JP2008095547A - シリンダブロックの加工用治具及び加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダミーヘッドを組み付ける際のボルト締結によるボルト軸力を、効率的にボア荷重として作用させることができ、ダミーヘッドを組み付けることで、熱変形を含むエンジン実働時のボア変形を体現することが可能となり、エンジン実働時におけるシリンダボアの真円度向上を図ることができるシリンダブロックの加工用治具を提供すること。
【解決手段】シリンダボア３に対する仕上げ加工に際し、シリンダブロック２のヘッド取付面４にボルト締結によって組み付けられることにより、シリンダボア３を変形させるダミーヘッド本体１０を備えるダミーヘッド１（シリンダブロックの加工用治具）において、ダミーヘッド本体１０のシリンダブロック２に対する取付面１１側に、ヘッド取付面４におけるシリンダボア３の周縁部に接触する接触面２１を有する突起２０を設け、少なくともダミーヘッド本体１０を、シリンダブロック２よりも剛性の高い構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリンダブロックにおけるシリンダボアの仕上げ加工に際して用いられるシリンダブロックの加工用治具（いわゆるダミーヘッド）及びシリンダブロックの加工方法に関する。

従来、シリンダブロックにおけるシリンダボアの仕上げ加工に際し、その加工用治具としていわゆるダミーヘッドが用いられている。具体的には次のとおりである。
すなわち、シリンダブロックのシリンダボアに対しては、所定の真円度を出すためにホーニング加工等の仕上げ加工が行われる。かかるシリンダボアに対する仕上げ加工の後、シリンダブロックにシリンダヘッドが組み付けられる。シリンダブロックに対するシリンダヘッドの組付けに際しては、ボルト等の締結具（ヘッドボルト）が用いられる。つまり、ヘッドボルトが、シリンダヘッドを貫通するとともにシリンダブロックに設けられるボルト穴に螺挿されることにより、シリンダヘッドがシリンダブロックに対して締結固定される。このヘッドボルトによってシリンダブロックに作用する締付け力（締結力）は、シリンダブロックに変形を生じさせ、シリンダボアの変形（ボア変形）つまりシリンダボアの真円度の低下につながる。

そこで、シリンダボアの仕上げ加工に際し、シリンダヘッドが組み付けられた状態で作用する締付け力と同等の締付け力をシリンダブロックに作用させるため、加工用治具としてシリンダボアに対する仕上げ加工を許容する貫通孔を備えるダミーヘッドが用いられる。
つまり、実際の製品として組み付けられるシリンダヘッドとは異なる加工用治具としてのダミーヘッドが、ボルト等の締結具（例えばヘッドボルト）によってシリンダヘッドと同様にしてシリンダブロックに組み付けられることにより、シリンダヘッドが組み付けられた状態と同様の状態とされたシリンダブロックに対し、そのシリンダボアに対する仕上げ加工が行われる。
これにより、シリンダブロックに対して規定の締付け力が付与された状態、つまりシリンダボアに対して締付け力による変形が付与された状態でシリンダボアに対する仕上げ加工が行われ、その仕上げ加工後にシリンダヘッドが組み付けられることにより、シリンダヘッド組付け時の締付け力によって生じるボア変形が防止される。

こうしたダミーヘッドを用いたシリンダブロックにおけるシリンダボアの仕上げ加工に関し、例えば次のような技術が開示されている。
特許文献１においては、ダミーヘッドにおける、シリンダブロックのシリンダボア周縁に対応する部分に、シリンダブロックに向けて突出するビード部を設けるとともに、このビード部の外周側に凹部を設ける構成が開示されている。かかる構成において、ダミーヘッドをシリンダブロックにボルト締結によって取り付ける際に、ダミーヘッドが前記ビード部及び凹部の作用で弾性変形することで、その取付時の力を吸収する。これにより、ガスケット等を用いることなくシリンダボアの変形を容易に得ることができ、シリンダボアの仕上げ加工を低コストで高精度に行うことができる旨記載されている。
また、特許文献２においては、ダミーヘッドのシリンダブロックとの合わせ面に一体的に取り付けられるシムの形状を工夫すること等により、ダミーヘッドをシリンダブロックに組み付けたときの変形と、シリンダヘッドをシリンダブロックに組み付けたときの変形とをより近い状態にし、シリンダヘッドを組み付けたときのシリンダボアの精度を向上させている。
特開２００４−２４３５１４号公報 特開２０００−５２２２８号公報

ところで、シリンダブロックにおけるボア変形に関しては、前述したようなシリンダヘッドの組付けにともなう締付け力によって生じる変形に加え、そのシリンダブロックが用いられて構成されるエンジンの実働時における熱膨張や熱歪み等の熱負荷（熱応力）によって生じる変形がある。言い換えると、エンジンの実働時におけるボア変形は、シリンダヘッドの組付け時に発生するもの（以下「組付け変形」という。）と、エンジンの実働時の熱負荷によって発生するもの（以下「熱変形」という。）とに分けられる。

しかし、特許文献１及び特許文献２に開示されている技術は、いずれも、シリンダブロックにガスケットを介してシリンダヘッドを「組み付けた」際におけるシリンダボアの真円度向上のための構成についてのもの、つまりボア変形のうち組付け変形のみに着目したものであり、熱変形を含むエンジン実働時のボア変形を体現することができない。

この点、ダミーヘッドをボルト締結によってシリンダブロックに組み付ける際、ボルトによる締付け力を大きくすることで、実際のシリンダヘッドが組み付けられることで通常生じるボア荷重以上のボア荷重を作用させることにより、ボア変形について熱変形に近い変形を生じさせることができると考えられる。つまり、ボア変形のうちの熱変形は、実際のシリンダヘッド組付け時の組付け変形に比べて変形規模そのものが大きいため、ボルトによる締付け力を大きくしてボア荷重を大きくすることで、ダミーヘッドを組み付けることによるボア変形を、熱変形を含むエンジン実働時のボア変形に近付けることができると考えられる。

