JP2003230952A - 鋳物製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳ぐるむ鋳物に対するより大きな界面接合強
度を得ることができる鋳物製品の製造方法を提供する。 【解決手段】 窒素ガスを封入したマイクロカプセル１
４をと型材１３に混入し、このと型材１３を金型１２の
内面１２ａに形成する。そして、鋳造時の溶湯の熱によ
ってと型材１３中のマイクロカプセル１４を破壊させ、
破壊されたマイクロカプセル１４の跡に溶湯を入り込ま
せて固化させる。次に、ショットピーニングによって、
ライナ粗材の外周面に付着していると型材１３をほぼ完
全に除去する。この結果、高さがあって入り組んだアン
カー効果の高い凹凸がシリンダライナ１１の外周面全体
に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳物製品の製造方
法に係り、詳しくは、別の鋳物製品に鋳ぐるまれる鋳物
製品に好適な鋳物製品の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンとして、軽合金製のシリ
ンダブロックに、鋳鉄製のシリンダライナが鋳ぐるまれ
た構成のものが普及している。このようなシリンダブロ
ックでは、シリンダライナとの界面接合力をできるだけ
大きくする必要がある。

【０００３】この界面接合力が十分でないと、例えば、
シリンダブロックにシリンダヘッドを組み付けたときに
ボルトから加わる力によってシリンダブロックが変形
し、シリンダライナとの界面が乖離する。

【０００４】シリンダライナとの界面が乖離した状態と
なると、エンジン運転に伴う熱負荷によってシリンダブ
ロックが大きく歪み、シリンダボアが異常変形する。こ
のため、圧縮が低下して出力が低下し、また、ピストン
との間のクリアランスが増大してオイル消費が増大す
る。あるいは、ピストンリングとの摺動においてフリク
ションが増大し、燃費が悪化する。

【０００５】また、エンジン運転時に、シリンダボアか
らウォータジャケット内の冷却水への伝熱効率が低下
し、エンジンの効率が低下する。そこで、より高い界面
接合力を得るため、シリンダライナの外周面に対し鋼球
をショットピーニングすることによって粗面化し、シリ
ンダブロック側に対するアンカー効果を高めることで界
面接合力を向上させる手法が一般に採用されている。し
かし、鋼球のショットピーニングによる粗面化だけで
は、アンカー効果が十分に高い界面とすることができ
ず、界面接合力を十分に大きくすることは困難である。

【０００６】また、シリンダライナの外周面全体に円周
方向の溝を形成し、シリンダブロック側に対する界面面
積を拡大することで、界面接合力を向上させる手法も採
用されている。しかし、このような手法では、アルミニ
ウム溶湯の湯回りが悪化して密着度が低下するため、界
面接合力を十分に大きくすることが困難である。

【０００７】これを克服するために、以下のような各技
術が提案されている。例えば、特開平３−１３３５５８
号のシリンダブロックの製造方法では、円周方向の溝を
形成した外周面全体をショットピーニングすることで、
軸線方向で隣り合う溝間の突状を部分的に潰す。このこ
とにより、外周面全体に対する溶湯の湯回りを向上さ
せ、界面の密着度の向上を図っている。

【０００８】また、特開平８−１７４１８８号公報の被
鋳ぐるみ部材の表面処理方法では、先ず、シリンダライ
ナの外周面に対し、金属溶射によって下地層さらに接合
層を形成する。次に、接合層を加熱することによって形
成される酸化膜を除去する。このことにより、接合層の
強度低下を抑制し、シリンダブロック側との接合強度の
向上を図っている。

【０００９】さらに、特開平１０−９４８６７号公報の
軽金属部品の素材の製造方法では、シリンダライナの外
周面に対して、破砕した高級コランダムを吹き付けるこ
とで、表面近傍に角錐状又はランセット状に肌傷を形成
する。このことにより、シリンダブロック側に対するア
ンカー効果を向上させ、接合強度の向上を図っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
３−１３３５５８号公報のシリンダブロックの製造方法
によれば、ライナ外周面に単に溝を設けた場合に比較し
て密着度は向上するが、界面接合強度は十分に向上しな
い。

【００１１】また、特開平８−１７４１８８号公報の被
鋳ぐるみ部材の表面処理方法によれば、ライナの外周面
に鋼球を用いたショットピーニングを行なった場合に比
較して界面接合強度が向上するものの、十分には向上し
ない。

