JPH1182151A - アルミニウム合金製シリンダブロック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シリンダブロック母材の鋳造性を向上させると
ともに、エンジン運転中にアルミニウム合金スリーブ内
周面のメッキの剥がれ防止を図ったアルミニウム合金製
シリンダブロックを提供する。 【解決手段】 アルミニウム合金の鋳造品からなるシリ
ンダブロック母材６０のシリンダボア１２内にアルミニ
ウム合金からなるスリーブ４０を装着し、このスリーブ
４０の内周面３７にメッキ処理を施してピストン摺動面
を形成したシリンダブロック２において、前記母材６０
のアルミニウム合金は５〜２０重量％のＳｉを含み、前
記スリーブ４０のアルミニウム合金は、（前記スリーブ
のＳｉ重量含有率／前記母材のＳｉ重量含有率）×１０
０をαとすると、５０＜α＜１５０となるＳｉを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエンジンのシリンダ
ブロックに関し、特にシリンダボアに別体のスリーブを
装着したアルミニウム合金製シリンダブロックに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】車両用エンジン、船舶用エンジンあるい
は汎用エンジン等は、通常アルミニウム合金の鋳造品か
らなるシリンダブロックにより構成され、そのシリンダ
ボア内壁面にはピストン摺動に対する耐摩耗性や潤滑性
を向上させるためにメッキ処理が施されている。この場
合、鋳造品に直接メッキを施した場合、メッキの密着性
が悪いためエンジン運転中にメッキが剥がれエンジン性
能等に影響を及ぼす。このようなメッキの剥がれを防止
するためにシリンダボア内にスリーブを鋳込みこのスリ
ーブにメッキ処理を施すシリンダブロックの製造方法が
公開されている（特開平３−９０５９４号公報）。

【０００３】この公報記載のシリンダブロックの製造方
法は、アルミニウムの押出し材や引き抜き材によりスリ
ーブを形成し、このスリーブを予め鋳型内に配置した状
態でＡＣ４Ｃ等の溶融原材料を注湯し、シリンダの内壁
面にスリーブを鋳込んだシリンダブロックの素材に機械
加工を施し、さらにスリーブの内周面に複合メッキを施
し、これにホーニング処理を施してシリンダブロックを
製造するものである。このようにアルミニウムのスリー
ブを用いることにより、重量の増加を防止しつつメッキ
を可能とし、ピストンの摺動に対するシリンダボアの耐
摩耗性や潤滑性の確保を図っている。

【０００４】一方、本出願の発明者は、このような鋳込
みによりスリーブをシリンダボア内に装着する方法の他
に、鋳造したシリンダブロックの母材にスリーブを圧入
してその後スリーブ内面にメッキを施して、またはメッ
キを施してからスリーブを圧入してシリンダブロックを
製造する方法も検討している。このような鋳込み又は圧
入のいずれの場合においても、母材となるシリンダブロ
ックをアルミニウム合金を用いて、砂型鋳造、金型鋳
造、ダイカスト等により鋳造する場合に、鋳造性をよく
して歩留りを向上させ生産性を高めることが要求され
る。このような要求に対処するため、ＡＣ４Ｃ等のＳｉ
を含有するアルミニウム合金を用いることにより鋳造性
を向上させることが検討されている。一方、スリーブに
ついては押出し性あるいは引き抜き性から、できるだけ
Ｓｉ含有量の少ないアルミニウム合金を使用することが
考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ニウム合金にＳｉを含有させた場合、図８に示すよう
に、Ｓｉの含有率により合金の熱膨張率が大きく変化す
る。このため、主として鋳造性の観点から必要充分な量
のＳｉを含有するシリンダブロック母材のアルミニウム
合金と、単に押出し性や引き抜き性からスリーブにＳｉ
含有量の少ないアルミニウム合金を使う場合、このアル
ミニウム合金との間で熱膨張率が異なりその差が大きく
なる場合がある。

【０００６】エンジン運転中は、スリーブ内に形成され
る燃焼室で発生する高熱にスリーブが晒され、スリーブ
が熱膨張する。スリーブの熱はその外側のシリンダブロ
ック母材に伝達され、母材も熱膨張する。この場合、ス
リーブより母材の熱膨張率が大きいと、圧入締め代ある
いは鋳込み時の母材の凝固収縮による緊迫力が低下し、
スリーブと母材の間に部分的に隙間が発生し、その部分
の熱伝達性が悪化し、スリーブ内面に温度の高いヒート
スポットが発生する。これにより、その部分のメッキ密
着性が劣化し、ピストン摺動によりメッキが剥がれ摺動
性を低下させるおそれが出てくる。

【０００７】逆に、スリーブが母材より熱膨張率が大き
いと、スリーブは膨張しつつ且つ母材により収縮方向に
力を受ける。このため、シリンダボア外側のブロック形
状に応じてスリーブ内周円が変形し、ピストンに対する
当りが不均一になり、当りが強い部分でメッキが剥がれ
るおそれが出てくる。

