JP2006159389A - 粗面化加工方法および切削工具ならびに円筒状部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 ねじ状に切削加工して粗面化した円筒状部材の表面におけるねじ状部分の凸部を除去して形成する破断面の形状を安定化させる。
【解決手段】 シリンダボア部３に対し、その軸線方向に切削工具７を送りつつ、その円周方向に沿って切削工具７を移動させるよう回転移動させて、シリンダボア内面５をねじ状に切削加工して粗面化する。この際、切削工具７の送り方向後方側のシリンダボア内面５に残るねじ状部分の山部１７に対し、切刃７ａに設けた凸部７ｃによって応力を作用させ、山部１７を破断して破断面１９を形成する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、円筒状部材に対し、その軸線方向に切削工具を相対的に送りつつ、その円周方向に沿って切削工具を相対的に移動させて、円筒状部材の表面をねじ状に切削加工して粗面化する粗面化加工方法および、この粗面化加工方法に用いる切削工具、ならびに粗面化されて他の材料への密着機能を有した円筒状部材に関する。

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凸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、ねじ状部分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

しかしながら、上記した従来の粗面化加工方法では、切削時に発生する切削片によって、ねじ状部分の凸部となる山部を除去して破断面を形成するようにしているので、除去後の破断面形状が不安定となり、例えば、その後破断面を有する面に形成する溶射皮膜の密着力の低下や、上記破断面を有する部材、例えばシリンダライナを、他の部材であるシリンダブロックに鋳込む際の部材同士の密着力の低下を招く。

そこで、本発明は、ねじ状に切削加工して粗面化した円筒状部材の表面におけるねじ状部分の山部を除去して形成する破断面の形状を安定化させることを目的としている。

本発明は、円筒状部材に対し、その軸線方向に切削工具を相対的に送りつつ、その円周方向に沿って前記切削工具を相対的に移動させて、前記円筒状部材の表面をねじ状に切削加工して粗面化する粗面化加工方法において、前記切削工具の送り方向後方側の前記円筒状部材の表面に残るねじ状部分の山部に前記切削工具により応力を作用させ、前記山部を破断して破断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、切削工具の送り方向後方側の円筒状部材の表面に残るねじ状部分の山部に切削工具により応力を作用させてこの山部を積極的に破断して破断面を形成するようにしたので、切削時に発生する切削片によって破断面を形成する場合に比較して、破断面の形状が安定化する。

これにより、上記した破断面を有する例えばシリンダボア内面に形成する溶射皮膜の密着力を高めることができ、また上記破断面を有する部材、例えばシリンダライナを、他の部材であるシリンダブロックに鋳込む際の部材同士の密着力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粗面化加工方法を示すエンジンのシリンダブロック１の断面図である。シリンダブロック１は、粗面化加工する円筒状部材としてシリンダボア部３を有し、その円筒状部材の表面となるシリンダボア内面５に対して粗面化加工を行う。

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５は、一定の精度で加工してある。このシリンダボア内面５を後述する方法で粗面に加工した後、鉄系材料からなる溶射用材料をシリンダボア内面５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５を粗面化する際に、図２に拡大して示すような切削工具７を備えたボーリングバー９を使用する。図３は図２の右側面図、図４は図２の底面図である。ボーリングバー９は、工具本体１１の図２中で下部側の先端部側面に、凹曲面となる切り込み１３を形成してあり、切り込み１３から外れた部分の工具本体１１の端部に、前記した切削工具７をボルト１５を用いて締結固定している。

図５は、上記図２に示した切削工具７の拡大した正面図で、図６は図５の平面図である。この切削工具７は、図６に示すように、円周方向等間隔に３つの切刃７ａを備え、切刃７ａは、工具本体１１の側面１１ａから外方に突出している。

そして、図１に示すように、ボーリングバー９が、シリンダボア部３の軸線方向（図１中で矢印Ａ方向）に移動しつつ、軸線を中心として図４中で矢印Ｂ方向に回転することで、上記図５，図６に示した切刃７ａにより、シリンダボア内面５をねじ状に切削加工する。

