CN101418426B - 喷镀膜形成方法以及喷镀膜形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供喷镀膜形成方法以及喷镀膜形成装置，可抑制作业时间和所使用的喷镀用材料的增加，并且使圆形孔的轴向端部的膜厚与其他部位相等。该喷镀膜形成装置使喷镀枪(5)在缸筒(3)内一边旋转一边沿轴向移动的状态下，在缸筒内表面(3a)上形成喷镀膜(7)。此时，利用吸引装置(49)来吸引缸筒(3)内的空气使空气在缸筒(3)内进行流动，以防止将异物卷入到喷镀膜(7)中。存在缸筒(3)内的空气流速快于吸引侧的轴向端部的规定区域A的流速的倾向，在受到其较快的流速、缸筒形状等的影响下，使得在喷镀膜(7)容易变薄的规定区域A的作为喷镀用材料的金属丝(11)向喷镀枪(5)的供给速度快于其他部位的供给速度。由此，可加厚规定区域(A)上的喷镀膜(7)的膜厚且使整个膜厚均匀化。

Description

喷镀膜形成方法以及喷镀膜形成装置

技术区域

本发明涉及一种使一边熔融所供给的喷镀用材料一边喷射该熔融的喷镀用材料的喷镀枪在圆形孔内旋转以及沿轴向移动，而在该圆形孔的内表面上形成喷镀膜的喷镀膜形成方法以及喷镀膜形成装置。

背景技术

从提高内燃机的输出、油耗性能、排气性能或使其小型化、轻量化的方面出发，对适用于废止铝制缸体的缸筒部的气缸套的设计要求极高，作为其替代技术之一，推进了在铝制缸筒的内表面形成由铁系材料构成的喷镀膜的喷镀技术的应用(例如参照下述专利文献1)。

专利文献1：日本特开2006-291336号公报

在此，在形成喷镀膜时，使喷镀枪一边进行旋转一边沿缸筒的轴向移动，此时，为了防止氧化物等异物被卷入到喷镀膜中，有时也如上述专利文献1所述，一边使气体在缸筒内流动一边实施上述操作。

此时，例如利用风扇等吸引装置从缸筒的轴向一侧端部吸引空气，由此使空气在缸筒内流动而产生气流，此时也受缸筒形状等的影响，而存在空气在吸引侧的端部附近的流速比其他部位快的倾向。

在这样的情况下，有时会使上述空气流速快一侧的端部附近的喷镀膜的膜厚因为其所喷射的喷镀用材料受到气流流动的影响而变得比其他部位更薄。

因此，在这样的现状中，为了在形成喷镀膜后再经过珩磨加工等精加工之后可获得规定的膜厚，需要使上述膜厚变薄的部位进一步加厚，与此相应地使其他部位产生超出需要的厚度，因为要使变薄的部位加厚而使整个膜的厚度进一步加厚，这样导致了喷镀时间的增加、其后的精加工时间的增加以及所使用的喷镀用材料的增多。

发明内容

因此，本发明目的在于抑制作业时间以及所使用的喷镀用材料的增加，并且使圆形孔的轴向端部的膜厚与其他部位相等。

本发明的特征在于，使一边熔融所供给的喷镀用材料一边喷射该熔融的喷镀用材料的喷镀枪在圆形孔内旋转以及沿轴向移动，而在该圆形孔的内表面上形成喷镀膜，此时使喷镀枪在圆形孔的轴向端部喷射到圆形孔内表面的单位面积上的喷镀用材料喷射量多于其他部位的喷射量。

根据本发明，通过使向喷镀膜膜厚容易变薄的圆形孔的轴向端部的喷镀用材料喷射量多于其他部位的材料喷射量，来使圆形孔内表面上的喷镀膜整体上变得均匀化。此时，因为喷镀用材料喷射量的增加只在圆形孔的轴向端部进行，所以可抑制为使容易变薄的部位变厚而使膜整体的膜厚进一步加厚所引起的喷镀时间、精加工时间的增加以及所使用的喷镀用材料的增多。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的喷镀膜形成装置的简化的整体结构图。

图2是表示将喷镀膜的周围部位放大的剖视图。

图3的(a)是表示使喷镀枪相对于缸筒的轴向全长进行1次往复喷射时的轴向移动的形态的动作说明图；图3的(b)是表示与(a)之外的另一例的动作说明图；图3的(c)表示与(a)之外的再一例的动作说明图。

