JP2006097043A - 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】 円筒内面を短時間で粗面化できるようにする。
【解決手段】 工具５を、シリンダブロック１のシリンダボア内に挿入する際に、工具５に設けたチップ１３の外周縁が、シリンダボア内面３に押し付けられつつ挿入方向に移動することで、チップ１３は、切削抵抗によって弾性変形して挿入方向に微細なびびり振動が発生し、この振動により、シリンダボア内面３の表面を剥ぎ取るように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破断面を形成している。
特開２００２−１５５３５０号公報

ところが、上記した従来の溶射前処理方法では、ボーリング加工に時間がかかり、加工能率が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、円筒内面を短時間で粗面化できるようにす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、前記円筒内に工具を挿入し、前記工具の刃部が、前記円筒内面に押し付けられつつ前記挿入方向に移動する際に、挿入抵抗によって弾性変形して振動し、この振動により、前記円筒内面の表面を剥ぎ取って粗面に形成することを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、円筒内に挿入する工具の刃部を、円筒内面に押し付けつつ挿入方向に移動させる際に振動させ、この振動により、円筒内面の表面を剥ぎ取って粗面に形成するようにしたので、ボーリング加工による場合に比較して、円筒内面を短時間で粗面化することができる。

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断面図である。溶射皮膜を形成する前の円筒内面として、ここでは例えばエンジンのシリンダブロック１における円筒内面となるシリンダボア内面３とする。上記したシリンダブロック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。

上記したシリンダボア内面３を粗面化する際に、図２に拡大して示すような工具５を使用する。図２（ａ）は工具５の正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の底面図である。

工具５は、図示しない加工装置の主軸７に装着する支持部９と、支持部９の下端に位置する工具本体としての円盤部１１と、円盤部１１の周囲にその周方向に沿って等間隔位置に着脱可能に取り付けた４つの刃部としての超硬合金からなるチップ１３とを、それぞれ備えている。

各チップ１３は、図２（ｂ）に示すように、外周縁１３ａがシリンダボア内面３の凹状の曲面とほぼ一致する凸状の曲線状に形成され、その各外周縁１３ａを含む円Ｐの直径を、本工具５による加工前のシリンダボアの内径より僅かに大きくする。

加工装置の主軸７は、その軸方向に移動するとともに、所定角度毎に順次回転する。所定角度とは、図２（ｂ）に示すように、チップ１３の円周方向両端Ａ，Ｂと工具５の中心Ｑとを結ぶ二つの直線相互がなす角度θより小さい角度である。

次に作用を説明する。図示しない加工装置の駆動により、工具５を、図１に示すように、シリンダブロック１の上方からシリンダボア内に挿入することで、各チップ１３の外周縁１３ａが、シリンダボア内面３に押し付けられつつ挿入方向に移動することで、チップ１３は、図１中で上下方向に、微細ないわゆるびびり振動が発生し、この振動によって、図３に示すように、シリンダボア内面３の表面を剥ぎ取るようにして粗面３ａを形成する。

このとき、チップ１３は、円盤部１１の周方向に少なくとも３つあればよく、これにより、この少なくとも３つのチップ１３が同時に加工動作を行うことで、工具の逃げによる孔径の縮小を避けるとともに、切削（挿入）抵抗の発生によりチップ１３が弾性変形し、上記したびびり振動が発生する。

工具５をシリンダボア内面３の図１中で軸方向下端まで移動させて、各チップ１３の幅分を粗面３ａに形成したら、工具５を上方に移動させてシリンダボアから引き抜く。その後、前記した所定角度、すなわち前記図２（ｂ）に示した角度θより小さい角度分だけ工具５を回転させ、この状態で、工具５を上記と同様にして再度下方に移動させてシリンダボア内に挿入し、前記加工した粗面３ａに対して周方向に連続する粗面を同様にして形成する。

このようにして、粗面３ａを、ほぼチップ１３の幅分だけ周方向に沿って繰り返し形成することで、シリンダボア内面３の全体を粗面化する。粗面化した後は、後述する方法で、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。

