JPS61201754A - スリ−ブレスシリンダブロツク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はシリンダブロックに係り、より詳細には、内燃
機関用の鋳鉄製シリンダブロックにおいて別体に作製し
たスリーブ乃至ライナを備えていない、所謂スリーブレ
スシリンダブロック（以下。

スリーブレスブロックという）に関するものである。

（従来の技術及び問題点） 内燃機関用のシリンダブロックはシリンダの内壁型式に
よりライナ型と一体型とに大別され、ライナ型にはドラ
イスリーブ方式（乾式）とウェットライナ方式（湿式）
とがあり、一方、一体型はスリーブ乃至ライナを備えず
にシリンダブロック全体を一体に製造したもので、スリ
ーブレスシリンダブロック（スリーブレスブロック）と
称されている。

これらのいずれの型式のシリンダブロックにおいても、
そのライナ摺動部の摩耗は内燃機関の耐久性を左右する
基本的問題であり、かねてより耐摩耗性の改善のために
製造上程々の研究開発がなされてきているが、各々に一
長一短があり、必ずしも満足すべき結果が得られている
とは云えない。

すなわち、従来より内燃機関用シリンダブロックは、普
通鋳鉄や合金鋳鉄などの鋳鉄製が一般的であるが、特に
ライナ摺動部は耐摩耗性が優れていることが要求される
ため１通常、Ｐを０．１５％以上含む鋳鉄によりライナ
乃至スリーブを別体に作製し、ドライスリーブ或いはウ
ェットライナとしてブロック本体に装着されている。

このライナ型式のシリンダブロックは、ライナ部の材質
がＰを０．１５％以上含む鋳鉄、就中Ｐを０．３〜０．
６％含む合金鋳鉄であり、ライナ摺動面にＨｖ７００〜
９００の如く硬質のステダイト（燐化鉄Ｆａ、Ｐ、セメ
ンタイトＦｅ、Ｃ及びフェライトの三元共晶金相）を晶
出させたものであるため、耐摩耗性に優れており、高負
荷で長時間使用するエンジンに使用されいる。しかし、
この型式のシリンダブロックはライナ部を別体で作製す
るので、加工工数及び組立工数が多く、製造コストが高
くなるという問題がある。更には、ライナ乃至スリーブ
の厚みを最少限確保する必要がある（ドライスリ一方式
で約２Ｉｌ１ｍ、ウェットライナ方式で約６〜１０ｍ５
＊）こと等々のため、構造上、多気筒シリンダのライナ
ピッチを短縮化することが難しく、剛性上コンパクト化
にも限界がある。

したがって、今後はスリーブレスブロックを採用するこ
とが趨勢となるものと予想される。

もっとも、従来よりスリーブレスブロックの製造は実際
に行われてきていたが、軽負荷で短時間使用するエンジ
ン用に限られているにすぎない。

すなわち、現行のスリーブレスブロックの材質は、Ｃｕ
、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｍｏ等々の合金元素を１種又は２
種以上組み合わせて添加した合金鋳鉄であり、Ｐを実質
的に含まない（Ｐ＜０．１０％）で耐摩耗性の改善を狙
った合金鋳鉄である。したがって、これにより得られる
ライナ摺動部の組織は上記合金元素により強化されたパ
ーライトと黒鉛とからなり、ステダイトの晶出かないた
め、耐摩耗性はステダイト晶出の別体方式に比べ非常に
劣るもので、耐摩耗性の面で限界があることから。

上記の如くスリーブレスブロックの用途が限られている
のである。

一方、一体式のスリーブレスブロックにあっても、ライ
ナ型式のライナ乃至スリーブの材質のように、Ｐを０．
１５〜０８％添加してライナ摺動面に硬質のステダイト
を晶出させて高耐摩耗性を得る、すなわちブロック全体
をＰを０．１５〜０．８％含む鋳鉄製にするとの考えも
ある。しかし、この場合、Ｐ　ｔｉ−０，１％以上含む
鋳鉄ではステダイトが晶出し、ステダイト晶出に起因し
て引は性が惹起されるため、肉厚変動が大きく、ボス部
厚肉部を有するシリンダブロック等の複雑な形状の製品
を鋳造する際に引は巣が発生し、使用中圧洩れの原因と
なるほか、強度（撓み、衝撃値など）も低く、特に鋳造
性の点から実用化が困難である。

（発明の目的） 本発明は、前述の従来技術の欠点を完全に解消し、従来
のスリーブレスブロック又はライナ型のブロック本体と
同等の良好な鋳造性を有し、かつ、別体スリーブ乃至ラ
イナと同等の優れた耐摩耗性を有する鋳鉄製スリーブレ
スブロックを安価に提供することを目的とするものであ
る。

