クローズドデッキ型シリンダブロック及びその製造方法
【課題】良好な接合品質を確保し、且つ剛性に優れたクローズドデッキ型シリンダブロック及びその製造方法を提供する。
【解決手段】クローズドデッキ型シリンダブロック１０は、ブロック本体１６と、前記ブロック本体１６に設けられた孔部１４ａ〜１４ｃと、前記ブロック本体１６に設けられたウォータジャケット部２０とを備え、前記ウォータジャケット部２０のガスケット面１２側が閉塞部材２２により閉塞されている。そして、閉塞部材２２によって閉塞された後、摩擦撹拌接合にて、前記閉塞部材の外周部はブロック本体１６と突き合わせ接合し、前記閉塞部材２２の内周部はブロック本体１６と重ね合わせ接合する。
【解決手段】クローズドデッキ型シリンダブロック１０は、ブロック本体１６と、前記ブロック本体１６に設けられた孔部１４ａ〜１４ｃと、前記ブロック本体１６に設けられたウォータジャケット部２０とを備え、前記ウォータジャケット部２０のガスケット面１２側が閉塞部材２２により閉塞されている。そして、閉塞部材２２によって閉塞された後、摩擦撹拌接合にて、前記閉塞部材の外周部はブロック本体１６と突き合わせ接合し、前記閉塞部材２２の内周部はブロック本体１６と重ね合わせ接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オープンデッキ型シリンダブロックを閉塞部材により閉塞し、該閉塞部材を摩擦撹拌作用によって該シリンダブロック本体に接合して構成されるシリンダブロック及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、ウォータジャケット部のガスケット面側が一体的に閉塞されているクローズドデッキ型シリンダブロックがある。クローズドデッキ型シリンダブロックには、ブロック本体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。一方、体積をさほどに小さくすることができないという難点がある。
【０００３】
そこで、本出願人は特許文献１でこの問題点を克服すべく発明「クローズドデッキ型シリンダブロック及びその製造方法」を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１６４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記特許文献１の発明に関連してなされたものであって、シリンダブロックを構成するウォータジャケット部のガスケット面側を閉塞部材により閉塞して、摩擦撹拌接合する際に、前記閉塞部材の重量と摩擦撹拌接合装置の加圧力を十分に担持し、その結果、良好な接合品質を確保することが可能なクローズドデッキ型シリンダブロック及びその製造方法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】
本願の請求項１で特定される発明は、
孔部が設けられたブロック本体と、
前記ブロック本体に設けられたウォータジャケット部とを備え、
前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット面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であって、
前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット面側は、閉塞部材によって閉塞されており、
前記閉塞部材の外周部は、前記ブロック本体と摩擦撹拌接合にて突き合わせ接合され、前記閉塞部材の内周部は、前記ブロック本体と摩擦撹拌接合にて重ね合わせ接合されていることを特徴とする。
【０００７】
これにより、ブロック本体と閉塞部材とを摩擦撹拌接合する場合に、良好な接合品質を確保できるため、剛性に優れた、しかも、小さな体積のクローズドデッキ型シリンダブロックを構成することができる。
【０００８】
本願の請求項２で特定される発明は、前記ブロック本体のガスケット面側に段差部が設けられ、前記閉塞部材は、前記段差部に突き合わせるように載置されることを特徴とする。
【０００９】
これにより、閉塞部材をブロック本体に接合する際に生じる接合加重を前記段差部で担持することが可能となるため、接合する際に、閉塞部材が重力や摩擦撹拌による加圧力で落ち込むことがなく、良好な接合品質を確保することができる。
【００１０】
本願の請求項３で特定される発明は、前記シリンダブロックが鋳包まれたシリンダスリーブを有することを特徴とする。
【００１１】
これにより、シリンダブロックと閉塞部材とが摩擦撹拌接合されているので、シリンダブロック内のシリンダスリーブをより堅牢に保持することができる。
【００１２】
本願の請求項４で特定される発明は、前記孔部の外周壁の上端が、隣接する孔部の外周壁の上端と一体化されていることを特徴とする。
【００１３】
これにより、閉塞部材の内周部全周をブロック本体に摩擦撹拌接合する際、連続する軌跡で接合することができるために、ブロック本体に閉塞部材を一体化するためのサイクルタイムの短縮が可能となる。
【００１４】
本願の請求項５で特定される発明は、
孔部とウォータジャケット部とを有するブロック本体を鋳造形成する工程と、
前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット面側を閉塞部材にて閉塞する工程と、
前記閉塞部材の外周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに突き合わせ接合する工程と、
前記閉塞部材の内周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに重ね合わせ接合する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１５】
これにより、ブロック本体と閉塞部材との接合において、良好な接合品質を確保できるため、剛性に優れたクローズドデッキ型シリンダブロックを構成することができる。
【００１６】
本願の請求項６で特定される発明は、前記ウォータジャケット部が設けられている前記ブロック本体のガスケット面側に、前記閉塞部材を載置するための段差部を形成する工程をさらに有することを特徴とする。
【００１７】
これにより、前記摩擦撹拌作用による突き合わせ接合を容易に且つ品質良く行うためである。
【００１８】
本願の請求項７で特定される発明は、前記閉塞部材の外周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに突き合わせ接合する工程が、前記外周部の全周を連続する軌跡で接合し、前記閉塞部材の内周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに重ね合わせ接合する工程が、前記内周部の全周を連続する軌跡で接合することを特徴とする。
【００１９】
これにより、前記ブロック本体と閉塞部材との摩擦撹拌接合のサイクルタイムの短縮が達成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、シリンダブロックを構成するブロック本体に形成され、且つ開放されているウォータジャケット部をガスケット面側から閉塞部材で閉塞し、該閉塞部材の外周側とブロック本体とを摩擦撹拌作用によって突き合わせ接合し、しかも、該閉塞部材の内周側とブロック本体とを摩擦撹拌作用によって重ね合わせ接合することにより、剛性に優れ、しかも小型化が一層促進されるとともに、効率的に良好な接合品質のシリンダブロックを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施の形態に係るクローズドデッキ型シリンダブロックの分解斜視図である。
【図２】図１に示すクローズドデッキ型シリンダブロックの要部縦断面図である。
【図３】図２に示すクローズドデッキ型シリンダブロックにおけるガスケット面側からの平面図である。
【図４】図２に示すクローズドデッキ型シリンダブロックを構成するブロック本体の要部縦断面図である。
【図５】図４に示すブロック本体におけるガスケット面側からの平面図である。
【図６】シリンダスリーブの外周壁部を孔部の内周壁部に摩擦撹拌接合にて接合する状態を示す要部縦断面図である。
【図７】閉塞部材の外周部をブロック本体に摩擦撹拌接合にて突き合わせ接合する状態を示す要部縦断面図である。
