(57)【要約】【課題】シリンダライナをシリンダボア位置に鋳包んでなるシリンダブロックにおいて、シリンダライナとシリンダブロック本体との接合力を高めたシリンダブロックおよびその製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも一部が内周面４から外周面５に亘って貫通するように、シリンダライナ２に対して多数の微小孔３を設け、このシリンダライナ２の外周面５に対してプラズマを照射する。その後、シリンダライナ２をシリンダブロック１のシリンダボア位置に鋳包み、シリンダライナ２の内周面４に対して研削処理を施して閉塞された微小孔３を開口する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボア位置に多数の微小孔が設けられたシリンダライナが鋳包まれてなるシリンダブロックにおいて、
前記微小孔の少なくとも一部は、シリンダライナの内周面から外周面に亘って貫通しており、
前記シリンダライナは、その外周面に対して表面活性化処理が施された後に、シリンダブロック本体内に鋳包まれたものである、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、
前記表面活性化処理は、前記シリンダライナの外周面に対するプラズマ照射であ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又は２に記載のシリンダブロックにおいて、
前記多数の微小孔は、シリンダライナに対して孔食処理を施すことにより設けられたもの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３に記載のシリンダブロックにおいて、
前記孔食処理は、電解エッチング処理であることを特徴とするシリンダブロック。
【請求項５】
少なくとも一部が内周面から外周面に亘って貫通するように、シリンダライナに対して多数の微小孔を設ける穿孔工程と、
前記多数の微小孔が設けられたシリンダライナの外周面に対して表面活性化処理を施す表面活性化処理工程と、
前記表面活性化処理工程が施されたシリンダライナをシリンダブロックのシリンダボア位置に鋳包む鋳造工程と、
を有す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６】
請求項５に記載のシリンダブロックの製造方法において、
前記鋳造工程の後、シリンダライナの内周面に対して研削処理を施して閉塞している微小孔を開口する研削処理工程を更に有す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７】
請求項５又は６に記載のシリンダブロックの製造方法において、
前記表面活性化処理工程は、前記シリンダライナの外周面に対するプラズマ照射であ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８】
請求項５〜７の何れか１項に記載のシリンダブロックの製造方法において、
前記多数の微小孔は、シリンダライナに対して孔食処理を施すことにより設けられたものであ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９】
請求項８に記載のシリンダブロックの製造方法において、
前記孔食処理は、電解エッチング処理であ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、内燃機関のシリンダブロックおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車等の車両用エンジンにおいて、ピストンが摺動するシリンダボアの内周面に耐摩耗性に優れたシリンダライナを鋳包んだシリンダブロックが採用されている。このシリンダブロックに鋳包んだシリンダライナには、シリコン含有量の多いハイシリコン・アルニウム合金等の素材が使用される（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
従来のシリンダブロックの製造方法では、まず、概ねシリンダボアの内径および高さ寸法に対応した円筒状のシリンダライナがハイシリコン・アルニウム合金等にて作製される。つぎに、このシリンダライナがシリンダブロック鋳造型のシリンダボア位置に配置され、シリンダブロック本体部分を構成するための鋳造用アルミニウム溶湯が上記鋳造型内に充填される。溶湯が冷却した後、シリンダボアの内面に対して荒加工およびホーニング加工が施され、規定の軸心等の設計寸法が確保される。最後に、シリンダライナの内周面に対して電解エッチング処理が施されて、潤滑油保持用の多数の微小孔が内周面に形成される。この微小孔は、外周面に貫通しないように形成される。この多数の微小孔は潤滑油溜りとして機能し、これにより、シリンダライナの内周面における潤滑油保持性が高められる。
