JP2022153166A - 鋳造装置、鋳造方法、及び、シリンダヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のシリンダヘッドなど異なる材料製の部材を組み合わせて構成される製品の組み立て等の工程を削減することを可能にする構成を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る鋳造装置10は、製品の形状に対応する形状のキャビティ14を内部に区画形成する金型12と、前記製品の一部に対応する第１金属材料製の内側部品C、C1を前記金型12の前記キャビティ14に位置付けるように保持する保持部56と、前記第１金属材料よりも融点の低い第２金属材料を前記キャビティ14に注入する注入部16とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、製品の一部に対応する内側部品の周囲に溶融金属を供給することで鋳造を行うように構成された鋳造装置及び鋳造方法、並びに、シリンダヘッドに関する。

内燃機関のシリンダヘッドは、例えば、吸気ポート及び排気ポートを有する鋳造製品を作製し、その鋳造製品におけるそれらのポートの燃焼室側端部に吸気弁及び排気弁の各バルブシートを圧入したり溶射したりするとともに、それらバルブが摺動するバルブガイドを圧入することが行われて、作製される。一例としての内燃機関を図１に基づいて説明する。

図１の内燃機関1は、自動二輪車に搭載されるものであり、ＳＯＨＣ型２バルブの単気筒４ストローク内燃機関である。シリンダブロック2の上にシリンダヘッド3が重ねて設けられ、シリンダヘッド3の上方をシリンダヘッドカバー4が覆っている。シリンダブロック2のシリンダボア2a内を摺動するピストン5はコンロッド6を介してクランクシャフト（不図示）に連結されていて、シリンダヘッド3の燃焼室天井面3aに対向し、燃焼室天井面3a及びシリンダボア2aとともに燃焼室2bを区画形成する。シリンダヘッド3には、シリンダボア2aの中心軸であるシリンダ軸線に関して互いに反対位置に１つずつ吸気弁口3bと排気弁口3cが燃焼室2bに臨んで開口されるとともに、吸気弁口3bと排気弁口3cから各々吸気ポート3dと排気ポート3eが互いに離れる方向に湾曲しながら延出して形成されている。シリンダヘッド3に一体に設けられたバルブガイド7i、7eにそれぞれ摺動可能に支持される吸気弁Viおよび排気弁Veは、シリンダヘッド3の上に設けられる動弁機構8により駆動されて、吸気ポート3dの吸気弁口3bおよび排気ポート3eの排気弁口3cをクランクシャフトの回転に同期して開閉する。この内燃機関1では、吸気弁Viが摺動するバルブガイド7i、排気弁Veが摺動するバルブガイド7e、吸気弁口3bに設けられたバルブシート9i、及び、排気弁口3cに設けられたバルブシート9eはそれぞれ圧入されている。なお、この内燃機関1では吸気ポート3dの上流側に接続される吸気管（不図示）に燃料噴射弁が設けられ、点火プラグ（不図示）が燃焼室に向かって嵌入して装着されている。

一方で、シリンダヘッドの異なる作製方法が提案されている。例えば、特許文献１は、２つの吸気ポートと２つの排気ポートとを有する４弁式の内燃機関のシリンダヘッドを開示する。このシリンダヘッドは、各気筒の中央部に位置する点火プラグ装着用のプラグタワーの全体を筒状部材により構成したものである。その筒状部材は、その下端面が燃焼室上壁内面のプラグ座面と面一となるように鋳込まれ、またその筒状部材の下端部に、燃焼室上壁を構成する部分が一体成形されており、その筒状部材の鋳込みにより燃焼室上壁が形成される。

特許第３７９６９２８号公報

ところで、内燃機関のシリンダヘッドはアルミニウム合金（Ａｌ合金）で作製され、内燃機関の上記バルブシート及び前記バルブガイドは、耐摩耗性などの観点から鉄系材料製であることが多い。このような異なる材料からなる部材を組み合わせることで各部分の機能強化を図ることができるが、一方で、それらは個別に設けられなければならず、それぞれを設ける工程が必要となり、生産性の改善が望まれる。しかし、上記特許文献１には異なる材料製の部材の組み合わせについて何ら記載がなく、特許文献１に記載のシリンダヘッドは同課題を有する。本発明の目的は、内燃機関のシリンダヘッドなど異なる材料製の部材を組み合わせて構成される製品の組み立て等の工程を削減することを可能にする構成を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１態様は、
製品の形状に対応する形状のキャビティを内部に区画形成する金型と、
前記製品の一部に対応する第１金属材料製の内側部品を前記金型の前記キャビティに位置付けるように保持する保持部と、
前記第１金属材料よりも融点の低い第２金属材料を前記キャビティに注入する注入部と
を備えることを特徴とする鋳造装置
を提供する。

