(57)【要約】      （修正有）【課題】排気ポートに鋳込む断熱部材とシリンダヘッドとの間に簡単に空間が形成され得るシリンダヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】シリンダヘッド１０の排気ポート１１を形成するための中子として、膨張可能な中空部材を、中空部材の両端部を排気ポートの２つの開口予定部１１ａ，１１ｂに位置決めして、シリンダヘッド１０の型に設置する工程と、型内に溶湯を注湯し、中空部材を膨張させる工程と、溶湯を冷却して、中空部材を収縮させ、中空部材の外部とシリンダヘッド１０との間に空間１５を形成する冷却工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドの排気ポートを形成するための中子として、膨張可能な中空部材を、前記中空部材の両端部を前記排気ポートの２つの開口予定部に位置決めして、前記シリンダヘッドの型に設置する工程と、
前記型内に溶湯を注湯し、前記中空部材を膨張させる工程と、
前記溶湯を冷却して、前記中空部材を収縮させ、前記中空部材の外部と前記シリンダヘッドとの間に空間を形成する工程と、
を有するシリンダヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記中空部材は、前記中空部材の内圧の変化に応じて膨張及び収縮することにより前記空間を形成する低剛性部と、前記低剛性部よりも剛性が高く、冷却された前記溶湯に保持される高剛性部とを含むことを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記中空部材には、前記排気ポートの入口側の端部と出口側の端部とを結ぶ部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記空間から空気を吸い出す工程と、
前記吸い出す工程における空気の流路を密閉する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のシリンダヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダヘッドの型に溶湯を注湯してシリンダヘッドを製造する技術が知られている。特に、シリンダヘッドの排気ポートを製造する場合、排気ポートが形成される部分に砂型の崩壊性中子を設置しておいてから型に溶湯を注湯し、溶湯が凝固した後に崩壊性中子を崩壊することで、排気ポートが製造される。
【０００３】
また、排気ポート内に流れる排気の排気熱をシリンダヘッドに伝わりにくくするために、排気ポートに排気ポートライナを装着する技術も知られている。例えば、特許文献１では、排気ポートライナの外面側に凹溝を格子状に多数設けることで、シリンダヘッドと排気ポートライナとの間に空気層を形成して断熱効果を図ることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平５−４２６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された技術では、排気ポートライナに凹溝を格子状に多数設けてから鋳ぐるむという複雑な製造工程を経てシリンダヘッドを製造しなければならないという問題点がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、排気ポートに鋳込む断熱部材とシリンダヘッドとの間に簡単に空間が形成され得るシリンダヘッドの製造方法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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のシリンダヘッドの製造方法は、シリンダヘッドの排気ポートを形成するための中子として、膨張可能な中空部材を、中空部材の両端部を排気ポートの２つの開口予定部に位置決めして、シリンダヘッドの型に設置する工程と、型内に溶湯を注湯し、中空部材を膨張させる工程と、溶湯を冷却して、中空部材を収縮させ、中空部材の外部とシリンダヘッドとの間に空間を形成する工程と、を有する。
この構成によれば、中空部材の膨張と収縮とにより、中空部材と冷却された溶湯との間に空間を形成することができる。ここで、中空部材は、その材料の熱膨張によって膨張、収縮するのみならず、中空部材を密閉構造にした場合にあっては、その内圧の変化に起因して膨張、収縮することができる。なお、中空部材の端部を閉じた構造とした場合等には、中空部材を排気ポートライナとして機能させるべく、中空部材の一端部又は両端部を切断する工程を含めてもよい。