上記した３つの切刃７ａは、加工に使用している１つが摩耗したときに、工具本体１１から取り外し、図４の状態から１２０度回転させた状態で再度工具本体１１に取り付けることで、他の切刃７ａを使用することができる。

そして、この切削加工時に形成したねじ状部分の凹凸部における山部を除去して破断面を形成するために、上記した切削工具７は、切刃７ａの図５中で上部の傾斜した面７ｂに、破断面形成刃としての凸部７ｃを設けている。凸部７ｃは、切刃７ａのすくい面７ｄからその反対側の底面７ｅにわたり延長して形成してある。

上記した凸部７ｃは、図５のＣ部を拡大した切刃７ａによって切削加工を行っている図７に示すように、切削工具７の送り方向後方側（図７中で上部側）のシリンダボア内面５に残るねじ状部分の山部１７に応力を作用させ、これにより山部１７を破断して破断面１９を形成する。なお、図７中で、符号２１は切刃７ａの切削により発生する切り屑であり、切削工具７は、図７中で紙面裏側から同表側に向かって移動するものとする。

この際、切刃７ａの凸部７ｃは、山部１７の幅方向（図７中で上下方向）における切刃７ａ側（図７中で下部側）の一部に前記応力を作用させることで、山部１７を破断する際の起点を形成する。このような山部１７を破断する際の起点を形成することで、切刃７ａによる切削加工時に、山部１７を容易に破断することができ、破断面１９の形状を安定化させることができる。

また、山部１７を凸部７ｃによって容易に破断できるので、切刃７ａに作用する切削応力が軽減し、切削工具７の長寿命化も達成することができる。

上記したよう、破断面１９の形状が安定化することで、後述するような方法により、シリンダボア内面５に溶射皮膜を形成する際に、溶射皮膜のシリンダボア内面５に対する密着力を高めることができ、信頼性の高いシリンダボア内面５とすることができる。

なお、シリンダボア内面５を切削加工する際には、ボーリングバー９を固定状態とし、シリンダブロック１側を軸方向移動および回転移動させるようにしてもよい。

なお、切刃７ａに設けた凸部７ｃは、すくい面７ｄ付近にのみ形成するなど、山部１７に対して応力が作用するものであれば、上記図５，図６に示した形状に限定されるものではない。

図８は、本発明の第２の実施形態を示す、前記図５に対応する切削工具７０の正面図である。この切削工具７０は、図５のものと同様に、円周方向等間隔に３つの切刃７０ａを備え、この切刃７０ａの図８中で上部の面７０ｂに、前記図５の切削工具７の凸部７ｃに代えて、上記した面７０ｂに膨出する破断面形成刃となる膨出部７０ｃを設けている。

図９は、図８のＤ矢視図である。ここで切刃７０ａのすくい面７０ｄが、シリンダボア内面５に対する法線Ｌに対し、切削工具７の前記図４における回転移動方向Ｂと逆方向に角度α傾斜している。このすくい面７０ｄの傾斜については、前記図５に示した切削工具７も同様である。

これに対して膨出部７０ｃのすくい面７０ｅは、同法線Ｍに対し、すくい面７０ｄとは反対の回転移動方向Ｂ側に角度β傾斜している。

上記した第２の実施形態による切削工具７０を使用して、シリンダボア内面５に対して粗面化加工を行う場合には、前記図７に相当する図１０に示すように、第１の実施形態と同様にして切刃７０ａによりシリンダボア内面５を切削加工してねじ状部分を形成するとともに、切削加工時に形成したねじ状部分の凹凸部における山部１７の幅方向（図１０中で上下方向）全体を、膨出部７０ｃによって除去して前記図７に示したものとほぼ同様な破断面１９を形成する。

