JP3976991B2

JP3976991B2 - 金属製被鋳包み部材

Info

Publication number: JP3976991B2
Application number: JP2000211747A
Authority: JP
Inventors: 良明小山; 光典有村; 薫光内; 寿之芝崎; 嘉朗伊藤; 竜治志賀; 浩司山田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2020-07-12
Also published as: MY141109A; DE60133466D1; WO2002004150A1; JP2002028768A; BR0106965A; CA2383964A1; DE60133466T2; BR0106965B1; EP1300206A4; CA2383964C; CN1386078A; CN1203944C; EP1300206A1; EP1300206B1; US20020134128A1; ES2304387T3; US7014924B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属鋳造部品に鋳包まれる金属製被鋳包み部材に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
軽金属鋳造部品に鋳包まれる軽金属被鋳包み部材の外表面に角錐状または鋭利な形状をした硬質粗粒状体を空気で吹付けて衝突させるショットブラストでもって、前記軽金属被鋳包み部材の外表面を粗い凹凸面に形成させたものがあった（特開平１０−９４８６７号公報）。
【０００３】
特開平１０−９４８６７号公報に記載のもので、軽金属被鋳包み部材の外表面を粗面化するには、硬質粗粒状体の外面は、鋭利な角部を有することを必要とした。
また、このような硬質粗粒状体を用いても、粗面化された軽金属被鋳包み部材の外表面では、粗面の底部は、硬質粗粒状体の鋭利な角部によって、鋭い谷部にはなるものの、粗面の頂部は、必然的に鋭利な峰部となることにはならず、さらに、硬質粒状体の粒度は７０μmの平均粒度で、かつその粒度分布も所要の正規分布に近い状態であることが要求され、しかも硬質粗粒状体を吹付ける空気噴流の速度、空気噴流量と硬質粗粒状体の割合が適正でないと、所望粗面が得られない。
【０００４】
しかも、前記硬質粗粒状体は、破砕されて縁の鋭い脆い硬質材料である高級コランダム粒子であるため、ショットブラストの際に微粒化することが避けられず、このショットブラスト後の硬質粗粒状体を反復して利用するためには、ショットブラスト後の微粒化した硬質粗粒状体を連続的に分離除去して、所要の粒度分布の硬質粗粒状体を再生する必要があり、この粒度管理が煩雑であった。
【０００５】
さらに、軽金属被鋳包み部材に形成された粗面の突出部が鋳包み軽金属の大きな熱容量でもって融解されて冶金結合されたとしても、この冶金結合部分は軽金属被鋳包み部材の鋳包み表面の一部であり、また粗面の突出部が先細となっていて、軽金属被鋳包み部材と鋳包み軽金属との機械的な結合力が低いため、両者の熱膨張差等でもって両者を相互に引離す方向の力が働いた際に、両者の境界部に亀裂が生じ易い。そして亀裂が生ずると、軽金属被鋳包み部材と鋳包み軽金属との間の熱伝達性が著しく低下する。
【０００６】
【課題を解決するための手段および効果】
本発明は、このような難点を克服した金属性被鋳包み部材の改良に係り、請求項１記載の発明は、金属鋳造部品に鋳包まれる円筒状金属製被鋳包み部材であって、該円筒状金属製被鋳包み部材の鋳包み表面に、該円筒状金属製被鋳包み部材の軸線方向に沿って、押出しにより形成されたムシレからなる不規則な形状の複数の凹凸条が形成され、前記円筒状金属製被鋳包み部材の周方向に関して前記凹凸条の間に、軸線方向の溝面が介在していることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項１記載の発明は、前記したように構成されているので、鋳包み溶融金属を注湯して前記円筒状金属製被鋳包み部材を鋳包む際に、前記鋳包み溶融金属は、該円筒状金属製被鋳包み部材の鋳包み表面上の不規則な形状の複数の凹凸条を広い範囲に亘り包囲して、該凹凸条の表面は前記溶融金属の溶融熱でもって充分に加熱されるため、前記金属製被鋳包み部材の凹凸条の表面は鋳包み金属と確実に冶金結合される。また、押出しにより形成されたムシレからなる不規則な形状の複数の凹凸条が形成されることにより、金属製被鋳包み部材の凹凸条の表面積が増大して、冶金結合が一層促進され、金属製被鋳包み部材と鋳包み金属とがより強固に結合される。
