JP2009299565A - シリンダブロックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】均一な溶射被膜を有するボアを備えたシリンダブロックを製造することができるシリンダブロックの製造方法を提供する。
【解決手段】シリンダブロック１０を製造する方法であって、ブロック本体１０ａのボア２４に、第１直径を有する第１部分２１と、第１部分２１と同心であり第１直径より大きい第２直径を有する第２部分２２を形成する形状加工程と、第２部分２２の内壁面２２ａをマスキングした状態で、第１部分２１の内壁面２１ａ上に溶射被膜５０を形成する溶射被膜形成工程と、マスキング除去後の第２部分２２の内壁面２２ａを基準にして、ボア２４の中心軸を特定する中心軸特定工程と、特定した中心軸を中心に工具を回転させて、溶射被膜５０を研削する溶射被膜研削工程を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン等に用いられるシリンダブロックを製造する方法に関する。

シリンダブロックは、ピストンと摺動するボアを有している。ボアには、ピストンに対する耐磨耗性を向上させるために、その表面に溶射被膜が形成されている。
特許文献１には、シリンダブロックの製造方法が開示されている。この製造方法では、ブロック本体のボアの内壁面に溶射被膜を形成する（溶射被膜形成工程）。その後、ホーニングによって溶射被膜を研削する（溶射被膜研削工程）。これによって、溶射被膜の表面を平滑化し、溶射被膜の表面形状を正確な円筒形状に成形する。したがって、表面に溶射被膜が形成されているとともに、正確な円筒形状を有するボアを備えたシリンダブロックを製造することができる。

特開２００６−１２３０６８号公報

通常の溶射被膜研削工程では、ホーニングヘッドの複数の砥石を溶射被膜表面に押し付けることによってホーニングヘッドの位置を規定する。そして、ホーニングヘッドの回転軸にはユニバーサルジョイント等を介装しておき、ホーニングヘッドが溶射被膜の表面に倣って回転するようにする。これによって、均一な研削量で、溶射被膜の表面全体を研削する。
しかしながら、ホーニングによって溶射被膜を研削すると、研削後の溶射被膜の厚さが均一とならないという問題がある。すなわち、溶射被膜形成工程では、溶射被膜の厚さを完全に均一に形成することはできず、厚さにバラツキが生じる。このように厚さが均一でない溶射被膜を、ホーニングによって研削量が均一となるように（すなわち、溶射被膜の表面に倣って）研削すると、溶射被膜の厚さのバラツキを解消することができない。溶射被膜は、ボアの耐摩耗性を確保するために一定以上の厚さがあることが必要である。溶射被膜の厚さのバラツキを解消できないと、最も溶射被膜が薄くなる箇所で十分な耐摩耗性を確保できるように、溶射被膜全体を厚くしなければならない。このため、溶射被膜材料を無駄に多く使用することになり、また、溶射被膜形成工程に長時間を要するという問題があった。

本発明は、上述した実情に鑑みて創作されたものであり、均一な溶射被膜を有するボアを備えたシリンダブロックを製造することができるシリンダブロックの製造方法を提供する。

