JP2022010625A - シリンダスリーブ集合体の製造方法及び鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブロック本体との密着性を向上させることが可能であり、しかも、シリンダスリーブ同士の間の耐熱性に優れたシリンダスリーブ集合体を容易且つ効率的に得る。【解決手段】シリンダスリーブ集合体１０の製造方法のスリーブ形成工程では、互いに異なる方向に突出する複数の突起３０が外周面に設けられた複数のシリンダスリーブ２０をそれぞれ形成する。一体化工程では、鋳型３６に対して複数のシリンダスリーブ２０を径方向に間隔を置いて並列させ、シリンダスリーブ２０同士の間にキャビティ３８を形成する。キャビティ３８にブロック本体１８よりも耐熱温度が高い金属材料の溶湯Ｍを鋳込み凝固させることでスリーブ間連結部２６を形成する。スリーブ間連結部２６を介して複数のシリンダスリーブ２０同士を一体化してシリンダスリーブ集合体１０を得る。【選択図】図１０

Description

本発明は、シリンダブロックを形成するためにブロック本体に鋳包まれるように構成されたシリンダスリーブ集合体の製造方法及び鋳造装置に関する。

シリンダボアの内周面をそれぞれ形成する複数のシリンダスリーブと、これらのシリンダスリーブを鋳包むブロック本体とを有する多気筒内燃機関用のシリンダブロックが知られている。この種のシリンダブロックでは、その軽量化を図るべく、ブロック本体がシリンダスリーブよりも軽量な材料（例えば、アルミニウム合金）から構成される。また、シリンダスリーブは、該シリンダスリーブ内に形成される燃焼室で発生する熱や、ピストンとの摺動に耐え得るように、ブロック本体の材料よりも耐熱温度が高い材料（高温下で変形等が生じ難い材料、例えば、鋳鉄）から構成される。

上記のシリンダブロックでは、シリンダスリーブの外周面（鋳包み面）に、突出方向が異なる複数の突起を設けることで、これらの複数の突起に対してブロック本体からの抱き力等を効果的に生じさせることができる。これにより、シリンダスリーブとブロック本体との密着性を向上させることができるため、ブロック本体を介したシリンダスリーブの熱引き性を向上させることや、シリンダブロックの耐久性を向上させること等が可能になる。

ところで、複数のシリンダスリーブは、その径方向に互いに連続するように一体化されたシリンダスリーブ集合体（所謂、サイアミーズシリンダ）を構成してもよい。このようなシリンダスリーブ集合体を一体に製造する場合、比較的複雑な構成からなる砂型を用いた重力鋳造を行うことが一般的である。この場合、上記のような複数の突起はアンダーカットとなる。このため、先ず、突起を有さないシリンダブロック集合体を一体に鋳造し、このシリンダブロック集合体に複数の突起を設ける追加の加工工程を行う必要がある。従って、シリンダブロック集合体の製造工程が複雑になったり、製造効率が低下したりする懸念がある。

例えば、特許文献１には、上記の突起が外周面に設けられた略円筒状のシリンダスリーブを遠心鋳造によって容易且つ効率的に製造することが提案されている。つまり、この製造方法によれば、単体のシリンダスリーブが、その外周面に複数の突起が設けられた状態で製造される。この場合、上記のようにシリンダスリーブ集合体を一体に得る場合とは異なり、複雑な砂型や、突起を形成するための追加の加工工程等を不要とすることができる。

特許第４２１０４６９号公報

上記のように、互いに別体に製造された複数のシリンダスリーブからシリンダブロックを形成する場合、これらのシリンダスリーブを、その径方向に間隔を置いて並列させた状態でブロック本体により鋳包む。このため、シリンダスリーブ同士の間にはブロック本体が介在することになる。

シリンダスリーブ同士の間は、隣接するシリンダスリーブの両方の燃焼室から熱が伝わる分、特に高温になり易い。しかしながら、上記の通り、ブロック本体は、シリンダスリーブに比して耐熱温度が低い材料から構成される。このため、シリンダスリーブ同士の間にブロック本体が介在する分、シリンダスリーブ同士の間の耐熱性（高温強度）が不足し易く、シリンダスリーブの変形等が生じる懸念がある。

そこで、本発明は、シリンダスリーブの外周面に設けられた複数の突起によりブロック本体との密着性を向上させることが可能であり、しかも、シリンダスリーブ同士の間の耐熱性に優れたシリンダスリーブ集合体を容易且つ効率的に得ることが可能なシリンダスリーブ集合体の製造方法及び鋳造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、シリンダブロックを形成するためにブロック本体に鋳包まれるように構成されたシリンダスリーブ集合体の製造方法であって、互いに異なる方向に突出する複数の突起が外周面にそれぞれ設けられた複数のシリンダスリーブを形成するスリーブ形成工程と、複数の前記シリンダスリーブ同士を一体化して前記シリンダスリーブ集合体を得る一体化工程と、を有し、前記一体化工程では、鋳型に対して複数の前記シリンダスリーブを径方向に間隔を置いて並列させ、前記シリンダスリーブ同士の間にキャビティを形成し、該キャビティに前記ブロック本体よりも耐熱温度が高い金属材料の溶湯を鋳込み凝固させることでスリーブ間連結部を形成し、該スリーブ間連結部を介して複数の前記シリンダスリーブ同士を一体化する。

本発明の別の一態様は、シリンダブロックを形成するためにブロック本体に鋳包まれるように構成されたシリンダスリーブ集合体の鋳造装置であって、互いに異なる方向に突出する複数の突起が外周面にそれぞれ設けられた複数のシリンダスリーブを径方向に間隔を置いて並列させた状態で保持するボアピン部と、前記ボアピン部が固定される鋳型と、並列する前記シリンダスリーブ同士の間にキャビティを形成する入子と、を備え、前記鋳型は、前記ブロック本体よりも耐熱温度が高い金属材料の溶湯が供給される湯口と、前記湯口に供給された前記溶湯を前記キャビティに導く溶湯供給部とを有する。

