JP2016089744A - Cylinder sleeve - Google Patents

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Nobuaki Suzuki
延明 鈴木
小野　晋太郎
Shintaro Ono
晋太郎 小野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder sleeve which has proper adhesion to a cylinder block, and which can achieve downsizing of an engine by shortening a pitch between mutually adjacent cylinder bores of the cylinder block.SOLUTION: A plurality of recessed pores 3 are formed on an outer peripheral surface 1a of a cylinder sleeve.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、シリンダスリーブに関し、詳しくは、ダイキャストにてシリンダブロックに鋳包まれるシリンダスリーブに関する。   The present invention relates to a cylinder sleeve, and more particularly to a cylinder sleeve cast into a cylinder block by die casting.

従来より、自動車用エンジンのシリンダブロックは、一般的に、量産性や性能、コストの面で有利なアルミダイカストによって製造される。シリンダブロックは、ピストンが摺動するシリンダボアを備えており、シリンダボアの内面は、円筒状の鋳鉄製シリンダスリーブによって画成される。このようなシリンダスリーブは、一般的に、シリンダブロックのダイカスト時に同時に該シリンダブロック内に鋳包まれる。このようなシリンダスリーブには、通常、次のような性能が求められる。
（１）シリンダブロックとシリンダスリーブ間の密着性が求められる。燃焼ガスで高温に曝されるシリンダスリーブの壁温を安定化させるためである。このためには、運転時ないし運転経過後もシリンダブロックとシリンダスリーブ間に部分的な隙間が発生しないように密着させる必要がある。
（２）シリンダブロックとシリンダスリーブによる燃焼熱の放散性が求められる。このためには、シリンダスリーブとシリンダブロックとの接触面積の増大化を図る必要がある。
（３）メカロス及びブローバイガス低減のために、シリンダボアの変形を常時防止することが求められる。このためには、シリンダスリーブ内の残留応力低減を図るとともに、シリンダブロックによってシリンダスリーブが一体的に保持される、いわゆる高い機械的アンカー性能が求められる。 Conventionally, a cylinder block of an automobile engine is generally manufactured by aluminum die casting which is advantageous in terms of mass productivity, performance, and cost. The cylinder block includes a cylinder bore with which a piston slides, and an inner surface of the cylinder bore is defined by a cylindrical cast iron cylinder sleeve. Such a cylinder sleeve is generally cast into the cylinder block at the same time as the cylinder block is die-cast. Such a cylinder sleeve usually requires the following performance.
(1) Adhesion between the cylinder block and the cylinder sleeve is required. This is to stabilize the wall temperature of the cylinder sleeve that is exposed to high temperature by the combustion gas. For this purpose, it is necessary to closely contact the cylinder block and the cylinder sleeve so that no partial gap is generated during or after the operation.
(2) Dissipation of combustion heat by the cylinder block and the cylinder sleeve is required. For this purpose, it is necessary to increase the contact area between the cylinder sleeve and the cylinder block.
(3) In order to reduce mechanical loss and blow-by gas, it is required to always prevent deformation of the cylinder bore. For this purpose, a so-called high mechanical anchor performance in which the residual stress in the cylinder sleeve is reduced and the cylinder sleeve is integrally held by the cylinder block is required.

このような要求に応えるべく、例えば、下記の特許文献１に記載の技術では、シリンダブロックとシリンダスリーブの密着性を良くするために、シリンダスリーブの外周面に凸状突起を設けることが提案されている。また、シリンダブロックとシリンダスリーブとの接触面における機械的アンカー性能を高めるべく、下記の特許文献２では、シリンダスリーブの外周面に連続溝を切削加工によって設けるとともに、溝断面に２つのアンダーカット部を形成することが提案されている。   In order to meet such a requirement, for example, in the technique described in Patent Document 1 below, it is proposed to provide a convex protrusion on the outer peripheral surface of the cylinder sleeve in order to improve the adhesion between the cylinder block and the cylinder sleeve. ing. Further, in order to enhance the mechanical anchor performance on the contact surface between the cylinder block and the cylinder sleeve, in Patent Document 2 below, a continuous groove is provided on the outer peripheral surface of the cylinder sleeve by cutting, and two undercut portions are provided in the groove cross section. Has been proposed to form.

特開２００９−２４３３８６JP2009-243386 特開２０１０−５９９０９JP 2010-59909 A

しかしながら、上記した特許文献１，２には次のような課題があった。
すなわち、特許文献１の技術では、シリンダブロックの互いに隣合うシリンダボア内のシリンダスリーブの外周面の凸状突起は互いに向かい合う状態になっている。このため、シリンダバレルが鋳造される部位へ、シリンダブロックの素材であるアルミニウム合金を充填する際の充填性が良くなく、これにより、シリンダボア間の強度がばらつき、シリンダボア間の強度の確保が難しくなっている。また、シリンダバレルが鋳造される部位には冷却水が通されるための細い穿孔を加工する必要があることから、シリンダボア間ピッチをあまり短くすることができない。すなわち、シリンダボア間ピッチを短くしようにも、凸状突起が突出する分、十分に短くすることができないため、エンジンのダウンサイジング化が難しい。さらに、同文献のシリンダスリーブを採用してシリンダブロックを鋳造する場合、回転金型を用いた遠心鋳造法でしか鋳造できず、生産性や材料品質面で優位性のある従来の生型（＝砂型）鋳造法を採用することができず、製造上不利である。 However, Patent Documents 1 and 2 described above have the following problems.
That is, in the technique of Patent Document 1, the convex protrusions on the outer peripheral surface of the cylinder sleeve in the cylinder bores adjacent to each other in the cylinder block are in a state of facing each other. For this reason, the filling property when filling the part where the cylinder barrel is cast with the aluminum alloy, which is the material of the cylinder block, is not good. As a result, the strength between the cylinder bores varies, making it difficult to ensure the strength between the cylinder bores. ing. Moreover, since it is necessary to process a thin hole for allowing cooling water to pass through a portion where the cylinder barrel is cast, the pitch between the cylinder bores cannot be made very short. That is, even if the pitch between the cylinder bores is shortened, it is difficult to make the engine downsized because the projecting projections cannot be sufficiently shortened. Furthermore, when the cylinder block is cast using the cylinder sleeve of the same document, it can be cast only by a centrifugal casting method using a rotating die, and a conventional green mold (= Sand mold) casting method cannot be adopted, which is disadvantageous in production.

