JP5381384B2 - 溶射前処理形状及び溶射前処理方法並びに溶射前処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶射皮膜を形成する前処理として部材の表面に粗面が形成された溶射前処理形状及び溶射前処理方法並びに溶射前処理装置に関する。

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、ねじ状部分の凸部に対応する山部の先端を除去して微細凹凸部となる破断面を形成している。

特許第３７８０８４０号公報

しかしながら、上記した従来の粗面化した溶射前処理形状では、山部の頂部に破断面を形成して微細化しているものの、谷部内については微細化を行っておらず、さらなる密着性向上が要求されている。

そこで、本発明は、部材の表面に対する溶射皮膜の密着性をより高めることを目的としている。

本発明は、溶射皮膜が形成される部材の表面に谷部と山部とが交互に形成され、前記山部が破断面を有し、前記谷部が、山部の破断面よりも細かい微細凹凸部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、山部の頂部に形成した破断面によって、溶射皮膜の密着性が高まるとともに、谷部に形成した微細凹凸部によって、溶射皮膜の密着性をより高めることができる。この際、谷部の微細凹凸部を山部の破断面よりも細かくすることで、山部の根元の強度を確保できる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態を示す溶射前処理装置の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１（ｂ）の要部の拡大した断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 図１の溶射前処理装置のバイトにより螺旋状の谷部及び破断面を形成している状態を示す作用説明図である。 図４の谷部に対して放電加工により微細凹凸部を形成している状態を示す作用説明図である。 （ａ）は、円形の孔内面の粗面化加工後の一部を取り出して展開した展開図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 粗面化加工後に形成した溶射皮膜の密着性を示す作用説明図である。 溶射皮膜に対して円形の孔の軸線方向に外力が作用したとき様子を示す作用説明図である。 本発明の第２の実施形態を示す、図２に対応する断面図である。 第２の実施形態の棒状電極により微細凹凸部を形成している状態を示す作用説明図である。 本発明の第３の実施形態を示す、図２に対応する断面図である。 （ａ）は、本発明の第４の実施形態に係わる棒状電極を千鳥状に配置した例を示す説明図、（ｂ）は第４の実施形態の図５に対応する作用説明図である。 本発明の第５の実施形態を示す、図２に対応する断面図である。 （ａ）は本発明の第６の実施形態を示す加工表面の展開図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面を放電オン・オフ状態とともに示す説明図、（ｄ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。 第６の実施形態の変形例を示す、図１４（ｃ）に対応する説明図である。 （ａ）は本発明の第７の実施形態を示す溶射前処理装置の断面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。 第７の実施形態を示す、図２に対応する断面図である。 第７の実施形態の、図５に対応する作用説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態は、図１に示すように、ワーク１の円形の孔３内に、加工具の本体ボディとしてのボーリング用カッタボディ５を回転させつつ挿入することで、上記円形の孔３の溶射皮膜が形成される部材の表面である内面７に対し、粗面化加工を実施する。粗面化加工実施後の加工表面に対し、鉄系金属材料の溶射皮膜を形成する。

なお、ワーク１としては、例えば自動車用エンジンのアルミ合金（ＡＤＣ１２材）で構成したシリンダブロックであり、したがって円形の孔３がシリンダボアとなる。

ボーリング用カッタボディ５の先端外周部には、切削工具としてのバイト９を取り付けている。バイト９の材質としては、例えばＫ１０とする。したがって、ボーリング用カッタボディ５を円形の孔３内に挿入し、回転させつつ軸方向に移動させることで、図４に示す谷部１１が形成される。この谷部１１は、ねじ状の螺旋溝で構成されており、円周方向に沿って延設されていることになる。この際、谷部１１相互間には山部１３が形成されるが、この山部１３は、本出願人が出願した前述の特許文献１にも記載してあるように、先端の一部がバイト９もしくは切削時に発生する切り屑により剥ぎ取られて破断面１５を備えている。

すなわち、本実施形態では、溶射皮膜が形成される部材の表面である円形の孔３の内面７に谷部１１と山部１３とが交互に形成され、山部１３の頂部に、谷部１１と山部１３とからなる凹凸形状部よりも細かい破断面１５を有する溶射前処理形状となっている。

前記図１に示すボーリング用カッタボディ５の先端外周部には、上記したバイト９に対し、ボーリング用カッタボディ５の回転方向後方側に位置する放電加工用の電極であるワイヤ電極１７を、微細凹凸部形成手段として設けている。

ワイヤ電極１７は、ボーリング用カッタボディ５内に設けてあるワイヤ供給部としての供給用回転リール１９に巻き付けてあり、この供給用回転リール１９からワイヤ電極１７を加工部位に順次供給し、加工で使用済みのワイヤ電極１７は、ボーリング用カッタボディ５内の基部側に設けてあるワイヤ回収部としての回収用回転リール２１に巻き取って回収する。なお、ワイヤ電極１７は黄銅製であり、その直径は０．１ｍｍ程度のものでよい。

これら供給用回転リール１９及び回収用回転リール２１は、回転中心が、ボーリング用カッタボディ５の回転中心と一致しており、回収用回転リール２１の上部には、回収用回転リール２１を回転駆動する駆動手段としてのモータ２３を設けている。

