(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックのシリンダボアの壁面に溶射ガンにより溶射皮膜を形成する際に、シリンダブロックの端部表面に設けられ、シリンダボアと同軸の円筒状の開口を有し、シリンダブロックの端部表面への溶射皮膜の付着をマスキングする溶射用マスキング治具において、
溶射ガンにより溶射皮膜が付着する円筒状の開口の内面は、面粗度（Ｒｚ）が２０μｍから７０μｍの範囲内である凹凸面であることを特徴とする溶射用マスキング治具。
【請求項２】
請求項１に記載の溶射用マスキング治具であって、開口の内面の断面は、凹部と凸部とが交互に連続する略山形の溝から成ることを特徴とする溶射用マスキング治具。
【請求項３】
請求項１に記載の溶射用マスキング治具であって、開口の内面の断面は、凹部と凸部とが交互に連続する略台形の溝から成ることを特徴とする溶射用マスキング治具。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の溶射用マスキング治具であって、その溝は、開口の内面に沿った複数の環状の溝であることを特徴とする溶射用マスキング治具。
【請求項５】
請求項２又は３に記載の溶射用マスキング治具であって、その溝は、開口の内面に沿った螺旋状の溝であることを特徴とする溶射用マスキング治具。
【請求項６】
請求項５に記載の溶射用マスキング治具であって、開口の内面には、ネジ山の形状の溝が螺旋状に設けられていることを特徴とする溶射用マスキング治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶射用マスキング治具に係り、特に、シリンダブロックのシリンダボアの壁面に溶射ガンにより溶射皮膜を形成する際に、シリンダブロックの端部表面への溶射皮膜の付着をマスキングする溶射用マスキング治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジン等のシリンダブロックのシリンダボアの壁面は、耐摩耗性等が要求されるため、表面に皮膜を形成することにより保護される。一般には、シリンダボアの壁面には、金属溶射法により溶射皮膜を形成する。この金属溶射法は、金属や金属酸化物の溶射材料を加熱して溶融状態とし、その微粉末等を溶射ガンにより壁面に吹きつけ、溶射皮膜を形成する方法である。その溶射の熱源としては、一般に、プラズマ溶射やアーク溶射が採用される。
【０００３】
図４に、従来のシリンダブロックのシリンダボアの壁面への金属溶射による溶射皮膜の形成方法を断面図により示す。シリンダブロック２のシリンダボア３の壁面１０には、溶射ガン７により連続的に溶射皮膜４が形成される。溶射ガン７は、シリンダボア３に挿入され、図４において、上下に移動しながら連続的に溶射フレーム１１をシリンダボア３の壁面１０に吹き付ける。
【０００４】
シリンダボア３の端部表面９は、一般に機械加工が施される。そこで、溶射の際に、この端部表面９への溶射皮膜の付着を防ぐため、溶射用マスキング治具１をシリンダブロック２の端部表面９に密着させて設置する。この溶射用マスキング治具１は、シリンダボア３と同軸であり、シリンダボア３の内径より小さい内径の円筒状の開口６を有している。また、溶射用マスキング治具１は一定の板厚を有することから、その開口内面８がシリンダボア３の壁面１０と同様に、溶射ガン７に対して露出する。溶射の際には、この溶射用マスキング治具１の開口内面８にも溶射ガン７により溶射皮膜５が付着する。
【０００５】
溶射用マスキング治具１には、通常、機械構造用炭素鋼が用いられ、その開口内面８は、図４に示すように機械加工された平滑面となる。溶射用マスキング治具１の開口内面８には、その平滑面に沿って溶射皮膜５が付着し堆積する。この堆積した溶射皮膜５は、ある程度の厚みになると、溶融状態の皮膜が冷却し凝縮することで、一体となった環状の皮膜として剥離することが望ましい。しかし、平滑面に溶射した場合には、一体として剥離し難い。従って、通常、この平滑面に付着した溶射皮膜５は、旋盤等の機械加工により除去するか、或いは、溶射用マスキング治具１自体とともに破棄されている。