具体实施方式

以下，依据附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明的第1实施方式的喷镀膜形成装置的简化的整体结构图，利用喷镀枪5，在发动机的铝合金制缸体1中的缸筒3的缸筒内表面3a上形成喷镀膜7。在此，由缸筒3构成圆形孔，由缸筒内表面3a构成圆形孔内表面。

在图1中，在喷镀枪5的与下端侧相对应的顶端侧具有喷镀喷嘴部9，将由铁系金属构成的作为喷镀用材料的金属丝11从图1中的上端插入到该喷镀枪5内，而供给到喷镀喷嘴部9。

喷镀枪5从喷镀喷嘴部9侧起分别具有旋转部12、气体配管连接部13以及作为材料供给装置的金属丝进给部15。在旋转部12的气体配管连接部13附近的外周设置有从动皮带轮17，而使驱动皮带轮21与作为喷镀枪动作装置的旋转驱动电动机19连结，所述各皮带轮17、21通过连结皮带23而相互连结起来。利用作为喷镀枪动作控制装置的控制装置25对旋转驱动电动机19进行驱动控制，使旋转部12与其顶端的喷镀喷嘴部9一起旋转。

这些旋转部12和喷镀喷嘴部9以喷镀枪5内的金属丝11为中心轴线进行旋转，此时金属丝11不进行旋转。

另外，在设置于金属丝进给部15上部的喷枪基部51的侧部设置有沿上下方向延伸的齿条53，使小齿轮57与齿条53相联接，该小齿轮57由使喷镀枪5沿轴向移动的作为喷镀枪动作装置的上下驱动电动机55的驱动进行旋转。即，利用上下驱动电动机55的驱动，使上述喷镀枪5与喷枪基部51一起进行上下移动。利用上述控制装置25对该上下驱动电动机55进行驱动控制。

另外，喷枪基部51和旋转驱动电动机19可沿上下方向移动地支承于装置主体侧的未图示的支承框体等上，并将上下驱动电动机55固定于上述装置主体上。

另外，当喷镀枪5沿着上下方向移动时，将导辊41控制成不防碍金属丝11的供给地进行适当的上下移动。

将从气体供给源27供给氢气与氩气的混合气体的混合气体配管29、和供给喷雾空气(空气)的喷雾空气配管31分别与气体配管连接部13相连接。由混合气体配管29供给到气体配管连接部13内的混合气体通过形成于气体配管连接部13的下部的旋转部12内的未图示的混合气体通道，供给到喷镀喷嘴部9。同样，由喷雾空气配管31供给到气体配管连接部13内的喷雾空气通过形成于气体配管连接部13的下部的旋转部12内的未图示的喷雾空气通道，供给到喷镀喷嘴部9。

在此，需要将气体配管连接部13内的未图示的混合气体通道及喷雾空气通道、与相对于气体配管连接部13旋转的旋转部12内的未图示的混合气体通道和喷雾空气通道分别连通起来。作为这种情况下的连通结构，考虑将例如气体配管连接部13内的混合气体通道及喷雾空气通道的各下端部形成环状通道，并将旋转部12内的向上下延伸的混合气体通道及喷雾空气通道的上端分别与该环状通道相连通。由此，即使旋转部12相对于气体配管连接部13旋转，旋转部12内的混合气体通道及喷雾空气通道与气体配管连接部13内的混合气体通道及喷雾空气通道也一直分别相连通。

金属丝进给部15具有一对输送辊33，这些输送辊33从控制装置25收到规定转速信号的输入后进行旋转，而依次将金属丝11送往喷镀喷嘴部9。另外，将金属丝11收纳在金属丝收纳容器35内，利用具有一对输送辊37的作为材料供给装置的容器侧金属丝进给部39，将自金属丝收纳容器35的上部的引出口35a拉出的金属丝11经由导辊41而送入喷镀枪5。

该容器侧金属丝进给部39和上述金属丝进给部15由上述控制装置25进行驱动控制。即，该控制装置25具有材料供给量调整装置，该材料供给量调整装置由未图示的电动机等驱动部件来控制输送辊33、37的转速，以调整金属丝11的供给速度。

