JP4042090B2

JP4042090B2 - シリンダブロックの溶射方法

Info

Publication number: JP4042090B2
Application number: JP2001084403A
Authority: JP
Inventors: 正志高橋; 誠也國岡
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: JP2002285313A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクケースのないシリンダブロックにおいて、そのボア面に溶射皮膜を形成する際に、複数のシリンダブロックを同時にかつ効率的に処理する溶射方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、アルミニウム合金からなる内燃機関のシリンダブロックにおいては、ボア面の耐久性を向上させるために、その表面に耐摩耗性や耐焼付性に優れた皮膜を形成する方法が採用されており、その方法の一つとして溶射が挙げられる。
ここで、溶射とは、金属又は金属酸化物等からなる粉末や線材を熱源の中に供給し、瞬間的に加熱、溶融させ、溶滴となった粒子を被処理材に高速で衝突及び溶着させることにより、この被処理剤の表面に皮膜を形成する方法である。この溶射は、皮膜及び被処理材の材質を選択する自由度が高いことから、前述したシリンダブロックのボア面の表面処理として実用化され、多くの提案がなされている。
この溶射を用いた従来の技術として、例えば、特公昭５９−６１８８号公報では、テーブル上にシリンダブロックを固定し、クランプしたまま回転させ、溶射ガンを上下動させることで、ボア面に溶射をする方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術では、溶射をシリンダブロック１台ずつ行っているため、１台を処理するごとにクランプとアンクランプを繰り返さなくてはならないなどの付帯作業が多く発生した。このため、生産効率が低く、特に気筒数の少ない単気筒シリンダブロックでは、その問題が顕著であった。従って、１回で複数のシリンダブロックを溶射を行うことが望まれているが、従来はそのような技術はなかった。
【０００４】
本発明は、前記課題を解決し、特にクランクケースのない型式のシリンダブロックにおいて、複数個同時にそれらのボア面に溶射することにより、生産性が高く、かつ品質に優れたシリンダブロックの溶射方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシリンダブロックの溶射方法は、前記目的を達成するため、シリンダブロックのボア面に溶射を施すシリンダブロックの溶射方法において、複数のシリンダブロックを、そのボア合せ部に隙間を設けて軸方向に積み重ねるステップと、この状態で溶射ガンを用いてボア面に対して斜め上方又は直角方向から溶射フレームを噴射するステップとを含み、前記ボア合せ部に隙間を設けるステップが、ボアの軸方向一端部のみのボア面側を周方向に沿って面取り加工をし、この一端部が上側になるように複数のシリンダブロックを段積みし、これによって上下のシリンダブロック間のボア合せ部に凹部を形成するとともに、この凹部を、溶射皮膜の膜厚がｔ、凹部のボア径方向の深さがＬ₁、凹部の軸方向の高さがＬ₂の場合に、Ｌ₁≧２ｔ、かつ、Ｌ₂≧２ｔとなるように形成することを特徴とする。
【０００６】
シリンダブロックのボア一端を面取り形状とし、面取り側を上方にしてシリンダブロックを段積みすると、上下のシリンダブロックのボア合せ面には凹部が形成される。この状態で、ボア面に対して斜め上方あるいは直角方向から噴射すると、面取り加工がされていない上側のシリンダブロックのボア下端部によって、溶射フレームが遮られる。よって、段積みしたシリンダブロック間で溶射皮膜が分断された状態になる。なお、前記凹部の形状は特に限定されることなく種々の形状、例えば断面略三角形、断面略扇形状などを採用することができる。
