JP2012035366A - シリンダブロックの加工用治具および加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルト締結時にダミーヘッドが変形した場合でも、ビード部によるボアの周縁部への面圧を均一に加えることができるシリンダブロックの加工用治具および加工方法を提供する。
【解決手段】シリンダブロック２００の上面へのダミーヘッド１００の本体１１０の載置時、シム部１４０は、ボルト用孔１１２よりも外周側に配置され、シリンダブロック２００の上面に当接する。ビード部１３０はボア２０１の周縁部に配置されている。この場合、たとえばビード部１３０とシリンダブロック１００の上面との間には所定間隔の隙間Ｇが形成される。ダミーヘッド１００をボルト締結すると、シム部１４０を支点としてボルト軸力によるモーメントを本体１１０におけるボルト１２０同士の間の部分に加えることができる。その部分をボア２０１に向かって凸状に撓ませることができ、ビード部１３０はボア２０１の周縁部に当接することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダブロックのボアの加工時にシリンダヘッドに取付けられるシリンダブロックの加工用治具および加工方法に係り、特に、加工用治具とシリンダブロックとの間にガスケットを介在させない技術の改良に関する。

内燃機関のシリンダブロックには、油膜を介して相対的にピストンに摺動するシリンダボア（以下、ボア）が複数形成され、シリンダブロックの一面（取付面）には、ガスケットを介してシリンダヘッド（以下、実ヘッド）がボルト締結される。ボルト締結後のボアは、エンジン使用時のピストンとの摺動抵抗を抑制するために、断面が略真円形状をなす円筒形状を有することが要求されている。なお、本願では、軸線方向に垂直な断面を断面と表記し、軸線方向に平行な断面を側断面と表記する。

ところが、シリンダブロックのボアを断面略真円形状に加工した後、シリンダブロックの取付面に実ヘッドを取り付けた場合、その締結力によりボアの形状が変形してしまう。そこで、加工用治具としてダミーヘッドを取付面にボルト締結した状態でボアの加工を行う技術が提案されている。

具体的には、ボアの加工時、ダミーヘッドを取付面にボルト締結し、その締結力により、実ヘッドをボルト締結した場合と同様な変形をボアに生じさせる。ダミーヘッドにはボアに連通する加工用孔部が形成されているから、その孔部を通じて、変形したボアにボーリング加工やホーニング加工を行うことにより、ボアを断面略真円形状に形成することができる。ボアの加工後、ダミーヘッドを取り外し、実ヘッドをボルト締結した場合、ダミーヘッドの場合と同様な締結力が加えられるから、ボアの変形を抑制することができる。

このようなダミーヘッドを用いた加工方法では、シリンダブロックの取付面にダミーヘッドを取り付ける場合、実ヘッドの場合と同様にガスケットを介在させると、ガスケットは使用を重ねる毎に潰れて劣化し、新品への交換を頻繁に行う必要が生じるため、コストの増大を招く。

そこで、ダミーヘッドとシリンダブロックとの間にガスケットを介在させない手法が開発されている。ガスケットは、ボルト軸力による荷重をボアの周縁部に均等に加える機能を有しているので、ガスケットを介在させない手法では、その機能を実現するために、ボアの周縁部に向かって突出するビード部をダミーヘッドに設けている。ダミーヘッドの締結時、ビード部によりボアの周縁部にボルト軸力による荷重が加えられる。

ビード部を用いる技術では、ビード部に高さ等のばらつきがある場合、ボアの周縁部への面圧を均等にすることができないため、各種技術が提案されている。たとえば特許文献１では、ビード部の径方向にくびれ部を設け、そのくびれ部の変形によってボアの周縁部への面圧を調整している。

特開２００８−９５５４７号公報

しかしながら、ビード部を用いる技術では、ボルト締結時にダミーヘッドが変形した場合、ダミーヘッドからビード部に加わる荷重が不均一となるため、ビード部によるボアの周縁部への面圧が不均一となる。

具体的には、図８（Ａ）に示すように、ダミーヘッド１０をシリンダブロック２０の上面（取付面）に載置すると、ビード部１１はシリンダブロック２０の上面に接触する。次いで、図８（Ｂ）に示すように、ボルト１２をボア２１の周囲のボルト用孔２２に固定することにより、ダミーヘッド１０をボルト締結する。

