(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボアを熱コーティングする間、シリンダボアを有するエンジンブロックの上面への載置に適合させた保護マスク装置であって、熱コートするシリンダボアの直径に関連して内径を選択した、本質的に中空円筒形状の保護マスク部材を含み、前記保護マスク部材が、本質的に管状のアウタースリーブと該アウタースリーブに挿入する挿入部材とを含み、前記挿入部材が前記アウタースリーブに緩く挿入されており、アウタースリーブに関して垂直方向に可動であり、かつ挿入部材が、挿入部材がアウタースリーブから脱落するのを防止するのに適合した停止部材を備え、前記挿入部材を、金属材料、セラミック材料、有機材料またはこれらの材料の混合物から作ることを特徴とする、保護マスク装置。
【請求項２】
請求項１記載の保護マスク装置において、前記保護マスク部材が、前記エンジンブロック上面の環状領域に本質的に沿って、前記エンジンブロックの上面に載置するのに適合しており、かつ該環状領域がコーティングする前記シリンダボアと同軸関係にあることを特徴とする、保護マスク装置。
【請求項３】
請求項１記載の保護マスク装置において、前記挿入部材が、底部において前記アウタースリーブよりも突き出ていることを特徴とする、保護マスク装置。
【請求項４】
請求項１記載の保護マスク装置において、前記停止部材が、前記挿入部材の上部に位置する環状肩部を含むことを特徴とする、保護マスク装置。
【請求項５】
請求項１記載の保護マスク装置において、前記保護マスク部材の高さを、熱コーティング装置のコーティングヘッドを保護マスク部材の内部に入れた際におけるコーティングジェットの最大垂直伸長よりも大きく選択することを特徴とする、保護マスク装置。
【請求項６】
請求項１記載の保護マスク装置において、前記保護マスク装置の高さが、１０〜６０ｍｍであることを特徴とする、保護マスク装置。
【請求項７】
請求項１記載の保護マスク装置において、前記保護マスク装置の高さが、２０〜４０ｍｍであることを特徴とする、保護マスク装置。
【請求項８】
請求項１記載の保護マスク装置において、前記保護マスク装置が、エンジンブロックに関して前記保護マスク装置を位置決めおよび／または固定するための位置決め手段を含むことを特徴とする、保護マスク装置。
【請求項９】
シリンダボアを熱コーティングする間、シリンダボアを有するエンジンブロックの上面への載置に適合させた保護マスク装置アッセンブリであって、それぞれ熱コーティングするシリンダボアの直径に関して内径を選択した、それぞれ本質的に中空円筒形状の保護マスク手段を少なくとも２つ含み、前記保護マスク手段が、本質的に管状のアウタースリーブと該アウタースリーブに挿入する挿入部材とを含むことを特徴とする、保護マスク装置アッセンブリ。
【請求項１０】
エンジンブロックのシリンダボアを熱コーティングする方法であって、該方法が、
熱コーティングするシリンダボアを有するエンジンブロックを準備する段階と、
コーティングヘッドを有する熱コーティング装置を準備する段階と、
熱コーティングするシリンダボアの直径に関連して内径を選択した、本質的に中空円筒形状の保護マスク部材を含む保護マスク装置であって、前記保護マスク部材が、本質的に管状のアウタースリーブと該アウタースリーブに挿入する挿入部材とを含む保護マスク装置を準備する段階と、
保護マスク装置をエンジンブロックの上面に載置し、かつ熱コーティングするシリンダボアと整列させる段階と、
保護マスク部材の内部に熱コーティング装置のコーティングヘッドを入れる段階と、
熱コーティング装置を始動し、かつコーティングジェット全体が保護マスク部材の内壁に当たるようにコーティングヘッドの位置を調整する段階と、
コーティングジェットが安定した後、コーティングするシリンダボアにコーティングヘッドを入れる段階とを含む、熱コーティング方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の熱コーティング方法において、１〜１０回のコーティング作業の後に前記挿入部材を廃棄して、新しい挿入部材に交換することを特徴とする、熱コーティング方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の熱コーティング方法において、熱コーティングする間に前記保護マスク装置の内壁に塗布されたコーティング材料の層を、１〜１０回のコーティング作業の後に、少なくとも部分的に機械的に除去することを特徴とする、熱コーティング方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の熱コーティング方法において、前記コーティング材料の層を、研磨剤粉末を用いたブラスティングにより除去することを特徴とする、熱コーティング方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の熱コーティング方法において、前記研磨剤粉末はコランダム（Ａｌ２Ｏ３）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）であることを特徴とする、熱コーティング方法。
