WO2016075814A1

WO2016075814A1 - マスキング部材及び溶射方法

Info

Publication number: WO2016075814A1
Application number: PCT/JP2014/080200
Authority: WO
Inventors: 精一杉山; 諭櫻井; 阿部　知史
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2016-05-19

Abstract

　シリンダブロック３のシリンダヘッド取付面３ａ上に、円筒形状のマスキング部材１を取り付ける。この状態で、シリンダボア３ｂのボア内面３ｃに、溶射ガン５から溶滴７を吹き付けて溶射皮膜を形成する。マスキング部材１は、その内面１ｂに軸線方向に沿って延びる溝１ｃを設けている。マスキング部材１の内面１ｂは、溝１ｃの面粗度と、溝１ｃ以外の面部１ｄの面粗度とが互いに異なり、面部１ｄの面粗度が粗く、溝１ｃの面粗度が細かい。

Description

マスキング部材及び溶射方法

　本発明は、ワークの被溶射面に対し溶滴を吹き付けて溶射皮膜を形成する際に、ワークの端部を覆うようにしてワークに取り付けられるマスキング部材及び、マスキング部材を用いた溶射方法に関する。

　車両に搭載されるエンジンなどのシリンダブロックのシリンダボア内面に対して溶射皮膜を形成する技術が知られている。溶射皮膜を形成する際には、溶射ガンから噴出される溶滴をシリンダボア内面に吹き付ける。その際、シリンダブロックの端部表面への溶滴の付着を防ぐために、シリンダブロックの端部表面に円筒状のマスキング部材を取り付けている（下記特許文献１参照）。

特開２００７－３１４８２４号公報

　ところで、マスキング部材を使用して溶射を行う場合には、マスキング部材の円筒状部分の内面にも溶滴が付着して溶射皮膜が形成される。その際、マスキング部材は、ランニングコストを考慮すれば、使用後破棄せずに再利用することが求められる。

　ところが、マスキング部材を再利用するには、付着した溶滴による溶射皮膜を洗浄などにより除去する必要があり、溶射皮膜を除去するには、マスキング部材に対する溶射皮膜の密着力をある程度低くする必要がある。しかし、溶射皮膜の密着力が低すぎると、溶射時に溶射皮膜が落下してシリンダボア内面に付着してしまう恐れがある。

　したがって、マスキング部材に対する溶射皮膜の密着力としては、溶射時には脱落しにくく、洗浄時には除去しやすくなるような、相反する要件が求められる。

　そこで、本発明は、マスキング部材に付着する溶射皮膜が、溶射時には脱落しにくく、洗浄時には除去しやすくなるようにすることを目的としている。

　本発明は、ワークの端部を覆うようにしてワークに取り付けられるマスキング部材の表面は、面粗度を粗くした第１の部分と、第１の部分よりも面粗度を細かくした第２の部分とを備える。

　本発明によれば、マスキング部材の表面は、溶射時に付着する溶射皮膜の高い密着力を有する第１の部分と、低い密着力を有する第２の部分とが混在している。こため、マスキング部材に付着する溶射皮膜は、溶射時には脱落が抑制される一方、溶射後の除去が容易となる。

図１は、本発明の一実施形態に係わるマスキング部材を用いた溶射方法を示す断面図である。図２は、マスキング部材の平面図である。図３は、図２のＡ－Ａ断面図である。図４は、溶射後のマスキング部材を含むシリンダブロックの断面図である。図５は、図４のＢ－Ｂ線に対応する断面図である。図６は、溶射後のマスキング部材に対し、付着した溶射皮膜を除去すべく洗浄している状態を示す断面図である。

　以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。

　図１に示す本発明の一実施形態に係わるマスキング部材１は、ワークとしてのシリンダブロック３のシリンダヘッド取付面３ａに載置されて使用される。ここでのシリンダブロック３は、例えばアルミニウム合金製であって、車両などに搭載されるエンジンに使用される。

　上記アルミニウム合金製のシリンダブロック３のシリンダボア３ｂのボア内面３ｃに、溶射ガン５を用いて、鉄系金属からなる溶射用材料を溶融させた溶滴７を吹き付け、図４に示す溶射皮膜９を形成する。溶射ガン５は、シリンダボア３ｂの中心部に挿入されて、軸方向に移動しつつ回転しながら、噴出口５ａから溶滴７を噴出し、ボア内面３ｃのほぼ全域に溶射皮膜９を形成する。

　溶射皮膜９を形成する際には、マスキング部材１を使用することで、溶滴７のシリンダヘッド取付面３ａへの付着を抑制する。マスキング部材１は、ワークの端部となるシリンダヘッド取付面３ａを覆うようにして、シリンダヘッド取付面３ａに密着した状態でシリンダブロック３に取り付けられる。