このとき膨出部７０ｃは、切刃７０ａの先端側に位置する端面７０ｆが、山部１７を除去した後の破断面１９に接触した状態となる。

このように、第２の実施形態によれば、切削工具７０の送り方向後方側のシリンダボア内面５に残るねじ状部分の山部１７の幅方向全体に、膨出部７０ｃによって応力を作用させ、山部１７を破断して破断面１９を形成するようにしたので、切削時に発生する切削片によって破断面を形成する場合に比較して、破断面１９の形状がより安定化する。

この際、膨出部７０ｃのすくい面７０ｅは、図９に示すようにシリンダボア内面５に対する法線Ｍに対し、すくい面７０ｄとは反対の回転移動方向Ｂ側に角度β傾斜しているので、山部１７の除去を、すくい面７０ｄと同方向に傾斜する場合と比較して、より確実に行うことができる。

図１１は、上記第２の実施形態に使用する切削工具７０の変形例を示す、前記図１０に相当する断面図である。この例は、切削工具７０の膨出部７０ｃにおける、山部１７を除去した後の破断面１９に接触する端面７０ｆｓに、破断面１９を凹凸形状とするような凹凸形状部を設けている。

これにより、破断面１９の形状がより微細なものとなり、溶射皮膜の密着力をより高めることができる。

図１２は、前記したシリンダブロック１のシリンダボア内面５に対して粗面化加工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５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１２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１２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５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１２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５のほぼ全域に溶射皮膜３２を形成する。

以上説明した各実施形態は、シリンダボア内面５などの円筒状部材の表面を粗面化するものであるが、以下に説明する第３の実施形態は、図１３に示すように、例えばアルミニウム合金製のシリンダブロック１０１に、円筒状部材としての鋳鉄製のシリンダライナ１０３を鋳込む際に、前記した各実施形態におけるシリンダボア内面５に対してと同様な方法で、円筒状部材の表面となるシリンダライナ１０３の外周面１０３ａを粗面化加工することで、シリンダライナ１０３のシリンダブロック１０１に対する接合強度を高めようとするものである。

図１４（ａ）は、シリンダライナ１０３の正面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の平面図である。シリンダライナ１０３の外周面１０３ａを、前記図２に示したような切削工具７，７０を備えたボーリングバー９を用い、その切刃７ａ（７０ａ）によりねじ状に切削加工するとともに、切削加工によって発生する前記図７に示したような山部１７を、破断面形成刃となる凸部７ｃ（膨出部７０ｃ）により破断して前記図７に示したような破断面１９を形成する。これにより、図１４（ａ）に示すような外周面１０３ａが粗面化されたシリンダライナ１０３を得ることができる。

外周面１０３ａを粗面化した円筒形のシリンダライナ１０３は、例えば図１５に示すような鋳造用金型にてシリンダブロック１０１を鋳造成形する際に鋳込んで一体成形する。鋳造用金型は、ボトムダイ１０５と、アッパダイ１０７と、左右のサイドダイ１０９，１１１と、前後のサイドダイ１１３，１１５と、アッパダイ１０７の上部に設置されるエジェクタプレート１１７とを、それぞれ備えている。

アッパダイ１０７のボトムダイ１０５に対向する側には、シリンダブロック１０１のシリンダボア１０１ａを成形するためのボアコア１０７ａを設けてあり、このボアコア１０７ａに前記図１４にしたシリンダライナ１０３を保持させた状態で、シリンダブロック１０１を鋳造成形する。

これにより、前記図１３に示したように、シリンダライナ１０３を鋳込んだシリンダブロック１０１を得ることができる。そして、このとき、シリンダライナ１０３は、外周面１０３ａを、前記したシリンダボア内面５に対してと同様な方法で粗面化加工しているので、シリンダライナ１０３のシリンダブロック１０１に対する接合強度を高めることができ、高品質なシリンダブロック１０１を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係わる粗面化加工方法を示すシリンダブロックの断面図である。 図１の粗面化加工方法で使用する切削工具を備えたボーリングバーの正面図である。 図２の右側面図である。 図２の底面図である。 図２の切削工具の拡大した正面図である。 図５の平面図である。 図５のＣ部を拡大した切刃によって切削加工を行っている状態を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す切削工具の正面図である。 図８のＤ矢視図である。 図８の切削工具によって切削加工を行っている状態を示す、図７に相当する断面図である。 第２の実施形態に使用する切削工具の変形例を示す、図１０に相当する断面図である。 粗面化加工したシリンダボア内面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。 第３の実施形態に係わる鋳鉄製シリンダライナを一体成形したアルミニウム合金製シリンダブロックの断面図である。 （ａ）は、図１３のシリンダライナの正面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 図１３のシリンダブロックを鋳造成形するための鋳造用金型の分解斜視図である。

