WO2016148103A1 - 吸気ポート形成用砂中子及びその製造方法と、シリンダヘッドの鋳造装置 - Google Patents

Abstract

　吸気用砂中子（１０）は、吸気ポート造形部（１２）及び巾木部（１４）でタンブル板（２２）を覆う。タンブル板（２２）の巾木部側端部（２６）の長手方向縁部は、巾木部（１４）の端部縁面と面一とするか、又は該端部縁面から突出させる。吸気用砂中子（１０）の吸気ポート造形部（１２）は、排気用砂中子（６２）の排気ポート造形部（７６）とともに、鋳造装置（５０）のシリンダヘッド用キャビティ（６０）に収容される。一方、吸気用砂中子（１０）、排気用砂中子（６２）の各巾木部（１４、７２）は、シリンダヘッド用下型（５２）の巾木台（６８ｂ、６８ａ）にそれぞれ載置される。

Description

吸気ポート形成用砂中子及びその製造方法と、シリンダヘッドの鋳造装置

　本発明は、吸気ポート形成用砂中子及びその製造方法と、シリンダヘッドの鋳造装置に関する。

　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燃焼室と、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。すなわち、シリンダヘッドは、前記吸気用砂中子の他、排気ポート形成用砂中子（以下、単に「排気用砂中子」と表記することもある）、固定型である下型、互いに接近又は離間する複数個の側方型（摺動型）、可動型である上型を含む鋳造装置によって作製される。前記仕切り部材は、吸気用砂中子の吸気ポート造形部に覆われた状態で鋳造装置のキャビティに配置される。

　キャビティに溶湯が導入されると、該溶湯からの熱を受け、吸気用砂中子の吸気ポート造形部及び仕切り部材が熱膨張を起こす。ここで、吸気ポート造形部（砂）と仕切り部材（金属）では、熱膨張係数が相違する。すなわち、仕切り部材の方が熱膨張係数が大きい。従って、熱膨張する仕切り部材によって吸気ポート造形部に折れや割れ等の損傷が生じる懸念がある。

　特開２００４－２１１６８３号公報には、吸気ポート造形部以外の箇所で損傷を生じさせるべく、仕切板の端部のうち、吸気ポート通路断面内に位置する部分を相対的に内方に位置させ、吸気ポート通路断面外に位置する部分を相対的に外方に突出させることが提案されている。なお、突出した部分は、後加工でヘッド端面と面一とされる。

　また、特開２００５－１１８８６０号公報には、型内に載置された仕切り部材における吸気側端部に向けて可動自在に設けられ、該吸気側端部側の中子砂を盗む砂除去部が設けられたルーズピースを用いて吸気用砂中子を作製することが記載されている。該特開２００５－１１８８６０号公報によれば、仕切り板が熱膨張する方向が、吸気用砂中子が盗まれた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るので、吸気用砂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することができる、とのことである。

　特開２００４－２１１６８３号公報、特開２００５－１１８８６０号公報に記載された各技術は、吸気用砂中子の特定箇所に損傷を発生させようとするものである。しかしながら、吸気用砂中子に損傷が生じること自体を回避することが本来は望ましい。

　本発明の主たる目的は、シリンダヘッドを得る鋳造作業中に損傷が生じることを回避し得る吸気ポート形成用砂中子を提供することにある。

　本発明の別の目的は、上記の吸気ポート形成用砂中子の製造方法を提供することにある。

　本発明のまた別の目的は、上記の吸気ポート形成用砂中子を用いたシリンダヘッドの鋳造装置を提供することにある。

　本発明の一実施形態によれば、シリンダヘッドの吸気ポートを形成する吸気ポート造形部を具備するとともに、前記吸気ポート造形部が、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覆った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連なる巾木部を有し、
　前記仕切り部材は、前記巾木部に覆われる巾木部側端部を有し、
　前記巾木部側端部の長手方向側縁面が、前記巾木部の端部の縁面と面一であるか、又は、前記巾木部の端部の縁面から突出している吸気ポート形成用砂中子が提供される。

