JP4131217B2 - シリンダブロックの寸法安定化方法およびその寸法安定化処理用治具 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダブロックの寸法安定化方法およびその寸法安定化処理用治具に関し、特に、シリンダライナをアルミニウム合金で鋳包んでなるシリンダブロックを時効処理することにより寸法を安定化させる方法、および、シリンダライナをアルミニウム合金で鋳包んでなるシリンダブロックのボア内に高周波誘導加熱コイルを挿入して、前記シリンダライナを介して前記シリンダブロックを高周波誘導加熱することにより寸法を安定化させる処理に用いる治具に関するものである。

近年の内燃機関のシリンダブロックには、アルミニウム合金の鋳造品が用いられるようになっている。このようなアルミニウム合金製のシリンダブロックにおいては、ボア部に所望の耐磨耗性と摺動特性を確保するため、一般に、鋳鉄製や鋼製のシリンダライナを別途用意し、このシリンダライナをアルミニウム合金（鋳造金属）で鋳包んで一体化して成形している。

アルミニウム合金からなるシリンダブロックは、一般に、鋳造後にアルミ合金中に過飽和に固溶したＳｉやＣｕが徐々に析出し、０．１％程度の伸びを生じることから、時間の経過により寸法変動が発生する。また、内燃機関のシリンダブロックは、燃焼熱に晒されることから、寸法変動が生じやすい。

シリンダライナを鋳包んでなるアルミニウム合金製のシリンダブロックは、シリンダライナの背面と鋳造ブロックとの密着性が重要であるが、シリンダブロックの寸法変動は両者の密着性を悪化させることとなる。
両者の密着性が悪い場合は、内燃機関の使用中にシリンダライナが変形してボアの真円度が悪化し、オイル（潤滑油）の消費量が増大することになる。そして、この対策として、張力の大きいピストンリングを使用して上述した真円度の悪化に対処することも行われているが、このような対策では、ボア内面を構成するシリンダライナ内面とピストンリングとの間の摩擦抵抗が増大し燃費が悪化する、などの新たな問題が生じることとなる。
そこで、シリンダブロックの寸法変動を事前に完了させて安定化させるため、シリンダブロックを鋳造後に、時効処理を行うことが知られている。従来の時効処理では、例えば鋳造されたシリンダブロックを複数トレー上に載置し、炉内に投入して２００〜２５０℃程度に昇温させ、２時間程度加熱保持するＴ５処理が行われている。

一方、ディーゼル機関のシリンダライナに穿設された冷却孔の開口部近傍の内表面に高周波焼入れを施すことによって圧縮残留応力を付与し、疲労限度を大幅に向上させたことを特徴とするシリンダライナが知られている（特許文献１）。
また、冷却中に配置されたワークの複数箇所に焼入れヘッドで順次高周波焼入れを行なう高周波焼入方法であって、焼入順序の先後に対応して高周波誘導加熱エネルギを後の焼入部になる程小さくする高周波焼入方法が知られている（特許文献２）。

特開平９‐１８４４５０号公報 特開平９‐３５３１号公報

しかしながら、上記従来の時効処理にあっては、シリンダブロック全体のみならずこれを支持するトレーなど炉内全体を昇温させる必要があるため、所定の温度に到達させるのに時間がかかるために電力費などのコストがかかると共に、大型の炉が必要であるために設備投資が多大となるという問題があった。また、従来の時効処理にあっては、炉内の温度を２００〜２５０℃に保持していた。なお、寸法変動の速度は温度に依存する、すなわち温度の関数となるため時効処理に時間がかかるという問題があった。さらに、昇温時間の短縮化を図るために塩浴加熱法や流動床加熱法などがあるが、両法とも熱処理後に塩や流動床媒体の洗浄などが必要となり、さらにコストがかかると共に設備投資が多大となるなどの問題が発生する。

また、上記特許文献１、２にあっては、いずれのものも高周波誘導加熱によって焼入れを行うものであり、特に特許文献２にあっては、「焼入れ品質の安定化、形成される焼入れ斑の寸法バラツキの低減」を目的としたもので、本発明の時効処理によってシリンダブロック自体の寸法の安定化を図るという目的と全く相違したものである。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、シリンダブロック全体を均一に加熱して寸法安定化を容易に確実に行うことができる方法、および、シリンダブロック全体を確実に均一に加熱して寸法安定化を容易に行うことができる治具を提供することを目的とする。

請求項１のシリンダブロックの寸法安定化方法に係る発明は、上記目的を達成するため、ボア部にシリンダライナを鋳包んでなるアルミニウム合金により構成されたシリンダブロック全体を加熱して時効処理することにより寸法を安定化させる方法であって、前記シリンダブロックのボア内に高周波誘導加熱コイルを挿入して通電することによりシリンダブロックのボア部を昇温させると共に、前記シリンダブロックのボア部の開口端面に治具を当接して該ボア部の昇温を制御することを特徴とするものである。
また、請求項２のシリンダブロックの寸法安定化処理用治具に係る発明は、上記目的を達成するため、シリンダライナを鋳包んでなるアルミニウム合金により構成されたシリンダブロックのボア内に高周波誘導加熱コイルを挿入し通電して前記シリンダブロックのボア部を昇温させることにより、シリンダブロック全体を加熱してその寸法を安定化させる処理に用いる治具であって、前記シリンダブロックのボア部の開口端面に当接されて該ボア部の昇温を抑制するものであることを特徴とするものである。