【０００８】
また、本発明のシリンダヘッドの製造方法では、中空部材は、中空部材の内圧の変化に応じて膨張及び収縮することにより空間を形成する低剛性部と、低剛性部よりも剛性が高く、冷却された溶湯に保持される高剛性部とを含むことを特徴としている。
この構成によれば、中空部材のうち低剛性部を変形させることで、空間を形成できると共に、高剛性部を冷却された溶湯に保持できる。
【０００９】
また、本発明のシリンダヘッドの製造方法では、中空部材には、排気ポートの入口側の端部と出口側の端部とを結ぶ部材が設けられていることを特徴としている。
この構成によれば、中空部材における排気ポートの入口側の端部と出口側の端部とを結ぶ方向に中空部材が膨張することを抑えることができると共に、シリンダヘッドと中空部材との接合強度を高めることができる。
【００１０】
また、本発明のシリンダヘッドの製造方法は、空間から空気を吸い出す工程と、吸い出す工程における空気の流路を密閉する工程と、をさらに含むことを特徴としている。
この構成によれば、空間内の空気が減少し、排気の熱がシリンダヘッドに伝わりづらくなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、排気ポートに鋳込む断熱部材とシリンダヘッドとの間に簡単に空間を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】シリンダヘッドの部分断面図の一例である。
【図２】中空部材を設置する工程を説明するための図である。
【図３】中空部材の側面図の一例である。
【図４】型内に溶湯を注湯する工程を説明するための図である。
【図５】溶湯を冷却する工程を説明するための図である。
【図６】中空部材の両端部を切断する工程を説明するための図である。
【図７】空間から空気を吸い出す工程及び空気の流路を密閉する工程を説明するための図である。
【図８】中空部材の他の側面図及び断面図の一例である。
【図９】シリンダヘッドの他の部分断面図の一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本実施例に係るシリンダヘッド１０の部分断面図の一例である。
シリンダヘッド１０は、排気ポートライナ２０、排気バルブ３０を備えている。
【００１５】
排気ポートライナ２０は、シリンダヘッド１０に形成された排気ポート１１に設けられている。排気ポートライナ２０は、シリンダヘッド１０の排気ポート１１の形状に沿って形成されている。特に、排気ポートライナ２０の一端は、排気ポート１１の出口側の開口部１１ａに位置決めされている。排気ポートライナ２０の他端は、排気ポート１１の入口側の開口部１１ｂに位置決めされている。排気ポートライナ２０の形状は、筒状である。排気ポートライナ２０には、燃焼室から排出された排気が流通する。排気ポートライナ２０を通過した排気は、エキゾーストマニホールドに流入する。
【００１６】
シリンダヘッド１０と排気ポートライナ２０との間には、空間１５が設けられている。この空間１５は、後述する断熱効果の観点から、真空であることが望ましいが、空気が存在していてもよい。空間１５によって、排気ポートライナ２０の熱がシリンダヘッド１０に伝わりづらくなる。すなわち、排気ポート１１を流れる排気の熱がシリンダヘッド１０に逃げることが抑制される。
【００１７】
例えば、エキゾーストマニホールドの下流に設けられた三元触媒を排気によって速やかに暖機する場合、シリンダヘッド１０が暖機されていないと、排気ポート１１を流れる排気の熱がシリンダヘッド１０に逃げ、排気の温度が低下する可能性がある。このような場合、排気による三元触媒の速やかな暖機が遅れるおそれが生じる。しかし、本実施例では、空間１５によって、排気ポート１１を流れる排気の熱がシリンダヘッド１０に伝わりづらくなっているため、三元触媒は速やかに暖機される。
【００１８】
排気バルブ３０は、燃焼室を開閉する。排気バルブ３０が開くと燃焼室の排気が排気ポート１１に排出される。
【００１９】
続いて、本実施例に係るシリンダヘッド１０の製造方法について図２から図６を参照して説明する。
図２は、中空部材２１を設置する工程を説明するための図である。図３は、中空部材２１の側面図の一例である。図４は、型５０内に溶湯４０を注湯する工程を説明するための図である。図５は、溶湯４０を冷却する工程を説明するための図である。図６は、中空部材４０の両端部を切断する工程を説明するための図である。尚、本実施例では、中空部材２１の両端が密閉されている場合について説明する。
