(57)【要約】【課題】シリンダブロックにおける鋳巣の発生を従来よりも抑制し、製品歩留まりを向上させること。【解決手段】クランクシャフトを回転自在に支持する半円状の軸受部２３を備えたシリンダブロック１の製造方法である。金型３０、４０に形成されたキャビティ２に溶湯を加圧注入する工程と、溶湯を加圧注入する工程の後、金型３０に設けられた加圧ピン３３をスライドさせることにより、キャビティ２に注入された溶湯を加圧する工程と、を備え、溶湯を加圧する工程において、軸受部２３の形状に対応して先端部が円弧状に突出した加圧ピン３３を、軸受部２３を形成する位置に向けてスライドさせる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトを回転自在に支持する半円状の軸受部を備えたシリンダブロックの製造方法であって、
金型の内部に形成されたキャビティに溶湯を加圧注入する工程と、
前記溶湯を加圧注入する工程の後、前記金型に設けられた加圧ピンをスライドさせることにより、前記キャビティに注入された前記溶湯を加圧する工程と、を備え、
前記溶湯を加圧する工程において、
前記軸受部の形状に対応して先端部が円弧状に突出した前記加圧ピンを、前記軸受部を形成する位置に向けてスライドさせる、
シリンダブロックの製造方法。
【請求項２】
前記加圧ピンの先端部を半円状に形成することを特徴とする、
請求項１に記載のシリンダブロックの製造方法。
【請求項３】
前記加圧ピンの先端部を半円よりも短い円弧状に形成し、
前記溶湯を加圧注入する工程において、前記金型と前記加圧ピンとの境界部に凹部を形成しないことを特徴とする、
請求項１に記載のシリンダブロックの製造方法。
【請求項４】
前記加圧ピンの先端部において、前記金型と接する両縁部に切欠きを設け、
前記溶湯を加圧注入する工程において、前記金型と前記加圧ピンとの前記境界部を段差なく平坦にすることを特徴とする、
請求項３に記載のシリンダブロックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリンダブロックの製造方法に関し、例えば車両用エンジンのシリンダブロックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、クランクシャフトを回転自在に支持する半円状支持面を備えたダイカスト品（すなわちシリンダブロック）の製造方法において、半円状支持面の頂上部付近の溶湯を加圧ピンにより局所的に加圧する技術が開示されている。加圧ピンによってその長手方向の延長上に位置する溶湯が加圧され、その位置における鋳巣の発生が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７９６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、加圧ピンの長手方向の延長上から外れた位置における鋳巣の発生は充分に抑制することができなかった。ここで、クランクシャフトに潤滑油を供給するため、半円状支持面に向かって、メインギャラリからオイル流路が延設されている。例えば、当該オイル流路とクランクキャップ取り付け用のボルト穴とが鋳巣によって連通すると、オイル漏れが発生し、不良品となる。すなわち、鋳巣の発生により、製品歩留まりが低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記を鑑みなされたものであって、シリンダブロックにおける鋳巣の発生を従来よりも抑制し、製品歩留まりを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係るシリンダブロックの製造方法は、
クランクシャフトを回転自在に支持する半円状の軸受部を備えたシリンダブロックの製造方法であって、
金型の内部に形成されたキャビティに溶湯を加圧注入する工程と、
前記溶湯を加圧注入する工程の後、前記金型に設けられた加圧ピンをスライドさせることにより、前記キャビティに注入された前記溶湯を加圧する工程と、を備え、
前記溶湯を加圧する工程において、
前記軸受部の形状に対応して先端部が円弧状に突出した前記加圧ピンを、前記軸受部を形成する位置に向けてスライドさせるものである。
【０００７】
本発明の一態様に係るシリンダブロックの製造方では、溶湯を加圧する工程において、軸受部の形状に対応して先端部が円弧状に突出した加圧ピンを、軸受部を形成する位置に向けてスライドさせる。そのため、溶湯に付加した圧力が加圧ピンの長手方向の延長上だけでなく、加圧ピンの先端部を中心にして放射状に付加される。そのため、シリンダブロック内部の全体に亘って鋳巣を低減することができ、製品歩留まりを向上させることができる。
