JP4327646B2 - シリンダブロック鋳造用中子 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダブロックを鋳造するダイカスト鋳造用金型の内部に配設し、ウォータジャケットを形成するため準備するシリンダブロック鋳造用中子に関する。

従来ウォータジャケットを形成するため使用するシリンダブロック鋳造用中子として、中子の側面にサイド巾木を有する中子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１９１０４８公報（図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図８は従来の技術の基本構成を説明した図であり、シリンダブロック鋳造用中子１０１は、ウォータジャケット形成部１０２の側面に設けるサイド巾木１０３・・・（・・・は複数を示す。以下同じ。）を有する中子であり、ウォータジャケット形成部１０２の上部に鋳造金型に突き当てる端面巾木１０４・・・を設けた部材である。

中子を鋳造金型内に配置し、鋳造金型の一部により支持しつつ鋳造金型を閉じ、金型のキャビティ内にアルミニウム溶湯を高圧・高速で充填し、キャビティ内の溶湯を固化させた後、金型内から中子と一体化した鋳物を取出し、鋳物内の中子を崩壊、除去して、目的物としてのウォータジャケットを有するシリンダブロックを得るというものである。

しかしながら、鋳造時に中子の一方の面と他方の面とではキャビティの断面形状が大きく異なるため、溶湯の圧力や湯回りの速さが大きく異なる場合が多い。このうち、溶湯圧力差による溶湯圧力が中子に発生するため、溶湯圧力が中子の抗折力よりも大きくなると、中子にクラック割れや破損が発生する虞がある。中子にクラック割れや破損が発生すると、後工程で不良品を除去するなど、生産性を大幅に低下させることになる。

中子の中子の一方の面と他方の面との溶湯圧力差、すなわち、シリンダ径方向の溶湯圧力により発生する中子の割れや破損への対策として、径方向の金型と中子との間に補強部材を付設し、中子の破損を防ぐものが提案されている。しかし、補強部材は溶湯圧力に対抗するため付設したものであり、溶湯圧力自体を減らすものではない。
従って、溶湯圧力が高圧で中子に接する限り、キャビティ内に配置した中子が破損する虞は残る。

そこで本発明は、中子の内外の面に発生する溶湯圧力を大幅に低減し、溶湯圧力による割れや破損を解消できるシリンダブロック鋳造用中子を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、シリンダを囲うウォータジャケット部がパッキン面側に開放されていない構造のクローズドデッキ形シリンダブロックを鋳造するときに使用するものであり、ウォータジャケット部を形成するために準備するシリンダブロック鋳造用中子において、この中子は、鋳造中に溶湯を中子の一方の面から他方の面へ流すことができる連通穴を備え、連通穴に筒部材を嵌めることで、連通穴が鋳造初期に崩れることを防止し、且つ筒部材は溶湯の熱で鋳造末期に溶けて消失する材料で構成したことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、中子に鋳造中に溶湯を中子の一方の面から他方の面へ流すことができる連通穴を備えるので、中子の内側と外側との間の溶湯圧力差を無くすことができる。
この結果、溶湯圧力に起因する中子の破損を防ぐことができるという利点がある。

また、連通穴に筒部材を嵌めることで、連通穴が鋳造初期に崩れることを防止する。
この結果、連通穴の崩壊による鋳物の不具合を解消することができる。
連通穴が崩壊する虞は無くなり、鋳造時の溶湯の流速をさらに速くすることが可能となるため、鋳造品質の維持を図りつつ生産性の向上を図ることができるという利点がある。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１は本発明に係るシリンダブロック鋳造用中子をセットした鋳造金型の断面図であり、鋳造金型１０は、溶湯を注入する注入口を有する固定型１１と、固定型１１の反対側に設けた抑え型１２と、この抑え型１２の下面に取付け上方から下方に下降させたボアピン１３及びシリンダライナー１４と、シリンダライナー１４の周囲に備えたキャビティ１５と、キャビティ１５の周囲に備えた第１可動ダイス１６及び第２可動ダイス１７と、キャビティ１５にセットした中子１８とから構成する部材である。

