表面加工裝置以及表面加工方法
【專利摘要】本發明為一種表面加工裝置以及表面加工方法，其通過使被施加于在等離子產生部（1）中所設置的導電性殼體（2）與棒狀電極（3）這兩個放電電極之間的主電壓的頻率、和被施加于導電性殼體（2）與被加工物（5）之間的偏壓的頻率有所不同，從而對通過等離子的照射而被形成在被加工物（5）的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
【專利說明】表面加工裝置以及表面加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種通過等離子的照射而對被加工物的表面進行加工的裝置以及方法。
【背景技術】
[0002]被安裝在內燃機的氣缸體的缸膛部分上的氣缸襯筒，由于要承受與活塞之間的滑動接觸，因此要求高耐磨性。為了提高像氣缸襯筒這樣的滑動部件的耐磨性,而要求耐熱粘性的提高和摩擦阻力的降低、以及對潤滑油消耗量的抑制，因此，與將其表面設為平滑面相t匕，優選為將其表面設為具有某種程度的凹凸的粗糙面。而且，作為為此而實施的表面加工方法，已知有通過等離子的照射來實施表面的粗面加工的技術。
[0003]作為照射等離子的等離子照射裝置，已知有使用在管狀的導電性殼體內配置了棒狀電極的槍型噴嘴的等離子照射裝置、和將板狀的電極對置配置的平行平板型的等離子照射裝置等。而且，在現有的專利文獻I?4中，記載有一種通過在放電電極與被加工物之間施加偏壓，從而使在大氣壓下的等離子的產生穩定、或使等離子的威力增大的技術。
[0004]在先技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2008-010373號公報
[0007]專利文獻2:日本特開2002-018276號公報
[0008]專利文獻3:日本特開2006-216468號公報
[0009]專利文獻4:日本特開平08-203869號公報
【發明內容】
[0010]發明所要解決的課題
[0011]但是，發明人等進行了實驗結果確認到了如下情況，即，在如圖5所示的、被形成有深度0.5微米以下的微小凹部的表面上，以大致I毫米間隔形成深于深度5微米的凹部的制品，非常適合于耐磨性的提高。但是，在使機油通過毛細管現象滲透至凹部的深部時，凹部的最深部必須成為銳角，而在加工中心(machining center)或激光加工機中，這種細微的加工是很困難的。
[0012]另一方面，如果使用等離子照射，則最深部將能夠形成銳角的凹部。然而，在上述這種現有的等離子處理技術中，現狀為，只能形成固定深度的凹部，而無法實現淺凹部和深凹部混合存在的表面加工。
[0013]本發明為鑒于這種實際情況而完成的發明，其目的在于，提供一種能夠很容易地對通過等離子照射而被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制的表面加工裝置以及表面加工方法。
[0014]用于解決課題的方法
[0015]為了實現上述目的，根據本發明的表面加工裝置為，通過等離子的照射而對被加工物的表面進行加工的裝置，其具備:等離子產生部，其對應于兩個電極間的電壓的施加而產生等離子；第一電源，其供給被施加于所述等離子產生部的所述兩個電極間的主電壓；第二電源，其供給被施加于所述等離子產生部的所述兩個電極之中的一個電極與所述被加工物之間的偏壓，所述表面加工裝置通過所述偏壓的電壓波形的設定，從而對通過所述等離子的照射而被形成在所述被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
[0016]通過偏壓的電壓波形，從而被照射在被加工物上的等離子的強弱的變化模式將被改變，進而將改變被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成模式。因此，通過對偏壓的電壓波形進行適當設定，從而能夠容易且適當地對通過等離子的照射而被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。因此，根據上述結構，能夠很容易地對通過等離子照射而被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
[0017]為了實現上述目的，根據本發明的另一個表面加工裝置為，通過等離子的照射而對被加工物的表面進行加工的裝置，其具備:等離子產生部，其對應于兩個電極間的電壓的施加而產生等離子；第一交流電源，其供給被施加于所述等離子產生部的所述兩個電極間的主電壓；第二交流電源，其供給被施加于所述等離子產生部的所述兩個電極之中的一個電極與所述被加工物之間的偏壓，所述表面加工裝置通過所述偏壓的頻率以及振幅中的至少一個的設定，從而對通過所述等離子的照射而被形成在所述被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
