(57)【要約】【課題】  エンジンの温度変化によってヘッドボルトの締付軸力が増加することを低減したシリンダブロックの締結構造を提供すること。【解決手段】  シリンダブロック１は、デッキ面１ａに、シリンダヘッド４がヘッドボルト３によって締結される。ヘッドボルト３の雄ねじ部３ｂは、シリンダブロック１に設けられた筒体６を挿通して、シリンダブロック１に形成された雌ねじ部１ｄに螺着される。筒体６は、複数の球状セルと、隣合う複数の球状セル同士を連通させる連通孔とで構成された三次元網目構造のセラミック成形体の前記球状セルに金属が充填された金属基複合部材からなる。【選択図】      図１
2006002605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックのデッキ面にシリンダヘッドがヘッドボルトによって締結されるシリンダブロックの締結構造において、
前記ヘッドボルトの雄ねじ部は、前記シリンダブロックに設けられた筒体を挿通して、前記シリンダブロックに形成された雌ねじ部に螺着され、
前記筒体は、複数の球状セルと、隣合う前記複数の球状セル同士を連通させる連通孔とで構成された三次元網目構造のセラミック成形体の前記球状セルに金属が充填された金属基複合部材からなること
を特徴とするシリンダブロックの締結構造。
【請求項２】
前記金属基複合部材における前記セラミック成形体の体積分率は、１０〜４０％であること
を特徴とする請求項１に記載のシリンダブロックの締結構造。
【請求項３】
前記セラミック成形体は、炭化珪素、窒化珪素、アルミナまたは窒化アルミニウムのうちの何れか１種を含むこと
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリンダブロックの締結構造。
【請求項４】
前記デッキ面には、前記ヘッドボルトの軸部が挿入されるボルト穴が形成され、
前記ボルト穴は、開口端側が前記筒体で形成されて、奥側が前記雌ねじ部で形成され、
前記筒体の内径は、前記雌ねじ部の谷の径より１０％以上大きく形成されていること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシリンダブロックの締結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダブロックのデッキ面にシリンダヘッドがヘッドボルトによって締結されるシリンダブロックの締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンのシリンダブロックには、いわゆるヘッドボルトによって、デッキ面上に、ガスケットを介してシリンダヘッドが締結されている（例えば、特許文献１参照）。
従来、エンジンのシリンダブロックおよびシリンダヘッドは、軽量化に伴い軽合金によってダイカスト鋳造で形成されている。シリンダブロックとシリンダヘッドは、シリンダヘッドおよびガスケットに穿設されたボルト穴に、鋼鉄製のヘッドボルトを挿通するとともに、このヘッドボルトをシリンダブロックのボルト穴に螺着されることにより締結されている。
【特許文献１】特開２０００−２４０５０２号公報（段落００１９〜００２６、図１〜図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記特許文献１に記載されたシリンダブロックは、鋼鉄製のヘッドボルトよりも、熱膨張率の大きなアルミニウム（Ａｌ）合金やマグネシウム（Ｍｇ）合金など軽合金によって形成されている。このため、ヘッドボルトは、エンジンの運転によってエンジンが高温になったとき、ヘッドボルトが挿入されているシリンダブロックのボルト穴の軸方向の伸びが、ヘッドボルトの伸びより大きくなるため、ヘッドボルトの締付軸力が増大するという現象が起きる。
これにより、ヘッドボルトの保障軸力は、この締付軸力の増大分を考慮する必要があり、ヘッドボルトに高い締付軸力が必要な場合、さらに上の強度区分のヘッドボルトを選択しなければならなかった。
このため、ヘッドボルトは、前記締付軸力の増大分の強度を上げるために、径を太くしなければならず、エンジンのレイアウトなどの面で問題となっていた。
【０００４】
また、エンジンの運転に伴う熱で熱膨張率の大きいアルミニウム合金製のシリンダブロックが膨張・収縮すると、ヘッドボルトの締付軸力が大きく変化してデッキ面のシール性が損なわれるという問題がある。
【０００５】
このため、ヘッドボルトは、低温時であっても高温時であっても温度に左右されない締付軸力を有することが望まれる。
【０００６】
