JP4579131B2 - 自動二輪車用車体フレームの製造方法及び金型 - Google Patents

Description

この発明は、自動二輪車の車体フレーム等の薄肉部を有するアルミダイキャスト製品に好適な鋳造製品の鋳造方法及び鋳型に関する。

従来、上記アルミダイキャスト製品等の鋳造製品を製造するにあたり、重力鋳造法（溶湯の重力による圧力だけで鋳造する重力鋳造法）等の低圧鋳造法を採用したものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１−２５４４７９号公報

一方、近年では、鋳型が形成するキャビティ内に溶湯を射出する射出鋳造法（ＨＰＤＣ）等の高圧鋳造法が多く利用される。これにより、鋳造製品のさらなる薄肉軽量化、寸法精度の向上、及びサイクルタイムの短縮が図られる。
ところで、上記射出鋳造法を用いて薄肉部を有する鋳造製品を製造する場合、薄肉部の形成が比較的容易になるものの、薄肉部から離れた位置にゲートがある場合は特に、鋳型における薄肉部を形成する部位の壁面に溶融したアルミの熱が奪われる前にその注入を完了させる必要がある。しかしながら、そのために溶融材料を高速で射出すると、該溶融材料内に空気が巻き込まれ易くなる等の課題が生じることがある。
そこでこの発明は、ゲート位置によらずに薄肉部を有する鋳造製品を良好に形成できる鋳造製品の製造方法及び鋳型を提供する。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、可動型および固定型からなる金型により下側の厚肉部と上側の薄肉部とを有する鋳造の自動二輪車用車体フレームを製造する自動二輪車用車体フレームの製造方法において、ゲートからの溶湯が前記金型における前記厚肉部を形成する部位から前記薄肉部を形成する部位へと下側から上側に圧送されるように前記厚肉部を形成する部位を下側に、前記薄肉部を形成する部位を上側に配置し、前記ゲートを前記金型において前記薄肉部を形成する部位から離間した前記厚肉部を形成する部位の下側に配置し、前記薄肉部を形成する部位を砂入れ駒で構成し、該砂入れ駒の表面にセラミックコーディングを施して、該砂入れ駒を固定型側にのみ設け、前記厚肉部を形成する部位および前記薄肉部を形成する部位の前記可動型側を略直線的に連ねるように構成し、前記砂入れ駒の前記薄肉部を形成する部位を前記可動型側の前記薄肉部を形成する部位と対向させるように前記砂入れ駒を前記固定型側に設けることを特徴とする。
請求項２に記載した発明は、前記セラミックコーティングは、前記砂入れ駒における前記金型に保持される被保持部を除いた部位の表面になされることを特徴とする。
請求項３に記載した発明は、下側の厚肉部と上側の薄肉部とを有する鋳造の自動二輪車用車体フレームの金型において、ゲートからの溶湯が前記厚肉部を形成する部位から前記薄肉部を形成する部位へと下側から上側に圧送されるように前記厚肉部を形成する部位を下側に、前記薄肉部を形成する部位を上側に配置し、前記ゲートを前記薄肉部を形成する部位から離間した前記厚肉部を形成する部位の下側に配置し、前記薄肉部を形成する部位を砂入れ駒で構成し、該砂入れ駒の表面にセラミックコーディングを施して、該砂入れ駒を固定型側にのみ設け、前記厚肉部を形成する部位および前記薄肉部を形成する部位の前記可動型側を略直線的に連ねるように構成し、前記砂入れ駒の前記薄肉部を形成する部位を前記可動型側の前記薄肉部を形成する部位と対向させるように前記砂入れ駒を前記固定型側に設けたことを特徴とする。
請求項４に記載した発明は、前記セラミックコーティングは、前記砂入れ駒における当該金型鋳型に保持される被保持部を除いた部位の表面になされることを特徴とする。

