(57)【要約】【課題】  溶射被膜の形成を煩雑化させることなく、円筒体の中心孔内を浮遊する余剰の溶射粉末を除去することができる溶射被膜の形成方法を提供する。【解決手段】  本発明の方法は、円筒体１Ａの中心孔１ａに挿入された溶射ガン３を一端側から他端側へと移動させながら、この溶射ガン３先端より燃焼炎４によって溶融させた溶射粉末の溶滴９を溶射フレームとして内面１ａに噴き付けて溶射被膜を形成するに際して、溶射皮膜形成部分を除く円筒体１Ａの内面１ａに液体１０を噴射しながら、上記溶射フレームを噴き付ける。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒体の中心孔に挿入された溶射ガンを一端側から他端側へと移動させながら、この溶射ガン先端より燃焼炎によって溶融させた溶射粉末の溶滴を溶射フレームとして内面に噴き付けて溶射被膜を形成する溶射被膜の形成方法において、
上記溶射皮膜形成部分を除く上記円筒体の内面に液体を噴射しながら、上記溶射フレームを噴き付ける
ことを特徴とする溶射被膜の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の溶射被膜の形成方法であって、
上記円筒体の他端側に流路を設け、
上記円筒体の内面に噴射する液体を、上記流路にて循環させて噴射させる
ことを特徴とする溶射被膜の形成方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の溶射被膜の形成方法であって、
上記液体の噴射に際し、この液体の噴射に伴って生じる気体を排気しながら当該液体を噴射する
ことを特徴とする溶射被膜の形成方法。
【請求項４】
円筒体の中心孔に挿入された溶射ガンを一端側から他端側へと移動させながら、この溶射ガン先端より燃焼炎によって溶融させた溶射粉末の溶滴を溶射フレームとして内面に噴き付けて溶射被膜を形成する溶射被膜の形成方法において、
上記円筒体を液体に浸し、上記溶射ガンの挿入位置に応じて上記液体の液面高さも移動させる
ことを特徴とする溶射被膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒体の内面に溶射被膜を形成する溶射被膜の形成方法に関し、詳細には、円筒体の中心孔内を浮遊する余剰の溶射粉末の除去技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、エンジンブロックのシリンダボアにおいては、プラズマ火炎によって溶射粉末を溶融させた溶滴をボア内面に噴き付けて溶射被膜を形成することにより、耐摩耗性を向上させている。
【０００３】
溶射に際しては、溶射ガンの先端から溶射粉末を溶融させた溶滴を円筒体の中心孔の内面に向かって噴き付けるため、その中心孔内に余剰の溶射粉末が浮遊する。この中心孔内を浮遊する溶射粉末は、ボア内面に成膜された溶射被膜に再付着（二次付着）し、該溶射被膜の密着強度を低下させたり、面粗度を荒らす要因となる。
【０００４】
このため、従来は、例えばシリンダボア内面に対する溶射角度が鋭角になる方向に溶射ガンを移動させ、一回の溶射でボア内面に溶射被膜を形成し、溶射粉末の跳ね返り分の酸化物（すなわち、シリンダボア内に浮遊する余剰の溶射粉末）を既に形成した溶射被膜上に異常層として集中させた後、この異常層を加工除去する技術（例えば、特許文献１など参照）が用いられている。
【０００５】
この特許文献１に記載の技術によれば、シリンダボア内に浮遊する余剰の溶射粉末をシリンダボア外へと除去することができるため、飛散粒子（余剰分の溶射粉末）を確実に除去でき、実際に使用する被膜としては、酸化物の巻き込みのない健全な層のみにする、つまり、耐摩耗性に優れた溶射被膜を形成することが可能となる。
【０００６】
また、この特許文献１に記載の技術の場合、溶射開始時に溶射フレーム（すなわち、噴出口から噴出される溶滴の溶射噴流）が溶射の必要な部分以外に飛散するのを防止するマスキング部材を設けることにより、シリンダボア内面以外に溶射粉末が飛散するのを未然に回避することができる。
【特許文献１】特開平７−６２５１８号公報（第２頁および第３頁、第１図〜第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、かかる特許文献１に記載の技術では、シリンダボア内の余剰の溶射粉末を、既に形成した溶射被膜上に異常層として集中させた後、加工除去しているため、溶射被膜の形成工程を増加させ、結果としてこの溶射被膜の形成を煩雑化させる問題がある。
