JP2000034950A

JP2000034950A - シリンダヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000034950A
Application number: JP11065025A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ikuta; 浩之生田; Chikatoshi Maeda; 千芳利前田; Noboru Takayanagi; 登高柳; Akihisa Nishimura; 晃尚西村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2000-02-02
Anticipated expiration: 2019-03-11
Also published as: JP3417331B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シリンダヘッドの燃焼室回りの冷却促進を図
る。【解決手段】本発明に係るシリンダヘッド１は、ウォ
ータジャケット６，７が冷却水の流れ方向に沿って形成
された壁１ｗにより、燃焼室周りを冷却する部分６と、
それ以外を冷却する部分７とに仕切られている。このた
め、冷却水を燃焼室２の近傍とその他の部分とに分けて
流せるようになり、燃焼室２の近傍に必要とされる量の
冷却水を流すことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダヘッドの
ウォータジャケットの構造及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリンダヘッドは、シリンダブロックと
共にエンジンを構成する部材であり、その下面のへこみ
の部分がエンジンの燃焼室の天井部を構成している。前
記シリンダヘッドには、燃焼室に燃焼ガスを供給するイ
ンテークバルブ、燃焼室の排気を行うエキゾーストバル
ブ、さらにそれらのバルブの動作機構、及び点火プラグ
等が所定位置に取り付けられている。そして、前記シリ
ンダヘッドの燃焼室の上に、実開平１−１３００４８号
に示されるように、その燃焼室周りや前記バルブの支持
部及び点火プラグ用のプラグホール等をまとめて冷却す
るためのウォータジャケットがそのシリンダヘッドの長
手方向に形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、燃焼室周り
の冷却効果はエンジンの性能に直接的に影響を及ぼすた
め、前記燃焼室の近傍には十分に冷却水を流したいとい
う要求がある。一方、前記バルブの支持部等は燃焼室周
りほど強く冷却を要求されていない。しかしながら、前
記シリンダヘッドでは同じウォータジャケットで燃焼室
周りの冷却とその他の部分の冷却とを兼用しているた
め、前記燃焼室の近傍やその他の部分の要求に応じた量
だけ冷却水を流すことはできない。例えば、燃焼室周り
の冷却効果を向上させようとしてそのウォータジャケッ
トに流す冷却水を増加させても、その冷却水はバルブの
支持部等の近傍にも流れるため、燃焼室周りの冷却効果
を効率的に向上させることができないという問題があ
る。

【０００４】そこで、本発明のうち請求項１に記載の発
明は、燃焼室の近傍とその他の部分とに冷却水を分けて
流せるようにして、燃焼室周りの冷却促進を図ることを
その目的とする。また、請求項２、３に記載の発明は、
請求項１に記載された発明の目的に加えて、ウォータジ
ャケットの製作を容易にするとともに、プラグホール周
りの強度向上と冷却効率の向上を図ることをその目的と
する。また、請求項４、５に記載の発明は、請求項１、
２、３に記載された発明の目的に加えて、燃焼室の天井
部の強度向上と冷却効率の向上とを図ることをその目的
とする。また、請求項６に記載の発明は、請求項３、４
に記載された発明の目的に加えて、プラグホール周りの
溶湯の凝固促進と強度アップを図ることをその目的とす
る。また、請求項７に記載の発明は、請求項３、４に記
載された発明の目的に加えて、プラグチューブと溶湯の
溶着性を向上させることをその目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、以下の
特徴を有するシリンダヘッド及びその製造方法によって
解決される。即ち、請求項１に記載のシリンダヘッド
は、ウォータジャケットが冷却水の流れ方向に沿って形
成された壁により、燃焼室周りを冷却する部分と、それ
以外を冷却する部分とに仕切られている。

【０００６】本発明によると、ウォータジャケットが燃
焼室周りを冷却する部分とそれ以外を冷却する部分とに
分けられているため、冷却水を燃焼室の近傍とその他の
部分とに分けて流せるようになる。このため、燃焼室の
近傍に必要とされる量の冷却水を流すことが可能にな
り、燃焼室周りの冷却促進を図ることができる。また、
燃焼室周り以外を冷却する冷却水の流量を減少させてそ
の分だけ燃焼室周りを冷却する冷却水の流量を増加させ
ることも可能であり、トータルの冷却水流量を増加させ
ることなく燃焼室周りの冷却効果を向上させることがで
きる。

【０００７】また、請求項２に記載のシリンダヘッド
は、請求項１に記載されたシリンダヘッドにおいて、燃
焼室と連通するプラグホールはチューブを鋳包むことに
より形成されており、前記チューブは燃焼室周りを冷却
するウォータジャケットとそれ以外の部分を冷却するウ
ォータジャケットとを貫通するように配置されている。

