JP3780840B2 - 円筒内面の溶射前処理形状および溶射前処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、円筒内面に対し、溶射被膜を形成する前処理として粗面を形成するための、円筒内面の溶射前処理形状および溶射前処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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内面に対して溶射被膜を形成する際に、その前工程として、溶射被膜の密着性を高める目的でシリンダ内面を粗面に形成する必要がある。例えば特開平１１−３２０４１４号公報には、粗面を形成する方法としてブラスト処理を行っている。
【０００３】
図９は、そのブラスト処理を行う装置を示すもので、４気筒エンジンのシリンダブロック１は、各シリンダ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが、そのシリンダ軸が上下方向となるよう配置され、その上方には、上下方向に移動可能であるとともに、その軸回りに回転可能なブラストガン５が設置されている。このブラストガン５は、下端近傍にブラスト材７を吹き出すためのブラストノズル９を備え、このブラストノズル９をシリンダ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのいずれかに挿入し、下方に移動させながら、ブラスト材７を斜め下方に照射して、シリンダ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの内面に対してブラスト処理を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ブラスト処理を行う場合には、ブラスト材は、繰り返し使用すると摩滅してくるので、ブラスト後のシリンダ内面の面性状が変動し、その後の溶射被膜の密着力に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００５】
また、ブラストガンを上下に移動させかつ回転させてブラスト処理を行っているので、シリンダヘッドの合わせ面やクランクシャフトベアリング面へのブラスト材の衝突を防ぐためにのマスキング材が必要であり、装置全体の大型化および複雑化を招く。
【０００６】
さらに、ブラスト材やマスキング材の消耗による粉塵の飛散により、作業環境が悪化するとともに、これらの消耗品を使用することによるコストアップおよび交換作業が発生し、生産性の低下を招く。
【０００７】
そこで、この発明は、溶射前処理を行う装置全体の大型化および複雑化を回避するとともに、作業環境の悪化および生産性の低下を回避しつつ、円筒内面における溶射被膜の密着力を高める粗面を形成することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、円筒内面に、ねじ状の凹部で構成される切削面と、前記凹部相互間に形成されて凹部より微細な微細凹凸部で構成される破断面と、からなる粗面を備えた円筒内面の溶射前処理形状であって、前記切削面は、前記円筒内面を切削可能な工具を、前記円筒内面に沿って回転移動させつつ中心軸方向に移動させることで形成し、前記破断面は、前記切削面を形成する際に円筒内面から発生する切削片によって形成した円筒内面の溶射前処理形状としてある。
請求項２の発明は、請求項１の発明の溶射前処理形状において、互いに隣接する前記凹部をそれぞれ加工する際の前記工具は、これら各加工位置にある状態で互いに向かい合う側の側部が交差して重なり合う位置が、前記円筒内面の加工前の表面位置よりも深い位置となるような重なり深さを有している。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の円筒内面の溶射前処理形状において、微細凹凸部は、粗面全体の４０％〜６０％として、溶射被膜の密着力を高めている。
【００１０】
