(57)【要約】【課題】  シリンダライナとシリンダブロック本体との界面に発生する隙間が抑制できると共に安定した密着及び結合強度が得られるシリンダライナ及びシリンダブロックを提供する。【解決手段】    鋳鉄製のシリンダライナ１０の外周面１２に軸方向中央部１２ａを対称に、軸方向中央部１２ａ側に移行するに従って次第に縮径する第１傾斜面１５ｂ、断面円弧状で次第に拡径する溝底部１５ｄ、第１傾斜面１５ｂと対向する第２傾斜面１５ｆが連続する軸方向断面がＪ字状の周方向溝１５を複数形成する。シリンダライナ１０をアルミニウム合金製のシリンダブロック本体３０で鋳包みするにあたり、周方向溝１５によってシリンダライナ１０とシリンダブロック本体３０の界面Ｂの密着性及び結合強度が確保できる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄製の円筒状で外周面に周方向に連続する環状の平坦面が軸方向に間隔を有して複数形成され、かつ隣接する上記平坦面間に周方向に連続する周方向溝が複数形成された、アルミニウム合金製のシリンダブロック本体で鋳包みするシリンダライナにおいて、
上記外周面に軸方向中心部を対称に上記周方向溝が複数配置され、各周方向溝は軸方向端部側の平坦面に連続する第１外周端から軸方向中心部側に移行するに従って次第に縮径する第１傾斜面及び該第１傾斜面の内周端から断面円弧状で次第に拡径する溝底部を有して隣接する軸方向中央部側の平坦面に第２外周端が連続する断面Ｊ字状に形成されたことを特徴とするシリンダライナ。
【請求項２】
上記各周方向溝は、上記溝底部の外周端と上記第２外周端との間に上記第１傾斜面と対向して軸方向中央部側から軸方向端部側に移行するに従って拡径する第２傾斜面を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシリンダライナ。
【請求項３】
鋳鉄製の円筒状で外周面に周方向に連続する螺旋状の平坦面が軸方向に間隔を有して連続して形成され、かつ該螺旋状の平坦面間に螺旋状で連続する周方向溝が形成された、アルミニウム合金製のシリンダブロック本体で鋳包みするシリンダライナにおいて、
上記外周面に軸方向中心部を対称にそれぞれ上記周方向溝が配置され、各周方向溝は軸方向断面形状において軸方向端部側の平坦面に連続する第１外周端から軸方向中心部側に移行するに従って次第に縮径する第１傾斜面及び該第１傾斜面の内周端から円弧状で次第に拡径する溝底部を有して隣接する軸方向中央部側の平坦面に第２外周端が連続するＪ字状に形成されたことを特徴とするシリンダライナ。
【請求項４】
上記各周方向溝は、軸方向断面形状において上記溝底部の外周端と上記第２外周端との間に上記第１傾斜面と対向して軸方向中央部側から軸方向端部側に移行するに従って拡径する第２傾斜面を備えたことを特徴とする請求項３に記載のシリンダライナ。
【請求項５】
上記外周面の軸方向中央部に周方向に連続する環状で、上記周方向溝の軸方向中央部側が端部と連続する周溝を備えたことを特徴とする請求項３または４に記載のシリンダライナ。
【請求項６】
上記請求項１〜５のいずれか１項に記載のシリンダライナをアルミニウム合金製のシリンダブロック本体で鋳包んだことを特徴とするシリンダブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンにおけるシリンダライナ及びシリンダライナが鋳包まれたシリンダブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、エンジンのシリンダブロックを軽量化して燃費を向上させるという観点から、鋳鉄製のシリンダライナをアルミニウム合金からなるシリンダブロック本体で鋳包んでシリンダブロックを製造することが実用化されている。
【０００３】
しかし、このように鋳鉄製のシリンダライナをアルミニウム合金で鋳包んだシリンダブロックを用いたエンジンは、シリンダライナとシリンダブロック本体との界面の随所に空隙、即ち隙間が生じることがある。
【０００４】
このようにシリンダライナとシリンダブロック本体との界面に隙間が生じると、シリンダライナとシリンダブロック本体との間の熱伝導効率が低下してエンジンの冷却性能に影響を及ぼすと共に、シリンダライナの周方向において熱伝導率のバラツキが発生する。シリンダライナの周方向の位置によって熱伝導率のバラツキがあると、シリンダライナの熱膨張率も周方向の位置によってバラツキが生じることになる。このバラツキによりシリンダライナが真円に膨張しなくなり、シリンダライナによって形成されるシリンダボア内面が歪んだ円筒形状となり、シリンダボア内を往復運動するピストンとの摩擦係数が高くなる。この摩擦係数の増大に起因してオイルの消費が増加すると共に、ピストンリングの磨耗が激しくなりエンジンの燃費、性能、耐久性等が低下する要因となる。また、シリンダライナとシリンダブロック本体との界面に形成された隙間に冷却水等が浸入すると、その冷却水等によってシリンダライナが発錆すると共に、その発錆がシリンダライナの変形を招く要因となることがある。
【０００５】
更に、シリンダブロック本体と、それに鋳包まれたシリンダライナとの界面に隙間があると、シリンダボア内面を機械加工する際に、シリンダライナが加工時の負荷により弾性変形、いわゆるスプリングバックが発生してシリンダライナの加工精度が低下する。また、界面に隙間が存在するとシリンダライナに繰り返し変形が付与されてシリンダライナの経時変化の要因となる。同様にシリンダブロック本体の薄肉部を機械加工する際に、加工時の負荷により弾性変形が発生してシリンダブロック本体の加工精度が低下する。
【０００６】
