(57)【要約】【課題】シリンダライナとシリンダブロック本体との密着力を高める。【解決手段】シリンダブロック本体に鋳込まれる鋳鉄製のシリンダライナ１は、外周面に凹凸部３５を備えている。凹凸部３５は、シリンダブロック本体の鋳造時でのシリンダライナ１の軸方向に沿った溶湯の凝固の進行度合いに従って、シリンダライナ１の軸方向に沿って形状が異なる。この際、凹凸部３５は、シリンダライナ１の軸方向中央を境にして両側が互いに非対称な形状であり、溶湯の凝固が遅い溶湯注入側である下部側（クランクケース側）の凹凸部３５の形状を細かくしたり、溝深さを深くするなどして、シリンダライナ１とシリンダブロック本体との結合強度を高くする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロック本体に対して一体に鋳込まれ、かつ前記シリンダブロック本体に対向する外周面に凹凸部を備えるシリンダライナであって、前記凹凸部はシリンダライナの軸方向に複数形成され、かつ各々の凹凸部はシリンダライナの半径方向に対して傾斜の向きが互いに異なる溝を備え、前記複数の凹凸部はシリンダライナの軸方向中心に対して軸方向両側が互いに非対称であることを特徴とするシリンダライナ。
【請求項２】
前記凹凸部は、シリンダライナの半径方向に対して傾斜の向きが互いに異なる溝の集合体をシリンダライナの軸方向に複数備え、各溝集合体はシリンダライナの軸方向中心に対して軸方向両側が互いに非対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダライナ。
【請求項３】
前記各溝集合体は、前記シリンダブロック本体に対して一体に鋳込まれる際の溶湯の凝固の進行が遅い部位ほど前記シリンダブロック本体に対する結合強度が高くなる溝形状となっていることを特徴とする請求項２に記載のシリンダライナ。
【請求項４】
前記シリンダブロック本体に対する結合強度は、前記溝集合体の凹凸部を細かくすることで高くしていることを特徴とする請求項３に記載のシリンダライナ。
【請求項５】
前記シリンダブロック本体に対する結合強度は、前記シリンダライナの軸方向に対する溝のピッチを小さくすることで高くしていることを特徴とする請求項３または４に記載のシリンダライナ。
【請求項６】
前記シリンダブロック本体に対する結合強度は、前記溝の深さを深くすることで高くしていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載のシリンダライナ。
【請求項７】
前記シリンダブロック本体に対する結合強度は、前記各溝集合体の数を、前記溶湯の凝固の進行が早い部位よりも多くすることで高くすることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載のシリンダライナ。
【請求項８】
前記各溝集合体は少なくとも一対の溝で構成され、この一対の溝は、これら各溝の底部同士が互いに近接する側に位置するとともに前記開口部同士が互いに離れる側に位置するよう傾斜していることを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１項に記載のシリンダライナ。
【請求項９】
前記各溝集合体は、シリンダライナの周方向に延びる溝を有し、この溝は、その開口部と底部とがシリンダライナの軸方向に沿って互いにずれた位置にあり、前記溝の底部が開口部に対してシリンダライナの軸方向にずれた側の前記開口部の縁部から前記底部に至る溝の内面を、凹状の曲面としたことを特徴とする請求項２ないし８のいずれか１項に記載のシリンダライナ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のシリンダライナをシリンダブロック本体に対して一体に鋳込んだことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項１１】
