JP3737999B2 - クローズドデッキ型シリンダブロックおよびその製造方法 - Google Patents
クローズドデッキ型シリンダブロックおよびその製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブロック本体とシリンダスリーブとを互いに接合することによって構成されるクローズドデッキ型シリンダブロックおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関を構成するシリンダブロックの１種として、図１８に示すように、ウォータジャケット部１のガスケット面２側が閉塞されているクローズドデッキ型シリンダブロック３が挙げられる。クローズドデッキ型シリンダブロック３には、ブロック本体４の肉厚が同一であれば、ウォータジャケット部のガスケット面側が開放されているオープンデッキ型シリンダブロックに比して剛性が高いという利点がある。
【０００３】
クローズドデッキ型シリンダブロック３の場合、ウォータジャケット部１は、容易に崩壊させることが可能な中子、いわゆる崩壊性中子を用いて、重力鋳造（ＧＤＣ）や低圧鋳造（ＬＰＤＣ）にて形成される。
【０００４】
内燃機関においては、シリンダボア５の内部でピストン（図示せず）が往復動作する。このため、シリンダボア５には、耐摩耗性に優れる素材からなるシリンダスリーブ６、例えば、いわゆるＦＣスリーブやメッキスリーブ、ＭＭＣスリーブ等を挿入し、該シリンダスリーブ６の側周壁部にピストンの側周壁部を摺接させるようにしている。耐摩耗性に優れる他の素材としては、いわゆるハイシリコン系アルミニウムが例示される。
【０００５】
このように、シリンダスリーブ６をブロック本体４と別素材とする理由は、ブロック本体４をハイシリコン系アルミニウムで鋳造成形した場合、シリンダボア５に巣穴が形成されるために品質不良の製品が多くなるからである。さらに、ハイシリコン系アルミニウムは切削加工し難いので、機械加工コストが高騰するという不具合を招く。
【０００６】
そこで、クローズドデッキ型シリンダブロック３を製造する場合、まず、鋳造用金型によって形成されるキャビティに崩壊性中子やシリンダスリーブ６等を配置しておき、この状態で溶湯をキャビティに注湯して、該溶湯で崩壊性中子やシリンダスリーブ６等を囲繞する。
【０００７】
次に、溶湯を冷却固化することによってブロック本体４を設ける。この冷却固化に伴って、シリンダスリーブ６が鋳ぐるまれる。
【０００８】
その後、前記崩壊性中子を崩壊させる。この崩壊によって得られた中空部が、ウォータジャケット部１となる。すなわち、この場合、ウォータジャケット部１は、ブロック本体４に設けられる。
【０００９】
さて、近年では、地球温暖化を防止するために、省エネルギの観点から自動車等の燃費を向上させることが希求されている。その方策として、内燃機関等を軽量化することにより、最終製品である自動車を軽量化することが提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭５９−３１４２号公報
【特許文献２】
特開昭５８−７４８５０号公報
【特許文献３】
特開昭５９−７９０５６号公報
【特許文献４】
特開昭６０−９４２３０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
クローズドデッキ型シリンダブロック３を軽量化するためには、該クローズドデッキ型シリンダブロック３の体積を小さくすればよい。しかしながら、上記のようにシリンダボア５同士の間にウォータジャケット部１を設けた場合、シリンダボア５同士の間の肉厚を大きくする必要があるので、クローズドデッキ型シリンダブロック３の体積を小さくすることは困難である。この不都合は、シリンダが複数個設けられた多気筒型のものにおいて特に顕著となる。
【００１２】
肉厚の小さいブロック本体４を得ることが可能な方法としては、高圧鋳造（ＨＰＤＣ）や精密鋳造等が挙げられる。しかしながら、ＨＰＤＣでは中子を使用するのが著しく困難であるため、クローズドデッキ型シリンダブロック３を鋳造成形することが困難である。このため、ＨＰＤＣは、専らオープンデッキ型シリンダブロックを製造するのに採用されている。
【００１３】
一方、精密鋳造においては、ウォータジャケット部１の間隔を狭小化しようとすると、高強度かつ排出性が良好な崩壊性中子を使用しなければならないが、このような崩壊性中子は作製することが困難であるという不具合がある。
【００１４】
そこで、ブロック本体４を鋳造成形した後、該ブロック本体４のシリンダボア５にシリンダスリーブ６を挿入し、両者を溶接することが想起される。しかしながら、この場合、溶接時の熱によってブロック本体４ないしシリンダスリーブ６に歪が生じることがある。また、ブロック本体４がＨＰＤＣによって作製されたものであると、シリンダスリーブ６を溶接すること自体が困難である。
【００１５】
このように、体積が小さいクローズドデッキ型シリンダブロックを製造することには様々な不具合を伴うため、結局、そのようなクローズドデッキ型シリンダブロックはこれまでのところ知られていない。
【００１６】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、小型かつ軽量でありながら実用上充分な剛性を有し、しかも、冷却媒体にてシリンダスリーブを直接的に冷却することができるので冷却効率にも優れ、その上、製造時に崩壊性中子を使用する必要がないので製造コストを低廉化することも可能なクローズドデッキ型シリンダブロックおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、ブロック本体と、前記ブロック本体に設けられたシリンダボア内に挿入されて前記ブロック本体に接合されたシリンダスリーブと、前記ブロック本体と前記シリンダスリーブとの間に形成されたウォータジャケット部とを備え、前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット面側が閉塞されているクローズドデッキ型シリンダブロックであって、
前記シリンダスリーブは、円筒体部と、該円筒体部の一端部に設けられて該円筒体部に比して直径が大きい大径部とを有し、
前記大径部の下方に環状段部が設けられており、
前記大径部は、前記シリンダボアのガスケット面側開口部に設けられた大径部載置部に載置され、かつ前記ブロック本体のガスケット面に接合され、
前記環状段部の側周壁部は、シリンダボアの内周壁部に当接していることを特徴とする。
【００１８】
このような構成とすることにより、ブロック本体とシリンダスリーブとの間のクリアランスをウォータジャケット部として機能させることができる。したがって、ウォータジャケット部をブロック本体の中空部として設ける必要がない。このため、ブロック本体の肉厚を小さくすることができ、体積が小さくかつ軽量のクローズドデッキ型シリンダブロックを構成することができる。
【００１９】
しかも、この場合、シリンダスリーブを直接的に冷却媒体に接触させることができる。このため、シリンダスリーブを効率よく冷却することもできる。
【００２０】
本発明に係るクローズドデッキ型シリンダブロックは、多気筒型のものであってもよい。この場合、シリンダスリーブを、複数個の円筒体部を有するものとして、該円筒体部の大径部同士を連設して構成すればよい。なお、この場合、円筒体部同士の間のクリアランスをウォータジャケット部としてもよい。
【００２１】
この場合においても、ウォータジャケット部をブロック本体の中空部として設ける必要がない。したがって、シリンダボア同士の間の肉厚を小さくすることもできる。
【００２２】
さらに、シリンダスリーブを構成する前記円筒体部の外周壁部とシリンダボアの内周壁部とが互いに接合されていることが好ましい。これにより、シリンダスリーブがブロック本体に一層堅牢に連結されるので、耐久性の高いクローズドデッキ型シリンダブロックを構成することができる。
【００２３】
そして、シリンダボア内に載置部を設け、該載置部にシリンダスリーブを載置することが好ましい。この載置によってシリンダスリーブが下端部から支持されるので、シリンダスリーブを確実に位置決め固定することができる。なお、この載置部は、ジャーナル部であってもよい。