また、鋳鉄製のシリンダライナを鋳包むアルミニウム合金溶湯の凝固及び収縮時に発生する残留応力や熱膨張差によって高い負荷が加わるが、界面に隙間が存在すると応力集中が起こりアルミニウム合金部、即ちシリンダブロック本体が破損することがある。特に、シリンダブロック本体の薄肉部に応力集中して該部が破損することが懸念される。
【０００７】
この対策として、鋳鉄製のシリンダライナの外周面を粒状の鋼によるショットブラストを施して表面活性化を行うと共に粗面化し、このシリンダライナをアルミニウム合金で鋳包むことによりシリンダライナとシリンダブロック本体との界面を密着させるシリンダブロックの製造方法が知られている。
【０００８】
また、鋳鉄製のシリンダライナの外周面に溝或いは突条を多数一体に設け、このシリンダライナをアルミニウム合金で鋳包むことによりシリンダライナとシリンダブロック本体との界面を密着させるシリンダブロックの製造方法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００９】
更に、鋳鉄製のシリンダライナの外周面にアルミニウム合金溶湯との融着性が良好なＣｕ系やＺｎ系の金属をメッキした後、フラックス浴に浸漬してメッキ層に内蔵する水素ガス等のガス成分を除去し、しかる後このシリンダライナをアルミニウム合金で鋳包むことによりシリンダライナとシリンダブロック本体との界面を密着させるシリンダブロックの製造方法が知られている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２２７４０３号公報
【特許文献２】特開２００１−３３４３５７号公報
【特許文献３】特開平７−１３９４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記鋳鉄製のシリンダライナの外周面にショットブラストを施して粗面化してアルミニウム合金で鋳包むシリンダブロックの製造は、比較的低コストで行え、アルミニウム合金溶湯の湯廻りが向上し、界面の密着を高める効果がある。しかし、界面の結合強度が低く、シリンダライナを鋳包むアルミニウム合金溶湯の凝固時に発生する残留応力や収縮等の影響を受けやすく、界面に隙間のない安定した状態を得ることが困難である。
【００１２】
また、シリンダライナの外周面に溝や突起を多数一体に設け、アルミニウム合金で鋳包む特許文献１〜３に記載のシリンダブロックの製造方法によると、界面の結合強度は機械的要因によりある程度向上するが、多数の溝や突起によりシリンダライナを鋳包む際のアルミニウム合金溶湯の湯廻り性が損なわれてシリンダライナとシリンダブロック本体との界面に密着する部分と密着しない部分が発生することが懸念される。また、シリンダライナの外周面に機械加工によって多数の突起を加工するには種々の制約があり製造コストが増大するおそれがある。
【００１３】
鋳鉄製シリンダライナの外周面にＣｕ系やＺｎ系の金属をメッキした後、アルミニウム合金で鋳包むシリンダブロックの製造方法によると、メッキによるＣｕ系やＺｎ系材料のメッキ層、即ち被覆層の厚み及びシリンダライナと被覆層との密着状態にバラツキが発生しやすく、シリンダライナの表面形状に大きく影響する。被覆層の厚みやシリンダライナとの密着状態にバラツキがあるとアルミニウム合金溶湯と反応して界面に生成される金属間化合物の厚み等にもバラツキが発生して界面状態が不安定になり、隙間の発生や結合強度等が不安定になることが懸念される。
【００１４】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、シリンダライナとシリンダブロック本体との界面に隙間等の発生が抑制できると共に安定した密着及び結合強度が確保できるシリンダライナ及びシリンダブロックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成する請求項１に記載のシリンダライナの発明は、鋳鉄製の円筒状で外周面に周方向に連続する環状の平坦面が軸方向に間隔を有して複数形成され、かつ隣接する上記平坦面間に周方向に連続する周方向溝が複数形成された、アルミニウム合金製のシリンダブロック本体で鋳包みするシリンダライナにおいて、上記外周面に軸方向中心部を対称に上記周方向溝が複数配置され、各周方向溝は軸方向端部側の平坦面に連続する第１外周端から軸方向中心部側に移行するに従って次第に縮径する第１傾斜面及び該第１傾斜面の内周端から断面円弧状で次第に拡径する溝底部を有して隣接する軸方向中央部側の平坦面に第２外周端が連続する断面Ｊ字状に形成されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１のシリンダライナにおいて、上記各周方向溝は、上記溝底部の外周端と上記第２外周端との間に上記第１傾斜面と対向して軸方向中央部側から軸方向端部側に移行するに従って拡径する第２傾斜面を備えたことを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成する請求項３に記載のシリンダライナの発明は、鋳鉄製の円筒状で外周面に周方向に連続する螺旋状の平坦面が軸方向に間隔を有して連続して形成され、かつ該螺旋状の平坦面間に螺旋状で連続する周方向溝が形成された、アルミニウム合金製のシリンダブロック本体で鋳包みするシリンダライナにおいて、上記外周面に軸方向中心部を対称にそれぞれ上記周方向溝が配置され、各周方向溝は軸方向断面形状において軸方向端部側の平坦面に連続する第１外周端から軸方向中心部側に移行するに従って次第に縮径する第１傾斜面及び該第１傾斜面の内周端から円弧状で次第に拡径する溝底部を有して隣接する軸方向中央部側の平坦面に第２外周端が連続するＪ字状に形成されたことを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項３のシリンダライナにおいて、上記各周方向溝は、軸方向断面形状において上記溝底部の外周端と上記第２外周端との間に上記第１傾斜面と対向して軸方向中央部側から軸方向端部側に移行するに従って拡径する第２傾斜面を備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４のシリンダライナにおいて、上記外周面の軸方向中央部に周方向に連続する環状で、上記周方向溝の軸方向中央部側の端部が連続する周溝を備えたことを特徴とする。
