(57)【要約】【課題】  締結部の強度を向上させることができるシリンダブロックを提供する。【解決手段】  ブロック本体１１とベアリングキャップ１２とでクランクシャフト１３を支持し、ブロック本体１１に形成されたネジ穴１５に固定ボルト１７を螺合させてブロック本体１１にベアリングキャップ１２を固定するシリンダブロック１０であって、上記ネジ穴１５の内面の周方向において、クランクシャフト１３から受ける負荷によって発生する応力が集中する部位にショットピーニングを施して圧縮残留応力を付与して強化部２３を形成したものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロック本体とベアリングキャップとでクランクシャフトを支持し、ブロック本体に形成されたネジ穴に固定ボルトを螺合させてブロック本体にベアリングキャップを固定するシリンダブロックであって、
上記ネジ穴の内面の周方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって発生する応力が集中する部位にショットピーニングを施して圧縮残留応力を付与したことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項２】
上記ショットピーニングは、上記ネジ穴の周方向において上記クランクシャフトと近接する部位に施される請求項１記載のシリンダブロック。
【請求項３】
上記ショットピーニングは、上記ネジ穴の長手方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって発生する応力が集中する部位に施される請求項１又は２記載のシリンダブロック。
【請求項４】
上記ショットピーニングは、上記クランクシャフトから受ける負荷によって発生する応力よりもネジ穴の耐力の方が大きくなるように施される請求項１〜３いずれかに記載のシリンダブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのシリンダブロックに係り、特に、ブロック本体のネジ穴の強度向上を図ったシリンダブロックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
まず、図６を用いてエンジンのシリンダブロックの概略を説明する。
【０００３】
図に示すように、シリンダブロック１０は図示しないシリンダが収容されるブロック本体１１と、そのブロック本体１１の下部に連結されるベアリングキャップ１２とを備え、これらブロック本体１１とベアリングキャップ１２との間に、クランクシャフト１３がベアリング（図示せず）を介して回転可能に支持される。
【０００４】
ブロック本体１１とベアリングキャップ１２との固定にはボルト締結が用いられる。つまり、ブロック本体１１の下面において、クランクシャフト１３の両側に位置する部位にネジ穴１５がそれぞれ複数個形成され、ベアリングキャップ１２にはネジ穴１５と対応する位置にボルト挿通穴１６が形成される。固定ボルト１７をベアリングキャップ１２の挿通穴１６を通してブロック本体１１のネジ穴１５と螺合させることにより、ベアリングキャップ１２がブロック本体１１に締結・固定される。
【０００５】
ところで、ブロック本体１１とベアリングキャップ１２との締結部はクランクシャフト１３から負荷を受けるのであるが、近年のエンジン高出力化に伴って、この負荷がますます高く（過酷に）なっている。これに対して、シリンダブロック１０（ブロック本体１１、ベアリングキャップ１２等）は、エンジン軽量化等の目的から、鉄鋼材料よりも強度の低いアルミニウム合金製のものが用いられるようになっている。この結果、ブロック本体１１のネジ穴１５がクランクシャフト１３から受ける負荷（応力）に耐えきれなくなり、ネジ穴１５の内面に亀裂等が発生する可能性があった。
【０００６】
このため、材料面やサイズ面以外の対策によって（つまり、重量を増加させることなく）シリンダブロック１０の締結部の強度を向上させることが課題となっている。
【０００７】
ここで、特許文献１にはボルト締結部の強度を向上させる対策として、ボルト頭部の着座面の一部を傾斜させることが記載されている。この構成によれば、ボルト頭部と着座面との間に隙間（逃がし）が形成されるため、ボルトの変形を許容でき、ボルトおよびネジ穴に発生する応力を低減することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２８８９５７号公報
【特許文献２】特開平１０−７６４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、この構造をシリンダブロック１０の締結部に適用した場合、固定ボルト１７の変形によりブロック本体１１とベアリングキャップ１２との隙間が変化するため、以下の問題が発生してしまう。
【００１０】
１）クランクシャフト１３とシリンダブロック１０との隙間が変化するため、クランクシャフト１３の破損につながるおそれがある。
【００１１】
２）クランクシャフト１３とベアリングとの隙間が変化するため、ベアリングの焼き付き（損傷）につながるおそれがある。
【００１２】
３）騒音・振動の発生につながるおそれがある。
【００１３】
