(57)【要約】【課題】上死点近傍におけるスカッフの発生をより効果的に抑制できるエンジンを提供すること。【解決手段】ピストン部と、ピストン部が摺動する摺動面を有するシリンダボディ部とを備えたエンジンであって、シリンダボディ部は、Ｓｉ含有量が１６質量％以上であるＡｌ合金から形成され、平均結晶粒径が８μｍ以上５０μｍ以下である初晶Ｓｉ結晶粒と、初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも小さな平均結晶粒径を有する共晶Ｓｉ結晶粒と、Ａｌ合金母材とを含み、摺動面のうち、少なくとも摺動面の上側１／４の領域には、初晶Ｓｉ結晶粒とＡｌ合金母材とが、ピストン部と接触するように露出するとともに、シリンダボディ部のＳｉ結晶粒の粒度分布における共晶Ｓｉ結晶粒径の範囲の上限値の１／３以上の深さを有する実質的に平行な複数の線状の溝が、初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも広いピッチで形成され、隣り合う初晶Ｓｉ結晶粒の間を通る部分を有することを特徴とするエンジン。【選択図】図６
2018059404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン部と、前記ピストン部が摺動する摺動面を有するシリンダボディ部とを備えたエンジンであって、
前記シリンダボディ部は、Ｓｉ含有量が１６質量％以上であるＡｌ合金から形成され、平均結晶粒径が８μｍ以上５０μｍ以下である初晶Ｓｉ結晶粒と、前記初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも小さな平均結晶粒径を有する共晶Ｓｉ結晶粒と、Ａｌ合金母材とを含み、
前記摺動面のうち、少なくとも前記摺動面の上側１／４の領域には、前記初晶Ｓｉ結晶粒と前記Ａｌ合金母材とが、前記ピストン部と接触するように露出するとともに、前記シリンダボディ部のＳｉ結晶粒の粒度分布における前記共晶Ｓｉ結晶粒径の範囲の上限値の１／３以上の深さを有する実質的に平行な複数の線状の溝が、前記初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも広いピッチで形成され、隣り合う前記初晶Ｓｉ結晶粒の間を通る部分を有する、
ことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
ピストン部と、前記ピストン部が摺動する摺動面を有するシリンダボディ部とを備えたエンジンであって、
前記シリンダボディ部は、高圧ダイカストにより、Ｓｉ含有量が１６質量％以上であるＡｌ合金から形成され、初晶Ｓｉ結晶粒と、前記初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも小さな平均結晶粒径を有する共晶Ｓｉ結晶粒と、Ａｌ合金母材とを含み、
前記摺動面のうち、少なくとも前記摺動面の上側１／４の領域には、前記初晶Ｓｉ結晶粒と前記Ａｌ合金母材とが、前記ピストン部と接触するように露出するとともに、前記シリンダボディ部のＳｉ結晶粒の粒度分布における前記共晶Ｓｉ結晶粒径の範囲の上限値の１／３以上の深さを有する実質的に平行な複数の線状の溝が、前記初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも広いピッチで形成され、隣り合う前記初晶Ｓｉ結晶粒の間を通る部分を有する、
ことを特徴とするエンジン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンであって、
前記複数の線状の溝は、前記シリンダボディ部のＳｉ結晶粒の粒度分布における前記共晶Ｓｉ結晶粒径の範囲の上限値の１／３以上であり且つ前記共晶Ｓｉ結晶粒径の範囲の上限値より小さい深さを有する。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載のエンジンであって、
前記複数の線状の溝は、２．０μｍ以上６．０μｍ以下の深さを有する。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載のエンジンであって、
隣り合う前記線状の溝の間では、前記初晶Ｓｉ結晶粒と前記Ａｌ合金母材との両方が、前記ピストン部と接触するように前記摺動面に露出している。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１に記載のエンジンであって、
前記ピストン部は、ピストン本体と、前記ピストン本体の外周に設けられた複数のピストンリングを含むピストンリング部とを備え、
前記複数の線状の溝は、前記初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも広く且つ前記ピストン部の往復動方向における前記ピストンリング部の下端から前記ピストンリング部の上端までの距離よりも小さいピッチで形成されている。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１に記載のエンジンであって、
前記ピストン部は、ピストン本体と、前記ピストン本体の外周に設けられたピストンリングとを備え、
前記複数の線状の溝は、前記ピストンリングの厚さより小さい幅を有する。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１に記載のエンジンであって、
前記摺動面に露出する初晶Ｓｉ結晶粒の少なくとも一部は、破壊されており、破壊されることにより初晶Ｓｉ結晶粒に形成された面が、前記摺動面に露出している。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１に記載のエンジンに含まれる前記シリンダボディ部を備えるシリンダボディ部材。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１に記載のエンジンを備えた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン、シリンダボディ部材及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンの軽量化を目的としてシリンダボディ部のＡｌ合金化が進んでいる。シリンダボディ部には、高い強度や高い耐摩耗性が要求される。そのため、シリンダボディ部用のＡｌ合金の一つとして、Ｓｉを多く含有するＡｌ合金、つまり、過共晶組成のＡｌ−Ｓｉ系合金が挙げられる。
【０００３】
特許文献１は、Ｓｉ含有量が比較的高いＡｌ合金製のシリンダブロックを備えたエンジンに関して、以下の技術を開示している。
【０００４】
シリンダブロックのピストンリングとの摺動面には、Ｓｉ結晶粒とＡｌ合金母材とが露出している。摺動面は、Ｓｉ結晶粒が浮き出るように機械的に加工されている。Ｓｉ結晶粒の露出面は、Ａｌ合金母材の露出面よりも、シリンダの内側に位置する。従って、ピストンリングはＳｉ結晶粒と接触する。ピストンリングのＡｌ合金母材との接触が避けられる。また、シリンダブロックは、Ｓｉ含有量が比較的高いＡｌ合金からなり、高圧ダイカストにより製造されている。そのため、適度な大きさを有する初晶Ｓｉ結晶粒が、摺動面に適度に分布する。エンジン運転時において各初晶Ｓｉ結晶粒にかかる荷重が小さくなるので、初晶Ｓｉ結晶粒の破壊が抑制される。また、初晶Ｓｉ結晶粒が適度な大きさを有するので、摺動面から初晶Ｓｉ結晶粒が脱落することが抑制される。これにより、ピストンリングのＡｌ合金母材との接触が効果的に回避される。従って、Ａｌ合金母材とピストンリングとの接触に起因したスカッフの発生が抑制される。また、摺動面に浮き出したＳｉ結晶粒の間に潤滑油が保持され、Ｓｉ結晶粒間の窪みが油溜りとして機能する。これにより、ピストンがシリンダ内を摺動する際の潤滑性が向上し、シリンダボディ部の耐スカッフ性が向上する。
【０００５】
このように、特許文献１のシリンダブロックでは、適度な大きさを有する初晶Ｓｉ結晶粒が、摺動面において適切な密度で分布するように浮島状に露出する。これにより、Ａｌ合金母材とピストンリングとの接触が避けられるとともに、Ｓｉ結晶粒間の窪みが油溜りとして機能する。その結果、スカッフの発生が抑制される。
【０００６】
特許文献２、３は、特許文献１と同様に、Ｓｉ含有量が比較的高いＡｌ合金製のシリンダブロックを備えたエンジンに関する。
【０００７】
