JP2001003806A - シリンダヘッド一体型シリンダブロック及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は、アルミ部材を用いて一体形のシリ
ンダヘッドを成型しても、組立が容易で、アルミ部材の
肉厚を厚くすることなく、軽量で高温強度も有するシリ
ンダヘッド一体型シリンダブロックとその製造方法を提
供する。 【解決手段】耐熱性と耐摩耗性を有する強化アルミ材
で、有底円筒形状のコップ状部材を成型し、成型後のコ
ップ状部材を鋳造用アルミ材で鋳包んでシリンダヘッド
部とシリンダブロック部とを一体物として成型し、コッ
プ状部材を鋳包んだシリンダブロック部を、コップ状部
材を構成する強化アルミ材の材料特性が変化しない温度
条件下で加圧することで、吸気ポート及び排気ポートを
有するシリンダヘッド部と、このシリンダヘッド部によ
り端面開口を閉塞されるシリンダブロック部とが一体と
なったシリンダヘッド一体型シリンダブロックを提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダヘッドを
一体的に備えた内燃機関のシリンダブロックに関し、特
に、耐熱性・耐摩耗性を有する強化アルミ部材からなる
シリンダのライナ部をシリンダブロックに備えたシリン
ダヘッド一体型シリンダブロック及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関において、シリンダヘッ
ドはシリンダヘッドボルトにてシリンダブロックに締め
付け固定し、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間
にガスケットを挟んで燃焼ガスのシールを行っている。
この構造では、燃焼による爆発の力をシリンダヘッドボ
ルトで受け持つため、シリンダヘッドボルトの締め付け
力の低下が起こるとガスのシールを確保できなくなる可
能性がある。また、シリンダブロックの剛性が確保され
ていない場合は締め付け時にシリンダブロックに発生す
る応力によって、ピストンが摺動するライナの変形を引
き起こす恐れがある。さらに部品点数が多いので組み付
け時の作業量が多くなる。

【０００３】これらの問題は内燃機関がシリンダヘッド
とシリンダブロックとの別体構造であることに起因する
ので、近年、シリンダヘッドとシリンダブロックとを一
体構造にした内燃機関が提案されている。

【０００４】例えば、実開昭６０−１５９８５７号公報
には、鋳鉄によりシリンダヘッドとシリンダブロックと
を一体構造とした一体成型エンジンが開示されている。
なお、鋳造構造の材質としては鋳鉄の他、軽量で冷却効
果がある鋳造用アルミを使用したものが知られている。

【０００５】また、特開平５−２６１００号公報には、
シリンダブロックのうちシリンダライナを別体にし、こ
のシリンダライナをシリンダヘッドの下部に結合して一
体構造にしたものが開示されている。この特開平５−２
６１００号公報の発明は、シリンダヘッドの下部より突
出したシリンダライナの下端をシリンダブロック側凹部
に嵌入してシリンダライナの変形を防止している。

【０００６】更に、従来の一体構造にした内燃機関はシ
リンダバレルに耐摩耗性内周面を持った乾式ライナを挿
入したり、あるいはシリンダバレルの内周面を直接クロ
ム鍍金したりする処置をしていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、鋳造用アル
ミは高温強度が不足するといった問題があり、鋳造用ア
ルミを使用した内燃機関は高温状態で燃焼圧力を受ける
燃焼室部分の肉厚を厚くする必要があった。しかし、鋳
造用アルミで実開昭６０−１５９８５７号公報の考案の
ものを作成する場合、従来の内燃機関は強度保証のため
に燃焼室部分の内壁の肉厚を厚くする必要があるので、
重量が増加してしまうといった問題があった。

【０００８】また、特開平５−２６１００号公報の発明
は、ライナの強度不足を補う構成であっても、根本的に
高温強度不足を解消できるものにはなっておらず、強度
保証のために燃焼室部分の内壁の肉厚を厚くする必要が
あり、重量が増加してしまうといった問題があった。

【０００９】更に、シリンダバレル内周面に耐摩耗性の
乾式ライナを挿入したり、直接内周面をクロム鍍金処置
したりする場合は、部品点数も多くなるので、組立時の
作業量が多くなる等の問題があった。

【００１０】この発明は、上記課題に鑑みて創案された
ものであり、アルミ部材を用いて一体形のシリンダヘッ
ドを成型しても、組立が容易で、アルミ部材の肉厚を厚
くすることなく、軽量で高温強度も有するシリンダヘッ
ド一体型シリンダブロックとその製造方法を提供するこ
とを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下の手段を採用した。すなわち、本発明
では、吸気ポート及び排気ポートを有するシリンダヘッ
ド部と、このシリンダヘッド部により端面開口を閉塞さ
れるシリンダブロック部とが、鋳造により一体成型され
たシリンダヘッド一体型シリンダブロックにおいて、燃
焼室を形成するヘッド内壁部とこのヘッド内壁部に隣接
しピストンが摺動可能なライナ部とを耐熱性及び耐摩耗
性を有する強化アルミ部材で有底円筒形状のコップ状部
材として一体成型し、このコップ状部材を、鋳造用アル
ミ部材からなる囲繞部材で鋳包んでなることを特徴とす
る。

【００１２】本発明によれば、コップ状部材を構成する
ヘッド内壁部とライナ部とを強化アルミ部材で一体成型
し、そのコップ状部材を鋳造用アルミ部材で鋳包んだ構
成としたので、鋳造用アルミ材を用いてアルミ鋳造法に
よってシリンダヘッドとシリンダブロックとを単に一体
成型する場合に比して内壁の肉厚が薄くて済み、軽量化
が可能になる。

【００１３】また、シリンダヘッドとシリンダブロック
とが一体となるように、コップ状部材である有底円筒形
状の強化アルミ部材を囲繞部材で鋳包んで成型したので
ガスケットのようなガスシールが不要になり、部品点数
が少なくて済み、組立が容易になる。

【００１４】ここで、 前記コップ状部材を構成する強
化アルミ部材の材質が前記ヘッド内壁部と前記ライナ部
とで異なるアルミ特性としてもよい。例えば、本発明の
ヘッド内壁部は高強度アルミ特性のアルミ鍛造部材で成
形し、ライナ部は耐摩耗アルミ特性のアルミ鍛造部材で
成型する。すなわち、シリンダの部位によって異なる要
求性能のアルミ特性とすることができる。少なくともラ
イナ部を耐摩耗アルミ特性のアルミ鍛造部材とすれば、
適度な薄肉化が可能であり、高強度でかつ軽量化が一層
促進される。

【００１５】なお、ヘッド内壁部を高強度アルミ特性
に、ライナ部を耐摩耗アルミ特性にするという一体物で
部位によって異なる特性を持たせるようにするにはそれ
ぞれの部位に使用するアルミ材に添加する金属添加物の
調合を変えることで行える。この場合アルミ粉末を用い
れば調合は比較的容易に行える。金属添加物の調合を均
一にしてヘッド内壁部とライナ部とを成型すれば、ヘッ
ド内壁部とライナ部の強化アルミ部材の特性を均一にす
ることができるのは勿論である。

【００１６】更にまた、本発明は前記ヘッド内壁部のう
ち前記有底円筒形状の底部と底部周辺の内周面部との交
差する角部（コーナ部）を円弧形状としてもよい。この
構成の場合、燃焼圧力を円弧形状で受けるので、燃焼応
力がコーナ部の一点に集中することを避けることができ
る。また、コーナ部を円弧形状とし、かつ、底部、内周
面部、ライナ部を有する一体の有底円筒形状としたこと
でホーニング加工が容易である。

【００１７】更にまた、本発明は前記鋳造用アルミに鋳
包まれる前記有底円筒形状のコップ状部材外壁面に凹凸
部を設けることも例示できる。この構成の場合、有底円
筒形状のコップ状部材外壁面に凹凸部を設けたので、ア
ルミ鋳込み時、有底円筒形状のコップ状部材を構成する
強化アルミ部材との界面結合強度を向上させることがで
きる。

