(57)【要約】  【課題】処理時間を短縮してその生産性を大幅に改善したアルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理技術を提供する。  【解決手段】軸心周りに回転駆動される棒状ツール９とＣＣＤカメラとを備えたハンドを上方からシリンダボア２の内部に入れ、下方に移動させながらボア内周面２ａを撮像して鋳巣等の鋳物欠陥３の有無とその位置を特定する。位置が特定された鋳物欠陥３に対しその都度回転している棒状ツール９を押し付けて、摩擦熱にて半溶融させながら塑性流動させる。塑性流動した材料Ｍを鋳物欠陥３で埋めることでその鋳物欠陥３を消去する。  【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金鋳物の表面に荒加工を施した後であって且つ仕上げ加工を施す前に、そのアルミニウム合金鋳物の表面における鋳物欠陥の有無とその位置を検出し、
鋳物欠陥が存在する部分のみに選択的に塑性加工を施して鋳物欠陥を除去することを特徴とするアルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理方法。
【請求項２】
上記塑性加工は、鋳物欠陥が存在する部分を半溶融状態にて塑性流動させることにより鋳物欠陥を消去するものであることを特徴とするとするとする請求項１に記載のアルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理方法。
【請求項３】
上記塑性加工は、鋳物欠陥が存在する部分を回転式工具による摩擦熱で半溶融状態としながら塑性流動させるものであることを特徴とする請求項２に記載のアルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理方法。
【請求項４】
上記鋳物欠陥の有無とその位置の検出を、撮像素子をセンサとする画像処理にて行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理方法。
【請求項５】
アルミニウム合金鋳物の表面がシリンダブロックのボア内周面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アルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理方法。
【請求項６】
請求項３に記載の鋳物欠陥の補修処理に用いる装置であって、
多自由度型のベースマシンの先端に、アルミニウム合金鋳物の表面における鋳物欠陥の有無とその位置を検出する検出手段と、回転駆動される回転式工具とを設けたことを特徴とするアルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理装置。
【請求項７】
上記検出手段が撮像素子であることを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理装置。
【請求項８】
アルミニウム合金鋳物の表面に対する回転式工具の接触圧を検出する圧力検出手段を備えていて、
回転式工具の接触圧が常時均等なものとなるように圧力検出手段の検出出力に基づき上記接触圧がフィードバック制御されるものであることを特徴とする請求項７に記載のアルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理装置。
【請求項９】
アルミニウム合金鋳物の表面がシリンダブロックのボア内周面であることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のアルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理方法と補修処理装置に関し、特にアルミニウム合金鋳物であるシリンダブロックのボア内周面に荒加工を施した後に鋳巣（巣穴）やピンホール等の鋳物欠陥が発見された場合に、それを補修処理する方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金製のシリンダブロックのシリンダボア部にシリンダライナーを使用しないいわゆるライナーレスタイプのものや、ボア内周面の表層部を溶射皮膜にて皮膜処理するタイプのものでは、ボア内周面あるいは溶射下地表面上に生じた鋳巣やピンホール等の鋳物欠陥はエンジンオイル消費量の増加やブローバイガス量増加の原因となることから、これらを除去あるいは低減することが品質向上の上で重要となる。
【０００３】