この場合、ボア２１上に位置するダミーヘッド１０の中央部分が、シリンダブロック２０の取付面に向かう方向とは反対側に向かって凸状に歪む。このため、隣接するボア２１同士の軸間部分（図９の破線Ｐで囲まれる部分）においてビード部１１による面圧が低くなってしまう。この場合、ダミーヘッド１０の本体自体が変形するため、特許文献１の技術の凹部による面圧調整機能では対応できない。なお、図８（Ａ），（Ｂ）は、図９のＸ方向に見た側断面図であって、ボア２１、ボルト１２、ビード部１１の位置関係を表すために、それらを便宜的に同一側断面上で図示している。

したがって、本発明は、ボルト締結時にダミーヘッドが変形した場合でも、ビード部によるボアの周縁部への面圧を均一に加えることができるシリンダブロックの加工用治具および加工方法を提供することを目的とする。

本発明のシリンダブロックの加工用治具は、シリンダブロックのボアの加工時に、シリンダブロックの一面に取り付けられる加工用治具であって、本体と、一面への本体の取付時にボアの周囲のボルト用孔に固定されるボルトと、一面への本体の取付時にボアの周縁部に配置される第１突出部と、一面への本体の取付時にボルト用孔よりも外周側に配置される第２突出部とを備えたことを特徴とする。

本発明のシリンダブロックの加工用治具では、シリンダブロックの一面への本体の載置時、第１突出部はボアの周縁部に配置され、第２突出部は、ボルト用孔よりも外周側に配置される。ボルト用孔にボルトを固定することにより加工用治具の締結を行う場合、第１突出部および第２突出部の厚みを適宜設定することにより、加工用治具について各種ボルト締結形態を得ることができる。

シリンダブロックの一面への本体の載置時、たとえば第２突出部がシリンダブロックの一面に当接するとともに、第１突出部とボアの周縁部との間には所定間隔の隙間が形成されている形態（第１形態）では、ボルト締結を行うと、第２突出部を支点としてボルト軸力によるモーメントを、本体におけるボルト同士の間の部分に加えることができるから、その部分をボアに向かって凸状に撓ませることができるとともに、第１突出部はボアの周縁部に当接することができる。したがって、第２突出部を支点として、第１突出部を介してボアの周縁部にボルト軸力によるモーメントを加えることができる。

また、シリンダブロックの一面への本体の載置時、たとえば第１突出部がボアの周縁部に当接するとともに、第２突出部とシリンダブロックの一面との間には所定間隔の隙間が形成されている形態（第２形態）では、ボルト締結を行うと、本体におけるボルト同士の間の部分がボアに向かう方向とは反対側に凸状に歪むが、このとき本体におけるボルトよりも外周側の部分がシリンダブロックの一面に接近し、第２突出部はシリンダブロックの一面に当接することができる。したがって、第２突出部を設けない場合と比較して、本体の歪みを抑制することができる。

さらに、シリンダブロックの一面への本体の載置時、たとえば第１突出部および第２突出部がともに、シリンダブロックの一面に当接する形態（第３形態）では、ボルト締結を行うと、第１形態と第２形態の中間の特性を得ることができる。

したがって、ボアの周縁部に荷重を均等に与えることができる。特にボアが複数配列されている場合には、隣接するボア同士の軸間部分に荷重を効果的に加えることができる。その結果、シリンダブロックの一面への加工用治具のボルト締結時、実ヘッド締結時の変形状態に対応する変形状態を得ることができる。また、第１突出部および第２突出部の少なくとも一方の厚みを調整することにより、ボアの周縁部への面圧を調整することができるので、その面圧値の最適化を図ることができる。その結果、実ヘッド締結時の変形状態に対応する変形状態をより良く得ることができる。

本発明のシリンダブロックの加工用治具は種々の構成を用いることができる。たとえばシリンダブロックの機種に応じて、第１突出部および第２突出部の少なくとも一方の厚みを変更することが可能な態様を用いることができる。この態様では、シリンダブロックの機種に応じて、ボアの周縁部への面圧値の最適化を図ることができる。また、第１突出部および第２突出部の少なくとも一方は、本体に対して別体として構成されている態様を用いることができる。

