WO2009014107A1 - シリンダブロックおよびその製造方法 - Google Patents

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iron
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powder
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Motoharu Tanizawa
Kyoichi Kinoshita
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Toyota Industries Corp
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B33/00—Honing machines or devices; Accessories therefor
    • B24B33/02—Honing machines or devices; Accessories therefor designed for working internal surfaces of revolution, e.g. of cylindrical or conical shapes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0009—Cylinders, pistons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/08—Casting in, on, or around objects which form part of the product for building-up linings or coverings, e.g. of anti-frictional metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders

Definitions

  • the present invention relates to a cylinder block used for an engine, a compressor and the like and a method for manufacturing the same.
  • cylinder liners which are the sliding surfaces of the inner wall of the cylinder into which the biston is inserted, are made of a single material.
  • an engine cylinder liner was formed from a graphite pig iron sleeve press-fitted into an aluminum alloy (A1 alloy) cylinder block body.
  • A1 alloy aluminum alloy
  • a working fluid having lubricity may be used, and a cylinder liner is formed as it is on the cylinder block body made of A1 alloy.
  • Patent Document 1 discloses a cylinder block in which an iron-based porous sintered body is inserted into a portion constituting a cylinder liner with an A1 alloy. As a result, the weight and weight are improved and the durability and durability are improved.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3 8 0 0 5 1 0 Disclosure of Invention
  • the surface of the cylinder liner has a cross-hat with a depth of about several ⁇ ⁇ .
  • the hounds are regularly formed in a certain direction.
  • This cross-hatch line prevents the lubricating oil from running out of the sliding biston and suppresses the consumption of the lubricating oil.
  • the cylinder liner when the cylinder block as described in Patent Document 1 is used, the cylinder liner generally has a two-phase structure of an iron part sintered with iron powder and an A1 alloy part impregnated. Since grinding of the A1 alloy is basically difficult, it is difficult to form cross-hatch lines with good surface properties in such a two-phase cylinder liner. For example, if honing is performed under conventional processing conditions, burrs and force erection may occur at the edge of the cross-hatch streak. Such burrs and force erections can block the oil reservoirs of the streaks that have been formed, and can cause the cylinder liner to be baked into the cylinder liner because of the burrs. In any case, poor surface properties of the cylinder liner can produce undesirable results.
  • the object of the present invention is to provide a method of manufacturing a cylinder block that can form a cross-hatch line with good surface properties even with a cylinder liner in which an iron-based porous sintered body is impregnated with an A1 alloy. And It is also intended to provide a cylinder block manufactured thereby.
  • a cross hatch mark is formed on a cylinder liner that is an inner cylinder surface of the cylinder in which a biston fitted in a cylinder provided in the cylinder block can come into sliding contact.
  • the cylinder liner includes a cylindrical iron-based porous sintered body obtained by heating and sintering a powder molded body obtained by pressure-forming iron powder containing iron as a main component, and an outer periphery of the iron-based porous sintered body.
  • the first grindstone in which the diamond abrasive grains having the first roughness are solidified is rotated up and down in the axial direction of the cylinder liner while rotating.
  • a grinding process and a second grinding process in which the second grinding wheel solidified with cubic boron nitride (CBN) abrasive grains finer than the first roughness is moved up and down in the axial direction of the cylinder liner while rotating.
  • a cylinder liner having cross hatch marks is obtained.
  • the cylinder liner is made of an iron-based porous sintered body and an A1 alloy impregnated in the gap, the cross-hatch streak with good surface properties A cylinder liner is obtained. Specifically, when observing a hoisted cylinder liner, there is no Paris or force erection around each cross-hatch-like streak, and it is equivalent to the case where a conventional graphite pig iron sleeve is honed. Good surface properties were obtained.
  • Such an excellent effect of the present invention cannot be obtained simply by performing the two-stage process of the first grinding process and the second grinding process, and moreover, the abrasive grains in the second grinding process than in the first grinding process. It cannot be obtained by just using a fine grindstone.
  • the material of the abrasive grains is generally a ceramic material such as silicon carbide (S i C) or aluminum oxide (A 1 2 0 3 ), but these are not used in the present invention.
  • Si C silicon carbide
  • a 1 2 0 3 aluminum oxide
  • diamond and CBN are selected, and they are used for houng processing in the order of diamond wheel ⁇ CBN wheel.
  • Use CBN for finishing The reason for this is that the abrasive grains are round compared to diamond, so that they are not excessively rough.
  • the effect of the present invention is that honing is performed by selecting the first grindstone and the second grindstone with different materials and roughness from a wide variety of grindstones depending on the material and roughness of the abrasive grains. It can be said that these components are obtained only in synergy.
  • the roughness of the diamond abrasive grains used in the first grinding process is # 270-400 (JIS standard, the same applies hereinafter).
  • the roughness (second roughness) of the CBN abrasive grains used in the second grinding step is preferably # 800 to 1,200.
  • the first roughness is preferably set to a numerical value arbitrarily selected from # 270, # 325, and # 400.
  • the 2nd roughness it is preferable to use numerical values arbitrarily selected from # 800, # 1000, and # 1200 as the upper and lower limits.
  • the grain size of the first abrasive grains is around # 325, which is the median value of the above range
  • the grain size of the second abrasive grains is around # 1000, which is the median value of the above range.
  • the roughness of the abrasive grains is determined according to “diamond / CBN tool-diamond or CBN grain size” (JIS superabrasive grain size) as defined in JISB 43 10 It was shown by the number of. Accordingly, # 270 indicates an average grain size of 60 ⁇ m or less, and # 400 indicates an average grain size of 37 ⁇ m or less. In addition, # 800 indicates an average grain size of 20 ⁇ m or less, and # 1 200 indicates an average grain size of abrasive grains of 12 ⁇ or less.
  • JIS superabrasive grain size JIS superabrasive grain size
  • the present invention can be grasped not only as a method of manufacturing a cylinder block but also as a cylinder block itself.