特許文献２のシリンダブロックでは、摺動面が、Ｓｉ結晶粒が浮き出るようにエッチング加工されている。エッチングにより、Ｓｉ結晶粒間の窪みに位置するＡｌ合金母材の表面に、凹凸が形成される。その結果、Ｓｉ結晶粒間の窪みによって保持される潤滑油の量が、特許文献１のシリンダブロックよりも多い。従って、スカッフの発生がより効果的に抑制される。
【０００８】
特許文献３のシリンダブロックでは、上死点近傍においてＳｉ結晶粒間の窪みに位置するＡｌ合金母材の表面に形成される凹凸がより深くなるように、摺動面がエッチング加工されている。その結果、上死点近傍に位置するＳｉ結晶粒間の窪みによって保持される潤滑油の量が増加する。上死点近傍におけるスカッフの発生がより効果的に抑制される。
【０００９】
上死点近傍では、摺動面とピストン部との潤滑が、主として境界潤滑となる。また、上死点は、エンジンの燃焼室に近い。従って、上死点近傍の潤滑条件は厳しい。スカッフは、上死点近傍に生じ易い。そのため、特許文献３のように、上死点近傍でのスカッフを抑制するための技術が提案されている。
【００１０】
このように、従来、Ｓｉ含有量が比較的高く且つ高圧ダイカストにより製造されたＡｌ合金製のシリンダブロックは、Ｓｉ結晶粒を浮島状に露出させることを前提としてアップグレードされてきた経緯がある。言い換えれば、Ｓｉ含有量が比較的高く且つ高圧ダイカストにより製造されたＡｌ合金製のシリンダブロックの技術の流れの根底には、以下の２点を実現することによりスカッフを抑制できるという前提が存在していた。
ピストンリングとＡｌ合金母材との接触を抑制すること
Ｓｉ結晶粒間の窪みを油溜りとして機能させること
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２７３６５４号公報
【特許文献２】特開２００８−１８０２１８号公報
【特許文献３】特開２０１０−３１８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上死点近傍におけるスカッフの発生をより効果的に抑制できるエンジン、シリンダボディ部材及び車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、以下の構成を採用することができる。
【００１４】
（１）  ピストン部と、前記ピストン部が摺動する摺動面を有するシリンダボディ部とを備えたエンジンであって、
前記シリンダボディ部は、Ｓｉ含有量が１６質量％以上であるＡｌ合金から形成され、平均結晶粒径が８μｍ以上５０μｍ以下である初晶Ｓｉ結晶粒と、前記初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも小さな平均結晶粒径を有する共晶Ｓｉ結晶粒と、Ａｌ合金母材とを含み、
前記摺動面のうち、少なくとも前記摺動面の上側１／４の領域には、前記初晶Ｓｉ結晶粒と前記Ａｌ合金母材とが、前記ピストン部と接触するように露出するとともに、前記シリンダボディ部のＳｉ結晶粒の粒度分布における前記共晶Ｓｉ結晶粒径の範囲の上限値の１／３以上の深さを有する実質的に平行な複数の線状の溝が、前記初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも広いピッチで形成され、隣り合う前記初晶Ｓｉ結晶粒の間を通る部分を有する、
ことを特徴とするエンジン。
【００１５】
（１）の構成では、シリンダボディ部は、Ｓｉ含有量が１６質量％以上であるＡｌ合金から形成される。摺動面の上側１／４の領域に露出する初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径は、８μｍ以上５０μｍ以下である。ピストン部の荷重を受ける観点から見て、初晶Ｓｉ結晶粒は、適度な大きさを有し、摺動面に適度に分布する。この条件下において、初晶Ｓｉ結晶粒とＡｌ合金母材とが、ピストン部と接触するように露出するとともに、前記シリンダボディ部のＳｉ結晶粒の粒度分布における前記共晶Ｓｉ結晶粒径の範囲の上限値の１／３以上の深さを有する実質的に平行な複数の線状の溝が、初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも広いピッチで形成されている。実質的に平行な複数の線状の溝が初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも広いピッチで形成されることにより、摺動面における潤滑油の分散の均一性を向上させることができる。これにより、摺動面上に形成される油膜の均一性を高めることができる。また、複数の線状の溝が、前記シリンダボディ部のＳｉ結晶粒の粒度分布における前記共晶Ｓｉ結晶粒径の範囲の上限値の１／３以上の深さを有しているので、充分な量の潤滑油が溝に保持される。従って、摺動面上の油膜切れを抑制できる。さらに、複数の線状の溝が、隣り合う初晶Ｓｉ結晶粒の間を通る部分を有する。これにより、初晶Ｓｉ結晶粒がピストン部の荷重を受けるので、溝の両側に隣接する摺動面（Ａｌ合金母材）の摩耗が抑制され、溝内の潤滑油が保持され易い。
【００１６】
Ａｌ合金母材は、ピストン部と接触するように摺動面に露出している。従来、Ａｌ合金母材とピストン部との接触は、スカッフ抑制の観点から好ましくないと考えられていた。しかし、（１）の構成では、Ａｌ合金母材は、適度な大きさを有し且つ摺動面に適度に分布する初晶Ｓｉ結晶粒とともに、摺動面に露出している。さらに、上述したように、（１）の構成では、摺動面上に形成される油膜の均一性が高められるとともに、充分な量の潤滑油が保持される。そのため、Ａｌ合金母材のピストン部との接触による影響が許容可能な程度に抑えられ、油膜の均一性の向上によるスカッフ抑制の効果が得られる。その結果、より効果的にスカッフの発生を抑制できる。
【００１７】
（２）  ピストン部と、前記ピストン部が摺動する摺動面を有するシリンダボディ部とを備えたエンジンであって、
前記シリンダボディ部は、高圧ダイカストにより、Ｓｉ含有量が１６質量％以上であるＡｌ合金から形成され、初晶Ｓｉ結晶粒と、前記初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも小さな平均結晶粒径を有する共晶Ｓｉ結晶粒と、Ａｌ合金母材とを含み、
前記摺動面のうち、少なくとも前記摺動面の上側１／４の領域には、前記初晶Ｓｉ結晶粒と前記Ａｌ合金母材とが、前記ピストン部と接触するように露出するとともに、前記シリンダボディ部のＳｉ結晶粒の粒度分布における前記共晶Ｓｉ結晶粒径の範囲の上限値の１／３以上の深さを有する実質的に平行な複数の線状の溝が、前記初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも広いピッチで形成され、隣り合う前記初晶Ｓｉ結晶粒の間を通る部分を有する、
ことを特徴とするエンジン。
【００１８】
（２）の構成によれば、シリンダボディ部は、高圧ダイカストにより、Ｓｉ含有量が１６質量％以上であるＡｌ合金から形成される。ピストン部の荷重を受ける観点から見て、初晶Ｓｉ結晶粒は、適度な大きさを有し、摺動面に適度に分布する。この条件下において、初晶Ｓｉ結晶粒とＡｌ合金母材とが、ピストン部と接触するように露出するとともに、前記シリンダボディ部のＳｉ結晶粒の粒度分布における前記共晶Ｓｉ結晶粒径の範囲の上限値の１／３以上の深さを有する実質的に平行な複数の線状の溝が、初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも広いピッチで形成されている。実質的に平行な複数の線状の溝が初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも広いピッチで形成されることにより、摺動面における潤滑油の分散の均一性を向上させることができる。これにより、摺動面上に形成される油膜の均一性を高めることができる。また、複数の線状の溝が、前記シリンダボディ部のＳｉ結晶粒の粒度分布における前記共晶Ｓｉ結晶粒径の範囲の上限値の１／３以上の深さを有しているので、充分な量の潤滑油が溝に保持される。従って、摺動面上の油膜切れを抑制できる。さらに、複数の線状の溝が、隣り合う初晶Ｓｉ結晶粒の間を通る部分を有する。これにより、初晶Ｓｉ結晶粒がピストン部の荷重を受けるので、溝の両側に隣接する摺動面（Ａｌ合金母材）の摩耗が抑制され、溝内の潤滑油が保持され易い。
【００１９】
