特開 2024-163674 鋳造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024163674

(43)【公開日】2024-11-22

(54)【発明の名称】鋳造装置

(51)【国際特許分類】

   B22D 17/22 20060101AFI20241115BHJP

   B22C 9/24 20060101ALI20241115BHJP

   B22C 9/06 20060101ALI20241115BHJP

【ＦＩ】

B22D17/22 H

B22C9/24 A

B22C9/06 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023079493

(22)【出願日】2023-05-12

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100176304

【弁理士】

【氏名又は名称】福成 勉

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 大地

(72)【発明者】

【氏名】重里 政考

【テーマコード（参考）】

4E093

【Ｆターム（参考）】

4E093NA01

4E093UA02

4E093UA08

(57)【要約】

【課題】一対の鋳抜きピンを突き合わせて鋳抜き通路を形成する鋳造装置において、突合せ荷重を大きくすることなく突合せ部分の開きを抑制することを目的とする。
【解決手段】鋳造装置における溶湯流入口は、該溶湯流入口からキャビティへの溶湯の流入方向と第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の軸方向とが交差するように配置されている。第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２は、型締め時にそれらの先端部同士が突き合されることによってシリンダブロックにおける潤滑油通路となる連通孔を形成するための中子を構成する。第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の先端部のうちの少なくとも一方の先端部は、型締め時に他方の先端部に接触する接触面１１ｃと、接触面１１ｃと隣接する位置に配置され、他方の先端部との接触を避けるように凹む非接触部分である円形の溝１１ｂとを有する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

連通孔を有する鋳造品を鋳造する鋳造装置であって、
第１鋳抜きピンを備える第１側方金型と、
前記第１側方金型と対向して配置され、前記第１鋳抜きピンと同じ軸線上に沿って延びる第２鋳抜きピンを備える第２側方金型と、
型締め時に前記第１側方金型と前記第２側方金型と共にキャビティを形成するとともに、当該キャビティに溶湯を注入するための溶湯流入口が形成された第３金型と、
を備えており、
前記溶湯流入口は、該溶湯流入口から前記キャビティへの溶湯の流入方向と前記第１鋳抜きピンおよび前記第２鋳抜きピンの軸方向とが交差するように配置され、
前記第１鋳抜きピンおよび前記第２鋳抜きピンは、型締め時にそれらの先端部同士が突き合されることによって前記鋳造品の前記連通孔を形成するための中子を構成し、
前記第１鋳抜きピンおよび第２鋳抜きピンの先端部のうちの少なくとも一方の先端部は、前記型締め時に他方の先端部に接触する接触面と、前記接触面と隣接する位置に配置され、突合せ方向と反対方向に凹むことにより前記他方の先端部と非接触になる非接触部分とを有する、
ことを特徴とする鋳造装置。

【請求項2】

前記請求項１記載の鋳造装置において、
前記第１鋳抜きピンの先端部は、当該第１鋳抜きピンの軸方向に突出する凸部を有し、
前記第２鋳抜きピンの先端部は、前記型締め時に前記凸部に嵌合可能な凹部を有し、
前記接触面および前記非接触部分は、前記非接触部分が前記接触面と前記凸部の間に位置するように、前記第１鋳抜きピンの先端部に配置されている、
こと特徴とする鋳造装置。

【請求項3】

請求項２記載の鋳造装置において、
前記非接触部分は、前記凸部を取り囲む円形の溝である、
ことを特徴とする鋳造装置。

【請求項4】

請求項３記載の鋳造装置において、
前記円形の溝は、前記凸部の周縁に形成されている、
ことを特徴とする鋳造装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の鋳造装置において、
上記の鋳造装置において、前記鋳造品はエンジンのシリンダブロックであり、
前記連通孔は、潤滑油通路である、
ことを特徴とする鋳造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋳造装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

エンジンのシリンダブロックには、オイル通路用メインギャラリが形成された構造が知られている。メインギャラリは、エンジン内部のクランクシャフトやピストン裏面に向けられたオイルジェットに潤滑油を供給する気筒配列方向に沿って延びる長い通路である。直列の多気筒（例えば６気筒以上の）エンジンのような気筒配列方向に長いシリンダブロックの場合には、シリンダブロックを鋳造した後にドリルなどによる機械加工によりメインギャラリを形成することが一般的に行われる。しかし、この場合、鋳造と別に機械加工を行うため製造コストがかかる。

