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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024101428
(43)【公開日】2024-07-29
(54)【発明の名称】シリンダブロックの製造方法、および治具
(51)【国際特許分類】
F02F 1/00 20060101AFI20240722BHJP
C23C 4/06 20160101ALI20240722BHJP
C23C 4/123 20160101ALI20240722BHJP
【ＦＩ】
F02F1/00 R
C23C4/06
C23C4/123
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023005398
(22)【出願日】2023-01-17
(71)【出願人】
【識別番号】000005348
【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】出口 智崇
【テーマコード（参考）】
3G024
4K031
【Ｆターム（参考）】
3G024AA22
3G024BA04
3G024CA01
3G024FA01
3G024FA06
3G024FA14
3G024GA19
3G024HA07
4K031AA02
4K031DA03
4K031DA04
4K031EA03
(57)【要約】
【課題】溶射皮膜の耐久性を高める。
【解決手段】シリンダブロックの製造方法は、ウォータジャケットに治具を収容し、前記治具の突起部をボア壁の外周面に対向させる治具取り付け工程を有する。シリンダブロックの製造方法は、前記シリンダブロックを加熱して前記ボア壁を膨張させ、前記ボア壁の内周面を凸状に変形させる加熱工程を有する。シリンダブロックの製造方法は、前記内周面を凸状に変形させた状態のもとで、前記内周面に金属材料を溶射して皮膜を形成する溶射工程を有する。シリンダブロックの製造方法は、前記シリンダブロックを冷却して前記ボア壁を収縮させ、前記ウォータジャケットから前記治具を取り出す治具取り外し工程を有する。
【選択図】図１４
【解決手段】シリンダブロックの製造方法は、ウォータジャケットに治具を収容し、前記治具の突起部をボア壁の外周面に対向させる治具取り付け工程を有する。シリンダブロックの製造方法は、前記シリンダブロックを加熱して前記ボア壁を膨張させ、前記ボア壁の内周面を凸状に変形させる加熱工程を有する。シリンダブロックの製造方法は、前記内周面を凸状に変形させた状態のもとで、前記内周面に金属材料を溶射して皮膜を形成する溶射工程を有する。シリンダブロックの製造方法は、前記シリンダブロックを冷却して前記ボア壁を収縮させ、前記ウォータジャケットから前記治具を取り出す治具取り外し工程を有する。
【選択図】図１４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリンダボアとウォータジャケットとを仕切るボア壁を備えたシリンダブロックの製造方法であって、
前記ウォータジャケットに治具を収容し、前記治具の突起部を前記ボア壁の外周面に対向させる治具取り付け工程と、
前記シリンダブロックを加熱して前記ボア壁を膨張させ、前記突起部と前記外周面とを互いに押し付けて前記ボア壁の内周面を凸状に変形させる加熱工程と、
前記内周面を凸状に変形させた状態のもとで、前記内周面に金属材料を溶射して皮膜を形成する溶射工程と、
前記シリンダブロックを冷却して前記ボア壁を収縮させ、前記ウォータジャケットから前記治具を取り出す治具取り外し工程と、
を有する、シリンダブロックの製造方法。
前記ウォータジャケットに治具を収容し、前記治具の突起部を前記ボア壁の外周面に対向させる治具取り付け工程と、
前記シリンダブロックを加熱して前記ボア壁を膨張させ、前記突起部と前記外周面とを互いに押し付けて前記ボア壁の内周面を凸状に変形させる加熱工程と、
前記内周面を凸状に変形させた状態のもとで、前記内周面に金属材料を溶射して皮膜を形成する溶射工程と、
前記シリンダブロックを冷却して前記ボア壁を収縮させ、前記ウォータジャケットから前記治具を取り出す治具取り外し工程と、
を有する、シリンダブロックの製造方法。
【請求項2】
請求項１に記載のシリンダブロックの製造方法において、
前記治具は、前記ボア壁を囲む本体と、前記本体から突出する前記突起部と、を有しており、
前記治具の線膨張係数は、前記ボア壁の線膨張係数よりも小さい、
シリンダブロックの製造方法。
前記治具は、前記ボア壁を囲む本体と、前記本体から突出する前記突起部と、を有しており、
前記治具の線膨張係数は、前記ボア壁の線膨張係数よりも小さい、
シリンダブロックの製造方法。
【請求項3】
請求項１に記載のシリンダブロックの製造方法において、
前記シリンダボアの中心線を含み、かつ前記シリンダブロックのクランクジャーナルボアの中心線に一致または平行な平面を、仮想平面とした場合に、
前記外周面は、前記仮想平面よりもスラスト側に位置する第１外周面と、前記仮想平面よりも反スラスト側に位置する第２外周面と、からなり、
前記治具取り付け工程では、前記第１外周面と前記第２外周面との少なくとも何れか一方に前記突起部を対向させる、
シリンダブロックの製造方法。
前記シリンダボアの中心線を含み、かつ前記シリンダブロックのクランクジャーナルボアの中心線に一致または平行な平面を、仮想平面とした場合に、
前記外周面は、前記仮想平面よりもスラスト側に位置する第１外周面と、前記仮想平面よりも反スラスト側に位置する第２外周面と、からなり、
前記治具取り付け工程では、前記第１外周面と前記第２外周面との少なくとも何れか一方に前記突起部を対向させる、
シリンダブロックの製造方法。
【請求項4】
請求項３に記載のシリンダブロックの製造方法において、
前記治具は、前記突起部として、第１突起部と、前記第１突起部に対向する第２突起部と、を有しており、
前記治具取り付け工程では、前記第１突起部を前記第１外周面に対向させ、前記第２突起部を前記第２外周面に対向させる、
