(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックに開設されたボアのボア面に溶射被膜を加工する溶射被膜の加工方法であって、
前記ボアがシリンダブロックのデッキ面に臨むボア端部領域において、ボアの内周方向に延設した、無端状で、ボア内へ張り出した突条が形成されてなるシリンダブロックを用意する第１の工程、
前記ボア面に溶射被膜を形成する第２の工程、
少なくとも前記突条の一部を通る加工面を形成するようにして面取り加工する第３の工程、
前記デッキ面を仕上げ加工する第４の工程、からなる、溶射被膜の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、シリンダブロックのボア面に形成される溶射被膜の加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリンダブロックのボア面には、アークやプラズマ、ガス等にて燃焼火炎（フレーム）を発生させ、各種金属や合金属を瞬間溶融し、高速ガス流にてアトマイズ粉砕（微粒子化）された溶射粒子を衝突／凝固付着させる溶射技術によって該ボア面の耐食性、耐摩耗性等を向上させるための溶射被膜が形成されている。
【０００３】
ボア面に溶射被膜が形成されると、通常は、その後工程で、ボアがシリンダブロックのデッキ面に臨むボア端部領域と該端部領域の溶射被膜部位に面取り加工を実施し、次いで、デッキ面加工をたとえばフライス盤を使用して実施し、最後に、溶射被膜の表面仕上げのためのホーニング加工が実施されて、溶射被膜形成が完了する。ここで、面取り加工の目的は、後述するように、その後工程であるデッキ面加工の際に溶射被膜が押圧力を受け、ボア面から剥がれ落とされることを回避することである。一方、デッキ面加工は、シリンダブロックのボアからのガス漏れを防止するための仕上げ加工であり、シリンダブロックの加工工程の中でも重要な加工の一つとなっている。
【０００４】
ここで、図５ａは、シリンダブロックＣのボア面Ｂ１に所定厚：ｔ１の溶射被膜ｙが形成された縦断面図を示しており、図５ｂ、ｃに、この溶射被膜に対して上記面取り加工が実施された場合の２つの加工後の状態を示している。これらの図において、ボア面Ｂ１がシリンダブロックＣのデッキ面Ｄに臨むボアＢの端部領域をＴで示している。
【０００５】
面取り加工後の状態の一つの形態は、図５ｂで示すように、面取り加工時の加工幅：ｔ２が溶射被膜ｙの厚み：ｔ１よりも大きくなるように加工された状態（面取り加工面：Ｍ）であり、このように面取り加工が実施された場合には、その加工目的が十分に達せられたことになる。
【０００６】
一方、面取り加工後の状態の他の一つの形態として、仮に、図５ｃで示すように、面取り加工時の加工幅：ｔ２’が溶射被膜ｙの厚み：ｔ１よりも小さく加工された場合には、デッキ面Ｄに溶射被膜ｙの一部が残ってしまうこととなる。
【０００７】
図５ｃのごとく、デッキ面Ｄに溶射被膜ｙの一部が残ってしまうと、次工程のデッキ面加工の際に、この溶射被膜ｙの一部にデッキ面を仕上げ加工する際のフライス盤等からの押圧力が作用してしまい、この押圧力によって溶射被膜ｙがボア面Ｂ１から剥がれ落とされる危険性がある。
【０００８】
一般に、ボア面に形成された初期の溶射被膜の厚みは３００〜４００μｍ程度であり、これがホーニング加工されることで２００μｍ〜３００μｍ程度の最終厚みに仕上げられている。一方で、溶射被膜形成後の面取り加工においては、溶射被膜が形成されたボアの軸心を位置合わせして面取り加工が実施されるのではなく、シリンダブロックの任意箇所を座標合わせ位置としてその位置決めがなされ、面取り加工が実施されているのが現状である。
【０００９】
これは、ボアの軸心を位置合わせして面取り加工を実施しようとした際には、その位置合わせに精緻な装置を必要とし（ボア自体が加工誤差をもっていることから、ボア軸心を精緻に特定するのは極めて困難である）、しかも位置合わせに時間を要することとなる、といった理由によるものである。
【００１０】