特許文献２の技術では、切削工具の刃先をシリンダスリーブ径方向に対して傾斜させたまま回転体に切り込みを入れ、切削工具に往復送りを与える加工法により、シリンダスリーブの外周面に連続溝とアンダーカット部を形成するようにしている。このとき、１つの溝断面において、２つのアンダーカット部が形成されるようになっている。
しかしながら、同文献の技術では、工具刃先の径（コーナーｒ）は小さく極めて繊細な形状であることから、刃先の早期の摩耗や欠けが発生することが懸念される。このため、工具の寿命を短くしてしまうおそれがあり、しかも、工具の形状や寸法の維持管理が困難になるおそれがある。また、同文献の技術では、シリンダスリーブの外周面に機械加工を施すことから、該外周面が硬くなる遠心鋳造法より生型鋳造が向いており、素材に応じて鋳造工法の制約がある。しかも、該外周面に正確な連続溝を切削加工するには、加工機械にクランプしても歪まない程度のシリンダスリーブの高い剛性が求められるため、シリンダスリーブの薄肉化を図ることは難しい。たとえ、シリンダスリーブをシリンダブロックに鋳包んだ後に、加工によりシリンダスリーブを薄肉化した場合でも、シリンダスリーブの加工工程が増える分、歩留り低下や加工費アップの要因となる。 In the technique of Patent Document 2, a continuous groove is formed on the outer peripheral surface of the cylinder sleeve by a cutting method in which the cutting edge of the cutting tool is inclined with respect to the cylinder sleeve radial direction and a reciprocating feed is given to the cutting tool. An undercut portion is formed. At this time, two undercut portions are formed in one groove cross section.
However, in the technique of this document, since the diameter (corner r) of the tool cutting edge is small and extremely delicate, there is a concern that the cutting edge may be worn or chipped early. For this reason, there exists a possibility that the lifetime of a tool may be shortened, and also there exists a possibility that the maintenance of the shape and dimension of a tool may become difficult. Further, in the technique of this document, since the outer peripheral surface of the cylinder sleeve is machined, green casting is more suitable than the centrifugal casting method in which the outer peripheral surface is hard, and there is a restriction on the casting method depending on the material. In addition, in order to cut an accurate continuous groove on the outer peripheral surface, high rigidity of the cylinder sleeve is required so as not to be distorted even if it is clamped by a processing machine. Therefore, it is difficult to reduce the thickness of the cylinder sleeve. Even if the cylinder sleeve is thinned by processing after the cylinder sleeve is cast into the cylinder block, the increase in the number of cylinder sleeve processing steps causes a reduction in yield and an increase in processing cost.

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、シリンダブロックとの密着性が良く、しかも、シリンダブロックにおける互いに隣合うシリンダボア間ピッチを短くすることによってエンジンのダウンサイジング化を図ることができるシリンダスリーブを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to achieve good down-sizing of the engine by reducing the pitch between cylinder bores adjacent to each other in the cylinder block with good adhesion to the cylinder block. It is to provide a cylinder sleeve that can be realized.

本発明に係るシリンダスリーブでは、上記目的を達成するために、シリンダスリーブの外周面に複数の凹状細孔を形成した構成としている。
さらに、シリンダスリーブの一態様では、上記複数の凹状細孔は、それぞれ、それらの縦断面内において、上記シリンダスリーブの外周面より内側に上記アンダーカット部を有する構成としている。
さらに、シリンダスリーブの一態様では、上記複数の凹状細孔は、それぞれ、それらの縦断面内において、上記シリンダスリーブの外周面より外側に上記アンダーカット部を有する構成としている。
さらに、シリンダスリーブの一態様では、上記アンダーカット部は、複数個、好ましくは、３か所以上６か所以下有する構成としている。
さらに、シリンダスリーブの一態様では、上記複数の凹状細孔は、孔径φ０．５〜３ｍｍ、好ましくはφ１〜３ｍｍ、深さ０．５〜２．０ｍｍである構成としている。
さらに、シリンダスリーブの一態様では、上記複数の凹状細孔は、１ｃｍ２当り１個以上乃至４００個以下、好ましくは１個以上乃至１００個以下である構成としている。
さらに、シリンダスリーブの一態様では、上記複数の凹状細孔は、レーザビームの照射によって上記シリンダスリーブの外周面に複数の溶融池を形成し、これらの溶融池を凝固させて形成した複数の凹状細孔である構成としている。
さらに、シリンダスリーブの一態様では、上記レーザビームは、１つの上記凹状細孔を形成するために複数回照射するレーザであり、順次、直前の溶融池に隣接して次の溶融池を形成するように照射し、これらの溶融池により上記複数の凹状細孔をそれぞれ形成した構成としている。
さらに、シリンダスリーブの一態様では、上記レーザビームは３ショットレーザであり、最初のレーザビーム照射により第１の溶融池を形成し、次いで、２番目のレーザビーム照射により上記第１の溶融池に隣接して第２の溶融池を形成し、さらに、３番目のレーザビーム照射により上記第１の溶融池と第２の溶融池のそれぞれのビーム中心を結ぶ直線上から外れた部位であり、かつ、該第１または第２の溶融池に隣接して第３の溶融池を形成し、これら第１〜第３の溶融池により上記複数の凹状細孔のそれぞれを形成した構成としている。
さらに、シリンダスリーブの一態様では、上記レーザビームは、スポット径を５０〜６００μｍに絞った波長１．０６μｍの細径レーザービームであり、１〜５ｋｗの出力で、１つの上記凹状細孔につき照射時間を１０〜１００ｍｓｅｃにした構成としている。 In order to achieve the above object, the cylinder sleeve according to the present invention has a configuration in which a plurality of concave pores are formed on the outer peripheral surface of the cylinder sleeve.
Furthermore, in one aspect of the cylinder sleeve, each of the plurality of concave pores is configured to have the undercut portion inside the outer peripheral surface of the cylinder sleeve in the longitudinal section thereof.
Furthermore, in one aspect of the cylinder sleeve, each of the plurality of concave pores is configured to have the undercut portion outside the outer peripheral surface of the cylinder sleeve in the longitudinal section thereof.
Furthermore, in one aspect of the cylinder sleeve, the undercut portion has a plurality, preferably 3 or more and 6 or less.
Furthermore, in one aspect of the cylinder sleeve, the plurality of concave pores have a diameter of 0.5 to 3 mm, preferably 1 to 3 mm, and a depth of 0.5 to 2.0 mm.
Furthermore, in one mode of the cylinder sleeve, the plurality of concave pores is configured to be 1 to 400, preferably 1 to 100, per 1 cm 2 .
Furthermore, in one aspect of the cylinder sleeve, the plurality of concave pores are formed by forming a plurality of molten pools on the outer peripheral surface of the cylinder sleeve by irradiation with a laser beam, and solidifying these molten pools. It is set as the structure which is a pore.
Furthermore, in one aspect of the cylinder sleeve, the laser beam is a laser that is irradiated a plurality of times to form one concave pore, and sequentially forms the next molten pool adjacent to the immediately preceding molten pool. The plurality of concave pores are formed by these molten pools.
Further, in one aspect of the cylinder sleeve, the laser beam is a three-shot laser, and the first molten pool is formed by the first laser beam irradiation, and then the second molten laser beam is applied to the first molten pool. Forming a second molten pool adjacent to the first molten pool; and a portion deviated from a straight line connecting the respective beam centers of the first molten pool and the second molten pool by the third laser beam irradiation; and The third molten pool is formed adjacent to the first or second molten pool, and each of the plurality of concave pores is formed by the first to third molten pools.
Furthermore, in one aspect of the cylinder sleeve, the laser beam is a small-diameter laser beam having a wavelength of 1.06 μm with a spot diameter reduced to 50 to 600 μm, and is irradiated to one concave pore with an output of 1 to 5 kw. The time is set to 10 to 100 msec.

