(57)【要約】【課題】シリンダヘッドの構成部材が、機械加工が容易になるように平面で構成された分割面を持つ、シリンダヘッド構造を提供する。【解決手段】吸気ポート１１及び排気ポート１２等の複数のポートを有するシリンダヘッド１０であって、各々が分割面Ｂ―Ｂを備えるポートパーツ上１０ｂとポートパーツ１０ｃが成形され、ポートパーツ上１０ｂとポートパーツ１０ｃが分割面Ｂ―Ｂで接合されたシリンダヘッド１０のシリンダヘッド構造において、吸気ポート１１及び排気ポート１２等の複数のポートのうち少なくとも１つのポートが、第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂが平行に内周に形成されたポート断面２５を備え、分割面Ｂ―Ｂの一部を構成するポート分割平面が、ポート断面２５の第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂとを通過すること。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のポートを有するシリンダヘッドであって、各々が分割面を備える第１構成部材と第２構成部材が成形され、前記第１構成部材と前記第２構成部材が前記分割面で接合されたシリンダヘッド構造において、
前記複数のポートのうち少なくとも１つのポートが、第１直線部分と第２直線部分が平行に内周に形成されたポート断面を備え、
前記分割面の一部を構成するポート分割平面が、前記ポート断面の前記第１直線部分と前記第２直線部分とを通過することを特徴とするシリンダヘッド構造。
【請求項２】
請求項１に記載のシリンダヘッド構造において、
前記ポート分割平面が、２以上の平面から構成され、折れ線状に連続していることを特徴とするシリンダヘッド構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載されるシリンダヘッド構造をもつシリンダヘッドを、鋳造工程と、機械加工工程と、接合工程を経て製造するシリンダヘッドの製造方法において、
前記鋳造工程では、
前記第１構成部材を第１分割型及び第２分割型を用いて鋳造し、前記第１構造部材を前記第１分割型又は前記第２分割型から、前記ポート断面が減少する方向に抜き、
前記第２構成部材を第３分割型及び第４分割型を用いて鋳造し、前記第２構造部材を前記第３分割型又は前記第４分割型から、前記ポート断面が減少する方向に抜き、
前記機械加工工程では、
前記第１構成部材と前記第２構成部材の前記分割面を機械加工し、
前記接合工程では、
前記第１構成部材と前記第２構成部材を接合することを特徴とするシリンダヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載されるシリンダヘッドの製造方法において、
前記シリンダヘッドが、前記ポートに接続する未加工部分を有し、
前記接合工程の後、一体化された前記シリンダヘッドの仕上げ加工を行う仕上げ工程で、
前記未加工部分を加工することを特徴とする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、エンジンのシリンダヘッドを２以上の構成部材に分割して鋳造し、それらを接合することにより一体化する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンには、重量の軽減、及び冷却性能の向上その他の目的で、アルミニウム合金製のシリンダヘッドが広く採用されている。
このシリンダヘッドは、その内部に、吸気ポート、排気ポート、燃料を爆発させる燃焼室、及び冷却水を流通させるウォータジャケットを備えており、通常は鋳造によって一体成形されている。
吸気ポート、排気ポート、燃焼室、及びウォータジャケットは、中に流体を通すために、シリンダヘッドに中空部を形成する複雑な構造となっている。
このようにシリンダヘッドは中空部を有する複雑な構造となっているため、従来では、吸気ポート、排気ポート、ウォータジャケットを成形するための多数の中子を用いて鋳造されていた。
また、シリンダヘッドを一体鋳造する場合、複雑な形状が鋳造可能な低圧鋳造法を用いることが通例であった。
しかし、低圧鋳造法は鋳造速度の制限から鋳造速度を上げることが出来ないので、生産性を向上させるのが難しいという問題がある。
【０００３】
鋳造速度を上げることができない理由は、溶湯を供給するための圧縮空気の圧力を、一定値以上高くすることができないためである。
さらに、シリンダヘッドを低圧鋳造法によって製作するにあたっては、多数の崩壊性の中子を用いて鋳造を行うために、鋳造が終わった後に、崩壊性の中子の除去工程が必要となる。
また、鋳造の度に取り出すために崩壊させてしまうため、崩壊性の中子は、製品１つ辺りに１セットの崩壊性の中子を制作する必要がある。崩壊性の中子を形成するのに用いるケイ砂は、再利用をしているが、毎回制作を要するために、コストと手間がかかる。
このように、鋳造速度が上げられない点や、中子を複数用いなければならず、鋳造後に中子を崩して取り出さなければならない等の手間がかかり、シリンダヘッドの生産コストを下げることが出来なかった。
【０００４】
この点に着目して、崩壊性の中子を用いず、かつ、鋳造速度の速いダイカスト鋳造にて製造するシリンダヘッドについて開示しているのが、特許文献１である。
図１０は特許文献１の接合構造シリンダヘッドの断面図を示している。
特許文献１のシリンダヘッド１０は、上方の冷却水室１１６を横切り、図の紙面に対し前後方向に延在する接合面Ｘ−Ｘ及び吸気ポート１１、及び排気ポート１２を横切る接合面Ｙ−Ｙによって分割された上部ヘッド部材１１０ａ、中部ヘッド部材１１０ｂ、及び下部ヘッド部材１１０ｃの３つの構成部材に分割されている。
これら３分割された、シリンダヘッドの構成部材は、何れも冷却水室１１６、１２２、及び吸気ポート１１、及び排気ポート１２を形成するための崩壊性の中子を必要としない。したがって、従来の低圧鋳造法よりも著しく生産性が高い例えばダイカスト機を用いることで極めて生産性良く製造することが出来る。
【０００５】
なお、接合面Ｙ−Ｙが曲面で分割される理由については記載がないが、吸気ポート１１及び排気ポート１２の断面が円形状であり、それぞれの中心線で分割することでアンダーカットが発生することを防いでいるものと考えられる。
アンダーカットとは、鋳造において型を抜くための抜き勾配とは逆の勾配が付いており、出口よりも内部の方が広い構造となる部分のことを言う。
ポートが円形である場合、円の中心線を切断面が通過すれば、アンダーカットは出来ないが、切断面が中心線よりずれれば、円弧の長い側に必ずアンダーカットができる。すなわち、吸気ポート１１及び排気ポート１２を中部ヘッド部材１１０ｂと下部ヘッド部材１１０ｃに上下で分割する際に、接合面Ｙ―Ｙが円の中心線からずれると、中部ヘッド部材１１０ｂと下部ヘッド部材１１０ｃのどちらかに必ずアンダーカットが出来てしまう。
【０００６】
アルミニウムをダイカスト成形する場合には、金型を用いて鋳造するが、アンダーカットのある鋳物を鋳造すると、金型を抜く際に金型とアルミ鋳物が干渉し、金型からアルミ鋳物が抜けなくなってしまう。
したがってこの様な形状は避けられるのが一般的である。
仮にアンダーカットの形状を持つ鋳物を鋳造する場合は、崩壊性の中子を用いる必要がある。特許文献１では、崩壊性の中子を避けるために分割しているため、アンダーカットがあっては分割鋳造する意味が無くなってしまう。
そこで、接合面Ｙ―Ｙが曲面で構成され、吸気ポート１１及び排気ポート１２の中心線を通過するように切断することで、中部ヘッド部材１１０ｂと下部ヘッド部材１１０ｃはアンダーカットのない形状とすることが出来る。そうすることで、他の部分同様に鋳造時に崩壊性の中子を用いる必要が無くなる。
このように、特許文献１では、シリンダヘッド１０を分割することで、崩壊性の中子を用いないで鋳造する方法についての技術を開示している。これにより、生産性を向上している。
