JP2008229645A - 鋳造用中子の支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】砂型の削れた部分に溶湯が流れ込み難く、かつ十分な支持力を確保することができる鋳造用中子の支持構造を提供する。
【解決手段】エンジンのシリンダヘッド１に湾曲する吸気ポート１０及び排気ポート２０を形成する中子端部１３ｃ，２３ｃを鋳型４０に形成された係合面上に載置して位置決めする鋳造用中子の支持構造において、支持する中子端部１３ｃ，２３ｃに中子内部に向かって鋳型が入り込む凹部１５，２５と、中子端部が鋳型４０に向かって入り込む凸部１４，２４とを並設した。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳造用中子を鋳型に取り付けるための鋳造用中子の支持構造に関する。

自動二輪車等に使用されるエンジンのシリンダヘッドは、砂型等を用いて鋳造で成型されている。この鋳造工程では、シリンダヘッド内部の中空部分（例えば、吸気ポート、排気ポート、ウォータージャケット等）を形成するために中子が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

図４は、シリンダヘッド５０に形成された吸気ポート５１のシリンダ側開口部５１ａ付近を示す拡大断面図である。
シリンダヘッド５０の鋳造用の砂型５２には、吸気系ポートを成形するための吸気ポート用中子５３が取り付けられる。この砂型５２には、吸気ポート５１の中空形状部を埋める形状に形成された吸気ポート用中子５３が取り付けられ、アルミニウム合金等の溶湯が注入されて、鋳造がなされる。この吸気ポート用中子５３は、シリンダ側開口部５１ａから右側（吸気口側）に向けて緩やかに湾曲している。また、吸気ポート用中子５３の下側には、砂型５２に取り付けるための略円柱形状の支持部５４が吸気ポート用中子５３の下側面５３ｅから下側に向けて突出する態様で形成されている。また、この支持部５４に対応する砂型５２の部分には、支持部５４と同形状の凹部５５が形成されており、この凹部５５に支持部５４を嵌合させることで、砂型５２に吸気ポート用中子５３が支持されるようになっている。
また、この砂型５２の右側部分には、同様な構造を用いて砂型５２に支持されたウォータージャケット用中子５６が取り付けられている。
特許第３２３３０４０号公報

この吸気ポート用中子５３の支持部５４は、吸気口側から砂型５２に挿入される。しかしながら、吸気ポート用中子５３は、吸気口側に向けて湾曲しているので、支持部５４を砂型５２の凹部５５に挿入し難く、挿入時に砂型の凹部５５の上側に位置する角部５７に支持部５４を当ててしまうことがある。この角部５７は、吸気ポート用中子５３の外周部（溶湯が流れる部分）に近い部分であるため、この削れた部分に溶湯が流れ込むおそれがある。また、支持部５４において、吸気ポート用中子５３の位置ずれ、浮き、回転が生じてしまう場合があった。
一方、支持部５４の径方向の形状を小さくすることで、たとえ角部５７が削れたとしても溶湯が流れ込み難くすることも考えられるが、支持部５４の形状を小さくすると支持力が小さくなってしまうため、吸気ポート用中子５３の位置ずれ、浮き、回転等が懸念される。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、砂型が削れたとしても溶湯の流れに影響を及ぼさず、かつ十分な支持力を確保することができる鋳造用中子の支持構造を提供することを目的とする。

本発明では、エンジンのシリンダヘッドに湾曲する吸気ポート及び排気ポートを形成する中子端部を鋳型に形成された係合面上に載置して位置決めする鋳造用中子の支持構造において、支持する中子端部に中子内部に向かって鋳型が入り込む凹部と、中子端部が鋳型に向かって入り込む凸部とを並設したことを特徴とするとする。
この構成によれば、砂型の角部が凹部の内部に位置するようになる。また、凹部と凸部とで砂型に嵌合することになる。

また、前記凹部は中子の屈曲側に、凸部をその反対側に設けることもできる。
この構成によれば、最も削れやすい部分であって中子の屈曲部分側に位置する角部を、中子の凹部の内部に位置させることができる。

本発明によれば、支持する中子端部に中子内部に向かって鋳型が入り込む凹部と、中子端部が鋳型に向かって入り込む凸部とを並設しているので、砂型の角部を凹部の内部に位置させることができる。これにより、仮に取付時に角部が削れたとしても、この削れた部分に溶湯が流れ込み難くすることができる。また、凹部と凸部とで砂型に嵌合させているので、取付時又は鋳造時に中子の回転を防止すると共に、浮き、位置ずれを防止することができる。さらに、嵌合部における嵌合面積を従来と同等に確保することができ、十分な支持力を確保することができる。

