(57)【要約】【課題】  シリンダの耐摩耗性を確保する一方で、皮膜の剥離を抑制するとともにシリンダボア面の加工性の向上を図ることのできるシリンダブロックを提供する。【解決手段】  このシリンダブロックでは、シリンダ３の内周面に形成された金属の皮膜７を、溶射を通じてシリンダ内周面３Ｒに形成された第１溶射層７１と、溶射を通じて第１溶射層内周面７１Ｒに形成された第２溶射層７２とから構成した。また、第２溶射層７２の硬さを第１溶射層７１の硬さよりも小さくした。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダの内周面に金属の皮膜を有するシリンダブロックであって、
溶射を通じて前記シリンダの内周面に形成された第１溶射層と、溶射を通じて前記第１溶射層の内周面に形成された第２溶射層とから前記金属の皮膜を構成するとともに、
前記第２溶射層の硬さを前記第１溶射層の硬さよりも小さくした
ことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項２】
請求項１に記載のシリンダブロックにおいて、
前記第２溶射層のビッカース硬さがＨＶ５０〜ＨＶ２００の範囲に含まれる
ことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシリンダブロックにおいて、
前記第１溶射層のビッカース硬さがＨＶ３５０以上である
ことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のシリンダブロックにおいて、
前記第１溶射層の厚さが４００μｍ〜５００μｍの範囲に含まれる
ことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項５】
シリンダの内周面に金属の皮膜を有するシリンダブロックであって、
溶射を通じて形成された複数の溶射層から前記金属の皮膜を構成するとともに、
該複数の溶射層のうち最も内周側に位置する溶射層の硬さを前記複数の溶射層の中で最も小さくした
ことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項６】
請求項５に記載のシリンダブロックにおいて、
前記最も内周側に位置する溶射層のビッカース硬さがＨＶ５０〜ＨＶ２００の範囲に含まれる
ことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項７】
請求項５または６に記載のシリンダブロックにおいて、
前記シリンダの内周面と接合している溶射層のビッカース硬さがＨＶ３５０以上である
ことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載のシリンダブロックにおいて、
前記シリンダの内周面と接合している溶射層の厚さが４００μｍ〜５００μｍの範囲に含まれる
ことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項９】
シリンダの内周面に金属の皮膜を有するシリンダブロックの製造方法において、
鋳造によりシリンダブロックを成形する工程と、溶射を通じて前記皮膜の一部としての第１溶射層を前記シリンダブロックのシリンダの内周面に形成する工程と、溶射を通じて前記皮膜の一部としての第２溶射層を前記第１溶射層の内周面に形成する工程とを含み、
前記第２溶射層の形成に際して、前記第１溶射層の素材よりも硬さの小さい素材を用いる
ことを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
【請求項１０】
シリンダの内周面に金属の皮膜を有するシリンダブロックの製造方法において、
〔イ〕鋳造によりシリンダブロックを成形する工程
〔ロ〕前記〔イ〕の工程の実施後、前記シリンダブロックのシリンダの内周面をボーリング加工する工程
〔ハ〕前記〔ロ〕の工程の実施後、前記シリンダの内周面を洗浄する工程
〔ニ〕前記〔ハ〕の工程後、溶射を通じて前記皮膜の一部としての第１溶射層を前記シリンダの内周面に形成する工程
〔ホ〕前記〔ニ〕の工程の実施後、溶射を通じて前記皮膜の一部としての第２溶射層を前記第１溶射層の内周面に形成する工程
〔ヘ〕前記〔ホ〕の工程の実施後、前記第２溶射層の内周面をボーリング加工する工程
〔ト〕前記〔ヘ〕の工程の実施後、前記第２溶射層の内周面をホーニング加工する工程
これら〔イ〕〜〔ト〕の工程を含み、
前記第２溶射層の形成に際して、前記第１溶射層の素材よりも硬さの小さい素材を用いる
ことを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシリンダブロックの製造方法において、
前記〔ホ〕の工程の実施に際して、前記第２溶射層の厚さを１００μｍ〜５００μｍの範囲内に設定する
ことを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダの内周面に金属の皮膜が形成されたシリンダブロック、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダブロックにおいては、シリンダ内でピストンが往復運動するため、このピストンと接触するシリンダの内周面に耐摩耗性や耐焼付性が要求される。