【特許文献１】昭６２−１６２７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、接合面Ｙ−Ｙが曲面で構成されるために機械加工が困難であるという問題が考えられる。以下にこの点について説明する。
ダイカスト鋳造では他の鋳造方法に比べて比較的精度の良い面が得られるとはいえ、そのまま接合面とするだけの精度を得ることは困難である。
これは、アルミニウムの溶湯が凝固する際に部分的に縮む等の理由で凹凸が出来るためであり、また、鋳肌にはヘヤークラックやヒートチェック、エアの巻き込み等による巣などの欠陥が生じる場合もある。
つまり、ダイカスト鋳造したアルミ鋳物の鋳肌は、接合するには面精度が不十分で、表面欠陥も存在する。
一方、シリンダヘッドの吸気ポート、排気ポートには、一定の流速を持った吸気エアや、高圧の排気ガス、周囲に設けられたウォータジャケットを流れる冷却水が、それぞれ漏れないように、シール性を保持して接合する必要がある。
したがって、接合面Ｙ―Ｙを接合する際にシール性を確保するためには、前述したダイカスト鋳造による鋳肌の面精度や表面欠陥の問題を解決する必要がある。
【０００８】
このような接合面の面精度や表面欠陥の問題を解決するには、接合面に機械加工を施す必要がある。
しかし、一般的に曲面を精度良く機械加工することは困難であり、加工を実現するには高いコストがかかってしまう。
金型を用いて中部ヘッド部材１１０ｂ及び下部ヘッド部材１１０ｃをダイカスト鋳造した後、面精度を向上させ、表面欠陥の影響を無くすために、部品ごとに曲面を含む接合面Ｙ―Ｙに機械加工を施す必要がある。
近年はＮＣ制御によって複雑な形状の加工が比較的容易に出来るようになっているが、中部ヘッド部材１１０ｂと下部ヘッド部材１１０ｃの両方の曲面である接合面Ｙ―Ｙを、接合可能に高精度に加工することは困難であり、加工を実現するには時間も手間もかかる。
このように、特許文献１に記載の技術においては、シリンダヘッドを分割鋳造した後、分割面のシール性を確保するために分割面に機械加工を施すことが必要であるが、分割面に曲面を含んでいるので機械加工が困難であり、加工を実現するにはコストがかかるといった問題があった。
また、接合面Ｙ―Ｙを含む中部ヘッド部材１１０ｂと下部ヘッド部材１１０ｃは、ダイカスト鋳造で作られているために、これらを鋳造するための金型も高精度な曲面形状を含んだ形状に仕上げる必要がある。
【０００９】
そこで、本発明ではこのような問題を解決するためになされたものであり、分割面の機械加工が容易な分割型のシリンダヘッド構造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】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明によるシリンダヘッド構造及びその製造方法は以下のような特徴を有する。
（１）複数のポートを有するシリンダヘッドであって、各々が分割面を備える第１構成部材と第２構成部材が成形され、前記第１構成部材と前記第２構成部材が前記分割面で接合されたシリンダヘッド構造において、前記複数のポートのうち少なくとも１つのポートが、第１直線部分と第２直線部分が平行に内周に形成されたポート断面を備え、前記分割面の一部を構成するポート分割平面が、前記ポート断面の前記第１直線部分と前記第２直線部分とを通過することを特徴とする。
【００１１】
ここでいう「複数のポート」とは、吸気ポート、排気ポート等のシリンダヘッドに有するポートであり、その内部を流体が通るもののことを指す。
またここでいう「第１直線部分と第２直線部分が平行に内周に形成されたポート断面」とは、ポートを構成する「ポート断面」が第１直線部分と第２直線部分の２つの直線部分を有しており、第１直線部分と第２直線部分は相互に平行となる形状のことを意味する。例えば、同じ長さを持つ平行な線分の両端に半円等の円弧で結ばれている長円形状のものや、あるいは角部にＲをつけた長方形などでも良い。
なお、「第１直線部分」及び「第２直線部分」は、概念的に直線状であるということを意味し、幾何学的に直線という意味まで限定はしていない。すなわち、この部分を鋳造で形成するにあたって一般的には抜き勾配が必要となるが、「ポート分割平面」で切り取られる一方と他方で、製造上の制約によって抜き勾配が設けられ、「第１直線部分」及び「第２直線部分」を分割する分割点を頂点に勾配がつくことを妨げない。このことは「平行」についても同じことがいえる。
【００１２】
またここでいう「ポート分割平面」とは、第１構成部材と第２構成部材の有する分割面の一部であって、平面で構成される、ポート部分を分割する面のことを指す。よって、ポート分割平面によってポートが分割され、第１構成部材に含まれる部分と第２構成部材に含まれる部分とに分かれる。なお、このポート分割平面は、１枚の平面で構成されるものだけでなく、複数の平面から構成されるものも含むものとする。
またここでいう「前記第１直線部分と前記第２直線部分とを通過する」とは、第１直線部分及び第２直線部分の上であればどこを通過しても良いという意味である。したがって、例えば、第１直線部分と第２直線部分が円弧で接続される、それぞれの接続点を「ポート分割平面」が通過する場合も含まれる。
【００１３】
このように、第１直線部分と第２直線部分をポート断面の内周に含み、ポート分割平面が第１直線部分と第２直線部分を通過してポートを分割するため、分割面は平面で構成されることになる。
前述したように、特許文献１で接合面Ｙ―Ｙを曲面としたのは、円形断面を持つ吸気ポート１１及び排気ポート１２の中心線を通り、アンダーカットを防ぐ目的があったと考えられるが、（１）では第１直線部分と第２直線部分を設け、ポート分割平面がその上を通過する構成とすることで、同目的に対応している。
第１直線部分と第２直線部分は相互に平行であればよいので、例えば排気ポートの入り口から出口にかけて広がるような形状であっても良いし、４バルブのシリンダヘッドでは、吸気ポートや排気ポートは、同じ燃焼室から出る隣り合うポート同士で一つにまとめられることが多いが、そのような形状であってもよい。
すなわち、ポート断面に第１直線部分と第２直線部分を含み、第１直線部分と第２直線部分をポート分割平面が通過することで、ポートは第１構成部材に含まれる部分と第２構成部材に含まれる部分の２つに分割される。
【００１４】
（２）（１）に記載のシリンダヘッド構造において、前記ポート分割平面が、２以上の平面から構成され、折れ線状に連続していることを特徴とする。
ここでいう「折れ線状に連続」とは、シリンダヘッドがシリンダブロックに当接する面と垂直で、かつポートの中心線を通るように切断したポート分割平面の断面が、折れ線状に見えるようポート分割平面が構成されているという意味である。
このように折れ線状に構成されたポート分割平面が、ポート断面を構成する第１直線部分と第２直線部分を通過することで、分割面は平面だけで構成することが出来る。
【００１５】
（３）（１）又は（２）に記載されるシリンダヘッド構造をもつシリンダヘッドを、鋳造工程と、機械加工工程と、接合工程を経て製造するシリンダヘッドの製造方法において、前記鋳造工程では、前記第１構成部材を第１分割型及び第２分割型を用いて鋳造し、前記第１構造部材を前記第１分割型又は前記第２分割型から、前記ポート断面が減少する方向に抜き、前記第２構成部材を第３分割型及び第４分割型を用いて鋳造し、前記第２構造部材を前記第３分割型又は前記第４分割型から、前記ポート断面が減少する方向に抜き、前記機械加工工程では、前記第１構成部材と前記第２構成部材の前記分割面を機械加工し、前記接合工程では、前記第１構成部材と前記第２構成部材を接合することを特徴とする。
ここでいう「ポート断面が減少する方向」とは、第１構成部材であれば、第１分割型又は第２分割型から抜く方向であって、第１構成部材を抜き方向に移動させることによって、第１構成部材の有するポート断面の断面積が、前記第１分割型又は前記第２分割型によって切り取られる部分が減少する方向のことを指す。第２構成部材についても、同じである。
