JP2000033455A - 内燃機関用鍛造スリーブ，その製造方法及び内燃機関用鍛造スリーブを使用したシリンダブロック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スリーブの内面、即ちピストン摺動面に大き
な結晶粒が露出するのを防止してピストン外面，スリー
ブ内面の荒れを防止でき、またスリーブ自体の剛性や強
度を十分なものにすることができる内燃機関用鍛造スリ
ーブ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】シリンダブロック２のシリンダ孔２ｃ内に
鋳込み又は圧入により装着される内燃機関用鍛造スリー
ブ５において、アルミニウム基材中に必要成分を含有し
てなるスリーブ素材Ｗ１を型鍛造により円筒部５ａと底
部５ｂとを有する略コップ状の鍛造成形素材Ｗ２に成形
するとともに上記底部５ｂを除去してなり、上記円筒部
５ａの金属組織中にその軸線に沿ってファイバフローｆ
が層をなすように形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダブロック
のシリンダ孔内に鋳造又は圧入により配設される内燃機
関用のアルミニウム合金製鍛造スリーブ及びその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関では、軽量なアルミニウム合金
製シリンダブロックのシリンダ孔内にシリンダブロック
とは異なるアルミニウム合金製スリーブを鋳込みにより
又は圧入により配設し、もってピストン摺動面（スリー
ブ内面）の耐摩耗性を強化するようにしたものがある。

【０００３】上述のようなアルミニウム合金製スリーブ
の第１従来例として、アルミニウム基材に対して所定の
成分元素を所定の割合で溶融混合し、これを冷却凝固し
て棒状インゴットに成形し、これを加熱押し出しあるい
は引き抜きによりアルミニウム合金製パイプに成形し、
該パイプを所定長さに切断した後、内外周面に機械加工
を施してなるものがある。

【０００４】また上述のようなアルミニウム合金製スリ
ーブの第２従来例として、アルミニウム基材に対して所
定の成分元素を所定の割合で溶融混合し、該溶融金属を
流下させつつ不活性ガス等の高圧流体を噴射して粉粒化
させてなるアルミニウム合金の急冷凝固粉末を、円筒状
の空隙を有する雌型内に充填し、これを円筒状の雄型に
より加圧することにより円筒状のスリーブ素材に成形
し、これを焼成した後、内外周面に機械加工を施してな
るものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記第１従来例のスリ
ーブの場合、溶融したアルミニウム合金を冷却凝固して
棒状インゴットを製造する際に、各成分元素の結晶粒が
インゴットの外周部では小さく、内部では大きなものと
なる。このようなインゴットを加熱押し出ししたあるい
は引き抜いたアルミニウム合金パイプからなるスリーブ
では、スリーブの内面、即ちピストン摺動面にＳｉ等の
大きな結晶粒が露出することがある。

【０００６】その結果、爆発力や慣性力を受けるピスト
ンがスリーブ内面を摺動する際に、スリーブ内面に露出
した大きな結晶粒によりピストン外周面が荒らされる場
合がある。またピストンのスカート部やピストンリング
によりスリーブ内面に対して垂直方向の力とともに摺動
方向の力が作用することとなるが、上記大きな結晶粒の
粒境では応力集中が生じ易く、疲労破壊によりスリーブ
から結晶粒が脱落してスリーブ内面が荒れる場合があ
る。これらの荒れがピストン焼き付きの原因となる。

【０００７】一方、上記第２従来例のスリーブの場合、
スリーブ内面では各成分元素の結晶粒が小さく緻密な組
織となっているため上記第１従来例のような問題は生じ
ないものの、スリーブが粉末を固めて所定の円筒状とし
た後これを焼成しただけのものであることから、スリー
ブ自体の剛性や強度が不十分である。

【０００８】その結果、機関運転中のピストンからの側
圧荷重によりスリーブが変形し、スリーブ内面の軸方向
におけるストレート形状が湾曲変形されることがあり、
スリーブ内面にピストンとの当たりの強い部分が発生
し、該部分において上記垂直荷重と摺動摩擦力による面
圧が高くなり、スリーブ内面あるいはピストン外面の摩
耗が激しくなってエンジン性能低下の原因となる場合が
ある。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、スリーブの内面、即ちピストン摺動面に大
きな結晶粒が露出するのを防止してピストン外面，スリ
ーブ内面の荒れを防止でき、またスリーブ自体の剛性や
強度を十分なものにすることができる内燃機関用鍛造ス
リーブ及びその製造方法を提供することを課題としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、シリ
ンダブロックのシリンダ孔内に鋳込み又は圧入により装
着される内燃機関用鍛造スリーブにおいて、アルミニウ
ム基材中に必要成分を含有してなるスリーブ素材を型鍛
造により円筒部と底部とを有する略コップ状の鍛造成形
素材に成形するとともに上記底部を除去してなり、上記
円筒部の金属組織中にその軸線に沿ってファイバフロー
（鍛流線）が層をなすように形成されていることを特徴
としている。