上記構成によれば、製品の一部に対応する第１金属材料製の内側部品が位置付けられたキャビティにその第１金属材料よりも融点の低い第２金属材料を注入することが行われる。よって、鋳造時に、内側部品とその周りの部分とを一体化することができ、異なる材料製の部材を組み合わせて構成される製品の組み立て等の工程を削減することができる。

好ましくは、前記内側部品は鉄系材料製であり、前記保持部は磁石を備えている。これにより、保持部は少なくとも磁石の磁力で内側部品を保持することができる。

好ましくは、前記内側部品は、燃焼室天井面から吸気ポート及び排気ポートまでの部分を有し、バルブシート部を一体的に備える。これにより、燃焼室天井面から吸気ポート及び排気ポートまでを予め一体化して第１金属材料で作製することができ、それらに関係する部材であるバルブシート部の組み立て等の工程を削減することができる。

好ましくは、前記内側部品は、前記吸気ポートを開閉する吸気弁のバルブガイド部と、前記排気ポートを開閉する排気弁のバルブガイド部とを更に有する。これにより、内側部品は、吸気弁のバルブガイド部と、排気弁のバルブガイド部とを予め一体的に備えることができ、それらに関係する部材の組み立て等の工程を削減することができる。

本発明の第２態様は、
製品の一部に対応する第１金属材料製の内側部品を金型に保持する工程と、
前記金型により区画形成されて前記製品の形状に対応する形状を有するキャビティに前記内側部品が位置付けられるように前記金型を型閉じする工程と、
前記キャビティに前記第１金属材料よりも融点の低い第２金属材料を注入する工程と
を含むことを特徴とする鋳造方法
を提供する。

第２態様の上記構成によれば、製品の一部に対応する第１金属材料製の内側部品が位置付けられたキャビティにその第１金属材料よりも融点の低い第２金属材料を注入することが行われる。よって、鋳造時に、内側部品とその周りの部分とを一体化することができ、異なる材料製の部材を組み合わせて構成される製品の組み立て等の工程を削減することができる。

好ましくは、前記内側部品は鉄系材料製であり、前記内側部品は少なくとも磁石を用いて保持される。これにより、少なくとも磁石の磁力を用いて内側部品を容易に保持することができる。

好ましくは、前記内側部品は、燃焼室天井面から吸気ポート及び排気ポートまでの部分を有し、バルブシート部を一体的に備える。これにより、燃焼室天井面から吸気ポート及び排気ポートまでを予め一体化して第１金属材料で作製することができ、それらに関係する部材の組み立て等の工程を削減することができる。

好ましくは、前記内側部品は、前記吸気ポートを開閉する吸気弁のバルブガイド部と、前記排気ポートを開閉する排気弁のバルブガイド部とを更に有する。これにより、内側部品は、吸気弁のバルブガイド部と、排気弁のバルブガイド部とを予め一体的に備えることができ、それらに関係する部材の組み立て等の工程を削減することができる。

本発明の第３態様は、
第１金属材料製の内側部品であって、燃焼室天井面から吸気ポート及び排気ポートまでの部分を有し、バルブシート部を一体的に備える内側部品と、
該内側部品の少なくとも一部を内側に有していて、かつ、前記第１金属材料よりも融点の低い第２金属材料製の外側鋳造部と
を備えることを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド
を提供する。

上記構成のシリンダヘッドは、シリンダヘッドの一部である燃焼室天井面から吸気ポート及び排気ポートまでの部分及びバルブシート部を一体的に備える第１金属材料製の内側部品と、この内側部品の少なくとも一部を内側に有していて、かつ、第１金属材料よりも融点の低い第２金属材料製の外側鋳造部とを備える。よって、燃焼室天井面から吸気ポート及び排気ポートまでの部分を予め一体化して第１金属材料で作製して、第２金属材料製の外側鋳造部の内側に設けることができる。よって、それらは鋳造により一体化され、それらの組み立て等の工程を削減することができる。

好ましくは、前記内側部品は鉄系材料製であり、前記外側鋳造部はＡｌ合金製である。これにより、内側部品の部分の強度又は耐摩耗性を部材の追加なく確保することができ、また外側鋳造部をＡｌ合金製とすることで、シリンダヘッドの軽量化などを実現することができる。

好ましくは、前記内側部品は、前記吸気ポートを開閉する吸気弁のバルブガイド部と、前記排気ポートを開閉する排気弁のバルブガイド部とを更に有する。これにより、内側部品は、吸気弁のバルブガイド部と、排気弁のバルブガイド部とを予め一体的に備えることができる。

