JP5400525B2 - シリンダバレル内面の表面処理装置及びその表面処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダブロックに設けられているシリンダバレルの内面へ処理液を接触させて内面を処理する、シリンダバレル内面の表面処理技術に関する。

エンジンのシリンダバレル内面は、ピストンリングによる摩擦や燃料の燃焼による高熱に晒されるため、表面の強度が求められる。表面の強度を高めるには表面処理が有効である。表面処理の一つであるめっき処理を施す場合、めっき処理前に表面の汚れ等をあらかじめ除去することが望まれる。このように表面処理前に汚れ等を除去する処理は、前処理と呼ばれる。
めっき処理の前処理の一例を次図で説明する。

図８に示されるように、前処理では、エッチング処理、酸活性処理、第１亜鉛置換処理、溶解活性処理及び第２亜鉛置換処理が実施される。エッチング処理だけでも、処理液による化学処理、洗浄のための１次水洗、２次水洗及び乾燥を防ぐアイドラー等複数の工程で構成される。これらの工程のうち、化学処理工程の具体例が提案されている（例えば、特許文献１（図３（ｂ））参照。）。

この特許文献１の技術を図面に基づいて以下に説明する。
図９に示されるように、シリンダブロック１０１を、下部開口閉塞部材１０３が備えられたパレット１０４に載置し、シリンダブロック１０１の下部開口を塞ぐ。そして、パレット１０４をパン１０５の上に配置し、ノズル１０６が備えられた蓋体１０７を、矢印（１）のように移動させ、シリンダブロック１０１の上部開口を塞ぐ。

処理液を、矢印（２）のように、処理液供給路１０８からノズル１０６に供給する。
供給された処理液は、矢印（３）のように、処理液噴射孔１０９からシリンダバレル１１０の下部に噴射され、矢印（４）のように、シリンダバレル１１０の内面に接触しながら上昇する。
シリンダバレル１１０内の処理液は、矢印（５）のように、主にパレット１０４に設けられた第１の排液通路１１１から排出され、処理液の残部は、矢印（６）のように蓋体１０７に設けられた第２の排液通路１１２から排出される。

ところで、シリンダブロックには様々な形態がある。そこで、発明者らは、クランクケース部１０２がない形態のシリンダブロックに対して同様のエッチング処理を行った。

図１０に示されるように、ガスケット面１１３が上になるようにして、シリンダブロック１１４をパレット１１５に載置する。シール部材１１６で段部１１７がシールされる。また、シリンダバレル１１８の上部開口１１９に繋がる凹部１２０を有するカバー部材１２１でシリンダバレル１１８の上部開口１１９を覆う。カバー部材１２１には、シリンダバレル１１８の内面へ処理液を供給するノズル１２２が設けられ、このノズル１２２の下部に処理液を噴射する処理液噴射孔１２３が備えられている。

このシリンダブロック１１４に、図９と同様にして処理液を供給したところ、次のような結果を得た。なお、図１０の符号Ａ、Ｂ、Ｃはシリンダバレル１１８内面の上部、中間部、下部における測定点を示す。
高温の処理液を処理液噴射孔１２３、１２３から噴射すると、処理液は、パレット１１５に溜まり、シリンダバレル１１８内を上昇し、凹部１２０に達する。結果、Ｃ点が最初に昇温し、Ｂ点がこれにつづき、Ａ点が最後に昇温する。加えて、処理液はＡ点に達するまでに保有熱がシリンダバレル１１８に吸収されるために、温度が下がる。
この結果、図１１に示すように、Ａ点の昇温曲線とＣ点の昇温曲線との間に最大Ｔ１＝２５℃もの温度差が発生する。

処理液によって、シリンダバレル表面をエッチング（腐食）処理するが、エッチング処理の大小は温度によって変化する。最大Ｔ１＝２５℃もの温度差は、エッチング処理に影響することが予想される。そこで、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点毎のエッチング量を調べた。

図１２（ａ）に示すように、Ｂ、Ｃ点では、エッチング量ｘ１が充分であったが、Ａ点では、エッチング量ｘ１は少なかった。

エッチング量が少ない、すなわち不十分であると、めっきの密着性が低下することが予想される。そこで、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点毎に、めっきの密着性を調べた。

図１２（ｂ）示すように、この前処理を施したシリンダバレルに対してめっきすると、めっきの剥離幅ｙ１は、Ｂ、Ｃ点では少なく、Ａ点では大きくなることが判明した。これはシリンダバレル内面に温度差が生じたことにより、処理が不均一になることによるものである。すなわち、表面処理を均一化することができるシリンダバレル内面の表面処理技術が求められている。

