JP5789076B2 - シリンダボア内面補修方法及びシリンダボア内面補修装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダボア内面補修方法及びシリンダボア内面補修装置に関する。

例えば、従来より使用されて来た鋳鉄製シリンダライナに代えて、アルミニウム合金からなるシリンダブロックのシリンダボアの内壁に金属材料を溶かした溶滴を微粉末として吹き付けることにより形成した金属の溶射皮膜をシリンダライナとする技術が提案されている。

しかし、鋳造により形成されるシリンダブロックのシリンダボア内面には、鋳造時に空気が混入することで凹部となる巣が発生することがある。この巣の上に溶融した金属の溶滴を吹き付けて溶射皮膜を形成した場合、巣の上に形成された溶射皮膜が前記凹部の大きさ及び深さに応じてへこんでしまう。溶射皮膜に凹みが生じると、その後のホーニング等による仕上げ加工を行っても凹みが残り、エンジンオイル消費量の増加やブローバイガス量増加の原因になる。これを補修する技術が数多く提案されている。

その一つの補修方法として、例えばシリンダボア内面全域に対して真空アークを放電してシリンダボア内面の表層部を溶融させ、その溶融した金属を巣が形成された凹部内に流し込ませて該巣を埋めるようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１に記載）。

特開２０００−３２８２２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、処理範囲が広大でその処理に長時間を要する他、加熱に伴う組織変化により強度が低下することが危惧される。そのため、特許文献１に記載の技術では、慎重に作業を行わなければならず、生産性が極端に低下するといった課題が残る。

そこで、本発明は、短時間で補修作業を行うことができると共に組織変化による強度低下を生じさせることなく巣を補修することのできるシリンダボア内面補修方法及びシリンダボア内面補修装置を提供することを目的とする。

本発明のシリンダボア内面補修方法では、巣が形成された位置及び巣の大きさを検出した後、少なくとも検出にて位置を特定した巣に対して該巣の大きさに応じて溶融した金属の溶滴量を吹き付けて該巣を埋める。その際、シリンダボア内面に溶融した金属の溶滴を吹き付けて溶射皮膜を形成する溶射工程の中で、前記特定された巣が形成される部位に溶融した金属の溶滴を吹き付けて該巣を埋める。

本発明のシリンダボア内面補修装置では、巣が形成された位置及び巣の大きさを検出する検出手段と、検出手段で位置を特定した前記巣に対して該巣の大きさに応じて溶融した金属の溶滴量を吹き付けて該巣を埋めて補修する溶射ガンと、を備える。溶射ガンは、シリンダボア内面に溶融した金属の溶滴を吹き付けて溶射皮膜を形成する溶射工程の中で、前記特定された巣が形成される部位に溶融した金属の溶滴を吹き付けて該巣を埋める。

本発明のシリンダボア内面補修方法によれば、巣が形成された位置を検出し、その検出して位置を特定した巣に対して溶融した金属の溶滴を吹き付けて該巣を埋めるため、特定した部位への溶射となることから補修時間を短縮化できると共に、シリンダボア内面全域を補修する場合に対して溶射量を減らせ補修コストを下げることができる。

本発明のシリンダボア内面補修装置によれば、巣が形成される位置を検出する検出手段と、この検出手段で位置を特定した巣に対して溶融した金属の溶滴を吹き付けて巣を埋めて補修する溶射ガンとからなるため、真空アークを放電させるための大掛かりな装置構成とすることなく、溶射皮膜を形成するための既存の溶射装置をそのまま使用することができる。
また、本発明のシリンダボア内面補修方法及び補修装置によれば、位置が特定された巣の大きさに応じて溶融した金属の溶滴量を吹き付けるので、巣の凹みを溶滴によって隙間無く埋めることができる。
さらに、本発明のシリンダボア内面補修方法及び補修装置によれば、シリンダボア内面を溶射する一連の工程の中で巣が形成された部位を補修することができるため、特別な補修工程が不要となり、生産性の向上を図ることが可能となる。

