(57)【要約】【課題】微粒子ショットピーニングにより被処理品に被膜を形成する場合において、被処理品ごとの固体潤滑材の付着量の変動を抑制し、固体潤滑材の消費量を低減することができる被膜形成方法および被膜形成装置を提供すること。【解決手段】本発明の被膜形成方法は、固体潤滑材を蓄積するタンク１から供給された固体潤滑材を被処理品Ｐに噴射する噴射工程と、当該噴射された固体潤滑材を、循環経路Ｌ２を通じてタンク１に戻す循環工程と、上記噴射工程における固体潤滑材の噴射と連動して、新材としての固体潤滑材を循環経路Ｌ２中に補給する補給工程と、を含む。【選択図】図１
2007270172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉状の固体潤滑材を被処理品に噴射して当該被処理品の表面に被膜を形成するための方法であって、
固体潤滑材を蓄積するタンクから供給された固体潤滑材を上記被処理品に噴射する噴射工程と、
当該噴射された固体潤滑材を、循環経路を通じて上記タンクに戻す循環工程と、
上記噴射工程における固体潤滑材の噴射と連動して、新材としての固体潤滑材を上記循環経路中に補給する補給工程と、を含む、被膜形成方法。
【請求項２】
粉状の固体潤滑材を被処理品に噴射して当該被処理品の表面に被膜を形成するための装置であって、
固体潤滑材を蓄積するタンクと、
当該タンクから供給された固体潤滑材を上記被処理品に噴射する噴射手段と、
当該噴射された固体潤滑材を回収して上記タンクに戻す循環経路と、
上記被処理品への固体潤滑材の噴射と連動して、新材としての固体潤滑材を上記循環経路中に補給する補給手段と、を備える、被膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子ショットピーニングにより被処理品の表面に固体潤滑材の被膜を形成するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、機械構造部品の摺動部については優れた耐摩耗性が要求される。摺動部の耐摩耗性を向上させる手法の一つとして、微粒子ショットピーニングが知られている。微粒子ショットピーニングは、粒状の固体潤滑材を被処理品に噴射することにより、被処理品の表面に固体潤滑材の被膜を形成する手法である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、微粒子ショットピーニングに適用される従来の被膜形成装置の一例の概略構成を表す。同図に示す被膜形成装置Ｘ２は、タンク９１と、フィーダ９２と、キャビネット９３と、分級機９４と、集塵機９５と、これらを連結する配管とを備える。タンク９１には、例えば二硫化モリブデンなどの所定の平均粒径を有する固体潤滑材が蓄積されている。フィーダ９２は、タンク９１の下端部に連通しており、タンク９１からの固体潤滑材を、配管Ｌ７を介してキャビネット９３へ供給するためのものである。キャビネット９３内には、配管Ｌ７に接続された噴射ノズル９６が設けられている。配管Ｌ７には図示しない圧縮機が接続されており、当該圧縮機が作動すると、配管Ｌ７内の固体潤滑材が圧縮エアとともに噴射ノズル９６から噴射される。分級機９４は、いわゆるサイクロン分級機として構成されており、粉塵を分離するためのものである。分級機９４は、配管Ｌ８を介してキャビネット９３と連通している。集塵機９５は、分級機９４によって分離された粉塵を回収するためのものである。集塵機９５は図示しない減圧ポンプを具備しており、当該減圧ポンプが作動すると、集塵機９５と連通する分級機９４、配管Ｌ８、キャビネット９３の内部がそれぞれ減圧される。また、上記圧縮機の作動により噴射ノズル９６から圧縮エアが噴射されるため、キャビネット９３から配管Ｌ８、分級機９４、集塵機９５の順に気流が生じる。
【０００４】
このような被膜形成装置Ｘ２を用いて、例えば、被処理品として、エンジン用のピストンに対して被膜を形成する場合には、まず、キャビネット９３内の所定箇所にピストンを取り付ける。次に、上記圧縮機を作動させて、噴射ノズル９６からピストンのスカート部に向けて固体潤滑材を所定時間（例えば数秒〜数十秒）噴射することにより、固体潤滑材の被膜を形成する。そして、キャビネット９３からピストンを取り出す。これで、一つのピストンに対する処理は終了する。次いで、処理が済んでいない別のピストンをキャビネット９３内に取り付け、当該ピストンに固体潤滑材を噴射する。このような操作を繰り返すことにより、個々のピストンに対して、固体潤滑材の被膜形成処理が一定周期で順次行なわれる。このようにして固体潤滑材の被膜が形成されたピストンにおいては、摺動部の摩擦抵抗が減少するので、耐摩耗性ないし耐久性に優れたものとなり、ひいてはエンジンの低燃費化にも寄与する。