さらに、溶射皮膜の２倍近くの直径を有する孔の場合は、封孔してしまうものの、凹部のボア径方向の深さであるＬ₁、凹部の高さであるＬ₂が溶射皮膜の膜厚ｔの２倍以上であれば、溶射皮膜が一体となって連続することがないため、溶射終了後、シリンダブロックを外す際に溶射皮膜を剥離させることがない。
よって、この溶射方法によれば、複数個のシリンダブロックに同時に溶射を施すことができるため、シリンダブロックの生産性を大幅に向上させることができる。
【０００７】
本発明に係るシリンダブロックの溶射方法の別の態様は、シリンダブロックのボア面に溶射を施すシリンダブロックの溶射方法において、複数のシリンダブロックを、そのボア合せ部に隙間を設けて軸方向に積み重ねるステップと、この状態で溶射ガンを用いてボア面に対して斜め上方から溶射フレームを噴射するステップとを含み、前記ボア合せ部に隙間を設けるステップが、ボアの軸方向両端部のボア面側を周方向に沿って面取り加工をし、この面取り加工した切欠部同士を合わせることによって上下のシリンダブロック間のボア合せ部に凹部を形成するとともに、この凹部を、軸方向と噴射方向がなす噴射角度がθ、上側のシリンダブロックの切欠面と軸方向がなす角度がα、溶射皮膜の膜厚がｔ、凹部のボア径方向の深さがＬ ₁ 、凹部の軸方向の高さがＬ ₂ の場合に、θ≦α＜９０°、Ｌ ₁ ≧２ｔ、かつ、Ｌ ₂ ≧２ｔとなるように形成することを特徴とする方法である。
【０００８】
本発明に係るシリンダブロックの溶射方法の更に別の態様は、シリンダブロックのボア面に溶射を施すシリンダブロックの溶射方法において、複数のシリンダブロックを、そのボア合せ部に隙間を設けて軸方向に積み重ねるステップと、この状態で溶射ガンを用いてボア面に対して溶射フレームを噴射するステップとを含み、前記ボア合せ部に隙間を設けるステップが、シリンダブロック同士を上下に間隔を隔てて配設すると共に、この間隔Ｄが、溶射皮膜の膜厚をｔとした場合に、Ｄ≧２ｔとなるように形成することを特徴とする方法である。
この溶射方法によれば、シリンダブロック間に隙間を設けて段積みすることにより、ボア面は不連続となる。よって、溶射皮膜を形成した際に、段積みしたシリンダブロック間で溶射皮膜が分断された状態となり、溶射終了後シリンダブロックを外す際に溶射皮膜を剥離させることがない。よって、品質に優れたシリンダブロックを製造することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの溶射方法について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１０】
本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの溶射方法は、特にクランクケースがないタイプのシリンダブロックにおいて、複数のシリンダブロックをそのボア中心軸がほぼ一致するように上下方向に段積みし、ボアを見かけ上一つの円筒になるようにセットした状態で、ボア面に溶射を施す方法である。この場合、段積みしたシリンダブロック同士の間で溶射皮膜が連続して形成させないようにすることによって、溶射終了後にシリンダブロックを外す際に溶射皮膜を剥離させないようにすることができる。
【００１１】
図１（ａ）は、ボア面１に溶射を施す前のシリンダブロック３の一例を示す断面図である。該シリンダブロック３には、軸方向にボア５が貫通して設けられており、該ボア５の内周面であるボア面１はピストンの摺動面になっている。
また、シリンダブロック３の上面は、シリンダヘッド面１５に形成され、下部はスカート部１７に形成されている。このシリンダブロック３は、スカート部１７の下部側にクランクケースが設けられていないタイプのものである。
また、図１（ｂ）に示すように、シリンダブロック３のスカート部１７のボア面下端部は、周方向に沿って面取り加工が施された切欠面７に形成されており、一点鎖線で示す面取り加工前の形状９と比較すると、前記切欠面７によってボア面１の下端部が外周方向に向けて斜め下方に広がるように形成されている。