そこで、本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、エンジンの温度変化によってヘッドボルトの締付軸力が増加することを低減したシリンダブロックの締結構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１に記載のシリンダブロックの締結構造は、シリンダブロックのデッキ面にシリンダヘッドがヘッドボルトによって締結されるシリンダブロックの締結構造において、前記ヘッドボルトの雄ねじ部は、前記シリンダブロックに設けられた筒体を挿通して、前記シリンダブロックに形成された雌ねじ部に螺着され、前記筒体は、複数の球状セル（セラミック成形体の空隙部分）と、隣合う前記複数の球状セル同士を連通させる連通孔（ウィンドとも称される）とで構成された三次元網目構造のセラミック成形体（プリフォームとも称される）の前記球状セルに金属が充填された金属基複合部材（ＭＭＣ：Metal  Matrix  Composite）からなることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の本発明によれば、筒体を構成するセラミック成形体は、金属が充填された球状セルを有する金属基複合部材からなる。この金属基複合部材が製造される際に、各球状セル内に溶融した金属が充填されて、連通孔を通じて金属が行き渡る。このため、その金属基複合部材には、高剛性、高熱伝導性、低膨張性が備えられる。
すなわち、セラミック成形体は、金属がそれよりも剛性が高い球状セルにより拘束された状態であるため、剛性向上効果が高くなる高剛性化を有する。また、セラミック成形体は、金属よりも熱伝導率の高いセラミックス（球状セル）であるため、セラミックスを優先して熱が流れることにより、全体の熱伝導率の向上効果が高くなる高熱伝導性化を有する。さらに、セラミック成形体は、金属よりも熱膨張率の低い球状セルに拘束された状態であるため、熱膨張率の低減効果が高くなる低熱膨張性を有する。
また、この金属基複合部材では、金属が球状セル内で拘束されるとともに、その球状セルに充填された金属の熱膨張が均一となる。したがって、筒体は、金属基複合部材に一様に熱膨張率が低減されて、ヘッドボルトの締付軸力の増加を低減することが可能となる。ヘッドボルトは、そのセラミック成形体からなる筒体を挿通して、シリンダブロックに形成された雌ねじ部に螺着される。
これにより、前記筒体をヘッドボルトの熱膨張率と同等にすることが可能になり、エンジンが高温になったときのヘッドボルトの締付軸力の増加を低減できるようになる。
【０００９】
請求項２に記載のシリンダブロックの締結構造は、請求項１に記載のシリンダブロックの締結構造であって、前記金属基複合部材における前記セラミック成形体の体積分率（Ｖｆ：Volume  Fraction）が、１０〜４０％であることを特徴とする。
ここで、「体積分率」とは、金属基複合部材の体積に占めるセラミック成形体の割合を示すものである。例えば、セラミック成形体の体積分率が２５％の場合、金属基複合部材の体積の４分の１をセラミック成形体が占め、金属が残り４分の３の中に含まれる。
【００１０】
請求項２に記載の本発明によれば、球状セルが最密充填構造状に配列されたセラミック成形体を使用して筒体が製造されるので、金属基複合部材におけるセラミック成形体の体積分率が従来の金属基複合部材と比較して小さくなる。その結果、球状セルの空隙に溶融する金属が含浸し易くなり、セラミック成形体の機械的強度や耐衝撃性が向上される。なお、体積分率は、好ましくは１５〜３０％である。
【００１１】
請求項３に記載のシリンダブロックの締結構造は、請求項１または請求項２に記載のシリンダブロックの締結構造であって、前記セラミック成形体は、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの何れか１種を含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の本発明によれば、例えば、セラミック成形体が炭化珪素からなる場合には、高熱伝導性、高強度、高剛性、耐摩耗性および低熱膨張性を備えた筒体を得ることができる。
また、セラミック成形体が窒化珪素からなる場合には、高強度、高剛性、耐摩耗性および低熱膨張性を備えた筒体を得ることができる。
セラミック成形体がアルミナからなる場合には、高強度、高剛性、耐摩耗性および低熱膨張性を備えた筒体を得ることができる。
セラミック成形体が窒化アルミニウムからなる場合には、高熱伝導性、高強度、高剛性、耐摩耗性および低熱膨張性を備えた筒体を得ることができる。
【００１３】