Ａｌ合金母材は、ピストン部と接触するように摺動面に露出している。従来、Ａｌ合金母材とピストン部との接触は、スカッフ抑制の観点から好ましくないと考えられていた。しかし、（２）の構成では、Ａｌ合金母材は、適度な大きさを有し且つ摺動面に適度に分布する初晶Ｓｉ結晶粒とともに、摺動面に露出している。さらに、上述したように、（２）の構成では、摺動面上に形成される油膜の均一性が高められるとともに、充分な量の潤滑油が保持される。そのため、Ａｌ合金母材のピストン部との接触による影響が許容可能な程度に抑えられ、油膜の均一性の向上によるスカッフ抑制の効果が得られる。その結果、より効果的にスカッフの発生を抑制できる。
【００２０】
（３）  （１）又は（２）のエンジンであって、
前記複数の線状の溝は、前記シリンダボディ部のＳｉ結晶粒の粒度分布における前記共晶Ｓｉ結晶粒径の範囲の上限値の１／３以上であり且つ前記共晶Ｓｉ結晶粒径の範囲の上限値より小さい深さを有する。
【００２１】
（３）の構成によれば、充分且つ適切な量の潤滑油が、複数の線状の溝に保持される。そのため、油膜の均一性の向上によるスカッフ抑制の効果が高められる。その結果、さらに効果的にスカッフの発生を抑制できる。
【００２２】
（４）  （１）〜（３）のいずれか１のエンジンであって、
前記複数の線状の溝は、２．０μｍ以上６．０μｍ以下の深さを有する。
【００２３】
（４）の構成によれば、充分且つ適切な量の潤滑油が、複数の線状の溝に保持される。そのため、油膜の均一性の向上によるスカッフ抑制の効果が高められる。その結果、さらに効果的にスカッフの発生を抑制できる。
【００２４】
（５）  （１）〜（４）のいずれか１のエンジンであって、
隣り合う前記線状の溝の間では、前記初晶Ｓｉ結晶粒と前記Ａｌ合金母材との両方が、前記ピストン部と接触するように前記摺動面に露出している。
【００２５】
（５）の構成によれば、Ａｌ合金母材が、隣り合う線状の溝の間において、初晶Ｓｉ結晶粒とともに、ピストン部と接触するように摺動面に露出している。そのため、摺動面（Ａｌ合金母材）の摩耗がより効果的に抑制される。溝内の潤滑油がより保持され易い。従って、さらに効果的にスカッフの発生を抑制できる。
【００２６】
（６）  （１）〜（５）のいずれか１のエンジンであって、
前記ピストン部は、ピストン本体と、前記ピストン本体の外周に設けられた複数のピストンリングを含むピストンリング部とを備え、
前記複数の線状の溝は、前記初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも広く且つ前記ピストン部の往復動方向における前記ピストンリング部の下端から前記ピストンリング部の上端までの距離よりも小さいピッチで形成されている。
【００２７】
（６）の構成によれば、充分且つ適切な量の潤滑油が、複数の線状の溝に保持される。そのため、油膜の均一性の向上によるスカッフ抑制の効果が高められる。その結果、さらに効果的にスカッフの発生を抑制できる。
【００２８】
（７）  （１）〜（６）のいずれか１のエンジンであって、
前記ピストン部は、ピストン本体と、前記ピストン本体の外周に設けられたピストンリングとを備え、
前記複数の線状の溝は、前記ピストンリングの厚さより小さい幅を有する。
【００２９】
（７）の構成によれば、ピストンリングが摺動面上を摺動する時にピストンリングが溝に入る又は引っ掛かることを抑制できる。その結果、ピストン部の往復動をより円滑に行うことができるので、さらに効果的にスカッフの発生を抑制できる。
【００３０】
（８）  （１）〜（７）のいずれか１のエンジンであって、
前記摺動面に露出する初晶Ｓｉ結晶粒の少なくとも一部は、破壊されており、破壊されることにより初晶Ｓｉ結晶粒に形成された面が、前記摺動面に露出している。
【００３１】
（８）の構成によれば、破壊されることにより初晶Ｓｉ結晶粒に形成された面（以下、破断面ともいう）は、油溜りとして機能する。初晶Ｓｉ結晶粒の破断面は、凹凸を有しているので、油溜まりが保持可能な潤滑油の量は多い。油溜りの開口面積は、例えば、初晶Ｓｉ結晶粒の断面積と同程度である。この油溜りの深さは、例えば、初晶Ｓｉ結晶粒の径よりも小さい。このように初晶Ｓｉ結晶粒の破断面を含む油溜りが、実質的に平行な複数の線状の溝とともに、摺動面に形成される。従って、潤滑油の分散の均一性を維持しつつ、潤滑油が保持される量を増加させることができる。より効果的にスカッフを抑制できる。
【００３２】
（９）  （１）〜（８）のいずれか１のエンジンに含まれる前記シリンダボディ部を備えるシリンダボディ部材。
【００３３】
（９）の構成によれば、上死点近傍におけるスカッフの発生をより効果的に抑制できるシリンダボディ部材を提供できる。
【００３４】
（１０）  （１）〜（８）のいずれか１のエンジンを備えた車両。
【００３５】
（１０）の構成によれば、上死点近傍におけるスカッフの発生をより効果的に抑制できるエンジンを備えた車両を提供できる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、上死点近傍におけるスカッフの発生をより効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン１５０を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示すエンジン１５０が備えるピストン部１２２を模式的に示す側面図である。
【図３】図１に示すエンジン１５０が備えるシリンダボディ部１００を模式的に示す斜視図である。
【図４】図３に示すシリンダボディ部１００を模式的に示す断面図である。
【図５】図３に示すシリンダボディ部１００の摺動面１０１を模式的に示す部分拡大平面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、図３に示すシリンダボディ部１００の摺動面１０１を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図７】Ｓｉ結晶粒の好ましい粒度分布の例を示すグラフである。
【図８】図１に示すエンジン１５０を備えた自動二輪車を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
従来、Ｓｉ含有量が比較的高く且つ高圧ダイカストにより製造されたＡｌ合金製のシリンダボディ部では、初晶Ｓｉ結晶粒が浮島状に露出するように摺動面が加工されていた。摺動面では、ピストンリングとＡｌ合金母材との接触が抑制されるとともに、Ｓｉ結晶粒間の窪みが油溜りとして機能する。これにより、スカッフの抑制が図られていた。
【００３９】
このような従来の設計思想に対し、本発明者らは、上死点近傍におけるスカッフの発生をより効果的に抑制するために鋭意研究を行い、以下の知見を得た。
【００４０】
Ｓｉ含有量が比較的高く且つ高圧ダイカストにより製造されたＡｌ合金製のシリンダボディ部では、ピストン部の荷重を受ける観点から見て、初晶Ｓｉ結晶粒が、適度な大きさを有し、摺動面に適度に分布する。従って、上死点近傍において、初晶Ｓｉ結晶粒間で、充分な量の潤滑油をバランス良く保持することにより、摺動面上に形成される油膜の均一性が向上すれば、Ａｌ合金母材がピストン部と接触しても、スカッフが生じ難い。即ち、Ａｌ合金母材とピストン部との接触が許容可能となる。そして、油膜の均一性の向上によるメリットを享受できるので、上死点近傍におけるスカッフの発生をより効果的に抑制できる。
【００４１】
本発明は、上述した知見、即ち従来の設計思想と相反する知見に基づいて完成した発明である。以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４２】
＜エンジン＞
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン１５０を模式的に示す断面図である。本実施形態において、Ｒは、ピストン部１２２の往復動方向を示す。Ｕは、上方向、即ちシリンダボディ部１００からシリンダヘッド１３０に向かう方向を示す。Ｌは、下方向、即ちシリンダボディ部１００からクランクケース１１０に向かう方向を示す。また、以下では、水冷式のエンジンを例として説明を行うが、本発明はこれに限定されるものではなく、空冷式のエンジンであってもよい。本実施形態のエンジンは、単気筒エンジンであるが、本発明において、エンジンの気筒数は、特に限定されない。本実施形態のエンジンは、４ストロークのエンジンであるが、２ストロークのエンジンであってもよい。
【００４３】
