JPH1182152A - アルミニウム合金製シリンダブロック及びその製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金製シリンダブロック及びその製造方法

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JPH1182152A
JPH1182152A JP24797997A JP24797997A JPH1182152A JP H1182152 A JPH1182152 A JP H1182152A JP 24797997 A JP24797997 A JP 24797997A JP 24797997 A JP24797997 A JP 24797997A JP H1182152 A JPH1182152 A JP H1182152A
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JP
Japan
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sleeve
plating
aluminum alloy
cylinder block
base material
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JP24797997A
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English (en)
Inventor
Hirotaka Kurita
洋敬 栗田
Toshikatsu Koike
俊勝 小池
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Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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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、エンジン運転中にスリーブの変形や損傷等に
基づくメッキ層の剥離や損傷を防止しメッキの信頼性を
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】 5〜20重量%のSiを含むアルミニウ
ム合金の鋳物からなる母材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が装着され、該
スリーブ内周面37にメッキ層38が形成されたシリン
ダブロックにおいて、前記スリーブ40のメッキ層支持
部の硬度をHB 70以上とした。

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
装着しこのズリーブ内周面にメッキ処理を施したアルミ
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】車両エンジン、船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みた。
【0005】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の鋳造性をよ
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
るため、母材はSiを含有した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され
ることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリン
ダブロック母材にスリーブを鋳込んだり圧入等すること
により、ピストンが摺動するシリンダボア表面となるス
リーブ内周面にメッキを施すことが可能となっても、メ
ッキを施すスリーブの硬度が小さく充分な強度をもって
いないと、エンジン運転中にピストンリングがスリーブ
内周面を摺動する際、ピストン側からの押付力によりス
リーブが塑性変形したり、あるいは疲労によりスリーブ
のメッキ支持部に割れや剥離が生じ、メッキ層が損傷し
てメッキによる耐摩耗性や潤滑性を向上させる所望の作
用効果が得られなくなる。
【0007】また、アルミニウム合金製の母材にはSi
を含有する一方、アルミニウム合金製のスリーブにはS
iを含有させない場合には、図8から分かる通り、母材
とスリーブとの間で熱膨張率の差が大きくなって、エン
ジン運転中にスリーブに大きな熱応力が作用し、スリー
ブの硬度や強度が小さい場合にはスリーブがさらに変形
したり損傷してメッキの信頼性を損ねるおそれが生ず
る。
【0008】本発明は上記の点を考慮してなされたもの
であって、シリンダブロック母材の鋳造性を向上させる
とともに、エンジン運転中にスリーブのメッキ支持部の
変形や損傷等に基づくメッキ層の剥離や損傷を防止しメ
ッキの信頼性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。さらに、メッキ層支持部の硬
度を容易に高強度にできるようにすることを目的とす
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、5〜20重量%のSiを含むアルミニ
ウム合金の鋳物からなる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が装着され、該スリーブ内
周面にメッキ層が形成されたシリンダブロックにおい
て、前記スリーブのメッキ層支持部の硬度がHB 70以
上である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て母材の鋳造性が向上するとと
もに、メッキ層を支持するスリーブの硬度が充分大きい
ため、エンジン運転中スリーブのメッキ支持部は変形等
を起こすことなく安定して一定形状に保持され、その内
周面に形成されたメッキ層を確実に保持し、充分な耐摩
耗性や潤滑性を維持して安定したエンジン出力が得られ
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。
【0013】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。
【0014】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。
【0015】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。
【0016】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。
【0017】上記シリンダ本体10内のシリンダボア1
2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。
【0018】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。
【0019】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。
【0020】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。
【0021】(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。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】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。
【0025】
【表3】
【0026】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。