そして、複数の凹凸条とそれらの間の溝面とでもって、円筒状金属製被鋳包み部材の周方向の密着性や結合力が向上して、円筒状金属製被鋳包み部材と鋳包み金属との間の軸方向および周方向のずれが抑制されて、確固と固定される。このため、密着性向上により熱伝達性が向上し、冷却性能が高まり耐ノッキングが改善される。また、凹凸条の列の間の溝面でもって湯回りが良好となり、鋳造品質が向上する。さらに、溝の間隔を調節すれば容易に表面積の調節が可能となり、機関の冷却性能の設計範囲の自由度が向上する。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の金属製被鋳包み部材において、前記凹凸条は多数の突出部分を有し、該突出部分は、その基部の最大巾よりもその先端側の最大巾の方が広く形成されていることを特徴とする。請求項２に記載のように構成することにより、前記金属製被鋳包み部材の突出部分は、その基部よりも先端側の最大巾が広いため、該金属製被鋳包み部材の突出部分は先太りのフック効果により鋳包み金属と機械的に強固に結合され、両者の境界部に亀裂が発生しにくく、熱伝達性が高い。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の金属製被鋳包み部材において、前記突出部分はフック状に湾曲する先端を有することを特徴とする。また、請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の金属製被鋳包み部材において、前記突出部分は、鋭利な先端部分を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３および４記載のように発明を構成することにより、前記金属製被鋳包み部材の突出部分の先端部は鋭利なため、ヒートマスが少なく、鋳包み金属と完全に冶金結合されうる。また、フック状突出部分を形成する場合は、フック効果による機械結合とアンダカット形状の湯溜り効果による冶金結合が促進される。
【００１１】
請求項５記載の発明によれば、請求項２、３または４記載の金属製被鋳包み部材において、複数の前記凹凸条の突出部分は、円筒状金属製被鋳包み部材の周方向に整列していないことを特徴とする。したがって、すべての凹凸条の突出部分は周方向に不規則に配置されることになるため、周方向が一層タイトに機械的に固定される。
【００１２】
請求項６記載の発明では、不規則な形状の複数の前記凹凸条および前記軸線方向の溝面をもつように押出し成形された部材により金属製被鋳包み部材が構成されることを特徴とする。これにより、不規則な形状の複数の凹凸条を有する金属製被鋳包み部材の製造が容易になされる。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項２ないし５のいずれかに記載の金属製被鋳包み部材において、円筒状金属製被鋳包み部材は押出し成形部材であり、前記突出部分の形状は、押出し開始端側が広くて高く、押出し終了端側が狭くて低い形状に形成されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載のように発明を構成することにより、鋳包み金属に対し押出し方向の前記金属製被鋳包み部材の引摺り抵抗力が一段と大きくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図１６に図示された本発明の一実施形態について説明する。
【００１６】
【実施例１】
Ａｌ−７３，Ｓｉ−１７，Ｆｅ−５，Ｃｕ−３．５，Ｍｇ−１，Ｍｎ−０．５（重量比）の比率で溶融した軽合金溶湯１は、図１−ａに図示されるように、取鍋２からルツボ３に充填され、ルツボ３の底の開孔から落下する際に、その外周のノズル４から高速で噴射される空気または不活性ガスにより、細かい粒子となって急冷され、マトリックス亜／過共晶アルミニウムシリコン合金粉末５が形成される（マトマイズ法による）。
【００１７】