【００１２】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態は、ボア面１の端部を面取り加工したシリンダブロック３を段積みし、シリンダブロック３，３同士の間に前記切欠面７による凹部を形成した状態でボア面１に溶射を施す方法である。
【００１３】
まず、図１（ｂ）のようにボア面下端部に面取り加工を施したシリンダブロック３を上下逆に反転させて、切欠面７によって切欠部１１が形成されたスカート部側を上側にし、シリンダヘッド面１５を下側にして、図２に示すように、２個のシリンダブロック３，３を段積みする。このとき、上下のボア面１，１同士が径方向にずれないようにするため、それぞれのシリンダブロック３，３のボア中心軸が一致するように固定治具２１で位置決め及び固定をする。
【００１４】
シリンダブロック３のシリンダヘッド面１５とフィン６には、予め、位置決め用の凹部又は穴２３（図１（ａ）参照）が設けられており、これらの凹部又は穴２３に固定用治具２１の凸部２５を嵌合させて位置決め及び固定を行う。
この状態では、図３にも示すように、下側のシリンダブロック３におけるスカート部側の面１３と上側のシリンダブロック３のシリンダヘッド面１５とが当接しており、この当接部の内周側端部（ボア合せ部）には、前記シリンダヘッド面１５と切欠面７とによって断面略直角三角形の凹部２７が形成されている。
【００１５】
次いで、被処理物であるシリンダブロック３を回転させながら、ボア５内に溶射ガン２９を挿入して上下に移動させることによって、ボア面１の全体に溶射皮膜３１を形成させることができる。
このとき、図３に示すように、ボア合せ部に形成された凹部２７には、溶射ガン２９から噴射される溶射フレーム３３に対して影となる部位が発生する。溶射ガン２９から溶射フレーム３３を噴射して溶射を施す場合は、略垂直方向に配置されたボア面１に対して、斜め上方から噴射角度θをもって噴射する。この噴射角度θは、通常３０〜９０°の範囲にあり、前記凹部２７を形成するシリンダヘッド面１５と切欠面７の一部とには、ボア面１の角部１ａで妨げられて溶射フレーム３３が噴射されない。
また、ボア面１に対して直角方向から噴射する場合（θ＝９０°）については、シリンダヘッド面１５に対して水平方向に溶射されるため、シリンダヘッド面１５には、溶射皮膜３１は形成されない。
【００１６】
従って、ボア面１に形成された溶射皮膜３１は、上下のシリンダブロック３，３間の影となる部位において分断され、溶射終了後のシリンダブロック３を固定治具２１から外す際に溶射皮膜３１を剥離させることがない。また、お互いのシリンダブロック３，３には、前述したようにシリンダヘッド面１５とスカート部側の面１３とが密着したまま溶射を施すため、互いのボア面１，１以外の不要な部分に溶射皮膜３１が形成されるのを防止する効果も得られ、シリンダブロック３，３間のマスキングが不要となる。
【００１７】
この面取り加工をした凹部２７の望ましい寸法範囲は、図３に示すように、溶射皮膜の膜厚をｔ、凹部の深さをＬ1、凹部の高さをＬ2とすると、Ｌ1≧２ｔ、かつ、Ｌ2≧２ｔである。
ここで、溶射は溶融させた原料を被処理材に高速で噴射して溶着させることによって、被処理材の表面に皮膜を形成する表面処理方法であるため、小さな穴などは封孔できることが知られている。本発明者らは、鋭意検討した結果、溶射皮膜３１の厚さｔの約２倍（２ｔ）近くの直径の穴であれば、溶射を施すことによって封孔処理を行うことが可能であることを見出し、前記の凹部２７の寸法を見出したものである。よって、段積みしたシリンダブロック３，３間の凹部２７が溶射により封孔されることなく、シリンダブロック３，３間で溶射皮膜３１を分断させるためには、前記条件のＬ1≧２ｔ、かつ、Ｌ2≧２ｔが必要であり、面取り寸法を大きくとる方が溶射皮膜３１の分断効果が大きくなる。ここで、Ｌ1、Ｌ2の上限値は、その製品特性を考慮した設計値とすべきであり、例えば５ｍｍである。
