JPWO2013094320A1 - 内燃機関の鋳物部品，ベアリングキャップ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

ベアリングキャップの見切り面に沿う部分がロアケース内に鋳込まれると、この見切り部分に生じるバリにより応力集中が発生する、という問題の解決を目的とする。ロアケース（１０）に鋳ぐるまれてクランクシャフトを回転可能に支持する内燃機関のベアリングキャップ（２０）に、軸方向に張り出した突条部（２２）を、ベアリングキャップの鋳造時の見切り面に沿って形成する。この突条部の軸方向両側面を、軸受部（２１）の軸方向両側面と同様に、ロアケースの梯子部（１２）の軸方向両側面に露出させる。

Description

本発明は、シャフトを支持するベアリングキャップが一体的に鋳ぐるまれる鋳物部品に関する。

内燃機関には、金属材料により鋳造される鋳物部品が数多く用いられており、その一例として、特許文献１には、クランクシャフトを挟んでシリンダブロックに固定されるロアケースが記載されている。鋳物部品としてのロアケースは、クランクシャフトを回転可能に支持する複数のベアリングキャップが一体的に鋳ぐるまれたラダーフレーム構造をなしている。

特開平１１−４４２５２号公報

しかしながら、ベアリングキャップの鋳造時には鋳型の見切り面に沿って見切りバリが生じるため、この見切バリが残存しているベアリングキャップを鋳込んでロアケースを鋳造すると、見切りバリの部分に応力集中部が発生し、ロアケースの耐久性・信頼性が低下する。

そこで、ベアリングキャップに生じた見切りバリを切削加工により除去することや、ロアケースの見切バリを鋳ぐるむ部分の肉厚を厚くすることも考えられるが、前者では加工工数が増加し、後者では重量増加や大型化を招いてしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。本発明では、鋳物部品に鋳ぐるまれてシャフトを回転可能に支持する内燃機関のベアリングキャップに対し、上記シャフトの軸方向に張り出した突条部を、上記ベアリングキャップの鋳造時の鋳型の見切り面に沿って形成し、この突条部の軸方向両側面を、上記鋳物部品の表面に露出させたことを特徴としている。

本発明によれば、ベアリングキャップの見切り面が鋳込まれることなく外部に露出することとなるために、見切り部分での応力集中の発生を確実に回避することができ、耐久性及び信頼性を向上することができる。

本発明の一実施例に係るベアリングキャップが鋳込まれたロアケースを示す斜視図。 図１のロアケースを示す斜視図。 上記ベアリングキャップを単体で示す斜視図。 上記ベアリングキャップを単体で示す正面図。 上記ベアリングキャップが鋳込まれるロアケースの梯子部の近傍を、ベアリングキャップを省略した形で一部を破断して示す斜視図。 本実施例のベアリングキャップの鋳造工程における中間成形品を示す斜視図。 本実施例の中間成形品を示す平面図。 突条部のない比較例に係るベアリングキャップを単体で示す正面図。 比較例のベアリングキャップが鋳込まれるロアケースの梯子部の近傍を、ベアリングキャップを省略した形で一部を破断して示す斜視図。 比較例のベアリングキャップの鋳造工程における中間成形品を示す斜視図。 比較例の中間成形品を示す平面図。

以下、図示実施例により本発明を説明する。図１及び図２に示すように、内燃機関の鋳物部品としてのロアケース１０は、クランクシャフトを挟んでシリンダブロック（被固定部品）の下部にボルトを用いて締結固定されるものであり、クランクシャフトを回転可能に支持する複数のベアリングキャップ２０が一体的に鋳ぐるまれて構成されている。つまり、ロアケース１０自体は軽量且つ安価な金属材料であるアルミ合金により鋳造される一方、高い剛性・強度が要求される軸受部分は、ロアケース１０の金属材料に比して剛性・強度に優れた鋳鉄等の金属材料によりベアリングキャップ２０が別体として鋳造され、このベアリングキャップ２０がロアケース１０に一体的に鋳ぐるまれる。