請求項４に記載のシリンダブロックの締結構造は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシリンダブロックの締結構造であって、前記デッキ面には、前記ヘッドボルトの軸部が挿入されるボルト穴が形成され、前記ボルト穴は、開口端側が前記筒体で形成されて、奥側が前記雌ねじ部で形成され、前記筒体の内径は、前記雌ねじ部の谷の径より１０％以上大きく形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の本発明によれば、ヘッドボルトの軸部を挿入するボルト穴は、開口端側が筒体で形成されて、奥側が雌ねじ部で形成されている。これにより、エンジンの熱によってヘッドボルトが熱膨張したときに、ボルト穴がセラミック成形体からなる筒体に挿通されていることで、ヘッドボルトと筒体とが略同じ熱膨張を行うようになる。このため、ヘッドボルトと、このヘッドボルトが挿入された筒体は、略同じ熱膨張をすることにより、熱による軸方向の伸びが同じで、締付軸力の増大を低減することができる。
例えば、エンジンの運転に伴う熱でシリンダブロックが膨張・収縮しても、ヘッドボルトの締付軸力が大きく変化することがないため、デッキ面のシール性を維持することができる。
また、筒体の内径が、雌ねじ部の谷の径より１０％以上大きく形成されていることにより、加工性が乏しい金属基複合部材からなる筒体の奥側に雌ねじ部を容易に形成することができるようになる。
【００１５】
なお、前記筒体は、外周面がウォータジャケットの内壁の一部を構成していることが好ましい。
このようにすることにより、筒体がエンジンの熱で高温になることと、熱膨張することと、ヘッドボルトの締付軸力が大きくこととが抑制されて、温度に左右されない締付軸力を有するシリンダブロックの締結構造を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のシリンダブロックの締結構造によれば、エンジンの温度変化によってヘッドボルトの締付軸力が増加することを低減して、低温時であっても高温時であっても温度に左右されない締付軸力を有するシリンダブロックの締結構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るシリンダブロックの締結構造の一実施の形態を詳細に説明する。
なお、本発明に係るシリンダブロックの締結構造は、シリンダブロックとシリンダヘッドとをヘッドボルトで締結するものであれば、内燃機関の形式および種類は限定されず、以下、その一例として、直列４気筒型ガソリンエンジンを説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの締結構造を示す図面であり、ヘッドボルトの締結状態を示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの締結構造を示す図面であり、一部断面を有するシリンダブロックの斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの締結構造を示す図面であり、一部断面を有するシリンダブロックの要部平面図である。
【００１９】
≪エンジン≫
図１に示すように、エンジンＥは、シリンダブロック１と、このシリンダブロック１の上側のデッキ面１ａにガスケット２を介在して、複数本のヘッドボルト３によって締結されるシリンダヘッド４と、を備えている。
なお、エンジンＥには、そのほかに、図１に示すシリンダヘッド４の上側に図示しないヘッドカバーが配設され、シリンダブロック１の下側に図示しないロアケースを介してオイルパンが配設されている。
【００２０】
≪シリンダブロック≫
シリンダブロック１は、後記のように、シリンダライナ５と、筒体６の母材を構成するセラミック成形体７（図５参照）とをシリンダブロック１に埋め金として鋳型内に配置し、そのセラミック成形体７に、アルミニウム合金などの金属１１（図５参照）を鋳込んで筒体６とともに一体形成されてなる。シリンダブロック１のデッキ面１ａには、例えば、シリンダライナ５が内設される４連続のバレル孔１ｂと、このバレル孔１ｂの周辺に穿設される１０個の筒体６によって形成されたボルト穴６ａと、前記バレル孔１ｂの周辺部位に設けられたウォータジャケット１ｅ，１ｆと、が面一に配置されている（図２および図３参照）。
【００２１】
＜ウォータジャケット＞
ウォータジャケット１ｅ，１ｆは、ピストン（図示せず）がシリンダライナ５（図２参照）に熱によって焼き付くことを防止するために、シリンダライナ５の周辺のシリンダブロック１およびシリンダヘッド４内に冷却水を循環させる流水路であり、シリンダブロック１内において１つに繋がっている。