【0003】

そこで鋳造時において鋳抜きピンを用いてメインギャラリを形成してコストアップを抑制することが考えられる。鋳造時には、メインギャラリは、気筒配列方向に互いに突き合わせた一対の射抜きピンによって形成される。しかし、その場合、気筒配列方向から直交した方向から溶湯が注入される時に溶湯が鋳抜きピンを直撃して鋳抜きピンが変形するおそれがある。そのため、金型内部のキャビティに溶湯を注入する溶湯流入口側とは離れた位置、具体的には、各シリンダライナを挟んで溶湯流入口とは反対側の位置に鋳抜きピンを配置することにより、鋳抜きピンへの溶湯の直撃を避けるようにしている。

【0004】

近年において、エンジンの燃費やエミッションの改善などの目的のために、運転状況に応じて使用されるメインギャラリの本数を変える技術が提案されている。このようなメインギャラリを２本以上備えたシリンダブロックの場合には、溶湯流入口側にもメインギャラリをさらに追加せざるを得ない。そのため、溶湯流入口側のメインギャラリを形成する射抜きピンは溶湯の直撃を避けられず、鋳抜きピンが変形するおそれがある。

【0005】

このような鋳抜きピンの変形を防止するための先行技術として、特許文献１には、一対の鋳抜きピンの先端部同士を突き合わせる鋳造装置において、一方の鋳抜きピンの先端面に凸部を形成し、他方の鋳抜きピンの先端面に上記凸部に対応した形状を有する凹部を形成した構造が知られている。この構造では、突き合わせた上記の先端部同士における凸部と凹部の嵌合により溶湯の直撃による鋳抜きピンの変形防止を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－０８９０７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、上記の構造であっても、溶湯注入口側の一対の鋳抜きピンの突合せ部分に鋳込み時の溶湯が直撃することにより、突合せ部分では直交方向からの溶湯の衝突によって曲げ荷重を受ける。それとともに急激な熱膨張（具体的には溶湯注入口に近い側と遠い側における偏熱膨張）が発生する。そのため、一対の鋳抜きピンの凸部と凹部が嵌合していても突合せ部分が開くおそれがある。溶湯注入時に突合せ部分が開くと、鋳造後のシリンダブロックに鋳抜き通路にバリが発生する原因になる。

【0008】

ここで、溶湯注入時における突合せ部分の開きを防止するために、一対の鋳抜きピン同士の突合せ荷重を大きくすることが考えられる。しかし、突合せ荷重を過度に大きくすると鋳抜きピンが塑性変形し、破断することが考えられるので、突合せ荷重を過度に大きくすることも難しい。

【0009】

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、一対の鋳抜きピンを突き合わせて鋳抜き通路を形成する鋳造装置において、突合せ荷重を大きくすることなく突合せ部分の開きを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記課題を解決するために本発明の鋳造装置は、連通孔を有する鋳造品を鋳造する鋳造装置であって、第１鋳抜きピンを備える第１側方金型と、前記第１側方金型と対向して配置され、前記第１鋳抜きピンと同じ軸線上に沿って延びる第２鋳抜きピンを備える第２側方金型と、型締め時に前記第１側方金型と前記第２側方金型と共にキャビティを形成するとともに、当該キャビティに溶湯を注入するための溶湯流入口が形成された第３金型と、を備えており、前記溶湯流入口は、該溶湯流入口から前記キャビティへの溶湯の流入方向と前記第１鋳抜きピンおよび前記第２鋳抜きピンの軸方向とが交差するように配置され、前記第１鋳抜きピンおよび前記第２鋳抜きピンは、型締め時にそれらの先端部同士が突き合されることによって前記鋳造品の前記連通孔を形成するための中子を構成し、前記第１鋳抜きピンおよび第２鋳抜きピンの先端部のうちの少なくとも一方の先端部は、前記型締め時に他方の先端部に接触する接触面と、前記接触面と隣接する位置に配置され、突合せ方向と反対方向に凹むことにより前記他方の先端部と非接触になる非接触部分とを有する、ことを特徴とする。

【0011】

かかる構成によれば、互いに突き合わされる第１鋳抜きピンおよび第２鋳抜きピンの先端部のうちの少なくとも一方の先端部は、型締め時に他方の先端部に接触する接触面ととともに突合せ方向と反対方向に凹むことにより前記他方の先端部と非接触になる非接触部分を有する。そのため、当該一方の先端部における他方の先端部との接触面積が小さくなるので、突合せ荷重を上げなくても第１鋳抜きピンおよび第２鋳抜きピンの突合せ時の面圧を高めることが可能になる。その結果、鋳込み時の溶湯の衝撃による曲げ荷重および溶湯の熱による偏熱膨張により、第１鋳抜きピンおよび第２鋳抜きピンの突合せ部分が開くことを抑制することが可能である。

