JP2013518707A - 溶射層のオーバースプレーを除去する方法 - Google Patents

Abstract

冷却潤滑剤と、たとえば２８ＭＰａの比較的小さい圧力とによって作業が行われる、あらかじめ溶射された工作物（１）にあるオーバースプレー（１３）を除去する方法および装置が提案される。

Description

たとえば内燃機関のシリンダにおけるピストン摺動軌道面(Kolbenlaufbahnen)のような機能面の特性は、コーティング、特に溶射コーティングによって、調整したり改善したりすることができる。溶射コーティングにあたっては、線材または粉末として供給されるスプレー素材がプロセス中に溶融され、それによって個々の粒子（飛沫）が液体状または生地状の状態でスプレー噴射となって基材に向かって移動する。さまざまに異なる粒子サイズに基づき、粒子が完全に溶融している噴射中心部と、噴射中心部に対して特定の開き角で延びる、粒子が部分的にしか溶融していない両側の噴射縁部とが生じる。本来のコーティングは噴射中心部によって行われる。

コーティングされるべき機能面の縁部では、たとえばシリンダボアの上側および下側のボアエッジでは、噴射縁部が機能面から離れていき、機能面の範囲外で工作物に積層し、そこで望ましくない付着物を形成する。このような付着物のことを、以下においてはオーバースプレーと呼ぶ。オーバースプレーが望ましくない理由は、エンジンの作動中に工作物から剥がれる可能性があるからである。それによって管理不能に生じる粒子がオイル循環路に入り、摩耗の増加を引き起こしたり、内燃機関の全面的失陥を引き起こしたりすることさえある。

オーバースプレーを回避するために、工作物がしばしばマスキングされ、それによってこれが当接する面はコーティングされることがなくなる。そのために必要なマスクは、工作物の意図される個所に手作業で取り付けなくてはならない。したがってマスキングは非常に高いコストがかかり、これまで自動化可能になっていない。したがってシリンダボアの溶射は、少量生産でしか普及することができていなかった。

幾何学的に特定または不特定の切れ刃を用いた切削法によって、オーバースプレーを取り除くという選択肢もある。この手法は、シリンダボアの下方でクランクハウジングに生じているジオメトリーに基づき、自動化するのが困難である。

別案として、高圧ウォータージェットによって基材から層を除去することも知られている（非特許文献１参照）。その場合、除去されるべき層に対して程度の差こそあれ垂直に、または拡散状に、ウォータージェットが高圧で向けられる。ウォータージェットの運動エネルギーにより、付着している層の破壊が引き起こされ、その結果として層の除去が引き起こされる。ウォータージェットは高い精度で位置決め可能であり、希望される領域での的確で局所的な除去を可能にする。公知の流体力学的除去法の欠点は、文献には１５０ＭＰａから４００ＭＰａと記載されている、ウォータージェットシステムの高い動作圧力にある。そのために工作物の表面が、オーバースプレーで覆われている縁部区域の領域で、許容されないほど変化したり、損傷したりしてしまうことさえある。高圧ウォータージェットによって機能層が損傷するのを防ぐために、少なからぬケースにおいて、マスクによって機能層を高圧ウォータージェットに対して防護しなければならず、このことは前述した欠点を有している。そのうえ高圧ウォータージェットは、設備の稼働のために高いエネルギー消費量をもたらすとともに、非常に高価な設備技術を必要とする。

Ｌｕｇｓｃｈｅｉｄｅｒ， Ｅ．著「Ｈａｎｄｂｕｃｈ ｄｅｒ ｔｈｅｒｍｉｓｃｈｅｎ Ｓｐｒｉｔｚｔｅｃｈｎｉｋ（溶射技術ハンドブック）」溶接技術専門書シリーズ１３９巻、Ｖｅｒｌａｇ ｆuｒ Ｓｃｈｗｅｉsｅｎ ｕｎｄ ｖｅｒｗａｎｄｔｅ Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ ＤＶＳ − Ｖｅｒｌａｇ ＧｍｂＨ出版社、デュッセルドルフ、２００２年、ＩＳＢＮ ３−８７１５５−１８６−４、１１６ページ以下

本発明の課題は、ボアに隣接する面でプロセス確実性の高いオーバースプレーの除去を可能にし、その際に、従来技術から知られている欠点をほぼ克服する方法を提供することにある。特に、この方法は大量生産に適しているのが望ましく、このことは、同時に少ないエネルギーコストと高いプロセス確実性で、全面的な自動化が可能であることを必要とする。