特開２００８−２１４７３０公報

本発明は、表面処理を均一化することができるシリンダバレル内面の表面処理技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、内燃機関のシリンダブロックに設けられているシリンダバレルの内面へ処理液を接触させて前記内面を処理する、シリンダバレル内面の表面処理装置であって、前記シリンダブロックのガスケット面が上になるようにして、前記シリンダブロックを支えると共にシリンダバレルの下部開口を塞ぐパレットと、このパレットに設けられ前記シリンダバレル内に溜められた前記処理液の一部を排出する第１の排液通路と、上方に窪むと共に前記シリンダバレルの上部開口に繋がる凹部を有し、前記ガスケット面に載せられ前記シリンダバレルの上部開口を覆うカバー部材と、このカバー部材から下へ延ばされ、前記処理液を前記凹部の壁に向かって噴射する処理液噴射孔を有し、前記凹部の壁を介して前記シリンダバレルの内面へ前記処理液を供給するノズルと、前記カバー部材に設けられ前記シリンダバレル内に溜められた前記処理液の残部を排出する第２の排液通路と、からなることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、内燃機関のシリンダブロックに設けられているシリンダバレルの内面へ処理液を接触させて前記内面を処理する、シリンダバレル内面の表面処理方法であって、前記シリンダブロックのガスケット面が上になるようにして、シリンダバレルの下部開口を塞ぐパレットに前記シリンダブロックを載置する工程と、前記シリンダバレルの上部開口に前記処理液を供給するノズルを挿入しつつ、前記シリンダバレルの上部開口に繋がる凹部を下部に有するカバー部材で、前記シリンダバレルの上部開口を覆う工程と、前記ノズルに設けられた処理液噴射孔から前記処理液を前記凹部の壁に向かって噴射して、前記凹部の壁を介して前記シリンダバレルの内面へ前記処理液を供給する工程と、前記シリンダバレル内に溜められた前記処理液の一部を、前記パレットに設けられた第１の排液通路から排出すると共に、前記シリンダバレル内に溜められた前記処理液の残部を、前記カバー部材に設けられた第２の排液通路から排出する工程と、からなることを特徴とする。

請求項１に係る発明は、シリンダバレルの上部開口に繋がる凹部を下部に有し、ガスケット面に載せられシリンダバレルの上部開口を覆うカバー部材と、このカバー部材に取付けられ、処理液を凹部の壁に向かって噴射する処理液噴射孔を有し、凹部の壁を介してシリンダバレルの内面へ処理液を供給するノズルとを備えている。シリンダバレル内面に直接処理液を噴射するのではなく、凹部に処理液を噴射するので、処理液が直接あたる部分への優先的な反応を防止し、反応を均一にすることができる。結果、シリンダバレル内面のエッチング処理が均一になるので、めっきの密着性の向上を図ることができる。

請求項２に係る発明では、ノズルに設けられた処理液噴射孔から処理液を凹部の壁に向かって噴射して、凹部の壁を介してシリンダバレルの内面へ処理液を供給する工程と、シリンダバレル内に溜められた処理液の一部を、パレットに設けられた第１の排液通路から排出すると共に、シリンダバレル内に溜められた処理液の残部を、カバー部材に設けられた第２の排液通路から排出する工程とからなる。肉厚の厚いシリンダバレル上方から処理液を投入し、再び下方から液面を上昇させて処理液を循環させることで、シリンダバレル内面の上部と下部との温度差を低減させることができ、表面処理を均一にすることができる。結果、シリンダバレル内面のエッチング処理が均一になるので、めっきの密着性の向上を図ることができる。

本発明に係るシリンダバレル内面の表面処理装置の側面図である。 本発明の要部の断面図である。 シリンダブロックをセットする工程の説明図である。 シリンダブロックに表面処理を施す工程の説明図である。 本発明におけるシリンダバレル内面の温度変化を示す図である。 本発明と従来の技術における温度差の比較図である。 本発明におけるエッチング量及びめっきの密着性を示す図である。 めっきの前処理工程を説明する図である。 従来の技術の基本原理を説明する図である。 従来の技術をクランクケース部がないシリンダブロックに使用した例を説明する図である。 従来の技術におけるシリンダバレル内面の温度変化を示す図である。 従来の技術におけるエッチング量及びめっきの密着性を示す図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、シリンダバレル内面の表面処理装置１０は、アジャスタ１１を有するベース１２と、このベース１２から立ち上げられている下部柱１３と、下部柱１３の上端に設けられている中部支持部材１５と、この中部支持部材１５に支持され処理液を集めるパン１６と、このパン１６に集められた処理液を外部に出す処理液排出管１４と、パン１６の上に設けられている囲い部材１７と、この囲い部材１７に囲われるように中部支持部材１５に設けられている表面処理部２０と、この表面処理部２０に設けられ表面処理部２０の上部からの排液を誘導する排液管２１と、この排液管２１の排液を監視する処理液検知部２２と、中部支持部材１５から立ち上げられている中部柱２３と、この中部柱２３の上端に設けられている上部支持部材２４と、この上部支持部材２４から立ち上げられている上部柱２５と、この上部柱２５の上端に設けられている天板２６とを備える。