しかし、前記各特許文献に開示されているダミーヘッドは、いずれもダミーヘッド自体が積極的に弾性変形を起こす構造となっているため、ダミーヘッドを組み付ける際のボルト締結によるボルト軸力を、効率的にボア荷重として作用させることが難しい。
また、ボルトによる締付け力を必要以上に大きくすることにより、ボルト締結部におけるシリンダブロックの雌ねじ部分（ボルト穴）が損傷するおそれがある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ダミーヘッドを組み付ける際のボルト締結によるボルト軸力を、効率的にボア荷重として作用させることができ、ダミーヘッドを組み付けることで、熱変形を含むエンジン実働時のボア変形を体現することが可能となり、エンジン実働時におけるシリンダボアの真円度向上を図ることができるシリンダブロックの加工用治具及び加工方法を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、シリンダブロックが有するシリンダボアに対する仕上げ加工に際し、シリンダブロックのシリンダヘッド取付面にボルト締結によって組み付けられることにより、前記シリンダボアを変形させるダミーヘッド本体を備えるシリンダブロックの加工用治具であって、前記ダミーヘッド本体のシリンダブロックに対する取付面側に、前記シリンダヘッド取付面における前記シリンダボアの周縁部に接触する接触面を有する突起を設け、少なくとも前記ダミーヘッド本体を、シリンダブロックよりも剛性の高い構成としたものである。

請求項２においては、前記突起は、前記接触面を介して前記シリンダボアの周縁部に対して全面的に接触するものである。

請求項３においては、前記突起は、前記接触面に対して前記シリンダボアの径方向にくびれた部分でありそのくびれた部分の寸法の調整により該突起の剛性が調整されるくびれ部を有するものである。

請求項４においては、前記突起を、前記ダミーヘッド本体に対して別部材として構成したものである。

請求項５においては、シリンダブロックのシリンダヘッド取付面に、ダミーヘッド本体をボルト締結によって組み付けることにより、シリンダブロックが有するシリンダボアを変形させた状態で、該シリンダボアに対する仕上げ加工を行うシリンダブロックの加工方法であって、前記ダミーヘッド本体を、シリンダブロックよりも剛性の高い構成とし、前記シリンダヘッド取付面と、前記ダミーヘッド本体のシリンダブロックに対する取付面との間に、前記シリンダヘッド取付面における前記シリンダボアの周縁部に接触する接触面を有する突起部材を介在させるものである。

請求項６においては、前記突起部材を、前記接触面を介して前記シリンダボアの周縁部に対して全面的に接触させるものである。

請求項７においては、前記突起部材に、前記接触面に対して前記シリンダボアの径方向にくびれた部分となるくびれ部を設け、該くびれ部の寸法を調整することにより、該突起部材の剛性を調整するものである。

請求項８においては、前記突起部材を、前記ダミーヘッド本体と一体的に構成するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、シリンダブロックに組み付ける際のボルト締結によるボルト軸力を、効率的にボア荷重として作用させることができ、シリンダブロックに組み付けることで、熱変形を含むエンジン実働時のボア変形を体現することが可能となる。

請求項２においては、シリンダブロックに組み付けることによってエンジン実働時のボア変形を体現させるためにシリンダボアの周縁部（ボア周縁部）に作用させるボア荷重が増加することによっても、ボア周縁部において局所的な高面圧部分が生じることを防止することができ、ボア周縁部に圧痕が残ることを防止することができる。

請求項３においては、シリンダブロックに組み付けることでボア周縁部に作用させるボア荷重に分布を持たせることができ、そのボア荷重を成行きではなく意図的にコントロールすることが可能となる。これにより、シリンダブロックに組み付けることにより生じさせるボア変形を、熱変形を含むエンジン実働時のボア変形により忠実に対応させることが可能となる。

請求項４においては、突起をダミーヘッド本体に対して剛性の異なる材料で構成することが可能となり、材料の面から突起の剛性を調整することが可能となる。
また、多数のシリンダブロックに対する加工に際してシリンダブロックに対する組付け及び取外しが繰り返されることで、突起の接触面に、ボア周縁部における圧痕の原因となる、摩耗等による表面の荒れ（凹凸）が生じた場合であっても、突起の部分を交換することが可能となる。

請求項５においては、ダミーヘッド本体を組み付ける際のボルト締結によるボルト軸力を、効率的にボア荷重として作用させることができ、ダミーヘッド本体を組み付けることで、熱変形を含むエンジン実働時のボア変形を体現することが可能となる。

請求項６においては、ダミーヘッド本体を組み付けることによってエンジン実働時のボア変形を体現させるためにシリンダボアの周縁部（ボア周縁部）に作用させるボア荷重が増加することによっても、ボア周縁部において局所的な高面圧部分が生じることを防止することができ、ボア周縁部に圧痕が残ることを防止することができる。

請求項７においては、ダミーヘッド本体をシリンダブロックに組み付けることでボア周縁部に作用させるボア荷重に分布を持たせることができ、そのボア荷重を成行きではなく意図的にコントロールすることが可能となる。これにより、ダミーヘッド本体を組み付けることにより生じさせるボア変形を、熱変形を含むエンジン実働時のボア変形により忠実に対応させることが可能となる。

