(57)【要約】【課題】  ボア回りの摺動性を確保しつつ高熱伝導性、高剛性、低膨張性を備えるとともに、軽量、コンパクト化および高出力化が可能なシリンダブロックを提供すること。【解決手段】  ピストンを備える内燃機関のシリンダブロック１は、ボア２ａに、シリンダライナ２が複合化されてなる。シリンダライナ２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
2006002606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンを備える内燃機関のシリンダブロックのボアに、シリンダライナが複合化されたシリンダブロックにおいて、
前記シリンダライナは、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複数の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。
【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。
【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。
【請求項４】
前記シリンダライナは、ウォータジャケットとボア内面との間に配置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。
【請求項５】
前記シリンダライナには、ウォータジャケットが形成されていること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシリンダブロック。
【請求項６】
前記シリンダブロックを形成するための鋳型に、前記三次元網目構造のセラミック成形体を置いて、前記鋳型に金属を流し込んで一体成形することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のシリンダブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダブロックのシリンダボア（以下、単に「ボア」という）にシリンダライナを設けたシリンダブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関のアルミニウム合金製のシリンダブロックでは、耐摩耗性の向上とピストンの摺動抵抗の向上とを図るために、ボアに強化材が設けられたものが知られている（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は、軽量化に伴いアルミニウム合金のダイカスト鋳造により形成されて、ボアには、耐摩耗性や摺動性を考慮して前記強化材や良質の鋳鉄などからなるシリンダライナが設置されている。
【特許文献１】特開２００２−２２４８１６号公報（段落００２３、００４４、図１）
【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の強化材は、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉなどのステンレス鋼から構成された金属多孔体をシリンダブロックに複合化したものであり、シリンダブロックを形成するアルミニウム合金などの金属材料と比較して、質量が重く、シリンダブロックの軽量化およびコンパクト化において問題点があった。
【０００４】
前記特許文献１に記載のシリンダブロックは、ボアの摺動性の向上を図ったものであるが、同一構造のエンジンにおいて、出力の向上を図ろうとした場合、熱負荷および燃焼圧力が増大することから大幅な構造変更が必要となり、次のような問題点が発生する。
【０００５】
（１）燃焼圧力が高くなるにしたがって、シリンダブロックのデッキ面に設置されるヘッドガスケット（以下、単に「ガスケット」という）が燃焼ガスをシールするのに高い面圧が必要となる。このため、従来のシリンダブロックでは、ボア回りの剛性が低く、ヘッドボルトの締結軸力がボアにかかる効率が悪いので、締結軸力を大幅に上げなければならないという問題点がある。
（２）ガスケットの面圧が高くなった場合、従来のシリンダブロックでは、シリンダブロックのガスケットの締結面での座屈強度が低い。このため、前記ガスケットの締結面で座屈が起きて、十分な面圧が確保できないという問題点がある。
（３）ボア回りの熱負荷が大きくなった場合、従来の構造のシリンダブロックでは、ボア回りの強化によって熱伝導性が低下するものがあり、ボア回りの放熱性が悪くなるという問題点がある。
【０００６】
また、ボア回りにアルミニウム合金を使用した従来の構造のシリンダブロックでは、次のような問題点がある。
（１）エンジン低温始動時に、シリンダブロックとピストンの温度上昇特性の相違によって、シリンダブロックの温度上昇よりもピストンの温度上昇の方が早くなるため、ピストンの熱膨張率を考慮したクリアランスを設ける必要がある。
（２）ボアの熱膨張率が大きい場合は、エンジン暖機後のボアの拡張が大きくなり、シリンダブロックとピストンとの間のクリアランスが大きくなるため、ピストンの首振りが大きくなり、ＮＶ（Noise and Vibration）が増大する。
また、ピストンリングの合い口が広がることで、オイルが燃焼室に抜けて消費が激しくなったり、燃焼ガスがクランク室に抜けてオイル劣化が激しくなったりする問題点がある。
【０００７】
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、ボア回りの摺動性を確保しつつ高熱伝導性、高剛性、低膨張性を備えるとともに、軽量、コンパクト化および高出力化が可能な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】
【０００８】
