エンジンの冷却構造およびエンジンの冷却構造の製造方法
【課題】ボア間領域に溝部と蓋部とで形成する冷却媒体通路の設定自由度を高めることが可能なシリンダブロックの冷却構造を提供する。
【解決手段】エンジンの冷却構造１Ａは、複数のボア１３が形成されたシリンダブロック１０Ａのうち、隣り合うボア１３間の部分に形成された溝部１１Ａと、溝部１１Ａとともに冷却媒体通路であるクーリングチャンネル２０Ａを形成する蓋部１２Ａと、を備える。蓋部１２Ａは、溝部１１Ａに対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで設けられている。溝部１１Ａに蓋部１２Ａを設けるにあたっては、シリンダブロック１０Ａを適宜移動させるとともに、必要に応じてシリンダブロック１０Ａの姿勢の変化させることで、材料の供給位置およびレーザービームの照射位置を変えることができる。
【解決手段】エンジンの冷却構造１Ａは、複数のボア１３が形成されたシリンダブロック１０Ａのうち、隣り合うボア１３間の部分に形成された溝部１１Ａと、溝部１１Ａとともに冷却媒体通路であるクーリングチャンネル２０Ａを形成する蓋部１２Ａと、を備える。蓋部１２Ａは、溝部１１Ａに対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで設けられている。溝部１１Ａに蓋部１２Ａを設けるにあたっては、シリンダブロック１０Ａを適宜移動させるとともに、必要に応じてシリンダブロック１０Ａの姿勢の変化させることで、材料の供給位置およびレーザービームの照射位置を変えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの冷却構造およびエンジンの冷却構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンでは、複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分（ボア間領域）で特に温度が上昇し易いことが知られている。特許文献１では、シリンダブロックのシリンダヘッド装着側の端部からスリットを形成し、このスリットの開口端部に異種材を接合して冷却通路を形成したエンジンのボア間構造が開示されている。特許文献２では、シリンダブロック冷却水通路の吸気側部分と排気側部分とを連通するボア間冷却水通路をシリンダボア間に設けたエンジンの冷却水循環装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２２０３３号公報
【特許文献２】特開平５−２７２３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボア間領域に溝部と蓋部とで冷却媒体通路を形成する場合、例えば摩擦圧接によって溝部に対して蓋部を接合することが考えられる。しかしながら、この場合には蓋部にある程度の剛性が必要とされる。このため、蓋部の大きさに制約が生じる結果、冷却媒体通路の幅も制約される。したがって、冷却媒体通路の設定自由度が低くなる。結果、冷却媒体通路の冷却性能を所望の冷却性能にすることができないことがある。或いは、ボア間領域が狭い場合には、冷却媒体通路の形成自体が成立しなくなることがある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み、ボア間領域に溝部と蓋部とで形成する冷却媒体通路の設定自由度を高めることが可能なシリンダブロックの冷却構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に形成された溝部と、前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部と、を備え、前記溝部に対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで、前記蓋部を設けているエンジンの冷却構造である。
【０００７】
また本発明は前記シリンダブロックのうち、前記複数のボアの周辺部にシリンダブロック冷却媒体通路が設けられており、前記溝部が、両端で前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通するとともに、前記冷却媒体通路が、両端で前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通している構成とすることができる。
【０００８】
また本発明は前記シリンダブロックのうち、前記複数のボアの周辺部にシリンダブロック冷却媒体通路が設けられており、前記溝部が、両端のうち、一端のみで前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通し、前記冷却媒体通路が、一端で前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通するとともに、他端で前記シリンダブロックのデッキ面に開口しており、且つ前記蓋部が、前記溝部のうち、一端側で底壁部をなす壁部と所定の間隔を有して設けられている構成とすることができる。
【０００９】
また本発明は複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に形成された溝部と、前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部と、を備え、前記溝部に前記蓋部を配置した状態で、前記蓋部のうち、母材の部分にレーザービームを照射し、前記蓋部のうち、前記溝部との接触部に施されたメッキを溶融することで、前記蓋部を設けているエンジンの冷却構造である。
【００１０】
また本発明は複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に溝部を形成し、前記溝部に対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで、前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部を設けるエンジンの冷却構造の製造方法である。
【００１１】
また本発明は複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に溝部を形成し、前記溝部に配置した状態で、母材の部分にレーザービームを照射し、前記溝部との接触部に施されたメッキを溶融することで、前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部を設けるエンジンの冷却構造の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ボア間領域に溝部と蓋部とで形成する冷却媒体通路の設定自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１のシリンダブロックの概略構成図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２に示すＢ部の拡大図である。
【図４】実施例１の蓋部の形成方法を示す図である。
【図５】実施例２の冷却構造の要部を示す図である。
【図６】実施例２の蓋部の形成方法を示す図である。
【図７】実施例３の冷却構造の要部を示す図である。
【図８】実施例３の蓋部の第１の形成方法を示す図である。
【図９】実施例３の蓋部の第２の形成方法を示す図である。
【図１０】走査パターンの例を示す図である。
【図１１】実施例３の蓋部の加工条件を示す図である。
【図１２】レーザービームの波長と銅のレーザー吸収率との関係を示す図である。
【図１３】実施例４の冷却構造の要部を示す図である。
【図１４】仮設材の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１はシリンダブロック１０Ａの概略構成図である。図２は図１に示すＡ−Ａ断面図である。図３は図２に示すＢ部の拡大図である。シリンダブロック１０Ａはアルミ合金製であり、図示しないエンジンに設けられる。シリンダブロック１０Ａはエンジンの冷却構造（以下、冷却構造と称す）１Ａを備えている。冷却構造１Ａは溝部１１Ａと蓋部１２Ａとを備えている。
【００１６】
