JP2002205160A - 繊維強化軽金属製シリンダライナを鋳込んだシリンダブロックの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繊維強化軽金属製シリンダライナを鋳込んだ
内燃機関のシリンダブロックの製造方法を提供する。 【解決手段】 少なくとも内外２層からなる粒子分散型
または粒子非分散型繊維強化軽金属製シリンダライナ用
繊維予備成形体を成形する工程と、該繊維強化軽金属製
シリンダライナ用繊維予備成形を軽金属で鋳込んでシリ
ンダブロックを鋳造する工程と、該シリンダブロックに
鋳込まれた前記繊維強化軽金属製シリンダライナの内周
部にホーニング研削加工を施す工程とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、繊維強化軽金属
製シリンダライナを鋳込んだ内燃機関のシリンダブロッ
クの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の繊維強化軽金属製シリンダラ
イナを鋳込んだ軽金属製シリンダブロックを製造するの
に、従来では、まず、バインダーを水に混入した分散媒
中にアルミナ繊維、炭素繊維等の１種類または２種類以
上の強化繊維を解繊してスラリー状液を用意し、中空円
筒形に形成された多孔質のシエル、具体的には、中空円
筒形素焼状セラミックス製シエルあるいは中空円筒形網
状シエルを前記スラリ状液に接触または浸漬させた状態
で、該多孔質中空円筒形シエル内のスラリー状液の液成
分を吸引し、該多孔質中空円筒形シエルの外周面上に強
化繊維層を積層し、これを乾燥させてから、該多孔質中
空円筒形シエルから該乾燥強化繊維層を外し、これを焼
成して、シリンダライナ繊維予備成形体すなわちシリン
ダライナプリフォームを製造した。

【０００３】そして、特開昭６２−８９５６５号公報の
第１図に図示するように、前記シリンダライナ繊維予備
成形体を、下金型内で上下に進退可能に設けられた芯金
に嵌装し、この下金型と上金型とで囲まれた空間内に溶
融金属を加圧注入して、中空円筒形の繊維強化軽金属製
シリンダライナを製造した。

【０００４】次に、シリンダブロックの上型または下型
に設けられた芯型に前記繊維強化軽金属製シリンダライ
ナを嵌装した後、前記上型および下型で形成された鋳型
空間内に溶融軽金属を注湯し、冷却後に、前記芯型、上
型および下型を離型することによって、繊維強化軽金属
製シリンダライナを鋳込んだ軽金属製シリンダブロック
を製造していた。

【０００５】

【解決しようとする課題】このようにして鋳造された繊
維強化軽金属製シリンダライナおよび軽金属製シリンダ
ブロックから金型をそれぞれ離型する際に、繊維強化軽
金属製シリンダライナの内周面に露出した強化繊維に芯
型表面が強く擦られ、芯型の摩耗劣化が著しい不具合が
あった。

【０００６】また、シリンダブロック鋳造後に、シリン
ダライナの内周面をホーニング加工する際に、硬度、剛
性の高い強化繊維に刃具の刃先が接触し、刃具の寿命が
短い欠点があった。

【０００７】そして、繊維予備成形体の強化繊維層が一
層であり、所定の寸法精度の内径のシリンダ孔を形成す
るために、高価な強化繊維が加工の際に無駄に除去さ
れ、コスト高の要因となっていた。

【０００８】

【課題を解決するための手段および効果】本願発明は、
このような難点を克服したシリンダブロックの製造方法
の改良に係り、請求項１記載の発明は、内燃機関のシリ
ンダブロックの製造方法であって、少なくとも内外２層
のうち内層が切削容易な素材からなる粒子分散型または
粒子非分散型繊維強化軽金属製シリンダライナ用の繊維
予備成形体を成形する工程と、該繊維強化軽金属製シリ
ンダライナをシリンダブロックの軽金属で鋳込んでシリ
ンダブロックを鋳造する工程と、該シリンダブロックに
鋳込まれた前記繊維強化軽金属製シリンダライナの内周
部にホーニング研削加工を施し、前記内層部をすべて除
去する工程とからなることを特徴とするものである。

【０００９】請求項１記載の発明では、繊維強化軽金属
製シリンダライナ用繊維予備成形体の粒子分散型または
粒子非分散型強化繊維層の内、内側の繊維層が軟質で切
削性に優れたものであるので、前記繊維予備成形体に軽
金属を鋳込んで鋳造された繊維強化軽金属製シリンダラ
イナの金型を離型する際と、該繊維強化軽金属製シリン
ダライナを鋳込んで鋳造されたシリンダブロックから金
型を離型する際に、前記繊維強化軽金属製シリンダライ
ナの内周面に接した芯型の抜型抵抗が低下し、外側の繊
維層中の硬度・剛性の高い強化繊維で前記芯型の外側面
が強く擦られないため、該芯型の寿命が延び、かつ、前
記繊維強化軽金属製シリンダライナのホーニング加工に
用いられる刃具の寿命も延びる。