請求項２ないし９のいずれか１項に記載のシリンダライナのシリンダブロック本体に対する結合強度を高くした部位の凹凸部をクランクケース側に設け、前記シリンダブロック本体に対する鋳造時の溶湯を前記クランクケース側からシリンダボア側に向けて流すことを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
【請求項１２】
請求項９に記載のシリンダライナの溝の底部が開口部に対してシリンダライナの軸方向にずれた側の前記開口部の縁部を押圧して該開口部を狭めるように変形させ、前記開口部の縁部から前記底部に至る溝の内面を凹状の曲面とすることを特徴とするシリンダライナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダブロック本体に対して一体に鋳込まれ、かつシリンダブロック本体に対向する外周面に凹凸部を備えるシリンダライナおよびその製造方法，シリンダブロックおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミ合金製のシリンダブロックにおいて、シリンダボア部分の耐摩耗性確保のため鋳鉄製のライナを鋳込む場合には、鋳鉄製ライナは、シリンダボア部分の熱伝導性や幾何形状維持のために、アルミ部分との密着性を確保する必要がある。
【０００３】
そのため、従来では鋳鉄製ライナのアルミ部分と接触する外周部に凹凸部を形成したものが、例えば下記特許文献１，２に記載されている。
【特許文献１】特開２００２−２１３２９５号公報（段落００１７，００２０，００２４，図４，６，７）
【特許文献２】特開平１０−１２２０３４号公報（段落００２１，図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、従来ではシリンダライナ外周に凹凸部を設けることで、シリンダライナとアルミ部分であるシリンダブロック本体との間の密着力について考慮している。
【０００５】
そこで、本発明は、シリンダライナとシリンダブロック本体との密着力を高めることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、シリンダブロック本体に対して一体に鋳込まれ、かつ前記シリンダブロック本体に対向する外周面に凹凸部を備えるシリンダライナであって、前記凹凸部はシリンダライナの軸方向に複数形成され、かつ各々の凹凸部はシリンダライナの半径方向に対して傾斜の向きが互いに異なる溝を備え、前記複数の凹凸部はシリンダライナの軸方向中心に対して軸向両側が互いに非対称であることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、シリンダライナの外周に設けた複数の凹凸部を、シリンダライナの軸方向中心に対して軸方向両側が互いに非対称となるようにすることで、シリンダライナとシリンダブロック本体との間の密着力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に係わるシリンダライナ１の中心軸線を境にしてその半分を示す断面図である。このシリンダライナ１は鋳鉄製であり、図２に断面図として示すシリンダブロック３のシリンダボア部５において、アルミ合金製のシリンダブロック本体７に対して一体に鋳込まれている。
【００１０】
図３は、上記したシリンダブロック３を鋳造成形する際の金型の断面図である。この金型は、シリンダボア部５の図２に示すクランクケース９と反対側の上部に位置してシリンダボア部５内に凸型部１１ａが入り込む形となる上型１１と、クランクケース９内に入り込む形となる下中央型１３と、下中央型１３のクランクケース９から突出した部位の図３中で左右両側に位置する下部側方型１５，１７と、下中央型１３のクランクケース９から突出した部位の図３中で紙面に直交する両側に位置する図示しない下部側方型と、下部側方型１５，１７と上型１１との間にあって図３中で左右両側に位置する中央側方型１９，２１と、前記した図示しない下部側方型と上型１１との間にあって図３中で紙面に直交する両側に位置する図示しない中央側方型とを、それぞれ備えている。
