WO2011111615A1 - 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

Abstract

　本発明のシリンダブロックの加工方法は、シリンダボアのクランクケース側の端部に、上記クランクケース側に突出する突起を設け、上記シリンダボアの内面及び上記シリンダボア内面に連続する上記突起の内面に溶射皮膜を形成する。そして、上記溶射皮膜形成後に、上記突起の少なくとも一部を上記突起の内面に形成した溶射皮膜と共に除去する。その結果、シリンダボアにおけるクランクケース側の端部を除去加工する場合でも、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。

Description

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

　本発明は、シリンダボアの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、並びに溶射皮膜を形成した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、燃費及び排気性能の向上、並びに小型及び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、シリンダボアの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。

　上記溶射技術をシリンダボアに適用する場合には、まず、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、溶射皮膜を形成する。その後、例えばホーニング加工によって皮膜表面を研削して、仕上げを行う。

　この際、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、シリンダボア内面におけるクランクケース側の端部を除去している。つまり、溶射皮膜の形成後に、溶射皮膜のクランクケース側の端部におけるシリンダボアの内径が大きくなるように、シリンダボアの内面を、溶射皮膜のクランクケース側の端部を含めて除去している。

特開２００７－２１１３０７号公報

　ところで、上述のように、従来は、溶射皮膜の剥離を抑制するために、溶射皮膜のクランクケース側端部におけるシリンダボアの内面を除去していた。しかし、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した場合、シリンダボア内面を除去する際に、充分な除去加工代を確保できない場合が生じていた。

　本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、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にある。

　本発明の第一の態様に係るシリンダブロックの加工方法は、シリンダボアのクランクケース側の端部に、上記クランクケース側に突出する突起を設け、上記シリンダボアの内面及び上記シリンダボア内面に連続する上記突起の内面に溶射皮膜を形成する工程と、上記溶射皮膜形成後に、上記突起の少なくとも一部を上記突起の内面に形成した溶射皮膜と共に除去する工程と、を有する。

　本発明の第二の態様に係るシリンダブロックは、シリンダと、上記シリンダにおけるシリンダボアのクランクケース側の端部に設けられ、上記クランクケース側に突出する突起と、上記シリンダボアの内面及び上記シリンダボアの内面に連続する上記突起の内面に形成された溶射皮膜と、を備える。そして、上記突起の少なくとも一部が上記突起の内面に形成した溶射皮膜と共に除去されている。

　本発明の第三の態様に係る溶射用シリンダブロックは、シリンダボアの内面に溶射皮膜を形成するシリンダブロックである。上記溶射用シリンダブロックは、シリンダと、上記シリンダにおけるシリンダボアのクランクケース側の端部に設けられ、上記クランクケース側に突出する突起と、を備える。そして、上記突起は、基端部よりも先端部の肉厚が薄くなっている。

図１は、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２は、図１のシリンダブロックの製造工程図である。 図３は、図２の製造工程における粗面加工時（ｂ）での動作説明図である。 図４は、図１のＩＶ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るエンジンのシリンダブロック１は、シリンダ２と、クランクケース９とを一体化した構造を有する。さらに、上記シリンダブロック１は、そのシリンダボア３の内面に溶射皮膜５を形成している。上記シリンダブロック１は鋳鉄やアルミニウム合金などから形成し、溶射皮膜５は鉄系金属材料から形成することができる。そして、この溶射皮膜５を形成するシリンダブロック１の下地部分には、凹凸形状の粗面７が予め形成されている。この粗面７により、シリンダボア３の内面に対する溶射皮膜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を形成している。そして、この突起１１は、シリンダボア３の全周にわたり環状に形成されている。なお、上記溶射皮膜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、断面略三角形状の先端部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。また、突起１１の先端部１１ａに対しても、溶射皮膜５ａを、シリンダボア３の内面の溶射皮膜５に連続して形成してある。なお、図面において、先端部１１ａは二点鎖線で示されている。

　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。そのため、突起１１の先端部１１ａを溶射皮膜５ａと共に除去することで、密着度が低い部位をより少なくし、全体として密着度を高めることができる。

　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、図１におけるシリンダ２の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す。図２（ａ）に示すように、シリンダボア３のクランクケース９側の端部には、上記先端部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において、内面１１ｂは、シリンダボア３の内面３ａに対し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及び内面１１ｂは環状に形成されている。

　一方、突起１１の上記内面１１ｂと反対側には、傾斜面１１ｃが形成されている。この傾斜面１１ｃは、突起１１の先端側ほどシリンダボア３の径方向中心側に向かうように傾斜している。この傾斜面１１ｃについても、シリンダボア３の全周に亘り環状に形成してある。

