JP6197823B2 - シリンダブロックの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、シリンダブロックの製造方法に関する。
従来、内燃機関用のシリンダブロックのシリンダボアの内壁面（ボア内面）に金属材料を溶射して溶射皮膜を形成することが知られている（例えば、特許文献１参照）。シリンダブロックのボア内面に形成された溶射皮膜の表面は、ホーニング加工により、シリンダブロックに収容されるピストンが摺動する摺動面として仕上げられる。ホーニング加工後の溶射皮膜の表面（摺動面）には、溶射時に溶射皮膜に形成された気孔がピットとなって現れており、ピットによってオイルが保持されるようになっている。
特開２０１３−２３７６２号公報
しかしながら、ホーニング加工後の溶射皮膜の表面に形成されるピットの面積率（ピット率）が大きくなると、機関運転時、ピットに保持されるオイル量が増加するため、オイル燃焼によるオイル消費量の増加等の問題が懸念される。
本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、シリンダブロックのボア内面に形成された溶射皮膜の表面におけるピットの面積率を低減することが可能なシリンダブロックの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、シリンダブロックの製造方法であって、シリンダブロックに形成されたシリンダボアのボア内面に金属材料を溶射して溶射皮膜を形成する溶射工程と、前記溶射工程によりボア内面に形成された溶射皮膜を圧縮するような圧力を加える加圧工程と、前記加圧工程後の溶射皮膜の表面にホーニング加工を行うホーニング工程とを含むことを特徴としている。
上記構成によれば、溶射工程の後、ホーニング工程の前に加圧工程が行われ、この加圧工程によって溶射皮膜の内部に形成された気孔が押し潰されるので、加圧工程を行わない場合に比べて、ホーニング加工後の溶射皮膜の表面におけるピットの面積率を低減することができる。これにより、機関運転時、ピットに保持されるオイル量が低減されるため、オイル燃焼によるオイル消費量を低減できる。
本発明において、前記加圧工程では、シリンダボアのボア内径を、前記ホーニング加工の加工開始点（加工開始の基準点）のシリンダボアのボア内径に制御してもよい。この場合、ホーニング工程の前に別途ボーリング加工を行うことが不要になる。
本発明のシリンダブロックの製造方法によれば、加圧工程によって溶射皮膜の内部に形成された気孔が押し潰されるので、加圧工程を行わない場合に比べて、ホーニング加工後の溶射皮膜の表面におけるピットの面積率を低減することができる。これにより、機関運転時、ピットに保持されるオイル量が低減されるため、オイル燃焼によるオイル消費量を低減できる。
実施形態に係るシリンダブロックの製造方法が適用されるシリンダブロックの概略構成を示す図である。 実施形態に係るシリンダブロックの製造方法の一例を示す図である。 シリンダブロックのボア内面のピット率とエンジン運転時のオイル消費量との関係を示す図である。 シリンダブロックの製造方法の比較例を示す図である。
以下、本発明を適用したシリンダブロックの製造方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、実施形態に係るシリンダブロックの製造方法が適用されるシリンダブロックの概略構成について、図１を参照して説明する。
図１に示すように、シリンダブロック１０は、例えば、直列４気筒エンジンのシリンダブロックであって、シリンダブロック１０には、４つのシリンダボア１１が一列に並んで設けられている。シリンダブロック１０は、例えば、アルミニウム合金からなり、鋳造によって形成されている。シリンダボア１１は、シリンダブロック１０の内壁によって円筒形状に形成されている。シリンダボア１１には、図示しないピストンが収容される。
シリンダボア１１の内壁面（ボア内面）１１ａには、金属材料（例えば、鉄系金属等）からなる溶射皮膜１１ｂが形成されている。シリンダボア１１の周囲には、ウォータジャケット１２が形成されている。シリンダブロック１０は、シリンダライナのない所謂ライナレスのシリンダブロックとして構成されている。
