(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックのボア面に、開口側が狭く、奥側が広い油溜り用の凹部を形成するシリンダブロックのボア面の加工装置において、
シリンダブロックのシリンダボアと同軸に保持された状態で軸心回りに回転可能、かつ、軸方向に移動可能に構成された筒状の支持部材と、
前記支持部材から外周面が半径方向に突出した状態で、その支持部材に回転可能に支持されているローラとを有しており、
前記ローラは、そのローラの外周面が前記シリンダボアのボア面を押圧した状態で、前記支持部材が回転し、さらに軸方向に移動するのに伴って、前記ボア面に沿って転動する構成であり、
前記ローラの外周面は、その外周面の先端部分に形成されて、前記ボア面を所定の面粗さに加工する第１仕上げ面と、前記外周面の途中部分に複数の突起を備えた状態で形成されて、それらの突起を前記ボア面に押し込むことで凹部を成形する凹部成形面と、前記外周面の基端部分に形成されて、前記ボア面に成形された凹部が開口側で狭く、奥側で広くなるようにそのボア面を塑性変形させる第２仕上げ面とから構成されていることを特徴とするシリンダブロックのボア面の加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたシリンダブロックのボア面の加工装置であって、
支持部材の内側に同軸に収納されるシャフト状のマンドレルを有しており、
前記マンドレルの外周面にはテーパが設けられて、その外周面が前記マンドレルと逆向きで等しい傾斜のテーパを備えるローラの外周面とほぼ線接触状態に保持されており、
前記マンドレルが前記支持部材に対して軸方向に移動することで、前記テーパの作用により、前記ローラが前記支持部材の半径方向外側に変位してシリンダボアのボア面を押圧可能な構成であることを特徴とするシリンダブロックのボア面の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダブロックのボア面に、開口側が狭く、奥側が広い油溜り用の凹部を形成するシリンダブロックのボア面の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダブロックのボア面には、ピストンとの摩擦を少なくするために油膜形成用の油溜りが設けられている。
従来、前記油溜りは、特開平５−５７５９７号公報に示されるように、ホーニング砥石で前記ボア面を研削加工することにより条痕状に形成される。しかしながら、前述のホーニング加工により成形された油溜り３は、図３に示されるように、開口側３ａが奥側３ｚよりも広くなるため、油の貯留能力が低いという問題がある。
【０００３】
油の貯留能力を向上させるためには、前記油溜り３の開口側３ａを奥側３ｚをよりも狭くすることが好ましいが、通常、油溜り３の幅は 4μm 〜 5μm 程度であり、一般的な機械加工で開口側を奥側よりも狭く加工することは困難である。このため、現状では電解加工を使用して、図１（Ｃ）に示されるような油溜り３を成形している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電解加工による方法では油溜り３の加工時間が長くなり、さらに、電解加工に使用される廃液の処理等も必要となる。このため、シリンダブロックの製作コストが高くなるという問題がある。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明の技術的課題は、電解加工を不要にし、シリンダブロックの製作コストを低減させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、シリンダブロックのボア面に、開口側が狭く、奥側が広い油溜り用の凹部を形成するシリンダブロックのボア面の加工装置において、シリンダブロックのシリンダボアと同軸に保持された状態で軸心回りに回転可能、かつ、軸方向に移動可能に構成された筒状の支持部材と、前記支持部材から外周面が半径方向に突出した状態で、その支持部材に回転可能に支持されているローラとを有しており、前記ローラは、そのローラの外周面が前記シリンダボアのボア面を押圧した状態で、前記支持部材が回転し、さらに軸方向に移動するのに伴って、前記ボア面に沿って転動する構成であり、前記ローラの外周面は、その外周面の先端部分に形成されて、前記ボア面を所定の面粗さに加工する第１仕上げ面と、前記外周面の途中部分に複数の突起を備えた状態で形成されて、それらの突起を前記ボア面に押し込むことで凹部を成形する凹部成形面と、前記外周面の基端部分に形成されて、前記ボア面に加工された凹部が開口側で狭く、奥側で広くなるようにそのボア面を塑性変形させる第２仕上げ面とから構成されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明によると、ローラがボア面に沿って周方向に転動する過程で、徐々に軸方向に移動することにより、シリンダブロックのボア面はローラの第１仕上げ面、凹部成形面、第２仕上げ面の順番で押圧される。
