JPH0610757A - セラミックライナを持つシリンダボディ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、金属製シリンダブロックと耐熱
性、耐摩耗性、低熱伝導性に優れた多孔質構造のセラミ
ックライナとからシリンダボディを構成し、境界層を強
固に結合させる。 【構成】 本発明は、耐熱性、耐摩耗性、低熱伝導性に
優れた窒化アルミニウム等のセラミックスから成る多孔
質構造のセラミックライナ２をシリンダブロック鋳込み
型に設置し、アルミニウム合金等の金属のシリンダブロ
ック１を構成し、多孔質構造の気孔５中にシリンダブロ
ック１の金属と同一の金属を含浸させる。金属の鋳込み
時に両者の境界層が融合するため、境界部７は強固に接
合或いは溶着状態になり、境界部の隙間発生を防止でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属から成るシリン
ダブロックと該シリンダブロックの孔部に配置したシリ
ンダを構成するセラミックライナを有するシリンダボデ
ィ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリンダボディ即ちシリンダブロ
ックは、該シリンダブロックに設けられたシリンダの摩
耗を少なくするために、全体を鋳鉄で製造するか、或い
は鋳鉄製のシリンダライナをシリンダブロックに形成さ
れた孔に圧入して構成しているのが一般的である。

【０００３】また、特開昭５８−１５７４１号公報に
は、鋳ぐるみ用シリンダライナ及びその製造方法が開示
されている。該鋳ぐるみ用シリンダライナは、初晶シリ
コンを微細に分散させた高シリコン過共晶アルミニウム
合金からなる内層と鋳造用アルミニウム合金からなる外
層との内外２層構造としたものである。また、その製造
方法は、シリコン１２〜３０重量％を含有するアルミニ
ウム合金粉末を熱間押出し成形加工して初晶シリコンを
微細に分散させた高シリコン過共晶アルミニウム合金製
の内層となる円筒体を製造すること、前記円筒体を鋳造
用アルミニウム合金からなる外層を形成することよりな
り、内外２層構造を有するもの鋳ぐるみ用シリンダライ
ナの製造方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリン
ダブロック全体を鋳鉄で製造するか、或いは鋳鉄製のシ
リンダライナをシリンダブロックに形成された孔に圧入
したシリンダボディは、耐熱性、耐摩耗性、低熱伝導性
について十分とは言えず、断熱エンジンを構成すること
ができない。また、シリンダボディを鋳鉄で構成してい
るため、軽量なアルミニウム合金とは異なり、近年のエ
ンジンの軽量化に対応することができないという問題が
ある。

【０００５】また、シリンダブロックを金属で作製し、
シリンダライナをセラミックスで作製した場合には、製
造工程において、セラミックライナをシリンダボディ鋳
造型にセットし、該鋳造型にシリンダブロック材の金属
鋳造溶湯を鋳込んだ場合に、金属の熱収縮のためセラミ
ックスに亀裂、クラック、割れ等が発生するという問題
があり、また、エンジン駆動による繰り返しの熱負荷の
ため、シリンダライナとシリンダブロックとの間の境界
部に隙間が発生してがたが生じたり、セラミックスに亀
裂、クラック、割れ等が発生するという問題がある。

【０００６】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、耐熱性、耐摩耗性、低熱伝導性に
優れた多孔質構造のセラミックスでシリンダライナ即ち
セラミックライナを構成し、多孔質構造の気孔にシリン
ダブロックを構成する金属と同一の金属を含浸させ、熱
負荷に対しても十分な強度を有し、セラミックライナと
金属製シリンダブロックとの境界部に隙間が発生するこ
とを防止し、シリンダライナとして耐摩耗性に優れたセ
ラミックスを用いることで摩耗を低減させることがで
き、容易に且つ安価に製造することができ、エンジンの
軽量化を達成できるセラミックライナを持つシリンダボ
ディ及びその製造方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、金属から成るシリンダブロックと該シリン
ダブロックの孔部に配置したシリンダを構成するセラミ
ックライナを有するシリンダボディにおいて、前記セラ
ミックライナは耐熱性、耐摩耗性、低熱伝導性に優れた
多孔質構造であり、該多孔質構造の間隙に前記シリンダ
ブロックを構成する金属が含浸され、前記セラミックラ
イナ外面の金属と前記シリンダブロック内面の金属は一
体構造であることを特徴とするセラミックライナを持つ
シリンダボディに関する。また、このセラミックライナ
を持つシリンダボディにおいて、前記セラミックライナ
を構成する材料は窒化アルミニウムであり、前記シリン
ダブロックを構成する材料はアルミニウム合金である。