【００１０】そして、前記内側の繊維層中の強化繊維が
短くまたは機械的強度の面で比較的低質のものであれ
ば、ホーニング加工の際に除去される強化繊維が安価で
あることから、高品質で高価な外側強化繊維がシリンダ
ライナ中に大部分残存して、シリンダライナ性能が高水
準に維持されつつ、大巾なコストダウンが可能となる。
しかもシリンダブロックのマトリックス軽金属よりも、
耐熱性、耐摩擦性および摺動性が優れ、かつ高強度の軽
金属を、繊維強化アルミニウム合金製シリンダライナの
マトリックス軽金属に用いれば、燃焼温度の上昇、耐久
性の増大、機械的摩擦損失の低下等の内燃機関の性能向
上が可能となる。

【００１１】また、請求項１記載のような製造方法で繊
維強化軽金属製シリンダライナ用プリフォームにシリン
ダブロックの軽金属と同一または異なる成分の軽金属を
鋳込んで繊維強化軽金属製シリンダライナを鋳造する工
程を追加することでシリンダライナの鋳込み性を一層向
上することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図１ないし図４に図示され
た本出願の請求項１記載の発明の一実施の形態である第
１実施例について説明する。

【００１３】 まず、繊維強化軽金属製シリンダライ
ナ用繊維予備成形体（以下これをシリンダライナプリフ
ォーム１と称す）は、内外２層の内側アルミナ繊維層２
と外側アルミナ・炭素繊維層３からなり、図１に図示さ
れる工程で予備成形される。

【００１４】内側繊維層の形成では、繊維径が約７μｍ
のピッチ系炭素繊維をプレスにより液中で１００μｍの
長さに短く切り揃え、アルミナ繊維を相互に結合するバ
インダを溶解した水溶液に、前記アルミナ繊維を解繊し
て、スラリー状液を用意し、図２の（ａ）に図示された
素焼状多孔質の中空円筒形セラミックス製シエル４を前
記スラリー状液表面に接触し、または該スラリー状液中
に浸漬し、この状態で、前記中空円筒形セラミックス製
シエル４の内部から、該中空円筒形セラミックシエル４
の一側方のパイプ４ａを介して前記スラリー状液を吸引
し、該中空円筒形セラミックス製シエル４の外周面４ｂ
上に内側アルミナ繊維を積層し、この積層アルミナ繊維
層を加圧して、図２の（ｂ）に図示された厚さ１〜１．
５ｍｍの内側アルミナ繊維層２を形成する。

【００１５】前記内側アルミナ解繊工程と並行して、繊
維径が約３μｍのシリカ分の少ない靭性に富み強度の高
い多結晶質アルミナ連続繊維をプレスにより１００μｍ
の長さに短かく切り揃えるとともに、繊維径約７μｍの
自己潤滑性に富み強度の高い炭素繊維をプレスにより液
中で長さ約１００μｍの長さに短く切り揃え、前記した
と同様なバインダを溶解した水溶液に前記アルミナ・炭
素繊維を解繊してスラリー状液を用意する。

【００１６】そして、周面上に内側アルミナ繊維層２を
形成した前記中空円筒形セラミックス製シエル４を、ア
ルミナ・炭素繊維解繊スラリー状液中に浸漬し、前記し
たと同様に、該シエル４内のスラリー状液を吸引し、該
シエル４の外周面４ｂ上の内側繊維層２の外側に前記ア
ルミナ・炭素繊維をさらに積層し、この積層アルミナ繊
維層を加圧して、図２の（ｃ）に図示された厚さ３〜
２．５ｍｍの外側アルミナ・炭素繊維層３を形成する。

【００１７】この内側アルミナ繊維層２および外側アル
ミナ・炭素繊維層３を乾燥した後、一体的に積層された
内側アルミナ繊維層２および外側アルミナ・炭素繊維層
３よりなるシリンダライナプリフォーム１を中空円筒形
セラミックス製シエル４から外し、一体的に積層された
内側アルミナ繊維層２および外側アルミナ・炭素繊維層
３を焼成すれば、厚さ約４ｍｍのシリンダライナプリフ
ォーム１を予備成形することができる。

【００１８】 前記シリンダライナプリフォーム１を
用い、加圧鋳造法により、シリンダブロックのマトリッ
クス軽金属（ＡＤＣ１０，１２）よりも耐熱性、耐摩擦
性および摺動性が優れ、かつ高強度の軽金属の１種であ
るアルミニウム合金、例えばＡＤＣ１４（Ｓｉ，Ｃｕ，
Ｍｇの量が大）を複合強化して、図３に図示される厚さ
０．６〜１．０５ｍｍの内側アルミナ繊維強化金属層６
と厚さ１．８〜１．７５ｍｍの外側アルミナ・炭素繊維
強化金属層７よりなる厚さ２．４〜２．８ｍｍの繊維強
化アルミニウム合金製シリンダライナ５を作成する。