本発明によると、この課題は、工作物に吹き付けられた層のオーバースプレーを除去する方法によって解決され、噴射ランスの少なくとも１つの液体噴射が、オーバースプレーを備えている工作物の領域に向けられ、少なくとも１つの液体噴射は９０°より小さい角度であり、好ましくは６０°より小さい角度であり、特別に好ましくは３０°より小さく５°より大きい角度である。

本発明による方法が踏まえている知見は、本来の機能面に後続する工作物の表面は、層の塗布のために特別に準備されてはいないので、本来の機能面に該当するほどには飛沫ないし粒子が工作物に集中的に付着していないというものである。その理由は、機能面の領域では、すでに述べたように、飛沫が完全に溶融している噴射中心部によってコーティングが行われるという点に見ることができる。オーバースプレーと基材の表面との間の付着条件を劣化させるさらに別の効果は、飛沫が機能面に隣接している工作物の領域に当たるまでに、長い距離を通過しなければならないという点に見ることができる。そのために飛沫の冷却が進み、そのことが工作物表面への付着性をいっそう低下させる。本発明による方法はこうした知見を活用するため、良好な剥離作用を実現するために可能な限り小さいのが望ましいできるだけ低い角度で、液体噴射を工作物の表面に向ける。

実際問題としては、３０°よりも小さい角度、好ましくは２０°よりも小さい角度、特別に好ましくは１０°よりも小さい角度が好適であることが判明している。理想的には、基材とコーティングの間の接触面に対して程度の差こそあれ平行に液体噴射が作用する。

液体噴射がいわば外部から、すなわち未コーティングの工作物表面から、オーバースプレーの付着している工作物表面の領域の方向へ案内されると、本発明に基づく除去作用が促進される。それにより、「粉砕」に代えて「剥離」によるオーバースプレーの除去が促進される。

それにより、液体噴射が流体力学的なくさびのように作用して、基材ないし工作物の表面と、吹き付けられた層（オーバースプレー）との間の分離平面で移動していく。それによってオーバースプレーの除去が明らかに簡素化される。さらに、本発明に基づく液体噴射の方向づけにより、液体噴射の作業圧力を明らかに引き下げることができ、このことは、エネルギー消費量およびこれに伴って稼働コストにもプラスの影響を及ぼす。

本発明による方法の別の好ましい実施形態では、噴射ランスおよび／または噴射ランスの少なくとも１つの液体噴射の吐出方向は、オーバースプレーを備える領域における工作物の表面の向きに依存して制御されることが意図される。それにより、凹面状や凸面状に湾曲している基材の表面でも、液体噴射が表面に当たる点で、液体噴射と表面との間の最善の角度を常に実現することが可能である。その結果、工作物の表面輪郭に関するジオメトリーに依存することなく、常に最善の除去条件が実現されるので、複雑な形状のジオメトリーの場合であっても、本発明による方法を効果的かつ効率的に適用可能である。

本発明による方法の別の好ましい実施形態では、噴射ランスは回転運動を行うことが意図される。それにより、もっとも簡単な仕方で、噴射ランスを中心とするあらゆる領域が均等にスプレー噴射の対象とされ、そのようにしてオーバースプレーが完全に取り除かれる。

できる限り全部の工作物の表面輪郭から、たとえそれが複雑なものであっても効果的にオーバースプレーを除去できるようにするために、噴射ランスの少なくとも１つの液体噴射の方向は、噴射ランスの回転軸と半径方向噴射とを通って広がる平面とともに、いわゆるＺ−Ｒ平面とともに、第１の角度αをなしており、第１の角度αは５°より大きく８５°より小さいことが意図される。

本発明による方法の別の実施形態では、少なくとも１つの液体噴射の方向は、噴射ランスのＺ軸に対して鉛直に配置された平面（Ｘ−Ｙ平面）とともに第２の角度βをなしており、第２の角度βは５°より大きく８５°より小さいことが意図される。いわば噴射ランスと関連するシリンダ座標系によって固定的に定義されるこのような角度範囲により、オーバースプレーを備える工作物の表面が複雑な輪郭であるときでさえ、本発明に基づく最善の除去条件がオーバースプレーについて実現される。