従来のシリンダブロックでは、こうした要求を満たすために、シリンダの内周面に金属の皮膜を形成するようにしている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、シリンダの内周面に溶射を通じて形成されたアルミニウム等の皮膜（溶射層）と、この溶射層の内周面に形成されたシリコンカーバイド等の皮膜（メッキ層）とを有するシリンダブロックが提案されている。このシリンダブロックでは、メッキ層を通じて、シリンダの耐摩耗性の確保が図られている。
【特許文献１】特開平３−９０５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、溶射層において、その表面（内周面）には微細な気孔が多数存在するため、洗浄処理を実施しても表面に付着している油や水分などの異物が十分に除去されない。
従って、特許文献１のシリンダブロックのように、溶射層の内周面にメッキ層を形成した場合には、同内周面に付着している異物（油、水分等）により溶射層とメッキ層との密着力が不十分となるため、メッキ層の剥離をまねくことが考えられる。
【０００５】
また、上記シリンダブロックにおいては、溶射層及びメッキ層の形成後に行われるシリンダボア面（メッキ層の内周面）の加工に際して、ピストンとの摩耗に耐えうる硬さのメッキ層を加工しなければならないため、加工性の低下が避けられないものとなっている。これにより、例えば、加工にともなって生じるシリンダ内での応力が過大となることに起因して、シリンダボアの真円度等にかかる精度の悪化をまねくことも考えられる。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリンダの耐摩耗性を確保する一方で、皮膜の剥離を抑制するとともにシリンダボア面の加工性の向上を図ることのできるシリンダブロックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
＜請求項１＞
請求項１に記載の発明は、シリンダの内周面に金属の皮膜を有するシリンダブロックであって、溶射を通じて前記シリンダの内周面に形成された第１溶射層と、溶射を通じて前記第１溶射層の内周面に形成された第２溶射層とから前記金属の皮膜を構成するとともに、前記第２溶射層の硬さを前記第１溶射層の硬さよりも小さくしたことを要旨としている。
【０００８】
溶射層（第１溶射層）の内周面に別の溶射層（第２溶射層）を形成する場合、第１溶射層が形成された作業環境と略同じ環境で第２溶射層の形成が行われることにより、溶射層内周面への異物（油、水分等）の付着が抑制される。また、溶射層の形成は高温の環境下で行われるため、仮に溶射層の内周面に油や水分等の異物が付着したとしても、そうした異物の多くは熱により除去されるようになる。
【０００９】
このように、第２溶射層の形成は、第１溶射層の内周面において油や水分等の異物の付着がない状態（あるいは極めて微量な状態）で行われるため、それら異物の付着に起因する第１溶射層と第２溶射層との密着力の低下が抑制されるようになる。これにより、第１溶射層と第２溶射層とが高い密着力をもって接合されるため、第２溶射層（皮膜）の剥離を好適に回避することができるようになる。
【００１０】
また、上記構成においては、第２溶射層の硬さを第１溶射層の硬さよりも小さくしているため、シリンダボア面（第２溶射層の内周面）の加工性の向上を図ることができるようになる。なお、第２溶射層は硬さが小さく設定されているため、ピストンの往復運動にともなって摩滅することも考えられるが、そうした場合にあってもシリンダボアの周壁に適合した耐摩耗性（周壁に要求される耐摩耗性）を有する第１溶射層によりシリンダボア面が形成されるようになる。
【００１１】
以上にて詳述したように、上記構成を通じて、シリンダの耐摩耗性を確保する一方で、皮膜の剥離を抑制するとともにシリンダボア面の加工性の向上を図ることのできるシリンダブロックを実現することができるようになる。なお、シリンダボアは、シリンダの内側に形成されてピストンを収容する空間を示す。また、シリンダボア面は、シリンダボアを形成する面（ピストンと接触するシリンダ側の内周面）を示す。
【００１２】
＜請求項２＞
請求項２に記載の発明は、請求項２に記載のシリンダブロックにおいて、前記第２溶射層のビッカース硬さがＨＶ５０〜ＨＶ２００の範囲に含まれることを要旨としている。
【００１３】
第２溶射層のビッカース硬さがＨＶ５０未満の場合は、第２溶射層が軟らかすぎることにより、ピストンとシリンダボア面とのなじみが十分に行われる前に第２溶射層が摩滅するようになる。
【００１４】
第２溶射層のビッカース硬さがＨＶ２００よりも大きい場合は、第２溶射層が硬すぎることにより、シリンダボア面の加工性が悪化するようになる。
請求項２に記載のシリンダブロックでは、第２溶射層のビッカース硬さをＨＶ５０〜ＨＶ２００の範囲内としているため、上記問題が解消されるようになる。即ち、ピストンとシリンダボア面とのなじみを好適に進行させることができるようになる。また、シリンダボア面の加工性を高めることができるようになる。
【００１５】
＜請求項３＞
請求項３に記載の発明は、請求項２または３に記載のシリンダブロックにおいて、前記第１溶射層のビッカース硬さがＨＶ３５０以上であることを要旨としている。