またこの方向は、鋳造に用いる型が上型と下型の２つの型から構成されている場合、ポート断面の有する第１直線部と第２直線部と平行な方向でもある。
【００１６】
（４）（３）に記載されるシリンダヘッドの製造方法において、前記シリンダヘッドが、前記ポートに接続する未加工部分を有し、前記接合工程の後、一体化された前記シリンダヘッドの仕上げ加工を行う仕上げ工程で、前記未加工部分を加工することを特徴とする。
ここでいう「未加工部分」とは、ポートと接続し、加工された後にポートの一部となって流体を流通させることが可能な部分のことを指す。
【発明の効果】
【００１７】
このような特徴を有する本発明によるシリンダヘッド構造及びその製造方法により、以下のような作用、効果が得られる。
（１）第１構成部材と第２構成部材を分割面で接合したシリンダヘッド構造において、シリンダヘッドに備えるポートの少なくとも１つが、第１直線部分と第２直線部分が平行に内周に形成されたポート断面を備え、ポート分割平面が、前記ポート断面の前記第１直線部分と前記第２直線部分とを通過することを特徴とするので、第１構成部材と第２構成部材の分割面は平面だけで構成することが可能となる。
すなわち、シリンダヘッドを第１構成部材と第２構成部材に分割するにあたり、流体を流通させるポートのポート断面の形状を、相互に平行な第１直線部分と第２直線部分を含むものとし、ポートを分割するポート分割平面が第１直線部分と第２直線部分を通過するようにすることで、ポートを平面で分割してもアンダーカットとなる部分は出来なくなる。
【００１８】
これは、ポート分割平面が第１直線部分と第２直線部分を通過することで、ポートを分割し、第１構成部材に一方の半割ポートが、第２構成部材に他方の半割ポートが含まれることになる。この時、第１直線部分と第２直線部分は金型の移動方向と平行とすれば、アンダーカットとなる部分は出来ない。
例えば、第１構成部材を２分割の金型でダイカスト鋳造する場合、金型の一方は移動型となり、他方は固定型となる。前述したように、半割ポートの第１直線部分と第２直線部分が、移動型の移動方向と平行となっている。したがって、流体が通過するポートのポート断面に、第１直線部と第２直線部を平行に有する場合、ポート分割平面が第１直線部及び第２直線部のどの部分を通過したとしても、分割された半割ポートはアンダーカットとならない。
【００１９】
このように、第１構成部材の、第１直線部と第２直線部を平行に内周に有するポート断面を有するポートを分割した場合、半割ポートはアンダーカットとならないので、その部分に崩壊性の中子を用いずに鋳造することが可能となる。
すなわち、分割面で分割するポート全てが、このようなポート断面を有していれば、この分割面の通過する部分では、崩壊性の中子を用いる必要がなくなる。
このことは、もちろん第２構成部材においても同様の効果が得られる。
これによって、ダイカスト鋳造するにあたり、ポート断面の内周に平行に形成された第１直線部分と第２直線部分の上を分割平面が通過する部分では、崩壊性の中子を用いる必要が無くなるので、安価に第１構成部材と第２構成部材を鋳造することが可能となる。
【００２０】
また、第１構成部材と第２構成部材の分割面は、ポート分割平面も平面で構成されるので、分割面は平面だけで構成することが可能となる。
その結果、分割面が平面だけで構成されることで分割面の機械加工が容易になり、安価に精度良く接合面を加工することが出来る。
また、精度良く加工が行えるため、高いシール性を発揮できるように接合することが可能となる。したがって、機械加工が容易な分割面を持つ構成部材からなるシリンダヘッド構造を提供することが可能となる。
【００２１】
（２）（１）に記載のシリンダヘッド構造において、前記ポート分割平面が、２以上の平面から構成され、折れ線状に連続していることを特徴とするので、曲率の大きいポートをポート分割平面で分割する場合であっても、接合面を平面だけで構成することが可能になる。
これは、例えば、ポート分割平面が１枚の平面で構成されるとすると、ポートが吸気ポートであった場合、吸気ポートの中心線の曲率は、シリンダヘッド外面に形成される吸気ポート入口から、燃焼室側に形成される吸気ポート出口までの距離と、第１直線部分又は第２直線部分の長さに制限されることになる。
第１直線部分及び第２直線部分の長さを無限に長くとることが出来れば、吸気ポートの中心線の曲率も自由にとることが可能であるが、エンジンの体格の要請からシリンダヘッドの高さは制限され、必然的にシリンダヘッドの高さ方向に形成される第１直線部分又は第２直線部分の長さも制限されることとなる。したがって、吸気ポートの中心線の曲率も制限される。
このような問題も、接合面が一対の平行な内面を折れ線状に通ることで解決される。これにより、（１）の効果を有したまま設計自由度を高めることが可能なシリンダヘッド構造となる。
【００２２】
なお、ポート分割平面の折れ線の折れる回数を増やすほど、複雑な形状に対応できるようになるが、複数の面からなる加工面は、折れ線の折れる回数が増えるほど、加工容易性を損なう結果となるため、２〜３回程度の折れ部分を含む折れ線にすることが望ましい。
ただし、曲面を加工する場合と複数の平面を加工する場合とでは大きな違いがある。曲面は、連続的に角度が変化する形状であるためフライス加工する場合は通常のエンドミルで加工をすることは困難であり、曲面に対応した専用のエンドミルを必要とする。また、曲面の曲率が変わるような場合は更に加工が困難となる。一方、平面で構成される面であれば、エンドミルの角度を変えることで加工が可能となるので、接合面に用いる場合であれば、平面から構成される面の方が格段に加工しやすくなる。
したがって、２以上の平面からなるポート分割平面の加工は、曲面の加工をする場合に比べて機械加工が容易となり、加工コストを下げることが出来る。
【００２３】
（３）（１）又は（２）に記載されるシリンダヘッド構造をもつシリンダヘッドを、鋳造工程と、機械加工工程と、接合工程を経て製造するシリンダヘッドの製造方法において、前記鋳造工程では、前記第１構成部材を第１分割型及び第２分割型を用いて鋳造し、前記第１構造部材を前記第１分割型又は前記第２分割型から、前記ポート断面が減少する方向に抜き、前記第２構成部材を第３分割型及び第４分割型を用いて鋳造し、前記第２構造部材を前記第３分割型又は前記第４分割型から、前記ポート断面が減少する方向に抜き、前記機械加工工程では、前記第１構成部材と前記第２構成部材の前記分割面を機械加工し、前記接合工程では、前記第１構成部材と前記第２構成部材を接合することを特徴とするので、接合面が平面だけで構成することができる。接合面が平面だけで構成されることで接合面の機械加工が容易になり、加工時間も短縮できることから加工コストの低減を図ることが可能なシリンダヘッドの製造方法を提供することができる。
また、ポートを分割するポート分割平面が、相互に平行な第１直線部分と第２直線部分を通過するようにすることで、アンダーカットとなる部分を無くすことができるので、ポートを形成するために崩壊性の中子を用いる必要がなくなり、崩壊性の中子の使用量を削減でき、生産コストを下げることが可能となる。
【００２４】
（４）（３）に記載されるシリンダヘッドの製造方法において、前記シリンダヘッドが、前記ポートに接続する未加工部分を有し、前記接合工程の後、一体化された前記シリンダヘッドの仕上げ加工を行う仕上げ工程で、前記未加工部分を加工することを特徴とする。
これによって、例えば、シリンダヘッドの燃焼室部分に接続される、吸気ポート及び排気ポートの、燃焼室部分に接続される部分が未加工であり、接合工程の後、一体化されたシリンダヘッドの仕上げ加工を行う仕上げ工程で、未加工の部分を、機械加工することで、吸気ポートと排気ポートを、燃焼室部分と連通させるような加工を行えば、吸気ポート及び排気ポートが燃焼室部分に接続される部分が鋳造の際にはアンダーカットを発生する部分となってしまい、崩壊性の中子や抜き方向の異なるスライド型を組み込まずともよくなる。
【００２５】
