JP2016145379A - 溶射装置、及び溶射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダボアへの溶射液滴の付着を防ぐことができる溶射装置、及び溶射方法を提供すること。【解決手段】本実施形態にかかる溶射装置は、シリンダブロック１０のシリンダボア１１ａのｈに溶射材料を噴出する溶射ガン２０と、シリンダボア１１ａと隣接する隣接シリンダボア１１ｂの内部に挿入され、隣接シリンダボア１１ｂの内壁面全面に渡って気体が上方から下方に流れるようにガスを噴出する噴出口３１が設けられているガス噴出治具３０と、を備えたものである。【選択図】図４

Description

本発明は、溶射装置、及び溶射方法に関するものである。

特許文献１には、Ｖ型エンジンのシリンダブロックにおける溶射マスキング方法が開示されている。特許文献１の方法では、一方のバンクのシリンダボアに溶射ガンを挿入し、他方のバンクのシリンダボアにエアカーテンガンを挿入している。そして、溶射ガンによる溶射中に、エアカーテンガンがエアを噴出している。このようにすることで、気筒間の連通部（クランクケース）を介して溶射用材料の一部が他のシリンダボアに付着するのを防止している。

特開２００６−２３３９６０号公報

特許文献１の溶射マスキング方法は、連通部の周辺のみにエアが流れる。このため、ボアと治具との間にエアが流れていない隙間が有り、隣接ボア内へのエアの巻き込みが発生してしまう。エアの巻き込みによって、すすやスパッタなどの溶射液滴が隣接ボア内に付着してしまうおそれがある。また、気筒が直列に並ぶタイプのアルミシリンダブロックの場合、ダイキャスト時の鋳巣を防ぐために気筒間を連通する呼吸孔と呼ばれる連通穴を設けることある。ダイキャスト鋳造後に行うボア面への溶射時にはこの呼吸孔を介して溶射を行っている隣接ボアからに溶射液滴が飛散してくる。

従来のエアカーテンではエアの巻き込みによって溶射液滴がボアに付着してしまうことが起こり得る。隣接ボア面への溶射液滴の付着を防ぐためにボア内に筒状あるいは円筒状の治具を挿入して呼吸孔を介しての溶射液滴の進入を防ぐ方法も考えられる。しかしながら、呼吸孔に臨む治具の一部への溶射液滴の付着は依然として避けられず、治具に付いた溶射液滴は次の作業の前に毎回掃除する必要があり生産性が良くない。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、隣接するシリンダボアへの溶射液滴の付着を効果的に防ぐことができるものである。

本発明の一態様に係る溶射装置は、シリンダブロックのシリンダボアの内壁面に溶射材料を噴出する溶射ガンと、前記シリンダボアと隣接する隣接シリンダボアの内部に挿入され、前記隣接シリンダボアの内壁面全面に渡ってガスが上方から下方に流れるようにガスを噴出する噴出口が設けられているガス噴出治具と、を備えたものである。この構成によれば、隣接するシリンダボアやガス噴出治具への溶射液滴の付着を効果的に防ぐことができる。

上記の溶射装置において、前記ガス噴出治具には、前記噴出口が複数設けられていてもよい。このようにすることで、ガスをより適切に流すことができる。

上記の溶射装置において、前記ガス噴出治具の前記隣接シリンダボアの内壁面と対向する外周面に沿って、複数の前記噴出口が間隔を開けて配置されていてもよい。このようにすることで、ガスをより適切に流すことができる。

上記の溶射装置において、前記ガス噴出治具は、前記隣接シリンダボアの上面を塞ぐ蓋部を備えていてもよい。このようにすることで、ガスをより適切に流すことができる。

本発明の一態様に係る溶射方法は、シリンダブロックのシリンダボアに溶射ガンを挿入し、かつ前記シリンダボアと隣接シリンダボアの内部にガス噴出治具を挿入する工程と、前記ガス噴出治具によって、前記隣接シリンダボアの内壁面全面に渡って気体が上方から下方に流れるようにガスを噴出させながら、前記溶射ガンによって、前記シリンダボアの内壁面に溶射材料を噴出する工程と、を備えたものである。この構成によれば、隣接するシリンダボアへの溶射液滴の付着を効果的に防ぐことができる。

上記の溶射方法において、前記ガス噴出治具には、前記噴出口が複数設けられていてもよい。このようにすることで、ガスをより適切に流すことができる。

上記の溶射方法において、前記ガス噴出治具の前記隣接シリンダボアの内壁面と対向する外周面に沿って、複数の前記噴出口が間隔を開けて配置されていてもよい。このようにすることで、ガスをより適切に流すことができる。