【０００８】本発明によると、プラグホールはチューブ
を鋳包むことにより形成されるため、そのプラグホール
の材料となるチューブを鋳造前に種々の方法により、例
えば鍛造等により製造することができる。したがって、
従来のように、鋳造でプラグホールを形成する場合より
もプラグホール回りの強度を容易に向上させることがで
きる。さらに、プラグホール回りの強度を確保した状態
で壁の肉厚を薄くできる。したがって、プラグホール内
の温度を効率的にウォータジャケット内の冷却水に伝達
できるようになり、プラグホール内の冷却効率が向上す
る。

【０００９】また、請求項３に記載のシリンダヘッドの
製造方法は、燃焼室と連通するプラグホールを形成する
チューブを製作し、そのチューブをウォータジャケット
用の第１中子に貫通させた状態で一体化し、そのチュー
ブの先端部をウォータジャケット用の第２中子の受け孔
に通して嵌合させ、さらにその嵌合と同時あるいはその
後に、前記チューブの先端面を燃焼室成形用の型に当接
させるとともに、そのチューブに対して第１中子側から
鋳抜きピンを挿入して前記チューブを押さえ、鋳造を行
う。

【００１０】本発明によると、チューブと第１中子とが
一体化されており、そのチューブの先端部が第２中子の
受け孔と嵌合する構造のため、第２中子に対する第１中
子の位置決めが容易になる。さらに、第２中子に対して
第１中子が位置決めされた状態で、前記チューブが燃焼
室成形用の型と鋳抜きピンとによって押さえられるた
め、注湯時に第２中子に対して第１中子が位置ずれを起
こすことがない。このため、従来は中子の位置決め上の
問題から作成が困難であった二段ウォータジャケットの
作成が容易となる。即ち、本発明により請求項２に係る
シリンダヘッドを製造することができる。

【００１１】また、請求項４に記載のシリンダヘッドの
製造方法は、燃焼室の天井部からプラグホールの下部ま
でを構成するチューブ下部と、前記チューブ下部と嵌合
できる構造でプラグホールの要部を構成するチューブ上
部とを成形し、そのチューブ上部をウォータジャケット
用の第１中子に貫通させた状態で一体化し、前記チュー
ブ下部をウォータジャケット用の第２中子に貫通させた
状態で一体化し、前記チューブ上部とチューブ下部とを
嵌合させて、第１中子と第２中子とを型にセットした
後、鋳造を行う。

【００１２】本発明によると、燃焼室の天井部からプラ
グホールの下部まではチューブ下部を鋳包むことによ
り、また、プラグホールの要部はチューブ上部を鋳包む
ことにより形成される。したがって、燃焼室の天井部及
びプラグホールの材料となるチューブ下部及びチューブ
上部を鋳造前に種々の方法、例えば鍛造等により製造す
ることができる。このため、従来のように、鋳造で燃焼
室の天井部及びプラグホールを形成する場合よりも燃焼
室の天井部からプラグホールにかけての強度を容易に向
上させることができる。さらに、燃焼室の天井部からプ
ラグホールにかけて強度を確保した状態で壁の肉厚を薄
くできる。このため、燃焼室内及びプラグホール内の冷
却効果を向上させることができる。なお、チューブ上部
とチューブ下部とを嵌合させる構造のため、第１中子と
第２中子の位置決めも容易になる。

【００１３】また、請求項５に記載のシリンダヘッドの
製造方法は、請求項４に記載されたシリンダヘッドの製
造方法において、チューブ下部をウォータジャケット用
の第２中子と一体化させた後に、そのチューブ下部にお
ける燃焼室の天井部を構成する部位の端縁に塗型剤を塗
布する。

【００１４】本発明によると、鋳包まれるチューブ下部
の端縁に塗型剤が塗布されるため、鋳造後に鋳造母材と
そのチューブ下部の端縁との間に塗型剤が除去されるこ
とによる隙間が形成される。このため、前記チューブ下
部の熱膨張をその隙間によって吸収することが可能にな
り、各気筒の熱歪みが隣接する気筒に影響を与えること
がない。

【００１５】また、請求項６に記載のシリンダヘッドの
製造方法は、請求項３に記載されたシリンダヘッドの製
造方法において、鋳造中に前記チューブを冷却する。

【００１６】このため、前記チューブ近傍の溶湯の凝固
が促進されて金属の組織が微細化し、プラグホール周り
の強度アップを図ることができる。さらに、鋳造開始か
ら離型までの時間を短縮することも可能になる。

