JP5556065B2 - 溶射前処理方法及び溶射前処理装置 - 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を粗面化する溶射前処理方法及び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

ところで、上記した粗面化加工を行う設備と、その後の溶射皮膜形成に使用する設備とは、互いに別設備であって、粗面加工完了から溶射加工を実施するまでの間に、粗面化したアルミの加工表面が酸化して酸化皮膜が形成されてしまう。このような酸化皮膜が形成された状態のまま溶射皮膜を形成すると、溶射皮膜の密着力が適正に維持できない場合がある。

そこで、本発明は、溶射皮膜が形成される部材の表面に形成される酸化皮膜による溶射皮膜の密着力低下を抑制することを目的としている。

本発明は、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するとともに、該谷部と山部とからなる凹凸形状部よりも細かい破断面を形成する破断面形成工程と、前記部材の表面の少なくとも谷部に酸化皮膜除去剤を付着させる酸化皮膜除去剤付着工程と、を有し、前記破断面形成工程で使用する切削工具と、前記酸化皮膜除去剤付着工程で使用する酸化皮膜除去剤吐出手段とを、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円形の孔の内面の表面に対し前記谷部を円周方向に沿って形成するとともに、前記酸化皮膜除去剤吐出手段から吐出した酸化皮膜除去剤を、前記部材の表面の少なくとも前記谷部に付着させる溶射前処理方法であって、前記酸化皮膜除去剤吐出手段を、前記切削工具に対し、前記本体ボディの回転方向前方側に取り付けた状態で、前記本体ボディを円形の孔に対して挿入しつつ相対回転させることで、前記酸化皮膜除去剤吐出手段から吐出した酸化皮膜除去剤を、前記部材の表面に吹き付けて冷却剤として機能させながら、前記切削工具により前記円形の孔の内面の表面に対し前記谷部を円周方向に沿って形成することを特徴とする。

本発明によれば、溶射皮膜が形成される部材の表面における凹凸形状部の山部についてはその頂部に形成した粗面化した破断面により、溶射皮膜の密着性が高まり、さらに凹凸形状部の少なくとも谷部に対しては、酸化皮膜除去剤を付着させることで酸化皮膜を除去するので、前記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ができる。
また、本発明によれば、酸化皮膜除去剤を部材の表面に付着させる作業と、谷部及び破断面を形成する粗面化加工とを、１つの加工設備で実施しているので、これら両作業を互いに別設備で行う場合に比較して、作業効率が向上して設備コスト低減に寄与することができる。

本発明の第１の実施形態を示す溶射前処理装置の全体構成図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１の要部を拡大した断面図である。 加工表面に酸化皮膜除去剤が付着した状態を示す断面図である。 加工表面に溶射皮膜を形成した状態を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す溶射前処理装置の全体構成図である。

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，図２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（以下、加工表面ともいう）である内面７に対し、ノズル９から酸化皮膜除去剤１１を吹き付けるとともに、バイト１３により粗面化加工を行って溶射前処理を実施する。溶射前処理後の加工表面に対しては、鉄系金属材料の溶射皮膜２７（図５）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。また、酸化皮膜除去剤としては、例えばフッ化物系フラックスに水を混合させた液体とし、フッ化物系フラックスの主成分は、例えばＫＦ（フッ化カリウム）やＡｌＦ₃（フッ化アルミニウム）とする。

ボーリング用カッタボディ５の先端外周部には、前記したバイト１３を切削工具として取り付けている。バイト１３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３に拡大して示すように、溶射皮膜が形成され部材の表面である内面７に谷部１５が形成される。谷部１５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１５相互間には山部１７が形成されるが、この山部１７は、本出願人が出願した前述の特許文献１などにも記載してあるように、先端の一部がバイト１３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１９が形成されている。