【００１１】
なお、下中央型１３と、下部側方型１５，１７および図示しない下部側方型とは一体としてもよい。
【００１２】
また、上型１１には、図２に示してあるウオータジャケット２３，２５を形成するための中子型２７，２９を設けている。そして、上型１１の凸型部１１ａの外周に前記したシリンダライナ１を固定保持させている。
【００１３】
このような金型構造で、下中央型１３と下部側方型１５，１７との間に設けた湯道３１，３３あるいは、下中央型１３と図示しない下部側方型との間の湯道を通してアルミ合金からなる溶湯を注入することで、シリンダブロック３を鋳造成形する。この際、シリンダブロック３のシリンダボア部５に、シリンダライナ１がアルミ合金製のシリンダブロック本体７に対して一体に鋳込まれることになる。
【００１４】
上記した鋳造成形時には、溶湯がクランクケース９の下端部９ａに対応する位置から流入し、シリンダボア部５に対応する位置に向けて流れ込むことになり、このとき溶湯の冷却による凝固は、その流れ方向最下流端となるシリンダボア部５のクランクケース９と反対側の図２中で上端部５ａ付近から始まり、同下端部５ｂ付近に向けて進行し、シリンダボア部５においては該下端部５ｂ付近が最後に凝固することになる。
【００１５】
つまり、シリンダボア部５における溶湯の凝固の進行度合いとしては、上端部５ａ付近が早く、下端部５ｂ付近が遅いことになる。
【００１６】
このような凝固の過程では、凝固するシリンダブロック本体７側であるアルミ部分が、図３中の矢印Ａで示す上部に向けてシリンダライナ１を引っ張る方向に収縮力を付与し、最後に凝固する下端部５ｂ付近においては、その引っ張り力がシリンダボア部５にて徐々に蓄積されて最大となる。
【００１７】
一方、上記のようにしてシリンダブロック本体７に鋳込まれるシリンダライナ１は、図１に示すように、シリンダブロック本体７に対向する外周面に凹凸部３５を形成している。
【００１８】
そして、この凹凸部３５の形状は、上記したようなシリンダボア部５における溶湯の凝固の進行度合い従って、シリンダライナ１の軸方向に沿って異ならせている。
【００１９】
具体的には、溶湯の凝固が遅い下端部５ｂを含む部位Ｂ付近を、上端部５ａを含む部位Ｃに比較してシリンダブロック本体７に対する結合強度が高くなるような形状とし、これにより凹凸部３５の形状は、シリンダライナ１の軸方向中心部に対し、軸方向両側（図１中で上下両側）が互いに非対称となっている。
【００２０】
このように、下端部５ｂに対応する部位Ｂ付近の結合強度を高めることで、溶湯が凝固する際にシリンダライナ１を軸方向に引っ張るように作用する収縮力がシリンダボア部５にて最大となる下端部５ｂ付近において、シリンダライナ１とシリンダブロック本体７との密着力が向上する。
【００２１】
ここで本実施形態による凹凸部３５の形状は、基本的には図１のＤ部を拡大した図４に示すように、シリンダライナ１の周方向に延びる凹部となる溝３７を軸方向に沿って複数設けてあり、該溝３７は図示しないボーリングバーに設けた工具（切刃）によって螺旋状に形成している。ボーリングバーによる加工の際には、例えば回転数：３００ｒｐｍ，加工速度：０．５ｍｍ／ｒｅｖで行う。なお、溝３７は螺旋形状でなくてもよく、環状のものを軸方向に複数設けたものとしてもよい。
【００２２】
上記した溝３７は、開口部３７ａと、凹曲面となっている底部３７ｂとがシリンダライナ１の軸方向に沿って互いにずれた位置にあってシリンダライナ１の半径方向に対して傾斜している。図４の例では、底部３７ｂが開口部３７ａよりも部位Ｃ側（上部側）にずれている。
【００２３】