シリンダブロックの製造方法。
前記治具は、前記突起部として、第１突起部と、前記第１突起部に対向する第２突起部と、を有しており、
前記治具取り付け工程では、前記第１突起部を前記第１外周面に対向させ、前記第２突起部を前記第２外周面に対向させる、
シリンダブロックの製造方法。
【請求項5】
シリンダブロックを製造する際にウォータジャケットに収容される治具であって、
環状の本体と、
前記本体の内周部から突出する複数の第１突起からなる第１突起部と、
前記内周部から突出する複数の第２突起からなり、前記第１突起部に対向する第２突起部と、
を有する、治具。
環状の本体と、
前記本体の内周部から突出する複数の第１突起からなる第１突起部と、
前記内周部から突出する複数の第２突起からなり、前記第１突起部に対向する第２突起部と、
を有する、治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリンダブロックの製造技術に関する。
【背景技術】
【0002】
エンジンの性能向上や小型軽量化を達成するため、鋳鉄製のシリンダライナを省いたアルミニウム合金製のシリンダブロックが開発されている。このシリンダブロックに形成されるシリンダボアの内壁面には、鉄系材料からなる皮膜つまり薄い金属層が形成されている。シリンダボアの内壁面に皮膜を形成する際には、鉄系材料を溶かして吹き付ける溶射技術が用いられている（特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第３４６４８４１号公報
【特許文献2】特許第５８３５３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、シリンダボア内ではピストンが往復することから、シリンダボアの内壁面に対してピストンから衝撃荷重が入力される。このため、内壁面に形成される溶射皮膜の耐久性を高めることが求められている。
【0005】
本発明の目的は、溶射皮膜の耐久性を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
一実施形態に係るシリンダブロックの製造方法は、シリンダボアとウォータジャケットとを仕切るボア壁を備えたシリンダブロックの製造方法であって、前記ウォータジャケットに治具を収容し、前記治具の突起部を前記ボア壁の外周面に対向させる治具取り付け工程と、前記シリンダブロックを加熱して前記ボア壁を膨張させ、前記突起部と前記外周面とを互いに押し付けて前記ボア壁の内周面を凸状に変形させる加熱工程と、前記内周面を凸状に変形させた状態のもとで、前記内周面に金属材料を溶射して皮膜を形成する溶射工程と、前記シリンダブロックを冷却して前記ボア壁を収縮させ、前記ウォータジャケットから前記治具を取り出す治具取り外し工程と、を有する。
【0007】
一実施形態に係る治具は、シリンダブロックを製造する際にウォータジャケットに収容される治具であって、環状の本体と、前記本体の内周部から突出する複数の第１突起からなる第１突起部と、前記内周部から突出する複数の第２突起からなり、前記第１突起部に対向する第２突起部と、を有する。
【発明の効果】
【0008】
本発明の一態様によれば、溶射皮膜の耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】パワートレインが搭載された車両の一例を示す図である。
【図3A】デッキ面側からシリンダブロックの一例を示す図である。
【図4A】デッキ面側からシリンダブロックの一例を示す図である。
【図5】ピストンの一例を示す図である。
【図6】ピストンスラップの発生状況を示す図である。
【図7】第１実施形態に係るシリンダブロックの製造方法の実行手順を示す図である。
【図8A】第１実施形態に係る治具を示す図である。
【図9A】ボア壁およびその近傍を示す図である。
【図10A】治具取り付け工程におけるボア壁およびその近傍を示す図である。
【図11】シリンダブロックにおける仮想平面の一例を示す図である。
【図12】加熱工程におけるボア壁およびその近傍を示す図である。
【図13】溶射工程におけるボア壁およびその近傍を示す図である。
【図16A】第２実施形態に係る治具を示す図である。
【図17A】第３実施形態に係る治具を示す断面図である。
【図17B】第４実施形態に係る治具を示す断面図である。
【図17C】第５実施形態に係る治具を示す断面図である。
【図17D】第６実施形態に係る治具を示す断面図である。
【図18A】第７実施形態に係る治具を示す図である。
【図19】第８実施形態に係る治具が用いられている加熱工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
＜第１実施形態＞
以下、第１実施形態に係るシリンダブロックの製造方法および治具を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。
以下、第１実施形態に係るシリンダブロックの製造方法および治具を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。
【0011】
＜車両構造＞
図１はパワートレイン１０が搭載された車両１１の一例を示す図である。図１に示すように、車両１１は、エンジン１２およびトランスミッション１３からなるパワートレイン１０を有している。パワートレイン１０の出力軸１４は、プロペラ軸１５およびデファレンシャル機構１６を介して車輪１７に連結されている。図示するパワートレイン１０は、後輪駆動用のパワートレインであるが、これに限られることはなく、前輪駆動用や全輪駆動用のパワートレインであっても良い。また、後述するように、図示するエンジン１２は、４気筒の水平対向エンジンであるが、これに限られることはなく、例えば、直列エンジン、Ｖ型エンジン或いは単気筒エンジンであっても良い。