【００１１】請求項４の発明は、シリンダブロックのシ
リンダ孔内に鋳込み又は圧入により装着される内燃機関
用鍛造スリーブの製造方法において、アルミニウム基材
中に必要成分を含有してなるスリーブ素材を形成する工
程と、該スリーブ素材を型鍛造により円筒部と底部とを
有する略コップ状の鍛造成形素材に成形するとともに上
記底部を除去する工程とを備え、上記円筒部の金属組織
中にその軸線に沿ってファイバフロー（鍛流線）が層を
なすように形成されていることを特徴としている。

【００１２】ここで上記鍛造スリーブ又はその製造方法
において、上記スリーブ素材には、請求項２，５に示す
ようなアルミニウム及び必要成分を溶融，凝固させた鋳
塊からなる厚肉円盤状のもの、又は請求項３，６に示す
ような必要成分が粉末の状態で含有されたアルミニウム
合金粉末を、溶融，凝固させることなく固化してなる厚
肉円盤状のものが採用可能である。

【００１３】請求項７の発明は、アルミ基材中に少なく
とも１０〜２５重量％のＳｉを含有させた請求項１に記
載の内燃機関用鍛造スリーブを、アルミ基材中に少なく
とも１．５〜１０．５重量％のＳｉを含有させたアルミ
ニウム合金を使って鋳造形成したシリンダブロック本体
のシリンダ用孔に圧入又は焼きばめするか、あるいは、
金型内に上記内燃機関用鍛造スリーブを保持した状態
で、アルミ基材中に少なくとも１．５〜１０．５重量％
のＳｉを含有させたアルミニウム合金の溶湯を上記金型
内に注入するかして形成したことを特徴としている。

【００１４】

【発明の作用効果】本発明に係る内燃機関用鍛造スリー
ブ及びその製造方法によれば、スリーブ素材を型鍛造に
より円筒部と底部とを有する略コップ状の鍛造成形素材
に成形し、該底部を除去した残りの円筒部をスリーブと
したので、該スリーブの内部にはその軸線に沿ってファ
イバフロー、即ち、材料繊維組織の流れ、いわゆる鍛流
線が層をなして形成され、該スリーブ自体の剛性，強度
を向上でき、ピストン側圧荷重によりスリーブ内面が湾
曲変形するのを防止でき、該湾曲変形に起因するエンジ
ン性能の低下を回避できる。

【００１５】また特に、アルミニウム合金粉末を固化し
てなるスリーブ素材を型鍛造により鍛造成形素材に成形
し、底部を切断除去したものをスリーブとした場合に
は、スリーブの金属組織を含有成分の粒径の小さい緻密
なものとすることができ、スリーブ内面やピストン外面
の荒れに起因するピストンの焼き付きやエンジン性能の
低下を回避できる。

【００１６】また請求項７の発明によれば、１０〜２５
重量％のＳｉを含有する鍛造スリーブを１．５〜１０．
５重量％のＳｉを含有するシリンダブロック本体内に配
設したので、スリーブとシリンダブロック本体との線膨
張係数が近似し、両者間の緊迫力が過小になったり、逆
に過大になるといった問題を解消できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１〜図８は本発明の第１実
施形態による内燃機関用鍛造スリーブ及びその製造方法
を説明するための図であり、図１は本実施形態スリーブ
が採用されたエンジンの模式図、図２はシリンダブロッ
クの断面側面図、図３，図４はスリーブの鍛造工程を示
す模式図、図５はスリーブ素材の製造工程を示す模式
図、図６はスリーブ素材用連続鋳造装置の模式図、図
７，図８は鍛造スリーブを備えたシリンダブロックの製
造工程を示すフローチャート図である。

