(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持段差（１２Ｂ）が設けられる第１の部材（１０Ｂ）と、
前記第１の部材（１０Ｂ）と対応する貫通孔が設けられていると共に、下部が前記第１の部材（１０Ｂ）の支持段差（１２Ｂ）に支持される第２の部材（１０Ｃ）と、
第１の部材（１０Ｂ）と面接触する第１の摩擦溶接界面（１０Ｈ）と、第２の部材（１０Ｃ）と面接触する第２の摩擦溶接界面（１１Ｈ）とが下部に設けられている摩擦接合部材（１０Ａ）と、を備え、
前記摩擦接合部材（１０Ａ）は、位置が相対的に固定される第１の部材（１０Ｂ）と第２の部材（１０Ｃ）とを押圧しつつ、圧力の存在下で移動することによって、第１の摩擦溶接界面（１０Ｈ）と第２の摩擦溶接界面（１１Ｈ）の温度を上昇させ、かつ圧力が存在したまま移動を停止させることによって、第１の摩擦溶接界面（１０Ｈ）と第２の摩擦溶接界面（１１Ｈ）の温度を低下させて冷却させることによって、前記第１の部材（１０Ｂ）と前記第２の部材（１０Ｃ）とを摩擦接合部材（１０Ａ）を介して接続させて構成されることを特徴とし、
前記摩擦接合部材（１０Ａ）は、段差状となっており、摩擦接合部材（１０Ａ）における第１の摩擦溶接界面（１０Ｈ）と第２の摩擦溶接界面（１１Ｈ）とは、落差を有する平面および/または曲面に位置していることを特徴とする摩擦溶接構造部材。
【請求項２】
第１の部材（１０Ｂ）には、第１の部材の内孔（１１Ｂ）が設けられており、
摩擦接合部材（１０Ａ）には、摩擦接合部材の内孔（１１Ａ）が設けられており、
第１の部材（１０Ｂ）と第２の部材（１０Ｃ）とを摩擦接合部材（１０Ａ）を介して接続してなる摩擦溶接構造部材では、摩擦接合部材の内孔（１１Ａ）は、第１の部材の内孔（１１Ｂ）と連通していることを特徴とする請求項１に記載の摩擦溶接構造部材。
【請求項３】
摩擦接合部材（１０Ａ）の外周縁および/または摩擦接合部材（１０Ａ）の内周縁には、摩擦接合部材係合縁（１２Ａ）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦溶接構造部材。
【請求項４】
摩擦接合部材（１０Ａ）には、摩擦接合部材補強縁（１０Ｄ）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦溶接構造部材。
【請求項５】
摩擦接合部材（１０Ａ）における第１の摩擦溶接界面（１０Ｈ）と第２の摩擦溶接界面（１１Ｈ）とは、同一の平面および/または同一の曲面に位置していることを特徴とする請求項１に記載の摩擦溶接構造部材。
【請求項６】
摩擦接合部材（１０Ａ）は、位置が相対的に固定される第１の部材（１０Ｂ）と第２の部材（１０Ｃ）とを押圧しながら、圧力の存在下で回転移動または往復移動することを特徴とする請求項１に記載の摩擦溶接構造部材。
【請求項７】
第１の部材（１０Ｂ）、第２の部材（１０Ｃ）および/または摩擦接合部材（１０Ａ）は、金属材および/または合成材料によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の摩擦溶接構造部材。
【請求項８】
第１の部材（１０Ｂ）、第２の部材（１０Ｃ）および/または摩擦接合部材（１０Ａ）は、アルミ合金、マグネシウム合金および/またはチタン合金材料によって形成されることを特徴とする請求項７に記載の摩擦溶接構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦溶接構造部材に関し、さらに上記摩擦溶接構造部材を用いた水冷式内燃機関のシリンダヘッドおよびこのシリンダヘッドを備える水冷式内燃機関、ならびに上記水冷式内燃機関が搭載された機械装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水冷式内燃機関のシリンダヘッド、特に多気筒のシリンダヘッドでは、ウオータージャケットは、シリンダヘッドの胴体内に密閉されるとともにその形状が複雑であるため、従来の砂中子による鋳造において、製造プロセスが複雑であり、砂型鋳造が困難であり、表面が粗いと共に清掃が困難であり、コストが高く、汚染が大きい。そのため、軽合金ダイカストによって水冷式内燃機関のシリンダヘッドを製造可能な新規の水冷式内燃機関のシリンダヘッドの構成および構造の開発が切に希望されている。
【０００３】
特許文献ＣＮ２０２９９１２５４ＵおよびＣＮ１０３４５２６９０Ａには、シリンダヘッドを上下の２つのシリンダヘッド体に分割して製造した後、これら上下の２つのシリンダヘッド体を、溶接、接着、ネジ接続および/またはリベット締めなどによって一体的なシリンダヘッドに接続させるという技術方案が公開された。これにより、軽合金ダイカストによって水冷式シリンダヘッドを製造するための基本的な構成および構造が実現されている。しかし、このようなシリンダヘッドは、依然として構成、プロセスなどの方面で以下に詳述する欠陥が存在している。
【０００４】
溶接については、第１の部材を第２の部材における対応する貫通孔に挿通させた後、貫通孔の開口の表面で溶接することによって第１の部材と第２の部材とが接続した溶接構造部材を得ることができる。従来、上記第１の部材と第２の部材との接続貫通孔の開口における隙間に対して、例えばアーク溶接、ガス溶接、摩擦攪拌溶接、フラッシュバット溶接などの溶接を実施しているが、これらの溶接はいずれも上記開口の周囲の隙間の軌跡に沿って環状の密閉用溶接ビードを形成することによって、第１の部材と第２の部材との間の接続貫通孔の開口を密閉するようにしている。そのため、第１の部材と第２の部材の接続貫通孔の開口がコンパクトな幅狭空間に位置する場合、溶接ガンを溶接箇所に達させることが困難であるため、溶接を容易に実施することができない。コンパクトな幅狭空間で、密集するように設置される第１の部材と第２の部材との接続箇所における複数の開口の密閉溶接を高速に完成する必要がある場合、アーク溶接、ガス溶接の溶接具が作業面に接近しがたくなり、溶接の実施が困難となり、溶接を高速に実施することができない。摩擦攪拌溶接の溶接ピン治具は、コンパクトな幅狭空間に進入しがたく、攪拌軌跡に沿って移動することが困難である。フラッシュバット溶接については、密集するように設置される第１の接続部材と第２の接続部材との接続箇所における複数の開口を溶接することは、そのプロセスが困難であり、コストが高く、部材に溶接変形が発生するなどの問題を解決ことができない。上記の溶接ビードの接続に成功したとしても、溶接ビードの表面は粗くて平坦とならなく、研磨する必要があるので、手間がかかり、効果が低くなってしまう。
【０００５】
特許文献ＣＮ１０１９９２３４８Ａには、第１の部材と第２の部材との隣接する表面が、往復移動、回転移動によって温度を上昇させて溶接界面を形成した後、移動を停止させて、圧力の存在下で溶接界面を冷却させる、第１の部材と第２の部材の表面接続の構造および摩擦溶接方法が開示されている。また、特許文献ＣＮ１０２５３７１４６Ａには、ディスクブレーキーの底部の摩擦攪拌溶接用の構造が開示されている。特許文献ＣＮ１６５１７７６Ａには、一種のクロスジョイントの管状部材同士の回転摩擦溶接の構造が開示されている。特許文献ＣＮ１８４０８８６Ｂには、一種のディーゼルエンジンのコモンレール部材同士の回転摩擦溶接の構造が開示されている。特許文献ＣＮ１０１１５７１５８Ａには、鋼製部材とアルミニウム製部材との間の回転摩擦溶接の構造が開示されている。特許文献ＣＮ１００５５３８５０Ｃには、慣性摩擦溶接方法およびシステムが開示されている。特許文献ＣＮ１０３２６０８０８Ａには、別々にダイカストされたシリンダヘッド体に対して電気的加熱、摺動、圧接を行う技術が開示されている。上記の従来の部材構造は、コンパクトな幅狭空間内で、密集するように設置される第１の部材と第２の部材との接続箇所における複数の開口の密閉溶接を高速に完成する必要があることに対して、直接的に応用して解決することができない。そのため、第１の部材が第２の部材における対応する貫通孔に挿通させた後に、表面の開口で第１の部材と第２の部材とを溶接させることができるとともに、溶接を快速で経済性および信頼性が高く、美観的に完成できる新たな溶接の構成と構造の開発が切りに希望されている。
【０００６】
