(57)【要約】【課題】エンジンブロックを鋳造するにあたって、シリンダライナがボアピンに対して位置ずれすることがある。【解決手段】ボアピン６０は、軸線方向の一方側が閉塞されているとともに軸線方向の他方側が開口している円筒状のピン本体６１と、ピン本体６１に挿入される円柱状の挿入体６３とを備えている。ピン本体６１の内周面からは、ピン本体６１の軸線方向一方側に向かうほど径方向内側に位置する突出部６２が突出している。突出部６２は、ピン本体６１の周方向に等間隔毎に４つ配置されている。また、突出部６２は、ピン本体６１の軸線方向において同じ位置に配置されている。挿入体６３における軸線方向一方側の端面の外径Ｒ１は、向かい合う突出部６２の突出先端間の距離Ｒ２よりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンブロックにおけるシリンダボアの内周面に固定されるシリンダライナを、前記エンジンブロックを鋳造で成形する際に支持するボアピンであって、
軸線方向の一方側が閉塞されているとともに軸線方向の他方側が開口している円筒状のピン本体と、前記ピン本体に挿入される円柱状の挿入体とを備え、
前記ピン本体の内周面からは、前記ピン本体の軸線方向一方側に向かうほど径方向内側に位置する突出部が突出しており、
前記挿入体における軸線方向一方側の端面の半径は、前記突出部の突出先端から前記ピン本体の中心軸線までの前記ピン本体の径方向における距離よりも大きい
ことを特徴とするボアピン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンブロックを鋳造する際に用いられるボアピンに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジンブロックを鋳造で製造する方法が開示されている。特許文献１の方法では、一対の金型が型締めされることで、エンジンブロックの外形状に対応するキャビティが区画される。一方の金型からは、他方の金型側に向かってボアピンが突出している。ボアピンの形状は、エンジンブロックにおけるシリンダボア（気筒）の形状に対応している。また、ボアピンには、当該ボアピンの外周面を取り囲むように、円筒形状のシリンダライナが取り付けられている。一対の金型が型締めされた状態では、ボアピンの突出先端及びシリンダライナの端部は、他方の金型に当接している。
【０００３】
上記のような状態で、一対の金型のキャビティ内に溶湯（溶融した金属）が注入される。そして、溶湯が硬化したあとで、一対の金型を離型させることでエンジンブロックが成形される。このとき、シリンダライナは、ボアピンから外れてエンジンブロック側に残る。その結果、シリンダライナは、ピストンに対する摺動面を構成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３６９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エンジンブロックを鋳造するにあたって、シリンダボアが区画されているシリンダブロック部分と、吸気ポートや排気ポート等が区画されているシリンダヘッド部分とを、一体的に鋳造することが考えられる。この場合、各金型の構成によっては、金型から突出するボアピンの先端が、他の金型に当接するとは限らない。仮に、ボアピンの先端が他の金型に当接していないと、ボアピンに取り付けられているシリンダライナを金型によって位置決めすることができず、シリンダライナがボアピンに対して位置ずれすることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、エンジンブロックにおけるシリンダボアの内周面に固定されるシリンダライナを、前記エンジンブロックを鋳造で成形する際に支持するボアピンであって、軸線方向の一方側が閉塞されているとともに軸線方向の他方側が開口している円筒状のピン本体と、前記ピン本体に挿入される円柱状の挿入体とを備え、前記ピン本体の内周面からは、前記ピン本体の軸線方向一方側に向かうほど径方向内側に位置する突出部が突出しており、前記突出部は、前記ピン本体の周方向に等間隔毎に複数配置されているとともに、前記ピン本体の軸線方向において同じ位置に配置されており、前記挿入体における軸線方向一方側の端面の半径は、前記ピン本体の径方向における前記突出部の突出先端から前記ピン本体の中心軸線までの距離よりも大きい。
