| 【発明の名称】 |
シリンダライナーとその製造方法、およびシリンダブロックとその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】小山 茂
【氏名】小田 輝幸
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| 【要約】 |
【課題】アルミニウムダイカストとの高い密着性が得られるシリンダライナーを提供する。
【解決手段】鋳鉄製であって、軸方向中央部近辺の外径が軸方向両端部の外径よりも小径をなし、該中央部近辺の最細部から両端部に向けて徐々に外径が拡大する筒状に形成され、かつ外周面に軸方向に伸びる突条３８が所要間隔をおいて複数本形成されていることを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 鋳鉄製であって、軸方向中央部近辺の外径が軸方向両端部の外径よりも小径をなし、該中央部近辺の最細部から両端部に向けて徐々に外径が拡大する筒状に形成され、かつ外周面に軸方向に伸びる突条が所要間隔をおいて複数本形成されていることを特徴とするシリンダライナー。
【請求項２】 前記最細部の外周面に周溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載のシリンダライナー。
【請求項３】 外周面が鋳肌の露出する黒皮部に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のシリンダライナー。
【請求項４】 鋳物砂をバインダーで固める工法によって形成されると共に、軸方向中央部近辺の内径が軸方向両端部の内径よりも小径をなし、該中央部近辺の最細部から両端部に向けて徐々に内径が拡大する筒状をなし、かつ内周面に軸方向に伸びる凹溝が所要間隔をおいて複数本形成された中子を用い、該中子を鋳型の一方の型内に配置すると共に、該中子の空間部内に突入して中子内周面との間に鋳空間を形成する島部を有する他方の型を前記一方の型に組み付け、前記鋳空間内に溶湯を充填する工程を具備することを特徴とするシリンダライナーの製造方法。
【請求項５】 前記内周面の最細部に内方に向けて突出するリング部を有する中子を用いることを特徴とする請求項４記載のシリンダライナーの製造方法。
【請求項６】 請求項１、２または３記載のシリンダライナーが複数本併置され、該複数本のシリンダライナーがアルミニウムにより鋳ぐるまれていることを特徴とするシリンダブロック。
【請求項７】 請求項１、２または３記載のシリンダライナーを鋳型内に併置し、該複数本のシリンダライナーの回りをアルミニウムで鋳ぐるむ工程を具備する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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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車用エンジンにおけるシリンダライナーとその製造方法、およびシリンダブロックとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７、図８に例示するように、自動車用エンジンにおけるシリンダブロック１は鋳鉄製のシリンダライナー２がアルミニウムブロック３の一部として鋳ぐるまれて成る。４は冷却水通路である。一般的にこのようなアルミニウムの鋳物の特徴として、アルミニウム内部に湯境や破断チル（凝固片）等に起因する内部欠陥が発生することが知られている。シリンダブロック１の場合、アルミニウムは冷えて固まるときの収縮率が非常に高く、一方既に鋳造されているシリンダライナー２はそれ程熱的影響を受けないため、アルミニウム部分に大きな応力が残留することになる。
【０００３】すなわち、隣接するシリンダライナー２間の部位Ａには、図８の矢印方向にアルミニウムの収縮が作用することから、部位Ａに内部欠陥があると、これが原因して割れが生じやすい。 またアルミニウムが冷えて収縮した際に、収縮に原因する残留応力が諸所に生じ、特に前記部位Ａや、これと直交する方向の外周中央部付近である部位Ｂに、シリンダライナー２の後加工時、あるいはピストンの摺動時等にストレスが加わることにより割れが発生したりする問題がある。このような割れ防止のために、部位ＡやＢの厚さを大きくするようにしているが、軽量化、小型化の要請に反する。
【０００４】また、基本的に鋳鉄製のシリンダライナー２とアルミニウムブロック３間では合金が形成されるわけではないので、密着性がよくなく、微視的に随所に隙間が生じ、これがために、冷却水による冷却効率が低下するという課題もある。両者の密着性を向上させるために、シリンダライナー２の外周面に多数本のリング状の突起を形成することが知られている。このようなリング状の突起を鋳造法により形成するには、模型水平分割方式と縦割方式等が考えられる。