【図８】図７に示す突き合わせ接合する状態における摩擦撹拌接合用工具の移動方向を説明するガスケット面側からの平面説明図である。
【図９】閉塞部材の内周部をブロック本体に摩擦撹拌接合にて重ね合わせ接合する状態を示す要部縦断面図である。
【図１０】図９に示す重ね合わせ接合する状態における摩擦撹拌接合用工具の移動方向を説明するガスケット面側からの平面説明図である。
【図１１】摩擦撹拌接合する際の接合回数に対する硬度変化を示す特性曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係るクローズドデッキ型シリンダブロックについて、その製造方法との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明に係るクローズドデッキ型シリンダブロック（以下、単にシリンダブロックともいう）１０の斜視説明図であり、図２はシリンダブロック１０の要部縦断面図であるとともに、図３はその上端面であるガスケット面１２側からの平面図である。
【００２４】
シリンダブロック１０は、シリンダスリーブを挿入するための孔部１４ａ〜１４ｃが設けられたアルミニウムからなるブロック本体１６と、該孔部１４ａ〜１４ｃにそれぞれ挿入されたシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃと、該シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃを冷却する冷却水が導入されるウォータジャケット部２０と、該ウォータジャケット部２０のガスケット面１２側を閉塞する閉塞部材２２とを有する。なお、ブロック本体１６の材質によっては、前記孔部１４ａ〜１４ｃにシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃを挿入しなくてもよい。
【００２５】
ブロック本体１６は、例えば、高圧鋳造（以下、ＨＰＤＣと記す）によって成形されるものであって、該ブロック本体１６の前記孔部１４ａ〜１４ｃ近傍には、成形時にシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの一端部が着座する環状段部２４ａ〜２４ｃが設けられる。このため、前記孔部１４ａ〜１４ｃは、環状段部２４ａ〜２４ｃが存在する部位から内径が大きくなっている。図４及び図５に示すように、ブロック本体１６のガスケット面１２側には、閉塞部材２２の外周部の形状に対応し、該閉塞部材２２が載置可能な段差部２６が設けられる。ここで、該段差部２６はＨＰＤＣによって成形後、表面仕上加工され、加工精度が確保された後、前記段差部２６上に閉塞部材２２が載置される。閉塞部材２２はアルミニウム製であって、その側面と下面は、その際に可及的に平滑になるように仕上げ加工しておく。
【００２６】
この場合、シリンダスリーブ用孔部１４ａと１４ｂ、孔部１４ｂと１４ｃの互いに隣接する壁部の厚さＴを可及的に薄くすると良い。シリンダブロック全体としての体積を小さくし、且つ摩擦撹拌接合を効率的に行うためである。
【００２７】
ウォータジャケット部２０は、孔部１４ａ〜１４ｃから所定間隔離間し、且つ該孔部１４ａ〜１４ｃを囲繞するように、ブロック本体１６に設けられる。なお、隣接する孔部１４ａと孔部１４ｂとの外周壁の上端同士は前記孔部１４ａ、１４ｂの軸間の壁部２８ａとして、一体化されており、前記ウォータジャケット部２０は設けられていない。また、隣接する孔部１４ｂと孔部１４ｃとの外周壁の上端同士も、前記孔部１４ｂ、１４ｃの軸間の壁部２８ｂとして一体化され、前記ウォータジャケット部２０は設けられていない。
【００２８】
前記孔部１４ａ〜１４ｃに収装されるシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃは、ハイシリコン系アルミニウムや鋳鉄からなる円筒体である。これらシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃは、孔部１４ａ〜１４ｃに設けられた環状段部２４ａ〜２４ｃにそれぞれ載置されることにより位置決め保持される。そして、内燃機関を構成する図示しないピストンの側周壁部は、このように構成されたシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの内周壁部に摺接する。ここで、前記シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃは、前記環状段部２４ａ〜２４ｃにそれぞれ載置されたときに、前記孔部１４ａ〜１４ｃの上端面と面一となるように形成される。
【００２９】
図３から容易に諒解されるように、閉塞部材２２は、前記孔部１４ａ〜１４ｃに対応した３個の環状部材が直線的に連結された形状で構成され、ブロック本体１６に載置された時、その上面はガスケット面１２と面一となる。そして、前記ガスケット面１２には、図示しないシリンダヘッドとの間でガスケット（図示せず）が載置される。前記閉塞部材２２の外周部は段差部２６の側面に突き合わせ嵌合するように載置されるとともに、該閉塞部材２２の内周部は前記孔部１４ａ〜１４ｃと前記孔部１４ａ〜１４ｃの軸間の壁部２８ａ、２８ｂとのそれぞれの上端面、及びシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃ上に重畳して載置されることによって、ウォータジャケット部２０のガスケット面１２側が閉塞される。このため、閉塞部材２２の外周端面は加工精度を確保すべく、機械加工により加工する必要があるが、該閉塞部材２２の内周端面は、加工精度をさほどに要求されないので精密な機械加工は不要である。結局、閉塞部材の外周端面と内周端面との両者に、機械加工が必要である場合に比して、機械加工工数は半減する。なお、以上のように閉塞部材２２が被蓋される結果、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃが外部に露呈することはない。
【００３０】
以上のような構成において、該ブロック本体１６のガスケット面１２側に載置された閉塞部材２２の外周部と内周部とがそれぞれブロック本体１６と接合される。この接合は、後述するように、摩擦撹拌接合によって行われる。
【００３１】
なお、図２及び図３においては、理解を容易にするために、接合後のブロック本体１６と閉塞部材２２とを境界線にて明示しているが、実際には、該ブロック本体１６と閉塞部材２２とは摩擦撹拌接合によって継目なく接合されている。すなわち、該ブロック本体１６と該閉塞部材２２とは一体的に接合されており、明確な境界線は存在しない。
【００３２】
以下に、本実施の形態に係るシリンダブロック１０の製造方法について説明する。
【００３３】
先ず、ＨＰＤＣによって、図４に示すアルミニウムを原材料とするブロック本体１６を鋳造成形する。
【００３４】
その際、予めブロック本体１６のガスケット面１２側に、閉塞部材２２を載置することができる段差部２６をＨＰＤＣによって成形すべく鋳型を形成しておく。ブロック本体１６を成形した後、前記段差部２６はその側面と表面が機械的に仕上加工される。一方、円筒体形状のシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃを押し出し成形や鋳造成形等によって作製しておき、このシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃを、ブロック本体１６の孔部１４ａ〜１４ｃに挿入する。挿入されたシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの各下端部が環状段部２４ａ〜２４ｃに載置されると、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃと孔部１４ａ〜１４ｃを形成する壁部の上端面とが面一となり、該シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃと孔部１４ａ〜１４ｃを形成する壁部の上端面とは、ブロック本体１６のガスケット面１２から閉塞部材２２の肉厚だけ、内側へ凹んだ形状となる。この場合、前記実施形態に代えて、予め図示しない金型内に前記シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃを配置し、次いで溶湯を金型内に流し込み、該シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃを鋳包むようにしてシリンダのブロック本体１６を形成してもよい。