【０００８】
また、この特許文献１の技術では、マスキング部材を設けた場合、このマスキング部材内面に付着した溶射粉末を除去するメンテナンス作業が必要となるため、この溶射被膜の形成をより一層煩雑化させる問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、溶射被膜の形成を煩雑化させることなく、円筒体の中心孔内を浮遊する余剰の溶射粉末を除去することができる溶射被膜の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の溶射被膜の形成方法は、円筒体の中心孔に挿入された溶射ガンを一端側から他端側へと移動させながら、この溶射ガン先端より燃焼炎によって溶融させた溶射粉末の溶滴を溶射フレームとして内面に噴き付けて溶射被膜を形成するに際して、溶射皮膜形成部分を除く円筒体の内面に液体を噴射しながら、上記溶射フレームを噴き付ける。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の溶射被膜の形成方法によれば、溶滴を円筒体内面に噴き付ける際、溶射皮膜形成部分を除く円筒体内面に液体を噴射しながら、溶滴を溶射フレームとして噴き付けるので、溶射による余剰の溶滴が、噴射された液体に触れることにより、円筒体内面へ到達する前に冷却されて凝固するため、円筒体内面への不要な溶射粉末の飛散を防止することができる。
【００１２】
従って、本発明の方法によれば、円筒体内にマスキング部材を配置する必要性や、配置した場合のメンテナンス、または余剰の溶射粉末を加工除去する新たな工程が不要になり、かくして、溶射被膜の形成を煩雑化させることなく、円筒体の中心孔内を浮遊する余剰の溶射粉末を除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
〔第１の実施の形態〕
「溶射ガンの概略構成および動作」
はじめに、後述する図１を用いて、シリンダブロック１におけるシリンダボア（円筒体）１Ａの中心孔２に挿入される溶射ガン３について説明する。ここでの説明は、溶射ガン３の一例であり、以下の構成に制限されないことは言うまでもない。
【００１５】
溶射ガン３は、プラズマ火炎（燃焼炎）４によって溶射粉末を溶融させた溶滴を噴出するノズル３ａを有している。この溶射ガン３は、アルゴンガス（Ａｒガス）または水素ガス（Ｈ２ガス）を補助ガスとしてノズル３ａ内に供給するとともに、ノズル３ａを陽極とし、このノズル３ａ内に設けた陰極（図示は省略する）との間に直流電源から直流電流を印加させて直流アーク（プラズマ）を発生させ、その直流アークの前方に溶射粉末を供給させ、当該溶射粉末を溶融させてノズル３ａの先端より溶融した溶射粉末の溶滴を噴出させるようになっている。
【００１６】
そして、この溶射ガン３は、例えばシリンダボア１Ａの中心孔２を一端側から他端側に移動しながら、ノズル３ａの先端からプラズマ火炎４によって溶融させた溶滴を噴出し、シリンダボア１Ａの内面１ａに噴き付けることによって当該内面１ａの溶射皮膜形成部分に溶射被膜を形成する。
【００１７】
「溶射被膜の形成方法」
図１〜図４は本発明による第１の実施の形態における溶射被膜の形成工程を示す図であり、図１は予備加熱工程図、図２は溶射開始工程図、図３は溶射途中工程図、図４は溶射終了工程図である。
【００１８】
すなわち、本発明を適用した溶射被膜の形成方法は、先ず、図１に示すように、例えばシリンダボア１Ａの中心孔２における一端側（上端側）から溶射ガン３を挿入し、ノズル３ａの先端からプラズマ火炎４のみを噴出させてシリンダボア１Ａの内面１ａを加熱する。
【００１９】
このとき溶射ガン３は、シリンダブロック１の一端側から液体（例えば、冷却用に使用する潤滑油等の油や水など）１０を噴射するための噴射装置５が取り付けられた他端側（下端側）に亘って移動させ、当該内面１ａ全体を暖める（より詳しくは、溶射ガン３をシリンダブロック１の一端側から、ノズル３ａの先端とシリンダボア１Ａの他端側端部との間の距離が約２０〔mm〕となる位置まで移動させて加熱する）。このように、予備加熱を施すことによって、その後の溶射時において溶射被膜の密着力を高めることが可能となる。
【００２０】