また、前記凹部は中子の屈曲側に、凸部をその反対側に設けることもできるので、最も削れやすい部分であって中子の屈曲部分側に位置する角部を、中子の凹部の内部に位置させることで、取付時に角部が削れ難くすることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る鋳造用中子の支持構造について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る鋳造用中子の支持構造を用いてシリンダヘッドを成型している状態を示す概要図である。また、図２は、図１の吸気ポート用中子１３と砂型４０との嵌合部を拡大して示す断面図である。さらに、図３は、吸気ポート用中子１３の支持部１３ｃを斜め下側から見た斜視図である。

内燃機関の一部を構成するシリンダヘッド１は、図１に二点差線で示すように、右側に位置する吸気ポート１０と、この吸気ポート１０の左側に位置する排気ポート２０とを備えている。

吸気ポート１０は、右側壁部の傾斜面に形成された吸気口１１から下側中央部に位置する燃焼室吸気側開口部１２まで連通する中空形状をなしている。この吸気ポート１０は、シリンダヘッド１の下側に組み付けられるシリンダブロック（図示せず）内の燃焼室に吸気バルブを介して混合気を供給するためのものである。
また、排気ポート２０は、左側壁部に形成された排気口２１から下側中央部であって燃焼室吸気側開口部１２の左側に位置する燃焼室排気側開口部２２まで連通する中空形状をなしている。この排気ポート２０は、燃焼室で燃焼された混合気が排気バルブを介して排出されるためのものである。
例えば、４気筒エンジンの場合には、シリンダヘッド１に４つの吸気ポート１０及び排気ポート２０がそれぞれ形成されることになる。

また、この吸気ポート１０及び排気ポート２０の周囲には、図１に示すように、エンジンを冷却するためのウォータージャケット３１，３２，３３が形成されている。これらのウォータージャケット３１，３２，３３は、シリンダヘッド内に冷却液を流すための流路となっており、複雑な中空形状をなしている。

これらの中空形状に形成される吸気ポート１０、排気ポート２０、及びウォータージャケット３０は、鋳型で成形するときに、吸気ポート用中子１３、排気ポート用中子２３、ウォータージャケット用中子３３が使用される。より詳細には、シリンダヘッド１の鋳型の内部にこれらの吸気ポート用中子１３、排気ポート用中子２３、ウォータージャケット用中子３３が取り付けられ、鋳型内にアルミニウム合金等の溶湯を注入し、成形後にこれらの吸気ポート用中子１３等を取り除くことで、中空形状の吸気ポート１０、排気ポート２０及びウォータージャケット３１，３２，３３が形成されることになる。

吸気ポート用中子１３は、吸気口１１から突出する態様の腕部１３ａと、吸気ポート１０の内部の中空形状と同一形状に形成された型部１３ｂと、下側に位置する砂型４０に嵌合させる支持部１３ｃとを備えている。この型部１３ｂは、図１に示すように、支持部１３ｃから右側に位置するの吸気口１１まで上側に向けて緩やかに屈曲する屈曲部１３ｄを有している。
同様に、排気ポート用中子２３は、排気口２１から突出する態様の腕部２３ａと、排気ポート２０の内部の中空形状と同一形状に形成された型部２３ｂと、下側に位置する砂型４０に嵌合させる支持部２３ｃとを備えている。この型部２３ｂは、図１に示すように、支持部２３ｃから左側に位置する排気口２１まで上側に向けて緩やかに屈曲する屈曲部２３ｄを有している。
なお、吸気口１１及び排気口２１の位置は、エンジンによってそれぞれ異なるため、中子の形状もそれぞれのポートの形状に合わせて適宜変更することができる。

吸気ポート用中子１３の支持部１３ｃは、図２及び図３に示すように、吸気ポート用中子１３の下側面１３ｅから、下側に向けて突出する凸部１４と、下側面１３ｅから吸気ポート用中子１３の延在方向の内側に向けて窪む凹部１５とで構成されている。
この凸部１４と凹部１５とは、図２及び図３に示すように、互いに隣り合い、並設する態様で形成されている。より詳細には、凹部１５が吸気ポート用中子１３の屈曲部１３ｄ側（吸気ポート用中子１３が屈曲する方向）に位置し、凸部１４がその反対側に位置するように形成されている。

