JP2008150671A - シリンダブロックの焼入装置、シリンダブロックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロックの開口内壁を螺旋状に焼入することできるシリンダブロックの焼入装置を提供し、また、このような焼入装置によって焼き入れを行い、シリンダブロックを製造する方法を提供することである。
【解決手段】第一接触子４ａ，４ａと、第二接触子９ａ，９ｂと、導電部材１２ａ，１２ｂを備え、第一接触子４ａ，４ａ及び第二接触子９ａ，９ｂはシリンダブロックの特定の位置と接触可能で、第一接触子４ａ（４ｂ）とシリンダブロックと第二接触子９ａ（９ｂ）及び導電部材１２ａ（１２ｂ）が直列に接続されて高周波電流が通電され、第一接触子４ａ（４ｂ）の接触位置と第二接触子９ａ（９ｂ）の接触位置とは軸方向及び回転方向に離れた位置であり、導電部材１２ａ（１２ｂ）の一部又は全部を、第一接触子４ａ（４ｂ）と第二接触子９ａ（９ｂ）を繋ぐ仮想線１５ａ（１５ｂ）に対向する位置に配した。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダブロックの開口内壁の焼入を行うシリンダブロックの焼入装置及びシリンダブロックの製造方法に関するものである。

高周波誘導焼入を応用したシリンダブロックの焼入装置が知られている。
例えば特許文献１には、内燃機関のシリンダブロックの開口の内壁（以下、単にシリンダ内壁という。）を高周波誘導焼入する焼入装置が開示されている。
特許文献１に開示されたシリンダブロックの焼入装置は、シリンダ内壁を斑点状に焼き入れするものである。特許文献１に開示されたシリンダブロックの焼入装置は、誘導加熱コイルを上下方向と回転方向に移動させる機能を備えている。

特許文献１に開示されたシリンダブロックの焼入装置では、昇降台を降下させて誘導加熱コイルをシリンダの開口内に挿入し、誘導加熱コイルに高周波電流を供給してシリンダ内壁の特定の高さの内周を破線状に加熱する。そして誘導加熱コイルへの電流供給を停止した後に急冷し、シリンダ内壁を斑点状に焼き入れする。そして昇降台を昇降させ、さらに昇降台上の円盤を回転させて誘導加熱コイルを僅かに回転させる。その後、再度誘導加熱コイルに高周波電流を供給してシリンダ内壁の一部を加熱し、急冷する。この作業を繰り返し、シリンダ内壁に斑点状の焼入部を面状であって千鳥状に分布させる。
特開平９−３５３１号公報

従来技術のシリンダブロックの焼入装置は、誘導加熱コイルを昇降させ、さらにこれを回転することができるので、シリンダの内壁に焼入部を千鳥状に分布させることができる。
ところで従来技術におけるシリンダの焼入パターンは、前記した様に斑点状の焼入部を面状に分布させたものであったが、本発明者らは、シリンダ内壁を焼き入れする際の焼入パターンとして、螺旋状の焼入パターンを発明した。
即ち従来技術においては、シリンダ内壁の焼入パターンは、斑点状の焼入部を行方向と列方向に並べて分布させたり、これを千鳥状に配列するものであり、いずれも焼入部が細かく分断されていた。これに対して本発明者らは、焼入部を螺旋状に連続させた焼入パターンとする構造を発明した。
焼入部を螺旋状に連続させたシリンダは、螺旋部分に微小な油溜まりができ、シリンダ内壁の油膜を強化することができ、シリンダの磨耗やピストン摺動時の焼け付きを防止する効果があった。

しかしながら、既存のシリンダブロックの焼入装置は、前記した様に斑点状の焼入部を面状に分布させることを目的として開発されたものであり、螺旋状の焼入パターンを実現することは困難であった。
即ち特許文献１に開示されたシリンダブロックの焼入装置を使用して螺旋状の焼入パターンを実現しようすると、誘導加熱コイルを回転させつつ昇降し、誘導加熱コイルに正確な螺旋軌跡を描かせなければならない。
加えて誘導加熱コイルの移動時においては、誘導加熱コイルとシリンダブロック内壁との距離を一定に保つ必要がある。

これに対して従来技術のシリンダブロックの焼入装置は、誘導加熱コイルをトランスごと回転させるものであり、トランスは相当の重量がある。そのため誘導加熱コイルに正確な螺旋軌跡を描かせることが困難であった。また従来技術のシリンダブロックの焼入装置では、誘導加熱コイルが振動し、加熱時に誘導加熱コイルとシリンダブロック内壁との距離を一定に保つことが困難であった。そのため従来技術のシリンダブロックの焼入装置をもってしては、螺旋状の焼入パターンを実現することは困難であった。

そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、シリンダブロックの開口内壁を螺旋状に焼入することできるシリンダブロックの焼入装置の開発を課題とするものである。また、このような焼入装置によって焼き入れを行い、シリンダブロックを製造する方法を提供することを課題としている。

そして上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、シリンダブロックの開口内壁を焼入するシリンダブロックの焼入装置において、第一接触子と、第二接触子と、導電部材とを備え、第一接触子及び第二接触子はシリンダブロックの特定の位置と接触可能であり、前記第一接触子とシリンダブロックと第二接触子及び導電部材の組み合わせが直列に接続されて高周波電流が通電され、前記第一接触子の接触位置と第二接触子の接触位置とは軸方向及び回転方向に離れた位置であり、導電部材の一部又は全部が第一接触子と第二接触子を繋ぐ仮想線に対向する位置に配されていることを特徴とするシリンダブロックの焼入装置である。

本発明のシリンダブロックの焼入装置では、第一接触子及び第二接触子がシリンダブロックと接触させられる。そして第一接触子とシリンダブロックと第二接触子及び導電部材が直列に接続されて高周波電流が通電される。そのため第一接触子と第二接触子が接触する間のシリンダブロックに電流が流れる。また本発明では、第一接触子と第二接触子を繋ぐ仮想線に対向する位置に導電部材が配されているから、導電部材の作用によって前記仮想線上の電流密度が他の部位に比べて高いものとなる。即ちシリンダブロック内で電流は広がらず、直線的（正確には螺旋曲線）に流れることとなる。その結果、第一接触子と第二接触子を結ぶ直線部分が昇温し、赤熱する。また本発明では、第一接触子の接触位置と第二接触子の接触位置とは軸方向及び回転方向に離れているから、シリンダの内壁には斜め方向に伸びる螺旋曲線上が赤熱する。
本発明のシリンダブロックの焼入装置では、第一接触子及び第二接触子がシリンダブロックと接触させ、いわゆる直接通電方式によってシリンダブロックの表面を加熱するので、振動等の影響を受けることなく、螺旋状の焼き入れを行うことができる。

請求項２に記載の発明は、第一接触子又は第二接触子の少なくともいずれかが複数であり、導電部材についても複数であって前記複数の導電部材が並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダブロックの焼入装置である。

また請求項３に記載の発明は、第一接触子の数と第二接触子の数が同数であり、各第一接触子は特定の第二接触子と対応し、対応する第一接触子と第二接触子を繋ぐ仮想線に対向する位置にそれぞれ導電部材の一部又は全部が配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダブロックの焼入装置である。

請求項２，３に記載のシリンダブロックの焼入装置では、第一接触子又は第二接触子の少なくともいずれかが複数であり、導電部材についても複数であって前記複数の導電部材が並列に接続されているから、複数列を一度に焼き入れすることができる。

請求項４に記載の発明は、導電部材の一部又は全部にコアが取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシリンダブロックの焼入装置である。

本発明のシリンダブロックの焼入装置では、導電部材の一部又は全部にコアが取り付けられているので、導電部材が発生させる磁力線が集中し、対向する仮想線部位の電流密度がさらに増加する。

また請求項５に記載の発明は、シリンダブロック，又は第一接触子及び第二接触子のいずれかを回転方向に移動可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のシリンダブロックの焼入装置である。

また請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のシリンダブロックの焼入装置を使用し、第一接触子及び第二接触子をシリンダブロックの開口内壁に接触させ、第一接触子と第二接触子の間に高周波電流を通電してシリンダブロックを加熱し、通電を停止した後にシリンダブロックの加熱部分を冷却し、シリンダブロック，又は第一接触子及び第二接触子のいずれかを回転して第一接触子及び第二接触子の接触位置を変更し、再度シリンダブロックを加熱と冷却を行うことを特徴とするシリンダブロックの製造方法である。

本発明のシリンダブロックの製造方法では、シリンダ内壁の全面を螺旋状に焼き入れすることができる。

本発明のシリンダブロックの焼入装置によると、シリンダブロックの開口内壁を螺旋状に焼入することができる。
本発明によると、開口内壁の軸方向に断続的な油膜（油貯まり）を形成し、潤滑性，ピストン摺動時の焼け付き防止，及び耐摩耗性に優れたシリンダブロックを実現することができる。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態のシリンダブロックの焼入装置を概念的に表した概略斜視図である。図２は、本発明の実施形態のシリンダブロックの焼入装置を実体的に記載した斜視図である。図３は、図２のシリンダブロックの焼入装置を展開的に記載した正面図である。図４は、図２のシリンダブロックの焼入装置の断面斜視図である。図５は、図３のＶ−Ｖ断面図である。