【００１２】さらに、特開平１０−９４８６７号公報の
軽金属部品の素材の製造方法によれば、鋼球を用いてシ
ョットピーニングした場合に比較して、表面積がより大
きな凹凸面が形成されるものの、界面強度は十分に向上
しない。これは、凹凸面の高さが低く入り組んでいない
ため、シリンダブロック側に対するアンカー効果が十分
に大きくならないためであると推定される。

【００１３】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、鋳ぐるむ鋳物に対する
より大きな界面接合強度を得ることができる鋳物製品の
製造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、不活性ガス又は固体潤滑
剤が封入されたマイクロカプセルが混入されたと型材を
金型表面に予め形成し、鋳造時の熱によってと型材中の
マイクロカプセルを溶解させることを特徴とする。な
お、鋳造時の熱とは、鋳造前に余熱された金型から加わ
る熱や、溶湯から加わる熱を含む。

【００１５】請求項１に記載の発明によれば、と型材中
のマイクロカプセルを鋳造時の熱によって溶解させるこ
とにより、溶解したマイクロカプセルの跡に溶湯を入り
込ませる。鋳造後、この鋳物製品の外側面からと型材を
除去することにより、マイクロカプセルの跡に入り込ん
で固化した溶湯による凹凸を外側面全体に形成する。こ
の凹凸面は、ショットピーニングのみによっては形成す
ることができない高さがあって入り組んだ凹凸面とな
る。従って、鋳ぐるむ鋳物に対するアンカー効果が向上
し、界面接合強度が向上する。

【００１６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、鋳造後に前記鋳物製品の外側面に付着
している前記と型材を、ショットピーニング又はウォー
タジェットによって除去することを特徴とする。

【００１７】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加えて、鋳物製品の外側面からと
型材を除去するときの強さを調節することができ、外側
面に形成されている凹凸が潰れないようにと型材を除去
することができる。従って、高さがあって入り組んだ凹
凸面を殆ど損なわず、かつ、と型材が殆ど除去される。
その結果、鋳ぐるむ鋳物に対するアンカー効果がより一
層大きくなり、かつ、と型材が残存せず溶湯濡れ性の悪
化を招かないので、界面接合強度をより一層向上するこ
とができる。

【００１８】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の発明において、前記マイクロカプセル
は、前記と型材に対して５〜５０ｖｏｌ％の範囲で混合
されていることを特徴とする。

【００１９】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
又は請求項２に記載の発明の作用に加えて、マイクロカ
プセルが、と型材に対して５〜５０ｖｏｌ％の範囲で混
合されているときに、鋳物製品の外側面全体に、面粗度
が高くアンカー効果が高い凹凸が形成される。従って、
界面接合強度がより一層向上する。

【００２０】請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求
項３のいずれか一項に記載の発明において、前記マイク
ロカプセルは、その外径が１０〜１０００μｍの範囲で
あることを特徴とする。

【００２１】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
〜請求項３のいずれか一項に記載の発明の作用に加え
て、外径が１０〜１０００μｍの範囲のマイクロカプセ
ルを用いたときに、界面接合強度が向上する。

【００２２】請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求
項４のいずれか一項に記載の発明において、前記鋳物製
品は、内燃機関のシリンダブロックに鋳ぐるまれるシリ
ンダライナであることを特徴とする。

【００２３】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
〜請求項４のいずれか一項に記載の発明の作用に加え
て、内燃機関のシリンダブロックに鋳ぐるまれるシリン
ダライナにおいて、請求項１〜請求項４のいずれか一項
に記載の発明の作用が得られる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、内燃機関のシリ
ンダブロックに鋳ぐるまれるシリンダライナの製造方法
に具体化した一実施形態について説明する。

【００２５】図２に示すように、内燃機関のシリンダブ
ロック１０には、シリンダライナ１１が鋳ぐるまれてい
る。シリンダライナ１１は、鋳鉄で形成されている。シ
リンダブロック１０は、アルミニウム合金で鋳造されて
いる。

【００２６】次に、シリンダライナ１１の製造方法につ
いて詳述する。ここでは、実施例１及び２について説明
する。 （実施例１）先ず、遠心鋳造によって、シリンダライナ
１１のライナ粗材を形成する。

【００２７】図３に示すように、円筒状の遠心鋳造用金
型（以下、金型と略称する。）１２の内面（成形面）１
２ａには、鋳造前にと型材（ライニング材）１３を形成
する。と型材１３は、セラミック粉末からなる通常のも
のである。

【００２８】と型材１３には、予めマイクロカプセル１
４が混入されている。マイクロカプセル１４は、窒素ガ
ス（不活性ガス）がシェル内に封入されたものである。
マイクロカプセル１４の外径は、約１００μｍである。
マイクロカプセル１４は、と型材１３に対して約１０ｖ
ｏｌ％混入されている。

