JP6136160B2 - シリンダボア内面の加工方法およびシリンダの構造 - Google Patents
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Description
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、シリンダボア内面の耐焼付き性、耐摩耗性の向上と良好な摺動特性の確保を図り、オイル消費量やブローバイガス量増加を抑制することができるシリンダボア内面の加工方法およびシリンダの構造を提供することを目的とする。
また、本発明は、上述した目的を達成するために、アルミ合金製シリンダボア内面にめっき皮膜を形成したシリンダボア内面の加工方法において、前記シリンダボア内面のピストン上下死点相当部位に対応する第1部位を加熱処理する熱処理工程と、前記シリンダボア内面の第1部位を加熱処理している間に、前記シリンダボア内面の第1部位以外の第2部位を限定的に遮熱して冷却制御する工程と、前記加熱処理で硬化したシリンダボア内面のめっき皮膜を研削加工するホーニング研削加工工程とを有することを特徴とするシリンダボア内面の加工方法を提供する。
図5は、内燃機関(エンジン)のアルミ合金製シリンダブロック17に対して、シリンダボア内面4の加工方法を実施する施工手順を示すフローチャートである。
シリンダボア内面のめっき前処理工程11は、シリンダブロック17のボア内面4とめっき皮膜9との密着性を確保するために必要な処理である。めっき前処理工程11では、シリンダボア内面4の油分を除去する脱脂処理と、シリンダボア内面4の活性化と密着性を良好にするエッチング処理とが行なわれる。
めっき処理工程12では、シリンダボア内面4にNi−P合金めっきが施され、めっき皮膜9が形成される。Ni−P合金めっき処理工程12は、シリンダボア内面摺動相手材(ピストン、ピストンリング)との摺動面で必要な耐摩耗性を確保するための処理工程で、アルミ製シリンダブロック17のシリンダボア内面4へめっき皮膜9を形成して被覆する施工である。
めっき処理工程12で、シリンダボア内面4にNi−P合金めっきのめっき皮膜9を形成した後、シリンダブロック17のヘッド面上に熱処理装置15の上治具16が設置される。この熱処理用上治具16は、図6に示すように、シリンダブロック17のヘッド面上にメタルガスケット25を介して設置され、締付ボルト26で締め付けられ、固定される。メタルガスケット25には、シリンダヘッドガスケットと同材質のシール材料が用いられ、シリンダブロック17のヘッド面の傷付きの防止と冷却水の漏れ防止を図っている。
熱処理装置15の上治具16がシリンダブロック17に設置された後、熱処理治具の上死点側治具21と下死点側治具22がシリンダブロック17に、図9および図10に示すように取り付けられて、シリンダボア内面4のめっき皮膜9の熱処理が実施される。
ホーニング研削加工工程23では、熱処理装置15の上死点側治具21および下死点側治具22を取り出して退避させた後、シリンダブロック17にホーニング研削加工治具24を取り付けてホーニング研削加工が最後の施工工程として実施される。シリンダブロック17のシリンダボア内面4はめっき皮膜9がホーニング研削加工により凹凸面処理される。
シリンダボア内面4の加工装置は、シリンダブロック17に形成されるシリンダボア内面4にNi−P合金めっき処理により形成されためっき皮膜9を熱処理装置15を用いて熱処理し、研削加工するものである。
熱処理装置15の上治具16をシリンダブロック17のヘッド面に据付け、締結させると、シリンダブロック17と上治具16との間に、シリンダボア内面4の第2部位4bを限定的に冷却する冷却水連通経路が完成する。冷却水連通経路は、冷却水を冷却水配管30から上治具冷却水経路27を通り、ワーク冷却水通路28に達することで、第2部位4bの壁面から熱交換して冷却する。熱交換された冷却水(温水)は、ワーク冷却水出口通路28bを通じてシリンダブロック17の外部に排出され、図示しない熱交換器で冷却され、再度、冷却水配管2gに戻る循環経路を形成している。ワーク冷却水通路28は、シリンダボア内面4の第2部位4b近くに覆うように形成され、内燃機関1の据付時には、ウォータジャケットとして機能する。
