JP4284149B2 - 砂中子造型装置およびシリンダヘッド - Google Patents

Description

本発明は、砂中子造型装置およびシリンダヘッドに関するものである。

最近の内燃機関のシリンダには、シリンダヘッドの吸気ポート内に、タンブル板とも指称される仕切り板を設けたものがある。吸気ポートの吸気側端部に配置された気流制御弁を制御することにより、吸気ポートからシリンダボアに導入される吸気を仕切り板によって偏流させ、シリンダボア内で生じるタンブル流（縦渦流）を強化し、燃費の向上などを図るようにしている（特許文献１を参照）。

なお、本明細書では、仕切り板において、空気や燃料ガスの吸気が流入してくる側を「吸気側」、その反対側、つまりシリンダボア側を「シリンダ側」と称することとする。

シリンダヘッドを鋳造成形する場合には、金属製の仕切り板を吸気ポート成形用砂中子内に設置し、仕切り板を鋳包み成形することが一般的である。シリンダヘッドの鋳造成形時には、中子および仕切り板のそれぞれは、溶湯からの熱により温度が上昇し熱膨張する。ここで、仕切り板の熱膨張係数と、仕切り板を保持する中子の熱膨張係数との差は大きく、仕切り板は、中子に比べると熱膨張量が大きい。このため、仕切り板が中子を加圧ないし押し広げ、中子に亀裂や破損を生じさせ、この亀裂から溶湯が染み出し、バリを作る虞がある。また、仕切り板の熱膨張により、シリンダヘッドの鋳造成形時に仕切り板の位置がズレる虞があり、さらには、鋳造完了後の製品としてのシリンダヘッドにおいて、仕切り板に製品内でのガタが生じる虞もある。

このため、バリの発生箇所によっては後加工でのバリ取り作業が極めて面倒となるばかりでなく、仕切り板の位置ズレや製品内でのガタにより製品品質の低下をも招来することになる。したがって、仕切り板に対しては熱的影響を十分考慮しなければならない。

特許文献１に開示された仕切り板は、シリンダヘッドの鋳造成形時に仕切板を鋳込む際の熱膨張による変形対策として、波形状に形成されている。しかしながら、波形状の仕切り板は、吸気ポートの半径方向の熱膨張は吸収できても、軸線方向の熱膨張を吸収できない。このため、仕切り板と中子との熱膨張量差による中子の割れに起因するバリの発生箇所を限定することができず、また、仕切り板の位置ズレや製品内でのガタなどを十分に抑えることはできない。
特表２００１−１９３４６９号公報

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、中子割れの防止と、仮に中子割れが発生する場合でも中子の割れに起因するバリの発生箇所を限定的なものとして後加工でのバリ取り作業の容易化を図ることを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、シリンダヘッドの吸気ポートを複数のポートに仕切る仕切り板が、その両側縁部がシリンダヘッドの鋳造成形時に鋳包まれるように設置された吸気ポート成形用砂中子を造型する砂中子造型装置において、
型内に載置された前記仕切り板における吸気側端部に沿って配置されるとともに、前記吸気ポート成形用砂中子の造型後に、前記仕切り板における前記側縁部の側から引き抜き自在な入子を有し、
前記入子を引き抜くことにより、前記仕切り板における前記吸気側端部の側に、砂盗み空間部を成形するようにしたことを特徴とする砂中子造型装置である。

本発明によれば、入子を引き抜くことにより、吸気ポート成形用砂中子には、仕切り板における吸気側端部の側に砂盗み空間部が成形されるため、溶湯の熱により仕切り板が熱膨張する方向を前記砂盗み空間部に向かう一方向に限定ないし制御することが可能となり、中子割れを防止し、仮に中子割れが発生する場合でも中子の割れに起因するバリの発生箇所を限定的なものとして後加工でのバリ取り作業の容易化を図ることができる。また、シリンダヘッドの鋳造成形時において砂盗み空間部に侵入した溶湯が凝固することにより、仕切り板における吸気側端部に連続して吸気ポートを仕切る隔壁を鋳造成形したシリンダヘッドを提供できる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の前提となる、吸気ポート１４用の仕切り板１００を有するシリンダヘッド１０について説明する。なお、以下の説明では、吸気ポート１４用の仕切り板１００を、「タンブル板１００」とも称する。

図１は、エンジンのシリンダヘッド１０を示す概略断面図、図２は、吸気ポート１４の軸直角断面図、図３は、シリンダヘッド１０での気流状態を示す概略図、図４は、図３の概略平面図である。

