JP2002180104A

JP2002180104A - シリンダスリーブ及び内燃機関用シリンダブロック

Info

Publication number: JP2002180104A
Application number: JP2000372074A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Adachi; 修平安達; Masahiro Mihashi; 正博三橋; Kenji Araki; 健志荒木; Daisuke Nakao; 大介中尾
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2002-06-26

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】スリーブ内周面とメッキ層との結合面積の増加
で結合性を向上させ、熱伝達面積の増加でメッキ層に加
えられる燃焼ガスの熱を速やかに放熱可能で、メッキ層
の剥離を起こしにくいシリンダースリーブ。【解決手段】１５〜３８重量％のシリコン（Ｓｉ）を加
え平均粒径が２０〜１００μｍのアルミニウム合金粉末
を凝集固化し、急冷凝固粉末固化押し出し形成材料を用
いてスリーブ３を形成し、平均粒径が２０μｍ以下の初
晶シリコン（Ｓｉ）とし、このスリーブ３の内周面にア
ルカリエッチング処理をした後、メッキを施しアルミニ
ウム合金鋳造製のシリンダ本体２ａ内に配置して内燃機
関用シリンダブロック２を構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、シリンダスリー
ブ及び内燃機関用シリンダブロックに関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関には、アルミニウム合金製のス
リーブを、アルミニウム合金鋳造製のシリンダ本体に、
鋳包み、圧入、あるいは焼き嵌めにより配置し、スリー
ブ内面に所定のメッキを施すようにして製造する内燃機
関用シリンダブロックを備えるものがある。このように
スリーブ内周にメッキを施す場合、表面の酸化膜を除去
し、メッキ層のスリーブ内周面への結合性を高めること
がなされる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スリーブ部材は１２Ｓｉ−３Ｃｕ−アルミニウム材等の
材料を使用しており、エッチング処理を実施することに
より酸化膜は除去可能であるが表面は平滑なままであ
り、メッキ層のスリーブ内周面への結合性をより一層高
めることはできなかった。

【０００４】この発明は、かかる実情に鑑みてなされた
もので、スリーブ内周面とメッキ層との結合面積の増加
し結合性のより一層の向上が可能で、かつ熱伝達面積の
増加でメッキ層に加えられる燃焼ガスの熱を速やかに放
熱可能で、しかもメッキ層の剥離を起こしにくいシリン
ダスリーブ及び内燃機関用シリンダブロックを提供する
ことを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、かつ
目的を達成するために、この発明は、以下のように構成
した。

【０００６】請求項１に記載の発明は、『スリーブ基材
に１５〜３８重量％のシリコン（Ｓｉ）を加えた化学組
成をもつ急冷凝固粉末固化押し出し形成材料を用いてス
リーブを形成し、このスリーブの内周面にアルカリエッ
チング処理をした後、メッキを施したことを特徴とする
シリンダスリーブ。』である。

【０００７】請求項１に記載の発明によれば、スリーブ
基材のシリコン（Ｓｉ）含有量を１５〜３８重量％とし
た急冷凝固粉末を固化押し出し成形した材料を用いるこ
とにより、シリコン（Ｓｉ）粒径を十分小さくできるた
め、メッキの前処理であるアルカリエッチング工程にお
いて、メッキの析出が阻害されずメッキの密着性が確保
される。

【０００８】請求項２に記載の発明は、『アルミニウム
合金製のスリーブを、アルミニウム合金鋳造製のシリン
ダ本体内に配置して構成した内燃機関用シリンダブロッ
クであり、前記スリーブを構成するアルミニウム合金に
シリコン（Ｓｉ）を含有させ、このシリコン（Ｓｉ）を
平均粒径が２０μｍ以下の初晶シリコン（Ｓｉ）とし、
前記スリーブの内周面にアルカリエッチング処理をした
後、メッキを施したことを特徴とする内燃機関用シリン
ダブロック。』である。

【０００９】請求項２に記載の発明によれば、スリーブ
を構成するアルミニウム合金にシリコン（Ｓｉ）を含有
させ、このシリコン（Ｓｉ）を平均粒径が２０μｍ以下
の初晶シリコン（Ｓｉ）とし、スリーブの内周面にアル
カリエッチング処理することで、スリーブ内周面のシリ
コン（Ｓｉ）がアルカリエッチング処理で除去されて、
スリーブ内周面に凹凸が形成され、しかもシリコン（Ｓ
ｉ）粒子の平均粒径は小さいので、微細な凹凸を緻密に
形成でき、スリーブ内周面とメッキ層との結合面積が増
加し結合性のより一層の向上が可能で、凹凸によるアン
カー効果があり、さらに結合面積の増加で熱伝達面積が
増加し、メッキ層に加えられる燃焼ガスの熱を速やかに
放熱可能で、メッキ層の剥離を起こしにくい。

