JPH08210177A - 被覆されたシリンダボアライナを用いてシリンダブロックを作る方法およびアルミニウムシリンダブロック - Google Patents
被覆されたシリンダボアライナを用いてシリンダブロックを作る方法およびアルミニウムシリンダブロックInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 在来の多くの準備過程を不必要にし、優れた
皮膜同心性を付与して最終被覆面の機械切削を減じさ
せ、減摩特性を増進する安価な被覆材料を使用できる被
覆シリンダボアライナを有するシリンダブロックを作る
方法を提供する。 【解決手段】 本発明の課題は、シリンダボア１１を有
する金属シリンダブロック１０を鋳造することと、押出
し金属管状材料１３から外径がボア１１の内径より大き
い薄壁のライナ１２を作ることと、ライナの内面１４に
金属加工流体、ボンド皮膜材料及びトップコート減摩材
料を逐次溶射するための１つまたは複数のノズルに相対
してライナ１２を回転させることと、被覆された内面１
４にホーニング加工を施して仕上げ面を形成すること
と、被覆済みライナ５０を植込むためシリンダブロック
１０を周囲温度に維持しつつ該ライナ５０を冷凍するこ
とによってシリンダボア１１にしまりばめすることとに
よって解決される。
皮膜同心性を付与して最終被覆面の機械切削を減じさ
せ、減摩特性を増進する安価な被覆材料を使用できる被
覆シリンダボアライナを有するシリンダブロックを作る
方法を提供する。 【解決手段】 本発明の課題は、シリンダボア１１を有
する金属シリンダブロック１０を鋳造することと、押出
し金属管状材料１３から外径がボア１１の内径より大き
い薄壁のライナ１２を作ることと、ライナの内面１４に
金属加工流体、ボンド皮膜材料及びトップコート減摩材
料を逐次溶射するための１つまたは複数のノズルに相対
してライナ１２を回転させることと、被覆された内面１
４にホーニング加工を施して仕上げ面を形成すること
と、被覆済みライナ５０を植込むためシリンダブロック
１０を周囲温度に維持しつつ該ライナ５０を冷凍するこ
とによってシリンダボア１１にしまりばめすることとに
よって解決される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関のシリンダ
ボア（シリンダ穴）内にライナを組付ける技術に関する
ものであり、特に、そのようなライナを減摩材料で被覆
することに関するものである。
ボア（シリンダ穴）内にライナを組付ける技術に関する
ものであり、特に、そのようなライナを減摩材料で被覆
することに関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】早く
も１９１１年（米国特許第９９１４０４号参照）には鉄
シリンダボアライナに対して皮膜（コーティング）が施
されており、これらライナはシリンダボア内にプレスば
めされた。しかし、そのような初期の皮膜は例えばニッ
ケルメッキすることによって腐食を防止するように設計
された。鉄シリンダボアライナに施された後期の皮膜は
摩耗を防ぐために硬面を有するように設計された。
も１９１１年（米国特許第９９１４０４号参照）には鉄
シリンダボアライナに対して皮膜（コーティング）が施
されており、これらライナはシリンダボア内にプレスば
めされた。しかし、そのような初期の皮膜は例えばニッ
ケルメッキすることによって腐食を防止するように設計
された。鉄シリンダボアライナに施された後期の皮膜は
摩耗を防ぐために硬面を有するように設計された。
【０００３】先行技術はシリンダボアライナ、特にアル
ミニウムから作られたライナ、を減摩材料で被覆するこ
との価値および技術を理解しなかった。さらに、先行技
術は優秀な生産性が、高度に改善されたエンジン性能と
ともに得られる程度にまで、被覆低摩擦ライナを有する
エンジンを製作することの精度と経済性とを高めること
ができなかった。
ミニウムから作られたライナ、を減摩材料で被覆するこ
との価値および技術を理解しなかった。さらに、先行技
術は優秀な生産性が、高度に改善されたエンジン性能と
ともに得られる程度にまで、被覆低摩擦ライナを有する
エンジンを製作することの精度と経済性とを高めること
ができなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】被覆シリンダボアライナ
を有するエンジンブロックないしエンジンのシリンダブ
ロック（ｅｎｇｉｎｅ ｂｌｏｃｋ）を作る方法であっ
て、（ａ） 在来方法における多くの準備過程を不必要
にし、（ｂ） よりすぐれた皮膜同心性を付与しそれに
よって最終被覆面の機械切削を減じさせ、かつ、（ｃ）
抜群の減摩特性を増進させるより経済的な被覆材料を
使用する方法を提供することが本発明の目的である。
を有するエンジンブロックないしエンジンのシリンダブ
ロック（ｅｎｇｉｎｅ ｂｌｏｃｋ）を作る方法であっ
て、（ａ） 在来方法における多くの準備過程を不必要
にし、（ｂ） よりすぐれた皮膜同心性を付与しそれに
よって最終被覆面の機械切削を減じさせ、かつ、（ｃ）
抜群の減摩特性を増進させるより経済的な被覆材料を
使用する方法を提供することが本発明の目的である。
【０００５】特に、本発明は本質的に、（ａ） １つま
たは複数のシリンダボアを有する金属シリンダブロック
（エンジンブロック（ｅｎｇｉｎｅ ｂｌｏｃｋ））を
鋳造する過程、（ｂ） 薄壁を有するライナであって、