シリンダブロック１０Ａには複数のボア１３やシリンダブロック冷却媒体通路に相当するウォータジャケット（以下、Ｗ／Ｊと称す）１４が形成されている。シリンダブロック１０Ａはデッキ面にＷ／Ｊ１４が開口したオープンデッキタイプのシリンダブロックになっている。
【００１７】
溝部１１Ａは、シリンダブロック１０Ａのうち、隣り合うボア１３間の部分に形成されている。溝部１１Ａは、シリンダブロック１０Ａのデッキ面に開口している。溝部１１Ａは、底壁部をなす壁部Ｗがデッキ面に対して平行になるように設けられている。また、複数のボア１３の周辺部に設けられたＷ／Ｊ１４に両端で連通するように設けられている。溝部１１Ａはスリット加工によって設けられている。
【００１８】
蓋部１２Ａは、溝部１１Ａに対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで設けられている。蓋部１２Ａは壁部Ｗと所定の間隔を有して設けられている。蓋部１２Ａは、溝部１１Ａとともに冷却媒体通路に相当するクーリングチャンネル（以下、Ｃ／Ｃと称す）２０Ａを形成している。Ｃ／Ｃ２０Ａは両端でＷ／Ｊ１４に連通している。このためＣ／Ｃ２０Ａには、Ｗ／Ｊ１４を流通する冷却媒体である冷却水の一部が流通するようになっている。
【００１９】
蓋部１２Ａは例えば次のようにして設けることができる。図４は蓋部１２Ａの形成方法を模式的に示す図である。第１の装置３０はレーザービーム供給源３１と、集光レンザ３２と、フィーダ３３と、オッシレータ３４と、シールドガスノズル３５とを備えている。
【００２０】
レーザービーム供給源３１は、レーザービームを発生させる。レーザービームは例えばファイバーレーザーやＣＯ２レーザーである。集光レンズ３２はレーザービームを集光する。フィーダ３３は溝部１１Ａに対して材料を供給する。オッシレータ３４は、レーザービーム供給源３１から集光レンズ３２を介して投射されたレーザービームを高周期振動させ、フィーダ３３が供給した材料に照射する。シールドガスノズル３５は材料を外部空気から遮断するシールドガスを供給する。シールドガス３５は例えばアルゴンガスである。
【００２１】
材料は例えば金属粉末である。金属粉末には例えば銅や、コルソン合金などの銅合金の粉末を適用できる。材料は、銅やニッケルなど、複数の種類の金属粉末を混合した金属粉末の混合物であってもよい。
【００２２】
第１の装置３０は、溝部１１Ａに対して供給した材料をレーザービームで溶融し、肉盛り（クラッド）することで、蓋部１２Ａを設ける。溝部１１Ａに蓋部１２Ａを設けるにあたっては、シリンダブロック１０Ａを適宜移動させるとともに、必要に応じてシリンダブロック１０Ａの姿勢の変化させることで、材料の供給位置およびレーザービームの照射位置を変えることができる。
【００２３】
矢印Ｘ、Ｙで示すように、シリンダブロック１０Ａの移動は例えばボア１３の配列方向や溝部１１Ａの延伸方向に沿って行うことができる。また、矢印Ｒで示すように、姿勢変化は例えばボア１３の配列方向においてデッキ面が傾くようにシリンダブロック１０Ａの姿勢を変化させることができる。また、必要に応じて例えば溝部１１Ａのうち、蓋部１２Ａが設けられる部分の幅がデッキ面側に向かって次第に拡大するように溝部１１Ａを設けることができる。
【００２４】
例えば波長１０７０ｎｍのファイバーレーザーをレーザービームとする場合、加工条件は次の通り設定することができる。すなわち、レーザービームの出力は例えば２．３ｋＷに設定することができる。加工速度は例えば３００ｍｍ／ｍｉｎに設定することができる。材料の粉末供給量は例えば０．３ｇ／ｓｅｃに設定することができる。加工条件はこれに限られず、適宜設定されてよい。蓋部１２Ａは例えば材料の供給およびレーザービームの照射を行うことが可能な同軸ノズルを用いて設けることもできる。
【００２５】
次に冷却構造１Ａの作用効果について説明する。冷却構造１Ａでは、溝部１１Ａに対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで蓋部１２Ａを設けている。このため、Ｃ／Ｃ２０Ａの幅は蓋部１２Ａの形成方法によって特段制約されない。したがって、これにより冷却構造１Ａは、Ｃ／Ｃ２０Ａの設定自由度を高めることができる。結果、具体的にはボア１３の壁部のうち、上部の冷却を好適に行うことで、ノッキングを好適に改善できる。
【００２６】
また、冷却構造１Ａは蓋部１２Ａと壁部Ｗとの間隔によって（換言すれば蓋部１２Ａの厚さによって）、Ｃ／Ｃ２０Ａの流路断面積を設定できる。そしてこれにより、所望する冷却性能に応じてＣ／Ｃ２０Ａの冷却性能を容易に設定することもできる。
【００２７】
また、冷却構造１Ａでは溝部１１Ａに対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで、溝部１１Ａと蓋部１２Ａとで空間であるＣ／Ｃ２０Ａを形成している。すなわち、冷却構造１Ａでは工法上、適用が困難と想定されるＣ／Ｃ２０Ａの形成に対し、材料を供給し、レーザービームで溶融する工法を適用することで、Ｃ／Ｃ２０Ａを形成している。このため冷却構造１Ａは、かかる工法適用の面においても一般的ではなく、独特なものとなっている。
【００２８】
そして、かかる工法を適用して製造する冷却構造１Ａは、例えば接合する溝部および蓋部に高い寸法精度が求められる摩擦圧接を適用する場合と比較して、コスト面でも有利である。
【実施例２】
【００２９】
図５は冷却構造１Ｂの要部を示す図である。図５では、図３と同様にして冷却構造１Ｂの要部を示している。シリンダブロック１０Ｂは冷却構造１Ａの代わりに冷却構造１Ｂを備えている点以外、シリンダブロック１０Ａと実質的に同一である。冷却構造１Ｂは、溝部１１Ｂと蓋部１２Ｂとを備えている。溝部１１Ｂおよび蓋部１２Ｂは以下に示すように設けられている点以外、溝部１１Ａおよび蓋部１２Ａと同様にして設けられている。
【００３０】
溝部１１Ｂは、両端のうち、一端のみでＷ／Ｊ１４に連通している。具体的には溝部１１Ｂは、一端側で底壁部をなす壁部Ｗ´が、他端側でデッキ面に向かって立ち上がるように設けられている。壁部Ｗ´は、スリット加工によって一端側から他端側に向かって、デッキ面に対して平行に延伸させるとともに、途中から円弧状に立ち上がるように設けることができる。
【００３１】
蓋部１２Ｂは壁部Ｗ´と所定の間隔を有して設けられている。蓋部１２Ｂは溝部１１ＢとともにＣ／Ｃ２０Ｂを形成している。Ｃ／Ｃ２０Ｂは一端でＷ／Ｊ１４に連通するとともに、他端でデッキ面に開口している。Ｃ／Ｃ２０ＢはＷ／Ｊ１４からデッキ面に設けられるシリンダヘッド（図示省略）に冷却水を流通させることができる。この点、溝部１１Ｂは、具体的にはシリンダヘッドに冷却水を流通させるドリルパスに他端側で連通させることができる。
【００３２】
蓋部１２Ｂは例えば次のようにして設けることができる。図６は蓋部１２Ｂの形成方法を模式的に示す図である。蓋部１２Ｂを設けるにあたっては、まず溝部１１Ｂの側壁部に対し、壁部Ｗ´から所定の間隔離れた位置に材料の供給およびレーザービームの照射を行う。そして、（ａ）から（ｃ）に示すようにシリンダブロック１０Ｂを移動および姿勢変化させながら、材料の供給およびレーザービームの照射を行う。そして、形成し終わった分だけシリンダブロック１０Ｂを遠ざけるとともに、これら一連の動作を繰り返す。
【００３３】
これら一連の動作は、ボア１３の配列方向においてデッキ面が傾くようにシリンダブロック１０Ｂの姿勢を変化させることで、溝部１１Ｂの側壁部それぞれに対して行うことができる。また、必要に応じて例えば溝部１１Ｂの側壁部それぞれのうち、壁部Ｗ´から所定の間隔だけ離れた位置に、壁部Ｗ´側の部分よりも溝部１１Ｂの幅を拡大する段差部を設けることができる。蓋部１２Ｂは第１の装置３０や同軸ノズルを用いて設けることができる。
【００３４】
また、蓋部１２Ｂは積層造形によって設けられてもよい。この場合、レーザービームには例えばＣＯ２レーザーや半導体レーザーを用いることができる。例えば波長１０．６μｍのＣＯ２レーザーをレーザービームとする場合、加工条件は次の通り設定することができる。
【００３５】
