JP2013217287A - シリンダブロックの加工用冶具及びシリンダブロックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、シリンダボアの周縁部への面圧を均一に加えることでシリンダボアの変形形状を再現できるシリンダブロックの加工用冶具及びシリンダブロックの製造方法を提供する。
【解決手段】ダミーヘッド１００は、シリンダボア２０１に対応する部分に形成される複数の加工用貫通穴１１１と、ボルト１２０が挿通する複数のボルト挿通穴１１２と、を有する本体１１０と、ボルト挿通穴１１２と連通する貫通穴１１５を有し、ボルト１２０の座面１２１に当接する位置に設けられるカラー部材１１４と、を備える。カラー部材１１４は、本体１１０よりもヤング率の低い素材からなり、ボルト１２０を締結する際に、ボルト１２０の軸力をカラー部材１１４を介してシリンダブロック２００に作用させることで、シリンダブロック２００に作用する面圧を分散させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、シリンダブロックを変形させた状態で、シリンダボアに対し加工を行うシリンダブロックの加工用冶具及びシリンダブロックの製造方法に関する。

内燃機関のシリンダブロックには、油膜を介してピストンが摺動するシリンダボアが複数形成され、シリンダブロックの一面には、ガスケットを介してシリンダヘッドがボルト締結される。ボルト締結後のシリンダボアは、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。

ところが、シリンダ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際のシリンダヘッドを取り付けた場合、その締結力によりシリンダ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シリンダボアの加工を行う技術が提案されている。

具体的には、シリンダボアの加工時、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、シリンダヘッドをボルト締結した場合と同様な変形をシリンダボアに生じさせる。ダミーヘッドにはシリンダボアに連通する加工用貫通穴が形成されているから、その加工用貫通穴を通じて、変形したシリンダ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、シリンダボアを断面略真円形状に形成することができる。シリンダボアの加工後、ダミーヘッドを取り外し、シリンダ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、シリンダボアの変形を抑制することができる。

ところで、このダミーヘッドは、繰り返し使用されるものであり、また小型化の観点からもシリンダヘッドとは異なる素材（例えば鉄）及び高さで構成されている。従って、図９に示すように、シリンダブロック２００の取付面にガスケット３００を介在させてダミーヘッド１００′をボルト締結した場合、ボルト１２０の軸力がそれほど広がらずにガスケット３００を介してシリンダブロック２００に伝わるため、シリンダボア２０１の周縁部に十分な面圧を付与できないという課題があった。

一方で、例えば特許文献１に記載のシリンダブロックの製造方法では、ダミーヘッドを用いてシリンダボアを変形させた状態でシリンダボアの仕上げ加工を行うに際し、ボルトを、該ボルトによるシリンダブロックに対する引張り力の生じない程度にボルト挿通穴に螺挿することで、ダミーヘッドをシリンダブロック１に取り付けた状態で、油圧シリンダによりボルトに、引張り力の生じる方向のボルト軸方向の力を作用させることで、シリンダボアを変形させている。