【０００７】
上記の構成によれば、挿入体を当該挿入体の軸線方向一方側からピン本体の内部に挿入すると、挿入体の軸線方向一方側の端面が、突出部に当接する。そして、その状態からさらに挿入体を押し込んでいくと、挿入体が突出部を径方向外側に向かって押し出すような力が作用する。その結果、ピン本体の外径が僅かに大きくなって、ピン本体が挿通されているシリンダライナを径方向内側から支持できる。したがって、上記の構成によれば、シリンダライナが金型によって位置決めされていなくても、ボアピンに対してシリンダライナが位置ずれすることは抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】内燃機関の概略構成図。
【図２】型締めした状態の金型及び中子の配置を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を説明する。先ず、内燃機関Ｅの概略構成について説明する。
図１に示すように、内燃機関Ｅは、当該内燃機関Ｅの本体部分を構成するエンジンブロック１０を備えている。エンジンブロック１０は、下側のシリンダブロック１１と、上側のシリンダヘッド１４とに大別できる。
【００１０】
シリンダブロック１１の内部には、円柱状のシリンダボア１２が区画されている。シリンダボア１２は、複数（例えば４つ）並設されている。なお、図１では、シリンダボア１２を１つのみ図示している。シリンダボア１２の下側には、クランク室１３が区画されている。クランク室１３は、シリンダブロック１１の下端側に向かうほど幅が広くなっている。また、クランク室１３は、シリンダブロック１１の下端面にまで至っている。すなわち、シリンダボア１２は、クランク室１３を介してシリンダブロック１１よりも下側の空間に連通している。
【００１１】
シリンダボア１２の内周面には、円筒状のシリンダライナ２０が固定されている。シリンダライナ２０の軸線方向の寸法は、シリンダボア１２の軸線方向の寸法と略同じになっている。すなわち、シリンダライナ２０は、シリンダボア１２の内周面の略全域を覆っている。シリンダライナ２０の内径は、当該シリンダライナ２０の軸線方向の全体に亘って同一になっている。
【００１２】
シリンダボア１２の内部（シリンダライナ２０の内部）には、シリンダボア１２の軸線方向に往復動可能に、ピストン２５が配置されている。ピストン２５は、シリンダライナ２０の内周面と摺動しつつ往復移動する。ピストン２５は、コネクティングロッド２６を介して、図示しないクランクシャフトに連結されている。
【００１３】
シリンダヘッド１４には、シリンダボア１２と連通する燃焼室１５が区画されている。燃焼室１５は、上側ほど径が小さくなる略円錐台状になっている。燃焼室１５における下端の径は、シリンダライナ２０の径と同一になっている。
【００１４】
燃焼室１５からは、当該燃焼室１５に吸気を供給するための吸気ポート１６が延びている。吸気ポート１６は、シリンダヘッド１４の側面において開口している。また、燃焼室１５からは、当該燃焼室１５に排気を供給するための排気ポート１７が延びている。排気ポート１７は、シリンダヘッド１４の側面のうち吸気ポート１６が開口しているのとは反対側の側面において開口している。
【００１５】
シリンダヘッド１４には、吸気ポート１６における燃焼室１５側の開口を開閉する吸気バルブ１８が取り付けられている。また、シリンダヘッド１４には、排気ポート１７における燃焼室１５側の開口を開閉する排気バルブ１９が取り付けられている。これら吸気バルブ１８及び排気バルブ１９は、シリンダヘッド１４内に搭載されている図示しない動弁機構によってクランクシャフトの回転に連動して開閉する。