本発明に係るシリンダスリーブでは、シリンダスリーブの外周面に複数の凹状細孔を形成した構成としているので、該凹状細孔によるシリンダブロックとの密着性を維持しつつ、シリンダスリーブ外周面に凸状の突起がない分、シリンダスリーブが配設された互いに隣合うシリンダボア間ピッチを短くすることができる。このため、エンジンのダウンサイジング化が可能となる。
また、シリンダスリーブ外周面に形成した複数の凹状細孔にアンダーカット部を設けたので、シリンダスリーブをシリンダブロックに鋳包んだ際には、シリンダブロックとの密着性を良好にすることができる。また、凹状細孔を形成した分、シリンダスリーブ外周面とシリンダブロックとの接触面積の増大化を図ることができる。このため、シリンダスリーブの燃焼熱を効率的にシリンダバレルに逃がすことができる。しかも、シリンダスリーブの凹状細孔とアンダーカット部によって、シリンダブロックによるシリンダスリーブに対する高い機械的アンカー性能が得られるので、運転時の昇温および降温に伴うシリンダバレル(素材がアルミニウム合金)とシリンダスリーブ(素材が鋳鉄)との線膨張係数差に起因した変形応力に抗して、シリンダボアの真円度を維持することができる。このため、メカロスやブローバイガスを低減でき、燃費向上にも寄与することができる。 In the cylinder sleeve according to the present invention, since a plurality of concave pores are formed on the outer peripheral surface of the cylinder sleeve, the cylindrical sleeve has a convex shape on the outer peripheral surface while maintaining adhesion to the cylinder block by the concave pores. Since there is no protrusion, the pitch between the cylinder bores adjacent to each other where the cylinder sleeve is disposed can be shortened. For this reason, the engine can be downsized.
In addition, since the undercut portions are provided in the plurality of concave pores formed on the outer peripheral surface of the cylinder sleeve, when the cylinder sleeve is cast into the cylinder block, the adhesion with the cylinder block can be improved. Further, the contact area between the outer peripheral surface of the cylinder sleeve and the cylinder block can be increased by the amount of the concave pores formed. For this reason, the combustion heat of the cylinder sleeve can be efficiently released to the cylinder barrel. Moreover, because the cylinder sleeve's concave pores and undercuts provide high mechanical anchoring performance to the cylinder sleeve by the cylinder block, the cylinder barrel (the material is an aluminum alloy) and the cylinder sleeve that accompany the temperature rise and fall during operation The roundness of the cylinder bore can be maintained against the deformation stress caused by the difference in linear expansion coefficient from the material (cast iron). For this reason, mechanical loss and blow-by gas can be reduced, and it can also contribute to fuel consumption improvement.

本発明に係るシリンダスリーブの一実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view showing one embodiment of a cylinder sleeve concerning the present invention. 図１に矢印Ｂで示す円で囲む部分を拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and shows the part enclosed with the circle | round | yen shown by the arrow B in FIG. 本発明に係るシリンダスリーブの一実施形態で採用するレーザビームの照射タイミングを示す図である。It is a figure which shows the irradiation timing of the laser beam employ | adopted by one Embodiment of the cylinder sleeve which concerns on this invention. 図３に示したレーザビームの照射タイミングの１番目の照射によって形成される凹状細孔を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。4A and 4B show concave pores formed by the first irradiation of the laser beam irradiation timing shown in FIG. 3, wherein (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view. 図３に示したレーザビームの照射タイミングの２番目の照射によって形成される凹状細孔を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。4A and 4B show concave pores formed by the second irradiation of the laser beam irradiation timing shown in FIG. 3, where FIG. 5A is a plan view and FIG. 図３に示したレーザビームの照射タイミングの３番目の照射によって形成される凹状細孔を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。4A and 4B show concave pores formed by the third irradiation of the laser beam irradiation timing shown in FIG. 3, in which FIG. 3A is a plan view and FIG. 本発明に係るシリンダスリーブの一実施形態で採用するレーザビームの照射によって形成される凹状細孔を詳しく示す断面図であり、（ａ）はアンダーカット部が３か所に形成された様子を示し、（ｂ）はアンダーカット部が４か所に形成された様子を示し、（ｃ）はアンダーカット部が６か所に形成された様子を示している。It is sectional drawing which shows in detail the concave pore formed by irradiation of the laser beam employ | adopted by one Embodiment of the cylinder sleeve which concerns on this invention, (a) shows a mode that the undercut part was formed in three places. (B) shows a state in which undercut portions are formed at four places, and (c) shows a state in which undercut portions are formed at six places. 図３に示したレーザビームの照射タイミングによる照射によって形成される凹状細孔を示す写真であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。It is a photograph which shows the concave pore formed by irradiation by the irradiation timing of the laser beam shown in FIG. 3, (a) is a top view, (b) is the sectional view on the AA line in (a). （ａ）〜（ｆ）は、本発明に係るシリンダスリーブの一実施形態で形成した凹状細孔をそれぞれ示す断面図である。(A)-(f) is sectional drawing which each shows the concave pore formed in one Embodiment of the cylinder sleeve which concerns on this invention.

