(57)【要約】【課題】溶射被膜を形成することなく金属材料の表面に硬化層を形成すると共に、廃液処理などを生じることなく潤滑油を十分に保持できる金属材料摺動面構造、内燃機関用シリンダ及び金属材料摺動面形成方法。【解決手段】アルミニウム合金製シリンダブロック４のシリンダボア６にプラズマ溶融装置２によりプラズマ溶融粗面化工程を行うことにより表面に凹凸形状を形成する。このことにより変化の激しい凹凸形状が形成される。しかも瞬間的な凝固により、溶射被膜が形成されていなくても非常に高硬度の凹凸表面となる。そしてこの凹凸表面に対して弾性ホーニング加工することにより凸部分にプラトー面形成工程を実行する。このことにより形成したピストンリング摺動面は、ハイＳｉアルミニウム合金のみでなくダイカスト用のアルミニウム合金でも長時間の十分なスカッフ性が得られ、かつＥＣＭのように廃液処理などを生じることがない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料の表面に形成された凹凸の内で凸部分の先端が除去されていることにより金属材料の表面に平行な一面に揃えられたプラトー面を形成している摺動面構造であって、
前記凸部分の先端が除去される前の前記凹凸は、金属材料の表面に対してプラズマ照射による溶融がなされたことにより形成されたものであることを特徴とする金属材料摺動面構造。
【請求項２】
請求項１に記載の金属材料摺動面構造において、前記凸部分の先端の除去は、プラズマ照射後に研削によりなされたものであることを特徴とする金属材料摺動面構造。
【請求項３】
請求項２に記載の金属材料摺動面構造において、前記凸部分の先端の除去は、ホーニング加工により形成されたものであることを特徴とする金属材料摺動面構造。
【請求項４】
請求項３に記載の金属材料摺動面構造において、前記ホーニング加工は、弾性ホーニング砥石により行われたものであることを特徴とする金属材料摺動面構造。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属材料摺動面構造において、前記凹凸の内で凹部分の平均深さは、前記プラトー面から１．０〜２０μｍの範囲に存在することを特徴とする金属材料摺動面構造。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属材料摺動面構造において、前記凹凸が形成された領域の全面積における前記プラトー面の占める面積率が５〜７０％であることを特徴とする金属材料摺動面構造。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の金属材料摺動面構造において、前記プラトー面の１面当たりの平均面積が５μｍ２以上であることを特徴とする金属材料摺動面構造。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の金属材料摺動面構造において、前記金属材料はアルミニウム合金であることを特徴とする金属材料摺動面構造。
【請求項９】
請求項８に記載の金属材料摺動面構造において、前記アルミニウム合金はケイ素を含んでいることを特徴とする金属材料摺動面構造。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の金属材料摺動面構造において、前記凹凸はプラズマ照射により硬度が１４０ＨＶ以上の状態で形成されているものであることを特徴とする金属材料摺動面構造。
【請求項１１】
請求項１０に記載の金属材料摺動面構造において、前記凹凸はプラズマ照射により硬度が１４０〜１９０ＨＶの範囲で形成されているものであることを特徴とする金属材料摺動面構造。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の金属材料摺動面構造において、前記プラズマ照射による溶融は、不活性ガスをプラズマ状にして金属材料の表面に照射したことにより行われたことを特徴とする金属材料摺動面構造。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の金属材料摺動面構造において、前記プラズマ照射による溶融は、大気をプラズマ状にして金属材料の表面に照射したことにより行われたことを特徴とする金属材料摺動面構造。
【請求項１４】
内周面を、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の金属材料摺動面構造としたことを特徴とする内燃機関用シリンダ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の内燃機関用シリンダにおいて、シリンダライナとして形成されていることを特徴とする内燃機関用シリンダ。
【請求項１６】
請求項１４に記載の内燃機関用シリンダにおいて、シリンダブロックと一体に形成されていることを特徴とする内燃機関用シリンダ。
【請求項１７】
金属材料の表面をプラズマ照射により溶融及び動揺させることで凹凸を前記表面に形成して凝固させるプラズマ溶融粗面化工程と、
前記プラズマ溶融粗面化工程後に、金属材料の表面に平行であって前記凹凸における厚さ方向の中間位置に設定した一面まで凸部分の先端を除去して、凸部分の先端にプラトー面を形成するプラトー面形成工程と、
を実行することを特徴とする金属材料摺動面形成方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラトー面形成工程は、前記凸部分の先端を研削により除去することを特徴とする金属材料摺動面形成方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラトー面形成工程は、前記研削をホーニング加工により行うことを特徴とする金属材料摺動面形成方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記ホーニング加工は、弾性ホーニング砥石により行うことを特徴とする金属材料摺動面形成方法。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラトー面形成工程は、前記プラトー面を、凹部分の底部からの平均高さが１．０〜２０μｍの範囲に形成することを特徴とする金属材料摺動面形成方法。
【請求項２２】