[0018]如果將偏壓的頻率設為與主電壓的頻率不同的頻率，則被照射到被加工物上的等離子的威力將周期性地變化，從而能夠使被形成在被加工物的表面上的凹部的深度周期性地變化。此外，通過使偏壓的振幅發生變化，被照射到被加工物上的等離子的威力也將發生變化，從而也能夠使被形成在被加工物的表面上的凹部的深度發生變化。而且，這種凹部的形成模式，通過使偏壓的頻率或振幅發生變化，從而能夠很容易地使其變化。因此，根據上述結構，能夠很容易地對通過等離子照射而被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
[0019]在這種本發明的表面加工裝置中，如果能夠以如下方式實施凹凸的形成形態的控制，則能夠提高被加工物的表面的耐磨性，所述方式為，在被加工物的表面上形成第一凹部，并且在該被加工物的表面上以固定的間隔形成深于第一凹部的第二凹部。而且，如果將第二凹部的深度設為5微米、將該第二凹部的間隔設為I毫米，則尤其能夠將被加工物的表面的耐磨性提高。
[0020]在這種本發明的表面加工裝置中，如果想要能夠較容易地對被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行調節，則只需具備將偏壓的電壓波形設為可變的波形可變部即可。
[0021 ] 此外，為了實現上述目的，以本發明為依據的其他的表面加工裝置為，通過等離子的照射而對被加工物的表面進行加工的裝置，其具備:等離子產生部，其對應于兩個電極間的電壓的施加而產生等離子；第一交流電源，其供給被施加于所述等離子產生部的所述兩個電極間的主電壓；第二交流電源，其供給被施加于所述等離子產生部的所述兩個電極之中的一個電極與所述被加工物之間的、與所述主電壓不同頻率的偏壓。
[0022]如果將偏壓的頻率設為與主電壓的頻率不同的頻率，則被照射在被加工物上的等離子的威力將周期性地變化，從而能夠使被形成在被加工物的表面上的凹部的深度周期性地變化。而且，這種凹部的形成模式，通過使偏壓的頻率發生變化，從而能夠很容易地使其變化。因此，根據上述結構，能夠很容易地對通過等離子照射而被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
[0023]另外，為了提高被加工物的表面的耐磨性，優選為，以如下方式對主電壓的頻率以及偏壓的頻率進行設定，即，在被加工物的表面上形成第一凹部，并且在該被加工物的表面上以固定的間隔形成深于所述第一凹部的第二凹部。而且，如果將第二凹部的深度設為5微米、將該第二凹部的間隔設為I毫米，則尤其能夠將被加工物的表面的耐磨性提高。
[0024]在這種本發明的表面加工裝置中，如果想要較容易地對被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行調節，則可以具備將第二交流電源的頻率設為可變的頻率可變部。
[0025]另外，上述這樣的本發明的表面加工裝置能夠通過構成如下的等離子產生部從而將其實現，即，所述等離子產生部具備例如在內部形成有空間的導電性殼體、和被配置于該殼體的內部的棒狀電極，以作為上述兩個電極，并且所述等離子產生部通過在所述導電性殼體與所述棒狀電極之間施加了所述主電壓的狀態下將等離子原料氣體注入到所述導電性殼體內，從而產生等離子。此外，也可以通過構成如下的等離子產生部從而將其實現，即，所述等離子產生部具備被平行地對置的一對平板電極，以作為上述兩個電極，并且所述等離子產生部通過在對這些平板電極間施加了主電壓的狀態下將等離子原料氣體注入到該一對平板電極之間，從而產生等離子。
[0026]此外，如果想要有效地實施被形成為圓管形狀的被加工物的內周面的表面加工，則可以通過將等離子產生部插入到被形成為圓管形狀的被加工物的內部，并且使該被加工物與等離子產生部進行相對旋轉，從而對被加工物的內周面進行加工。而且，如果通過將被固定在旋轉部件上且被配置為能夠朝向該旋轉部件的旋轉方向外周照射等離子的等離子產生部插入至被形成為圓管形狀的被加工物的內部，并且在從等離子產生部照射等離子的同時使旋轉部件進行旋轉，從而對被加工物的內周面進行加工，則也能夠提高其加工效率。此外，如果想要更進一步提高加工效率，則可以在旋轉部件上固定多個等離子產生部。而且，如果將被形成為中空的旋轉部件的旋轉軸設為向等離子產生部供給等離子原料氣體的供給路徑，則將會使向進行旋轉的等離子產生部的等離子原料氣體的供給變得容易。
[0027]另外，這種本發明的表面加工裝置適合于被加工物的滑動面的加工。此外，本發明的表面加工裝置適合于鋁合金制的發動機部件的加工，特別是發動機的密封部件，最適于例如發動機的氣缸襯筒的加工。
