(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金材料を基材として製作されたシリンダライナをアルミニウム合金で鋳ぐるんでなるアルミニウム合金製シリンダブロックにおいて、
上記シリンダライナの少なくとも外周面の鋳ぐるみ面がチタン材及びニッケル材の少なくとも一方からなるショット粒子によりショットピーニング処理され、上記シリンダライナと上記シリンダブロック本体との境界部にアルミニウム−チタン材の金属間化合物またはアルミニウム−ニッケル材の金属間化合物を有してシリンダブロック本体と接合してな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。
【請求項２】
アルミニウム合金材料を基材として製作されたシリンダライナをアルミニウム合金で鋳ぐるんでアルミニウム合金製シリンダブロックを製造するにあたり、
上記シリンダライナを上記アルミニウム合金で鋳ぐるむのに先立って、上記シリンダライナの鋳ぐるみ面を、チタン材及びニッケル材の少なくとも一方からなるショット粒子によりショットピーニング処理す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の製造方法。
【請求項３】
上記ショットピーニング処理は、粒径が７０〜１４０μｍの鋭角ショット粒子を、１００〜２００ｍ／ｓｅｃで上記シリンダライナの鋳ぐるみ面に投射する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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金材料を基材として製作されたシリンダライナをアルミニウム合金で鋳ぐるんでなる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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアルミニウム合金製シリンダブロックとして、例えば特開平７−１３２３６２号公報には、図５に部分断面図で示すように、耐摩耗性アルミニウム合金またはアルミニウム合金系複合材製のシリンダライナ２１と、このシリンダライナ２１を鋳ぐるむアルミニウム合金製のシリンダブロック本体２２との境界部におけるシリンダライナ２１のシリンダヘッド側の端面部２１ａ及びシリンダヘッド側の側面部２１ｂをシリンダブロック本体２２と溶融接合したものが提案されている。なお、図５において符号２２ａは、シリンダブロック本体２２に形成された冷却水通路である。
【０００３】
このシリンダブロックによると、シリンダライナのシリンダヘッド側端部がシリンダブロック本体２２に溶融接合しているので、燃料の燃焼により発生した熱をシリンダライナ２１から溶融接合部分を通してシリンダブロック本体２２に速やかに熱伝導させて、冷却水通路２２ａを流れる冷却水へと放熱することができる。従って、冷却性能が向上し、シリンダライナ２１の表面温度が低下することからノッキングの発生を抑制できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図５に示した従来のアルミニウム合金製シリンダブロックにあっては、シリンダライナ２１をアルミニウム合金で鋳ぐるむ際に、シリンダライナ２１をアルミニウム合金の溶湯温度よりも１５０℃〜２５０℃低い温度、例えば５００℃に予熱して型にセットするようにしている。
【０００５】
このため、シリンダライナ２１を予熱するための特別な装置が必要になると共に、予熱されたシリンダライナ２１を型にセットするための特別な治具が必要になり、製造コストの増大が懸念される。
【０００６】
また、特にシリンダライナ２１を焼結により製作する場合には、その表面が酸化膜で覆われているため、このような酸化膜を有したままシリンダライナ２１をアルミニウム合金で鋳ぐるんでも、実際には表面の酸化膜が溶けるだけでシリンダライナ２１を母材であるシリンダブロック本体２２に十分な接合度を確保して接合するのは極めて困難である。このため、シリンダライナ２１とシリンダブロック本体２２との間に隙間２３が形成されて冷却性能を十分高めることができず、エンジン性能を向上することが困難になる。
【０００７】
更に、上記のようにシリンダライナ２１がシリンダブロック本体２２と一体化していないことから、シリンダライナ２１が変形し易くなってピストンリング張力の低減、ブローバイガスの減少、オイル消費の低減等を図ることが困難になると共に、複数気筒のエンジンにあっては隣接するシリンダライナの間のピッチを詰めることができないためにエンジンの小型及び軽量化が妨げられる。
【０００８】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の第１の目的は、シリンダライナとシリンダブロック本体が十分な接合度を確保して接合し、冷却性能を高めエンジン性能を十分に向上できると共に、シリンダライナの変形を防止してピストンリング張力の低減、ブローバイガスの減少、オイル消費の低減、エンジンの小型及び軽量化等を図ることができるアルミニウム合金製シリンダブロックを提供することにある。