特開２００８‐８２２４９号公報

しかしながら特許文献１に記載のシリンダブロックの製造方法では、ダミーヘッド内に油圧シリンダを構成し、外部から油圧を供給する必要があり、装置が複雑で製造コストが嵩むという課題があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で、シリンダボアの周縁部への面圧を均一に加えることでシリンダボアの変形形状を再現できるシリンダブロックの加工用冶具及びシリンダブロックの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
シリンダボア（例えば、後述の実施形態におけるシリンダボア２０１）を有するシリンダブロック（例えば、後述の実施形態におけるシリンダブロック２００）を変形させた状態で、前記シリンダボアに対し加工を行うときに、前記シリンダブロックの一方側の面（例えば、後述の実施形態における取付面）にボルト締結されるシリンダブロックの加工用冶具（例えば、後述の実施形態におけるダミーヘッド１００）であって、
前記シリンダボアに対応する部分に形成される複数の加工用貫通穴（例えば、後述の実施形態における加工用貫通穴１１１）と、前記ボルトが挿通する複数のボルト挿通穴（例えば、後述の実施形態におけるボルト挿通穴１１２）と、を有する本体（例えば、後述の実施形態における本体１１０）と、
前記ボルト挿通穴と連通する貫通穴（例えば、後述の実施形態における貫通穴１１５）を有し、前記ボルトの座面（例えば、後述の実施形態における座面１２１）に当接する位置に設けられるカラー部材（例えば、後述の実施形態におけるカラー部材１１４）と、を備え、
前記カラー部材は、前記本体よりもヤング率の低い素材からなり、
前記ボルトを締結する際に、前記ボルトの軸力を前記カラー部材を介して前記シリンダブロックに作用させることで、前記シリンダブロックに作用する面圧を分散させることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記カラー部材は、前記本体に形成される凹部（例えば、後述の実施形態における凹部１１３）に埋設されていることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項３に係る発明は、
シリンダボア（例えば、後述の実施形態におけるシリンダボア２０１）を有するシリンダブロック（例えば、後述の実施形態におけるシリンダブロック２００）の一方側の面（例えば、後述の実施形態における取付面）に加工用冶具（例えば、後述の実施形態におけるダミーヘッド１００）をボルト締結することにより、前記シリンダブロックを変形させた状態で、前記シリンダボアに対し加工を行うシリンダブロックの製造方法であって、
前記ボルトを締結する際に前記ボルトの軸力を前記加工用冶具の本体（例えば、後述の実施形態における本体１１０）よりもヤング率の低い素材からなるカラー部材（例えば、後述の実施形態におけるカラー部材１１４）を介して前記シリンダブロックに作用させ、これにより前記シリンダブロックに作用する面圧を分散させた状態で、前記シリンダボアの加工を行うことを特徴とする。

請求項１及び３の発明によれば、ボルトの軸力が本体よりもヤング率の低い素材からなるカラー部材を介してシリンダブロックに作用するので、カラー部材がボルト締結時に弾性変形することによって力が分散し面圧が広く分布するようになる。これにより、シリンダボアの周縁部に面圧を均等に加えることができ、実際にシリンダヘッドをボルト締結した際のシリンダボアの変形と同等若しくは近似する変形を、加工用冶具を用いて再現することができる。

請求項２の発明によれば、カラー部材の側面からも軸力が伝達するので、より面圧を広く分布させることができる。

本発明の第１実施形態のダミーヘッドを上面側から見た斜視図である。 シリンダブロックの取付面を上方から見た平面図である。 第１実施形態のダミーヘッドをシリンダブロックにボルト締結した状態における断面図である。 図３の状態において、応力分布を模式的に示す図である。 ダミーヘッドの加工用貫通穴の周縁部の圧力分布を示す図であり、（ａ）は従来のダミーヘッド、（ｂ）は第１実施形態のダミーヘッドである。 本発明の第２実施形態のダミーヘッドを示す図であり、（ａ）は上面側の斜視図であり、（ｂ）は下面側の斜視図である。 第２実施形態のダミーヘッドをシリンダブロックの取付面上に載置したボルト締結前の状態における断面図である。 第２実施形態のダミーヘッドをシリンダブロックの取付面上に載置したボルト締結後の状態における断面図である。 従来のダミーヘッドをシリンダブロックにボルト締結した状態における応力分布を模式的に示す図である。

以下、本発明のシリンダブロックの加工用冶具としてのダミーヘッドの各実施形態について図面を参照しながら説明する。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態のダミーヘッドについて図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態のダミーヘッドを上面側から見た斜視図であり、図２はシリンダブロックの取付面を上方から見た平面図であり、図３は図１ダミーヘッドをシリンダブロックにボルト締結した状態における断面図である。