本発明のシリンダブロックの加工方法は、本発明のシリンダブロックの加工用治具を用いたシリンダブロックの加工方法である。すなわち、本発明のシリンダブロックの加工方法は、ボアを有するシリンダブロックの一面に、本発明のシリンダブロックの加工用治具を取り付け、ボアを変形させた状態でそのボアの加工を行うことを特徴とする。本発明のシリンダブロックの加工方法は、本発明のシリンダブロックの加工用治具と同様な効果を得ることができる。

本発明のシリンダブロックの加工用治具あるいは加工方法によれば、ボアの周縁部に荷重を均等に与えることができるから、シリンダブロックの一面への加工用治具のボルト締結時、実ヘッド締結時の変形状態に対応する変形状態を得ることができる等の効果を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係るダミーヘッドがシリンダブロックに配置された状態を表し、（Ａ）はボルト締結前の状態を表す側断面図、（Ｂ）はボルト締結後の状態を表す側断面図である。 本発明の第２実施形態に係るダミーヘッドがシリンダブロックに配置された状態を表し、（Ａ）はボルト締結前の状態を表す側断面図、（Ｂ）はボルト締結後の状態を表す側断面図である。 図１のダミーヘッドの具体例の下面の概略構成を表す平面図である。 図１のシリンダブロックの具体例の上面の概略構成を表す平面図である。 ビート部およびシム部を用いた本発明例のダミーヘッドの締結状態でのボアの上面からの距離と変形量との関係を表すグラフであり、（Ａ）はＸ方向の変形量を表すグラフ、（Ｂ）はＹ方向の変形量を表すグラフである。 比較例１の実ヘッドの締結状態でのボアの上面からの距離と変形量との関係を表すグラフであり、（Ａ）はＸ方向の変形量を表すグラフ、（Ｂ）はＹ方向の変形量を表すグラフである。 ビート部のみを用いた比較例２のダミーヘッドの締結状態でのボアの上面からの距離と変形量との関係を表すグラフであり、（Ａ）はＸ方向の変形量を表すグラフ、（Ｂ）はＹ方向の変形量を表すグラフである。 従来技術のダミーヘッドがシリンダブロックに配置された状態を表し、（Ａ）はボルト締結前の状態を表す側断面図、（Ｂ）はボルト締結後の状態を表す側断面図である。 従来のダミーヘッドの締結状態での問題点を説明するための図であり、シリンダブロックの上面を表す平面図である。

（１）第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るシリンダブロック２００にダミーヘッド１００が配置された状態を表し、（Ａ）はボルト締結前の状態を表す側断面図、（Ｂ）はボルト締結後の状態を表す側断面図である。図３は、図１のダミーヘッド１００の具体例の下面の概略構成を表す平面図である。図４は、図１のシリンダブロック２００の具体例の上面の概略構成を表す平面図である。なお、図１（Ａ），（Ｂ）は、図３のＸ方向に見た側断面図であって、図１（Ａ），（Ｂ）では、ボア２０１、ボルト１２０、ビード部１３０、シム部１４０の位置関係を表すために、便宜的に同一側断面上で図示している。

ダミーヘッド１００は、たとえば４気筒エンジンのシリンダブロック２００に適用される。シリンダブロック２００の上面（取付面）には、たとえば４個のボア２０１が形成され、ボア２０１の周囲には、たとえば１０個のボルト用孔２０２が形成されている。ボア２０１とボルト用孔２０２との間には、たとえばウォータジャケット２０３（図１のみに図示）が形成されている。ボア２０１は、たとえば鋳鉄からなるスリーブ２０４により構成され、スリーブ２０４の内面がピストンとの摺動面となる。なお、ボア２０１は、スリーブ２０４の代わりに、シリンダブロック２００に形成された孔部の内面により構成してもよい。

ダミーヘッド１００は、たとえば本体１１０、ボルト１２０、ビード部１３０（第１突出部）、および、シム部１４０（第２突出部）を備えている。本体１１０は、たとえば板状をなしており、シリンダブロック２００の上面に取り付けられる。