ウォータジャケット１ｅ，１ｆは、シリンダブロック１とシリンダライナ５と筒体６とを冷却するための冷却水を流す流路であり、シリンダライナ５の周辺に略等間隔で配置されている。
このウォータジャケット１ｅは、平面視して三角形をしており、比較的狭い間隔を空けて１列に連設される各シリンダライナ５間の左右にそれぞれに配設されて、ウォータジャケット１ｅの壁面の一部をシリンダライナ５と筒体６とが形成している。
ウォータジャケット１ｆは、平面視して長円形をしており、シリンダライナ５の周囲に配置されている。
そのウォータジャケット１ｆの外側には、シリンダヘッド４を循環したオイルを下方に流すための貫通孔１ｃが穿設されている。
【００２２】
≪ガスケット≫
図１に示すように、ガスケット２は、シリンダブロック１とシリンダヘッド４との接合部分から気体が漏れることを防止するためのシリンダヘッドガスケットと称されているシール部材である。ガスケット２は、例えば、クッション性を得るために複数の鋼板を重ねてなり、ボルト穴４ａ，６ａとウォータジャケット１ｅ，１ｆとにそれぞれ合致する孔２ａを穿設している。
【００２３】
≪ヘッドボルト≫
ヘッドボルト３は、一般に使用されている鋼鉄製の六角ボルトからなり、六角形状の頭部３ｃと、この頭部３ｃと雄ねじ部３ｂとの間に形成されてねじ山が形成されていない円柱状の軸部３ａと、ねじ山が形成された雄ねじ部３ｂとから構成されている。
ヘッドボルト３の雄ねじ部３ｂは、金属製ワッシャＷを介して、シリンダヘッド４のボルト穴４ａ、ガスケット２および筒体６のボルト穴６ａを挿通して、シリンダブロック１に形成された雌ねじ部１ｄに螺着される。なお、ヘッドボルト３は、前記ワッシャＷが頭部３ｃと一体の座付きボルトであってもよい。
【００２４】
≪シリンダヘッド≫
図１に示すシリンダヘッド４も前記シリンダブロック１と同様に、軽量で放熱性の良好な金属１１（図５参照）、例えば、アルミニウム合金のダイカスト鋳造により形成されている。シリンダヘッド４は、シリンダブロック１のデッキ面１ａ上にガスケット２を介して載置して、ヘッドボルト３の軸部３ａをボルト穴４ａ，６ａおよびガスケット２を挿通し、雄ねじ部３ｂをそのボルト穴６ａの奥側に形成された雌ねじ部１ｄに螺着することにより、シリンダブロック１に強固に固定される。
なお、シリンダヘッド４には、図示しない燃焼室が形成されるほか、プラグやバルブ機構が設置されている。
【００２５】
≪シリンダライナ≫
図２に示すように、シリンダライナ５は、ピストン（図示せず）が摺動自在に挿入される円筒状の部材であり、シリンダスリーブとも言われている。このシリンダライナ５は、剛性の高い鋳造製品または、後記する筒体６を同じ金属１１（図５参照）によってシリンダブロック１に一体形成されている。シリンダライナ５には、軸方向に外径が一定な円筒部５ａと、この円筒部５ａの上端および中央部に形成された段部５ｂとが形成されている。
【００２６】
≪筒体≫
図１に示すように、筒体６は、いわゆるボルトのハウジングであり、ヘッドボルト３の雄ねじ部３ｂが挿通されて、軸部３ａが挿入されるボルト穴６ａと、前記雌ねじ部１ｄの開口端側の周囲に形成された筒状部１ｇに嵌着した状態で形成される大径部６ｂとを有する円筒状のセラミック成形体７（図５参照）を母材としてなる。筒体６は、この筒体６の母材を構成する円筒状のセラミック成形体７を埋め金として鋳型内に配置し、このセラミック成形体７にアルミニウム合金などの金属１１を鋳込んで、シリンダブロック１とともに一体成形されてなる（図５参照）。この筒体６は、内径Ｄ１が雌ねじ部１ｄの内径Ｄ２より１０％程度大きく形成される。筒体６は、ウォータジャケット１ｅとウォータジャケット１ｆとの間に配置して、下端部を雌ねじ部１ｄの受け側に隣接し、上端部をデッキ面１ａに面一に配置してなる。筒体６は、熱膨張率が鋼鉄製のヘッドボルト３と同等であり、シリンダブロック１の熱膨張率より低い複合材からなる。筒体６は、エンジンＥが高温になったときに、ヘッドボルト３の軸部３ａの周囲が熱膨張して伸びることを防止して、ヘッドボルト３の締付軸力の増加を低減するために設置されている（図１参照）。この筒体６は、後記する球状セル８と、隣合う球状セル８同士を連通させる連通孔９とで構成された三次元網目構造１０のセラミック成形体７の球状セル８に金属１１が充填されてなる金属基複合部材１６によって形成されている（図５参照）。
なお、筒体６（金属基複合部材１６）は、便宜上、「筒体」と呼ぶこととするが、実際には、後記のように、円筒状の母材のセラミック成形体７に金属１１を流し込んでシリンダブロック１とともに一体成形されるため、この筒体６とシリンダブロック１との境界面がない（図５参照）。
【００２７】
≪セラミック成形体≫
