JP5151434B2 - 溶射皮膜の密着力測定方法及び密着力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの表面に形成した溶射皮膜の密着力を測定する溶射皮膜の密着力測定方法及び密着力測定装置に関する。

内燃機関のシリンダブロックとして、シリンダボア内周面にライナを鋳込む代わりにその内周面に溶射皮膜を形成したライナレスシリンダブロックが知られている（下記特許文献１参照）。
特開２００５−１９４９３８号公報

ところで、上記したようなライナレスシリンダブロックでは、実質的にこの溶射皮膜がライナとして機能するため、シリンダボア内周面との密着性確保が重要となり、その密着力を引張密着強度として測定することが上記した特許文献１に記載されているが、その測定については高精度に行う必要がある。

そこで、本発明は、溶射皮膜のワーク表面に対する密着力の測定を精度よく行うことを目的としている。

本発明は、ワークの表面に形成した溶射皮膜上に、接着剤により密着力測定具を接着固定し、この密着力測定具内に設けられて接着剤を一方の端部開口から露出させる貫通孔を設け、この貫通孔の他方の端部開口から前記露出する接着剤を除去し、この接着剤の除去によって露出する溶射皮膜を介してワークの表面を、密着力測定具を保持した状態で貫通孔の他方の端部開口から挿入する押付具により押し付けて、溶射皮膜をワーク表面から剥がして溶射皮膜のワーク表面に対する密着力を測定することを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、溶射皮膜表面に接着剤を介して密着力測定具を接着固定し、密着力測定具の貫通孔から露出する接着剤を除去した状態で、この除去により露出する溶射皮膜を介してワークを押し付けることで、ワーク表面と溶射皮膜との間に互いに離間する方向の力が作用し、密着力の測定を高精度に行うことが可能となる。

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、本発明の一実施形態を示す、溶射皮膜の密着力測定を実施する装置全体の構成を示す正面図である。ベース板１上には門型の治具３を設置してあり、この治具３は、左右両側の一対の脚部５と、脚部５の上端相互を連結する水平な器具取付部７とを備えている。

器具取付部７の中央には、図１中の平面視でほぼＵ字形状の凹部７ａを形成し、凹部７ａの底部中央には、凹部７ａよりも小さい、図１中の平面視でほぼＵ字形状のガイド部挿入孔７ｂを設けている。すなわち、これら凹部７ａ及びガイド部挿入孔７ｂは、図１中の紙面表側が開放されている。

上記した治具３にセットする密着力測定用器具９は、密着力測定具としてのガイド部１１と、ガイド部１１内に移動可能に挿入される押付具としてのピン１３とを備えている。ガイド部１１は、図２（ａ）に正面図、図２（ｂ）に底面図で示すように、前記した器具取付部７の凹部７ａに挿入されるボス部１１ａと、ボス部１１ａの上端面から上方に突出する上方軸部１１ｂと、ボス部１１ａの下端面から下方に突出して器具取付部７のガイド部挿入孔７ｂに挿入される下方軸部１１ｃと、下方軸部１１ｃの下端に連続し下方軸部１１ｃよりも大径の接着固定部１１ｄとを備えている。なお、上方軸部１１ｂと下方軸部１１ｃの外径は同等としている。

上記した下方軸部１１ｃは、ボス部１１ａが凹部７ａの底面７ｃに載置された状態でガイド部挿入孔７ｂより下方に突出し、その先端に設けてある接着固定部１１ｄは、先端接着面１１ｅをワークＷの表面である凹状の曲面Ｗａに対応して凸状の曲面としている。

ワークＷは、図６に示すエンジンのシリンダブロック２７に形成してあるシリンダボア２９の一部を切断した測定試験片であり、その凹状の曲面Ｗａ上には溶射皮膜１５を形成している。そして、ガイド部１１における接着固定部１１ｄの先端接着面１１ｅとワークＷの溶射皮膜１５とは、図７に示してあるシート状接着剤１７によって接着固定している。