[0028]此外，為了實現上述目的，以本發明為依據的表面加工方法為，將對應于向兩個電極之間的主電壓的施加而產生的等離子照射到被加工物的表面上從而實施所述被加工物的表面的加工的方法，其中，通過被施加于所述兩個電極之中的一個電極與所述被加工物之間的偏壓的電壓波形的設定，從而對通過所述等離子的照射而被形成在所述被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
[0029]通過偏壓的電壓波形，從而被照射在被加工物上的等離子的強弱的變化模式將被改變，進而將改變被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成模式。因此，通過對偏壓的電壓波形進行適當設定，從而能夠容易且適當地對通過等離子的照射而被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。因此，根據上述表面加工方法，能夠很容易地對通過等離子照射而被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
[0030]此外，為了實現上述目的，以本發明為依據的另一個表面加工方法為，將對應于向兩個電極之間的主電壓的施加而產生的等離子照射到被加工物的表面上從而實施所述被加工物的表面的加工的方法，其中，通過在所述兩個電極之中的一個電極與所述被加工物之間施加偏壓，并且作為交流電壓而被供給的所述主電壓的頻率、以及同樣作為交流電壓而被供給的所述偏壓的頻率的設定，從而對通過所述等離子的照射而被形成在所述被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
[0031]如果將偏壓的頻率設為與主電壓的頻率不同的頻率，則被照射到被加工物上的等離子的威力將周期性地變化，從而能夠使被形成在被加工物的表面上的凹部的深度周期性地變化。而且，這種凹部的形成模式，通過使偏壓的頻率發生變化，從而能夠很容易變化。因此，根據上述表面加工方法，能夠很容易地對通過等離子照射而被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
[0032]另外，為了提高被加工物的表面的耐磨性，可以以如下方式實施凹凸的形成形態的控制，即，在被加工物的表面上形成第一凹部，并且在該被加工物的表面上以固定的間隔形成深于第一凹部的第二凹部。而且，如果將第二凹部的深度設為5微米、將該第二凹部的間隔設為I毫米，則尤其能夠將被加工物的表面的耐磨性提高。
[0033]此外，在這種本發明的表面加工方法中，如果想要較容易地對被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行調節，則可以將偏壓的電壓波形設為可變。
[0034]此外，為了實現上述目的，以本發明為依據的另外的表面加工方法為，將對應于向兩個電極之間的主電壓的施加而產生的等離子照射到被加工物的表面上從而實施所述被加工物的表面的加工的方法，其中，在所述兩個電極中的一個電極與所述被加工物之間施加偏壓，并且使作為交流電壓而被供給的所述主電壓的頻率、與同樣作為交流電壓而被供給的所述偏壓的頻率不同。
[0035]如果將偏壓的頻率設為與主電壓的頻率不同的頻率，則被照射到被加工物上的等離子的威力將周期性地變化，從而能夠使被形成在被加工物的表面上的凹部的深度周期性地變化。而且，這種凹部的形成模式，通過使偏壓的頻率發生變化，從而能夠很容易變化。因此，根據上述表面加工方法，能夠很容易地對通過等離子照射而被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
[0036]另外，為了提高被加工物的表面的耐磨性，可以以如下方式實施凹凸的形成形態的控制，即，在被加工物的表面上形成第一凹部，并且在該被加工物的表面上以固定的間隔形成深于第一凹部的第二凹部。而且，如果將第二凹部的深度設為5微米、將該第二凹部的間隔設為I毫米，則尤其能夠將被加工物的表面的耐磨性提高。
[0037]此外，在這種本發明的表面加工方法中，如果想要較容易地對被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行調節，則可以將偏壓的頻率設為可變。
[0038]以上的這種本發明的表面加工方法可以通過如下方式將其實現，即，將例如在內部形成有空間的導電性殼體、和被配置于該殼體的內部的棒狀電極作為兩個電極，并且通過在對所述導電性殼體與所述棒狀電極之間施加了主電壓的狀態下將等離子原料氣體注入到導電性殼體內，從而產生等離子。此外，也可以通過如下方式將其實現，即，將被平行地對置的一對平板電極作為兩個電極，并且通過在對平板電極之間施加了主電壓的狀態下將等離子原料氣體注入到該一對平板電極之間，從而產生等離子。
