JP4132975B2 - 鋳造体強化方法、およびそれに使用される工具 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳物に生ずるひけ巣やピンホールあるいはブローホールなどといった鋳造欠陥を補修または低減（以下、補修と低減とを総括的に「補修」という）するための鋳造体強化方法、および、それに使用するための工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車や自動二輪車などのエンジンの軽量化を図るべく、アルミニウム材料によりエンジンのシリンダブロックを鋳造成形する手法が採用される場合がある。アルミニウム材料の金属強度は低いので、その場合には、シリンダボアの耐摩耗性を向上させるために、この内壁面に耐摩耗層を形成する必要がある。
【０００３】
たとえば、耐摩耗層は、円筒形状を呈した鉄系金属製のライナをシリンダブロックに圧入するか、あるいは、このライナをシリンダブロックの鋳造成形の際に予め組み込むことにより形成される。このようなライナは、シリンダブロックに埋設される際に適度な強度を必要とするため、その肉厚が比較的厚く（約３ｍｍ程度）される。そのため、このような耐摩耗層を有するシリンダブロックにおいては、重量増加となるばかりでなく、冷却効率が悪くなってしまい、エンジン冷却用の水路を余分に形成したり、これに付随して冷却ポンプを大型化する必要があり、コスト的に不利となってしまう。
【０００４】
また、たとえば、耐摩耗層は、クロムを含有する金属などをシリンダボアの内壁面にメッキ加工することにより形成される。このような場合では、メッキ液を廃棄処理しなければならず、また、クロムが廃棄ガス中に入り込むため、環境問題を引き起こす可能性がある。
【０００５】
そこで、近年においては、プラズマ溶射法によりシリンダボアの内壁に鉄系金属を溶着させることによって耐摩耗層を形成する技術が注目されている。この方法によれば、耐摩耗層の形成は、シリンダボアの内壁面を切削加工により削り出した後に行われ、耐摩耗層は、鉄系金属の粉末体を加熱しつつシリンダボアの内壁面に吹き付けることによって形成される。このような耐摩耗層は、鉄系金属がシリンダボアの内壁面に溶着した形態をとり、その厚みが比較的薄く（０．１ｍｍ程度）されうる。したがって、この方法によれば、上述した種々の問題を解消することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリンダブロックは、鋳物であるがゆえに、その形成の際に、ピンホールやブローホールなどの欠陥が生じてしまう。また、アルミニウム材料による鋳物は、凝固時のひけが大きく、ひけ巣が生じ易い。これらの鋳造欠陥は、シリンダブロックの表面だけでなくその内部にも生じる。そのため、プラズマ溶射に先立って削り加工しても、シリンダボアの内壁面に鋳造欠陥が露出してしまう。
【０００７】
このような場合、シリンダボアの内壁面に対して、プラズマ溶射法により耐摩耗層を形成する際に、鋳造欠陥内において溶射金属が分断したり、溶射金属膜が鋳造欠陥を覆いきれずに、この鋳造欠陥が孔として残ってしまう。その結果、シリンダボアの内壁に要求される平滑性や強度要件を充足することができないことが多い。
【０００８】
鋳造欠陥に起因するこのような不具合を解消するための手法の一つとして、熱硬化性樹脂により鋳造欠陥を塞ぐ鋳造体強化方法が知られている。具体的には、この方法においては、欠陥補修が必要な鋳造物ないし製品が、熱硬化性樹脂を主成分とする含浸液に一旦浸漬された後、乾燥炉にて加熱乾燥されることにより、含浸液に含まれていた樹脂成分が硬化させられる。これにより、鋳造欠陥が熱硬化性樹脂により塞がれる。
【０００９】
しかしながら、このような方法は、樹脂を用いるため、熱や機械的衝撃を受けるシリンダボアの内壁面の補修に適用するのは困難である。また、この方法は、樹脂含浸、加熱乾燥の工程追加により、製造工程全体が複雑化してしまう。
【００１０】
本発明はこのような事情のもとで考え出されたものであって、鋳造体に生じる鋳造欠陥を良好に補修することができる鋳造体強化方法、および、それに使用される工具を提供することを目的とする。
【００１１】
【発明の開示】
上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１２】
すなわち、本願発明の第１の側面により提供される鋳造体強化方法は、円筒形状のボア部を有する鋳造体を製造する際に、当該ボア部を規定するボア壁面の元となる初期面に生じた鋳造欠陥を補修するためのものであって、前記初期面に対して、摺接部を有する工具の当該摺接部を圧接させつつ摺動させて、当該初期面の金属組織を塑性流動させることによって、前記初期面より退避する溝部と当該溝部に隣接して前記初期面より突き出る突条部とからなる連続凹凸形状面を形成するための塑性流動工程と、前記連続凹凸形状面において、金属組織の塑性流動が生じた深さ範囲内で前記溝部よりも深部までを切削除去することによって、仕上面を形成するための仕上工程と、を含むことを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、前記ボア壁面（鋳造体の表面）は、金属組織の塑性流動が生じた結果として形成された面（前記連続凹凸形状面）がそのまま最終面とされたものではなく、前記仕上面として削り出されたものである。ここで、前記塑性流動工程において、鋳造体は、前記溝部および突条部が形成されるレベルまで積極的に金属組織が塑性流動させられるので、鋳造体において、表面から比較的深い範囲を、金属組織が塑性流動した部分とすることができる。前記仕上面は、前記連続凹凸形状面において、金属組織の塑性流動が生じた深さ範囲内で溝部よりも深部までを切削除去したものであるため、金属組織が塑性流動した部分が仕上面に露出しうる。したがって、鋳造体における金属組織が塑性流動した部分では、鋳造欠陥が押しつぶされて消滅した状態となっているため、前記仕上面として、鋳造欠陥が露出するのを防止した平滑なものとすることができる。その結果、ボア壁面に対してプラズマ溶射法などにより溶射金属膜を形成する場合、この膜に対して平滑性および強度要件の両方を同時に満足させることができる。
【００１４】
ところで、特開２０００−３３６４６５号公報と特開２００１−２５９８２４号公報には、鋳造体の表面に対して塑性流動加工を施すことにより、鋳造欠陥を補修する技術が開示されているが、これらの公報においては、塑性流動加工により生じた面が最終面とされているため、鋳造体の表面を平滑にすることができない。これに対し、本発明では、上述したように、塑性流動により生じた凹凸面をさらに溝部よりも深い仕上面まで削り出すので、これを平滑にすることができる。また、前記した公報の方法では、塑性流動により生じた面がそのまま最終面となるため、その最終面が不当に凹凸とならない程度までしか塑性流動させることができず、鋳造体における金属組織が塑性流動する範囲は、鋳造体の表面から比較的浅くならざるえを得ず、鋳造欠陥が鋳造体の表面に残ってしまう可能性がある。すなわち、鋳造体に対する鋳造欠陥の補修が不充分となりうる。これに対して、本発明においては、上述したように、後に仕上加工をすることを前提にしているから、鋳造体に対して、前記溝部および突条部が形成されるレベルまで塑性流動を積極的に起こさせて、鋳造体における金属組織が塑性流動する範囲を比較的深くすることができる。したがって、鋳造体に対する鋳造欠陥の補修を充分なものとすることができる。
