JP2009024616A - エンジンのシリンダボディおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイカスト鋳造法により製造できる構成を採りながら、シリンダボディとシリンダヘッドとの合面の機械加工に要する時間を短縮してコストダウンを図る。
【解決手段】シリンダスリーブ１１が鋳ぐるみにより設けられ、シリンダスリーブ１１の一端部１１ａがシリンダヘッドとの合面の一部を構成する。鋳造用金型６のボアピン３３がシリンダスリーブ１１内に嵌合した状態でダイカスト鋳造法によって成形される。シリンダスリーブ１１の一端部１１ａの外径Ｄ１を、このシリンダスリーブ１１の他の部位の外径Ｄ２に較べて小さく形成する。この一端部１１ａの端面を、前記合面の一部を構成するように鋳造後の機械加工により平坦に形成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シリンダスリーブが鋳ぐるみにより設けられたエンジンのシリンダボディおよびその製造方法に関するものである。

従来のこの種のエンジンのシリンダボディとしては、たとえば特許文献１に記載されているものがある。この特許文献１に開示されているシリンダボディのシリンダスリーブは、軸線方向の中央部の厚みが両端部に較べて厚くなるように形成されている。

これは、シリンダボディの鋳造工程において、アルミニウム合金の冷却に伴って生じる大きな収縮力によってシリンダスリーブが変形するのを防ぐためである。
また、このシリンダスリーブの一端部は、シリンダボディの端面に露出しており、シリンダボディとシリンダヘッドとの合面の一部を構成している。このようにシリンダスリーブが前記合面に露出する場合、シリンダボディの鋳造後に前記合面に切削加工が施され、前記合面が平坦に仕上げられている。
特開昭５９−７４３５４号公報 特開平１０−２２０２７８号公報

特許文献１に開示されたシリンダボディを含めて一般的なシリンダボディにおいては、鋳造後に行う機械加工の加工時間を短縮させることによって、製造コストをより一層低減することが要請されている。

シリンダボディとシリンダヘッドとの合面の加工時間を短縮するためには、相対的に硬度が高いシリンダスリーブの切削量が少なくなるように、シリンダスリーブの前記合面側の一端部の厚みを他の部位より薄く形成することが考えられる。しかし、前記一端部の厚みを薄く形成すると、シリンダボディの鋳造をダイカスト鋳造法で行うことができなくなるおそれがある。これは、ダイカスト鋳造時の溶湯の圧力で前記一端部が変形してしまうおそれがあるからである。なお、シリンダスリーブを他の鋳造法、たとえば低圧鋳造法などによって製造すると、かえって製造コストが高くなってしまう。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、ダイカスト鋳造法により製造できる構成を採りながら、シリンダボディとシリンダヘッドとの合面の機械加工に要する時間を短縮してコストダウンを図ることが可能なエンジンのシリンダボディを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係るエンジンのシリンダボディの製造方法は、シリンダスリーブが鋳ぐるみによりシリンダボディ内に設けられるダイカスト鋳造工程と、前記シリンダボディの一端部に前記シリンダスリーブの端面が露出するようにシリンダヘッドとの合面が形成される切削工程とを有し、前記シリンダスリーブの一端部の外径を、このシリンダスリーブの他の部位の外径に較べて小さく形成し、このシリンダスリーブ内に鋳造用金型の円柱状部分を嵌合させた状態でシリンダボディを鋳造し、前記切削工程において、シリンダスリーブの前記一端部の端面を、前記合面の一部を構成するように平坦に形成することにより実施する。

請求項２に記載した発明に係るエンジンのシリンダボディは、シリンダスリーブが鋳ぐるみにより設けられ、前記シリンダスリーブの一端部がシリンダヘッドとの合面の一部を構成し、鋳造用金型の円柱状部分が前記シリンダスリーブ内に嵌合した状態でダイカスト鋳造法によって成形し、前記シリンダスリーブの一端部の外径を、このシリンダスリーブの他の部位の外径に較べて小さく形成し、この一端部の端面を、鋳造後の切削加工によって形成されかつ前記合面の一部を構成する平坦面としたものである。

請求項３に記載した発明に係るエンジンのシリンダボディは、請求項２に記載したエンジンのシリンダボディであって、前記シリンダスリーブの一端部と対向する位置にゲートが形成された鋳造用金型によって成形したものである。