[0039]另外，這種本發明的表面加工方法適合于被加工物的滑動面的加工。此外，本發明的表面加工裝置適合于鋁合金制的發動機部件的加工，特別是發動機的密封部件，最適于例如發動機的氣缸襯筒的加工。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0040]圖1為模式化地表示本發明的第一實施方式所涉及的表面加工裝置的結構的略圖。
[0041]圖2為模式化地表示本發明的第二實施方式所涉及的表面加工裝置的結構的略圖。
[0042]圖3為模式化地表示本發明的第三實施方式所涉及的表面加工裝置的結構的略圖。
[0043]圖4為表示沿著圖3中的A-A線的等離子產生部的截面結構的剖視圖。
[0044]圖5為表示具有高耐磨性的表面的凹凸形狀的剖視圖。
【具體實施方式】
[0045](第一實施方式)
[0046]以下，參照圖1，對將本發明具體化了的第一實施方式進行詳細說明。本實施方式的表面加工裝置、表面加工方法的目的在于，通過等離子照射而在被加工物的滑動面上實施用于提高耐磨性的表面處理，并且成為在例如鋁合金制氣缸襯筒這種發動機的密封部件的滑動面的表面加工中所使用的表面加工裝置、表面加工方法。
[0047]如圖1所示，本實施方式的表面加工裝置的等離子產生部I具備導電性殼體2和棒狀電極3這兩個放電電極，所述導電性殼體2呈越往尖端越細的大致圓管形狀并且在內部形成有空間，所述棒狀電極3被配置于該導電性殼體2的內部。在導電性殼體2與棒狀電極3之間，被施加有由第一電源、或者作為第一交流電源的第一交流電源4所產生的正弦波交流的主電壓。
[0048]在等離子產生部I的下方配置有可動工作臺6，在可動工作臺6的上表面上配置有被加工物5。而且，在可動工作臺6以及被加工物5與上述導電性殼體2之間，被施加有由第二電源、或者作為第二交流電源的第二交流電源8所產生的正弦波交流的偏壓。另外，在本實施方式中，被施加在可動工作臺6以及被加工物5與上述導電性殼體2之間的偏壓的頻率，能夠通過作為波形可變部或者頻率可變部的變換器7而進行變更。
[0049]接下來，對以上述方式而構成的本實施方式的作用進行說明。
[0050]在被加工物5的表面加工時，在等離子產生部I的導電性殼體2與棒狀電極3之間被施加有主電壓。此外，與此同時，在導電性殼體2與被加工物5之間，經由可動工作臺6而被施加有與主電壓不同頻率的偏壓。
[0051]如果在該狀態下從等離子產生部I的上部向導電性殼體2的內部供給等離子原料氣體，則將通過被施加在導電性殼體2與棒狀電極3之間的主電壓從而產生等離子。而且，該等離子將從等離子產生部I的頂端朝向被加工物5而被放出。另外，在本實施方式中，作為等離子原料氣體使用了壓縮空氣。[0052]通過在如此向被加工物5照射等離子流的同時，使可動工作臺6以預定的速度進行移動，從而使等離子產生部I與被加工物5之間的相對位置發生位移，進而使被加工物5的表面的等離子照射位置進行移動，由此實施了被加工物5的表面加工。
[0053]在此，在該表面加工裝置中，由于在導電性殼體2與被加工物5之間被施加有偏壓，因此通過等離子產生部I產生的等離子將被該偏壓吸引到被加工物5上。因此，與未施加偏壓的情況相比，將有強力的等離子流照射到被加工物5的表面上。此外，由于偏壓為交流電壓，因此在被照射到被加工物5的表面上的等離子流中會產生強弱，由此將在被加工物5的表面上形成較小的凹凸。
[0054]而且，在本實施方式中，由于偏壓的頻率被設為與主電壓的頻率不同，因此通過偏壓與主電壓之間的頻率差，從而將以固定的周期而瞬時性地增大等離子流的勢力。而且，通過此時的強等離子流，從而將在被加工物5的表面上以固定的間隔形成較深的凹部。
[0055]在本實施方式中，將主電壓的頻率設為20kHz、將偏壓的頻率設為17kHz、將可動工作臺6的移動速度設為10毫米每秒，來實施被加工物5的表面加工。在這種情況下，能夠在圖5所示的、被形成有深度0.5微米以下的微小凹部的表面上，以大致I毫米間隔而形成深度5微米的深凹部。順帶說明，可以確認到，通過這種表面加工，鋁合金的維氏硬度從處理前的100?110變化為處理后的180?190。
[0056]根據以上的本實施方式，能夠起到如下的效果。
[0057](I)通過改變主電壓與偏壓的頻率，從而能夠在被形成有微小凹部的被加工物5的表面上，以固定的間隔形成深凹部。在這樣的表面上，由于機油通過毛細管現象而滲透到了該深凹部的深部，因此提高了機油的保持性，進而提高了耐磨性。
[0058](2)在本實施方式中，由于僅通過改變偏壓的頻率，就能夠使等離子流的強弱模式發生變化，并且進而能夠使被形成在被加工物5的表面上的凹凸的模式發生變化，因此能夠很容易地對被形成在被加工物5的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