現状のように、ボアの端部領域の面取り加工に際してシリンダブロックの任意箇所にて位置合わせをおこなう方法においては、この面取り加工の際に、ボアの軸心が０．１〜０．２ｍｍ程度ずれることを許容し、これに、溶射被膜形成直後の被膜厚が３００〜４００μｍ程度であることを勘案して、実際の面取り加工幅は、溶射被膜の前面（ボア中心に臨む面）から５００μｍ程度の面取り加工幅を狙いながら、さらに、これに±０．３ｍｍ程度の誤差を許容して面取り加工が実施されている。すなわち、５００μｍ程度の面取り加工幅の狙いに対して±０．３ｍｍ程度の誤差が許容されることから、実際は、２００〜８００μｍもの大きな面取り幅範囲で面取り加工が実施されていることになる。
【００１１】
さらに、面取り加工後の面取り加工面の仕上げの程度やその加工箇所の加工精度等に関する管理は、主として目視にておこなわれているのが現状である。
【００１２】
面取り加工の際のボアの位置決めや、面取り加工の仕上げ管理に関し、精緻な装置を使用し、かつ時間と労力をかけて双方を実施することにより、面取り加工精度が高められ、図５ｃのような事態発生を回避できる、もしくはその可能性を低減できることは勿論のことである。しかし、一方で、このように精緻な装置を使用し、かつ時間と労力をかけて面取り加工を実施し、その仕上げ管理を実行した場合には、シリンダブロックを製造するための装置コストが嵩み、さらにはシリンダブロック加工時間が長期化することは必至となる。
【００１３】
ここで、従来技術に目を転じるに、溶射被膜形成後のホーニング加工の際に、溶射被膜形成によってその内径が大きくなったボアと工具とが接触して溶射被膜が剥がれ落されることを回避するべく、シリンダブロックに形成されたボアを、デッキ面に向かうにしたがってその内径が大きくなるように形成したものに対して溶射被膜を形成し、ホーニング加工を実施する加工方法が特許文献１に開示されている。
【００１４】
しかし、この加工方法では、依然として、図５ｃで示すように、デッキ面加工の際に、残存する溶射被膜の一部がフライス盤等の加工具と干渉し、溶射被膜が剥がれ落とされるという課題を解決するには至らない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００７−２１１３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、デッキ面加工の際に、ボア面に形成された溶射被膜がデッキ面加工で使用される工具や装置、機器から何等の外力も受けず、もって、外力を受けた際に溶射被膜が剥がれ落とされてしまうといった課題を効果的に解消することのできる、溶射被膜の加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記目的を達成すべく、本発明による溶射被膜の加工方法は、シリンダブロックに開設されたボアのボア面に溶射被膜を加工する溶射被膜の加工方法であって、前記ボアがシリンダブロックのデッキ面に臨むボア端部領域において、ボアの内周方向に延設した、無端状で、ボア内へ張り出した突条が形成されてなるシリンダブロックを用意する第１の工程、前記ボア面に溶射被膜を形成する第２の工程、少なくとも前記突条の一部を通る加工面を形成するようにして面取り加工する第３の工程、前記デッキ面を仕上げ加工する第４の工程、からなるものである。
【００１８】
本発明の溶射被膜の加工方法は、シリンダブロックに開設されたボアのうち、シリンダブロックのデッキ面に臨むボア端部領域において、ボア内へ張り出した無端状の突条を備えるようにしてシリンダブロックを製造し、ボア面に溶射被膜が形成され、デッキ面の仕上げ加工の前段の面取り加工の際に、この突条を少なくとも通る平面、曲面、もしくはそれらの複合面で面取り加工を実施する加工方法であり、この加工方法により、溶射被膜の一部がデッキ面に臨むことを完全に抑止でき、もって、デッキ面加工の際に加工具や加工装置が溶射被膜に力を付与してボア面から剥がれ落とすことを完全に解消させるものである。
【００１９】