符号の説明

１，１０１ シリンダブロック
３ シリンダボア部（円筒状部材）
５ シリンダボア内面（円筒状部材の表面）
７，７０ 切削工具
７ａ，７０ａ 切刃
７ｃ 凸部（破断面形成刃）
１７ ねじ状部分の山部
１９ 山部を破断して形成した破断面
７０ｃ 膨出部（破断面形成刃）
１０３ シリンダライナ（円筒状部材）
１０３ａ シリンダライナの外周面（円筒状部材の表面）

Claims (10)

1. 円筒状部材に対し、その軸線方向に切削工具を相対的に送りつつ、その円周方向に沿って前記切削工具を相対的に移動させて、前記円筒状部材の表面をねじ状に切削加工して粗面化する粗面化加工方法において、前記切削工具の送り方向後方側の前記円筒状部材の表面に残るねじ状部分の山部に前記切削工具により応力を作用させ、前記山部を破断して破断面を形成することを特徴とする粗面化加工方法。
2. 前記山部の幅方向における前記切削工具側の一部に前記応力を作用させることで、この応力作用部を、前記山部を破断する際の起点とすることを特徴とする請求項１に記載の粗面化加工方法。
3. 前記山部の幅方向における山部全体に前記応力を作用させることで、前記山部の幅方向全体を破断させることを特徴とする請求項１に記載の粗面化加工方法。
4. 円筒状部材に対し、その軸線方向に相対的に送りつつ、その円周方向に沿って相対的に移動させて、前記円筒状部材の表面をねじ状に切削加工して粗面化する切削工具において、前記円筒状部材の表面をねじ状に切削加工する切刃と、この切刃に設けられ、前記切削工具の送り方向後方側の前記円筒状部材の表面に残るねじ状部分の山部に応力を作用させてこの山部を破断して破断面を形成する破断面形成刃とを、それぞれ有することを特徴とする切削工具。
5. 前記破断面形成刃は、前記山部の幅方向における前記切削工具側の一部に前記応力を作用させることで、この応力作用部を起点として前記山部を破断することを特徴とする請求項４に記載の切削工具。
6. 前記破断面形成刃は、前記山部の幅方向における山部全体に前記応力を作用させることで、前記山部の幅方向全体を破断させることを特徴とする請求項４に記載の切削工具。
7. 前記破断面形成刃は、前記山部の幅方向全体を破断して形成する破断面に対して凹凸形状とするための凹凸形状部を備えていることを特徴とする請求項６に記載の切削工具。
8. 表面がねじ状に粗面化されて、他の材料への密着機能を有した円筒状部材において、前記表面には、前記ねじ状部分の山部に工具により応力を作用させて前記山部が破断される破断面を備えていることを特徴とする円筒状部材。
9. 前記円筒状部材は、エンジンのシリンダブロックに形成したシリンダボア部であり、そのシリンダボア内面が、前記ねじ状に粗面化されるとともに前記山部が破断された破断面を備えて溶射皮膜が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の円筒状部材。
10. 前記円筒状部材は、エンジンのシリンダブロックに鋳込まれたシリンダライナであり、このシリンダライナの前記シリンダブロックに接合された外周面が、前記ねじ状に粗面化されるとともに前記山部が破断された破断面を備えることを特徴とする請求項８に記載の円筒状部材。

Images