JP2005002449A - 円筒内面の溶射方法および溶射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒内面に安定した溶射皮膜を形成する。
【解決手段】シリンダブロック１１の上端面２７に、スペーサ２５を介してマスキング部材２３を設置する。マスキング部材２３は、シリンダボア１３の内径と同一内径の円筒部２９を備えている。溶射ガン１７から噴出する溶滴粒子５７の方向は、中心軸線Ｘに対して溶射角θ_１を持って傾斜している。この溶射角θ_１は、シリンダボア１３内にて下方に向かう気流の影響を受けて確保されている。マスキング部材２３を設置することで、シリンダブロック上端面２７付近に、内部と同様に気流を発生させ、この上端部２７付近のボア面１５を溶射する際の溶射角を内部での溶射角と同等とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ワークの円筒部内面に溶射により皮膜を形成する円筒内面の溶射方法および溶射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのシリンダボアなどの円筒内面に対し、溶射により皮膜を形成する際に、皮膜不要部であるシリンダブロック端面などを覆うマスキング部材を使用して溶滴粒子の付着を防止することは一般的であり、このようなマスキング部材を使用して溶射を行うことは、下記特許文献１にも記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−６２５１８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば図６に示すように、エンジンのシリンダブロック１における溶射不要部である上端面１ａにマスキング部材３を被せた状態で、溶射ガン５を回転させつつシリンダボア７内に挿入してボア内面７ａに溶射皮膜を形成する場合を想定する。
【０００５】
この場合、図７（ａ）に示すように、溶射ガン５をシリンダボア７内の下部から図中で上方に移動させながら溶射を行う際に、シリンダボア７の中心軸線Ｘに対し９０度より小さい溶射角度α_１を持って溶射することで、溶射皮膜中への未溶融粒子の巻き込みを回避でき、溶射皮膜性状の悪化を防止することができる。
【０００６】
ところで、上記した溶射角度α_１を持って溶射を行う場合、溶滴粒子の下方への流れが発生するのに伴って、シリンダブロック１の上端面１ａ側からシリンダボア７内に入り込む気流Ｓが発生する。
【０００７】
このため、溶射ガン５がシリンダボア７の内部にあるときには、図７（ａ），（ｂ）に示すように、上記した溶射角が気流Ｓに押されてα_１，α_２（α_１＝α_２）を維持しているが、図７（ｃ）のように、溶射ガン５がシリンダボア７の外部にあるときには、溶滴粒子がシリンダボア７内に入らず気流Ｓが発生しないので、溶射角は、α_１，α_２より大きいα_３となる。すなわち、この溶射角α_３が、溶射ガン５にあらかじめ設定してある溶射角となる。
【０００８】
そして、上記した図７（ｂ）の状態から図７（ｃ）の状態に移行する際には、溶滴粒子の流れの向きが急激に変化し、このため８図に示すように、ボア内面７ａに形成する溶射皮膜９の厚さは、図７（ａ），（ｂ）にて形成する溶射皮膜９ａの一定した厚さｔに対し、上端面１ａほど徐々に薄くなるテーパ形状の溶射皮膜９ｂとなってしまい、安定した溶射皮膜９が得られないという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明は、円筒内面に安定した溶射皮膜を形成することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、ワークの円筒部内面に溶射ガンから溶融した溶射用材料を溶射して皮膜を形成する円筒内面の溶射方法において、前記円筒部の内径とほぼ同一径の内径を備えた円筒状のマスキング部材を、このマスキング部材の円筒部内面が、前記ワークの円筒部内面の延長上に位置するよう前記ワークの端部に設置し、前記溶射ガンから溶射する溶射用材料によって発生する前記ワークの円筒部内の気流を、前記マスキング部材により、前記ワークの円筒部内から前記端部にわたって維持させた状態で溶射を行う溶射方法としてある。
【００１１】
【発明の効果】
この発明によれば、溶射ガンから溶射する溶射用材料の流れによって発生するワークの円筒部内の気流を、マスキング部材によりワークの円筒部内からその端部にわたって維持させた状態で、溶射を行うようにしたので、ワークの円筒部内からその端部にわたり安定した溶射皮膜を形成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１３】