本発明の実施形態のシリンダブロックの焼入装置１は、シリンダの内壁を直接通電方式によって加熱し、焼き入れを行うものである。
従ってシリンダブロックの焼入装置１は、シリンダの内壁７１に通電するための第一接触子４ａ，４ｂと、第二接触子９ａ，９ｂを備えている。
またトランス６からこれらに給電するための導電部材１２ａ，１２ｂ及び給電線１３，１４を備えている。

本実施形態のシリンダブロックの焼入装置１では、トランス６の２個の出力端子（図示せず）にそれぞれ給電線１３，１４が接続されている。そして給電線１３，１４は、図１の様に途中で各々２本に分岐している。一方の給電線１３は、分岐した各々に第一接触子４ａ，４ｂが接続されている。
また他方の分岐した給電線１４は、導電部材１２ａ，１２ｂを介して第一接触子５ａ，５ｂに各々接続されている。なお本実施形態における導電部材１２ａ，１２ｂでは、図４の様にシリンダ（シリンダブロック）の内壁７１と対向接触しない面にコア３４が設けられている。コア３４は、フェライト等の磁性体で構成されている。
第一接触子４ａと、シリンダの内壁７１と、第二接触子９ａ及び導電部材１２ａの組み合わせは直列回路を構成している。
同様に、第一接触子４ｂと、シリンダの内壁７１と、第二接触子９ｂ及び導電部材１２ｂの組み合わせについても直列回路である。
ただしトランス６を基準とすると、前記した２組の直流回路同士は、並列である。

また各部材の位置関係を見ると、各直流回路を構成する第一接触子４と、第二接触子９は、軸方向にも回転方向にも離れた位置でシリンダの内壁７１と接触する。より具体的には、一方の直流回路を構成する第一接触子４ａと、第二接触子９ａは、軸方向にも回転方向にも離れた位置にあり、両者を結ぶ仮想線１５ａは、傾斜している。より正確には、仮想線１５ａは螺旋である。
同様に、他方の直流回路を構成する第一接触子４ｂと、第二接触子９ｂは、軸方向にも回転方向にも離れた位置にあり、両者を結ぶ仮想線１５ｂは、傾斜し、螺旋状である。

また導電部材１２ａ，１２ｂは、図４，５の様に、前記した仮想線１５ａ，１５ｂに対向する位置にある。即ち導電部材１２ａ，１２ｂと、シリンダの内壁７１との距離はいずれの部位でも同一であり、且つ導電部材１２ａ，１２ｂは、仮想線１５ａ，１５ｂとシリンダボアの中心軸とを含む平面上にある。

また本発明の実施形態のシリンダブロックの焼入装置１は、第一接触子４ａ，４ｂ等の横に冷却ジャケット１６を備えている。冷却ジャケット１６には冷却液が供給され、側面に設けられた開口２６（すなわち、図４に示すノズル２６）からシリンダの内壁７１に向かって冷却液を噴射することができる。

本実施形態のシリンダブロックの焼入装置１を使用する際は、トランス６に給電し、トランス６の二次側に高周波電流を発生させる。この高周波電流は、第一接触子４ａ，４ｂと、第二接触子９ａ，９ｂを介してシリンダの内壁に流れる。
また本実施形態では、第一接触子４ａ，４ｂと、第二接触子９ａ，９ｂを結ぶ仮想線１５ａ，１５ｂに対して導電部材１２ａ，１２ｂが対向し、当該導電部材１２ａ，１２ｂにも通電される。そのため内壁７１側においては、仮想線１５ａ，１５ｂ上の電流密度が他の部位に比べて高いものとなる。即ちシリンダブロック内で電流は広がらず、螺旋曲線に沿って流れることとなる。
また導電部材１２ａ，１２ｂを流れる高周波電流によって磁界が生じ、シリンダの内壁７１の仮想線１５ａ，１５ｂ上に誘導電流が発生する。
その結果、シリンダの内壁７１の、第一接触子４ａ，４ｂと第二接触子９ａ，９ｂを結ぶ螺旋曲線上の部位が昇温し、赤熱する。

