JP2016164292A - 溶射マスキング装置及び溶射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスキング部を利用する溶射において、粒子を端面付近のシリンダボア側面に十分に粒子を溶射可能であり、且つ、マスキング部の位置合わせ精度の影響を受けない、溶射方法および溶射マスキング装置を提供すること。【解決手段】本発明の溶射方法は、リンダボア内の側面が溶射された際に、溶射から端面を保護し、シリンダボアの内径より大きい内径の開口１４を有するマスキング部１１を備える溶射マスキング装置１０を、シリンダブロックの開口を有する端面に配置するマスキング行程と、シリンダボア内の側面に向けてシリンダボアの軸線に略垂直な方向で粒子を溶射する溶射行程と、溶射行程後に、シリンダブロックから前記マスキング装置を外す取り外し行程と、溶射された粒子をシリンダブロックの端面から除去する除去行程と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は溶射マスキング装置及び溶射方法に関し、例えばエンジンのシリンダブロックに対する溶射マスキング装置及び溶射方法に関する。

近年、エンジンの耐摩耗性を向上させるために、シリンダボア内の側面に溶射膜が形成されている。溶射膜を形成する方法としては、溶射ガンをシリンダボア内に挿入し、溶射ガンからシリンダボア内の側面に、粒子を吹き付ける方法がある。

この溶射方法では、溶射ガンから噴射する粒子がシリンダボア内の側面以外の部位にも付着してしまい、この付着した粒子の除去には非常に手間がかかる。これに対し、例えば特許文献１、２によれば、溶射した粒子をシリンダブロックの端面に付着させないように、端面にマスキング部を装着して完全に覆うことによって、粒子の除去の手間がかからないようにすることが可能である。

特開２０１０−１３８４４０号公報 特開平１１−１０６８９１号公報

しかしながら、特許文献１の溶射方法では、マスキング部の内径をシリンダボアの内径にずれなく合わせる必要があり、位置合わせの精度が要求される。
また、特許文献２の溶射方法では、マスキング部の内径がシリンダボアの内径よりも小さいので、端面付近のシリンダボア側面に粒子が充分に付着されない。
そこで、マスキング部を利用する溶射において、粒子を端面付近のシリンダボア側面に充分に粒子を溶射可能であり、且つ、マスキング部の位置合わせ精度の影響をうけない、溶射方法および溶射マスキング装置を提供することが課題となる。

本発明にかかる溶射方法は、前記シリンダボア内の側面に粒子が溶射された際に、粒子の溶射から端面を保護し、シリンダボアの内径より大きい内径の開口を有するマスキング部を、シリンダブロックの開口を有する端面に配置するマスキング行程と、前記シリンダボア内の側面に向けて前記シリンダボアの軸線に略垂直な方向で粒子を溶射する溶射行程と、前記溶射行程後に、前記シリンダブロックから前記マスキング部を取り外すと共に、溶射された粒子を前記シリンダブロックの端面から除去する除去行程と、
を備えるようにした。

本発明の溶射方法によれば、シリンダボアの側面に略垂直な方向から粒子が吹き付けられるので、粒子が表面に堆積して一定の厚みを有する溶射被膜（以下「強溶射領域」と言う）が形成される一方で、マスキング部の開口の内側であることによって部分的にマスキングされていないシリンダブロックの端面には、略平行な方向から粒子が吹き付けられるので、粒子は表面に蓄積することなく分散し、粒子密度の低い弱溶射領域が形成される。

このように、弱溶射領域の粒子は、溶射密度が低く、粒子がまばらに付着しているので、エアパージ及び拭き取りにより、容易に除去でき、しかもその除去範囲に関してはマスキング部によってマスキングされなかった端面の一部分上の粒子を除去すればこと足りる。
結果として、溶射された粒子の除去の手間がかからないようにしながらマスキング部の開口径がシリンダボアの内径よりも大きく設定することが出来るようになるため、溶射マスキング部の正確な位置決めを必要とせず、且つシリンダボア内の側面に端部まで十分に溶射膜を形成することができる溶射方法を提供することが可能となる。