上記の溶射方法において、前記ガス噴出治具は、前記隣接シリンダボアの上面を塞ぐ蓋部を備えていてもよい。このようにすることで、ガスをより適切に流すことができる。

本発明によれば、隣接するシリンダボアへの溶射液滴の付着を効果的に防ぐことができる溶射装置、及び溶射方法を提供することができる。

溶射が行われるシリンダブロックの構成を模式的に示す図である。 シリンダブロックの内部構成を模式的に示す断面図である シリンダボアに溶射ガン、及びガス噴出治具を挿入した状態を模式的に示す図である。 本実施の形態にかかる溶射装置によって溶射される様子を模式的に示す図である。 本実施の形態にかかる溶射装置のガス噴出治具の構成を示す斜視図である。 ガス噴出治具の噴出口の配置を示す図である。 本実施の形態にかかる溶射装置のガス噴出治具をシリンダボアに挿入した状態を示す図である。 噴出口の配置の変形例１を示す図である。 噴出口の配置の変形例２を示す図である。 噴出口の配置の変形例３を示す図である。

以下、本発明に係るシリンダボアの溶射装置、及び溶射方法の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。各図において同一の符号は実質的に同じ構成を示す。

図１は、自動車用エンジンの直列４気筒式のシリンダブロックの構成の一例を模式的に示す斜視図である。なお、図１では、説明の明確化のため、ＸＹＺ３次元直交座標系を示している。Ｚ方向が各シリンダボアの長手方向（上下方向）であり、Ｘ方向が複数のシリンダボアが並んでいる方向（横方向）となっている。Ｙ方向は、Ｘ方向、及びＺ方向に直交する前後方向となる。なお、図１の下側がエンジンのクランクケース側となる。

図１に示すように、シリンダブロック１０には４つのシリンダボア１１が設けられている。各シリンダボア１１は、円筒形で、１列に配列されている。本実施の形態では、シリンダボア１１の内壁面に順次溶射処理（例えば、各シリンダボア１１を１つずつ処理する、あるいは、１つ置きに２つのシリンダボア１１を同時に処理）が行われる。なお、図１では４つのシリンダボア１１がＸ方向に沿って配列されているが、シリンダボア１１の配置、及び数については、図１の構成に限定されるものではない。また、複数のシリンダボア１１が１列に並んだ直列型シリンダブロックに限らず、Ｖ型シリンダブロックであってもよい。

シリンダブロック１０は、例えば、アルミニウムのダイキャスト鋳造法によって形成される。そして、シリンダブロック１０のシリンダボア１１の内壁面に鉄粉等の金属を溶射する。こうすることで、従来の別部材としてＦＣライナをシリンダボア１１内に鋳込む場合に比べボア面を薄くすることができる。よって軽量化、燃費向上に寄与できる。

図２にシリンダブロック１０の断面構成を示す。図２は、シリンダブロック１０のＸＺ断面図であり、より具体的にはシリンダブロック１０の一部の構成を模式的に示す図である。図２では、２つの隣接するシリンダボア１１が示されている。図２では、２つのシリンダボア１１のうち、−Ｘ側のシリンダボア１１をシリンダボア１１ａとし、＋Ｘ側のシリンダボア１１を隣接シリンダボア１１ｂとして示している。

シリンダボア１１ａと隣接シリンダボア１１ｂは、平行に並設されている。シリンダボア１１ａと隣接シリンダボア１１ｂの間には、呼吸孔１２が形成されている。シリンダブロック１０に呼吸孔１２が設けられているため、シリンダボア１１ａと隣接シリンダボア１１ｂとは連通している。呼吸孔１２は、シリンダボア１１ａ、及び隣接シリンダボア１１ｂの下側に形成されている。呼吸孔１２は、シリンダブロック１０製作としてダイカスト法を用いる場合において、粗材に鋳巣が発生するのを防ぐために設けられている。

シリンダボア１１ａを溶射する工程について、図３〜図４を用いて、説明する。図３に示すように、溶射を行うシリンダボア１１ａの内部に溶射ガン２０を挿入する。さらに、隣接シリンダボア１１ｂの内部にガス噴出治具３０を挿入する。ガス噴出治具３０は、円柱形状を有している。したがって、ガス噴出治具３０の外周面が隣接シリンダボア１１ｂの内壁面と隙間を隔てて対向する。ガス噴出治具３０の外周面には、エアを噴出する噴出口３１が設けられている。噴出口３１は、隣接シリンダボア１１ｂの上部に配置されている。なお、ガス噴出治具３０の構成については後述する。