【０００４】
特許文献２に開示されているシリンダブロックの製造方法においては、まず、円筒部材の外周面にハイシリコン・アルミニウム合金の粉末がプラズマ溶接される。このとき、円筒部材の外周面には、８〜１０μｍの厚さのハイシリコン・アルミニウム合金層が形成される。つぎに、この円筒部材がシリンダブロックに鋳包まれ、溶湯の冷却後に、上記円筒部材のみが研削除去される。その結果、シリンダボアの内径部にハイシリコン・アルミニウム合金の層が残存形成され、この層がピストンとの摺動面となる。
【特許文献１】特開平２−１６８０７３号公報
【特許文献２】特開平６−２４９０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記従来のシリンダブロックの製造方法では、シリンダブロック本体と、シリンダライナとの接合力を十分に確保できないという問題があった。
【０００６】
シリンダブロック本体とシリンダライナとの接合力が弱い場合、シリンダライナに働く応力が大きくなる。特に、シリンダライナに形成された多数の微小孔に応力が集中するため、微小孔を内周面から外周面に亘って貫通させたり、貫通させずとも孔深さを深くすることは、強度上好ましくない。このため、シリンダライナにおける潤滑油保持性を高めることが困難であった。
【０００７】
また、上記接合力が弱い場合、シリンダブロック本体とシリンダライナの外周面との間に隙間が生じ易くなる。そして、そのような隙間に、空気層や潤滑油層が形成されるため、シリンダライナからシリンダブロックへの伝熱効率が悪化し、シリンダライナが高温になり易くなる。シリンダライナが高温になると、シリンダライナ内の潤滑油が過度に消耗し、潤滑状態が悪化するおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みて創案されたものであり、シリンダライナをシリンダボア位置に鋳包んでなるシリンダブロックにおいて、シリンダライナとシリンダブロック本体との接合力を高めたシリンダブロックおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するための手段として、本発明のシリンダブロックは、以下のように構成されている。すなわち、本発明のシリンダブロックは、シリンダボア位置に多数の微小孔が設けられたシリンダライナが鋳包まれてなるシリンダブロックにおいて、前記微小孔の少なくとも一部は、シリンダライナの内周面から外周面に亘って貫通しており、前記シリンダライナは、その外周面に対して表面活性化処理が施された後に、シリンダブロック本体内に鋳包まれたものである。
【００１０】
かかる構成を備えるシリンダブロックによれば、シリンダライナは、その外周面に対して表面活性化処理が施された後に、シリンダボア位置に鋳包まれているので、シリンダライナとシリンダブロック本体との接合力が従来よりも高められる。また、上記接合力が高められていることからシリンダライナの内周面から外周面に亘って貫通した微小孔へに働く応力は緩和される。これにより、微小孔をシリンダライナの内周面から外周面に亘って貫通させるなど、微小孔の孔深さを深く形成して、潤滑油の溜り量を増加させることが可能となり、シリンダライナの内周面における潤滑油保持性を高めることができる。
【００１１】
また、上記接合力が高められることから、シリンダブロック本体とシリンダライナの外周面との間に隙間が生じ難くなり、シリンダライナからシリンダブロック本体への伝熱が促進され、シリンダライナの昇温が抑制される。この結果、シリンダライナ内での潤滑油温を適温に維持することができ、良好な潤滑状態を確保することができる。
【００１２】
また、本発明のシリンダブロックは、上記構成において、前記表面活性化処理が前記シリンダライナの外周面に対するプラズマ照射であることが望ましい。
【００１３】
前記表面活性化処理が前記シリンダライナの外周面に対するプラズマ照射であれば、シリンダライナの外周面とシリンダブロック本体との結合が原子レベルで強固となるほか、シリンダライナの外周面の酸化皮膜等の汚れの除去、同外周面の粗面化も併せて行われるため、更に、シリンダライナの外周面とシリンダブロック本体との結合力が高まり易くなる。
【００１４】
また、本発明のシリンダブロックは、好ましくは、上記構成において、前記多数の微小孔が、シリンダライナに対して孔食処理を施すことにより設けられたものである。前記孔食処理は、例えば、電解エッチング処理である。
【００１５】
本発明のシリンダブロックの製造方法は、少なくとも一部が内周面から外周面に亘って貫通するように、シリンダライナに対して多数の微小孔を設ける穿孔工程と、前記多数の微小孔が設けられたシリンダライナの外周面に対して表面活性化処理を施す表面活性化処理工程と、前記表面活性化処理工程が施されたシリンダライナをシリンダブロックのシリンダボア位置に鋳包む鋳造工程と、を有するものである。