[0059](3)通過在被形成有0.5微米以下的微小的第一凹部的被加工物5的表面上，以I毫米間隔而形成深于深度5微米的第二凹部的方式來實施由等離子照射實現的表面加工，從而能夠大幅提高被加工物5的耐磨性。
[0060](第二實施方式)
[0061]接下來，參照圖2，對將本發明具體化了的第二實施方式進行詳細說明。在本實施方式中，對于與上述實施方式相同的結構標記共同的符號并且省略其詳細說明。另外，本實施方式的表面加工裝置為，相對于第一實施方式的裝置而將其等離子產生部的結構變更了的裝置。
[0062]如圖2所示，本實施方式的表面加工裝置的等離子產生部10具備被平行地對置的一對平板電極11、12，以作為兩個放電電極，并且所述等離子產生部10通過在這兩個平板電極11、12之間施加了主電壓的狀態下將等離子原料氣體注入到該一對平板電極之間，從而產生等離子。此外，在該表面加工裝置中，在平板電極中的一個電極(11)與被加工物5之間，被施加有第二交流電源8所產生的偏壓。而且，該偏壓的頻率被設為，能夠通過變換器7而進行變更。
[0063]通過具備以此方式而構成的等離子產生部10的表面加工裝置，也能夠實施與第一實施方式的裝置相同的表面加工。因此，通過施加與主電壓的頻率不同頻率的偏壓，從而能夠在被照射到被加工物5上的等離子流的勢力中附有強弱，進而能夠在被形成有微小的第一凹部的被加工物5的表面上，以固定的間隔而形成更深的第二凹部。
[0064](第三實施方式)
[0065]接下來，參照圖3以及圖4，對將本發明具體化了的第三實施方式進行詳細說明。在本實施方式中，對于與上述實施方式相同的結構標記共同的符號并省略其詳細說明。另夕卜，本實施方式的表面加工裝置為，適合于例如氣缸襯筒這種圓管形狀的部件的內周面的加工的表面加工裝置。
[0066]如圖3所示，本實施方式的表面加工裝置的等離子照射裝置20具備:被固定有多個等離子產生部28的圓筒狀的旋轉部件21、和與該旋轉部件21成為一體而進行旋轉的中空圓管形狀的旋轉軸22。旋轉部件21被設為，能夠與旋轉軸22 —體旋轉且能夠在其旋轉軸方向上進行位移，并且被設為，能夠以對應于其軸向上的位移的方式而插入到作為被加工物的氣缸襯筒24的內部。另外，在本實施方式中，等離子原料氣體將穿過被形成為中空的旋轉軸22的內部從而分別被供給到各個等離子產生部28中。
[0067]在該表面加工裝置中，在被設置在旋轉部件21上的各個等離子產生部28的、后文敘述的兩個放電電極上，被施加有第一交流電源23所產生的正弦波交流的主電壓。此外，在這種等離子產生部28的放電電極中的一個電極(導電性殼體26)與氣缸襯筒24之間，被施加有第二交流電源25所產生的正弦波交流的偏壓。
[0068]如圖4所示，在旋轉部件21的內部，以圍繞其旋轉軸分別隔開90°的間隔的方式而固定有四個等離子產生部28。各個等離子產生部28呈越往尖端越細的大致圓管形狀，并且分別具備在內部形成有空間的導電性殼體26、和被配置于該導電性殼體26的內部的棒狀電極27這兩個放電電極。另外，在該表面加工裝置中采用了如下結構，即，這樣四個等離子產生部28在旋轉部件21的旋轉軸向上設置有三列，從而共計12個的等離子產生部28被固定在旋轉部件21上。
[0069]接下來，對以上方式所構成的本實施方式的作用進行說明。
[0070]在氣缸襯筒24的內周面的表面加工時，等離子照射裝置20的旋轉部件21被插入到氣缸襯筒24的內部。而且，通過在對等離子產生部28的導電性殼體26與棒狀電極27之間施加了主電壓的狀態下，將旋轉軸22作為供給路徑并將等離子原料氣體注入到各個等離子產生部28中，從而從各個等離子產生部28的頂端放出等離子流。而且，通過在使旋轉部件21在其旋轉軸方向上進行位移的同時進行旋轉，從而能夠依次向氣缸襯筒24的內周面照射等離子。
[0071]此時，在該表面加工裝置中，在等離子產生部28的導電性殼體26與氣缸襯筒24之間被施加有偏壓。因此，通過等離子產生部28產生的等離子將被該偏壓吸引到氣缸襯筒24上，從而與未施加偏壓的情況相比，將有強力的等離子流被照射到氣缸襯筒24的內周面上。此外，由于偏壓為交流電壓，因此在被照射到氣缸襯筒24的內周面上的等離子流中會產生強弱，由此能夠在氣缸襯筒24的內周面上形成較小的凹凸。
[0072]而且，在本實施方式中，由于偏壓的頻率被設為與主電壓的頻率不同，因此通過偏壓與主電壓的頻率差，從而等離子流的勢力將以固定的周期瞬時性地增大。而且，通過此時的強等離子流，從而將在氣缸襯筒24的內周面上以固定的間隔而形成較深的凹部。
[0073]在這種結構的本實施方式中，主電壓的頻率被設為20kHz、偏壓的頻率被設為17kHz。此外，以使等離子產生部28與氣缸襯筒24之間的相對移動的速度為10毫米每秒的方式，來設定旋轉部件21的旋轉速度。因此，即使在本實施方式中，也能夠如圖5所示，在被形成有深度0.5微米以下的微小凹部的表面上，以大致I毫米間隔而形成深度5微米的深凹部。
