(57)【要約】【課題】シリンダを仕上げるための切削加工時に生じる折れや欠け、亀裂等の欠陥が製品に残留するのを防止できる鋳包みライナ部材を提供する。【解決手段】鋳包みライナ部材１は、シリンダブロックを鋳造するに際してシリンダライナを形成するために鋳包みされ、鋳包みされた後、シリンダの内壁を仕上げるための切削加工によってシリンダライナに形成される。鋳包みライナ部材１のシリンダヘッド側の端部は、外径がシリンダの内径ｒより小さく、仕上げ加工により消失する薄肉部２となっており、薄肉部２のシリンダヘッドと反対側の端部には、外径が薄肉部２の他の部分より小さな脆弱部２ａが設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックを鋳造するに際してシリンダライナを形成するために鋳包みされる鋳包みライナ部材であって、
前記鋳包みライナ部材は、両端が開放された円筒形状を有し、前記鋳包みされた後、シリンダの内壁を仕上げるための切削加工によって前記シリンダライナに形成され、
前記鋳包みライナ部材のシリンダヘッド側の端部は、外径が前記シリンダの内径より小さく、前記仕上げ加工により消失する薄肉部となっており、
前記薄肉部のシリンダヘッドと反対側の端部には、外径が該薄肉部の他の部分より小さな脆弱部が設けらていることを特徴とする鋳包みライナ部材。
【請求項２】
前記脆弱部は、前記薄肉部の周方向に沿った溝により構成されることを特徴とする請求項１に記載の鋳包みライナ部材。
【請求項３】
前記脆弱部には、径方向に貫通した貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳包みライナ部材。
【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におけるシリンダライナを形成するための鋳包みライナに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の軽量化のために、シリンダブロックとして、アルミニウム合金の鋳造品が用いられる。この場合、シリンダの摩耗を防止するためにシリンダの内壁は、鉄製等のシリンダライナにより構成される。従来、このようなシリンダライナとして、シリンダヘッドの鋳造時に金型内に配置され、鋳包み鋳造によってシリンダヘッドに一体化される鋳包みライナが知られている。
【０００３】
このようなシリンダライナは、シリンダブロックのシリンダヘッド側端面であるガスケット面に露出すると、シリンダライナと他の部材との異なる各材質間の熱膨張率の差異によりガスケット面に段差が発生したり、異なる材質間の界面の存在により燃焼室付近の冷却効率の低下が生じたりするおそれがある。
【０００４】
このため、特許文献１に記載されたシリンダブロックにおいては、シリンダブロックの鋳造に際し、シリンダライナを、ガスケット面から露出させることなくシリンダブロックに一体化できるような金型内の位置に配置して、鋳包み鋳造を行うようにしている。
【０００５】
また、従来の一般的な技術においては、シリンダライナの素材として、端部の外周面を切削加工等により除去して該端部を薄肉部としたものを用い、薄肉部の端縁がガスケット面に露出した状態の鋳造物が得られるように鋳包み鋳造が行われる。その後、得られた鋳造物について、シリンダの内壁を仕上げるための切削加工が行われる。これにより、シリンダライナ素材がシリンダライナに形成され、シリンダブロックが得られる。
【０００６】
このとき、薄肉部の外径はシリンダの内径よりも小さいので、切削加工によりシリンダの内壁が仕上がると、薄肉部は消失する。このため、得られるシリンダブロックにおいてシリンダライナがガスケット面に露出することはない。
【０００７】
また、このような薄肉部を有するシリンダライナ素材を用いた技術において、ガスケット面のシリンダボアを取り囲む部分に鋳巣が形成されるのを防止するために、鋳包み鋳造に際し、シリンダライナ素材の薄肉部の外周に環状の無機質繊維成形体を配置するようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。この無機質繊維成形体は、アルミニウムの溶湯が含浸することにより、金属基複合部材に変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開昭５８−１３７５５９号公報