　また、鋳造装置は、上記した吸気ポート形成用砂中子を含んで構成される。すなわち、本発明の別の一実施形態によれば、シリンダヘッドの吸気ポートを形成する吸気ポート造形部と、前記吸気ポート造形部に連なる巾木部とを具備するとともに、前記吸気ポート造形部が、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覆った吸気ポート形成用砂中子を有するシリンダヘッドの鋳造装置において、
　前記シリンダヘッドを得るシリンダヘッド用キャビティを形成するための金型を有し、
　前記仕切り部材は、前記巾木部に覆われる巾木部側端部を有し、
　前記巾木部側端部の長手方向側縁面が、前記巾木部の端部の縁面と面一であるか、又は、前記巾木部の端部の縁面から突出し、
　さらに、前記金型に、前記仕切り部材が熱膨張を起こすことで延伸した前記巾木部側端部が進入可能な空間が形成されているシリンダヘッドの鋳造装置が抵抗される。

　このように、本発明においては、仕切り部材の巾木部側端部の長手方向側縁面を、巾木部の端部の縁面と面一としているか、又は、巾木部の端部の縁面から突出させるようにしている。このため、仕切り部材は、熱膨張を起こしたとき、砂に拘束されることなく、巾木部の端部から突出する方向に延伸することが可能である。従って、吸気ポート形成用砂中子が、仕切り部材によって内部から押圧されることが回避される。その結果、該吸気ポート形成用砂中子に割れや折れ等の損傷が発生することを回避することができる。

　このため、吸気ポートに差し込むようなバリが発生することや、所定の形状をなしていない吸気ポートが形成されることを回避することができる。従って、後加工が容易となる上、所望のエンジン特性を得ることが容易となる。

　さらに、鋳造装置を構成する金型には、熱膨張に基づいて延伸した巾木部側端部が進入可能な空間が形成されている。このため、熱膨張を起こした仕切り部材が金型に干渉することがない。換言すれば、仕切り部材が熱膨張を起こすことが阻害されることはない。従って、仕切り部材に、金型との干渉に起因する応力が作用することもない。

　また、本発明のさらに別の一実施形態によれば、シリンダヘッドの吸気ポートを形成する吸気ポート造形部を具備するとともに、前記吸気ポート造形部が、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覆った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、前記仕切り部材を収容する工程と、
　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、
　を有し、
　前記仕切り部材の、前記巾木部に覆われる巾木部側端部の長手方向側縁面を、前記巾木部の端部の縁面と面一とするか、又は、前記巾木部の端部の縁面から突出させる吸気ポート形成用砂中子の製造方法が提供される。

　このような過程を経ることにより、上記した吸気ポート形成用砂中子を容易に得ることができる。

　仕切り部材の巾木部側端部には、貫通孔を形成することが好ましい。吸気ポート形成用砂中子の作製時、この貫通孔に位置決め部を通すことにより、仕切り部材を中子用キャビティ内で位置決めすることが容易となるからである。

　位置決め部を貫通孔に通した状態で吸気ポート形成用砂中子を作製すると、位置決め部が存在していた箇所が孔部となる。すなわち、巾木部に、該巾木部の下面又は上面のいずれかから延在して貫通孔と交差する孔部が形成されるようになる。

　この孔部を、シリンダヘッドを鋳造するための金型に形成された位置決め部に挿入するようにしてもよい。この挿入により、吸気ポート形成用砂中子が前記金型に支持される。すなわち、この場合、吸気ポート形成用砂中子を作製する際に形成された孔部を、金型に支持して位置決めを行う際の被係合部として利用することができる。このため、吸気ポート形成用砂中子に被係合部を別途形成する必要がない。この分、吸気ポート形成用砂中子の形状を簡素化することができる。