【０００６】
一方、溶射用マスキング治具１の材料として、溶射皮膜５が付着しにくいカーボン等の特殊な素材が用いられる場合もある。しかし、溶射皮膜５の壁面１０への密着力が十分でないため、溶射中に、溶射粒子が治具の開口内面８から部分的に脱落し、シリンダボア３の壁面１０に付着し、スパッタによる欠陥が発生する場合がある。
【０００７】
特許文献１には、シリンダボアを熱コーティングする間、エンジンブロックに取り付ける保護マスク装置が開示されている。ここでは、保護マスク装置は、環状のアウター部及び中空円筒形状の挿入部材に分割され、挿入部材は、使用回数が制限された部品として作られ、通常１〜１０回の使用後に廃棄される。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３３９０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の、素材として機械構造用炭素鋼を用いた、開口内面が平滑面である溶射用マスキング治具の場合、溶射皮膜の素材に対する密着性が高いため、溶射皮膜を容易に除去することができず、使用後に機械加工により除去するか、マスキング治具自体を破棄している。このため、溶射用マスキング治具は、その製作や機械加工に手間や費用がかかっている。
【００１０】
一方、溶射用マスキング治具にカーボン等の溶射皮膜が剥離し易い素材を用いた場合、溶射の際に、溶射粒子がマスキング治具の開口内面から部分的に脱落し、シリンダボアの壁面に付着し、スパッタによる欠陥が発生するという問題が発生する虞がある。
【００１１】
すなわち、溶射用マスキング治具の素材により、溶射用マスキング治具の開口内面への付着強度を調節し、溶射皮膜の開口内面への密着性と皮膜除去性とを両立させることは難しい。
【００１２】
本願の目的は、かかる課題を解決し、溶射用マスキング治具の開口内面へ付着した溶射皮膜が溶射中に脱落することを防止し、付着した溶射皮膜を容易に除去できる溶射用マスキング治具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係る溶射用マスキング治具は、シリンダブロックのシリンダボアの壁面に溶射ガンにより溶射皮膜を形成する際に、シリンダブロックの端部表面に設けられ、シリンダボアと同軸の円筒状の開口を有し、シリンダブロックの端部表面への溶射皮膜の付着をマスキングする溶射用マスキング治具において、溶射ガンにより溶射皮膜が付着する円筒状の開口の内面は、面粗度（Ｒｚ）が２０μｍから７０μｍの範囲内である凹凸面であることを特徴とする。
【００１５】
また、溶射用マスキング治具は、開口の内面の断面が、凹部と凸部とが交互に連続する略山形の溝から成ることが好ましい。また、溶射用マスキング治具は、開口の内面の断面が、凹部と凸部とが交互に連続する略台形の溝から成ることが好ましい。
【００１６】
また、溶射用マスキング治具は、その溝が、開口の内面に沿った複数の環状の溝であることが好ましい。また、溶射用マスキング治具は、その溝が、開口の内面に沿った螺旋状の溝であることが好ましい。
【００１７】
さらに、溶射用マスキング治具は、開口の内面には、ネジ山の形状の溝が螺旋状に設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
上記構成により、溶射用マスキング治具は、溶射皮膜が付着する円筒状の開口内面が、面粗度（Ｒｚ）が２０μｍから７０μｍの範囲内である凹凸面となる。後述するように、溶射ガンの溶射フレームに対して略垂直な面に溶射する場合と比較し、溶射フレームに対して角度を持った面に溶射すると密着力が低下する傾向がある。つまり、表面が凹凸面である開口内面に溶射した場合には、各面は溶射フレームに対して角度を持った面であるため、その密着力が低下する。従って、表面が凹凸状に堆積された皮膜は冷却により凝縮するが、平滑面の場合と比較して開口内面に対する密着力が低いため、より容易に剥離させることが可能となる。
【００１９】