本発明の上記第１態様から第３態様の各々によれば、上記構成を備えるので、異なる材料製の部材を組み合わせて構成される製品である、例えば内燃機関のシリンダヘッドの組み立て等の工程を削減することが可能になる。

一例としての従来の内燃機関の断面図である。 本発明の一実施形態に係る鋳造装置の概略構成図である。 図２の鋳造装置による鋳造方法のフローチャートである。 図２の鋳造装置での鋳造において用いられ得る内側部品の一例である。 図４の内側部品を内側に有するシリンダヘッドの鋳造製品である。 図２の鋳造装置での鋳造において用いられる内側部品を示す図であり、（ａ）はそれの背面側からの図、（ｂ）はそれの吸気ポート側からの図、（ｃ）はそれのバルブガイド部側からの図、（ｄ）はそれの排気ポート側からの図、（ｅ）はそれの燃焼室天井面側からの図、（ｆ）はそれの正面側からの図である。 図２の鋳造装置の金型のうちの固定金型を示す図である。 図２の鋳造装置の金型のうちの可動金型を示す図である。 図２の鋳造装置の保持部の斜視図である。 図７の固定金型の保持部に図６の内側部品を取り付けるところを示す図である。 図２の鋳造装置における内側部品の保持について更に説明するための図である。 図６の内側部品を内部に有するシリンダヘッドの鋳造製品の図であり、内側部品のバルブガイド部側からみた図である。 図６の内側部品を内部に有するシリンダヘッドの鋳造製品の図であり、内側部品の燃焼室天井面側からみた図である。

以下、本発明に係る実施形態を添付図に基づいて説明する。同一の部品（又は構成）には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図２に、一実施形態に係る鋳造装置10の概略図を示す。鋳造装置10は、ダイカスト鋳造装置として構成されている。鋳造装置10は、金型12と、該金型12のキャビティ14に溶湯（溶融金属）を加圧充填するための射出装置16と、キャビティ14の背圧を強制的に除去するための減圧手段18とを備える。なお、ここでは、溶湯はＡｌ合金である。

鋳造成形の金型12は、可動金型22と固定金型24とを備え、固定金型24に可動金型22を合わせ閉じた状態（型閉じ状態）で、可動金型22と固定金型24との間に鋳造製品の形状に対応する形状のキャビティ14が形成される。なお、金型12は、可動金型22及び固定金型24以外に、それらの間でそれらに挟持される金型（例えばスライド金型）を備えてもよく、また、金型の一種でありキャビティ14内に配設するための部材である入れ子が可動金型22及び／又は固定金型24に、例えば可動金型22に設けられてもよい。

型閉じ状態の金型12では、可動金型22と固定金型24との間に、キャビティ14に開口する１つ又は複数のゲート28と、このゲート28に射出装置16が接続される湯口部30を連絡する溶湯ランナー32とが形成される。射出装置16は、固定金型24の湯口部30に結合された射出スリーブ34と、この射出スリーブ34内に摺動可能に配設された射出プランジャー36とを備えて構成されている。この射出プランジャー36は駆動手段（不図示）により射出スリーブ34内を進退動可能になっている。また、射出スリーブ34の射出プランジャー36側の上部には、溶湯の給湯口38が形成されている。そして、溶湯を給湯口38から射出スリーブ34内に給湯した後、射出プランジャー36を前進させることにより、溶湯が固定金型24の湯口部30から溶湯ランナー32及びゲート28を経てキャビティ14内へ射出される。なお、射出装置16は注入部に相当する。

また、型閉じ状態で、可動金型22と固定金型24との間には、キャビティ14に開口する１つ又は複数のガス抜きランナー40が形成されている。このガス抜きランナー40は、減圧バルブ42が開かれることで減圧手段18と連通し、またその減圧バルブ42が閉じられることで減圧手段18との間が遮断される。減圧手段18は、真空タンク46と、該真空タンク46に蓄える負圧を発生する真空ポンプ48とを備える。真空タンク46内は、真空ポンプ48の間欠運転により所定の真空度に維持されるようになっている。なお、本実施形態では、キャビティ14内の背圧を強制的に除去すべく減圧手段18がガス抜きランナー40の一端に減圧バルブ42を介して接続されている。しかし、背圧を強制的に除去するのではなく、ガス抜きランナー40を、金型12の外部に単に大気開放させてもよい。なお、溶湯検知センサとして例えば渦流センサがガス抜きランナー40の近傍に設けられ、この渦流センサが電磁場を放射し、その変化を捉えることで、溶湯の到達を非接触で検知するようにしてもよい。この場合、溶湯検知センサで溶湯の到達を検知すると、不図示の閉塞部材でガス抜きランナー40が閉塞されるように当該閉塞部材が駆動制御されるとよい。

