JP2001524031A - 処理部材のボア孔の表面を処理するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、処理部材のボア孔の表面（Ｉ）、特にエンジンブロック（Ｍ）のシリンダボア（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）の摺動経路（Ｉ）を、偏向用光学機器（１００）によって処理対象の表面（Ｉ）に導向されたレーザビーム（Ｘ）により処理するための方法と、処理部材のボア孔の表面処理を高精度及び高効率で安価に可能とする同じ処理目的のために適した装置とに関している。本発明による方法は、処理中において偏向用光学機器（１００）は不動とされ、処理部材は、処理対象ボア孔の長手軸線に平行に整列された回転軸線の回りに回転させられ、処理部材（Ｍ）の回転の間に生ずる質量不均衡は釣合質量体（２１，２２）により均衡化されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 処理部材のボア孔の表面を処理するための方法及び装置 本発明は、処理部材のボア孔の表面、特に、エンジンブロックのシリンダボア の摺動経路を、処理されるべき表面に対して偏向用光学機器により導向されたレ ーザビームにより処理するための方法及び装置に関する。 ボア孔の高荷重表面の表面処理、特に内燃機関のシリンダボアの摺動表面の処 理に対しては、高エネルギ密度のレーザビームにより処理対象摺動経路を加熱す る装置が使用される。ボア孔内へのレーザビームの入射は偏向用光学機器の回転 軸線と共軸的であり、前記回転軸線はボア孔の長手軸線と一致している。前記偏 向用光学機器内において、レーザビームは、回転ミラーにより偏向されると共に 、処理対象表面に向けて発射される。 公知の処理部署の場合において、偏向用光学機器は小型及び軽量のために高回 転速度にて問題なく回転され得る。完了時の回転数に依存して、処理完了まで、 処理中においては、偏向用光学機器は適当なリニア駆動装置によりボア孔内に漸 進的に深く挿入される。これに続き、前記偏向用光学機器はボア孔から引抜かれ ると共に、さらなるリニア駆動装置により次の処理対象ボア孔へと移動される。 公知の処理部署の利点は、その偏向用光学機器の軽量性に依るものである。こ れにより、ボア孔表面を処理するときに小質量体のみを移動することが可能とな る。従って、低い遠心力のみを表面処理の間に克服すれば良い。さらに、偏向用 光学機器の高回転速度は、ボア孔表面の効率的で均等な処理を結果としてもたら す。軽量性は、さらに、偏向用光学機器を次の処理対象ボア孔に向けて少ないエ ネルギ消費で容易に移動させるのを可能とする。公知の処理部署のこれらのふた つの既知利点のために、前記部署は、コンパクトかつ低コストとされることから 、さらに経済的に製造され得る。 しかしながら、実際の使用において、公知の処理部署の作動は低効率であるこ とが判った。すなわち、制限されたスペースと、偏向用光学機器の偏向ミラーを その回転軸線回りに配置する必要性とのために、レーザビームの一部しか実際に 処理対象表面に到達していない。 実際の経験から知られる上述の技術状況とは別に、日本特許要約Ｃ−５０の１ ９８１年の第５巻第５４号のＪＰ５６−５９２３Ａは、偏向用光学機器により処 理対象表面に導向されたレーザビームによって円筒状部材のボア孔表面の加熱処 理のために、処理の間に、偏向用光学機器は不動とされ、円筒状部材が処理対象 ボア孔の長手軸線に平行な回転軸線回りに回転させられる装置を開示している。 本発明の目的は、高精度及び高効率で部材のボア孔の表面を処理し得る方法及 び装置を低コストにて提供することである。 前述の導入部に記述された種類の方法に関して、本発明の目的は以下の処理方 法で満足される。この処理方法において、処理中には、偏向用光学機器は不動と され、処理部材は、処理対象ボア孔の長手軸線に平行に整列された回転軸線回り を回転させられ、処理部材の回転の間に生ずる質量不均衡は釣合質量体により均 衡化される。