JP2004106182A - シリンダの製造方法 - Google Patents

Abstract

　　【課題】内燃エンジンのシリンダの製造方法において、シリンダの迅速且つ低コストの製造を可能にする。
　　【解決手段】シリンダ壁（２）の多段階加工により制御窓（５）を形成させ、その際第１段階で切削工具（７）を主回転運動させることによりシリンダ壁（２）に破断部を形成させ、第２段階で１つの工具を用いて破断部（１０）を制御窓（５）の所定の寸法へ拡大させる。
　　【選択図】図３

Description

　本発明は、内燃エンジンのシリンダの製造方法であって、往復ピストンを受容するための内部空間を画成するシリンダ壁を備えたシリンダケースを鋳造し、次に内部空間への流動管路の開口部としての制御窓をシリンダ壁に加工するようにした前記製造方法に関するものである。

　特許文献１から知られている方法では、往復ピストンを受容するための内部空間を画成するシリンダ壁を備えたシリンダケースが鋳造されるが、このシリンダは２サイクルエンジン用のものなので、シリンダ壁には搬送通路が鋳込まれる。搬送通路は、公知のように、シリンダ内でピストンによって画成されている燃焼室への燃料混合気または空気の供給を保証するためのものである。シリンダ壁内でほぼ軸線方向に延びている搬送通路をシリンダの内部空間と連通させるため、シリンダ壁内に半径方向の制御窓が複数個設けられている。これらの制御窓は、公知のように、エンジンの作動時に往復ピストンによって順番に覆われ、再び開放される。この公知の方法では、まずシリンダケースの未加工品が鋳造される。未加工品はシリンダ壁に鋳込まれた流動管路だけを備えているので、未加工シリンダヘッドは高効率で且つ製造コストを節約して鋳造することができる。シリンダを製造する第２段階では、各搬送通路に対し、機械的無接触成形法（たとえば機械的電気放電成形法）で制御窓が加工される。この公知の方法は、シリンダ壁に制御窓を形成させるにあたって無接触成形法だけで精密な加工が可能であることを前提としている。制御窓のこの公知の無接触成形法では、鋳造した未加工シリンダヘッドの中に工具を挿入し、挿入した工具をシリンダ壁の壁部分において、制御窓をシリンダ壁から繰り抜いて、まだ隠れた位置にある搬送通路と連通させることができるような位置へもたらす。

　ところで、この公知の方法を用いてシリンダを製造するには、制御窓をシリンダ壁から無接触で繰り抜くための、要求の多い高価な加工機が必要である。小型内燃エンジン、たとえば手で操縦される作業機で使用されるような小型内燃エンジン用のシリンダを製造する場合には、無接触加工するとシリンダの製造コストが高くなり、したがってエンジンの製造コストが高くなり、特に高部品数のエンジンの製造にはこの種の無接触加工は受け入れ難い。

ドイツ連邦共和国特許公開第１９８１０４７０Ａ１号公報

　本発明の課題は、冒頭で述べた種類の方法において、シリンダの迅速且つ低コストの製造を可能にすることである。

　本発明は、上記課題を解決するため、シリンダ壁の多段階加工により制御窓を形成させ、その際第１段階で切削工具を主回転運動させることによりシリンダ壁に破断部を形成させ、第２段階で１つの工具を用いて破断部を制御窓の所定の寸法へ拡大させることを特徴とするものである。

　本発明によれば、鋳造したシリンダケースに制御窓を形成する際の２段階の加工により、シリンダの低コストの製造が達成される。この場合第１段階では、切削工具を主回転運動させることにより、制御窓の所定の位置でシリンダ壁を穿孔または破断し、第２段階で、工具を用いて、有利には主直線運動で、破断部を制御窓の所定の寸法へ拡大させる。このようにして、制御窓を繰り抜くために必要な材料切除の大部分が主回転運動による低コストの製造方法で実施される。第１段階の工具の主回転運動の際に残るまくれは、直線加工により念入りに除去され、制御窓の正確な寸法を生じさせることができる。有利には１つの工具を用いて、特に主直線運動で行なわれる第２段階の加工も低コストで実施でき、必要な場合には同じ作業機械を用いて実施できる。本発明にしたがって、最初に回転加工を行ない、次に他の工具を用いて制御窓を仕上げるという２つの加工段階を組み合わせることにより、それぞれの流動管路に対し制御窓の精密な仕上げが可能であるとともに、公知の方法に比べて製造コストを著しく低減させることができる。