【０００９】
更に、本発明の第２の目的は、上記のアルミニウム合金製シリンダブロックを安価に製造できる製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成する請求項１に記載のアルミニウム合金製シリンダブロックの発明は、アルミニウム合金材料を基材として製作されたシリンダライナをアルミニウム合金で鋳ぐるんでなるアルミニウム合金製シリンダブロックにおいて、上記シリンダライナの少なくとも外周面の鋳ぐるみ面がチタン材及びニッケル材の少なくとも一方からなるショット粒子によりショットピーニング処理され、上記シリンダライナと上記シリンダブロック本体との境界部にアルミニウム−チタン材の金属間化合物またはアルミニウム−ニッケル材の金属間化合物を有してシリンダブロック本体と接合してなることを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明によると、シリンダライナ外周面の鋳ぐるみ面がチタン材及びニッケル材の少なくとも一方からなるショット粒子によりショットピーニング処理されて鋳ぐるみ面が凹凸状に粗面加工が施され、かつシリンダライナとシリンダブロック本体との境界部にアルミニウム−チタン材の金属間化合物またはアルミニウム−ニッケル材の金属間化合物が介在することで両者の接合が強固になり一体化しているので、冷却性能を高めることができ、エンジン性能を十分向上することが可能になると共に、シリンダライナの変形を防止することができる。この結果、ピストンリング張力の低減、ブローバイガスの減少、オイル消費の低減、エンジンの小型及び軽量化等を図ることが可能になる。
【００１４】
上記第２の目的を達成する請求項２に記載のアルミニウム合金製シリンダブロックの製造方法の発明は、アルミニウム合金材料を基材として製作されたシリンダライナをアルミニウム合金で鋳ぐるんでアルミニウム合金製シリンダブロックを製造するにあたり、上記シリンダライナを上記アルミニウム合金で鋳ぐるむのに先立って、上記シリンダライナの鋳ぐるみ面を、チタン材及びニッケル材の少なくとも一方からなるショット粒子によりショットピーニング処理することを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明によると、シリンダライナの鋳ぐるみ面に、チタン材及びニッケル材の少なくとも一方からなるショット粒子によりショットピーニング処理するので、シリンダライナを予熱する場合に比べて設備等が簡単になり、アルミニウム合金製シリンダブロックを安価に製造することが可能になる。また、鋳ぐるみ面に酸化膜が形成されていてもこれを有効に除去して鋳ぐるみ面を凹凸形状に粗面加工することができると共に、その表面にアルミニウム合金との濡れ性のよいチタン材及びニッケル材の少なくとも一方からなるショット材の膜が形成できるので、シリンダライナをアルミニウム合金で鋳ぐるむことでシリンダライナとシリンダブロック本体との境界部にアルミニウム−チタン材の金属間化合物またはアルミニウム−ニッケル材の金属間化合物が形成でき、両者を強固に接合することが可能になる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項２のアルミニウム合金製シリンダブロックの製造方法において、上記ショットピーニング処理は、粒径が７０〜１４０μｍの鋭角ショット粒子を、１００〜２００ｍ／ｓｅｃで上記シリンダライナの鋳ぐるみ面に投射することを特徴とする。
【００１９】
請求項３の発明によると、シリンダライナの鋳ぐるみ面の酸化膜を有効に除去し、かつ凹凸形状に粗面加工できると共に、その表面にアルミニウム合金との濡れ性のよい膜を確実に形成することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態によるアルミニウム合金製シリンダブロックの要部拡大断面図である。このシリンダブロックは、アルミニウム合金材料を基材として製作されたシリンダライナ１と、このシリンダライナ１を鋳ぐるんで接合したアルミニウム合金製のシリンダブロック本体２とを有している。
【００２２】
このシリンダライナ１は、燒結または鋳造により製作できるが、耐熱性を高めるためには、好ましくは燒結により製作することが好ましい。また、シリンダライナ１の外周面の鋳ぐるみ面１ａは凹凸形状に粗面加工し、その鋳ぐるみ面１ａとシリンダブロック本体２との境界部にはアルミニウムとの金属間化合物を形成する。
【００２３】
次に、図１に示すアルミニウム合金製シリンダブロックの製造方法について説明する。先ず、アルミニウム合金材料を基材として燒結または鋳造によりシリンダライナ１を製作した後、その外周面の鋳ぐるみ面１ａにショットピーニング処理を施す。
【００２４】
ここで、ショットピーニング処理は、図２に示すように、ノズル３からアルミニウム合金との濡れ性のよいチタン材やニッケル材よりなるショット粒子４を鋳ぐるみ面１ａに投射して行なう。本実施の形態では、ショット粒子４として粒径７０〜１４０μｍのチタン材よりなる鋭角ショット粒子を用い、このショット粒子４を１００〜２００ｍ／ｓｅｃでシリンダライナ１の鋳ぐるみ面１ａに投射することにより、鋳ぐるみ面１ａ表面の酸化膜を除去して、鋳ぐるみ面１ａを凹凸形状に粗面加工すると共に、その表面にチタン材からなる膜５を形成する。