表面処理部２０は、詳細は後述するが、表面処理が施されるシリンダブロック２７を支えるパレット３１と、シリンダブロック２７の上部を覆うカバー部材３２と、このカバー部材３２に設けられ処理液の一部を排出する第２の排液通路３３とを備える。

また、シリンダバレル内面の表面処理処置１０は、天板２６に設けられ昇降ロッド３４を介してカバー部材３２を昇降させる昇降シリンダ３５と、昇降ロッド３４の下端に回転軸３６を中心に揺動自在に設けられている揺動部３７と、昇降ロッド３４の下部に設けられ進退ロッド３８を介して揺動部３７を揺動させる揺動シリンダ４１とを備える。

次にシリンダバレル内面の表面処理装置１０の要部について説明する。
図２に示されるように、シリンダバレル内面の表面処理装置１０の要部としての表面処理部２０は、シリンダブロック２７のガスケット面４２が上になるようにして、シリンダブロック２７を支えると共にシリンダバレル４３の下部開口４４を塞ぐパレット３１と、このパレット３１に設けられシリンダバレル４３内に溜められた処理液の一部を排出する第１の排液通路４５と、パレット３１に設けられシリンダブロック２７の段部４６をシールする段部シール部材４７と、パレット３１に設けられシリンダブロック２７の穴４８の位置決めをする位置決めピン５１と、シリンダバレル４３の上部開口５２に繋がる凹部５３を有し、ガスケット面４２に載せられシリンダバレル４３の上部開口５２を覆うカバー部材３２と、このカバー部材３２の下端に設けられガスケット面４２をシールするガスケット面シール部材５４と、カバー部材３２に上から下向きに挿入されるようにしてカバー部材３２に取付けられ、処理液を凹部５３の壁５５に向かって噴射する処理液噴射孔５６を有し、凹部５３の壁５５を介してシリンダバレル４３の内面へ処理液を供給するノズル５７と、このノズル５７に処理液を供給する処理液供給路５８と、カバー部材３２に設けられシリンダバレル４３内に溜められた処理液の残部を排出する第２の排液通路３３と、からなる。

以上の述べたシリンダバレル内面の表面処理装置１０の作用を図３〜図４に述べる。先ず、図３ではシリンダブロック２７を表面処理装置１０にセットするまでの工程を示す。
図３（ａ）は、シリンダブロック２７を載置する工程を示す。シリンダブロック２７を、矢印（７）のように、シリンダブロック２７のガスケット面４２が上になるようにして、シリンダバレル４７の下部開口４４を塞ぐパレット３１に載置する。位置決めピン５１が穴４８に入れることで、シリンダブロック２７が位置決めされる。

図３（ｂ）は、上部開口５２を覆う工程を示す。カバー部材３２を、矢印（８）のように移動させ、シリンダバレル４３の上部開口５２にノズル５７を挿入しつつ、シリンダバレル４３の上部開口５２を覆う。

図４（ａ）は、処理液を供給する工程を示す。処理液を、矢印（９）のように供給し、処理液噴射孔５６から凹部５３の壁５５に向かって噴射する。処理液は、矢印（１０）のように、凹部５３の壁５５を介してシリンダバレル４３の内面へ供給される。

図４（ｂ）は、処理液を第１の排液通路から排出する工程を示す。シリンダバレル４３内に溜められた処理液の一部は、矢印（１１）のように、第１の排液通路４５から排出される。処理液の供給量は、第１の排液通路４５から排出される量よりも多い。そのため、処理液は矢印（１２）のように、シリンダバレル４３内を上昇する。ノズル５７がシリンダバレル４３の下方まで延びていることで、シリンダバレル４３内面とノズル５７外面で形成される空間の体積が小さくなるので、処理液の上昇が速くなり、処理に掛かる工数を短縮することができる。

図４（ｃ）は、処理液を第２の排液通路から排出する工程を示す。シリンダバレル４３内に溜められた処理液の残部は、矢印（１３）のように、第２の排液通路３３から排出される。なお、処理液検知部（図１、符号２２）により排液を監視することで、表面処理を確実に実施することができる。

