(57)【要約】【課題】シリンダヘッドのポート部材を作成する際に適当に溶湯を流すことができ、かつ、実際に車両に適用する際にポート部材の中空通路を流れる空気の圧力が分岐地点において損失されないポート部材の製造方法を提供する。【解決手段】複数の分岐する中空通路を備えるポート部材１０を鋳造する鋳型と、中空通路を形成するための中子とを用いてポート部材１０を製造するポート部材製造方法であって、鋳型内に、中子とともに、中子により形成される中空通路の分岐地点１１に該当する位置に中空通路が分岐する方向に沿って幅が広くなる略三角柱状のガイド部材５を配置する工程と、鋳型内に溶湯を供給することにより、ガイド部材５を鋳ぐるんでポート部材１０を形成する工程とを有するポート部材製造方法。【選択図】　　　　　　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の分岐する中空通路を備えるポート部材を鋳造する鋳型と、前記中空通路を形成するための中子とを用いてポート部材を製造するポート部材製造方法であって、
前記鋳型内に、前記中子とともに、該中子により形成される前記中空通路の分岐地点に該当する位置に該中空通路が分岐する方向に沿って幅が広くなる略三角柱状のガイド部材を配置する工程と、
前記鋳型内に溶湯を供給することにより、前記ガイド部材を鋳ぐるんで前記ポート部材を形成する工程と、
を有するポート部材製造方法。
【請求項２】
前記ガイド部材は、前記三角柱の側面のうち前記分岐地点に対向し、該分岐地点側に凹状となる円弧面を有してなる請求項１に記載のポート部材製造方法。
【請求項３】
前記ガイド部材は、前記中子と一体に成形される請求項１または請求項２に記載のポート部材製造方法。
【請求項４】
前記ガイド部材は、前記三角柱の側面のうち前記分岐地点に対向する面の両端が前記中子に食い込んでなる請求項３に記載のポート部材製造方法。
【請求項５】
前記ガイド部材は、端部に、前記鋳型に対する位置決め部材を有する請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のポート部材製造方法。
【請求項６】
前記ガイド部材は、端部に、前記中子を成形するための中子成形型に対する位置決め部材を有する請求項３に記載のポート部材製造方法。
【請求項７】
分岐する複数の中空通路を備え鋳造成形されるポート部材において、
前記中空通路の分岐地点においてる通路内側に鋭角な分岐面を形成し、かつ、通路外側に溶湯の流れをガイドする凹状の円弧面を形成するガイド部材が鋳造時に一体的に鋳ぐるまれてなるポート部材。
【請求項８】
分岐する複数の中空通路を備え鋳造成形されるポート部材に鋳ぐるまれるガイド部材であって、
前記中空通路の分岐地点において通路内側に鋭角な分岐面を形成し、かつ、通路外側に溶湯の流れをガイドする凹状の円弧面を形成するガイド部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の分岐する中空通路が形成されたポート部材の製造方法、該製造方法により製造されたポート部材、および、該ポート部材の製造に用いるガイド部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関を構成するシリンダヘッドでは、吸気ポート部材および排気ポート部材が複数の中空通路に分岐した形状に形成されることが多い。一般的にこのようなシリンダヘッドは、鋳造により成形される。これらは内部に複雑な中空通路を有しているので、鋳造の際には、シリンダヘッドの外形を成形する外型に、シリンダヘッド内の中空通路を成形する中子を挿入して、これに溶湯を注入してシリンダヘッドを成形している。
【０００３】
溶湯の凝固後には、中子を砕いて除去し、シリンダヘッドが完成する。中子は、鋳型として使用された後に、砕いて取り除く必要があるため、たとえば、砂を押し固めて形成されている。
【０００４】
このように、シリンダヘッドを形成する際には、そのポート部材を成形するために、中子が必要となる。中子は、複数の分岐した中空通路を形成するために用いられるので、それ自身が中空通路と合致した形状を有しており、すなわち、分岐した形状を有している。
【０００５】
