JP2003213399A

JP2003213399A - 溶射装置と溶射方法

Info

Publication number: JP2003213399A
Application number: JP2002012382A
Authority: JP
Inventors: Hideji Sawara; 秀治佐原; Katsuya Murakami; 克哉村上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】シリンダブロックのボア内面に形成する溶射
被膜の剥がれを防止する技術を提供する。【解決手段】溶射装置１０は、シリンダブロック１１
を貫通するボア１２の一方側開口からボア１２内に挿入
する溶射ガン１４と、ボア１２の他方側開口に向けて未
溶融粒子に吸引作用を与える磁場をボア１２の内部に発
生させる磁場発生装置２４とを備える。溶射粒子１５に
用いられる鉄等の金属は、溶融する程の高温になると、
磁場に引き付けられなくなる性質を有している。ボア１
２の開口に向けて吸引する磁場をボア１２の内部に発生
させながら溶射すると、溶融した溶射粒子１５は磁場の
影響を受けずにボア１２内面に吹き付けられるのに対
し、未溶融粒子３７は磁場に影響されてボア１２の開口
側に吸引されてボア１２の内面に到達しない。このため
にボア１２の内面には溶射粒子１５からのみなる、ある
いは、未溶融粒子３７の混入割合の低い良質な溶射被膜
１７が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダブロッ
クのボア内面に溶射被膜を形成する方法と装置に関する
ものである。特に、溶射被膜の剥がれを防止する技術に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリンダブロックのボア内面に溶射被
膜を形成する技術が知られている。この技術を図５を参
照しながら説明する。シリンダブロック１１０を貫通す
るボア１１２の一方側開口（通常は上側開口）から溶射
ガン１１４をボア１１２内に挿入し、溶射ガン１１４を
軸回りに回転させながら昇降させる。溶射ガン１１４の
先端部に設けられた溶射孔１１４ａからは、溶融した鉄
等の溶射粒子１１５がボア１１２の内面に向けて溶射さ
れる（吹き付けられる）。溶射ガン１１４から溶射され
た溶射粒子は、ボア１１２の内面に付着して溶射被膜１
１７を形成する。溶射粒子１１５の内の粒子径が小さい
ものは、温度が高くなり過ぎて酸化してしまい、ヒュー
ム（酸化鉄）になる。ヒュームが含まれた状態で溶射粒
子１１５がボア１１２内面に吹き付けられると、溶射被
膜１１７の付着力が低下する。これを防止するために、
ボア１１２の下部に吸引ダクト１２２を接続してボア１
１２内の空気とともにヒュームを吸引し、ヒュームがボ
ア１１２の内面に吹き付けられないようにしている。ボ
ア１１２の内面に形成された溶射被膜１１７は、ホーニ
ング加工（磨き上げ加工）され、円滑な面に仕上げられ
る。ボア１１２の内面が円滑だと、ピストンとの摺動抵
抗が小さくなるので、エンジンの燃費を向上させること
ができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】溶射される溶射粒子
１１５の中には、粒子径が大きいものもある。粒子径が
大きい溶射粒子１１５は、溶融しにくい（以下、このよ
うな溶射粒子１１５を未溶融粒子１２３と言う）。未溶
融粒子１２３は、その粒子径が大きいのでボア１１２の
内面に勢いよく（慣性力が大きく）吹き付けられる。こ
のため、吸引ダクト１２２を用いても、未溶融粒子１２
３を吸引することができない。未溶融粒子１２３を含む
溶射粒子１１５がボア１１２の内面に吹き付けられる
と、図６に示されているような溶射被膜１１７が形成さ
れる。未溶融粒子１２３は、完全に溶融して吹き付けら
れた溶射粒子１１５よりも付着力が弱い。このため未溶
融粒子１２３を含む溶射被膜１１７にホーニング加工を
行うと、図７に示されているように、溶射被膜１１７の
一部が剥がれてしまうことがある。溶射被膜１１７の一
部が剥がれてしまうと、ボア１１２の内面を円滑にする
ことができない。