【００２４】
さらにまた、シリンダスリーブにおける前記大径部に環状段部を設け、該環状段部の側周壁部をシリンダボアの内周壁部に当接させることにより、摩擦撹拌接合を遂行する際にシリンダスリーブとブロック本体とが離間し難くなる。また、軟化した肉がウォータジャケット部に流入することを阻止することもできる。
【００２５】
なお、ブロック本体と各シリンダスリーブの大径部、および大径部同士が継目なく接合されていることが好ましい。この場合、接合強度が高いので、剛性に優れるクローズドデッキ型シリンダブロックを構成することができるからである。部材同士を継目なく接合する手法の好適な例としては、摩擦撹拌接合が挙げられる。
【００２６】
また、本発明は、ブロック本体に設けられたシリンダボアに、一端部に大径部が設けられかつ前記大径部の下方に環状段部が設けられたシリンダスリーブを挿入することによって、前記ブロック本体と前記シリンダスリーブとの間にウォータジャケット部を形成するとともに、前記ブロック本体のガスケット面側開口部に設けられた大径部載置部に前記大径部を載置する一方、前記環状段部の側周壁部をシリンダボアの内周壁部に当接させる工程と、
前記シリンダスリーブの大径部と前記ブロック本体のガスケット面とを摩擦撹拌接合にて接合し、前記ウォータジャケット部の前記ガスケット面側を封止する工程と、
を有することを特徴とする。
【００２７】
すなわち、本発明によれば、鋳造成形されたブロック本体にシリンダスリーブを挿入し、その後、該シリンダスリーブの大径部とブロック本体とを摩擦撹拌接合にて接合するようにしている。このため、ウォータジャケット部を設けるための崩壊性中子を使用する必要がないので、崩壊性中子を作製するという煩雑な作業が不要となる。しかも、崩壊性中子の材料費等が不要となるので、クローズドデッキ型シリンダブロックの製造コストを低廉化することもできる。
【００２８】
その上、摩擦撹拌接合においては、部材同士を継目なく一体的に接合することができる。このため、剛性に優れたクローズドデッキ型シリンダブロックを得ることができる。
【００２９】
さらに、シリンダスリーブの外周壁部とシリンダボアの内周壁部とを摩擦撹拌接合にて互いに接合することにより、クローズドデッキ型シリンダブロックの剛性を一層向上させることができる。
【００３０】
そして、シリンダボア内に載置部を設け、該シリンダボア内にシリンダスリーブを挿入した際、該シリンダスリーブを載置部に載置することが好ましい。これにより、摩擦撹拌接合用工具を摺接させる際においてもシリンダスリーブが堅牢に支持されるので、摩擦撹拌接合が容易となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るクローズドデッキ型シリンダブロックおよびその製造方法につき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。
【００３２】
本実施の形態に係るクローズドデッキ型シリンダブロック（以下、単にシリンダブロックともいう）１０の要部概略縦断面図を図１に示すとともに、上端面であるガスケット面１２側の平面図を図２に示す。このシリンダブロック１０は、シリンダボアとしてのボア穴１４が設けられたアルミニウムからなるブロック本体１６と、該ボア穴１４に挿入されてブロック本体１６に接合されたシリンダスリーブ１８と、該シリンダスリーブ１８を冷却する冷却水が導入されるウォータジャケット部２０とを有する。なお、図２における参照符号２２ａ〜２２ｈは、シリンダブロック１０を他の部材と組み合わせて内燃機関を構成する際に使用されるボルトを通すためのボルト穴を示す。
【００３３】
ここで、シリンダブロック１０として構成される前のブロック本体１６の要部概略縦断面図を図３に示す。この図３から諒解されるように、ブロック本体１６のボア穴１４内には、２本の壁部２４ａ、２４ｂが突出形成されている。これら壁部２４ａ、２４ｂは、ボア穴１４の内周壁部に連設されている。
【００３４】
図３、および該図３のガスケット面１２側からの平面図である図４に示すように、ボア穴１４の内周壁部および壁部２４ａ、２４ｂには、環状段部２６ａ〜２６ｃが設けられている。一方、シリンダスリーブ１８は、図５に示すように円筒体部２８ａ〜２８ｃを有し、これら円筒体部２８ａ〜２８ｃは、環状段部２６ａ〜２６ｃにそれぞれ載置される（図１参照）。この載置により、シリンダスリーブ１８がブロック本体１６に支持される。
【００３５】
ボア穴１４の内周壁部において、環状段部２６ａ〜２６ｃよりもガスケット面１２に近接する部位には、該内周壁部の一部が環状に切り欠かれることによって環状切欠部３０が設けられている。さらに、ボア穴１４のガスケット面１２側開口部には、３個の環状段部がその外周部で逐次的に連結した形状の凹部３２が設けられている。
【００３６】
なお、図４から諒解されるように、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃが挿入されないこの時点では、ボルト穴２２ａ〜２２ｈはブロック本体１６に設けられていない。
【００３７】
シリンダスリーブ１８は、ハイシリコン系アルミニウムからなり、図５および図６から諒解されるように、互いに離間した３個の円筒体部２８ａ〜２８ｃと、これら円筒体部２８ａ〜２８ｃが共有する大径部３４とを有する。すなわち、シリンダスリーブ１８は、円筒体部２８ａ〜２８ｃが大径部３４を介して一体的かつ直線的に連設された形態として構成されている。
【００３８】
また、大径部３４の側周壁部下方には、該側周壁部の一部が切り欠かれることにより、環状段部３６が設けられている。この環状段部３６の側周壁部は、環状切欠部３０、すなわち、ボア穴１４の内周壁部に当接している（図１参照）。
【００３９】
このような形状のシリンダスリーブは、押し出し成形や鋳造成形等の公知の成形法によって作製される。
【００４０】
シリンダスリーブ１８がボア穴１４に挿入された際、上記したように円筒体部２８ａ〜２８ｃの下端部が環状段部２６ａ〜２６ｃにそれぞれ載置されるとともに、大径部３４が前記凹部３２上に載置される（図１参照）。
【００４１】
そして、この場合、環状切欠部３０とシリンダスリーブ１８との間のクリアランスがウォータジャケット部２０となる。同時に、隣接する円筒体部２８ａ、２８ｂ同士の間、および円筒体部２８ｂ、２８ｃ同士の間に形成されたクリアランスもウォータジャケット部２０として機能する。このため、本実施の形態においては、ウォータジャケット部２０に導入される冷却水がシリンダスリーブ１８に直接的に接触する。
【００４２】
なお、ウォータジャケット部２０のガスケット面１２側は、シリンダスリーブ１８の大径部３４によって閉塞される。
【００４３】
シリンダスリーブ１８を構成する円筒体部２８ａ〜２８ｃの外周壁部は、ボア穴１４の内周壁部および壁部２４ａ、２４ｂに接合されている。その一方で、凹部３２上に載置された大径部３４の外縁部がブロック本体１６のガスケット面１２と接合されている。以上の接合は、後述するように、摩擦撹拌接合にて行われている。
【００４４】
内燃機関を構成する図示しないピストンの側周壁部は、円筒体部２８ａ〜２８ｃの内周壁部に摺接する。
【００４５】
なお、図１および図２においては、便宜上、ブロック本体１６とシリンダスリーブ１８の大径部３４とを境界線にて明示しているが、実際には、両部材１６、３４は摩擦撹拌接合によって継目なく接合されている。すなわち、両部材１６、３４は一体的に接合されており、明確な境界線は存在しない。
【００４６】
本実施の形態に係るシリンダブロック１０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いて説明する。
【００４７】
上記したように、本実施の形態においては、ウォータジャケット部２０が、ブロック本体１６とシリンダスリーブ１８との間、および円筒体部２８ａ〜２８ｃの隣接するもの同士の間に設けられる。すなわち、一般的なシリンダブロック３のように、ウォータジャケット部１をブロック本体４の中空部として設ける必要はない。このため、ブロック本体１６の肉厚を小さくすることができるので、シリンダブロック１０の体積を小さくすることができる。換言すれば、シリンダブロック１０を小型化することができるとともに、軽量化することができる。