【０００８】本発明は上記従来技術を考慮してなされた
ものであって、シリンダブロックを砂型鋳造、金型鋳造
あるいはダイカスト等により鋳造するとともに、アルミ
ニウム合金製スリーブをシリンダブロック母材に鋳込む
か、いずれかの鋳造法により鋳造したシリンダブロック
母材にアルミニウム合金製スリーブを圧入するようにし
たシリンダブロックのシリンダブロック母材の鋳造性を
向上させるとともに、エンジン運転中にアルミニウム合
金スリーブ内周面のメッキの剥がれ防止を図ったアルミ
ニウム合金製シリンダブロックの提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、アルミニウム合金の鋳造品からなるシ
リンダブロック母材のシリンダボア内にアルミニウム合
金からなるスリーブを装着し、このスリーブ内周面にメ
ッキ処理を施してピストン摺動面を形成したシリンダブ
ロックにおいて、前記母材のアルミニウム合金は５〜２
０重量％のＳｉを含み、前記スリーブのアルミニウム合
金は、（前記スリーブのＳｉ重量含有率／前記母材のＳ
ｉ重量含有率）×１００をαとすると、５０＜α＜１５
０となるＳｉを含むことを特徴とするアルミニウム合金
製シリンダブロックを提供する。

【００１０】この構成によれば、適量なＳｉを含有する
アルミニウム合金を用いるため、母材の鋳造性が向上
し、しかもスリーブと母材のＳｉ含有率が所定の範囲内
にあるため、熱膨張率の差が小さくなって、エンジン運
転中の熱変形の差が小さくなりスリーブ内周面のメッキ
の剥がれが防止される。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る
スリーブ入りアルミニウム合金製シリンダブロックの断
面構成図である。図において、符号１はガソリンを燃料
とする４サイクル内燃機関で、この内燃機関１はシリン
ダブロック２を有している。このシリンダブロック２の
下部のスカート部６とクランクケース７とで形成される
クランク室３にクランク軸４が収容されると共に、この
クランク軸４はその軸心５回りに回転自在となるように
上記スカート部６に支承されている。また、これらスカ
ート部６とクランクケース７とは締結具８により、互い
に着脱自在に締結されている。

【００１２】上記シリンダブロック２の上部にはシリン
ダ本体１０が突設され、これらスカート部６とシリンダ
本体１０はアルミ合金製で互いに一体成形されている。
このアルミニウム合金製のスカート部６とシリンダ本体
１０からなる一体鋳造品が本発明に係るシリンダブロッ
クの母材６０を構成する。この母材６０と後述のスリー
ブ４０により、シリンダブロック２が構成される。

【００１３】上記シリンダ本体１０内には軸心１１が縦
向きの断面円形のシリンダボア１２が形成されている。
このシリンダボア１２内に本発明に係るスリーブ４０
が、後述のように、鋳込み又は圧入により装着されてい
る。このスリーブ４０の内周面３７には、後述のよう
に、耐摩耗性および潤滑性を高めるためのメッキ処理が
施されている。

【００１４】このシリンダボア１２の下端は上記クラン
ク室３に連通し、同上シリンダボア１２の上端はシリン
ダヘッド１３によって閉じられている。このシリンダヘ
ッド１３は上記シリンダ本体１０の上端に着脱自在に締
結されている。上記シリンダ本体１０内のシリンダボア
１２にピストン１５が軸方向摺動自在に嵌入されてい
る。また、一端が上記クランク軸４に連結され、他端が
上記ピストン１５にピストンピン１６により連結される
連接棒１７が設けられ、この連接棒１７によりクランク
軸４とピストン１５とが連結されている。ピストン１５
にはピストンリング１５ａが装着されこれがシリンダボ
ア内面に摺接する。Ｐはピストン１５の摺動範囲を示
す。

【００１５】上記シリンダボア１２内で、上記シリンダ
ヘッド１３とピストン１５とで囲まれた空間が燃焼室１
９を構成する。この燃焼室１９とシリンダヘッド１３の
外部とを連通させる吸気ポート２０と排気ポート２１と
が、上記シリンダヘッド１３に形成され、上記各ポート
２０、２１を開閉する吸気弁２２と排気弁２３とが設け
られている。また、上記燃焼室１９に放電部が臨む点火
プラグが設けられている。

【００１６】そして、上記ピストン１５の下降と吸気弁
２２の開弁により吸気ポート２０を通して混合気２６が
シリンダボア１２に吸入され、これがピストン１５の上
昇で圧縮されて上記点火プラグにより着火、燃焼させら
れる。これにより、内燃機関１が駆動して、上記クラン
ク軸４を介して出力される。上記燃焼により生じた排気
２７は、上記排気弁２３の開弁により排気ポート２１を
通して排出される。

【００１７】また、上記シリンダ本体１０に冷却水ジャ
ケット２８が形成されていて、燃焼熱により上記シリン
ダ本体１０が高温になることが抑制される。 （実施例）上記シリンダブロック２のスカート部６およ
びシリンダ本体１０からなる本発明のシリンダブロック
母材６０を形成するアルミニウム合金の実施例として
は、以下の表１および表２に示すＪＩＳ規格のアルミニ
ウム合金が使用可能である。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】また、上記シリンダボア１２の内周面を構
成するスリーブ４０のアルミニウム合金の実施例として
は、以下の表３に示す合金が使用可能である。

