(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶射用材料を溶融させた溶融金属を被溶射物に供給して溶射皮膜を形成する溶射工程と、この溶射工程で前記溶射皮膜を形成する際に溶射皮膜の表面から突出するように形成された、前記溶融金属を含む突起部を、周囲の溶射皮膜の脱落を伴うことなく除去する突起部除去工程と、この突起部除去工程で前記突起部を除去した状態で、前記溶射皮膜の表面に対してホーニング加工を施すホーニング工程と、を有し、
前記突起部除去工程は、可撓性の突起部除去具を前記突起部に対し摺動させて除去することを特徴とする溶射皮膜形成方法。
【請求項２】
前記突起部除去具は、可撓性シート状部材に砥粒を設けてあり、この砥粒を前記突起部
に対し摺動させて研削し除去することを特徴とする請求項１に記載の溶射皮膜形成方法。
【請求項３】
前記突起部除去具は、複数の可撓性ワイヤを備えたブラシであり、このブラシの先端を前記突起部に対し摺動させて除去することを特徴とする請求項１に記載の溶射皮膜形成方法。
【請求項４】
前記突起部除去具を、前記被溶射物に対して相対回転させることで、前記突起部に対して摺動させることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の溶射皮膜形成方法。
【請求項５】
溶射用材料を溶融させた溶融金属を被溶射物に供給して溶射皮膜を形成する溶射工程と、この溶射工程で前記溶射皮膜を形成する際に溶射皮膜の表面から突出するように形成された、前記溶融金属を含む突起部を、周囲の溶射皮膜の脱落を伴うことなく除去する突起部除去工程と、この突起部除去工程で前記突起部を除去した状態で、前記溶射皮膜の表面に対してホーニング加工を施すホーニング工程と、を有し、
前記突起部除去工程は、砥石を備えた突起部除去具を、回転させつつ前記溶射皮膜の表面に沿って相対移動させることで、前記砥石を前記突起部に対して摺動させて研削し除去することを特徴とする溶射皮膜形成方法。
【請求項６】
溶射用材料を溶融させた溶融金属を被溶射物に供給して溶射皮膜を形成する溶射工程と、この溶射工程で前記溶射皮膜を形成する際に溶射皮膜の表面から突出するように形成された、前記溶融金属を含む突起部を、周囲の溶射皮膜の脱落を伴うことなく除去する突起部除去工程と、この突起部除去工程で前記突起部を除去した状態で、前記溶射皮膜の表面に対してホーニング加工を施すホーニング工程と、を有し、
前記突起部除去工程は、前記突起部に熱エネルギを付与して溶融させることで前記突起部を除去することを特徴とする溶射皮膜形成方法。
【請求項７】
溶射用材料を溶融させた溶融金属を被溶射物に供給して溶射皮膜を形成する溶射手段と、この溶射手段により前記溶射皮膜を形成する際に溶射皮膜の表面から突出するように形成された、前記溶融金属を含む突起部を、周囲の溶射皮膜の脱落を伴うことなく除去する突起部除去手段と、この突起部除去手段により前記突起部を除去した状態で、前記溶射皮膜の表面に対してホーニング加工を施すホーニング手段と、を有し、
前記突起部除去手段は、可撓性の突起部除去具を前記突起部に対し摺動させて除去することを特徴とする溶射皮膜形成装置。
【請求項８】
溶射用材料を溶融させた溶融金属を被溶射物に供給して溶射皮膜を形成する溶射手段と、この溶射手段により前記溶射皮膜を形成する際に溶射皮膜の表面から突出するように形成された、前記溶融金属を含む突起部を、周囲の溶射皮膜の脱落を伴うことなく除去する突起部除去手段と、この突起部除去手段により前記突起部を除去した状態で、前記溶射皮膜の表面に対してホーニング加工を施すホーニング手段と、を有し、
前記突起部除去手段は、砥石を備えた突起部除去具を、回転させつつ前記溶射皮膜の表面に沿って相対移動させることで、前記砥石を前記突起部に対して摺動させて研削し除去することを特徴とする溶射皮膜形成装置。
【請求項９】
溶射用材料を溶融させた溶融金属を被溶射物に供給して溶射皮膜を形成する溶射手段と、この溶射手段により前記溶射皮膜を形成する際に溶射皮膜の表面から突出するように形成された、前記溶融金属を含む突起部を、周囲の溶射皮膜の脱落を伴うことなく除去する突起部除去手段と、この突起部除去手段により前記突起部を除去した状態で、前記溶射皮膜の表面に対してホーニング加工を施すホーニング手段と、を有し、
