(57)【要約】【課題】美観に優れるとともに強度および剛性が大きなシリンダブロックを得ることが可能で、かつコストを低廉化することが可能なシリンダブロックの製造方法を提供する。【解決手段】ブロック本体１２の穴部１６にシリンダスリーブ１４を挿入した後、シリンダスリーブ１４における内周壁部と同様に湾曲した湾曲面を有する摩擦撹拌接合用工具離脱部材３０を、シリンダスリーブ１４におけるガスケット面２４側の端面とガスケット面２４とに重なるように配置する。シリンダスリーブ１４の外周壁部と穴部１６の内周壁部とを摩擦撹拌接合用工具４０のプローブ４４によって摩擦撹拌接合した後、前記摩擦撹拌接合用工具離脱部材３０からプローブ４４を離脱させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径方向に窪んだ段部を有する穴部、およびガスケット面に設けられた摩擦撹拌接合用工具離脱部を具備するブロック本体と、前記穴部に挿入されたシリンダスリーブとを摩擦撹拌接合することによってシリンダブロックを得るシリンダブロックの製造方法であって、
回転動作する摩擦撹拌接合用工具を前記シリンダスリーブの内周壁部側から埋没させて前記穴部の内周壁まで到達させる工程と、
前記摩擦撹拌接合用工具を移動させることにより、前記シリンダスリーブの肉と前記ブロック本体の肉とを摩擦熱にて軟化させるとともに前記摩擦撹拌接合用工具によって撹拌することで前記シリンダスリーブと前記ブロック本体とを接合する工程と、
前記接合の後に前記摩擦撹拌接合用工具を離脱させる工程と、を有し、
前記摩擦撹拌接合用工具は、前記シリンダスリーブの内周壁部から前記摩擦撹拌接合用工具離脱部に移動された後に該摩擦撹拌接合用工具離脱部から離脱されることを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、前記シリンダスリーブの一端部を、前記穴部に挿入された際に該穴部から突出させるとともに前記摩擦撹拌接合用工具離脱部の内壁部に当接させ、
前記シリンダスリーブと前記ブロック本体とを接合した後、前記摩擦撹拌接合用工具を、突出した前記一端部まで移動させて該一端部を介して前記摩擦撹拌接合用工具離脱部から離脱させ、
さらに、前記摩擦撹拌接合用工具離脱部が離脱した前記一端部を除去して前記シリンダスリーブの上端面の位置を前記ガスケット面と揃える工程を有することを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の製造方法において、さらに、前記ブロック本体のガスケット面と、前記シリンダスリーブのガスケット面側端面とを摩擦撹拌接合する工程を有することを特徴とする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】
本発明は、シリンダブロックの製造方法に関し、一層詳細には、美観に優れかつ強度および剛性が高いシリンダブロックを得ることが可能なシリンダブロックの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関を構成するシリンダブロックの１種として、図７に示すように、ウォータジャケット部１のガスケット面２側が閉塞されているクローズドデッキ型シリンダブロック３が挙げられる。クローズドデッキ型シリンダブロック３には、ブロック本体４の肉厚が同一であれば、ウォータジャケット部のガスケット面側が開放されているオープンデッキ型シリンダブロックに比して剛性が高いという利点がある。
【０００３】
クローズドデッキ型シリンダブロック３の場合、ウォータジャケット部１は、容易に崩壊させることが可能な中子、いわゆる崩壊性中子を用いて重力鋳造（ＧＤＣ）や低圧鋳造（ＬＰＤＣ）にて形成される。
【０００４】
その一方で、内燃機関においては、ボア穴５の内部でピストン（図示せず）が往復動作する。このため、ボア穴５には、耐摩耗性に優れる素材からなるシリンダスリーブ６、例えば、いわゆるＦＣスリーブやＭＭＣスリーブ等を挿入し、該シリンダスリーブ６の側周壁部にピストンの側周壁部を摺接させるようにしている。耐摩耗性に優れる他の素材としては、いわゆるハイシリコン系アルミニウムが例示される。
