JP2016173049A - 吸気ポート形成用砂中子及びその製造方法と、シリンダヘッド用半製品 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気ポートに仕切り部材が存在するシリンダヘッド用半製品を、前記仕切り部材を成形するための中空部を形成した吸気用砂中子を用いて容易に得る。
【解決手段】吸気用砂中子１０の吸気ポート造形部には、中空部１６が形成される。中空部１６の底壁１９には、第１傾斜面２４ａ、２４ｂと、これに連なる第２傾斜面２６ａ、２６ｂが形成される。すなわち、中空部１６の、溶湯入口となる側方開口の近傍には、複数の傾斜面が存在する。なお、天井壁２０には、第３傾斜面２８ａ、２８ｂが形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、吸気ポート形成用砂中子及びその製造方法と、シリンダヘッドを得るためのシリンダヘッド用半製品に関する。

内燃機関を構成するシリンダヘッドには、希薄燃料及び空気が導入される複数個の燃焼室と、各燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートとが形成される。また、燃焼室と吸気ポート及び排気ポートとの境界は、カムバルブが着座・離間するバルブシートが配設されるバルブシート部である。

この種のシリンダヘッドにおいて、吸気ポート内に金属製の仕切り部材を収容し、該吸気ポート内を複数個の通路に分割することがある。この場合、燃焼室内に導入される吸気に縦渦（いわゆるタンブル）が発生するために流動性が大きくなるので、着火が容易となり、その結果、エンジン性能が向上するからである。

吸気ポートは、吸気ポート形成用砂中子（以下、単に「吸気用砂中子」と表記することもある）によって形成される。前記仕切り部材は、この吸気用砂中子のポート造形部に埋入されることが一般的であるが、特許文献１に記載されるように、吸気用砂中子に中空部を形成し、シリンダヘッドを得るための溶湯を中空部に導入して固化することで仕切り部材を作製することもある。この場合、仕切り部材を別途用意する必要がないので、コストの低廉化を図ることができる。また、砂中子を作製するための中子用キャビティに仕切り部材を収容する必要もないので、砂中子を得るまでの作業が簡素となる。

実開平７−３８６６５号公報

シリンダヘッドを得るときには、シリンダヘッド用キャビティに対し、重力方向（鉛直方向）下方から溶湯を導入する、いわゆる低圧鋳造が行われる。すなわち、この場合、溶湯の液面は、鉛直方向に沿って上昇する。一方、シリンダヘッドの鋳造装置において、吸気用砂中子は、中空部が重力に対して傾斜するように配設される。すなわち、中空部に対しては、主たる湯流れ方向とは異なる方向で溶湯を導入する必要がある。

しかしながら、このような方向に溶湯を流動させることは容易ではない。結局、吸気用砂中子に中空部を形成して仕切り部材を得ようとする場合、該中空部に溶湯が流入し難く、このために所望の形状をなす仕切り部材を形成することが困難であるという不都合がある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、中空部内に溶湯を流動させることが容易であり、しかも、場合によって、バルブ孔を加工することが容易な吸気ポート形成用砂中子及びその製造方法と、シリンダヘッド用半製品を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、巾木部と、前記巾木部から突出してシリンダヘッドの吸気ポートを造形する吸気ポート造形部を有する吸気ポート形成用砂中子において、
前記吸気ポート造形部に、前記吸気ポートを複数の通路に仕切る仕切り部材を、前記シリンダヘッドを得る溶湯から造形するための中空部が形成され、
当該吸気ポート形成用砂中子は、前記中空部が重力方向と交差する方向となるように鋳造装置に配置され、
前記中空部内の互いに対向する第１壁面又は第２壁面のうち少なくともいずれか一方の、前記中空部の入口近傍に、該壁面に対向する他方の壁面から離間する方向に傾斜する複数の傾斜面が形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、巾木部と、前記巾木部から突出してシリンダヘッドの吸気ポートを造形する吸気ポート造形部を有する吸気ポート形成用砂中子の製造方法において、
砂中子成形装置の中子用キャビティに中空部形成用中子を収容する工程と、
前記中子用キャビティに砂を導入し、前記吸気ポート造形部と前記巾木部とを有する前記吸気ポート形成用砂中子を得る工程と、
前記中空部形成用中子を前記吸気ポート造形部から離脱させて、前記吸気ポート造形部に、前記吸気ポートを複数の通路に仕切るための仕切り部材を得るための中空部を形成する工程と、
を有し、
前記中空部形成用中子に傾斜面を形成することで、前記中空部内の互いに対向する第１壁面又は第２壁面のうち少なくとも一方の、前記中空部の入口近傍に、該壁面に対向する他方の壁面から離間する方向に傾斜する複数の傾斜面を形成することを特徴とする。

中空部における溶湯の入口近傍の傾斜面が複数であると、溶湯の流れが段階的に変化する。このため、中空部への溶湯の流入が円滑となる。しかも、複数の傾斜面を形成したことによって、中空部の断面積、すなわち、溶湯流路の断面積が段階的に減少する。従って、溶湯に渦流が発生することや、圧力損失が生じることを回避することができる。このことにより、中空部によって形成される仕切り部材の鋳造品質が優れるようになる。