また、この凹凸面に溶射皮膜が吹き付けられると、溶射皮膜自体もこの凹凸面の形状に沿って形成される。つまり、表面が凹凸状となった皮膜が形成される。表面が凹凸の溶射皮膜には、後述する立体効果が生じ、皮膜自体の面外の剛性が高くなる。従って、平滑面の場合と比較して溶射中に溶射皮膜が部分的に脱落することを防止することが可能となる。
【００２０】
また、上述した立体効果は、溶融状態から内部温度の低下により凝縮し固体状態となった溶射皮膜においても発揮される。つまり、この表面が凹凸状に堆積された皮膜は、立体効果により一体性が増し、塊として容易に剥離することが可能となる。
【００２１】
以上のように、本発明に係る溶射用マスキング治具によれば、溶射用マスキング治具の開口内面へ付着した溶射皮膜につき、溶射の際にその脱落を防止することが可能となり、付着した溶射皮膜を容易に除去することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。
【００２３】
（溶射用マスキング治具の概略構成）
図1に、溶射用マスキング治具の概略の構成を断面図で示す。図１に、シリンダブロック２のシリンダボア３、溶射用マスキング治具１、及び溶射ガン７を示す。なお、従来技術を示す図４と同様な構成については、同じ符号で示す。
【００２４】
車両のエンジン等のシリンダブロック２は、主としてアルミ合金から成り、シリンダボア３を有する。このシリンダボア３の壁面１０には、耐摩耗性の高い鉄系材料を溶射する金属溶射が施される。ここで、溶射とは、燃焼又は電気エネルギを用いて溶射材料を加熱して溶融若しくは軟化させ（「溶」）、微粒子状にして加速し素地に衝突させて（「射」）、扁平に潰れた粒子を凝固し堆積させることにより皮膜を形成することをいう。溶射の熱源としては、電気式溶射であるプラズマ溶射及びアーク溶射が用いられ、数１０ミクロン程度の溶射皮膜４が形成される。この溶射皮膜４は、素地に対して機械的噛み合いによる物理的な付着機構で接合する。また、溶射皮膜４は、膜内部に気孔を有するスポンジのような構造で、付着膜応力の緩和に効果があり、膜の割れや剥がれを防止するのに効果がある。
【００２５】
シリンダブロック２のシリンダボア３の壁面１０には、図１に示すように、溶射ガン７から溶射フレーム１１が発射されて溶射皮膜４が形成される。溶射フレーム１１は、壁面１０に対してやや下向きに放射される。
【００２６】
シリンダボア３の端部表面９は、一般に機械加工が施されている。そこで、溶射の際に、この端部表面９への溶射皮膜の付着を防ぐため、溶射用マスキング治具１をシリンダブロック２の端部表面９に密着させて設置する。この溶射用マスキング治具１は、シリンダボア３と同軸であり、シリンダボア３の内径より小さい内径の開口６を有している。溶射用マスキング治具１の開口内面８は、溶射用マスキング治具１の剛性上の必要性から通常約１０ｍｍ程度の幅が必要となる。このように、溶射用マスキング治具１は、一定の板厚を有することから、その開口内面８がシリンダボア３の壁面１０と同様に溶射ガン７に対して露出する。そして、溶射の際には、この溶射用マスキング治具１の開口内面８にも溶射ガン７により溶射皮膜５が付着する。この溶射用マスキング治具１には、一般に機械構造炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）が用いられる。
【００２７】
本実施の形態では、図１に示すように、この溶射用マスキング治具１の開口内面８には、開口内面８に沿って溝１２が形成される。この溝１２は、切削により形成された旋盤面であり、この旋盤面により開口内面８は凹凸面となる。この開口内面８の面粗度（表面粗さ）は、十点平均高さ（Ｒｚ）で略２０μｍから略７０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００２８】