また、密着力測定用器具９のガイド部１１は、図２に示すように、上方軸部１１ｂから下方先端の接着固定部１１ｄにわたり、その軸心部を貫通する貫通孔としてのピン挿入孔１１ｆを形成している。ピン挿入孔１１ｆは、上方軸部１１ｂから下方軸部１１ｃのほぼ中間位置までの大径部１１ｇと、該中間位置から接着固定部１１ｄまでの小径部１１ｈとを備えている。

上方軸部１１ｂは、図１に示すように、器具取付部７の上面７ｄよりも上方に突出しており、この突出部位を固定プレート１９の挿入孔１９ａに挿入している。固定プレート１９は、ボルトなどの固定具２１によって器具取付部７の上面７ｄに固定してあり、この際上記した挿入孔１９ａの内径を、上方軸部１１ｂの外径とほぼ同等とすることで、治具３にセットした状態のガイド部１１の水平方向のずれを防止している。

ピン１３は、図３（ａ）に正面図、図３（ｂ）に底面図で示すように、上記したガイド部１１のピン挿入孔１１ｆの大径部１１ｇ及び小径部１１ｈにそれぞれ対応してピン大径部１３ａ及びピン小径部１３ｂをそれぞれ備えるとともに、ピン大径部１３ａとピン小径部１３ｂとの間にはテーパ部１３ｃを備え、さらにピン大径部１３ａの上端に円板部１３ｄを備えている。但し、ピン小径部１３ｂの長さは、ピン挿入孔１１ｆの小径部１１ｈの長さより長く形成しているものとする。

また、図１に示すように、ピン挿入孔１１ｆに挿入した状態のピン１３の上方には、油圧を用いた加圧ヘッド２３を設置してあり、加圧ヘッド２３を下降させてピン１３の円板部１３ｄを下方に向けて加圧する構成としている。上記した加圧ヘッド２３によりピン１３を介してワークＷを加圧することで、溶射皮膜１５を剥がしその密着力の測定を行う。

ここで、ガイド部１１における接着固定部１１ｄの先端接着面１１ｅを、シート状接着剤１７を介してワークＷの曲面Ｗａに押し付けた状態で接着固定したときには、図４に示すように、シート状接着剤１７の一部１７ａがピン挿入孔１１ｆのワークＷ側の一方の端部開口１１ｉからせり上がるようにして入り込んだ状態となる。また、接着固定部１１ｄの周囲にも先端接着面１１ｅからはみ出した接着剤の一部１７ｂが見える。

また、上記した溶射皮膜１５の密着力を測定する際には、ピン挿入孔１１ｆの一方の端部開口１１ｉに入り込んだシート状接着剤１７の一部１７ａを除去した状態で行う。このシート状接着剤１７の一部１７ａの除去には、図５に先端側の一部を斜視図として示すドリル２５を使用する。ドリル２５は、外径（直径）をピン挿入孔１１ｆとほぼ同径の例えば４．５ｍｍとし、先端を砥石などにより研削して平坦面２５ａを設けている。さらに、この平坦面２５ａのすくい部２５ｂ側の周縁に面取り２５ｃを施している。

次に、作用を説明する。図６に示してあるシリンダブロック２７はアルミ合金製であり、シリンダボア２９の内面である曲面Ｗａに鉄系金属からなる溶射皮膜１５を、従来公知の溶射装置を用いて形成することで、シリンダライナを鋳込む構造としたシリンダブロックの代替となる。

そして、本実施形態では、密着力測定用器具９のガイド部１１を治具３にセットする前に、ガイド部１１における接着固定部１１ｄの先端接着面１１ｅとワークＷの溶射皮膜１５との間に、図７（ａ）に示すように先端接着面１１ｅの外形とほぼ同形の円形のシート状接着剤１７を配置し、この状態で加熱してシート状接着剤１７を溶融させた後固化させることで、先端接着面１１ｅと溶射皮膜１５とを接着固定する。