  • the present invention is an inner cylinder surface of the cylinder in which the block main body made of A1 alloy and the biston fitted in the cylinder provided in the block main body can be in sliding contact with each other,
  • a cylindrical iron-based porous sintered body obtained by heating and sintering a powder molded body obtained by pressure-forming iron powder containing iron as a main component and impregnated from the outer peripheral side of the iron-based porous sintered body
  • a cylinder block comprising a cylinder liner formed of A1 alloy, wherein the cylinder liner is formed with cross hatch marks by the honing process of the present invention described above. It can be grasped as a block.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a cylinder block according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a state of a cylinder and a cylinder liner according to the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a hounging state of the cylinder liner according to the present invention.
  • Figure 4A is a SEM photo of the surface of the cylinder liner of specimen N o.
  • Fig. 4B is a SEM photograph of the surface of the cylinder liner of specimen No. 2 observed.
  • FIG. 5A is an optical microscope photograph (magnification: 400 times) observing the surface of the cylinder liner of test piece No. 1.
  • FIG. 5B is an optical microscope photograph (magnification: 400 times) observing the surface of the cylinder liner of test piece No. 2.
  • a cylinder block of an engine may be a single cylinder, an in-line 4 cylinder, an in-line 6 cylinder, a V-type 6 cylinder, a V-type 8 cylinder, or a V-type 12 cylinder.
  • a cylinder block such as a compressor for an automobile air conditioner, a 4-cylinder, a 6-cylinder, or the like arranged in an annular shape or facing each other may be used.
  • the material of the cylinder block is A1 alloy.
  • the type of A 1 alloy may be an AC system in J IS H 5 20 2, an AD C system in J IS SH 5 3 0 2, or a special A 1 alloy for forging or die casting that is an improved version thereof.
  • Typical A 1 alloys are A C 2 B, A C 4 D, A D C 12, and the like.
  • the cylinder block of the present invention may be used for an engine, a compressor, or the like.
  • the engine is a reciprocating engine, it is not limited to a spark ignition engine such as a gasoline engine or an ethanol engine, but may be a natural ignition engine such as a diesel engine.
  • the engine is not limited to automobiles, but may be anything for motorcycles, ships, airplanes, general-purpose motors, and the like.
  • the cylinder liner is made of an iron-based porous sintered body and an A1 alloy. Since the A1 alloy is impregnated into the pores (gap) of the iron-based porous sintered body from the outer peripheral wall side of the iron-based porous sintered body and appears up to the inner peripheral wall side, the surface of the cylinder liner A1 alloy and cylinder block A1 alloy are the same. However, the strength, heat resistance, corrosion resistance, etc. required for cylinder block differ depending on the part, and the material may be changed depending on each part. In the case of such a cylinder block, the A1 alloy appearing on the surface of the cylinder liner does not necessarily match the material of the cylinder block body.
  • the iron-based porous sintered body is obtained by heating and sintering a powder molded body obtained by pressure-forming iron powder containing iron as a main component.
  • the iron powder may be pure iron powder, alloy powder, or a mixed powder thereof as long as Fe is the main component.
  • the iron powder may contain various alloy element powders other than metals such as carbon (C) and boron (B).
  • the particle size of the iron powder is not limited, but the particle size of the iron powder is preferably 40 to 180 ⁇ m in consideration of the formation of cross hatch marks and the impregnation property of the A1 alloy.
  • the powder compact formed by pressing this iron powder pressurizes a binder consisting of a powder metallurgical lubricant such as stearic acid and its salt, etc., and a mixed powder of the aforementioned iron powder and other additives at an appropriate molding pressure. Molded.
  • the porosity of the iron-based porous sintered body or the iron powder occupation volume ratio (V f) is important. Therefore, when the total volume of the iron-based porous sintered body is 100% by volume, the iron powder occupation volume ratio (V f) occupied by the sintered iron powder is 45 to 80% by volume (hereinafter simply referred to as “%”). It is preferable that When the V f is 45 to 80%, the impregnation property of the A1 alloy, the surface property of the cross-hatch line, etc. are preferable.
  • the V f of the powder compact is appropriately set by adjusting the amount of binder burned out during sintering and the molding pressure so that the V f of the iron-based porous sintered compact is 45 to 80%. Good to do.
  • the lower limit of V f is more preferably 50%, 55%, 60%, 65% and even 70%, and the upper limit of V f is more preferably 75%.
  • the volume% as used in the present specification is the ratio of the bulk density of the iron-based porous sintered body or powder compact to the true density of the iron powder.
  • the upper part of the cylinder liner needs to be stronger than the lower part of the cylinder liner because the high-pressure explosion pressure immediately after ignition acts directly or indirectly through topping.
  • the entire iron-based porous sintered body may be configured according to the required strength of the upper part, but the material and shape of the upper part and the lower part where high strength is required can be changed to change the iron-based porous sintered body.
  • a ligation may be formed.
  • the upper part is manufactured mainly using alloy powder (single or mixed powder) containing carbon (C), chromium (Cr), vanadium (V) or manganese (Mn), and the lower part is pure.
  • Manufactured using cheap powder such as iron It may be a so-called material-based iron-based porous sintered body having a two-phase structure. Further, even if the material is not changed, the iron-based porous sintered body having a two-phase structure in which the upper part is thick and the lower part is thin may be used.
  • the honing process of the present invention includes a first grinding process and a second grinding process.
  • the material and roughness of the abrasive grains are different between the first grinding process and the second grinding process. For this reason, considering the use of the same hounging machine, it is necessary to replace the hounging head or grindstone. However, at the mass production stage, efficient honing can be performed by preparing a dedicated hounging machine for each process.
  • the hounging machine used in the present invention is not particularly limited except the material and roughness of the abrasive grains described above.
  • the number of grindstones that can be mounted while extending in the axial direction of the honing head may be three, four, or six.
  • a grindstone is formed by bonding and holding abrasive grains with a binder.