エンジン１５０は、クランクケース１１０、シリンダボディ部１００およびシリンダヘッド１３０を有している。本実施形態では、シリンダボディ部１００とクランクケース１１０とが別体であるが、本発明では、シリンダボディ部１００とクランクケース１１０とが一体であってもよい。
【００４４】
クランクケース１１０内にはクランクシャフト１１１が収容されている。クランクシャフト１１１は、クランクピン１１２およびクランクウェブ１１３を有している。
【００４５】
クランクケース１１０の上に、シリンダボディ部１００が設けられている。シリンダボディ部１００は、シリンダ壁１０３と、外壁１０４とを備えている。シリンダ壁１０３は、略円筒形状を有する。シリンダ壁１０３は、シリンダボア１０２を画定するように形成されている。外壁１０４は、シリンダ壁１０３を包囲し、シリンダボディ部１００の外郭を構成する。シリンダ壁１０３と外壁１０４との間には、ウォータジャケット１０５が設けられている。
【００４６】
シリンダボディ部１００のシリンダボア１０２内には、ピストン部１２２が挿入されている。ピストン部１２２は、シリンダボディ部１００の摺動面１０１に接触した状態でシリンダボア１０２内を摺動する（図２参照）。ピストン部１２２は、例えば、Ａｌ合金（典型的にはＳｉを含むＡｌ合金）から形成されている。ピストン部１２２は、例えば、米国特許第６２０５８３６号明細書に開示されているように鍛造により形成される。なお、ピストン部１２２の製造方法は、特に限定されない。ピストン部１２２は、例えば、鋳造により形成されてもよい。
【００４７】
シリンダボア１０２内には、シリンダスリーブが、設けられていない。シリンダボディ部１００のシリンダ壁１０３の内側表面には、めっきは施されていない。本実施形態では、シリンダスリーブが必要とされないので、エンジン１５０の製造工程の簡略化や、エンジン１５０の軽量化、冷却性能の向上が可能となる。また、シリンダ壁１０３の内側表面にめっきを施す必要もないので、製造コストの低減を図ることもできる。本発明は、本実施形態に限定されず、例えば、シリンダボア１０２内に、シリンダスリーブが設けられ、シリンダスリーブが、本実施形態に係るシリンダボディ部１００を有していてもよい。シリンダスリーブの設置方法としては、特に限定されず、例えば、シリンダボア１０２内への嵌め込み、鋳包み等が挙げられる。この場合、シリンダスリーブが、本実施形態に係る摺動面１０１を有する。また、シリンダスリーブが備えるシリンダボディ部１００の内側表面には、めっきが施されない。
【００４８】
シリンダボディ部１００の上に、シリンダヘッド１３０が設けられている。シリンダヘッド１３０は、シリンダボディ部１００のピストン部１２２とともに燃焼室１３１を形成する。シリンダヘッド１３０は、吸気ポート１３２および排気ポート１３３を有している。吸気ポート１３２内には燃焼室１３１内に混合気を供給するための吸気弁１３４が設けられており、排気ポート１３３内には燃焼室１３１内の排気を行うための排気弁１３５が設けられている。
【００４９】
ピストン部１２２とクランクシャフト１１１とは、コンロッド１４０によって連結されている。具体的には、コンロッド１４０の小端部１４２の貫通孔にピストン部１２２のピストンピン１２３が挿入されているとともに、大端部１４４の貫通孔にクランクシャフト１１１のクランクピン１１２が挿入されており、そのことによってピストン部１２２とクランクシャフト１１１とが連結されている。大端部１４４の貫通孔の内周面とクランクピン１１２との間には、ローラベアリング（転がり軸受け）１１４が設けられている。なお、エンジン１５０は、潤滑油を強制的に供給するオイルポンプを備えていないが、本発明のエンジンは、オイルポンプを備えていてもよい。
【００５０】
図２は、図１に示すエンジン１５０が備えるピストン部１２２を模式的に示す側面図である。
【００５１】
ピストン部１２２は、シリンダボア１０２内に設けられている。ピストン部１２２は、ピストン本体１２２ａと、ピストンリング部１２２ｂとを備える。ピストン本体１２２ａは、コンロッド１４０の貫通孔に挿入されるピストンピン１２３を備えている。ピストンリング部１２２ｂは、ピストン本体１２２ａの外周に設けられた３つ（複数）のピストンリング１２２ｃ、１２２ｄ、１２２ｅからなる。
【００５２】
ピストンリング１２２ｃは、トップリングとも称され、ピストン本体１２２ａの外周に設けられたトップリング溝１２２ｆに嵌められている。ピストンリング１２２ｄは、セカンドリングとも称され、ピストン本体１２２ａの外周に設けられたセカンドリング溝１２２ｇに嵌められている。ピストンリング１２２ｅは、オイルリングとも称され、ピストン本体１２２ａの外周に設けられたオイルリング溝１２２ｈに嵌められている。トップリング１２２ｃ、セカンドリング１２２ｄ及びオイルリング１２２ｅは、ピストン部１２２の往復動方向Ｒにおいて互いに間隔を空けて、上から下方向へ、この順に設けられている。即ち、本実施形態において、ピストン部１２２の往復動方向Ｒにおけるピストンリング部１２２ｂの上端１２２ｍは、トップリング１２２ｃの上面に相当する。ピストンリング部１２２ｂの下端１２２ｎは、オイルリング１２２ｅの下面に相当する。ピストン部１２２のうち、特に、ピストンリング部１２２ｂ（ピストンリング１２２ｃ、１２２ｄ、１２２ｅ）が、シリンダ壁１０３の摺動面１０１と接触する。なお、本実施形態では、ピストンリング部１２２ｂが、３つのピストンリングにより構成されているが、ピストンリング部１２２ｂを構成するピストンリングの数は、特に限定されない。
【００５３】
図３は、図１に示すエンジン１５０が備えるシリンダボディ部１００を模式的に示す斜視図である。図４は、図３に示すシリンダボディ部１００を模式的に示す断面図である。
【００５４】
シリンダボディ部１００は、摺動面１０１を有し、Ｓｉを含むＡｌ合金から形成されている。具体的には、Ｓｉ含有量が１６質量％以上であるＡｌ合金から形成されている。Ａｌ合金は、７３．４質量％以上７９．６質量％以下のＡｌ、１６質量％以上２４質量％以下のＳｉ、および２．０質量％以上５．０質量％以下の銅を含むことが好ましい。シリンダボディ部１００の耐摩耗性及び強度を高くすることができる。また、Ｓｉ含有量は、１８質量％以上であることも好ましい。Ｓｉ含有量は、２２質量％以下であることも好ましい。Ａｌ合金は、５０質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下のリンと、０．０１質量％以下のカルシウムとを含むことが好ましい。Ａｌ合金が５０質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下のリンを含んでいると、Ｓｉ結晶粒の粗大化を抑制することができるので、合金中にＳｉ結晶粒を均一に分散させることができる。また、Ａｌ合金のカルシウム含有量を０．０１質量％以下とすることによって、リンによるＳｉ結晶粒の微細化効果を確保し、耐摩耗性に優れた金属組織を得ることができる。
【００５５】
シリンダボディ部１００は、図３および図４に示すように、摺動面１０１が形成されたシリンダ壁１０３と、外周に露出する面を有する外壁１０４とを備えている。シリンダ壁１０３と外壁１０４との間には、ウォータジャケット１０５が設けられている。ウォータジャケット１０５は、冷却液を保持するように構成されている。
【００５６】
シリンダボディ部１００は、ピストン部１２２（図１参照）が接触する摺動面１０１を備えている。摺動面１０１は、シリンダ壁１０３のシリンダボア１０２側の表面（即ち内周面）である。言い換えると、摺動面１０１は、シリンダ壁１０３の内周面のうち、シリンダボディ部１００の径方向における最も内側に位置する面である。なお、本発明において、摺動面１０１がピストン部１２２と接触することは、摺動面１０１が、潤滑油によって形成された油膜を介してピストン部１２２と接触することを含む。
【００５７】
なお、本明細書において、摺動面１０１の「上側」とは、シリンダヘッド側（すなわち上死点側）である。摺動面１０１の「下側」とは、クランクケース側（すなわち下死点側）である。摺動面１０１の上側１／４の領域１０１ａとは、摺動面１０１全体をピストンの摺動方向（シリンダボア１０２の中心軸方向）に沿って均等に４分割したときに、もっともシリンダヘッド側に位置する領域を指す。摺動面１０１の下側１／４の領域１０１ｂとは、もっともクランクケース側に位置する領域を指す。
【００５８】