【００２０】
上記目的を達成する請求項６に記載のシリンダブロックの発明は、上記請求項１〜５のいずれか１項に記載のシリンダライナをアルミニウム合金製のシリンダブロック本体で鋳包んだことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によると、シリンダライナの外周面に軸方向中心部を対称に周方向に連続する周方向溝を複数設け、かつ各周方向溝を軸方向中心部側に移行するに従って次第に縮径する第１傾斜面及びこの第１傾斜面の内周端から断面円弧状で次第に拡径する溝底部を有する断面Ｊ字状に形成することで、シリンダライナを鋳包むアルミニウム合金溶湯の凝固及び収縮時にアルミニウム合金溶湯の軸方向の移動が抑制されてアルミニウム合金溶湯の凝固及び収縮時に発生する軸方向応力が均等に分散され、これにより収縮後のアルミニウム合金に生じる残留応力が軽減及び均等に分散されてシリンダブロック本体の割れ等が防止できる。
【００２２】
更に、シリンダライナを鋳包むシリンダブロック本体に発生する剥離応力、機械加工時の加工応力、及び残留応力等の種々の応力がシリンダライナの外周面に断面Ｊ字状に形成された周方向溝によって受け止められてシリンダライナとシリンダブロック本体との界面における隙間の発生が防止でき、鋳鉄製のシリンダライナとアルミニウム合金製のシリンダブロック本体との界面の密着状態が安定し、界面に隙間の発生がなくシリンダライナとシリンダブロック本体との結合強度が確保できる。
【００２３】
請求項２の発明によると、各周方向溝が溝底部の外周端に連続して第１傾斜面と対向して軸方向中央部側から軸方向端部側に移行するに従って拡径する第２傾斜面を備えることによって、周方向溝にアンダーカットが確実に形成され、請求項１の効果がより確実になる。
【００２４】
請求項３の発明によると、シリンダライナの外周面に、軸方向中央部を対称に周方向に連続する螺旋状の周方向溝が形成され、かつこの周方向溝を軸方向断面形状において軸方向中心部側に移行するに従って次第に縮径する第１傾斜面及びこの第１傾斜面の内周端から円弧状で次第に拡径する溝底部を有するＪ字状に形成することで、シリンダライナを鋳包むアルミニウム合金溶湯の凝固及び収縮時にアルミニウム合金溶湯の移動が抑制されてアルミニウム合金溶湯の凝固及び収縮時に発生する応力が均等に分散され、これにより収縮後のアルミニウム合金に生じる残留応力が軽減及び均等に分散されてシリンダブロック本体の割れ等が防止できる。
【００２５】
更に、鋳鉄製のシリンダライナを鋳包むシリンダブロック本体に発生する剥離応力、機械加工時の加工応力、及び残留応力等の種々の応力がシリンダライナの外周面に断面Ｊ字状に形成された螺旋状の周方向溝によって受け止められてシリンダライナとシリンダブロック本体との界面における隙間の発生が防止でき、鋳鉄製のシリンダライナとアルミニウム合金製のシリンダブロック本体との界面の密着状態が安定し、界面に隙間の発生がなくシリンダライナとシリンダブロック本体との結合強度が確保できる。
【００２６】
また、螺旋状の周方向溝は、筒状に鋳造されたシリンダライナを中心軸回りに回転させ、外周面に加工刃具を当てて中心軸方向に沿って移動させる旋盤等による機械加工により効率的に形成することができる。
【００２７】
請求項４の発明によると、周方向溝が溝底部の外周端に連続して第１傾斜面と対向して軸方向中央部側から軸方向端部側に移行するに従って拡径する第２傾斜面を備えることによって、周方向溝にアンダーカットが確実に形成され、請求項３の効果がより確実に得られる。
【００２８】
請求項５の発明によると、シリンダライナの外周面に、外周面の軸方向中央部に周方向に連続する環状で、かつ周方向溝の軸方向中央部側の端部が連続する周溝を備えることで、周溝を介して周方向溝の深さ等の加工状態を計測及び判断することが容易になると共に、周方向溝の加工に伴い発生するバリ等を除去する加工バリの処理も容易になる。
【００２９】
請求項６の発明によると、鋳鉄製のシリンダライナとアルミニウム合金製のシリンダブロック本体との界面の密着状態が安定し、界面に隙間の発生がなくシリンダライナとシリンダブロック本体との結合強度が安定した高品質のシリンダブロックが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明によるシリンダライナ及びシリンダブロックの実施の形態を図を参照して説明する。
【００３１】
（第１実施の形態）
図１乃至図１０を参照して本発明のシリンダライナ及びシリンダブロックの第１実施の形態を説明する。
【００３２】
図１は、鋳鉄製のシリンダライナ１０を溶融金属となるアルミニウム合金のシリンダブロック本体３０で鋳包んだシリンダブロック１の平面図、図２は図１のＩ−Ｉ線断面図、図３はシリンダライナ１０の斜視図、図４はシリンダライナ１０の側面図、図５は図３のＩＩ−ＩＩ線断面の要部拡大図である。