請求項１，３に記載した発明によれば、下側の厚肉部と上側の薄肉部とを有する自動二輪車用車体フレームの金型における薄肉部を形成する部位を比較的熱伝導性の低い砂入れ駒で構成することで、薄肉部から離れた位置にゲートを設定した場合でも、薄肉部に充填される溶融材料の熱が鋳型壁面に奪われ難くなる。したがって、溶融材料を過度に高速で射出しなくてもよくなり、溶融材料への空気の巻き込みを抑えて、溶接を施すことが多くかつ比較的大型の自動二輪車用車体フレームを良好に形成できると共に、ゲート位置の設定自由度を高めることができる。
また、砂入れ駒の表面にセラミックコーディングを施すことで、砂入れ駒の表面に溶融材料が入り込み難くなるため、鋳肌を滑らかに形成することができる。
さらに、該砂入れ駒を固定型側にのみ設けることで、製品取り出しピンが設けられる可動型の一部を砂入れ駒で構成する必要がなく、製品取り出しピンの設定自由度を高めて鋳造製品である自動二輪車用車体フレームの取り出しを容易にできる。

請求項２，４に記載した発明によれば、鋳型に保持される幅木等の被保持部にセラミックコーティングが施されないことで、被保持部の寸法精度が高まり、もって砂入れ駒の損傷を防止できる。

以下、この発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１に示す自動二輪車の車体フレーム１０において、その前端部に位置するヘッドパイプ１１からは左右のメインフレーム１２が斜め下後方に延び、該各メインフレーム１２の後端部にはそれぞれ左右のピボットプレート１３が連なる。メインフレーム１２の後部にはシートフレームの前端部が接続され、ヘッドパイプ１１には前輪を軸支するステアリング機構が操舵可能に枢支され、ピボットプレート１３には後輪を軸支するスイングアーム機構が揺動可能に枢支される（何れも不図示）。図中符号１５は、メインフレーム１２下に搭載されるエンジンのマウント部を示す。なお、図１，２に係る説明における上下左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。また、図中矢印ＦＲは車両前方を、矢印ＬＨは車両左方（車両外側）を、矢印ＵＰは車両上方をそれぞれ示す。

車体フレーム１０は、アルミニウム（純粋なアルミニウム及びアルミニウム合金を含む、以下、単にアルミということがある）等の軽合金により一体に構成される。
図２を併せて参照し、車体フレーム１０における少なくとも左右メインフレーム１２は、中空構造をなすアルミダイキャスト製品とされる。詳細には、左右メインフレーム１２は、その下部が内部に中空部１６ａを形成する閉断面部１６とされ、上部が左右方向内側（図２における右側）に開放するコ字状の開断面部１７とされる。閉断面部１６は、その壁部が比較的肉厚に構成される。一方、開断面部１７における左右方向外側の壁部は、他の壁部よりも薄い薄肉部１７ａとされる。

図３は、メインフレーム１２用のダイキャスト装置２０の要部を図２と同様の向きで示す。また、図中符号２１は鋳型を、符号３１は射出スリーブをそれぞれ示す。
鋳型２１は、鉄を主材料とする外金型２２及びその内側に配される砂中子２５を有してなる。外金型２２は、略垂直な分割面Ｂにより分割されるもので、図３右側に位置するコア型としての固定型２３と、図３左側に位置するキャビティ型としての可動型２４とを主とする。可動型２４は、分割面Ｂ上で固定型２３に密着した図示の状態（外金型２２の型締め状態）と、固定型２３から離間するべく図３左側に移動した状態（外金型２２の型開き状態）との間で進退移動可能に構成される。

外金型２２の型締め状態において、両型２３，２４間の隙間にはキャビティ２２ａが形成され、該キャビティ２２ａ内に射出スリーブ３１から射出されたアルミニウムの溶湯Ｙを充填してこれを凝固させることで、所定形状を有するアルミダイキャスト製品すなわちメインフレーム１２が形成される。なお、図３，４に係る説明における上下左右の向きは、特に記載がなければ図示の向きと同一とする。