  • binders include metal bonds, resin bonds, and metal-based composite bonds. Metal bonds are suitable for the diamond grains and CBN grains used in the present invention.
  • the degree of bonding which is the strength with which the binder holds the abrasive grains, is determined by the type of binder used and the proportion of the binder in the same volume. Since the degree of bonding is only a factor that greatly affects the wearability of the grindstone, the degree of bonding is not limited in the present invention.
  • the abrasive grains and the binder there are pores that are voids between the abrasive grains and the binder as three elements of the grindstone, and the ratio of the pores is one of the five factors of the grindstone. Organization is determined. This gap affects cutting escape. In the present invention, the precise accuracy of the groove depth of the cross-hatch streak is not a problem. Therefore, the pores and structures of the grindstone are not limited in the present invention.
  • the pattern of the cross hatch marks is basically determined by the combined speed of the horizontal speed and the vertical speed at the contact portion between the grindstone attached to the honing head and the cylinder liner. That is, the angle of the cross hatch marks formed on the cylinder liner is basically determined by the combined speed of the rotational speed and the axial movement speed at the contact portion.
  • Cross hatch marks inclined by ⁇ 30 ° or ⁇ 45 ° from the horizontal to the axial direction are common, but the cross hatch marks of the present invention are not limited to these angles.
  • the cross hatch striation is generally a monotonous uneven shape throughout the entire surface of the cylinder liner, but may be a striation in the form of a so-called plateau houng.
  • Plateau houng is a honing in which the cut surface of the cylinder liner has a shape (continuous trapezoidal shape) in which a flat part with shallow streaks and a relatively deep valley formed between the flat parts are continuous. Is the method.
  • this plateau houng is used, the biston and biston rings are slidably contacted at the flat part, so the sliding resistance is reduced, and the valley is a sufficient oil reservoir, so there is no running out of lubricating oil, improving performance and durability.
  • Sexual compatibility can be achieved.
  • honing is performed with a grindstone made of coarse abrasive grains in the first grinding step, and then hounging is performed with a grindstone made of fine abrasive grains in the second grinding step. Is also easy.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of one cylinder 10 arbitrarily selected from the four cylinders 10 of the cylinder block 1.
  • each cylinder 10 has an iron-based porous sintered body 12 inserted into a cylinder block body 11 made of an A 1 alloy.
  • a cylinder liner 12 1 is formed by the iron-based porous sintered body 12 and the A 1 alloy impregnated on the inner wall surface of the cylinder.
  • FIG. 2 also shows a water jacket 13 that surrounds the cylinder 10.
  • the iron-based porous sintered body 12 is manufactured as follows.
  • reduced iron powder pure iron: Kawasaki Steel KIP 240 M, average particle size 75 ⁇
  • graphite C
  • stearic acid melting point: 6
  • a powder metallurgical lubricant (Daiichi Chemical Diewax W-0 2) consisting of 0 ° C) was prepared.
  • F e:. 9 6 5 mass 0/0, C:. 0 5 mass 0/0, stearic acid were mixed at a ratio of 3 mass% (mixing step). This mixing was performed for 0.5 hour using a milling apparatus.
  • the mixed powder filled in the mold was pressed from above and below with a hydraulic press (pressurizing step).
  • the applied pressure at this time was 5 OM Pa.
  • the powder compact thus obtained was removed from the mold (extraction step).
  • the obtained powder compact has an outer diameter of 86 mm, a height of 130 mm, and a plate thickness of 3 mm.
  • This powder compact had sufficient strength to handle with bare hands and did not collapse due to slight vibrations.
  • the volume ratio of iron powder in this powder compact was examined, it was about 55% by volume. there were.
  • the powder compact was placed in a vacuum furnace and sintered by heating in a vacuum or nitrogen gas atmosphere at 105 ° C. for 0.5 hour (sintering step).
  • a porous sintered body having the same shape as the above-mentioned powder compact and a porosity of about 55% by volume was obtained.
  • the above-mentioned porous sintered body 12 was inserted into an A 1 alloy (JI S A D C 1 2) to produce an engine cylinder block 1.
  • This block body 11 was manufactured by die casting.
  • the die casting conditions were a melting temperature of 6800 ° C, a mold temperature of 2550 ° C, and a pressurizing pressure of 10 OM Pa.
  • Fig. 3 shows how the cylinder 10 of the cylinder block 1 is hounged using the hounging machine 2 (manufactured by Nisshin Seisakusho: CMH-300-NS-S).
  • this Hoenging machine 2 is used in common, and the jig type is also universal.
  • a diamond grindstone (first grindstone) D consisting of # 3 2 5 (first roughness) diamond grits (first grind) extending in the axial direction is spaced 60 degrees apart. 6 were installed.
  • This diamond wheel D is a commercial product, SD325-120-MBA2.
  • the honing head 2 1 was inserted into the cylinder 10 and reciprocated at a rotation speed of 1 3 0 r pmx. The machining allowance at this time was 20 ⁇ . During grinding, oil-based cutting oil was always supplied.
  • CBN grindstone (second grindstone) consisting of # 1 00 00 (second roughness) CBN grindstone (second grindstone) extending in the axial direction with respect to the cylinder after the first grinding process. Then, grinding was performed using Hounging head 21 attached to the six outer peripheral surfaces.
  • This C ⁇ ⁇ grinding wheel C is a commercial product and is CB1000- ⁇ 20- ⁇ 2.
  • a photograph of a part of the cylinder liner shown in Table 1 with test piece No. 1 (Example) and test piece No. 2 (comparative example) taken with a scanning electron microscope (SEM) is shown in Fig. 4A. It is shown in comparison with Fig. 4B.
  • Specimen No. 2 has a force S of # 1 20 in the first grinding process and No. 3 has a force S of # 1 70 in the first grinding process.
  • roundness, straightness, plateau rate, and cross hatch angle were not evaluated in this evaluation because the surface roughness was poor at 10 m or more.