　この場合、仕切り部材の貫通孔に位置決め部を通すと、仕切り部材が位置決め部に拘束されることになる。その結果として、仕切り部材が熱膨張を起こすことが阻害される懸念がある。これを回避するべく、位置決め部を貫通孔に通さない（到達させない）ことが好ましい。

　なお、巾木部側端部の長手方向側縁面を巾木部の端部の縁面から突出させるときには、前記長手方向側縁面の突出部位を金型（砂中子成形装置）で挟持するとよい。この挟持によって、仕切り部材の位置及び姿勢が一層安定する。また、金型で挟持された長手方向側縁面は砂で覆われないので、巾木部の砂を除去することなく、仕切り部材の長手方向側縁面が巾木部の端部の縁面から突出した吸気ポート形成用砂中子を得ることができる。

　本発明によれば、吸気ポート形成用砂中子の砂で覆われる仕切り部材の巾木部側端部の長手方向側縁面を、巾木部の端部の縁面と面一としているか、又は、巾木部の端部の縁面から突出させるようにしている。このため、熱膨張を起こした仕切り部材が砂に拘束されることなく、巾木部の端部から突出する方向に延伸することが可能となる。このため、該吸気ポート形成用砂中子に割れや折れ等の損傷が発生することを回避することができる。

　その結果、吸気ポートに差し込むようなバリが発生することが回避されるので、後加工が容易となる。加えて、所定の形状をなしていない吸気ポートが形成されることを回避することができるので、所望のエンジン特性が得られる。

　さらに、鋳造装置を構成する金型に、熱膨張に基づいて延伸した巾木部側端部が進入可能な空間を形成するようにしている。このため、仕切り部材は、金型に干渉することなく熱膨張を起こすことが可能である。

本発明の実施の形態に係る吸気ポート形成用砂中子の概略全体平面図である。 前記吸気ポート形成用砂中子の側面断面図である。 吸気ポート形成用砂中子を構成するタンブル板（仕切り部材）の概略全体平面図である。 前記吸気ポート形成用砂中子を得るための砂中子成形装置の要部側面断面図である。 本発明の実施の形態に係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の模式的な正面要部縦断面図である。 図３とは別形状の貫通孔が形成されたタンブル板（仕切り部材）の概略全体平面図である。

　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、該吸気用砂中子を含むシリンダヘッドの鋳造装置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。

　図１及び図２は、それぞれ、本実施の形態に係る吸気用砂中子１０の概略全体平面図、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。

　この中の吸気ポート造形部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長尺部１６と、該長尺部１６に連なり、下方に若干湾曲した先端部１８とからなる。一方、巾木部１４は略直方体形状又は略円柱体形状等の適宜の形状をなし、その下面から上面側に向かって延在する有底穴２０（孔部）が形成されている。なお、有底穴２０に代替して貫通孔を形成するようにしてもよい。

　そして、吸気ポート造形部１２の先端部１８から巾木部１４に至るまで、仕切り部材としてのタンブル板２２が埋入されている。図２及び図３に示すように、タンブル板２２は、吸気用砂中子１０の吸気ポート造形部１２に埋入される（覆われる）ポート側埋入部２４と、巾木部１４に埋入される（覆われる）巾木部側端部２６とを有する長尺物である。本実施の形態では、ポート側埋入部２４の先端は、湾曲切欠２７が形成されることで二股に分岐しており、一方、巾木部側端部２６には、その厚み方向に沿って略四角形状の貫通孔２８が形成されている。

　図２に示すように、巾木部１４に形成された有底穴２０は、貫通孔２８と交差している。すなわち、有底穴２０と貫通孔２８は互いに連通している。

　ポート側埋入部２４及び巾木部側端部２６の、図３中の矢印Ａに沿う方向の寸法、すなわち、幅方向寸法ｗ１、ｗ２は略同等であり、且つ、吸気ポート造形部１２の幅方向寸法ｗ３（図１参照）に比して大きい。このため、ポート側埋入部２４の側方縁部は、吸気ポート造形部１２の側方から突出する。なお、ポート側埋入部２４のポート側先端部は、吸気ポート造形部１２に覆われている。

