JP4051996B2

JP4051996B2 - 円筒内面への溶射方法及びシリンダブロックの生産方法

Info

Publication number: JP4051996B2
Application number: JP2002130600A
Authority: JP
Inventors: 正直蓬沢; 真司染野; 明清水; 秀信松山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2022-05-02
Also published as: JP2003328108A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、円筒内面に対して溶射皮膜を形成する円筒内面への溶射方法及びシリンダブロックの生産方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エンジンの重量低減及び排気処理対応に効果のあるライナレスアルミ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（例えば、特開平７−６２５１９号公報参照）際に、その前工程として、溶射皮膜の密着性を高める目的でシリンダボア内面を粗面に形成する必要がある。
【０００３】
その一例として、本出願人は、図４（ａ）に示すように、ねじ切り加工用バイト（以下、単に工具と呼ぶ）１を用い、円筒内面３を切削加工することを提案している（特願平２０００−３５００５６号）。
【０００４】
このような切削加工では、工具１の送り速度（ねじ切りピッチ幅）やすくい角によって、ねじ切り加工時の切りくず形状が種々変化する。特に、ここでは、あらかじめ上記送り速度及びすくい角を種々変更して切りくず形状を判別し、ねじ切り加工時の溝部５の切りくずを、山部に積極的に干渉させて加工を行っている。
【０００５】
すなわち、この場合のねじ切り加工は、一般的なねじ切り加工のように、溝部のみの切りくずが発生するのではなく、図４（ｂ）に示すように、溝部５とともに山部７までそぎ落とされた切りくず９が一体的に形成されつつ加工がなされるよう設定し、そぎ落とされた山部７の残った部位に、破断面１１を形成するのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した破断面１１は、工具１の送り速度やすくい角によって、図５（ａ）に示すように、円筒内面３における軸線方向（図５（ａ）中で上下方向の直線Ｐ）に対して角度θ（２０°≦θ≦４４°）で傾斜している。一方、ねじ切り加工後の溶射皮膜形成は、図５（ｂ）に示すように、溶射ガン１３は円筒内面３に対して矢印Ａで示す軸線方向に移動させて行うが、このとき、溶射ガン１３の溶射方向は、溶射ガンの移動方向後方側（図５中で下方側）に向け、円筒内面における軸線方向（図５（ｂ）中で上下方向の直線Ｑ）に対し傾斜角度αをもって溶射することが望ましい。
【０００７】
これにより、溶射ガン１３の先端への溶融粒子の跳ね返りによる燃焼条件および溶射条件の変化や溶射皮膜中への未溶融粒子の巻き込みを回避できるとともに、溝部５への溶射皮膜を容易に形成することが可能となる。
【０００８】
ところが、この場合、溶射方向の傾斜角度αが前記した破断面１１の傾斜角度θ以下（θ≦４４°）であると、破断面１１上に溶射皮膜が形成されず、あるいは形成されても図５（ｂ）に示すように、破断面１１上の溶射皮膜１５は、溝部５の溶射皮膜１７に比べて極めて薄いものとなり、密着力の低下、脱落、剥離等、溶射皮膜性状の悪化を招くものとなる。
【０００９】
そこで、この発明は、溶射ガンへの溶射用材料粒子の跳ね返りを防止するとともに、溝部への溶射皮膜を容易に形成しつつ、破断面への溶射皮膜を充分確保し、機能性の高い溶射皮膜の形成を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、円筒内面に、ねじ切り加工によって形成される溝部と、この溝部相互間に形成される山部の先端が、前記ねじ切り加工により発生する切りくずによってそぎ落とされて形成されて、前記円筒内面における軸線方向に対して所定角度傾斜している破断面とが、それぞれ形成され、前記円筒内面に対し、その軸線方向に溶射ガンを移動させて溶射用材料を溶射する円筒内面の溶射方法であって、前記溶射ガンの前記円筒内面に対する溶射方向を、前記円筒内面の垂直方向に対し溶射ガンの前記移動方向後方側に指向させた状態で、前記破断面における円筒内面の内径が小さくなる軸線方向に溶射ガンを移動させかつ、前記円筒内面における軸線方向に対する前記溶射方向の傾斜角度を、前記破断面の円筒内面における軸線方向に対する傾斜角度より大きくした状態で、溶射する円筒内面への溶射方法としてある。