【０００５】
微粒子ショットピーニングにおける被膜の形成は、キャビネット９３内にて噴射された固体潤滑材が被処理品に衝突することにより粉砕され、当該粉砕された固体潤滑材が被処理品の表面に浸透ないし付着することにより行なわれる。そして、噴射される固体潤滑材のうち、僅か一部が被膜の形成に消費され、残り大半は気流とともに配管Ｌ８を通じて分級機９４に戻される。ここでは、粒径が一定サイズ以上の固体潤滑材は、分級機９４の下端からタンク９１に戻される。すなわち、固体潤滑材は、タンク９１、フィーダ９２、配管Ｌ７、キャビネット９３、配管Ｌ８、分級機９４、タンク９１の順路で循環し得る。一方、上記順路を循環する固体潤滑材は、キャビネット９３内にて被処理品への衝突を繰り返すことによりその粒径が徐々に小さくなる。そして、一定サイズ未満の粒径のものについては、分級機９４で分離されて循環系外に排出される。このため、循環系内の固体潤滑材の量は作業が進むにつれて減少することとなり、新しい固体潤滑材（新材）を補給する必要がある。新材の補給は、一般に、タンク９１に設けられたセンサによりタンク９１内の固体潤滑材の量を検出し、当該量が所定量を下回った場合に一定量の新材を纏めてタンク９１に投入することにより行われる。
【０００６】
ところで、微粒子ショットピーニングによる固体潤滑材の付着量は、被処理品に衝突する固体潤滑材の平均粒径に依存して変化することが知られている。上記のような新材の補給によれば、新材の補給前に噴射される固体潤滑材としては、被処理品への衝突による粉砕を繰り返したものが大半を占めており、その平均粒径が小さい。その反面、新材の補給後に噴射される固体潤滑材としては、新材が大半を占めており、その平均粒径が大きい。したがって、新材の補給前と補給後では、噴射される固体潤滑材の平均粒径が大きく変化し、これに伴ない被処理品ごとの固体潤滑材の付着量も大きく変動することとなる。
【０００７】
しかしながら、このような付着量の変動は、被処理品の品質面において好ましくない。また、微粒子ショットピーニングによる被膜の形成においては、所定の耐久性能を確保する観点により、被処理品に対する固体潤滑材の付着量についての下限値が設定される場合がある。かかる場合には、付着量の変動範囲において常に上記下限値を上回ることが必要とされるが、付着量の変動が大きいと、付着量が相対的に多いときは付着量が相対的に少ないときに比べて、固体潤滑材が余分に付着していることとなり、被膜形成に消費される固体潤滑材として無駄が多い。したがって、このような被処理品ごとの固体潤滑材の付着量の大きな変動は、被膜形成処理に係るコストの上昇を招くこととなる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１３１２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような事情のもとに考え出されたものであって、微粒子ショットピーニングにより被処理品に被膜を形成する場合において、被処理品ごとの固体潤滑材の付着量の変動を抑制し、固体潤滑材の消費量を低減することができる被膜形成方法および被膜形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の側面によると、粉状の固体潤滑材を被処理品に噴射して当該被処理品の表面に被膜を形成するための方法が提供される。この被膜形成方法は、固体潤滑材を蓄積するタンクから供給された固体潤滑材を被処理品に噴射する噴射工程と、当該噴射された固体潤滑材を、循環経路を通じてタンクに戻す循環工程と、噴射工程における固体潤滑材の噴射と連動して、新材としての固体潤滑材を循環経路中に補給する補給工程と、を含む。
【００１１】
本発明に係る被膜形成方法においては、噴射工程における被処理品への固体潤滑材の噴射と連動して新材が補給されるので、噴射工程にて噴射された後に循環経路を通過する固体潤滑材（循環材）と、補給された新材とは、循環経路内で合流し、充分に混合されることとなる。被処理品に対する被膜形成処理が繰り返されると、当該処理の度に循環材および新材が適切に混合される。これにより、タンク内においては、循環材および新材が所定の混合比率で均一に分散した状態になり、その後噴射工程に付される固体潤滑材には、常に所定量の新材が含まれることになる。したがって、被処理品に噴射される固体潤滑材においては、平均粒径の変化が減少し、その結果、被処理品ごとの固体潤滑材の付着量の変動を抑制することができる。また、被処理品ごとの付着量の変動が抑制されると、付着量の下限値が設定されている場合において、付着量の狙い値を低くすることができるので、固体潤滑材の消費量を低減することができる。