つまり、シリンダブロック１０では、固定ボルト１７の変形を増加（許容）させて応力を低減させることは得策ではない。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、固定ボルトの変形量を増加させることなく、締結部の強度を向上させることができるシリンダブロックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明は、ブロック本体とベアリングキャップとでクランクシャフトを支持し、ブロック本体に形成されたネジ穴に固定ボルトを螺合させてブロック本体にベアリングキャップを固定するシリンダブロックであって、上記ネジ穴の内面の周方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって発生する応力が集中する部位にショットピーニングを施して圧縮残留応力を付与したものである。
【００１６】
ここで、上記ショットピーニングは、上記ネジ穴の周方向において上記クランクシャフトと近接する部位に施すことが好ましい。
【００１７】
また、上記ショットピーニングは、上記ネジ穴の長手方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって発生する応力が集中する部位に形成しても良い。
【００１８】
また、上記ショットピーニングは、上記クランクシャフトから受ける負荷によって発生する応力よりもネジ穴の耐力の方が大きくなるように施すことが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ネジ穴の周方向において最も条件の過酷な部位の強度が向上するため、ネジ穴の強度を効果的に、かつ効率良く向上させることができ、かつ固定ボルトの変形量は増加しないという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
本実施形態のシリンダブロックの概略構造は、図６に示したものと同様である。
【００２２】
即ち、本実施形態のシリンダブロック１０は、図示しないシリンダが収容されるブロック本体１１と、そのブロック本体１１の下部に連結されるベアリングキャップ１２とを備え、これらブロック本体１１とベアリングキャップ１２との間に、クランクシャフト１３がベアリング（図示せず）を介して回転可能に支持される。
【００２３】
ブロック本体１１の下面において、クランクシャフト１３の両側に位置する部位にはネジ穴１５がそれぞれ複数個形成され、ベアリングキャップ１２にはネジ穴１５と対応する位置にボルト挿通穴１６が形成される。固定ボルト１７をベアリングキャップ１２の挿通穴１６を通してブロック本体１１のネジ穴１５と螺合させることにより、ベアリングキャップ１２がブロック本体１１に締結・固定される。
【００２４】
さて、本実施形態のシリンダブロック１０の特徴は、ブロック本体１１に形成されるネジ穴１５にあるので、以下、図１を用いてネジ穴１５を説明する。
【００２５】
図１はブロック本体１１の下面１１ａ側から見たネジ穴１５の正面図である。
【００２６】
図１中、２０はネジ穴１５のネジの山を示しており、２１はネジの谷を示している。
【００２７】
本実施形態のシリンダブロック１０のネジ穴１５の特徴は、ネジ穴１５の内面（雌ネジ部）の周方向一部にショットブラストにより圧縮残留応力を付与して、強化部２３（図１のハッチング部分）を形成した点にある。つまり、図２に示すように、ブロック本体１１のネジ穴１５内にショットノズル２５を挿入し、そのノズル２５の先端をネジ穴１５の内面の周方向一部に向けた状態で、例えば、φ５０〜２００μｍのガラスビーズ等のショット粒を噴射することにより、その部分に圧縮残留応力を付与する。これにより、耐力及び疲労強度が周方向の他の部位と比較して著しく向上した強化部２３が形成される。本実施形態では、強化部２３はネジ穴１５の長手方向（深さ方向）のほぼ全域に亘って形成される。
【００２８】
ここで大事なことは、強化部２３をネジ穴１５の全周に亘って形成するのではなく、部分的に形成することである。本出願人は、ネジ穴１５に発生した亀裂の解析や、クランクシャフト１３から受ける負荷によってネジ穴１５に発生する応力の解析を行った結果、シリンダブロック１０では、クランクシャフト１３から負荷を受けたときに、ネジ穴１５の周方向の一部に引張応力が集中し、この部分を基点として亀裂が発生することを見いだした。従って、この応力集中部位にのみショットピーニングを施して強化部２３を形成すれば、ネジ穴１５の強度を最も効果的かつ効率良く向上させることができる。そればかりか、ネジ穴１５にショットピーニングを施す場合、ショット粒によりネジ山がつぶれて固定ボルト１７との締結力が低下するおそれがあるが、ネジ穴１５の周方向の一部にのみショットピーニングを施すことで、締結力の低下を回避できる。
【００２９】
本出願人は、強化部２３の最適な形成位置を見つけるために、クランクシャフト１３から受ける負荷によってネジ穴１５に発生する応力の解析を行った。その解析イメージを図３に点線Ａで示す。図はクランクシャフト１３の右側に位置するネジ穴１５に発生する引張応力を示しており、点線Ａがネジ穴１５の中心から径方向外側に離れる程、その部分に発生する引張応力が高いことを意味している。
【００３０】
図から明らかなように、ネジ穴１５の左側、つまり、クランクシャフト１３側の部位に発生する応力の方がクランクシャフト１３から遠い部位（右側）に発生する応力よりも高くなる。そして、クランクシャフト１３との距離が最も短くなる点Ｐ１にて応力は最大となる。