中子は、分岐する部位同士の間が所定の幅より細くならないように形成されている。これは、中子の分岐する部位同士の間に所定の幅より細い部分があると、鋳造の際に、その細い部位に溶湯が流れず、該細い部分を鋳造により再現することができないからである。したがって、溶湯が流れる細さの限界が鋳造による製造要求として、上記所定の幅として設定されている。
【０００６】
しかし、上記のように、中子の分岐する部位同士の間が所定の幅よりも太く形成される中子を用いて鋳造を行ったのでは、シリンダヘッドのポート部材にできる中空通路の分岐地点にも所定の幅を有する部分が形成されてしまう。
【０００７】
これでは、実際に車両に適用する場合、ポートの中空通路に流れる空気が、分岐地点において分岐される際に、該分岐地点に形成される所定の幅の部位に衝突するので、圧力損失が大きくなり、内燃機関の能力を低下させる要因となってしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、シリンダヘッドのポート部材を作成する際に適当に溶湯を流すことができ、かつ、実際に車両に適用する際にポート部材の中空通路を流れる空気の圧力が分岐地点において損失されないポート部材の製造方法、該製造方法により製造したポート部材、および、該ポート部材の製造に用いるガイド部材の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１０】
（１）本発明のポート部材製造方法は、複数の分岐する中空通路を備えるポート部材を鋳造する鋳型と、前記中空通路を形成するための中子とを用いてポート部材を製造するポート部材製造方法であって、前記鋳型内に、前記中子とともに、該中子により形成される前記中空通路の分岐地点に該当する位置に該中空通路が分岐する方向に沿って幅が広くなる略三角柱状のガイド部材を配置する工程と、前記鋳型内に溶湯を供給することにより、前記ガイド部材を鋳ぐるんで前記ポート部材を形成する工程とを有する。
【００１１】
（２）前記ガイド部材は、前記三角柱の側面のうち前記分岐地点に対向し、該分岐地点側に凹状となる円弧面を有してなる。
【００１２】
（３）前記ガイド部材は、前記中子と一体に成形される。
【００１３】
（４）前記ガイド部材は、前記三角柱の側面のうち前記分岐地点に対向する面の両端が前記中子に食い込んでなる。
【００１４】
（５）前記ガイド部材は、端部に、前記鋳型に対する位置決め部材を有する。
【００１５】
（６）前記ガイド部材は、端部に、前記中子を成形するための中子成形型に対する位置決め部材を有する。
【００１６】
（７）本発明のポート部材は、分岐する複数の中空通路を備え鋳造成形されるポート部材において、前記中空通路の分岐地点においてる通路内側に鋭角な分岐面を形成し、かつ、通路外側に溶湯の流れをガイドする凹状の円弧面を形成するガイド部材が鋳造時に一体的に鋳ぐるまれてなる。
【００１７】
（８）本発明のガイド部材は、分岐する複数の中空通路を備え鋳造成形されるポート部材に鋳ぐるまれるガイド部材であって、前記中空通路の分岐地点において通路内側に鋭角な分岐面を形成し、かつ、通路外側に溶湯の流れをガイドする凹状の円弧面を形成する。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、ポート部材の中空通路が分岐する方向に沿って幅が広くなる三角柱状のガイド部材をポート部材に鋳ぐるんで形成するので、実際にポート部材をシリンダヘッドなどに適用する際に、中空通路の分岐地点を通過する空気が、該分岐地点においてポート部材と衝突することがなく、圧力損失を防止することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、ガイド部材が凹状となる円弧面を有しているので、ガイド部材を鋳ぐるんでポート部材を鋳造する際に、円弧面付近に狭い部分が発生せず、溶湯の流れが良好となり、また、狭い部分への溶湯の急激な流れ込みによる設備の破損等も防止することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、ガイド部材が中子と一体に成形されるので、ポート部材の鋳造時にガイド部材と中子との相対的な位置決めが容易となる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、ガイド部材の三角柱の側面のうち分岐地点に対向する面の両端が中子に食い込むので、鋳造後には中空通路側にガイド部材が突出する。