請求項８においては、作業性の向上が図れ、加工工程の自動化を図るうえでもコスト面や作業性の面で好適なものとなる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
本発明に係るシリンダブロックの加工方法は、図１及び図２に示すように、シリンダブロック２のシリンダヘッド取付面（以下単に「ヘッド取付面」という。）４に、ダミーヘッド本体１０を備えるシリンダブロックの加工用治具としてのダミーヘッド１をボルト締結によって組み付けることにより、シリンダブロック２が有するシリンダボア３を変形させた状態で、シリンダボア３に対する仕上げ加工を行うものである。
そして、ダミーヘッド本体１０を、シリンダブロック２よりも剛性の高い構成とし、ヘッド取付面４と、ダミーヘッド本体１０のシリンダブロック２に対する取付面１１との間に、ヘッド取付面４におけるシリンダボア３の周縁部に接触する接触面２１を有する突起部材を介在させる。

本実施形態に係るダミーヘッド１の構成について、シリンダブロック２の構成を含めて説明する。
図１及び図２に示すように、本発明に係るシリンダブロックの加工用治具としてのダミーヘッド１は、シリンダブロック２が有するシリンダボア３に対する仕上げ加工に際し、シリンダブロック２のヘッド取付面４にボルト締結によって組み付けられることにより、シリンダボア３を変形させるダミーヘッド本体１０を備える。
なお、図２に示す断面図は、シリンダブロック２の短手方向のシリンダボア３直径近傍位置における断面図であってダミーヘッド１とシリンダブロック２との接合部を示す。また、以下の説明においては、ダミーヘッド１について、シリンダブロック２に組み付けられる側を「下」とし、その反対側を「上」とする。

本実施形態に係るシリンダブロック２は、自動車等に搭載される直列四気筒のエンジンを構成するものであり、一列に並んだ状態となる四個のシリンダボア３を有する。シリンダボア３は、ピストンを摺動可能に内装するものであり、シリンダブロック２においてシリンダヘッドが組み付けられるシリンダヘッド取付面４に開口する。
図２に示すように、シリンダボア３は、シリンダブロック２において各シリンダボア３に対応するように略筒状に形成されるシリンダ部５の内周面側に、筒状のシリンダライナ６が、鋳ぐるみあるいは圧入等によって内装されることで形成される。つまり、シリンダライナ６の内周面がシリンダボア３を形成し、前記ピストンの摺動面となる。なお、本実施形態では、シリンダボア３は、シリンダライナ６が用いられて形成される構成であるが、シリンダブロック２の構造体に対して直接形成される構成であってもよい。

シリンダブロック２におけるシリンダボア３の周囲（シリンダ部５の外周側）には、ウォータジャケット７が形成されている。ウォータジャケット７はヘッド取付面４側に開口する。つまり、本実施形態のシリンダブロック２は、ウォータジャケット７がヘッド取付面４側に開放されているオープンデッキ型の構造となっている。

図３〜図６にも示すように、ダミーヘッド１を構成するダミーヘッド本体１０は、全体として略矩形板状に形成され、その一側の板面（下面）がシリンダブロック２に対する取付面１１となる。
ダミーヘッド本体１０は、ダミーヘッド１がシリンダブロック２に組み付けられた状態で各シリンダボア３に対応する位置に、シリンダボア３に対する仕上げ加工を許容するための貫通孔となる孔部１２を有する。つまり、ダミーヘッド１がシリンダブロック２に組み付けられた状態で、シリンダボア３とダミーヘッド本体１０の孔部１２とが連通した状態となり、この孔部１２を介してシリンダボア３に対する仕上げ加工が行われる。
本実施形態では、前記のとおりシリンダブロック２は一列に並ぶ四個のシリンダボア３を有するため、ダミーヘッド本体１０は、それらのシリンダボア３に対応する配置で四個の孔部１２を有する。

ダミーヘッド１は、ボルト部材（締結具）としてのヘッドボルト８が用いられてシリンダブロック２にボルト締結により組み付けられる。ヘッドボルト８は、ダミーヘッド本体１０において取付面１１に対して略垂直方向に形成されるボルト挿通孔１３を介してダミーヘッド本体１０を貫通するとともに、シリンダブロック２のヘッド取付面４に設けられる雌ネジ部分となるボルト穴（図示略）に螺挿される。
ボルト挿通孔１３は、ダミーヘッド本体１０において、シリンダブロック２のヘッド取付面４に設けられるボルト穴に対応する位置に設けられる。本実施形態では、シリンダブロック２のヘッド取付面４に設けられるボルト穴は、各シリンダボア３の周囲において略等間隔で四個設けられるとともに、隣接するシリンダボア３間においては二個のボルト穴が共用されて計十個設けられ、これらのボルト穴に対応するように、ダミーヘッド１のボルト挿通孔１３が設けられる（図３等参照）。

また、ダミーヘッド本体１０の長手方向（孔部１２の直列方向）の両端部には、ダミーヘッド１のシリンダブロック２に対する組付けの際における搬送等に用いられる取手部１４が設けられている。取手部１４は、ダミーヘッド本体１０の上面側（取付面１１側と反対側）において長手方向両側に突設され、ダミーヘッド本体１０の短手方向に長い長孔状の孔部１５を有する。

このような構成のダミーヘッド本体１０を備えるダミーヘッド１が、シリンダブロック２のシリンダボア３の仕上げ加工に際し、ヘッドボルト８が用いられてシリンダブロック２に組み付けられる。これにより、シリンダブロック２が、そのシリンダボア３に対して変形が付与された状態となる。

そして、ダミーヘッド１においては、図２、図４〜図６に示すように、ダミーヘッド本体１０のシリンダブロック２に対する取付面１１側に、ヘッド取付面４におけるシリンダボア３の周縁部に接触する接触面２１を有する突起２０が設けられている。
つまり、本実施形態においては、前記のとおりヘッド取付面４とダミーヘッド本体１０の取付面１１との間に介在する突起部材が、ダミーヘッド本体１０に設けられる突起２０としてダミーヘッド本体１０と一体的に構成されている。