【0012】

上記の鋳造装置において、前記第１鋳抜きピンの先端部は、当該第１鋳抜きピンの軸方向に突出する凸部を有し、前記第２鋳抜きピンの先端部は、前記型締め時に前記凸部に嵌合可能な凹部を有し、前記接触面および前記非接触部分は、前記非接触部分が前記接触面と前記凸部の間に位置するように、前記第１鋳抜きピンの先端部に配置されているのが好ましい。

【0013】

かかる構成によれば、前記第１鋳抜きピンの先端部の凸部と前記第２鋳抜きピンの先端部の凹部を嵌合することにより、型締め時において第１鋳抜きピンおよび第２鋳抜きピンの先端部同士が突き合されたときに第１鋳抜きピンおよび第２鋳抜きピンの中心合わせをすることができる。この構成において、接触面および非接触部分は、凸部を有する第１鋳抜きピンの先端部に配置されているので、非接触部分を凸部に近づけて配置することができ、型締め時に接触面に応力を集中することが可能である。

【0014】

また、第２鋳抜きピンの先端部は、上記の凸部と嵌合する凹部を有するが非接触部分を有しない。そのため、第２鋳抜きピンの先端部では、凸部を安定してガイド可能な凹部の幅を確保することが可能である。

【0015】

上記の鋳造装置において、前記非接触部分は、前記凸部を取り囲む円形の溝であるのがこのましい。

【0016】

かかる構成によれば、非接触部分が円形の溝であるので、第１鋳抜きピンの先端部に非接触部分を加工しやすく、非接触部分を広範囲に形成することが可能になる。それに伴って第１鋳抜きピンの先端部の接触面の面積を確実に減らすることが可能になるので、型締め時には接触面では圧縮応力を増加に伴う圧縮ひずみを増加させることが可能である。その結果、突合せ部分の開きを確実に抑制することが可能である。

【0017】

上記の鋳造装置において、前記円形の溝は、前記凸部の周縁に形成されているのが好ましい。

【0018】

かかる構成によれば、円形の溝が凸部の周縁に形成されているので、接触面は第１鋳抜きピンの先端部において円形の溝の外周側に円周状に連続して配置される。そのため、接触面が円形の溝によって分断されない（すなわち接触面が分散しない）ので、接触面の圧縮ひずみを確実に増加させ、突合せ部分の開きを確実に抑制することが可能である。

【0019】

上記の鋳造装置において、前記鋳造品はエンジンのシリンダブロックであり、前記連通孔は、潤滑油通路であるのが好ましい。

【0020】

かかる構成によれば、シリンダブロックの成型時での溶湯が直撃する溶湯流入口側に第１鋳抜きピンおよび第２鋳抜きピンを用いて潤滑油通路を成形することが可能になる。そのため、潤滑油通路を形成するための追加の機械加工が不要になる。

【発明の効果】

【0021】

以上のように、本発明の鋳造装置によれば、一対の鋳抜きピンを突き合わせて鋳抜き通路を形成する鋳造装置において、突合せ荷重を大きくすることなく突合せ部分の開きを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態に係る鋳造装置の全体構成を示す斜視図である。

【図2】図１のキャビティ内部における第１～第４鋳抜きピンの配置を示す拡大斜視図である。

【図3】図１のキャビティ内部における第１～第４鋳抜きピンの配置を示す拡大平面図である。

【図4】図３の第１鋳抜きピンと第２鋳抜きピンの先端部同士を突き合わせた突合せ部分に溶湯が衝突する状態を示す説明図である。

【図5】図４の第１鋳抜きピンと第２鋳抜きピンのそれぞれの先端部を示す拡大斜視図である。

【図6】図４の第１鋳抜きピンの先端部の縦断面図である。

【図7】図３の第１鋳抜きピンと第２鋳抜きピンの先端部同士を突き合わせた突合せ部分の縦断面図である。

【図8】図１の鋳造装置で鋳造されるシリンダブロックを備えたエンジン内部の潤滑油の通路であって、２本のメインギャラリを備えた潤滑構造を示す斜視説明図である。

【図9】本発明の比較例である円形の溝を有しない第１鋳抜きピンと図５の第２鋳抜きピンのそれぞれの先端部を示す拡大斜視図である。

【図10】（ａ）は図９の円形の溝を有しない第１鋳抜きピンと第２鋳抜きピンの突合せ部に溶湯が衝突した状態における、突合せ荷重Ｆ１、溶湯衝突による曲げ荷重Ｆ２、溶湯衝突側の温度Ｔ１、溶湯衝突側の裏側の温度Ｔ２、溶湯衝突側の合成ひずみε１、溶湯衝突側の裏側の合成ひずみε２を模式的に示す断面説明図、（ｂ）は円形の溝を有しない第１鋳抜きピンと第２鋳抜きピンの突合せ部が開いた状態を示す断面説明図である。

