(57)【要約】【課題】シリンダブロック本体にボアを形成するライナを摩擦溶接にて溶着してなるライナ一体化シリンダブロックにおいて、摩擦溶接時のライナ保持によるライナの変形を防止する上で有効な技術を提供する。【解決手段】ライナ３の上端部に、シリンダブロック本体２内にライナ３を摩擦溶接する際にチャックの爪で保持することが可能な突出部３３を設ける。この突出部３３はシリンダブロック本体２にライナ３を溶着して接合した状態では、該シリンダブロック本体２の上端面から所定高さで突出し、シリンダヘッド４の下面に形成した凹溝部４１に格納される構成とした。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロック本体とボアを形成するライナとを摩擦溶接により溶着してなるライナ一体化シリンダブロックであって、
前記ライナは、前記シリンダブロック本体の上端面から突き出る突出部を有しており、この突出部は前記摩擦溶接時にライナを保持するためのライナ保持部として適用可能な突出高さを有していることを特徴とするライナ一体化シリンダブロック。
【請求項２】
請求項１に記載のライナ一体化シリンダブロックであって、前記突出部の外周面には、複数の切欠き部が周方向に所定間隔で備えられていることを特徴とするライナ一体化シリンダブロック。
【請求項３】
請求項１または２に記載のライナ一体化シリンダブロックであって、前記突出部は前記シリンダブロック本体と該シリンダブロック本体に装着されるシリンダヘッドとの合わせ面に介在されるヘッドガスケットの径方向内端面に対向して直立されるととともに、前記シリンダヘッドの下面に形成された凹溝部に格納されることを特徴とするライナ一体化シリンダブロック。
【請求項４】
シリンダブロック本体とボアを形成するライナとを摩擦溶接により溶着してライナ一体化シリンダブロックを製造する方法であって、
前記ライナの上端部を保持手段にて保持後、前記シリンダブロック本体とライナとを両者間に摩擦熱が発生するように摺接させて摩擦溶接を行い、前記保持手段にて保持された上端部をシリンダブロック本体の上端面から突き出た状態で摩擦溶接を終えることを特徴とするライナ一体化シリンダブロックの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のライナ一体化シリンダブロックの製造方法であって、前記保持手段による前記ライナの保持は、該ライナを外側と内側とから挟み込む形態であることを特徴とするライナ一体化シリンダブロックの製造方法。
【請求項６】
請求項４に記載のライナ一体化シリンダブロックの製造方法であって、前記保持手段による前記ライナの保持は、前記ライナの上端部外周面に周方向に所定間隔で形成された複数の切欠き部を外側から掴む形態であることを特徴とするライナ一体化シリンダブロックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリンダブロック本体とボアを形成するライナとを摩擦溶接により溶着してなるライナ一体化シリンダブロックおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジン用シリンダブロックにおいて、ライナからシリンダブロック本体への伝熱性を向上させてボア面の冷却性能を向上させ、エンジンの出力性能の向上を図ることを目的として、シリンダブロック本体にボアを形成する中空状のライナを摩擦溶接により溶着して接合する構成のライナ一体化シリンダブロックが知られている。シリンダブロック本体に対するライナの摩擦溶接は、打ち込み用シリンダに接続された拡径式のホルダーによりライナの筒孔内周面を保持し、このホルダーを回転させながら打ち込み用シリンダを作動させて、ライナを回転させつつシリンダブロックの筒孔内に打ち込むという形態で行う。これにより、シリンダブロック本体の筒孔内周面とライナの外周面との摺接部に発生した摩擦熱で該摺接部が溶融し、その後、冷却過程を経て溶着される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２１０１７８号公報（段落番号（００１７）参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来のライナ一体化シリンダブロックでは、摩擦溶接時におけるライナの保持は、拡径式のホルダによってライナの内周面を保持する、いわゆる内径掴みであり、ライナに摩擦溶接に必要な回転力と打ち込み力を与えるには、ライナの内周面に対して径方向に非常に強い加圧力を付与してライナを保持する必要があり、その結果としてライナが変形する（径方向に歪む）可能性がある。
【０００５】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シリンダブロック本体にボアを形成するライナを摩擦溶接により溶着して接合してなるライナ一体化シリンダブロックにおいて、摩擦溶接時のライナ保持によるライナの変形を防止する上で有効な技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明に係るシール一体化シリンダブロックは、特許請求の範囲の請求項１〜３に記載の通りに構成される。また、本発明に係るシール一体化シリンダブロックの製造方法は、請求項４〜６に記載の通りである。なお、これら各請求項に係る発明は、シリンダブロック本体にボアを形成するライナを摩擦溶接により溶着する構成のライナ一体化シリンダブロックにおいて、摩擦溶接時におけるライナ保持によるライナの変形を防止できるようにした技術である。