【００３３】
シリンダライナ１０は、図３乃至図５に示すように中心軸Ｌを中心として軸方向に延在する断面円形のシリンダボア内面１１及び外周面１２を有する円筒状に形成されている。
【００３４】
また、外周面１２に、軸方向中央部１２ａを対称に、中心軸Ｌと平行で周方向Ｒに連続する環状の平坦面１４が軸方向に間隔を有して複数形成され、かつ隣接する平坦面１４間に周方向Ｒに連続する周方向溝１５が形成されている。
【００３５】
図６に図５のＡ部拡大図を示すように、周方向溝１５は、軸方向断面形状において、軸方向端部１２ｂ側の平坦面１４の端縁となる第１外周端１５ａから軸方向中央部１２ａ側に移行するに従って次第に縮径するテーパ状の第１傾斜面１５ｂと、第１傾斜面１５ｂの内周端１５ｃから円弧状に次第に拡径する溝底部となる円弧面１５ｄと、円弧面１５ｄの外周端１５ｅから軸方向端部１２ｂ側に移行するに従って拡径して第１傾斜面１５ｂと対向するテーパ状の第２傾斜面１５ｆとを有し、第２傾斜面１５ｆの第２外周端１５ｇが隣接する軸方向中央部１２ａ側の平坦面１４と連続し、第１外周端１５ａと第２外周端１５ｇとの間が隣接する平坦面１４間に開口するＪ字状に形成されている。この第２傾斜面１５ｆは、中心軸Ｌと直交する径方向基準Ｌ１に対して３°〜３５°の傾斜角θであって、円弧面１５ｄの外端部１５ｅから第２外周端１５ｇの範囲がアンダーカットを形成している。即ち、各周方向溝１５は、軸方向中央部１２ａ側の溝底部から軸方向端部１２ｂ側に向かって傾斜して隣接する平坦面１４間に開口して形成されている。
【００３６】
このように形成されたシリンダライナ１０は、鋳包み工程において、複数本、本実施の形態では２本を並列配置して鋳型内にセットし、アルミニウム合金溶湯で鋳包むことによって図１及び図２に示すようにシリンダライナ１０がアルミニウム合金からなるシリンダブロック本体３０によって鋳包みされてシリンダライナ１０とシリンダブロック本体３０が一体化されたシリンダブロック１が得られる。
【００３７】
この鋳包み工程において、アルミニウム合金溶湯が各周方向溝１５内にも進入し、シリンダライナ１０を鋳包むアルミニウム合金溶湯の凝固及び収縮時に、図７に説明図を示すように、収縮応力σ１が平坦面１４と直交して作用し、かつ凝固に伴う軸方向の収縮が軸方向中央部１２ａを対称に多数形成された各周方向溝１５によって均等に受け止められてアルミニウム合金溶湯の軸方向の移動が抑制される。これによりアルミニウム合金溶湯の凝固及び収縮時に発生する軸方向応力σ２がシリンダライナ１０の外周面１２に沿って均等に分散されて収縮後のアルミニウム合金に生じる残留応力を軽減及び均等に分散することができる。この残留応力の軽減及び均等化によってシリンダブロック本体３０の残留応力が緩和されてシリンダブロック本体３０、特に隣接するシリンダライナ１０間に形成されるシリンダブロック本体３０の薄肉部３１の残留応力が緩和されてシリンダブロック本体３０の割れ等が防止できる。
【００３８】
更に、このように鋳鉄製のシリンダライナ１０を鋳包むアルミニウム合金製のシリンダブロック本体３０には、アルミニウム合金溶湯の凝固及び収縮時に発生する残留応力や熱膨張差によって高い負荷が加わり、図８に説明図を示すようにシリンダライナ１０の外周面１２からシリンダブロック本体３０を剥離する方向の剥離応力σ３が発生することがある。
【００３９】
この剥離応力σ３に対し、シリンダライナ１２の周方向溝１５内に進入したシリンダブロック本体３０の部分３２が、シリンダライナ１０の周方向溝１５、特にアンダーカットされた円弧面１５ｄの外周端１５ｅ近傍及び第２係斜面１５ｆによって受け止められて抗力Ｐ３が作用し、シリンダライナ１０とシリンダ本体３０との密着力Ｐ１が確保される。これにより、シリンダライナ１０とシリンダブロック本体３０との界面Ｂにおける隙間の発生が防止できる。
【００４０】
一方、本実施の形態に対し、図９に図８に対応する比較説明図を示すように、周方向溝のない平坦な外周面１１２を有するシリンダライナ１１０をアルミニウム合金で鋳包みしたシリンダブロック本体１３０にあっては、アルミニウム合金溶湯の凝固及び収縮時に発生する残留応力や熱膨張差によりシリンダブロック本体１３０をシリンダライナ１１０から剥離する方向の剥離応力σ３が発生すると、シリンダライナ１１０とシリンダブロック本体１３０との密着力Ｐ１に抗してシリンダブロック本体１３０がシリンダライナ１１０から剥離し、シリンダライナ１１０とシリンダブロック本体１３０との界面Ｂに隙間Ｃが発生するおそれがある。
【００４１】
更に、シリンダライナ１０の外周面１２に形成される各周方向溝１５が、軸方向中央部１２ａ側の溝底部から軸方向端部１２ｂ側に向かって傾斜して隣接する平坦面１４間に開口して形成されることから、図１０の説明図に示すようにピストン等からシリンダライナ１０の軸方向に作用する軸方向応力（剪断応力）σ４の分力σ４ａが軸方向端部１２ｂ方向に傾斜して平坦面１４間に開口する各周方向溝１５に沿って作用し、各周方向溝１５によって受け止められてシリンダライナ１０とシリンダブロック本体３０との界面Ｂ全体に軸方向応力σ４が分散する。これにより、シリンダライナ１０とシリンダブロック本体３０との界面Ｂにおける密着が確保でき、隙間の発生が防止できる。
【００４２】
