JPS61202763A - スリ−ブレスシリンダブロツクの製造方法 - 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）の製造方法に関するもの
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。

すなりち、従来より内燃機関用シリンダブロックは、Ｖ
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、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
エ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Ｆｅ、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ている。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、加工工数及び組立て工数が多く、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２ｍｍ、ウェットライナ方式で約６〜ｉｏｍｓ
＋）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がら、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．
１５〜０．８％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′＃Ｉ：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’＆Ｏ，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
品を鋳造の際に引は巣が発生し、使用中厚洩れの原因と
なるほか１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、別体スリーブ部乃至
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製造する新規な方法を提供するこ
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、本発明者等は、上記従来方法の欠点が注湯時の
熱量不足に起因するとの原因究明の結果に基づき、溶湯
の熱量が限られている場合でも。

それを効果的に利用して合金層を安定して得ることがで
きる方法として、鋳型キャビティに合金元素を予めセッ
トし、溶湯熱でその近傍に合金層を得る鋳包み方式に着
目し、その可能性を検討した。

この方式は、目的とする区域に合金元素をセットすれば
、その近傍は安定した合金層が得られるという特徴をも
っている。しかし、そのためには溶湯熱により鋳包み材
を完全に溶融させることが必要である。

この点、本発明者等は、鋳包み材の表面積を大きくし、
溶湯との接触面積を充分に確保できるように多孔体金属
を骨材として利用し、この多孔体金属に、Ｐを含む合金
（以下、Ｐ系合金という）の粉末を含浸塗布しさらにこ
れを中子鋳型表面に配することにより可能であるとの知
見を得て、こ＼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
ロックの製造方法は、中子鋳型表面に多孔体金属の鋳包
み材へＰ系合金粉末を含浸塗布したものを配することに
より、注湯熱で鋳包み材と共にＰ系合金粉末を溶融させ
、Ｐを拡散させてステダイトをライナ部にのみ晶出させ
ることを骨子とするものである。

このように中子鋳型表面にＰ系合金粉末を含浸塗布した
多孔体金属を設けるので、多孔体金属の連通番孔に充満
した溶湯の熱が多孔体金属及びＰ系合金粉末の溶融拡散
に効果的に利用され、したがって、薄肉であっても溶湯
温度を格別に高める必要なくＰ及び他の合金成分をライ
ナ部に拡散することができ、ステダイトが晶出した耐摩
耗組織のライナ部を得ることができる。一方、ライナ部
を除くブロック本体は通常の鋳鉄又は合金鋳鉄であるの
で、鋳造性に優れており、大量生産が可能である。また
、多孔体金属を用いるので溶融拡散範囲を定め易く、安
定している。

以下に本発明を図面を参照しつつ詳細に説明する。

スリーブレスブロックの鋳造に用いる鋳型は、第１図に
示すように、主型１と中子鋳型２からなり、中子鋳型２
はシリンダブロックにピストン往復用の空洞部を形成す
るためのものである。なお、３はウォータジャケット部
中子である。

まず、常法により造型した中子鋳型２の表面に多孔体金
属４の鋳包み材を設ける準備を行う。

この多孔体金属は、Ｎｉ系（Ｎｉ、　Ｎ１−Ｃｒ）、Ｃ
ｕ系、Ｃｒ系、Ｆｅ系など適宜材質のものでよく、密度
が約０．２＝０．９　ｇ／ｃ＋＊”、比表面積が約１０
００〜５０００ｍ”／ｍ”（７）如く比表面積ノ太キい
ものほど好ましい。多孔体金属４は通常、円筒状に加工
して用いるが、その場合には中子鋳型２の外径に等しい
内径に加工すると中子鋳型２にセットする際のズレを防
止することができる。勿論、他の態様に加工することも
できる。

また、多孔体金属４の厚さは、ライナ部の素材取代ｔと
等しくするのが好ましいが、バラツキやコストなども考
慮して、 （取代ｔ）−１≦（多孔体金属）≦（取代ｔ）＋２にす
るのが望ましい。上記上限値は材料コスト、バラツキな
ど考慮したもので、下限値はＰの拡散距離、肉厚、取代
ｔの最少値などがら決める。