鋳造装置10は、金型12の型閉めなどの移動制御、射出装置16の作動などを制御する制御装置（不図示）を備える。ここでは、操作者による操作により制御装置が作動し、それにより、金型12を移動させる移動手段（不図示）の作動が制御され、また、射出装置16の駆動手段の作動が制御される。これらの制御の一部又は全部は自動化されてもよい。なお、制御装置は、制御部としての機能を担い、所謂コンピュータとして構成されている。制御装置は、所謂プロセッサである処理部（例えばＣＰＵ）、記憶部（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）、入出力ポートを備え、各種機器又は、ネットワークを介して種々の機器と相互に通信可能であるように通信部を備えるとよい。制御装置には、操作者により操作される入力装置及び各種値などを表示する表示装置が接続されている。

さて、鋳造装置10でのダイカスト鋳造では、内燃機関のシリンダヘッドが作製されるように金型12が設計されている。既に述べたが、ここで従来のシリンダヘッドについて簡単に説明する。

従来、シリンダヘッドは、ダイカスト鋳造によりＡｌ合金で作製され、そこに、吸気ポートの開口部を開閉する吸気弁の傘部が衝突するバルブシート及び排気ポートの開口部を開閉する排気弁の傘部が衝突するバルブシートを圧入したり、溶射したりすることが行われる。さらに、そのシリンダヘッドでは、吸気弁が摺動するバルブガイド、排気弁が摺動するバルブガイドが圧入により設けられ得る。なお、これらバルブシート及びバルブガイドは一般に鉄系材料製である。このように、シリンダヘッドの大部分は軽量化等の観点からＡｌ合金で作製され、そのうちの強度等が必要な部位は鉄系材料で作製される。このようにＡｌ合金製の鋳造製品に鉄系材料の部材の組み付け等が行われることで、製品としてのシリンダヘッドが作製される。

これに対して、鋳造装置10での鋳造では、図３のフローチャートに示すように、まず、鉄系材料製の鋳造部品Cを鋳造により作製して用意することが行われる（ステップＳ３０１）。この鋳造部品Cは、内側部品であり、ここではシリンダヘッドの複数の部分を鋳造により予め一体化したものであり、より具体的には燃焼室天井面から吸気ポート及び排気ポートまでが当初より一体的に鋳造により作製されたものである。つまり、鋳造部品Cは、吸気ポートの開口部及び排気ポートの開口部のそれぞれのバルブシートに対応する部分（バルブシート部）を当初より備えて構成される。なお、鋳造装置10で用いられる鋳造部品Cは、吸気ポートを開閉する吸気弁及び排気ポートを開閉する排気弁のそれぞれのバルブガイドに対応する部分（バルブガイド部）を更に有するが、有さないことも可能である。そして、この鋳造部品Cを金型12に、ここでは固定金型24に保持させることが行われる（ステップＳ３０３）。そして、シリンダヘッドの形状に対応する形状を有するキャビティ14に鋳造部品Cが位置付けられるように該キャビティ14を区画形成する金型12をセットすることが、つまり金型12を型閉じ状態にすることが行われる（ステップＳ３０５）。更に、そのキャビティ14に、Ａｌ合金の溶湯が加圧充填され、つまり圧力をかけて注入され、鋳込むことが行われる（ステップＳ３０７）。そして、鋳造部品Cを有するとともにその周りにＡｌ合金が鋳込まれた鋳造製品を取り出すことが行われる（ステップＳ３０９）。これにより、バルブシート部を有する鋳造部品を内側に有するシリンダヘッドの鋳造製品を得ることができる。なお、このシリンダヘッドの鋳造製品は、更に機械加工が行われて、シリンダヘッドとなる。

ここで、ステップＳ３０１で用意される鋳造部品C及びそれを内側に有するシリンダヘッドの鋳造製品Hについて、図４の鋳造部品C1及び図５のシリンダヘッドの鋳造製品H1を用いて簡単に説明する。なお、図４の鋳造部品C1は図２の鋳造装置10における鋳造部品Cとはわずかに違いを有し、それゆえに、図５のシリンダヘッドの鋳造製品H1は図２の鋳造装置10で作製されるシリンダヘッドの鋳造製品Hと異なる。しかし、以下では、まず、図４の鋳造部品C1と、図５のシリンダヘッドの鋳造製品H1とを用いて、本実施形態の鋳造の概要を簡単に説明する。