本発明のシリンダブロックの製造方法は、形状加工工程と、溶射被膜形成工程と、中心軸特定工程と、溶射被膜研削工程を有している。形状加工工程では、ブロック本体のボアに、第１直径を有する第１部分と、第１部分と同心であり第１直径より大きい第２直径を有する第２部分を形成する。溶射被膜形成工程では、第２部分の内壁面をマスキングした状態で、第１部分の内壁面上に溶射被膜を形成する。中心軸特定工程では、マスキング除去後の第２部分の内壁面を基準にして、ボアの中心軸を特定する。溶射被膜研削工程では、特定した中心軸を中心に工具を回転させて、溶射被膜を研削する。
この製造方法では、形状加工工程を実施することによって、ボアに第１部分と第１部分より直径が大きい第２部分を形成する。第１部分と第２部分は、機械加工等により正確に同心に形成することができる。溶射被膜形成工程では、第１部分の内壁面上に溶射被膜を形成する。溶射被膜形成工程では、溶射被膜を完全に均一な厚さで形成することはできない。溶射被膜の厚さには、位置によってバラツキが生じる。また、溶射被膜形成工程は、第２部分の内壁面をマスキングした状態で行うので、第２部分の内壁面上には溶射被膜が形成されない。中心軸特定工程では、マスキング除去後の第２部分の内壁面を基準として、ボアの中心軸を特定する。第２部分には溶射被膜が形成されていないので、その中心軸を正確に特定することができる。上記のように第１部分と第２部分は同心であるので、特定した中心軸は第１部分の中心軸と一致する。溶射被膜研削工程では、特定した中心軸を中心に工具を回転させて溶射被膜を研削する。工具の回転中心は第１部分の内壁面の中心軸と一致しているので、研削後の溶射被膜の厚さは一定となる。
このように、本発明の製造方法では、ボアに溶射被膜を形成しない第２部分を形成し、その第２部分の中心軸を中心に工具を回転させて溶射被膜を研削する。したがって、溶射被膜形成工程で形成した溶射被膜の厚さにバラツキが生じている場合でも、溶射被膜研削工程で溶射被膜を均一な厚さとすることができる。

上述した製造方法においては、溶射被膜形成工程より前に、第２部分の内壁面をマスキングした状態で、第１部分の内壁面を粗面化する粗面化工程を実施することが好ましい。
溶射被膜形成工程の前に第１部分の内壁面を粗面化することで、溶射被膜形成工程で形成される溶射被膜を第１部分の内壁面に強固に結合させることができる。また、粗面化工程においても第２部分をマスキングすることで、第２部分の内壁面が粗面化されることが防止される。したがって、中心軸特定工程で、第２部分の中心軸を正確に特定することができる。
なお、溶射被膜形成工程では、粗面化工程で用いたマスキングをそのまま用いてもよいし、マスキングを交換してもよい。

溶射被膜形成工程で形成した溶射被膜には、その表面に微小な凸部（一般に、スパッタと呼ばれる）が形成されることがある。このような溶射被膜をホーニングヘッド等の工具で研削すると、工具（砥石）の側面とスパッタが衝突して、スパッタが塊の状態で溶射被膜表面から剥がれ落ちることがある。すると、溶射被膜表面に凹部が形成されてしまう。
したがって、上述した製造方法では、溶射被膜研削工程において、円周形状の研削面を有する工具を、前記中心軸から偏心した位置で前記中心軸と平行に自転させるとともに、前記中心軸を中心に公転させることによって、溶射被膜を研削することが好ましい。
この製造方法によれば、円周形状の切削面を有する工具が自転しながらスパッタと接触するので、スパッタと工具が接触するとスパッタが削られる。したがって、スパッタが塊の状態で溶射被膜表面から剥がれ落ちることが防止される。このため、溶射被膜の表面に凹部が形成されることが抑制される。

本発明によれば、均一な厚さの溶射被膜を有するボアを備えたシリンダブロックを製造することができる。

下記に詳細に説明する実施例の構成を最初に列記する。
（特徴１）研削工程では、工具の自転方向と工具の公転方向を同一方向とする。
（特徴２）研削工程では、工具の自転速度を工具の公転速度の２０倍以上とする。

（実施例）
本発明を適用したシリンダブロックの製造方法の実施例について説明する。図１は、本実施例の製造方法により製造されるシリンダブロック１０の概略構成を示す縦断面図である。図示するように、シリンダブロック１０は、シリンダ２０とクランクケース３０を一体成形した構造を備えている。シリンダ２０のボア２４には、小径部２１と、直径が拡大された大径部２２が形成されている。大径部２２は、ボア２４の下端部に形成されている。シリンダブロック１０を用いてエンジンを組み立てたときには、クランクケース３０内に、クランクが収容される。また、ボア２４の小径部２１内に、ピストンが配置される。ピストンは、小径部２１内を上下に往復運動する。すなわち、ボア２４の小径部２１が、ピストンと摺動する部分である。図示していないが、小径部２１の内壁面２１ａ（以下では、小径内壁面２１ａという場合がある）には、溶射被膜が形成されている。これによって、小径内壁面２１ａのピストンに対する耐磨耗性が向上されている。