図１はシリンダブロックの斜視図である。 図２は図１のシリンダボア内面に形成された巣を検出するセンサーをシリンダボア内に進入させる状態を示す図である。 図３はセンサーで位置を特定した巣に対して局所的に溶射する溶射ガンを進入させる状態を示す図である。 図４はセンサーで検出した巣の大きさと局所溶射する溶射量との関係を示す図である。 図５はシリンダボア内面に形成された巣に局所的に金属の溶滴を溶射した部位の要部拡大断面図である。 図６はシリンダボア内面に形成された巣に局所的に金属の溶滴を溶射した後に、シリンダボア内面全域に溶滴を溶射した状態の要部拡大断面図である。 図７は図６の工程後に特定された巣の上に溶滴が溶射されて盛り上がった凸部を除去することを示す要部拡大断面図である。 図８はシリンダボア内面全域に金属の溶滴を溶射した後、巣が形成される部位に対して局所的に溶滴を吹き付けた後の状態を示す要部拡大断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「実施形態１」
鋳造により形成されたシリンダブロックのシリンダボア内面に凹みとして形成された巣を埋めて補修するシリンダボア内面補修方法及びそのシリンダボア内面補修装置について説明する。

図１に示すシリンダブロック１は、溶融したアルミニウム合金をシリンダブロック成形用金型内に鋳込むことで鋳造される。このシリンダブロック１には、ピストンを収容する円筒形孔としてのシリンダボア２が形成されている。シリンダボア内面２ａには、図２に示すように、鋳造時に混入するエアー等が原因で凹みとなる巣３が形成されることがある。

巣３は、シリンダボア２の入口より孔奥に生じた場合には目視により見ることができない。そのため、シリンダボア内面２ａに形成された巣３の位置及び巣３の大きさも検出することのできる検出手段である検出センサー４を、シリンダボア２の入口から奥へと挿入する。この時、シリンダボア内面２ａの全域を検出するために、図２の矢印Ａで示すように、検出センサー４をシリンダボア２内で回転させる。

検出センサー４には、例えば光をシリンダボア内面２ａに照射し、その光の戻り状態を調べることで、巣３がある部位を特定する。シリンダボア内面２ａに光りを照射した時に戻る光の光量が少なくなった部位は、巣３が形成されている部位と判断する。また、この検出センサー４では、反射した光の戻り状態（光量や屈折率等）から巣３の大きさ（長さ、幅、径、深さ等）を判断することができる。

前記検出センサー４で巣３が形成された位置を検出後、その検出にて位置を特定した巣３に対して溶融した金属の溶滴を吹き付ける。溶融した金属の溶滴を吹き付けるには、図３に示すように構成されたシリンダボア内面補修装置の溶射ガン５を使用する。溶射ガン５は、鉄系材料を溶融させた金属の溶滴をノズル先端からシリンダボア内面２ａに噴射し、溶融した溶滴を巣３が形成される部位に付着させる。

前記巣３が形成される部位が１箇所であれば、溶射ガン５をシリンダボア２内に進入させ、該巣３が形成される部位に溶射ガン５を固定した状態で溶融した金属の溶滴を局所的に吹き付ける。前記巣３が形成される部位が同一円周上に複数あれば、溶射ガン５をシリンダボア２内で図３矢印Ｂで示すように回転させて溶融した金属の溶滴を吹き付ける。前記巣３が形成される部位が任意の部位に複数点在している場合は、溶射ガン５をシリンダボア２内で図３矢印Ｃで示すように上下動させると共に図３矢印Ｂで示すように回転させて各巣３が形成される部位に溶射ガン５を位置させ、溶融した金属の溶滴を局所的に吹き付ける。

吹き付ける金属の溶滴量は、検出センサー４で検出し位置を特定された巣３の大きさに応じた量とする。図４には検出センサーで検出した巣の大きさと局所溶射する溶射量との関係を示す。巣３の大きさが大きくなる程、溶射量を増やす。ここでは、少なくとも巣３による凹みが、図５に示す如く溶滴でほぼちょうど埋まる程度の溶射量とする。溶射量は、検出センサー４で検出した巣３の大きさから求めた体積とほぼ同一か少し多くする。

前記巣３が形成された部位に溶融した金属の溶滴を局所的に噴射すると、図５に示すように、凹みとされた巣３が溶滴で埋まる。これで、巣３には、吹き付けられた溶滴による溶射皮膜補修部６が形成されることになり、シリンダボア内面２ａに凹みが無くなる。なお、図５のシリンダボア内面２ａは、シリンダボア内面２ａに対する溶射皮膜の層間密着力を高める目的で微細な凹凸が形成されている。