燃焼室部分と吸気ポート及び排気ポートが接続される部分は、エンジン稼働時にはバルブが開閉して流路を連通、遮断するため、通常バルブシートリングが打ち込まれる。
このバルブシートリングを打ち込むための穴は、バルブがスムーズに動くように精度を出す必要があるために仕上げ工程で加工され、この加工の際に、ポートに接続する未加工部分をも加工することで、加工コストをかけずに加工が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例についての構成を、図面を用いて説明する。
図１はシリンダヘッドの全体斜視図である。
シリンダヘッド１０は、直列４気筒のエンジンに用いられるもので、図１では図示しないヘッドカバーが上面に、下面には図示しないシリンダブロックが取り付けられる。
また、シリンダヘッド１０の側面には吸気ポート１１が設けられ、図示しないインテークマニホールドが接続される。
また、吸気ポート１１と対向する側面には、図示しない排気ポート１２が設けられ、図示しないエキゾーストマニホールドが接続される。
このシリンダヘッド１０はアルミニウム合金製のものが近年では多くなっている。これは、エンジンそのものの重量を軽量化する目的がある他、エンジン自体が小型化かつ高出力化をしているために、鉄よりも熱伝達性が良いアルミニウム合金を材料に用いた方が、熱伝達性が良くなり冷却効果が高くなるためである。
【００２７】
図２には、このシリンダヘッド１０の模式断面図を示す。
また、図３には、シリンダヘッド１０を分割して鋳造した状態の、構成部材の断面図を示す。
シリンダヘッド１０には、図示しないシリンダブロックが組み付けられる側に燃焼室１３が設けられている。また、この燃焼室１３に、吸気ポート１１及び燃焼室１３が接続されている。
エンジン稼働時には、動力を取り出すために燃焼室１３で気化した燃料を爆発させるため、高温高圧のガスが発生する。この燃料を燃焼させるための空気をとり入れるポートが吸気ポート１１であり、燃焼後のガスを排気するポートが排気ポート１２である。
なお、燃料の供給を行う図示しないインジェクションは、吸気ポート１１の途中に設けられるか、直噴型のエンジンであれば、燃焼室１３に設けられることになる。このインジェクションから、燃料となるガソリンや軽油等の燃料を供給する。
燃焼室１３では、燃料を爆発させることで高温高圧のガスが発生する。その温度は２０００℃以上にも達し、一方、シリンダヘッド１０の材料であるアルミニウムの融点は６６０℃程度しかない。したがって、冷却しなければアルミニウムが溶け、シリンダヘッド１０そのものが形状を保てないため、ポート上部ウォータジャケット１５ａやポート下部ウォータジャケット１５ｂなどのウォータジャケットが随所に設けられ、冷却水を流してシリンダヘッド１０を冷却している。
【００２８】
図２の分割面Ａ―Ａ、分割面Ｂ―Ｂ、及び分割面Ｃ―Ｃは、シリンダヘッド１０の分割面である。本発明に係る第１実施例では、分割面Ａ―Ａ、分割面Ｂ―Ｂ、及び分割面Ｃ―Ｃにて、シリンダヘッド１０を４つに分割して鋳造する。
そして、図３に示すように、シリンダヘッド１０を動弁系パーツ１０ａ、ポートパーツ上１０ｂ、ポートパーツ１０ｃ、及び燃焼室パーツ１０ｄのように分割して鋳造し、鋳造後に接合する。このうち、ポートパーツ上１０ｂが第１構成部材に相当し、ポートパーツ１０ｃが第２構成部材に相当する。
この分割面Ａ―Ａ、及び分割面Ｃ―Ｃは、ポート上部ウォータジャケット１５ａ及びポート下部ウォータジャケット１５ｂを分割する位置に設けられる。
また、分割面Ｂ―Ｂは、吸気ポート１１及び排気ポート１２を切断する位置に設けられ、何れの分割面も平面で構成されている。
なお、図２及び図３は概念図であるため、分割部分は例示に過ぎない。
【００２９】
エンジン稼働時には、図示していないが、シリンダヘッド１０には吸気ポート１１及び排気ポート１２の数だけバルブが備えられ、燃焼室１３と吸気ポート１１及び排気ポート１２が接続される部分にバルブシート１４が備えられ、バルブがバルブシート１４に当接離間することで、吸気ポート１１及び排気ポート１２を開閉する。
吸気ポート１１は、燃焼室１３とバルブシート１４部分で接続され、シリンダヘッド１０の吸入口１１ａと結ぶ流路である。また、排気ポート１２は、燃焼室１３とバルブシート１４と排気口１２ａを結ぶ流路である。
吸気する際には、吸気ポート１１側のバルブが開けられ、燃焼するための空気等を取り込み、バルブを閉めた後に点火、爆圧で図示しないピストンが動作し、燃焼が終わったガスは、排気ポート１２側のバルブが開けられてエキゾーストマニホールド側に排出される。これを繰り返すことで、エンジンは動力を取り出すことが出来る。
第１実施例のエンジンは直列４気筒であり、４バルブのエンジンであるため、１気筒あたりバルブは４本必要となる。つまり、燃焼室１３に設けられるバルブシート１４も４カ所あることになる。
なお、バルブはディスク形状のバルブフェースに、バルブステムと呼ばれるシャフトが付いたような形をしており、このバルブフェースがシリンダヘッド１０に設けられたバルブシート１４を開閉することで吸気ポート１１及び排気ポート１２の流路を、流通遮断する。したがって、このバルブが当接する部分であるバルブシート１４の部分も円形になっている。
【００３０】
一方、シリンダヘッド１０の側面に設けられた吸気ポート１１の吸入口１１ａと、排気ポート１２の排気口１２ａは、バルブシート１４とは形状が異なる。
図４は、吸気ポート１１の断面拡大図であり、図５は図４で示すＤ―Ｄ断面、Ｅ−Ｅ断面、及びＦ−Ｆ断面を示すポート断面２５である。
図５に示すように、バルブシート１４が円形であるのに対し、吸入口１１ａは平行な第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂが円弧で接続される長円形状である。
この吸入口１１ａの形状に関しては、長円形状に限定されるものではないが、第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂが平行である必要がある。
また、図示しないが、排気ポート１２の有する排気口１２ａは、吸入口１１ａと同様に第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂが平行に設けられている。ただし、同じ燃焼室１３から出た排気ポート１２は１つにまとめられて排気口１２ａに接続されている。したがって、図１に示される吸入口１１ａのように８カ所ではなく、排気口１２ａはシリンダヘッド１０の側面に４カ所設けられている。
【００３１】
このように吸気ポート１１は、燃焼室１３との接続部であるバルブシート１４の部分では円形に、シリンダヘッド１０の側面に設けられた吸入口１１ａでは第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂを円弧で繋いだ長円形状になっている。
排気ポート１２についても、排気口１２ａで合流しており、若干形状が異なるものの、同様にバルブシート１４では円形に、排気口１２ａでは第１直線部分２０ａと、隣の排気ポート１２の第２直線部分２０ｂが円弧で繋いだ長円形状になっている。
【００３２】
吸気ポート１１の断面は図４に示すように燃焼室１３に設けられたバルブシート１４と、シリンダヘッド１０側面に設けられた吸入口１１ａを繋ぎ、その流路は円弧状に曲がっている。
これは、バルブシート１４の位置が燃焼室１３に対して所定の位置に設けられるためであり、バルブシート１４の位置は燃焼効率等を考慮して決定される。一方、吸入口１１ａはシリンダヘッド１０の側面に設けられるため、その流路は円弧状に曲がって設けられる。なお、吸気ポート１１の流路の形状は図示しないバルブガイドを設ける位置からも制限される。
この吸気ポート１１を分割面Ｂ―Ｂのポート分割平面３０は図４の様に切断する。図４には示される長さａの幅を持つポート内面平面２０で示される領域上を、分割面Ｂ―Ｂのポート分割平面３０部分は通過する。
【００３３】