【００１２】
本発明の第２の側面によると、粉状の固体潤滑材を被処理品に噴射して当該被処理品の表面に被膜を形成するための装置が提供される。この被膜形成装置は、固体潤滑材を蓄積するタンクと、当該タンクから供給された固体潤滑材を被処理品に噴射する噴射手段と、当該噴射された固体潤滑材を回収してタンクに戻す循環経路と、被処理品への固体潤滑材の噴射と連動して、新材としての固体潤滑材を循環経路中に補給する補給手段と、を備える。
【００１３】
本被膜形成装置によると、本発明の第１の側面の被膜形成方法を適切に行うことができる。したがって、本被膜形成装置によると、被処理品に対する被膜形成過程において、第１の側面に関して上述したのと同様の効果が奏される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。図１は、本発明に係る被膜形成装置Ｘ１の概略構成図である。被膜形成装置Ｘ１は、微粒子ショットピーニングの手法により被処理品の表面に固体潤滑材の被膜を形成し得るように構成されており、タンク１と、フィーダ２と、キャビネット３と、分級機４，５と、新材タンク６と、補給手段７と、集塵機８と、これらを連結する配管とを備える。
【００１５】
タンク１は、固体潤滑材を蓄積するためのものである。タンク１内に蓄積される固体潤滑材としては、潤滑作用を有する金属粉状物が用いられ、例えば二硫化モリブデン、亜鉛、すずが挙げられる。固体潤滑材の平均粒径は、例えば１〜４０μｍである。
【００１６】
フィーダ２は、タンク１の下端部に連通しており、タンク１から落下した固体潤滑材をキャビネット３側へ供給するためのものである。フィーダ２には、固体潤滑材供給用の配管Ｌ１が接続されている。フィーダ２は、通流量制御機構により配管Ｌ１への固体潤滑材の供給量が所望に調節されるように構成されている。配管Ｌ１には、図示しない圧縮機が接続されている。当該圧縮機は、配管１内の固体潤滑材を圧縮エアとともにキャビネット３側に圧送するためのものである。
【００１７】
キャビネット３は、密閉容器状とされており、その内部には載置台３１および噴射ノズル３２が設けられている。載置台３１は、被処理品を所望の姿勢に保持しつつ、図示しないモータなどから駆動力を得て垂直軸心周りに回転するように構成されている。噴射ノズル３２は、配管Ｌ１に接続されるとともに、ノズル先端が上下に揺動可能とされている。上記圧縮機が作動すると、配管Ｌ１内の固体潤滑材が圧縮エアとともに噴射ノズル３２から噴射される。なお、キャビネット３においては、図示しない開閉扉が設けられており、当該開閉扉が開放されるとキャビネット３に対する被処理品の出し入れが可能となるように構成されている。
【００１８】
分級機４，５は、粒径が所定サイズ未満の粒子（粉塵）を分離するためのものであり、それぞれサイクロン分級機として構成されている。本実施形態では、分級機４においては粒径が相対的に大きい粉塵が分離され、分級機５においては粒径が相対的に小さい粉塵が分離されるように構成されている。
【００１９】
キャビネット３と分級機４とは、配管Ｌ２を介して連通している。配管Ｌ２は、噴射ノズル３２から噴射された固体潤滑材をタンク１に戻すための循環経路として機能する部分である。分級機４の下端はタンク１に連通している。分級機５の下端は配管Ｌ３を介して分級機４の上部に連通している。
【００２０】
新材タンク６は、上記循環経路（配管Ｌ２）に補給する新しい固体潤滑材（新材）を蓄積するためのものであり、その下端部が後述するロータリーバルブ７１および配管Ｌ４を介して配管Ｌ２に接続されている。
【００２１】
補給手段７は、噴射ノズル３２による固体潤滑材の噴射と連動して新材を配管Ｌ２に補給するためのものであり、新材タンク６および配管Ｌ４の間に設けられたロータリーバルブ７１と、ロータリーバルブ７１の作動を制御する制御機構７２とから構成されている。配管Ｌ４には、図示しない圧縮機が接続されている。当該圧縮機は、配管４内の新材を圧縮エアとともに配管Ｌ２側に圧送するためのものである。
【００２２】
集塵機８は、分級機４，５によって分離された粉塵を回収するためのものである。集塵機８は、図示しない減圧ポンプを具備しており、当該減圧ポンプの作動により、集塵機８と連通する分級機４，５、配管Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４、およびキャビネット３の内部がそれぞれ減圧される。この減圧状態において噴射ノズル３２から圧縮エアが噴射されると、キャビネット３から配管Ｌ２、分級機４、分級機５、集塵機８の順に気流が生じる。
