(57)【要約】【課題】長寿命化を図ることが可能なウォータジャケット金型構造の提供【解決手段】ウォータジャケット部を形成するウォータジャケット金型１０と、ボア部を形成するボアピン１２とを用いてシリンダブロックを鋳造するウォータジャケット金型構造において、ウォータジャケット金型１０は、気筒外側の水路を形成する筒状部１１と、筒状部１１が固定される基部１３とからなり、筒状部１１の下部外周には凸部１１ｃが形成され、基部１３とボアピン１２とで筒状部１１の下部の被保持部１１ｄを挟み込むことで、筒状部１１とボアピン１２と基部１３とが一体化される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォータジャケット部を形成する筒状部と、ボア部を形成するボアピンとを備えるウォータジャケット金型構造において、
前記筒状部の根本部外周には凸部が形成され、
前記筒状部に前記根本部で当接する前記基部と、前記ボアピンとで前記筒状部の根本部内周側を挟み込むことで、前記筒状部と前記ボアピンと前記基部とが一体化されることを特徴とするウォータジャケット金型構造。
【請求項２】
請求項１に記載のウォータジャケット金型構造において、
前記筒状部の根本部外周に形成される前記凸部は、前記ウォータジャケット金型の熱応力による変形を予測して予め逆変形を与える高さに設定されていることを特徴とするウォータジャケット金型構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに用いるシリンダブロックの製造に用いるウォータジャケット金型構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンに用いるシリンダブロックは、鋳造によって形成されているケースが殆どである。シリンダブロックにはエンジン稼働時にエンジンの気筒を冷却するウォータジャケットを備えているが、このウォータジャケットは鋳造する場合にはウォータジャケット金型を用いて形成される。
鋳造に用いるウォータジャケット金型はオープンデッキ型のシリンダブロックを形成する際には繰り返し用いられるものであるが、その寿命が短いとコストはシリンダブロックに転嫁される為望ましくない。
【０００３】
ウォータジャケット金型はウォータジャケットを形成する筒状部と筒状部を支える基部からなる。シリンダブロック鋳造時には、溶湯から熱を受ける。金属は、熱を受けると膨張しようとする方向に力が働く。したがって鋳造時にはウォータジャケット金型が備える筒状部の先端が溶湯に最初に触れ、筒状部先端に熱応力が発生することになる。この熱応力を繰り返し受けることで筒状部先端に割れが発生することになる。
【０００４】
このようなウォータジャケット金型の寿命を延ばす為に特許文献１や特許文献２のような技術が開発されてきた。
特許文献１には、ウォータジャケット金型の全体に焼き入れをする際に、熱処理の方法を変えることで基部と筒状部との硬度と靱性が適切になるように形成する技術が開示されている。
熱の影響が強い筒状部では硬度よりも靱性が求められる。一方、押出ピンの摺動が伴い耐摩耗性を必要とする基部では硬度が求められる。このように適切な硬度及び靱性を有することで、ウォータジャケット金型の寿命を延ばすことを可能としている。
【０００５】
特許文献２には、ウォータジャケット金型の筒状部の内側に突出する部分と対応する付近の基部に凹部を形成し、この凹部内にコーナーアール部を形成する別ピースを嵌合する技術が開示されている。
別ピースの部材をコーナーアール部に設けることで、成型時に発生する集中応力を分散させてウォータジャケット金型の寿命を延ばすことを可能としている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１５２９５８号公報
【特許文献２】特開２００５−１０３６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１または特許文献２には以下に説明する課題があると考えられる。
ウォータジャケット金型には、シリンダブロック鋳造時に熱応力がかかることで変形することが確認されている。この変形は、自由端となる筒状部の先端に大きく現れる。そして、破壊も筒状部の先端側から起こることが多い。
このような変形を繰り返し行うことでウォータジャケット金型の寿命は短くなる傾向にある。そして、特許文献２の方法では筒状部の先端に発生する熱応力によるウォータジャケット金型の変形の対策には有効とは言えない。一方、特許文献１の方法は有効ではあるが、ウォータジャケット金型を制作する手間がかかるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明はこのような課題を解決するために、長寿命化を図ることが可能なウォータジャケット金型構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明によるウォータジャケット金型構造は以下のような特徴を有する。
