JPS60204805A

JPS60204805A - アルミ合金製エンジン構成部品の締付ボルト

Info

Publication number: JPS60204805A
Application number: JP6182684A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Suzuki; 俊輔鈴木; Masahiko Shioda; 正彦塩田; Akira Matsuyama; 晃松山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1984-03-29
Publication date: 1985-10-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上利用分野この発明は、アルミ合金製エンジン構成部品の締付ボル
トに関するもので６Ｄ、特にアルミ合金製シリンダーヘ
ッドボルト、アルミ合金製コンロッドキャップボルトな
どの高温環境下で使用されるボルトに関する。

従来技術従来のアルミ合金製エンジン構成部品の締付ボルトとし
ては、一般に広く用いられている鋼製のボルトがある（
内燃機関１０月号臨時増刊（１９７４年ｌθ月発行）参
照）。第１図に示すように、アルミ合金製のシリンダー
ヘッド２とシリンダーブロック３は、ガスケット４を間
に挾んで、鋼製のシリンダーヘッドボルト１によって強
固に締結されている。また、第２図に示すように、アル
ミ合金製のコンロッド本体７とコンロンドキャップ８と
は、クランクシャフトのまわｐに回動自在にコンロッド
ボルト６によって締結されている。

しかしながら、このような従来のアルミ合金製エンジン
構成部品の締付ボルトにあっては今後以下のような問題
点が生じる可能性がある。

すなわち、近年、エンジン高出力化設計に伴い、シリン
ダーヘッド２における熱的負荷はよシ過酷さを増してお
シ、この傾向は今後ますます増大していくことが予想さ
れるが、このような状況下では、高い熱膨張係数を有す
るアルミ合金製のシリンダーヘッド２においては、該シ
リンダーヘッド２を貫いて締結している、低い熱膨張係
数を有する鋼製のシリンダーヘッドボルト１のボルト座
面５にヘタリを生じることがある。一旦、高温環境下で
前記のへタリを生じると、エンジン停止時等、冷間にお
いて、シリンダーヘッド２とシリンダーブロック３の間
はへタリ分だけ締結がルーズとなシ、シリンダーヘッド
２とシリンダーブロック３間のガスケット４だけで完全
にシールすることができなくなり、結果として冷却水漏
れ及びブローバイガス漏れを惹起させる。

一方、アルミ合金製のコンロッドにおいても、低熱膨張
係数を有する鋼製のコンロッドボルト６によシ冷関時に
締結された高熱膨張係数を有するコンロッド本体Ｉ及び
コンロンドキャップ８は、高＠環境下での使用によりボ
ルト座面９にヘタリを生じることがある。一旦、高温環
境下でヘタリを生じると冷間時において、ガタを生じる
ことＫなシ、高速運動するコンロッドはその使用に耐え
ない。

発明の目的この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、アルミ合金製エンジン構成部品と該エンジン
構成部品の締付ボルトの熱膨張係数の差に由来する前記
締付ボルト座面のへタリ変形を防止し、冷却水漏れやブ
ローパイガス漏れを生じないアルミ合金製エンジンを得
、また、ガタを生じないコンロッドを得ることのできる
エンジン構成部品の締付ボルトを得ることを目的として
いる。

発明の構成本発明はかかる目的を達成するため、アルミ合金製エン
ジン構成部品を締結する締付ボルトを、急冷凝固法によ
シ得たアルミ合金粉末を静水圧成形した後、加熱し押し
出し成形した後、機械加工を施して形成したことを特徴
とするものでおる。

本発明においては、急冷凝固法は、その冷却速度が１０
”℃／ｅｃ以上であることを要する。

尚、本発明に係るエンジン構成部品締付ボルトに用いる
アルミ合金はｌ’Ｊ−ｔＪｉｎ系、もしくはｋｌ−Ｆｅ
系、更には、これらの合金において庵やＦｅは５へｌＯ
チ程度のものが望ましい。

実施例以下、本発明に係るエンジン構成部品締付ボルトをさら
に詳細に説明する。

第１表に、本発明に係るエンジン構成部品締付ボルトの
実施例３種と、該実施例と比較するためのボルト３種の
組成を示す。

本発明に係るエンジン構成部品締付ボルトを製造するに
は、まず第１表の実施例に示した組成を有するアルミ合
金粉末を製造する。前記アルは合金粉末はアトマイズ法
によ、９．１０”℃廓以上の冷却速度で急冷凝固して得
る。