【００１９】 このように作成された繊維強化アルミ
ニウム合金製シリンダライナ５を図示されないシリンダ
ブロック用金型に装入し、繊維強化アルミニウム合金製
シリンダライナ５のマトリックス金属のアルミニウム合
金と同一または異なった成分の軽合金（ＡＤＣ１０，１
２）の溶湯をＨＰＤＣ（高圧ダイキャスト鋳造法）によ
り前記シリンダブロック用金型に充填し、図４に図示の
シリンダブロック８を鋳造する。

【００２０】 図４に図示されたシリンダブロック８
における繊維強化アルミニウム合金製シリンダライナ５
にホーニング研削加工を施す。

【００２１】前記実施例は前述したような製造方法でシ
リンダブロック８を鋳造したため、鋳造後のシリンダブ
ロック８の繊維強化アルミニウム合金製シリンダライナ
５内から図示されない芯型を抜く際に、脆い多結晶質ア
ルミナ繊維を含有する内側アルミナ繊維強化金属層６が
該芯型に接しているため、抜型抵抗が小さく、該芯型の
寿命が延びる。

【００２２】また、繊維強化アルミニウム合金製シリン
ダライナ５のホーニング研削加工の際には、刃具は内側
アルミナ繊維強化金属層６中の脆い多結晶質アルミナ繊
維をまず多く削り落とすことになるため、刃具の寿命が
長くなる。

【００２３】さらに、内側アルミナ繊維強化金属層６の
強化繊維は、シリカ分を多く含有する安価な多結晶質ア
ルミナ短繊維を原料とし、そのすべてが繊維強化アルミ
ニウム合金製シリンダライナ５の強度に寄与せずにホー
ニング研削加工で削除されるため、繊維強化アルミニウ
ム合金製シリンダライナ５の摺動性、耐磨耗性、強度の
低下を伴なわずに、原材料費が低下し、前記した芯型お
よび刃具の長寿命化と合せて、大巾なコストダウンが可
能となる。

【００２４】さらにまた、完成されたシリンダブロック
８の繊維強化アルミニウム合金製シリンダライナ５で
は、耐熱性、耐磨耗性、摺動性、高強度の強化繊維より
なる外側アルミナ・炭素繊維強化金属層７が、内側より
も大きな割合で占めているため、内燃機関の性能が高
い。

【００２５】前記した実施例では、予備成形されたシリ
ンダライナプリフォーム１にシリンダブロック８の軽金
属と同一または異なる成分の軽金属を鋳込んで繊維強化
アルミニウム合金製シリンダライナ５を鋳造し、この繊
維強化アルミニウム合金製シリンダライナ５をシリンダ
ブロック８の金型内に装入して、シリンダブロック８を
鋳造し、２段階の鋳造でシリンダブロック８を製造した
が、シリンダライナプリフォーム１をシリンダブロック
８の金型内に装入して、シリンダライナプリフォーム１
に軽金属を鋳込んでシリンダブロック８を１段階で鋳造
してもよい。

【００２６】また、前記した実施例では、金属強化部材
がアルミナ繊維や炭素繊維等の強化繊維のみであった
が、この強化繊維の外に、アルミナ繊維粉および炭素繊
維粉、ＢＮ粒子や、窒化硅素粉、ＳｉＣウイスカー、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂粒子等を混入してもよい。

【００２７】さらに、前記、実施例では、繊維強化アル
ミニウム合金製シリンダライナ５は内外２層の内側アル
ミナ繊維強化金属層６および外側アルミナ・炭素繊維強
化金属層７で構成されたが、必要応じ３層以上の繊維強
化金属層で繊維強化アルミニウム合金製シリンダライナ
５を構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明の一実施例のシリンダライナプリフ
ォームの製造工程を図解して示した説明図である。

【図２】 中空円筒形セラミックス製シエルとこの中空
円筒形セラミックス製シエル上に順次内側アルミナ繊維
層および外側アルミナ・炭素繊維層を積層した状態を示
した斜視図である。

【図３】 繊維強化アルミニウム合金製シリンダライナ
の斜視図である。

【図４】 シリンダブロックの縦断正面図である。

【符号の説明】

１…シリンダライナプリフォーム、２…内側アルミナ繊
維層、３…外側アルミナ・炭素繊維層、４…中空円筒形
セラミックス製シエル、５…繊維強化アルミニウム合金
製シリンダライナ、６…内側アルミナ繊維強化金属層、
７…外側アルミナ・炭素繊維強化金属層、８…シリンダ
ブロック。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のシリンダブロックの製造方法
   であって、 少なくとも内外２層のうち内層が切削容易な素材からな
   る粒子分散型または粒子非分散型繊維強化軽金属製シリ
   ンダライナ用予備成形体を成形する工程と、 該繊維強化軽金属製シリンダライナ用予備成形を軽金属
   で鋳込んでシリンダブロックを鋳造する工程と、 該シリンダブロックに鋳込まれた前記繊維強化軽金属製
   シリンダライナの内周部にホーニング研削加工を施し、
   前記内層部をすべて除去する工程とからなることを特徴
   とするシリンダブロックの製造方法。