  • Specimen No. 4 has a machining allowance of 4 ⁇ m for the second grinding process (2 m for Specimen No. 1), but the plateau rate is too small for the surface roughness. Even if this is not observed, the oil retention effect is small.
  • the cylinder liner of test piece No. 1 when the hounging process is performed under the processing conditions in the range shown in the present invention has a cross hatch mark in the desired range, It was revealed that there was no noticeable force burrs or burrs, and the surface properties were extremely good.

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Abstract

本発明に関するホーニング方法は、鉄系多孔質焼結体の外周側から含浸させたＡｌ合金とにより形成されたシリンダライナのホーニング方法であって、第１粗さのダイヤモンド砥粒を固化させた第１砥石を回転させつつシリンダライナの軸方向へ上下動させる第１研削工程と、この第１粗さよりも細かい立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒を固化させた第２砥石を回転させつつシリンダライナの軸方向へ上下動させる第２研削工程とからなることを特徴とする。これにより、鉄系多孔質焼結体がＡｌ合金中に鋳込まれてなるシリンダの場合でも、面性状の良好なクロスハッチ条痕を有するシリンダライナが得られる。

Description

明細書 シリンダブロックおよびその製造方法 技術分野
〔0 0 0 1〕
本発明は、 エンジンやコンプレッサ等に用いられるシリンダブ口ックおよびそ の製造方法に関するものである。 技術背景
〔0 0 0 2〕
従来、 ビストンが嵌入されるシリンダの内壁摺動面であるシリンダライナは、 単一材質のものが多かった。 例えば、 エンジンのシリンダライナは、 アルミユウ ム合金 （A 1合金） 製のシリンダブ口ック本体に圧入された黒鉛鎳鉄製のスリー ブから形成されていた。 また、 コンプレッサ等であれば、 潤滑性を有する作動流 体を使用していることもあり、 A 1合金製のシリンダプロック本体にそのままシ リンダライナも形成されていた。
〔0 0 0 3〕
もっとも、 軽量化を図りつつも強度向上、 耐久性向上または摺動特性向上を目 的として、 部分的に複合材料としたり、 部分的に異種材料部材を铸込んだりする こともある。 例えば、 下記の特許文献 1には、 シリンダライナを構成する部分に 鉄系多孔質焼結体を A 1合金で铸込んだシリンダブ口ックが開示されている。 こ れにより、 軽量化と共に強度や耐久性の向上が図られている。
特許文献 1 ：特許 3 8 0 0 5 1 0号公報 発明の開示
〔0 0 0 4〕
[解決課題]
ところで、 シリンダライナの表面には、 数 μ ηι程度の深さを有するクロスハツ チ条痕が一定方向に規則正しく形成されている。 このクロスハッチ条痕により、 搢動するビストンとの間の潤滑油切れが防止されたり、 潤滑油の消費が抑制され たりする。
〔0 0 0 5〕
このようなクロスハッチ条痕の形成はホーユング加工によるのが一般的である。 ここで、 前述したような鎳鉄製のスリーブからなるエンジンのシリンダライナで あれば、 ホーユング加工面が錄鉄のみであるから、 良好な面性状のクロスハッチ 条痕を形成するための加工条件の設定は比較的容易である。
〔0 0 0 6〕
しかし、 上記特許文献 1にあるようなシリンダブロックを用いた場合、 そのシ リンダライナは、 概して、 鉄粉末が焼結した鉄部分と含浸した A 1合金部分の 2 相構造からなる。 そして A 1合金の研削は基本的に難しいため、 そのような 2相 構造のシリンダライナにおいて、 良好な面性状のクロスハツチ条痕を形成するこ とは困難であった。 例えば、 従来の加工条件でホーニングを行うと、 クロスハツ チ条痕の縁部にバリや力エリが発生し得る。 このようなバリや力エリは、 せっか く形成した条痕の油溜りを塞いだり、 そのバリ等が原因で摺動するビストンリン グゃビストン等をシリンダライナに焼付かせたりし得る。 いずれにしても、 シリ ンダライナの面性状が悪いと、 好ましくない結果を生じうる。
〔0 0 0 7〕
本発明は、 このような事情に鑑みて為されたものである。 つまり、 鉄系多孔質 焼結体に A 1合金を含浸させてなるシリンダライナであっても、 良好な面性状の クロスハツチ条痕を形成できるシリンダブ口ックの製造方法を提供することを目 的とする。 併せて、 それにより製造されたシリンダブロックを提供することを目 的とする。
〔0 0 0 8〕
[解決手段]
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、 試行錯誤を重ねた結果、 良好な 面性状のクロスハツチ条痕が得られるホーニング加工条件を新たに発見し、 本発 明を完成するに至った。 〈シリンダブ口ックの製造方法〉
( 1 ) すなわち、 本発明のシリンダブロックの製造方法は、 シリンダプロックに 設けられたシリンダ内に嵌入されたビストンが摺接し得る該シリンダの内筒面で あるシリンダライナにクロスハッチ条痕を形成するホーユング工程を有するシリ ンダブロックの製造方法であって、