【００１７】また、請求項７に記載のシリンダヘッドの
製造方法は、請求項３に記載されたシリンダヘッドの製
造方法において、溶湯と直接接触する部分にフィンを備
えるチューブを使用する。このため、前記フィンの働き
でチューブと溶湯と接触面積が増加して溶着性が向上す
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、図１
から図５に基いて本発明の第１の実施の形態に係るシリ
ンダヘッド及びその製造方法の説明を行う。ここで、図
１（Ａ）は前記シリンダヘッドの幅方向の断面図、図１
（Ｂ）はそのシリンダヘッドの下面図であり、図２は前
記シリンダヘッドを製造するための金型の縦断面図であ
る。また、図３から図５は前記シリンダヘッドのウォー
タジャケットを形成するための中子の図面を表してい
る。

【００１９】前記シリンダヘッド１は、四気筒エンジン
に使用されるアルミニウム合金製のシリンダヘッドであ
り鋳造により成形される。前記シリンダヘッド１の下面
１ｄには、長手方向四個所にへこみが設けられており、
それらのへこみがエンジンの燃焼室２の天井部２ｔを構
成している。なお、図１（Ｂ）は一つの燃焼室２の天井
部２ｔを表している。また、前記シリンダヘッド１の側
面から燃焼室２にかけては一気筒あたり二本の吸気路３
と二本の排気路４とが形成されており、その吸気路３の
開口部である吸気ポート３ｓと排気路４の開口部である
排気ポート４ｈとが前記燃焼室２の天井部２ｔに形成さ
れている（図１（Ｂ）参照）。そして、前記吸気ポート
２ｓの位置に吸気路３を開閉するためのインテークバル
ブ（図示されていない）が装着されており、前記排気ポ
ート４ｈの位置に排気路４を開閉するためのエキゾース
トバルブ（図示されていない）が装着されている。

【００２０】また、前記燃焼室２の天井部２ｔの中央に
は、点火プラグ（図示されていない）を取り付けるため
のプラグホール５の開口５ｐが設けられている。前記プ
ラグホール５は、シリンダヘッド１を縦に貫通して形成
されており（図１（Ａ）参照）、そのプラグホール５の
燃焼室側が先細状のチューブ１５を鋳包むことにより形
成されている。前記チューブ１５は鍛造品であり、所定
の強度を確保した状態で極力薄く製作されている。前記
チューブ１５の先端部外周には円錐凸面状の段差１５ｄ
が形成されており、その段差１５ｄよりも先端側（下
側）の内周面に点火プラグ用の雌ネジが形成される。ま
た、前記チューブ１５の段差１５ｄよりも後方（上側）
が前記点火プラグを収納できるサイズに成形されてい
る。

【００２１】また、前記シリンダヘッド１の長手方向に
は、それぞれの燃焼室２の天井部２ｔに沿って冷却水を
流すための下部ウォータジャケット６が形成されてい
る。そして、その下部ウォータジャケット６を流れる冷
却水によって各々の燃焼室２の壁の熱が吸収される。さ
らに、前記下部ウォータジャケット６は前記チューブ１
５を囲んだ状態で形成されており、その下部ウォータジ
ャケット６の冷却水によって前記燃焼室２からチューブ
１５に伝わる熱も吸収される。

【００２２】前記下部ウォータジャケット６の真上に
は、インテークバルブやエキゾーストバルブの支持部で
あるステムガイド周りやその他の部分に冷却水を流すた
めの上部ウォータジャケット７がその下部ウォータジャ
ケット６と薄い壁１ｗを介して上下に重ねられた状態で
形成されている。このため、上部ウォータジャケット７
を流れる冷却水によって燃焼室２からバルブを介してス
テムガイドに伝わった熱やその他の部分の熱が吸収され
る。さらに、上部ウォータジャケット７は前記チューブ
１５を囲んだ状態で形成されているため、前記燃焼室２
からチューブ１５に伝わる熱もその上部ウォータジャケ
ット７の冷却水によって吸収される。また、前記ウォー
タジャケット７の上にはオイルを流すためのオイルジャ
ケット８が形成されている。