本発明によれば、それぞれ個別に形成された複数のシリンダスリーブを、スリーブ間連結部を介して一体化することでシリンダスリーブ集合体を得ることができる。このため、例えば、シリンダスリーブ集合体を一体に得る場合に用いられる複雑な砂型や、複数の突起を形成するための追加の加工工程等を不要とすることができる。その結果、シリンダスリーブの外周面に複数の突起を有するシリンダスリーブ集合体を容易且つ効率的に得ることができる。

また、このシリンダスリーブ集合体では、隣接するシリンダスリーブ同士の間に、ブロック本体よりも耐熱温度が高い金属材料からスリーブ間連結部が形成される。このため、例えば、シリンダスリーブ同士の間の全体にブロック本体が介在する場合に比して、シリンダスリーブ同士の間の耐熱性（高温強度）を高めることができる。

以上から、シリンダスリーブの外周面に設けられた複数の突起によりブロック本体との密着性を向上させることが可能であり、しかも、シリンダスリーブ同士の間の耐熱性に優れたシリンダスリーブ集合体を容易且つ効率的に得ることができる。

本発明の実施形態に係るシリンダスリーブ集合体の製造方法により得られるシリンダスリーブ集合体を備えるシリンダブロックの概略分解斜視図である。 シリンダブロックのシリンダスリーブの軸方向に沿った概略断面図である。 スリーブ形成工程で形成されるシリンダスリーブの概略斜視図である。 本発明の実施形態に係るシリンダスリーブ集合体の鋳造装置のシリンダスリーブの径方向に沿った概略断面図である。 図４のＶ－Ｖ線矢視断面図である。 図４のＶＩ－ＶＩ線矢視断面図である。 図４のＶＩＩ－ＶＩＩ線矢視断面図である。 図６の要部拡大断面図である。 図５の湯口に溶湯を供給した状態を説明する説明図である。 図８のキャビティに溶湯を充填した状態を説明する説明図である。 変形例に係る鋳造装置を説明する説明図である。 変形例に係る自己燃焼部を説明する説明図である。 他の変形例に係る自己燃焼部を説明する説明図である。

本発明に係るシリンダスリーブ集合体の製造方法及び鋳造装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係るシリンダスリーブ集合体１０の製造方法を適用して製造されるシリンダスリーブ集合体１０は、シリンダブロック１２を構成する。そこで、先ず、シリンダブロック１２について簡単に説明する。

図１に示すように、シリンダブロック１２は、例えば、４個のシリンダボア１４が一列に形成された直列４気筒内燃機関用である。また、シリンダブロック１２は、不図示ながら別体のシリンダヘッドが、図２のガスケット１６を介して上面に結合されている。なお、図１及び図２には、シリンダブロック１２がクローズドデッキ型である場合を例示するが、シリンダブロック１２は、オープンデッキ型であってもよい。

図２に示すように、シリンダブロック１２は、ブロック本体１８によってシリンダスリーブ集合体１０を鋳包むことで形成されている。ブロック本体１８の材料としては、シリンダブロック１２の軽量化等の観点から、アルミニウム合金等を用いることが好ましい。

図１に示すように、シリンダスリーブ集合体１０は、径方向に並列した４個のシリンダスリーブ２０を有する。各シリンダスリーブ２０の内部に、上方に開口するシリンダボア１４が設けられる。つまり、各シリンダスリーブ２０の内周面には、不図示のピストンが摺動する。また、各シリンダスリーブ２０の軸方向の一端部側（図１及び図２においては上端部側）は、シリンダヘッド及びピストンとともに燃焼室２２を形成する燃焼室形成部２４となる。

図１に示すように、本実施形態では、シリンダスリーブ２０の燃焼室形成部２４同士の間に、スリーブ間連結部２６がそれぞれ設けられている。このスリーブ間連結部２６を介して４個のシリンダスリーブ２０が一体化されることでシリンダスリーブ集合体１０が構成される。シリンダスリーブ集合体１０の内部に形成される４個のシリンダボア１４を囲むウォータージャケット２８（図２）が環状溝としてブロック本体１８に設けられている。なお、シリンダブロック１２のシリンダボア１４の個数、換言すると、シリンダスリーブ集合体１０を構成するシリンダスリーブ２０の個数は４個以外の複数であってもよい。

シリンダスリーブ２０の材料としては、ピストンとの摺動に耐え得る機械的強度、耐摩耗性、耐熱性等を確保するべく、鋳鉄等を用いることが好ましい。つまり、シリンダスリーブ２０は、ブロック本体１８よりも耐熱温度が高い材料から構成される。なお、耐熱温度とは、熱による変形や物性変化等によらずに、目的の使用が可能な状態を維持できる最高温度をいう。

本実施形態では、スリーブ間連結部２６は、シリンダスリーブ２０の燃焼室形成部２４同士の間に、シリンダスリーブ２０の材料と同じ金属材料の溶湯Ｍ（図９）を鋳込み凝固させることで形成される。なお、スリーブ間連結部２６を形成するための金属材料（以下、単に「金属材料」ともいう）は、ブロック本体１８よりも耐熱温度が高いものであればよく、シリンダスリーブ２０と同じ材料であることには限定されない。

