JP2017110518A - シリンダライナの製造方法及びシリンダライナ - Google Patents
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Description
図1は、本発明に係るシリンダライナが適用される多気筒エンジンの断面図である。エンジン1は、自動車等の車両用エンジンであり、図1の紙面に垂直な方向に、4つの気筒が配置された直列4気筒のガソリンエンジンである。
図2は、エンジン1のシリンダブロック5の要部を示す断面図である。図1及び図2を参照して、シリンダブロック5は、アルミニウム合金の鋳造品であるブロック本体50と、このブロック本体50に鋳込まれる、又は圧入される円筒状のシリンダライナ51とを備える。このシリンダライナ51によって、シリンダボア7が形成されている。
続いて、上述のような異方性熱伝導特性を有するシリンダライナ51の製造方法について説明する。当該シリンダライナ51は、例えば天然又は人造のグラファイトを面状に成形したカーボンシート等の異方性熱伝導フィルムを円筒型に造形して作成することができる。しかし、前記カーボンシートは、一般に薄肉であるほど熱伝導の異方性には優れるという傾向があり、如何にしてシリンダライナとして用い得る肉厚や強度を有する構造体となるように造形するかが問題となる。以下、肉厚の薄い異方性熱伝導フィルムを用いながらも、必要な構造的機能を備えたシリンダライナ51を得ることができる製造方法について説明する。
図3は、本発明の第1実施形態に係るシリンダライナの製造方法の工程を示すフローチャートである。シリンダライナの製造方法は、所望の異方性熱伝導特性を有するカーボンシート(シート材)を準備した上で(ステップS1)、順次実行される、前記カーボンシートの少なくとも片面に高熱伝導性金属のメッキ層を形成する表面処理工程(ステップS2)、表面処理後の前記カーボンシートを筒型に巻回し、筒状成形体を造形する造形工程(ステップS3)、及び、前記筒状成形体の巻回層間を接合させる接合工程(ステップS4)からなる。以下、各工程について説明する。
続いて、シリンダライナ51の製造方法の第2実施形態について説明する。図9Aは、第2実施形態に係るメッキシート63Aの、拡大断面付きの斜視図、図9Bは、当該メッキシート63Aを用いて製造されたシリンダライナ51Aの断面構造図である。図9Aにおいて、上段の図の符号P2の部分の拡大断面が、下段に示されている。上記の第1実施形態のメッキ層62は、高熱伝導性金属の単独層からなる。これに代えて、第2実施形態では、メッキ層62に空気層を介在させて断熱機能を具備させる例を示す。
第2実施形態では、中空粒子66を含有するメッキ層62Aがカーボンシート61の片面全体に配置される例を示したが、第3実施形態では当該メッキ層62Aが部分的に配置される例を示す。図10Aは、第3実施形態に係るメッキシート63Bの、拡大断面付きの斜視図、図10Bは、当該メッキシート63Bを用いて製造されたシリンダライナ51Bの断面構造図である。図10Aにおいて、上段の図の符号P3、P4の部分の拡大断面が、下段に示されている。
第4実施形態は、上記第3実施形態のさらなる変形例である。図11Aは、第4実施形態に係るメッキシート63Cの、拡大断面付きの斜視図、図11Bは、当該メッキシート63Cを用いて製造されたシリンダライナ51Cの断面構造図である。図11Aにおいて、上段の図の符号P5、P6及びP7の部分の拡大断面が、下段に示されている。
続いて、ステップS2の表面処理工程において、カーボンシート61上に部分的にメッキ層を形成する第5実施形態について説明する。図12Aは、第5実施形態に係るメッキシート63Dの平面図、図12Bは、当該メッキシート63Dを用いて製造されたシリンダライナ51Dの断面構造図である。
第6実施形態は、第5実施形態の変形例である。図13Aは、第6実施形態に係るメッキシート63Eの平面図、図13Bは、当該メッキシート63Eを用いて製造されたシリンダライナ51Eの断面構造図である。なお、他の断面構造図は気筒軸に沿った断面であるが、図13Bは、気筒軸と直交する方向の断面構造図である。
図14Aは、第7実施形態において用いられるカーボンシート61Aの斜視図、図14Bは、当該カーボンシート61Aを用いて製造されたシリンダライナ51Fの断面構造図である。カーボンシート61Aは、筒型に巻回される方向において厚さ勾配を備えている。具体的にはカーボンシート61Aは、その巻回開始端611(第1端部)における肉厚t1(第1の肉厚)が薄肉で、巻回終了端612(第2端部)における肉厚t2(第2の肉厚)が肉厚t1よりも厚肉である。そして、巻回開始端611から巻回終了端612に向けて、肉厚が徐々に増加している。
第8実施形態では、ステップS3の造形工程において、メッキシート63上に高熱伝導性金属の箔部材を介在させた状態で、メッキシート63を筒型に巻回する例を示す。図15Aは、第8実施形態において用いられるメッキシート63及び前記箔部材としての金属シート67の斜視図、図15Bは、これらを用いて製造されたシリンダライナ51Gの断面構造図である。金属シート67は、例えば数十〜数百ミクロン程度の厚さの銅箔シートを用いることができる。