図１はパワートレイン１０が搭載された車両１１の一例を示す図である。図１に示すように、車両１１は、エンジン１２およびトランスミッション１３からなるパワートレイン１０を有している。パワートレイン１０の出力軸１４は、プロペラ軸１５およびデファレンシャル機構１６を介して車輪１７に連結されている。図示するパワートレイン１０は、後輪駆動用のパワートレインであるが、これに限られることはなく、前輪駆動用や全輪駆動用のパワートレインであっても良い。また、後述するように、図示するエンジン１２は、４気筒の水平対向エンジンであるが、これに限られることはなく、例えば、直列エンジン、Ｖ型エンジン或いは単気筒エンジンであっても良い。
【0012】
＜エンジン構造＞
図２は図１のII－II線に沿ってエンジン１２の内部構造の一例を示す断面図である。図２に示すように、エンジン１２は、一方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック２０と、他方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック２１と、を有している。また、エンジン１２は、一対のシリンダブロック２０，２１によって回転可能に支持されるクランク軸２２を有している。各シリンダブロック２０，２１には、動弁機構２３等を備えたシリンダヘッド２４が取り付けられている。各シリンダヘッド２４は、燃焼室２５に連通する吸気ポート２６と、燃焼室２５に連通する排気ポート２７と、を有している。また、各シリンダヘッド２４は、吸気ポート２６を開閉する吸気バルブ２８と、排気ポート２７を開閉する排気バルブ２９と、を有している。なお、各シリンダヘッド２４は、燃焼室２５内の混合気に点火する図示しない点火プラグと、吸入空気に向けて燃料を噴射する図示しないインジェクタと、を有している。
図２は図１のII－II線に沿ってエンジン１２の内部構造の一例を示す断面図である。図２に示すように、エンジン１２は、一方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック２０と、他方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック２１と、を有している。また、エンジン１２は、一対のシリンダブロック２０，２１によって回転可能に支持されるクランク軸２２を有している。各シリンダブロック２０，２１には、動弁機構２３等を備えたシリンダヘッド２４が取り付けられている。各シリンダヘッド２４は、燃焼室２５に連通する吸気ポート２６と、燃焼室２５に連通する排気ポート２７と、を有している。また、各シリンダヘッド２４は、吸気ポート２６を開閉する吸気バルブ２８と、排気ポート２７を開閉する排気バルブ２９と、を有している。なお、各シリンダヘッド２４は、燃焼室２５内の混合気に点火する図示しない点火プラグと、吸入空気に向けて燃料を噴射する図示しないインジェクタと、を有している。
【0013】
各シリンダブロック２０，２１は、半円状のジャーナルボア（クランクジャーナルボア）３０が形成された支持壁３１を有している。ジャーナルボア３０には図示しない軸受メタルが組み付けられており、支持壁３１は軸受メタルを介してクランク軸２２のクランクジャーナル３２を支持している。また、各シリンダブロック２０，２１には、ピストン３３を収容するシリンダボア３４が形成されている。シリンダボア３４に収容されるピストン３３には、ピストンピン３５を介してコネクティングロッド３６の小端部３７が連結されている。また、クランク軸２２のクランクピン３８には、コネクティングロッド３６の大端部３９が連結されている。このように、クランク軸２２とピストン３３とは、コネクティングロッド３６を介して互いに連結されている。なお、シリンダブロック２０，２１の材料は、アルミニウム合金である。
【0014】
＜シリンダブロック構造＞
図３Ａは、デッキ面４０側からシリンダブロック２０の一例を示す図である。図３Ｂは、図３ＡのIII－III線に沿ってシリンダブロック２０の断面を示す図である。また、図４Ａは、デッキ面４１側からシリンダブロック２１の一例を示す図である。図４Ｂは、図４ＡのIV－IV線に沿ってシリンダブロック２１の断面を示す図である。さらに、図５はピストン３３の一例を示す図である。
図３Ａは、デッキ面４０側からシリンダブロック２０の一例を示す図である。図３Ｂは、図３ＡのIII－III線に沿ってシリンダブロック２０の断面を示す図である。また、図４Ａは、デッキ面４１側からシリンダブロック２１の一例を示す図である。図４Ｂは、図４ＡのIV－IV線に沿ってシリンダブロック２１の断面を示す図である。さらに、図５はピストン３３の一例を示す図である。
【0015】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、シリンダブロック２０は、スリーブ状に形成される２つのボア壁Ｂ１，Ｂ３と、これらのボア壁Ｂ１，Ｂ３を取り囲む外壁４２と、を有している。ボア壁Ｂ１，Ｂ３の径方向内側にはシリンダボア３４が区画されており、ボア壁Ｂ１，Ｂ３の径方向外側にはウォータジャケット４３が区画されている。つまり、シリンダブロック２０は、シリンダボア３４とウォータジャケット４３とを仕切るボア壁Ｂ１，Ｂ３を有している。また、ボア壁Ｂ１，Ｂ３と外壁４２との間に区画されるウォータジャケット４３は、シリンダブロック２０のデッキ面４０に露出している。このように、図示するシリンダブロック２０は、所謂オープンデッキ構造を有している。なお、ボア壁Ｂ１，Ｂ３は、アルミスリーブやアルミフープ等とも呼ばれている。
【0016】
同様に、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、シリンダブロック２１は、スリーブ状に形成される２つのボア壁Ｂ２，Ｂ４と、これらのボア壁Ｂ２，Ｂ４を取り囲む外壁４４と、を有している。ボア壁Ｂ２，Ｂ４の径方向内側にはシリンダボア３４が区画されており、ボア壁Ｂ２，Ｂ４の径方向外側にはウォータジャケット４３が区画されている。つまり、シリンダブロック２１は、シリンダボア３４とウォータジャケット４３とを仕切るボア壁Ｂ２，Ｂ４を有している。また、ボア壁Ｂ２，Ｂ４と外壁４４との間に区画されるウォータジャケット４３は、シリンダブロック２１のデッキ面４１に露出している。このように、図示するシリンダブロック２１は、所謂オープンデッキ構造を有している。なお、ボア壁Ｂ２，Ｂ４は、アルミスリーブやアルミフープ等とも呼ばれている。
