JPH0760475A - レーザ吸収剤塗布装置 - Google Patents
レーザ吸収剤塗布装置Info
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- JPH0760475A JPH0760475A JP5211766A JP21176693A JPH0760475A JP H0760475 A JPH0760475 A JP H0760475A JP 5211766 A JP5211766 A JP 5211766A JP 21176693 A JP21176693 A JP 21176693A JP H0760475 A JPH0760475 A JP H0760475A
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Abstract
周方向になるべく均等な厚さに塗布できるようにするこ
とにある。 【構成】レーザ吸収剤塗布装置20に設けられたノズル
ユニット22は、ワーク内面12aに対向する噴射ノズ
ル21を有しており、回転駆動機構23によって回転さ
せることができるようにしてある。また、レーザ吸収剤
を噴射ノズル21に供給するレーザ吸収剤供給機構35
と、噴射制御弁36と、噴射制御弁36を制御するコン
トローラ25が設けられている。コントローラ25は、
ノズルユニット22が回転する際にエンコーダ31によ
って検出される回転位置信号を入力するとともに、この
回転位置に関連してワーク内面12aの周方向に所定ピ
ッチでレーザ吸収剤を噴出するように噴射制御弁36の
駆動タイミングを制御しつつ1周目の塗布を行い、2周
目の塗布を行う際には噴射制御弁36の駆動タイミング
を1周目に対し半ピッチ分ずらすようにしている。
Description
ワークにレーザ吸収剤を塗布するための装置に関する。
たディーゼルエンジン等において、シリンダブロックの
筒穴(シリンダボア)の内面に耐摩耗性のライナーを挿
入することが行われているが、部品点数の削減やコスト
の低減化を図るために、ライナーを用いないシリンダブ
ロックが要望されている。このようなライナーレスのシ
リンダブロックは、筒穴内面に直接ピストンやピストン
リングが接するため、例えば自動車用エンジンのように
高回転域で使われるエンジンにおいては、筒穴内面の耐
摩耗性をいかにして高めるかが重要な課題である。
て、筒穴内面を焼入れ等の熱処理によって調質すること
が考えられている。このため本発明者らは、シリンダブ
ロックの筒穴内面にレーザビームによるスポット状の焼
入れを行う技術を開発し、種々の試験と試作等を行って
きた。
に高密度エネルギーを集中させて短時間の局部急速加熱
を行ったのち、シリンダブロック内部への熱拡散による
自己冷却作用によって急冷させ、マルテンサイト組織を
得るようにしている。このためレーザ焼入れを行う際に
は、レーザビームを筒穴内面の所定位置に効率良く吸収
させるために、筒穴内面にレーザ吸収剤を塗布するよう
にしている。
品質を確保する上で、筒穴内面の所定領域に全周にわた
ってなるべく均等な厚さに塗布することが望まれ、塗布
厚の許容範囲は例えば25μm〜45μmと比較的狭い
ものである。こうしたレーザ吸収剤を塗布する手段とし
て、筒穴内面に噴射ノズルを挿入し、噴射ノズルからレ
ーザ吸収剤を筒穴内面に向って噴出させながら、噴射ノ
ズルを筒穴の周方向に旋回させるといったレーザ吸収剤
塗布装置が考えられている。
たレーザ吸収剤塗布装置のように噴射ノズルが1回転す
る間にレーザ吸収剤を連続的に噴射させて塗布を行う場
合には、筒穴内面の周方向1箇所にレーザ吸収剤の吹き
始めと吹き終わりが集まるため、レーザ吸収剤の吹き始
めと吹き終わりのところで塗布量が過剰に重なったり、
あるいは逆に塗布されない空白部分が生じるなどして、
筒穴内面の周方向に塗布厚の偏りが大きくなり過ぎるこ
とがあった。しかも従来の塗布装置ではレーザ吸収剤の
塗布状態をきめ細かく調整することが困難であった。
などのワークの内面にレーザ焼入れを行うに当って、ワ
ーク内面の周方向にレーザ吸収剤をなるべく均等に塗布
することができ、塗布状態などの調整が可能なレーザ吸
収剤塗布装置を提供することにある。
開発された本発明のレーザ吸収剤塗布装置は、円筒状の
ワーク内面にレーザ焼入れを行う際にワーク内面にレー
ザ吸収剤を塗布するためのレーザ吸収剤塗布装置であっ
て、ワーク内面に対向する噴射ノズルを有しかつワーク
内面の円周方向に回転可能なノズルユニットと、上記ノ
ズルユニットを回転させるモータおよび回転位置検出手
段を有する回転駆動機構と、上記噴射ノズルにレーザ吸