上記したワイヤ電極１７は、図２に拡大して示すように、バイト９に対し、ボーリング用カッタボディ５の回転方向後方側に取り付けてあるガイド部材としてのワイヤ電極ガイド２５にガイドされている。つまり、ワイヤ電極１７は、供給用回転リール１９からワイヤ電極ガイド２５を経て回収用回転リール２１に順次送られる。

したがって、ボーリング用カッタボディ５内には、供給用回転リール１９からワイヤ電極ガイド２５に至る経路にワイヤ電極１７が移動する供給側ガイド孔２７を設けてあるとともに、ワイヤ電極ガイド２５から回収用回転リール２１に至る経路にワイヤ電極１７が移動する回収側ガイド孔２９を設けてある。

供給側ガイド孔２７は、供給用回転リール１９のワイヤ引出部１９ａに一端が開口してボーリング用カッタボディ５の軸方向に延びる軸方向孔２７ａと、軸方向孔２７ａの他端（図１（ａ）中で下端）に一端が連通してボーリング用カッタボディ５の表面に他端が開口する径方向孔２７ｂと、を備えている。この軸方向孔２７ａの他端開口２７ｃ（図２）はワイヤ電極ガイド２５の図２中で左側に位置する一方の端部に対応している。

一方、回収側ガイド孔２９は、回収用回転リール２１のワイヤ取込部２１ａに一端が開口してボーリング用カッタボディ５の軸方向に延びる軸方向孔２９ａと、軸方向孔２９ａの他端（図１（ａ）中で下端）に一端が連通してボーリング用カッタボディ５の表面に他端が開口する径方向孔２９ｂと、を備えている。この径方向孔２９ｂの他端開口２９ｃ（図２）は、ワイヤ電極ガイド２５の図２中で右側に位置する他方の端部に対応している。

ワイヤ電極ガイド２５は、外周面３１が、円形の孔３の内面７とほぼ同等の曲率を備えて該内面７に近接して配置される凸曲面形状の先端面３１ａと、先端面３１ａの両端に連続して形成されて先端面３１ａよりも曲率の小さい凸曲面形状の両側面３１ｂと、を備えている。そして、この外周面３１には、先端面３１ａ及び両側面３１ｂにわたり、ワイヤ電極１７のほぼ半径分が入り込むガイド溝３１ｃを形成している。このガイド溝３１ｃは、図２のＢ−Ｂ断面図である図３に示すように、例えばほぼＶ字形状としている。

そして、放電加工用の電源３３のマイナス端子３３ａを、導電性部材で構成したワーク１の適宜部位に配線３５によって接続するとともに、電源３３のプラス端子３３ｂを配線３７によってワイヤ電極１７に接続する。

なお、上記放電加工用の電源３３に接続する配線３７とワイヤ電極１７との電気的接続は、例えばボーリング用カッタボディ５の外周面などに、ワイヤ電極１７に電気的に接続した環状の電極端子を設け、この電極端子に配線３７の端部に設けた集電ブラシを摺接させればよい。モータ２３に対する通電についても、上記と同様な電極端子及び集電ブラシを使用すればよい。

また、供給用回転リール１９には、ワイヤ電極１７が引き出される際に張力を付与する張力付与手段としての張力付与機構３９を設けている。この張力付与機構３９は、例えば釣り竿のリールから引き出される釣り糸に対して張力を付与するものと同様な機構を用いることができる。

一方、回収用回転リール２１は、モータ２３とともにボーリング用カッタボディ５内で軸方向に往復移動可能としてあり、これにより回収側ガイド孔２９の軸方向孔２９ａの上端から順次回収されるワイヤ電極１７を、回収用回転リール２１の軸方向全体に均一に巻き取るようにしている。

回収用回転リール２１を軸方向に移動させる機構としては、例えば回収用回転リール２１の軸方向一方の面に円周方向に沿って波形状の凹凸カム面を設け、この凹凸カム面にボーリング用カッタボディ５の軸方向一方側から突出させた押圧突起を摺接可能に押圧させつつ、回収用回転リール２１の軸方向他方をスプリングなどの弾性手段を介してボーリング用カッタボディ５の軸方向他方に対して押し付ける構造とする。これにより、回収用回転リール２１は、ボーリング用カッタボディ５に対する回転に伴って、ボーリング用カッタボディ５に対して軸方向に往復移動することになる。

なお、このとき、上記スプリングなどの弾性手段と、ボーリング用カッタボディ５の軸方向他方、または、回収用回転リール２１との間には、ベアリングなど摩擦抵抗の小さい部材を介装することで、回収用回転リール２１が回転するときの抵抗を軽減する。

このような供給用回転リール１９及び回収用回転リール２１を内蔵するボーリング用カッタボディ５は、例えば、これら各回転リール１９，２１相互間にて図１（ａ）中で上下２つに分割する構造とすることで、各回転リール１９，２１をボーリング用カッタボディ５内に対して着脱可能となる。