従って、このように形成されたシリンダブロック１は、鋳鉄製のシリンダライナ１０とアルミニウム合金製のシリンダブロック本体３０との界面Ｂに隙間が発生することなく、シリンダライナ１０の軸方向及び周方向Ｒ全周におけるシリンダライナ１０とシリンダブロック本体３０への熱伝導率が均一になり、熱伝導率が向上してエンジンの冷却性能が確保できると共に、シリンダライナ１０の熱膨張にバラツキがなくなる。その結果、シリンダライナ１０が真円に膨張してシリンダボア内面１１が真円の円筒状となり、シリンダボア内を往復動するピストンとの摩擦係数が抑制できる。このシリンダライナ１０とピストンとの摩擦係数の抑制に伴ってオイルの消費が減少すると共にピストンリングの磨耗が回避されてエンジンの燃費、性能、耐久性等が向上する。
【００４３】
また、シリンダライナ１０とシリンダブロック本体３０との界面Ｂに隙間がなく密着して結合強度が確保され、シリンダボア内面１１を機械加工する際にシリンダライナ１０に加工時の負荷が作用してもシリンダライナ１０の弾性変形が抑制されて加工精度が確保できる。更に、シリンダライナ１０とシリンダブロック本体３０との界面Ｂに隙間がなく、シリンダライナ１０の変形が防止されてシリンダライナ１０の経時変化が回避できる。
【００４４】
また、界面Ｂの密着によりシリンダライナ１０とシリンダブロック本体３０との間に冷却水等が浸入することがなくなりシリンダライナ１０の発錆が抑制でき、発錆によるシリンダライナ１０の変形が回避できる。
【００４５】
このように、本実施の形態によると、鋳鉄製のシリンダライナ１０とアルミニウム合金製のシリンダブロック本体３０との界面Ｂの密着状態が安定し、界面Ｂに隙間の発生がなくシリンダライナ１０とシリンダブロック本体３０の結合強度に優れ安定した高品質のシリンダブロック１が得られる。
【００４６】
（第２実施の形態）
次に、図１１乃至図２３を参照して本発明のシリンダライナ及びシリンダブロックの第２実施の形態を説明する。
【００４７】
図１１は、本実施の形態における鋳鉄製のシリンダライナ２０の斜視図、図１２は図１１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面の要部拡大図である。
【００４８】
シリンダライナ２０は、図１１及び図１２に示すように中心軸Ｌを中心として軸方向に延在する断面円形のシリンダボア内面２１及び外周面２２を有する円筒状に形成されている。
【００４９】
外周面２２に、軸方向中央部２２ａを対称に中心軸Ｌと平行で互いに反回転方向で周方向Ｒに連続する螺旋状の平坦面２４が軸方向に間隔を有して連続して形成され、かつ螺旋状の平坦面２４間に螺旋状で連続する周方向溝２５が形成されている。
【００５０】
図１３に図１２のＢ部拡大図を示すように、周方向溝２５は、軸方向断面形状において、軸方向端部２２ｂ側の平坦面２４に連続する第１外周端２５ａから軸方向中央部２２ａ側に移行するに従って次第に縮径するテーパ状の第１傾斜面２５ｂと、第１傾斜面２５ｂの内周端２５ｃから円弧状に次第に拡径する溝底部となる円弧面２５ｄと、円弧面２５ｄの外周端２５ｅから軸方向端部２２ｂ側に移行するに従って拡径して第１傾斜面２５ｂと対向するテーパ状の第２傾斜面２５ｆを有し、第２傾斜面２５ｆの第２外周端２５ｇが隣接する軸方向中央部２２ａ側の平坦面２４に連続し、第１外周端２５ａと第２外周端２５ｇとの間が隣接する平坦面２４間に開口するＪ字状に形成されている。また、第２傾斜面２５ｆは、中心軸Ｌと直交する径方向基準Ｌ１に対して３°〜３５°の傾斜角θであって、円弧面２５ｄの外端部２５ｅから第２外周端２５ｇの範囲がアンダーカットを形成している。即ち、各周方向溝２５は、軸方向中央部２２ａ側の溝底部から軸方向端部２２ｂ側に向かって傾斜して平坦面２４間に開口して形成されている。
【００５１】
このように形成されたシリンダライナ２０は、第１実施の形態と同様に鋳包み工程において、複数本、本実施の形態では２本を並列配置して鋳型内にセットし、アルミニウム合金溶湯で鋳包むことによって、図１４に示すようにシリンダライナ２０がアルミニウム合金からなるシリンダブロック本体３０によって鋳包みされてシリンダライナ２０とシリンダブロック本体３０が一体化されたシリンダブロック１が得られる。
【００５２】
この鋳包み工程において、軸方向中心部２２ａを対称に螺旋状で周方向溝２５が軸方向中央部２２ａ側の溝底部から軸方向端部２２ｂ側に傾斜して平坦面２４に開口して形成されることから、アルミニウム合金溶湯が周方向溝２５内にも進入してシリンダライナ２０を鋳包むアルミニウム合金溶湯の凝固及び収縮時に、図１５に説明図を示すように収縮応力σ１が平坦面２４と直交して作用し、かつ凝固に伴う軸方向の収縮が周方向溝２５によってシリンダライナ２０の軸方向に分散されて均等に受け止められてアルミニウム合金溶湯の軸方向の移動が抑制される。
【００５３】
この結果、アルミニウム合金溶湯の凝固及び収縮時に発生する軸方向応力σ２がシリンダライナ１０の外周面２２に沿って均等に分散されて収縮後のアルミニウム合金に生じる残留応力を軽減及び均等に分散することができる。また、軸方向中央部２２ａを対称に互いに反回転方向で螺旋状に連続する一対の周方向溝２５を形成することによって、互いの周方向溝２５の延在する周方向Ｒに作用する収縮応力σ１の分力が互いに打ち消し合ってシリンダライナ２０に回転力が付与されることなく安定した状態に保持される。これら残留応力の軽減及び均等化によってシリンダブロック本体３０の残留応力が緩和されてシリンダブロック本体３０の割れ等の発生が防止できる。
【００５４】
更に、このように鋳鉄製のシリンダライナ１０を鋳包むアルミニウム合金製のシリンダブロック本体３０には、アルミニウム合金溶湯の凝固及び収縮時に発生する残留応力や熱膨張差によって高い負荷が加わり、図１６に説明図を示すようにシリンダライナ２０の外周面２２からシリンダブロック本体３０を剥離する方向の剥離応力σ３が発生することがある。
【００５５】