　その一方で、巾木部１４の幅方向寸法ｗ４は、巾木部側端部２６の幅方向寸法ｗ２に比して大きい。このため、巾木部側端部２６の側方縁部は巾木部１４に覆われる。これに対し、巾木部側端部２６の長手方向縁部は、巾木部１４の幅方向に直交する方向（図１中の矢印Ｂ方向）から露呈している。すなわち、この場合、巾木部側端部２６の長手方向縁面は、巾木部１４から突出している。

　次に、この吸気用砂中子１０の製造方法につき説明する。図４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。

　例えば、中子用下型３２には、中子用上型３４に指向して延在する第１位置決めピン部３８（位置決め部）が立設される。この第１位置決めピン部３８は、中子用上型３４に向かうにつれて断面積が小さくなる四角錐台からなる。また、中子用下型３２と中子用上型３４との型合わせ面（見切り）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４０が形成される。

　型閉じがなされる前、タンブル板２２の貫通孔２８に第１位置決めピン部３８が通される。第１位置決めピン部３８が四角錐台形状であるので、第１位置決めピン部３８の所定位置で、貫通孔２８の断面積と、第１位置決めピン部３８の断面積とが合致する。このためにタンブル板２２が見切り近傍で停止し、これによりタンブル板２２が位置決め固定される。

　その後、型閉じがなされる。この際、タンブル板２２の巾木部側端部２６の側方縁部が中子用下型３２と中子用上型３４の間に挟まれる。換言すれば、タンブル板２２の周縁部の一部が中子用下型３２と中子用上型３４で挟持される。この挟持と、第１位置決めピン部３８の貫通孔２８への挿通による位置決め固定とにより、タンブル板２２が、姿勢が安定した状態で保持される。

　次に、バインダを含有した砂粒がブロー口４０を介して中子用キャビティ３６に供給される。上記したようにタンブル板２２の姿勢が安定しているので、この際にタンブル板２２が位置ズレを起こしたり、回転したりすることが回避される。すなわち、タンブル板２２は、初期位置に留まった状態で初期姿勢を保つ。

　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。勿論、タンブル板２２のポート側埋入部２４及び巾木部側端部２６は、それぞれ、吸気ポート造形部１２、巾木部１４によって覆われる。上記したようにタンブル板２２が初期位置及び初期姿勢を維持しているので、中子用キャビティ３６への砂粒の充填や圧縮を繰り返すことにより、タンブル板２２の位置や姿勢が一定である吸気用砂中子１０を連続して得ることができる。

　ここで、タンブル板２２の巾木部側端部２６の長手方向縁部とポート側埋入部２４の側方縁部が中子用下型３２と中子用上型３４によって挟持されているため、これらの縁部に砂粒が到達することはない。このため、ポート側埋入部２４の側方縁部が吸気ポート造形部１２の側方から突出するとともに、巾木部側端部２６の長手方向縁部（長手方向縁面）が巾木部１４から突出する。

　このように、本実施の形態では、タンブル板２２の長手方向縁部を中子用下型３２と中子用上型３４で挟持するようにしている。このため、吸気用砂中子１０の成形時にタンブル板２２の姿勢を安定させ得るとともに、巾木部側端部２６の縁面が巾木部１４から突出した吸気用砂中子１０を容易に得ることができるようになる。

　型開きにより、吸気用砂中子１０が露呈する。露呈した吸気用砂中子１０を第１位置決めピン部３８から開放することにより、吸気用砂中子１０が中子用下型３２から離脱する。この吸気用砂中子１０の巾木部１４には、第１位置決めピン部３８の形状に対応する形状の有底穴２０が形成される。第１位置決めピン部３８が貫通孔２８を通っているので、有底穴２０は、貫通孔２８に交差するように延在する。