好ましくは、処理部材の回転軸線は処理対象ボア孔の回転軸線と一 致されられる。 本発明の目的は、さらに、処理部材のボア孔の表面、特にエンジンブロックの シリンダボアの摺動経路を、レーザビームにより処理する以下の装置によって満 足される。この装置は、処理対象表面上にレーザビームを偏向するために処理対 象ボア孔内に挿入可能であ る偏向用光学機器と、各処理対象ボア孔の長手軸線に平行でボア孔内に位置する 回転軸線回りに処理部材を回転するための駆動回転台とを具備し、駆動回転台は 、処理部材の回転中に生じる質量不均衡を均衡化するために駆動回転台に接続可 能な少なくとも一つの釣合質量体を有している。 本発明によれば、レーザのための偏向用光学機器は不動とされ、処理対象ボア 孔内に位置する回転軸線回りを処理部材全体が回転させられることが提案される 。同時に、処理部材を回転することにより引き起こされる質量不均衡は、適切に 配置された釣合質量体により均衡化される。このようにして、処理部材の回転の 間におけるかなりの遠心力にも関わらず、処理の間における静粛で故障の無い処 理部材の回転が保証される。 処理部材を駆動する本発明の装置の増加費用にも関わらず、特に、エンジンブ ロックなどの大型重量部材を処理するときの大きな駆動力の必要性にも関わらず 、また、重量部材を回転するときに均衡化されるべき相当の遠心力にも関わらず 、驚くべきことに、従来の処理方法と比較して相当の改善結果が達成される。こ れが可能なのは、処理の間において不動の偏向用光学機器が処理部材の回転運動 振動から遮断されることにより、レーザビームはハウジングの振動により影響さ れずに高精度で処理対象表面上に投射され得るからである。 処理対象表面上へのレーザビームの投射の精度は、さらに、ボア孔内に投射さ れたレーザビームの中心がボア孔の長手軸線から離間されることにより改善され 得る。従って、偏向用光学機器の偏向ミラーは、処理対象表面に対して相当の距 離にて配置され得る。もたらされる焦点距離増大の結果として、レーザビームの 投射精度の改善が達成される。 特に複雑な形状の処理部材を処理する場合において、処理部材の回転の間に生 ずる質量不均衡に依存して、釣合質量体の位置及び／又は重量を変化せしめる調 整器に対して制御信号を供給する制御器が配備されれば好適である。このような 制御器に依れば、処理部材の回転の間における質量不均衡は自動的に均衡化され 得る。 質量不均衡の均衡化は、機械的連結によって、処理部材の位置変化が、処理部 材の位置変化により引き起こされる質量不均衡を均衡化するために釣合質量体の 対応する位置変化を結果としてもたらすような経済的な手法でも可能である。こ のような構造の本発明による装置は、質量不均衡を結果としてもたらす処理部材 の任意の位置変化が、質量不均衡を均衡化するように釣合質量体の対応する位置 変化を結果としてもたらすことを保証する。このような動作の機械的連結は容易 に実現可能であり、処理部材が第一直線移動経路に沿って移動可能な第一スライ ド部材に取付け可能とされ、釣合質量体が第一移動経路に平行に整列された第二 移動経路に沿って移動可能とされ、第一スライド部材の移動がラック及びピニオ ン歯車により釣合質量体の移動と連結される。本発明のこのような実施形態は、 特に、例えばエンジンブロックのシリンダボアのような処理対象ボア孔が直線的 に配置されている場合に好都合である。この点に関し、もし、少なくとも二つの 釣合質量体が存在するならば、釣合質量の一方に対する移動経路は第一スライド 部材の一方側領域に配置され、釣合質量体の他方に対する移動経路は第一スライ ドの反対側に配置されることも好適である。このようにして、それぞれが小型及 び低重量である数個の釣合質量体が、本発明による装置に対してスペースを節約 して取付け可能である。 