【０００４】本発明は、かかる問題を解決するためにな
されたものであり、溶射被膜の剥がれを防止する技術を
提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段および作用と効果】請求
項１の溶射装置は、シリンダブロックを貫通するボアの
一方側開口からボア内に挿入する溶射ガンと、ボアの他
方側開口に向けて未溶融粒子に吸引作用を与える磁場を
ボアの内部に発生させる磁場発生装置とを備えている。
溶射粒子に用いられる鉄等の金属は、溶融する程の高温
になると、磁場に引き付けられなくなる性質を有してい
る（磁気変態を起こす）。発明者はこの知見に着目し、
従来不可能であった溶射粒子の中から未溶融なもののみ
を除去することに成功した。ボアの開口に向けて未溶融
粒子に吸引作用を与える磁場をボアの内部に発生させな
がら溶射すると、溶融した溶射粒子は磁場の影響を受け
ずにボア内面に吹き付けられるのに対し、未溶融粒子は
磁場に影響されてボアの開口側に吸引されてボアの内面
に到達しない。このためにボアの内面には溶射粒子から
のみなる、あるいは、未溶融粒子の混入割合の低い良質
な溶射被膜が形成される。請求項３の溶射方法によっ
て、溶射粒子からのみなる、あるいは、未溶融粒子の混
入割合の低い良質な溶射被膜がボアの内面に形成され
る。

【０００６】請求項２に記載の溶射装置は、シリンダブ
ロックを貫通するボアの一方側開口からボア内に挿入す
る溶射ガンと、その一方側開口からボア内に気体を吹き
こむダクトとを備えている。ボアに気体を吹き込みなが
ら溶射すると、溶射粒子に含まれているヒュームをボア
外へ吹き飛ばすことができる。このため、ヒュームの混
合割合が低い良質な溶射被膜がボア内面に形成される。
請求項４の溶射方法によって、ヒュームの混合割合が低
い良質な溶射被膜がボアの内面に形成される。

【０００７】

【発明の実施の形態】実施例の主要な特徴を列記す
る。（形態１）ボアの延長上でボアと同軸に配置されるコ
イルによって、ボアの内部にボアの軸方向に吸引する磁
場が加えられる。（形態２）高温空気吹出しダクトの口径はボアの口径
よりも大きく、そのダクト端部がシリンダブロックに密
着して、ボアの内部とダクトの外部とを遮断する。

【０００８】

【実施例】（第１実施例）本発明の第１実施例に係る溶
射装置と溶射方法について、図１〜図２を参照しながら
説明する。図１に示されているように、溶射装置１０
は、溶射ガン１４と、この溶射ガン１４の制御器３２
と、コイル２４と、吸引ダクト２５等から構成されてい
る。図２に良く示されているように、溶射ガン１４は、
制御器３２に制御されて、その軸回りに回転しながら、
シリンダブロック１１を貫通しているボア１２内を昇降
する。溶射ガン１４の先端部分の側面には、溶射孔１４
ａが開口しており、この溶射孔１４ａの内部近傍に陽極
と陰極を有する電極（図示省略）が設けられている。そ
して、溶射ガン１４には、制御器３２から細かな鉄粉３
３とアルゴンガス３４と電力が供給されている。なお、
溶射時には溶射ガン１４の先端が高温になるので、その
内部には冷却水が流れる冷却通路が設けられている。

【０００９】図１に示されているように、吸引ダクト２
５の上流側（ボア１２側）には４つに分岐した分岐部２
５ａが設けられており、その分岐部２５ａそれぞれが各
ボア１２の下部に同軸に配置されている。吸引ダクト２
５の下流側には、空気を吸引する吸引ファン３６が設け
られている。図１、図２に示されているように、吸引ダ
クト２５の分岐部２５ａの周りには、コイル２４が密に
巻き付けられている。コイル２４に電力を供給する電力
供給器（図示省略）が設けられている。吸引ダクト２５
は強磁性材で形成され、コイル２４の鉄芯を兼用してい
る。