本体１１０には、加工用孔部１１１およびボルト用孔１１２が形成されている。加工用孔部１１１は、その断面がボア２０１に対応する形状をなし、シリンダブロック２００の上面への本体１１０の取付時、ボア２０１に連通する。ボア２０１の加工時、ボーリング加工機やホーニング加工機は、加工用孔部１１１を介して、ボア２０１の内部に挿入される。ボルト用孔１１２は、本体１１０の取付時、シリンダブロック２００のボルト用孔２０２に連通する。ボルト１２０は、ボルト用孔１１２を通じて、ボルト用孔２０２に締め付けられる。

ビード部１３０は、たとえば図１および図３に示すように、本体１１０の加工用孔部１１１の下面側周縁部から突出するようにして形成されている。ビード部１３０は、本体１１０の取付時、シリンダブロック２００のボア２０１の周縁部に配置される。なお、ビード部１３０は本体１１０に対して別体として構成されていてもよい。

シム部１４０は、たとえば図１および図３に示すように、本体１１０の下面におけるボルト用孔１１２よりも外周側から突出するようにして形成されている。シム部１４０は、本体１０の取付時、図１に示すようにシリンダブロック２００のボルト用孔２０２よりも外周側に配置される。なお、シム部１４０は、本体１１０とは別体として構成されていてもよい、

図３に示す例では、シム部１４０は、たとえばＹ方向では互いに対向するボルト用孔１１２の外側に配置されるとともに、たとえばＸ方向では左端側のボルト用孔１１２を結ぶＹ方向の直線よりも外側に配置され、右端側のボルト用孔１１２を結ぶＹ方向の直線よりも外側に配置されている。なお、図３では、シム部１４０をＸ，Ｙ方向において対向するように配置しているが、いずれか一方の方向のみに対向するように配置してもよい。シム部１４０の位置は適宜設定してもよい。

ビード部１３０およびシム部１４０の厚みは、シリンダブロック２００の上面へのダミーヘッド１００の載置時（ボルト締結前）、次のように所定間隔の隙間Ｇが形成されるように設定されている。たとえば図１（Ａ）に示すように、シム部１４０がシリンダブロック２００の上面に当接しているとき、ビード部１３０とシリンダブロック２００のボア２０１の周縁部との間に所定間隔の隙間Ｇが形成される。

図１（Ａ）に示すボルト締結前では、ビード部１３０が当接するボア２０１の周縁部と本体１１０の下面の部分との間の第１間隔と、シム部１４０が当接するシリンダブロック２００の上面の部分と本体１１０の下面の部分との第２間隔とが等しいので、シム部１４０の厚みはビード部１３０の厚みよりも厚く設定されている。第１間隔と第２間隔が等しくない場合、所定間隔の隙間Ｇが形成されるようにビード部１３０およびシム部１４０の厚みを適宜設定する。

シリンダブロックの加工方法について図面を参照して説明する。まず、図１（Ａ）に示すように、ダミーヘッド１００をシリンダブロック２００の上面に載置する。この場合、シム部１４０は、シリンダブロック２００の上面に当接するとともに、ビード部３０とボア２０１の周縁部との間には、所定間隔の隙間Ｇが形成される。

次いで、ボルト用孔１１２を通じて、図１（Ｂ）に示すように、ボルト１２０をボルト用孔２０２に締め付けることにより、ダミーヘッド１００をシリンダブロック２００に締結する。

この場合、ボルト用孔１１２よりも外周側に配置されたシム部１４０は、シリンダブロック２００の上面に当接するとともに、加工用孔部１１１の周縁部に配置されたビード部１３０とボア２０１の周縁部との間には所定間隔の隙間Ｇが形成されているから、シム部１４０を支点としてボルト軸力によるモーメントを本体１１０におけるボルト１２０同士の間の部分に加えることができるから、その部分をボア２０１に向かって凸状に撓ませることができるとともに、ビード部１３０はボア２０１の周縁部に当接することができる。

したがって、シム部１４０を支点として、ビード部１３０を介してボア２０１の周縁部にボルト軸力によるモーメントを加えることができるから、ボア２０１の周縁部に荷重を均等に与えることができる。特にボア２０１が複数配列されている場合には、隣接するボア２０１同士の軸間部分に荷重を効果的に加えることができる。