メインフレーム１２の前記開断面部１７は、外金型２２の上部において形成され、前記閉断面部１６は、外金型２２の上部において形成される。メインフレーム１２における前記左右方向内側は、外金型２２の固定型２３側（図３における右側）を向いている。
固定型２３の下端部右側（換言すれば、薄肉部１７ａから離間した部位）には、キャビティ２２ａ内への溶湯充填用のゲート２３ａが設けられ、該ゲート２３ａが湯路２３ｂを介して固定型２３に接続された射出スリーブ３１の内部に連通する。射出スリーブ３１は、プランジャ３２の駆動により射出チップ３３を前進させることで、内部に保持された溶湯Ｙを湯路２３ｂ側に圧送し、該湯路２３ｂ及びゲート２３ａを介してキャビティ２２ａ内に溶湯を圧入する。
可動型２４には、鋳造後に外金型２２を開いた際、可動型２４に保持された鋳造製品を固定型２３側に押し出すための複数の製品取り出しピン２４ａが設けられる。

砂中子２５は、メインフレーム１２の中空部１６ａに対応して設けられるもので、例えば粘結剤（例えばフェノール樹脂やアクリル樹脂等の熱硬化性樹脂）を鋳物砂（例えばケイ砂、ジルコンサンド、アルミナ等）に混合してレジンコーティッドサンドとし、これを焼成して所定形状の中子基体を形成した後、必要に応じてその表面に耐火物によるコーティング層を形成してなる。これにより、溶湯の射出に耐え得る強度を有すると共に製品形成後における崩壊性を有する砂中子２５が形成される。

砂中子２５は、例えば可動型２４に支持される。具体的には、砂中子２５は、前記中空部１６ａを形成する中子本体２５ａから、これを可動型２４で支持するための複数（例えば上下一対）の幅木２５ｂ（被保持部）を突出させた構成を有する。一方、可動型２４の内壁には、各幅木２５ｂの先端側を挿入した状態でこれを保持する保持孔が形成されており、該保持孔に幅木２５ｂの先端部を挿入して中子本体２５ａを所定位置に配した状態で、砂中子２５が可動型２４に固定される。なお、可動型２４の前記保持孔は、貫通孔でも有底の止め孔でもよく、またその内周面を幅木２５ｂの外周面に整合するテーパ状として砂中子２５の位置決め精度を高めるようにしてもよい。
砂中子２５は、メインフレーム１２形成後に不図示のエアハンマーやチッピングマシン等により破砕され、例えば中空部１６ａ外壁に幅木２５ｂに対応して形成される貫通孔を利用して中空部１６ａ外に排出される。

ここで、固定型２３及び可動型２４において、薄肉部１７ａを形成するべく互いに対向する部位を、それぞれ固定側薄肉形成部２６及び可動側薄肉形成部２７とすると、固定側薄肉形成部２６は、例えば砂中子２５と同様のレジンコーディッドサンドにセラミック粉末による耐火コーティングを施してなる砂入れ駒２８として構成される。
図４を併せて参照し、砂入れ駒２８は、その駒本体２８ａから、これを固定型２３に固定するための複数（例えば上下一対）の幅木２８ｂ（被保持部）を突出させた構成を有する。一方、固定型２３の内壁は、駒本体２８ａの厚み分だけ可動型２４とは反対側に後退した位置にあり、この内壁に各幅木２８ｂの先端側を挿入した状態でこれを保持する保持孔が形成される。この保持孔に幅木２８ｂを挿入して駒本体２８ａを固定型２３に密着させた状態で、砂入れ駒２８が固定型２３に固定されてその一部として機能する。

この砂入れ駒２８における駒本体２８ａの表面には、前記セラミック粉末（例えば耐火性の高いジルコンフラワーやアルミナフラワー等の耐火物）による耐火コーティング層（セラミックコーティング２９）が形成される。すなわち、幅木２８ｂにはセラミックコーティング２９が施されず、前記保持孔に対する寸法精度を維持して位置決め精度を高めると共に損傷を防止している。
砂入れ駒２８は、メインフレーム１２形成後には固定型２３に固定されたままで開断面部１７の開放側に離脱する。これにより、閉断面部１６の中空部１６ａを形成する砂中子２５の如く破砕されることなく繰り返し使用することもできる。なお、固定型２３の前記保持孔は、貫通孔でも有底の止め孔でもよく、またその内周面を幅木２８ｂの外周面に整合するテーパ状として駒本体２８ａの位置決め精度を高めるようにしてもよく、さらには幅木２８ｂを抜き差し可能として砂入れ駒２８を交換可能としてもよい。