図１は、この発明の実施の一形態に係わる円筒内面の溶射装置を示す断面図で、図２は、その全体構成を示す斜視図である。ここでの円筒内面は、自動車用エンジンにおけるワークとしてのシリンダブロック１１に設けてあるシリンダボア１３のボア内面１５であり、このシリンダボア１３内の中心に、ガス溶線式の溶射ガン１７を挿入し、その溶射口１９から、溶融した溶射用材料としての鉄系金属材料を、溶滴粒子５７として溶射してボア内面１５に対して溶射皮膜を形成する。
【００１４】
溶射ガン１７は、シリンダボア１３内を上下動可能であるとともに回転可能であり、この回転状態で、シリンダボア１３の図１中で下部の深部側から同上部の開口側に向けて移動する際に、溶射を行う。ここで、図２に示すように、溶射口１９からの溶滴粒子５７の噴出方向は、シリンダボア１の中心軸線Ｘに対し角度θ傾いている。ただし、θ＜９０度である。
【００１５】
この状態でシリンダボア１３内に溶射ガン１７を挿入すると、溶射口１９から噴出する溶滴粒子５７の流れに伴ってシリンダボア１３内には、図１中で上部から下部に向かう気流が発生する。この気流によって溶滴粒子５７が押されてさらに下方に向けて噴出し、結果的には、後述する図４（ａ）に示すように、中心軸線Ｘに対してθ_１傾いた状態となる。ただし、θ_１＜θであり、このθ_１が溶射角となる。
【００１６】
上記したシリンダブロック１１の皮膜不要部である上端面２１には、全体として円筒状のマスキング部材２３をスペーサ２５を介して設置している。マスキング部材２３は、円盤部２７と、円盤部２７の内周縁から上方に延びる円筒部２９とをそれぞれ備えている。円筒部２９の内径は、シリンダボア１３の内径とほぼ同一径であり、円筒部２９の円筒部内面２９ａは、ボア内面１５の延長上に位置している。すなわち、シリンダボア１３の中心軸線Ｘとマスキング部材２３の中心軸線とが一致している。
【００１７】
なお、ここでのシリンダボア１３の内径Ｄは９３ｍｍである。また、円筒部２９の長さＨは、ボア内径Ｄ，溶射角θ_１との間で、Ｈ≧Ｄ／（２ｔａｎθ_１）の関係にあり、ここでの長さＨは２８ｍｍとしてある。
【００１８】
また、スペーサ２５を設けることにより、シリンダブロック１１とマスキング部材２３との間に隙間３１を形成し、この隙間寸法Ｔを、ここでは１．５ｍｍとしている。このスペーサ２５は、隙間３１をその外周側で密閉しており、この密閉した隙間３１におけるボア内面１５とスペーサ２５の内周縁との間の寸法Ｐを、ここでは１０ｍｍとしている。
【００１９】
次に、図３を用いて溶射ガン１７の詳細を説明する。この溶射ガン１７は、溶線送給機３３から鉄系金属材料の溶線３５の送給を受けるとともに、アセチレンまたはプロパンあるいはエチレンなどの燃料を貯蔵した燃料ガスボンベ３７および酸素を貯蔵した酸素ボンベ３９から、配管４１および４３を介して燃料ガスおよび酸素の供給をそれぞれ受ける。
【００２０】
上記した溶線３５は、中央部の上下に貫通する溶線送給孔４１の上端から下方に向けて送給する。また、燃料および酸素は、溶線送給孔４１の外側の筒部４５に上下方向に貫通して形成してある環状のガス案内流路４５ａに供給する。この供給した燃料および酸素の混合ガスは、ガス案内流路４５ａの下端開口部４５ｂから流出し、点火されることで燃焼炎４７を形成する。
【００２１】
前記筒部４５の外周側には、アトマイズエア流路４９を設けてあり、さらにその外周側には、いずれも円筒形状の隔壁５１と外壁５３との間に形成したアクセラレータエア流路５５を設けてある。
【００２２】
アトマイズエア流路４９を流れるアトマイズエアは、燃焼炎４７の熱を前方（シリンダボア１３の深部側）へ送って周辺部に対する冷却を行うとともに、溶融した溶線３５を同前方へ送る。一方、アクセラレータエア流路５５を流れるアクセラレータエアは、上記前方へ送られ溶融した溶線３５を、この送り方向と交差するように前記ボア内面１５に向けて溶滴粒子５７として送り、これによりボア内面１５に溶射皮膜５９を形成する。
【００２３】
アトマイズエア流路４９には、アトマイズエア供給源６１から、減圧弁６３を備えたエア供給管６５を通してアトマイズエアを供給する。一方、アクセラレータエア流路５５には、アクセラレータエア供給源６７から、減圧弁６９およびマイクロミストフィルタ７１をそれぞれ備えたエア供給管７３を通してアクセラレータエアを供給する。すなわち、アトマイズエア流路４９とアクセラレータエア流路５５とは、互いに別系統としてそれぞれ設けてある。
【００２４】