図16は、シリンダライナの加工例を示す断面構造図である。ここでは、ウォータジャケット26(図1)に積極的に放熱させることができるシリンダライナ51Hを示している。シリンダライナ51Hは、その下端634から上端633よりやや下方の領域までを占めるライナ本体部E1と、上端633付近の領域の放熱部E2とを有している。放熱部E2は、シリンダライナ51Hの上端633付近を、塑性加工によって径方向外側へ折り曲げ、その折り曲げ部分の外周面側を切削してライナ本体部E1と面一にすることによって形成されている。シリンダライナ51Hは、その放熱部E2がウォータジャケット26に配置箇所に対面するよう、シリンダ部55に組み付けられる。
5 シリンダブロック
51、51A〜51H シリンダライナ
61 カーボンシート(シート材)
61A 厚さ勾配付カーボンシート
62 メッキ層(第1メッキ層)
62A 中空粒子含有メッキ層(第2メッキ層)
621 独立メッキ層
622、624 空気層
623 ストライプメッキ層
63、63A〜63F メッキシート
631 巻回開始端(第1端部)
632 巻回終了端(第2端部)
633 上端(軸方向端部)
634 下端
64 筒状成形体
65 接合筒状成形体
66 中空粒子
67 金属シート(箔部材)
B1 メッキ領域
B2 非メッキ領域
C1 内側領域
C2 外側領域
Claims (10)
- 気筒軸方向の熱伝導率が高く気筒径方向の熱伝導率が低いシリンダライナの製造方法であって、
面方向の熱伝導率が高く厚さ方向の熱伝導率が低い異方性熱伝導フィルムからなるシート材の少なくとも片面に、高熱伝導性金属のメッキ層を形成する表面処理工程と、
表面処理後の前記シート材を筒型に巻回し、筒状成形体を造形する造形工程と、
前記筒状成形体の巻回層間を接合させる接合工程と、
を備えるシリンダライナの製造方法。 - 請求項1に記載のシリンダライナの製造方法において、
前記接合工程は、前記表面処理工程において形成されたメッキ層を熱溶融させることによって、前記巻回層間を融着させる熱接合工程である、シリンダライナの製造方法。 - 請求項1又は2に記載のシリンダライナの製造方法において、
前記表面処理工程の際、前記シート材の少なくとも片面の、少なくとも一部に中空粒子を分散配置した状態で、前記メッキ層が形成される、シリンダライナの製造方法。 - 請求項3に記載のシリンダライナの製造方法において、
前記シート材は、筒型に巻回される方向において第1端部と、該第1端部の反対側の第2端部とを有し、
前記表面処理工程の際、前記第1端部側領域には、前記中空粒子が配置されない第1メッキ層が形成され、前記第2端部側領域には、前記中空粒子が配置された第2メッキ層が形成され、
前記造形工程において、前記第1端部を巻回開始側とし前記第2端部を巻回終了側とすることで、径方向内側には前記第1メッキ層が配置され、径方向外側には前記第2メッキ層が配置された前記筒状成形体が形成される、シリンダライナの製造方法。 - 請求項3に記載のシリンダライナの製造方法において、
前記シート材は、筒型に巻回される方向において第1端部と、該第1端部の反対側の第2端部とを有し、
前記表面処理工程の際、前記第1端部側領域であって、気筒への当該シリンダライナの組込時にピストンの上死点付近に位置する軸方向端部側領域には、前記中空粒子が配置されない第1メッキ層が形成され、第2端部側領域、及び、前記第1端部側領域の他の領域には、前記中空粒子が配置された第2メッキ層が形成され、
前記造形工程において、前記第1端部を巻回開始側とし前記第2端部を巻回終了側とすることで、径方向内側には前記第1メッキ層及び前記第2メッキ層が配置され、径方向外側には前記第2メッキ層のみ配置された前記筒状成形体が形成される、シリンダライナの製造方法。 - 請求項1又は2に記載のシリンダライナの製造方法において、
前記表面処理工程の際、前記シート材の少なくとも片面に、互いに独立した複数のメッキ層と、これらメッキ層が形成されない非メッキ領域とが形成され、
前記造形工程において、前記非メッキ領域を空気層とする前記筒状成形体が形成される、シリンダライナの製造方法。 - 請求項6に記載のシリンダライナの製造方法において、
互いに独立した複数のメッキ層は、気筒軸方向に延びるストライプ状のメッキ層である、シリンダライナの製造方法。 - 請求項1又は2に記載のシリンダライナの製造方法において、
異方性熱伝導フィルムが、その肉厚が薄肉になるほど熱伝導率の異方性が高くなる性質を有し、
前記シート材は、筒型に巻回される方向において第1端部と、該第1端部の反対側の第2端部とを有し、前記第1端部が、熱伝導率の異方性が高い所定の第1の肉厚を有し、前記第2端部が、前記第1の肉厚よりも厚い第2の肉厚を有し、
前記造形工程において、前記第1端部を巻回開始側とし前記第2端部を巻回終了側とすることで、径方向内側には前記シート材の前記第1の肉厚部分が配置され、径方向外側には前記シート材の前記第2の肉厚部分が配置された前記筒状成形体が形成される、シリンダライナの製造方法。 - 請求項1又は2に記載のシリンダライナの製造方法において、
前記造形工程において、表面処理後の前記シート材上に高熱伝導性金属の箔部材を介在させた状態で、前記シート材を筒型に巻回する、シリンダライナの製造方法。 - 気筒軸方向の熱伝導率が高く気筒径方向の熱伝導率が低いシリンダライナであって、
面方向の熱伝導率が高く厚さ方向の熱伝導率が低い異方性熱伝導フィルムからなるシート材の筒状巻回体と、
前記筒状巻回体の巻回層間を接合する高熱伝導性金属からなる接合層と、
を備えるシリンダライナ。
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