収剤を供給するレーザ吸収剤供給機構と、上記レーザ吸
収剤供給機構によって上記噴射ノズルに供給されるレー
ザ吸収剤を開弁時に上記噴射ノズルから噴射させかつ閉
弁時にレーザ吸収剤の噴射を止める噴射制御弁と、上記
ノズルユニットの回転時に上記回転位置検出手段によっ
て検出される回転位置信号を入力するとともにこの回転
位置に関連してワーク内面の周方向に所定ピッチでレー
ザ吸収剤を噴出するように上記噴射制御弁の駆動タイミ
ングを制御しつつ1周目の塗布を行いかつ2周目の塗布
を行う際には上記噴射制御弁の駆動タイミングを1周目
に対し半ピッチ分ずらしてバルブ駆動信号を送出するコ
ントローラとを具備している。
ワークの周方向に回転させられる。ノズルユニットの回
転位置はロータリエンコーダ等の回転位置検出手段によ
って検出され、回転位置を示す信号がコントローラに入
力される。噴射制御弁はコントローラによって駆動タイ
ミング(塗布タイミング信号)が制御され、噴射制御弁
が開弁状態になった時に噴射ノズルからレーザ吸収剤が
ワーク内面に向って噴出する。
転する際にワークの周方向に所定ピッチでレーザ吸収剤
が噴射されるように噴射制御弁の駆動タイミングを制御
して1周目の塗布を行い、2周目の塗布を行う際には上
記噴射制御弁の駆動タイミングを半ピッチ分ずらしてバ
ルブ駆動信号を送出する。こうすることにより、1周目
に間隔的に塗布された塗膜の間を埋める形で2周目の塗
布が行われるため、2周目の塗布が終了すると、ワーク
の全周にわたってレーザ吸収剤が所望の塗布厚の範囲で
塗布される。この場合、コントローラが送出する塗布タ
イミング信号などを適宜に調整することにより、塗布状
態を微調整することが可能である。
照して説明する。図9はワークの一例としてのシリンダ
ブロック10を示している。このシリンダブロック10
は鋳鉄によって鋳造され、ピストン11を挿入する筒穴
12が形成されている。この筒穴12の内面12aに、
図10に示すような多数のスポット状レーザ焼入部15
を含む調質部分16が設けられている。
であり、それぞれ筒穴12の周方向に沿う横長な形状を
なしている。焼入部15の長さLの一例は15mm、幅W
の一例は3.5mm前後である。焼入れ深さの一例は0.
2mm以上が望ましいが、調質の目的によっては10〜1
5μm程度の焼入れ深さでも効果が認められる場合があ
る。これらの焼入部15は、筒穴12の周方向に所定ピ
ッチP1 で複数箇所に設けられているとともに、筒穴1
2の軸線方向に所定ピッチP2 で複数列設けられてい
る。ピッチP2 の一例は5mmである。
11に例示した一連の工程を経てレーザ焼入れ等の処理
が行われる。機械加工工程S1では、筒穴12の内面1
2aがボーリングマシン等の工作機械によって所定の内
径に切削される。この機械加工工程S1が実施された筒
穴12の内面12aには研削油が付着しているため、加
工後に洗浄工程S2が実施され、筒穴12の内面洗浄と
乾燥が行われる。
剤塗布工程S3において、図1に示したレーザ吸収剤塗
布装置20を用いて、レ−ザ吸収剤が筒穴12の内面1
2aに塗布される。鋳鉄製シリンダブロック10に使わ
れるレーザ吸収剤の一例は、主剤として15〜19wt%
のMoS2 と2〜5wt%の黒鉛を含有するとともに、バ
インダとしてアクリル系樹脂を6〜10wt%添加し、溶
剤としてのハイドロクロロフロロカーボン(CF3 CF
2 CHCl2 +CClF2 CF2 CHClF)66〜7
7wt%で溶いたものである。このレーザ吸収剤の塗布厚
は、25μm〜45μm程度が推奨される。
は、噴射ノズル21を有するノズルユニット22と、ノ
ズルユニット22を回転させる回転駆動機構23と、ノ
ズルユニット22を上下方向に動かす昇降駆動機構24
と、マイクロコンピュータ等を用いた制御手段としての
コントローラ25などを備えて構成されている。回転駆
動機構23は、垂直軸回りに回転するモータ30と、ノ
ズルユニット22の回転位置を検出する手段の一例とし
てのロータリエンコーダ31を備えている。ロータリエ
ンコーダ31から送出される回転位置信号は、コントロ
ーラ25に入力される。このコントローラ25は、ドラ
イバアンプや高速カウンタおよびタイマなどを備えてい
る。高速カウンタは、上記エンコーダ31が出力するパ
ルスを順次カウントし、所定のカウント数に達した時
に、下記電磁弁37にバルブ駆動信号を出力するもので
ある。
駆動機構24によってノズルユニット22が降下させら
れた時に、筒穴12の所定深さまで挿入することができ
るようになっており、先端部33が筒穴12に挿入され
た状態において、図2に示すように噴射ノズル21が筒
穴内面12aに対向することにより、噴射ノズル21か