【００２３】このように、前記シリンダヘッド１による
と、ウォータジャケット６，７が冷却水の流れ方向に沿
って形成された壁１ｗによって燃焼室周りを冷却する部
分とそれ以外を冷却する部分とに分けられているため、
冷却水を燃焼室２の近傍とその他の部分とに分けて流せ
るようになる。このため、要求に応じた量の冷却水を燃
焼室２の近傍に流すことが可能になり、燃焼室周りの冷
却促進を図ることができる。このため、例えば、エンジ
ンの圧縮比を高くしてエンジンの出力向上を図ることが
可能になる。また、燃焼室周り以外の冷却水流量を減少
させてその分だけ燃焼室周りの冷却水流量を増加させる
ことも可能であり、トータルの冷却水流量を増加させる
ことなく燃焼室周りの冷却効率を向上させることができ
る。さらに、上下のウォータジャケット６，７が壁１ｗ
で仕切られているため、そのウォータジャケット６，７
を一体で成形するよりも壁１ｗの分だけシリンダヘッド
１の剛性が向上する。

【００２４】また、前記プラグホール５はチューブ１５
を鋳包むことにより形成されるため、鋳造だけでプラグ
ホール５を形成するよりもプラグホール周りの強度を向
上させることが容易になる。このため、プラグホール周
りの強度を確保した状態でそのプラグホール５とウォー
タジャケット６，７との間の壁の肉厚を薄くすることが
できる。したがって、プラグホール内の温度を効率的に
ウォータジャケット内の冷却水に伝達できるようにな
り、プラグホール内の冷却効果を向上させることができ
る。

【００２５】次に、図２に基いて前記シリンダヘッド１
を製造するための金型２０の構造を説明する。ここで、
図２は、図１（Ａ）のシリンダヘッド１の断面図に対応
する金型２０の縦断面図を表している。なお、金型２０
の幅方向をＸ軸方向、長手方向（紙面に対して直角方
向）をＹ軸方向、高さ方向をＺ軸方向として以下の説明
を行う。前記金型２０は、上型２２と下型２４及びスラ
イド金型２６とから構成されている。前記上型２２はシ
リンダヘッド１の上面１ｕを成形する金型であり、図示
されていない昇降装置に連結されて、前記下型２４に対
して昇降可能となっている。

【００２６】前記上型２２の中央部分には、シリンダヘ
ッド１の上面１ｕを成形するための成形面２２ｆがＹ軸
方向に長く設けられており、その成形面２２ｆの中央に
四本の鋳抜ピン２２ｎがＹ軸方向に等間隔で取り付けら
れている。前記鋳抜ピン２２ｎは、型締め時にプラグホ
ール成形用のチューブ１５に挿入されてそのチューブ１
５を上方から押さえるとともに、鋳造時には前記プラグ
ホール５を成形するためのピンであり、先細となるよう
にテーパが設けられている。

【００２７】前記スライド金型２６はシリンダヘッド１
の前後左右の側面１ｓを成形する金型であり、複数の金
型から構成されている。前記スライド金型２６の各金型
は図示されていないスライド装置に連結されており、下
型２４上を横方向にスライドできるようになっている。
なお、前記スライド金型２６を構成する複数の金型を一
括してスライド金型２６と呼んで以後の説明を行う。前
記スライド金型２６の側面には、シリンダヘッド１の側
面１ｓを成形するための成形面２６ｆが形成されてお
り、その成形面２６ｆの所定位置に吸気路３を形成する
砂中子２６ｅ（吸気路用中子２６ｅ）と排気路４を形成
する砂中子２６ｘ（排気路用中子２６ｘ）とが取り付け
られている。

【００２８】前記下型２４は、シリンダヘッド１の下面
１ｄを成形する金型であり、その下型２４の中央部分に
成形面２４ｆがＹ軸方向に長く形成されている。そし
て、前記成形面２４ｆの中央位置で上型２２の鋳抜ピン
２２ｎと対向する位置にシリンダヘッド１の燃焼室２を
成形するためのコア金型２４ｃが固定されている。な
お、図２では、前記吸気路用中子２６ｅと排気路用中子
２６ｘとの先端部分が図１に合わせて省略されている
が、金型２０が型締めされた状態で吸気路用中子２６ｅ
と排気路用中子２６ｘの先端は燃焼室用のコア金型２４
ｃと嵌合するようになる。

【００２９】また、前記金型２０の内部には、シリンダ
ヘッド１の上部ウォータジャケット７を形成するための
第１中子２８と、同じく下部ウォータジャケット６を形
成するための第２中子２９とが位置決めされる。前記第
１中子２８は砂中子であり、図３〜図５に示されるよう
に、プラグホール５を形成する四本のチューブ１５と一
体化されている。前記第１中子２８を成形するには、先
ず、予め鍛造により成形された四本のチューブ１５を中
子型（図示されていない）の所定位置にセットする。次
に、その中子型にシェル砂を吹き込んでそのシェル砂を
固めることにより、前記チューブ１５を第１中子２８に
貫通させた状態で両者１５，２８を一体化する。ここ
で、第１中子２８に対するチューブ１５の回り止めを図
るため、前記チューブ１５の表面に溝等を形成すること
が好適に行われる。

