、
前記湯口から供給される溶湯を前記キャビティ部における前記第２の気筒列に対応する部位にゲートを介して供給する通路である第２湯道と、
を有し、
前記第１湯道と前記第２湯道は、前記Ｖ型シリンダブロックにおける前記第１の気筒列と前記第２の気筒列との間に設けられたジャーナル軸受部の中心線に対して略平行に配置され、前記ジャーナル軸受部の軸線方向の一方の側で端部同士が接続され、
前記湯口から前記第１湯道を経由して前記中心線上の任意点に至る最短長さの経路長と、前記湯口から前記第２湯道を経由して前記任意点に至る最短長さの経路長が不等長であることを特徴とする。

このように、第１湯道を経由する経路長と第２湯道を経由する経路長とを不等長とすることにより、溶湯の合流点をジャーナル軸受部等の中心線からずらすことができ、ジャーナル軸受部を高品質に鋳造成型することができる。また、第１の気筒列に対応する部位と第２の気筒列に対応する部位に対して、それぞれ第１湯道と第２湯道の別経路で溶湯が注入されることから湯周り性が向上するとともに、ジャーナル軸受部等の中心線に対して略対称でバランスのよい鋳造品質が得られる。

この場合、前記第１湯道又は前記第２湯道の少なくとも一方は、下流に向かって先細り断面形状となっていると、各ゲートから注入される溶湯が略同量となり、各気筒の鋳造品質の均一化を図ることができる。

本発明に係る鋳造用金型によれば、第１の気筒列及び第２の気筒列によりＶ字形状をなすＶ型シリンダブロックを鋳造成型する鋳造用金型において、ジャーナル部を中心として略対称の鋳造品質が得られ、しかもジャーナル軸受部を高品質に鋳造成型することができる。

以下、本発明に係る鋳造用金型について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図５を参照しながら説明する。第１及び第２の実施形態に係る鋳造用金型１０ａ（図４参照）及び１０ｂ（図５参照）は、Ｖ型６気筒エンジンの一部であるシリンダブロック１２をアルミニウムのダイキャスト製法により鋳造成型するためのものである。先ず、シリンダブロック１２について説明する。

図１に示すように、シリンダブロック１２は、クランクケース部１４と、該クランクケース部１４からＶ字形をなして二方に延在する一対の第１気筒列１６ａ及び第２気筒列１６ｂを備える。第１気筒列１６ａ及び第２気筒列１６ｂは、それぞれ３つのシリンダボア１８を有し、第１気筒列１６ａ及のシリンダボア１８と第２気筒列１６ｂのシリンダボア１８とのなす角度は、例えば、６０°又は９０°でありＶ字形状をなしている。

各シリンダボア１８内にはそれぞれシリンダピストン（図示せず）が摺動自在に嵌合される。また、クランクケース部１４には、シリンダボア１８の配列方向である矢印Ａ（図４参照）方向に沿って複数（この実施例では４つ）のジャーナル壁２０が隔設されており、各ジャーナル壁２０に締結されるベアリングキャップ（図示せず）とでクランクシャフト（図示せず）が回転自在に支承される。これらのジャーナル壁２０は、第１の気筒列１６ａと第２の気筒列１６ｂとの中間位置であって、ジャーナル軸受部２１を構成している。ジャーナル軸受部２１にはクランクシャフトが支承されることからは高強度であることが望ましく、高品質に鋳造されることが好ましい。

図２に示すように、第１の実施の形態に係る鋳造用金型１０ａは、クランクケース側の固定型２２と、シリンダヘッド側の可動型２４と、レール上を移動してシリンダの側面を形成する摺動型２６及び２８とを有する。可動型２４は固定型２２に対して面直方向に進退可能であり、摺動型２６は固定型２２の面に摺動しながらスライド移動が可能である。

これらの固定型２２、可動型２４、摺動型２６及び２８により囲まれることにより中央部に形成される空間のキャビティ３０は、シリンダブロック１２の形状となっており、該キャビティ３０に溶融状態のアルミニウムである溶湯が注入され、固化することによりシリンダブロック１２が得られる。

また、鋳造用金型１０ａは、溶湯を射出するピストン３２を備える湯口３４と、該湯口３４から供給される溶湯をキャビティ３０に供給する通路であってジャーナル軸受部２１に対して略平行且つ略対称に配置され、略同形状の第１湯道３６及び第２湯道３８とを有する。