以下、本発明に係るシリンダスリーブの実施の形態について、図１〜図９を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態に係るシリンダスリーブ１は、円筒状の鋳鉄製スリーブであり、該シリンダスリーブを適宜なタイミングで回転送りしながら、図示しないレーザビームをシリンダスリーブ１の外周面１ａに照射して該外周面に複数の溶融池２を形成し、これらの溶融池２を凝固させてシリンダスリーブ１の外周面１ａに複数の凹状細孔３を形成するようにしたものである（図１及び２参照）。複数の凹状細孔３は、図１に示されるように、碁盤の目のように並んで形成されている。
本実施形態で採用するレーザは、ファイバーレーザであり、図３に示すように、１つの凹状細孔３を形成するために、一定のタイミングで３回照射する、いわゆる３ショットレーザである。このレーザの出力は５ｋＷ，１ショットの照射時間は５ｍｓｅｃ、照射間隔は８ｍｓｅｃとなっている。 Hereinafter, embodiments of a cylinder sleeve according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
The cylinder sleeve 1 according to the present embodiment is a cylindrical cast iron sleeve, and the outer circumferential surface 1a of the cylinder sleeve 1 is irradiated with a laser beam (not shown) while rotating and feeding the cylinder sleeve at an appropriate timing. A plurality of molten pools 2 are formed on the surface, and these molten pools 2 are solidified to form a plurality of concave pores 3 on the outer peripheral surface 1a of the cylinder sleeve 1 (see FIGS. 1 and 2). . The plurality of concave pores 3 are formed side by side like a grid as shown in FIG.
The laser employed in the present embodiment is a fiber laser, and is a so-called three-shot laser that irradiates three times at a fixed timing in order to form one concave pore 3, as shown in FIG. The laser output is 5 kW, the irradiation time for one shot is 5 msec, and the irradiation interval is 8 msec.

図４〜図６は、図３に示した３回のレーザビーム照射によって凹状細孔３が形成される様子を示すものである。
図４は、最初のレーザビーム照射によって第１の溶融池２ａが形成される様子を示している。同図（ａ）および（ｂ）において、４ａは１番目のレーザビーム照射の地点（以下、ビーム中心という。）を示し、５ａは最初のレーザビーム照射によって飛び散るスパッタを示し、矢印はスパッタ５ａの飛び散る方向を示している。
図５は第１の溶融池２ａの隣へ２番目のレーザビーム照射をして、第１の溶融池２ａに一部重なって連続する第２の溶融池２ｂが形成される様子を示している。同図（ａ）において、４ｂは２番目のレーザビーム照射のビーム中心を示し、５ｂは２番目のレーザビーム照射によって飛び散るスパッタを示し、矢印はスパッタ５ｂの飛び散る方向を示している。同図（ｂ）は、ビーム中心４ａ，４ｂを結ぶ線Ｘ−Ｘ’における断面を示している。同図（ｂ）において、点線円で囲む部分は、第２の溶融池２ｂの断面両側部分が溶けて矢印方向に流れて凝固してできる、いわゆるアンダーカット部６である。同図（ｂ）の左図によれば、第２の溶融池２ｂの断面両側部分が表面張力と重力により戻されて、この結果、第１の溶融池２ａが凝固遅れになっている一方で、第２の溶融池２ｂが凝固してアンダーカット部６が形成される。
図６は、図５の照射の後に、第１の溶融池２ａの隣へ３番目のレーザビーム照射をすることによって第３の溶融池２ｃが形成される様子を示している。３番目のレーザビーム照射は、第１の溶融池２ａの隣であって、図５（ａ）における線Ｘ−Ｘ’（第１および第２の溶融池２ａ，２ｂにおけるビーム中心４ａ，４ｂを結ぶ線）から横にずれたところに照射される。同図において、４ｃは３番目のビーム中心を示し、５ｃは３番目のレーザビームの照射によって飛び散るスパッタを示し、矢印はスパッタ５ｃの飛び散る方向を示している。図６（ｂ）において、点線円で囲む部分は、第２および第３の溶融池２ｂ，２ｃの断面両側部分が溶けて表面張力で戻る過程で凝固してできるアンダーカット部で６ある。 4 to 6 show how the concave pores 3 are formed by the three times of laser beam irradiation shown in FIG.
FIG. 4 shows how the first molten pool 2a is formed by the first laser beam irradiation. In FIGS. 4A and 4B, 4a represents the first laser beam irradiation point (hereinafter referred to as the beam center), 5a represents the spatter scattered by the first laser beam irradiation, and the arrow represents the sputter 5a. It shows the direction of scattering.
FIG. 5 shows a state in which a second laser beam is irradiated next to the first molten pool 2a to form a continuous second molten pool 2b partially overlapping the first molten pool 2a. . In FIG. 4A, 4b represents the beam center of the second laser beam irradiation, 5b represents the spatter scattered by the second laser beam irradiation, and the arrow represents the direction in which the sputter 5b is scattered. FIG. 5B shows a cross section along line XX ′ connecting the beam centers 4a and 4b. In FIG. 2B, the portion surrounded by a dotted circle is a so-called undercut portion 6 which is formed by melting both sides of the cross section of the second molten pool 2b and flowing in the arrow direction and solidifying. According to the left figure of FIG. 5B, both side portions of the cross section of the second molten pool 2b are returned by the surface tension and gravity, and as a result, the first molten pool 2a is delayed in solidification. The second molten pool 2b is solidified to form the undercut portion 6.
FIG. 6 shows how the third molten pool 2c is formed by irradiating the third laser beam adjacent to the first molten pool 2a after the irradiation of FIG. The third laser beam irradiation is adjacent to the first molten pool 2a, and the beam XX ′ (the beam centers 4a and 4b in the first and second molten pools 2a and 2b) in FIG. Irradiated at a position shifted laterally from the connecting line). In the same figure, 4c shows the center of the third beam, 5c shows the spatter scattered by the irradiation of the third laser beam, and the arrow shows the direction in which the sputter 5c scatters. In FIG. 6 (b), the portion surrounded by the dotted circle is an undercut portion 6 formed by solidification in the process where both side portions of the second and third molten pools 2b, 2c are melted and returned by surface tension.

