(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端面側に燃焼室が形成されると共に該燃焼室が開口するガスケット面が形成され、他端面側がカム室をなし、該一端面側と他端面側の間の内部には該燃焼室を取り囲む位置にウォータージャケットが形成され、該一端面側には該ウォータージャケットの複数の冷却水穴が開口し、該他端面側には該燃焼室方向に向かって吸気バルブステム及び排気バルブステムの往復動作を摺動案内するための吸気バルブステム孔と排気バルブステム孔が開口するシリンダヘッドを鋳造するために、固定金型と、移動中子が摺動可能に設けられた可動金型とが型合わせされることにより、シリンダヘッド成形用キャビティが画成されると共に、該ガスケット面側に複数の幅木が突設されたウォータージャケット用砂中子を該固定金型に配列された複数の係合穴部に該複数の幅木を係合させることにより所定位置に保持し、型あわせの状態で該キャビティ内に溶湯を充填するシリンダヘッドの鋳造方法において、
該複数の幅木のうちの少なくとも１個に保持面積拡張部を一体に設け、該固定金型の分割面には該保持面積拡張部を収容可能な凹部を設け、該保持面積拡張部が該固定金型と該可動金型、又は該固定金型と該移動中子、又は該固定金型と該可動金型と該移動中子により挟持され、もってウォータージャケット用砂中子は該ガスケット面側のみで該所定位置に保持されることを特徴とするシリンダヘッドの鋳造方法。
【請求項２】
該保持面積拡大部は、該溶湯を該キャビティ内に充填する湯口近傍に設けられていることを特徴とする請求項１記載のシリンダヘッドの鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はシリンダヘッド及びその鋳造方法に関し、特に金型に対するウォータージャケット用砂中子のセット方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に示される従来のシリンダヘッド鋳造用金型で成形されたシリンダヘッド１０１を図６、図７に示す。従来のシリンダヘッドの一端面側は、ガスケット面１０２であり、他端面はカム室１１０をなす。一端面側には燃焼室１０６が形成され、また一端面側と他端面側の間の内部には燃焼室を取り囲む位置にウォータージャケット（図８のウォータージャケット用砂中子１４０相当）が形成されている。そしてウォータージャケットの複数の冷却水穴（図８の幅木１４１相当）が略同一円周上に沿って配列されて、ガスケット面に開口している。冷却水穴の同一円周の内側には、燃焼室の頂部領域が配置され、吸気ポート１０４と排気ポート１０５が開口している。
【０００３】
冷却水穴の同一円周の外側には、チェーンチャンバ１０８が配置される。チェーンチャンバ１０８内の空間には、図示せぬクランクシャフトの回転力を、カム室１１０内の動弁機構に伝達するための図示せぬチェーンが貫通して配置されている。
【０００４】
カム室１１０側には、図示せぬ吸気弁や排気弁のバルブステムが往復摺動する１対のステム貫通口１０４Ａ、１０５Ａが開口して形成されている。ステム貫通孔１０４Ａ、１０５Ａは、所望の挟み角をなすように燃焼室１０６方向に向かって互いに交差する方向に延びている。また、１対のステム貫通口の間であって、燃焼室の頂部の直上位置には、穴部１１０ａが形成される。
【０００５】
バルブステムを駆動するために、バルブステムの反バルブ側端面は、図示せぬロッカーアームに当接付勢され、ロッカーアームは図示せぬバルブカムの回転により揺動する。上記図示せぬチェーンがチェーンチャンバを通過してカム室に至り、カムシャフトを回転駆動している。
【０００６】
シリンダヘッドの鋳造に際しては、図８に示されるように固定金型１２１と、図示せぬ移動中子が摺動可能に設けられた可動金型１３０とが型合わせされることにより、シリンダヘッド成形用キャビティが画成される。ここで、横型ダイカスト鋳造機によりシリンダヘッドをアルミニウム合金に代表される軽合金で製造する場合、分割面１２１ａが鉛直面上にある固定金型にウォータージャケット用砂中子１４０をセットする。具体的には、ウォータージャケット用砂中子１４０の燃焼室側には、略同一円周上に配列された複数の燃焼室側幅木１４１が突出して設けられ、固定金型１２１の同一円周状に配列された複数の幅木係合穴部１２４に係合する。この幅木１４１が、製品のガスケット面に開口する冷却水穴となり、またウォータージャケット用砂中子１４０の中子砂を加熱崩壊させた後の砂出し穴となる。
【０００７】