ダミーヘッド１００は、主として鉄から構成され、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（以下、取付面とも呼ぶ。）には、たとえば４個のシリンダボア２０１が形成され、シリンダボア２０１の周囲には、たとえば１０個のボルト挿通穴２０２が形成されている。シリンダボア２０１とボルト挿通穴２０２との間には、たとえばウォータジャケット２０３（図３、４のみに図示）が形成されている。シリンダボア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、シリンダボア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、シリンダブロック２００の取付面に取り付けられる、矩形状の本体１１０を有する。

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

このボルト挿通穴１１２は、加工用貫通穴１１１の中心点を通過する第１仮想線Ｐに直交し、隣接する加工用貫通穴１１１の中間を通る第２仮想線Ｑ上に、第１仮想線Ｐから等距離の位置に１対、合計で５対配置されている。

本体１１０の上面１１０ａには、各ボルト挿通穴１１２の軸心を中心とする円柱状の凹部１１３が下面１１０ｂ側に窪むように形成されている。即ち、凹部１１３は、ボルト挿通穴１１２と同一軸心を有し、本体１１０を貫通しない深さまで凹設されている。なお、凹部１１３の深さについては適宜選択される。

各凹部１１３には、中心に貫通穴１１５が穿設された円筒状のカラー部材１１４が埋設されており、カラー部材１１４が凹部１１３に嵌合した状態で、貫通穴１１５が本体１１０に形成されたボルト挿通穴１１２と連通するようになっている。カラー部材１１４の高さは、凹部１１３の深さと略同一となっており、カラー部材１１４が凹部１１３に嵌合した状態で、カラー部材１１４の上面が本体１１０の上面１１０ａと面一となるように構成されている。貫通穴１１５を通じてボルト１２０がシリンダブロック２００のボルト挿通穴２０２に締め付けられる際、ボルト１２０の座面１２１がカラー部材１１４に当接する。カラー部材１１４の径寸法は、ボルト１２０の座面１２１より大径となっている。

カラー部材１１４は、本体１１０よりヤング率の低い素材から構成される。本体１１０が主として鉄から構成されている場合、カラー部材１１４はアルミニウム等の鉄よりヤング率の低い素材から構成される。ヤング率が低い素材ほど圧力分布が広がりやすいため、カラー部材１１４を本体１１０よりもヤング率が低い素材から構成することで、ボルト１２０の軸力をシリンダブロック２００に広範囲に作用させることができる。

また、本体１１０の下面１１０ｂも平坦面で構成されており、下面１１０ｂは、シリンダブロック２００の取付面へのダミーヘッド１００の載置時（ボルト締結前）に、ガスケット３００を介してシリンダブロック２００の取付面と対向する。

次にシリンダブロックの製造方法について図３及び４を参照して説明する。
まず、カラー部材１１４を本体１１０の上面１１０ａに形成された各凹部１１３に嵌合させ、ダミーヘッド１００をガスケット３００を介在させてシリンダブロック２００の取付面に載置する。

続いて、各カラー部材１１４に形成された貫通穴１１５からダミーヘッド１００に形成されたボルト挿通穴１１２を通じて、ボルト１２０をシリンダブロック２００のボルト挿通穴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に固定する。

その際、ボルト軸力により本体１１０の下面１１０ｂがガスケット３００を介してシリンダブロック２００の取付面に押し付けられることで、シリンダボア２０１の周縁部に面圧が与えられる。そして、この状態で、シリンダボア２０１に対しボーリング加工やホーニング加工を行うことで、シリンダブロック２００が製造される。

図４は、ボルト締結時にダミーヘッド１００の下面１１０ｂの圧力分布を示している。
ボルト１２０をシリンダブロック２００のボルト挿通穴２０２に締め付けることで、ボルト１２０の座面１２１は、カラー部材１１４と当接してカラー部材１１４を直接押圧する。カラー部材１１４は、ダミーヘッド１００よりヤング率の低い素材から構成されているので、ボルト１２０の軸力でカラー部材１１４が弾性変形することにより、カラー部材１１４内で圧力分布が広がり、ダミーヘッド１００からシリンダブロック２００に広範囲に作用する。即ち、ボルト１２０の軸力がカラー部材１３０を介してシリンダブロック２００に作用することで、シリンダブロック２００に作用する面圧が分散される。