【請求項１５】
請求項１０記載の熱コーティング方法において、回転コーティングヘッドを有する熱コーティング装置を用いることを特徴とする、熱コーティング方法。
【請求項１６】
請求項１０記載の熱コーティング方法において、熱コーティングするシリンダボアに空気を貫流する段階をさらに含む、熱コーティング方法。
【請求項１７】
請求項１０記載の熱コーティング方法において、熱コーティングするシリンダボアに窒素または他の気体媒体を貫流する段階をさらに含む、熱コーティング方法。
【請求項１８】
請求項１０記載の熱コーティング方法において、コーティング層の塗布を、プラズマ溶射、高速フレーム溶射、アーク溶射、フレーム溶射、不活性ガスプラズマ溶射または不活性ガスアーク溶射により行うことを特徴とする、熱コーティング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンブロック内に設けられた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に関する。また本発明は、この保護マスク装置を用いた、エンジンブロックのシリンダボアを熱コーティングする方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃焼機関の製造では、軽合金製のエンジンブロックの使用頻度が高まってきている。軽合金は一般に耐磨耗性が高くないため、シリンダボアおよびその壁面にそれぞれに表面層を設けるか、またはシリンダボアにライナーを挿入する。必要に応じて、ライナーにも表面層を設ける。このような表面層の適用は、通常熱コーティング法により行われる。このような熱コーティングにおいて、特に回転プラズマトロンにより層が確実に適用されることが分かっている。しかし、表面層全体を均質にすべきであるという点が、こうした表面層を適用する際に問題となる。熱コーティング用の装置、例えばプラズマ溶射装置は、均質な材料ジェットを放出するまでに一定の立ち上がり時間を必要とするので、熱コーティング装置をシリンダボアに挿入する前に始動しておかねばならない。さもなければ、シリンダボア内に不規則な初期層を生じてしまうからである。しかし、コーティングするシリンダボアから離して熱コーティング装置を始動すると、エンジンブロックの機械加工表面部、すなわち接合面が、コーティングジェットにより望ましくない状態に汚される恐れがある。
【０００３】
この問題を回避し、いわゆる「オーバースプレー」からエンジンブロックを保護するためにエンジンブロックの表面に取り付ける平面保護マスク装置が公知である。しかし、この装置でも全ての問題点は解決されない。なぜなら、コーティングするシリンダボアの外部でコーティング装置を始動するため、環境が汚染されるからである。
【０００４】
ドイツ国特許第１９９  １０  ６５５号には、燃焼機関のエンジンブロックへの取り付けに適したマスキングテンプレートが記載されている。このマスキングテンプレートは幾つかの通路または開口を有する。この通路または開口を通して、コーティング用具がエンジンブロックの内部に入ることができる。エンジンブロックの他の部分もテンプレートで覆われるように、このマスキングテンプレートを作る。このため、マスキングテンプレートは、厳密に平面である底面を有する。この底面は、エンジンブロックの、既に平面にしてあるシリンダーヘッド面上に置くのに適合している。このようなマスキングテンプレートは、製造コストが非常に高いことを理解されたい。また、エンジンブロックのコーティングしない部分を全て覆うために、テンプレートの大きさおよび形状を保護するエンジンブロックの大きさおよび形状と正確に一致させる必要があり、したがって、このテンプレートをどのエンジンブロックにも適用することはできない。さらに、底面を時宜に応じて加工して、厳密な平面を保たなければならない。マスキングテンプレートの底面が厳密に平面で無いと、コーティング作業中に、マスキングテンプレートとエンジンブロックとの間のギャップからコーティング材料が侵入してエンジンブロックのシリンダーヘッド面に達し、シリンダーヘッド面を汚す場合があるため、底面を厳密に平面に保つことが非常に重要となる。