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は、ピストンを備える内燃機関のシリンダブロックのボアに、シリンダライナが複合化されたシリンダブロックにおいて、前記シリンダライナは、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。
【０００９】
請求項１に記載の本発明によれば、シリンダライナ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。
このようなシリンダライナが複合化されたシリンダブロックは、シリンダライナが高剛性などの機械的強度を備えているため、従来の鋳鉄製やステンレス製のシリンダライナよりも剛性および強度が上がるため、同一の大きさで、より高出力なエンジンを作ることができるようになる。
また、エンジン全体としては、次のようなことができるようになる。
（１）ボア回りの剛性が向上し、燃焼ガスのシール性を向上させることができる。
（２）ボア回りの熱伝導性が向上し、ボア回りの熱引け性を向上させることができる。
（３）ボア回りの熱膨張が低下し、エンジンの運転に伴う熱でシリンダブロックが熱膨張・収縮しても、シリンダライナに摺動自在に挿入されるピストンとのクリアランスが高温時に、熱膨張によって増加することを低減できるようになる。これにより、ピストンの首振りおよびＮＶを抑制することができる。また、ピストンリングの合い口が広がりも抑制することができ、これに伴いオイルの消費やオイル劣化を防止できるようになる。
【００１０】
請求項２に記載のシリンダブロックは、請求項１に記載のシリンダブロックであって、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。
【００１１】
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シリンダライナが製造されるので、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。
【００１２】
請求項３に記載のシリンダブロックは、請求項１または請求項２に記載のシリンダブロックであって、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。
【００１３】
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シリンダライナ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シリンダライナ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シリンダライナ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シリンダライナを得ることができる。
【００１４】
請求項４に記載のシリンダブロックは、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であって、前記シリンダライナは、ウォータジャケットとボア内面との間に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の本発明によれば、金属基複合部材からなるシリンダライナが、ウォータジャケットとボア内面との間に配置されていることにより、ボア回りの熱伝導性が向上して、ボア回りの熱引け性が向上されるとともに、ボア回りの熱膨張が低下して、エンジンの高温時に、シリンダブロックが熱膨張・収縮しても、ピストンとのクリアランスが増加することを低減できるようになる。
【００１６】
請求項４に記載のシリンダブロックは、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシリンダブロックであって、前記シリンダライナには、ウォータジャケットが形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の本発明によれば、シリンダライナには、ウォータジャケットが形成されていることにより、シリンダライナがエンジンの熱で高温になることと、熱膨張することと、高温時にシリンダライナとピストンとのクリアランスが大きくなることとが抑制されて、温度に左右されない前記クリアランスやシール性を有するシリンダブロックを提供することが可能となる。
【００１８】
請求項６に記載のシリンダブロックは、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のシリンダブロックであって、前記シリンダブロックを形成するための鋳型に、前記三次元網目構造の前記セラミック成形体を置いて、前記鋳型に金属を流し込んで一体成形することを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の本発明によれば、このように鋳型によってシリンダライナとシリンダブロックとを一体成形することにより、シリンダライナとシリンダブロックの境界面がなくなるため、強度および熱伝導が向上する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のシリンダブロックによれば、ボア回りの摺動性を確保しつつ高熱伝導性、高剛性、低膨張性を備えるとともに、軽量、コンパクト化および高出力化が可能なシリンダブロックを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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は、適用される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。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックを示す一部断面を有する斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックを示す要部平面図である。図３は、図２のＸ−Ｘ断面図である。
