JP2003053508A - 熱伝導円筒部材およびその製造方法ならびに熱伝導円筒部材を用いたアルミニウム合金製エンジン - Google Patents
熱伝導円筒部材およびその製造方法ならびに熱伝導円筒部材を用いたアルミニウム合金製エンジンInfo
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- JP2003053508A JP2003053508A JP2001245887A JP2001245887A JP2003053508A JP 2003053508 A JP2003053508 A JP 2003053508A JP 2001245887 A JP2001245887 A JP 2001245887A JP 2001245887 A JP2001245887 A JP 2001245887A JP 2003053508 A JP2003053508 A JP 2003053508A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アルミニウム合金との界面における温度ギャ
ップを少なく抑えて、熱伝達性を格段に向上させる。 【解決手段】 アルミニウム合金の鋳込み時にインサー
トされる鉄を主体とする熱伝導円筒部材であって、円筒
部材本体１ａの外周部に対して、例えば、２００℃以上
でかつ６００℃以下の低融点材料からなる粒径５０μｍ
以下の微粒子をショットピーニングにより吹き付けて、
円筒部材本体１ａの外周部に０．３μｍ以上でかつ１０
０μｍ以下の膜３を冶金的に接合した状態で形成した。
ップを少なく抑えて、熱伝達性を格段に向上させる。 【解決手段】 アルミニウム合金の鋳込み時にインサー
トされる鉄を主体とする熱伝導円筒部材であって、円筒
部材本体１ａの外周部に対して、例えば、２００℃以上
でかつ６００℃以下の低融点材料からなる粒径５０μｍ
以下の微粒子をショットピーニングにより吹き付けて、
円筒部材本体１ａの外周部に０．３μｍ以上でかつ１０
０μｍ以下の膜３を冶金的に接合した状態で形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、自動車用
エンジンにおけるシリンダブロックのライナのように、
耐摩耗性および熱伝達性が要求される部位に設置される
熱伝導円筒部材(円環部材も含む)およびその製造方法な
らびに熱伝導円筒部材を用いたアルミニウム合金製エン
ジンに関するものである。
エンジンにおけるシリンダブロックのライナのように、
耐摩耗性および熱伝達性が要求される部位に設置される
熱伝導円筒部材(円環部材も含む)およびその製造方法な
らびに熱伝導円筒部材を用いたアルミニウム合金製エン
ジンに関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】軽量化を目的として近
年に採用が進んでいるアルミニウム合金製エンジンにお
いて、すなわち、シリンダブロック鋳造時にボア部に鋳
鉄製ライナをインサートしてなるアルミニウム合金製エ
ンジンにおいて、熱伝達性を阻害するシリンダブロック
とライナとの間の空隙をなくすために、ライナの外周面
に、溝や凹凸を形成してアンカー効果を高めようとする
と、いずれの場合も両者の界面における接触状況を改善
することはできるものの、金属表面の酸化膜や付着した
不純物などを除去するまでには至らず、界面に３０℃〜
５０℃の温度ギャップが残存するという測定結果から
も、熱伝達率が向上するとは言えないという問題があっ
た。
年に採用が進んでいるアルミニウム合金製エンジンにお
いて、すなわち、シリンダブロック鋳造時にボア部に鋳
鉄製ライナをインサートしてなるアルミニウム合金製エ
ンジンにおいて、熱伝達性を阻害するシリンダブロック
とライナとの間の空隙をなくすために、ライナの外周面
に、溝や凹凸を形成してアンカー効果を高めようとする
と、いずれの場合も両者の界面における接触状況を改善
することはできるものの、金属表面の酸化膜や付着した
不純物などを除去するまでには至らず、界面に３０℃〜
５０℃の温度ギャップが残存するという測定結果から
も、熱伝達率が向上するとは言えないという問題があっ
た。
【０００３】一方、ライナの外周面に、めっきや溶射に
よって膜を形成することでアンカー効果を高めようとす
ると、溝や凹凸を形成する場合と同様に、金属表面の酸
化膜や付着した不純物などが残ってしまい、このライナ
をアルミニウム合金で鋳ぐるんだとしても、界面に２５
℃〜３５℃の温度ギャップが残存してしまうという問題
があり、これらの問題を解決することが従来の課題とな
っていた。
よって膜を形成することでアンカー効果を高めようとす
ると、溝や凹凸を形成する場合と同様に、金属表面の酸
化膜や付着した不純物などが残ってしまい、このライナ
をアルミニウム合金で鋳ぐるんだとしても、界面に２５
℃〜３５℃の温度ギャップが残存してしまうという問題
があり、これらの問題を解決することが従来の課題とな
っていた。
【０００４】
【発明の目的】本発明は、上記した従来の課題に着目し
てなされたもので、アルミニウム合金との界面における