【００１０】請求項３に記載の発明は、『前記スリーブ
を構成するアルミニウム合金に、シリコン（Ｓｉ）を１
５〜３８重量％含有させたことを特徴とする請求項２に
記載の内燃機関用シリンダブロック。』である。

【００１１】請求項３に記載の発明によれば、スリーブ
を構成するアルミニウム合金に、シリコン（Ｓｉ）を１
５〜３８重量％含有させることで、シリコン（Ｓｉ）含
有量が多く、かつシリコン（Ｓｉ）粒子の平均粒径は小
さいので、より微細な凹凸を緻密に形成でき、スリーブ
内周面とメッキ層との結合面積が増加し結合性のより一
層の向上が可能である。

【００１２】請求項４に記載の発明は、『前記スリーブ
を平均粒径が２０〜１００μｍのアルミニウム合金粉末
を凝集固化して形成したことを特徴とする請求項２に記
載の内燃機関用シリンダブロック。』である。

【００１３】請求項４に記載の発明によれば、スリーブ
を平均粒径が２０〜１００μｍのアルミニウム合金粉末
を凝集固化して形成することで、より微細な凹凸を緻密
に形成でき、スリーブ内周面とメッキ層との結合面積が
増加し結合性のより一層の向上が可能である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明のシリンダスリー
ブ及び内燃機関用シリンダブロックの実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。

【００１５】この発明は、内燃機関用シリンダブロック
を備える水冷式あるいは空冷式の４サイクル内燃機関及
び２サイクル内燃機関に適用され、またスリーブは湿式
構造あるいは乾式構造に適用される。

【００１６】図１は水冷式４サイクル内燃機関の断面
図、図２は図１のII-II線に沿う断面図である。

【００１７】この内燃機関の一例として、図１及び図２
にスリーブが乾式構造の水冷式４サイクル内燃機関を示
すが、この発明はこの実施の形態に限定されない。

【００１８】車両の４サイクルエンジン１は、直列４気
筒エンジンが用いられる。４サイクルエンジン１のシリ
ンダブロック２は、シリンダ本体２ａとスリーブ３から
構成され、このスリーブ３にピストン４が往復動可能に
設けられている。このピストン４の往復動でコンロッド
５を介してクランク室７に配置された図示しないクラン
ク軸が回転する。シリンダブロック２にはシリンダヘッ
ド６が設けられ、ボルト８によりシリンダブロック２に
締付固定されている。ピストン４には、ピストンリング
４ｂが設けられている。シリンダヘッド６にはヘッドカ
バー８０が設けられている。

【００１９】シリンダブロック２のスリーブ３、ピスト
ン４の頭部４ａと、シリンダヘッド６とで燃焼室１２が
形成されている。シリンダヘッド６には燃焼室１２に臨
むように点火プラグ８６が取り付けられている。

【００２０】また、シリンダヘッド６には吸気通路１３
と排気通路１４が形成され、吸気通路１３には集合吸気
管１５が接続される。また、排気通路１４には集合排気
管１６が接続される。

【００２１】吸気通路１３の燃焼室１２に臨む開口部は
吸気弁１８で開閉され、排気通路１４の燃焼室１２に臨
む開口部は排気弁１９で開閉される。吸気弁１８及び排
気弁１９のタペット３０，３１には、カム軸３２，３３
のカム３２ａ，３３ａが当接しており、カム軸３２，３
３の回転によってカム３２ａ，３３ａがタペット３０，
３１を介して吸気弁１８及び排気弁１９を押動し、これ
により吸気通路１３と排気通路１４を開閉する。

【００２２】シリンダブロック２のシリンダ本体２ａに
は水ジャケット２０が形成され、この水ジャケット２０
に連通してシリンダヘッド６に水ジャケット２１が形成
されている。この水ジャケット２０，２１の冷却水によ
り燃焼室１２の周りを冷却するようになっており、スリ
ーブ３が乾式構造である。

【００２３】図３にスリーブが湿式構造の水冷式４サイ
クル内燃機関を示し、水ジャケット２０の冷却水により
燃焼室１２の周りを冷却すると共に、冷却水によりスリ
ーブ３を直接冷却するようになっている。水ジャケット
２０の下部には、シリンダ本体２ａとスリーブ３との間
にＯリング８５を設けてシールしている。