　制御窓を形成させるための第１段階でのシリンダ壁の破断は、有利にはフライス削りによって行なわれる。この場合、シリンダの軸線方向における制御窓の所定の高さに対応するディスク幅を持ったディスクフライスを使用すると、制御窓の所定の高さに対応する寸法の破断部を形成させることができる。第１加工段階を、シリンダの周方向における制御窓の所定幅に対応するように工具がシリンダ壁に切削係合するまで該工具を主回転運動させながら行なえば、管路壁における制御窓の加工はさらに迅速になる。

　第２加工段階は、有利には１つの工具を主直線運動させながら行い、好ましくは溝形成工具を用いて、特にスクレーパー工具またはブローチ工具を用いて行なう。この場合、直線案内される工具は該工具を駆動している工作機械によって作業位置へ指向せしめられ、且つ作業機械の横送り運動によって主運動方向として駆動せしめられる。この場合、主軸の回転作動時における送り運動は、直線運動時の工具の主運動を形成する。このようにして、回転切削運動を行なう第１加工段階と、主直線運動を行なう第２加工段階とを同一の作業機械を用いて実施することができ、したがって第２加工段階のための新たな工具の組み替え時間が非常に短いので、加工時間を短縮させることができる。

　本発明の有利な構成では、回転駆動可能な作業主軸を、直線案内される第２段階用の作業工具とともにシリンダケース内部の作業位置へもたらし、工具を制御窓の位置に対し適した係合角度をもった方向へ回転させる。次に、作業主軸を工具とともに主直線運動で往復動させ、切削加工を開始させる。切削加工が終了すると、仕上げ切削した制御窓からまくれを除去し、制御窓のエッジの清掃を行なう。この場合工具は、該工具のストローク位置と整合した回転運動により制御窓のエッジを擦過する。

　本発明の他の構成では、第２加工段階は無接触でも行なうことができ、有利には腐食処理またはレーザーによっても行なうことができる。

　次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
　図１と図２は、手で操縦される作業機の内燃エンジン用シリンダケース１を示している。シリンダケース１はダイカスト部品として成形されており、シリンダ壁２により、往復ピストンを受容する内部空間３を画成している。シリンダ壁２は、その外面に、シリンダを空冷するための冷却リブ１４を備えている。シリンダケース１は一体構造で鋳造されており、往復ピストンを挿入させるため片側が開口している。開口した側は、エンジンブロックと結合させるための平らなフランジ１５を備えている。シリンダ壁２には制御窓５が形成されており、制御窓５は流動管路４からシリンダの内部空間３への開口部であり、内燃機関の作動時には、ガス交換のために往復ピストンにより公知の態様で開閉される。流動管路４は、エンジンの構成に応じて、空気を供給するか、或いは、内燃エンジンのクランクケースから、または混合気調製用の別個の装置から燃料・空気混合気の供給を受ける。シリンダケース１を製造する際には、第１加工段階でシリンダケース１を鋳造し、第２加工段階でシリンダ壁を切削加工することにより半径方向の制御窓５を搬送通路４の末端部として繰り抜く。このようにして、シリンダ壁２の制御窓５によって生じる半径方向のアンダーカット部である複雑なコアを省略できるので、内部空間用の簡単なコアを用いて一体のシリンダケース１を製造することができる。以下に図３ないし図６を用いて説明する、制御窓５を形成させるための製造方法は、シリンダ壁にほぼ半径方向の破断部を持った適用例であれば、どのような適用例に対しても適用することができる。したがって吸気部または排気部もこのようにして加工することができ、或いは、シリンダケース１の外面に流動管路を接続させた図１および図２の構成以外にも、シリンダ壁に一体に鋳込んだ搬送通路の燃焼室開口部を製造することもできる。