温度ギャップを少なく抑えて、熱伝達性を格段に向上さ
せることが可能である熱伝導円筒部材およびその製造方
法ならびに熱伝導円筒部材を用いたアルミニウム合金製
エンジンを提供することを目的としている。
てなされたもので、アルミニウム合金との界面における
温度ギャップを少なく抑えて、熱伝達性を格段に向上さ
せることが可能である熱伝導円筒部材およびその製造方
法ならびに熱伝導円筒部材を用いたアルミニウム合金製
エンジンを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】これまでの解析結果か
ら、熱伝導円筒部材(熱伝導円環部材も含む)の外周部に
冶金的な膜を形成する方法およびその膜がアルミニウム
合金の鋳造時に溶融または反応する方法を両立させるこ
とで、アルミニウム合金と熱伝導円筒部材とを冶金的に
接合し得ることを見出した。
ら、熱伝導円筒部材(熱伝導円環部材も含む)の外周部に
冶金的な膜を形成する方法およびその膜がアルミニウム
合金の鋳造時に溶融または反応する方法を両立させるこ
とで、アルミニウム合金と熱伝導円筒部材とを冶金的に
接合し得ることを見出した。
【０００６】そこで、アルミニウム合金と熱伝導円筒部
材との界面を冶金的に接合するために、あらかじめ円筒
部材本体の外周部に冶金的に接合された膜があることを
規定し、この膜がインサート時に溶融してアルミニウム
合金と熱伝導円筒部材との界面が酸化膜などの断熱的な
要素を含まずに接合されることとし、この際、膜の融点
は、インサート時に溶融することが必須であるため、ア
ルミニウム合金の鋳造時温度が６００℃超であることを
考慮して、上限を６００℃以下とし、例えば、この熱伝
導円筒部材を内燃機関に用いる場合には、運転時の温度
が２５０℃程度になる部位があることを考慮して、運転
時に界面における強度の低下を招くことがないように、
下限を２００℃以上と規定した。
材との界面を冶金的に接合するために、あらかじめ円筒
部材本体の外周部に冶金的に接合された膜があることを
規定し、この膜がインサート時に溶融してアルミニウム
合金と熱伝導円筒部材との界面が酸化膜などの断熱的な
要素を含まずに接合されることとし、この際、膜の融点
は、インサート時に溶融することが必須であるため、ア
ルミニウム合金の鋳造時温度が６００℃超であることを
考慮して、上限を６００℃以下とし、例えば、この熱伝
導円筒部材を内燃機関に用いる場合には、運転時の温度
が２５０℃程度になる部位があることを考慮して、運転
時に界面における強度の低下を招くことがないように、
下限を２００℃以上と規定した。
【０００７】つまり、本発明の請求項１に係わる熱伝導
円筒部材において、アルミニウム合金の鋳込み時にイン
サートされる鉄を主体とする熱伝導円筒部材(熱伝導円
環部材も含む)であって、円筒部材本体の外周部に、２
００℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料からなる膜
を冶金的に接合した状態で形成してある構成としたこと
を特徴としており、この熱伝導円筒部材の構成を前述し
た従来の課題を解決するための手段としている。
円筒部材において、アルミニウム合金の鋳込み時にイン
サートされる鉄を主体とする熱伝導円筒部材(熱伝導円
環部材も含む)であって、円筒部材本体の外周部に、２
００℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料からなる膜
を冶金的に接合した状態で形成してある構成としたこと
を特徴としており、この熱伝導円筒部材の構成を前述し
た従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】また、膜について、円筒部材本体の全体を
覆う場合には一定量以上の厚さが必要であり、０．３μ
ｍ以上の厚さがあればほぼ全体で界面を改善でき、一
方、低融点材料は、その多くが円筒部材本体やこれを鋳
ぐるむアルミニウム合金よりも強度が劣るため、膜の厚
さを大きくしすぎると界面に強度的不具合が生じる恐れ
があることを考慮して、厚さの上限値を１００μｍに定
め、本発明の請求項２に係わる熱伝導円筒部材では、膜
の厚さを０．３μｍ以上でかつ１００μｍ以下とした構
成としている。
覆う場合には一定量以上の厚さが必要であり、０．３μ
ｍ以上の厚さがあればほぼ全体で界面を改善でき、一
方、低融点材料は、その多くが円筒部材本体やこれを鋳
ぐるむアルミニウム合金よりも強度が劣るため、膜の厚
さを大きくしすぎると界面に強度的不具合が生じる恐れ
があることを考慮して、厚さの上限値を１００μｍに定
め、本発明の請求項２に係わる熱伝導円筒部材では、膜
の厚さを０．３μｍ以上でかつ１００μｍ以下とした構
成としている。
【０００９】さらに、膜の材質について、膜を形成する
低融点材料がアルミニウム合金の溶湯中で溶融すること
で、この膜を介して円筒部材本体とこれを鋳ぐるむアル
ミニウム合金とを物理的な界面を持たない冶金的な接合
状態とし得るので、本発明の請求項３に係わる熱伝導円
筒部材では、膜を形成する低融点材料として、錫，亜
鉛，鉛，アンチモンのうちの少なくとも１種類の低融点