図２は、シリンダブロック１０の製造工程を示すフローチャートである。
シリンダブロック１０は、図３に示すブロック本体１０ａから製造される。なお、図３では、ブロック本体１０ａのボア２４の縦断面を拡大して示している。ブロック本体１０ａは、鋳造により成形された鋳物である。ブロック本体１０ａには、図１に示すシリンダブロック１０と同様に、シリンダ２０、ボア２４（小径部２１及び大径部２２）、及び、クランクケース３０が形成されている。

ステップＳ２では、ブロック本体１０ａの小径内壁面２１ａと大径内壁面２２ａを切削加工する。これによって、小径部２１と大径部２２が正確に円筒形に形成される。また、小径部２１と大径部２２が正確に同心に形成される。切削加工によれば、高精度に小径部２１と大径部２２を同心に形成することができる。

ステップＳ４では、ブロック本体１０ａの小径内壁面２１ａを粗面化する。すなわち、最初に、大径内壁面２２ａをマスキング治具により覆う。そして、マスキング治具を設置した状態で、小径内壁面２１ａに向けて高圧噴射を行う。これによって、小径内壁面２１ａを粗面化する。図４は、ステップＳ４を実施したブロック本体１０ａの縦断面図を示している。図４に示すように、小径内壁面２１ａの全体を粗面化する。なお、大径内壁面２２ａは、マスキング治具によって覆われているので、粗面化されない。

ステップＳ６では、小径内壁面２１ａ上に、溶射被膜を形成する。すなわち、最初に、大径内壁面２２ａをマスキング治具で覆った状態で覆う。そして、マスキング治具を設置した状態で、小径内壁面２１ａに向けて溶射材料を吹き付ける。溶射処理は、溶融した溶射材料を高圧で小径内壁面２１ａに吹き付けることにより行う。これによって、小径内壁面２１ａ上に溶射被膜を形成する。図５は、ステップＳ６を実施したブロック本体１０ａの縦断面図を示している。図６に示すように、小径内壁面２１ａ上の全体に溶射被膜５０を形成する。なお、大径内壁面２２ａはマスキング治具によって覆われているので、大径内壁面２２ａ上には溶射被膜５０は形成されない。

ステップＳ８では、大径内壁面２２ａの中心軸の位置を特定する。図６は、ステップＳ８の実施中におけるブロック本体１０ａを示している。ステップＳ８では、ブロック本体１０ａを研削装置のワーク上に固定する。そして、研削装置のタッチセンサ６０により、大径部２２の中心軸の位置を測定する。
図６に示すように、タッチセンサ６０は、回転軸６０ａ周りに回転可能に構成されている。タッチセンサ６０は、検出棒６２を有している。タッチセンサ６０は、検出棒６２の先端部６２ａの位置座標を検出する。
ステップＳ８では、図６に示すように、タッチセンサ６０をボア２４内に挿入する。なお、このときのタッチセンサ６０の回転軸６０ａの位置座標は、研削装置内の座標系によって特定される。次に、先端部６２ａを大径内壁面２２ａに接触させた状態で、タッチセンサ６０を回転させる。これによって、大径内壁面２２ａ上の各点の位置（回転軸６０ａに対する相対位置）を検出する。すなわち、大径内壁面２２ａの断面形状を測定する。タッチセンサ６０は、測定した大径内壁面２２ａの断面形状から、大径内壁面２２ａの中心軸の位置（回転軸６０ａに対する相対位置）を特定する。そして、上記の回転軸６０ａの位置座標と、特定した中心軸の相対位置から、研削装置内の座標系における大径内壁面２２ａの中心軸の位置座標を特定する。
上述したように、大径内壁面２２ａは粗面化されておらず、また、大径内壁面２２ａ上には溶射被膜５０が形成されていない。したがって、大径部２２の中心軸を正確に特定することができる。また、上述したように、大径部２２と小径部２１は同心に形成されている。したがって、ステップＳ８で特定した中心軸は、小径部２１の中心軸と一致する。
なお、大径部２２の中心軸の位置の特定方法には、上記以外の従来公知の種々の方法を採用することができる。

