(57)【要約】【課題】潤滑油を保持する油溝を適正に形成し、エンジン性能の改善を実現するシリンダボア及びシリンダボアの製造方法を提供する。【解決手段】鋳造ブロックにボーリング加工を行うことにより、鋳造ブロックに摺動面１１を形成し、ボーリング加工後、摺動面１１にホーニング加工を行うことにより、前記摺動面にホーニング面を形成し、ホーニング加工後、摺動面１１にバニシングローラ加工を行うことにより、ホーニング面の粗さ曲線の山側部分が塑性変形され粗さ曲線の谷側部分が油溝として残されることでシリンダボア１０が製造される。【選択図】図１
2019094781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが摺動する摺動面を有するシリンダボアの製造方法であって、
鋳造ブロックにボーリング加工を行うことにより、前記鋳造ブロックに前記摺動面を形成し、
前記ボーリング加工後、前記摺動面にホーニング加工を行うことにより、前記摺動面にホーニング面を形成し、
前記ホーニング加工後、前記摺動面にバニシングローラ加工を行うことにより、前記ホーニング面の粗さ曲線の山側部分が塑性変形され、前記ホーニング面の前記粗さ曲線の谷側部分が油溝として残されるシリンダボアの製造方法。
【請求項２】
前記バニシングローラ加工によって、前記ホーニング面の前記粗さ曲線の最大山高さ：Ｒpの２／３以上が消失させられる請求項１に記載のシリンダボアの製造方法。
【請求項３】
前記ホーニング面の前記粗さ曲線の最大山高さ：Ｒpが、１回の前記バニシングローラ加工によって消失される高さより大きくなるように前記ホーニング加工が行われる請求項１または２に記載のシリンダボアの製造方法。
【請求項４】
前記バニシングローラ加工によって、前記ホーニング面の前記粗さ曲線の突出山部高さ：Ｒpkが消失され、前記ホーニング面の前記粗さ曲線のコア部のレベル差：Ｒkの一部が残されている請求項１に記載のシリンダボアの製造方法。
【請求項５】
ピストンが摺動する摺動面であるホーニング面の粗さ曲線の山側部分に施されたバニシングローラ加工による塑性変形によって、前記ホーニング面の粗さ曲線の谷側部分が油溝として残されているシリンダボア。
【請求項６】
前記バニシングローラ加工によって、前記ホーニング面の前記粗さ曲線の突出山部高さ：Ｒpkが消失され、前記ホーニング面の前記粗さ曲線のコア部のレベル差：Ｒkの一部が残されている請求項５に記載のシリンダボア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関で用いられている、ピストンが摺動する摺動面を有するシリンダボア、及びシリンダボアの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１によるシリンダボアの製造方法は、鋳造ブロックにボーリング加工を行い、鋳造ブロックに摺動面を形成し、さらにその摺動面をボーリング加工した後、摺動面にバニシングローラ加工などの塑性加工を行うことで、摺動面およびその近傍の鋳巣を押し潰して平滑にし、その摺動面に耐焼付き性を有する被膜を形成する。
【０００３】
特許文献１によるシリンダボアでは、被膜形成により平滑な摺動面が得られるが、潤滑油を保持する油溝が形成されないので、高出力の内燃機関のためのシリンダボアには不向きである。潤滑油を保持する油溝を形成するため、摺動面をホーニング加工する技術もよく知られている。例えば、特許文献２によるシリンダボアでは、ホーニング加工のクロスハッチ角度をピストンのストローク方向において変化させることで、オイル保持性と摩耗の抑制とを良好にすることが試みられている。しかしながら、ホーニング加工において異なるクロスハッチ角度もつクロスハッチ領域を正確に形成することは困難であり、制御コストの負担が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２２０１５０号公報