このロアケース１０は、気筒列方向に延びる２列のサイドフレーム１１の間に、複数の梯子部１２が架け渡された、いわゆるラダーフレーム構造をなしている。梯子部１２は、直列４気筒内燃機関の気筒間及び気筒列両端に対応する合計５箇所に設けられており、各梯子部１２に、クランクシャフトを回転可能に支持するための半円筒面をなすクランク軸受面１３が形成されている。各梯子部１２のクランク軸受面１３の両側には、シリンダブロックとロアケース１０とを締結固定するためのボルトが挿通する２つのボルト孔１４が、シリンダブロックとロアケース１０との合わせ方向Ｄ２に沿って貫通形成されている。

そして、クランク軸受面１３が形成された５つの梯子部１２のうち、特に高い強度・剛性が要求される気筒列両端及び気筒列方向中央部の３箇所の梯子部１２に対して、別体のベアリングキャップ２０が一体的に鋳ぐるまれている。なお、鋳ぐるまれるベアリングキャップ２０の位置及び個数は、図示実施例のものに限らず、例えば全ての梯子部１２にベアリングキャップを鋳ぐるむようにしても良く、あるいは、気筒列両端の二箇所もしくは気筒列中央部の一箇所にのみベアリングキャップ２０を鋳ぐるむようにしても良い。

図３及び図４は上記ベアリングキャップ２０を単体で示している。なお、本明細書においては、シリンダブロックとロアケース１０との合わせ面１５に沿ってクランクシャフトの軸方向Ｄ１に直交する方向、つまり軸方向Ｄ１とシリンダブロックとロアケース１０との合わせ方向Ｄ２の双方に直交する方向をキャップ左右方向Ｄ３として説明する。

ベアリングキャップ２０は、シリンダブロック下面との合わせ面１５で開口する半円筒形をなす軸受部２１と、キャップ左右方向Ｄ３に沿って延在する帯状をなす突条部２２と、これら軸受部２１と突条部２２とを繋ぐ板状の基部２３と、により大略構成されており、剛性・強度に優れた鋳鉄等により各部一体に鋳造されている。

軸受部２１は、軸受強度を確保するように、そのキャップ左右方向Ｄ３の両端部に所定厚さのフランジ部２７が形成されており、このフランジ部２７の合わせ面１５に上記のボルト孔１４の一端が開口している。また、軸受部２１は、軸受強度を確保するように、基部２３に対して軸方向両側に張り出している。この軸受部２１と同様に、突条部２２もまた基部２３に対して軸方向両側に張り出している。従って、軸受部２１と突条部２２との間には、基部２３の側方に、これらの軸受部２１と突条部２２よりも軸方向に窪んだ凹部２４がキャップ左右方向Ｄ３の全長にわたって形成されている。軸受部２１の軸方向両側面と、突条部２２の軸方向両側面とは、後述する加工処理によって、同一面上に設定されている。従って、図１及び図２に示すように、ベアリングキャップ２０をロアケース１０に鋳込んだ状態では、ロアケース１０における梯子部１２の軸方向両側面に、軸受部２１の軸方向両側面と突条部２２の軸方向両側面とが同一面上に露出し、両者の間の凹部２４には、ロアケース１０の鋳造材料であるアルミ合金材が充填される形となる。

突条部２２は、後述するように、ベアリングキャップ２０の鋳造時における鋳型の見切り面２５（図４，図５参照）に沿って形成されるもので、キャップ左右方向Ｄ３の全長にわたって延長形成されており、そのキャップ左右方向Ｄ３の両端部に、上記軸受部２１及び基部２３よりも更にキャップ左右方向Ｄ３へ張り出した張出部２６が設けられている。また、突条部２２は、クランクシャフト及び軸受部２１と同心円状に緩く湾曲している。