【００１５】
なお、本発明の方法の対象となる鋳造体としては、アルミニウム製に限定されないが、製品の軽量化や塑性流動の生じ易さを考慮すると、アルミニウム製又はアルミニウム合金製であるのが好ましい。
【００１６】
この鋳造体強化方法においては、たとえば、前記塑性流動工程の前に、前記初期面を削り出すための前工程を行ってもよい。
【００１７】
前記塑性流動工程では、たとえば、前記連続凹凸形状面は、円筒形状の前記ボア部のボア軸心の方向に前記溝部および前記突条部が交互に連続して並ぶように形成される。この場合、各溝部および各突条部は、完全なリング状であってもよいし、ネジ山やネジ溝のように螺旋状であってもよい。
【００１８】
前記塑性流動工程では、たとえば、前記溝部は、前記初期面に対して０．１５〜０．４０ｍｍの深さまで形成される。
【００１９】
前記仕上工程は、たとえば、前記連続凹凸形状面から前記突条部を切削除去することによって第１仕上面を形成するための第１仕上工程（粗仕上工程）と、前記第１仕上面をさらに切削することによって第２仕上面を形成するための第２仕上工程（最終仕上工程）とを含んでいる。
【００２０】
前記第１仕上面は、たとえば、前記溝部から０〜０．２０ｍｍの深さにて削り出される。また、前記第２仕上面は、たとえば、前記第１仕上面から０．０５〜０．１０ｍｍの深さにて削り出される。
【００２１】
前記工具としては、たとえば、一の工具軸心に対して平行となるように延設されかつ当該工具軸心からそれぞれ等距離に設けられた複数の摺接部を有し、各摺接部が、前記工具軸心に対して平行に並べられた複数の山形刃を有するように形成されたものが用いられる。
【００２２】
なお、前記工具における山形刃の材質は限定されないが、補修対象の鋳造体の材質よりも硬い材質で構成されているのが好ましい。たとえば、鋳造体がアルミニウム製の場合、前記工具としては、前記山形刃が鋼製であるものとする。
【００２３】
前記塑性流動工程は、たとえば、前記初期面で規定される孔部内で前記ボア軸心と前記工具軸心とが平行となるように前記工具を配設し、かつ、当該工具を前記工具軸心回りに自転させることによって、前記初期面に対して前記複数の摺接部を圧接させつつ摺動させることによって行われる。
【００２４】
前記塑性流動工程は、たとえば、前記ボア軸心を公転軸として、前記摺接部が前記初期面に対して圧接しつつ摺動することが可能な軌道で前記工具を公転させることによって行われる。前記工具は、たとえば、前記自転の方向と前記公転の方向とは同一となるように操作される。但し、自転と公転の回転方向を逆にしてもよい。
【００２５】
前記工具としては、たとえば、前記山形刃の頂部が丸みの付いた形状を有するものが用いられる。
【００２６】
前記工具としては、たとえば、前記山形刃の山高さが、０．３〜０．８ｍｍであるものが用いられる。
【００２７】
前記工具としては、たとえば、前記工具軸心に対して周方向に離隔した２〜８の摺接部を有するものが用いられる。但し、この数は限定的でない。
【００２８】
本願発明の第２の側面により提供される工具は、鋳造体の表面における金属組織を塑性流動させるための工具であって、一の工具軸心に対して平行となるように延設されかつ当該工具軸心からそれぞれ等距離に設けられた複数の摺接部の各々が、前記工具軸心の周方向に離間しているとともに、前記工具軸心に対して平行に並べられた複数の山形刃を有することを特徴としている。
【００２９】
前記山形刃の頂部は、たとえば、丸みの付いた形状を有している。
【００３０】
前記山形刃の山高さは、たとえば、０．３〜０．８ｍｍとされる。
【００３１】
前記工具は、たとえば、前記工具軸心に対して周方向に離隔した２〜８の摺接部を有している。この数が限定的にないのは、先に述べたとおりである。
【００３２】
本願発明の第３の側面により提供される鋳造体強化方法は、鋳造体の表面に生じる鋳造欠陥を補修するためのものであって、前記鋳造体の初期の表面である初期面に対して、摺接部を有する工具の当該摺接部を圧接させつつ摺動させて、当該鋳造体表面の金属組織に塑性流動を生じさせることによって、前記初期面より退避する溝部と当該溝部に隣接して前記初期面より突き出る突条部とからなる連続凹凸形状面を形成するための塑性流動工程と、前記連続凹凸形状面において、金属組織の塑性流動が生じた深さ範囲内で前記溝部よりも深部までを切削除去することによって、仕上面を形成するための仕上工程と、を含むことを特徴としている。
【００３３】
本願発明のその他の特徴および利点については、以下に行う発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００３５】
図１は、鋳造体の一例を示す切り欠き斜視図、図２は、図１の鋳造体を製造する際に形成される中間体を示す切り欠き斜視図である。図３、図５および図７は、本願発明に係る鋳造体強化方法を説明するための図である。図４（ａ）は、本願発明に係る工具の一例を示す側面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の平面図である。図６は、図５のVI-VI線に沿う断面図であって、図６（ａ）は、加工初期の様子を示し、図６（ｂ）は、加工後の様子を示す。また、図８は、図７のVIII-VIII線に沿う拡大断面図、図９は、図７のIX-IX線に沿う拡大断面図である。
【００３６】
図１に示す鋳造体１は、自動車や自動二輪車などに搭載されるエンジンのシリンダブロックとして形成されたものであって、エンジンのピストンが収容される円筒状のボア部２を有している。このシリンダブロック１は、エンジンの軽量化を図るべく、本実施形態では、アルミニウム材料により形成されている。アルミニウム材料は、一般に、耐摩耗性が低いので、このシリンダブロック１には、エンジンに組み込まれる際に、ピストンとの間の摩擦によってボア部２を規定するボア壁面２ａの表面が摩耗してしまうのを防止するために、ボア壁面２ａを覆う耐摩耗層９が設けられる。
【００３７】
このような耐摩耗層９は、鉄系金属により、０．１ｍｍ程度の厚さに形成され、その形成の際には、たとえば、プラズマ溶射法が用いられる。この方法によれば、上記鉄系金属の粉末体が加熱されつつボア壁面２ａに対して吹き付けられ、これにより、鉄系金属がボア壁面２ａに溶着して耐摩耗層９が形成される。
【００３８】
上記シリンダブロック１を形成する際には、まず、当初は寸法調整のされていないボア部２を有するシリンダブロック中間体１０を鋳造により成形する。ボア部２は、図２に示すように、その内壁面が、ボア壁面２ａの元となる初期面２０ａとして、円筒内面状に形成されており、その当初の内径が、ボア部２の最終の内径よりもたとえば０．４ｍｍ〜１．４ｍｍ程度小さくなるように設定されている。シリンダブロック中間体１０は、鋳造成形されるがゆえに、ひけ巣やピンホールあるいはブローホールなどといった、気泡状の欠陥（鋳造欠陥）２９を有している。このような鋳造欠陥２９は、シリンダブロック中間体１０の各所に生じており、その一部には、初期面２０ａの表面に露出しているものもある。
【００３９】
次に、初期面２０ａ近傍に生じた鋳造欠陥２９を補修する。この作業は、以下に説明する鋳造体強化方法により行われ、その結果として、寸法調整されたボア壁面２ａが形成される。
【００４０】