図４は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの締結構造に使用される筒体を形成するセラミック成形体の模式図である。
セラミック成形体７は、筒体６（図２参照）の母材を形成する三次元網目構造１０の材料からなり、図２に示す筒体６と同一形状に形成されている。図４に示すように、セラミック成形体７は、その内部に複数の球状セル８が形成されている。セラミック成形体７は、例えば、炭化珪素からなるが、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウムなどのエンジニアリングセラミックであってもよい。
【００２８】
＜球状セル＞
図５は、セラミック成形体を使用して製造された金属基複合部材の概念図である。
図５に示すように、球状セル８は、セラミック成形体７を使用して後記する金属基複合部材１６が製造された際に、金属１１が充填された部分であり、内径が略均一な球状の気泡で形成されている。この球状セル８は、例えば、セラミック成形体７内で最密充填構造状に配列されているため、各球状セル８がセラミック成形体７内で緻密に、かつ均一に配置されることとなる。
【００２９】
＜連通孔＞
図５に示すように、連通孔９は、セラミック成形体７を使用して金属基複合部材１６を製造する際に、各球状セル８を連通させることによって、各球状セル８内に溶融した金属１１を行き渡らせるためのものである。この連通孔９の内径は、設定した球状セル８の内径に応じて設定され、球状セル８の内径のメジアン（ＭD）に対する連通孔９の内径のメジアン（Ｍd）の比（Ｍd／ＭD）が０．５未満であることが好ましい。このように連通孔９の内径を設定することによって、このセラミック成形体７で筒体（金属基複合部材１６）６の熱膨張率が、より低減される。
【００３０】
＜金属基複合部材＞
図５に示すように、金属基複合部材１６は、前記セラミック成形体７の球状セル８および連通孔９に金属１１が充填されてなる筒体６（図２参照）を形成する材料である。この金属基複合部材１６では、各球状セル８内の金属１１が、均一な外径を有する球状に形成されて、球状セル８内で拘束されている。そして、球状の金属１１は、前記最密充填構造状の配列となるように金属基複合部材１６内に分布している。なお、金属基複合部材１６におけるセラミック成形体７の体積分率（Ｖｆ）は、１０〜４０％である。
【００３１】
＜金属＞
金属１１は、筒体６の母材のセラミック成形体７に鋳込まれてその筒体６を完成させるとともに、シリンダブロック１を形成させるための材料である（図２参照）。図５に示すように、球状セル８に充填された金属１１同士は、金属基複合部材１６内に広がっている。
また、前記メジアン（Ｍd）の比（Ｍd／ＭD）が０．５未満であるセラミック成形体７を使用して製造された金属基複合部材１６では、球状セル８に充填された金属１１の外径のメジアンに対する連通孔９に充填された金属１１の外径のメジアンの比が、前記Ｍd／ＭDと等しく、０．５未満となっている。
なお、金属基複合部材１６に使用される金属１１は、例えば、アルミニウム合金からなるが、アルミニウム、珪素（Ｓｉ）、珪素合金、銅（Ｃｕ）、銅合金、マグネシウム、マグネシウム合金などであってもよい。
【００３２】
≪シリンダブロックの製造方法≫
次に図６を主に、各図を参照して、シリンダブロックの製造方法を説明する。
なお、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの締結構造において、筒体６を形成する三次元網目構造１０のセラミック成形体７からなる金属基複合部材１６の製造方法は、特に限定されないが、その一例として金属１１をアルミニウム合金とした場合を説明する。
【００３３】
＜筒体のセラミック成形体の製造＞
図６は、本実施の形態に係るシリンダブロックの締結構造に使用されるシリンダおよび筒体の製造方法の工程説明図である。
筒体６のセラミック成形体７の製造工程Ｓ１は、図６に示すように、予め設定された温度で気化する微小球を準備する工程（微小球の準備工程Ｓ２）と、微小球およびセラミック粒子を型内に充填する工程（充填工程Ｓ３）と、微小球を気化させる工程（気化工程Ｓ４）と、セラミック粒子を焼結する工程（焼結工程Ｓ５）とで主に構成される。次に、それらの工程Ｓ２〜Ｓ５をさらに詳しく説明する。
【００３４】
＜微小球の準備工程＞
微小球の準備工程Ｓ２で準備される微小球は、その外径の標準偏差が所定値以下の真球の粒子で構成されている。この微小球は、例えば、ポリ（メタ）アクリル酸メチル、ポリスチレンなどの樹脂で構成されている。
【００３５】
＜充填工程＞
図７は、筒体を製造するときの充填工程で製造される「セラミック粒子で被覆された微小球」の概念図である。
