JP2017094337A - 鋳造用中子の設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気ポートまたは排気ポートの外形に対応した囲み部を備えるウォータージャケット用の中子と組み合わせる場合において、吸気ポートまたは排気ポート用の中子を金型の所定位置に設置することのできる新規な手法を提供する。【解決手段】先ず、囲み部１２ｂの内側に中子１４を通す（図５（i））。続いて、先端部１４ｄを凹み部１０ｂに接触させ、この接触状態を保ちながら先端部１４ｄを起点として中子１４を矢印方向に回動させる（図５（ii））。先端部１４ｄは半球状であり、凹み部１０ｂの形状は先端部１４ｄの外形に対応していることから、凹み部１０ｂとの接触状態を保ちながら凹み部１０ｂの表面に沿って先端部１４ｄを滑らせることができる。その結果、第２巾木部１４ｃが下方に移動して凹み部１０ａに収容される（図５（iii））。【選択図】図５

Description

この発明は鋳造用中子の設置方法に関し、より詳細には、エンジンのシリンダヘッドを鋳造する際に用いられる中子の金型への設置方法に関する。

エンジンのシリンダヘッドの鋳造に際しては、このシリンダヘッドの外形を形成するための複数の金型の所定位置に、吸気ポート、排気ポート、ウォータージャケットといったシリンダヘッドの内部空間を形成するための複数の中子を設置することが一般的である。このような中子の設置方法に関し、例えば特開２００８−２２９６４５号公報には、先端部側から金型に挿入される吸気ポートまたは排気ポート用の中子（以下単に「ポート用中子」ともいう。）の当該先端部を凹凸形状とする技術が開示されている。この先端部は具体的に、湾曲する中子の湾曲外側に位置して中子挿入時に金型に入り込む凸部と、湾曲内側に位置して中子挿入時に金型が入り込む凹部とから構成されている。このような先端部によれば、中子挿入時に凹部が金型内の角部と接触して削れてしまうのを抑えつつ、凸部と凹部を金型に嵌め合わせて中子を所定位置に設置することができる。

特開２００８−２２９６４５号公報 特開２０１３−１４６７６７号公報

ところで昨今のシリンダヘッドには、吸気ポートまたは排気ポートの周囲を覆う冷却水通路を、ウォータージャケットの一部として形成されることがある。このような冷却水通路は、吸気ポートまたは排気ポートの外形に対応した囲み部をウォータージャケット用の中子に設けることで形成できる。しかしながら、このような囲み部を備えるウォータージャケット用の中子を、ポート用中子と組み合わせて金型に設置するためには、この囲み部の内側にポート用中子を通す作業が必要となる。そして当然ながら、この作業に当たっては、ポート用中子が囲み部の内側に接触しないように留意しなければならない。このように、囲み部を備えるウォータージャケット用の中子と組み合わせる場合は、ポート用中子の設置が容易でなく、更なる改良が求められる。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものである。即ち、吸気ポートまたは排気ポートの外形に対応した囲み部を備えるウォータージャケット用の中子と組み合わせる場合において、ポート用中子を金型の所定位置に設置することのできる新規な手法を提供することを目的とする。

本発明に係る鋳造用中子の設置方法は、ポート用の中子を金型に設置するステップと、ウォータージャケット用の中子を当該金型に設置するステップを備えている。ポート用の中子は、吸気ポートまたは排気ポートを形成するポート形成部と、ポート形成部の長手方向の一端に設けられる巾木部と、ポート形成部の長手方向の他端に設けられてポート形成部の長手方向での断面視における外縁形状が外側に凸をなす円弧状の先端部と、を備えている。一方、ウォータージャケット用の中子は、吸気ポートまたは排気ポートの周囲を覆う冷却水通路を含むウォータージャケット用の中子であり、ポート形成部の外形に対応した囲み部を当該冷却水通路用の中子として備えている。また、金型は、先端部の外形に対応した凹み形状の先端支持部と、巾木支持部とを備えている。
本発明に係る鋳造用中子の設置方法において、ポート用の中子を金型に設置するステップは、２つのステップから構成されている。具体的には、先端部を囲み部の内側に通した後に先端支持部に接触させるステップと、先端支持部に接触させた先端部を起点としてポート用の中子を回動し、巾木部を巾木支持部に収容するステップと、を備えている。