金属、あるいは、融点が２００℃以上でかつ６００℃以
下となる合金または金属間化合物を用いる構成としてい
る。
低融点材料がアルミニウム合金の溶湯中で溶融すること
で、この膜を介して円筒部材本体とこれを鋳ぐるむアル
ミニウム合金とを物理的な界面を持たない冶金的な接合
状態とし得るので、本発明の請求項３に係わる熱伝導円
筒部材では、膜を形成する低融点材料として、錫，亜
鉛，鉛，アンチモンのうちの少なくとも１種類の低融点
金属、あるいは、融点が２００℃以上でかつ６００℃以
下となる合金または金属間化合物を用いる構成としてい
る。
【００１０】さらにまた、本発明の請求項４に係わる熱
伝導円筒部材において、円筒部材本体と膜との界面部分
は、双方の構成元素が少なくとも厚さ１０ｎｍにわたっ
て拡散した状態になっている構成としており、熱伝達性
の著しい向上を図るうえで、双方の構成元素の拡散範囲
を２０ｎｍ以上とすることが好ましい。
伝導円筒部材において、円筒部材本体と膜との界面部分
は、双方の構成元素が少なくとも厚さ１０ｎｍにわたっ
て拡散した状態になっている構成としており、熱伝達性
の著しい向上を図るうえで、双方の構成元素の拡散範囲
を２０ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００１１】一方、本発明の請求項５に係わる熱伝導円
筒部材の製造方法は、請求項１ないし４に記載の熱伝導
円筒部材を製造するに際して、円筒部材本体の外周部に
対して、２００℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料
からなる粒子をショットピーニングにより高速で吹き付
け、衝突時の運動エネルギで粒子を溶融拡散させて膜を
形成する構成としており、円筒部材本体と膜との界面に
おける接合状態をより良好なものとするために、本発明
の請求項６に係わる熱伝導円筒部材の製造方法では、粒
子の径を５０μｍ以下の微粒子とし、この微粒子を少な
くとも７０ｍ／ｓの吹き付け速さでかつ０．２ＭＰａ以
上の噴射圧で吹き付ける構成としている。
筒部材の製造方法は、請求項１ないし４に記載の熱伝導
円筒部材を製造するに際して、円筒部材本体の外周部に
対して、２００℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料
からなる粒子をショットピーニングにより高速で吹き付
け、衝突時の運動エネルギで粒子を溶融拡散させて膜を
形成する構成としており、円筒部材本体と膜との界面に
おける接合状態をより良好なものとするために、本発明
の請求項６に係わる熱伝導円筒部材の製造方法では、粒
子の径を５０μｍ以下の微粒子とし、この微粒子を少な
くとも７０ｍ／ｓの吹き付け速さでかつ０．２ＭＰａ以
上の噴射圧で吹き付ける構成としている。
【００１２】本発明の請求項７に係わる熱伝導円筒部材
の製造方法は、請求項１ないし４に記載の熱伝導円筒部
材を製造するに際して、円筒部材本体の外周部に対し
て、２００℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料をプ
ラズマ溶射により高い溶射温度で吹き付け、低融点材料
の円筒部材本体付着時に円筒部材本体の表面を溶融させ
ることで膜を形成する構成とし、本発明の請求項８に係
わる熱伝導円筒部材の製造方法は、請求項１ないし４に
記載の熱伝導円筒部材を製造するに際して、スパッタリ
ング法，イオンプレーティング法およびイオン注入法の
うちのいずれかを用いて、円筒部材本体の外周部に、２
００℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料からなる膜
を形成する構成としている。
の製造方法は、請求項１ないし４に記載の熱伝導円筒部
材を製造するに際して、円筒部材本体の外周部に対し
て、２００℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料をプ
ラズマ溶射により高い溶射温度で吹き付け、低融点材料
の円筒部材本体付着時に円筒部材本体の表面を溶融させ
ることで膜を形成する構成とし、本発明の請求項８に係
わる熱伝導円筒部材の製造方法は、請求項１ないし４に
記載の熱伝導円筒部材を製造するに際して、スパッタリ
ング法，イオンプレーティング法およびイオン注入法の
うちのいずれかを用いて、円筒部材本体の外周部に、２
００℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料からなる膜
を形成する構成としている。
【００１３】本発明の請求項９に係わる熱伝導円筒部材
を用いたアルミニウム合金製エンジンでは、アルミニウ
ム合金製シリンダブロックに、請求項１ないし４に記載
の熱伝導円筒部材をシリンダライナとしてインサートし
てある構成とし、本発明の請求項１０に係わる熱伝導円
筒部材を用いたアルミニウム合金製エンジンでは、シリ
ンダライナとしての熱伝導円筒部材の膜が、アルミニウ
ム合金製シリンダブロックにおけるボア部の熱負荷が高
くなる位置に対応する部位にのみ形成してある構成と
し、本発明の請求項１１に係わる熱伝導円筒部材を用い