充填工程Ｓ３では、図７に示すように、外径が均一である真球の微粒子からなるセラミック粒子１３と、このセラミック粒子１３に覆われて外径が均一な微小球１２と、が型内に充填される。この充填工程Ｓ３では、微小球１２が型内に充填されるに先立って、微小球１２の表面がセラミック粒子１３で覆われる。セラミック粒子１３および後記のセラミック粉体１４（図８参照）は、例えば、炭化珪素からなり、後記の焼結工程Ｓ５で焼成されてセラミック成形体７の骨格を形成するものである。
なお、セラミック粒子１３およびセラミック粉体１４（図８参照）は、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウムなどのエンジニアリングセラミックでもよい。
【００３６】
次に、セラミック粒子１３で被覆された微小球１２とセラミックスラリとの混合物が調製される。このセラミックスラリは、セラミック粉体１４を水などの分散媒中に分散させたものであり、セラミック粉体１４（図８参照）と分散媒とをボールミルなどを使用して混合することによって得られる。このセラミックスラリの粘度は、０．０５Ｐａ・ｓ〜５Ｐａ・ｓ程度に調整されることによって、セラミック粒子１３で被覆された微小球１２同士の間にセラミックスラリ（つまりセラミック粉体１４）が十分に行き渡る。
【００３７】
図８は、筒体を製造するときの充填工程で製造される成形体材料の概念図である。
次に、前記混合物は、例えば、石膏などからなる脱水可能な型に流し込まれて、この型を介して減圧濾過される。すると、この混合物の液体成分であるセラミックスラリ中の分散媒は、混合物から抜け出ていく。その結果、図８に示すように、混合物中の固形分である「セラミック粒子１３で被覆された微小球１２」が相互に寄り合うとともに、「セラミック粒子１３で被覆された微小球１２」の間にセラミック粉体１４が充填された成形体材料１５が得られる。そして、この成形体材料１５は、乾燥した後に次の気化工程Ｓ４で処理される。
【００３８】
＜気化工程＞
図９は、筒体を製造するときの気化工程で製造される焼結用成形体の概念図である。
この気化工程Ｓ４では、図８に示す成形体材料１５が、炉内にて所定の昇温速度で加熱されると、成形体材料１５内の微小球１２が気化される。すると、図９に示すように、成形体材料１５（図８参照）の微小球１２（図８参照）が存在していた部分が空洞化して球状セル８となる。その一方で、微小球１２が気化する際に発生したガス圧によって、微小球１２を被覆するセラミック粒子１３が外れる。この際、隣合う球状セル８同士が近接した箇所のセラミック粒子１３が優先的に外れる。その結果、図９に示すように、球状セル８同士を連通させる連通孔９が形成される。
このように球状セル８および連通孔９が形成された成形体材料１５（図８参照）は、次の焼結工程Ｓ５で使用される焼結用成形体１７となる。
なお、この焼結用成形体１７では、焼結用成形体１７内に複数の球状セル８が前記した最密充填構造状に配列されているとともに、図９に示すように、セラミック粒子１３が三次元網目構造１０を形成している。
【００３９】
＜焼結工程＞
この焼結工程Ｓ５では、気化工程Ｓ４で得られた焼結用成形体１７（図９参照）が焼成される。この焼結工程Ｓ５で、焼結用成形体１７（図９参照）が焼成されることによって、球状セル８を取り囲むセラミック粒子１３およびセラミック粉体１４は焼結して一体となる。その結果、焼結用成形体１７は、図５に示すようなセラミック成形体７となるとともに、図２に示すような円筒状の筒体６の形に形成される。
【００４０】
＜シリンダブロックおよび筒体の製造工程＞
次に、このようにして製造された筒体６のセラミック成形体７と、シリンダライナ５とを埋め金としてシリンダブロック１を一体形成するシリンダブロック１および筒体６の製造工程Ｓ６を説明する。
シリンダブロック１および筒体６の製造工程Ｓ６は、筒体６の母材であるセラミック成形体７とシリンダライナ５と埋め金として鋳ぐるみして、アルミニウム合金（金属１１）で筒体６とシリンダブロック１とを同時に鋳造する工程であり、図６に示すように、ブロック金型内への設置工程Ｓ７と、複合化鋳造工程Ｓ８と、加工工程Ｓ９とでヘッドボルト３の回りを複合化したシリンダブロック１が形成される。次に、それらの工程Ｓ７〜Ｓ９をさらに詳しく説明する。
【００４１】
＜ブロック金型内への設置工程＞
ブロック金型内への設置工程Ｓ７では、前記筒体６のセラミック成形体７の製造工程Ｓ１によって製造された図２に示す各筒体６のセラミック成形体７（図５参照）と、このセラミック成形体７と同様な材質または剛性の高い鋳造製品によって形成された各シリンダライナ５とを金型内の所定位置にセットする。
【００４２】