すなわち、この鋳造体強化方法では、まず、図３に示す連続凹凸形状面３を形成するための塑性流動工程を行う。連続凹凸形状面３は、上記初期面２０ａより退避する溝部３１と当該溝部３１に隣接して前記初期面２０ａより突き出る突条部３２とからなり、ボア部２の軸心（ボア軸心）２１が延びる方向に溝部３１および突条部３２が交互に連続して並ぶように形成されている。この連続凹凸形状面３は、初期面２０ａの金属組織を塑性流動させることにより形成されたものであり、その形成に際しては、たとえば、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す工具７が使用される。
【００４１】
この工具７は、全体として円柱形状とされた作用部７ａを有しており、その軸心（工具軸心）７１を中心として回転操作される。作用部７ａには、工具軸心７１に対して平行となるように延設されるとともに工具軸心７１からそれぞれ等距離で周方向に等間隔に設けられた複数の摺接部７２が形成されている。各摺接部７２は、後述するようにして、初期面２０ａの金属組織を圧縮および塑性流動させるための部分であって、このような金属組織の圧縮および塑性流動が比較的広範囲にわたって生じるように、複数の山形刃７３を有している。この工具７において、複数の山形刃７３は、各摺接部７２に対して工具軸心７１と平行に並ぶように設けられており、そのそれぞれは、その山高さｈがたとえば０．３ｍｍ〜０．８ｍｍとなるように形成されている。また、各山形刃７３は、初期面２０ａの金属組織における塑性流動が円滑かつ均一に起り易いように、その頂部７３ａが丸みの付いた形状とされている。
【００４２】
このような工具７は、図５に示すように、ボア部２内において、工具軸心７１がボア軸心２１と平行となり、かつ、ボア軸心２１と初期面２０ａとの間の距離よりも、ボア軸心２１と山形刃７３の頂部７３ａとの間の最大距離が長くなるように配置される。この工具７は、作用部７ａの直径がボア部２の内径よりも小とされており、工具軸心７１を中心として回転（自転）させられるだけでなく、ボア軸心２１を中心として回動（公転）させられる。これにより、工具７の各山形刃７３が、初期面２０ａに対して圧接しつつ摺動し、工具７を所定の速度で公転させながら自転させることによって、溝部３１および突条部３２が形成される。この後、工具７の作用部７ａにおける工具軸心方向の長さがボア部２におけるボア軸心方向の長さよりも短い場合、工具７をボア部２内においてボア軸心方向に移動させて、さらに工具７の回転（自転・公転）操作を行うという一連の作業を繰り返すことによって、初期面２０ａの全域にわたって溝部３１および突条部３２を形成することができる。その結果、連続凹凸形状面３が形成される（図３）。
【００４３】
より詳細には、工具７の各山形刃７３が初期面２０ａに対して圧接しつつ摺動する初期の段階において、初期面２０ａにおける山形刃７３が当接する領域は、図６（ａ）に示すように、金属組織が圧縮されつつ窪むとともに、圧縮された金属組織の一部が塑性流動して山形刃７３の刃面に沿って盛り上がっていく。その後、各山形刃７３の初期面２０ａに対する圧接・摺動が進行すると、図６（ｂ）に示すように、初期面２０ａにおける金属組織が圧縮される領域および金属組織が塑性流動する領域が拡大していく。これにより、窪んだ部分が深くかつ広くなることによって溝部３１が形成される一方、盛り上がった部分も増大し、これが工具７における各山形刃７３の間の空間に収容されていくことによって突条部３２が形成される（但し、突条部３２が各山形刃７３の間の空間を完全に占有しなくともよい）。そして、これら溝部３１および突条部３２が初期面２０ａの全域にわたって設けられることによって連続凹凸形状面３が形成される。
【００４４】
このようにして形成された連続凹凸形状面３において、溝部３１の底からある程度の深さ範囲にありかつ周方向全域にわたる領域、および突条部３２の内部の領域（以下、これらの領域を総じて「表層」という）３ａは、圧縮された金属組織あるいは塑性流動した金属組織により形成されたものとなりうる。また、圧縮された金属組織および塑性流動した金属組織は、密となっており、その内部の鋳造欠陥２９が押しつぶされて消滅した状態（図６（ａ）および図６（ｂ）における符号２９′を参照）となっている。したがって、連続凹凸形状面３は、上記表層３ａ内に鋳造欠陥がない状態となるように形成される。換言すれば、この塑性流動工程は、鋳造欠陥が存在しない表層３ａを有する連続凹凸形状面３を形成するための工程である。
【００４５】
なお、この塑性流動工程においては、工具７を回転させる際に、自転の方向と公転の方向が同一となるように操作して、自転と公転とが相互に妨げ合わないようにしている。これにより、初期面２０ａに対する金属組織の圧縮および塑性流動の工程を円滑に行えるようにしている。
【００４６】
また、上記工具７は、図４（ｂ）に示すように、４つの摺接部７２を有するものとされているが、工具７としては、工具軸心７１に対して周方向に離間した２〜８の摺接部７２を有するものが好ましい。すなわち、工具７の作用部７ａは、平面視において、多角形状とされるのが好ましい。このような工具７によれば、山形刃７３は、初期面２０ａに対して適度な入射角で断続的に当るので、金属組織の圧縮および塑性流動を良好に生じさせることができる。特に、６個の山形刃７３を周方向等間隔に設ける場合には、金属組織の圧縮および塑性流動を良好に生じさせ易いことを本発明者は実験的に確認している。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、上記塑性流動工程においては、具体的に、溝部３１の深さが初期面２０ａに対して０．１５ｍｍ〜０．４０ｍｍとなるようにして連続凹凸形状面３を形成しており、これにより、表層３ａの深さｄが溝部３１の底から０．１ｍｍ〜０．３５ｍｍの範囲にわたる領域とされる。
【００４８】
この鋳造体強化方法では、上記した塑性流動工程に次いで、仕上面を削り出すための仕上工程が行われる。この仕上工程は、上記連続凹凸形状面３の表層３ａ、すなわち、金属組織の圧縮および塑性流動が生じた領域を、塑性流動が生じた深さ範囲内で溝部３１の底よりも深部までを切削することによって、ボア壁面２ａとなる仕上面を形成するための工程である。この鋳造体強化方法において、仕上工程は、図８に示すように、連続凹凸形状面３から突条部３２を切削除去することによって第１仕上面４を形成するための第１仕上工程（粗仕上工程）と、図９に示すように、この第１仕上面４をさらに切削することによってボア壁面２ａとしての第２仕上面５を形成するための第２仕上工程（最終仕上工程）とを含んでいる。なお、この仕上工程では、第１仕上工程および第２仕上工程を経て、連続凹凸形状面３における上記表層３ａの深さ範囲よりも浅い部分が除去されるようにして、連続凹凸形状面３を切削する。すなわち、ボア壁面２ａは、シリンダブロック中間体１０において金属組織を圧縮および塑性流動させた領域を露出させたものである。
【００４９】
この仕上工程は、たとえば、２種類の刃具（第１刃具８１および第２刃具８２）を有する公知の装置を用いて行うことができる。このような装置では、図７に示すように、第１刃具８１は、連続凹凸形状面３が形成されたシリンダブロック中間体１０のボア部２内において、連続凹凸形状面３に当接するように固定されている。この装置を駆動して、第１刃具８１を、ボア部２に対してボア軸心２１の回りに相対的に回転させることによって、連続凹凸形状面３を切削することができる。このとき、図８に示すように、溝部３１の底からたとえば０〜０．２ｍｍの深さ（ｄ1）まで連続凹凸形状面３を切削することによって、連続凹凸形状面３から突条部３２が切削除去され第１仕上面４が形成される。