　図３は、スリット制御型２サイクルエンジン用のシリンダケース１の横断面図であり、シリンダケース１はシリンダ壁２に搬送通路４を鋳込んだダイカスト部品として製造される。本実施形態では直径方向に対向している搬送通路４と内部空間３とは、鋳造されたシリンダケース１の中空空間を形成しており、アンダーカット部なしで成形されるので、シリンダケース１の鋳造未加工品では、シリンダの内部空間３への搬送通路４の通路は閉鎖されている。鋳造未加工品では、制御窓５はシリンダ壁を機械的に加工することによって形成され、内部空間３に対する搬送通路４の流動連通部を成している。制御窓５を繰り抜くため多段階の切削方法が採用され、この場合第１段階で、図３に図示したように、フランジ１５にて開口しているシリンダケース１の内部空間３内へディスクフライス７を挿入する。ディスクフライス７は作業機械の駆動主軸６の端部に配置され、作業機械の制御部により駆動主軸６を介してシリンダ壁２に対する所定の作業位置へもたらされる。ディスクフライス７を用いて、制御窓５に対し設けられる位置でシリンダ壁２に破断部１０をフライス削りする。この場合、ディスクフライス７を、その主回転運動１１とともにシリンダの横方向に送り運動１２をさせながらシリンダ壁２のほうへ移動させ、そこで破断部を形成させる。この場合、ディスクフライス７の切削幅が軸線方向における制御窓５の所定の高さにほぼ対応しているのが有利である。このようにすると、第１加工段階に対しては１回のフライス送りで十分である。

　図４は、フライスヘッド７をシリンダ壁２における加工位置で示したものである。この場合フライスヘッドを、シリンダ壁２に対し切削係合するまで制御窓５の幅Ｂに対応させるべくシリンダの周方向へ移動させる。シリンダ壁に対する切削係合が幅Ｂに対応するようになると、作業機械の送り運動を停止させ、工具を交換するため、フライスヘッドを工作物から離間させる。フライスヘッドで加工している間、ほぼコンマ状の横断面を持ったまくれは、工具の主回転運動のために制御窓５のエッジに留まったままである。まくれは多段階作業工程の次の加工段階で除去し、制御窓５を形成させる。これは腐食、レーザー等の加工により無接触で行なうことができる。有利には、回転するフライスヘッドによる加工に引き続いて、直線状に案内される溝形成工具(Furchwerkzeug)を作業主軸６に固定し、作業主軸６とともにシリンダケースの内部で作業位置へ移動させる。溝形成工具はスクレーパー工具(Raeumwerkzeug)であってよい。

　図５に図示したように、溝形成工具８を作業主軸６とともにシリンダケース１内で制御窓５に対応する軸線方向の高さにもたらし、直線状に横運動させることにより（符号１３）、フライスヘッドにより形成した破断部を制御窓５の所定の寸法へ拡大させる。直線運動で破断部を切削加工する前に、工具８の方向を調整するため、作業主軸６を作業機械の制御部により工作物内部の適当な位置（作業プログラムによって設定される）へ移動させる。作業主軸６を適当に回転運動させることにより、溝形成工具８の方向をシリンダ壁の制御窓５の位置に対し最適な係合位置に調整する。工具の方向を調整した後、切削加工を行なうため、駆動主軸を回転運動させずに直線運動させ、この場合フライス作動のための送り運動は工具の主運動を決定する。このとき駆動主軸は１平面内で作動し、この平面は制御窓５のエッジから切屑９を除去するための送り運動により変化する。なお、制御窓を本発明に従って加工する際の直線主運動を可能にするには、通常の作業機械の送り速度で十分である。このようにして、シリンダ壁２に制御窓５を形成させるための鋳造未加工品の２段階加工のために、フライス工程とこれに続く工具直線案内式加工工程とに対し同じ作業機械を使用することが可能になる。