砂入れ駒２８を形成するレジンコーディッドサンドにおいて、鋳物砂に混合する熱硬化性樹脂は様々なものがあるが、これを水溶製アルカリフェノール樹脂とすれば、これが熱により硬化してジルコンフラワー等の耐火物を駒本体２８ａの表面に結着させるバインダーとして機能し、前記耐火物及びフェノール樹脂からなる耐火コーティング層が形成されるため好ましい。

次に、上記ダイキャスト装置２０を用いたメインフレーム１２の製造方法を説明する。
まず、外金型２２の型開き状態において、砂中子２５をその幅木２５ｂを可動型２４の前記保持孔に挿入して保持させた後、不図示の型締め装置により可動型２４を固定型２３側に移動させて外金型２２を型締め状態とする。固定型２３の下部には、メインフレーム１２の材料であるアルミニウムの溶湯Ｙを保持した射出スリーブ３１が接続される。

次いで、不図示の減圧装置によりキャビティ２２ａ、ゲート２３ａ、及び湯路２３ｂ内が減圧されると共に、プランジャ３２の駆動により射出チップ３３が前進することで、射出スリーブ３１内の溶湯Ｙが湯路２３ｂ及びゲート２３ａを介してキャビティ２２ａ内に注入される。
このとき、固定型２３の固定側薄肉形成部２６が、該固定型２３本体を構成する鉄よりも熱伝導性の低い砂入れ駒２８で構成されることで、薄肉部１７ａに充填される溶融材料の熱が外金型２２の壁面に奪われ難くなり、該薄肉部１７ａにおける湯回りが良好に保たれる。

溶湯をキャビティ２２ａ内に充填した後には、所定の高圧状態を所定時間維持しつつ溶湯を凝固させることで、所定形状のメインフレーム１２が形成される。
次いで、可動型２４を固定型２３とは反対側に移動させて外金型２２を開く。形成されたメインフレーム１２は、固定型２３から離型して可動型２４に保持された状態で固定型２３とは反対側に移動する。そして、外金型２２を全開にした状態で、製品取り出しピン２４ａを突出させてメインフレーム１２を可動型２４から離型し、これを鋳型２１外に搬送して不図示のエアハンマー等を用いて砂中子２５を中空部１６ａ外に排出することで、メインフレーム１２の鋳造工程が終了する。

以上説明したように、上記実施例における鋳造製品の製造方法は、薄肉部１７ａを有するアルミダイキャスト製品（例えばメインフレーム１２）の製造に適用されるものであって、鋳型２１（外金型２２）における固定側薄肉形成部２６を砂入れ駒２８で構成したものである。

この構成によれば、鉄を主材料とする外金型２２の固定側薄肉形成部２６が較的熱伝導性の低い砂入れ駒２８で構成されることとなり、薄肉部１７ａから離れた位置にゲート２３ａが設定される場合でも、薄肉部１７ａに充填される溶融材料の熱が鋳型壁面に奪われ難くなる。したがって、溶融材料を過度に高速で射出しなくてもよくなり、溶融材料への空気の巻き込みを抑えて鋳造製品を良好に形成できると共に、ゲート２３ａ位置の設定自由度を高めることができる。
特に、自動二輪車の車体フレーム１０の如く、溶接を施すことが多くかつ比較的大型のアルミダイキャスト製品を製造する場合においては、溶接ビードの品質及び鋳造時の湯回りを良好にできるため効果が高い。また、砂入れ駒２８の差し替えにより、車両のバリエーションに応じて最適設計がなされた車体フレームの製造にも対応可能である。

また、上記鋳造製品の製造方法においては、砂入れ駒２８が、その表面にセラミックコーティング２９がなされることで、砂入れ駒２８の表面に溶融材料が入り込み難くなるため、鋳肌を滑らかに形成することができる。
しかも、セラミックコーティング２９が、砂入れ駒２８における幅木２８ｂを除いた部位（駒本体２８ａ）の表面になされることで、幅木２８ｂの寸法精度が高まり、もって砂入れ駒２８の損傷を防止できる。

