JP2006083456A - 溶射前処理方法およびエンジンのシリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】 凹部相互間の凸部を除去して形成する微細凹凸部を充分なものとして、その後形成する溶射皮膜の密着力を高める。
【解決手段】 ボーリングバー７を回転させつつ軸方向に移動させることで、シリンダボア内面３に対してねじ切り加工を行ってねじ部９を形成する。ねじ切り加工後は、ボーリングバー７を上記とは逆方向に回転させつつ引き抜き、その後は、先端に刃具１５を備えた工具１１を、ねじ部９にねじ込んだ状態から引き抜き、このとき刃具１５によって、ねじ山１７をせん断により除去して粗面を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶射皮膜を形成する前の円筒内面を粗面に形成する溶射前処理方法およびエンジンのシリンダブロックに関する。

自動車用エンジンの重量低減および排気処理対応に効果のあるライナレスアルミシリンダブロックのシリンダボア内面に対して溶射皮膜を形成する際に、その前工程として、溶射皮膜の密着性を高める目的でシリンダボア内面を粗面に形成する必要がある。

例えば、下記特許文献１には、シリンダボア内面に対し、ボーリング加工を行ってねじ状の凹部を形成するとともに、このとき発生する切削片によって、凹部相互間の凸部を除去して微細凹凸部となる新生面を形成している。
特開２００２−１５５３５０号公報

しかしながら、上記した従来の溶射前処理方法では、使用過程における工具の摩耗によって、切削片により形成する微細凹凸部が充分得られず、その後形成する溶射皮膜の密着力の低下を招き、溶射皮膜の信頼性が低下する。

そこで、本発明は、凹部相互間の凸部を除去して形成する微細凹凸部を充分なものとして、その後形成する溶射皮膜の密着力を高めることを目的としている。

本発明は、溶射皮膜を形成する前の円筒内面を粗面に形成する溶射前処理方法において、前記円筒内面に対してねじ切り加工を行い、このねじ切り加工により形成したねじ山を工具によりせん断して粗面を形成することを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、円筒内面にねじ切り加工を行って形成したねじ山を、工具によりせん断して粗面を形成するようにしたので、切削片によって凸部を除去する場合のような工具摩耗による不充分な微細凹凸部の発生を防止でき、微細凹凸部を充分なものとして、その後形成する溶射皮膜の密着力を高め、溶射皮膜の信頼性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係わる溶射前処理方法を示す加工工程図である。ここでは、溶射皮膜を形成する前の円筒内面として、エンジンのシリンダブロック１におけるシリンダボア内面３とする。このシリンダボア内面３を備えるシリンダブロック１は、アルミ合金（ＡＤＣ１２材）からなるダイカスト製であり、シリンダボア内面３は、一定の精度で加工してある。このシリンダボア内面３を粗面に形成した後、鉄系材料からなる溶射用材料をシリンダボア内面３に溶射して溶射皮膜を形成する。

上記した溶射前処理加工は、シリンダボア内面３を一定の精度で加工後、図２に示すように洗浄した後に行う。溶射前処理加工を行った後は、後述する方法で溶射を行い、さらに後加工により溶射皮膜表面を仕上げ加工して、再度洗浄する。

溶射前処理加工は、まず図１（ａ）に示すように、シリンダボア内面３に対してねじ切り加工を行う。ねじ切り加工は、ねじ切りバイト５を先端に備えたボーリングバー７を、シリンダボア内に挿入し回転させつつ軸方向に移動させることで行い、これによりシリンダボア内面３にねじ部９を形成する。

ねじ切り加工時の加工条件は、以下の通りである。

切り込み深さ：０．１５ｍｍ
送りピッチ０．３ｍｍ
ねじ部９の加工後、ボーリングバー７を上記とは逆方向に回転させながらシリンダボアから引き抜き、その後は、図１（ｂ）に示す外周縁部が円形の工具１１を使用する。工具１１は、図３に拡大して示すように、軸部１３と、軸部１３の先端部に設けた刃具１５とを備え、刃具１５の外周縁は、楔状となって先端が鋭利となっている。この刃具１５の硬度は４００Ｈｖ以上とする。