【００１０】溶射ガン１４の電極に高電圧を印加する
と、溶射孔１４ａの内部で放電が発生する。この状態
で、溶射ガン１４に鉄粉３３とアルゴンガス３４を供給
すると、図２に示されているように、溶射孔１４ａから
高温のプラズマとともに鉄粉３３が溶融した溶射粒子１
５が勢いよくボア１２の内面に向けて吹き出し、溶射が
行われる。溶射ガン１４が溶射を行いながら回転し、ボ
ア１２内を昇降すると、ボア１２の内面に溶射被膜１７
が形成される。

【００１１】吸引ファン３６が作動すると、吸引ダクト
２５がボア１２内から空気を吸引する。電力供給器がコ
イル２４に通電すると、磁力線が発生する。磁力線はボ
ア１２内に伸び、ボア内に存在する磁性材をボア１２の
下側開口向けて吸引する磁場を発生させる。溶射される
溶射粒子１５のうちの粒子径が大きいものは溶融しにく
いので温度が低い（このような溶射粒子１５を、以下、
未溶融粒子３７と言う）。未溶融粒子３７は温度が低
く、磁気変態していないので磁場に引き付けられる。こ
れに対して、溶融している溶射粒子１５は温度が高いの
で磁気変態しており、磁場に引き付けられない。コイル
２４に通電しながら溶射すると、溶融している溶射粒子
１５は磁場の影響を受けないでボア１２の内面に吹き付
けられるのに対し、未溶融粒子３７は磁場によってボア
１２の下側開口に向けて吸引することができる。

【００１２】なお、吸引ダクト２５から吸引される空気
の流れによって、ヒューム（酸化鉄）は、ボア１２の下
側開口に向けて吸引される。この空気の流れは、未溶融
粒子３７をボア１２の下側開口に向けて吸引するのを補
助する。ボア１２内から吸引された未溶融粒子３７は、
吸引ダクト２５を流れる空気によって外部に排出され
る。このようにして形成された溶射被膜１７には、未溶
融粒子３７の混入割合が低く、溶射粒子から形成された
均一で緻密な皮膜となり、ホーニング加工を施しても剥
がれにくい。ボア１２の内面を、ピストンとの摺動抵抗
が小さい円滑な面に仕上げることができる。

【００１３】（第２実施例）本発明の第２実施例に係る
溶射装置と溶射方法について、図３〜図４を参照しなが
ら説明する。なお、第１実施形態と重複する部分につい
ては、その説明を省略する。第２実施例の溶射装置５０
は、図３に示されているように、高温空気吹出しダクト
５１を備えている。高温空気吹出しダクト５１には、高
温空気供給器（図示省略）から高温の空気が供給され
る。ボア１２の下部には、ボア１２内の空気を吸引する
吸引ダクト５３が設けられている。溶射装置５０が作動
すると、図３に示されているように、溶射ガン１４とと
もに高温空気吹出しダクト５１も降下する。そして、図
４に示されているように、高温空気吹出しダクト５１が
ボア１２の上部開口部を覆うようにしてシリンダブロッ
ク１１に押し付けられ、この状態で溶射が行われる。こ
の間、高温空気吹出しダクト５１からボア１２内に高温
空気が供給されるとともに、ボア１２内の空気が吸引ダ
クト５３によって吸引される。高温空気がボアを貫通し
て一方側から他方側に流れる。なお、溶射ガン１４は、
高温空気吹出しダクト５１の動きに同期しなくてもよ
い。溶射ガン１４を、高温空気吹出しダクト５１の動き
に対して独立して昇降、回転するように構成することも
できる。