（発明の構成） 上記目的を達成するために、本発明者等は、スリーブレ
スブロックの材質として、ライナ摺動面及びその近傍に
のみＰを含有させて硬質のステダイトを晶出せしめて高
耐摩耗性を付与せしめ、しかし該ライナ部を除くブロッ
ク本体は普通鋳鉄乃至合金鋳鉄製とし、このようなスリ
ーブレスブロック全体を一体的に同時に鋳造可能な方策
を見い出すべく鋭意研究を重ねた。

そのために、まず、従来の一体的鋳造技術について適用
の可否並びに欠点の分析を行った。

鋳鉄又は鋳鋼鋳物の表面に合金層をつくる従来の方法と
しては、既に金属被覆鋳造法（例、特公昭４８−２０９
６８号公報）などが知られているが、これらの方法は鋳
型の表面に合金粉末を厚く塗布し、溶湯熱により溶融せ
しめて合金層を表面に得るものであるが、鋳型から逃げ
る熱量が大きいと狙いとする合金層を得ることは難しく
、したがって、厚肉で溶湯温度が高い場合に限られるこ
とが判明した。

この点、今日のスリーブレスブロックに使用される鋳物
は薄肉で熱量が小さくなり、しかも内面を機械加工して
使用するため、上記方法では合金層を作っても十分な合
金元素の拡散が得られない欠点がある。因みに、上記従
来方法では内燃機関用鋳鉄製スリーブレスブロックを製
造し得たとの報告もなく、ましてやライナ部にＰを含む
鋳鉄によりステダイトを晶出し得たとの報告もない。

なお、シリンダブロック本体の鋳物表面にＰを０．１５
％以上含む鋳鉄又は合金鋳鉄の溶湯を用いて鋳包む方法
も考えられるが、抑々上記溶湯は鋳造性が悪く、かつ、
ライナ部寸法が薄肉であるため、そのような方法は実用
上不可能と云っても過言ではない。

そこで１本発明者等は、上記従来技術の欠点が注湯時の
熱量不足であったり或いは溶湯熱が効果的に利用されて
いないことに起因するとの原因究明の結果に基づき、溶
湯の熱を十分に確保し或いは効果的に利用する鋳造方法
を鋭意研究の結果、見い出すに至り、二＼に本発明をな
したものである。

すなわち、本発明に係る鋳鉄製スリーブレスシリンダブ
ロックは、ライナ摺動面にＰ０．１５〜０．８％を含み
、かつ、Ｐ含有量が内部に向かって漸減しており、ステ
ダイト又は炭化物を含む板状ステダイトが晶出した耐摩
耗組織のライナ部を有することを特徴とするもので′あ
る。

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

本発明のスリーブレスブロックは、そのライナ部（すな
わち、従来のライナ型式における別体スリーブ乃至ライ
ナに相当する）にのみＰを含有させ、硬質のステダイト
或いは更に硬度の炭化物含有板状ステダイトが晶出した
耐摩耗組織を有している。この点では、上記従来の別体
スリーブ乃至ライナがステダイトを晶出させた耐摩耗組
織を有している場合と略同−である。

但し、従来の別体スリーブ乃至ライナは、その文字どう
り、ブロック本体とは別体に製作された後に嵌合されて
いるので、ブロック本体とは文字どうり別体であり、し
たがって、冶金的に不連続接合である。更には、別体ス
リーブ乃至ライナはＰを０．１５％以上含む鋳鉄製であ
るのに対し、ブロック本体はＰを実質的に含まない鋳造
性の良い鋳鉄製であるので、組織、特に基地組織は相互
に異種であり、冶金組織的に不連続である。またスリー
ブ乃至ライナを別体とするので製造上薄肉化に限界があ
った。

これに対し、本発明では、−の溶湯により一体鋳造され
るので、ライナ部とブロック本体は冶金組織的に基地組
織が同質であり、したがって当然に冶金的な不連続点は
存在しない。また、ライナ部は一体鋳造であるので薄肉
化の問題がなく、必要最少限の厚みの耐摩耗組織部を得
れば足りる。

更に、本発明では、中子鋳型の表面にＰ拡散源を特定の
方法（後述）で配したうえで、一体鋳造によりＰを中子
鋳型表面から内部に向かって拡散せしめて製造されるの
で、第１図に示すように、Ｐ含有量が中子鋳型表面から
内部に向かって漸減しており、鋳造後に適宜取代の加工
により得られるライナ摺動面において所要のＰ量（０，
１５〜０．８％）を確保することができる。したがって
、ライナ摺動面の硬さは、第２図に示すように、Ｐ含有
量と関係があるので、中子鋳型表面に配するＰ拡散源の
量並びに加工による取代を調整することにより、コント
ロール可能である。