【００１８】
なお、シリンダブロック３のボア端部には、バリ取りなどの目的のために通常の面取り５５が加工されている場合がある。しかし、本発明で言及している面取りはこれとは異なり、図４に示すように、バリ取りなどを目的とした面取り５５が設けられている場合は、その面取り５５から更に前記Ｌ1、Ｌ2の寸法条件を満たす面取りをして切欠面７を形成する。
一方、図５（ａ）に示すように、上下のシリンダブロック３，３のボア面１，１が連続するようにセットすると、ボア面１に形成される溶射皮膜３１も上下のシリンダブロック３で連続した一体の溶射皮膜３１になってしまう。その結果、図５（ｂ）に示すように、溶射終了後にシリンダブロック３を外すと、溶射皮膜３１が剥離してしまう。
【００１９】
また、図６（ａ）に示すように、切欠面７を設けたスカート部側の面１３を上側にし、切欠面７のないシリンダヘッド面１５を下側にしてシリンダブロック３を段積みした場合は、形成された凹部２７が溶射フレームに対して影にならないため、この状態で溶射を施すと、溶射皮膜３１は上下のシリンダブロック３，３で連続した一体のものとなってしまう。この結果、シリンダブロック３を外すと、図６（ｂ）に示すように、溶射皮膜３１を剥離させてしまい、さらに、面取りされていない下側のシリンダブロック３のシリンダヘッド面１５において、溶射皮膜３１の不要な部分３５に皮膜３１が形成されてしまうという問題が生じる。
【００２０】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態においては、図７では、その一例として、シリンダヘッド面１５のボア端部を面取り加工し、このシリンダヘッド面１５，１５同士を当接し、シリンダブロック３，３の各々の切欠部を合わせることによって、断面略二等辺三角形の凹部４１を形成している。
この場合も、前記第１の実施形態で述べたように、噴射角θで斜め上方からボア面１に溶射フレーム３３を噴射するため、以下の寸法条件を満足する凹部４１であれば、溶射フレーム３３に対して影になる部位が発生し、凹部４１で溶射皮膜３１が分断され、溶射終了後シリンダブロック３を外す際に、溶射皮膜３１を剥離させることがない。また、不要な部分に溶射皮膜３１が形成されるのを防ぐ効果も得られる。
【００２１】
前記凹部４１の寸法条件としては、図８に示すように、溶射ガン２９の移動方向に対する溶射フレーム３３の噴射角度をθ、上側のシリンダブロック３の切欠面７とボア面１とがなす角度をα、凹部４１の深さをＬ1、凹部４１の高さをＬ2とすると、θ≦α＜９０°、Ｌ1≧２ｔ、Ｌ2≧２ｔであることが必要である。また、Ｌ1、Ｌ2の上限値は、前記第１の実施形態の場合と同様に５ｍｍである。
【００２２】
ここで、θ≦α＜９０°という角度範囲は、凹部４１の一部が溶射フレーム３３に対して影となり、溶射皮膜３１が凹部４１に形成されにくくなる範囲である。特に、α＝９０°のときは第１の実施の形態と同じ状態となり、α＞９０°では面取り形状とは言えないため、θ≦α＜９０°となる。また、図７と図８に示すように、段積みした上下のシリンダブロック１，１の切欠部の形状が同一である必要はなく、図９に示すように、上下のシリンダブロック３，３の切欠面７，７'のように形状が異なっていても、θ、Ｌ1、Ｌ2がそれぞれ前記の条件を満たしていれば問題ない。
以上のように、面取り加工は、第１の実施の形態のように、シリンダブロック３，３のボア端部のどちらか一端で行い、面取りした端部が上側になるように段積みするか、第２の実施の形態のように、ボア端部のどちらか一端を面取りし、この面取りした端部を合わせるように段積みするか、あるいは両端を面取りしても良い。
【００２３】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、ボア面端部に面取り加工をしないで、段積みしたシリンダブロック間に隙間を形成する方法である。つまり、図１０と図１１に示すように、第１の実施形態と同様に固定治具でシリンダブロック３，３同士を位置決め及び固定をするが、この固定治具４３の高さを図２のものよりも大きくして、上下のシリンダブロック３，３の間に隙間Ｄを設けることにより、ボア面１に溶射を施すと、隙間Ｄにおいて溶射皮膜３１が分断されるため、溶射終了後、シリンダブロック３を外すときに溶射皮膜３１を剥離させることがない。