【００２５】
なお、本発明者による実験によると、ショット粒子４は、粒径が７０μｍ未満では鋳ぐるみ面１ａを凹凸形状に粗面加工することが困難となり、粒径が１４０μｍを超えると鋳ぐるみ面１ａの凹凸が大きくなってシリンダブロック２との接合性が悪くなる。また、ショット粒子４の投射速度が、１００ｍ／ｓｅｃ未満では鋳ぐるみ面１ａを凹凸形状に粗面加工することが困難になると共に、表面の酸化膜を十分に除去することが困難になる。一方、投射速度が２００ｍ／ｓｅｃを超えると鋳ぐるみ面１ａが過剰に加工されてシリンダライナ１の厚さが薄くなり、そのシリンダライナ１が変形し易くなるため好ましくない。
【００２６】
上記のようにしてシリンダライナ１の外周面の鋳ぐるみ面１ａをショットピーニング処理したら、このシリンダライナ１を型にセットしてアルミニウム合金の溶湯を注入し、これによりシリンダライナ１をアルミニウム合金で鋳ぐるんでアルミニウム合金製シリンダブロックを製造する。
【００２７】
本実施の形態によれば、シリンダライナ１をアルミニウム合金で鋳ぐるむのに先立って、シリンダライナ１の鋳ぐるみ面１ａをチタン材よりなるショット粒子４によりショットピーニング処理するので、従来のようにシリンダライナを予熱する場合に比べて設備等が簡単になり、安価に製造することができる。
【００２８】
また、シリンダライナ１をアルミニウム合金で鋳ぐるむ際に、図３に部分拡大断面図を示すように、鋳ぐるみ面１ａに形成された凸部に熱が集中して母材であるアルミニウム合金の溶湯２ａに溶け合うと共に、鋳ぐるみ面１ａの表面に形成されたチタン膜５がアルミニウム−チタンの金属間化合物を形成するので、シリンダライナ１とシリンダブロック本体２とを十分な接合度を確保した状態で強固に接合して一体化することができる。
【００２９】
従って、シリンダライナ１とシリンダブロック本体２が十分な接合度を確保して接合し、冷却性能を高めてエンジン性能を向上することができると共に、シリンダライナ１の変形が防止できるので、ピストンリング張力の低減、ブローバイガスの減少、オイル消費の低減等をが得られ、更に、図４に示すように複数気筒のエンジンにあっては、隣接するシリンダライナ１と１の間のピッチＰを減少することができるので、エンジンの小型及び軽量化を図ることができる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態ではショット粒子としてチタン材を用いたが、ニッケル材を用いたり、あるいは両者を混合して用いることもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によるアルミニウム合金製シリンダブロックによれば、シリンダライナ外周面の鋳ぐるみ面がチタン材及びニッケル材の少なくとも一方からなるショット粒子によりショットピーニング処理されて鋳ぐるみ面が凹凸状に粗面加工が施され、かつシリンダライナとシリンダブロック本体との境界部にアルミニウム−チタン材の金属間化合物またはアルミニウム−ニッケル材の金属間化合物が介在することで両者の接合が強固に一体化しているので、冷却性能を高めることができ、エンジン性能を十分向上することが可能になると共に、シリンダライナの変形が防止でき、ピストンリング張力の低減、ブローバイガスの減少、オイル消費の低減、エンジンの小型及び軽量化等を図ることができる。
【００３２】
更に、本発明によるアルミニウム合金製シリンダブロックの製造方法によれば、シリンダライナをアルミニウム合金で鋳ぐるむのに先立って、シリンダライナの鋳ぐるみ面を、アルミニウム合金と濡れ性のよいショット粒子によりショットピーニング処理するので、シリンダライナを予熱する場合に比べて設備等が簡単になり、安価に製造することができる。
【００３３】
また、鋳ぐるみ面に酸化膜が形成されていてもこれを有効に除去して鋳ぐるみ面を凹凸形状に粗面加工することができると共に、その表面にアルミニウム合金と濡れ性のよいショット材の膜を形成できるので、シリンダライナとシリンダブロック本体とを確実に接合して一体化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるアルミニウム合金製シリンダブロックの要部拡大断面図である。
【図２】シリンダライナの鋳ぐるみ面に対するショットピーニング処理を説明するための図である。
【図３】シリンダライナをアルミニウム合金で鋳ぐるむ際の作用を説明するための部分拡大断面図である。
【図４】本発明の効果を説明するための図である。
【図５】従来のアルミニウム合金製シリンダブロックを示す部分断面図である。
【符号の説明】
１      シリンダライナ
１ａ    鋳ぐるみ面
２      シリンダブロック本体
２ａ    溶湯
３      ノズル
４      ショット粒子
５      チタン材からなる膜
【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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