【００３０】前記第２中子２９も同じく砂中子であり、
第１中子２８の各チューブ１５に対応する位置に受け孔
２９ｒが形成されている。前記受け孔２９ｒは前記チュ
ーブ１５の先端部を通すことができる開孔を備えてお
り、その開孔の周囲にチューブ１５の段差１５ｄと嵌合
できるリング状の受け部が形成されている。そして、前
記第２中子２９の受け孔２９ｒに各チューブ１５の段差
１５ｄが嵌合した状態で、その第２中子２９に対して第
１中子２８が一定の位置関係に保持されるとともに、各
チューブ１５の先端部が所定寸法だけ第２中子２９の下
側に突出する（図５参照）。

【００３１】前記第２中子２９は図示されていない足状
の幅木と長手方向両側に設けられた幅木によって金型２
０の所定位置に位置決めされる。一方、第１中子２８
は、前述のように、第２中子２９に対して一定の位置関
係に保持された状態で、各チューブ１５に対して上型２
２の鋳抜ピン２２ｎが挿入され、その鋳抜ピン２２ｎに
よって上方から押さえられることにより、第２中子２９
に対する浮き上がり防止が図られる（図２参照）。さら
に、前記金型２０の内部には、第１中子２８の上方にオ
イルジャケット８を形成するための第３中子３０が位置
決めされる。なお、前記第３中子３０も長手方向両側に
設けられた幅木（図示されていない）によって金型２０
の所定位置に位置決めされる。

【００３２】次に、前記金型２０を使用して前記シリン
ダヘッド１を製造する方法を説明する。先ず、第１中子
２８の四本のチューブ１５の段差１５ｄを、図４、図５
に示されるように、第２中子２９の受け孔２９ｒに嵌合
させて、第１中子２８と第２中子２９とを組み合わせ
る。次に、第１中子２８と第２中子２９とを組み合わせ
た状態で、前記第２中子２９を金型２４の所定位置にセ
ットする。また、吸気路用中子２６ｅと排気路用中子２
６ｘ及びオイルジャケット用の第３中子３０を金型２４
にセットする。

【００３３】このようにして、中子２８，２９，３０，
２６ｅ，２６ｘがセットされた状態で金型２０の型締め
が行われる。前記金型２０の型締めが行われると、図２
に示されるように、第１中子２８の各チューブ１５の先
端面は燃焼室用のコア金型２４ｃと嵌合するとともに、
前記チューブ１５には上方から鋳抜ピン２２ｎが挿入さ
れてそれらの鋳抜ピン２２ｎによって押さえられる。ま
た、前述のように、吸気路用中子２６ｅと排気路用中子
２６ｘの先端は燃焼室用のコア金型２４ｃと嵌合するよ
うになる。

【００３４】このようにして型締めが完了すると、金型
２０の内部に溶湯が注入される。注入された溶湯は、図
１（Ａ）に示されるように、チューブ１５の上端部、下
端部及び第１中子２８と第２中子２９に覆われていない
チューブ１５の途中部を鋳包んで凝固する。そして、所
定時間の経過後、溶湯が凝固すると型開きが行われ、鋳
造品の取り出しが行われる。金型２０から取り出された
鋳造品は後工程で砂中子が除去され、バリ取り等が行わ
れて前記シリンダヘッド１として完成する。

【００３５】このように、本実施の形態に係るシリンダ
ヘッド１の製造方法では、チューブ１５と第１中子２８
とが一体化されており、そのチューブ１５の先端部が第
２中子２９の受け孔２９ｒと嵌合する構造のため、第２
中子２９に対する第１中子２８の位置決めが容易にな
る。さらに、第２中子２９に対して第１中子２８が位置
決めされた状態で、前記チューブ１５が燃焼室成形用の
コア金型２４ｃと鋳抜きピン２２ｎとによって押さえら
れるため、注湯時に第２中子２９に対して第１中子２８
が浮き上がって位置ずれを起こすことがない。このた
め、従来は中子の位置決め上の問題から作成が困難であ
った二段ウォータジャケットの作成が容易となる。

【００３６】なお、本実施の形態においては、第１中子
２８と第２中子２９とを組み合わせた状態で金型２０に
セットしたが、金型２０を型締めする過程で第１中子２
８と第２中子２９とを組み合わせても良い。

