(57)【要約】【課題】耐摩耗性および強度に優れたエンジン用部品およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明によるエンジン用部品は、シリコンを含むアルミニウム合金から形成されたエンジン用部品であって、摺動面を構成する複数の初晶シリコン結晶粒を有する。複数の初晶シリコン結晶粒の平均結晶粒径は、１２μｍ以上５０μｍ以下である。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを含むアルミニウム合金から形成されたエンジン用部品であって、
摺動面を構成する複数の初晶シリコン結晶粒と、前記複数の初晶シリコン結晶粒の間に位置する複数の共晶シリコン結晶粒と、を有し、
前記複数の初晶シリコン結晶粒の平均結晶粒径は、１２μｍ以上５０μｍ以下であり、
前記複数の共晶シリコン結晶粒の平均結晶粒径は、７．５μｍ以下であり、
前記摺動面の、８００μｍ×１０００μｍのサイズを有する任意の矩形領域において、結晶粒径０．１μｍ以上のシリコン結晶粒が含まれていない直径５０μｍの円形領域の個数が５個以下であるエンジン用部品。
【請求項２】
シリンダブロックである請求項１に記載のエンジン用部品であって、
前記複数の初晶シリコン結晶粒がシリンダボア壁の表面に露出している請求項１に記載のエンジン用部品。
【請求項３】
前記アルミニウム合金は、７３．４ｗｔ％以上７９．６ｗｔ％以下のアルミニウム、１８ｗｔ％以上２２ｗｔ％以下のシリコン、および２．０ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下の銅を含む請求項１または２に記載のエンジン用部品。
【請求項４】
前記アルミニウム合金は、５０ｗｔｐｐｍ以上２００ｗｔｐｐｍ以下のリンと、０．０１ｗｔ％以下のカルシウムとを含む請求項１から３のいずれかに記載のエンジン用部品。
【請求項５】
前記摺動面のロックウェル硬さ（ＨＲＢ）が６０以上８０以下である請求項１から４のいずれかに記載のエンジン用部品。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のエンジン用部品を備えたエンジン。
【請求項７】
請求項６に記載のエンジンを備えた自動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダブロックやピストン等のエンジン用部品およびその製造方法に関し、特に、シリコンを含むアルミニウム合金から形成されたエンジン用部品およびその製造方法に関する。また、本発明は、そのようなエンジン用部品を備えたエンジンや自動車両にも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンの軽量化を目的としてシリンダブロックのアルミニウム合金化が進んでいる。シリンダブロックには、高い強度や高い耐摩耗性が要求されるため、シリンダブロック用のアルミニウム合金としては、シリコンを多く含有するアルミニウム合金が有望視されている。
【０００３】
一般に、シリコンを多く含有するアルミニウム合金は鋳造性が悪いので、ダイカスト法による量産は困難である。そこで、本願発明者は、そのようなアルミニウム合金を用いてもシリンダブロックを好適に量産できる高圧ダイカスト法を提案している。この手法を用いると、実用上十分な耐摩耗性および強度を有するシリンダブロックを量産することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００４／００２６５８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、想定されるエンジン回転数やエンジンの使用条件によっては、シリンダブロックには、さらに高い耐摩耗性や強度が要求されることがある。例えば、二輪自動車では、エンジンを７０００ｒｐｍ以上の回転速度で運転するため、シリンダブロックに要求される耐摩耗性および強度はかなり高い。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐摩耗性および強度に優れたエンジン用部品およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるエンジン用部品は、シリコンを含むアルミニウム合金から形成されたエンジン用部品であって、摺動面を構成する複数の初晶シリコン結晶粒を有し、前記複数の初晶シリコン結晶粒の平均結晶粒径は、１２μｍ以上５０μｍ以下であり、そのことによって上記目的が達成される。
【０００８】
ある好適な実施形態において、前記複数の初晶シリコン結晶粒の間に位置する複数の共晶シリコン結晶粒をさらに有し、前記複数の共晶シリコン結晶粒の平均結晶粒径は、７．５μｍ以下である。
【０００９】
ある好適な実施形態において、上記構成を有するエンジン用部品は、シリンダブロックであり、前記複数の初晶シリコン結晶粒がシリンダボア壁の表面に露出している。
【００１０】
あるいは、本発明によるエンジン用部品は、シリコンを含むアルミニウム合金から形成されたエンジン用部品であって、摺動面を構成する複数のシリコン結晶粒を有し、前記複数のシリコン結晶粒は、結晶粒径が１μｍ以上７．５μｍの範囲内と結晶粒径が１２μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とにそれぞれピークを有する粒度分布を持ち、そのことによって上記目的が達成される。
【００１１】
ある好適な実施形態において、前記摺動面の、８００μｍ×１０００μｍのサイズを有する任意の矩形領域において、結晶粒径０．１μｍ以上のシリコン結晶粒が含まれていない直径５０μｍの円形領域の個数が５個以下である。
【００１２】
ある好適な実施形態において、前記アルミニウム合金は、７３．４ｗｔ％以上７９．６ｗｔ％以下のアルミニウム、１８ｗｔ％以上２２ｗｔ％以下のシリコン、および２．０ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下の銅を含む。
【００１３】
ある好適な実施形態において、前記アルミニウム合金は、５０ｗｔｐｐｍ以上２００ｗｔｐｐｍ以下のリンと、０．０１ｗｔ％以下のカルシウムとを含む。
【００１４】
ある好適な実施形態において、前記摺動面のロックウェル硬さ（ＨＲＢ）が６０以上８０以下である。
【００１５】
本発明によるエンジンは、上記の構成を有するエンジン用部品を備えており、そのことによって上記目的が達成される。
【００１６】
本発明によるシリンダブロックは、７３．４ｗｔ％以上７９．６ｗｔ％以下のアルミニウム、１８ｗｔ％以上２２ｗｔ％以下のシリコン、および２．０ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下の銅を含むアルミニウム合金から形成されたシリンダブロックであって、ピストンと接触する摺動面を構成する複数の初晶シリコン結晶粒と、前記複数の初晶シリコン結晶粒の間に位置する複数の共晶シリコン結晶粒とを有し、前記複数の初晶シリコン結晶粒の平均結晶粒径は、１２μｍ以上５０μｍ以下であり、且つ、前記複数の共晶シリコン結晶粒の平均結晶粒径は、７．５μｍ以下であり、前記アルミニウム合金は、５０ｗｔｐｐｍ以上２００ｗｔｐｐｍ以下のリンと、０．０１ｗｔ％以下のカルシウムとを含み、前記摺動面のロックウェル硬さ（ＨＲＢ）が６０以上８０以下であり、そのことによって上記目的が達成される。