特許文献ＣＮ１０２６７８３５２Ａには、燃料を吸気通路内に噴射されて空気と混合させて、吸気バルブを通過させて気筒内に入って燃焼させる、点火プラグが実装された水冷式内燃機関のシリンダヘッドが開示された。特許文献ＣＮ１０２２５１８７３Ａには、燃料噴射器と点火プラグがシリンダヘッドの中央凹部に位置する中央直接噴射型の水冷式内燃機関のシリンダヘッドが開示されている。特許文献ＣＮ１０２８６５１５４Ａには、燃料噴射器が水冷式シリンダヘッドの側面に位置する傾斜直接噴射型の水冷式内燃機関のシリンダヘッドが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＣＮ２０２９９１２５４Ｕ
【特許文献２】ＣＮ１０３４５２６９０Ａ
【特許文献３】ＣＮ１０１９９２３４８Ａ
【特許文献４】ＣＮ１０２５３７１４６Ａ
【特許文献５】ＣＮ１６５１７７６Ａ
【特許文献６】ＣＮ１８４０８８６Ｂ
【特許文献７】ＣＮ１０１１５７１５８Ａ
【特許文献８】ＣＮ１００５５３８５０Ｃ
【特許文献９】ＣＮ１０３２６０８０８Ａ
【特許文献１０】ＣＮ１０２６７８３５２Ａ
【特許文献１１】ＣＮ１０２２５１８７３Ａ
【特許文献１２】ＣＮ１０２８６５１５４Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特許文献ＣＮ２０２９９１２５４ＵおよびＣＮ１０３４５２６９０Ａには、シリンダヘッドを上下の２つのシリンダヘッド体に分割して製造した後、上記上下の２つのシリンダヘッド体を、溶接、接着、ネジ接続および/またはリベット締めなどの方法によって一体的なシリンダヘッドに接続するという技術方案が公開され、別々に製造される水冷式シリンダヘッドの構造および構成をさらに改良し、軽合金で水冷式シリンダヘッドをダイカストするための基本的な構造および構成が開発されている。しかしながら、アルミ合金、マグネシウム合金製の上下側のシリンダヘッド体のシリンダヘッドボルト穴口、燃料噴射器孔口、吸気・排気バルブステム孔口、吸気・排気通路口、スパークプラグホール口および上下側シリンダヘッドの底部の接続箇所における開口を溶接するときに、シリンダヘッドボルト穴上側シリンダヘッド部とシリンダヘッドボルト穴下側シリンダヘッド部、燃料噴射器孔上側シリンダヘッド部と燃料噴射器孔下側シリンダヘッド部、吸気・排気バルブステム孔上側シリンダヘッド部と吸気・排気バルブステム孔下側シリンダヘッド部、吸気・排気通路上側シリンダヘッド部と吸気・排気通路下側シリンダヘッド部、スパークプラグホール上側シリンダヘッド部とスパークプラグホール下側シリンダヘッド部、上下側シリンダヘッドの底部の接続孔上側シリンダヘッド部と上下側シリンダヘッドの底部の接続孔下側シリンダヘッド部とを接続する場合、アーク溶接、ガス溶接、摩擦攪拌溶接、フラッシュバット溶接のいずれを採用しても、溶接作業面の空間がコンパクトで狭く、溶接を高速に実施しがたく、溶接変形が大きく、密閉の信頼性が低く、外観が綺麗でないという技術問題を解決することができない。そのため、軽合金で水冷式内燃機関のシリンダヘッドをダイカスト可能である新たな水冷式内燃機関のシリンダヘッドの構造および構成の開発が切に希望されている。
【０００９】
そこで、本発明は、水冷式内燃機関の上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとを経済性および信頼性が高くて快速に一体的なシリンダヘッドに接続可能な新たな摩擦溶接構造部材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は、支持段差が設けられる第１の部材と、前記第１の部材と対応する貫通孔が設けられていると共に、下部が前記第１の部材の支持段差に支持される第２の部材と、第１の部材と面接触する第１の摩擦溶接界面と、第２の部材と面接触する第２の摩擦溶接界面とが下部に設けられている摩擦接合部材と、を備え、前記摩擦接合部材は、位置が相対的に固定される第１の部材と第２の部材とを押圧しつつ、圧力の存在下で移動することによって、第１の摩擦溶接界面と第２の摩擦溶接界面の温度を上昇させ、かつ圧力が存在したまま移動を停止させることによって、第１の摩擦溶接界面と第２の摩擦溶接界面の温度を低下させて冷却させることによって、前記第１の部材と前記第２の部材とを摩擦接合部材を介して接続させて構成されることを特徴とする摩擦溶接構造部材を提供する。
【００１１】
好ましくは、第１の部材には、第１の部材の内孔が設けられており、摩擦接合部材には、摩擦接合部材の内孔が設けられており、第１の部材と第２の部材とを摩擦接合部材を介して接続してなる摩擦溶接構造部材では、摩擦接合部材の内孔は、第１の部材の内孔と連通している。
【００１２】
好ましくは、摩擦接合部材の外周縁および/または摩擦接合部材の内周縁には、摩擦接合部材係合縁が設けられている。
【００１３】
好ましくは、摩擦接合部材には、摩擦接合部材補強縁が設けられている。
好ましくは、摩擦接合部材における第１の摩擦溶接界面と第２の摩擦溶接界面とは、同一の平面および/または同一の曲面に位置している。
【００１４】
好ましくは、前記摩擦接合部材は、段差状となっており、摩擦接合部材における第１の摩擦溶接界面と第２の摩擦溶接界面とは、落差を有する平面および/または曲面に位置している。
【００１５】
好ましくは、摩擦接合部材は、位置が相対的に固定される第１の部材と第２の部材とを押圧しながら、圧力の存在下で回転移動または往復移動している。
【００１６】
好ましくは、第１の部材、第２の部材および/または摩擦接合部材は、金属材および/または合成材料によって形成される。
【００１７】
好ましくは、第１の部材、第２の部材および/または摩擦接合部材は、アルミ合金、マグネシウム合金および/またはチタン合金材料によって形成される。
【００１８】
本発明は、回転押付治具と、前記回転押付治具にそれぞれ固定される第１の係止爪および第２の係止爪と、を備え、そのうち、前記第１の係止爪および第２の係止爪のうちの少なくとも１つの先端には、少なくとも１つのスクレーパーが設けられている摩擦溶接構造部材のクリップ装置をさらに提供する。
【００１９】
好ましくは、第１の係止爪の先端に、摩擦溶接界面のスリットに接近する第１のスクレーパーが設けられ、第２の係止爪の先端に、摩擦溶接界面のスリットに接近する第１のスクレーパーが設けられている。
【００２０】
好ましくは、前記第１の係止爪および第２の係止爪のうちの少なくとも１つの先端に、摩擦溶接の外孔口に接近する少なくとも１つの外孔口スクレーパーが設けられている。
【００２１】
好ましくは、前記スクレーパーおよび/または前記外孔口スクレーパーは、前記第１の係止爪および前記第２の係止爪のうちの少なくとも１つの先端に固定手段によって固定されている。
【００２２】
好ましくは、前記スクレーパーと第１の部材の内孔との間の隙間は、０．０５〜１ミリメートル、好ましくは０．０５〜０．２ミリメートルである。
【００２３】
好ましくは、前記スクレーパーおよび/または前記外孔口スクレーパーは、前記第１の係止爪および第２の係止爪のうちの少なくとも１つの先端に固定手段によって固定され、かつ摩擦溶接界面のスリットと密着しており、前記スクレーパーおよび/または前記外孔口スクレーパーは、弾性を有する金属材によって形成される。
【００２４】
本発明は、回転動力源装置と、回転速度調整装置と、アプセット圧力調整装置とを備える摩擦溶接装置であって、上記の摩擦溶接構造部材のクリップ装置が取り付けられる摩擦溶接装置をさらに提供する。
【００２５】