【0027】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含有量を例えば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含有量を例えば4.7
5〜15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。
【0028】さらに、表3に示すようにスリーブのアル
ミニウム合金は各々少なくとも0.2以上10以下のC
uとMgの両方を含有する。これにより、下記するよう
にT6処理をして容易に硬度をHB 70以上とすること
ができる。なお、CuとMgの内一方のみ含有する場合
でもT6処理をして容易に硬度をHB 70以上とするこ
とができる。また、表1及び表2に示すように母材のア
ルミニウム合金はCuとMgの一方あるいは両方を含有
する。これにより、下記するようにスリーブとともに母
材にT6処理をして容易に硬度を上げることができ、ス
リーブのメッキ層支持部のメッキ保持能力の向上を図り
つつ、シリンダブロック全体の剛性を上昇させることが
でき、エンジンの耐久性を向上させることができる。
【0029】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
となる内周面の表面硬度を高めるために、JIS規格H
5202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硬化する
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。
【0030】なお、S2、S4のいずれかのT6処理に
よれば、スリーブのみ硬度上昇を図ることができる。鋳
込み時、溶湯状態の母材側の熱によりスリーブの硬度が
若干低下するが、鋳造時間そのものはT6処理に相対し
て短く、スリーブの内周側の硬度をHB 70以上に保つ
ことができる。また、S6のT6処理によれば、スリー
ブの硬度上昇に加えシリンダブロックの母材の硬度も上
昇することができ、シリンダブロック全体の剛性を上昇
させることができ、エンジン振動により各部の摺動部の
クリアランス等が小さくなって摺動摩耗が増加する等に
起因する、エンジンの耐久性の低下を防止することがで
きる。
【0031】外周ショットブラスト(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。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、このショットブラスト処理(ステップS3)は省略
してもよい。また、ショットブラスト等によりスリーブ
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。
【0032】なお、ここでショットブラストとは、粒径
が50〜150μmの鋼球、超硬ビーズ、ステンレス鋼
球、亜鉛ビーズ、ガラスビーズや、粒径はもう少し大き
い石英を多く含む川砂等を、投射機で、例えば40〜8
0m/sの投射速度でワークに投射するものを言う。
【0033】(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ブラスト(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(ただし、予め押出し又は引き抜き成形によりスリー
ブの硬度をHB 70以上としておくことが必要であ
る)。フローBおよびフローCは、同じく外周ショット
ブラスト(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。
【0034】フローD〜Gは外周ショットブラスト工程
(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(ただし、予め押出し
又は引き抜き成形によりスリーブの硬度をHB 70以上
としておくことが必要である)、フローEはショットブ
ラスト処理(S3)の前にT6処理(S2)を施したフ
ロー、フローFはショットブラスト(S3)の後で且つ
スリーブ鋳込み(S5)の前にT6処理(S4)を施し
たフロー、フローGはスリーブ鋳込み(S5)の後にT
6処理(S6)を施したフローである。
【0035】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
(ステップS10)。
【0036】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。
【0037】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S1
3)、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、20)が
施される。
【0038】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。
【0039】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。
【0040】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
は処理液中に直流電流は流さない。
【0041】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。
【0042】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。
【0043】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)。
【0044】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のアルミ合金地51がエッチングにより
幾分溶解除去される。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S1
4)。
【0045】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3
7を上昇し内筒46c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。
【0046】ここで、混酸液としては、フッ化水素酸と
硝酸を1:2の体積割合で混合したものか、フッ化水素
酸と硝酸と酢酸を1:2:1の体積割合で混合したもの
を使用する。なお、これらにさらに界面活性剤を少量添
加したものでもよい。この混酸エッチングでSiを溶解
除去してメッキのアンカー用の凹部を形成でき、スリー
ブを構成するアルミニウム合金中のSi粒子の粒径や分
散状態を変化させることにより、メッキ保持能力を向上
させることができる。
【0047】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。
【0048】なお、スリーブ内面に微細な凹部を形成す
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、スリーブ内面へショットブラスト
処理を施してもよい。
【0049】Si粒子を混酸エッチングにより除去して
スリーブ内面に凹部を形成する場合、アルミ合金に初晶
Si粒子が微細な状態で均一に分布させることが望まし
い。また、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を小さくするため、S
i粒子の大きさが均一であることが望ましい。これらに
より、アンカー効果を大きくし且つこの効果の分布が均
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。
【0050】なお、本実施例においては、Si粒子を球
形に換算した時の径は1μm〜100μmとしており、
アンカー効果によるメッキの密着性が高い。また、Si
粒子の分布数を増加させるため、Siの重量含有率を1
0〜14と多くしている。且つ、Si粒子の分布を均一
化し、メッキの密着性が低い部分を作らないようにする
ため、安定した条件での押出しあるいは引き抜きによる