ここで、前記溶射マスキング装置は、前記マスキング部の外周に立設し、溶射不要な部位に粒子が溶射されることを防ぐ飛散防止壁を備えることが望ましい。

本発明の溶射方法によれば、飛散防止壁により溶射された粒子の飛散を防ぐことができる。

また、前記飛散防止壁は、前記マスキング部の主面に対して傾斜して形成されていることが望ましい。

本発明の溶射方法によれば、飛散防止壁によって跳ね返る粒子の移動方向を変えることができ、シリンダボア内に不要な粒子が侵入することを防ぐことができる。

また、前記マスキング部及び前記飛散防止壁は、表面に表面粗さを低下させる加工が施されていることが望ましい。

本発明の溶射方法によれば、粒子が固着しにくくなり、溶射された粒子をマスキング装置から容易に取り除くことができる。

また、前記マスキング部は、開口端に曲面または傾斜面を有することが望ましい。

本発明の溶射方法によれば、溶射によりシリンダブロックの端面に略平行に吹き付けられた粒子の移動方向を端面から離れる方向に変化させるので、粒子は端面上に留まらず、マスキング部上に移動する。この結果、シリンダブロックの端面上に粒子を蓄積させずに済む。

溶射マスキング装置を正確な位置決めをしなくても、不要な部位に粒子を溶射せずに、シリンダボア内の側面に端部まで溶射膜を形成することのできる溶射方法を提供することができる。

実施の形態１に係る溶射マスキング装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態１に係る溶射方法の例を示す断面斜視図である。 実施の形態１に係る溶射方法の例を示す断面図である。 実施の形態１に係る溶射方法の例を示す断面の拡大図である。 実施の形態１に係る溶射方法の例を示す断面の拡大図である。 実施の形態２に係る溶射マスキング装置の例を示す斜視図である。 実施の形態２に係る溶射マスキング装置の例を示す断面図である。 実施の形態２に係る溶射マスキング装置と粒子の例を示す略図である。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１に係る溶射マスキング装置の構成を示す斜視図である。図１において、溶射マスキング装置１０は、マスキング部１１と、飛散防止壁１２と、固定板１３とを備える。

マスキング部１１は、板状の形状に開口１４を有する。このマスキング部１１は、粒子を溶射する際にシリンダブロックの端面に配置される。シリンダブロックにはピストンを収めるための円筒形状の穴であるシリンダボアが１または複数設けられており、マスキング部１１がシリンダブロックの端面に配置された際に、開口１４がシリンダボアの開口に対応するように配置され、溶射が行われる。シリンダブロック上での配置については図２と共に後述する。また、溶射については、図３〜５と共に後述する。

この開口１４の内径は、シリンダボアの開口の内径より大きい。すなわち、マスキング部１１は、シリンダブロックの端面の開口近傍をマスキングせずに露出することにより、端面上に除去可能な溶射領域（以下「弱溶射領域」と言う）が形成される。

この弱溶射領域は除去することを前提としているので、シリンダブロックの端面において、シリンダボアの開口近傍にある最低限の溶射領域で良い。

例えば、シリンダボアの開口が円である場合、マスキング部１１の開口１４は、シリンダボアより大きな半径を有し、シリンダボアの開口とマスキング部１１の開口１４とは、同心円とするのが好適である。例えば、開口１４は、シリンダボアの半径より０．５〜２．０ｍｍ大きい半径の円形が好適である。

また、マスキング部１１は、開口１４に望む端部に内側面１５を形成している。例えば、粒子の移動方向を変化させる内側面１５の形状としては、凸曲面が好適である。また、内側面１５の形状は凹曲面でもよい。内側面１５の形状はマスキング部１１と角度を成す平面でも良い。

マスキング部１１の端部に内側面１５を形成することにより、溶射によりシリンダブロックの端面に略平行に吹き付けられた粒子の移動方向を端面から離れる方向に変化させるので、粒子は端面上に留まらず、マスキング部１１上に移動する。この結果、シリンダブロックの端面上に粒子を蓄積させずに済む。

また、マスキング部１１は溶射により粒子が吹き付けられるので、マスキング部１１は粒子が固着しにくい材質であることが望ましい。例えば、マスキング部１１は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の樹脂、真鍮等の熱伝導性の高い金属、あるいは樹脂の表面を金属でメッキしたものが好適である。

更に、マスキング部１１は、粒子が固着しにくい形状であることが望ましい。例えば、マスキング部１１は、算術平均粗さＲａが１．６以下である表面粗さが好適である。マスキング部１１の表面粗さを低下させることにより、粒子が固着するための凹凸が少なくなり、粒子が固着しにくくなる。また、粒子が固着しにくい形状として、マスキング部１１は、幾何公差が０．１ｍｍ以下である平面度であってもよい。

