(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダを囲う水冷ジャケット部が、シリンダヘッドとの合せ面にリング状に開口しているアルミニウム鋳物製シリンダブロックを加工対象とし、水冷ジャケット部の隙間に対応する厚さのアルミニウム合金片を複数本準備すると共に、ＡｌＮ粉末にＭｇ粉末を混練し水酸基溶剤を加えて混合してなる接合材を準備する準備工程と、
前記アルミニウム合金片の両面に前記接合材を塗布したのちに、アルミニウム合金片を前記開口から水冷ジャケット部へ挿入する挿入工程と、
アルミニウム合金片を挿入したのちのシリンダブロックを加熱処理することによりアルミニウム合金片をシリンダブロックに接合する接合工程と、からなるシリンダブロックの補強方法。
【請求項２】
前記接合工程における加熱は、１８０〜２５０℃で実施することを特徴とする請求項１記載のシリンダブロックの補強方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオープンデッキ型シリンダブロックと称するシリンダブロックの補強方法の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開昭５６−１１５８０５号公報「内燃機関」の第１図に内燃機関の縦断正面図が示されており、同図の符号３７はシリンダブロックに形成した冷却水通路、符号３８はシリンダヘッドに形成した冷却水通路であり、これらの冷却水通路３７，３８は直接的に連通する。シリンダヘッド４を外したときには、リング状の冷却水通路３７を目視することができる。この様な一端が開いた冷却水通路を有するシリンダブロックを一般に「オープンデッキ型シリンダブロック」と呼ぶ。
【０００３】
この様なオープンデッキ型シリンダブロックは、上記公報の第１図から明らかな様に冷却水通路３７は一端が開いているため、型鋳造が容易となる。しかし、シリンダ軸直角方向の剛性は小さくなる。剛性を高める技術として、例えば、特開平６−３３０８０７号公報「水冷式内燃機関のシリンダブロック構造」が提案されている。この技術は、同公報図２において、シリンダブロック１のウォータジャケット２の開口部分（アッパーデッキ２０）にリング部２１を嵌め、これを電子ビーム溶接法又はレーザ溶接法（同公報段落番号［００３２］第２行参照）で固定すると言うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、溶接では金属を溶解させるために溶接部及びその周辺部は極めて高温になり、熱歪が発生し、寸法精度に影響がでることがある。
そこで、本発明の目的はオープンデッキ型シリンダブロックの補強に際し、溶接に代わる接合方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、シリンダを囲う水冷ジャケット部が、シリンダヘッドとの合せ面にリング状に開口しているアルミニウム鋳物製シリンダブロックを加工対象とし、水冷ジャケット部の隙間に対応する厚さのアルミニウム合金片を複数本準備すると共に、ＡｌＮ粉末にＭｇ粉末を混練し水酸基溶剤を加えて混合してなる接合材を準備する準備工程と、
アルミニウム合金片の両面に接合材を塗布したのちに、アルミニウム合金片を開口から水冷ジャケット部へ挿入する挿入工程と、
アルミニウム合金片を挿入したのちのシリンダブロックを加熱処理することによりアルミニウム合金片をシリンダブロックに接合する接合工程と、からなるシリンダブロックの補強方法である。
【０００６】
補強用のアルミニウム合金片を、ＡｌＮ粉末にＭｇ粉末を混練し水酸基溶剤を加えて混合してなる接合材にて、シリンダブロックへ接合し固定する。この接合材は、溶接に比較して格段に低い温度で接合させることができる。従って、シリンダブロックやアルミニウム合金片に温度歪を発生させる虞れが無く、寸法精度を良好に保つことができる。
【０００７】
請求項２のシリンダブロックの補強方法では、接合工程における加熱は、１８０〜２５０℃で実施することを特徴とする。
【０００８】
シリンダブロック及びアルミニウム合金片を、１８０〜２５０℃で４時間加熱すれば、Ｔ５処理（ＪＩＳ  Ｈ  ０００１）と称する人工時効処理が施せる。
すなわち、接合工程と時効処理工程とを同時に実施でき、シリンダブロックの機械性質を高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明の準備工程説明図であり、アルミニウム鋳物製のシリンダブロック１０と、アルミニウム合金片２０・・・（・・・は複数個を示す。以下同様）と、接合材３０とを準備する。これらの詳細を順に説明する。
【００１０】
