JP2006117993A - 溶射前処理方法およびエンジンのシリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストを低く抑えつつ円筒内面の粗面化を行うようにする。
【解決手段】 シリンダブロック１はアルミ合金製であり、そのシリンダボア内面３に、上型５と下型７とでシリンダブロック１を鋳造成形する際に、ニッケル系材料で構成した円筒形状のプリフォーム９を一体成形する。プリフォーム９は、全体を繊維状物で構成し、シリンダブロック１の鋳造時に一体成形することで、シリンダボア内面３に繊維状物による凹凸部を露出させ、これによってシリンダボア内面３を粗面化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶射皮膜を形成する前の円筒内面を粗面化する溶射前処理方法およびエンジンのシリンダブロックに関する。

自動車用エンジンの重量低減および排気処理対応に効果のあるライナレスアルミシリンダブロックのシリンダボア内面に対して鉄系材料による溶射皮膜を形成する際に、その前工程として、溶射皮膜の密着力を高める目的でシリンダボア内面を粗面に形成する必要がある。

例えば、下記特許文献１には、粗面に形成する方法としてショットブラスト処理を行っている。また、下記特許文献２や特許文献３には、切削工具を用いて切削加工することで粗面に形成している。
特開平１１−３２０４１４号公報 特開平１０−７７８０７号公報 特開２００２−１５５３５０号公報

しかしながら、上記したいずれの粗面化方法も、シリンダブロックを製造する際の鋳造設備とは別の特別な設備や工具が必要となる上、粗面化加工時に発生する切粉などの異物の除去工程が必要となるので、製造コストの上昇を招く。

そこで、本発明は、製造コストを低く抑えつつ円筒内面への溶射皮膜の密着力を高めることを目的としている。

本発明は、溶射皮膜を形成する前のアルミ合金製の円筒内面に前処理を行う溶射前処理方法において、前記円筒内面を備えるワークを鋳造成形する際に、前記円筒内面に前記アルミ合金とは異なる金属材料が露出するように、当該金属材料で構成される円筒体を鋳包んで一体化させることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、アルミ合金製の円筒内面を備えるワークを鋳造成形する際に、前記アルミ合金とは異なる金属材料が円筒内面に露出するように、当該金属材料で構成される円筒体を鋳包んで一体化させるようにしたので、前記金属材料の露出により円筒内面に凹凸部を形成したり、溶射被膜に対して密着力の高い金属材料を選択することで、溶射被膜の密着性を高めることができ、このときワークを鋳造する設備とは別の特別な設備や工具が不要となり、ショットブラスト処理や切削加工を行った場合のような切粉などの異物の除去工程も不要となるので、製造コストの上昇を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係わる溶射前処理方法を示す断面図である。溶射皮膜を形成する前の円筒内面として、ここでは例えばエンジンのシリンダブロック１におけるシリンダボア内面３とする。シリンダブロック１は、アルミ合金（ＡＤＣ１２材）製であり、そのシリンダボア内面３に、上型５と下型７とでシリンダブロック１を鋳造成形する際に、ニッケル系材料で構成した円筒体としての円筒形状のプリフォーム９を鋳包んで一体成形する。

図２は、上記したプリフォーム９を単体で示す斜視図であり、このプリフォーム９は、全体が繊維状物で構成されており、シリンダブロック１の鋳造時に、図３に示すように、上型５に設けたボアコア５ａに保持させた状態で、一体成形することで、シリンダボア内面３に繊維状物による微細な凹凸部を露出させ、これによってシリンダボア内面３を粗面化する。

シリンダボア内面３を粗面化した後は、後述する方法で鉄系材料からなる溶射用材料を溶射して溶射皮膜を形成する。

上記した第１の実施形態によれば、シリンダブロック１を鋳造成形する際に、シリンダボア内面３に、微細な凹凸部が露出するようにプリフォーム９を一体成形することで、シリンダボア内面３に、シリンダブロック１を構成するアルミ合金とは異なる金属材料すなわちニッケル系材料を露出させ、これによりシリンダボア内面３を粗面化するようにしたので、溶射被膜の密着性を高めることができ、このときシリンダブロック１を鋳造する設備とは別の特別な設備や工具が不要となり、ショットブラスト処理や切削加工を行った場合のような切粉などの異物の除去工程も不要となって、製造コストの上昇を抑えることができる。

また、シリンダブロック１に一体成形するプリフォーム９を繊維状物で構成したので、シリンダボア内面３に露出する凹凸部がより微細なものとなり、溶射皮膜の密着力がより高まるものとなる。

さらに、上記したプリフォーム９を構成するニッケル系材料は、シリンダブロック１を構成するアルミ系材料よりも、溶射皮膜材料として使用する鉄系材料の密着力が高く、したがってシリンダボア内面３にニッケル系材料を混入させておくことで、溶射皮膜の密着力を高めることができる。また、溶射用材料をシリンダボア内面３に溶射する際に、溶射熱によってニッケル系材料が溶融し、溶射皮膜のシリンダボア内面３に対する密着力がさらに高まるものとなる。

本発明の第２の実施形態として、第１の実施形態で粗面化したシリンダボア内面３に対し、さらに機械加工を行って、より微細な粗面を形成してもよい。これにより、溶射皮膜の密着力がさらに高まるものとなる。