【００２１】

【表３】

【００２２】上記表１〜表３に示したように、母材のア
ルミニウム合金はＳｉを５〜２０％（重量％）含有し、
スリーブのアルミニウム合金としては、（スリーブのＳ
ｉ重量含有率／母材のＳｉ重量含有率）×１００をαと
すると、 ５０＜α＜１５０ となるようなＳｉ含有量のアルミニウム合金を用いる。
このような構成のアルミニウム合金を用いて母材および
スリーブをそれぞれ形成することにより、母材とスリー
ブの熱膨張率の差が小さくなり、母材とスリーブ間での
ヒートスポットの発生やスリーブ内周面の熱変形が軽減
して、スリーブ内周面に施したメッキの剥がれが抑制さ
れる。

【００２３】なお、表２のＡＣ４Ｃによりシリンダブロ
ック母材６０を形成する場合には、母材６０のＳｉ重量
含有率は６．５〜７．５％となるので、表３の合金１あ
るいは合金２において、Ｓｉ含有率を例えば３．７５〜
９．７５重量％に変更した合金を使用し、上記スリーブ
のＳｉ重量含有率／母材のＳｉ重量含有率の条件を満足
させるようにする。同様にＡＤＣ１０によりシリンダブ
ロック母材６０を形成する場合には、母材６０のＳｉ重
量含有率は７．５〜９．５％となるので、表３の合金１
あるいは合金２において、Ｓｉ含有率を例えば４．７５
〜１５重量％に変更した合金を使用し、上記スリーブの
Ｓｉ重量含有率／母材のＳｉ重量含有率の条件を満足さ
せるようにする。

【００２４】図２は、本発明に係るスリーブ鋳込みによ
るシリンダブロックの製造工程を説明するためのフロー
チャートである。このフローにおいて、Ｔ６処理（ステ
ップＳ２、Ｓ４、Ｓ６）は、スリーブのメッキ層支持部
となる内周面を含んで表面硬度を高めるために、ＪＩＳ
規格に基づき、スリーブ単体またはスリーブを鋳込んだ
ブロック全体を所定の温度で溶体化後時効処理するもの
であり、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６のいずれか１回行えばよく、
或いは省略してもよい。このようなＴ６処理によりスリ
ーブ表面硬度をＨB ７０以上（７０〜１５０）とするこ
とが望ましい。なお、スリーブの押出しまたは引き抜き
成形により、内周面の表面硬度をＨB ７０以上とした場
合には、その後のＴ６処理による表面硬化処理を省略す
ることもできる。

【００２５】外周ショットピーニング（ステップＳ３）
は、スリーブ外周面に細かい凹凸を形成し、母材との接
合性を高めるためのものである。ショットピーニングに
代えてサンドブラスト処理を施してもよい。このように
スリーブの鋳込み前にスリーブ外周面に凹凸を形成する
ことにより、運転中の母材とスリーブの熱膨張率の違い
により緊迫力が低下しても、スリーブの抜けを確実に防
止できる。このようなスリーブ外周面の凹凸は、ショッ
トピーニングやサンドブラスト以外にも他の機械加工あ
るいはスリーブ全体の酸洗い（エッチング）等により形
成することができる。なお、このショットピーニング処
理（ステップＳ３）は省略してもよい。また、ショット
ピーニング等によりスリーブ外周に凹凸を形成して母材
との接合性を高める方法に代えて、低融点半田を用いて
スリーブと母材とを接合しスリーブの抜け防止を図って
もよい。

【００２６】（実施例）スリーブ鋳込みによる製造方法
の実施例は、図３に示すように、Ｔ６処理（Ｓ２、Ｓ
４、Ｓ６）および外周ショットピーニング（Ｓ３）を省
略したフローＡが最低限必要なステップを含むフローと
なる。フローＢおよびフローＣは、同じく外周ショット
ピーニング（Ｓ３）を省略したものであり、このうち、
フローＢはスリーブ鋳込み工程（ステップＳ５）の前に
Ｔ６処理を施したフローであり、フローＣはスリーブ鋳
込み工程（ステップＳ５）の後にＴ６処理を施したフロ
ーである。

【００２７】フローＤ〜Ｇは外周ショットピーニング工
程（ステップＳ３）を施すフローである。このうち、フ
ローＤはＴ６処理を省略したフロー、フローＥはショッ
トピーニング処理（Ｓ３）の前にＴ６処理（Ｓ２）を施
したフロー、フローＦはショットピーニング（Ｓ３）の
後で且つスリーブ鋳込み（Ｓ５）の前にＴ６処理（Ｓ
４）を施したフロー、フローＧはスリーブ鋳込み（Ｓ
５）の後にＴ６処理（Ｓ６）を施したフローである。

【００２８】ステップＳ７〜Ｓ１０については、各フロ
ーＡ〜Ｅともに同様に実施される。すなわち、ステップ
Ｓ７では、鋳込んだスリーブおよびその他のシリンダブ
ロック各部を機械加工により形状を整える。続いてステ
ップＳ８において、スリーブ内面の耐摩耗性および潤滑
性を向上させるためにスリーブ内面にメッキ処理が施さ
れる（後述）。次にステップＳ９において、シリンダボ
ア（スリーブ）内面がホーニング処理される。最後にシ
リンダブロック全体が洗浄処理されフローが終了する。