【００１８】更に、本発明では、前記鋳造用アルミに鋳
包まれる有底円筒形状のコップ状部材の頂壁面に、排気
ポートに対応してコップ状部材と同一の強化アルミ部材
からなる隆起部を一体に設け、この隆起部を貫通して排
気ポートを設けることで、排気ポートの内側壁の少なく
とも一部を強化アルミ部材で形成する構成とすることが
可能である。

【００１９】この構成の場合、強化アルミ部材からなる
隆起部により頂壁面が補強されるとともに、燃焼圧力を
最も受ける排気ポートの内面部分が高強度アルミ特性の
アルミ鍛造部材で形成されるので一層熱疲労強度を上げ
ることができる。

【００２０】更にまた、本発明において前記シリンダの
ライナ部の軸方向長さは、前記ピストンが前記燃焼室側
から下死点位置までの間を往復摺動可能な長さとするこ
とも例示できる。この構成によれば、燃焼室の機密性を
十分を保つことができる。

【００２１】なお、強化アルミ部材からなるコップ状部
材とこれを包む鋳造用アルミ部材からなる囲繞部材とを
貫通して吸気ポートと排気ポートとが形成されるが、そ
の部分におけるコップ状部材と囲繞部材との合わせ面
（界面）端部をシール部材で塞ぐことが好ましい。

【００２２】その他の部位においても、露出したコップ
状部材と囲繞部材との合わせ面（界面）端部をシール部
材で塞ぐことが好ましい。次に、本発明のシリンダヘッ
ド一体型シリンダブロックの製造方法について説明す
る。

【００２３】本発明の方法は、耐熱性と耐摩耗性を有す
る強化アルミ材で、有底円筒形状のコップ状部材を成型
し、成型後のコップ状部材を鋳造用アルミ材で鋳包んで
シリンダヘッド部とシリンダブロック部とを一体物とし
て成型し、コップ状部材を鋳包んだシリンダブロック部
を、コップ状部材を構成する強化アルミ材の材料特性が
変化しない温度条件下で加圧することを特徴とする。

【００２４】ここで、前記加圧前に、前記コップ状部材
とこのコップ状部材を鋳包んだ鋳造用アルミ材との合わ
せ面端部を溶接しておくと、加圧による合わせ面端部で
の剥離を防止できる。

【００２５】そして、合わせ面端部を溶接した場合、前
記溶接する合わせ面端部を加圧後に削除する。この削除
を可能とするために、この削除部分の寸法を見込んで、
コップ状部材の寸法と鋳造用の金型寸法とを予め大きめ
に設定しておくことが好ましい。

【００２６】溶接部削除後の合わせ面端部は、シール部
材で覆うことが好ましい。次いで、前記コップ状部材の
肉厚を最終成型品の肉厚よりも所定寸法だけ厚く設定し
ておき、前記加圧処理の後に、最終肉厚に至るまで コ
ップ状部材の内壁面を削除するようにすると、全体とし
ての寸法精度のよい仕上げを行うことができる。

【００２７】また、前記コップ状部材の内側に、所定厚
さでコップ状のアルミ鋳物を形成し、この内側アルミ鋳
物付きのコップ状部材を鋳造用アルミ材からなる囲繞部
材で鋳包み、その際、囲繞部材はコップ状部材の開口部
において前記内側アルミ鋳物の端部と接合するように
し、次いで、その接合した合わせ面端部を溶接した後、
前記加圧処理を施し、最後に、溶接部分を削除するとと
もに、最終肉厚に至るまで内側アルミ鋳物とともにコッ
プ状部材の内壁面を削除するようにしてもよい。

【００２８】コップ状部材の内側に、コップ状のアルミ
鋳物を形成すると、内側アルミ鋳物付きのコップ状部材
を鋳造用アルミ材からなる囲繞部材で鋳包む場合、囲繞
部材の注湯時に、コップ状部材をその内側のアルミ鋳物
が冷却して、ライナ部の温度を低減し、ライナ部のアル
ミ特性を所要の特性に保持することが容易となる。

【００２９】さらに、上記のような方法では、強化アル
ミ材からなるコップ状部材のすべてを鋳造用アルミ材で
内側と外側から包むこととなり、特に、コップ状部材と
その周囲の囲繞部材との合わせ面端部においても、コッ
プ状部材の内側と外側の鋳造用アルミ材が互いに接合し
て、前記合わせ面端部を保護するので、加圧処理時にお
ける合わせ面の剥離をより効果的に防止することができ
る。

【００３０】この方法と同様の製造方法として、前記コ
ップ状部材を第１のコップ状部材とするとき、この第１
のコップ状部材の内側に嵌合可能な第２のコップ状部材
を鋳造用アルミ材で形成し、この第２のコップ状部材を
前記第１のコップ状部材の内側に圧入した後、第１のコ
ップ状部材を鋳造用アルミ材からなる囲繞部材で鋳包ん
で、その際、囲繞部材は第１のコップ状部材の開口部に
おいて前記第２のコップ状部材の端部と接合するように
し、次いで、その接合した合わせ面端部を溶接した後、
前記加圧処理を施し、最後に、溶接部分を削除するとと
もに、最終肉厚に至るまで第２のコップ状部材とともに
第１のコップ状部材の内壁面を削除するようにすること
もできる。

【００３１】この場合も、先の方法と同様、加圧処理時
における第１のコップ状部材と囲繞部材との合わせ面の
剥離をより効果的に防止できる。なお、第１のコップ状
部材の内周面と第２のコップ状部材の外周面の少なくと
もいずれか一方に第１のコップ状部材内の空気を逃がす
ために、軸方向に向かう溝を形成しておくとよい。

【００３２】次に、耐熱性と耐摩耗性を有する強化アル
ミ材で、有底円筒形状のコップ状部材を成型し、成型後
のコップ状部材を鋳造用アルミ材で鋳包んでシリンダヘ
ッド部とシリンダブロック部とを一体物として成型する
に際しては、鋳包み用の鋳造型にコップ状部材をセット
する必要があるが、その際、コップ状部材の中心軸周り
での回転方向において、位置決めをする必要が生じる場
合がある。

【００３３】その理由としては、例えば、バルブ用の孔
に対応した凹部を予めコップ状部材に形成しておく場合
があるからである。この凹部は、成型後に穿孔してバル
ブ孔を形成する部分となる。

【００３４】このようにコップ状部材を鋳造型にセット
する時の回転方向での位置決め用として位置決め部をコ
ップ状部材の開放端部に設けておくとよい。この位置決
め部としては、コップ状部材の開放端に設けた溝、凹
部、凸部などを例示できる。そして、前記鋳造型にコッ
プ状部材をセットするに当たって、コップ状部材を回転
させることで、コップ状部材の位置決め部に係合する鋳
造型の係合部、例えば、前記コップ状部材の溝等に係合
する係合突起などによる物理的な検出、あるいは光セン
サ等による検出により、鋳造型に対するコップ状部材の
位置決め終了後に、コップ状部材を鋳造用アルミ部材で
鋳包んでシリンダブロック部を成型するとよい。以上
は、コップ状部材を囲繞部材で鋳包んで製造する方法で
あるが、これとは別に、上記囲繞部材内にコップ状部材
を嵌合する製造方法を採用することもできる。

【００３５】すなわち、筒状のシリンダブロック部とこ
のシリンダブロック部の一方の開口端を塞ぐシリンダヘ
ッド部とを鋳造用アルミ材で一体に鋳造する。これは前
記囲繞部材に相当する。その一方、耐熱性と耐摩耗性を
有する強化アルミ材からなる有底円筒形状のコップ状部
材を用意する。そして、このコップ状部材を前記シリン
ダブロック部の他方の開口端から圧入し、これにより一
体化されたコップ状部材とシリンダブロック部とを、コ
ップ状部材を構成する強化アルミ材の材料特性が変化し
ない温度条件下で加圧する。

【００３６】そして、前記加圧前に、前記コップ状部材
と鋳造用アルミ材との合わせ面端部を溶接するようにす
ると、加圧時の合わせ面剥離の防止を図ることができ
る。溶接する場合、前記溶接する合わせ面端部を加圧後
に削除するとともに、この削除部分の寸法を見込んで、
コップ状部材の寸法と鋳造用アルミ材の寸法とを予め大
きめに設定しておくとよい。