本実施形態では、摺動面１０１全域に、後述する線状溝８（図５参照）が形成されている。しかし、本発明は、この例に限定されない。本発明において、線状溝８が形成される部分は、少なくとも摺動面１０１の上側１／４の領域１０１ａであればよい。線状溝８が形成される部分は、摺動面１０１の上側１／４の領域１０１ａのみであってもよく、摺動面１０１の上側１／４の領域１０１ａ及び下側１／４の領域１０１ｂであってもよい。
【００５９】
図５は、図３に示すシリンダボディ部１００の摺動面を拡大して模式的に示す平面図である。Ｒは、ピストン部１２２の往復動方向を示す。図６（ａ）、（ｂ）は、図３に示すシリンダボディ部１００の摺動面を拡大して模式的に示す断面図である。図６は、方向Ｒに沿った断面図である。図６（ａ）、（ｂ）では、説明の便宜上、線状溝８のうち、第一線状溝８ａのみを図示している。
【００６０】
摺動面１０１には、複数の初晶Ｓｉ結晶粒１と、複数の共晶Ｓｉ結晶粒２と、Ａｌ合金母材３とが露出している。過共晶組成のＡｌ−Ｓｉ系合金の溶湯を冷却したときに、最初に析出するＳｉ結晶粒は「初晶Ｓｉ結晶粒」と呼ばれる。次いで析出するＳｉ結晶粒は「共晶Ｓｉ結晶粒」と呼ばれる。初晶Ｓｉ結晶粒１は、比較的大きく、例えば、粒状を有する。共晶Ｓｉ結晶粒２は、比較的小さく、例えば、針状を有する。全ての共晶Ｓｉ結晶粒２が、必ずしも、針状を有すると限らない。一部の共晶Ｓｉ結晶粒２が、粒状を有していてもよい。この場合、複数の共晶Ｓｉ結晶粒２のうち、針状の共晶Ｓｉ結晶粒２が、主な結晶粒である。Ａｌ合金母材３は、Ａｌを含む固溶体のマトリックスである。シリンダボディ部１００は、複数の初晶Ｓｉ結晶粒１と、複数の共晶Ｓｉ結晶粒２と、Ａｌ合金母材３とを有している。複数の初晶Ｓｉ結晶粒１及び複数の共晶Ｓｉ結晶粒２は、Ａｌ合金母材３中に分散して存在している。
【００６１】
初晶Ｓｉ結晶粒１の平均結晶粒径は、例えば、８μｍ以上５０μｍ以下である。従って、初晶Ｓｉ結晶粒１は摺動面１０１の単位面積あたりに十分な数存在する。そのため、エンジン１５０の運転時に各初晶Ｓｉ結晶粒１にかかる荷重は相対的に小さくなる。エンジン１５０の運転時における初晶Ｓｉ結晶粒１の破壊が抑制される。また、初晶Ｓｉ結晶粒１のＡｌ合金母材３に埋まっている部分が十分に大きいので、初晶Ｓｉ結晶粒１の脱落が低減される。そのため、脱落した初晶Ｓｉ結晶粒１による摺動面１０１の摩耗も抑制される。これに対し、初晶Ｓｉ結晶粒１の平均結晶粒径が８μｍ未満である場合、初晶Ｓｉ結晶粒１の、Ａｌ合金母材３中に埋まっている部分が小さい。そのため、エンジン１５０の運転時には、初晶Ｓｉ結晶粒１の脱落が起こりやすい。脱落した初晶Ｓｉ結晶粒１は、研磨粒子として作用してしまうため、摺動面１０１が大きく摩耗するおそれがある。また、初晶Ｓｉ結晶粒１の平均結晶粒径が５０μｍを超える場合、摺動面１０１の単位面積当りの初晶Ｓｉ結晶粒１の個数が少ない。そのため、エンジン１５０の運転時に初晶Ｓｉ結晶粒１のそれぞれに大きな荷重がかかり、初晶Ｓｉ結晶粒１が破壊されることがある。破壊された初晶Ｓｉ結晶粒１の破片は、研磨粒子として作用してしまうため、摺動面１０１が大きく摩耗するおそれがある。なお、初晶Ｓｉ結晶粒１の平均結晶粒径は、１２μｍ以上であることが好ましい。
【００６２】
本実施形態では、シリンダボディ部１００は、高圧ダイカスト（ＨＰＤＣ）により、Ｓｉ含有量が１６質量％以上であるＡｌ合金から形成されている。高圧ダイカストは、溶湯に圧力を加えることにより、大気圧を超える圧力で溶湯を型内に供給する鋳造方法である。高圧ダイカストによれば、大きな冷却速度（例えば４℃／秒以上５０℃／秒以下）で、摺動面１０１となる部分を冷却できる。これにより、例えば、初晶Ｓｉ結晶粒１の平均結晶粒径を、８μｍ以上５０μｍ以下に制御することができる。
【００６３】
共晶Ｓｉ結晶粒２の平均結晶粒径は、初晶Ｓｉ結晶粒１の平均結晶粒径より小さい。共晶Ｓｉ結晶粒２の平均結晶粒径は、７．５μｍ以下であることが好ましい。共晶Ｓｉ結晶粒２は、Ａｌ合金母材３を補強する役割を果たす。そのため、共晶Ｓｉ結晶粒２を微細化することによって、シリンダボディ部１００の耐摩耗性や強度を向上することができる。
【００６４】
ここで、シリンダボディ部１００におけるＳｉ結晶粒の粒度分布について説明する。
図７は、Ｓｉ結晶粒の好ましい粒度分布の例を示すグラフである。
図７に示すグラフにおいて、結晶粒径が１μｍ以上７．５μｍ以下の範囲内にあるＳｉ結晶粒は、共晶Ｓｉ結晶粒２であり、結晶粒径が８μｍ以上５０μｍ以下の範囲内にあるＳｉ結晶粒は、初晶Ｓｉ結晶粒１である。このように、シリンダボディ部１００のＳｉ結晶粒１、２は、結晶粒径が１μｍ以上７．５μｍ以下の範囲内と結晶粒径が８μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とにそれぞれピークが存在する粒度分布を有することが好ましい。シリンダボディ部１００の耐摩耗性および強度を大きく向上させることができる。
【００６５】
また、共晶Ｓｉ結晶粒２によるＡｌ合金母材３の補強の観点から、図７にも示しているように、結晶粒径１μｍ以上７．５μｍ以下の範囲内にある第１ピーク（共晶Ｓｉ結晶粒２に由来するピーク）における度数が、結晶粒径８μｍ以上５０μｍ以下の範囲内にある第２ピーク（初晶Ｓｉ結晶粒１に由来するピーク）における度数の５倍以上であることが好ましい。
【００６６】
初晶Ｓｉ結晶粒１および共晶Ｓｉ結晶粒２の平均結晶粒径を制御するには、成形体を鋳造する工程（後述する工程Ｓ１ｃ）において、摺動面１０１となる部分の冷却速度を調整すればよい。具体的な一例として、例えば、摺動面１０１となる部分が４℃／秒以上５０℃／秒以下の冷却速度で冷却されるように鋳造を行うことによって、初晶Ｓｉ結晶粒１の平均結晶粒径が８μｍ以上５０μｍ以下、共晶Ｓｉ結晶粒２の平均結晶粒径が７．５μｍ以下となるように、Ｓｉ結晶粒１、２を析出させることができる。
【００６７】
次に、摺動面１０１に形成される線状溝８について説明する。
図５及び図６（ａ）、（ｂ）に示すように、摺動面１０１には、複数の線状溝８が形成されている。本実施形態において、複数の線状溝８は、複数の第一線状溝８ａと、複数の第二線状溝８ｂとを含む。複数の第一線状溝８ａは、図５において左上から右下へ向かう方向に延びる形状を有しており、互いに実質的に平行である。複数の第一線状溝８ａは、摺動面１０１において、縞模様を成している。複数の第二線状溝８ｂは、図５において右上から左下へ向かう方向に延びる形状を有しており、互いに実質的に平行である。複数の第二線状溝８ｂは、摺動面１０１において、縞模様を成している。複数の第一線状溝８ａと、複数の第二線状溝８ｂとは、互いに平行ではなく、交差している。これにより、複数の線状溝８は、摺動面１０１において、格子模様を成している。なお、図５において、初晶Ｓｉ結晶粒１及び／又は共晶Ｓｉ結晶粒２と線状溝８とが重複する部分は、線状溝８が初晶Ｓｉ結晶粒１及び／又は共晶Ｓｉ結晶粒２の露出面上を通過するように形成された部分を示す。当該部分の少なくとも一部では、図６（ｂ）に示すような破断面５ａが形成されている。
【００６８】
複数の線状溝８のうち、少なくとも２本以上の線状溝８は、互いに実質的に平行である。複数の線状溝８のうち、一部の線状溝８（第一線状溝８ａ）と残りの線状溝８（第二線状溝８ｂ）とは交差していてもよい。複数の線状溝８の全てが互いに交差しないように形成され、実質的に平行であってもよい。「実質的に平行」とは、隣り合う線状溝８が、交わらないように延びていることをいう。即ち、「実質的に平行」の意味に関し、例えば、線状溝８の形成時の誤差又はズレ等に起因して、隣り合う線状溝８が厳密に見て平行ではないとしても、本発明においては、隣り合う線状溝８が実質的に平行であると解釈され得る。また、摺動面１０１は、互いに平行な線状溝の組として、第一線状溝８ａの組と、第二線状溝８ｂの組とを有しているが、本発明において、互いに平行な線状溝の組の数は特に限定されない。異なる組に属する溝は互いに交差する。摺動面１０１に形成される複数の線状溝８が成す模様は、図５に示すような四角格子模様に限定されない。複数の線状溝８が成す模様は、第一線状溝８ａ又は第二線状溝８ｂが成すような縞模様であってもよく、三角格子模様等の多角格子模様であってもよい。四角格子模様は、多角格子模様の一例である。なお、縞模様及び格子模様における溝間ピッチは、必ずしも一定である必要はない。
【００６９】