在喷镀喷嘴部9的内部具有未图示的阴极电极，在该阴极电极与作为阳极电极的金属丝11的顶端11a之间施加电压，并且将自气体供给源27供给到喷镀枪5的混合气体从未图示的混合气体放出口释放出来，由此产生未图示的电弧而进行点火，利用电弧的热量使金属丝11的顶端11a熔融。

此时，随着金属丝11的熔融，驱动容器侧金属丝进给部39和金属丝进给部15而将该金属丝11依次向前方输送。与此同时，将自气体供给源27供给到喷镀枪7的喷雾空气从位于上述混合气体放出口附近的未图示的开口向金属丝11的顶端11a附近放出，使上述金属丝11的熔融物、即熔融材料变为喷雾43而向前方移动进行附着，由此在缸筒3的缸筒内表面3a上形成上述喷镀膜7。

另外，未作图示，使金属丝11以可移动的方式插入到设置于旋转部12下端的呈圆筒形状的上部金属丝导向件内。

在这样构成的喷镀膜形成装置中，使喷镀枪5插入于缸筒3内一边进行旋转一边沿着缸筒3的中心轴线方向(轴向)进行移动，将喷雾43朝着缸筒内表面3a喷射而形成喷镀膜7。此时，使喷镀枪5沿着轴向在缸筒3的大致全长的区域内进行例如5次左右的往复移动，以形成具有规定膜厚的喷镀膜7。另外，其往复次数也不限定5次，另外也可以不进行往复移动而向一个方向进行1次移动。

另外，将上述缸体1固定设置于支承台45上，支承台45具有与缸筒3连通的通孔45a。并且，在与支承台45的下部相连接的管47的中途区间设置具有风扇等的吸引装置49(相当于气体供给装置)，当形成上述喷镀膜时，使该吸引装置49动作，由此使作为气体的空气在缸筒3内流动，以防止氧化物等异物被卷入到喷镀膜7中。

在此，在本实施方式中，有时通道面积变小的部位B形成在作为吸引侧的相当于缸筒3的轴向端部的轴向规定区域A(轴向长度为大约20mm)的下部，缸筒3内流通的空气在该部位B的空气流速快于缸筒3内的其他部位(区域)的流速，由喷镀枪5向缸筒内表面3a喷射喷镀用材料的单位面积(长度)的喷射量在该轴向规定区域A多于其他部位。

具体而言，当设其他部位的向喷镀枪5的金属丝11供给(进给)速度为γ(cm/min)时，则在规定区域A的供给(送)速度会快到γ×1.5(cm/min)左右。

即，当使喷镀枪5在缸筒3的中心位置一边进行旋转一边进行适当次数的往复移动来形成喷镀膜7时，喷镀喷嘴部9的顶端(下端)位于缸筒3的与例如图1中的下端部的规定区域A相对应的位置，此时提高金属丝进给部15、39中的输送辊33、35的转速而使金属丝11的输送量(供给量)增大。

由此，可抑制在缸筒3内空气流速快于其他部位的流速的下端部的规定区域A的喷镀膜7的膜厚变得薄于其他部位。图2放大显示如上所述形成的喷镀膜7的周围部位，从图中可知规定区域A的膜厚与其他部位大致相等，且整体上膜厚均匀。

另外，如图2的双点划线所示，当在规定区域A上的喷镀枪5的喷镀用材料的喷射量与其他部位同等而未增多时，使规定区域A的膜厚薄于其他部位；若为使该变薄的区域进一步变厚而增加喷镀枪5对缸筒3全长的往复移动次数，则会使该区域A上方的其他部位的膜厚厚得超出需要，并导致喷镀用材料使用量的增加以及喷镀时间的延长。

并且，在形成喷镀膜后，利用未图示的珩磨加工装置等对喷镀膜7的表面进行精加工，将其加工成如图2中的虚线所示那样的规定膜厚C。

另外，在图2中，在形成喷镀膜7之前，在缸筒内表面3a形成凹凸部3b而对该缸筒内表面3a实施粗糙面化加工，由此来提高喷镀膜7的密合度。

在本实施方式中，因为可使喷镀膜7的整体膜厚变得均匀，所以可在上述精加工中使其膜厚达到规定膜厚C的加工量极少，从而可缩短精加工时间，并可减少喷镀用材料的总体使用量。