請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラトー面形成工程は、前記プラトー面を、前記凹凸が形成された領域の全面積において占める面積率を５〜７０％として形成することを特徴とする金属材料摺動面形成方法。
【請求項２３】
請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラトー面形成工程は、前記プラトー面を、１面当たりの平均面積が５μｍ２以上として形成することを特徴とする金属材料摺動面形成方法。
【請求項２４】
請求項１７〜２３のいずれか一項に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記金属材料としては、アルミニウム合金を用いることを特徴とする金属材料摺動面形成方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記アルミニウム合金はケイ素を含んでいることを特徴とする金属材料摺動面形成方法。
【請求項２６】
請求項１７〜２５のいずれか一項に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラズマ溶融粗面化工程は、凝固後の前記凹凸を、硬度が１４０ＨＶ以上の状態で形成することを特徴とする金属材料摺動面形成方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラズマ溶融粗面化工程は、凝固後の前記凹凸を、硬度が１４０〜１９０ＨＶの範囲で形成することを特徴とする金属材料摺動面形成方法。
【請求項２８】
請求項１７〜２７のいずれか一項に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラズマ溶融粗面化工程は、不活性ガスをプラズマ状にして金属材料の表面に照射することを特徴とする金属材料摺動面形成方法。
【請求項２９】
請求項１７〜２８のいずれか一項に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラズマ溶融粗面化工程は、大気をプラズマ状にして金属材料の表面に照射することを特徴とする金属材料摺動面形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に形成された凸部分の先端にプラトー面を形成している金属材料摺動面構造、内燃機関用シリンダ及び金属材料摺動面形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属材料の耐摩耗性を向上させる技術が存在する（例えば特許文献１〜３参照）。
特許文献１では、真空アーク放電によりアルミニウム合金材料の表面に硬化層を形成し、この硬化層形成時に生じたうねり状の湾曲の頂部を圧延により平滑な面としている。尚、この特許文献１には従来技術としてうねり状の湾曲の頂部を切削により平滑な面を形成する例も開示されている。
【０００３】
特許文献２では、カムシャフトのカム摺動部表面に対してプラズマアークなどの高密度エネルギーを照射して表面を再溶融し、こうして形成された表面硬化層をローラやプレートにより押圧して表面の凹凸を抑制し、その後、研磨仕上げしている。
【０００４】
特許文献３では、アルミニウム製のシリンダブロックのシリンダボア内に溶射ガンにて溶射粉末をプラズマ溶射して溶射被膜を形成した後、ホーニング加工により表面に微小な気孔が有する溶射被膜を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３２８１６７号公報（第４−６頁、図２−７）
【特許文献２】特開昭６１−２７０３４０号公報（第４−５頁、図５）
【特許文献３】特開２００５−１７１２７４号公報（第６−７頁、図６−７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のごとく真空アーク放電による作業では、金属材料を真空槽内に配置する必要があり、作業効率が低く生産ラインでは採用しにくい。更にシリンダブロックなどの大型な金属材料や多数のシリンダライナなどを同時に処理するには装置が巨大なものとなり現実的ではない。しかもうねり状の湾曲では凹部の深さや数は全体として十分に潤滑油を保持できるものではなく、スカッフ性など他部材との摺動特性が低く、耐摩耗性は不十分である。
【０００７】
特許文献２についても、表面硬度の向上のみが目的であり、表面の凹凸は抑制しているので、潤滑油の保持はほとんどなく、スカッフ性など他部材との摺動特性が低く、耐摩耗性は不十分である。
【０００８】
特許文献３では、金属材料を基材としてその表面に別材料の溶射粉末により溶射被膜を形成している。このような溶射被膜をシリンダボアに形成した場合には、材質の違いにより、特に内燃機関の高温化による熱膨張差やピストンリングの摺動により、基材から溶射被膜が剥がれるおそれがあり、耐久性に問題を生じる。
【０００９】
この他、ＥＣＭ（電解加工）により凹部を形成する手法が存在するが、電解加工液を用いるため廃液処理のため環境上の問題が生じる。
本発明は、溶射被膜を形成することなく金属材料の表面に硬化層を形成すると共に、廃液処理などを生じることなく潤滑油を十分に保持できる金属材料摺動面構造、内燃機関用シリンダ及び金属材料摺動面形成方法を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用・効果について記載する。
請求項１に記載の金属材料摺動面構造は、金属材料の表面に形成された凹凸の内で凸部分の先端が除去されていることにより金属材料の表面に平行な一面に揃えられたプラトー面を形成している摺動面構造であって、前記凸部分の先端が除去される前の前記凹凸は、金属材料の表面に対してプラズマ照射による溶融がなされたことにより形成されたものであることを特徴とする。
【００１１】
このようにプラズマ照射により金属材料表面に形成された凹凸は、プラズマが衝突することにより、一瞬にして溶融した表面が激しい動揺を生じた後に瞬時に冷却されて凝固することにより形成されたものである。このため真空アーク放電のような、うねり状の湾曲ではなく、もっと凹凸変化の激しい、場合により袋状の凹部も存在するような表面凹凸形状が形成されている。しかも瞬間的な凝固により、非常に高硬度の凹凸表面となっている。