図２（ａ）及び（ｂ）に、溶射用マスキング治具１の開口内面８の溝１２の他の実施形態を部分断面図で示す。図２（ａ）は、溝１２が螺旋状である場合を示し、図２（ｂ）は、溝１２が複数の環状溝１７である場合を示す。図２（ａ）の溝１２は、機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）である溶射用マスキング治具１の開口内面８に転造により形成される。本実施の形態では、この溝１２は、通常の旋盤面であるが、一般的なネジ山の形状であっても良い。この場合には、ネジ山の頂点と底点を結ぶ２つの側辺がなす内角は略６０度の角度であり、ネジ山は略正三角形の形状となる。また、図２（ｂ）の複数の環状溝１７は、溶射用マスキング治具１を鋳造等により製作する場合に、型によりその環状溝１７の形状を自在に決定することができる。
【００２９】
この溝１２の断面形状は、例えば、凹部と凸部とが交互に連続する略山形の溝１２、或いは凹部と凸部とが交互に連続する略台形の溝１２であっても良い。さらには、溶射用マスキング治具１の開口内面８に設けられる凹凸面は、円筒形である開口内面８の全体に、凹凸面が形成されればその形状は問わない。例えば、ゴルフボールの表面のような連続したディンプル面であっても良く、三角錐状の突起が連続した面であっても良い。
【００３０】
（凹凸面とした効果）
以下、溶射用マスキング治具１の開口内面８を凹凸面とした場合の３つの特徴を、従来技術である平滑面との差異に基づき説明する。
【００３１】
第１の特徴は、開口内面８を凹凸面とすることで、平滑面である場合と比べて、溶射皮膜５の素地に対する密着力が低下する。これは、溶射ガン７の溶射フレーム１１に対して、素地面が垂直の場合最も密着力が高くなり、角度がつくほど密着力が低下するという現象に基づく。つまり、従来の平滑面の場合には、溶射フレーム１１に対してほぼ鉛直に近い角度で溶射されるのに対し、凹凸面の場合には、全体としては溶射フレーム１１に対してほぼ鉛直に近い角度で溶射されるが、個々の凹凸面の部分は、溶射フレーム１１に対して、それぞれ角度を持って溶射される。従って、凹凸面全体として、平滑面の場合と比較して密着力が低下することになる。この現象は、上述したように、溶射による素地との結合が、「素地に対して機械的噛み合いによる物理的な付着機構」であり、「溶射材料を微粒子状にして加速し素地に衝突させ、扁平に潰れた粒子を凝固し堆積させる」ことから説明される。つまり、素地に対してほぼ鉛直に溶射すると、微粒子状となった溶射材料が、機械的噛み合いに十分な程度に扁平に潰れる。一方、角度をつけて溶射をすると、角度が大きいほど、微粒子が扁平に潰れにくくなり、機械的噛み合いの程度が弱くなる。従って、溶射用マスキング治具１の開口内面８を凹凸面とすることで、素地に対する密着力は、平滑面の場合に比べて低下し、その低下の程度は、一般的に、凹凸面の各面の傾きの度合いが大きいほど大きくなる。
【００３２】
第２の特徴は、開口内面８を凹凸面とすることで、平滑面である場合と比べて、溶射皮膜５自体の面外の剛性が増加して局部的に脱落しにくくなる。これは、素地に溶射された溶射皮膜５自体が開口内面８の凹凸面の形状に沿って凹凸状の板となり、相互にもたれ合うことによる。図３に、形成された溶射皮膜５を平面図として示す。図３は、本実施の形態である溝１２による凹凸面の場合である。図３（ａ）は、溝１２の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。但し、素地に溶射された開口内面８に溶射された溶射皮膜５は、全体として円筒形状となるが、ここでは簡略化し、部分的に平面状に展開した図で説明する。この溶射された溶射皮膜５は、素地上にいわゆる「折板」を形成する。折板とは、例えば、屏風のように、平板を折り曲げて立体的な形状としたものをいう。このように平板を立体的にすることで、図３に示すように、例えば、複数の傾斜面１３，１４，１５が連続して構成される。この折板により、例えば、傾斜面１４の溶射皮膜５の一部に剥離部１６が生じた場合、図中に示すＹ方向には、連続した波形（Ａ−Ａ断面に示す）の板により剥離部１６が保持され、図中に示すＸ方向には、隣接する傾斜面１３及び１５がもたれあって剥離部１６の傾斜面１４を保持する。つまり、この折板により、溶射皮膜５自体の面外の剛性が増加して局部的に脱落しにくくなるという効果が生じる。
【００３３】