湯口３４は、ピストン３２を進退可能に保持する射出スリーブ３９を有し、該射出スリーブ３９の端部近傍における上面には溶湯が投入される開口部３９ａが設けられている。

図３に示すように、第１湯道３６は溶湯が流れる方向の下流に向かって先細りで４段の段付き形状となっており、各段部にはゲート４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び４０ｄに接続されている。詳細な図示を省略するが、第２湯道３８も同様の先細り段付き形状となっている。また、第１湯道３６及び第２湯道３８は段付き形状に限らず、先細り断面形状であればよい。

図４に示すように、第１湯道３６は、第１気筒列１６ａに対応する部位にゲート４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び４０ｄを介して接続され、第２湯道３８は、第２の気筒列１６ｂに対応する部位にゲート４２ａ、４２ｂ、４２ｃ及び４２ｄを介して接続されている。第１湯道３６及び第２湯道３８は、キャビティ３０からみた一方の側方（矢印Ａ１方向）で端部同士が第３湯道４４により接続されている。この方向の側方には、アシストゲート４５ａ及び４５ｂが設けられ、第３湯道４４とキャビティ３０が連通している。キャビティ３０からみた他方の側方（矢印Ａ２方向）には、３つのガス抜き部４６が設けられている。

湯口３４は第３湯道４４に接続されており、その接続位置は第１気筒列１６ａと第２の気筒列１６ｂとの中心位置に対して第１気筒列１６ａの側にややずれている。従って、ジャーナル軸受部等の中心線Ｃに対して湯口３４から第１湯道３６を経由する経路長と、湯口３４から第２湯道３８を経由する経路長とは不等長となる。例えば、図２に示すように、中心線Ｃのジャーナル軸受部２１における点Ｐに対して第１湯道３６を経由する最短の経路Ｒ１の長さが経路長Ｌ１であり、点Ｐに対して第２湯道３８を経由する最短の経路Ｒ２の長さが経路長Ｌ２であるとき、Ｌ１＜Ｌ２となる。この関係は中心線Ｃにおける任意の点について成り立つ。

次に、このように構成される鋳造用金型１０ａを用いてシリンダブロック１２を鋳造成型する手順について説明する。

先ず、図２に示すように、摺動型２６及び２８を中央寄りにスライド移動させるとともに、可動型２４を摺動型２６及び２８に当接させてキャビティ３０を形成する。

次に、開口部３９ａから湯口３４に溶湯を流し込んだ後、ピストン３２によって溶湯をキャビティ３０内に注入する。ピストン３２によって押し出された溶湯は、第３湯道４４で二手に分流し、第１湯道３６と第２湯道３８へ向かって流れる。

図３に示すように、第１湯道３６は先細り段付き形状であることから、湯口３４に最も近くてゲート４０ａに対面する段部４８ａに溶湯が完全に充満するまでの時間と、最も遠くてゲート４０ｄに対面する段部４８ｄに対して溶湯が完全に充満するまでの時間が略等しい。同様にゲート４０ｂに対面する段部４８ｂ及びゲート４０ｃに対面する段部４８ｃに溶湯が充満する時間も略等しくなるように設定されており、各ゲート４０ａ〜４０ｄからキャビティ３０に溶湯が注入される時間の同期化を図ることができる。

また、溶湯は湯口３４から勢いよく流れ込む場合、そのほとんどが流れの慣性力によって最も遠いゲート４０ｄまで達して、該ゲート４０ｄのみに多量の溶湯が供給される傾向があるが、第１湯道３６が先細り段付き形状となっていることため先端に行くほど抵抗が増大し、キャビティ３０に対して各ゲート４０ａ〜４０ｄから略同量の溶湯を供給することができる。従って、手前側のボアと奥側の気筒との鋳造品質の均一化を図ることができる。なお、第２湯道３８についても先細り段付き形状であることから、同様の効果が得られる。

このようにして、第３湯道４４で二手に分流して第１湯道３６へ向かった一方の溶湯はゲート４０ａ〜４０ｄを経由して第１気筒列１６ａに対応する部位に注入され、第２湯道３８へ向かった他方の溶湯は、ゲート４２ａ〜４２ｄを経由して第２気筒列１６ｂに対応する部位に注入される。前記のとおり、中心線Ｃの点Ｐに対して、第１湯道３６を経由する長さである経路長Ｌ１と、第２湯道３８を経由する長さである経路長Ｌ２の大小関係は、Ｌ１＜Ｌ２であることから、第１湯道３６を経由する溶湯の方が第２湯道３８を経由する溶湯よりも若干早く中心線Ｃに到達することとなり、その合流点は中心線Ｃよりも第２湯道３８に近い方向にずれる。

ところで、このような溶湯の合流点においては、溶湯の流れが乱れて乱流となって組織が不均一になり、又は空気の巻き込みによる鋳巣が発生するおそれがあって強度がやや不足することがある。従って、このような溶湯の合流点における形状は強度不足となることを考慮して予め厚肉に設定する必要がある。