たアルミニウム合金製エンジンでは、アルミニウム合金
製シリンダヘッドに、請求項１ないし４に記載の熱伝導
円筒部材をバルブシートとしてインサートしてある構成
としている。
を用いたアルミニウム合金製エンジンでは、アルミニウ
ム合金製シリンダブロックに、請求項１ないし４に記載
の熱伝導円筒部材をシリンダライナとしてインサートし
てある構成とし、本発明の請求項１０に係わる熱伝導円
筒部材を用いたアルミニウム合金製エンジンでは、シリ
ンダライナとしての熱伝導円筒部材の膜が、アルミニウ
ム合金製シリンダブロックにおけるボア部の熱負荷が高
くなる位置に対応する部位にのみ形成してある構成と
し、本発明の請求項１１に係わる熱伝導円筒部材を用い
たアルミニウム合金製エンジンでは、アルミニウム合金
製シリンダヘッドに、請求項１ないし４に記載の熱伝導
円筒部材をバルブシートとしてインサートしてある構成
としている。
【００１４】
【発明の作用】本発明の請求項１に係わる熱伝導円筒部
材では、この熱伝導円筒部材をアルミニウム合金の鋳込
み時にインサートすると、円筒部材本体の外周部に形成
された膜がアルミニウム合金の溶湯中で溶融して、この
膜を介して円筒部材本体とこれを鋳ぐるむアルミニウム
合金とが物理的な界面を持つことなく冶金的に接合する
こととなり、アルミニウム合金との界面における温度ギ
ャップが少なく抑えられて、熱伝達性が格段に向上する
こととなる。
材では、この熱伝導円筒部材をアルミニウム合金の鋳込
み時にインサートすると、円筒部材本体の外周部に形成
された膜がアルミニウム合金の溶湯中で溶融して、この
膜を介して円筒部材本体とこれを鋳ぐるむアルミニウム
合金とが物理的な界面を持つことなく冶金的に接合する
こととなり、アルミニウム合金との界面における温度ギ
ャップが少なく抑えられて、熱伝達性が格段に向上する
こととなる。
【００１５】本発明の請求項２に係わる熱伝導円筒部材
では、界面強度の低下を招くことなく円筒部材本体のほ
ぼ全体を覆い得ることとなり、本発明の請求項３に係わ
る熱伝導円筒部材では、アルミニウム合金の鋳込み時に
おいて、膜がアルミニウム合金の溶湯中で確実に溶融す
ることとなり、本発明の請求項４に係わる熱伝導円筒部
材では、アルミニウム合金との界面での温度ギャップが
より一層少なく抑えられて、熱伝達性がさらに向上する
こととなる。
では、界面強度の低下を招くことなく円筒部材本体のほ
ぼ全体を覆い得ることとなり、本発明の請求項３に係わ
る熱伝導円筒部材では、アルミニウム合金の鋳込み時に
おいて、膜がアルミニウム合金の溶湯中で確実に溶融す
ることとなり、本発明の請求項４に係わる熱伝導円筒部
材では、アルミニウム合金との界面での温度ギャップが
より一層少なく抑えられて、熱伝達性がさらに向上する
こととなる。
【００１６】一方、本発明の請求項５に係わる熱伝導円
筒部材の製造方法では、円筒部材本体の外周部に２００
℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料からなる粒子を
ショットピーニングにより高速で吹き付けると、衝突の
際の運動エネルギで粒子が溶融しつつ拡散するので、円
筒部材本体の外周部に対して、膜が冶金的に接合した状
態で形成されることとなり、本発明の請求項６に係わる
熱伝導円筒部材の製造方法では、上記した構成としてい
るので、円筒部材本体と膜との界面における接合状態が
より良好なものとなる。
筒部材の製造方法では、円筒部材本体の外周部に２００
℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料からなる粒子を
ショットピーニングにより高速で吹き付けると、衝突の
際の運動エネルギで粒子が溶融しつつ拡散するので、円
筒部材本体の外周部に対して、膜が冶金的に接合した状
態で形成されることとなり、本発明の請求項６に係わる
熱伝導円筒部材の製造方法では、上記した構成としてい
るので、円筒部材本体と膜との界面における接合状態が
より良好なものとなる。
【００１７】本発明の請求項７に係わる熱伝導円筒部材
の製造方法では、円筒部材本体の外周部に対して、２０
０℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料をプラズマ溶
射により高い溶射温度で吹き付けると、低融点材料が円
筒部材本体に付着する際に、円筒部材本体の表面が溶融
するので、低融点材料および円筒部材本体の双方に大き
い範囲での拡散を期待し得ることとなり、本発明の請求
項８に係わる熱伝導円筒部材の製造方法では、上記した
構成としたため、エネルギ密度が高くなる分だけ、低融
点材料および円筒部材本体の双方の拡散を促し得ること
となる。
の製造方法では、円筒部材本体の外周部に対して、２０
０℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料をプラズマ溶
射により高い溶射温度で吹き付けると、低融点材料が円
筒部材本体に付着する際に、円筒部材本体の表面が溶融
するので、低融点材料および円筒部材本体の双方に大き
い範囲での拡散を期待し得ることとなり、本発明の請求
