(57)【要約】【課題】転圧加工装置において、シリンダボアの内面を所望の非真円の形状に転圧加工する。【解決手段】シリンダボア３の中心に、断面形状が非真円のマンドレル４を挿入して固定する。マンドレル４に沿ってツールヘッド５をシリンダボア３に挿入し、回転させながら軸方向に送る。ツールヘッド５の回転により、転圧ローラ６及びガイドローラ７が自転及び公転し、転圧ローラ６がシリンダボア３の内面上で転動して、シリンダボア３の内面を転圧加工する。このとき、転圧ローラ６及びガイドローラ７がマンドレル４の非真円の断面形状に倣ってシリンダボア３の径方向に移動することにより、シリンダボア３の内面が非真円の仕上げ形状に転圧加工される。【選択図】図１
2010214567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボアの中心に挿入して固定されるマンドレルと、前記シリンダボアに挿入され、前記マンドレルに沿って回転及び軸方向に移動可能なツールヘッドと、前記シリンダボアの軸方向に平行な回転軸を有し、前記ツールヘッドに回転可能かつ前記シリンダボアの径方向に沿って移動可能に支持されて、前記シリンダボアの内面上をその円周方向に沿って転動する転圧ローラと、前記転圧ローラの回転軸と平行な回転軸を有し、前記ツールヘッドに回転可能かつ前記シリンダボアの径方向に移動可能に支持され、前記転圧ローラと前記マンドレルとの間に介装されたガイドローラとを備え、
前記ツールヘッドの回転により、前記転圧ローラ及び前記ガイドローラが回転方向に滑りを生じることなく自転及び公転し、前記転圧ローラが前記マンドレルの形状に倣って前記シリンダボアの内面を転圧加工することを特徴とする転圧加工装置。
【請求項２】
シリンダボアの中心に挿入して固定されるマンドレルと、前記シリンダボアに挿入され、前記マンドレルに沿って回転及び軸方向に移動可能なツールヘッドと、前記シリンダボアの軸方向に垂直な回転軸を有し、前記ツールヘッドに回転可能かつ前記シリンダボアの径方向沿って移動可能に支持されて、前記シリンダボアの内面上をその軸方向に沿って転動する転圧ローラと、前記転圧ローラの回転軸と平行な回転軸を有し、前記ツールヘッドに回転可能かつ前記シリンダボアの径方向に沿って移動可能に支持され、前記転圧ローラと前記マンドレルとの間に介装されたガイドローラとを備え、
前記ツールヘッドの軸方向の移動により、前記転圧ローラが前記マンドレルの形状に倣って前記シリンダボアの内面を転圧加工することを特徴とする転圧加工装置。
【請求項３】
シリンダボアに挿入され、回転及び軸方向に移動可能なツールヘッドと、前記シリンダボアの軸方向に平行な回転軸を有し、前記ツールヘッドに回転可能かつ前記シリンダボアの径方向に沿って移動可能に支持されて、前記シリンダボアの内面上をその円周方向に沿って転動する転圧ローラと、前記転圧ローラを前記シリンダボアの径方向に沿って移動させるアクチュエータとを備え、
前記ツールヘッドの回転により、前記転圧ローラが前記シリンダボアの内面上を転動し、前記アクチュエータによって前記転圧ローラを移動させることにより、前記シリンダボアの仕上形状を調整することを特徴とする転圧加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レシプロエンジンのシリンダボアの内面を転圧加工するための転圧加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載されているように、エンジンのシリンダボアの内面をバニッシュローラを用いて転圧加工することにより、凹凸を除去して面粗さを向上させる技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８９５６４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、図１０中に二点鎖線で示すように、レシプロエンジンのシリンダボアは、機械加工によって高い真円度に仕上られているが、エンジンの運転状態では、シリンダヘッドボルトの締付けや、高温下における鋳鉄製のシリンダライナ（熱膨張率小）とアルミニウム合金製のシリンダブロック本体（熱膨張率大）との熱膨張差等によって生じる応力によって僅かな変形が生じる。このとき、例えば、複数のシリンダボアの周囲を一体化し、、その周囲にウォータジャケットを形成した、いわゆるサイアミーズ型のシリンダブロック（アルミブロック、鋳鉄ライナ）の場合、シリンダボアは、図１０中に実線で示すように、上部が２次変形と呼ばれる直径方向の変形を生じ、中間部から下部が４次変形と呼ばれるシリンダヘッドボルトが配置された部位の近傍が内側に膨出して略十字形となる変形を生じ、その結果、シリンダボアの真円度が低下する。なお、図１０中においては、その変形量δを誇張して示している。
【０００５】
