(57)【要約】【課題】製造歩留まりを改善することが可能なシリンダブロックを提供する。【解決手段】シリンダ内面に溶射皮膜１２が設けられた内燃機関用のシリンダブロック１０において、溶射皮膜１２の表面（ボア面１１ａ）におけるピットの面積率Ｐａ、ならびにボア面１１ａに形成されたクロスハッチの有効負荷粗さＲｋおよびクロスハッチの油溜まり深さＲｖｋが、［ＬＯＣｔｈ≦Ａ×Ｐａ＋Ｂ×（Ｒｋ＋Ｒｖｋ）＋Ｃ］の関係式を満たす（ただし、ＬＯＣｔｈは内燃機関運転時のオイル消費量の上限値、Ａ、Ｂ、Ｃは定数）。【選択図】図２
2016223385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内面に溶射皮膜が設けられた内燃機関用のシリンダブロックにおいて、
前記溶射皮膜の表面におけるピットの面積率Ｐａ、ならびに前記溶射皮膜の表面に形成されたクロスハッチの有効負荷粗さＲｋおよび当該クロスハッチの油溜まり深さＲｖｋが、下記の関係式、
ＬＯＣｔｈ≧Ａ×Ｐａ＋Ｂ×（Ｒｋ＋Ｒｖｋ）＋Ｃ
（ただし、ＬＯＣｔｈは内燃機関運転時のオイル消費量の上限値、Ａ、Ｂ、Ｃは定数）
を満たすことを特徴とするシリンダブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用のシリンダブロックでは、シリンダボア内でピストンが往復運動するため、ピストンと接触するシリンダボアの内壁面（ボア面）に耐摩耗性や耐焼付性が要求される。このため、従来では、アルミニウム合金からなるシリンダブロックのシリンダ内面に、金属材料（例えば、鉄系材料等）の溶射皮膜を形成することが行われている（例えば、特許文献１参照）。シリンダブロックのボア内面となる溶射皮膜の表面は、ホーニング加工によってピストンが摺動する摺動面として仕上げられる。ホーニング加工後の溶射皮膜の表面（摺動面）には、クロスハッチと呼ばれる交差した微小な研削条痕が形成されるとともに、溶射時に溶射皮膜の内部に形成された気孔がピット（溶射ピット）となって現れる。これらのクロスハッチおよびピットには、機関運転時、オイルが保持されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０５２１３２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、シリンダボアのボア面（溶射皮膜の表面）に形成されるピットの面積率（ピット率）や、クロスハッチによるボア面の面粗さ（クロスハッチ粗さ）が大きくなると、機関運転時、シリンダボアのボア面のピットやクロスハッチに保持されるオイル量が増加するため、オイル消費量の増加することが懸念される。従来では、シリンダブロックの製品管理を行うにあたって、シリンダボアのボア面のピット率およびクロスハッチ粗さのそれぞれに良品条件（判定値）を設定し、いずれか一方の良品条件を満たしていない製品を不良品と判定していた。しかしながら、このような判定手法では、不良品と判定される製品の割合が高くなり、シリンダブロックの製造歩留まりが大きくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、製造歩留まりを改善することが可能なシリンダブロック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】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、シリンダ内面に溶射皮膜が設けられた内燃機関用のシリンダブロックであって、前記溶射皮膜の表面におけるピットの面積率Ｐａ、ならびに前記溶射皮膜の表面に形成されたクロスハッチの有効負荷粗さＲｋおよび当該クロスハッチの油溜まり深さＲｖｋが、［ＬＯＣｔｈ≦Ａ×Ｐａ＋Ｂ×（Ｒｋ＋Ｒｖｋ）＋Ｃ］の関係式を満たすことを特徴としている（ただし、ＬＯＣｔｈは内燃機関運転時のオイル消費量の上限値、Ａ、Ｂ、Ｃは定数）。
【０００７】
上記構成によれば、内燃機関運転時のオイル消費量に基づく上記の関係式を、製造されるシリンダブロックの良品条件として用いることで、溶射皮膜の表面（ボア面）のピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］のそれぞれに良品条件を設定した場合（比較例）に比べて、不良品と判定される製品の割合を低減することができ、シリンダブロックの製造歩留まりを改善することができる。
【０００８】