また、ワイヤ電極１７の供給側ガイド孔２７及び回収側ガイド孔２９への挿入については、例えばボーリング用カッタボディ５を径方向孔２７ｂ及び径方向孔２９ｂに対応する部分で図１（ａ）中で上下にさらに分割可能な構造として、径方向孔２７ｂ及び径方向孔２９ｂが外部に露出するようにすれば、対応可能となる。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。ボーリング用カッタボディ５を円形の孔３内に挿入し、例えば回転数２０００ｒｐｍ、軸方向の送り速度を０．２ｍｍ／ｒｅｖで加工を実施する。このとき、まずバイト９により図２，図４に示したように、ねじ状の螺旋溝で構成される谷部１１を形成する。

この際、前述したように、谷部１１の軸方向（図２中で紙面に直交する方向、図４中では上下方向）相互間には山部１３が形成されるが、この山部１３は、先端の一部がバイト９もしくは切削時に発生する切り屑により剥ぎ取られて破断面１５が形成される。この破断面１５は、上記した谷部１１と山部１３とからなる凹凸形状部よりも細かく形成している。

上記バイト９による切削加工時には、バイト９に対し、ボーリング用カッタボディ５の回転方向後方近傍に位置するワイヤ電極１７が、図３に示すように谷部１１内に位置しており、このワイヤ電極１７に対し、放電用電源３３がワーク１との間に電圧を印加することで、図５に示すように谷部１１のほぼ全域にわたり微細凹凸部４１を形成する。

このような谷部１１の微細凹凸部４１は、バイト９による切削加工時に形成した凸部１５の破断面１５よりも細かく形成している。このような微細化加工は、放電電極であるワイヤ電極１７を加工表面である谷部１１の表面に対し、通常の放電加工での間隔よりも広くし、かつ印加電圧を高く設定することで可能となる。

通常の放電加工では、加工表面に対して放電電極をより近付け、かつ、印加電圧をより小さく設定することで、加工表面を平滑な面に加工する。これに対して本実施形態では、このような平滑面は不要であるので、より高い電圧でかつ放電ギャップを大きくすることで、加工表面を極めて微細な凹凸形状とすることができる。

このような微細凹凸部４１を形成する際に、ワイヤ電極４１は、モータ２３の駆動によって供給用回転リール１９から順次繰り出され、谷部１１での放電加工時にはワイヤ電極ガイド２５にガイドされ、その後、回収用回転リール２１に巻き取られて回収される。

上記したようなバイト９による切削加工での山部１３先端の破断面１５の形成及び、ワイヤ電極１７による放電加工での谷部１１の微細凹凸部４１の形成は、図１の円形の孔３の内面７のほぼ全域にわたり実施する。加工完了後は、ボーリング用カッタボディ５を、その回転を停止させた状態で、バイト９及びワイヤ電極４１が加工表面から離れる方向（図１（ｂ）中で上方）に移動させた後、円形の孔３から外部に引き抜く。

図６（ａ）は、円形の孔３の内面７の粗面化加工後の一部を取り出して展開した図で、同図（ｂ）に示すように、加工後の表面は、軸方向に沿って、破断面１５と微細凹凸部４１とが交互に形成され、また同図（ｃ）に示すように、微細凹凸部４１は円周方向に沿っても微細な凹凸部が形成されている。もちろん、特に図示しないが、破断面１５についても円周方向に沿って軸方向と同様な破断面が形成されている。

なお、上記した山部１３先端の破断面１５の表面粗さは、Ｒz（十点平均粗さ）＝２５μｍ、Ｒｍａｘ（最大高さ）＝４０μｍ〜５０μｍであり、谷部１１の微細凹凸部４１の表面粗さは、Ｒz（十点平均粗さ）＝４μｍ〜７μｍ、Ｒｍａｘ（最大高さ）＝１０μｍ〜１２μｍである。

このように、本実施形態では、バイト９による切削加工で山部１３の先端に破断面１５を形成して粗面化するとともに、谷部１１についても、放電加工によって微細凹凸部４１を形成して粗面化しているので、谷部１１を粗面化していない場合に比較してその後形成する溶射皮膜４３（図７）の密着性を高めることができる。

この際、図７に示すように、谷部１１内に入り込んだ溶射皮膜４３に対し、微細凹凸部４１が、矢印Ｆのように両側から挟み込むような状態となるので、溶射皮膜４３の密着性をより高めることができる。また、谷部１１全体に微細凹凸部４１を形成することで、図８に示すように、溶射皮膜４３に円形の孔３の軸線方向に沿う外力Ｇが作用したときに、特に谷部１１の側面にのみ微細凹凸部４１を形成した場合に比較して剥離の基点となる部位が存在しにくくなるので、溶射皮膜４３の剥離抑制に有効である。

なお、溶射皮膜４３を形成するにあたり、溶射用材料を溶融させ粒状として加工表面に吹き付けることで、破断面１５や微細凹凸部４１の微細な凹部に粒状の溶射飛沫が入り込むことになり、これにより溶射皮膜４３としては、溶射用材料の粒子レベル（上記粒状の溶射飛沫）で破断面１５や微細凹凸部４１に密着するので、密着性を高めるのに極めて有効である。