前記突起部除去手段は、前記突起部に熱エネルギを付与して溶融させることで前記突起部を除去することを特徴とする溶射皮膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶射用材料を溶融させた溶融金属を被溶射物に供給して溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成方法及び溶射皮膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等の内燃機関用シリンダブロックのシリンダボア内面に、金属もしくはセラミック材を溶射して皮膜を形成し、その後、この溶射皮膜に対しホーニング加工を施して表面の粗さを適切にし、摺動面を形成する溶射皮膜形成方法が知られている。溶射皮膜形成方法として、材料にワイヤ材、熱源にプラズマを用いたワイヤプラズマ法がある（例えば下記特許文献１参照）。
【０００３】
ワイヤプラズマ法は、プラズマガスを吐出するノズルとノズル内に配置してある陰極との間に、ノズル側を陽極として高周波、高電圧を付与してパイロットアークを発生させる。発生したパイロットアークは、ノズル内を流れるプラズマガス流に乗ってノズルと同様の陽極となっているワイヤへ移行してプラズマアークを形成する。このプラズマアークの熱によってワイヤが溶融するととともに、溶融したワイヤの溶融金属がプラズマガス流によって被溶射部物に吹き付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５９３８９４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したワイヤプラズマ法は、順次送られるワイヤの溶融状態が安定化しにくく、溶融金属中に稀に粗大な溶滴（粒子）が発生し、被溶射部物に吹き付けられことがある。この場合、溶射皮膜中に粗大な粒子が含まれることになって溶射皮膜表面に突起部となって現れることがある。
【０００６】
そして、この突起部が現れた状態のままホーニング加工を実施すると、突起部にホーニング砥石が側方から衝突することになるので、突起部が研削されずに周囲の溶射皮膜とともに脱落して不良品となる場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、溶射工程の後のホーニング工程で、溶射皮膜表面に形成される突起部の脱落を抑えることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、被溶射物に溶射皮膜を形成する溶射工程と、溶射皮膜の表面にホーニング加工を施すホーニング工程との間に、溶射工程で溶射皮膜の表面から突出するように形成された、溶融金属を含む突起部を、周囲の溶射皮膜の脱落を伴うことなく除去する突起部除去工程を設け、突起部除去工程では、可撓性の突起部除去具を前記突起部に対し摺動させて除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、溶射工程の後の突起部除去工程で、溶射皮膜表面に形成された突起部を除去するようにしたので、その後のホーニング工程で、溶射皮膜表面に形成される突起部の脱落を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる突起部除去具により、被溶射物の溶射皮膜に発生した突起部を除去している状態を示す作用説明図である。
【図２】本発明の溶射皮膜形成方法を示す作業工程図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係わる突起部除去具により、被溶射物の溶射皮膜に発生した突起部を除去している状態を示す作用説明図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係わる突起部除去具により、被溶射物の溶射皮膜に発生した突起部を除去している状態を示す作用説明図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係わる突起部除去具により、被溶射物の溶射皮膜に発生した突起部を除去している状態を示す作用説明図である。
【図６】本発明の第５の実施形態に係わる突起部除去具により、被溶射物の溶射皮膜に発生した突起部を除去している状態を示す作用説明である。
【図７】（ａ）は、被溶射物の溶射皮膜を形成するプラズマ溶射装置の溶射ガンを、シリンダボア内に挿入する動作を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）の溶射ガンのノズル先端に発生させたプラズマアークによってワイヤを溶融させ溶射皮膜を形成している状態を示す断面図である。