ここで、突条の形状（断面形状）は特に限定されるものではないが、少なくとも、ボアの内周面に連続した、無端状であること、ボアの内側に張り出していること、が必須の構成であり、その断面の輪郭は、ボアの途中からボア端部（デッキ面に臨む端部）に向かって直線テーパー状、湾曲状、直線と湾曲の組み合わせ、台形状、など、任意の形状、輪郭を適用できる。また、突条の加工方法は、切削具を回転させ、ボアの軸方向に移動させながらボアを加工する際に、突条形成部位で切削具の張り出し長さを縮めて、もしくは張り出し長さの短い切削具を装着し直して、これを回転させてデッキ面まで移動させることにより、容易に突条を具備するボアが開設できる。
【００２０】
また、面取り加工においては、少なくとも突条の一部を通る面を形成するようにして面取り加工が実施されることで、面取り加工後のデッキ面に溶射被膜が完全に臨まない面取り加工面を形成することができる。
【００２１】
より詳細に説明するに、面取り加工の加工面もしくは加工ラインがどのような形状、輪郭であれ、形成される溶射被膜の厚みよりも張り出し長の長い突条が形成されていれば、この突条の輪郭、もしくは内部のいずれかの箇所を通るようにして面取り加工を実施することで、面取り加工にて取り除かれた突条部分には、その表面に形成された溶射被膜の一部も同時に取り除かれることになる。そして、この取り除かれた溶射被膜の一部は、取り除かれる前はデッキ面に臨んでいた被膜部位であることから、面取り加工により、デッキ面に臨む溶射被膜部位は完全に解消される。
【００２２】
なお、面取り加工ラインは、直線テーパー状、湾曲状、直線と湾曲の組み合わせ、などの任意のライン形状を適用できる。
【００２３】
ボア面に溶射被膜が形成され、上記するように面取り加工が実施され、次いで、デッキ面の仕上げ加工が実施され、最終的な溶射被膜の仕上げ加工であるホーニング加工が実施されて、ボア面への溶射被膜加工が完了する。なお、デッキ面の仕上げ加工とホーニング加工は、その加工の前後が逆であっても、同時に実施されるものであってもよい。
【００２４】
ここで、加工対象のシリンダブロックのボアは、車両等のエンジンのシリンダブロックのボアのほか、アクチュエータであるシリンダユニット機構を構成するシリンダ（ブロック）の摺動面など、その耐摩耗性等を向上させる必要のある適宜の筒状部材内面を包含するものである。
【００２５】
また、ボア内面への溶射方法は、ガス溶射、フレーム溶射、アーク溶射、プラズマ溶射等の中のいずれの溶射形態であってもよく、溶射材料としては、アルミニウム、モリブデン等の金属粉末、ステライト合金、クロム−鉄合金、ニッケル−クロム等の合金粉末、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス粉末等を使用することができる。なお、例えばアーク溶射においては、適宜素材のワイヤが溶融されてなるアトマイズ粉末が溶射粒子として溶射ガンから吐出される。
【００２６】
上記する本発明の溶射被膜の加工方法によれば、ボアがシリンダブロックのデッキ面に臨むボア端部領域において、ボアの内周方向に延設した、無端状で、ボア内へ張り出した突条を形成し、この突条の一部を通るようにして面取り加工を実行するだけの極めて簡易な製法改良により、ボア面に形成された溶射被膜の一部がデッキ面に臨むことが完全に抑止される。したがって、面取り加工後に溶射被膜の一部がデッキ面に望んだ際に、この溶射被膜の一部が後工程であるデッキ面加工で使用される工具や機器から外力を受け、この外力によって溶射被膜が剥がれ落とされてしまうといった課題は効果的に解消される。
【００２７】
また、面取り加工に当たり、シリンダブロックのうちの特に被加工対象のボアの位置決めも、従来法のようにシリンダブロックの任意箇所にて位置決めすればよく（したがって、精緻な位置決めのための装置を要しない）、この場合においても、突条の一部を通るようにして面取り加工を実行することで、少なくとも溶射被膜がデッキ面に臨まない面取り加工を容易に保証することができる。