この剥離応力σ３の一部は図１７にシリンダブロック本体３０を省略した説明斜視図に示すように周方向溝２５の延在方向に沿って周方向応力σ３ａとして分散される。
【００５６】
この剥離応力σ３に対し、螺旋状で軸方向中央部２２ａ側の溝底部から軸方向端部２２ｂ側に傾斜して平坦面２４に開口して形成されたシリンダライナ２０の周方向溝２５内に進入したシリンダブロック本体３０の部分３３が、シリンダライナ２０の周方向溝２５、特にアンダーカットされた第２傾斜面２５ｆ及び円弧面２５ｄの外端部２５ｅ付近によって受け止められて抗力Ｐ３が作用する。この抗力Ｐ３によりシリンダライナ２０とシリンダ本体３０との界面Ｂにおける密着力Ｐ１が確保される。また、周方向応力σ３ａに対し周方向溝２５に沿って周方向応力σ３ａと反対方向の抗力Ｐ３ａが作用し、シリンダライナ２０の外周面２２に沿った周方向Ｒの移動が抑制されてシリンダライナ２０とシリンダブロック本体３０との界面Ｂに発生する周方向の剪断応力が抑制される。
【００５７】
ここで、軸方向中央部２２ａを対称に互いに反回転方向で螺旋状に連続する一対の周方向溝２５を形成することによって、互いの周方向溝２５に延在する方向に作用する周方向応力σ３ａ及び抗力Ｐ３ａが互いに打ち消し合ってシリンダライナ２０に回転力が付与されることなく安定した状態に保持される。この結果、シリンダライナ２０とシリンダブロック本体３０との界面Ｂにおける隙間の発生が防止できる。
【００５８】
更に、図１８の説明図に示すようにピストン等からシリンダライナ２０の軸方向に作用する軸方向応力（剪断応力）σ４は、その分力σ４ａが軸方向端部２２ｂ側に向かって傾斜して平坦面２４間に開口する螺旋状の周方向溝２５によって受け止められてシリンダライナ２０とシリンダブロック本体３０との界面Ｂ全体に分散されて、シリンダライナ１０とシリンダブロック本体３０との界面Ｂにおける密着が確保でき、隙間の発生が防止できる。
【００５９】
また、この軸方向応力σ４の一部は図１９にシリンダブロック本体３０を省略した説明斜視図に示すように、周方向溝２５の延在方向に沿って周方向応力σ４ｂとして分散されるが、周方向応力σ４ｂに対し周方向溝２５に沿って周方向応力σ４ｂと反対方向の抗力Ｐ４ｂが作用し、シリンダライナ２０の外周面２２に沿った周方向Ｒの移動が抑制されてシリンダライナ２０とシリンダブロック本体３０との界面Ｂに発生する周方向Ｒの剪断応力が抑制される。ここで、軸方向中央部２２ａを対称に互いに反回転方向で螺旋状に連続する一対の周方向溝２５を形成することによって、互いの周方向溝２５に延在する方向に作用する周方向応力σ４ａ及び抗力Ｐ４ａが互いに打ち消し合ってシリンダライナ２０に回転力が付与されることなく安定した状態に保持される。この結果、シリンダライナ２０とシリンダブロック本体３０との界面Ｂにおける隙間の発生が防止できる。
【００６０】
従って、このように形成されたシリンダブロック１は、第１実施の形態と同様に、鋳鉄製のシリンダライナ２０とアルミニウム合金製のシリンダブロック本体３０との界面Ｂの密着状態が安定し、界面Ｂに隙間の発生がなくシリンダライナ２０とシリンダブロック本体３０の結合強度に優れ安定した高品質のシリンダブロック１が得られる。
【００６１】
更に、シリンダライナ２０の外周面２２に螺旋状に連続して形成される周方向溝２５は、溝加工を断続して形成する方法に比べ、筒状に鋳造されたシリンダライナ２０を中心軸Ｌ回りに回転駆動させ、外周面２２に加工刃具を当てて中心軸Ｌ方向に沿って移動させる旋盤等による機械加工により効率的に形成することができ、生産性の向上が得られ、製造コストの低減が得られる。
【００６２】
旋盤等の機械加工に際し、切刃角、即ち前切刃と横切刃のなす角度であるノーズ角が３５°〜５５°、コーナー半径が０．４ｍｍの加工刃具を用い、軸方向の加工ピッチが１ｍｍ〜４ｍｍで、溝深さが０．５ｍｍ〜１．２ｍｍの切削加工を施すことによって、良好な周方向溝２５を備えたシリンダライナ２０が得られる。加工ピッチが１ｍｍ未満では周方向溝２５のアンダーカットとなる第２傾斜面２５ｆの形成が困難になる。一方、加工ピッチが４ｍｍを越えると周方向溝２５が形成されない平坦部２４が大きくなり、シリンダライナ２０とシリンダブロック本体３０との界面Ｂの密着力が低下することが懸念される。また、周方向溝２５の深さが１．２ｍｍを越えると加工工具の摩耗が著しく、またアルミニウム合金溶湯の湯廻り性に影響し、量産を困難にすることが懸念され、周方向溝２５の深さは１．５ｍｍ以内に設定することが好ましい。
【００６３】
また、本実施の形態において、図２０に斜視図を示すように軸方向中央部２２ａに周方向溝２５の深さと同一の深さ寸法でかつ周方向溝２５の軸方向中央部２２ａ側の端部に連続する周溝２７を形成することで、周方向溝２５の深さ等の加工状態を計測及び判断することが容易になり、且つ、周方向溝２５の加工に伴い発生するバリ等を除去する加工バリの処理も容易になる。
【実施例１】
【００６４】
シリンダボア内径が１００ｍｍ、外径が１０６ｍｍ、軸方向の長さが１２０ｍｍの鋳鉄製の円筒体の外周面を、ノーズ角が３５°、コーナー半径が０．４ｍｍの加工工具を用いて溝深さ０．７ｍｍの螺旋状の周方向溝１５を切刃角及び加工ピッチを種々変更してシリンダライナ２０を製造し、これらのシリンダライナ２０をダイカストによるアルミニウム合金製のシリンダブロック本体３０に鋳包んでシリンダブロック１を製造し、切刃角及び加工ピッチと密着性及び生産性の相関関係を試験し評価した。
【００６５】
図２１、図２２はその試験結果及び評価を示す図であって、図２１は切刃角及び加工ピッチと生産性及びシリンダライナ２０とシリンダブロック本体３０の密着性との相関関係を示す「切刃角・加工ピッチ−生産性・密着性の相関関係評価図」であり、図２２は平坦面２４及び周方向溝２５の軸方向断面形状を示す説明図である。