次に、図６及び図７を参照して本実施例のベアリングキャップ２０の製造方法について説明する。図６及び図７は、複数（この例では６個）のベアリングキャップ２０を軸受部２１と突条部２２で繋いだ中間成形品３０を示している。つまり、中間成形品３０においては、軸受部２１と突条部２２が複数のベアリングキャップ２０にまたがって軸方向に延長形成されている。先ず、鋳造工程では、突条部２２に沿う見切り面２５で合わさせる鋳型及び中子（図示省略）を用いて、この中間成形品３０を鋳造する。型抜き性等を考慮して、見切り面２５はヘッド左右方向Ｄ３に沿うように設定されている。そして本実施例では、見切り面２５が突条部２２に沿って設定されている。続く分割工程においては、鋳造された中間成形品３０に対し、隣り合うベアリングキャップ２０を繋ぐ軸受部２１と突条部２２とを切断することで、複数のベアリングキャップ２０に分割する。そして、加工工程において、各ベアリングキャップ２０に対し、軸受部２１と突条部２２との軸方向両側面が同一面となるように切削加工が施される。

図８〜図１１は、比較例のベアリングキャップ２０Ａを示している。この比較例のベアリングキャップ２０Ａでは、本実施例のような突条部が設けられておらず、軸受部２１のみが基部２３に対して軸方向両側に張り出している。このような比較例のベアリングキャップ２０Ａの製造に際しては、上記の実施例と同様、先ず、鋳造工程では、見切り面２５で合わさせる鋳型及び中子（図示省略）を用いて、図１０及び図１１に示す中間成形品３０Ａを鋳造する。この比較例の中間成形品３０においては、突条部が設けられていないので、軸受部２１のみが複数のベアリングキャップ２０Ａにまたがって軸方向に延長形成されている。従って、基部２３の軸方向両側面には、見切り面２５に沿って見切りバリが不可避的に生成される。続く分割工程においては、鋳造された中間成形品３０Ａに対し、隣り合うベアリングキャップ２０Ａを繋ぐ軸受部２１を切断することで、複数のベアリングキャップ２０Ａに分割する。続く加工工程では、軸受部２１のみに切削加工が施される。従って、完成品としてのベアリングキャップ２０Ａの基部２３における軸方向両側面には、見切り面２５に沿って見切りバリが残存する形となる。

このような比較例のベアリングキャップ２０Ａがロアケース１０に一体的に鋳ぐるまれると、図９に示すように、見切りバリ（２５）が生じる部分を含めて基部２３の軸方向側面が露出することなくアルミ合金材の内部に鋳ぐるまれるために、見切りバリの部分に応力が集中し、耐久性や信頼性が低下する。

これに対して本実施例では、見切り面２５に沿う突条部２２の軸方向両側面がロアケース１０内に鋳ぐるまれることなくロアケース１０の梯子部１２の軸方向両側面に露出しており、更に言えば、この突条部２２の軸方向両側面を軸受部２１の軸方向両側面とともに切削加工する際に、既に見切りバリが削除されているために、比較例のような見切りバリが生じる部分での応力集中を招くことがなく、耐久性や信頼性に優れている。

ここで、突条部２２と軸受部２１とは、上述したように、同一の分割工程及び加工工程によって分割及び切削加工されるために、比較例に比して加工工数の追加を招くことがなく、生産性にも優れている。

また、本実施例のベアリングキャップ２０は、突条部２２と軸受部２１とが互いに離間した状態で軸方向に突出しており、両者の間に凹部２４が設けられた段付構造を呈しているために、凹部２４のない構造に比して強度・剛性を低下させることなく軽量化が図られており、かつ、ベアリングキャップ２０以外のロアケース１０を構成するアルミ合金材の部分との良好な密着性を得ることができる。