略円筒状の各シリンダスリーブ２０の外周面には、突出方向が互いに異なる複数の突起３０が設けられている。本実施形態では、複数の突起３０は、各シリンダスリーブ２０の径方向に突出するとともに、各シリンダスリーブ２０の外周面に対して略均等のピッチで配置されている。また、図２に示すように、複数の突起３０のそれぞれは、突出方向の先端部が基端部よりも拡径した形状となっている。

シリンダスリーブ集合体１０の複数の突起３０は、上記の通りブロック本体１８で鋳包まれることで、該ブロック本体１８にそれぞれ埋入されている。図２に示すように、ブロック本体１８の内部において、複数の突起３０は、ウォータージャケット２８に干渉することが回避されている。すなわち、複数の突起３０は、ウォータージャケット２８への干渉を回避可能な範囲で、ブロック本体１８とシリンダスリーブ２０との密着性を向上させることが可能となるように、突出高さが設定されていることが好ましい。また、複数の突起３０の突出高さは、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。

次に、図４～図８を併せて参照しつつ、シリンダスリーブ集合体の鋳造装置３２（以下、単に鋳造装置３２ともいう）について説明する。鋳造装置３２は、互いに別体からなる４個のシリンダスリーブ２０を一体化して、シリンダスリーブ集合体１０（図１）を製造する。具体的には、鋳造装置３２は、複数のシリンダスリーブ２０を径方向に間隔を置いて並列させた状態で保持するボアピン部３４と、ボアピン部３４が固定される鋳型３６と、並列するシリンダスリーブ２０同士の間にキャビティ３８を形成する入子４０と、超音波振動部４２（図５～図８）と、加熱機構４４（図４）とを主に備える。

図４及び図６に示すように、ボアピン部３４は、各シリンダスリーブ２０の内部に着脱自在に挿入される。このため、本実施形態の鋳造装置３２は４個のボアピン部３４を備える。各ボアピン部３４は、その軸方向の一端側が、鋳型３６の下型４６に設けられた固定部４８に着脱自在に固定される。つまり、シリンダスリーブ２０の内部に挿入されたボアピン部３４を下型４６の固定部４８に固定することで、鋳型３６に対してシリンダスリーブ２０をセットすることができる。

この際、図６に示すように、ボアピン部３４は、鋳型３６に対して、シリンダスリーブ２０の軸方向が上下方向に沿い、且つ燃焼室形成部２４が下側（固定部４８側）を向くようにシリンダスリーブ２０を保持する。つまり、図１及び図２のシリンダブロック１２において上側に配置される各シリンダスリーブ２０の軸方向の一端部側（燃焼室形成部２４側）は、図４～図８の鋳造装置３２において下側に配置される。

図４～図６に示すように、鋳型３６は、下型４６（図５、図６）と、第１上型５０（図４、図５）と、第２上型５２（図４、図６）とを有する。上記のようにして鋳型３６にセットされた複数のシリンダスリーブ２０は、ボアピン部３４を介して下型４６の上部に並列して配置される。これらのシリンダスリーブ２０に対して、その並列方向（図４の矢印Ｘ方向）に直交する直交方向（図４の矢印Ｙ方向）の両側から第１上型５０と第２上型５２とが接近可能になっている。また、上記の直交方向に沿って第１上型５０と第２上型５２とがシリンダスリーブ２０から離間可能になっている。

互いに接近した第１上型５０と第２上型５２とによって複数のシリンダスリーブ２０が挟持される。また、互いに接近した第１上型５０及び第２上型５２の下面は、下型４６の上面に臨む。以下では、上記の直交方向を単に「直交方向」ともいい、シリンダスリーブ２０の並列方向を単に「並列方向」ともいう。

第１上型５０と第２上型５２との間には、上記のシリンダスリーブ２０とともに入子４０が配設される。入子４０は、隣接するシリンダスリーブ２０同士の隙間に直交方向の両側から臨む２個を一組とする。各入子４０は、例えば、鋳物砂等からシリンダスリーブ２０の軸方向に沿って延在する形状に形成されている。本実施形態では、４個のシリンダスリーブ２０によって形成される３個の隙間に対応するように、第１上型５０と第２上型５２との間に３組（合計６個）の入子４０が配設される。

入子４０は、隣接するシリンダスリーブ２０の各々の外周面に当接しつつ、シリンダスリーブ２０同士の隙間に臨むことで、隣接するシリンダスリーブ２０の燃焼室形成部２４同士の間にキャビティ３８を形成する。つまり、並列方向に隣接する燃焼室形成部２４の互いに対向する部分がキャビティ形成部２４ａとなる。鋳型３６では３個のキャビティ３８を形成可能である。各キャビティ３８の下端側には、上記の金属材料の溶湯Ｍ（図９及び図１０）を流入させることが可能な溶湯入口５４（図７及び図８）が設けられている。また、各キャビティ３８の上端側は、第１上型５０及び第２上型５２を上下方向に貫通して設けられるガス抜き孔５６（図５～図７）に連通している。

図４及び図５に示すように、鋳型３６では、金属材料の溶湯Ｍ（図９）が供給される湯口５８が第１上型５０に設けられる。また、湯口５８に供給された溶湯Ｍをキャビティ３８に導く溶湯供給部６０が下型４６に設けられている。湯口５８は、例えば第１上型５０の並列方向の一端側を上下方向に沿って延在する。十分な圧力で溶湯Ｍをキャビティ３８に供給可能となるように、図５に示す湯口５８の上下方向の長さ（高さ）は、例えば、シリンダスリーブ２０の軸方向の長さと同等か、それ以上であることが好ましい。

図７に示すように、溶湯供給部６０は、下型４６の上面の第１上型５０に臨む部分に溝状に形成され、図４に示すように、１本の湯道６２と、３本の堰６４とを有している。湯道６２は、並列方向に延在して設けられ、その一端側が湯口５８と連通している。堰６４は、湯道６２から分岐してキャビティ３８の溶湯入口５４（図７及び図８）に連通する。図７に示すように、湯道６２の深さは、堰６４よりも深くなっている。