開口内面８が平滑面の場合、開口内面８に溶射された溶射皮膜５は、上述したように「溶射皮膜５は、膜内部に気孔を有するスポンジのような構造」であるため溶射中に脱落する場合がある。しかし、開口内面８を折板としたことで、複数の傾斜面（例えば、１３，１４，１５）が構成され、上述した折板による効果で溶射皮膜５の脱落が防止できる。この立体的な効果は、この折板の場合だけではなく、アーチ状の板を構成することによるアーチ効果、球面状の板を構成することによるシェル効果等においても同様な効果が生じる。そこで、これらの効果を「立体的効果」と総称する。つまり、開口内面８に凹凸面を形成することで、この「立体的効果」が発生し、溶射された溶射皮膜５は、それ自体で一体的な強度や面外の剛性が増加する。この効果により、溶射皮膜５の脱落が防止できる。従って、開口内面８に凹凸面は、面内に連続する凹凸であれば、この「立体的効果」が発生する。
【００３４】
第３の特徴は、開口内面８を凹凸面とすることで、平滑面である場合と比べて、堆積した溶射皮膜５が容易に除去できる。つまり、溶射皮膜５が、開口内面８に堆積した場合、溶射皮膜５は、冷却による収縮により素地との密着力が低下するが、第２の特徴から、溶射皮膜５全体が、一体となった塊として素地から剥離しやすくなる。また、第１の特徴から、元々素地への密着力が平滑面の場合に比べて低いことが、この一体としての剥離を促進することになる。
【００３５】
（実施例）
シリンダブロック２のシリンダボア３に内径７９ｍｍ、厚み１０ｍｍの溶射用マスキング治具１を取り付けて、プラズマ溶射及びアーク溶射を行い、溶射中の皮膜の剥離によるスパッタの発生の有無、及び溶射後の皮膜剥離の容易性について確認した。下記の表１にその結果をまとめた。表中の「実施例」は、本実施の形態である、開口内面８に螺旋状に溝１２を設けた場合であり、「比較例」は、従来技術である、開口内面８を平滑面とした場合である。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
本実施の形態である実施例１，３，４では、溶射用マスキング治具１として機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）を用い、溶射用マスキング治具１の内径の面粗度（Ｒｚ）を変えた。一般に、面粗度を上げると密着力が増加し、面粗度を下げると密着力が減少する傾向がある。結果としては、面粗度にかかわらず、溶射用マスキング治具１からの皮膜剥離によるスパッタは発生せず、また、溶射後の溶射用マスキング治具１からの剥離容易性についても容易であるとの結果となった。
【００３８】
一方、従来技術である比較例の場合、溶射用マスキング治具１の材料として、アルミニウム（Ａ７０７５）を用いた場合（比較例２）や、カーボンを用いた場合（比較例６）では、溶射用マスキング治具１からの皮膜剥離によるスパッタが発生した。また、比較例７のように溶射用マスキング治具１の内径の面粗度（Ｒｚ）を上げすぎると、溶射後の溶射用マスキング治具１からの剥離が困難となった。さらには、比較例５の場合には、溶射後の溶射用マスキング治具１からの剥離容易性について、一部除去困難という結果となった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る溶射用マスキング治具の１つの実施形態の概略の構成を示す断面図である。
【図２】溶射用マスキング治具の開口内面の実施形態を示す部分断面図である。
【図３】溝により凹凸面を形成した場合の溶射皮膜の形状を示す平面図及び断面図である。
【図４】従来の溶射用マスキング治具の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  溶射用マスキング治具、２  シリンダブロック、３  シリンダボア、４，５  溶射皮膜、６  開口、７  溶射ガン、８  開口内面、９  端部表面、１０  壁面、１１  溶射フレーム、１２  溝、１３，１４，１５  傾斜面、１６  剥離部、１７  環状溝。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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