上記した軸部１３の外径は、ねじ部９におけるねじ山１７の内径より小さく、刃具１５の外径Ａは、ねじ部９における谷部１９の内径に対して４０μｍから８０μｍ小さく、かつねじ山１７の内径より大きくしている。

このような工具１１を、ねじ切り加工したねじ部９に、図２（ｂ）のようにねじ込み、その刃具１５をねじ部９の図２（ｂ）中で最下部の谷部１９ａに位置させる。この状態から、図示しない駆動機構に工具１１を連結し、駆動機構によって工具１１を上方に向けて引き抜き、これにより図１（ｃ）に示すように、ねじ部９のねじ山１７を、刃具１５によりせん断して粗面が形成される。

工具１１を引き抜く際のせん断加工条件は、以下の通りである。

工具の引き上げ荷重：９．５ｋＮ
工具の引き上げストローク：１５０ｍｍ
図４は、上記したねじ山１７をせん断して破断面２１を形成した状態を拡大して示している。図１（ａ）で加工したねじ部９の螺旋状の凹部となる谷部１９相互間に、微細凹凸部となる破断面２１を備えている。

また、上記のようにして加工したシリンダボア内面３の粗面形状については、レーザなどの被接触型の形状測定機などにより形状を測定し、その精度を保証している。

本実施形態によれば、シリンダボア内面３に対しねじ切り加工を行って形成したねじ山１７を、工具によりせん断して粗面を形成するようにしたので、切削片によってねじ山を除去する場合のような工具摩耗による不充分な微細凹凸部の発生を防止でき、微細凹凸部である破断面２１を充分なものとして、その後形成する溶射皮膜の密着力を高め、溶射皮膜の信頼性を高めることができる。

また、工具１１を軸方向に移動させてねじ山１７をせん断により除去するので、被加工部位の気孔などによる刃具１５への負担を、切削時に除去する場合に比較して軽減することができ、刃具１５の破損を防止することができる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係わる工具１１０の一部を示す、前記図３に相当する正面図である。この実施形態は、外周縁部が円形の工具１１０が、前記したねじ山１７と同数の刃具１５０を備えている。互いに隣接する刃具１５０相互間のピッチＢは、ねじ部９のピッチと同等とする。

上記した工具１１０の各刃具１５０をねじ部９の各谷部１９にそれぞれ入り込ませ、このとき、図５中で最下部の刃具１５０を図１（ｂ）中の最下部のねじ山１７より下方の谷部１９ａに位置させ、この状態で工具１１０を、図１（ｂ）中で上方に向けてねじ部９の１ピッチ分移動させる。

これにより、前記各ねじ山１７を、それぞれ対応する一つの刃具１５０によりせん断することができる。したがって、第２の実施形態の場合には、図３に示した刃具１５が一つの工具１１を使用する場合に比較して、シリンダボア内面３を粗面化する加工時間が短時間で済む。

図６は、シリンダボア内面３を粗面化した後に溶射皮膜を形成するための溶射装置の概略を示す全体構成図である。この溶射装置は、シリンダボア内の中心に、ガス溶線式の溶射ガン３１を挿入し、その溶射口３１ａから溶射用材料として溶融した鉄系金属材料を溶滴３３として溶射してシリンダボア内面３に溶射皮膜２３を形成する。

溶射ガン３１は、溶線送給機３５から溶射用材料として鉄系金属材料の溶線３７の送給を受けるとともに、アセチレンまたはプロパンあるいはエチレンなどの燃料を貯蔵した燃料ガスボンベ３９および酸素を貯蔵した酸素ボンベ４１から、配管４３および４５を介して燃料ガスおよび酸素の供給をそれぞれ受ける。

上記した溶線３７は、溶射ガン３１に対し、中央部の上下に貫通する溶線送給孔４７の上端から下方に向けて送給する。また、燃料および酸素は、溶線送給孔４７の外側の円筒部４９に、上下方向に貫通して形成してあるガス案内流路５１に供給する。この供給した燃料および酸素の混合ガスは、ガス案内流路５１の図５中で下端開口部５１ａから流出し、点火されることで燃焼炎５３が形成される。