【００２９】金型１２に溶融した鋳鉄を流し込む前に、
必要に応じて金型１２を余熱する。次に、回転させた金
型１２内に溶湯を流し込み、遠心力によって金型１２の
内面に均一に広げる。このとき、金型１２の余熱時の熱
や、溶湯の熱によって、と型材１３中のマイクロカプセ
ル１４を溶解させるとともに、その跡の空間内に溶湯を
入り込ませる。

【００３０】次に、固化したライナ粗材を金型１２から
引き抜いて取り出す。これにより、厚さ数ｍｍのライナ
粗材を形成する。尚、このライナ粗材の外周面（外側
面）１１ａには、と型材１３が付着している。

【００３１】次に、ショットピーニングにより、ライナ
粗材の外周面１１ａに付着していると型材１３をほぼ完
全に除去する。このショットピーニングは、破壊された
マイクロカプセル１４の跡に入り込んだ溶湯が固化する
ことによって形成された凹凸を潰さないような条件で行
なう。このため、例えばショット材として、セラミック
製や合成樹脂製等のものを用たり、通常よりも外径が小
さい鋼球を用いることが好ましい。

【００３２】この工程により、ライナ粗材の外周面１１
ａからと型材１３をほぼ完全に除去するとともに、マイ
クロカプセル１４によって形成された凹凸をほぼそのま
ま残す。この凹凸は、図１に示すように、高さがあって
入り組んだものとなる。

【００３３】最後に、機械加工により、ライナ粗材の内
側を所定のボア内径に仕上げてシリンダライナ１１とす
る。 （実施例２）実施例１と同様にして、シリンダライナ１
１のライナ粗材を形成する。

【００３４】本実施形態で、と型材１３に混入するマイ
クロカプセル１４は、グラファィト（固体潤滑剤）がシ
ェル内に封入されたものである。マイクロカプセル１４
は、と型材１３に対して約１６ｖｏｌ％混入されてい
る。

【００３５】このマイクロカプセル１４を、金型余熱時
に熱や、溶湯の熱によって溶解させることにより、シェ
ルに封入されていたグラファイトを溶湯によって外周側
に移動させるとともに、グラファイトが占めていた空間
に溶湯を入り込ませる。

【００３６】次に、ウォータジェットにより、ライナ粗
材の外周面１１ａに付着していると型材１３とグラファ
イトとをほぼ完全に除去するとともに、マイクロカプセ
ル１４によって形成された凹凸をほぼそのまま残す。こ
の凹凸は、高さがあって入り組んだ凹凸となる。

【００３７】最後に、実施例１と同様に、機械加工によ
りシリンダライナ１１に仕上げる。このように製造され
た実施例１，２のシリンダライナ１１をシリンダブロッ
ク１０に鋳ぐるむ。

【００３８】鋳造用金型内にシリンダライナ１１を固定
し、溶融したアルミニウム合金を流し込む。この溶湯
は、シリンダライナ１１の外周面１１ａ全体に形成され
ている、高さがあって入り組んだ凹凸と結合するように
固化する。

【００３９】このとき、ライナの外周面からと型材１３
がほぼ完全に除去されているので、溶湯の濡れ性が低下
せず、溶湯が凹凸状の外周面に対し良好に密着した状態
で固化する。このため、シリンダライナ１１の外周面１
１ａは、シリンダブロック１０側に対し強いアンカー効
果による大きな接合力で結合される。

【００４０】次に、以上のように製造したシリンダライ
ナ１１と、シリンダブロック１０との界面接合強度につ
いての試験結果について説明する。試験は、図４に示す
ように、上記のように鋳造したシリンダブロック１０か
ら、シリンダライナ１１との界面接合部分を切り出し、
シリンダブロック１０及びシリンダライナ１１のテスト
ピース２０としたものを用いる。このテストピース２０
は、シリンダブロック側ピース２１と、シリンダライナ
側ピース２２とがそれぞれ２０ｍｍ角で切り出されたも
のである。この両テストピース２１，２２同士の界面接
合強度を、引っ張り試験機で測定する。なお、この測定
において、治具とテストピース２１，２２との接着剤界
面で破断した結果は除く。

【００４１】一方、両実施例１，２のテストピース２
１，２２に対する比較例として、マイクロカプセル１４
を混入していないと型材１３を用いて鋳造したシリンダ
ライナについても同様のテストピースを作成して測定す
る。尚、このライナ粗材の外周面１１ａからは、ショッ
トピーニングによってと型材１３が除去されている。