【００２３】
≪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、ピストン３（図３参照）とを備えている。
なお、エンジンＥには、そのほかシリンダブロック１の上に、図示しないガスケット、シリンダヘッドおよび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およびオイルパンが配設されている。
【００２４】
≪シリンダブロック≫
シリンダブロック１には、後記のように、シリンダライナ２の母材を構成する円筒状のセラミック成形体４（図５参照）を埋め金として鋳型内に配置し、このセラミック成形体４にアルミニウム合金などの金属９（図５参照）を鋳込んでそのシリンダライナ２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２のセラミック成形体４（図５参照）が内設される４連続のバレル孔に相当する部分１ｂ（以下、単に「バレル孔１ｂ」という）と、このバレル孔１ｂの周辺に穿設される１０個のボルト穴１ｃ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１ｄ，１ｅと、が面一に配置されている。そのデッキ面１ａには、図示しないガスケットを介してシリンダヘッド（図示せず）が載置され、ヘッドボルト（図示せず）によって締結される。
なお、前記バレル孔１ｂは、以下の説明において、便宜上、「バレル孔」と呼ぶこととするが、実際には、後記のように、鋳型内に配置されたシリンダライナ２の母材のセラミック成形体４に金属９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、シリンダライナ２とシリンダブロック１との境界面（バレル孔１ｂ）がない（図５参照）。
【００２５】
＜ウォータジャケット＞
図１および図２に示すウォータジャケット１ｄ，１ｅ，１ｆ（図３参照）は、ピストン３（図３参照）がシリンダライナ２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２の周辺のシリンダブロック１およびシリンダヘッド（図示せず）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１ｄ，１ｅは、シリンダブロック１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２に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１ｄは、平面視して三角形に形成されており、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２間の左右にそれぞれに配設され、ウォータジャケット１ｄの壁面の一部をシリンダライナ２が形成している。
ウォータジャケット１ｅは、平面視して長円形をしており、シリンダライナ２の周囲に配置されている。
なお、そのウォータジャケット１ｅの外側には、シリンダヘッド（図示せず）を循環したオイルを下方に流すための貫通孔１ｇが穿設されている。
図３に示すウォータジャケット１ｆは、シリンダライナ２内においてピストン３が摺動する周辺に配設され、シリンダライナ２の外周面２ｄとシリンダブロック１とによって形成されて、冷却水がシリンダライナ２の周囲を循環するように形成されている。
【００２６】
≪シリンダライナ≫
図１に示すように、シリンダライナ２は、ピストン３（図３参照）が摺動自在に挿入されるボア２ａを有する円筒状の金属基複合部材８（図５参照）からなり、シリンダスリーブとも称されている。シリンダライナ２は、完成されたときに、金属基複合部材８（図５参照）となる複合化部２ｂと、複合化されない非複合化部２ｃとから形成されている。シリンダライナ２は、例えば、このシリンダライナ２の母材を構成する４つのセラミック成形体４（図５参照）を、所定間隔を空けて４連続に１列に配置した状態で、シリンダブロック１内に埋め金として一体に鋳込まれて、ウォータジャケット１ｄ，１ｅ，１ｆ（図３参照）とボア２ａの内面との間に配置されている。シリンダライナ２は、後記するように、エンジンＥが高温になったときに、熱膨張してピストン３（図３参照）とのクリアランスが拡大されることを防止するために、熱膨張率がアルミニウム合金からなるシリンダブロック１の熱膨張率より低い複合材からなる。このシリンダライナ２は、後記する球状セル５と、隣合う球状セル５同士を連通させる連通孔６とで構成された三次元網目構造７のセラミック成形体４の球状セル５に金属９が充填されてなる金属基複合部材８によって形成されている（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に鋳込まれるシリンダライナ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４は、シリンダライナ２の母材を形成する三次元網目構造７の材料からなり、図１に示すシリンダライナ２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４は、その内部に複数の球状セル５が形成されている。セラミック成形体４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５は、セラミック成形体４を使用して後記する金属基複合部材８が製造された際に、金属９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５は、セラミック成形体４内で、例えば、最密充填構造状に配列されているため、各球状セル５がセラミック成形体４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６は、セラミック成形体４を使用して金属基複合部材８を製造する際に、各球状セル５を連通させることによって、各球状セル５内に溶融した金属９を行き渡らせるためのものである。