したがって、鋳造に多少のばらつきがあっても、中空通路が分岐する方向に空気が流れる場合、ガイド部材と中空通路とによって空気が衝突するような段差ができず、圧力損失を防止することができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、ガイド部材が端部に、鋳型に対する位置決め部材を有するので、鋳造の際にガイド部材を容易に位置決めすることができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、ガイド部材が端部に、中子成形型に対する位置決め部材を有するので、中子成形の際に一体に成形するガイド部材を容易に位置決めすることができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、中空通路の分岐地点において通路内側に鋭角な分岐面を形成し、かつ、通路外側に溶湯の流れをガイドする凹状の円弧面を形成するガイド部材がポート部材に鋳ぐるまれるので、鋳造後には、中空通路の分岐地点を通過する空気が、該分岐地点においてポート部材と衝突することがなく、圧力損失を防止することができ、鋳造時には、中空通路外側を流れる溶湯をガイドして、溶湯の流れを良好となり、また、狭い部分への溶湯の急激な流れ込みによる設備の破損等も防止することができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、ガイド部材が中空通路の分岐地点において通路内側に鋭角な分岐面を形成し、かつ、通路外側に溶湯の流れをガイドする凹状の円弧面を形成するので、ポート部材の鋳造後には、中空通路の分岐地点を通過する空気の衝突を避け、圧力損失を防止することができ、鋳造時には、中空通路外側を流れる溶湯をガイドして、溶湯の流れを良好し、また、狭い部分への溶湯の急激な流れ込みによる設備の破損等も防止することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
図１はシリンダヘッド全体の形成に使用される中子を示す概略図、図２は図１に示す中子１をＡ−Ａ断面からみた概略構成を示す断面図である。
【００２８】
内燃機関のシリンダヘッドを成形する際には、鋳型内に中子を配置し、溶湯を注入して、溶湯の凝固後に中子を砕き、中子のあった部分を中空とする。砕く必要のある中子は鋳造時の溶湯の圧力には耐え、かつ溶湯の凝固後には砕きやすい性質を持った鋳砂により形成される。
【００２９】
シリンダヘッド成形時には、たとえば、図１に示すように、吸気ポート部材用の中子１と、ウォータージャケット用の中子１２０とを鋳型内に配置する。これら中子１および１２０を鋳型内に配置することによって、内部形状が複雑なシリンダヘッドでも容易に作成することができる。
【００３０】
本発明では特にポート部材の内部構造に特徴を有する。以下では、ポート部材の一つである吸気ポート部材に注目して説明し、シリンダヘッドとして同時に製造される他の部分については説明を省略する。
【００３１】
図２に示すように、中子１は、鋳型の上型２および下型３の間に挟まれ、鋳型内に小許の隙間４を介して配置される。この隙間４に溶湯が注入されることにより、該隙間４の形状に吸気ポート部材が形成される。
【００３２】
また、中子１は分岐した形状に成形されているので、図２の断面図では２つに分離して示される。中子１が分岐した形状に成形されるのは、吸気ポート部材内に複数の中空通路を形成するためである。
【００３３】
分岐する中子１の間には、分岐地点からガイド部材５が挟まれている。ガイド部材５は、中子１を構成する鋳砂とは異なり、中子１の粉砕時に砕けない物質により形成されている。たとえば、ガイド部材５は、アルミニウム合金など鋳型に注入される溶湯と同一の物質により形成されている。
【００３４】
したがって、鋳造の際には、溶湯がガイド部材５と一体化し、その後中子１を砕いてもガイド部材５は砕けることがなく、中子１のみが除去され、ガイド部材５が鋳ぐるまれる。ガイド部材５が鋳ぐるまれることにより、吸気ポート部材を自動車などの車両に適用する際に吸気ポート部材内を通る空気の流れをスムーズにすることができる。ガイド部材５の形状、およびこれを鋳ぐるむことによる効果については後述する。