その後、トランス６に対する給電を停止し、冷却ジャケット１６からシリンダの内壁７１に向かって冷却液を噴射して赤熱部分を急冷する。
その結果、シリンダの内壁７１に２条の焼き入れが施される。
さらにその後、第一接触子４ａ，４ｂと第二接触子９ａ，９ｂの接触位置を所定の角度だけ回転させ、先と同一の工程を繰り返す。

その結果、図６、図７に示すように、シリンダの内壁７１の全面に螺旋状の焼き入れを施すことができる。内壁７１には、焼き入れされて硬化した部位と、焼き入れされない未硬化部位とが層状に形成され、未硬化部位には油溜まりができる。これにより、内壁７１は、ピストン（図示せず）が摺動する際の潤滑性が良好となり、その結果、焼け付きを防止することができ，さらに耐摩耗性が良好となる。なお図６は、図１のシリンダブロックの焼入装置によって焼き入れされたシリンダの内壁７１の破断斜視図である。図７は、シリンダの内壁７１の展開図である。

以上、本実施形態のシリンダブロックの焼入装置１の概略構成を概念的に説明したが、実際にシリンダブロックの焼入装置１を設計するに際しては、各部の絶縁性確保や、反力の確保に工夫が必要である。図８は、本発明のシリンダブロックの焼入装置１７の他の実施形態を示す斜視図である。図９は、図８に示すシリンダブロックの焼入装置で採用する導電部材の断面斜視図である。

本実施形態のシリンダブロックの焼入装置１７は、二組の焼き入れブロック１８，１９を有し、この焼き入れブロック１８，１９同士の間に小型のシリンダ２８，２９（例えばエアシリンダ）を設けたものである。
本実施形態で採用する焼き入れブロック１８，１９は、それぞれが図１に示す部材と回路構成を備えている。
即ち焼き入れブロック１８，１９は、それぞれシリンダの内壁７１に通電するための第一接触子４ａ，４ｂと、第二接触子９ａ，９ｂを備えている。
またトランス（図示せず）からこれらに給電するための導電部材１２ａ，１２ｂ及び給電線１３，１４を備えている。なお本実施形態における導電部材１２ａ，１２ｂでは、図９の様にシリンダの内壁７１と対向接触しない面にコア３４が設けられている。コア３４は、フェライト等の磁性体で構成されている。さらにコア３４の外周は、絶縁体２４で覆われている。

第一接触子４と、シリンダの内壁７１と、第二接触子９及び導電部材１２の組み合わせは直列回路を構成している。
さらに各直流回路を構成する第一接触子４と、第二接触子９は、軸方向にも回転方向にも離れた位置でシリンダの内壁７１と接触し、直流回路を構成する第一接触子４と、第二接触子９は、軸方向にも回転方向にも離れた位置にあり、両者を結ぶ仮想線１５は、傾斜している。
導電部材１２は、仮想線１５に対向する位置にある。

本実施形態のシリンダブロックの焼入装置１７では、小型のシリンダ２８，２９を収縮させた状態で、シリンダの開口内に焼き入れブロック１８，１９を挿入する。そして焼き入れブロック１８，１９を挿入した状態で小型のシリンダ２８，２９を伸長させる。その結果、焼き入れブロック１８，１９同士が離間している。その結果、各接触子３，５が、焼き入れブロック１８，１９によってシリンダの内壁７１に押圧される。

この状態で、第一接触子４と、第二接触子９の間に高周波電流を流し、第一接触子４と第二接触子９を結ぶ螺旋曲線が昇温させる。
その後、ノズル３７からシリンダブロックの開口に冷却液を噴射し、赤熱部分を冷却する。ここで、ノズル３７は、図示しない冷却槽と接続されており、冷却槽内の冷却液を噴射することができるようになっている。

以上の実施形態では、冷却装置として冷却ジャケット１６（図４）の開口２６（ノズル）から冷却液を噴射する例と、図示しない冷却槽内の冷却液をノズル３７から噴射する例とを示したが、冷却装置はこれらの構成に限定されるものではなく、冷却液が入った冷却槽内にシリンダブロックを配置することも考えられる。すなわち、焼き付け処理後のシリンダブロックを、図示しない冷却槽内の冷却液に液没させたり、冷却槽内の冷却液の液位をポンプ等で昇降制御可能にしておき、シリンダブロックを冷却槽内に配置し、焼き付け処理後に冷却槽内の液位を上昇させて、シリンダブロックを冷却液に浸して冷却することも可能である。