突起２０は、ダミーヘッド本体１０の取付面１１側において、各孔部１２の周縁部が略筒状に突出されるとともに、その略筒状の部分のうち隣り合う孔部１２に対応する部分が連続した（接続された）状態で形成されている。
突起２０の下面（シリンダブロック２に対する取付け側面）が、ヘッド取付面４におけるシリンダボア３の周縁部（以下「ボア周縁部」とする。）に接触する接触面２１となる。

突起２０が有する接触面２１は、前記のとおりボア周縁部に接触する。つまり、接触面２１の形状や大きさ（面積）は、ボア周縁部に対応して形成される。
ここで、シリンダブロック２におけるボア周縁部とは、その範囲（接触面２１との接触範囲）や形状（接触面２１との接触部分の形状）等は特に限定されるものではないが、本実施形態では、ヘッド取付面４においてシリンダボア３の開口端から径方向外側へ略一定距離まで広がった部分であり、隣り合うシリンダボア３の間で連続する。したがって、ボア周縁部に接触する接触面２１の形状は、四つの環状部分が一列に連続した（接続された）形状となる（図５参照）。そして、本実施形態では、シリンダブロック２のデッキ構造上、ボア周縁部はシリンダボア３を形成するシリンダ部５の上面（ヘッド取付面４側の面）部分となる。

なお、本実施形態では、突起２０及びその接触面２１は、直列配設される四つのシリンダボア３に対して隣り合うシリンダボア３に対応する部分間が連続する構成であるが、当該部分間が非連続な構成であってもよい。つまり、シリンダブロック２におけるシリンダボア３の配設間隔等によっては、突起２０及びその接触面２１が、各シリンダボア３に対して（ダミーヘッド本体１０の各孔部１２に対して）独立して（筒状に）設けられる構成であってもよい。

また、本実施形態に係るダミーヘッド１においては、少なくともダミーヘッド本体１０が、シリンダブロック２よりも剛性の高い構成とされている。つまり、ダミーヘッド１において少なくともダミーヘッド本体１０が、シリンダブロック２よりも剛性の高い構造体として構成される。
ダミーヘッド本体１０がシリンダブロック２よりも剛性の高い構成とされるに際しては、ダミーヘッド本体１０が、シリンダブロック２よりも剛性の高い材料により構成される。シリンダブロック２よりも剛性の高い材料としては、シリンダブロック２を構成する材料よりもヤング率や剛性率等の弾性率が大きい材料等が用いられる。例えば、シリンダブロック２の材料がアルミニウム合金であるのに対し、ダミーヘッド本体１０を構成する材料としては、鋳鉄等の鉄合金を含む鉄が用いられる。つまりこの場合、アルミニウム製のシリンダブロック２に対してダミーヘッド本体１０が鉄製となる。また、ダミーヘッド本体１０の板厚を厚くする等のように、その立体的形状の面（構造面）からも剛性が高められる。
つまり、ダミーヘッド本体１０の剛性が、その材料面や構造面から高められることにより、ダミーヘッド１において少なくともダミーヘッド本体１０が、シリンダブロック２よりも剛性の高い構成とされる。

このように、ダミーヘッド１において、シリンダブロック２のボア周縁部に接触する接触面２１を有する突起２０を設けるとともに、ダミーヘッド本体１０を、シリンダブロック２よりも剛性の高い構成とすることにより、ダミーヘッド１をシリンダブロック２に組み付ける際のボルト締結によるボルト軸力を、効率的にボア荷重として作用させることができ、ダミーヘッド１をシリンダブロック２に組み付けることで、熱変形を含むエンジン実働時のボア変形を体現することが可能となる。

すなわち、シリンダボア３の仕上げ加工に際し、シリンダヘッドの組付け時に発生する組付け変形に比べて変形規模の大きい熱負荷によって発生する熱変形を含むエンジン実働時のボア変形を体現するためには、ダミーヘッド１をヘッドボルト８によってシリンダブロック２に組み付けることによる限られた総荷重（ボルト軸力の総計）を、可能な限り効率的にシリンダボア３を変形させるための荷重（ボア荷重）として作用させることが必要となる。

そこで、ダミーヘッド本体１０の剛性をシリンダブロック２よりも高くすることで、ボルト締結によるダミーヘッド本体１０自体の変形量を極力抑えることができ、ボルト軸力がダミーヘッド本体１０の弾性変形によって吸収されてしまうことが抑制される。さらに、ダミーヘッド１に突起２０を設け、該ダミーヘッド１をシリンダブロック２に対して組み付ける際に、前記突起２０の接触面２１をシリンダブロック２のボア周縁部にのみ接触させることで、ボア荷重分担率（総荷重に対してボア周縁部にかかる荷重の割合）を１００％にすることができる。
つまり、ダミーヘッド本体１０の剛性を高めてそのボルト締結による変形量を減らすことで、ヘッドボルト８によるボルト軸力を効率的にシリンダブロック２側に伝達できる。したがって、ダミーヘッド１における少なくともダミーヘッド本体１０の部分は、前記のとおりヘッドボルト８によるボルト軸力を効率的に伝達できるようにシリンダブロック２よりも十分に高い剛性を有する構成とされる。また、ダミーヘッド１における突起２０の接触面２１が接触するシリンダブロック２側の面を、ボア周縁部に限定することで、ダミーヘッド１を組み付けることによりシリンダブロック２にかかる総荷重を全てボア荷重として用いることができる。