長尺のパイプ材を切断してスリーブ素材とするとしてい
る。なおさらに、各Si粒子の平均の換算径は20〜3
0μmとすることが望ましい。且つ換算径のばらつきも
±10〜15μm程度とすることが望ましい。
【0051】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。
【0052】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。こ
の膜厚に達しない場合には、電流値を大きくし電流密度
おを大きくするか、処理液の循環速度を大きくするか、
あるいは処理時間を長くする。
【0053】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、Siは不電導体であるがアルマイト液47
d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0.1〜1μm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。
【0054】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
しやすくなってアルマイト層表面にメッキが可能になる
とともに、メッキ層がピンホール内にも形成されるの
で、アンカー効果が大きく、メッキの密着性がさらに高
められる。一方、アルマイト層の厚みを20〜30μm
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。
【0055】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。
【0056】アルマイト処理後、前述のように、水洗処
理(ステップS18)により、アルマイト処理の電解液
が除去される。
【0057】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。
【0058】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。
【0059】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
とにより表面に凹部を形成することができる。このた
め、このメッキ層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S17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。
【0060】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。
【0061】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を形
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。
【0062】これにより、例えば図9に示すように既に
スリーブ40を圧入あるいは鋳込みにより装着したシリ
ンダブロック2にメッキ処理する場合、スリーブ40側
のメッキ層38Aがクランク室側端部40aから少しづ
つ剥離し、ピストン摺動範囲まで剥離が進行すると、メ
ッキ層の一部が分離してクランク室3内に入り、クラン
ク軸受等のエンジン内の摺動潤滑部に進入し、その部分
に損傷を与え、エンジン1の耐久性を低下させるおそれ
がある。
【0063】これは、熱膨張及び収縮の割合がスリーブ
40とシリンダブロック母材60とで僅かでも異なる
と、スリーブ40のシリンダボアのクランク室3側端部
40aからクランク室3内壁側にかけてメッキ層38が
形成されると、エンジン1が運転及び停止の繰り返しさ
れるに従い、母材60側のメッキ層38Bがメッキ支持
部60aにより押し上げられ、スリーブ40側のメッキ
層38Aを引き剥がすように作用するからである。さら
に、エンジン1運転中スリーブ40が振動するとき、ス
リーブ端部が振動の腹となるのみでなく自由端であるの
で振幅が大きくなり、メッキ層のスリーブ端部部分は他
の部分に比べて大きな歪みが発生し、これもまた、エン
ジン1の長期間の使用によりメッキ層38がメッキ支持
部から剥がれる原因となるからである。
【0064】しかしながら、この実施例のようにスリー
ブ40の内周面にメッキ層38を形成するとともに、前
記スリーブ内周面のうちクランク室側となる端部にメッ
キ層支持部を露出させた円環状の非メッキ内周面37A
を設けているので、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耐久性に影響を及ぼすとい
う不具合がなくなる。
【0065】なお、図10に示すように、Siを含有す
るアルミニウム合金の特に金型に接する鋳肌面は、鋳造
時短時間で冷却されるので、大きなSi粒子が鋳肌面に
露出するチル鋳肌となっており、Siは電気を通しにく
いので、その部分はアルマイトもメッキも付きにくく、
メッキの欠落孔38Cからメッキの剥がれが起きてしま
う。また、下記する混酸エッチングによりSiを溶解除
去しても、Si粒子が大きいため、メッキ層38がSi
粒子除去孔60bを埋めることにはならず、メッキ層3
8がSi粒子除去孔60b内に折れ曲って形成される。
母材60に振動が加わると、このメッキ層38の折れ曲
り部38Dから剥がれが起きることがある。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り、同様に運転中にメ
ッキが剥がれクランク軸や軸受部へ進入付着しエンジン
の耐久性に影響を及ぼす不具合がなくなる。
【0066】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。
【0067】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 複合メッキ液の例を示せば以下のとおりである。
【0068】ここで、極間流速とはスリーブ40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。
【0069】 (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 ・NH22 :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。
【0070】 (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。
【0071】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。この膜厚に達しない場合には、電流値
を大きくし電流密度を大きくするか、処理液の循環速度
を大きくするか、あるいは処理時間を長くする。このメ
ッキ層により、ピストン15およびピストンリング15
a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。
【0072】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。
【0073】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。
【0074】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。
【0075】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。
【0076】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S3
2)。
【0077】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)等のフローがある。
【0078】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、アルミ合金の塑性加工時