この隙間Ｄの範囲は、溶射皮膜３１の膜厚をｔ、隙間をＤとすると、Ｄ≧２ｔであることが必要となる。
【００２４】
これは、前述したように、溶射皮膜３１を形成した際に、隙間Ｄが封孔されることなく、シリンダブロック３，３間で溶射皮膜３１を分断させる条件として望ましい。ただし、Ｄを大きくすると、ボア面１以外の溶射皮膜３１の不要な部分にも皮膜３１が形成されてしまい、溶射後に不要な皮膜３１を取り除く工程が必要となることもあるため、前記条件を満たす範囲内でできるだけＤの値は小さい方が望ましい。これを踏まえると、Ｄの好ましい上限値は、例えば、１ｍｍ以下である。
【００２５】
以下に、実施例によって本発明を更に具体的に説明する。
［実施例１］
クランクケースのないシリンダブロックのスカート部側のボア端部に表１に示す寸法条件で面取り加工をした。そして、同じ寸法条件で面取りをしたシリンダブロックを各々３台ずつ用意して、面取り側（スカート部側）を上側にして段積みをし、表２に示す溶射条件で、ボア面にプラズマ溶射法により溶射皮膜を形成した。溶射ガンから噴射される溶射フレームの角度θは、溶射ガンの移動方向に対して４５°とし、また、溶射材料は炭素鋼粉末とした。
溶射終了後、シリンダブロックを外す際に、ボア上端と下端のいずれかにおいて、溶射皮膜の剥離や欠けなどが発生したものを不良として、不良の発生数を調査した。その結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【表２】

【００２８】
この表１から判るように、Ｌ1、Ｌ2が溶射皮膜の膜厚の２倍である５００μｍ＝０．５ｍｍを共に超えると、不良の発生がなく、品質の安定した溶射皮膜を形成することができた。
【００２９】
［実施例２］
クランクケースのないシリンダブロックを３台用意し、シリンダブロック間の隙間Ｄを１ｍｍとして段積みし、ボア面に溶射皮膜を形成した。この溶射条件と溶射フレームの角度、溶射材料は実施例１と同様とした。
この結果、ｎ＝３回（シリンダ数：９ケ）の溶射を行ったが、シリンダブロックを外す際に、溶射皮膜の剥離や欠けなどは、１つも発生しなかった。
【００３０】
なお、本発明は、前述した実施の形態に示すものに限定されることなく、本発明の技術思想に基づいて種々の変更及び変形が可能である。
例えば、シリンダブロック３，３間に隙間を設ける方法としては、前述したように、シリンダブロック３，３間に固定用治具２１，４３をセットし、該固定用治具２１，４３の高さ調整による方法に限定されずこれ以外にも慣用の手段によって隙間を形成することができる。
【００３１】
また、溶射皮膜３１を形成する際に、被処理物であるシリンダブロック３を回転させて溶射ガン２９を固定させる方法を実施形態として挙げたが、シリンダブロック３でなく溶射ガン２９を回転させるようにしても良い。溶射方式についても、プラズマ溶射、アーク溶射、高速フレーム溶射などを適用することができる。さらに、シリンダブロック３の気筒数は特に制限されず、段積みの個数についても制限されない。
【００３２】
なお、図１２に示すように、搬送パレットにシリンダブロック３を複数個セットして、ライン５３上で搬送しながら連続的に溶射するシステムにおいて、段積みにしたシリンダブロック３を更に横方向に並べることにより、更に効率良く溶射することができる。この方法は、特に単気筒などの気筒数の少ないシリンダブロック３に溶射する場合に有効である。また、本発明の技術は、ショットブラストなどの溶射前処理にも応用可能であり、前処理工程から溶射処理まで一連の状態で処理することにより、更に大きな効果が得られる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係るシリンダブロックの溶射方法によれば、特にクランクケースのない型式のシリンダブロックにおいて、複数個同時にそれらのボア面に溶射することができるので、生産性が高く、かつ品質に優れたシリンダブロックを生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本図のうち、（ａ）は本発明の溶射に用いるシリンダブロックの断面図、（ｂ）は（ａ）の要部を拡大した断面図である。