【００３１】
この理由を図４を用いて説明すると、エンジンの燃焼行程では、ピストンの下降に伴って、クランクシャフト１３及びそれを支持するベアリングキャップ１２等に対して下方へ押し下げる力が作用する。このとき、固定ボルト１７はその上端のみが固定された、所謂、片持ち状態であるため、図に破線で示すように、ブロック本体１１、ベアリングキャップ１２の下部を外側に開く力が発生する。その結果、ネジ穴１５のクランクシャフト１３側の位置に大きな引張応力が発生するのである。
【００３２】
このようにネジ穴１５に発生する応力が周方向の一部に集中すると、その部分の応力がネジ穴１５の耐力を越えてしまう場合がある。例えば、図３中の実線Ｂは強化部２３を有さない通常のネジ穴の耐力を示しているが、この例では、ネジ穴１５の周方向におけるクランクシャフト１３側の部位（図の点Ｐ２〜Ｐ３の範囲）で発生応力Ａが耐力Ｂを上回ってしまっている。この結果、点Ｐ２〜点Ｐ３間の範囲、特に、この範囲内で最も大きな応力が発生する最大応力点Ｐ１を基点として、疲労破壊等による亀裂が発生する。特に、シリンダブロック１０のネジ穴には、タッピングによる引張残留応力、及び固定ボルト１７の締付による引張応力がもともと存在するため、引張応力による疲労破壊を起こし易い。なお、図に示すように、強化部２３を有さない通常の（従来の）ネジ穴では、ネジ穴の周方向全域において耐力Ｂはほぼ等しくなる。
【００３３】
そこで、図１に示すように、ネジ穴１５の内面の周方向における応力集中部位、特に、強化部２３を有さない場合、発生応力が耐力を上回る部位（図３の点Ｐ２〜Ｐ３の範囲）にショットピーニングを施して強化部２３を形成すれば、その部位に圧縮残留応力が付与されて、引張応力に対する耐力及び疲労強度が大幅に向上するため、亀裂等の発生を最も効果的かつ効率良く防止できる。
【００３４】
強化部２３を形成したネジ穴１５の耐力を図５に実線Ｃで示す。
【００３５】
図から分かるように、ショットピーニングを施すことにより圧縮残留応力が付与されるため、強化部２３の耐力及び疲労強度は周方向における他の部位と比較して著しく高くなる。この結果、ネジ穴１５に発生する応力Ａがネジ穴１５の周方向全周に亘って耐力Ｃ内となり、亀裂の発生を回避できる。逆に言えば、強化部２３の耐力Ｃが、その部位に発生する応力Ｃ（特に最大応力Ｓ）よりも高くなるようにショットピーニングの条件を設定すれば亀裂の発生を防止できる。このためには、強化部２３は少なくとも、強化部２３を有さない場合、発生応力が耐力を上回る部位（点Ｐ２〜点Ｐ３の範囲）か、それよりも大きな範囲に形成する必要がある。
【００３６】
このように、本実施形態のシリンダブロック１０によれば、ネジ穴１５の周方向において最も過酷な部位（応力集中部位）の強度のみを向上させることができるので、ネジ穴１５の強度を効果的かつ効率良く向上させることができる。また、この構造によれば、シリンダブロック１０の基本設計を変更する必要はなく、薄肉化・軽量化の妨げになることはない。
【００３７】
更に、本実施形態のシリンダブロックによれば、固定ボルト１７の変形（伸び）量は従来と同等となるので、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したような不具合が発生することはない。
【００３８】
なお、上記実施形態では、ショット粒としてガラスビーズを挙げたが、本発明はこの点において限定されず、鋼球などを用いても良い。また、ショットピーニングはエアショットピーニングでもウォータジェットショットピーニングでも良い。
【００３９】
更に、上記実施形態では、強化部２３をネジ穴１５の長手方向全域に亘って形成すると説明したが、本発明はこの点において限定されず、ネジ穴１５の長手方向（深さ方向）の一部にのみ形成しても良い。つまり、ネジ穴１５に発生する応力はネジ穴１５の長手方向においても均一に発生するのではなく、応力が集中する部位が存在すると考えられるので、シミュレーションなどにより長手方向における応力集中部位を求めて、その部分にのみショットピーニングを施して強化部２３を形成すれば、ネジ穴１５の強度をより効率良く向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るシリンダブロックのブロック本体のネジ穴の正面図である。
【図２】ネジ穴の内面にショットピーニングを施す状態を示す側面断面図である。
【図３】ネジ穴に発生する応力と、強化部を有さないネジ穴の耐力とを示す図である。
【図４】クランクシャフトから受ける負荷によりシリンダブロックに発生する力を説明するための図である。
【図５】ネジ穴に発生する応力と、強化部を有するネジ穴の耐力とを示す図である。
【図６】シリンダブロックの概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  シリンダブロック
１１  ブロック本体
１２  ベアリングキャップ
１３  クランクシャフト
１５  ネジ穴
１７  固定ボルト
２３  強化部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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