JP5098513B2 - 溶射前下地洗浄方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、円形の穴内面に対し、溶射皮膜を形成する前の下地処理としてねじ切加工を行った後に洗浄を行う溶射前下地洗浄方法および装置に関する。

エンジンのアルミシリンダブロックにおいて、通常シリンダボアの内面に鋳鉄製のライナを鋳込むことで、アルミの母材とピストンの焼付きを防いでいるが、鋳鉄ライナの代わりに、鉄系の溶射皮膜をシリンダボア内面に形成するボア溶射工法がある。

この際、例えば下記特許文献１に記載されているように、溶射開始時におけるシリンダブロックの上端部分への余剰溶射皮膜の付着を防止するために保護マスク装置を使用する場合がある。

また、下記特許文献２には、上記した余剰溶射皮膜を、溶射皮膜形成後の後工程で除去することが記載されているが、これは、溶射皮膜を形成したシリンダボア内面をマスキング用円筒部材で覆った状態で、余剰溶射皮膜が付着した部位に対しブラスト処理またはショット処理を行って余剰溶射皮膜を除去している。
特開２００２−３３９０５３号公報 特開２００２−３０２７５５号公報

ところで、シリンダボア内面に溶射皮膜を形成する際には、溶射前の下地部分を粗面化することで溶射皮膜の密着度を高めることができるが、粗面化の工法としては、ショットブラストやねじ切加工などが従来実施されている。

このうち、特にねじ切加工の場合には、発生する切粉が加工後のねじ溝に残留しやすく、残留したまま溶射加工を実施すると、切粉が核となって溶射皮膜の表面に突起が発生するなど、溶射皮膜の性状悪化を招くこととなる。

そこで、本発明は、溶射前の下地粗面化加工として行うねじ切加工後の切粉を除去し、その後の溶射皮膜の性状悪化を防止することを目的としている。

本発明は、円形の穴内面に対し、溶射皮膜を形成する前の下地処理として螺旋状の溝加工を行い、この溝加工によって形成した螺旋状の溝内に向けて気体吹付手段により気体を吹き付けつつ、前記気体吹付手段を前記螺旋状の溝に沿って移動させる溶射前下地洗浄方法であって、前記気体吹付手段は、前記円形の穴内面に対し溶射皮膜を形成する際に使用する溶射ガンの気体噴出機構であり、この気体噴出機構を利用して前記気体の吹き付けを行うことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、溶射前の下地加工として形成した螺旋状の溝内に残留する切粉を、溝内に向けて吹き付けた気体により確実に除去することができ、その後の溶射皮膜の性状悪化を防止することができる。

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の実施形態を示す溶射装置の全体構成図であり、この溶射装置は、気体吹付手段を備える溶射前下地洗浄装置を兼ねている。すなわち、この溶射装置により、ワークであるシリンダブロック１における円形の穴内面としてのシリンダボア３の内面３ａに対し、図２のように溶射皮膜５を形成するが、この溶射加工の前に、溶射ガン７の先端の溶射ノズル部９から内面３ａに向けて気体を吹き付けて、下地加工処理の際に内面３ａに残留する切粉や異物を除去する。

上記した下地加工処理としては、例えば図３に示すように、ボーリング加工装置のボーリングバー１１の先端外周に、工具（刃）１３を装着し、ボーリングバー１１を回転させつつ軸方向下方に移動させることで、シリンダボア３の内面３ａに対し螺旋状の溝加工、すなわち、ねじ切加工を行って粗面化し、その後形成する溶射皮膜５の密着度を高める。

このねじ切加工によるねじ状の凹凸部となる粗面化加工部位は、ねじ溝１５と、ねじ溝１５相互間に形成され、ねじ溝１５相互間のねじ山をねじ切り加工時に発生した切屑により除去して生成される微細凹凸部１７とを備えている。

上記したねじ溝１５と微細凹凸部１７とからなる粗面化加工については、本出願人が提案している特開２００２−１５５３５０号公報に記載されている。

前記図１，図２に示した溶射装置は、溶射手段としての溶射ガン７が、図１，２中で下端側に対応する先端側に溶射ノズル部９を備えており、この溶射ガン７内に、溶射用の鉄系金属からなるワイヤ１９を、図１，２中の上端から挿入して溶射ノズル部９まで供給する。

溶射ガン７は、溶射ノズル部９側から回転部２１，ガス配管接続部２３，ワイヤ送給部２５をそれぞれ備えている。回転部２１のガス配管接続部２３近傍の外周には従動プーリ２７を設ける一方、回転駆動モータ２９には駆動プーリ３１を連結し、これら各プーリ２７,３１を連結ベルト３３によって互いに連結する。回転駆動モータ２９は、規定の回転数信号の入力を受けるコントローラ３５によって駆動制御され、回転部２１をその先端の溶射ノズル部９とともに回転させる。