高精度で作動する本発明の実際の実施形態は、処理部材を担持するスライド部 材が、主回転台駆動器により駆動される回転台上に配 置され、スライド部材は、主回転台駆動器に連結された駆動軸の回転動作をスラ イド部材の直線動作に変換するギヤにより、駆動軸に連結され、中間ギヤが配備 され、中間ギヤにより付加的な回転台駆動動作を導入することにより、回転台と 駆動軸との間の回転速度差が発生可能であることを特徴とする。このような構成 の装置は、処理部材が回転している間に、処理部材を担持するスライド部材を直 線移動経路に沿って調節することが可能とする。ひとつのボア孔の処理の後にお いて処理部材を再位置決めすべく回転を中止することが不要であり、回転台を制 動して再始動するための作業時間の損失は無い。 もし、偏向用光学機器が、ボア孔内に挿入可能であるハウジングを具備して、 レーザービームがボア孔の長手軸線に関して偏倚されるようにハウジング内に投 射され、また、偏向用光学機器が、レーザビームの入射経路においてハウジング 内に配置された偏向ミラーを具備して、この偏向ミラーが、ハウジングのケース 表面に設けられた出口開孔にレーザビームを偏向するならば、好適である。偏向 用光学機器のこのような実施形態は、処理対象表面に対してレーザビームを最大 焦点距離にて正確に投射することを可能とする。 本発明はかなりの利点を提供し、処理対象ボア孔の長手軸線に関して偏倚され たレーザビームの位置のために、偏向用光学機器の領域において、ボア孔表面の 処理から生じた気体の吸引除去のための適当なスペースを簡単に提供可能である 。このように、偏向用光学機器は汚れなく維持可能であり、以前に除去した粒子 の堆積により引き起こされる処理結果への悪影響は防止可能である。 以下において、本発明は一実施形態を図示する図面によりさらに詳細に示され る。 図１は、エンジンブロックのシリンダボアの摺動表面を処理する 装置の側面図である。 図２は、図１による装置の平面図である。 図３は、図１及び図２による装置の正面部分断面図である。 図４は、図１から図３による装置での使用が意図されたボア孔内に挿入される 偏向用光学機器の長手方向部分断面図である。 図５は、図４に示した偏向用光学機器の平面図である。 図１から図３に示された装置１は、回転台３を担持する中空軸４が保持される 取付部２を備えている。中空軸４の内側の軸受上には駆動軸５が延在し、駆動軸 の端部５ａ，５ｂは、回転台３と結合された中空軸４の上端と中空軸４の下端４ ｂから突出している。駆動軸５の上端部５ａには円錐歯車６が配備されると共に 、駆動軸の下端部５ｂにはプーリ７が取付けられる。 駆動軸５に取付けられた円錐歯車６は、駆動軸５に直角に整列された螺条付き スピンドル８に取付けられた円錐歯車９と噛合する。駆動軸５と関連する螺条付 きスピンドル８の端部は、回転台３により支持された軸受１０上を延在する。螺 条付きスピンドル８には、螺条片１１によってスライド部材１２に連結される。 スライド部材１２は、回転台３に取付けられた直線状の平行なガイドレール１ ３，１４により摺動可能に保持される。各ガイドレール１３，１４と関連して、 スライド部材１２の下側には歯付ラック１５，１６が配備される。歯付ラック１ ５，１６の歯は、スライド部材１２の最も近い縁部を向いている。また、回転台 ３に当接して延在する各歯部１７，１８は、歯付ラック１５，１６と噛合する。 これに加え、各歯付ラックは歯部１７，１８と噛合し、歯付ラックは、スライド 部材１２に平行に配置されたさらなるスライド部材１９，２０のスライド部材１ ２に関連する側縁部により形成されている。スライド部材１９，２０のそれぞれ は、スライド部材１２によ り支承されたエンジンブロックＭの重量の半分に対応する重量の釣合質量体２１ ，２２を担持する。歯付ラック１５，１６と、歯部１７，１８と、スライド部材 １９，２０の歯付ラックとによって、一方向におけるスライド部材１２の移動は 、逆方向におけるスライド部材１９，２０のそれぞれの再配置を引き起こす。 その頂部において、スライド部材１２は、互いに軸線平行に配置された複数の ローラ２３を備えることから、エンジンブロックＭを担持する搬送パレット２４ は積込み及び積下ろし器２５によってスライド部材１２上へ滑り移動可能である 。