【００２９】図４は前記メッキ処理工程（ステップＳ
８）の詳細なフローチャートであり、図５はこのメッキ
処理を行うメッキ処理装置の構成図である。また、図６
はこのメッキ処理工程の要部ステップでのスリーブ処理
表面の断面図である。図４のフローチャートにおいて、
スリーブ内面のメッキ処理は、基本的には、脱脂処理
（ステップＳ１１）、アルカリエッチング処理（ステッ
プＳ１３）、混酸エッチング処理（ステップＳ１５）、
アルマイト処理（ステップＳ１７）および複合メッキ処
理（ステップＳ１９）の５つの工程からなり、各工程の
後に水洗処理（ステップＳ１２、１４、１６、１８、２
０）が施される。

【００３０】この水洗処理は各工程ごとに別々の２つの
水槽（合計１０個）を用いて、シリンダブロック全体を
順番に２つの水槽内に浸漬し上下に動かして前工程の処
理液を除去するものである。水槽内の水は定期的に新し
い清浄な水と交換される。各水洗処理終了後に次の工程
への移動はできるだけ速やかに行い、表面に水膜がつい
ている状態で次の処理を行うことが望ましい。これによ
り、処理部への塵埃等の付着や空気中の酸素が直接触れ
ることを防止して酸化膜の形成等を防止し、後の工程で
の処理の信頼性を高めることができる。これは特にメッ
キ処理の場合有効である。

【００３１】図５に示すように、スリーブ４０を母材６
０に鋳込んだシリンダブロック２は、スリーブ４０の内
周面３７に各処理を施すために、シリンダ本体１０を下
側にして、各工程において専用の装置本体４４上にシー
ル用ガスケット４１を介して搭載される。各工程でそれ
ぞれ専用の処理液槽４８内の処理液４７が専用のポンプ
４９により装置本体４４の内部に供給され、スリーブ４
０の内側を上昇して内筒４６を通って処理液槽４８に戻
る。

【００３２】ガスケット４１は、各処理工程における処
理液の漏れを防止するためのシール材であるとともに、
後述のアルマイト処理工程（ステップＳ１７）および複
合メッキ工程（ステップＳ１９）においては電解作用の
絶縁材として機能する。このアルマイト処理工程と複合
メッキ工程においてはそれぞれ、例えば交流電源６３か
ら整流器６４および制御回路６５を介してシリンダ本体
１０と内筒４６ｄ（４６ｅ）間に直流電圧を印加して電
解液中に直流電流を流す。なお、その他の工程において
は電解液中に直流電流は流さない。

【００３３】まず、図４の脱脂処理（ステップＳ１１）
において、スリーブ４０の内周面３７（図５）に付着す
る加工油等の汚れを除去する。この脱脂処理は、図５に
示すように、処理液槽４８ａ内の脱脂液４７ａをポンプ
４９ａにより装置本体４４ａ内に供給して行う。脱脂液
４７ａは、スリーブ４０の内周面に接しながら上昇し内
筒４６ａを通って処理液槽４８ａに戻って循環し、スリ
ーブ内周面３７を脱脂処理する。

【００３４】この脱脂処理により、図６（ａ）に示すよ
うに、スリーブ表面５３（スリーブ４０の内周面３７）
が清浄化される。図中、５１はアルミ合金地、５２は初
晶Ｓｉの粒子を示す。その後前述のように、２つの水槽
を用いて、順番にシリンダブロック６１を水槽内に浸漬
して上下に動かして前工程の脱脂液を水洗除去する（ス
テップＳ１２）。

【００３５】次にアルカリエッチング工程（ステップＳ
１３）において、別の処理液槽４８ｂ内のアルカリ液４
７ｂがポンプ４９ｂにより装置本体４４ｂ内に供給さ
れ、スリーブ４０の内面に接しながら上昇し内筒４６ｂ
を通って処理液槽４８ｂに戻る。このアルカリエッチン
グ処理によりスリーブ内周面３７の酸化皮膜が除去され
る。この状態では、図６（ｂ）に示すように、さらにス
リーブ表面５３のアルミ地５１がエッチングにより幾分
溶解除去される。

【００３６】次に前述のように、水洗処理によりアルカ
リ液が洗浄され除去される（ステップＳ１４）。次に、
アルミニウム合金中の初晶Ｓｉ粒子を除去するための混
酸エッチング処理が施される（ステップＳ１５）。この
ステップＳ１５においては、専用の処理液槽４８ｃ内の
混酸液４７ｃがポンプ４９ｃにより装置本体４４ｃ内に
供給され、スリーブ４０の内周面３７を上昇し内筒４６
ｃを通って処理液槽４８ｃに戻る。この混酸液４７ｃの
循環により、図６（ｃ）に示すように、スリーブ内周面
に露出するＳｉ粒子５２が溶解除去され、その跡に凹み
が形成される。