図１および図３を参照して、シリンダヘッド１０は、シリンダブロック１１の上部に設けられ、インテークマニホールド１２からの空気や燃料ガスからなる吸気流をシリンダボア１３内に導入する吸気ポート１４と、シリンダボア１３内で燃焼した後の排ガスを排出する排気ポート１５を有している。なお、図示のエンジンは、１気筒４バルブであり、吸気弁１６および排気弁１７が２つずつ設けられている。

吸気ポート１４内には、吸気側（図３の外端側）からシリンダ側に向かって流れる吸気の流れ方向（白抜き矢印）に沿って仕切り板１００が設けられている。仕切り板１００の吸気側には、図３および図４に示すように、制御弁１８が設けられたインテークマニホールド１２が接続されている。吸気ポート１４は、仕切り板１００により、上部ポート１４ｕと下部ポート１４ｄに仕切られることになり、制御弁１８により下部ポート１４ｄを閉じると、吸気は、増速されて上部ポート１４ｕ内を流れ、シリンダボア１３内で強力なタンブル流（縦渦流）を形成することになる。

吸気ポート１４は、シリンダ側の通路が大きく屈曲しており、タンブル板１００のシリンダ側端部Ｔａの位置がバラ付くと、気流の特性が変化し、タンブル流の発生状況に大きく影響することになるので、シリンダ側端部Ｔａの位置は、きわめて重要な位置となる。一方、タンブル板１００の吸気側端部Ｔｂの位置は、吸気を分岐する側であり、しかも制御弁１８が設けられる部分であることから、その位置がバラ付いても、気流の特性に変化をもたらすことはなく、一般的には、シリンダ側端部Ｔａの位置程精度よく設定する必要はない。

そこで、本実施形態では、シリンダヘッド１０を鋳造成形するに当り、タンブル板１００のシリンダ側端部Ｔａの位置は位置固定的に、吸気側端部Ｔｂの位置は比較的自由な構成とし、注湯時にタンブル板１００が熱的影響を受けても、吸気側端部Ｔｂ側でこれを吸収できるようにしている。

図５（Ａ）（Ｂ）は、本実施形態に係るタンブル板１００を示す平面図および側面図である。

図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、実施形態に係るタンブル板１００は、シリンダヘッド１０の吸気ポート１４を形成する後述の吸気ポート成形用砂中子２００（図６を参照）に予め設置され、シリンダヘッド１０の鋳造成形時に鋳包まれて、シリンダヘッド１０の吸気ポート１４を複数のポート（上部ポート１４ｕと下部ポート１４ｄ）に仕切るものである。なお、以下の説明では、タンブル板１００が予め設置された吸気ポート成形用砂中子２００を、「ポート中子２００」とも称する。

詳述すると、タンブル板１００は、略矩形形状を有し、シリンダヘッド１０の鋳造成形時に溶湯に鋳包まれることになる両側縁部Ｔｃと、両側縁部Ｔｃに連続するとともに吸気ポート１４内で吸気の流れの上流側に配置されることになる吸気側端部Ｔｂと、両側縁部Ｔｃに連続するとともに吸気の流れの下流側に配置されることになるシリンダ側端部Ｔａと、を備えている。両側縁部Ｔｃよりも内方部分が、吸気ポート１４内を仕切る仕切り部１０３となる。図中符号１０１および１０２は、それぞれ、両側縁部Ｔｃにおける側端面１０１および厚み方向の端面１０２を示している。

タンブル板１００の材質は、リサイクル性を考慮してアルミニウム合金を使用することが好ましい。

タンブル板１００の板厚は、吸気ポート１４内を流通する吸気の抵抗にならないように薄肉であることが望ましいが、タンブル板１００の材質がアルミニウム合金の場合には、シリンダヘッド１０鋳造品を熱処理する際の熱変形を防止する必要を考慮し、約１．５ｍｍ以上であることが望ましい。

タンブル板１００の製造方法は特に限定されないが、同品質のものを簡便かつ安価に作製する観点から、プレス成形によりタンブル板１００を作製することが好ましい。

図６（Ａ）（Ｂ）は、タンブル板１００が予め設置され、砂盗み空間部２４０が成形されたポート中子２００を示す平面図および側面図である。図７は、ポート中子２００を造型する砂中子造型装置における型３００を示す概略断面図である。なお、以下の説明では、ポート中子２００を造型する砂中子造型装置における型３００を、「中子型３００」と略称する。