【０００８】また、このセラミックライナを持つシリン
ダボディにおいて、前記セラミックライナは外周側が内
周側より気孔率が大きい構造に構成されている。

【０００９】或いは、この発明は、シリンダを構成する
セラミックライナを作製し、該セラミックライナをシリ
ンダボディ鋳造型にセットし、該鋳造型にシリンダブロ
ック材の金属鋳造溶湯を鋳込んでセラミックライナを持
つシリンダボディを製造する方法において、前記セラミ
ックライナを耐熱性、耐摩耗性、低熱伝導性に優れた多
孔質構造に形成し、金属鋳造溶湯を鋳込むことによって
前記多孔質構造の間隙に前記シリンダブロックを構成す
る金属を含浸させることを特徴とするセラミックライナ
を持つシリンダボディの製造方法に関する。

【００１０】又は、この発明は、シリンダを構成するセ
ラミックライナを作製し、該セラミックライナをシリン
ダボディ鋳造型にセットし、該鋳造型にシリンダブロッ
ク材の金属鋳造溶湯を鋳込んでセラミックライナを持つ
シリンダボディを製造する方法において、前記セラミッ
クライナを耐熱性、耐摩耗性、低熱伝導性に優れた多孔
質構造に形成すると共に、該多孔質構造の間隙にシリン
ダブロックを構成する金属と同一の金属を含浸させ、次
いで金属を含浸した前記セラミックライナをシリンダボ
ディ鋳造型にセットし、金属鋳造溶湯を鋳込むことによ
って前記多孔質構造の間隙に含浸した金属と前記シリン
ダブロックを構成する金属とを接合して一体構造にした
ことを特徴とするセラミックライナを持つシリンダボデ
ィの製造方法に関する。

【００１１】

【作用】この発明によるセラミックライナを持つシリン
ダボディ及びその製造方法は、上記のように構成されて
おり、次のように作用する。即ち、この発明は、セラミ
ックライナを耐熱性、耐摩耗性、低熱伝導性に優れた多
孔質構造で構成し、該多孔質構造の間隙即ち気孔にシリ
ンダブロックを構成する金属と同一の金属が含浸され、
前記セラミックライナ外面の金属と前記シリンダブロッ
ク内面の金属は一体構造であるので、金属の鋳込み時に
シリンダブロックとシリンダライナとの境界層が融合す
るため、境界部は強固に接合或いは溶着状態になり、境
界部の隙間発生を防止でき、また、金属製シリンダライ
ナをシリンダブロックに圧入するものに比較して、シリ
ンダブロック側の肉厚を薄く構成することができる。

【００１２】また、シリンダを構成するシリンダライナ
のセラミックスの気孔に含浸されたアルミニウム合金等
の金属は、エンジン駆動によるピストンの摺動によって
セラミックライナ内壁面に含浸している金属が摩耗し、
金属の部分に凹部が形成され、該凹部に油溜まりが形成
される。それ故に、金属が含浸したセラミックライナの
硬度が上がり、該凹部の油溜まりに溜まったオイルが潤
滑油となって摺動特性が向上する。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるセラ
ミックライナを持つシリンダボディ及びその製造方法の
一実施例を説明する。図１はこの発明によるセラミック
ライナを持つシリンダボディに組み込まれるセラミック
ライナの一実施例を示す断面図、図２はこの発明による
セラミックライナを持つシリンダボディの一実施例を示
す断面図、図３は図２の符号Ａ部分の拡大断面図、及び
図４は図１のセラミックライナの半径方向の厚さに対す
る気孔率の関係を示す説明図である。

【００１４】このセラミックライナを持つシリンダボデ
ィは、図２に示すように、アルミニウム合金等の金属か
ら成るシリンダブロック１と該シリンダブロック１の孔
部３に配置したシリンダボア即ちシリンダ４を構成する
セラミックライナ２を有するものである。セラミックラ
イナ２は、図３に示すように、耐熱性、耐摩耗性、低熱
伝導性に優れたセラミックスから成る多孔質構造であ
り、該多孔質構造の間隙即ち気孔５にシリンダブロック
１を構成するアルミニウム合金等の金属が含浸されてお
り、セラミックライナ２の外面の金属とシリンダブロッ
ク１の内面の金属は一体構造に接合又は溶着した構造に
構成されている。