【００２４】次に、内燃機関用シリンダブロックの製造
について説明する。図４は内燃機関用シリンダブロック
の製造工程を示す図である。

【００２５】急冷凝固粉末材料を形成し（ステップＳ
１）、この急冷凝固粉末材料を冷間静水圧プレスしてス
リーブ素材（ビレット）を成形し（ステップＳ２）、真
空焼結する（ステップＳ３）。その後、加熱・熱間押し
出し、スリーブ中空素形材を形成し、冷却する（ステッ
プＳ４）。必要に応じて熱処理し、このスリーブ中空素
形材を切断・加工し（ステップＳ５）、スリーブ３を形
成する。このスリーブ３をシリンダ本体２ａに鋳包み
（ステップＳ６）、焼鈍（ステップＳ７）、メッキを行
ない（ステップＳ８）、ホーニング処理する（ステップ
Ｓ９）。

【００２６】ステップＳ１における急冷凝固粉末材料
は、例えばアルミニウム（Ａ１）の基材に対してシリコ
ン（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）及びその他の成分を含有させた
アルミニウム合金のインゴットを準備して、これを約７
００℃以上で溶解してから、霧状に散布して冷却速度１
００℃／ｓｅｃ以上で急激に冷やして凝固させること
で、アルミニウム合金の急冷凝固粉末（パウダーメタ
ル）として形成する。

【００２７】スリーブ素材（ビレット）を形成するため
のアルミニウム合金粉末材料としては、例えば、初晶シ
リコンの平均粒径が２０μｍ以下であるシリコン（Ｓ
ｉ）を１５〜３８重量％の範囲で含むようなアルミニウ
ム合金の急冷凝固粉末が使用される。

【００２８】このようなアルミニウム合金の急冷凝固粉
末として、アルミニウム（Ａｌ）を基材とし、全体中
に、シリコン（Ｓｉ）を１５〜３８重量％、鉄（Ｆｅ）
を１．５重量％以下、銅（Ｃｕ）を６．８重量％以下、
マグネシウム（Ｍｇ）を０．２〜２重量％、マンガン
（Ｍｎ）を１．５重量％以下、クロム（Ｃｒ）を０．４
重量％以下、亜鉛（Ｚｎ）を０．３重量％以下の範囲で
含むようなものがある。

【００２９】このようなＪＩＳに規定の２０００番台あ
るいは６０００のアルミニウム合金をベースにＳｉ含有
量を増加させて１５〜３８重量％としたアルミニウム合
金の急冷凝固粉末の含有成分において、シリコン（Ｓ
ｉ）は、金属組織中に硬質の初晶や共晶のシリコン粒を
晶出させることで耐摩耗性及び耐焼付性を高めるために
添加され、鉄（Ｆｅ）は、金属組織を分散強化して２０
０℃以上で高い強度を得るために添加され、また、銅
（Ｃｕ）及びマグネシウム（Ｍｇ）は、２００℃以下で
の強度を高めるために添加されるものであって、それら
の添加量については、前記の範囲で所望の耐摩耗性や耐
焼付性及び高温での必要な強度を得ることができる。

【００３０】前記のようなアルミニウム合金の急冷凝固
粉末を固化したスリーブ素材では、溶解したアルミニウ
ム合金を霧状に散布して急冷凝固させることにより粉末
化しているため、アルミニウム合金粉末は平均粒径で約
２０〜１００μｍ程度となり、その中に含まれているシ
リコン（Ｓｉ）は、粉末化しつつ凝固するアルミニウム
合金の金属組織中に晶出させた硬質の初晶シリコン（Ｓ
ｉ）が平均粒径が２０μｍ以下となるように微細化され
ていて、各アルミニウム合金粒子毎に分散されている。

【００３１】ステップＳ２において、一方あるいは複数
方向に開放口を有する型内に上記アルミニウム合金の急
冷凝固粉末材を込め、エアー抜きしつつプランジャーを
開放口から型内に挿入し、しかる後プランジャーと型と
を水密状態に保ったまま、プランジャーに静水圧を負荷
する、静水圧プレスが実施され、急冷凝固粉末材料が固
められる。

【００３２】ステップＳ３において、予固めされた急冷
凝固粉末材料が燒結型内に収容され、型内部の真空引き
が実施されるとともに加熱加圧され、空気の混入のほと
んど無いより緻密な固形塊とされる。

【００３３】ステップＳ４において、押し出し型に固形
塊が収容されて加熱され、押し出し型の口金部から中空
の丸棒状すなわち中空素形状に押し出され、冷却された
部分で切断されて、所定長の中空丸棒とされる。なお、
このステップＳ４において、押し出し・冷却後のスリー
ブ中空素形材の硬度をロックウェル硬度（ＨＲＢ）４０
以上となるように工程上のパラメータを調整する。