【００３５】
次いで、孔部１４ａ〜１４ｃを形成するブロック本体１６の内周壁部と、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの外周壁部とを摩擦撹拌接合にて互いに接合する。図６にシリンダスリーブ１８ａの外周壁部を孔部１４ａの内周壁部に摩擦撹拌接合にて接合する状態の要部縦断面図を示す。
【００３６】
図６に示すように、摩擦撹拌接合用工具４０は、円柱状の第１回転体４２と、この第１回転体４２の側周壁部に設けられて該第１回転体４２とは独立して回転可能な円柱状の第２回転体４４と、該第２回転体４４の先端部に設けられたプローブ４６とを有する。本実施の形態においては、第１回転体４２をシリンダスリーブ１８ａの長手方向に沿って挿入し、プローブ４６をシリンダスリーブ１８ａの内周壁部に当接させる。
【００３７】
この状態で第２回転体４４を回転付勢すると、プローブ４６がシリンダスリーブ１８ａの内周壁部に摺接することに伴って摩擦熱が発生し、該内周壁部におけるプローブ４６の当接箇所が軟化する。その結果、プローブ４６の先端部がシリンダスリーブ１８ａと孔部１４ａを構成するブロック本体１６の内周壁部との当接箇所に到達し、該当接箇所においても、シリンダスリーブ１８ａの外周壁部と孔部１４ａを形成するブロック本体１６の内周壁部とが摩擦熱によって軟化する。
【００３８】
そして、第１回転体４２をシリンダスリーブ１８ａの内周壁部に沿って回動動作させると、第２回転体４４もシリンダスリーブ１８ａの内周壁部に沿って周回し、該内周壁部は軟化するに至る。このように軟化した肉は、塑性流動した後にプローブ４６が離間することに伴って孔部１４ａとシリンダスリーブ１８ａが互いに固相接合される。すなわち、シリンダスリーブ１８ａの外周壁部と孔部１４ａを形成するブロック本体１６の内周壁部とが一体的に固相接合される。残余のシリンダスリーブ１８ｂ、１８ｃにおいても同様の作業が行われる。
【００３９】
次に、段差部２６上に閉塞部材２２を載置する。前記のように屈曲する形状の段差部２６の側面と表面とが機械加工によって精密に仕上加工され、前記閉塞部材２２もまたその外周側面と下面を平滑に仕上加工されているので、該段差部２６に閉塞部材２２の外周はぴったりと嵌合するに至る。次いで、該閉塞部材２２とブロック本体１６とを摩擦撹拌接合する。この際、前記段差部２６が、前記閉塞部材２２の重量と摩擦撹拌接合時の加圧力を担持する。
【００４０】
図７は閉塞部材２２の外周部をブロック本体１６に摩擦撹拌にて突き合わせ接合する状態を示す要部縦断面図を示し、図８は前記突き合わせ接合する状態における摩擦撹拌接合用工具５０の移動方向（以下、矢印Ａと記す）を示す。
【００４１】
図７に示すように、閉塞部材２２の外周部をブロック本体１６に摩擦撹拌にて突き合わせ接合する際、前記摩擦撹拌接合用工具４０と同様な構成で、且つ小型の摩擦撹拌接合用工具５０が使用される。この摩擦撹拌接合用工具５０は、回転体５２と、該回転体５２に比して小径で且つ先端が円錐状のプローブ５４とを備える。
【００４２】
この摩擦撹拌接合用工具５０のプローブ５４を、閉塞部材２２の外周部とブロック本体１６のガスケット面１２との任意の突き合わせ位置、例えば、図８に示す点Ｘに当接させ、回転体５２を回転付勢する。この回転付勢に伴って上記と同様にブロック本体１６の肉が塑性流動を起こし、その結果、プローブ５４がブロック本体１６に埋没される。この状態で、図８の矢印Ａに沿って摩擦撹拌接合用工具５０を移動させれば、閉塞部材２２の外周部とブロック本体１６との肉とが摩擦撹拌接合されることに伴い、閉塞部材２２の外周部の全周とブロック本体１６とが接合される。具体的には、点Ｘにて、プローブ５４を埋没させ、矢印Ａに沿って、点Ｘから摩擦撹拌接合を開始し、前記閉塞部材２２の外周部を一周して、すなわち、連続する軌跡でプローブ５４を移動させ、再び点Ｘに至る。前記摩擦撹拌接合終了後、点Ｘでプローブ５４を引き抜く。この間、プローブ５４は閉塞部材２２から何度も埋没させたり、引き抜いたりさせる必要はない。なお、接合開始位置と接合終了位置とは、点Ｘの如く同じ位置でなければならないものではなく、異なる位置でもよい。
【００４３】
図９は、閉塞部材２２の内周部をブロック本体１６に摩擦撹拌にて重ね合わせ接合する状態を示す要部縦断面図を示し、図１０は前記重ね合わせ接合する状態における摩擦撹拌接合用工具５０の移動方向（以下、矢印Ｂと記す）を示す。
【００４４】
図９に示すように、閉塞部材２２の内周部をブロック本体１６に摩擦撹拌にて重ね合わせ接合する際、上記と同様に摩擦撹拌接合用工具５０が使用される。
【００４５】
この摩擦撹拌接合用工具５０のプローブ５４を、閉塞部材２２の内周部とブロック本体１６のガスケット面１２との任意の重ね位置、例えば、図１０に示す点Ｙに圧接させ、回転体５２を回転付勢する。この回転付勢に伴って閉塞部材２２の内周部の肉が塑性流動を起こし、その結果、プローブ５４が閉塞部材２２の内周部に埋没される。この状態で、図１０の矢印Ｂに沿って、摩擦撹拌接合用工具５０を移動させれば、閉塞部材２２の内周部とブロック本体１６との肉とが摩擦撹拌接合されることに伴い、閉塞部材２２の内周部とブロック本体１６とが接合される。ここで、隣接する孔部１４ａと孔部１４ｂとの互いの外周壁の上端が一体化するように設けられているため、前記閉塞部材２２の内周部の全周とブロック本体１６とを連続する軌跡で接合することができる。具体的には、図１０を参照して説明すれば、点Ｙにて、プローブ５４を埋没させ、矢印Ｂに沿って、点Ｙから摩擦撹拌接合を開始し、孔部１４ａの上方を通り、孔部１４ａ、１４ｂの軸間の壁部２８ａを左上方から右下方へ通過し、隣接する孔部１４ｂの下方を通り、孔部１４ｂ、１４ｃの軸間の壁部２８ｂを左下方から右上方へ通過し、隣接する孔部１４ｃの上方を通る。そして、該孔部１４ｃの上方から該孔部１４ｃの下方を通り、該孔部１４ｂ、１４ｃの軸間の壁部２８ｂを右下方から左上方へ通過し、隣接する孔部１４ｂの上方を通った後、該孔部１４ａ、１４ｂの軸間の壁部２８ａを右上方から左下方へ通過し、隣接する孔部１４ａの下方を通り、再び点Ｙに至る。すなわち、前記孔部１４ａ〜１４ｃの軸間の壁部２８ａ、２８ｂは図１０に示す矢印Ｂが交差する箇所Ｃにおいて、２回接合されることになる。前記接合終了後、点Ｙでプローブ５４を引き抜く。なお、接合開始位置と接合終了位置とは、点Ｙの如く同じ位置でもよく、また、異なる位置でもよい。
【００４６】
本実施の形態によれば、閉塞部材２２とブロック本体１６とが摩擦撹拌接合によって一体的に接合されている。具体的には、閉塞部材２２の外周部とブロック本体１６とは突き合わせ接合によって、閉塞部材２２の内周部とブロック本体１６とは重ね合わせ接合によって、それぞれ強固に接合されているので、剛性に優れたシリンダブロック１０を構成することができる。
【００４７】
シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃが、特に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場合、シリンダブロック１０の耐久性を確保することができる。しかも、ブロック本体１６を安価なアルミニウムから構成すれば、シリンダブロック１０の製造コストが上昇することもない。
【００４８】
また、本実施の形態に係るシリンダブロック１０は、閉塞部材２２の外周部と内周部とのそれぞれ全周に対し、連続する軌跡で摩擦撹拌接合をしている。このように一連の連続する軌跡で行うために、プローブ５４をブロック本体１６や閉塞部材２２に何度も埋没させたり、引き抜いたりさせる作業が必要ないため、サイクルタイムの短縮が可能となるとともに、接合品質も一定のものとなる。
【００４９】
さらに、閉塞部材２２の外周部をブロック本体１６に摩擦撹拌接合にて突き合わせ接合する際、前記閉塞部材２２は、段差部２６上に載置されていることにより、該段差部２６が突き合わせ接合時に生じる接合加重と閉塞部材２２自体の重量を受けるため、閉塞部材２２が該突き合わせ接合中に下方向へ落ち込むことなく、容易に良好な接合品質を得ることが可能となる。