【0017】
図３Ｂおよび図４Ｂの拡大部分に示すように、ボア壁Ｂ１～Ｂ４の内周面４５つまりシリンダボア３４の内周面４５には、炭素鋼や特殊鋼等の鉄系材料からなる皮膜４６が形成されている。すなわち、アルミニウム合金からなるボア壁Ｂ１～Ｂ４には、鉄系材料からなる薄い金属層である皮膜４６が形成されている。後述するように、ボア壁Ｂ１～Ｂ４の内周面４５に皮膜４６を形成する際には、鉄系材料を溶かして内周面４５に吹き付ける溶射技術が用いられる。このように、ボア壁Ｂ１～Ｂ４に鉄系材料の皮膜４６（以下、溶射皮膜４６と記載する。）を形成することにより、シリンダブロック２０，２１から鋳鉄製のシリンダライナを省くことができる。すなわち、溶射皮膜４６をシリンダライナとして機能させることができ、エンジン１２の性能向上や小型軽量化を達成することができる。
【0018】
ところで、シリンダボア３４内で往復するピストン３３は、所謂ピストンスラップによってスラスト側のボア壁Ｂ１～Ｂ４に衝突することがある。ここで、図３Ｂおよび図４Ｂに示すように、ピストン３３から衝撃荷重が入力される部位として、スラスト側の内周面４５には仮想平面ＰＬ２を挟んで配置される一対の部位α１がある。なお、仮想平面ＰＬ２とは、シリンダボア３４の中心線Ｃ１を含み、かつ後述する仮想平面ＰＬ１に直交する平面である。内周面４５における一対の部位α１は、図５に示すように、ピストンスカート４９の縁部α２が接触する部位と考えられる。このように、内周面４５の部位α１にはピストン３３から衝撃荷重が入力されるため、部位α１に位置する溶射皮膜４６の耐久性を高めることが求められている。
【0019】
なお、スラスト側とは、後述するように、膨張行程で生じるサイドスラストによってピストン３３が付勢される側である。換言すれば、スラスト側とは、クランク軸２２の回転方向の逆側である。つまり、スラスト側とは、ピストン３３の上死点近傍におけるクランクピン３８の移動方向の逆側である。図２に示すように、一方のシリンダブロック２０については、鉛直方向の下側がスラスト側になっており、他方のシリンダブロック２１については、鉛直方向の上側がスラスト側になっている。つまり、シリンダブロック２０のボア壁Ｂ１，Ｂ３は、ブロック下部を構成するスラスト側のボア壁部４７ａと、ブロック上部を構成する反スラスト側のボア壁部４７ｂと、を有している。一方、シリンダブロック２１のボア壁Ｂ２，Ｂ４は、ブロック上部を構成するスラスト側のボア壁部４８ａと、ブロック下部を構成する反スラスト側のボア壁部４８ｂと、を有している。
【0020】
＜ピストンスラップ＞
ピストン３３の首振り運動であるピストンスラップについて説明する。図６は、ピストンスラップの発生状況を示す図である。図６には、圧縮行程における終盤の状況が＜ＢＴＤＣ＞として示されており、圧縮行程から膨張行程に移行する上死点近傍の状況が＜ＴＤＣ＞として示されている。また、図６には、膨張行程における序盤の状況が＜ＡＴＤＣ１＞として示されており、膨張行程における中盤の状況が＜ＡＴＤＣ２＞として示されている。なお、ＢＴＤＣは「Before Top Dead Center」であり、ＴＤＣは「Top Dead Center」であり、ＡＴＤＣは「After Top Dead Center」である。
ピストン３３の首振り運動であるピストンスラップについて説明する。図６は、ピストンスラップの発生状況を示す図である。図６には、圧縮行程における終盤の状況が＜ＢＴＤＣ＞として示されており、圧縮行程から膨張行程に移行する上死点近傍の状況が＜ＴＤＣ＞として示されている。また、図６には、膨張行程における序盤の状況が＜ＡＴＤＣ１＞として示されており、膨張行程における中盤の状況が＜ＡＴＤＣ２＞として示されている。なお、ＢＴＤＣは「Before Top Dead Center」であり、ＴＤＣは「Top Dead Center」であり、ＡＴＤＣは「After Top Dead Center」である。
【0021】
以下の説明では、シリンダブロック２０に組み込まれる２つのピストン３３を、ピストンＰ１として記載する。一方、シリンダブロック２１に組み込まれる２つのピストン３３を、ピストンＰ２として記載する。また、図６に記載された矢印Ｒ１は、クランク軸２２の回転方向を示している。なお、ピストン動作の理解を容易にするため、図６にはピストンＰ１，Ｐ２の傾きが誇張して記載されている。
【0022】
図６に＜ＢＴＤＣ＞として示すように、圧縮行程の終盤において、ピストンＰ１には、コネクティングロッド３６の傾斜角に応じたサイドスラストＳ１ａが作用する。これにより、上死点に向かうピストンＰ１は、上側のボア壁部４７ｂに押し当てられる。続いて、図６に＜ＴＤＣ＞として示すように、ピストンＰ１の上死点近傍においては、コネクティングロッド３６の傾斜角がほぼゼロになるため、ピストンＰ１に作用するサイドスラストは極めて小さくなる。
【0023】
図６に＜ＡＴＤＣ１＞として示すように、膨張行程の序盤において、ピストンＰ１には、コネクティングロッド３６の傾斜角に応じたサイドスラストＳ１ｂが作用する。このとき、符号Ｘ１ａで示すように、ピストンスカートは下側のボア壁部４７ａに接触する一方、符号Ｘ１ｂで示すように、ピストンヘッドは上側のボア壁部４７ｂに留まった状態となる。つまり、膨張行程の燃焼圧力によってピストンリングには大きな摩擦力が発生することから、ピストンヘッドは上側のボア壁部４７ｂに留まった状態となる。
【0024】
図６に＜ＡＴＤＣ２＞として示すように、膨張行程の中盤においては、ピストンＰ１に作用するサイドスラストＳ１ｃが増加する。また、膨張行程の中盤においては、燃焼圧力の低下によってピストンリングの摩擦力が徐々に低下する。このため、ピストンＰ１には反時計回りのモーメントＭ１が作用し、符号Ｘ１ｃで示すように、ピストンＰ１は下側（スラスト側）のボア壁部４７ａに衝突する。同様に、シリンダブロック２１に収容されるピストンＰ２についても、膨張行程の中盤においては、ピストンＰ２に反時計回りのモーメントＭ２が作用する。そして、符号Ｘ２ｃで示すように、ピストンＰ２は上側（スラスト側）のボア壁部４８ａに衝突する。