シリンダブロック１０の上面には、図示しないシリンダヘッドガスケットを介してシリンダヘッドが締結されるようになっている。また、シリンダブロック１０の下面には、図示しないクランクシャフトを収容するとともにエンジンオイルを貯留するオイルパンが締結されるようになっている。なお、シリンダブロック１０は、少なくとも１つのシリンダボア１１を備えていればよく、直列４気筒エンジン以外のエンジンを構成するものであってもよい。
次に、実施形態に係るシリンダブロック１０の製造方法について説明する。
この実施形態では、図２に例示するように、シリンダブロック１０を製造する製造工程として、溶射工程と、加圧工程と、ホーニング工程とが少なくとも含まれている。溶射工程は、シリンダブロック１０のシリンダボア１１のボア内面１１ａに金属材料を溶射して溶射皮膜１１ｂを形成する工程である。加圧工程は、溶射工程によりボア内面１１ａに形成された溶射皮膜１１ｂを圧縮するような所定圧力を加える工程である。ホーニング工程は、加圧工程後の溶射皮膜１１ｂの表面１１ｃに、仕上げ加工として所定の真円度を得るためのホーニング加工を行う工程である。図２では、各工程におけるシリンダブロック１０のボア内面１１ａに形成された溶射皮膜１１ｂの一部を示している。
以下、各工程について具体的に説明する。なお、溶射工程の前に、シリンダブロック１０を鋳造する鋳造工程が行われる。この鋳造工程によってアルミニウム合金からなるシリンダブロック１０の鋳物が得られる。
溶射工程では、溶射装置２０によって、鋳造工程で形成されたシリンダブロック１０のシリンダボア１１のボア内面１１ａに所定の膜厚ｔ１の溶射皮膜１１ｂを形成する。溶射装置２０は、例えば、プラズマ溶射等を行うものであり、金属材料を溶射する溶射ガン２１、溶射ガン２１をシリンダボア１１の中心軸線を中心に回転させる回転手段、溶射ガン２１をシリンダボア１１の軸線方向に移動させる移動手段等を備えた構成となっている。図２では、溶射装置２０の溶射ガン２１のみを図示している。
溶射ガン２１は、先端にノズルを備えており、このノズルに溶射用の金属材料（例えば、鉄系金属等）からなるワイヤが供給される。そして、溶射ガン２１のノズルに供給されたワイヤの先端がアーク熱によって溶融され、ノズルから溶融したワイヤがシリンダブロック１０のボア内面１１ａに向けて吹き付けられる。この吹き付けの際、溶射ガン２１は、回転手段によってシリンダボア１１の中心軸線を中心に回転させられるとともに、移動手段によってシリンダボア１１の軸線方向に移動させられる。このような溶射装置２０によって、シリンダブロック１０のボア内面１１ａに溶射皮膜１１ｂが形成される。
そして、溶射皮膜１１ｂが所定の膜厚ｔ１になるように、溶射ガン２１は、移動手段によって、シリンダボア１１の略全長にわたる領域を軸線方向に複数回、往復移動させられる。なお、上述した溶射装置２０の構成は一例であって、他の構成の溶射装置２０を用いて溶射処理を行ってもよい。また、溶射工程の前処理として、シリンダブロック１０のボア内面１１ａへの溶射皮膜１１ｂの密着性を向上させるために、シリンダブロック１０のボア内面１１ａに微小な凹凸を形成する処理を行ってもよい。この前処理は、例えば、ショットブラスト法等によって行うことが可能である。
次に、加圧工程では、加圧装置３０によって、溶射工程でシリンダボア１１のボア内面１１ａに形成された溶射皮膜１１ｂに所定圧力を加え、溶射皮膜１１ｂを押し潰して（圧縮して）、溶射皮膜１１ｂを所定の膜厚（径方向の幅）ｔ２に調整する。
加圧装置３０は、例えば、円柱状のローラ３１、ローラ３１をシリンダボア１１の溶射皮膜１１ｂの表面１１ｃに対して径方向に所定の圧力で押し付ける加圧手段、ローラ３１をシリンダボア１１の中心軸線を中心に回転させる回転手段等を備えた構成となっている。図２では、加圧装置３０のローラ３１のみを図示している。