【００１７】
あるいは、本発明によるシリンダブロックは、７３．４ｗｔ％以上７９．６ｗｔ％以下のアルミニウム、１８ｗｔ％以上２２ｗｔ％以下のシリコン、および２．０ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下の銅を含むアルミニウム合金から形成されたシリンダブロックであって、ピストンと接触する摺動面を構成する複数のシリコン結晶粒を有し、前記複数のシリコン結晶粒は、結晶粒径が１μｍ以上７．５μｍの範囲内と結晶粒径が１２μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とにそれぞれピークを有する粒度分布を持ち、前記摺動面の、８００μｍ×１０００μｍのサイズを有する任意の矩形領域において、結晶粒径０．１μｍ以上のシリコン結晶粒が含まれていない直径５０μｍの円形領域の個数が５個以下であり、前記アルミニウム合金は、５０ｗｔｐｐｍ以上２００ｗｔｐｐｍ以下のリンと、０．０１ｗｔ％以下のカルシウムとを含み、前記摺動面のロックウェル硬さ（ＨＲＢ）が６０以上８０以下であり、そのことによって上記目的が達成される。
【００１８】
あるいは、本発明によるエンジンは、上記の構成を有するシリンダブロックと、前記シリンダブロックの摺動面よりも表面硬度の高い摺動面を有するピストンとを備えており、そのことによって上記目的が達成される。
【００１９】
本発明による自動車両は、上記の構成を有するエンジンを備えており、そのことによって上記目的が達成される。
【００２０】
本発明によるエンジン用摺動部品の製造方法は、７３．４ｗｔ％以上７９．６ｗｔ％以下のアルミニウム、１８ｗｔ％以上２２ｗｔ％以下のシリコン、および２．０ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下の銅を含むアルミニウム合金を用意する工程（ａ）と、前記アルミニウム合金の溶湯を鋳型の中で冷却して成形体を形成する工程（ｂ）と、前記成形体を、４５０℃以上５２０℃以下の温度で３時間以上５時間以下の間熱処理した後液冷する工程（ｃ）と、前記工程（ｃ）の後、前記成形体を、１８０℃以上２２０℃以下の温度で３時間以上５時間以下の間熱処理する工程（ｄ）と、を包含し、前記成形体を形成する工程（ｂ）は、摺動面近傍が４℃／秒以上５０℃／秒以下の冷却速度で冷却されるように実行され、そのことによって上記目的が達成される。
【００２１】
ある好適な実施形態において、前記成形体を形成する工程（ｂ）は、摺動面近傍に平均結晶粒径が１２μｍ以上５０μｍ以下となるように複数の初晶シリコン結晶粒を析出させる工程（ｂ−１）と、前記複数の初晶シリコン結晶粒の間に平均結晶粒径が７．５μｍ以下となるように複数の共晶シリコン結晶粒を析出させる工程（ｂ−２）とを包含する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、耐摩耗性および強度に優れたエンジン用部品およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の好適な実施形態におけるシリンダブロック１００を模式的に示す斜視図である。
【図２】シリンダブロック１００の摺動面を拡大して模式的に示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、初晶シリコン結晶粒の平均結晶粒径とシリンダブロックの耐摩耗性との関係を説明するための図である。
【図４】シリンダブロック１００の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】シリンダブロック１００の鋳造に用いられる高圧ダイカスト装置を模式的に示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、砂型を用いて鋳造した比較例のシリンダブロックの摺動面の金属顕微鏡写真である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、高圧ダイカストにより鋳造した試作例のシリンダブロックの摺動面の金属顕微鏡写真である。
【図８】比較例のシリンダブロックの摺動面に析出したシリコン結晶粒の粒度分布を示すグラフである。
【図９】試作例のシリンダブロックの摺動面に析出したシリコン結晶粒の粒度分布を示すグラフである。
【図１０】摩耗試験を行った後の比較例のシリンダブロックの摺動面の拡大写真である。
【図１１】摩耗試験を行った後の試作例のシリンダブロックの摺動面の拡大写真である。
【図１２】カルシウムによってリンの微細化効果が阻害されることにより粗大化したシリコン結晶粒を示す写真である。
【図１３】摺動面のオイルポケットに潤滑油が保持される構造を模式的に示す断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ異なる冷却速度条件で鋳造したシリンダブロックの摺動面を示す金属顕微鏡写真である。
【図１５】鋳造工程開始後の時間と温度との関係を示すグラフである。
【図１６】シリンダブロック１００を有するエンジン１５０を模式的に示す断面図である。
【図１７】図１６に示すエンジン１５０を備えた自動二輪車を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本願発明者は、シリンダブロックの摺動面（ピストンと接触する面）におけるシリコン結晶粒の態様と、シリンダブロックの耐摩耗性および強度との関係を詳細に検討した。その結果、シリコン結晶粒の平均結晶粒径を特定の範囲内に設定したり、シリコン結晶粒に特定の粒度分布を持たせたりすることによって、耐摩耗性と強度を大幅に向上できることがわかった。本願発明は、上記知見に基づいて想到されたものである。
【００２５】
また、本願発明者は、シリンダブロックの製造条件についても鋭意検討を重ねた結果、摺動面に上述した好ましい態様でシリコン結晶粒を析出させるための好適な製法を見出した。
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、以下では、主にシリンダブロックを例として説明を行うが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、シリンダブロックやピストンなどの内燃機関の燃焼室を形成するエンジン用摺動部品およびその製造方法に好適に用いられる。
【００２７】
図１に、本実施形態におけるシリンダブロック１００を示す。シリンダブロック１００は、シリコンを含むアルミニウム合金から形成されている。
【００２８】