【０００５】
特開平６−６５７１１号には、エンジンブロックの下方よりシリンダボアの下端に向けて移動するマスク装置が記載されている。この保護マスクは２つの部品に分割可能であり、部品間の分割面が斜めになっている。これにより、２つの部品が、互いにずれながら、クランクケースの狭い通路を通って、エンジンブロック内部に入ることが可能となる。このマスク装置を用いることにより、エンジンブロックの内部、特にクランクケースを、シリンダボアの熱コーティング中の汚れから保護することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、シリンダボアの熱コーティングの間、シリンダボアを有するエンジンブロックの上面に取り付けるのに適合した保護マスク装置であって、反復使用に好適、かつ適用が容易であり、エンジンブロックまたは環境をコーティング粒子で汚す恐れが無い状態で、コーティングするシリンダボアの外部で熱コーティング装置を始動させることを可能にし、したがって、適用した被膜の品質が高いことを同時に保証することのできる保護マスク装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、シリンダボアの熱コーティング作業の間、シリンダボアを有するエンジンブロックの上面に取り付けるのに適合させた保護マスク装置を与える。保護マスク装置は、内径を熱コーティングするシリンダボアの直径に関連して選択した、本質的に中空円筒形の保護マスク部材を含む。
【０００８】
第１の実施態様においては、保護マスク部材は、本質的に管形状のアウタースリーブおよびアウタースリーブに挿入された挿入部材を含む。挿入部材はアウタースリーブに緩く挿入されており、アウタースリーブに関して垂直方向に移動可能である。挿入部材には、挿入部材がアウタースリーブから落下するのを防止するための停止部材が設けられている。
【０００９】
別の実施態様においては、シリンダボアの熱コーティング作業の間に、マスク装置の内側に塗布されたコーティング材料層の少なくとも一部を、機械的に除去することができるようにマスク装置を作る。
【００１０】
上記の何れの場合も、マスク装置の高さは、１０〜６０ｍｍ、好ましくは２０〜４０ｍｍである。また、マスク装置は、エンジンブロックに対してマスク装置を位置決めおよび／または固定するための位置決め手段を含むことができる。
【００１１】
また、本発明は、エンジンブロックのシリンダボアを熱コーティングする方法を提供する。この方法は、熱コーティングするシリンダボア有するエンジンブロックを準備する段階と、コーティングヘッドを有する熱コーティング装置を準備する段階と、熱コーティングするシリンダボアの直径に関連して内径を選択した、本質的に中空円筒形の保護マスク部材を含む保護マスク装置を準備する段階と、保護マスク装置をエンジンブロックの上面に取り付け、かつ熱コーティングするシリンダボアと整列させる段階と、マスク部材の内部に熱コーティング装置のコーティングヘッドを入れる段階と、熱コーティング装置を始動し、かつコーティングジェット全体がマスク部材の内壁に当たるようにコーティングヘッドの位置を調整する段階と、コーティングジェットが安定した後、コーティングするシリンダボアにコーティングヘッドを入れる段階とを含む。
【００１２】
従来の技術で公知のマスク装置とは対照的に、本発明は異なった基本概念から出発している。特に、本発明は、コーティングするシリンダボアの直径に合わせた内径を有する、本質的に中空円筒形状のマスク装置を用いることを提案するものである。このようなマスク装置は、処理するエンジンブロックの上面全体を覆わず、処理するシリンダボアの周囲に位置する、エンジンブロックの環状領域に載置される。このような中空円筒マスク装置には種々の利点があるが、中でも、非常に簡単かつ安価に製造可能である点、および処理するシリンダボアの周囲の環状領域が比較的小さいため、ギャップを生じることなく、エンジンブロックの上面上に確実に取り付けられる点で有利である。
【００１３】
マスク装置の高さを、コーティング装置のコーティングヘッドをマスク装置の内部に入れた際におけるコーティングジェットの垂直方向の伸長よりも大きく選択することが好ましい。これにより、コーティングヘッドが止まっている時にマスク装置の内部にコーティングヘッドを挿入し、マスク装置の内部に入った後にコーティングヘッドを始動することができる。
【００１４】
