JP4039255B2

JP4039255B2 - 溶射方法及び溶射ガン装置

Info

Publication number: JP4039255B2
Application number: JP2003014177A
Authority: JP
Inventors: 秀信松山; 明清水
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2023-01-23
Also published as: JP2004225101A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばシリンダブロック等の円筒内面に溶射皮膜を形成する溶射方法及び溶射ガン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダブロック等の円筒内面を有する被処理物の前記円筒内面に溶射皮膜を形成する溶射方法として、アセチレンとプロパンと酸素とで高温の燃焼炎を生成し、該燃焼炎中に溶射用材料である線材を一定速度で送り込み、この線材を溶融した溶滴を高速で前記円筒内面に吹き付けるものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−６２５１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に記載された溶射ガン装置では、溶射ガン装置の先端部のみが回転するように構成されている。従って、溶射ガン装置の構成部品自体の寸法精度や構成部品の組付精度にバラツキが生じると、溶射ガン装置の先端部の回転に伴って所定の角度位置において機械的な負荷が掛かるおそれがある。また、線材を送給するための供給孔と線材との間に間隙があり、この間隙が大きくなると送給中に線材の位置が、径方向にばらついて移動する。このため、溶射皮膜の膜厚が円筒内面の周方向で不均一になるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、円筒内面における溶射皮膜の膜厚の均一性を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、順次供給される溶射用材料を溶融させた溶滴を、溶射ガン装置の先端部材を回転させた状態で該先端部材から円筒内面に噴射して皮膜を形成する溶射方法において、前記先端部材を溶射ガン装置の本体部に対して回転させる一方、この本体部を基体に対して回転させることによって、前記先端部材と本体部を共に回転させながら溶射を施すことを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、溶射ガン装置の先端部材のみならず本体部も回転しながら溶射処理を行うため、先端部材のみを回転させながら溶射を行う場合に比較して、被溶射面に対する皮膜厚さのバラツキを低減することができ、円筒内面である被溶射面が周方向に均等な厚さに溶射を行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【０００９】
図１は、本発明の第１実施形態に用いられる溶射ガン装置の全体構成を示しており、図２は、図１の溶射ガン装置の先端部を拡大した断面図である。ここでの円筒内面は、自動車用エンジンにおけるアルミニウム合金製のシリンダブロック１のボア内面１ａであり、このシリンダボア内に、ガス溶線式の溶射ガン装置３を挿入し、その溶射口３ａから溶射用材料として溶融した鉄系金属材料の溶射粒子をボア内面１ａに溶射して溶射皮膜３２を形成する。
【００１０】
溶射ガン装置３は、溶線送給機５から溶射用材料として鉄系金属材料の溶線７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９と酸素を貯蔵した酸素ボンベ１１とから、配管１３，１５を介して燃料ガスと酸素の供給をそれぞれ受ける。
【００１１】
前記溶線７は、溶射ガン装置３の中央部の上下に貫通して設けられた溶射用材料送給部としての溶線送給孔１７の上端から下方に向けて送給される。また、燃料および酸素は、図２に示すように、溶線送給孔１７の外側の円筒部１９に、上下方向に貫通して形成してあるガス案内流路２１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２１の下端開口部２１ａから流出し、点火されることによって燃焼炎２３が形成される。
【００１２】