シリンダブロック１００は、図１に示すように、シリンダボア１０２を画定する壁部（「シリンダボア壁」と呼ぶ）１０３と、シリンダボア壁１０３を包囲し、シリンダブロック１００の外郭を構成する壁部（「シリンダブロック外壁」と呼ぶ）１０４とを有している。シリンダボア壁１０３とシリンダブロック外壁１０４との間には、冷却液を保持するウォータジャケット１０５が設けられている。
【００２９】
シリンダボア壁１０３のシリンダボア１０２側の表面１０１が、ピストンと接触する摺動面である。この摺動面１０１を拡大して図２に示す。
【００３０】
シリンダブロック１００は、図２に示すように、摺動面１０１に位置する複数のシリコン結晶粒１０１１、１０１２を有している。これらのシリコン結晶粒１０１１、１０１２は、アルミニウムを含む固溶体のマトリックス１０１３中に分散して存在している。換言すれば、摺動面を構成する複数のシリコン結晶粒１０１１、１０１２は、マトリックス１０１３に保持されている。
【００３１】
シリコンを多く含む過共晶組成のアルミニウム合金の溶湯を冷却したときに、最初に析出するシリコン結晶粒は「初晶シリコン結晶粒」と呼ばれ、次いで析出するシリコン結晶粒は「共晶シリコン結晶粒」と呼ばれる。図２に示す複数のシリコン結晶粒１０１１、１０１２のうち、比較的大きなシリコン結晶粒１０１１は、初晶シリコン結晶粒である。また、初晶シリコン結晶粒の間に位置する比較的小さなシリコン結晶粒１０１２は、共晶シリコン結晶粒である。
【００３２】
共晶シリコン結晶粒１０１２は、典型的には、図２に示すような針状結晶である。ただし、必ずしも全ての共晶シリコン結晶粒１０１２が針状結晶であるわけではない。実際には、共晶シリコン結晶粒１０１２には粒状結晶も一部含まれている。初晶シリコン結晶粒１０１１は、主に粒状結晶から構成されており、共晶シリコン結晶粒１０１２は、主に針状結晶から構成されている。
【００３３】
本願発明者は、初晶シリコン結晶粒１０１１の平均結晶粒径を１２μｍ以上５０μｍ以下の範囲内にすることによって、シリンダブロック１００の耐摩耗性および強度を大幅に向上できることを実験的に見出した。実験結果については後ほど詳しく述べることとし、ここでは、平均結晶粒径を上記の範囲内にすることによって耐摩耗性および強度を大幅に向上できる理由を図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００３４】
初晶シリコン結晶粒１０１１の平均結晶粒径が５０μｍを超える場合、図３（ａ）の左側に示すように、摺動面１０１の単位面積当りの初晶シリコン結晶粒１０１１の個数が少ない。そのため、エンジン運転時に初晶シリコン結晶粒１０１１のそれぞれに大きな荷重がかかり、図３（ａ）の右側に示すように、初晶シリコン結晶粒１０１１が破壊されることがある。初晶シリコン結晶粒１０１１が破壊されると、摺動面１０１上に形成されていた潤滑油の膜が破断するので、ピストンリングやピストンが直接摺動面１０１のマトリックス１０１３に接触し、スカッフが発生してしまう。さらに、破壊された初晶シリコン結晶粒１０１１の破片は、研摩粒子として作用してしまうため、摺動面１０１が大きく摩耗してしまう。
【００３５】
また、初晶シリコン結晶粒１０１１の平均結晶粒径が１２μｍ未満である場合、図３（ｂ）の左側に示すように、初晶シリコン結晶粒１０１１の、マトリックス１０１３中に埋まっている部分が小さい。そのため、エンジン運転時には、図３（ｂ）の右側に示すように、初晶シリコン結晶粒１０１１の脱落が容易に起こってしまう。脱落した初晶シリコン結晶粒１０１１は、硬度が高く研摩粒子として作用してしまうため、摺動面１０１が大きく摩耗してしまう。また、この場合、初晶シリコン結晶粒１０１１の、マトリックス１０１３から浮き出している部分の高さが低いので、摺動面１０１上に保持される潤滑油膜の厚さが小さくなる。そのため、潤滑油膜の破断が容易に起こり、スカッフが発生してしまう。
【００３６】
これに対し、初晶シリコン結晶粒１０１１の平均結晶粒径が１２μｍ以上５０μｍ以下である場合、図３（ｃ）の左側に示すように、初晶シリコン結晶粒１０１１は摺動面１０１の単位面積あたりに十分な数存在する。そのため、エンジン運転時に各初晶シリコン結晶粒１０１１にかかる荷重は相対的に小さくなるため、図３（ｃ）の右側に示すように、初晶シリコン結晶粒１０１１の破壊が防止される。また、この場合、初晶シリコン結晶粒１０１１のマトリックス１０１３から浮き出した部分は十分な高さを有しているので、十分な量の潤滑油を保持できる。そのため、摺動面１０１上に十分な厚さの潤滑油膜を保持することが可能になる。従って、潤滑油膜の破断およびそれに伴うスカッフの発生を防止することができる。また、初晶シリコン結晶粒１０１１のマトリックス１０１３に埋まっている部分が十分に大きいので、初晶シリコン結晶粒１０１１の脱落が防止され、そのため、脱落した初晶シリコン結晶粒による摺動面１０１の摩耗も防止される。
【００３７】
また、本願発明者は、共晶シリコン結晶粒１０１２が、マトリックス１０１３を補強する役割を果たすことに着目した。その結果、共晶シリコン粒１０１２を微細化することによって、シリンダブロック１００の耐摩耗性および強度を向上できることを見出した。具体的には、共晶シリコン粒１０１２の平均結晶粒径を７．５μｍ以下とすることによって、耐摩耗性および強度を向上する効果が得られる。
【００３８】
さらに、本願発明者は、摺動面１０１に析出する複数のシリコン結晶粒の粒度分布にも着目した。その結果、複数のシリコン結晶粒に、結晶粒径が１μｍ以上７．５μｍの範囲内と結晶粒径が１２μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とにそれぞれピークを有する粒度分布を持たせることによって、シリンダブロック１００の耐摩耗性および強度を大きく向上できることを見出した。
【００３９】
本発明によるシリンダブロック１００では、上述したように、摺動面１０１に位置するシリコン結晶粒によって、高い耐摩耗性が実現されている。いわば、シリンダボア壁１０３の内側表面に一体的に耐摩耗層が形成されている。また、この耐摩耗層は、シリンダボア壁１０３の強度を向上する役割も果たす。
【００４０】
従来、シリンダブロックの耐摩耗性を向上する手法として、シリンダボア内にシリンダスリーブをはめ込む手法が知られていた。しかし、このような手法では、シリンダスリーブとシリンダブロック本体とを完全に密着させることは難しく、熱伝達率が低下してしまうし、また、シリンダスリーブ自体の厚さによってシリンダボア壁全体が厚くなってしまう。そのため、冷却性能が低下してしまう。
【００４１】
これに対し、本発明によるシリンダブロック１００では、強度を向上する役割も果たす耐摩耗層がシリンダボア壁１０３に一体に形成されているため、熱伝達率が低下することもなく、シリンダボア壁１０３自体の厚さも薄くすることができる。そのため、冷却性能を向上することができる。さらに、シリンダブロック１００の冷却性能が向上すると、シリンダ内に吸入できる混合気（直噴式の場合には空気）の量が増加するため、エンジンの出力が向上する。
【００４２】
次に、シリンダブロック１００の製造に好適に用いられる製造方法を図４を参照しながら説明する。図４は、本実施形態におけるシリンダブロックの製造方法を示すフローチャートである。