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明の円筒内面への溶射方法において、前記溶射方向の円筒内面における軸線方向に対する傾斜角度αを、４４°＜α＜９０°としてある。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の円筒内面への溶射方法において、円筒内面は、エンジンにおけるアルミニウム製シリンダブロックのボア内面であり、このボア内面に対し溶射用材料として鉄系金属材料を溶射するものとしてある。鉄系材料としては、炭素鋼、高珪素鋼、低合金鋼などが好適であり、これらの溶射皮膜中には、微細な鉄酸化物の共存によって、一種のサーメット皮膜となって、高硬度化するとともに優れた耐摩耗性を発揮する。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１または２の発明の円筒内面への溶射方法において、円筒内面は、エンジンにおける鉄系材料からなるコネクティングロッドの大端部内面であり、この大端部内面に対し溶射用材料として耐熱性と延性に優れたアルミニウム（５〜１２ｍａｓｓ％）−銅系金属材料を溶射するものとしてある。
【００１４】
請求項５の発明は、アルミニウム製シリンダブロックのボア内面に、ねじ切り加工によって形成される溝部と、この溝部相互間に形成される山部の先端が、前記ねじ切り加工により発生する切りくずによってそぎ落とされて形成されて、前記ボア内面における軸線方向に対して傾斜している破断面とが、それぞれ形成され、このボア内面に対し、その軸線方向に溶射ガンを移動させて溶射用材料を溶射する際に、前記溶射ガンの前記円筒内面に対する溶射方向を、前記円筒内面の垂直方向に対し溶射ガンの前記移動方向後方側に指向させた状態で、前記破断面における円筒内面の内径が小さくなる軸線方向に溶射ガンを移動させかつ、前記円筒内面における軸線方向に対する前記溶射方向の傾斜角度を、前記破断面の円筒内面における軸線方向に対する傾斜角度より大きくした状態で、溶射して製造するシリンダブロックの生産方法としてある。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、円筒内面における溝部への溶射皮膜形成を確保しつつ、破断面についても、充分な溶射皮膜を形成できるので、溶射皮膜性状の悪化を防止することができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、溶射ガンの傾斜角度αを、破断面の最大傾斜角度である４４°を超えるものとしているので、破断面に対して溶融粒子を直接投射でき、破断面への溶射皮膜の形成が、溝部と同様に充分なものとなる。また、溶射ガンの傾斜角度αを９０度未満としているので、破断面への溶射皮膜の形成を充分確保しつつ、溝部への溶射皮膜の形成も確保され、かつ溶射ガンへの溶融粒子の跳ね返りや、溶射皮膜中への未溶融粒子の巻き込みを回避することできる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、アルミニウム製シリンダブロックのボア内面に対し、溶射用材料として鉄系金属材料を溶射することで、部品点数の増加を招くことなく、シリンダブロックとして軽量化を達成することができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、鉄系材料からなるコネクティングロッドの大端部内面に、溶射用材料としてアルミニウム−銅系金属材料を溶射することで、メタルシートが不要になり、部品点数が削減されるとともに、溶射皮膜はメタルシートに比べて薄く形成されることから軽量化も達成することができる。
【００１９】
。
【００２０】