【0025】
なお、前述のピストンスラップによって、ピストンＰ１はピストンピン３５を中心に回転する。このため、ピストンＰ１は、下側（スラスト側）のボア壁部４７ａに衝突するだけでなく、上側（反スラスト側）のボア壁部４７ｂにも衝突する。つまり、ピストンＰ１からボア壁部４７ａに入力される衝突荷重より小さいものの、上側（反スラスト側）のボア壁部４７ｂにもピストンＰ１から衝突荷重が入力されると考えられる。同様に、前述のピストンスラップによって、ピストンＰ２はピストンピン３５を中心に回転する。このため、ピストンＰ２は、上側（スラスト側）のボア壁部４８ａに衝突するだけでなく、下側（反スラスト側）のボア壁部４８ｂにも衝突する。つまり、ピストンＰ２からボア壁部４８ａに入力される衝突荷重より小さいものの、下側（反スラスト側）のボア壁部４８ｂにもピストンＰ２から衝突荷重が入力されると考えられる。
【0026】
＜シリンダブロックの製造方法＞
前述したように、ピストン３３からボア壁Ｂ１～Ｂ４に衝撃荷重が入力されるため、溶射皮膜４６の耐久性を高めることが求められている。そこで、後述するシリンダブロックの製造方法を用いることにより、シリンダブロック２０，２１のボア壁Ｂ１～Ｂ４に形成される溶射皮膜４６の耐久性を高めている。なお、図示する例では、ボア壁Ｂ３に対して溶射皮膜４６を形成しているが、同様の手順によってボア壁Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４にも溶射皮膜４６が形成されることはいうまでもない。
前述したように、ピストン３３からボア壁Ｂ１～Ｂ４に衝撃荷重が入力されるため、溶射皮膜４６の耐久性を高めることが求められている。そこで、後述するシリンダブロックの製造方法を用いることにより、シリンダブロック２０，２１のボア壁Ｂ１～Ｂ４に形成される溶射皮膜４６の耐久性を高めている。なお、図示する例では、ボア壁Ｂ３に対して溶射皮膜４６を形成しているが、同様の手順によってボア壁Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４にも溶射皮膜４６が形成されることはいうまでもない。
【0027】
図７は第１実施形態に係るシリンダブロックの製造方法の実行手順を示す図である。なお、図７は、第１実施形態に係るシリンダブロックの製造方法を含むシリンダブロック製造工程の一部が示されている。また、図８Ａは第１実施形態に係る治具５０を示す図である。図８Ｂは図８ＡのVIII－VIII線に沿って治具５０を示す断面図である。図９Ａはボア壁Ｂ３およびその近傍を示す図である。図９Ｂは図９ＡのIX－IX線に沿ってボア壁Ｂ３およびその近傍を示す断面図である。
【0028】
図１０Ａは治具取り付け工程におけるボア壁Ｂ３およびその近傍を示す図である。図１０Ｂは図１０ＡのX－X線に沿ってボア壁Ｂ３およびその近傍を示す断面図である。図１１はシリンダブロック２０における仮想平面ＰＬ１の一例を示す図である。図１２は加熱工程におけるボア壁Ｂ３およびその近傍を示す図である。また、図１３は溶射工程におけるボア壁Ｂ３およびその近傍を示す図である。図１４は図１３のXIV－XIV線に沿ってボア壁Ｂ３およびその近傍を示す断面図である。
【0029】
図７に示すように、シリンダブロック製造工程として、ボア壁Ｂ１～Ｂ４の内周面４５を荒らす下地処理工程Ｓ１００が設定されている。下地処理工程Ｓ１００においては、ボア壁Ｂ１～Ｂ４の内周面４５に対して切削加工やブラスト加工等が施される。これにより、ボア壁Ｂ１～Ｂ４の内周面４５に適度な粗さを与えることができ、内周面４５に対する溶射皮膜４６の密着性を高めることができる。
【0030】
図７に示すように、下地処理工程Ｓ１００が完了すると、治具取り付け工程Ｓ１１０に進み、シリンダブロック２０，２１のウォータジャケット４３に治具５０が取り付けられる。ここで、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、治具５０は、環状の本体５１を有している。また、治具５０は、本体５１の内周部５２から突出する複数の第１突起５３からなる第１突起部（突起部）５４と、本体５１の内周部５２から突出する複数の第２突起５５からなる第２突起部（突起部）５６と、を有している。第１突起部５４と第２突起部５６とは、互いに対向して配置されている。換言すれば、第１突起部５４と第２突起部５６とは、治具５０の中心線Ｃ３を対称軸とする軸対称に配置されている。また、治具５０の材料は、アルミニウム合金よりも線膨張係数の小さな炭素鋼や特殊鋼等の鋼である。つまり、治具５０の線膨張係数は、ボア壁Ｂ１～Ｂ４の線膨張係数よりも小さい。なお、温度上昇による長さの膨張割合である線膨張係数は、線膨張率とも呼ばれている。
【0031】
図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、治具取り付け工程Ｓ１１０においては、デッキ面４０側からウォータジャケット４３に対して治具５０が収容される。つまり、治具５０の本体５１はボア壁Ｂ３を囲むように配置され、治具５０の突起部５４，５６はボア壁Ｂ３の外周面６０に対向する。なお、治具取り付け工程Ｓ１１０では、ロボットアーム等の機器を用いて治具５０をウォータジャケット４３に挿入しても良く、作業者による手作業によって治具５０をウォータジャケット４３に挿入しても良い。
【0032】