項８に係わる熱伝導円筒部材の製造方法では、上記した
構成としたため、エネルギ密度が高くなる分だけ、低融
点材料および円筒部材本体の双方の拡散を促し得ること
となる。
【００１８】本発明の請求項９に係わる熱伝導円筒部材
を用いたアルミニウム合金製エンジンでは、上記した構
成としているので、シリンダブロックおよびシリンダラ
イナの界面の熱伝達特性が格段に向上することとなり、
その結果、シリンダライナを通した熱の排出機能が大幅
に向上して、燃焼室内の温度上昇が少なく抑えられるこ
ととなり、本発明の請求項１０に係わる熱伝導円筒部材
を用いたアルミニウム合金製エンジンでは、上記した構
成としていることから、膜を形成する範囲を限定してコ
ストの低減を図ったうえで、シリンダライナを通した熱
排出機能の大幅な向上をも図られることとなり、本発明
の請求項１１に係わる熱伝導円筒部材を用いたアルミニ
ウム合金製エンジンでは、上記した構成としたため、シ
リンダヘッドおよびバルブシートの界面の熱伝達特性が
格段に向上して、バルブの温度上昇が少なく抑えられる
こととなる。
を用いたアルミニウム合金製エンジンでは、上記した構
成としているので、シリンダブロックおよびシリンダラ
イナの界面の熱伝達特性が格段に向上することとなり、
その結果、シリンダライナを通した熱の排出機能が大幅
に向上して、燃焼室内の温度上昇が少なく抑えられるこ
ととなり、本発明の請求項１０に係わる熱伝導円筒部材
を用いたアルミニウム合金製エンジンでは、上記した構
成としていることから、膜を形成する範囲を限定してコ
ストの低減を図ったうえで、シリンダライナを通した熱
排出機能の大幅な向上をも図られることとなり、本発明
の請求項１１に係わる熱伝導円筒部材を用いたアルミニ
ウム合金製エンジンでは、上記した構成としたため、シ
リンダヘッドおよびバルブシートの界面の熱伝達特性が
格段に向上して、バルブの温度上昇が少なく抑えられる
こととなる。
【００１９】
【発明の効果】本発明の請求項１に係わる熱伝導円筒部
材では、上記した構成としたから、アルミニウム合金と
の界面における温度ギャップを少なく抑えることがで
き、したがって、熱伝達性を大幅に向上させることが可
能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
材では、上記した構成としたから、アルミニウム合金と
の界面における温度ギャップを少なく抑えることがで
き、したがって、熱伝達性を大幅に向上させることが可
能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００２０】本発明の請求項２に係わる熱伝導円筒部材
では、上記した構成としたため、界面強度を低下させる
ことなく円筒部材本体のほぼ全体を被覆することがで
き、本発明の請求項３に係わる熱伝導円筒部材では、上
記した構成としているので、アルミニウム合金の鋳込み
時には、アルミニウム合金の溶湯中で膜を確実に溶融さ
せることが可能であり、本発明の請求項４に係わる熱伝
導円筒部材では、上記した構成としたことにより、アル
ミニウム合金との界面における温度ギャップをより一層
少なく抑えることができ、その結果、熱伝達性のさらな
る向上を実現することが可能であるという非常に優れた
効果がもたらされる。
では、上記した構成としたため、界面強度を低下させる
ことなく円筒部材本体のほぼ全体を被覆することがで
き、本発明の請求項３に係わる熱伝導円筒部材では、上
記した構成としているので、アルミニウム合金の鋳込み
時には、アルミニウム合金の溶湯中で膜を確実に溶融さ
せることが可能であり、本発明の請求項４に係わる熱伝
導円筒部材では、上記した構成としたことにより、アル
ミニウム合金との界面における温度ギャップをより一層
少なく抑えることができ、その結果、熱伝達性のさらな
る向上を実現することが可能であるという非常に優れた
効果がもたらされる。
【００２１】一方、本発明の請求項５に係わる熱伝導円
筒部材の製造方法では、円筒部材本体の外周部に２００
℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料からなる粒子を
ショットピーニングにより高速で吹き付けることで、円
筒部材本体の外周部に膜を冶金的に接合した状態で形成
することができ、本発明の請求項６に係わる熱伝導円筒
部材の製造方法では、上記した構成としたから、円筒部
材本体と膜との界面における接合状態をより良好なもの
とすることが可能であるという非常に優れた効果がもた
らされる。
筒部材の製造方法では、円筒部材本体の外周部に２００
℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料からなる粒子を
ショットピーニングにより高速で吹き付けることで、円
筒部材本体の外周部に膜を冶金的に接合した状態で形成
することができ、本発明の請求項６に係わる熱伝導円筒
部材の製造方法では、上記した構成としたから、円筒部
材本体と膜との界面における接合状態をより良好なもの
とすることが可能であるという非常に優れた効果がもた
らされる。
【００２２】本発明の請求項７に係わる熱伝導円筒部材