ジャーナル軸受部２１にはクランクシャフトを軸支するためのジャーナル壁２０や、第１気筒列１６ａと第２気筒列１６ｂとの隔壁等の強度が必要とされる部位が存在するが、他方、中心位置やジャーナル軸受部２１からずれた箇所は比較的低強度で済み、肉厚は薄くてよい。従って、溶湯の合流点が中心線Ｃからずれた箇所となるように設定することにより、実際上、肉厚をほとんど変える必要がなく、しかもジャーナル軸受部２１は十分な強度を有することとなる。さらに、必要に応じてジャーナル軸受部２１における肉厚を薄く設定することが可能となり、シリンダブロック１２の軽量化を図ることができる。

次に、キャビティ３０内が溶湯で充填された後、ピストン３２を停止させて溶湯の注入を終了する。このとき、キャビティ３０内に存在していた空気はガス抜き部４６に排出されて、シリンダブロック１２を形成する部分に不要な空気が残留することはない。

次いで、溶湯が十分に冷却、固化された後に、可動型２４、摺動型２６及び２８をキャビティ３０から離間させる。また、図示しない入れ子ピンを抜くとともに、砂中子が設けられている場合には、該砂中子を粉砕、除去する。

これにより図１に示すようなシリンダブロック１２及び不要部５０が形成される。不要部５０は第１湯道３６、第２湯道３８、ゲート４０ａ〜４０ｄ、ゲート４２ａ〜４２ｄ、第３湯道４４及びガス抜き部４６に対応する部位としてシリンダブロック１２と一体的に形成されるものであり、所定の手順でこの不要部５０を除去することにより、シリンダブロック１２が得られる。

鋳造用金型１０ａを用いてシリンダブロック１２を鋳造成型する際には、キャビティ３０内を真空引き又は減圧処理しておくことにより、鋳巣及び酸化の少ない一層高品質なシリンダブロック１２を得ることができる。

また、第１湯道３６と第３湯道４４との区別、及び及び第２湯道３８と第３湯道４４との区別が必ずしも明確でなくてもよく、例えば、第１湯道３６、第２湯道３８及び第３湯道４４により緩やかなＵ字形状をなすような湯道であってもよい。

さらに、ピストン３２を十分に速く駆動することにより、溶湯に作用するピストンの駆動力に対して重力の影響を相対的に低減するができ、鋳造用金型１０ａは縦置き方式と横置き方式のいずれの方式にも適用可能である。

鋳造用金型１０ａを用いることにより、キャビティ３０における第１気筒列１６ａに対応する部分にはゲート４０ａ〜４０ｄから溶湯が注入される一方、第２気筒列に対応する部分にはゲート４２ａ〜４２ｄから溶湯が注入され、いわゆる湯周り性がよく、ジャーナル部を中心として略対称の鋳造品質が得られてバランスがよい。

また、キャビティ３０は第１湯道３６、第２湯道３８及び第３湯道４４によって三方が囲まれており、ゲート４０ａ〜４０ｄ、ゲート４２ａ〜４２ｄ及びアシストゲート４５ａ、４５ｂから溶湯を注入することができる。このように多くのゲートを備えることにより短時間で溶湯を注入することができ、しかも溶湯に対する管路抵抗が軽減されてスムーズな注入が可能となる。

次に、第２の実施の形態に係る鋳造用金型１０ｂについて図５及び図６を参照しながら説明する。なお、鋳造用金型１０ｂについて前記鋳造用金型１０ａと同様の部分については同符号を付し、その詳細な説明を省略する。

鋳造用金型１０ｂでは、図５に示すように、第１湯道１３６は、第１気筒列１６ａに対応する部位にゲート１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ及び１４０ｄを介して接続され、第２湯道１３８は、第２の気筒列１６ｂに対応する部位にゲート１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ及び１４２ｄを介して接続されている。鋳造用金型１０ｂには、前記キャビティ３０に相当するキャビティ１３０が設けられている。

第１湯道１３６及び第２湯道１３８は、キャビティ１３０からみた一方の側方で端部同士が第３湯道１４４により接続されている。この方向の側方には、アシストゲート１４５ａ及び１４５ｂが設けられ、第３湯道１４４とキャビティ１３０が連通している。キャビティ１３０からみた他方の側方には、３つのガス抜き部１４６が設けられている。第２湯道１３８は、前記第１湯道３６及び第２湯道３８と同様に先細り段付き形状となっている。