この多孔体金属４には、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系合金粉末をセルロース系、フェノール樹脂
系などのアルコール溶液をバインダとしてスラリー状と
なしたものを、含浸塗布する。Ｐ系合金粉末は２００メ
ツシユ以下の微粉であるのが望ましく、これにより多孔
体金属への付着性を良くすると共に合金粉末の表面積を
大きくすることができ、溶湯に溶は易くすることができ
る。塗布方式は、スラリー状にしたうえでスプレ一式又
は浸漬方式により多孔体金属の番孔の内部にも粉末が含
浸される。このときの塗布量は、鋳造後の加工により得
られるライナ摺動面におけるＰ量が０．１５〜０．８％
となるようにＰ系合金量を決める。

Ｐ系合金粉末を多孔体金属４に含浸塗布した後、１００
〜２００℃の炉内にて２０分〜１時間乾燥してアルコー
ル等の揮発性物質を気化・除去し、溶湯注湯時の熱によ
るガス発生の抑制を図る。

この後、多孔体金属を中子鋳型の所定位置に嵌め込み２
次いで、これらの工程を終了した中子鋳型２は主型１の
所定位置にセットされ、注湯工程に入る。このときに用
いる溶湯は、一般的な普通鋳鉄か又は少量のＣｕ、Ｃｒ
、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｍｏ等々を添加した合金鋳鉄でエンジン
としての強度を保つ材質であればよく、特に耐摩耗性を
考慮する必要はない。したがって、特に鋳造性を阻害す
るＰなどの元素は実質的に含まれず、その他の添加する
合金量も少くなくてよい。もっとも、Ｎｉ及びＣｕを添
加した溶湯の場合、基地組織にＮｉ、Ｃｕが固溶して耐
食性が向上するし、またＣｕ、Ｃｒ、Ｍｏなどを添加す
ると強度が増大し、或いはＣａを添加すると接種効果が
期待できる。

溶湯は１３４０℃の如く一般的な溶湯温度にて注湯され
、ライナ部に相当するＰ系合金粉末具備の多孔体金属４
を加熱して鋳型に充満する。

このようにして加熱された多孔体金属並びにこれに含浸
塗布されたＰ系合金粉末は容易に溶融拡散する。凝固の
過程においては、Ｐはステダイトとして晶出し、更に多
孔体金属とＰ系合金の母材とが基地組織に固溶し、緻密
なパーライト基地に黒鉛及びステダイトが分布した耐摩
耗組織のライナ部が得られる。ライナ部はＰを含むため
硬質でＨｖ７００〜９００の硬度を示し、耐摩耗性が優
れている。特にＰ系合金又は多孔体金属にＮｉ、Ｃｕを
使用した場合、耐摩耗性が著しく向上すると共に耐食性
も向上し、殊にディーゼルエンジン特有の燃焼生成物に
よる酸腐食に対してこれを防止するのに効果がある。

かくして得られたスリーブレスブロックは、通常の加工
工程にてライナ部をポーリング加工し。

ライナ摺動面５を得る。ライナ摺動面５には約０゜１５
〜０．８％のＰが含まれており、硬質のステダイトが充
分に晶出した耐摩耗組織を有している。

勿論、基地組織はライブ部及び他のシリンダブロック本
体ともに同質の組織を示している。

（実施例） 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、Ｎｉ多孔体金属を加工して内径７６．３ｍｍ、
厚さ３ＩＩｌｆｆｌの円筒体にした鋳包み材用骨材に、
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（Ｐ２４％、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％、Ｓ
ｉ２．０％、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３Ｉ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Ｈ
ｖ２４０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、スリーブレスブ
ロックの鋳造に際して、中子鋳型表面に多孔体金属を設
けてこれにＰ系合金粉末を含浸塗布し、か＼る中子鋳型
を用いて鋳造するので、Ｐなどを効果的に溶融拡散でき
、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、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図及び第２図は本発明の実施に用いる鋳型を説明す
る一部断面図で、第１図はシリンダブロックの上部を示
す図、第２図は第１図のＡ部拡大図である。 １・・・主型、　　　　　　２・・・中子鋳型、３・・
・ウォータジャケット部中子、 ４・・・多孔体金属、　　５・・・ライナ摺動面。 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　　　　　尚第１図 １２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の鋳造におい
   て、ライナ部の中子鋳型表面に、Ｐを含む合金粉末をア
   ルコール溶液をバインダとして含浸塗布した多孔体金属
   を配し、しかる後に注湯してＰを拡散せしめ、ライナ部
   にのみステダイトを晶出させることを特徴とするスリー
   ブレスシリンダブロックの製造方法。