この際、前述した図４に示すように、シート状接着剤１７の一部１７ａがピン挿入孔１１ｆ内にせり上がるようにして入り込む。

この入り込んだシート状接着剤１７の一部１７ａを、図７（ｂ）に示すように、ドリル２５を回転させない状態でピン挿入孔１１ｆに挿入し、その先端の平坦面２５ａを接着剤１７の一部１７ａに押し付け、この押し付け動作によって、ドリル２５とピン挿入孔１１ｆの内周面との間の空間部分となるドリル２５のすくい部２５ｂに、上記一部１７ａのさらに一部分１７ｃが盛り上がるようにして入り込む。

続いてこの状態からドリル２５を回転させることで、上記盛り上がった一部分１７ｃから切刃２５ｄが切削を始め、さらに回転させつつ下方に移動させることで、シート状接着剤１７の一部１７ａを徐々に切削し、最終的には図７（ｃ）のように、シート状接着剤１７の一部１７ａをほぼ完全に除去することになる。

上記図７（ｃ）のように、シート状接着剤１７の一部１７ａをほぼ完全に除去した後は、ドリル２５先端の平坦面２５ａが溶射皮膜１５に接触するが、この平坦面２５ａは、単にドリル２５の先端を平坦となるよう研削しただけであってエンドミルの先端面のように切刃は備えていないので、溶射皮膜１５の表面の微細な凹凸は切削されて表面が滑らかな面となるものの、溶射皮膜１５自体を切削するような事態は回避される。

このようなシート状接着剤１７の一部１７ａの除去作業は、例えばドリル２５の基端部にハンドルなどを装着してハンドドリルを構成し、このハンドドリルを作業者が手作業で回転させて行う。

シート状接着剤１７の一部１７ａをほぼ完全に除去した後は、ドリル２５をガイド部１１から引き抜き、引き抜いたガイド部１１を、図１のように治具３にセットする。この際ガイド部１１は、平面視でＵ字形状とした凹部７ａ及びガイド部挿入孔７ｂに図１中で紙面表側の開放側から押し込むようにして挿入する。

その後、プレート１９を、その挿入孔１９ａにガイド部１１の上方軸部１１ｂを挿入しつつ器具取付部７の上面７ｄに載せ、締結具２１によって固定する。このとき、上方軸部１１ｂはプレート１９より上方に突出している。

この状態で、ピン１３を図１のようにガイド部１１のピン挿入孔１１ｆに挿入し、このとき、図８に示すように、ピン１３のピン小径部１３ｂの平坦となっている先端面１３ｅが溶射皮膜１５に当接する。そしてこの当接状態で、加圧ヘッド２３を下降させてピン１３の円板部１３ｄを下方に向けて押し付け、上記したピン１３の先端面１３ｅにより溶射皮膜１５を介してワークＷを押し付ける。

このときガイド部１１は、凹部７ａの底面７ｃに載置されて上記押し付け方向への移動が規制されているので、治具３に保持された状態となり、ワークＷの曲面Ｗａと溶射皮膜１５との間に、互いに離間する方向の力が作用することになる。

なお、このときのシート状接着剤１７は完全に固化した状態であり、この固化したシート状接着剤１７の接着力は溶射皮膜１５のワークＷに対する密着力より強いものとする。

上記した加圧ヘッド２３による加圧力を徐々に高め、その過程で図９に示すように、ガイド部１１に接着固定している部分の溶射皮膜１５ａが，ワークＷの凹状の曲面Ｗａから剥がれた状態となる。その際、ピン１３の先端は、押し付け時に接触していた部分の溶射皮膜を突き破るようにしてワークＷ側に僅かに突出した状態となる。

そして、この溶射皮膜１５ａが剥がれた時点での加圧ヘッド２３による加圧力を測定して溶射皮膜の密着力とする。

図１０は、６気筒エンジンにおける＃１〜＃６の６個のシリンダボアに対し、それぞれｎ＝１０個の測定試験片（ワークＷ）を用意して、上記した密着力をそれぞれ測定し、各シリンダボア＃１〜＃６におけるそれぞれ１０個の密着力の上限値（上部の横棒），下限値（下部の横棒）及び平均値（丸印）を示すとともに、これら６個の上限値，下限値及び平均値のそれぞれの平均も示している。