【０００７】
請求項１に記載したライナ一体化シリンダブロックでは、ライナは、シリンダブロック本体の上端面から突き出る突出部を有しており、この突出部は摩擦溶接時にライナを保持するためのライナ保持部として適用可能な突出高さを有する構成としている。ここで、ライナ保持部として適用可能な突出高さとは、ライナ保持具によってライナ保持部を保持して摩擦溶接した際に、少なくとも溶接が完了するまでは、ライナ保持具がシリンダブロックの上端面に接触しない高さであることを意味している。
したがって、請求項１の発明によれば、ライナの突出部を、例えば外面と内面との両側から挟み込む形態で保持して、シリンダブロック本体とライナとを摩擦溶接することができる。このような挟み込みによる保持方式によれば、内径方向からのみ力を加えて保持する従来の保持方式とは異なり、ライナを径方向に変形させるような力を与えるこことなく保持できる。このため、ライナ保持によるライナの変形を防止できる。また、シリンダブロック本体とライナとの摩擦溶接は、シリンダブロック本体の筒孔内にライナを回転させながら打ち込む、あるいは打ち込んでから回転させることによって行うが、このときの打ち込み力を、例えば突出部の端面を直接加圧することで付与することができる。このため、把持手段としての、例えばチャックによって突出部の外面と内面を保持する場合に、その保持力（挟み込み力）を低く設定することが可能となり、これによりチャックの爪による圧痕の発生が防止あるいは軽減される。
【０００８】
請求項２に記載のライナ一体化シリンダブロックでは、突出部の外周面には、複数の切欠き部が周方向に所定間隔で備えられている。このような切欠き部を備えることによって、例えばチャックの爪によって切欠き部を外側から保持する、いわゆる外径掴みの形態で突出部を保持することができる。この場合、打ち込み力については、打ち込み方向と交差するライナ上端面あるいは切欠き部の水平面を利用して付与することが可能であるし、また回転力については、切欠き部と爪との当り面を直立平面に形成しておくことで付与することが可能となる。このようなことから、切欠き部を保持するための保持力を低く設定することが可能となり、外径掴みでありながらライナの変形を防止あるいは軽減できる。
【０００９】
請求項３に記載のライナ一体化シリンダブロックでは、突出部はシリンダブロック本体と該シリンダブロック本体に装着されるシリンダヘッドとの合わせ面に介在されるヘッドガスケットの径方向内端面に対向して直立されるととともに、シリンダヘッドの下面に形成された凹溝部に格納される構成としている。従来、エンジンの作動時においては、ヘッドガスケットに対して常にボア内の燃焼圧力が径方向から直接的に作用する。このため、この燃焼圧力が極めて高圧であれば、ガスケットの吹き抜けを引き起こす可能性がある。しかるに、請求項３に記載の発明によれば、凹溝部に格納された突出部を溝壁面に接触あるいは僅かな隙間を置いて対向させることで、燃焼圧力がシリンダヘッドに直接作用することを防止あるいは軽減できる。これにより、ヘッドガスケットの吹き抜けに対する信頼性が向上する。
【００１０】
請求項４に記載のライナ一体化シリンダブロックの製造方法は、ライナの上端部を保持手段にて保持後、シリンダブロック本体とライナとを両者間に摩擦熱が発生するように摺接させて摩擦溶接を行い、保持手段にて保持された上端部をシリンダブロック本体の上端面から突き出た状態で摩擦溶接を終えるようにしたものである。この場合において、保持手段によるライナの保持は、該ライナを外側と内側とから挟み込む方式（請求項５に対応）、あるいはライナの上端部外周面に周方向に所定間隔で形成された複数の切欠き部を外側から掴む方式（請求項６に対応）を採用することができる。
したがって、請求項４〜６に記載の発明によれば、上述した請求項１の発明あるいは請求項２の発明で説明したように、ライナに対して変形方向に過大な保持力を付与することなく、摩擦溶接に必要とされる所定の回転力および打ち込み力を与えることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜図３に基づいて第１の実施形態を説明する。本実施の形態に係るエンジン用のライナ一体化シリンダブロック１は、図１に示すように、シリンダブロック本体２と、該シリンダブロック本体２内に摩擦溶接により溶着されて接合される円筒形状のライナ３とから構成されている。
シリンダブロック本体２は、軽量化のためにアルミニューム系合金からなり、ライナ３が装入される水平断面が円形の筒孔２１と、リング状の基部２２と、冷却水が供給されるウオータージャケット２３を形成する内壁部２４および外壁部２５を有している。なお、基部２２および内壁部２４の内周面により筒孔２１が形成される。また、内壁部２４の内周面上端部にはライナ３を筒孔２１に装入する際に、装入方向の位置決めの基準となる環状段部２６が形成されている。