【００３７】（第２の実施の形態）以下、図６、図７に
基いて本発明の第２の実施の形態に係るシリンダヘッド
の製造方法の説明を行う。ここで、図６、図７は本実施
の形態に係るシリンダヘッドの製造方法を実施する際に
使用される金型５０、金型６０の縦断面図を表してい
る。なお、第１の実施の形態において説明した金型２０
の部材と同じ部材については同じ番号を付して説明を省
略する。

【００３８】前記金型５０を構成する上型２２の内部に
はその中央長手方向（Ｙ軸方向）に冷却水用の主配管５
２ｋが形成されており、その主配管５２ｋから分岐した
冷却配管５２ｔが鋳抜ピン５２ｎの内部軸方向に形成さ
れている。そして、前記鋳抜ピン２２ｎの先端面におい
てその冷却配管５２ｔが開口している。また、下型２４
に取り付けられたコア金型５４ｃの中心には、鋳抜ピン
５２ｎの冷却配管５２ｔからチューブ１５内に供給され
た冷却水を排出するための排水管５４ｋが形成されてい
る。

【００３９】次に、前記金型５０を使用してシリンダヘ
ッド１を製造する方法を説明する。先ず、第１の実施の
形態で説明したように、金型５０の内部に第１中子２
８、第２中子２９等がセットされると、金型５０の型締
めが行われる。そして、型締め後に金型５０の内部に溶
湯が注入されるとともに、上型２２の主配管５２ｋから
鋳抜ピン５２ｎの冷却配管５２ｔ、チューブ１５を介し
てコア金型５４ｃの排水管５４ｋに冷却水が流される。
これによって、前記チューブ１５が冷やされ、そのチュ
ーブ１５周りの溶湯の凝固が促進されてアルミニウム合
金の組織が微細化し、前記チューブ１５周りの強度が向
上する。さらに、鋳造開始から離型までの時間を短縮す
ることが可能となる。

【００４０】このようにして、溶湯の注入後に所定時間
が経過して溶湯が凝固すると、型開きが行われ、鋳造品
の取り出しが行われる。図７は、本実施の形態に係るシ
リンダヘッドの製造方法を実施する際に使用される別の
型式の金型６０を表している。前記金型６０は鋳抜ピン
６２ｎの内部に冷却水の送り配管６２ａと戻し配管６２
ｂを形成し、その鋳抜ピン６２ｎを冷却することにより
間接的に前記チューブ１５を冷却するようにしたもので
ある。これによって、チューブ１５に対する冷却効率が
若干低下するが冷却水の漏れ等を確実に防止することが
できる。なお、本実施の形態に係るシリンダヘッドの製
造方法では、チューブ１５の冷却用に冷却水を使用した
が空気等で冷却することも可能である。

【００４１】（第３の実施の形態）以下、図８に基いて
本発明の第３の実施の形態に係るシリンダヘッドの製造
方法の説明を行う。図８は本実施の形態に係るシリンダ
ヘッドの製造方法で使用されるプラグホール５の成形用
のチューブ７５の縦断面図を表している。前記チューブ
７５は、第１中子２８と一体化される部分７５ｔ（途中
部分７５ｔ）が厚肉に成形されており、また溶湯に鋳包
まれる先端部７５ｅ（下端部）と基端部７５ｗ（上端
部）とが薄肉に成形されている。これによって、前記チ
ューブ７５は第１中子２８と一体化される途中部分７５
ｔにおいて強度を確保できるとともに、溶湯に鋳包まれ
る先端部７５ｅと基端部７５ｗでは温度が上昇し易くな
り溶湯との溶着性が向上する。また、前記チューブ７５
の基端部７５ｗにはその外周面にリング状のフィン７５
ｆが形成されているため、このフィン７５ｆによって溶
湯との溶着性がさらに向上する。

【００４２】また、前記チューブ７５の先端外周面７５
ｒは断面円弧形に面取りされており、その面取り深さが
吸気ポート３ｓと排気ポート４ｈ（図１（Ｂ）参照）の
バルブシート面の深さよりも深くなるように設定されて
いる。このため、鋳造後にバルブシート面を切削加工す
る際にカッタの刃がチューブ７５の先端に接触すること
がなくなり、バリ等の発生が抑えられる。