請求項４に記載した発明に係るエンジンのシリンダボディは、請求項２または請求項３に記載したエンジンのシリンダボディにおいて、前記シリンダスリーブの軸線方向の両端部が前記鋳造用金型によって挟持された状態で鋳造したものである。

請求項５に記載した発明に係るエンジンのシリンダボディは、請求項２ないし請求項４のうち何れか一つに記載したエンジンのシリンダボディにおいて、前記シリンダスリーブの外周部に、周方向に延びる複数の突条をシリンダスリーブの軸線方向に間隔をおいて形成したものである。

請求項１に記載したエンジンのシリンダボディの製造方法および請求項２に記載したエンジンのシリンダボディによれば、シリンダボディのダイカスト鋳造時にシリンダスリーブ内に嵌合された鋳造用金型の円柱状部分によってシリンダスリーブの前記一端部が内側から支えられるから、この一端部が薄く形成されているにもかかわらず、これが変形するのを防ぎながらダイカスト鋳造を行うことができる。

したがって、シリンダボディとシリンダヘッドとの合面に露出するシリンダスリーブの前記一端部の厚みを薄く形成し、前記合面の機械加工に要する時間を短縮することができる。この結果、製造コストがより一層低くなるシリンダボディを提供することができる。

請求項３記載の発明によれば、ゲートと対向するシリンダスリーブの一端部の厚みが薄く形成されているから、ゲートに隣接するシリンダボディの前記合面を大きく形成することなくゲートを最適な広さとなるように形成することができ、キャビティ内にゲートから溶湯が流入し易くなる。
したがって、キャビティ内に溶湯を高速で流入させることができるから、多数の放熱用フィンを有するシリンダボディであっても品質が高くなるように鋳造することができる。

請求項４記載の発明によれば、シリンダスリーブを鋳造用金型によって移動することがないように支持した状態でダイカスト鋳造を行うことができる。このため、鋳造毎にシリンダスリーブの位置が変わることがなく、鋳造毎のシリンダスリーブの加工量も一定量になるから、前記合面の加工に必要な時間も常に最短にすることができる。

請求項５記載の発明によれば、シリンダスリーブを囲むように鋳造されたシリンダボディの中心部にシリンダスリーブの突条が係合するから、シリンダボディの鋳造後にシリンダスリーブがシリンダボディ内から抜けるのを防ぐことができる。したがって、シリンダスリーブが強固に設けられたシリンダボディを提供することができる。

また、この発明によれば、シリンダスリーブと、シリンダボディの前記中心部との接触部分の面積が増大し、シリンダスリーブの熱が前記中心部に伝達され易くなるから、冷却性能が高いシリンダボディを提供することができる。

以下、本発明に係るエンジンのシリンダボディの製造方法によって製造されたシリンダボディの一実施の形態を図１〜図３によって詳細に説明する。
図１は本発明に係るシリンダボディを使用したエンジンの一部を示す断面図、図２は本発明に係るシリンダボディを鋳造するための鋳造用金型を示す断面図、図３は鋳造後のシリンダボディを示す斜視図である。

これらの図において、符号１で示すものは、この実施の形態によるシリンダボディ２を使用したエンジンを示す。このエンジン１は、自動二輪車に搭載される空冷式４サイクル単気筒型エンジンである。このエンジン１は、クランク軸３を回転自在に支持するクランクケース４と、このクランクケース４に取付けられた前記シリンダボディ２と、このシリンダボディ２の先端部に取付けられたシリンダヘッド５とを備えている。また、このエンジン１は、シリンダの軸線Ｃが車体の略前方を指向する状態で自動二輪車の車体フレーム（図示せず）に搭載されている。

前記シリンダボディ２は、アルミニウム合金を材料として後述する鋳造用金型６（図２参照）を用いたダイカスト鋳造法によって所定の形状に成形されている。このシリンダボディ２には、図１に示すように、ピストン７が嵌挿されるシリンダスリーブ１１が鋳ぐるみによって設けられている。

また、このシリンダボディ２には、図１に示すように、多数の放熱用フィン１２が一体に形成されているとともに、図３に示すように、チェーン室１３が形成されている。このチェーン室１３は、シリンダボディ２の一側部内をシリンダの軸線方向に貫通するように形成されている。