【０００５】図９は、模型水平分割方式の場合を示す。下型１０と上型１２とで中子１４を挟み、中子１４外周面と下型１０、上型１２内周面との間に形成された鋳空間内に溶湯を供給する。なお、Ｐ．Ｌは模型分割面を示す。図１０は、縦割方式の一例を示す。島１０ａを有する下型１０と、島１２ａを有する上型１２ａとを用いる。島１０ａ、島１２ａと下型１０の内周面との間の鋳空間内に溶湯を充填する。Ｐ．Ｌは型分割面である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図９の模型水平分割方式の場合、上型、下型の内壁面に半割りのリング状の凹溝を設ければよいから、型抜きに支障なく、外周面にリング状の突起を形成することができる。しかしながら、Ｐ．Ｌに沿ってバリが多数本のリング状の突起を横断する方向に生じ、このバリの除去が極めて困難である。またバリが残った場合、シリンダライナーを鋳ぐるむアルミニウムブロックに応力集中部分が生じ、アルミニウムブロックに割れが生じるなどの課題がある。図１０の縦割方式の場合には、シリンダライナーの外周面は抜き勾配の必要性のために外径が一定でなく、したがって、外径を一定にしたり、アルミニウムブロックとの密着性を向上させるための、上記リング状の突起を別途切削加工によって形成しなければならないなどの課題がある。
【０００７】また、シリンダライナーにリング状突起を設けた場合、アルミニウムブロックとの密着性はそれなりに高くはなるが、アルミニウムのシリンダライナーの周方向への収縮は依然として大きく（シリンダライナーの軸方向への収縮は周方向に比べてそれ程大きくはない）、前記のアルミニウムが冷却した際の残留応力に起因する割れ等の問題が解消されないという課題がある。
【０００８】そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、アルミニウムブロックとの高い密着性が得られるシリンダライナーとその製造方法、およびアルミニウムブロックの割れ等を可及的に防止でき、強度的に優れると共に、軽量化、小型化も図れるシリンダブロックとその製造方法を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成するため次の構成を備える。すなわち、本発明に係るシリンダライナーは、鋳鉄製であって、軸方向中央部近辺の外径が軸方向両端部の外径よりも小径をなし、該中央部近辺の最細部から両端部に向けて徐々に外径が拡大する筒状に形成され、かつ外周面に軸方向に伸びる突条が所要間隔をおいて複数本形成されていることを特徴とする。
【００１０】上記のように、本発明に係るシリンダライナーは、外形が中細形状となっていることから、シリンダブロックとして用いられた際に、ピストン等から軸方向の力が加わってもアルミニウムブロックから抜け出てしまうことがなく、両者間の密着性に優れる。また、外周面に軸方向に伸びる突条が形成されていることから、強度的に優れる（高剛性）。したがって、肉薄にすることもでき、軽量化も図れる。さらにシリンダブロックに形成する際、アルミニウムの周方向への収縮を突条で均等に受け止め、収縮後のアルミニウムに生じる内部応力を軽減かつ均等にすることができるので、アルミニウムブロックの割れ等の問題を解消しうる。したがって、アルミニウムブロックを肉薄にもでき、この点から得られるシリンダブロックの軽量化、小型化が図れる。また、アルミニウムが収縮により突状を両側から強固に挟み込むので、両者間の密着性に優れ、接触面積も安定的に大きく確保されるので、冷却水による冷却効率も高くなる。
【００１１】前記最細部の外周面に周溝を形成することにより、アルミニウムが該周溝内に入り込み、アルミニウムブロックに対する軸方向の抗力がさらに増大する。さらに、外周面が鋳肌の露出する黒皮部に形成されることにより、この点からもさらにアルミニウムブロックとの密着性が向上する。
【００１２】また、本発明に係るシリンダライナーの製造方法では、鋳物砂をバインダーで固める工法によって形成されると共に、軸方向中央部近辺の内径が軸方向両端部の内径よりも小径をなし、該中央部近辺の最細部から両端部に向けて徐々に内径が拡大する筒状をなし、かつ内周面に軸方向に伸びる凹溝が所要間隔をおいて複数本形成された中子を用い、該中子を鋳型の一方の型内に配置すると共に、該中子の空間部内に突入して中子内周面との間に鋳空間を形成する島部を有する他方の型を前記一方の型に組み付け、前記鋳空間内に溶湯を充填する工程を具備することを特徴とする。
【００１３】上記の中子を用い、該中子と島部との間の鋳空間内に溶湯を注入することにより、前記所要のシリンダライナーを製造することができる。中子は、鋳型内から取り出した後に、溶湯の熱によりバインダー成分が変性し、崩壊するので、シリンダライナーが容易に取り出される。
【００１４】前記内周面の最細部に内方に向けて突出するリング部を有する中子を用いることにより、外周の最細部に周溝を備えるシリンダライナーを得ることができる。