【００１２】
この凹凸に対して凸部分の先端を除去してプラトー面を形成することにより、このプラトー面上にて、他部材が摺動可能となる。このプラトー面間に存在する凹部分は十分に潤滑油を保持できる陥入形状を呈していることから、他部材がプラトー面上を摺動する場合に凹部分から十分な潤滑油がプラトー面に供給されて、スカッフ性などの他部材との摺動特性が高いものとなる。
【００１３】
しかも溶射被膜を形成することなく金属材料の表面に硬化層を形成しているため、熱膨張差や他部材の摺動による剥離のおそれがない。
更に金属材料摺動面構造形成時に電解加工液などの廃液は生じないので環境上の問題もない。
【００１４】
請求項２に記載の金属材料摺動面構造では、請求項１に記載の金属材料摺動面構造において、前記凸部分の先端の除去は、プラズマ照射後に研削によりなされたものであることを特徴とする。
【００１５】
このように凸部分の先端除去は研削により可能であり、金属材料の表面に平行な一面に揃えられたプラトー面を形成した金属材料摺動面構造を容易に実現できる。
請求項３に記載の金属材料摺動面構造では、請求項２に記載の金属材料摺動面構造において、前記凸部分の先端の除去は、ホーニング加工により形成されたものであることを特徴とする。
【００１６】
すなわちホーニング砥石による研削によりプラトー面を形成でき、このようなホーニング加工により、プラトー面自体も滑らかな面に形成できる。したがってプラトー面間の凹部分からの潤滑油により他部材の摺動をより円滑なものにでき、他部材との摺動特性が高い金属材料摺動面構造となる。
【００１７】
請求項４に記載の金属材料摺動面構造では、請求項３に記載の金属材料摺動面構造において、前記ホーニング加工は、弾性ホーニング砥石により行われたものであることを特徴とする。
【００１８】
ホーニング加工としては、弾性ホーニング砥石を用いることができ、このことにプラトー面での摺動特性がより良好な金属材料摺動面構造にすることができる。
請求項５に記載の金属材料摺動面構造では、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属材料摺動面構造において、前記凹凸の内で凹部分の平均深さは、前記プラトー面から１．０〜２０μｍの範囲に存在することを特徴とする。
【００１９】
凹部分の平均深さが１．０μｍより浅いと潤滑油の保持性が低下して金属材料表面の耐摩耗性が低下する傾向にある。凹部分の平均深さが２０μｍより深いと潤滑油が必要以上に消費される傾向にある。
【００２０】
したがって前記範囲に凹部分の平均深さを設定することにより、潤滑油の保持性を高め、潤滑油の消費を抑制できる金属材料摺動面構造とすることができる。
請求項６に記載の金属材料摺動面構造では、請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属材料摺動面構造において、前記凹凸が形成された領域の全面積における前記プラトー面の占める面積率が５〜７０％であることを特徴とする。
【００２１】
プラトー面が占める面積率が５％より低い場合には潤滑油保持には十分であるが潤滑油消費量が高まり、他部材の摺動時でのプラトー面での面圧が過剰となり凸部分の強度低下と摺動特性が悪化する傾向にある。プラトー面が占める面積率が７０％より高い場合には潤滑油の保持性が低下して摺動特性が悪化する傾向にある。
【００２２】
したがって前記面積率にてプラトー面を形成することにより、潤滑油保持性、潤滑油消費性、摺動特性が良好な金属材料摺動面構造とすることができる。
請求項７に記載の金属材料摺動面構造では、請求項１〜６のいずれか一項に記載の金属材料摺動面構造において、前記プラトー面の１面当たりの平均面積が５μｍ２以上であることを特徴とする。
【００２３】
このように平均５μｍ２以上に、プラトー面の面積を設定することにより、特に摺動特性が良好な金属材料摺動面構造とすることができる。
請求項８に記載の金属材料摺動面構造では、請求項１〜７のいずれか一項に記載の金属材料摺動面構造において、前記金属材料はアルミニウム合金であることを特徴とする。
【００２４】
自動車エンジン等の用途においてエンジンの軽量化及び熱伝導性の向上のため、金属材料としてアルミニウム合金を用いてシリンダブロックやシリンダライナが形成される。このようなアルミニウム合金においても、前述した摺動面構造を採用することにより、廃液処理などを生じることなく潤滑油を十分に保持でき、耐摩耗性等の耐久性を向上させた金属材料摺動面構造とすることができる。
【００２５】
請求項９に記載の金属材料摺動面構造では、請求項８に記載の金属材料摺動面構造において、前記アルミニウム合金はケイ素を含んでいることを特徴とする。
このようにアルミニウム合金がケイ素を含む合金であることにより、アルミニウム合金内のケイ素の初晶が、プラズマ照射により微細化して凹凸状態の表面層に分散される。このことによりアルミニウム合金自体の高硬度化と共に、微細化ケイ素によって更に表面層の硬度が高くなるので、プラトー面の硬度と滑らかさを更に高めることができる。このため耐摩耗性が向上し、スカッフ性などの他部材との摺動特性が特に高い金属材料摺動面構造とすることができる。
【００２６】
請求項１０に記載の金属材料摺動面構造では、請求項８又は９に記載の金属材料摺動面構造において、前記凹凸はプラズマ照射により硬度が１４０ＨＶ以上の状態で形成されているものであることを特徴とする。
【００２７】
前述したごとくプラズマ照射後の瞬間的な凝固によりアルミニウム合金表面の凹凸は高硬度な状態に形成できる。アルミニウム合金の内でも、元の硬度（ビッカース硬度：ＨＶ）が低い種類（１００〜１１０ＨＶ）であったとしても、１４０ＨＶ以上の凹凸を形成することが容易にできる。このように表面の凹凸を１４０ＨＶ以上の状態で形成していることにより、耐摩耗性等の摺動特性を特に向上させた金属材料摺動面構造とすることができる。
【００２８】
請求項１１に記載の金属材料摺動面構造では、請求項１０に記載の金属材料摺動面構造において、前記凹凸はプラズマ照射により硬度が１４０〜１９０ＨＶの範囲で形成されているものであることを特徴とする。
【００２９】
このようにアルミニウム合金の凹凸部分が１４０〜１９０ＨＶの範囲で形成されたものであることにより、耐摩耗性等の摺動特性を十分に向上させた金属材料摺動面構造とすることができる。