【００３７】また、前記コップ状部材の肉厚を最終成型
品の肉厚よりも所定寸法だけ厚く設定しておき、前記加
圧処理の後に、最終肉厚に至るまで コップ状部材の内
壁面を削除すると寸法精度のよい仕上げを行うことがで
きる。

【００３８】コップ状部材を前記シリンダブロック部の
他方の開口端から圧入するに当たっては、シリンダブロ
ック部内の空気を逃がすために、コップ状部材の外周面
と、シリンダブロック部の内周面の少なくともいずれか
一方に、シリンダ軸方向に向かう溝を形成しておくとよ
い。

【００３９】なお、以上の各構成は、可能な限り互いに
組み合わせることができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるシリンダヘ
ッド一体型シリンダブロックの実施の形態を図面に基づ
き説明する。 ＜実施の形態１＞ ［シリンダヘッド一体型シリンダブロックの構造］ま
ず、シリンダヘッド一体型シリンダブロックの構造を図
１の縦断面図に基づき説明する。

【００４１】図に示すシリンダヘッド一体型シリンダブ
ロック１は、強化アルミ部材であるアルミ鍛造部材で成
形したコップ型の有底円筒鍛造部（本発明のコップ状部
材であり、以下、コップ型鍛造部という）２とこのコッ
プ型鍛造部２を鋳造用アルミに鋳包んで成形したアルミ
鋳造部（本発明でいう囲繞部材であり、以下、単に鋳造
部という）３とで構成されている。

【００４２】コップ型鍛造部２は、燃焼室１３の一部を
形成する底部１０、底部周辺の内周面部（サイド部とい
う）１１、およびライナ部１４からなる一体物である。
なお、燃焼室１３はピストン４が上死点位置Ａにあると
きピストン４頂面と前記コップ型鍛造部２の底部１０、
サイド部１１とで囲まれる空間である。

【００４３】コップ型鍛造部２において、底部１０とサ
イド部１１との交差する角部（コーナ部）には、円弧
（隅Ｒ部）１２が成形されている。ライナ部１４はピス
トン４が下死点位置Ｂまでライナ部１４に沿って摺動で
きる長さを有している。

【００４４】コップ型鍛造部２において、燃焼室１３の
一部を形成する底部１０、サイド部１１は、高温状態で
かつ燃焼圧力を受ける部位であるので、その材質は高強
度アルミ特性のアルミ鍛造部材とされ、一方ピストン４
が摺動するライナ部１４はピストン４の摺動によって摩
擦しやすい部位なので、その材質は耐摩耗アルミ特性の
アルミ鍛造部材とされる。コップ型鍛造部２は部位によ
って異なる特性、すなわち高強度特性と耐摩耗特性を示
すようにアルミ部材を鍛造法によって一体成形される。
なお、高強度アルミ特性のアルミ鍛造部材と耐摩耗アル
ミ特性のアルミ鍛造部材との差異は、アルミ粉末とこの
アルミ粉末に添加する金属添加物との調合の違いによっ
て生じる。

【００４５】勿論、これらアルミ粉末と金属添加物の調
合を均一にすることで、底部１０、サイド部１１、ライ
ナ部１４のアルミ特性は同一となる。例えば、高強度ア
ルミ特性のアルミ鍛造部材は、アルミ粉末に希土類金属
元素（セリウムやランタンなど）や遷移元素（ジルコニ
ウムや鉄、ニッケルなど）等の金属添加物を加えたもの
が挙げられる。このアルミ鍛造部材は公知の粉末鍛造装
置によって部品形状に成形される。また、耐摩耗アルミ
特性のアルミ鍛造部材は、前述の高強度アルミ特性のア
ルミ鍛造部材をベースに希土類金属元素の金属添加物と
してケイ素を加えたものが挙げられる。このアルミ鍛造
部材も公知の粉末鍛造装置によって部品形状に成形され
る。

【００４６】コップ型鍛造部２の頂部には、図２（ａ）
の斜視図に示すように、交差する溝２ａ，２ｂが形成さ
れている。この溝２ａ，２ｂは、コップ型鍛造部２を鋳
造用アルミ（鋳造部３）に鋳包む際、界面結合強度を向
上させるために設けたものである。

【００４７】囲繞部材である鋳造部３には、動弁系の支
持部や吸・排気ポートが成形されている。すなわち、図
１に示すように、鋳造部３には燃焼室１３に燃料や新気
を導入するための吸気ポート５が形成され、燃焼によっ
て生じた燃焼ガスを燃焼室１３から排出するための排気
ポート６が成形されている。そして、吸気ポート５に
は、吸気弁７が開閉自在に配置され、排気ポート６に
は、排気弁８が開閉自在に配置されている。

【００４８】シリンダヘッド一体型シリンダブロック１
は、クランクケース２０上に組み付けられている。 ［シリンダヘッド一体型シリンダブロックの作用］本実
施の形態によれば、コップ型鍛造部２の底部１０および
サイド部１１は高強度アルミ特性のアルミ鍛造部材とさ
れているので、アルミ鋳造法によって成形したコップ型
鋳造部に比して壁の肉厚が薄くて済み、軽量化が可能に
なる。

【００４９】また、コップ型鍛造部２のライナ部１４は
耐摩耗アルミ特性のアルミ鍛造部材とされているので適
度な薄肉化が可能であり、高強度でかつ軽量化が一層促
進される。

【００５０】なお、コップ型鍛造部２の底部１０および
サイド部１１を高強度アルミ特性に、ライナ部１４を耐
摩耗アルミ特性にするという一体物で部位によって異な
る特性を持たせるようにするにはそれぞれの部位に使用
するアルミ材に添加する金属添加物の調合を変えること
で行える。この場合アルミ粉末を用いれば調合は比較的
容易に行える。

【００５１】更にまた、コップ型鍛造部２を鋳造部３に
鋳包んで一体形に成形したことで、ガスシールが不要で
あることはもちんのこと組立時の部品点数も少なくて済
む。更にまた、本実施の形態によれば、コップ型鍛造部
２の内周部と底部とのコーナ部１２を円弧形状で成形
し、燃焼圧力を円弧形状で受けるように構成したので、
燃焼応力がコーナ部１２の一点に集中することを避ける
ことができる。また、コーナ部１２が滑らかな円弧形状
に成形されているとともに底部１０、サイド部１１、ラ
イナ部１４を有する一体のコップ型鍛造部２に成形され
ていることでホーニング加工が容易である。

【００５２】更にまた、本実施の形態によれば、コップ
型鍛造部２の頂壁面に交差する溝２ａ，２ｂを設けたの
で、アルミ鋳込み時、コップ型鍛造部２と鋳造部３との
界面結合強度を向上させることができる。なお、この実
施の形態ではコップ型鍛造部２の頂壁面に交差する溝２
ａ，２ｂを設けたが、本発明は溝２ａ，２ｂに限定され
るものではなく、コップ型鍛造部２の外壁面に凹凸部を
設けて界面結合強度を向上させるものであればよく、図
２（ｂ）に示すように、コップ型鍛造部２の頂壁面に凸
部５２を複数設けてもよい。

【００５３】更にまた、本実施の形態によれば、シリン
ダのライナ部１４の軸方向長さは、ピストン４が燃焼室
１３側からライナ部１４の下死点位置Ｂまでの間を往復
摺動可能な長さとしたので、燃焼室１３の機密性を十分
を保つことができる。 ＜実施の形態２＞次に、本発明にかかるシリンダヘッド
一体型シリンダブロックの別の実施の形態２を図４に基
づき説明する。なお、上述の実施の形態１と別の実施の
形態２との違いは、コップ型鍛造部２の頂壁面の形状の
違いであり、上述の実施の形態では頂壁面をほぼ平坦形
状に形成しているのに対し、別の実施の形態１では頂壁
面に隆起部３０（図４（ａ）参照）を設けている。ま
た、図４で用いる符号の中に上述の実施の形態で説明し
た図１の符号と同一の符号が用いられている場合、その
符号は図１の符号と同一機能を有するものなので、その
説明の詳細を省略する。

【００５４】実施の形態２のシリンダヘッド一体型シリ
ンダブロック１００は図４（ｂ）の頂壁平面図および図
４（ｃ）の頂壁斜視図に示すように、コップ型鍛造部２
の頂壁面に直線状の隆起部３０を設けている。