シリンダブロック１０は、シリンダ１１，１１を囲う水冷ジャケット部１２，１２が、シリンダヘッドとの合せ面１３にリング状に開口しているとともに、隣接するシリンダ１１，１１同士を近接させることで、シリンダ間隔を狭めたアルミニウム鋳物品、好ましくはＡＤＣ−１２で成分規定されるアルミニウムダイカスト品である。本例の様に隣接するシリンダ１１，１１同士を近接させたものをサイアミーズ型シリンダブロックと言う。
【００１１】
アルミニウム合金片２０は、水冷ジャケット部１２の隙間に対応する厚さのピースであり、鋳造品、圧延材の何れでもよい。
【００１２】
接合材３０は、ＡｌＮ粉末にＭｇ粉末を混練し水酸基溶剤を加えて混合してなるが、その具体的な調整例を説明する。
接合材３０のために、ＡｌＮ粉末５０ｗｔ％とＭｇ粉末１０ｗｔ％と水４０ｗｔ％とを準備する。併せて、シリンダブロック１０及びアルミニウム合金片２０がアルミニウム又はアルミニウム合金であるため、添加材としてＡｌＮ粉末の７倍のＡｌ粉末を準備する。そして、先ず、ＡｌＮ粉末（５０ｗｔ％）とＭｇ粉末（１０ｗｔ％）とＡｌ粉末（ＡｌＮ粉末の７倍）を乳鉢で十分に混練する。この混練剤みの粉末に水（４０ｗｔ）を混合して、添加材を含む接合材３０とする。なお、ＡｌＮ粉末、Ｍｇ粉末及び水酸基溶剤の配合可能割合については後述する。
【００１３】
図２は本発明の挿入工程説明図であり、便宜上、図左のアルミニウム合金片２０を例に説明すると、このアルミニウム合金片２０の両面に接合材３０，３０を塗布したのちに、このアルミニウム合金片２０を矢印のごとく水冷ジャケット部１２へ挿入する。図右のアルミニウム合金片２０も同様である。
【００１４】
図３は図２の補足説明図であり、水冷ジャケット部１２は型抜きの関係で開口１４に向って広がるテーパ形状にすることが望ましい。そうすれば、鋳造後に、型からシリンダブロックを容易に外すことができるからである。この際の勾配θ１は、鋳造型に設ける抜き勾配に相当する。
【００１５】
これに対応させて、アルミニウム合金片２０も下端の厚さｔ１より上端の厚さｔ２が大きくなる楔（くさび）型断面にすることが望ましい。これの片テーパ角をθ２とする。
原則としてθ１＝θ２に設定するが、θ１＜θ２に設定することもできる。
その理由は次の通りである。θ１＜θ２に設定すれば、強い力でアルミニウム合金片２０を水冷ジャケット部１２に圧入する必要がある。圧入の結果、接合材３０，３０に反力（圧縮力）が作用する。
【００１６】
図４は本発明の接合工程説明図であり、接合工程では真空加熱炉４０にシリンダブロック１０を投入する。なお、図２に示す接合材３０，３０に約２Ｍｐａの圧縮力を作用させることが望ましく、その手段は上述の楔作用、その他の機械的クランプ、又はそれに代わる方式の何れでもよい。
【００１７】
そして、真空ポンプ４１を作動させて、炉内を真空排気する。すなわち、圧力制御部４２は圧力センサ４３で炉内の圧力を検出し、真空ポンプ４１を作動させて炉内圧を所定の真空圧に到達させる。
次に、窒素容器４４又はアルゴンガス等を充填した不活性ガス容器４５から炉内へガスを吹込み、炉内を酸素濃度が３〜２０ｐｐｍの窒素雰囲気又は不活性ガス雰囲気にする。
【００１８】
そして、目標温度４００℃、昇温速度１０℃／分で加熱を開始し、４００℃到達後は２時間放置する。すなわち、温度制御部４６は温度センサ４７で炉内の温度を検出し、ヒータ４８，４８の入熱を調整しつつ、上記昇温速度で目標温度まで炉内を昇温する。
この間に次に示す［化１］に示す反応が起こり、結果として１１２０ｋＪの反応熱が発生する。この反応熱は、母材や接合部品がアルミニウム合金であって、表面に強固な酸化膜が存在するときに、この酸化膜を熱的に破壊する熱の一部となる。
【００１９】
【化１】
0004436021.tif 000002
【００２０】
図５は本発明方法で製造したシリンダブロックの要部斜視図であり、シリンダ１１，１１を囲い、シリンダヘッドとの合せ面１３にリング状に開口させた水冷ジャケット部１２，１２に、複数本のアルミニウム合金片２０・・・を挿入し、接合材で固定した後のシリンダブロック１０を示す。
このシリンダブロック１０を対象にアルミニウム合金片２０・・・の接着強度を調べた。その内容を［表１］に示す。
【００２１】
【表１】
0004436021.tif 000003
【００２２】
接合部厚、すなわち接合材３０の厚さは約８５μｍであり、引張り試験機にかけて、引張強度を図ると共に引張破壊試験を実施した。その結果、引張強度は約７５ＭＰａであり、破壊部位は接合部品内、すなわちアルミニウム合金片２０であった。従って、本発明による接合材を用い、本発明方法で得た接合部は十分に強度があることが確認できた。
【００２３】
接合材の接合を促すために外部から施す加熱温度についてまとめると、従来並みの強度を得るためには１２５℃以上にする必要があり、又 、ろー付け温度（約６４０℃）より低温にして温度変形を防止することを考えると、６００℃に留めたい。そこで、外部加熱温度は１２５〜６００℃から選択する。