これら回転部２１および溶射ノズル部９は、溶射ガン７内のワイヤ１９を中心軸線として回転し、その際ワイヤ１９が回転することはない。

ガス配管接続部２３には、ガス供給源３７から、水素とアルゴンとの混合ガスを供給する混合ガス配管３９と、アトマイズエア（空気）を供給するアトマイズエア配管４１とをそれぞれ接続する。混合ガス配管３９によってガス配管接続部２３内に供給された混合ガスは、その下部の回転部２１内に形成してある図示しない混合ガス通路を通って溶射ノズル部９まで供給される。同様にして、アトマイズエア配管４１によってガス配管接続部２３内に供給されたアトマイズエアは、その下部の回転部２１内に形成してある図示しないアトマイズエア通路を通って溶射ノズル部９まで供給される。

ここで、ガス配管接続部２３内の図示しない混合ガス通路およびアトマイズエア通路と、ガス配管接続部２３に対して回転する回転部２１内の図示しない混合ガス通路およびアマイズエア通路とをそれぞれ連通させる必要がある。この場合の連通構造としては、例えばガス配管接続部２３内の混合ガス通路およびアトマイズエア通路の各下端部を環状通路とし、この環状通路に、回転部２１内の上下に延びる混合ガス通路およびアトマイズエア通路の上端をそれぞれ連通させることが考えられる。これにより、回転部２１がガス配管接続部２３に対して回転しても、回転部２１内の混合ガス通路およびアトマイズエア通路とガス配管接続部２３内の混合ガス通路およびアトマイズエア通路とがそれぞれ常時連通することになる。

ワイヤ送給部２５は、規定の回転数信号の入力を受けて回転してワイヤ１９を溶射ノズル部９に向けて順次送給する一対の送りローラ４３を備えている。また、ワイヤ１９は、ワイヤ収納容器４５に収納してあり、ワイヤ収納容器４５の上部の引出口４５ａから引出したワイヤ１９を、一対の送りローラ４７を備える容器側ワイヤ送給部４９により、ガイドローラ５１を経て溶射ガン７に向けて送り込む。

溶射ノズル部９は、内部に図示しないカソード電極を備え、このカソード電極とアノード電極となるワイヤ１９の先端１９ａとの間に電圧を印加するとともに、ガス供給源３７から溶射ガン７に供給した混合ガスを図示しない混合ガス放出口から放出することで、図示しないアークを発生させて点火し、アークの熱によってワイヤ１９の先端１９ａを溶融させる。

この際ワイヤ１９を、その溶融に伴って、容器側ワイヤ送給部４９およびワイヤ送給部２５を駆動して前方に順次送給する。これとともに、ガス供給源３７から溶射ガン７に供給したアトマイズエアを、上記した混合ガス放出口の近傍にある図示しない開口からワイヤ１９の先端１９ａ付近に向けて放出し、上記したワイヤ１９の溶融物、すなわち溶融材料を図２のように噴霧５３として前方へ向けて移動させて付着させ、これによりシリンダボア３の内面３ａに溶射皮膜５を形成する。

また、ワイヤ１９は、図示していないが、回転部２１の下端に設けてある円筒形状の上部ワイヤガイド内に移動可能に挿入されている。

このように構成した溶射装置は、溶射ガン７を、シリンダボア３内に対し回転させつつ挿入することで、シリンダボア内面３ａに向けて、噴霧５３を噴射して溶射皮膜５を形成する。この際、溶射ガン９は、溶射皮膜５が規定の膜厚となるよう上下に複数回往復移動させる。

上記した溶射加工の前には、前述したように下地処理加工として図３に示したようにシリンダボア内面３ａに対してねじ切加工を実施する。ねじ切加工には、本実施形態では特にねじ山を除去するようにして微細凹凸部１７を形成しているので、細かい切粉が発生しやすく、このような切粉が特にねじ溝１５に残留しやすくなっている。

このため、本実施形態では、上記した溶射装置の気体吹付手段を構成する溶射ノズル部９の気体噴出機構となるアトマイズエア噴出機構を利用して、主にねじ溝１５に残留する切粉を除去する。

切粉を除去する方法は、図１で説明した溶射加工時と同様に、溶射ガン７の先端の溶射ノズル部９を、シリンダボア３内に対し回転させつつ挿入し軸方向に移動させた状態で行う。この際、溶射加工時での電圧印加およびワイヤ１９の送給動作は行わず、また混合ガスの供給も停止した上で、図１に示すように、溶射時でのアトマイズエアのみを噴出してエアブロー５５を実施する。