【００３５】
次に、ガイド部材５が取り付けられた中子１について、具体的に説明する。
【００３６】
図３は吸気ポート部材の成形に使用される中子１の平面図、図４は中子１を成形するための鋳型およびガイド部材５を示す図、図５はガイド部材５の全体を示す斜視図、図６はガイド部材５に設けられた凸部を示す図である。
【００３７】
図３に示すように、ガイド部材５は、中子１が分岐を始める地点、すなわち中子１の分岐地点に取り付けられる。鋳造の際には中子１の形状に基づいて吸気ポート部材内に空気が通る中空通路が形成され、中子１の除去後、該中空通路の分岐地点にガイド部材５が配置されることになる。
【００３８】
中子１を形成する際には、図４に示すように、中子１を成形するための中子成形型の下型６上に、ガイド部材５を配置して、その上に図示しない上型をかぶせる。そして、中子成形型内に鋳砂を注入し、凝固させることにより、ガイド部材５が中子１に一体に取り付けられる。ガイド部材５が中子１と一体に成形されるので、ポート部材の鋳造時にガイド部材５と中子１との相対的な位置決めが容易となる。
【００３９】
中子１に取り付けられるガイド部材５は、図５に示すように、略三角柱状に形成されている。この三角柱の側面のうち２つの側面が、図３に示すように、中子１の分岐地点において、中子１と接触する。以下では、中子１に取り付けられたときに、該中子１に接触するガイド部材５の２つの側面を分岐面５１という。この２つの分岐面５１は、中子１の分岐に沿って鋭角をなす。また、中子１の分岐地点に対向する三角柱の残りの１つの側面５２は、分岐地点側に凹状に形成されている。この側面５２を、以下では円弧面５２という。
【００４０】
また、ガイド部材５は、図５および図６に示すように、上端部および下端部に位置決め部材として凸部７が設けられている。この凸部７は、中子成形型の下型６および上型に設けられた凹部（図示せず）と合致する形状を有している。したがって、中子１を成形する際には、中子成形型の凹部にガイド部材５の凸部７をはめ込むことによりガイド部材５を決まった位置に容易に位置決めすることができる。この位置決めにより中子１に対して決まった位置にガイド部材５を取り付けることができる。
【００４１】
ガイド部材５は、中子１が分岐する分岐地点に取り付けられるように位置決めされる。中子１を分岐形状に形成するために、中子成形型の下型６および上型には、位置決めされたガイド部材５から続く隔壁６１が設けられている。
【００４２】
隔壁６１は、ガイド部材５の円弧面５２に接触する端部６２を有する。この端部６２の幅は円弧面５２の幅よりも小さく、すなわち、円弧面５２の幅が端部６２の幅以上の大きさに形成されている。円弧面５２の幅と端部６２の幅とが一致することが好ましいが、加工にばらつきがあるのでこれに対応するために円弧面５２の幅の方を若干大きくしている。円弧面５２の幅を大きくする効果については後述する。
【００４３】
以上のように、中子成形型にガイド部材５を位置決めし、該中子成形型内に鋳砂を注入すると、図３に示すようにガイド部材５が取り付けられた中子１が成形される。この中子１を図２に示す鋳型２および３内に配置し、隙間４に溶湯を注入すると、溶湯とガイド部材５とが一体化する。その後、中子１を除去すると、ガイド部材５が中空通路に残り、製品としての吸気ポート部材が図７に示すように形成される。
【００４４】
図７は吸気ポート部材１０の形状を示す断面図である。なお、図７は、吸気ポート部材１０の幅が最も広くなる位置で切った断面図である。
【００４５】
吸気ポート部材１０は、図３に示す中子１と合致する形状の中空通路が空気の流路として形成されている。この中空通路の分岐地点１１には、上述のように、ガイド部材５が鋳込まれている。
【００４６】
このようにガイド部材５が鋳込まれた吸気ポート部材１０では、中空通路の分岐地点１１においてガイド部材５が空気の分岐する流れをスムーズにする。
【００４７】
以下では、ガイド部材５を用いることによる効果について説明する。
【００４８】