【００５５】この隆起部３０は吸気系（吸気ポート５及
び吸気弁７）と排気系（排気ポート６及び排気弁８）と
の間を遮るように設けられている。また、隆起部３０は
コップ型鍛造部２の底部１０やサイド部１１と同一部材
である高強度アルミ特性のアルミ鍛造部材を用いてコッ
プ型鍛造部２と一体に成形されている。

【００５６】そして、シリンダヘッド一体型シリンダブ
ロック１００は、隆起部３０を有するコップ型鍛造部２
の周囲を鋳造用アルミに鋳包んで成形したものである。
別の実施の形態１によれば、コップ型鍛造部２の頂壁面
に直線状の隆起部３０を設けたことにより、吸気系と排
気系との間の頂壁面が補強され、疲労強度が上がる。従
って、実施の形態２は、頂壁面の肉厚が薄くて済み、軽
量化が可能になる。 ＜実施の形態３＞次に、本発明にかかる内燃機関のシリ
ンダヘッド一体型シリンダブロックの実施の形態３を図
５に基づき説明する。なお、実施の形態２と別の実施の
形態３との違いは、コップ型鍛造部２の頂壁面に設けた
凸形状の違いであり、別の実施の形態１では直線状の隆
起部３０を設けているのに対し、別の実施の形態２では
排気ポート６の開口孔６ａを囲む隆起部４０（図５
（ａ）参照）を設けている。また、図５で用いる符号の
中に上述の実施の形態で説明した図１の符号と同一の符
号が用いられている場合、その符号は図１の符号と同一
機能を有するものなので、その説明の詳細を省略する。

【００５７】実施の形態３のシリンダヘッド一体型シリ
ンダブロック２００は図５（ａ）の縦断面図および図５
（ｂ）の頂壁平面図に示すように、コップ型鍛造部２の
頂壁面に、開口孔６ａを囲む排気ポート６の内体の一部
を凸部の環状にした隆起部４０を設けている。

【００５８】なお、燃焼後の高温ガスを排気する際、吸
気ポート５の開口孔５ａは吸気弁７によって閉じている
が、排気ポート６の開口孔６ａは開いているので、燃焼
後の高温ガスは開口孔６ａを囲む排気ポート６の内体を
介して排気される。このように開口孔６ａを囲む排気ポ
ート６の内体は燃焼後の高温ガスに曝される部位なの
で、隆起部４０はコップ型鍛造部２の底部１０やサイド
部１１と同一部材である高強度アルミ特性のアルミ鍛造
部材を用いてコップ型鍛造部２と一体に成形されてい
る。

【００５９】そして、シリンダヘッド一体型シリンダブ
ロック２００は、隆起部４０を有するコップ型鍛造部２
の周囲を鋳造用アルミに鋳包んで成形したものである。
実施の形態３によれば、高温状態の燃焼圧力や燃焼ガス
に最も曝される開口孔６ａから排気ポート６にかけての
排気ポート６の内体部分を隆起部４０により補強される
ので、高温状態の燃焼圧力や燃焼ガスに耐えることがで
き、排気系の疲労強度が上がる。

【００６０】なお、上述の実施の形態１，２，３で説明
した燃焼室１３はフラット形状であり、この燃焼室１３
に合わせてコップ型鍛造部２の底部１０も平面形状とし
たが、本発明のコップ型鍛造部の底部形状は、平面形状
に限定されるものではない。すなわち、本発明のコップ
型鍛造部の底部形状は、燃焼室の形状に合わせて成形さ
れるものであって、燃焼室が半球形型燃焼室の場合は、
前記底部形状が半球形に成形され、燃焼室がクサビ型燃
焼室の場合は、前記底部形状がペントルーフ（片流れ屋
根）形に成形される。 ＜製造方法の実施の形態１＞次に、本発明に係るシリン
ダヘッド一体型シリンダブロックの製造方法の実施形態
を説明する。

【００６１】図５において、まず、耐熱性と耐摩耗性を
有する強化アルミ材で、有底円筒形状のコップ状部材
（コップ型鍛造部２）を成型する。強化アルミ材は、上
記したようにアルミ粉末と金属添加物の調合比率によっ
て形成されるので、これらを調合し、溶融したアルミ材
を鋳造用鋳型に流し込むことで、前記コップ状部材を成
型する。

【００６２】次いで、成型後のコップ状部材２を鋳造用
鋳型内に入れ、その周囲に溶融した鋳造用アルミ材を注
湯して鋳造用アルミ部材からなる囲繞部材２１で鋳包
む。これにより、シリンダヘッド部（底部１０、サイド
部１１）とシリンダブロック部３００とを一体物として
成型する。

【００６３】囲繞部材２１には、吸気ポート５、排気ポ
ート（図示せず）、ウォータージャケット２４や、冷却
フィン２５など内燃機関に必要な構成が形成されてい
る。そして、コップ状部材２を鋳包んだシリンダブロッ
ク部３００を、コップ状部材２を構成する強化アルミ材
の材料特性が変化しない範囲の上限の高温の炉内に入
れ、高圧をかけて長時間保持する。例えば、温度：４５
０℃付近、圧力：約１０００ｋｇ／ｃｍ２（９８ＭＰ
ａ）で、約１．５時間加圧処理する。但し、この１．５
時間の前後で、昇温、昇圧、冷却、減圧の作業を要する
ので、１つの処理に少なくとも半日は要する。

【００６４】この加圧処理は、通常、ＨＩＰ（Ｈｏｔ
Ｉｓｏｓｔａｔｉｃｓ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）と呼ばれ
る。この加圧処理により、強化アルミ部材からなるコッ
プ状部材２と鋳造用アルミ部材からなる囲繞部材２１と
の界面接合がより確実となる。

【００６５】そして、この加圧処理前に、前記コップ状
部材２とこのコップ状部材を鋳包んだ鋳造用アルミ材か
らなる囲繞部材２１との合わせ面端部２２を溶接してお
く。そして、加圧処理が終了したら、前記溶接した合わ
せ面端部を削除する。削除部分は、図５において２３
ａ、２３ｂの符号を付した部分である。２３ａは囲繞部
材の削除部分であり、２３ｂはコップ状部材２の削除部
分である。この削除部分の寸法を見込んで、コップ状部
材２の寸法と囲繞部材での囲繞に使用する鋳造用の金型
寸法とを予め大きめに設定しておく。

【００６６】また、前記コップ状部材２の肉厚を要求さ
れる最終成型品の肉厚よりも所定寸法だけ厚く設定して
おき、前記加圧処理の後に、最終肉厚に至るまで コッ
プ状部材の内壁面を削除する。この削除部分は符号２６
のハッチングで示した部分である。

【００６７】なお、削除前において、コップ状部材２の
削除部分２６の底部隅部２７は、円弧状にＲ加工を施し
てあり、加圧処理時にここに応力が加わっても亀裂が入
らないようにしておく。

【００６８】最後に、吸気ポート５あるいは排気ポート
に対応して、コップ状部材２の底部１０を穿孔する。同
様に、燃料噴射弁や点火プラグを取り付ける部位を穿孔
して、これら燃料噴射弁や点火プラグを取り付ける。 ＜製造方法の第２実施形態＞ここでは、図６に示したよ
うに、前記のように形成したコップ状部材２の内側に注
湯して所定厚さのコップ状のアルミ鋳物３１を形成す
る。この内側のコップ状アルミ鋳物３１の厚さｔは、コ
ップ状部材２の内側に溶融した鋳造用アルミ材を注湯す
る際、コップ状部材２内に挿入する中子の大きさによっ
て決まる。

【００６９】コップ状のアルミ鋳物３１の開口側端部３
１ａは、コップ状部材の開口端縁より外方に突出するよ
うに形成しておく。この内側アルミ鋳物３１付きのコッ
プ状部材２を鋳造用アルミ材からなる囲繞部材２１で鋳
包む。囲繞部材２１の注湯の際、高熱がコップ状部材２
に伝わるが、コップ状部材２の内側の内側アルミ鋳物３
１が存在するので、内側アルミ部材もまた注湯の際の熱
を吸収し、よってコップ状部材２を冷却することとな
る。