このような構成を有するダミーヘッド１を用いることによるボア荷重の向上性については、次のとおりとなる。
ダミーヘッド１のシリンダブロック２に対する組付け時のヘッドボルト８によるボルト軸力を、実際のシリンダヘッド及びガスケットのシリンダブロック２に対する組付け時（実ヘッド組付け時）のボルト軸力と同等とした場合、シリンダブロック２に作用するボア荷重は、（１／実ヘッド組付け時のボア荷重分担率）倍となる。
言い換えると、本発明に係るダミーヘッド１を用いることにより、ダミーヘッド１を組み付ける際のボルト軸力を、実際のシリンダヘッド及びガスケットを組み付けるためのボルト軸力よりも大きくすることなく、ダミーヘッド１を組み付けることでシリンダブロック２に作用するボア荷重を（１／実ヘッド組付け時のボア荷重分担率）倍に向上することが可能となる。

このように、シリンダブロック２におけるシリンダボア３の仕上げ加工に際し、通常のボルト軸力によってダミーヘッド１を組み付けることにより、熱変形を含むエンジン実働時のボア変形を体現することができることから、シリンダブロック２のボルト穴（雌ねじ部分）の損傷のおそれをともなうことなく、エンジン実働時におけるシリンダボア３の真円度向上を図ることができる。

これにより、シリンダボア３におけるピストンの摺動にともなうフリクションを低減させることができ、シリンダブロック２が用いられて構成されるエンジンについての燃費の向上等が期待できる。
すなわち、ピストンにはシリンダボア３に対して摺接するピストンリングが装着されるところ、ボア変形に関し、真円からの歪みが大きいと、真円から大径に変形する部分（拡径する部分）ではピストンリングによるシール性が低下し、浸出によるオイル消費やブローバイガスの増大を招くこととなる。こうした状況は、ピストンリングの張力（拡がろうとする力）を大きくし（高張力化し）、シリンダボアの大径に変化する部分でもピストンリングによる最低限の押付け力が確保できるようにすることで避けることができる。しかし、ピストンリングの高張力化は、シリンダボア３における全体的なフリクションの増大を招く。そこで、前記のとおり、シリンダボア３の真円度の向上を図ることができることにより、シリンダボア３におけるピストンの摺動にともなうフリクションを低減させることができる。

ここで、ダミーヘッド１に設けられる突起２０の接触面２１のボア周縁部に対する接触に関しては、部分的な接触あるいは全面的な接触が考えられる。
接触面２１のボア周縁部に対する接触を部分的なものとする場合、ボア周縁部に対して所望の部位にのみ局所的にボア荷重を作用させることができる。これにより、熱変形を含むエンジン実働時のボア変形のように、より複雑な変形に対応することが可能となる。

その一方で、前述のようにダミーヘッド１を組み付けることによるボア周縁部に対するボア荷重の増加にともない、ボア周縁部にダミーヘッド１を組み付けることによる圧痕が残ることが懸念事項として挙げられる。ボア周縁部に残る圧痕は、実際のシリンダヘッド及びガスケットがシリンダブロック２に組み付けられた際のシール性の低下につながる。
こうしたボア周縁部に残る圧痕については、シリンダボア３の仕上げ加工後にボア周縁部の表面を加工することで対応できると考えられるが、これは加工工程の増加につながる。

そこで、ダミーヘッド１においては、突起２０が、接触面２１を介してボア周縁部に対して全面的に接触することが好ましい。
すなわち、例えば、シリンダブロック２においてボア周縁部（シリンダ部５の上面部分）が同一平面状に形成される場合、これに対応して突起２０の接触面２１が同一平面状に形成される。そして、ダミーヘッド１がシリンダブロック２に組み付けられた状態で、突起２０の接触面２１がボア周縁部に対して部分的ではなく全面で接触するように構成される。

このように、突起２０を、接触面２１を介してシリンダボア３の周縁部に対して全面的に接触させることにより、ダミーヘッド１をシリンダブロック２に組み付けることによってエンジン実働時のボア変形を体現させるためにボア周縁部に作用させるボア荷重が増加することによっても、ボア周縁部において局所的な高面圧部分が生じることを防止することができ、ボア周縁部に圧痕が残ることを防止することができる。

また、図２、図４、図６及び図７に示すように、ダミーヘッド１の突起２０は、接触面２１に対してシリンダボア３の径方向にくびれた部分でありそのくびれた部分の寸法の調整により突起２０の剛性が調整されるくびれ部２２を有する。

くびれ部２２は、ダミーヘッド本体１０の取付面１１における各孔部１２の周縁部が略筒状に突出する部分となる突起２０において、シリンダボア３の径方向、つまりダミーヘッド１がシリンダブロック２に組み付けられた状態での孔部１２の径方向（以下単に「径方向」ともいう。）に、接触面２１に対してくびれた部分となる。言い換えると、くびれ部２２は、ダミーヘッド本体１０の取付面１１と突起２０の接触面２１と間で前記のとおり略筒状に突出する突起２０において縮径された部分となる。

なお、図示のように本実施形態では、くびれ部２２のくびれ形状は、突起２０の突出方向に対して直線的（突起２０の他の部分に対して段階的）な形状であるが、くびれ部２２が突起２０の他の部分に対して滑らかに細くなるような（徐々に肉厚が薄くなるような）形状等であってもよい。
また、本実施形態では、くびれ部２２は、突起２０においてその突出方向（上下方向）略中央部に設けられ、突起２０が図２等に示す断面視で、突起２０に外周溝が形成されることで横凹部の形状を有するが、くびれ部２２がダミーヘッド本体１０の取付面１１に対して直接的に設けられ、突起２０が前記と同様の断面視でＬ字形状となる構成であってもよい。

さらに、本実施形態では、くびれ部２２は、その内側面が、突起２０の内周面とともにダミーヘッド本体１０の孔部１２を形成する壁面と同一面を形成するように設けられているが、くびれ部２２が突起２０における径方向の中途部に設けられ、突起２０が前記と同様の断面視でエ字形状あるいは逆Ｔ字形状となる構成であってもよい。
つまり、くびれ部２２についてシリンダボア３の径方向にくびれた部分とは、突起２０の外周側から肉薄とされる場合だけでなく、例えば内周溝が形成されること等により、突起２０の内周側から肉薄とされる場合も含む。