シリンダヘッド１０を鋳造成形する際には、まず、図７に示される中子型３００を用いて、図６に示されるポート中子２００が造型される。

ポート中子２００は、シリンダヘッド１０を鋳造成形する鋳造型４００内に設置して（図１１を参照）、シリンダヘッド１０の吸気ポート１４を形成するものである。このポート中子２００は、上述したタンブル板１００が、その両側縁部Ｔｃを溶湯に鋳包まれるように外部に突出して、予め設置されている。

ポート中子２００は、吸気ポート１４の形状を成形する領域（「製品形状内」とも言う）よりも外側（「製品形状外」とも言う）に巾木２０１を有している。前記製品形状内は溶湯との接触が多く熱劣化の影響を受けやすいが、巾木２０１は、溶湯との接触が少ないため、中子砂２１０のバインダの熱劣化の影響が少なく、鋳造時においては、前記製品形状内に比べると中子強度が保たれる部分である。このため、シリンダヘッド１０の鋳造成形時におけるタンブル板１００の熱膨張により、ポート中子２００がシリンダ側端部Ｔａによって加圧され、製品形状内に亀裂や破損などが生じる虞がある。製品形状内で中子折れが生じると、後加工でのバリ取り作業が極めて面倒となる。

そこで、本実施形態のポート中子２００では、吸気側端部Ｔｂの側の中子砂２１０を盗んだ構成とし、熱劣化により強度が低下する製品形状内における強度を下回る強度を有する箇所、すなわち、ポート中子２００で最も弱い強度を有する箇所を、積極的かつ安定して、製品形状外に設定できるようにしてある。かかる構成は、タンブル板１００と中子砂２１０との熱膨張差による内部応力を、吸気側端部Ｔｂの製品形状外に安定的に解放することを意図したものである。

すなわち、ポート中子２００は、吸気側端部Ｔｂの側の中子砂２１０を盗むことにより成形される砂盗み空間部２４０を有している。砂盗み空間部２４０は、溶湯の熱によるタンブル板１００の熱膨張を許容し、タンブル板１００の伸び量を吸収する空間となる部分である。砂盗み空間部２４０の詳細な機能については後に詳述する。

外部に突出したタンブル板１００の両側縁部Ｔｃは、溶湯に鋳包まれたときの保持をより確実にする部分である。両側縁部Ｔｃの鋳包み代は、特に限定されるものではないが、例えば、約２ｍｍに設定されている。

図７を参照して、前記中子型３００は、中子用上型３０１、中子用下型３０２、ルーズピース３４０（入子に相当する）などからなる複数の部分型から構成されている。これら部分型を突き合わせると、その内部には、ポート中子２００を形成するためのキャビティ３０３が形成される。このキャビティ３０３内に、中子砂を吹き込み、押し固めてポート中子２００を成形する。

図８（Ａ）（Ｂ）は、砂中子造型装置のルーズピース３４０により砂盗み空間部２４０を成形する説明に供する図であり、中子型３００を破断してタンブル板１００を露呈した状態で示す概略平面図である。

本実施形態では、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、砂盗み空間部２４０を成形するために、針金ないしシャフト形状の引き抜き式のルーズピース３４０を使用している。このルーズピース３４０は、概説すれば、型内に載置されたタンブル板１００における吸気側端部Ｔｂに沿って配置されるとともに、ポート中子２００の造型後に、タンブル板１００における側縁部Ｔｃの側から引き抜き自在に構成されている。

詳述すると、ルーズピース３４０は、砂盗み空間部２４０に対応する大きさのシャフト部３４１と、シャフト部３４１の一端に設けられた把持部３４２とを有している。シャフト部３４１は、丸棒から形成され、タンブル板１００の吸気側端部Ｔｂに隣接し、吸気側端部Ｔｂに沿って配置されている。把持部３４２は、シャフト部３４１よりも大径の円盤形状を有し、中子型３００の外部に配置されている。ルーズピース３４０は、タンブル板１００における側縁部Ｔｃの側から引き抜き自在なように、中子型３００内にスライド移動自在に設けられている。ルーズピース３４０は、ポート中子２００を造型する場合には、シャフト部３４１の外周面がタンブル板１００の吸気側端部Ｔｂに当接した状態にセットされる（図８（Ａ）参照）。そして、ポート中子２００の造型後に、ルーズピース３４０をタンブル板１００における側縁部Ｔｃの側から引き抜くことにより、タンブル板１００における吸気側端部Ｔｂの側に、砂盗み空間部２４０が成形されることになる。中子砂を盗む量は、ルーズピース３４０のシャフト部３４１の容積に相当する比較的少量であるため、ポート中子２００全体の中子強度は十分に確保されている。このため、中子型３００からの離型時、シリンダヘッド１０を鋳造成形する鋳造型４００に搬送するときやセットするときなどにおいて、ポート中子２００が折れる虞はない。