好ましくはシリンダブロックの材料と同じ材料から成り
清浄にされた内面と±１０ミクロンの範囲で制御された
壁厚さとを有する押出し成形した金属製管状体から構成
され、その外径がそれを受容すべき前記シリンダブロッ
クのシリンダボアの内径より少し大きい（３５±５ミク
ロン）ライナを各ボアのために作る過程、（ｃ） 第１
に前記ライナ内面の新鮮な金属を露出させるように高圧
で吹付けられる金属加工流体と、第２に前記ライナ内面
に対する冶金学的ボンドないし結合（ｍｅｔａｌｌｕｒ
ｇｉｃａｌ ｂｏｎｄ）を形成するように熱溶射される
ボンド皮膜材料と、第３に前記ボンド皮膜に付着するよ
うにプラズマ溶射されるトップコート減摩材料とを含む
複数の材料を前記ライナ内面に吹付けるための１つまた
は複数のノズルに対して前記ライナを相対的に回転させ
る過程、（ｄ） トップコートを１５０ミクロンまで除
去するように前記被覆された内面にホーンニング加工を
施して、±１５ミクロンの範囲で前記管の軸線と同心で
ある仕上げ面を形成する過程、および（ｅ）前記被覆さ
れたライナの植込みを可能にするために前記シリンダブ
ロックを周囲温度にまたはそれより高く維持しつつ前記
ライナを冷凍することによって前記被覆されたライナを
前記シリンダボアにしまりばめにする過程を有する。ト
ップコートの組成を修正することによって、ボンド皮膜
は省除され得、依然として適切な密着強さを達成し得
る。
たは複数のシリンダボアを有する金属シリンダブロック
（エンジンブロック（ｅｎｇｉｎｅ ｂｌｏｃｋ））を
鋳造する過程、（ｂ） 薄壁を有するライナであって、
好ましくはシリンダブロックの材料と同じ材料から成り
清浄にされた内面と±１０ミクロンの範囲で制御された
壁厚さとを有する押出し成形した金属製管状体から構成
され、その外径がそれを受容すべき前記シリンダブロッ
クのシリンダボアの内径より少し大きい（３５±５ミク
ロン）ライナを各ボアのために作る過程、（ｃ） 第１
に前記ライナ内面の新鮮な金属を露出させるように高圧
で吹付けられる金属加工流体と、第２に前記ライナ内面
に対する冶金学的ボンドないし結合（ｍｅｔａｌｌｕｒ
ｇｉｃａｌ ｂｏｎｄ）を形成するように熱溶射される
ボンド皮膜材料と、第３に前記ボンド皮膜に付着するよ
うにプラズマ溶射されるトップコート減摩材料とを含む
複数の材料を前記ライナ内面に吹付けるための１つまた
は複数のノズルに対して前記ライナを相対的に回転させ
る過程、（ｄ） トップコートを１５０ミクロンまで除
去するように前記被覆された内面にホーンニング加工を
施して、±１５ミクロンの範囲で前記管の軸線と同心で
ある仕上げ面を形成する過程、および（ｅ）前記被覆さ
れたライナの植込みを可能にするために前記シリンダブ
ロックを周囲温度にまたはそれより高く維持しつつ前記
ライナを冷凍することによって前記被覆されたライナを
前記シリンダボアにしまりばめにする過程を有する。ト
ップコートの組成を修正することによって、ボンド皮膜
は省除され得、依然として適切な密着強さを達成し得
る。
【０００６】他の一局面において本発明は、（ａ） １
つまたは複数の精密形成されたシリンダボアを有する鋳
造アルミニウム合金本体、（ｂ） しまりばめによって
シリンダボア内に嵌合している押出しアルミニウムライ
ナであって、植込みに先立って皮膜システムによって被
覆された内面を有するライナ、および（ｃ） それ自体
によってまたは付加粒子の存在によって固体潤滑特性を
発揮するプラズマ溶射した鉄ベース粒子から成るトップ
コートを有する皮膜システムから成るアルミニウムシリ
ンダブロックである。
つまたは複数の精密形成されたシリンダボアを有する鋳
造アルミニウム合金本体、（ｂ） しまりばめによって
シリンダボア内に嵌合している押出しアルミニウムライ
ナであって、植込みに先立って皮膜システムによって被
覆された内面を有するライナ、および（ｃ） それ自体
によってまたは付加粒子の存在によって固体潤滑特性を
発揮するプラズマ溶射した鉄ベース粒子から成るトップ
コートを有する皮膜システムから成るアルミニウムシリ
ンダブロックである。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１に示されているように、本発
明の方法の欠くことのできない過程は、（１） 複数の
シリンダボア１１を有する金属シリンダブロック１０を
鋳造する過程と、（２） 押出し成形した管状体ないし
材料１３からアルミニウムライナ１２を切断する過程
と、（３） 前記ライナ１２の内面１４を洗浄する過程
と、（４） 水平軸線１７を中心としてライナ１２を回
転させるとともにその内面１４に対して（ｉ） 新鮮な
金属を露出させ、（ｉｉ） 冶金ボンドアンダーコート
１５を付着させ、（ｉｉｉ） 減摩特性を有するトップ
コート１６を付着させる一連の作業を施す過程と、
（５） ライナ１２をシリンダボア１１内にしまりばめ
によって差し込む過程と、（６） 仕上がり状態になる
までライナ１２の露出した被覆面１８に対して選択的に
ホーニング加工を行う過程と、（７） 関連ピストン・
リング組立体に対する隙間が本質的に零になるまで摩耗
できる重合体をベースとする減摩皮膜１９によって前記
ホーニング加工された皮膜に対して選択的にコーティン
グを施す過程とを含む。
明の方法の欠くことのできない過程は、（１） 複数の
シリンダボア１１を有する金属シリンダブロック１０を
鋳造する過程と、（２） 押出し成形した管状体ないし
材料１３からアルミニウムライナ１２を切断する過程