図４のバルブシート１４に近い部分を切断した、図５に示すＤ―Ｄ断面では、ポート断面２５の内周に形成された、ポート内面平面２０上にある線分である第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂ上を分割面Ｂ―Ｂのポート分割平面３０が通過していることが示されている。
図４の中央部分を切断した図５に示すＥ−Ｅ断面でも同様に、分割面Ｂ―Ｂのポート分割平面３０が、ポート断面２５の内周に形成された、第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂの上を通過している。
図４の吸入口１１ａに近い部分を切断した図５に示すＦ−Ｆ断面でも同様に、分割面Ｂ―Ｂのポート分割平面３０が、ポート断面２５の内周に形成された、第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂの上を通過している。
このように図４で描かれる分割面Ｂ―Ｂのポート分割平面３０は、どの部分のポート断面２５でも、第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂの上を通っていることが分かる。
なお、分割面Ｂ―Ｂは２カ所で折れて、図２で示したように、一部は吸気ポート１１を切断し、一部は排気ポート１２を切断し、一部は燃焼室１３の上を通過する切断面となっている。
【００３４】
このように構成されるシリンダヘッド１０を図３のように動弁系パーツ１０ａ、ポートパーツ上１０ｂ、ポートパーツ１０ｃ、及び燃焼室パーツ１０ｄをそれぞれ鋳造する際には、それぞれが専用の金型でダイカスト成形される。
このとき、図示しない固定型と可動型が用いられてダイカスト成形されるが、可動型の移動方向と平行に第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂが設定される。
また、ポートパーツ１０ｃ及び燃焼室パーツ１０ｄに関しては、シリンダヘッド１０として接合されてから加工される部分であるバルブシート加工部１８が備えられている。
このバルブシート加工部１８は、鋳造する際にはアンダーカットとなるため、後から追加工することとしている。したがって鋳造時にはバルブシート加工部１８は形成されない。
動弁系パーツ１０ａ、ポートパーツ上１０ｂ、ポートパーツ１０ｃ、及び燃焼室パーツ１０ｄは鋳造後、亜鉛系の接合材料で接合されて、シリンダヘッド１０の状態になる。
その際にバルブシート１４は図示しないバルブシートリングが打ち込まれる必要があるため、機械加工が必要である。よって、この際にバルブシート加工部１８も同時に加工され、吸気ポート１１及び排気ポート１２と連通する。
【００３５】
なお、図２及び図４に示すように、吸気ポート１１及び排気ポート１２の有する第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂが構成するポート内面平面２０を、燃焼室１３の手前で止めるのではなく、燃焼室１３に続くようにして、分割面Ｂ―Ｂの一部であるポート分割平面３０で、燃焼室１３まで分割するようにすれば、バルブシート加工部１８のような、後から追加工する部分は無くすことができるので、その様に構成してもよい。
この際には、分割面Ｃ―Ｃはポート下部ウォータジャケット１５ｂを切断できる範囲で下側に移動させ、燃焼室１３を切断することとなる。
【００３６】
次に、本発明に係る第１実施例の作用効果を説明する。
（１）本発明に係る第１実施例によって、機械加工が容易な平面から構成される分割面を持つ構成部材からなるシリンダヘッドが実現可能となった。
まず、分割面Ａ―Ａ、及び分割面Ｃ―Ｃは、図３に示す通り平面で分割可能である。
吸気ポート１１及び排気ポート１２を切断する分割面Ｂ―Ｂについては、課題に示したように、吸気ポート１１及び排気ポート１２のポート断面２５が円形であれば、アンダーカットを作らないために吸気ポート１１及び排気ポート１２の中心線に沿った形状で分割面を作ることになる。
【００３７】
図６（ａ）に、ポート断面２５が円形である吸気ポート１１の断面図を示す。図６（ｂ）は、図６（ａ）を切断した場合である。また、図７（ａ）にポート断面２５が長円形状である吸気ポート１１の断面図を示す。図７（ｂ）は、図７（ａ）を切断した場合である。
ポート断面２５が円形である場合、中心線からずれた位置で切断するとどちらかに必ずアンダーカットを生じる。図６（ａ）では、ポート断面２５の中心位置よりも下側で切断している。この場合、図６（ｂ）に示すように円弧の長い上の構成部材にアンダーカットを生じている。下の構成部材は、円弧が短くアンダーカットは生じていない。
一方、図７（ａ）では、ポート断面２５の中心位置より下側で切断しているが、図７（ｂ）に示すように、上の構成部材にも、下の構成部材にもアンダーカットは生じない。
【００３８】
このように、第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂを円弧で繋いだ長円形状の吸気ポート１１は、分割面Ｂ―Ｂのポート分割平面３０によって、どの位置で切断されても、上の構成部材にも下の構成部材にもアンダーカットを生じない。
なお、ここで示す第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂは、概念的に直線状であり、平行である。したがって、幾何学的に直線という意味ではなく、第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂと分割面Ｂ―Ｂが交わる点を頂点に、２〜３度程度の抜きテーパが形成され、第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂは、この抜きテーパを含んで直線であり、平行である。
製造上の要請から、金型からの抜けを良くするために２〜３度程度の抜きテーパを設ける必要がある。このような抜きテーパは、鋳造するにあたっては大抵の場合設けられ、歩留まりを良くするためにも必要である。
【００３９】
図６、図７で説明されたように、図５のポートパーツ上１０ｂ及びポートパーツ１０ｃに備えられる吸気ポート１１の分割された部分は、各々に第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂを備えており、分割面Ｂ―Ｂのポート分割平面３０はポート内面平面２０の領域を切断しているためポートパーツ上１０ｂ及びポートパーツ１０ｃは、どちらもアンダーカットを生じていない。
そして、分割面Ｂ―Ｂのポート分割平面３０は、吸気ポート１１の有するポート内面平面２０を直線で通過することが可能となる。これは排気ポート１２側でも同じことが言える。このため、即ちシリンダヘッド１０を切断する分割面Ｂ―Ｂは平面だけで構成することが可能となる。
【００４０】
このようにシリンダヘッド１０を分割する面である、分割面Ａ―Ａ、分割面Ｂ―Ｂ、及び分割面Ｃ―Ｃが全て平面だけで構成されるので、動弁系パーツ１０ａ、ポートパーツ上１０ｂ、ポートパーツ１０ｃ、及び燃焼室パーツ１０ｄの分割面も平面で構成されることになる。
これらの動弁系パーツ１０ａ、ポートパーツ上１０ｂ、ポートパーツ１０ｃ、及び燃焼室パーツ１０ｄの分割面が、平面で構成されることで、ダイカスト成形する際の鋳縮み等による面精度の悪化や、鋳肌にはヘヤークラックやヒートチェック、エアの巻き込み等による巣などの表面欠陥が鋳肌に発生していたとしても、機械加工で分割面を容易に加工することが可能となる。
課題で説明したように、分割面が曲面である場合には、機械加工で分割面が合う精度まで加工することは困難であるが、分割面が平面のみで構成されることで、高精度な機械加工が容易になり、面精度を出すことが出来るので、接合時に均一に接合が可能でシール性を高める結果にも繋がる。
【００４１】
（２）本発明に係る第１実施例によって、崩壊性の中子を用いることなくシリンダヘッド１０を鋳造可能になった。
