JP5499790B2 - シリンダブロックの加工方法、シリンダブロック及び溶射用シリンダブロック - Google Patents

Description

本発明は、シリンダボア内面に溶射皮膜を形成するシリンダブロックの加工方法、シリンダブロック及び溶射用シリンダブロックに関する。

内燃機関の出力、燃費、排気性能向上あるいは小型、軽量化といった観点から、アルミシリンダブロックのシリンダボア部に適用しているシリンダライナを廃止することへの設計要求は極めて高い。その代替技術の一つとして、シリンダボア内面に溶射皮膜を形成する溶射技術の適用が進められている。

上記した溶射技術をシリンダボア部に適用する場合には、溶射用材料を噴出する溶射ガンをシリンダボア内に軸方向に移動させつつ回転させて行い、溶射皮膜形成後は、例えばホーニング加工によって皮膜表面を研削加工して仕上げを行う。

この際、下記特許文献１では、溶射皮膜の特にクランクケース側の端部の剥離を抑えるために、溶射皮膜形成後に、クランクケース側端部のシリンダボアの内径が大きくなるようシリンダボア内面を、溶射皮膜のクランクケース側端部を含めて除去加工している。

特開２００７−２１１３０７号公報

ところで、例えば燃費向上のために軽量化してシリンダブロック全体をより小型化する際には、クランクケース側端部におけるシリンダボアの内径が大きくなるようシリンダボア内面を除去加工する際に、充分な除去加工代を確保できない場合がある。

そこで、本発明は、シリンダボアのクランクケース側端部に対し溶射皮膜を含めて除去加工する際に、シリンダブロックの小型化を達成しつつ、充分な除去加工代を確保できるようにすることを目的としている。

本発明は、シリンダボアのクランクケース側の端部に、該クランクケース側に突出する突起を設け、前記シリンダボアの内面に、該内面に連続する前記突起の内面を含めて溶射皮膜を形成し、この溶射皮膜形成後に、前記突起の少なくとも一部をその内面に形成した溶射皮膜とともに除去することを特徴とする。

本発明によれば、溶射皮膜の剥離を抑えるためのシリンダボアのクランクケース側端部における除去加工部位を、シリンダボア内面からクランクケース側に向けて突出させた突起としているので、シリンダボアのクランクケース側端部に対し溶射皮膜を含めて除去加工する際に、シリンダブロックの小型化を達成しつつ、充分な除去加工代を確保することができる。

本発明の一実施形態を示すシリンダブロックの断面図である。 図１のシリンダブロックの製造工程図である。 図２の製造工程における粗面加工時（ｃ）での動作説明図である。 図１のＡ部を拡大した断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係わるエンジンのアルミ合金製シリンダブロック１（以下、単にシリンダブロック１という）は、そのシリンダボア３の内面に鉄系金属材料からなる溶射皮膜５を形成している。この溶射皮膜５を形成するシリンダブロック１の下地部分は、凹凸形状の粗面７をあらかじめ形成することで、溶射皮膜５の密着度を高めている。

そして、本実施形態では、シリンダボア３のクランクケース９側の端部に、シリンダボア３の軸方向に沿ってクランクケース９側に向けて突出する突起１１を、シリンダボア３の円周方向の全周にわたり環状に形成している。なお、上記した溶射皮膜５は突起１１の内面にも連続して形成してある。

突起１１は、溶射皮膜５を形成した後に、二点鎖線で示す断面ほぼ三角形状の除去加工部となる先端部１１ａを、取り代として機械加工によって除去したものである。なお、突起１１の先端部１１ａに対しても溶射皮膜５ａを上記した溶射皮膜５に連続して形成してある。

溶射皮膜５は、特にシリンダボア３の軸方向端部が他の部位に比較して密着度が低いので、突起１１の先端部１１ａを溶射皮膜５ａとともに除去することで、密着度が低い部位をより少なくし、全体として密着度が高まることになる。

次に、図２を用いて図１のシリンダブロック１の加工方法について説明する。なお、図２は、シリンダブロック１の図１中で左側部分のみを示している。図２（ａ）は、シリンダブロック１の鋳造後の状態を示し、シリンダボア３のクランクケース９側の端部に、前記した先端部１１ａを除去する前の突起１１を形成してある。

この先端部１１ａを除去する前の突起１１は、内面１１ｂがシリンダボア３の内面３ａに軸方向に連続していて、シリンダボア３の軸方向端部を構成している。したがって、突起１１（内面１１ｂ）は環状に形成されている。

一方、突起１１の上記した内面１１ｂと反対側は傾斜面１１ｃとしてあり、この傾斜面１１ｃは、突起１１の先端側ほどシリンダボア３の径方向中心側となるよう傾斜している。この傾斜面１１ｃについても、シリンダボア３の全周にわたり環状に形成してある。