【００６６】
図２２（Ａ）の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ加工ピッチｐが１ｍｍで、切刃角αが１０°、２０°、３０°、４０°、５０°における平坦部２４及び周方向溝２５の形状を示す説明図、図２２（Ｂ）の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ加工ピッチｐが２ｍｍで、切刃角αが１０°、２０°、３０°、４０°、５０°における平坦面２４及び周方向溝２５の形状を示す説明図、図２２（Ｃ）の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ加工ピッチｐが３ｍｍで、切刃角αが１０°、２０°、３０°、４０°、５０°における平坦部２４及び周方向溝２５の形状を示す説明図、図２２（Ｄ）の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ加工ピッチｐが４ｍｍで、切刃角αが１０°、２０°、３０°、４０°、５０°における平坦部２４及び周方向溝２５の形状を示す説明図である。
【００６７】
図２１及び図２２（Ａ）から、加工ピッチｐが１ｍｍでは切刃角αが５°〜５５°のいずれにおいても周方向溝２５にアンダーカットが形成されず、また平坦面２４も形成されない。このシリンダライナ２０をアルミニウム合金で鋳包んだシリンダブロック１は、シリンダライナ２０とシリンダブロック本体３０との界面Ｂの密着性が確保できない。
【００６８】
図２１及び図２２（Ｂ）から、加工ピッチｐが２ｍｍでは、切刃角αが５°、１０°及び５５°においては周方向溝２５にアンダーカットが形成されず、また、切刃角αが１５°、４０°、４５°、５０°においては周方向溝２５に形成されるアンダーカットが過小、または平坦面２４が多く密着性または生産性に劣り量産に適しない。一方、切刃角αが２０°〜３５°においてシリンダライナ２０とシリンダブロック３０との良好な密着性及び生産性が確保できる。なお、加工ピッチｐが２ｍｍにあってはアンダーカットを形成するためには切刃角αは１４°以上必要である。
【００６９】
図２１及び図２２（Ｃ）から、加工ピッチｐが３ｍｍでは、切刃角αが５°及び５５°においては周方向溝２５にアンダーカットが形成されず、また、切刃角αが１０°、１５°、３５°〜５０°においては周方向溝２５に形成されるアンダーカットが過小、または平坦面２４が多く密着性または生産性に劣り量産に適しない。一方、切刃角αが２０°〜３０°においてシリンダライナ２０とシリンダブロック３０との良好な密着性及び生産性が確保できる。なお、加工ピッチｐが３ｍｍにあってはアンダーカットを形成するためには切刃角αは９°以上必要である。
【００７０】
図２１及び図２２（Ｄ）から、加工ピッチｐが４ｍｍでは、切刃角αが５°及び５５°においては周方向溝２５にアンダーカットが形成されず、また、切刃角αが１０°、１５°、３０°〜５０°においては周方向溝２５に形成されるアンダーカットが過小、または平坦面２４が多く密着性または生産性に劣り量産に適しない。一方、切刃角αが２０°〜２５°においてシリンダライナ２０とシリンダブロック３０との良好な密着性及び生産性が確保できる。なお、加工ピッチｐが４ｍｍにあってはアンダーカットを形成するためには切刃角αは６°以上必要である。
【実施例２】
【００７１】
シリンダボア内径が１００ｍｍ、外径が１０６ｍｍ、軸方向の長さが１２０ｍｍの鋳鉄製の円筒体の外周面を、ノーズ角が５５°、コーナー半径が０．４ｍｍの加工工具を用いて溝深さ０．７ｍｍの螺旋状の周方向溝２５を切刃角及び加工ピッチを種々変更してシリンダライナ２０を製造し、これらのシリンダライナ２０をダイカストによるアルミニウム合金製のシリンダブロック本体３０に鋳包んでシリンダブロック１を製造し、切刃角及び加工ピッチと密着性及び生産性の相関間関係を試験し評価した。
【００７２】
図２３はその試験結果及び評価を示す「切刃角・加工ピッチ−生産性・密着性の相関関係評価図」である。
【００７３】
図２３から、加工ピッチｐが１ｍｍでは切刃角αが５°〜５５°のいずれにおいても周方向溝１５にアンダーカットが形成されず、また平坦部１４も形成されない。このシリンダライナ２０をアルミニウム合金で鋳包んだシリンダブロック１は、シリンダライナ２０とシリンダブロック本体３０との界面Ｂの密着性が確保できない。
【００７４】
加工ピッチｐが２ｍｍでは、切刃角αが５°、１０°及び４０°〜５５°においては周方向溝２５にアンダーカットが形成されず、また、切刃角αが１５°〜２５°においては周方向溝２５に形成されるアンダーカットが過小、または平坦面２４が多く密着性または生産性に劣り量産に適しない。一方、切刃角αが３０°〜３５°においてシリンダライナ２０とシリンダブロック３０との良好な密着性及び生産性が確保できる。なお、加工ピッチｐが２ｍｍにあってはアンダーカットを形成するためには切刃角αは１４°以上必要である。
【００７５】
加工ピッチｐが３ｍｍでは、切刃角αが５°及び４０°〜５５°においては周方向溝２５にアンダーカットが形成されず、また、切刃角αが１０°〜２５°及び３５°においては周方向溝２５に形成されるアンダーカットが過小、または平坦面２４が多く密着性または生産性に劣り量産に適しない。一方、切刃角αが３０°においてシリンダライナ２０とシリンダブロック３０との良好な密着性及び生産性が確保できる。なお、加工ピッチｐが３ｍｍにあってはアンダーカットを形成するためには切刃角αは９°以上必要である。