【００３０】
請求項１２に記載の金属材料摺動面構造では、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の金属材料摺動面構造において、前記プラズマ照射による溶融は、不活性ガスをプラズマ状にして金属材料の表面に照射したことにより行われたことを特徴とする。
【００３１】
アルゴンガスや窒素ガスなどと言った不活性ガスを用いてプラズマ照射することにより金属材料の表面に溶融と激しい動揺を生じさせて、高硬度な凹凸を形成することができる。
【００３２】
このような凹凸形成処理では、溶射粉末を用いていないので表面の硬化層と金属材料との熱膨張差や他部材の摺動による剥離のおそれがない金属材料摺動面構造とすることができる。更に電解加工液などの廃液は発生しないので加工工程にて環境上の問題を生じない金属材料摺動面構造とすることができる。
【００３３】
請求項１３に記載の金属材料摺動面構造では、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の金属材料摺動面構造において、前記プラズマ照射による溶融は、大気をプラズマ状にして金属材料の表面に照射したことにより行われたことを特徴とする。
【００３４】
このように大気を用いてプラズマ照射しても良く、不活性ガスの場合と同様に高硬度な凹凸を有する金属材料摺動面構造とすることができる。大気であるのでプラズマ照射装置に貯蔵ボンベは必要なく、大気を吸い込んで用いれば良いので、金属材料摺動面構造形成時における加工コストが有利なものとなる。
【００３５】
請求項１４に記載の内燃機関用シリンダでは、内周面を、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の金属材料摺動面構造としたことを特徴とする。
このように内燃機関用シリンダとして、内周面が前記摺動面構造とされた金属材料を用いることにより、内周面をピストンリングが摺動しても、内周面に形成されている凹部分から十分な潤滑油がピストンリングとプラトー面との間に供給されて、スカッフ性などのピストンリングとの摺動特性が高い内燃機関用シリンダとすることができる。
【００３６】
しかも内燃機関用シリンダの内周面に溶射被膜を形成することなく硬化層を形成しているため、熱膨張差やピストンリングの摺動による剥離のおそれがない。更に内燃機関用シリンダ内周面の加工時に電解加工液などの廃液は生じないので環境上の問題もない。
【００３７】
請求項１５に記載の内燃機関用シリンダでは、請求項１４に記載の内燃機関用シリンダにおいて、シリンダライナとして形成されていることを特徴とする。
このように内燃機関用シリンダにおいて、内周面が前記摺動面構造とされたシリンダライナを用いることができ、前記請求項１４に述べた作用・効果を生じる。
【００３８】
請求項１６に記載の内燃機関用シリンダでは、請求項１４に記載の内燃機関用シリンダにおいて、シリンダブロックと一体に形成されていることを特徴とする。
このようにシリンダライナでなくシリンダブロックと一体に形成されているシリンダに適用することができる。すなわちシリンダブロックと同一の金属材料にて一体に形成されているシリンダであっても、前述したごとくプラズマ照射による凹凸とプラトー面とを形成することにより、前記請求項１４に述べた作用・効果を生じる。
【００３９】
請求項１７に記載の金属材料摺動面形成方法は、金属材料の表面をプラズマ照射により溶融及び動揺させることで凹凸を前記表面に形成して凝固させるプラズマ溶融粗面化工程と、前記プラズマ溶融粗面化工程後に、金属材料の表面に平行であって前記凹凸における厚さ方向の中間位置に設定した一面まで凸部分の先端を除去して、凸部分の先端にプラトー面を形成するプラトー面形成工程とを実行することを特徴とする。
【００４０】
プラズマ溶融粗面化工程では、プラズマ照射により金属材料表面は一瞬にして溶融し、同時に液状化した表面部分は激しく動揺する。そしてプラズマ照射が終了すれば、直ちに表面より下の金属材料部分により吸熱されて表面は急速に冷却されて動揺時の凹凸状態を維持したまま凝固し、粗面化が完了する。
【００４１】
このためプラズマ溶融粗面化工程後においては、従来の真空アーク放電のようなうねり状の湾曲ではなく、もっと凹凸変化の激しい表面形状が形成されている。しかも瞬間的な凝固により、非常に高硬度の凹凸状態となっている。
【００４２】
そしてプラトー面形成工程では、この凹凸に対して凸部分の先端を一面に揃えて除去することによりプラトー面を形成する。
このようにして形成された金属材料摺動面は、プラトー面間に存在する凹部分は、十分に潤滑油を保持できる陥入状を呈している。このことから、他部材がプラトー面にて摺動する場合に凹部分から十分な潤滑油が供給されて、スカッフ性などの他部材との摺動特性が高い金属材料摺動面が形成できる。
【００４３】
しかも金属材料の表面を加工してその形状を高硬度の凹凸形状としているため、溶射被膜を形成することなく金属材料の表面に硬化層形成を可能としている。したがって熱膨張差や他部材の摺動による剥離のおそれがない金属材料摺動面が形成できる。
【００４４】
更に電解加工液などの廃液は生じないので、このような金属材料摺動面形成方法を実行しても環境上の問題が生じない。
請求項１８に記載の金属材料摺動面形成方法では、請求項１７に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラトー面形成工程は、前記凸部分の先端を研削により除去することを特徴とする。
【００４５】
このようにプラトー面形成工程では、凸部分の先端除去は研削により行うことで、凹凸における厚さ方向の中間位置にて、金属材料の表面に平行な一面に揃えられたプラトー面を容易に形成できる。
【００４６】
請求項１９に記載の金属材料摺動面形成方法では、請求項１８に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラトー面形成工程は、前記研削をホーニング加工により行うことを特徴とする。
【００４７】
プラトー面形成工程では、ホーニング砥石による研削によりプラトー面を形成することができる。このことにより滑らかなプラトー面を形成できる。このようなプラトー面を摺動面に形成できることにより、凹部分からの潤滑油と共に、他部材の摺動をより円滑なものにでき、他部材との摺動特性が高い金属材料摺動面構造となる。