【０００５】
このようなクローズドデッキ型シリンダブロック３を製造する場合、まず、鋳造用金型によって形成されるキャビティに崩壊性中子やシリンダスリーブ６等を配置しておき、この状態で溶湯をキャビティに注湯して、該溶湯で崩壊性中子やシリンダスリーブ６等を囲繞する。
【０００６】
次に、溶湯を冷却固化することによってブロック本体４を設ける。この冷却固化に伴って、シリンダスリーブ６が鋳込まれる。
【０００７】
その後、前記崩壊性中子を崩壊させる。この崩壊によって得られた中空部が、ウォータジャケット部１となる。すなわち、この場合、ウォータジャケット部１は、ブロック本体４に設けられる。
【０００８】
ところで、近年では、地球温暖化を防止するために、省エネルギの観点から自動車等の燃費を向上させることが希求されている。その方策として、内燃機関等を軽量化することにより、最終製品である自動車を軽量化することが提案されている。
【０００９】
このような観点から、摩擦撹拌接合（例えば、特許文献１および２参照）が着目されている。摩擦撹拌接合によれば、例えば、アルミニウムからなるブロック本体４と、ハイシリコン系アルミニウムからなるシリンダスリーブ６とを接合する場合等、接合対象が異種金属同士であっても容易に接合させることができるからである。
【００１０】
すなわち、例えば、高圧鋳造（ＨＰＤＣ）によって肉厚の薄いブロック本体４を作製し、該ブロック本体４にシリンダスリーブ６を接合することによって、小型かつ軽量なクローズドデッキ型シリンダブロック３を得ることができると考えられる。しかも、ＨＰＤＣでは崩壊性中子を使用する必要がないので、コストを低減することができるという利点もある。
【００１１】
摩擦撹拌接合は、一般的には以下のようにして遂行される。まず、回転動作する摩擦撹拌接合用工具を、ワークに埋没させた後に接合対象である突き合わせ部に移動させ、さらに、該突き合わせ部に沿って変位させる。この変位に伴って、突き合わせ部の肉が摩擦熱にて軟化するとともに、摩擦撹拌接合用工具によって撹拌される。その結果、突き合わせ部が固相接合される。その後、摩擦撹拌接合用工具がワークから離脱される。
【００１２】
ところで、摩擦撹拌接合を遂行する場合、ワークから摩擦撹拌接合用工具を離脱させる際、該ワークに離脱穴が形成されてしまう。このため、美観が不良で、強度や剛性が低い製品が作製されてしまうという不具合が顕在化している。
【００１３】
そこで、特許文献１では、離脱穴にはんだやろう材を充填することが提案されている。また、特許文献２では、離脱穴が形成された部位を切削除去することが記載されている。
【００１４】
【特許文献１】
特開２０００−１７６６５８号公報（図１）
【特許文献２】
特開２０００−４２７５９号公報（図１）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１にて提案された方法においては、充填材を使用する必要がある分だけコストが上昇する。一方、特許文献２に提案された方法には、切削除去する部位、換言すれば、無駄な部位をワークに予め設けておく必要があるため、該ワークとして形状が大なるものを使用しなければならない。
【００１６】
すなわち、上記したいずれの場合においても、製造コストに優れているとは言い難い側面がある。
【００１７】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、コストを上昇させることなく、外観が良好でかつ強度および剛性に優れた製品を得ることが可能なシリンダブロックの製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、直径方向に窪んだ段部を有する穴部、およびガスケット面に設けられた摩擦撹拌接合用工具離脱部を具備するブロック本体と、前記穴部に挿入されたシリンダスリーブとを摩擦撹拌接合することによってシリンダブロックを得るシリンダブロックの製造方法であって、