図６～図８に示すように、下型４６のうち、溶湯入口５４の下方で堰６４を形成する部分は、下型４６の本体部６６とは別部材から構成された加振部６８となっている。加振部６８は、例えば、セラミックス製であることが好ましいが、特にこれには限定されない。下型４６の本体部６６、第１上型５０及び第２上型５２の材料としては、金属や鋳物砂等が挙げられるが、特にこれらには限定されない。

加振部６８は、例えば、本体部６６の溶湯入口５４（図７、図８）の下方に設けられた切り欠き７０に嵌合すること等によって本体部６６と一体化されている。加振部６８の下端には、超音波振動部４２が接触して設けられている。このため、堰６４を流れる溶湯Ｍには、超音波振動部４２で発生した振動が加振部６８を介して付与される。

図８に示すように、並列方向における各堰６４の幅Ｗは、隣接するシリンダスリーブ２０の外周面同士の距離Ｌ１よりも大きく、隣接するシリンダスリーブ２０の内周面同士の距離Ｌ２以下となっている。このため、図１０に示すように、堰６４を流れる溶湯Ｍは、シリンダスリーブ２０の一端部側（下端部側）の端面２０ａに接触する。つまり、堰６４を流れる溶湯Ｍの熱を、シリンダスリーブ２０の端面２０ａを介してキャビティ形成部２４ａに伝えることができる。このような溶湯供給部６０の堰６４は、シリンダスリーブ２０のキャビティ形成部２４ａを加熱するための加熱機構４４を構成する。

具体的には、加熱機構４４は、キャビティ形成部２４ａを上記の金属材料の融点以上であり、シリンダスリーブ２０の液相線温度よりも低い温度に加熱する。加熱機構４４は、キャビティ形成部２４ａを固相線温度付近の半溶融状態になるように加熱することが好ましい。本実施形態では、加熱機構４４は、上記の配置及び寸法に設定された溶湯供給部６０（堰６４）の他に、キャビティ３８に配置される自己燃焼部７２を有している。図８に示すように、自己燃焼部７２は、溶湯Ｍの熱で発熱反応を生じる自己燃焼剤７４と、溶湯Ｍの熱で消失する消失材７６とを有する。

自己燃焼剤７４は、溶湯Ｍにより加熱されることで、反応熱を伴う化学反応（例えば、燃焼合成 Self-propagating High temperature Synthesis：SHS）を生じる物質である。この自己燃焼剤７４の反応熱を熱源として利用することで、シリンダスリーブ２０のキャビティ形成部２４ａを局所加熱することが可能となっている。自己燃焼剤７４の材料の一例としては、ニッケル（Ｎｉ）粉末及びアルミニウム（Ａｌ）粉末の混合物、チタン（Ｔｉ）粉末及びアルミニウム（Ａｌ）粉末の混合物等が挙げられる。これらの材料の種類、配合比率、粒度により燃焼速度や発熱量等を調整することができる。本実施形態では、自己燃焼剤７４は、上記したような材料からペースト状に形成され、消失材７６の表面に層状に付着している。

消失材７６は、所望の形状に成形することができ、且つ溶湯Ｍの熱で気化して消失する材料（例えば、発泡スチロール等）から構成される。消失材７６は、キャビティ３８内において、自己燃焼剤７４がその発熱反応によりキャビティ形成部２４ａを効果的に加熱可能な配置となるように自己燃焼剤７４を保持する。

本実施形態では、消失材７６は、隣接するシリンダスリーブ２０のキャビティ形成部２４ａ同士の間に、これらのキャビティ形成部２４ａのそれぞれに対向して配置される。この消失材７６の表面に塗布された層状の自己燃焼剤７４に、キャビティ形成部２４ａの複数の突起３０がそれぞれ埋入されるとともに、キャビティ形成部２４ａの突起３０が設けられていない外周面にも自己燃焼剤７４が接触する。

本実施形態に係る鋳造装置３２は基本的には上記のように構成される。以下、本実施形態に係るシリンダスリーブ集合体１０の製造方法について、鋳造装置３２を用いて実施する例を説明する。このシリンダスリーブ集合体１０の製造方法では、先ず、スリーブ形成工程を行う。スリーブ形成工程では、上記の通り、互いに異なる方向に突出する複数の突起３０が外周面にそれぞれ設けられた４個のシリンダスリーブ２０（図３）を形成する。

シリンダスリーブ２０の形成方法は特に限定されるものではないが、例えば、容易且つ効率的にシリンダスリーブ２０を得られる点で遠心鋳造を採用することが好ましい。この場合、例えば、特許第４２１０４６９号公報、特許第５１１１９０３号公報、特許第６０８４１１８号公報等に記載の遠心鋳造法を適用してシリンダスリーブ２０を形成することが可能である。

スリーブ形成工程の後に一体化工程を行う。一体化工程では、図４～図８に示すように、ボアピン部３４を介して下型４６にシリンダスリーブ２０を固定する。これによって、鋳型３６に対して４個のシリンダスリーブ２０が径方向に間隔を置いて並列するように配置される。そして、隣接するシリンダスリーブ２０同士の間に入子４０が臨むように第１上型５０及び第２上型５２を型閉じする。これによって、シリンダスリーブ２０の燃焼室形成部２４同士の間にキャビティ３８を形成する。この際、キャビティ形成部２４ａ同士の間には、自己燃焼部７２を介在させる。