従って、図４に示す本実施形態のダミーヘッド１００をボルト締結した場合の圧力分布は、図９に示す従来のダミーヘッド１００′をボルト締結した場合と比べて、広範囲に及んでいる。

図５は、ボルト締結時のダミーヘッドの加工用貫通穴の周縁部の圧力分布を示す図であり、（ａ）は従来のダミーヘッド１００′、（ｂ）は本実施形態のダミーヘッド１００である。図中、濃度の濃い部分、即ち暗い部分が面圧が低く、明るくなるに従って面圧が高くなることを示している。

図５（ａ）及び（ｂ）を比較して明らかなように、面圧のかかりづらいシリンダボア同士の軸間部分に対応する、加工用貫通穴１１１の軸間部分（図中、太線で囲った領域）において、本実施形態のダミーヘッド（図５（ｂ））の方が従来のダミーヘッド（図５（ａ））より明るくなっており、高い面圧が発生していることが分かる。

このように本実施形態によれば、ボルト締結時にカラー部材１１４が弾性変形することにより、面圧のかかりづらいシリンダボア２０１の周縁部に面圧を均等に加えることができる。また、凹部１１３の深さ及びカラー部材１１４の高さ、素材を調整することにより、シリンダボア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、シリンダヘッドをボルト締結した時の変形と同等若しくは近似する変形をより良く再現することができる。特に、シリンダブロック２００の機種に応じて、凹部１１３の深さ及びカラー部材１１４の高さ、素材を調整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、シリンダボア２０１の周縁部への面圧値の最適化を図ることができる。

＜第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態のダミーヘッドについて図面を参照しながら説明する。
図６は本発明の第２実施形態のダミーヘッドを示す図であり、（ａ）は上面側の斜視図であり、（ｂ）は下面側の斜視図であり、図７は第２実施形態のダミーヘッドをシリンダブロックの取付面上に載置したボルト締結前の状態における断面図であり、図８は第２実施形態のダミーヘッドをシリンダブロックの取付面上に載置したボルト締結後の状態における断面図である。

第２実施形態のダミーヘッドは、本体１１０の下面１１０ｂの構成が第１実施形態のダミーヘッドとは異なり、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実施形態と同一又は同等の要素には同一又は同等の符号を付し、その説明を省略する。

第２実施形態のダミーヘッド１００では、本体１１０の下面１１０ｂに、加工用貫通穴１１１の周縁部から突出するようにしてビード部１３０が形成されている。ビード部１３０は、本体１１０の取付時、シリンダブロック２００のシリンダボア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。

また、本体１１０の下面１１０ｂには、外周縁部から突出するように複数のシム部１４０が形成されている。より具体的に説明すると、複数のシム部１４０は、本体１１０のＸ方向に延びる長辺に等間隔で５つずつ、Ｙ方向に延びる短辺に２つずつ設けられている。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く、その数および形状は適宜選択される。

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の取付面へのダミーヘッド１００の載置時（ボルト締結前）、図７に示すように、シム部１４０がシリンダブロック２００の取付面に当接している状態で、ビード部１３０とシリンダブロック２００のシリンダボア２０１の周縁部との間に所定の隙間Ｇが形成されるように設定される。

次にシリンダブロックの製造方法について図７及び図８を参照して説明する。
まず、カラー部材１１４を本体１１０の上面１１０ａに形成された各凹部１１３に嵌合させ、ダミーヘッド１００をシリンダブロック２００の取付面に載置する。このとき、シム部１４０は、シリンダブロック２００の取付面に当接するとともに、ビード部１３０とシリンダボア２０１の周縁部との間には、所定間隔の隙間Ｇが形成される。

続いて、図８に示すように、各カラー部材１１４に形成された貫通穴１１５からダミーヘッド１００に形成されたボルト挿通穴１１２を通じて、ボルト１２０をシリンダブロック２００のボルト挿通穴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に固定する。