また、重力によるウォータージャケット用砂中子１４０の倒れ、位置ずれを防止するため、及び溶湯圧による中子の位置ずれを防止する目的から、ウォータージャケット用砂中子１４０の反燃焼室側にも、上記複数の幅木とは反対方向に突出する反燃焼室側幅木１４２が設けられており、可動金型１３０側には、反燃焼室側幅木１４２と係合可能な鋳抜きピン１３２が設けられる。よって、ウォータージャケット用砂中子１４０は、その燃焼室側と反燃焼室側の両面で金型１２１，１３０に保持される。
【０００８】
製品では、この反燃焼室側幅木１４２相当位置が反燃焼室側に開口する穴部１１０ａとなり、ウォータージャケット用砂中子１４０を加熱して崩壊除去する際の砂出し穴として利用される。反燃焼室側の中子砂の容量が大きいので加熱が不十分となり、ガスケット面に開口する冷却水穴からのみの砂出しでは不十分であるからである。
【０００９】
なお、ウォータージャケット用砂中子自体を射出成形する際に、砂中子造型金型内での中子砂の行き渡りを良好にするためにも、略円筒形状をなすウォータージャケット用砂中子１４０の反燃焼室側中心部から中子砂を充填するのが効果的であるので、その位置に中子砂の充填口が設けられる。充填口は突出形状となっており、反燃焼室側幅木１４２がウォータージャケット用砂中子１４０の反燃焼室側の中心部に形成される。
【００１０】
重力鋳造法によるシリンダヘッドの鋳造の場合には、上述した燃焼室側の複数の幅木を下方に向けて下金型にセットする。ここでウォータージャケット用砂中子材料の比重は、軽合金溶湯材料であるアルミニウムの比重よりも小さいので、下金型下方からキャビティ内に充填された溶湯により、ウォータージャケット用砂中子が浮き上がる恐れがあり、それを防止するために、反燃焼室側に上述した反燃焼室側幅木を設け、上金型からピンを設置して、反燃焼室幅木を押圧する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のシリンダヘッドでは上述のように、１対のステム貫通口１０４Ａ、１０５Ａの間であって、燃焼室１０６の頂部の直上位置に穴部１１０ａが形成される。この位置はカム室１１０のウォータージャケットの上壁であって、吸気バルブステムと排気バルブステムとが狭角をなす付近にある。バルブ狭角は、エンジン出力の性能、燃費性能、排気ガスの浄化性能など、エンジン設計上エンジン性能に大きく影響する要素である。ここでバルブ狭角を広げる設計に対しては、穴部１１０ａは何ら設計の自由度を制約しないが、バルブ狭角を狭める設計に対しては、バルブステムが穴部１１０ａと干渉するのを避ける必要があるため、エンジン設計の自由度が大きく制限される。
【００１２】
また、完成品のシリンダヘッド１０１では、この穴部１１０ａは止め栓で閉塞される。カム室１１０は潤滑油で満たされるため、ウォータージャケット内の冷却水と潤滑油との混合を避けるためである。そのために、穴部１１０ａをタッピングし、止めプラグをねじ込むという後作業が必要となる。
【００１３】
そこで本発明は、バルブステムの挟角の設計自由度を高めることができ、ひいては、所望のエンジン性能を発揮でき、また、止めプラグが不要で、全体の製造工程が簡素化できるシリンダヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、一端面側に燃焼室６が形成されると共に該燃焼室が開口するガスケット面２が形成され、他端面側がカム室１０をなし、該一端面側と他端面側の間の内部には該燃焼室を取り囲む位置にウォータージャケット７が形成され、該一端面側には該ウォータージャケットの複数の冷却水穴７ａが開口し、該他端面側には該燃焼室６方向に向かって吸気バルブステム及び排気バルブステムの往復動作を摺動案内するための吸気バルブステム孔４Ａと排気バルブステム孔５Ａが開口するシリンダヘッドを鋳造するために、固定金型２１と、移動中子が摺動可能に設けられた可動金型３０とが型合わせされることにより、シリンダヘッド成形用キャビティ５０が画成されると共に、該ガスケット面２側に複数の幅木４１が突設されたウォータージャケット用砂中子４０を該固定金型２１に配列された複数の係合穴部に該複数の幅木４１を係合させることにより所定位置に保持し、型あわせの状態で該キャビティ５０内に溶湯を充填するシリンダヘッドの鋳造方法において、該複数の幅木４１のうちの少なくとも１個４１Ｘ、４１Ｙに保持面積拡張部４１Ａを一体に設け、該固定金型２１の分割面には該保持面積拡張部４１Ａを収容可能な凹部２５を設け、該保持面積拡張部４１Ａが該固定金型２１と該可動金型３０、又は該固定金型２１と該移動中子、又は該固定金型２１と該可動金型３０と該移動中子により挟持され、もってウォータージャケット用砂中子４０は該ガスケット面２側のみで該所定位置に保持されるシリンダヘッドの鋳造方法を提供している。