その対策として、ボア内周面の鋳巣等を解消するべく、例えば特許文献１および２に記載のものが提案されている。
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、アルミニウム合金製のシリンダブロックのボア内周面に向けて真空アークを放電してその表層部を溶融させ、この溶融金属を鋳巣内部に流し込むことで鋳巣を封鎖するとともに、ボア内周面の表層部にケイ素を主成分とする硬化層を形成し、さらにその上から溶射処理による溶射層を形成するようにしている。
【０００５】
また、特許文献２に記載の技術では、シリンダボアの内部に入り得る大きさの回転軸に特殊工具を取り付けて、回転軸をその軸線周りに回転させながら軸心方向の送りを与えることにより、工具のすくい面および前切れ面にて鋳巣の周辺の材料を塑性変形させて鋳巣を補修するようにしている。
【特許文献１】特開２０００−３２８２２２号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−２０５３５７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、ボア内周面の全域を加熱，溶融処理することになるため、処理範囲が広大でその処理に長時間を要するほか、加熱に伴う組織変化により強度が低下することが危惧されるために慎重に作業を行わなければならず、生産性が極端に低下することとなって好ましくない。
【０００７】
また、特許文献２に記載の技術では、ボア内周面の全域を処理することになるため、上記特許文献１に記載のものと同様に処理範囲が広大でその処理に長時間を要し、生産性の低下が危惧される。
【０００８】
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、特に処理時間を短縮してその生産性を大幅に改善したアルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、アルミニウム合金鋳物の表面に荒加工を施した後であって且つ仕上げ加工を施す前に、そのアルミニウム合金鋳物の表面における鋳巣等の鋳物欠陥の有無とその位置を検出し、鋳物欠陥が存在する部分のみに選択的に塑性加工を施して鋳物欠陥を除去することを特徴とする。
【００１０】
上記塑性加工としては、例えば請求項２に記載のように、鋳物欠陥が存在する部分を半溶融状態にて塑性流動させることにより鋳物欠陥を消去するものとし、より具体的には、請求項３に記載のように、鋳物欠陥が存在する部分を回転式工具による摩擦熱で半溶融状態としながら塑性流動させるものとする。
【００１１】
また、上記鋳物欠陥の有無とその位置の検出は、請求項４に記載のように、例えばＣＣＤカメラ、すなわち二次元のイメージセンサ等のような撮像素子をセンサとする画像処理にて行うか、もしくは渦流探傷法や超音波探傷法にて行うものとする。
【００１２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の鋳物欠陥の補修処理に用いる装置として、産業要ロボット等の多自由度型のベースマシンの先端に、アルミニウム合金鋳物の表面における鋳物欠陥の有無とその位置を検出する検出手段と、回転駆動される回転式工具とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
したがって、請求項１に記載の発明では、鋳巣等の鋳物欠陥を検出しながらその都度該当する部分のみに塑性加工を施すことで、鋳物欠陥が封鎖もしくは消去される。したがって、アルミニウム合金鋳物の表面全体に処理を施す必要はなくなる。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明では、検出手段が検出した鋳巣等の鋳物欠陥の発生位置に回転式工具を移動させて、その回転式工具による摩擦熱で半溶融状態としながら塑性流動させることで鋳物欠陥が封鎖もしくは消去されることになる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、鋳物欠陥が検出された部分のみに選択的に塑性加工を施すことにより、処理範囲の縮小化と処理時間の大幅な短縮化が可能となり、生産性が飛躍的に向上する。また、アルミニウム合金鋳物の表面全体を加熱処理する場合と異なり、組織変化のおそれもない。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、検出手段が検出した鋳物欠陥の位置に回転式工具を移動させて処理を施す構造であることから、短時間のうちに効率良く処理を行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１〜４は本発明のより具体的な実施の形態を示す図であり、アルミニウム合金鋳物製のシリンダブロックのボア内周面について、ボア荒加工後であって且つ仕上げ加工前に行われる鋳巣除去処理に適用した場合の例を示している。なお、上記のボア荒加工および仕上げ加工は共にボーリング加工等の機械加工処理であることは言うまでもない。