【００２０】
シリンダヘッド１０は、図４乃至図６に示すように、シリンダヘッド１０の形状となるように構成された型５０内に溶湯４０が注湯され、この溶湯４０が冷却されることによって製造される。特に、図２に示すように、排気ポート１１となる部分や排気バルブ３０が取り付けられる部分などには、注湯前に中空部材２１や中子３１が設置される。これにより、排気ポート１１となる部分などへの溶湯４０の注湯が除外される。そして、中子３１は、溶湯４０が冷却されると崩されたり取り除かれたりして、結果として、排気バルブ３０が取り付けられる部分がシリンダヘッド１０内に形成される。一方、中空部材２１は、後に詳述するが、両端部が切断されて、排気ポート１１及び排気ポートライナ２０を形成する。
【００２１】
中空部材２１は、図２に示すように、排気ポート１１を形成するための中子として使用されると共に、後述の切断工程が完了すると、排気ポートライナ２０として使用される。
【００２２】
中空部材２１は、排気ポート１１を形成する部分に設置される。具体的には、中空部材２１の両端部が排気ポート１１の２つの開口予定部１１ａ,１１ｂ（図１参照）に位置決めされる。中空部材２１は、図２に示すように、溶湯４０が注湯される型５０によって支持されてもよいし、型５０の外から把持具によって把持されてもよい。特に、型５０内に溶湯４０が注湯された際に、中空部材２１が浮力により浮き上がることを防止するために、中空部材２１の内部にバラストなどの錘を配置することが望ましい。
【００２３】
また、中空部材２１は、図３に示すように、弧状となっており、低剛性部２１ａと高剛性部２１ｂとを含む。低剛性部２１ａは、中空部材２１の内圧の変化に応じて膨張及び収縮することにより空間１５を形成する。高剛性部２１ｂは、低剛性部２１ａよりも剛性が高く、冷却された溶湯に保持される。尚、低剛性部２１ａ、高剛性部２１ｂは、溶湯の熱を受けることによって、熱膨張もする。このため、低剛性部２１ａは、内圧の変化だけでなく熱膨張によっても膨張する。密閉された中空部材２１は、２枚の平らな部材をモナカ型に変形し、凹んだ部分が対向するように突き合わせ、これらの端部を溶接し、密閉することにより製造される。高剛性部２１ｂは、溶接された部分に相当する。すなわち、高剛性部２１ｂの剛性は、溶接により、結果的に、低剛性部２１ａの剛性より高くなる。尚、中空部材２１の材料としては、排気ポート１１の壁面温度に対する耐熱性を考慮して、ＳＵＳ３００〜４００番代のステンレス鋼を使用すればよい。
【００２４】
中空部材２１は、内部の圧力が上昇すると膨張する。特に、高剛性部２１ｂに比べて剛性の低い低剛性部２１ａが変形することにより、中空部材２１は膨張する。逆に、内部の圧力が低下すると収縮する。この場合、高剛性部２１ｂに比べて剛性の低い低剛性部２１ａが変形することにより、中空部材２１は収縮する。
【００２５】
中空部材２１の内部に充填される気体は空気であればよい。また、図２に示すように、液体２２が含まれるようにしてもよい。この液体２２は、常温において液体を保ち、溶湯４０が型５０内に注湯された場合に気化することで中空部材２１の膨張効果、収縮効果が向上するような材料であることが望ましい。例えば、アルミニウムの融点が約６６０℃であることに鑑みれば、約６６０℃以上の温度では気化している材料であることが好ましい。さらに、空気以外のガスを中空部材２１に充填させ密閉してもよく、この場合には、中空部材２１に密閉栓を取り付けてガスを封入してもよい。
【００２６】
型５０内に溶湯４０が注湯されると、図４に示すように、中空部材２１の内部の空気が温められ、内圧が上昇する。また、液体２２も気体２２に状態変化し、内圧が上昇する。このため、低剛性部２１ａが溶湯４０を押し退けて変形することで、中空部材２１が膨張する。さらに、中空部材２１は、溶湯４０の熱を受けることによっても膨張する。
【００２７】
次いで、図５に示すように、溶湯４０が冷却されると、溶湯４０は凝固する。溶湯４０の冷却は自然冷却でもよいし、強制冷却でもよい。溶湯４０が冷却されると、中空部材２１内部の空気や気体２２も液体２２に戻る。これにより、中空部材２１の内部の圧力は低下し、中空部材２１は収縮する。また、中空部材２１は、溶湯４０の冷却に伴って熱収縮もする。この結果、凝固した溶湯４０と中空部材２１との間に空間１５が形成される。一方、高剛性部２１ｂは、溶湯４０の凝固の過程で、溶湯４０に鋳込まれていく。