【００１５】
ここで、該保持面積拡大部４１Ａは、該溶湯を該キャビティ５０内に充填する湯口２２近傍に設けられていることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態によるシリンダヘッド及びその鋳造方法について図１乃至図５に基づき説明する。図１は、シリンダヘッド１のガスケット面側を示す平面図であり、ガスケット面２は、図示せぬシリンダブロックに当接するように平端面に仕上げられる。ガスケット面２の外形輪郭線付近には、図示せぬシリンダブロックに固定するためのヘッドボルト挿通孔３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄが形成されている。ガスケット面２には、球面の一部をなし吸気ポート４と排気ポート５とが開口する燃焼室６が開口している。シリンダヘッド１内には、燃焼室６を取り囲む位置にウォータージャケット７が形成され、複数のウォータージャケット冷却水穴７ａが同一円周上にガスケット面２に開口して配置されている。
【００１７】
図２は、シリンダヘッド１のカム室１０側を示し、カム室１０内には、吸気ポート４と排気ポート５とを開閉するための図示せぬ吸気弁と排気弁の吸気弁ステムと排気弁ステムの往復動作を摺動案内するための図示せぬバルブガイドが挿入される吸気バルブガイド挿入部（吸気バルブステム孔）４Ａと排気バルブガイド挿入部（排気バルブステム孔）５Ａが開口している。これらステム孔４Ａ、５Ａは、図３に示されるように所望の挟み角θをなすように燃焼室６方向に向かって互いに交差する方向に延びている。そしてカム室１０の底壁をなしウォータージャケット７の上壁に相当する位置であって、吸気バルブステム孔４Ａと排気バルブステム孔５Ａとが開口する位置の間は、燃焼室６の上方位置であり、この部分には図６に示される穴部１１０ａは形成されておらず、すべて金属材料で占有された連続面をなしている。なお図３では、吸気バルブステム孔４Ａと、排気バルブステム孔５Ａは、燃焼室６内に貫通する形状になっていない。これは、鋳造時の形状であり、後加工により燃焼室６に至るまで貫通させ、図示せぬ吸気バルブガイドや排気バルブガイドが貫通穴に嵌入される。
【００１８】
冷却水穴７ａの同一円周内の略円形領域の外側には、チェーンチャンバ８が配置される。チェーンチャンバ８は、カム室１０（図２）側にも開口している。カム室１０内の空間には、図示せぬ吸気弁と排気弁を動弁するための図示せぬカムシャフトが配置され、カムシャフトのカム山と摺接する図示せぬロッカーアームが揺動自在に支持される。そして図示せぬ反バルブ側のバルブステムの先端がロッカーアームに付勢されている。上述のチェーンチャンバ８は、図示せぬクランクシャフトの回転を図示せぬスプロケットを介してカムシャフトに伝達するための図示せぬチェーンが通過するためのものである。クランクシャフトの回転がチェーンを介してカムシャフトを回転させ、カムシャフトの回転によってロッカーアームを揺動させ、その結果吸気弁と排気弁が往復動作して吸気ポートと排気ポートをそれぞれ開閉する。なおチェーンチャンバ８は、チェーンを走行させる空間であるが、チェーンに代えて無端ベルトやカムギアトレインとしてもよい。
【００１９】
次に上記シリンダヘッドを鋳造するための鋳造装置２０及びウォータージャケット用砂中子４０について図１乃至図４に基づき説明する。本実施の形態の鋳造装置は横型のダイカスト鋳造装置であり、固定金型２１と可動金型３０を有し、固定金型２１と可動金型３０とが当接した時にシリンダヘッド形状のキャビティが画成される。固定金型２１は、可動金型３０と対向する面（分割面２１ａ）が鉛直方向に延び、シリンダヘッド１のガスケット面２を形成する面をなす。この面には、金型キャビティ５０の下端部に開口接続される湯口２２が開口し、湯口２２はランナー部２６に接続される。ランナー部２６は図示せぬ射出シリンダと接続されている。
【００２０】
更に、固定金型２１には、燃焼室成形部２３が可動金型３０方向に突出して設けられ、燃焼室成形部２３の周囲には、ウォータージャケット用砂中子４０の一端面から同一円周上に突出して設けられた後述する複数の幅木４１を挿通させるための複数の幅木係合穴２４が、略同一円周上に形成されている。加えて、固定金型２１には吸気ポート用砂中子や排気ポート用砂中子の幅木と係合するポート中子用幅木係合部（図示せず）が設けられている。
【００２１】