この連通孔６の内径は、設定した球状セル５の内径に応じて設定され、球状セル５の内径のメジアン（ＭD）に対する連通孔６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６の内径を設定することによって、このセラミック成形体４でシリンダライナ（金属基複合部材８）２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８は、前記セラミック成形体４の球状セル５および連通孔６に金属９が充填されてなるシリンダライナ２を形成する材料である。この金属基複合部材８では、各球状セル５内の金属９が、均一な外径を有する球状に形成されて、球状セル５内で拘束されている。そして、球状の金属９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８内に分布している。なお、金属基複合部材８におけるセラミック成形体４の体積分率Ｖｆは、１０〜４０％である。
【００３１】
＜金属＞
金属９は、シリンダライナ２の母材のセラミック成形体４に鋳込まれてシリンダライナ２を完成させるとともに、シリンダブロック１を形成するための材料である。図５に示すように、前記球状セル５に充填された金属９同士は、連通孔６に充填された金属９によって繋げられて、金属基複合部材８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４を使用して製造された金属基複合部材８では、球状セル５に充填された金属９の外径のメジアンに対する連通孔６に充填された金属９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８に使用される金属９は、例えば、アルミニウム合金からなるが、アルミニウム、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において、図５に示すシリンダライナ２を形成する三次元網目構造７のセラミック成形体４からなる金属基複合部材８の製造方法は、特に限定されないが、その一例として金属９をアルミニウム合金とした場合を説明する。
【００３３】
＜シリンダライナ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製造工程を示す工程図である。
シリンダライナ２の強化材のセラミック成形体４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、シリンダライナ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１１と、このセラミック粒子１１に覆われて外径が均一な微小球１０と、が型内に充填される。この充填工程Ｓ３では、微小球１０が型内に充填されるに先立って、微小球１０の表面がセラミック粒子１１で覆われる。セラミック粒子１１および後記するセラミック粉体１２（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４（図５参照）の骨格を形成するものである。
なお、セラミック粒子１１および後記セラミック粉体１２（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１１で被覆された微小球１０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１２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１２（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１１で被覆された微小球１０同士の間にセラミックスラリ（つまり、セラミック粉体１２）が十分に行き渡る。
【００３７】
図８は、シリンダライナ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１１で被覆された微小球１０」が相互に寄り合うとともに、「セラミック粒子１１で被覆された微小球１０」の間にセラミック粉体１２が充填された成形体材料１３が得られる。そして、この成形体材料１３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、シリンダライナ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１３が、炉内にて所定の昇温速度で加熱されると、成形体材料１３内の微小球１０が気化される。すると、図９に示すように、成形体材料１３（図８参照）の微小球１０（図８参照）が存在していた部分が空洞化して球状セル５となる。その一方で、微小球１０が気化する際に発生したガス圧によって、微小球１０を被覆するセラミック粒子１１が外れる。この際、隣合う球状セル５同士が近接した箇所のセラミック粒子１１が優先的に外れる。その結果、図９に示すように、球状セル５同士を連通させる連通孔６が形成される。
このように球状セル５および連通孔６が形成された成形体材料１３（図８参照）は、次の焼結工程Ｓ５で使用される焼結用成形体１４となる。
なお、この焼結用成形体１４では、焼結用成形体１４内に複数の球状セル５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１１が三次元網目構造７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１４（図９参照）が焼成される。この焼結工程Ｓ５で、焼結用成形体１４（図９参照）が焼成されることによって、球状セル５を取り囲むセラミック粒子１１およびセラミック粉体１２は焼結して一体となる。その結果、焼結用成形体１４は、図５に示すようなセラミック成形体４となるとともに、図１に示すような円筒状のシリンダライナ２の形に形成される。