次に、図４に示すように、噴出口３１がエアを噴出する。こうすることで、図４の矢印に示されるように、隣接シリンダボア１１ｂの内壁面に対してエアシールドが発生する。噴出口３１は、隣接シリンダボア１１ｂの内壁面全面に渡ってガスが上方から下方に流れるようにガスを噴出する。隣接シリンダボア１１ｂ内には矢印に示されるようにエアシールドが形成される。すなわち、ガス噴出治具３０の外周面とシリンダボア１１ｂの内壁面との間に隙間空間には、上から下に向けてガスが流れる。この隙間空間の寸法はエアが適度な速度で流れ、またエアの巻き込みが発生しない程度にする必要がある。あるいは、流出させるエアの量も併せて調整する必要がある。そして、エアシールドが形成されている間に、溶射ガン２０が溶射材料２１を隣接シリンダボア１１ａの内壁面に向けて噴出する。ガス噴出治具３０によって、隣接シリンダボア１１ｂの内壁面全面に渡って気体が上方から下方に流れるようにガスを噴出させながら、溶射ガン２０がシリンダボア１１ａの内壁面に溶射材料２１を噴出する。溶射ガン２０は、例えば、鉄製のワイヤをアーク放電で溶かしながら、溶射材料２１を噴出する。これにより、シリンダボア１１ａに向けて溶射材料２１が吹き付けられる。

シリンダボア１１ａの内壁面に溶射被膜が形成される。溶射中において、隣接シリンダボア１１ｂ内の隙間空間には、エアシールドが形成されている。このため、呼吸孔１２を介して溶射液滴（すす、スパッタ）が隣接シリンダボア１１ｂの内壁面に付着するのを防ぐことができる。このように、本実施の形態にかかる溶射装置によって、溶射前のシリンダボア１１ｂに溶射液滴が付着するのを防ぐことができる。溶射膜の密着強度低下の原因の一つである溶射液滴の付着を防止することで、溶射被膜の剥がれを防止することができる。また、治具自体にも溶射液滴が付着することも抑制される。すなわち、クランクケース側に向けて隙間なく、エアシールドを形成することができるため、溶射液滴の巻き込みを防止することができる。よって、溶射液滴が呼吸孔１２を介して隣接シリンダボア１１ｂの内壁面やガス噴出治具３０の表面に付着することを防止することができる。

次に、ガス噴出治具３０の構成について、図５〜図７を用いて説明する。図５は、ガス噴出治具３０の構成を模式的に示す斜視図である。図６は、ガス噴出治具３０の構成を模式的に示すＸＹ断面図である。図７は、隣接シリンダボア１１ｂに挿入されたガス噴出治具３０を模式的に示す側面図である。

図５に示すように、ガス噴出治具３０は、本体部３２、蓋部３３、及び保持具３４を備えている。本体部３２は、円柱形の部材であり、内部には、ガスが供給される空間が形成されている。本体部３２の直径は、隣接シリンダボア１１ｂ内に挿入されるよう、隣接シリンダボア１１ｂの内径よりも小さくなっている。例えば、隣接シリンダボア１１ｂ内にガス噴出治具３０を挿入した場合、本体部３２の外周面と隣接シリンダボア１１ｂの内壁面との間に、数ｍｍの隙間が形成される。

本体部３２の上端には、蓋部３３が形成されている。蓋部３３は、円板状になっており、本体部３２から張り出している。蓋部３３の径は、隣接シリンダボア１１ｂの径よりも大きくなっている。したがって、隣接シリンダボア１１ｂ内にガス噴出治具３０を挿入すると、隣接シリンダボア１１ｂの上部が蓋部３３で塞がれる。隣接シリンダボア１１ｂの上面（デッキ面）側を密閉することができる。このようにすることで、ガスをより適切に流すことができる。クランクケース側にエアを積極的に流すことができ、溶射材料の付着をより確実に防ぐことができる。

蓋部３３の上には保持具３４が設けられている。保持具３４を保持した状態で、ガス噴出治具３０が上下に操作される。これにより、ガス噴出治具３０を隣接シリンダボア１１ｂ内に挿入する、あるいは、隣接シリンダボア１１ｂから引き抜くことができる。

本体部３２の外周面には、複数の噴出口３１が形成されている。本体部３２の外周面において、複数の噴出口３１は、所定の間隔を開けて配置されている。本体部３２の外周面と隣接シリンダボア１１ｂの内壁面との隙間に応じたガスが噴出口３１から噴出する。噴出口３１は、本体部３２の上部に形成されている。すなわち、噴出口３１は、蓋部３３の直下に配置されている。この配置により、ガスをより適切に下方に向けて流すことができる。

