JP4353133B2 - シリンダブロックの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダの周囲にウォータジャケットが区画形成されたシリンダブロックの製造方法に関するものである。

一般に、水冷式エンジンのシリンダブロックには、シリンダの周囲に冷却水を循環させるウォータジャケットが形成されている。こうしたシリンダブロックにおけるウォータジャケット構造としては、ウォータジャケットがシリンダブロック頂面に開口されたオープンデッキ構造と、ウォータジャケットがシリンダブロック頂面に開口されずに閉塞されたクローズデッキ構造とがある。

従来、特許文献１に見られるように、シリンダ部とクランクケース部との上下２つのパーツに分割された構造の水冷式エンジン用シリンダブロックが提案されている。このシリンダブロックでは、ウォータジャケットがシリンダ部の下方に開口される構造となっている。このため、クローズデッキ構造のシリンダブロックを一体形成する方法と比べ、中子を用いる必要がなくシリンダブロックの鋳造型が簡略化され、ウォータジャケットの設計自由度が高められるという利点を有していた。
実公昭６２−１１９４５０号公報

ところで、上記のような分割型のシリンダブロックのシリンダ部には、ウォータジャケットとなる幅狭く深い溝を形成する必要がある。このため、シリンダ部の鋳造型においては、ウォータジャケット成形用の型部分が極めて肉薄となり、鋳造中の冷却が困難であることから、型寿命を縮める大きな要因となっていた。また、ウォータジャケットがシリンダブロック頂面に開口された構成となっているオープンデッキ構造のシリンダブロックにおいても、ウォータジャケットとなる幅狭く深い溝を形成する必要があるため同様の問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋳造型によるウォータジャケット部の形成が容易となるようにシリンダブロックを分割した構成とし、当該分割部分におけるウォータジャケットのシール性能を確保することができるシリンダブロックの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、シリンダの周囲にウォータジャケットが区画形成され、シリンダボアとウォータジャケットのシリンダ側壁体とを備えた内周ブロックと、前記ウォータジャケットの外側壁体を備えた外周ブロックと、シリンダの軸心に垂直な平面に設けられ内周ブロックと外周ブロックとが対向する位置に形成された内周ブロック及び外周ブロックの対向面と、該対向面にそれぞれ接合されて挟持される板状樹脂製のシール部材と、該対向面で内周ブロックと外周ブロックとを締め付ける締結部材とを備え、前記シール部材は、その厚さ方向の弾性変形を通じて前記締結部材の締め付け力を吸収するように形成されているシリンダブロックの製造方法であって、振動溶着時において、溶融したシール部材の表面が硬化する硬化期間中に、前記内周ブロックと外周ブロックとの相対位置関係を位置決め装置により位置決めするようにしたことをその要旨とする。

この構成によれば、振動溶着時に生じる内周ブロックと外周ブロックとの対向面上での相対位置ずれを、振動により溶融したシール部材の表面が硬化する硬化期間中に、位置決め装置によって位置決めすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシリンダブロックの製造方法において、前記位置決め装置を、複数のピンと、前記対向面に形成された前記複数のピンと嵌合する複数のピン孔とにより構成し、前記硬化期間中に該複数のピンを全てのピン孔に嵌入させるようにしたことをその要旨とする。

この構成によれば、振動溶着時に生じる内周ブロックと外周ブロックとの対向面上での相対位置ずれを、振動により溶融したシール部材の表面が硬化する硬化期間中に、複数のピンを対向面に形成された複数のピン孔に嵌入させることによって位置決めすることができる。

以下、本発明を具体化した水冷式エンジンのシリンダブロックの実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１、図２に示すように、シリンダブロック１０は、複数（本実施形態では４つ）のシリンダボア２１とウォータジャケット１１のシリンダ側壁体とを備えた内周ブロック２０と、ウォータジャケット１１の外側壁体３２を備えた外周ブロック３０とに分割された分割型シリンダブロックとして構成されている。内周ブロック２０と外周ブロック３０とは、シール部材としての第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１を介して図１のように組み付けられ、後述する方法によって締結部材により締結される。