【特許文献２】特開平１０−２２０２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の薄肉部の外周に金属基複合部材を形成する特許文献２の技術によれば、金属基複合部材の加工が難しいので、シリンダを仕上げるための切削加工が困難となる。かかる切削加工の困難性を回避するために、従来の一般的な技術における多くの場合のように、薄肉部を有するシリンダライナ素材のみを用い、金属基複合部材を形成することなく鋳包み鋳造を行うことも考えられる。
【００１０】
しかし、この場合、シリンダを仕上げるための切削加工時に、薄肉部と、この外側に隣接する他の部分との界面付近にまで加工が進行すると、薄くなった薄肉部に折れや欠けが発生し易い。この折れや欠け等の欠陥が製品に残留し、品質の低下を生じるおそれがある。
【００１１】
本発明の目的は、かかる従来技術の問題点に鑑み、薄肉部を有するシリンダライナ素材として、シリンダを仕上げるための切削加工時に生じた折れや欠け等の欠陥が製品に残留するのを防止できる鋳包みライナ部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の鋳包みライナ部材は、シリンダブロックを鋳造するに際してシリンダライナを形成するために鋳包みされる鋳包みライナ部材であって、前記鋳包みライナ部材は、両端が開放された円筒形状を有し、前記鋳包みされた後、シリンダの内壁を仕上げるための切削加工によって前記シリンダライナに形成され、前記鋳包みライナ部材のシリンダヘッド側の端部は、外径が前記シリンダの内径より小さく、前記仕上げ加工により消失する薄肉部となっており、前記薄肉部のシリンダヘッドと反対側の端部には、外径が該薄肉部の他の部分より小さな脆弱部が設けらていることを特徴とする。
【００１３】
この構成において、シリンダの内壁を仕上げるための切削加工が行われるとき、加工が進行し、加工箇所が、成形材料で構成されたシリンダブロックの本体（以下、「ブロック本体」という。）と脆弱部との界面の近傍に至ると、薄肉部のシリンダヘッドと反対側の端部の近傍において、折れや欠け、亀裂等の欠陥が、径方向外方にある程度拡がった範囲にわたって発生する。
【００１４】
しかし、脆弱部においては、外径が小さくなっている分だけ、欠陥が生じた部分からの残存する加工代部分が大きくなっているので、欠陥が生じた部分は、その後の加工の進行により完全に削除される。したがって、本発明によれば、シリンダを仕上げるための切削加工時に発生する折れや欠け、亀裂等の欠陥が製品に残留するのを防止することができる。
【００１５】
また、脆弱部以外の薄肉部とブロック本体との界面の近傍においては、鋳造時の冷却期間中におけるブロック本体と鋳包みライナ部材との収縮率の差が、該冷却期間中に脆弱部を起点として脆弱部以外の薄肉部が径方向内側に傾斜することによってある程度吸収されている。すなわち、冷却期間中に薄肉部とこれに隣接するブロック本体に生じた残留応力は、薄肉部が脆弱部を有していない従来の場合に比べて少ない。
【００１６】
このため、切削加工がさらに進行し、脆弱部以外の薄肉部とブロック本体との界面の近傍を切削するときでも、残留応力によって欠けや亀裂等の欠陥が発生するのを防止することができる。
【００１７】
本発明においては、前記脆弱部は、前記薄肉部の周方向に沿った溝により構成されてもよい。この脆弱部によっても、上述と同様の効果を得ることができる。また、このような溝は、加工により容易に形成することができる。
【００１８】
また、本発明において、前記脆弱部には、径方向に貫通した貫通孔が設けられてもよい。この貫通孔によれば、脆弱部における脆弱性を高めて脆弱部による効果を向上させるとともに、鋳造時に脆弱部の近傍に流入する成形材料内に生じるガスを逃がして鋳巣欠陥の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋳包みライナ部材の斜視図である。
【図２】図１の鋳包みライナ部材における薄肉部近傍部分の断面図である。
【図３】図１の鋳包みライナ部材における脆弱部の例を示す図である。
【図４】図１の鋳包みライナ部材が用いられる金型を示す断面図である。
【図５】図１の鋳包みライナ部材の切削加工前後の脆弱部近傍を示す断面図である。
【図６】従来の鋳包みライナ部材の切削加工前後の脆弱部近傍を示す断面図である。
【図７】別の実施形態に係る鋳包みライナ部材の薄肉部近傍を示す断面図である。