【００５０】
しかも、閉塞部材２２の内周部をブロック本体１６に摩擦撹拌接合にて重ね合わせ接合する際、閉塞部材２２により、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃが覆われている。ここで、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃが鋳鉄からなる場合、仮にシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃが外部に露呈しているとすると、摩擦撹拌接合中に、摩擦撹拌接合用工具５０の回転体５２の下端面が、該シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃと干渉することも考えられる。このような場合、摩擦撹拌接合に不具合を生じ、良好な接合品質が得ることが困難となるだけでなく、回転体５２及び摩擦撹拌接合用工具５０に過大な負荷が生じ、回転体５２及び摩擦撹拌接合用工具５０の破損につながるおそれが生じる。
【００５１】
しかしながら、本実施の形態においては、該シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃは外部に露呈することはないため、回転体５２の下端面が該シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃ近傍と干渉することはない。したがって、良好な接合品質を確保できるとともに、回転体５２及び摩擦撹拌接合用工具５０に過大な負荷が生じることなく、回転体５２及び摩擦撹拌接合用工具５０の破損を防止することができる。さらに、前記回転体５２と前記上端面３０ａ〜３０ｃが干渉することがないため、前記上端面３０ａ〜３０ｃが干渉しないように回転体５２の径を孔部１４ａ〜１４ｃの軸間の壁部２８ａ、２８ｂの幅以下に設定する必要がなく、回転体５２の設計自由度を増加させることが可能となる。また、前記回転体５２の下端面と前記上端面３０ａ〜３０ｃとの干渉を避けるために、煩雑な作業が要求されることはない。
【００５２】
さらに、摩擦撹拌接合は同じ箇所に対し、複数回行うことにより該接合箇所の接合硬度が向上する。金属組織の微細化により、該金属組織間の強度が向上したためと理解される。すなわち、摩擦撹拌接合は接合回数による改質効果を有している。本実施の形態に係るシリンダブロック１０の製造方法において、前記孔部１４ａ〜１４ｃの軸間の壁部２８ａ、２８ｂは、矢印Ｂが交差する箇所Ｃにおいて、閉塞部材２２と２回接合されるため、該交差する箇所Ｃにつき接合硬度が向上するに至る。
【００５３】
この改質効果について、アルミニウム合金ダイカスト（例えば、ＡＤＣ１２）からなるワークに対して、摩擦撹拌接合の接合回数に対する硬度変化を示す図１１に基づき、説明する。図１１に示されている点ａはワーク素材自体の平均硬度であり、点ｂはワークに対し摩擦撹拌接合を１回実施した際の平均硬度であり、点ｃはワークに対し摩擦撹拌接合を２回実施した際の平均硬度である。この平均硬度は、１０回測定して得られた測定値の平均値を示す。なお、この摩擦撹拌接合の接合条件は、摩擦撹拌接合用工具のプローブの回転速度が１２００ｒｐｍであり、その移動速度は４００ｍｍ／ｍｉｎであった。
【００５４】
図１１から諒解されるように、平均硬度は点ａ＜点ｂ＜点ｃとなる。よって、摩擦撹拌接合は、接合回数に比例して、硬度が大きくなるという改質効果を有することが諒解されよう。
【００５５】
なお、本実施の形態では、３気筒のシリンダブロック１０を例示して説明したが、気筒数は特にこれに限定されるものではない。例えば、単気筒のシリンダブロックであってもよいし、４気筒のシリンダブロックであってもよい。
【００５６】
そして、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃは、ハイシリコン系アルミニウムや鋳鉄からなるものに特に限定されるものではない。例えば、その他のアルミニウム合金からなるものであってもよい。別の好適な例としては、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなるシリンダスリーブ、すなわち金属基複合材料からなるＭＭＣスリーブやＦＣスリーブ等を挙げることができる。
【００５７】
一方、ブロック本体１６は、アルミニウムからなるものに限定されるものではなく、マグネシウムまたはマグネシウム合金等、他の摩擦撹拌接合可能な素材からなるものであってもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０…クローズドデッキ型シリンダブロック
１２…ガスケット面 １４ａ〜１４ｃ…孔部
１６…ブロック本体 １８ａ〜１８ｃ…シリンダスリーブ
２０…ウォータジャケット部 ２２…閉塞部材
２４ａ〜２４ｃ…環状段部 ２６…段差部
２８ａ、２８ｂ…壁部 ４０、５０…摩擦撹拌接合用工具
４２…第１回転体 ４４…第２回転体
４６、５４…プローブ ５２…回転体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オープンデッキ型シリンダブロックを閉塞部材により閉塞し、該閉塞部材を摩擦撹拌作用によって該シリンダブロック本体に接合して構成されるシリンダブロック及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、ウォータジャケット部のガスケット面側が一体的に閉塞されているクローズドデッキ型シリンダブロックがある。クローズドデッキ型シリンダブロックには、ブロック本体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。一方、体積をさほどに小さくすることができないという難点がある。
【０００３】
そこで、本出願人は特許文献１でこの問題点を克服すべく発明「クローズドデッキ型シリンダブロック及びその製造方法」を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１６４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記特許文献１の発明に関連してなされたものであって、シリンダブロックを構成するウォータジャケット部のガスケット面側を閉塞部材により閉塞して、摩擦撹拌接合する際に、前記閉塞部材の重量と摩擦撹拌接合装置の加圧力を十分に担持し、その結果、良好な接合品質を確保することが可能なクローズドデッキ型シリンダブロック及びその製造方法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】
本願の請求項１で特定される発明は、
孔部が設けられたブロック本体と、
前記ブロック本体に設けられたウォータジャケット部とを備え、
前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット面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であって、
前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット面側は、閉塞部材によって閉塞されており、
前記閉塞部材の外周部は、前記ブロック本体と摩擦撹拌接合にて突き合わせ接合され、前記閉塞部材の内周部は、前記ブロック本体と摩擦撹拌接合にて重ね合わせ接合されていることを特徴とする。
【０００７】
これにより、ブロック本体と閉塞部材とを摩擦撹拌接合する場合に、良好な接合品質を確保できるため、剛性に優れた、しかも、小さな体積のクローズドデッキ型シリンダブロックを構成することができる。
【０００８】
本願の請求項２で特定される発明は、前記ブロック本体のガスケット面側に段差部が設けられ、前記閉塞部材は、前記段差部に突き合わせるように載置されることを特徴とする。
【０００９】
これにより、閉塞部材をブロック本体に接合する際に生じる接合加重を前記段差部で担持することが可能となるため、接合する際に、閉塞部材が重力や摩擦撹拌による加圧力で落ち込むことがなく、良好な接合品質を確保することができる。
【００１０】
本願の請求項３で特定される発明は、前記シリンダブロックが鋳包まれたシリンダスリーブを有することを特徴とする。