ステップＳ１０では、研削装置によって、溶射被膜５０を研削する。
図７は、ステップＳ１０の実施中におけるブロック本体１０ａの縦断面図を示している。また、図８は、ステップＳ１０の実施中におけるシリンダ２０の横断面図を示している。ステップＳ１０では、図７、８に示すプラネット加工工具７０の砥石７６により溶射被膜５０を研削する。

まず、プラネット加工工具７０の構成について説明する。プラネット加工工具７０は、第１回転部７２と第２回転部７４と砥石７６を備えている。第１回転部７２は、回転軸７２ａを中心に回転する。第２回転部７４は、回転軸７２ａに対して偏心している回転軸７４ａを中心に、第１回転部７２に対して相対回転する。砥石７６は、第２回転部７４の先端に固定されている。砥石７６は、略円盤形状を備えており、その中心軸は第２回転部７４の回転軸７４ａと一致している。また、図９は、砥石７６の縦断面図を示している。図９に示すように、砥石７６は、外周面（研削面）７６ａと上面７６ｂの間にテーパ面７６ｄが形成されており、外周面７６ａと下面７６ｃの間にテーパ面７６ｅが形成されている。なお、砥石７６のテーパ面７６ｄ、７６ｅは、図１０に示すように、その断面形状が外周面７６ａと連続するＲ形状に形成されていてもよい。研削装置によりプラネット加工工具７０を作動させると、第１回転部７２と第２回転部７４の双方が回転する。したがって、砥石７６は、回転軸７２ａを中心に公転すると共に、回転軸７４ａを中心に自転する。図８に示すように、砥石７６は、公転方向と自転方向が同一方向となるように回転される。また、砥石７６の自転速度は、公転速度の２０倍以上に設定されている。

ステップＳ１０では、最初に、回転軸（公転軸）７２ａがステップＳ８で特定した小径部２１の中心軸（大径部２２の中心軸でもある）と一致するように、プラネット加工工具７０を移動させる。すなわち、回転軸７２ａの位置座標を、ステップＳ８で特定した位置座標と一致させる。ステップＳ８で用いる位置座標とステップＳ１０で用いる位置座標は共に研削装置の位置座標であるので、回転軸７２ａと小径部２１の中心軸を正確に一致させることができる。
回転軸７２ａの位置を調整したら、プラネット加工工具７０を作動させる（すなわち、砥石７６を公転及び自転させる）。そして、プラネット加工工具７０をボア２４内に挿入する。これによって、図７、８に示すように、砥石７６によって溶射被膜５０が研削される。ステップＳ１０では、プラネット加工工具７０を、小径部２１の範囲内で上下に移動させる。これによって、溶射被膜５０の表面全体が研削される。このとき、プラネット加工工具７０の回転軸７２ａが小径部２１の中心軸と一致しているので、研削された溶射被膜５０の表面形状の中心軸と小径部２１の中心軸は一致する。すなわち、溶射被膜５０の厚さが一定となる。
また、研削前の溶射被膜５０の表面には、その表面から突出するスパッタ（凸部）が形成されている場合がある。図１１は、研削時に、スパッタ８０と砥石７６が接触している状態を示している。図１１に示すように、砥石７６は、公転と共に自転しているため、接触したときにスパッタ８０を微小に削ることができる。したがって、スパッタ８０は砥石７６に削られて、研削後の表面と同一面に成形される。すなわち、砥石７６との衝突によりスパッタ８０が塊の状態で剥がれ落ちることがない。溶射被膜５０の表面に凹部（スパッタ８０が剥がれ落ちた場合に生じる凹部）が生じることが抑制されている。
また、上述したように、砥石７６の自転速度は、公転速度の２０倍以上に設定されている。自転速度が遅いと研削後の溶射被膜５０の表面にうねりが生じ易い。上記のように砥石７６の自転速度が設定されていると、後述する仕上げホーニングにおいて問題ない程度までうねりを抑制することができる。