【０００８】
前記加圧ピンの先端部を半円状に形成することが好ましい。このような構成により、軸受部の加工代を低減できる。
【０００９】
また、前記加圧ピンの先端部を半円よりも短い円弧状に形成し、前記溶湯を加圧注入する工程において、前記金型と前記加圧ピンとの境界部に凹部を形成しないことが好ましい。このような構成により、軸受部の表面における微小凝固片による変形や割れを抑制することができる。
【００１０】
さらに、前記加圧ピンの先端部において、前記金型と接する両縁部に切欠きを設け、前記溶湯を加圧注入する工程において、前記金型と前記加圧ピンとの前記境界部を段差なく平坦にすることが好ましい。このような構成により、凝固殻の巻き込みによる軸受部の表面における変形や割れを、抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、シリンダブロックにおける鋳巣の発生を従来よりも抑制し、製品歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態に係る製造方法により製造されたシリンダブロックの模式的底面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法を示す模式的断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法を示す模式的断面図である。
【図６】図４における加圧ピン３３の先端部近傍の拡大図である。
【図７】第３の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法を示す模式的断面図である。
【図８】第４の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法を示す模式的断面図である。
【図９】溶湯に対する加圧の効果を説明するための鋳塊マクロ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１４】
（第１の実施の形態）
まず、図１〜３を参照して、第１の実施の形態に係る製造方法により製造されたシリンダブロックについて説明する。図１は、第１の実施の形態に係る製造方法により製造されたシリンダブロックの模式的底面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図１に示したシリンダブロック１は、ｚ軸に平行な軸を有する４つのシリンダボア１１がｘ軸方向に整列した直列４気筒エンジンの一部であるが、気筒数は適宜変更可能である。また、本発明は直列エンジンのみならず、Ｖ型エンジンや水平対向エンジンなどのシリンダブロックにも適用可能である。
【００１５】
なお、当然のことながら、図１〜３に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、シリンダブロック１は、図１〜３のｚ軸プラス向きが鉛直上向きとなるように、車両に搭載される。そのため、図１〜３においては、ｚ軸プラス向きを鉛直上向きとして説明する。
【００１６】
シリンダブロック１は、例えばアルミニウム合金からなるダイカスト品である。図２に示すように、シリンダブロック１は、シリンダボア１１が形成されたシリンダ部１０と、クランクシャフト（不図示）を収容するクランクケースの一部を構成するスカート部２０とを備えている。
【００１７】
シリンダ部１０には、図１に示すように、円筒状の穴であるシリンダボア１１が形成されている。シリンダ部１０のシリンダボア１１を囲う部分がシリンダ壁１２である。シリンダボア１１内を往復運動するピストン（不図示）は、シリンダ壁１２の内周面に接しながら摺動する。図示しないが、通常、この摺動による磨耗を抑制するため、シリンダ壁１２の内周面には例えば耐摩耗性に優れた鋳鉄などからなるシリンダライナが設けられている。
【００１８】
シリンダ壁１２の上端（ｚ軸プラス側端部）いわゆるアッパーデッキには、シリンダヘッド（不図示）が装着される。そして、シリンダボア１１、ピストン、及びシリンダヘッドにより燃焼室が構成される。シリンダ壁１２の内部には、冷却液が循環する通路（ウォータジャケット）１３が形成されており、シリンダ部１０を適切な温度に冷却することができる。
【００１９】