次に、図９に示すように、鋳型３６の湯口５８に金属材料の溶湯Ｍを供給する。湯口５８に供給された溶湯Ｍは、溶湯供給部６０によりキャビティ３８に導かれる。これによって、図１０に示すように、各キャビティ３８には、その下端側に設けられた溶湯入口５４から溶湯Ｍが流入する。この際、溶湯入口５４の下方で堰６４を形成する加振部６８を介して、超音波振動部４２からの振動を溶湯Ｍに付与する。

また、溶湯供給部６０の堰６４を流れる溶湯Ｍは、シリンダスリーブ２０の一端部側（図１０の下端部側）の端面２０ａに接触する。これによって溶湯Ｍの熱がシリンダスリーブ２０の端面２０ａを介してキャビティ形成部２４ａに伝えられる。さらに、キャビティ３８に流入した溶湯Ｍが自己燃焼部７２に接触することで、自己燃焼剤７４の発熱反応が生じるとともに、消失材７６が気化して消失する。これらによって、シリンダスリーブ２０のキャビティ形成部２４ａが、金属材料の融点以上であり、且つシリンダスリーブ２０の液相線温度より低い温度に加熱される。

上記のようにしてキャビティ３８に鋳込んだ金属材料の溶湯Ｍを凝固させることで、スリーブ間連結部２６を形成する。その後、鋳型３６から取り出された鋳造品（不図示）に、必要に応じて方案部を除去する機械加工等を施す。これによって、図１に示すように、スリーブ間連結部２６を介して４個のシリンダスリーブ２０が互いに一体化されたシリンダスリーブ集合体１０を得ることができる。

以上から、本実施形態に係るシリンダスリーブ集合体１０の製造方法及び鋳造装置３２では、それぞれ個別に形成された複数のシリンダスリーブ２０を、スリーブ間連結部２６を介して一体化することでシリンダスリーブ集合体１０を得ることができる。このため、例えば、シリンダスリーブ集合体１０を一体に得る場合に用いられる複雑な砂型や、複数の突起３０を形成するための追加の加工工程等を不要とすることができる。その結果、シリンダスリーブ２０の外周面に複数の突起３０を有するシリンダスリーブ集合体１０を容易且つ効率的に得ることができる。

また、このシリンダスリーブ集合体１０では、隣接するシリンダスリーブ２０同士の間に、ブロック本体１８よりも耐熱温度が高い金属材料からスリーブ間連結部２６が形成されている。このため、例えば、シリンダスリーブ２０同士の間の全体にブロック本体１８が介在する場合に比して、シリンダスリーブ２０同士の間の耐熱性（高温強度）を高めることができる。

従って、本発明によれば、シリンダスリーブ２０の外周面に設けられた複数の突起３０によりブロック本体１８との密着性を向上させることが可能であり、しかも、シリンダスリーブ２０同士の間の耐熱性に優れたシリンダスリーブ集合体１０を容易且つ効率的に得ることができる。

上記の実施形態に係るシリンダスリーブ集合体１０の製造方法のスリーブ形成工程では、遠心鋳造によりシリンダスリーブ２０を形成することとした。この場合、互いに異なる方向に突出する複数の突起３０が外周面に設けられたシリンダスリーブ２０を、簡素で安価な構成により容易且つ効率的に得ることが可能になる。

上記の実施形態に係るシリンダスリーブ集合体１０の製造方法では、シリンダスリーブ集合体１０の各シリンダスリーブ２０は、燃焼室２２（図２）を形成する燃焼室形成部２４を有し、一体化工程では、複数のシリンダスリーブ２０の少なくとも燃焼室形成部２４同士の間にスリーブ間連結部２６を形成することとした。

燃焼室２２の内部では燃料の燃焼反応が生じる。このため、シリンダスリーブ集合体１０は、燃焼室２２を形成する燃焼室形成部２４が特に高温になり易い。このように特に耐熱性を必要とする燃焼室形成部２４同士の間にスリーブ間連結部２６を形成することで、シリンダスリーブ２０同士の間の高温強度を向上させて、シリンダスリーブ２０の熱変形等を効果的に抑制することが可能になる。

また、燃焼室形成部２４同士の間のみにスリーブ間連結部２６を設けることで、シリンダスリーブ２０同士の間の全体にスリーブ間連結部２６を設けた場合よりもシリンダスリーブ集合体１０の軽量化を図ることができる。この場合、スリーブ間連結部２６を形成するために必要な金属材料の量も低減することができるため、シリンダスリーブ集合体１０の歩留まりを向上させることも可能になる。

さらに、燃焼室形成部２４同士の間のみにスリーブ間連結部２６を設けることで、シリンダスリーブ２０同士の間の全体にスリーブ間連結部２６を設けた場合よりも、ブロック本体１８とシリンダスリーブ集合体１０との接触面積を増大させることができる。これによって、ブロック本体１８とシリンダスリーブ集合体１０との密着性を高めることが可能になる。

しかしながら、スリーブ間連結部２６の配置は特に限定されるものではない。シリンダスリーブ２０同士の間に設けるスリーブ間連結部２６の体積を大きくするほど、シリンダスリーブ２０同士の間の耐熱性を向上させることが可能になる。

また、鋳型３６にセットされたシリンダスリーブ２０のキャビティ形成部２４ａは、スリーブ間連結部２６の配置に応じて設定されればよい。このため、例えば、燃焼室形成部２４のみにスリーブ間連結部２６を形成する場合には、隣接するシリンダスリーブ２０における燃焼室形成部２４の互いに対向する部分がキャビティ形成部２４ａとなる。例えば、隣接するシリンダスリーブ２０同士の間の全体にスリーブ間連結部２６を形成する場合には、隣接するシリンダスリーブ２０において互いに対向する部分の全体がキャビティ形成部２４ａになる。