另外，在本实施方式中，只使规定区域A上的喷镀用材料的喷射量增大，因此，也可抑制为了要使易于变薄的规定区域A的膜厚变厚而进一步加厚包含规定区域A在内的整个膜的膜厚所造成的喷镀时间的增加。

此时，在本实施方式中，通过使送往喷镀枪5的金属丝11在规定区域A的供给(进给)速度快于其他部位的供给速度来增加喷射量，且使喷镀枪5的移动速度保持一定，因此，不使喷镀时间改变而维持现状，这样避免了喷镀时间的增加。

作为本发明的第2实施方式，使喷镀枪5在规定区域A的移动速度比其他部位更慢地形成喷镀膜7，以替代上述第1实施方式中的金属丝11在规定区域A上的供给速度快的方式。换句话说，使喷镀枪5在规定区域A上的移动方向的单位长度的滞留时间多于其他部位。

例如，当将喷镀枪5在其他部位的轴向移动速度设为β(mm/min)时，则规定区域A的轴向移动速度最大为β×0.9(mm/min)。

该喷镀枪5的缓慢的移动速度不仅可以仅是轴向移动速度(此时旋转移动速度固定)，也可以是仅旋转移动速度(此时轴向移动速度固定)，另外也可以是包含轴向移动速度和旋转移动速度两者。

如上所述，通过使喷镀枪5在规定区域A的移动速度慢于其他部位时，可使自喷镀枪5在规定区域A喷射缸筒内表面3a上的喷镀用材料的单位面积(长度)的喷射量多于其他部位，从而可抑制缸筒3内空气流速快于其他部位的流速的规定区域A上的喷镀膜7的膜厚薄于其他部位的膜厚。

由此，与第1实施方式同样，如图2所示，使规定区域A的膜厚与其他部位大致相等并使整个膜厚均匀化，从而可获得与第1实施方式同样的效果。

作为本发明的第3实施方式，使喷镀枪5在规定区域A的移动进行短暂的停止，以替代上述第1实施方式中的金属丝11在规定区域A的供给速度变快的方式。即使在该第3实施方式中，也与第2实施方式同样，使喷镀枪5在规定区域A的移动方向的单位长度的滞留时间多于其他部位。

作为上述喷镀枪9的移动的短暂停止动作，例如持续进行喷镀枪5的旋转移动，在其旋转移动的过程中短暂停止沿轴向的移动。经过短暂停止后，再次开始沿轴向的移动，重复进行该短暂停止和再开始移动的动作。

由此，可抑制规定区域A的喷镀膜7的膜厚薄于其他部位。

由此，与第1、第2的各实施方式同样，如上述图2所示，可使规定区域A上的膜厚与其他部位大致相等且使整个膜厚均匀化，从而可获得与第1、第2实施方式同样的效果。

另外，上述第1、第2、第3各实施方式的缸筒3内的规定区域A上的喷镀动作可以分别单独进行，也可以适当地组合来进行。例如，在规定区域A，也可同时进行使作为喷镀用材料的金属丝11的供给速度变快的动作(第1实施方式)、使喷镀枪5的移动速度变慢的动作(第2实施方式)。

接着，对本发明的第4的实施方式进行说明。在第4的实施方式中，使喷镀枪5在上述缸筒3的轴向端部的规定区域A的轴向移动次数多于其他区域。

具体而言，使喷镀枪5如上所述那样对着上述缸筒3内的轴向全长的区域进行例如5次往复移动，进行每次往复移动时，在上述规定区域A上，再进行3次的往复移动。因此，当喷镀枪5沿着缸筒3的轴向全长进行5次往复移动，则在规定区域A将进行15次往复移动。

图3的(a)表示缸筒3的轴向全长为α，使喷镀枪5沿着该全长α进行1次往复移动时的移动形态。

即，使喷镀枪5在从缸筒3的轴向一侧的端部(图3中的上端部)P到另一侧端部(图3中的下端部)Q的区域向下方进行前往移动，其后在规定区域A进行3次往复移动。

另外，在规定区域A上的往复移动中，以向图3(a)中的上方的位置R的移动作为前往路径，以从位置R向下方向的移动作为返回路径。在该规定区域A进行3次往复移动后，再从下端部Q向全长α的上方进行返回移动，并移动到上端部P。