【００３４】ステップＳ５において、スリーブ素材長さ
に切断され、内外形及び端部が加工されて、鋳包み用ス
リーブが形成される。

【００３５】ステップＳ６におけるスリーブ３のシリン
ダ本体２ａへの鋳包みは、スリーブ３を鋳包むシリンダ
ダイカスト成形が実施される。この場合の鋳包みはスリ
ーブ３を金型内に収容し、スリーブ内周の一部を支持部
材で支えた状態で、金型とスリーブ外周との間の空隙
に、所定のアルミニウム合金の溶湯を高圧で導くことに
より行う。そしてシリンダブロック２の各部及びシリン
ダボアの機械加工が実施される。

【００３６】スリーブの鋳包み前にスリーブ外周面に凹
凸を形成することにより、運転中の母材とスリーブの熱
膨張率の違いにより締め付け力が低下しても、スリーブ
の抜けを確実に防止できる。このようなスリーブ外周面
の凹凸は、ビレットを押し出し成形する際は、押し出し
速度と温度などの成形条件を調整することにより、人工
的に微細なクラックを形成することができる。またショ
ットブラストを用いることも可能である。ショットブラ
スト以外にも他の機械加工あるいはスリーブ全体の酸洗
い（エッチング）等により形成することができる。ま
た、ショットブラスト等によりスリーブ外周に凹凸を形
成して母材との接合性を高める方法に代えて、低融点半
田を用いてスリーブと母材とを接合しスリーブの抜け防
止を図ってもよい。

【００３７】ここでショットブラストとは、粒径が５０
〜１５０μｍの鋼球、超硬ビーズ、ステンレス鋼球、亜
鉛ビーズ、ガラスビーズや、粒径はもう少し大きい石英
を多く含む川砂等を、投射機で、例えば４０〜８０ｍ／
ｓの投射速度でワークを投射するものを言う。

【００３８】ステップＳ７において焼鈍が実施される。
この焼鈍後のスリーブ３の硬度をロックウェル硬度（Ｈ
ＲＢ）４０以上となるように熱処理条件を調整する。

【００３９】ステップＳ８におけるメッキ処理は、スリ
ーブ内面のメッキであり、基本的には、脱脂処理、アル
カリエッチング処理、混酸エッチング処理からなる前処
理と、下地処理のアルマイト処理と、複合メッキ処理の
５つの工程からなり、各工程の後に水洗処理が施され
る。

【００４０】水洗処理は各工程ごとに別々の２つの水槽
を用いて、シリンダブロック全体を順番に２つの水槽内
に浸漬し上下に動かして前工程の処理液を除去する。水
槽内の水は定期的に新しい清浄な水と交換される。各水
洗処理終了後に次の工程への移動はできるだけ速やかに
行い、表面に水膜がついている状態で次の処理を行い、
処理部への塵挨等の付着や空気中の酸素が直接触れるこ
とを防止して酸化膜の形成等を防止し、後の工程での処
理の信頼性を高めることができる。

【００４１】そして以上のメッキ処理（ステップＳ８）
の後、ホーニング（ステップＳ９）でスリーブ内周面の
メッキ層にホーニング仕上げを施し、メッキ皮膜の厚み
を望ましくは約５０μｍ、場合によっては２０μｍ〜１
００μｍとするとともに、メッキ層の面粗さを１．０μ
ｍＲｚ以下にする。これにより、確実にメッキ層表面を
滑らかにすることができてピストン４及びピストンリン
グ４ｂの摺動時の摩擦係数を小さくすることができると
ともに、エンジンオイルの保持性が向上し潤滑性を向上
させることができる。なお、ＲｚとはＪＩＳ規格のＢ０
６０１に定められたものである。

【００４２】この発明の実施の形態では、アルミニウム
合金製のスリーブ３を、アルミニウム合金鋳造製のシリ
ンダ本体２ａに鋳包んだ内燃機関用シリンダブロック２
であるが、圧入、焼き嵌めによって配置しても良い。

【００４３】従来のスリーブ基材には、溶製押し出し材
が用いられ、この溶製押し出し材は比較的低いシリコン
含有量をもち、熱膨張係数は周囲のシリンダ本体のアル
ミニウム鋳物材料と同等かそれ以下であり、このシリン
ダブロックを製造する際、スリーブ基材をアルミニウム
ダイカスト鋳物によって鋳込む際に、鋳物材が凝固する
過程において、スリーブ基材とアルミニウム鋳物の間に
隙間が生じ、このために後工程における内径研削加工時
の精度が悪化することがあリ、さらに隙間の存在は、熱
伝導性が部分的に悪くなることから、スリーブの円筒
度、真円度などの形状の悪化を招き、オイル消費の増
大、性能の劣化の原因となっている。

【００４４】このようにシリコン（Ｓｉ）含有量を１５
〜３８重量％としたアルミニウム合金鋳物を使用するこ
とがスリーブ基材とアルミニウム鋳物の間に隙間が生じ
させないことで有効であるが、通常の鋳物材料では初晶
Ｓｉ粒が数１０μｍ以上にもなってしまうため、表面に
めっき層を形成しようとしても、密着性が悪く、加工時
にめっき剥離を生じることがあるだけでなく、運転中に
もめっき剥離を生じるなど充分な耐久性が得られない。