これにより、溝３７に対し部位Ｃ側に位置する凸部である突起３９の、平坦とせずに鋭利としている縁部としての先端３７ｃと、底部３７ｂの上記突起３９側（部位Ｃ側）の端部３７ｂ1とを結ぶ上部斜面３７ｄが、底部３７ｂ側が開口部３７ａ側よりも部位Ｃ側となるよう傾斜している。この際、先端３７ｃが底部３７ｂの端部３７ｂ1よりも寸法ｈだけ下方の溝３７側に突出してオーバハングした状態となる。すなわち、上記した寸法ｈが突起３９の溝３７に対するオーバハング量となる。
【００２４】
このように先端３７ｃをオーバハングさせることで、溝３７内に溶湯が入り込んで凝固したときに、シリンダライナ１とシリンダブロック本体７との結合強度が高まり、これら相互間の密着力が向上する。
【００２５】
一方、溝３７に対し部位Ｂ側（下部側）の凸部である突起３９の、平坦とせずに鋭利としている先端３７ｃと、底部３７ｂの下部側の端部３７ｂ2とを結ぶ下部斜面３７ｅが、前記した上部斜面３７ｄと同様に底部３７ｂ側が開口部３７ａ側よりも部位Ｃ側（上部側）となるよう傾斜しているが、この下部斜面３７ｅの傾斜角度は、溝３７の開口部３７ａ側が広がるように上部斜面３７ｄの傾斜角度より大きくしている。
【００２６】
このような基本的な形状の溝３７を、図１の例では、上下の向き（傾斜）を変えたものを複数組み合わせて凹凸部３５としている。
【００２７】
なお、凹凸部３５は図１に示すシリンダライナ１の中心軸を含む面で切断した断面形状で、シリンダライナ１の軸方向に複数形成されており、凹凸部３５の溝３７の傾斜とは、図４に示すように、底部３７ｂの凹状曲面の中心から両開口端（上下の開口端）に向かう線の中心線（２等分線）Ｐが傾斜していることをいう。
【００２８】
次に、上記した溝３７の傾斜の向きや深さなどを、シリンダライナ１の軸方向に沿って変更することで、凹凸部３５の形状を前記した非対称とする具体例を説明する。
【００２９】
図５（ａ）は、シリンダライナ１の軸方向中心部を境として、クランクケース９側（以下、下部側とする）の溝３７（３７Ａ）の深さを深くし、クランクケース９と反対側（以下、上部側とする）の溝３７（３７Ｂ）の深さを浅くしている。これにより深い溝３７（３７Ａ）を備える下部側でのシリンダライナ１のシリンダブロック本体７に対する結合強度を高くしている。
【００３０】
図５（ｂ）は、シリンダライナ１の軸方向中心部を境として、下部側の溝３７（３７Ｃ）のシリンダライナ１の軸方向ピッチ（間隔）を小さくし、上部側の溝３７（３７Ｄ）のピッチ（間隔）を大きくしている。これにより小さいピッチとなる溝３７（３７Ｃ）を備える下部側でのシリンダライナ１のシリンダブロック本体７に対する結合強度を高くしている。すなわち、図５（ｂ）の例では、下部側の溝３７（３７Ｃ）のシリンダライナ１の軸方向ピッチ（間隔）を小さくすることで、凹凸部３５の形状を細かくしていることになる。
【００３１】
また、図５（ａ）と図５（ｂ）とを組み合わせた形状としてもよい。つまり、下部側の溝３７を深くかつピッチを小さくする一方、上部側の溝を浅くかつピッチを大きくする。
【００３２】
このように、下部側の結合強度を高めることで、前述したように、鋳造時の溶湯が凝固する際にシリンダライナ１を軸方向に引っ張るように作用する収縮力がシリンダボア部５にて最大となる下端部５ｂ付近において、シリンダライナ１とシリンダブロック本体７との密着力を高めることができる。
【００３３】
また、図５（ａ），（ｂ）では、下部側の溝３７Ａ，３７Ｃの傾斜の向きを上部に向かせる一方、上部側の溝３７Ｂ，３７Ｄの傾斜の向きを下部に向かわせており、これら上下の溝相互間では、傾斜方向を互いに逆にしている。
【００３４】
ここで、下部側すなわちシリンダボア部５の下端部５ａ付近では、前述したように、溶湯が凝固する際にシリンダライナ１を図３中で矢印Ａ方向に引っ張るように作用する収縮力がシリンダボア部５にて最大となるので、この引っ張り方向と逆方向に溝３７が開口していることで、上記の収縮力に対して効率よく対抗でき、シリンダライナ１とシリンダブロック本体７との密着力を高めることできる。
【００３５】