これによれば、上限値と下限値との間の測定ばらつきの幅は４．４ＭＰａであり、参考として示してある現状の測定方法によるばらつき幅が１０ＭＰａであるのに比較して極めて小さくなっていることが分かる。

以上のように、本実施形態によれば、溶射皮膜１５の表面にシート状接着剤１７を介してガイド部１１を接着固定し、ガイド部１１のピン挿入孔１１ｆから露出するシート状接着剤１７の一部１７ａを除去した状態で、この除去後に露出する溶射皮膜１５を押し付けることで、ワークＷの曲面Ｗａと溶射皮膜１５との間に互いに離間する方向の力が確実に作用し、密着力の測定を高精度に行うことが可能となる。

また、本実施形態では、ピン挿入孔１１ｆの溶射皮膜１５側の一方の端部開口１１ｉから露出するシート状接着剤１７の一部１７ａを、ピン挿入孔１１ｆにその他方の端部開口１１ｊから挿入するドリル２５によって容易に除去することができる。

さらに、上記したドリル２５の先端に平坦面２５ａを設けているので、この平坦面２５ａをシート状接着剤１７の一部１７ａに押し付けることで、そのシート状接着剤１７の一部１７ａがドリル２５のすくい部２５ｂに入り込み、この状態でドリル２５を回転させれば、シート状接着剤１７の一部１７ａを容易に除去することができる。

この際、ドリル２５の平坦面２５ａは、単に先端を研削して平坦としただけで切刃を備えていないので、作業者が手作業でドリル２５を回転させるようにし、平坦面２５ａが溶射皮膜１５に接触しても、溶射皮膜１５は前述したよう表面の凹凸部を削り取るだけであって、基本的には溶射皮膜１５を切削するようなことはなく、したがって、簡単な作業でシート状接着剤１７の一部１７ａのみを除去することができる。

また、ドリル２５の平坦面２５ａのすくい部２５ｂ側の周縁に面取り２５ｃを施すことで、この面取り部位からシート状接着剤１７の一部１７ａがすくい部２５ｂに入り込みやすくなり、その後のドリル２５の回転によるシート状接着剤１７の一部１７ａの切削作業を効率よく行うことができる。

なお、ガイド部１１を、シート状接着剤１７を用いて溶射皮膜１５に接着固定する作業及び、その後のドリル２５によるシート状接着剤１７の一部１７ａの除去作業は、ガイド部１１を治具３に設置した後に行ってもよく、その場合には、治具３の凹部７ａ及びガイド部挿入孔７ｂを、平面視でＵ字形状とせずに、円形としても対応できる。

また、本発明の参考例として、シート状接着剤１７の一部１７ａを除去する作業には、上記したドリル２５に代えて、フライス加工に使用するエンドミルを用いてもよい。但し、エンドミルは先端面に切刃を備えているので、シート状接着剤１７の一部１７ａを除去後に溶射皮膜１５をも切削しないようにする必要があるため、手作業で行うのは難しく、例えばエンドミルの送り方向の位置制御を行うようにして作業を行う必要がある。

なお、ドリル２５の先端を平坦面２５ａとして該平坦面２５ａによりシート状接着剤１７の一部１７ａを除去し、このとき溶射皮膜１５の表面は実際には曲面となっているが、ドリル２５の直径が４．５ｍｍと極めて細いことから、曲面であっても平坦面２５ａに対応する部位については実質的に平面と見なすことができ、このため図７（ｃ）のようにシート状接着剤１７の一部１７ａを完全に近い状態で除去することが可能である。