回転動作する摩擦撹拌接合用工具を前記シリンダスリーブの内周壁部側から埋没させて前記穴部の内周壁まで到達させる工程と、
前記摩擦撹拌接合用工具を移動させることにより、前記シリンダスリーブの肉と前記ブロック本体の肉とを摩擦熱にて軟化させるとともに前記摩擦撹拌接合用工具によって撹拌することで前記シリンダスリーブと前記ブロック本体とを接合する工程と、
前記接合の後に前記摩擦撹拌接合用工具を離脱させる工程と、を有し、
前記摩擦撹拌接合用工具は、前記シリンダスリーブの内周壁部から前記摩擦撹拌接合用工具離脱部に移動された後に該摩擦撹拌接合用工具離脱部から離脱されることを特徴とする。
【００１９】
すなわち、本発明によれば、摩擦撹拌接合用工具離脱部から摩擦撹拌接合用工具を離脱させるので、最終製品であるシリンダブロックに離脱穴が残留することがない。このため、美観に優れるシリンダブロックを作製することができる。また、シリンダブロックに離脱穴が残留しないので、該シリンダブロックは、強度および剛性に優れたものとなる。
【００２０】
しかも、この場合、離脱穴に充填材を充填する必要がないので、コストを低廉化することもできる。
【００２１】
なお、シリンダスリーブの一端部を、穴部に挿入された際に該穴部から突出させるようにしてもよい。この場合、突出した一端部の外周壁部を摩擦撹拌接合用工具離脱部の内壁部に当接させるようにすればよい。
【００２２】
そして、シリンダスリーブとブロック本体とを接合した後、摩擦撹拌接合用工具を、突出した前記一端部まで移動させて該一端部を介して前記摩擦撹拌接合用工具離脱部から離脱させる。さらに、摩擦撹拌接合用工具離脱部が離脱した前記一端部を除去して、前記シリンダスリーブの上端面の位置を前記ガスケット面と揃える。これにより、上記と同様に、離脱穴が存在せず、したがって、美観に優れるとともに、強度および剛性に優れたシリンダブロックを作製することができる。
【００２３】
さらに、ブロック本体のガスケット面と、シリンダスリーブのガスケット面側端面とを摩擦撹拌接合する工程を行うことが好ましい。これによりブロック本体とシリンダスリーブとの接合強度が増加するので、シリンダブロックの剛性を一層向上させることができるからである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシリンダブロックの製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１に、シリンダブロック１０の要部概略分解断面図を示す。このシリンダブロック１０は、ブロック本体１２と、シリンダスリーブ１４とで構成される。
【００２６】
図１から諒解されるように、ブロック本体１２には、シリンダスリーブ１４を挿入するための穴部１６が設けられており、該穴部１６の下方には、環状段部１８が設けられている。また、この穴部１６には、直径方向に窪んだ環状の段部２０が設けられている。すなわち、穴部１６と段部２０は、同心円状に設けられている。なお、図１中、参照符号２２、２４は、それぞれ、ジャーナル部、ガスケット面を示す。
【００２７】
このブロック本体１２は、例えば、アルミニウムの溶湯を使用してのＨＰＤＣによって作製することができる。この際、鋳造用金型のキャビティに崩壊性中子を配置する必要はない。
【００２８】
一方、シリンダスリーブ１４は、例えば、ハイシリコン系アルミニウムからなるワークに対して押し出し成形や鋳造成形等の公知の成形法を施すことによって作製された円筒体である。
【００２９】
このように構成されたブロック本体１２とシリンダスリーブ１４との摩擦撹拌接合は、以下のようにして遂行される。
【００３０】
まず、図２に示すように、ブロック本体１２の穴部１６にシリンダスリーブ１４を挿入する。この際、挿入されたシリンダスリーブ１４の下端部が環状段部１８に載置される。これにより、シリンダスリーブ１４が下方から堅牢に支持される。なお、挿入されたシリンダスリーブ１４における両端部の外周壁部は、穴部１６の内周壁部に当接する。また、シリンダスリーブ１４における中腹部の外周壁部と段部２０とが離間することにより、両者の間に間隙が形成される。この間隙がウォータジャケット部２６となる。