次に、図６に示すように、溶滴で凹みを埋めた部位（溶射皮膜補修部６）を含めてシリンダボア内面全域に溶融した金属の溶滴を吹き付ける。ここでは、溶射ガン５を回転させながら上下動（ストローク）させつつシリンダボア２の入口から奥へと下降させ且つボア孔奥から入口へと上昇させて、ノズル先端より溶融した金属の溶射を吹き付ける。その結果、溶射皮膜補修部６の上にも所定厚とされた溶射皮膜７が形成されることになる。

そして、図７に示すように、位置が特定された巣３の上に溶射されて盛り上がった溶射皮膜７の凸部７Ａを除去する。除去方法としては、ファインボーリング加工又はホーニング加工等の切削或いは研削による。前記凸部７Ａを除去することで、溶射皮膜７の表面７ａは、凹凸の無い面になる。

以上のように、実施形態１のシリンダボア内面補修方法によれば、巣３が形成された位置を検出した後、その検出にて位置を特定した巣３に対して溶融した金属の溶滴を吹き付けて該巣３を埋めるようにしたので、シリンダボア内面全域に溶滴を吹き付ける場合に対して必要な箇所に限定した補修であることから、補修作業時間が短くて済み、サイクルタイムを大幅に短縮することができる。また、この実施形態１によれば、補修に必要な金属の溶射量も少なくて済むため、コストの低下も図ることができる。さらに、実施形態１によれば、特定した位置の巣３に対する補修であるため、従来技術のように真空アークをシリンダボア内面全域に放電することで加熱に伴う組織変化によって強度低下が生じることも防止できる。

また、実施形態１のシリンダボア内面補修方法によれば、位置が特定された巣３に対して溶融した金属の溶滴を局所的に吹き付けて該巣３を埋めた後、この巣３が形成される部位を含めてシリンダボア内面全域に溶融した金属の溶滴を吹き付けるようにしたので、巣３の上に溶滴が吹き付けられることにより形成された溶射皮膜に該巣３による影響が生じない。

また、実施形態１のシリンダボア内面補修方法によれば、位置が特定された巣３の大きさに応じて溶融した金属の溶滴量を吹き付けるので、巣３の凹みを溶滴によって隙間無く埋めることができる。

また、実施形態１のシリンダボア内面補修方法によれば、位置が特定された巣３の上に溶射されて盛り上がった凸部７Ａを除去するため、局所溶射によって不均一になった溶射皮膜の厚みを均一にすることができる。

実施形態１のシリンダボア内面補修方法で補修されたシリンダボア２は、巣３の凹みによる影響を受けないため、溶射皮膜形成後に行うホーニング等による仕上げ加工を行った後でも凹みが残ることはない。そのため、得られたシリンダブロック１では、エンジンオイル消費量の増加やブローバイガス量増加が生じることを防止できる。

また、実施形態１のシリンダボア内面補修装置によれば、少なくとも巣３が形成される位置を検出する検出センサー４と、この検出センサー４で位置を特定した巣３に対して溶融した金属の溶滴を吹き付けて巣３を埋めて補修する溶射ガン５とからなるため、真空アークを放電させるための大掛かりな装置構成とすることなく、溶射皮膜を形成するための既存の溶射装置をそのまま使用することができる。

「実施形態２」
実施形態２では、位置が特定された巣３が形成される部位も含めてシリンダボア内面全域に溶融した金属の溶滴を吹き付けた後、該巣３が形成される部位に対して局所的に溶融した金属の溶滴を更に吹き付ける。

具体的には、図８に示すように、鋳造後のシリンダボア２の内部に検出センサー４を挿入し、この検出センサー４で巣３が形成された位置を特定すると共にその巣３の大きさを求める。そして、前記巣３の大きさに応じた溶滴量を図４のグラフから求めておく。

次に、位置及び大きさが特定された巣３が形成された部位も含めてシリンダボア内面全域に、溶射ガン５を回転させながら上下動させてシリンダボア２の入口から奥へと下降させ且つボア孔奥から入口へと上昇させて、ノズル先端より溶融した金属の溶射を吹き付ける。これにより、巣３が形成された部位にも溶滴が堆積し、シリンダボア内面２ａに溶射皮膜７が形成される。

前記溶射皮膜７は、巣３が形成される部位では、該巣３の凹みに応じてその表面がへこむ。そこで、巣３が形成される部位に溶射ガン５を移動させ、ノズル先端から溶融した金属の溶射を更に吹き付ける。すると、へこんだ部位に溶滴が吹き付けられて盛り上がった溶射皮膜補修部８が形成される。この盛り上がった凸部となった溶射皮膜補修部８を削って除去すれば、巣３の凹みに影響されない溶射皮膜７を形成することができる。