【００１２】
ボアを形成するライナ３は、例えば鋳鉄製であり、筒孔２１内に装入される円筒形のライナ本体３１と、シリンダブロック本体２の環状段部２６に係合される環状のフランジ部３２と、摩擦溶接に際してチャック等の保持手段にて保持することが可能な保持部を構成する突出部３３とを有する。環状のフランジ部３２は、ライナ本体３１の外周上端部に形成され、環状段部２６に係合した状態ではその上面がシリンダブロック本体２の上端面２ａと面一となる。突出部３３は、ライナ本体３１の上端部に形成されており、ライナ本体３１と同一の内径および外径を有する一様断面形状で上方へ延出され、ライナ本体３１が筒孔２１に装入された状態ではシリンダブロック本体２の上端面２ａ（シリンダヘッド４との合わせ面）から上方に所定高さで突き出る構成となっている。そして、突出部３３の突出高さは、チャックの爪にて保持することが可能な高さに設定される。
【００１３】
ライナ３の突出部３３は、図２に示すように、シリンダブロック本体２にシリンダヘッド４が装着された状態では、該シリンダヘッド４のボアとの対向下面に形成された凹溝部４１に嵌合されて格納される。格納状態の突出部３３は、外周面が凹溝部４１の内周面に対して接触または僅かな隙間を置いて対向し、また上端面が凹溝部４１の上面に対して接触または僅かな隙間を置いて対向する。なお、シリンダブロック本体２とシリンダヘッド４との合わせ面には、該合わせ面からのガス漏れを防止するためのヘッドガスケット５が介在されている。
【００１４】
シリンダブロック本体２とライナ３の摩擦溶接は、例えば従来公知の摩擦溶接機（図示省略）を用いて行われる。ライナ３は摩擦溶接機の回転装置側に保持され、シリンダブロック本体２は固定装置側に保持される。そして、ライナ３を所定の回転数で回転させつつライナ本体３１をシリンダブロック本体２の筒孔２１内に打ち込む形態で、あるいはライナ本体３１を筒孔２１内に打ち込んでから回転させる形態で摩擦溶接が行われる。すなわち、ライナ本体３１の外周面と筒孔２１の内周面との間に摩擦熱が発生するように摺接させ、その発生した摩擦熱で摺接部を溶融後、冷却過程を経てシリンダブロック本体２とライナ３を溶着させて接合する。なお、ライナ３のシリンダブロック本体２に対する打ち込み方向の位置決めは、フランジ部３２が環状段部２６に係合することでなされる。また、摩擦溶接に必要なシリンダブロック本体２とライナ３との溶接代（ライナ３の打ち込み方向に関してシリンダブロック本体２とライナ３とが相互に重なり合う環状領域の径方向幅）は、例えば０．１ｍｍ程度に設定される。
【００１５】
上記の摩擦溶接時において、ライナ３は、回転装置、詳しくは電動モータを駆動源として回転駆動される主軸に備えられた保持手段としての、例えばチャックの爪６によって突出部３３を保持される。このときの保持は、図３の（ａ）および（ｂ）に示すように、突出部３３を内周面と外周面との両側から挟み込む形態で行うことができる。図３では突出部３３の周方向の３箇所を爪６により内面と外面から挟み込む方式で保持する形態が示されている。このような挟み込みによる保持によれば、ライナ３を径方向に変形させるような力を加えることなく保持することができる。
すなわち、本実施の形態によれば、ライナ３にシリンダブロック本体２の上端面２ａから突き出る突出部３３を設け、その突出部３３を摩擦溶接時におけるライナ保持部として適用する構成としたことにより、ライナ３を変形させることなく保持して摩擦溶接を行うことができる。
また、本実施の形態によれば、摩擦溶接時のライナ３の打ち込み力は、例えば図３の（ｂ）に示すように、爪６によって突出部３３の上端面（またはフランジ部３２の上面）を直接加圧することで付与することができる。このため、例えばチャックの爪６によって突出部３３の外面と内面を保持する場合に、その保持力（挟み込み力）を低く設定することが可能となる。これにより爪６による圧痕の発生を防止あるいは軽減することができるとともに、チャックあるいはその駆動装置等の保持に関わる機器の小型化、低コスト化を実現できる。
【００１６】
また、本実施の形態では、ライナ３の突出部３３は、ヘッドガスケット５の厚みを超える高さで直立して該ヘッドガスケット５のボア側端面に対向し、シリンダヘッド４の凹溝部４１に格納されている。このため、エンジンの作動時において、ボア内の燃焼圧力がヘッドガスケット５に対して径方向から直接的に作用することを防止あるいは軽減することができる。すなわち、突出部３３は、ヘッドガスケット５に対する燃焼圧力の防御壁として機能し、ヘッドガスケット５の燃焼圧力による吹き抜けに対する信頼性を向上することができる。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施形態を図４に基づいて説明する。この第２の実施形態では、ライナ本体３１と突出部３３とによりライナ３を構成している。すなわち、第１の実施形態におけるライナ３のフランジ部３２を省略し、円筒形状のライナ３を形成したものであり、その他については第１の実施形態と同様に構成される。上記のように構成された第２の実施形態によれば、フランジ部が省略されることで、シリンダブロック本体２およびライナ３の前処理加工が不要となり、加工コストを下げることができる。