熱処理装置15の上治具16をシリンダブロック17のヘッド面に固定した状態で図9に示すように、上方から上死点側治具21が、下方から下死点側治具22が挿入され、装着される。上死点側治具21と下死点側治具22は、図10に示す状態で、シリンダボア内面4の上死点側と下死点側の第1部位4a,4cを加熱する熱処理が実施される。
ホーニング研削加工治具24は、図12に示すように、シリンダブロック17の上治具16に上方から装着されて、ホーニング研削加工を実施する治具である。ホーニング研削加工治具24は、回転自在の主軸50に設けられた治具本体51に長手形状部材のホーニング砥石52を円周状に複数配置して構成される。ホーニング砥石52を取り付けたホーニング研削加工治具24は、図示しない研削液と共にシリンダブロック17のヘッド面17a側からシリンダボア内面4に向って主軸50を回転させながら下降させる。
本実施形態においては、シリンダボア内面4のめっき皮膜9の第1部位4a,4cは、上死点側治具21および下死点側治具22の各ヒータ40による限定的な加熱処理により加熱硬化される。加えて、ホーニング研削加工治具24によりホーニング研削加工される。研削加工では第1部位4a,4cは加熱処理によるめっき皮膜硬化分だけ研削抵抗が大きくなり、逆に表面粗さ(凹凸度)を小さくすることができる。これにより、シリンダボア内面4のめっき皮膜9は第1部位4a,4cに必要な摺動特性が得られ、低摩擦、耐焼付き性及び耐摩耗性確保、オイル消費量、ブローバイガス量抑制を満足させたシリンダボア内面4が得られる。
次に、シリンダボア内面の加工装置の具体的な実施例を説明する。
初めに、アルミダイカスト製シリンダブロック17に、めっき前処理工程11として、シリンダブロック17のシリンダボア内面の脱脂処理を行なった。脱脂処理は、キザイ株式会社製の中性脱脂剤マックスクリーンNG−30を濃度40g/L,液温50℃に調整した水溶液へシリンダブロック17を浸漬して超音波洗浄することにより、シリンダボア内面4の油分を除去した。その後、水洗工程を経て、シリンダボア内面4だけにエッチング処理液を流動させて電解処理を行う電解エッチング処理を行なった。電解エッチング処理によりシリンダボア内面4に付着している不純物や酸化物を除去すると共に、めっき皮膜との密着を確保するための凹凸形状(アンカー)の形成を図った。電解エッチング処理は、処理液としてリン酸100〜500g/Lを使用し、液温度50℃〜100℃、液流速10〜50cm/sec、電解条件10〜80A/dm2、処理時間0.5〜5分間である。
めっき前処理工程終了後、水洗工程を挟んで、前処理を行ったシリンダボア内面4へのめっき処理を行った。めっき処理方法は、シリンダボア内面4だけにめっき処理液を流動させながら高電流密度で施工する高速めっき法を用いた。
めっき処理工程を完了した後、水洗工程を挟んで、シリンダブロック17のヘッド面へ熱処理装置15の上治具16を設置・締結した。上治具16とシリンダブロック17を締結する締付ボルト26の締付トルクは、実機エンジンのシリンダヘッド締付と同等の40〜60N・mで締結した。
次に、めっき処理したシリンダブロック17のシリンダボア内面4に熱処理を実施した。この熱処理では、熱処理治具の上死点側治具21および下死点側治具22をシリンダブロック17のシリンダボア内面4にセットし、シリンダボア内面4の第1部位(上死点側)4a,(下死点側)4cの温度が300℃となるようにヒータ40,40を加熱制御するとともに第2部位4bの温度が100℃未満となるように、冷却水連通経路36(27,28)に冷却水を循環させて冷却制御した。熱処理時間は、1時間とし、シリンダボア内面4の第1部位4a,4cでは、第2部位4bよりもビッカース硬さで約200ポイント以上硬化しためっき皮膜を得ることができる。