【００１１】
これにより、シリンダブロックと閉塞部材とが摩擦撹拌接合されているので、シリンダブロック内のシリンダスリーブをより堅牢に保持することができる。
【００１２】
本願の請求項４で特定される発明は、前記孔部の外周壁の上端が、隣接する孔部の外周壁の上端と一体化されていることを特徴とする。
【００１３】
これにより、閉塞部材の内周部全周をブロック本体に摩擦撹拌接合する際、連続する軌跡で接合することができるために、ブロック本体に閉塞部材を一体化するためのサイクルタイムの短縮が可能となる。
【００１４】
本願の請求項５で特定される発明は、
孔部とウォータジャケット部とを有するブロック本体を鋳造形成する工程と、
前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット面側を閉塞部材にて閉塞する工程と、
前記閉塞部材の外周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに突き合わせ接合する工程と、
前記閉塞部材の内周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに重ね合わせ接合する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１５】
これにより、ブロック本体と閉塞部材との接合において、良好な接合品質を確保できるため、剛性に優れたクローズドデッキ型シリンダブロックを構成することができる。
【００１６】
本願の請求項６で特定される発明は、前記ウォータジャケット部が設けられている前記ブロック本体のガスケット面側に、前記閉塞部材を載置するための段差部を形成する工程をさらに有することを特徴とする。
【００１７】
これにより、前記摩擦撹拌作用による突き合わせ接合を容易に且つ品質良く行うためである。
【００１８】
本願の請求項７で特定される発明は、前記閉塞部材の外周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに突き合わせ接合する工程が、前記外周部の全周を連続する軌跡で接合し、前記閉塞部材の内周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに重ね合わせ接合する工程が、前記内周部の全周を連続する軌跡で接合することを特徴とする。
【００１９】
これにより、前記ブロック本体と閉塞部材との摩擦撹拌接合のサイクルタイムの短縮が達成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、シリンダブロックを構成するブロック本体に形成され、且つ開放されているウォータジャケット部をガスケット面側から閉塞部材で閉塞し、該閉塞部材の外周側とブロック本体とを摩擦撹拌作用によって突き合わせ接合し、しかも、該閉塞部材の内周側とブロック本体とを摩擦撹拌作用によって重ね合わせ接合することにより、剛性に優れ、しかも小型化が一層促進されるとともに、効率的に良好な接合品質のシリンダブロックを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施の形態に係るクローズドデッキ型シリンダブロックの分解斜視図である。
【図２】図１に示すクローズドデッキ型シリンダブロックの要部縦断面図である。
【図３】図２に示すクローズドデッキ型シリンダブロックにおけるガスケット面側からの平面図である。
【図４】図２に示すクローズドデッキ型シリンダブロックを構成するブロック本体の要部縦断面図である。
【図５】図４に示すブロック本体におけるガスケット面側からの平面図である。
【図６】シリンダスリーブの外周壁部を孔部の内周壁部に摩擦撹拌接合にて接合する状態を示す要部縦断面図である。
【図７】閉塞部材の外周部をブロック本体に摩擦撹拌接合にて突き合わせ接合する状態を示す要部縦断面図である。
【図８】図７に示す突き合わせ接合する状態における摩擦撹拌接合用工具の移動方向を説明するガスケット面側からの平面説明図である。
【図９】閉塞部材の内周部をブロック本体に摩擦撹拌接合にて重ね合わせ接合する状態を示す要部縦断面図である。
【図１０】図９に示す重ね合わせ接合する状態における摩擦撹拌接合用工具の移動方向を説明するガスケット面側からの平面説明図である。
【図１１】摩擦撹拌接合する際の接合回数に対する硬度変化を示す特性曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係るクローズドデッキ型シリンダブロックについて、その製造方法との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明に係るクローズドデッキ型シリンダブロック（以下、単にシリンダブロックともいう）１０の斜視説明図であり、図２はシリンダブロック１０の要部縦断面図であるとともに、図３はその上端面であるガスケット面１２側からの平面図である。
【００２４】
シリンダブロック１０は、シリンダスリーブを挿入するための孔部１４ａ〜１４ｃが設けられたアルミニウムからなるブロック本体１６と、該孔部１４ａ〜１４ｃにそれぞれ挿入されたシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃと、該シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃを冷却する冷却水が導入されるウォータジャケット部２０と、該ウォータジャケット部２０のガスケット面１２側を閉塞する閉塞部材２２とを有する。なお、ブロック本体１６の材質によっては、前記孔部１４ａ〜１４ｃにシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃを挿入しなくてもよい。
【００２５】
ブロック本体１６は、例えば、高圧鋳造（以下、ＨＰＤＣと記す）によって成形されるものであって、該ブロック本体１６の前記孔部１４ａ〜１４ｃ近傍には、成形時にシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの一端部が着座する環状段部２４ａ〜２４ｃが設けられる。このため、前記孔部１４ａ〜１４ｃは、環状段部２４ａ〜２４ｃが存在する部位から内径が大きくなっている。図４及び図５に示すように、ブロック本体１６のガスケット面１２側には、閉塞部材２２の外周部の形状に対応し、該閉塞部材２２が載置可能な段差部２６が設けられる。ここで、該段差部２６はＨＰＤＣによって成形後、表面仕上加工され、加工精度が確保された後、前記段差部２６上に閉塞部材２２が載置される。閉塞部材２２はアルミニウム製であって、その側面と下面は、その際に可及的に平滑になるように仕上げ加工しておく。
【００２６】
この場合、シリンダスリーブ用孔部１４ａと１４ｂ、孔部１４ｂと１４ｃの互いに隣接する壁部の厚さＴを可及的に薄くすると良い。シリンダブロック全体としての体積を小さくし、且つ摩擦撹拌接合を効率的に行うためである。
【００２７】
ウォータジャケット部２０は、孔部１４ａ〜１４ｃから所定間隔離間し、且つ該孔部１４ａ〜１４ｃを囲繞するように、ブロック本体１６に設けられる。なお、隣接する孔部１４ａと孔部１４ｂとの外周壁の上端同士は前記孔部１４ａ、１４ｂの軸間の壁部２８ａとして、一体化されており、前記ウォータジャケット部２０は設けられていない。また、隣接する孔部１４ｂと孔部１４ｃとの外周壁の上端同士も、前記孔部１４ｂ、１４ｃの軸間の壁部２８ｂとして一体化され、前記ウォータジャケット部２０は設けられていない。
【００２８】
前記孔部１４ａ〜１４ｃに収装されるシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃは、ハイシリコン系アルミニウムや鋳鉄からなる円筒体である。これらシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃは、孔部１４ａ〜１４ｃに設けられた環状段部２４ａ〜２４ｃにそれぞれ載置されることにより位置決め保持される。そして、内燃機関を構成する図示しないピストンの側周壁部は、このように構成されたシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの内周壁部に摺接する。ここで、前記シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃは、前記環状段部２４ａ〜２４ｃにそれぞれ載置されたときに、前記孔部１４ａ〜１４ｃの上端面と面一となるように形成される。