の製造方法では、上記下構成としているので、低融点材
料および円筒部材本体の双方に大きい範囲での拡散を期
待することができ、本発明の請求項８に係わる熱伝導円
筒部材の製造方法では、上記した構成としたから、エネ
ルギ密度が高くなる分だけ、低融点材料および円筒部材
本体の双方の拡散を促すことが可能であるという非常に
優れた効果がもたらされる。
の製造方法では、上記下構成としているので、低融点材
料および円筒部材本体の双方に大きい範囲での拡散を期
待することができ、本発明の請求項８に係わる熱伝導円
筒部材の製造方法では、上記した構成としたから、エネ
ルギ密度が高くなる分だけ、低融点材料および円筒部材
本体の双方の拡散を促すことが可能であるという非常に
優れた効果がもたらされる。
【００２３】本発明の請求項９に係わる熱伝導円筒部材
を用いたアルミニウム合金製エンジンでは、上記した構
成としたため、シリンダブロックおよびシリンダライナ
の界面の熱伝達特性を大幅に向上させることができ、そ
の結果、燃焼室内の温度上昇を少なく抑えることが可能
であり、本発明の請求項１０に係わる熱伝導円筒部材を
用いたアルミニウム合金製エンジンでは、上記した構成
としているので、膜を形成するコストの低減を図りつ
つ、シリンダライナを通した熱排出機能の大幅な向上を
実現することができ、本発明の請求項１１に係わる熱伝
導円筒部材を用いたアルミニウム合金製エンジンでは、
上記した構成としたから、シリンダヘッドおよびバルブ
シートの界面の熱伝達特性を大幅に向上させることが可
能であり、その結果、バルブの温度上昇を極めて少なく
抑えることができるという非常に優れた効果がもたらさ
れる。
を用いたアルミニウム合金製エンジンでは、上記した構
成としたため、シリンダブロックおよびシリンダライナ
の界面の熱伝達特性を大幅に向上させることができ、そ
の結果、燃焼室内の温度上昇を少なく抑えることが可能
であり、本発明の請求項１０に係わる熱伝導円筒部材を
用いたアルミニウム合金製エンジンでは、上記した構成
としているので、膜を形成するコストの低減を図りつ
つ、シリンダライナを通した熱排出機能の大幅な向上を
実現することができ、本発明の請求項１１に係わる熱伝
導円筒部材を用いたアルミニウム合金製エンジンでは、
上記した構成としたから、シリンダヘッドおよびバルブ
シートの界面の熱伝達特性を大幅に向上させることが可
能であり、その結果、バルブの温度上昇を極めて少なく
抑えることができるという非常に優れた効果がもたらさ
れる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００２５】図１は、本発明の一実施例に係わる熱伝導
円筒部材をアルミニウム合金製エンジンのシリンダブロ
ックにシリンダライナとして用いた状態を示している。
円筒部材をアルミニウム合金製エンジンのシリンダブロ
ックにシリンダライナとして用いた状態を示している。
【００２６】図１に示すように、シリンダブロック２の
ボア部２ａに配置される鋳鉄製のシリンダライナ(熱伝
導円筒部材)１は、シリンダブロック２を鋳造する際の
アルミニウム合金の鋳込み時に、インサートされるよう
になっており、このシリンダライナ１のライナ本体(円
筒部材本体)１ａの外周部には、２００℃以上でかつ６
００℃以下の低融点材料からなる膜３が冶金的に接合し
た状態で形成してある。
ボア部２ａに配置される鋳鉄製のシリンダライナ(熱伝
導円筒部材)１は、シリンダブロック２を鋳造する際の
アルミニウム合金の鋳込み時に、インサートされるよう
になっており、このシリンダライナ１のライナ本体(円
筒部材本体)１ａの外周部には、２００℃以上でかつ６
００℃以下の低融点材料からなる膜３が冶金的に接合し
た状態で形成してある。
【００２７】なお、図１における符号４はウォータジャ
ケット部である。
ケット部である。
【００２８】そこで、このシリンダライナ１の熱伝導性
を評価するにあたって、シリンダライナ１の外周部に、
表１に示す仕様の異なる実施例１〜６までの６通りの膜
３を形成すると共に、比較例１〜６までの６通りの比較
用膜を形成し、それぞれをシリンダブロック２としての
アルミニウム合金ＡＤＣ１２材で鋳ぐるんで、エンジン
における温度計測試験を以下の条件のもとに行った。
を評価するにあたって、シリンダライナ１の外周部に、
表１に示す仕様の異なる実施例１〜６までの６通りの膜
３を形成すると共に、比較例１〜６までの６通りの比較
用膜を形成し、それぞれをシリンダブロック２としての
アルミニウム合金ＡＤＣ１２材で鋳ぐるんで、エンジン
における温度計測試験を以下の条件のもとに行った。
【００２９】使用エンジン：Ｖ６型３０００ｃｃ
測温位置：各シリンダのスラスト方向ボア表面、ヘッド
面から約１０ｍｍの位置(一部シリンダはライナ外周面
およびブロックボア内周面も計測) 測温方法：熱電対埋め込み法 エンジン回転数：６０００ｒｐｍ 測温時期：２４時間後
面から約１０ｍｍの位置(一部シリンダはライナ外周面
およびブロックボア内周面も計測) 測温方法：熱電対埋め込み法 エンジン回転数：６０００ｒｐｍ 測温時期：２４時間後
【００３０】
【表１】
【００３１】表１に示す計測結果から、実施例１〜６の