第１実施形態では、ボア２０１の周縁部に荷重を均等に与えることができるから、シリンダブロック２００の上面へのダミーヘッド１００のボルト締結時、実ヘッド締結時の変形状態に対応する変形状態を得ることができる。また、ビード部１３０およびシム部１４０の少なくとも一方の厚みを調整することにより、ボア２０１の周縁部への面圧を調整することができるので、その面圧値の最適化を図ることができる。その結果、実ヘッド締結時の変形状態に対応する変形状態をより良く得ることができる。特に、シリンダブロック２００の機種に応じて、ビード部１３０およびシム部１４０の少なくとも一方の厚みを変更することを可能とすることにより、シリンダブロック２００の機種に応じて、ボア２０１の周縁部への面圧値の最適化を図ることができる。

（２）第２実施形態
第２実施形態では、ビード部１３０およびシム部１４０の厚みの設定および隙間Ｇの形成箇所が第１実施形態とは異なり、それ以外の構成は、第１実施形態と同様である。第２実施形態では、第１実施形態と同様な構成要素には同符号を付し、その説明を省略する。

第２実施形態では、ビード部１３０およびシム部１４０の厚みは、シリンダブロック２００の上面へのダミーヘッド１００の載置時（ボルト締結前）、次のように所定間隔の隙間Ｇが形成されるように設定されている。たとえば図２（Ａ）に示すように、ビード部１３０がボア２０１の周縁部に当接しているとき、シム部１４０とシリンダブロック２００の上面との間に所定間隔の隙間Ｇが形成されている。

図２（Ａ）に示すボルト締結前は、ビード部１３０が当接するボア２０１の周縁部と本体１１０の下面の部分との間の第１間隔と、シム部１４０が当接するシリンダブロック２００の上面の部分と本体１１０の下面の部分と間の第２間隔とは等しいので、ビード部１３０の厚みはシム部１４０の厚みよりも厚く設定されている。第１間隔と第２間隔が等しくない場合、所定間隔の隙間Ｇが形成されるようにビード部１３０およびシム部１４０の厚みを適宜設定する。

第２実施形態では、ボルト締結した場合、図２（Ｂ）に示すように、本体１１０におけるボルト１２０同士の間の部分がボア２０１に向かう方向とは反対側に凸状に歪む。このとき本体１１０におけるボルト１２０よりも外周側の部分が、シリンダブロック２００の上面に接近し、シム部１４０は、シリンダブロック２００の上面に当接することができる。

したがって、シム部１４０を設けない場合と比較して、本体１１０の歪みを抑制することができるから、ボア２０１の周縁部に荷重を均等に与えることができる。特にボア２０１が複数配列されている場合には、隣接するボア２０１同士の軸間部分に荷重を効果的に加えることができる。その結果、第１実施形態と同様な効果を得ることができる。

上記実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。たとえばシリンダブロック２００の一面への本体１１０の載置時（ボルト締結前）、たとえばビード部１３０がボア２０１の周縁部に当接するとともに、シム部１４０がシリンダブロック２００の一面に当接する形態を用いてもよい。この形態では、ボルト締結を行うと、第１実施形態と第２実施形態の中間の特性を得ることができる。

以下、具体的な実施例を参照して本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。実施例では、４気筒エンジンのシリンダブロックに、各種ヘッドをボルト締結したときのボアの変形状態について調べた。

実施例では、ボア径８７ｍｍ、深さ１４８．５ｍｍのボアを有し、ＦＣ（ねずみ鋳鉄）からなるスリーブを有する４気筒エンジンのシリンダブロックを用いた。ビード部およびシム部を用いたダミーヘッドをボルト締結した例を本発明例、ガスケットを介して実ヘッドをボルト締結した例を比較例１、ビード部のみを用いたダミーヘッドをボルト締結した例を比較例２とした。