【００１６】
第１溶射層のビッカース硬さがＨＶ３５０未満の場合は、第１溶射層の摩耗やピストンの焼き付きをまねくようになる。
請求項３に記載のシリンダブロックでは、第１溶射層のビッカース硬さをＨＶ３５０以上としているため、上記問題が解消されるようになる。即ち、第１溶射層を通じて円滑なピストンの往復運動を確保することができるようになる。
【００１７】
＜請求項４＞
請求項４に記載の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載のシリンダブロックにおいて、前記第１溶射層の厚さが４００μｍ〜５００μｍの範囲に含まれることを要旨としている。
【００１８】
第１溶射層の厚さが４００μｍ未満の場合は、シリンダの内周面の鋳巣が第１溶射層を通じて十分に閉塞されないため、第１溶射層には鋳巣と対応する位置に窪みが形成されるようになる。これにより、第２溶射層においても窪みが形成されるようになるため、平滑なシリンダボア面（鋳巣に起因する窪みが存在しないシリンダボア面）を得ることが困難となる。
【００１９】
第１溶射層の厚さが５００μｍよりも大きい場合は、溶射後の皮膜の凝縮にともなって生じる残留応力が過度に大きくなるため、第１溶射層の内部にクラックが形成されるようになる。これにより、第１溶射層の内部における密着力が低下するため、第１溶射層の剥離をまねく。
【００２０】
請求項５に記載のシリンダブロックでは、第１溶射層の厚さを４００μｍ〜５００μｍとしているため、上記問題が解消されるようになる。即ち、第１溶射層を通じてシリンダの内周面の鋳巣が十分に閉塞されるため、シリンダボア面（第２溶射層の表面）を平滑化することができるようになる。また、第１溶射層の内部におけるクラックの形成を抑制することができるようになる。
【００２１】
＜請求項５＞
請求項５に記載の発明は、シリンダの内周面に金属の皮膜を有するシリンダブロックであって、溶射を通じて形成された複数の溶射層から前記金属の皮膜を構成するとともに、該複数の溶射層のうち最も内周側に位置する溶射層の硬さを前記複数の溶射層の中で最も小さくしたことを要旨としている。
【００２２】
上記構成においては、溶射層の内周面に別の溶射層が形成されるため、金属の皮膜を構成する各溶射層について各層間の密着力の低下が抑制されるようになる。これにより、各溶射層が高い密着力をもって接合されるため、溶射層（皮膜）の剥離を好適に回避することができるようになる。
【００２３】
また、最も内周側に位置する皮膜（シリンダボア面を形成する皮膜）の硬さをその他の皮膜の硬さよりも小さくしているため、シリンダボア面の加工性の向上を図ることができるようになる。なお、上記内周側に位置する皮膜は硬さが小さく設定されているため、ピストンの往復運動にともなって摩滅することも考えられるが、そうした場合にあってもシリンダボアの周壁に適合した耐摩耗性（シリンダボアの周壁に要求される耐摩耗性）を有するその他の皮膜によりシリンダボア面が形成されるようになる。
【００２４】
このように、上記構成を通じて、シリンダの耐摩耗性を確保する一方で、皮膜の剥離を抑制するとともにシリンダボア面の加工性の向上を図ることのできるシリンダブロックを実現することができるようになる。
【００２５】
＜請求項６＞
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のシリンダブロックにおいて、前記最も内周側に位置する溶射層のビッカース硬さがＨＶ５０〜ＨＶ２００の範囲に含まれることを要旨としている。
【００２６】
こうした構成を採用することにより、ピストンとシリンダボア面とのなじみを好適に進行させることができるようになる。また、シリンダボア面の加工性を高めることができるようになる。
【００２７】
＜請求項７＞
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載のシリンダブロックにおいて、前記シリンダの内周面と接合している溶射層のビッカース硬さがＨＶ３５０以上であることを要旨としている。
【００２８】
こうした構成を採用することにより、上記溶射層を通じて円滑なピストンの往復運動を確保することができるようになる。
＜請求項８＞
請求項８に記載の発明は、請求項５〜７のいずれかに記載のシリンダブロックにおいて、前記シリンダの内周面と接合している溶射層の厚さが４００μｍ〜５００μｍの範囲に含まれることを要旨としている。
【００２９】
こうした構成を採用することにより、上記溶射層を通じてシリンダの内周面の鋳巣が十分に閉塞されるため、シリンダボア面（最も内周側に位置する溶射層の表面）を平滑化することができるようになる。また、上記溶射層の内部におけるクラックの形成を抑制することができるようになる。
【００３０】
＜請求項９＞
請求項９に記載の発明は、シリンダの内周面に金属の皮膜を有するシリンダブロックの製造方法において、鋳造によりシリンダブロックを成形する工程と、溶射を通じて前記皮膜の一部としての第１溶射層を前記シリンダブロックのシリンダの内周面に形成する工程と、溶射を通じて前記皮膜の一部としての第２溶射層を前記第１溶射層の内周面に形成する工程とを含み、前記第２溶射層の形成に際して、前記第１溶射層の素材よりも硬さの小さい素材を用いることを要旨としている。
【００３１】