【００１６】
なお、図示は省略するが、エンジンブロック１０（シリンダブロック１１）の下端には、当該内燃機関Ｅの各所を潤滑するためのオイルを貯留するオイルパンが固定されている。また、エンジンブロック１０（シリンダヘッド１４）の上端には、当該エンジンブロック１０の上端を上側から覆うヘッドカバーが取り付けられている。
【００１７】
次に、上記のように構成されたエンジンブロック１０の鋳造方法を説明する。先ず、この鋳造方法に使用される金型やボアピン等の構成について説明する。
図２に示すように、本実施形態においては、金型として、下金型３０、一対の側金型４０、及び上金型４５が用いられる。下金型３０には、シリンダヘッド１４の外形状に応じたキャビティＣｈｄが区画されている。この実施形態では、下金型３０のキャビティＣｈｄは、シリンダヘッド１４のうちの吸気ポート１６及び排気ポート１７よりも上側の部分に対応している。
【００１８】
下金型３０の上面においては、複数の吸気側凹部３１が窪んでいる。吸気側凹部３１は、略直方体形状になっている。また、吸気側凹部３１は、キャビティＣｈｄ側に開放されている。吸気側凹部３１の位置は、シリンダヘッド１４の側面のうちの吸気ポート１６が開口している箇所に対応している。吸気側凹部３１は、吸気ポート１６の数と同数設けられている。下金型３０の上面においては、複数の排気側凹部３２が窪んでいる。排気側凹部３２は、略直方体形状になっている。また、排気側凹部３２は、キャビティＣｈｄ側に開放されている。排気側凹部３２は、吸気側凹部３１に対向する箇所に位置している。すなわち、排気側凹部３２の位置は、シリンダヘッド１４の側面のうちの排気ポート１７が開口している箇所に対応している。排気側凹部３２は、排気ポート１７の数と同数設けられている。下金型３０においては、当該下金型３０の底面から下金型３０の外部にまで湯口３３が貫通している。湯口３３は、複数（図１においては２つのみ図示。）設けられている。
【００１９】
一対の側金型４０の内面は、シリンダブロック１１の側面に対応した形状になっている。具体的には、一対の側金型４０のうちの一方の内面は、シリンダブロック１１の側面のうち、吸気ポート１６が開口している側の側面の形状に対応している。また、一対の側金型４０のうちの他方の内面は、シリンダブロック１１の側面のうち、排気ポート１７が開口している側の側面の形状に対応している。
【００２０】
上金型４５は、略板状の天板部４６を備えている。天板部４６の厚み方向一方の面（図２において下面）からは、突出部４７が突出している。突出部４７の形状は、シリンダブロック１１に区画されるクランク室１３の形状に対応している。上金型４５においては、天板部４６から突出部４７までの全体に亘って貫通孔４８が貫通している。貫通孔４８は、円柱状の孔になっている。
【００２１】
上述した一対の側金型４０を互いに対向配置するとともに、これら一対の側金型４０の上側に上金型４５を配置して一対の側金型４０の開口を塞ぐことにより、シリンダヘッド１４におけるシリンダブロック１１側の一部、及びシリンダブロック１１の外形状に応じたキャビティＣｂｋが区画される。
【００２２】
本実施形態では、上記の各金型に加えて、砂を所定形状に固めた複数の中子を用いる。図２に示すように、吸気ポート中子５１は、直方体形状の支持部５１Ａを備えている。支持部５１Ａは、下金型３０の吸気側凹部３１の形状と同一になっている。支持部５１Ａからは、略円柱状のポート部５１Ｂが延びている。ポート部５１Ｂは、シリンダヘッド１４における吸気ポート１６の形状に対応して湾曲している。排気ポート中子５２は、直方体形状の支持部５２Ａを備えている。支持部５２Ａは、下金型３０の排気側凹部３２の形状と同一になっている。支持部５２Ａからは、略円柱状のポート部５２Ｂが延びている。ポート部５２Ｂは、シリンダヘッド１４における排気ポート１７の形状に対応して湾曲している。燃焼室中子５３は、シリンダヘッド１４の燃焼室１５の形状に応じた円錐台形状になっている。