【図８】さらに別の実施形態に係る鋳包みライナ部材の薄肉部近傍を示す断面図である。
【図９】図８の鋳包みライナ部材の脆弱部に沿った断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る鋳包みライナ部材の斜視図である。この鋳包みライナ部材１は、シリンダブロックを鋳造するときに鋳包みによりシリンダブロックに一体化され、その後、シリンダの内壁を仕上げるための切削加工により、シリンダの内壁を構成するシリンダライナに形成される。鋳包みライナ部材１としては、例えば、ＦＣ鋳鉄製のものを用いることができる。
【００２１】
図１に示すように、鋳包みライナ部材１は、両端が開放された円筒形状を有し、シリンダヘッド側の端部が、シリンダの内径ｒより外径が小さな薄肉部２となっている。したがって、薄肉部２は、シリンダの内壁を仕上げるための切削加工により消失する。薄肉部２のシリンダヘッドとは反対側の端部には、外径が薄肉部２の他の部分より小さな脆弱部２ａが設けられる。
【００２２】
図２は、鋳包みライナ部材１における薄肉部２近傍部分の断面図である。図２に示すように、脆弱部２ａは、薄肉部２の周方向に沿った溝として構成される。なお、脆弱部２ａは、例えば、図３（ａ）のような矩形状の断面形状を有する脆弱部２ｂや、図３（ｂ）ようなＶ字状の断面形状を有する脆弱部２ｃや、図３（ｃ）のようなＵ字状の断面形状を有する脆弱部２ｄであってもよい。このような溝状の脆弱部は、加工によって容易に形成することができる。
【００２３】
図４は、鋳包みライナ部材１を用いてシリンダブロックを鋳造するときの金型を示す断面図である。図４においては、型締めされた状態の金型が示されている。図４に示すように、この金型３は、シリンダブロックのクランクケース側の面を成形する固定型４と、シリンダヘッド側の端面を形成する可動型５と、側面を形成する２つのスライドコア６とを備える。
【００２４】
可動型５は、固定型４に対してシリンダの軸線方向に移動可能である。２つのスライドコア６は、可動型５上で、該軸線方向に垂直な方向に移動可能である。可動型５には、鋳包みライナ部材１を支持する中子として機能するボアピン７と、シリンダブロックにおけるウォータジャケット部分を形成するための中子８が固定される。
【００２５】
シリンダブロックを鋳造する際には、可動型５に固定されたボアピン７に、鋳包みライナ部材１が薄肉部２側から可動型５に当接するように嵌合される。そして、各スライドコア６が、中子８を囲う所定位置まで移動され、さらに可動型５とともに、固定型４の方へ、鋳包みライナ部材１の薄肉部２と反対側の端部が固定型４に当接する位置まで移動される。
【００２６】
これにより、図４に示す型締めされた状態となり、シリンダヘッドを成形するためのキャビティ９が形成される。キャビティ９内にアルミニウムの溶湯を充填し、溶湯が固化した後、型開きすることにより、鋳包みライナ部材１が一体化された鋳造物が得られる。
【００２７】
この鋳造物について、シリンダの内壁を仕上げるための切削加工や、その他必要な加工を行うことにより、シリンダヘッドが得られる。このシリンダ内壁の切削加工により、鋳包みライナ部材１は、シリンダの内壁を構成するシリンダライナに形成される。
【００２８】
図５は、シリンダ内壁の切削加工前後における鋳包みライナ部材１の脆弱部２ａの近傍を示す断面図である。図６は、従来の鋳包みライナ部材１１を用いた場合の図５と同様の部分を示す断面図である。図５（ａ）及び図６（ａ）では、切削加工前の断面図が示されている。図５（ｂ）及び図６（ｂ）では、切削加工後の断面図が示されている。
【００２９】
図６（ａ）に示されるように、従来の鋳包みライナ部材１１の薄肉部１２には脆弱部は存在しない。すなわち、薄肉部１２は、鋳包みライナ部材１１の端縁に至るまで、均一な厚さを有する。
【００３０】
シリンダ内壁の切削加工に際しては、図５の本実施形態の場合及び図６の従来の場合のいずれにおいても、鋳包みライナ部材１及び鋳包みライナ部材１１の内周面から径方向外方へ、ホーニング加工等により加工代Ｔだけ切削加工が行われる。これにより、図５（ｂ）及び図６（ｂ）のように、薄肉部２及び薄肉部１２は消失し、鋳包みライナ部材１及び鋳包みライナ部材１１は、シリンダの内壁２０を構成するシリンダライナ２１に形成される。
【００３１】