と、（３） 前記ライナ１２の内面１４を洗浄する過程
と、（４） 水平軸線１７を中心としてライナ１２を回
転させるとともにその内面１４に対して（ｉ） 新鮮な
金属を露出させ、（ｉｉ） 冶金ボンドアンダーコート
１５を付着させ、（ｉｉｉ） 減摩特性を有するトップ
コート１６を付着させる一連の作業を施す過程と、
（５） ライナ１２をシリンダボア１１内にしまりばめ
によって差し込む過程と、（６） 仕上がり状態になる
までライナ１２の露出した被覆面１８に対して選択的に
ホーニング加工を行う過程と、（７） 関連ピストン・
リング組立体に対する隙間が本質的に零になるまで摩耗
できる重合体をベースとする減摩皮膜１９によって前記
ホーニング加工された皮膜に対して選択的にコーティン
グを施す過程とを含む。
【０００８】前記シリンダブロック１０の鋳造は、（均
一な溶融金属流れと過度気孔率を生じない固化とを可能
にする適切な堰を有する鋳型２０内におけるがごとき）
砂造型、シェル造型（永久または半永久）、ダイカステ
ィング、またはその他商業的条件に合った鋳造技術によ
って行われ得る。砂造型は最適の品質および大量生産の
ための経済性とともにすぐれた製品輪郭明確性を提供す
るから有利である。鋳造工程は溶融金属の温度と、適当
な堰の設計とを正しく制御することによって、そして鋳
造ブロックのボアセンタが規定寸法の±２００ミクロン
の範囲内のセンタ間距離を有するように適正な砂中子に
よって凹所を設けることによって、結果として生じる皮
膜システムのための金属面の適正な準備を保証するよう
に以下の方式で制御さるべきである。
一な溶融金属流れと過度気孔率を生じない固化とを可能
にする適切な堰を有する鋳型２０内におけるがごとき）
砂造型、シェル造型（永久または半永久）、ダイカステ
ィング、またはその他商業的条件に合った鋳造技術によ
って行われ得る。砂造型は最適の品質および大量生産の
ための経済性とともにすぐれた製品輪郭明確性を提供す
るから有利である。鋳造工程は溶融金属の温度と、適当
な堰の設計とを正しく制御することによって、そして鋳
造ブロックのボアセンタが規定寸法の±２００ミクロン
の範囲内のセンタ間距離を有するように適正な砂中子に
よって凹所を設けることによって、結果として生じる皮
膜システムのための金属面の適正な準備を保証するよう
に以下の方式で制御さるべきである。
【０００９】ライナ１２は２１において高圧水切断によ
ってまたは歪みを生じさせることなしに急速に切断する
方法（例えば、レーザーないしルーザーカッティングお
よび高速ダイヤモンドカッティング）によって押出し成
形したアルミニウム管状材料１３から切断される（しか
し高圧水切断が推奨される）。前記管状材料１３は市販
のジュラルミン６０６０合金の化学的性質を有すること
が望ましい。在来の押出し加工技術によって、管状材料
１３はライナ１２の長さ２３にわたって３５±１５ミク
ロンの精度の壁厚さ２２と、±１５ミクロン／３０ｃｍ
（１ｆｔ）以内で直線である内／外面１４、２５と、ラ
イナ１２の１８０ｍｍの長さにわたって±１５ミクロン
以内で同心の直径とを有する。切取られた管状材料はそ
の内面１４を中心に整合させてその意図された軸線２４
に対するその同心性を保証するために精密切削されるこ
とを要しない。しかし、内面１４は皮膜をより容易に受
取る面を提供するために約１００ミクロンのアルミニウ
ムを除去するように粗ホーニング加工を施され得る。外
面２５は、均一性および均一な熱通路を可能にするため
のブロックボア面との正確な合致のため、および前記の
ように必要とされる同心性を備えたより滑らかな仕上げ
を達成するために、それから約２０ミクロンの金属を除
去するようにホーニング加工によって滑らかにされ得
る。
ってまたは歪みを生じさせることなしに急速に切断する
方法（例えば、レーザーないしルーザーカッティングお
よび高速ダイヤモンドカッティング）によって押出し成
形したアルミニウム管状材料１３から切断される（しか
し高圧水切断が推奨される）。前記管状材料１３は市販
のジュラルミン６０６０合金の化学的性質を有すること
が望ましい。在来の押出し加工技術によって、管状材料
１３はライナ１２の長さ２３にわたって３５±１５ミク
ロンの精度の壁厚さ２２と、±１５ミクロン／３０ｃｍ
（１ｆｔ）以内で直線である内／外面１４、２５と、ラ
イナ１２の１８０ｍｍの長さにわたって±１５ミクロン
以内で同心の直径とを有する。切取られた管状材料はそ
の内面１４を中心に整合させてその意図された軸線２４
に対するその同心性を保証するために精密切削されるこ
とを要しない。しかし、内面１４は皮膜をより容易に受
取る面を提供するために約１００ミクロンのアルミニウ
ムを除去するように粗ホーニング加工を施され得る。外
面２５は、均一性および均一な熱通路を可能にするため
のブロックボア面との正確な合致のため、および前記の
ように必要とされる同心性を備えたより滑らかな仕上げ
を達成するために、それから約２０ミクロンの金属を除
去するようにホーニング加工によって滑らかにされ得
る。
【００１０】コーティングを施す直前に、準備されたラ
イナ１２の内面１４は蒸気脱脂、洗浄（２６を見よ）お
よびエアジェット乾燥（２７を見よ）によって清浄にさ
れることが好ましい。脱脂はもしライナ１２がその押出
し技術によって残留物を残す傾向があるならばしばしば
必要とされる。脱脂はクロロメタンまたは塩化エチレン
のごときＯＳＨＡ認可溶剤によって行われ、それに続い