複雑なジオメトリーの場合でも本発明の方法が変わらずに有効であるようにするために、本発明によると、噴射ランスの少なくとも１つのノズルは旋回可能であり、第１の角度αと第２の角度βをそれぞれ５°から８５°の範囲内で調整可能であるようになっていることが意図される。それにより、噴射ランスのスプレー噴射が常に近似的に等しい角度で工作物の表面に当たることが可能である。

さらに、除去のための液体として冷却潤滑剤、好ましくは水と混合可能な冷却潤滑剤が用いられるのが好ましいことが判明している。このような混合物の濃縮液は、鉱物油含有のエマルジョンまたは鉱物油を含まない合成溶液を流体として利用できるように選択される。このような冷却潤滑剤は、あらかじめ溶着のときに加熱された工作物および特にその機能表面（シリンダボア）を冷却させるという利点を有している。それにより、工作物をいっそう良好かつ迅速に、後続の加工プロセスで加工することができる。

さらに、このような冷却潤滑剤は腐食性ではないので、本発明による方法で処理された工作物に腐食が発生しないという利点を有している。

さらにこのような冷却潤滑剤は、たとえばシリンダボアのホーニング加工や面取り加工といった後続のプロセスでも適用される。それによって第１に、この冷却潤滑剤を最初から利用可能であり、オーバースプレーを除去するための液体を、後続のプロセスにおける冷却潤滑剤と分けておく必要性がない。それにより、プロセス管理における著しい簡素化が得られる。さらに、製造ライン全体について、ただ１つの再処理・ポンプ装置しか必要ない。

冷却潤滑剤は１５ＭＰａから６０ＭＰａの範囲内の圧力で、好ましくは２０ＭＰａから５０ＭＰａの範囲内の圧力で、特別に好ましくは２５ＭＰａから４０ＭＰａの範囲内の圧力で、液体噴射を形成する１つまたは複数のノズルに供給されれば十分であることが判明している。このような圧力範囲は、従来式の高圧ウォータージェットについて従来技術で挙げられている圧力よりも明らかに低い。低い動作圧力の結果として、エネルギー消費量に関する著しい利点が得られるとともに、本発明による噴射装置の構造上の設計も明らかに簡素化することができる。さらには、低い動作圧力およびこれと結びついた液体噴射の低い運動エネルギーに基づいて、事故の危険が少なくなる。

本発明による方法の有効性をいっそう最適化し、非常に複雑なジオメトリーのときでも一定に高く保つために、噴射ランスのノズルに冷却潤滑剤が供給される圧力を、ノズルの回転位置および／または並進位置に依存して制御できることがさらに意図される。圧力の制御は、オーバースプレーが特別に強い付着力で付着している個所に、液体噴射の高い運動エネルギーを的確に及ぼし、そのようにして最善の除去結果を得るための１つの選択肢である。逆に、特定の領域でオーバースプレーを非常に容易に除去可能であるときには、圧力を下げることができる。

これに類似する仕方で、噴射ランスのノズルを通って送出される冷却潤滑剤の容積流量を、ノズルの回転位置および／または並進位置に依存して制御することも可能である。

本発明による方法は製造チェーンの一部であり、当然ながら、１つまたは複数の機能面がたとえば溶射によってコーティングを施されたときに初めて適用される。そして本発明の方法をすぐに引き続いて適用し、オーバースプレーを取り除くことができる。この場合に液体噴射は、特に両方の場合において水を含む液体が使用されると、工作物の冷却をも引き起こす。このことは、本発明による方法の追加のプラスの効果となる。溶射後には工作物温度が１００℃を超えていることがあり、これに引き続くホーニング加工は、寸法安定性の理由により、最高２５℃の工作物温度を必要とするからである。引き続いて、上に説明した機能面をホーニング加工することができ、必要な場合には、ホーニング加工された機能面のエッジに面取りを施すことができる。

別案として、まず最初に上述した機能面をたとえば水をベースとする冷却剤（冷却潤滑剤）によって能動的または受動的に冷却しておいてから、ホーニング加工することも可能である。ホーニング加工に引き続いて、本発明による方法でオーバースプレーを除去し、最後に、ホーニング加工された機能面のエッジに面取りを施す。