【００３１】
このように、本実施の形態においては、穴部１６にシリンダスリーブ１４を挿入することに伴ってウォータジャケット部２６が形成される。
【００３２】
そして、図２に示すように、シリンダスリーブ１４における内周壁部と同様に湾曲した湾曲面を有する摩擦撹拌接合用工具離脱部材３０を、シリンダスリーブ１４におけるガスケット面２４側の端面とガスケット面２４とに重なるように配置する。なお、この場合、摩擦撹拌接合用工具離脱部材３０はアルミニウムからなる。また、摩擦撹拌接合用工具離脱部材３０は、図示しない治具によって堅牢に位置決め固定されている。
【００３３】
次に、穴部１６の内周壁部と、シリンダスリーブ１４の外周壁部とを摩擦撹拌接合によって接合一体化する。
【００３４】
図２に示すように、摩擦撹拌接合用工具４０は、円柱状の回転体４２と、該回転体４２に比して小径でかつ先端が円錐状のプローブ４４を備える。本実施の形態においては、摩擦撹拌接合用工具４０を略水平とした状態で穴部１６内に挿入し、プローブ４４をシリンダスリーブ１４の下端部近傍に当接させる。
【００３５】
この状態で回転体４２を回転付勢すると、プローブ４４がシリンダスリーブ１４に摺接することに伴って摩擦熱が発生し、シリンダスリーブ１４におけるプローブ４４の当接箇所が軟化して該プローブ４４の先端部が埋没する。
【００３６】
埋没したプローブ４４は、最終的に、シリンダスリーブ１４を通過して穴部１６の内周壁部に到達し、これに伴ってシリンダスリーブ１４の外周壁部と穴部１６の内周壁部とが摩擦熱によって軟化する。
【００３７】
次に、摩擦撹拌接合用工具４０をシリンダスリーブ１４の円周方向に沿って旋回動作させると、軟化した肉は、プローブ４４にて撹拌されることに伴って塑性流動した後、該プローブ４４が離間することに伴って固相接合する。摩擦撹拌接合用工具４０が旋回動作されることに追従してこの現象が逐次的に繰り返されることにより、シリンダスリーブ１４の外周壁部と、穴部１６の内周壁部とが接合一体化される。
【００３８】
なお、この際、図２に示すように、シリンダスリーブ１４は、環状段部１８に載置されていることによって堅牢に支持されている。このため、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
【００３９】
このようにして摩擦撹拌接合用工具４０を旋回動作させた後、プローブ４４をシリンダスリーブ１４から一旦離脱させる。この際、シリンダスリーブ１４の内周壁部には離脱穴が形成されるが、この離脱穴は、該シリンダスリーブ１４に挿入されるピストン（図示せず）の側周壁部に嵌着されるピストンリングや、該ピストンのスカート部の下死点よりも下方となる位置に設けられる。したがって、該離脱穴にガソリンと空気との混合気が入り込むことがなく、内燃機関の出力に影響が及ぼされることもない。
【００４０】
その後、回転動作するプローブ４４を、穴部１６における上方の内周壁部とシリンダスリーブ１４の外周壁部との当接箇所に埋没させ、さらに、摩擦撹拌接合用工具４０をシリンダスリーブ１４の円周方向に沿って再度旋回動作させる。この旋回動作に伴い、上記と同様に、シリンダスリーブ１４の外周壁部と穴部１６の内周壁部とが軟化した後、プローブ４４にて撹拌されて塑性流動し、最終的に接合一体化される。これにより、ブロック本体１２とシリンダスリーブ１４とが一体化されたシリンダブロック１０が得られるに至る。
【００４１】
このシリンダブロック１０は、図２から諒解されるように、ウォータジャケット部２６におけるガスケット面２４側が閉塞された、いわゆるクローズドデッキ型シリンダブロックである。なお、互いに接合された後のブロック本体１２とシリンダスリーブ１４との間には、視認可能な程度に明確な境界線は存在しない。
【００４２】
以上の摩擦撹拌接合が終了した後、摩擦撹拌接合用工具４０をさらに上方に移動させる。これにより、プローブ４４は、図３に拡大して示すように、シリンダスリーブ１４およびブロック本体１２から離脱して前記摩擦撹拌接合用工具離脱部材３０に埋没する。