【００４８】
請求項２０に記載の金属材料摺動面形成方法では、請求項１９に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記ホーニング加工は、弾性ホーニング砥石により行うことを特徴とする。
【００４９】
プラトー面形成工程で行うホーニング加工としては、弾性ホーニング砥石を用いて行うことができる。このことにより平滑なプラトー面を有する金属材料摺動面を形成することができる。
【００５０】
請求項２１に記載の金属材料摺動面形成方法では、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラトー面形成工程は、前記プラトー面を、凹部分の底部からの平均高さが１．０〜２０μｍの範囲に形成することを特徴とする。
【００５１】
プラトー面形成工程にて形成されたプラトー面に対して凹部分の平均深さが１．０μｍより浅いと潤滑油の保持性が低下して耐摩耗性が低下する傾向にある。凹部分の平均深さが２０μｍより深いと潤滑油が必要以上に消費される傾向にある。
【００５２】
したがって前記範囲に、凹部分の底部からのプラトー面の平均高さを形成することにより、潤滑油の保持性を高め、潤滑油の消費を抑制できる金属材料摺動面を形成することができる。
【００５３】
請求項２２に記載の金属材料摺動面形成方法では、請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラトー面形成工程は、前記プラトー面を、前記凹凸が形成された領域の全面積において占める面積率を５〜７０％として形成することを特徴とする。
【００５４】
形成されたプラトー面が占める面積率が５％より低い場合には潤滑油保持には十分であるが潤滑油消費量が高まり、他部材の摺動時でのプラトー面での面圧が過剰となり凸部分の強度低下と摺動特性が悪化する傾向にある。プラトー面が占める面積率が７０％より高い場合には潤滑油の保持性が低下して摺動特性が悪化する傾向にある。
【００５５】
したがってプラトー面形成工程では、前記面積率でプラトー面を形成することにより、潤滑油保持性、潤滑油消費性、摺動特性が良好な金属材料摺動面を形成することができる。
【００５６】
請求項２３に記載の金属材料摺動面形成方法では、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラトー面形成工程は、前記プラトー面を、１面当たりの平均面積が５μｍ２以上として形成することを特徴とする。
【００５７】
このようにプラトー面の面積が平均５μｍ２以上となるように、プラトー面形成工程を実行することにより、特に摺動特性が良好な金属材料摺動面を形成することができる。
請求項２４に記載の金属材料摺動面形成方法では、請求項１７〜２３のいずれか一項に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記金属材料としては、アルミニウム合金を用いることを特徴とする。
【００５８】
自動車エンジン等の用途においてはエンジンの軽量化及び熱伝導性の向上のために、アルミニウム合金を金属材料としてシリンダブロックやシリンダライナが形成される。このようなアルミニウム合金においても、前述した金属材料摺動面を形成することにより、廃液処理などを生じることなく潤滑油を十分に保持でき、耐摩耗性等の耐久性を向上させた金属材料摺動面を形成することができる。
【００５９】
請求項２５に記載の金属材料摺動面形成方法では、請求項２４に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記アルミニウム合金はケイ素を含んでいることを特徴とする。
このようにアルミニウム合金がケイ素を含む合金であることにより、プラズマ溶融粗面化工程において、アルミニウム合金内のケイ素の初晶が、プラズマ照射により微細化して凹凸状態の表面層に分散される。このことによりアルミニウム合金自体の高硬度化と共に、微細化ケイ素によって更に表面層の硬度が高くなる。このためプラトー面形成工程により形成されるプラトー面の硬度と滑らかさを更に高めることができる。このため、耐摩耗性が向上し、スカッフ性などの他部材との摺動特性が特に高い金属材料摺動面を形成することができる。
【００６０】
請求項２６に記載の金属材料摺動面形成方法では、請求項１７〜２５のいずれか一項に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラズマ溶融粗面化工程は、凝固後の前記凹凸を、硬度が１４０ＨＶ以上の状態で形成することを特徴とする。
【００６１】
前述したごとくプラズマ溶融粗面化工程でのプラズマ照射後の瞬間的な凝固によりアルミニウム合金表面の凹凸は高硬度な状態に形成できる。アルミニウム合金の内でも、元の硬度（ビッカース硬度：ＨＶ）が低い種類（１００〜１１０ＨＶ）であったとしても、１４０ＨＶ以上の凹凸を形成することが容易にできる。このようにプラズマ溶融粗面化工程において凹凸部分の硬度を１４０ＨＶ以上の状態で形成することにより、プラトー面形成工程後には、耐摩耗性等の摺動特性を特に向上させた金属材料摺動面を形成することができる。
【００６２】
請求項２７に記載の金属材料摺動面形成方法では、請求項２６に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラズマ溶融粗面化工程は、凝固後の前記凹凸を、硬度が１４０〜１９０ＨＶの範囲で形成することを特徴とする。
【００６３】
このようにプラズマ溶融粗面化工程にてアルミニウム合金の凹凸部分の硬度を１４０〜１９０ＨＶの範囲で形成することにより、耐摩耗性等の摺動特性を十分に向上させた金属材料摺動面を形成することができる。
【００６４】
請求項２８に記載の金属材料摺動面形成方法では、請求項１７〜２７のいずれか一項に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラズマ溶融粗面化工程は、不活性ガスをプラズマ状にして金属材料の表面に照射することを特徴とする。
【００６５】
プラズマ溶融粗面化工程では、アルゴンガスや窒素ガスなどと言った不活性ガスを用いてプラズマ照射することにより金属材料の表面に溶融と激しい動揺を生じさせて、高硬度な凹凸を形成することができる。