シリンダヘッド１０に備えられる、ポート上部ウォータジャケット１５ａ、及びポート下部ウォータジャケット１５ｂ等のウォータジャケットには冷却水を、吸気ポート１１には燃焼に用いる空気を、排気ポート１２には燃焼後のガスを流通している。
したがって、シリンダヘッド１０には多数の中空部が存在するので、鋳造でシリンダヘッド１０を成形するには崩壊性の中子を用いる必要がある。
しかし、第１実施例ではシリンダヘッド１０を動弁系パーツ１０ａ、ポートパーツ上１０ｂ、ポートパーツ１０ｃ、及び燃焼室パーツ１０ｄの４つの構成部材に分割することで、ポート上部ウォータジャケット１５ａは分割面Ａ―Ａに分割され、吸気ポート１１、及び排気ポート１２は分割面Ｂ―Ｂに分割され、ポート下部ウォータジャケット１５ｂは分割面Ｃ―Ｃに分割されることで、シリンダヘッド１０の構成部材の何れにも中空部が無くなるので、崩壊性の中子を用いないでシリンダヘッド１０のダイカスト鋳造を可能としている。
【００４２】
崩壊性の中子を用いないで鋳造が可能になったことで、崩壊性の中子を成型し、鋳造前に金型にセットし、鋳造後にシリンダヘッド１０の中から崩して取り出すといった中子に関する工程を省くことが可能になる。
中子を用いないで鋳造をすることが出来れば、このような複数の工程を省くことが可能となる。
また、崩壊性の中子を用いないで鋳造することが出来るので、高い鋳造圧がかかるダイカスト鋳造が可能となる。ダイカスト鋳造は、大量生産する場合にコストメリットが高く、高い寸法精度で鋳造が可能な方法である。
また、ダイカスト鋳造では金型を用いるために、寸法精度が向上するほか、金型表面が鋳肌に転写され、表面粗さが向上する。
レースに用いられるエンジンでは、エンジンの振動を低減するために燃焼室１３の容積を揃えたり、乱流の発生を防止し、空気抵抗を減らすなどの目的で、吸気ポート１１及び排気ポート１２の内面を研磨したりすることは、チューニングのメニューとして行われている。
シリンダヘッド１０の寸法精度が向上し、表面粗さが向上することで、燃焼室１３の容積は金型の精度で揃い、吸気ポート１１及び排気ポート１２の内面の面粗度が上がるため、同様の効果が得られることになり、エンジンの性能向上に寄与する。
【００４３】
また前述したように、動弁系パーツ１０ａ、ポートパーツ上１０ｂ、ポートパーツ１０ｃ、及び燃焼室パーツ１０ｄを接合するにあたっては、分割面Ａ―Ａ、分割面Ｂ―Ｂ、及び分割面Ｃ―Ｃが平面で構成されるために、機械加工が可能であり、ダイカスト鋳造した鋳肌が接合に不十分な面精度であっても、フライス加工などの機械加工した後に接合することで、接合強度とシール性を確保することが可能となる。
吸気ポート１１や排気ポート１２に、ポート上部ウォータジャケット１５ａやポート下部ウォータジャケット１５ｂからの冷却水が入り込めば、燃焼時に水分が混ざることになって燃焼効率が落ちたり、燃料を燃焼させることが出来なくなってしまったりと、エンジンの性能にかかわる問題となる。したがって、接合部のシール性の確保は、エンジンの性能確保にあたっては重要である。
また、エンジンは稼働時には常に大きな力や振動が発生するために、接合部の接合強度も重要となる。十分な接合強度が得られない場合、エンジン稼働中にクラックが発生し漏れの原因になるなど致命的な欠陥となる可能性がある。
このような、シール性や接合強度の問題においても、接合面に機械加工を施し、面精度を高めることで、解決することが可能となる。
【００４４】
したがって、第１実施例に示した発明により、以下のような効果が得られる。
（１）吸気ポート１１及び排気ポート１２等の複数のポートを有するシリンダヘッド１０であって、各々が分割面Ｂ―Ｂを備えるポートパーツ上１０ｂとポートパーツ１０ｃが成形され、ポートパーツ上１０ｂとポートパーツ１０ｃが分割面Ｂ―Ｂで接合されたシリンダヘッド１０のシリンダヘッド構造において、吸気ポート１１及び排気ポート１２等の複数のポートのうち少なくとも１つのポートが、第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂが平行に内周に形成されたポート断面２５を備え、分割面Ｂ―Ｂの一部を構成するポート分割平面が、ポート断面２５の第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂとを通過することを特徴とするので、ポートパーツ上１０ｂとポートパーツ１０ｃの分割面Ｂ―Ｂは平面だけで構成することが可能となる。
【００４５】
すなわち、シリンダヘッド１０をポートパーツ上１０ｂとポートパーツ１０ｃに分割するにあたり、流体を流通させるポートのポート断面２５の形状を、お互いに平行なポートパーツ上１０ｂとポートパーツ１０ｃを含むものとし、ポートを分割する分割面Ｂ―Ｂが第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂを通過するようにすることで、ポートを分割面Ｂ―Ｂで分割してもアンダーカットとなる部分は出来なくなる。
これは、例えば吸気ポート１１を分割するポート分割平面３０が第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂを通過することで、吸気ポート１１を分割し、ポートパーツ上１０ｂに一方の半割ポートが、ポートパーツ１０ｃに他方の半割ポートが含まれることになる。この時、第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂは金型の移動方向と平行とすれば、アンダーカットとなる部分は出来ない。
【００４６】
例えば、ポートパーツ上１０ｂを２分割の金型でダイカスト鋳造する場合、金型の一方は移動型となり、他方は固定型となる。前述したように、半割ポートの第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂが、移動型の移動方向と平行となっている。したがって、流体が通過する吸気ポート１１のポート断面２５に、第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂを平行に有する場合、ポート分割平面３０が第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂのどの部分を通過したとしても、分割された半割ポートはアンダーカットとならない。
【００４７】
このように、ポートパーツ上１０ｂの、第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂを平行に内周に有するポート断面２５を有する吸気ポート１１を分割した場合、半割ポートはアンダーカットとならないので、その部分に崩壊性の中子を用いずに鋳造することが可能となる。
すなわち、分割面で分割するポート全てが、このようなポート断面を有していれば、この分割面の通過する部分では、崩壊性の中子を用いる必要がなくなる。
このことは、もちろんポートパーツ１０ｃにおいても同様の効果が得られる。
これによって、ダイカスト鋳造するにあたり、吸気ポート１１のポート断面２５の内周に平行に形成された第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂの上を分割面Ｂ―Ｂが通過する部分では、崩壊性の中子を用いる必要が無くなる。そして、排気ポート１２や他のポートにも適用が可能であるので、安価にポートパーツ上１０ｂとポートパーツ１０ｃを鋳造することが可能となる。
【００４８】
また、ポートパーツ上１０ｂとポートパーツ１０ｃの分割面である分割面Ｂ―Ｂは、ポート分割平面も平面で構成されるために、全体も平面だけで構成することが可能となる。その結果、分割面の機械加工が容易になり、安価に精度良く接合面を加工することが出来る。
また、精度良く加工が行えるため、高いシール性を発揮できるように接合することが可能となる。したがって、機械加工が容易な分割面を持つポートパーツ上１０ｂ、ポートパーツ１０ｃからなるシリンダヘッド１０の、シリンダヘッド構造を提供することが可能となる。
【００４９】