このマトリックス亜／過共晶アルミニウムシリコン合金粉末５は、耐磨耗性を付加するアルミナ粉末、自己潤滑性を付加するグラファイト粉末を添加されて、図１−ｂに図示されるような混合容器６に充填され、密閉された後、混合容器６は水平軸７を中心として回転され、均一に混合されて、ビレット原材料粉末８が得られる。
【００１８】
また、このビレット原材料粉末８は、図１−ｃに図示されるような内部に内燃機関のシリンダ孔径に相当する太さの中子９を配置した円筒状ゴム袋10に充填され、該円筒状ゴム袋10は、上下に蓋11を有する円筒状圧力容器12に収納され、該円筒状圧力容器12内に水の如き液体が充填され、この液体に１．６ＧＰａの圧力が加えられるＣＩＰ（冷間静圧成形法）により、図１−ｄに図示される密度分布が均一で密度比約７０％の中空円筒状ビレット13が予備成形される。
【００１９】
さらに、この中空円筒状ビレット13は、図１−ｅに図示されるように、加熱炉（図示されず）内にて窒素雰囲気ガスの基で４５０℃に予熱・脱ガスされた後、図１−ｆに図示される熱間押出し成形装置14のコンテナ15内に装填され、該コンテナ15内の中空円筒状ビレット13の中心孔にマンドレル16が挿入され、コンテナ15に固定されたダイス17より押出し側に該マンドレル16の先端が位置するように、該マンドレル16は固定され、中空円筒状ビレット13の背後に主ラム18の先端が当てがわれ、主ラム18が押出し方向Ｘへ移動することで、中空円筒状ビレット13は押出し成形され、図１−ｇに図示されるように所定の長さに機械加工により加工され、切断されてスリーブ19が得られる。
【００２０】
前記ダイス17は、図２および図３に図示されるように、内径９４．３mmの円形の開口17ａに、巾Ｗ，深さＨの溝17ｂが全周に亘り均一に形成されている。
【００２１】
図５の表に図示されるように、実施例１では、ダイス17の溝17ｂの巾Ｗが全て０．３８mm，溝17ｂのスパン（中心角）が全て１．５°で、溝17ｂの高さＨが１mm，０．７mm，０．５mm，０．３mmと変えてあり、サンプル１，２では、Ｈ／Ｗの値が１．５以上であって、スリーブ19の凹凸条20にムシレが生じ、スリーブ19の外表面に、図６ないし図９に図示され、また図１０ないし図１４に模式的に示され、さらに図１５および図１６に図示の写真に示されるような不規則な凹凸条20が形成される。
【００２２】
この中空円筒状中空円筒状ビレット13がダイス17の溝17ｂを通過する際に、溝17ｂの周長が長くなると、ダイス17の溝17ｂの接触による引摺り抵抗が大きくなって、ムシレが生じるのである。
【００２３】
図５の表におけるムシレ発生率とは、スリーブ19の全突条数に対し、ムシレが発生して不規則な凹凸条20が形成される突条数の比であり、サンプル１，２では、ムシレ発生率は７０％以上で良好であり、Ｈ／Ｗの値は１．９以上が好ましい。
【００２４】
図６ないし図９に図示の凹凸条20は、巾が広くて高い部分20ａと、巾が狭くて低い部分20ｂとが不規則に押出し方向Ｘに配列され、この凹凸条20の巾が広くて高い部分20ａでは、いずれも、スリーブ19の溝面21に近い基部の巾よりも、先端部の巾の方が広くなって（図１０および図１１に図示されるように、凹凸条20の巾が広くて高い部分20ａの基部がクビレていることが図示されている）、しかも凹凸条20の巾が広くて高い部分20ａの表面は不規則な凹凸面になっているため、スリーブ19とこれを鋳包んだシリンダブロックとは機械的に強固に結合される。
【００２５】
そして、凹凸条20の巾が広くて高い部分20ａの先端部分は、少なくとも一部で、鋭利な形状になっているため、鋳包み鋳造時に、シリンダブロック溶湯の熱が凹凸条20の部分20ａの先端鋭利部分に集中して加わって、凹凸条20のこの部分の酸化被膜が融解し、確実な冶金結合が得られる。
【００２６】
また、凹凸条20の巾が広くて高い部分20ａは、いずれも、押出し開始端側が広くて高く、押出し終了端が狭くて低い形状に形成されるとともに、凹凸条20の巾が広くて高い部分20ａの押出し開始端の端面は、その基部から先端部に向って押出し方向へ傾斜しており（図９、図１２参照）、スリーブ19が図示されないシリンダブロックに鋳包まれた場合には、シリンダブロックに対しスリーブ19が押出し方向へ移動するような力が働いた際に、大きな抵抗力が発揮できるようになっている。
【００２７】