　制御窓を所定の寸法へ拡大させると、加工終了時に制御窓のエッジの清掃、或いは、まくれが残っていればまくれの除去を行なう。このため、工具を、直線往復運動と同期して適当な角度回転させて、制御窓のエッジを清掃する。

シリンダケースを横から見た斜視図である。 シリンダケースを上から見た斜視図である 工具を回転させて加工している間のシリンダケースの縦断面図である。 工具を回転させて加工している間のシリンダケースの横断面図である。 工具を長手方向に案内して加工している間のシリンダケースの縦断面図である。 工具を直線的に案内して加工している間のシリンダケースの横断面図である。

符号の説明

　１　　　　　　　　　シリンダケース
　２　　　　　　　　　シリンダ壁
　３　　　　　　　　　シリンダの内部空間
　４　　　　　　　　　流動管路
　５　　　　　　　　　制御窓
　６　　　　　　　　　作業主軸
　７　　　　　　　　　ディスクフライス
　８　　　　　　　　　溝形成工具
　１０　　　　　　　　破断部
　１１　　　　　　　　主回転運動

Claims (12)

1. 内燃エンジンのシリンダの製造方法であって、往復ピストンを受容するための内部空間（３）を画成するシリンダ壁（２）を備えたシリンダケース（１）を鋳造し、次に内部空間（３）への流動管路（４）の開口部としての制御窓（５）をシリンダ壁（２）に加工するようにした前記製造方法において、
   　シリンダ壁（２）の多段階加工により制御窓（５）を形成させ、その際第１段階で切削工具（７）を主回転運動させることによりシリンダ壁（２）に破断部を形成させ、第２段階で１つの工具を用いて破断部（１０）を制御窓（５）の所定の寸法へ拡大させることを特徴とする製造方法。
2. 制御窓（５）を、シリンダ壁（２）に鋳込んだ流動管路（４）の、シリンダの内部空間（３）への開口部として設けることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
3. 加工の第２段階を主直線運動により、有利には溝形成工具（８）を用いて行なうことを特徴とする、請求項１または２に記載の製造方法。
4. 加工の第２段階を主直線運動方向でスクレーピングにより行なうことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の製造方法。
5. 主直線運動で加工する際、工具（８）を作業位置へ指向させ、作業機械の横送り運動（１３）により、加工される制御窓（５）の方向へ移動させることを特徴とする、請求項３または４に記載の製造方法。
6. 主直線運動による加工を回転駆動可能な作業主軸（６）を用いて行ない、駆動主軸の回転駆動のために設定される送りが工具（８）の主運動（１３）を成していることを特徴とする、請求項３から５までのいずれか一つに記載の製造方法。
7. 主直線運動による加工のために、作業主軸（６）を内部空間（３）内の所定の作業位置へもたらし、工具（８）を、制御窓（５）に対し適した係合角の方向へ回転させることを特徴とする、請求項３から６までのいずれか一つに記載の製造方法。
8. 加工終了時に工具（８）を、該工具（８）のストローク位置と整合した作業主軸（６）の回転運動により制御窓（５）のエッジを擦過することを特徴とする、請求項６または７に記載の製造方法。
9. 制御窓（５）を形成させるための前記第１段階をフライス削りによって行なうことを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の製造方法。
10. 加工をディスクフライス（７）を用いて行ない、ディスクフライス（７）の刃幅がシリンダの軸線方向における制御窓（５）の所定の高さに対応していることを特徴とする、請求項９に記載の製造方法。
11. フライス削りを、シリンダの周方向における制御窓（５）の幅（Ｂ）に対応するようにフライス工具（７）がシリンダ壁（２）に切削係合するまで行なうことを特徴とする、請求項９または１０に記載の製造方法。
12. 加工の第２段階を腐食等の無接触加工により行うことを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。

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