前記シリンダライナは、 鉄を主成分とする鉄粉末を加圧成形した粉末成形体を 加熱して焼結させた筒状の鉄系多孔質焼結体と該鉄系多孔質焼結体の外周側から 含浸させた A 1合金とにより形成され、 前記ホーユング工程は、 第 1粗さのダイ ャモンド砥粒を固化させた第 1砥石を回転させつつ前記シリンダライナの軸方向 へ上下動させる第 1研削工程と、 該第 1粗さよりも細かい立方晶窒化ホウ素 （C B N) 砥粒を固化させた第 2砥石を回転させつつ該シリンダライナの軸方向へ上 下動させる第 2研削工程とからなり、 クロスハッチ条痕を有するシリンダライナ が得られることを特徴とする。
〔0 0 0 9〕
( 2 ) 本発明の製造方法によれば、 シリンダライナが鉄系多孔質焼結体とその隙 間に含浸した A 1合金とからなる場合であっても、 面性状の良好なクロスハッチ 条痕を有するシリンダライナが得られる。 具体的には、 ホーニング加工を行った シリンダライナを観察すると、 クロスハッチ状の各条痕の周囲にパリや力エリが 無く、 従来の黒鉛铸鉄からなるスリーブをホーニング加工した場合等と同等程度 の良好な面性状が得られた。
〔0 0 1 0〕
このような優れた本発明の効果は、 単に、 第 1研削工程と第 2研削工程の二段 加工としただけでは得られず、 また、 第 1研削工程よりも第 2研削工程で砥粒の 細かい砥石を用いただけでは得られない。
〔0 0 1 1〕
砥粒の材質には、 炭化珪素 （S i C ) や酸化アルミニウム （A 1 20 3) などの セラミックス材料が一般的ではあるが、 本発明ではそれらを使用してはいない。 すなわち、 ダイヤモンドおよび C B Nを選択し、 それらを用いて、 ダイヤモンド 砥石→ C B N砥石の順でホーユング加工を行っている。 C B Nを仕上げで使用し ているのは、 ダイヤモンドに比べて砥粒が丸いため、 荒く削りすぎるのを防止す るためである。
〔00 1 2〕
このように本発明の効果は、 砥粒の材質や粗さの相違によって非常に多種にわ たる砥石の中から、 材質および粗さの異なる第 1砥石と第 2砥石を選択し、 ホー ニング加工を二段階で行うものであって、 それら各構成要素が相乗して初めて得 られたものであるといえる。
〔00 1 3〕
(3) さらにいえば、 特に、 本発明のホーニング工程を行う場合、 前記第 1研削 工程で用いるダイヤモンド砥粒の粗さ （第 1粗さ） は # 270〜400 (J I S 規格、 以下同様） であり、 前記第 2研削工程で用いる CBN砥粒の粗さ （第 2粗 さ） は # 800〜1 200であると好ましい。 これらの上下限は、 それぞれの数 値範囲内で任意に選択され得る。 特に、 第 1粗さは、 # 270、 # 325、 #4 00から任意に選択した数値を上下限にすると好ましい。 また第 2粗さは、 # 8 00、 # 1000、 # 1 200から任意に選択した数値を上下限にすると好まし い。 第 1砥粒の粒度が上記範囲の中央値である # 325付近であり、 第 2砥粒の 粒度が上記範囲の中央値である # 1000付近であると、 一層好適である。
なお、 本発明では、 砥粒の粗さを、 J I S B 43 1 0に規定された 「ダイヤ モンド/ CBN工具一ダイヤモンド又は CBN砥粒の粒度」 （J I S超砥粒粒度） に沿って、 「#」 の番数で示した。 したがって、 # 270は砥粒の平均粒径が 6 0 μ m以下を示し、 # 400は砥粒の平均粒径が 37 μ m以下を示す。 また、 # 800は抵粒の平均粒径が 20 μ m以下を示し、 # 1 200は砥粒の平均粒径が 1 2 μπι以下を示す。
〔00 14〕
〈シリンダブ口ック〉
本発明は、 シリンダブ口ックの製造方法としてのみならず、 シリンダブ口ック 自体としても把握できる。
すなわち、 本発明は、 A 1合金製のブロック本体と、 該ブロック本体に設けら れたシリンダ内に嵌入されたビストンが摺接し得る該シリンダの内筒面であり、 鉄を主成分とする鉄粉末を加圧成形した粉末成形体を加熱して焼結させた筒状の 鉄系多孔質焼結体と該鉄系多孔質焼結体の外周側から含浸させた A 1合金とによ り形成されたシリンダライナとからなるシリンダブ口ックであって、 前記シリン ダライナに前述した本発明のホーニング工程によりクロスハッチ条痕が形成され ていることを特徴とするシリンダブロックとしても把握できる。 図面の簡単な説明
〔0 0 1 5〕
第 1図は、 本発明に係るシリンダプロックの一例を示す図である。
第 2図は、本発明に係るシリンダおよびシリンダライナの様子を示す図である。 第 3図は、 本発明に係るシリンダライナのホーユング加工の様子を示す図であ る。
第 4 A図は、 試験片 N o . 1のシリンダライナの表面を観察した S E M写真で める。
第 4 B図は、 試験片 N o . 2のシリンダライナの表面を観察した S E M写真で あ 。
第 5 A図は、 試験片 N o . 1のシリンダライナの表面を観察した光学顕微鏡写 真 （倍率： 4 0 0倍） である。
第 5 B図は、 試験片 N o . 2のシリンダライナの表面を観察した光学顕微鏡写 真 （倍率： 4 0 0倍） である。 発明を実施のするための最良の形態
〔0 0 1 6〕
[実施形態]
発明の実施形態を挙げて本発明をより詳しく説明する。 なお、 以下の実施形態 を含め、 本明細書で説明する内容は、 本発明に係るシリンダブロックの製造方法 のみならず、 そのシリンダブロック自体にも、 適宜適用できるものであることを 断っておく。 また、 いずれの実施形態が最良であるか否かは、 対象、 要求性能等 によって異なることを断っておく。 〔0 0 1 7〕