より微細な粗面を形成するための機械加工としては、例えば、図４に示すように、回転するボーリングバー１１の先端に設けた工具１３によって、シリンダボア内面３に対してねじ切り加工を行い、この際発生する切り屑によってねじ山を破断させ、微細な凹凸面を形成する方法がある（本出願人による特願２００３−３２１１８１号，特開２００２−１５５３５０号公報参照）。

また、図５に示すように、シリンダボア内面３に露出するニッケル素材１５を、図示しない工具により引き延ばし塑性変形させて引き延ばし部１５ａを形成することで、シリンダボア内面３をさらに細かいニッケル素材で覆うことができ、これにより溶射皮膜の密着力をさらに高めることができる。

なお、上記第１，第２の各実施形態のようにして溶射前処理加工したシリンダボア内面３の粗面形状については、レーザなどの被接触型の形状測定機などにより形状を測定し、その精度を保証している。

図６は、前記したシリンダブロック１のシリンダボア内面３を粗面化した後に溶射皮膜を形成するための溶射装置の概略を示す全体構成図である。この溶射装置は、シリンダボア内の中心に、ガス溶線式の溶射ガン３１を挿入し、その溶射口３１ａから溶射用材料として溶融した鉄系金属材料を溶滴３３として溶射してシリンダボア内面３に溶射皮膜３２を形成する。

溶射ガン３１は、溶線送給機３５から溶射用材料として鉄系金属材料の溶線３７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３９および酸素を貯蔵した酸素ボンベ４１から、配管４３および４５を介して燃料ガスおよび酸素の供給をそれぞれ受ける。

上記した溶線３７は、溶射ガン３１に対し、中央部の上下に貫通する溶線送給孔４７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４７の外側の円筒部４９に、上下方向に貫通して形成してあるガス案内流路５１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５１の図６中で下端開口部５１ａから流出し、点火されることで燃焼炎５３が形成される。

前記円筒部４９の外周側には、アトマイズエア流路５５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５７と外壁５９との間に形成したアクセラレータエア流路６１を設けてある。

アトマイズエア流路５５を流れるアトマイズエアは、燃焼炎５３の熱を前方（図６中で下方）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３７を同前方へ送る。一方、アクセラレータエア流路６１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３７を、この送り方向と交差するように前記シリンダボア内面３に向けて溶滴３３として送り、シリンダボア内面３に溶射皮膜３２を形成する。

アトマイズエア流路５５には、アトマイズエア供給源６７から、減圧弁６９を備えたエア供給管７１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６１には、アクセラレータエア供給源７３から、減圧弁７５およびマイクロミストフィルタ７７をそれぞれ備えたエア供給管７９を通してアクセラレータエアを供給する。

アトマイズエア流路５５とアクセラレータエア流路６１との間の隔壁５７は、図６中で下部側の先端部に、外壁５９に対しベアリング８１を介して回転可能となる回転筒部８３を備えている。この回転筒部８３の上部外周に、アクセラレータエア流路６１に位置する回転翼８５を設けてある。回転翼８５に、アクセラレータエア流路６１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８３が回転する。

回転筒部８３の先端（下端）面８３ａには、回転筒部８３と一体となって回転する先端部材８７を固定してある。先端部材８７の周縁の一部には、前記したアクセラレータエア流路６１にベアリング８１を通して連通する噴出流路８９を備えた突出部９１を設けてあり、噴出流路８９の先端に、溶滴３３を噴出させる前記した溶射口３１ａを設けている。

溶射口３１ａを備える先端部材８７が回転筒部８３と一体となって回転しつつ溶射ガン３１をシリンダボアの軸方向に移動させることで、シリンダボア内面３のほぼ全域に溶射皮膜３２を形成する。

本発明の第１の実施形態に係わる溶射前処理方法を示す断面図である。 図１の溶射前処理方法で使用するプリフォームを単体で示す斜視図である。 上型のボアコアにプリフォームを保持させた状態を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係わる機械加工により粗面化を行っている状態を示す断面図である。 プリフォームの繊維を工具により引き延ばして粗面化を行った状態を示す断面図である。 溶射装置の概略を示す全体構成図である。

符号の説明

１ シリンダブロック（ワーク）
３ シリンダボア内面（円筒内面）
９ プリフォーム（円筒体）
３２ 溶射皮膜

Claims (6)

1. 溶射皮膜を形成する前のアルミ合金製の円筒内面に前処理を行う溶射前処理方法において、前記円筒内面を備えるワークを鋳造成形する際に、前記円筒内面に前記アルミ合金とは異なる金属材料が露出するように、当該金属材料で構成される円筒体を鋳包んで一体化させることを特徴とする溶射前処理方法。
2. 前記金属材料で構成される円筒体は、繊維状物で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶射前処理方法。
3. 前記円筒内面は、アルミ合金製のシリンダブロックのシリンダボア内面であって、前記溶射皮膜を形成する材料は鉄系材料であり、前記金属材料で構成される円筒体はニッケル系材料で構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の溶射前処理方法。
   ことを特徴とする。
4. 前記円筒体の表面を機械加工により粗面化することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の溶射前処理方法。
5. 前記機械加工による粗面化は、前記円筒体の繊維状物を工具により引き延ばし塑性変形させることを特徴とする請求項４に記載の溶射前処理方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の溶射前処理方法によって、溶射皮膜を形成する前のシリンダボア内面を粗面に形成したことを特徴とするエンジンのシリンダブロック。

Images