【００２３】
次に、上記構成を有する被膜形成装置Ｘ１を使用して、被処理品としてのエンジン用のソリッドスカートピストンに被膜を形成する方法について説明する。なお、本被膜形成方法の実行に際し、集塵機８の減圧ポンプは常時作動しており、集塵機８と連通する分級機４，５、配管Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４、およびキャビネット３の内部は、常に負圧状態となっている。
【００２４】
まず、キャビネット３の開閉扉を開けてピストンＰを載置台３１に固定し、上記開閉扉を閉める。次に、上記圧縮機を作動させることにより、噴射ノズル３２からピストンＰのスカート部に向けて固体潤滑材を噴射する。ここで、固体潤滑材の噴射時間は例えば２〜１２０秒である。また、少なくとも固体潤滑材が噴射される間は、載置台３１が一定の回転速度（例えば０．５〜３０ｒ／ｍｉｎ）で回転するとともに、噴射ノズル３２のノズル先端部が一定周期で上下動する。噴射ノズル３２から噴射された固体潤滑材は、上記スカート部に衝突することにより粉砕されるが、この粉砕された固体潤滑材の僅か一部が上記スカート部の表面に浸透ないし付着することにより、被膜が形成される。本実施形態では、載置台３１の回転速度は、固体潤滑材が噴射される間に載置台３１が１回転するように調整されている。したがって、１回の固体潤滑材の噴射により、スカート部の全周にわたり固体潤滑材の被膜が形成される。噴射された固体潤滑材の大半は、被膜の形成に消費されずにキャビネット３内に滞留する。
【００２５】
一方、上記固体潤滑材の噴射と連動して補給手段７が作動し、新材タンク６から所定量の固体潤滑材（新材）が配管Ｌ４補給される。本実施形態では、新材の補給は上記固体潤滑材の噴射と同期して行なわれる。即ち、噴射ノズル３２から固体潤滑材が噴射されている間に限り制御機構７２によりロータリーバルブ７１が作動し、新材が配管Ｌ４内へ導入される。そして、配管Ｌ４内へ導入された新材は、圧縮エアの流れにより配管Ｌ２に導かれる。
【００２６】
ところで、本実施形態では、キャビネット３、配管Ｌ２、および分級機４，５の内部は負圧状態であり、また、噴射ノズル３２から圧縮エアが噴射されるため、キャビネット３から配管Ｌ２、分級機４、分級機５の順に向かう気流が発生している。したがって、キャビネット３内に滞留する固体潤滑材は、配管Ｌ２を通じて分級機４に導入される。ここで、配管Ｌ２においては、キャビネット３から循環してきた固体潤滑材（循環材）と、配管Ｌ４を通じて導入された新材とが合流し、循環材および新材が混合状態で分級機４に導入される。分級機４では、比較的に粒径の大きな固体潤滑材は分級機４内を降下し、下端からタンク１に戻される。一方、比較的に粒径の小さな（例えば粒径が１μｍ未満程度）固体潤滑材は分離されて分級機５に導入される。分級機５においては、さらに粒径の小さな固体潤滑材が分離され、集塵機６にて捕捉される。一方、比較的に粒径の大きな固体潤滑材は分級機５の下端から配管Ｌ３を介して分級機４に戻される。
【００２７】
上記のようにキャビネット３内に滞留する固体潤滑材が配管Ｌ２へ導かれたのちに、キャビネットの開閉扉を開放し、ピストンＰを取り出す。これで、一つのピストンＰに対する処理は終了する。次いで、処理が済んでいない別のピストンＰを載置台３１に固定し、当該ピストンＰに固体潤滑材を噴射する。このような操作を繰り返すことにより、個々のピストンに対して、固体潤滑材の被膜形成処理が一定周期で順次実行される。当該被膜形成処理の周期（サイクルタイム）は、例えば２〜１２０秒である。このような被膜形成処理においては、タンク１に蓄積された固体潤滑材は、フィーダ２、配管Ｌ１、キャビネット３、配管Ｌ２、分級機４、タンク１の順路で循環している。上記順路を循環する固体潤滑材（循環材）は、キャビネット３内にてピストンＰへの衝突を繰り返すことにより、その粒径が徐々に小さくなる。
【００２８】