【特許文献２】特開２００４−１７６５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した実情に鑑み、本発明の目的は、潤滑油を保持する油溝を適正に形成し、エンジン性能の改善を実現するシリンダボア及びシリンダボアの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による、ピストンが摺動する摺動面を有するシリンダボアの製造方法は、鋳造ブロックにボーリング加工を行うことにより、前記鋳造ブロックに前記摺動面を形成し、前記ボーリング加工後、前記摺動面にホーニング加工を行うことにより、前記摺動面にホーニング面を形成し、前記ホーニング加工後、前記摺動面にバニシングローラ加工を行うことにより、前記ホーニング面の粗さ曲線の山側部分が塑性変形され、前記ホーニング面の前記粗さ曲線の谷側部分が油溝として残される。
【０００７】
この方法によれば、鋳造ブロックに対するボーリング加工により形成された摺動面にホーニング加工を実施することで、摺動面はホーニング面となる。このホーニング面の表面性状は、粗さ曲線で表すことができる。この粗さ曲線は、基準平均線の上側に振れる山側部分と、基準平均線の下側に振れる山側部分とが繰り返す波形を有する。本発明では、このホーニング面の粗さ曲線の山側部分をバニシングロール加工によって塑性変形させる。この塑性変形によって、山側部分は低くなるとともに平坦となる。しかも、少なくともホーニング面の粗さ曲線の谷側部分は残っているので、その谷側部分は、摺動面に隣接した油溝となり、この油溝に潤滑油を保持される。これにより、エンジン性能が改善されたシリンダボアが提供される。また、ホーニング加工によって精密な油溝を形成することに比べ、比較的ラフなホーニング加工と、複雑な位置調整制御が不要なバニシングローラ加工とを組み合わせた本発明の方法では、加工時間も短縮される。
【０００８】
ホーニング加工によって形成されるホーニング面は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１やＪＩＳ  Ｂ０６７１−２などで定義されているパラメータを用いることで、より明確に限定することができる。したがって、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記バニシングローラ加工によって、前記ホーニング面の前記粗さ曲線の最大山高さ：Ｒpの２／３以上が消失させられる。この方法では、ホーニング面の粗さ曲線の最大山高さ：Ｒpの２／３以上が消失（高さの低下）するので、摺動面は平坦化され、かつ、ホーニング面の粗さ曲線の山側部が低くなり、谷側部が摺動面に近づくので、油溝の大部分が谷側部によって作り出されることになる。結果的には、これにより、潤滑油消費量及び燃料消費量に関して改善された。
【０００９】
さらに、バニシングローラ加工に先立って行われるホーニング加工に関する、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記ホーニング面の前記粗さ曲線の最大山高さ：Ｒpが、１回の前記バニシングローラ加工によって消失される高さより大きくなるように前記ホーニング加工が行われる。この方法によれば、ホーニング加工によるホーニング面の粗さ曲線の最大山高さ：Ｒpがバニシングローラ加工による塑性変形で押しつぶされる、ホーニング面は平坦化される。このため、ホーニングはラフな加工で十分であり、このようなラフのホーニング加工と、複雑な位置調整制御が不要なバニシングローラ加工との組み合わせで、全体としての加工時間の短縮が実現する。
【００１０】
ホーニング面の粗さ曲線と負荷曲線とを、突出山部高さ：Ｒpkと、レベル差：Ｒkと、突出谷部深さ：Ｒvkで定義した場合、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記バニシングローラ加工によって、前記ホーニング面の粗さ曲線の突出山部高さ：Ｒpkが消失され、前記ホーニング面の粗さ曲線のコア部のレベル差：Ｒkの一部が残されるように製造することで、従来に比べてエンジン性能が改善されたシリンダボアが得られる。
【００１１】
本願では、上述したシリンダボア製造方法だけを発明の対象としているのでなく、シリンダボアそのものも発明の対象としている。本発明によるシリンダボアは、ピストンが摺動する摺動面であるホーニング面の粗さ曲線の山側部分に施されたバニシングローラ加工による塑性変形によって、前記ホーニング面の粗さ曲線の谷側部分が油溝として残されている。ホーニング面とバニシングローラ加工面との組み合わせによる摺動面により、従来に比べてエンジン性能が改善されたシリンダボアが提供される。