また、図６に示すように、第１湯道１３６には、ジャーナル軸受部２１に略平行な段部１４８が設けられており、ゲート１４０ａ〜１４０ｄへ溶湯が流入する際の抵抗部となる。

前記湯口３４に相当する湯口１３４は第１湯道１３６の略中央部に接続されており、中心線Ｃに対して第１気筒列１６ａ側にずれていることとなる。従って、中心線Ｃに対して湯口３４から第１湯道１３６を経由する経路長の方が、第２湯道１３８を経由する経路長よりも短い。

このような鋳造用金型１０ｂによれば、前記鋳造用金型１０ａと同様の効果が得られる。また、中心線Ｃに対する第１湯道１３６を経由する経路長と第２湯道１３８を経由する経路長が、少なくとも第３湯道１４４の長さ以上異なり、第１湯道１３６を経由する溶湯と第２湯道１３８を経由する溶湯との合流点が中心線Ｃからずれることとなり、ジャーナル壁２０や第１気筒列１６ａと第２気筒列１６ｂとの隔壁部の強度を向上させることができる。

また、段部１４８の作用によって、ゲート１４０ａ〜１４０ｄには溶湯が流入しにくくなり、その分第３湯道１４４及び第２湯道１３８への溶湯の流入速度が増速される。これにより、第１湯道１３６からゲート１４０ａ〜１４０ｄを通ってキャビティ１３０に流入する溶湯と、第２湯道１３８からゲート１４２ａ〜１４２ｄを通ってキャビティ１３０に流入する溶湯との合流点は、図６中の上方に極端にずれることがない。つまり、段部１４８の形状を適切に設定することにより、溶湯の合流位置が中心線Ｃから適度にずれた箇所に調整される。

鋳造用金型１０ａ及び１０ｂは、Ｖ型６気筒であって第１の気筒列１６ａと第２の気筒列１６ｂを有するシリンダブロック１２を鋳造成型するためのものとして説明したが、成型するワークとしてのシリンダブロック１２はＶ型６気筒に限らず、Ｖ型８気筒又はＶ型２気筒等の気筒数の異なるものであっても類似の鋳造用金型が適用可能である。

本発明に係る鋳造用金型は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

鋳造用金型で鋳造成型されるシリンダブロックの側面図である。第１の実施形態に係る鋳造用金型を示す側面断面図である。第１湯道が形成する空間部の側面図である。第１の実施形態に係る鋳造用金型のキャビティ、湯道及びゲートが形成する空間部の平面図である。第２の実施形態に係る鋳造用金型のキャビティ、湯道及びゲートが形成する空間部の平面図である。第１湯道における段付き部を示す断面図である。従来の鋳造用金型のキャビティ、湯道及びゲートで形成される空間部の平面図である。

符号の説明

１０ａ、１０ｂ…鋳造用金型１２…シリンダブロック
１４…クランクケース部１６ａ、１６ｂ…気筒列
２０…ジャーナル壁２２…固定型
２４…可動型２６、２８…摺動型
３０、１３０…キャビティ３２…ピストン
３４、１３４…湯口３６、１３６…第１湯道
３８、１３８…第２湯道
４０ａ〜４０ｄ、４２ａ〜４２ｄ、１４０ａ〜１４０ｄ、１４２ａ〜１４２ｄ…ゲート
４４、１４４…第３湯道
４５ａ、４５ｂ、１４５ａ、１４５ｂ…アシストゲート
４６、１４６…ガス抜き部５０…不要部
Ｃ…中心位置Ｌ１、Ｌ２…経路長

Claims

第１の気筒列及び第２の気筒列によりＶ字形状をなすＶ型シリンダブロックを鋳造成型する鋳造用金型において、
前記Ｖ型シリンダブロックを形成するためのキャビティ部と、
溶湯を射出するピストンを備える湯口と、
前記湯口から供給される溶湯を前記キャビティ部における前記第１の気筒列に対応する部位にゲートを介して供給する通路である第１湯道と、
前記湯口から供給される溶湯を前記キャビティ部における前記第２の気筒列に対応する部位にゲートを介して供給する通路である第２湯道と、
を有し、
前記第１湯道と前記第２湯道は、前記Ｖ型シリンダブロックにおける前記第１の気筒列と前記第２の気筒列との間に設けられたジャーナル軸受部の中心線に対して略平行に配置され、前記ジャーナル軸受部の軸線方向の一方の側で端部同士が接続され、
前記湯口から前記第１湯道を経由して前記中心線上の任意点に至る最短長さの経路長と、前記湯口から前記第２湯道を経由して前記任意点に至る最短長さの経路長が不等長であることを特徴とする鋳造用金型。
請求項１記載の鋳造用金型において、
前記第１湯道及び前記第２湯道の少なくとも一方は、下流に向かって先細り断面形状であることを特徴とする鋳造用金型。