図９（Ａ）（Ｂ）および図１０（Ａ）（Ｂ）は、砂中子造型装置における型３００でのポート中子２００の造型工程を示す図であり、図９（Ａ）は、タンブル板１００およびルーズピース３４０を中子用下型３０２にセットする前の状態を示す図、図９（Ｂ）は、タンブル板１００およびルーズピース３４０を中子用下型３０２にプリセットした状態を示す図、図１０（Ａ）は、キャビティ３０３内に中子砂２１０を吹込む状態を示す図、図１０（Ｂ）は、型を開いて中子型３００内からポート中子２００を取り出す状態を示す図である。

ポート中子２００を成形する場合には、まず、中子用下型３０２のキャビティ周縁に形成した座３３３にタンブル板１００をセットし、さらに、ルーズピース３４０をそのシャフト部３４１の外周面がタンブル板１００の吸気側端部Ｔｂに当接した状態にセットする（図９（Ａ）（Ｂ）および図８（Ａ）を参照）。

ルーズピース３４０をキャビティ３０３内にタンブル板１００とともにプリセットした後、中子用上型３０１を閉じ、砂吹込み口３２０から中子砂２１０をキャビティ３０３内に吹込む（図１０（Ａ））。

吹き込んだ中子砂２１０を押し固めた後、ルーズピース３４０をタンブル板１００における側縁部Ｔｃの側から引き抜く（図８（Ｂ）を参照）。

そして、中子用上型３０１を開いて、中子型３００を分割する（図１０（Ｂ））。これにより、中子型３００内からポート中子２００が取り出される。

このように造型されたポート中子２００には、引き抜いたルーズピース３４０により砂盗み空間部２４０が成形されている。砂盗み空間部２４０は、ルーズピース３４０の引き抜きにより、タンブル板１００の吸気側端部Ｔｂに沿って伸び、外部に連通する開口部２４１も形成されている。このような砂盗み空間部２４０は、ポート中子２００を用いてシリンダヘッド１０を鋳造成形する際には、鋳造成形時の溶湯の熱によるタンブル板１００の熱膨張を許容し、かつ、侵入した溶湯が凝固することによりタンブル板１００における吸気側端部Ｔｂに連続して吸気ポート１４を仕切る隔壁３０（図１２（Ｂ）を参照）を一体的に鋳造成形するための部分となる。ここで、図１０（Ｂ）中のＢ−Ｂ線は、後に機械加工する面を示すものであるが、本実施形態のポート中子２００は、この機械加工で除去する側を比較的折れ易くしている。ポート中子２００が破損する場合は、必ず機械加工を施す側にすれば、後の修正が容易となり、不良品が生じる虞が低減し好ましいものとなるからである。

なお、巾木２０１の背面側から砂を盗んで砂盗み空間部２４０と同様の作用効果を奏する空間部を形成することも考えられるが、本実施形態のように側縁部Ｔｃの側からルーズピース３４０を引き抜けば、巾木２０１には砂盗み部が存在しない。このため、巾木２０１の剛性が低下することがなく、ポート中子２００全体の剛性を確保できる。

なお、タンブル板１００における吸気側端部Ｔｂに連続して鋳造成形された隔壁３０を、「鋳造隔壁３０」ともいう。

図１１は、シリンダヘッド１０を鋳造成形する鋳造型４００内にポート中子２００を設置した状態を示す断面図である。図１２（Ａ）は、第１の実施形態に係るルーズピース３４０のシャフト部３４１を示す断面図、図１２（Ｂ）は、タンブル板１００における吸気側端部Ｔｂに連続して鋳造成形された隔壁３０を示す断面図である。

図１１に示すように、造型されたポート中子２００は、シリンダヘッド１０を成形するための鋳造型４００に組み込まれる。鋳造型４００は、上型４０１、下型４０２およびサイド型４０３からなり、ポート中子２００を下型４０２とサイド型４０３の間で支持し、上型４０１で覆うと、内部にシリンダヘッド１０を成形するためのキャビティ４０４が形成される。なお、図中の符号「４０５」は、ウォータージャケット成形用の中子である。鋳造法は、例えば、低圧鋳造法（ＬＰＤＣ）が採用される。