図４の鋳造部品C1は、鉄系材料である鋳鉄製であり、燃焼室天井面P1から吸気ポートP2及び排気ポートP3までの部分（つまり燃焼室天井面P1、吸気ポートP2及び排気ポートP3）を備え、バルブシート部を一体的に備える。更に鋳造部品C1は、吸気ポートP2を開閉する吸気弁のバルブガイド部P4と、排気ポートP3を開閉する排気弁のバルブガイド部P5とを有する。なお、鋳造部品C1は、点火プラグの電極を燃焼室に突出させるプラグ孔部P6も有する。この鋳造部品C1を内部にセットしたキャビティ14に、第１金属材料である上記鋳鉄よりも融点の低い第２金属材料であるＡｌ合金を鋳込むことで、ここではダイカスト鋳造法により圧力をかけて溶湯（溶融金属）を注入することで、鋳造部品C1の少なくとも一部を内側に有している鋳造部（以下、外側鋳造部）OP1が得られ、それら鋳造部品C1と外側鋳造部OP1が一体に組み合わされたシリンダヘッドの鋳造製品H1を得ることができる（図５参照）。なお、シリンダヘッドの鋳造製品H1は、フライス盤などによる機械加工を経ることで、図１の内燃機関１と同じように、バルブガイド部P4、P5に吸気弁及び排気弁の各ステム部が挿通される孔などが形成されて、シリンダヘッドとなるが、ここでのその詳細な説明は省略する。図５から明らかなように、シリンダヘッドの鋳造製品H1内には、上記構成の鋳鉄製の鋳造部品C1が取り込まれているので、Ａｌ合金の鋳造時に、既にバルブシート部及びバルブガイド部を組み入れられていて、それらに相当する部材を別に作製して組み入れる更なる工程が不要である。以下、図２の鋳造装置10を用いての図３のフローチャートに示す鋳造方法でのシリンダヘッドの鋳造製品Hの作製について、図２、図３、図６から図１３に基づいて詳しく説明する。

まず、鋳造部品Cの作製について説明する。鋳造部品Cの作製は、重力鋳造により行われる。ここでは、砂中子を用いた型に溶けた鋳鉄を重力で流し込むことで、鋳造部品Cは作製される。なお、鋳造部品Cの作製方法は重力鋳造法に限定されず、他の鋳造方法により作製されてもよい。

図２の鋳造装置10で用意される鋳造部品Cを図６（ａ）から図６（ｆ）に示す。図６（ａ）から図６（ｆ）の鋳造部品Cは、燃焼室天井面P1から吸気ポートP2及び排気ポートP3までの部分、及び、燃焼室天井面P1に開口する吸気ポートP2の開口部のバルブシート部P2s、及び、燃焼室天井面P1に開口する排気ポートP3の開口部のバルブシート部P3sを一体的に備える。また、鋳造部品Cは、吸気ポートP2を開閉する吸気弁のバルブガイド部P4と、排気ポートP3を開閉する排気弁のバルブガイド部P5とを備え、更に点火プラグの電極を燃焼室に突出させるプラグ孔部P6を有する。このように、鋳造部品Cは、シリンダヘッドの複数の部分に相当する、燃焼室天井面P1から吸気ポートP2及び排気ポートP3までの部分と、バルブシート部P2s、P3sと、バルブガイド部P4、P5と、プラグ孔部P6とを有する。なお、図６（ａ）から図６（ｆ）から理解できるように、鋳造部品Cは、単一の燃焼室天井面P1つまり燃焼室に連通する単一の吸気ポートP2及び単一の排気ポートP3を有し、２バルブの単気筒内燃機関のシリンダヘッドの一部に対応する。なお、吸気ポートP2は、所謂タンブル通路P2aと、それ以外の主通路P2bを有する形状を有し、更にポート噴射用の燃料噴射弁の出口部P2cは偏って配置されている。しかし、本明細書における鋳造部品Cはこのような構成に限定されない。なお、この鋳造部品Cはシリンダヘッド全体に比してはるかに小型であるので、重力鋳造法によって作製しても、比較的短時間で作製可能である。

この鋳造部品Cが取り付けられる金型12の固定金型24を図７に示し、固定金型24に対して動かされる可動金型22を図８に示す。図７及び図８に示すように、固定金型24には４本のアンギュラピン（傾斜ピン）50が設けられ、可動金型22にはアンギュラピン50が差し込まれる傾斜穴52を有するスライドコア54が設けられている。固定金型24に対して可動金型22を移動させて型閉めすることで、アンギュラピン50が傾斜穴52に入り、スライドコア54が動き、可動金型22と固定金型24とを有する金型12の内部にキャビティ14が区画形成される。ここではスライドコア54の移動をアンギュラピンにて行っているが、これに限定されず、例えばそれは油圧シリンダー等による移動でもよい。