以上より、突起１１は、基端部の肉厚Ｌが最も厚く、先端（図２（ａ）中で下端）側ほど肉厚が薄くなっている。なお、ここでの肉厚Ｌの最小値は４ｍｍで、突起高さＨの最小値は、１．３ｍｍ＋〔仕上げ加工後の溶射皮膜の膜厚／ｔａｎ（面取り角度）〕とする。面取り角度とは、図２（ｄ）中の角度αに相当する。

次に図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）のシリンダボア３の内面３ａに対し、下地粗面加工を行って粗面７を形成する。粗面７を形成することで、その後に形成する溶射皮膜５のシリンダボア３の内面３ａに対する密着度が高まる。

下地粗面化加工は、図３に示すようにボーリング加工装置を用いてそのボーリングバー１３の先端外周に工具（刃）１５を装着し、ボーリングバー１３を回転させつつ軸方向下方に移動させることで、シリンダボア３の内面３ａ（突起１１の内面１１ｂも含む）をねじ状に形成して凹凸部を形成する。

このようにして粗面７を形成した後は、図２（ｃ）に示すように、シリンダボア３の内面３ａ（突起１１の内面１１ｂも含む）に対して溶射皮膜５を形成する。溶射皮膜５は、シリンダボア３の内面３ａ（突起１１の内面１１ｂも含む）に対してほぼ均一となるよう形成する。溶射方法については、前述した特許文献１などに記載されていて公知であるので詳細な説明は省略する。

上記図２（ｃ）のように、溶射皮膜５を形成した後は、図２（ｄ）に示すように、図１に示した突起１１の除去加工部である先端部１１ａを除去する。先端部１１ａの除去加工については、例えば図３に示したものと同様なボーリングバーを偏心回転させることで実施できるが、加工法については特に限定されるものではなく、クランクケース９側から加工することも可能である。先端部１１ａの除去加工後は、溶射皮膜５の表面に対しホーニンング加工などによる仕上げ加工を実施する。

次に、先端部１１ａを除去した後の突起１１の形状について、図１のＡ部を拡大した図４を用いて説明する。

先端部１１ａを除去加工した後の突起１１の端面１１ｄ（溶射皮膜５の除去加工部も含む）は、シリンダボア内面３ａ側が、シリンダボア内面３ａと径方向の反対側に対し、シリンダボア３の軸方向でクランクケース９と反対側となるよう傾斜している。すなわち、図４中での端面１１ｄは、右側の端部が左側の端部よりシリンダボア３の軸方向上方となるよう傾斜している。このような端面１１ｄの形状は、シリンダボア３の円周方向全周にわたっている。

これにより、シリンダボア３の内面（正確には溶射皮膜５の表面）と端面１１ｄとのなす角度θは、鈍角となる。なお、この端面１１ｄは傾斜させずに水平な面(シリンダボア３の軸線に垂直な面)としてもよい。

ここで、前述したように、シリンダボア３の内面に形成した溶射皮膜５は、シリンダボア３の特に軸方向端部であるクランクケース９側の端部が、他の部位に比較して密着度が低いものとなっている。そして、本実施形態では、上記シリンダボア３のクランクケース９側の端部は突起１１を備えている。

このため、その突起１１の一部である先端部１１ａを溶射皮膜５とともに除去することで、密着度が低くなっている溶射皮膜５を下地ごと除去することになり、したがって、溶射皮膜５のシリンダボア３に対する密着度を全体として高めることができ、高品質なシリンダブロック１とすることができる。

この際、本実施形態では、除去加工部位を、シリンダボア３からクランクケース９側へ突出させた突起１１に設定している。つまり、この突起１１は、単にクランクケース９内の空間に突出させているだけである。このため、シリンダブロック１としては、除去加工部位である突起１１を設けても、大型化は抑制されて小型化を達成できるものであり、その上で、突起１１によって充分な除去加工代を確保することができる。

また、本実施形態では、突起１１は基端部よりも先端部の肉厚を薄くすることによって、突起１１の剛性を高めつつ体積をより小さくしている。このように、突起１１の剛性を確保することで、図３で示した下地粗面加工時に突起１１の変形を抑制できるとともに、突起１１を必要最小限の大きさとすることで、除去加工取り代がより小さくなって除去加工に費やす時間を短縮でき、製造コストを低減することができる。

ここで、除去加工取り代を小さくすることは、シリンダブロック１の鋳造時に、粗材に含まれる鋳造巣が加工によって表面に現れることを抑制でき、シリンダブロック１の品質向上にも寄与することができる。