【００４３】
まず、シリコンを含むアルミニウム合金を用意する（工程Ｓ１）。シリンダブロック１００の耐摩耗性および強度を十分に高くするためには、アルミニウム合金として、７３．４ｗｔ％以上７９．６ｗｔ％以下のアルミニウム、１８ｗｔ％以上２２ｗｔ％以下のシリコン、および２．０ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下の銅を含むアルミニウム合金を用いることが好ましい。アルミニウム合金は、アルミニウムの新塊から製造してもよいし、アルミニウム合金の再生塊から製造してもよい。
【００４４】
次に、用意したアルミニウム合金を溶解炉で加熱して溶解させることによって、溶湯を形成する（工程Ｓ２）。このとき、溶湯中に未溶解のシリコンが残存しないように、溶湯を所定の温度以上に加熱する。アルミニウム合金が完全に溶解したら、酸化やガスの吸収を防ぐために溶湯の温度を少し低い温度に保持しておく。溶解前の地金または溶湯には、１００ｗｔｐｐｍ程度のリンを添加しておくことが好ましい。アルミニウム合金が５０ｗｔｐｐｍ以上２００ｗｔｐｐｍ以下のリンを含んでいると、シリコン結晶粒の粗大化を抑制することができるので、合金中にシリコン結晶粒を均一に分散させることができる。
【００４５】
続いて、アルミニウム合金の溶湯を用いて鋳造を行う（工程Ｓ３）。つまり、溶湯を鋳型の中で冷却して成形体を形成する。成形体を形成するこの工程は、摺動面近傍が４℃／秒以上５０℃／秒以下の冷却速度で冷却されるように実行される。この工程で用いられる鋳造装置については、後にその構造を詳しく説明する。
【００４６】
次に、鋳型から取り出したシリンダブロック１００に対し、「Ｔ５」、「Ｔ６」および「Ｔ７」と呼ばれる熱処理のうちのいずれかを行う（工程Ｓ４）。Ｔ５処理は、成形体を鋳型から取り出した直後に水冷等により急冷し、続いて、機械的性質の改善や寸法安定化のために所定温度で所定時間だけ人工時効し、その後空冷する処理である。Ｔ６処理は、成形体を鋳型から取り出した後に所定温度で所定時間だけ溶体化処理し、続いて水冷し、次いで所定温度で所定時間だけ人工時効処理し、その後空冷する処理である。Ｔ７処理は、Ｔ６処理に比べて過時効にする処理であり、Ｔ６処理よりも寸法安定化を図ることができるが硬度はＴ６処理よりも低下する。
【００４７】
続いて、シリンダブロック１００に所定の機械加工を行う（工程Ｓ５）。具体的には、シリンダヘッドとの合せ面、クランクケースとの合せ面およびシリンダボア壁１０３の内側表面の研削、旋削等を行う。
【００４８】
その後、シリンダボア壁１０３の内側表面（すなわち摺動面１０１となる面）に対してホーニング加工を行う（工程Ｓ６）ことによって、シリンダブロック１００が完成する。ホーニング加工は、例えば、荒ホーニング、中ホーニング、仕上ホーニングの三段階で行うことができる。
【００４９】
上述したように、本実施形態における製造方法では、成形体を形成する工程は、摺動面近傍が４℃／秒以上５０℃／秒以下の冷却速度で冷却されるように行われる。そのため、後述する試作例からもわかるように、摺動面１０１に析出する初晶シリコン結晶粒１０１１の平均結晶粒径を１２μｍ以上５０μｍ以下の範囲内にすることができる。また、同じく後述する試作例からわかるように、初晶シリコン結晶粒１０１１の間に析出する共晶シリコン粒１０１２の平均結晶粒径を７．５μｍ以下とすることもできる。従って、本実施形態における製造方法によれば、耐摩耗性および強度に優れたシリンダブロック１００を製造することができる。
【００５０】
熱処理工程としては、特に、Ｔ６処理を行うことが好ましい。さらに、その熱処理工程（Ｔ６処理工程）が、成形体を、４５０℃以上５２０℃以下の温度で３時間以上５時間以下の間熱処理した後液冷する工程（第１の熱処理工程）と、その後、成形体を、１８０℃以上２２０℃以下の温度で３時間以上５時間以下の間熱処理する工程（第２の熱処理工程）とを含むことが好ましい。
【００５１】
第１の熱処理工程によって、合金中に存在するアルミニウムと銅との化合物を分解して銅原子をマトリックス１０１３中に分散させることができ、その後の第２の熱処理工程によって、銅原子をマトリックス１０１３中で凝集させることができる。この凝集状態は、整合析出状態とも呼ばれる。銅原子をマトリックス１０１３中に整合析出させると、シリコン結晶粒１０１１、１０１２を保持するマトリックス１０１３の強度が向上する。また、第１の熱処理工程によって針状の共晶シリコン結晶粒１０１２がマトリックス１０１３中に拡散するため、マトリックス１０１３の支持力（シリコン結晶粒を支持する力）が向上し、シリコン結晶粒の脱落が防止されるという効果も得られる。
【００５２】
ここで、鋳造工程（図４における工程Ｓ３）において用いられる鋳造装置を説明する。図５に、鋳造工程において用いられる高圧ダイカスト装置を示す。図５に示す高圧ダイカスト装置は、金型１と、金型１の全体を覆うカバー１４とを備えている。
【００５３】
金型１は、固定されたままの固定型２と、一部が可動な可動型３とから構成されている。可動型３は、ベース金型４とスライド金型５とを有している。これらの金型は、冷却効率を考慮した材料から形成されており、例えば、シリコンおよびバナジウムをそれぞれ１％前後添加された鉄合金（例えばＪＩＳ−ＳＫＤ６１材）から形成されている。
【００５４】
まず、金型の構造について説明する。スライド金型５は、９０°間隔で４分割されており、分割された個々の部分にシリンダ６（図５には２つのみ示されている）が設けられている。スライド金型５は、シリンダ６によって、ベース金型４のスライド金型５側の表面（スライド金型５との合せ面）３０に沿って図中に矢印Ａで示す方向にスライドし、鋳造時には中央部にシリンダブロックのキャビティ７を形成する。
【００５５】
キャビティ７の中心部には、シリンダボアを形成するためのシリンダボア形成部７ａが設けられている。例示する高圧ダイカスト装置では、シリンダボア形成部７ａは、ベース金型４と一体的に形成されており、鋳造時には図示されている様にその先端部７ｂが固定型２の可動型３側表面に当接する。また、キャビティ７内には、ウォータジャケットを形成するための中子７ｃが設けられている。この中子７ｃは、取り外しが可能なようにベース金型４とは別体に形成されている。
【００５６】
ベース金型４には、押出ピン８が設けられている。１ショットごとに、スライド金型５が開いた状態で押出ピン８によって成形品が押出され、そのことによって成形品は金型１から取り出される。
【００５７】
次に、注湯システムについて説明する。固定型２には、射出スリーブ９が設けられている。射出スリーブ９内では、ロッド１０の先端に設けられたプランジャチップ１１が往復する。射出スリーブ９には、給湯口１２が形成されており、プランジャチップ１１が原位置（給湯口１２よりも後方（図中では右側）の位置）にある状態で、この給湯口１２から１ショット分の溶湯が注入される。給湯口１２の前方には、チップセンサ１３が設けられている。このチップセンサ１３は、プランジャチップ１１が給湯口１２を通過したことを検出する。プランジャチップ１１が溶湯を押し出すことによって、キャビティ７内に溶湯が充填される。