（２）（１）に記載されるシリンダヘッド構造をもつシリンダヘッド１０を、鋳造工程と、機械加工工程と、接合工程を経て製造するシリンダヘッド１０の製造方法において、鋳造工程では、ポートパーツ上１０ｂを第１分割型及び第２分割型を用いて鋳造し、ポートパーツ上１０ｂを前記第１分割型又は前記第２分割型から、ポート断面２５が減少する方向に抜き、ポートパーツ１０ｃを第３分割型及び第４分割型を用いて鋳造し、ポートパーツ１０ｃを第３分割型又は第４分割型から、ポート断面２５が減少する方向に抜き、機械加工工程では、ポートパーツ上１０ｂとポートパーツ１０ｃの分割面Ｂ―Ｂを機械加工し、接合工程では、ポートパーツ上１０ｂとポートパーツ１０ｃを接合することを特徴とするので、分割面Ｂ―Ｂが平面だけで構成することができる。分割面Ｂ―Ｂが平面だけで構成されることで分割面Ｂ―Ｂの機械加工が容易になり、加工時間も短縮できることから加工コストの低減を図ることが可能なシリンダヘッドの製造方法を提供することができる。
また、例えば吸気ポート１１を分割するポート分割平面３０が、相互に平行な第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂを通過するようにすることで、アンダーカットとなる部分を無くすことができるので、吸気ポート１１を形成するために崩壊性の中子を用いる必要がなくなり、崩壊性の中子の使用量を削減でき、生産コストを下げることが可能となる。
【００５０】
（３）（２）に記載されるシリンダヘッド１０の製造方法において、シリンダヘッド１０が、例えばシリンダヘッド１０の燃焼室１３に接続される、吸気ポート１１及び排気ポート１２の、燃焼室１３に接続されるバルブシート加工部１８が未加工であり、接合工程の後、一体化されたシリンダヘッド１０の仕上げ加工を行う仕上げ工程で、バルブシート加工部１８を、機械加工することで、吸気ポート１１と排気ポート１２を、燃焼室１３と連通させるような加工を行えば、吸気ポート１１及び排気ポート１２が燃焼室１３に接続される部分が鋳造の際にはアンダーカットを発生する部分となってしまい、崩壊性の中子や抜き方向の異なるスライド型を組み込まずともよくなる。
【００５１】
燃焼室１３と吸気ポート１１及び排気ポート１２が接続される部分は、エンジン稼働時にはバルブが開閉して流路を連通、遮断するため、通常、図示しないバルブシートリングが打ち込まれる。
このバルブシートリングを打ち込むためのバルブシート１４は、バルブがスムーズに動くように精度を出す必要があるために仕上げ工程で加工され、この加工の際に、吸気ポート１１及び排気ポート１２に接続するバルブシート加工部１８をも加工することで、加工コストをかけずに加工が可能となる。
【００５２】
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例の構成について説明を行う。
第２実施例の構成は、第１実施例の構成とほぼ同じであるが、分割面Ｂ―Ｂに関して構成が異なる。
図８は、第２実施例の吸気ポート１１の断面拡大図であり、図９は図８で示すＤ―Ｄ断面、Ｅ−Ｅ断面、及びＦ−Ｆ断面を示すポート断面２５である。
図８の分割面Ｂ―Ｂは、吸気ポート１１を第１ポート分割平面３１及び第２ポート分割平面３２によって分割している。また、第１ポート分割平面３１と第２ポート分割平面３２は連続しており、図８に示されるようにポート内面平面２０を折れ線状に通る。
したがって、第１ポート分割平面３１及び第２ポート分割平面３２は、ポート内面平面２０上を折れ線状に切断し、図９に示すように、各ポート断面２５において、第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂ上に分割面Ｂ―Ｂが通過している。
【００５３】
図８のバルブシート１４に近い部分を切断した、図９に示すＤ―Ｄ断面では、ポート断面２５の内周に形成された、ポート内面平面２０上にある線分である第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂ上を分割面Ｂ―Ｂの第１ポート分割平面３１が通過していることが示されている。
図８の中央部分を切断した図９に示すＥ−Ｅ断面でも同様に、分割面Ｂ―Ｂの第１ポート分割平面３１が、ポート断面２５の内周に形成された、第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂの上を通過している。
図８の吸入口１１ａに近い部分を切断した図９に示すＦ−Ｆ断面でも同様に、分割面Ｂ―Ｂの第２ポート分割平面３２が、ポート断面２５の内周に形成された、第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂの上を通過している。
なお、吸気ポート１１と排気ポート１２は同様に構成されており、分割面Ｂ―Ｂは図４と同様に、一部は吸気ポート１１を切断し、一部は排気ポート１２を切断し、一部は燃焼室１３の上を通過する切断面となっている。
【００５４】
次に、本発明に係る第２実施例の作用効果を説明する。
前述したように第２実施例の吸気ポート１１は、第１実施例とは異なり第１ポート分割平面３１及び第２ポート分割平面３２の２つの折れ線状に連続した２以上の平面で分割される。
このように２以上の平面で吸気ポート１１を分割することは、吸気ポート１１の形状が、曲率が大きく１枚の平面で分割出来ない場合に有効である。
第１実施例のように、吸気ポート１１のポート内面平面２０がポート分割平面３０だけで分割されるように構成されていれば、第２実施例のように第１ポート分割平面３１と第２ポート分割平面３２の２つの面で構成されている場合に比べ、加工回数が少なくなるため、コスト的にはメリットが高い。
ただし、第１実施例のようにポート内面平面２０をポート分割平面３０で分割することにすると、吸気ポート１１の形状を制限してしまう場合がある。
【００５５】
エンジンの大きさは、極力小さい方が良い。これは、車の性能にも関わり、エンジンが小さくなることで使用する材料が少なくて済み、エンジン自体が軽量になるため、結果的に加速性能が向上するなどのメリットがあるからである。
また、エンジンルームの広さや、取り付け位置の制約でも、エンジンの体格は制限される。
したがって、決められた空間の中で吸気ポート１１の形状は決定され、前述した、バルブシート１４の位置や、図示しないバルブガイドを設ける位置からも吸気ポート１１の形状は制限されるが、その形状によっては１枚の平面で分割できないような曲率になっている場合もある。
この様な場合でも、吸気ポート１１のポート内面平面２０を２以上の平面で分割すれば、分割面を平面だけで構成できることになる。
第２実施例では吸気ポート１１のポート内面平面２０を、第１ポート分割平面３１と第２ポート分割平面３２の２つの折れ線状に連続した平面で分割しているため、図８に示すような曲率の大きな吸気ポート１１であっても、分割面Ｂ―Ｂがポート内面平面２０上を通過して分割することが出来る。
【００５６】
このことで分割面Ｂ―Ｂは、平面だけで構成されることになるので、機械加工も曲面を加工する場合に比べて容易であり、精度を出すことも可能となる。
このように、分割面Ｂ―Ｂの面精度が向上することで、第１実施例同様に、ポートパーツ上１０ｂとポートパーツ１０ｃを接合したときに、シール性を確保することができ、接合強度も向上する。
また、吸気ポート１１のポート内面平面２０を２以上の平面で分割することは、言い換えれば、ポート内面平面２０を折れ線状に平面だけで分割すればいいので、第１実施例の効果を有したまま、吸気ポート１１の設計の自由度が上がることを意味する。
このことは排気ポート１２でも同様のことが言える。
【００５７】
したがって、第２実施例に示した発明により、以下のような効果が得られる。
（１）第１実施例に記載のシリンダヘッド構造において、ポート分割平面３０が、例えば第１ポート分割平面３１及び第２ポート分割平面３２のように、２以上の平面から構成され、折れ線状に連続していることを特徴とするので、曲率の大きいポートを第１ポート分割平面３１及び第２ポート分割平面３２で分割する場合であっても、分割面Ｂ―Ｂを平面だけで構成することが可能になる。