ウォータージャケット用砂中子４０は、図５に示されるように、略円筒形状の中子本体部４０Ａと複数の燃焼室側幅木４１とを有する。中子本体部４０Ａは、燃焼室６を取り囲む形状をなすと共に、図示せぬ吸気ポート用中子挿通穴４１ａと図示せぬ排気ポート用中子挿通穴４１ｂが形成されている。複数の燃焼室側幅木４１は、中子本体部４０Ａの燃焼室側端面から中子本体部４０Ａの略軸方向に突出して設けられている。またウォータージャケット用砂中子４０を固定金型２１にセットしたときに最も湯口２２側に位置する燃焼室側幅木４１Ｘ、４１Ｙには、保持面積拡大部４１Ａ、４１Ａが一体に、且つ燃焼室側幅木４１Ｘ、４１Ｙの先端から直角方向に中子本体部４０Ａの半径方向外方に延びて設けられる。固定金型２１の分割面２１ａには、上記保持面積拡大部４１Ａ、４１Ａを収容可能な１対の凹部２５が形成されている。凹部２５の深さは、保持面積拡大部４１Ａの厚さｔに略等しく形成される。
【００２２】
ウォータージャケット用砂中子４０は、加振することにより崩壊し、外面に塗型が施された崩壊性中子であり、中子除去工程において、成形されたシリンダヘッド素材を加振することにより崩壊可能な、市販の軽合金用易崩壊性中子砂を用いるのが好ましい。例えば特開平１―１３３６３９号公報や、特開昭６４−４８６３８号公報記載の材料で、中子素材や塗型を製造するのが好ましい。
【００２３】
可動金型３０は、固定金型２１に対して当接・離間可能に水平方向に移動可能に設けられ、主にシリンダヘッド１のガスケット面２とは反対側のカム室１０側を形成する。また可動金型３０には、チェーンチャンバ形成用突部３１が固定金型２１に向かって設けられる。チェーンチャンバ形成用突部３１の長さは、型閉め時にチェーンチャンバ形成用突部３１の先端面３１Ａが、ガスケット形成面２１ａと略同一面上に位置する長さであり、かつ固定金型２１と協働して保持面積拡大部４１Ａを崩壊させない程度に押圧保持可能な長さである。よって、チェーンチャンバ形成用突部３１により、ガスケット面２側とカム室１０側とが連通するとともに、ウォータージャケット用砂中子４０が所定位置に保持可能となる。可動金型３０のチェーンチャンバ形成用突部３１より上方部位は、ウォータージャケット用砂中子４０の上面４０ａと対向する位置にあり、鋳抜きピンの挿通のない平坦面３１Ｂをなす。なお、可動金型３０には製品のアンダーカット部を成形するための図示せぬ移動中子が、所定方向に往復動作可能に設けられている。
【００２４】
次に上述したシリンダヘッド鋳造用金型を用いたシリンダヘッドの鋳造工程について説明する。ウォータージャケット用砂中子４０の複数の幅木４１を幅木係合穴２４に挿入する。係合が完了したときは、保持面積拡大部４１Ａは凹部２５内に位置する。次に可動金型３０の移動中子を所定位置まで摺動移動させ、移動完了後に可動金型３０を固定金型２１方向に水平移動して型合わせがなされる。この状態では、チェーンチャンバ形成用突部３１の先端面３１Ａは、ガスケット形成面２１ａと略同一面上に位置しており、かつ固定金型２１と協働して保持面積拡大部４１Ａを崩壊させない程度に押圧保持している。よってウォータージャケット用砂中子４０は、その燃焼室側のみで金型に保持されることになる。
【００２５】
次に、アルミニウム合金等の溶湯がランナー部２６、湯口２２を通じて金型キャビティ５０内に射出充填され、シリンダヘッド素材が鋳造される。このとき保持面積拡大部４１Ａは、湯口２２に最も近い幅木４１Ｘ、４１Ｙに一体に設けられているので、溶湯がキャビティに流入した直後の最も溶湯の挙動が活発な場所で、ウォータージャケット用砂中子４０が保持されていることになり、溶湯流によるウォータージャケット用砂中子４０のずれを効果的に防止することができる。
【００２６】
また、可動金型３０の平坦面３１Ｂが、ウォータージャケット用砂中子４０の上面４０ａと所定の隙間で対向しており、この隙間は、ウォータージャケット７の上壁部分であって、吸気バルブステム孔４Ａと排気バルブステム孔５Ａとが開口する位置の間かつ燃焼室６の上方位置部分に相当する。この隙間に溶湯が平坦状にかつ穴が形成されることなく充填される。
【００２７】
溶湯が固化した後で、図示せぬ移動中子を後退摺動させて、シリンダヘッド素材を可動金型３０から分離させる。分離後、固定金型２１や可動金型３０に離型剤を塗布し、エアーブローして清掃する。次にシリンダヘッド素材を加振すると、ウォータージャケット用砂中子４０や図示せぬポート中子が崩壊し、シリンダヘッド素材から除去される。この場合に図６に示されるようなカム室側に開口する穴１１０ａが形成されていないが、ウォータージャケット用砂中子４０は加振することにより崩壊する軽合金用易崩壊性中子砂により造型されているため、加熱などの砂焼きをしなくても加振処理だけで崩壊可能であって、冷却水穴７ａのみを通じてウォータージャケットの外部に中子砂を排出することができる。