【００４８】
そして、このシリンダブロック１０を組み込んで構成された内燃機関を運転する際には、シリンダスリーブ１８を構成する円筒体部２８ａ〜２８ｃ内で図示しないピストンが往復動作し、この際に該ピストンの側周壁部が円筒体部２８ａ〜２８ｃの内周壁部に摺接する。この摺接に起因する摩擦熱、および内燃機関に導入された燃料と空気との混合ガスが爆発することに伴って発生する熱によって、シリンダスリーブ１８の温度が上昇する。
【００４９】
ここで、上記したように、シリンダスリーブ１８には、ウォータジャケット部２０に流通された冷却水が直接的に接触する。このため、シリンダスリーブ１８を効率的に冷却することができるので、シリンダスリーブ１８の温度が過度に上昇することを抑制することができる。
【００５０】
また、シリンダスリーブ１８とブロック本体１６とが摩擦撹拌接合によって一体的に接合されているので、内燃機関を運転する間にシリンダスリーブ１８がボア穴１４から離脱することもない。換言すれば、シリンダスリーブ１８とブロック本体１６とが強固に接合されているため、剛性に優れたシリンダブロック１０を構成することができる。
【００５１】
さらに、耐摩耗性に優れるハイシリコン系アルミニウムからなるシリンダスリーブ１８を使用しているので、シリンダブロック１０の耐久性を確保することもできる。しかも、この場合、ブロック本体１６を安価なアルミニウムから構成するようにしているので、シリンダブロック１０の製造コストが上昇することもない。
【００５２】
シリンダブロック１０は、以下のようにして製造することができる。
【００５３】
まず、鋳造作業によって、図３および図４に示すブロック本体１６を鋳造成形する。この際、ブロック本体１６にウォータジャケット部２０を設ける必要がないため、鋳造用金型のキャビティに崩壊性中子を配置する必要はない。すなわち、本実施形態によれば、崩壊性中子を作製する煩雑な作業が不要となるとともに、崩壊性中子の作製コストを削減することができるのでシリンダブロック１０の製造コストを低廉化することができるという利点がある。
【００５４】
その一方で、図７に示すように、テーパ状に膨出した膨出部４０ａ〜４０ｃが内周壁部に設けられ、かつ円筒体部２８ａ〜２８ｃが大径部３４を介して連設された形態のシリンダスリーブ１８を押し出し成形や鋳造成形等によって作製する。なお、膨出部４０ａ〜４０ｃのテーパ面４２は、大径部３４から離間するにつれて円筒体部２８ａ〜２８ｃの内周が縮径するように設ける。
【００５５】
次いで、ブロック本体１６のボア穴１４にシリンダスリーブ１８を挿入する。挿入されたシリンダスリーブ１８を構成する円筒体部２８ａ〜２８ｃの各下端部が環状段部２６ａ〜２６ｃに載置され、一方、大径部３４が凹部３２に載置される。さらに、環状段部３６の側周壁部がボア穴１４の内周壁部に当接する。
【００５６】
この挿入に伴いボア穴１４に離隔壁が設けられるとともに、環状切欠部３０とシリンダスリーブ１８との間、円筒体部２８ａ、２８ｂの間、円筒体部２８ｂ、２８ｃの間に連通するウォータジャケット部２０が形成される。
【００５７】
次いで、ボア穴１４の内周壁部および壁部２４ａ、２４ｂと、円筒体部２８ａ〜２８ｃの各外周壁部とを摩擦撹拌接合にて互いに接合する。
【００５８】
図８に示すように、摩擦撹拌接合用工具５０は、円柱状の回転体５２と、該回転体５２に比して小径でかつ先端が円錐状のプローブ５４を備える。本実施の形態においては、円筒体部２８ａの長手軸方向に対して傾斜した状態で摩擦撹拌接合用工具５０をシリンダボア内に挿入し、プローブ５４をテーパ面４２に当接させる。
【００５９】
この状態で回転体５２を回転付勢すると、プローブ５４がテーパ面４２に摺接することに伴って摩擦熱が発生し、テーパ面４２におけるプローブ５４の当接箇所が軟化する。その結果、プローブ５４の先端部が円筒体部２８ａとボア穴１４の内周壁部との当接箇所に到達し、該当接箇所においても、円筒体部２８ａの外周壁部とボア穴１４の内周壁部とが摩擦熱によって軟化する。
【００６０】
そして、摩擦撹拌接合用工具５０をテーパ面４２に沿って旋回動作させると、軟化した肉は、プローブ５４にて撹拌されることに伴って塑性流動した後、プローブ５４が離間することに伴って固相接合する。これにより、円筒体部２８ａの外周壁部とボア穴１４の内周壁部とが一体的に固相接合される。
【００６１】
摩擦撹拌接合用工具５０が旋回動作されることに追従してこの現象が逐次的に繰り返されることにより、円筒体部２８ａの外周壁部と、ボア穴１４の内周壁部または壁部２４ａとが一体的に接合されるに至る。勿論、残余の円筒体部２８ｂ、２８ｃにおいても同様の作業が営まれる。
【００６２】
次に、シリンダスリーブ１８の大径部３４とブロック本体１６とを接合する。この接合も、摩擦撹拌接合にて行われる。すなわち、摩擦撹拌接合用工具５０の回転体５２を回転付勢し、プローブ５４を摺接させながら大径部３４およびブロック本体１６の肉を摩擦撹拌接合する。この場合、図９の矢印Ａに沿って摩擦撹拌接合用工具５０を変位させることによって大径部３４とブロック本体１６とを接合すればよい。
【００６３】
この際、図１０に拡大して示すように、大径部３４は、凹部３２に載置されていることによって堅牢に支持されている。また、環状段部３６の側周壁部がボア穴１４の内周壁部に当接しているので、該環状段部３６の楔作用によって、大径部３４がブロック本体１６から離間し難くなる。このため、ブロック本体１６と大径部３４とが離間することを防止するためのクランプ用治具を特に使用することなく、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
【００６４】
しかも、この場合、ウォータジャケット部２０を閉塞する環状段部３６が軟化しないので、軟化した肉がウォータジャケット部２０に流動することを回避することもできる。
【００６５】
以上の作業によって、シリンダスリーブ１８とブロック本体１６とを一体的に接合することができる。
【００６６】
次いで、円筒体部２８ａ〜２８ｃ内の膨出部４０ａ〜４０ｃを除去する。すなわち、ドリルによって研削加工を行う等して、円筒体部２８ａ〜２８ｃの内周を等径とする。これにより、該円筒体部２８ａ〜２８ｃ内でピストンが往復動作することが可能となる。
【００６７】
このように、本実施の形態においては、シリンダスリーブ１８とブロック本体１６とを接合する手段として、摩擦撹拌接合を採用している。このため、両部材１６、１８を一体的に接合することができるので、剛性に優れたシリンダブロック１０を構成することができる。
【００６８】
しかも、摩擦撹拌接合によれば、溶接し難い素材からなる部材同士であっても比較的容易に接合することができる。したがって、例えば、ブロック本体１６がＨＰＤＣによって作製されたものであっても、シリンダスリーブ１８を容易に接合することができる。このため、肉厚の一層小さいシリンダブロック１０を構成することができる。
【００６９】
プローブ５４を挿入または離脱させることに伴って形成された挿入穴または離脱穴は、ボルト穴２２ａ〜２２ｆのいずれかとして加工するようにすればよい。すなわち、例えば、挿入穴をボルト穴２２ａ、離脱穴をボルト穴２２ｅとなるようにすればよい。これにより、プローブ５４の挿入穴または離脱穴が残留することを回避することができる。
【００７０】
なお、上記した実施の形態においては、３気筒のシリンダブロック１０を例示して説明したが、気筒数は特にこれに限定されるものではない。例えば、単気筒のシリンダブロックであってもよいし、４気筒のシリンダブロックであってもよい。
【００７１】
また、図１１に示すように、シリンダスリーブ１８に大径部３４のみを設けるようにしてもよい。この場合においても、図１２に拡大して示すように、大径部３４がブロック本体１６の凹部３２に載置・支持されているので、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
【００７２】