　マスキング部材１は、大略円筒形状であり、中心部に形成された貫通孔１ａの中心軸をシリンダボア３ｂの中心軸と一致させた状態でシリンダブロック３に取り付ける。すなわち、マスキング部材１は、シリンダボア３ｂと同軸の円筒部を備えている。

　マスキング部材１の貫通孔１ａは、図１中で下部のシリンダブロック３側が上部よりも小径となるようなテーパ孔となっている。その際、貫通孔１ａの最下部の内径（直径）は、シリンダボア３ｂの直径よりもやや小さい。このため、貫通孔１ａの小径側の下端周縁は、シリンダボア３ｂの内周縁よりも中心側に位置している。

　このようなマスキング部材１の貫通孔１ａの内面１ｂは、シリンダブロック３の被溶射面となるボア内面３ｃに沿って形成される表面を構成する。そして、貫通孔１ａの内面１ｂを粗面としている。

　マスキング部材１の粗面とした貫通孔１ａの内面１ｂには、軸方向に沿って延びる溝１ｃを、円周方向に沿ってほぼ等間隔に複数設けている。本実施形態では、図２に示すように溝１ｃを全部で１２個設けているが、１２個でなくてもよい。複数の溝１ｃの長さは互いに同等であり、その長さ方向両端部の壁部１ｃ１，１ｃ２（図３参照）は、マスキング部材１の軸方向両端部（図３中で上下両端部）よりも軸方向内側に位置している。すなわち、溝１ｃの壁部１ｃ１，１ｃ２は、マスキング部材の表面である内面１ｂの外側の端縁部よりも内側に位置している。

　マスキング部材１の粗面とした貫通孔１ａの内面１ｂは、溝１ｃと、溝１ｃを除く面部１ｄとが、互いに面粗度が異なっている。面部１ｄは面粗度を粗くした第１の部分を構成し、溝１ｃは面部１ｄよりも面粗度を細かくした第２の部分を構成している。

　上記した面部１ｄの面粗度Ｒｚｄは、十点平均粗さ（Ｒｚ）で、１０μｍ＜Ｒｚｄ＜１８μｍである。一方、溝１ｃの面粗度Ｒｚｃは、十点平均粗さ（Ｒｚ）で、Ｒｚｃ≦１０μｍであり、したがって溝１ｃは平滑面でもよい。なお、溝１ｃは、その底面のみ粗面としてもよく、底面に加えて両側面を粗面としてもよい。このような溝１ｃ及び面部１ｄに対する粗面の形成は、例えば転造加工で行う。

　次に、作用を説明する。

　図１のように、シリンダブロック３にマスキング部材１を取り付けた状態で、溶射ガン５により溶射を実施する。溶射ガン５は、マスキング部材１の貫通孔１ａ及びシリンダボア３ｂ内にて軸方向に移動しかつ回転しながら溶滴７を噴出する。

　溶射ガン５が、シリンダボア３ｂ内を回転しながら軸方向に移動することで、ボア内面３ｃに対して溶滴７を吹き付けて溶射皮膜９を形成する。その際、図４に示すように、マスキング部材１の内面１ｂにも溶滴７が吹き付けられてマスク側溶射皮膜１１が形成される。このようにして、マスキング部材１を溶射時に使用することによって、溶滴7のシリンダヘッド取付面３ａへの付着を抑制している。

　マスキング部材１の内面１ｂに付着したマスク側溶射皮膜１１は、図５に示すようにリング状となる。リング状のマスク側溶射皮膜１１は、図４に示すように、内面１ｂの軸方向ほぼ中央から下端にまで達している。ここで、面粗度を細かくした溝１ｃは、面部１ｄよりもマスク側溶射皮膜１１が剥がれやすく、面粗度を粗くした面部１ｄは、溝１ｃよりもマスク側溶射皮膜１１が剥がれにくい。

　面粗度を粗くすると、溶滴７が、大きな凹凸部に入り込むことになってより付着しやすくなることから、マスク側溶射皮膜１１を剥がしにくくなる。逆に、面粗度を細かくすると、溶滴７がより平滑面に近い細かい凹凸部に付着するので、マスク側溶射皮膜１１を剥がしやすくなる。

　そして、マスク側溶射皮膜１１は、溶射後に冷却されて硬化するに従って、溝１ｃの底部に付着した溝部皮膜１１ｃが、その両側の面部１ｄに付着している面部皮膜１１ｄに引っ張られるようにして剥がされて浮き上がる。その結果、溝１ｃの底部と溝部皮膜１１ｃとの間に、図５に示すような隙間１３が形成される。その際、浮き上がった溝部皮膜１１ｃは、溝１ｃの開口付近に僅かに入り込んだ状態となる。