本実施形態では、複数の線状溝８が、規則性を有する模様（縞模様又は多角格子模様等）を成す。本実施形態では、規則性を有する模様内において、初晶Ｓｉ結晶粒１とともに、Ａｌ合金母材３が、ピストンリング部１２２ｂ（ピストン部１２２）と接触するように摺動面１０１に露出する。規則性を有する模様を成す線状溝８が形成された摺動面１０１は、従来の不規則な摺動面（Ｓｉ結晶粒が浮島状に露出した摺動面）よりも、潤滑油の分散の均一性を向上させることができる。その結果、本実施形態では、摺動面１０１上に形成される油膜の均一性が高い。なお、以下において、第一線状溝８ａと第二線状溝８ｂとが区別されている場合を除いて、線状溝８についての説明は、第一線状溝８ａと第二線状溝８ｂとの両方についての説明でもある。
【００７０】
線状溝８の平面視形状に関し、図５に示すように、線状溝８の平面視形状は、直線状である。しかし、本発明において、線状溝８の平面視形状は、実質的に平行となるように隣り合う線状溝８と交わらないように延びる線状を有していればよく、直線状に限定されない。即ち、線状溝８は、曲線状であってもよい。線状溝８は、曲線状の部分と、直線状の部分とを有していてもよい。また、線状溝８は、屈曲部分を有していてもよい。また、複数の線状溝８の平面視形状は、線状溝８によって異なっていてもよい。全ての線状溝８の平面視形状が同じ又は実質的に同じであってもよい。また、複数の線状溝８の各々は、必ずしも、摺動面１０１の全域で連続するように形成されている必要はない。複数の線状溝８の各々は、必ずしも、摺動面１０１の端縁まで延びている必要はない。複数の線状溝８の各々は、摺動面１０１上において途切れた部分を有していてもよい。
【００７１】
線状溝８の幅に関し、線状溝８の幅は、特に限定されない。線状溝８の幅は、ピストンリング１２２ｃ、１２２ｄ、１２２ｅのうち、最も厚さが小さいピストンリングの厚さよりも小さいことが好ましい。また、線状溝８の幅は、初晶Ｓｉ結晶粒１の平均結晶粒径以上であることが好ましい。線状溝８の幅は、シリンダボディ部１００の粒度分布における初晶Ｓｉ結晶粒１の粒径の範囲の最大値以上であることが好ましい。図５に示すように、線状溝８は、一定の幅を有しているが、本発明はこの例に限定されない。線状溝８は、場所によって異なる幅を有していてもよい。また、複数の線状溝８の幅は、線状溝８によって異なっていてもよい。全ての線状溝８が、同じ幅又は実質的に同じ幅を有していてもよい。
【００７２】
線状溝８の深さに関し、本実施形態において、線状溝８は、シリンダボディ部１００のＳｉ結晶粒の粒度分布における共晶Ｓｉ結晶粒２の粒径の範囲の上限値の１／３以上の深さを有する。ここで、線状溝８の深さの意義について説明する。特許文献３は、上死点近傍におけるスカッフの発生をより効果的に抑制するための技術を開示している。特許文献３では、摺動面にエッチング処理が施され、Ａｌ合金母材が、浮島状に存在するＳｉ結晶粒の領域を除く摺動面全域において、深さ方向へ略均一に溶出する。そのため、特許文献３の技術においては、エッチング処理は、Ｓｉ結晶粒が摺動面から脱落し難くなる又は脱落しないように行われることが好ましく、深い凹部又は溝の形成は困難である。これに対して、本実施形態では、線状溝８が、初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径よりも広いピッチで形成されるので、除去されるＡｌ合金母材は限定される。従って、比較的大きな深さを有する線状溝８が形成可能である。具体的には、本実施形態では、線状溝８は、主に針状を有する共晶Ｓｉ結晶粒２の粒径の範囲の上限値の１／３以上の深さを有するが、共晶Ｓｉ結晶粒２の脱落は防止又は抑制される。初晶Ｓｉ結晶粒１は、共晶Ｓｉ結晶粒２の平均結晶粒径より大きい平均結晶粒径を有しており、初晶Ｓｉ結晶粒１の脱落も防止又は抑制される。比較的大きな深さを有する、実質的に平行な複数の線状の溝が摺動面に形成されるので、多くの潤滑油を保持できるとともに、潤滑油の分散の均一性が向上する。従って、本実施形態では、Ｓｉ結晶粒の脱落を防止又は抑制できるとともに、油膜の均一性を高めることができる。線状溝８は、２．０μｍ以上の深さを有することが好ましい。また、線状溝８は、シリンダボディ部１００のＳｉ結晶粒の粒度分布における共晶Ｓｉ結晶粒２の粒径の範囲の上限値の４０％以上の深さを有していてもよい。また、シリンダボディ部１００のＳｉ結晶粒の粒度分布における共晶Ｓｉ結晶粒２の粒径の範囲の上限値の１／２以上の深さを有していてもよい。
【００７３】
さらに、線状溝８は、共晶Ｓｉ結晶粒２の粒径の範囲の上限値よりも小さい深さを有することが好ましい。線状溝８に保持された潤滑油が適切に且つ効率良く摺動面１０１に供給されるからである。また、線状溝８は、６．０μｍ以下の深さを有することが好ましい。また、本発明では、線状溝８の深さの上限値と下限値とが定められている場合、線状溝８の深さの下限値よりも小さな深さを有する溝、及び／又は線状溝８の深さの上限値よりも大きな深さを有する溝が、摺動面１０１に形成されていてもよい。言い換えると、本発明においては、摺動面に、本発明で規定された線状溝以外の溝が形成されていてもよい。
【００７４】
線状溝８の断面形状は、線状溝８の深さが大きくなるにつれて線状溝８の幅が小さくなる形状である。線状溝８の断面形状は、線状溝８が延びる方向と垂直な平面における線状溝８の断面形状である。なお、本発明において、線状溝８の断面形状は、特に限定されない。線状溝８の断面形状は、例えば、図６（ａ）に示すような略Ｖ形状であってもよく、略Ｕ形状であってもよい。また、線状溝８の断面形状は、全て同じである必要はない。線状溝８の断面形状は、場所によって異なっていてもよく、線状溝８によって異なっていてもよい。また、線状溝８の間の部分（山）は、必ずしも、図５及び図６（ａ）、（ｂ）に示すように平坦面である必要はない。線状溝８の間の部分は、傾斜面であってもよく、稜線を形成していてもよく、線状溝８の深さより小さい深さを有する１つ又は複数の溝が形成されていてもよい。
【００７５】
第一線状溝８のピッチに関し、実質的に平行な複数の第一線状溝８ａは、初晶Ｓｉ結晶粒１の平均結晶粒径より広いピッチで形成されている。その結果、複数の初晶Ｓｉ結晶粒１の少なくとも一部が、互いに隣り合う第一線状溝８ａの間に位置する。本実施形態では、隣り合う第一線状溝８ａの間の領域において、初晶Ｓｉ結晶粒１とＡｌ合金母材３との両方が、ピストン部１２２と接触するように摺動面１０１に露出している。摺動面１０１においてピストン部１２２と接触する部分が、平面視において第一線状溝８ａと隣接しているので、摺動面１０１への潤滑油の供給が円滑に行われる。また、Ａｌ合金母材３がピストン部１２２と接触するように摺動面１０１に露出しているが、初晶Ｓｉ結晶粒１もピストン部１２２と接触するように摺動面１０１に露出しているので、摺動面１０１（Ａｌ合金母材３）の摩耗がより効果的に抑制される。図５では、互いに隣り合う一対の第一線状溝８ａのピッチは、場所によらず一定であるが、本発明は、この例に限定されない。即ち、互いに隣り合う一対の第一線状溝８ａのピッチは、必ずしも、一定である必要はない。例えば、互いに隣り合う第一線状溝８ａの各々が蛇行するように形成され、これらの第一線状溝８ａのピッチが、場所によって異なっていてもよい。なお、上述の説明は、第一線状溝８ａに関する説明であるが、第二線状溝８ｂについての説明は、第一線状溝８ａについての説明と同じであるから、ここでの説明を省略する。
【００７６】
本実施形態では、図５に示すように、線状溝８の少なくとも一本が、初晶Ｓｉ結晶粒１を破壊することにより、初晶Ｓｉ結晶粒１を通過するように形成されている。即ち、線状溝８の少なくとも一本が、初晶Ｓｉ結晶粒１の露出面上を通過するように形成されている。これにより、摺動面１０１における潤滑油の分散の均一性がより高められる。本発明は、この例に限定されない。
【００７７】
本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、破断面５ａを有する初晶Ｓｉ結晶粒１が、摺動面１０１に露出している。即ち、本実施形態では、摺動面１０１に露出する初晶Ｓｉ結晶粒１の少なくとも一部が、破壊されており、破壊されることにより、初晶Ｓｉ結晶粒１に形成された面（即ち破断面５ａ）が、摺動面１０１に露出している。これにより、摺動面１０１には、油溜まり５ｂが形成されている。初晶Ｓｉ結晶粒１の破断面は、凹凸を有しているので、油溜まり５ｂが保持可能な潤滑油の量は多い。油溜り５ｂの開口面積は、初晶Ｓｉ結晶粒１の断面積（摺動面１０１に露出した部分の面積）と同程度である。油溜り５ｂの深さは、初晶Ｓｉ結晶粒１の径よりも小さい。初晶Ｓｉ結晶粒１の破断面５ａを含む油溜り５ｂが、実質的に平行な複数の第一線状溝８ａとともに、摺動面１０１に形成されている。従って、潤滑油の分散の均一性を維持しつつ、潤滑油が保持される量を増加させることができる。より効果的にスカッフを抑制できる。破断面５ａは、シリンダボディ部１００の鋳造後にシリンダボディ部１００の表面加工が施される時に形成される。具体的には、破断面５ａは、例えば、初晶Ｓｉ結晶粒１が砥石により削られる時に形成される。