【００２３】
さらに、本実施形態では、上記の各金型及び各中子に加えて、シリンダボア１２の形状に対応したボアピン６０を用いる。
ボアピン６０におけるピン本体６１は、上金型４５における突出部４７の突出先端に固定されている。ピン本体６１は、全体としては円筒状になっている。ピン本体６１の軸線方向一方側は閉塞されており、軸線方向他方側は開口している。そして、ピン本体６１における開口している側の端部が、突出部４７の突出先端に固定されている。
【００２４】
ピン本体６１の外径は、シリンダライナ２０の内径と同一になっている。ピン本体６１の内径は、上金型４５における貫通孔４８の内径と同一になっている。また、ピン本体６１の開口縁と上金型４５における貫通孔４８の開口縁とが一致するように、ピン本体６１の突出部４７に対する固定位置が定められている。すなわち、上金型４５の貫通孔４８とピン本体６１の内部空間とで、一体的な穴が構成されている。
【００２５】
ピン本体６１の内周面からは、当該ピン本体６１の径方向内側に向かって突出部６２が突出している。突出部６２は、ピン本体６１の軸線方向一方側（閉塞されている側）に向かうほど、径方向内側への突出長が大きくなっている。その結果として、突出部６２の突出先端側の面（径方向内側の面）は、ピン本体６１の軸線方向一方側に向かうほど径方向内側に位置するように傾斜した傾斜面６２Ａになっている。また、ピン本体６１の軸線方向一方側は、ピン本体６１の底面にまで至っている。上記ピン本体６１は、ピン本体６１の周方向において等間隔毎（９０度毎）に４つ配置されている。
【００２６】
ボアピン６０は、ピン本体６１の内部に挿入可能な挿入体６３を備えている。挿入体６３は、円柱状になっている。挿入体６３の外径は、基端側（図２において上側）の一部においては、ピン本体６１の内径と同一になっている。挿入体６３の外径は、先端側（図２において下側）の一部においては、先端側ほど徐々に小さくなっている。すなわち、挿入体６３の先端側は、先細りのテーパー状になっている。挿入体６３の先端面における外径Ｒ１は、ピン本体６１の底面における向かい合う２つの突出部６２の突出先端間の距離Ｒ２よりもわずかに大きくなっている。すなわち、挿入体６３の先端面における半径（Ｒ１／２）は、ピン本体６１の底面における突出部６２の突出先端からピン本体６１の中心軸線までの軽方向の距離（Ｒ２／２）よりもわずかに大きくなっている。
【００２７】
上記の各金型、各中子、及びボアピン６０を用いてエンジンブロック１０を鋳造するにあたっては、図２に示すように、先ず、下金型３０を、キャビティＣｈｄが上側に向かって開放されるように配置する。また、下金型３０の鉛直方向上側において、一対の側金型４０を互いに対向するように配置する。さらに、下金型３０の鉛直方向上側において、ボアピン６０が下側（下金型３０）側に向かって突出するように、上金型４５を配置する。
【００２８】
次に、下金型３０の吸気側凹部３１に、吸気ポート中子５１の支持部５１Ａを嵌め合わせる。同様に、下金型３０の排気側凹部３２に、排気ポート中子５２の支持部５２Ａを嵌め合わせる。これにより、下金型３０のキャビティＣｈｄ内に、吸気ポート中子５１のポート部５１Ｂ及び排気ポート中子５２のポート部５２Ｂが配置される。
【００２９】
次に、下金型３０の上端面に各側金型４０の下端面が当接するように各側金型４０を配置する。これにより、吸気ポート中子５１の支持部５１Ａが、下金型３０（吸気側凹部３１）と側金型４０とによって上下から挟まれるようにして支持される。同様に、排気ポート中子５２の支持部５２Ａが、下金型３０（排気側凹部３２）と側金型４０とによって上下から挟まれるようにして支持される。そして、これら吸気ポート中子５１及び排気ポート中子５２の上に、燃焼室中子５３を配置する。このとき、燃焼室中子５３における径が小さい側が鉛直方向下側、径が大きい側が鉛直方向上側になるように、燃焼室中子５３の向きを定める。そして、燃焼室中子５３の外周面に、吸気ポート中子５１におけるポート部５１Ｂの先端面及び排気ポート中子５２におけるポート部５１Ｂの先端面が当接するように、燃焼室中子５３を上側から吸気ポート中子５１及び排気ポート中子５２上に載置する。