すなわち、上記したような傾斜面を有する中空部が形成された吸気ポート形成用砂中子（吸気用砂中子）では、中空部が、シリンダヘッド用キャビティ内での主たる湯流れの方向（例えば、重力方向）に対して傾斜しているにも関わらず、中空部内に溶湯が流入し易くなる。換言すれば、湯廻りが良好となる。このため、所定の形状をなす仕切り部材を高品質なものとして得ることが容易となる。

傾斜面は、中空部内の互いに対向する第１壁面又は第２壁面の双方に形成することが好ましい。ここで、傾斜面は、中空部の見切り部から短手方向に沿うように、且つ対向する壁面から離間する方向に傾斜するように設ける。また、第１壁面又は第２壁面の一方には、中空部の短手方向の見切り部から形成される第１傾斜面と、前記第１傾斜面に連なって形成される第２傾斜面とを設け、残余の一方には、前記中空部の短手方向の見切り部から形成された第３傾斜面を設ける。第１〜第３傾斜面をこのように形成することにより、中空部への湯廻りがさらに良好となる。

湯廻りを一層良好とするには、第１傾斜面の、前記中空部の短手方向に沿う長さ方向寸法を前記第３傾斜面に比して短く設定することが好ましい。なお、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面の、前記中空部の短手方向に沿う長さ方向寸法同士の和は、前記第３傾斜面に比して長くてもよいし、短くてもよい。

また、第２傾斜面の傾斜角度を、第１傾斜面及び第３傾斜面に比して大きく設定することも、湯廻りを一層良好とするので好ましい。

湯廻りを一層良好とするべく、さらに、中空部を、仕切り部材が燃焼室側で肉厚となり、巾木部側で肉薄となる形状で形成するようにしてもよい。又は、仕切り部材が燃焼室側で肉薄となり、巾木部側で肉厚となる形状で形成するようにしてもよい。

いずれの場合においても、複数の傾斜面を、第１壁面又は第２壁面のうち、鋳造装置の湯口に対して近接する壁面に形成することが好ましい。溶湯が先に到達する壁面に複数の傾斜面を形成することにより、中空部に溶湯を円滑に導入することができる。従って、仕切り部材の鋳造品質が向上する。

そして、第１壁面又は第２壁面のうちの上方に臨む壁面に、前記仕切り部材に加工指標用凸部又は加工指標用凹部を形成するための第１凹部又は第１凸部を形成することが好ましい。

この場合、シリンダヘッドにバルブ孔を形成するとき、第１凹部又は第１凸部の転写によって仕切り部材に形成された加工指標用凸部又は加工指標用凹部を加工指標とすることができる。すなわち、加工指標を目標として加工用工具を進入させ、仕切り部材に当接させる。これにより、加工用工具の進行方向が変化することを回避することができる。

加工用工具は、その後、仕切り部材を貫通し、シリンダヘッド用半製品の壁部に到達してバルブ孔を形成する。加工用工具の進行方向が変化することが回避されているので、バルブ孔を、予め設計した所望の方向に延在するように形成することができる。従って、バルブ孔の形成が容易となるとともに、シリンダヘッドを含む内燃機関を、所望のエンジン特性を示すものとして得ることができる。

さらに、第１壁面又は第２壁面の少なくともいずれか一方に、仕切り部材に整流用凸部又は整流用凹部を設けるための第２凹部又は第２凸部を形成することが好ましい。この場合、仕切り部材に整流用凸部又は整流用凹部を形成することにより、内燃機関において、吸気が効率よく行われるようになるからである。

さらに、本発明は、吸気ポートが形成されたシリンダヘッドを得るためのシリンダヘッド用半製品において、
前記吸気ポートに、該吸気ポートを複数個の通路に仕切るための仕切り部材が挿入され、
前記仕切り部材の下面又は上面の少なくともいずれか一方に、他方の面に指向して傾斜した複数の傾斜面が形成されていることを特徴とする。

すなわち、このシリンダヘッド用半製品では、中空部の形状に対応する形状の仕切り部材が形成される。上記したように、中空部への湯廻りが良好であるからである。

さらに、仕切り部材の燃焼室側端部の下面に、加工指標用の凹部又は凸部を形成することが好ましい。この場合、吸気ポート内に存在する仕切り部材の凹部を加工指標とすることで、バルブ孔を所望の形状で容易に形成することができるようになる。すなわち、シリンダヘッドを効率よく得ることができる。

このように、仕切り部材に形成した凹部を加工指標として該凹部内に加工用工具を進行させることにより、所望の方向に延在するバルブ孔を容易に形成することができる。その結果、優れたエンジン特性を示す内燃機関が得られる。

以上の構成に加え、仕切り部材の下面又は上面の少なくともいずれか一方に、整流用凸部又は整流用凹部を形成するようにしてもよい。この構成により、内燃機関において、吸気が効率よく行われるようになる。

本発明によれば、吸気ポート形成用砂中子（吸気用砂中子）の吸気ポート造形部に形成されて吸気ポートを複数の通路に仕切る仕切り部材を造形するための中空部の入口近傍に、複数の傾斜面を形成するようにしている。このため、中空部に対して溶湯が流入し易くなる。すなわち、湯廻りが良好となるので、所望の形状をなす仕切り部材を容易に得ることができる。