　次に、シリンダヘッドの鋳造装置につき説明する。なお、以下では、シリンダヘッド用下型に燃焼室成形部及び巾木台が設けられた鋳造装置を例示するが、燃焼室成形部やバルブシート成形部を吸気用砂中子に設けるようにしてもよい。また、巾木台は、シリンダヘッド用下型に必須の構成ではない。

　図５は、本実施の形態に係る鋳造装置５０の要部概略縦断面図である。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を含む複数個の側型（第１側型５４及び第２側型５６以外の側型は図示を省略している）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を含む複数個の側型、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１００（図６参照）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１００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１００の形状に対応する。シリンダヘッド１００については後述する。

　シリンダヘッド用下型５２には、シリンダヘッド１００の燃焼室１０２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、すなわち、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１００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の上端面から、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の上端面には、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、第２位置決めピン部７０ａ、７０ｂ（位置決め部）がそれぞれ立設されている。巾木台６８ａに設けられた第２位置決めピン部７０ａは、排気用砂中子６２を構成する巾木部７２の有底穴７４に挿入される。これにより、巾木台６８ａに排気用砂中子６２が支持される。

　なお、排気用砂中子６２の排気ポート造形部７６には、タンブル板２２は含まれていない。また、第２位置決めピン部７０ａは、有底穴７４に比して若干小形状に設定される。このため、第２位置決めピン部７０ａが有底穴７４に挿入されると、第２位置決めピン部７０ａと有底穴７４の内壁との間に若干のクリアランスが形成される。

　一方、巾木台６８ｂに設けられた第２位置決めピン部７０ｂは、吸気用砂中子１０の有底穴２０に挿入される。これにより、巾木台６８ｂに吸気用砂中子１０が支持される。

　第２位置決めピン部７０ｂは四角錐台形状であるが、その高さ方向寸法は有底穴２０に比して小さい。すなわち、第２位置決めピン部７０ｂの頂面は貫通孔２８に到達しておらず、結局、第２位置決めピン部７０ｂは、タンブル板２２の貫通孔２８に通されていない。

　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の上端面上を摺動する。摺動方向は、図５中の矢印Ｙ方向である。その他の図示しない側型も同様に、駆動機構の作用下に、シリンダヘッド用下型５２の上端面上を摺動する。これらの図示しない側型の摺動方向は、第１側型５４及び第２側型５６の摺動方向に対し、例えば、直交する。

　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。

　また、第２側型５６には、タンブル板２２の巾木部側端部２６の、巾木部１４の端部から突出した長手方向縁部に略対向する位置に、空間８２が形成される。この空間８２には、タンブル板２２の巾木部側端部２６の長手方向縁部が進入しており、且つ、該長手方向縁部と空間８２の内壁とは、十分に離間している。すなわち、該長手方向縁部と空間８２の内壁との間には、十分に大きなクリアランスが形成されている。

　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。

　本実施の形態に係る吸気用砂中子１０及び鋳造装置５０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、シリンダヘッド１００の鋳造方法との関係で説明する。

　はじめに、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６８ａ、６８ｂに支持する。上記したように、この際には、巾木部７２の有底穴７４に第２位置決めピン部７０ａを挿入するとともに、巾木部１４の有底穴２０に第２位置決めピン部７０ｂを挿入する。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。

　このように、吸気用砂中子１０を作製する過程で形成された有底穴２０を、鋳造装置５０の巾木台６８ｂに吸気用砂中子１０を位置決め固定する際に利用することができる。このため、吸気用砂中子１０の形状を簡素化することができる。なお、第２位置決めピン部７０ｂは、上記したようにタンブル板２２の貫通孔２８を通らない。