内周ブロック２０は、上部にシリンダヘッドの載置部となるアッパデッキ部２２を備え、下部にウォータジャケット１１のシリンダ側壁体としてのシリンダライナ部２３を備えている。アッパデッキ部２２には、ボルトを挿通するためのボルト挿通穴２４が形成される他、オイル穴２５、ブローバイガス穴２６、冷却水穴２７等が形成されている。シリンダライナ部２３は、各気筒のシリンダライナとなる４つの円筒体を連続して繋げた形状に形成されており、それら各円筒体の外面にて形成されるシリンダライナ部２３の外周面２８はウォータジャケット１１に対する内周側壁面を構成する。

外周ブロック３０は、下部に側面視略スカート形状をなすクランクケース部３１が形成されている。クランクケース部３１の上側には、内周ブロック２０のシリンダライナ部２３が上方から挿入して組み付けされる外側壁体３２が形成されている。外側壁体３２の内周面３３は、内周ブロック２０のシリンダライナ部２３の外周面２８に対応して略環状をなすように形成されており、ウォータジャケット１１に対する外周側壁面を構成する。なお、外側壁体３２の側面にはウォータジャケット１１に連通する冷却水口３４が形成されている。また、外側壁体３２の上部に位置するフランジ部３５には、内周ブロック２０のアッパデッキ部２２に形成されたボルト挿通穴２４、オイル穴２５、ブローバイガス穴２６と各々対応する位置に、ボルト穴３６、オイル通路３７、ブローバイガス通路３８が形成されている。

第１樹脂シート４０は、その厚さ方向の弾性変形によって締結部材による締め付け力を吸収することができる板状の樹脂製部材であり、外周ブロック３０のフランジ部３５の上面３５ａの投影形状と略同一の形状からなる。第１樹脂シート４０は、内周ブロック２０のアッパデッキ部２２の下面２２ａと外周ブロック３０のフランジ部３５の上面３５ａとからなる各対向面の間に挟持されている。そして、第１樹脂シート４０は、内周ブロック２０の下面２２ａに対して接着剤により接合されており、外周ブロック３０の上面３５ａに対して振動溶着されている。すなわち、第１樹脂シート４０は、シリンダの軸心に垂直な平面に設けられた内周ブロック２０及び外周ブロック３０の対向面に対してそれぞれ接合されており、ウォータジャケット１１からの水漏れを防ぐようにシールされている。また、第１樹脂シート４０には、前記接着剤により形成される接着層の硬度より低い硬度の材料が使用されている。

第２樹脂シート４１は、その厚さ方向の弾性変形によって締結部材による締め付け力を吸収することができる板状の樹脂製部材であり、内周ブロック２０のシリンダライナ部２３の下端面２３ａの投影形状と略同一の形状からなる。第２樹脂シート４１は、内周ブロック２０のシリンダライナ部２３の下端面２３ａと外周ブロック３０の底面３９とからなる各対向面の間に挟持されている。そして、第２樹脂シート４１は、内周ブロック２０の下端面２３ａに対して接着剤により接合されており、外周ブロック３０の底面３９に対して振動溶着されている。すなわち、第２樹脂シート４１は、シリンダの軸心に垂直な平面に設けられた内周ブロック２０及び外周ブロック３０の対向面に対してそれぞれ接合されており、ウォータジャケット１１からの水漏れを防ぐようにシールされている。また、第２樹脂シート４１には、前記接着剤により形成される接着層の硬度より低い硬度の材料が使用されている。

次に、上記の構成からなるシリンダブロック１０の製造方法を説明する。図３は第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１の接合部についての接合工程を示したものである。まず、図３（ａ）に示すように、内周ブロック２０のアッパデッキ部２２の下面２２ａに接着剤を塗布し、第１樹脂シート４０の上面４０ａを内周ブロック２０の下面２２ａに貼り付けることにより接着固定する。同様に、内周ブロック２０のシリンダライナ部２３の下端面２３ａに接着剤を塗布し、第２樹脂シート４１の上面４１ａを内周ブロック２０の下端面２３ａに貼り付けることにより接着固定する。

