JPWO2015129347A1 - 溶射皮膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
シリンダブロック（１）を予熱した後、少なくともシリンダブロック（１）の下面から排気をしながら各シリンダボア（６Ａ）〜（６Ｄ）内に溶射ガン（２）を順次挿入して、溶融した金属の溶滴（１１）をシリンダボアの内面に吹き付けることにより溶射皮膜（１２）を形成する。最初に溶射したシリンダボアに対し、次に溶射するシリンダボアは、少なくとも１気筒は間隔をおいて溶射する。
Description
本発明は、シリンダボアの内面に溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成方法に関する。
自動車等のシリンダブロックのシリンダボア内面に金属若しくはセラミックを溶射して皮膜を形成し、その後、ホーニング加工により表面を平滑にし、ピストンリングの摺動面を形成する方法を溶射ボアという。溶射ボアは、燃費向上技術として適用されている。
基材に対しての皮膜密着力を向上させるために、シリンダブロックを溶射前に加熱（この加熱を予熱という）することが行われている（非特許文献１参照）。
日本金属学会誌 第７１巻 第３号（２００７） ３５４−３６０
ところで、溶射中においては、金属材料を溶かした溶滴のうち余剰粒子やすす或いは溶射面に付着せずに跳ね返った溶滴が溶射皮膜に取り込まれる場合がある。これを防止するため、シリンダブロック下面から排気することにより、跳ね返った溶滴などをシリンダブロック外へと排出している。
しかし、シリンダブロック内外を流れる排気流により、シリンダボア内面、つまり溶射面が冷やされ、シリンダブロックの予熱温度が低下する。このため、シリンダボア内面に対する溶射皮膜の密着力が低下してしまう。
そこで、本発明は、シリンダブロックの予熱温度の低下を抑制してシリンダボア内面に対する溶射皮膜の密着力を高めることのできる溶射皮膜形成方法を提供するものである。
本発明の溶射皮膜形成方法は、最初に溶射したシリンダボアに対し、次に溶射するシリンダボアは、少なくとも１気筒は間隔をおいて溶射する。
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。
図１は、本実施形態の溶射皮膜形成方法を実施するための溶射皮膜形成装置全体を示す斜視図である。溶射皮膜形成装置は、シリンダブロック１とそのシリンダブロック１の各シリンダボアの内面に溶射皮膜を形成するための溶射ガン２とを排気用の筐体３内に配置した構成としている。
筐体３は、例えば６面体とされた矩形状の箱として形成されている。なお、筐体３の形状は、図１の形状に限定されない。例えば、図１を正面から見たときに左側面３ａには、吸気のための吸気用ダクト４が設けられている。また、右側面３ｂ、上面３ｃ、下面３ｄには、排気のための排気用ダクト５が設けられている。
吸気用ダクト４には、筐体３内に供給されるエアーが導入される。排気用ダクト５からは、筐体３内のエアーが筐体３の外へと排出される。この排気用ダクト５からは、排出されるエアーと共に金属材料を溶かした溶滴のうち余剰粒子やすす或いは溶射面に付着せずに跳ね返った溶滴が排出される。
吸気用ダクト４から筐体３内に供給されたエアーは、図２に示す矢印のように流れる。エアーは、シリンダブロック１の周囲を流れる他、シリンダブロック１に形成された各シリンダボア６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ）の内部にも流れる。
溶射ガン２は、図３及び図４に示すようにアーク溶射式のガンである。この溶射ガン２は、正極とした金属材料からなるワイヤ７と負極とした同じく金属材料からなるワイヤ８をノズル先端で近接するように連続して送り出し、アトマイズガス９を供給してアーク１０を発生させる。このアーク１０によって、両ワイヤ７、８が溶融して溶射粒子である溶滴１１となる。溶滴１１は、シリンダボア６の内面６ａに被着して溶射皮膜１２となる。
シリンダボア６の内面６ａに形成される溶射皮膜１２の密着力は、溶射前にシリンダブロック１を加熱する予熱温度に依存することが分かっている。図５に示すように、シリンダブロック１の予熱温度が高くなると、溶射皮膜１２の密着力も予熱温度の高まりとともに高くなる。