【００５０】
一方、第２刃具８２は、図７に示すように、シリンダブロック中間体１０′のボア部２内において、連続凹凸形状面３（第１仕上面４）に対して当接する位置と離間する位置との間で往復移動可能に支持されている。この第２刃具８２は、第１刃具８１が連続凹凸形状面３を切削しているときには、連続凹凸形状面３から離間した位置に配置されており、第１刃具８１が第１仕上面４を形成し終えた後に第１仕上面４に当接するように移動させられる。この状態において、第２刃具８２を、ボア部２に対してボア軸心２１の回りに相対的に回転させることによって、第１仕上面４を切削することができる。このとき、図９に示すように、第１仕上面４を、たとえば０．０５ｍｍ〜０．１０ｍｍの深さ（ｄ2）まで切削することによって、第２仕上面５が形成される。このようにして、第１仕上工程および第２仕上工程が効率的に行われる。
【００５１】
次に、上記金属欠陥補修方法の作用を説明する。
【００５２】
上記塑性流動工程において、シリンダブロック中間体１０には、図３に示すように、溝部３１および突条部３２からなる連続凹凸形状面３が形成される。上述したように、溝部３１および突条部３２は、ボア部２の初期面２０ａの金属組織を圧縮および塑性流動させることにより形成されたものであるため、連続凹凸形状面３の表層３ａ、すなわち、連続凹凸形状面３における溝部３１の底から０．１０ｍｍ〜０．３５ｍｍの深さ範囲にありかつ周方向全域にわたる領域と、突条部３２の内部の領域とにおいては、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、鋳造欠陥が押しつぶされて消滅した状態となる。このような連続凹凸形状面３は、上記仕上工程において切削されることによって、第１仕上面４、およびボア壁面２ａとなる第２仕上面５とされる。第１仕上面４は、図８に示すように、溝部３１の底から０〜０．２０ｍｍの深さ（ｄ1）にて削り出されたものとされており、かつ、第２仕上面５は、図９に示すように、第１仕上面４から０．０５〜０．１０ｍｍの深さ（ｄ2）にて削り出されたものとされているので、第２仕上面５は、溝部３１の底から０．０５〜０．３０ｍｍの深さ（ｄ1＋ｄ2）にて削り出されたものとなる。すなわち、ボア壁面２ａは、上述したように、シリンダブロック中間体１０において金属組織を圧縮および塑性流動させた領域を露出させたものとなる。したがって、全域にわたって鋳造欠陥が露出しないようにして、ボア壁面２ａを形成することができる。
【００５３】
その結果、プラズマ溶射法などにより、ボア壁面２ａに対して鉄系金属を溶着させた耐摩耗層９を形成する際には、従来例のように、鋳造欠陥内において溶射金属層が分断されたり、溶射金属膜が鋳造欠陥を覆いきれずにこの鋳造欠陥が孔として残るのを防止することができる。
【００５４】
なお、上記した実施の形態では、シリンダブロック中間体１０を鋳造した際に設けられたボア部２の内壁面が初期面２０ａとされているが、鋳造直後においてボア部２の内壁面に比較的大きな凹凸がある場合などでは、上記塑性流動工程の前に、ボア部２の内壁面を切削することによって初期面２０ａを形成するための前工程を設けてもよい。このようにすれば、初期面２０ａをほぼ円筒内面状とすることができ、連続凹凸形状面３を形成する際に、工具７を初期面２０ａに対して一様な押圧力で圧接させることができる。したがって、上記表層３ａを溝部３１の底から均一な深さ範囲に形成することができる。その結果、全域にわたって鋳造欠陥が露出していないボア壁面２ａを確実に形成することができる。
【００５５】
もちろん、本願発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのあらゆる設計変更はすべて本願発明の範囲に含まれる。たとえば、上記実施の形態によれば、鋳造体１は、シリンダブロックとされているが、これに限ることはなく、たとえば、トランスミッションケースなどに形成されたベアリング嵌入孔など、他の鋳造体とされていてもよい。また、補修対象となる面は必ずしも円筒面でなくともよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋳造体の一例を示す切り欠き斜視図である。
【図２】図１の鋳造体を製造する際に形成される中間体を示す切り欠き斜視図である。
【図３】本願発明に係る鋳造体強化方法を説明するための切り欠き斜視図である。
【図４】（ａ）は、本願発明に係る工具の一例を示す側面図、（ｂ）は、（ａ）の平面図である。
【図５】本願発明に係る鋳造体強化方法を説明するための概略平面図である。
【図６】図５のVI-VI線に沿う断面図であって、（ａ）は、加工初期の様子を示し、（ｂ）は、加工後の様子を示す。
【図７】本願発明に係る鋳造体強化方法を説明するための概略平面図である。
【図８】図７のVIII-VIII線に沿う拡大断面図である。
【図９】図７のIX-IX線に沿う拡大断面図である。
【符号の説明】
１ シリンダブロック（鋳造体）
２ ボア部
２ａ ボア壁面
３ 連続凹凸形状面
４ 第１仕上面
５ 第２仕上面
７ 工具
２０ａ 初期面
２１ ボア軸心
３１ 溝部
３２ 突条面
７１ 工具軸心
７２ 摺接部
７３ 山形刃
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳物に生ずるひけ巣やピンホールあるいはブローホールなどといった鋳造欠陥を補修または低減（以下、補修と低減とを総括的に「補修」という）するための鋳造体強化方法、および、それに使用するための工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車や自動二輪車などのエンジンの軽量化を図るべく、アルミニウム材料によりエンジンのシリンダブロックを鋳造成形する手法が採用される場合がある。アルミニウム材料の金属強度は低いので、その場合には、シリンダボアの耐摩耗性を向上させるために、この内壁面に耐摩耗層を形成する必要がある。
【０００３】
たとえば、耐摩耗層は、円筒形状を呈した鉄系金属製のライナをシリンダブロックに圧入するか、あるいは、このライナをシリンダブロックの鋳造成形の際に予め組み込むことにより形成される。このようなライナは、シリンダブロックに埋設される際に適度な強度を必要とするため、その肉厚が比較的厚く（約３ｍｍ程度）される。そのため、このような耐摩耗層を有するシリンダブロックにおいては、重量増加となるばかりでなく、冷却効率が悪くなってしまい、エンジン冷却用の水路を余分に形成したり、これに付随して冷却ポンプを大型化する必要があり、コスト的に不利となってしまう。
【０００４】
また、たとえば、耐摩耗層は、クロムを含有する金属などをシリンダボアの内壁面にメッキ加工することにより形成される。このような場合では、メッキ液を廃棄処理しなければならず、また、クロムが廃棄ガス中に入り込むため、環境問題を引き起こす可能性がある。
【０００５】