最初に、ガイド部材５を吸気ポート部材１０に鋳込ませることによる効果について、従来の吸気ポート部材と比較して説明する。図８は、従来の吸気ポート部材１００を示す断面図である。
【００４９】
図７に示すように、吸気ポート部材１０では分岐する方向に空気が流れる。本発明では、空気の分岐地点１１にガイド部材５が配置されるので、分岐地点１１において空気が吸気ポート部材１０と衝突することがなく、空気がスムーズに分岐され、通気抵抗が減少し、圧力損失を防止することができる。結果として、内燃機関への流入空気量が向上し、出力の向上を図ることができる。
【００５０】
一方、図８に示すような従来の吸気ポート１００では、分岐地点１０１にはガイド部材５が設けられていないので、分岐地点１１において空気が吸気ポート部材１００と衝突し、通気抵抗が減少し、圧力損失が発生してしまう。結果として、内燃機関への流入空気量が低減し、出力が低減してしまう。
【００５１】
以上から、本発明のように吸気ポート部材１０にガイド部材５を鋳込むことにより、従来よりも内燃機関の効率を向上できることがわかる。
【００５２】
次に、本発明のガイド部材５を吸気ポート部材１０に鋳込む際に、中子１にガイド部材５を取り付けていることによる効果について、従来の吸気ポート部材を鋳造するための中子と比較して説明する。図９は、従来の中子１１０を示す図である。
【００５３】
図３に示すように本発明で用いる中子１にはガイド部材５が取り付けられている。このガイド部材５は、中空通路の分岐地点に対向する凹状の円弧面５２を有している。中子１を鋳型内に配置して溶湯を注入する場合、溶湯は矢印で示すように中子１の表面、すなわち後に形成される中空通路外側に沿って流れる。
【００５４】
ここで、円弧面５２は、所定の幅を有してＲをつけて凹状に形成されているので、溶湯が狭い部分に流れ込むことがなく、溶湯を均等に流入することができる。また、狭い部分がないので、急激に狭い部分に溶湯が流れ込んで高圧になり、中子１が崩れるということも防止できる。
【００５５】
図９に示す従来の中子１１０は、本発明のガイド部材５および中子１の外形と同様の形状となっている。したがって、従来の中子１１０でも、表面に狭い部分がなく、溶湯の流入の際に不具合はない。しかし、従来の中子１１０には本発明のようなガイド部材５が取り付けられていないので、従来の中子１１０により吸気ポート部材を鋳造した場合でも、図８に示すような吸気ポート部材１００しかできず、この吸気ポート部材１００では上述したような出力抵抗等の問題を解決できない。
【００５６】
なお、最初から中子を図３に示す中子１と同じ形状にし、本発明のようなガイド部材５を取り付けず、吸気ポート部材の鋳造に用いることも考えられる。しかし、このような中子では、本発明でガイド部材５が配置される位置にガイド部材５がないので、中子の表面にＲが小さく、幅が狭い部分ができる。これでは、溶湯の流入が流れにくく、流れたとしても高圧により中子が破損するおそれがあり採用できない。
【００５７】
このように、本発明は、従来にないガイド部材５を中子１に取り付けておくことにより、吸気ポート部材１０を鋳造する際に、溶融が流れにくかったり高圧で中子が破損したりすることがなく、また、車両に適用して使用する際に、内燃機関の効率を向上することができる。
【００５８】
以上の効果をまとめると、鋳ぐるまれるガイド部材５により、鋳造後には、中空通路の分岐地点１１を通過する空気がポート部材１０と衝突することを防止して、圧力損失を防止することができ、鋳造時には、中空通路外側を流れる溶湯をガイドして、溶湯の流れを良好とし、狭い部分への溶湯の急激な流れ込みによる設備の破損等も防止することができる。
【００５９】
最後に、ガイド部材５の円弧面５２の幅が、中子成形型に設けられた隔壁６１の端部６２の幅と同等または若干それより大きく形成されていることによる効果について説明する。図１０は中子１の一部およびガイド部材５を示す拡大図、図１１は吸気ポート部材１０の一部を示す拡大図である。
【００６０】
円弧面５２と隔壁６１の幅が同じであれば、成形して得られる中子１は図３に示すようになる。しかし、円弧面５２の幅の方が隔壁６１の端部６２の幅より若干大きい場合、成形して得られる中子１は、ガイド部材５近傍において、図１０に示すようになる。
【００６１】