ローラ３１は、加圧手段によって、シリンダボア１１の溶射皮膜１１ｂの表面１１ｃに対して径方向外側に向けて所定の圧力で押し付けられる。具体的には、ローラ３１は、図示しないローラ支持部材の外周に、周方向に等間隔で複数設けられている。ローラ３１は、シリンダボア１１の径方向に変位可能に設けられている。ローラ３１は、例えば、コイルスプリング等の加圧手段によって溶射皮膜１１ｂの表面１１ｃに圧接されるようになっている。このように、シリンダボア１１の溶射皮膜１１ｂをローラ３１によって所定の圧力で加圧した状態で、回転手段によってローラ３１をシリンダボア１１の中心軸線を中心に回転させる。これにより、シリンダボア１１の溶射皮膜１１ｂが押し潰され（圧縮され）、溶射皮膜１１ｂの表面１１ｃが平坦になるように加工される。なお、上述した加圧装置３０の構成は一例であって、他の構成の加圧装置３０を用いて加圧処理を行ってもよい。
加圧工程は、溶射工程の完了直後に行われ、溶射直後の比較的高温状態の溶射皮膜１１ｂに対し、加圧装置３０による加圧処理が行われるようになっている。また、加圧工程では、シリンダブロック１０のボア内面１１ａに形成された溶射皮膜１１ｂの膜厚を制御することによって、シリンダブロック１０のシリンダボア１１のボア内径が、次に行われるホーニング加工の加工開始点（加工開始の基準点）のシリンダボア１１のボア内径に調整されるようになっている。つまり、加圧工程による溶射皮膜１１ｂの圧縮に伴う溶射皮膜１１ｂの膜厚の減少量を予め算出することによって、加圧工程後のシリンダボア１１のボア内径を、ホーニング加工の加工開始点のシリンダボア１１のボア内径に制御するようにしている。
次に、ホーニング工程では、ホーニング装置４０によって、加圧工程で所定の膜厚ｔ２に調整されたシリンダボア１１の溶射皮膜１１ｂの表面１１ｃにホーニング加工を行う。ホーニング装置４０は、例えば、ホーニング用の砥石（ホーニング砥石）４２を外周面に有するホーニングヘッド４１、ホーニングヘッド４１をシリンダボア１１の中心軸線を中心に回転させる回転手段、ホーニングヘッド４１をシリンダボア１１の軸線方向に移動させる移動手段等を備えた構成となっている。図２では、ホーニング装置４０のホーニングヘッド４１およびホーニング砥石４２のみを図示している。
ホーニング砥石４２は、ホーニングヘッド４１の外周に、周方向に等間隔で複数設けられている。ホーニング砥石４２は、ホーニングヘッド４１の径方向外側に変位可能に設けられており、シリンダボア１１の溶射皮膜１１ｂに対するホーニング加工の際、径方向外側への変位によりホーニング砥石４２が溶射皮膜１１ｂの表面１１ｃに圧接した状態になる。この状態で、ホーニングヘッド４１は、回転手段によってシリンダボア１１の中心軸線を中心に回転させられるとともに、移動手段によってシリンダボア１１の軸線方向に移動させられる。このようなホーニング装置４０によって、シリンダボア１１の溶射皮膜１１ｂの表面１１ｃに、クロスハッチと呼ばれる交差した微小な研削条痕が形成される。なお、上述したホーニング装置４０の構成は一例であって、他の構成のホーニング装置４０を用いてホーニング加工を行ってもよい。
上述したようなシリンダブロック１０の製造工程においては、図２に示すように、溶射工程後の溶射皮膜１１ｂの内部に多数の気孔１１ｄが形成される。つまり、溶射工程の際、溶射ガン２１によって、シリンダブロック１０のボア内面１１ａに吹き付けられた金属材料の粒子間に発生した隙間が、気孔１１ｄとなっている。気孔１１ｄは、ホーニング工程後、ピット１１ｅとして溶射皮膜１１ｂの表面１１ｃに現れる。そして、溶射皮膜１１ｂの表面１１ｃに現れたピット１１ｅによって、エンジン運転時にオイルが保持されるようになっている。
ここで、ホーニング加工後の溶射皮膜１１ｂの表面１１ｃにおけるピット１１ｅの面積率（ピット率）が大きくなると、エンジン運転時、ピット１１ｅに保持されるオイル量が増加する。これに伴って、オイル燃焼によるオイル消費量の増加等の不具合が懸念される。