本発明は、吸気バルブステム孔と、排気バルブステム孔と、吸気通路と、排気通路と、シリンダヘッドボルト穴と、ヘッド側ウオータージャケットとを備え、別々に製造された上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとによって構成される水冷式内燃機関のシリンダヘッドであって、前記吸気バルブステム孔、前記排気バルブステム孔、前記吸気通路、前記排気通路および前記シリンダヘッドボルト穴は、それぞれ前記上側シリンダヘッドに形成される吸気バルブステム孔上側シリンダヘッド部、排気バルブステム孔上側シリンダヘッド部、吸気通路上側シリンダヘッド部、排気通路上側シリンダヘッド部およびシリンダヘッドボルト穴上側シリンダヘッド部と、前記下側シリンダヘッドに形成される吸気バルブステム孔下側シリンダヘッド部、排気バルブステム孔下側シリンダヘッド部、吸気通路下側シリンダヘッド部、排気通路下側シリンダヘッド部およびシリンダヘッドボルト穴下側シリンダヘッド部とを、吸気バルブステム孔用摩擦接合部材、排気バルブステム孔用摩擦接合部材、吸気通路用摩擦接合部材、排気通路用摩擦接合部材および/またはシリンダヘッドボルト穴用摩擦接合部材を介して接続することによって構成され、ヘッド側ウォータージャケットは、上側シリンダヘッドに形成されるウォータージャケット上側シリンダヘッド部と、下側シリンダヘッドに形成されるウォータージャケット下側シリンダヘッド部とを、下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材を介して接続することによって構成されることを特徴とする水冷式内燃機関のシリンダヘッドをさらに提供する。
【００２６】
好ましくは、シリンダヘッドには、燃料噴射器孔が設けられており、前記燃料噴射器孔は、前記上側シリンダヘッドに形成された燃料噴射器孔上側シリンダヘッド部と、前記下側シリンダヘッドに形成された燃料噴射器孔下側シリンダヘッド部とを、燃料噴射器孔用摩擦接合部材を介して接続することによって構成される。
【００２７】
好ましくは、シリンダヘッドには、スパークプラグホールが設けられており、前記スパークプラグホールは、前記上側シリンダヘッドに形成されたスパークプラグホール上側シリンダヘッド部と、前記下側シリンダヘッドに形成されたスパークプラグホール下側シリンダヘッド部とを、スパークプラグホール用摩擦接合部材を介して接続することによって構成される。
【００２８】
好ましくは、吸気バルブステム孔、排気バルブステム孔、吸気通路、排気通路、シリンダヘッドボルト穴およびヘッド側ウォータージャケットのうちの少なくとも１つは、溶接ビードによって接続される。
【００２９】
本発明は、支持段差が設けられるとともに第１の誘導加熱変形フランジが設けられる第１の部材と、前記第１の部材と対応する貫通孔が設けられていると共に、下部が前記第１の部材の支持段差に支持され、かつ誘導加熱変形フランジが設けられる第２の部材と、誘導加熱変形フランジおよび誘導加熱変形フランジの周囲を周回するとともに、電気誘導加熱の温度を誘導加熱変形フランジおよび誘導加熱変形フランジが溶けられるまで上昇させることによって、第１の部材と第２の部材とを一体的な構造部材に溶接させる電気誘導加熱コイルと、を備える電気誘導加熱溶接構造部材をさらに提供する。
【００３０】
本発明は、支持段差が設けられるとともに第１の誘導加熱変形フランジが設けられる第１の部材と、前記第１の部材と対応する貫通孔が設けられていると共に、下部が前記第１の部材の支持段差に支持され、かつ誘導加熱変形フランジが設けられる第２の部材と、誘導加熱変形フランジおよび誘導加熱変形フランジの周囲を周回するとともに、電気誘導加熱の温度を誘導加熱変形フランジおよび誘導加熱変形フランジが半溶融状態となるまで上昇させて、部材によって誘導加熱変形フランジおよび誘導加熱変形フランジを押圧して互いに融合した状態で冷却させることによって、第１の部材と第２の部材とを一体的な構造部材に溶接させる電気誘導加熱コイルと、を備える電気誘導加熱溶接構造部材をさらに提供する。
【００３１】
好ましくは、第１の部材の誘導加熱変形フランジの基部には、凹溝が設けられ、第２の部材の誘導加熱変形フランジの基部には、凹溝が設けられている。
【００３２】
また、本発明は、吸気バルブステム孔と、排気バルブステム孔と、吸気通路と、排気通路と、シリンダヘッドボルト穴と、ヘッド側ウオータージャケットとを備え、別々に製造された上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとによって構成される水冷式内燃機関のシリンダヘッドであって、前記吸気バルブステム孔、前記排気バルブステム孔、前記吸気通路、前記排気通路および前記シリンダヘッドボルト穴は、それぞれ前記上側シリンダヘッドに形成される吸気バルブステム孔上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジ、排気バルブステム孔上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジ、吸気通路上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジ、排気通路上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジおよび/またはシリンダヘッドボルト穴上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジと、前記下側シリンダヘッドに形成される吸気バルブステム孔下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジ、排気バルブステム孔下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジ、吸気通路下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジ、排気通路下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジおよび/またはシリンダヘッドボルト穴下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジとを、電気誘導加熱コイルによって溶けられるまで加熱して溶接することによって構成され、ヘッド側ウオータージャケットは、上側シリンダヘッドに形成されるウオータージャケット上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジと、下側シリンダヘッドに形成されるウオータージャケット下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジとを、電気誘導加熱コイルによって溶けられるまで加熱して溶接することによって構成されることを特徴とする水冷式内燃機関のシリンダヘッドをさらに提供する。
【００３３】
好ましくは、吸気バルブステム孔、排気バルブステム孔、吸気通路、排気通路、シリンダヘッドボルト穴およびヘッド側ウォータージャケットのうちの少なくとも１つは、溶接ビードによって接続される。
【００３４】
好ましくは、シリンダヘッドには、燃料噴射器孔が設けられており、前記燃料噴射器孔は、前記上側シリンダヘッドに形成された燃料噴射器孔用上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジと、前記下側シリンダヘッドに形成された燃料噴射器孔用下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジとを、電気誘導加熱コイルによって溶けられるまで加熱して溶接することによって構成される。
【００３５】
好ましくは、シリンダヘッドには、スパークプラグホールが設けられており、前記スパークプラグホールは、前記上側シリンダヘッドに形成されたスパークプラグホール用上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジと、前記下側シリンダヘッドに形成されたスパークプラグホール用下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジとを、電気誘導加熱コイルによって溶けられるまで加熱して溶接することによって構成される。
【００３６】