このように、シリンダボアの真円度が低下すると、ピストン（ピストンリング）との密着性が低下して、エンジンの圧縮、燃焼圧力の低下、オイル消費量の増大及びピストンリングの磨耗の原因となる。また、ピストンのシール性を確保するために、ピストンリングの張力を大きくする必要があり、これにより、ピストンの摺動摩擦が増大して、燃料消費率が悪化する。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、エンジンの運転状態におけるシリンダボアの真円度を高めるように、シリンダボアの内面を所望の非真円形状に転圧加工するための転圧加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係る転圧加工装置は、シリンダボアの中心に挿入して固定されるマンドレルと、前記シリンダボアに挿入され、前記マンドレルに沿って回転及び軸方向に移動可能なツールヘッドと、前記シリンダボアの軸方向に平行な回転軸を有し、前記ツールヘッドに回転可能かつ前記シリンダボアの径方向に沿って移動可能に支持されて、前記シリンダボアの内面上をその円周方向に沿って転動する転圧ローラと、前記転圧ローラの回転軸と平行な回転軸を有し、前記ツールヘッドに回転可能かつ前記シリンダボアの径方向に移動可能に支持され、前記転圧ローラと前記マンドレルとの間に介装されたガイドローラとを備え、
前記ツールヘッドの回転により、前記転圧ローラ及び前記ガイドローラが回転方向に滑りを生じることなく自転及び公転し、前記転圧ローラが前記マンドレルの形状に倣って前記シリンダボアの内面を転圧加工することを特徴とする。
請求項２の発明に係る転圧加工装置は、シリンダボアの中心に挿入して固定されるマンドレルと、前記シリンダボアに挿入され、前記マンドレルに沿って回転及び軸方向に移動可能なツールヘッドと、前記シリンダボアの軸方向に垂直な回転軸を有し、前記ツールヘッドに回転可能かつ前記シリンダボアの径方向沿って移動可能に支持されて、前記シリンダボアの内面上をその軸方向に沿って転動する転圧ローラと、前記転圧ローラの回転軸と平行な回転軸を有し、前記ツールヘッドに回転可能かつ前記シリンダボアの径方向に沿って移動可能に支持され、前記転圧ローラと前記マンドレルとの間に介装されたガイドローラとを備え、
前記ツールヘッドの軸方向の移動により、前記転圧ローラが前記マンドレルの形状に倣って前記シリンダボアの内面を転圧加工することを特徴とする。
請求項３の発明に係る転圧加工装置は、シリンダボアに挿入され、回転及び軸方向に移動可能なツールヘッドと、前記シリンダボアの軸方向に平行な回転軸を有し、前記ツールヘッドに回転可能かつ前記シリンダボアの径方向に沿って移動可能に支持されて、前記シリンダボアの内面上をその円周方向に沿って転動する転圧ローラと、前記転圧ローラを前記シリンダボアの径方向に沿って移動させるアクチュエータとを備え、
前記ツールヘッドの回転により、前記転圧ローラが前記シリンダボアの内面上を転動し、前記アクチュエータによって前記転圧ローラを移動させることにより、前記シリンダボアの仕上形状を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る転圧加工装置によれば、シリンダボアの内面を所望の形状に転圧加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る転圧加工装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線による横断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る転圧加工装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線による横断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る転圧加工装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ線による横断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る転圧加工装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図８】図７のＤ−Ｄ線による横断面図である。
【図９】図１に示す転圧加工装置のマンドレルの非真円の断面形状及びこれによって転圧加工されるシリンダボアの非真円の断面形状を示す図である。
【図１０】エンジンの運転状態におけるシリンダボアの変形状態を表す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る転圧加工装置１は、レシプロエンジンのシリンダブロック（シリンダライナ２のみを図示する）のシリンダボア３の内面を転圧加工するためのものである。転圧加工装置１は、シリンダボア３の中心に挿入されて固定される略円柱状のマンドレル４と、マンドレル４の外周部に沿って案内されて、シリンダボア３に挿入されるツールヘッド５とを備えている。
【００１１】
ツールヘッド５は、シリンダボア３の円周方向に沿って外周側に複数配置された（図示の例では、中心角４５°間隔で８個）転圧ローラ６と、各転圧ローラ６に対向して、その内周側に配置された複数のガイドローラ７と、これらの転圧ローラ６及びガイドローラ７を保持するローラホルダ８とを備えている。