したがって、一般的に、コーティングヘッドから放出されたコーティング材料によるエンジンブロックの上面の汚れが発生しないため、コーティング操作全体の質を顕著に向上させることができる。また、コーティング作業がシリンダボアの外部で初期化され、マスク装置からシリンダボアへ連続的な被膜の移行が達成されるので、シリンダボア壁のコーティングの均一性が確保される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明による保護マスク装置の幾つかの実施態様を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、直列エンジンのエンジンブロック１の断面図である。保護マスク装置４は、エンジンブロック１の上面７およびコーティング装置の先端部８に取り付けられている。コーティング装置として、例えば回転コーティングヘッド９を有するプラズマ溶射装置を用いることができる。このようなプラズマ溶射装置は当業で公知であるので、その構成および操作の説明は省略する。
【００１７】
図中、シリンダボア２を一つしか示していないが、エンジンブロック１は複数のシリンダボアを含んでもよい。保護マスク装置４は、エンジンブロック１の上面７に固定され、シリンダボア２に関して同軸関係にある。保護マスク装置４は、管状のアウター部５および本質的に中空円筒形状の挿入部材６を含む。コーティングするシリンダボア２の直径により、保護マスク装置４の大きさおよび挿入部材６の直径を選択する。本実施例では、挿入部材６の内径は、シリンダボア２の直径よりも若干大きい。以下で詳細に説明するが、シリンダボア２のコーティング作業の最初に、挿入部材６もコーティングされるため、使用するにつれて挿入部材６の内径が変化する。すなわち、挿入部材６を長く使うほど、その内径が減少するのである。本実施例では、挿入部材６は使用回数の制限された部品として作られており、通常１〜１０回の使用後に廃棄される。
【００１８】
保護マスク装置に挿入部材６を設けているため、一定回数コーティング操作を行った後、挿入部材６のみを交換するために、保護マスク装置４全体を取り外す必要がある。挿入部材６を、金属材料、セラミック材料、有機材料またはこれらの材料の組み合わせから作ることが好ましい。保護マスク装置の高さは、通常２０〜４０ｍｍの間である。何れの場合も、図に示す通り、コーティングヘッド９が保護マスク装置４の内部に入った際に、コーティングパウダージェット１０全体が挿入部材６の内壁に当たるように、保護マスク装置４の高さを選択する。コーティングヘッド９が保護マスク装置４に入った後、すなわちコーティングヘッド９が保護マスク装置４の内部に位置する時にコーティング装置が始動するので、コーティング粒子による著しい環境汚染が発生しないことが保証される。コーティング装置を始動させ、運転が安定した後、コーティングヘッド９を緩徐にシリンダボア２に入れる。これにより、シリンダボア２およびその壁面３がそれぞれ連続的にコーティングされる。不規則な初期コーティング層は存在しない。
【００１９】
挿入部材６を保護マスク装置４のアウター部５に緩く入れて、挿入部材６を、保護マスク装置４のアウター部５に対して垂直方向に移動可能とすることが好ましい。例えば、保護マスク装置４をエンジンブロック１の上面７から取り外す場合に、挿入部材６がアウター部５から脱落するのを防止するため、挿入部材６は、挿入部材６の上端に位置し、半径方向外側に向かって突き出た環状肩部６ａの形で停止部材を備える。挿入部材６を保護マスク装置４のアウター部５よりも若干高くすると有利である。この結果、保護マスク装置４をエンジンブロック１の上面に載置すると、挿入部材６がエンジンブロック１の上面７上に載置されるため、肩部６ａが保護マスク装置４のアウター部５の上端に載置されることを防止できる。したがって、一方の端部において、挿入部材６とエンジンブロック１との間にギャップを生じることなく、挿入部材６がエンジンブロック１の上面７に確実に載置されることを確保し、他方の端部において、挿入部材を非常に迅速かつ容易に交換することができる。また、内径は異なるが、外径は同じである複数の挿入部材６を準備することにより、保護マスク装置４を、直径の異なるシリンダボア２を有するエンジンブロック１に容易に適用することができる。
【００２０】
保護マスク装置４は、保護マスク装置４をエンジンブロック１に整列および／または固定するための位置決め手段を備えることができる。このために、例えば、エンジンブロック１に設けた穴と係合するピンまたはボルトを備えることができる。しかし、本実施例では、位置決め手段およびエンジンブロック１に設けた穴の何れも図示していない。
【００２１】