シリンダボア６の内面６ａに溶融した金属の溶滴１１を吹き付けて溶射皮膜１２を形成するには、複数あるシリンダボア６Ａ〜６Ｄに対して皮膜形成する順番が大切である。例えば、直列４気筒エンジンのシリンダブロック１に形成されたシリンダボア６を、端から順番に１番目シリンダボア６Ａ、２番目シリンダボア６Ｂ、３番目シリンダボア６Ｃ、４番目シリンダボア６Ｄとする。
このシリンダブロック１を筐体３内に配置した後、シリンダブロック１をヒータ等の加熱手段で予熱する。そして、筐体３内を排気する。すると、図２に示すような気流の流れが生じる。次に、溶射する順番であるが、１番目シリンダボア６Ａ、２番目シリンダボア６Ｂ、３番目シリンダボア６Ｃ、４番目シリンダボア６Ｄと端から順番に溶射して行くと、最後の４番目シリンダボア６Ｄが排気流により予熱が奪われ続ける。そのため、溶射順番が遅くなるシリンダボア程、予熱温度が下がった状態で溶射されることになる。
図６は１番目シリンダボア６Ａと４番目シリンダボア６Ｄの経過時間に対する予熱後のシリンダブロック温度の変化を示している。図６中、線６Ａｔは１番目シリンダボア６Ａの温度変化を示し、線６Ｄｔは４番目シリンダボア６Ｄの温度変化を示す。また、Ｘ１は１番目シリンダボア６Ａの溶射時点、Ｘ２は４番目シリンダボア６Ｄの溶射時点を示している。図６から分かるように、最後に溶射される４番目シリンダボア６Ｄは、予熱後のシリンダブロック温度が時間と共に低下している。そのため、４番目シリンダボア６Ｄの溶射皮膜１２は、予熱設定温度から大幅に温度低下した状態で溶射されることになるから密着力が低下する。
本実施形態では、排気によって予熱後のシリンダブロック温度が急激に下がらないように、複数あるシリンダボア６Ａ〜６Ｄの溶射順序を次のようにする。すなわち、最初に溶射したシリンダボアに対し、次に溶射するシリンダボアは、少なくとも１気筒は間隔をおいて溶射する。
具体的には、図７に示すように、最初に２番目シリンダボア６Ｂを溶射する。図７では、１番目シリンダボア６Ａを＃１、２番目シリンダボア６Ｂを＃２、３番目シリンダボア６Ｃを＃３、４番目シリンダボア６Ｄを＃４と表示し、溶射順番を１、２、３、４と表す。
２番目シリンダボア６Ｂに溶射ガン２をシリンダヘッド面側から奥内部へと挿入しながら溶融した金属の溶滴１１をシリンダボア内面に吹き付ける。この金属の溶滴１１がシリンダボア内面に吹き付けられて堆積して行くことで溶射皮膜１２が形成される。溶射時には、余剰粒子やすす或いはシリンダボア内面に付着せずに跳ね返った溶滴１１が排気されて排気用ダクト５から筐体３外に排出される。これにより、溶射皮膜１２の品質劣化を防止することができる。
２番目シリンダボア６Ｂを溶射すると、溶射時の熱で両サイドのシリンダボアである１番目シリンダボア６Ａと３番目シリンダボア６Ｃが温められる。図７中、網掛け表示した領域は、溶射時の入熱領域１３、１４を表す。このため、時間の経過と共にシリンダブロック１の予熱温度が低下するのを抑制することができる。
次に、１気筒の間隔をおいて４番目シリンダボア６Ｄを溶射する。すると、溶射時の熱で隣りの３番目シリンダボア６Ｃが温められる。続いて、２気筒の間隔をおいて１番目シリンダボア６Ａを溶射する。１番目シリンダボア６Ａを溶射する時には、先の２番目シリンダボア６Ｃの溶射時の入熱で１番目シリンダボア６Ａが温められた状態にある。このため、１番目シリンダボア６Ａのボア内温度の低下が抑制される。
そして最後に、１気筒の間隔をおいて３番目シリンダボア６Ｃを溶射する。この３番目シリンダボア６Ｃを溶射する時には、４番目シリンダボア６Ｄの溶射時の入熱と２番目シリンダボア６Ｂの溶射時の入熱で３番目シリンダボア６Ｃが温められた状態にある。このため、３番目シリンダボア６Ｃのボア内温度の低下が抑制される。
以上のような順番でシリンダボア６Ａ〜６Ｄを溶射すれば、排気によるシリンダブロック１の予熱後の温度低下を防止することができ、全てのシリンダボア６Ａ〜６Ｄに形成した溶射皮膜１２の密着力を高めることができる。
本実施形態の溶射皮膜形成方法によれば、最初に溶射したシリンダボアに対し、次に溶射するシリンダボアを少なくとも１気筒は間隔をおいて溶射することで、最初に溶射したシリンダボアの両側にあるシリンダボアは、最初の溶射による熱で温められることになる。そのため、次に溶射するシリンダボアを、少なくとも１気筒をおいて溶射すれば、端から順番に溶射した場合に比べて予熱温度の低下を抑制することができる。その結果、本実施形態の方法によれば、シリンダボア６の内面に形成された溶射皮膜１２の密着力を高めることができる。