上記したように溶射皮膜４３の密着性がより高まることで、図７に示す最大山高さ（山部１３の高さ）Ｈをより低くでき、その分溶射皮膜４３の膜厚を薄くすることが可能となり、溶射用材料の使用量を低減できてコスト低下を図ることができる。

ここで、本実施形態では、谷部１１の微細凹凸部４１を山部１３の破断面１５に対し、より細かい微細凹凸部となるよう微細化している。これにより、山部１３の根元が大きく除去されることを抑制し、根元の強度を確保することができる。微細凹凸部４１を山部１３の破断面１５と同等かあるいはそれより粗くした場合には、山部１３の根元が大きく除去されることになって、山部１３の根元の強度が低下してしまう。この結果、密着性高く密着している溶射皮膜４３が、引き剥がされるような力を受けたときに、この溶射皮膜４３が密着性高いがゆえに剥がれずに、山部１３が根元から破断してしまう恐れがある。

したがって、本実施形態では、溶射皮膜４３の密着性を高めると同時に、山部１３の根元の強度を確保してその破断を抑制することができる。

また、本実施形態では、谷部１１に形成した微細凹凸部４１は、円周方向に沿って形成しているので、溶射皮膜４３の形成後に仕上げ加工として実施するホーニング加工時での溶射皮膜４３の剥離を抑えるのに有効である。ホーニング加工では、砥石を備えたホーニングヘッドを、加工面（溶射皮膜面）に押し付けつつ円周方向に沿って回転させるので、溶射皮膜４３には円周方向に引きずられるような力を受ける。

さらに、ワーク１をシリンダブロックとしてそのシリンダボア内面に微細凹凸部４１を形成することで、ピストンの往復移動時での溶射被膜の剥離を抑制できるとともに、ピストンリングについてはシリンダボアに対して円周方向に回転するので、微細凹凸部４１が上記したように円周方向に沿って形成してあることで、ピストンリングの回転に対する溶射皮膜４３の剥離を抑制することができる。

溶射被膜４３の密着性が高まることで、ワーク１をシリンダブロックとした場合に、溶射被膜４３と加工表面であるアルミ母材側との間の隙間発生を抑制できるので、エンジン（燃焼室）の冷却性能が向上し、耐ノッキング性能向上や吸気温度低下による吸気充填効率の向上が期待できるなど、エンジン性能向上に寄与することができる。

なお、上記した実施形態では、微細凹凸部４１を谷部１１のほぼ全域に形成しているが、谷部１１の少なくとも底部に形成するだけでもよい。この場合、ワイヤ電極１７を谷部１１のより底部に近い位置となるようにしたり、あるいは、使用するワイヤ電極１７の直径をより小さいものとするなどの工夫をすればよい。

このように、微細凹凸部４１を谷部１１のみに形成した場合には、谷部１１の側面にのみ微細凹凸部４１を形成した場合に比較して、溶射皮膜４３を円形の孔３の内面７から離反する方向に引き剥がすような外力が作用したときに、溶射皮膜４３の剥離をより有効に抑制することができる。

また、微細凹凸部４１を形成する際に、放電加工を利用しているので、例えばレーザビームを利用する場合に比較してより安価な設備で実施することができる。

また、上記放電加工用の電極としてワイヤ電極１７を使用しているので、このワイヤ電極１７を谷部１１内に入り込ませることで、図５に示したように、谷部１１のほぼ全域に微細凹凸部４１を容易に形成することができる。

また、本実施形態では、本体ボディであるボーリング用カッタボディ５に、バイト９とワイヤ電極１７を取り付け、ボーリング用カッタボディ５を円形の孔３内に対し挿入しつつ相対回転させることで、バイト９により谷部１１及び破断面１５を形成した後に、該谷部１１に対してワイヤ電極１７により微細凹凸部４１を連続して形成している。すなわち、本実施形態では、谷部１１及び破断面１５の加工と微細凹凸部４１の加工とを、１つの加工設備で実施している。

このため、微細凹凸部４１を、谷部１１及び破断面１５の加工とは別設備で行う場合に比較して作業効率が向上するとともに、谷部１１に対するワイヤ電極１７の位置決めも容易にでき、作業効率向上により有効となっている。

また、本実施形態では、ワイヤ電極１７を、谷部１１内にてその円周方向に沿って移動させる際に、ボーリング用カッタボディ５内に設けたワイヤ供給部である供給用回転リール１９から谷部１１内に順次送り出すとともに、加工に使用したワイヤ電極１７をボーリング用カッタボディ５内に設けたワイヤ回収部である回収用回転リール２１に回収している。

このため、円形の孔３の内面７に対し、加工により摩耗したワイヤ電極１７を順次新しいものに切り替えて加工を継続することができ、微細凹凸部４１を内面７全体に対して効率よく形成することができる。また、供給用回転リール１９及び回収用回転リール２１をボーリング用カッタボディ５内に収容しているので、ワイヤ電極１７を外部から供給する構造とする必要がなく、バイト９を例えばオートツールチェンジャを用いて交換する際の作業性が向上する。