本発明例では、本発明の第１実施形態を用い、ビード部およびシム部を図１，３の形態と同様に設け、シム部の厚みを０．２５ｍｍ、ビード部の厚みを０．２２ｍｍ、隙間Ｇの間隔を０．０３ｍｍに設定した。比較例２では、ビード部の厚みを０．２２ｍｍに設定した。本発明例，比較例２では、ボルト締結の軸力を５トン、比較例１では、ボルト締結の軸力を７．１トンに設定した。ボルトの締結は、図４，９のボルト用孔の左側から３番目の上側、その下側、ボルト用孔の左側から２番目の下側、その上側、ボルト用孔の左側から４番目の上側、その下側、ボルト用孔の左側から１番目の下側、その上側、ボルト用孔の左側から５番目の上側、その下側の順に行った。

本発明例、比較例１，２のボルト締結後の状態について、Ｘ方向の変形量およびＹ方向の変形量を測定した。その結果を図５〜７に示す。図５は、本発明例のダミーヘッドの締結状態でのボアの上面からの距離と変形量との関係を表し、図６は、比較例１の実ヘッドの締結状態でのボアの上面からの距離と変形量との関係を表し、図７は、比較例２のダミーヘッドの締結状態でのボアの上面からの距離と変形量との関係を表している。図５〜７では、（Ａ）はＸ方向の変形量を表すグラフ、（Ｂ）はＹ方向の変形量を表すグラフである。図５〜７でのボアの上面からの距離は、ボアの上面から下面へ向かう方向を正方向としている。図５〜７に示すボアＡ〜Ｄは、図４あるいは図９の左側から順に１番目、２番目、３番目、４番目のボアに対応している。

図６，７から判るように、シム部を設けなかった比較例２（図７）のダミーヘッドでは、４つのボアについて、Ｘ方向およびＹ方向においてともに、比較例１（図６）の実ヘッドの締結状態との変形量の相違が大きかった。

これに対して、図５〜７から判るように、シム部を設けた本発明例（図５）のダミーヘッドでは、Ｘ方向およびＹ方向においてともに、比較例２（図７）のダミーヘッドの場合と比較して、比較例１（図６）の実ヘッドの締結状態との変形量の相違が小さかった。特に、Ｘ方向では、比較例１の実ヘッドの締結状態の場合と変形が近似し、Ｙ方向では、比較例１の実ヘッドの締結状態の場合と変形傾向が一致していた。

これにより、シム部を設けた場合、シム部を設けない場合と比較して、実ヘッド締結時の変形状態を良好に再現できることを確認した。

１００…ダミーヘッド（加工用治具）、１１０…本体、１１２…ボルト用孔、１２０…ボルト、１３０…ビード部（第１突出部）、１４０…シム部（第２突出部）、２００…シリンダブロック、２０１…ボア、２０２…ボルト用孔

Claims (6)

1. シリンダブロックのボアの加工時に、前記シリンダブロックの一面に取り付けられる加工用治具において、
   本体と、
   前記一面への前記本体の取付時に前記ボアの周囲のボルト用孔に固定されるボルトと、
   前記一面への前記本体の取付時に前記ボアの周縁部に配置される第１突出部と、
   前記一面への前記本体の取付時に前記ボルト用孔よりも外周側に配置される第２突出部とを備えたことを特徴とするシリンダブロックの加工用治具。
2. 前記一面への前記本体の載置時、前記第２突出部は前記シリンダブロックの前記一面に当接するとともに、前記第１突出部と前記ボアの周縁部との間には所定間隔の隙間が形成され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加工用治具。
3. 前記一面への前記本体の載置時、前記第１突出部は前記ボアの周縁部に当接するとともに、前記第２突出部と前記シリンダブロックの前記一面との間には所定間隔の隙間が形成され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加工用治具。
4. 前記シリンダブロックの機種に応じて、前記第１突出部および前記第２突出部の少なくとも一方の厚みを変更することが可能な請求項１〜３のいずれかに記載のシリンダブロックの加工用治具。
5. 前記第１突出部および前記第２突出部の少なくとも一方は、前記本体に対して別体として構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシリンダブロックの加工用治具。
6. ボアを有するシリンダブロックの一面に、請求項１〜５のいずれかに記載の加工用治具を取り付け、前記ボアを変形させた状態でそのボアの加工を行うことを特徴とするシリンダブロックの加工方法。

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