上記した本実施形態によれば、シリンダボア内に挿入する工具３のチップ１３を、シリンダボア内面３に押し付けつつ挿入方向に移動させる際に振動させ、この振動によりシリンダボア内面３の表面を剥ぎ取って粗面化するようにしたので、ボーリング加工による場合に比較して、シリンダボア内面３を短時間で粗面化することができ、生産性向上に寄与することができる。

また、チップ１３の外周縁１３ａは、シリンダボア内面３の曲面にほぼ整合する曲線形状にすることで、その曲線のＲを比較的大きくすることができるので、チップ１３の摩耗を抑制できるとともに、ボーリング加工時の場合のような鋳巣によるチップ１３の破損も回避でき、工具の長寿命化を達成できる。

また、得られる粗面形状も、ボーリング加工時に切削片によって凸部を破壊する場合に比較して全体として安定化するので、その後形成する溶射皮膜の密着力が高まる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係わる、前記図２に相当する工具５０を示す。この工具５０は、前記した加工装置の主軸７に装着する支持部９０に、複数（ここでは５個）の円盤部１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ）を設け、各円盤部１１の周囲に、４つの刃部としてのチップ１３（１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ）を周方向に沿って等間隔位置に着脱可能に取り付けている。

そして、各円盤部１１の４つのチップ１３は、隣接する円盤部１１のもの同士が、図４（ｂ）に示すように、平面視で一部が重なり合うように、円周方向に順次ずらし、全てのチップ１３によって周方向に沿って連続した配置となるようにする。

第２の実施形態においても、図１に示した第１の実施形態と同様に、図示しない加工装置の駆動により、工具５０を、シリンダブロック１の上方からシリンダボア内に挿入することで、各チップ１３の外周縁１３ａが、シリンダボア内面３に押し付けられつつ挿入方向に移動することで、チップ１３は、切削（挿入）抵抗により弾性変形して挿入方向に微細なびびり振動が発生し、この振動によって、前記図３に示したものと同様に、シリンダボア内面３の表面を剥ぎ取るようにして粗面３ａを形成する。

このため、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を有するほか、図４（ｂ）に示すように、すべてのチップ１３（１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ）が周方向に沿って連続して配置されているので、工具５０を、シリンダボア内に対して１回の挿入動作を行うだけで、シリンダボア内面３の全体に対して粗面化することができ、加工時間をさらに短縮することができる。

なお、上記した円筒表面としては、エンジンのシリンダブロックにおけるシリンダボア内面３に限ることはなく、他の円筒内面に対してこの発明を適用可能である。

また、上記のようにして溶射前処理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。

図５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３２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５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３２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５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のほぼ全域に溶射皮膜３２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断面図である。 （ａ）は図１の実施形態における工具の正面図、（ｂ）は（ａ）の底面図である。 図１の溶射処理方法による動作説明図である。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係わる、図２に相当する工具の正面図、（ｂ）は（ａ）の底面図である。 溶射装置の概略を示す全体構成図である。

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）
３ａ 粗面
５ 工具
１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ） 円盤部（工具本体）
１３（１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ） チップ（刃部）
１３ａ チップの外周縁
３２ 溶射皮膜
Ｐ チップの外周縁を含む円

Claims (5)

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、前記円筒内に工具を挿入し、前記工具の刃部が、前記円筒内面に押し付けられつつ前記挿入方向に移動する際に、挿入抵抗によって弾性変形して振動し、この振動により、前記円筒内面の表面を剥ぎ取って粗面に形成することを特徴とする溶射前処理方法。
2. 前記工具は、工具本体の外周部に、その周方向に沿って複数の前記刃部を備え、この各刃部の外周縁を含む円の直径を、前記円筒内面の内径より大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の溶射前処理方法。
3. 前記刃部は、前記周方向に沿って少なくとも三つ備えてい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. 前記刃部は、前記工具を前記挿入方向から見て、前記周方向に沿って連続して配置されるように、前記周方向に沿って設けた複数の刃部を、前記工具本体に前記挿入方向に沿って複数設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の溶射前処理方法。
5. 請求項１ないし４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。

Images