【００２８】
本発明によるシリンダヘッド及びその鋳造方法は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、上述した実施の形態では、湯口２２側に保持面積拡大部４１Ａが配置するように特定の幅木４１Ｘ、４１Ｙに保持面積拡大部４１Ａを設けているが、鋳造製品の寸法精度が維持できるのであれば、保持面積拡大部は特定の幅木以外の別の幅木に設けてもよく、特定の幅木と別の幅木との両方に設けてもよい。
【００２９】
また上述した実施の形態では、保持面積拡張部４１Ａは、固定金型２１の凹部２５と可動金型のチェーンチャンバ形成用突部３１の先端面３１Ａとの間で、保持されるようにしているが、ウォータージャケット用砂中子の保持位置がガスケット面側のみである限り、このような場所に限定されず、保持面積拡張部の形状や該拡張部をいずれの幅木に一体に設けるか等に応じて、固定金型と移動中子との間や、固定金型と可動金型と移動中子の３者間で保持してもよい。
【００３０】
また、上述した実施の形態では、加振処理のみで崩壊可能な崩壊性中子を使用しているが、このような材料に限定されない。また、崩壊性中子を用いた場合に、加振処理による中子の除去を一層容易にするために、加振処理に先立って、中子砂のバインダが熱分解する温度域まで、シリンダヘッド素材を加熱してもよい。
【００３１】
また、上述した実施の形態は、単気筒のエンジンに関するものであるが、本発明は多気筒エンジンにも適用可能であり、また、１気筒当たり吸気弁と排気弁の合計数が３個以上のエンジンにも適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１記載のシリンダヘッドの鋳造方法によれば、ウォータージャケット用砂中子のガスケット面側の複数の幅木の少なくとも１個に、保持面積拡張部を設け、保持面積拡張部が固定金型と可動金型、又は固定金型と移動中子、又は固定金型と可動金型と移動中子のみによって保持され、もってウォータージャケット用砂中子はガスケット面側のみで所定位置に保持するようにしているので、ウォータージャケット用砂中子の反燃焼室側に幅木を設ける必要がなく、また砂中子の反燃焼室側を保持するための金型面の加工や鋳抜きピンの設置が不要となる。
【００３３】
請求項２記載のシリンダヘッドの鋳造方法によれば、保持面積拡大部が湯口付近にあるため、湯口より流出する溶湯が保持面積拡大部付近に流れ出た後にキャビティ内に充填される。よって、溶湯流によるウォータージャケット用砂中子のずれを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるシリンダヘッドをガスケット面側から視た平面図。
【図２】本発明の実施の形態によるシリンダヘッドをカム室側から視た平面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。
【図４】本発明の実施の形態によるシリンダヘッド鋳造方法を実施する横型鋳造装置の概略断面図。
【図５】本発明の実施の形態によるシリンダヘッド鋳造方法に用いられるウォータージャケット用砂中子を示す斜視図。
【図６】従来のシリンダヘッドをカム室側から視た平面図。
【図７】ウォータージャケット用砂中子を除去する前の状態の図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図。
【図８】従来のシリンダヘッド鋳造方法を実施する横型鋳造装置の概略断面図。
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
２  ガスケット面
４Ａ，５Ａ  バルブステム孔
６  燃焼室
７  ウォータージャケット
７ａ  冷却水穴
８  チェーンチャンバ
１０  カム室
２１  固定金型
２４  幅木係合穴
２５  凹部
３０  可動金型
３１  チェーンチャンバ形成用突部
４０  ウォータージャケット用砂中子
４０Ａ  中子本体部
４１、４１Ｘ、４１Ｙ  燃焼室側幅木
４１Ａ  保持面積拡大部
【図１】
0003713462.tif 000002
【図２】
0003713462.tif 000003
【図３】
0003713462.tif 000004
【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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