このように、マスキング部１１の表面に表面粗さを低下させる加工を施すことにより、溶射された粒子をマスキング装置から容易に取り除くことができる。

なお、マスキング部１１の形状は、図１に示すように円板形状が好適であるが、この形状に限定されるものではなく、シリンダブロックの端面形状に合わせて任意に決定することができる。

飛散防止壁１２は、溶射時に吹き付けられる粒子が溶射不要な部位に飛散することを防ぐ壁である。溶射は、シリンダボアの中心からシリンダボアの側面に対して粒子を吹き付けるので、外側への粒子の飛散を防ぐ角度で設置されることが望ましい。例えば、図１では、飛散防止壁１２は、マスキング部１１の外周に接続し、マスキング部１１に対して垂直な角度を形成している。この結果、飛散防止壁１２は、溶射された粒子の移動方向に対して垂直に近い角度となるので、粒子の飛散を防ぐことができる。

飛散防止壁１２は、マスキング部１１の外周全体に接続する形状であるので、マスキング部１１の形状により任意に決定可能である。例えば、図１に示すように、マスキング部１１が円板形状である場合には、中空円筒形状となる。

また、飛散防止壁１２の材質は、マスキング部１１と同じ材質を用い、一体形成されたものが好適である。

固定板１３は、溶射時に溶射マスキング装置１０をシリンダブロックに固定するための構成である。具体的には、固定板１３は、マスキング部１１及び飛散防止壁１２の外周に設けられている。

そして固定板１３は、シリンダブロックの端面に設けられたボルト穴と対応する位置に穴１６を有する。溶射マスキング装置１０は、シリンダブロックのボルト穴と穴１６とにボルトを通して、シリンダブロックに固定する。固定板１３は、マスキング部１１及び飛散防止壁１２と同じ材質を用い、一体形成されたものが好適である。

次に、上述した溶射マスキング装置１０を用いて、シリンダボアに溶射する例について説明する。図２は、実施の形態１に係る溶射方法の例を示すシリンダブロック及びマスキング装置の断面斜視図である。まず、図２に示すように、シリンダブロック２０の端面に溶射マスキング装置１０を配置する。シリンダブロック２０の端面２２は、シリンダボアの開口近傍の露出面２１を除く部分が溶射マスキング装置１０のマスキング部１１により覆われている。

シリンダブロック２０の端面を溶射マスキング装置１０で覆っている状態で、シリンダブロックのボルト穴と、溶射マスキング装置１０の穴１６とにボルトを通し、溶射マスキング装置１０をシリンダブロック２０に固定する。

固定後、シリンダボア内の側面に粒子を溶射する。図３は、実施の形態１に係る溶射方法の例を示す断面図である。図３に示すように、溶射ガン３０は、シリンダブロック２０のシリンダボア内に進入し、シリンダボアの側面に向けて粒子を溶射する。具体的には、溶射ガン３０は、金属等を加熱して溶融した粒子をシリンダボアの側面２３に吹き付けて被膜を形成する。

例えば、溶射ガン３０が、円筒形状のシリンダボア内で、軸線に略垂直な方向を中心に円錐状に広がりを持って粒子を噴出する。

溶射ガン３０は、円筒形状のシリンダボア内を、開口から軸線に平行に移動しつつ粒子を溶射することにより、シリンダブロックの露出面２１から内部までシリンダボア側面に粒子を溶射することができる。

ここで、シリンダボアの側面に略垂直な方向から粒子が吹き付けられるので、粒子が表面に堆積して一定の厚みを有する溶射被膜（以下「強溶射領域」と言う）が形成される。

一方、シリンダブロックの端面には、略平行な方向から粒子が吹き付けられるので、粒子は表面に蓄積することなく分散し、粒子密度の低い弱溶射領域が形成される。図４は、実施の形態１に係る溶射方法の例を示す断面の拡大図である。図４に示すように、シリンダボア内の側面２３には強溶射領域４２が形成され、シリンダブロックの露出面２１には弱溶射領域４１が形成される。溶射終了後、シリンダブロック２０から溶射マスキング装置１０を取り外す。

そして、シリンダブロックから弱溶射領域４１を除去する。弱溶射領域４１の粒子は、溶射密度が低く、粒子がまばらに付着しているので、エアパージ及び拭き取りにより、容易に除去できる。図５は、実施の形態１に係る溶射方法の例を示す断面の拡大図である。図５に示すように、弱溶射領域の粒子は除去され、シリンダブロックには強溶射領域４２が残される。