【００１５】多孔質構造のセラミックライナ２を構成す
る材料は、シリンダブロック１がアルミニウム合金Ａｌ
で作製されている場合には、窒化アルミニウムＡｌＮで
作製することが好ましい。窒化アルミニウムはアルミニ
ウムとのぬれ性がよく、アルミニウム合金が多孔質構造
の気孔５内に良好に含浸され、多孔質構造の気孔５をア
ルミニウム合金で埋めることができる。

【００１６】また、このセラミックライナを持つシリン
ダボディにおいて、セラミックライナ２は、図４に示す
ように、セラミックライナ２の外周側が内周側より気孔
率が大きくなるように構成されている。

【００１７】この発明によるセラミックライナを持つシ
リンダボディは、上記のように、セラミックライナ２の
気孔５即ちオープンポア内に含浸した金属とシリンダブ
ロック１を構成する金属とが同一であるので、両者間の
境界層で金属同士の融合が起こるため、セラミックライ
ナ２自体の肉厚を、例えば、１．５ｍｍ〜２ｍｍ程度に
まで薄く形成することができる。また、セラミックライ
ナ２は、多孔質構造であるので、セラミックウィスカー
で作製したものに比較して、セラミックスの量を増加さ
せることができる。

【００１８】次に、このセラミックライナを持つシリン
ダボディを製造する方法の実施例について説明する。こ
のセラミックライナを持つシリンダボディの製造方法
は、図１に示すように、シリンダボア即ちシリンダ４を
構成するセラミックライナ２を耐熱性、耐摩耗性、低熱
伝導性に優れた窒化アルミニウム等のセラミックスで多
孔質構造に作製する。次いで、該セラミックライナ２を
シリンダボディ鋳造型にセットし、該鋳造型にシリンダ
ブロックを構成するアルミニウム合金等の金属鋳造溶湯
を鋳込み、セラミックライナ２の多孔質構造の間隙即ち
気孔５内にシリンダブロック１を構成するアルミニウム
合金等の金属と同一の金属を含浸させる。従って、セラ
ミックライナ２の多孔質構造の気孔５へは金属が良好に
含浸させ、シリンダブロック１を構成する金属と気孔５
内の金属とが境界層で融合して一体構造に構成される。

【００１９】この製造方法において、セラミックライナ
２の作製は、例えば、窒化アルミニウムＡｌＮの粉末を
原料として、高圧スリップ法等のプレス法、スリップキ
ャスティング法、ＣＩＰ法の何れかで成形体を作製し、
次いで、この成形体を焼成して焼成体即ち多孔質構造の
セラミックライナ２を作製することができる。

【００２０】又は、このセラミックライナを持つシリン
ダボディの製造方法は、シリンダ４を構成するセラミッ
クライナ２を耐熱性、耐摩耗性、低熱伝導性に優れた窒
化アルミニウム等のセラミックスで多孔質構造に作製す
る。次いで、該セラミックライナ２の多孔質構造の気孔
５内に、シリンダブロック１を構成するアルミニウム合
金等の金属と同一の金属を含浸させ、セラミックスと金
属から成るシリンダライナの複合体を作製する。次い
で、金属を含浸したセラミックライナ２をシリンダボデ
ィ鋳造型にセットし、該シリンダボディ鋳造型にシリン
ダブロックを構成するアルミニウム合金等の金属鋳造溶
湯を鋳込み、シリンダブロック１を構成すると共に、多
孔質構造の間隙即ち気孔５に含浸した金属とシリンダブ
ロック１を構成する金属とを接合して一体構造に構成さ
れるものである。

【００２１】

【発明の効果】この発明によるセラミックライナを持つ
シリンダボディ及びその製造方法は、上記のように構成
されており、次のような効果を有する。即ち、この発明
は、セラミックライナを耐熱性、耐摩耗性、低熱伝導性
に優れた多孔質構造で構成し、該多孔質構造の間隙即ち
気孔にシリンダブロックを構成する金属と同一の金属が
含浸され、前記セラミックライナ外面の金属と前記シリ
ンダブロック内面の金属は一体構造であるので、金属の
鋳込み時にシリンダブロックとシリンダライナとの境界
層が融合するため、境界部は強固に接合或いは溶着状態
になり、境界部の隙間発生を防止でき、また、金属製シ
リンダライナをシリンダブロックに圧入するものに比較
して、シリンダブロック側の肉厚を薄く構成することが
できる。更に、前記セラミックライナに耐摩耗性に優れ
たセラミックスを使用することによって、摺動特性を向
上させると共に、摩耗の低減を図ることができる。