すなわち、本実施形態では、溶射皮膜が形成され部材の表面である円形の孔３の内面７に谷部１５と山部１７とが交互に形成され、山部１７の頂部に、谷部１５と山部１７とからなる凹凸形状部よりも細かい破断面１９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、図２に示すように、上記したバイト１３に対し、ボーリング用カッタボディ５の矢印Ｂで示す回転方向前方側に、前記した酸化皮膜除去剤１１を吐出するノズル９を、酸化皮膜除去剤吐出手段として設けている。

ボーリング用カッタボディ５内には、酸化皮膜除去剤１１が外部から供給されて流れ、ノズル９に達する酸化皮膜除去剤通路２１を形成している。酸化皮膜除去剤通路２１は、ボーリング用カッタボディ５内の中心位置でその軸方向に延設される軸方向通路２１ａと、軸方向通路２１ａの図１中で下方の先端近傍からボーリング用カッタボディ５の半径方向に向けて延設される径方向通路２１ｂとを備え、径方向通路２１ｂの先端に前記したノズル９を連通接続している。

軸方向通路２１ａの図１中で上方の基端側は、外部に開口し、酸化皮膜除去剤供給通路２３を介して外部に設置してある酸化皮膜除去剤供給部２５に連通接続する。なお、酸化皮膜除去剤供給通路２３からボーリング用カッタボディ５内の酸化皮膜除去剤通路２１への酸化皮膜除去剤１１の供給については、汎用マシニングセンタで通常行っている刃先への軸芯クーラント供給通路と同様に、ボーリング用カッタボディ５を回転支持する図示しないマシニングセンタの後端中心から行うものとする。

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で溶射前処理を実施する。

このとき、酸化皮膜除去剤供給部２５内の酸化皮膜除去剤１１を、酸化皮膜除去剤供給通路２３及びボーリング用カッタボディ５内の酸化皮膜除去剤通路２１を経てノズル９に送り込み、該ノズル９から加工表面に向けて吐出する。

これと同時に、バイト１３によりねじ状の螺旋溝で構成される谷部１５を円周方向に沿って形成する。この際、前述したように、谷部１５の軸方向（図１，３中で上下方向）相互間にはねじ山に相当する山部１７が形成されるが、この山部１７は、先端の一部がバイト１３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１９が形成される。この破断面１９は、上記した谷部１５と山部１７とからなる凹凸形状部よりも細かく形成している。

酸化皮膜除去剤１１の加工表面に対する吐出位置は、図２に示すように、バイト１３による切削加工位置よりも、ボーリング用カッタボディ５の回転方向前方側となっているが、酸化皮膜除去剤１１は水を混入させて液状となっているので、吐出した酸化皮膜除去剤１１は、図４に示すように、切削加工後の谷部１５及び破断面１９を含む加工表面のほぼ全域に行き渡り付着することになる。

このようにして、粗面化加工後の円形の孔３の内面７に対して酸化皮膜除去剤１１を付着させて、切削加工を含む溶射前処理が完了した後は、図示しない公知の溶射設備によって、図５に示すように溶射皮膜２７を形成する。溶射設備としては、例えばワイヤ状の溶射用材料を、溶射ガンに順次送り込むとともに加熱により溶融させ、この溶融材料を溶適として加工表面に向けて吹き付ける。

このとき、本実施形態では、粗面化加工後の円形の孔３の内面７に付着している酸化皮膜除去剤１１の水分が、溶射時の熱により蒸発して気化し、フラックス成分が残留する。さらに上記溶射時の熱により、残留するフラックス成分が活性化することで、粗面化後の加工表面のアルミ酸化皮膜を溶解するとともに、フラックス成分によって粗面化後の加工表面における新たな酸化皮膜の発生を抑制する。

これにより、本実施形態では、山部１７の粗面化した破断面１９により、溶射皮膜２７の密着性を高めた溶射前処理形状とした上で、溶射皮膜２７の密着性低下の要因とされる粗面化後の加工表面の酸化皮膜を除去した状態で溶射皮膜２７を形成するので、溶射皮膜２７の密着性をより高めることができる。