この間、図６の従来の場合、加工箇所が、成形材料で構成されたブロック本体１０と薄肉部１２との界面ｔ１の近傍に至ると、薄肉部１２のシリンダヘッドと反対側の端部の近傍において、折れや欠け、亀裂等の欠陥が、径方向外方にある程度拡がった範囲Ｓにわたって発生する。
【００３２】
欠陥が生じた範囲Ｓは、切削加工が完了した図６（ｂ）の状態においても残存する。残存する欠陥が生じた範囲Ｓは、得られるシリンダブロックの品質を低下させる要因となる。
【００３３】
これに対し、図５の本実施形態の場合、切削加工が進行し、加工箇所が、成形材料で構成されたブロック本体１０と脆弱部２ａとの界面ｔ２の近傍に至ると、同様に、薄肉部２のシリンダヘッドと反対側の端部の近傍において、折れや欠け、亀裂等の欠陥が、径方向外方にある程度拡がった範囲Ｓにわたって発生する。
【００３４】
しかし、脆弱部２ａにおいては外径が小さくなっている分だけ、亀裂が生じた部分からの加工代Ｔの残存部分が大きくなっているので、亀裂が生じた範囲Ｓは、その後の加工の進行により完全に削除され、切削加工が完了した図５（ｂ）の状態において残存することなない。
【００３５】
また、脆弱部２ａ以外の薄肉部２とブロック本体１０との界面近傍においては、成形材料の固化後の冷却期間中におけるブロック本体１０と鋳包みライナ部材１との収縮率の差は、冷却期間中に脆弱部２ａを起点として脆弱部２ａ以外の薄肉部２が径方向内側に傾斜することによってある程度吸収されている。すなわち、冷却期間中にブロック本体１０及び脆弱部２ａに生じた残留応力は少ない。
【００３６】
このため、切削加工がさらに進行し、加工位置が、脆弱部２ａ以外の薄肉部２とブロック本体１０との界面ｔ３の近傍に至った場合でも、残留応力に起因して亀裂が発生するのを防止することができる。
【００３７】
以上のように、本実施形態に係る鋳包みライナ部材１によれば、脆弱部２ａを設けたので、シリンダを形成するための切削加工時に生じる折れや欠け等の欠陥が製品において残留するのを防止することができる。
【００３８】
図７は、本発明の別の実施形態に係る鋳包みライナ部材の薄肉部の近傍を示す断面図である。この鋳包みライナ部材１３は、鋳包みライナ部材１３の端縁にかけて外径が漸増する薄肉部１４を備える。薄肉部１４の該端縁とは反対側の最も外径が小さい部分が、脆弱部１４ａを構成する。これによっても、図１の鋳包みライナ部材１と同様の効果を奏する。
【００３９】
図８は、本発明のさらに別の実施形態に係る鋳包みライナ部材の薄肉部の近傍を示す断面図である。図９は、この鋳包みライナ部材１５の薄肉部１６における脆弱部１６ａに沿った断面を示す断面図である。この鋳包みライナ部材１５は、図６の鋳包みライナ部材１３に対し、径方向に貫通した貫通孔１６ｂを設けたものに相当する。
【００４０】
貫通孔１６ｂは、脆弱部１６ａにおいて径方向に貫通しており、周方向に等間隔で複数が設けられる。貫通孔１６ｂは、脆弱部１６ａにおける脆弱性を高めて脆弱部１６ａによる効果を向上させるとともに、鋳包みライナ部材１５を用いて上述の金型３による鋳造を行う際に、脆弱部１６ａの近傍に流入する成形材料に生じるガスを逃がして鋳巣欠陥の発生を防止する機能を有する。
【００４１】
これによれば、鋳包みライナ部材１５を用いて鋳造を行うとき、成形材料が貫通孔１６ｂの内部まで流入して、鋳巣欠陥の原因となるガスを、鋳包みライナ部材１５とボアピン７（図４参照）との間の空間に逃がすことができる。したがって、鋳巣欠陥の発生を防止し、成形材料の充填密度を向上させることができる。
【００４２】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、図１の鋳包みライナ部材１における溝状の脆弱部２ａにおいて、図８の鋳包みライナ部材１５の場合と同様の貫通孔１６ｂを設け、同様の効果を得るようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１、１１、１３、１５…鋳包みライナ部材、２、１２、１４、１６…薄肉部、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、１４ａ、１６ａ…脆弱部、１６ｂ…貫通孔、２０…シリンダの内壁、２１…シリンダライナ。
【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】
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