　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の先端部１８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の先端部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方向に沿って互いに接近するようにシリンダヘッド用下型５２の上端面上を摺動する。さらに、図示しない他の側型も互いに接近するようにシリンダヘッド用下型５２の上端面上を摺動する。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導入される。この際、吸気用砂中子１０の特に吸気ポート造形部１２、排気用砂中子６２の特に排気ポート造形部７６は、溶湯からの熱を受けて温度上昇し、その結果、熱膨張を起こす。

　吸気用砂中子１０の吸気ポート造形部１２には、タンブル板２２のポート側埋入部２４の大部分が内包されている。また、ポート側埋入部２４の側方縁部は、吸気ポート造形部１２の側方から突出しているので溶湯に接触する。従って、タンブル板２２には、吸気ポート造形部１２が受けた熱が伝達されるとともに、溶湯からの熱が伝達される。このため、タンブル部材も熱膨張を起こす。

　タンブル板２２は金属からなり、一方、吸気ポート造形部１２は砂からなる。この両者では、タンブル板２２の方が熱膨張係数が大きい。従って、タンブル板２２は、吸気ポート造形部１２に比して大きく膨張する。

　ここで、本実施の形態では、タンブル板２２の巾木部側端部２６の長手方向縁部を、巾木部１４の端部の縁面から突出させている。また、タンブル板２２のポート側埋入部２４の側方縁部も吸気ポート造形部１２から突出している。このため、タンブル板２２は、吸気用砂中子１０に拘束されることなく、熱膨張を起こすことが可能である。

　また、巾木部１４の有底穴２０に第２位置決めピン部７０ｂを挿入することで吸気用砂中子１０の位置決めを行うようにしているが、第２位置決めピン部７０ｂがタンブル板２２の貫通孔２８に通されていないので、タンブル板２２が第２位置決めピン部７０ｂで拘束されることもない。

　以上のような理由から、タンブル板２２のポート側埋入部２４は、その長手方向に沿って延伸することができる。この延伸に伴い、タンブル板２２の巾木部側端部２６の長手方向縁部も延伸する。すなわち、該長手方向縁部では、巾木部１４の端部の縁面からの突出量が大きくなる。第２側型５６に形成された空間８２の内壁と、巾木部側端部２６の長手方向縁部との間に十分なクリアランスが形成されているため、延伸した巾木部側端部２６の長手方向縁部は、空間８２の底部に向かってさらに進入することができる。

　このように、第２側型５６に空間８２を形成するようにしているので、熱膨張を起こしたタンブル板２２が第２側型５６に干渉することが回避される。従って、タンブル板２２のそれ以上の熱膨張が第２側型５６で阻害されることがない。このため、タンブル板２２が、第２側型５６からの応力を受けて変形することもない。

　そして、タンブル板２２が上記のように吸気用砂中子１０の拘束を受けることなく熱膨張を起こすことが可能であるため、吸気用砂中子１０が、熱膨張を起こしたタンブル板２２から押圧を受けることが回避される。このため、吸気用砂中子１０に割れや折れ等の損傷が生じることを回避することができる。その結果として、吸気ポート内にバリが差し込むことを回避し得るとともに、吸気ポートを所定の形状として得ることができる。

　溶湯が冷却固化することに伴い、図６に示すシリンダヘッド１００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、シリンダヘッド１００の形状とが合致しない部位もある。

　このシリンダヘッド１００には、燃焼室成形部６４の形状に対応する燃焼室１０２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、及び図示しない他の側型同士が互いに離間する方向に摺動することにより、型開きがなされてシリンダヘッド１００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１０４、排気ポート１０６が空間として現れる。