このように、ダミーヘッド１においては、突起２０に、接触面２１に対してシリンダボア３の径方向にくびれた部分となるくびれ部２２が設けられている。
そして、くびれ部２２を有する突起２０について、くびれ部２２の寸法を調整することにより、突起２０の剛性を調整する。
すなわち、くびれ部２２は、突起２０において他の部分に対して薄肉部分となり剛性が低い部分となる。そこで、前記くびれ部２２の寸法を調整することにより、突起２０全体としての剛性を調整する。

具体的には、図７に示すように、くびれ部２２において調整する寸法としては、くびれ部２２における径方向の肉厚についての寸法である肉厚寸法ｄ１と、くびれ部２２における突起２０の突出方向の長さについての寸法である長さ寸法ｄ２とが含まれる。これらくびれ部２２における肉厚寸法ｄ１及び長さ寸法ｄ２を含む寸法の調整を行うことにより、くびれ部２２を介して突起２０の剛性を調整する。
なお、図７は、図２に示す断面図と同様の方向及び位置における断面図であってダミーヘッド１とシリンダブロック２との接合部の径方向一側の拡大図を示す。

そして、前記肉厚寸法ｄ１及び長さ寸法ｄ２を含むくびれ部２２の寸法を、突起２０の部位（ボア周縁部に対する接触面２１の接触部位）に応じて変化させることで、突起２０の剛性を部分的に調整する。つまり、突起２０を、そのくびれ部２２が部位に応じて異なる寸法を有する構成とすることで、突起２０を部分的に異なる剛性を有する構成とする。

このように、突起２０にくびれ部２２を設け、このくびれ部２２の寸法を調整することにより、突起２０の剛性を調整する構成とすることで、ダミーヘッド１をシリンダブロック２に組み付けることでボア周縁部に作用させるボア荷重に分布を持たせることができ、そのボア荷重を成行きではなく意図的にコントロールすることが可能となる。
これにより、ダミーヘッド１をシリンダブロック２に組み付けることにより生じさせるボア変形を、熱変形を含むエンジン実働時のボア変形により忠実に対応させることが可能となる。

すなわち、シリンダブロック２におけるボア変形のうちエンジン実働時に生じる熱変形は、実ヘッド組付け時の組付け変形に比べて変形規模そのものが大きく、また実ヘッド組付け時に発生する荷重とは無関係の「熱応力」によって発生する。したがって、エンジン実働時のボア変形は、シリンダブロック２における冷却水の流れる位置や流量、あるいはシリンダボア３間の間隔の大きさ等の影響を受け複雑となる。
このため、ボア変形の熱変形を、ダミーヘッド１を組み付けることによってより忠実に体現するためには、ダミーヘッド１とシリンダブロック２のボア周縁部との接触部の面圧や、ダミーヘッド１のせん断方向（孔部１２の径方向）の剛性を部位に応じて異なるものにし、成行きではなく意図的にボア荷重（ボア周縁部に作用する荷重）をコントロールすることが必要となる。

しかし、従来のダミーヘッドは、前記のような部位ごとに応じた面圧やせん断方向の剛性をコントロールできる構造的特徴を有しないため、熱変形を含むエンジン実働時のボア変形を体現することが困難であった。
そこで、前述のとおり、突起２０にくびれ部２２を設け、突起２０の剛性を部位ごとに変化させることで調整することにより、ボア周縁部における面圧等をコントロールすることが可能となる。

突起２０においてくびれ部２２の寸法を部位ごとに変化させることについては、次のような態様が考えられる。
すなわち、例えば、エンジン実働時に比較的高温となって熱負荷が高くなり熱変形によるボア変形量が比較的多くなる中央部のシリンダボア３、つまり直列四気筒のエンジンを構成する本実施形態のシリンダブロック２においては中央二つのシリンダボア３に対応するボア周縁部に作用するボア荷重が大きくなるように、くびれ部２２の寸法を変化させる。つまりこの場合、シリンダブロック２におけるシリンダボア３ごとに、その対応する部分のくびれ部２２の寸法を変化させて異なるものとし、突起２０の剛性を調整する。
また、各シリンダボア３のボア周縁部に作用するボア荷重を周方向で変化させるように、くびれ部２２の寸法を変化させることが考えられる。つまりこの場合、突起２０における各シリンダボア３に対応する部分においてくびれ部２２の寸法を周方向に変化させて異なるものとし、突起２０の剛性を調整する。

突起２０においてくびれ部２２の寸法を変化させることによるボア変形の変化について、そのシミュレーション結果（簡易モデル）を示す図８を用いて説明する。
本シミュレーションは、突起２０における各シリンダボア３に対応する部分においてくびれ部２２の寸法を周方向で同一とした場合であって、くびれ部２２の肉厚寸法ｄ１（図７参照）の寸法を変化させた場合における、あるシリンダボア３についてのボア変形の変化を示すものである。

図８において、上段の図つまり図８（ａ）〜（ｃ）は、図７に対応する部分の断面図であって、本実施形態のくびれ部２２の肉厚寸法ｄ１の変化を示すものであり、そのくびれ部２２の肉厚寸法ｄ１を、それぞれ寸法値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３（Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３）とした場合を示す。
具体的には、図８（ａ）に示す肉厚寸法ｄ１の寸法値Ｌ１は、くびれ部２２が比較的肉薄（突起２０の他の部分の１／４程度の肉厚）の場合であり、同図（ｃ）に示す同寸法の寸法値Ｌ３は、くびれ部２２が比較的肉厚（突起２０の他の部分の３／４程度の肉厚）の場合であり、同図（ｂ）に示す同寸法の寸法値Ｌ２は、くびれ部２２が寸法値Ｌ１と寸法値Ｌ３の中間程度の肉厚（突起２０の他の部分の略半分の肉厚）の場合である。