一方、上部側すなわちシリンダボア部５の上端部５ｂ付近では、図示しないシリンダヘッドをシリンダブロック本体７（アルミ部分）にボルト締結する際に、シリンダライナ１に比べシリンダブロック本体７が大きく弾性変形し、またエンジン運転時での高温の燃焼ガスに触れるシリンダライナ１の熱膨張量がシリンダブロック本体７の熱膨張量よりも大きいことにより、シリンダライナ１がシリンダブロック本体７に対して上方に迫り上がろうとするが、この迫り上がり方向に溝３７が開口していることで、上記の迫り上がりに効率よく対抗でき、シリンダライナ１とシリンダブロック本体７との密着力を高めることができる。
【００３６】
また、図１の例では、図６（図１のＣ部に相当）に示すように、傾斜の向きが互いに異なる溝３７（３７Ｅ），３７（３７Ｆ）同士を備える溝集合体４１を、下部および上部の双方にて設けている。上記した溝集合体４１は、下部側の溝３７（３７Ｅ）を、図５における溝３７（３７Ａ，３７Ｃ）と同様に、底部が開口部よりも上部となるよう傾斜させる一方、上部側の溝３７（３７Ｆ）を、図５における溝３７（３７Ｂ，３７Ｄ）と同様に、底部が開口部よりも下部となるよう傾斜させている。すなわち、これら溝３７（３７Ｅ）と溝３７（３７Ｆ）は、底部同士が互いに近接する側に位置するとともに開口部同士が互いに離れる側に位置するように、互いに逆方向に傾斜していることになる。
【００３７】
このように、傾斜の向きを互いに異ならせた溝３７（３７Ｅ）と溝３７（３７Ｆ）を組み合わせた溝集合体４１を凹凸部３５として設けることで、前述した溶湯が凝固する際にシリンダライナ１を図３中で矢印Ａ方向に引っ張るように作用する収縮力に対抗する効果と、前述したシリンダライナ１のシリンダブロック本体７に対する迫り上がりに対抗する効果との双方を得ることができ、シリンダライナ１とシリンダブロック本体７との密着力確保に寄与することができる。
【００３８】
そして、図１の例では、上記した溝集合体４１を上部側で１セット設定しているのに対し、下部側では２セット設定している。なお、溝集合体４１は、図６のように溝３７（３７Ｅ）と溝３７（３７Ｆ）が、それぞれ２つずつ（二対）設ける必要はなく、少なくとも一対あればよく、また溝３７（３７Ｅ）と溝３７（３７Ｆ）とを同じ数とする必要もない。
【００３９】
このように、シリンダライナ１とシリンダブロック本体７との密着力を確保可能な溝集合体４１を、下部側では上部側より多い２セット設定することで、下部側でのシリンダライナ１とシリンダブロック本体７との結合強度を高めることが可能となり、これら相互間の密着力が向上する。
【００４０】
上記の各例で示したように、シリンダライナ１とシリンダブロック本体７との密着力が向上することで、これら両者間の熱伝導性が確保できるとともに、シリンダブロック本体７の真円度も確保できてオイル消費量およびブローバイガスの増大を防止することが可能となり、エンジン性能の向上に寄与することができる。
【００４１】
なお、図１や図５のように、傾斜の向きが異なる溝を加工する際には、同方向傾斜の溝をすべて加工した後、切刃を付け替えてから別の傾斜方向の溝をすべて加工することで対応する。
【００４２】
図７は、図４に示した溝３７に対し、突起３９の先端３７ｃ側を下方に向けて屈曲させ、先端３７ｃと底部３７ｂの端部３７ｂ1とを結ぶ面を、凹状の曲面３７ｆとしている。すなわち、溝３７の底部３７ｂが開口部３７ａに対してシリンダライナ１の軸方向にずれた側の開口部３７ａの縁部である先端３７ｃから底部３７ｂに至る溝の内面を、凹状の曲面３７ｆとしていることになる。これに伴い、先端３７ｃと、底部３７ｂの端部３７ｂ2とを結ぶ面は、凸状の曲面部３７ｇが形成されることになる。
【００４３】
この結果、突起の３９の先端３７ｃが底部３７ｂの端部３７ｂ1よりも寸法ｈ1だけ下方の溝３７側に突出するオーバハング量が、図１のオーバハング量ｈよりも大きくなる。
【００４４】