図７は、本実施形態によって形成される様々な凹状細孔３を詳しく示すもので、（ａ）は、点線円で囲む３か所にアンダーカット部６が形成されている凹状細孔３を示し、（ｂ）は、点線円で囲む４か所にアンダーカット部６が形成されている凹状細孔３を示し、（ｃ）は、点線円で囲む６か所にアンダーカット部６が形成されている凹状細孔３を示している。同図（ｃ）に示すように、アンダーカット部６が、シリンダスリーブ１の外周面１ａから外方へ突出する場合は、その突出量Ｃは０．２ｍｍ以下であることが好ましい。本実施形態では、アンダーカット部６は少なくとも３か所以上、６か所以下の個数形成されるのが最も好ましいが、とくに限定されない。   FIG. 7 shows in detail the various concave pores 3 formed according to this embodiment. FIG. 7A shows the concave pores 3 in which undercut portions 6 are formed in three places surrounded by a dotted circle. (B) shows concave pores 3 in which undercut portions 6 are formed at four locations surrounded by dotted circles, and (c) shows undercut portions 6 formed at six locations surrounded by dotted circles. The concave pores 3 are shown. As shown in FIG. 2C, when the undercut portion 6 protrudes outward from the outer peripheral surface 1a of the cylinder sleeve 1, the protrusion amount C is preferably 0.2 mm or less. In the present embodiment, it is most preferable that the number of the undercut portions 6 is at least 3 or more and 6 or less, but there is no particular limitation.

ここで、凹状細孔３の具体的な形状とサイズについて説明する。凹状細孔３の形状とサイズは、孔径φ０．５〜３ｍｍ、好ましくはφ１〜３ｍｍ、深さ０．５〜２．０ｍｍである。実際のシリンダスリーブ１の外周面１ａに形成される凹状細孔３の数は、シリンダブロック１の形成材料であるアルミとの密着強さから算出して、１ｃｍ２当り１個以上乃至４００個以下、好ましくは１個以上乃至１００個(=φ１ｍｍ、１ｍｍ間隔)以下とするのが、シリンダブロックの基材であるアルミニウム合金とシリンダスリーブ１との間の密着性の向上とシリンダボアの変形の防止を図る上で好ましい。
また、凹状細孔３の深さが２．０ｍｍ以下とすることで、レーザからの入熱による凹状細孔３の周辺部の基材（鋳鉄）にチルが発生することを抑制しつつ、シリンダスリーブ１の基材（鋳鉄）を焼入れてマルテンサイト化させることがないので、シリンダスリーブ１の内周面の摺動特性や切削性に影響を与えることはなく、製造上有利である。上記した凹穴細孔３は、ファイバーレーザー照射のスポット径を５０〜６００μｍに絞った波長１．０６μｍの細径レーザービームを１〜５ｋｗの出力で、１つの凹状細孔３につき照射時間１０〜１００ｍｓｅｃにて成形する。特に、既述のアンダーカット部６を有する凹状細孔３の成形では、ミラー移動の軌跡をＬ字型、または円運動に設定することが必要である。 Here, the specific shape and size of the concave pore 3 will be described. The shape and size of the concave pores 3 are a pore diameter of φ0.5 to 3 mm, preferably φ1 to 3 mm, and a depth of 0.5 to 2.0 mm. The actual number of the concave pores 3 formed on the outer peripheral surface 1a of the cylinder sleeve 1 is calculated from the adhesion strength with aluminum, which is the material forming the cylinder block 1, and is 1 to 400 per cm 2. Preferably, the number is 1 to 100 (= φ1 mm, 1 mm interval) to improve the adhesion between the cylinder block base aluminum alloy and the cylinder sleeve 1 and to prevent deformation of the cylinder bore. It is preferable when trying.
In addition, by setting the depth of the concave pore 3 to 2.0 mm or less, the cylinder is prevented from generating chill in the base material (cast iron) around the concave pore 3 due to heat input from the laser. Since the base material (cast iron) of the sleeve 1 is not quenched and martensiticized, it does not affect the sliding characteristics and cutting properties of the inner peripheral surface of the cylinder sleeve 1 and is advantageous in manufacturing. The above-mentioned concave hole 3 has an irradiation time of 10 to 10 for each concave pore 3 with an output of 1 to 5 kw of a thin laser beam having a wavelength of 1.06 μm with the spot diameter of fiber laser irradiation reduced to 50 to 600 μm. Molding is performed at 100 msec. In particular, in forming the concave pore 3 having the above-described undercut portion 6, it is necessary to set the locus of mirror movement to an L-shape or a circular motion.