この際、ワイヤ供給部及びワイヤ回収部を、ボーリング用カッタボディ５の回転中心に対して回転中心が一致する供給用回転リール１９及び回収用回転リール２１で構成している。このため、ボーリング用カッタボディ５を特に高速で回転させたときに、回転重心位置がほぼ一定となっているので、工具バランスを適正に維持しつつ安定した加工を実施することができる。

また、本実施形態では、ワイヤ電極１７をモータ２３により回収用回転リール２１に巻き取りながら、ワイヤ電極ガイド２５にガイドされた状態のワイヤ電極１７に対して張力付与機構３９により張力を付与している。このため、谷部１１の加工表面に対するワイヤ電極１７の位置関係をほぼ一定に維持することができ、高精度な放電加工を実施することができる。

さらに、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、バイト９とワイヤ電極１７とを、ボーリング用カッタボディ５の円周方向に沿うほぼ９０度の角度範囲内に配置している。この場合、ボーリング用カッタボディ５を、円形の孔３内に挿入して加工が終了した後に、円形の孔３から引き抜く際に、これらバイト９及びワイヤ電極１７が取り付けられた側と反対側にボーリング用カッタボディ５を移動させてバイト９及びワイヤ電極１７を加工表面から離反させる。これにより、加工後の表面に対する特にバイト９の接触による損傷を抑制することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態は、図９に示すように、前記第１の実施形態で使用したワイヤ電極１７に代えて、放電加工用の電極として棒状電極４５を使用している。棒状電極４５は、絶縁材からなる取付具としてのホルダ部材４７に基端部４５ａ側を取り付けてあり、その先端部４５ｂを谷部１１内に位置させている。

ホルダ部材４７は、加工具の本体ボディとしてのボーリング用カッタボディ５Ａの外周部に、その回転方向に沿って取り付けてあり、このホルダ部材４７の回転方向後方側の端部に棒状電極４５を取り付け、回転方向前方側の端部にはバイト９を取り付けている。

棒状電極４５の基端部４５ａは、ホルダ部材４７に対し先端部４５ｂと反対側のボーリング用カッタボディ５Ａ側に突出しており、この基端部４５ａに、放電加工用の電源３３のプラス端子３３ｂに接続する配線３７を接続し、マイナス端子３３ａを第１の実施形態と同様に配線３５によって導電性部材からなるワーク１に接続する。

なお、ここでのプラス端子３３ｂに接続する配線３７についても、第１の実施形態と同様に、ボーリング用カッタボディ５の外周面などに、棒状電極４５の基端部４５ａに電気的に接続した環状の電極端子を設け、この電極端子に配線３７の端部に設けた集電ブラシを摺接させればよい。

また、棒状電極４５の先端部４５ｂ側のホルダ部材４７に近接する位置には、中空の円筒部材からなる加工液ガイド４９を、棒状電極４５との間に隙間を形成するようにして取り付け、この隙間内に外部から放電加工液を供給する。放電加工液は、ボーリング用カッタボディ５Ａを回転支持するマシニングセンタの後端中心からボーリング用カッタボディ５Ａ内に供給し、その後適宜ボーリング用カッタボディ５Ａ内に形成した放電加工液通路からホルダ部材４７内を経て加工液ガイド４９内に供給するものとする。

次に、第２の実施形態の作用を説明する。ボーリング用カッタボディ５Ａを、第１の実施形態と同様にして、円形の孔３内に挿入し、回転させつつ軸方向に移動させることで、ねじ状の螺旋溝で構成される谷部１１を形成し、この際形成される山部１３は、前記図４に示したように、谷部１１と山部１３とからなる凹凸形状部よりも細かい破断面１５を備えている。

上記バイト９による切削加工時には、バイト９に対し、ボーリング用カッタボディ５Ａの回転方向後方近傍に位置する棒状電極４５の先端部４５ｂが、図１０に示すように谷部１１内に位置しており、この棒状電極４５に対し放電用電源３３によって、ワーク１との間に電圧を印加することで、谷部１１のほぼ全域にわたり微細凹凸部４１を形成する。

このような微細凹凸部４１は、第１の実施形態と同様に、バイト９による切削加工時に形成した凸部１５の微細凹凸部で構成される破断面１５よりも細かく、より微細化している。この場合の微細化加工においても、放電電極である棒状電極４５を加工表面である谷部１１の表面に対し、通常の放電加工での間隔よりも広くし、かつ印加電圧を高く設定することで可能となる。

上記した微細凹凸部４１を放電加工する際に、本実施形態では、円筒部材４９内を通して棒状電極４５の周囲に放電加工液を供給している。放電加工液は、放電用電極を棒状とすることで、その周囲に供給しやすくなるとともに、その廃液を加工屑とともに排出しやすくなり、さらには放電加工液を使用することにより棒状電極４５の消耗を抑えることができる。

また、本実施形態では、棒状電極４５を、バイト９とともにホルダ部材４７に取り付けてユニット化しているので、これら棒状電極４５及びバイト９のボーリング用カッタボディ５Ａへの取り付け作業が容易となる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態は、前記図９に示した第２の実施形態に対し、図１１に示すように、棒状電極４５を谷部１１に沿って直列に複数（ここでは３本）設けおり、これら複数の棒状電極４５の一部を中空の加工液ガイド５１で覆っている。