【００１４】このように、高温空気吹出しダクト５１か
ら高温空気を供給しながら溶射を行うと、溶射粒子１５
がボア１２内面に達するまでの温度低下を小さくするこ
とができる。このため未溶融粒子３７の発生を抑制し、
溶射被膜１７の付着力を大きくすることができる。ま
た、高温空気吹出しダクト５１からの空気供給と吸引ダ
クト５３による空気吸引が同時に行われるので、より多
くのヒュームをボア１２内から除去することができる。
なお、空気供給によるヒュームの除去は、高温空気では
なく、常温の空気で行うこともできる。さらに、場合に
よっては、ガス等の空気以外の媒体を用いることもでき
る。溶射ガン１４の内部には冷却水が流されている。冷
却水が流されていると、高温となる先端部分以外の溶射
ガン１４の表面に結露が生じる。高温空気吹出しダクト
５１から高温空気を供給することにより、溶射ガン１４
の表面に結露が生じるのを防ぐことができる。溶射ガン
１４の表面に結露が生じるのを防ぐことができると、溶
射被膜１７に水分が取り込まれて溶射被膜１７が剥がれ
やすくなるのを防止することができる。

【００１５】さらには、上述した構成の溶射装置５０
は、降下した高温空気吹出しダクト５１がボア１２の上
部開口部を覆うので、溶射によって発生する騒音を低下
させることができる。なお、高温空気吹出しダクト５１
から吹出す高温空気の温度は、概ね４０（℃）〜５０
（℃）であることが好ましい。

【００１６】以上、本発明の具体例を詳細に説明した
が、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定する
ものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上
に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれ
る。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、
単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性
を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わ
せに限定されるものではない。また、本明細書または図
面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであ
り、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的
有用性を持つものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る溶射装置が、断面で
図示したシリンダブロックのボアにセットされた状態を
示す。

【図２】本発明の第１実施例に係る溶射装置が、断面で
図示したシリンダブロックのボアにセットされて動作し
ている状態を示す。

【図３】本発明の第２実施例に係る溶射装置の溶射ガン
とダクトが、断面で図示したシリンダブロックのボアに
向けて降下する途中を示す。

【図４】本発明の第２実施例に係る溶射装置の溶射ガン
とダクトが、断面で図示したシリンダブロックのボアに
セットされて動作している状態を示す。

【図５】従来の技術の溶射装置がシリンダブロックのボ
アに溶射を施している状態を示す。

【図６】従来の技術の溶射装置が形成した溶射被膜を断
面図として示す。

【図７】従来の技術の溶射装置が形成した溶射被膜が剥
がれてしまった状態を断面図として示す。

【符号の説明】

１０：溶射装置（第１実施形態）１１：シリンダブロック１２：ボア１４：溶射ガン１５：溶射粒子１７：溶射被膜２４：コイル２５：吸引ダクト、２５ａ：分岐部３２：制御器３３：鉄粉３４：アルゴンガス３６：吸引ファン３７：未溶融粒子５０：溶射装置（第２実施形態）５１：高温空気吹出しダクト５３：吸引ダクト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J044 AA18 BA01 BB21 BC11 4D075 AA06 BB57Y CA48 DA13 DA19 EA02 EB01 4K031 AA02 AB02 EA05 EA10 EA12 FA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダブロックを貫通するボアの一方
側開口からボア内に挿入する溶射ガンと、ボアの他方側
開口に向けて未溶融粒子に吸引作用を与える磁場をボア
の内部に発生させる磁場発生装置とを備える溶射装置。
【請求項２】シリンダブロックを貫通するボアの一方
側開口からボア内に挿入する溶射ガンと、その一方側開
口からボア内に気体を吹きこむダクトとを備える溶射装
置。
【請求項３】シリンダブロックを貫通するボアの内部
にその軸方向に吸引作用を与える磁場を加えながら溶射
してボア内面に溶射被膜を形成する方法。
【請求項４】シリンダブロックを貫通するボアの内部
に貫通して流れる気体を吹き込みながら溶射してボア内
面に溶射被膜を形成する方法。