【００７６】
加工ピッチｐが４ｍｍでは、切刃角αが５°及び４０°〜５５°においては周方向溝２５にアンダーカットが形成されず、また、切刃角αが１０°〜３５°においては周方向溝２５に形成されるアンダーカットが過小、または平坦面２４が多く密着性または生産性に劣り量産に適しない。なお、加工ピッチｐが３ｍｍにあってはアンダーカットを形成するためには切刃角αは６°以上必要である。
【００７７】
これらよりノーズ角を大きくした場合、加工工具寿命は延びるが、アンダーカット形状の自由度が小さくなり、加工工具の形状が制約される。
【００７８】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記各実施の形態では、シリンダライナ１０、２０の外周面のほぼ全範囲に亘って周方向溝１５或いは２５を形成したが、シリンダブロック本体３０に鋳包みした際にアッパデッキ側となる軸方向端部から所定範囲に亘って周方向溝１５或いは２５を省略することによって軸方向端部に沿って周方向に連続する環状の肉厚部を形成することもできる。この肉厚部によってシリンダブロックのアッパデッキの周辺の剛性が確保できてピストンによりシリンダライナの内周面を衝打した際の衝撃を受け止めることが可能になり、衝打によるエンジンの振動及び騒音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第１実施の形態に係り、シリンダブロックの平面図である。
【図２】同上、図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】同上、シリンダライナの斜視図である。
【図４】同上、シリンダライナの側面図である。
【図５】同上、図３のＩＩ−ＩＩ線断面の要部拡大図である。
【図６】同上、図５のＡ部拡大図である。
【図７】同上、アルミニウム合金溶湯の凝固及び収縮による収縮応力の作用を示す説明図である。
【図８】同上、シリンダブロックに作用する剥離応力を示す説明図である。
【図９】同上、図８に対応する本実施の形態との比較説明図である。
【図１０】同上、シリンダブロックに作用する軸方向応力（剪断応力）を示す説明図である。
【図１１】第２実施の形態に係り、シリンダライナの斜視図である。
【図１２】同上、図１１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面の要部拡大図である。
【図１３】同上、図１２のＢ部拡大図である。
【図１４】同上、シリンダブロックの断面図である。
【図１５】同上、アルミニウム合金溶湯の凝固及び収縮による収縮応力の作用を示す説明図である。
【図１６】同上、シリンダブロックに作用する剥離応力を示す説明図である。
【図１７】同上、シリンダブロックに作用する周方向応力を示す説明図である。
【図１８】同上、シリンダブロックに作用する軸方向応力（剪断応力）を示す説明図である。
【図１９】同上、シリンダブロックに作用する軸方向応力（剪断応力）を示す説明図である。
【図２０】同上、他の例を示すシリンダライナの斜視図である。
【図２１】第１実施例における切刃角・加工ピッチ−生産性・密着性の相関関係評価図である。
【図２２】第１実施例における周方向溝及び平坦面を示す説明図である。
【図２３】第２実施例における切刃角・加工ピッチ−生産性・密着性の相関関係評価図である。
【符号の説明】
【００８０】
１      シリンダブロック
１０    シリンダライナ
１２    外周面
１２ａ  軸方向中央部
１４    平坦面
１５    周方向溝
１５ａ  第１外周端
１５ｂ  第１傾斜面
１５ｃ  内周端
１５ｄ  円弧面（溝底部）
１５ｅ  外周端
１５ｆ  第２傾斜面
１５ｇ  第２外周端
２０    シリンダライナ
２２    外周面
２２ａ  軸方向中央部
２４    平坦面
２５    周方向溝
２５ａ  第１外周端
２５ｂ  第１傾斜面
２５ｄ  円弧面（溝底部）
２５ｅ  外周端
２５ｆ  第２傾斜面
２５ｇ  第２外周端
３０    シリンダブロック本体
Ｌ      中心軸
Ｂ      界面
【図１】
2006194195.tif 000003
【図２】
2006194195.tif 000004
【図３】
2006194195.tif 000005
【図４】
2006194195.tif 000006
【図５】
2006194195.tif 000007
【図６】
2006194195.tif 000008
【図７】
2006194195.tif 000009
【図８】
2006194195.tif 000010
【図９】
2006194195.tif 000011
【図１０】
2006194195.tif 000012
【図１１】
2006194195.tif 000013
【図１２】
2006194195.tif 000014
【図１３】
2006194195.tif 000015
【図１４】
2006194195.tif 000016
【図１５】
2006194195.tif 000017
【図１６】
2006194195.tif 000018
【図１７】
2006194195.tif 000019
【図１８】
2006194195.tif 000020
【図１９】
2006194195.tif 000021
【図２０】
2006194195.tif 000022
【図２１】
2006194195.tif 000023
【図２２】
2006194195.tif 000024
【図２３】
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