【００１８】図１，図２において、１は本実施形態の鍛
造スリーブ５を備えた４サイクルエンジン（内燃機関）
である。該エンジン１は、水冷式４サイクル直列複数気
筒エンジンであり、シリンダブロック２のスカート部２
ａの下合面ａにオイルパン３を装着するとともに、シリ
ンダ部（シリンダブロック本体）２ｂの上合面ｂにシリ
ンダヘッド４を結合し、シリンダ部２ｂに形成されたシ
リンダ孔２ｃ内に鋳込み又は圧入により配設されたスリ
ーブ５内にピストン６を摺動自在に挿入配置し、該ピス
トン６をピストンピン７，コンロッド８，クランクピン
９を介してクランク軸１０に連結した概略構造を有す
る。

【００１９】また、上記シリンダヘッド４のシリンダブ
ロック側合面に凹設された燃焼凹部４ａには、吸気ポー
ト４ｂ，排気ポート４ｃが開口しており、該吸気，排気
ポート４ｂ，４ｃの燃焼室開口は吸気弁１１，排気弁１
２で開閉される。また上記吸気ポート４ｂに接続された
吸気管１３には、燃料噴射弁１４，スロットル弁１５が
配設されている。なお、１６は点火プラグである。

【００２０】上記スリーブ５は、本実施形態の特徴をな
す製造方法により製造されたものである。該スリーブ５
は、後述するように、例えば表１のI 〜IV欄に示す化学
成分を有するアルミニウム合金からなる厚肉円盤状のス
リーブ素材を金型鍛造により略カップ状とし、これに機
械加工を施すことにより製造されたものである。

【００２１】上記スリーブ５においては、図３（Ｃ）に
軸線を含む平面で断面して示すように、該スリーブ５の
軸線に沿ってファイバフローｆが層をなすように形成さ
れている。ここで、このファイバフローｆは、型鍛造に
おいて現れる材料繊維組織の流れ、即ち鍛流線を意味し
ており、本実施形態のスリーブ５では、この鍛流線が該
スリーブ５の軸線方向に沿って延びている点に特徴があ
る。

【００２２】次に本実施形態のスリーブ５及び該スリー
ブ５を備えたシリンダブロック２のの製造方法を図３〜
図８に沿って詳述する。ここで図６において、２０はス
リーブ素材Ｗ１を製造するための連続鋳造装置である。
この連続鋳造装置２０は、上部に投入口２１ａを有し、
周囲にヒータ２１ｂが巻回された溶解炉２１と、該溶解
炉２１の底部に形成された取出口２１ｃに配設され、電
磁石又は超音波発振器からなる攪拌装置２２と、鋳造体
を連続的に引き出すローラ２３とを備えている。

【００２３】上記取出口２１ｃから引き出される鋳造体
Ｗは、外周部ほど低温で内部程高温の温度分布曲線Ｔを
有し、極端な場合には外周部のみ固化し内部は溶融状態
となっている。上記攪拌装置２２は、電磁誘導又は超音
波振動により溶融金属を攪拌し、結晶の核を分散させ、
これにより取出口２１ｂから引き出される外周部固体，
内部溶融状態の鋳造体Ｗにおける中心部と外周部との温
度差を緩和するためのものである。これにより、鋳造体
Ｗの外周部の温度が高くなり全体としての冷却速度が高
まり、もって結晶粒子の成長が抑制され、粒子サイズが
小さくなるとともに結晶粒子が均一に分散した安定した
鋳造体が得られる。

【００２４】まず、表１のI 〜IV欄の何れかに示す化学
成分を有するアルミニウム合金製インゴットＧを準備
し、上記溶解炉２１内に投入口２１ａから投入する（ス
テップＳ１）。なおこの場合、合金状態のインゴットを
投入しても良いし、あるいは各成分毎のイッゴット又は
粉末を投入し、溶解炉２１内で溶融混合しても良い。

【００２５】次に、上記インゴットを上記溶解炉２１で
溶解し、前述のように攪拌装置２２により溶融金属を攪
拌して核を分散させながら凝固させる（ステップＳ
２）。このとき、Ｓｉ含有量は重量割合で１０〜２５％
であり、温度降下に伴い初晶Ｓｉが析出するが、上記攪
拌作用によりその成長が抑制されるため粒子サイズは３
０μｍ以下となる。

【００２６】この場合に、アルミニウムの接種材として
リン（Ｐ）、ナトリウム（Ｎａ）、ストロンチウム（Ｓ
ｒ）、アンチモン（Ｓｂ）等を添加しておくことによ
り、結晶の核が多くなり、初晶Ｓｉの微細化がさらに促
進される。