【００１２】
本発明による好適な実施形態であるシリンダボアでは、前記バニシングローラ加工によって、前記ホーニング面の粗さ曲線の突出山部高さ：Ｒpkが消失され、前記ホーニング面の粗さ曲線のコア部のレベル差：Ｒkの一部が残されている。これにより、適切な油溝が残存し、潤滑油消費量及び燃料消費量が良好で、エンジン馴染み運転が実質的に不要となるエンジンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】シリンダボアの製造方法の工程及び各工程における摺動面の状態を示す模式図である。
【図２】ＪＩＳ  Ｂ０６０１に基づく粗さ曲線と、そこで用いられている用語を説明するための説明図である。
【図３】ＪＩＳ  Ｂ０６７１−２に基づく粗さ曲線と負荷曲線と、そこで用いられている用語を説明するための説明図である。
【図４】ホーニング加工のみで形成された摺動面と、ホーニング加工＋バニシングローラ加工で形成された摺動面とに対して行われた粗度測定の結果としてのＲz高さを示すグラフである。
【図５】本発明によるシリンダボアを用いて製作されたエンジンと従来技術でのエンジンとにおける、初期運転時の潤滑油消費量を示すグラフである。
【図６】本発明によるシリンダボアを用いて製作されたエンジンと従来技術でのエンジンとにおける、初期運転時の燃料消費量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、図面を用いて、本発明の具体的な実施形態の１つを説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るシリンダボア１０の製造方法の各工程における摺動面１１の状態を模式的に示している。この製造方法により、鋳造ブロックであるシリンダブロックに、ピストンが摺動する摺動面１１を有するシリンダボア１０が作り出される。
【００１５】
第１工程として、シリンダブロックにボーリング加工が行われる。このボーリング加工によって形成された摺動面１１の表面性状は、粗さ曲線における、谷底から山頂の高さが大きく、粗い表面状態を示している。谷底の径は、仕上がった摺動面の径より小さくなっており、以下の工程での仕上げ代が確保されている。
【００１６】
次に、第２工程として、ボーリング加工後にホーニング加工が行われる。ホーニング加工は、この実施形態では、荒ホーニング加工と仕上げホーニング加工にわけて行われる。図１で示すように、このホーニング加工によって形成された摺動面１１の表面性状は、粗さ曲線における山頂の径はボーリング加工における谷底の径より大きくなっている。つまり、摺動面１１はホーニング面となっている。このホーニング面は、従来のシリンダボア１０に対して実施されているホーニング加工の加工面と類似するものである。
【００１７】
次に、第３工程として行われる、ホーニング加工後のバニシングローラ加工が、本発明を特徴づけている。バニシングローラ加工は、塑性変形加工の一種であり、ホーニング加工の後でバニシングローラ加工を実施することは、これまで、シリンダボア１０の製造では考えられていなかった。このバニシングローラ加工の役割は、ホーニング加工によって形成されたホーニング面を塑性変形により押しつぶすことである。具体的には、図１に示すように、本発明によるバニシングローラ加工によって、ホーニング面の粗さ曲線の山側部分が塑性変形され、粗さ曲線の谷側部分が残され、これにより、バニシングローラ加工による押しつぶしの作用を受けていないホーニング面の一部が油溝を露出された摺動面１１として残される。これにより、最終的に得られる摺動面１１は、ホーニング面の谷側部分と、バニシングローラ加工によって押しつぶされたホーニング面の谷側部分とから構成され、表面全体わたって一様な平滑性と、一様に分布した油溝が得られる。
【００１８】
次に、ＪＩＳに基づく２つの表面性状の定義を利用して、より具体的に、ホーニング面に対するバニシングローラ加工を説明する。
【００１９】