　上記隙間１３が形成された状態でのマスク側溶射皮膜１１は、図５のようにリング状であって溝１ｃに橋を架けたような形状となる。このとき、溝１ｃ内の溝部皮膜１１ｃが、その両側の面部１ｄに付着している面部皮膜１１ｄによって支持された状態となる。

　上記のようにしてボア内面３ｃに溶射皮膜９を形成した後は、マスキング部材１をシリンダブロック３の上面から取り外す。取り外したマスキング部材１は、図６のように洗浄設備の洗浄台１５上に載置して取り付け、付着しているマスク側溶射皮膜１１を除去すべく洗浄を行う。洗浄台１５には、マスキング部材１の貫通孔１ａと同軸の排出孔１５ａが形成されている。

　マスク側溶射皮膜１１をマスキング部材１から除去することで、マスキング部材１を再利用することができる。その際、本実施形態では、高圧の水などの液体や空気をマスク側溶射皮膜１１に向けて流すことでマスク側溶射皮膜１１を除去する。水あるいは空気などの高圧の流体は、図６中で上方からノズル１７を用いてマスク側溶射皮膜１１に向けて吐出する。

　ノズル１７から吐出する流体は、図５に示す隙間１３に向けて流す。高圧の流体を隙間１３内に流すことで、溝１ｃの開口付近に入り込んでいる溝部皮膜１１ｃが流体の圧力を受ける。その結果、溝部皮膜１１ｃがシリンダボア３ｂの中心に向けて押し付けられるようにして移動し、これに伴い溝部皮膜１１ｃに隣接する面部皮膜１１ｄが、溝部皮膜１１ｃに引っ張られるようにして面部１ｄから剥離する。

　また、このときマスク側溶射皮膜１１は、溝部皮膜１１ｃが流体によって貫通孔１ａの中心に向けて押し付けられることによって、溝部皮膜１１ｃとその両側の面部皮膜１１ｄとの間の角部１１ｅに応力が集中して亀裂が生じる。その結果マスク側溶射皮膜１１は、図５のようにリング状であったものが、複数に分断され細分化されたものとなる。

　マスク側溶射皮膜１１の複数に分断され細分化された破片は、図６において、洗浄台１５の排出孔１５ａ内を落下し、洗浄台１５の下方に配置してある流体の図示しない排出管に達する。このとき、マスク側溶射皮膜１１は、細分化されているので、洗浄台１５の排出孔１５ａや排出管への詰まりを抑制できる。

　洗浄後のマスキング部材１は、図１と同様にしてシリンダブロック３のシリンダヘッド取付面３ａ上に取り付けて再利用する。再利用する際には、上記したようにマスク側溶射皮膜１１を細分化して除去しているので、次に溶射を行うボア内面へのマスク側溶射皮膜１１の付着を抑制し、信頼性の高い溶射皮膜を形成することができる。

　このように、本実施形態では、マスキング部材１の内面１ｂが、マスク側溶射皮膜１１の高い密着力を有する面部１ｄと、低い密着力を有する溝１ｃとが混在している。これにより、ボア内面３ｃに対する溶射時には、マスキング部材１の内面１ｂに付着したマスク側溶射皮膜１１が面部１ｄによって脱落が抑制され、溶射後には溝１ｃによって除去が容易となる。

　また、本実施形態では、マスキング部材１の内面１ｂに、第２の部分を構成する溝１ｃが設けられている。このため、溝１ｃの底部に付着した溝部皮膜１１ｃは、前述したように硬化時に浮き上がって隙間１３が形成され、隙間１３に高圧の流体を流し込むことでマスク側溶射皮膜１１を容易に除去することができる。

　また、本実施形態では、溝１ｃの図３中で上下方向に対応する延設方向両端部の壁部１ｃ１，１ｃ２は、図３中で下部側の壁部１ｃ２がマスキング部材１の下端部に近接しているものの、マスキング部材１の内面１ｂの外側の端縁部よりも内側に位置している。つまり、溝１ｃは、図３に示すように、延設（長手）方向両端部に壁部１ｃ１，１ｃ２が形成されている。

　これにより、図６のようにノズル１７から吐出した流体を図５に示した隙間１３に入り込ませたときに、ノズル１７と反対側に壁部１ｃ２が存在することで、流体が溝１ｃ内に封入された状態となる。これにより、溝１ｃ内での流体の圧力がより高まって、マスク側溶射皮膜１１がより剥離しやすくなる。