【００１６】
かかる構成を有するシリンダブロックの製造方法によれば、シリンダライナは、その外周面に表面活性化処理が施された後に、シリンダブロックのシリンダボア位置に鋳包まれるので、シリンダライナとシリンダブロック本体との接合力が従来よりも高められる。また、上記接合力が高められていることから既述した種々の効果が奏される。
【００１７】
また、本発明のシリンダブロックの製造方法は、上記構成において、前記鋳造工程の後、シリンダライナの内周面に対して研削処理を施して閉塞している微小孔を開口する研削処理工程を更に有するものであることが望ましい。
【００１８】
かかる構成を有するシリンダブロックの製造方法によれば、鋳造工程において溶湯によって閉塞されたシリンダライナの内周面の微小孔が開口され、シリンダライナの内周面における良好な潤滑油保持性を確保することができる。
【００１９】
また、本発明のシリンダブロックの製造方法は、上記構成において前記表面活性化処理が前記シリンダライナの外周面に対するプラズマ照射であることが望ましい。
【００２０】
前記表面活性化処理が前記シリンダライナの外周面に対するプラズマ照射であれば、シリンダライナの外周面とシリンダブロック本体との結合が原子レベルで強固となるほか、シリンダライナの外周面の酸化皮膜等の汚れの除去、同外周面の粗面化も併せて行われるため、更に、シリンダライナの外周面とシリンダブロック本体との結合力が高まり易くなる。また、シリンダライナを単体にてプラズマ照射することができるので、プラズマ照射装置は小型のもので足りる。
【００２１】
また、本発明のシリンダブロックの製造方法は、好ましくは、上記構成において、前記多数の微小孔が、シリンダライナに対して孔食処理を施すことにより設けられたものである。前記孔食処理は、例えば、電解エッチング処理である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るシリンダブロックおよびその製造方法によれば、シリンダライナは、その外周面に対して表面活性化処理が施された後に、シリンダボア位置に鋳包まれるため、シリンダライナとシリンダブロック本体との接合力が高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［シリンダブロックの構成］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロック１の部分断面図である。このシリンダブロック１のシリンダボア位置には、シリンダライナ２が鋳包まれている。
【００２４】
シリンダライナ２には、多数の微小孔３が設けられており、その微小孔３の一部はシリンダライナ２の内周面４から外周面５に亘って貫通している。微小孔３は、その孔内に潤滑油を溜め込む油溜りとなってシリンダボアにおける潤滑油膜の保持性を高める役割を果たす。
【００２５】
また、シリンダライナ２は、その外周面全体に表面活性化処理が施された後に、シリンダブロック本体６内に鋳包まれている。このため、シリンダライナ２とシリンダブロック本体６とは強力に隙間無く接合されている。なお、上記表面活性化処理および上記接合については、後に詳述する。
【００２６】
［シリンダブロックの製造方法］
つぎに、本発明の実施の形態に係るシリンダブロック１の製造方法について説明する。
【００２７】
まず最初に、概ねシリンダボアサイズに対応した筒状のシリンダライナ２が作製される。このシリンダライナ２には、耐摩耗性に優れた材料が使用される。例えば、シリコンを含有したシリコン・アルミニウム合金が使用される。このシリコン・アルミニウム合金としては、例えば、シリコン含有量が１８〜２５％のハイシリコン・アルミニウム合金が使用される。
【００２８】
つぎに、シリンダライナ２に対して、図２に示すように、潤滑油溜りとして機能する、多数の微小孔３が設けられる（穿孔工程）、多数の微小孔３の少なくとも一部は、シリンダライナ２の内周面４から外周面５に亘って貫通するように設けられる。なお、多数の微小孔３は、例えばシリンダライナ２の内周面４に対して電解エッチング処理、ドライコロージョンなどの孔食処理を施すことによって設けることができる。また、多数の微小孔３は、レーザー光による穿孔処理によって設けることもできる。微小孔３の大きさ、シリンダライナ２の内周面４に占める微小孔３の面積比率は特に限定されるものではないが、例えば、微小孔３の直径を０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、微小孔３のシリンダライナ２の内周面２１に対する面積比率を５％〜１０％程度とすることで良好な潤滑状態が得られる。