さらにその後、小型のシリンダ２８，２９を収縮させ、ギヤードモータ３８を回転させて焼き入れブロック１８，１９を回転させる。
さらにその後、小型のシリンダ２８，２９を伸長させて各接触子３，５をシリンダブロックの内壁に押圧し、先と同様の工程で焼き入れを行う。

以上説明した実施形態では、小型のシリンダ２８，２９によって焼き入れブロック１８，１９間を離間させたり接近させたりする構成を採用したが、リンク機構を利用して同様の作用を行わしめることもできる。

図１０は、本発明のシリンダブロックの焼入装置のさらに他の実施形態を示す正面図であり、焼き入れブロック１８，１９が接近した状態を示す。図１１は、図１０に示すシリンダブロックの焼入装置の正面図であり、焼き入れブロック１８，１９が離間した状態を示す。

本実施形態のシリンダブロックの焼入装置３２では、焼き入れブロック１８，１９が４節回転連鎖機構の一部を構成し、中央の摺動部材３９を下げると、図１０から図１１の様に焼き入れブロック１８，１９が離間し、焼き入れブロック１８，１９がシリンダの内壁７１に接触する。

本発明の実施形態のシリンダブロックの焼入装置を概念的に表した概略斜視図である。 本発明の実施形態のシリンダブロックの焼入装置を実体的に記載した斜視図である。 図２のシリンダブロックの焼入装置を展開的に記載した正面図である。 図２のシリンダブロックの焼入装置の断面斜視図である。 図３のＶ−Ｖ断面図である。 図１のシリンダブロックの焼入装置によって焼き入れされたシリンダの内壁の破断斜視図である。 シリンダの内壁の展開図である。 本発明のシリンダブロックの焼入装置の他の実施形態を示す斜視図である。 図８に示すシリンダブロックの焼入装置で採用する導電部材の断面斜視図である。 本発明のシリンダブロックの焼入装置のさらに他の実施形態を示す正面図であり、焼き入れブロック同士が接近した状態を示す。 図１０に示すシリンダブロックの焼入装置の正面図であり、焼き入れブロック同士が離間した状態を示す。

符号の説明

１，１７，３２ シリンダブロックの焼入装置
４ａ，４ｂ 第一接触子
６ トランス
９ａ，９ｂ 第一接触子
１２ａ，１２ｂ 導電部材
１３，１４ 給電線
１５ａ，１５ｂ 仮想線
１６ 冷却ジャケット
１８，１９ 焼き入れブロック
２４ 絶縁体
２６ 冷却ジャケットの冷却液を噴射する開口（ノズル）
２８，２９ 小型のエアシリンダ
３４ コア
３７ 冷却液を噴射するノズル
７１ シリンダの内壁

Claims (6)

1. シリンダブロックの開口内壁を焼入するシリンダブロックの焼入装置において、第一接触子と、第二接触子と、導電部材とを備え、第一接触子及び第二接触子はシリンダブロックの特定の位置と接触可能であり、前記第一接触子とシリンダブロックと第二接触子及び導電部材の組み合わせが直列に接続されて高周波電流が通電され、前記第一接触子の接触位置と第二接触子の接触位置とは軸方向及び回転方向に離れた位置であり、導電部材の一部又は全部が第一接触子と第二接触子を繋ぐ仮想線に対向する位置に配されていることを特徴とするシリンダブロックの焼入装置。
2. 第一接触子又は第二接触子の少なくともいずれかが複数であり、導電部材についても複数であって前記複数の導電部材が並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダブロックの焼入装置。
3. 第一接触子の数と第二接触子の数とが同数であり、各第一接触子は特定の第二接触子と対応し、対応する第一接触子と第二接触子を繋ぐ仮想線に対向する位置にそれぞれ導電部材の一部又は全部が配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダブロックの焼入装置。
4. 導電部材の一部又は全部にコアが取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシリンダブロックの焼入装置。
5. シリンダブロック，又は第一接触子及び第二接触子のいずれかが回転方向に移動可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のシリンダブロックの焼入装置。
6. 請求項５に記載のシリンダブロックの焼入装置を使用し、第一接触子及び第二接触子をシリンダブロックの開口内壁に接触させ、第一接触子と第二接触子の間に高周波電流を通電してシリンダブロックを加熱し、通電を停止した後にシリンダブロックの加熱部分を冷却し、シリンダブロック，又は第一接触子及び第二接触子のいずれかを回転させて第一接触子及び第二接触子の接触位置を変更し、再度シリンダブロックの加熱と冷却を行うことを特徴とするシリンダブロックの製造方法。

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