【００１８】
図１はシステム全体の概略構成を示す図であり、１はアルミニウム合金鋳物製のシリンダブロックを、４は多自由度型もベースマシン（母機）として機能することになる多関節型の産業用ロボット（以下、単にロボットという）をそれぞれ示している。
【００１９】
ロボット４はロボット制御装置５により例えばティーチング−プレイバック方式にて制御されるようになっている一方、そのアーム６先端にはθ方向の首振り旋回自由度を有するハンド７が装着されていて、このハンド７は図２，４に示すようにシリンダボア２のボア内周面２ａの内側に入り得る大きさの略角筒状のハンドフレーム８を主要素として構成されている。
【００２０】
ハンドフレーム８の下端部には、図１のほか図２，３に示すように、回転式工具として鋼棒製の棒状ツール９がスラストベアリング１０およびラジアルベアリング１１を介して軸受ボックス１２に回転可能に支持されている。この棒状ツール９にはドリブン側となるベベルギヤ１３が装着されている一方、ハンドフレーム８上端のモータボックス１４にはモータ制御装置１５にて制御される駆動モータ１６が内蔵されていて、この駆動モータ１６にて駆動される鉛直姿勢のドライブシャフト１７の下端にはベベルギヤ１３に噛み合うドライブ側のベベルギヤ１８が装着されている。これにより、棒状ツール９は駆動モータ１６の起動によりドライブシャフト１７と双方のベベルギヤ１８，１３を介して回転駆動されるようになっていて、棒状ツール９は後述するようにその回転状態のままでボア内周面２ａに押し付けられることになる。
【００２１】
棒状ツール９を支持している軸受ボックス１２には圧力センサ１９が内蔵されていて、先に述べたようにボア内周面２ａに対する棒状ツール９の押付力の反力をこの圧力センサ１９をもって検出することができ、この検出出力はロボット制御装置５に取り込まれるようになっている。
【００２２】
また、ハンドフレーム８の下端部には、図４に示すように、左右一対の照明用の光源２０ととともにセンサもしくは撮像素子である二次元のイメージセンサを主要素とするＣＣＤカメラ２１が配置されていて、このＣＣＤカメラ２１によりボア内周面２ａを撮像することができるようになっているとともに、その撮像画像が画像処理装置２２に取り込まれることになる。
【００２３】
ここで、棒状ツール９はボア内周面２ａに塑性加工を施すものであるから、その棒状ツール９の先端面はボア内周面２ａの曲率に応じた球面状のものとして形成されている。例えば荒加工（粗加工）である荒ボーリング加工後のボア内周面の直径がφ９０ｍｍとした場合には、棒状ツール９の先端面は半径が４５ｍｍの球面をもって形成されている。
【００２４】
このように構成されたシステムによれば、図５に示すようにシリンダブロック１における各シリンダボア２の荒加工後であって且つ仕上げ加工前に、鋳巣等の鋳物欠陥の検出とその除去もしくは消去を目的として所定の作業が実行される。
【００２５】
例えば図４に示すようにボア内周面２ａを円周方向でｎ等分して複数の領域Ｎ1，Ｎ2…Ｎｎに分けた上で、ハンド７のθ方向の首振り旋回自由度を使って各領域Ｎ1，Ｎ2…Ｎｎごとにボア内周面２ａの上方から下方、もしくは下方から上方に向かって順次ハンド７を移動させて、鋳巣等の鋳物欠陥３の有無とその位置の特定を行いながら塑性加工によるその鋳巣の消去を行う。
【００２６】
より詳しくは、図４に示すように、棒状ツール９を回転駆動させた状態でハンド７を処理対象となるシリンダボア２の内部に入れて、ＣＣＤカメラ２１にてボア内周面２ａを撮像しながらそのハンド７を上方から下方に所定速度で連続的に移動させる。そして、ＣＣＤカメラ２１が捉えた画像はリアルタイムで画像処理装置２２に取り込まれて、例えばパターンマッチング等の手法より画像中に含まれる鋳巣等の鋳物欠陥３の有無とその位置が特定される。
【００２７】
鋳物欠陥３の存在とその位置が特定された場合には、ロボット４はハンド７を動かして該当する鋳物欠陥３の位置に棒状ツール９を押し付けて、その鋳物欠陥３の消去もしくは除去を行う。