【００３０】
その一方で、上金型４５に固定されているボアピン６０にシリンダライナ２０を取り付ける。具体的には、ボアピン６０におけるピン本体６１をシリンダライナ２０に挿入する。その状態で、上金型４５の貫通孔４８を介して、挿入体６３をピン本体６１に挿入する。ここで、挿入体６３の先端面における外径Ｒ１は、向かい合う２つの突出部６２の突出先端間の距離Ｒ２よりもわずかに大きい。したがって、挿入体６３をピン本体６１に挿入していくと、挿入体６３の先端面が、突出部６２の傾斜面６２Ａに当接する。そして、その状態からさらに挿入体６３を挿入すると、挿入体６３が挿入される力が、傾斜面６２Ａによって径方向の力に変換され、ピン本体６１の外径が僅かに大きくなる。上述したとおり、外径が大きくなる前のピン本体６１の外径は、シリンダライナ２０の内径と略同一になっている。したがって、ピン本体６１の外径が僅かにでも大きくなれば、シリンダライナ２０は、ピン本体６１によって径方向内側から支持され、位置決めされる。
【００３１】
ピン本体６１に挿入体６３が挿入された状態で、ボアピン６０及びシリンダライナ２０が一対の側金型４０の間に位置するように、上金型４５を下降させて型締めする。上金型４５を型締めすることにより、ボアピン６０の端面が燃焼室中子５３の上面に当接する。
【００３２】
上金型４５を型締めした後、下金型３０における湯口３３から溶融した金属（例えば、アルミニウムや鋳鉄）である溶湯を注入し、キャビティＣｈｄ及びキャビティＣｂｋを溶湯で満たす。そして、溶湯が冷えて硬化したら、先ず、挿入体６３を、ピン本体６１の内部から抜き出す。これにより、僅かに大きくなっていたピン本体６１の外径が元に戻る。すなわち、ピン本体６１の外径がシリンダライナ２０の内径と略同一になり、ピン本体６１がシリンダライナ２０に対して軸線方向に摺動可能となる。
【００３３】
挿入体６３を抜き出した後、上金型４５を上昇させて離型する。このとき、シリンダライナ２０は、硬化した金属（エンジンブロック１０）に一体化されている。そして、上述したとおり、挿入体６３がピン本体６１から抜き出された状態では、シリンダライナ２０はピン本体６１に対して摺動可能である。そのため、硬化した金属側に残ってピン本体６１から外れる。その後、成形物を各金型から取り出してその成形物に振動を加えるなどして吸気ポート中子５１、排気ポート中子５２、燃焼室中子５３を崩して除去する。その結果、上述したエンジンブロック１０が鋳造される。
【００３４】
本実施形態の効果について説明する。
（１）本実施形態では、ピン本体６１の内周面から突出する突出部６２が設けられているため、ピン本体６１に挿入体６３を挿入した際に、ピン本体６１の外形が僅かに大きくなって、シリンダライナ２０を径方向内側から支持できる。したがって、ボアピン６０（ピン本体６１）の先端が下金型３０に当接していなくても、ボアピン６０がどのような向きで配置されていようとも、シリンダライナ２０をピン本体６１で支持できる。したがって、シリンダライナ２０が下金型３０によって位置決めされていなくても、ボアピン６０に対してシリンダライナ２０が位置ずれすることは抑制できる。
【００３５】
（２）本実施形態では、略円筒形状のピン本体６１及び当該ピン本体６１に挿入される円柱状の挿入体６３という、比較的に単純な構成で、シリンダライナ２０の支持、位置決めを実現している。したがって、上記シリンダライナ２０の支持、位置決めに関する技術を、従来一般的な構成から、最小限の設計変更で適用することができる。
【００３６】
（３）本実施形態では、３つの突出部６２が周方向に等間隔毎に設けられている。したがって、挿入体６３をピン本体６１に挿入してピン本体６１の外径を大きくするときに、ピン本体６１の周方向に比較的に均等に力を作用させることができる。
【００３７】