更に、軸受部２１と突条部２２との間の凹部２４がベアリングキャップ２０のキャップ左右方向Ｄ３の全長にわたって延長形成されており、つまり、凹部２４のキャップ左右方向Ｄ３の両端が開放する形となっている。このために、ベアリングキャップの鋳造工程において、溶湯をキャップ左右方向Ｄ３の両端部のいずれの方向から供給した場合であっても、凹部２４の部分でキャップ左右方向Ｄ３の良好な湯流れ性を確保することができる。

また、突条部２２が半円筒形をなす軸受部２１と同心円状に湾曲しているために、クランクシャフトの中心からクランク軸受面に作用する負荷の入力方向に対して、軸受部２１と実質的に同一の断面形状で負荷を受ける形となるために、その応力分布を均一化して、負荷に対する剛性を有効に向上することができる。

更に、ベアリングキャップ２０が鋳込まれる梯子部１２に貫通形成される２つのボルト孔１４に関し、ボルト孔１４の一端が開口するベアリングキャップ２０のフランジ部２７の周囲、具体的には、フランジ部２７における軸方向両側面，クランク軸受面１３及び合わせ面１５の部分が鋳込まれることなく外部に露出している。これに対し、ボルトの頭部が着座するベアリングキャップ２０の反軸受部側（図５の下側）のボルト座面２８（図６，図７参照）の周囲の略円柱状をなすボルトボス部２９は、ロアケース１０の鋳造時にアルミ合金材により鋳造される肉厚部１６によって鋳ぐるまれる構成となっている。なお、ベアリングキャップ２０に形成されるボルト座面２８自体は外部に露出しており、このボルト座面２８の周囲のボルトボス部２９がアルミ合金材からなる肉厚部１６により覆われる形となる。つまり、ボルト座面２８よりも反軸受部側（図５の下側）に、アルミ合金材により形成される所定厚さの肉厚部１６が、キャップ左右方向Ｄ３の全長にわたって延在している。

このように、ボルト座面２８の周囲のボルトボス部２９をも肉厚部１６で鋳ぐるむ構成として、突条部２２よりも反軸受部側にアルミ合金材の肉厚部１６をキャップ左右方向Ｄ３の全長にわたって延在させることで、ベアリングキャップ２０の鋳造工程において、突条部２２よりも反軸受部側の部分の良好な湯流れ性を確保することができるとともに、ベアリングキャップ２０の突条部２２が合わせ方向Ｄ２でアルミ合金材からなる凹部２４と肉厚部１６とにより挟まれる形となり、両者の密着性が更に向上する。

加えて、突条部２２のキャップ左右方向の両端部に、軸受部２１及び基部２３よりもキャップ左右方向Ｄ３の両側に張り出した張出部２６を設けることで、剛性・強度の向上とともに、ベアリングキャップ２０とアルミ合金材との密着性を更に向上することができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例ではロアケース１０の鋳込み材としてアルミ合金を用いているが、マグネシウム等の他の金属材料を用いることもできる。また、本実施例ではロアケースに鋳込まれてクランクシャフトを回転可能に支持するベアリングキャップに本発明を適用しているが、カムシャフト等の内燃機関の他のシャフトの軸受部分に用いられるベアリングキャップ及びその鋳物部品に本発明を適用することも可能である。

Claims (11)