【図２】第１の実施の形態の溶射を施している状態を示す断面図である。
【図３】図２の要部を拡大した断面図である。
【図４】第１の実施の形態に適用できる切欠部の形状を示す断面図である。
【図５】本図のうち、（ａ）は切欠部を設けないで上下のシリンダブロックに溶射を施した場合の断面図、（ｂ）は（ａ）のシリンダブロックを外した状態の断面図である。
【図６】本図のうち、（ａ）は図２のシリンダブロックの位置関係を上下逆にして溶射を施した断面図、（ｂ）は（ａ）のシリンダブロックを外した状態の断面図である。
【図７】第２の実施の形態の溶射を施している状態を示す断面図である。
【図８】図７の要部を拡大した断面図である。
【図９】第２の実施の形態に適用できる切欠部の形状を示す断面図である。
【図１０】第３の実施の形態の溶射を施している状態を示す断面図である。
【図１１】図１０の要部を拡大した断面図である。
【図１２】ライン上で搬送しながら連続的にシリンダブロックに溶射する状態を示す側面図である。
【符号の説明】
１ボア面
３シリンダブロック
５ボア
７切欠面
１１切欠部
１３スカート部側の面
１５シリンダヘッド面
２１，４３固定用治具
２３位置決め用凹部
２５凸部
２７，４１凹部
２９溶射ガン
３１溶射皮膜
３３溶射フレーム
５１搬送パレット
５３ライン

Claims

シリンダブロックのボア面に溶射を施すシリンダブロックの溶射方法において、複数のシリンダブロックを、そのボア合せ部に隙間を設けて軸方向に積み重ねるステップと、この状態で溶射ガンを用いてボア面に対して斜め上方又は直角方向から溶射フレームを噴射するステップとを含み、
前記ボア合せ部に隙間を設けるステップが、ボアの軸方向一端部のみのボア面側を周方向に沿って面取り加工をし、この一端部が上側になるように複数のシリンダブロックを段積みし、これによって上下のシリンダブロック間のボア合せ部に凹部を形成するとともに、この凹部を、溶射皮膜の膜厚がｔ、凹部のボア径方向の深さがＬ₁、凹部の軸方向の高さがＬ₂の場合に、Ｌ₁≧２ｔ、かつ、Ｌ₂≧２ｔとなるように形成することを特徴とするシリンダブロックの溶射方法。
シリンダブロックのボア面に溶射を施すシリンダブロックの溶射方法において、複数のシリンダブロックを、そのボア合せ部に隙間を設けて軸方向に積み重ねるステップと、この状態で溶射ガンを用いてボア面に対して斜め上方から溶射フレームを噴射するステップとを含み、
前記ボア合せ部に隙間を設けるステップが、ボアの軸方向両端部のボア面側を周方向に沿って面取り加工をし、この面取り加工した切欠部同士を合わせることによって上下のシリンダブロック間のボア合せ部に凹部を形成するとともに、この凹部を、軸方向と噴射方向がなす噴射角度がθ、上側のシリンダブロックの切欠面と軸方向がなす角度がα、溶射皮膜の膜厚がｔ、凹部のボア径方向の深さがＬ₁、凹部の軸方向の高さがＬ₂の場合に、θ≦α＜９０°、Ｌ₁≧２ｔ、かつ、Ｌ₂≧２ｔとなるように形成することを特徴とするシリンダブロックの溶射方法。
シリンダブロックのボア面に溶射を施すシリンダブロックの溶射方法において、複数のシリンダブロックを、そのボア合せ部に隙間を設けて軸方向に積み重ねるステップと、この状態で溶射ガンを用いてボア面に対して溶射フレームを噴射するステップとを含み、
前記ボア合せ部に隙間を設けるステップが、シリンダブロック同士を上下に間隔を隔てて配設すると共に、この間隔Ｄが、溶射皮膜の膜厚をｔとした場合に、Ｄ≧２ｔとなるように形成することを特徴とするシリンダブロックの溶射方法。