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、ノズル９及びバイト１３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、ノズル９により酸化皮膜除去剤１１を吐出させるとともに、バイト１３により谷部１５及び破断面１９を形成している。

すなわち、本実施形態では、酸化皮膜除去剤１１を加工表面に付着させる作業と、谷部１５及び破断面１９を形成する粗面化加工とを、１つの加工設備で実施しているので、これら両作業を互いに別設備で行う場合に比較して、作業効率が向上して設備コスト低減に寄与することができる。

また、本実施形態では、特に液状の酸化皮膜除去剤１１を吐出しながら切削加工を行っているので、酸化皮膜除去剤１１が冷却液として機能してバイト１３による加工部位の温度上昇を抑えることになり、特にアルミ母材を切削加工する際のバイト１３の刃先へのアルミ切削屑の凝着を抑え、安定した粗面化加工を実施できる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態は、図６に示すように、第１の実施形態で使用した酸化皮膜除去剤１１と気体であるエア２９とをミキシングユニット３１で混合させ、この混合剤３３を、酸化皮膜除去剤として、第１の実施形態と同様にして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に吹き付けている。

すなわち、本実施形態では、エア供給部３５内のエアを、エア供給通路３７を経てミキシングユニット３１内の主通路３１ａに導入するとともに、酸化皮膜除去剤供給部２５内の酸化皮膜除去剤１１を、ミキシングユニット３１内の側部通路３１ｂを経て主通路３１ａに導入し、これによりミキシングユニット３１内で混合剤３３を生成する。

なお、ミキシングユニット３１内の主通路３１ａは、ボーリング用カッタボディ５内の軸方向通路２１ａと同一軸線上に位置し、側部通路３１ｂは、主通路３１ａに対してほぼ直角方向に連通している。

上記した混合剤３３は、側部通路３１ｂから主通路３１ａに流出する酸化皮膜除去剤１１を、主通路３１ａを流通するエア２９によって霧化してミスト状となり、このミスト状の混合剤３３を、ボーリング用カッタボディ５の混合剤通路２１Ａ（軸方向通路２１ａ及径方向通路２１ｂ）を経てノズル９から加工表面に向けて吐出する。

第２の実施形態においても、混合剤３３の加工表面に対する吐出位置が、バイト１３による切削加工位置よりも、ボーリング用カッタボディ５の回転方向前方側となっているが、混合剤３３はミスト状となっているので、吐出した混合剤３３は、周囲に飛散して、図４に示した酸化皮膜除去剤１１と同様に、切削加工後の谷部１５や破断面１９を含む加工表面のほぼ全域に行き渡り付着することになる。

これにより、第２の実施形態においても、溶射時の熱により、粗面化加工後の円形の孔３の内面７に付着している混合剤３３の水分が気化し、残留するフラックス成分が活性化することで、粗面化後の加工表面のアルミ酸化皮膜を溶解するとともに、フラックス成分によって粗面化後の加工表面における新たな酸化皮膜の発生を抑制する。

この結果、山部１７の粗面化した破断面１９により、溶射皮膜２７の密着性を高めた溶射前処理形状とした上で、溶射皮膜２７の密着性低下の要因とされる加工表面の酸化皮膜を除去した状態で溶射皮膜２７を形成するので、溶射皮膜２７の密着性をより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得ることができる。

また、第２の実施形態では、酸化皮膜除去剤１１にエア２９を混合してミスト状として加工表面に付着させているので、酸化皮膜除去剤１１の使用量を第１の実施形態に対して削減でき、コスト低下を達成することができる。

なお、上記した各実施形態において、酸化皮膜除去剤１１または混合剤３３を吐出するノズル９を、バイト１３に対しボーリング用カッタボディ５の回転方向後方に配置してもよい。すなわち、この場合には、バイト１３により加工した後の谷部１５に対し、酸化皮膜除去剤１１または混合剤３３を直接吹き付けることになる。