　また、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１０８、１１０が圧入される。さらに、仕上げ加工が施されたバルブ孔にステムガイド１１２、１１４が圧入される。ステムガイド１１２には吸気バルブ１１６のステムが摺動可能に挿通され、一方、ステムガイド１１４には排気バルブ１１８のステムが摺動可能に挿通される。カムシャフト１２０の回転動作に伴い、吸気バルブ１１６の傘部がバルブシート１０８に対して着座又は離間するとともに、排気バルブ１１８の傘部がバルブシート１１０に対して離間又は着座する。

　吸気ポート１０４の所定位置には、タンブル板２２が残留する。上記した通り、タンブル板２２のポート側埋入部２４の側方縁部が吸気用砂中子１０の吸気ポート造形部１２の側方から突出しているために、該側方縁部が溶湯に接触するからである。換言すれば、タンブル板２２の側方縁部が吸気ポート１０４の内壁に鋳ぐるまれるからである。

　また、吸気用砂中子１０に損傷が発生することが回避されているため、吸気ポート１０４内にバリが差し込むことが回避される。このため、後加工が容易である。また、吸気ポート１０４を、予め設計した所定の形状として形成することができるので、所望のエンジン特性を得ることが容易となる。

　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、巾木部１４の有底穴２０を、該巾木部１４の上面から下面側に向かうようにして形成するようにしてもよい。この場合、第１位置決めピン部３８を中子用上型３４に設ける一方、第２位置決めピン部７０ｂをシリンダヘッド用上型５８に設け、これを有底穴２０に挿入すればよい。勿論、この際も、貫通孔２８に第１位置決めピン部３８が通らないようにすることが好ましい。

　また、タンブル板２２の巾木部側端部２６の縁面を、巾木部１４の端部縁面と面一とするようにしてもよい。この場合においても、タンブル板２２が熱膨張を起こす際に吸気用砂中子１０から拘束を受けることが回避される。

　さらに、タンブル板２２に形成する貫通孔の形状は、上記した略四角形状（貫通孔２８）に特に限定されるものではなく、他の形状であっても差し支えない。加えて、複数の貫通孔を形成するようにしてもよい。一例としては、図７に示す２個の円形状の貫通孔１２０ａ、１２０ｂが形成されたタンブル板１２２が挙げられる。

　さらにまた、中子用キャビティが上記中子用キャビティ３６（図４参照）とは天地が逆となる中子用下型及び中子用上型を用いて吸気用砂中子１０を成形するようにしてもよい。この場合、第１位置決めピン部を中子用上型に設けることもできる。

　又は、中子用下型３２及び中子用上型３４が起立して各々の長手方向が鉛直方向に沿った形状をなす成形型を有する砂中子成形装置で吸気用砂中子１０を成形することも可能である。

　そして、第２位置決めピン部７０ｂ以外の箇所では、吸気用砂中子１０の巾木部１４に凸部を形成する一方、シリンダヘッド用下型５２に凹部を形成して該凹部に前記凸部を係合するようにしてもよい。

Claims (10)