【図８】（ａ）は、溶滴中に発生した粗大な粒子がシリンダボア内面に吹き付けられている状態を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）の粗大な粒子が溶射皮膜の表面に突起部となって現れた状態を示す断面図、（ｃ）は、（ｂ）の突起部が現れた状態でホーニング加工を行っている状態を示す断面図、（ｄ）は、（ｃ）のホーニング加工により突起部が周囲の溶射皮膜とともに脱落した状態を示す断面図である。
【図９】（ａ）は、溶射皮膜の表面をホーニング加工するホーニングヘッドを、シリンダボア内に挿入する動作を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）のホーニングヘッドにより溶射皮膜の表面をホーニング加工している状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる突起部除去手段としての突起部除去具１により、被溶射物３の表面の溶射皮膜５に発生した突起部７を除去している状態を示している。なお、ここでの被溶射物３は、自動車等の内燃機関用シリンダブロックであり、そのシリンダボア内面の被溶射面３ａに上記した溶射皮膜５を形成してある。この溶射皮膜５の形成に関しては、図７に示すプラズマ溶射装置を使用する。
【００１３】
プラズマ溶射装置は、回転かつシリンダボアの軸線方向に移動可能な溶射手段としての溶射ガン８の先端から、ワイヤ９を溶融させた溶融金属の液滴１１を噴射して被溶射面３ａに吹き付ける。溶射ガン７は先端にノズル１３を備え、ノズル１３内の電極（陰極）１５とワイヤ（陽極）９との間にプラズマアークを発生させ、該プラズマアークの熱エネルギによって、順次送られるワイヤ９の先端を溶融させる。
【００１４】
その際、ノズル１３においては、中心部のプラズマ用ガス吐出通路１７からプラズマ用ガスが吐出されると同時に、その周囲のアトマイズ用エア吐出通路１９からアトマイズ用エアが吐出される。このプラズマガス流及びアトマイズエア流によって上記した液滴１１が流され、噴流となって被溶射面３ａに吹き付けられて溶射皮膜５を形成する。
【００１５】
このようにして溶射皮膜５を形成する際に、前述したように、ワイヤ９の溶融状態が不安定になった場合には、図８（ａ）に示すように、噴流中に発生する粗大な塊である粒子２１が被溶射面３ａに吹き付けられることになる。この場合、溶射皮膜５中に上記した粗大な粒子２１が含まれることになって溶射皮膜５の表面に、図８（ｂ）に示すように、溶融金属からなる突起部７となって現れることになる。
【００１６】
なお、この突起部７は、溶射皮膜５の形成過程において、被溶射面３ａに付着あるいは溶射加工中に皮膜中に混入した異物（前工程から持ち込んだ切粉・自工程で発生した皮膜片・スパッタなど）を核として皮膜層中に発生した突起物も含む。
【００１７】
そして、この突起部７が現れたまま図８（ｃ）のようにホーニング手段としてのホーニングツール２３を用いてホーニング加工を行うと、回転するホーニングヘッド２４の外周部に取り付けてある砥石２５が突起部７の側方から衝突することになる。砥石２５が突起部７の側方から衝突すると、図８（ｄ）のように突起部７が研削されずに周囲の溶射皮膜５とともに脱落し、ボア内面に凹部２８が形成されることになる。この凹部２８は、内燃機関の稼動時にオイルが入り込んでオイル消費の増大を招くなどの不具合を発生させる。
【００１８】
そこで、本実施形態では、このような突起部７を、ホーニング加工を行う前に、図１に示す突起部除去具１を用いて事前に除去しておく。
【００１９】
すなわち、本実施形態による溶射被膜形成装置を用いた溶射被膜形成方法では、図２に示すように、溶射工程２７の後に、突起部除去具１を用いた突起部除去工程２９を設定し、突起部除去工程２９の後にホーニング工程３１を設定している。突起部除去工程２９では、溶融金属を含む突起部７を、該突起部７周囲の溶射皮膜の脱落を伴うことなく除去する。ホーニング工程３１は、図９に示すように外周部に砥石２５を備えたホーニングヘッド２４を回転させつつ軸方向に移動させ、被溶射面３ａに形成してある溶射被膜５の表面を研削して仕上げ加工する。
【００２０】
図１に示した突起部除去具１は、駆動機構３５によって回転する回転軸３７の外周部の全周にわたり、可撓性シート状部材としての矩形状のフラップ３９を複数取り付け、フラップ３９の少なくとも先端側の表面には、研削部となる砥粒４１を多数付着させている。