しかし、この実施形態では、上述したように、溶射工程の後、ホーニング工程の前に加圧工程が行われるため、この加圧工程によりシリンダブロック１０のボア内面１１ａに形成された溶射皮膜１１ｂが押し潰され（圧縮され）、これに伴って、溶射皮膜１１ｂの内部に形成された気孔１１ｄが押し潰されることになる。したがって、加圧工程を行わない場合（例えば、図４参照）に比べて、ホーニング加工後の溶射皮膜１１ｂの表面１１ｃに現れるピット１１ｅの表面積が小さくなり、ホーニング加工後の溶射皮膜１１ｂの表面１１ｃにおけるピット１１ｅの面積率が低減される。これにより、エンジン運転時、ピット１１ｅに保持されるオイル量が低減されるため、オイル燃焼によるオイル消費量を低減できる（図３参照）。
図３は、シリンダブロック１０のボア内面１１ａのピット率とエンジン運転時のオイル消費量との関係を示しており、（ａ）に示すこの実施形態を適用した例の場合と、（ｂ）に示す加圧工程を行わない比較例（図４参照）の場合とを比べて示している。図４に示す比較例では、シリンダブロックの製造工程として、この実施形態とは異なり、加圧工程が行われない。しかし、加圧工程の代わりに、溶射工程の後、ホーニング工程の前に、ボーリング工程が行われる。ボーリング工程では、シリンダブロックのボア内面に形成された溶射皮膜の膜厚を制御することによって、シリンダブロックのボア内径が、その後に行われるホーニング加工の加工開始点のボア内径に制御されるようになっている。
図３に示すように、特定のシリンダブロックを製造したときに得られた測定結果として、この実施形態を適用した例の場合、シリンダブロック１０のボア内面１１ａのピット率が略１．２％であったのに対し、加圧工程を行わない比較例の場合、ピット率が略２．４％であった。つまり、この実施形態を適用した例では、シリンダブロック１０のボア内面１１ａのピット率が、比較例の場合に対し、略５０％に低減された。また、この実施形態を適用した例では、エンジン運転時のオイル消費量が、比較例の場合に対し、略７０％に低減された。このように、この実施形態では、加圧工程を行わない場合に比べて、シリンダブロック１０のボア内面１１ａのピット率が低減され、また、エンジン運転時、オイル燃焼によるオイル消費量が低減されることが分かる。なお、上述したピット率や、ピット率の低減量、オイル消費量の低減量の数値は一例であって、上述した数値に限定されるものではない。
また、この実施形態では、溶射工程の後、ホーニング工程の前に加圧工程が行われており、この加圧工程によって、シリンダブロック１０のボア内径が、ホーニング加工の加工開始点のボア内径に制御されるので、ホーニング工程の前に別途ボーリング加工を行うことが不要になる。また、溶射工程の完了直後に加圧工程が行われるため、比較的高温状態の溶射皮膜１１ｂに対し、加圧処理が行われることになる。したがって、加圧工程によって溶射皮膜１１ｂの膜厚を容易に制御することができ、加圧工程の際に、溶射皮膜１１ｂの再加熱を行う必要がなくなる。なお、ホーニング工程の前にボーリング加工を行って、シリンダブロック１０のボア内径をホーニング加工の加工開始点のボア内径に制御してもよい。
今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
本発明は、シリンダボアのボア内面に溶射皮膜が形成されるシリンダブロックの製造方法に利用可能である。
１０ シリンダブロック
１１ シリンダボア
１１ａ ボア内面
１１ｂ 溶射皮膜
１１ｃ 表面

Claims (2)

  1. シリンダブロックの製造方法であって、
    シリンダブロックに形成されたシリンダボアのボア内面に金属材料を溶射して溶射皮膜を形成する溶射工程と、
    前記溶射工程によりボア内面に形成された溶射皮膜を圧縮するような圧力を加える加圧工程と、
    前記加圧工程後の溶射皮膜の表面にホーニング加工を行うホーニング工程とを含むことを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
  2. 請求項１に記載のシリンダブロックの製造方法であって、
    前記加圧工程では、シリンダボアのボア内径を、前記ホーニング加工の加工開始点のシリンダボアのボア内径に制御することを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
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