図１０Ａおよび図１１に示すように、シリンダボア３４の中心線Ｃ１を含み、かつシリンダブロック２０のジャーナルボア３０の中心線Ｃ２に一致または平行な平面を、仮想平面ＰＬ１とする。このとき、ボア壁Ｂ３の外周面６０は、仮想平面ＰＬ１よりもスラスト側に位置する第１外周面６１と、仮想平面ＰＬ１よりも反スラスト側に位置する第２外周面６２と、によって構成される。そして、図１０Ａに示すように、治具取り付け工程Ｓ１１０では、治具５０の第１突起部５４はボア壁Ｂ３の第１外周面６１に対向し、治具５０の第２突起部５６はボア壁Ｂ３の第２外周面６２に対向する。換言すれば、第１突起部５４が有する一対の第１突起５３は、仮想平面ＰＬ１に直交する仮想平面ＰＬ２を挟んで配置される。同様に、第２突起部５６が有する一対の第２突起５５は、仮想平面ＰＬ１に直交する仮想平面ＰＬ２を挟んで配置される。なお、図示する例では、仮想平面ＰＬ１がジャーナルボア３０の中心線Ｃ２に一致しているが、これに限られることはなく、シリンダブロック２０がオフセットシリンダである場合には、仮想平面ＰＬ１がジャーナルボア３０の中心線Ｃ２と平行になる。
【0033】
図８Ａに示すように、治具５０の中心線Ｃ３から第１突起５３の先端までの長さを「Ｌ１」とし、治具５０の中心線Ｃ３から第２突起５５の先端までの長さを「Ｌ２」とする。また、図９Ａに示すように、ボア壁Ｂ３の中心線Ｃ１から外周面６０までの長さを「Ｌ３」とする。このとき、各長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、所定の常温環境下（例えば２０℃）においてほぼ一致している。このように、各長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３がほぼ一致することから、治具取り付け工程Ｓ１１０においては、治具５０の各突起５３，５５がボア壁Ｂ３の外周面６０に対して接触した状態となる。なお、治具取り付け工程Ｓ１１０においては、治具５０の各突起５３，５５を外周面６０に接触させることが望ましいが、突起５３，５５と外周面６０との間に隙間が生じていても良い。
【0034】
図７に示すように、治具取り付け工程Ｓ１１０が完了すると、加熱工程Ｓ１２０に進み、シリンダブロック２０，２１が図示しない加熱炉に収容される。加熱工程Ｓ１２０においては、シリンダブロック２０，２１および治具５０が所定温度（例えば１９０℃）まで加熱される。ここで、前述したように、治具５０の線膨張係数はボア壁Ｂ１～Ｂ４の線膨張係数よりも小さいことから、ボア壁Ｂ１～Ｂ４は治具５０によって拘束されつつ径方向外側に膨張する。つまり、図１２に示すように、治具５０の各突起５３，５５がボア壁Ｂ３の外周面６０に押し付けられ、ボア壁Ｂ３の内周面４５が凸状に変形した状態となる。なお、加熱工程Ｓ１２０は、予熱工程と呼ばれることもある。
【0035】
図７に示すように、加熱工程Ｓ１２０が完了すると、溶射工程Ｓ１３０に進み、ボア壁Ｂ１～Ｂ４の内周面４５に溶射皮膜４６が形成される。図１３および図１４に示すように、溶射工程Ｓ１３０においては、シリンダボア３４に溶射ガン７０を挿入して回転させつつ、溶射ガン７０から内周面４５に溶けた鉄系材料（金属材料）を吹き付ける。前述したように、ボア壁Ｂ３の内周面４５は凸状に膨れた状態であるため、内周面４５に沿って溶射皮膜４６も凸状に積層される。なお、溶射ガン７０から噴射される鉄系材料として、例えばクロムモリブデン鋼等の特殊鋼を用いることができる。また、溶射ガン７０による鉄系材料の溶射方式として、アークおよび圧縮空気を用いて鉄系材料を噴射するアーク溶射方式を採用しても良く、プラズマを用いて鉄系材料を噴射するプラズマ溶射方式を採用しても良い。
【0036】
図７に示すように、溶射工程Ｓ１３０が完了すると、冷却工程Ｓ１４０を経て治具取り外し工程Ｓ１５０に進み、シリンダブロック２０，２１のウォータジャケット４３から治具５０が取り外される。つまり、冷却工程Ｓ１４０によってボア壁Ｂ１～Ｂ４を収縮させて治具５０による拘束を解いた後に、治具取り外し工程Ｓ１５０によってウォータジャケット４３から治具５０が取り出される。なお、治具取り外し工程Ｓ１５０では、ロボットアーム等の機器を用いて治具５０をウォータジャケット４３から取り出しても良く、作業者による手作業によって治具５０をウォータジャケット４３から取り出しても良い。また、冷却工程Ｓ１４０では、例えば、自然空冷によってシリンダブロック２０，２１が冷却される。
【0037】
図１５は図９ＢのXIV－XIV線に沿ってボア壁Ｂ３を示す断面図である。図１５には溶射皮膜４６が形成されたボア壁Ｂ３が示されている。図１５の拡大部分に矢印β１で示すように、内周面４５に形成された溶射皮膜４６に対して圧縮応力を与えることができる。つまり、凸状に膨らんだ内周面４５に対して溶射皮膜４６を形成した後に、ボア壁Ｂ３の冷却によって内周面４５の膨らみが解消されるため、内周面４５の膨らみ解消に併せて溶射皮膜４６を圧縮することができる。しかも、治具５０によって押し出される内周面４５の部位は、図３Ｂおよび図４Ｂに示した部位α１に重なる部位である。つまり、部位α１を覆う溶射皮膜４６に圧縮応力を与えることができるため、ピストン３３の衝撃荷重を受ける溶射皮膜４６を適切に強化することができる。
【0038】
図１５に示した例では、溶射皮膜４６に圧縮応力を与えているが、これに限られることはない。例えば、溶射皮膜４６の引張応力を緩和しても良く、溶射皮膜４６の内部応力を解消しても良い。これらの場合であっても、溶射皮膜４６の引張応力を減少させることができ、溶射皮膜４６の耐久性を高めることができる。換言すれば、溶射皮膜４６における引張り側の残留ひずみを減らすことができ、溶射皮膜４６の耐久性を高めることができる。なお、治具取り外し工程Ｓ１５０が完了すると、溶射皮膜４６の表面粗さを調整するホーニング工程、シリンダブロック２０，２１を洗浄する洗浄工程、およびシリンダブロック２０，２１の傷等を検査する検査工程等が実行される。これらの工程を経て、ボア壁Ｂ１～Ｂ４に溶射皮膜４６を備えたシリンダブロック２０，２１が完成する。
【0039】
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態に係る治具８０を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、前述の実施形態と同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。図１６Ａは第２実施形態に係る治具８０を示す図である。図１６Ｂは図１６ＡのXVI－XVI線に沿って治具８０を示す断面図である。