本発明の根底にある課題は、オーバースプレーを全面的または部分的に除去する上述した方法のうちいずれか１つを実施するための噴射ランスによっても解決され、噴射ランスは収容部と、少なくとも１つの冷却潤滑剤接続部と、少なくとも１つのノズルとを含んでおり、噴射ランスの少なくとも１つのノズルは噴射ランスの回転軸と半径方向噴射とを通って広がる平面（Ｚ−Ｒ平面）とともに第１の角度αをなしており、第１の角度αは５°より大きく８５°より小さい。換言すると、第１の角度α＝０°が半径方向噴射に相当し、それに対して第１の角度α＝９０°は接線方向に相当する。

これに準ずる仕方で、噴射ランスの少なくとも１つのノズルは、回転軸（Ｚ軸）に対して鉛直に配置された平面（Ｘ−Ｙ平面）とともに第２の角度βをなしており、第２の角度βは本発明によると＞５°かつ＜８５°である。このような噴射ランスは、液体噴射と工作物の表面との間の角度を本発明による方法に準じて調整することを可能にする。

工作物の輪郭が複雑であるときには、噴射ランスの少なくとも１つのノズルが旋回可能であり、それによって第１の角度αおよび／または第２の角度βを調整可能であるのが好ましい場合もある。少なくとも１つのノズルの旋回装置は数値制御で制御することができ、それにより、液体噴射ができる限り低い角度で工作物表面に当たるように、加工中に液体噴射を常に方向づけることができる。

当然のことながら、複数のノズルが噴射ランスに設けられており、これらのノズルがそれぞれ異なる第１の角度αまたは第２の角度βで方向づけられることも可能であり好ましい。そうすれば、工作物の輪郭が複雑なときでも液体噴射を常に好都合な角度で工作物の各々の領域に向けることが可能であり、このことはノズルが定置に、すなわち旋回可能にではなく、噴射ランスに配置されている場合にも当てはまる。それにより、簡素化された噴射ランスの設計上の構成にもかかわらず、最善の結果がもたらされる。

本発明による噴射ランスのエネルギーと冷却潤滑剤の消費量を最低限に抑えるために、それぞれのノズルは個別にオン可能かつオフ可能であることがさらに意図される。このような切換プロセスは噴射ランスの作動中にも行うことができ、それによっても、エネルギーと液体の消費量の観点から最適化された噴射管理が、定置のノズルにもかかわらず可能である。

内燃機関のピストン摺動軌道面の両端部の隣接する面にあるオーバースプレーを同時に除去できるようにするために、別の好ましい実施形態では、ノズルは噴射ランスのＺ軸の長手方向で互いに間隔をおいて配置されており、それにより、コーティングされた機能面の両端部でオーバースプレーを同時に除去できることが意図される。それによってサイクル時間の短縮がもたらされ、このことは特に、内燃機関をシリーズ生産する場合に重要な利点となる。マスキングも全面的に省略することができる。それにより、大量生産における自動化された適用が可能である。

本発明の上記以外の利点や好ましい実施形態は、以下の図面、その説明、および特許請求の範囲に記載されている。図面、その説明、および特許請求の範囲に開示されているすべての構成要件は、単独でも相互の任意の組み合わせの形でも、発明の要部となり得る。

本発明による噴射ランスの第１の実施例とともにコーティングされたピストン摺動軌道面を示す縦断面図である。 工作物表面の詳細図であり、コーティングされたシリンダボアのすぐ近傍における工作物の複雑なジオメトリーと複雑な輪郭の例である。 工作物表面の詳細図であり、コーティングされたシリンダボアのすぐ近傍における工作物の複雑なジオメトリーと複雑な輪郭の例である。 本発明による除去工程を大きく拡大した模式図である。 本発明の方法によって除去されたオーバースプレーの粒子である。 機能面（ピストン摺動軌道面）の両端部で同時にオーバースプレーを除去することができる、本発明による噴射ランスの一実施例である。

図１には、以下において工作物あるいは基材とも呼ぶシリンダブロック１が、ピストン摺動軌道面３とともに縦断面図で示されている。ピストン摺動軌道面３には、コーティング５が溶射によって塗布されている。このコーティングは、ホーニング加工の後、内燃機関の摩耗やオイル消費量に関して最適化された機能表面を形成する。

ピストン摺動軌道面３は、図１で見て上側のいわゆる被覆面７のところで終わっており、この被覆面に、あとからシリンダヘッドガスケットとシリンダヘッドが装着される（図示せず）。