前記円筒部１９の外周側には、アトマイズエア流路２５を設けてあり、該アトマイズエア流路２５の外周側には、いずれも円筒形状の隔壁２７と外壁２９との間に形成したアクセラレータエア流路３１が形成されている。
【００１３】
アトマイズエア流路２５を流れるアトマイズエアは、燃焼炎２３の熱を前方（図２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７を同前方へ送る。一方、アクセラレータエア流路３１を流れるアクセラレータエアは、前方へ送られ溶融した溶線７を、この送り方向と交差するように前記ボア内面１ａに向けて溶射粒子６５として吹きつけることによって、ボア内面１ａに溶射皮膜３２を形成する。
【００１４】
アトマイズエア流路２５には、図１に示すように、アトマイズエア供給源３３から、減圧弁３５を備えたエア供給管３７を通してアトマイズエアを供給するように構成されている。一方、アクセラレータエア流路３１には、アクセラレータエア供給源３９から、減圧弁４１およびマイクロミストフィルタ４３をそれぞれ備えたエア供給管４５を通してアクセラレータエアを供給するように構成されている。
【００１５】
アトマイズエア流路２５とアクセラレータエア流路３１との間に設けられた隔壁２７には、図２に示すように、図中で下部側の先端に回転筒部４９が取り付けられている。該回転筒部４９は、溶射ガン装置本体部を構成する外壁２９に対しベアリング４７を介して回転自在に構成されており、回転筒部４９の上部外周には、アクセラレータエア流路３１内に位置する回転翼５１を取り付けている。この回転翼５１に、アクセラレータエア流路３１を流れるアクセラレータエアが作用することによって、回転筒部４９、隔壁２７及び後述する先端部材５３が回転するように構成されている。
【００１６】
回転筒部４９の先端面（下端面）４９ａには、回転筒部４９と一体となって回転する先端部材５３を固定しており、前記回転筒部４９の先端部の内面（下端内面）４９ｂは傾斜した先細り形状となって、先端部材５３の傾斜面５３ａに連続するように対応して設けられている。先端部材５３の周縁の一部には、前述したアクセラレータエア流路３１にベアリング４７を介して連通する噴出流路５５を備えた突出部５７を設けてある。
【００１７】
噴出流路５５は、アクセラレータエア流路３１とほぼ同一直線状に連続する基部流路５５ａと、基部流路５５ａの下端からほぼ９０度屈曲してボア内面１ａに向けて開口する先端流路５５ｂとを備えている。この先端流路５５ｂの先端開口が、溶射ガン装置３の前記溶射口３ａとなる。
【００１８】
先端部材５３の突出部５７を除く周縁部は、板状部５９となってアクセラレータエア流路３１の先端開口を覆っている。
【００１９】
さらに、溶射ガン装置３の本体部は、詳細には図示しないが、外壁２９と該外壁２９を支持する基体を備えており、この外壁２９が駆動装置によって基体に対して回転可能に構成されている。ガン本体部の回転方向は、先端部材５３と同一方向及び反対方向のいずれも選択することが可能である。また、溶射ガン装置本体部の回転速度は１０〜２０ｍ／分であり、溶射ガン装置先端部材５３の回転速度は、本体部よりも速い１００〜３００ｍ／分となるように構成されている。
【００２０】
次に、図３の動作説明図を用いて作用を説明する。この第１実施形態においては、溶射ガン装置３の先端部材５３と本体部の双方を回転させながら、ボア内面１ａを往路移動することによって、ボア内面１ａに１パスのみ溶射を行うものである
まず、図３（ａ）に示すように、溶射粒子６５をボア内面１ａに吹き付けながら溶射ガン装置３を下降させる。図１，図２に示すように、燃料ガスボンベ９と酸素ボンベ１１から燃料および酸素をガス案内流路２１にそれぞれ供給し、ガス案内流路２１の下端開口部２１ａから流出する混合ガスに点火して燃焼炎２３を形成する。このとき、アトマイズエア流路２５に減圧弁３５によって減圧したアトマイズエアを供給したのち、アクセラレータエア流路３１に、減圧弁４１によって減圧しかつマイクロミストフィルタ４３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。
【００２１】
アクセラレータエア流路３１に供給したアクセラレータエアが回転翼５１を通過すると、隔壁２７、回転筒部４９及び先端部材５３は、溶射ガン装置本体部を構成する外壁２９に対してベアリング４７を介して、１００〜３００ｍ／分の速度で回転する。
【００２２】