の加工硬化を利用して、表面硬度をHB 70〜150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S33→S
35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HB 70以上(70〜150)にする。
【0079】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、高速メッキ処理(ステップS38)、ホ
ーニング処理(ステップS39)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、ス
テップS37とステップS38の中間にYというT6処
理ステップを設け、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 7
0以上とすることもできる。
【0080】また、図7のステップS31とステップS
32の中間のXにおいて、母材にT6処理を施すように
し、スリーブについてはステップS34あるいはステッ
プS38においてT6処理を施すようにしてもよい。
【0081】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。
【0082】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。
【0083】このメッキ処理ステップS38において
は、スリーブ40のクランク室3側を上とし、スリーブ
40のシリンダボア面37のクランク室3側端部にOリ
ング62を嵌めたカバー45eを装着した状態でメッキ
液を循環させてメッキを実施する。これによりシリンダ
ボア面37にメッキ層を形成するとともに、クランク室
側となる端部にメッキ支持部を露出させた非メッキ部を
円環状に設けることができる。
【0084】これにより、スリーブ40単体でメッキ処
理した後シリンダブロック母材に圧入する場合、メッキ
処理においてスリーブ端部までメッキ層が形成されるも
のにおいては、前記と同様にエンジンの長期間の使用
中、エンジン運転中にスリーブの振動により、メッキ層
がメッキ支持部から剥がれるおそれがあり、エンジン内
の摺動潤滑部に損傷を与え、エンジンの耐久性を低下さ
せるおそれがあるが、本実施例ではこのような原因とな
る剥がれを起きにくくすることができる。
【0085】
【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ることに
より母材の鋳造性が向上するとともに、メッキ層を支持
するスリーブの硬度が充分大きいため、エンジン運転中
スリーブのメッキ支持部は変形等を起こすことなく安定
して一定形状に保持され、その内周面に形成されたメッ
キ層を確実に保持し、メッキ層の剥がれや損傷を防止し
て充分な耐摩耗性や潤滑性を維持し、安定したエンジン
出力が得られる。
【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。
【図9】 スリーブ端部から母材までメッキ層を形成し
た場合のメッキ層の断面図。
【図10】 Si粒子の大きい表面へのメッキ状態を示
すメッキ層の断面図。
【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:クランクケース、10:シリ
ンダ本体、12:シリンダボア、13:シリンダヘッ
ド、37: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、
49:ポンプ、51:アルミ合金地、52:Si粒子、
53: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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C22F 1/043 C22F 1/043 // C22F 1/00 602 1/00 602 651 651B C25D 15/02 C25D 15/02 F

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】5〜20重量%のSiを含む、アルミニウ
    ム合金の鋳物からなる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が装着され、 該スリーブ内周面にメッキ層が形成されたシリンダブロ
    ックにおいて、 前記スリーブのメッキ層支持部の硬度がHB 70以上で
    ある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】前記スリーブのアルミニウム合金は、重量
    %での含有率が0.2以上10以下のCuか重量%での
    含有率が0.2以上10以下のMgの一方あるいは両方
    を含む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】前記母材のアルミニウム合金は、重量%で
    の含有率が0.2以上10以下のCuか重量%での含有
    率が0.2以上10以下のMgの一方あるいは両方を含
    むことを特徴とする請求項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請求項1から3のい
    ずれかに記載のアルミニウム合金製シリンダブロック。
  5. 【請求項5】5〜20重量%のSiを含むアルミニウム
    合金の鋳物からなる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が装着され、 該スリーブ内周面にメッキ層が形成されるシリンダブロ
    ックの製造方法において、 前記スリーブのアルミニウム合金は、重量%での含有率
    が0.2以上10以下のCuか重量%での含有率が0.
    2以上10以下のMgの一方あるいは両方を含み、 前記スリーブを母材のシリンダボア内に鋳込んでシリン
    ダブロック素材を形成する工程と、 このスリーブが鋳込まれたシリンダブロック素材を溶体
    化処理後時効硬化処理して少なくとも前記スリーブの硬
    度をHB 70以上にする工程と、 このシリンダブロック素材を成形する加工工程と、 鋳込まれたスリーブ内面にメッキを施す工程と、 スリーブ内周面をホーニングする工程とを含むことを特
    徴とするアルミニウム合金製シリンダブロックの製造方
    法。
  6. 【請求項6】5〜20重量%のSiを含むアルミニウム
    合金の鋳物からなる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が装着され、 該スリーブ内周面にメッキ層が形成されたシリンダブロ
    ックの製造方法において、 前記スリーブを押出し又は引き抜きにより形成して表面
    硬度をHB 70以上とし、 このスリーブを圧入または鋳込みにより母材のシリンダ
    ボア内に装着したことを特徴とするアルミニウム合金製
    シリンダブロックの製造方法。
  7. 【請求項7】5〜20重量%のSiを含むアルミニウム
    合金の鋳物からなる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が装着され、 該スリーブ内周面にメッキ層が形成されたシリンダブロ
    ックの製造方法において、 前記スリーブを溶体化処理後時効硬化処理して表面硬度
    をHB 70以上とし、 このスリーブを圧入または鋳込みにより母材のシリンダ
    ボア内に装着したことを特徴とするアルミニウム合金製
    シリンダブロックの製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101531436B1 (ko) * 2007-12-14 2015-06-24 말레 인터내셔널 게엠베하 내연 기관용 투피스형 피스톤

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