また、噴射装置５は、前記液体１０を噴出する噴射ノズル６と、この液体１０を循環させるとともにシリンダブロック１内で前記液体１０の噴射に起因して生じる蒸気や、プラズマ火炎４等の気体１１を排気する流路７と、当該流路７とシリンダブロック１とを連通する開口部８とを備えている。そして、噴射ノズル６の先端部とシリンダボア１Ａの他端側端部との間の距離Ｌが約７０〔mm〕となる位置に、噴射ノズル６を配置させる。
【００２１】
次に、図２に示すように、シリンダボア１Ａの他端側に配置させた溶射ガン３に溶射粉末を供給し、この位置から溶射ガン３のノズル３ａの先端よりプラズマ火炎４（図１参照）によって溶射粉末を溶融させた溶滴９を噴出させるとともにノズル３ａを回転させる。
【００２２】
これと同時に、噴射ノズル６からシリンダブロック１のクランクシャフトが収納されるクランクケース内面１ｂに向かって、所定の噴射角度θ（３０°〜８０°の噴射角、ここでは約４５°）をもって液体１０の噴射を開始するとともに、この液体１０を噴射することによって前記溶滴９が冷却されて生じる気体１１を、開口部８から流路７へと排気する。このとき、噴射ノズル６から噴射された液体１０は、図２中矢印で示すように、シリンダブロック１内を通った後、流路７へと流れ込み濾過された後、この流路７内を循環して再び噴射ノズル６から噴射されるようになっている。液体１０の噴射は、シリンダボア１Ａの内面１ａである溶射皮膜形成部分に掛からないように、クランクケース内面１ｂに噴出させるようにする。
【００２３】
そして、この状態において、図３に示すように、溶射ガン３を次第にシリンダボア１Ａの一端側に移動させることにより、シリンダボア１Ａの内面１ａ全体に溶射被膜Ｍを形成する。このとき、溶射ガン３の溶滴９の噴出に伴って、噴射ノズル６から液体１０を噴射させる。
【００２４】
溶射ガン３からシリンダボア１Ａの内面１ａに向かって溶滴９を噴出させると、被膜形成に必要な溶滴９以外の余剰溶射粉末が中心孔２の中央付近に多量に浮遊する。しかしながら、この余剰溶射粉末は、噴射ノズル６から噴射される液体１０によって冷却され、シリンダブロック１内に到達する前に冷却されて凝固する。このため、余剰溶射粉末がシリンダボア１Ａの内面１ａに成膜された溶射被膜Ｍに再付着（二次付着）することなく、シリンダボア１Ａ外、すなわち流路７へと排出される。一方、この液体１０によって冷却される溶滴９から生じる蒸気等の気体１１は、噴射装置５の開口部８を介して流路７へと排気される。
【００２５】
このように、本実施の形態では、液体１０を流路７にて循環させることにより、噴射された液体１０によって余剰溶射粉末を前記溶射と同工程で回収することができるメリットも有している。
【００２６】
そして、図４に示すように、溶射ガン３から噴出される溶滴９がシリンダボア１Ａの内面１ａ端部まで達したら溶射を終了する。その後、噴射装置５をシリンダブロック１から取り外して溶射工程を終了する。
【００２７】
以上説明したように、本発明の方法によれば、溶射ガン３のノズル３ａの先端から噴出される溶滴９のうちの余剰分が、噴射ノズル６から噴射される液体１０によって冷却され、シリンダブロック１内に到達する前に冷却されて凝固するため、溶射粉末がシリンダボア１Ａの内面１ａに成膜された溶射被膜Ｍに再付着（二次付着）するのを防止することができる。また、クランクケース内面１ｂには、液体１０が噴射されることから、このクランクケース内面１ｂにも不要な（余剰の）溶滴９が付着することはない。
【００２８】
従って、シリンダボア１Ａの内面１ａに成膜された溶射被膜Ｍの密着強度を低下させたり、面粗度を荒らしたりすることを未然に回避することが可能となり、溶射被膜Ｍの膜厚にばらつきが生じず、均一な膜厚とすることができ、面粗度の良い溶射被膜Ｍを形成することができる。
【００２９】
このことから、従来のような余剰の溶射粉末を加工除去する新たな工程を設けたり、クランクケース内面１ｂを覆うマスキング部材を配置したりする必要がなくなる上、マスキング部材の配置に伴ったメンテナンス作業も省くことができ、かくして、溶射被膜Ｍの形成を煩雑化させることなく、シリンダボア１Ａの中心孔２内を浮遊する余剰の溶射粉末を除去することができる。
【００３０】
また、噴射ノズル６から噴射される液体１０によって、溶射熱によるシリンダブロック１の温度上昇を抑制することができるため、溶射母材軟化や被膜密着力低下を防止することができる。
【００３１】
さらに、このような液体１０によって冷却された溶滴９から生じた蒸気等の気体１１が、シリンダボア１Ａの内面１ａに付着することなく噴射装置５の開口部８を介して流路７へと排気されることによって、被膜の密着力を損なうことなく、シリンダボア１Ａ内及びクランクケース内面１ｂへの不要な溶射粉末の飛散を防止することができる。