【００４２】この試験の結果、実施例１，２に対するテ
ストピースの界面接合強度は、図５に示すように、比較
例に対するものの約７〜８倍以上に向上することが確認
された。

【００４３】なお、マイクロカプセル１４のと型材１３
に対する重量比が５〜５０ｖｏｌ％の範囲のときに、比
較例よりも高い界面接合強度が得られる。また、マイク
ロカプセル１４の外径が１０〜１０００μｍの範囲のと
きに、比較例よりも高い界面接合強度が得られる。ま
た、外径が２０〜５００μｍの範囲では、さらにより高
い界面接合強度が得られ、さらに、外径が５０〜２００
μｍの範囲では、最も高い界面接合強度が得られる。

【００４４】以上のような試験結果が得られた要因につ
いて分析する。比較例において、と型材１３が除去され
たシリンダライナの外周面に形成されている凹凸の高さ
は、各実施例１，２のシリンダライナの外周面に形成さ
れている凹凸に比較して、高さが低く入り組んでいな
い。このため、ライナのシリンダブロック１０側に対す
るアンカー効果が低いと推測される。

【００４５】一方、各実施例１，２のシリンダライナ１
１の外周面１１ａ全体に形成されている凹凸は、比較例
に対し、高さがあって入り組んでいる。このため、シリ
ンダブロック側に対するアンカー効果が大幅に向上して
いることが推測される。

【００４６】次に、以上詳述した本実施形態が有する効
果を列記する。 （１） マイクロカプセル１４を混合したと型材１３を
塗布した金型１２でシリンダライナ１１を鋳造し、鋳造
時の熱によってマイクロカプセル１４を破壊することに
より、破壊されたマイクロカプセル１４の跡に溶湯を入
り込ませる。鋳造後に、このライナ粗材の外周面１１ａ
からと型材１３をほぼ完全に除去することにより、シリ
ンダライナ１１の外周面１１ａ全体に凹凸が形成され
る。この凹凸は、ショットピーニングのみによっては形
成することができない高さがあって入り組んだものとな
る。

【００４７】従って、このシリンダライナ１１を鋳ぐる
むように鋳造されるシリンダブロック側に対するアンカ
ー効果を大幅に向上することができるので、界面接合強
度を大幅に向上することができる。

【００４８】このように製造されたシリンダライナ１１
を鋳ぐるんだシリンダブロック１０では、例えば、シリ
ンダブロック１０にシリンダヘッドを組み付けたときに
ボルトから加わる力によってシリンダブロック１０が変
形し難く、シリンダライナ１１との界面が乖離すること
がない。

【００４９】このため、エンジン運転に伴う熱負荷によ
ってもシリンダブロック１０が大きく歪むことがなく、
シリンダボアが異常変形することがない。従って、圧縮
が低下しないので出力が低下せず、また、ピストンとの
間のクリアランスが増大しないのでオイル消費が増大し
ない。あるいは、ピストンリングとの摺動において、フ
リクションの低減を図ることができる。

【００５０】また、エンジン運転時に、シリンダボアか
らウォータジャケット内の冷却水への伝熱効率が低下し
ないので、エンジンの効率が低下しない。 （２） 鋳造後のライナ粗材の外周面１１ａに付着する
と型材１３を、ショットピーニング又はウォータジェッ
トで除去するので、鋳造後のシリンダライナ１１の外周
面１１ａからと型材１３を除去するときの強さを調節す
ることができる。このため、外周面１１ａに形成されて
いる凹凸が潰れないように、と型材１３を除去すること
ができる。従って、高さがあって入り組んだ凹凸を殆ど
損なわず、かつ、と型材１３が殆ど除去される。

【００５１】その結果、シリンダブロック１０に鋳ぐる
んだときに、凹凸によるより高いアンカー効果を得るこ
とができ、かつ、と型材１３が残存せず溶湯濡れ性の悪
化を招かないので、界面接合強度をより一層向上するこ
とができる。

【００５２】（３） 実施例１では、マイクロカプセル
１４に窒素ガス（不活性ガス）が封入されているので、
鋳造時の熱によって破壊されたマイクロカプセル１４の
跡が空間となり、溶湯が容易に入り込む。このため、高
さがあって入り組んだ凹凸が容易に形成される。

【００５３】また、実施例２では、マイクロカプセル１
４にグラファイト（固体潤滑剤）が封入されているの
で、鋳造時の熱によって破壊されたマイクロカプセル１
４内のグラファイトが溶湯によって外周側に容易に移動
し、グラファイトが占めていた空間内に溶湯が容易に入
り込む。そして、ショットピーニングにより、と型材１
３と共にライナ粗材の外周面１１ａから容易に除去され
る。このため、高さがあって入り組んだ凹凸が容易に形
成される。