このとき、ボルト１２０の座面１２１は、カラー部材１１４と当接してカラー部材１１４を直接押圧する。カラー部材１１４は、ダミーヘッド１００よりヤング率の低い素材から構成されているので、ボルト１２０の軸力でカラー部材１１４が弾性変形することにより、カラー部材１１４内で圧力分布が広がり、ダミーヘッド１００からシリンダブロック２００に広範囲に作用する。即ち、ボルト１２０の軸力がカラー部材１３０を介してシリンダブロック２００に作用することで、シリンダブロック２００に作用する面圧が分散される。

また、ボルト挿通穴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の取付面に当接するとともに、加工用貫通穴１１１の周縁部に配置されたビード部１３０とシリンダボア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、これによって第２仮想線Ｑ上に位置する１対のボルト１２０のボルト軸力によるシリンダブロック２００側へのモーメントを、本体１１０におけるボルト間領域に加えることができる。

そして、このモーメントによりボルト間領域がシリンダボア２０１に向かって凸状に弾性変形することで、ビード部１３０はシリンダボア２０１の周縁部に当接する。

したがって、シリンダボア２０１の周縁部に面圧を均等に加えることができ、隣接するシリンダボア２０１同士の軸間部分にも面圧を効果的に加えることができる。そして、この状態で、シリンダボア２０１に対しボーリング加工やホーニング加工を行うことで、シリンダブロック２００が製造される。

このように本実施形態によれば、面圧のかかりづらいシリンダボア２０１の周縁部に面圧を均等に加えることができる。また、凹部１１３の深さ及びカラー部材１１４の高さ、素材を調整することに加えて、ビード部１３０及びシム部１４０の厚みを調整することにより、シリンダボア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。また、ガスケット３００を用いる必要がないのでガスケットのコストを削減することができる。

その結果、シリンダヘッドをボルト締結した時の変形と同等若しくは近似する変形をより良く再現することができる。特に、シリンダブロック２００の機種に応じて、凹部１１３の深さ及びカラー部材１１４の高さ、素材を調整することに加えて、ビード部１３０及びシム部１４０の厚みを調整することにより、シリンダブロック２００の機種に応じて、シリンダボア２０１の周縁部への面圧値の最適化を図ることができる。

１００ ダミーヘッド（加工用冶具）
１１０ 本体
１１０ａ 上面
１１０ｂ 下面
１１１ 加工用貫通穴
１１２ ボルト挿通穴
１１３ 凹部
１１４ カラー部材
１１５ 貫通穴
２００ シリンダブロック
２０１ シリンダボア

Claims (3)

1. シリンダボアを有するシリンダブロックを変形させた状態で、前記シリンダボアに対し加工を行うときに、前記シリンダブロックの一方側の面にボルト締結されるシリンダブロックの加工用冶具であって、
   前記シリンダボアに対応する部分に形成される複数の加工用貫通穴と、前記ボルトが挿通する複数のボルト挿通穴と、を有する本体と、
   前記ボルト挿通穴と連通する貫通穴を有し、前記ボルトの座面に当接する位置に設けられるカラー部材と、を備え、
   前記カラー部材は、前記本体よりもヤング率の低い素材からなり、
   前記ボルトを締結する際に、前記ボルトの軸力を前記カラー部材を介して前記シリンダブロックに作用させることで、前記シリンダブロックに作用する面圧を分散させることを特徴とするシリンダブロックの加工用冶具。
2. 前記カラー部材は、前記本体に形成される凹部に埋設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加工用冶具。
3. シリンダボアを有するシリンダブロックの一方側の面に加工用冶具をボルト締結することにより、前記シリンダブロックを変形させた状態で、前記シリンダボアに対し加工を行うシリンダブロックの製造方法であって、
   前記ボルトを締結する際に前記ボルトの軸力を前記加工用冶具の本体よりもヤング率の低い素材からなるカラー部材を介して前記シリンダブロックに作用させ、これにより前記シリンダブロックに作用する面圧を分散させた状態で、前記シリンダ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製造方法。