各図中に示された位置において、エンジンブロックＭは搬送パレット２４と共 にスライド部材１２に固定される。 中空軸４の下端部にも、適当なベルト２７を有するプーリ２６が取付けられて いる。このベルト２７は、中空軸４を、取付部２に保持された中間軸２９の下側 軸端部に取付けられたプーリ２８に接続する。上側端部において、中間軸２９は 二つのプーリ３０，３１を担持する。中間軸２９は、上側プーリ３１によって主 駆動器３２に接続される。 他方のプーり３０を介して、ベルト３４により、中間ギヤ３３の入力軸に取付 けられたプーリ３５は中間軸２９に接続される。ベルト３６は中間ギヤ３３の出 力軸により支承されたプーリ３７を駆動軸５のプーリ７に接続し、それにより、 駆動軸５は中間ギヤ３３及び中間軸２９により主駆動器３２に接続される。 中間ギヤ３３と相互作動する付加的駆動モータ３８によって、駆動軸５のため の駆動系に対して、さらなる回転動作を導入可能となり、この駆動系は、ベルト ３４と、プーリ３５と、中間駆動器３３と、プーリ３７と、ベルト３６とにより 形成されるものである。この回転動作は、回転台３の回転方向と同一とすること ができるが、 逆方向とすることもできる。 プーリ７，２６，２８，３０，３１，３５，３７の直径は、付加的駆動モータ ３８が電源切断されたときに、中空軸４により支承された回転台３と同一速度で 駆動軸５が回転するように、相互適合されている。もし、付加的駆動モータ３８ が、駆動軸５のための駆動系に対して回転台と同一方向の回転動作を導入すれば 、駆動軸５は回転台３よりも高い速度で回転する。この結果として螺条付きスピ ンドル８は、回転台３と駆動軸５との間の回転速度差に対応する速度での回転を 開始する。このようにして、スライド部材１２は直線動作軌跡上をガイドレール １３，１４に沿って移動する。対照的に、もし、中間駆動器３３によって駆動軸 ５のための駆動系へ回転台３の回転方向と逆の回転が導入されると、駆動軸５は これに対応して回転台３よりも低速で回転し、それにより、螺条付きスピンドル ８は逆方向に回転を開始する。従って、スライド部材１２は前述の方向とは逆方 向に移動する。 図４及び図５に示された偏向用光学機器１００は、円筒状のポット形状ハウジ ング１０１を備えている。このハウジングの直径は、エンジンブロックＭの処理 対象ボア孔Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の直径よりも小さい。こうして、偏向用光学 機器１００をボア孔内に共軸的に挿入すると、内部表面Ｉとハウジング１０１の ケース表面１０２との間には環状間隙Ｒが存在する。 偏向用光学機器１００は垂直方向に作動する調整装置５１のブーム５０の自由 端に固定され、この調整装置は、偏向用光学機器１００の長手軸線Ｌｇが回転台 ３の回転軸線Ｌｄと共軸的に整列されるように位置している。 そのケース表面１０２とその底部との間の遷移領域において、ハウジング１０ １は、プリズム状断面のミラーインサート１０３が挿 入される凹所を備えている。ハウジング１０１の内側と関連するミラーインサー ト１０３のミラー表面１０４は、ハウジング１０１の長手軸線Ｌｇと４５°の角 度で整列され、ミラー表面１０４の中心は長手軸線Ｌｇに関してハウジング直径 の４分の１だけ偏倚されるように配置される。 ハウジング１０１の内部には、ミラー表面１０４の直径よりも大きな直径を有 する通路１０５が存在し、この通路はミラー表面１０４と同心的にミラー表面１ ０４の上方に位置している。通路１０５の進入用開孔１０９はハウジング１０１ の上縁１０６に位置している。 ハウジング１０１のケース表面１０２は、開孔１０７を備えている。この開孔 １０７は、ミラー表面の中心と交差して長手軸線Ｌｇに対して直交整列された平 面内に位置すると共に上方から見たときにミラー表面１０４に対して直角に交わ る仮想直線と同心的に配置される。 