【図11】（ａ）は図１０（ａ）の円形の溝を有しない第１鋳抜きピンと第２鋳抜きピンの突合せ部における突合せ荷重Ｆ１によって発生する突合せ圧縮ひずみεＦ１を模式的に示す断面説明図、（ｂ）は図１０（ａ）の突合せ部における溶湯衝突による曲げ荷重Ｆ２によって発生する溶湯衝突曲げひずみεＦ２を模式的に示す断面説明図、（ｃ）は図１０（ａ）の突合せ部における溶湯衝突側の温度Ｔ１による熱膨張曲げひずみεＴ１、溶湯衝突側の裏側の温度Ｔ２による熱膨張曲げひずみεＴ２を模式的に示す断面説明図を示す図である。

【図12】図５の接触面の面積である締め代ｍを決定する手順の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態に係る鋳造装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0024】

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

【0025】

図１に示される鋳造装置１は、連通孔を有する鋳造品の一例としてエンジン５０（図８参照）のシリンダブロックＢを鋳造する装置である。鋳造装置１によって鋳造されるシリンダブロックＢの形状については本発明ではとくに限定しないが、例えば、直列多気筒（本実施形態では４気筒）エンジン用のシリンダブロックＢが鋳造装置１によって製造される。

【0026】

（金型２～７の説明）
図１～３に示されるように、鋳造装置１は、シリンダブロックＢの形状に対応する空間部であるキャビティ９を形成するために、６個の金型、すなわち、第１側方金型２、第２側方金型３、下側金型４（本発明の第３金型に対応）、前側金型５、後側金型６、および上側金型７を備える。これら６個の金型２～７が型締め時に組み合わされることにより、密閉されたキャビティ９が形成される。なお、図１において、キャビティ９を視認可能にするために、前側金型５および上側金型７は２点鎖線を用いて簡略的に示されている。

【0027】

なお、第１側方金型２および第２側方金型３は、シリンダブロックＢの気筒配列方向Ｘに互いに離間して対向して配置されている。下側金型４および上側金型７は、垂直方向Ｚに互いに離間して対向して配置されている。前側金型５および後側金型６は、気筒配列方向Ｘに直交する幅方向Ｙに互いに離間して対向して配置されている。前側金型５は、後述する溶湯流入口１０の上側に配置されている。

【0028】

下側金型４には、キャビティ９に溶湯を圧入するための溶湯流入口１０が形成されている。溶湯流入口１０は、当該下側金型４を垂直方向Ｚに貫通する貫通孔である。溶湯流入口１０は、流入ゲート１６を通じてキャビティ９に連通している。流入ゲート１６は、下側金型４と前側金型５との対向面によって形成され、斜め上方に延びる通路である。

【0029】

アルミ合金などの金属を溶かして形成された溶湯は、溶湯流入口１０から流入ゲート１６を介してキャビティ９に高温高圧の状態で圧入されることにより、キャビティ９の形状に対応するシリンダブロックＢの鋳造（具体的には、ダイキャスト成形）が行われる。キャビティ９に流入した溶湯の残余分および空気は、図示しないベントを通してキャビティ９の外部に排出される。ベントは、流入ゲート１６から離れた場所、例えば、下側金型４と後側金型６との間、前側金型５と上側金型７との間、および後側金型６と上側金型７との間にそれぞれ形成されている。

【0030】

（鋳抜きピン１１～１４の説明）
鋳造装置１は、シリンダブロックＢに２本の潤滑油通路として第１メインギャラリ２５および第２メインギャラリ２６（図８参照）を形成するために、４本の鋳抜きピン、すなわち、第１鋳抜きピン１１、第２鋳抜きピン１２、第３鋳抜きピン１３、および第４鋳抜きピン１４をさらに備える。

【0031】

なお、第１メインギャラリ２５は、流入ゲート１６に近い側の潤滑油通路であり、主として高速運転時または高温状態のときにエンジン内部のピストンの裏面に潤滑油を噴射するオイルジェット（噴射部）などに潤滑油を供給する通路である。第２メインギャラリ２６（図８参照）は、流入ゲート１６から遠い側の潤滑油通路であり、エンジン駆動中は常時、エンジン内部のクランクジャーナルや上記のオイルジェットに潤滑油を供給する通路である。第１メインギャラリ２５および第２メインギャラリ２６には、図８に示されるクランクケースＣＣに貯留された潤滑油がオイルフィルタ４１によってろ過された後に第１供給通路４２を介して供給される。それとともに潤滑油は、第２供給通路４３を介してシリンダヘッドＣＨにおけるバルブ開閉機構用オイルギャラリ４４にも供給される。