【００４３】
その後、プローブ４４を摩擦撹拌接合用工具離脱部材３０から離脱させれば、プローブ４４の離脱穴は摩擦撹拌接合用工具離脱部材３０に形成され、シリンダスリーブ１４またはブロック本体１２には形成されない。
【００４４】
このように、穴部１６の開口に摩擦撹拌接合用工具離脱部材３０を配置し、該摩擦撹拌接合用工具離脱部材３０からプローブ４４を離脱させることにより、離脱穴が存在しないシリンダブロック１０を得ることができる。したがって、該シリンダブロック１０は、美観に優れる。
【００４５】
また、シリンダブロック１０に離脱穴が残留していないので、該シリンダブロック１０は強度および剛性に優れる。
【００４６】
そして、本実施の形態によれば、充填材を使用する必要もなく、ブロック本体１２を切削除去する必要もない。このため、コストを低廉化することもできる。
【００４７】
このシリンダブロック１０を構成するブロック本体１２は、ＨＰＤＣにて鋳造成形されているので、肉厚が薄い。しかも、図２から諒解されるように、ブロック本体１２の段部２０とシリンダスリーブ１４との間の間隙がウォータジャケット部２６となるので、一般的なシリンダブロック３（図７参照）のように、ウォータジャケット部１をブロック本体４の中空部として設ける必要はない。
【００４８】
以上の理由から、ブロック本体１２の肉厚を薄くすることができるので、シリンダブロック１０の体積を小さくすることができる。換言すれば、シリンダブロック１０を小型化することができるとともに、軽量化することができる。
【００４９】
しかも、摩擦撹拌接合を採用しているので、シリンダブロック１０では、互いに異種の金属であるブロック本体１２（アルミニウム）と、シリンダスリーブ１４（ハイシリコン系アルミニウム）とが堅牢に接合されている。このため、該シリンダブロック１０は、高い強度および剛性を示す。
【００５０】
さらに、このシリンダブロック１０においては、耐摩耗性に優れるハイシリコン系アルミニウムからなるシリンダスリーブ１４を使用しているので、充分な耐久性が確保される。その上、この場合、ブロック本体１２を安価なアルミニウムから構成するようにしているので、シリンダブロック１０の製造コストが上昇することがないという利点もある。
【００５１】
シリンダブロック１０のガスケット面２４を平坦とするには、摩擦撹拌接合用工具離脱部材３０を前記治具から解放して除去すればよい。また、その後、図４に示すように、シリンダスリーブ１４におけるガスケット面２４側の端面とガスケット面２４とを摩擦撹拌接合によって接合一体化するようにしてもよい。これにより、シリンダブロック１０の剛性を一層向上させることができる。
【００５２】
なお、図５に示すように、シリンダスリーブ１４の一端部１４ａを穴部１６から突出させるようにしてもよい。この場合、突出した一端部１４ａを外周壁側から支持する摩擦撹拌接合用工具離脱部材５０を使用するようにすればよい。
【００５３】
この場合においても、上記と同様にして、摩擦撹拌接合を施した後、摩擦撹拌接合用工具４０を一端部１４ａ側に移動させる。これにより、プローブ４４は、図４に示すように、ブロック本体１２から離脱して一端部１４ａおよび摩擦撹拌接合用工具離脱部材５０に埋没する。
【００５４】
その後、一端部１４ａを介してプローブ４４を摩擦撹拌接合用工具離脱部材５０から離脱させれば、プローブ４４の離脱穴は摩擦撹拌接合用工具離脱部材５０および一端部１４ａに形成され、ブロック本体１２には形成されない。
【００５５】
次に、穴部１６から突出した一端部１４ａに対して切削加工を施し、図６に示すように、摩擦撹拌接合用工具離脱部材５０とともに除去することにより、シリンダスリーブ１４の上端面とガスケット面２４との高さを揃える。この除去の際には、一端部１４ａにおいてプローブ４４の離脱穴が形成された箇所も同時に除去される。このため、最終的に得られるシリンダブロック１０にプローブ４４の離脱穴が残留することはない。
【００５６】