上記の手法によれば、図４〜図６に示すようにレーザー照射によって微小領域を急速に溶融させることにより溶融池２を得ることができる。同時にスパットの発生が起こり、溶融池２の一部の液滴が該溶融池の周辺に溢れるが、溢れた液滴は表面張力と重力によってレーザー照射終了後に液面を下げる。その過程で溶融池２の液滴が凝固し、アンダーカット部６が形成される。パルス照射のため、ミラーをＬ字または円軌道で移動させることで、凹穴細孔３内にエネルギー密度の低い領域が発現し、溶け残りや凹凸部が発生し、それらの周囲にも既述と同様な原理によって複数のアンダーカット部６が形成される。実際のシリンダスリーブ１の外周面１ａへ適用するには、ミラーの平衡移動と同期させてシリンダスリーブ円筒の回転速度を調整すれば、広範な面積に既述の凹状細孔３を必要な間隔と数で短時間で成形することができる。   According to said method, as shown in FIGS. 4-6, the molten pool 2 can be obtained by melting a micro area | region rapidly by laser irradiation. At the same time, spatter occurs and some droplets in the molten pool 2 overflow around the molten pool. The overflowed droplets lower the liquid level after the end of laser irradiation due to surface tension and gravity. In the process, the droplets in the molten pool 2 are solidified and the undercut portion 6 is formed. By moving the mirror in an L-shape or circular orbit for pulse irradiation, a low energy density region appears in the concave hole 3, and unmelted portions and uneven portions are generated. A plurality of undercut portions 6 are formed by the same principle as in FIG. In order to apply to the actual outer peripheral surface 1a of the cylinder sleeve 1, if the rotational speed of the cylinder sleeve cylinder is adjusted in synchronism with the equilibrium movement of the mirror, the above-mentioned concave pores 3 can be provided at a necessary interval over a wide area. It can be molded in a short time with a number.

図８は、その他の実施例として、マルチモードファイバーレーザー加工後の凹状細孔３の外観と断面を示す写真であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。同図における加工条件は以下のとおりである。
・使用設備：ファイバーレーザ（ＹＬＳ−５０００、ＩＰＧフォトニクス社製）
・冷却水チラー：オリオンＲＫＥ２２００Ｂ−Ｖ
・ミラーヘッド：３０２０ＨＴ（三菱電機製）
・レーザー波長：１０６４ｎｍ
・レーザーの熱源の径：６００μｍ
・レーザー出力：５ｋＷ（マルチモードの場合）または２ｋＷ（シングルモード）
・照射時間５ｍｓｅｃ／ビーム
・繰り返しショット数：３ショット／穴
・パルス待ち時間：８ｍｓｅｃ
・ミラー移動速度：５００ｍｍ／ｓｅｃ
・ミラー移動軌跡：Ｌ字送り（縦、横、各１ｍｍ）
同写真によれば、凹状細孔３の大きさは、およそ、縦２．６ｍｍ、横２．４ｍｍの範囲内であり、深さは１．２ｍｍであり、４か所のアンダーカット部６が得られているのがわかる。 FIG. 8 is a photograph showing an appearance and a cross section of the concave pore 3 after the multimode fiber laser processing as another example, (a) is a plan view, and (b) is an AA line in (a). It is sectional drawing. The processing conditions in the figure are as follows.
-Equipment used: Fiber laser (YLS-5000, manufactured by IPG Photonics)
・ Cooling water chiller: Orion RKE2200B-V
・ Mirror head: 3020HT (Mitsubishi Electric)
・ Laser wavelength: 1064 nm
-Laser heat source diameter: 600 μm
・ Laser output: 5 kW (multi-mode) or 2 kW (single mode)
・ Irradiation time 5 msec / beam ・ Number of repetitive shots: 3 shots / hole ・ Pulse waiting time: 8 msec
・ Mirror moving speed: 500mm / sec
・ Mirror movement trajectory: L-shaped feed (vertical, horizontal, 1 mm each)
According to the photograph, the size of the concave pore 3 is approximately in the range of 2.6 mm in length and 2.4 mm in width, the depth is 1.2 mm, and four undercut portions 6 are present. You can see that it is obtained.

図９（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態に係るシリンダスリーブ１の外周面１ａに形成される凹状細孔３の様々な断面形状の例を示す。同図（ａ）は、断面略三角形状の凹状細孔３の断面底部にアンダーカット部６が形成された、いわゆるシングルアンダーカットを示している。同図（ｂ）は、断面略矩形状の凹状細孔３の断面上部両側から上方へ突出しつつ横方向へ向かうアンダーカット部６が形成された、いわゆるＵ型凸付シングルアンダーカットを示している。同図（ｃ）は、断面略逆三角形状の凹状細孔３の断面上部両側から上方へ突出しつつ横方向へ向かうアンダーカット部６が形成された、いわゆるＶ型凸付シングルアンダーカットを示している。同図（ｄ）は、断面略矩形状の凹状細孔３の底部両側と中央部に横方向に突出するアンダーカット部６が形成された、いわゆるダブルアンダーカットを示している。同図（ｅ）は、断面略三角形状の凹状細孔３の断面底部および断面上部両側から上方へ突出しつつ横方向へ向かうアンダーカット部６が形成された、いわゆる凸付ダブルアンダーカットを示している。同図（ｆ）は、断面略三角形状の凹状細孔３の断面底部と、その底部中央と、断面上部両側から上方へ突出しつつ横方向へ向かうアンダーカット部６がそれぞれ形成された、いわゆる凸付トリプルアンダーカットを示している。   9A to 9F show examples of various cross-sectional shapes of the concave pores 3 formed on the outer peripheral surface 1a of the cylinder sleeve 1 according to this embodiment. FIG. 5A shows a so-called single undercut in which an undercut portion 6 is formed at the bottom of the cross section of the concave pore 3 having a substantially triangular cross section. FIG. 2B shows a so-called U-shaped convex single undercut in which undercut portions 6 projecting upward from both sides of the upper portion of the concave pore 3 having a substantially rectangular cross section and extending in the lateral direction are formed. . FIG. 6C shows a so-called V-shaped convex single undercut in which undercut portions 6 projecting upward from both sides of the upper section of the concave pore 3 having a substantially inverted triangular cross section are formed. Yes. FIG. 4D shows a so-called double undercut in which undercut portions 6 projecting in the lateral direction are formed on both sides and a center portion of the concave pore 3 having a substantially rectangular cross section. FIG. 5E shows a so-called convex double undercut in which undercut portions 6 projecting upward from both sides of the cross-section bottom and top of the cross-section of the concave pore 3 having a substantially triangular cross-section are formed. Yes. FIG. 6 (f) shows a so-called convex shape in which a cross-sectional bottom portion of a concave pore 3 having a substantially triangular cross-section, a center of the bottom portion, and an undercut portion 6 extending in the lateral direction while projecting upward from both sides of the cross-sectional upper portion. A triple undercut is shown.