【0032】

図１～４に示される第１鋳抜きピン１１は、流入ゲート１６に近い第１メインギャラリ２５（図８参照）を形成するための中子の一方の部分であり、第１側方金型２におけるキャビティ９を向く面においてキャビティ９の内方であって気筒配列方向Ｘへ突出するように設けられている。

【0033】

図１～４に示される第２鋳抜きピン１２は、上記の第１メインギャラリ２５を形成するための中子の他方の部分であり、第２側方金型３におけるキャビティ９を向く面においてキャビティ９の内方であって気筒配列方向Ｘへ突出するように設けられている。第２鋳抜きピン１２は、第１鋳抜きピン１１と同じ軸線上（本実施形態では気筒配列方向Ｘに延びる軸線上）に沿って延びる。

【0034】

第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２は、型締め時にそれらの先端部同士が突合される（すなわち図２～４、図７の突合せ部分１７が形成される）ことによってシリンダブロックＢにおける潤滑油が流れる通路となる第１メインギャラリ２５を形成するための中子を構成している。

【0035】

図１～３に示される第３鋳抜きピン１３は、流入ゲート１６から遠い第２メインギャラリ２６（図８参照）を形成するための中子の一方の部分であり、第１側方金型２におけるキャビティ９を向く面においてキャビティ９の内方であって気筒配列方向Ｘへ突出するように設けられている。

【0036】

図１～３に示される第４鋳抜きピン１４は、上記の第２メインギャラリ２６を形成するための中子の他方の部分であり、第２側方金型３におけるキャビティ９を向く面においてキャビティ９の内方であって気筒配列方向Ｘへ突出するように設けられている。第４鋳抜きピン１４は、第３鋳抜きピン１３と同じ軸線上（本実施形態では気筒配列方向Ｘに延びる軸線上）に沿って延びる。

【0037】

第３鋳抜きピン１３および第４鋳抜きピン１４は、型締め時にそれらの先端部同士が突合される（図２～３の突合せ部分１８が形成される）ことによってシリンダブロックＢにおける潤滑油が流れる通路となる第２メインギャラリ２６を形成するための中子を構成している。

【0038】

第３鋳抜きピン１３および第４鋳抜きピン１４は、図２に示されるキャビティ９のシリンダ形成領域９ａを挟んで第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の反対側に位置している。

【0039】

ここで、第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２を基準にして上記の溶湯流入口１０の位置を見た場合、図１～２および図４に示されるように、溶湯流入口１０は、該溶湯流入口１０からキャビティ９への溶湯Ｍの流入方向と第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の軸方向（気筒配列方向Ｘと同じ方向）とが交差（図１～２では直交）するように配置されている。

【0040】

図５～７に示されるように、第１鋳抜きピン１１の先端部は、第２鋳抜きピン１２の先端部に対向する先端面において、当該第１鋳抜きピン１１の軸方向に突出する凸部１１ａと、第２鋳抜きピン１２に接触しない非接触部分である円形の溝１１ｂと、第２鋳抜きピン１２に接触する円環状の接触面１１ｃとを有する。

【0041】

凸部１１ａは、第１鋳抜きピン１１の先端部の軸方向中心に配置され、軸方向に突出する円錐形状の突起である。

【0042】

円形の溝１１ｂは、突合せ方向と反対方向に凹むことにより第２鋳抜きピン１２の先端部と非接触になる非接触部分である。この円形の溝１１ｂは、当該凸部１１ａと同心状に形成されている。具体的には、円形の溝１１ｂは、凸部１１ａの周縁１１ａ１に沿って凸部１１ａを取り囲むように形成されている。

【0043】

円形の溝１１ｂの内周面における径方向外側および内側の角部には、円弧状の面取り部１１ｂ１が形成されている。この面取り部１１ｂ１により、第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の先端部同士の突合せ時における溝１１ｂの内周面の角部に作用する応力を分散させることが可能である。

【0044】

接触面１１ｃは、上記の凸部１１ａおよび円形の溝１１ｂと同心状に形成されている。具体的には、接触面１１ｃは、円形の溝１１ｂの外周に沿って円環状に連続して形成されている。したがって、円形の溝１１ｂは、円環状の接触面１１ｃの内側に隣接している。接触面１１ｃは、第１鋳抜きピン１１と第２鋳抜きピン１２との突合せ方向（第１鋳抜きピン１１の軸方向）を向いている。

【0045】

図７に示されるように、接触面１１ｃは、型締め時に第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の先端部が突き合わされたとき（突合せ部分１７が形成されたとき）には、突合せ部分１７において、第２鋳抜きピン１２の先端部の外周縁、具体的には、対向面１２ｂの外周縁に面接触する。