本体部３２の内部において、噴出口３１は図６のように放射状に形成されている。図６では、本体部３２の外周面３２ａに、８つの噴出口３１が設けられている。噴出口３１は、放射状に形成されている。したがって、本体部３２の外周面３２ａに沿って、噴出口３１が等間隔に配置される。すなわち、噴出口３１は４５°の間隔で配置されている。したがって、本体部３２のシリンダボア１１ａ側と反対側の外周面３２ａにも噴出口３１が配置されることになる。ＸＹ平面において、複数の噴出口３１が対称に配置されている。このようにすることで、ガスをより適切に下方に向けて流すことができる。エアの流れを均一にすることができ、溶射液滴の付着をより効果的に防ぐことができる。もちろん、噴出口３１の数は８個に限定されるものではない。

この構成により、図７に示すようにガス噴出治具３０と隣接シリンダボア１１ｂとの隙間全体にエアシールドが形成される。すなわち、ガス噴出治具３０と隣接シリンダボア１１ｂとの間の隙間空間全体において、下向きにエアが流れていく。このようにすることで、呼吸孔１２を介して溶射液滴が隣接シリンダボア１１ｂの内壁面に付着するのを防ぐことができる。

例えば、特許文献１のように、隣接シリンダボアの一部のみにエアカーテンを形成する場合、隣接シリンダボアにおいて、ガスの流速が不均一になる。したがって、隣接シリンダボア内において上方向にエアの流れが形成される。これにより、エアの巻き込みが生じ、隣接シリンダボア内において、ピストンが摺動するストローク部分に溶射液滴が連通部（クランクケース部）を介して付着してしまうおそれがある。

これに対して、本実施形態に係るガス噴出治具３０では、隣接シリンダボア１１ｂ内の全体において、エアが下方向に流れている。すなわち、隣接シリンダボア１１ｂ内において、Ｚ方向に異物付着防止に十分なエアが隙間なく流れている。よって、呼吸孔１２を介して、溶射液滴が隣接シリンダボア１１ｂに付着するのを効果的に防ぐことができる。さらに、エアが下方向に均一に流れているため、上方向へのエアの巻き込みを防ぐことができる。たとえ、呼吸孔１２を介して溶射液滴が隣接シリンダボア１１ｂ内に進入してきたとしても、呼吸孔１２よりも下側に付着する。したがって、隣接シリンダボア１１ｂにおいて、ピストンが摺動するストローク部分の下端よりも下に溶射液滴が付着することになる。よって、溶射膜の密着強度低下を防ぎ、膜剥がれを防止することができる。

噴出口３１が複数形成されているため、ガスをより適切に流すことができる。具体的には、複数の噴出口３１が間隔を開けて周方向に配列されている。これにより、全周に渡って適切な量のガスを下方向に流すことができる。ガス噴出治具３０と隣接シリンダボア１１ｂとの間の隙間空間全体に、下向きのガスの流れが生じる。これにより、より効果的に液滴の付着を防ぐことができる。

さらに、隣接シリンダボア１１ｂの上面からガス噴出治具３０を挿入するだけでよいため、作業性がよい。これにより、高い生産性で溶射することができる。また、隣接シリンダボア１１ｂの内壁面とガス噴出治具３０との隙間全体にガスが流れているため、溶射液滴がガス噴出治具３０に付着するのも防ぐことができる。よって、メンテナンス性を向上することができる。さらに、本体部３２の外周面３２ａに溶射液滴が付着しないため、均一なガスの流れを安定して形成することができる。

本実施の形態に係る溶射装置によって溶射することで、シリンダボア１１への溶射液滴の付着を効果的に防ぐことができる。よって、溶射する前に、呼吸孔１２に対してマスキング（埋め栓）を手付する必要がなくなる。あるいは、呼吸孔１２のない粗材を用意して、溶射後に呼吸孔１２を形成する必要がなくなる。これにより、生産性を向上することができる。

このように、溶射装置は、溶射ガン２０とガス噴出治具３０とを備えている。なお、図１に示すシリンダブロック１０の４つのシリンダボア１１を溶射する場合、２つの溶射ガン２０と２つの２つのガス噴出治具３０を用意する。例えば、１番目と３番目のシリンダボア１１に溶射ガン２０を挿入し、２番目と４番目のシリンダボア１１にガス噴出治具３０を挿入する。そして、２番目と４番目のシリンダボア１１に内部にガスを噴出させながら、１番目と３番目のシリンダボア１１の内壁面を溶射する。すなわち、奇数番目のシリンダボア１１を溶射する場合、偶数番目のシリンダボア１１にガス噴出治具３０を挿入する。