[0074]根據以上的本實施方式，除上述(I)~(3)所記載的效果之外，還能夠起到如下的效果。
[0075](4)在本實施方式中，通過將等離子產生部28插入至被形成為圓管形狀的氣缸襯筒24內部，并且使氣缸襯筒24與等離子產生部28進行相對旋轉，從而對氣缸襯筒24的內周面進行加工。更詳細而言，是將被固定在旋轉部件21上且被配置為能夠朝向該旋轉部件21的旋轉方向外周照射等離子的等離子產生部28，插入至被形成為圓管形狀的氣缸襯筒24的內部。而且，通過在從等離子產生部28照射等離子的同時使旋轉部件21進行旋轉，從而實施氣缸襯筒24的內周面的加工。而且，在本實施方式中，在旋轉部件21上固定有多個等離子產生部28。因此，能夠有效地對被形成為圓管形狀的氣缸襯筒24的內周面進行加工。
[0076](5)在本實施方式中，由于將被形成為中空的旋轉部件21的旋轉軸22設為向等離子產生部28供給等離子原料氣體的供給路徑，因此能夠實施容易且可靠地向被旋轉的等離子產生部28的等離子原料氣體的供給。
[0077](6)能夠在短時間內對氣缸襯筒24的內周面的整體進行加工，從而能夠提高生產性。
[0078]以上所說明的各個實施方式也能夠以如下方式進行變更并實施。
[0079].雖然在第三實施方式中，將被形成為中空的旋轉軸22的內部設為供給路徑，以向各個等離子產生部28供給等離子原料氣體，但如果可能的話也可以從其他路徑實施等離子原料氣體的供給。
[0080]?雖然在第三實施方式中，將12個等離子產生部28固定在了旋轉部件21上，但被固定在旋轉部件21上的等離子產生部28的數量和位置可以任意適當地進行變更。
[0081]?雖然在第三實施方式中，作為等離子產生部28而使用了在管狀的導電性殼體26的內部配置了棒狀電極27的槍型噴嘴，但也可以采用如第二實施方式那樣的平行平板型的結構等其他類型的等離子產生部。
[0082].雖然在第三實施方式中，對實施氣缸襯筒24的內周面的表面加工的情況進行了說明，但如果是被形成為圓管形狀的物體，則該實施方式的表面加工裝置以及表面加工方法也可以應用于氣缸襯筒24以外的被加工物的內周面的表面加工中。
[0083].雖然在上述實施方式中，在被形成有深度0.5微米以下的微小凹部的表面上，以大致I毫米間隔形成了深度5微米的深凹部，但也可以將被加工物的表面加工為除此之外的形狀。即，根據本發明的表面加工裝置、表面加工方法，能夠很容易地對通過等離子的照射而被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行調節，從而能夠很容易獲得對應于需要的表面特性。
[0084].雖然在上述實施方式中，將主電壓的頻率設為了 20kHz、將偏壓的頻率設為了17kHz，但對于這些頻率而言，其可以根據作為需要的表面特性而適當地進行變更。
[0085].雖然在上述實施方式中，將等離子產生部相對于被加工物的相對移動速度設為了 10毫米每秒，但該相對位移速度可以根據作為需要的表面特性而適當地進行變更。
[0086].雖然在上述實施方式中，將偏壓的頻率設為了可變，但在加工對象固定的情況下，也可以使偏壓的頻率固定。即使在該情況下，如果偏壓的頻率與主電壓的頻率不同，則也能夠使被照射在被加工物上的等離子的勢力周期性地變化，從而使被形成在被加工物的表面上的凹凸的模式周期性地變化。而且，如果主電壓的頻率與偏壓的頻率被設定得適當，則能夠以確保高耐磨性的方式實施表面加工。 [0087].雖然在上述實施方式中，是利用偏壓的頻率來對通過等離子的照射而被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制的，但通過使偏壓的振幅變化也能夠實施該控制。例如在將主電壓的頻率以及振幅設為固定的狀態下，如果使偏壓的振幅周期性變化，則被照射到被加工物上的等離子的強度也將發生周期性變化，從而使得被形成在被加工物的表面上的凹部的深度周期性變化。
[0088].雖然在上述實施方式中，在主電壓、偏壓中使用了正弦波交流的電壓，但這些電壓波形也可以變更為矩形波交流、三角波交流等任意波形的電壓。總之，如果變更了偏壓的電壓波形，則通過等離子產生部而被產生的等離子的強弱的變化模式也將改變，進而被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成模式也將改變。因此，通過對偏壓的電壓波形進行適當設定，從而能夠容易且適當地對通過等離子的照射而被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。另外，即使在該情況下，如果預先將偏壓的電壓波形設為可變，則也能夠很容易地對被形成在被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行變更。