て、イソプロピル・アルコールによるゆすぎが為され
る。脱脂は例えばその沸騰点を１０゜Ｃ（５０゜Ｆ）超
える温度まで加熱された溶剤を有する室であって凝縮を
可能にするより低温の上室を備えたものの内部で蒸気形
式で行われ得る。
イナ１２の内面１４は蒸気脱脂、洗浄（２６を見よ）お
よびエアジェット乾燥（２７を見よ）によって清浄にさ
れることが好ましい。脱脂はもしライナ１２がその押出
し技術によって残留物を残す傾向があるならばしばしば
必要とされる。脱脂はクロロメタンまたは塩化エチレン
のごときＯＳＨＡ認可溶剤によって行われ、それに続い
て、イソプロピル・アルコールによるゆすぎが為され
る。脱脂は例えばその沸騰点を１０゜Ｃ（５０゜Ｆ）超
える温度まで加熱された溶剤を有する室であって凝縮を
可能にするより低温の上室を備えたものの内部で蒸気形
式で行われ得る。
【００１１】清浄にされたライナ１２（図３に示される
ごときミクロ面外観を有する）は次いで水平軸線２９を
中心として回転するように保持される。例えば１００〜
４００ｒｐｍでライナ１２が回転するにつれて、最初、
内面１４は例えば１．０５〜１．７５ｋｇ／ｃｍ2 （１
５〜２５ｐｓｉ）の圧力で吹付けられる非破砕性酸化ア
ルミニウム（４０グリット寸法）を使用するグリット
（ショット）ブラストによって新鮮金属を露出するよう
に処理される。代替的に、新鮮金属は放電侵食、ＦＣＦ
Ｃ8 もしくはハロゲン化炭化水素によるプラズマエッチ
ングまたは蒸気グリットブラスト（１５０〜３２５メッ
シュ）によって露出され得る。グリットブラストの場
合、無油（オイルフリーの）高圧空気がグリットの残り
のすべてを除去するために使用され得る。ミクロ面外観
はより粗い輪郭を有するように図４に示されるごとくグ
リットブラストによって変えられる。この過程はもし管
内面が所望の肌理になるまで代替的に新たにホーニング
加工されるならばおそらく必要でない。後者の場合、最
小時間（２０分以下）がコーティングを施す前に経過す
ることを許される。
ごときミクロ面外観を有する）は次いで水平軸線２９を
中心として回転するように保持される。例えば１００〜
４００ｒｐｍでライナ１２が回転するにつれて、最初、
内面１４は例えば１．０５〜１．７５ｋｇ／ｃｍ2 （１
５〜２５ｐｓｉ）の圧力で吹付けられる非破砕性酸化ア
ルミニウム（４０グリット寸法）を使用するグリット
（ショット）ブラストによって新鮮金属を露出するよう
に処理される。代替的に、新鮮金属は放電侵食、ＦＣＦ
Ｃ8 もしくはハロゲン化炭化水素によるプラズマエッチ
ングまたは蒸気グリットブラスト（１５０〜３２５メッ
シュ）によって露出され得る。グリットブラストの場
合、無油（オイルフリーの）高圧空気がグリットの残り
のすべてを除去するために使用され得る。ミクロ面外観
はより粗い輪郭を有するように図４に示されるごとくグ
リットブラストによって変えられる。この過程はもし管
内面が所望の肌理になるまで代替的に新たにホーニング
加工されるならばおそらく必要でない。後者の場合、最
小時間（２０分以下）がコーティングを施す前に経過す
ることを許される。
【００１２】次いで、ライナ１２の回転にともなって、
ボンドアンダーコートが溶射によって（例えば、ワイヤ
アークによってまたはプラズマ溶射によって）吹付けら
れる（３１を見よ）ことが望ましい。皮膜材料はニッケ
ル・アルミナイド、マンガン・アルミナイド、または鉄
アルミナイド（アルミニウムは約２〜６重量％存在す
る）であることが有利である。これら金属は粉末におい
ては遊離（ｆｒｅｅ）状態であり、プラズマで反応して
発熱反応を生じ、その結果、金属間化合物を形成する。
これら金属間化合物の粒子はアルミニウム基材面（ライ
ナ）に衝突するとともにそれに付着して抜群の結合力を
生じる。ボンドコートの粒子３５は高い反応熱および衝
突のエネルギの結果としてアルミニウム基材面に付着し
て、極めてざらざらしたでこぼこの表面を有するトップ
コート１６に対する引付面を形成する。ある場合におい
ては、アンダーコートはトップコートの組成が結合力を
改善するように修正されていることを条件として省除さ
れ得る。
ボンドアンダーコートが溶射によって（例えば、ワイヤ
アークによってまたはプラズマ溶射によって）吹付けら
れる（３１を見よ）ことが望ましい。皮膜材料はニッケ
ル・アルミナイド、マンガン・アルミナイド、または鉄
アルミナイド（アルミニウムは約２〜６重量％存在す
る）であることが有利である。これら金属は粉末におい
ては遊離（ｆｒｅｅ）状態であり、プラズマで反応して
発熱反応を生じ、その結果、金属間化合物を形成する。
これら金属間化合物の粒子はアルミニウム基材面（ライ
ナ）に衝突するとともにそれに付着して抜群の結合力を
生じる。ボンドコートの粒子３５は高い反応熱および衝
突のエネルギの結果としてアルミニウム基材面に付着し
て、極めてざらざらしたでこぼこの表面を有するトップ
コート１６に対する引付面を形成する。ある場合におい
ては、アンダーコートはトップコートの組成が結合力を
改善するように修正されていることを条件として省除さ
れ得る。
【００１３】第３に、トップコート１６がプラズマ溶射
によって形成される。プラズマはタングステン陰極３６
とノズル形にされた銅陽極３７との間に飛ばされるアー
ク３５によって発生され得る（図２参照）。アークは２
０，０００゜Ｃのプラズマ炎３９のなかに粉末４２を軸
方向に射出することによって溶射ガン４１の室４０内に
送られるアルゴンおよび水素ガス３８の分子を部分的に