これは、例えば、第１実施例のようにポート分割平面３０が１枚の平面で構成されるとすると、吸気ポート１１の中心線の曲率は、シリンダヘッド１０の外面に形成される吸入口１１ａから、燃焼室１３側に形成されるバルブシート１４までの距離と、第１直線部分２０ａ又は第２直線部分２０ｂの長さに制限されることになる。
第１直線部分２０ａ及び第２直線部分２０ｂの長さを無限に長くとることが出来れば、吸気ポート１１の中心線の曲率も自由にとることが可能であるが、エンジンの体格の要請からシリンダヘッド１０の高さは制限され、必然的にシリンダヘッド１０の高さ方向に形成される第１直線部分２０ａ又は第２直線部分２０ｂの長さも制限されることとなる。したがって、吸気ポート１１の中心線の曲率も制限される。
このような問題も、分割面Ｂ―Ｂが一対の平行な内面を折れ線状に通ることで解決される。これにより、（１）の効果を有したまま設計自由度を高めることが可能なシリンダヘッド構造となる。
【００５８】
なお、ポート分割平面の折れ線の折れる回数を増やすほど、複雑な形状に対応できるようになるが、複数の面からなる加工面は、折れ線の折れる回数が増えるほど、加工容易性を損なう結果となるため、２〜３回程度の折れ部分を含む折れ線にすることが望ましい。
ただし、曲面を加工する場合と複数の平面を加工する場合とでは大きな違いがある。曲面は、連続的に角度が変化する形状であるためフライス加工する場合は通常のエンドミルで加工をすることは困難であり、曲面に対応した専用のエンドミルを必要とする。また、曲面の曲率が変わるような場合は更に加工が困難となる。一方、平面で構成される面であれば、エンドミルの角度を変えることで加工が可能となるので、接合面に用いる場合であれば、平面から構成される面の方が格段に加工しやすくなる。
したがって、２以上の平面からなるポート分割平面の加工は、曲面の加工をする場合に比べて機械加工が容易となり、加工コストを下げることが出来る。
【００５９】
（２）（１）に記載されるシリンダヘッド構造をもつシリンダヘッド１０を、鋳造工程と、機械加工工程と、接合工程を経て製造するシリンダヘッド１０の製造方法において、鋳造工程では、ポートパーツ上１０ｂを第１分割型及び第２分割型を用いて鋳造し、ポートパーツ上１０ｂを前記第１分割型又は前記第２分割型から、ポート断面２５が減少する方向に抜き、ポートパーツ１０ｃを第３分割型及び第４分割型を用いて鋳造し、ポートパーツ１０ｃを第３分割型又は第４分割型から、ポート断面２５が減少する方向に抜き、機械加工工程では、ポートパーツ上１０ｂとポートパーツ１０ｃの分割面Ｂ―Ｂを機械加工し、接合工程では、ポートパーツ上１０ｂとポートパーツ１０ｃを接合することを特徴とするので、分割面Ｂ―Ｂが平面だけで構成することができる。分割面Ｂ―Ｂが平面だけで構成されることで分割面Ｂ―Ｂの機械加工が容易になり、加工時間も短縮できることから加工コストの低減を図ることが可能なシリンダヘッドの製造方法を提供することができる。
また、例えば吸気ポート１１を分割するポート分割平面３０が、相互に平行な第１直線部分２０ａと第２直線部分２０ｂを通過するようにすることで、アンダーカットとなる部分を無くすことができるので、吸気ポート１１を形成するために崩壊性の中子を用いる必要がなくなり、崩壊性の中子の使用量を削減でき、生産コストを下げることが可能となる。
【００６０】
（３）（２）に記載されるシリンダヘッド１０の製造方法において、シリンダヘッド１０が、例えばシリンダヘッド１０の燃焼室１３に接続される、吸気ポート１１及び排気ポート１２の、燃焼室１３に接続されるバルブシート加工部１８が未加工であり、接合工程の後、一体化されたシリンダヘッド１０の仕上げ加工を行う仕上げ工程で、バルブシート加工部１８を、機械加工することで、吸気ポート１１と排気ポート１２を、燃焼室１３と連通させるような加工を行えば、吸気ポート１１及び排気ポート１２が燃焼室１３に接続される部分が鋳造の際にはアンダーカットを発生する部分となってしまい、崩壊性の中子や抜き方向の異なるスライド型を組み込まずともよくなる。
【００６１】
燃焼室１３と吸気ポート１１及び排気ポート１２が接続される部分は、エンジン稼働時にはバルブが開閉して流路を連通、遮断するため、通常、図示しないバルブシートリングが打ち込まれる。
このバルブシートリングを打ち込むためのバルブシート１４は、バルブがスムーズに動くように精度を出す必要があるために仕上げ工程で加工され、この加工の際に、吸気ポート１１及び排気ポート１２に接続するバルブシート加工部１８をも加工することで、加工コストをかけずに加工が可能となる。
【００６２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、シリンダヘッド１０を分割する、分割面Ａ―Ａ、分割面Ｂ―Ｂ、及び分割面Ｃ―Ｃは、ポート上部ウォータジャケット１５ａ、及びポート下部ウォータジャケット１５ｂ等のウォータジャケットと、吸気ポート１１、及び排気ポート１２の位置によって左右されるものであるので、その分割位置を変更することを妨げない。また、シリンダヘッド１０の分割数は４でなくともよく、設計の範囲内で変更が可能である。
【００６３】
また、第１位実施例ではバルブシート加工部１８をポートパーツ上１０ｂ及びポートパーツ１０ｃに設け、後に加工するシリンダヘッド構造、及び、分割面Ｂ―Ｂの切断部分を燃焼室１３まで延長し、分割することでバルブシート加工部１８を設けなくとも良いシリンダヘッド構造について説明しているが、バルブシート加工部１８部分だけ崩壊性の中子を用いたり、この部分に抜き方向の異なるスライド型を組み込む等の方法を用いるなど、通常鋳造で使用される様々な方法を組み合わせることを妨げない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１実施例の、シリンダヘッドの全体斜視図を示している。
【図２】第１実施例の、シリンダヘッドの模式断面図を示している。
【図３】第１実施例の、リンダヘッドを分割して鋳造した状態の、構成部材の断面図を示している。
【図４】第１実施例の、吸気ポートの断面拡大図を示している。
【図５】第１実施例の、図４で示す吸気ポートのＤ―Ｄ断面、Ｅ−Ｅ断面、及びＦ−Ｆ断面を示すポート断面を示している。
【図６】（ａ）  ポート断面が円形である吸気ポートの断面図を示している。  （ｂ）  円形ポート断面を切断した場合の断面図を示している。
【図７】（ａ）  ポート断面が長円形状である吸気ポートの断面図を示している。  （ｂ）  長円形状ポート断面を切断した場合の断面図を示している。
【図８】第２実施例の、吸気ポートの断面拡大図を示している。
【図９】第２実施例の、図８で示す吸気ポートのＤ―Ｄ断面、Ｅ−Ｅ断面、及びＦ−Ｆ断面を示すポート断面を示している。
【図１０】特許文献１の、接合構造シリンダヘッドの断面図を示している。
【符号の説明】
【００６５】
１０      シリンダヘッド
１０ａ      動弁系パーツ
１０ｂ      ポートパーツ上
１０ｃ      ポートパーツ
１０ｄ      燃焼室パーツ
１１      吸気ポート
１１ａ      吸入口
１２      排気ポート
１２ａ      排気口
１３      燃焼室
１４      バルブシート
１５ａ      ポート上部ウォータジャケット
１５ｂ      ポート下部ウォータジャケット
１８      バルブシート加工部
２０      ポート内面平面
２０ａ      第１直線部分
２０ｂ      第２直線部分
２５      ポート断面
３０      ポート分割平面
３１      第１ポート分割平面
３２      第２ポート分割平面
【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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