（１）ウォータジャケット部を形成するウォータジャケット金型と、ボア部を形成するボアピンとを用いてシリンダブロックを鋳造するウォータジャケット金型構造において、
前記ウォータジャケット金型は、気筒外側の水路を形成する筒状部と、前記筒状部が固定される基部とからなり、前記筒状部の下部外周には凸部が形成され、前記基部と前記ボアピンとで前記筒状部の下部の内周側を挟み込むことで、前記筒状部と前記ボアピンと前記基部とが一体化されることを特徴とする。
【００１０】
（２）（１）に記載のウォータジャケット金型構造において、
前記筒状部の下部外周に形成される前記凸部は、前記ウォータジャケット金型の熱応力による変形を予測して予め逆変形を与える高さに設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このような特徴を有する本発明によるウォータジャケット金型構造により、以下のような作用、効果が得られる。
まず、（１）に記載される発明は、ウォータジャケット部を形成するウォータジャケット金型と、ボア部を形成するボアピンとを用いてシリンダブロックを鋳造するウォータジャケット金型構造において、ウォータジャケット金型は、気筒外側の水路を形成する筒状部と、筒状部が固定される基部とからなり、筒状部の下部外周には凸部が形成され、基部とボアピンとで筒状部の下部の内周側を挟み込むことで、筒状部とボアピンと基部とが一体化されるものである。
【００１２】
シリンダブロックを鋳造する際に筒状部に発生する熱応力によって、筒状部は外側に変形することが確認されている。そして、この歪み量が寿命に影響することを出願人は確認した。そこで、筒状部の根本部外周に凸部を形成し、筒状部の根本部内周側をボアピンと基部で挟み込むことで、筒状部には使用前の状態で内側に歪みが発生する状態とする。
この状態のウォータジャケット金型を鋳造に用いると、筒状部に発生する熱応力による変形で、初期状態の歪みを相殺することになり、歪み量は少なくて済む。この結果、ウォータジャケット金型の寿命を延ばすことが可能となる。
【００１３】
また、（２）に記載される発明は、（１）に記載のウォータジャケット金型構造において、筒状部の下部外周に形成される凸部は、ウォータジャケット金型の熱応力による変形を予測して予め逆変形を与える高さに設定されるものである。
熱応力によって発生する歪みの大きさは、解析によって予測が可能であり、逆側に事前に変形させておくことでその歪みを相殺し、結果的に歪み量を少なく抑えることができる。この結果、ウォータジャケット金型の寿命を延ばすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
まず、本発明の実施形態について説明する。
図１に、ウォータジャケット金型の断面図を示す。また、図２に、筒状部の斜視図を示す。
ウォータジャケット金型１０は、図示しないシリンダブロックを形成する為の金型であり、筒状部１１とボアピン１２と基部１３とを備えている。
筒状部１１は、図示しないシリンダブロックのウォータジャケット部を形成するウォータジャケット形成部１１ａと保持部１１ｂとからなる。ウォータジャケット形成部１１ａはオープンデッキタイプのシリンダブロックのウォータジャケット部を形成する金型であり、複数の気筒の周囲を廻る水路を形成できるように、円筒が直列に繋がった形状となっている。本実施形態では直列４気筒のシリンダブロックを想定している為、４つの円筒が直列に繋がった形状となっている。保持部１１ｂはウォータジャケット形成部１１ａを支える部分で、基部１３と当接するように構成されている。
【００１５】
保持部１１ｂは後述するボアピン１２と基部１３に挟まれて、固定可能なように内周側に張り出すような被保持部１１ｄを備えている。また、筒状部１１の下面外周部には凸部１１ｃが形成されている。
ボアピン１２は図示しないシリンダブロックの気筒内周面を形成するための金型である。ボアピン１２は気筒内周面を形成する気筒形成部１２ａと、ボルト１４が締結できるように複数のボルト穴１２ｂとを備えている。ボルト１４の本数は１気筒辺り最低２本必要である。ボアピン１２は本実施形態が４気筒のシリンダブロックを想定している為、４本必要である。
基部１３は、筒状部１１及びボアピン１２を固定する為の部材であり、ボルト１４を通す為の貫通孔１３ａ及び筒状部１１を保持する為の保持穴１３ｂを備えている。
【００１６】
基部１３には、ボアピン１２を挿入する為のピン穴１３ｃが形成されている。ピン穴１３ｃは４気筒のシリンダブロックを想定している為、４カ所設けられている。貫通孔１３ａはピン穴１３ｃの底面に配置される。