さらに、円筒体部２８ａ〜２８ｃの内周壁部に膨出部４０ａ〜４０ｃを設けることなく、円筒体部２８ａ〜２８ｃの外周壁部とボア穴１４の内周壁部とを接合するようにしてもよい。この場合、図１３に示すように、第１回転体６０と、該第１回転体６０の側周壁部に設けられて第１回転体６０とは独立して回転可能な第２回転体６２と、該第２回転体６２の先端部に設けられたプローブ６４とを有する摩擦撹拌接合用工具６６を使用すればよい。第１回転体６０および第２回転体６２を同時に回転付勢することによって、シリンダスリーブ１８の外周壁部とボア穴１４の内周壁部とを接合することができる。
【００７３】
さらに、ウォータジャケット部２０に、円筒体部２８ａ、２８ｂの間、および円筒体部２８ｂ、２８ｃの間の連通路を設ける必要は特になく、シリンダスリーブ１８の外周壁部のみを冷却するようにしてもよい。この場合、図１４および図１５に示すように、円筒体部２８ａ、２８ｂの外周壁部同士、および円筒体部２８ｂ、２８ｃの外周壁部同士が連接されたシリンダスリーブ６８をボア穴１４に挿入するようにすればよい。
【００７４】
さらにまた、図１６および図１７に示すように、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃを載置する載置部として、ブロック本体１６に設けられたジャーナル部７０を使用してもよい。
【００７５】
そして、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃは、ハイシリコン系アルミニウムからなるものに特に限定されるものではない。例えば、その他のアルミニウム合金からなるものであってもよいし、アルミニウムからなるものであってもよい。別の好適な例としては、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなるシリンダスリーブや、ＭＭＣスリーブ等を挙げることができる。
【００７６】
一方、ブロック本体１６は、アルミニウムからなるものに限定されるものではなく、マグネシウムまたはマグネシウム合金等、他の素材からなるものであってもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るクローズドデッキ型シリンダブロックによれば、シリンダスリーブに大径部を設け、該大径部とブロック本体とを接合するようにしている。このため、ウォータジャケット部をブロック本体とシリンダスリーブとの間、必要であればシリンダスリーブ同士の間に設けることができる。したがって、ウォータジャケット部をブロック本体の中空部として設ける必要がないので、ブロック本体の肉厚を小さくすることができ、結局、体積が小さくかつ軽量のクローズドデッキ型シリンダブロックを構成することができる。
【００７８】
しかも、この場合、シリンダスリーブを直接的に冷却媒体に接触させることができるので、シリンダスリーブを効率よく冷却することができる。
【００７９】
また、本発明に係るクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法によれば、鋳造成形されたブロック本体にシリンダスリーブを挿入した後、該シリンダスリーブの大径部とブロック本体とを摩擦撹拌接合にて接合するようにしている。したがって、ウォータジャケット部を設けるための崩壊性中子を使用する必要がないので、クローズドデッキ型シリンダブロックの製造コストを低廉化することができる。
【００８０】
その上、この製造方法では、シリンダスリーブとブロック本体とを継目なく接合することができる。すなわち、両部材を一体的に接合することができるので、剛性に優れたクローズドデッキ型シリンダブロックを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るシリンダブロックの要部概略縦断面図である。
【図２】図１のシリンダブロックにおけるガスケット面側からの平面図である。
【図３】図１のシリンダブロックを構成するブロック本体の要部概略縦断面図である。
【図４】図３のブロック本体におけるガスケット面側からの平面図である。
【図５】図１のシリンダブロックを構成するシリンダスリーブの概略全体一部切欠斜視図である。
【図６】図５のシリンダスリーブの正面図である。
【図７】外周壁部に大径部を有し、内周壁部に膨出部を有するシリンダスリーブの概略縦断面図である。
【図８】図５および図６のシリンダスリーブの外周壁部をボア穴の内周壁部に摩擦撹拌接合にて接合する状態を示す要部概略縦断面図である。
【図９】大径部をブロック本体に接合する際の摩擦撹拌接合用工具の変位方向を説明するガスケット面側からの平面説明図である。
【図１０】大径部とブロック本体とを摩擦撹拌接合している状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図１１】別の実施の形態に係るシリンダブロックの要部概略縦断面図である。
【図１２】図１１のシリンダブロックにおいて、大径部とブロック本体とを摩擦撹拌接合している状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図１３】膨出部が設けられていないシリンダスリーブの外周壁部をボア穴の内周壁部に摩擦撹拌接合にて接合する状態を示す要部概略縦断面図である。
【図１４】また別の実施の形態に係るシリンダブロックの要部概略縦断面図である。
【図１５】図１４のシリンダブロックを構成するシリンダスリーブの正面図である。
【図１６】ジャーナル部にシリンダスリーブが載置されたシリンダブロックのガスケット面側側からの平面図である。
【図１７】図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線矢視断面図である。
【図１８】一般的なクローズドデッキ型シリンダブロックの要部概略縦断面図である。
【符号の説明】
１、２０…ウォータジャケット部 ２、１２…ガスケット面
３、１０…クローズドデッキ型シリンダブロック（シリンダブロック）
４、１６…ブロック本体 ６、１８、６８…シリンダスリーブ
１４…ボア穴（シリンダボア） ２４ａ、２４ｂ…壁部
２６ａ〜２６ｃ…環状段部 ２８ａ〜２８ｃ…円筒体部
３０…環状切欠部 ３２…凹部
３４…大径部 ３６…環状段部
４０ａ〜４０ｃ…膨出部 ４２…テーパ面
５０、６６…摩擦撹拌接合用工具 ５２、６０、６２…回転体
５４、６４…プローブ ７０…ジャーナル部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブロック本体とシリンダスリーブとを互いに接合することによって構成されるクローズドデッキ型シリンダブロックおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関を構成するシリンダブロックの１種として、図１８に示すように、ウォータジャケット部１のガスケット面２側が閉塞されているクローズドデッキ型シリンダブロック３が挙げられる。クローズドデッキ型シリンダブロック３には、ブロック本体４の肉厚が同一であれば、ウォータジャケット部のガスケット面側が開放されているオープンデッキ型シリンダブロックに比して剛性が高いという利点がある。
【０００３】
クローズドデッキ型シリンダブロック３の場合、ウォータジャケット部１は、容易に崩壊させることが可能な中子、いわゆる崩壊性中子を用いて、重力鋳造（ＧＤＣ）や低圧鋳造（ＬＰＤＣ）にて形成される。
【０００４】
内燃機関においては、シリンダボア５の内部でピストン（図示せず）が往復動作する。このため、シリンダボア５には、耐摩耗性に優れる素材からなるシリンダスリーブ６、例えば、いわゆるＦＣスリーブやメッキスリーブ、ＭＭＣスリーブ等を挿入し、該シリンダスリーブ６の側周壁部にピストンの側周壁部を摺接させるようにしている。耐摩耗性に優れる他の素材としては、いわゆるハイシリコン系アルミニウムが例示される。
【０００５】
このように、シリンダスリーブ６をブロック本体４と別素材とする理由は、ブロック本体４をハイシリコン系アルミニウムで鋳造成形した場合、シリンダボア５に巣穴が形成されるために品質不良の製品が多くなるからである。さらに、ハイシリコン系アルミニウムは切削加工し難いので、機械加工コストが高騰するという不具合を招く。
【０００６】