以下、第２実施形態に係る治具８０を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、前述の実施形態と同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。図１６Ａは第２実施形態に係る治具８０を示す図である。図１６Ｂは図１６ＡのXVI－XVI線に沿って治具８０を示す断面図である。
【0040】
図８Ａおよび図８Ｂに示した例では、治具５０の本体５１に、互いに対向する第１および第２突起部５４，５６を設けているが、これに限られることはない。図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、治具８０は、環状の本体８１と、本体８１の内周部８２から突出する一対の突起８３からなる突起部８４と、を有している。このような治具８０を用いた場合には、前述した治具取り付け工程Ｓ１１０において、第１外周面６１と第２外周面６２との何れか一方に突起部８４を対向させる。これにより、スラスト側または反スラスト側に形成された溶射皮膜４６の耐久性を高めることができる。
【0041】
なお、前述したように、ピストン３３の首振り運動であるピストンスラップにより、ピストン３３は主にスラスト側のボア壁部４７ａ，４８ａに衝突している。このため、１つの突起部８４を備えた治具８０を用いる場合には、スラスト側の第１外周面６１に突起部８４を対向させることにより、スラスト側に位置する溶射皮膜４６の耐久性を高めることが望ましい。しかしながら、ピストン構造によっては、衝撃荷重の入力部位が変化することも考えられるため、反スラスト側の第２外周面６２に突起部８４を対向させ、反スラスト側に位置する溶射皮膜４６の耐久性を高めても良い。
【0042】
＜第３～第６実施形態＞
以下、第３～第６実施形態に係る治具９０，１００，１１０，１２０を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、前述の実施形態と同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。図１７Ａは第３実施形態に係る治具９０を示す断面図である。図１７Ｂは第４実施形態に係る治具１００を示す断面図である。図１７Ｃは第５実施形態に係る治具１１０を示す断面図である。図１７Ｄは第６実施形態に係る治具１２０を示す断面図である。なお、図１７Ａ～図１７Ｄには、図８Ｂに示した断面と同様の断面が示されている。
以下、第３～第６実施形態に係る治具９０，１００，１１０，１２０を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、前述の実施形態と同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。図１７Ａは第３実施形態に係る治具９０を示す断面図である。図１７Ｂは第４実施形態に係る治具１００を示す断面図である。図１７Ｃは第５実施形態に係る治具１１０を示す断面図である。図１７Ｄは第６実施形態に係る治具１２０を示す断面図である。なお、図１７Ａ～図１７Ｄには、図８Ｂに示した断面と同様の断面が示されている。
【0043】
図８Ａおよび図８Ｂに示した例では、治具５０の本体５１に一対の突起５３（５５）からなる突起部５４（５６）を設けているが、突起の数や突起の形状については、図示する例に限られることはない。図１７Ａに示すように、治具９０の本体９１に対して複数の点状突起９２からなる突起部９３を設けても良い。図１７Ｂに示すように、治具１００の本体１０１に対して１つの線状突起１０２からなる突起部１０３を設けても良い。また、図１７Ｃに示すように、治具１１０の本体１１１に対して１つの点状突起１１２からなる突起部１１３を設けても良い。さらに、図１７Ｄに示すように、治具１２０の本体１２１に対して周方向に延びる１つの線状突起１２２からなる突起部１２３を設けても良い。
【0044】
＜第７実施形態＞
以下、第７実施形態に係る治具１３０を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、前述の実施形態と同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。図１８Ａは第７実施形態に係る治具１３０を示す図である。図１８Ｂは図１８ＡのXVIII－XVIII線に沿って治具１３０を示す断面図である。
以下、第７実施形態に係る治具１３０を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、前述の実施形態と同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。図１８Ａは第７実施形態に係る治具１３０を示す図である。図１８Ｂは図１８ＡのXVIII－XVIII線に沿って治具１３０を示す断面図である。
【0045】
図８Ａに示した例では、１つのボア壁Ｂ３に対して１つの治具５０が取り付けられるが、これに限られることはなく、複数のボア壁Ｂ１，Ｂ３に対して１つの治具１３０を取り付けても良い。図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように、治具１３０は、略Ｃ字状の第１本体１３１と、第１本体１３１に連結される略Ｃ字状の第２本体１４１と、を有している。また、治具１３０は、第１本体１３１の内周部１３２から突出する一対の突起１３３からなる突起部１３４と、第１本体１３１の内周部１３２から突出する一対の突起１３５からなる突起部１３６と、を有している。さらに、治具１３０は、第２本体１４１の内周部１４２から突出する一対の突起１４３からなる突起部１４４と、第２本体１４１の内周部１４２から突出する一対の突起１４５からなる突起部１４６と、を有している。
【0046】