【0046】

なお、本実施形態では、第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の先端部のうちの少なくとも一方の先端部が、他方の先端部に対向する先端面において、型締め時に他方の先端部に接触する接触面と、接触面と隣接する位置に配置され、突合せ方向と反対方向に凹むことにより他方の先端部と非接触になる非接触部分（上記実施形態では円形の溝１１ｂ）とを有していればよい。

【0047】

非接触部分は、接触面に隣接する凹んだ部分であればよく、上記のような円形の溝１１ｂ以外でも、少なくとも１個の点状または円形状のくぼみ（ディンプル）または半円形の溝などであってもよい。

【0048】

本実施形態では、円形の溝１１ｂが接触面１１ｃと凸部１１ａの間に位置するように配置されているので、型締め時に接触面１１ｃに応力を集中させることが可能である。

【0049】

第２鋳抜きピン１２の先端部は、第１鋳抜きピン１１の先端部に対向する先端面において、型締め時に第１鋳抜きピン１１の凸部１１ａに嵌合可能な凹部１２ａと、第１鋳抜きピン１１の接触面１１ｃおよび円形の溝１１ｂ（非接触部分）に対向する対向面１２ｂとを有する。

【0050】

凹部１２ａは、第２鋳抜きピン１２の先端部の軸方向中心に配置され、軸方向に凹むとともに上記の凸部１１ａに対応する形状を有する円錐形状の凹部である。凹部１２ａは、型締め時において第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２を突き合わせたときに凸部１１ａと嵌合しながら第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の中心合わせをするガイドの役割をする。したがって、突合せ完了時には凸部１１ａと凹部１２ａとはすきま嵌めの状態（クリアランスを許容した状態）で嵌合しており、凸部１１ａと凹部１２ａの内周面の間では押圧力が発生しない。

【0051】

対向面１２ｂは、第２鋳抜きピン１２の先端面における凹部１２ａ以外の部分であり、円環状の面である。対向面１２ｂは、円環状の接触面１１ｃおよび円形の溝１１ｂ（非接触部分）の全面に対向する面積を有する。

【0052】

（本実施形態の特徴）
（１）
本実施形態の鋳造装置１では、互いに突き合わされる第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の先端部のうちの第１鋳抜きピン１１の先端部は、型締め時に他方の先端部に接触する接触面１１ｃととともに突合せ方向と反対方向に凹むことにより第２鋳抜きピン１２の先端部と非接触になる非接触部分として円形の溝１１ｂを有する。そのため、第１鋳抜きピン１１の先端部における第２鋳抜きピン１２の先端部との接触面積が小さくなる。（具体的には、本実施形態の第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の接触面積は、中心合わせのための凸部１１ａおよび凹部１２ａの占める面積を除いて考えた場合、円形の溝１１ｂは鋳抜きピン１１、１２同士の接触に関与しないので、円環状の接触面１１ｃの面積のみになる）。

【0053】

そのため、図７に示されるように、第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の先端部同士を付き合わる突合せ荷重Ｆ１を上げなくても第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の突合せ時の接触面１１ｃにおける面圧σＦ１を高めることが可能になる。すなわち、接触面１１ｃにおける突合せ荷重Ｆ１による突合せ圧縮ひずみεＦ１を大きくすることが可能である。その結果、鋳込み時の溶湯の衝撃による曲げ荷重および溶湯の熱による偏熱膨張により、第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の突合せ部分１７が開くことを抑制することが可能である。

【0054】

＜突合せ部分１７の開く現象についての詳細説明＞
以下、第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の突合せ部分１７が開く現象について詳細に説明する。

【0055】

ここで、突合せ部分１７が開く現象をするサンプルとして、図９に示される比較例のサンプルを用いる。図９は、本発明の比較例である円形の溝１１ｂ（図５～７）を有しない第１鋳抜きピン１１１と図５の第２鋳抜きピン１２のそれぞれの先端部を示す拡大斜視図である。図９における円形の溝１１ｂを有しない第１鋳抜きピン１１１の先端面では、凸部１１１ａ以外の部分がすべて接触面１１１ｃとなる。接触面１１１ｃは、第２鋳抜きピン１２の対向面１２ｂの全面と接触することが可能である。

【0056】

図１０（ａ）に示されるように、円形の溝１１ｂを有しない第１鋳抜きピン１１１と第２鋳抜きピン１２の突合せ部分１７に溶湯が衝突した状態では、第１鋳抜きピン１１１および第２鋳抜きピン１２が突合せ荷重Ｆ１を受けて突き合わせた状態で、突合せ部分１７に直交する方向から高熱の溶湯Ｍが衝突する。