即ち、シリンダブロックのボア面はローラの第１仕上げ面に押圧されることにより所定の面粗さになるように整えられる。
次に、前記ボア面がローラの凹部成形面に押圧されることにより、所定面粗さのボア面には凹部成形面における複数の突起によって複数の凹部が形成される。即ち、ボア面が凹部成形面の突起によって押圧されると、その突起によって押されたボア面の肉が塑性変形により流れて、そのボア面に凹部が形成されるとともに、流れた肉が凹部の開口の周囲に盛り上がるようになる。
次に、凹部が形成されたボア面がローラの第２仕上げ面によって押圧されることにより、それらの凹部の周囲に盛り上がった肉は各々の凹部に被さるように塑性変形するようになる。即ち、ボア面に形成された複数の凹部は、開口側で狭く、奥側で広くなるように塑性変形させられる。
【０００７】
請求項２の発明は、支持部材の内側に同軸に収納されるシャフト状のマンドレルを有しており、前記マンドレルの外周面にはテーパが設けられて、その外周面が前記マンドレルと逆向きで等しい傾斜のテーパを備えるローラの外周面とほぼ線接触状態に保持されており、前記マンドレルが前記支持部材に対して軸方向に移動することで、前記テーパの作用により、前記ローラが前記支持部材の半径方向外側に変位してシリンダボアのボア面を押圧可能な構成であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
以下、図１〜図５に基づいて本発明の第１の実施の形態に係るシリンダブロックのボア面の加工方法及び加工装置の説明を行う。本実施の形態に係るシリンダブロックのボア面の加工方法は、アルミ製シリンダブロックのボア面に油溜りを形成する方法に関するものであり、ホーニング装置とローラバニシング装置とが使用される。したがって、加工方法を説明する前に、先ず、ホーニング装置及びローラバニシング装置の説明を行う。ここで、図２は前記ホーニング装置の要部縦断面図、図４はローラバニシング装置の要部縦断面図である。
【００１２】
前記ホーニング装置２０は、図２に示されるように、棒状砥石２２をシリンダブロックｗのボア面ｗｂに押し付け、回転と往復運動を与えながら研削液を注いでそのボア面ｗｂを磨く装置であり、略円筒状の支持部材２４を備えている。前記支持部材２４はホーニング装置２０の主軸（図示されていない）に連結されており、軸心回りに回転可能、かつ、軸方向に移動可能な状態に保持されている。また、前記支持部材２４の内部には押圧ロッド２５が同軸に収納されており、その押圧ロッド２５が油圧シリンダ（図示されていない）の働きで前記支持部材２４に対して軸方向に変位できるようになっている。
【００１３】
前記押圧ロッド２５には所定位置に逆円錐台形のテーパコーン２５ｔが同軸に形成されており、そのテーパコーン２５ｔに棒状砥石２２を支持する横行架台２６の傾斜面２６ｋが面接触している。このため、前記支持部材２４がシリンダボアと同軸に保持された状態で、前記油圧シリンダが前記押圧ロッド２５を支持部材２４に対して下方に押し下げると、テーパコーン２５ｔと傾斜面２６ｋとの作用により横行架台２６が半径方向外側に変位し、棒状砥石２２がシリンダブロックｗのボア面ｗｂに一定の押圧力で押付けられる。
したがって、この状態で研削液を注ぎながら、前記支持部材２４を回転させ、さらに、軸方向に移動させることにより、前記ボア面ｗｂの研削加工を行うことができる。
【００１４】
前記ローラバニシング装置３０は、図４に示されるように、ローラ３３をシリンダブロックｗのボア面ｗｂに押し付けてすべり運動をさせ、そのボア面ｗｂを仕上げる装置であり、略円筒状の支持部材３４を備えている。前記支持部材３４はローラバニシング装置３０の主軸（図示されていない）に連結されており、軸心回りに回転可能、かつ、軸方向に移動可能に保持されている。また、前記支持部材３４の先端部には円周方向に複数の縦長開口３４ｈが形成されており、それらの縦長開口３４ｈにそれぞれローラ３３が回転可能、かつ、半径方向に移動可能な状態で縦向きに収納されている。
【００１５】
また、前記支持部材３４の内部にはシャフト状のマンドレル３５が同軸に収納されており、そのマンドレル３５が油圧シリンダ（図示されていない）の働きで前記支持部材３４に対して軸方向に変位可能になっている。さらに、前記マンドレル３５の外周面３５ｒには先細となるように緩やかなテーパが設けられており、その外周面３５ｒに前記ローラ３３の外周面３３ｒが線接触している。ここで、前記ローラ３３の外周面３３ｒにはマンドレル３５と逆向きに等しい傾斜のテーパが設けられており、このテーパの作用でボア面ｗｂと接する前記ローラ３３の外周面３３ｒはローラバニシング装置３０の軸心と平行に保持される。