【００２２】また、シリンダを構成するシリンダライナ
のセラミックスの気孔に含浸されたアルミニウム合金等
の金属は、エンジン駆動によるピストンの摺動によって
セラミックライナ内壁面に含浸している金属が摩耗し、
金属の部分に凹部が形成され、該凹部に油溜まりが形成
される。それ故に、金属が含浸したセラミックライナの
硬度が上がり、該凹部の油溜まりに溜まったオイルが潤
滑油となって摺動特性が向上させることができる。

【００２３】また、前記セラミックライナを窒化アルミ
ニウムで作製し、前記シリンダブロックをアルミニウム
合金で作製すると、窒化アルミニウムはアルミニウム合
金とのぬれ性が良好であるので、前記セラミックライナ
の気孔中にアルミニウム合金が良好に含浸され、前記セ
ラミックライナの気孔即ち間隙をアルミニウム合金で埋
めることができる。また、前記シリンダブロックがアル
ミニウム合金で作製されると、従来のものに比較して鋳
鉄ライナの分だけ軽量化が可能になり、エンジンの軽量
化を達成することができる。

【００２４】また、前記セラミックライナは外周側が内
周側より気孔率が大きい構造に構成することによって、
セラミックライナとシリンダブロックとの接合部即ち境
界層の接合強度を強化することができる。

【００２５】更に、この発明では、鋳造時に、窒化アル
ミニウムＡｌＮから成る前記セラミックライナの多孔質
構造の気孔即ち間隙中にアルミニウム合金を含浸させる
ことにより、製造設備の拡張が少なくて済み、製造コス
トを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるセラミックライナを持つシリン
ダボディに組み込まれるセラミックライナの一実施例を
示す断面図である。

【図２】この発明によるセラミックライナを持つシリン
ダボディの一実施例を示す断面図である。

【図３】図２の符号Ａ部分の拡大断面図である。

【図４】図１のセラミックライナの半径方向の厚さに対
する気孔率の関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１ シリンダブロック ２ セラミックライナ ３ 孔部 ４ シリンダ ５ 気孔

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属から成るシリンダブロックと該シリ
   ンダブロックの孔部に配置したシリンダを構成するセラ
   ミックライナを有するシリンダボディにおいて、前記セ
   ラミックライナは耐熱性、耐摩耗性、低熱伝導性に優れ
   た多孔質構造であり、該多孔質構造の間隙に前記シリン
   ダブロックを構成する金属が含浸され、前記セラミック
   ライナ外面の金属と前記シリンダブロック内面の金属は
   一体構造であることを特徴とするセラミックライナを持
   つシリンダボディ。
2. 【請求項２】 前記セラミックライナを構成する材料は
   窒化アルミニウムであり、前記シリンダブロックを構成
   する材料はアルミニウム合金であることを特徴とする請
   求項１に記載のセラミックライナを持つシリンダボデ
   ィ。
3. 【請求項３】 前記セラミックライナは外周側が内周側
   より気孔率が大きいことを特徴とする請求項１に記載の
   セラミックライナを持つシリンダボディ。
4. 【請求項４】 シリンダを構成するセラミックライナを
   作製し、該セラミックライナをシリンダボディ鋳造型に
   セットし、該鋳造型にシリンダブロック材の金属鋳造溶
   湯を鋳込んでセラミックライナを持つシリンダボディを
   製造する方法において、前記セラミックライナを耐熱
   性、耐摩耗性、低熱伝導性に優れた多孔質構造に形成
   し、金属鋳造溶湯を鋳込むことによって前記多孔質構造
   の間隙に前記シリンダブロックを構成する金属を含浸さ
   せることを特徴とするセラミックライナを持つシリンダ
   ボディの製造方法。
5. 【請求項５】 シリンダを構成するセラミックライナを
   作製し、該セラミックライナをシリンダボディ鋳造型に
   セットし、該鋳造型にシリンダブロック材の金属鋳造溶
   湯を鋳込んでセラミックライナを持つシリンダボディを
   製造する方法において、前記セラミックライナを耐熱
   性、耐摩耗性、低熱伝導性に優れた多孔質構造に形成す
   ると共に、該多孔質構造の間隙にシリンダブロックを構
   成する金属と同一の金属を含浸させ、次いで金属を含浸
   した前記セラミックライナをシリンダボディ鋳造型にセ
   ットし、金属鋳造溶湯を鋳込むことによって前記多孔質
   構造の間隙に含浸した金属と前記シリンダブロックを構
   成する金属とを接合して一体構造にしたことを特徴とす
   るセラミックライナを持つシリンダボディの製造方法。