【0057】

このとき、第１鋳抜きピン１１１の接触面１１１ｃの溶湯衝突側の部分１１１ｃαおよび溶湯衝突側の裏側の部分１１１ｃβには、それぞれ、突合せ荷重Ｆ１、溶湯衝突による曲げ荷重Ｆ２、および溶湯衝突側の温度Ｔ１、溶湯衝突側の裏側の温度Ｔ２の温度差（Ｔ１＞Ｔ２）による偏熱膨張の３つの要因によって発生するひずみ、すなわち合成ひずみε１、ε２が発生する。

【0058】

そのとき、図１０（ｂ）に示されるように、溶湯衝突側の裏側の部分１１１ｃβにおける合成ひずみε２が０以下になった場合に、第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の突合せ部分１７が開く（隙間Ｇが発生する）と考えられる。突合せ部分１７が開くと鋳造時にバリが発生する原因になるので、突合せ部分１７の開きを抑制する必要がある。

【0059】

図１１（ａ）に示されるように、突合せ荷重Ｆ１によって発生する突合せ圧縮ひずみεＦ１は、接触面１１１ｃの溶湯衝突側の部分１１１ｃαおよび溶湯衝突側の裏側の部分１１１ｃβに均一に発生すると考えられる。この図１１（ａ）に示される比較例の接触面１１１ｃは、上記の本実施形態における図７の円形の溝１１ｂを有する第１鋳抜きピン１１の接触面１１ｃよりも円形の溝１１ｂの面積の分だけ広い。そのため、比較例の接触面１１１ｃにおける面圧を上げることができず、突合せ荷重Ｆ１による突合せ圧縮ひずみεＦ１も大きくすることができない。

【0060】

また、図１１（ｂ）に示されるように、溶湯衝突による曲げ荷重Ｆ２によって発生するひずみεＦ２は、接触面１１１ｃの溶湯衝突側の部分１１１ｃαでは圧縮方向に発生し、溶湯衝突側の裏側の部分１１１ｃβでは引張方向に発生すると考えられる。

【0061】

さらに、図１１（ｃ）に示されるように、溶湯衝突側の温度Ｔ１、溶湯衝突側の裏側の温度Ｔ２の温度差（Ｔ１＞Ｔ２）による偏熱膨張によって発生するひずみは、接触面１１１ｃの溶湯衝突側の部分１１１ｃαでは温度Ｔ１に起因する熱膨張ひずみεＴ１が発生し、溶湯衝突側の裏側の部分１１１ｃβでは温度Ｔ２に起因する熱膨張ひずみεＴ２が発生する（εＴ１＞εＴ２）と考えられる。

【0062】

＜締め代（接触面積、溝深さ）の決定方法＞
上記の図１０（ｂ）に示される突合せ部分１７の開きを抑制するために、本実施形態では、図５～７に示される第１鋳抜きピン１１の先端面に円形の溝１１ｂを形成するとともに接触面１１ｃを狭くしている。

【0063】

突合せ部分１７の開きを抑制することが可能な第１鋳抜きピン１１の接触面積（具体的には接触面１１ｃの面積）および溝１１ｂの深さは、決定方法の一例として、以下の図１２に示されるフローチャートの手順で決定される。

【0064】

まず、図１２のステップＳ１に示されるように、溶湯衝突による第１鋳抜きピン１１の曲げたわみδ１（衝突曲げによる最大の変位量）を算出する。

【0065】

ついで、ステップＳ２に示されるように、溶湯衝突時の偏熱膨張による第１鋳抜きピン１１の熱膨張たわみδ２（熱膨張による最大の変位量）を算出する。

【0066】

ついで、ステップＳ３に示されるように、溶湯衝突による曲げたわみδ１および熱膨張たわみδ２を相殺するために必要な突合せ圧縮たわみδ３（すなわち、第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の突合せによって発生する接触面１１ｃにおける圧縮変位量）を算出する。具体的には、突合せ圧縮たわみδ３は、曲げたわみδ１および熱膨張たわみδ２の和よりも大きくなるように設定される（すなわち、δ３＞δ１＋δ２）。

【0067】

最後に、ステップＳ４に示されるように、算出された突合せ圧縮たわみδ３に基づいて、第１鋳抜きピン１１の接触面積（具体的には接触面１１ｃの面積）および溝１１ｂの深さを決定する。すなわち、算出された突合せ圧縮たわみδ３が得られる接触面１１ｃの面積および溝１１ｂの深さになるように、第１鋳抜きピン１１を設計および製造すればよい。

【0068】

このように、第１鋳抜きピン１１を製造することにより、突合せ荷重Ｆ１が同じでも、第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の接触面積を小さくして突合せ部分１７の面圧を高め、突合せ圧縮たわみδ３を大きくすることができる。この突合せ圧縮たわみδ３により、鋳込み時における溶湯の衝撃による突合せ部分１７に作用する曲げ荷重によるたわみδ１と、溶湯の熱による偏熱膨張によるたわみδ２との合成たわみを相殺することができる。その結果、突合せ部分１７が開くことを抑制することが可能になる。