したがって、シート状接着剤１７の一部１７ａをより完全に除去するためには、平坦面２５ａを、溶射皮膜１５の表面の曲面に合わせた凸曲面形状としてもよい。

本発明の一実施形態を示す、溶射皮膜の密着力測定を実施する装置全体の構成を示す正面図である。 （ａ）は図１の装置に使用するガイド部の正面図、（ｂ）は（ａ）の底面図である。 （ａ）は図１の装置に使用するピンの正面図、（ｂ）は（ａ）の底面図である。 図２のガイド部を接着剤によりワークの溶射被膜面に接着固定した状態を示す部分断面図である。 接着剤を除去するドリルの一部を示す斜視図である。 シリンダボア内面に溶射皮膜を形成したシリンダブロックの断面図である。 （ａ）は、ガイド部の接着固定部の先端面に接着剤を塗布した状態を示す部分断面図、（ｂ）、はガイド部を接着剤によりワークの溶射皮膜面に接着固定した後、ガイド部のピン挿入孔に入り込んだ接着剤をドリルによって除去している状態を示す部分断面図、（ｃ）は、（ｂ）の接着剤をドリルによってほぼ完全に除去した状態を示す部分断面図である。 図７（ｂ）の状態からドリルを引き抜きピンをピン挿入孔に挿入した状態を示す部分断面図である。 密着力測定試験後の状態を示す、図１に対応する正面図である。 ６気筒エンジンの６個のシリンダボアにおけるそれぞれ１０個の測定試験片に対し、密着力を測定した結果を、参考例の結果とともに示す説明図である。

符号の説明

Ｗ ワーク
Ｗａ ワークの曲面（ワークの表面）
１１ ガイド部（密着力測定具）
１１ｆ ピン挿入孔（貫通孔）
１１ｉ ピン挿入孔の一方の端部開口
１１ｈ ピン挿入孔の他方の端部開口
１３ ピン（押付具）
１５ 溶射皮膜
１５ａ 測定試験後にワークから剥がれた溶射皮膜
１７ シート状接着剤
２５ ドリル
２５ａ ドリルの平坦面
２５ｂ ドリルのすくい部
２５ｃ 平坦面のすくい部側の周縁に設けた面取り

Claims (5)

1. ワークの表面に形成した溶射皮膜上に、接着剤を用いて密着力測定具を接着固定し、この密着力測定具内に設けられて前記接着剤を一方の端部開口から露出させる貫通孔を設け、この貫通孔の他方の端部開口から前記露出する接着剤を除去し、この接着剤除去によって露出する前記溶射皮膜を介して前記ワークの表面を、前記密着力測定具を保持した状態で前記貫通孔の他方の端部開口から挿入する押付具により押し付けて、前記溶射皮膜を前記ワーク表面から剥がして溶射皮膜のワーク表面に対する密着力を測定することを特徴とする溶射皮膜の密着力測定方法。
2. 前記貫通孔の一方の端部開口から露出する接着剤を、前記貫通孔にその他方の端部開口から挿入するドリルによって除去することを特徴とする請求項１に記載の溶射皮膜の密着力測定方法。
3. 前記ドリルの先端に平坦面を設け、この平坦面を前記貫通孔の一方の端部開口から露出する接着剤に押し付けて、その接着剤の一部をすくい部に入り込ませた後、ドリルを回転させることを特徴とする請求項２に記載の溶射皮膜の密着力測定方法。
4. 前記ドリルの平坦面のすくい部側の周縁に面取りを施し、この面取り部位から前記接着剤の一部を前記すくい部に入り込ませることを特徴とする請求項３に記載の溶射皮膜の密着力測定方法。
5. ワークの表面に形成した溶射皮膜上に接着剤を用いて接着固定するとともに、前記接着剤を一方の端部開口から露出させる貫通孔を内部に備える密着力測定具と、前記貫通孔の他方の端部開口から挿入して一方の端部開口から露出する接着剤を除去するドリルと、前記密着力測定具を保持した状態で前記貫通孔の他方の端部開口から挿入し、前記接着剤除去により露出する前記溶射皮膜を介して前記ワークの表面を押し付けて、前記溶射皮膜をワーク表面から剥がす押付具と、この押付具を前記ワークの表面に向けて押し付ける加圧部と、を有し、前記溶射皮膜がワーク表面から剥がれた時点での前記加圧部による加圧力を測定して溶射皮膜のワーク表面に対する密着力を測定することを特徴とする溶射皮膜の密着力測定装置。

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