また、図８において、下段の図つまり図８（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ同図（ａ）〜（ｃ）に対応するダミーヘッド１を組み付けた場合の、シリンダボア３の内面（シリンダボア３を形成する壁面）の変形を示すものであり、ＣＡＥ計算を用いた一例である。
つまり、図８（Ａ）はくびれ部２２の肉厚寸法ｄ１の値を寸法値Ｌ１とした場合のボア変形、同図（Ｂ）は同じく寸法値Ｌ２とした場合のボア変形、同図（Ｃ）は同じく寸法値Ｌ３とした場合のボア変形のＣＡＥ計算結果例を示す。なお、図８（Ａ）〜（Ｃ）の各図における上下はシリンダボア３の上下に対応し、同各図に示すボア変形は、説明の便宜のためその変形を誇張して示してある。また、同各図における縞模様は、シリンダボア３の内面の変位量を示すものであり、中央部から外側にかけてその変位量が多くなる。

図８（ａ）に示すように、くびれ部２２の肉厚寸法ｄ１が寸法値Ｌ１の場合、ダミーヘッド１を組み付けることによるボア荷重が、シリンダブロック２のボア周縁部における内側部分に局所的に作用することとなる。
この場合、同図（Ａ）に示すように、シリンダボア３は、その上部が窄まるような変形（シリンダ部５の上部が内側に倒れ込むような変形）をともなう（図中、点線部分参照）。また、シリンダボア３の下部は外側に膨らむような変形をともなう。

また、図８（ｂ）に示すように、くびれ部２２の肉厚寸法ｄ１が寸法値Ｌ２の場合、くびれ部２２の寸法が前述した寸法値Ｌ１の場合と比べて外側に大きくなる分、ボア周縁部においてボア荷重が作用する部分が外側に広がることとなる。
この場合、同図（Ｂ）に示すように、シリンダボア３の上部の変形が、くびれ部２２の肉厚寸法ｄ１が寸法値Ｌ１の場合と比べて比較的緩やかとなる（図中、点線部分参照）。つまりこの場合、シリンダボア３は、その上部の変形はわずかであって下部のみが前記の場合（図８（Ａ）参照）と同様に外側に膨らむような変形をともなう。

また、図８（ｃ）に示すように、くびれ部２２の肉厚寸法ｄ１が寸法値Ｌ３の場合、くびれ部２２の寸法が前述した寸法値Ｌ１の場合と比べて寸法値Ｌ２の場合よりもさらに外側に大きくなる分、ボア周縁部においてボア荷重が作用する部分がより外側に広がることとなる。
この場合、同図（Ｃ）に示すように、シリンダボア３は、その上部が拡がるような変形（シリンダ部５の上部が外側に倒れるような変形）をともなう（図中、点線部分参照）。また、シリンダボア３の下部は、前記各場合（図８（Ａ）、（Ｂ）参照）と同様に外側に膨らむような変形をともなう。

これらのシミュレーション結果からわかるように、突起２０のくびれ部２２の寸法について少なくとも肉厚寸法ｄ１が変化することにより、ダミーヘッド１を組み付けることによるボア変形が変化する。つまり、くびれ部２２の肉厚寸法ｄ１を変化させることにより、突起２０の剛性を調整することができ、成行きではなく意図的にボア荷重等をコントロールすることが可能となる。これにより、ダミーヘッド１を組み付けることによるボア変形をコントロールすることが可能となる。

こうしたくびれ部２２の寸法を変化させることによるボア変形の変化に関し、特に、前述したシミュレーション結果のように、シリンダボア３の上部の変形は、くびれ部２２の肉厚寸法ｄ１を変化させることによる影響を受けやすい部分となる。具体的には、くびれ部２２の肉厚寸法ｄ１を内側から外側に向けて大きくするほど、シリンダボア３上部の変形を窄まる側の変形から広がる側の変形に調整することができる。
また、シリンダボア３の上部は、その上方に燃焼室が形成されることから比較的高温となる部分でありエンジン実働時において変形しやすい部分となる。
したがって、くびれ部２２の肉厚寸法ｄ１を調整することは、ダミーヘッド１を組み付けることによるボア変形を、熱変形を含むエンジン実働時におけるボア変形に効果的に対応させることにつながる。

以上のように、本実施形態に係るダミーヘッド１においては、シリンダブロック２のヘッド取付面４とダミーヘッド本体１０の取付面１１との間に介在する突起部材としての突起２０は、ダミーヘッド本体１０と一体的に構成されている。
具体的には、例えば、鋳造による一体成型や削り出し等により、ダミーヘッド１において突起２０がダミーヘッド本体と一体的に構成される。

このように、シリンダブロック２のヘッド取付面４とダミーヘッド本体１０の取付面１１との間に介在させる突起部材を、ダミーヘッド本体１０に対する突起２０として一体的に構成することにより、ダミーヘッド１を用いたシリンダボア３の仕上げ加工に際し、作業性の向上が図れ、加工工程の自動化を図るうえでもコスト面や作業性の面で好適なものとなる。

すなわち、例えば従来のようにダミーヘッドとシリンダブロックのヘッド取付面との間にガスケットが介装される構成の場合、ダミーヘッドのヘッド取付面に対する組付けに際しては、ヘッド取付面に対するガスケットの載置、及びその上からのダミーヘッドの載置という手順を経ることとなる。
そこで、前記のとおり突起２０がダミーヘッド本体１０と一体的であることにより、ダミーヘッド１が突起２０を含め一体の構造物となるので、ダミーヘッド１のヘッド取付面４に対する載置等の作業の簡略化が図れ作業性が向上する。
また、突起２０がダミーヘッド本体１０と一体的であることにより、ダミーヘッド１の搬送やヘッド取付面４に対する載置が容易となり、シリンダブロック２の加工工程の自動化に適したものとなる。