中子１８の一部を構成するサイド巾木２１は、第１可動ダイス１６及び第２可動ダイス１７とから構成する可動ダイス２２を閉じ溶湯を注入する時に、キャビティ１５内に中子１８を固定する役割を担う部材であり、サイド巾木２１に可動ダイス２２から図示せぬ巾木ピンを当てることにより固定する。
この中子１８のシリンダ軸方向の略中央に連通穴２３を設ける。

図２は本発明に係るシリンダブロック鋳造用中子の斜視図であり、この中子１８は、エンジンを構成する主要部品であるシリンダブロック２４を鋳造する際、シリンダブロック２４のウォータジャケット部を形成するために準備する部材であり砂中子とも呼ばれる。

鋳造用中子１８は、本体となるウォータジャケット形成部２６と、このウォータジャケット形成部２６の各シリンダ軸方向の略中央に設けた連通穴２３とを備える。
２１は鋳造時に中子１８を固定する役割を担うサイド巾木であり、２７は水抜き穴を兼ねる端面巾木である。

すなわち、本発明の中子は、シリンダを囲うウォータジャケット部２８がパッキン面側に一部のみ開放されている構造のセミクローズドデッキ形シリンダブロック２４を鋳造するときに使用する中子であり、この中子１８は、鋳造中に溶湯を中子１８の一方の面から他方の面へ流すことができる連通穴２３を備えたものである。

本実施例において、本発明の中子をセミクローズドデッキ形シリンダブロックに適用したが、シリンダを囲うウォータジャケット部がパッキン面側に全く開放されていない構造のクローズドデッキ形シリンダブロックにも同様に適用することができる。

図３はシリンダブロック鋳造用中子を造型することを示す作用図であり、造型工程における、中子の連通穴２３近傍の造型を説明する。
（ａ）において、中子造型金型４０は、第１ホルダ４１と、この第１ホルダ４１に固定した第１成形部材４２及び第１連通穴成形部材４３とを備える第１中子造型型４４と、これらに対向して配置する第２ホルダ４５と、この第２ホルダ４５に固定した第２成形部材４６及び第２連通穴成形部材４７とを備える第２中子造型型４８とから構成する部材である。

（ｂ）において、中子造型金型４０の内部に造型砂４９を充填し、第１中子造型型４４と、第２中子造型型４８とを図矢印Ａ方向に摺動つつ、双方の型を合せて中子１８を造型する。
（ｃ）において、第１中子造型型４４と、第２中子造型型４８を開いて、中子１８を取出す。

図４はシリンダブロック鋳造用中子の作用図であり、造型した中子１８を、鋳造金型１０のキャビティ１５内にセットし、鋳造金型１０を閉じ溶湯を注入する。
すると溶湯は、図矢印Ｃのように回りキャビティ１５内を充填する。

鋳造金型１０のキャビティ１５は、シリンダブロックの構造部を形成する空洞部であり、アルミダイカスト鋳造において、図示せぬゲート部からキャビティ１５に溶湯を高圧、且つ短時間で充填する部位である。このとき、中子の一方の面３１と他方の面３２とでは溶湯が通過するキャビティ１５の断面が大きく異なるため、溶湯の湯回りの圧力は大きく異なる。放置すると溶湯圧力差による溶湯圧力が中子１８にかかり中子１８が折損する。

対策として、中子１８に、鋳造中に溶湯を中子１８の一方の面から他方の面へ流すことができる連通穴２３・・・を備えた。この結果、中子１８の一方の面３１と他方の面３２との間の溶湯圧力差を無くすことができる。
すなわち、溶湯圧力に起因する中子１８の破損を防ぐことができ、金型鋳造におけるシリンダブロックの生産性を向上することができる。