【００５８】
カバー１４は、固定型２を収容する第１のカバー部材１４ａと、可動型３を収容する第２のカバー部材１４ｂとを有している。第１のカバー部材１４ａの第２のカバー部材１４ｂとの合せ面３２には、カバー１４内の気密を保つために、Ｏリング等のシール材１５が装着されている。また、カバー１４を貫通するシリンダ６、押出ピン８および射出スリーブ９のそれぞれとカバー１４との間の隙間にも、Ｏリング等のシール材１５が装着されている。第２のカバー部材１４ｂには、カバー１４内を大気に開放するためのリークバルブ１６が設けられている。なお、リークバルブ１６は第１のカバー部材１４ａに設けられてもよい。
【００５９】
固定型２には、キャビティ７に連通する排気通路１７が形成される。排気通路１７内には、オンオフバルブ１８が設けられており、オンオフバルブ１８が設けられている部分を迂回するようにバイパス通路１７ａが形成されている。バイパス通路１７ａは、鋳造時（図示した状態）において金型１内を真空吸引したときに、排気通路１７を金型１の外部と連通させるために設けられている。バイパス通路１７ａおよび排気通路１７は、オンオフバルブ１８が図面の上下方向に沿って移動することによって開閉される。オンオフバルブ１８は、通常時に通路が開いている状態となるように、ばねによって付勢されている。なお、排気通路１７は可動型３に形成されていてもよい。
【００６０】
オンオフバルブ１８は、例えばメタルタッチ式のバルブである。キャビティ７に溶湯が充填されて残りの溶湯が排気通路１７内を上昇すると、溶湯がオンオフバルブ１８に接触してオンオフバルブ１８を押上げる。これにより、排気通路１７とともにバイパス通路１７ａが閉じられ、溶湯が金型１の外に噴き出ることが防止される。
【００６１】
このようなメタルタッチ式のバルブに代えて、プランジャチップ１１の位置を検出し、１ショット分の溶湯の押し込みが終了したときにアクチュエータによって排気通路１７を閉じるようなバルブを用いてもよい。
【００６２】
また、溶湯の噴出しを防止する手段として、チルベント構造を用いてもよい。チルベント構造では、キャビティ７に連通するジグザグ状で経路の長い細い通路が形成される。キャビティ７から溢れた溶湯を、この通路を通して途中で固化させることによって、溶湯の金型１の外への噴出しが防止される。
【００６３】
成形体への空気の巻き込みを少なくするため、注湯前にはキャビティ７内を減圧状態にすることが要求される。カバー１４（より厳密にはここでは第１のカバー部材１４ａ）には、真空タンク１９に連通する１本または複数本（ここでは２本）の真空配管２０が接続されている。真空タンク１９は、真空ポンプ２１によって所定の真空圧に維持される。真空配管２０中に設置された電磁弁２０ａは、制御装置２２により開閉制御される。制御装置２２は、具体的には、プランジャチップ１１のストローク位置の検出信号やストローク時間のタイマ信号等に基づいて、キャビティ７の減圧の開始及び終了のタイミングで開閉制御を行う。
【００６４】
なお、本実施形態ではカバー１４は金型１全体を覆っているが、カバー１４が局所的に金型１を覆っていてもよい。例えば、金型１の外周部を、ベース金型４のスライド金型５との合せ面３０およびスライド金型５の固定型２との合せ面３１の周縁３０ａ、３１ａに沿ってリング状に覆ってもよい。また、スライド金型５を駆動するためのシリンダ６を覆うような形状のカバーを設けてもよい。
【００６５】
このように、本実施形態における高圧ダイカスト装置では、金型１を覆うようにカバー１４が設けられており、このカバー１４内を真空排気してキャビティ７内を減圧しながら鋳造が行われる。そのため、スライド金型５が多くの部分に分割されている場合であっても、金型１自体にはシールを施すことなく金型１全体に対し真空吸引を行うことができる。また、合せ面３０、３１の隙間からもキャビティ７を真空吸引するため、真空度を高くすることができ、金型１内からガスをより確実に除去することができる。また、第１のカバー部材１４ａと第２のカバー部材１４ｂとの間のシール材１５は、高温となる金型１からは離間した位置に装着されているため、金型１からの熱的な影響が小さく、シール材１５の劣化が防止されて耐久性が向上する。
【００６６】
冷却水流量調整ユニット６０は、鋳造工程において金型１の冷却制御を行う。金型１の冷却は、ベース金型４に形成された冷却水通路６０ａに冷却水を流すことによって行われる。具体的には、プランジャチップ１１による高速射出のタイミングでバルブ（不図示）を開いて一定時間（例えば型割りして成形品を取り出すまでの時間）冷却水を流すことによって冷却が行われる。
【００６７】
本実施形態における冷却水流量調整ユニット６０は、さらに、金型１のシリンダボア形成部７ａの冷却速度を制御することができる。本実施形態では、冷却水通路６０ａがシリンダボア形成部７ａの内部にまで延びているので、冷却水の水量を制御することによってシリンダボア形成部７ａの冷却速度を制御することができる。そのため、成形品の摺動面近傍（溶湯の摺動面近傍に位置する部分）を所望の冷却速度で冷却することができる。
【００６８】
既に述べたように、摺動面近傍を４℃／秒以上５０℃／秒以下の冷却速度で冷却すると、初晶シリコン結晶粒１０１１の平均結晶粒径を１２μｍ以上５０μｍ以下の範囲内にすることができ、また、共晶シリコン結晶粒１０１２の平均結晶粒径を７．５μｍ以下とすることができる。
【００６９】
冷却速度の制御は、例えば図示されているように、ベース金型４のシリンダボア形成部７ａ内部に設置された温度センサ６１により摺動面近傍の温度を検出し、データレコーダ６２による温度管理によって実際の温度をモニタしながら、所望の冷却速度になるように冷却水流量を調整することによって行われる。冷却速度が速すぎると、シリコン結晶粒が十分な耐摩耗性を実現し得る粒径まで成長しないので、最初は比較的遅い冷却速度で冷却し、シリコン結晶粒が粗大になる直前にその成長を停止させるために冷却速度を速くすることが好ましい。
【００７０】
鋳造の開始に際しては、スライド金型５を所定の位置に配置した後に可動型３を固定型２に突き合せて型締めすることによってキャビティ７を形成する。このとき、第１のカバー部材１４ａと第２のカバー部材１４ｂとがシール材１５を介して突き合わされることによって、カバー１４内が封止される。このように、固定型２と可動型３とを突き合せてキャビティ７を形成する型締め工程と、金型１をカバー１４で覆って封止する封止工程とを同時に行うと、鋳造のサイクルタイムの短縮を図ることができる。なお、必ずしもこれらの工程を同時に行う必要はなく、固定型２と可動型３を型締めしてキャビティ７を形成した後に、金型１をカバー１４で覆って封止してもよい。
【００７１】
ここで、図５に示す高圧ダイカスト装置の動作を時系列で（時間ｔ０〜ｔ６の順に）説明する。
【００７２】
時間ｔ０：プランジャチップ１１は原位置（給湯口１２の後方）にあり、給湯口１２が開いている。給湯口１２を介して金型１内は大気に開放されている。この状態で給湯口１２から射出スリーブ９内に１ショット分のアルミニウム合金の溶湯が注入される。溶湯が注入されるとプランジャチップ１１が低速で前方に移動し、射出スリーブ９内の溶湯を押し込む。
