(57)【要約】【課題】レーザ加工部位の周囲でのスパッタ、ヒューム、デブリの付着を抑制する。【解決手段】シリンダボア内周面２にレーザビーム１１を照射して多数の微細な窪みを形成するにあたり、シリンダボア内周面２にオイル１３を流し、表面に油膜１３ａを形成した状態でレーザビーム１１を照射する。油膜１３ａの膜厚は例えば０．５μｍ〜１０００μｍとし、レーザビーム１１はその波長が１．０６μｍ以下のものとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの表面にレーザビームを照射して多数の微細な窪みを形成する方法であって、
ワークの表面にレーザ透過性を有する液体の薄膜を保有させた状態でレーザビームを照射することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
レーザ透過性を有する液体の薄膜が油膜であって、その膜厚が０．５μｍ〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
ワークの表面に予め油を塗布した上でレーザビームを照射することを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
ワークの表面に油を流しながらレーザビームを照射することを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
レーザビームはその波長が１．０６μｍ以下のものであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
ワークは内燃機関のシリンダブロックであって、
そのシリンダボア内周面にレーザビームを照射して、製品段階で油溜まりとして機能する多数の微細な窪みを形成するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
油膜形成のために使用される油がホーニング加工用の切削油であることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの表面にレーザビームを照射して多数の独立した微細な溝を形成する方法に関し、例えば内燃機関のシリンダブロックにおけるシリンダボア内周面に潤滑油脂を保持するための油溜まりとなる多数の微細な窪みを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オイル消費量の低減のためにシリンダブロックのシリンダボア内周面の面粗度を極小化することでそのボアとピストンとの間の油膜厚さを小さくし、それと並行して焼き付き防止の観点からシリンダボア内周面にオイル溜まりとなる多数の微細な窪みを形成してオイル保有性を改善した技術が特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−４００６８号公報  （第２頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなレーザ加工の際には、加工された窪みの内部およびその周辺部でのスパッタやヒュームあるいはデブリ等の付着が不可避とされる。なお、デブリとは、加工副次物として発生した微細な破砕片等の堆積物をいう。そのため、シリンダボア内周面についてはレーザ加工後に切削等による表面の異物除去加工を行う必要があるほか、加工された窪みの内部に付着したスパッタ等については機関運転時に脱落してシリンダボア内周面に傷を付けるおそれがあることから、上記異物除去加工とは別に高圧洗浄等にてその除去を行う必要がある。したがって、レーザ加工後の複数種類の二次加工のために大幅なコストアップが余儀なくされることとなって好ましくない。
【０００５】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、レーザ加工の際に不可避とされるスパッタやヒュームあるいはデブリ等の付着を抑制するようにしたレーザ加工方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ワークの表面にレーザビームを照射して多数の微細な窪みを形成する方法であって、ワークの表面にレーザ透過性を有する液体の薄膜を保有させた状態でレーザビームを照射することを特徴とする。
【０００７】
より具体的には、請求項２に記載のように、レーザ透過性を有する液体の薄膜が油膜であって、その膜厚は０．５μｍ〜１０００μｍとし、さらに請求項３，４に記載のように、ワークの表面に予め油を塗布した上でレーザビームを照射するか、もしくはワークの表面に油を流しながらレーザビームを照射する。
【０００８】
この加工方法は、請求項６に記載のように、内燃機関用シリンダブロックのシリンダボア内周面にレーザビームを照射して、製品段階で油溜まりとして機能する多数の微細な窪みを形成する上で特に有効である。
【０００９】
したがって、上記加工方法によれば、レーザ加工に伴って発生したスパッタやヒューム等は、ワークに付着する前に油膜等の液体の薄膜に接触することからきわめて脱落しやすく、実際の付着は加工部位のごく近傍のみとなって、スパッタやヒュームの付着範囲が著しく小さいものとなる。しかも、ワークに付着したスパッタ等は油膜等の液体の薄膜に接触することで熱を奪われて付着力そのものが低下していることから、後工程できわめて容易に除去できるようになる。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ワークの表面に油膜等のレーザ透過性を有する液体の薄膜を保有させた状態で加工を行うようにしたので、その発生が不可避とされるスパッタやヒュームあるいはデブリの付着を従来よりも大幅に抑制することができる。その結果として、スパッタ等の除去を目的とした後工程での二次加工を簡略化して、製造コストの低減を図ることができるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１以下の図面は本発明の好ましい実施の形態を示しており、図２，３から明らかなようにワークとしての内燃機関用シリンダブロック１のシリンダボア内周面２にオイル溜まりとして機能する多数の微細な窪み３，３…を形成する場合の例を示している。