本発明の実施の形態に係る吸気ポート形成用砂中子（吸気用砂中子）の概略側面断面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 図１に示す吸気用砂中子を成形するための砂中子成形装置の要部側面断面図である。 前記砂中子成形装置を構成する中空部形成用中子（第１分割片及び第２分割片）が吸気ポート造形部に埋入された状態を示す正面要部断面図である。 図１に示す吸気用砂中子を含んで構成される鋳造装置の要部概略縦断面図である。 図５の鋳造装置によって得られるシリンダヘッド用半製品の模式的な正面要部縦断面図である。 図６の半製品から得られるシリンダヘッドの模式的な正面要部縦断面図である。 別の形状をなす吸気用砂中子の要部縦断面図である。 また別の形状をなす吸気用砂中子の要部縦断面図である。 さらに別の形状をなす吸気用砂中子を得るための中空部形成用中子を有する砂中子成形装置の要部側面断面図である。 図１０中のＸＩ−ＸＩ線矢視断面図である。 図１０中のＸＩＩ−ＸＩＩ線矢視断面図である。 図１０中のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線矢視断面図である。 整流用凸部が形成された仕切り部材の概略要部側面断面図である。

以下、本発明に係る吸気ポート形成用砂中子（吸気用砂中子）につき、その製造方法と、該吸気用砂中子を用いて得られるシリンダヘッド用半製品との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、シリンダヘッド用半製品、排気ポート形成用砂中子のそれぞれを、単に「半製品」、「排気用砂中子」と表記することもある。

図１は、本実施の形態に係る吸気用砂中子１０の概略側面断面図である。この吸気用砂中子１０は、吸気ポートを形成するための吸気ポート造形部１２（いわゆる製品部）と、シリンダヘッドの成形に関与しない巾木部１４とを有する。

吸気ポート造形部１２は、巾木部１４から突出し、且つ水平方向に沿って若干湾曲した後、下方に対しても若干湾曲するような形状をなす。一方、略直方体形状をなす巾木部１４には、図示しない第１係合部が形成される。

吸気用砂中子１０には、吸気ポート造形部１２の燃焼室側端部から巾木部１４に至るまで、長尺な中空部１６が形成されている。この中空部１６は、図６に示すタンブル板１８（仕切り部材）を形成するためのものである。なお、タンブル板１８については後述する。

中空部１６は、吸気ポート造形部１２の側面で開口する、いわゆる横型溝である。従って、中空部１６内には、底壁１９と天井壁２０が、互いに対向する第１壁面及び第２壁面として形成されている。本実施の形態において、底壁１９と天井壁２０の離間距離は、燃焼室側端部で大きく、且つ巾木部側端部で小さくなるように設定されている。

また、底壁１９において、燃焼室側端部には、加工指標用凹部２１（図６参照）を形成するための凹部形成用凸部２２が略直方体形状として設けられている。すなわち、凹部形成用凸部２２はスポット状に突出形成されており、長尺ではない。

図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である図２に示すように、底壁１９と天井壁２０は、中空部１６の短手方向の見切り部Ｐ１、Ｐ２から側方開口（外方）に向かうにつれ、互いに離間する方向に傾斜している。換言すれば、中空部１６は、短手方向の見切り部Ｐ１、Ｐ２から側方開口に向かうに従って拡開している。

底壁１９は、短手方向の見切り部Ｐ１から側方開口側となるにつれて下方に向かうように緩やかに傾斜した第１傾斜面２４ａ、２４ｂと、該第１傾斜面２４ａ、２４ｂの各々に連なり、側方開口側となるにつれて下方に向かうように急峻に傾斜した第２傾斜面２６ａ、２６ｂとからなる。すなわち、溶湯の一方の入口近傍には、第１傾斜面２４ａ、第２傾斜面２６ａによる複数の傾斜面が形成され、他方の入口近傍には、第１傾斜面２４ｂ、第２傾斜面２６ｂによる複数の傾斜面が形成される。

この実施の形態では、第１傾斜面２４ａ、２４ｂの各々の長さをＬａ、第２傾斜面２６ａ、２６ｂの各々の長さをＬｂとしたとき、底壁１９の、中空部１６の短手方向に沿う長さＴＬ１は、２×（Ｌａ＋Ｌｂ）である。また、Ｌａ＞Ｌｂの関係が成立している。

一方、天井壁２０は、短手方向の見切り部Ｐ２から側方開口側となるにつれて上方に向かうように緩やかに傾斜した第３傾斜面２８ａ、２８ｂからなる。第３傾斜面２８ａ、２８ｂの各々の長さをＬｃとしたとき、天井壁２０の、中空部１６の短手方向に沿う長さＴＬ２は、２×Ｌｃである。

図２に示すように、ＬａはＬｃに比して小さく設定され、且つＬａ＋ＬｂはＬｃに比して大きく設定されている。すなわち、第１傾斜面２４ａ、２４ｂの各々は第３傾斜面２８ａ、２８ｂに比して短く、且つ第１傾斜面２４ａ（２４ｂ）と第２傾斜面２６ａ（２６ｂ）の合計長さは第３傾斜面２８ａ（２８ｂ）に比して大きい。結局、下記の関係式が成り立つ。
Ｌａ＜Ｌｃ
Ｌａ＋Ｌｂ＞Ｌｃ（ＴＬ１＞ＴＬ２）

第１傾斜面２４ａ、２４ｂは、水平方向に対して好ましくは５°以下で傾斜している。すなわち、第１傾斜面２４ａ、２４ｂの好ましい傾斜角度θ１は５°以下である。傾斜角度θ１は２°以下であることが一層好ましく、典型的には１°〜２°の間である。