また、本実施形態の溶射皮膜形成方法によれば、直列４気筒エンジンに対して、最初に２番目シリンダボア６Ｂを溶射した後、４番目シリンダボア６Ｄ、１番目シリンダボア６Ａ、３番目シリンダボア６Ｃの順に溶射すると、時間の経過と共に温度低下して行くシリンダブロック１の予熱温度を、各シリンダボア溶射時の入熱で回復させることができ、全てのシリンダボア６Ａ〜６Ｄのボア内温度の急激な温度低下を抑制することができる。
また、本実施形態の溶射皮膜形成方法によれば、溶射時には、余剰粒子やすす或いはシリンダボアの内面に付着せずに跳ね返った溶滴を排気してシリンダブロックを収容する筐体外に排出しているので、溶射皮膜１２の品質劣化を抑制できると共に膜厚をコントロールすることができる。
また、本実施形態の溶射皮膜形成方法によれば、シリンダブロックを収容する筐体内に供給したエアーは、シリンダブロックの周囲を流れる他、シリンダブロックに形成された各シリンダボアの内部にも流れるため、溶射時に舞う余剰粒子などが溶射皮膜に付着するのを防止することができる。
特願２０１４−０３８２４０号（出願日：２０１４年２月２８日）の全内容は、ここに援用される。
以上、本発明を適用した一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることはない。例えば、溶射順番を２番目シリンダボア６Ｂ、４番番目シリンダボア６Ｄ、１番目シリンダボア６Ａ、３番目シリンダボア６Ｃの順としたが、この順番に限定されることはない。また、前記した実施形態では、直列４気筒エンジンに対して溶射皮膜１２を形成したが、直列６気筒エンジンやＶ型エンジンに対しても本発明の溶射皮膜形成方法を適用することができる。この他、排気をシリンダボア６のヘッドブロック取付け面側から行ってもよい。
１ シリンダブロック
２ 溶射ガン
３ 筐体
６（６Ａ〜６Ｄ） シリンダボア
６ａ シリンダボアの内面
１１ 溶滴
１２ 溶射皮膜
２ 溶射ガン
３ 筐体
６（６Ａ〜６Ｄ） シリンダボア
６ａ シリンダボアの内面
１１ 溶滴
１２ 溶射皮膜
次に、１気筒の間隔をおいて４番目シリンダボア６Ｄを溶射する。すると、溶射時の熱で隣りの３番目シリンダボア６Ｃが温められる。続いて、２気筒の間隔をおいて１番目シリンダボア６Ａを溶射する。１番目シリンダボア６Ａを溶射する時には、先の２番目シリンダボア６Ｂの溶射時の入熱で１番目シリンダボア６Ａが温められた状態にある。このため、１番目シリンダボア６Ａのボア内温度の低下が抑制される。
Claims (4)
- 複数気筒からなるシリンダブロックを予熱した後、少なくともシリンダブロックの一方の面から排気をしながら各シリンダボア内に溶射ガンを順次挿入して、溶融した金属の溶滴をシリンダボアの内面に吹き付けることにより溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成方法であって、
最初に溶射したシリンダボアに対し、次に溶射するシリンダボアは、少なくとも１気筒は間隔をおいて溶射する
ことを特徴とする溶射皮膜形成方法。 - 請求項１記載の溶射皮膜形成方法であって、
前記シリンダブロックには、順番に１番目シリンダボア、２番目シリンダボア、３番目シリンダボア、４番目シリンダボアとされる４つのシリンダボアが直列に形成されており、最初に２番目シリンダボアを溶射した後、４番目シリンダボア、１番目シリンダボア、３番目シリンダボアの順に溶射する
ことを特徴とする溶射皮膜形成方法。 - 請求項１記載の溶射皮膜形成方法であって、
溶射時には、余剰粒子やすす或いはシリンダボアの内面に付着せずに跳ね返った溶滴を排気してシリンダブロックを収容する筐体外に排出する
ことを特徴とする溶射皮膜形成方法。 - 請求項１から３の何れか１項に記載の溶射皮膜形成方法であって、
前記シリンダブロックを収容する筐体内に供給したエアーは、シリンダブロックの周囲を流れる他、シリンダブロックに形成された各シリンダボアの内部にも流れる
ことを特徴とする溶射皮膜形成方法。
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