这样如图3(a)所示的喷镀枪5的移动动作相当于沿着缸筒3的轴向的全长α进行1次往复移动，且重复5次这样的往复移动。另外，并未将沿该全长α的往复移动和规定区域A的往复动作分别限定为5次和3次，也可以都是1次。

另外，当沿着全长α的往复移动为1次时，或者在进行多次回往复移动时的最后1次往复移动中，可以不进行从下端部Q到上端部P的返回移动，而只进行1次从上端部P到下端部Q的一个方向的移动。在此时的规定区域A，也可只进行1次从下端部Q到上方位置R的移动动作。

总之，使在缸筒3的轴向端部的规定区域A的喷镀枪5在缸筒3内沿轴向的移动次数多于其他区域即可。

由此，使喷到缸筒3内空气流速快于其他部位的流速的下端部的规定区域A上的喷雾43的单位面积喷射量多于其他区域，从而可防止该规定区域A上的喷镀膜7的膜厚薄于其他区域。其结果，如上述图2所示，使规定区域A的膜厚与其他区域大致相等，从而可使膜整体均匀。

此时，只在缸筒3的轴向端部的规定区域A增加喷镀枪5的移动次数，因此，可抑制喷镀时间的增加及所使用的喷镀用材料的增加，并且，可防止其他区域的膜厚厚得超出需要的厚度，抑制精加工时间的增加。

另外，若喷镀枪5在规定区域A的移动次数相对于在其他区域的移动次数不增加而相等，如图2的双点划线所示，则在规定区域A的膜厚会薄于其他区域，若为了进一步加厚该变薄的区域而增加喷镀枪5在全长α的区域的往复移动次数，则会使规定区域A上方的其他区域的膜厚厚得超出需要的厚度，从而导致金属丝11使用量的增加以及喷镀时间的延长。

并且，在形成喷镀膜后，利用未图示的珩磨加工装置等对喷镀膜7的表面进行精加工，将其成为如图3中的虚线所示的规定膜厚C。

因此，在本实施方式中，也可使喷镀膜7的膜厚整体上均匀，因而在上述的精加工中，使其膜厚达到规定膜厚C的加工量变得极少，故可缩短精加工时间，并且，可减少喷镀用材料的总体使用量。

另外，在本实施方式中，只使喷镀枪5在规定区域A的移动次数多于其他区域，因此，也可抑制为使容易变薄的部位变厚而使包含规定区域A在内的整体的膜厚进一步加厚所引起的喷镀时间的增加。

图3的(b)表示相对于上述图3(a)而改变喷镀枪5在规定区域A的往复动作的实例。即，只使在规定区域A的3次往复移动当中的第2次的往复移动越过位置R而移动到位置S，而在其前后的往复移动都与图3(a)同样在位置R与下端部Q之间进行移动。

然而，如图2的双点划线所示，规定区域A上的喷镀膜7的膜厚在相当于规定区域A的上端部的位置R上大概最厚，存在从该位置R向下端部Q逐渐变薄的趋势。

在此，喷镀枪5在上述图3(a)中的规定区域A的往复移动需要尽量对上述逐渐变薄的区域进行重点的喷射，以便不使规定区域A上方的膜厚较为充分的区域进一步变厚，因此，需要只对该逐渐变薄的区域进行喷镀。

为此，在膜厚开始变薄的规定区域A的最上端部会部分发生喷射量不足的情况，有时在其部位会形成凹部。因此，为了填埋该凹部，而如上述图3(b)所示在规定区域A进行第2次往复移动时使喷镀枪5越过位置R而移动到位置S。由此，可使规定区域A上的膜厚更均匀化。

另外，在图3(b)中，使喷镀枪5在规定区域A的3次往复移动当中的第2次移动到位置S，但也可以不是在第2次而是在第3次或第1次的往复移动时移动到位置S。

另外，如图3(c)所示，使喷镀枪5在规定区域A的3次往复移动当中的第3次移动到位置S，也可以在至此之前的2次往复移动的到上方的停止位置(上止点位置)逐步靠近位置S。此时，在图3(c)中使第1次往复移动的上止点为位置R，但也可以使第2次往复移动的上止点为位置R。