具体的には、比較例の場合、ボア面のピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］の良品条件のうちいずれか一方を満たしていない製品は不良品と判定される。これに対し、上記構成では、ボア面のピット率Ｐａが比較的大きく、比較例の良品条件を満たさない場合であっても、ボア面のクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］が比較的小さく、関係式を満たす製品は、良品と判定される（図２の領域Ａ１２参照）。また、ボア面のクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］が比較的大きく、比較例の良品条件を満たさない場合であっても、ボア面のピット率Ｐａが比較的小さく、関係式を満たす製品は、良品と判定される（図２の領域Ａ１３参照）。このように、上記構成によれば、比較例の場合に比べて、シリンダブロックが良品と判定される範囲が拡大されるため、不良品と判定される製品の割合を低減することができる。その結果、シリンダブロックの製造歩留まりを改善することができ、シリンダブロックの生産性を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関運転時のオイル消費量に基づく関係を、製造されるシリンダブロックの良品条件として用いることで、溶射皮膜の表面のピット率およびクロスハッチ粗さのそれぞれに良品条件を設定した場合に比べて、不良品と判定される製品の割合を低減することができ、シリンダブロックの製造歩留まりを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係るシリンダブロックの概略構成を示す図である。
【図２】シリンダブロックの良品条件の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用したシリンダブロックの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
まず、実施形態に係るシリンダブロックの概略構成について、図１を参照して説明する。図１に示すように、シリンダブロック１０は、例えば、直列４気筒エンジンのシリンダブロックであって、シリンダブロック１０には、４つのシリンダボア１１が一列に並んで設けられている。シリンダブロック１０は、例えば、アルミニウム合金からなり、鋳造によって形成されている。シリンダボア１１は、シリンダブロック１０の内壁によって形成されており、シリンダボア１１内には、図示しないピストンが収容される。
【００１３】
シリンダボア１１の内壁面（ボア面）１１ａは、金属材料（例えば、鉄系金属等）からなる溶射皮膜１２によって形成されている。つまり、シリンダブロック１０に一体に設けられたシリンダ壁部の内壁面（シリンダ内面）に溶射皮膜１２が形成され、溶射皮膜１２の表面がシリンダボア１１のボア面１１ａとなっている。シリンダボア１１の外周囲には、ウォータジャケット１３が形成されている。シリンダブロック１０は、シリンダライナのない所謂ライナレスのシリンダブロックとして構成されている。
【００１４】
シリンダブロック１０の上面には、図示しないシリンダヘッドガスケットを介してシリンダヘッドが締結されるようになっている。また、シリンダブロック１０の下面には、図示しないクランクシャフトを収容するとともにエンジンオイルを貯留するオイルパンが締結されるようになっている。なお、シリンダブロック１０は、少なくとも１つのシリンダボア１１を備えていればよく、直列４気筒エンジン以外のエンジンを構成するものであってもよい。
【００１５】
次に、シリンダブロック１０のシリンダボア１１に設けられた溶射皮膜１２について説明する。
【００１６】
ここで、シリンダブロック１０を製造する製造工程について簡単に説明する。シリンダブロック１０の製造工程としては、溶射工程と、ホーニング工程とが少なくとも含まれている。溶射工程は、鋳造等によって形成されたシリンダブロック１０のシリンダ内面に金属材料（例えば、鉄系金属等）を溶射して、所定の膜厚（径方向の幅）の溶射皮膜１２を形成する工程である。ホーニング工程は、ボーリング処理等によって所定の膜厚に調整された溶射皮膜１２の表面に、仕上げ加工として所定の真円度を得るためのホーニング加工を行う工程である。
【００１７】
なお、溶射工程の前処理として、シリンダブロック１０のシリンダ内面への溶射皮膜１２の密着性を向上させるために、シリンダブロック１０のシリンダ内面に微小な凹凸を形成するショットブラスト処理等を行ってもよい。また、ホーニング工程の前処理として、シリンダブロック１０のボア内径をその後に行われるホーニング加工の加工開始点のボア内径に制御するために、ボーリング処理等を行ってもよい。
【００１８】
上述のようにして製造されるシリンダブロック１０においては、溶射皮膜１２の表面がボア面１１ａとなっている。ホーニング加工後の溶射皮膜１２の表面（ボア面１１ａ）には、クロスハッチと呼ばれる交差した微小な研削条痕が形成されるとともに、溶射時に溶射皮膜１２の内部に形成された気孔がピットとなって現れている。ボア面１１ａに形成されたこれらのクロスハッチおよびピットには、エンジン運転時、オイルが保持されるようになっている。
【００１９】
ところで、シリンダブロック１０のシリンダボア１１のボア面１１ａにおけるピット率や、クロスハッチによるボア面１１ａの面粗さ（クロスハッチ粗さ）が大きくなると、エンジン運転時、シリンダボア１１のボア面１１ａのピットおよびクロスハッチに保持されるオイル量が増加するため、これに起因してオイル消費量の増加するという問題がある。そこで、この実施形態では、オイル消費量を抑制する観点から、シリンダボア１１のボア面１１ａのピット率およびクロスハッチ粗さが所定の範囲内に設定されている。以下、この点について説明する。