凸部１４は、図３に示すように、円柱形状を半割にした形状を有しており、この凸部１４の側壁を構成する円柱面１４ａには、下側面１３ｅから凸部１４の頂上面１４ｃに向かうに従い先細りする態様でテーパーが付けられている。また、凸部１４のもう一方の側壁を構成する半割面１４ｂは、上述した円柱形状をほぼ２等分するように形成されたものであり、下側面１３ｅに対してほぼ垂直に立ち上がっている。なお、半割面１４ｂは、凸部１４が先細りする態様でテーパーが付けられていてもよい。
凹部１５は、凸部１４とほぼ同一な形状で下側面１３ｅを窪ませたものであり、凹部１５の側壁面を構成する円柱面１５ａには、下側面１３ｅから凹部１５の底面１５ｃに向かうに従い凹部１５が狭くなる態様でテーパーが付けられている。また、凹部１５の半割面１５ｂは、凸部１４の半割面１４ｂとほぼ同一な平面を構成するように形成されている。なお、半割面１５ｂは、凹部１５が狭くなる態様でテーパーが付けられていてもよい。

この凸部１４の頂上面１４ｃから凹部１５の底面１５ｃまでの高さ方向の長さは、従来の支持部５４（図４参照）の突出長さとほぼ同じ長さになっている。すなわち、従来の支持部５４と同じ長さで吸気ポート用中子１３を支持しているので、その支持力が従来と比べて小さくならない。
また、吸気ポート用中子１３の下側面１５ｅ上における凸部１４と凹部１５とを合わせた直径は、従来の支持部５４（図４参照）の下側面５３ｅ上における直径とほぼ同じ長さになっている。すなわち、従来の支持部５４と同じ大きさで砂型４０に取り付けられているので、その支持力が従来と比べて小さくならない。

他方、砂型４０には、図１及び図２に示すように、吸気ポート用中子１３の支持部１３ｃが嵌り込む凹凸が形成されている。より詳細には、吸気ポート用中子１３の下側面１３ｅが砂型４０に形成された係合面上に載置された状態で、凸部１４の円柱面１４ａ、半割面１４ｂ、頂上面１４ｃ、及び凹部１５の円柱面１５ａ、半割面１５ｂ、底面１５ｃが、これらと同一形状に形成された砂型４０の嵌合面とそれぞれと接触するようになっている。これにより、凹部１５の内部に砂型４０が入り込むと共に、凸部１４が砂型４０の内部に入り込むことになる。

一方、排気ポート用中子２３の支持部２３ｃについても、吸気ポート用中子１３の支持部１３ｃと同様に形成されている。すなわち、図２に示すように、支持部２３ｃには、円柱形状を半割にした態様の凸部２４と凹部２５とが形成されており、この凸部２４と凹部２５には、下側面２３ｅ、円柱面２４ａ、２５ａ、半割面２４ｂ、２５ｂ、頂上面２４ｃが形成されている。同様に、この支持部２３ｃが嵌り込む砂型４０にも、これらの面とそれぞれ接触する同一形状の嵌合面が形成されており、凹部２５の内部に砂型４０が入り込むと共に、凸部２４が砂型４０の内部に入り込むことになる。

また、ウォータージャケット用中子３３は、図１及び図２に示すように、吸気ポート用中子１３、排気ポート用中子２３と同様に、砂型４０に挿入される支持部３５を備えており、鋳造時にこの支持部３５で支持される。

次に、本実施の形態における鋳造用中子の支持構造の取り付けについて説明する。
吸気ポート用中子１３は、腕部１３ａ側から砂型４０に取り付けられることになる。詳細には、吸気ポート用中子１３の支持部１３ｃを砂型４０の凹凸の部分まで移動させると共に、凸部１４の突出方向に沿って砂型４０の凹凸に挿入することになる。この場合、吸気ポート用中子１３と共に、排気ポート用中子２３及びウォータージャケット用中子３３も同時に取り付けられることになる。

また、砂型４０には、吸気ポート用中子１３が屈曲する側に凹部が形成されていないため、従来技術で説明した角部５７（図４）が存在しない。そのため、吸気ポート用中子１３を取り付け作業時において、砂型４０に溶湯の流れに影響するような削れ（従来構造における角部５７）が生じない。仮に、吸気ポート用中子１３の内部に位置する砂型４０の凸部が削れたとしても、吸気ポート用中子１３の外周部（溶湯と接する部分）から離れた位置にあるので、この削れた部分に溶湯が入り込むことはない。

本発明の実施の形態に係る鋳造用中子の支持構造によれば、吸気ポート用中子１３及び排気ポート用中子２３の支持部１３ｃ、２３ｃを、吸気ポート用中子１３及び排気ポート用中子２３の内部に向かって砂型４０が入り込む凹部１５、２５と、吸気ポート用中子１３及び排気ポート用中子２３が砂型４０に向かって入り込む凸部１４、２４とを並設しているので、砂型４０の角部を凹部１５、２５の内部に位置させることができる。そのため、仮に取付時に角部が削れたとしても、この削れた部分に溶湯が流れ込み難くすることができる。また、凹部１５，２５と凸部１４，２４とを、砂型４０に形成した凹凸に嵌合させているので、取付時又は鋳造時に吸気ポート用中子１３等の回転、浮き、位置ずれを防止することができる。