【００４５】このためスリーブ３は平均粒径が２０〜１
００μｍのアルミニウム合金粉末を凝集固化して形成す
ることで、このシリコン（Ｓｉ）を平均粒径が２０μｍ
以下の初晶シリコン（Ｓｉ）としている。メッキの前処
理であるアルカリエッチング工程において、シリコン
（Ｓｉ）粒径が２０μｍ以下と十分小さいために、Ｎｉ
−Ｐメッキの析出が阻害されない。このためメッキの密
着性を確保することができる。

【００４６】このように、スリーブ３を構成するアルミ
ニウム合金にシリコン（Ｓｉ）を含有させ、このシリコ
ン（Ｓｉ）を平均粒径が２０μｍ以下の初晶シリコン
（Ｓｉ）とし、スリーブ３の内周面にアルカリエッチン
グ処理することで、スリーブ内周面のシリコン（Ｓｉ）
がアルカリエッチング処理で除去されて、スリーブ内周
面に凹凸が形成され、しかもシリコン（Ｓｉ）粒子の平
均粒径は小さいので、微細な凹凸を緻密に形成でき、ス
リーブ内周面とメッキ層との結合面積が増加し結合性の
より一層の向上が可能で、凹凸によるアンカー効果があ
り、さらに結合面積の増加で熱伝達面積が増加し、メッ
キ層に加えられる燃焼ガスの熱を速やかに放熱可能で、
メッキ層の剥離を起こしにくい。

【００４７】また、スリーブ３を構成するアルミニウム
合金に、シリコン（Ｓｉ）を１５〜３８重量％含有させ
ることで、シリコン（Ｓｉ）含有量が多く、かつシリコ
ン（Ｓｉ）粒子の平均粒径は小さいので、より微細な凹
凸を緻密に形成でき、スリーブ内周面とメッキ層との結
合面積が増加し結合性のより一層の向上が可能である。

【００４８】また、スリーブ３を構成するアルミニウム
合金には、前記したようにシリコン（Ｓｉ）を１５〜３
８重量％含有させ、スリーブ３の線膨張係数を１５〜２
２（２００℃にて）とし、シリンダ本体２ａの線膨張係
数より小さく（例えば、ＪＩＳダイカスト用アルミニウ
ム合金ＡＤＣ１２の線膨張係数２０（２００℃にて）
と）し、スリーブ３の線膨張係数をシリンダ本体２ａの
線膨張係数より少なくとも１０％小さな値にしている。

【００４９】したがって、アルミニウム合金製のスリー
ブ３を、アルミニウム合金鋳造のシリンダ本体２ａに鋳
包む場合、スリーブ３の外周にシリンダ本体２ａ側の溶
湯が取り囲み、スリーブ３が加熱されて熱膨張する一
方、シリンダ本体２ａが湯込め後次第に冷却されるに伴
ってスリーブ３も冷却されて熱収縮し、シリンダ本体２
ａ側の溶湯は、冷却凝固するとき収縮し、さらに温度が
低下するに伴って熱収縮するが、シリコン（Ｓｉ）を１
５〜３８重量％含有させ、スリーブ３の線膨張係数をシ
リンダ本体２ａの線膨張係数より少なくとも１０％小さ
な値であり、シリンダ本体２ａ側の凝固収縮及び凝固後
の熱収縮によるスリーブ締め付け力が緩和されず、スリ
ーブ３とシリンダ本体２ａとの間に隙間が生じない。

【００５０】また、スリーブ基材に、アルミニウム合金
にシリコン（Ｓｉ）を加えた化学組成をもつ急冷凝固粉
末固化押し出し形成材料を用いて押出加工により形成
し、この押出加工条件、例えば押出速度、温度等を調整
することによって中空丸棒、高さ０．１〜２ｍｍの長さ
方向に平行な連続した突起を形成する、あるいは及び、
表面に深さ１０μｍ〜１ｍｍの微小クラックを一様に分
布させ、スリーブに加工した後も外周表面に突起、ある
いは及び微小クラックを残すようにすることで、シリン
ダ本体２ａとの接合を強固にし、かつ熱の伝達を均一に
することができる。