【００７３】
時間ｔ１：チップセンサ１３がプランジャチップ１１を検出する。この状態では、プランジャチップ１１が給湯口１２よりも前方に位置するため、カバー１４内は完全に気密封止される。この時点で、電磁弁２０ａを駆動してカバー１４内を真空排気する。
【００７４】
この真空排気の際、金型１とカバー１４との間の空間３３の真空排気とキャビティ７の真空排気とが同時に行われる。そのため、減圧工程が効率よく行われ、鋳造のサイクルタイムの短縮が図られる。
【００７５】
なお、キャビティ７の真空排気経路と、金型１とカバー１４との間の空間３３の真空排気経路とを別にし、タイミングをずらして真空排気してもよい。例えば、キャビティ７よりも先に、金型１とカバー１４との間の空間３３を真空排気すると、金型１の合せ面やスライド型５の摺動面側の表面等の隙間に入り込んで付着している液状の離型剤が、キャビティ７内に吸引されることなく空間３３側へ直接吸い出される。従って、余分な離型剤がキャビティ７内に流入して溶湯に混入することを防止することができ、鋳巣等の欠陥の発生を防止することができる。
【００７６】
上述したような真空排気により金型１のキャビティ７内が減圧され、徐々に真空度が高まっていく。プランジャチップ１１は低速で前進し続け、溶湯をキャビティ７側に押し込み続ける。プランジャチップ１１が給湯口１２を越えてから真空排気を開始すると、給湯口１２を通して大気が金型１内に吸引されることを回避できる。これにより、鋳巣の発生をより確実に防止するとともに、大気によって溶湯表面が局所的に冷却されることを防止し、均一で安定した品質の鋳造品を得ることができる。
【００７７】
時間ｔ２：溶湯がキャビティ７の入口に達した時点でプランジャチップ１１の前進が低速から高速に切換えられ、溶湯が急速にキャビティ７内に供給される。
【００７８】
時間ｔ３：キャビティ７内が溶湯で完全に充填されて射出が完了する。このとき、溶湯が排気通路１７のオンオフバルブ１８を押上げることによって排気通路１７からの溶湯の噴き出しが防止される。
【００７９】
また、プランジャチップ１１によって高速射出が行われるタイミングで、シリンダボア形成部７ａの内部に設けられた冷却水通路６０ａに冷却水が流れ、溶湯の摺動面（シリンダボア側表面）となる部分の近傍が４℃／秒以上５０℃／秒以下の冷却速度で冷却される。
【００８０】
時間ｔ４：真空ポンプ２１が停止され、真空排気による減圧が終了する。この時点ではカバー１４内はまだ減圧された状態である。
【００８１】
時間ｔ５：リークバルブ１６を開きカバー１４内を大気に開放する。リークバルブ１６を介して大気が流入することにより、カバー１４内の気圧が時間の経過とともに大気圧に近付いていく。
【００８２】
時間ｔ６：カバー１４内の気圧が完全に大気圧に戻る。この時点で金型１が開かれ、成形品（鋳造品）が取り出される。
【００８３】
上述した製造方法により、図２に示すシリンダブロック１００を実際に試作し、耐摩耗性および強度の評価を行った。その結果の一部を以下に示す。アルミニウム合金としては、下記表１に示す組成のアルミニウム合金を用いた。
【００８４】
【表１】
2010151139.tif 000003
【００８５】
なお、シリコンとして高純度のシリコンを用い、アルミニウム合金のカルシウム含有量を０．０１ｗｔ％以下とした。また、溶解時における除滓方法としてアルゴンガスによるバブリングのみを行い、アルミニウム合金のナトリウム含有量を０．１ｗｔ％以下とした。カルシウムおよびナトリウムの含有量をそれぞれ０．０１ｗｔ％以下、０．１ｗｔ％以下とすることによって、リンによるシリコン結晶粒の微細化効果を確保し、耐摩耗性に優れた金属組織を得ることができる。
【００８６】
上記の組成のアルミニウム合金を用い、図５に示す高圧ダイカスト装置により鋳造を行った。シリンダボア形成部７ａに対する冷却は、温度センサ６１で温度を検出しながら冷却速度が２５℃／秒以上３０℃／秒以下となるように冷却水を冷却水通路６０ａに流して行い、温度が４００℃以上５００℃以下の範囲内になるまで冷却を行った。金型１から取り出したシリンダブロックを、４９０℃で４時間の間熱処理（溶体化処理）した後水冷し、さらに２００℃で４時間の間熱処理（時効処理）を行った。その後、シリンダブロックに対してホーニング処理を施した。
【００８７】
また、比較のために、同じ組成のアルミニウム合金を用いて砂型により、シリンダボア形成部を冷却することなく鋳造を行った。砂型による鋳造後、試作例と同様の溶体化処理、時効処理及びホーニング処理を行なった。
【００８８】
得られた試作例及び比較例のシリンダブロックについて、摺動面を金属顕微鏡により観察した。図６（ａ）および（ｂ）と図７（ａ）および（ｂ）に、摺動面の金属顕微鏡写真を示す。図６（ａ）および（ｂ）は、砂型により鋳造した比較例の摺動面２０１を示し、図７（ａ）および（ｂ）は、高圧ダイカストにより鋳造した試作例の摺動面１０１を示している。ただし、図６（ａ）および図７（ａ）中には、参照符号を付しており、図６（ａ）中には、直径５０μｍの円を示している。
【００８９】
図６（ａ）および（ｂ）からわかるように、比較例の摺動面２０１においては、粒径が５０μｍを超える初晶シリコン結晶粒２０１１が多数存在している。これに対し、図７（ａ）および（ｂ）からわかるように、試作例の摺動面１０１においては、初晶シリコン結晶粒１０１１の粒径は５０μｍ以下であり、比較例に比べると微小な初晶シリコン結晶粒１０１１が均一に分散している。
【００９０】
また、比較例の摺動面２０１に析出した共晶シリコン結晶粒（ほとんどが針状である）２０１２よりも、試作例の摺動面１０１に析出した共晶シリコン結晶粒（主に針状であり、一部が粒状である）１０１２の方が微細であることがわかる。
【００９１】
比較例および試作例の両方について、シリコン結晶粒の平均結晶粒径を求めた。ここでの粒径は円相当径であり、対象となる部分の表面データをコンピュータに取り込み、市販のソフトウェア（三谷商事社製のｗｉｎ  ＲＯＯＦ）を用いて平均結晶粒径を求めた。
【００９２】
比較例の摺動面２０１における初晶シリコン結晶粒２０１１の平均結晶粒径は、６０μｍ以上であった。これに対し、試作例の摺動面１０１における初晶シリコン結晶粒１０１１の平均粒径は２４μｍであった。さらに、試作例の摺動面１０１における共晶シリコン結晶粒１０１２の平均結晶粒径は６．４μｍであった。
【００９３】
また、比較例の摺動面２０１についての空白率（摺動面２０１全体の面積に対する、銅等を含むアルミニウム固溶体２０１３の面積比率）は１５％であった。これに対し、試作例の摺動面１０１についての空白率（摺動面１０１全体の面積に対する、銅等を含むアルミニウム固溶体１０１３の面積比率）は３５％であった。
【００９４】