らレーザ吸収剤が筒穴内面12aに向って広がり角θで
噴射できるようになっている。
ためのレーザ吸収剤供給機構35がノズルユニット22
に接続されている。レーザ吸収剤供給機構35は、レー
ザ吸収剤を噴射ノズル21との間で循環させるためのサ
ーキュレーション機能を有しており、図示しない循環用
ポンプや調圧弁などを含んでいる。
一例として、エア圧によって駆動されるクイックエキゾ
ーストバルブが設けられている。この噴射制御弁36
は、電磁弁37が制御する駆動用エアによって開閉され
る。駆動用エアは圧搾空気供給源38から供給される。
定の駆動タイミングで開閉される。すなわちこのコント
ローラ25は、ノズルユニット22が回転する際に、図
3に示すように1周目は所定ピッチPで噴射制御弁36
を開弁させる駆動パルスを電磁弁37に送出する。つま
り、エンコーダ31が出力する位置信号パルスが所定の
カウント値に達した時(所定の噴射タイミングに至った
時)に、電磁弁37を開弁方向に駆動することにより、
噴射制御弁36が瞬間的に開弁する。上記駆動パルスの
パルス幅の一例は25msec、パルス間のピッチPの一例
は50msecである。ノズルユニット22が1回転するの
に要する時間の一例は2sec である。
図4に模式的に示すように、縦に長い塗膜41が周方向
に所定ピッチで筒穴内面12aに塗布される。この図示
例では、互いに隣り合う塗膜41の縁が互いに接する程
度の噴射パターンとなるように、噴射ノズル21の形状
や口径等が設定されている。塗膜41の縦方向の有効長
さHの一例は50mm程度、塗布幅Sの一例は20〜25
mm前後であり、1回の塗布でおよそ25μmの膜厚が得
られるようにしている。
のち、2周目の塗布が行われる。この実施例の場合、回
転による配管系のねじれを防ぐために2周目はノズルユ
ニット22を逆回転させるようにしている。2周目の塗
布を行う際に、コントローラ25は、図3に示すように
1周目のバルブ駆動パルスに対して半ピッチ分だけ塗布
タイミングをずらしてバルブ駆動信号を送出するように
している。
は、図5に模式的に示すように、1周目の塗膜41の間
を埋めるような形で2周目の塗膜42が形成され、その
結果、筒穴内面12aの周方向にレーザ吸収剤が膜厚2
5μmから45μmの範囲で塗布されるようになり、塗
膜の空白部分を生じることがなく、しかも過剰に塗り重
なる部分を生じない。
図6および図7のようになる。図6は1周目の塗布工
程、図7は2周目の塗布工程を示している。なお、1周
目と2周目の回転初期では、ノズルユニット22の回転
速度が安定するまで、いわゆる助走回転を行うステップ
S10,S11を設けている。なお、回転による配管系
のねじれが問題にならないようであれば、2周目を逆回
転させることなく、1周目と同じ方向に2周目を回転さ
せるようにしてもよい。
て、筒穴内面12aの所定領域にレーザ吸収剤を塗布し
たのち、焼入れ工程S4において、図8に例示したレー
ザ焼入れ装置50によってレーザビームによる焼入れが
行われる。
に挿入される加工ヘッド51と、レーザ発生手段の一例
としてCO2 レーザ発振器52と、このレーザ発振器5
2によって発生させた10.6μmの波長のレーザビー
ムを加工ヘッド51に導く光学系53などを備えてい
る。
12aに周方向に所定間隔でレーザビームを走行させな
がら高密度エネルギーを集中させ、チル(溶融)を出さ
ない程度の温度まで短時間で急速加熱を行う。加熱温度
の一例は980℃〜1120℃であり、要するに鋳鉄の
A1 変態点以上の温度に設定される。加熱時間の一例は
0.2秒程度である。
おいて蓄熱状況を考慮したパワーに個別設定され、NC
パワー制御が実行される。レーザビームによって急速加
熱された箇所は、レーザの照射を停止した時に、熱が急
速にシリンダブロック10内を伝って拡散し、急冷状態
になることによって、焼入れ前のパーライトとフェライ
トの混合組織が焼入れマルテンサイトに変化する。こう
して、筒穴12の円周方向に順次焼入れが実施される。
焼戻し工程S5が実施される。焼戻し工程S5において
は、加熱手段の一例としての高周波誘導コイルによっ
て、筒穴内面12aが所定のテンパー温度(例えば30
0℃〜350℃)に加熱されたのち、空気中で放置され
る。
ホーニング機によって筒穴12の内面12aにホーニン
グ加工が行われる。ホーニング機は、回転駆動機構によ
って回転させられる回転ヘッドに砥石を設けたものであ
り、砥石を筒穴内面12aにスパイラル状に擦りつける
ことにより、いわゆるクロスハッチと称される多数の微
細な斜状の擦り溝が形成される。この擦り溝はエンジン
運転中にオイルを保持する機能を果たす。