1. 　シリンダヘッド（１００）の吸気ポート（１０４）を形成する吸気ポート造形部（１２）を具備するとともに、前記吸気ポート造形部（１２）が、前記吸気ポート（１０４）を複数の通路に仕切るための仕切り部材（２２）を覆った吸気ポート形成用砂中子（１０）において、
   　前記吸気ポート造形部（１２）に連なる巾木部（１４）を有し、
   　前記仕切り部材（２２）は、前記巾木部（１４）に覆われる巾木部側端部（２６）を有し、
   　前記巾木部側端部（２６）の長手方向側縁面が、前記巾木部（１４）の端部の縁面と面一であるか、又は、前記巾木部（１４）の端部の縁面から突出していることを特徴とする吸気ポート形成用砂中子（１０）。
2. 　請求項１記載の砂中子（１０）において、前記仕切り部材（２２）の前記巾木部側端部（２６）に貫通孔（２８）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）。
3. 　請求項２記載の砂中子（１０）において、前記巾木部（１４）に、下面又は上面のいずれかから延在して前記貫通孔（２８）と交差する孔部（２０）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）。
4. 　シリンダヘッド（１００）の吸気ポート（１０４）を形成する吸気ポート造形部（１２）を具備するとともに、前記吸気ポート造形部（１２）が、前記吸気ポート（１０４）を複数の通路に仕切るための仕切り部材（２２）を覆った吸気ポート形成用砂中子（１０）の製造方法において、
   　砂中子成形装置（３０）の中子用キャビティ（３６）に、前記仕切り部材（２２）を収容する工程と、
   　前記中子用キャビティ（３６）に砂を導入し、前記吸気ポート造形部（１２）と巾木部（１４）とを有する前記吸気ポート形成用砂中子（１０）を得る工程と、
   　を有し、
   　前記仕切り部材（２２）の、前記巾木部（１４）に覆われる巾木部側端部（２６）の長手方向側縁面を、前記巾木部（１４）の端部の縁面と面一とするか、又は、前記巾木部（１４）の端部の縁面から突出させることを特徴とする吸気ポート形成用砂中子（１０）の製造方法。
5. 　請求項４記載の製造方法において、前記仕切り部材（２２）の前記巾木部側端部（２６）に貫通孔（２８）を形成し、前記砂中子成形装置（３０）に前記仕切り部材（２２）を収容する際、前記貫通孔（２８）に位置決め部（３８）を通すことを特徴とする吸気ポート形成用砂中子（１０）の製造方法。
6. 　請求項４又は５記載の製造方法において、前記巾木部側端部（２６）の長手方向側縁面を前記巾木部（１４）の端部の縁面から突出させるとき、前記巾木部側端部（２６）の前記長手方向側縁面の突出部位を前記砂中子成形装置（３０）で挟持することを特徴とする吸気ポート形成用砂中子（１０）の製造方法。
7. 　シリンダヘッド（１００）の吸気ポート（１０４）を形成する吸気ポート造形部（１２）と、前記吸気ポート造形部（１２）に連なる巾木部（１４）とを具備するとともに、前記吸気ポート造形部（１２）が、前記吸気ポート（１０４）を複数の通路に仕切るための仕切り部材（２２）を覆った吸気ポート形成用砂中子（１０）を有するシリンダヘッド（１００）の鋳造装置（５０）において、
   　前記シリンダヘッド（１００）を得るシリンダヘッド用キャビティ（６０）を形成するための金型（５２、５４、５６、５８）を有し、
   　前記仕切り部材（２２）は、前記巾木部（１４）に覆われる巾木部側端部（２６）を有し、
   　前記巾木部側端部（２６）の長手方向側縁面が、前記巾木部（１４）の端部の縁面と面一であるか、又は、前記巾木部（１４）の端部の縁面から突出し、
   　さらに、前記金型（５６）に、前記仕切り部材（２２）が熱膨張を起こすことで延伸した前記巾木部側端部（２６）が進入可能な空間（８２）が形成されていることを特徴とするシリンダヘッド（１００）の鋳造装置（５０）。
8. 　請求項７記載の鋳造装置（５０）において、前記仕切り部材（２２）の前記巾木部側端部（２６）に貫通孔（２８）が形成されていることを特徴とするシリンダヘッド（１００）の鋳造装置（５０）。
9. 　請求項８記載の鋳造装置（５０）において、前記吸気ポート形成用砂中子（１０）の前記巾木部（１４）に、下面又は上面のいずれかから延在して前記貫通孔（２８）に交差する孔部（２０）が形成されていることを特徴とするシリンダヘッド（１００）の鋳造装置（５０）。
10. 　請求項９記載の鋳造装置（５０）において、前記孔部（２０）に、前記金型（５６）に設けられた位置決め部（７０ｂ）が挿入されるとともに、前記位置決め部（７０ｂ）は、前記貫通孔（２８）に到達していないことを特徴とするシリンダヘッド（１００）の鋳造装置（５０）。

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