スカート部２０は、クランクケースの外殻を構成するスカート壁２１と、クランクケースをシリンダボア１１毎に仕切るバルクヘッド２２とを備えている。図２に示すように、１対のスカート壁２１は、互いに対向しつつシリンダ壁１２から連続してｙ軸方向にスカート状に拡がって形成されている。また、図１に示すように、１対のスカート壁２１は、ｘ軸方向に並設されている。バルクヘッド２２は、４つ並んだシリンダボア１１の間及び両端の５か所に設けられている。それぞれのバルクヘッド２２は、図１、図２に示すように、１対のスカート壁２１を跨ぐようにｙ軸方向に延設されている。
【００２０】
各バルクヘッド２２の下端（ｚ軸マイナス側端部）の中央部には、クランクシャフトのジャーナル（不図示）を回転自在に支持するための半円状の軸受部２３が形成されている。軸受部２３の両側にはクランクキャップ（不図示）を取り付けるためのボルト穴２４が形成されている。
【００２１】
また、各バルクヘッド２２内部には、ジャーナルに潤滑油を供給するため、メインギャラリ２５から軸受部２３に向かって延設されたオイル流路２６が形成されている。ここで、メインギャラリ２５は、図２に示すように、シリンダ部１０とスカート部２０との接続部の一方に設けられている。また、メインギャラリ２５は、図１に示すように、全てのバルクヘッド２２を横切るようにｘ軸方向に延設されている。本実施の形態では、メインギャラリ２５は、ダイカスト鋳造時に鋳抜きピンにより形成される。一方、オイル流路２６は鋳造後に機械加工により形成される。
【００２２】
さらに、各バルクヘッド２２の中央部付近には、バルクヘッド２２によって仕切られた空間同士を連通するための貫通孔２７が設けられている。本実施の形態では、貫通孔２７は、ダイカスト鋳造時に鋳抜きピンにより形成される。当然のことながら、鋳造後に機械加工により貫通孔２７を形成してもよい。
【００２３】
ここで、例えば図３におけるオイル流路２６とボルト穴２４もしくは貫通孔２７との間が鋳巣によって連通すると、オイル漏れ不良が発生し、製品歩留まりが低下する。しかしながら、本実施の形態に係る製造方法により製造されたシリンダブロック１では、バルクヘッド２２内部における鋳巣の発生が従来よりも抑制されているため、製品歩留まりに優れている。
【００２４】
次に、図４を参照して、第１の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法について説明する。図４は、第１の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法を示す模式的断面図である。シリンダブロック１は、ダイカスト鋳造により製造される。具体的には、図４に示すように、可動型３０をｚ軸プラス方向に移動して固定型４０に当接させ、両者の間隙に形成されたキャビティ２に溶湯を加圧注入することによりシリンダブロック１が製造される。図４におけるシリンダブロック１は、ｘｙｚ座標で示すように、図３におけるシリンダブロック１を左回りに９０°回転させたものである。図４では、ｙ軸プラス向きが鉛直上向きに対応している。ｘ軸方向に前進後退可能な鋳抜きピン５０によりメインギャラリ２５が形成され、ｘ軸方向に前進後退可能な鋳抜きピン６０により貫通孔２７が形成される。
【００２５】
図４に示すように、可動型３０の前面（ｚ軸プラス側の面）により、シリンダブロック１のバルクヘッド２２の底面（ｚ軸マイナス側の面）が形成される。ここで、可動型３０の前面には、ボルト穴２４の粗穴を形成するためのピン３４が前方（ｚ軸プラス方向）に突出して設けられている。ピン３４は可動型３０に対して固定されている。
【００２６】
さらに、図４に示すように、可動型３０には、可動型３０に対してｚ軸方向にスライド可能な加圧ピン３３が設けられている。加圧ピン３３は、バルクヘッド２２の軸受部２３を形成するとともに溶湯を加圧することができる。ここで、加圧ピン３３の先端部は、軸受部２３を形成するために、軸受部２３の形状に対応して円弧状に突出して形成されている。
【００２７】
溶湯注入時には、図４において二点鎖線で示すように、加圧ピン３３は後退した状態になっている。溶湯が凝固し始めた後に、図４に実線で示すように、可動型３０に設けられた加圧ピン３３を前方（ｚ軸プラス方向）にスライドすなわち前進させ、溶湯を加圧する。これにより、バルクヘッド２２内部の鋳巣を低減することができる。加圧ピン３３のスライド量は例えば数ｍｍ程度である。
【００２８】