本実施形態に係るシリンダスリーブ１によれば、該シリンダスリーブをアルミダイカストによって高速・高圧でシリンダブロック内に鋳包まれた場合でも、既述の凹状細孔３内にアルミが確実に充填され、該凹状細孔内のアンダーカット部６によってシリンダスリーブ１と(シリンダバレル側の)アルミは高い密着強さを得ることができる。これにより、運転時ないし運転経過後もアルミニウム合金素材とシリンダスリーブ間に部分的な隙間が発生したりすることがなくなり、シリンダスリーブ１の壁温を安定化させることができる。
また、本実施形態では、シリンダブロックに鋳包まれた場合において、互いに隣合うシリンダスリーブ１の外周面１ａから互いに突出する凸状突起がない分、シリンダボア間ピッチを詰めることが可能となり、シリンダボア間ピッチの短縮によるエンジンのダウンサイジング化が可能である。
また、生産性や材料品質面で優位性のある従来の生型（＝砂型）鋳造法を用いてシリンダスリーブ１を生産することができるので、製造上有利である。シリンダスリーブ１の外周面１ａに凹状細孔３を形成するのに、従来のように該シリンダスリーブをクランプして機械加工する必要もなくなるので、そのクランプするための剛性も必要でなくなり、したがって、シリンダスリーブ１を薄肉のまま凹状細孔３の加工をすることができる。しかも、従来のようなシリンダスリーブ１のための切削工具を用いないため、工具の寿命や工具の維持管理の必要も無くなる。
加えて、本実施形態では、シリンダスリーブ１の外周面１ａに凸状突起を形成させないので、シリンダスリーブ１の外周面１ａが硬くなる遠心鋳造法でも凹状細孔３を設けることができるため、遠心鋳造法でも本実施形態に係るシリンダスリーブ１の製造が可能となり、鋳造工法の制約を無くすことができる。 According to the cylinder sleeve 1 according to the present embodiment, even when the cylinder sleeve is cast in the cylinder block at high speed and high pressure by aluminum die casting, the above-described concave pores 3 are surely filled with aluminum, The cylinder sleeve 1 and aluminum (on the cylinder barrel side) can obtain high adhesion strength by the undercut portion 6 in the concave pore. As a result, no partial gap is generated between the aluminum alloy material and the cylinder sleeve even during operation or after the operation has elapsed, and the wall temperature of the cylinder sleeve 1 can be stabilized.
Further, in this embodiment, when cast into cylinder blocks, the pitch between the cylinder bores can be reduced by the amount corresponding to the absence of the convex protrusions protruding from the outer peripheral surface 1a of the cylinder sleeve 1 adjacent to each other. The engine can be downsized by shortening the pitch.
Moreover, since the cylinder sleeve 1 can be produced using a conventional green mold (= sand mold) casting method that is superior in terms of productivity and material quality, it is advantageous in manufacturing. In order to form the concave pore 3 on the outer peripheral surface 1a of the cylinder sleeve 1, it is not necessary to clamp and machine the cylinder sleeve as in the prior art, so that the rigidity for clamping is not required, and therefore The concave pore 3 can be processed while the cylinder sleeve 1 is thin. In addition, since a conventional cutting tool for the cylinder sleeve 1 is not used, the tool life and the need for tool maintenance are eliminated.
In addition, in this embodiment, since the convex protrusion is not formed on the outer peripheral surface 1a of the cylinder sleeve 1, the concave pore 3 can be provided even by the centrifugal casting method in which the outer peripheral surface 1a of the cylinder sleeve 1 is hardened. Even in the casting method, the cylinder sleeve 1 according to this embodiment can be manufactured, and the restriction of the casting method can be eliminated.

さらに、本実施形態では、シリンダスリーブ１の外周面１ａに複数の凹状細孔３を設けたことにより、該外周面とシリンダブロックのアルミニウム素材との接触面積を増大させることができ、このため、シリンダブロックとシリンダスリーブによる燃焼熱の放散性を向上させることができる。
さらに、本実施形態では、シリンダスリーブ１の外周面１ａに凹状細孔３を形成する際には該シリンダスリーブに残留応力が発生しないため、エンジンの稼働時においてシリンダボアの変形が起こり難くなる。このため、恒常的にシリンダボアの真円度を維持できるため、メカロスやブローバイガスの低減を図ることができ、エンジンの燃費向上を実現できる。
なお、上記した実施形態では、１つの凹状細孔３を形成するために３ショットレーザを採用したが、本発明は３ショットに限らず、１つの凹状細孔３を形成するために２または４回以上の複数回照射するレーザであっても勿論良い。
また、上記実施形態では、レーザービーム照射によってシリンダスリーブ１の外周面１ａに凹状細孔凹部を形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、要は、シリンダスリーブ１の外周面１ａにスポット状に複数の凹部を形成できる手段、例えば、ドリル、金属球の衝突等その他の機械的な加工によって形成する方法であっても勿論良い。
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。 Furthermore, in this embodiment, by providing a plurality of concave pores 3 on the outer peripheral surface 1a of the cylinder sleeve 1, the contact area between the outer peripheral surface and the aluminum material of the cylinder block can be increased. Dissipation of combustion heat by the cylinder block and the cylinder sleeve can be improved.
Further, in the present embodiment, when the concave pore 3 is formed on the outer peripheral surface 1a of the cylinder sleeve 1, no residual stress is generated in the cylinder sleeve, so that the cylinder bore is hardly deformed when the engine is operating. For this reason, since the roundness of the cylinder bore can be constantly maintained, the mechanical loss and blow-by gas can be reduced, and the fuel efficiency of the engine can be improved.
In the above-described embodiment, a three-shot laser is used to form one concave pore 3, but the present invention is not limited to three shots, and 2 or 4 to form one concave pore 3. Of course, a laser that irradiates more than once may be used.
In the above embodiment, the concave fine pore recess is formed on the outer peripheral surface 1a of the cylinder sleeve 1 by laser beam irradiation. However, the present invention is not limited to this, and the main point is that the outer peripheral surface 1a of the cylinder sleeve 1 is formed. Of course, it is possible to use a means capable of forming a plurality of recesses in a spot shape, for example, a method of forming by other mechanical processing such as a drill, collision of metal balls, or the like.
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made based on the technical idea of the present invention.