アトマイズエア流路４９とアクセラレータエア流路５５との間の隔壁５１は、下部側の先端部が、外壁５３に対しベアリング７５を介して回転可能となる回転筒部７７を備えている。この回転筒部７７の上部外周に、アクセラレータエア流路５５に位置する回転翼７９を設けてある。この回転翼７９に、アクセラレータエア流路５５を流れるアクセラレータエアが作用することで、回転筒部７７が回転翼７９とともに回転する。
【００２５】
回転筒部７７の先端面７７ａには、回転筒部７７と一体となって回転する先端部材７９を固定してある。先端部材７９の周縁の一部には、前記したアクセラレータエア流路５５にベアリング７５を介して連通する噴出流路８１を備えた突出部８３を設けてある。
【００２６】
噴出流路８１は、アクセラレータエア流路５５とほぼ同一直線状に連続する基部流路８１ａと、基部流路８１ａの下端から、前記図２に示した溶射角θとなるような角度を持って屈曲してボア内面１５に向けて開口する先端流路８１ｂとを備える。この先端流路８１ｂの先端開口が、溶射ガン１７の前記した溶射口１９となる。
【００２７】
先端部材７９の突出部８３を除く周縁部は、板状部８５となってアクセラレータエア流路５５の先端開口を覆っている。
【００２８】
また、前記したアトマイズエア流路４９は、先端部分の内周面、すなわち回転筒部７７の先端および先端部材７９のそれぞれの内周面が、先細となるよう傾斜面７７ａ，７９ａを備えている。
【００２９】
次に、作用を説明する。まず、燃料ガスボンベ３７および酸素ボンベ３９から燃料おおよび酸素をガス案内流路４５ａにそれぞれ供給し、ガス案内流路４５ａの下端開口部４５ｂから流出する混合ガスに点火して燃焼炎４７を形成する。このとき、アトマイズエア流路４９に、減圧弁６３によって０．５ＭＰａに減圧したアトマイズエアを供給する。このアトマイズエアの供給により、燃焼炎４７による熱は、前方へ送られ、周囲部材の昇温が回避され、周囲部材への冷却効果が発揮される。
【００３０】
アトマイズエアを供給してから、所定時間経過した後に、アクセラレータエア流路５５に、減圧弁６９によって１．５ＭＰａに減圧し、かつマイクロミストフィルタ７１によってエア中の水分や油分あるいは塵埃を濾過したアクセラレータエアを供給する。
【００３１】
アクセラレータエア流路５５に供給したアクセラレータエアは、回転翼７９を通過することで、回転筒部７７と先端部材７９とが一体となった部分を、外壁５３に対しベアリング７５を介して回転させる。さらに、このアクセラレータエアは、ベアリング７５における隙間を通過してベアリング７５を冷却し、噴出流路８１を流れた後、その先端の溶射口１９からボア内面１５に向けて噴出する。この溶射口１９から噴出するアクセラレータエアは、アトマイズエアによって前方へ送られた前記燃焼炎４７の熱を伴って、熱風となってボア内面１５に吹き付ける。
【００３２】
この状態で、溶射ガン１７を、図１に示す状態からシリンダボア１３内に先端を挿入して往路移動させる。この移動時では、溶線３５の供給はまだ行わず、溶射口１９を備えた先端部材７９が回転しながら下方へ移動することで、溶射口１９から噴出する熱風がボア内面１５のほぼ全域に当たり、予熱を行うことになる。
【００３３】
予熱完了後は、溶射ガン１７をシリンダボア１３の開口側に向けて復路移動させる。このとき、溶線送給機３３から溶線３５を溶線送給孔４１に送給する。この送給した溶線３５は、前記した熱風によって溶融し、熱風とともに前方へ飛散し溶滴粒子５７としてボア内面１５に吹き付けられる。この結果、図３に示すように、ボア内面１５には溶射皮膜５９が形成される。
【００３４】
上記した溶射ガン１７の復路移動時にも、アクセラレータエアによって溶射口１９を備えた先端部材７９が回転する。このため、溶射ガン１７の復路移動によって、ボア内面１５のほぼ全域に前記した溶射皮膜５９が形成される。
【００３５】
このときの状態を、動作説明図として図４（ａ），（ｂ）に示している。この図４（ａ），（ｂ）における吹き出された溶滴粒子５７は、溶滴粒子５７の下方へ向かう流れに伴って発生する上部から下部へ向かう気流の影響を受けるので、溶射ガン１７をシリンダボア１３の外部にあるときの図２に示した溶射角度θに対し、θ_１，θ_２（θ_１＝θ_２＜θ）のように、シリンダボア１３のより深部へ向かう流れとなる。この点については、前記図７（ａ），（ｂ）に示した従来と同様である。
【００３６】
ところが、この実施形態では、シリンダブロック１１の上部にマスキング部材２３を設置することで、その円筒部２９の円筒部内面２９ａがボア内面１５と同様な働きを示し、シリンダブロック１１の上端面２７付近にも内部と同様にして気流が発生する。したがって、図４（ｃ）に示すように、溶射ガン１７が図４（ｂ）の状態からさらに上昇してシリンダボア１３から引き出された状態であっても、シリンダブロック１１の上端面２１付近に発生している気流によって、図４（ａ），（ｂ）と同様な溶射角度θ_３（θ_３＝θ_１＝θ_２）を確保することができる。