＜請求項１０＞
請求項１０に記載の発明は、シリンダの内周面に金属の皮膜を有するシリンダブロックの製造方法において、
〔イ〕鋳造によりシリンダブロックを成形する工程
〔ロ〕前記〔イ〕の工程の実施後、前記シリンダブロックのシリンダの内周面をボーリング加工する工程
〔ハ〕前記〔ロ〕の工程の実施後、前記シリンダの内周面を洗浄する工程
〔ニ〕前記〔ハ〕の工程後、溶射を通じて前記皮膜の一部としての第１溶射層を前記シリンダの内周面に形成する工程
〔ホ〕前記〔ニ〕の工程の実施後、溶射を通じて前記皮膜の一部としての第２溶射層を前記第１溶射層の内周面に形成する工程
〔ヘ〕前記〔ホ〕の工程の実施後、前記第２溶射層の内周面をボーリング加工する工程
〔ト〕前記〔ヘ〕の工程の実施後、前記第２溶射層の内周面をホーニング加工する工程
これら〔イ〕〜〔ト〕の工程を含み、
前記第２溶射層の形成に際して、前記第１溶射層の素材よりも硬さの小さい素材を用いることを要旨としている。
【００３２】
上記請求項９及び１０の製造方法によれば、第１溶射層が形成された作業環境と略同じ環境で第２溶射層の形成が行われることにより、溶射層内周面への異物（油、水分等）の付着が抑制されるようになる。また、溶射層の形成は高温の環境下で行われるため、仮に溶射層の内周面に油や水分等の異物が付着したとしても、そうした異物の多くは熱により除去されるようになる。
【００３３】
このように、第２溶射層の形成は、第１溶射層の内周面において油や水分等の異物の付着がない状態（あるいは極めて微量な状態）で行われるため、それら異物の付着に起因する第１溶射層と第２溶射層との密着力の低下が抑制されるようになる。これにより、第１溶射層と第２溶射層とが高い密着力をもって接合されるため、第１溶射層からの第２溶射層の剥離を好適に回避することができるようになる。
【００３４】
また、上記製造方法においては、第２溶射層の硬さを第１溶射層の硬さよりも小さくしているため、シリンダボア面（第２溶射層の内周面）の加工性の向上を図ることができるようになる。なお、第２溶射層は硬さが小さく設定されているため、ピストンの往復運動にともなって摩滅することも考えられるが、そうした場合にあってもシリンダボアの周壁に適合した耐摩耗性を有する第１溶射層によりシリンダボア面が形成されるようになる。
【００３５】
以上にて詳述したように、上記製造法を通じて、シリンダの耐摩耗性を確保する一方で、皮膜の剥離を抑制するとともにシリンダボア面の加工性の向上を図ることのできるシリンダブロックを製造することができるようになる。
【００３６】
＜請求項１１＞
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のシリンダブロックの製造方法において、前記〔ホ〕の工程の実施に際して、前記第２溶射層の厚さを１００μｍ〜５００μｍの範囲内に設定することを要旨としている。
【００３７】
第２溶射層の厚さが１００μｍの場合は、ボーリング加工及びホーニング加工のための加工しろを十分に確保することが困難となる。
第２溶射層の厚さが５００μｍよりも大きい場合は、溶射後の第２溶射層の凝縮にともなって生じる残留応力が過度に大きくなるため、第２溶射層の内部にクラックが形成される。これにより、第２溶射層の内部での密着力が低下するため、第２溶射層の剥離をまねくようになる。
【００３８】
この点、上記製造方法を採用することにより、こうした問題が解消されるようになる。即ち、第２溶射層に対するボーリング加工及びホーニング加工を好適に実施することができるようになる。また、第２溶射層の内部におけるクラックの形成を抑制することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
本実施形態では、直列４気筒型エンジンのシリンダブロックに対して本発明を適用している。なお、シリンダブロックの素材としては、アルミ材（アルミニウムまたはアルミ合金）が用いられている。
【００４０】
＜シリンダブロックの構造＞
図１に、本発明を適用したシリンダブロックの斜視構造を示す。
シリンダブロック１は、シリンダ３とクランクケース５とを備えて構成される。なお、本実施形態のシリンダブロック１は、シリンダ３内にシリンダライナを備えていないいわゆるライナレスタイプの構造を有する。
【００４１】
シリンダ３の内周側には、ピストンを収容するためのシリンダボア３Ｂが形成されている。
シリンダ３の内周面には、金属の皮膜７が形成されている。アルミ製のシリンダブロック１においては、この皮膜７を通じてシリンダ３の要求特性（耐摩耗性や耐衝撃性等）が確保されている。
【００４２】
＜シリンダの皮膜構造＞
図２〜図４を参照して、シリンダ３の皮膜構造について説明する。
図２は、図１のシリンダブロック１の平面構造を模式的に示す。
【００４３】
図３は、図２のＤ１−Ｄ１線に沿ったシリンダブロック１の断面構造を模式的に示す。
図４は、図３のＣ部の拡大図を示す。
皮膜７は、シリンダ３の内周面（シリンダ内周面３Ｒ）に形成された第１溶射層７１と、この第１溶射層７１の内周面（第１溶射層内周面７１Ｒ）に形成された第２溶射層７２とから構成されている。なお、図１〜図４に示されるシリンダ３においては、第２溶射層７２の内周面（第２溶射層内周面７２Ｒ）によりシリンダボア３Ｂが形成されている。即ち、同シリンダ３においては、第２溶射層内周面７２Ｒがシリンダボア面に相当する。