ここで、従来は、先端部が平坦な加圧ピンを、軸受部を形成する位置に向けてスライドさせていた。これに対し、本実施の形態では、軸受部２３の形状に対応して先端部が円弧状に突出した加圧ピン３３を、軸受部２３を形成する位置に向けてスライドさせる。そのため、溶湯に付加した圧力が加圧ピン３３の長手方向の延長上（ｚ軸プラス側）だけでなく、加圧ピン３３の先端部を中心にして放射状に付加される。そのため、バルクヘッド２２内部の全体に亘って鋳巣を低減することができ、製品歩留まりを向上させることができる。
【００２９】
また、加圧ピン３３の先端部が、軸受部２３の形状に対応して円弧状に突出して形成されているため、加圧ピン３３の引き抜き抵抗が低減される。さらに、軸受部２３をニアネット形状で形成することができる。すなわち、軸受部２３の加工代（余肉）を低減することができ、生産性に優れている。
【００３０】
特に、第１の実施の形態に係る加圧ピン３３では、加圧ピン３３ａの幅が、半円状の軸受部２３の直径に略一致している。すなわち、加圧ピン３３ａの先端部が軸受部２３の形状に対応して半円状に形成されている。そのため、加工代の低減効果が大きい。従来は、充分な加工代を設けた上で、加圧ピンを前進させていた。そのため、従来は、本実施形態に比べて加工代が多く、後の切削（機械加工）工程に時間を要し、生産性に劣っていた。
【００３１】
また、本実施の形態に係る加圧ピン３３の幅ｗは、従来の加圧ピンよりも広い。加圧時の体積変化量を同じにするのであれば、加圧ピン３３のストローク量を小さくすることができる。その結果、加圧ピン３３の引き抜き抵抗を低減することができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
次に、図５を参照して、第２の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法について説明する。図５は、第２の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法を示す模式的断面図である。まず、図６を参照して、第１の実施の形態の問題点について説明する。図６は、図４における加圧ピン３３の先端部近傍の拡大図である。
【００３３】
図６に示すように、第１の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法では、加圧前すなわち加圧ピン３３が後退した状態において、可動型３０と加圧ピン３３との間に楔状の凹部が形成される。この凹部に入り込んだ溶湯は素早く凝固するため、図６に示すように、微小凝固片が形成される。そして、加圧時における加圧ピン３３の前進により、微小凝固片がシリンダブロック１の軸受部２３の表面に圧入され、軸受部２３の表面に変形や割れが生じる虞があった。
【００３４】
これに対し、第２の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法では、図５に示すように、加圧ピン３３ａの幅ｗが、第１の実施の形態に係る加圧ピン３３よりも一回り狭くなっている。換言すると、加圧ピン３３ａの幅が、半円状の軸受部２３の直径よりも小さくなっている。すなわち、加圧ピン３３ａの先端部が、半円よりも短い円弧状に形成されている。
【００３５】
このような構成により、加圧前に可動型３０と加圧ピン３３ａとの境界部に凹部が形成されないため、軸受部２３の表面における微小凝固片による変形や割れを抑制することができる。但し、加圧ピン３３ａの幅ｗが狭くなった分、加工代は増加する。その他の構成は第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。第２の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法でも、第１の実施の形態と同様に、バルクヘッド２２内部の全体に亘って鋳巣を低減することができ、製品歩留まりを向上させることができる。
【００３６】
（第３の実施の形態）
次に、図７を参照して、第３の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法について説明する。図７は、第３の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法を示す模式的断面図である。図７に示すように、第２の実施の形態に係る加圧ピン３３ａに対し、第３の実施の形態に係る加圧ピン３３ｂには、先端部において可動型３０と接する両縁部に切欠部３５が形成されている。
【００３７】