【００６６】
このような凹凸形成処理では、溶射粉末を用いていないので表面の硬化層と金属材料との熱膨張差や他部材の摺動による剥離のおそれがない金属材料摺動面を形成することができる。更にプラズマ溶融粗面化工程では、電解加工液などの廃液は発生しないので金属材料摺動面の形成において環境上の問題は生じない。
【００６７】
請求項２９に記載の金属材料摺動面形成方法では、請求項１７〜２８のいずれか一項に記載の金属材料摺動面形成方法において、前記プラズマ溶融粗面化工程は、大気をプラズマ状にして金属材料の表面に照射することを特徴とする。
【００６８】
プラズマ溶融粗面化工程では、大気を用いてプラズマ照射しても良く、不活性ガスの場合と同様に高硬度な凹凸を有する金属材料摺動面を形成することができる。大気であるのでプラズマ照射装置に貯蔵ボンベは必要なく、大気を吸い込んで用いれば良いので、加工コストが有利な金属材料摺動面形成方法となる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施の形態１のプラズマ溶融装置の概略ブロック図。
【図２】プラズマ溶融粗面化工程後のシリンダボア表面の測定形状をディスプレー上に表示した中間調画像で示す図面代用の写真。
【図３】図２における一断面での凹凸状態を表すグラフ。
【図４】プラトー面形成工程後のシリンダボア表面の測定形状をディスプレー上に表示した中間調画像で示す図面代用の写真。
【図５】図４における一断面での凹凸状態を表すグラフ。
【図６】実施例１のシリンダライナのスカッフ性の測定結果を比較例と共に示すグラフ。
【図７】（ａ），（ｂ）実施例２のアルミニウム合金の表面状態を示す図面代用の顕微鏡写真と、その一断面での凹凸状態測定グラフ。
【図８】（ａ），（ｂ）比較例として弾性ホーニング加工のみを実行したアルミニウム合金の表面状態を示す図面代用の顕微鏡写真と、その一断面での凹凸状態測定グラフ。
【図９】（ａ），（ｂ）比較例としてＥＣＭ加工を実行したアルミニウム合金の表面状態を示す図面代用の顕微鏡写真と、その一断面での凹凸状態測定グラフ。
【図１０】実施例３にて凹部分の深さとスカッフ性との関係を示すグラフ。
【図１１】実施例４にてプラトー面の面積率とスカッフ性との関係を示すグラフ。
【図１２】実施の形態２にてプラズマ溶融粗面化工程を実行する作業ロボットの概略ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
［実施の形態１］
金属材料摺動面形成方法について説明する。図１は、金属材料摺動面形成方法におけるプラズマ溶融粗面化工程を実行するためのプラズマ照射による表面溶融装置（以下、プラズマ溶融装置と称する）２の概略構成を表すブロック図である。
【００７１】
このプラズマ溶融装置２は、直列４気筒内燃機関のシリンダブロック４に一体に形成されたシリンダ５の内面であるシリンダボア６に対してプラズマ照射を実行して表面を溶融及び動揺させて粗面化を実現する装置である。尚、ここで金属材料であるシリンダブロック４（シリンダ５を含む）は、アルミニウム合金製である。例えば、Ｓｉを２３％含有するハイＳｉアルミニウム合金、ダイカスト成形に適するＳｉを１０％含有するＡＤＣ１２など、あるいはこれらの中間的な性質のＳｉを１７％含有する高強度高耐摩耗性アルミニウム合金（商品名：Ａ３９０等）などの各種のアルミニウム合金を用いることができる。
【００７２】
図１では、シリンダ５はシリンダブロック４に一体に形成されていたが、別体に形成されたアルミニウム合金製のシリンダライナをシリンダブロック４に鋳込んだものでも良い。
【００７３】
プラズマ溶融装置２は、プラズマ発振機８、ガス供給装置１０、プラズマ発生器１２、プラズマノズル１４、及びプラズマヘッド１６を備えている。ガス供給装置１０は内部に圧縮ポンプを備えて、大気を圧縮して高圧化（０．５〜０．７ＭＰａ）し、ガス配管１０ａを介してシリンダ５毎に備えられた各プラズマ発生器１２へ圧縮空気を分配している。例えば４つのプラズマ発生器１２のそれぞれに２０〜６０Ｌ（リットル）／分で圧縮空気を分配している。
【００７４】
各プラズマ発生器１２へは、プラズマ発振機８内に備えられた高周波高電圧装置８ａから高周波高電圧が供給されている。プラズマ周波数としては１８〜２５ｋＨｚ、その電流量としては６〜２０アンペアに調節されている。そして各プラズマ発生器１２内の放電により圧縮空気はプラズマ化されて、プラズマノズル１４の先端にある照射口１４ａからシリンダボア６に向けて照射される。
【００７５】
プラズマヘッド１６は、各プラズマ発生器１２とプラズマノズル１４とを支持しており、その移動及びプラズマノズル１４に対する回転駆動により照射口１４ａが対向する位置を移動させている。ここではプラズマノズル１４をシリンダボア６の軸芯位置に配置して、プラズマ照射時に、軸周りに回転させつつ軸方向に移動させている。ここでは直径７５〜９０ｍｍのシリンダボア６に対して、３〜１０ｍｍ（例えば５ｍｍ）の距離で照射口１４ａを配置し、プラズマノズル１４を数１０ｒｐｍ（例えば５０ｒｐｍ）で回転させつつ、シリンダボア６の軸方向に１ｍｍ前後〜数ｍｍ／秒（例えば０．８５ｍｍ／秒）にて移動させている。このことによりシリンダボア６内でピストンリングにて摺動される領域に対してプラズマ照射してプラズマ溶融粗面化工程を実行している。
【００７６】
このプラズマ溶融粗面化工程では、プラズマ照射によりシリンダボア６の表面にプラズマが衝突し、このことにより一瞬にして溶融した表面が激しい動揺を生じる。そして照射位置が移動することにより、シリンダブロック４自身の熱伝導によって溶融状態部分が瞬時に冷却される。この急速な冷却により、シリンダボア６の表面は、凹凸状態を維持したまま凝固して凹凸形状が固定され、粗面化が完了する。特にこの急速冷却により極めて高硬度（ビッカース硬度で１４０〜１９０ＨＶ）の表面状態にて粗面化された状態となる。
【００７７】
このようにプラズマ溶融装置２によりシリンダボア６の表面を溶融及び動揺させて凝固させることによりプラズマ溶融粗面化工程が完了する。このプラズマ溶融粗面化工程完了時でのシリンダボア６の表面形状を測定した結果を、図２の３次元グラフに示す。図３は図２における一断面での凹凸状態を表すグラフである。尚、図２，３はＡＤＣ１２に対してプラズマ溶融粗面化工程を実行して共焦点光学顕微鏡にて測定した表面形状である。