【００３７】このようなＳｉ粒子跡の凹みによりスリー
ブ内周が凹凸面となり、凹みのアンカー効果により後の
工程のメッキの密着性が向上しメッキが剥がれ難くな
る。なお、スリーブ内面に凹凸面を形成するために、前
述の混酸エッチング処理によりＳｉ粒子を除去する方法
の他に、スリーブ内面へのサンドブラストあるいはショ
ットピーニング処理を施してもよい。

【００３８】Ｓｉ粒子の溶解除去によりスリーブ内面に
凹凸面を形成する場合、アルミ合金に初晶Ｓｉ粒子が微
小な状態で分布させることが望ましい。これにより、エ
ッチングによりＳｉが除去されて形成される孔（凹み）
の大きさのばらつきが小さくなり、アンカー効果の分布
が均一化し、メッキの密着性の分布が均一化する。ま
た、スリーブをアルミ合金の押出し材または引き抜き材
で形成することにより、Ｓｉ結晶粒の微小化を図っても
よい。

【００３９】次に、前述のように、水洗処理により混酸
液が洗浄され除去される（ステップＳ１６）。次に、ス
テップＳ１７において、アルミニウムの陽極酸化処理
（アルマイト処理）を施す。このアルマイト処理におい
ては、シリンダ本体１０に直流電源の正電圧が印加さ
れ、内筒４６ｄがアースされるとともに、専用の処理液
槽４８ｄ内のアルマイト液（電解液）４７ｄがポンプ４
９ｄにより装置本体４４ｄ内に供給され、スリーブ４０
の内周面３７を上昇し内筒４６ｄを通って処理液槽４８
ｄに戻る。

【００４０】このアルマイト液４７ｄの高速循環によ
り、図６（ｄ）に示すように、Ｓｉ粒子５２が除去され
た跡に形成された凹みのアルミ地が露出する内部表面と
ともにスリーブのアルミ地が露出する内周面全体に０．
１〜１μｍの厚さのアルマイト層５４が形成される。な
お、Ｓｉ粒子が完全には除去できず、凹みは形成される
が内部表面に僅かにＳｉ粒子が残る部分においても、Ｓ
ｉは不電導体であるがアルマイト液４７ｄが高速で循環
されることにより、残留Ｓｉ粒子の周囲のアルミ地を酸
化して形成されるアルマイト層が、Ｓｉ粒子が残る部分
にも付着し密着する。このアルマイト層は０．１〜１μ
ｍの微小厚であり電気を通すので、次工程の複合メッキ
時において、メッキ液中の金属イオンを還元させてアル
マイト層にメッキ層を形成することができる。

【００４１】すなわち、アルミ地が露出する平坦面およ
び凹みに加え、Ｓｉ粒子が残る部分においてもメッキ層
が形成される。そして、Ｓｉ粒子５２が除去された跡に
形成される凹部内部に、薄厚（０．１〜１μｍ）のアル
マイト層が形成されてなお大きく残る凹部内部に食い込
むようにしてメッキ層が形成されることによるアンカー
効果によるメッキの密着性向上に加え、このアルマイト
層５４は柱状酸化膜層であり、アルマイト層５４表面か
らアルミ地に到る微小なピンホールが、無数に形成され
たポーラス状になるので、アルマイト層５４が電気を通
し易くなってアルマイト層５４表面にメッキが可能にな
る。したがって、メッキ層がピンホール内にも形成され
るのでアンカー効果がさらに大きくなり、メッキの密着
性がさらに高められる。

【００４２】一方、アルマイト層の厚みを２０〜３０μ
ｍにする硬質アルマイト処理においては、アルマイト層
が電気を通しにくくなるので、アルマイト層にメッキを
施すことが困難になる。同様に、押出し或いは引き抜き
したままの表面あるいは加工により酸化膜を除去した加
工面にも、空気中に放置することにより表面が自然に酸
化して酸化皮膜が形成されているが、この酸化皮膜は電
気を通しにくくメッキが困難になるとともに、たとえメ
ッキ層が形成されたとしても、ピンホールが形成される
アルマイト処理による酸化皮膜の場合のようなアンカー
効果が得られない。このため、前記ステップＳ１３にお
いてスリーブ表面のアルミニウムの自然酸化皮膜を除去
し、これに代えてステップＳ１７でアンカー効果の大き
いアルマイト層５４を形成する。

【００４３】このアルマイト処理ステップＳ１７におい
ては、処理液４７ｄを高速で循環させ循環液量が多いた
め、処理液４７ｄがクランク室側に噴出することを防止
するためにシリンダボア（スリーブ）の上部（クランク
室側）にカバー４５ｄが装着される。このカバー４５ｄ
は、Ｏリング６２によりスリーブ４０の上端部をシール
する。なお、前述の脱脂処理（Ｓ１１）、アルカリエッ
チング処理（Ｓ１３）および混酸エッチング処理（Ｓ１
５）においては、処理液４７ａ，４７ｂ，４７ｃが低速
で循環液量が少ないためカバー４５ｄは不要である。ア
ルマイト処理後、前述のように、水洗処理（ステップＳ
１８）により、アルマイト処理の電解液が除去される。