さらに、このシリンダボディ２の一端部には、図１および図３に示すように、シリンダボディ２を取付けるための取付座１４が設けられている。この取付座１４は、最もシリンダヘッド５に近接する位置にある放熱用フィン１２から段差をもってシリンダヘッド５側に突出するように形成されており、シリンダヘッド５との合面１５が形成されている。この合面１５には、前記シリンダスリーブ１１の一端部が露出している。

前記シリンダスリーブ１１は、鋳鉄によって円筒状に形成されており、その一端部１１ａがシリンダボディ２との合面１５に露出する状態でシリンダボディ２内に位置付けられている。
このシリンダスリーブ１１の外周部には、周方向に延びる複数の突条１６がシリンダスリーブ１１の軸線方向（シリンダの軸線方向）に間隔をおいて形成されている。これらの突条１６は、それぞれシリンダスリーブ１１の周方向に途切れることがないように形成されており、シリンダボディ２の中心部２ａ内に埋設されている。

このシリンダスリーブ１１の前記一端部１１ａの外径Ｄ１（図２参照）は、このシリンダスリーブ１１の他の部位（突条１６間に位置する主外周面）の外径Ｄ２に較べて小さく形成されている。すなわち、この一端部１１ａは、シリンダスリーブ１１の他の部位に較べて厚みが薄くなるように形成されている。
この一端部１１ａの端面は、シリンダヘッド５との合面１５の一部を構成するように、シリンダボディ２の鋳造後に機械加工によって平坦に形成される。この機械加工は、シリンダスリーブ１１の前記端面と、シリンダボディ２の端面とをたとえばフライスにより同時に切削することによって行われる。この機械加工を前記両端面に施すことによって、シリンダボディ２にシリンダヘッド５との合面１５が形成される。

前記シリンダヘッド５は、図１に示すように、前記ピストン７との間に燃焼室Ｓを形成する凹部２１と、この凹部２１に一端が開口する吸気ポート２２および排気ポート２３とが形成されている。また、このシリンダヘッド５には、吸気弁２４および排気弁２５と、これら両弁２４，２５を駆動するためのロッカーアーム式の動弁装置２６などが設けられている。この動弁装置２６のカム軸２７は、図示していないタイミングチェーンによってクランク軸３に接続されている。このタイミングチェーンは、前記シリンダボディ２のチェーン室１３内を通されてカム軸２７とクランク軸３とを接続している。

前記シリンダボディ２は、図２に示すように、鋳造用金型６を用いてダイカスト鋳造法によって鋳造されている。鋳造用金型６は、シリンダボディ２をシリンダヘッド５側から覆うように形成された固定金型３１と、この固定金型３１に対して接離する方向（図２においては上下方向）に移動可能な可動金型３２と、前記シリンダスリーブ１１内に嵌合する円柱状に形成されて前記可動金型３２に取付けられたボアピン３３と、このボアピン３３の周囲を囲むように前記固定金型３１と可動金型３２との間に位置付けられた４個のスライド金型３４とから構成されている。前記ボアピン３３によって、本発明でいう鋳造用金型の円柱状部分が構成されている。

前記ボアピン３３の先端部（図２において上端部）は、先端に向かうにしたがって次第に細くなる紡錘状に形成されており、図２に示す型締状態において、固定金型３１のランナー３５内に臨んでいる。このランナー３５の上流側の端部は、図示してはいない湯口に接続されている。また、前記ボアピン３３の基端部には、シリンダスリーブ１１のクランク室側の端面が当接する段部３３ａが形成されている。

前記シリンダスリーブ１１は、前記ボアピン３３が嵌合し、ボアピン３３の前記段部３３ａに支承された状態で前記金型６のキャビティ３６（図２参照）内に装填されている。このキャビティ３６内であって前記シリンダスリーブ１１と隣り合う位置には、前記チェーン室１３を成形するための中子（図示せず）が設けられている。

前記固定金型３１におけるランナー３５の下流側端部が形成されている端部には、シリンダスリーブ１１を前記段部３３ａとともに挟持するための４箇所の凸部３７が設けられている。これらの凸部３７は、シリンダスリーブ１１の周方向の４箇所に等間隔おいて離間するように設けられている。これらの凸部３７は、図２に示す型締状態において、シリンダスリーブ１１の前記一端部１１ａの端面に当接してここを他端側へ押圧する。