そこで、クローズドデッキ型シリンダブロック３を製造する場合、まず、鋳造用金型によって形成されるキャビティに崩壊性中子やシリンダスリーブ６等を配置しておき、この状態で溶湯をキャビティに注湯して、該溶湯で崩壊性中子やシリンダスリーブ６等を囲繞する。
【０００７】
次に、溶湯を冷却固化することによってブロック本体４を設ける。この冷却固化に伴って、シリンダスリーブ６が鋳ぐるまれる。
【０００８】
その後、前記崩壊性中子を崩壊させる。この崩壊によって得られた中空部が、ウォータジャケット部１となる。すなわち、この場合、ウォータジャケット部１は、ブロック本体４に設けられる。
【０００９】
さて、近年では、地球温暖化を防止するために、省エネルギの観点から自動車等の燃費を向上させることが希求されている。その方策として、内燃機関等を軽量化することにより、最終製品である自動車を軽量化することが提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭５９−３１４２号公報
【特許文献２】
特開昭５８−７４８５０号公報
【特許文献３】
特開昭５９−７９０５６号公報
【特許文献４】
特開昭６０−９４２３０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
クローズドデッキ型シリンダブロック３を軽量化するためには、該クローズドデッキ型シリンダブロック３の体積を小さくすればよい。しかしながら、上記のようにシリンダボア５同士の間にウォータジャケット部１を設けた場合、シリンダボア５同士の間の肉厚を大きくする必要があるので、クローズドデッキ型シリンダブロック３の体積を小さくすることは困難である。この不都合は、シリンダが複数個設けられた多気筒型のものにおいて特に顕著となる。
【００１２】
肉厚の小さいブロック本体４を得ることが可能な方法としては、高圧鋳造（ＨＰＤＣ）や精密鋳造等が挙げられる。しかしながら、ＨＰＤＣでは中子を使用するのが著しく困難であるため、クローズドデッキ型シリンダブロック３を鋳造成形することが困難である。このため、ＨＰＤＣは、専らオープンデッキ型シリンダブロックを製造するのに採用されている。
【００１３】
一方、精密鋳造においては、ウォータジャケット部１の間隔を狭小化しようとすると、高強度かつ排出性が良好な崩壊性中子を使用しなければならないが、このような崩壊性中子は作製することが困難であるという不具合がある。
【００１４】
そこで、ブロック本体４を鋳造成形した後、該ブロック本体４のシリンダボア５にシリンダスリーブ６を挿入し、両者を溶接することが想起される。しかしながら、この場合、溶接時の熱によってブロック本体４ないしシリンダスリーブ６に歪が生じることがある。また、ブロック本体４がＨＰＤＣによって作製されたものであると、シリンダスリーブ６を溶接すること自体が困難である。
【００１５】
このように、体積が小さいクローズドデッキ型シリンダブロックを製造することには様々な不具合を伴うため、結局、そのようなクローズドデッキ型シリンダブロックはこれまでのところ知られていない。
【００１６】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、小型かつ軽量でありながら実用上充分な剛性を有し、しかも、冷却媒体にてシリンダスリーブを直接的に冷却することができるので冷却効率にも優れ、その上、製造時に崩壊性中子を使用する必要がないので製造コストを低廉化することも可能なクローズドデッキ型シリンダブロックおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、ブロック本体と、前記ブロック本体に設けられたシリンダボア内に挿入されて前記ブロック本体に接合されたシリンダスリーブと、前記ブロック本体と前記シリンダスリーブとの間に形成されたウォータジャケット部とを備え、前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット面側が閉塞されているクローズドデッキ型シリンダブロックであって、
前記シリンダスリーブは、円筒体部と、該円筒体部の一端部に設けられて該円筒体部に比して直径が大きい大径部とを有し、
前記大径部の下方に環状段部が設けられており、
前記大径部は、前記シリンダボアのガスケット面側開口部に設けられた大径部載置部に載置され、かつ前記ブロック本体のガスケット面に接合され、
前記環状段部の側周壁部は、シリンダボアの内周壁部に当接していることを特徴とする。
【００１８】
このような構成とすることにより、ブロック本体とシリンダスリーブとの間のクリアランスをウォータジャケット部として機能させることができる。したがって、ウォータジャケット部をブロック本体の中空部として設ける必要がない。このため、ブロック本体の肉厚を小さくすることができ、体積が小さくかつ軽量のクローズドデッキ型シリンダブロックを構成することができる。
【００１９】
しかも、この場合、シリンダスリーブを直接的に冷却媒体に接触させることができる。このため、シリンダスリーブを効率よく冷却することもできる。
【００２０】
本発明に係るクローズドデッキ型シリンダブロックは、多気筒型のものであってもよい。この場合、シリンダスリーブを、複数個の円筒体部を有するものとして、該円筒体部の大径部同士を連設して構成すればよい。なお、この場合、円筒体部同士の間のクリアランスをウォータジャケット部としてもよい。
【００２１】
この場合においても、ウォータジャケット部をブロック本体の中空部として設ける必要がない。したがって、シリンダボア同士の間の肉厚を小さくすることもできる。
【００２２】
さらに、シリンダスリーブを構成する前記円筒体部の外周壁部とシリンダボアの内周壁部とが互いに接合されていることが好ましい。これにより、シリンダスリーブがブロック本体に一層堅牢に連結されるので、耐久性の高いクローズドデッキ型シリンダブロックを構成することができる。
【００２３】
そして、シリンダボア内に載置部を設け、該載置部にシリンダスリーブを載置することが好ましい。この載置によってシリンダスリーブが下端部から支持されるので、シリンダスリーブを確実に位置決め固定することができる。なお、この載置部は、ジャーナル部であってもよい。
【００２４】
さらにまた、シリンダスリーブにおける前記大径部に環状段部を設け、該環状段部の側周壁部をシリンダボアの内周壁部に当接させることにより、摩擦撹拌接合を遂行する際にシリンダスリーブとブロック本体とが離間し難くなる。また、軟化した肉がウォータジャケット部に流入することを阻止することもできる。
【００２５】
なお、ブロック本体と各シリンダスリーブの大径部、および大径部同士が継目なく接合されていることが好ましい。この場合、接合強度が高いので、剛性に優れるクローズドデッキ型シリンダブロックを構成することができるからである。部材同士を継目なく接合する手法の好適な例としては、摩擦撹拌接合が挙げられる。
【００２６】
また、本発明は、ブロック本体に設けられたシリンダボアに、一端部に大径部が設けられかつ前記大径部の下方に環状段部が設けられたシリンダスリーブを挿入することによって、前記ブロック本体と前記シリンダスリーブとの間にウォータジャケット部を形成するとともに、前記ブロック本体のガスケット面側開口部に設けられた大径部載置部に前記大径部を載置する一方、前記環状段部の側周壁部をシリンダボアの内周壁部に当接させる工程と、
前記シリンダスリーブの大径部と前記ブロック本体のガスケット面とを摩擦撹拌接合にて接合し、前記ウォータジャケット部の前記ガスケット面側を封止する工程と、
を有することを特徴とする。
【００２７】
すなわち、本発明によれば、鋳造成形されたブロック本体にシリンダスリーブを挿入し、その後、該シリンダスリーブの大径部とブロック本体とを摩擦撹拌接合にて接合するようにしている。このため、ウォータジャケット部を設けるための崩壊性中子を使用する必要がないので、崩壊性中子を作製するという煩雑な作業が不要となる。しかも、崩壊性中子の材料費等が不要となるので、クローズドデッキ型シリンダブロックの製造コストを低廉化することもできる。
【００２８】