【００４４】以上の前処理工程（ステップＳ１１〜Ｓ１
８）の後、ステップＳ１９において、スリーブ内周面に
複合メッキ処理が施される。この複合メッキ処理は高速
メッキ処理であり、後述のメッキ条件で、専用の処理液
槽４８ｅ内のメッキ液４７ｅをポンプ４９ｅにより装置
本体４４ｅ内に供給し、内筒４６ｅを通して処理液槽４
８ｅに戻し高速で循環させながらスリーブ４０の内面に
メッキを施す。

【００４５】この高速メッキ工程においては、内筒４６
ｅを電源回路の（＋）側に、シリンダ本体１０を（−）
側に接続し、直流電流をメッキ液中に流す。これによ
り、後述の組成のメッキ液中のＮｉ⁺およびＰ⁺がスリー
ブ内周面に付着し、これに伴って分散剤であるＳｉＣ粒
子がメッキ層中に巻き込まれる。

【００４６】このようにして、図６（ｅ）に示すよう
に、アルマイト層５４が形成されたスリーブ内周面に、
ＳｉＣを含み耐摩耗性および潤滑性に優れたメッキ層３
８が形成される。スリーブ４０は、鋳造性を向上するた
めＳｉを含有させたアルミニウム合金製の母材６０の熱
膨張係数と一致あるいは近づけるため、Ｓｉを含有させ
たアルミニウム合金製の材料を使用しているので、混酸
エッチング処理をメッキ工程の前処理として実施するこ
とにより表面に凹凸を形成することができる。このため
メッキ層３８は、前記ステップＳ１５でのＳｉ粒子除去
による表面凹凸によるアンカー効果およびステップＳ１
７のアルマイト層の微小ピンホールによるアンカー効果
のため、密着性が大幅に向上し、スリーブ内周面に強固
に付着する。

【００４７】このステップＳ１９の高速メッキ処理にお
いてもスリーブ４０の上端部にカバー４５ｅが装着され
る。このカバー４５ｅは、高速で循環するメッキ液４７
ｅの飛散噴出を防止するとともに、スリーブ４０の内面
のピストンの摺動範囲に対応したメッキの範囲を規制す
る。

【００４８】すなわちメッキ範囲は、スリーブ４０の内
周面で、シリンダヘッドとの境界部になるガスケット４
１からカバー４５ｅのＯリング６２までの範囲である。
すなわち、図５において、このＯリング６２より上側の
スリーブ内面およびさらにその上側のクランク室３を構
成するスカート部６の内壁面６ａにはメッキが付着しな
い。したがって、このＯリング６２の位置をピストン下
死点のピストン下端部位置に対応させておくことによ
り、ピストンの摺動範囲Ｐ（図１参照）のシリンダボア
（スリーブ）内面にのみメッキを施すことができる。ク
ランク室内壁面はアルミ合金の鋳造品の鋳肌部分であっ
て、メッキの密着性が悪く剥がれやすい。しかしなが
ら、この実施例のように、初めからクランク室内壁面に
メッキが付着しないようにしておくことにより、運転中
にメッキが剥がれクランク軸や軸受け部分へ侵入付着し
て性能に影響を及ぼすという不具合がなくなる。

【００４９】なお、前述のようにスリーブ内面にアンカ
ー効果のための凹凸面を形成するためのサンドブラスト
処理を行う場合に、スリーブ内面に加えて、シリンダブ
ロックのクランク室内壁にもサンドブラスト処理を施し
てメッキの密着性を高めてもよい。このようにクランク
室内壁のメッキ密着性が高められている場合には、ステ
ップＳ１９のメッキ処理工程でカバー４５ｅを省略しク
ランク室内壁にメッキが付着するようにしてもよい。あ
るいは、この場合、図５のメッキ処理装置を用いずに、
静止メッキ槽にシリンダブロックを浸漬させてメッキ処
理を行ってもよい。

【００５０】上記ステップＳ１９のメッキ処理条件は以
下のとおりである。 メッキ液：スルファミン酸液または硫酸液 メッキ条件：ＰＨ３．０〜４．５ 浴温６５〜８０℃ 極間流速：１．０〜３．０ｍ／ｓｅｃ 電流密度：２０〜２００Ａ／ｄｍ² 処理方式：ワーク及び電極固定、メッキ液流動 析出速度（SiC共析量2.5重量%時）：２０〜３０μ／ｍ
ｉｎ ここで極間流速とはスリーブ４０の内周面と内筒４６ｅ
の間を流れる複合メッキ液の流速のことである。

【００５１】複合メッキ液の例を示せば以下のとおりで
ある。 （実施例１）スルファミン酸ニッケル・メッキ液 スルファミン酸ニッケル Ｎｉ（ＳＯ₃ ・ＮＨ₂ ）₂ ：270〜330ｇ／ｌ 塩化ニッケル ＮｉＣｌ₂ ：10〜30ｇ／ｌ ホウ酸 Ｈ₃ＢＯ₃ ：30ｇ／ｌ リン Ｐ ：0.1〜0.3ｇ／ｌ ナトリウム Ｎａ ：1.0〜3.5ｇ／ｌ シリコンカーバイド（分散剤） ＳｉＣ ：1.5〜3.5重量％ 水 Ｈ₂Ｏ ：残部 このメッキ液をＰＨ３．０〜４．５望ましくはＰＨ４．
０〜４．５、浴温６５〜８０℃に管理してメッキする。