ピストン摺動軌道面３の下側端部で、シリンダブロック１はクランクハウジングへと移行する。ここで本発明にとって意味があるのは、シリンダブロック１の輪郭が、ピストン摺動軌道面３の下方に突起、凹部、およびその他の「不規則性」を有していることである。

図１の下側縁部には、デカルト固定座標系の３つの座標軸Ｘ，ＹおよびＺが表示されている。ここでＺ軸は、ピストン摺動軌道面３の長軸および本発明による噴射ランス９の回転軸と一致している。噴射ランス９は、矢印１１で図示しているように、Ｚ軸を中心として回転する。

したがってＺ軸と直交するように、半径噴射の方向に延びて噴射ランス９と固定的に結合されたＲ軸が、噴射ランスにさらに図示されている。すなわちこの軸は、噴射ランス９の回転運動を一緒に行う。

ピストン摺動軌道面３のコーティングは、相応に構成されたランス（図示せず）がＺ軸の方向でピストン摺動軌道面へ挿入され、その際にピストン摺動軌道面３へ保護層５が吹き付けられることによって行われる。このときランスは一方ではＺ軸の方向に動き、それと同時にＺ軸を中心として回転する。その間に、層５を形成する溶融した材料噴射がランスから半径方向に吐出され、高い運動エネルギーでピストン摺動軌道面３に吹き付けられる。最善の付着性を実現するために、ピストン摺動軌道面３の表面はこの目的に即して前処理され、脱脂されている。それにより非常に緊密で解消不能な結合が、層５と本来のピストン摺動軌道面３との間に成立する。

溶融した材料が図示しないランスからピストン摺動軌道面３に吹き付けられる噴射は、ピストン摺動軌道面３に当たる前にある程度拡張するので、噴射は最終的に円錐形に形成される。このことは、ランスがピストン摺動軌道面３の上側端部または下側端部に近づいたとき常に、わずかではあるが無視することのできない溶融材料の割合がピストン摺動軌道面３に当たるのではなく、たとえば被覆面７やシリンダブロック１の下側領域などでいわゆるオーバースプレーとして付着することを意味している。図１では、このようなオーバースプレーに符号１３が付されている。

被覆面７およびシリンダブロック１の下側領域は、ピストン摺動軌道面３とは異なり、吹き付けられる層でのコーティング用に前処理されていないため、オーバースプレー１３の付着性は、ピストン摺動軌道面３への層５の付着性ほど良好ではない。

噴射ランスからたとえばシリンダブロック１の下側領域に当たるまでに噴射が進む距離が長いことも、基材１へのオーバースプレー１３の付着性が劣ることに寄与している。結論としてオーバースプレーは、ピストン摺動軌道面３における層５に比べて、工作物１の表面に良好に付着していないと断定することができる。

オーバースプレー１３は工作物１から取り除かなければならない。そうしないと、内燃機関の作動中に剥がれてしまい、内燃機関のオイル循環路に入る可能性があるからである。その結果、高い摩耗や甚大な二次障害が引き起こされかねない。被覆面７の領域でもオーバースプレー１３を取り除かなくてはならない。被覆面７が平坦であり、オーバースプレー１３の形態の隆起部を有していないときに限り、シリンダヘッドガスケットを装着できるからである。

そこで本発明によると、１つまたは複数の液体噴射１５によってオーバースプレーを除去することが意図され、この液体噴射１５は噴射ランス９の１つまたは複数のノズル１７から吐出される。

図１に示す噴射ランス９の位置では、シリンダブロック１の被覆面７にあるオーバースプレーが除去される。この図面から非常に明らかに見てとれるように、液体噴射１５と被覆面７との間の第２の角度βは９０°よりも明らかに小さく、およそ３０°から４０°である。

回転軸（Ｚ軸）を通って広がる平面と、Ｒ軸を通って広がる平面との間の角度を表す第１の角度αは、図面には見えていないので図示されていない。

本発明によると、液体噴射１５はオーバースプレー１３に対して垂直に当たるのではなく、できる限り小さい角度で、すなわち平らに、工作物表面に当たることが意図される。それにより、液体噴射１５がいわば楔のようにオーバースプレー１３と被覆面７との間に打ち込まれ、それによってオーバースプレーを被覆面７から剥離することができる。それにより、オーバースプレー１３が除去される速度が明らかに高くなり、確実で迅速なオーバースプレーの除去を保証するために、たとえば２８ＭＰａの比較的低い動作圧力があれば足りる。