【００２１】
砥粒４１は、例えばアルミナ、シリコン、ジルコニア（粒度♯４０〜♯６００）などを使用し、フラップ３９の主として先端側の一方の面に付着させる。フラップ３９は、例えば紙ヤスリのベース紙となる部分に使用している強化紙などでよく、回転軸３７の全周にわたり、その周方向に沿ってほぼ等間隔に取り付ける。
【００２２】
このような突起部除去具１を溶射皮膜形成後のシリンダボア内に挿入し、駆動機構３５の駆動によって回転軸３７を回転させると、複数のフラップ３９も同時に回転する。この回転時のフラップ３９は、砥粒４１を付着させた側を回転方向前方側とする。
【００２３】
フラップ３９は可撓性があり柔軟性を有しているので、回転時に回転方向前方側が凸曲面となるよう変形する。このフラップ３９の変形状態での先端側の一部を、溶射皮膜５の少なくとも突起部７に接触させるようにすることで、砥粒４１が突起部７に対して摺動し、これにより突起部７を先端側から徐々に研削して除去することができる。この場合、突起部７を砥粒４１によって徐々に研削していくので、突起部７の周囲の溶射皮膜５を伴なう脱落を抑えることができる。
【００２４】
実際の突起部除去作業にあたっては、回転軸３７の中心をシリンダボアの中心軸線に合わせた状態で、突起部除去具１をシリンダボア内に挿入し、回転させつつ軸方向に徐々に移動させる。その際、回転軸３７の回転数は、５００〜１００００ｒｐｍとし、図１に示すように、取り代Ｈ（切り込み量）は、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍとする。例えば、突起部７を形成する粗大な粒子２１の直径が１．０ｍｍの場合には、突起部７の突出量が直径の半分の約０．５ｍｍとなり（残りの半分は溶射被膜５の中に埋もれた状態となる）、取り代Ｈを０．５ｍｍとすることで突起部７のほぼ全体を除去することができる。この場合、突起部７を形成するのは粗大な粒子２１のほぼ半分であるから、残りの半分は、突起部除去作業後に溶射被膜５の中に埋もれたままとなる。
【００２５】
このようにして突起部７を除去した後に、ホーニング加工を行うことで、突起部７の周囲の溶射被膜５を伴なう脱落を抑制でき、溶射被膜５の表面の仕上げ加工を高精度に行って不良品の発生を抑えることができる。
【００２６】
また、本実施形態では、可撓性のフラップ３９を使用しているので、例えば取り代Ｈを１．０ｍｍ程度とすることで、製造誤差によりシリンダボア内径が±０．１ｍｍ程度ずれたとしても、突起部７の除去には問題がない。つまり、回転軸３７の中心からフラップ３９の先端までの長さは、シリンダボア内径に対してそれほど高精度に合わせることなく、突起部７の除去を確実に行うことができる。
【００２７】
また、加工速度については、後述するブラシによるものに比較して速く、作業性に優れている。
【００２８】
図３は、本発明の第２の実施形態に係わる突起部除去具１Ａにより、被溶射物３の溶射皮膜５に発生した突起部７を除去している状態を示している。この実施形態は、前記図１の第１の実施形態で使用した砥粒４１を備えたフラップ３９に代えて、ブラシ４３を使用している。
【００２９】
ブラシ４３は、可撓性を有して柔軟性のある鉄系金属からなるワイヤ４５を回転軸３７の周囲に多数取り付けたものである。ワイヤ４５は、硬さが例えばＨＲＣ４０以上で、線径（直径）が０．１５０ｍｍ〜０．５００ｍｍである。
【００３０】
また、ワイヤ４５として、可撓性を有して柔軟性のある樹脂製のワイヤの表面にアルミナの砥粒（粒度♯４０〜♯６００）を付着させたものでもよい。
【００３１】
ブラシ４３を使用した突起部除去具１Ａも、前記したフラップ３９を使用した突起部除去具１と同様に、回転軸３７の中心をシリンダボアの中心軸線に合わせた状態でシリンダボア内に挿入し、回転させつつ軸方向に徐々に移動させる。その際、回転軸３７の回転数は、突起部除去具１と同様に、５００〜１００００ｒｐｍとし、取り代Ｈ（切り込み量）も、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍとする。
【００３２】
ブラシ４３を回転させることで、ワイヤ４５の先端が突起部７に接触して摺動し、突起部７を除去することになる。
【００３３】
上記した第２の実施形態においても、突起部７を除去した後に、ホーニング加工を行うことで、突起部７の周囲の溶射被膜５を伴なう脱落を抑制でき、溶射被膜５の表面の仕上げ加工を高精度に行って不良品の発生を抑えることができる。