さらには、一定以上の強度を確保する上では１５０℃は必要であり、温度変形の発生を十分に抑えるには５００℃に留める必要がある。そこで、好ましい外部加熱温度は１５０〜５００℃から選択する。
次に、成分の範囲を、下記［化２］に基づいて説明する。
【００２４】
【化２】
0004436021.tif 000004
【００２５】
ＡｌＮの分子量（原子量の和）は４１であり、これを８倍すると３２８となる。Ｍｇの原子量は約２４であり、これを３倍すると７２となる。Ｈ2Ｏの分子量は１８であり、これを１２倍すると２１６になる。
従って、８：３：１２（係数比）は重量比に換算すると、３２８：７２：２１６になる。これを、百分率に換算すると、５３ｗｔ％：１２ｗｔ％：３５ｗｔ％になる。すなわち、ＡｌＮの好適比率は５３ｗｔ％、Ｍｇの好適比率は１２ｗｔ％、Ｈ2Ｏの好適比率は３５ｗｔ％である。しかし、実用的にはこれらの比率は幅を広げることができる。
【００２６】
実験の結果、Ｍｇは０．２５ｗｔ％未満では上記［化１］の反応が十分に進展しなかった。又、Ｍｇが１８ｗｔ％を超えるとＡｌ2ＭｇＯ4が過剰に生成され、接合強度が低下することが分かった。従って、Ｍｇは０．２５〜１８ｗｔ％の範囲であればよい。
【００２７】
また、水酸基溶媒は２５ｗｔ％未満では前記反応が不十分になると共に接合材がペースト状にならず、塗布が良好に行えなかった。又、水酸基溶媒は５０ｗｔ％を超えると流動性過剰となり塗布が行えなかった。従って、水酸基溶媒は２５〜５０ｗｔ％の範囲であればよい。
【００２８】
水酸基溶媒は水、エタノール、イソプロピルアルコール等が該当する。しかし、エタノールやイソプロピルアルコール等の揮発性溶媒では、混合中に発熱反応が起こり、ペーストが乾燥するため、接合材の取扱い並びに管理が難しくなる。この点、水であれば、ベーストの粘度を適正に保つことができ、接合材の管理が容易になる。
【００２９】
尚、本発明の接合材に添加する添加材は、母材や接合部品の性質に合せて適宜変更する。例えば、接合面にＮｉメッキを施してあれば、添加材はＮｉ粉末とする。
【００３０】
また、アルミニウム合金片を、水冷ジャケット部の開口に嵌合させるアルミニウム合金製リングに変更してもよい。この様なリングに接合材を塗布した上で、水冷ジャケット部の開口にセットし、加熱して固定すれば、クローズデッキ型シリンダブロックを得ることができる。オープンデッキ型シリンダブロックは鋳造コストが小さく、クローズデッキ型シリンダブロックは鋳造コストが嵩む。そこで、鋳造段階ではオープンデッキ型シリンダブロックとし、本発明方法を適用することにより、クローズデッキ型シリンダブロックに作り替えれば、鋳造コストを下げることができる。
【００３１】
さらには、実施例では２気筒シリンダブラックを説明したが、シリンダブロックに備えるシリンダの数は１若しくは３以上であってもよい。また、本発明は、サイアミーズ型シリンダブロックに限らず、非サイアミーズ型シリンダブロックにも適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、補強用のアルミニウム合金片を、ＡｌＮ粉末にＭｇ粉末を混練し水酸基溶剤を加えて混合してなる接合材にて、シリンダブロックへ接合し固定する。この接合材は、溶接に比較して格段に低い温度で接合させることができる。従って、シリンダブロックやアルミニウム合金片に温度歪を発生させる虞れが無く、寸法精度を良好に保つことができる。
【００３３】
請求項２のシリンダブロックの補強方法では、接合工程における加熱は、１８０〜２５０℃で実施することを特徴とし、シリンダブロック及びアルミニウム合金片を、１８０〜２５０℃で４時間加熱すれば、Ｔ５処理（人工時効処理）が施せる。すなわち、接合工程と時効処理工程とを同時に実施でき、シリンダブロックの機械性質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の準備工程説明図
【図２】本発明の挿入工程説明図
【図３】図２の補足説明図
【図４】本発明の接合工程説明図
【図５】本発明方法で製造したシリンダブロックの要部斜視図
【符号の説明】
１０…シリンダブロック、１１…シリンダ、１２…水冷ジャケット部、１３…合せ面、１４…開口、２０…アルミニウム合金片、３０…接合材、４０…真空加熱炉、４８…ヒータ。
【図１】
0004436021.tif 000005
【図２】
0004436021.tif 000006
【図３】
0004436021.tif 000007
【図４】
0004436021.tif 000008
【図５】
0004436021.tif 000009