[0089].雖然在上述實施方式中，作為等離子原料氣體使用了壓縮空氣，但也可以使用氦、氖、氬、氮等的其他氣體。
[0090].雖然本發明的表面加工裝置以及表面加工方法適于例如氣缸襯筒這樣的鋁合金制的發動機部件或發動機的密封部件的表面加工，但在除此之外的被加工物、例如由鐵這樣的鋁合金以外的材質構成的被加工物的表面加工中，也能夠應用本發明的表面加工裝置以及表面加工方法。
[0091]符號說明
[0092]I…等離子產生部；2…導電性殼體(兩個電極)；3…棒狀電極倆個電極)；4…第一交流電源(第一電源、第一交流電源)；5…被加工物；6…可動工作臺；7…變換器(波形可變部、頻率可變部)；8…第二交流電源(第二電源、第二交流電源)；10…等離子產生部；1L...平板電極(兩個電極)；12…平板電極(兩個電極)；20…等離子照射裝置；21…旋轉部件；22...旋轉軸；23…第一交流電源(第一電源、第一交流電源)；24…氣缸襯筒(被加工物、鋁合金制的發動機部件、發動機的密封部件)；25…第二交流電源(第二電源、第二交流電源)；26…導電性殼體(兩個電極)；27…棒狀電極(兩個電極)；28…等離子產生部。
【權利要求】
1.一種表面加工裝置，其為通過等離子的照射而對被加工物的表面進行加工的裝置，其特征在于，具備: 等離子產生部，其對應于兩個電極間的電壓的施加而產生等離子； 第一電源，其供給被施加于所述等離子產生部的所述兩個電極間的主電壓； 第二電源，其供給被施加于所述等離子產生部的所述兩個電極之中的一個電極與所述被加工物之間的偏壓， 所述表面加工裝置通過所述偏壓的電壓波形的設定，從而對通過所述等離子的照射而被形成在所述被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
2.一種表面加工裝置，其為通過等離子的照射而對被加工物的表面進行加工的裝置，其特征在于，具備: 等離子產生部，其對應于兩個電極間的電壓的施加而產生等離子； 第一交流電源，其供給被施加于所述等離子產生部的所述兩個電極間的主電壓；第二交流電源，其供給被施加于所述等離子產生部的所述兩個電極之中的一個電極與所述被加工物之間的偏壓， 所述表面加工裝置通過所述偏壓的頻率以及振幅的變化中的至少一個的設定，從而對通過所述等離子的照射而被形成在所述被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
3.如權利要求1或2所述的表面加工裝置，其中， 所述凹凸的形成形態的控制以如下方式來實施，即，在所述被加工物的表面上形成第一凹部，并且在該被加工物的表面上以固定的間隔形成深于所述第一凹部的第二凹部。
4.如權利要求3所述的表面加工裝置，其中， 所述第二凹部的深度被設為5微米，該第二凹部的間隔被設為I毫米。
5.如權利要求1~4中任意一項所述的表面加工裝置，其中， 具備波形可變部，所述波形可變部將所述偏壓的電壓波形設為可變。
6.一種表面加工裝置，其為通過等離子的照射而對被加工物的表面進行加工的裝置，其特征在于，具備: 等離子產生部，其對應于兩個電極間的電壓的施加而產生等離子； 第一交流電源，其供給被施加于所述等離子產生部的所述兩個電極間的主電壓；第二交流電源，其供給被施加于所述等離子產生部的所述兩個電極之中的一個電極與所述被加工物之間的、與所述主電壓不同頻率的偏壓。
7.如權利要求6所述的表面加工裝置，其中， 所述主電壓的頻率以及所述偏壓的頻率被設定為，在所述被加工物的表面上形成第一凹部，并且在該被加工物的表面上以固定的間隔形成深于所述第一凹部的第二凹部。
8.如權利要求7所述的表面加工裝置，其中， 所述第二凹部的深度被設為5微米，該第二凹部的間隔被設為I毫米。
9.如權利要求6~8中任意一項所述的表面加工裝置,其中， 具備頻率可變部，所述頻率可變部將所述第二交流電源的頻率設為可變。
10.如權利要求1~9中任意一項所述的表面加工裝置，其中， 所述等離子產生部具備在內部形成有空間的導電性殼體、和被配置于該殼體的內部的棒狀電極，以作為所述兩個電極，并且所述等離子產生部通過在對所述導電性殼體與所述棒狀電極之間施加了所述主電壓的狀態下將等離子原料氣體注入到所述導電性殼體內，從而產生等離子。
11.如權利要求1~9中任意一項所述的表面加工裝置，其中， 所述等離子產生部具備被平行地對置的一對平板電極，以作為所述兩個電極，并且所述等離子產生部通過在對所述平板電極之間施加了所述主電壓的狀態下將等離子原料氣體注入到該一對平板電極之間，從而產生等離子。
12.如權利要求1~11中任意一項所述的表面加工裝置，其中， 通過將所述等離子產生部插入至被形成為圓管形狀的所述被加工物的內部，并且使該被加工物與所述等離子產生部進行相對旋轉，從而對所述被加工物的內周面進行加工。