加えて、鋳造時の溶湯の連通穴２３は、出来上がったシリンダブロックでは外壁部とシリンダライナー１４とを連結する連結部となるため、剛性が向上する。
従って、後工程のシリンダボア５２のホーニング加工において、安定した加工を行うことができると共に、エンジン回転時に、ピストンから受ける半径方向サイドスラストをしっかりと受けることができるため、シリンダブロックに振動が発生しにくい。

図５は鋳造後に鋳造金型を外しシリンダブロック２４を取出すことを示す作用図であり、鋳造後に金型を冷却し、溶湯を凝固させた後、第１可動ダイス１６及び第２可動ダイス１７と、固定型１１と、抑え型１２と、ボアピン１３とを外し、シリンダブロック２４（以下、ワーク５０ともいう。）を取出す。この後、ワーク５０が内部に備える中子１８を崩壊させ除去する。

図６はシリンダブロックの中子の巾木部に対応する鋳造部位に穴開け加工することを説明する図であり、中子のサイド巾木２１を円錐台状の形状にして鋳造することで、穴開け加工により、穴開け部５５に発生するバリを排除することができる。すなわち、図５の６−６線断面図のシリンダブロック２４が備えるウォータジャケット部から、中子１８を崩壊・除去したシリンダブロックに、後工程で穴開け加工を行う際、穴開け部５５の断面形状により穴開け部５５の加工後の状態に差が出ることを示す。

以下、（ａ）、（ｃ）、（ｅ）は本発明の実施例であり、サイド巾木２１（図３参照）の形状を円錐台状に形成した中子を使って鋳造したワークの加工説明図である。
一方、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は従来の比較例であり、サイド巾木の形状を円筒状に形成した中子を使って鋳造したワークの加工説明図である。

（ａ）において、穴開け加工する中子１８（図３参照）のサイド巾木２１を円錐台状の形状に形成し、鋳造したワーク５０に備える穴開け部５５の断面である。中子１８（図３参照）を構成するサイド巾木２１を円錐台状に形成し鋳造することにより、図の鋳物肉を追加した部位５３が形成される。以下、この部位５３を突切り部５８という。なお、ドリルの加工送り方向Ｇに対するワーク５０のなす角をθとする。
（ｂ）において、穴開け加工する中子１８のサイド巾木２１を円筒状の形状に形成し、サイド巾木２１を形成し、鋳造したワーク５０Ｂに備える穴開け部５５Ｂの断面である。

（ｃ）において、ワーク５０の穴開け部５５に向け、ドリル５４を回転させながら図Ｇ方向に送り、穴開けする状態を示す。
（ｄ）において、ワーク５０Ｂの穴開け部５５Ｂに向け、ドリル５４を回転させながら図Ｇ方向に送り、穴開けする状態を示す。

（ｅ）において、ドリル５４をさらに図Ｇ方向に送り、穴開け部５５を貫通した状態を示す。
ドリル５４の外周が貫通する部位の突切り部５８において、ドリル加工送り方向Ｇと円錐台状形状とのなす角θをバリが発生しない適切な角度θに設定することで、加工バリが発生することなく、全て切粉５６となって落下し、後工程で再度加工する必要は無い。

（ｆ）において、従来の断面形状であり、ドリル５４の外周が貫通する部位の突切り部５８Ｂは円筒形状であるため、ドリル５４が貫通する間際に、突切り部５８Ｂの近傍周囲は削られず、突切り部５８Ｂは押されて根元で折れたままの状態となり、加工バリ５７となって残る。
この加工バリ５７は、ウォータジャケット部２８内に落下して不具合となるのを防ぐため、後工程で再度加工してこのバリ５７を除去する必要がある。

この結果、従来の比較例では、バリ５７を除去するために工程数が増加し、生産コストが上昇するという問題があった。
これに対し、本発明の実施例によれば、バリ５７は発生しないので、工程数が増加せず、生産コストを抑制することができる。

図７は図３の別実施例図であり、中子の連通穴２３近傍の造型工程について説明する。
図３と異なる点は、中子１８を造型する際、中子１８の連通穴２３に鋳造時に消失する筒部材６１を追加したという点であり、その他は同じであるため、異なる点を中心に説明する。