すなわち、レーザービームの出力は例えば２．５ｋＷから３．５ｋＷの範囲内で設定することができる。また、加工速度は例えば５０ｍｍ／ｍｉｎから５００ｍｍ／ｍｉｎの範囲内で設定することができる。レーザービーム径は例えばφ０．３ｍｍからφ１．０ｍｍの範囲内で設定することができる。材料の粉末量は例えば０．０１ｇ／ｓｅｃから１．０ｇ／ｓｅｃの範囲内で設定することができる。積層ピッチは例えば５０μｍから３００μｍの範囲内で設定することができる。
【００３６】
次に冷却構造１Ｂの作用効果について説明する。冷却構造１Ｂでも冷却構造１Ａと同様、溝部１１Ｂに対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで蓋部１２Ｂを設けている。このため、冷却構造１Ｂでも冷却構造１Ａと同様、Ｃ／Ｃ２０Ｂの幅が蓋部１２Ｂの形成方法によって特段制約されない。したがって、これにより冷却構造１Ｂは、Ｃ／Ｃ２０Ｂの設定自由度を高めることができる。
【００３７】
また、冷却構造１Ｂは壁部Ｗ´と所定の間隔を有して蓋部１２Ｂを設けることで、Ｗ／Ｊ１４からシリンダヘッドに冷却水を流通させる場合に、Ｃ／Ｃ２０Ｂの流路断面積の急激な低下も抑制できる。そしてこれにより、よどみの発生などで冷却を行う冷却水の流通が阻害されることも防止できる。結果、良好な冷却性能を得ることもできる。
【００３８】
また、冷却構造１Ｂは蓋部１２Ｂと壁部Ｗ´との間隔によって、Ｃ／Ｃ２０Ｂの流路断面積を設定できる。そしてこれにより、冷却水の流通態様の面から良好な冷却性能を得つつ、所望する冷却性能に応じてＣ／Ｃ２０Ｂの冷却性能を容易に設定することもできる。また、冷却構造１Ｂは積層造形によって蓋部１２Ｂを設けることで、より高い精度でＣ／Ｃ２０Ｂを形成することができる。
【実施例３】
【００３９】
図７は冷却構造１Ｃの要部を示す図である。図７では、ボア１３の配列方向に平行な断面で冷却構造１Ｃの要部を示している。シリンダブロック１０Ｃは冷却構造１Ａの代わりに冷却構造１Ｃを備えている点以外、シリンダブロック１０Ａと実質的に同一である。冷却構造１Ｃは、溝部１１Ｃと蓋部１２Ｃとを備えている。溝部１１Ｃは以下に示すように設けられている点以外、溝部１１Ａと同様にして設けられている。
【００４０】
溝部１１Ｃは、壁部Ｗから所定の間隔だけ離れた位置に、壁部Ｗ側の部分よりも溝部１１Ｃの幅を拡大する段差部Ｓを側壁部それぞれに備えている。溝部１１Ｃは、段差部Ｓよりも壁部Ｗ側の部分で、蓋部１２ＣとともにＣ／Ｃ２０Ｃを形成する。Ｃ／Ｃ２０Ｃは両端でＷ／Ｊ１４に連通する。
【００４１】
蓋部１２Ｃは溝部１１Ｃに設けられている。蓋部１２Ｃの先端部は断面三角形状の形状を有している。このため、溝部１１Ｃに設けられた蓋部１２Ｃは、先端部で段差部Ｓに当接するようになっている。蓋部１２ＣはメッキＰが施された部材である。メッキＰは蓋部１２Ｃのうち、溝部１１Ｃとの接触部に施されている。蓋部１２Ｃの母材ＢＭは例えば銅であり、メッキＰは例えば銀である。メッキＰの厚さは例えば２０μｍである。
【００４２】
蓋部１２Ｃは、例えば次に示すようにして溝部１１Ｃに設けることができる。図８は蓋部１２Ｃの第１の形成方法を模式的に示す図である。第２の装置４０は、レーザービーム供給源４１と、コリメーションレンズ４２と、ホモジナイザー４３と、集光レンズ４４と、シールドガスノズル４５とを備えている。
【００４３】
レーザービーム供給源４１は、レーザービームを発生させる。レーザービームは例えばファイバーレーザーである。コリメーションレンズ４２は入射光を平行にする。ホモジナイザー４３はレーザービームの集光形状を矩形に整形する。集光レンズ４４はレーザービームを集光する。シールドガスノズル４５はシールドガスを供給する。
【００４４】
第２の装置４０は、次のようにして溝部１１Ｃに蓋部１２Ｃを設ける。すなわち、まず溝部１１Ｃに蓋部１２Ｃを配置する。そして溝部１１Ｃに配置した状態で、蓋部１２Ｃのうち、母材ＢＭの部分にレーザービームを照射する。そしてこれにより、母材ＢＭの温度を高めることで、溝部１１Ｃとの接触部に施されたメッキＰを熱で溶融する。さらに、溶融したメッキＰでアルミ合金製の溝部１１Ｃを溶融することで、溝部１１Ｃと蓋部１２Ｃとを接合する。
【００４５】
この点、第２の装置４０は、レーザービームの集光形状を矩形に整形することで、集光形状が円形である場合と比較して、エネルギーの集中を抑制することができる。集光形状の大きさは、コリメーションレンズ４２やホモジナイザー４３や集光レンズ４４のほか、シリンダブロック１０Ｃとの間の距離によって任意に設定できる。コリメーションレンズ４２および集光レンズ４４の焦点距離は例えばそれぞれ１２０ｍｍに設定できる。
【００４６】
そして、レーザービームのエネルギーの集中を抑制した第２の装置４０では、例えば溝部１１Ｃの延伸方向やボア１３の配列方向に沿ってレーザービームを走査しながら、母材ＢＭに熱を次第に加えることで、メッキＰを溶融させることができる。レーザービームの走査は例えばシリンダブロック１０Ｃの移動によって行うことができる。
【００４７】
また、蓋部１２Ｃは例えば次に示すようにして溝部１１Ｃに設けることもできる。図９は蓋部１２Ｃの第２の形成方法を模式的に示す図である。第２の装置４０´は、レーザービーム供給源４１と、集光レンズ４４と、シールドガスノズル４５と、ガルバノメータミラー４６とを備えている。ガルバノメータミラー４６はレーザー走査機構であり、レーザービーム供給源４１から照射されたレーザービームを走査する。
【００４８】
第２の装置４０´では、溝部１１Ｃに蓋部１２Ｃを設けるにあたって、次のようにしてレーザービームを走査することができる。すなわち、第２の装置４０´では、蓋部１２Ｃのうち、母材ＢＭの部分に対し、所定の走査パターンでレーザービームを素早く走査することができる。そして、これにより母材ＢＭに熱を次第に加えることで、メッキＰを溶融させることができる。
【００４９】
図１０は走査パターンの例を示す図である。走査パターンは、例えば（ａ）に示すように、母材ＢＭの表面の大きさに合わせて設定したループ形状とすることができる。また、例えば（ｂ）に示すように、蓋部１２Ｃのうち、母材ＢＭの表面全般に及ぶジグザグ形状とすることができる。
【００５０】
図１１は蓋部１２Ｃの加工条件を示す図である。縦軸はレーザービームの出力、横軸は加工速度を示す。図１１は、母材ＢＭを銅、メッキＰを銀とした場合を示す。メッキＰの厚さは２０μｍである。レーザーは、波長が１０７０ｎｍのファイバーレーザーである。
【００５１】
図１１に示すように、メッキＰはレーザービームの出力が小さすぎると溶融しない。逆に、レーザービームの出力が大きすぎると過大に溶融する。また、適切なレーザービームの出力は加工速度に応じて変化する。具体的には加工速度が高くなるほど、必要なレーザービームの出力も大きくなる傾向がある。
【００５２】
このため、レーザービームの出力および加工速度は、これらに応じて設定される領域において、メッキＰが溶融しない範囲を区分する線Ｌ１と、メッキＰが過大に溶融する範囲を区分する線Ｌ２との間に形成される範囲内で設定することができる。
【００５３】
これに対し、レーザービームの出力は具体的には例えば１．８ｋＷから６．０ｋＷの範囲内で設定することができる。また、加工速度は例えば１０００ｍｍ／ｍｍから１００００ｍｍ／ｍｉｎの範囲内で設定することができる。レーザービーム径は例えばφ０．２ｍｍからφ０．５ｍｍの範囲内で設定することができる。
【００５４】
図１２はレーザービームの波長と銅のレーザー吸収率との関係を示す図である。図１２に示すように、波長が１０７０ｎｍのファイバーレーザーの場合、銅のレーザー吸収率が低いことがわかる。このため、母材ＢＭを銅、レーザービームをファイバーレーザーとする場合、母材ＢＭに熱を次第に加えることで、母材ＢＭが概ね原形を維持するようにしつつ、メッキＰを溶融させることができる。
【００５５】
図１２に示す関係上、レーザービームには高エネルギーのレーザービームとして、ファイバーレーザーのほか、例えば波長が１０６８ｎｍのＹＡＧレーザーを用いることができる。また、例えば波長が１０．６μｍのＣＯ２レーザーを用いることもできる。一方、母材ＢＭには銅のほか、例えばレーザービームとの組み合わせでレーザー吸収率が低くなる高熱伝導材を用いることができる。
【００５６】
メッキＰには銀のほか、適宜のメッキを用いることができる。この点、例えば蓋部１２Ｃの先端部に施すメッキＰに、アルミ合金との腐食電位差が少ない材料（例えば亜鉛やすず）を用いることで、冷却水の浸入を防止するとともに、銅とアルミ合金との接触による電位差腐食を抑制することができる。