液体噴射１５が工作物１の表面に当たる角度は、第１の角度αと第２の角度βとによって規定される。

噴射ランス９は、噴射１５がボア３の中に入らず被覆面にのみ当たるように、被覆面７の上方に離して位置決めされていなくてはならない。

実験で判明したところでは、液体噴射１５の希望される剥離作用または分割作用を実現するために、角度αおよび／またはβが＞５°であれば足りる。高圧ウォータージェットを用いて作業する従来式の除去方法は、本例ではオーバースプレー１３である除去されるべき層にウォータージェットを拡散的に向け、非常に高い水圧を利用してオーバースプレー１３を粉砕する。このような方式ははるかにエネルギー集中的であり、動作圧力が高いために、設計的に高いコストを必要とする。それに対して本発明の方法は、除去速度が明らかに高くなるという別の利点をさらに有している。

当然のことであるが、ノズル１７の吐出方向は、本例では被覆面７である加工されるべき工作物表面に応じて相応に選択されて方向づけられなくてはならず、それにより、加工されるべき表面と噴霧剤噴射１５との間の本発明に基づく小さい角度が保証されるようにする。

たとえば同じ噴霧ランス９を用いて、シリンダブロック１の下側端部にあるオーバースプレー１３に噴霧剤噴射１５が当たる程度にまでピストン摺動軌道面３の中へ侵入させると、この噴霧剤噴射は約６０°の角度でオーバースプレーに当たる。そのために、本発明による方法の剥離作用が弱められることになり、その意味で、本発明による方法はその最善の性能を実現しないことになる。

図１には、１つのノズル１７と１つの噴霧剤噴射１５だけが示されている。当然ながら、図１には示さない円周全体にわたって配分された複数のノズル１７を設けることも可能であり、これらは円周全体にわたってオフセットされていたとしても、等しい角度βで被覆面７に向けられる。このような同じ向きのノズル１７の群のことを、以下においてノズルレジスタと呼ぶ。

本発明の方法において、シリンダブロックの下側端部にあるオーバースプレー１３を剥離ないし除去しようとするときは、ノズル１７を別様に方向づけしなければならない。このことは、ピストン摺動軌道面３の下側端部およびこれに接するオーバースプレー１３を有する領域の異なる構成をそれぞれ示す図２と図３を見れば明瞭である。図２と図３は、シリンダ摺動軌道面３の端部に接する領域におけるさまざまに異なるジオメトリーと輪郭が工作物１の表面であり得ること、および、その結果としてオーバースプレーの種類、大きさ、特徴も相応にさまざまに異なる場合があることを明示するためのものである。

たとえば図３に示すオーバースプレー１３を、本発明の方法に基づいて最善に除去できるようにするために、図４には、噴霧ランス９の第２の実施例が示されている。この噴霧ランス９の実施例ではノズル１７は上方を向いており、すなわち、オーバースプレーが工作物１に存在している領域で、噴霧剤噴射１５が工作物の表面に約４５°の第２の角度βで当たるようになっている。このケースでは、噴射５と工作物表面との間の第２の角度βは、図１に示す実施例の場合よりも大きくなっており、このことは工作物１の輪郭に原因がある。

図４の実施例では、オーバースプレー１３は工作物１の凹部に付着しているので、オーバースプレー１３で覆われた工作物１のすべての領域に噴射１５が達するのは、噴射が若干急角度で工作物表面に向けられる場合に限られる。しかし、噴射１５がオーバースプレー１３の除去を開始する個所は、ピストン摺動軌道面３からもっとも遠くに離れているので、ここではオーバースプレー１３の厚みが最小であり、オーバースプレー１３の付着性がもっとも低い。したがって、このように若干大きい噴射１５と工作物表面の間の角度でも、本発明に基づき、オーバースプレーを剥離することが良好に可能である。その際には、比較的大きいオーバースプレー１３の断片が工作物１の表面から除去されるので、噴射１５と工作物表面との間の約４５°という角度にもかかわらず、全体としては非常に効率的で効果的なオーバースプレー１３の除去がもたらされる。