回転台３が回転され、回転台３と共にエンジンブロックＭが回転されるときに 、エンジンブロックＭの前後配置のボア孔Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の内部表面Ｉ を処理するために、偏向用光学機器１００は調整装置５１によって内部表面Ｉの 処理開始位置まで処理対象ボア孔Ｂ１内に下降される。次に、レーザビームＸを 発生するための装置８０が電源投入される。当初、ハウジング１０１の長手軸線 Ｌｇと直角に整列されるレーザビームＸは、適当な偏向ミラー８１により偏向さ れ、それにより、レーザビームは、偏向用光学機器１００の長手軸線Ｌｇに平行 に整列された偏向用光学機器１００に対して所定距離に在るビームとしてハウジ ング１０１に到達する。その中心Ｚは、偏向用光学機器１００の通路１０５の入 口に関して同心的に整列される。通路１０５を通り偏向用光学機器１００のハウ ジングに到達するレーザビームＸはミラー表面１０４上に投射され、ミラー表面 １０４はレーザビームＸをハウジング１０１の開孔１０７に向けて直角に偏向す る。レーザビームＸは開孔１０７により偏向用光学機器１００を離れ、回転する 処理対象の内部表面Ｉに到達する。 レーザビームＸにより引き起こされる内部表面Ｉの加熱は、内部表面に付着し ている粒子の蒸発を結果としてもたらす。生じた気体は吸引により除去され、こ の吸引は、偏向用光学機器１００のハウジング１０１とボア孔Ｂ１の内部表面Ｉ との間に形成された環状間隙Ｒと、通路１０５及びその壁部により占められてい ない断面とを介して行われる。 処理の進行に依存して、偏向用光学機器１００は処理対象の内部表面Ｉの終端 部に到達するまでボア孔Ｂ１内で下降される。次いで、偏向用光学機器１００は ボア孔Ｂ１から取出される。回転台３は前述のように回転され続ける一方、次に 処理されるべきボア孔Ｂ２の長手軸線が偏向用光学機器１００の長手軸線Ｌｇと 共軸的に整列されるまで駆動軸５の駆動系に付加的な駆動動作を導入することに より、連続的にスライド部材１２は直線方向に移動される。歯付ラック１５，１ ６、歯部１７，１８、及びスライド部材１９，２０の歯付ラックにより引き起こ されるエンジンブロックＭを担持するスライド部材１２と釣合質量体２１，２２ を担持するスライド部材１９，２０との動作の連結のために、釣合質量体２１， ２２は、常に、回転するエンジンブロックＭにより引き起こされる質量不均衡を 均衡化する位置となる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．処理部材のボア孔の表面（Ｉ）、特にエンジンブロック（Ｍ）のシリンダ ボア（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）の摺動経路（Ｉ）を、偏向用光学機器（１００ ）により処理対象の前記表面（Ｉ）に導向されたレーザビーム（Ｘ）により処理 するための方法であって、処理中において、前記偏向用光学機器（１００）は不 動とされ、前記処理部材（Ｍ）は、処理対象の前記ボア孔の長手軸線に平行に整 列された回転軸線回りを回転させられ、前記処理部材（Ｍ）の回転の間に生ずる 質量不均衡は、釣合質量体（２１，２２）により均衡化されることを特徴とする 方法。 ２．前記処理部材（Ｍ）の回転軸線は、処理対象の前記ボア孔（Ｂ１，Ｂ２， Ｂ３，Ｂ４）の長手軸線と一致することを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．前記ボア孔（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）内に投射されるレーザビーム（Ｘ ）の中心（Ｚ）は、前記ボア孔（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）の長手軸線から離間 されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。 ４．