【００２７】このようにして初晶Ｓｉの粒子サイズを３
０μｍ以下にした連続鋳造体Ｗを自然冷却させながらロ
ーラ２３により引き出し（ステップＳ３）、１つのスリ
ーブに対応した厚さに切断してスリーブ素材Ｗ１を製造
する（ステップＳ４）。

【００２８】そして上記スリーブ素材Ｗ１を型鍛造によ
り鍛造成形素材Ｗ２に成形する（ステップＳ５）。この
型鍛造では、図４（Ａ）に示すように、スリーブ５の外
面形状に対応した雌型面３２ａを有する下型３２内に上
記スリーブ素材Ｗ１を外周面に離型剤を塗布して配置
し、該スリーブ素材Ｗ１を、スリーブ５の内面形状に対
応した雄型面３１ａを有する上型３１により衝撃力を加
えながら圧しつぶすことにより、スリーブ５に対応した
形状の円筒部５ａとこれの底を閉塞する底部５ｂとから
なる略カップ状の鍛造成形素材Ｗ２に成形する。

【００２９】上記型鍛造では、スリーブ素材Ｗ１を溶融
しない程度に加熱してから、即ち、共晶温度（約５７０
℃）以下、具体的には４００〜５００℃程度に加熱して
から鍛造することが望ましく、これにより鍛造性が高め
られ、高品質の鍛造成形素材Ｗ２が得られる。なお、こ
の場合、鍛造型内で加熱してそのまま鍛造しても良い
し、あるいは鍛造型外で加熱してこれを鍛造型内に移し
て鍛造しても良い。

【００３０】続いて、上記鍛造成形素材Ｗ２の底部５ｂ
を切断除去し、内外周面に機械加工を施してスリーブ５
を形成し、さらに該スリーブ５の強度を高めるために焼
き入れ，焼き戻しのＴ６処理等の熱処理を施す（ステッ
プＳ６，Ｓ７）。

【００３１】そしてシリンダブロック２をダイカスト鋳
造する際に上記スリーブ５をシリンダブロック用金型内
に配置し、低圧鋳造ならば表２のいずれかのアルミニウ
ム合金の溶湯を使い、ダイカストならば表３のいずれか
のアルミニウム合金の溶湯を使ってシリンダブロック２
内に鋳込み（ステップＳ８）、このスリーブ５が鋳込ま
れたシリンダブロック２に残留応力除去のための焼鈍処
理を施し（ステップＳ９）、シリンダブロック各部の機
械加工を施し、続いてスリーブ５の内面にピストン摺動
面（シリンダボア）をボーリング加工により形成し、さ
らに該シリンダボアにホーニング加工を施す（ステップ
Ｓ１１，１２）。

【００３２】ここで、上記シリンダブロック２の材料に
は、上記スリーブ６と線膨張係数が近似するアルミニウ
ム合金が採用されている。例えばシリンダブロック２及
びスリーブ５のアルミニウム合金は、（スリーブのＳｉ
重量％／シリンダブロックのＳｉ重量％）×１００をα
とするとき、８０＜α＜５００となるようにＳｉ含有率
が設定されている。具体的には、スリーブ６が表１のＩ
欄に示すように、スリーブ６のＳｉ含有量が１０〜２５
重量％である場合には、シリンダブロック２のＳｉ含有
量は概ね５〜１２重量％に設定される。なお、アルミニ
ウム合金においては、Ｓｉ含有率が増加するほと線膨張
係数は小さくなる。

【００３３】シリンダブロックの線膨張係数αｂがスリ
ーブの線膨張係数αｓに比べて過大の場合にはシリンダ
ブロックとスリーブとの間の緊迫力が小さくなり、極端
な場合には両者間に隙間が生じるが、上述ようにＳｉ含
有率を設定したので、シリンダブロックの線膨張係数α
ｂがスリーブの線膨張係数αｓに比較として過大となる
ことはなく、従ってシリンダブロックとスリーブとの間
の緊迫力が不足することはない。

【００３４】また、スリーブの線膨張係数αｓがシリン
ダブロックの線膨張係数αｂに比べて過大の場合には、
シリンダブロックとスリーブとの間の緊迫力が過大にな
り、スリーブ側には大きな圧縮応力が発生してスリーブ
の内表面に歪みが発生し、逆にシリンダブロック側には
過大な引っ張り応力が発生し、極端な場合にはヒートサ
イクルにより亀裂が発生する恐れがあるが、上述のよう
にＳｉ含有率を設定したので、上述のような問題を回避
できる。このためαは１００＜α＜１５０となる様にシ
リンダブロックとスリーブの材料の組合せを選択すると
なお良い。