さらに、上記鋳造製品の製造方法においては、砂入れ駒２８が、外金型２２の固定型２３側にのみ設けられることで、製品取り出しピン２４ａが設けられる可動型２４の一部を砂入れ駒２８で構成する必要がなく、製品取り出しピン２４ａの設定自由度を高めて鋳造製品の取り出しを容易にできる。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例えば、砂入れ駒２８を可動型２４に設定する、あるいは両型２３，２４に設定することも可能であるが、砂入れ駒２８を製品取り出しピン２４ａがなくかつ薄肉部１７ａの左右方向内側を形成する固定型２３にのみ設定すれば、外金型２２の構造の複雑化が抑えられ、かつ車体外観への影響も抑えられるため好ましい。
また、砂入れ駒２８を幅木２８ｂで支持するのではなく、外金型２２から突出するピン等を砂入れ駒２８に挿入してこれを支持することも可能である。
そして、上記実施例における構成はこの発明の一例であり、自動二輪車の車体フレーム以外、あるいはアルミダイキャスト製品以外の鋳造製品にも適用できることはもちろん、該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

この発明の実施例における鋳造製品である自動二輪車の車体フレームの左側面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 上記車体フレームのメインフレームの鋳造に供されるダイキャスト装置の説明図である。 上記ダイキャスト装置の鋳型の一部を構成する砂入れ駒の説明図である。

符号の説明

１２ メインフレーム（鋳造製品）
１７ａ 薄肉部
２１ 鋳型
２２ 外金型
２３ 固定型
２３ａ ゲート
２６ 固定側薄肉形成部
２８ 砂入れ駒
２８ａ 駒本体（被保持部を除いた部位）
２８ｂ 幅木（被保持部）
２９ セラミックコーティング

Claims (4)

1. 可動型および固定型からなる金型により下側の厚肉部と上側の薄肉部とを有する鋳造の自動二輪車用車体フレームを製造する自動二輪車用車体フレームの製造方法において、ゲートからの溶湯が前記金型における前記厚肉部を形成する部位から前記薄肉部を形成する部位へと下側から上側に圧送されるように前記厚肉部を形成する部位を下側に、前記薄肉部を形成する部位を上側に配置し、前記ゲートを前記金型において前記薄肉部を形成する部位から離間した前記厚肉部を形成する部位の下側に配置し、前記薄肉部を形成する部位を砂入れ駒で構成し、該砂入れ駒の表面にセラミックコーディングを施して、該砂入れ駒を固定型側にのみ設け、前記厚肉部を形成する部位および前記薄肉部を形成する部位の前記可動型側を略直線的に連ねるように構成し、前記砂入れ駒の前記薄肉部を形成する部位を前記可動型側の前記薄肉部を形成する部位と対向させるように前記砂入れ駒を前記固定型側に設けることを特徴とする自動二輪車用車体フレームの製造方法。
2. 前記セラミックコーティングは、前記砂入れ駒における前記金型に保持される被保持部を除いた部位の表面になされることを特徴とする請求項１に記載の自動二輪車用車体フレームの製造方法。
3. 下側の厚肉部と上側の薄肉部とを有する鋳造の自動二輪車用車体フレームの金型において、ゲートからの溶湯が前記厚肉部を形成する部位から前記薄肉部を形成する部位へと下側から上側に圧送されるように前記厚肉部を形成する部位を下側に、前記薄肉部を形成する部位を上側に配置し、前記ゲートを前記薄肉部を形成する部位から離間した前記厚肉部を形成する部位の下側に配置し、前記薄肉部を形成する部位を砂入れ駒で構成し、該砂入れ駒の表面にセラミックコーディングを施して、該砂入れ駒を固定型側にのみ設け、前記厚肉部を形成する部位および前記薄肉部を形成する部位の前記可動型側を略直線的に連ねるように構成し、前記砂入れ駒の前記薄肉部を形成する部位を前記可動型側の前記薄肉部を形成する部位と対向させるように前記砂入れ駒を前記固定型側に設けたことを特徴とする自動二輪車用車体フレームの金型。
4. 前記セラミックコーティングは、前記砂入れ駒における当該金型鋳型に保持される被保持部を除いた部位の表面になされることを特徴とする請求項３に記載の自動二輪車用車体フレームの金型。

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