この状態で、湯口（図示せず）からキャビティ４０４内に、アルミニウム合金、その他の金属からなる溶湯を注湯すると、図１に示すようなシリンダヘッド１０が形成されるが、この注湯時に、溶湯の熱によりポート中子２００に設けられたタンブル板１００が熱膨張することになる。

本実施形態では、タンブル板１００が載置されたポート中子２００には、図１２（Ａ）に示されるような円形断面を備えるルーズピース３４０の引き抜きにより、タンブル板１００の吸気側端部Ｔｂの側に、円筒形状の砂盗み空間部２４０を成形してある。この砂盗み空間部２４０は、タンブル板１００の熱膨張を許容する膨張許容空間をなし、溶湯からの熱によりタンブル板１００が熱膨張しても、その加圧力がポート中子２００に作用し破損や亀裂が生じないようにする部分である。

このような砂盗み空間部２４０を有するポート中子２００を、鋳造型４００に組込み、キャビティ４０４に注湯すると、タンブル板１００は、その両側縁部Ｔｃが鋳包まれていき、溶湯が凝固すると、その両側縁部Ｔｃの全体が固定される。

ここで、タンブル板１００は、溶湯の熱により熱膨張するが、この熱膨張は、膨張しやすい吸気側端部Ｔｂに集約されて砂盗み空間部２４０内で起こり、タンブル板１００の吸気側端部Ｔｂは砂盗み空間部２４０内でスライドするのみとなる。このため、溶湯の熱によりタンブル板１００が熱膨張する方向を、シリンダ側端部Ｔａから吸気側端部Ｔｂに向かう一方向に限定ないし制御することが可能となる。したがって、ポート中子２００がシリンダ側端部Ｔａによって加圧されることがなくなり、ポート中子２００に、吸気ポート１４の形状を成形するために重要な領域（製品形状内）で、亀裂や破損などが生じることはない。

仮に、タンブル板１００の熱膨張が大きい場合でも、ポート中子２００は砂盗み空間部２４０により吸気側端部Ｔｂ側の強度をシリンダ側端部Ｔａ側に比べて低下させていることから、ポート中子２００に発生する割れを吸気側端部Ｔｂ側ないし巾木２０１側に誘導ないし誘発させることができる。このポート中子２００の割れに起因するバリは、鋳造完了後の製品としてのシリンダヘッド１０の内部ではなく、製品性能に影響がないインテークマニホールド１２側の製品形状外に発生することになる。したがって、後のバリ取り作業を容易に実施することができる。また、砂盗み空間部２４０をルーズピース３４０で成形することから、当該砂盗み空間部２４０の形状が一定となり、ポート中子２００に発生し得る割れを吸気側端部Ｔｂ側に安定して誘発させることができる。

砂盗み空間部２４０には開口部２４１を通って溶湯が侵入するが、この溶湯が凝固すると、図１２（Ｂ）に示すように、タンブル板１００における吸気側端部Ｔｂに連続して吸気ポート１４を仕切る鋳造隔壁３０が、タンブル板１００と一体的に成形される。鋳造隔壁３０は、シリンダヘッド１０の母材と同材料である。このため、シリンダヘッド１０の母材とタンブル板１００の素材（例えば、アルミニウム合金材）とが異なる場合に両者の端面を機械加工する場合に比べると、機械加工する際の加工切削性に優れた構造ともなる。図１２（Ｂ）中の符号３１で示される線は、機械加工する面を示している。

なお、ルーズピース３４０を配置する位置、つまり、開口部２４１が形成される位置は、吸気ポート１４の外方端部に位置しており、溶湯が比較的廻り込み難い場所である。このため、開口部２４１を通って溶湯が砂盗み空間部２４０の内部に侵入する時点においては、溶湯の熱により熱膨張するタンブル板１００は、既に、吸気側端部Ｔｂ側へ最大限に伸びきった状態にある。したがって、鋳造隔壁３０がタンブル板１００の熱膨張を妨げることはなく、ポート中子２００に発生し得る割れを吸気側端部Ｔｂ側に安定して誘発させることができる。