第２傾斜面２６ａ、２６ｂは、水平方向に対して好ましくは２５°以下、一層好ましくは２０°以下で傾斜している。すなわち、第２傾斜面２６ａ、２６ｂの好ましい傾斜角度θ２は２５°以下、一層好ましくは２０°以下である。なお、傾斜角度θ２は、傾斜角度θ１よりも大きく設定される。

第３傾斜面２８ａ、２８ｂの傾斜角度θ３は、第１傾斜面２４ａ、２４ｂと同程度とすればよい。すなわち、第３傾斜面２８ａ、２８ｂの傾斜角度θ３は５°以下であることが好ましく、２°以下であることが一層好ましい。典型的には、１°〜２°とすればよい。

次に、この吸気用砂中子１０の製造方法につき説明する。図３は、砂中子成形装置３０の要部側面断面図である。この砂中子成形装置３０は、中子用下型３２と、該中子用下型３２の上方に配設される中子用上型３４と、図示しない複数個の中子用側方型とを有する。中子用下型３２は固定型であり、一方、中子用上型３４は、図示しない昇降機構の作用下に中子用下型３２に対して接近（下降）又は離間（上昇）する可動型である。また、中子用側方型は、これら中子用下型３２及び中子用上型３４とともに中子用キャビティ３６を形成する、いわゆる摺動型である。

中子用下型３２と中子用上型３４の合わせ面近傍には、中子用キャビティ３６に砂粒を導入するためのブロー口３８が形成される。また、中子用キャビティ３６には、吸気ポート造形部１２に中空部１６を形成するための中空部形成用中子４０が収容される。すなわち、中空部形成用中子４０の形状は中空部１６の形状に対応する。

図４に示すように、中空部形成用中子４０は、第１分割片４２ａと第２分割片４２ｂからなる。例えば、第１分割片４２ａは、図３の紙面奥側に配置される中子用側方型に支持され、一方、第２分割片４２ｂは、紙面手前側に配置される中子用側方型に支持される。すなわち、第１分割片４２ａ、第２分割片４２ｂは、中子用側方型と一体的に移動する。中子用側方型が水平方向に沿って移動するので、第１分割片４２ａ及び第２分割片４２ｂも水平方向に沿って移動する。なお、第１分割片４２ａ及び第２分割片４２ｂの一部を、中子用下型３２と中子用上型３４で挟持するようにしてもよい。

第１分割片４２ａ及び第２分割片４２ｂの肉厚は、燃焼室側端部で大きく、且つ巾木部側端部で小さくなるように設定されている。また、第１分割片４２ａの下面には、中空部１６の底壁１９の第１傾斜面２４ａ及び第２傾斜面２６ａに対応する傾斜面４３ａ、４３ｂが形成されるとともに、上面には、中空部１６の天井壁２０の第３傾斜面２８ａに対応する傾斜面４３ｃが形成される。同様に、第２分割片４２ｂの下面に、第１傾斜面２４ｂ及び第２傾斜面２６ｂに対応する傾斜面４３ｄ、４３ｅが形成されるとともに、上面に、第３傾斜面２８ｂに対応する傾斜面４３ｆが形成される。

さらに、第１分割片４２ａ、第２分割片４２ｂの各燃焼室側先端には、第１分割凹部４４ａ、第２分割凹部４４ｂがそれぞれ形成される。第１分割凹部４４ａと第２分割凹部４４ｂは互いに対向する位置にあり、従って、第１分割片４２ａと第２分割片４２ｂが当接すると、第１分割凹部４４ａと第２分割凹部４４ｂが連なる。これにより、第１凸部としての前記凹部形成用凸部２２（図１参照）を成形するための成形用凹部４６が形成される。

型閉じがなされる際、互いに対向する２個の中子用側方型が互いに接近することに伴い、第１分割片４２ａと第２分割片４２ｂが互いに接近して当接する（図４参照）。これにより、中子用キャビティ３６内に中空部形成用中子４０が形成される（図３参照）。

次に、バインダを含有した砂粒がブロー口３８を介して中子用キャビティ３６に供給される。砂粒は、中空部形成用中子４０を囲繞して中子用キャビティ３６を充填する。砂粒が圧縮力を受けて凝集し、且つ砂粒同士がバインダによって結合することで、堅牢な成形体としての吸気用砂中子１０が形成される。

次に、型開きを行う。この際、互いに対向する２個の中子用側方型が互いに離間する方向に変位する。これに追従し、第１分割片４２ａ及び第２分割片４２ｂが互いに離間するとともに、吸気用砂中子１０の吸気ポート造形部１２から離脱する。この離脱跡が、中空部１６となる。すなわち、吸気ポート造形部１２と巾木部１４を有し、且つ中空部１６が形成された吸気用砂中子１０が露呈する。

中空部形成用中子４０の形状に基づき、中空部１６の底壁１９と天井壁２０の離間距離は、燃焼室側端部で大きく、且つ巾木部側端部で小さくなる。また、底壁１９に第１傾斜面２４ａ、２４ｂ及び第２傾斜面２６ａ、２６ｂが形成されるとともに、天井壁２０に第３傾斜面２８ａ、２８ｂが形成される。さらに、中空部１６内の、吸気ポート造形部１２の燃焼室側端部に、成形用凹部４６の形状に対応する凹部形成用凸部２２が設けられる。また、巾木部１４に、図示しない第１係合部が形成される。