次に、本発明者らは、図２に示す点Ａ、点Ｂ、点Ｃにおける温度変化を調べた。この結果を、次図で説明する。
図５に示すように、シリンダバレル４３の下部と中間部にあるＢ、Ｃ点では、高温の処理液を供給すると直ぐに、温度が上昇した。上部にあるＡ点においても、図１１の従来例に比較して温度上昇が速い結果を得た。これは、高温の処理液をシリンダバレル４３内面の上方から供給したことで、先ず、Ａ点に処理液の保有熱が渡されて最初に昇温したことによる。なお、Ｔ２は、最大温度差を示す。

次に、図２の実施例における温度差と図１０の従来例における温度差を比較した。この結果を、次図で説明する。
図６に示されるように、従来例の最大温度差Ｔ１＝２５℃であるのに対し、実施例の最大温度差Ｔ２＝１２℃である。処理液の供給開始後直ぐの時点において、実施例はシリンダバレル内面の位置の違いによる温度差が１５℃以下であり小さい。実施例は従来例に比較して、シリンダバレル内面の温度が均一であることが分かる。

温度差を１５℃以下に低減させたことは、エッチング処理への影響も低減することが予想される。そこで、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点毎のエッチング量を調べた。この結果を、次図で説明する。

図７（ａ）に示されるように、Ａ、Ｂ、Ｃ点共に、エッチング量ｘ２が２．５μｍ以上あり、エッチング量は充分である。
エッチング量が充分であると、めっきの密着性が向上することが予想される。そこで、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点毎に、めっきの密着性を調べた。この結果を、次図で説明する。

図７（ｂ）示すように、この前処理を施したシリンダバレルに対してめっきすると、めっきの剥離幅ｙ２が、Ａ、Ｂ、Ｃ点共に少ない。これはシリンダバレル内面の温度差が小さいことにより、処理が均一化されたことを示す。

尚、本発明に係るシリンダバレルの表面処理技術は、実施の形態ではめっきの前処理に適用したが、めっきの前処理に限定されず、シリンダバレルの内面の表面処理であれば、他の表面処理工程に適用することは差し支えない。

本発明のシリンダバレル内面の表面処理技術は、シリンダバレル内面のめっきの前処理に好適である。

１０…シリンダバレル内面の表面処理装置、２０…表面処理部、２７…シリンダブロック、３１…パレット、３２…カバー部材、３３…第２の排液通路、４２…ガスケット面、４３…シリンダバレル、４４…下部開口、４５…第１の排液通路、５２…上部開口、５３…凹部、５５…壁、５６…処理液噴射孔、５７…ノズル。

Claims (2)

1. 内燃機関のシリンダブロックに設けられているシリンダバレルの内面へ処理液を接触させて前記内面を処理する、シリンダバレル内面の表面処理装置であって、
   前記シリンダブロックのガスケット面が上になるようにして、前記シリンダブロックを支えると共にシリンダバレルの下部開口を塞ぐパレットと、
   このパレットに設けられ前記シリンダバレル内に溜められた前記処理液の一部を排出する第１の排液通路と、
   上方に窪むと共に前記シリンダバレルの上部開口に繋がる凹部を有し、前記ガスケット面に載せられ前記シリンダバレルの上部開口を覆うカバー部材と、
   このカバー部材から下へ延ばされ、前記処理液を前記凹部の壁に向かって噴射する処理液噴射孔を有し、前記凹部の壁を介して前記シリンダバレルの内面へ前記処理液を供給するノズルと、
   前記カバー部材に設けられ前記シリンダバレル内に溜められた前記処理液の残部を排出する第２の排液通路と、
   からなることを特徴とするシリンダバレル内面の表面処理装置。
2. 内燃機関のシリンダブロックに設けられているシリンダバレルの内面へ処理液を接触させて前記内面を処理する、シリンダバレル内面の表面処理方法であって、
   前記シリンダブロックのガスケット面が上になるようにして、シリンダバレルの下部開口を塞ぐパレットに前記シリンダブロックを載置する工程と、
   前記シリンダバレルの上部開口に前記処理液を供給するノズルを挿入しつつ、前記シリンダバレルの上部開口に繋がる凹部を下部に有するカバー部材で、前記シリンダバレルの上部開口を覆う工程と、
   前記ノズルに設けられた処理液噴射孔から前記処理液を前記凹部の壁に向かって噴射して、前記凹部の壁を介して前記シリンダバレルの内面へ前記処理液を供給する工程と、
   前記シリンダバレル内に溜められた前記処理液の一部を、前記パレットに設けられた第１の排液通路から排出すると共に、前記シリンダバレル内に溜められた前記処理液の残部を、前記カバー部材に設けられた第２の排液通路から排出する工程と、
   からなることを特徴とするシリンダバレル内面の表面処理方法。

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