イオン化する。粒子はターゲットに衝突する前に約６０
０ｍ毎秒の速度に達する。溶着率は０．５〜２．０ｋｇ
／時の範囲であり得る。不活性ガス３８、例えば水素を
含むアルゴン、は約０．４〜１０．５ｋｇ／ｃｍ2 （５
〜１５０ｐｓｉ）の圧力と、−１．１１〜３８゜Ｃ（３
０〜１００゜Ｆ）の温度とを以て溶射ガン４１内に推進
される。直流電圧４３が約１２〜４５ｋｗの陰極３６に
印加され、一方、ライナ１２は約２００〜３００回転／
分の速度で回転される。粉送供給は少なくともプラズマ
流れのなかにおける超急速過渡温度加熱間に軟化される
（または固体滑剤を帯びた微細金属の凝集複合体であ
る）金属殻を有する金属化粉末から構成される。表皮軟
化粒子４４（図２の（ｂ）を見よ）は高速プラズマ溶射
４５の結果としてターゲット面に４６において衝突す
る。通常、粒子の大部分は−２００＋３２５の範囲の平
均粒子寸法を有する。高速プラズマ溶射４５はライナ１
２の長さ２３に沿って１回のパスで約７５〜２５０ミク
ロンの皮膜厚さ４７（図５を見よ）を溶着積層できる。
内面１４のプラズマ溶射と同時に、ライナ１２の外面は
圧縮空気によって冷却され（図２の（ａ）を見よ）それ
によってライナ１２の壁４９のひずみを完全に防止す
る、または、少なくともその最大ひずみを１５ミクロン
にすることを保証し得る。
によって形成される。プラズマはタングステン陰極３６
とノズル形にされた銅陽極３７との間に飛ばされるアー
ク３５によって発生され得る（図２参照）。アークは２
０，０００゜Ｃのプラズマ炎３９のなかに粉末４２を軸
方向に射出することによって溶射ガン４１の室４０内に
送られるアルゴンおよび水素ガス３８の分子を部分的に
イオン化する。粒子はターゲットに衝突する前に約６０
０ｍ毎秒の速度に達する。溶着率は０．５〜２．０ｋｇ
／時の範囲であり得る。不活性ガス３８、例えば水素を
含むアルゴン、は約０．４〜１０．５ｋｇ／ｃｍ2 （５
〜１５０ｐｓｉ）の圧力と、−１．１１〜３８゜Ｃ（３
０〜１００゜Ｆ）の温度とを以て溶射ガン４１内に推進
される。直流電圧４３が約１２〜４５ｋｗの陰極３６に
印加され、一方、ライナ１２は約２００〜３００回転／
分の速度で回転される。粉送供給は少なくともプラズマ
流れのなかにおける超急速過渡温度加熱間に軟化される
（または固体滑剤を帯びた微細金属の凝集複合体であ
る）金属殻を有する金属化粉末から構成される。表皮軟
化粒子４４（図２の（ｂ）を見よ）は高速プラズマ溶射
４５の結果としてターゲット面に４６において衝突す
る。通常、粒子の大部分は−２００＋３２５の範囲の平
均粒子寸法を有する。高速プラズマ溶射４５はライナ１
２の長さ２３に沿って１回のパスで約７５〜２５０ミク
ロンの皮膜厚さ４７（図５を見よ）を溶着積層できる。
内面１４のプラズマ溶射と同時に、ライナ１２の外面は
圧縮空気によって冷却され（図２の（ａ）を見よ）それ
によってライナ１２の壁４９のひずみを完全に防止す
る、または、少なくともその最大ひずみを１５ミクロン
にすることを保証し得る。
【００１４】粉状の粒子４４は、本発明の目的のため、
（ｉ） 鉄粒子または鋼粒子であって０．２〜０．３５
以下の低乾燥摩擦係数を有する酸化物を有するもの、
（ｉｉ） 酸化物を有しない鋼またはその他の金属であ
って黒鉛、ＢＮ、またはＬｉＦ／ＮａＦ2 もしくはＣａ
Ｆ2 ／ＮａＦ2 の共晶から成る群から選ばれた固体滑剤
と混合されているもの、および（ｉｉｉ） （ｉｉ）に
記載されたタイプの固体滑材を有するカプセル充填金属
のいずれか一つであり得る。これら粉末の化学物質はす
べて０．４以下の皮膜乾燥摩擦係数を有しかつ溶射ガン
４１内に注入するための高度の可流性を有することが重
要である。
（ｉ） 鉄粒子または鋼粒子であって０．２〜０．３５
以下の低乾燥摩擦係数を有する酸化物を有するもの、
（ｉｉ） 酸化物を有しない鋼またはその他の金属であ
って黒鉛、ＢＮ、またはＬｉＦ／ＮａＦ2 もしくはＣａ
Ｆ2 ／ＮａＦ2 の共晶から成る群から選ばれた固体滑剤
と混合されているもの、および（ｉｉｉ） （ｉｉ）に
記載されたタイプの固体滑材を有するカプセル充填金属
のいずれか一つであり得る。これら粉末の化学物質はす
べて０．４以下の皮膜乾燥摩擦係数を有しかつ溶射ガン
４１内に注入するための高度の可流性を有することが重
要である。
【００１５】減摩皮膜１９即ちオーバーコートは選択的
にトップコート１６の上に配置され得る。そのようなオ
ーバーコート１９は薄い（約１０ミクロン）重合体をベ
ースとする減摩材料であって熱硬化性と高伝導性とを有
しかつ関連ピストン・リング組立体に対する隙間が本質
的に零にまで摩耗できるものから構成され得る。シリン
ダボア直径のすぐれた寸法制御（最大変量±１５ミクロ
ン）および良く制御されたコーティング加工によって、
ライナ１２はそれがしまりばめによってボア内に差込ま
れる前に最終仕上げを達成するようにホーニング加工さ
れ得る。
にトップコート１６の上に配置され得る。そのようなオ
ーバーコート１９は薄い（約１０ミクロン）重合体をベ
ースとする減摩材料であって熱硬化性と高伝導性とを有
しかつ関連ピストン・リング組立体に対する隙間が本質
的に零にまで摩耗できるものから構成され得る。シリン
ダボア直径のすぐれた寸法制御（最大変量±１５ミクロ
ン）および良く制御されたコーティング加工によって、
ライナ１２はそれがしまりばめによってボア内に差込ま
れる前に最終仕上げを達成するようにホーニング加工さ
れ得る。