次に、半製品９０（図６参照）につき、図５に示す鋳造装置５０との関係で説明する。この鋳造装置５０は、シリンダヘッド用下型５２と、摺動型である第１側型５４及び第２側型５６と、シリンダヘッド用上型５８とを金型として有する。これらシリンダヘッド用下型５２、第１側型５４、第２側型５６及びシリンダヘッド用上型５８によって、シリンダヘッド用キャビティ６０が形成される。前記吸気用砂中子１０は、排気ポート形成用砂中子（排気用砂中子）６２、シリンダヘッド１０２（図７参照）に空洞を形成するための空洞形成用砂中子６３とともに、該シリンダヘッド用キャビティ６０に配置される。

この鋳造装置５０は、鋳造によってシリンダヘッド１０２を得るためのものであり、シリンダヘッド用キャビティ６０の形状は、シリンダヘッド１０２（半製品９０）の形状に対応する。すなわち、シリンダヘッド用下型５２には、シリンダヘッド１０２の燃焼室９２を成形するための燃焼室成形部６４が所定数（例えば、４個）形成される。燃焼室成形部６４は、シリンダヘッド用下型５２の長手方向（図５の紙面に直交する方向）に沿って並列配置される。

１個の燃焼室成形部６４には、シリンダヘッド１０２にバルブシート部を設けるためのバルブシート部成形部６６が、例えば、２個設けられる。個々のバルブシート部成形部６６は、燃焼室成形部６４の上面から、吸気用砂中子１０、排気用砂中子６２に指向して突出している。

シリンダヘッド用下型５２の上面には、鉛直上方に指向する巾木台６８ａ、６８ｂが突出形成される。これら巾木台６８ａ、６８ｂは、シリンダヘッド用下型５２の長手方向（図５の紙面に直交する方向）に沿って延在する。

巾木台６８ａ、６８ｂには、図示しない第２係合部がそれぞれ設けられている。各々の第２係合部が、排気用砂中子６２の巾木部７２の第１係合部、吸気用砂中子１０の巾木部１４の第１係合部に係合することにより、巾木台６８ａ、６８ｂに排気用砂中子６２、吸気用砂中子１０が支持される。

第１側型５４及び第２側型５６は、図示しない駆動機構（例えば、油圧シリンダ）の作用下に、シリンダヘッド用下型５２の上面上を摺動する。摺動方向は、図５中の矢印Ｙ方向である。

第１側型５４及び第２側型５６には、それぞれ、吸気用砂中子１０の巾木部１４、排気用砂中子６２の巾木部７２に嵌合可能な保持凹部７８、８０が形成される。すなわち、型締めの際には、保持凹部７８、８０が巾木部１４、７２に嵌合する。

シリンダヘッド用上型５８は、図示しない昇降機構（例えば、油圧シリンダ）の作用下に、シリンダヘッド用下型５２に対して相対的に接近又は離間するように下降又は上昇する。勿論、下降に伴って型閉じがなされ、その結果、シリンダヘッド用キャビティ６０が形成される。一方、上昇によって型開きがなされる。

次に、本実施の形態に係る吸気用砂中子１０の作用効果につき、シリンダヘッド１０２の鋳造方法との関係で説明する。

半製品９０を得るに先んじ、吸気用砂中子１０の巾木部１４、排気用砂中子６２の巾木部７２のそれぞれを、シリンダヘッド用下型５２の巾木台６８ｂ、６８ａに支持する。上記したように、この際には、巾木部１４、７２の各第２係合部に対し、巾木台６８ｂ、６８ａの第１係合部を係合する。これにより、吸気用砂中子１０、排気用砂中子６２が位置決めされて巾木台６８ｂ、６８ａから脱落することが回避される。

また、この位置決めが行われることに伴い、吸気用砂中子１０の吸気ポート造形部１２における燃焼室側端部の先端がバルブシート部成形部６６の所定部位に着座する。同様に、排気用砂中子６２の排気ポート造形部７６における燃焼室側端部の先端がバルブシート部成形部６６の別の所定部位に着座する。

次に、型締めを行うべく、第１側型５４及び第２側型５６が図５中の矢印Ｙ方向に沿ってシリンダヘッド用下型５２の上面上を摺動する。その結果、図５に示すように、第２側型５６及び第１側型５４の各保持凹部７８、８０に巾木部１４、７２が収容される。これにより、排気用砂中子６２が巾木台６８ａと第１側型５４で挟持されるとともに、吸気用砂中子１０が巾木台６８ｂと第２側型５６で挟持される。

第１側型５４、第２側型５６の摺動と略同時、又は摺動前後にシリンダヘッド用上型５８がシリンダヘッド用下型５２に接近するように下降し、第１側型５４及び第２側型５６に当接して型閉じがなされる。これに伴ってシリンダヘッド用キャビティ６０が形成される。

次に、このシリンダヘッド用キャビティ６０にアルミニウム合金の溶湯がシリンダヘッド用下型５２側から導入される。すなわち、溶湯は、シリンダヘッド用キャビティ６０の下方から導入され、導入の進行に伴ってその液面が上昇する。中空部１６の溶湯入口となる開口は、吸気ポート造形部１２の側方に形成されており、このため、液面上昇方向である重力方向に対して傾斜している。