【００１８】
次に、本発明の第３の実施形態を図５に基づいて説明する。この第３の実施形態は、シリンダブロック本体２の基部２２に形成される孔を大径化してライナ本体３１の下部外周面との間に空間部２７を形成し、これによりシリンダブロック本体２とライナ本体３１との溶着領域を、ウオータージャケット２３と同程度までに減少したものである。なお、その他については第１の実施形態と同様に構成される。上記のように構成された第３の実施形態によれば、ライナ３とシリンダブロック本体２との間の伝熱領域がウオータージャケット２３に対応して定められ、合理的な冷却となる。また、基部２２が薄肉化されることで、シリンダブロック本体２を軽量化できる。
【００１９】
次に、本発明の第４の実施形態を図６〜図８に基づいて説明する。この実施の形態は、ライナ３の突出部３３の外周面に、チャックの爪６が係合可能な複数の切欠き部として、例えば矩形状をなす３個の係合溝３４を周方向に１２０度間隔で備えたものである。その他については第１の実施の形態と同様に構成される。上記のように構成される第４の実施形態においては、シリンダブロック本体２にライナ３を摩擦溶接する際、図７に示すように、突出部３３の係合溝３４に、溝形状に対応する形状に形成されたチャックの爪６を係合させたのち、矢印で示す径方向の外側から内側に力を加えて突出部３３を外径掴みの形態で保持することができる。
この場合、例えばライナ３を図７に示す矢印Ｐ方向へ回転させて摩擦溶接を行うとすれば、爪６の回転方向の前面を係合溝３４の側面３４ａに突き当てるとともに、図８に示すように、爪６の下面を係合溝３４の底面３４ｂに当接させる。このような形態で突出部３３を爪６で保持することにより、爪６が係合溝３４の底面３４ｂを加圧して打ち込み力を加えることができ、また係合溝３４の側面３４ａを加圧して回転力を付与することができる。このようなことから、爪６による保持力（径方向の外側から内側に加える力）を低く設定することが可能となり、外径掴みでありながらライナ３の変形を防止あるいは軽減することができる。
【００２０】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更してもよい。
例えば、ライナ３の材質は、鋳鉄材に限定されるものではなく、摩擦溶接によりシリンダブロック本体２と溶着できるものであればよく、鋳鋼材とすることも可能である。また、チャックの爪６の数は、実施の形態で説明した３個に限定されず、２個であってもよいし、４個以上であってもよい。
また、第４の実施形態では、突出部３３の外周面に設定される切欠き部について、略矩形の係合溝３４で構成するとしたが、これに限定されるものではない。例えば、図９に示すような軸線方向に平行な平坦な直立面３５ａとそれに直交する水平面３５ｂを有する形状の切欠き部３５、あるいは図１０に示すような歯形の切欠き部３６であってもよい。要するに、切欠き部は、チャックの爪６との係合において、爪６が周方向と軸線方向に滑ることなく力を付与し得る形状に形成されていればよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、シリンダブロック本体にライナを摩擦溶接により溶着して接合してなるライナ一体化シリンダブロックにおいて、摩擦溶接時のライナ保持によるライナの変形を防止する上で有効な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るライナ一体化シリンダブロックを示す縦断面図である。
【図２】シリンダブロック本体にシリンダヘッドが装着された断面部分図である。
【図３】（ａ）はチャックの爪によるライナの保持状態を示す平面図であり、（ｂ）は同じく縦断面図である。
【図４】第２の実施形態に係るライナ一体化シリンダブロックを示す縦断面図である。
【図５】第３の実施形態に係るライナ一体化シリンダブロックを示す縦断面図である。
【図６】第４の実施形態に係るライナ一体化シリンダブロックを示す縦断面図である。
【図７】第４の実施形態に係るチャックの爪によるライナの保持状態を示す平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】ライナの突出部に設定される切欠き部の変更例を示す平面図である。
【図１０】ライナの突出部に設定される切欠き部の変更例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…ライナ一体化シリンダブロック
２…シリンダブロック本体
３…ライナ
４…シリンダヘッド
５…ヘッドガスケット
６…チャックの爪
３１…ライナ本体
３２…フランジ部
３３…突出部
３４…係合溝
４１…凹溝部
【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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【図９】
2004137911.tif 000011
【図１０】
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