請求項４の発明は、円筒内面を切削可能な工具を、前記円筒内面に沿って回転移動させつつ中心軸方向に移動させることで、前記円筒内面に、ねじ状の凹部で構成される切削面を形成するとともに、前記凹部より微細な微細凹凸部で構成される破断面を、前記切削面を形成する際に円筒内面から発生する切削片によって形成する円筒内面の溶射前処理方法としてある。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４の発明の円筒内面の溶射前処理方法において、互いに隣接する前記凹部をそれぞれ加工する際の前記工具は、これら各加工位置にある状態で互いに向かい合う側の側部が交差して重なり合う位置が、前記円筒内面の加工前の表面位置よりも深い位置となるような重なり深さを有している。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５の発明の円筒内面の溶射前処理方法において、切削面における凹部相互間のピッチが０．３ｍｍ以下となるよう工具の送りピッチを設定するとともに、加工前の円筒内面から前記凹部の最深部までの寸法が１．０ｍｍ以下となるよう前記工具の切り込み量を設定し、かつ工具の重なり深さを凹部の最深部までの寸法の２０〜７５％とすることで、切削面における凹部の最深部から微細凹凸部の凸部分先端までの切削高さが低くなる。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ねじ状の凹部で構成される切削面および、この凹部相互間に形成した微細凹凸部で構成される破断面に、溶射被膜がそれぞれ入り込むことで、溶射被膜の密着力を高めることができ、特に微細凹凸部の存在により、密着力がより高まるものとなる。また、上記した凹部は、切削により形成でき、微細凹凸部は、凹部の切削時に発生する切削片によって形成できるので、ブラスト処理を行うための装置全体の大型化および複雑化を回避できるとともに、作業環境の悪化および生産性の低下を回避することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、工具が重なり深さを有することで、微細凹凸部を形成することができる。
請求項３の発明によれば、微細凹凸部は、粗面全体の４０％〜６０％としたので、溶射被膜の密着力をより高めることができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、円筒内面を切削可能な工具を、前記円筒内面に沿って回転移動させつつ中心軸方向に移動させることで、前記円筒内面に、ねじ状の凹部で構成される切削面と、前記凹部より微細な微細凹凸部で構成される破断面とを形成するようにしたので、切削面における凹部および微細凹凸部における凹部に溶射被膜がそれぞれ入り込み、溶射被膜の密着力を高めることができ、特に微細凹凸部の存在により、密着力がより高まるものとなる。また、上記した切削面および破断面は、工具を用いた切削により形成しているので、ブラスト処理を行うための装置全体の大型化および複雑化を回避できるとともに、作業環境の悪化および生産性の低下を回避することができる。
また、破断面は、切削面を形成する際に円筒内面から発生する切削片によって形成されるので、破断面の形成については、切削部の形成によって容易に行うことができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、工具が重なり深さを有することで、微細凹凸部を形成することができる。
【００１７】
請求項６の発明によれば、切削面における凹部相互間のピッチが０．３ｍｍ以下となるよう工具の送りピッチを設定するとともに、加工前の円筒内面から前記凹部の最深部までの寸法が１．０ｍｍ以下となるよう前記工具の切り込み量を設定し、かつ工具の重なり深さを凹部の最深部までの寸法の２０〜７５％とすることで、切削面における凹部の最深部から微細凹凸部の凸部分先端までの切削高さを低くでき、これにより切削面における凹部の最深部から溶射被膜の表面までの溶射被膜全体の厚さが薄くなり、溶射被膜の密着力をより高めることができる。また、溶射被膜を薄くできるので、溶射材料の節約にもなり、コスト低下を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１９】
図１は、この発明の実施の一形態に係わる円筒内面の溶射前処理方法による加工動作を示す概略説明図である。ここでは円筒内面として自動車用エンジンのアルミシリンダブロック１のシリンダ内面３に対し、溶射前処理として、ボーリングバー５の下端に取り付けた工具７によって切削加工し、粗面を形成している。ボーリングバー５を、回転させながら、その中心軸をシリンダの中心軸に合わせた状態でシリンダ内に挿入し、工具７によってシリンダ内面３を切削して粗面９を形成するものである。