さらに、アクセラレータエアは、ベアリング４７を通過してベアリング４７を冷却し、噴出流路５５を流れた後、その先端の溶射口３ａからボア内面１ａに向けて噴出される。この溶射口３ａから噴出され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２３の熱を伴って、図２に示すように、溶線７を溶解して溶射粒子６５とし、該溶射粒子６５をボア内面１ａに吹き付ける。図示しない上下動用駆動装置を用いて溶射ガン装置３の全体をボア内を下方に向けて下降させる。
【００２３】
一方、外壁２９等の溶射ガン装置本体部を、前述したように、図示しない駆動装置によって前記回転筒部４９及び先端部材５３と同じ方向に回転させる。この回転速度は、先端部材５３よりも遅い１０〜２０ｍ／分である。
【００２４】
以上説明したように、図３（ａ）に示すように、溶射ガン装置３の本体部７０及び先端部材５３の双方を回転させた状態で、溶射ガン装置３をボア内の下方へ往路移動させる。この結果、ボア内面１ａのほぼ全面に亘って前述した溶射皮膜３２が形成される。
【００２５】
次いで、図３（ｂ）に示すように、ボア内面１ａの下端部まできたら溶滴噴射を停止し、溶射ガン装置３の上下動、先端部材５３と本体部７０の回転も停止させる。
【００２６】
そして、図３（ｃ）に示すように、溶射ガン装置３を回転も噴射もしない状態で上方に移動してボア内の上端部まで到達すると、溶射が終了する。
【００２７】
前述した第１実施形態によれば、膜厚偏りの傾向が溶射ガン装置３の回転方向（ボア内面の周方向）に分散されて偏りが減少するため、膜厚が均一な溶射皮膜が形成される。例えば、溶射ガン装置３の先端部材５３のみを回転させながら溶射を行った場合には溶射皮膜の最大値と最小値とで２００μmあったところ、第１実施形態によれば、２０μmと約１０分の１に大幅に低減した。
【００２８】
次いで、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同一内容については説明を省略する。
【００２９】
前記第１実施形態では、ボア内面１ａの上端から下端までの１パス目の往路においてのみ溶射を行ったが、第２実施形態では、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、ボア内面１ａの上端から下端までの往路である１パス目のみならず、下端から上端に戻る復路である２パス目においても溶射を行うものである。ただし、溶射ガン装置３の本体部７０は、溶射時には回転せずに、本体部７０の方向転換を目的として１パス目と２パス目との間に旋回する。
【００３０】
まず、前述した第１実施形態と同様に、図４（ａ）に示すように、アクセラレータエア流路３１に供給したアクセラレータエアを回転翼５１を通過させることによって溶射ガン装置３の先端部材５３を回転させたのち、溶射口３ａから噴き出す高温のアクセラレータエアによって溶滴状の溶射粒子６５の噴射を行う。こののち、溶射ガン装置３をその先端部材５３のみを回転させながら下降させて、ボア内面１ａに１パス目の溶射を施す。
【００３１】
次いで、図４（ｂ）に示すように、ボア内面１ａの下端に到達したときに、下降を停止させ、溶射ガン装置３の本体部７０を１パス目の本体部７０の周方向位置から１８０°旋回させる。この状態で、図４（ｃ）に示すように、２パス目として、溶射ガン装置３を上昇させながら先端部材５３を回転させることによって、復路の溶射を行う。そして、ボアの上端に到達したときに、溶射粒子６５の噴射を停止し、先端部材５３の回転も停止させる。さらに、溶射ガン装置本体部７０を１８０°旋回させて元の角度位置に戻して終了する。
【００３２】
前記第２実施形態によれば、膜厚の偏りが円筒状のボア内面１ａの周方向で互いに１８０°の位置に生じる場合、即ち、ボア内面１ａの中心軸を挟んで互いに対向する周面の膜厚が、一方が薄く他方が厚い場合に、効率的に膜厚の均一化を図ることができる。
【００３３】
次に、第３実施形態について説明する。
【００３４】
この第３実施形態では、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ボア内面１ａに予熱を施したのちに、第１実施形態による溶射を施すことを特徴とするものである。
【００３５】
まず、図２に示すように、アクセラレータエア流路３１内にアクセラレータエアを供給すると、アクセラレータエアは噴出流路５５を流れたのち、溶射口３ａから噴き出す。この噴射口３ａから噴出するアクセラレータエアは、図５（ａ）に示すように、アトマイズエアによって前方に送られた前記燃焼炎の熱を伴って熱風６１となり、ボア内面１ａに吹き付けられる。
【００３６】