〈シリンダブ口ック〉
( 1 ) シリンダブ口ックの形状や気筒数は問わない。 例えば、 エンジンのシリン ダブロックであれば、 単気筒でも、 直列 4気筒、 直列 6気筒、 V型 6気筒、 V型 8気筒さらには V型 1 2気筒等でも良い。 また、 例えば、 自動車エアコン用のコ ンプレッサ等のシリンダブロックであれば、 環状または対向して配設された 4気 筒、 6気筒等でも良い。
〔0 0 1 8〕
( 2 ) シリンダブロックの材質は A 1合金である。 A 1合金の種類は、 J I S H 5 2 0 2にある A C系でも、 J I S H 5 3 0 2にある AD C系でも、 さらに それらを改良した鎳造用またはダイキャスト用の専用 A 1合金でも良い。 代表的 な A 1合金は、 A C 2 B、 A C 4 Dまたは A D C 1 2などである。
〔0 0 1 9〕
( 3 ) 本発明のシリンダブロックの用途は、 前述のようにエンジン用でもコンプ レッサ用でもその他にあっても良い。 エンジンはレシプロエンジンであれば、 ガ ソリンエンジンやエタノールエンジン等の火花点火機関に限らず、 ディーゼルェ ンジン等の自然着火機関でも良い。 勿論、 エンジンは自動車用に限らず、 二輪車 用、 船舶用、 飛行機用、 汎用原動機等なんでも良い。
〔0 0 2 0〕
〈シリンダライナ〉
( 1 ) シリンダライナは、鉄系多孔質焼結体と、 A 1合金からなる。 A 1合金は、 その鉄系多孔質焼結体の外周壁側から鉄系多孔質焼結体の空孔 （隙間） へ含浸し てその内周壁側まで出現したものであるからシリンダライナの表面の A 1合金と シリンダブロック本体の A 1合金とは同一である。 もっとも、 シリンダプロック に要求される強度、 耐熱性、 耐食性等は部位によって異なり、 各部位に応じて材 質を変更する場合も考えられる。 そのようなシリンダブロックの場合は、 シリン ダライナの表面に表れる A 1合金と、 シリンダブ口ック本体の材質とが必ずしも 一致しなくても良い。
〔0 0 2 1〕 (2) 鉄系多孔質焼結体は、 鉄を主成分とする鉄粉末を加圧成形した粉末成形体 を加熱して焼結させたものである。 鉄粉末は、 F eが主成分であれば、 純鉄粉末 でも合金粉末でもそれらの混合粉末でもよい。また、鉄粉末は、金属粉末以外に、 炭素（C) 、 ホウ素（B)等の金属以外の各種合金元素粉末を含んでいても良い。 鉄粉末の粒状等は問わないが、 クロスハッチ条痕の形成や A 1合金の含浸性等を 考慮して、 鉄粉末の粒径は 40〜 1 80 μ mであると好ましい。
この鉄粉末を加圧形成した粉末成形体は、 ステアリン酸やその塩等の粉末冶金 用潤滑剤等からなるバインダと前述の鉄粉末とその他添加剤等の混合粉末を適切 な成形圧力で加圧成形したものである。
〔0022〕
シリンダライナ表面への A 1合金の含浸性やクロスハッチ条痕の面性状等を考 慮すると、 鉄系多孔質焼結体の気孔率または鉄粉末占有体積率 （V f ) が重要と なる。 そこで、 鉄系多孔質焼結体の全体を 100体積％としたときに、 焼結した 鉄粉末の占める鉄粉末占有体積率 （V f ) が 45〜80体積％ (以下単に 「％」 とレヽう）であると好適である。この V f が 45〜80%であると、 A 1合金の含浸 性、 クロスハッチ条痕の面性状等が好ましい。 逆にいえば、 鉄系多孔質焼結体の V f が 45〜 80 %となるように、 焼結時に焼失するパインダ量や成形圧力を調 整して、 粉末成形体の V f を適宜設定するのが良い。 V f の下限は 50%、 55 %、 60%、 65%さらには 70%であるとより好ましく、 V f の上限は 75% であるとより好ましい。 なお、 本明細書でいう体積％とは、 鉄粉末の真密度に対 する鉄系多孔質焼結体または粉末成形体の嵩密度の割合である。
〔0023〕
ちなみに、 シリンダライナの上部は、 点火直後の高圧の爆発圧力が直接または トツプリングを介して間接に作用するため、 シリンダライナの下部よりも強度が 必要となる。 この上部の必要強度に合わせて鉄系多孔質焼結体全体を構成しても 良いが、 高強度の要求される上部とそれよりも下部とで材質や形状を変更して鉄 系多孔質焼結体を形成しても良い。例えば、 上部は炭素 （C) 、 クロム （C r) 、 バナジウム （V) またはマンガン （Mn) 等を含む合金粉末 （単種粉末または混 合粉末）を主に使用して製造し、下部は純鉄等の安価な粉末を使用して製造して、 いわゆる材質的に 2相構造の鉄系多孔質焼結体としても良い。 また、 材質を変更 しなくても、 上部を厚く、 下部を薄くする等の形状的に 2相構造の鉄系多孔質焼 結体としても良い。
〔0 0 2 4〕
〈ホーユング工程〉
( 1 ) 本発明のホーニング工程は第 1研削工程と第 2研削工程とからなる。 第 1 研削工程と第 2研削工程とでは砥粒の材質と粗さが異なる。 このため、 同一のホ 一ユングマシンを使用する場合を考えると、 ホーユングへッドまたは砥石の交換 が必要となる。 しかし、 量産段階では、 各工程毎に専用のホーユングマシンを用 意すれば効率的なホーニング加ェができる。
〔0 0 2 5〕
ところで、 本発明で使用するホーユングマシンは、 前述の砥粒の材質と粗さ以 外は特に限定されない。 例えば、 ホーニングへッドの軸方向に延在させつつ取付 ける砥石の個数は 3つでも 4つでも 6つでも良い。
砥石の形状もシリンダライナの長さやホーユングマシンまたはホーニングへッ ドの形態に応じて定めれば足りる。
〔0 0 2 6〕