【００５４】（４） 実施例１では、マイクロカプセル
１４が約１０ｖｏｌ％混入されたと型材１３を用い、実
施例２では、同じ約１６ｖｏｌ％混入されたと型材１３
を用いた。その結果、ライナの外周面１１ａの面粗度が
高くなる。そして、外周面１１ａのアンカー効果がより
一層向上し、界面接合強度がより一層向上した。

【００５５】（５） ライナ粗材を遠心鋳造するので、
遠心鋳造用の金型１２の内面にと型材１３を容易に形成
することができる。次に、上記一実施形態以外の実施形
態を列記する。

【００５６】・ 前記一実施形態で，シリンダライナ１
１を、低圧鋳造法や重力鋳造法によって鋳造してもよ
い。この場合にも、使用する金型１２の内面に、マイク
ロカプセル１４が混入されたと型材１３を塗布すればよ
い。

【００５７】・ 前記一実施形態で、ライナ粗材の外周
面１１ａに付着していると型材１３を、ショットブラス
トまたはサンドブラストによって除去してもよい。 ・ 前記一実施形態で、マイクロカプセル１４として、
アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトン等
の不活性ガスが封入されたものを用いてもよい。

【００５８】・ 前記一実施形態で、マイクロカプセル
１４として、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、
ＰＴＦＥ等の固体潤滑剤が封入されたものを用いてもよ
い。 ・ エンジンのシリンダブロック１０に鋳ぐるまれるシ
リンダライナ１１以外の鋳造製品に実施してもよい。

【００５９】以下、前記各実施形態から把握された技術
的思想をその効果と共に列記する。 （１） 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の発
明において、前記鋳物原製品を、遠心鋳造によって形成
することを特徴とする鋳物製品の製造方法。このような
構成によれば、遠心鋳造用の金型の表面にと型材を容易
に形成することができる。

【００６０】（２） 請求項４又は請求項５に記載の発
明において、前記マイクロカプセルの外径は、２０〜５
００μｍの範囲であることを特徴とする鋳物製品の製造
方法。この場合、界面接合強度がさらに高くなる。

【００６１】（３） 上記技術的思想（２）に記載の発
明において、前記マイクロカプセルの外径は、５０〜２
００μｍの範囲であることを特徴とする鋳物製品の製造
方法。この場合、界面接合強度が最も高くなる。

【００６２】（４） 不活性ガス又は固体潤滑剤が封入
された鋳造用マイクロカプセル。

【００６３】

【発明の効果】請求項１〜請求項５に記載の発明によれ
ば、高さがあって入り組んだ凹凸を鋳ぐるみ面全体に形
成することができるので、鋳ぐるむ鋳物に対するより大
きな界面接合強度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態のシリンダライナを示す要部破断
模式斜視図。

【図２】 シリンダブロックの要部破断模式正面図。

【図３】 鋳造工程を示す金型の模式縦断面図。

【図４】 界面接合強度の試験方法を示す引っ張り試験
機の模式図。

【図５】 界面接合強度の試験結果を示すグラフ。

【符号の説明】 １０…シリンダブロック、１１…鋳物製品としてのシリ
ンダライナ、１１ａ…外側面としての外周面、１２…鋳
造用金型、１３…と型材、１４…マイクロカプセル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｃ 1/08 1/08 Ｂ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不活性ガス又は固体潤滑剤が封入された
   マイクロカプセルが混入されたと型材を金型表面に予め
   形成し、鋳造時の熱によってと型材中のマイクロカプセ
   ルを溶解させることを特徴とする鋳物製品の製造方法。
2. 【請求項２】 鋳造後に前記鋳物製品の外側面に付着し
   ている前記と型材を、ショットピーニング又はウォータ
   ジェットによって除去することを特徴とする請求項１に
   記載の鋳物製品の製造方法。
3. 【請求項３】 前記マイクロカプセルは、前記と型材に
   対して５〜５０vol％の範囲で混合されていることを特
   徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋳物製品の製造
   方法。
4. 【請求項４】 前記マイクロカプセルは、その外径が１
   ０〜１０００μｍの範囲であることを特徴とする請求項
   １〜請求項３のいずれか一項に記載の鋳物製品の製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記鋳物製品は、内燃機関のシリンダブ
   ロックに鋳ぐるまれるシリンダライナであることを特徴
   とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の鋳物
   製品の製造方法。