【００２８】
溶湯４０が凝固し、空間１５が形成されると、図６に示すように、型５０や排気バルブ３０用の中子３１が外されたり、崩されたりする。型５０や中子３１が外されると、これに引き続き、中空部材２１の両端部が切断される。また、溶湯４０が凝固すると、高剛性部２１ｂは、凝固した溶湯４０と強固に固定される。これにより、排気ポートライナ２０として機能した場合に、内燃機関に揺れが生じても、排気ポートライナ２０のシリンダヘッド１０内での位置ずれが抑えられる。切断後、排気ポート１１の開口部１１ｂ付近には、バルブシートが圧入される。これにより、排気ポートライナ２０とシリンダヘッド１０との間に空間１５が形成されたシリンダヘッド１０が製造される。
【００２９】
図７は、空間１５から空気を吸い出す工程及び空気の流路を密閉する工程を説明するための図である。
図６において、空間１５に空気が存在する場合、図７（ａ）に示すように、当該空間１５から例えばバキュームポンプ６０で空気を吸い出す。次いで、図７（ｂ）に示すように、吸い出した際の空気の流路を密閉栓６１で密閉することで真空にする。空間１５が真空となることで、空間１５に空気が存在する場合と比べて、断熱効果が向上する。
【実施例２】
【００３０】
続いて、本発明の第２実施例について図８及び図９を参照して説明する。
【００３１】
図８は、中空部材２１の他の側面図及び矢視Ａの断面図の一例、図９は、シリンダヘッド１０の他の部分断面図の一例である。
第２実施例における中空部材２１は、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、２枚の部材の間に補強部材２１ｃが形成されている点で第１実施例における中空部材２１と相違する。すなわち、補強部材２１ｃは、排気ポート１１の入口側の端部と出口側の端部とを結びつつ、高剛性部２１ｂによって挟まれている。補強部材２１ｃの材質は、凝固した溶湯４０との接合強度を高めることに鑑みて、例えば、溶湯４０の成分であるアルミニウムの熱膨張率と概ね一致する材質のものが望ましい。
【００３２】
補強部材２１ｃは、図８（ｂ）に示す場合において、矢印Ｃの方向に中空部材２１が膨張することを抑制する。具体的には、中空部材２１は矢印Ｂの方向に広がりやすいが、補強部材２１ｃによって、矢印Ｃの方向に広がりにくくなる。
【００３３】
また、図９に示すように、補強部材２１ｃは、シリンダヘッド１０の内部に形成される。補強部材２１ｃは、紙面手前側及び紙面奥側にも延びており、溶湯４０が凝固していく過程で、溶湯４０内で補強部材２１ｃの両端部（溶接ビード部）も一体にして凝固する。このため、排気ポートライナ２０とシリンダヘッド１０との固定が、補強部材２１ｃがない場合に比べて、さらに強固なものになる。
【００３４】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上述した実施例では、排気ポートライナ２０は、冷却によって中空部材２１が自然に収縮した形状となるが、空間１５を加圧したり減圧したりして、排気ポートライナ２０の形状を設計に応じた所望の形状とするようにしてもよい。
【００３５】
また、上述した実施例１及び２では、中空部材２１の両端部が密閉された形状について説明したが、中空部材２１は両端部が開放した筒状の形状であってよいし、一端部が開放した形状であってもよい。このような場合、中空部材２１は、熱膨張と熱収縮とにより空間１５を形成する。そして、中空部材２１の形状が筒状であれば、中空部材２１の両端部を切断する工程が不要となる。中空部材２１の一端部が開放した形状であれば、中空部材２１の一方の端部を切断する工程が不要となる。さらに、このような中空部材２１における開口された端部は、シリンダヘッド１０の端面や表面が加工される際に、併せて加工されてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０  シリンダヘッド
１１  排気ポート
２０  排気ポートライナ
２１  中空部材
２１ａ  低剛性部
２１ｂ  高剛性部
２１ｃ  補強部材
２２  液体（気体）
３０  排気バルブ
４０  溶湯
５０  型
６０  バキュームポンプ
６１  密閉栓
【図１】
2011236832.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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