【００１６】
したがって、前記支持部材３４がシリンダボアと同軸に保持された状態で、前記油圧シリンダが前記マンドレル３５を支持部材３４に対して下方に押し下げると、前記ローラ３３はマンドレル３５のテーパの作用により半径方向外側に変位する。そして、前記ローラ３３が半径方向外側に変位することにより、そのローラ３３の外周面３３ｒはボア面ｗｂと線接触し、そのボア面ｗｂを一定の押圧力で押圧する。この状態で、前記支持部材３４が回転しながら軸方向に移動すると、前記ボア面ｗｂがローラ３３によって連続して均等に押圧されてそのボア面ｗｂがバニシング仕上げされる。なお、ローラ３３の表面は極めて良く仕上げられている。
【００１７】
次に、本実施の形態に係るボア面の加工方法の説明を行う。
先ず、ホーニング装置２０でシリンダブロックｗのボア面ｗｂの研削加工が行われる。即ち、図２に示されるように、棒状砥石２２をシリンダブロックｗのボア面ｗｂに押し付け、回転と往復運動を与えながら研削液を注いでそのボア面ｗｂを磨き上げる。このようにして、前記ボア面ｗｂを研削すると、そのボア面ｗｂの表面には、図１（Ａ）、図３に示されるように、細かい条痕３が形成される。ここで、図１（Ａ）、図３は、前記ボア面ｗｂを拡大してミクロ的に表したものであり、最終的に成形しようとする油溜り用凹部の容積を見込んで、前記条痕３の山の高さ Hや開口部分の幅W0がそれぞれ H= 約 8μm 、W0= 約5 μm となるように、研削条件が設定される。なお、図１（Ａ）は図３を模式的に表したものであり、内容的に相違はない。
【００１８】
このようにして研削加工が行われたシリンダブロックｗのボア面ｗｂは、次に、ローラバニシング装置３０で、図５に示されるように、バニシング仕上げされる。本実施の形態においてはローラバニシング装置３０のバニッシュ量H0( ボア面のつぶし代 )はH0=6μm に設定される。このため、前記ローラ３３を所定の押圧力でシリンダブロックｗのボア面ｗｂに押し付け、すべり運動をさせている状態で、ボア面ｗｂの条痕１３の山は、図１（Ｂ）に示されるように、H0= 約 6μm 押し潰される。なお、図１（Ｂ）及び図５は条痕１３の部分のみを拡大してミクロ的に表しているため、ローラ３３と条痕１３の部分の縮尺は一致していない。
【００１９】
前記条痕１３の山が押し潰されることにより、その山の片側部ΔＭの肉がその条痕１３の開口部分を狭める方向に流れて庇部ΔＳを形成し、さらに、条痕１３の谷部ΔＴが壁面に押し込まれる。これによって、前記条痕１３の開口部分の幅W0は約5 μm から約4 μm に狭められ、その条痕１３の谷部の幅WXは約4 μm から約5 μm に広げられる。また、前記条痕１３の全体が寸法D=約1 μm 程度沈み込む。
【００２０】
このようにして、バニシング仕上げが行われ、ローラ３３がシリンダブロックｗのボア面ｗｂから離れると、前記ボア面ｗｂの加工が終了する。
前記ボア面ｗｂの加工が終了した状態で、ボア面ｗｂはアルミの弾性により若干内側に戻り、結果的に前記ボア面ｗｂは5 μm 程度潰された状態となる。この状態が、図１（Ｃ）に示されており、条痕１３の寸法は開口部分でW0= 約4 μm 、谷部でWX= 約5 μm 、深さL がL=約4 μm となる。なお、ボア面ｗｂの面粗度はローラ３３の表面の仕上げ状態で決まり、通常、面の凹凸に起因した高さｈはh=0.5 μm 〜1 μm となる。
【００２１】
このように、本実施の形態に係るシリンダブロックのボア面の加工方法によると、ホーニング加工とバニシング加工とを組み合わせることにより、開口側が狭く、奥側が広い油溜り用の凹部を形成できるため、従来必要とされた電解加工が不要になり、加工時間を短縮できるとともにシリンダブロックの製作コストを低減させることができる。
【００２２】
〔第２の実施の形態〕
次に、図６に基づいて本発明の第２の実施の形態に係るシリンダブロックのボア面の加工方法及び加工装置の説明を行う。
本実施の形態に係るシリンダブロックのボア面の加工装置は、第１の実施の形態において使用されたローラバニシング装置３０のローラ３３とマンドレル３５とを改造し、バニシング工程において凹部の成形とその凹部の変形とを連続して行えるようにしたものである。
【００２３】
本実施の形態に係るローラバニシング装置５０のローラ５３には、図６（Ａ）に示されるように、先端部分から第１仕上げ面５３ａ、凹部成形面５３ｂ、第２仕上げ面５３ｃが順番に形成されている。前記第１仕上げ面５３ａ及び第２仕上げ面５３ｃはボア面ｗｂをバニシング加工する面であり、その表面は極めて良く仕上げられている。また、凹部成形面５３ｂは両仕上げ面５３ａ，５３ｃより所定の寸法だけ小径に成形されており、その凹部成形面５３ｂに複数の突起５３ｔが形成されている。前記突起５３ｔはボア面ｗｂに油溜り凹部１３を成形するためのものであり、その突起５３ｔの先端部分が両仕上げ面５３ａ，５３ｃよりも予め決められた寸法だけ半径方向外側に突出している。なお、前記突起５３ｔの先端部分の体積は油溜り用の凹部３の容積に基づいて決定される。