ここで、図２に示すように、中空部１６の底壁１９は第１傾斜面２４ａ、２４ｂ及び第２傾斜面２６ａ、２６ｂが形成されているため、また、天井壁２０は第３傾斜面２８ａ、２８ｂが形成されているため、それぞれ、短手方向の見切り部Ｐ１、Ｐ２から側方開口に向かうにつれて拡開するように傾斜している。しかも、Ｌａ＜Ｌｃ、Ｌａ＋Ｌｂ＞Ｌｃ（ＴＬ１＞ＴＬ２）の関係が成立するとともに、第２傾斜面２６ａ、２６ｂの傾斜角度θ２が第１傾斜面２４ａ、２４ｂの傾斜角度θ１に比して大きい。さらに、底壁１９と天井壁２０の離間距離が、巾木部側端部から燃焼室側端部に向かうにつれて大きくなるように設定されている。

以上のような理由から、中空部１６の開口が液面上昇方向に対して交差するにも関わらず、溶湯が中空部１６内に流入し易くなる。すなわち、中空部１６への湯廻りが良好となる。このため、中空部１６の形状に対応する形状のタンブル板１８を得ることが容易となる。

溶湯が冷却固化することに伴い、凝固物として、図６に示す半製品９０が得られる。なお、図５及び図６は、説明の便宜上、要部を模式的に示している。このため、シリンダヘッド用キャビティ６０の形状と、半製品９０の形状とが合致しない部位もある。図７に示すシリンダヘッド１０２も同様である。

この半製品９０には、燃焼室成形部６４の形状に対応する燃焼室９２が形成される。シリンダヘッド用上型５８が上昇するとともに第１側型５４、第２側型５６同士が互いに離間する方向に摺動することにより、型開きがなされて半製品９０が露呈する。さらに、吸気用砂中子１０、排気用砂中子６２を崩壊させることにより、吸気ポート９４、排気ポート９６が空間として現れる。

また、吸気ポート９４内に、上記の通り、中空部１６の形状に対応する形状のタンブル板１８が形成される。タンブル板１８の燃焼室側端部の下面には、成形用凹部４６の形状に対応する加工指標用凹部２１が、該タンブル板１８の上面側に指向するようにして陥没している。なお、この場合、加工指標用凹部２１は点状に形成されている。

そして、次に、半製品９０からシリンダヘッド１０２（図７参照）を得るべく、吸気用バルブ孔９８、排気用バルブ孔１００を形成する。すなわち、半製品９０の下方から加工用工具を挿入し、穿孔加工を行う。

ここで、タンブル板１８の燃焼室側端部には加工指標用凹部２１が存在する。作業者は、この加工指標用凹部２１を指標とし、図６中に示す矢印方向に沿って加工用工具を挿入すればよい。加工用工具は、タンブル板１８の加工指標用凹部２１内に容易に進行する。加工用工具は、その後、該加工指標用凹部２１の天井壁を貫通してさらに矢印方向に進行する。そして、加工用工具が吸気用バルブ孔９８の内壁を研削ないし切削することで、吸気用バルブ孔９８が所定の寸法に仕上げられる。

結局、加工指標用凹部２１は、吸気用バルブ孔９８を形成するための加工部と同一軸線上に位置する。このため、タンブル板１８の燃焼室側端部に形成した加工指標用凹部２１を指標とすることにより、吸気用バルブ孔９８を容易に形成することができるようになる。しかも、加工指標用凹部２１内に加工用工具が進行するので、該加工用工具が、進行すべき方向から位置ズレを起こす懸念が払拭される。従って、吸気用バルブ孔９８を所望の方向に沿って延在させることができる。

また、タンブル板１８の燃焼室側端部が加工用工具によって同時に加工されるので、タンブル板１８に対して加工用工具が干渉するために吸気用バルブ孔９８の形成が困難となることもない。

さらに、半製品９０（シリンダヘッド１０２）を得るための溶湯を用いてタンブル板１８を形成することができるので、別途用意したタンブル板１８を別途用意して吸気用砂中子１０を作製する必要がない。この分、コストの低廉化を図ることができるとともに、吸気用砂中子１０を得るまでの作業が簡素となるという利点がある。

図７に示すシリンダヘッド１０２を得るべく、さらに、バルブシート部成形部６６によって成形された部位に、別途作製されたバルブシート１０４、１０６が圧入される。その一方で、仕上げ加工が施された吸気用バルブ孔９８、排気用バルブ孔１００にステムガイド１０８、１１０が圧入される。ステムガイド１０８には吸気バルブ１１２のステムが摺動可能に挿通され、一方、ステムガイド１１０には排気バルブ１１４のステムが摺動可能に挿通される。カムシャフト１１６の回転動作に伴い、吸気バルブ１１２の傘部がバルブシート１０４に対して着座又は離間するとともに、排気バルブ１１４の傘部がバルブシート１０６に対して離間又は着座する。

また、吸気ポート９４内に、上記の通り、中空部１６の形状に対応する形状のタンブル板１８が残留する。このタンブル板１８により、吸気ポート９４が２個の通路に分割される。タンブル板１８を具備するシリンダヘッド１０２を含む内燃機関では、燃焼室９２内に吸気が導入される際、該吸気に縦渦が発生する。その結果、吸気の流動性が大きくなり、このためにエンジン性能が向上する。