【００２９】
図３から容易に諒解されるように、閉塞部材２２は、前記孔部１４ａ〜１４ｃに対応した３個の環状部材が直線的に連結された形状で構成され、ブロック本体１６に載置された時、その上面はガスケット面１２と面一となる。そして、前記ガスケット面１２には、図示しないシリンダヘッドとの間でガスケット（図示せず）が載置される。前記閉塞部材２２の外周部は段差部２６の側面に突き合わせ嵌合するように載置されるとともに、該閉塞部材２２の内周部は前記孔部１４ａ〜１４ｃと前記孔部１４ａ〜１４ｃの軸間の壁部２８ａ、２８ｂとのそれぞれの上端面、及びシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃ上に重畳して載置されることによって、ウォータジャケット部２０のガスケット面１２側が閉塞される。このため、閉塞部材２２の外周端面は加工精度を確保すべく、機械加工により加工する必要があるが、該閉塞部材２２の内周端面は、加工精度をさほどに要求されないので精密な機械加工は不要である。結局、閉塞部材の外周端面と内周端面との両者に、機械加工が必要である場合に比して、機械加工工数は半減する。なお、以上のように閉塞部材２２が被蓋される結果、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃが外部に露呈することはない。
【００３０】
以上のような構成において、該ブロック本体１６のガスケット面１２側に載置された閉塞部材２２の外周部と内周部とがそれぞれブロック本体１６と接合される。この接合は、後述するように、摩擦撹拌接合によって行われる。
【００３１】
なお、図２及び図３においては、理解を容易にするために、接合後のブロック本体１６と閉塞部材２２とを境界線にて明示しているが、実際には、該ブロック本体１６と閉塞部材２２とは摩擦撹拌接合によって継目なく接合されている。すなわち、該ブロック本体１６と該閉塞部材２２とは一体的に接合されており、明確な境界線は存在しない。
【００３２】
以下に、本実施の形態に係るシリンダブロック１０の製造方法について説明する。
【００３３】
先ず、ＨＰＤＣによって、図４に示すアルミニウムを原材料とするブロック本体１６を鋳造成形する。
【００３４】
その際、予めブロック本体１６のガスケット面１２側に、閉塞部材２２を載置することができる段差部２６をＨＰＤＣによって成形すべく鋳型を形成しておく。ブロック本体１６を成形した後、前記段差部２６はその側面と表面が機械的に仕上加工される。一方、円筒体形状のシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃを押し出し成形や鋳造成形等によって作製しておき、このシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃを、ブロック本体１６の孔部１４ａ〜１４ｃに挿入する。挿入されたシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの各下端部が環状段部２４ａ〜２４ｃに載置されると、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃと孔部１４ａ〜１４ｃを形成する壁部の上端面とが面一となり、該シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃと孔部１４ａ〜１４ｃを形成する壁部の上端面とは、ブロック本体１６のガスケット面１２から閉塞部材２２の肉厚だけ、内側へ凹んだ形状となる。この場合、前記実施形態に代えて、予め図示しない金型内に前記シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃを配置し、次いで溶湯を金型内に流し込み、該シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃを鋳包むようにしてシリンダのブロック本体１６を形成してもよい。
【００３５】
次いで、孔部１４ａ〜１４ｃを形成するブロック本体１６の内周壁部と、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの外周壁部とを摩擦撹拌接合にて互いに接合する。図６にシリンダスリーブ１８ａの外周壁部を孔部１４ａの内周壁部に摩擦撹拌接合にて接合する状態の要部縦断面図を示す。
【００３６】
図６に示すように、摩擦撹拌接合用工具４０は、円柱状の第１回転体４２と、この第１回転体４２の側周壁部に設けられて該第１回転体４２とは独立して回転可能な円柱状の第２回転体４４と、該第２回転体４４の先端部に設けられたプローブ４６とを有する。本実施の形態においては、第１回転体４２をシリンダスリーブ１８ａの長手方向に沿って挿入し、プローブ４６をシリンダスリーブ１８ａの内周壁部に当接させる。
【００３７】
この状態で第２回転体４４を回転付勢すると、プローブ４６がシリンダスリーブ１８ａの内周壁部に摺接することに伴って摩擦熱が発生し、該内周壁部におけるプローブ４６の当接箇所が軟化する。その結果、プローブ４６の先端部がシリンダスリーブ１８ａと孔部１４ａを構成するブロック本体１６の内周壁部との当接箇所に到達し、該当接箇所においても、シリンダスリーブ１８ａの外周壁部と孔部１４ａを形成するブロック本体１６の内周壁部とが摩擦熱によって軟化する。
【００３８】
そして、第１回転体４２をシリンダスリーブ１８ａの内周壁部に沿って回動動作させると、第２回転体４４もシリンダスリーブ１８ａの内周壁部に沿って周回し、該内周壁部は軟化するに至る。このように軟化した肉は、塑性流動した後にプローブ４６が離間することに伴って孔部１４ａとシリンダスリーブ１８ａが互いに固相接合される。すなわち、シリンダスリーブ１８ａの外周壁部と孔部１４ａを形成するブロック本体１６の内周壁部とが一体的に固相接合される。残余のシリンダスリーブ１８ｂ、１８ｃにおいても同様の作業が行われる。
【００３９】
次に、段差部２６上に閉塞部材２２を載置する。前記のように屈曲する形状の段差部２６の側面と表面とが機械加工によって精密に仕上加工され、前記閉塞部材２２もまたその外周側面と下面を平滑に仕上加工されているので、該段差部２６に閉塞部材２２の外周はぴったりと嵌合するに至る。次いで、該閉塞部材２２とブロック本体１６とを摩擦撹拌接合する。この際、前記段差部２６が、前記閉塞部材２２の重量と摩擦撹拌接合時の加圧力を担持する。
【００４０】
図７は閉塞部材２２の外周部をブロック本体１６に摩擦撹拌にて突き合わせ接合する状態を示す要部縦断面図を示し、図８は前記突き合わせ接合する状態における摩擦撹拌接合用工具５０の移動方向（以下、矢印Ａと記す）を示す。
【００４１】
図７に示すように、閉塞部材２２の外周部をブロック本体１６に摩擦撹拌にて突き合わせ接合する際、前記摩擦撹拌接合用工具４０と同様な構成で、且つ小型の摩擦撹拌接合用工具５０が使用される。この摩擦撹拌接合用工具５０は、回転体５２と、該回転体５２に比して小径で且つ先端が円錐状のプローブ５４とを備える。
【００４２】
この摩擦撹拌接合用工具５０のプローブ５４を、閉塞部材２２の外周部とブロック本体１６のガスケット面１２との任意の突き合わせ位置、例えば、図８に示す点Ｘに当接させ、回転体５２を回転付勢する。この回転付勢に伴って上記と同様にブロック本体１６の肉が塑性流動を起こし、その結果、プローブ５４がブロック本体１６に埋没される。この状態で、図８の矢印Ａに沿って摩擦撹拌接合用工具５０を移動させれば、閉塞部材２２の外周部とブロック本体１６との肉とが摩擦撹拌接合されることに伴い、閉塞部材２２の外周部の全周とブロック本体１６とが接合される。具体的には、点Ｘにて、プローブ５４を埋没させ、矢印Ａに沿って、点Ｘから摩擦撹拌接合を開始し、前記閉塞部材２２の外周部を一周して、すなわち、連続する軌跡でプローブ５４を移動させ、再び点Ｘに至る。前記摩擦撹拌接合終了後、点Ｘでプローブ５４を引き抜く。この間、プローブ５４は閉塞部材２２から何度も埋没させたり、引き抜いたりさせる必要はない。なお、接合開始位置と接合終了位置とは、点Ｘの如く同じ位置でなければならないものではなく、異なる位置でもよい。