【００３２】
さらに、溶射ガン３のノズル３ａの先端とシリンダボア１Ａの他端側端部との間および、噴射ノズル６の先端部とシリンダボア１Ａの他端側端部との間に、それぞれ所定の距離を設けた上、噴射ノズル６から噴射する液体１０に噴射角度θを設定したことにより、溶射による溶滴９が噴射ノズル６の噴射口へ付着するのを防止することができる。
【００３３】
〔第２の実施の形態〕
「溶射被膜の形成方法」
図５〜図８は本発明による第２の実施の形態における溶射被膜の形成工程を示す図であり、図５は予備加熱工程図、図６は溶射開始工程図、図７は溶射途中工程図、図８は溶射終了工程図である。
【００３４】
すなわち、本実施の形態における溶射被膜の形成方法は、先ず、図１との対応部分に同一符号を付した図５に示すように、例えばシリンダボア１Ａの中心孔２における一端側から溶射ガン３を挿入し、ノズル３ａの先端からプラズマ火炎４のみを噴出させてシリンダボア１Ａの内面１ａを加熱する。
【００３５】
このとき溶射ガン３は、シリンダブロック１の一端側から排気管１２が設けられた他端側に亘って移動させ、当該内面１ａ全体を暖める（より詳しくは、溶射ガン３をシリンダブロック１の一端側から、ノズル３ａの先端とシリンダボア１Ａの他端側端部との間の距離が約２０〔mm〕となる位置まで移動させて加熱する）。このように、予備加熱を施すことによって、その後の溶射時において溶射被膜の密着力を高めることが可能となる。
【００３６】
また、シリンダブロック１の他端側には、流路７が取り付けられ、当該シリンダブロック１のクランクケース部分に相当する内部に液体１０を充填するようになっている。この流路７には、前記シリンダボア１Ａの中心孔２と連通するように、当該中心孔２の一端側から他端側へ向けた方向に排気管１２が貫通した状態で延設されている。この排気管１２は、溶射ガン３において溶射されたプラズマ火炎４や不要な溶滴９を回収（排気）することにより、充填された液体１０の中に不要な液滴９が入り込んでシリンダブロック１内に付着するのを防止する役目を果たす。
【００３７】
次に、図６に示すように、シリンダボア１Ａの他端側に配置させた溶射ガン３に溶射粉末を供給し、この位置から溶射ガン３のノズル３ａの先端よりプラズマ火炎４（図１参照）によって溶射粉末を溶融させた溶滴９を噴出させるとともにノズル３ａを回転させる。
【００３８】
このとき、この溶射ガン３の移動に伴って、シリンダブロック１内に充填させた液体１０を流路７を介して出し入れすることで、当該シリンダブロック１内に充填させた液体１０の液面位置を溶射ガン３の移動に追従させる。本実施の形態では、溶射ガン３の上昇動作に連動させて、前記液体１０の液位を上昇させる。
【００３９】
そして、この状態において、図７に示すように、溶射ガン３を次第にシリンダボア１Ａの一端側に移動させることにより、シリンダボア１Ａの内面１ａ全体に溶射被膜Ｍを形成する。
【００４０】
溶射ガン３からシリンダボア１Ａの内面１ａである溶射被膜形成部分に向かって溶滴９を噴出させると、被膜形成に必要な溶滴９以外の余剰溶射粉末が中心孔２の中央付近に多量に浮遊する。しかしながら、この余剰溶射粉末は、シリンダブロック１内に充填された液体１０によって冷却され、シリンダブロック１の内面に到達する前に冷却されて凝固する。
【００４１】
このため、余剰溶射粉末がシリンダボア１Ａの内面１ａに成膜された溶射被膜Ｍに再付着（二次付着）することなく、シリンダボア１Ａ外、すなわち流路７へと排出される。一方、この液体１０によって冷却される溶滴９から生じる蒸気等の気体（図示省略する）は、排気管１２を介してシリンダブロック１外へと排気される。
【００４２】
そして、図８に示すように、溶射ガン３から噴出される溶滴９がシリンダボア１Ａの内面１ａ端部まで達したら溶射を終了する。その後、流路７をシリンダブロック１から取り外して溶射工程を終了する。
【００４３】
このように、シリンダブロック１内（クランクケース内）に液体１０を充填させ、溶射時における溶射ガン３の挿入位置に応じて、この充填した液体１０の液面位置を追従させて変動させることにより、シリンダブロック１内を湿潤状態に保つことで、このシリンダブロック１内における被膜の密着力を低下させ、溶射による不要な溶射粉末の付着を防止することができる。また、このシリンダブロック１内の乾燥状態に応じて液体１０の液面位置を変動させることにより、局部的に残った溶射による余剰溶射粉末を回収することが可能となる。