【００５７】
次に冷却構造１Ｃの作用効果について説明する。冷却構造１Ｃでは、溝部１１Ｃに対して蓋部１２Ｃを設けるにあたり、蓋部１２Ｃのうち、母材ＢＭの部分にレーザービームを照射している。このため、冷却構造１Ｃでも、Ｃ／Ｃ２０Ｃの幅が蓋部１２Ｃの形成方法によって特段制約されない。したがって、これにより冷却構造１Ｃは、Ｃ／Ｃ２０Ｃの設定自由度を高めることができる。
【００５８】
また、溝部１１Ｃに対して蓋部１２Ｃを設けるにあたっては、例えばメッキＰにレーザービームを直接照射することも考えられる。しかしながらこの場合には、アルミ合金から気泡（Ｈ２ガス）が発生し易くなるとともに、銅、アルミ合金間の金属間化合物が生成され易くなる。結果、溶接部内部に多量の亀裂が発生し易くなる。
【００５９】
これに対し冷却構造１Ｃでは、溝部１１Ｃに対して蓋部１２Ｃを設けるにあたって、蓋部１２Ｃのうち、母材ＢＭの部分にレーザービームを照射することで、Ｈ２ガスの発生および金属間化合物の生成を抑制できる。このため、冷却構造１Ｃは溝部１１Ｃに対して蓋部１２Ｃを設けるにあたり、より健全な接合を行うこともできる。
【００６０】
また、冷却構造１Ｃでは、溝部１１Ｃに対して蓋部１２Ｃを設けるにあたり、第２の装置４０や４０´を用いることで、母材ＢＭに熱を次第に加えることができる。このため冷却構造１Ｃは、溝部１１Ｃに対して蓋部１２Ｃを設けるにあたり、母材ＢＭが概ね原形を維持するようにしつつ、メッキＰを溶融させることができる。
【実施例４】
【００６１】
図１３は冷却構造１Ｄの要部を示す図である。図１３では、ボア１３の配列方向に平行な断面で冷却構造１Ｄの要部を示している。シリンダブロック１０Ｄは冷却構造１Ａの代わりに冷却構造１Ｄを備えている点以外、シリンダブロック１０Ａと実質的に同一である。冷却構造１Ｄは、溝部１１Ｄと蓋部１２Ｄとを備えている。溝部１１Ｄおよび蓋部１２Ｄは以下に示すように設けられている点以外、溝部１１Ａおよび蓋部１２Ａと同様にして設けられている。
【００６２】
溝部１１Ｄは、蓋部１２Ｄが設けられる部分の幅がデッキ面側に向かって次第に拡大するように設けられている。蓋部１２Ｄは仮設材Ｔを有している。蓋部１２Ｄは溝部１１Ｄのうち、蓋部１２Ｄが設けられる部分に対して、仮設材Ｔを設置した上で溝部１１Ｄに対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで設けられている。材料の供給およびレーザービームの照射を行うには、例えば第１の装置３０や同軸ノズルを用いることができる。蓋部１２Ｄは溝部１１ＤとともにＣ／Ｃ２０Ｄを形成している。Ｃ／Ｃ２０Ｄは両端でＷ／Ｊ１４に連通する。
【００６３】
仮設材Ｔは丸棒であり、その径は溝部１１Ｄのうち、Ｃ／Ｃ２０Ｄを形成する部分の幅よりも大きくなっている。仮設材Ｔの材質は例えば銅や銅合金である。仮設材Ｔには、溝部１１Ｄのうち、Ｃ／Ｃ２０Ｄを形成する部分の幅よりも幅が大きく、且つ溝部１１Ｄの側壁部それぞれに当接する延伸材料を適用できる。図１４は仮設材Ｔの他の例を示す図である。仮設材Ｔには丸棒のほか、例えば対角線を幅とし、溝部１１Ｄのうち、Ｃ／Ｃ２０Ｄを形成する部分の幅よりも対角線が長い角柱を適用できる。
【００６４】
次に冷却構造１Ｄの作用効果について説明する。冷却構造１Ｄでは、溝部１１Ｄのうち、蓋部１２Ｄが設けられる部分に対して仮設材Ｔを設置した上で溝部１１Ｄに対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで蓋部１２Ｄを設けている。このため、冷却構造１Ｄでも、Ｃ／Ｃ２０Ｄの幅が蓋部１２Ｄの形成方法によって特段制約されない。したがって、これにより冷却構造１Ｄは、Ｃ／Ｃ２０Ｄの設定自由度を高めることができる。また、冷却構造１Ｄは溝部１１Ｄのうち、Ｃ／Ｃ２０Ｄを形成する部分の幅よりも径が大きい仮設材Ｔを用いることで、溶融した材料の垂れを確実に防止できる点で、蓋部１２Ｄを好適に設けることができる。
【００６５】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば溝部に対して供給する材料には、シリンダブロックよりも熱伝導率が低い材料を適用してもよい。この場合、冷却損失が大きいシリンダヘッドの冷却性が高まることを抑制できる。結果、熱効率の向上を図ることができる。また、実施例３に相当する場合を含め、例えば蓋部の上に断熱材をコーティングすることで、同様に熱効率の向上を図ることもできる。
【００６６】
また、例えば実施例２に相当する場合においても、溝部のうち、蓋部が設けられる部分に対して、仮設材を設置した上で溝部に対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで、蓋部を設けてもよい。この場合、仮設材には例えばワイヤーなどを用いることができる。
【符号の説明】
【００６７】
冷却構造 １Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ
シリンダブロック １０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ
溝部 １１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ，１１Ｄ
蓋部 １２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ
ボア １３
Ｗ／Ｊ １４
Ｃ／Ｃ ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ
第１の装置 ３０
第２の装置 ４０、４０´
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの冷却構造およびエンジンの冷却構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンでは、複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分（ボア間領域）で特に温度が上昇し易いことが知られている。特許文献１では、シリンダブロックのシリンダヘッド装着側の端部からスリットを形成し、このスリットの開口端部に異種材を接合して冷却通路を形成したエンジンのボア間構造が開示されている。特許文献２では、シリンダブロック冷却水通路の吸気側部分と排気側部分とを連通するボア間冷却水通路をシリンダボア間に設けたエンジンの冷却水循環装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２２０３３号公報
【特許文献２】特開平５−２７２３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボア間領域に溝部と蓋部とで冷却媒体通路を形成する場合、例えば摩擦圧接によって溝部に対して蓋部を接合することが考えられる。しかしながら、この場合には蓋部にある程度の剛性が必要とされる。このため、蓋部の大きさに制約が生じる結果、冷却媒体通路の幅も制約される。したがって、冷却媒体通路の設定自由度が低くなる。結果、冷却媒体通路の冷却性能を所望の冷却性能にすることができないことがある。或いは、ボア間領域が狭い場合には、冷却媒体通路の形成自体が成立しなくなることがある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み、ボア間領域に溝部と蓋部とで形成する冷却媒体通路の設定自由度を高めることが可能なシリンダブロックの冷却構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に形成された溝部と、前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部と、を備え、前記溝部に対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで、前記蓋部を設けているエンジンの冷却構造である。
【０００７】