処理部材（Ｍ）のボア孔の表面、特にエンジンブロック（Ｍ）のシリンダ ボア（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）の摺動経路（Ｉ）を、レーザビーム（Ｘ）によ り処理するための装置であって、処理対象の前記表面（Ｉ）上に前記レーザビー ム（Ｘ）を偏向するために処理対象の前記ボア孔（Ｂｌ，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）内 に挿入可能な偏向用光学機器（１００）と、処理対象の前記各ボア孔（Ｂ１，Ｂ ２，Ｂ３，Ｂ４）の長手軸線に平行に前記ボア孔内に位置する回転軸線（Ｌｇ） 回りに前記処理部材（Ｍ）を回転させるための駆動回転台とを具備し、前記駆動 回転台は、前記処理部材（Ｍ）の回転の 間に生ずる質量不均衡を均衡化するために前記駆動回転台に接続可能な少なくと も一つの釣合質量体（２１，２２）を有する装置。 ５．制御器が、前記処理部材（Ｍ）の回転の間に生ずる質量不均衡に依存して 、前記釣合質量体（２１，２２）の位置及び／又は重量を変更するための調整器 に対して制御信号を発することを特徴とする請求項４記載の装置。 ６．機械的連結によって、前記処理部材（Ｍ）の位置変化は、前記処理部材（ Ｍ）の位置の変化により引き起こされる質量不均衡を均衡化するために前記釣合 質量体（２１，２２）の対応する位置変化を結果としてもたらすことを特徴とす る請求項４記載の装置。 ７．前記処理部材（Ｍ）は、第一直線移動経路に沿って移動可能な第一スライ ド部材（１２）に取付け可能であり、前記釣合質量体（２１，２２）は、前記第 一移動経路に平行に整列された第二移動経路に沿って移動可能であり、前記第一 スライド部材（１２）の移動は、ラック及びピニオン歯車により前記釣合質量体 （２１，２２）の移動と連結されていることを特徴とする請求項６記載の装置。 ８．少なくとも二つの前記釣合質量体（２１，２２）が配備されることを特徴 とする請求項４から７のいずれかに記載の装置。 ９．前記釣合質量体（２１，２２）の一方のための一つの移動経路は前記第一 スライド部材（１２）の一方側領域に配置され、前記釣合質量体（２１，２２） の他方のための移動経路は前記第一スライド部材（１２）の反対側に配置される ことを特徴とする請求項８記載の装置。 １０．前記処理部材（Ｍ）を担持する前記第一スライド部材（ｌ２）は、主回 転台駆動器により駆動される回転台（３）上に配置され、前記第一スライド部材 （１２）は、前記主回転台駆動器に連結された駆動軸（５）の回転動作を前記第 一スライド部材（１２）の 直線動作に変換するギヤにより、前記駆動軸（５）に連結され、中間ギヤ（３３ ）が配備され、前記中間ギヤ（３３）により付加的な回転台駆動動作を導入する ことにより、前記回転台（３）と前記駆動軸（５）との間の回転速度差が発生可 能であることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の装置。 １１．前記処理部材（Ｍ）の回転軸線は前記処理部材（Ｍ）の前記ボア孔（Ｂ １，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）の長手軸線と一致することを特徴とする請求項４から１ ０のいずれかに記載の装置。 １２．前記偏向用光学機器（１００）は、前記ボア孔（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ ４）内に挿入可能なハウジング（１０１）を具備し、前記レーザービーム（Ｘ） は、前記長手軸線（Ｌｇ）に関して偏倚されるように前記ハウジング内へ投射さ れ、前記偏向用光学機器は、前記レーザビーム（Ｘ）の入射経路において前記ハ ウジング（１０１）内に配置された偏向ミラー（１０４）を具備し、前記偏向ミ ラーは、前記ハウジング（１０１）のケース表面（１０２）に設けられた出口開 孔（１０７）に前記レーザビーム（Ｘ）を偏向することを特徴とする請求項１１ 記載の装置。