＜複合化鋳造工程＞
次の複合化鋳造工程Ｓ８では、その金型内にシリンダブロック１の本体を形成する
金属、および筒体６の母材であるセラミック成形体７の球状セル８に充填される金属１１であるアルミニウム合金を流し込んで、筒体６とシリンダライナ５とを鋳ぐるみしたシリンダブロック１を形成する。これにより、シリンダブロック１内には、球状セル８にアルミニウム合金（金属１１）が充填された筒体６と、シリンダライナ５とが一体形成される。このように製造された筒体６は、この筒体６とシリンダブロック１との境界面がないため、高強度、高剛性、耐摩耗性および低熱膨張性を得ることができる。
【００４３】
＜加工工程＞
次に、複合化鋳造工程Ｓ８で形成されたシリンダブロック１を金型から取り外して冷却後、加工工程Ｓ９で、雌ねじ部１ｄを形成するタップ加工を行うとともに、鋳造時に形成されたバリなどを削除して最終仕上げする研削加工を行う。なお、シリンダブロック１に雌ねじ部１ｄを形成するときに、筒体６の内径Ｄ１が、雌ねじ部１ｄの谷の径Ｄ２より１０％以上大きく形成されていることにより、加工性が乏しい金属基複合部材１６からなる筒体６の奥側に雌ねじ部１ｄを容易に形成することができる。これにより、ヘッドボルト３の回りを複合化したシリンダブロック１が完成される。
【００４４】
≪組み付け≫
このようにして完成されたシリンダブロック１は、図１に示すように、デッキ面１ａ上にガスケット２を介してシリンダヘッド４を載せて、ヘッドボルト３でシリンダブロック１とシリンダヘッド４とを締結する。このとき、ヘッドボルト３は、軸部３ａを、シリンダヘッド４のボルト穴４ａ、ガスケット２、筒体６のボルト穴６ａを挿通して、雄ねじ部３ｂがシリンダブロック１の雌ねじ部１ｄに螺着される。そして、シリンダヘッド４の上にヘッドカバー（図示せず）が取り付けられ、シリンダブロック１の下に図示しないロアケースを介してオイルパンが取り付けられることでエンジンＥの組み付けが完了する。
【００４５】
≪作用≫
このようにして完成されたエンジンＥが運転されると、運転に伴い熱を発生する。その熱は、シリンダブロック１、筒体６、ヘッドボルト３およびシリンダヘッド４などを加熱するとともに、シリンダブロック１、筒体６およびシリンダヘッド４によって形成されたウォータジャケット１ｅ，１ｆを流れる冷却液によって冷却されて、所定温度内まで上昇する。
【００４６】
筒体６は、三次元網目構造１０のセラミック成形体７からなることにより、球状セル８の分布の均一性が高く、高熱伝導性および高剛性を具備するとともに、熱膨張率がシリンダブロック１の本体を形成しているアルミニウム合金より低く、鋼鉄製のヘッドボルト３と同等で、熱膨張が少ない。また、筒体６は、熱伝導性がよいため、熱が逃げ易く、熱引け性に優れている。
このため、ヘッドボルト３は、筒体６を挿通して、シリンダブロック１の雌ねじ部１ｄに螺着されることにより、軸部３ａと筒体６とが同等な熱膨張をする。このため、筒体６は、熱による軸方向の伸びがヘッドボルト３と同じで、エンジンＥが高温になったときのヘッドボルト３の締付軸力の増大を低減することができる。
ガスケット２は、ヘッドボルト３の締付軸力が大きく変化することがないので、シリンダブロック１とシリンダヘッド４とによる締め付け力も変化しないため、デッキ面１ａのシール性を維持することができる。
【００４７】
＜本実施の形態の効果＞
前記工程Ｓ２〜Ｓ９で形成された筒体６（図２参照）は、次のような効果を奏する。
（１）図５に示すように、球状セル８内に充填された金属１１が球状になっているので、金属１１の熱膨張に異方性が生じない。
（２）筒体６では、金属１１が球状セル８内で拘束されるとともに、金属１１が金属基複合部材１６内で三次元網目構造１０を形成するように分布するため、金属基複合部材１６内に充填された金属１１の熱膨張が均一となる。したがって、筒体６は、従来の金属基複合部材と比較して、熱膨張率が小さい。例えば、筒体６は、シリンダブロック１を形成するアルミニウム合金より熱膨張率が低いため、アルミニウム合金より低い熱膨張率の金属からなるヘッドボルト３の熱膨張率と同等にすることができるようになり、エンジンＥの高温時におけるヘッドボルト３の軸力の増加を低減することができる。
（３）筒体６を形成する金属基複合部材１６は、球状セル８に充填された金属１１が最密充填構造状に配列されているので、セラミック成形体７の機械的強度や耐衝撃性が向上されて、筒体６の機械的強度が向上される。その結果、セラック成形体７の体積分率Ｖｆを小さくできるため、金属基複合部材１６は、球状セル８の空隙に溶融した金属１１が含浸し易くなる。