内面の周方向に均等に近い厚さに塗布することができ、
レーザ吸収剤の厚さを許容範囲に収めることが容易に行
えるとともに、塗布状態の管理も容易となり、レーザ焼
入れの品質を高めることができる。
図。
を示す図。
図。
図。
ンダブロックの斜視図。
の一部の展開図。
加工工程を示す工程説明図。
Claims (1)
- 【請求項1】円筒状のワーク内面にレーザ焼入れを行う
際にワーク内面にレーザ吸収剤を塗布するためのレーザ
吸収剤塗布装置であって、 ワーク内面に対向する噴射ノズルを有しかつワーク内面
の円周方向に回転可能なノズルユニットと、 上記ノズルユニットを回転させるモータおよび回転位置
検出手段を有する回転駆動機構と、 上記噴射ノズルにレーザ吸収剤を供給するレーザ吸収剤
供給機構と、 上記レーザ吸収剤供給機構によって上記噴射ノズルに供
給されるレーザ吸収剤を開弁時に上記噴射ノズルから噴
射させかつ閉弁時にレーザ吸収剤の噴射を止める噴射制
御弁と、 上記ノズルユニットの回転時に上記回転位置検出手段に
よって検出される回転位置信号を入力するとともにこの
回転位置に関連してワーク内面の周方向に所定ピッチで
レーザ吸収剤を噴出するように上記噴射制御弁の駆動タ
イミングを制御しつつ1周目の塗布を行いかつ2周目の
塗布を行う際には上記噴射制御弁の駆動タイミングを1
周目に対し半ピッチ分ずらしてバルブ駆動信号を送出す
るコントローラと、 を具備したことを特徴とするレーザ吸収剤塗布装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5211766A JP2776211B2 (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | レーザ吸収剤塗布装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5211766A JP2776211B2 (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | レーザ吸収剤塗布装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0760475A true JPH0760475A (ja) | 1995-03-07 |
JP2776211B2 JP2776211B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=16611235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5211766A Expired - Fee Related JP2776211B2 (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | レーザ吸収剤塗布装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2776211B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003511240A (ja) * | 1999-09-30 | 2003-03-25 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 積層体をレーザー穿孔する方法及び装置 |
JP2019130449A (ja) * | 2018-01-30 | 2019-08-08 | ノードソン コーポレーションNordson Corporation | 塗布装置及び塗布方法 |
-
1993
- 1993-08-26 JP JP5211766A patent/JP2776211B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003511240A (ja) * | 1999-09-30 | 2003-03-25 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 積層体をレーザー穿孔する方法及び装置 |
JP2019130449A (ja) * | 2018-01-30 | 2019-08-08 | ノードソン コーポレーションNordson Corporation | 塗布装置及び塗布方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2776211B2 (ja) | 1998-07-16 |
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