【００５１】また、運転状態においてもスリーブ３の温
度は鋳包む時の温度（アルミニウム合金の溶融温度に近
い値）より低くなるが（空冷、水冷がなされるので、１
００℃〜３００℃程度）、シリコン（Ｓｉ）を１５〜３
８重量％含有させ、スリーブ３の線膨張係数をシリンダ
本体２ａの線膨張係数より少なくとも１０％小さな値で
あり、スリーブ締め付け力が維持され、スリーブ３とシ
リンダ本体２ａとの間で隙間が発生することがなく、ス
リーブ内周の円筒度、真円度が維持され、スリーブ３円
周表面からの熱は、メッキ層、スリーブ３本体内を経て
シリンダ本体側へ良好に熱伝達されるのでホットスポッ
トができにくく、ピストン４との焼き付きを防止するこ
とができる。

【００５２】また、鋳包み完了後（常温状態）、所定の
メッキを施し、ホーニング仕上げをしてスリーブ３内周
の円筒度、真円度を上げて、シリンダブロック２にクラ
ンク軸やピストン等を組み付け、さらにシリンダヘッド
６をボルト８により締結して内燃機関として組み立て完
了した後、内燃機関を運転すると、スリーブ３が熱膨張
し、この時シリンダヘッド６がボルト締結されるスリー
ブ外周のシリンダ本体２の複数のボルト穴回りは剛性が
上がり、熱膨張に抵抗する一方、スリーブ外周のボルト
穴の中間部となるシリンダ本体２ａは熱膨張に対しての
抵抗性は小さいが、シリコン（Ｓｉ）を１５〜３８重量
％含有させ、スリーブ３の線膨張係数をシリンダ本体２
ａの線膨張係数より１０％小さな値であり、スリーブ３
が熱膨張が小さくてスリーブ内周の円筒度、真円度が維
持され、ピストンリング４ｂによる燃焼室１２とクラン
ク室７との隔離性が向上し、オイル消費量の増大、燃焼
ガスの吹き抜けによる燃費悪化、オイル劣化を防止する
ことができる。

【００５３】実施例としては、スリーブ基材に、ＪＩＳ
２０００系またはＪＩＳ６０００系の基本化学成分に２
５重量％のシリコン（Ｓｉ）を加えた化学組成をもつ急
冷凝固粉末固化押し出し形成材料を用いるときの製造工
程を、図４の工程によって製造した。

【００５４】このＪＩＳ２０００系をベースとし過共晶
組成となる量のシリコン（Ｓｉ）を加えたアルミニウム
合金の急冷凝固粉末は、アルミニウム（Ａｌ）を基材と
し、全体中に、シリコン（Ｓｉ）を１５〜３８重量％、
鉄（Ｆｅ）を１．５重量％以下、銅（Ｃｕ）を１．５〜
６．８重量％、マグネシウム（Ｍｇ）を１．８重量％以
下、マンガン（Ｍｎ）を０．２〜１．２重量％、クロム
（Ｃｒ）を０．１重量％以下、亜鉛（Ｚｎ）０．３重量
％以下、チタン（Ｔｉ）０．２重量％以下とした。

【００５５】このＪＩＳ６０００系をベースとし過共晶
組成となる量のシリコン（Ｓｉ）を加えたアルミニウム
合金の急冷凝固粉末は、アルミニウム（Ａｌ）を基材と
し、全体中に、シリコン（Ｓｉ）を１５〜３８重量％、
鉄（Ｆｅ）を１．０重量％以下、銅（Ｃｕ）を０．４重
量％以下、マグネシウム（Ｍｇ）を０．３５〜１．５重
量％以下、マンガン（Ｍｎ）を０．８重量％以下、クロ
ム（Ｃｒ）を０．３５重量％以下、亜鉛（Ｚｎ）０．２
５重量％以下、チタン（Ｔｉ）０．１５重量％以下とし
た。

【００５６】実施例１は、ＪＩＳ６０００系で６０６１
−２５Ｓｉ急冷凝固粉末固化押し出し材をスリーブ基材
として、この内面にＮｉ−Ｐ−ＳｉＣ分散複合メッキを
施した。

【００５７】実施例２は、ＪＩＳ６０００系で６０６１
＋２〜４Ｆｅ−２５Ｓｉ急冷凝固粉末固化押し出し材を
スリーブ基材として、この内面にＮｉ−Ｐ−ＳｉＣ分散
複合メッキを施した。

【００５８】実施例３は、ＪＩＳ２０００系で２０１７
または２０２４−２５Ｓｉ急冷凝固粉末固化押し出し材
をスリーブ基材として、この内面にＮｉ−Ｐ−ＳｉＣ分
散複合メッキを施した。

【００５９】この実施例では、オイル消費量低減はシリ
ンダ変形の改善であり、これに鋳包み後スリーブ密着を
改善することに着目した。スリーブ密着の改善には、低
線膨張係数スリーブ材へ変更することに着目し、通常の
低線膨張係数材は鉄系から軽量、熱伝達良好材の選定を
行ない、アルミニウム複合材とした。