　以上より、突起１１は、シリンダ２又はクランクケース９に接触する基端部の肉厚Ｌが最も厚く、先端部（図２（ａ）中で下端側）ほど肉厚が薄くなっている。なお、一例として、上記肉厚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）〕とすることができる。なお、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。

　下地粗面加工は、図３に示すように、ボーリング加工装置を用いて行うことができる。具体的には、ボーリングバー１３の先端外周に工具（刃）１５を装着した装置を用いることができる。そして、上記ボーリングバー１３を回転させつつ、軸方向の下方に移動させることで、シリンダボア３の内面３ａ及び突起１１の内面１１ｂをねじ状にする。これにより、シリンダボア３の内面３ａ及び突起１１の内面１１ｂに、凹凸からなる粗面７を形成することができる。

　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及び突起１１の内面１１ｂ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及び突起１１の内面１１ｂに対して、厚さがほぼ均一となるように形成する。溶射方法については、上記特許文献１などに記載されている方法を用いることができるが、この方法に限られるわけではない。

　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、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のボーリングバーを偏心回転させることで実施できる。しかし、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ＩＶ部を拡大した図４を用いて説明する。

　図４に示すように、先端部１１ａ及び溶射皮膜５の一部を除去加工した後の突起１１の端面１１ｄにおいて、シリンダボア内面側１１ｅが、シリンダボア内面３ａと径方向の反対側１１ｆ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に傾斜している。すなわち、図４中での端面１１ｄは、右側の端部１１ｅが左側の端部１１ｆよりシリンダボア３の軸方向上方となるように傾斜している。このような端面１１ｄの形状は、シリンダボア３の全周に亘っている。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)としても良い。

　ここで、上述したように、シリンダボア３の内面に形成した溶射皮膜５において、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側の端部は、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。加えて、その突起１１の一部である先端部１１ａを溶射皮膜５と共に除去することで、密着度が低くなっている溶射皮膜５を下地ごと除去している。従って、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。

　さらに、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、たとえ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することができる。それに加え、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の変形を抑制することができる。さらに、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、その結果、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により、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る。その結果、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、シリンダボア内面側１１ｅが、シリンダボア内面３ａと反対側１１ｆ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に傾斜している。また、図４に示すように、この傾斜している突起１１の端面１１ｄは、シリンダボア３の下地から溶射皮膜５の表面にわたり形成されている。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におけるシリンダボア内面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する。その結果、ボア３内で消費されるオイル量を削減することができる。そのため、ユーザの維持管理費が低減すると共に、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に傾斜する傾斜面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全体を除去しても良い。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良い。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。内壁対向面を平行な面としても、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できる。

　特願２０１０－０５４４０３号（出願日：２０１０年３月１１日）の全内容は、ここに引用される。

　以上、実施の形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。

　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。そのため、シリンダボアにおけるクランクケース側の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。

　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 (13)

1. 　シリンダボアのクランクケース側の端部に、前記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及び前記シリンダボア内面に連続する前記突起の内面に溶射皮膜を形成する工程と、
   　前記溶射皮膜の形成後に、前記突起の少なくとも一部を前記突起の内面に形成した溶射皮膜と共に除去する工程と、
   　を有することを特徴とするシリンダブロックの加工方法。
2. 　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１に記載のシリンダブロックの加工方法。
3. 　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、前記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に傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダブロックの加工方法。
4. 　前記傾斜している突起の端面は、前記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３に記載のシリンダブロックの加工方法。
5. 　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１乃至４のいずれか１項に記載のシリンダブロックの加工方法。
6. 　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に傾斜していることを特徴とする請求項５に記載のシリンダブロックの加工方法。
7. 　シリンダと、
   　前記シリンダにおけるシリンダボアのクランクケース側の端部に設けられ、前記クランクケース側に突出する突起と、
   　前記シリンダボアの内面及び前記シリンダボアの内面に連続する前記突起の内面に形成された溶射皮膜と、
   　を備え、
   　前記突起の少なくとも一部が前記突起の内面に形成した溶射皮膜と共に除去されていることを特徴とするシリンダブロック。
8. 　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７に記載のシリンダブロック。
9. 　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に傾斜していることを特徴とする請求項７又は８に記載のシリンダブロック。
10. 　前記傾斜している突起の端面は、前記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９に記載のシリンダブロック。
11. 　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７乃至１０のいずれか１項に記載のシリンダブロック。
12. 　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に傾斜していることを特徴とする請求項１１に記載のシリンダブロック。
13. 　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、
    　シリンダと、
    　前記シリンダにおけるシリンダボアのクランクケース側の端部に設けられ、前記クランクケース側に突出する突起と、
    　を備え、
    　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溶射用シリンダブロック。

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