前記ランナー３５の下流側の端部は、前記シリンダスリーブ１１の一端部１１ａと対向する位置に形成されたゲート３８に接続されている。このゲート３８は、固定金型３１と前記ボアピン３３との間であって、４箇所の凸部３７のうち互いに隣り合う二つの凸部３７どうしの間に形成されている。すなわち、このゲート３８は、図３に示すように、ランナー３５内の溶湯をシリンダスリーブ１１の周囲の４箇所からキャビティ３６内に導くように形成されている。

図３は、ランナー３５からキャビティ３６に至る範囲の全域で溶湯が凝固してなる一つの鋳造物４１を途中で切断することなく鋳造用金型６から取出した状態で描いてある。鋳造用金型６に形成されたランナー３５、キャビティ３６の形状は、この鋳造物４１の形状に相当するから、図３においては、この鋳造物４１にランナー、ゲートおよびキャビティの符号３５，３８，３６を付している。

前記４個のスライド金型３４は、シリンダボディ２の周壁を成形するためのもので、図２に示すように、放熱用フィン１２を成形するための凹部４２が形成されている。これらのスライド金型３４は、シリンダスリーブ１１の径方向に移動できるように前記可動金型３２に支持されている。

次に、前記鋳造用金型６を使用してシリンダボディ２を製造する方法について説明する。
先ず、鋳造用金型６を型締めする以前に、シリンダスリーブ１１をボアピン３３に嵌合させ、ボアピン３３の段部３３ａに支承させる。そして、鋳造用金型６を図２に示したように型締めする。この型締めにより、シリンダスリーブ１１は、前記段部３３ａと固定金型３１の前記凸部３７とによって挟持される。

このように型締めした後、必要に応じてキャビティ３６内を減圧し、溶湯をランナー３５からゲート３８を通してキャビティ３６内に供給する。溶湯がゲート３８からキャビティ３６内に流入するときには、シリンダスリーブ１１の一端部１１ａが溶湯の圧力によって径方向の内側に押圧される。

しかし、この一端部１１ａの内側にはボアピン３３が嵌合しているから、この一端部１１ａは、上述したように溶湯の圧力によって押されたときにボアピン３３によって内側から支えられ、前記圧力によって変形するようなことはない。

溶湯が凝固した後、ランナー３５の湯口側の端部を湯口から切断し、可動金型３２、ボアピン３３および４個のスライド金型３４を固定金型３１から離間させる。そして、スライド金型３４をボアピン３３から離間するように移動させ、鋳造物４１を可動金型３２およびボアピン３３から取外す。

この鋳造物４１は、図３に示すように、ランナー３５内で溶湯が凝固してなるランナー内鋳造物４１ａと、ゲート３８内で溶湯が凝固してなるゲート内鋳造物４１ｂとが製品部分４１ｃと一体に成形されたものである。
この鋳造物４１からシリンダボディ２（製品部分４１ｃ）を得るためには、前記取付座１４とゲート３８との境界部分を切断し、取付座１４の切断端面に切削加工によってシリンダヘッド５との合面１５を形成することによって行う。

前記切断端面には、シリンダスリーブ１１の一端部１１ａが露出するから、この切断端面の加工時には、シリンダスリーブ１１の一端部１１ａも同時に切削される。この実施の形態によるシリンダスリーブ１１の前記一端部１１ａは、他の部位より外径が小さく形成されており、厚みが薄く形成されている。このため、前記切断した端面の切削加工は、シリンダスリーブ１１が相対的に硬度が高い鋳鉄によって形成されているにもかかわらず、相対的に短い時間で行うことができる。
このように取付座１４に平坦面からなる合面１５が形成されることによって、シリンダボディ２の製造工程が終了する。

したがって、この実施の形態によるシリンダボディ２およびその製造方法によれば、ダイカスト鋳造時にシリンダスリーブ１１内に嵌合されたボアピン３３によってシリンダスリーブ１１の前記一端部１１ａが内側から支えられるから、この一端部１１ａが相対的に薄く形成されているにもかかわらず、これが変形するのを防ぎながらダイカスト鋳造を行うことができる。
このため、シリンダボディ２とシリンダヘッド５との合面１５に露出するシリンダスリーブ１１の前記一端部１１ａの厚みを薄く形成することによって、前記合面１５の加工時間を短縮することができる。