このように、サンプル１，２では、スリーブ19の外表面に不規則な凹凸条20が形成されているため、スリーブ19を鋳包むシリンダブロックの溶湯が、この凹凸条20の不規則な凹凸面に接して、急速に溶湯の熱が凹凸条20の凹凸面に伝達され、凹凸条20の凹凸面が充分に高温に融解されて冶金結合がなされ、しかも、凹凸条20の巾が広くて高い部分20ａの先端は、図１２に模式的に図示されるように、弯曲してフック状に形成されるとともに底が広くなっているため、スリーブ19とシリンダブロックとが、機械的に強力に結合される結果、スリーブ19内を摺動するピストンやその他各種の力を受けるスリーブ19は、シリンダブロックに安定して確固と保持される。
【００２８】
また、スリーブ19とその外周のシリンダブロックとの間の熱膨張差でもって、スリーブ19とシリンダブロック間を引離すような熱応力が発生しても、スリーブ19とシリンダブロックとは相互に強固に結合され、両者間に隙間が生ずる惧れもない。
【００２９】
さらに、スリーブ19とその外周のシリンダブロックとの間に隙間なく密接に結合されているため、燃焼室に接して高温となったスリーブ19の熱は、シリンダブロックに高い熱伝達性で伝達されるため、スリーブ19は適性な温度に保持されてノッキング性能が向上するとともに、冷却系の負荷が少なく、また隣接するスリーブ19の間隙が縮小されて、内燃機関の小型化が可能となる。
【００３０】
スリーブ19の製造プロセスである押出し成形法にて、スリーブ19の外周面に形成されたアンダーカット形状の突起粗さを持った亜／過共晶のアルミニウムシリコン合金スリーブ19を高圧鋳造ダイキャスト製法にて造られる図示されないシリンダブロックに鋳包まれた場合、下記の特徴を有する。
【００３１】
鋳包まれたスリーブ19の外周面は、ブロックアルミの射出圧力によりアンダーカット形状の突起部分20ａの周囲にまわり込む。また、まわり込む時のブロック溶湯の熱エネルギーによりヒートマスの小さい突起部分20ａの先端部分の強固な酸化皮膜は局部的に溶融される。つまり、形状的な機械的結合と冶金的結合の両方を有し、より高い密着結合力となる。
【００３２】
さらに、シリンダブロック製造工程中の射出というプロセス内で、同時に異なる結合を行えるため、シリンダブロック〜スリーブ外周面間に発生する隙間割合が少ない。この結合により、熱間時のピストン熱引きが良くなり、ノッキング性能を向上させ、さらに燃焼室内で発生した熱が効果的に冷却水へ導き出されることが可能となる。またスリーブがブロックに強固に固定できるのでオイル上がりが低減し、排気エミッション（炭化水素）の低減にも有利である。
【００３３】
さらにまた、シリンダブロックに熱履歴を考慮した時効熱処理等を施したものでは、極めて隙間割合が少なく強い結合であるため、運転下におけるボア内周面の変形が低減され、結果として、オイル消費やブローバイ性能が向上される。
【００３４】
図５に図示の表の実施例１におけるサンプル３，４，５では、Ｈ／Ｗの値が１．５より低いため、ムシレ発生率が少ない結果となった。
【００３５】
次に図５の表における実施例２では、中空円筒状ビレット13は実施例１と同一のものが用いられ、Ｈ／Ｗが１．５以上の２．７となるように、ＨとＷとの値が変えられており、サンプル６，７，８，９では、ダイス17の溝17ｂの巾が、１．３mmより小さな値となっているため、ムシレ発生率は７０％以上となって、実用化可能である。
【００３６】
しかし、サンプル１０では、ダイス17の溝17ｂの巾が１．３mm以上の１．５mmを越えているため、ムシレが発生せず、スリーブ19の横断面形状は、略ダイス17の内周面形状の押出し材が得られ、実用に供しえない。
【００３７】
さらに、図５の表の実施例３では、実施例１とは別の組成（Ａｌ−５８．５，Ｓｉ−２５，Ｃｕ−４．５，Ｍｇ−１．５，Ａｌ₂Ｏ₃−１０，Ｇｒ（グラファイト粒子）−０．５）の粉末が冷間静水圧プレスにより１．６ＧＰａの圧力で成形されて、中空円筒状ビレット13が形成され、この中空円筒状ビレット13は４５０℃に加熱された状態で、熱間押出し成形されたものである。なお、上記粉末は、実施例１と同様にマトリックス亜／過共晶アルミニウムシリコン合金粉末をアトマイズ法により形成した後、Ａｌ₂Ｏ₃およびＧｒを添加したものとする。
【００３８】
実施例３のサンプル１１，１２では、Ｈ／Ｗが１．５以上で、ダイス17の溝17ｂの巾Ｗが１．３以下で、かつ周長比Ｌ／ｄ・πが１．５以上であるため、ムシレ発生率は９２％，８７％で良好な凹凸条20が形成される。