【００４３】（第４の実施の形態）以下、図９、図１
０、図１１に基いて本発明の第４の実施の形態に係るシ
リンダヘッドの製造方法の説明を行う。図９は本実施の
形態に係るシリンダヘッドの幅方向の断面図、図１０、
図１１は本実施の形態に係るシリンダヘッドの製造方法
で使用される中子及びチューブの縦断面を表している。
本実施の形態に係るシリンダヘッド８０は、プラグホー
ル８５の燃焼室側を形成するチューブ９５が上下に二分
割されており、そのチューブ９５の下側を構成するチュ
ーブ下部９５ｄが同時に燃焼室８２の天井部８２ｔを構
成できるようになっている。なお、シリンダヘッド８０
のそれ以外の構造については、第一〜第三の実施の形態
に係るシリンダヘッド１と同様である。

【００４４】チューブ下部９５ｄは略円筒形部分とフラ
ンジ状に拡開した下端部とから構成されており、そのフ
ランジ状に拡開した下端部が燃焼室８２の天井部８２ｔ
を構成する。また、チューブ下部９５ｄの略円筒形部分
の上部には後記するチューブ上部９５ｕの嵌合凹部９５
ｍに挿入される嵌合凸部９５ｐが同軸に形成されてい
る。また、前記チューブ９５の上側を構成するチューブ
上部９５ｕは略円筒形に形成されており、その上端部に
は外周面にリング状のフィン９５ｆが形成されている。
また、チューブ上部９５ｕの下端部には前述の嵌合凹部
９５ｍが同軸に形成されている。前記チューブ上部９５
ｕ及びチューブ下部９５ｄは冷間鍛造等により所定の強
度を確保した状態で極力薄く成形される。

【００４５】前記チューブ上部９５ｕは、図１０に示さ
れるように、シリンダヘッド８０の上部ウォータジャケ
ット８７を形成するための第１中子９８と一体化され
る。また、チューブ下部９５ｄはシリンダヘッド８０の
下部ウォータジャケット８６を形成するための第２中子
９９と一体化される。なお、チューブ上部９５ｕと第１
中子９８、及びチューブ下部９５ｄと第２中子９９とを
一体化する方法は第一の実施の形態の場合と同様であ
る。

【００４６】そして、第１中子９８と一体化されたチュ
ーブ上部９５ｕの嵌合凹部９５ｍに対し、第２中子９９
と一体化されたチューブ下部９５ｄの嵌合凸部９５ｐが
挿入されることにより、図１１に示されるように、その
第２中子９９に対して第１中子９８が一定の位置関係に
保持される。

【００４７】次に、シリンダヘッド８０を製造する方法
を説明する。先ず、チューブ上部９５ｕの嵌合凹部９５
ｍにチューブ下部９５ｄの嵌合凸部９５ｐを嵌合させ
て、第１中子９８と第２中子９９とを組み合わせる。こ
こで、第１中子９８及び第２中子９９等に塗型剤を塗る
際に、燃焼室８２の天井部８２ｔを構成するチューブ下
部９５ｄのフランジ状に拡開した下端部の端縁に特に厚
めに塗型剤を塗る。このようにして塗型剤が塗られた第
１中子９８、第２中子９９等を金型（図示されていな
い）の所定位置にセットする。なお、第一実施の形態の
場合と同様に吸気路用中子と排気路用中子及びオイルジ
ャケット用中子も前記金型にセットする。次に、前記金
型を型締めして、その金型の内部に溶湯を注入し、シリ
ンダヘッド８０を鋳造する。

【００４８】このように、本実施の形態に係るシリンダ
ヘッド８０の製造方法では、燃焼室８２の天井部８２ｔ
からプラグホール８５の下部まではチューブ下部９５ｄ
を鋳包むことにより、また、プラグホール８５の中央部
はチューブ上部９５ｕを鋳包むことにより形成され、さ
らにチューブ上部９５ｕ、チューブ下部９５ｄは鍛造等
により成形される。このため、従来のように、鋳造によ
って燃焼室の天井面及びプラグホールを形成する場合よ
りも燃焼室の天井面からプラグホールにかけての強度を
容易に向上させることができる。さらに、燃焼室の天井
面からプラグホールにかけて強度を確保した状態で壁の
肉厚を薄くできる。このため、燃焼室内及びプラグホー
ル内の冷却効果を向上させることができる。なお、チュ
ーブ上部とチューブ下部とを嵌合させる構造のため、第
１中子と第２中子の位置決めも容易になる。

【００４９】また、燃焼室８２の天井部８２ｔを構成す
るチューブ下部９５ｄのフランジ状に拡開した下端部の
端縁に特に厚めに塗型剤が塗布されるため、鋳造後に鋳
造母材とそのチューブ下部９５ｄの端縁との間に塗型剤
が除去されることによる隙間が形成される。このため、
前記チューブ下部９５ｄの熱膨張をその隙間によって吸
収することが可能になり、各気筒の熱歪みが隣接する気
筒に影響を与えることがない。