（４）前記金属基複合部材１６において、球状セル８の内径のメジアン（ＭD）に対する連通孔９の内径のメジアン（Ｍd）の比（Ｍd／ＭD）が０．５未満であるセラミック成形体７を使用して製造された筒体６は、金属基複合部材１６の熱膨張率がさらに低減されて小さく、同じ強度のヘッドボルト３を使用しても、従来よりも高い軸力で締結することができるようになる。
（５）筒体６は、内径Ｄ１が、雌ねじ部１ｄの谷の径Ｄ２より１０％以上大きく形成されていることにより、加工性が乏しい金属基複合部材１６からなる筒体６の奥側に雌ねじ部１ｄを容易に形成することができる。
（６）筒体６は、円筒状の母材のセラミック成形体７に金属１１を流し込んでシリンダブロック１とともに一体成形されることにより、この筒体６とシリンダブロック１との境界面がない状態で形成できるため、高剛性、高熱伝導性および低膨張性を備えている。
【００４８】
なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。
【００４９】
≪変形例≫
例えば、前記実施の形態では、球状セル８の配置が面心立方格子を形成するように配置されて面心最密充填構造状に配列しているが、本発明は、六方最密充填構造状または体心最密充填構造状に球状セル８が配置されたものであってもよい。さらには、アモルファスのようにランダムに配置されていてもよい。
また、前記実施の形態では、セラミック成形体７が略立方体の形状になっているが、本発明は製造する金属基複合部材１６の形状に応じて適宜に変更することができる。
【００５０】
なお、前記実施の形態では、図１および図２に示すように、筒体６をシリンダブロック１に鋳ぐるみしたことを説明したが、その筒体６は、それに限定されるものではなく、例えば、シリンダヘッド４に設置して、ボルト穴４ａを筒体６で形成するようにしてもよい。
【００５１】
なお、筒体６は、前記した製造工程Ｓ２〜Ｓ９と同様な工程によって、セラミック成形体７にアルミニウム合金などの金属１１を充填してなる金属基複合部材１６（図５参照）で筒体の完成品を形成した後、シリンダブロック１を形成するための鋳型に、その筒体をインサートして金属１１を流し込んでシリンダブロック１に一体成形するようにしてもよい。
このようにしてシリンダブロック１を製造した場合であっても、筒体は、金属基複合部材１６で形成されてからシリンダブロック１に一体に鋳込まれることにより、高強度、高剛性、高熱伝導性、低膨張性、耐摩耗性および低熱膨張性を備えたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの締結構造を示す図面であり、ヘッドボルトの締結状態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの締結構造を示す図面であり、一部断面を有するシリンダブロックの斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの締結構造を示す図面であり、一部断面を有するシリンダブロックの要部平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの締結構造に使用される筒体を形成するセラミック成形体の模式図である。
【図５】セラミック成形体を使用して製造された金属基複合部材の概念図である。
【図６】本実施の形態に係るシリンダブロックの締結構造に使用されるシリンダおよび筒体の製造方法の工程説明図である。
【図７】筒体を製造するときの充填工程で製造されるセラミック粒子で被覆された微小球の概念図である。
【図８】筒体を製造するときの充填工程で製造される成形体材料の概念図である。
【図９】筒体を製造するときの気化工程で製造される焼結用成形体の概念図である。
【符号の説明】
【００５３】
１      シリンダブロック
１ａ    デッキ面
１ｄ    雌ねじ部
３      ヘッドボルト
３ａ    軸部
３ｂ    雄ねじ部
４      シリンダヘッド
４ａ，６ａ  ボルト穴
６      筒体
７      セラミック成形体
８      球状セル
９      連通孔
１０    三次元網目構造
１１    金属
１６    金属基複合部材
【図１】
2006002605.tif 000003
【図２】
2006002605.tif 000004
【図３】
2006002605.tif 000005
【図４】
2006002605.tif 000006
【図５】
2006002605.tif 000007
【図６】
2006002605.tif 000008
【図７】
2006002605.tif 000009
【図８】
2006002605.tif 000010
【図９】
2006002605.tif 000011