この実施の形態によれば、鋳造用金型６のゲート３８と対向するシリンダスリーブ１１の一端部１１ａの厚みが薄く形成されているから、前記取付座１４を大きく形成することなくゲート３８を最適な広さとなるように形成することができ、キャビティ３６内にゲート３８から溶湯が流入し易くすることができる。
したがって、キャビティ３６内に溶湯を高速で流入させることができるから、多数の放熱用フィン１２を有するシリンダボディ２であっても品質が高くなるように鋳造することができる。

この実施の形態によれば、シリンダスリーブ１１を固定金型３１とボアピン３３とによって移動することがないように支持した状態でダイカスト鋳造を行うことができる。このため、鋳造毎にシリンダスリーブ１１の位置が変わることがなく、鋳造毎のシリンダスリーブ１１の加工量も一定量になるから、前記合面１５の加工に必要な時間も常に最短にすることができる。

この実施の形態によれば、シリンダスリーブ１１を囲むように鋳造されたシリンダボディ２の中心部２ａにシリンダスリーブ１１の突条１６が係合するから、シリンダボディ２の鋳造後にシリンダスリーブ１１がシリンダボディ２内から抜けるのを防ぐことができる。

また、この実施の形態によれば、シリンダスリーブ１１と、シリンダボディ２の前記中心部２ａとの接触部分の面積が増大し、シリンダスリーブ１１の熱が前記中心部２ａに伝達され易くなる。このため、エンジン１の冷却性能を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態では、空冷エンジンのシリンダボディに本発明を適用する例について説明したが、本発明は、水冷エンジンのシリンダボディにも適用できるし、多気筒エンジン用シリンダボディにも適用することができる。

本発明に係るシリンダボディを使用したエンジンの一部を示す断面図である。 本発明に係るシリンダボディを鋳造するための鋳造用金型を示す断面図である。 鋳造後のシリンダボディを示す斜視図である。

符号の説明

２…シリンダボディ、５…シリンダヘッド、６…鋳造用金型、１１…シリンダスリーブ、１１ａ…一端部、１４…取付座、１５…合面、３１…固定金型、３２…可動金型、３３…ボアピン、３４…スライド金型、３５…ランナー、３８…ゲート。

Claims (5)

1. シリンダスリーブが鋳ぐるみによりシリンダボディ内に設けられるダイカスト鋳造工程と、
   前記シリンダボディの一端部に前記シリンダスリーブの端面が露出するようにシリンダヘッドとの合面が形成される切削工程とを有し、
   前記シリンダスリーブの一端部の外径を、このシリンダスリーブの他の部位の外径に較べて小さく形成し、
   このシリンダスリーブ内に鋳造用金型の円柱状部分を嵌合させた状態でシリンダボディを鋳造し、
   前記切削工程において、シリンダスリーブの前記一端部の端面を、前記合面の一部を構成するように平坦に形成することを特徴とするエンジンのシリンダボディの製造方法。
2. シリンダスリーブが鋳ぐるみにより設けられ、前記シリンダスリーブの一端部がシリンダヘッドとの合面の一部を構成し、
   このシリンダボディは、鋳造用金型の円柱状部分が前記シリンダスリーブ内に嵌合した状態でダイカスト鋳造法によって成形され、
   前記シリンダスリーブの一端部の外径は、このシリンダスリーブの他の部位の外径に較べて小さく形成され、
   この一端部の端面は、鋳造後の切削加工によって形成されかつ前記合面の一部を構成する平坦面であることを特徴とするエンジンのシリンダボディ。
3. 請求項２記載のエンジンのシリンダボディにおいて、前記シリンダスリーブの一端部と対向する位置にゲートが形成された鋳造用金型によって成形されていることを特徴とするエンジンのシリンダボディ。
4. 請求項２または請求項３記載のエンジンのシリンダボディにおいて、前記シリンダスリーブの軸線方向の両端部が前記鋳造用金型によって挟持された状態で鋳造されていることを特徴とするエンジンのシリンダボディ。
5. 請求項２ないし請求項４のうち何れか一つに記載のエンジンのシリンダボディにおいて、前記シリンダスリーブの外周部には、周方向に延びる複数の突条がシリンダスリーブの軸線方向に間隔をおいて形成されていることを特徴とするエンジンのシリンダボディ。

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