そこで、近年においては、プラズマ溶射法によりシリンダボアの内壁に鉄系金属を溶着させることによって耐摩耗層を形成する技術が注目されている。この方法によれば、耐摩耗層の形成は、シリンダボアの内壁面を切削加工により削り出した後に行われ、耐摩耗層は、鉄系金属の粉末体を加熱しつつシリンダボアの内壁面に吹き付けることによって形成される。このような耐摩耗層は、鉄系金属がシリンダボアの内壁面に溶着した形態をとり、その厚みが比較的薄く（０．１ｍｍ程度）されうる。したがって、この方法によれば、上述した種々の問題を解消することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリンダブロックは、鋳物であるがゆえに、その形成の際に、ピンホールやブローホールなどの欠陥が生じてしまう。また、アルミニウム材料による鋳物は、凝固時のひけが大きく、ひけ巣が生じ易い。これらの鋳造欠陥は、シリンダブロックの表面だけでなくその内部にも生じる。そのため、プラズマ溶射に先立って削り加工しても、シリンダボアの内壁面に鋳造欠陥が露出してしまう。
【０００７】
このような場合、シリンダボアの内壁面に対して、プラズマ溶射法により耐摩耗層を形成する際に、鋳造欠陥内において溶射金属が分断したり、溶射金属膜が鋳造欠陥を覆いきれずに、この鋳造欠陥が孔として残ってしまう。その結果、シリンダボアの内壁に要求される平滑性や強度要件を充足することができないことが多い。
【０００８】
鋳造欠陥に起因するこのような不具合を解消するための手法の一つとして、熱硬化性樹脂により鋳造欠陥を塞ぐ鋳造体強化方法が知られている。具体的には、この方法においては、欠陥補修が必要な鋳造物ないし製品が、熱硬化性樹脂を主成分とする含浸液に一旦浸漬された後、乾燥炉にて加熱乾燥されることにより、含浸液に含まれていた樹脂成分が硬化させられる。これにより、鋳造欠陥が熱硬化性樹脂により塞がれる。
【０００９】
しかしながら、このような方法は、樹脂を用いるため、熱や機械的衝撃を受けるシリンダボアの内壁面の補修に適用するのは困難である。また、この方法は、樹脂含浸、加熱乾燥の工程追加により、製造工程全体が複雑化してしまう。
【００１０】
本発明はこのような事情のもとで考え出されたものであって、鋳造体に生じる鋳造欠陥を良好に補修することができる鋳造体強化方法、および、それに使用される工具を提供することを目的とする。
【００１１】
【発明の開示】
上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１２】
すなわち、本願発明の第１の側面により提供される鋳造体強化方法は、円筒形状のボア部を有する鋳造体を製造する際に、当該ボア部を規定するボア壁面の元となる初期面に生じた鋳造欠陥を補修するためのものであって、前記初期面に対して、摺接部を有する工具の当該摺接部を圧接させつつ摺動させて、当該初期面の金属組織を塑性流動させることによって、前記初期面より退避する溝部と当該溝部に隣接して前記初期面より突き出る突条部とからなる連続凹凸形状面を形成するための塑性流動工程と、前記連続凹凸形状面において、金属組織の塑性流動が生じた深さ範囲内で前記溝部よりも深部までを切削除去することによって、仕上面を形成するための仕上工程と、を含むことを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、前記ボア壁面（鋳造体の表面）は、金属組織の塑性流動が生じた結果として形成された面（前記連続凹凸形状面）がそのまま最終面とされたものではなく、前記仕上面として削り出されたものである。ここで、前記塑性流動工程において、鋳造体は、前記溝部および突条部が形成されるレベルまで積極的に金属組織が塑性流動させられるので、鋳造体において、表面から比較的深い範囲を、金属組織が塑性流動した部分とすることができる。前記仕上面は、前記連続凹凸形状面において、金属組織の塑性流動が生じた深さ範囲内で溝部よりも深部までを切削除去したものであるため、金属組織が塑性流動した部分が仕上面に露出しうる。したがって、鋳造体における金属組織が塑性流動した部分では、鋳造欠陥が押しつぶされて消滅した状態となっているため、前記仕上面として、鋳造欠陥が露出するのを防止した平滑なものとすることができる。その結果、ボア壁面に対してプラズマ溶射法などにより溶射金属膜を形成する場合、この膜に対して平滑性および強度要件の両方を同時に満足させることができる。
【００１４】
ところで、特開２０００−３３６４６５号公報と特開２００１−２５９８２４号公報には、鋳造体の表面に対して塑性流動加工を施すことにより、鋳造欠陥を補修する技術が開示されているが、これらの公報においては、塑性流動加工により生じた面が最終面とされているため、鋳造体の表面を平滑にすることができない。これに対し、本発明では、上述したように、塑性流動により生じた凹凸面をさらに溝部よりも深い仕上面まで削り出すので、これを平滑にすることができる。また、前記した公報の方法では、塑性流動により生じた面がそのまま最終面となるため、その最終面が不当に凹凸とならない程度までしか塑性流動させることができず、鋳造体における金属組織が塑性流動する範囲は、鋳造体の表面から比較的浅くならざるえを得ず、鋳造欠陥が鋳造体の表面に残ってしまう可能性がある。すなわち、鋳造体に対する鋳造欠陥の補修が不充分となりうる。これに対して、本発明においては、上述したように、後に仕上加工をすることを前提にしているから、鋳造体に対して、前記溝部および突条部が形成されるレベルまで塑性流動を積極的に起こさせて、鋳造体における金属組織が塑性流動する範囲を比較的深くすることができる。したがって、鋳造体に対する鋳造欠陥の補修を充分なものとすることができる。
【００１５】
なお、本発明の方法の対象となる鋳造体としては、アルミニウム製に限定されないが、製品の軽量化や塑性流動の生じ易さを考慮すると、アルミニウム製又はアルミニウム合金製であるのが好ましい。
【００１６】
この鋳造体強化方法においては、たとえば、前記塑性流動工程の前に、前記初期面を削り出すための前工程を行ってもよい。
【００１７】
前記塑性流動工程では、たとえば、前記連続凹凸形状面は、円筒形状の前記ボア部のボア軸心の方向に前記溝部および前記突条部が交互に連続して並ぶように形成される。この場合、各溝部および各突条部は、完全なリング状であってもよいし、ネジ山やネジ溝のように螺旋状であってもよい。
【００１８】
前記塑性流動工程では、たとえば、前記溝部は、前記初期面に対して０．１５〜０．４０ｍｍの深さまで形成される。
【００１９】
前記仕上工程は、たとえば、前記連続凹凸形状面から前記突条部を切削除去することによって第１仕上面を形成するための第１仕上工程（粗仕上工程）と、前記第１仕上面をさらに切削することによって第２仕上面を形成するための第２仕上工程（最終仕上工程）とを含んでいる。
【００２０】
前記第１仕上面は、たとえば、前記溝部から０〜０．２０ｍｍの深さにて削り出される。また、前記第２仕上面は、たとえば、前記第１仕上面から０．０５〜０．１０ｍｍの深さにて削り出される。
【００２１】
前記工具としては、たとえば、一の工具軸心に対して平行となるように延設されかつ当該工具軸心からそれぞれ等距離に設けられた複数の摺接部を有し、各摺接部が、前記工具軸心に対して平行に並べられた複数の山形刃を有するように形成されたものが用いられる。
【００２２】
なお、前記工具における山形刃の材質は限定されないが、補修対象の鋳造体の材質よりも硬い材質で構成されているのが好ましい。たとえば、鋳造体がアルミニウム製の場合、前記工具としては、前記山形刃が鋼製であるものとする。
【００２３】