前記円筒部４９の外周側には、アトマイズエア流路５５を設けてあり、さらにその外周側には、いずれも円筒形状の隔壁５７と外壁５９との間に形成したアクセラレータエア流路６１を設けてある。

アトマイズエア流路５５を流れるアトマイズエアは、燃焼炎５３の熱を前方（図６中で下方）へ送って周辺部に対する冷却を行うとともに、溶融した溶線３７を同前方へ送る。一方、アクセラレータエア流路６１を流れるアクセラレータエアは、上記前方へ送られ溶融した溶線３７を、この送り方向と交差するように前記シリンダボア内面３に向けて溶滴３３として送り、シリンダボア内面３に溶射皮膜２３を形成する。

アトマイズエア流路５５には、アトマイズエア供給源６７から、減圧弁６９を備えたエア供給管７１を通してアトマイズエアを供給する。一方、アクセラレータエア流路６１には、アクセラレータエア供給源７３から、減圧弁７５およびマイクロミストフィルタ７７をそれぞれ備えたエア供給管７９を通してアクセラレータエアを供給する。

アトマイズエア流路５５とアクセラレータエア流路６１との間の隔壁５７は、図６中で下部側の先端部に、外壁５９に対しベアリング８１を介して回転可能となる回転筒部８３を備えている。この回転筒部８３の上部外周に、アクセラレータエア流路６１に位置する回転翼８５を設けてある。回転翼８５に、アクセラレータエア流路６１を流れるアクセラレータエアが作用することで、回転筒部８３が回転する。

回転筒部８３の先端（下端）面８３ａには、回転筒部８３と一体となって回転する先端部材８７を固定してある。先端部材８７の周縁の一部には、前記したアクセラレータエア流路６１にベアリング８１を通して連通する噴出流路８９を備えた突出部９１を設けてあり、噴出流路８９の先端に、溶滴３３を噴出させる前記した溶射口３１ａを設けている。

溶射口３１ａを備える先端部材８７が回転筒部８３と一体となって回転しつつ溶射ガン３１をシリンダボアの軸方向に移動させることで、シリンダボア内面３のほぼ全域に、図７に示すような溶射皮膜２３を形成する。

本発明の第１の実施形態に係わる溶射前処理方法を示す加工工程図である。 図１の溶射前処理加工を含む、シリンダボア内面に対する全体の加工工程を示すブロック図である。 第１の実施形態に使用する工具の一部を示す正面図である。 第１の実施形態による溶射前処理加工により、ねじ山をせん断して破断面を形成した状態を拡大して示す断面図である。 第２の実施形態に使用する工具の一部を示す正面図である。 溶射装置の概略を示す全体構成図である。 図４の破断面を有するシリンダボア内面に溶射皮膜を形成した状態を示す断面図である。

符号の説明

１ シリンダブロック
３ シリンダボア内面（円筒内面）
１１，１１０ 外周縁部が円形の工具
１７ ねじ山
１９ 谷部
９３ 溶射皮膜
１５０ ねじ山と同数の刃具

Claims (4)

1. 溶射皮膜を形成する前の円筒内面を粗面に形成する溶射前処理方法において、前記円筒内面に対してねじ切り加工を行い、このねじ切り加工により形成したねじ山を工具によりせん断して粗面を形成することを特徴とする溶射前処理方法。
2. 外周縁部が円形の工具を前記ねじ山に隣接する谷部に入り込ませ、この状態で前記工具を前記円筒内の軸方向に移動させることで、前記ねじ山をせん断することを特徴とする請求項１に記載の溶射前処理方法。
3. 前記外周縁部が円形の工具は、前記ねじ山と同数の刃具を備え、これら各刃具を前記各谷部にそれぞれ入り込ませ、この状態で前記工具を前記円筒内の軸方向に移動させることで、前記各ねじ山をせん断することを特徴とする請求項２に記載の溶射前処理方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の溶射前処理方法によって、溶射皮膜を形成する前の円筒内面となるシリンダボア内面を粗面に形成したことを特徴とするエンジンのシリンダブロック。

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