【００４３】
図９は、閉塞部材２２の内周部をブロック本体１６に摩擦撹拌にて重ね合わせ接合する状態を示す要部縦断面図を示し、図１０は前記重ね合わせ接合する状態における摩擦撹拌接合用工具５０の移動方向（以下、矢印Ｂと記す）を示す。
【００４４】
図９に示すように、閉塞部材２２の内周部をブロック本体１６に摩擦撹拌にて重ね合わせ接合する際、上記と同様に摩擦撹拌接合用工具５０が使用される。
【００４５】
この摩擦撹拌接合用工具５０のプローブ５４を、閉塞部材２２の内周部とブロック本体１６のガスケット面１２との任意の重ね位置、例えば、図１０に示す点Ｙに圧接させ、回転体５２を回転付勢する。この回転付勢に伴って閉塞部材２２の内周部の肉が塑性流動を起こし、その結果、プローブ５４が閉塞部材２２の内周部に埋没される。この状態で、図１０の矢印Ｂに沿って、摩擦撹拌接合用工具５０を移動させれば、閉塞部材２２の内周部とブロック本体１６との肉とが摩擦撹拌接合されることに伴い、閉塞部材２２の内周部とブロック本体１６とが接合される。ここで、隣接する孔部１４ａと孔部１４ｂとの互いの外周壁の上端が一体化するように設けられているため、前記閉塞部材２２の内周部の全周とブロック本体１６とを連続する軌跡で接合することができる。具体的には、図１０を参照して説明すれば、点Ｙにて、プローブ５４を埋没させ、矢印Ｂに沿って、点Ｙから摩擦撹拌接合を開始し、孔部１４ａの上方を通り、孔部１４ａ、１４ｂの軸間の壁部２８ａを左上方から右下方へ通過し、隣接する孔部１４ｂの下方を通り、孔部１４ｂ、１４ｃの軸間の壁部２８ｂを左下方から右上方へ通過し、隣接する孔部１４ｃの上方を通る。そして、該孔部１４ｃの上方から該孔部１４ｃの下方を通り、該孔部１４ｂ、１４ｃの軸間の壁部２８ｂを右下方から左上方へ通過し、隣接する孔部１４ｂの上方を通った後、該孔部１４ａ、１４ｂの軸間の壁部２８ａを右上方から左下方へ通過し、隣接する孔部１４ａの下方を通り、再び点Ｙに至る。すなわち、前記孔部１４ａ〜１４ｃの軸間の壁部２８ａ、２８ｂは図１０に示す矢印Ｂが交差する箇所Ｃにおいて、２回接合されることになる。前記接合終了後、点Ｙでプローブ５４を引き抜く。なお、接合開始位置と接合終了位置とは、点Ｙの如く同じ位置でもよく、また、異なる位置でもよい。
【００４６】
本実施の形態によれば、閉塞部材２２とブロック本体１６とが摩擦撹拌接合によって一体的に接合されている。具体的には、閉塞部材２２の外周部とブロック本体１６とは突き合わせ接合によって、閉塞部材２２の内周部とブロック本体１６とは重ね合わせ接合によって、それぞれ強固に接合されているので、剛性に優れたシリンダブロック１０を構成することができる。
【００４７】
シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃが、特に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場合、シリンダブロック１０の耐久性を確保することができる。しかも、ブロック本体１６を安価なアルミニウムから構成すれば、シリンダブロック１０の製造コストが上昇することもない。
【００４８】
また、本実施の形態に係るシリンダブロック１０は、閉塞部材２２の外周部と内周部とのそれぞれ全周に対し、連続する軌跡で摩擦撹拌接合をしている。このように一連の連続する軌跡で行うために、プローブ５４をブロック本体１６や閉塞部材２２に何度も埋没させたり、引き抜いたりさせる作業が必要ないため、サイクルタイムの短縮が可能となるとともに、接合品質も一定のものとなる。
【００４９】
さらに、閉塞部材２２の外周部をブロック本体１６に摩擦撹拌接合にて突き合わせ接合する際、前記閉塞部材２２は、段差部２６上に載置されていることにより、該段差部２６が突き合わせ接合時に生じる接合加重と閉塞部材２２自体の重量を受けるため、閉塞部材２２が該突き合わせ接合中に下方向へ落ち込むことなく、容易に良好な接合品質を得ることが可能となる。
【００５０】
しかも、閉塞部材２２の内周部をブロック本体１６に摩擦撹拌接合にて重ね合わせ接合する際、閉塞部材２２により、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃが覆われている。ここで、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃが鋳鉄からなる場合、仮にシリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃが外部に露呈しているとすると、摩擦撹拌接合中に、摩擦撹拌接合用工具５０の回転体５２の下端面が、該シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃと干渉することも考えられる。このような場合、摩擦撹拌接合に不具合を生じ、良好な接合品質が得ることが困難となるだけでなく、回転体５２及び摩擦撹拌接合用工具５０に過大な負荷が生じ、回転体５２及び摩擦撹拌接合用工具５０の破損につながるおそれが生じる。
【００５１】
しかしながら、本実施の形態においては、該シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃは外部に露呈することはないため、回転体５２の下端面が該シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃの上端面３０ａ〜３０ｃ近傍と干渉することはない。したがって、良好な接合品質を確保できるとともに、回転体５２及び摩擦撹拌接合用工具５０に過大な負荷が生じることなく、回転体５２及び摩擦撹拌接合用工具５０の破損を防止することができる。さらに、前記回転体５２と前記上端面３０ａ〜３０ｃが干渉することがないため、前記上端面３０ａ〜３０ｃが干渉しないように回転体５２の径を孔部１４ａ〜１４ｃの軸間の壁部２８ａ、２８ｂの幅以下に設定する必要がなく、回転体５２の設計自由度を増加させることが可能となる。また、前記回転体５２の下端面と前記上端面３０ａ〜３０ｃとの干渉を避けるために、煩雑な作業が要求されることはない。
【００５２】
さらに、摩擦撹拌接合は同じ箇所に対し、複数回行うことにより該接合箇所の接合硬度が向上する。金属組織の微細化により、該金属組織間の強度が向上したためと理解される。すなわち、摩擦撹拌接合は接合回数による改質効果を有している。本実施の形態に係るシリンダブロック１０の製造方法において、前記孔部１４ａ〜１４ｃの軸間の壁部２８ａ、２８ｂは、矢印Ｂが交差する箇所Ｃにおいて、閉塞部材２２と２回接合されるため、該交差する箇所Ｃにつき接合硬度が向上するに至る。
【００５３】
この改質効果について、アルミニウム合金ダイカスト（例えば、ＡＤＣ１２）からなるワークに対して、摩擦撹拌接合の接合回数に対する硬度変化を示す図１１に基づき、説明する。図１１に示されている点ａはワーク素材自体の平均硬度であり、点ｂはワークに対し摩擦撹拌接合を１回実施した際の平均硬度であり、点ｃはワークに対し摩擦撹拌接合を２回実施した際の平均硬度である。この平均硬度は、１０回測定して得られた測定値の平均値を示す。なお、この摩擦撹拌接合の接合条件は、摩擦撹拌接合用工具のプローブの回転速度が１２００ｒｐｍであり、その移動速度は４００ｍｍ／ｍｉｎであった。
【００５４】
図１１から諒解されるように、平均硬度は点ａ＜点ｂ＜点ｃとなる。よって、摩擦撹拌接合は、接合回数に比例して、硬度が大きくなるという改質効果を有することが諒解されよう。
【００５５】
なお、本実施の形態では、３気筒のシリンダブロック１０を例示して説明したが、気筒数は特にこれに限定されるものではない。例えば、単気筒のシリンダブロックであってもよいし、４気筒のシリンダブロックであってもよい。
【００５６】
そして、シリンダスリーブ１８ａ〜１８ｃは、ハイシリコン系アルミニウムや鋳鉄からなるものに特に限定されるものではない。例えば、その他のアルミニウム合金からなるものであってもよい。別の好適な例としては、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなるシリンダスリーブ、すなわち金属基複合材料からなるＭＭＣスリーブやＦＣスリーブ等を挙げることができる。
【００５７】