また本発明は前記シリンダブロックのうち、前記複数のボアの周辺部にシリンダブロック冷却媒体通路が設けられており、前記溝部が、両端で前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通するとともに、前記冷却媒体通路が、両端で前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通している構成とすることができる。
【０００８】
また本発明は前記シリンダブロックのうち、前記複数のボアの周辺部にシリンダブロック冷却媒体通路が設けられており、前記溝部が、両端のうち、一端のみで前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通し、前記冷却媒体通路が、一端で前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通するとともに、他端で前記シリンダブロックのデッキ面に開口しており、且つ前記蓋部が、前記溝部のうち、一端側で底壁部をなす壁部と所定の間隔を有して設けられている構成とすることができる。
【０００９】
また本発明は複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に形成された溝部と、前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部と、を備え、前記溝部に前記蓋部を配置した状態で、前記蓋部のうち、母材の部分にレーザービームを照射し、前記蓋部のうち、前記溝部との接触部に施されたメッキを溶融することで、前記蓋部を設けているエンジンの冷却構造である。
【００１０】
また本発明は複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に溝部を形成し、前記溝部に対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで、前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部を設けるエンジンの冷却構造の製造方法である。
【００１１】
また本発明は複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に溝部を形成し、前記溝部に配置した状態で、母材の部分にレーザービームを照射し、前記溝部との接触部に施されたメッキを溶融することで、前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部を設けるエンジンの冷却構造の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ボア間領域に溝部と蓋部とで形成する冷却媒体通路の設定自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１のシリンダブロックの概略構成図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２に示すＢ部の拡大図である。
【図４】実施例１の蓋部の形成方法を示す図である。
【図５】実施例２の冷却構造の要部を示す図である。
【図６】実施例２の蓋部の形成方法を示す図である。
【図７】実施例３の冷却構造の要部を示す図である。
【図８】実施例３の蓋部の第１の形成方法を示す図である。
【図９】実施例３の蓋部の第２の形成方法を示す図である。
【図１０】走査パターンの例を示す図である。
【図１１】実施例３の蓋部の加工条件を示す図である。
【図１２】レーザービームの波長と銅のレーザー吸収率との関係を示す図である。
【図１３】実施例４の冷却構造の要部を示す図である。
【図１４】仮設材の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１はシリンダブロック１０Ａの概略構成図である。図２は図１に示すＡ−Ａ断面図である。図３は図２に示すＢ部の拡大図である。シリンダブロック１０Ａはアルミ合金製であり、図示しないエンジンに設けられる。シリンダブロック１０Ａはエンジンの冷却構造（以下、冷却構造と称す）１Ａを備えている。冷却構造１Ａは溝部１１Ａと蓋部１２Ａとを備えている。
【００１６】
シリンダブロック１０Ａには複数のボア１３やシリンダブロック冷却媒体通路に相当するウォータジャケット（以下、Ｗ／Ｊと称す）１４が形成されている。シリンダブロック１０Ａはデッキ面にＷ／Ｊ１４が開口したオープンデッキタイプのシリンダブロックになっている。
【００１７】
溝部１１Ａは、シリンダブロック１０Ａのうち、隣り合うボア１３間の部分に形成されている。溝部１１Ａは、シリンダブロック１０Ａのデッキ面に開口している。溝部１１Ａは、底壁部をなす壁部Ｗがデッキ面に対して平行になるように設けられている。また、複数のボア１３の周辺部に設けられたＷ／Ｊ１４に両端で連通するように設けられている。溝部１１Ａはスリット加工によって設けられている。
【００１８】
蓋部１２Ａは、溝部１１Ａに対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで設けられている。蓋部１２Ａは壁部Ｗと所定の間隔を有して設けられている。蓋部１２Ａは、溝部１１Ａとともに冷却媒体通路に相当するクーリングチャンネル（以下、Ｃ／Ｃと称す）２０Ａを形成している。Ｃ／Ｃ２０Ａは両端でＷ／Ｊ１４に連通している。このためＣ／Ｃ２０Ａには、Ｗ／Ｊ１４を流通する冷却媒体である冷却水の一部が流通するようになっている。
【００１９】
蓋部１２Ａは例えば次のようにして設けることができる。図４は蓋部１２Ａの形成方法を模式的に示す図である。第１の装置３０はレーザービーム供給源３１と、集光レンザ３２と、フィーダ３３と、オッシレータ３４と、シールドガスノズル３５とを備えている。
【００２０】
レーザービーム供給源３１は、レーザービームを発生させる。レーザービームは例えばファイバーレーザーやＣＯ２レーザーである。集光レンズ３２はレーザービームを集光する。フィーダ３３は溝部１１Ａに対して材料を供給する。オッシレータ３４は、レーザービーム供給源３１から集光レンズ３２を介して投射されたレーザービームを高周期振動させ、フィーダ３３が供給した材料に照射する。シールドガスノズル３５は材料を外部空気から遮断するシールドガスを供給する。シールドガス３５は例えばアルゴンガスである。
【００２１】
材料は例えば金属粉末である。金属粉末には例えば銅や、コルソン合金などの銅合金の粉末を適用できる。材料は、銅やニッケルなど、複数の種類の金属粉末を混合した金属粉末の混合物であってもよい。
【００２２】
第１の装置３０は、溝部１１Ａに対して供給した材料をレーザービームで溶融し、肉盛り（クラッド）することで、蓋部１２Ａを設ける。溝部１１Ａに蓋部１２Ａを設けるにあたっては、シリンダブロック１０Ａを適宜移動させるとともに、必要に応じてシリンダブロック１０Ａの姿勢の変化させることで、材料の供給位置およびレーザービームの照射位置を変えることができる。
【００２３】
矢印Ｘ、Ｙで示すように、シリンダブロック１０Ａの移動は例えばボア１３の配列方向や溝部１１Ａの延伸方向に沿って行うことができる。また、矢印Ｒで示すように、姿勢変化は例えばボア１３の配列方向においてデッキ面が傾くようにシリンダブロック１０Ａの姿勢を変化させることができる。また、必要に応じて例えば溝部１１Ａのうち、蓋部１２Ａが設けられる部分の幅がデッキ面側に向かって次第に拡大するように溝部１１Ａを設けることができる。
【００２４】
例えば波長１０７０ｎｍのファイバーレーザーをレーザービームとする場合、加工条件は次の通り設定することができる。すなわち、レーザービームの出力は例えば２．３ｋＷに設定することができる。加工速度は例えば３００ｍｍ／ｍｉｎに設定することができる。材料の粉末供給量は例えば０．３ｇ／ｓｅｃに設定することができる。加工条件はこれに限られず、適宜設定されてよい。蓋部１２Ａは例えば材料の供給およびレーザービームの照射を行うことが可能な同軸ノズルを用いて設けることもできる。
【００２５】
次に冷却構造１Ａの作用効果について説明する。冷却構造１Ａでは、溝部１１Ａに対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで蓋部１２Ａを設けている。このため、Ｃ／Ｃ２０Ａの幅は蓋部１２Ａの形成方法によって特段制約されない。したがって、これにより冷却構造１Ａは、Ｃ／Ｃ２０Ａの設定自由度を高めることができる。結果、具体的にはボア１３の壁部のうち、上部の冷却を好適に行うことで、ノッキングを好適に改善できる。