上記の実施形態に係るシリンダスリーブ集合体１０の製造方法の一体化工程では、キャビティ３８に流入させる溶湯Ｍに超音波振動を付与することとした。また、上記の実施形態に係る鋳造装置３２では、キャビティ３８に流入させる溶湯Ｍに超音波振動を付与する超音波振動部４２を備えることとした。

粘性流体である溶湯Ｍとシリンダスリーブ２０の表面とが接触した際に溶湯Ｍの流速を低下させる境界層厚さを、溶湯Ｍに超音波振動を付与することにより低減させることができる。つまり、超音波振動部４２により超音波を付与することで、キャビティ３８内における溶湯Ｍの流動性を高めることができる。このため、複数の突起３０によりシリンダスリーブ２０の表面に、溶湯Ｍが充填され難い凹凸部が形成されても、該凹凸部の内部まで溶湯Ｍを良好に行き渡らせることが可能になる。

また、超音波振動により溶湯Ｍに生じるキャビテーションにより、つまり、溶湯Ｍに発生した気泡が破裂する際の衝撃により、シリンダスリーブ２０の外周面から酸化皮膜を除去することができる。このため、酸化皮膜から露出したシリンダスリーブ２０の表面に溶湯Ｍを良好に接触させることが可能になる。さらに、溶湯Ｍに含まれる酸化物をキャビテーションにより微細化できることからも溶湯Ｍの流動性を高めることができる。

これらによって、スリーブ間連結部２６とシリンダスリーブ２０とを互いの密着性が向上するように良好に一体化することができる。その結果、例えば、重力鋳造により一体成形されたシリンダスリーブ集合体（不図示）で得られるシリンダスリーブ２０同士の間の抜熱特性と同様の抜熱特性を、スリーブ間連結部２６が設けられたシリンダスリーブ２０同士の間においても得ることが可能になる。

上記の実施形態に係るシリンダスリーブ集合体１０の製造方法の一体化工程では、複数のシリンダスリーブ２０を軸方向が上下方向に沿うように鋳型３６に配置し、キャビティ３８の下端側に設けられた溶湯入口５４からキャビティ３８に溶湯Ｍを流入させる際、鋳型３６の溶湯入口５４の下方の部分（加振部６８）に接触させた超音波振動部４２を介して溶湯Ｍに超音波振動を付与することとした。

また、上記の実施形態に係る鋳造装置３２では、ボアピン部３４は、鋳型３６に対して、複数のシリンダスリーブ２０を軸方向が上下方向に沿うように保持し、鋳型３６には、キャビティ３８の下端側に該キャビティ３８への溶湯入口５４が設けられ、超音波振動部４２は、鋳型３６の溶湯入口５４の下方の部分（加振部６８）に接触して設けられることとした。

これらの場合、溶湯Ｍに良好に超音波振動を付与することができる。これによって、スリーブ間連結部２６とシリンダスリーブ２０とを一層良好に一体化することが可能になる。なお、超音波振動部４２は、加振部６８に接触して設けられることに限定されない。

例えば、図１１に示すように、超音波振動部４２は、シリンダスリーブ２０の内周面に接触して設けられてもよい。この場合、超音波振動部４２は、シリンダスリーブ２０のキャビティ形成部２４ａの内周面に接触することが好ましい。超音波振動部４２は、例えば、ボアピン部３４に設けられた不図示の切り欠きの内部等に配設することができる。

なお、シリンダスリーブ２０の内周面に超音波振動部４２を接触させる場合、鋳型３６（下型４６）には、加振部６８が設けられていなくてもよい。下型４６のうち、溶湯入口５４の下方を形成する部分、換言すると、自己燃焼部７２の下方に配置される部分が金属製である場合、自己燃焼部７２の自己燃焼剤７４と下型４６の上記の部分とを離間させて配置することが好ましい。これによって、例えば、自己燃焼剤７４の発熱反応により加熱された下型４６が溶融してシリンダスリーブ２０と一体化することを回避できる。

自己燃焼剤７４と下型４６とを離間させて配置する構成としては、自己燃焼部７２（自己燃焼剤７４及び消失材７６）自体を下型４６から離間させて配置してもよいし、図１２に示すように消失材７６の下端部を除く部分に自己燃焼剤７４を付着させることとしてもよい。

上記の実施形態に係るシリンダスリーブ集合体１０の製造方法の一体化工程では、シリンダスリーブ２０のキャビティ３８を形成するキャビティ形成部２４ａを、金属材料の融点以上であり、シリンダスリーブ２０の液相線温度より低い温度に加熱することとした。

また、上記の実施形態に係る鋳造装置３２では、シリンダスリーブ２０には、入子４０とともにキャビティ３８を形成するキャビティ形成部２４ａが設けられ、キャビティ形成部２４ａを、金属材料の融点以上であり、シリンダスリーブ２０の液相線温度よりも低い温度に加熱する加熱機構４４を備えることとした。

これらの場合、加熱されたシリンダスリーブ２０のキャビティ形成部２４ａに溶湯Ｍを良好に馴染ませることができる。また、シリンダスリーブ２０のキャビティ形成部２４ａを上記の温度範囲に加熱することで、超音波振動で生じたキャビテーションによる酸化皮膜の除去を容易にすることができる。これらによって、シリンダスリーブ２０とスリーブ間連結部２６との密着性を一層効果的に高めることができる。

上記の実施形態に係るシリンダスリーブ集合体１０の製造方法では、キャビティ形成部２４ａは、シリンダスリーブ２０の軸方向の一端部側に設けられ、鋳型３６には、溶湯Ｍが供給される湯口５８と、該湯口５８からキャビティ３８に溶湯Ｍを導く溶湯供給部６０とが設けられ、一体化工程では、溶湯Ｍが、シリンダスリーブ２０の一端部側の端面２０ａに接触しつつ溶湯供給部６０を流れることで、キャビティ形成部２４ａを加熱することとした。