一方、ブロック本体１６は、アルミニウムからなるものに限定されるものではなく、マグネシウムまたはマグネシウム合金等、他の摩擦撹拌接合可能な素材からなるものであってもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０…クローズドデッキ型シリンダブロック
１２…ガスケット面 １４ａ〜１４ｃ…孔部
１６…ブロック本体 １８ａ〜１８ｃ…シリンダスリーブ
２０…ウォータジャケット部 ２２…閉塞部材
２４ａ〜２４ｃ…環状段部 ２６…段差部
２８ａ、２８ｂ…壁部 ４０、５０…摩擦撹拌接合用工具
４２…第１回転体 ４４…第２回転体
４６、５４…プローブ ５２…回転体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔部が設けられたブロック本体と、
前記ブロック本体に設けられたウォータジャケット部とを備え、
前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット面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であって、
前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット面側は、閉塞部材によって閉塞されており、
前記閉塞部材の外周部は、前記ブロック本体と摩擦撹拌接合にて突き合わせ接合され、前記閉塞部材の内周部は、前記ブロック本体と摩擦撹拌接合にて重ね合わせ接合されていることを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロック。
【請求項２】
請求項１記載のクローズドデッキ型シリンダブロックにおいて、
前記ブロック本体のガスケット面側に段差部が設けられ、前記閉塞部材は、前記段差部に突き合わせるように載置されることを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロック。
【請求項３】
請求項１又は２記載のクローズドデッキ型シリンダブロックにおいて、
前記シリンダブロックが鋳包まれたシリンダスリーブを有することを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロック。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のクローズドデッキ型シリンダブロックにおいて、
前記孔部の外周壁の上端が、隣接する孔部の外周壁の上端と一体化されていることを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロック。
【請求項５】
孔部とウォータジャケット部とを有するブロック本体を鋳造形成する工程と、
前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット側を閉塞部材にて閉塞する工程と、
前記閉塞部材の外周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに突き合わせ接合する工程と、
前記閉塞部材の内周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに重ね合わせ接合する工程と、
を有することを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法において、
前記ウォータジャケット部が設けられている前記ブロック本体のガスケット面側に、前記閉塞部材を載置するための段差部を形成する工程をさらに有することを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載のクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法において、
前記閉塞部材の外周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに突き合わせ接合する工程が、前記外周部全周を連続する軌跡で接合し、
前記閉塞部材の内周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに重ね合わせ接合する工程は、前記内周部全周を連続する軌跡で接合することを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法。
【請求項１】
孔部が設けられたブロック本体と、
前記ブロック本体に設けられたウォータジャケット部とを備え、
前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット面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であって、
前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット面側は、閉塞部材によって閉塞されており、
前記閉塞部材の外周部は、前記ブロック本体と摩擦撹拌接合にて突き合わせ接合され、前記閉塞部材の内周部は、前記ブロック本体と摩擦撹拌接合にて重ね合わせ接合されていることを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロック。
【請求項２】
請求項１記載のクローズドデッキ型シリンダブロックにおいて、
前記ブロック本体のガスケット面側に段差部が設けられ、前記閉塞部材は、前記段差部に突き合わせるように載置されることを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロック。
【請求項３】
請求項１又は２記載のクローズドデッキ型シリンダブロックにおいて、
前記シリンダブロックが鋳包まれたシリンダスリーブを有することを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロック。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のクローズドデッキ型シリンダブロックにおいて、
前記孔部の外周壁の上端が、隣接する孔部の外周壁の上端と一体化されていることを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロック。
【請求項５】
孔部とウォータジャケット部とを有するブロック本体を鋳造形成する工程と、
前記ウォータジャケット部の前記ブロック本体におけるガスケット側を閉塞部材にて閉塞する工程と、
前記閉塞部材の外周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに突き合わせ接合する工程と、
前記閉塞部材の内周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに重ね合わせ接合する工程と、
を有することを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法において、
前記ウォータジャケット部が設けられている前記ブロック本体のガスケット面側に、前記閉塞部材を載置するための段差部を形成する工程をさらに有することを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載のクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法において、
前記閉塞部材の外周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに突き合わせ接合する工程が、前記外周部全周を連続する軌跡で接合し、
前記閉塞部材の内周部と前記ブロック本体とを摩擦撹拌作用によって互いに重ね合わせ接合する工程は、前記内周部全周を連続する軌跡で接合することを特徴とするクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２０３３９５（Ｐ２０１０−２０３３９５Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２００８（Ｐ２００９−５２００８）
【出願日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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