本発明によれば、ウォータージャケット用の中子の囲み部の内側にポート用の中子の先端部を通した後、この先端部の外形に対応した凹み形状の先端支持部に接触させることができる。また、この先端部を起点としてポート用の中子を回動して当該中子の巾木部を巾木支持部に収容することができる。従って、吸気ポートまたは排気ポートの外形に対応した囲み部を備えるウォータージャケット用の中子と組み合わせる場合において、ポート用中子を金型の所定位置に設置することができる。

本発明の実施の形態に係る設置方法に適用される２種類の鋳造用中子を組み合わせた場合におけるこれらの位置関係を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る設置方法に適用される２種類の鋳造用中子を組み合わせた場合におけるこれらの位置関係を説明するための図である。 図１乃至図２に示す吸気ポート用の中子が金型に位置決めされている様子を示した図である。 本発明の実施の形態に係る設置方法に適用できる金型の他の例を示した図である。 本発明の実施の形態に係る設置方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態による効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態による効果を説明するための図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１乃至図２は、本発明の実施の形態に係る設置方法に適用される２種類の鋳造用中子を組み合わせた場合におけるこれらの位置関係を説明するための図である。図１は２種類の鋳造用中子を排気側上方から描いた斜視図であり、図２はこれらを吸気側下方から描いた斜視図である。なお、２種類の鋳造用中子の位置関係を明らかにするため、図２ではポート用の中子の巾木部側を意図的に省略している。また、図１乃至図２には水冷式直列３気筒エンジンのシリンダヘッドを前提とした２種類の鋳造用中子が描かれているが、本発明の適用に当たっては、水冷式多気筒エンジンのシリンダヘッドであればエンジンの気筒数、気筒配置や着火方式に特に限定はない。

図１乃至図２に示すように、ウォータージャケット用の中子１２は、吸気ポート用の中子１４の周囲に設けられている。中子１２は、ウォータージャケットの内部の中空形状と同一形状に形成されている。具体的に中子１２は、中子１４のポート形成部１４ａの上方に直線状に延びる主流路部１２ａと、ポート形成部１４ａを覆う囲み部１２ｂと、主流路部１２ａから分岐して囲み部１２ｂに接続する第１支流部１２ｃ，補助流路部１２ｄと、囲み部１２ｂから下方に延びる第２支流部１２ｅと、を備えている。なお、中子１２から形成されたウォータージャケットにおいては、主流路部１２ａから第１支流部１２ｃおよび補助流路部１２ｄの方向に、更には、囲み部１２ｂ、第２支流部１２ｅの方向に冷却水が流れることになる。

ポート形成部１４ａは、中子１４から形成される吸気ポートの内部の中空形状と同一形状に形成されている。ポート形成部１４ａに加えて、中子１４は、直方体状の第１巾木部１４ｂと、四角錐台状の第２巾木部１４ｃと、半球状の先端部１４ｄと、を備えている。これらは何れも金型１０、または、金型１０に組み付けられる他の金型の所定位置に中子１４を位置決めするための部材であり、第１巾木部１４ｂおよび第２巾木部１４ｃはポート形成部１４ａの長手方向の端部に設けられ、先端部１４ｄはその反対側の端部に設けられている。また、第２巾木部１４ｃの背面部１４ｅには第２巾木部１４ｃの長手方向に延びる半円柱状の凸部１４ｆが形成されている。

図３は、中子１４が金型１０に位置決めされている様子を示した図であり、ポート形成部１４ａの長手方向に沿って金型１０および中子１２，１４を上下方向に切断したときの縦断面図に相当している。図３に示すように、金型１０は、第２巾木部１４ｃの外形に対応する四角錐台状の凹み部１０ａと、先端部１４ｄの外形に対応する半球状の凹み部１０ｂと、を備えている。第２巾木部１４ｃが凹み部１０ａに収容されると共に、先端部１４ｄが凹み部１０ｂに収容されることで中子１４が金型１０に位置決めされる。但し、上述したように背面部１４ｅには凸部１４ｆが形成されていることから、厳密にはこの凸部１４ｆが凹み部１０ａに接触した状態で、第２巾木部１４ｃが凹み部１０ａに収容される。