また、上記の実施形態に係る鋳造装置３２では、キャビティ形成部２４ａは、シリンダスリーブ２０の軸方向の一端部側に設けられ、溶湯供給部６０は、溶湯Ｍをシリンダスリーブ２０の一端部側の端面２０ａに接触させつつキャビティ３８に導くことで、加熱機構４４を構成することとした。

これらの場合、溶湯供給部６０の配置を調整し、溶湯Ｍ自体の熱を利用することによって、大掛かりな加熱装置や別途の熱源を用いることなく、シリンダスリーブ２０のキャビティ形成部２４ａに対して局所的に熱を加えることができる。このため、シリンダスリーブ２０に加熱によるひずみ等が生じることを抑制しつつ、簡単な構成により低コストでキャビティ形成部２４ａを加熱することが可能になる。

上記の実施形態に係るシリンダスリーブ集合体１０の製造方法の一体化工程では、溶湯Ｍの熱で発熱反応を生じる自己燃焼剤７４をキャビティ３８に配置し、キャビティ３８に溶湯Ｍを供給して自己燃焼剤７４に発熱反応を生じさせることでキャビティ形成部２４ａを加熱することとした。また、上記の実施形態に係る鋳造装置３２では、加熱機構４４は、キャビティ３８に配置されて溶湯Ｍの熱で発熱反応を生じる自己燃焼剤７４を有することとした。

これらの場合、キャビティ形成部２４ａの近傍に自己燃焼剤７４を配置する簡単な構成により、外部の熱源等を必要とすることなく、キャビティ形成部２４ａを十分な熱量で効果的に加熱することが可能になる。すなわち、キャビティ形成部２４ａを上記の温度範囲まで良好に昇温させることが可能になる。

上記の実施形態に係るシリンダスリーブ集合体１０の製造方法の一体化工程では、溶湯Ｍの熱で消失する消失材７６に付着させた自己燃焼剤７４をキャビティ３８に配置することとした。また、上記の実施形態に係る鋳造装置３２では、自己燃焼剤７４は、溶湯Ｍの熱で消失する消失材７６に付着させた状態でキャビティ３８に配置されることとした。

これらの場合、消失材７６に付着させることによって、自己燃焼剤７４を所望の量、形状、配置となるようにキャビティ３８内に容易に維持することができる。このため、シリンダスリーブ２０の加熱することが必要な箇所を一層効果的に加熱することが可能になる。

自己燃焼剤７４を付着させる消失材７６の形状や寸法は、図８及び図１２に示すものに限定されない。例えば、図１３に示すように、消失材７６は、複数の突起３０が設けられたシリンダスリーブ２０の外周面に沿うように凹凸形状が設けられていてもよい。この場合、キャビティ形成部２４ａの外周面に接触させる自己燃焼剤７４の量を高精度に調整すること等が可能になる。ひいては、キャビティ形成部２４ａを加熱する温度を一層高精度に調整すること等が可能になる。

なお、自己燃焼部７２は、消失材７６を含まず、複数の突起３０が形成されたシリンダスリーブ２０の外周面にペースト化した自己燃焼剤７４を直接塗布してもよい。

また、鋳造装置３２は、加熱機構４４を備えていなくてもよい。この場合、例えば、鋳造装置３２とは別に設けられた、不図示のヒータ等を備える加熱装置によって加熱したシリンダスリーブ２０を鋳型３６にセットすることとしてもよい。

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１０…シリンダスリーブ集合体 １２…シリンダブロック
１８…ブロック本体 ２０…シリンダスリーブ
２０ａ…端面 ２２…燃焼室
２４…燃焼室形成部 ２４ａ…キャビティ形成部
２６…スリーブ間連結部 ３０…突起
３２…鋳造装置 ３４…ボアピン部
３６…鋳型 ３８…キャビティ
４０…入子 ４２…超音波振動部
４４…加熱機構 ５４…溶湯入口
５８…湯口 ６０…溶湯供給部
６８…加振部 ７２…自己燃焼部
７４…自己燃焼剤 ７６…消失材
Ｍ…溶湯

Claims (18)