但し、開口部２４１の開口面積つまりルーズピース３４０のシャフト部３４１の外径を、溶湯が砂盗み空間部２４０の内部に侵入して凝固するタイミングを考慮して決定することは望ましい。タンブル板１００が最大限に伸びきった後に、砂盗み空間部２４０の内部に侵入した溶湯を凝固させることにより、タンブル板１００の吸気側端部Ｔｂ側への伸びが阻害されず、ポート中子２００に発生し得る割れを吸気側端部Ｔｂ側により確実に誘発させることができるからである。

上述したように、本実施形態によれば、タンブル板１００は、熱膨張しても、重要な位置であるシリンダ側端部Ｔａの位置が保持された状態で精度良く鋳包まれることになる。したがって、タンブル板１００の位置ズレや製品内でのガタなどを十分に抑えて製品品質の向上を図り、さらには、ポート中子２００の割れに起因するバリの発生箇所を限定的なものとして後加工でのバリ取り作業の容易化を図ることができる。

（第２の実施形態）
図１３（Ａ）は、第２の実施形態に係るルーズピース３４０ａのシャフト部３４１を示す断面図、図１３（Ｂ）は、シリンダヘッド１０鋳造成形後に配置されることになる制御弁１８とともに鋳造隔壁３０ａを示す概略断面図である。

シリンダヘッド１０の吸気ポート１４は、タンブル板１００および当該タンブル板１００に連続する鋳造隔壁３０ａにより複数のポート（上部ポート１４ｕと下部ポート１４ｄ）に仕切られている。この吸気ポート１４の吸気通路上流側には、制御弁１８が設けられたインテークマニホールド１２が接続されている（図３および図４参照）。したがって、鋳造隔壁３０ａの厚み寸法は、吸気流の抵抗の増加を招来せず、複数のポート１４ｕ、１４ｄへの吸気の流れを制御するという制御弁１８の所期の機能を十分に発揮させる観点から定める必要もある。

そこで、第２の実施形態では、図１３（Ａ）（Ｂ）に示すように、ルーズピース３４０ａの厚み寸法（Ｔｒ）を、タンブル板１００の厚さ（Ｔｓ）以上、制御弁１８の弁シャフト１８ａの外径寸法（φＶ）以下の寸法に設定してある（φＶ≧Ｔｒ≧Ｔｓ）。これにより、鋳造隔壁３０ａの厚み寸法（ｔ）が、弁シャフト１８ａの外径寸法（φＶ）以下の寸法を有するようにしてある。また、鋳造成形後の切削代を減少させる観点から、ルーズピース３４０ａの外方側（インテークマニホールド１２が接続される側）を削落し、鋳造隔壁３０ａが断面略Ｄの字形状を呈するようにしてある。なお、ルーズピース３４０ａの厚み寸法（Ｔｒ）をタンブル板１００の厚さ（Ｔｓ）以上とするのは、タンブル板１００の吸気側端部Ｔｂに中子砂の壁部が形成されないようにして、タンブル板１００が吸気側端部Ｔｂ側へ伸びる際の抵抗とならないようにするためである。

かかる構成によれば、タンブル板１００に連続して一体的に成形した鋳造隔壁３０ａの厚み寸法（ｔ）は、弁シャフト１８ａの外径寸法（φＶ）との関係において、吸気流の抵抗に伴う性能悪化を最小限に抑えることが可能となる。

（第３の実施形態）
図１４（Ａ）は、第３の実施形態に係るルーズピース３４０ｂのシャフト部３４１を示す断面図、図１４（Ｂ）は、第３の実施形態に係るポート中子２００ａを示す側面図、図１４（Ｃ）は、第３の実施形態に係る吸気ポート１４ａの要部を示す部分断面図である。

前述したように、ルーズピース３４０を引き抜くことによりポート中子２００に成形される砂盗み空間部２４０は、タンブル板１００における吸気側端部Ｔｂに連続して吸気ポート１４を仕切る鋳造隔壁３０を成形するための空間となる。このことは、ルーズピース３４０の断面形状を、当該ルーズピース３４０を引き抜くことが可能な範囲において任意な形状に設定すれば、鋳造隔壁３０の断面形状を、前記任意な形状に設定できることを意味する。

第３の実施形態は、この点に着目し、図１４（Ａ）に示すように、ルーズピース３４０ｂの断面形状を、シリンダヘッド１０の吸気ポート１４ａの曲率に合致した曲率を備える断面湾曲形状に設定し、鋳造隔壁３０ｂが、図１４（Ｃ）に示すように、吸気ポート１４ａの曲率に合致した曲率を備える断面湾曲形状を有するようにしてある。