13.如權利要求1~11中任意一項所述的表面加工裝置，其中， 所述表面加工裝置通過將被固定在旋轉部件上且被配置為能夠朝向該旋轉部件的旋轉方向外周照射所述等離子的所述等離子產生部插入至被形成為圓管形狀的所述被加工物的內部，并且在從所述等離子產生部照射所述等離子的同時使所述旋轉部件進行旋轉，從而對所述被加工物的內周面進行加工。
14.如權利要求13所述的表面加工裝置，其中， 在所述旋轉部件上固定有多個所述等離子產生部。
15.如權利要求13或 14所述的表面加工裝置，其中， 被形成為中空的所述旋轉部件的旋轉軸被設為，向所述等離子產生部供給等離子原料氣體的供給路徑。
16.如權利要求1~15中任意一項所述的表面加工裝置，其中， 該表面加工裝置對所述被加工物的滑動面進行加工。
17.如權利要求1~16中任意一項所述的表面加工裝置，其中， 所述被加工物為鋁合金制的發動機部件。
18.如權利要求1~17中任意一項所述的表面加工裝置，其中， 所述被加工物為發動機的密封部件。
19.如權利要求1~18中任意一項所述的表面加工裝置，其中， 所述被加工物為發動機的氣缸襯筒。
20.一種表面加工方法，其為將對應于向兩個電極之間的主電壓的施加而產生的等離子照射到被加工物的表面上從而實施所述被加工物的表面的加工的方法，其特征在于， 通過被施加于所述兩個電極之中的一個電極與所述被加工物之間的偏壓的電壓波形的設定，從而對通過所述等離子的照射而被形成在所述被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
21.一種表面加工方法，其為將對應于向兩個電極之間的主電壓的施加而產生的等離子照射到被加工物的表面上從而實施所述被加工物的表面的加工的方法，其特征在于， 通過在所述兩個電極之中的一個電極與所述被加工物之間施加偏壓，并且作為交流電壓而被供給的所述主電壓的頻率、以及同樣作為交流電壓而被供給的所述偏壓的頻率的設定，從而對通過所述等離子的照射而被形成在所述被加工物的表面上的凹凸的形成形態進行控制。
22.如權利要求20或21所述的表面加工方法，其中，所述凹凸的形成形態的控制以如下方式來實施，即，在所述被加工物的表面上形成第一凹部，并且在該被加工物的表面上以固定的間隔形成深于所述第一凹部的第二凹部。
23.如權利要求22所述的表面加工方法，其中， 將所述第二凹部的深度設為5微米，將該第二凹部的間隔設為I毫米。
24.如權利要求20~23中任意一項所述的表面加工方法，其中， 將所述偏壓的電壓波形設為可變。
25.一種表面加工方法，其為將對應于向兩個電極之間的主電壓的施加而產生的等離子照射到被加工物的表面上從而實施所述被加工物的表面的加工的方法，其特征在于， 在所述兩個電極中的一個電極與所述被加工物之間施加偏壓，并且使作為交流電壓而被供給的所述主電壓的頻率、與同樣作為交流電壓而被供給的所述偏壓的頻率不同。
26.如權利要求25所述的表面加工方法，其中， 將所述主電壓的頻率以及所述偏壓的頻率設定為，在所述被加工物的表面上形成第一凹部，并且在該被加工物的表面上以固定的間隔形成深于所述第一凹部的第二凹部。
27.如權利要求26所述的表面加工方法，其中， 將所述第二凹部的深度設為5微米，將該第二凹部的間隔設為I毫米。
28.如權利要求25~27中任意一項所述的表面加工方法，其中， 將所述偏壓的頻率設為可變。·
29.如權利要求20~28中任意一項所述的表面加工方法，其中， 將在內部形成有空間的導電性殼體、和被配置于該殼體的內部的棒狀電極作為所述兩個電極，并且通過在對所述導電性殼體與所述棒狀電極之間施加了所述主電壓的狀態下將等離子原料氣體注入到所述導電性殼體內，從而產生等離子。
30.如權利要求20~28中任意一項所述的表面加工方法，其中， 將被平行地對置的一對平板電極作為所述兩個電極，并且通過在對所述平板電極之間施加了所述主電壓的狀態下將等離子原料氣體注入到該一對平板電極之間，從而產生等離子。
31.如權利要求20~30中任意一項所述的表面加工方法，其中， 通過該表面加工方法對所述被加工物的滑動面進行加工。
32.如權利要求20~31中任意一項所述的表面加工方法，其中， 所述被加工物為鋁合金制的發動機部件。
33.如權利要求20~32中任意一項所述的表面加工方法，其中， 所述被加工物為發動機的密封部件。
34.如權利要求20~33中任意一項所述的表面加工方法，其中， 所述被加工物為發動機的氣缸襯筒。
【文檔編號】H05H1/24GK103597912SQ201180071576
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2011年6月13日 優先權日:2011年6月13日
【發明者】小林岳人, 上野紀幸, 倉地克彌 申請人:豐田自動車株式會社