【００４４】
〔１〕「第１溶射層」
第１溶射層７１は、溶射を通じてシリンダ内周面３Ｒの全周にわたって形成されている。
【００４５】
第１溶射層７１は、例えば、Ｆｅ−Ｃ合金、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｃ−Ｍｏ合金のいずれかにより形成される。
第１溶射層７１の厚さ（第１溶射層厚さＴ１）は、４００μｍから５００μｍの間に設定される。
【００４６】
第１溶射層７１の硬さ（第１溶射層硬さＨ１）は、ＨＶ３５０以上に設定される。
〔２〕「第２溶射層」
第２溶射層７２は、溶射を通じて第１溶射層内周面７１Ｒの全周にわたって形成されている。
【００４７】
第２溶射層７２は、例えば、Ｆｅ−Ｃ合金、Ｃｕ−Ａｌ合金、Ａｌ−Ｓｎ合金のいずれかにより形成される。
第２溶射層７２の厚さ（第２溶射層厚さＴ２）は、「０」よりも大きく設定される。
【００４８】
第２溶射層７２の硬さ（第２溶射層硬さＨ２）は、ＨＶ５０からＨＶ２００の間に設定される。
第１溶射層７１及び第２溶射層７２の形成条件の一覧を表１に示す。
【００４９】
【表１】
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＜ピストンとシリンダボア面とのなじみ＞
シリンダブロック１においては、次のような態様でピストン（ピストンリング）とシリンダボア面とのなじみが進行する。
【００５０】
（Ａ）なじみの初期段階においては、第２溶射層内周面７２Ｒによりシリンダボア面が形成されているため、ピストンと第２溶射層内周面７２Ｒとの接触によりなじみが進行する。
【００５１】
このとき、なじみに適した硬さの第２溶射層７２がピストンと接触するため、ピストンと第２溶射層７２とのなじみが良好に進行するようになる。
（Ｂ）上記過程を経て第２溶射層７２がある程度摩耗すると、第２溶射層７２と第１溶射層７１とが混在した状態でシリンダボア面が形成されるようになる。
【００５２】
このとき、第２溶射層７２を含むシリンダボア面がピストンと接触するため、部分的に第１溶射層７１がピストンと接触するものの、穏やかに接触面の摩耗が行われるようになる。そして、こうした第２溶射層７２及び第１溶射層７１が混在した状態での摩耗を通じて、第１溶射層内周面７１Ｒが徐々に平滑化される。
【００５３】
（Ｃ）上記過程を経てさらになじみが進行すると、第２溶射層７２が略摩滅した状態となり、平滑化された第１溶射層内周面７１Ｒによりシリンダボア面が形成されるようになる。
【００５４】
こうしてピストンとシリンダボア面とのなじみが十分に行われて、即ちピストンとシリンダ３との接触面の表面粗さが押しつぶされて平滑な接触面が形成されることにより、ピストンの円滑な往復運動が確保されるようになる。なお、なじみが十分行われた後においても、第１溶射層７１と第２溶射層７２とが混在した状態でシリンダボア面が形成されることもある。
【００５５】
＜シリンダブロックの製造方法＞
シリンダブロック１の製造工程について説明する。
図５及び図６に、シリンダブロック１の製造手順の概要を示す。
【００５６】
［第１工程］
ダイカストマシンＥ１を通じてシリンダブロック１を成形する。この工程では、溶融金属（アルミ材）が金型へ圧入されることにより、シリンダブロック１が成形される。
【００５７】
［第２工程］
ボーリング加工機Ｅ２によりシリンダ内周面３Ｒをボーリング加工する。この工程では、シリンダボア３Ｂの径が粗加工としての要求精度に調整される。
【００５８】
［第３工程］
ウォータージェット洗浄機Ｅ３によりシリンダ内周面３Ｒの洗浄を行う。この工程を通じて、シリンダ内周面３Ｒに付着している異物（油、水分等）が除去される。これにより、シリンダ内周面３Ｒと第１溶射層７１との密着力の低下が抑制される。また、シリンダ内周面３Ｒには、高圧の水を通じて微小な凹凸が形成されるため、シリンダ内周面３Ｒと第１溶射層７１との密着力が高められる。
【００５９】
［第４工程］
溶射装置Ｅ４によりシリンダ内周面３Ｒに第１溶射層７１を形成する。この工程では、溶射装置Ｅ４から、例えば、Ｆｅ−Ｃ合金、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ−Ｓｉ合金及びＦｅ−Ｃ−Ｍｏ合金のいずれかが噴射されて第１溶射層７１が形成される。
【００６０】
なお、第４工程の終了後、溶射装置Ｅ４にセットされている噴射用の金属粉が第１溶射層７１用の金属粉（Ｆｅ−Ｃ合金、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｃ−Ｍｏ合金等）から第２溶射層７２用の金属粉（Ｆｅ−Ｃ合金、Ｃｕ−Ａｌ合金、Ａｌ−Ｓｎ合金等）に交換されて次の第５工程が実施される。
【００６１】
［第５工程］
溶射装置Ｅ４により第１溶射層内周面７１Ｒに第２溶射層７２を形成する。この工程では、溶射装置Ｅ４から、例えば、Ｆｅ−Ｃ合金、Ｃｕ−Ａｌ合金及びＡｌ−Ｓｎ合金のいずれかが噴射されて第２溶射層７２が形成される。なお、第２溶射層７２の形成に際しては、第１溶射層７１の形成時の作業環境が略維持された状態で溶射が行われる。
【００６２】
［第６工程］