【００２０】
エンジン運転時、シリンダブロック１０のシリンダボア１１のボア面１１ａに保持されるオイルの量は、ボア面１１ａのピットの面積率（ピット率）が大きくなるほど、多くなり、また、ボア面１１ａのクロスハッチ面粗さが大きくなるほど、多くなる。具体的には、エンジン運転時のシリンダボア１１のボア面１１ａのオイル消費量ＬＯＣは、ボア面１１ａのピット率およびクロスハッチ面粗さによって、次の関係式（式１）によって表される。
【００２１】
ＬＯＣ＝Ａ×Ｐａ＋Ｂ×（Ｒｋ＋Ｒｖｋ）＋Ｃ  ・・・（式１）
ただし、Ａ、Ｂ、Ｃは定数
この関係式（式１）は、ボア面１１ａのピットおよびクロスハッチのそれぞれで消費されるオイル量を定量化したものであり、［Ａ×Ｐａ］は、ボア面１１ａのピットにおけるオイル消費量に対応し、［Ｂ×（Ｒｋ＋Ｒｖｋ）］は、ボア面１１ａのクロスハッチにおけるオイル消費量に対応する。関係式（式１）において、Ｐａは、ボア面１１ａのピット率であって、ボア面１１ａのピットのオイル溜まり量に対応する。［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］は、ボア面１１ａのクロスハッチ粗さであって、ボア面１１ａのクロスハッチのオイル溜まり量に対応する。Ｒｋは、クロスハッチの有効負荷粗さであり、Ｒｖｋは、クロスハッチの油溜まり深さである。Ｃは、他の要因によるオイル消費量である。なお、Ａ、Ｂ、Ｃの定数は、実験や、シミュレーション等によって得られるデータを、例えば重回帰分析等によって定量化することによって得られる値である。
関係式（式１）を変形すると、次の関係式（式２）が得られる。
【００２２】
Ｒｋ＋Ｒｖｋ＝−（Ａ／Ｂ）×Ｐａ＋（ＬＯＣ−Ｃ）／Ｂ  ・・・（式２）
この関係式（式２）において、オイル消費量ＬＯＣは、エンジン性能から所定の上限値（性能限界）ＬＯＣｔｈ以下であることが要求されることから、次の関係式（式３）が得られる。
【００２３】
Ｒｋ＋Ｒｖｋ≦−（Ａ／Ｂ）×Ｐａ＋（ＬＯＣｔｈ−Ｃ）／Ｂ  ・・・（式３）
この関係式（式３）において、［Ａ／Ｂ］および［（ＬＯＣｔｈ−Ｃ）／Ｂ］は定数である。関係式（式３）を変形すると、次の関係式（式４）が得られる。関係式（式４）は、関係式（式３）と同等である。
【００２４】
ＬＯＣｔｈ≧Ａ×Ｐａ＋Ｂ×（Ｒｋ＋Ｒｖｋ）＋Ｃ  ・・・（式４）
このようにして得られた関係式（式３）を満たすように（あるいは、関係式（式４）を満たすように）、シリンダボア１１のボア面１１ａのピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］が設定されている。つまり、エンジン運転時のボア面１１ａのオイル消費量の上限値ＬＯＣｔｈに基づいて、ボア面１１ａのピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］が設定されている。
【００２５】
この実施形態によれば、エンジン運転時のオイル消費量に基づいて設定されたボア面１１ａのピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］の関係（具体的には関係式（式３））を用いて、製造されるシリンダブロック１０の良品判定を行うことが可能である。これにより、ボア面１１ａのピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］のそれぞれに良品条件を設定する場合に比べて、不良品と判定される製品の割合を低減することができる。その結果、シリンダブロック１０の製造歩留まりを改善することができ、シリンダブロック１０の生産性を向上させることができる。この点について、図２を参照して説明する。
【００２６】
図２の横軸は、ボア面１１ａのピット率Ｐａであり、縦軸は、ボア面１１ａのクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］である。図２の実線で示す直線Ｌ１は、関係式（式３）において等号が成立する場合に対応する。直線Ｌ１の傾きは、関係式（式３）のピット率Ｐａの係数である［−（Ａ／Ｂ）］となっている。そして、図２の三角形の領域Ａ１は、関係式（式３）を満たす領域となっている。
【００２７】