【００４０】
＜シリンダブロックおよびシリンダライナの製造工程＞
次に、このようにして製造されたシリンダライナ２のセラミック成形体４を埋め金として、このシリンダライナ２およびシリンダブロック１（図１参照）を一体形成する製造工程Ｓ６を説明する。
シリンダブロック１およびシリンダライナ２の製造工程Ｓ６は、複数のシリンダライナ２の母材のセラミック成形体４を埋め金としてアルミニウム合金などの金属９でシリンダライナ２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とでボア回り複合化シリンダが形成される。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、前記シリンダライナ２の製造工程Ｓ１によって製造された各シリンダライナ２のセラミック成形体４を金型（鋳型）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、その金型内に図１に示すシリンダブロック１の本体を形成する金属、およびシリンダライナ２の母材のセラミック成形体４の球状セル５に充填される金属９でもあるアルミニウム合金を流し込んで、シリンダライナ２を鋳ぐるみしたシリンダブロック１を一体形成する。これにより、シリンダブロック１内には、球状セル５にアルミニウム合金（金属９）が充填されたシリンダライナ２が一体成形されるとともに、ウォータジャケット１ｄ，１ｅ，１ｆが形成される。このように製造されたシリンダライナ２は、このシリンダライナ２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、図１に示すボルト穴１ｃの奥に雌ねじ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。これにより、ボア回り複合化シリンダブロックが完成される。
【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には、デッキ面１ａ上に図示しないガスケットやシリンダヘッドやヘッドカバーが取り付けられ、シリンダブロック１の下に図示しないロアケースや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、シリンダライナ２およびピストン３などを加熱するとともに、シリンダブロック１およびシリンダライナ２によって形成されたウォータジャケット１ｄ，１ｅ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】
シリンダライナ２が複合化されたシリンダブロック１は、シリンダライナ２が高剛性などの機械的強度を備えていることにより、従来の鋳鉄製やステンレス製のシリンダライナよりも剛性および強度が上昇されるため、従来の同一の大きさエンジンと比較して、エンジンＥの出力を高くすることができる。
また、エンジンＥ全体としては、ボア回りの剛性が向上されることにより、燃焼ガスのシール性が向上される。また、ボア回りの熱伝導性が向上されることにより、ボア回りの熱引け性が向上される。さらに、ボア回りの熱膨張が低下されることにより、エンジンＥの運転に伴う熱でシリンダブロック１が熱膨張・収縮しても、シリンダライナ２とピストンとのクリアランスが熱膨張によって増加することを抑制することができるようになる。
【００４７】
シリンダライナ２は、三次元網目構造７のセラミック成形体４からなることにより、球状セル５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、熱膨張が少ない。
このため、シリンダライナ２は、熱膨張が少なく、エンジンＥが高温になったときに、このシリンダライナ２とピストン３とのクリアランスが増大することを防止することができる。また、シリンダライナ２は、熱伝導がよいため、熱が逃げ易く、熱引け性に優れている。
【００４８】
≪本実施の形態の効果≫
前記工程Ｓ２〜Ｓ９で形成されたシリンダライナ２（図１参照）は、次のような効果を奏する。
（１）図５に示すように、シリンダライナ２が球状セル５内に充填された金属９が球状になっているので、金属９の熱膨張に異方性が生じない。
（２）シリンダライナ２では、金属９がそれよりも剛性が高い球状セル５内で拘束されるとともに、金属９が金属基複合部材８内で三次元網目構造７を形成するように分布するため、従来の金属基複合部材と比較して、剛性が向上される。これにより、ボア回りの剛性が向上されて、従来と同等のヘッドボルトの締結軸力で、より高い燃焼ガス圧力をシールすることができる。さらに、シリンダブロック１のヘッドガスケットの締結面の座屈強度が向上し、ヘッドガスケットの面圧を従来よりも高くすることが可能となる。
（３）シリンダライナ２では、金属９がそれよりも熱膨張率の低い球状セル５内で拘束されるとともに、金属９が金属基複合部材８内で三次元網目構造７を形成するように分布する。その結果、このシリンダライナ２は、金属基複合部材８内に充填された金属９の熱膨張が均一で、従来の金属基複合部材と比較して、熱膨張率が小さくなる。
さらに、ボア２ａの方向の熱膨張率が低減されることにより、ピストンＰとボア２ａ間のクリアランスを抑えることができるため、騒音、振動特性およびブローバイ特性を向上させることが可能となる。
（４）シリンダライナ２は、セラミック成形体４が金属よりも熱伝導率の高いセラミックス（球状セル）であることにより、このセラミックスを優先して熱が流れるため、熱伝導率が向上される。したがって、ボア回りの冷却性が向上して、高出力化も可能である。
（５）シリンダライナ２を形成する金属基複合部材８は、球状セル５に充填された金属９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４の機械的強度や耐衝撃性が向上されて、シリンダライナ２の機械的強度を向上させる。その結果、セラミック成形体４の体積分率Ｖｆを小さくできるため、金属基複合部材８は、球状セル５の空隙に溶融した金属９が含浸し易くなる。