【００７０】囲繞部材２１の鋳造の際、囲繞部材２１は
コップ状部材２の開口部において前記内側アルミ鋳物の
端部である突出した開口側端部３１ａと接合する。次い
で、その接合した合わせ面端部２２を溶接する。溶接
後、前記加圧処理を施し、最後に、溶接部分２２を削除
する。

【００７１】削除の手順を詳細に説明すると、まず、内
側アルミ鋳物３１の開口側端部３１ａを含めて、溶接部
分２２と囲繞部材２１の開口側端部２３ｃを削除する。
次いで、囲繞部材２１の開口側周辺部２３ａを削除する
とともに、コップ状部材の開口側周辺部２３ｂを削除す
る。

【００７２】その後、最終肉厚に至るまで内側アルミ鋳
物３１とともにコップ状部材の内壁面を所定の肉厚分削
除する。最後に、吸気ポート５あるいは排気ポートに対
応して、コップ状部材の底部１０を穿孔する。同様に、
燃料噴射弁や点火プラグを取り付ける部位を穿孔して、
これら燃料噴射弁や点火プラグを取り付ける。 ＜製造方法の第３の実施形態＞図７に示したように、製
造方法の第２の実施形態において、前記コップ状部材２
を第１のコップ状部材とするとき、この第１のコップ状
部材の内側に嵌合可能な第２のコップ状部材３２を鋳造
用アルミで鋳造しておく。

【００７３】そして、この第２のコップ状部材３２を前
記第１のコップ状部材の内側に圧入して嵌合する。嵌合
した際、第２のコップ状部材３２の開口側縁部３２ａ
は、第１のコップ状部材２の開口端縁より外方に突出す
る大きさとしておく。

【００７４】その後、第１のコップ状部材２を鋳造用ア
ルミ材からなる囲繞部材２１で鋳包む。その際、囲繞部
材の第１のコップ状部材２の開口部側において前記第２
のコップ状部材３２の開口側縁部３２ａと接合するよう
にする。

【００７５】次いで、その接合した合わせ面端部を溶接
した後、前記加圧処理を施し、最後に、溶接部分を削除
するとともに、最終肉厚に至るまで第２のコップ状部材
３２とともに第１のコップ状部材２の内壁面を削除す
る。この点を含め、後の処理は、上記した製造方法の第
２の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。 ＜製造方法の第４の実施形態＞図８に示したように、筒
状のシリンダブロック部２１ａとこのシリンダブロック
部の一方の開口端を塞ぐシリンダヘッド部２１ｂとを鋳
造用アルミ材で一体に鋳造しておく。これは、上記した
各実施形態における囲繞部材２１に相当する。シリンダ
ヘッド部２１ｂには、吸気ポート５、ウォータージャケ
ット２４を形成しておき、シリンダブロック部２１ａの
外周には、冷却フィン２５を形成しておく。また、シリ
ンダヘッド部２１ｂの内側において、吸気ポート５及び
図示しない排気ポートに対応する部位に、若干突出した
円形突起部４１を設けてある。

【００７６】一方、前記した処方により耐熱性と耐摩耗
性を有するように形成された強化アルミ材からなる有底
円筒形状のコップ状部材２を鍛造する。このコップ状部
材は、前記円形突起部４１に対応して、この円形突起部
４１を圧入嵌合させる円形凹部４２を底部外面に偏位し
て有する。コップ状部材の外周は、ストレート形状とな
るよう、外径が同一である。但し、開口縁近傍の外周
に、前記シリンダブロック部の開口縁内周に嵌合する突
起部４３が形成される。

【００７７】このように形成されたコップ状部材を前記
シリンダブロック部の他方の開口端から圧入する。その
際、シリンダヘッド部２１ｂの内底部に設けた円形突起
部４１を、コップ状部材の底部外面に設けた円形凹部４
２に圧入嵌合させる。円形突起と部４１円形凹部４２は
偏位しているので、コップ状部材２をシリンダブロック
部２１ａ内に圧入する際には、円形突起部４１と円形凹
部４２とが一致するようコップ状部材２のシリンダブロ
ック部に対する位置決めを行う。

【００７８】位置決め手段としては、シリンダブロック
部の内壁面に突条あるいは溝を軸方向に設ける一方、コ
ップ状部材の外壁面に、前記突条あるいは溝に嵌合す
る、溝あるいは突条を設けておくとよい。

【００７９】コップ状部材２をシリンダブロック部２１
ａ内に圧入嵌合することによりコップ状部材２と囲繞部
材２１は一体化されるので、その後、一体化されたコッ
プ状部材２と囲繞部材（シリンダブロック部、シリンダ
ヘッド部）とを、コップ状部材２を構成する強化アルミ
材の材料特性が変化しない温度条件下で加圧処理する。

【００８０】この加圧処理の具体的条件は前記した通り
であるので、ここでは省略する。最後に、吸気ポート５
や、排気ポートに対応した部位を穿孔する。図８の場
合、円形突起部４１と円形凹部４２とが嵌合した部位を
穿孔するが、その穿孔径は、円形突起や円形凹部の径よ
り小さくすることが好ましい。そのようにすると、吸気
ポート等に臨む、コップ状部材とシリンダヘッド部との
合わせ面が、断面において段を形成するので、加圧処理
後においての剥離がより確実に防止されるからである。 ＜補足説明＞図９〜図１３に、上記各製造方法に共通に
適用される界面露出防止方法を示す。

【００８１】本発明の構成では、いずれの実施形態にお
いても、コップ状部材２とこれを囲繞する囲繞部材２１
とが加圧処理によって加圧密着している。そのような構
成においては、コップ状部材２と囲繞部材２１との密着
した合わせ面（界面）がその端部において外部に露出す
る。

【００８２】露出する部位としては、コップ状部材開口
縁の外周近傍に設けた突起部と囲繞部材開口縁との間の
合わせ面端部（図９のＢ部）、吸気ポートあるいは排気
ポートに臨むコップ状部材の穿孔部分内周面での両者の
合わせ面（図９のＡ部）、燃料噴射弁や点火プラグ取付
け用の穿孔部分内周面でのコップ状部材と囲繞部材との
合わせ面（図１２のＣ部）などである。

【００８３】これら露出部分の処理を以下説明する。図
１０は、図９のＢ部の処理を示す図である。ここでは界
面に液状ガスケットを塗布する方法と、薄い板状のリン
グ状シール部材５１で界面を塞ぐ方法とを例示できる。
液状ガスケットは液状で塗布後の乾燥により固化するガ
スケットである。

【００８４】図１１は、図９のＡ部の処理を示す図であ
る。ここでは、界面に対応したリング状のバルブシート
５３を穿孔部位に嵌合したものである。図１３は、図１
２のＣ部の処理を示す図である。ここでは、燃料噴射弁
や点火プラグの取付け用穿孔部分内周に、筒状シール部
材５４を嵌合し、この筒状シール部材５４で界面を覆
う。燃料噴射弁５５や点火プラグは、筒状シール部材５
４を介して前記穿孔部分に圧入もしくは螺合させる。図
１３に燃料噴射弁５５あるいは点火プラグ外周に設けた
螺子部５６を示す。

【００８５】以上の界面露出部をシール材等で覆ったこ
とにより、機関運転による何からの応力で界面が剥離等
するのを防止できる。 ＜製造方法についての他の例＞次に、有底円筒形状のコ
ップ状部材２を鋳造用アルミ材（囲繞部材２１）で鋳包
んでシリンダヘッド部とシリンダブロック部とを一体物
として成型するに際しての製造例を図１４〜図２１を用
いて追加説明する。

【００８６】シリンダライナーとなるコップ状部材２の
底部外面には、図１７、図１８に示したように、排気ポ
ート、吸気ポートに対応した凹部６１、６２が形成され
ている。

【００８７】この凹部６１、６２を形成する理由は以下
の通りである。コップ状部材２を鋳造用アルミ部材２１
で鋳包む場合、図１９に示したように、排気ポート、吸
気ポートを形成するための中子６３を鋳造型にセットす
る必要がある。この中子のセットにあたり、中子６３の
端面をコップ状部材２の外底面に接触させて囲繞部材２
１となるアルミ部材を注湯すると、鋳造後の加圧処理に
おいて、コップ状部材２と囲繞部材２１との間の界面か
ら剥がれてしまう可能性がある。