【００３７】
これにより、図５に示すように、ボア内面１５に形成する溶射皮膜５９の膜厚は、シリンダブロック１１の上端面２７付近においても、内部と同等の例えば５００μｍとすることができ、ボア内面１５に安定した溶射皮膜２９を形成することができる。
【００３８】
また、シリンダブロック１１の上端面２７とマスキング部材２３との間に隙間３１を設けているので、溶射皮膜５９がマスキング部材２３の円筒部２９に連続して形成されることがなく、したがってマスキング部材２３を取り外すときに、溶射皮膜５９の剥がれを防止することができ、良好な溶射皮膜５９を得ることができる。
【００３９】
さらに、上記した隙間３１をスペーサ２５によって密閉してあるので、溶滴粒子５７の皮膜不要部であるシリンダブロック１１の上端面２１への付着を、より確実に防止することができる。
【００４０】
なお、上記実施形態においては、隙間３１を１．５ｍｍとしているが、溶滴粒子５７の流れ（溶射角）の変化防止のために、５ｍｍ以下とすることが望ましい。また、ボア内面１５とスペーサ２５の内周縁との間の寸法Ｐを１０ｍｍとしているが、溶射により形成する溶射皮膜５９の厚さ以上であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態に係わる円筒内面の溶射装置を示す断面図である。
【図２】図１の溶射装置の全体構成を示す斜視図である。
【図３】図１の溶射装置における溶射ガンの詳細を示す全体構成図である。
【図４】図１の溶射装置の動作説明図である。
【図５】図１の溶射装置によりボア内面に溶射皮膜を形成した状態を示す断面図である。
【図６】従来例に係わる円筒内面の溶射装置を示す断面図である。
【図７】図６の溶射装置の動作説明図である。
【図８】図６の溶射装置によりボア内面に溶射皮膜を形成した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ シリンダブロック（ワーク）
１５ ボア内面（円筒部内面）
１７ 溶射ガン
２３ マスキング部材
２９ａ マスキング部材の円筒部内面
３１ シリンダブロックとマスキング部材との隙間
５７ 溶滴粒子（溶融した溶射用材料）

Claims (8)

1. ワークの円筒部内面に溶射ガンから溶融した溶射用材料を溶射して皮膜を形成する円筒内面の溶射方法において、前記円筒部の内径とほぼ同一径の内径を備えた円筒状のマスキング部材を、このマスキング部材の円筒部内面が、前記ワークの円筒部内面の延長上に位置するよう前記ワークの端部に設置し、前記溶射ガンから溶射する溶射用材料によって発生する前記ワークの円筒部内の気流を、前記マスキング部材により、前記ワークの円筒部内から前記端部にわたって維持させた状態で溶射を行うことを特徴とする円筒内面の溶射方法。
2. 前記ワークと前記マスキング部材との間に隙間を形成した状態で溶射を行うことを特徴とする請求項１記載の円筒内面の溶射方法。
3. 前記隙間を、外周側で密閉することを特徴とする請求項２記載の円筒内面の溶射方法。
4. 前記溶射ガンを前記ワークの円筒部内の軸線方向に対して一方向に移動させて溶射する際に、その溶射方向を、前記円筒内面に対する垂直方向に対し前記移動方向後方側に向けた状態とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の円筒内面の溶射方法。
5. ワークの円筒部内面に溶射ガンから溶射用材料を溶射して皮膜を形成する円筒内面の溶射装置において、前記円筒部の内径とほぼ同一径の内径を備えた円筒状のマスキング部材を、このマスキング部材の円筒部内面が、前記ワークの円筒部内面の延長上に位置するよう前記ワークの端部に設置し、前記溶射ガンから溶射する溶射用材料によって発生する前記ワークの円筒部内の気流を、前記マスキング部材により、前記ワークの円筒部内から前記端部にわたって維持させた状態で溶射を行うようにしたことを特徴とする円筒内面の溶射装置。
6. 前記ワークと前記マスキング部材との間に隙間を形成したことを特徴とする請求項５記載の円筒内面の溶射装置。
7. 前記隙間を、外周側で密閉することを特徴とする請求項６記載の円筒内面の溶射装置。
8. 前記溶射ガンを前記ワークの円筒部内の軸線方向に対して一方向に移動させて溶射する際に、その溶射方向を、前記円筒内面に対する垂直方向に対し前記移動方向後方側に向けた状態とすることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の円筒内面の溶射装置。

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