本発明は、吸気バルブステム孔と、排気バルブステム孔と、吸気通路と、排気通路と、シリンダヘッドボルト穴と、ヘッド側ウオータージャケットとを備え、別々に製造された上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとによって構成される水冷式内燃機関のシリンダヘッドであって、前記吸気バルブステム孔、前記排気バルブステム孔、前記吸気通路、前記排気通路および前記シリンダヘッドボルト穴は、それぞれ前記上側シリンダヘッドに形成される吸気バルブステム孔上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジ、排気バルブステム孔上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジ、吸気通路上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジ、排気通路上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジおよび/またはシリンダヘッドボルト穴上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジと、前記下側シリンダヘッドに形成される吸気バルブステム孔下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジ、排気バルブステム孔下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジ、吸気通路下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジ、排気通路下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジおよび/またはシリンダヘッドボルト穴下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジとを、電気誘導加熱コイルによって誘導加熱変形フランジおよび誘導加熱変形フランジが半溶融状態となるまで加熱させて、部材によって誘導加熱変形フランジおよび誘導加熱変形フランジを押圧して互いに融合した状態で冷却させることによって接続して構成され、ヘッド側ウオータージャケットは、上側シリンダヘッドに形成されるウオータージャケット上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジと、下側シリンダヘッドに形成されるウオータージャケット下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジとを、電気誘導加熱コイルによって誘導加熱変形フランジおよび誘導加熱変形フランジが半溶融状態となるまで加熱させて、部材によって誘導加熱変形フランジおよび誘導加熱変形フランジを押圧して互いに融合した状態で冷却させることによって接続して構成されることを特徴とする水冷式内燃機関のシリンダヘッドをさらに提供する。
【００３７】
好ましくは、吸気バルブステム孔、排気バルブステム孔、吸気通路、排気通路、シリンダヘッドボルト穴およびヘッド側ウォータージャケットのうちの少なくとも１つは、溶接ビードによって接続される。 
【００３８】
好ましくは、シリンダヘッドには、燃料噴射器孔が設けられており、前記燃料噴射器孔は、前記上側シリンダヘッドに形成された燃料噴射器孔用上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジと、前記下側シリンダヘッドに形成された燃料噴射器孔用下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジとを、電気誘導加熱コイルによって誘導加熱変形フランジおよび誘導加熱変形フランジが半溶融状態となるまで加熱させて、部材によって誘導加熱変形フランジおよび誘導加熱変形フランジを押圧して互いに融合した状態で冷却させることによって接続して構成される。
【００３９】
好ましくは、シリンダヘッドには、スパークプラグホールが設けられており、前記スパークプラグホールは、前記上側シリンダヘッドに形成されたスパークプラグホール用上側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジと、前記下側シリンダヘッドに形成されたスパークプラグホール用下側シリンダヘッド部の誘導加熱変形フランジとを、電気誘導加熱コイルによって誘導加熱変形フランジおよび誘導加熱変形フランジが半溶融状態となるまで加熱させて、部材によって誘導加熱変形フランジおよび誘導加熱変形フランジを押圧して互いに融合した状態で冷却させることによって接続して構成される。
【００４０】
好ましくは、上側シリンダヘッドには、カムシャフトを取り付けるための支持フレームが設けられている。
【００４１】
好ましくは、前記本体に上記のシリンダヘッドが取り付けられている。
また、本発明は、水冷式内燃機関が取り付けられる機械装置であって、前記機械装置に取り付けられる水冷式内燃機関は、上記の水冷式内燃機関である機械装置をさらに提供する。
【００４２】
以下、本発明について図面と実施例とを結合してさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】一種の摩擦溶接構造部材の断面図である。
【図２】図１における摩擦接合部材の底面図である。
【図３】一種の点火プラグが実装された水冷式四気筒内燃機関のシリンダヘッドの平面図である。
【図４】一種の点火プラグが実装された水冷式内燃機関のシリンダヘッドの断面図である。
【図５】一種の点火プラグが実装された筒内直接噴射型の水冷式内燃機関のシリンダヘッドの断面図である。
【図６】一種の点火プラグが実装された筒内直接噴射型の水冷式内燃機関のシリンダヘッドの断面図である。
【図７】一種の点火プラグが実装されていない水冷式四気筒内燃機関のシリンダヘッドの平面図である。
【図８】一種の点火プラグが実装された筒内直接噴射型の水冷式内燃機関のシリンダヘッドの断面図である。
【図９】一種の点火プラグが実装された筒内直接噴射型の水冷式内燃機関のシリンダヘッドの断面図である。
【図１０】一種の水冷式四気筒内燃機関のシリンダヘッドの平面図であり、そのうち、矢印が摩擦溶接の回転移動方向を示している。
【図１１】図９におけるＮ部の拡大図である。
【図１２】図９におけるＭ部の拡大図である。
【図１３】一種の電気誘導加熱溶接構造部材の断面図である。
【図１４】本発明の摩擦溶接構造部材のクリップ装置の第１の実施例の断面図である。
【図１５】図１の摩擦溶接構造部材のクリップ装置の左側面図である。
【図１６】本発明の摩擦溶接構造部材のクリップ装置の第２の実施例の断面図である。
【図１７】本発明の摩擦溶接構造部材のクリップ装置の第３の実施例の断面図である。
【図１８】本発明の摩擦溶接構造部材のクリップ装置の第４の実施例の断面図である。
【図１９】本発明の摩擦溶接構造部材のクリップ装置の第５の実施例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明について図面を参照しながら説明する。
図１に示す摩擦溶接構造部材は、第１の部材１０Ｂと、第２の部材１０Ｃと、摩擦接合部材１０Ａとを備える。第１の部材１０Ｂは、第２の部材１０Ｃにおける対応する貫通孔に挿通され、かつ、第１の部材１０Ｂには、第２の部材１０Ｃの下部を支持するための支持段差１２Ｂが設けられている。摩擦接合部材１０Ａの下部には、第１の部材１０Ｂと面接触する第１の摩擦溶接界面１０Ｈが設けられており、さらに第２の部材１０Ｃと面接触する第２の摩擦溶接界面１１Ｈも設けられている。摩擦接合部材１０Ａは、位置が相対的に固定される第１の部材１０Ｂと第２の部材１０Ｃとを押圧しつつ、圧力の存在下で回転することによって、第１の摩擦溶接界面１０Ｈと第２の摩擦溶接界面１１Ｈの温度を上昇させる。また、摩擦接合部材１０Ａは、圧力が存在したまま移動を停止することによって、第１の摩擦溶接界面１０Ｈと第２の摩擦溶接界面１１Ｈの温度を低下させて冷却させることによって、第１の部材１０Ｂと第２の部材１０Ｃとを摩擦接合部材１０Ａを介して接続させて摩擦溶接構造部材が形成される。第１の部材１０Ｂと第２の部材１０Ｃとを摩擦接合部材１０Ａを介して接続してなる摩擦溶接構造部材では、摩擦接合部材の内孔１１Ａが第１の部材の内孔１１Ｂと連通するようになっている。
【００４５】
図２は、摩擦接合部材１０Ａの下面を示すものであり、その摩擦接合部材１０Ａの外周縁に摩擦接合部材係止縁１２Ａが設けられている。または、摩擦接合部材１０Ａの内周縁に摩擦接合部材係止縁１２Ａが設けられてもよい。図中における矢印は、回転などのような選択可能な移動方式を示している。摩擦接合部材１０Ａには、摩擦接合部材補強縁１０Ｄが設けられている。