請求項５の発明によれば、アルミニウム製シリンダブロックのボア内面における、溝部への溶射皮膜形成を確保しつつ、破断面についても、充分な溶射皮膜を形成できるので、ボア内面における溶射皮膜性状の悪化を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、前記した図５（ｂ）に対応する図であり、図５と同一部分には同一符号を付してある。ここでの溶射ガン１３の溶射方向の円筒内面３における軸線方向（図１（ａ）中で上下方向の直線Ｑ）に対する傾斜角度αは、破断面１１の直線Ｑに対する傾斜角度θよりも大きくしてある。すなわち、溶射ガン１３の溶射時の移動方向は、図１（ａ）中で矢印Ａ方向で示す上方であり、破断面１１の傾斜角度θが、２０°≦θ≦４４°であるのに対し、溶射ガン１１の傾斜角度αは、４４°＜α＜９０°としてある。実際の傾斜角度αは８０°前後が望ましい。
【００２３】
図１（ｂ）は、溶射ガン１３による溶射方向の許容範囲角度βを示しているが、この許容範囲角度βは、０°＜β＜４６°となる。なお、図２中で直線Ｈは円筒内面３の軸線に対して直交する直径方向に相当する。
【００２４】
図２は、上記した溶射方法を、円筒内面として、自動車用エンジンにおけるシリンダブロック１９のボア内面１９ａに対して適用した例を示している。このシリンダボア内の中心に、ガス溶線式の溶射ガン１３を挿入し、その溶射口１３ａから溶射用材料として溶融した鉄系金属材料を溶射してボア内面１９ａに対して溶射皮膜を形成する。
【００２５】
上記した溶射ガン１３は、溶線送給機２５から溶射用材料として鉄系金属材料の溶線２３の送給を受けるとともに、アセチレンまたはプロパンあるいはエチレンなどの燃料を貯蔵した燃料ガスボンベ２７及び酸素を貯蔵した酸素ボンベ２９から、配管３１及び３３を介して燃料ガス及び酸素の供給をそれぞれ受ける。さらに図示していないが、溶射ガン１３は、コンプレッサなどから圧縮空気の供給を受け、この圧縮空気により、溶融した溶射用材料粒子をボア内面１９ａに吹き付けるとともに、溶射ガン１３を回転させるようになっている。
【００２６】
また、溶射ガン１３は、前記図１に示したように、ボア内面１９ａに対して直角に指向しておらず、傾斜角度αをもって溶射口１３ａが指向している。
【００２７】
次に溶射方法について説明する。
【００２８】
表１は、溶射時での溶射条件を示している。すなわち、溶射材料としての溶線２３の送給速度が９００〜１６００mm/min、溶射ガン１３の回転速度が２５００〜３５００rpm、溶射ガン１３のトラバース速度（上下の往復移動速度）が９０〜１６０mm/min、溶射角度（傾斜角度）αが前述したように４４°＜α＜９０°、酸素ボンベ２９から供給される酸素ガス圧力が２９．４×１０⁴〜５３．９×１０⁴Pa、同酸素ガス流量が４８．３〜１３９．３l/min、燃料ガスボンベ２７から供給される燃料ガス圧力が９．８×１０⁴〜３４．３×１０⁴Pa、同燃料ガス流量が８．６〜２２．３l/min、溶射ガン１３に供給される圧縮空気の圧力が３４．３×１０⁴〜６８．６×１０⁴Paとなっている。
【００２９】
【表１】

まず、図２（ａ）に示すように、溶射ガン１３を矢印Ｃ方向に回転させながら、矢印Ｄで示す下方へ往路移動させる。このとき、溶線送給機２５からは溶線２３の送給は行わず、燃料ガスボンベ２７及び酸素ボンベ２９から供給された燃料及び酸素の混合ガスに点火して燃焼炎３５を形成し、この燃焼炎３５をボア内面１９ａに吹き付けてボア内面１９ａの全域に対し予熱を行う。予熱を行うことで、溶射皮膜の密着力が高まるものとなる。
【００３０】
溶射ガン１３をボア内面１９ａの下端まで移動させたら、図２（ｂ）に示すように、溶射ガン１３を矢印Ｃ方向に回転させながら、矢印Ｅで示す上方へ復路移動させる。この上方への移動の際には、溶線送給機２５から溶線２３の送給を行い、溶線２３が燃焼炎３５によって溶融し、溶融粒子３７がボア内面１９ａの全域に溶射されて溶射皮膜３９が形成される。
【００３１】
このとき、ボア内面１９ａ（内径約９０mm、高さ１２０mm）に対して溶射皮膜３９が１００μｍ〜４００μｍ形成される。
【００３２】
上記した溶射皮膜３９の形成作業では、溶射ガン１３の溶射口１３ａの溶射方向は、前記したように傾斜角度αを、破断面１１の傾斜角度θが２０°≦θ≦４４°であるのに対し、４４°＜α＜９０°となるよう設定してあり、かつ、溶射ガン１３の移動方向後方側を指向している。
【００３３】
溶射ガン１３の傾斜角度αを、破断面１１の最大傾斜角度である４４°を超えるものとしているので、破断面１１に対して溶融粒子３７を直接投射でき、破断面１１への溶射皮膜３９の形成が、前記図１に示してある溝部５と同様に充分なものとなる。また、溶射ガン１３の傾斜角度αを９０°未満としているので、破断面１１への溶射皮膜３９の形成を充分確保しつつ、溝部５への溶射皮膜３９の形成も確保され、さらに溶融粒子３７の跳ね返りによる溶射口１３ａの目詰まりや、溶射皮膜中への未溶融粒子の巻き込みを回避することできる。