シリンダライナ１では、比較例１〜６のシリンダライナ
と比べて、ボア部２ａの表面温度を大幅に低減させ得る
ことが確認でき、また、シリンダライナ１とシリンダブ
ロック２との界面における温度ギャップも、比較例１〜
６のシリンダライナと比べて実施例１〜６では著しく少
なく抑えることができ、燃焼室内の温度をシリンダブロ
ック２に効率よく伝達し得ることが確認できた。
シリンダライナ１では、比較例１〜６のシリンダライナ
と比べて、ボア部２ａの表面温度を大幅に低減させ得る
ことが確認でき、また、シリンダライナ１とシリンダブ
ロック２との界面における温度ギャップも、比較例１〜
６のシリンダライナと比べて実施例１〜６では著しく少
なく抑えることができ、燃焼室内の温度をシリンダブロ
ック２に効率よく伝達し得ることが確認できた。
【００３２】さらに、試験後において、実施例２に係わ
るシリンダライナ１について、界面の膜３の元素分布を
オージェ分光分析により分析したところ、錫がライナ材
としての鋳鉄と５０ｎｍ以上重複する領域が確認され、
さらにまた、アルミニウム合金と錫についても相互に拡
散している状況が確認され、連続的に元素勾配を持つこ
とが確認できた。
るシリンダライナ１について、界面の膜３の元素分布を
オージェ分光分析により分析したところ、錫がライナ材
としての鋳鉄と５０ｎｍ以上重複する領域が確認され、
さらにまた、アルミニウム合金と錫についても相互に拡
散している状況が確認され、連続的に元素勾配を持つこ
とが確認できた。
【００３３】以上、説明したように、本発明に係わる熱
伝導円筒部材では、アルミニウム合金との界面における
熱伝導性の向上を実現でき、上記のように、アルミニウ
ム合金製エンジンのシリンダブロックにシリンダライナ
として用いた場合には、熱の排出性能を大幅に改善する
ことができる。
伝導円筒部材では、アルミニウム合金との界面における
熱伝導性の向上を実現でき、上記のように、アルミニウ
ム合金製エンジンのシリンダブロックにシリンダライナ
として用いた場合には、熱の排出性能を大幅に改善する
ことができる。
【００３４】なお、本発明に係わる熱伝導円筒部材およ
びその製造方法ならびに熱伝導円筒部材を用いたアルミ
ニウム合金製エンジンの詳細な構成は、上記した実施例
に限定されるものではない。
びその製造方法ならびに熱伝導円筒部材を用いたアルミ
ニウム合金製エンジンの詳細な構成は、上記した実施例
に限定されるものではない。
【図１】本発明の一実施例に係わる熱伝導円筒部材をア
ルミニウム合金製エンジンのシリンダブロックにシリン
ダライナとして用いた状態を示す部分断面説明図であ
る。
ルミニウム合金製エンジンのシリンダブロックにシリン
ダライナとして用いた状態を示す部分断面説明図であ
る。
１ シリンダライナ(熱伝導円筒部材)
１ａ ライナ本体(円筒部材本体)
２ シリンダブロック
２ａ ボア部
３ 膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 村田 聡
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産
自動車株式会社内
Ｆターム(参考） 3G024 AA14 AA15 AA26 GA02 HA03
HA07
Claims (11)
- 【請求項１】 アルミニウム合金の鋳込み時にインサー
トされる鉄を主体とする熱伝導円筒部材であって、円筒
部材本体の外周部に、２００℃以上でかつ６００℃以下
の低融点材料からなる膜を冶金的に接合した状態で形成
してあることを特徴とする熱伝導円筒部材。 - 【請求項２】 膜の厚さを０．３μｍ以上でかつ１００
μｍ以下とした請求項１に記載の熱伝導円筒部材。 - 【請求項３】 膜を形成する低融点材料として、錫，亜
鉛，鉛，アンチモンのうちの少なくとも１種類の低融点
金属、あるいは、融点が２００℃以上でかつ６００℃以
下となる合金または金属間化合物を用いる請求項１また
は２に記載の熱伝導円筒部材。 - 【請求項４】 円筒部材本体と膜との界面部分は、双方
の構成元素が少なくとも厚さ１０ｎｍにわたって拡散し
た状態になっている請求項１ないし３のいずれかに記載
の熱伝導円筒部材。 - 【請求項５】 請求項１ないし４に記載の熱伝導円筒部
材を製造するに際して、円筒部材本体の外周部に対し
て、２００℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料から
なる粒子をショットピーニングにより吹き付けて、膜を
形成することを特徴とする熱伝導円筒部材の製造方法。 - 【請求項６】 粒子の径を５０μｍ以下の微粒子とし、
この微粒子を少なくとも７０ｍ／ｓの吹き付け速さでか
つ０．２ＭＰａ以上の噴射圧で吹き付ける請求項５に記
載の熱伝導円筒部材の製造方法。 - 【請求項７】 請求項１ないし４に記載の熱伝導円筒部
材を製造するに際して、円筒部材本体の外周部に対し
て、２００℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料をプ
ラズマ溶射により吹き付けて、膜を形成することを特徴