すなわち、ガイド部材５は、図１０に示すように、中子１に端部５３が食い込む。このように、ガイド部材５が食い込んだ中子１を用いて鋳造することにより得られる吸気ポート部材１０は、ガイド部材５近傍において、図１１に示すようになる。
【００６２】
つまり、中子１にガイド部材５が食い込んでいた部分が、段差５４として中空通路に現れる。しかし、この段差５４には、図１１に示すように、分岐する方向に流れる空気は衝突しないので、圧力損失が発生することはない。
【００６３】
したがって、円弧面５２の幅の方が中子成形型の隔壁６１の端部６２の幅よりも多少大きくなるようにしておけば、鋳造等の加工に多少のばらつきがあったとしても、鋳造されてできる吸気ポート部材１０内で圧力損失の発生原因となるような段差が形成されることがない。換言すると、加工のばらつきによる、内燃機関の効率の変動を防止することができ、内燃機関の効率を常に高く維持できる。
【００６４】
このように、円弧面５２の幅を隔壁６１の端部６２の幅より若干大きくすることにより、加工のばらつきによる内燃機関の作業効率の変動を防止できる。
【００６５】
上記実施の形態では、本発明を内燃機関の吸気ポート部材１０の製造に適用する場合について説明してきた。しかし、本発明は、吸気ポート部材１０の製造だけでなく、排気ポート部材の製造にも適用することができる。
【００６６】
排気ポート部材の製造に適用する場合、排気ポート部材では内部を通る空気は合流する方向に流れるので、空気の流れが吸気ポート部材と反対になることに注意が必要である。
【００６７】
たとえば、吸気ポート部材の場合、上述したように、ガイド部材５の円弧面５２の幅を、中子成形型の隔壁６１の端部６２の幅よりも若干大きくして、加工のばらつきによる内燃機関の効率の変動を防止していた。しかし、排気ポート部材に適用する場合には、空気が合流する方向に流れるので、図１１に示すような段差５４ができると空気が段差５４に衝突し、圧力損失の原因となる。したがって、吸気ポートの場合には、円弧面５２の幅を、隔壁６１の端部６２よりも若干小さくしておく必要がある。
【００６８】
また、上記実施の形態では、中子１にガイド部材５を一体として取り付けていた。しかし、これに限られず、中子１とガイド部材５とを別体としてもよい。この場合、ポート部材の鋳造には、別個に製造した中子１およびガイド部材５を組み合わせて鋳型内に配置する。鋳型内にガイド部材５を配置する際には、ガイド部材５に設けられた位置決め部材を用いることもできる。ガイド部材５が、鋳型に対する位置決めにも使用できることにより、ガイド部材の位置決めを容易にすることができる。
【００６９】
さらに、上記実施の形態では、ガイド部材５に位置決め部材として凸部７が設けられていたが、これに限られない。位置決め部材としては、凸部ではなく凹部が形成されてもよい。この場合、中子成形型には凹部に合致する凸部が設けられ、これらが嵌合することによりガイド部材５を容易に位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリンダヘッド全体の形成に使用される中子を示す概略図である。
【図２】図１に示す中子をＡ−Ａ断面からみた概略構成を示す断面図である。
【図３】吸気ポート部材の成形に使用される中子の平面図である。
【図４】中子を成形するための鋳型およびガイド部材を示す図である。
【図５】ガイド部材の全体を示す斜視図である。
【図６】ガイド部材に設けられた凸部を示す図である。
【図７】吸気ポート部材の形状を示す断面図である。
【図８】従来の吸気ポート部材を示す断面図である。
【図９】従来の中子を示す図である。
【図１０】中子の一部およびガイド部材を示す拡大図である。
【図１１】吸気ポート部材の一部を示す拡大図である。
【符号の説明】
１…中子、
２…上型、
３…下型、
４…隙間、
５…ガイド部材、
６…中子成形型の下型、
７…凸部（位置決め部材）、
１０…ポート部材、
１１…分岐地点、
５１…分岐面、
５２…円弧面、
５３…端部、
５４…段差、
６１…隔壁、
６２…端部。
【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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