【００２６】
また、冷却構造１Ａは蓋部１２Ａと壁部Ｗとの間隔によって（換言すれば蓋部１２Ａの厚さによって）、Ｃ／Ｃ２０Ａの流路断面積を設定できる。そしてこれにより、所望する冷却性能に応じてＣ／Ｃ２０Ａの冷却性能を容易に設定することもできる。
【００２７】
また、冷却構造１Ａでは溝部１１Ａに対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで、溝部１１Ａと蓋部１２Ａとで空間であるＣ／Ｃ２０Ａを形成している。すなわち、冷却構造１Ａでは工法上、適用が困難と想定されるＣ／Ｃ２０Ａの形成に対し、材料を供給し、レーザービームで溶融する工法を適用することで、Ｃ／Ｃ２０Ａを形成している。このため冷却構造１Ａは、かかる工法適用の面においても一般的ではなく、独特なものとなっている。
【００２８】
そして、かかる工法を適用して製造する冷却構造１Ａは、例えば接合する溝部および蓋部に高い寸法精度が求められる摩擦圧接を適用する場合と比較して、コスト面でも有利である。
【実施例２】
【００２９】
図５は冷却構造１Ｂの要部を示す図である。図５では、図３と同様にして冷却構造１Ｂの要部を示している。シリンダブロック１０Ｂは冷却構造１Ａの代わりに冷却構造１Ｂを備えている点以外、シリンダブロック１０Ａと実質的に同一である。冷却構造１Ｂは、溝部１１Ｂと蓋部１２Ｂとを備えている。溝部１１Ｂおよび蓋部１２Ｂは以下に示すように設けられている点以外、溝部１１Ａおよび蓋部１２Ａと同様にして設けられている。
【００３０】
溝部１１Ｂは、両端のうち、一端のみでＷ／Ｊ１４に連通している。具体的には溝部１１Ｂは、一端側で底壁部をなす壁部Ｗ´が、他端側でデッキ面に向かって立ち上がるように設けられている。壁部Ｗ´は、スリット加工によって一端側から他端側に向かって、デッキ面に対して平行に延伸させるとともに、途中から円弧状に立ち上がるように設けることができる。
【００３１】
蓋部１２Ｂは壁部Ｗ´と所定の間隔を有して設けられている。蓋部１２Ｂは溝部１１ＢとともにＣ／Ｃ２０Ｂを形成している。Ｃ／Ｃ２０Ｂは一端でＷ／Ｊ１４に連通するとともに、他端でデッキ面に開口している。Ｃ／Ｃ２０ＢはＷ／Ｊ１４からデッキ面に設けられるシリンダヘッド（図示省略）に冷却水を流通させることができる。この点、溝部１１Ｂは、具体的にはシリンダヘッドに冷却水を流通させるドリルパスに他端側で連通させることができる。
【００３２】
蓋部１２Ｂは例えば次のようにして設けることができる。図６は蓋部１２Ｂの形成方法を模式的に示す図である。蓋部１２Ｂを設けるにあたっては、まず溝部１１Ｂの側壁部に対し、壁部Ｗ´から所定の間隔離れた位置に材料の供給およびレーザービームの照射を行う。そして、（ａ）から（ｃ）に示すようにシリンダブロック１０Ｂを移動および姿勢変化させながら、材料の供給およびレーザービームの照射を行う。そして、形成し終わった分だけシリンダブロック１０Ｂを遠ざけるとともに、これら一連の動作を繰り返す。
【００３３】
これら一連の動作は、ボア１３の配列方向においてデッキ面が傾くようにシリンダブロック１０Ｂの姿勢を変化させることで、溝部１１Ｂの側壁部それぞれに対して行うことができる。また、必要に応じて例えば溝部１１Ｂの側壁部それぞれのうち、壁部Ｗ´から所定の間隔だけ離れた位置に、壁部Ｗ´側の部分よりも溝部１１Ｂの幅を拡大する段差部を設けることができる。蓋部１２Ｂは第１の装置３０や同軸ノズルを用いて設けることができる。
【００３４】
また、蓋部１２Ｂは積層造形によって設けられてもよい。この場合、レーザービームには例えばＣＯ２レーザーや半導体レーザーを用いることができる。例えば波長１０．６μｍのＣＯ２レーザーをレーザービームとする場合、加工条件は次の通り設定することができる。
【００３５】
すなわち、レーザービームの出力は例えば２．５ｋＷから３．５ｋＷの範囲内で設定することができる。また、加工速度は例えば５０ｍｍ／ｍｉｎから５００ｍｍ／ｍｉｎの範囲内で設定することができる。レーザービーム径は例えばφ０．３ｍｍからφ１．０ｍｍの範囲内で設定することができる。材料の粉末量は例えば０．０１ｇ／ｓｅｃから１．０ｇ／ｓｅｃの範囲内で設定することができる。積層ピッチは例えば５０μｍから３００μｍの範囲内で設定することができる。
【００３６】
次に冷却構造１Ｂの作用効果について説明する。冷却構造１Ｂでも冷却構造１Ａと同様、溝部１１Ｂに対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで蓋部１２Ｂを設けている。このため、冷却構造１Ｂでも冷却構造１Ａと同様、Ｃ／Ｃ２０Ｂの幅が蓋部１２Ｂの形成方法によって特段制約されない。したがって、これにより冷却構造１Ｂは、Ｃ／Ｃ２０Ｂの設定自由度を高めることができる。
【００３７】
また、冷却構造１Ｂは壁部Ｗ´と所定の間隔を有して蓋部１２Ｂを設けることで、Ｗ／Ｊ１４からシリンダヘッドに冷却水を流通させる場合に、Ｃ／Ｃ２０Ｂの流路断面積の急激な低下も抑制できる。そしてこれにより、よどみの発生などで冷却を行う冷却水の流通が阻害されることも防止できる。結果、良好な冷却性能を得ることもできる。
【００３８】
また、冷却構造１Ｂは蓋部１２Ｂと壁部Ｗ´との間隔によって、Ｃ／Ｃ２０Ｂの流路断面積を設定できる。そしてこれにより、冷却水の流通態様の面から良好な冷却性能を得つつ、所望する冷却性能に応じてＣ／Ｃ２０Ｂの冷却性能を容易に設定することもできる。また、冷却構造１Ｂは積層造形によって蓋部１２Ｂを設けることで、より高い精度でＣ／Ｃ２０Ｂを形成することができる。
【実施例３】
【００３９】
図７は冷却構造１Ｃの要部を示す図である。図７では、ボア１３の配列方向に平行な断面で冷却構造１Ｃの要部を示している。シリンダブロック１０Ｃは冷却構造１Ａの代わりに冷却構造１Ｃを備えている点以外、シリンダブロック１０Ａと実質的に同一である。冷却構造１Ｃは、溝部１１Ｃと蓋部１２Ｃとを備えている。溝部１１Ｃは以下に示すように設けられている点以外、溝部１１Ａと同様にして設けられている。
【００４０】
溝部１１Ｃは、壁部Ｗから所定の間隔だけ離れた位置に、壁部Ｗ側の部分よりも溝部１１Ｃの幅を拡大する段差部Ｓを側壁部それぞれに備えている。溝部１１Ｃは、段差部Ｓよりも壁部Ｗ側の部分で、蓋部１２ＣとともにＣ／Ｃ２０Ｃを形成する。Ｃ／Ｃ２０Ｃは両端でＷ／Ｊ１４に連通する。
【００４１】
蓋部１２Ｃは溝部１１Ｃに設けられている。蓋部１２Ｃの先端部は断面三角形状の形状を有している。このため、溝部１１Ｃに設けられた蓋部１２Ｃは、先端部で段差部Ｓに当接するようになっている。蓋部１２ＣはメッキＰが施された部材である。メッキＰは蓋部１２Ｃのうち、溝部１１Ｃとの接触部に施されている。蓋部１２Ｃの母材ＢＭは例えば銅であり、メッキＰは例えば銀である。メッキＰの厚さは例えば２０μｍである。
【００４２】
蓋部１２Ｃは、例えば次に示すようにして溝部１１Ｃに設けることができる。図８は蓋部１２Ｃの第１の形成方法を模式的に示す図である。第２の装置４０は、レーザービーム供給源４１と、コリメーションレンズ４２と、ホモジナイザー４３と、集光レンズ４４と、シールドガスノズル４５とを備えている。
【００４３】
レーザービーム供給源４１は、レーザービームを発生させる。レーザービームは例えばファイバーレーザーである。コリメーションレンズ４２は入射光を平行にする。ホモジナイザー４３はレーザービームの集光形状を矩形に整形する。集光レンズ４４はレーザービームを集光する。シールドガスノズル４５はシールドガスを供給する。
【００４４】
第２の装置４０は、次のようにして溝部１１Ｃに蓋部１２Ｃを設ける。すなわち、まず溝部１１Ｃに蓋部１２Ｃを配置する。そして溝部１１Ｃに配置した状態で、蓋部１２Ｃのうち、母材ＢＭの部分にレーザービームを照射する。そしてこれにより、母材ＢＭの温度を高めることで、溝部１１Ｃとの接触部に施されたメッキＰを熱で溶融する。さらに、溶融したメッキＰでアルミ合金製の溝部１１Ｃを溶融することで、溝部１１Ｃと蓋部１２Ｃとを接合する。
【００４５】