前記塑性流動工程は、たとえば、前記初期面で規定される孔部内で前記ボア軸心と前記工具軸心とが平行となるように前記工具を配設し、かつ、当該工具を前記工具軸心回りに自転させることによって、前記初期面に対して前記複数の摺接部を圧接させつつ摺動させることによって行われる。
【００２４】
前記塑性流動工程は、たとえば、前記ボア軸心を公転軸として、前記摺接部が前記初期面に対して圧接しつつ摺動することが可能な軌道で前記工具を公転させることによって行われる。前記工具は、たとえば、前記自転の方向と前記公転の方向とは同一となるように操作される。但し、自転と公転の回転方向を逆にしてもよい。
【００２５】
前記工具としては、たとえば、前記山形刃の頂部が丸みの付いた形状を有するものが用いられる。
【００２６】
前記工具としては、たとえば、前記山形刃の山高さが、０．３〜０．８ｍｍであるものが用いられる。
【００２７】
前記工具としては、たとえば、前記工具軸心に対して周方向に離隔した２〜８の摺接部を有するものが用いられる。但し、この数は限定的でない。
【００２８】
本願発明の第２の側面により提供される工具は、鋳造体の表面における金属組織を塑性流動させるための工具であって、一の工具軸心に対して平行となるように延設されかつ当該工具軸心からそれぞれ等距離に設けられた複数の摺接部の各々が、前記工具軸心の周方向に離間しているとともに、前記工具軸心に対して平行に並べられた複数の山形刃を有することを特徴としている。
【００２９】
前記山形刃の頂部は、たとえば、丸みの付いた形状を有している。
【００３０】
前記山形刃の山高さは、たとえば、０．３〜０．８ｍｍとされる。
【００３１】
前記工具は、たとえば、前記工具軸心に対して周方向に離隔した２〜８の摺接部を有している。この数が限定的にないのは、先に述べたとおりである。
【００３２】
本願発明の第３の側面により提供される鋳造体強化方法は、鋳造体の表面に生じる鋳造欠陥を補修するためのものであって、前記鋳造体の初期の表面である初期面に対して、摺接部を有する工具の当該摺接部を圧接させつつ摺動させて、当該鋳造体表面の金属組織に塑性流動を生じさせることによって、前記初期面より退避する溝部と当該溝部に隣接して前記初期面より突き出る突条部とからなる連続凹凸形状面を形成するための塑性流動工程と、前記連続凹凸形状面において、金属組織の塑性流動が生じた深さ範囲内で前記溝部よりも深部までを切削除去することによって、仕上面を形成するための仕上工程と、を含むことを特徴としている。
【００３３】
本願発明のその他の特徴および利点については、以下に行う発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００３５】
図１は、鋳造体の一例を示す切り欠き斜視図、図２は、図１の鋳造体を製造する際に形成される中間体を示す切り欠き斜視図である。図３、図５および図７は、本願発明に係る鋳造体強化方法を説明するための図である。図４（ａ）は、本願発明に係る工具の一例を示す側面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の平面図である。図６は、図５のVI-VI線に沿う断面図であって、図６（ａ）は、加工初期の様子を示し、図６（ｂ）は、加工後の様子を示す。また、図８は、図７のVIII-VIII線に沿う拡大断面図、図９は、図７のIX-IX線に沿う拡大断面図である。
【００３６】
図１に示す鋳造体１は、自動車や自動二輪車などに搭載されるエンジンのシリンダブロックとして形成されたものであって、エンジンのピストンが収容される円筒状のボア部２を有している。このシリンダブロック１は、エンジンの軽量化を図るべく、本実施形態では、アルミニウム材料により形成されている。アルミニウム材料は、一般に、耐摩耗性が低いので、このシリンダブロック１には、エンジンに組み込まれる際に、ピストンとの間の摩擦によってボア部２を規定するボア壁面２ａの表面が摩耗してしまうのを防止するために、ボア壁面２ａを覆う耐摩耗層９が設けられる。
【００３７】
このような耐摩耗層９は、鉄系金属により、０．１ｍｍ程度の厚さに形成され、その形成の際には、たとえば、プラズマ溶射法が用いられる。この方法によれば、上記鉄系金属の粉末体が加熱されつつボア壁面２ａに対して吹き付けられ、これにより、鉄系金属がボア壁面２ａに溶着して耐摩耗層９が形成される。
【００３８】
上記シリンダブロック１を形成する際には、まず、当初は寸法調整のされていないボア部２を有するシリンダブロック中間体１０を鋳造により成形する。ボア部２は、図２に示すように、その内壁面が、ボア壁面２ａの元となる初期面２０ａとして、円筒内面状に形成されており、その当初の内径が、ボア部２の最終の内径よりもたとえば０．４ｍｍ〜１．４ｍｍ程度小さくなるように設定されている。シリンダブロック中間体１０は、鋳造成形されるがゆえに、ひけ巣やピンホールあるいはブローホールなどといった、気泡状の欠陥（鋳造欠陥）２９を有している。このような鋳造欠陥２９は、シリンダブロック中間体１０の各所に生じており、その一部には、初期面２０ａの表面に露出しているものもある。
【００３９】
次に、初期面２０ａ近傍に生じた鋳造欠陥２９を補修する。この作業は、以下に説明する鋳造体強化方法により行われ、その結果として、寸法調整されたボア壁面２ａが形成される。
【００４０】
すなわち、この鋳造体強化方法では、まず、図３に示す連続凹凸形状面３を形成するための塑性流動工程を行う。連続凹凸形状面３は、上記初期面２０ａより退避する溝部３１と当該溝部３１に隣接して前記初期面２０ａより突き出る突条部３２とからなり、ボア部２の軸心（ボア軸心）２１が延びる方向に溝部３１および突条部３２が交互に連続して並ぶように形成されている。この連続凹凸形状面３は、初期面２０ａの金属組織を塑性流動させることにより形成されたものであり、その形成に際しては、たとえば、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す工具７が使用される。
【００４１】
この工具７は、全体として円柱形状とされた作用部７ａを有しており、その軸心（工具軸心）７１を中心として回転操作される。作用部７ａには、工具軸心７１に対して平行となるように延設されるとともに工具軸心７１からそれぞれ等距離で周方向に等間隔に設けられた複数の摺接部７２が形成されている。各摺接部７２は、後述するようにして、初期面２０ａの金属組織を圧縮および塑性流動させるための部分であって、このような金属組織の圧縮および塑性流動が比較的広範囲にわたって生じるように、複数の山形刃７３を有している。この工具７において、複数の山形刃７３は、各摺接部７２に対して工具軸心７１と平行に並ぶように設けられており、そのそれぞれは、その山高さｈがたとえば０．３ｍｍ〜０．８ｍｍとなるように形成されている。また、各山形刃７３は、初期面２０ａの金属組織における塑性流動が円滑かつ均一に起り易いように、その頂部７３ａが丸みの付いた形状とされている。
【００４２】
このような工具７は、図５に示すように、ボア部２内において、工具軸心７１がボア軸心２１と平行となり、かつ、ボア軸心２１と初期面２０ａとの間の距離よりも、ボア軸心２１と山形刃７３の頂部７３ａとの間の最大距離が長くなるように配置される。この工具７は、作用部７ａの直径がボア部２の内径よりも小とされており、工具軸心７１を中心として回転（自転）させられるだけでなく、ボア軸心２１を中心として回動（公転）させられる。これにより、工具７の各山形刃７３が、初期面２０ａに対して圧接しつつ摺動し、工具７を所定の速度で公転させながら自転させることによって、溝部３１および突条部３２が形成される。この後、工具７の作用部７ａにおける工具軸心方向の長さがボア部２におけるボア軸心方向の長さよりも短い場合、工具７をボア部２内においてボア軸心方向に移動させて、さらに工具７の回転（自転・公転）操作を行うという一連の作業を繰り返すことによって、初期面２０ａの全域にわたって溝部３１および突条部３２を形成することができる。その結果、連続凹凸形状面３が形成される（図３）。