（６）前記金属基複合部材８において、球状セル５の内径のメジアン（ＭD）に対する連通孔６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４を使用して製造されたシリンダライナ２は、金属基複合部材８の熱膨張率がさらに低減されて小さくなり、エンジン暖機後のボアの拡張を小さくして、シリンダブロックとピストンとの間のクリアランスをも小さくできるため、ピストンの首振りを解消させることができる。
また、ピストンリングの合い口の広がりを抑制して、オイルの消費やオイルの劣化を防止することができるようになる。
【００４９】
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。次に、本発明の変形例を説明する。
【００５０】
≪変形例≫
図１０は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの変形例を示す要部平面図である。図１１は、図１０のＹ−Ｙ断面図である。
例えば、前記したシリンダライナ２（金属基複合部材２）は、図１に示すような円筒形状に限定されるものではない。シリンダライナ２（金属基複合部材２）は、ボア２ａを有するものであればよく、例えば、図１０および図１１に示すように、外周面２１ａの上下端部から外側方向に突出した略鍔状の突起２１ｂであってもよい。
そして、各突起２１ｂの間には、ウォータジャケット２１ｅが設けられる。
また、図１０に示すように、シリンダライナ２１の連結部２１ｃにある突起２１ｂ内には、ウォータジャケット２１ｄを形成してもよい。
さらに、図１１に示すように、シリンダブロック２０には、シリンダライナ２１の外周面２１ａに面して、この外周面２１ａが壁面の一部を形成するウォータジャケット２０ａを形成してもよい。
【００５１】
このように、シリンダライナ２１にウォータジャケット２１ｄ，２０ａを直接形成することにより、ウォータジャケット２１ｄ，２０ａは、さらに、シリンダライナ２１を冷却する冷却効率を上昇させて、シリンダライナ２１とピストン３（図３参照）との間のクリアランスが大きくなることを抑制することができる。
【００５２】
また、前記実施の形態では、球状セル５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５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。
前記実施の形態では、セラミック成形体４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８の形状に応じて適宜に変更することができる。
【００５３】
なお、シリンダライナ２は、前記した製造工程Ｓ２〜Ｓ６と同様な工程によって、セラミック成形体４にアルミニウム合金などの金属９を充填してなる金属基複合部材８（図５参照）によってシリンダライナ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、そのシリンダライナをインサートして金属９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、シリンダライナ２は、金属基複合部材８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】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態に係るシリンダブロックを示す一部断面を有する斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックを示す要部平面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るシリンダブロックに鋳込まれるシリンダライナ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製造工程を示す工程図である。
【図７】シリンダライナ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】シリンダライナ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】シリンダライナ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。
【図１０】本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの変形例を示す要部平面図である。
【図１１】図１０のＹ−Ｙ断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１，２０  シリンダブロック
１ｄ，１ｅ，２０ａ，２１ｄ  ウォータジャケット
２，２１  シリンダライナ
２ａ    ボア
３      ピストン
４      セラミック成形体
５      球状セル
６      連通孔
７      三次元網目構造
８      金属基複合部材
９      金属
Ｅ      エンジン
【図１】
2006002606.tif 000003
【図２】
2006002606.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006002606.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006002606.tif 000008
【図７】
2006002606.tif 000009
【図８】
2006002606.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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