このように、シリンダスリーブ１４の一端部１４ａを穴部１６から突出させ、該一端部１４ａの外周壁部を囲繞する摩擦撹拌接合用工具離脱部材５０からプローブ４４を離脱させるようにしても、離脱穴が存在しないシリンダブロック１０を得ることができる。
【００５７】
なお、いずれの場合においても、摩擦撹拌接合用工具離脱部は、ブロック本体１２と別個の部材３０、５０に特に限定されるものではなく、ブロック本体１２のガスケット面２４から予め一体的に突出形成された部位であってもよい。この場合、摩擦撹拌接合を施した後に該摩擦撹拌接合用工具離脱部を切削除去するようにすればよい。
【００５８】
また、摩擦撹拌接合用工具離脱部は、シリンダスリーブ１４の円周に沿って湾曲した湾曲部を有する板形状のものに特に限定されるものではなく、シリンダスリーブ１４におけるガスケット面２４側の端面を覆う環状のものであってもよいし、穴部１６から突出したシリンダスリーブ１４の一端部１４ａを囲繞する環状のものであってもよい。
【００５９】
さらに、摩擦撹拌接合用工具離脱部材３０、５０は、アルミニウム製のものに限定されるものではなく、プローブ４４を移動させることが容易な素材からなるものであればよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るシリンダブロックの製造方法によれば、摩擦撹拌接合用工具離脱部を設け、該摩擦撹拌接合用工具離脱部から摩擦撹拌接合用工具を離脱させるようにしている。このため、美観に優れ、かつ強度および剛性が大きなシリンダブロックを得ることができるという効果が達成される。しかも、この場合、充填材を使用する必要がないので、コストを低廉化することもできる。
【００６１】
また、この場合、ＨＰＤＣで作製することによってブロック本体の肉厚を薄くすることもできるので、シリンダブロックの小型化および軽量化を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る製造方法によって製造されるシリンダブロックの要部概略断面分解図である。
【図２】ブロック本体の穴部にシリンダスリーブを挿入して、摩擦撹拌接合用工具のプローブを埋没させた状態を示す要部概略縦断面図である。
【図３】摩擦撹拌接合を遂行した後に摩擦撹拌接合用工具を摩擦撹拌接合用工具離脱部材まで移動させた状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図４】ブロック本体のガスケット面と、シリンダスリーブにおけるガスケット面側端部とを摩擦撹拌接合している状態を示す要部概略縦断面図である。
【図５】摩擦撹拌接合を遂行した後に摩擦撹拌接合用工具を穴部から突出して摩擦撹拌接合用工具離脱部材に囲繞された一端部まで移動させた状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図６】前記一端部を介して摩擦撹拌接合用工具離脱部材から摩擦撹拌接合用工具を離脱させた後、該一端部を切削除去した状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図７】一般的なクローズドデッキ型シリンダブロックの要部概略縦断面図である。
【符号の説明】
１、２６…ウォータジャケット部    ２、２４…ガスケット面
３、１０…シリンダブロック        ４、１２…ブロック本体
５…ボア穴                        ６、１４…シリンダスリーブ
１６…穴部                        １８…環状段部
２０…段部
３０、５０…摩擦撹拌接合用工具離脱部材
４０…摩擦撹拌接合用工具          ４２…回転体
４４…プローブ
【図１】
2004351506.tif 000003
【図２】
2004351506.tif 000004
【図３】
2004351506.tif 000005
【図４】
2004351506.tif 000006
【図５】
2004351506.tif 000007
【図６】
2004351506.tif 000008
【図７】
2004351506.tif 000009