コーティング層の塗布を、プラズマ溶射、高速フレーム溶射、アーク溶射、フレーム溶射、不活性ガスプラズマ溶射または不活性ガスアーク溶射により行うことが好ましい。
【００２２】
図２に保護マスク装置４ａの第２の実施態様を示す、エンジンブロック１の断面図である。この場合も、保護マスク装置４ａは、一般的に管状、すなわち本質的に中空円筒形状である。図１に示し、前記して説明した実施態様とは対照的に、挿入部材を設けない。しかし、シリンダボア２をコーティングする間に内壁に塗布されたコーティング層１１、１２を、必要に応じて、例えば旋盤で保護マスク装置４のアウター部５を加工することにより機械的に除去できるように、保護マスク装置４ａを作る。コーティング層１１、１２の除去を、例えばコランダム（Ａｌ２Ｏ３）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の研磨剤粉末を用いたブラスティングより行うこともできる。
【００２３】
コーティング層１１、１２を完全に除去すること、すなわち保護マスク装置４ａのアウター部５ａの内径になるまで除去することを、保護マスク装置４ａの損傷または強度低下を伴わずに達成することは困難である。この除去の必要を無くすため、保護マスク装置４ａの内径をシリンダボア２の直径よりも若干大きくすることが好ましい。この場合、内側層１１のみを除去すれば十分である。
【００２４】
図３に本発明の第３の実施態様を示す。この実施態様では、複数の保護マスキング装置４と、個々の保護マスク装置４を所定の位置に支持する枠部材１３とを含む保護マスク装置アッセンブリを与える。個々の保護マスク装置４の間の距離は、エンジンブロック１の隣接するシリンダボア２の間の距離に対応する。個々の保護マスク装置４の設計は、図２に関して説明した設計と本質的に一致する。したがって、この場合も、保護マスク装置４およびその挿入部材６はそれぞれ、コーティング層を備えるシリンダボア２の周辺の環状領域に本質的に沿って、エンジンブロック１の上面７上に確実に載置される。
【００２５】
図示しない空気吸引手段によりシリンダボア２の下部から空気を吸引して、コーティング操作中に実際に加工しているシリンダボア２内に空気を貫流することが好ましい。加工しているシリンダボア２の壁面に付着しなかったコーティング粒子を確実に除去できるので、シリンダボア２の下部から空気を吸引することは有利である。また、加工しているシリンダボア２を貫流する空気量を予め選択することにより、コーティング層に結合する酸素量（酸素部）を制御することができる。
【００２６】
また、コーティング層の特性を制御するために、空気の代わりに窒素または他の気体媒体を加工しているシリンダボア内に導入することもできる。本発明による保護マスク装置４、４ａを設けると、保護マスク装置の無い状態よりもシリンダボア２内に好ましい流れの状態が作られるので、有利である。これにより、塗布したコーティング層の品質がより均一になる。
【００２７】
ここに示した３つの実施態様は最終的なものと考えるべきではないことを理解されたい。例えば、複数の保護マスク装置を備えた保護マスク装置アッセンブリも同様に提供することができる。２つのコーティング装置を同時に運転することが多いからである。この場合、保護マスク装置間の距離をコーティングするエンジンブロックのシリンダボア間の距離に調整する。この際、隣接するシリンダボアを同時に加工することは通常無い。例えば４気筒直列エンジンの場合、まずボア１と３を加工し、次いでボア２と４を加工する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による保護マスク装置の第１の実施態様を示す、エンジンブロックの断面図である。
【図２】  本発明による保護マスク装置の第２の実施態様を示す、エンジンブロックの断面図である。
【図３】  本発明による保護マスク装置の第３の実施態様を示す、エンジンブロックの断面図である。
【符号の説明】
１      エンジンブロック
２      シリンダボア
３      シリンダボア壁面
４、４ａ      保護マスク装置
５、５ａ      アウター部
６      挿入部材
６ａ      環状肩部
７      エンジンブロック上面
８      コーティング装置先端部
９      コーティングヘッド
１０      コーティングパウダージェット
１１、１２      コーティング層
１３      枠部材
【図１】
0004230703.tif 000002
【図２】
0004230703.tif 000003
【図３】
0004230703.tif 000004