ステップＳ１２では、溶射被膜５０をホーニングにより研削する。これによって、溶射被膜５０の表面をさらに平滑化する。ステップＳ１２では、仕上げホーニングと、仕上げホーニングよりさらに平滑度を向上させる超仕上げホーニングの２度のホーニングを行うことによって、溶射被膜５０を適切な平滑度まで平滑化する。これによって、ボア２４に対する加工が完了する。その後は、その他の部分について必要な加工を行うことで、シリンダブロック１０が完成する。

以上に説明したように、本実施例のシリンダブロック１０の製造方法では、ボア２４の大径部２２を粗面化せず、大径部２２に溶射被膜５０を形成しない。そして、その大径部２２の内壁面２２ａを基準として小径部２１の中心軸を特定し、特定した中心軸を中心にプラネット加工工具７０を回転させる。したがって、溶射被膜５０の厚さを均一にすることができる。この製造方法によれば、均一な厚さの溶射被膜５０が形成されたボア２４を有するシリンダブロック１０を製造することができる。

また、上述した製造方法では、回転軸７２ａを中心に公転すると共に、回転軸７２ａから偏心している回転軸７４ａを中心に自転する砥石７６によって溶射被膜５０を研削する。したがって、溶射被膜５０の表面にスパッタ８０が存在する場合にも、溶射被膜５０の表面を適切に研削することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

シリンダブロック１０の概略縦断面図。 シリンダブロック１０の製造工程を示すフローチャート。 ブロック本体１０の拡大縦断面図。 ステップＳ４実施後のブロック本体１０の拡大縦断面図。 ステップＳ６実施後のブロック本体１０の拡大縦断面図。 ステップＳ８実施中のブロック本体１０の拡大縦断面図。 ステップＳ１０実施中のブロック本体１０の拡大縦断面図。 ステップＳ１０実施中のボア２４の横断面図。 砥石７６の縦断面図。 変形例の砥石７６の縦断面図。 スパッタ研削時の砥石７６を示す図。

符号の説明

１０：シリンダブロック
１０ａ：ブロック本体
２０：シリンダ
２１：小径部
２２：大径部
２４：ボア
３０：クランクケース
５０：溶射被膜
６０：タッチセンサ
７０：プラネット加工工具
７２ａ：回転軸
７４ａ：回転軸
７６：砥石
８０：スパッタ

Claims (3)

1. シリンダブロックを製造する方法であって、
   ブロック本体のボアに、第１直径を有する第１部分と、第１部分と同心であり第１直径より大きい第２直径を有する第２部分を形成する形状加工程と、
   第２部分の内壁面をマスキングした状態で、第１部分の内壁面上に溶射被膜を形成する溶射被膜形成工程と、
   マスキング除去後の第２部分の内壁面を基準にして、ボアの中心軸を特定する中心軸特定工程と、
   特定した中心軸を中心に工具を回転させて、溶射被膜を研削する溶射被膜研削工程、
   を有していることを特徴とする製造方法。
2. 溶射被膜形成工程より前に、第２部分の内壁面をマスキングした状態で、第１部分の内壁面を粗面化する粗面化工程をさらに有していることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 溶射被膜研削工程では、円周形状の研削面を有する工具を、前記中心軸から偏心した位置で前記中心軸と平行に自転させるとともに、前記中心軸を中心に公転させることによって、溶射被膜を研削することを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。

Images