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
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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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