この点、第２の装置４０は、レーザービームの集光形状を矩形に整形することで、集光形状が円形である場合と比較して、エネルギーの集中を抑制することができる。集光形状の大きさは、コリメーションレンズ４２やホモジナイザー４３や集光レンズ４４のほか、シリンダブロック１０Ｃとの間の距離によって任意に設定できる。コリメーションレンズ４２および集光レンズ４４の焦点距離は例えばそれぞれ１２０ｍｍに設定できる。
【００４６】
そして、レーザービームのエネルギーの集中を抑制した第２の装置４０では、例えば溝部１１Ｃの延伸方向やボア１３の配列方向に沿ってレーザービームを走査しながら、母材ＢＭに熱を次第に加えることで、メッキＰを溶融させることができる。レーザービームの走査は例えばシリンダブロック１０Ｃの移動によって行うことができる。
【００４７】
また、蓋部１２Ｃは例えば次に示すようにして溝部１１Ｃに設けることもできる。図９は蓋部１２Ｃの第２の形成方法を模式的に示す図である。第２の装置４０´は、レーザービーム供給源４１と、集光レンズ４４と、シールドガスノズル４５と、ガルバノメータミラー４６とを備えている。ガルバノメータミラー４６はレーザー走査機構であり、レーザービーム供給源４１から照射されたレーザービームを走査する。
【００４８】
第２の装置４０´では、溝部１１Ｃに蓋部１２Ｃを設けるにあたって、次のようにしてレーザービームを走査することができる。すなわち、第２の装置４０´では、蓋部１２Ｃのうち、母材ＢＭの部分に対し、所定の走査パターンでレーザービームを素早く走査することができる。そして、これにより母材ＢＭに熱を次第に加えることで、メッキＰを溶融させることができる。
【００４９】
図１０は走査パターンの例を示す図である。走査パターンは、例えば（ａ）に示すように、母材ＢＭの表面の大きさに合わせて設定したループ形状とすることができる。また、例えば（ｂ）に示すように、蓋部１２Ｃのうち、母材ＢＭの表面全般に及ぶジグザグ形状とすることができる。
【００５０】
図１１は蓋部１２Ｃの加工条件を示す図である。縦軸はレーザービームの出力、横軸は加工速度を示す。図１１は、母材ＢＭを銅、メッキＰを銀とした場合を示す。メッキＰの厚さは２０μｍである。レーザーは、波長が１０７０ｎｍのファイバーレーザーである。
【００５１】
図１１に示すように、メッキＰはレーザービームの出力が小さすぎると溶融しない。逆に、レーザービームの出力が大きすぎると過大に溶融する。また、適切なレーザービームの出力は加工速度に応じて変化する。具体的には加工速度が高くなるほど、必要なレーザービームの出力も大きくなる傾向がある。
【００５２】
このため、レーザービームの出力および加工速度は、これらに応じて設定される領域において、メッキＰが溶融しない範囲を区分する線Ｌ１と、メッキＰが過大に溶融する範囲を区分する線Ｌ２との間に形成される範囲内で設定することができる。
【００５３】
これに対し、レーザービームの出力は具体的には例えば１．８ｋＷから６．０ｋＷの範囲内で設定することができる。また、加工速度は例えば１０００ｍｍ／ｍｍから１００００ｍｍ／ｍｉｎの範囲内で設定することができる。レーザービーム径は例えばφ０．２ｍｍからφ０．５ｍｍの範囲内で設定することができる。
【００５４】
図１２はレーザービームの波長と銅のレーザー吸収率との関係を示す図である。図１２に示すように、波長が１０７０ｎｍのファイバーレーザーの場合、銅のレーザー吸収率が低いことがわかる。このため、母材ＢＭを銅、レーザービームをファイバーレーザーとする場合、母材ＢＭに熱を次第に加えることで、母材ＢＭが概ね原形を維持するようにしつつ、メッキＰを溶融させることができる。
【００５５】
図１２に示す関係上、レーザービームには高エネルギーのレーザービームとして、ファイバーレーザーのほか、例えば波長が１０６８ｎｍのＹＡＧレーザーを用いることができる。また、例えば波長が１０．６μｍのＣＯ２レーザーを用いることもできる。一方、母材ＢＭには銅のほか、例えばレーザービームとの組み合わせでレーザー吸収率が低くなる高熱伝導材を用いることができる。
【００５６】
メッキＰには銀のほか、適宜のメッキを用いることができる。この点、例えば蓋部１２Ｃの先端部に施すメッキＰに、アルミ合金との腐食電位差が少ない材料（例えば亜鉛やすず）を用いることで、冷却水の浸入を防止するとともに、銅とアルミ合金との接触による電位差腐食を抑制することができる。
【００５７】
次に冷却構造１Ｃの作用効果について説明する。冷却構造１Ｃでは、溝部１１Ｃに対して蓋部１２Ｃを設けるにあたり、蓋部１２Ｃのうち、母材ＢＭの部分にレーザービームを照射している。このため、冷却構造１Ｃでも、Ｃ／Ｃ２０Ｃの幅が蓋部１２Ｃの形成方法によって特段制約されない。したがって、これにより冷却構造１Ｃは、Ｃ／Ｃ２０Ｃの設定自由度を高めることができる。
【００５８】
また、溝部１１Ｃに対して蓋部１２Ｃを設けるにあたっては、例えばメッキＰにレーザービームを直接照射することも考えられる。しかしながらこの場合には、アルミ合金から気泡（Ｈ２ガス）が発生し易くなるとともに、銅、アルミ合金間の金属間化合物が生成され易くなる。結果、溶接部内部に多量の亀裂が発生し易くなる。
【００５９】
これに対し冷却構造１Ｃでは、溝部１１Ｃに対して蓋部１２Ｃを設けるにあたって、蓋部１２Ｃのうち、母材ＢＭの部分にレーザービームを照射することで、Ｈ２ガスの発生および金属間化合物の生成を抑制できる。このため、冷却構造１Ｃは溝部１１Ｃに対して蓋部１２Ｃを設けるにあたり、より健全な接合を行うこともできる。
【００６０】
また、冷却構造１Ｃでは、溝部１１Ｃに対して蓋部１２Ｃを設けるにあたり、第２の装置４０や４０´を用いることで、母材ＢＭに熱を次第に加えることができる。このため冷却構造１Ｃは、溝部１１Ｃに対して蓋部１２Ｃを設けるにあたり、母材ＢＭが概ね原形を維持するようにしつつ、メッキＰを溶融させることができる。
【実施例４】
【００６１】
図１３は冷却構造１Ｄの要部を示す図である。図１３では、ボア１３の配列方向に平行な断面で冷却構造１Ｄの要部を示している。シリンダブロック１０Ｄは冷却構造１Ａの代わりに冷却構造１Ｄを備えている点以外、シリンダブロック１０Ａと実質的に同一である。冷却構造１Ｄは、溝部１１Ｄと蓋部１２Ｄとを備えている。溝部１１Ｄおよび蓋部１２Ｄは以下に示すように設けられている点以外、溝部１１Ａおよび蓋部１２Ａと同様にして設けられている。
【００６２】
溝部１１Ｄは、蓋部１２Ｄが設けられる部分の幅がデッキ面側に向かって次第に拡大するように設けられている。蓋部１２Ｄは仮設材Ｔを有している。蓋部１２Ｄは溝部１１Ｄのうち、蓋部１２Ｄが設けられる部分に対して、仮設材Ｔを設置した上で溝部１１Ｄに対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで設けられている。材料の供給およびレーザービームの照射を行うには、例えば第１の装置３０や同軸ノズルを用いることができる。蓋部１２Ｄは溝部１１ＤとともにＣ／Ｃ２０Ｄを形成している。Ｃ／Ｃ２０Ｄは両端でＷ／Ｊ１４に連通する。
【００６３】
仮設材Ｔは丸棒であり、その径は溝部１１Ｄのうち、Ｃ／Ｃ２０Ｄを形成する部分の幅よりも大きくなっている。仮設材Ｔの材質は例えば銅や銅合金である。仮設材Ｔには、溝部１１Ｄのうち、Ｃ／Ｃ２０Ｄを形成する部分の幅よりも幅が大きく、且つ溝部１１Ｄの側壁部それぞれに当接する延伸材料を適用できる。図１４は仮設材Ｔの他の例を示す図である。仮設材Ｔには丸棒のほか、例えば対角線を幅とし、溝部１１Ｄのうち、Ｃ／Ｃ２０Ｄを形成する部分の幅よりも対角線が長い角柱を適用できる。
【００６４】
次に冷却構造１Ｄの作用効果について説明する。冷却構造１Ｄでは、溝部１１Ｄのうち、蓋部１２Ｄが設けられる部分に対して仮設材Ｔを設置した上で溝部１１Ｄに対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで蓋部１２Ｄを設けている。このため、冷却構造１Ｄでも、Ｃ／Ｃ２０Ｄの幅が蓋部１２Ｄの形成方法によって特段制約されない。したがって、これにより冷却構造１Ｄは、Ｃ／Ｃ２０Ｄの設定自由度を高めることができる。また、冷却構造１Ｄは溝部１１Ｄのうち、Ｃ／Ｃ２０Ｄを形成する部分の幅よりも径が大きい仮設材Ｔを用いることで、溶融した材料の垂れを確実に防止できる点で、蓋部１２Ｄを好適に設けることができる。