ボーリング加工機Ｅ２によりシリンダボア面（第２溶射層内周面７２Ｒ）をボーリング加工する。この工程を通じて、シリンダボア３Ｂの径が仕上げ加工としての要求精度に調整される。
【００６３】
［第７工程］
ホーニング加工機Ｅ５によりシリンダボア面（第２溶射層内周面７２Ｒ）をホーニング加工する。この工程では、粗加工としてのホーニング加工が行われる。
【００６４】
［第８工程］
ホーニング加工機Ｅ５によりシリンダボア面（第２溶射層内周面７２Ｒ）をホーニング加工する。この工程では、仕上げ加工としてのホーニング加工が行われる。第７工程及び第８工程を通じて、第２溶射層内周面７２Ｒには複数の微細な溝（クロスハッチング）が形成される。
【００６５】
＜製造過程における各溶射層の厚さ＞
上記各工程の加工を実施した後の第１溶射層７１の厚さ及び第２溶射層７２の厚さを表２に示す。なお、ここに示す値は一例であり、第１溶射層厚さＴ１及び第２溶射層厚さＴ２は製造条件等に応じて適宜変更することができる。
【００６６】
【表２】
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第２溶射層７２の厚さについて、本実施形態では初期厚さ（第６工程での第２溶射層厚さＴ２）を３００μｍとしているが、この初期厚さはボーリング加工やホーニング加工の条件等に応じて１００μｍから５００μｍの範囲内で適宜変更することができる。
【００６７】
また、第２溶射層７２の仕上げ厚さ（第９工程後の第２溶射層厚さＴ２）を３０μｍとしているが、この仕上げ厚さは、ピストンとシリンダボア面とのなじみが十分に行われるまで第２溶射層７２をシリンダボア面に存在させることが可能な範囲内で適宜の厚さに変更することができる。即ち、第２溶射層７２の仕上げ厚さは、少なくとも「０」より大きい値に設定される。
【００６８】
＜実施形態の効果＞
以上詳述したように、この実施形態にかかるシリンダブロック及びその製造方法によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
【００６９】
（１）本実施形態のシリンダブロック１では、第１溶射層７１と第２溶射層７２とから皮膜７を形成するとともに、第２溶射層７２の硬さを第１溶射層７１の硬さよりも小さくするようにしている。
【００７０】
第１溶射層７１の内周面に第２溶射層７２を形成する場合、第１溶射層７１が形成された作業環境と略同じ環境で第２溶射層７２の形成が行われることにより、第１溶射層内周面７１Ｒへの異物（油、水分等）の付着が抑制される。また、溶射層の形成は高温の環境下で行われるため、仮に第１溶射層内周面７１Ｒに油や水分等の異物が付着したとしても、そうした異物の多くは熱により除去されるようになる。
【００７１】
このように、第２溶射層７２の形成に際しては、第１溶射層内周面７１Ｒにおいて油や水分等の異物の付着がない状態（あるいは極めて微量な状態）で溶射作業が行われるため、それら異物の付着に起因する第１溶射層７１と第２溶射層７２との密着力の低下が抑制されるようになる。これにより、第１溶射層７１と第２溶射層７２とが高い密着力をもって接合されるため、第１溶射層７１からの第２溶射層７２の剥離を好適に回避することができるようになる。
【００７２】
ちなみに、溶射層の内周面にメッキ層を形成する場合には、シリンダブロックをメッキのための製造ラインへ移送する等の作業が必要となるため、溶射層内周面への異物（油、水分等）の付着が避けられないものとなる。このため、そうした異物の付着に起因して溶射層とメッキ層との密着力が低下し、メッキ層の剥離をまねくようになる。
【００７３】
これに対して、本実施形態の製造方法では、第１溶射層７１の形成後、溶射装置Ｅ４にセットされている噴射用の金属粉の交換のみを通じて第２溶射層７２の形成を行うようにしているため、第１溶射層内周面７１Ｒへの異物（油、水分等）の付着が好適に抑制されるようになる。
【００７４】
また、上記構成においては、第２溶射層７２の硬さを第１溶射層７１の硬さよりも小さくしているため、シリンダボア面（第２溶射層内周面７２Ｒ）の加工性の向上を図ることができるようになる。なお、第２溶射層７２がピストンの往復運動にともなって摩滅した場合にあっても、シリンダボア３Ｂの周壁に適合した耐摩耗性（周壁に要求される耐摩耗性）を有する第１溶射層７１によりシリンダボア面が形成されるようになる。
【００７５】
このように、上記皮膜構造を採用することにより、シリンダ３の耐摩耗性を確保する一方で、皮膜７の剥離を抑制するとともにシリンダボア面の加工性の向上を図ることのできるシリンダブロックを実現することができるようになる。
【００７６】
（２）第２溶射層７２が摩滅した場合、ホーニング加工が施されていない第１溶射層７１がピストンと接触するようになるが、溶射を通じて形成された皮膜には気孔が存在するため、第１溶射層内周面７１Ｒにはこうした気孔を通じて潤滑油が保持されるようになる。これにより、第２溶射層７２が摩滅した場合にあってもピストンの潤滑が好適に行われるようになる。
【００７７】
本実施形態では、このように、溶射層の特性を利用して第１溶射層７１に対するホーニング加工を不要としているため、皮膜７の形成における加工性の低下を回避することができるようになる。
【００７８】
（３）本実施形態のシリンダブロック１では、第２溶射層７２のビッカース硬さをＨＶ５０からＨＶ２００の範囲内に設定するようにしている。