その上、摩擦撹拌接合においては、部材同士を継目なく一体的に接合することができる。このため、剛性に優れたクローズドデッキ型シリンダブロックを得ることができる。
【００２９】
さらに、シリンダスリーブの外周壁部とシリンダボアの内周壁部とを摩擦撹拌接合にて互いに接合することにより、クローズドデッキ型シリンダブロックの剛性を一層向上させることができる。
【００３０】
そして、シリンダボア内に載置部を設け、該シリンダボア内にシリンダスリーブを挿入した際、該シリンダスリーブを載置部に載置することが好ましい。これにより、摩擦撹拌接合用工具を摺接させる際においてもシリンダスリーブが堅牢に支持されるので、摩擦撹拌接合が容易となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るクローズドデッキ型シリンダブロックおよびその製造方法につき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。
【００３２】
本実施の形態に係るクローズドデッキ型シリンダブロック（以下、単にシリンダブロックともいう）１０の要部概略縦断面図を図１に示すとともに、上端面であるガスケット面１２側の平面図を図２に示す。このシリンダブロック１０は、シリンダボアとしてのボア穴１４が設けられたアルミニウムからなるブロック本体１６と、該ボア穴１４に挿入されてブロック本体１６に接合されたシリンダスリーブ１８と、該シリンダスリーブ１８を冷却する冷却水が導入されるウォータジャケット部２０とを有する。なお、図２における参照符号２２ａ〜２２ｈは、シリンダブロック１０を他の部材と組み合わせて内燃機関を構成する際に使用されるボルトを通すためのボルト穴を示す。
【００３３】
ここで、シリンダブロック１０として構成される前のブロック本体１６の要部概略縦断面図を図３に示す。この図３から諒解されるように、ブロック本体１６のボア穴１４内には、２本の壁部２４ａ、２４ｂが突出形成されている。これら壁部２４ａ、２４ｂは、ボア穴１４の内周壁部に連設されている。
【００３４】
図３、および該図３のガスケット面１２側からの平面図である図４に示すように、ボア穴１４の内周壁部および壁部２４ａ、２４ｂには、環状段部２６ａ〜２６ｃが設けられている。一方、シリンダスリーブ１８は、図５に示すように円筒体部２８ａ〜２８ｃを有し、これら円筒体部２８ａ〜２８ｃは、環状段部２６ａ〜２６ｃにそれぞれ載置される（図１参照）。この載置により、シリンダスリーブ１８がブロック本体１６に支持される。
【００３５】
ボア穴１４の内周壁部において、環状段部２６ａ〜２６ｃよりもガスケット面１２に近接する部位には、該内周壁部の一部が環状に切り欠かれることによって環状切欠部３０が設けられている。さらに、ボア穴１４のガスケット面１２側開口部には、３個の環状段部がその外周部で逐次的に連結した形状の凹部３２が設けられている。
【００３６】
なお、図４から諒解されるように、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃが挿入されないこの時点では、ボルト穴２２ａ〜２２ｈはブロック本体１６に設けられていない。
【００３７】
シリンダスリーブ１８は、ハイシリコン系アルミニウムからなり、図５および図６から諒解されるように、互いに離間した３個の円筒体部２８ａ〜２８ｃと、これら円筒体部２８ａ〜２８ｃが共有する大径部３４とを有する。すなわち、シリンダスリーブ１８は、円筒体部２８ａ〜２８ｃが大径部３４を介して一体的かつ直線的に連設された形態として構成されている。
【００３８】
また、大径部３４の側周壁部下方には、該側周壁部の一部が切り欠かれることにより、環状段部３６が設けられている。この環状段部３６の側周壁部は、環状切欠部３０、すなわち、ボア穴１４の内周壁部に当接している（図１参照）。
【００３９】
このような形状のシリンダスリーブは、押し出し成形や鋳造成形等の公知の成形法によって作製される。
【００４０】
シリンダスリーブ１８がボア穴１４に挿入された際、上記したように円筒体部２８ａ〜２８ｃの下端部が環状段部２６ａ〜２６ｃにそれぞれ載置されるとともに、大径部３４が前記凹部３２上に載置される（図１参照）。
【００４１】
そして、この場合、環状切欠部３０とシリンダスリーブ１８との間のクリアランスがウォータジャケット部２０となる。同時に、隣接する円筒体部２８ａ、２８ｂ同士の間、および円筒体部２８ｂ、２８ｃ同士の間に形成されたクリアランスもウォータジャケット部２０として機能する。このため、本実施の形態においては、ウォータジャケット部２０に導入される冷却水がシリンダスリーブ１８に直接的に接触する。
【００４２】
なお、ウォータジャケット部２０のガスケット面１２側は、シリンダスリーブ１８の大径部３４によって閉塞される。
【００４３】
シリンダスリーブ１８を構成する円筒体部２８ａ〜２８ｃの外周壁部は、ボア穴１４の内周壁部および壁部２４ａ、２４ｂに接合されている。その一方で、凹部３２上に載置された大径部３４の外縁部がブロック本体１６のガスケット面１２と接合されている。以上の接合は、後述するように、摩擦撹拌接合にて行われている。
【００４４】
内燃機関を構成する図示しないピストンの側周壁部は、円筒体部２８ａ〜２８ｃの内周壁部に摺接する。
【００４５】
なお、図１および図２においては、便宜上、ブロック本体１６とシリンダスリーブ１８の大径部３４とを境界線にて明示しているが、実際には、両部材１６、３４は摩擦撹拌接合によって継目なく接合されている。すなわち、両部材１６、３４は一体的に接合されており、明確な境界線は存在しない。
【００４６】
本実施の形態に係るシリンダブロック１０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いて説明する。
【００４７】
上記したように、本実施の形態においては、ウォータジャケット部２０が、ブロック本体１６とシリンダスリーブ１８との間、および円筒体部２８ａ〜２８ｃの隣接するもの同士の間に設けられる。すなわち、一般的なシリンダブロック３のように、ウォータジャケット部１をブロック本体４の中空部として設ける必要はない。このため、ブロック本体１６の肉厚を小さくすることができるので、シリンダブロック１０の体積を小さくすることができる。換言すれば、シリンダブロック１０を小型化することができるとともに、軽量化することができる。
【００４８】
そして、このシリンダブロック１０を組み込んで構成された内燃機関を運転する際には、シリンダスリーブ１８を構成する円筒体部２８ａ〜２８ｃ内で図示しないピストンが往復動作し、この際に該ピストンの側周壁部が円筒体部２８ａ〜２８ｃの内周壁部に摺接する。この摺接に起因する摩擦熱、および内燃機関に導入された燃料と空気との混合ガスが爆発することに伴って発生する熱によって、シリンダスリーブ１８の温度が上昇する。
【００４９】
ここで、上記したように、シリンダスリーブ１８には、ウォータジャケット部２０に流通された冷却水が直接的に接触する。このため、シリンダスリーブ１８を効率的に冷却することができるので、シリンダスリーブ１８の温度が過度に上昇することを抑制することができる。
【００５０】
また、シリンダスリーブ１８とブロック本体１６とが摩擦撹拌接合によって一体的に接合されているので、内燃機関を運転する間にシリンダスリーブ１８がボア穴１４から離脱することもない。換言すれば、シリンダスリーブ１８とブロック本体１６とが強固に接合されているため、剛性に優れたシリンダブロック１０を構成することができる。
【００５１】
さらに、耐摩耗性に優れるハイシリコン系アルミニウムからなるシリンダスリーブ１８を使用しているので、シリンダブロック１０の耐久性を確保することもできる。しかも、この場合、ブロック本体１６を安価なアルミニウムから構成するようにしているので、シリンダブロック１０の製造コストが上昇することもない。
【００５２】
シリンダブロック１０は、以下のようにして製造することができる。
【００５３】
まず、鋳造作業によって、図３および図４に示すブロック本体１６を鋳造成形する。この際、ブロック本体１６にウォータジャケット部２０を設ける必要がないため、鋳造用金型のキャビティに崩壊性中子を配置する必要はない。すなわち、本実施形態によれば、崩壊性中子を作製する煩雑な作業が不要となるとともに、崩壊性中子の作製コストを削減することができるのでシリンダブロック１０の製造コストを低廉化することができるという利点がある。