このように実施の形態１の溶射方法によれば、シリンダボアの側面に略垂直な方向から粒子が吹き付けられるので、粒子が表面に堆積して一定の厚みを有する溶射被膜（以下「強溶射領域」と言う）が形成される一方で、マスキング部の開口の内側であることによって部分的にマスキングされていないシリンダブロックの端面には、略平行な方向から粒子が吹き付けられるので、粒子は表面に蓄積することなく分散し、粒子密度の低い弱溶射領域が形成される。

このように、弱溶射領域の粒子は、溶射密度が低く、粒子がまばらに付着しているので、エアパージ及び拭き取りにより、容易に除去でき、しかもその除去範囲に関してはマスキング部によってマスキングされなかった端面の一部分上の粒子を除去すればこと足りる。

結果として、溶射された粒子の除去の手間がかからないようにしながらマスキング部の開口径がシリンダボアの内径よりも大きく設定することが出来るようになるため、溶射マスキング部の正確な位置決めを必要とせず、且つシリンダボア内の側面に端部まで十分に溶射膜を形成することができる溶射方法を提供することが可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、飛散防止壁の角度を設定することにより、溶射された粒子が飛散防止壁から跳ね返ることによりシリンダボア内に侵入することを防ぐ例について説明する。

図６は、実施の形態２に係る溶射マスキング装置の例を示す斜視図である。また図７は、実施の形態２に係る溶射マスキング装置の例を示す断面図である。図６、７において、図１と同一の構成については、同一の番号を付し、説明を省略する。

図６において、溶射マスキング装置５０は、マスキング部１１と、飛散防止壁５１と、固定板１３とを備える。図７に示すように、飛散防止壁５１は、マスキング部１１の主面１７に対して傾斜した角度αで、マスキング部１１と接続している。

この飛散防止壁５１による効果について図８を用いて説明する。図８は、実施の形態２に係る溶射マスキング装置と粒子の例を示す略図である。図８に示すように、溶射時に粒子は、シリンダボアの中心軸側から外周に向けて吹き付けられる。図８において、実線の矢印が粒子の入射方向を示し、破線が粒子の反射方向を示す。

この粒子が吹き付けられる速度が速い場合、飛散防止壁で跳ね返る速度も速くなる。その結果、飛散防止壁の角度が粒子の方向に対して垂直に近いほど、粒子がシリンダボア内まで跳ね返ってしまう可能性がある。そこで、実施の形態２では、飛散防止壁５１に角度をつけて傾斜させることにより、飛散防止壁５１で跳ね返った粒子の方向を変えることにより、シリンダボア径方向への速度を減少させることにより、シリンダボア内への粒子の侵入を防ぐ。

このように実施の形態２の溶射マスキング装置は、飛散防止壁をマスキング部に対して傾斜させることにより、飛散防止壁によって跳ね返る粒子の移動方向を変えることができ、シリンダボア内に不要な粒子が侵入することを防ぐことができる。

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。例えば、シリンダボアが円筒形状である例について説明しているが、シリンダボアが楕円筒形状等、他の形状であっても適用可能である。

１０、５０ 溶射マスキング装置
１１ マスキング部
１２、５１ 飛散防止壁
１３ 固定板
１４ 開口
１５ 内側面
１６ 穴
２０ シリンダブロック
２１ 露出面
３０ 溶射ガン
４１ 弱溶射領域
４２ 強溶射領域

Claims (5)

1. 前記シリンダボア内の側面に粒子が溶射された際に、粒子の溶射から端面を保護し、且つシリンダボアの内径より大きい内径の開口を有するマスキング部を備える溶射マスキング装置を、シリンダブロックの開口を有する端面に配置するマスキング行程と、
   前記シリンダボア内の側面に向けて前記シリンダボアの軸線に略垂直な方向で粒子を溶射する溶射行程と、
   前記溶射行程後に、前記シリンダブロックから前記マスキング装置を取り外し行程と共に、溶射された粒子を前記シリンダブロックの端面から除去する除去行程と、
   を備える溶射方法。
2. 前記溶射マスキング装置は、前記マスキング部の外周に立設し、溶射不要な部位に粒子が溶射されることを防ぐ飛散防止壁を備える請求項１に記載の溶射方法。
3. 前記飛散防止壁は、前記マスキング部の主面に対して傾斜して形成されている請求項２に記載の溶射方法。
4. 前記マスキング部及び前記飛散防止壁は、表面に表面粗さを低下させる加工が施されている請求項１から３のいずれかに記載の溶射方法。
5. 前記マスキング部は、開口端に曲面または傾斜面を有する請求項１から４のいずれかに記載の溶射マスキング装置。

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