【００３５】なお、上記スリーブ６のシリンダブロック
２への装着については、上記鋳込みに限らず、図８に示
すように、スリーブ圧入方式も採用できる。この方式の
場合、シリンダブロック２を別個に表３に示すいずれか
のアルミニウム合金を使ってダイカスト鋳造し、焼鈍処
理，シリンダ孔２ｃ等の機械加工を施しておく（ステッ
プＳ２１〜２３）。そしてこのシリンダ孔２ｃ内に、上
記ステップＳ１〜Ｓ７により製造されたスリーブ５を圧
入し（ステップＳ２４）、その後シリンダブロック各部
の加工，シリンダボアのボーリング加工，ホーニング加
工を施施す（ステップＳ２５〜２７）。なおダイカスト
鋳造の替わりに表２に示すいずれかのアルミニウム合金
を使って低圧鋳造する様にしても良い。

【００３６】本第１実施形態のスリーブ５によれば、必
要成分を含有するアルミニウム合金鋳塊からなるスリー
ブ素材Ｗ１を型鍛造により薄肉円筒状の円筒部５ａと底
部５ｂとを有する鍛造成形素材Ｗ２に成形したので、該
円筒部５ａの金属組織中にその軸線に沿ってファイバフ
ローｆが層をなすように形成され、該スリーブ５自体の
剛性や強度が高いものとなり、その結果、エンジンの運
転中のピストンからの側圧荷重によりスリーブ内面の軸
方向におけるストレート形状が湾曲変形されるようなこ
とがなく、このようなスリーブ内面の湾曲変形に起因す
るエンジンの不具合をなくすことができる。

【００３７】また本第１実施形態では、スリーブ素材Ｗ
１製造過程において、溶融金属の冷却過程で攪拌作用を
施すことにより、結晶の核が拡散分散されて冷却作用が
高められ、結晶粒子の成長が抑制される。そのためＡｌ
−Ｓｉ合金において、初晶シリコンの粒子サイズを例え
ば３０μｍ以下と十分に小さくでき、鍛造時の延性が高
められ、割れが抑制されて鍛造性が向上する。

【００３８】なお、上記第１実施形態では、スリーブ素
材を連続鋳造により製造された鋳造体Ｗから形成した
が、このスリーブ素材は、溶湯鍛造により、あるいは金
型鋳造によっても製造できる。さらにまた、上記第１実
施形態では、スリーブ素材が鋳塊からなる円盤状のもの
である場合を説明したが、本発明のスリーブ素材は鋳塊
からなる円盤状のものに限定されるものではなく、必要
成分が粉末の状態で含有されたアルミニウム合金粉末を
円盤状またはリング状に固化してスリーブ素材としても
良い。

【００３９】図９〜１１はアルミニウム合金粉末により
スリーブ素材を製造した場合の第２実施形態を示す。ま
ず、図９に示すように、アルミニウム基材に対してＳ
ｉ，Ｆｅ，及びその他の成分を含有させたアルミニウム
合金（表１のＩ〜ＩＶ欄に示す）のインゴットＧを準備
し、該インゴットを溶解炉４１により約７００℃以上で
溶解し、該溶湯Ｍを噴霧容器４２のノズル４２ａから流
下させつつ不活性ガス等の高圧流体を噴射して粉粒化さ
せるいわゆるアトマイズ法により、冷却速度１００℃／
ｓｅｃ以上で急激に冷却凝固させる。これによりアルミ
ニウム合金の急冷凝固粉末（パウダーメタル）とし、さ
らに必要に応じて炭化シリコン（ＳｉＣ）や酸化アルミ
ニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の
ような硬質成分の粉末を単独あるいは複数組み合わせて
混合することにより、スリーブ素材を製造するための粉
末材料を準備する。

【００４０】このようにして準備された粉末材料を、図
１０に示すように、押圧成形用の下型５２内に充填し、
上型５１により常温で押圧（冷間押圧）して固化した
後、さらに４００℃〜５００℃に加熱して押圧（熱間押
圧）することにより、直接的に所望の大きさ及び形状の
スリーブ素材Ｗ１とすることができる。なおこのような
型内での押圧によるスリーブ素材Ｗ１の成形について
は、図示したように冷間押圧してからさらに熱間押圧す
る方法だけでなく、冷間押圧又は熱間押圧の何れかのみ
によって成形する方法も採用できる。