【００５４】
その一方で、図７に示すように、テーパ状に膨出した膨出部４０ａ〜４０ｃが内周壁部に設けられ、かつ円筒体部２８ａ〜２８ｃが大径部３４を介して連設された形態のシリンダスリーブ１８を押し出し成形や鋳造成形等によって作製する。なお、膨出部４０ａ〜４０ｃのテーパ面４２は、大径部３４から離間するにつれて円筒体部２８ａ〜２８ｃの内周が縮径するように設ける。
【００５５】
次いで、ブロック本体１６のボア穴１４にシリンダスリーブ１８を挿入する。挿入されたシリンダスリーブ１８を構成する円筒体部２８ａ〜２８ｃの各下端部が環状段部２６ａ〜２６ｃに載置され、一方、大径部３４が凹部３２に載置される。さらに、環状段部３６の側周壁部がボア穴１４の内周壁部に当接する。
【００５６】
この挿入に伴いボア穴１４に離隔壁が設けられるとともに、環状切欠部３０とシリンダスリーブ１８との間、円筒体部２８ａ、２８ｂの間、円筒体部２８ｂ、２８ｃの間に連通するウォータジャケット部２０が形成される。
【００５７】
次いで、ボア穴１４の内周壁部および壁部２４ａ、２４ｂと、円筒体部２８ａ〜２８ｃの各外周壁部とを摩擦撹拌接合にて互いに接合する。
【００５８】
図８に示すように、摩擦撹拌接合用工具５０は、円柱状の回転体５２と、該回転体５２に比して小径でかつ先端が円錐状のプローブ５４を備える。本実施の形態においては、円筒体部２８ａの長手軸方向に対して傾斜した状態で摩擦撹拌接合用工具５０をシリンダボア内に挿入し、プローブ５４をテーパ面４２に当接させる。
【００５９】
この状態で回転体５２を回転付勢すると、プローブ５４がテーパ面４２に摺接することに伴って摩擦熱が発生し、テーパ面４２におけるプローブ５４の当接箇所が軟化する。その結果、プローブ５４の先端部が円筒体部２８ａとボア穴１４の内周壁部との当接箇所に到達し、該当接箇所においても、円筒体部２８ａの外周壁部とボア穴１４の内周壁部とが摩擦熱によって軟化する。
【００６０】
そして、摩擦撹拌接合用工具５０をテーパ面４２に沿って旋回動作させると、軟化した肉は、プローブ５４にて撹拌されることに伴って塑性流動した後、プローブ５４が離間することに伴って固相接合する。これにより、円筒体部２８ａの外周壁部とボア穴１４の内周壁部とが一体的に固相接合される。
【００６１】
摩擦撹拌接合用工具５０が旋回動作されることに追従してこの現象が逐次的に繰り返されることにより、円筒体部２８ａの外周壁部と、ボア穴１４の内周壁部または壁部２４ａとが一体的に接合されるに至る。勿論、残余の円筒体部２８ｂ、２８ｃにおいても同様の作業が営まれる。
【００６２】
次に、シリンダスリーブ１８の大径部３４とブロック本体１６とを接合する。この接合も、摩擦撹拌接合にて行われる。すなわち、摩擦撹拌接合用工具５０の回転体５２を回転付勢し、プローブ５４を摺接させながら大径部３４およびブロック本体１６の肉を摩擦撹拌接合する。この場合、図９の矢印Ａに沿って摩擦撹拌接合用工具５０を変位させることによって大径部３４とブロック本体１６とを接合すればよい。
【００６３】
この際、図１０に拡大して示すように、大径部３４は、凹部３２に載置されていることによって堅牢に支持されている。また、環状段部３６の側周壁部がボア穴１４の内周壁部に当接しているので、該環状段部３６の楔作用によって、大径部３４がブロック本体１６から離間し難くなる。このため、ブロック本体１６と大径部３４とが離間することを防止するためのクランプ用治具を特に使用することなく、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
【００６４】
しかも、この場合、ウォータジャケット部２０を閉塞する環状段部３６が軟化しないので、軟化した肉がウォータジャケット部２０に流動することを回避することもできる。
【００６５】
以上の作業によって、シリンダスリーブ１８とブロック本体１６とを一体的に接合することができる。
【００６６】
次いで、円筒体部２８ａ〜２８ｃ内の膨出部４０ａ〜４０ｃを除去する。すなわち、ドリルによって研削加工を行う等して、円筒体部２８ａ〜２８ｃの内周を等径とする。これにより、該円筒体部２８ａ〜２８ｃ内でピストンが往復動作することが可能となる。
【００６７】
このように、本実施の形態においては、シリンダスリーブ１８とブロック本体１６とを接合する手段として、摩擦撹拌接合を採用している。このため、両部材１６、１８を一体的に接合することができるので、剛性に優れたシリンダブロック１０を構成することができる。
【００６８】
しかも、摩擦撹拌接合によれば、溶接し難い素材からなる部材同士であっても比較的容易に接合することができる。したがって、例えば、ブロック本体１６がＨＰＤＣによって作製されたものであっても、シリンダスリーブ１８を容易に接合することができる。このため、肉厚の一層小さいシリンダブロック１０を構成することができる。
【００６９】
プローブ５４を挿入または離脱させることに伴って形成された挿入穴または離脱穴は、ボルト穴２２ａ〜２２ｆのいずれかとして加工するようにすればよい。すなわち、例えば、挿入穴をボルト穴２２ａ、離脱穴をボルト穴２２ｅとなるようにすればよい。これにより、プローブ５４の挿入穴または離脱穴が残留することを回避することができる。
【００７０】
なお、上記した実施の形態においては、３気筒のシリンダブロック１０を例示して説明したが、気筒数は特にこれに限定されるものではない。例えば、単気筒のシリンダブロックであってもよいし、４気筒のシリンダブロックであってもよい。
【００７１】
また、図１１に示すように、シリンダスリーブ１８に大径部３４のみを設けるようにしてもよい。この場合においても、図１２に拡大して示すように、大径部３４がブロック本体１６の凹部３２に載置・支持されているので、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
【００７２】
さらに、円筒体部２８ａ〜２８ｃの内周壁部に膨出部４０ａ〜４０ｃを設けることなく、円筒体部２８ａ〜２８ｃの外周壁部とボア穴１４の内周壁部とを接合するようにしてもよい。この場合、図１３に示すように、第１回転体６０と、該第１回転体６０の側周壁部に設けられて第１回転体６０とは独立して回転可能な第２回転体６２と、該第２回転体６２の先端部に設けられたプローブ６４とを有する摩擦撹拌接合用工具６６を使用すればよい。第１回転体６０および第２回転体６２を同時に回転付勢することによって、シリンダスリーブ１８の外周壁部とボア穴１４の内周壁部とを接合することができる。
【００７３】
さらに、ウォータジャケット部２０に、円筒体部２８ａ、２８ｂの間、および円筒体部２８ｂ、２８ｃの間の連通路を設ける必要は特になく、シリンダスリーブ１８の外周壁部のみを冷却するようにしてもよい。この場合、図１４および図１５に示すように、円筒体部２８ａ、２８ｂの外周壁部同士、および円筒体部２８ｂ、２８ｃの外周壁部同士が連接されたシリンダスリーブ６８をボア穴１４に挿入するようにすればよい。
【００７４】
さらにまた、図１６および図１７に示すように、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃを載置する載置部として、ブロック本体１６に設けられたジャーナル部７０を使用してもよい。
【００７５】
そして、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃは、ハイシリコン系アルミニウムからなるものに特に限定されるものではない。例えば、その他のアルミニウム合金からなるものであってもよいし、アルミニウムからなるものであってもよい。別の好適な例としては、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなるシリンダスリーブや、ＭＭＣスリーブ等を挙げることができる。
【００７６】