この実施形態２のシリンダボア内面補修方法によれば、位置が特定された巣３が形成される部位も含めてシリンダボア内面全域に溶融した金属の溶滴を吹き付けた後、該巣３が形成される部位に局所的に溶融した金属の溶射を更に吹き付けるようにしたので、実施形態１と同様、必要な箇所にのみ溶射することで、補修時間を短縮できると共に無駄な溶射量を減らすことができる。

「実施形態３」
実施形態３では、位置が特定された巣３が形成される部位も含めてシリンダボア内面全域に溶融した金属の溶滴を吹き付ける間、該巣３が形成される部位に対して周囲よりも多く溶融した金属の溶滴を吹き付ける。

具体的には、検出センサー４で位置及び大きさを特定した巣３が形成される部位も含めてシリンダボア内面全域に、溶射ガン５を回転させながら上下動させてシリンダボア２の入口から奥へと下降させ且つボア孔奥から入口へと上昇させて、ノズル先端より溶融した金属の溶滴を吹き付ける。これにより、巣３が形成された部位にも溶滴が堆積し、シリンダボア内面全域に溶射皮膜７が形成される。そしてこの溶射工程の中で、位置及び大きさが特定された巣３が形成される部位には、この部位の周囲よりも多く溶融した金属の溶滴を吹き付けるようにする。つまり、シリンダボア内面全域を溶射する過程の中で特定した巣３が形成される部位には、その周囲に吹き付ける溶滴量よりも多くの溶滴を溶射して該巣３を埋める。溶射が終了したら盛り上がって凸部となった溶射皮膜補修部を削って除去する。

この実施形態３のシリンダボア内面補修方法によれば、シリンダボア内面全域を溶射する一連の工程の中で巣３が形成された部位を補修することができるため、特別な補修工程が不要となり、生産性の向上を図ることが可能となる。

本発明は、シリンダブロックのシリンダボア内面に巣が形成された場合の補修技術に利用することができる。

１…シリンダブロック
２…シリンダボア
２ａ…シリンダボア内面
３…巣
４…検出センサー（検出手段、シリンダボア内面補修装置）
５…溶射ガン（シリンダボア内面補修装置）
６…溶射皮膜補修部
７…溶射皮膜
７Ａ…溶射皮膜の凸部

Claims (4)

1. 鋳造により形成されたシリンダブロックの溶射皮膜を形成する前のシリンダボア内面に凹みとして形成された巣を埋めて補修する際に、前記巣が形成された位置及び当該巣の大きさを検出した後、少なくとも検出にて位置を特定した巣に対して該巣の大きさに応じて溶融した金属の溶滴量を吹き付けて該巣を埋めるシリンダボア内面補修方法において、
   前記シリンダボア内面に溶融した金属の溶滴を吹き付けて溶射皮膜を形成する溶射工程の中で、前記特定された巣が形成される部位に前記溶融した金属の溶滴を吹き付けて該巣を埋める
   ことを特徴とするシリンダボア内面補修方法。
2. 請求項１に記載のシリンダボア内面補修方法であって、
   前記特定された巣が形成される部位も含めてシリンダボア内面全域に溶融した金属の溶滴を吹き付ける間、該巣が形成される部位に対して周囲よりも多く溶融した金属の溶滴を吹き付ける
   ことを特徴とするシリンダボア内面補修方法。
3. 請求項１または２に記載のシリンダボア内面補修方法であって、
   前記特定された巣の上に溶射されて盛り上がった凸部を除去する
   ことを特徴とするシリンダボア内面補修方法。
4. 鋳造により形成されたシリンダブロックの溶射皮膜を形成する前のシリンダボア内面に凹みとして形成された巣を埋めて補修するシリンダボア内面補修装置において、
   少なくとも前記巣が形成された位置及び巣の大きさを検出する検出手段と、
   前記検出手段で位置を特定した前記巣に対して該巣の大きさに応じて溶融した金属の溶滴量を吹き付けて該巣を埋めて補修する溶射ガンと、を備え、
   前記溶射ガンは、前記シリンダボア内面に溶融した金属の溶滴を吹き付けて溶射皮膜を形成する溶射工程の中で、前記特定された巣が形成される部位に前記溶融した金属の溶滴を吹き付けて該巣を埋める
   ことを特徴とするシリンダボア内面補修装置。

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