１ シリンダスリーブ
１ａ 外周面
２（２ａ，２ｂ，２ｃ） 溶融池
３ 凹状細孔
４（４ａ，４ｂ，４ｃ） ビーム中心
５ａ，５ｂ，５ｃ スパッタ
６ アンダーカット部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder sleeve 1a Outer peripheral surface 2 (2a, 2b, 2c) Weld pool 3 Concave pore 4 (4a, 4b, 4c) Beam center 5a, 5b, 5c Sputter 6 Undercut part

Claims (10)

シリンダスリーブの外周面に複数の凹状細孔を形成したことを特徴とするシリンダスリーブ。   A cylinder sleeve characterized in that a plurality of concave pores are formed on the outer peripheral surface of the cylinder sleeve. 上記複数の凹状細孔は、それぞれ、それらの縦断面内において、上記シリンダスリーブの外周面より内側に上記アンダーカット部を有することを特徴とする請求項１のいずれに記載のシリンダスリーブ。   2. The cylinder sleeve according to claim 1, wherein each of the plurality of concave pores has the undercut portion inside the outer peripheral surface of the cylinder sleeve in a longitudinal section thereof. 上記複数の凹状細孔は、それぞれ、それらの縦断面内において、上記シリンダスリーブの外周面より外側に上記アンダーカット部を有することを特徴とする請求項２のいずれに記載のシリンダスリーブ。   3. The cylinder sleeve according to claim 2, wherein each of the plurality of concave pores has the undercut portion outside the outer peripheral surface of the cylinder sleeve in the longitudinal section thereof. 上記アンダーカット部は、複数個、好ましくは、３か所以上６か所以下有することを特徴とする請求項２または３に記載のシリンダスリーブ。   The cylinder sleeve according to claim 2 or 3, wherein the undercut portion has a plurality, preferably 3 or more and 6 or less. 上記複数の凹状細孔は、孔径φ０．５〜３ｍｍ、好ましくはφ１〜３ｍｍ、深さ０．５〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のシリンダスリーブ。   2. The cylinder sleeve according to claim 1, wherein the plurality of concave pores have a hole diameter of 0.5 to 3 mm, preferably 1 to 3 mm, and a depth of 0.5 to 2.0 mm. 上記複数の凹状細孔は、１ｃｍ２当り１個以上乃至４００個以下、好ましくは１個以上乃至１００個以下であることを特徴とする請求項１または５に記載のシリンダスリーブ。 6. The cylinder sleeve according to claim 1, wherein the plurality of concave pores is 1 to 400, preferably 1 to 100, per 1 cm 2 . 上記複数の凹状細孔は、レーザビームの照射によって上記シリンダスリーブの外周面に複数の溶融池を形成し、これらの溶融池を凝固させて形成した複数の凹状細孔であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のシリンダスリーブ。   The plurality of concave pores are a plurality of concave pores formed by forming a plurality of molten pools on the outer peripheral surface of the cylinder sleeve by irradiation with a laser beam and solidifying the molten pools. The cylinder sleeve in any one of Claims 1-6. 上記レーザビームは、１つの上記凹状細孔を形成するために複数回照射するレーザであり、順次、直前の溶融池に隣接して次の溶融池を形成するように照射し、これらの溶融池により上記複数の凹状細孔をそれぞれ形成したことを特徴とする請求項７に記載のシリンダスリーブ。   The laser beam is a laser that is irradiated a plurality of times to form one concave pore. The laser beam is sequentially irradiated so as to form the next molten pool adjacent to the immediately preceding molten pool. The cylinder sleeve according to claim 7, wherein the plurality of concave pores are formed respectively. 上記レーザビームは３ショットレーザであり、最初のレーザビーム照射により第１の溶融池を形成し、次いで、２番目のレーザビーム照射により上記第１の溶融池に隣接して第２の溶融池を形成し、さらに、３番目のレーザビーム照射により上記第１の溶融池と第２の溶融池のそれぞれのビーム中心を結ぶ直線上から外れた部位であり、かつ、該第１または第２の溶融池に隣接して第３の溶融池を形成し、これら第１〜第３の溶融池により上記複数の凹状細孔のそれぞれを形成したことを特徴とする請求項８に記載のシリンダスリーブ。   The laser beam is a three-shot laser. A first molten pool is formed by first laser beam irradiation, and then a second molten pool is formed adjacent to the first molten pool by second laser beam irradiation. And a portion deviated from a straight line connecting the beam centers of the first and second molten pools by the third laser beam irradiation, and the first or second molten pool The cylinder sleeve according to claim 8, wherein a third molten pool is formed adjacent to the pond, and each of the plurality of concave pores is formed by the first to third molten pools. 上記レーザビームは、スポット径を５０〜６００μｍに絞った波長１．０６μｍの細径レーザービームであり、１〜５ｋｗの出力で、１つの上記凹状細孔につき照射時間を１０〜１００ｍｓｅｃにしたことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のシリンダスリーブ。   The laser beam is a thin laser beam having a wavelength of 1.06 μm with a spot diameter reduced to 50 to 600 μm, and an irradiation time of 10 to 100 msec per one concave pore with an output of 1 to 5 kw. The cylinder sleeve according to any one of claims 7 to 9, characterized by the above.
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