最終施工として、ホーニング研削加工を行った。ホーニング研削加工では、工程(粗引き・中引き・仕上げ(プラトー加工))に応じた砥石とホーニング研削加工の施工条件を図11に示したように使い分けた。ホーニング研削加工治具24は、粗引き・中引き・仕上げの各工程に応じたホーニング砥石治具24を円周上に6本取付けた。粗引き・中引きによるシリンダボア内面4の寸法(内径)出しにおいて、めっき皮膜表層の研削量は、50μm狙いとして、めっき処理工程で被覆しためっき膜厚100μmの半分を残存させるようにした。さらに、中引き工程終盤にて研削痕の凹凸形状が、斜め方向へ交差するクロスハッチ模様をシリンダボア内面4に形成すると共に、仕上げ(プラトー加工)で前記凸部の先端を削ぎ落として平滑化した。
本実施例で施工されたシリンダボア内面の施工面の計測データを図16を参照して説明する。
本発明の実施例では、めっき処理工程で用いるめっき処理液に、Ni−P合金めっき処理を施す例を説明したが、Ni−P合金めっき処理に炭化ケイ素SiC等の不溶性粒子を混合してNi−P−SiC合金めっきのめっき処理することもできる。炭化ケイ素(SiC)粒子は、エンジン用シリンダ等に対するめっき処理についても、耐摩耗性の向上を目的にめっき液に添加することができる。
2 ピストン
3 シリンダブロック
4 シリンダボア内面
5 コンロッド
6 クランクピン
7 クランク軸(クランクシャフト)
8 燃焼室
9 めっき皮膜
11 めっき前処理工程
12 めっき処理工程
13 熱処理装置の装着工程
14 基台
15 熱処理装置(熱処理治具)
16 上治具(設置台)
17 シリンダブロック
18 シリンダボア
20 熱処理工程
21 上死点側治具
22 下死点側治具
23 ホーニング研削加工工程
24 ホーニング研削加工治具
25 メタルガスケット
26 締付ボルト
27 上治具の冷却水経路
28 ワーク冷却水通路
29 ボス部
30 冷却水配管
34 取扱ハンドル(取手)
35 ボルト穴
36 冷却水連通経路
37 上治具の出入れ装着孔
38 セラミックス成形体
39 高温発熱体
40 ヒータ
41 上端プレート
42 下端プレート
43 支持ボルト
45 エアシリンダ
46 取付プレート
47 耐熱ゴム
50 主軸
51 治具本体
52 ホーニング砥石
Claims (6)
- アルミ合金製シリンダボア内面にめっき皮膜を形成したシリンダボア内面の加工方法において、
前記シリンダボア内面のピストン上下死点相当部位に対応する第1部位を限定的に加熱処理する熱処理工程と、
前記加熱処理で硬化したシリンダボア内面のめっき皮膜を研削加工するホーニング研削加工工程とを有することを特徴とするシリンダボア内面の加工方法。 - アルミ合金製シリンダボア内面にめっき皮膜を形成したシリンダボア内面の加工方法において、
前記シリンダボア内面のピストン上下死点相当部位に対応する第1部位を加熱処理する熱処理工程と、
前記シリンダボア内面の第1部位を加熱処理している間に、前記シリンダボア内面の第1部位以外の第2部位を限定的に遮熱して冷却制御する工程と、
前記加熱処理で硬化したシリンダボア内面のめっき皮膜を研削加工するホーニング研削加工工程とを有することを特徴とするシリンダボア内面の加工方法。 - 前記熱処理工程において、前記シリンダボア内面の第1部位の加熱処理と前記第2部位の遮熱・冷却制御処理とを同時に実施する請求項2に記載のシリンダボア内面の加工方法。
- 前記熱処理工程において、前記シリンダボア内面の第1部位の熱処理温度を150℃〜450℃の温度範囲で加熱処理を行なうとともに、前記第2部位の温度を150℃未満の温度に遮熱して冷却制御処理を行なう請求項2または3に記載のシリンダボア内面の加工方法。
- アルミ合金製シリンダボア内面にめっき皮膜を形成したシリンダの構造において、
前記シリンダボア内面のピストン上下死点相当部位に対応する第1部位のめっき被膜の硬さが、前記シリンダボア内面の前記第1部位以外の第2部位のめっき被膜の硬さよりも大きく、且つ前記第1部位のめっき被膜の表面粗さが、前記第2部位のめっき被膜の表面粗さよりも小さいことを特徴とするシリンダの構造。 - 前記シリンダボア内面のめっき皮膜は、前記第1部位のシリンダボア内面全体の凹凸度と潤滑油溜り深さが前記第2部位の凹凸度と潤滑油溜り深さに較べて小さく、前記めっき皮膜の硬さは、前記第1部位が前記第2部位に較べてビッカース硬度で200Hv以上大きい請求項5に記載のシリンダの構造。
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