第　１　表急冷凝固法としては、冷却速度が１０３℃廓以上であれ
ばよく、他の方法であるスプラットクーリング法でも、
また凝固の過程においてロールクエンチを介在させても
よい。

こうして得られた急冷凝固アルミ合金粉末をφ１００ｍ
ｍＸ　１００　ｃｍの円筒形状に２ｔｏｎ／ｃ＋＋Ｉの
圧力でもって冷間静水圧成形した後、Ｎ、ガス８曲気中
４００℃に加熱し、押出比２５でφ２５（財）の丸棒に
押し出し成形する。この押し出し成形体に所要の機械加
工を施し、本発明に係るエンジン構成部品締付ボルトを
得る。

尚、比較例ＡＩはＪＩＳ規格ＡＣ２Ａ材鋳遺品ボルト、
比較例Ａ２はＡＡ（アメリカアルミニウム協会）規格２
６１８材展伸材ボルト、比較例４３はＪＩＳ規格ＣＭ２
０鋼製ボルトである。

第１表には、本発明に係る実施例３種のボルトと、比較
例３１１のボルトの熱膨張係数と、２００℃Ｋかける引
張強さも示す。この２００℃における引張強さは、それ
ぞれ５回測定した際の平均値である。

上記のようにして得られた本発明に係るエンジン構成部
品締付ボルト社、アルミ合金製であるので、前記ボルト
で締付けるアルミ合金製エンジン構成部品に近い熱膨張
係数を有する。また急冷凝固法によシ得られたアルミ合
金粉末を用いたので、前記ボルトは結晶粒及び析出物が
微細でアシ、また溶製材にみられるような偏析がなく均
質な組織を有している。また、この方法によシ製造した
ボルトは、実施例Ａ３に示すように溶製法では含有させ
ることのできない量のＭｎ　、　Ｆｅを含有させること
ができる。このため、本発明に係るエンジン構成部品締
付ボルトは、すぐれた高温強度を有し、第１表に示すよ
うに前記ボルトは、実用アルミ合金中最高の高温強度を
有するＡＡ規格２６１８展伸材ポルトよりもすぐれた高
温特性を有する。

高温引張強さは、エンジン構成部品締付ボルトとしての
重要な因子であり、実験によれば２００℃の引張強さは
ａｓｋｇ／−以上必要であることが知られている。

第４図には、様々な凝固速度で得られた実施例Ａ３と同
じ組成を有するアルミ合金粉末を、上記の押し出し成形
により得られたエンジン構成部品締付ボルトの２００℃
における引張強さを示しておるが、冷却速度１０”　’
Ｃμ以上の冷却速度によシ得られたものは、それ以下の
冷却速度によシ得られたものよ〕も大幅に高温引張強さ
が高い。

第５図には、第１表に示した本発明に係る実施例３種と
比較例３種のエンジン構成部品締付ボルトについて、ヘ
タリ実験を行った結果を示す。実験法は、第３図に示す
ように、高さ方向にボルト通し穴を有するφ８０ａｕａ
Ｘ１５０−の円筒形状のＪＩＳ規格ＡＣ４Ｂ材鋳造アル
ミ合金塊１２の前記ボルト通し穴に１平座金１１を装着
したエンジン構成部品締付ボルト１０を通し、鋼製ナツ
ト１３で締付ける。前記締付ボルト１０と鋼製ナツト１
３の締付けは、室温にてｓ＋ｃｇ／−、ｌｏｋｇ／ｌｊ
、　１　ｓｋｇ／−の締付面圧で行い、その後２００℃
の温度に保持した後、室温まで冷却水することで強制へ
タリを生せしめた時のボルト締付面圧を測定するという
ものでおる。

第５図よ）わかるように、比較例屋３の鋼製ボルトでは
実験後の面圧が初期面圧よシ大きく低下しているのに対
して、アルミ合金製のボルトにおいては、比較的初期の
面圧を保持している。また、アルミ合金製のボルトの中
でも本発明に係る実施例４１．４２　、Ａ３のボルトは
、比較例ＡＩや比較例Ａ２に比べて初期面圧の保持とい
う点で非常に優れている。