次に、第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１が接着固定された内周ブロック２０を外周ブロック３０の上方より挿入する。そして、図３（ｂ）に示すように、外周ブロック３０のフランジ部３５の上面３５ａと第１樹脂シート４０の下面４０ｂとを、及び外周ブロック３０の底面３９と第２樹脂シート４１の下面４１ｂとを振動溶着する。振動溶着は、図示しない振動溶着器によって行われ、外周ブロック３０と内周ブロック２０との対向面が互いに密着する方向に圧力を加えながら、第１樹脂シート４０と第２樹脂シート４１とが接着固定された内周ブロック２０を、外周ブロック３０の上面３５ａ上及び外周ブロック３０の底面３９上で振動させることによって行う。第１樹脂シート４０の下面４０ｂは振動による外周ブロック３０の上面３５ａとの摩擦熱により溶融し、第２樹脂シート４１の下面４１ｂは振動による外周ブロック３０の底面３９との摩擦熱により溶融する。内周ブロック２０の振動を停止すると、溶融した第１樹脂シート４０の下面４０ｂと第２樹脂シート４１の下面４１ｂとが硬化を開始する。

溶融した第１樹脂シート４０の下面４０ｂと第２樹脂シート４１の下面４１ｂとが硬化を開始してから硬化を完了するまでの間に、内周ブロック２０と外周ブロック３０との相対位置関係を位置決めする位置決め工程が行われる。位置決め工程は、位置決め装置としての前記振動溶着器によって、２本の位置決めピン４２を、内周ブロック２０と外周ブロック３０との対向面と略垂直方向に挿入することで行われる。図３（ｃ）に示すように、位置決めピン４２が、内周ブロック２０のアッパデッキ部２２に設けられた位置決め穴２２ｂに対しその上方から嵌入され、引き続き外周ブロック３０のフランジ部３５に設けられた位置決め穴３５ｂにも嵌入される。位置決めピン４２の先端にはテーパー部４２ａが形成されており、図３（ｄ）に示すように、内周ブロック２０の位置決め穴２２ｂと外周ブロック３０の位置決め穴３５ｂとが同軸上にない場合にも、テーパー部４２ａによって位置決め穴２２ｂと位置決め穴３５ｂとが同軸位置になるようにガイドされる。図３（ｅ）に示すように位置決めピン４２が位置決め穴２２ｂと位置決め穴３５ｂとに連通して嵌入された後に、溶融した第１樹脂シート４０の下面４０ｂと第２樹脂シート４１の下面４１ｂとの硬化が完了して振動溶着が終了する。このように、位置決めピン４２と位置決め穴２２ｂ，３５ｂとから構成される位置決め構造によって、対向面上における内周ブロック２０と外周ブロック３０との相対位置関係が位置決めされる。

以上のようにして、内周ブロック２０と外周ブロック３０との対向面上での位置決めがされるとともに、第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１を介して内周ブロック２０と外周ブロック３０とが接合されて組み付けられる。内周ブロック２０及び外周ブロック３０のそれぞれの対向面は、第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１によって、ウォータジャケット１１からの水漏れを防ぐようにシールされる。また同時に、外周ブロック３０のオイル通路３７と内周ブロック２０のオイル穴２５との対向面間及び外周ブロック３０のブローバイガス通路３８と内周ブロック２０のブローバイガス穴２６との対向面間が、第１樹脂シート４０によってシールされるので、オイル通路３７からのオイル漏れとブローバイガス通路３８からガス漏れとが抑制される。

次に、上記のシリンダブロック１０がエンジンに組み付けられ、内周ブロック２０と外周ブロック３０とが締結されるときの構成を図４に基づいて説明する。内周ブロック２０のアッパデッキ部２２上部にはゴム状のヘッドガスケット５１を介してシリンダヘッド５２が配置される。締結部材としてのスルーヘッドボルト５３は、外周ブロック３０と内周ブロック２０との対向面に対して垂直方向に挿入され、外周ブロック３０に設けられたボルト穴３６に締め付けられる。これによって、シリンダブロック１０、ヘッドガスケット５１及びシリンダヘッド５２が一体的に締結されている。

第１樹脂シート４０はその厚さ方向の弾性変形によって締結部材による締め付け力を吸収することができるため、スルーヘッドボルト５３の締結によって、第１樹脂シート４０は内周ブロック２０の下面２２ａと外周ブロック３０の上面３５ａとからの締め付け力を受けて厚み方向に弾性変形した状態となっている。同様にして、第２樹脂シート４１もその厚さ方向の弾性変形によって締結部材による締め付け力を吸収することができるため、スルーヘッドボルト５３の締結によって、第２樹脂シート４１は内周ブロック２０の下端面２３ａと外周ブロック３０の底面３９とから締め付け力を受けて厚み方向に弾性変形した状態となっている。