【００３９】
しかし、サンプル１３，１４では、周長比Ｌ／ｄ・πが１．５以下となっているため、一部にムシレが発生するが、ムシレ発生率が低く、実用に供しえない。
【００４０】
さらにまた、図５の表の実施例４では、実施例３と同一の中空円筒状ビレット13が用いられ、これと同様な条件で熱間押出し成形されており、サンプル１５，１６では、図４に図示されるように、ダイス17の溝17ｂの形状がＴ字型となっており、ダイス17の内周面の周長が必然的に大きく、周長比Ｌ／ｄ・πもこれに対応して１．５より著しく大きな値となり、ムシレ発生率は共に１００％である。
【００４１】
そして、図５の表の実施例４におけるサンプル１７，１８も周長比は１．５よりも大きいが、サンプル１５，１６に比べて小さいため、ムシレ発生率は高率ではあるものの、１００％にはならなかった。
【００４２】
さらに、図１ないし図１６に図示の実施形態のように、燒結押出し成形品のスリーブ19でなくても、他の製法による通常の押出し成形品、鍛造品、鋳造品にて凹凸条を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属製被鋳包み部材を製造する方法の概略を図示した説明図である。
【図２】この製造方法に用いられるダイスの要部拡大正面図である。
【図３】図２の要部をさらに拡大して図示した正面図である。
【図４】ダイスの形状を変えたものの要部拡大正面図である。
【図５】各実施例におけるサンプルのデータを示した表である。
【図６】スリーブの外表面に形成された凹凸条のみを模式的に拡大して図示した斜視図である。
【図７】スリーブの外表面に形成された凹凸条の要部拡大平面図である。
【図８】スリーブの外表面に形成された凹凸条の要部拡大斜視図である。
【図９】図７の要部拡大縦断面図である。
【図１０】スリーブの外表面に形成された凹凸条のみを拡大して模式的に画いた斜視図である。
【図１１】図１０の凹凸条をさらに拡大して図示した平面図である。
【図１２】図１１のXII−XII線に沿って裁断した縦断面図である。
【図１３】図１２のXIII−XIII線に沿って裁断した横断面図である。
【図１４】図１２のXIV−XIV線に沿って裁断した横断面図である。
【図１５】図６に図示したスリーブ要部の写真である。
【図１６】図７に図示したスリーブ要部の写真である。
【符号の説明】
１…軽合金溶湯、２…取鍋、３…ルツボ、４…ノズル、５…マトリックス亜／過共晶アルミニウムシリコン合金粉末、６…混合容器、７…水平軸、８…ビレット原材料粉末、９…中子、10…円筒状ゴム袋、11…蓋、12…円筒状圧力容器、13…中空円筒状ビレット、14…熱間押出し成形装置、15…コンテナ、16…マンドレル、17…ダイス、18…主ラム、19…スリーブブロック、21…溝面、22…溝。

Claims

金属鋳造部品に鋳包まれる円筒状金属製被鋳包み部材であって、
該円筒状金属製被鋳包み部材の鋳包み表面に、該円筒状金属製被鋳包み部材の軸線方向に沿って、押出しにより形成されたムシレからなる不規則な形状の複数の凹凸条が形成され、前記円筒状金属製被鋳包み部材の周方向に関して前記凹凸条の間に、軸線方向の溝面が介在していることを特徴とする金属製被鋳包み部材。
前記凹凸条は多数の突出部分を有し、該突出部分は、その基部の最大巾よりもその先端側の最大巾の方が広く形成されていることを特徴とする請求項１記載の金属製被鋳包み部材。
前記突出部分はフック状に湾曲する先端を有することを特徴とする請求項２記載の金属製被鋳包み部材。
前記突出部分は鋭利な先端部分を有することを特徴とする請求項２または３記載の金属製被鋳包み部材。
複数の前記凹凸条の突出部分は、円筒状金属製被鋳包み部材の周方向に整列していないことを特徴とする請求項２、３または４記載の金属製被鋳包み部材。
不規則な形状の複数の前記凹凸条および前記軸線方向の溝面をもつように押出し成形された部材により構成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の金属製被鋳包み部材。
円筒状金属製被鋳包み部材は押出し成形部材であり、前記突出部分の形状は、押出し開始端側が広くて高く、押出し終了端側が狭くて低い形状に形成されたことを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の金属製被鋳包み部材。