このエアブロー５５の噴出方向としては、図４に模式的に示すように、ねじ溝１５の開き角度αの範囲内となるようにアトマイズエアの噴出口５７を設定しておく。すなわち、エアブロー５５の噴出方向としては、図４に噴出口５７を図示するように、ねじ溝１５の図４中で上部側の傾斜面１５ａと平行に噴出する方向のエアブロー５５Ａと、ねじ溝１５の図４中で下部側の傾斜面１５ｂと平行に噴出する方向のエアブロー５５Ｂとの間にあってねじ溝１５内に指向していればよい。

これにより、エアブロー５５をねじ溝１５内に直接吹き付けることが可能となり、特にねじ溝１５に残留する切粉を確実に除去することができる。もちろん、このとき微細凹凸部１７にもエアブロー５５の一部が吹き付けられるので、微細凹凸部１７に残留する切粉も除去できる。

また、溶射ガン７の回転速度と軸方向の移動速度は、エアブロー５５がらせん状に形成されるねじ溝１５に沿って吹き付けられるように設定する。これにより、ねじ溝１５の全領域に対して切粉の除去を効率的に行うことができる。

図５は、本発明の第２の実施形態を示す溶射装置の全体構成図である。この実施形態は、前記した第１の実施形態に対し、シリンダブロック１の下端の開口に排気ダクト５９を接続し、エアブロー５５により切粉を除去する際に、シリンダボア３内の空気を、図示しないファンやブロアなどの吸引装置によって吸引して排気するようにしている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

すなわち、第２の実施形態においては、気体吹付手段を、円形の穴であるシリンダボア３における一方の開口３ｂから他方の開口３ｃに向けて移動させる際に、円形の穴内の空気を他方の開口３ｃから排出させていることになる。

このように第２の実施形態においては、切粉を除去する際に、シリンダボア３内の空気を排気しているので、除去した切粉も排気とともに排出され、エアブロー５５によって除去した切粉がシリンダボア内面３ａに再付着することを防止することができる。

また、このとき、溶射ガン７が回転しながらエアブロー５５を行っているので、図６に模式図として示すように、第１の実施形態でも同様であるが、エアブロー５５によるエアカーテン６１が、気体噴出口周辺を境にしてシリンダボア３内を上下に分割するように形成されることになり、該エアカーテン６１によって、除去した切粉がシリンダボア３の上部の開口へ移動するのを阻止でき、下部の開口３ｃからの切粉の排出が効率よくなされる。

なお、上記した各実施形態では、気体吹付手段として、溶射ガン７の気体噴出機構を利用しているが、溶射ガン７とは別の専用の気体吹付ノズルを利用して、切粉を除去するようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態を示す溶射装置により切粉を除去している状態を示す動作説明図である。 図１の溶射装置で溶射加工を行っている状態を示す動作説明図図である。 溶射皮膜形成前のシリンダボア内面に対する下地処理加工を行っている状態を示す断面図である。 図１の溶射装置におけるエアブローの噴出方向を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態を示す溶射装置により切粉を除去している状態を示す動作説明図である。 エアブローによりエアカーテンが形成されている状態を示す模式図である。

符号の説明

３ａ シリンダボアの内面（円形の穴内面）
５ 溶射皮膜
９ 溶射ノズル部（気体吹付手段）
１５ ねじ溝（螺旋状の溝）

Claims (4)

1. 円形の穴内面に対し、溶射皮膜を形成する前の下地処理として螺旋状の溝加工を行い、この溝加工によって形成した螺旋状の溝内に向けて気体吹付手段により気体を吹き付けつつ、前記気体吹付手段を前記螺旋状の溝に沿って移動させる溶射前下地洗浄方法であって、
   前記気体吹付手段は、前記円形の穴内面に対し溶射皮膜を形成する際に使用する溶射ガンの気体噴出機構であり、この気体噴出機構を利用して前記気体の吹き付けを行うことを特徴とする溶射前下地洗浄方法。
2. 前記気体吹付手段を、前記円形の穴内に対し軸方向移動させつつ回転させることを特徴とする請求項１に記載の溶射前下地洗浄方法。
3. 前記気体吹付手段を、前記円形の穴における一方の開口から他方の開口に向けて移動させる際に、前記円形の穴内の空気を前記他方の開口から排出させることを特徴とする請求項１または２に記載の溶射前下地洗浄方法。
4. 円形の穴内面に対し、溶射皮膜を形成する前の下地処理として形成した螺旋状の溝内に向けて気体を吹き付けつつ、前記螺旋状の溝に沿って移動させる気体吹付手段を設けた溶射前下地洗浄装置であって、
   前記気体吹付手段は、前記円形の穴内面に対し溶射皮膜を形成する際に使用する溶射ガンの気体噴出機構であることを特徴とする溶射前下地洗浄装置。

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