【００１５】また本発明に係るシリンダブロックでは、上記のシリンダライナーが複数本併置され、該複数本のシリンダライナーがアルミニウムにより鋳ぐるまれていることを特徴とする。またその製造方法は、上記のシリンダライナーを鋳型内に併置し、該複数本のシリンダライナーの回りをアルミニウムで鋳ぐるむ工程を具備することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１はシリンダライナー３０の部分断面正面図、図２は平面図である。シリンダライナー３０は、鋳鉄製であって、軸方向中央部近辺の外径が軸方向両端部の外径よりも小径をなし、該中央部近辺の最細部から両端部に向けて徐々に外径が拡大する筒状に形成されている。長さが１２０ｍｍ程度、外径９６ｍｍ程度のシリンダライナー３０の場合に、外周の中央部分の外径と両端部の外径との差は０．２ｍｍ程度として、シリンダライナー３０自体の厚さが極力均一になるようにするのがよい。しかし、上記外径差は特に限定されるものではない。
【００１７】また、シリンダライナー３０の外周面には軸方向に伸びる突条３２が所要間隔をおいて複数本形成されている。突状３２の本数や高さも特に限定されるものではない。さらに、シリンダライナー３０の最細部の外周面に周溝３４を形成すると好適である。したがって、軸方向に伸びる突条３２は周溝３４によって分断される。周溝３４の深さも特には限定されないが、突条３２間の、両端から中央へ向けて次第に径細となる溝と連続するものであってもよい。また、シリンダライナー３０の外周面は鋳肌の露出する黒皮部に形成されている。
【００１８】次にシリンダライナー３０の製造方法を説明する。まず、使用する中子について説明する。図３は中子３６の断面図である。中子３６は後記するように、得るべきシリンダライナー１６の外形を決めるものである。中子３６は、鋳物砂をバインダーで固める工法によって形成されるもので、軸方向中央部近辺の内径が軸方向両端部の内径よりも小径をなし、該中央部近辺の最細部から両端部に向けて徐々に内径が拡大する筒状をなし、かつ内周面に軸方向に伸びる凹溝３８が所要間隔をおいて複数本形成されてなる。また、中子３６の内周面の最細部に内方に向けて突出するリング部４０が形成されている。
【００１９】図４は中子３６製造用の型を示す。４２は金属製の可動型であり、中子３６の外形を決める凹部４４が形成され、また凹部４４内に突出して、中子３６の内周面の下半分を決める島部４２ａが形成されている。４６は金属製の固定型であり、下型４２の凹部４４内に突出して、中子３６の内周面の上半分を決める島部４６ａが形成されている。すなわち、島部４２ａ外壁、島部４６ａ外壁には、中子３６の内周面の凹溝３８に対応する突条（図示せず）が形成され、また島部４２ａと島部４６ａの突き合わせ端面の周縁には、中子３６のリング部４０に対応する段差凹部が形成されている。４８は吹き込み口である。
【００２０】凹部４４内周面と、島部４２ａ、島部４６ａの外壁面との間の空間内に吹き込み口４８より鋳物砂と熱硬化性樹脂等からなるバインダーとを吹き込み、金型を加熱して、または化学反応させてバインダーを硬化させることにより中子３６を形成することができる。なお、島部４２ａと島部４６ａとの突き合わせ部にバリが発生した場合であっても、リング部４０が内方に突出し、このリング部４０にさらに内方に突出するバリが形成される状態となるので、隣接する凹溝３８間に突部が存在しても、該突部が空間的な障害となることはなく、得られた中子３６内に研削治具を挿入して、容易にバリを研削、除去することができる。
【００２１】図５は上記中子３６を用いてシリンダライナー３０を鋳造するための鋳型を示す。５０は一方の型である下型であり、中子３６が収容される凹部５２を有する。中子３６は凹部５２内に密に収容される。５４は他方の型である上型であり、凹部５２内に突出して、中子３６内周面との間でシリンダライナー３０用の鋳空間５６を形成する島部５４ａが形成されている。したがって、図示しない注入口より溶湯を注入することにより、前記したシリンダライナー３０が鋳造されることになる。シリンダライナー３０は中子３６と共に鋳型内から取り出されるが、中子３６は鋳型内から取り出した後に、溶湯の熱によりバインダー成分が変性し、崩壊するので、シリンダライナーが容易に取り出される。なお、下型５０、上型５４は生型が用いられる。
【００２２】得られたシリンダライナー３０の複数本を鋳型内に配置し、アルミニウムで鋳ぐるんでシリンダブロックに形成するのは常法により行える。図６は得られたシリンダブロック３１の一例を示す。３３はアルミニウムブロック、３５は冷却水通路である。
【００２３】本実施の形態におけるシリンダライナー３０の外周面には軸方向に伸びる突条が形成されているため、強度的に優れる（高剛性）。シリンダブロック３１には、後工程でヘッド部（図示せず）がボルト止めされるが、シリンダライナー３０の軸方向への剛性が大きいので、変形等を防止できる。剛性が大きいから、肉薄にすることもでき、軽量化も図れる。さらにシリンダブロックに形成する際、アルミニウムの周方向への収縮を突条で均等に受け止め、収縮後のアルミニウムに生じる内部応力を軽減かつ均等にすることができるので、アルミニウムブロックの割れ等の問題を解消しうる。したがってまた、アルミニウムブロックを肉薄にもでき、この点から得られるシリンダブロックの軽量化、小型化が図れる。また、アルミニウムが収縮により突状を両側から強固に挟み込むので、両者間の密着性に優れ、接触面積も安定的に大きく確保されるので、冷却水による冷却効率も高くなる。