（ａ）において、中子造型金型４０の第１ホルダ４１側に備える第１連通穴成形部材４３に筒部材６１を嵌める。
（ｂ）において、筒部材６１を嵌めた後、中子造型金型４０の内部に造型砂４９をブローし、第１中子造型型４４と、第２中子造型型４８とを図矢印Ｂ方向に摺動つつ、型を合せて中子１８を造型する。

（ｃ）において、中子１８を所定の形状に造型し、中子１８から中子造型金型４０を取外す状態を示し、中子１８の内外を連通する連通穴２３に筒部材６１を嵌めたことを示す。
本実施例において、連通穴２３に嵌めた筒部材６１は、同じ又は同種のアルミニウム材であって筒部材６１の厚さは１ｍｍとした。

同じ又は同種のアルミニウム材を筒部材６１に採用する場合、消失速度の面から、筒部材６１の厚さは、１ｍｍ以下が望ましいが、最終的には筒部材６１の剛性との兼ね合いで決めるものであり、任意に設定可能である。

なお、この筒部材６１は、アルミニウム材に限定されない。すなわち、鋳造後のシリンダブロック２４の機能、及び機械的性質に悪影響を与えない材料及び／又は量であれば、錫等の低融点金属、樹脂、又はゴムに置き換えることは差し支えなく、各種評価試験により採否を判断することができる。

すなわち、筒部材６１は、連通穴２３に筒部材６１を嵌めることで、連通穴２３が鋳造初期に崩れることを防止し、且つ溶湯の熱で鋳造末期に溶けて消失する材料で構成した。
この結果、連通穴２３の崩壊による鋳物（ワーク）の不具合を解消することができる。
連通穴２３が崩壊する虞は無くなり、溶湯圧力の大きさの自由度を高めることができ、溶湯の流速をさらに速くすることが可能となるため、鋳造品質の維持を図りつつ生産性の向上を図ることができるという利点がある。

尚、本発明のシリンダブロック鋳造用中子は、実施の形態ではクローズドデッキ形シリンダブロックに適用したが、セミクローズドデッキ形シリンダブロックにも適用可能であり、オープンデッキ形シリンダブロックに適用することは差し支えない。

本発明のシリンダブロック鋳造用中子は、クローズドデッキ形シリンダブロックの鋳造に好適である。

本発明に係るシリンダブロック鋳造用中子をセットした鋳造金型の断面図図である。 本発明に係るシリンダブロック鋳造用中子の斜視図である。 シリンダブロック鋳造用中子を造型することを示す作用図である。 シリンダブロック鋳造用中子の作用図である。 鋳造後に鋳造金型を外しシリンダブロックを取出すことを示す作用図である。 シリンダブロックの中子の巾木部に対応する鋳造部位に穴開け加工することを説明する図である。 図３の別実施例図である。 従来の技術の基本構成を説明する図である。

符号の説明

１０…鋳造金型、１８…中子、２１…サイド巾木、２３…連通穴、２４…シリンダブロック、２６…ウォータジャケット形成部、３１…（中子の）一方の面、３２…（中子の）他方の面、５０…ワーク、５７…加工バリ、５８…突切り部、６１…筒部材。

Claims (1)

1. シリンダを囲うウォータジャケット部がパッキン面側に開放されていない構造のクローズドデッキ形シリンダブロックを鋳造するときに使用するものであり、前記ウォータジャケット部を形成するために準備するシリンダブロック鋳造用中子において、
   この中子は、鋳造中に溶湯を中子の一方の面から他方の面へ流すことができる連通穴を備え、
   前記連通穴に筒部材を嵌めることで、前記連通穴が鋳造初期に崩れることを防止し、且つ前記筒部材は溶湯の熱で鋳造末期に溶けて消失する材料で構成したことを特徴とするシリンダブロック鋳造用中子。

Images