砥石は砥粒を結合剤で結合、 保持してなる。 この結合剤には、 メタルボンド、 レジンボンド、 メタル系複合ボンドなどがある。 本発明で用いたダイヤモンド砥 粒や C B N砥粒にはメタルボンドが好適である。 そして結合剤が砥粒を保持する 強さである結合度は、 使用する結合剤の種類と同体積中の結合剤の割合によつて 決定される。 この結合度は砥石の摩耗性に大きく影響する因子に過ぎないため、 本発明では結合度までは拘らない。
また、 砥石の三要素として、 砥粒、 結合剤の他に、 砥粒と結合剤の間にある空 隙である気孔があり、 また、 この気孔の割合によつて、 砥石の五因子の一つであ る組織が決定される。 この空隙は切削の逃げなどに影響する。 本発明では、 クロ スハッチ条痕の溝深さの厳密な精度についてまでは問題としていない。 従って、 砥石の気孔や組織についても本発明では拘らない。
〔0 0 2 7〕 ( 2 )シリンダブ口ックに設けられたシリンダへ揷入されるホーニングへッドは、 回転と軸方向の上下動 （送りと戻り） とを繰返し行う。 ホーニングヘッ ドの回転 方向は、 軸方向の送りと戻り側で、 一定でも逆転しても良い。 逆転させることで バリ等の発生を抑制できる場合も多い。 もっとも、 この点に関して本発明では拘 らない。
〔0 0 2 8〕
クロスハッチ条痕の模様は、 ホーニングへッドに取付けられた砥石とシリンダ ライナとの接触部分における、 水平速度と垂直速度との合成速度によつて基本的 に定まる。 すなわち、 その接触部分における回転速度と軸方向の移動速度の合成 速度によって、 シリンダライナに形成されるクロスハッチ条痕の角度が基本的に 決定される。 水平から軸方向に ± 3 0 ° または ± 4 5 ° 傾斜したクロスハッチ条 痕が一般的であるが、 本発明のクロスハッチ条痕はそれらの角度に限定されるも のではない。
〔0 0 2 9〕
さらに、 クロスハッチ条痕は、 一般的にシリンダライナの全面を通じて単調な 凹凸形状であるが、 いわゆるプラトーホーユングのような形態の条痕であっても 良い。 プラトーホ一ユングは、 シリンダライナの断表面が、 浅い条痕を有するほ ぼ平坦部とその平坦部間に形成される比較的深い谷部とが連続した形状 （連続し た台形状） となるホーニング方法である。 このプラトーホーユングをした場合、 ビストンやビストンリング等はその平坦部で多く摺接するため摺動抵抗が少なく なり、 しかも谷部は十分な油溜りであるため潤滑油切れもなく、 性能向上と耐久 性の両立が図れる。 本発明では、 第 1研削工程で粗い砥粒からなる砥石でホー- ングを行い、 その後、 第 2で細かい砥粒からなる砥石でホーユングを行っている ため、 このようなプラトーホーユングを行うことも容易である。
〔0 0 3 0〕
[実施例]
実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
〈シリンダブ口ック〉
本発明に係る一実施例である自動車エンジン用の 4気筒のシリンダブロック 1 を図 1に示す。 また、 このシリンダブロック 1の 4つのシリンダ 1 0から任意に 選択した一つのシリンダ 1 0の断面図を図 2に示した。
〔0 0 3 1〕
図 2から解るように、 各シリンダ 1 0には鉄系多孔質焼結体 1 2が、 A 1合金 製のシリンダブロック本体 1 1に铸込まれてなる。 そして、 この鉄系多孔質焼結 体 1 2とその円筒内壁面に含浸した A 1合金とによってシリンダライナ 1 2 1が 形成される。 なお、 図 2にはシリンダ 1 0の周囲を囲繞するウォータジャケット 1 3も併せて示した。
〔0 0 3 2〕
〈鉄系多孔質焼結体の製造〉
ところで、 上記鉄系多孔質焼結体 1 2は次のように製造される。
原料として、 鉄粉末である還元鉄粉 （純鉄：川崎製鉄製 K I P 2 4 0 M、 平均 粒径 7 5 μ πι) と、 グラフアイ ト （C ) と、 バインダであるステアリン酸 （融点 ： 6 0 °C) からなる粉末冶金用潤滑剤 （大日化学ダイワックス W—0 2 ) とを用 意した。 これらを F e ： 9 6 . 5質量0 /0、 C ： 0 . 5質量0 /0、 ステアリン酸： 3 質量％の割合で混合した （混合工程） 。 この混合は、 ミリング装置を用いて 0 . 5時間行った。
〔0 0 3 3〕
次に、 これを円筒形状のキヤビティを有する成形型（金型） に自然充填した（充 填工程） 。 このとき、 成形型は予めオーブンで、 パインダの融点以上である 8 0 °Cに加熱しておいた。 従って、 混合粉末中のバインダは、 充填後直ちに軟化を開 始した （加熱工程） 。
〔0 0 3 4〕
次に、 成形型に充填した混合粉末を、 油圧プレスで上下方向から加圧した （加 圧工程） 。 このときの加圧力は 5 O M P aとした。
こうして得られた粉末成形体を成形型から取出した （取出工程） 。 得られた粉 末成形体は、 外径 8 6 mm X高さ 1 3 0 mm X板厚 3 mmである。 この粉末成形 体は、 素手で十分に取扱える強度を有しており、 多少の振動等で崩壊することは なかった。 この粉末成形体の鉄粉末占有体積率を調べたところ、 約 5 5体積％で あった。
〔0 0 3 5〕
次に、 前記粉末成形体を真空炉の中に入れて、 真空または窒素ガスの雰囲気で 1 0 5 0 °C X 0 . 5時間加熱して焼結させた （焼結工程） 。 こうして、 前記した 粉末成形体と同形状で気孔率が約 5 5体積％の多孔質焼結体が得られた。
〔0 0 3 6〕
〈シリンダブ口ックの鎳造〉
上記の多孔質焼結体 1 2を、 A 1合金 （J I S A D C 1 2 ) に铸込んでェン ジンのシリンダブ口ック 1を製作した。 このブロック本体 1 1は、 ダイカストに より製造した。 ダイカス トの条件は、 溶融温度 6 8 0 °C、 金型温度 2 5 0 °C、 加 圧力 1 0 O M P aとした。