この状態で、図５（ａ）に示すように、溶射ガン装置３をシリンダボア内に先端部材５３を挿入した状態から図中で下方に往路移動させる。この移動時では、溶線７の供給はまだ行わず、溶射口３ａを備えた先端部材５３が回転しながら下方へ移動することで、溶射口３ａから噴出する熱風６１をボア内面１ａに当て、図５（ｂ）に示すように、ボア内面１ａの下端に至るまでボア内面１ａの予熱を行う。
【００３７】
こののちは、前記第１実施形態と同様に、図５（ｃ）に示すように、溶射ガン装置３の先端部材５３から溶滴を噴出させ、溶射ガン装置３の本体部材５３を回転させながら、ボア内を上方に移動させることによって、ボア内面１ａに溶射を施す。
【００３８】
この第３実施形態によれば、予熱を施して高温に保持されたボア内面に溶射を行うため、吹き付けられた溶滴の流れ性が向上し、溶射皮膜の厚さが周方向で均一に形成される。また、溶射皮膜のボア内面に対する密着性が向上する。
【００３９】
以上述べたように、本発明に係る溶射方法及び溶射ガン装置は、第１〜第３実施形態に例をとって説明したが、これらの各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の実施形態を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による溶射ガン装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１の溶射ガン装置の先端を拡大した断面図である。
【図３】第１の実施形態による溶射方法の動作説明図で、（ａ）は被溶射面に対する溶射処理作業をしている状態を示し、（ｂ）は被溶射面の下端に溶射ガン装置が移動した状態を示し、（ｃ）は溶射作業を行うことなく、溶射ガン装置が上昇する状態を示す。
【図４】第２の実施形態による溶射方法の動作説明図で、（ａ）は被溶射面に対する１パス目の溶射処理作業をしている状態を示し、（ｂ）は被溶射面の下端に溶射ガン装置が移動した状態を示し、（ｃ）は被溶射面に対する２パス目の溶射処理作業をしている状態を示す。
【図５】第３の実施形態による溶射方法の動作説明図で、（ａ）は溶射作業を行うことなく、被溶射面に対して予熱処理を行っている状態を示し、（ｂ）は被溶射面の下端に溶射ガン装置が移動した状態を示し、（ｃ）は被溶射面に対する１パス目の溶射処理作業をしている状態を示す。
【符号の説明】
１ａボア内面（円筒内面）
３溶射ガン装置
７溶線（溶射用材料）
３１アクセラレータエア流路
５３先端部材
６５溶射粒子（溶滴）
７０本体部

Claims

順次供給される溶射用材料を溶融させた溶滴を、溶射ガン装置の先端部材を回転させた状態で該先端部材から円筒内面に噴射して皮膜を形成する溶射方法において、
前記先端部材を溶射ガン装置の本体部に対して回転させる一方、この本体部を基体に対して回転させることによって、前記先端部材と本体部とを同時に回転させながら溶射を施すことを特徴とする溶射方法。
前記溶射ガン装置の本体部を、前記先端部材よりも遅い速度で回転させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の溶射方法。
順次供給される溶射用材料を溶融させた溶滴を、溶射ガン装置の先端部材を回転させた状態で該先端部材から円筒内面に噴射して皮膜を形成する溶射方法において、
前記円筒内面に対して１パス目の溶射が終了したのち、この１パス目の溶射によって膜厚が薄くなる円筒内面の周方向位置に溶射ガン装置の本体部を旋回し、２パス目以降の溶射を行うことを特徴とする溶射方法。
前記溶射ガン装置の本体部の旋回角度が略１８０°であることを特徴とする請求項３に記載の溶射方法。
順次供給される溶射用材料を溶融させた溶滴を、溶射ガン装置の先端部材を回転させながら該先端部材から円筒内面に噴射して皮膜を形成する溶射ガン装置において、
前記先端部材を溶射ガン装置の本体部に対して回転自在に支持する一方、この本体部を基体に回転自在に取り付けることによって、前記先端部材を本体部に対して回転させ、かつ、本体部を基体に対して回転させるように構成したことを特徴とする溶射ガン装置。
前記溶射ガン装置は、本体部に回転自在に支持された回転筒部と、該回転筒部に固定された先端部材とを備え、前記回転筒部には、本体部内のアクセラレータエア流路内に位置する回転翼が取り付けられ、
前記アクセラレータエア流路内を流れるエアーが前記回転翼に当たることによって該回転翼に回転駆動力が生じ、これらの回転翼、該回転翼が取り付けられた回転筒部、および、先端部材が回転するように構成したことを特徴とする請求項５に記載の溶射ガン装置。