さらに、ボアの精緻な位置決めや精緻な面取り加工部位の管理を不要とできることで、溶射被膜加工を含む、シリンダブロックの加工時間の長期化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上の説明から理解できるように、本発明の溶射被膜の加工方法によれば、ボアがデッキ面に臨む端部領域の面取り加工に際し、従来通り、ボアの位置決めを高精度に実施することなく、溶射被膜を確実にデッキ面に臨まないように面取り加工を実行することができ、もって、後工程であるデッキ面の仕上げ加工の際に加工具等によって溶射被膜がボア面から剥がれ落とされることを効果的に抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）は、本発明の溶射被膜の加工方法の第１の工程を説明した縦断面図であり、より詳細には、用意されたシリンダブロックの一部のみを示した縦断面図であり、（ｂ）、（ｃ）はともに、ボアに形成された突条の他の実施の形態を示した模式図である。
【図２】図１ａに続き、本発明の加工方法の第２の工程を説明した縦断面図である。
【図３】図２に続き、本発明の加工方法の第３の工程を説明した縦断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）ともに、面取り加工面の他の実施の形態を説明した模式図である。
【図５】（ａ）は、従来の加工方法によってシリンダブロックのボア面に形成された溶射被膜を説明した縦断面図であり、（ｂ）、（ｃ）はともに、溶射被膜に対して面取り加工が実施された場合の２つの加工後の状態を説明した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示例は、溶射被膜が加工される加工対象が車両エンジンのシリンダブロックに開設されたボアであるが、本発明の加工方法によって加工される溶射被膜は、これ以外にも、アクチュエータであるシリンダユニット機構を構成するシリンダ（ブロック）の摺動面などであってもよい。また、理解を容易とするために、シリンダブロックのうち、ボアが開設された部分のみを取り出して図示している。さらに、ボアのデッキ面に臨む端部領域に形成される突条は、図示する実施の形態以外の断面形状、輪郭を有するものであってもよいことは勿論のことである。
【００３１】
図１ａは、本発明の溶射被膜の加工方法の第１の工程を説明した縦断面図であり、図２、図３はそれぞれ、本発明の加工方法の第２の工程、第３の工程を説明した縦断面図である。
【００３２】
本発明の溶射被膜の加工方法は、まず、図１ａで示す第１の工程として、ボアＢがシリンダブロック１のデッキ面１ｂに臨むボア端部領域１ｃにおいて、ボア面１ａの内周方向に延設した、無端状で、ボアＢ内へ張り出した突条１ｄが形成されてなるシリンダブロック１を用意する。
【００３３】
ここで、この突条１ｄを具備するボアＢの開設方法を概説すると、以下のようになる。すなわち、不図示の切削具を回転させてボアＢの軸方向に移動させながら該ボアＢを加工することを基本とし、突条１ｄが形成されるべき部位においては、切削具の張り出し長さを縮めて、もしくは張り出し長さの短い切削具を装着し直して、これを回転させながらさらにデッキ面１ｂまで移動させることにより、突条１ｄを具備するボアＢが容易に開設できる。
【００３４】
図１ａで示す突条１ｄは、その断面形状が台形状であるが、突条の断面形状はこれ以外にも、図１ｂで示すような逆三角形状の突条１ｄ’（その輪郭線はテーパー直線）、図１ｃで示すような湾曲形状の突条１ｄ”などであってもよい。なお、突条１ｄ”の更なる変形例として、ボアＢの内側に突の湾曲形状、1/4真円形状などであってもよい。
【００３５】
次に、用意されたシリンダブロック１のボア面１ａに対し、不図示の溶射装置を使用して、図２で示すような溶射被膜２を形成する（第２の工程）。なお、ここでいう溶射被膜の形成とは、最終的にホーニング加工にて仕上げ加工される前段の溶射被膜の形成を意味するものである。
【００３６】