【００６０】このスリーブ材の物性、機械的性質を比較
して表１に示し、低線膨張係数アルミニウムを基材と
し、内表面に硬質皮膜を形成したスリーブであり、表１
に示すようにスリーブ基材の線膨張係数αを１２Ｓｉ−
３Ｃｕのアルミニウム合金材、シリンダ本体ＡＤＣ１２
と比較して低減した。鋳包み材であるシリンダ本体ＡＤ
Ｃ１２の線膨張係数との比率は０．８５であり、スリー
ブの鋳包み時の締め付け変形が改善された。

【００６１】

【表１】また、２５０℃×１時間の加熱後除冷する焼鈍により鋳
包み時の界面隙間が表２に示すように減少する。スリー
ブの円周方向に８箇所でスリーブとシリンダ本体との界
面隙間を測定した。ボアＮｏ４のものは異常として金型
冷却を停止する。

【００６２】

【表２】鋳包み時の界面隙間が減少すると、表１に示すように、
ライナー基材のヤング率が向上し、ホーニング後のシリ
ンダの真円度、円筒度が改善され、ピストンリングの追
従性、シール性が改善される。

【００６３】また、鋳包み時の界面隙間が減少すると、
熱伝達性の均一化と改善が行なわれ、運転中の局部変形
の改善が可能になり、ホーニング後のシリンダの真円
度、円筒度が改善され、ピストンリングの追従性、シー
ル性が改善され、オイル消費の改善された。

【００６４】前記実施例１乃至実施例３において、急冷
凝固粉末固化押し出し形成材料を用いて押出加工し、こ
の押出加工条件、例えば押出速度、温度等を調整するこ
とによって、図５に示すように、スリーブ基材の外表面
に、高さ０．１〜２ｍｍの長さ方向に平行な連続した突
起１００を形成すると共に、表面に深さ１０μｍ〜最大
でスリーブ基材厚さの２０％の微小クラック１０１を一
様に分布させた。

【００６５】図６はスリーブ表面き烈深さとスリーブ強
度及び界面隙間の関係を示す図であり、表面に深さ１０
μｍ〜１ｍｍがスリーブ強度が大きく、界面隙間を小さ
くすることができ烈深さの最適範囲であり、この深さ１
０μｍ〜１ｍｍの微小クラック１０１を一様に分布させ
ることで、鋳物のシリンダ本体２ａとの接合を強固に
し、かつ熱の伝達を均一にすることができる。

【００６６】前記実施例１乃至実施例３において、リン
及び共析物を含むニッケル系の分散メッキを高速で行な
い、ニッケル（Ｎｉ）−リン（Ｐ）−シリコンカーバイ
ト（ＳｉＣ）の分散メッキを高速で行うものであるが、
このＮｉ−Ｐ−ＳｉＣ分散メッキは、次のような性質を
有する。

【００６７】スリーブ３の内周面にＮｉ−Ｐ−ＳｉＣ分
散メッキを施した場合に、スリーブ３の内周面に、図７
に示すようなＮｉ−Ｐマトリックス５１及びＳｉＣの共
析粒子５２を含むメッキ膜５０が形成される。このメッ
キ膜５０の表面には、潤滑のためにホーニング目からな
るオイルポケット５３が形成される（図７（ａ））が、
さらに、運転によるピストン５の摺動が繰り返される
と、図７（ｂ）のように、硬いシリコンカーバイト（Ｓ
ｉＣ）の共析粒子５２は残つてＮｉ−Ｐマトリックス５
１が摩耗することにより、新たなオイルポケット５４が
生じる。従つて、長期間にわたつてオイル潤滑を良好に
行わせることができる。

【００６８】また、温度とメッキ硬度との関係を、上記
のＮｉ−Ｐ−ＳｉＣ分散メッキと、Ｎｉ−ＳｉＣ分散メ
ッキと、ハードクロムメッキとについて調べると、Ｎｉ
−Ｐ−ＳｉＣ分散メッキは、とくに３５０℃程度で熱処
理すれば、ハードクロムメッキよりも硬度が高く、リン
（Ｐ）を含まないＮｉ−ＳｉＣ分散メッキと比べると硬
度が大幅に高められる。このことから、リンを含有させ
ることで熱処理後の硬度が高められることがわかる。

【００６９】この実施例では、板状試験片にメッキを施
したものについてやすり試験、ドリル孔あけ試験、加熱
急冷試験等によりメッキの密着性を評価したところ、溶
製材に比べ明らかに密着性が向上していることが確認さ
れた。また、内燃機関の耐久試験を行なったところ、出
力性能を維持したまま、オイル消費量が、従来の約１／
２に低減することが確認され、メッキ剥離等のトラブル
はまったく発生しなかった。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明では、スリーブ基材のシリコン（Ｓｉ）含有量を１
５〜３８重量％とした急冷凝固粉末を固化押し出し成形
した材料を用いることにより、シリコン（Ｓｉ）粒径を
十分小さくできるため、メッキの前処理であるアルカリ
エッチング工程において、メッキの析出が阻害されずメ
ッキの密着性が確保される。