【００５２】 （実施例２）硫酸ニッケル・メッキ液 硫酸ニッケル ＮｉＳＯ₄・６Ｈ₂Ｏ ：450ｇ／ｌ 塩化ニッケル ＮｉＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏ ：60ｇ／ｌ ホウ酸 Ｈ₃ＢＯ₃ ：30ｇ／ｌ リン Ｐ ：0.1〜0.3ｇ／ｌ ナトリウム Ｎａ ：1.0〜3.5ｇ／ｌ シリコンカーバイド（分散剤） ＳｉＣ ：1.5〜3.5重量％ 水 Ｈ₂Ｏ ：残部 このメッキ液をＰＨ３．０〜４．５望ましくはＰＨ４．
０〜４．５、浴温６５〜８０℃に管理してメッキする。

【００５３】これらのメッキ液を使用することにより、
スリーブ４０の内周面のアルマイト層の上に５０μｍ〜
１５０μｍの膜厚のＮｉ−Ｐ−ＳｉＣメッキ層を形成す
ることができる。このメッキ層により、ピストン１５お
よびピストンリング１５ａの摺動時の摩擦係数を小さく
することができるとともに、ピストン１５及びピストン
リング１５ａの摺動に対するスリーブ４０の内周面の耐
摩耗性および潤滑性を向上させることができる。

【００５４】なお、実施例１のスルファミン酸ニッケル
・メッキ液からリン（Ｐ）を除去するか、実施例２の硫
酸ニッケル・メッキ液からリン（Ｐ）を除去して上記ス
テップＳ１９のメッキ処理を実施すれば、スリーブ４０
の内周面のアルマイト層に同様に５０μｍ〜１５０μｍ
の膜厚のＮｉ−ＳｉＣメッキ層を形成することができ
る。このメッキ層によっても、ピストン１５およびピス
トンリング１５ａの摺動時の摩擦係数を小さくすること
ができるとともに、ピストン１５およびピストンリング
１５ａの摺動に対するスリーブ４０の内周面の耐摩耗
性、潤滑性を向上させることができる。

【００５５】ステップＳ１９の複合メッキ処理の後、再
びステップＳ２０の水洗処理が実施されてメッキ液が除
去され、ステップＳ２１のエアーブローによりシリンダ
ブロック２に付着する水分が除去される。

【００５６】以上のメッキ処理ステップＳ８の後、ホー
ニングステップＳ９でスリーブ４０内周面のメッキ層に
ホーニング仕上げを施す。これにより、メッキ層の厚み
が望ましくは約５０μｍ、場合によっては２０μｍ〜１
００μｍになるようにメッキ層が削り取られるととも
に、メッキ層の面粗さを１．０μｍＲｚ以下にする。こ
れにより、確実にメッキ層表面を滑らかにすることがで
きてピストン１５およびピストンリング１５ａの摺動時
の摩擦係数を小さくすることができるとともに、エンジ
ンオイルの保持性が向上し潤滑性を向上させることがで
きる。なお、ＲｚとはＪＩＳ規格のＢ０６０１に定めら
れたものである。

【００５７】図７は、本発明の別の実施の形態に係るシ
リンダブロック製造方法のフローチャートである。この
実施の形態は、スリーブをシリンダボアに圧入するもの
である。母材側は、まずシリンダ本体を含むシリンダブ
ロック母材を前述のアルミニウム合金で鋳造する（ステ
ップＳ３１）。次にこの鋳造品のシリンダボアを含む各
部を機械加工により形状を整える（ステップＳ３２）。

【００５８】一方スリーブ側は、ステップＳ３３からス
テップＳ３６までの工程からなり、まず前述のスリーブ
用アルミニウム合金からなるパイプ材を押出しまたは引
き抜きにより形成し、これを所定の長さに切断する（ス
テップＳ３３）。この後、機械加工仕上げや洗浄処理等
によりスリーブを形成する（ステップＳ３５）。このス
リーブ形成フローは、（１）ステップＳ３４およびＳ３
６のＴ６処理を両方とも省略したもの（Ｓ３３→Ｓ３
５）、（２）スリーブ加工前にステップＳ３４でＴ６処
理を行い、加工後のステップＳ３６のＴ６処理を省略し
たもの（Ｓ３３→Ｓ３４→Ｓ３５）、（３）スリーブ加
工前のステップＳ３４のＴ６処理を省略し加工後のステ
ップＳ３６でＴ６処理を行うもの（Ｓ３３→Ｓ３５→Ｓ
３６）の３通りのフローがある。

【００５９】この場合、スリーブを押出しまたは引き抜
きにより形成することにより、表面硬度をＨB ７０〜１
５０にすることができる。この場合にはＴ６処理による
表面硬化処理は不要であり、上記（１）のステップＳ３
３→Ｓ３５のフローでよい。押出しまたは引き抜きによ
り形成したスリーブの表面硬度がＨB ７０以下の場合に
は、ステップＳ３４またはＳ３６のＴ６処理によりスリ
ーブの表面硬度をＨB７０以上（７０〜１５０）にす
る。