これに対し、従来のスリーブ乃至ライナは、ライナ摺動
面であれば、その内部であれ、一定量のＰ含有量しか含
まれず、ライナ摺動面のＰ含有量を変更する場合にはス
リーブ乃至ライナ全体の製作（材料調整）を変える必要
がある。同様に、従来のスリーブレスブロックにおいて
も、ブロック全体の製作を変える必要がある。いずれに
しても高価にならざるを得ない。

本発明においてライナ摺動面のＰ含有量を０．１５〜０
．８％に限定するのは、Ｐが０．１５％未満ではステダ
イト又は板状テステダイトの量が少なくなり、耐摩耗性
の向上が期待できなくなり、逆にＰが０．８％を超える
とステダイト又は板状ステダイトが粗大化し１強度上脆
化し、また耐摩耗性からもリングとの相性やステダイト
又は板状ステダイトの剥離が懸念されるので、これらの
理由によりライナ摺動面にＰを０．１５〜０．８％含ん
だ耐摩耗組織とするものである。なお、板状ステダイト
は、炭化物を含んだ特殊ステダイトであり、前記特定の
方法による一体鋳造においてＰ拡散源と共に炭化物生成
元素を含む合金を利用すれば、得られる。ステダイト及
び板状ステダイトはいずれもパーライト基地に片状黒鉛
と共に均一に析出分布し、耐摩耗組織を呈しており、そ
の硬さは通常、ステダイト品出の場合はＨｖ７００〜９
００．板状ステダイト晶出の場合にはＨｖ９００〜１２
ｏＯの硬さを有している。

一方１本発明のスリーブレスブロックの上記構成のライ
ナ部以外のブロック本体は、一体鋳造に用いる鋳造性の
良い材質の溶湯が凝固したものであるので、ステダイト
及び板状ステダイトの晶出はなく、ブロック本体として
要求される機械的性質、鋳造性等々の諸特性を有してい
る。

次に、本発明のスリーブレスブロックにおいて上記構成
のライナ部を得る方法について説明する。

この方法は、ライナ部にステダイト又は板状ステダイト
を晶出させた耐摩耗組織を得るべくＰ及び炭化物生成元
素を溶融拡散させるために、溶湯の熱を十分確保する鋳
造方法と、溶湯の熱を効果的に利用する鋳造方法に大別
される。なお、いずれの方法においても、第３図に示す
ように、主型１、シリンダブロックにピストン往復用の
空洞部を形成するための中子鋳型２、ウォータジャケッ
ト部中子３などを有する鋳型を用いる。

前者の鋳造方法としては、ライナ部の中子鋳型表面に対
して、Ｐを約５〜４０％含むＦｅ−Ｐ、Ｎ１−Ｐ、Ｃｕ
−Ｐ％５ｎ−Ｐ又はこれらの多元系合金などのＰ系合金
粉末、或いはＢ、Ｃｒ、Ｍｏ。

■等々の炭化物生成元素を含むフェロ合金などの炭化物
生成合金の粉末を前記Ｐ系合金粉末に添加した混合粉末
にセルロース系樹脂、フェノール系樹脂などのアルコー
ル溶液をバインダとして約５〜３０％添加したものを所
定量塗布し、乾燥後に該中子鋳型２を主型１にセットし
、一般的な普通鋳鉄か又は少量のＣｕ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｓ
ｂ、Ｍｏ等々を添加した合金鋳鉄などの鋳造性のよい溶
湯を一般的な注湯温度（１３４０℃以上）で注湯するも
のである。

但し、上記粉末のＰ、炭化物生成元素などの成分を溶融
拡散するために溶湯の熱を十分に確保する必要があり、
そのため、第４図に示すように、上記粉末５と中子鋳型
２の表面との間にセラミックスファイバーなどの断熱材
４を介在させたり（ａ）、中子鋳型２の芯部に断熱空間
７を設ける（ｂ）、これにより、鋳型への溶湯熱の逃げ
又は鋳型からの熱の逃げを防止でき、Ｐ系合金や炭化物
生成合金は１２００℃以上の高温になるので溶融し、凝
固時間が長くなるので十分に拡散される。

凝固の過程ではＰを含むステダイト又は板状ステダイト
が晶出し、耐摩耗組織を有するライナ部が得られる。な
お、第４図中、６はライナ摺動面で、鋳造後に行うポー
リング加工などの加工（取代ｔ）により得られる。

次に、後者の鋳造方法としては、溶湯の熱を効果的に利
用するために、前記粉末をＮｉ、　Ｃｕ、Ｆｅ等からな
る多孔体金属に含浸塗布したもの、或いはＰを含む合金
からなる・多孔体金属をスリーブ状に力ｊ工して中子鋳
型表面に配する鋳包み方法、また前記粉末を箔や金銅に
塗布したものをスリーブ状にして中子鋳型表面に配する
鋳包み方法などがある。第５図は前記粉末を多孔体金属
８に含浸塗布して中子鋳型２の表面に配した場合を示し
ている。なお、他の点は前者の鋳造方法と同様の要領で
実施される。