【００１２】
転圧ローラ６は、シリンダボア３の軸方向に平行な回転軸を有し、シリンダボア３の内面上を円周方向に沿って転動する大径の転圧部９が軸方向中央部に設けられ、その両端側にガイドローラ７に当接する小径のガイド部１０が設けられた段付形状となっている。転圧ローラ６の軸部１１は、ローラホルダ８に回転可能、かつ、シリンダボア３の径方向に沿って僅かに移動可能に支持されている。
【００１３】
ガイドローラ７は、転圧ローラ６のガイド部１０及びマンドレル４の外周面に当接する一対のローラ１２を有し、これらのローラ１２の軸部１３は、ローラホルダ８に回転可能、かつ、シリンダボア３の径方向に沿って僅かに移動可能に支持されている。
【００１４】
マンドレル４、転圧ローラ６の転圧部９、ガイド部１０及びガイドローラ７のローラ１２の径は、マンドレル４をシリンダボア３の中心に挿入して固定し、マンドレル４に案内されたツールヘッド５をシリンダボア３に挿入したとき、転圧ローラ６の転圧部９がシリンダボア３の内周面に所定の仕上げ代をもって押圧され、転圧ローラ６が転動することにより、シリンダボア３の内面を所定の面粗さで所定の形状に転圧加工するように設定されている。また、マンドレル４を軸としてツールヘッド５を回転させたとき、転圧ローラ６の転圧部９、ガイド部１０及びガイドローラ７が互いに滑りを生じることなく、かつ、マンドレル４及びシリンダボア３に対しても滑りを生じることなく、自転しながらマンドレル４の周りを公転するように設定されている。
【００１５】
マンドレル４は、シリンダボア３に挿入したとき、図１０に示すエンジン運転状態におけるシリンダボア３の変形に対して、対応する軸方向位置の断面形状が反対方向に変形した非真円となっている。したがって、マンドレル４は、２次変形を生じるシリンダボア３の上部に対応する軸方向位置では、これとは反対方向に２次変形した非真円であり、また、４次変形を生じるシリンダボア３の中間部から下部に対応する軸方向位置では、図９に示すように、これとは反対方向に４次変形した非真円となっている。
【００１６】
転圧加工装置１は、ツールヘッド送り装置（図示せず）を備えており、シリンダボア３の中心に挿入して固定したマンドレル４に沿って、ツールヘッド５を軸回りの回転方向及び軸方向に所定の速度で送ることができる。
【００１７】
以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
シリンダボア３の中心にマンドレル４を挿入して固定し、ツールヘッド送り装置によって、ツールヘッド５をマンドレル４に沿ってシリンダボア３に挿入する。そして、ツールヘッド５をマンドレル４の周りに回転させながら軸方向に送る。これにより、転圧ローラ６の転圧部９がシリンダボア３の内面に押圧されながら転動してシリンダボア３の内面を転圧加工する。このとき、転圧ローラ６及びガイドローラ７は、マンドレル４の非真円の断面形状に倣ってシリンダボア３の径方向に移動して、転圧ローラ６がシリンダボア３の内面を転圧加工するので、図９に示すように、マンドレル４の非真円の断面形状がシリンダボア３に転写されることになる。これにより、シリンダボア３を所定の面粗さで、図１０に示すエンジン運転状態におけるシリンダボア３の変形に対して、反対方向に変形した非真円に仕上げることができる。
【００１８】
そして、エンジンの運転状態においては、シリンダヘッドボルトの締付け及びシリンダブロック各部の熱膨張差等によるシリンダボア３の変形と、転圧加工装置１によるシリンダボア３の非真円の仕上げ形状とが相殺されて、シリンダボア３の真円度が高められることになり、シリンダボア３とピストンとの密着性を高めて、エンジンの圧縮、燃焼圧力の低下、オイル消費量の増大及びピストンリングの磨耗を防止することができる。また、ピストンのシール性が高まるので、ピストンリングの張力を小さくすることができ、これにより、ピストンの摺動摩擦を低減して、燃料消費率を向上させることができる。
【００１９】
なお、上記実施形態では、転圧ローラ６を段付形状とすることにより、転圧ローラ６及びガイドローラ７の回転を調整して、これらに滑りが生じないようにしているが、ガイドローラ７を段付形状として、各ローラの滑りを防止するようにしてもよい。
【００２０】
次に、本発明の第２実施形態について、図３及び図４を参照して説明する。なお、上記第１実施形態に対して、同様の部分には同一の符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
【００２１】
図３及び図４に示すように、本実施形態に係る転圧加工装置１４では、転圧ローラ１５は、段付形状ではなく、シリンダボア３の軸方向に垂直な軸回りに回転可能に支持され、シリンダボア３の内面上をシリンダボア３の軸方向に沿って転動するようになっている。ガイドローラ１６は、転圧ローラ１５と平行な軸回りに回転可能に支持され、転圧ローラ１５とマンドレル４との間に、これらに当接するように配置されている。転圧ローラ１５及びガイドローラ１６は、ローラホルダ８に回転可能で、かつ、シリンダボア３の径方向に沿って僅かに移動可能に支持されている。転圧ローラ１５とガイドローラ１６とは、図示の例では、ほぼ同径であるが、径が異なってもよい。