関係式（式３）に基づく良品判定は、製造されたシリンダブロック１０のボア面１１ａのピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］を測定し、測定されたピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］が、図２の領域Ａ１内にあるか否かを判定することによって行われる。つまり、図２の直線Ｌ１が、シリンダブロック１０の良品判定の判定ライン（判定閾値）となっている。そして、測定されたピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］が関係式（式３）を満たす場合には、シリンダブロック１０が良品と判定される。一方、測定されたピット率Ｐａまたはクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］が関係式（式３）を満たさない場合には、シリンダブロック１０が不良品と判定される。言い換えれば、測定されたピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］が、図２の領域Ａ１内にある場合には、シリンダブロック１０が良品と判定される。一方、測定されたピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］が、図２の領域Ａ１よりも外側にある場合には、シリンダブロック１０が不良品と判定される。
【００２８】
ここで、比較例として、ボア面１１ａのピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］のそれぞれに基づいて、シリンダブロック１０の良品判定を行う場合について考える。この場合、シリンダブロック１０の良品判定の判定ラインは、例えば、図２に示す直線Ｌ２、Ｌ３となる。破線で示す直線Ｌ２は、縦軸に平行な直線であり、１点鎖線で示す直線Ｌ３は、横軸に平行な直線である。
【００２９】
比較例の場合、シリンダブロック１０の良品条件は、［Ｐａ≦Ｐｔｈ、かつ、Ｒｋ＋Ｒｖｋ≦Ｒｔｈ］となり、図２では、直線Ｌ２、Ｌ３によって囲まれた矩形の領域Ａ１１となる。Ｐｔｈは、ボア面１１ａのピット率Ｐａの上限値であり、Ｒｔｈは、ボア面１１ａのクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］の上限値である。なお、図２の例では、座標（Ｐｔｈ，Ｒｔｈ）は、直線Ｌ１上に位置する。
【００３０】
この比較例の場合、ボア面１１ａのピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］の両方の良品条件を満たす場合には、シリンダブロック１０が良品と判定される。一方、ボア面１１ａのピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］のいずれか一方の良品条件を満たさない場合には、シリンダブロック１０が不良品と判定される。言い換えれば、ピット率Ｐａまたはクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］が、図２の領域Ａ１１内にある場合には、シリンダブロック１０が良品と判定される。一方、ピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］が、図２の領域Ａ１１よりも外側にある場合には、シリンダブロック１０が不良品と判定される。
【００３１】
これに対し、この実施形態では、比較例の良品と判定される領域Ａ１１に加え、図２の三角形の領域Ａ１２、Ａ１３も良品と判定される領域Ａ１に含まれる。領域Ａ１２は、［Ｐａ＞Ｐｔｈ］であるが、関係式（式３）を満たす領域となっている。領域Ａ１３は、［Ｒｋ＋Ｒｖｋ＞Ｒｔｈ］であるが、関係式（式３）を満たす領域となっている。この実施形態では、領域Ａ１２で示すように、ピット率Ｐａが比較的大きい場合であっても、クロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］が比較的小さければ、関係式（式３）を満たし、シリンダブロック１０が良品と判定されるようになっている。また、領域Ａ１３で示すように、クロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］が比較的大きい場合であっても、ピット率Ｐａが比較的小さければ、関係式（式３）を満たし、シリンダブロック１０が良品と判定されるようになっている。
【００３２】
このように、ピット率Ｐａおよびクロスハッチ粗さ［Ｒｋ＋Ｒｖｋ］が領域Ａ１２または領域Ａ１３にある場合、比較例では不良品と判定されるのに対し、この実施形態では、良品と判定される。したがって、この実施形態によれば、比較例の場合に比べて、シリンダブロック１０が良品と判定される領域が拡大されるため、不良品と判定される製品の割合を低減することができ、シリンダブロック１０の製造歩留まりを改善することができる。
【００３３】
今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、シリンダ内面に溶射皮膜が設けられた内燃機関用のシリンダブロックに利用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０    シリンダブロック
１１    シリンダボア
１１ａ    ボア面
１２    溶射皮膜
【図１】
2016223385.tif 000003
【図２】
2016223385.tif 000004