棒状電極４５を複数設けることで、第２の実施形態と同等の微細凹凸部４１を形成するにあたり、１つの棒状電極４５に印加する電圧を低く設定でき、その分棒状電極４５の寿命を長くすることできる。また、特にボーリング用カッタボディ５Ａを高速で回転させたときに、回転方向前方側の棒状電極４５で加工不充分となった場合の微細凹凸部４１を、回転方向後方側の棒状電極４５で補うようにして加工できるので、微細凹凸部４１の加工をより確実に実施することができる。

なお、図１１では、棒状電極４５を３本としているが、２本あるいは４本以上あってもよい。

［第４の実施形態］
上記した第３の実施形態では、複数の棒状電極４５を谷部１１に沿って直線状に配置しているが、この第４の実施形態では、図１２（ａ）に示すように、棒状電極４５を谷部１１に沿って千鳥状に配置している。

これにより図１２（ｂ）に示すように、図１２（ａ）で上下にずらして配置した棒状電極４５を、谷部１１の側面により近付けることができ、谷部１１全体をより確実に微細凹凸部４１に加工することができる。

［第５の実施形態］
第５の実施形態は、前記図１１に示した第３の実施形態における複数の棒状電極４５に代えて、図１３に示すように板状電極５３を使用している。この板状電極５３は、谷部１１に沿って長い板状としている。放電用の電極として板状電極５３とすることで、図１１のように棒状電極４５を複数設けた場合に比較して、谷部１１内の加工表面に対向する電極面を広くとることができ、電極の寿命を延ばすことができる。また、放電面（電極面）が広くなることにより、より大きな電圧を印加することができ、より荒れた粗面の微細凹凸部４１とすることができる。

［第６の実施形態］
第６の実施形態は、前記第１〜第５の各実施形態おける放電用電極に対する放電用電源３３からの電圧印加を、放電用電極が谷部１１に沿って移動するに伴って、図１４（ｃ）に示すように、オンとオフとを繰り返すようにしている。これにより、谷部１１には、微細凹凸部４１を形成する部位と、微細凹凸部４１を形成しない谷部１１のままの部位１１ａとが交互に形成されることになり、微細凹凸部４１と部位１１ａとの組み合わせにより、円形の孔３の周方向に沿ってより粗い面性状とすることができ、溶射皮膜４３の円周方向に対する密着性をより高めることができる。

なお、上記第６の実施形態では、放電用電源３３の電圧印加をオン・オフさせているが、電源オフさせる代わりに、電源オン時の印加電圧よりも低い電圧を印加するようにしてもよい。すなわち、放電加工用の電極に印加する電圧を、谷部１１の円周方向に沿って変化させればよい。

また、上記図１４に示した第６の実施形態では、オンの時間をオフの時間よりも長く設定しているが、図１５のように、オンとオフの時間を同等としてもよく、その時間配分は限定されるものではない。

［第７の実施形態］
第７の実施形態は、図１６〜図１８に示すように、前記第１〜第６の各実施形態おける放電加工に代えて、レーザビーム５５を円形の孔３の内面７に形成した谷部１１に照射して微細凹凸部４１を形成している。

この場合、ボーリング用カッタボディ５Ｂ内に、レーザビーム５５が通過するレーザビーム経路となるレーザ通過孔５７を形成している。レーザ通過孔５７は、ボーリング用カッタボディ５Ｂの中心位置でその後端部から先端側のバイト９の取り付け位置付近まで延びる軸方向孔５７ａと、軸方向孔５７ａの先端部に連通して径方向外側に向けて延び外周面に開口する径方向孔５７ｂとを備えている。

径方向孔５７ｂ内には、微細凹凸部形成手段としてのレーザ加工用のヘッドとなる筒状のレーザガン５９を収容している。レーザガン５９は、その後端の軸方向孔５７ａに対応する位置に、ボーリング用カッタボディ５Ｂの中心軸線に対して４５度の角度で傾斜したミラー６０を備えており、軸方向孔５７に沿って導入したレーザビーム５５を、このミラー６０で反射させて径方向孔５７ｂ内を前方に進行させる。レーザガン５９の先端部は、ボーリング用カッタボディ５Ｂの外周面から突出させているが、突出させなくてもよい。

上記レーザガン５９を収容する径方向孔５７ｂとバイト９とは、ボーリング用カッタボディ５Ｂの中心軸線方向のほぼ同位置で、かつ、円周方向に沿って９０度の角度を隔てた位置に設定している。なお、バイト９とレーザガン５９との上記軸線方向及び円周方向の位置関係は、バイト９によって加工した谷部１１に対し、レーザガン５９からのレーザビーム５５を照射できればよい。

また、ボーリング用カッタボディ５Ｂ内のレーザビーム５５は、外部に設置してある図示しないレーザ発振器で発振させた後、ボーリング用カッタボディ５Ｂを保持して回転させる図示しないマシニングセンタの後端中心からボーリング用カッタボディ５Ｂ内に導入すればよい。