本被膜形成方法においては、個々の被処理品（ピストンＰ）に対して順次固体潤滑材が噴射されるとともに固体潤滑材の噴射と連動して新材が補給されるので、噴射後に循環経路（配管Ｌ２）を通過する固体潤滑材（循環材）と、補給された新材とは、循環経路内で合流し、充分に混合されることとなる。そして、被処理品に対する被膜形成処理が繰り返されると、当該処理の度に循環材および新材が適切に混合される。これにより、タンク１内においては、循環材および新材が所定の混合比率で均一に分散した状態になり、噴射ノズル３２から噴射される固体潤滑材には、常に所定量の新材が含まれることになる。したがって、被処理品に噴射される固体潤滑材においては、平均粒径の変化が小さくなり、その結果、被処理品ごとの固体潤滑材の付着量の変動が抑制される。また、被処理品ごとの付着量の変動が抑制されると、付着量の下限値が設定されている場合において、付着量の狙い値を低くすることができるので、固体潤滑材の消費量を低減することができる。なお、このような付着量の変動の抑制は、被処理品の品質向上にも資する。
【００２９】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る被膜形成装置の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。また、本発明に係る被膜形成方法を実行するために設定される各種パラメータは、適宜変更可能である。
【実施例１】
【００３０】
上記実施形態に係る被膜形成装置Ｘ１を使用して、被処理品としてのソリッドスカートピストンのスカート部に固体潤滑材を噴射して被膜形成処理を行なった。本実施例では、タンク１および新材タンク６に蓄積する固体潤滑材として平均粒径が約２０μｍの二硫化モリブデンを用いた。本実施例では、固体潤滑材の付着量の下限値を１１０μｇ／ｃｍ2に設定し、被処理品の処理個数に対する付着量の推移が定常状態となるまで処理を継続した。当該定常状態における被膜形成処理条件（被処理品１個に対する作業条件）は、噴射ノズル３２からの固体潤滑材の噴射時間が３０秒、サイクルタイムが４０秒であった。また、補給手段７による新材の補給時間は固体潤滑材の噴射と同期した３０秒であり、新材の補給量は４０ｇ／回であった。図２は、固体潤滑材の付着量の分布を表すグラフである。同図の横軸は被処理品の処理個数であり、縦軸は当該処理個数に対応する各被処理品の固体潤滑材の付着量である。
【比較例１】
【００３１】
本比較例においては、実施例１と同様の被膜形成装置Ｘ１および固体潤滑材を使用し、実施例１と同様の被処理品に対して被膜形成処理を行なった。本比較例では、固体潤滑材の付着量の下限値を実施例１と同様の１１０μｇ／ｃｍ2に設定し、被処理品の処理個数に対する付着量の推移が定常状態となるまで処理を継続した。当該定常状態における被膜形成処理条件（被処理品１個に対する作業条件）は、噴射ノズル３２からの固体潤滑材の噴射時間が３０秒、サイクルタイムが４０秒であった。新材の供給態様については、実施例１と異なっていた。具体的には、補給手段７による供給は行わず、これに代えて、タンク１内の固体潤滑材の量が所定量を下回ったときに一定量の新材を纏めてタンク１に投入した。１回あたりの新材の投入量は、５ｋｇであった。図３は、ピストンの処理個数と、当該処理に対応する各ピストンの固体潤滑材の付着量との関係を示すグラフである。同図中の上部の矢印は、新材投入の時期を示す。
【００３２】
図２および図３を比較すると理解できるように、実施例１においては、比較例１に比べて固体潤滑材の付着量の変動が大幅に抑制されていた。これにより、付着量の狙い値を低くすることができた。即ち、付着量の変動が大きい比較例１では、付着量の平均値（約１５０μｇ／ｃｍ2）が比較的に大きくなるが、付着量の変動が小さい実施例１では、噴射時間を短縮することにより、付着量の平均値（約１３０μｇ／ｃｍ2）を比較的に小さくすることができた。これにより、実施例１では、比較例１に比べて固体潤滑材の消費量を抑制することができた。また、実施例１では、比較例１に比べて噴射時間が短縮されるのに応じてサイクルタイムも短縮され、被膜形成処理の効率が向上した。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る被膜形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】実施例１における固体潤滑材の付着量の分布を表すグラフである。
【図３】比較例１における固体潤滑材の付着量の分布を表すグラフである。
【図４】従来の被膜形成装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ｘ１    被膜形成装置
Ｌ２    配管（循環経路）
Ｐ      ピストン（被処理品）
１      タンク
【図１】
2007270172.tif 000003
【図２】
2007270172.tif 000004
【図３】
2007270172.tif 000005
【図４】
2007270172.tif 000006