1. シャフトを挟んで被固定部品に固定される鋳物部品に鋳ぐるまれて、上記シャフトを回転可能に支持する内燃機関のベアリングキャップにおいて、
   上記被固定部品と鋳物部品との合わせ面に沿って上記シャフトの軸方向に直交する方向をキャップ左右方向とすると、
   上記合わせ面で開口する半円筒形の軸受部と、
   上記キャップ左右方向に延在する突条部と、
   上記軸受部の外周と突条部とを繋ぐ基部と、を有し、
   上記突条部は、上記基部に対して軸方向両側に張り出しており、この突条部の軸方向両側面が、上記鋳物部品の表面に露出するように構成されている、
   内燃機関のベアリングキャップ。
2. 上記軸受部は、上記基部に対して軸方向両側に張り出しており、この軸受部の軸方向両側面が、上記鋳物部品の表面に露出するように構成されている、
   請求項１に記載の内燃機関のベアリングキャップ。
3. 上記突条部の軸方向両側面と、上記軸受部の軸方向両側面と、がそれぞれ同一面上に設けられている、
   請求項２に記載の内燃機関のベアリングキャップ。
4. 上記軸受部と上記突条部との間には、上記軸受部と上記突条部に対して軸方向に窪んだ凹部が、上記キャップ左右方向の全長にわたって形成されている、
   請求項２又は３に記載の内燃機関のベアリングキャップ。
5. 上記突条部が、半円筒形をなす上記軸受部と同心円状に湾曲している、
   請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関のベアリングキャップ。
6. 上記突条部のキャップ左右方向の両端部に、上記軸受部及び基部よりもキャップ左右方向の両側に張り出した張出部が設けられている、
   請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関のベアリングキャップ。
7. 鋳物部品に鋳ぐるまれてシャフトを回転可能に支持する内燃機関のベアリングキャップにおいて、
   上記シャフトの軸方向に張り出した突条部を、上記ベアリングキャップの鋳造時の鋳型の見切り面に沿って形成し、この突条部の軸方向両側面を、上記鋳物部品の表面に露出させた、
   内燃機関のベアリングキャップ。
8. シャフトを挟んで被固定部品に固定される鋳物部品が、２本のサイドフレームの間に複数の梯子部が架け渡されたラダーフレーム構造をなし、上記梯子部の少なくとも一つに、上記シャフトを回転可能に支持するベアリングキャップが一体的に鋳ぐるまれた内燃機関の鋳物部品において、
   上記被固定部品と鋳物部品との合わせ面に沿って上記シャフトの軸方向に直交する方向をキャップ左右方向とすると、
   上記ベアリングキャップが、
   上記合わせ面で開口する半円筒形の軸受部と、
   上記キャップ左右方向に沿う方向に延在する突条部と、
   上記軸受部の外周と突条部とを繋ぐ基部と、を有し、
   上記ベアリングキャップが鋳ぐるまれる上記梯子部の軸方向両側面に、上記突条部の軸方向両側面が露出している、
   内燃機関の鋳物部品。
9. 上記ベアリングキャップには、上記鋳物部品と上記被固定部品とを締結する２本のボルトが挿通する２つのボルト孔が、上記合わせ方向に沿って貫通形成されており、
   上記ボルト孔が開口するベアリングキャップの反軸受部側のボルト座面の周囲のボルトボス部が、上記鋳物部品の梯子部により鋳ぐるまれている、
   請求項８に記載の内燃機関の鋳物部品。
10. 内燃機関の鋳物部品に鋳ぐるまれてシャフトを回転可能に支持する内燃機関のベアリングキャップの製造方法において、
    複数のベアリングキャップが突条部によって繋がれた中間成形品を、見切り面が上記突条部に沿う鋳型により鋳造する鋳造工程と、
    上記中間成形品の突条部を切断することで、中間成形品を複数のベアリングキャップに分割する分割工程と、
    を有する、
    内燃機関のベアリングキャップの製造方法。
11. 上記ベアリングキャップは、上記シャフトを挟んで上記鋳物部品と固定される被固定部品との合わせ面で開口する半円筒形をなす軸受部と、この軸受部の外周と上記突条部とを繋ぐ基部と、を有し、
    上記中間成形品は、複数のベアリングキャップが上記軸受部と上記突条部とによって繋がれており、
    かつ、上記分割工程による分割後のベアリングキャップの軸受部と突条部の双方を同一面に切削加工する加工工程を有する、
    請求項１０に記載の内燃機関のベアリングキャップの製造方法。

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