【００２４】また、シリンダライナー３０は、外形が中細形状となっていることから、シリンダライナー３０の内周面の加工時に、あるいはピストンの摺動時等にシリンダライナー３０に軸方向への力が加わっても、アルミニウムブロックによりシリンダライナー３０が保持され、アルミニウムブロックからシリンダライナー３０が抜け出てしまうようなことがなく、アルミニウムブロックとシリンダライナー３０との密着性に優れる。また、シリンダライナー３０の外周に周溝３４が形成されることにより、この周溝３４内にもアルミニウムが入り込むから、軸方向への力に対して一層抗力を有するものとなる。
【００２５】さらに、シリンダライナー３０の外周面には切削加工を一切施す必要がなく、外周面は、鋳造の際の鋳肌がそのまま露出する黒皮部をなすことから、さらにアルミニウムブロック３３との密着性が向上する。また、外周面や内周面の中途にバリが発生することもなく、従来のようにリング状の突起を形成せずとも上記のようにアルミニウムブロックとの密着性に優れるから、外周面や内周面の切削加工がほとんど不用となり、コストの低減も図れる。
【００２６】本実施の形態において、上記のように、中細のシリンダライナー３０の外周面に軸方向に伸びる突条３２を形成できるのは、上記の中子３６を用いて縦割方式で鋳造するからに他ならない。図１０に示す従来の単なる縦割方式では、抜き勾配の関係で中細のシリンダライナーの製造は不可能である。
【００２７】また、図９に示す模型水平分割方式では、シリンダライナーの外周に、軸方向に伸びる突条は、アンダーカット部分が生じるため均一に形成することはできないのである。つまり、図１１に示すように、シリンダライナー外周面に軸方向に伸びる突条を形成するための、型内周面に設ける図のＸ領域の部分の凹溝がアンダーカットになってしまい、型抜けができないからである。
【００２８】以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施すことができる。
【００２９】
【発明の効果】本発明に係るシリンダライナーは、外形が中細形状となっていることから、シリンダブロックとして用いられた際に、ピストン等から軸方向の力が加わってもアルミニウムブロックから抜け出てしまうことがなく、両者間の密着性に優れる。また、外周面に軸方向に伸びる突条が形成されていることから、強度的に優れる（高剛性）。したがって、肉薄にすることもでき、軽量化も図れる。さらにシリンダブロックに形成する際、アルミニウムの周方向への収縮を突条で均等に受け止め、収縮後のアルミニウムに生じる内部応力を軽減かつ均等にすることができるので、アルミニウムブロックの割れ等の問題を解消しうる。したがって、アルミニウムブロックを肉薄にもでき、この点から得られるシリンダブロックの軽量化、小型化が図れる。また、アルミニウムが収縮により突状を両側から強固に挟み込むので、両者間の密着性に優れ、接触面積も安定的に大きく確保されるので、冷却水による冷却効率も高くなる。さらに、外周面が鋳肌の露出する黒皮部に形成されることにより、この点からもさらにアルミニウムブロックとの密着性が向上する。前記最細部の外周面に周溝を形成することにより、アルミニウムが該周溝内に入り込み、アルミニウムブロックに対する軸方向の抗力がさらに増大する。また、本発明に係るシリンダライナーの製造方法では、鋳物砂をバインダーで固める工法によって形成される中子を用い、該中子と島部との間の鋳空間内に溶湯を注入することにより、前記所要のシリンダライナーを製造することができる。その際中子は、鋳型内から取り出した後に、溶湯の熱によりバインダー成分が変性し、崩壊するので、シリンダライナーが容易に取り出される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１３０３１８
【氏名又は名称】株式会社コヤマ
【識別番号】０００００５３４８
【氏名又は名称】富士重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年２月１６日（２０００．２．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７６２１
【弁理士】
【氏名又は名称】綿貫 隆夫 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２２７４０３（Ｐ２００１−２２７４０３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年８月２４日（２００１．８．２４） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３８６６１（Ｐ２０００−３８６６１） |
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