また、本実施形態では、取り代である先端部１１ａを除去した後の突起１１の端面１１ｄは、シリンダボア内面３ａ側が、シリンダボア内面３ａと反対側に対し、シリンダボア３の軸方向でクランクケース９と反対側となるよう傾斜している。このため、シリンダボア３の内面（正確には溶射皮膜５の表面）と端面１１ｄとのなす角度θが、図４に示すように鈍角となる。

このように、角度θが鈍角となることで、溶射皮膜５に対し、そのシリンダブロック本体側の下地部分が、シリンダボア３の軸方向でクランクケース９側に突出することになる。このため、溶射皮膜５は下地部分に対してより安定して密着することになり、溶射皮膜５の破損（剥離や欠け）を抑えることができる。

また、本実施形態では、取り代である先端部１１ａを除去した後の突起１１のシリンダボア内面３ａと反対側に、クランクケース９の内壁９ａに対向する内壁対向面となる傾斜面１１ｃを備えている。

このため、本シリンダブロック１を組み込んだエンジンを稼動したときに、図示しないクランクシャフトが回転することで内壁９ａに沿って掻き揚げられるオイルが、傾斜面１１ｃによって必要以上にシリンダボア３内に入り込むことを抑制し、ボア３内で消費されるオイル量を削減できる。その結果、ユーザの維持管理費が低減するとともに、排出ガスに含まれるオイル量を低減してエンジンの排気性状を清浄化することができる。

ここで、本実施形態では、上記内壁９ａに対向する突起１１の内壁対向面を、先端側ほどシリンダボア３の径方向中心側となるよう傾斜する傾斜面１１ｃとしている。これにより、掻き揚げられたオイルが、よりスムーズに流下してシリンダボア３内へ入り込むことをより確実に抑えることができる。

なお、上記した実施形態では、突起１１の先端部１１ａを突起１１の一部として除去しているが、突起１１の全体を除去してもよい。その場合にも、除去後の端面は、図４に示す端面１１ｄのように傾斜させることが望ましい。

また、突起１１は、基端部よりも先端部の肉厚を薄くしているが、肉厚全体を同等としてもよい。その場合には、図２（ａ）の傾斜面１１ｃは、シリンダボア３の軸方向と平行な内壁対向面となる。平行な面としても、内壁９ａに沿って掻き揚げられるオイルが、必要以上にシリンダボア３内に入り込むことを抑制することはできる。

１ シリンダブロック
３ シリンダボア
３ａ シリンダボアの内面
５ 溶射皮膜
５ａ 突起の先端部における溶射皮膜
９ クランクケース
９ａ クランクケースの内壁
１１ 突起
１１ａ 突起の先端部（突起の一部）
１１ｂ 突起の内面
１１ｃ 突起の内面と反対側の傾斜面（内壁対向面）
１１ｄ 先端部を除去した後の突起の端面

Claims (8)

1. シリンダボアのクランクケース側の端部に、該クランクケース側に突出する突起を設け、前記シリンダボアの内面に、該内面に連続する前記突起の内面を含めて溶射皮膜を形成し、この溶射皮膜形成後に、前記突起の少なくとも一部をその内面に形成した溶射皮膜とともに除去することを特徴とするシリンダブロックの加工方法。
2. シリンダボアのクランクケース側の端部に、該クランクケース側に突出する突起を備え、この突起は、前記シリンダボアの内面に、該内面に連続する前記突起の内面を含めて溶射皮膜が形成された状態で、前記突起の少なくとも一部がその内面に形成した溶射皮膜とともに除去されていることを特徴とするシリンダブロック。
3. 前記突起は、基端部よりも先端部の肉厚が薄くなっていることを特徴とする請求項２に
   記載のシリンダブロック。
4. 前記少なくとも一部を除去した後の突起の端面は、シリンダボア内面側が、シリンダボア内面と反対側に対し、シリンダボアの軸方向で前記クランクケースと反対側となるよう傾斜していることを特徴とする請求項２または３に記載のシリンダブロック。
5. 前記傾斜している突起の端面は、シリンダボアの下地から前記溶射皮膜にわたり形成されていることを特徴とする請求項４に記載のシリンダブロック。
6. 前記少なくとも一部を除去した後の突起のシリンダボア内面と反対側に、前記クランクケースの内壁に対向する内壁対向面を備えていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載のシリンダブロック。
7. 前記突起の内壁対向面は、先端側ほどシリンダボアの径方向中心側となるよう傾斜していることを特徴とする請求項６に記載のシリンダブロック。
8. シリンダボアの内面に溶射皮膜を形成する溶射用シリンダブロックであって、前記シリンダボアのクランクケース側の端部に、該クランクケース側に突出し、さらに、その内面に溶射皮膜を形成した後、少なくとも一部が溶射皮膜と共に除去される突起を備え、この突起の内面は、前記シリンダボアの内面と前記シリンダボアの軸方向に沿って連続して形成されていることを特徴とする溶射用シリンダブロック。

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