この場合、ミスト状の混合剤３３を吐出する第２の実施形態では、第１の実施形態の液状の酸化皮膜除去剤１１に比較して、谷部１５のみに混合剤３３を付着させやすく、したがって少なくとも谷部１５に酸化皮膜除去剤を付着させるためには、ミスト状の混合剤３３を吐出する第２の実施形態が有効である。

上記した谷部１５は、山部１７の破断面１９のように微細化しておらず、滑らかな面となっているので、特に谷部１５の酸化皮膜のみを除去することで、溶射皮膜２７の密着性向上に有効である。すなわち、上記した各実施形態では、酸化皮膜除去剤１１や混合剤３３を、切削加工後の谷部１５を含めて加工表面のほぼ全域に付着させているが、少なくとも谷部１５だけに付着させてもよい。

また、上記した各実施形態では、バイト１３及びノズル９を、１つのボーリング用カッタボディ５に取り付けて、１つの設備により、酸化皮膜除去剤１１や混合剤３３の吐出作業と切削加工作業とを行っているが、これら各作業を別々の設備として行ってもよい。

３ 円形の孔
５ 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 ノズル（酸化皮膜除去剤吐出手段）
１１ 酸化皮膜除去剤
１３ バイト（切削工具）
１５ 谷部
１７ 山部
１９ 山部の頂部に形成した破断面
３３ 混合剤（ミスト状の酸化皮膜除去剤）

Claims (3)

1. 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、前記谷部と山部とからなる凹凸形状部よりも細かい破断面を形成する破断面形成工程と、前記溶射皮膜が形成される部材の表面の少なくとも前記谷部に、前記部材の表面の酸化皮膜を除去する酸化皮膜除去剤を付着させる酸化皮膜除去剤付着工程と、を有し、
   前記破断面形成工程で使用する切削工具と、前記酸化皮膜除去剤付着工程で使用する酸化皮膜除去剤吐出手段とを、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円形の孔の内面の表面に対し前記谷部を円周方向に沿って形成するとともに、前記酸化皮膜除去剤吐出手段から吐出した酸化皮膜除去剤を、前記部材の表面の少なくとも前記谷部に付着させる溶射前処理方法であって、
   前記酸化皮膜除去剤吐出手段を、前記切削工具に対し、前記本体ボディの回転方向前方側に取り付けた状態で、
   前記本体ボディを円形の孔に対して挿入しつつ相対回転させることで、前記酸化皮膜除去剤吐出手段から吐出した酸化皮膜除去剤を、前記部材の表面に吹き付けて冷却剤として機能させながら、前記切削工具により前記円形の孔の内面の表面に対し前記谷部を円周方向に沿って形成する
   ことを特徴とする溶射前処理方法。
2. 前記酸化皮膜除去剤は気体を混入させたミスト状とし、このミスト状の酸化皮膜除去剤を、前記部材の表面の少なくとも前記谷部に付着させることを特徴とする請求項１に記載の溶射前処理方法。
3. 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、前記谷部と山部とからなる凹凸形状部よりも細かい破断面を有し、前記部材の表面の少なくとも前記谷部に対し、前記部材の表面の酸化皮膜を除去する酸化皮膜除去剤を吐出して付着させる酸化皮膜除去剤吐出手段を備え、
   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する前記谷部の円周方向に沿って移動する前記酸化皮膜除去剤吐出手段とを、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、
   前記酸化皮膜除去剤吐出手段は、前記切削工具に対し、前記本体ボディの回転方向前方側に取り付けられて、吐出する酸化皮膜除去剤を前記部材の表面に吹き付けて冷却剤として機能させながら、前記切削工具により前記円形の孔の内面の表面に対し前記谷部を円周方向に沿って形成する
   ことを特徴とする溶射前処理装置。

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