なお、図８に示すように、天井壁２０の幅方向寸法が底壁１９に比して大きくなるように設定して吸気用砂中子１２０を作製するようにしてもよい。この場合においても、底壁１９に第１傾斜面２４ａ、２４ｂ及び第２傾斜面２６ａ、２６ｂを形成するとともに、天井壁２０に第３傾斜面２８ａ、２８ｂを形成することが好ましい。この場合、上昇する溶湯を幅広な天井壁２０で受けるので、中空部１６への湯廻りが一層良好となることが期待される。

さらに、図９に示すように、底壁１９及び天井壁２０を、一方の側方開口から他方の側方開口にわたって傾斜するようにした吸気用砂中子１２２であってもよい。この場合、底壁１９には第１傾斜面２４ａ及び第２傾斜面２６ａが形成され、天井壁２０には第３傾斜面２８ａが形成される。

さらにまた、成形用凹部４６が形成された中空部形成用中子４０に代替し、図１０に示す成形用凸部１３０を形成した中空部形成用中子１３２を用いるようにしてもよい。この場合、図１０中のＸＩ−ＸＩ線矢視断面図である図１１に示すように、成形用凸部１３０は、中空部形成用中子１３２の一側面から他側面にわたる帯状凸部として形成される。また、中空部形成用中子１３２の形状は、前記図１１、図１０中のＸＩＩ−ＸＩＩ線矢視断面図である図１２、ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線矢視断面図である図１３に示すように変化する。

この場合、吸気用砂中子の下面には、凸部形成用凹部（第１凹部）が成形される。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、タンブル板１８は、燃焼室側端部で肉薄、巾木部側端部で肉厚となる形状であってもよい。

また、図１４に示すように、タンブル板１８の下面又は上面、好ましくは双方に整流用凸部１４０を形成するようにしてもよい。このためには、中空部形成用中子４０（又は中空部形成用中子１３２）に原凸部を形成することで、中空部１６の底壁１９又は天井壁２０、好ましくは双方に前記原凸部の形状が転写された転写用凹部を形成する。整流用凸部１４０は、この転写用凹部に基づいて成形される。

整流用凸部１４０に代替して整流用凹部を形成するようにしてもよい。この場合、中空部形成用中子４０（又は中空部形成用中子１３２）に原凹部を形成する。これにより、中空部１６の底壁１９又は天井壁２０、好ましくは双方に前記原凹部の形状が転写された転写用凸部が形成され、さらに、この転写用凸部に基づいて整流用凹部が成形される。

いずれにおいても、シリンダヘッド１０２を含む内燃機関において、吸気を一層効率よく行うことができるようになる。

１０、１２０、１２２…吸気用砂中子 １２…吸気ポート造形部
１４、７２…巾木部 １６…中空部
１８…タンブル板 １９…底壁
２０…天井壁 ２１…加工指標用凹部
２２…凹部形成用凸部 ２４ａ、２４ｂ…第１傾斜面
２６ａ、２６ｂ…第２傾斜面 ２８ａ、２８ｂ…第３傾斜面
３０…砂中子成形装置 ３２…中子用下型
３４…中子用上型 ３６…中子用キャビティ
４０、１３２…中空部形成用中子 ４２ａ、４２ｂ…分割片
４４ａ、４４ｂ…分割凹部 ４６…成形用凹部
５０…鋳造装置 ５２…シリンダヘッド用下型
５４…第１側型 ５６…第２側型
５８…シリンダヘッド用上型 ６０…シリンダヘッド用キャビティ
６２…排気用砂中子 ６８ａ、６８ｂ…巾木台
７６…排気ポート造形部 ９０…シリンダヘッド用半製品
９２…燃焼室 ９４…吸気ポート
９６…排気ポート ９８…吸気用バルブ孔
１００…排気用バルブ孔 １０２…シリンダヘッド
１４０…整流用凸部

Claims (21)