また、凸部１４，２４の頂上面１４ｃ，２４ｃから凹部１５，２５の底面１５ｃ，２５ｃまでの高さ方向の長さを、従来の支持部５４（図４参照）の突出長さとほぼ同じ長さにしているので、従来の支持部５４と同じ長さで吸気ポート用中子１３及び排気ポート用中子２３を支持することになり、その支持力が従来と比べて小さくならない。
さらに、円柱形状を半割にした形状で凹部１５，２５と凸部１４，２４とを形成しているので、支持部１３ｃ，２３ｃと砂型４０の凹凸との接触面積を半割面１４ｂ，１５ｂの分だけ広くすることができる。その結果、より安定した嵌合を得ることができ、回転、浮き、位置ずれを防止することができる。

他方、凹部１５，２５を吸気ポート用中子１３及び排気ポート用中子２３の屈曲部１３ｄ，２３ｄ側に設け、凸部１４，２４をその反対側に設けているので、吸気ポート用中子１３及び排気ポート用中子２３を挿入する側である屈曲部１３ｄ，２３ｄ側に、従来構造における砂型の角部５７ができないようにすることができる。これにより、角部が削れて、削れた部分に溶湯が流れ込むことを防止することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
本実施の形態では、エンジンのシリンダヘッド１の各ポート用の中子について説明したが、砂型に中子を支持させて鋳造するもの、例えば、シリンダブロック、インレットマニホールドなどについても、本発明の支持構造を適用することができる。
また、本実施の形態では、砂型４０の角部の削れを防止することについて記載したが、削れる心配のない金型に適用する場合であっても、支持部１３ｃ，２３ｃの支持力、すなわち、中子の回転、浮き、位置ずれを防止することができる。

また、本実施の形態では、支持部１３ｃ、２３ｃの形状を円柱形状としたが、凸部１４と凹部１５を並設するものであれば、他の形状、例えば矩形等であってもかまわない。この形状であっても、砂型４０の削れた部分に溶湯が流れ込み難くすることができる。
さらに、凸部１４及び凹部１５の数は、取り付け作業が複雑にならない範囲で複数設けてあってもかまわない。これにより、支持部及び砂型の接触面積を広げることができる。

本発明の実施の形態に係る鋳造用中子の支持構造を用いてシリンダヘッドを成型している状態を示す概要図である。 図１の吸気ポート用中子と砂型との嵌合部を示す拡大図である。 吸気ポート用中子の支持部を斜め下側から見た斜視図である。 従来の吸気ポート用中子と砂型との嵌合部を示す拡大図である。

符号の説明

１ シリンダヘッド
１０ 吸気ポート
１１ 吸気口
１２ 燃焼室吸気側開口部
１３ 吸気ポート用中子
１３ａ 腕部
１３ｂ 型部
１３ｃ 支持部（中子端部）
１３ｄ 屈曲部
１３ｅ 下側面
１４ 凸部
１４ａ 円柱面
１４ｂ 半割面
１４ｃ 頂上面
１５ 凹部
１５ａ 円柱面
１５ｂ 半割面
１５ｃ 底面
２０ 排気ポート
２１ 排気口
２２ 燃焼室排気側開口部
２３ 排気ポート用中子
２３ａ 腕部
２３ｂ 型部
２３ｃ 支持部（中子端部）
３０，３１，３２ ウォータージャケット
３３ ウォータージャケット用中子
３５ 支持部
４０ 砂型
５０ シリンダヘッド
５１ 吸気ポート
５１ａ シリンダ側開口部
５２ 砂型
５３ 吸気ポート用中子
５３ｅ 下側面
５４ 支持部
５５ 凹部
５６ ウォータージャケット用中子
５７ 角部

Claims (2)

1. エンジンのシリンダヘッドに湾曲する吸気ポート及び排気ポートを形成する中子端部を鋳型に形成された係合面上に載置して位置決めする鋳造用中子の支持構造において、
   支持する中子端部に中子内部に向かって鋳型が入り込む凹部と、中子端部が鋳型に向かって入り込む凸部とを並設したことを特徴とする鋳造用中子の支持構造。
2. 前記凹部は中子の屈曲側に、凸部をその反対側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の鋳造用中子の支持構造。

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