【００４６】
図３は、一種の点火プラグが実装された水冷式四気筒内燃機関のシリンダヘッドの平面図であり、２つのカムシャフト８５が回転すると、４つの気筒のそれぞれの４つのバルブを開閉させる。図３には、異なる位置に設けられる２種類の燃料噴射器孔７５０が示されており、図中の左側に中央直接噴射型の水冷式内燃機関のシリンダヘッドの燃料噴射器孔７５０を示すとともに、図中の右側に傾斜するように配置される燃料噴射器孔７５０も示している。本発明では、具体的に実施するときに、そのうちの何れか１種を選択してもよく、または両者を組み合わせて使用してもよい。カムシャフト８５の下面におけるすべての貫通孔は、原始の設計ではいずれも回転工具によって切削加工を実施することによって形成することができ、これによって一種の新たな摩擦溶接構造部材を容易に創造することができ、表面が各貫通孔の上下側のシリンダヘッド体の接続スロットを覆う摩擦接合部材を新たに増加することができる。当該摩擦接合部材は、上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとの接続開口における平面を押圧しつつ回転移動することによって、溶接界面の温度を上昇させ、かつ圧力が存在したまま回転を停止させることによって、接続箇所の溶接界面の温度を低下させて冷却させる。これによって、信頼性が高くて美観的な密封接続を高速に実現することができる。また、アルミ合金またはマグネシウム合金製の上下側のシリンダヘッド体と異なる金属材によって摩擦接合部材を製造することができ、摩擦接合部材の表面強度を向上させることができる。
【００４７】
図４は、一種の点火プラグが実装された水冷式内燃機関のシリンダヘッドの断面図であり、燃料は、吸気通路８８７内に噴射されて空気と混合した後、吸気バルブを通過して気筒内に入って燃焼される。説明の便利のために、このようなシリンダヘッドの内部には燃料噴射器孔７５０が設けられていないため、シリンダヘッドボルト穴８８１およびシリンダヘッドの上部ケースの図示を省略している。下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８には、ヘッド側ウォータージャケットと本体側ウォータージャケットの通水孔８１、および本体側ウォータージャケットとヘッド側ウォータージャケットの通水孔７３と連通する貫通孔が設けられている。
【００４８】
図５に示す点火プラグが実装された筒内直接噴射型(Ｇａｓｏｌｉｎｅ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ) の水冷式内燃機関のシリンダヘッドは、傾斜するように配置される直接噴射型の水冷式内燃機関のシリンダヘッドであり、そのうち、燃料噴射器は、水冷式シリンダヘッドの側面に位置している。図中において上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとの外側の接続箇所を周回して貫通する溶接ビード８０３０は、シリンダヘッドの外面に露出し、コストが低いアルゴンアーク溶接によって溶接の自動化を容易に実現することができる。そのほかの溶接ビード、特にカムシャフト８５の下方に位置するスパークプラグホールを周回する溶接ビード１４、燃料噴射器孔を周回する溶接ビード７８、シリンダヘッドボルト穴を周回する溶接ビード８０３５、吸気バルブステム孔を周回する溶接ビード８０３２、排気バルブステム孔を周回する溶接ビード８０３３は、何れも、コンパクトな幅狭空間内に位置する。これらの幅狭空間内に位置する溶接ビードに対して、自動化アーク溶接によって溶接するときに、溶接ガンが溶接領域に進入しがたく、摩擦溶接の溶接ピンが作業領域に入ることも困難であり、新規な溶接構成および構造を採用する必要がある。そのため、本発明の摩擦溶接構造を使用して、回転摩擦溶接プロセスによって溶接を確実、高速およ美観的に実施することができる。吸気通路と排気通路の溶接開口も、摩擦溶接を容易に実施するために、円形のデザインをできるだけ採用する必要がある。
【００４９】
図６に示す点火プラグが実装された筒内直接噴射型の水冷式内燃機関のシリンダヘッドは、中央直接噴射型の水冷式内燃機関のシリンダヘッドであり、そのうち、燃料噴射器およびスパークプラグは、シリンダヘッドの底部における燃焼気筒の上方に対応する中央凹部に位置する。図中において、上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとの接続箇所を周回して貫通する溶接ビード８０３０は、シリンダヘッドの外面に露出しているため、攪拌摩擦溶接によって溶接ビード８０３０を実施することによって上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとを接続することができる。シリンダヘッドボルト穴用摩擦溶接部材９８８１は、シリンダヘッドの底部に設けられており、シリンダヘッドボルト穴は、単独に加工された後、シリンダヘッドボルト穴用摩擦溶接部材９８８１を介して単独に加工されたシリンダヘッドボルト穴の下端をシリンダヘッドの底部に摩擦溶接されるとともに、溶接ビード８０３５を介して単独に加工したシリンダヘッドボルト穴の上端をシリンダヘッドの底部に一般的な溶接方法で接続される。これによって、各種の溶接方法を選択して組み合わせて使用することによって、上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとを一体的なシリンダヘッドに接続させる実施例を形成する。
【００５０】
図７は、一種の点火プラグが実装されていない水冷式四気筒内燃機関のシリンダヘッドの平面図であり、そのうち、ディーゼルエンジンは、圧縮点火を採用するため、そのシリンダヘッドに点火プラグを実装する必要がなくなる。
【００５１】
図８に示す点火プラグが実装された筒内直接噴射型の水冷式内燃機関のシリンダヘッドは、傾斜するように配置される直接噴射型の水冷式内燃機関のシリンダヘッドであり、そのうち、燃料噴射器は、水冷式シリンダヘッドの側面に位置する。この実施例では、全ての開口は摩擦溶接によって接続され、摩擦溶接によって接続される開口のそれぞれには、支持段差１２Ｂが設けられており、摩擦溶接に必要な圧力を受けることができる。下側シリンダヘッド８８は、上側シリンダヘッド８７の下方へ開放する穴に嵌め込まれ、下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の平面を、上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとの接合面に押圧して、溶接界面１２Ｈが形成される。下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の平面は、上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとの接合面に対して、圧力の存在下で往復移動および回転移動を含む相対移動を行うことによって、溶接界面１２Ｈの温度を上昇させるとともに、圧力が存在したまま移動を停止することによって、溶接界面１２Ｈの温度を低下させる。すると、下側シリンダヘッド８８を上側シリンダヘッド８７の下方へ開放する穴に嵌入した後の外面と下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の平面との間は、摩擦溶接によって接続される。下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８には、下側シリンダヘッドの底部のシリンダーボア、通水孔およびシリンダヘッドボルト穴に対応する貫通孔が設けられている。また、単独に設置される摩擦ディスクを、下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の平面と、上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとの接合面とに対して、圧力の存在下で往復移動または回転移動を含む移動を実施することによって接続するようにしてもい。