【００６５】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば溝部に対して供給する材料には、シリンダブロックよりも熱伝導率が低い材料を適用してもよい。この場合、冷却損失が大きいシリンダヘッドの冷却性が高まることを抑制できる。結果、熱効率の向上を図ることができる。また、実施例３に相当する場合を含め、例えば蓋部の上に断熱材をコーティングすることで、同様に熱効率の向上を図ることもできる。
【００６６】
また、例えば実施例２に相当する場合においても、溝部のうち、蓋部が設けられる部分に対して、仮設材を設置した上で溝部に対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで、蓋部を設けてもよい。この場合、仮設材には例えばワイヤーなどを用いることができる。
【符号の説明】
【００６７】
冷却構造 １Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ
シリンダブロック １０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ
溝部 １１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ，１１Ｄ
蓋部 １２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ
ボア １３
Ｗ／Ｊ １４
Ｃ／Ｃ ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ
第１の装置 ３０
第２の装置 ４０、４０´
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に形成された溝部と、
前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部と、を備え、
前記溝部に対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで、前記蓋部を設けているエンジンの冷却構造。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの冷却構造であって、
前記シリンダブロックのうち、前記複数のボアの周辺部にシリンダブロック冷却媒体通路が設けられており、
前記溝部が、両端で前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通するとともに、前記冷却媒体通路が、両端で前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通しているエンジンの冷却構造。
【請求項３】
請求項１記載のエンジンの冷却構造であって、
前記シリンダブロックのうち、前記複数のボアの周辺部にシリンダブロック冷却媒体通路が設けられており、
前記溝部が、両端のうち、一端のみで前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通し、前記冷却媒体通路が、一端で前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通するとともに、他端で前記シリンダブロックのデッキ面に開口しており、且つ前記蓋部が、前記溝部のうち、一端側で底壁部をなす壁部と所定の間隔を有して設けられているエンジンの冷却構造。
【請求項４】
複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に形成された溝部と、
前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部と、を備え、
前記溝部に前記蓋部を配置した状態で、前記蓋部のうち、母材の部分にレーザービームを照射し、前記蓋部のうち、前記溝部との接触部に施されたメッキを溶融することで、前記蓋部を設けているエンジンの冷却構造。
【請求項５】
複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に溝部を形成し、
前記溝部に対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで、前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部を設けるエンジンの冷却構造の製造方法。
【請求項６】
複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に溝部を形成し、
前記溝部に配置した状態で、母材の部分にレーザービームを照射し、前記溝部との接触部に施されたメッキを溶融することで、前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部を設けるエンジンの冷却構造の製造方法。
【請求項１】
複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に形成された溝部と、
前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部と、を備え、
前記溝部に対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで、前記蓋部を設けているエンジンの冷却構造。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの冷却構造であって、
前記シリンダブロックのうち、前記複数のボアの周辺部にシリンダブロック冷却媒体通路が設けられており、
前記溝部が、両端で前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通するとともに、前記冷却媒体通路が、両端で前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通しているエンジンの冷却構造。
【請求項３】
請求項１記載のエンジンの冷却構造であって、
前記シリンダブロックのうち、前記複数のボアの周辺部にシリンダブロック冷却媒体通路が設けられており、
前記溝部が、両端のうち、一端のみで前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通し、前記冷却媒体通路が、一端で前記シリンダブロック冷却媒体通路に連通するとともに、他端で前記シリンダブロックのデッキ面に開口しており、且つ前記蓋部が、前記溝部のうち、一端側で底壁部をなす壁部と所定の間隔を有して設けられているエンジンの冷却構造。
【請求項４】
複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に形成された溝部と、
前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部と、を備え、
前記溝部に前記蓋部を配置した状態で、前記蓋部のうち、母材の部分にレーザービームを照射し、前記蓋部のうち、前記溝部との接触部に施されたメッキを溶融することで、前記蓋部を設けているエンジンの冷却構造。
【請求項５】
複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に溝部を形成し、
前記溝部に対して材料を供給し、レーザービームで溶融することで、前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部を設けるエンジンの冷却構造の製造方法。
【請求項６】
複数のボアが形成されたシリンダブロックのうち、隣り合うボア間の部分に溝部を形成し、
前記溝部に配置した状態で、母材の部分にレーザービームを照射し、前記溝部との接触部に施されたメッキを溶融することで、前記溝部とともに冷却媒体通路を形成する蓋部を設けるエンジンの冷却構造の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−９７７１９（Ｐ２０１２−９７７１９Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４８７０４（Ｐ２０１０−２４８７０４）
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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