（１）図２には、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に基づく粗さ曲線が示されている。ここで、符号Ｒpが付記されている高さは、平均線（図２において横軸として描かれた線）から最大の山部の頂点までの高さであり、最大山高さと称する。符号Ｒvが付記されている高さは、最大の底部の底点から平均線までの高さであり、最大底深さと称する。最大山高さと最大底深さとの合計が、最大高さ粗さであり、符号Ｒzが付与されている。本発明によるシリンダボア製造方法の１つの実施形態では、バニシングローラ加工によって、ホーニング面の粗さ曲線の最大山高さ：Ｒpの２／３以上が、塑性変形（押しつぶし）によって消失させられるように、ホーニング面に対するバニシングローラ加工が行われる。このようなホーニング加工とバニシングローラ加工との関係から、このシリンダボア製造方法は、ホーニング面の粗さ曲線の最大山高さ：Ｒpが、１回のバニシングローラ加工によって消失される高さより大きくなるようにホーニング加工が行われる方法と限定することができる。
【００２０】
（２）図３には、ＪＩＳ  Ｂ０６７１−２に基づく粗さ曲線と負荷曲線とによる高さ特性が示されている。図３の左側の線図が平滑化粗さ曲線であり、右側の線図が負荷曲線である。各曲線の中央領域がコア部である。ここで、符号Ｒkが付記されている高さは、コア部の上側レベルと下側レベルの差を示しており、つまりコア部のレベル差と称する。符号Ｒpkが付記されている高さは、コア部の上にある突出山部の平均高さであり、突出山部高さと称する。本発明によるシリンダボア製造方法の１つの実施形態では、バニシングローラ加工による押しつぶし作用により、ホーニング面の粗さ曲線の突出山部高さ：Ｒpkが消失されているのに対して、ホーニング面の粗さ曲線のコア部のレベル差：Ｒkの一部が残される。このようなホーニング加工とバニシングローラ加工との組み合わせによっても、表面全体わたって一様な平滑性と、一様に分布した油溝が得られる。
【００２１】
図４は、ホーニング加工のみで形成された摺動面１１と、ホーニング加工＋バニシングローラ加工で形成された摺動面１１とに対して行われた粗度測定の結果としてのＲz高さを示すグラフである。図４では、Ｒz高さは、ギヤ（ＧＲ）方向、フライホイール（ＦＷ）方向、吸気（ＩＮ）方向、排気（ＥＸ）方向の４つ方向での測定結果が棒グラフの形で示されている。図４から、ホーニング加工＋バニシングローラ加工によって形成された摺動面１１のＲz高さのばらつきである粗度が、ホーニング加工のみによって形成された摺動面に比べて、明白に小さくなっていることが明らかである。
【００２２】
図５と図６とは、本発明によるシリンダボア１０を用いて製作されたエンジンと従来技術でのエンジンとの初期性能比較を示すグラフである。図５は、潤滑油消費量を示すグラフであり、図６は燃料消費量を示すグラフである。この２つのグラフから、従来のエンジンが初期運転時において潤滑油消費量及び燃料消費量が多く、慣らし運転時間の経過によって低下するが、本発明によるシリンダボア１０を用いたエンジンでは、初期運転時から潤滑油消費量及び燃料消費量が低い値で一定していることが明らかである。このことから、本発明によるシリンダボア１０の摺動面１１は、平滑化されているとともに、潤滑油を保持する油溝が適正に形成されており、実質的に慣らし運転が不要であることがわかる。つまり、複雑な位置制御を用いたホーニング加工を通じて油溝を形成するより、通常のホーニング加工の後にバニシングローラ加工を施すことで、適正な油溝の形成が実現していることが明らかである。
【００２３】
なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、ピストンが摺動する摺動面を有するシリンダボアに適用できる。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ：シリンダボア
１１  ：摺動面
【図１】
2019094781.tif 000003
【図２】
2019094781.tif 000004
【図３】
2019094781.tif 000005
【図４】
2019094781.tif 000006
【図５】
2019094781.tif 000007
【図６】
2019094781.tif 000008