一方、ダミーヘッド１における突起２０は、ダミーヘッド本体１０に対して別部材とされる構成であってもよい。
この場合、例えば図７に示すニ点鎖線が分離位置とされ、突起２０がダミーヘッド本体１０に対して別部材により構成される。
なお、突起２０がダミーヘッド本体１０に対して別部材により構成される場合であっても、別部材の突起２０がボルト等の締結具が用いられてダミーヘッド本体１０に対して固着されること等により、前述したような突起２０のダミーヘッド本体１０に対する一体的な構成が実現される。

このように、突起２０をダミーヘッド本体１０に対して別部材とすることにより、突起２０をダミーヘッド本体１０に対して剛性の異なる材料で構成することが可能となり、材料の面から突起２０の剛性を調整することが可能となる。

また、突起２０をダミーヘッド本体１０に対して別部材とすることにより、ダミーヘッド１を用いた多数のシリンダブロック２に対する加工に際してダミーヘッド１のシリンダブロック２に対する組付け及び取外しが繰り返されることで、突起２０の接触面２１に、ボア周縁部における圧痕の原因となる、摩耗等による表面の荒れ（凹凸）が生じた場合であっても、突起２０の部分を交換することが可能となる。

この点、突起２０がダミーヘッド本体１０に対して鋳造等により一体的に構成される場合であっても、突起２０の接触面２１の表面を剥くこと等により、その摩耗限界（荒れ具合の限界）に対処することができる。
すなわち、突起２０において、その剛性に影響する部位、つまりボア変形に対して直接的に影響する部位はくびれ部２２である。このため、接触面２１が摩耗限界に達した際は、その表面に加工を施して接触面２１の表面を剥くにより、突起２０の作用によるボア変形に影響することなく、ダミーヘッド１の再度の使用が可能となる。

以上の実施形態においては、ダミーヘッド１が用いられて行われる加工の対象としてのシリンダブロック２は、オープンデッキ型の構造であるが、これに限定されず、いわゆるクローズドデッキ型の構造であってもよい。また、本発明は、シリンダブロック２の材質や鋳造法（アルミダイカスト等）にとらわれることなく適用可能である。

本発明の一実施形態に係るダミーヘッドのシリンダブロックに対する組付け状態を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係るダミーヘッドとシリンダブロックとの接合部を示す断面図。 本発明の一実施形態に係るダミーヘッドを示す斜視図。 同じく長手方向側面図。 同じく底面図。 同じく短手方向側面図。 本発明の一実施形態に係るダミーヘッドとシリンダブロックとの接合部を示す部分拡大断面図。 くびれ部の寸法を変化させることによるボア変形の変化についてのシミュレーション結果を示す図。

符号の説明

１ ダミーヘッド（シリンダブロックの加工用治具）
２ シリンダブロック
３ シリンダボア
４ ヘッド取付面（シリンダヘッド取付面）
１０ ダミーヘッド本体
１１ 取付面
２０ 突起（突起部材）
２１ 接触面
２２ くびれ部

Claims (8)

1. シリンダブロックが有するシリンダボアに対する仕上げ加工に際し、シリンダブロックのシリンダヘッド取付面にボルト締結によって組み付けられることにより、前記シリンダボアを変形させるダミーヘッド本体を備えるシリンダブロックの加工用治具であって、
   前記ダミーヘッド本体のシリンダブロックに対する取付面側に、前記シリンダヘッド取付面における前記シリンダボアの周縁部に接触する接触面を有する突起を設け、
   少なくとも前記ダミーヘッド本体を、シリンダブロックよりも剛性の高い構成としたことを特徴とするシリンダブロックの加工用治具。
2. 前記突起は、前記接触面を介して前記シリンダボアの周縁部に対して全面的に接触することを特徴とする請求項１に記載のシリンダブロックの加工用治具。
3. 前記突起は、前記接触面に対して前記シリンダボアの径方向にくびれた部分でありそのくびれた部分の寸法の調整により該突起の剛性が調整されるくびれ部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリンダブロックの加工用治具。
4. 前記突起を、前記ダミーヘッド本体に対して別部材として構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のシリンダブロックの加工用治具。
5. シリンダブロックのシリンダヘッド取付面に、ダミーヘッド本体をボルト締結によって組み付けることにより、シリンダブロックが有するシリンダボアを変形させた状態で、該シリンダボアに対する仕上げ加工を行うシリンダブロックの加工方法であって、
   前記ダミーヘッド本体を、シリンダブロックよりも剛性の高い構成とし、
   前記シリンダヘッド取付面と、前記ダミーヘッド本体のシリンダブロックに対する取付面との間に、前記シリンダヘッド取付面における前記シリンダボアの周縁部に接触する接触面を有する突起部材を介在させることを特徴とするシリンダブロックの加工方法。
6. 前記突起部材を、前記接触面を介して前記シリンダボアの周縁部に対して全面的に接触させることを特徴とする請求項５に記載のシリンダブロックの加工方法。
7. 前記突起部材に、前記接触面に対して前記シリンダボアの径方向にくびれた部分となるくびれ部を設け、該くびれ部の寸法を調整することにより、該突起部材の剛性を調整することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のシリンダブロックの加工方法。
8. 前記突起部材を、前記ダミーヘッド本体と一体的に構成することを特徴とする請求項５〜７のいずれかの項に記載のシリンダブロックの加工方法。

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