　また、本実施形態では、シリンダブロック３のボア内面３ｃを被溶射面としてあり、マスキング部材１は、シリンダボア３ｂと同軸の円筒部を備えて該円筒部の内面１ｂに、前記した第１の部分及び第２の部分を設けている。

　この場合、マスキング部材１の内面１ｂに付着したマスク側溶射皮膜１１はリング状となり、該リング状のマスク側溶射皮膜１１は、マスキング部材１の面部１ｄによって溶射時での脱落が抑制され、溝１ｃによって溶射後の除去が容易となる。

　また、本実施形態のマスキング部材１の貫通孔１ａは、シリンダブロック３側が小径となるようなテーパ形状となっている。このため、溶射時にシリンダブロック３の下方から空気を吸引して排気を実施する際には、マスキング部材１近傍のシリンダボア３ｂ内の気流が整流され、シリンダボア３ｂ内を流れる空気全体が整流されたものとなる。その結果、ボア内面３ｃに対し溶射皮膜９をより精度よく形成できる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。

　例えば、上記した実施形態では、ワークとしてシリンダブロックを例にとって説明したが、ワークとして溶射皮膜が形成される被溶射面を備えるものであれば、シリンダブロックに限ることはない。すなわち、ワークの被溶射面が、ボア内面３ｃのように曲面ではなく平面でもよい。この場合、マスキング部材の表面も、ワークの平面状の被溶射面に対応して平面状となる。

　また、上記実施形態では、マスキング部材１の内面１ｂに溝１ｃを設けているが、溝１ｃを設けなくてもよい。この場合、溝１ｃに相当する領域の面粗度を細かくしてマスク側溶射皮膜の密着力を低くする。

　また、上記実施形態では、溝１ｃには、その延設（長手）方向両端部に壁部１ｃ１，１ｃ２を形成しているが、一方の端部、例えば図３中で下方の端部の壁部１ｃ２のみでもよい。この場合、溝１ｃはマスキング部材１の上端部まで達することになる。すなわち、溝１ｃは、該溝１ｃの延設方向両端部のうち少なくとも一方の端部が、マスキング部材１の内面１ｂの外側の端縁部よりも内側に位置している。

　本発明は、ワークの被溶射面に対し溶滴を吹き付けて溶射皮膜を形成する際に、ワークの端部を覆うようにしてワークに取り付けられるマスキング部材及び、マスキング部材を用いた溶射方法に適用される。

　１　マスキング部材
　１ｂ　マスキング部材の内面（表面）
　１ｃ　溝（第２の部分）
　１ｃ１，１ｃ２　溝の壁部（溝の両端部）
　１ｄ　面部（第１の部分）
　３　シリンダブロック（ワーク）
　３ａ　シリンダヘッド取付面（ワークの端部）
　３ｃ　ボア内面（被溶射面）
　７　溶滴
　９　溶射皮膜

Claims

　ワークの被溶射面に対し溶滴を吹き付けて溶射皮膜を形成する際に、前記ワークの端部を覆うようにしてワークに取り付けられるマスキング部材であって、
　前記マスキング部材の前記ワークの被溶射面に沿って形成される表面は、面粗度を粗くした第１の部分と、前記第１の部分よりも面粗度を細かくした第２の部分とを備えることを特徴とするマスキング部材。
　前記表面に溝が設けられ、前記溝が前記第２の部分を含むことを特徴とする請求項１に記載のマスキング部材。
　前記溝の延設方向両端部のうち少なくとも一方の端部が、マスキング部材の表面の外側の端縁部よりも内側に位置していることを特徴とする請求項２に記載のマスキング部材。
　前記ワークの被溶射面は、シリンダブロックにおけるシリンダボアのボア内面であり、
　前記シリンダボアと同軸の円筒部を備えて該円筒部の内面に、前記第１の部分及び第２の部分が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のマスキング部材。
　ワークの端部をマスキング部材によって覆う状態として前記ワークの被溶射面に対し溶滴を吹き付けて溶射皮膜を形成する溶射方法であって、
　前記マスキング部材の前記ワークの被溶射面に沿って形成される表面を、面粗度を粗くした第１の部分と、前記第１の部分よりも面粗度を細かくした第２の部分とを備えるものとして、前記ワークの被溶射面に対し溶滴を吹き付けて溶射皮膜を形成することを特徴とする溶射方法。
　前記ワークの被溶射面は、シリンダブロックにおけるシリンダボアのボア内面であり、
　前記シリンダボアと同軸の円筒部を備えて該円筒部の内面に、前記第１の部分及び第２の部分が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の溶射方法。