【００２４】
一方、マンドレル５５の外周面には先端部分から第１押圧面５５ａ、凹面５５ｂ、第２押圧面５５ｃが順番に形成されており、その第１押圧面５５ａがローラ５３の第１仕上げ面５３ａに、また、第２押圧面５５ｃが第２仕上げ面５３ｃに線接触するようになっている。さらに、前記マンドレル５５の凹面５５ｂは、ローラ５３の突起５３ｔが接触しないように、その外径が設定されている。
【００２５】
次に、図６（Ｂ）、（Ｃ）に基づいて本実施の形態に係るシリンダブロックのボア面の加工方法の説明を行う。
先ず、ローラバニシング装置５０の支持部材５４に対してシリンダボアが同軸に保持されるように、シリンダブロックｗがセットされる。この状態で、マンドレル５５が動作すると、ローラ５３の第１仕上げ面５３ａがシリンダブロックｗのボア面ｗｂに線接触してそのボア面ｗｂを一定の押圧力で押圧する。
【００２６】
次に、前記支持部材５４が下降しながら回転することにより、前記ボア面ｗｂが第１仕上げ面５３ａによって連続して均等に押圧され、所定の面粗度に整えられる。このようにして、第１仕上げ面５３ａによって整えられたボア面ｗｂは、引き続き凹部成形面５３ｂによって連続して押圧される。これによって、そのボア面ｗｂには凹部成形面５３ｂの突起５３ｔの働きで複数の凹部３が形成される。このように、前記突起５３ｔがボア面ｗｂに押し込まれて凹部３が形成されるため、凹部３の部分の肉は、図６（Ｃ）に示されるように、開口の周囲に盛り上がる（ΔＭ参照）。
【００２７】
次に、凹部成形面５３ｂによって押圧されたボア面ｗｂは、引き続き第２仕上げ面５３ｃによって均等に押圧される。これによって、前記凹部３の開口周囲に形成された盛り上がり部ΔＭは、図６（Ｃ）に示されるように、第２仕上げ面５３ｃによって押し潰されてその凹部３の開口部分を狭める方向に流れて庇部ΔＳを形成し、さらに、凹部３の谷部ΔＴが壁面に押し込まれる。このようにして、前記ボア面ｗｂには、開口側が狭く、奥側が広い油溜り用の凹部３が複数個形成される。
そして、前記ローラ５３の第２仕上げ面５３ｃによるボア面ｗｂの押圧が終了した時点で、ボア面ｗｂは第１の実施の形態の場合と同様にアルミの弾性により若干内側に戻り、ボア面ｗｂの加工が完了する。
【００２８】
このように、本実施の形態に係るシリンダブロックのボア面の加工方法によると、開口側で狭く、奥側で広い油溜り用の凹部の成形を一台の機械で製作できるため、設備コストが低減するとともに加工時間も短縮できる。
また、凹部成形面５３ｂに形成される突起５３ｔの数やサイズによって油溜り用の凹部３の数やサイズを決めることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によると、機械加工だけで開口側が狭く、奥側が広い油溜り用の凹部を形成できるため、従来必要とされた電解加工が不要になり、加工時間を短縮できるとともにシリンダブロックの製作コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るシリンダブロックのボア面の加工方法の各工程を表す図面である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るシリンダブロックのボア面の加工方法に使用されるホーニング装置の要部縦断面図である。
【図３】ホーニング装置によって成形されたボア面の条痕（凹部）の拡大図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るシリンダブロックのボア面の加工方法に使用されるローラバニシング装置の要部縦断面図及びB-B 矢視図である。
【図５】ローラバニシング装置によって塑性変形したボア面の条痕（凹部）の拡大図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るシリンダブロックのボア面の加工方法及び加工装置を表す図面である。
【符号の説明】
ｗ      シリンダブロック
ｗｂ    ボア面
３      条痕（凹部）
３ａ    開口側
３ｂ    奥側
３３    ローラ
５３    ローラ
５３ａ  第１仕上げ面
５３ｂ  凹部成形面
５３ｃ  第２仕上げ面
５３ｔ  突起
【図１】
0003798496.tif 000002
【図２】
0003798496.tif 000003
【図３】
0003798496.tif 000004
【図４】
0003798496.tif 000005
【図５】
0003798496.tif 000006
【図６】
0003798496.tif 000007