図８は、オーバハング量と、シリンダライナ１とシリンダブロック本体７との密着力との関係を示しており、オーバハング量が大きくなるに従って密着力も大きくなっている。
【００４５】
したがって、図７のようにしてオーバハング量を大きくすることで、シリンダライナ１とシリンダブロック本体７との密着力を高めることができる。
【００４６】
上記図７のようにして突起３９の先端３７ｃ側を下方の溝３７側に向けて屈曲させるには、例えばローラバニシング加工を行えばよい。
【００４７】
図９に、その具体的な加工装置を示している。図９（ａ）に示すように、加工用ローラ４３を主軸４５に取り付け、その軸方向長さをシリンダライナ１の同方向長さより僅かに長く、加工時には、軸方向両端をシリンダライナ１の軸方向上下両端より外部に突出させる。
【００４８】
主軸４５は、軸方向長さが加工用ローラ４３の同方向長さより長く、その軸方向両端部付近の外周部に、一対の加圧機構４７を介して前記した加工用ローラ４３を取り付ける。加圧機構４７は、図９（ｂ）に拡大した断面図で示すように、主軸４５に一端を固定した大径筒部４９と、この大径筒部４９の他端側の内部に一端側を移動可能に収容する小径筒部５１と、これら両筒部４９，５１内に収容するコイルスプリング５３とを、それぞれ備えている。
【００４９】
小径筒部５１の他端は、加工用ローラ４３の軸方向両端面の中心部に対して回転可能に設けてあるローラ支持軸５５に固定する。これにより、前記したコイルスプリング５３は、主軸４５とローラ支持軸５５との間に介装されて、加工用ローラ４３を主軸４５から離れる方向に常に押し付けることになる。
【００５０】
なお、加工用ローラ４３をシリンダライナ１から離反させたときに、小径筒部５１が大径筒部４９から抜け落ちないように、両者間に図示しない係止部を設けている。
【００５１】
上記した加工用ローラ４３を図９（ａ）のようにシリンダライナ１の凹凸部３５を形成してある外周面に、コイルスプリング５３の弾性力によって押し付けつつシリンダライナ１の周囲を主軸４５とともに回転させるか、あるいはシリンダライナ１をその軸心を中心として回転させることで、図７に示すように、突起３９の先端３７ｃ側を下方の溝３７側に向けて屈曲させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態に係わるシリンダライナの中心軸線を境にしてその半分を示す断面図である。
【図２】図１のシリンダライナを鋳込んだシリンダブロックの断面図である。
【図３】図２のシリンダブロックを鋳造成形する際の金型の断面図である。
【図４】図１のＤ部を拡大した断面図である。
【図５】シリンダライナ外周の凹凸部の形状例を示す図１に対応する断面図で、（ａ）は上部と下部とで溝深さが異なる場合、（ｂ）は上部と下部とで溝ピッチが異なる場合をそれぞれ示す。
【図６】図１のＣ部に対応する断面図である。
【図７】図４に対し、凹凸部における突起の先端側を下方の溝側に向けて屈曲させた例を示す断面図である。
【図８】凹凸部における突起先端の下方の溝側への突出量に相当するオーバハング量と、シリンダライナとシリンダブロック本体との密着力との相関図である。
【図９】（ａ）は図７のように突起を屈曲させる加工装置の正面図、（ｂ）は（ａ）における加圧機構を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  シリンダライナ
３  シリンダブロック
５  シリンダボア
７  シリンダブロック本体
９  クランクケース
３５  凹凸部
３７  溝（凹凸部）
３７ａ  溝の開口部
３７ｂ  溝の底部
３７ｃ  突起の先端（開口部の縁部）
３７ｆ  凹状の曲面（開口部の縁部から底部に至る溝の内面）
４１  溝集合体
【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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