1. シリンダブロックを形成するためにブロック本体に鋳包まれるように構成されたシリンダスリーブ集合体の製造方法であって、
   互いに異なる方向に突出する複数の突起が外周面にそれぞれ設けられた複数のシリンダスリーブを形成するスリーブ形成工程と、
   複数の前記シリンダスリーブ同士を一体化して前記シリンダスリーブ集合体を得る一体化工程と、を有し、
   前記一体化工程では、鋳型に対して複数の前記シリンダスリーブを径方向に間隔を置いて並列させ、前記シリンダスリーブ同士の間にキャビティを形成し、該キャビティに前記ブロック本体よりも耐熱温度が高い金属材料の溶湯を鋳込み凝固させることでスリーブ間連結部を形成し、該スリーブ間連結部を介して複数の前記シリンダスリーブ同士を一体化する、シリンダスリーブ集合体の製造方法。
2. 請求項１記載のシリンダスリーブ集合体の製造方法において、
   前記スリーブ形成工程では、遠心鋳造により前記シリンダスリーブを形成する、シリンダスリーブ集合体の製造方法。
3. 請求項１又は２記載のシリンダスリーブ集合体の製造方法において、
   前記シリンダスリーブ集合体の各前記シリンダスリーブは、燃焼室を形成する燃焼室形成部を有し、
   前記一体化工程では、複数の前記シリンダスリーブの少なくとも前記燃焼室形成部同士の間に前記スリーブ間連結部を形成する、シリンダスリーブ集合体の製造方法。
4. 請求項１～３の何れか１項に記載のシリンダスリーブ集合体の製造方法において、
   前記一体化工程では、前記キャビティに流入させる前記溶湯に超音波振動を付与する、シリンダスリーブ集合体の製造方法。
5. 請求項４記載のシリンダスリーブ集合体の製造方法において、
   前記一体化工程では、複数の前記シリンダスリーブを軸方向が上下方向に沿うように前記鋳型に配置し、前記キャビティの下端側に設けられた溶湯入口から前記キャビティに前記溶湯を流入させる際、前記鋳型の前記溶湯入口の下方の部分に接触させた超音波振動部を介して前記溶湯に前記超音波振動を付与する、シリンダスリーブ集合体の製造方法。
6. 請求項４記載のシリンダスリーブ集合体の製造方法において、
   前記一体化工程では、前記シリンダスリーブの内周面に接触させた超音波振動部を介して前記溶湯に前記超音波振動を付与する、シリンダスリーブ集合体の製造方法。
7. 請求項１～６の何れか１項に記載のシリンダスリーブ集合体の製造方法において、
   前記一体化工程では、前記シリンダスリーブの前記キャビティを形成するキャビティ形成部を、前記金属材料の融点以上であり、前記シリンダスリーブの液相線温度より低い温度に加熱する、シリンダスリーブ集合体の製造方法。
8. 請求項７記載のシリンダスリーブ集合体の製造方法において、
   前記キャビティ形成部は、前記シリンダスリーブの軸方向の一端部側に設けられ、
   前記鋳型には、前記溶湯が供給される湯口と、該湯口から前記キャビティに前記溶湯を導く溶湯供給部とが設けられ、
   前記一体化工程では、前記溶湯が、前記シリンダスリーブの前記一端部側の端面に接触しつつ前記溶湯供給部を流れることで、前記キャビティ形成部を加熱する、シリンダスリーブ集合体の製造方法。
9. 請求項７又は８記載のシリンダスリーブ集合体の製造方法において、
   前記一体化工程では、前記溶湯の熱で発熱反応を生じる自己燃焼剤を前記キャビティに配置し、前記キャビティに前記溶湯を供給して前記自己燃焼剤に前記発熱反応を生じさせることで前記キャビティ形成部を加熱する、シリンダスリーブ集合体の製造方法。
10. 請求項９記載のシリンダスリーブ集合体の製造方法において、
    前記一体化工程では、前記溶湯の熱で消失する消失材に付着させた前記自己燃焼剤を前記キャビティに配置する、シリンダスリーブ集合体の製造方法。
11. シリンダブロックを形成するためにブロック本体に鋳包まれるように構成されたシリンダスリーブ集合体の鋳造装置であって、
    互いに異なる方向に突出する複数の突起が外周面にそれぞれ設けられた複数のシリンダスリーブを径方向に間隔を置いて並列させた状態で保持するボアピン部と、
    前記ボアピン部が固定される鋳型と、
    並列する前記シリンダスリーブ同士の間にキャビティを形成する入子と、
    を備え、
    前記鋳型は、前記ブロック本体よりも耐熱温度が高い金属材料の溶湯が供給される湯口と、前記湯口に供給された前記溶湯を前記キャビティに導く溶湯供給部とを有する、シリンダスリーブ集合体の鋳造装置。
12. 請求項１１記載のシリンダスリーブ集合体の鋳造装置において、
    前記キャビティに流入させる前記溶湯に超音波振動を付与する超音波振動部を備える、シリンダスリーブ集合体の鋳造装置。
13. 請求項１２記載のシリンダスリーブ集合体の鋳造装置において、
    前記ボアピン部は、前記鋳型に対して、複数の前記シリンダスリーブを軸方向が上下方向に沿うように保持し、
    前記鋳型には、前記キャビティの下端側に該キャビティへの溶湯入口が設けられ、
    前記超音波振動部は、前記鋳型の前記溶湯入口の下方の部分に接触して設けられる、シリンダスリーブ集合体の鋳造装置。
14. 請求項１２記載のシリンダスリーブ集合体の鋳造装置において、
    前記超音波振動部は、前記シリンダスリーブの内周面に接触して設けられる、シリンダスリーブ集合体の鋳造装置。
15. 請求項１１～１４の何れか１項に記載のシリンダスリーブ集合体の鋳造装置において、
    前記シリンダスリーブには、前記入子とともに前記キャビティを形成するキャビティ形成部が設けられ、
    前記キャビティ形成部を、前記金属材料の融点以上であり、前記シリンダスリーブの液相線温度よりも低い温度に加熱する加熱機構を備える、シリンダスリーブ集合体の鋳造装置。
16. 請求項１５記載のシリンダスリーブ集合体の鋳造装置において、
    前記キャビティ形成部は、前記シリンダスリーブの軸方向の一端部側に設けられ、
    前記溶湯供給部は、前記溶湯を前記シリンダスリーブの前記一端部側の端面に接触させつつ前記キャビティに導くことで、前記加熱機構を構成する、シリンダスリーブ集合体の鋳造装置。
17. 請求項１５又は１６記載のシリンダスリーブ集合体の鋳造装置において、
    前記加熱機構は、前記キャビティに配置されて前記溶湯の熱で発熱反応を生じる自己燃焼剤を有する、シリンダスリーブ集合体の鋳造装置。
18. 請求項１７記載のシリンダスリーブ集合体の鋳造装置において、
    前記自己燃焼剤は、前記溶湯の熱で消失する消失材に付着させた状態で前記キャビティに配置される、シリンダスリーブ集合体の鋳造装置。

Images