（実施例） 衷胤涯よ スリーブレスブロック鋳造用の主型及び中子鋳型（外径
７６ｍｍ）を通常の方法で造型した。

次いで、中子鋳型表面にセラミックスファイバーを厚み
１０＋ｍに取り付け、更にその表面に、セルロースのア
ルコール希釈溶液２０％を添加したＰ−Ｆｅ合金粉末（
２２４％）を塗布した後、炉内で乾燥させた。なお、別
途、上記Ｐ−Ｆｅ合金粉末にＦｅ−Ｂ合金粉末を添加し
た混合粉末を塗布した中子鋳型も作製した。

得られた中子鋳型を主型にセットし、Ｔ、Ｃ。

３．３％、Ｓｉ２．０％、Ｍｎ０．７％のほか、Ｓｎ０
．０７％を含む合金鋳鉄からなる溶湯を注湯した。

鋳造後、取代３ｍｍでポーリング加工を行い、うイナ摺
動面を得た。ライナ摺動面はＰ０．４％を含み、硬さは
、各々ＨＶ２２２（Ｐ系合金のみ）、Ｈν２３３（Ｐ系
合金＋炭化物生成合金）であり、いずれのスリーブレス
ブロックにも引は巣などの鋳造欠陥が見られなかった。

去Ｊ１匠λ− スリーブレスブロック鋳造用の主型及び中子鋳型（外径
７６■）を通常の方法で造型した。

次いで、Ｎｉ多孔体金属を加工して内径７６．３ｍｍ、
厚さ３＋ａｍの円筒体にした鋳包み用骨材にセルロース
系アルコール溶液２０％を添加してスラリー状にしたＰ
−Ｆｅ合金粉末（２２４％、２８０メツシユ）を浸漬方
式により含浸塗布した後、炉内で乾燥させた。その後、
この多孔体金属を中子鋳型の外側に嵌め、得られた中子
鋳型を主型にセットし、Ｔ、Ｃ，３，３％、Ｓｉ２．０
％、Ｍｎ０．７％のほか、Ｓｎ０．０７％を含む合金鋳
鉄からなる溶湯を注湯した。

鋳造後、取代３＋ｍｍでポーリング加工を行い、ライナ
摺動面を得た。ライナ摺動面は２００５％を含み、硬さ
がＨｖ２４０であり、またスリーブレスブロックに引は
巣などの鋳造欠陥が見られなかった・ （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、鋳鉄製スリーブ
レスブロックの鋳造に際して、中子鋳型表面にＰ又はこ
れと炭化物生成元素を含む合金層を配した中子鋳型を用
いて一体的に鋳造して製造されるので、Ｐなどが効果的
に溶融拡散され、ステダイト又は板状ステダイトが晶出
した硬質の耐摩耗性に優れた組織をライナ部に有するス
リーブレスブロックを製造することができる。また、注
湯に供する溶湯として鋳造性の良い鋳鉄を使用でき、し
かも従来の別体スリーブ・ライナ方式のような多数加工
工程を必要としないので、非常に安価に大量に生産する
ことができ、薄肉、軽量、コンパクト化の趨勢にある各
種内燃機関用鋳鉄製スリーブレスブロックの製造に寄与
するところが極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はライナ部の深さとＰ含有量の関係を示す図。 第２図はライナ部の硬さとＰ含有量の関係を示す図。 第３図はスリーブレスブロック鋳型を説明する一部断面
図、 第４図は（ａ）、（ｂ）及び第５図は各々、本発明に係
るスリーブレスブロックの製造に用いる鋳型で、第３図
のＡ部拡大断面図である。 １・・・主型、　　　　　２・・・中子鋳型、３・・・
ウォータジャケット部中子。 ４・・・断熱材、　　　　５・・・粉末。 ６・・・ライナ摺動面、　７・・・断熱空間、８・・・
多孔体金属。 特許出願人　　ヤンマーディーゼル株式会社代理人弁理
士　中　　　村　　　　　尚犀げ　ＨＶ３０ 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ライナ乃至スリーブを具備せずにライナ部を一体的に
   有する鋳鉄製スリーブレスシリンダブロックにおいて、
   前記ライナ部は、ライナ摺動面にＰ０．１５〜０．８％
   （重量割合）を含み、かつ、そのＰ含有量が該ライナ摺
   動面から内部に向かって漸減しており、ステダイト又は
   炭化物を含む板状ステダイトが晶出した耐摩耗組織を有
   していることを特徴とするスリーブレスシリンダブロッ
   ク。