摩擦作業は、１枚の摩擦ディスクの両面によって下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の平面と、上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとの接合面とを同時に摩擦してもよく、または、２枚の摩擦ディスクのそれぞれの一方の面によって下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の平面と、上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとの接合面とを同時に摩擦してもよい。溶接界面１２Ｈの温度が予め設定された温度に上昇すると、単独に設置される摩擦ディスクを取り除いて、下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の平面と、上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとの接合面とを密着させ、圧力が存在したまま溶接界面１２Ｈの温度を低下させて冷却させる。すると、下側シリンダヘッド８８を上側シリンダヘッド８７の下方へ開放する穴に嵌入した後の外面と下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の平面とは、摩擦溶接される。吸気バルブステム孔における吸気バルブステム孔のスリーブの露出端面と、吸気バルブステム孔上側シリンダヘッド部の露出端面と、吸気バルブステム孔下側シリンダヘッド部の露出端面との３つの露出端面は、吸気バルブステム孔用摩擦接合部材９８８１２を介して一体化した吸気バルブステム孔用摩擦溶接構造部材に接続される。排気バルブステム孔における排気バルブステム孔上側シリンダヘッド部の露出端面と、排気バルブステム孔下側シリンダヘッド部の露出端面との２つの露出端面は、排気バルブステム孔用摩擦接合部材９８８２２を介して一体化した排気バルブステム孔用摩擦溶接構造部材に接続される。排気バルブステム孔のスリーブは、摩擦溶接されることなく排気バルブステム孔に単独に嵌め込まれる。上記吸気バルブステム孔と排気バルブステム孔との２種類の穴の摩擦溶接構造は、必要に応じて選択して使用することができる。吸気通路８８７、排気通路８８９、スパークプラグホール１２の開口と、吸気通路用摩擦接合部材９８８７、排気通路用摩擦接合部材９８８９、スパークプラグホール用摩擦接合部材９１２との接続箇所は、円形に形成されることが好ましい。吸気通路用摩擦接合部材９８８７、排気通路用摩擦接合部材９８８９、スパークプラグホール用摩擦接合部材９１２の平面は、吸気通路８８７、排気通路８８９、スパークプラグホール１２の開口の平面にそれぞれ押圧され、かつ圧力の存在下で回転移動することによって、摩擦溶接界面の温度を上昇させるとともに、移動を停止することによって、摩擦溶接界面の温度を低下させて冷却させ、これによって上記それぞれの穴を溶接させて密封させる。いずれの上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとの接続箇所は、共に需要に応じてアーク溶接の溶接ビードまたは摩擦攪拌溶接の溶接ビードによって接続されても良く、または、１つの摩擦接合部材を設置して回転移動による摩擦溶接によって接続されてもよく、または、１つの摩擦接合部材を設置して線形往復移動による摩擦溶接によって接続されてもよく、すなわち、最良な効果を得られるために、各種の溶接構造、溶接方法を組み合わせて使用することができる。
【００５２】
図９に示す点火プラグが実装された筒内直接噴射型の水冷式内燃機関のシリンダヘッドは、中央直接噴射型の水冷式内燃機関のシリンダヘッドであり、そのうち、燃料噴射器およびスパークプラグは、いずれも各々の気筒に対応するシリンダヘッドの中央凹部に位置する。例えばディーゼルエンジンのような圧縮点火を採用する内燃機関の場合、シリンダヘッドには点火プラグが設けられていない。現在、４弁内燃機関のシリンダヘッドの吸気通路は、単気筒の２つの吸気バルブの２本の吸気通路と１本の吸気通路に合弁してインテークマニホールドにねじ接続される。この場合、ダイカストは、離型を行うことができないため、吸気通路における上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとの接続隙間を回転摩擦溶接によって密封させる必要があるので、円形でなければ困難となり、水冷式シリンダヘッドの構成と構造を産業において応用することが妨害される。そのため、原始のデザインに際して、単一の気筒の２つの吸気バルブの２本の吸気通路を、直接シリンダヘッドの外面のうちインテークマニホールドとネジ接続する表面に向かって延伸させる必要があるので、インテークマニホールドとネジ接続する表面における吸気通路の開口を円形に設計する場合、摩擦溶接を実施するための基礎があるようになる。排気通路は、上記と同様に設計することができる。上記のように改良することによって、ダイカストの離型が便利になるとともに、吸気通路と排気通路の断面積を増加して、吸気量の増加および排気の加速に有利である。また、冷却水に接触する排気通路の外面の面積が増大して、シリンダヘッドの放熱に有利である。下側シリンダヘッド８８は、上側シリンダヘッド８７の下方へ開放する穴に嵌め込まれ、下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の平面は、上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとの接合面に押圧され、溶接界面１２Ｈが形成される。下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の平面は、上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドとの接合面に対して、圧力の存在下で往復移動および回転移動を含む相対移動を行うことによって、溶接界面１２Ｈの温度を上昇させるとともに、圧力が存在したまま移動を停止させることによって、溶接界面１２Ｈの温度を低下させて冷却させる。これによって、下側シリンダヘッド８８を上側シリンダヘッド８７の下方へ開放する穴に嵌入した後の外面と下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の平面とは、摩擦溶接によって接続される。下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８には、下側シリンダヘッドの底部におけるシリンダーボア、通水孔およびシリンダヘッドボルト穴に対応する貫通孔が設けられている。摩擦接合部材９８８は、より良い技術的および経済的な効果を得られるために、アルミ合金、マグネシウム合金製の上下側のシリンダヘッド体と異なる金属材を採用することもできる。
【００５３】
図１０は、非円形のシリンダヘッドの底部に対して摩擦溶接を実施することを示す図であり、摩擦ディスク９８８０は、シリンダヘッドの底部を押圧しながら矢印で示すように回転移動することによって、シリンダヘッドの底部の溶接界面の温度を上昇させるとともに、別の摩擦ディスク９８８０は、下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８を押圧しながら回転移動することによって、下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の溶接界面の温度を上昇させる。シリンダヘッドの底部および下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の温度が予め設定された値に達すると、２つの摩擦ディスク９８８０を取り除いて、シリンダヘッドの底部と下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８とを密着させて、圧力が存在したまま冷却させて、摩擦溶接による接続を実現することができる。上記摩擦溶接の移動方式は、圧力の存在下で線形往復移動を行うことによって温度を設定値に上昇させるようにしてもよい。