【００３４】
また、第１の実施形態と同様に、例えば取り代Ｈを１．０ｍｍ程度とすることで、製造誤差によりシリンダボア内径が±０．１ｍｍ程度ずれたとしても、突起部７の除去には問題がない。つまり、回転軸３７の中心からワイヤ４５の先端までの長さは、シリンダボア内径に対してそれほど高精度に合わせることなく、突起部７の除去を確実に行うことができる。さらに、第２の実施形態では、フラップ３９を使用している第１の実施形態に比較して工具寿命を長くすることができる。
【００３５】
なお、前記した第１、第２の実施形態では、固定状態の被溶射物３に対して突起部除去具１、１Ａを回転させているが、固定状態の突起部除去具１、１Ａに対して被溶射物３を回転させてもよい。
【００３６】
図４は、本発明の第３の実施形態に係わる突起部除去具１Ｂにより、被溶射物３の表面の溶射皮膜５に発生した突起部７を除去している状態を示している。この実施形態は、回転軸３７の先端周囲に、円柱形状の砥石（ゴム砥石でもよい）４７を取り付け、コンタリング加工によって突起部７を研削加工する。
【００３７】
すなわち、砥石４７は、その外径を、溶射皮膜５を形成した後のシリンダボア内径より小さく設定し、回転軸３７を砥石４７とともに回転させつつシリンダボア内面に沿って周方向に相対移動させて、突起部７を研削し除去する。
【００３８】
したがって、本実施形態においても、突起部７をコンタリング加工により除去した後にホーニング加工を行うことで、突起部７の周囲の溶射被膜５を伴なう脱落を抑制でき、溶射被膜５の表面の仕上げ加工を高精度に行って不良品の発生を抑えることができる。
【００３９】
また、本実施形態では、砥石４７を用いてコンタリング加工することで、前記した各実施形態に比較して加工精度を高めることができる。
【００４０】
なお、本実施形態での砥石４７の回転数は、２０００ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍで、取り代は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。
【００４１】
図５は、本発明の第４の実施形態に係わる突起部除去具１Ｃにより、被溶射物３の溶射皮膜５に発生した突起部７を除去している状態を示している。この実施形態は、突起部除去具１Ｃとしてレーザ光供給手段を構成している。レーザ光供給手段は、図示しないレーザ発振器から供給される熱エネルギを有するレーザ光４９を、レーザ照射用ヘッド５１から突起部７に向けて照射し、突起部７を溶融させて除去する。
【００４２】
図６は、本発明の第５の実施形態に係わる突起部除去具１Ｄにより、被溶射物３の溶射皮膜５に発生した突起部７を除去している状態を示している。この実施形態は、突起部除去具１Ｄとして、前記図７に示したプラズマアーク５３を発生させるプラズマ発生手段を構成している。プラズマ発生手段は、ノズル５５に設けた電極と被溶射物３との間に形成したプラズマアークにより、突起部７に対し熱エネルギを付与して溶融させて除去する。
【００４３】
したがって、上記第４、第５の各実施形態においても、突起部７を溶融により除去した後にホーニング加工を行うことで、突起部７の周囲の溶射被膜５を伴なう脱落を抑制でき、溶射被膜５の表面の仕上げ加工を高精度に行って不良品の発生を抑えることができる。
【００４４】
なお、第４の実施形態ではレーザ光を、第５の実施形態ではプラズマアークを使用しているが、突起部７を溶融させることが可能な熱エネルギを備えていれば、これらに限ることはない。
【符号の説明】
【００４５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  突起部除去具（突起部除去手段）
３  被溶射物
３ａ  被溶射物の被溶射面
５  溶射皮膜
７  突起部
８  溶射ガン（溶射手段）
９  ワイヤ（溶射用材料）
１１  溶滴（溶融金属）
２１  溶滴の粗大な粒子
２３  ホーニングツール（ホーニング手段）
２７  溶射工程
２９  突起部除去工程
３１  ホーニング工程
３９  フラップ（可撓性シート状部材）
４１  砥粒
４３  ブラシ
４５  ワイヤ
４７  砥石
４９  レーザ光
５３  プラズマアーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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