【００４１】そして上記図１０の方法で製造されたスリ
ーブ素材Ｗ１を図４に示す如き下型３２，上型３１によ
り型鍛造し、図１１に示すような鍛造成形素材Ｗ２に成
形する。この場合、上記スリーブ素材Ｗ１は、粉末材料
を型内に充填して冷間押圧し、さらに熱間押圧している
ことから、その中心部での粉末材料の充填率が低く、か
つ外面に沿った方向に弱いファイバフローｆ′が形成さ
れたものとなっている（図１１（Ａ）参照）ことから、
型鍛造によりカップ状の鍛造成形素材Ｗ２に成形する
と、円筒部５ａには軸線に沿った方向のファイバフロー
ｆが強力確実に形成されており、また底部５ｂは材料の
充填率の低い部分となっている（図１１（Ｂ）参照）。

【００４２】そのため上記カップ状の鍛造成形素材Ｗ２
の底部５ｂを切断除去して円筒部５ａのみからなるスリ
ーブ５を製造する際に、粉末材料の充填率の低い部分を
除去することとなり、除去される材料の無駄を小さく抑
えることができ、かつ製造されたスリーブ５について
は、円筒形状の軸線方向に沿ったファイバフローｆが多
数の層をなして強力に形成されたものとなっている。な
お、鍛造荷重を大きくし、底部５ｂの肉厚をできる限り
薄くしても良い。

【００４３】図１２，図１３はアルミニウム合金粉末か
らなるスリーブ素材を型鍛造してスリーブ５を製造する
場合の第３実施形態を示す。即ち、図９のアトマイズ法
により製造したアルミニウム合金粉末をアルミニウム容
器６１中に充填して真空脱気し、該アルミニウム容器６
１を押出用下型６２内に入れて４００〜５００℃に加熱
し、上型６３で熱間押し出しする。このようにして固化
成形された円柱状の棒体Ｗを１つのスリーブに対応した
所定厚さの円盤に切断し、これによりスリーブ素材Ｗ１
が得られる。

【００４４】上記図１２の方法で製造されたスリーブ素
材Ｗ１は、アルミニウム合金粉末を充填したアルミニウ
ム容器６１の残滓６１′がスリーブ素材Ｗ１の外表面に
残ったままの状態となっており、この残滓６１′を除去
することが必要になると考えられる。しかし上記アルミ
ニウム容器６１の材質をシリンダブロック２と同じもの
にしておくことにより、上記残滓６１′を除去すること
なくスリーブ５をシリンダブロック２内に鋳込むことが
でき、又は圧入することができる。

【００４５】なお、スリーブ素材Ｗ１の製造にあって
は、図１４に示すように、アルミニウム容器に充填する
ことなく直接押出用型内に入れ、熱間押し出しするよう
にしても良い。

【００４６】上記第１〜第３実施形態では、スリーブ素
材Ｗ１が厚板円盤状のものである場合を説明したが、こ
のスリーブ素材Ｗ１は必ずしも円盤状に限られるもので
はなく、リング状としても良い。このリング状のスリー
ブ素材を製造するには、例えば図１０における押圧用上
型５１，下型５２を上記リング形状に対応した型形状と
する方法、及び例えば図１５に示す第４実施形態の押出
装置７０を使用する方法が採用できる。

【００４７】上記押出装置７０は、図１５に示すよう
に、製造しようとするスリーブ素材Ｗ１の外径を有する
吐出口７１ａ及び内径を有するロッド部７１ｂを備えた
シリンダ７１内に粉末材料を充填し、該粉末材料をピス
トン７３で熱間押出しすように構成されている。そして
上記押出装置７０により押し出された中空円筒棒状体Ｗ
を１つのスリーブに相当する所定厚さに切断し、厚板リ
ング状のスリーブ素材Ｗ１が形成される。