【００２０】
図２は、切削後の粗面９のＡ部を拡大した断面図で、粗面９は、工具７によって直接切削されたねじ状の凹部で構成される切削面９ａと、切削面９ａの凹部相互間に形成され、切削面９ａの切削時に発生する切削片によって破断して形成された微細凹凸部で構成される破断面９ｂとを備えている。破断面９ｂは、後工程の溶射による溶射被膜の密着力に特に寄与する部位となっている。
【００２１】
切削面９ａの幅をＬa、破断面９bの幅をＬbとすると、粗面９全体に対する破断面９bの占める割合（破断面率Ｈ）は、｛Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）｝×１００（％）で表される。図３は、粗面９を形成したシリンダ内面に対し、溶射被膜１１を形成した状態の前記Ａ部（図１）の断面図である。溶射被膜１１は、切削面９aおよび破断面９bのそれぞれの凹部に入り込むことで、大きな密着力が得られる。特に、破断面９bは、切削面９ａの加工時に発生する切削片によって破断されたものであることから、組織が活性で微細かつ幾何学的な凹凸形状となっており、溶射被膜１１の密着力を高める効果が大きくなっている。
【００２２】
図４は、上記した破断面率Ｈ（％）に対する溶射被膜１１の密着力Ｔ（ＭＰａ）を曲線Ｙ₁で、破断面率Ｈ（％）に対する切削面９ａの面粗度を直線Ｙ₂で、それぞれ示している。破断面率が５０％付近を境にして、５０％を下回る状態では、破断面率の上昇とともに密着力も増加するが、５０％を上回る状態では、破断面率の上昇に伴い密着力は逆に低下する傾向にある。これは、破断面率の増加により密着力の増加作用があるものの、逆に直線Ｙ₂で示す切削面９ａの面粗度の低下が、密着力を低下させるように作用し、総合的な密着力が低下するためである。切削面９ａの面粗度としては、Ｒz５０μｍ〜１５０μｍ程度が適当である。
【００２３】
このような破断面率の変化により、溶射被膜１１の粗面９に対する基準となる安定した密着力Ｔ₁を得るには、破断面率を４０％〜６０％となるように、ボーリング加工条件を設定する必要がある。図５は、図１のＢ部の拡大された断面図で、上記したボーリング加工条件としては、切削面９ａにおける凹部相互間のピッチＰが０．３ｍｍ以下となるよう工具７の送りピッチを設定するとともに、加工前のシリンダ内面３から切削面９ａの凹部の最深部までの寸法Ｄが１．０ｍｍ以下となるよう工具７の切り込み量を設定する。
【００２４】
このとき、図５における工具７の重なり深さＤ₁を、例えば凹部の最深部までの寸法Ｄの２０〜７５％とすることで、切削面９ａの切削により発生した切削片が、シリンダ内面３を除去（破断）するように作用して破断面９ｂを形成し、上記した破断面率が４０％〜６０％となるような粗面９が形成される。
【００２５】
図６（ａ）は、工具７の切り込み量Ｄを大きくした場合での粗面９に溶射処理した状態であり、同図（ｂ）は、工具７の切り込み量Ｄを小さくした場合での粗面９に溶射処理した状態を示す。図６（ａ）において、切削面９ａにおける凹部の最深部と破断面９ｂにおける凸部分の先端との間の寸法に相当する切削面高さｔ₁と、破断面９ｂにおける凸部分の先端と溶射被膜１１の表面との間の寸法に相当する表面被膜厚さｔ₂とにより、溶射被膜１１のトータルの被膜厚さは、ｔ₁＋ｔ₂＝ｔ₃となる。同様に、図６（ｂ）においては、切削面高さｔ₁₁と表面被膜厚さｔ₂₂とにより、溶射被膜１１のトータルの被膜厚さは、ｔ_{1 １}＋ｔ_{2 ２}＝ｔ₃₃となる。
【００２６】
溶射被膜１１の信頼性を確保する上で、ある程度の被膜厚さが必要である。ここで、図６（ａ）における切り込み量Ｄが大のときのトータル被膜厚さｔ₃と、図６（ｂ）における切り込み量Ｄが小のときのトータル被膜厚さｔ_{3 ３}との間には、ｔ_３＞ｔ_{3 ３}となることがわかっている。
【００２７】
図７は、上記したトータルの被膜厚さｔ_３，ｔ_{3 ３}と、密着力（またはせん断強度）Ｔとの関係を示しており、これによれば、密着力Ｔは被膜厚さｔ_３，ｔ_{3 ３}が薄いほど高くなり、前記した図４に示した基準となる密着力Ｔ_１を確保するには、被膜厚さｔ_３，ｔ_{3 ３}は、ｔ_L以下とする必要がある。また、図８は、工具７の切り込み量Ｄと被膜厚さｔ_３，ｔ_{3 ３}との関係を示しており、これによれば、被膜厚さｔ_３，ｔ_{3 ３}を薄くするには、工具７の切り込み量Ｄを小さくする必要がある。そして、基準となる密着力Ｔ_１が得られる被膜厚さｔ_L以下を確保するための工具７の切り込み量Ｄは、１．０ｍｍ以下とする必要がある。