このような基部１３の保持穴１３ｂに筒状部１１の保持部１１ｂを挿入する。筒状部１１が基部１３上に配置された状態で、ボアピン１２を基部１３のピン穴１３ｃに差し込むようにして配置する。
ボアピン１２を配置することで筒状部１１の被保持部１１ｄをボアピン１２に形成される段付部１２ｃと基部１３で挟み込む構成となる。
【００１７】
この状態で、基部１３のボアピン１２を差し込んだ面と対向する側からボルト１４を、ボアピン１２に形成されるボルト穴１２ｂに挿入して締結する。こうすることで、ボアピン１２は基部１３に押し付けられる状態となる。筒状部１１はボアピン１２と基部１３によって挟まれているので、ボアピン１２に形成される段付部１２ｃに被保持部１１ｄが押圧される結果となる。
筒状部１１には凸部１１ｃが下面外周に形成されている為、下面内周を押圧することで、図２に示す力Ｆ１が発生して筒状部１１の内側に歪むことになる。
【００１８】
本実施形態のウォータジャケット金型１０は上記構成であるので、以下に説明するような作用効果を示す。
まず、ウォータジャケット金型１０の寿命を長くする効果が挙げられる。
本実施形態のウォータジャケット金型１０は、ウォータジャケット部を形成するウォータジャケット金型１０と、ボア部を形成するボアピン１２とを用いてシリンダブロックを鋳造するウォータジャケット金型構造において、ウォータジャケット金型１０は、気筒外側の水路を形成する筒状部１１と、筒状部１１が固定される基部１３とからなり、筒状部１１の下部外周には凸部１１ｃが形成され、基部１３とボアピン１２とで筒状部１１の下部の被保持部１１ｄを挟み込むことで、筒状部１１とボアピン１２と基部１３とが一体化されるものである。
【００１９】
図３に、筒状部１１の変形解析結果を示す。
シリンダブロックを鋳造する際に筒状部１１に発生する熱応力によって、筒状部１１は図３に示すように外側に変形することが確認されている。筒状部１１には熱変形力Ｆ２が発生し、外側に歪む結果となる。
そして、この歪み量がウォータジャケット金型１０の寿命に影響することを出願人は確認した。そこで、筒状部１１の根本部外周に凸部１１ｃを形成し、筒状部１１の根本部内周側である被保持部１１ｄをボアピン１２と基部１３で挟み込むことで、筒状部１１には使用前の状態で内側に歪みが発生する状態となる。
【００２０】
この状態のウォータジャケット金型１０を鋳造に用いると、筒状部１１に発生する熱変形力Ｆ２による変形で、初期状態の力Ｆ１による歪みを相殺することになり、シリンダブロック鋳造時に発生する歪み量を減少させることができる。ウォータジャケット金型１０に発生する熱応力による筒状部１１の歪みは僅かな変形であるが、シリンダブロックの鋳造に繰り返しウォータジャケット金型１０を用いることで、筒状部１１へのダメージが蓄積して筒状部１１の先端部分からの破壊に至る結果になる。発生する歪みが小さくなることで、ダメージの蓄積を押さえることが可能となる。
この結果、ウォータジャケット金型１０の寿命を延ばすことが可能となる。ウォータジャケット金型１０の長寿命化はシリンダブロック製造時のコストダウンにも繋がる。
【００２１】
なお、凸部１１ｃの突出量は、事前に熱応力による変形解析を行った図３に示す結果に基づき、逆方向に変形するような突出量に調整される。
この凸部１１ｃの突出量は、シリンダブロックの設計によって変化するので、シリンダブロック毎に調査して凸部１１ｃの突出量を決定すべきである。もっとも筒状部１１の下面外周全域に設けられる必要はなく、変形解析の結果に応じて部分的に凸部１１ｃを設けることを妨げない。
【００２２】
以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態の、ウォータジャケット金型の断面図である。
【図２】本実施形態の、筒状部の斜視図である。
【図３】本実施形態の、筒状部の変形解析結果である。
【符号の説明】
【００２４】
１０      ウォータジャケット金型
１１      筒状部
１１ａ      ウォータジャケット形成部
１１ｂ      保持部
１１ｃ      凸部
１１ｄ      被保持部
１２      ボアピン
１２ａ      気筒形成部
１２ｂ      ボルト穴
１２ｃ      段付部
１３      基部
１３ａ      貫通孔
１３ｂ      保持穴
１３ｃ      ピン穴
１４      ボルト
Ｆ１      力
Ｆ２      熱変形力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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