ここで、第１樹脂シート４０の上面４０ａ及び第２樹脂シート４１の上面４１ａには接着剤による接着層が薄く形成されているが、第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１の硬度は接着層の硬度より低いため、接着層はほとんど変形することはなく接着による接合状態を維持することができる。このため、第１樹脂シート４０と第２樹脂シート４１との弾性変形によって、内周ブロック２０と外周ブロック３０との接合状態を保持しつつ、シリンダブロック１０をエンジンに組み付けることができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１は内周ブロック２０及び外周ブロック３０のそれぞれの対向面に対して接合されてシールされている。このため、ウォータジャケット１１からの水漏れ、オイル通路３７からのオイル漏れ及びブローバイガス通路３８からガス漏れが抑制される。

（２）上記実施形態では、内周ブロック２０と外周ブロック３０とは、その対向面間に第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１を介して接合されている。このため、従来のように固体ガスケット又は液状ガスケットの組み付け後すぐにブロック同士を締結もしくは仮締めする必要がなくなり、ブロック同士の締結作業を製造ライン上のどのタイミングで行ってもよくなることから組み付け工程上の自由度を大きくすることができる。特に、内周ブロック２０と外周ブロック３０とに加えてシリンダヘッド５２等も一体的にスルーヘッドボルト５３によって締結する場合は、内周ブロック２０と外周ブロック３０との組み付けから締結作業まで時間を要するので、上記実施形態のシリンダブロック１０のように構成しておくと組み付け工程における制約が抑制される。

（３）上記実施形態では、内周ブロック２０と外周ブロック３０とは、その対向面間に第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１を介して接合されている。このため、分割型のシリンダブロック１０の内周ブロック２０と外周ブロック３０とを締結する前の仮組み付けを予め別工程で行っておくことで、エンジンの製造ライン上で一体型のシリンダブロックとして取り扱うことができる。内周ブロック２０と外周ブロック３０との仮組み付けを予め別工程で行っておけば、組み付け工程だけでなく対向面の洗浄工程等の付随作業もエンジンの製造ライン上で行う必要がなくなるため、組み付け工程上の自由度を大きくすることができる。

（４）上記実施形態では、内周ブロック２０と外周ブロック３０との締結時に、第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１がその厚さ方向に弾性変形して、スルーヘッドボルト５３による締め付け力を吸収することができる構成となっている。このため、第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１が締結時に破壊してしまうような状況が生じず、内周ブロック２０と外周ブロック３０との接合状態を保持しながらシール性能を維持することができる。

（５）上記実施形態では、第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１には、第１樹脂シート４０の上面４０ａ及び第２樹脂シート４１の上面４１ａに形成された接着剤による接着層の硬度より低い硬度の材料が使用されている。このため、内周ブロック２０と外周ブロック３０との締結の際、主に第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１が締結方向に弾性変形を行い接着層はほとんど変形しない。したがって、薄く形成された接着層が変形して接着層による接合が破壊されるような事態を避けることができ、対向面間のシール性能を維持することができる。

（６）上記実施形態では、振動溶着によって、外周ブロック３０のフランジ部３５の上面３５ａと第１樹脂シート４０の下面４０ｂとの接合を行い、外周ブロック３０の底面３９と第２樹脂シート４１の下面４１ｂとの接合を行っている。このため、２箇所の接合部を同時に溶着することができ組み付け時間の短縮を図ることができる。

（７）上記実施形態では、振動溶着において、溶融した第１樹脂シート４０の下面４０ｂと第２樹脂シート４１の下面４１ｂとが硬化を開始してから硬化を完了するまでの間に、２本の位置決めピン４２を、内周ブロック２０と外周ブロック３０との対向面と略垂直方向に挿入することによって位置決め工程が行われる。このため、振動を与えることによって生じた内周ブロック２０と外周ブロック３０との相対位置ずれを位置決め工程によって位置決めすることができる。