固定金型24に、前述の鋳造部品Cを保持する保持部56が設けられている。保持部56は、固定金型24の可動金型22に対向する面24aに設けられていて、ここでは着脱可能であるが、固定されてもよい。保持部56を図９に示す。

図９に示すように、保持部56は、略円柱状であり、軸線56a方向の端面56bに、湾曲した凸面58と、その周囲の環状の当接部60とを備える。凸面58は、略半球状であり、鋳造部品Cの燃焼室天井面P1の凹空間に応じた形状を有する。当接部60は、凸状嵌合部62と、各種保持具が配置され得る複数の穴64を有する。凸状嵌合部62は軸線56aの周りに等間隔で、ここでは９０°間隔で設けられている。各凸状嵌合部62は略直方体形状の出っ張りである。なお、凸状嵌合部62の数、配置及び形状等はこれに限定されない。穴64は、凸状嵌合部62の間に設けられ、軸線56aの周りに等間隔で配置されている。ここでは、凸状嵌合部62間に３つの穴64が設けられている。ここでは穴64は円形の穴である。なお、穴64の数、配置及び形状等はこれに限定されない。穴64には、磁石66を設けることができる。磁石66としては、例えばアルニコ磁石を用いることができる。図９に示す保持部56では、全ての穴64に磁石66が設けられているが、その他の保持具、例えばピン部材68が設けられてもよい。好ましくは、保持部56の少なくとも１つの穴64には磁石66が設けられ得る。ここでは、前述の鋳造部品Cは鋳鉄製であり、強磁性体をもつ又は強磁性体であるので、磁石66を用いることで容易に鋳造部品Cをその磁力で保持することができる。図７に示す保持部56では、２つの穴64にピン部材68が設けられていて、それらは軸線56aを挟んで反対側に位置付けられている（図１０参照）。図１０に示すように、略円柱状のピン部材68の先端は軸線56a方向に突き出ている。なお、図１０における符号「24b」の部材は鋳抜きピンである。

固定金型24の保持部56に鋳造部品Cを取り付けるところを図６及び図１０に基づいて説明する。図６（ｅ）に示すように、燃焼室天井面P1の周囲に環状に延びる環状面（シリンダブロックのシリンダ壁面に付き合わされる面）P7には、保持部56の凸状嵌合部62に対応する凹部P7rが形成されている。また、環状面P7には、保持部56のピン部材68が挿入されるピン穴P7bが形成されている。凹部P7r及びピン穴P7bは鋳造部品Cの製作時に設けられてもよく、その後の加工により形成されてもよい。

環状面P7の凹部P7rに保持部56の凸状嵌合部62が嵌まり込むように、かつ、環状面P7のピン穴P7bに保持部56のピン部材68が挿入されるように、鋳造部品Cは固定金型24の保持部56に取り付けられる。このとき、凹部P7rと凸状嵌合部62との嵌合及びピン穴P7bへのピン部材68の挿入により位置決めされるとともに支えられつつ、鋳造部品Cは保持部56に磁石66の磁力により取り付けられる。したがって、金型12の型閉じ時の各種振動により、鋳造部品Cの位置がずれたり、外れたりすることを好適に防ぐことができる。

また、保持部56により保持された所定の位置にダイカスト鋳造時により確実に鋳造部品Cを保持するように、押さえピン70、72が用いられる。図２及び図１１に示すように、押さえピン70、72は、型閉じの状態で可動金型22から固定金型24に向けて突き出るように配置され、その先端は鋳造部品Cのバルブガイド部P4、P5に当接する。そして、押さえピン70、72は、弾性部材である押さえバネ70s、72sを有するので、鋳造部品Cは押さえピン70、72により固定金型24の保持部56側に向けて押し付けられる。よって、ダイカスト鋳造時に、Ａｌ合金の溶湯がキャビティ14に注入されても、その溶湯からの圧力で鋳造部品Cの位置に変化が生じることをより確実に防ぐことが可能になる。なお、金型12の型閉じにより鋳造部品Cの所定位置に押さえピン70、72が当接し、鋳造部品Cが押さえバネ70s、72sにより固定金型24に押さえつけられるように、押さえピン70、72は可動金型22に設けられている（図２参照）。