【００４４】
以上説明したように、本発明の方法によれば、液体１０を充填することによってシリンダブロック１内を湿潤状態に保つことにより、溶射ガン３のノズル３ａの先端から噴出される溶滴９のうちの余剰分が、シリンダブロック１の内面１ａに付着することなく排出されるため、この余剰分の溶射粉末がシリンダボア１Ａの内面１ａに成膜された溶射被膜Ｍに再付着（二次付着）するのを防止することができる。
【００４５】
従って、シリンダボア１Ａの内面１ａに成膜された溶射被膜Ｍの密着強度を低下させたり、面粗度を荒らしたりすることを未然に回避することが可能となり、溶射被膜Ｍの膜厚にばらつきが生じず、均一な膜厚とすることができ、面粗度の良い溶射被膜Ｍを形成することができる。
【００４６】
このことから、従来のような余剰の溶射粉末を加工除去する新たな工程を設けたり、シリンダブロック１内にマスキング部材を配置したりする必要がなくなる上、マスキング部材の配置に伴ったメンテナンス作業も省くことができ、かくして、溶射被膜Ｍの形成を煩雑化させることなく、シリンダボア１Ａの中心孔２内を浮遊する余剰の溶射粉末を除去することができる。
【００４７】
また、液体１０を充填することによって、溶射熱によるシリンダブロック１の温度上昇を抑制することができるため、溶射母材軟化や被膜密着力低下を防止することができる。
【００４８】
さらに、このような液体１０によって溶滴９が冷却される場合に生じる蒸気等の気体も、シリンダボア１Ａの内面１ａに付着することなく排気管１２を介して排気されることにより、被膜の密着力を損なうことなく、シリンダボア１Ａ内への不要な溶射粉末の飛散を防止することができる。
【００４９】
なお、本発明の溶射被膜の形成方法として、上述した第１および第２の実施の形態を例に取って説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施の形態を採用することができる。
【００５０】
例えば、上述の実施の形態では、シリンダボア１Ａの内面１ａに溶射被膜Ｍを形成するようにした場合について述べたが、円筒体の内面に溶射被膜を形成する必要のあるものであれば、本発明を適用することができる。
【００５１】
また、上述の実施の形態では、本発明をプラズマ溶射に適用した場合について説明したが、これ以外に、例えばガス溶射などの他の溶射にも本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施の形態による溶射被膜の形成工程を示すもので、予備加熱工程図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による溶射被膜の形成工程を示すもので、溶射開始工程図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による溶射被膜の形成工程を示すもので、溶射途中工程図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による溶射被膜の形成工程を示すもので、溶射終了工程図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による溶射被膜の形成工程を示すもので、予備加熱工程図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による溶射被膜の形成工程を示すもので、溶射開始工程図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による溶射被膜の形成工程を示すもので、溶射途中工程図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による溶射被膜の形成工程を示すもので、溶射終了工程図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…シリンダブロック
１Ａ…シリンダボア（円筒体）
１ａ…内面
１ｂ…クランクケース内面
２…中心孔
３…溶射ガン
３ａ…ノズル
４…プラズマ火炎
５…噴射装置
６…噴射ノズル
７…流路
８…開口部
９…溶滴
１０…液体
１１…気体
１２…排気管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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