（８）上記実施形態では、先端にはテーパー部４２ａが形成された位置決めピン４２が、内周ブロック２０のアッパデッキ部２２に設けられた位置決め穴２２ｂの上方から振動溶着器によって挿入され、引き続き外周ブロック３０のフランジ部３５に設けられた位置決め穴３５ｂにも挿入されることによって位置決め工程が行われる。このため、位置決めピン４２のテーパー部４２ａによって位置決め穴２２ｂと位置決め穴３５ｂとが同軸位置になるようにガイドすることができる。また、位置決めピン４２は、内周ブロック２０に振動を与える振動溶着器によって挿入されるため、内周ブロック２０の位置決め穴２２ｂと位置決めピン４２との位置のずれは発生せず、位置決めピン４２をスムーズに挿入することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、内周ブロック２０と外周ブロック３０との対向面に第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１のような板状の樹脂製部材を挟持させているが、第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１は、樹脂シート材を切断した部材であっても樹脂成形品であってもよい。

・上記実施形態では、振動溶着によって第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１を外周ブロック３０の対向面に対して接合したが、超音波溶着や接着剤による接着によって接合するようにしてもよい。

・上記実施形態では、第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１の外周ブロック３０側の片面のみを振動溶着によって接合したが、内周ブロック２０側の片面のみを振動溶着してもよく、シートの両面を振動溶着するようにしてもよい。また、第１樹脂シート４０及び第２樹脂シート４１の一方のみを振動溶着するようにしてもよい。

・上記実施形態では、振動溶着の硬化期間中に内周ブロック２０と外周ブロック３０との位置決め工程を設けているが、内周ブロック２０の振動が停止する際に内周ブロック２０と外周ブロック３０との相対位置が決まるように振動溶着器によって振動停止位置が制御されるようにしてもよい。

・上記実施形態では、振動溶着の硬化期間中に位置決めピン４２によって内周ブロック２０と外周ブロック３０との対向面上での相対位置が決まるようにしているが、位置決めピン４２挿入以外の手段で位置決めをしてもよい。

・上記実施形態では、ヘッドガスケット５１、シリンダヘッド５２、内周ブロック２０、外周ブロック３０が、スルーヘッドボルト５３によって一体的に締結される構造であるが、予め内周ブロック２０と外周ブロック３０とのみを締結する構造にしてもよい。

本実施形態に係るシリンダブロックの斜視図。 図１のＡ−Ａ断面図。 図１のＢ−Ｂ断面において、（ａ）は内周ブロックに樹脂シートを接着したときの状態図、（ｂ）は外周ブロックを振動溶着したときの状態図、（ｃ）はピンを嵌入する直前の状態図、（ｄ）はピンを嵌入する途中の状態図、（ｅ）はピンを嵌入した後の状態図。 図１のＣ−Ｃ断面におけるエンジンの断面図。

符号の説明

１０…シリンダブロック、１１…ウォータジャケット、２０…内周ブロック、３０…外周ブロック、４０…第１樹脂シート、４１…第２樹脂シート、４２…位置決めピン、５１…ヘッドガスケット、５２…シリンダヘッド、５３…スルーヘッドボルト。

Claims (2)

1. シリンダの周囲にウォータジャケットが区画形成され、
   シリンダボアとウォータジャケットのシリンダ側壁体とを備えた内周ブロックと、前記ウォータジャケットの外側壁体を備えた外周ブロックと、シリンダの軸心に垂直な平面に設けられ内周ブロックと外周ブロックとが対向する位置に形成された内周ブロック及び外周ブロックの対向面と、該対向面にそれぞれ接合されて挟持される板状樹脂製のシール部材と、該対向面で内周ブロックと外周ブロックとを締め付ける締結部材とを備え、
   前記シール部材は、その厚さ方向の弾性変形を通じて前記締結部材の締め付け力を吸収するように形成されており、
   前記シール部材は、内周ブロック及び外周ブロックの少なくとも一方の対向面に対し振動溶着によって溶着されているシリンダブロックの製造方法であって、
   振動溶着時において、溶融したシール部材の表面が硬化する硬化期間中に、前記内周ブロックと外周ブロックとの相対位置関係を位置決め装置により位置決めするようにしたことを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
2. 請求項１に記載のシリンダブロックの製造方法において、
   前記位置決め装置を、複数のピンと、前記対向面に形成された前記複数のピンと嵌合する複数のピン孔とにより構成し、前記硬化期間中に該複数のピンを全てのピン孔に嵌入させるようにしたことを特徴とするシリンダブロックの製造方法。

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