第６図は、第１表に示した６種のボルトを４気筒ガソリ
ンエンジンのアルミシリンダーヘッドの締付ボルトとし
て使用し、アイドリンク２０分、４０００　ｒｐｍフル
ロード３０分、停止１０分を１サイクルとして、４００
時間前記サイクルを繰シ返した時の、ヘッド座面におけ
るヘタリ量を実測したものである。第６図かられかるよ
うに、比較例扁３の鋼製ボルトに比べ、本発明に係る実
施例のボルトはへタリ量が非常に小さい。一方、比較例
屋１、比較例４２のボルトはへタリ量は少ないものの、
高温強度が低く、ボルト自身が伸び変形し、このため締
付トルクが維持されず高温アイドリンク時においてガス
ケット部よシガス漏れが生じた。

また、アルミ合金製（ＡＡ規格２６１８材）のコンロッ
ドとコンロッドキャップの締結を第１表に示す６種のボ
ルトで行い、前記コンロッド及びコンロッドキャップを
用いたエンジンを用いて、前記と同様、アイドリンク２
０分、４０００　ｒｐｍフルロード３０分、停止１０分
を１サイクルとし、４００時間前記サイクルを繰）返す
実験をすると、比較例ム３のボルトを使用した場合、８
０時間でコンロッド本体のボルト貫通部より破壊した。

また北較例４１のボルトの場合は６時間、比較例Ａ３の
ボルトの場合線５３時間でボルトが折損した。これに対
して、本発明に係るボルトは、折損に至るまでの時間が
、実施例４１のボルトで１８０時間、実施例ム２のボル
トで３６０時間であった。実施例Ａ３のボルトにあって
は、４００時間経過後、コンロッドも前記ボルト自身も
破損せず前記エンジンは７［１ＩＩｌに動作した。

発明の詳細な説明してきたように、この発明によれば、その構成を
急冷凝固法により得たアルミ合金粉末を静水圧成形した
後、加熱し、押し出し成形した後、機械加工を施して形
成したアルミ合金製エンジン構成部品の締付ボルトとし
たため、アルミ合金製エンジン構成部品と咳エンジン構
成部品締付ボルトの熱膨張係数の差に由来するアルミ合
金製エンジン構成部品でのへタリ変形を防止し、更には
、このベタリ変形に起因する冷却水漏れやブローパイガ
ス漏れを生ぜず、また、ガタを生じないコンロッドを有
するアルミ合金製エンジンを得ルことができるという効
果が得られる。

そして、前記の急冷凝固法において、その冷却速度を１
０’℃廓以上にすると、前記締付ボルトによシ構成部品
を締結されたアルミ合金製エンジンは、よシいっそう著
しい上記の効果を有することが可能とな）、過酷な使用
にも耐え得るものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、組立状態におけるシリンダーヘッドとシリン
ダーブロックの斜視図、第２図は、組立状態におけるコ
ンロッドの斜視図、第３図はへクリ量を測定する実験器
具の側面図、第４図は押し出し成形前の急冷アルミ合金
粉未作成時の冷却速度と、その冷却速度で得られた急冷
アルミ合金粉末で作成したボルトの高温引張シ強さの関
係を示すグラフ、第５図は初期面圧と加熱冷却後の面圧
の関係を示すグラフ、第６図は本発明に係るエンジン構
成部品締付ボルトと比較例としてあげたボルトを実際の
エンジンに装着した時のへクリ量を示すグラフである。１・・・シリンダーヘッドボルト　２・・・シリンダー
ヘッド３・・・シリンダーブロック４・・・ガスケット
５．９・・・ボルト座面　６・・・コンロッドボルトＩ
・・・コンロッド本体　８・・・コンロンドキャップ１
０・・・エンジン構成部品締付ボルト　１１・・・平座
金１２・・・アルミ合金塊　１３・・・鋼製ナツト将浩
ぬ原冑人　日虚自勅車殊氏全社＜Ｃｔ里人　１？ｐ駁エ　ノこ　ｉｓ召　スこ第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）急冷凝固法によシ得たアルミ合金粉末を静水圧成
形し友後、加熱し、押し出し成形した後、機械加工を施
して形成したことを特徴とするアルミ合金製エンジン構
成部品の締付ボルト。
（２）　急冷凝固法は、冷却速度が１０”″ｃ／ｓｅｃ
以上であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のアルミ合金製エンジン構成部品の締付ボルト。