【0069】

なお、溝１１ｂの深さはなるべく浅い方が、突合せ部分１７の剛性の低下を抑制できる点で好ましい。

【0070】

（２）
また、本実施形態の鋳造装置１では、図５～７に示されるように、第１鋳抜きピン１１の先端部は、当該第１鋳抜きピン１１の軸方向に突出する凸部１１ａを有する。第２鋳抜きピン１２の先端部は、型締め時に凸部１１ａに嵌合可能な凹部１２ａを有する。接触面１１ｃおよび非接触部分である円形の溝１１ｂは、円形の溝１１ｂが接触面１１ｃと凸部１１ａの間に位置するように、第１鋳抜きピン１１の先端部に配置されている。

【0071】

かかる構成によれば、第１鋳抜きピン１１の先端部の凸部１１ａと第２鋳抜きピン１２の先端部の凹部１２ａを嵌合することにより、型締め時において第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の先端部同士が突き合されたときに第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２の中心合わせをすることができる。この構成において、接触面１１ｃおよび円形の溝１１ｂは、凸部１１ａを有する第１鋳抜きピン１１の先端部に配置されているので、円形の溝１１ｂを凸部１１ａに近づけて配置することができ、型締め時に接触面１１ｃに応力を集中することが可能である。

【0072】

また、第２鋳抜きピン１２の先端部は、上記の凸部１１ａと嵌合する凹部１２ａを有するが、非接触部分（溝など）を有しない。そのため、第２鋳抜きピン１２の先端部では、凸部１１ａを安定してガイド可能な凹部１２ａの幅を確保することが可能である。

【0073】

なお、ガイド用の凹部１２ａがある第２鋳抜きピン１２に溝を形成する場合、溝の加工がしにくく、また、所定の突合せ荷重が得られないおそれがある。また、突合せ荷重により凹部１２ａが開くおそれがある。これらの点を考慮しても、凸部１１ａがある第１鋳抜きピン１１に溝１１ｂがある方が好ましい。

【0074】

（３）
本実施形態の鋳造装置１では、第１鋳抜きピン１１の非接触部分は、凸部１１ａを取り囲む円形の溝１１ｂである。かかる構成によれば、非接触部分が円形の溝１１ｂであるので、第１鋳抜きピン１１の先端部に非接触部分を加工しやすく、非接触部分を広範囲に形成することが可能になる。それに伴って第１鋳抜きピン１１の先端部の接触面１１ｃの面積を確実に減らすることが可能になるので、型締め時には接触面１１ｃでは圧縮応力を増加に伴う圧縮ひずみを増加させることが可能である。その結果、突合せ部分の開きを確実に抑制することが可能である。

【0075】

（４）
本実施形態の鋳造装置１では、円形の溝１１ｂが凸部１１ａの周縁に形成されているので、接触面１１ｃは第１鋳抜きピン１１の先端部において円形の溝１１ｂの外周側に円周状に連続して配置される。そのため、接触面１１ｃが円形の溝１１ｂによって分断されない（すなわち接触面１１ｃが分散しない）ので、接触面１１ｃの圧縮ひずみを確実に増加させ、突合せ部分の開きを確実に抑制することが可能である。

【0076】

（５）
本実施形態の鋳造装置１で鋳造される鋳造品は、エンジン５０のシリンダブロックＢであり、第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２によって形成される連通孔は潤滑油通路としての第１メインギャラリ２５である。そのため、シリンダブロックＢの成型時での溶湯が直撃する溶湯流入口１０側に第１鋳抜きピン１１および第２鋳抜きピン１２を用いてシリンダブロックＢの第１メインギャラリ２５を成形することが可能になる。そのため、連通孔を形成するための追加の機械加工が不要になる。

【0077】

なお、本発明の鋳造装置は、連通孔を有する鋳造品の鋳造に広く適用することが可能であり、上記実施形態のエンジンのシリンダブロック以外の製品または部品を製造することが可能である。

【符号の説明】

【0078】

１ 鋳造装置
２ 第１側方金型
３ 第２側方金型
４ 下側金型（第３金型）
５ 前側金型
６ 後側金型
７ 上側金型
９ キャビティ
１０ 溶湯流入口
１１ 第１鋳抜きピン
１１ａ 凸部
１１ｂ 円形の溝（非接触部分）
１１ｃ 接触面
１２ 第２鋳抜きピン
１２ａ 凹部
１２ｂ 対向面
１６ 流入ゲート
１７ 突合せ部分
２５ 第１メインギャラリ
２６ 第２メインギャラリ
５０ エンジン
Ｂ シリンダブロック

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】