タンブル板１００を鋳包み成形する場合には、タンブル板１００が熱膨張により伸びることから、湾曲した形状のタンブル板１００を鋳包み成形しても、鋳造成形後のタンブル板１００の曲率を、吸気ポート１４ａに要求される設計上の曲率に合致させることはきわめて困難である。このため、一般的なタンブル板１００の鋳包み成形法においては、性能を優先すれば吸気ポート１４ａの一部に曲率を持たせて湾曲的に仕切った方がよい場合であっても、吸気ポートを平面的に仕切らなければならない、という生産上の制約がある。

これに対して、第３の実施形態では、平板状のタンブル板１００を使用しつつ、湾曲した鋳造隔壁３０ｂを成形できるため、吸気ポートを平面的に仕切らなければならないという生産上の制約を緩和し、吸気ポート１４ａに要求される設計上の曲率に合致させ、性能を優先した形状で吸気ポート１４ａを仕切ることが可能となる。

（第４の実施形態）
図１５（Ａ）（Ｃ）は、第４の実施形態に係るルーズピース３４０ｃ、３４０ｄのシャフト部３４１を示す断面図、図１５（Ｂ）（Ｄ）は、タンブル板１００における吸気側端部Ｔｂに連続して鋳造成形された隔壁３０ｃ、３０ｄを示す断面図である。

第４の実施形態は、鋳造成形後に機械加工する際の加工切削性を改善する観点から、鋳造隔壁３０ｃ、３０ｄの断面形状を改変したものである。すなわち、ルーズピース３４０ｃ、３４０ｄの断面形状を、傾斜面を備える断面形状に設定し、鋳造隔壁３０ｃ、３０ｄが、その吸気側となる端部に鋭角端面３２、３３を形成した断面形状を有するようにしてある。

具体的には、吸気側となる端部における厚み方向の両端面３４のうちの片側に鋭角端面３２を形成した断面形状（図１５（Ｂ））や、吸気側となる端部における厚み方向の端面３４の両側に鋭角端面３３を形成した断面形状（図１５（Ｄ））のいずれをも採用し得る。いずれの形態でも、後加工の機械加工工程で吸気側となる端部を加工するときの加工抵抗を低減できるため、変形、具音、かえりバリの発生などを抑制でき、加工切削性を良好にすることが可能となる。

（第５の実施形態）
図１６（Ａ）は、第５の実施形態に係るルーズピース３４０ｅのシャフト部３４１を示す断面図、図１６（Ｂ）は、タンブル板１００における吸気側端部Ｔｂに連続して鋳造成形された隔壁３０ｅを示す断面図である。

第５の実施形態は、溶湯の廻り込み性を改善する観点から、鋳造隔壁３０ｅの断面形状を改変したものである。前述したように、ルーズピース３４０を配置する位置、つまり、開口部２４１が形成される位置は、吸気ポート１４の外方端部に位置しており、溶湯が比較的廻り込み難い場所である。かかる対策として、第５の実施形態では、ルーズピース３４０ｅの断面形状を、フローオフ３４３を備える断面形状に設定し、隔壁３０ｅを鋳造成形する際の溶湯の廻り込み性を良好なものとしている。

本発明は、中子割れを防止し、仮に中子割れが発生する場合でも中子の割れに起因するバリの発生箇所を限定的なものとして後加工でのバリ取り作業の容易化を図る用途に適用できる。