【００８８】そこで、中子６３をコップ状部材２の外底
面に接触させずに、ある程度の間隔を置いてセットして
おくことが望ましい。その場合、排気あるいは吸気ポー
トを完成するにあたって、中子に対応する部位における
アルミ部材を切削して除去することとなる、ところで、
排気あるいは吸気ポート、とりわけ、吸気ポートは、ス
ワール流を発生させるため、シリンダ内に近い部分は複
雑な曲面形状とする必要がある。この形状を機械加工で
行うのは加工精度の面で困難なことが多い。むしろ、そ
のような曲面形状を中子６３で形成することの方が容易
である。

【００８９】中子６３で作るポート部分を多くし、しか
も、中子６３をコップ状部材２の外底面に接触させず
に、アルミ溶湯も流れるようにするには、コップ状部材
の肉厚を薄くすることが好ましい。そこで、図１７、図
１８のように、ポート対応に凹部６１、６２を形成する
こととしたのである。このようにすると、図２０のよう
に、吸気及び排気ポートの大部分を中子６３で形成でき
るとともに、中子６３とコップ状部材２との間を注湯し
た溶融アルミ部材が流れることのできる十分な間隙を形
成できる。

【００９０】このように、凹部６１、６２を設けると、
型形状に合わせるため、鋳包み用の鋳造型にコップ状部
材２をセットする際、コップ状部材２の中心軸周りでの
回転方向において、位置決めをする必要が生じる。

【００９１】そこで、本例では、図１５、図１６に示し
たように、このような位置決め用の位置決め部として、
コップ状部材２の開放端に切欠６５を少なくとも１カ
所、ここでは図１６に示したように、１８０度間隔で、
２カ所に設けた。

【００９２】この切欠６５は、コップ状部材２の成形時
に、一体成形してもよいし、成形後に切削加工により、
機械的に形成してもよい。そして、前記鋳造型にコップ
状部材２をセットするに当たって、図２１で示したよう
な、鋳造型の一部を構成する保持用の治具６６にコップ
状部材をセットし、コップ状部材を治具周りで回転させ
る。治具６６の基部には、係合部として前記コップ状部
材の切欠６５に係合する係合突起６７を設けてある。

【００９３】回転するコップ状部材の切欠６５と係合突
起６７が係合すると、コップ状部材２はそれ以上回転し
ないので、その位置で位置決めされる。なお、図１４に
示した例では、図２２で示した治具ではなく、位置決め
用プレート６８を図示しない鋳造型にセットして位置決
めを行う。

【００９４】位置決め用プレート６８は、コップ状部材
２の内側に嵌合する内側嵌合部６８ａと、コップ状部材
２の開口縁を外側に回り込んで包む外側嵌合部６８ｂと
を備えており、内側嵌合部６８ａと外側嵌合部６８ｂと
の間に、コップ状部材２の切欠６５に嵌合する係合突起
６７を設けた構成である。この位置決め用プレート６８
は、製造方法の第３の実施形態における図７で示した、
第２のコップ状部材３２としても機能する。

【００９５】なお、コップ状部材２の外周面には、機械
加工により、溝６９を設けてあり、この溝６９に囲繞部
材２１を構成するアルミ部材が融け込んでいるか否かに
より、加圧処理が確実になされたか否か判定することが
できる。これはＣＴスキャン等の被破壊検査により行う
とよい。溝６９に囲繞部材２１を構成するアルミ部材が
融け込んでいれば、加圧処理が確実になされたと判定す
る。コップ状部材２の位置決めが完了したら、そこで、
囲繞部材２１を成形するための鋳造型をコップ状部材２
に被せて溶融アルミ部材を注湯し、囲繞部材２１を成形
する。

【００９６】囲繞部材２１の成形後に、囲繞部材２１と
位置決め用プレート６８の外側嵌合部６８ｂとの合わせ
面端部を溶接した後、加圧処理を施し、コップ状部材２
の開口縁側を削除するとともに、最終肉厚に至るまで、
位置決め用プレートとともにコップ状部材の内壁面を削
除する。

【００９７】この部分の作用は、製造方法の第３の実施
形態と同様であるので、その説明を省略する。なお、位
置決め用の切欠６５は図１６で２つ設けたが、その場
合、夫々の形や大きさ、設けるべき位置の位相を変える
ことで、位置決めが可能となる。

【００９８】また、切欠６５を一つにしても同様に位置
決めすることができる。また、製造方法の第４の実施形
態のように、コップ状部材２を前記シリンダブロック部
２１ａの他方の開口端から圧入する場合、図２２に示し
たように、シリンダブロック部２１ａ内の空気を逃がす
ために、コップ状部材２の外周面と、シリンダブロック
部２１ａの内周面の少なくともいずれか一方に、シリン
ダ軸方向に向かう溝７０を形成しておくとよい。この例
では、コップ状部材２の外周面にのみ溝７０を設けた。

【００９９】この溝形状は、図２２、図２３に示したよ
うに、断面においてＶ状の溝、あるは半円形状の溝の
他、矩形その他の形状とすることができる。また、溝の
容積は、加圧処理にて囲繞部材を構成するアルミ部材の
一部が融け込む程度とする、このようにすると、囲繞部
材２１へのコップ状部材２の圧入に際し、圧縮された空
気が溝７０を通って外部へ逃げるので、囲繞部材２１と
コップ状部材２との密着度が向上する。

【０１００】さらに、溝７０に囲繞部材２１を構成する
アルミ部材が融け込んでいるか否かにより、加圧処理が
確実になされたか否か判定することができる。これはＣ
Ｔスキャン等の被破壊検査により行うとよい。溝７０に
囲繞部材２１を構成するアルミ部材が融け込んでいれ
ば、加圧処理が確実になされたと判定する。

【０１０１】なお、溝７０をコップ状部材のほぼ全長に
わたり形成しておけば、検査範囲の自由度が向上し、検
査時間が少なくてすむ。

【０１０２】

【発明の効果】本発明によれば、ヘッド内壁部とライナ
部とを強化アルミ部材で有底円筒形状のコップ状部材と
して一体成型したので、アルミ鋳造法によってシリンダ
ヘッドとシリンダブロックとを単に一体成型するに比し
て壁の肉厚が薄くて済み、軽量化が可能になる。また、
コップ状部材である有底円筒形状の強化アルミ部材を囲
繞部材で鋳包んでシリンダヘッドとシリンダブロックと
を一体成型したことで、ガスシールが不要になり、部品
点数が少なくて済み、組立が容易になる。

【０１０３】そして、ヘッド内壁部を高強度アルミ特性
とし、ライナ部を耐摩耗アルミ特性にするというよう、
一体物で部位によって異なる特性を持たせるようにする
ことができ、シリンダの部位によって要求される性能
を、一体型のシリンダブロックで実現できる。さらに、
本発明の製造方法によれば、シリンダヘッド部と一体の
シリンダブロック部を容易に形成でき、しかも、コップ
状部材を鋳包んだシリンダブロック部を、コップ状部材
を構成する強化アルミ材の材料特性が変化しない温度条
件下で加圧するので、両者の接合強度がより高くなる。

【０１０４】そして、加圧前に、前記コップ状部材とこ
のコップ状部材を鋳包んだ鋳造用アルミ材との合わせ面
端部を溶接しておくことで、加圧による合わせ面端部で
の剥離を防止できる。

【０１０５】また、溶接・加圧後に溶接部分を削除する
ので、合わせ面端部の仕上げを良好にすることができ
る。さらに、溶接部削除後の合わせ面端部は、バルブシ
ート等のシール部材で覆うようにすれば、合わせ面端部
からの応力等の侵入を防止でき、合わせ面の剥離を防止
できる。

【０１０６】また、前記コップ状部材の肉厚を最終成型
品の肉厚よりも所定寸法だけ厚く設定しておき、前記加
圧処理の後に、最終肉厚に至るまで コップ状部材の内
壁面を削除するようにすると、全体としての寸法精度の
よい仕上げを行うことができる。