１番目と３番目のシリンダボア１１の内壁面の溶射が終了したら、溶射ガン２０、及びガス噴出治具３０をシリンダボア１１から抜く。そして、２番目と４番目のシリンダボア１１に溶射ガン２０を挿入して、溶射する。なお、２番目と４番目のシリンダボア１１を溶射する場合、１番目と３番目のシリンダボア１１は溶射済みなので、ガス噴出治具３０を用いなくてもよい。このように、一列に配列された複数のシリンダボア１１に対して、溶射ガン２０とガス噴出治具３０とを交互に挿入する。こうすることで、効率よく溶射することができる。

（変形例）
ガス噴出治具３０の変形例について、図８〜図１０を用いて説明する。図８〜図１０は、噴出口３１の配置の変形例を示す図である。図８〜図１０は、ガス噴出治具３０の構成を模式的に示す図である。なお、ガス噴出治具３０の噴出口３１の配置以外の構成については、実施の形態１と同様であるため、説明を適宜省略する。

図８は、変形例１のガス噴出治具３０を模式的に示す側面図である。図８では、噴出口３１が細長いスリット形状となっている。すなわち、噴出口３１がＺ方向と直交する方向を長手方向として、外周面に沿って形成されている。この構成でも、隣接シリンダボア１１の内壁面全面に渡ってガスが上方から下方に流れるように噴出される。図８の構成でも、スリット状の噴出口３１を複数形成することが好ましい。さらに、複数のスリット上の噴出口３１を対称配置とすることが好ましい。これにより、均一にガスを流すことができる。

図９では、変形例２のガス噴出治具３０を模式的に示す側面図である。図９では、複数の噴出口３１がらせん状に配列されている。具体的には、本体部３２の外周面において、複数の噴出口３１が螺旋に沿って等間隔で配列されている。複数の噴出口３１に応じて、Ｚ方向における位置が異なっている。この構成でも、隣接シリンダボア１１の内壁面全面に渡ってガスが上方から下方に流れるように噴出される。

図１０は変形例３のガス噴出治具３０を模式的に示す断面図である。図１０では、噴出口３１が斜め下方に向いて形成されている。本体部３２の軸中心から外周面に向かうにしたがって、噴出口３１が下方に延びている。この構成でも、隣接シリンダボア１１の内壁面全面に渡ってガスが上方から下方に流れるように噴出される。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ シリンダブロック
１１ シリンダボア
１１ａ シリンダボア
１１ｂ 隣接シリンダボア
１２ 呼吸孔
２０ 溶射ガン
２１ 溶射材料
３０ ガス噴出治具
３１ 噴出口
３２ 本体部
３２ａ 外周面
３３ 蓋部
３４ 保持具

Claims (8)

1. シリンダブロックのシリンダボアの内壁面に溶射材料を噴出する溶射ガンと、
   前記シリンダボアと隣接する隣接シリンダボアの内部に挿入され、前記隣接シリンダボアの内壁面全面に渡ってガスが上方から下方に流れるようにガスを噴出する噴出口が設けられているガス噴出治具と、を備えた溶射装置。
2. 前記ガス噴出治具には、前記噴出口が複数設けられている請求項１に記載の溶射装置。
3. 前記ガス噴出治具の前記隣接シリンダボアの内壁面と対向する外周面に沿って、複数の前記噴出口が間隔を開けて配置されている請求項１、又は２に記載の溶射装置。
4. 前記ガス噴出治具は、前記隣接シリンダボアの上面を塞ぐ蓋部を備えている請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶射装置。
5. シリンダブロックのシリンダボアに溶射ガンを挿入し、かつ前記シリンダボアと隣接する隣接シリンダボアの内部にガス噴出治具を挿入する工程と、
   前記ガス噴出治具によって、前記隣接シリンダボアの内壁面全面に渡って気体が上方から下方に流れるようにガスを噴出させながら、前記溶射ガンによって、前記シリンダボアの内壁面に溶射材料を噴出する工程と、を備えた溶射方法。
6. 前記ガス噴出治具には、前記噴出口が複数設けられている請求項５に記載の溶射方法。
7. 前記ガス噴出治具の前記隣接シリンダボアの内壁面と対向する外周面に沿って、複数の前記噴出口が間隔を開けて配置されている請求項５、又は６に記載の溶射方法。
8. 前記ガス噴出治具は、前記隣接シリンダボアの上面を塞ぐ蓋部を備えている請求項５〜７のいずれか１項に記載の溶射方法。

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