とする熱伝導円筒部材の製造方法。 - 【請求項８】 請求項１ないし４に記載の熱伝導円筒部
材を製造するに際して、スパッタリング法，イオンプレ
ーティング法およびイオン注入法のうちのいずれかを用
いて、円筒部材本体の外周部に、２００℃以上でかつ６
００℃以下の低融点材料からなる膜を形成することを特
徴とする熱伝導円筒部材の製造方法。 - 【請求項９】 アルミニウム合金製シリンダブロック
に、請求項１ないし４に記載の熱伝導円筒部材をシリン
ダライナとしてインサートしてあることを特徴とする熱
伝導円筒部材を用いたアルミニウム合金製エンジン。 - 【請求項１０】 シリンダライナとしての熱伝導円筒部
材の膜が、アルミニウム合金製シリンダブロックにおけ
るボア部の熱負荷が高くなる位置に対応する部位にのみ
形成してある請求項１０に記載の熱伝導円筒部材を用い
たアルミニウム合金製エンジン。 - 【請求項１１】 アルミニウム合金製シリンダヘッド
に、請求項１ないし４に記載の熱伝導円筒部材をバルブ
シートとしてインサートしてあることを特徴とする熱伝
導円筒部材を用いたアルミニウム合金製エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001245887A JP2003053508A (ja) | 2001-08-14 | 2001-08-14 | 熱伝導円筒部材およびその製造方法ならびに熱伝導円筒部材を用いたアルミニウム合金製エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001245887A JP2003053508A (ja) | 2001-08-14 | 2001-08-14 | 熱伝導円筒部材およびその製造方法ならびに熱伝導円筒部材を用いたアルミニウム合金製エンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003053508A true JP2003053508A (ja) | 2003-02-26 |
Family
ID=19075554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001245887A Pending JP2003053508A (ja) | 2001-08-14 | 2001-08-14 | 熱伝導円筒部材およびその製造方法ならびに熱伝導円筒部材を用いたアルミニウム合金製エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003053508A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007007813A1 (en) * | 2005-07-08 | 2007-01-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Cylinder liner and engine |
| US7513236B2 (en) | 2005-07-08 | 2009-04-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Insert casting component, cylinder block, method for forming coating on insert casting component, and method for manufacturing cylinder block |
| US7753023B2 (en) | 2005-07-08 | 2010-07-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Cylinder liner and method for manufacturing the same |
| US7757652B2 (en) | 2005-07-08 | 2010-07-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Component for insert casting, cylinder block, and method for manufacturing cylinder liner |
| US8037860B2 (en) | 2005-07-08 | 2011-10-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Cylinder liner and engine |
| CN106979093A (zh) * | 2015-12-17 | 2017-07-25 | 福特全球技术公司 | 用于铸铝缸体的涂覆有涂层的铝制气缸套 |
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-
2001
- 2001-08-14 JP JP2001245887A patent/JP2003053508A/ja active Pending
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