【００１６】被覆（コーティング）済みライナ５０の植
込み（ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）は、イソプロピル・
アルコールとドライアイスとを使用して、ライナ５０を
約−１００゜Ｃの温度まで冷却することによって行われ
る。シリンダブロックが概ね周囲温度に維持されている
間に、冷凍ライナはそれらの皮膜とともにシリンダボア
内に配置されて室温まで暖まるように放置されそれによ
りボアの外面は膨張の結果としてシリンダボア壁に対し
親密干渉接触する。ライナの製作に使用される管状材料
はシリンダブロックのボア内径に対し、ともに周囲温度
において、約３５ミクロン（±１５ミクロン）超過して
いる外径を有すべきである。ライナの外面２５を重合体
内の銅フレークの極薄皮膜５１によって被覆することが
有利である。そのような皮膜５１は約５〜１０ミクロン
の厚さを有する。かくして、ライナがアルミニウムのブ
ロックシリンダ壁に対して強制的にしまりばめにされる
とき、それらの間に極めて親密な熱伝導結合が生じる。
込み（ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）は、イソプロピル・
アルコールとドライアイスとを使用して、ライナ５０を
約−１００゜Ｃの温度まで冷却することによって行われ
る。シリンダブロックが概ね周囲温度に維持されている
間に、冷凍ライナはそれらの皮膜とともにシリンダボア
内に配置されて室温まで暖まるように放置されそれによ
りボアの外面は膨張の結果としてシリンダボア壁に対し
親密干渉接触する。ライナの製作に使用される管状材料
はシリンダブロックのボア内径に対し、ともに周囲温度
において、約３５ミクロン（±１５ミクロン）超過して
いる外径を有すべきである。ライナの外面２５を重合体
内の銅フレークの極薄皮膜５１によって被覆することが
有利である。そのような皮膜５１は約５〜１０ミクロン
の厚さを有する。かくして、ライナがアルミニウムのブ
ロックシリンダ壁に対して強制的にしまりばめにされる
とき、それらの間に極めて親密な熱伝導結合が生じる。
【００１７】選択的に、被覆面は約１００、３００およ
び６００グリットの３過程で平坦ホーニングを施され
（ｐｌａｔｅａｕ ｈｏｎｅｄ）それにより露出被覆面
１８は規定表面仕上げを達成され得る。ライナを収容す
るシリンダブロックはそのフェース面上に約１０〜２５
ミクロン突出し得る。そのような突出部はエンジンガス
ケットを密閉するのに必要とされる均一性を得るための
切削加工（デッキフェーシング（ｄｅｃｋ ｆａｃｅ
ｄ））を施される。この場合、重合体をベースとする固
体薄膜滑剤コーティングが予備砥上げ面上に施される。
もし皮膜（コーティング）システム５２（アンダーコー
ト１５、トップコート１６、オーバーコート１９）が予
備精密切削ボア面に極めて薄い量で配置されるならば、
ホーニング加工はおそらく必要でない。
び６００グリットの３過程で平坦ホーニングを施され
（ｐｌａｔｅａｕ ｈｏｎｅｄ）それにより露出被覆面
１８は規定表面仕上げを達成され得る。ライナを収容す
るシリンダブロックはそのフェース面上に約１０〜２５
ミクロン突出し得る。そのような突出部はエンジンガス
ケットを密閉するのに必要とされる均一性を得るための
切削加工（デッキフェーシング（ｄｅｃｋ ｆａｃｅ
ｄ））を施される。この場合、重合体をベースとする固
体薄膜滑剤コーティングが予備砥上げ面上に施される。
もし皮膜（コーティング）システム５２（アンダーコー
ト１５、トップコート１６、オーバーコート１９）が予
備精密切削ボア面に極めて薄い量で配置されるならば、
ホーニング加工はおそらく必要でない。
【００１８】上述方法によって作られるアルミニウムの
シリンダブロックは、１つまたは複数の精密シリンダボ
ア１１を有する金属シリンダブロック１０すなわち鋳造
アルミニウム本体と、しまりばめを以て各ボア内に配置
されたアルミニウムのライナ１２を有し、これらライナ
１２は植込みに先立って内面１４を皮膜システム５２に
よって被覆されており、該皮膜システムは、それ自体に
よってまたは付加粒子の存在によって、固体潤滑特性を
提供するプラズマ溶射された鉄をベースとする粒子から
成るトップコート１６を有する。
シリンダブロックは、１つまたは複数の精密シリンダボ
ア１１を有する金属シリンダブロック１０すなわち鋳造
アルミニウム本体と、しまりばめを以て各ボア内に配置
されたアルミニウムのライナ１２を有し、これらライナ
１２は植込みに先立って内面１４を皮膜システム５２に
よって被覆されており、該皮膜システムは、それ自体に
よってまたは付加粒子の存在によって、固体潤滑特性を
提供するプラズマ溶射された鉄をベースとする粒子から
成るトップコート１６を有する。
【００１９】もし皮膜システム５２が７５ミクロンのボ
ンドアンダーコート１５と、７５ミクロンのトップコー
ト１６とを有し、かつ、図６および図７に示されるごと
きトップコートのための選択された化学的性質を有する
と仮定するならば、駆動トルクおよび摩擦係数はアルミ
ニウムボア壁を採用しているいかなる被覆されていない
またはニッケルメッキされたトップコートのそれらより
もそれぞれ小さいであろう。本発明のトップコートの変
型は、（ｉ） 窒化硼素と混合したステンレス鋼（ＢＮ
＋ＳＳ）、（ｉｉ） Ｆｅ＋ＦｅＯ粒子、（ｉｉｉ）
ニッケルカプセル充填（ｎｉｃｋｅｌ ｅｎｃａｐｓｕ
ｌａｔｅｄ）窒化硼素と混合したステンレス鋼粒子（Ｓ