第２溶射層７２のビッカース硬さがＨＶ５０未満の場合は、第２溶射層７２が軟らかすぎることに起因して、ピストンとシリンダボア面とのなじみが十分に行われる前に第２溶射層７２が摩滅するようになる。
【００７９】
第２溶射層７２のビッカース硬さがＨＶ２００よりも大きい場合は、第２溶射層７２が硬すぎることに起因して、第２溶射層７２をホーニング加工する際の加工性が悪化するようになる。また、加工に際してシリンダ３に生じる応力が大きくなるため、シリンダボア３Ｂの真円度や真直度等にかかる精度の悪化をまねくこともある。
【００８０】
この点、本実施形態のシリンダブロック１の皮膜構造を採用することにより、こうした問題が解消されるようになる。即ち、第２溶射層７２を通じてピストンとシリンダボア面とのなじみを好適に進行させることができるようになる。また、シリンダボア面（第２溶射層内周面７２Ｒ）の加工性を向上するとともに、シリンダボア３Ｂの真円度や真直度等にかかる精度の悪化を抑制することができるようになる。
【００８１】
（４）また、第２溶射層７２のビッカース硬さがＨＶ２００以下であることにより、ピストンとシリンダボア面とのなじみを好適に進行させることができるようになる。
（５）本実施形態のシリンダブロック１では、第１溶射層７１のビッカース硬さをＨＶ３５０以上に設定するようにしている。
【００８２】
第１溶射層７１のビッカース硬さがＨＶ３５０未満の場合は、第１溶射層７１の摩耗やピストンの焼き付きをまねくようになる。
この点、本実施形態の上記皮膜構造を採用することにより、こうした問題が解消されるようになる。即ち、第１溶射層７１を通じて円滑なピストンの往復運動を確保することができるようになる。
【００８３】
（６）本実施形態のシリンダブロック１では、第１溶射層７１の厚さを４００μｍから５００μｍの範囲内に設定するようにしている。
第１溶射層７１の厚さが４００μｍ未満の場合は、シリンダ内周面３Ｒの鋳巣３Ｅが第１溶射層７１を通じて十分に閉塞されないため、第１溶射層７１には鋳巣３Ｅと対応した位置に窪みが形成されるようになる。これにより、第２溶射層７２においても窪みが形成されるようになるため、平滑なシリンダボア面（鋳巣３Ｅに起因する窪みが存在しないシリンダボア面）を得ることが困難となる。
【００８４】
第１溶射層７１の厚さが５００μｍよりも大きい場合は、溶射後の皮膜の凝縮にともなって生じる残留応力が過度に大きくなるため、第１溶射層７１の内部にクラックが形成される。これにより、第１溶射層７１の内部での密着力が低下するため、第１溶射層７１の剥離をまねくようになる。
【００８５】
この点、本実施形態の上記皮膜構造を採用することにより、こうした問題が解消されるようになる。即ち、第１溶射層７１を通じてシリンダ内周面３Ｒの鋳巣３Ｅが十分に閉塞されるため、シリンダボア面（第２溶射層内周面７２Ｒ）を平滑化することができるようになる。また、第１溶射層７１の内部におけるクラックの形成を抑制することができるようになる。
【００８６】
（６）特許文献１に記載のシリンダブロックでは、シリンダの内周面の鋳巣を閉塞することを目的として溶射を通じて同内周面に皮膜を形成しているが、その厚さが４００μｍ未満に設定されているため、鋳巣を十分に閉塞することができない。
【００８７】
この場合、シリンダの内周面に形成された皮膜の構造は、図７に示すような状態にあると考えられる。なお、同図７は、図３のＣ部の拡大図に相当する上記シリンダブロックの断面構造を示している。
【００８８】
上記シリンダブロックにおいては、図７に示されるように、シリンダ１００内周面の鋳巣１０１が皮膜１１０により十分に閉塞されていない状態にある。そして、窪みが存在する皮膜１１０の内周面にメッキ層１２０が形成されるため、平滑なシリンダボア面（メッキ層１２０の内周面）が得られないようになる。
【００８９】
これに対して、本実施形態のシリンダブロック１の皮膜構造は、図４に示されるように、シリンダ内周面３Ｒに存在している鋳巣３Ｅが第１溶射層７１を通じて閉塞されるため、平滑なシリンダボア面（第２溶射層内周面７２Ｒ）を得ることができるようになる。
【００９０】
（７）シリンダの内周面に金属の皮膜を有するシリンダブロックとして、次のようなシリンダブロックも知られている。即ち、シリンダの内周面に溶射を通じて形成された皮膜を有するとともに、この皮膜の内周面を軟らかい材料（すずメッキ等を含む材料）によりコーティングしたシリンダブロックが提案されている。
【００９１】
このシリンダブロックでは、皮膜とピストンとのなじみを良好に促進させることを目的として、皮膜の内周面を上記材料によりコーティングするようにしている。
しかし、溶射層の内周面にメッキを含むコーティング層が形成されるため、溶射層の表面に付着した油や水分等の異物に起因して、溶射層とコーティング層との密着力が十分に得られないようになる。このため、コーティング層の剥離が生じることにより、ピストンの焼き付き等をまねくことが懸念される。
【００９２】
また、上記シリンダブロックにおいては、コーティング層に極めて軟らかい材料が用いられているため、ピストンとシリンダボア面とのなじみが十分に行われる前にコーティング層が摩滅することも考えられる。
【００９３】