【００７８】
本実施形態では、シリンダボディ部１００は、Ｓｉ含有量が１６質量％以上であるＡｌ合金から形成される。摺動面１０１の上側１／４の領域１０１ａに露出する初晶Ｓｉ結晶粒１の平均結晶粒径は、８μｍ以上５０μｍ以下である。ピストン部１２２の荷重を受ける観点から見て、初晶Ｓｉ結晶粒１は、適度な大きさを有し、摺動面に適度に分布する。この条件下において、初晶Ｓｉ結晶粒１とＡｌ合金母材３とが、ピストン部１２２と接触するように露出するとともに、シリンダボディ部１００のＳｉ結晶粒の粒度分布における共晶Ｓｉ結晶粒２の粒径の範囲の上限値の１／３以上の深さを有する実質的に平行な複数の線状溝８（第一線状溝８ａ及び第二線状溝８ｂ）が、初晶Ｓｉ結晶粒１の平均結晶粒径よりも広いピッチで形成されている。実質的に平行な複数の線状溝８が初晶Ｓｉ結晶粒１の平均結晶粒径よりも広いピッチで形成されることにより、摺動面１０１における潤滑油の分散の均一性を向上させることができる。これにより、摺動面上に形成される油膜の均一性を高めることができる。また、複数の線状溝８が、シリンダボディ部１００のＳｉ結晶粒の粒度分布における共晶Ｓｉ結晶粒２の粒径の範囲の上限値の１／３以上の深さを有しているので、充分な量の潤滑油が線状溝８に保持される。従って、摺動面上の油膜切れを抑制できる。さらに、複数の線状溝８が、互いに隣り合う初晶Ｓｉ結晶粒１の間を通る部分を有する。これにより、初晶Ｓｉ結晶粒１がピストン部１２２の荷重を受けるので、線状溝８の両側に隣接する摺動面１０１（Ａｌ合金母材３）の摩耗が抑制され、線状溝８内の潤滑油が保持され易い。
【００７９】
Ａｌ合金母材３は、ピストン部１２２と接触するように摺動面１０１に露出している。従来、Ａｌ合金母材３とピストン部１２２との接触は、スカッフ抑制の観点から好ましくないと考えられていた。しかし、本実施形態では、Ａｌ合金母材３は、適度な大きさを有し且つ摺動面１０１に適度に分布する初晶Ｓｉ結晶粒１とともに、摺動面１０１に露出している。さらに、上述したように、摺動面１０１上に形成される油膜の均一性が高められるとともに、充分な量の潤滑油が保持される。そのため、Ａｌ合金母材３のピストン部１２２との接触による影響が許容可能な程度に抑えられ、油膜の均一性の向上によるスカッフ抑制の効果が得られる。その結果、より効果的にスカッフの発生を抑制できる。
【００８０】
＜製造方法＞
本実施形態におけるシリンダボディ部１００の製造方法を説明する。
【００８１】
シリンダボディ部１００は、例えば、下記工程Ｓ１〜Ｓ４が順に行われることにより製造される。
工程Ｓ１  成形体の用意
工程Ｓ２  ファインボーリング
工程Ｓ３  粗ホーニング
工程Ｓ４  仕上ホーニング
【００８２】
シリンダボディ部１００の製造方法では、まず、Ｓｉを含むＡｌ合金から形成された成形体を用意する（工程Ｓ１）。この成形体は、表面近傍に初晶Ｓｉ結晶粒および共晶Ｓｉ結晶粒を含んでいる。成形体を用意する工程Ｓ１は、例えば、工程Ｓ１ａ〜Ｓ１ｅを含んでいる。
工程Ｓ１ａ  シリコン含有Ａｌ合金の用意
工程Ｓ１ｂ  溶湯の生成
工程Ｓ１ｃ  高圧ダイカスト
工程Ｓ１ｄ  熱処理
工程Ｓ１ｅ  機械加工
【００８３】
まず、Ｓｉを含むＡｌ合金を用意する（工程Ｓ１ａ）。シリンダボディ部１００の耐摩耗性および強度を十分に高くするためには、Ａｌ合金として、７３．４質量％以上７９．６質量％以下のＡｌ、１６質量％以上２４質量％以下のＳｉ、および２．０質量％以上５．０質量％以下の銅を含むＡｌ合金を用いることが好ましい。
【００８４】
次に、用意したＡｌ合金を溶解炉で加熱して溶解させることによって、溶湯を形成する（工程Ｓ１ｂ）。溶解前のＡｌ合金あるいは溶湯には、１００質量ｐｐｍ程度のリンを添加しておくことが好ましい。Ａｌ合金が５０質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下のリンを含んでいると、Ｓｉ結晶粒の粗大化を抑制することができるので、合金中にＳｉ結晶粒を均一に分散させることができる。また、Ａｌ合金のカルシウム含有量を０．０１質量％以下とすることによって、リンによるＳｉ結晶粒の微細化効果を確保し、耐摩耗性に優れた金属組織を得ることができる。つまり、Ａｌ合金は、５０質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下のリンと、０．０１質量％以下のカルシウムとを含むことが好ましい。
【００８５】
続いて、Ａｌ合金の溶湯を用いて、高圧ダイカストにより、鋳造を行う（工程Ｓ１ｃ）。つまり、溶湯を鋳型の中で冷却して成形体を形成する。このとき、シリンダ壁１０３の摺動面１０１となる部分を大きな冷却速度（例えば４℃／秒以上５０℃／秒以下）で冷却することによって、耐摩耗性に寄与するＳｉ結晶粒を表面近傍に有する成形体が得られる。この鋳造工程Ｓ１ｃは、例えば、国際公開第２００４／００２６５８号パンフレットに開示されている鋳造装置を用いて行うことができる。
【００８６】
次に、鋳型から取り出した成形体に対し、「Ｔ５」、「Ｔ６」および「Ｔ７」と呼ばれる熱処理のうちのいずれかを行う（工程Ｓ１ｄ）。Ｔ５処理は、成形体を鋳型から取り出した直後に水冷等により急冷し、続いて、機械的性質の改善や寸法安定化のために所定温度で所定時間だけ人工時効し、その後空冷する処理である。Ｔ６処理は、成形体を鋳型から取り出した後に所定温度で所定時間だけ溶体化処理し、続いて水冷し、次いで所定温度で所定時間だけ人工時効処理し、その後空冷する処理である。Ｔ７処理は、Ｔ６処理に比べて過時効にする処理であり、Ｔ６処理よりも寸法安定化を図ることができるが硬度はＴ６処理よりも低下する。
【００８７】
続いて、成形体に所定の機械加工を行う（工程Ｓ１ｅ）。具体的には、シリンダヘッドとの合せ面やクランクケースとの合せ面の研削等を行う。
【００８８】
上述したようにして成形体を用意した後、成形体の表面、具体的には、シリンダ壁１０３の内周面（すなわち摺動面１０１となる面）に対して寸法精度を調整するためのファインボーリング加工を行う（工程Ｓ２）。
【００８９】
次に、ファインボーリング加工を施した面に対して粗いホーニング処理を行う（工程Ｓ３）。つまり、摺動面１０１となる面を、番手が比較的小さい砥石（砥粒が大きい砥石）を用いて研磨する。本実施形態では、粗ホーニング処理が、成形体の表面のうちの摺動面１０１となる面の全域に施されるが、本発明は、この例に限定されない。本発明では、粗ホーニング処理が、少なくとも、摺動面１０１の上側１／４の領域に施されればよい。
【００９０】
続いて、仕上ホーニング処理を行う（工程Ｓ４）。つまり、成形体の表面のうちの摺動面１０１となる領域を、番手が比較的大きい砥石（砥粒が小さい砥石）を用いて研磨する。なお、粗ホーニング処理及び仕上ホーニング処理は、例えば、特開２００４−２６８１７９号公報に開示されているようなホーニング装置を用いて実施可能である。また、粗ホーニング処理及び仕上ホーニング処理における砥石の仕様（砥粒の種類、番手（砥粒径）、ボンド剤の種類等）は、摺動面１０１に形成される線状溝８の仕様に応じて設定可能である。
【００９１】
上述した工程を経て、本実施形態に係る摺動面１０１が形成される。摺動面１０１には、複数の初晶Ｓｉ結晶粒１とＡｌ合金母材３とが露出している。ピストン部１２２がシリンダボア１０２内を往復動する時に、複数の初晶Ｓｉ結晶粒１及びＡｌ合金母材３がピストン部１２２と接触する。また、摺動面１０１は、少なくとも、摺動面１０１の上側１／４の領域に、複数の線状溝８を有している。複数の線状溝８は、互いに実質的に平行な複数の第一線状溝８ａと、互いに実質的に平行な複数の第二線状溝８ｂとを含む。本実施形態では、線状溝８が、砥石により形成されているが、本発明は、この例に限定されない。線状溝８は、例えば、レーザにより形成されてもよい。また、粗ホーニング処理及び仕上ホーニング処理の回数は、１回に限定されず、２回以上であってもよい。
【００９２】
＜シリンダボディ部材＞