【００５４】
図１１は、図９におけるＮ部の拡大図であり、下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の平面は、シリンダヘッドボルト穴８８１と下側シリンダヘッド８８の平面に押圧されて、溶接界面１２Ｈが形成される。下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８の平面は、シリンダヘッドボルト穴８８１と下側シリンダヘッド８８の平面を押圧しながら、回転移動および往復移動を含む移動を行うことによって、溶接界面１２Ｈの温度を上昇させるとともに、圧力が存在したまま移動を停止するによって、溶接界面１２Ｈの温度を低下させて冷却させることによって、下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材９８８、シリンダヘッドボルト穴８８１および下側シリンダヘッド８８の摩擦溶接による密封接続を実現することができる。
【００５５】
図１２は図９におけるＭ部の拡大図であり、シリンダヘッドボルト穴８８１は、上側シリンダヘッド８７の貫通孔に挿通され、支持段差１２Ｂによって上側シリンダヘッド８７が支持され、シリンダヘッドボルト穴用摩擦接合部材９８８１は溶接界面１０Ｈと１１Ｈに押圧される。シリンダヘッドボルト穴用摩擦接合部材９８８１は、圧力の存在下で回転移動することによって、シリンダヘッドボルト穴用摩擦接合部材９８８１の温度を設定値に上昇させるとともに、シリンダヘッドボルト穴用摩擦接合部材９８８１を圧力が存在したまま停止させることによって、溶接界面１０Ｈと１１Ｈの温度を低下させて冷却させることによって、密封接続が実現される。シリンダヘッドボルト穴用摩擦接合部材とシリンダヘッドの皿穴の壁との間の隙間９８８１０には、治具を挿入可能であるので、シリンダヘッドボルト穴用摩擦接合部材９８８１を挟んで回転移動させることが容易になる。
【００５６】
図１３に示す電気誘導加熱溶接構造部材は、電気誘導加熱コイル３０と、第１の部材３０Ａと、第２の部材３０Ｅとを備え、そのうち、第１の部材３０Ａは、誘導加熱変形フランジ３０Ｃを有し、第２の部材３０Ｅは、誘導加熱変形フランジ３０Ｇを有し、第１の部材３０Ａは、第２の部材３０Ｅにおける対応する貫通孔に挿通され、第１の部材３０Ａには、第２の部材３０Ｅの下部を支持するための支持段差３０Ｈが設けられ、電気誘導加熱コイル３０は、誘導加熱変形フランジ３０Ｃおよび誘導加熱変形フランジ３０Ｇの周囲に配置され、電気誘導加熱の温度が誘導加熱変形フランジ３０Ｃおよび誘導加熱変形フランジ３０Ｇが溶けられるまで上昇すると、第１の部材３０Ａと第２の部材３０Ｅとが一体的な構造部材に溶接される。または、電気誘導加熱溶接構造部材は、電気誘導加熱コイル３０と、第１の部材３０Ａと、第２の部材３０Ｅとを備え、そのうち、第１の部材３０Ａは、誘導加熱変形フランジ３０Ｃを有し、第２の部材３０Ｅは、誘導加熱変形フランジ３０Ｇを有し、第１の部材３０Ａは、第２の部材３０Ｅにおける対応する貫通孔に挿通され、第１の部材３０Ａには、第２の部材３０Ｅの下部を支持するための支持段差３０Ｈが設けられ、電気誘導加熱コイル３０は、誘導加熱変形フランジ３０Ｃおよび誘導加熱変形フランジ３０Ｇの周囲に配置され、電気誘導加熱の温度が誘導加熱変形フランジ３０Ｃおよび誘導加熱変形フランジ３０Ｇが半溶融状態になるまで上昇すると、部材によって誘導加熱変形フランジ３０Ｃおよび誘導加熱変形フランジ３０Ｇを押圧して互いに融合した状態で冷却させることによって、第１の部材３０Ａと第２の部材３０Ｅとが一体的な構造部材に溶接される。上記のような電気誘導加熱溶接構造部材では、第１の部材３０Ａの誘導加熱変形フランジ３０Ｃの基部には凹溝３０Ｄが設けられ、第２の部材３０Ｅの誘導加熱変形フランジ３０Ｇの基部には凹溝３０Ｆが設けられている。
【００５７】
本発明は、単気筒および多気筒の水冷式内燃機関に適用することが可能である。本発明を軽合金でダイカストされたシリンダヘッドに適用する場合、エンジンの更なるコンパクト化という設計要求を満足することができ、より精密で一致性が高いとともに滑らかな吸気通路と排気通路を得られ、気筒内に進入した空気の流動質量を向上させ、燃料との混合がより均一となり、燃料の品質を向上させ、排気がより容易になると共に、内燃機関がより省エネ化させることができる。
【００５８】
以下、摩擦溶接構造部材のクリップ装置のいくつの実施例を説明する。図１４〜図１９は、図１を時計回りに９０度回転させた図である。
【００５９】
本出願人は、摩擦溶接の押出物が冷却されると硬くなるので、さらに除去することが困難であり、別途に除去工程を増加すると手間が掛かることを発見した。そのため、摩擦溶接の過程に押出物を同時に除去することができる摩擦溶接構造部材のクリップ装置を必要とし、これによって摩擦溶接が終了したときに押出物が除去され、溶接ビードが滑らかで美観的になり、時間を節約するとともにコストを低下させることができる。
【００６０】
図１４は、本発明の摩擦溶接構造部材のクリップ装置の第１の実施例を示すものである。図１４に示すように、回転押圧治具１０Ｋは、径方向に調整可能な第１の係止爪１１Ｋおよび第２の係止爪１２Ｋを備え、第１の係止爪１１Ｋおよび第２の係止爪１２Ｋによって、摩擦接合部材１０Ａを締め付けて、第１の部材１０Ｂおよび第２の部材１０Ｃの摩擦溶接界面に押圧させる。第１の係止爪１１Ｋおよび第２の係止爪１２Ｋは、回転押圧治具１０Ｋにそれぞれ固定されている。この実施例では、第１のスクレーパー１１Ｇおよび第２のスクレーパー１２Ｇは、第１の係止爪１１Ｋおよび第２の係止爪１２Ｋのそれぞれの先端から一体的に延伸しており、かつ摩擦溶接界面のスロットに接近している。回転押圧治具１０Ｋが軸方向に圧力を加えた状態で駆動されると、第１のスクレーパー１１Ｇおよび第２のスクレーパー１２Ｇが摩擦溶接界面のスロットに接近するように回転駆動され、摩擦溶接界面から押し出される押出物は、冷却されずに摩擦溶接界面のスロットに接近する第１のスクレーパー１１Ｇおよび第２のスクレーパー１２Ｇによって除去されるため、摩擦溶接が完了したときに、美観的で滑らかな摩擦溶接界面のスロットを得ることができる。第１のスクレーパーと第１の部材の内孔との間の隙間１１Ｊは、０．０５〜０．２０ミリメートルであり、押出し物が多い場合、隙間１１Ｊを０．２０〜０．３５ミリメートル、ひいては１ミリメートル程度にさらに大きくすることができる。スクレーパーの刃における切り屑溝と切削傾斜角は、押出物をすぐに切断して排出することが可能なように設けられている。
【００６１】
図１５から明らかなように、第１の係止爪１１Ｋおよび第２の係止爪１２Ｋによって摩擦接合部材１０Ａが締め付けられ、需要に応じて係止爪の数量をさらに増加してもよく、例えば、３つ以上の係止爪を設けることによっても実施することができる。
【００６２】
図１６は、本発明の摩擦溶接構造部材のクリップ装置の第２の実施例を示すものである。この図１６は、１つの第１のスクレーパー１１Ｇのみを有する場合にも、内孔の摩擦溶接界面における押出物を同時に除去することができることを示している。また、第１の係止爪１１Ｋから延出する第１の外孔口スクレーパー１１Ｗがさらに設けられており、第１の外孔口スクレーパー１１Ｗは、外孔口に接近するように配置され、外孔口の平面を超える押出物を除去することができる。
【００６３】
図１７は、本発明の摩擦溶接構造部材のクリップ装置の第３の実施例を示すものである。この実施例では、摩擦接合部材１０Ａには貫通孔が設けられていなく、第１の係止爪１１Ｋおよび第２の係止爪１２Ｋは、摩擦接合部材１０Ａの外周面を押し付けることによって摩擦溶接を実施する。第１の係止爪１１Ｋおよび第２の係止爪１２Ｋの端部には、外孔口の平面を超える押出物を除去するためのスクレーパー（図示省略）が設けられている。
【００６４】
図１８は、本発明の摩擦溶接構造部材のクリップ装置の第４の実施例を示すものである。この実施例では、スクレーパーの交換を容易にするために、第１のスクレーパー１１Ｇは、固定手段によって第の係止爪１１Ｋの先端に着脱可能に固定され、かつ摩擦溶接界面のスロットに接近するようになっている。さらに、上記の第２の実施例のように第１の係止爪１１Ｋから延出する第１の外孔口スクレーパー１１Ｗを設けてもよいが、この第１の外孔口スクレーパー１１Ｗは、固定手段によって第の係止爪１１Ｋの先端に着脱可能に固定され、かつ摩擦溶接界面の外孔口に接近する点で異なっている。