【００４８】図１５の方法で製造されたスリーブ素材Ｗ
１を図４に示す如き下型３２，上型３１により型鍛造
し、図１６に示すような鍛造成形素材Ｗ２に成形する。
このスリーブ素材Ｗ１は、その中心部には孔が開いてお
り、また外面に沿った方向に弱いファイバフローｆ′が
形成されたものとなっている（図１６（Ａ）参照）こと
から、型鍛造によりカップ状の鍛造成形素材Ｗ２に成形
すると、円筒部５ａには軸線に沿った方向のファイバフ
ローｆが強力確実に形成されており、また底部５ｂには
孔があいている（図１６（Ｂ）参照）。

【００４９】そのため上記カップ状の鍛造成形素材Ｗ２
の底部５ｂを切断除去して円筒部５ａのみからなるスリ
ーブ５を製造する際に、孔の開いた底部５ｂを除去する
こととなり、除去される材料の無駄をより小さく抑える
ことができ、かつ製造されたスリーブ５については、円
筒形状の軸線方向に沿ったファイバフローｆが多数の層
をなして強力に形成されたものとなっている。

【００５０】上記第２〜第４実施形態では、アルミニウ
ム合金粉末を固化したスリーブ素材Ｗ１を、金型鍛造に
より円筒部５ａと底部５ｂとからなる略コップ状の鍛造
成形素材Ｗ２に成形し、底部５ｂを切断除去したものを
スリーブ５としたので、該スリーブ５は含有成分を粒径
が小さく金属組織中に均一に分散させた状態のままで鍛
造されて緻密な金属組織を有するものとなっている。

【００５１】従って、上記スリーブ５を鋳込み，圧入に
よりシリンダブロック内に配設した場合に、スリーブ内
面に大きな結晶粒が露出するようなことがなくなり、そ
の結果、ピストン摺動面に大きな結晶粒が露出している
ことや、該大きな結晶粒が脱落することに起因してピス
トン摺動面やピストン外面が荒れるといった問題を回避
でき、このような荒れに起因するピストン焼き付き，エ
ンジン性能の低下を回避できる。

【００５２】またスリーブ素材Ｗ１を型鍛造によりカッ
プ状の鍛造成形素材Ｗ２に成形したことにより、スリー
ブ５の金属組織中にはその軸線に沿った方向のファイバ
フローｆが層を成して形成され、該ファイバフローｆに
よりスリーブ自体の剛性，強度が高まり、その結果、エ
ンジン運転中のピストンからの側圧荷重によりシリンダ
内面の軸方向におけるストレート形状が湾曲変形される
ようなことがなく、該湾曲変形に起因するエンジン性能
の低下を回避できる。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【表２】

【００５５】

【表３】

【００５６】ここで、表１は、本発明の鍛造スリーブ５
の化学成分の具体例（実施例I 〜IV）を示す。表中、各
成分を添加したことによる作用効果は以下の通りであ
る。 Ｓｉ：シリコン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き付け性を
高めるために添加する。またＳｉの添加量が多いほど線
膨張係数が小さくなる。 Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ：鉄，マンガン，クロムは金属組織を
分散強化して２００℃以上で高い強度を得るために添加
する。 Ｃｕ，Ｍｇ：銅，マグネシウムは２００℃以下での強度
を高めるために添加される。上述のＴ６処理においてス
リーブの時効硬化作用が得られる。 これら成分の添加量は、表１に示す範囲内において、所
望の耐摩耗性，耐焼き付き性及び高温での必要な強度に
基づいて適宜選択される。

【００５７】上記表１のII欄の実施例では、Ｎｉの含有
量を２〜６重量％としたので、２５０℃以上の高温強度
を改善できる。またこの実施例IIの場合、スリーブの高
温強度, 耐摩耗性を向上でき、かつ型鍛造時の鍛造性が
良好である。そして粗大化している金属間化合物の組織
を型鍛造時の塑性加工により微細化でき、さらに強度延
びを高めることができる。

【００５８】上記表１のIV欄の実施例では、平均粒径略
５μｍのＳｉＣ粉末を１〜１０重量％添加したものを加
熱押し出しにより固化してスリーブ素材Ｗ１を形成した
ので、さらに耐摩耗性，耐焼き付き性が高められる。

【００５９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の鍛造スリーブを備えた
エンジンの模式図である。