【００７８】
図２，３に示されているごとく、プラズマ照射により生じた激しい凹凸状態が凝固して固定されていることが判る。この凹凸の硬度は１８０ＨＶであり、元のＡＤＣ１２の硬度が１００〜１１０ＨＶであるのに対して高い上昇を示している。
【００７９】
次にこのように粗面化されたシリンダボア６に対して、プラトー面形成工程としてホーニング加工にて、凸部分Ｖ（図３）の先端を研削により除去して摺動面を形成する。すなわちシリンダボア６に平行であって凹凸における厚さ方向の中間位置に設定した一面まで凸部分Ｖの先端を除去する。ここでは、例えば凹凸部分の厚さの約１／３（上から）の位置で、凸部分Ｖの先端を除去するように研削する。
【００８０】
ホーニング加工としては、通常のホーニング砥石による仕上げ加工、及び弾性ホーニング砥石による仕上げ加工のいずれでも良いが、ここでは特に弾性ホーニング砥石による弾性ホーニング加工を実行している。
【００８１】
このことにより図４に示す３次元グラフ及び図５に示す一断面での凹凸状態グラフのごとく、凸部分Ｖの先端が平坦となって、金属材料の表面であるシリンダボア６に平行な一面に揃えられたプラトー面Ｐを形成した状態となる。尚、図４，５は前記図２，３と同様に測定したものである。
【００８２】
ここではプラトー面Ｐは、凹部分Ｃの底部からの平均高さが１．０〜２０μｍの範囲に形成されている。すなわち、凹部分Ｃの平均深さは、プラトー面Ｐから１．０〜２０μｍの範囲に存在する。プラトー面Ｐは、ホーニング加工、特に図４，５では弾性ホーニング加工により形成されているので、特に滑らかな摺動面として形成される。
【００８３】
更にプラトー面Ｐの総面積が凹凸が形成された領域の全面積において占める割合（以下、プラトー面Ｐの面積率と称する）は、摺動面としての実用上は、後述する実施例４にて説明するごとく５〜７０％とされる。すなわち、図５に示すごとく凸部分Ｖに形成されたプラトー面Ｐの面積Ｓｐの総計Σｓｐと、凹部分の面積Ｓｃの総計Σｓｃとの関係が、式１に示すごとくの関係とされる。
【００８４】
［式１］  ５≦１００・Σｓｐ／（Σｓｐ＋Σｓｃ）≦７０
（実施例１）
アルミニウム合金製シリンダライナ（連続鋳造品、ＡＤＣ１２についてはダイカスト成形でも良い）に対して、そのシリンダボアに上述したごとくのプラズマ溶融粗面化工程及びプラトー面形成工程とを実行してピストンリング摺動面を形成したものに対して、スカッフ性（時間：分）を測定した結果を図６に示す。尚、実施例においては、Ａｒ（アルゴンガス）、Ｎ２（窒素ガス）あるいは空気をプラズマ化するガスとして流量２０Ｌ／分で用いることでプラズマ溶融粗面化工程を実行している。比較例としては、弾性ホーニング加工のみ、弾性ホーニングと通常のプラズマ表面処理との組み合わせ、及びＥＣＭ処理のみにて摺動面を形成した例を示す。
【００８５】
スカッフ性測定は次のように行った。
まず、前述のごとく摺動面を形成したシリンダライナの一部を、テストピースとして、高さ５０ｍｍ・幅３０ｍｍに切り出して、その摺動面に潤滑油（０．１３ｍｇ／ｃｍ２）を塗布する。この摺動面に高さ２０ｍｍ・幅１０ｍｍの窒化リングピースを面圧３３０ＭＰａで押しつける。この状態で窒化リングピースを上下４０ｍｍのストロークで、５００サイクル／分で振動させる。そして窒化リングピースがテストピースとの摩擦力増加により停止するまでの振動継続時間を測定する。
【００８６】
この測定時間が長いほど、シリンダライナの摺動面が傷つかずに十分な潤滑油膜が形成されて低摩擦状態を維持している状態が長いことを示している。すなわち測定時間が長いほどスカッフ性は高いことになる。
【００８７】
本実施の形態による実施例では、いずれのアルミニウム合金でも、長時間の十分なスカッフ性が得られている。全体としてＥＣＭの場合よりも高いスカッフ性が得られている。比較例で示したごとく、弾性ホーニング加工のみや、通常のプラズマ表面加工と弾性ホーニング加工との組み合わせでは、スカッフ性が不足であり実用的でない。
【００８８】
（実施例２）
本発明の実施例として図７の（ａ）はアルミニウム合金（ここではＡＤＣ１２）に対して、窒素ガスにて前述したごとくのプラズマ溶融粗面化工程と弾性ホーニングによるプラトー面形成工程とを実行した場合の表面状態を示す顕微鏡写真、（ｂ）はその一断面での凹凸状態測定グラフである。
【００８９】
比較例として示す図８の（ａ）は同一金属材料に対して弾性ホーニング加工のみを実行した場合の表面状態を示す顕微鏡写真、（ｂ）はその一断面での凹凸状態測定グラフである。同じく比較例として示す図９の（ａ）は同一金属材料に対してＥＣＭ加工を実行した場合の表面状態を示す顕微鏡写真、（ｂ）はその一断面での凹凸状態測定グラフである。
【００９０】
図７に示した実施例では、凹部分が十分に深く、オイルピットとしての機能が高い。これと共に個々のプラトー面Ｐ（写真では白い島状部分）が十分に広く、図９のＥＣＭ加工による比較例と比較しても面積的には１０倍以上に達し、表面もＳｉ結晶が突出せずにプラズマ溶融粗面化工程で超微細化されたものがプラトー面Ｐ下に存在している。しかも硬度は、元の硬度（１００〜１１０ＨＶ）から加工後に上昇して、１４０〜１９０ＨＶに達する。実測では１８０ＨＶとなっている。このことによりピストンリングとの摩擦による摩耗粉発生が抑制できる。更にプラトー面Ｐが広いことにより、ピストンリング摩擦時の面圧が低下し、十分に深い凹部分から供給される潤滑油の油膜も厚膜化する。したがって耐摩耗性が十分に高くなっている。実際に図７のテストピースではスカッフ性の実測値は４０分間を越えている。
【００９１】
図８に示した弾性ホーニング加工のみでは凹部は十分に深く形成できず、ほとんど潤滑油の保持能力がない。しかも硬度も上昇していないし、表面もＳｉ結晶が突出している。このため耐摩耗性は低い。実際に図８のテストピースではスカッフ性の実測値は０．７５分間であり、非常に低い。
【００９２】
図９に示したＥＣＭ加工を実行した場合は、或る程度の深さで凹部分を形成できるが、硬度は上昇せず、凸部分の先端のプラトー面が非常に小さくなり、耐摩耗性は不十分である。表面はＳｉ結晶が突出している。しかも廃液が生じる加工であり環境上の問題も生じる。実際に図９のテストピースではスカッフ性の実測値は５．７５分間であり図７のテストピースに比較して可成り短い。