【００４３】
より詳細には、工具７の各山形刃７３が初期面２０ａに対して圧接しつつ摺動する初期の段階において、初期面２０ａにおける山形刃７３が当接する領域は、図６（ａ）に示すように、金属組織が圧縮されつつ窪むとともに、圧縮された金属組織の一部が塑性流動して山形刃７３の刃面に沿って盛り上がっていく。その後、各山形刃７３の初期面２０ａに対する圧接・摺動が進行すると、図６（ｂ）に示すように、初期面２０ａにおける金属組織が圧縮される領域および金属組織が塑性流動する領域が拡大していく。これにより、窪んだ部分が深くかつ広くなることによって溝部３１が形成される一方、盛り上がった部分も増大し、これが工具７における各山形刃７３の間の空間に収容されていくことによって突条部３２が形成される（但し、突条部３２が各山形刃７３の間の空間を完全に占有しなくともよい）。そして、これら溝部３１および突条部３２が初期面２０ａの全域にわたって設けられることによって連続凹凸形状面３が形成される。
【００４４】
このようにして形成された連続凹凸形状面３において、溝部３１の底からある程度の深さ範囲にありかつ周方向全域にわたる領域、および突条部３２の内部の領域（以下、これらの領域を総じて「表層」という）３ａは、圧縮された金属組織あるいは塑性流動した金属組織により形成されたものとなりうる。また、圧縮された金属組織および塑性流動した金属組織は、密となっており、その内部の鋳造欠陥２９が押しつぶされて消滅した状態（図６（ａ）および図６（ｂ）における符号２９′を参照）となっている。したがって、連続凹凸形状面３は、上記表層３ａ内に鋳造欠陥がない状態となるように形成される。換言すれば、この塑性流動工程は、鋳造欠陥が存在しない表層３ａを有する連続凹凸形状面３を形成するための工程である。
【００４５】
なお、この塑性流動工程においては、工具７を回転させる際に、自転の方向と公転の方向が同一となるように操作して、自転と公転とが相互に妨げ合わないようにしている。これにより、初期面２０ａに対する金属組織の圧縮および塑性流動の工程を円滑に行えるようにしている。
【００４６】
また、上記工具７は、図４（ｂ）に示すように、４つの摺接部７２を有するものとされているが、工具７としては、工具軸心７１に対して周方向に離間した２〜８の摺接部７２を有するものが好ましい。すなわち、工具７の作用部７ａは、平面視において、多角形状とされるのが好ましい。このような工具７によれば、山形刃７３は、初期面２０ａに対して適度な入射角で断続的に当るので、金属組織の圧縮および塑性流動を良好に生じさせることができる。特に、６個の山形刃７３を周方向等間隔に設ける場合には、金属組織の圧縮および塑性流動を良好に生じさせ易いことを本発明者は実験的に確認している。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、上記塑性流動工程においては、具体的に、溝部３１の深さが初期面２０ａに対して０．１５ｍｍ〜０．４０ｍｍとなるようにして連続凹凸形状面３を形成しており、これにより、表層３ａの深さｄが溝部３１の底から０．１ｍｍ〜０．３５ｍｍの範囲にわたる領域とされる。
【００４８】
この鋳造体強化方法では、上記した塑性流動工程に次いで、仕上面を削り出すための仕上工程が行われる。この仕上工程は、上記連続凹凸形状面３の表層３ａ、すなわち、金属組織の圧縮および塑性流動が生じた領域を、塑性流動が生じた深さ範囲内で溝部３１の底よりも深部までを切削することによって、ボア壁面２ａとなる仕上面を形成するための工程である。この鋳造体強化方法において、仕上工程は、図８に示すように、連続凹凸形状面３から突条部３２を切削除去することによって第１仕上面４を形成するための第１仕上工程（粗仕上工程）と、図９に示すように、この第１仕上面４をさらに切削することによってボア壁面２ａとしての第２仕上面５を形成するための第２仕上工程（最終仕上工程）とを含んでいる。なお、この仕上工程では、第１仕上工程および第２仕上工程を経て、連続凹凸形状面３における上記表層３ａの深さ範囲よりも浅い部分が除去されるようにして、連続凹凸形状面３を切削する。すなわち、ボア壁面２ａは、シリンダブロック中間体１０において金属組織を圧縮および塑性流動させた領域を露出させたものである。
【００４９】
この仕上工程は、たとえば、２種類の刃具（第１刃具８１および第２刃具８２）を有する公知の装置を用いて行うことができる。このような装置では、図７に示すように、第１刃具８１は、連続凹凸形状面３が形成されたシリンダブロック中間体１０のボア部２内において、連続凹凸形状面３に当接するように固定されている。この装置を駆動して、第１刃具８１を、ボア部２に対してボア軸心２１の回りに相対的に回転させることによって、連続凹凸形状面３を切削することができる。このとき、図８に示すように、溝部３１の底からたとえば０〜０．２ｍｍの深さ（ｄ1）まで連続凹凸形状面３を切削することによって、連続凹凸形状面３から突条部３２が切削除去され第１仕上面４が形成される。
【００５０】
一方、第２刃具８２は、図７に示すように、シリンダブロック中間体１０′のボア部２内において、連続凹凸形状面３（第１仕上面４）に対して当接する位置と離間する位置との間で往復移動可能に支持されている。この第２刃具８２は、第１刃具８１が連続凹凸形状面３を切削しているときには、連続凹凸形状面３から離間した位置に配置されており、第１刃具８１が第１仕上面４を形成し終えた後に第１仕上面４に当接するように移動させられる。この状態において、第２刃具８２を、ボア部２に対してボア軸心２１の回りに相対的に回転させることによって、第１仕上面４を切削することができる。このとき、図９に示すように、第１仕上面４を、たとえば０．０５ｍｍ〜０．１０ｍｍの深さ（ｄ2）まで切削することによって、第２仕上面５が形成される。このようにして、第１仕上工程および第２仕上工程が効率的に行われる。
【００５１】
次に、上記金属欠陥補修方法の作用を説明する。
【００５２】
上記塑性流動工程において、シリンダブロック中間体１０には、図３に示すように、溝部３１および突条部３２からなる連続凹凸形状面３が形成される。上述したように、溝部３１および突条部３２は、ボア部２の初期面２０ａの金属組織を圧縮および塑性流動させることにより形成されたものであるため、連続凹凸形状面３の表層３ａ、すなわち、連続凹凸形状面３における溝部３１の底から０．１０ｍｍ〜０．３５ｍｍの深さ範囲にありかつ周方向全域にわたる領域と、突条部３２の内部の領域とにおいては、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、鋳造欠陥が押しつぶされて消滅した状態となる。このような連続凹凸形状面３は、上記仕上工程において切削されることによって、第１仕上面４、およびボア壁面２ａとなる第２仕上面５とされる。第１仕上面４は、図８に示すように、溝部３１の底から０〜０．２０ｍｍの深さ（ｄ1）にて削り出されたものとされており、かつ、第２仕上面５は、図９に示すように、第１仕上面４から０．０５〜０．１０ｍｍの深さ（ｄ2）にて削り出されたものとされているので、第２仕上面５は、溝部３１の底から０．０５〜０．３０ｍｍの深さ（ｄ1＋ｄ2）にて削り出されたものとなる。すなわち、ボア壁面２ａは、上述したように、シリンダブロック中間体１０において金属組織を圧縮および塑性流動させた領域を露出させたものとなる。したがって、全域にわたって鋳造欠陥が露出しないようにして、ボア壁面２ａを形成することができる。