【００５０】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、この発明の実施の形態には請求の範囲に記載した
技術的事項以外に次のような技術的事項を有するもので
あることを付記しておく。（１）請求項２に記載されたシリンダヘッドにおいて、
チューブは鍛造品であるシリンダヘッド。

【００５１】

【発明の効果】本発明によると、冷却水を燃焼室の近傍
とその他の部分とに分けて流せるようになるため、燃焼
室の近傍に要求に応じた量の冷却水を流すことが可能に
なり、燃焼室周りの冷却促進を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係
るシリンダヘッドの幅方向の断面図である。図１（Ｂ）
は、図１（Ａ）のB-B矢視図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係るシリンダヘッ
ドを製造するための金型の縦断面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係るシリンダヘッ
ドのウォータジャケットを形成する中子の斜視図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係るシリンダヘッ
ドのウォータジャケットを形成する中子の幅方向の分解
断面図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係るシリンダヘッ
ドのウォータジャケットを形成する中子の幅方向の断面
図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係るシリンダヘッ
ドを製造するための金型の縦断面図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係るシリンダヘッ
ドを製造するための金型の縦断面図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態に係るシリンダヘッ
ドの製造に使用されるチューブの縦断面図である。

【図９】本発明の第４の実施の形態に係るシリンダヘッ
ドの幅方向の断面図である。

【図１０】本発明の第４の実施の形態に係るシリンダヘ
ッドのウォータジャケットを形成する中子の幅方向の分
解断面図である。

【図１１】本発明の第４の実施の形態に係るシリンダヘ
ッドのウォータジャケットを形成する中子の幅方向の断
面図である。

【符号の説明】

１シリンダヘッド２燃焼室５プラグホール６下部ウォータジャケット７上部ウォータジャケット１５チューブ１８第１中子１９第２中子７５チューブ７５ｆフィン８０シリンダヘッド８５プラグホール９５ｕチューブ上部９５ｄチューブ下部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｐ 3/02 Ｆ０１Ｐ 3/02 ＧＦ０２Ｆ 1/00 Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｋ 1/24 1/24 ＢＨ (72)発明者高柳登愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者西村晃尚愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウォータジャケットが冷却水の流れ方向
に沿って形成された壁により、燃焼室周りを冷却する部
分と、それ以外を冷却する部分とに仕切られているシリ
ンダヘッド。
【請求項２】請求項１に記載されたシリンダヘッドに
おいて、燃焼室と連通するプラグホールはチューブを鋳包むこと
により形成されており、前記チューブは燃焼室周りを冷
却するウォータジャケットとそれ以外の部分を冷却する
ウォータジャケットとを貫通するように配置されている
シリンダヘッド。
【請求項３】燃焼室と連通するプラグホールを形成す
るチューブを製作し、そのチューブをウォータジャケット用の第１中子に貫通
させた状態で一体化し、そのチューブの先端部をウォータジャケット用の第２中
子の受け孔に通して嵌合させ、さらにその嵌合と同時あるいはその後に、前記チューブ
の先端面を燃焼室成形用の型に当接させるとともに、そ
のチューブに対して第１中子側から鋳抜きピンを挿入し
て前記チューブを押さえ、鋳造を行うシリンダヘッドの製造方法。
【請求項４】燃焼室の天井部からプラグホールの下部
までを構成するチューブ下部と、前記チューブ下部と嵌
合できる構造でプラグホールの要部を構成するチューブ
上部とを成形し、そのチューブ上部をウォータジャケット用の第１中子に
貫通させた状態で一体化し、前記チューブ下部をウォー
タジャケット用の第２中子に貫通させた状態で一体化
し、前記チューブ上部とチューブ下部とを嵌合させて、第１
中子と第２中子とを型にセットした後、鋳造を行うシリ
ンダヘッドの製造方法。
【請求項５】請求項４に記載されたシリンダヘッドの
製造方法において、チューブ下部をウォータジャケット用の第２中子と一体
化させた後に、そのチューブ下部における燃焼室の天井
部を構成する部位の端縁に塗型剤を塗布するシリンダヘ
ッドの製造方法。
【請求項６】請求項３又は請求項４に記載されたシリ
ンダヘッドの製造方法において、鋳造中に前記チューブを冷却するシリンダヘッドの製造
方法。
【請求項７】請求項３又は請求項４に記載されたシリ
ンダヘッドの製造方法において、溶湯と直接接触する部分にフィンが形成されているチュ
ーブを使用するシリンダヘッドの製造方法。