【００６５】
図１９は、本発明の摩擦溶接構造部材のクリップ装置の第５の実施例を示すものである。この実施例では、上記の第３の実施例と同様に、第１の係止爪１１Ｋの先端には、固定手段によって固定接続されるとともに摩擦溶接界面のスロットに接近する第１の外孔口スクレーパー１１Ｗが設けられている。また、この実施例では、第１の係止爪１１Ｋおよび第１の係止爪１２Ｋのそれぞれの先端には、弾性的な第１のスクレーパー１１Ｇおよび第２のスクレーパー１２Ｇがそれぞれ設けられており、この２つの弾性的なスクレーパーは、摩擦溶接界面のスリットと密着している。この実施例は、上記の各実施例と比べて、第１のスクレーパー１１Ｇおよび第２のスクレーパー１２Ｇが弾性を有する金属材によって形成され、回転押圧治具１０Ｋが回転するときに、金属材の弾性変形によって摩擦溶接界面のスリットと密着することができ、これによって押出物を同時に除去するという効果がよりよくなるという点で異なっている。また、図１９に示したように、この実施例では、摩擦接合部材１０Ａは、段差状となっているため、摩擦接合部材１０Ａにおける摩擦溶接界面１０Ｈと摩擦溶接界面１１Ｈとは、落差を有する平面に位置するようになっており、図１９に示す段差は、第２の部材１０Ｃの内孔口を超えているため、上側シリンダヘッド８７の吸気ダクト、排気ダクト、傾斜するように配置される燃料噴射器の孔口と下側シリンダヘッド８８の吸気ダクト、排気ダクト、傾斜するように配置される燃料噴射器の孔口との組付への摩擦溶接構造部材の応用により有利であり、上側シリンダヘッド８７の吸気ダクト、排気ダクト、傾斜するように配置される燃料噴射器の孔口と下側シリンダヘッド８８の吸気ダクト、排気ダクト、傾斜するように配置される燃料噴射器の孔口との組付を、上下の孔口における一部の領域の弾性変形によって実現する必要があるという問題が発生しない。図８と図９に示す下側シリンダヘッド８８の吸気ダクト、排気ダクト、傾斜するように配置される燃料噴射器孔口の下部領域を、上側シリンダヘッド８７の吸気ダクト、排気ダクト、傾斜するように配置される燃料噴射器孔口の下部領域に組付けるために、互いに接触する領域の弾性変形を利用する必要があるので、孔口における部材の材料に割れ、起毛が発生し、孔口が損害される恐れがある。摩擦接合部材１０Ａの摩擦溶接界面１０Ｈと摩擦溶接界面１１Ｈが落差を有する平面に位置するように配置される場合、段差は第２の部材１０Ｃの内孔口を超えるように設けられているため、上下側のシリンダヘッド体を組み立てるときに孔口における部材の材料に割れ、起毛が発生し、孔口が損害されることを避けることができる。
【００６６】
また、摩擦接合部材１０Ａを締付けるために、少なくとも２つの係止爪を設けることが必要であるが、必要に応じて係止爪の数量を増加することができると理解すべきである。摩擦溶接の回転押圧と同時に押出物を除去するために、少なくとも１つのスクレーパーを必要とするが、必要に応じてスクレーパーの数量を増加しても良い。コストを節約するため、摩損しやすいスクレーパーに対して、係止爪と一体的に製造されることなく、別途に製造されたスクレーパーを固定手段によって回転する係止爪に取り付けるようにすることができる。
【００６７】
上記の摩擦溶接構造部材のクリップ装置の各実施例によれば、スクレーパーと係止爪とは同時に回転しているため、押出物の流出過程において、押出物が冷却されずに同時に回転するスクレーパーによって使用周囲温度まで冷却されていない押出物を除去することができ、押出物が硬いものに冷却された後に除去しがたいという面倒を避けることができる。
【００６８】
また、本明細書に記載の「上」、「下」、「左」および「右」または類似する技術用語は、特に制限されるものではなく、相対的な方向と位置関係を示すに過ぎない。
【００６９】
以上、好ましい実施例を参照しつつ本発明について説明したが、本分野の一般的な技術者は、以上に記載された内容に基づいて、各種の同等な変形および変更を行うことができると理解すべきである。例えば、本発明の摩擦溶接構造およびプロセスと、他の非摩擦溶接プロセスと組み合わせてシリンダヘッドを製造することもできる。上記のクリップ装置に対して、任意の数量（少なくとも１つ）のスクレーパーを採用することができ、弾性的なスクレーパーと非弾性的なスクレーパーとを組み合わせて使用してもよく、任意の数量および形式のスクレーパーと任意数量および形式の外孔口スクレーパーとを組み合わせて使用してもよい。各摩擦溶接界面は、平面としてもよく、曲面としてもよい。そのため、本発明の保護範囲は、以上に具体的に説明したことに限定されるものではなく、添付の請求の範囲によって限定されるべきである。
【符号の説明】
【００７０】
１０Ａ…摩擦接合部材、１１Ａ…摩擦接合部材の内孔、１２Ａ…摩擦接合部材係止縁、１３Ａ…摩擦接合部材係止コーナー、１４Ａ…摩擦接合部材係止縁面取り部、１０Ｂ…第１の部材、１１Ｂ…第１の部材の内孔、１２Ｂ…第１の部材の支持段差、１０Ｃ…第２の部材、１１Ｃ…摩擦接合部材と第２の部材の皿穴壁との間の隙間、１０Ｄ…摩擦接合部材の補強縁、１０Ｈ…第１の摩擦溶接界面、１１Ｈ…第２の摩擦溶接界面、１２Ｈ…摩擦溶接界面、１０…スパークプラグ、１２…スパークプラグホール、９１２…スパークプラグホールの摩擦接合部材、１４…スパークプラグホールを周回する溶接ビード、１８…燃焼室、２０…ピストン、３０…誘導加熱コイル、７０…本体、７１…インテークマニホールド、７２…本体側ウォータージャケット、７３…本体側ウォータージャケットとヘッド側ウォータージャケットの通水孔、７５…燃料噴射器、７８…燃料噴射器孔を周回する溶接ビード、７５０…燃料噴射器孔、９７５０…燃料噴射器孔の摩擦接合部材、８０…シリンダヘッド、８１…ヘッド側ウォータージャケットと本体側ウォータージャケットの通水孔、８３…ヘッド側ウォータージャケット、８５…カムシャフト、８７…上側シリンダヘッド、８７０１…フランジ、８７０２…溝、８８…下側シリンダヘッド、９８８…下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材、９８８０…摩擦ディスク、９１８…下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材における燃焼室の連通孔、９８１…下側シリンダヘッド底部用の摩擦接合部材における通水孔、８８０１…フランジ、８８０２…溝、８３１…ウォーターインレット、８３２…ウォーターアウトレット、８８１…シリンダヘッドボルト穴、９８８１…シリンダヘッドボルト穴用摩擦接合部材、９８８１０…シリンダヘッドボルト穴用摩擦接合部材とシリンダヘッドの皿穴壁との間の隙間、８０３５…シリンダヘッドボルト穴を周回する溶接ビード、８８７…吸気通路、９８８７…吸気通路用摩擦接合部材、８０３７…吸気通路を周回する溶接ビード、８８９…排気通路、９８８９…排気通路用摩擦接合部材、８０３８…吸気通路を周回する溶接ビード、８８１２…吸気バルブステム孔、９８８１２…吸気バルブステム孔用摩擦接合部材、８８１３…吸気バルブステム、８０３２…吸気バルブステム孔を周回する溶接ビード、８８２２…排気バルブステム孔、９８８２２…排気バルブステム孔用摩擦接合部材、８８２３…排気バルブステム、８０３３…排気バルブステム孔を周回する溶接ビード、８０３０…上側シリンダヘッドと下側シリンダヘッドの外側の接続箇所を周回する溶接ビード、１０Ｋ…回転締付治具、１１Ｋ…第１の係止爪、１２Ｋ…第２の係止爪、１１Ｇ…第１のスクレーパー、１２Ｇ…第２のスクレーパー、１１Ｗ…第１の外孔口スクレーパー、１１０Ｋ…第１の係止爪体、１２０Ｋ…第２の係止爪体、１１Ｊ…第１のスクレーパーと第１の部材の内孔との間の隙間、１２Ｊ…第２のスクレーパーと第１の部材の内孔との間の隙間
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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