次に、第７の実施形態の作用を説明する。ボーリング用カッタボディ５Ｂを、第１の実施形態と同様にして円形の孔３内に挿入し、回転させつつ軸方向に移動させることで、ねじ状の螺旋溝で構成される谷部１１を形成し、この際形成される山部１３は、前記図４に示したように、谷部１１と山部１３とからなる凹凸形状部よりも細かい破断面１５を備えている。

上記バイト９による切削加工時には、バイト９に対し、ボーリング用カッタボディ５Ｂの回転方向後方近傍に位置するレーザガン５９からのレーザビーム５５を谷部１１内に照射することで、谷部１１のほぼ全域にわたり微細凹凸部４１を形成する。このような微細凹凸部４１は、第１の実施形態と同様に、バイト９による切削加工時に凸部１５の先端を剥ぎ取るようにして形成した破断面１５よりも細かく、より微細化されたものとなる。

このように、本実施形態では、レーザビーム５５を谷部１１に照射するレーザ加工によって、微細凹凸部４１を形成することができる。これにより、バイト９による切削加工で山部１３の先端に破断面１５を形成して粗面化するとともに、谷部１１についても、微細凹凸部４１を形成して粗面化しているので、谷部１１を粗面化していない場合に比較してその後の溶射皮膜４３（図７）の密着性を高めることができるなど、第１の実施形態と同様の効果をえることができる。

上記したレーザビーム５５の照射についても、前記図１４及び図１５に示した放電加工と同様に、オン・オフを繰り返すことで、谷部１１には、微細凹凸部４１を形成する部位と、微細凹凸部４１を形成しない谷部１１のままの部位１１ａとが交互に形成されることになり、微細凹凸部４１と部位１１ａとの組み合わせにより、円形の孔３の周方向に沿ってより粗い面性状とすることができ、溶射皮膜４３の円周方向に対する密着性をより高めることができる。

なお、上記第７の実施形態では、径方向孔５７ｂ内に、レーザ加工用のヘッドとして筒状のレーザガン５９を設けているが、単に径方向孔５７ｂ内に、軸方向孔５７ａと同様にしてレーザビーム５５を進行させるものでもよい。すなわち、この場合には径方向孔５７ｂ自体がレーザ加工用のヘッドとなる。また、この場合には、軸方向孔５７ａの底部にミラー６０を設置することになるが、このミラー６０については、例えば軸方向孔５７ａを先端側に向けて貫通させて、その貫通した先端の開口部を塞ぐようにして装着する蓋部材に、ミラー６０を一体化させればよい。

なお、以上説明した各実施形態では、加工表面を円形の孔３の内面７として説明したが、加工表面は平面状であってもよい。

３ 円形の孔
５，５Ａ，５Ｂ ボーリング用カッタボディ（加工具の本体ボディ）
７ 円形の孔の内面（溶射皮膜が形成される部材の表面）
９ バイト（切削工具）
１１ 谷部
１３ 山部
１５ 山部の頂部に形成した破断面
１７ ワイヤ電極（放電加工用の電極，微細凹凸部形成手段）
１９ 供給用回転リール（ワイヤ供給部）
２１ 回収用回転リール（ワイヤ回収部）
２３ 回収用回転リールを回転駆動するモータ（駆動手段）
２５ ワイヤ電極ガイド（ガイド部材）
３９ 張力付与機構（張力付与手段）
４１ 谷部に形成した微細凹凸部
４５ 棒状電極（放電加工用の電極，微細凹凸部形成手段）
４７ ホルダ部材（取付具）
５３ 板状電極（放電加工用の電極，微細凹凸部形成手段）
５５ レーザビーム
５９ レーザガン（レーザ加工用のヘッド，微細凹凸部形成手段）

Claims (28)