また、比較例および試作例の両方について、摺動面の、８００μｍ×１０００μｍのサイズを有する任意の矩形領域において、結晶粒径０．１μｍ以上のシリコン結晶粒が含まれていない直径５０μｍの円形領域の個数を目視により数えた。試作例では、その個数が５個以下であることが確認された。これに対し、比較例では、図６（ａ）からも明らかなように、そのような円形領域が多数存在している。このことからも、試作例では比較例よりも摺動面においてシリコン結晶粒が均一に分散していることがわかる。
【００９５】
比較例および試作例の両方について、摺動面におけるシリコン結晶粒の粒度分布を調べた。その結果を図８および図９に示す。図８は、砂型を用いて鋳造した比較例についてのグラフであり、図９は、高圧ダイカストにより鋳造した試作例についてのグラフである。
【００９６】
比較例の摺動面２０１に析出したシリコン結晶粒は、図８からわかるように、結晶粒径が１０μｍ以上１５μｍ以下の範囲内と５１μｍ以上６３μｍ以下の範囲内とにそれぞれピークを有する粒度分布を有している。結晶粒径が１０μｍ以上１５μｍの範囲内にあるシリコン結晶粒は、共晶シリコン結晶粒であり、結晶粒径が５１μｍ以上６３μｍ以下の範囲内にあるシリコン結晶粒は、初晶シリコン結晶粒である。
【００９７】
これに対し、試作例の摺動面１０１に析出したシリコン結晶粒は、図９からわかるように、結晶粒径が１μｍ以上７．５μｍの範囲内と１２μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とにそれぞれピークを有する粒度分布を有している。結晶粒径が１μｍ以上７．５μｍの範囲内にあるシリコン結晶粒は、共晶シリコン結晶粒であり、結晶粒径が１２μｍ以上５０μｍ以下の範囲内にあるシリコン結晶粒は、初晶シリコン結晶粒である。これらの結果からも、試作例では、比較例よりも小さなシリコン結晶粒が析出していることがわかる。なお、試作例について摺動面１０１のロックウェル硬さ（ＨＲＢ）を測定したところ約７０であった。
【００９８】
続いて、試作例および比較例のシリンダブロックを用いてエンジン（具体的には４サイクルの水冷式ガソリンエンジン）を組み立て、摩耗試験を行った。シリンダボアに挿入するピストンの摺動面には、厚さ１５μｍの鉄めっきを施した。エンジンの運転は、９０００ｒｐｍの回転数で１０時間行った。
【００９９】
図１０に、摩耗試験を行った後の比較例のシリンダブロック２００の摺動面２０１の拡大写真を示す。図１０に示されるように、ピストンリングの上死点２０６よりも下方の摺動面２０１全体に激しいスクラッチ傷２０３が発生しており、比較例のシリンダブロック２００が耐久性に欠けていることがわかる。
【０１００】
図１１に、摩耗試験を行った後の試作例のシリンダブロック１００の摺動面１０１の拡大写真を示す。図１１に示されるように、ピストンリングの上死点１０６よりも下方の摺動面１０１には、スクラッチ傷は発生しておらず、試作例のシリンダブロック１００が耐久性に優れていることがわかる。
【０１０１】
ここまでの結果からもわかるように、砂型を用いた鋳造では、シリンダボア形成部の冷却を積極的に行わず、摺動面近傍の冷却速度を制御しないため、摺動面に析出するシリコン結晶粒が粗大化し、そのことによって、シリンダブロックの耐久性が低下してしまう。これは、金型を用いた従来のダイカスト法でも同様である。ダイカスト法を用いた量産工程においては、金型のシリンダボア形成部に熱がこもりやすく、そのため、シリコン結晶粒の粗大化を引き起こしてしまう。これに対し、本実施形態における製造方法では、摺動面近傍の冷却速度を特定の範囲内に制御するため、好ましい平均結晶粒径（あるいは好ましい粒度分布）のシリコン結晶粒を摺動面に析出させることができ、シリンダブロックの耐摩耗性および強度を大幅に向上させることができる。
【０１０２】
シリコン結晶粒の粗大化を抑制する観点からは、既に述べたように、カルシウムの含有量を０．０１ｗｔ％以下とすることも好ましい。アルミニウム合金中のカルシウムは、シリコン結晶粒の微細化材として機能するリンと化合物を形成し、リンの微細化効果を阻害する。そのため、アルミニウム合金が０．０１ｗｔ％を超えるカルシウムを含んでいると、図１２に示すように、初晶シリコン結晶粒が粗大化してしまうことがある。これに対し、カルシウムの含有量が０．０１ｗｔ％以下であると、リンによるシリコン結晶粒の微細化効果をより確実に得ることができる。
【０１０３】
また、摺動面に微細なシリコン結晶粒が均一に分散していると、シリコン結晶粒の間に形成されるオイルポケットも小さいため、潤滑油をオイルポケットに確実に保持することが可能になり、潤滑性が向上して耐摩耗性が向上する。図１３に模式的に示す様に、摺動面１０１においては、銅等を含むアルミニウム固溶体（マトリックス）１０１３からシリコン結晶粒１０１０が突出しており、シリコン結晶粒１０１０間の凹部１０１４に潤滑油１０１５が保持される。微細なシリコン結晶粒を均一に分散させ、凹部１０１４の直径を１μｍ以上７．５μｍの範囲内とすると、表面張力のために潤滑油をより確実に保持することが可能になり、潤滑性および耐摩耗性の向上を図ることができる。
【０１０４】
次に、摺動面近傍の冷却速度、シリコン結晶粒の平均結晶粒径および耐摩耗性の関係を検証するために、上記の試作例と同様の条件で、摺動面近傍の冷却速度を変化させて複数のシリンダブロックを製造した。
【０１０５】
製造した複数のシリンダブロックを用いてエンジンを組み立て、摩耗試験を行ったところ、冷却速度が４℃／秒以上５０℃/秒以下の条件で鋳造されたシリンダブロックについては、スクラッチ傷がほとんど発生せず、良好な耐摩耗性を有していることが確認された。
【０１０６】
また、冷却速度が４℃／秒以上５０℃/秒以下の条件で鋳造されたシリンダブロックについて、摺動面を金属顕微鏡で観察した。摺動面における初晶シリコン結晶粒の平均結晶粒径が１２μｍ以上５０μｍ以下であり、共晶シリコン結晶粒の平均結晶粒径が７．５μｍ以下であることが確認された。また、摺動面におけるロックウェル硬さ（ＨＲＢ）は６０以上８０以下の範囲内にあった。
【０１０７】
図１４（ａ）〜（ｅ）に、冷却速度を変化させたときの初晶シリコン結晶粒の平均結晶粒径および空白率の変化を示す。図１４（ａ）に示すように、冷却速度が１℃／秒以下のときには、平均結晶粒径が５６．５μｍと大きく、初晶シリコン結晶粒が粗大化している。これに対し、図１４（ｂ）〜（ｅ）に示すように、冷却速度が４℃／秒以上５０℃／秒以下であると、初晶シリコン結晶粒の平均結晶粒径が１２μｍ以上５０μｍ以下の範囲内にある。
【０１０８】
また、摺動面の冷却速度が５０℃／秒よりも速い条件で鋳造したシリンダブロックを用いてエンジンを組み立て、摩耗試験を行ったところ、摺動面の全面にわたってスクラッチ傷が発生した。摺動面を金属顕微鏡で観察したところ、初晶シリコン結晶粒の平均結晶粒径は１０μｍ以下であり、共晶シリコン結晶粒は観察されなかった。
【０１０９】
なお、鋳造工程の開始から終了までの間、冷却速度は実際には一定ではない。図１５に、鋳造工程開始後の時間と温度との関係を示す。本願明細書では、鋳造工程における冷却速度を、給湯温度Ｔ０、取り出し温度Ｔ３、鋳造開始時間ｔ０、取り出し時間ｔ３を用いて、（Ｔ０−Ｔ３）／（ｔ３−ｔ０）と定義する。下記表２に、給湯温度、取り出し温度およびサイクルタイムと、冷却速度との関係の例を示す。