こうして、型閉じ状態の金型12に保持された鋳造部品Cの周囲に区画形成されたキャビティ14に、Ａｌ合金の溶湯が注入部である射出装置16から圧力をかけて注入される。これにより鋳造部品Cの周囲にＡｌ合金の溶湯が鋳込まれて作製されたシリンダヘッドの鋳造製品Hを図１２及び図１３に示す。図１２はシリンダヘッドの鋳造製品Hをバルブガイド部P4、P5側からみた図であり、図１３はシリンダヘッドの鋳造製品Hを燃焼室天井面P1側からみた図である。なお、図８の可動金型22には、鋳込まれた状態のシリンダヘッドの鋳造製品Hが表されていて、それには湯口を流れたＡｌ合金の凝固片などがつながったままである。

図１２及び図１３に示すように、シリンダヘッドの鋳造製品Hにおいて、鋳造部品Cのうち、押さえピン70、72が当接していたバルブガイド部P4、P5、保持部56に当接していた環状面P7及び燃焼室天井面P1は露出している。しかし、鋳造部品Cのうちのそれ以外の部分は、Ａｌ合金からなる外側鋳造部OPに概ね覆われている。吸気ポートP2及び排気ポートP3が燃焼室天井面P1から相互に離れるように延びているので、シリンダヘッドの鋳造製品Hにおいてつまりこれをもとに仕上げ加工されるシリンダヘッドにおいて、鋳造部品Cと外側鋳造部OPとは強固に一体化されている。

上記したように鋳造装置10が構成され、上記の鋳造方法にてシリンダヘッドの鋳造製品Hが作製される。したがって、鋳造装置10及びその鋳造方法によれば、内燃機関のシリンダヘッドにおける異なる材料製の部材の組み立て等の工程を、前述の従来の方法でシリンダヘッドを作製する場合に比べて、削減することを可能になる。

また、上記鋳造装置10での鋳造方法では、内側部品である鋳造部品Cが鋳鉄製であるので、射出装置16によりＡｌ合金を所定圧以上の圧力でキャビティ14に注入できる。よって、シリンダヘッドの鋳造製品Hが冷却フィン部などの薄肉部を有する場合も、その薄肉部への湯回り性を確保することができ、鋳造性の向上を図ることができる。

また、上記鋳造装置10での鋳造方法により作製される鋳造製品Hつまりシリンダヘッドは、鋳鉄製の鋳造部品Cの表面の多くがＡｌ合金製の外側鋳造部OPにより覆われ、かつ、それらが密着する。したがって、鋳造部品Cからの放熱性を十分に高めることができる。また、Ａｌ合金と鋳鉄との間では熱膨張差が大きいが、鋳造部品Cと外側鋳造部OPとの接触面積が大きいので、それらをより好適に一体化し続けることができる。

なお、上記鋳造装置10により作製された鋳造製品Hを用いて得られるシリンダヘッドでは、その内側の鋳造部品Cは、燃焼室天井面から吸気ポート及び排気ポートまでを一体的に鋳造により作製されたものであるので、バルブシートの形状を柔軟にすることができる。図１に基づいて説明した従来の内燃機関1のシリンダヘッド3では、リング状部材であるバルブシート9i、9eを吸気ポートの燃焼室側開口部及び排気ポートの燃焼室側開口部のそれぞれに嵌め込むので、それらの各々の開口部は吸気弁又は排気弁のバルブ軸線と略平行になり、直線状になる。しかし、上記のように鋳造装置10で作製されたシリンダヘッドの鋳造製品Hでは、リング状部材を嵌め込む必要がないので、吸気ポートの開口部であるバルブシート部P2s及び排気ポートの開口部であるバルブシート部P3sを直線状ではなく、曲線状につまり湾曲形状に作製することが可能になる。よって、吸気ポートからの吸気の流れ、排気ポートを介した排気の流れをより滑らかなものにすることが可能になり、例えば吸気効率又は排気効率を高めることができる。なお、バルブシート部P2s、P3sはそれぞれ高周波焼入れなどの局所的な焼入れにより硬化されるとよい。

以上、本発明の一実施形態に係る鋳造装置10、鋳造方法、及び、それにより作製されるシリンダヘッドを説明した。しかし、本発明に係る鋳造装置及び鋳造方法により作製される製品は、シリンダヘッドに限定されない。鋳造により作製された部品である鋳造部品が、製品の一部に対応するものであり、例えば製品の複数の部分を一体化したものであるとともに第１金属材料製であり、当該鋳造部品が金型に保持されて、その周りに形成されたキャビティに、第１金属材料よりも融点の低い第２金属材料を注入することで作製される種々の製品を、本発明に係る鋳造装置及び鋳造方法により作製することができる。