ボア面１ａへの溶射方法は、ガス溶射、フレーム溶射、アーク溶射、プラズマ溶射等の中のいずれの溶射形態であってもよい。たとえば、この内のアーク溶射を適用する場合を概説すると、以下のようになる。すなわち、不図示の載置台にシリンダブロック１を載置固定し、不図示の昇降装置に回転機構を介して装着された溶射ガンをボアＢの最下部まで進入させる。不図示の電力線に電流が印加され、溶射ガンの先端に位置するアーク溶射用ワイヤの先端接触部でアークを発生させ、その熱によってワイヤの先端を溶融させて溶滴を形成し、溶射ガンから発射されるアトマイズエアを溶滴に吹き付けることにより、溶滴を細かな溶射粒子に分散させる。この状態で溶射ガンを回転させながら、シリンダブロック１のボアＢ内を所定の速度で上昇させると、ボア面１ａに溶射粒子が溶射され、これが付着して溶射被膜２が形成される。なお、溶射材料としては、アルミニウム、モリブデン等の金属粉末、ステライト合金、クロム−鉄合金、ニッケル−クロム等の合金粉末、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス粉末等を使用することができる。
【００３７】
ボア面１ａに溶射被膜が形成されたら、ボアＢのうち、デッキ面１ｂに臨む端部領域１ｃに対して、不図示の面取り加工装置を使用して面取り加工を実施し、図３で示すごとく、端部領域１ｃに面取り加工面１ｅを形成する。
【００３８】
ここで、図示する面取り加工面１ｅは、突条１ｄの下方のテーパー箇所の途中を通るように面取りされた加工面である。
【００３９】
なお、面取り加工面の実施の形態としては、加工面１ｅ以外にも、図４ａで示すように、突条１ｄがテーパー状に完全に取り除かれている面取り加工面１ｆや、図４ｂで示すように、湾曲状の面取り加工面１ｇとして突条１ｄの一部が取り除かれている形態などであってもよい。
【００４０】
面取り加工面１ｅ，１ｆ，１ｇいずれの形態であっても、面取り加工後の状態において、シリンダブロック１のデッキ面１ｂに溶射被膜２が全く臨まない状態を呈していることは共通している。
【００４１】
このように、面取り加工後の状態において、シリンダブロック１のデッキ面１ｂに溶射被膜２が全く臨まない状態を形成することで、後工程である、デッキ面の仕上げ加工の際に、適用される加工具もしくは加工装置から溶射被膜が直接的に押圧力を受け、この押圧力によって溶射被膜がボア面から剥がれ落とされることが効果的に解消される。
【００４２】
なお、面取り加工面は、ボア面に形成された突条の内部、もしくはその外郭ラインの少なくともいずれかを通るようにして端部領域１ｃに形成されるものであれば、面取り加工後の状態において、溶射被膜がデッキ面に臨まない状態を得ることができる。補足的に説明するに、図４ａで示す面取り加工面１ｆは、突条１ｄの下端部を通る加工面となっている。
【００４３】
面取り加工が実施され、図３、４のような面取り加工面１ｅ，１ｆ，１ｇが形成されたら、デッキ面の仕上げ加工が実施され、次いで、溶射被膜の最終仕上げ加工である、ホーニング加工が実施されて、溶射被膜の加工が完了する。
【００４４】
[本発明の加工方法を適用した際の、溶射被膜のボア面からの剥がれ落ちの有無を検証した実験とその結果]
本発明者等は、従来の加工方法、すなわち、ボアの端部領域に突条が存在しないシリンダブロックのボア面に溶射被膜を加工する方法によって得られた加工品（比較例）と、本発明の加工方法によって得られた加工品（実施例）と、をそれぞれ試作し、デッキ面加工時の溶射被膜の剥がれ落ちの有無、および、剥がれ落ちがある場合におけるその比率を検証した。以下、表１に比較例、実施例に共通する加工品、加工部位の概要を示し、表２に比較例、実施例の加工条件、検証結果を示している。
【００４５】
【表１】
0005532960.tif 000002
【００４６】
【表２】
0005532960.tif 000003
【００４７】
表２より、本発明の加工方法にて製造されたシリンダボアのボア面に形成された溶射被膜は、後工程であるデッキ面加工の際に全く剥がされないことが実証されており、その有効性が保証されている。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１…シリンダブロック、１ａ…ボア面、１ｂ…デッキ面、１ｃ…ボアの端部領域、１ｄ、１ｄ’、１ｄ”…突条、１ｅ，１ｆ，１ｇ…面取り加工面、２…溶射被膜、Ｂ…ボア
【図１】
0005532960.tif 000004
【図２】
0005532960.tif 000005
【図３】
0005532960.tif 000006
【図４】
0005532960.tif 000007
【図５】
0005532960.tif 000008