【図２】上記鍛造スリーブが配設されたシリンダブロッ
クの断面側面図である。

【図３】上記鍛造スリーブの製造工程を示す断面模式図
である。

【図４】上記鍛造スリーブの製造工程を示す断面模式図
である。

【図５】上記鍛造スリーブの製造工程を示す工程図であ
る。

【図６】上記鍛造スリーブの製造工程における連続鋳造
装置の模式図である。

【図７】上記鍛造スリーブを備えたシリンダブロックの
製造工程図である。

【図８】上記鍛造スリーブを備えたシリンダブロックの
製造工程図である。

【図９】本発明の第２実施形態におけるアルミニウム合
金粉末の製造工程図である。

【図１０】上記第２実施形態におけるスリーブ素材の製
造工程図である。

【図１１】上記第２実施形態におけるスリーブの製造工
程図である。

【図１２】本発明の第３実施形態におけるスリーブ素材
の製造工程図である。

【図１３】上記第３実施形態におけるスリーブの製造工
程図である。

【図１４】上記第３実施形態の変形例によるスリーブ素
材の製造工程図である。

【図１５】本発明の第４実施形態におけるスリーブ素材
の製造工程図である。

【図１６】上記第４実施形態におけるスリーブの製造工
程図である。

【符号の説明】

２ シリンダブロック ２ｃ シリンダ孔 ５ スリーブ Ｗ１ スリーブ素材 ５ａ 円筒部 ５ｂ 底部 Ｗ２ 鍛造成形素材 ｆ ファイバフロー

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｋ Ｆターム(参考） 3G024 AA25 DA03 DA18 FA00 FA04 FA06 GA02 GA07 GA10 GA21 GA31 HA01 HA07 HA19 4E087 AA02 BA04 BA15 BA23 BA24 CA11 CA13 CA33 DB03 EC13 EC22 EC37 HA61 HA64 HB02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダブロックのシリンダ孔内に鋳込
   み又は圧入により装着される内燃機関用鍛造スリーブに
   おいて、アルミニウム基材中に必要成分を含有してなる
   スリーブ素材を型鍛造により円筒部と底部とを有する略
   コップ状の鍛造成形素材に成形するとともに上記底部を
   除去してなり、上記円筒部の金属組織中にその軸線に沿
   ってファイバフロー（鍛流線）が層をなすように形成さ
   れていることを特徴とする内燃機関用鍛造スリーブ。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記スリーブ素材
   が、アルミニウム及び必要成分を溶融，凝固させた鋳塊
   からなる厚肉円盤状のものであることを特徴とする内燃
   機関用鍛造スリーブ。
3. 【請求項３】 請求項１において、上記スリーブ素材
   が、必要成分が粉末の状態で含有されたアルミニウム合
   金粉末を、溶融，凝固させることなく固化してなる厚肉
   円盤状のものであることを特徴とする内燃機関用鍛造ス
   リーブ。
4. 【請求項４】 シリンダブロックのシリンダ孔内に鋳込
   み又は圧入により装着される内燃機関用鍛造スリーブの
   製造方法において、アルミニウム基材中に必要成分を含
   有してなるスリーブ素材を形成する工程と、該スリーブ
   素材を型鍛造により円筒部と底部とを有する略コップ状
   の鍛造成形素材に成形するとともに上記底部を除去する
   工程とを備え、上記円筒部の金属組織中にその軸線に沿
   ってファイバフロー（鍛流線）が層をなすように形成さ
   れていることを特徴とする内燃機関用鍛造スリーブの製
   造方法。
5. 【請求項５】 請求項４において、上記スリーブ素材
   が、アルミニウム及び必要成分を溶融，凝固させた鋳塊
   からなる厚肉円盤状のものであることを特徴とする内燃
   機関用鍛造スリーブの製造方法。
6. 【請求項６】 請求項４において、上記スリーブ素材
   が、必要成分が粉末の状態で含有されたアルミニウム合
   金粉末を、溶融，凝固させることなく固化してなる厚肉
   円盤状のものであることを特徴とする内燃機関用鍛造ス
   リーブの製造方法。
7. 【請求項７】 アルミ基材中に少なくとも１０〜２５重
   量％のＳｉを含有させた請求項１に記載の内燃機関用鍛
   造スリーブを、アルミ基材中に少なくとも１．５〜１
   ０．５重量％のＳｉを含有させたアルミニウム合金を使
   って鋳造形成したシリンダブロック本体のシリンダ用孔
   に圧入又は焼きばめするか、あるいは、金型内に上記内
   燃機関用鍛造スリーブを保持した状態で、アルミ基材中
   に少なくとも１．５〜１０．５重量％のＳｉを含有させ
   たアルミニウム合金の溶湯を上記金型内に注入するかし
   て形成したことを特徴とするシリンダブロック。