また、第１金属材料は鋳鉄であることに限定されず、種々の鉄系材料又はそれ以外の金属材料であってもよい。第１金属材料は、複数の金属材料を含んでもよい。好ましくは、第１金属材料は磁石につき、磁石につく金属を少なくとも含む。第２金属材料はＡｌ合金であることに限定されず、それ以外の金属材料であってもよい。第２金属材料も複数の金属材料を含んでもよい。

なお、上記実施形態では、鋳造部品Cが内側部品として用いられた。しかし、内側部品は鋳造部品に限定されない、つまり、全体的に又は一部が鋳造により作製された部品に限定されない。内側部品は、例えば、鍛造、圧延などの塑性加工を全体的に又は一部に用いて作製された部品であってもよい。

以上、本発明に係る実施形態及びその変形例について説明したが、本発明はそれらに限定されない。本願の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、種々の置換、変更が可能である。

10…鋳造装置、12…金型、14…キャビティ、16…射出装置（注入部）
22…可動金型、24…固定金型、34…射出スリーブ、36…射出プランジャー
46…真空タンク、48…真空ポンプ、56…保持部、58…凸面、60…当接部
62…凸状嵌合部、64…穴、66…磁石、68…ピン部材、
H、H1…シリンダヘッドの鋳造製品、C、C1…鋳造部品（内側部品）、OP、OP1…外側鋳造部
P1…燃焼室天井面、P2…吸気ポート、P3…排気ポート
P2s、P3s…バルブシート部、P4、P5…バルブガイド部

Claims (11)

1. 製品の形状に対応する形状のキャビティ(14)を内部に区画形成する金型(12)と、
   前記製品の一部に対応する第１金属材料製の内側部品(C、C1)を前記金型(12)の前記キャビティ(14)に位置付けるように保持する保持部(56)と、
   前記第１金属材料よりも融点の低い第２金属材料を前記キャビティ(14)に注入する注入部(16)と
   を備えることを特徴とする鋳造装置(10)。
2. 前記内側部品(C、C1)は鉄系材料製であり、
   前記保持部(56)は磁石(66)を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置(10)。
3. 前記内側部品(C、C1)は、燃焼室天井面(P1)から吸気ポート(P2)及び排気ポート(P3)までの部分を有し、バルブシート部(P2s、P3s)を一体的に備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造装置(10)。
4. 前記内側部品(C、C1)は、前記吸気ポート(P2)を開閉する吸気弁のバルブガイド部(P4)と、前記排気ポート(P3)を開閉する排気弁のバルブガイド部(P5)とを更に有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の鋳造装置(10)。
5. 製品の一部に対応する第１金属材料製の内側部品(C、C1)を金型(12)に保持する工程と、
   前記金型(12)により区画形成されて前記製品の形状に対応する形状を有するキャビティ(14)に前記内側部品(C、C1)が位置付けられるように前記金型(12)を型閉じする工程と、
   前記キャビティ(14)に前記第１金属材料よりも融点の低い第２金属材料を注入する工程と
   を含むことを特徴とする鋳造方法。
6. 前記内側部品(C、C1)は鉄系材料製であり、
   前記内側部品(C、C1)は少なくとも磁石(66)を用いて保持される
   ことを特徴とする請求項５に記載の鋳造方法。
7. 前記内側部品(C、C1)は、燃焼室天井面(P1)から吸気ポート(P2)及び排気ポート(P3)までの部分を有し、バルブシート部(P2s、P3s)を一体的に備える
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の鋳造方法。
8. 前記内側部品(C、C1)は、前記吸気ポート(P2)を開閉する吸気弁のバルブガイド部(P4)と、前記排気ポート(P3)を開閉する排気弁のバルブガイド部(P5)とを更に有する
   ことを特徴とする請求項７に記載の鋳造方法。
9. 第１金属材料製の内側部品(C、C1)であって、燃焼室天井面(P1)から吸気ポート(P2)及び排気ポート(P3)までの部分を有し、バルブシート部(P2s、P3s)を一体的に備える内側部品(C、C1)と、
   該内側部品(C、C1)の少なくとも一部を内側に有していて、かつ、前記第１金属材料よりも融点の低い第２金属材料製の外側鋳造部(OP、OP1)と
   を備えることを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。
10. 前記内側部品(C、C1)は鉄系材料製であり、前記外側鋳造部(OP、OP1)はＡｌ合金製であることを特徴とする請求項９に記載のシリンダヘッド。
11. 前記内側部品(C、C1)は、前記吸気ポート(P2)を開閉する吸気弁のバルブガイド部(P4)と、前記排気ポート(P3)を開閉する排気弁のバルブガイド部(P5、P5)とを更に有する
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のシリンダヘッド。

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