【００１２】
図２に示すように、レーザ加工装置４は、レーザ発振器５と、照射ミラー６と、集光レンズ７が内蔵された集光部８と、集光部８の下端に設けられた伝達ミラー９と、集光部８をシリンダボアの軸心周りに回転させるとともにその軸心に沿って昇降駆動させるＮＣ駆動装置１０とをもって構成されている。
【００１３】
レーザ発振器５から出力されたレーザビーム（例えば、ＹＡＧレーザで、波長が１．０６μｍ以下のもの）１１は反射ミラー６により集光部８に向けて折り返された後に集光レンズ７で集光され、さらに伝達ミラー９にて折り返された上でシリンダボア内周面２に向けて照射される。なお、シリンダボア内周面２はホーニング加工等により予め十二分に平滑化されており、レーザビーム１１は所定パルス周波数でシリンダボア内周面２に向けて断続的に照射され、それと同時に集光部８がシリンダボアの軸心周りに回転駆動されるとともに、集光部８の一回転ごとに集光部８が所定量だけ昇降駆動されることから、図３に示すようにシリンダボア内周面２のうちシリンダヘッド側に近い部分すなわち相手側部材であるピストンの上死点位置に近い部分にオイル溜まりとしての相互に独立した多数の微細な窪み３，３…が規則性をもっていわゆるディンプル状に形成される。
【００１４】
このようなレーザ加工に際しては、図１に示すように加工対象となるシリンダボア内周面２の上端に円環状のオイルジャケット１２を配置し、そのオイルジャケット１２からシリンダボア内周面２に所定のオイル１３を流しながら加工を行う。使用するオイル１３はレーザ透過性を有することが条件であり、例えばホーニング加工用の切削油（クーラント）を用いる。オイルジャケット１２はシリンダボア内周面２の全周に満遍なくオイル１３が流下するように下向きに開口した円環状の吐出口１４を有するものとし、オイル１３がその表面張力でシリンダボア内周面２に沿って静かに伝い落ちながら所定膜厚の油膜１３ａを形成し、且つ集光部８のレーザ照射口部１５に付着しないようにその流量を予め調整する。その理由は、レーザ照射口部１５にオイル１３が付着すると、レーザエネルギーが低下したり保護ガラスが破損したりして、レーザ加工品質に支障をきたすおそれがあるためである。
【００１５】
ただし、シリンダボア内周面２での保有性の優れたオイル１３を使用する場合には、必ずしもオイル１３を流しながら加工を行う必要はなく、例えばディッピング処理等により予めシリンダボア内周面２にオイル１３を塗布して油膜１３ａを形成した上で加工を行ってもよい。
【００１６】
なお、レーザの波長が１．０６μｍを越えるとそのレーザがオイル１３内で吸収されてしまって加工性に影響を与えることになるが、１．０６μｍ以下であればレーザがオイル１３（油膜１３ａ）を透過して加工性に影響を与えることはない。
【００１７】
また、オイル１３としてホーニング加工用の切削油を使用しているのは、前工程のホーニング加工で使用したオイルが当該レーザ加工工程に持ち込まれる可能性があること、および当該レーザ加工工程で使用したオイル１３が後工程のホーニング加工工程に持ち出される可能性があることを考慮して、万が一それぞれのオイルが混ざり合っても問題がないように同組成のオイルの使用を前提としているためである。
【００１８】
図４，５には、レーザ加工の際にオイル１３を使用しなかった従来の加工方法の場合と、上記のように積極的にオイル１３を流しながら加工を行った場合の状態をそれぞれ示している。
【００１９】
図４のほか図６から明らかなように、オイル１３を使用しない場合には、レーザビーム１１の照射によって加工された窪み３の周囲にはスパッタＳやヒュームＨあるいはデブリＤ（以下、スパッタ等という）の付着が著しい。
【００２０】
これに対して、図５のほか図６から明らかなように、オイル１３を流しながら油膜１３ａを形成した上で加工を行った場合には、加工された窪み３の周囲でのスパッタＳ等の付着が極端に少なくなる。これは、レーザ加工に伴って発生したスパッタＳ等は、シリンダボア内周面２に付着する前に油膜１３ａに接触することでその大部分が脱落してしまうためで、遠くまで飛散したものほどその傾向が顕著である。したがって、スパッタＳ等の付着は加工部位である窪み３のごく近傍のみとなって、オイル１３を使用しない場合と比べてスパッタＳ等の付着範囲が著しく小さいものとなる。しかも、少なからずスパッタＳ等が窪み３の周囲に付着したとしても、それらのスパッタＳ等は油膜１３ａに接触することで熱を奪われて付着力そのものが低下していることから、後工程できわめて容易に除去でき、例えば拭き取り作業でも簡単に取り除くことができるようになる。
【００２１】
ここで、図７から明らかなように油膜１３ａの厚さが小さいとスパッタＳ等の付着防止効果が乏しく、また油膜１３ａの厚さが大きすぎるとレーザビーム１１による加工性に影響を及ぼすことから、その油膜１３ａ厚さは適正な値に設定する。本発明者は実験を行った結果では、同図に示すようにホーニング加工用の切削油を使用した場合には０．５μｍ〜１０００μｍの範囲が適正であることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す図で、図２の要部拡大図。
【図２】本発明の好ましい実施の形態としてシリンダブロックにおけるシリンダボア内周面のレーザ加工の概略を示す説明図。
【図３】図２における被加工部位の拡大説明図。
【図４】オイルを使用しなかった場合の加工部位の断面説明図。
【図５】本実施の形態における加工部位の断面説明図。
【図６】図４，５におけるスパッタ等の付着状況を比較したグラフ。
【図７】油膜厚さと加工効率の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１…シリンダブロック（ワーク）
２…シリンダボア内周面
３…窪み
５…レーザ発振器
１１…レーザビーム
１２…オイルジャケット
１３…オイル
１３ａ…油膜
Ｄ…デブリ
Ｈ…ヒューム
Ｓ…スパッタ
【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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