なお、第２巾木部１４ｃのうちの凹み部１０ａに収容される部分は、凹み部１０ａよりも小サイズとしておくことが望ましい。また、凹み部１０ｂよりも先端部１４ｄを小サイズとしておくことが望ましい。シリンダヘッド母材の浴湯を金型１０内に流し込む際、または、この流し込み前の予備加熱の際は、金型１０の熱により中子１４が膨張する。そのため、この膨張分を考慮して第２巾木部１４ｃや先端部１４ｄのサイズを予め小さくしておくことで、仮に中子１４が過剰に膨張した場合においても、第２巾木部１４ｃや先端部１４ｄの破壊を抑制することが可能となる。

また、シリンダヘッド母材の浴湯が金型１０内に流し込まれると、中子１４に作用する浮力によって先端部１４ｄが浮き上がり易くなる。そのため、金型１０は、先端部１４ｄの浮き上がり方向とは反対の方向から先端部１４ｄを押さえ付けることのできる形状となっていることが望ましい。例えば図４に示すように、凹み部１０ｂの縁部分にそこから凹み部１０ｂの中心方向に向かって斜めに立ち上がる押さえ部１０ｃを金型１０に設けると、先端部１４ｄの浮き上がりを抑えることが可能となる。

図３に示した中子１４の状態は、図５に示す本実施の形態に係る設置方法によって実現される。図５は、本実施の形態に係る設置方法を説明するための図である。なお、本図は図３同様の縦断面図に相当している。図５に示すように、本設置方法では先ず、囲み部１２ｂの内側に中子１４を通す（図５（i））。具体的には、ポート形成部１４ａの中間部分が囲み部１２ｂと重なるまで、先端部１４ｄ側から中子１４を囲み部１２ｂに挿入する。なお、この挿入の時点において、中子１２は金型１０または上述した他の金型に設置されている必要はない。中子１２が金型１０等に設置されていない場合は、中子１２と中子１４を同時に動かすことができる。中子１２が金型１０等に設置されている場合は、中子１４を動かせばよい。

本設置方法では続いて、先端部１４ｄを凹み部１０ｂに接触させ、この接触状態を保ちながら先端部１４ｄを起点として中子１４を矢印方向に回動させる（図５（ii））。上述したように先端部１４ｄは半球状であり、凹み部１０ｂの形状は先端部１４ｄの外形に対応していることから、凹み部１０ｂとの接触状態を保ちながら凹み部１０ｂの表面に沿って先端部１４ｄを滑らせることができる。その結果、第１巾木部１４ｂおよび第２巾木部１４ｃが下方に移動して、第１巾木部１４ｂの下面が金型１０に接触すると共に、第２巾木部１４ｃが凹み部１０ａに収容される（図５（iii））。このようにして、中子１４が金型１０の所定位置に設置される。

なお、凹み部１０ｂに接触した状態の先端部１４ｄの中心Ｃ_１４ｄを中心とし、中心Ｃ_１４ｄから凹み部１０ａの開口端Ｅ_１０ａまでの距離を半径Ｒとする円を仮定した場合に、背面部１４ｅと凹み部１０ａの曲率半径をこの半径Ｒと等しくすることが望ましい。こうすることで、先端部１４ｄを起点とした中子１４の回動時に第２巾木部１４ｃを凹み部１０ａに滑らかに収容することが可能となる。背面部１４ｅには凸部１４ｆが形成されていることから、背面部１４ｅと凹み部１０ａの曲率半径を半径Ｒよりも凸部１４ｆの分だけ小さくすることが望ましい。こうすることで、中子１４の回動時により滑らかに第２巾木部１４ｃを凹み部１０ａに収容することが可能となる。