ちなみに、このエンジンプロック 1のシリンダ 1 0の内壁面を観察したところ、 プロック本体 1 1の A 1合金が鉄系多孔質焼結体 1 2中へ十分に含浸しているこ とが確認された。
〔0 0 3 7〕
〈シリンダブ口ックのホ一ニング〉
ホーユングマシン 2 (日進製作所製： CMH— 3 0 0— N— S ) を用いてシリ ンダブロック 1のシリンダ 1 0をホーユングする様子を図 3に示す。 次に説明す る第 1研削工程および第 2研削工程では、 このホーエングマシン 2を共通して用 い、 治具形式もユニバーサル式で共通とした。
また、 ホーユングへッド 2 1も取付ける砥石が第 1研削工程と第 2研削工程と で異なるだけであり、 基本的には共通であるので、 以下では同一の符号を使用す る。
〔0 0 3 8〕
( 1 ) 第 1研削工程
ホーユングヘッド 2 1の外周面には、 軸方向に延びる # 3 2 5 (第 1粗さ） の ダイヤモンド砥粒 （第 1砥粒） からなるダイヤモンド砥石 （第 1砥石） Dを 6 0 度間隔で 6つ取付けた。このダイヤモンド砥石 Dは市販品で SD325- 120- MBA2であ る。 このホーニングへッド 2 1をシリンダ 1 0に揷入して回転数 1 3 0 r pmxで 往復動させた。 このときの取り代は 2 0 μπιとした。 なお、 研削加工中は、 油性 の切削油を常時供給しつつ行つた。
〔0 0 3 9〕
(2) 第 2研削工程
第 1研削工程後のシリンダに対して、 軸方向に延びる # 1 0 00 (第 2粗さ） の CBN砥粒 （第 2砥粒） からなる CBN砥石 （第 2砥石） Cを 6 0度間隔で 6 つ外周面に取付けたホーユングへッド 2 1を用いて、 研削加工を行った。
この C Β Ν砥石 Cは市販品で CB1000- Ι20-ΜΒΑ2である。
これ以降の工程や加工条件は第 1研削工程の場合と同様である。 このときの取 り代は 8 i mとした。
〔0 040〕
〈評価〉
(1 ) 前述したシリンダプロック 1と同様のものを複数用意して、 上述した条件 でホーニング工程を行った場合 (実施例) と、 そのいずれかの条件を変更してホ 一二ング工程を行った場合との結果を表 1にまとめた。 なお、 表 1中の 「x」 は 測定を行っていないことを示す。
また、 表 1中の試験片 N o . 1 (実施例） と試験片 No. 2 (比較例） に示す シリンダライナの一部を走査型電子顕微鏡 （S EM) で撮影した写真を図 4Aお よび図 4 Bに対比して示す。
また、 さらにその試験片 N o . 1と試験片 No. 2とを拡大した光学顕微鏡写 真を図 5 Aおよぴ図 5 Bに対比して示す。
〔0 04 1〕
( 2 ) 試験片 N o. 2は第 1研削工程の砲粒粗さを # 1 20、試験片 N o . 3は第 1研削工程の砥粒粗さを # 1 70とした力 S、両者とも面粗度が 1 0 m以上と悪い ため、 本評価では、 真円度、 真直度、 プラトー率、 クロスハッチ角度は評価してい なレ、。試験片 N o . 4は第 2研削工程の加工代を 4 μ m (試験片 N o. 1は 2 m) としたが、面粗度ゃプラトー率が小さすぎて、顕微鏡でバリや力エリが観察されな くても、 油保持の効果が小さいといえる。 〔0042〕
(3) 以上のことから、 本発明で示した範囲の加工条件でホーユング工程を行つ た場合の試験片 No. 1のシリンダライナは、 クロスハッチ条痕が所望範囲内に あり、 その表面には目立った力エリやバリ等がなく、 極めて良好な面性状である ことが明らかとなった。
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0002
〔〕0043

Claims

請求の範囲
1 . シリンダブロックに設けられたシリンダ内に嵌入されたビストンが摺接し 得る該シリンダの内筒面であるシリンダライナにクロスハッチ条痕を形成するホ 一二ング工程を有するシリンダブ口ックの製造方法であって、
前記シリンダライナは、 鉄を主成分とする鉄粉末を加圧成形した粉末成形体を 加熱して焼結させた筒状の鉄系多孔質焼結体と該鉄系多孔質焼結体の外周側から 含浸させたアルミニウム合金とにより形成され、
前記ホーニング工程は、 第 1粗さのダイャモンド砥粒を固化させた第 1砥石を 回転させつつ前記シリンダライナの軸方向へ上下動させる第 1研削工程と、 該第 1粗さよりも細かい立方晶窒化ホウ素 （C B N) 砥粒を固化させた第 2砥 石を回転させつつ該シリンダライナの軸方向へ上下動させる第 2研削工程とから なり、
クロスハツチ条痕を有するシリンダライナが得られることを特徴とするシリン ダブ口ックの製造方法。
2 . 前記第 1粗さは # 2 7 0〜4 0 0 ( J I S規格、 以下同様） であり、 前記第 2粗さは # 8 0 0〜1 2 0 0である第 1項に記載のシリンダブ口ックの 製造方法。
3 . 該鉄系多孔質焼結体は、 全体を 1 0 0体積％としたときに焼結した前記鉄 粉末の占める鉄粉末占有体積率 （V f ) が 4 5〜8 0体積％である第 1項に記載 の粉末成形体の製造方法。
4 . アルミニウム合金製のブロック本体と、
該プロック本体に設けられたシリンダ内に嵌入されたビストンが摺接し得る該 シリンダの内筒面であり、 鉄を主成分とする鉄粉末を加圧成形した粉末成形体を ンダブ口ックであって、
前記シリンダライナは、 第 1〜3項のいずれかに記載したホーユング工程によ りクロスハツチ条痕が形成されていることを特徴とするシリンダブロック。
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