このように、治具１３０に対して略Ｃ字状の本体１３１，１４１を設けることにより、２つのボア壁Ｂ１，Ｂ３に対して１つの治具１３０を取り付けることができる。また、図１８Ａおよび図１８Ｂに示す治具１３０を用いることにより、隣り合うボア壁が互いに連なるシリンダ構造であっても、前述したシリンダブロック製造工程を実行することができる。なお、図示する例では、２つのボア壁Ｂ１，Ｂ３に対して１つの治具１３０を取り付けているが、これに限られることはなく、３つ以上のボア壁に対して１つの治具を取り付けても良い。
【0047】
＜第８実施形態＞
以下、第８実施形態に係る治具１５０を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、前述の実施形態と同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。図１９は第８実施形態に係る治具１５０が用いられている加熱工程Ｓ１２０を示す図である。図２０は図１９のXX－XX線に沿ってシリンダブロックおよび治具１５０を示す断面図である。
以下、第８実施形態に係る治具１５０を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、前述の実施形態と同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。図１９は第８実施形態に係る治具１５０が用いられている加熱工程Ｓ１２０を示す図である。図２０は図１９のXX－XX線に沿ってシリンダブロックおよび治具１５０を示す断面図である。
【0048】
図３Ａに示した例では、所謂オープンデッキ構造のシリンダブロック２０を用いているが、これに限られることはなく、所謂クローズドデッキ構造のシリンダブロック１６０を用いても良い。図１９および図２０に示すように、各ボア壁Ｂ１，Ｂ３に対して２つの治具１５０が取り付けられている。各治具１５０は、一対の突起１５１からなる突起部１５２を有している。前述した治具取り付け工程Ｓ１１０において、スラスト側のウォータジャケット４３の開口部１６１から治具１５０が収容され、治具１５０の突起部１５２がボア壁Ｂ１，Ｂ３の外周面６０に対向する。また、反スラスト側のウォータジャケット４３の開口部１６２から治具１５０が収容され、治具１５０の突起部１５２がボア壁Ｂ１，Ｂ３の外周面６０に対向する。
【0049】
各治具１５０の材料として、ボア壁Ｂ１，Ｂ３の材料よりも線膨張係数の大きな材料が用いられる。例えば、ボア壁Ｂ１，Ｂ３をアルミニウム合金によって形成する場合には、治具１５０をマグネシウム合金によって形成することが可能である。このように、各治具１５０の線膨張係数をボア壁Ｂ１，Ｂ３の線膨張係数よりも大きくすることにより、前述した加熱工程Ｓ１２０において、治具１５０を膨張させてボア壁Ｂ１，Ｂ３の内周面４５を凸状に変形させることができる。これにより、前述したように溶射皮膜４６の引張応力を減少させることができるため、溶射皮膜４６の耐久性を高めることができる。
【0050】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。図示するエンジン１２は、車両１１に搭載されるエンジンであるが、これに限られることはなく、他の装置等に動力源として用いられるエンジンに対し、本発明の実施形態に係るシリンダブロックの製造方法および治具を適用しても良い。また、図示するエンジン１２は、燃料としてガソリンを用いたガソリンエンジンであるが、これに限られることなく、燃料として軽油や水素等を用いたエンジンに対し、本発明の実施形態に係るシリンダブロックの製造方法および治具を適用しても良い。
【0051】
前述の説明では、図３Ｂおよび図４Ｂに示すように、ピストン３３から衝撃荷重が入力される部位α１を例示し、この部位α１を覆う溶射皮膜４６の耐久性を高めているが、これに限られることはない。つまり、ピストン構造によっては、衝撃荷重の入力部位が変化することも考えられるため、突起部５４，５６の位置を変えて溶射皮膜４６の耐久性を高める部位を適宜変更しても良い。また、前述の説明では、シリンダブロック２０，２１，１６０の材料としてアルミニウム合金を例示しているが、この材料に限られることはない。また、前述の説明では、治具５０の材料として鋼を例示し、治具１５０の材料としてマグネシウム合金を例示しているが、これらの材料に限られることはない。また、前述の説明では、皮膜４６の鉄系材料として鋼を例示しているが、この材料に限られることはない。
【符号の説明】
【0052】
２０，２１ シリンダブロック
３０ ジャーナルボア（クランクジャーナルボア）
３４ シリンダボア
４３ ウォータジャケット
４５ 内周面
４６ 皮膜
５０ 治具
５１ 本体
５２ 内周部
５３ 第１突起
５４ 第１突起部（突起部）
５５ 第２突起
５６ 第２突起部（突起部）
６０ 外周面
６１ 第１外周面
６２ 第２外周面
８０ 治具
８４ 突起部
９０ 治具
９３ 突起部
１００ 治具
１０３ 突起部
１１０ 治具
１１３ 突起部
１２０ 治具
１２３ 突起部
１３０ 治具
１３４，１３６，１４４，１４６ 突起部
１５０ 治具
１５２ 突起部
１６０ シリンダブロック
Ｂ１～Ｂ４ ボア壁
Ｃ１ 中心線
Ｃ２ 中心線
ＰＬ１ 仮想平面
３０ ジャーナルボア（クランクジャーナルボア）
３４ シリンダボア
４３ ウォータジャケット
４５ 内周面
４６ 皮膜
５０ 治具
５１ 本体
５２ 内周部
５３ 第１突起
５４ 第１突起部（突起部）
５５ 第２突起
５６ 第２突起部（突起部）
６０ 外周面
６１ 第１外周面
６２ 第２外周面
８０ 治具
８４ 突起部
９０ 治具
９３ 突起部
１００ 治具
１０３ 突起部
１１０ 治具
１１３ 突起部
１２０ 治具
１２３ 突起部
１３０ 治具
１３４，１３６，１４４，１４６ 突起部
１５０ 治具
１５２ 突起部
１６０ シリンダブロック
Ｂ１～Ｂ４ ボア壁
Ｃ１ 中心線
Ｃ２ 中心線
ＰＬ１ 仮想平面
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図17D】
【図18A】
【図18B】
【図19】
【図20】