（４）一般にエンジンブロック１０においては、シリンダヘッド１４側において肉厚が大きい箇所が多く、シリンダブロック１１側が肉厚が小さい箇所が多い。そして、鋳造でエンジンブロック１０を成形する場合には、肉厚が小さい箇所において溶湯が硬化しやすい。本実施形態では、エンジンブロック１０を、シリンダヘッド１４側が鉛直方向下側を向く倒立状態で、下金型３０側から溶湯を注入することにより鋳造している。したがって、比較的に肉厚が大きくて硬化しにくいシリンダヘッド１４側から溶湯が注入されることになる。そのため、溶湯の注入途中でキャビティＣｈｄの一部において溶湯が硬化してしまい、キャビティＣｈｄやキャビティＣｂｋの一部分に溶湯が注入できなくなることを防げる。このように、キャビティＣｈｄやキャビティＣｂｋ内の全体に溶湯を注入しやすくすることで、溶湯の注入圧が低い低圧鋳造法の適用が可能になる。
【００３８】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態におけるエンジンブロック１０の形状は、あくまでも概略的に例示したものである。エンジンブロック１０の内部には、シリンダボア１２、吸気ポート１６及び排気ポート１７等の他にも、エンジンブロック１０を冷却するための冷却水が流通するウォータジャケットや、吸気バルブ１８や排気バルブ１９等を取り付けるための孔などが区画されている。
【００３９】
・エンジンブロック１０の形状に応じたキャビティが区画できるのであれば、金型の数は適宜変更できる。すなわち、上記実施形態では、下金型３０、一対の側金型４０、及び上金型４５の合計４つの金型を用いたが、５つ以上の金型を用いて鋳造してもよい。
【００４０】
・下金型３０に溶湯を注入するための湯口３３を設けるのに代えて、又は加えて、側金型４０や上金型４５に湯口３３を設けてもよい。
・ボアピン６０における突出部６２の数は、上記実施形態で例示した４つに限らない。また、突出部６２は１つのみであってもよい。突出部６２の数に拘らず、突出部６２が存在していれば、挿入体６３がピン本体６１に挿入されたときにピン本体６１の外径は大きくなり得る。なお、外径が大きくされた後におけるピン本体６１の形状が過度に円形から歪むことを防ぐという観点では、突出部６２は、３つ以上で、且つ周方向に等間隔毎に設けられていることが好ましい。
【００４１】
・突出部６２は、等間隔毎に配置されていなくてもよい。ただし、挿入体６３を挿入したときに、ピン本体６１の周方向の一部の領域に力が集中して作用することを防ぐという観点では、ピン本体６１の中心軸線を挟んで複数の突出部６２が対称的に配置されていることが好ましい。
【００４２】
・突出部６２は、ピン本体６１の底面にまで至っていなくてもよい。すなわち、突出部６２は、ピン本体６１の軸線方向の途中の部分に設けられていてもよい。
・挿入体６３の先端側は、必ずしもテーパー状になっていなくてもよい。挿入体６３の先端側がテーパー状でなくても、突出部６２の傾斜面６２Ａにより、挿入体６３を滑らかにピン本体６１の内部に挿入できる。
【符号の説明】
【００４３】
１０…エンジンブロック、１１…シリンダブロック、１２…シリンダボア、１３…クランク室、１４…シリンダヘッド、１５…燃焼室、１６…吸気ポート、１７…排気ポート、１８…吸気バルブ、１９…排気バルブ、２０…シリンダライナ、２５…ピストン、２６…コネクティングロッド、３０…下金型、３１…吸気側凹部、３２…排気側凹部、３３…湯口、４０…側金型、４５…上金型、４６…天板部、４７…突出部、４８…貫通孔、５１…吸気ポート中子、５１Ａ…支持部、５１Ｂ…ポート部、５２…排気ポート中子、５２Ａ…支持部、５２Ｂ…ポート部、５３…支持中子、５４…貫通孔、６０…ボアピン、６１…ピン本体、６２…突出部、６２Ａ…傾斜面、６３…挿入体、Ｅ…内燃機関、Ｃｈｄ…キャビティ、Ｃｂｋ…キャビティ、Ｒ１…挿入体の先端面の外径、Ｒ２…向かい合う突出部間の距離。
【図１】
2020044555.tif 000003
【図２】
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