【００２８】
図６は、位置が特定された鋳巣等の鋳物欠陥３を消去もしくは除去する際の詳細を示しており、ボア内周面２ａの鋳物欠陥３に対し、回転している棒状ツール９を押し付け、同時にロボット４自体の自由度を使って棒状ツール９を微小量だけ上下方向に往復駆動させる（同図（Ａ）および（Ｂ）参照）この場合、棒状ツール９の押し付け反力がその棒状ツール９に付帯している図３の圧力センサ１９によって検出され、いわゆる力フィードバック制御によりボア内周面２ａに対する棒状ツール９の押し付け力が常に一定となるように制御される。なお、棒状ツール９の回転数は５００〜２０００ｒｐｍ、ロボット４による棒状ツール９の移動速度は６０〜３００ｍｍ／ｍｉｎ程度とする。
【００２９】
上記のように、回転駆動されている棒状ツール９をボア内周面２ａに押し付けると、棒状ツール９との摩擦熱により鋳物欠陥３の近傍の材料が半溶融状態となって塑性流動が起こり、同図（Ｃ）に示すようにその塑性流動した材料Ｍをもって鋳物欠陥３を埋めることで鋳物欠陥３が消失もしくは除去される。
【００３０】
そして、所定時間だけ棒状ツール９をボア内周面２ａに押し付けたならば、同図（Ｄ）に示すように、その棒状ツール９を直ちに且つ急速にボア内周面２ａから離間させた上で、再びハンド７を所定速度で下方に向けて移動させ、以降は鋳物欠陥３が検出された時点でその都度上記のような動作を繰り返す。なお、ボア内周面２ａから棒状ツール９を離間させる際にその動作をより高速化することで、被処理面での凹凸の発生を抑制することができ、ひいては後工程である仕上げ加工時の取り代を削減することが可能となる。
【００３１】
ここで、図７に示すように、上記のような鋳物欠陥３の消去に先立つボア荒加工の取り代（削り代）Ｑを例えば２〜５ｍｍ、鋳物欠陥３の消去後のボア仕上げ加工の取り代Ｒを０．３〜０．５ｍｍ程度とすると、ボア内周面２ａに対する棒状ツール９の押し込み量Ｓを０．２〜０．３ｍｍ程度に設定すれば、直径および深さ共に０．３ｍｍ程度までの大きさの鋳物欠陥３は確実に消去される。また、仕上げ加工後にはその仕上げ加工時の取り代Ｒの同程度の膜厚をもって後工程にて溶射皮膜２３が形成される。なお、ボア荒加工の取り代（削り代）Ｑが下方に向かって漸次増大しているのは、鋳造時の抜き勾配を有しているためである。
【００３２】
この後、図４にも示すように、ハンド７を特定のシリンダボア２の領域Ｎ1，Ｎ2…Ｎｎうちいずれかの領域についてその下端まで移動し終えたならば、一旦ハンド７を引き上げて、以降は隣接する次なる領域について同様な動作を繰り返す。
【００３３】
このように本実施の形態によれば、ボア内周面２ａをＣＣＤカメラ２１にて撮像しながら鋳巣等の鋳物欠陥３の有無とその位置を特定して、鋳物欠陥３が存在する部分のみに塑性加工を施してその鋳物欠陥３を消去するようにしているので、ボア内周面２ａの全面に処理を施す場合と比べてその処理時間を大幅に短縮して生産性の向上に寄与できる。
【００３４】
なお、本実施の形態ではシリンダブロック１のボア内周面２ａでの処理を例にとって説明したが、シリンダブロック１以外のアルミニウム合金鋳物製品の機械加工面に同様に適用できることは言うまでもない。また、鋳物欠陥３の有無とその位置を特定する方法として、ＣＣＤカメラによる撮像方式に代えて超音波探傷法もしくは渦流探傷法等を用いることももちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のより具体的な実施の形態としてシステム全体の概略構成を示す説明図。
【図２】図１におけるハンドの拡大説明図。
【図３】図２における要部の拡大説明図。
【図４】図１における要部の拡大平面図。
【図５】シリンダブロックのボア内周面の加工手順を示す説明図。
【図６】図１に示すシステムでの鋳物欠陥の消去方法の詳細を示す工程説明図。
【図７】シリンダボアの要部拡大断面説明図。
【符号の説明】
【００３６】
１…シリンダブロック（アルミニウム合金鋳物）
２…シリンダボア
２ａ…ボア内周面
３…鋳物欠陥
４…産業用ロボット（ベースマシン）
５…ロボット制御装置
７…ハンド
８…ハンドフレーム
９…棒状ツール（回転式工具）
１９…圧力センサ（圧力検出手段）
２１…ＣＣＤカメラ（検出手段またはセンサとしての撮像素子）
２２…画像処理装置
Ｍ…塑性流動した材料
【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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