請求項１の発明では、シリンダライナを鋳包んでなるアルミニウム合金により構成されたシリンダブロックのボア内に高周波誘導加熱コイルを挿入して通電して、シリンダブロックのボア部を昇温させて、この加熱状態を所定時間保持し、シリンダブロック全体を加熱する。このとき、シリンダブロックのシリンダライナが鋳包まれたボア部は高周波誘導加熱コイルの通電により容易に昇温するが、ボア部以外の部分は容易に昇温しない。そこで、シリンダブロックの容易に昇温するボア部の開口端面に治具を当接させてかかる部分の昇温を抑制した状態とする。シリンダブロックは、部分によって温度差が生じることなく、全体が均一に所定の温度に加熱され時効処理が施されて寸法が安定化する。
また、請求項２の発明では、シリンダライナを鋳包んでなるアルミニウム合金により構成されたシリンダブロックのボア内に高周波誘導加熱コイルを挿入し通電して、前記シリンダブロックのボア部を昇温させることにより、シリンダブロック全体を加熱してその寸法を安定化させる時効処理を行う。このとき、シリンダブロックのボア部は、高周波誘導加熱コイルの通電により容易に昇温するが、ボア部以外の部分は容易に昇温しない。そこで、治具をシリンダブロックのボア部の開口端面に当接させることにより、かかる部分の昇温が抑制された状態で加熱が行われるため、部分によって温度差を生じさせることなくシリンダブロック全体を均一に所定の温度に加熱して時効処理し寸法を安定化させる。

請求項１の発明によれば、簡単な構成で、シリンダブロック全体を均一に加熱して寸法安定化を容易に確実に行うことができる。
請求項２の発明によれば、シリンダブロック全体を確実に均一に加熱して寸法安定化を容易に行うことができる治具を提供することができる。

最初に、本発明のシリンダブロックの寸法を安定化させるために行う時効処理に用いる治具の最良の形態を、主に図１および図２に基づいて詳細に説明する。なお、図において、同一符号は同様の部分または相当する部分に付すものとする。
本発明は、概略、シリンダライナ１１を鋳包んでなるアルミニウム合金１２により構成されたシリンダブロック１のボア内に高周波誘導加熱コイル２を挿入し通電してシリンダブロックのボア部１０を昇温させることにより、シリンダブロック１全体を加熱してその寸法を安定化させる処理に用いる治具５であって、この治具５は、シリンダブロック１のボア部１０の開口端面に当接されてボア部１０の昇温を抑制するものである。

図１および図２に示すように、内燃機関のシリンダブロック１は、アルミニウム合金１２のみにより構成された図の下方に位置するジャーナル部９と、鋳鉄や鋼鉄などからなる複数のシリンダライナ１１がアルミニウム合金１２で鋳包まれた図の上方に位置するボア部１０と、からなるもので、アルミニウム合金１２には、ＳｉやＣｕなどの成分が過飽和に固溶している。
図２に示すように、高周波誘導加熱コイル２は、シリンダブロック１のボア部１０に鋳包みされたシリンダライナ１１の長さに対応した長さで、シリンダライナ１１の内面と所定の間隔を有する径に成形されてなるもので、所定の高周波電流を供給することが可能な電源に接続されている。そして、高周波誘導加熱コイル２は、これをボア部１０のシリンダライナ１１に対して挿入・退避させるためのアクチュエータに支持されている。
図１および図２に示すように、治具５は、シリンダブロック１のジャーナル部９と反対側に位置するボア部１０の開口端面に当接される熱吸収部５ａと、熱吸収部５ａから側方（図２の左右方向）に延出された熱交換部５ｂと、高周波誘導加熱コイル２を挿通させることが可能な穴部５ｃとを備えてなるもので、例えばＡｌ−Ｃｕなど、熱伝導性が良好な材料により一体に成形されている。熱吸収部５ａは、シリンダブロック１のボア部１０の端面に密着し得る形状に形成されてなるもので、穴部５ｃがボア部１０の開口と対応するように形成されている。熱交換部５ｂは、熱吸収部５ａよりも肉圧に形成されており、その内部には水や油、あるいはエアなどの冷却媒体が供給循環される通路６が形成されている。治具５は、高周波誘導コイル２の移動に伴ってまたは独立してシリンダブロック１のボア部１０の端面に対して当接・退避させるためのアクチュエータに支持されている。なお、治具５の構成は、この実施の形態に限定されることなく、例えば、熱交換部５ｂに冷却媒体供給循環用の通路６を設けることなく、その外側にクーリングフィンを設けて空冷式とすることもできる。