【００６０】このようにして形成したスリーブを、シリ
ンダブロックの母材のシリンダボアに圧入する（ステッ
プＳ３７）。その後、圧入したスリーブ内周面に対し、
前述の鋳込みの場合のフローのステップＳ８，Ｓ９，Ｓ
１０と同様に、図４に記載の細部工程からなるメッキ処
理（ステップＳ３８）、ホーニング処理（ステップＳ３
９）および洗浄処理（ステップＳ４０）が施される。な
お、スリーブ圧入後にシリンダブロック全体をＴ６処理
することにより、少なくともスリーブの表面硬度をＨb
７０以上とすることもできる。

【００６１】なお、図７のシリンダブロック製造方法に
おいて、メッキ処理ステップＳ３８をスリーブ圧入工程
ステップＳ３７の前、且つＴ６処理工程ステップＳ３６
の後あるいはこのステップＳ３６がない場合には加工
（スリーブ製作）工程ステップＳ３５の後において実施
し、その後にスリーブ圧入工程ステップＳ３７とさらに
その後にホーニング工程ステップＳ３５を実施するよう
にしてもよい。この場合、メッキ時間を長くしてメッキ
層の膜厚は約５００μｍとなるようにし、ホーニング工
程ステップＳ３５において圧入による芯ずれ除去のた
め、砥石によるホーニングに先行して芯出しボーリング
における取り代を確保する。これにより芯ずれがあって
もメッキの最小膜厚は２０μｍ以上が確保でき、潤滑性
を向上することができる。

【００６２】なおまた、スリーブ圧入工程ステップＳ３
７前にスリーブ４０単体でメッキ処理ステップＳ３８
と、その後にホーニング工程ステップＳ３５を実施し、
この後にスリーブ圧入工程ステップＳ３７と洗浄処理ス
テップＳ４０をするようにしてもよい。これらの場合、
図５において、スリーブ４０を単体として装置本体４４
（４４ａ〜４４ｅ）上面にガスケット４１を介して載置
保持するようにして、メッキ処理ステップＳ３８の各ス
テップを実施する。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
適量なＳｉを含有するアルミニウム合金を用いてシリン
ダブロックの母材およびスリーブを形成するため、母材
の鋳造性が向上し、またスリーブと母材のＳｉ含有率が
所定の範囲内にあるため、熱膨張率の差が小さくなっ
て、エンジン運転中の熱変形の差が小さくなりスリーブ
内周面のメッキの剥がれが防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用される４サイクルエンジンの要
部断面図。

【図２】 本発明に係るスリーブ鋳込みによるシリンダ
ブロック製造方法のフローチャート。

【図３】 図２のフローチャートの実施例の説明図。

【図４】 本発明に係るメッキ工程の詳細フローチャー
ト。

【図５】 図４のフローを実施するための処理装置の構
成図。

【図６】 図４のフローの要部工程における処理部の断
面図。

【図７】 本発明に係るスリーブ圧入によるシリンダブ
ロック製造方法のフローチャート。

【図８】 アルミ合金のＳｉ％と熱膨張率との関係を示
すグラフ。

【符号の説明】

１：内燃機関、２：シリンダブロック、３：クランク
室、６：スカート部、７：下ケース、１０：シリンダ本
体、１２：シリンダボア、１３：シリンダヘッド、３
７：内周面、３８：メッキ層、４０：スリーブ、４１：
ガスケット、４４：装置本体、４５ｄ，４５ｅ：カバ
ー、４６：内筒、４７：処理液、４８：処理液槽、４
９：ポンプ、５１：アルミ合金地、５２：Ｓｉ粒子、５
３：スリーブ表面、５４：アルマイト層、６０：シリン
ダブロックの母材。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミニウム合金の鋳造品からなるシリン
   ダブロック母材のシリンダボア内にアルミニウム合金か
   らなるスリーブを装着し、このスリーブ内周面にメッキ
   処理を施してピストン摺動面を形成したシリンダブロッ
   クにおいて、 前記母材のアルミニウム合金は５〜２０重量％のＳｉを
   含み、 前記スリーブのアルミニウム合金は、（前記スリーブの
   Ｓｉ重量含有率／前記母材のＳｉ重量含有率）×１００
   をαとすると、 ５０＜α＜１５０ となるＳｉを含むことを特徴とするアルミニウム合金製
   シリンダブロック。
2. 【請求項２】前記スリーブ内周面にＳｉＣを分散したＮ
   ｉメッキ層あるいはＮｉ−Ｐメッキ層を形成したことを
   特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金製シリン
   ダブロック。
3. 【請求項３】前記スリーブは、前記母材のシリンダボア
   内に鋳込みにより装着されたものであることを特徴とす
   る請求項１または２に記載のアルミニウム合金製シリン
   ダブロック。
4. 【請求項４】前記スリーブは、前記母材のシリンダボア
   内に圧入により装着されたものであることを特徴とする
   請求項１または２に記載のアルミニウム合金製シリンダ
   ブロック。