【０１１０】
【表２】
2010151139.tif 000004
【０１１１】
なお、初晶シリコン結晶粒のサイズは、凝固開始温度をＴ１、共晶温度をＴ２、凝固開始時間をｔ１、共晶温度に達した時間をｔ２としたとき、（Ｔ１−Ｔ２）／（ｔ２−ｔ１）によって決まる。一方、共晶シリコン結晶粒のサイズは、共晶シリコン結晶粒の晶出が終了する時間をｔ２’とするとき、ｔ２’−ｔ２によって決まる。一般に、初晶シリコン結晶粒のサイズが大きくなるほど、共晶シリコン結晶粒のサイズも大きくなり、初晶シリコン結晶粒のサイズが小さくなるほど、共晶シリコン結晶粒のサイズも小さくなる。
【０１１２】
上述したように、本発明によるシリンダブロックは、優れた耐摩耗性および強度を有しているので、自動車両用のエンジンをはじめとして各種のエンジンに好適に用いられる。特に、二輪自動車用のエンジンなどの高回転で運転されるエンジンに好適に用いられ、エンジンの耐久性を大きく向上させることができる。
【０１１３】
図１６に、本発明によるシリンダブロック１００を備えたエンジン１５０の一例を示す。エンジン１５０は、クランクケース１１０、シリンダブロック１００およびシリンダヘッド１３０を有している。
【０１１４】
クランクケース１１０内にはクランクシャフト１１１が収容されている。クランクシャフト１１１は、クランクピン１１２およびクランクウェブ１１３を有している。
【０１１５】
クランクケース１１０の上に、シリンダブロック１００が設けられている。シリンダブロック１００のシリンダボア内には、ピストン１２２が挿入されている。ピストン１２２の摺動面には、鉄めっきが施されており、その表面硬度はシリンダブロック１００の摺動面１０１よりも高い。なお、ピストン１２２の摺動面には、固体潤滑材によるコーティングを施してもよく、その場合には、ピストン１２２の摺動面は、その表面硬度がシリンダブロック１００の摺動面よりも低いこともある。ピストン１２２の摺動面とシリンダブロック１００の摺動面１０１のいずれの表面硬度をより高くするか（すなわちいずれの耐摩耗性をより高くするか）は、種々の条件（例えばモデル、仕向地、コスト等）に応じて決定される。
【０１１６】
また、シリンダボア内には、シリンダスリーブははめ込まれておらず、シリンダブロック１００のシリンダボア壁１０３の内側表面にはめっきは施されていない。つまり、初晶シリコン結晶粒１０１１がシリンダボア壁１０３の表面に露出している。なお、シリンダボア壁にめっきが施されたシリンダブロックに、上述したような態様でシリコン結晶粒が析出した摺動面を有するピストンを組み合わせて用いることもできる。ただし、その場合には、耐摩耗性は得られるものの冷却性能が低下してしまう。
【０１１７】
シリンダブロック１００の上に、シリンダヘッド１３０が設けられている。シリンダヘッド１３０は、シリンダブロック１００のピストン１２２とともに燃焼室１３１を形成する。シリンダヘッド１３０は、吸気ポート１３２および排気ポート１３３を有している。吸気ポート１３２内には燃焼室１３１内に混合気を供給するための吸気弁１３４が設けられており、排気ポート内には燃焼室１３１内の排気を行うための排気弁１３５が設けられている。
【０１１８】
ピストン１２２とクランクシャフト１１１とは、コンロッド１４０によって連結されている。具体的には、コンロッド１４０の小端部１４２の貫通孔にピストン１２２のピストンピン１２３が挿入されているとともに、大端部１４４の貫通孔にクランクシャフト１１１のクランクピン１１２が挿入されており、そのことによってピストン１２２とクランクシャフト１１１とが連結されている。大端部１４４の貫通孔の内周面とクランクピン１１２との間には、ローラベアリング（転がり軸受け）１１４が設けられている。
【０１１９】
図１６に示すエンジン１５０は、本発明によるシリンダブロック１００を備えているので、耐久性に優れている。また、本発明によるシリンダブロック１００は、摺動面１０１の耐摩耗性および強度が高いため、シリンダスリーブを必要としない。そのため、エンジンの製造工程の簡略化、エンジンの軽量化および冷却性能の向上が可能となる。さらに、シリンダボア壁１０３の内側表面にめっきを施す必要もないので、製造コストの低減を図ることもできる。
【０１２０】
図１７に、図１６に示したエンジン１５０を備えた自動二輪車を示す。
【０１２１】
図１７に示す自動二輪車では、本体フレーム３０１の前端にヘッドパイプ３０２が設けられている。ヘッドパイプ３０２には、フロントフォーク３０３が車両の左右方向に揺動し得るように取り付けられている。フロントフォーク３０３の下端には、前輪３０４が回転可能なように支持されている。
【０１２２】
本体フレーム３０１の後端上部から後方に延びるようにシートレール３０６が取り付けられている。本体フレーム３０１上に燃料タンク３０７が設けられており、シートレール３０６上にメインシート３０８ａおよびタンデムシート３０８ｂが設けられている。
【０１２３】
また、本体フレーム３０１の後端に、後方へ延びるリアアーム３０９が取り付けられている。リアアーム３０９の後端に後輪３１０が回転可能なように支持されている。
【０１２４】
本体フレーム３０１の中央部には、図１６に示したエンジン１５０が保持されている。エンジン１５０には、本発明によるシリンダブロック１００が用いられている。エンジン１５０の前方には、ラジエータ３１１が設けられている。エンジン１５０の排気ポートには排気管３１２が接続されており、排気管３１２の後端にマフラー３１３が取り付けられている。
【０１２５】
エンジン１５０には変速機３１５が連結されている。変速機３１５の出力軸３１６に駆動スプロケット３１７が取り付けられている。駆動スプロケット３１７は、チェーン３１８を介して後輪３１０の後輪スプロケット３１９に連結されている。変速機３１５およびチェーン３１８は、エンジン１５０により発生した動力を駆動輪に伝える伝達機構として機能する。
【０１２６】
図１７に示した自動二輪車は、本発明によるシリンダブロック１００が用いられたエンジン１５０を備えているので、好適な性能が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明によると、耐摩耗性および強度に優れたエンジン用部品およびその製造方法が提供される。
【０１２８】
本発明によるエンジン用部品は、自動車両用をはじめとする各種のエンジンに好適に用いることができ、特に、高回転で運転されるエンジンに好適に用いられる。
【符号の説明】
【０１２９】
１００    シリンダブロック
１０１    摺動面
１０２    シリンダボア
１０３    シリンダボア壁
１０４    シリンダブロック外壁
１０５    ウォータジャケット
１０１１    初晶シリコン結晶粒
１０１２    共晶シリコン結晶粒
１０１３    マトリックス（アルミニウムを含む固溶体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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