【００２９】
つぎに、図３に示すように、大気圧下又は大気圧近傍下でプラズマを発生できるプラズマ照射装置７によってシリンダライナ２の外周面の全体に対してプラズマが照射される（表面活性化処理）。プラズマ照射は、シリンダブロック本体６との結合力強化を目的として、シリンダライナ２の外周面を活性化する表面活性化処理の１つであり、シリンダライナ２の外周面とシリンダブロック本体６との原子レベルでの結合を強固にする。このプラズマ照射によれば、シリンダライナ２の外周面５の酸化皮膜等の汚れの除去処理、同外周面５のアンカー効果を得るための粗面処理も同時に行われる。なお、上記プラズマ照射はＡｒガスなどの不活性ガス雰囲気中で行われることが望ましい。
【００３０】
つぎに、外周面５全体にプラズマが照射されたシリンダライナ２は、図示しないシリンダブロック鋳造型のシリンダボア位置に配置され、シリンダブロック本体６部分を構成するための鋳造用アルミニウム溶湯（例えば、ＪＩＳ規格  ＡＤＣ１２）が上記鋳造型内に充填される。これにより、シリンダライナ２は、図４に示すように、シリンダブロック１のシリンダボア位置に鋳包まれる（鋳造工程）。なお、このときシリンダライナ２の内外周面４，５では、鋳造用アルミニウム溶湯４ａによって微小孔３が閉塞される。
【００３１】
つぎに、溶湯が冷却した後、シリンダボア位置に鋳包まれたシリンダライナ２の内周面４に対して研削処理を施す。これにより、図１に示したように、シリンダライナ２の内周面４では、付着した鋳造用アルミニウム溶湯４ａによって閉塞された微小孔３が開口される。併せて、規定の軸心等の設計寸法も確保される。なお、上記研削処理としては、荒加工およびホーニング加工が施される。
【００３２】
以上に説明したシリンダブロックの製造方法においては、鋳造工程の前にシリンダライナ２の外周面５全体にプラズマ照射がなされており、外周面５が活性化される。また、プラズマ照射により、同外周面５の汚れおよび酸化皮膜が除去され、粗面化も行われる。これらのことから、シリンダライナ２の外周面５全体とシリンダブロック本体６との間では、アンカー効果および原子レベルでの結合力によって強力な接合状態が確立される。このため、シリンダライナ２の外周面５は、シリンダブロック内に強力に固定され、シリンダライナ２に設けられた多数の微小孔３に応力集中が発生し難くなる。
【００３３】
その結果、シリンダライナ２に設ける微小孔３の孔深さを深くすることができ、そうすることによってシリンダライナ２の内周面４における潤滑油保持性（耐スカッフ性）を高めることができる。
【００３４】
また、シリンダライナ２の外周面全体とシリンダブロック本体６との間で、原子レベルでの強力な接合状態が確立されることから、それらの間に隙間が形成され難くなる。このため、シリンダライナ２からシリンダブロック本体６への伝熱が促進され、シリンダライナ２は昇温し難くなる。この結果、シリンダライナ２内での潤滑油を適温に保つことができ、良好な潤滑状態を維持することができる。
【００３５】
また、シリンダライナ２単体で孔食処理、プラズマ照射を行うことができるので、孔食処理用装置、プラズマ照射用装置の小型化が図られる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、エンジンのシリンダブロックに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係るシリンダブロックを示す縦断面図である。なお、シリンダライナの断面を示すハッチングは省略している。
【図２】本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法における穿孔工程を説明する図であって、孔食処理が施されたシリンダライナを示す斜視図である。なお、シリンダライナの断面を示すハッチングは省略している。
【図３】本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法における表面活性化処理工程を説明する図であって、プラズマ照射装置によってシリンダライナにプラズマ照射がされている様子を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法における鋳造工程を説明する縦断面図である。なお、シリンダライナの断面を示すハッチングは省略している。
【符号の説明】
【００３８】
１  シリンダブロック
２  シリンダライナ
３  微小孔
４  シリンダライナの内周面
５  シリンダライナの外周面
６  シリンダブロック本体
７  プラズマ照射装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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