本実施形態におけるシリンダボディ部材は、上述したシリンダボディ部１００そのものである（図１等参照）。シリンダボディ部１００は、摺動面１０１を有する部分である。但し、本発明において、シリンダボディ部材は、この例に限定されない。シリンダボディ部材は、摺動面１０１を有するシリンダボディ部１００を備えていればよい。本発明におけるシリンダボディ部材は、シリンダボディ部１００とクランクケース１１０とが一体成形されることにより形成された部材（所謂シリンダブロック）であってもよい。本発明におけるシリンダボディ部材は、シリンダボア１０２内に設けられることにより用いられるシリンダスリーブであってもよい。前記シリンダボディ部材は、上述した摺動面１０１を有しているので、エンジンに適用されることにより、エンジン（特に上死点近傍）におけるスカッフの発生をより効果的に抑制できる。
【００９３】
＜車両＞
本発明に係る車両は、自動車、自動二輪車、および、スノーモービルなどの雪上車など、様々なタイプの車両を包含し、車輪数も四輪、三輪、二輪など、特に制限されるものではない。また、本発明に係る車両は、エンジンルーム等のシートから離れた箇所にエンジンが配置される箱型車両、並びに、エンジンの少なくとも一部がシートの下方に配置され、運転者がシートにまたがって搭乗する鞍乗型車両であってもよい。鞍乗型車両には、運転者が膝を揃えて搭乗することもできるスクータ型の車両も含まれる。
【００９４】
以下、車両の一例として、自動二輪車を例に挙げて説明する。
図８は、図１に示すエンジン１５０を備えた自動二輪車を模式的に示す側面図である。
【００９５】
図８に示す自動二輪車では、本体フレーム３０１の前端にヘッドパイプ３０２が設けられている。ヘッドパイプ３０２には、フロントフォーク３０３が車両の左右方向に揺動し得るように取り付けられている。フロントフォーク３０３の下端には、前輪３０４が回転可能なように支持されている。フロントフォーク３０３の上端には、ハンドル３０５が設けられている。
【００９６】
本体フレーム３０１の後端上部から後方に延びるようにリアフレーム３０６が取り付けられている。本体フレーム３０１上に燃料タンク３０７が設けられており、リアフレーム３０６上にメインシート３０８ａおよびタンデムシート３０８ｂが設けられている。
【００９７】
また、本体フレーム３０１の後端に、後方へ延びるリアアーム３０９が取り付けられている。リアアーム３０９の後端に後輪３１０が回転可能なように支持されている。
【００９８】
本体フレーム３０１の中央部には、図１に示したエンジン１５０が保持されている。エンジン１５０には、本実施形態におけるシリンダボディ部１００が用いられている。エンジン１５０の前方には、ラジエータ３１１が設けられている。エンジン１５０の排気ポートには排気管３１２が接続されており、排気管３１２の後端にマフラー３１３が取り付けられている。
【００９９】
エンジン１５０には変速機３１５が連結されている。変速機３１５の出力軸３１６に駆動スプロケット３１７が取り付けられている。駆動スプロケット３１７は、チェーン３１８を介して後輪３１０の後輪スプロケット３１９に連結されている。変速機３１５およびチェーン３１８は、エンジン１５０により発生した動力を駆動輪に伝える伝達機構として機能する。
【０１００】
本実施形態における自動二輪車（車両）は、上述した摺動面１０１を有するシリンダボディ部１００を含むエンジン１５０を搭載しているので、特に上死点近傍におけるスカッフの発生をより効果的に抑制できる。
【０１０１】
初晶Ｓｉ結晶粒及び共晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径の測定は、シリンダボディ部の摺動面となる部分を対象として、画像処理を用いて行われる。画像処理により得られた画像内のＳｉ結晶粒の面積に基づいて、画像内のＳｉ結晶粒が真円であると仮定した場合における各Ｓｉ結晶粒の直径（等価直径）を算出する。なお、直径が１μｍ未満の微細結晶は、Ｓｉ結晶粒（初晶Ｓｉ結晶粒又は共晶Ｓｉ結晶粒）として算入しない。以上により、Ｓｉ結晶粒の個数（度数）及び直径を特定する。これに基づいて、シリンダボディ部におけるＳｉ結晶粒の粒度分布が得られる。粒度分布は、例えば図７に示すようなヒストグラムである。粒度分布には、２つのピークが含まれる。２つのピークの間の谷を成す部分の直径を閾値として前記粒度分布を２つの領域に分ける。大きな直径に対応する領域が初晶Ｓｉ結晶粒の粒度分布であるとする。小さな直径に対応する領域が共晶Ｓｉ結晶粒の粒度分布であるとする。そして、各粒度分布に基づいて、初晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径と、共晶Ｓｉ結晶粒の平均結晶粒径とを算出する。
【０１０２】
線状溝の幅とは、線状溝と交差する断面（断面曲線）において互いに隣り合う一対の稜線の間の距離である。なお、前記断面は、ピストン部と摺動面との摺動方向（ピストン部の往復動方向Ｒ）と平行である。また、前記断面は、シリンダボディ部の径方向とも平行である。線状溝の深さは、線状溝と隣接する一対の稜線のうちのより高い稜線から、線状溝の最深部までの深さである。線状溝のピッチは、前記断面（断面曲線）において互いに隣り合う一対の溝の最深部の間の距離である。なお、線状溝と隣接する摺動面が実質的に平坦面である場合には、線状溝の幅は、一対の摺動面（平坦面）の縁の間の距離である。
【０１０３】
本発明において、線状溝の幅、深さ及びピッチとしては、距離３〜５ｍｍの断面曲線に含まれる線状溝の平均値が用いられる。なお、本発明では、摺動面に、本発明で規定された深さを有する線状溝以外の溝が形成されていてもよい。その場合、線状溝の幅及びピッチを特定する際には、本発明で規定された深さを有する線状溝が用いられる。
【０１０４】
ここに用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではない。ここに示され且つ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、本発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。
【０１０５】
本発明は、多くの異なった形態で具現化され得るものである。この開示は本発明の原理の実施例を提供するものと見なされるべきである。それら実施例は、本発明をここに記載しかつ／又は図示した好ましい実施形態に限定することを意図するものではないという了解のもとで、多くの図示実施形態がここに記載されている。
【０１０６】
本発明の図示実施形態を幾つかここに記載した。本発明は、ここに記載した各種の好ましい実施形態に限定されるものではない。本発明は、この開示に基づいて当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ（例えば、各種実施形態に跨る特徴の組み合わせ）、改良及び／又は変更を含むあらゆる実施形態をも包含する。クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本のプロセキューション中に記載された実施例に限定されるべきではない。そのような実施例は非排他的であると解釈されるべきである。例えば、この開示において、「好ましくは」という用語は非排他的なものであって、「好ましいがこれに限定されるものではない」ということを意味するものである。
【符号の説明】
【０１０７】
１  初晶Ｓｉ結晶粒
２  共晶Ｓｉ結晶粒
３  Ａｌ合金母材
５ａ  破断面
５ｂ  油溜まり
８  線状溝
８ａ  第一線状溝
８ｂ  第二線状溝
１００  シリンダボディ部（シリンダボディ部材）
１０１  摺動面
１０１ａ  摺動面の上側１／４の領域
１０１ｂ  摺動面の下側１／４の領域
１０２  シリンダボア
１０３  シリンダ壁
１０４  外壁
１０５  ウォータジャケット
１２２  ピストン部
１２２ａ  ピストン本体
１２２ｂ  ピストンリング部
１２２ｃ  トップリング（ピストンリング）
１２２ｄ  セカンドリング（ピストンリング）
１２２ｅ  オイルリング（ピストンリング）
１２２ｆ  トップリング溝
１２２ｇ  セカンドリング溝
１２２ｈ  オイルリング溝
１２２ｍ  （ピストンリング部１２２ｂの）上端
１２２ｎ  （ピストンリング部１２２ｂの）下端
１２３  ピストンピン
１４０  コンロッド
１５０  エンジン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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