Ｓ＋Ｎｉ−ＢＮ）、（ｉｖ） ＬｉＦ／ＣａＦ2 の共晶
粒子と混合したステンレス鋼粒子、および（ｖ） ＢＮ
と混合して複合されたステンレス鋼粒子を含む。
ンドアンダーコート１５と、７５ミクロンのトップコー
ト１６とを有し、かつ、図６および図７に示されるごと
きトップコートのための選択された化学的性質を有する
と仮定するならば、駆動トルクおよび摩擦係数はアルミ
ニウムボア壁を採用しているいかなる被覆されていない
またはニッケルメッキされたトップコートのそれらより
もそれぞれ小さいであろう。本発明のトップコートの変
型は、（ｉ） 窒化硼素と混合したステンレス鋼（ＢＮ
＋ＳＳ）、（ｉｉ） Ｆｅ＋ＦｅＯ粒子、（ｉｉｉ）
ニッケルカプセル充填（ｎｉｃｋｅｌ ｅｎｃａｐｓｕ
ｌａｔｅｄ）窒化硼素と混合したステンレス鋼粒子（Ｓ
Ｓ＋Ｎｉ−ＢＮ）、（ｉｖ） ＬｉＦ／ＣａＦ2 の共晶
粒子と混合したステンレス鋼粒子、および（ｖ） ＢＮ
と混合して複合されたステンレス鋼粒子を含む。
【００２０】以上の説明から明らかであるように、本発
明の若干の局面は図解された例の個々の細部に限定され
ず、したがって、その他の修正および適用が当業者の心
に浮かぶであろうことが予期される。したがって、請求
項は本発明の真の精神および範囲から逸脱しないすべて
のそのような修正および適用を包含することが意図され
る。
明の若干の局面は図解された例の個々の細部に限定され
ず、したがって、その他の修正および適用が当業者の心
に浮かぶであろうことが予期される。したがって、請求
項は本発明の真の精神および範囲から逸脱しないすべて
のそのような修正および適用を包含することが意図され
る。
【図１】本発明の方法の諸過程を示す概略流れ図。
【図２】（ａ）は本発明の皮膜（コーティング）システ
ムを形成するプラズマ溶射パターンを示しているプラズ
マ溶射ノズルの拡大概略図、（ｂ）は図（ａ）の溶射の
一部分（２ｂ）の拡大図。
ムを形成するプラズマ溶射パターンを示しているプラズ
マ溶射ノズルの拡大概略図、（ｂ）は図（ａ）の溶射の
一部分（２ｂ）の拡大図。
【図３】洗浄され次いで脱脂された状態におけるボア面
基材を示す拡大断面図。
基材を示す拡大断面図。
【図４】新鮮な金属を露出させる処理を施された後の状
態におけるアルミニウム基材ボア面を示す拡大断面図。
態におけるアルミニウム基材ボア面を示す拡大断面図。
【図５】露出された新鮮な金属に溶着された皮膜（コー
ティング）システムのトップコートおよびボンドコート
を示す拡大断面図。
ティング）システムのトップコートおよびボンドコート
を示す拡大断面図。
【図６】ホーニング加工されて適正寸法に仕上げられた
後の状態における図５の皮膜（コーティング）システム
の拡大断面図。
後の状態における図５の皮膜（コーティング）システム
の拡大断面図。
【図７】本発明によるアルミニウムライナを用いて製作
されるエンジンに対して適用される形式の皮膜（コーテ
ィング）の作用としての駆動トルクを示すグラフ図。
されるエンジンに対して適用される形式の皮膜（コーテ
ィング）の作用としての駆動トルクを示すグラフ図。
【図８】適用される異なる皮膜（コーティング）の作用
としての乾燥摩擦係数を示すグラフ図。
としての乾燥摩擦係数を示すグラフ図。
１０ 金属シリンダブロック １１ シリンダボア １２ ライナ １３ 押出し管状材料 １４ 内面 １５ ボンドアンダーコート １６ トップコート １８ 被覆面 １９ 減摩皮膜（オーバーコート） ２５ 外面 ３６ タングステン陰極 ３７ 銅陽極 ３９ プラズマ炎 ４１ 溶射ガン ４２ 粉末 ４４ 粒子 ４５ 高速プラズマ溶射 ５２ 皮膜（コーティング）システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｆ 1/16 Ｂ (72)発明者 デビッド アラン イェーガー アメリカ合衆国ミシガン州プリマウス，ピ ノ コート 9650 (72)発明者 ダニエル マイクル カバット アメリカ合衆国ミシガン州オックスフォー ド，ロウカスト バレイ レーン 4190
Claims (10)
- 【請求項１】 被覆されたシリンダボアライナを用いて
エンジンのシリンダブロックを作る方法であって、 （ａ） １つまたは複数のシリンダボアを有する金属製
のシリンダブロックを鋳造する過程、 （ｂ） 清浄にされた内面および前記シリンダボアの内
径より少し大きい外面を有する押出し金属製管状体から
構成され肉厚の薄い壁を有するライナを各ボアのために
作る過程、 （ｃ） 第１に前記ライナの内面の新鮮な金属を露出さ
せるように高圧で吹付けられる金属加工流体と、第２に
前記内面と冶金学的ボンドを形成するように熱溶射され
るボンド皮膜材料と、第３に前記ボンド皮膜に付着する
ようにプラズマ溶射されるトップコート減摩材料とを含
む複数の材料を、前記内面に吹付けるための１つまたは
複数のノズルに対して前記ライナを相対的に回転させる
過程、 （ｄ） 前記被覆されたライナの植込みを可能にするた
めにシリンダブロックを周囲温度にまたは周囲温度より
高く維持しつつ前記ライナを冷凍することによって前記
被覆されたライナを前記シリンダボアにしまりばめする
過程、および （ｅ） トップコートを１００ミクロンまで除去するよ
うに前記被覆された内面にホーニング加工を施して、±
１５ミクロンの範囲内で前記管の軸線と同心に仕上げ面
を形成する過程を有するエンジンのシリンダブロックを