【００７１】請求項２に記載の発明では、スリーブを構
成するアルミニウム合金にシリコン（Ｓｉ）を含有さ
せ、このシリコン（Ｓｉ）を平均粒径が２０μｍ以下の
初晶シリコン（Ｓｉ）とし、スリーブの内周面にアルカ
リエッチング処理することで、スリーブ内周面のシリコ
ン（Ｓｉ）がアルカリエッチング処理で除去されて、ス
リーブ内周面に凹凸が形成され、しかもシリコン（Ｓ
ｉ）粒子の平均粒径は小さいので、微細な凹凸を緻密に
形成でき、スリーブ内周面とメッキ層との結合面積が増
加し結合性のより一層の向上が可能で、凹凸によるアン
カー効果があり、さらに結合面積の増加で熱伝達面積が
増加し、メッキ層に加えられる燃焼ガスの熱を速やかに
放熱可能で、メッキ層の剥離を起こしにくい。

【００７２】請求項３に記載の発明では、スリーブを構
成するアルミニウム合金に、シリコン（Ｓｉ）を１５〜
３８重量％含有させることで、シリコン（Ｓｉ）含有量
が多く、かつシリコン（Ｓｉ）粒子の平均粒径は小さい
ので、より微細な凹凸を緻密に形成でき、スリーブ内周
面とメッキ層との結合面積が増加し結合性のより一層の
向上が可能である。

【００７３】請求項４に記載の発明では、スリーブを平
均粒径が２０〜１００μｍのアルミニウム合金粉末を凝
集固化して形成することで、より微細な凹凸を緻密に形
成でき、スリーブ内周面とメッキ層との結合面積が増加
し結合性のより一層の向上が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】スリーブが乾式構造の水冷式４サイクル内燃機
関の断面図である。

【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。

【図３】スリーブが湿式構造の水冷式４サイクル内燃機
関の断面図である。

【図４】内燃機関用シリンダブロックの製造工程を示す
図である。

【図５】スリーブ基材の外表面の状態を示す図である。

【図６】スリーブ表面き烈深さとスリーブ強度及び界面
隙間の関係を示す図である。

【図７】Ｎｉ−Ｐ−ＳｉＣ分散複合メッキを示す図であ
る。

【符号の説明】

１水冷式４サイクル内燃機関２内燃機関用シリンダブロック２ａシリンダ本体３スリーブ４ピストン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｃ 21/02 Ｃ２２Ｃ 21/02 Ｃ２５Ｄ 15/02 Ｃ２５Ｄ 15/02 ＦＦ０２Ｆ 1/00 Ｆ０２Ｆ 1/00 ＣＧＦ (72)発明者荒木健志静岡県磐田市新貝2500番地ヤマハ発動機株式会社内 (72)発明者中尾大介静岡県磐田市新貝2500番地ヤマハ発動機株式会社内Ｆターム(参考） 3G024 AA22 AA25 AA26 AA28 FA01 GA02 GA08 GA14 GA16 HA07 HA19 HA20 4K018 AA16 BA08 BD10 EA33 FA14 FA23 HA03 JA34 KA02 KA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スリーブ基材に１５〜３８重量％のシリコ
ン（Ｓｉ）を加えた化学組成をもつ急冷凝固粉末固化押
し出し形成材料を用いてスリーブを形成し、このスリー
ブの内周面にアルカリエッチング処理をした後、メッキ
を施したことを特徴とするシリンダスリーブ。
【請求項２】アルミニウム合金製のスリーブを、アルミ
ニウム合金鋳造製のシリンダ本体内に配置して構成した
内燃機関用シリンダブロックであり、前記スリーブを構成するアルミニウム合金にシリコン
（Ｓｉ）を含有させ、このシリコン（Ｓｉ）を平均粒径
が２０μｍ以下の初晶シリコン（Ｓｉ）とし、前記スリーブの内周面にアルカリエッチング処理をした
後、メッキを施したことを特徴とする内燃機関用シリン
ダブロック。
【請求項３】前記スリーブを構成するアルミニウム合金
に、シリコン（Ｓｉ）を１５〜３８重量％含有させたこ
とを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用シリンダブ
ロック。
【請求項４】前記スリーブを平均粒径が２０〜１００μ
ｍのアルミニウム合金粉末を凝集固化して形成したこと
を特徴とする請求項２に記載の内燃機関用シリンダブロ
ック。