【０１０７】また、前記コップ状部材の内側に、所定厚
さでコップ状のアルミ鋳物を形成し、この内側アルミ鋳
物付きのコップ状部材を鋳造用アルミ材からなる囲繞部
材で鋳包む場合、囲繞部材の注湯時に、コップ状部材を
その内側のアルミ鋳物が冷却して、ライナ部の温度を低
減し、ライナ部のアルミ特性を所要の特性に保持するこ
とが容易となる。

【０１０８】その際、囲繞部材はコップ状部材の開口部
において前記内側アルミ鋳物の端部と接合するようにす
れば、強化アルミ材からなるコップ状部材のすべてを鋳
造用アルミ材で内側と外側から包むこととなり、特に、
コップ状部材とその周囲の囲繞部材との合わせ面端部に
おいても、コップ状部材の内側と外側の鋳造用アルミ材
が互いに接合して、前記合わせ面端部を保護するので、
加圧処理時における合わせ面の剥離をより効果的に防止
することができる。

【０１０９】前記コップ状部材の内側に第２のコップ状
部材を嵌合する場合も、同様に囲繞部材の注湯時のコッ
プ状部材の冷却を第２のコップ状部材により行うことが
でき、アルミ特性の維持を図ることができる。

【０１１０】その際、囲繞部材は第１のコップ状部材の
開口部において前記第２のコップ状部材の端部と接合す
るようにし、次いで、その接合した合わせ面端部を溶接
した後、前記加圧処理を施し、最後に、溶接部分を削除
するとともに、最終肉厚に至るまで第２のコップ状部材
とともに第１のコップ状部材の内壁面を削除するように
することもできる。

【０１１１】この場合も、先の方法と同様、加圧処理時
における第１のコップ状部材と囲繞部材との合わせ面の
剥離をより効果的に防止できる。また、囲繞部材と、コ
ップ状部材とをそれぞれ別途製造して用意し、囲繞部材
を構成するコップ状部材を前記シリンダブロック部の他
方の開口端から圧入し、これにより一体化されたコップ
状部材とシリンダブロック部とを、コップ状部材を構成
する強化アルミ材の材料特性が変化しない温度条件下で
加圧する場合も、上記と同様の効果を奏する。

【０１１２】また、コップ状部材の位置決めが必要な場
合、位置決め部をコップ状部材の開放端部に設けたの
で、容易に位置決めが可能となった。さらに、コップ状
部材の外周面と、シリンダブロック部の内周面の少なく
ともいずれか一方に、シリンダ軸方向に向かう溝を形成
しておけば、シリンダブロック部内にコップ状部材を圧
入する際に、圧縮空気が容易に抜け、圧入が容易とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１にかかる一体形シリン
ダーヘッドの縦断面図

【図２】 本発明のコップ型鍛造部の頂壁斜視図であ
り、図２（ａ）は溝を設けた場合を示し、図２（ｂ）は
凸部を複数設けた場合を示す。

【図３】 本発明の実施の形態２の一体形シリンダーヘ
ッドの説明図であり、図３（ａ）は一体形シリンダーヘ
ッドの縦断面図であり、図３（ｂ）はコップ型鍛造部の
頂壁平面図であり、図３（ｃ）はコップ型鍛造部の頂壁
斜視図である。

【図４】 本発明の実施の形態３の一体形シリンダーヘ
ッドの説明図であり、図４（ａ）は一体形シリンダーヘ
ッドの縦断面図であり、図４（ｂ）はコップ型鍛造部の
頂壁平面図である。

【図５】 本発明の製造方法の実施形態１を示す断面図
である。

【図６】 本発明の製造方法の実施形態２を示す断面図
である。

【図７】 本発明の製造方法の実施形態３を示す断面図
である。

【図８】 本発明の製造方法の実施形態４を示す断面図
である。

【図９】 吸気ポート周りを示す断面図である。

【図１０】 図９のＢ部の詳細を示す拡大断面図であ
る。

【図１１】 図９のＡ部の詳細を示す拡大断面図であ
る。

【図１２】 燃料噴射弁周りを含む断面図である。

【図１３】 図１２のＣ部の詳細を示す拡大断面図であ
る。

【図１４】 位置決めを行う場合の構成図である。

【図１５】 位置決め用の切欠を示すコップ状部材の一
部側面図

【図１６】 位置決め用の切欠を示すコップ状部材の開
口端面を示す図

【図１７】 コップ状部材の底面図であり吸気・排気ポ
ートに対応した凹部を示す図

【図１８】 図１７のＡ−Ａ断面図である。

【図１９】 中子によりポートを成形する場合を示す図

【図２０】 中子と凹部との位置関係を示す図

【図２１】 位置決めの例を示す図

【図２２】 空気抜き用の溝をコップ状部材に設けた場
合の構成図

【図２３】 溝断面形状の例を示す図

【図２４】 溝断面形状の他の例を示す図

【符号の説明】

１，１００，２００…シリンダヘッド一体型シリンダブ
ロック ２…コップ型鍛造部（第１のコップ状部材：有底円筒形
状の強化アルミ部材） ２ａ，２ｂ…溝 ３…アルミ鋳造部（鋳造用アルミ部材：囲繞部材） ４…ピストン ５…吸気ポート ５ａ，６ａ…開口孔 ６…排気ポート ７…吸気弁 ８…排気弁 １０…コップ型底部 １１…コップ型サイド部 １２…コーナ部（隅Ｒ部） １３…燃焼室 １４…ライナ部 ２０…クランクケース ２１…囲繞部材 ２１ａ…シリンダブロック部 ２１ｂ…シリンダヘッド部 ２２…合わせ面端部（溶接部分） ２３ａ…囲繞部材の削除部分（開口側周辺部） ２３ｂ…コップ状部材の削除部分（開口側周辺部） ２３ｃ…囲繞部材の開口側端部 ２４…ウォータージャケット ２５…冷却フィン ２６…削除部分 ２７…Ｒ加工を施した底部隅部 ３１…内側アルミ鋳物 ３１ａ…開口側端部 ３２…第２のコップ状部材 ３２ａ…開口側縁部 ４０…隆起部 ４１…円形突起部 ４２…円形凹部 ４３…突起部 ５１…シール部材 ５２…凸部 ５３…バルブシート ５４…筒状シール部材 ５５…燃料噴射弁（点火プラグ） ５６…螺子部 ６１，６２…排気ポート、吸気ポートに対応した凹部 ６３…排気ポート、吸気ポートを形成するための中子 ６５…位置決め部としての切欠 ６６…成形型（治具） ６７…切欠に係合する係合突起 ６８…位置決め用プレート ６８ａ…内側嵌合部 ６８ｂ…外側嵌合部 ６９…溝 ７０…空気抜き用の溝 ３００…シリンダブロック部 Ａ…上死点位置 Ｂ…下死点位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｆ 1/24 Ｆ０２Ｆ 1/24 Ｌ 11/00 11/00 Ｐ (72)発明者 古久保 辰巳 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 広岡 昭彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 今井 康夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G024 AA11 AA16 AA25 AA41 BA05 EA01 FA01 FA06 FA14 GA03 GA07 HA07