1. 溶射皮膜が形成される部材の表面に谷部と山部とが交互に形成され、前記山部の頂部には破断面が設けられ、交互に形成された前記山部と前記谷部のうち前記谷部に対して加工を施すことにより形成した、前記破断面よりも細かい微細凹凸部が前記谷部に設けられていることを特徴とする溶射前処理形状。
2. 前記部材の表面は円形の孔の内面であり、前記谷部は前記円形の孔の内面の円周方向に沿って延設され、前記谷部の微細凹凸部は、該谷部の円周方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶射前処理形状。
3. 前記谷部の微細凹凸部は、前記谷部の少なくとも底部に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の溶射前処理形状。
4. 前記谷部の微細凹凸部は、放電加工によって形成したものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の溶射前処理形状。
5. 前記谷部の微細凹凸部は、レーザ加工によって形成したものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の溶射前処理形状。
6. 切削工具により、溶射皮膜が形成される部材の表面に谷部を形成しつつ、該谷部の形成によって発生する山部の頂部に破断面を形成する破断面形成工程と、微細凹凸部形成手段により、前記山部と前記谷部のうち前記谷部に対して加工を施すことにより、前記谷部に、前記破断面よりも細かい微細凹凸部を形成する微細凹凸部形成工程と、を有することを特徴とする溶射前処理方法。
7. 前記部材の表面は円形の孔の内面であり、前記切削工具により、前記円形の孔の内面の円周方向に沿って前記谷部を形成するとともに前記山部の頂部に前記破断面を形成し、前記微細凹凸部形成手段を前記谷部の円周方向に沿って移動させることにより、前記微細凹凸部を形成することを特徴とする請求項６に記載の溶射前処理方法。
8. 前記微細凹凸部形成手段は放電加工用の電極を備え、この放電加工用の電極を用いた放電加工により前記微細凹凸部を形成することを特徴とする請求項７に記載の溶射前処理方法。
9. 前記放電加工用の電極に印加する電圧を、前記谷部の円周方向に沿って変化させることを特徴とする請求項８に記載の溶射前処理方法。
10. 前記微細凹凸部形成手段はレーザ加工用のヘッドを備え、このレーザ加工用のヘッドを用いたレーザ加工により前記微細凹凸部を形成することを特徴とする請求項７に記載の溶射前処理方法。
11. 前記レーザ加工用のヘッドから照射するレーザビームの出力を、前記谷部の円周方向に沿って変化させることを特徴とする請求項１０に記載の溶射前処理方法。
12. 前記切削工具と前記微細凹凸部形成手段とを加工具の本体ボディに取り付け、この本体ボディを前記円形の孔に対して挿入しつつ相対回転させることで、前記切削工具により前記谷部を形成した後に、該谷部に対して前記微細凹凸部形成手段により前記微細凹凸部を形成することを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の溶射前処理方法。
13. 前記放電加工用の電極としてワイヤ電極を使用することを特徴とする請求項８または９に記載の溶射前処理方法。
14. 前記ワイヤ電極を、前記谷部内にてその円周方向に沿って移動させる際に、加工具の本体ボディ内に設けたワイヤ供給部から前記谷部内に順次送り出すとともに、加工に使用したワイヤ電極を前記本体ボディ内に設けたワイヤ回収部に回収することを特徴とする請求項１３に記載の溶射前処理方法。
15. 溶射皮膜が形成される部材の表面に谷部と山部とを交互に形成しつつ、前記山部の頂部に破断面を形成する破断面形成手段と、交互に形成された前記山部と前記谷部のうち前記谷部に対して加工を施すことにより、前記谷部に前記破断面よりも細かい微細凹凸部を形成する微細凹凸部形成手段と、を備えることを特徴とする溶射前処理装置。
16. 前記部材の表面は円形の孔の内面であり、この円形の孔の内面の円周方向に沿って前記谷部を形成する切削工具と、この切削工具によって形成した前記谷部の円周方向に沿って移動する前記微細凹凸部形成手段とを、前記円形の孔内にて回転可能な加工具の本体ボディに設けたことを特徴とする請求項１５に記載の溶射前処理装置。
17. 前記微細凹凸部形成手段は放電加工用の電極を備えていることを特徴とする請求項１５または１６に記載の溶射前処理装置。
18. 前記放電加工用の電極をワイヤ電極としたことを特徴とする請求項１７に記載の溶射前処理装置。
19. 前記ワイヤ電極を前記谷部に順次供給するワイヤ供給部と、加工に使用したワイヤ電極を順次回収するワイヤ回収部とを、前記本体ボディ内に設けたことを特徴とする請求項１８に記載の溶射前処理装置。
20. 前記ワイヤ供給部及びワイヤ回収部を、前記本体ボディの回転中心と回転中心が一致する供給用回転リール及び回収用回転リールでそれぞれ構成したことを特徴とする請求項１９に記載の溶射前処理装置。
21. 前記回収用回転リールを回転駆動する駆動手段を前記本体ボディ内に設ける一方、前記供給用回転リールから繰り出されるワイヤ電極を前記谷部内にてガイドするガイド部材を前記本体ボディに設け、このガイド部材にガイドされた状態のワイヤ電極に対して張力を付与する張力付与手段を設けたことを特徴とする請求項２０に記載の溶射前処理装置。
22. 前記放電加工用の電極を棒状電極としたことを特徴とする請求項１７に記載の溶射前処理装置。
23. 前記棒状電極を前記谷部に沿って複数設けたことを特徴とする請求項２２に記載の溶射前処理装置。
24. 前記複数の棒状電極を前記谷部に沿って千鳥状に配置したことを特徴とする請求項２３に記載の溶射前処理装置。
25. 前記放電加工用の電極を前記谷部に沿って長い板状電極としたことを特徴とする請求項１７に記載の溶射前処理装置。
26. 前記本体ボディに設けた取付具に、前記切削工具と前記放電加工用の電極とを取り付けてユニット化したことを特徴とする請求項２２ないし２５のいずれか１項に記載の溶射前処理装置。
27. 前記微細凹凸部形成手段はレーザ加工用のヘッドを備えていることを特徴とする請求項１５または１６に記載の溶射前処理装置。
28. 前記切削工具及び前記微細凹凸部形成手段を、前記本体ボディの回転方向９０度の範囲内に配置したことを特徴とする請求項１６、請求項１５を引用しない請求項１７、請求項１８ないし２６、請求項１５を引用しない請求項２７のいずれか１項に記載の溶射前処理装置。

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