図５には、このように除去されたオーバースプレー１３の粒子が一例として大きく拡大して示されている。実際に実施された実験を評価したところ、約１０ｍｍの長さと約５ｍｍの幅をもつ粒子が除去されており、すなわちオーバースプレー１３は破砕されるのではなく、図１と図４にも示すように剥離される。本発明に基づく作用メカニズムは、噴射１５がオーバースプレー１３と基材ないし工作物表面１の間で一種の「分離用の楔(Spalt- keil)」のように打ち込まれることに依拠している。

当然ながら、それぞれ異なる角度でランス９から外に出るノズル１７の複数のレジスタを、ランス９に組み込むことも可能である。そしてこのような異なるレジスタを、工作物の表面がどのような形状であるかに応じて、同時に作動させたり順次作動させたりすることができる。それにより、ノズル１７が旋回可能にではなく固定的にランス９に組み付けられていたとしても、噴射１５と工作物表面との間で常に最善の角度を実現することができる。

異なるノズルレジスタを個別に作動させることができれば、噴霧剤消費量と駆動出力の必要量を同時に最低限に抑えることができる。

図６には、このようなランス９のこのような実施例が示されている。このランス９は、ピストン摺動軌道面３の全体を貫いて突出している。ノズルの第１のレジスタ１７．１は、被覆面７にあるオーバースプレーに向けられており、それに対してノズルの第２のレジスタ１７．２は、ピストン摺動軌道面３の下の領域にあるオーバースプレーに下方から向けられている。このランス９は、いわば図１と図４に示すランスの複合型である。それにより、ピストン摺動軌道面３の上方と下方で、オーバースプレー１３を高い効率で同時に取り除くことが可能であり、このことはサイクル時間を短縮させ、本発明による方法をいっそう経済的なものにする。

ノズル１７を旋回可能なようにランス９に支承させることも可能であり、それにより、噴射ができるだけ小さい角度で工作物１の表面に当たるように、ランス９の現在位置に応じてノズルを工作物１の表面に向けることができる。それにより、オーバースプレー１３と工作物の間で最善の剥離作用または分離作用が実現されるので、オーバースプレー１３を迅速かつ確実に、少ない噴射剤コストとエネルギーコストで取り除くことができる。

機械で使われている冷却潤滑剤を機械加工のために利用することで、オーバースプレー１３の流体力学的な除去はいっそうの経済性を獲得する。別個の循環路や、各プロセスの間の洗浄機械が必要なく、切削加工のときもオーバースプレー１３の除去のときも同一の流体を用いて作業をすることができる。

トポグラフィに合わせた局所的な圧力調整が、自動化されたサイクルによって可能である。それが必要となるのは、噴射されるべき工作物表面の形状が不都合な場合である。

実施例における噴射パラメータ：
圧力：２８ＭＰａ
容積流量／ノズル：５．６ ｌ／ｍｉｎ
ノズルの個数：６
ノズル直径：０．９ｍｍ
総容積流量：３４ ｌ／ｍｉｎ
ノズル間隔：≧１５ｍｍ
ノズルの材料：サファイア

Claims (22)