【００５３】
その結果、プラズマ溶射法などにより、ボア壁面２ａに対して鉄系金属を溶着させた耐摩耗層９を形成する際には、従来例のように、鋳造欠陥内において溶射金属層が分断されたり、溶射金属膜が鋳造欠陥を覆いきれずにこの鋳造欠陥が孔として残るのを防止することができる。
【００５４】
なお、上記した実施の形態では、シリンダブロック中間体１０を鋳造した際に設けられたボア部２の内壁面が初期面２０ａとされているが、鋳造直後においてボア部２の内壁面に比較的大きな凹凸がある場合などでは、上記塑性流動工程の前に、ボア部２の内壁面を切削することによって初期面２０ａを形成するための前工程を設けてもよい。このようにすれば、初期面２０ａをほぼ円筒内面状とすることができ、連続凹凸形状面３を形成する際に、工具７を初期面２０ａに対して一様な押圧力で圧接させることができる。したがって、上記表層３ａを溝部３１の底から均一な深さ範囲に形成することができる。その結果、全域にわたって鋳造欠陥が露出していないボア壁面２ａを確実に形成することができる。
【００５５】
もちろん、本願発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのあらゆる設計変更はすべて本願発明の範囲に含まれる。たとえば、上記実施の形態によれば、鋳造体１は、シリンダブロックとされているが、これに限ることはなく、たとえば、トランスミッションケースなどに形成されたベアリング嵌入孔など、他の鋳造体とされていてもよい。また、補修対象となる面は必ずしも円筒面でなくともよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋳造体の一例を示す切り欠き斜視図である。
【図２】図１の鋳造体を製造する際に形成される中間体を示す切り欠き斜視図である。
【図３】本願発明に係る鋳造体強化方法を説明するための切り欠き斜視図である。
【図４】（ａ）は、本願発明に係る工具の一例を示す側面図、（ｂ）は、（ａ）の平面図である。
【図５】本願発明に係る鋳造体強化方法を説明するための概略平面図である。
【図６】図５のVI-VI線に沿う断面図であって、（ａ）は、加工初期の様子を示し、（ｂ）は、加工後の様子を示す。
【図７】本願発明に係る鋳造体強化方法を説明するための概略平面図である。
【図８】図７のVIII-VIII線に沿う拡大断面図である。
【図９】図７のIX-IX線に沿う拡大断面図である。
【符号の説明】
１ シリンダブロック（鋳造体）
２ ボア部
２ａ ボア壁面
３ 連続凹凸形状面
４ 第１仕上面
５ 第２仕上面
７ 工具
２０ａ 初期面
２１ ボア軸心
３１ 溝部
３２ 突条面
７１ 工具軸心
７２ 摺接部
７３ 山形刃
Claims (16)
- 円筒形状のボア部を有する鋳造体を製造する際に、当該ボア部を規定するボア壁面の元となる初期面に生じた鋳造欠陥を補修または低減するための方法であって、
前記初期面に対して、摺接部を有する工具の当該摺接部を圧接させつつ摺動させて、当該初期面の金属組織を塑性流動させることによって、前記初期面より退避する溝部と当該溝部に隣接して前記初期面より突き出る突条部とからなる連続凹凸形状面を形成するための塑性流動工程と、
前記連続凹凸形状面において、金属組織の塑性流動が生じた深さ範囲内で前記溝部よりも深部までを切削除去することによって、仕上面を形成するための仕上工程と、
を含むことを特徴とする、鋳造体強化方法。 - 前記塑性流動工程の前に、前記初期面を削り出すための前工程を更に含む、請求項１に記載の鋳造体強化方法。
- 前記塑性流動工程では、前記連続凹凸形状面は、円筒形状の前記ボア部のボア軸心の方向に前記溝部および前記突条部が交互に連続して並ぶように形成される、請求項１または２に記載の鋳造体強化方法。
- 前記塑性流動工程では、前記溝部は、前記初期面に対して０．１５〜０．４０ｍｍの深さまで形成される、請求項１から３のいずれか１つに記載の鋳造体強化方法。
- 前記仕上工程は、前記連続凹凸形状面から前記突条部を切削除去することによって第１仕上面を形成するための第１仕上工程と、前記第１仕上面をさらに切削することによって第２仕上面を形成するための第２仕上工程とを含む、請求項１から４のいずれか１つに記載の鋳造体強化方法。
- 前記第１仕上面は、前記溝部から０〜０．２０ｍｍの深さにて削り出される、請求項５に記載の鋳造体強化方法。
- 前記第２仕上面は、前記第１仕上面から０．０５〜０．１０ｍｍの深さにて削り出される、請求項６に記載の鋳造体強化方法。
- 前記工具は、一の工具軸心に対して平行となるように延設されかつ当該工具軸心からそれぞれ等距離に設けられた複数の摺接部を有しており、
各摺接部は、前記工具軸心に対して平行に並べられた複数の山形刃を有する、請求項１から７のいずれか１つに記載の鋳造体強化方法。 - 前記塑性流動工程では、前記初期面で規定される孔部内で前記ボア軸心と前記工具軸心とが平行となるように前記工具を配設し、かつ、当該工具を前記工具軸心回りに自転させることによって、前記初期面に対して前記複数の摺接部を圧接させつつ摺動させる、請求項８に記載の鋳造体強化方法。
- 前記塑性流動工程では、前記ボア軸心を公転軸として、前記摺接部が前記初期面に対して圧接しつつ摺動することが可能な軌道で前記工具を公転させる、請求項８または９に記載の鋳造体強化方法。
- 前記山形刃の頂部は、丸みの付いた形状を有する、請求項８から１０のいずれか１つに記載の鋳造体強化方法。
- 前記山形刃の山高さは、０．３〜０．８ｍｍである、請求項８から１１のいずれか１つに記載の鋳造体強化方法。
- 鋳造体の表面における金属組織を塑性流動させるための工具であって、
一の工具軸心に対して平行となるように延設されかつ当該工具軸心からそれぞれ等距離に設けられた複数の摺接部の各々が、前記工具軸心の周方向に離間しているとともに、前記工具軸心に対して平行に並べられた複数の山形刃を有することを特徴とする、工具。 - 前記山形刃の頂部は、丸みの付いた形状を有する、請求項１３に記載の工具。
- 前記山形刃の山高さは、０．３〜０．８ｍｍである、請求項１３または１４に記載の工具。
- 鋳造体の表面に生じる鋳造欠陥を補修または低減するための方法であって、
前記鋳造体の初期の表面である初期面に対して、摺接部を有する工具の当該摺接部を圧接させつつ摺動させて、当該鋳造体表面の金属組織に塑性流動を生じさせることによって、前記初期面より退避する溝部と当該溝部に隣接して前記初期面より突き出る突条部とからなる連続凹凸形状面を形成するための塑性流動工程と、
前記連続凹凸形状面において、金属組織の塑性流動が生じた深さ範囲内で前記溝部よりも深部までを切削除去することによって、仕上面を形成するための仕上工程と、
を含むことを特徴とする、鋳造体強化方法。
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