【００２８】
このように、工具７の切り込み量Ｄをある程度小さくして切削面９ａの高さｔ_１，ｔ_１１を低く抑えることで、トータルの被膜厚さｔ_３，ｔ_{3 ３}が薄くなり、これにより溶射被膜１１の密着力が向上し、信頼性の向上が得られるとともに、溶射材料の節約にもなってコスト低下も達成される。
【００２９】
また、溶射被膜１１を形成する前工程として、工具７を用いたボーリング加工により粗面９を切削しているので、ブラスト処理による粗面形成時に発生する装置全体の大型化および複雑化を回避するとともに、作業環境の悪化および生産性の低下を回避することができる。
【００３０】
なお、上記した実施の形態では、自動車用エンジンのアルミシリンダブロック１におけるシリンダ内面３に対して粗面加工する例を示したが、円筒内面に対する溶射処理前の粗面加工であれば、シリンダ内面３に限ることなく他の円筒内面に対してこの発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態に係わる円筒内面の溶射前処理方法による加工動作を示す概略説明図である。
【図２】図１におけるシリンダ内面を切削した後の粗面の一部を拡大して示した断面図である。
【図３】図１における粗面を形成したシリンダ内面に対し、溶射被膜を形成した状態を示す断面図である。
【図４】破断面率に対する溶射被膜の密着力特性および切削面の面粗度特性図である。
【図５】図１に示した工具の送りピッチおよび切り込み量を示す説明図である。
【図６】（ａ）は工具の切り込み量大のときの粗面に対して溶射処理した状態であり、（ｂ）は工具の切り込み量小のときの粗面に対して溶射処理した状態を示す説明図である。
【図７】シリンダ内面に形成する溶射被膜の被膜厚さと密着力との相関図である。
【図８】工具の切り込み量と被膜厚さとの相関図である。
【図９】従来例における溶射前処理を行う加工装置の概略構成図である。
【符号の説明】
３ シリンダ内面（円筒内面）
７ 工具
９ 凹部
９ａ 切削面（ねじ状の凹部）
９ｂ 微細凹凸部（破断面）

Claims (6)

1. 円筒内面に、ねじ状の凹部で構成される切削面と、前記凹部相互間に形成されて凹部より微細な微細凹凸部で構成される破断面と、からなる粗面を備えた円筒内面の溶射前処理形状であって、前記切削面は、前記円筒内面を切削可能な工具を、前記円筒内面に沿って回転移動させつつ中心軸方向に移動させることで形成し、前記破断面は、前記切削面を形成する際に円筒内面から発生する切削片によって形成したものであることを特徴とする円筒内面の溶射前処理形状。
2. 互いに隣接する前記凹部をそれぞれ加工する際の前記工具は、これら各加工位置にある状態で互いに向かい合う側の側部が交差して重なり合う位置が、前記円筒内面の加工前の表面位置よりも深い位置となるような重なり深さを有していることを特徴とする請求項１記載の円筒内面の溶射前処理形状。
3. 微細凹凸部は、粗面全体の４０％〜６０％であることを特徴とする請求項１または２記載の円筒内面の溶射前処理形状。
4. 円筒内面を切削可能な工具を、前記円筒内面に沿って回転移動させつつ中心軸方向に移動させることで、前記円筒内面に、ねじ状の凹部で構成される切削面を形成するとともに、前記凹部より微細な微細凹凸部で構成される破断面を、前記切削面を形成する際に円筒内面から発生する切削片によって形成することを特徴とする円筒内面の溶射前処理方法。
5. 互いに隣接する前記凹部をそれぞれ加工する際の前記工具は、これら各加工位置にある状態で互いに向かい合う側の側部が交差して重なり合う位置が、前記円筒内面の加工前の表面位置よりも深い位置となるような重なり深さを有していることを特徴とする請求項４記載の円筒内面の溶射前処理方法。
6. 切削面における凹部相互間のピッチが０．３ｍｍ以下となるよう工具の送りピッチを設定するとともに、加工前の円筒内面から前記凹部の最深部までの寸法が１．０ｍｍ以下となるよう前記工具の切り込み量を設定し、かつ工具の重なり深さを凹部の最深部までの寸法の２０〜７５％とすることを特徴とする請求項５記載の円筒内面の溶射前処理方法。

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