作る方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、前記ラ
イナが１〜５ｍｍの範囲の壁厚さと、±１５ミクロンの
範囲内の前記内面の均一直線度とを有するエンジンのシ
リンダブロックを作る方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載の方法において、前記ラ
イナの外径と前記シリンダボアの内径との間の寸法差が
３５ミクロン±１５ミクロンのしめしろであるエンジン
のシリンダブロックを作る方法。 - 【請求項４】 請求項１に記載の方法において、前記シ
リンダブロックがアルミニウムをベースとする材料から
構成され、かつ、前記ライナがアルミニウムをベースと
する材料から構成されるエンジンのシリンダブロックを
作る方法。 - 【請求項５】 請求項１に記載の方法において、前記ラ
イナが回転可能に取付けられたノズルを差込むことによ
って軸線を中心として回転させられるエンジンのシリン
ダブロックを作る方法。 - 【請求項６】 請求項１に記載の方法において、前記ボ
ンド皮膜が２〜６重量％の範囲のアルミニウムを含有す
るニッケル・アルミナイド（ｎｉｃｋｅｌａｌｕｍｉｎ
ｉｄｅ）および鉄アルミナイド（ｉｒｏｎ ａｌｕｍｉ
ｎｉｄｅ）の少なくとも１つから構成されるエンジンの
シリンダブロックを作る方法。 - 【請求項７】 請求項６に記載の方法において、前記ト
ップコートが、（ａ） マルテンサイト・ステンレス鋼
とニッケル被覆窒化硼素との複合物、（ｂ）マルテンサ
イト・ステンレス鋼と、窒化硼素、弗化カルシウムと弗
化リチウムとの共晶粒子、および弗化バリウム粒子のう
ちの１つとの複合物、並びに（ｃ）高固体滑材特性を有
する鉄をベースとする酸化物から成る群から選択される
粒子から構成されるエンジンのシリンダブロックを作る
方法。 - 【請求項８】 請求項７に記載の方法において、前記マ
ルテンサイト・ステンレス鋼粒子が次ぎの合金成分、す
なわち、２〜４重量％のニッケル、８〜１６％のクロ
ム、４〜８％のマンガンおよび０．２〜０．４％の炭素
から構成され、前記合金成分の総量が２５％以下である
エンジンのシリンダブロックを作る方法。 - 【請求項９】 請求項１に記載の方法において、前記ラ
イナの外面が、植込みのときにシリンダブロックに対す
るライナの外面の接着を促進するため、銅フレークと重
合体との混合物によって被覆されるエンジンのシリンダ
ブロックを作る方法。 - 【請求項１０】 請求項１の方法によって作られたアル
ミニウムシリンダブロックであって、 （ａ） １つまたは複数の精密形状されたシリンダボア
を有するアルミニウム合金から成る本体、 （ｂ） しまりばめによって各シリンダボア内にしまり
ばめにされた押出し成形アルミニウムライナであって、
そのような植込みに先立って皮膜システムで被覆された
内面を有するライナ、および （ｃ） それ自体によってまたは付加粒子の存在によっ
て固体潤滑特性を発揮するプラズマ溶射した鉄ベース粒
子から成るトップコートを有する皮膜システムを有する
アルミニウムシリンダブロック。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US352952 | 1994-12-09 | ||
| US08/352,952 US5671532A (en) | 1994-12-09 | 1994-12-09 | Method of making an engine block using coated cylinder bore liners |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08210177A true JPH08210177A (ja) | 1996-08-20 |
Family
ID=23387146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7271323A Pending JPH08210177A (ja) | 1994-12-09 | 1995-10-19 | 被覆されたシリンダボアライナを用いてシリンダブロックを作る方法およびアルミニウムシリンダブロック |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5671532A (ja) |
| EP (1) | EP0716156B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08210177A (ja) |
| CA (1) | CA2164137A1 (ja) |
| DE (1) | DE69516643T2 (ja) |
| ES (1) | ES2148448T3 (ja) |
| MX (1) | MX9505059A (ja) |
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| JP2018017237A (ja) * | 2016-07-19 | 2018-02-01 | Ｔｐｒ株式会社 | 内燃機関の製造方法 |
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- 1995-12-05 MX MX9505059A patent/MX9505059A/es unknown
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