エンジンのシリンダヘッドを示す概略断面図である。 吸気ポートの軸直角断面図である。 シリンダヘッドでの気流状態を示す概略図である。 図３の概略平面図である。 図５（Ａ）（Ｂ）は、本実施形態に係るタンブル板を示す平面図および側面図である。 図６（Ａ）（Ｂ）は、タンブル板が予め設置され、砂盗み空間部が成形されたポート中子を示す平面図および側面図である。 ポート中子を造型する砂中子造型装置における型を示す概略断面図である。 図８（Ａ）（Ｂ）は、砂中子造型装置のルーズピースにより砂盗み空間部を成形する説明に供する図であり、中子型を破断してタンブル板を露呈した状態で示す概略平面図である。 砂中子造型装置における型でのポート中子の造型工程を示す図であり、図９（Ａ）は、タンブル板およびルーズピースを中子用下型にセットする前の状態を示す図、図９（Ｂ）は、タンブル板およびルーズピースを中子用下型にプリセットした状態を示す図である。 砂中子造型装置における型でのポート中子の造型工程を示す図であり、図１０（Ａ）は、キャビティ内に中子砂を吹込む状態を示す図、図１０（Ｂ）は、型を開いて中子型内からポート中子を取り出す状態を示す図である。 シリンダヘッドを鋳造成形する鋳造型内にポート中子を設置した状態を示す断面図である。 図１２（Ａ）は、第１の実施形態に係るルーズピースのシャフト部を示す断面図、図１２（Ｂ）は、タンブル板における吸気側端部に連続して鋳造成形された隔壁を示す断面図である。 図１３（Ａ）は、第２の実施形態に係るルーズピースのシャフト部を示す断面図、図１３（Ｂ）は、シリンダヘッド鋳造成形後に配置されることになる制御弁とともに鋳造隔壁を示す概略断面図である。 図１４（Ａ）は、第３の実施形態に係るルーズピースのシャフト部を示す断面図、図１４（Ｂ）は、第３の実施形態に係るポート中子を示す側面図、図１４（Ｃ）は、第３の実施形態に係る吸気ポートの要部を示す部分断面図である。 図１５（Ａ）（Ｃ）は、第４の実施形態に係るルーズピースのシャフト部を示す断面図、図１５（Ｂ）（Ｄ）は、タンブル板における吸気側端部に連続して鋳造成形された隔壁を示す断面図である。 図１６（Ａ）は、第５の実施形態に係るルーズピースのシャフト部を示す断面図、図１６（Ｂ）は、タンブル板における吸気側端部に連続して鋳造成形された隔壁を示す断面図である。

符号の説明

１０ シリンダヘッド、
１４、１４ａ 吸気ポート、
１４ｕ 上部ポート（複数のポート）、
１４ｄ 下部ポート（複数のポート）、
１８ 制御弁、
１８ａ 弁シャフト、
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ 鋳造隔壁（隔壁）、
３２、３３ 鋭角端面、
１００ タンブル板（吸気ポート用の仕切り板）、
１０２ 厚み方向の端面、
２００、２００ａ ポート中子（吸気ポート成形用砂中子）、
２１０ 中子砂、
２４０ 砂盗み空間部、
２４１ 開口部、
３００ 中子型（砂中子造型装置の型）、
３４０、３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ、３４０ｅ ルーズピース（入子）、
４００ 鋳造型、
Ｔａ シリンダ側端部、
Ｔｂ 吸気側端部、
Ｔｃ 側縁部、
φＶ 弁シャフトの外径寸法、
ｔ 鋳造隔壁の厚み寸法（φＶ≧ｔ）。

Claims (5)

1. シリンダヘッドの吸気ポートを複数のポートに仕切る仕切り板が、その両側縁部がシリンダヘッドの鋳造成形時に鋳包まれるように設置された吸気ポート成形用砂中子を造型する砂中子造型装置において、
   型内に載置された前記仕切り板における吸気側端部に沿って配置されるとともに、前記吸気ポート成形用砂中子の造型後に、前記仕切り板における前記側縁部の側から引き抜き自在な入子を有し、
   前記入子を引き抜くことにより、前記仕切り板における前記吸気側端部の側に、砂盗み空間部を成形するようにしたことを特徴とする砂中子造型装置。
2. 請求項１に記載の砂中子造型装置により造型された吸気ポート成形用砂中子を用いて鋳造成形されたシリンダヘッドであって、
   前記砂盗み空間部により、鋳造成形時の溶湯の熱による前記仕切り板の熱膨張を許容し、かつ、前記砂盗み空間部に侵入した溶湯が凝固することにより、前記仕切り板における前記吸気側端部に連続して前記吸気ポートを仕切る隔壁を鋳造成形したことを特徴とするシリンダヘッド。
3. 前記隔壁および前記仕切り板により仕切られた複数のポートへの吸気の流れを制御する制御弁がさらに配置され、
   前記隔壁の厚みは、前記制御弁の弁シャフトの外径寸法以下の寸法を有していることを特徴とする請求項２に記載のシリンダヘッド。
4. 前記隔壁は、吸気ポートの曲率に合致した曲率を備える断面湾曲形状を有していることを特徴とする請求項２に記載のシリンダヘッド。
5. 前記隔壁は、その吸気側となる端部に鋭角端面を形成した断面形状を有していることを特徴とする請求項２に記載のシリンダヘッド。
   
   

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