図５（iv）は、シリンダヘッド母材の浴湯を金型１０内に流し込む際、または、この流し込み前の予備加熱の際における中子１４の状態が描かれている。この図に示すように、中子１４は金型１０の熱により膨張し、先端部１４ｄが凹み部１０ｂに固定される。また、ポート形成部２４ａ、第１巾木部１４ｂや第２巾木部１４ｃも膨張して、第２巾木部１４ｃが凹み部１０ａに固定される。なお、背面部１４ｅには凸部１４ｆが形成されていることから、仮に中子１４が過剰に膨張したとしてもこの凸部１４ｆから膨張による力が逃がされ、または、凸部１４ｆを優先的が破壊されることで先端部１４ｄならびに第２巾木部１４ｃの本体部分が破壊されることが抑制される。

図６乃至図７を参照しながら、本実施の形態による効果を説明する。図６は、吸気ポート用の中子２４が金型２０に位置決めされている様子を示した図であり、中子２４のポート形成部２４ａの長手方向に沿って金型２０、中子２４およびウォータージャケット用の中子の囲み部２２を上下方向に切断したときの縦断面図に相当している。なお、囲み部２２と中子２４の位置関係は、図１乃至図２で説明した囲み部１２ｂと中子１４の位置関係と同様である。また、中子２４の第１巾木部２４ｂおよび第２巾木部２４ｃは、中子１２の第１巾木部１４ｂおよび第２巾木部１４ｃにそれぞれ相当する位置決め部材である。また、金型２０の凹み部２０ａは金型１０の凹み部１０ａに相当する巾木支持部であり、金型２０の凹み部２０ｂは金型１０の凹み部１０ｂに相当する先端支持部である。

図３と図６を比較すると分かるように、中子２４の先端部２４ｄは中子１４の先端部１４ｄと異なり、凹み部２０ｂに嵌め合わされる形状となっている。このような形状であるが故に、先端部１４ｄを凹み部２０ｂと嵌め合わせた後は中子２４の姿勢や移動が制限されることになる。従って、第２巾木部２４ｃの凹み部２０ａへの収容を、先端部１４ｄの凹み部２０ｂへの嵌め合わせと同時に行わなければならなくなる。そうすると、この嵌め合わせ前に囲み部２２の内側への中子２４の挿入を行わなければならず、更に言えば、この挿入の時点において、囲み部２２を含むウォータージャケット用の中子が金型２０、または、金型２０に組み付けられる他の金型に設置されていなければならない。しかしながらこの場合、固定された状態の囲み部２２の内側にポート形成部２４ａを通し、同時に、第２巾木部２４ｃを凹み部２０ａに収容することになるため、中子２４の設置が非常に困難となる。

この点、本実施の形態によれば、半球状の先端部１４ｄを凹み部１０ｂに接触させ、この接触状態を保ちながら先端部１４ｄを起点として中子１４を回動させることができる（図５（ii）参照）。つまり、囲み部１２ｂへの挿入後においても中子１４を移動させることができる。従って、中子１２が金型１０等に設置されて囲み部１２ｂが固定されている状態であっても、容易かつ確実に中子１４を金型１０に設置することができる。また、本実施の形態によれば、中子１４を金型１０に設置した後に中子１２を金型１０等に設置することもできる。従って、金型１０等を組み立てる際の自由度を高めることもできる。

また、図７（i）は、吸気ポート用の中子３４が金型３０に位置決めされている様子を示した図であり、中子３４のポート形成部３４ａの長手方向に沿って、金型３０、中子３４およびウォータージャケット用の中子の囲み部３２を上下方向に切断したときの縦断面図に相当している。なお、囲み部３２と中子３４の位置関係は、図１乃至図２で説明した囲み部１２ｂと中子１４の位置関係と同様である。また、中子３４の第１巾木部３４ｂおよび第２巾木部３４ｃは、中子１２の第１巾木部１４ｂおよび第２巾木部１４ｃにそれぞれ相当する位置決め部材である。また、金型３０の凹み部３０ａは、金型１０の凹み部１０ａに相当する巾木支持部である。