【００９３】
このように本実施の形態による金属材料摺動面構造は、溶射被膜を形成することなく金属材料の表面（ここではシリンダボア）に硬化層を形成できると共に、凹部分が十分に深くでき潤滑油を十分に保持できる。しかも廃液処理などの環境上の問題を生じることはない。
【００９４】
したがって金属材料としてアルミニウム合金材料を用いても、耐摩耗性が非常に高いシリンダボアを形成でき、内燃機関のシリンダブロックやシリンダライナに用いても十分に実用可能なものとなる。このことにより内燃機関の更なる軽量化が可能となって、燃費を向上させることに貢献できる。
【００９５】
（実施例３）
プラズマ溶融粗面化工程とプラトー面形成工程とを、その条件（ここではプラズマ化する窒素ガスの圧力と流量）を種々変更して実行し、凹部分の深さ（プラトー面Ｐの高さと同じ）が種々異なるアルミニウム合金（ＡＤＣ１２）のテストピースを作成した。ただしプラトー面の平均面積については５μｍ２（平方マイクロメートル）で、かつプラトー面の面積率は１５％に揃えて作成した。このテストピースについてスカッフ性を測定した結果を図１０に示す。
【００９６】
凹部分深さが１．０μｍ未満では、急速にスカッフ性が低下する傾向にあり、２０μｍを越えると潤滑油消費量が増加する傾向にある。したがって実用上は、凹部分深さが１．０〜２０μｍの範囲が望ましい。
【００９７】
（実施例４）
プラズマ溶融粗面化工程とプラトー面形成工程とを、その条件（ここではプラズマ化する窒素ガスの圧力と流量）を種々変更して実行し、プラトー面の面積率が種々異なるアルミニウム合金（ＡＤＣ１２）のテストピースを作成した。ただし凹部分の平均深さ（プラトー面Ｐの高さと同じ）は１０μｍで、プラトー面の平均面積については５μｍ２に揃えて作成した。このテストピースについてスカッフ性を測定した結果を図１１に示す。
【００９８】
プラトー面の面積率が５％未満ではピストンリングとの面圧上昇により接触応力が増大してスカッフ性が低下する傾向にあり、７０％を越えると潤滑油の保持性が低下してプラトー面に十分に潤滑油が回らず、スカッフ性が低下する傾向にある。したがって実用上は、前記式１に示したごとく、プラトー面の面積率は５〜７０％の範囲が望ましい。
【００９９】
［実施の形態２］
図１２に、金属材料摺動面形成方法を実行して金属材料としてのワーク５０の表面を前述した各実施の形態のごとくに加工して摺動面を形成する作業ロボット５２の例を示す。尚、ワーク５０としては内燃機関のシリンダブロックやシリンダライナでも良く、他の摺動部に用いられる金属材料、例えばコンロッド、クランク軸受、カム軸受等の軸受等でも良い。又、金属材料自体もアルミニウム合金に限らず、鋳鉄などのその他の金属による合金にも適用できる。
【０１００】
作業ロボット５２はアーム５４の先端にプラズマノズル５６を取り付けている。
その照射口５６ａからは作業台５８上に配置されたワーク５０の加工対象表面５０ａにプラズマ照射がなされることにより、プラズマ溶融粗面化工程が実行されて、図２，３に示したごとくの高硬度化した凹凸形状の表面が形成される。
【０１０１】
ここでプラズマノズル５６へはアーム５４に取り付けられた高周波高電圧装置６０からプラズマ周波数１８ｋＨｚにて高電圧電流が供給され、更に窒素ボンベ６２から圧力０．５２〜０．５３ＭＰａの圧縮窒素ガスが流量２０リットル／分で供給されている。このことによりプラズマノズル５６内に設けられているプラズマ発生器にて窒素ガスがプラズマ化されて、照射口５６ａから照射される。尚、高周波高電圧装置６０から供給されるプラズマ周波数、電圧、電流量はプラズマ溶融装置本体６４により制御されている。同時に作業ロボット５２の作業動作及び作業台５８の移動もプラズマ溶融装置本体６４により制御されている。
【０１０２】
例えば、ワーク５０が内燃機関のシリンダライナである場合には、その内周面であるシリンダボアに対して、照射口５６ａとの距離が５ｍｍ、プラズマノズル５６との間の相対回転数が５０ｒｐｍ、プラズマノズル５６のシリンダライナの軸方向相対移動速度が０．８５ｍｍ／秒にて移動させてプラズマ溶融粗面化工程が実行される。
【０１０３】
尚、プラズマ周波数、電圧、電流量、ガス圧力、流量などの調節要素により凹凸形状及び硬度を所望の範囲に調節するが、全ての調節要素を調節する必要はなく、特にガス圧力、流量により実用的な範囲で十分に調節は可能である。
【０１０４】
作業ロボット５２によるプラズマ溶融粗面化工程の完了後は、シリンダボアには図２，３に示したごとくの凹凸を有して高硬度化された表面が形成されているので、別途、弾性ホーニング加工を実行するロボットの作業位置に作業台５８を移動させて、プラトー面形成工程として弾性ホーニングによる鏡面仕上げ加工を実行する。
【０１０５】
このことにより図４，５，７に示したごとくプラトー面Ｐが形成されたシリンダボアを形成できる。このことにより前記実施の形態１に示したごとくの効果が得られる。
［その他の実施の形態］
・前記実施の形態１の実施例２〜４については、アルミニウム合金としてＡＤＣ１２を用いたが、Ｓｉを２３％含有するハイＳｉアルミニウム合金、Ｓｉを１７％含有する高強度高耐摩耗性アルミニウム合金等の各種のアルミニウム合金を用いても良く、耐摩耗性の高さが更に顕著なものとなる。
【符号の説明】
【０１０６】
２…プラズマ溶融装置（表面溶融装置）、４…シリンダブロック、５…シリンダ、６…シリンダボア、８…プラズマ発振機、８ａ…高周波高電圧装置、１０…ガス供給装置、１０ａ…ガス配管、１２…プラズマ発生器、１４…プラズマノズル、１４ａ…照射口、１６…プラズマヘッド、５０…ワーク、５０ａ…加工対象表面、５２…作業ロボット、５４…アーム、５６…プラズマノズル、５６ａ…照射口、５８…作業台、６０…高周波高電圧装置、６２…窒素ボンベ、６４…プラズマ溶融装置本体、Ｃ…凹部分、Ｐ…プラトー面、Ｖ…凸部分。
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図２】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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