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気ポート及び排気ポートを有するシリ
   ンダヘッド部と、このシリンダヘッド部により端面開口
   を閉塞されるシリンダブロック部とが、鋳造により一体
   成型されたシリンダヘッド一体型シリンダブロックにお
   いて、 燃焼室を形成するヘッド内壁部とこのヘッド内壁部に隣
   接しピストンが摺動可能なライナ部とを耐熱性及び耐摩
   耗性を有する強化アルミ部材で有底円筒形状のコップ状
   部材として一体成型し、 このコップ状部材を、鋳造用アルミ部材からなる囲繞部
   材で鋳包んでなることを特徴とするシリンダヘッド一体
   型シリンダブロック。
2. 【請求項２】前記コップ状部材を構成する強化アルミ部
   材の材質が前記ヘッド内壁部と前記ライナ部とで異なる
   アルミ特性とされていることを特徴とするシリンダヘッ
   ド一体型シリンダブロック。
3. 【請求項３】 前記ヘッド内壁部は高強度アルミ特性の
   アルミ鍛造部材で成型し、前記ライナ部は耐摩耗アルミ
   特性のアルミ鍛造部材で成型することを特徴とする請求
   項２に記載のシリンダヘッド一体型シリンダブロック。
4. 【請求項４】 前記ヘッド内壁部のうち前記有底円筒形
   状の底部と底部周辺の内周面部との交差する角部を円弧
   形状としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか
   に記載のシリンダヘッド一体型シリンダブロック。
5. 【請求項５】 前記鋳造用アルミに鋳包まれる有底円筒
   形状のコップ状部材を構成する強化アルミ部材の外壁面
   に凹凸部を設けることを特徴とする請求項１から４のい
   ずれかに記載の内燃機関の一体形シリンダヘッド。
6. 【請求項６】 前記鋳造用アルミに鋳包まれる有底円筒
   形状のコップ状部材の頂壁面に、排気ポートに対応して
   コップ状部材と同一の強化アルミ部材からなる隆起部を
   一体に設け、この隆起部を貫通して排気ポートを設ける
   ことで、排気ポートの内側壁の少なくとも一部を強化ア
   ルミ部材で形成したことを特徴とする請求項１から５の
   いずれかに記載のシリンダヘッド一体型シリンダブロッ
   ク。
7. 【請求項７】 前記ライナ部の軸方向長さは、前記ピス
   トンが前記燃焼室側から下死点位置までの間を往復摺動
   可能な長さとすることを特徴とする請求項１から６のい
   ずれかに記載のシリンダヘッド一体型シリンダブロッ
   ク。
8. 【請求項８】 強化アルミ部材からなるコップ状部材と
   これを包む鋳造用アルミ部材からなる囲繞部材との合わ
   せ面端部をシール部材で塞ぐことを特徴とする請求項１
   〜７のいずれかに記載のシリンダヘッド一体型シリンダ
   ブロック。
9. 【請求項９】 強化アルミ部材からなるコップ状部材と
   これを包む鋳造用アルミ部材からなる囲繞部材とを貫通
   して吸気ポートと排気ポートとを形成したときに露出し
   た、コップ状部材と囲繞部材との合わせ面端部をシール
   部材で塞いだことを特徴とする請求項８記載のシリンダ
   ヘッド一体型シリンダブロック。
10. 【請求項１０】 耐熱性と耐摩耗性を有する強化アルミ
    材で、有底円筒形状のコップ状部材を成型し、成型後の
    コップ状部材を鋳造用アルミ材で鋳包んでシリンダヘッ
    ド部とシリンダブロック部とを一体物として成型し、コ
    ップ状部材を鋳包んだシリンダブロック部を、コップ状
    部材を構成する強化アルミ材の材料特性が変化しない温
    度条件下で加圧することを特徴とするシリンダヘッド一
    体型シリンダブロックの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記加圧前に、前記コップ状部材とこ
    のコップ状部材を鋳包んだ鋳造用アルミ材との合わせ面
    端部を溶接することを特徴とする請求項１０記載のシリ
    ンダヘッド一体型シリンダブロックの製造方法。
12. 【請求項１２】 前記溶接する合わせ面端部を加圧後に
    削除するとともに、この削除部分の寸法を見込んで、コ
    ップ状部材の寸法と鋳造用の金型寸法とを予め大きめに
    設定しておくことを特徴とする請求項１１記載のシリン
    ダヘッド一体型シリンダブロックの製造方法。
13. 【請求項１３】 前記コップ状部材の肉厚を最終成型品
    の肉厚よりも所定寸法だけ厚く設定しておき、前記加圧
    処理の後に、最終肉厚に至るまで コップ状部材の内壁
    面を削除することを特徴とする請求項１０から１２のい
    ずれかに記載のシリンダヘッド一体型シリンダブロック
    の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記コップ状部材の内側に、所定厚さ
    でコップ状のアルミ鋳物を形成し、この内側アルミ鋳物
    付きのコップ状部材を鋳造用アルミ材からなる囲繞部材
    で鋳包み、その際、囲繞部材はコップ状部材の開口部に
    おいて前記内側アルミ鋳物の端部と接合するようにし、
    次いで、その接合した合わせ面端部を溶接した後、前記
    加圧処理を施し、最後に、溶接部分を削除するととも
    に、最終肉厚に至るまで内側アルミ鋳物とともにコップ
    状部材の内壁面を削除することを特徴とする請求項１０
    記載のシリンダヘッド一体型シリンダブロックの製造方
    法。
15. 【請求項１５】 前記コップ状部材を第１のコップ状部
    材とするとき、この第１のコップ状部材の内側に嵌合可
    能な第２のコップ状部材を鋳造用アルミ材で形成し、こ
    の第２のコップ状部材を前記第１のコップ状部材の内側
    に圧入した後、第１のコップ状部材を鋳造用アルミ材か
    らなる囲繞部材で鋳包んで、その際、囲繞部材は第１の
    コップ状部材の開口部において前記第２のコップ状部材
    の端部と接合するようにし、次いで、その接合した合わ
    せ面端部を溶接した後、前記加圧処理を施し、最後に、
    溶接部分を削除するとともに、最終肉厚に至るまで第２
    のコップ状部材とともに第１のコップ状部材の内壁面を
    削除することを特徴とする請求項１１記載のシリンダヘ
    ッド一体型シリンダブロックの製造方法。
16. 【請求項１６】 筒状のシリンダブロック部とこのシリ
    ンダブロック部の一方の開口端を塞ぐシリンダヘッド部
    とを鋳造用アルミ材で一体に鋳造する一方、耐熱性と耐
    摩耗性を有する強化アルミ材からなる有底円筒形状のコ
    ップ状部材を用意し、このコップ状部材を前記シリンダ
    ブロック部の他方の開口端から圧入し、これにより一体
    化されたコップ状部材とシリンダブロック部とを、コッ
    プ状部材を構成する強化アルミ材の材料特性が変化しな
    い温度条件下で加圧することを特徴とするシリンダヘッ
    ド一体型シリンダブロックの製造方法。
17. 【請求項１７】 前記加圧前に、前記コップ状部材とこ
    のコップ状部材を鋳包んだ鋳造用アルミ材との合わせ面
    端部を溶接することを特徴とする請求項１６記載のシリ
    ンダヘッド一体型シリンダブロックの製造方法。
18. 【請求項１８】 前記溶接する合わせ面端部を加圧後に
    削除するとともに、この削除部分の寸法を見込んで、コ
    ップ状部材の寸法と鋳造用アルミ材の寸法とを予め大き
    めに設定しておくことを特徴とする請求項１７記載のシ
    リンダヘッド一体型シリンダブロックの製造方法。
19. 【請求項１９】 前記コップ状部材の肉厚を最終成型品
    の肉厚よりも所定寸法だけ厚く設定しておき、前記加圧
    処理の後に、最終肉厚に至るまで コップ状部材の内壁
    面を削除することを特徴とする請求項１６〜１８のいず
    れかに記載のシリンダヘッド一体型シリンダブロックの
    製造方法。
20. 【請求項２０】 耐熱性と耐摩耗性を有する強化アルミ
    材で、有底円筒形状のコップ状部材を成型し、成型後の
    コップ状部材を鋳造用アルミ材で鋳包んでシリンダヘッ
    ド部とシリンダブロック部とを一体物として成型するに
    際し、鋳包み用の鋳造型にセットする時の回転方向での
    位置決め用として位置決め部をコップ状部材の開放端部
    に設け、前記鋳造型にコップ状部材をセットするに当た
    って、コップ状部材を回転させ、コップ状部材の位置決
    め部の検出による鋳造型に対する位置決め終了後に、コ
    ップ状部材を鋳造用アルミ部材で鋳包んでシリンダブロ
    ック部を成型することを特徴とする請求項１０記載のシ
    リンダヘッド一体型シリンダブロックの製造方法。
21. 【請求項２１】 コップ状部材の外周面と、シリンダブ
    ロック部の内周面の少なくともいずれか一方に、シリン
    ダ軸方向に向かう溝を形成しておくことを特徴とする請
    求項１６に記載のシリンダヘッド一体型シリンダブロッ
    クの製造方法。