1. オーバースプレー（１３）を有する工作物（１）の領域に、噴射ランス（９）の少なくとも１つの液体噴射（１５）が、工作物（１）とオーバースプレー（１３）の間の分離平面で流体力学的なくさびとして向けられる、工作物（１）に吹き付けられた層（５）におけるオーバースプレー（１３）の除去方法。
2. 前記少なくとも１つの前記液体噴射（１５）は、９０°より小さい角度で、好ましくは３０°より小さい角度で、特別に好ましくは１０°より小さい角度で、かつ５°より大きい角度で、オーバースプレー（１３）を有する工作物（１）の表面の領域に向けられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記液体噴射は工作物（１）のコーティングされていない領域からオーバースプレー（１３）を有する領域へと案内されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記噴射ランス（９）および／または少なくとも１つの液体噴射（１５）の吐出方向はオーバースプレー（１３）を有する領域における工作物（１）の表面の向きに依存して制御されることを特徴とする、請求項１，２または３に記載の方法。
5. 前記噴射ランス（９）は回転運動（１１）を行うことを特徴とする、請求項１，２または３に記載の方法。
6. 前記噴射ランス（９）はシリンダボア（３）に対して同軸に配置されていることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
7. 少なくとも１つの液体噴射（１５）の方向は、前記噴射ランス（９）の回転軸（Ｚ）と半径方向噴射（Ｒ）とを通って広がる平面（Ｚ−Ｒ平面）とともに第１の角度（α）をなしており、前記第１の角度（α）は５°より大きく８５°より小さいことを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
8. 少なくとも１つの液体噴射（１５）の方向は、半径方向噴射（Ｒ）に対して鉛直に配置された平面（Ｘ−Ｙ平面）とともに第２の角度（β）をなしており、前記第２の角度（β）は５°より大きく８５°より小さいことを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
9. 前記噴射ランス（９）の少なくとも１つのノズル（１７）は、前記噴射ランス（９）の回転軸（Ｚ）と半径方向噴射（Ｒ）とを通って広がる平面（Ｚ−Ｒ平面）で、および／または半径方向噴射（Ｒ）に対して鉛直に配置された平面（Ｘ−Ｙ平面）で旋回可能であることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
10. 液体として冷却潤滑剤、好ましくは水と混合可能な冷却潤滑剤、および／または合成冷却潤滑剤が用いられることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
11. 前記冷却潤滑剤は１５ＭＰａから６０ＭＰａの範囲内の圧力で、好ましくは２０ＭＰａから５０ＭＰａの範囲内の圧力で、特別に好ましくは２５ＭＰａから４０ＭＰａの範囲内の圧力で、液体噴射（１５）を形成する１つまたは複数の前記ノズル（１７）に供給されることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
12. 前記噴射ランス（９）の前記ノズル（１７）に前記冷却潤滑剤が供給される圧力は前記ノズル（１７）の回転位置および／または並進位置に依存して制御されることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
13. 前記噴射ランス（９）の前記ノズル（１７）を通って送出される冷却潤滑剤の容積流量は前記ノズル（１７）の回転位置および／または並進位置に依存して制御されることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
14. 先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法に引き続き、コーティングされた機能面（５）がホーニング加工され、引き続いてホーニング加工された前記機能面（５）のエッジに面取りが施されることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
15. コーティングされた前記機能面（５）はオーバースプレーの除去中に少なくとも１つの液体噴射（１５）によって冷却されることを特徴とする、請求項１から１４３のいずれか１項に記載の方法。
16. コーティングされた前記機能面（５）は能動的または受動的に冷却されてホーニング加工され、引き続いて請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法によりオーバースプレー（１３）が除去され、引き続いてホーニング加工された前記機能面（５）のエッジに面取りが施されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
17. 少なくとも１つの冷却潤滑剤接続部と少なくとも１つのノズル（１７）とを有する、オーバースプレー（１３）を除去する前記方法のうちのいずれかを実施するための噴射ランス（９）において、前記噴射ランス（９）の少なくとも１つの前記ノズル（１７）は前記噴射ランス（９）の回転軸（Ｚ）と半径方向噴射（Ｒ）とを通って広がる平面（Ｚ−Ｒ平面）とともに第１の角度（α）をなしており、前記第１の角度（α）は５°より大きく８５°より小さいことを特徴とする噴射ランス。
18. 少なくとも１つの冷却潤滑剤接続部と少なくとも１つのノズル（１３）とを有する、オーバースプレー（１３）を除去する前記方法のうちのいずれかを実施するための噴射ランス（９）において、前記噴射ランス（９）の少なくとも１つの前記ノズル（１７）は前記噴射ランス（９）の回転軸（Ｚ）および半径方向噴射（Ｒ）に対して鉛直に配置された平面（Ｘ−Ｙ平面）とともに第２の角度（β）をなしており、前記第２の角度（β）は５°より大きく８５°より小さい特徴とする噴射ランス。
19. 前記噴射ランス（９）の少なくとも１つの前記ノズル（１７）は前記第１の角度（α）および／または前記第２の角度（β）を調整するために旋回可能であることを特徴とする、請求項１７または１８に記載の噴射ランス（９）。
20. 前記ノズル（１７）はそれぞれ異なる前記第１の角度（α）および／または前記第２の角度（β）で方向づけられていることを特徴とする、請求項１７から１９のいずれか１項に記載の噴射ランス（９）。
21. 前記ノズル（１７）は個別にオン可能かつオフ可能であることを特徴とする、請求項１７から２０のいずれか１項に記載の噴射ランス（９）。
22. 前記ノズル（１９）はＺ軸の方向で互いに間隔をおいて配置されており、それによりコーティングされた機能面（５）の両端部でオーバースプレー（１３）を同時に取り除くことができることを特徴とする、請求項１７から２１のいずれか１項に記載の噴射ランス（９）。
    

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