1. 巾木部と、前記巾木部から突出してシリンダヘッドの吸気ポートを造形する吸気ポート造形部を有する吸気ポート形成用砂中子において、
   前記吸気ポート造形部に、前記吸気ポートを複数の通路に仕切る仕切り部材を、前記シリンダヘッドを得る溶湯から造形するための中空部が形成され、
   当該吸気ポート形成用砂中子は、前記中空部が重力方向と交差する方向となるように鋳造装置に配置され、
   前記中空部内の互いに対向する第１壁面又は第２壁面のうち少なくともいずれか一方の、前記中空部の入口近傍に、該壁面に対向する他方の壁面から離間する方向に傾斜する複数の傾斜面が形成されていることを特徴とする吸気ポート形成用砂中子。
2. 請求項１記載の砂中子において、前記第１壁面及び前記第２壁面はともに、前記中空部の見切り部から短手方向に沿うように、且つ該壁面に対向する他方の壁面から離間する方向に傾斜し、
   前記第１壁面又は前記第２壁面の一方に、前記中空部の短手方向の見切り部から形成される第１傾斜面と、前記第１傾斜面に連なって形成される第２傾斜面とが設けられ、
   且つ残余の一方に、前記中空部の短手方向の見切り部から形成される第３傾斜面が設けられていることを特徴とする吸気ポート形成用砂中子。
3. 請求項２記載の砂中子において、前記第１傾斜面の、前記中空部の短手方向に沿う長さ方向寸法が前記第３傾斜面に比して短いことを特徴とする吸気ポート形成用砂中子。
4. 請求項２又は３記載の砂中子において、前記第２傾斜面の傾斜角度が、前記第１傾斜面及び前記第３傾斜面に比して大きいことを特徴とする吸気ポート形成用砂中子。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の砂中子において、前記中空部は、燃焼室側で前記仕切り部材が肉厚となり、前記巾木部側が肉薄となる形状で形成されていることを特徴とする吸気ポート形成用砂中子。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の砂中子において、前記中空部は、燃焼室側で前記仕切り部材が肉薄となり、前記巾木部側が肉厚となる形状で形成されていることを特徴とする吸気ポート形成用砂中子。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の砂中子において、前記複数の傾斜面が、前記第１壁面又は前記第２壁面のうち、前記鋳造装置の湯口に対して近接する壁面に形成されていることを特徴とする吸気ポート形成用砂中子。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の砂中子において、前記第１壁面又は前記第２壁面のうちの上方に臨む壁面に、前記仕切り部材に加工指標用凸部又は加工指標用凹部を形成するための第１凹部又は第１凸部が形成されていることを特徴とする吸気ポート形成用砂中子。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の砂中子において、前記第１壁面又は前記第２壁面の少なくともいずれか一方に、前記仕切り部材に整流用凸部又は整流用凹部を設けるための第２凹部又は第２凸部が形成されていることを特徴とする吸気ポート形成用砂中子。
10. 巾木部と、前記巾木部から突出してシリンダヘッドの吸気ポートを造形する吸気ポート造形部を有する吸気ポート形成用砂中子の製造方法において、
    砂中子成形装置の中子用キャビティに中空部形成用中子を収容する工程と、
    前記中子用キャビティに砂を導入し、前記吸気ポート造形部と前記巾木部とを有する前記吸気ポート形成用砂中子を得る工程と、
    前記中空部形成用中子を前記吸気ポート造形部から離脱させて、前記吸気ポート造形部に、前記吸気ポートを複数の通路に仕切るための仕切り部材を得るための中空部を形成する工程と、
    を有し、
    前記中空部形成用中子に傾斜面を形成することで、前記中空部内の互いに対向する第１壁面又は第２壁面のうち少なくとも一方の、前記中空部の入口近傍に、該壁面に対向する他方の壁面から離間する方向に傾斜する複数の傾斜面を形成することを特徴とする吸気ポート形成用砂中子の製造方法。
11. 請求項１０記載の製造方法において、前記第１壁面及び前記第２壁面の双方に、前記中空部の見切り部から短手方向に沿うように、該壁面に対向する他方の壁面から離間する方向に傾斜した傾斜面を形成し、
    前記第１壁面又は前記第２壁面の一方に、前記中空部の短手方向の見切り部から形成される第１傾斜面と、前記第１傾斜面に連なる第２傾斜面とを形成し、
    且つ残余の一方に、前記中空部の短手方向の見切り部から第３傾斜面を形成することを特徴とする吸気ポート形成用砂中子の製造方法。
12. 請求項１１記載の製造方法において、前記第１傾斜面を、前記中空部の短手方向に沿う長さ方向寸法が前記第３傾斜面に比して短くなるように形成することを特徴とする吸気ポート形成用砂中子の製造方法。
13. 請求項１１又は１２記載の製造方法において、前記第２傾斜面の傾斜角度を、前記第１傾斜面及び前記第３傾斜面に比して大きく設定することを特徴とする吸気ポート形成用砂中子の製造方法。
14. 請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の製造方法において、前記中空部を、燃焼室側で前記仕切り部材が肉厚となり、前記巾木部側が肉薄となる形状で形成することを特徴とする吸気ポート形成用砂中子の製造方法。
15. 請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の製造方法において、前記中空部を、燃焼室側で前記仕切り部材が肉薄となり、前記巾木部側が肉厚となる形状で形成することを特徴とする吸気ポート形成用砂中子の製造方法。
16. 請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の製造方法において、前記複数の傾斜面を、前記第１壁面又は前記第２壁面のうち、鋳造装置の湯口に対して近接する壁面に形成することを特徴とする吸気ポート形成用砂中子の製造方法。
17. 請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の製造方法において、前記第１壁面又は前記第２壁面の少なくともいずれか一方に、加工指標用の凸部又は凹部を形成することを特徴とする吸気ポート形成用砂中子の製造方法。
18. 請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の製造方法において、前記中空部形成用中子に原凸部又は原凹部を形成し、前記第１壁面又は前記第２壁面の少なくともいずれか一方に、前記原凸部の形状が転写された転写用凹部、又は前記原凹部の形状が転写された転写用凸部を形成することを特徴とする吸気ポート形成用砂中子の製造方法。
19. 吸気ポートが形成されたシリンダヘッドを得るためのシリンダヘッド用半製品において、
    前記吸気ポートに、該吸気ポートを複数の通路に仕切るための仕切り部材が挿入され、
    前記仕切り部材の下面又は上面の少なくともいずれか一方に、他方の面に指向して傾斜した複数の傾斜面が形成されていることを特徴とするシリンダヘッド用半製品。
20. 請求項１９記載の半製品において、前記仕切り部材の燃焼室側端部の下面に、加工指標用の凹部又は凸部が形成されていることを特徴とするシリンダヘッド用半製品。
21. 請求項１９又は２０記載の半製品において、前記仕切り部材の下面又は上面の少なくともいずれか一方に、整流用凸部又は整流用凹部が形成されていることを特徴とするシリンダヘッド用半製品。

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