ピストンとシリンダボア面とのなじみの観点からすると、基本的には軟らかい材料によりシリンダボア面の皮膜を形成することが好ましいが、過度に軟らかい材料を用いた場合には、上述のような皮膜の摩滅により接触面のなじみが不十分となることも否めない。
【００９４】
この点、本実施形態のシリンダブロック１では、第１溶射層内周面７１Ｒに第２溶射層７２を形成するとともに、第２溶射層７２の硬さをＨＶ５０〜ＨＶ２００としているため、上記問題が解消されるようになる。即ち、第２溶射層７２の剥離を回避するとともに、ピストンとシリンダボア面とを十分になじませることができるようになる。
【００９５】
（８）本実施形態では、シリンダブロック１の製造に際して、第２溶射層７２の初期厚さ（第６工程での第２溶射層厚さＴ２）を１００μｍから５００μｍの範囲内に設定するようにしている。
【００９６】
初期厚さが１００μｍよりも小さい場合は、ボーリング加工及びホーニング加工のための加工しろを十分に確保することが困難となる。
初期厚さが５００μｍよりも大きい場合は、溶射後の皮膜の凝縮にともなって生じる残留応力が過度に大きくなるため、第２溶射層７２の内部にクラックが形成される。これにより、第２溶射層７２の内部での密着力が低下するため、第２溶射層７２の剥離をまねくようになる。
【００９７】
この点、本実施形態の上記製造方法を採用することにより、こうした問題が解消されるようになる。即ち、第２溶射層７２に対するボーリング加工及びホーニング加工を好適に実施することができるようになる。また、第２溶射層７２の内部におけるクラックの形成を抑制することができるようになる。
【００９８】
＜変更例＞
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
【００９９】
・上記実施形態では、第１工程においてダイカストによりシリンダブロック１を成形するようにしたが、その他の鋳造法によりシリンダブロック１を成形することもできる。
・上記実施形態では、第３工程においてウォータージェット洗浄機Ｅ３を通じてシリンダ内周面３Ｒの洗浄を行うようにしたが、その他の洗浄方法によりシリンダ内周面３Ｒの洗浄を行うこともできる。
【０１００】
・上記実施形態では、第４工程と第５工程とにおいて同じ溶射装置を使用するようにしたが、これら各工程で異なる溶射装置を使用することもできる。
・上記実施形態では、第１溶射層７１のビッカース硬さをＨＶ３５０以上に設定するようにしたが、より好適に耐摩耗性を確保するため、第１溶射層７１のビッカース硬さの下限値をＨＶ４００とすることもできる。
【０１０１】
・上記実施形態において、第１溶射層７１の素材となる金属は、例示した金属に限られず適宜の金属を採用することができる。
・上記実施形態において、第２溶射層７２の素材となる金属は、例示した金属に限られる適宜の金属を採用することができる。
【０１０２】
・上記実施形態では、皮膜７を第１溶射層７１と第２溶射層７２とから構成するようにしたが、３層以上の複数の溶射層から皮膜７を構成することもできる。こうした構成を採用した場合、最も内周側の溶射層については、その硬さがその他の溶射層の硬さよりも小さく設定される。
【０１０３】
・上記実施形態では、直列４気筒型エンジンのシリンダブロックに本発明を適用した場合を想定したが、シリンダの内周面に金属の皮膜が必要とされるシリンダブロックであればいずれのシリンダブロックに対しても本発明を適用することができる。また、シリンダブロックの素材もアルミ材に限られない。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明にかかるシリンダブロックを具体化した実施形態について、シリンダブロックの斜視構造を示す斜視図。
【図２】同実施形態のシリンダブロックについて、シリンダブロックの平面構造を示す平面図。
【図３】同実施形態のシリンダブロックについて、図２のＤ１−Ｄ１線に沿ったシリンダブロックの断面構造を示す断面図。
【図４】同実施形態のシリンダブロックについて、図３のＣ部の拡大構造を示す拡大図。
【図５】同実施形態のシリンダブロックについて、その製造にかかる工程の一部を示す工程図。
【図６】同実施形態のシリンダブロックについて、その製造にかかる工程の一部を示す工程図。
【図７】従来のシリンダブロックについて、断面構造の一部を示す拡大図。
【符号の説明】
【０１０５】
１…シリンダブロック、３…シリンダ、３Ｂ…シリンダボア、３Ｒ…シリンダ内周面、３Ｅ…鋳巣、５…クランクケース、７…皮膜、７１…第１溶射層、７１Ｒ…第１溶射層内周面、７２…第２溶射層、７２Ｒ…第２溶射層内周面、Ｅ１…ダイカストマシン、Ｅ２…ボーリング加工機、Ｅ３…ウォータージェット洗浄機、Ｅ４…溶射装置、Ｅ５…ホーニング加工機。
【図１】
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【図２】
2005307857.tif 000006
【図３】
2005307857.tif 000007
【図４】
2005307857.tif 000008
【図５】
2005307857.tif 000009
【図６】
2005307857.tif 000010
【図７】
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