一方、ブロック本体１６は、アルミニウムからなるものに限定されるものではなく、マグネシウムまたはマグネシウム合金等、他の素材からなるものであってもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るクローズドデッキ型シリンダブロックによれば、シリンダスリーブに大径部を設け、該大径部とブロック本体とを接合するようにしている。このため、ウォータジャケット部をブロック本体とシリンダスリーブとの間、必要であればシリンダスリーブ同士の間に設けることができる。したがって、ウォータジャケット部をブロック本体の中空部として設ける必要がないので、ブロック本体の肉厚を小さくすることができ、結局、体積が小さくかつ軽量のクローズドデッキ型シリンダブロックを構成することができる。
【００７８】
しかも、この場合、シリンダスリーブを直接的に冷却媒体に接触させることができるので、シリンダスリーブを効率よく冷却することができる。
【００７９】
また、本発明に係るクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法によれば、鋳造成形されたブロック本体にシリンダスリーブを挿入した後、該シリンダスリーブの大径部とブロック本体とを摩擦撹拌接合にて接合するようにしている。したがって、ウォータジャケット部を設けるための崩壊性中子を使用する必要がないので、クローズドデッキ型シリンダブロックの製造コストを低廉化することができる。
【００８０】
その上、この製造方法では、シリンダスリーブとブロック本体とを継目なく接合することができる。すなわち、両部材を一体的に接合することができるので、剛性に優れたクローズドデッキ型シリンダブロックを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るシリンダブロックの要部概略縦断面図である。
【図２】図１のシリンダブロックにおけるガスケット面側からの平面図である。
【図３】図１のシリンダブロックを構成するブロック本体の要部概略縦断面図である。
【図４】図３のブロック本体におけるガスケット面側からの平面図である。
【図５】図１のシリンダブロックを構成するシリンダスリーブの概略全体一部切欠斜視図である。
【図６】図５のシリンダスリーブの正面図である。
【図７】外周壁部に大径部を有し、内周壁部に膨出部を有するシリンダスリーブの概略縦断面図である。
【図８】図５および図６のシリンダスリーブの外周壁部をボア穴の内周壁部に摩擦撹拌接合にて接合する状態を示す要部概略縦断面図である。
【図９】大径部をブロック本体に接合する際の摩擦撹拌接合用工具の変位方向を説明するガスケット面側からの平面説明図である。
【図１０】大径部とブロック本体とを摩擦撹拌接合している状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図１１】別の実施の形態に係るシリンダブロックの要部概略縦断面図である。
【図１２】図１１のシリンダブロックにおいて、大径部とブロック本体とを摩擦撹拌接合している状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図１３】膨出部が設けられていないシリンダスリーブの外周壁部をボア穴の内周壁部に摩擦撹拌接合にて接合する状態を示す要部概略縦断面図である。
【図１４】また別の実施の形態に係るシリンダブロックの要部概略縦断面図である。
【図１５】図１４のシリンダブロックを構成するシリンダスリーブの正面図である。
【図１６】ジャーナル部にシリンダスリーブが載置されたシリンダブロックのガスケット面側側からの平面図である。
【図１７】図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線矢視断面図である。
【図１８】一般的なクローズドデッキ型シリンダブロックの要部概略縦断面図である。
【符号の説明】
１、２０…ウォータジャケット部 ２、１２…ガスケット面
３、１０…クローズドデッキ型シリンダブロック（シリンダブロック）
４、１６…ブロック本体 ６、１８、６８…シリンダスリーブ
１４…ボア穴（シリンダボア） ２４ａ、２４ｂ…壁部
２６ａ〜２６ｃ…環状段部 ２８ａ〜２８ｃ…円筒体部
３０…環状切欠部 ３２…凹部
３４…大径部 ３６…環状段部
４０ａ〜４０ｃ…膨出部 ４２…テーパ面
５０、６６…摩擦撹拌接合用工具 ５２、６０、６２…回転体
５４、６４…プローブ ７０…ジャーナル部
Claims (8)
- ブロック本体と、前記ブロック本体に設けられたシリンダボア内に挿入されて前記ブロック本体に接合されたシリンダスリーブと、前記ブロック本体と前記シリンダスリーブとの間に形成されたウォータジャケット部とを備え、前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット面側が閉塞されているクローズドデッキ型シリンダブロックであって、
前記シリンダスリーブは、円筒体部と、該円筒体部の一端部に設けられて該円筒体部に比して直径が大きい大径部とを有し、
前記大径部の下方に環状段部が設けられており、
前記大径部は、前記シリンダボアのガスケット面側開口部に設けられた大径部載置部に載置され、かつ前記ブロック本体のガスケット面に接合され、
前記環状段部の側周壁部は、シリンダボアの内周壁部に当接していることを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロック。 - 請求項１記載のクローズドデッキ型シリンダブロックにおいて、前記シリンダスリーブは、前記円筒体部を複数個有し、かつ該円筒体部の大径部同士が連設されていることを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロック。
- 請求項１または２記載のクローズドデッキ型シリンダブロックにおいて、前記シリンダスリーブを構成する前記円筒体部の外周壁部と前記シリンダボアの内周壁部とが互いに接合されていることを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロック。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリンダブロックにおいて、前記シリンダスリーブは、前記シリンダボア内に設けられた載置部に載置されていることを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロック。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリンダブロックにおいて、ブロック本体と前記シリンダスリーブの前記大径部が継目なく接合されていることを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロック。
- ブロック本体に設けられたシリンダボアに、一端部に大径部が設けられかつ前記大径部の下方に環状段部が設けられたシリンダスリーブを挿入することによって、前記ブロック本体と前記シリンダスリーブとの間にウォータジャケット部を形成するとともに、前記ブロック本体のガスケット面側開口部に設けられた大径部載置部に前記大径部を載置する一方、前記環状段部の側周壁部をシリンダボアの内周壁部に当接させる工程と、
前記シリンダスリーブの大径部と前記ブロック本体のガスケット面とを摩擦撹拌接合にて接合し、前記ウォータジャケット部の前記ガスケット面側を封止する工程と、
を有することを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法。 - 請求項６記載の製造方法において、前記シリンダスリーブの外周壁部と前記シリンダボアの内周壁部とを摩擦撹拌接合にて互いに接合する工程をさらに有することを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法。
- 請求項６または７記載の製造方法において、前記シリンダボア内に載置部を設け、該シリンダボア内に前記シリンダスリーブを挿入した際に前記載置部に載置することを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法。
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