図３と図７（i）を比較すると分かるように、中子３４には先端部１４ｄに相当する部材が設けられていない。そのため、仮に囲み部３２の内側にポート形成部２４ａを挿入できたとしても、第２巾木部３４ｃとは反対側のポート形成部３４ａの端部は、この端部の押付力によって金型３０に接触しているに過ぎない。そのため、シリンダヘッド母材の浴湯の流し込みによって図７（i）に示す方向の浮力が中子３４に作用すると先端部３４ｄが浮き上がり、第２巾木部３４ｃを支点として中子３４が回動してしまう（図７（ii）参照）。そうすると、中子３４から形成される吸気ポートの位置が本来の位置から外れてしまう。また、中子３４の浮き量が大きく中子３４が囲み部３２に干渉した場合には、この吸気ポートの周囲を覆う冷却水通路の形状が変形してしまう。

この点、本実施の形態によれば、金型１０の熱により中子１４が膨張することで、先端部１４ｄを凹み部１０ｂに固定できる（図５（iv）参照）。そのため、ポート形成部３４ａを金型３０に直接的に押し付ける図７の手法に比べて、浮力による先端部１４ｄの浮き上がりを抑えることが可能となる。従って、吸気ポートやこの吸気ポートの周囲を覆う冷却水通路をシリンダヘッドの所望の位置に形成することが可能となる。

なお、上述した実施の形態においては、第１巾木部１４ｂおよび第２巾木部１４ｃが本発明の「巾木部」に、凹み部１０ａが本発明の「巾木支持部」に、凹み部１０ｂが本発明の「先端支持部」に、金型１０または金型１０に組み付けられる他の金型が本発明の「金型」に、それぞれ相当している。

ところで、上述した実施の形態においては、半球状の先端部１４ｄがポート形成部１４ａの長手方向の端部に設けられた例を説明した。しかしながら、先端部１４ｄの形状は第２巾木部１４ｃの長手方向に延びる半円柱状であってもよい。凹み部１０ｂの形状が先端部１４ｄの外形に対応しており、尚且つ、ポート形成部１４ａの長手方向に沿って中子１４を上下方向に切断したときの先端部１４ｄの断面視における外縁形状が外側に凸をなす円弧状であれば、先端部１４ｄと凹み部１０ｂの接触状態を保ちながら凹み部１０ｂの表面に沿って先端部１４ｄを滑らせることができるので、本発明においては、このような外縁形状となる限りにおいて、先端部１４ｄの形状を適宜変えることができる。

また、上述した実施の形態においては、吸気ポート用の中子１４を前提として説明したが、中子１４は排気ポート用の中子であってもよい。

１０，２０，３０ 金型
１０ａ，１０ｂ 凹み部
１２ ウォータージャケット用の中子
１２ｂ，２２，３２ 囲み部
１４，２４，３４ 吸気ポート用の中子
１４ａ，２４ａ，３４ａ ポート形成部
１４ｂ，２４ｂ，３４ｂ 第１巾木部
１４ｃ，２４ｃ，３４ｃ 第２巾木部
１４ｄ，２４ｄ，３４ｄ 先端部

Claims (1)

1. 吸気ポートまたは排気ポートを形成するポート形成部と、前記ポート形成部の長手方向の一端に設けられる巾木部と、前記ポート形成部の長手方向の他端に設けられて前記ポート形成部の長手方向での断面視における外縁形状が外側に凸をなす円弧状の先端部と、を備えるポート用の中子を、前記先端部の外形に対応した凹み形状の先端支持部と、巾木支持部とを備える金型に設置するステップと、
   前記吸気ポートまたは前記排気ポートの周囲を覆う冷却水通路を含むウォータージャケット用の中子であって、前記ポート形成部の外形に対応した囲み部を前記冷却水通路用の中子として備えるウォータージャケット用の中子を前記金型に設置するステップと、
   を備え、
   前記ポート用の中子を前記金型に設置するステップは、
   前記先端部を前記囲み部の内側に通した後に前記先端支持部に接触させるステップと、
   前記先端支持部に接触させた前記先端部を起点として前記ポート用の中子を回動し、前記巾木部を前記巾木支持部に収容するステップと、
   を備えることを特徴とする鋳造用中子の設置方法。

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