このような構成により、加圧前に可動型３０と加圧ピン３３との境界部に段差がなく平坦になっている。そのため、可動型３０と加圧ピン３３とに連続して形成された凝固殻を、加圧ピン３３の前進により容易に剪断することができる。この結果、第３の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法では、凝固殻の巻き込みによる軸受部２３の表面における変形や割れを、第２の実施の形態よりもさらに抑制することができる。但し、切欠部３５を設けた分、加工代は増加する。
【００３８】
その他の構成は第１及び第２の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。第３の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法でも、第１の実施の形態と同様に、バルクヘッド２２内部の全体に亘って鋳巣を低減することができ、製品歩留まりを向上させることができる。また、第２の実施の形態と同様に、加圧前に可動型３０と加圧ピン３３ｂとの間に凹部が形成されないため、軸受部２３の表面における微小凝固片による変形や割れを抑制することができる。
【００３９】
（第４の実施の形態）
次に、図８を参照して、第４の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法について説明する。図８は、第４の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法を示す模式的断面図である。図８に示すように、第４の実施の形態に係る加圧ピン３３ｃは、軸受部２３のみならずクランクキャップを取り付ける領域全体を加圧する。このような構成であっても、第１の実施の形態と同様にバルクヘッド２２内部の全体に亘って鋳巣を低減することができ、製品歩留まりを向上させることができる。
【００４０】
（実験例）
次に、図９を参照して、第１の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法の効果について説明する。図９は、溶湯に対する加圧の効果を説明するための鋳塊マクロ写真である。溶湯に対する加圧の効果を調査するために実験例１、２を実施した。以下に実験例１、２の実験方法について説明する。実験例１が実施例に相当し、実験例２が比較例に相当する。
【００４１】
いずれの実験例においても、アルミニウム合金（ＡＤＣ１２）の溶湯を圧力２５ＭＰａで加圧注入し、図９に示すようなシリンダブロックのバルクヘッド２２を模擬したテストピースをダイカスト鋳造した。それぞれのテストピースについて、マクロ組織観察を行うことにより鋳巣の分布状態を調査するとともに、比重を測定して鋳巣の体積率を求めた。なお、当該テストピースでは、ボルト穴２４、メインギャラリ２５、貫通孔２７は形成しなかった。
【００４２】
（実験例１）
加圧ピン３３を後退させた状態で溶湯を加圧注入した２秒後に、加圧ピン３３を４ｍｍ前進させて溶湯に１６０ＭＰａの圧力を付加し、鋳造した。
（実験例２）
加圧ピン３３を後退させた状態で溶湯を加圧注入し、そのまま鋳造した。
【００４３】
図９に示したマクロ組織の観察結果から、溶湯を加圧した実験例１のテストピースでは、溶湯を加圧しない実験例２のテストピースに比べ、断面全体に亘って鋳巣が少なく、小さかった。また、実験例２のテストピースにおける鋳巣の体積率は３．５％であったのに対し、実験例１のテストピースにおける鋳巣の体積率は１．０％であった。当該実験結果から、第１の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法により、バルクヘッド２２内部の全体に亘って鋳巣を低減できることが実証された。
【００４４】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  シリンダブロック
２  キャビティ
１０  シリンダ部
１１  シリンダボア
１２  シリンダ壁
１３  ウォータジャケット
２０  スカート部
２１  スカート壁
２２  バルクヘッド
２３  軸受部
２４  ボルト穴
２５  メインギャラリ
２６  オイル流路
２７  貫通孔
３０  可動型
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ  加圧ピン
３４  ピン
３５  切欠部
４０  固定型
５０、６０  鋳抜きピン
【図１】
2016083689.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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