如上所述，在规定区域A中，通过使喷镀枪5进行多次往复移动时的每次前往移动中的轴向停止位置互不相同，来使规定区域A的膜厚均匀化。

另外，在上述第4实施方式中，使喷镀枪5轴向移动速度以及旋转移动速度保持一定，但当喷镀枪5在如图3所示的规定区域A或其附近进行往复移动时，也可使轴向移动速度和旋转移动速度当中的至少一个快于其他区域的速度。

例如，在图3中使喷镀枪5在R与Q之间的移动速度V2快于在P与R之间的移动速度V1。此时，可以在从P经过R到达Q都保持喷镀枪5的移动速度为V1，且之后从喷镀枪5到达Q后开始其移动速度为V2。另外，可以在喷镀枪5从Q经过R向P移动时的从Q开始向R移动后的移动速度为V1。

如上所述，通过使喷镀枪5在规定区域A的轴向移动速度和旋转移动速度当中的任一者或两者快于其他区域的速度，可抑制喷雾43在缸筒内表面3a上发生涂敷不均现象，从而可获得更均匀化的喷镀膜7。

另外，也可将上述第4实施方式与上述第1～第3的各实施方式进行适当的组合来实施本发明。

Claims (10)

1.一种喷镀膜形成方法，使一边熔融所供给的喷镀用材料一边喷射该熔融的喷镀用材料的喷镀枪在圆形孔内旋转以及沿轴向移动，而在该圆形孔内表面上形成喷镀膜，其特征在于，使由上述喷镀枪在上述圆形孔的轴向端部喷向上述圆形孔内表面上的喷镀用材料的单位面积喷射量多于上述圆形孔内表面的其他部位，来使圆形孔内表面上的喷镀膜整体上变得均匀化。

2.根据权利要求1所述的喷镀膜形成方法，其特征在于，使在上述圆形孔的轴向端部的上述喷镀枪在上述圆形孔内沿轴向移动的移动次数多于在上述圆形孔的其他部位的移动次数。

3.根据权利要求1或2所述的喷镀膜形成方法，其特征在于，通过使在上述圆形孔的轴向端部向上述喷镀枪供给喷镀用材料的供给速度快于其他部位的供给速度，可使喷镀用材料在上述圆形孔的轴向端部喷射到上述圆形孔内表面上的单位面积喷射量多于其他部位。

4.根据权利要求1所述的喷镀膜形成方法，其特征在于，使上述喷镀枪在上述圆形孔的轴向端部的轴向移动速度和转速当中的至少任一个慢于在上述圆形孔的其他部位时的速度。

5.根据权利要求1所述的喷镀膜形成方法，其特征在于，在上述圆形孔的轴向端部使上述喷镀枪的轴向移动短暂停止。

6.根据权利要求2所述的喷镀膜形成方法，其特征在于，上述喷镀枪在上述圆形孔的轴向端部的轴向移动速度和转速当中的至少任一方快于上述圆形孔的其他部位的速度。

7.根据权利要求3所述的喷镀膜形成方法，其特征在于，上述喷镀枪在上述圆形孔的轴向端部的轴向移动速度和转速当中的至少任一方快于上述圆形孔的其他部位的速度。

8.根据权利要求2所述的喷镀膜形成方法，其特征在于，作为上述喷镀枪在上述圆形孔的轴向端部的移动，进行了多次往复移动，该往复移动由从上述轴向端部朝向轴向中央侧的前往路径、和从该轴向中央侧朝向上述轴向端部的返回路径构成，使所述多次往复移动中的每次前往移动时的轴向的停止位置互不相同。

9.根据权利要求8所述的喷镀膜形成方法，其特征在于，上述喷镀枪在上述轴向端部进行至少2次往复移动，其中第2次的前往移动的停止位置比第1次的前往移动的停止位置更靠轴向中央侧。

10.根据权利要求1所述的喷镀膜形成方法，其特征在于，在形成上述喷镀膜时，使气体在上述圆形孔内从一侧轴向端部向另一侧轴向端部流动，使喷镀用材料在该另一侧轴向端部喷到上述圆形孔内表面上的单位面积喷射量多于在上述圆形孔的其他部位的单位面积喷射量。

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