次に、本発明のシリンダブロックの寸法安定化方法の最良の形態を、上述したように構成された治具５を用いる場合によって、図１〜図６に基づいて詳細に説明する。
本発明のシリンダブロックの安定化方法は、概略、ボア部１０にシリンダライナ１１を鋳包んでなるアルミニウム合金１２により構成されたシリンダブロック１全体を加熱して時効処理することにより寸法を安定化させる方法であって、シリンダブロック１のボア内に高周波誘導加熱コイル２を挿入して通電することによりシリンダブロック１のボア部１０を昇温させると共に、シリンダブロック１のボア部１０の開口端面に治具５を当接してこのボア部１０の昇温を抑制する治具５を当接するものである。

シリンダブロック１を時効処理してその寸法安定化を図るに際しては、各ボア部１０内に高周波誘導加熱コイル２を挿入し（図３および図４を参照）、高周波誘導加熱コイル２に通電して高周波誘導加熱をする。これにより、高周波誘導加熱コイル２と対向するように位置するシリンダライナ１１が加熱されて温度が上昇し、その熱がシリンダブロック１のアルミニウム合金１２により構成された部分に伝導されて、アルミニウム合金１２に過飽和状態で固溶していたＳｉやＣｕが析出して永久伸びを発生して寸法変動が発生し、アルミニウム合金１２全体に時効処理が施されて、シリンダブロック１の寸法が安定化することとなる。

ここで、各高周波誘導加熱コイル２が各ボア部１０に挿入されてそのシリンダライナ１１を加熱する。そのため、シリンダブロック１は、ボア部１０が容易に昇温される部分となり（したがって容易に昇温される部分としてもボア部と同じ符号１０を付すこととする）、高周波誘導加熱コイル２から離れシリンダライナ１１が存在しないジャーナル部９が容易に昇温されない部分となる（したがって容易に昇温されない部分としてもジャーナル部と同じ符号９を付すこととする）。また、ボア部１０の間Ｐ（図３）は、互いに隣接する高周波誘導加熱コイル２の磁束が密となるため、特に容易に昇温される部分となる。そのため、図５に示すように、シリンダブロックは、ボア部１０の温度上昇変化Ｂがジャーナル部９の温度上昇変化Ｊよりも高くなり、部分によって温度格差が生じ、部分によって材料特性にバラツキが生じるという問題が発生するおそれがある。

しかしながら、本発明では、シリンダブロック１を高周波誘導加熱して時効処理を行う際に、図１および図２に示したように、治具５の熱吸収部５ａをシリンダブロック１の昇温が容易な部分であるボア部１０の端面に当接し、必要に応じて熱交換部５ｂの通路６に冷却媒体を供給循環して、図６に示すようにボア部１０の温度上昇変化Ｂをジャーナル部９の温度上昇変化Ｊと同様となるように抑制することにより、シリンダブロック１全体が均等に温度上昇変化させて温度格差が生じないように調整する。このようにして全体が略均一な温度で時効処理が行われたシリンダブロック１は、全体の材料特性が均一であるため、確実且つ適切に寸法安定化を容易に図ることができる。

なお、本発明のシリンダブロック１の寸法安定化方法では、高周波誘導加熱によりシリンダライナ１１を介してシリンダブロック１全体をを設定された温度に均一に昇温させることができればよく、高周波誘導加熱機とは別に隣設された炉などの保温手段に移送して、高周波誘導加熱されて上昇した温度を保持するよう構成することもできる。

本発明のシリンダブロックの寸法安定化に用いられる治具を当接して高周波誘導加熱を行う状態を示す斜視図である。 図１の断面図である。 治具を当接しないと仮定して高周波誘導加熱を行う状態を示す斜視図である。 図３の断面図である。 治具をシリンダブロックに当接させないと仮定して高周波誘導加熱を行う場合のシリンダブロックの部分によって温度上昇変化に格差が生じる状態を説明するためのグラフである。 本発明の治具をシリンダブロックに当接させて高周波誘導加熱を行い、昇温が容易な部分の温度上昇変化を抑制することにより、シリンダブロックの部分によって温度上昇変化に格差が生じない状態を説明するためのグラフである。

符号の説明

１：シリンダブロック、 ２：高周波誘導加熱コイル、 ５：治具、 ９：ジャーナル部（容易に昇温しない部分）、１０：ボア部（容易に昇温する部分）、１１：シリンダライナ、１２：アルミニウム合金

Claims (2)

1. ボア部にシリンダライナを鋳包んでなるアルミニウム合金により構成されたシリンダブロック全体を加熱して時効処理することにより寸法を安定化させる方法であって、
   前記シリンダブロックのボア内に高周波誘導加熱コイルを挿入して通電することによりシリンダブロックのボア部を昇温させると共に、
   前記シリンダブロックのボア部の開口端面に治具を当接して該ボア部の昇温を制御することを特徴とするシリンダブロックの寸法安定化方法。
2. シリンダライナを鋳包んでなるアルミニウム合金により構成されたシリンダブロックのボア内に高周波誘導加熱コイルを挿入し通電して前記シリンダブロックのボア部を昇温させることにより、シリンダブロック全体を加熱してその寸法を安定化させる処理に用いる治具であって、
   前記シリンダブロックのボア部の開口端面に当接されて該ボア部の昇温を抑制するものであることを特徴とするシリンダブロックの寸法安定化処理用治具。

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