【００２２】
以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
シリンダボア３の中心にマンドレル４を挿入して固定し、ツールヘッド送り装置によって、ツールヘッド５をマンドレル４に沿ってシリンダボア３に挿入する。そして、ツールヘッド５をマンドレル４に沿って軸軸方向に送り、僅かに回転させながら往復運動させる。これにより、転圧ローラ１５がシリンダボア３の内面に押圧されながら転動してシリンダボア３の内面を転圧加工する。このとき、転圧ローラ１５及びガイドローラ１６は、マンドレル４の非真円の断面形状に倣ってシリンダボア３の径方向に移動して、転圧ローラ１５がシリンダボア３の内面を転圧加工するので、図９に示すように、マンドレル４の非真円の断面形状がシリンダボア３に転写される。これにより、シリンダボア３を所定の面粗さで、図１０に示すエンジン運転状態におけるシリンダボア３の変形に対して、反対方向に変形した非真円に仕上げることができる。
【００２３】
本実施形態では、転圧ローラ１５及びガイドローラ１６は、シリンダボア３及びマンドレル４の軸方向に沿って転動するため、これらの間に滑りが生じないので、段付形状のローラが不要であり、構造がシンプルである。
【００２４】
次に、本発明の第３実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。なお、上記第１実施形態に対して、同様の部分には同一の符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
【００２５】
図５及び図６に示すように、本実施形態に係る転圧加工装置１７では、転圧ローラ１８は、段付形状ではなく、中心角９０°間隔で４つ設けられている。また、ガイドローラ及びマンドレルが省略され、代わりに、転圧ローラ１８は、可動アーム１９に支持されて、シリンダボア３の径方向に移動可能で、所望の径方向位置に位置決めできるようになっている。可動アーム１９は、ツールヘッド５に挿入された作動ロッド２０のテーパ部２１に係合しており、アクチュエータ２２（ブロック図にのみ示す）によって作動ロッド２０を軸方向に進退動させることにより、径方向に移動させて位置決めできるようになっている。
【００２６】
そして、制御装置２３により、記憶装置２４に記憶した制御情報に基づき、ツールヘッド送り装置及びアクチュエータ２２を制御して、転圧ローラ１８をシリンダボア３の内面に押圧し、ツールヘッド４を回転させながら軸方向に送る。これにより、転圧ローラ１８がシリンダボア３の内面に押圧されながら転動してシリンダボア３の内面を転圧加工する。
【００２７】
このとき、ロータリエンコーダ２５及びリニアエンコーダ２６によってツールヘッド５の回転位置及び軸方向位置を検出し、これらの検出に基づき、ドライバ２７を介してアクチュエータ２２の作動を制御することにより、転圧ローラ１８の位置を調整し、シリンダボア３を所定の面粗さで、図１０に示すエンジン運転状態におけるシリンダボア３の変形に対して、反対方向に変形した非真円となるように仕上げる。
【００２８】
次に、本発明の第４実施形態について、図７及び図８を参照して説明する。なお、上記第３実施形態に対して、同様の部分には同一の符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
【００２９】
図７及び図８に示すように、本実施形態に係る転圧加工装置２８では、４つの転圧ローラ１８は、これらを支持する可動アーム１９に連結されたアクチュエータ２２Ａ〜２２Ｄによって直接駆動されるようになっており、作動ロッドは設けられていない。そして、コントローラ２３によってドライバ２７Ａ〜２７Ｄを介してアクチュエータ２２Ａ〜２２Ｄの作動を制御することにより、転圧ローラ１８の位置を調整し、シリンダボア３を所定の面粗さで、図１０に示すエンジン運転状態におけるシリンダボア３の変形に対して、反対方向に変形した非真円となるように仕上げる。この場合、４つの転圧ローラ１８の位置を個別に制御することができるので、シリンダボア３の仕上形状の自由度を高めることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  転圧加工装置、３  シリンダボア、４  マンドレル、６  転圧ローラ、７  ガイドローラ
【図１】
2010214567.tif 000003
【図２】
2010214567.tif 000004
【図３】
2010214567.tif 000005
【図４】
2010214567.tif 000006
【図５】
2010214567.tif 000007
【図６】
2010214567.tif 000008
【図７】
2010214567.tif 000009
【図８】
2010214567.tif 000010
【図９】
2010214567.tif 000011
【図１０】
2010214567.tif 000012