【００３４】
以上により、ねじ切り加工時に形成する溝部５はもちろんのこと、破断面１１についても充分な厚さの溶射皮膜３９を確保でき、溶射皮膜３９の密着力の低下、脱落、剥離等の溶射皮膜性状の悪化を防止することができる。
【００３５】
また、上記した実施の形態では、アルミニウム製シリンダブロックのボア内面１９ａに対し、溶射用材料として鉄系金属材料を溶射しているので、鉄系金属材料からなるシリンダライナをボア内面に装着することなく、つまり部品点数の増加を招くことなく、シリンダブロックとして軽量化を達成することができる。
【００３６】
これに対し、図３に示すように、円筒内面として、鉄系材料からなるコネクティングロッド４１の大端部４３の内面４３ａに対し、上記したシリンダボア内面１９ａと同様にして、溶射用材料としてアルミニウム−銅系金属材料を溶射して溶射皮膜を形成してもよい。この場合には、大端部内面４３ａにおいてメタルシートが不要になり、部品点数が削減される。また、メタルシートは、厚さが１．５mm程度であるのに対し、溶射皮膜の厚さは０．１mm〜０．４mmと薄く形成できるので、軽量化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す円筒内面への溶射方法を示す概念図で、（ａ）は溶射ガンの傾斜角度及び破断面の傾斜角度を、（ｂ）は溶射ガンの傾斜角度範囲をそれぞれ示す。
【図２】図１の溶射方法の具体例を示す動作説明図で、（ａ）は円筒内面を予熱する動作を、（ｂ）は円筒内面に溶融粒子を溶射している動作をそれぞれ示す。
【図３】大端部の内面に溶射皮膜が形成されるコネクティングロッドの正面図である。
【図４】ねじ切り加工用バイトによる円筒内面への切削加工動作を示す説明図で、（ａ）は切削加工により発生する切りくずの流出方向を、（ｂ）は切りくずによって破断面が形成される過程をそれぞれ示す。
【図５】図４のねじ切り加工による破断面の形状の詳細を示す円筒内面の断面図で、（ａ）は破断面の傾斜角度を、（ｂ）は従来の溶射ガンの傾斜角度及び溶射皮膜形成状態をそれぞれ示す。
【符号の説明】
３円筒内面
５溝部
１１破断面
１３溶射ガン
１３ａ溶射口
１９シリンダブロック
１９ａボア内面（円筒内面）
２３溶線（溶射用材料）
４１コネクティングロッド
４３大端部
４３ａ大端部内面
α 溶射ガンの傾斜角度
θ 破断面の傾斜角度

Claims

円筒内面に、ねじ切り加工によって形成される溝部と、この溝部相互間に形成される山部の先端が、前記ねじ切り加工により発生する切りくずによってそぎ落とされて形成されて、前記円筒内面における軸線方向に対して所定角度傾斜している破断面とが、それぞれ形成され、前記円筒内面に対し、その軸線方向に溶射ガンを移動させて溶射用材料を溶射する円筒内面の溶射方法であって、前記溶射ガンの前記円筒内面に対する溶射方向を、前記円筒内面の垂直方向に対し溶射ガンの前記移動方向後方側に指向させた状態で、前記破断面における円筒内面の内径が小さくなる軸線方向に溶射ガンを移動させかつ、前記円筒内面における軸線方向に対する前記溶射方向の傾斜角度を、前記破断面の円筒内面における軸線方向に対する傾斜角度より大きくした状態で、溶射することを特徴とする円筒内面への溶射方法。
前記溶射方向の円筒内面における軸線方向に対する傾斜角度αを、４４°＜α＜９０°としたことを特徴とする請求項１記載の円筒内面への溶射方法。
円筒内面は、エンジンにおけるアルミニウム製シリンダブロックのボア内面であり、このボア内面に対し溶射用材料として鉄系金属材料を溶射することを特徴とする請求項１または２記載の円筒内面への溶射方法。
円筒内面は、エンジンにおける鉄系材料からなるコネクティングロッドの大端部内面であり、この大端部内面に対し溶射用材料としてアルミニウム−銅系金属材料を溶射することを特徴とする請求項１または２記載の円筒内面への溶射方法。
アルミニウム製シリンダブロックのボア内面に、ねじ切り加工によって形成される溝部と、この溝部相互間に形成される山部の先端が、前記ねじ切り加工により発生する切りくずによってそぎ落とされて形成されて、前記ボア内面における軸線方向に対して傾斜している破断面とが、それぞれ形成され、このボア内面に対し、その軸線方向に溶射ガンを移動させて溶射用材料を溶射する際に、前記溶射ガンの前記円筒内面に対する溶射方向を、前記円筒内面の垂直方向に対し溶射ガンの前記移動方向後方側に指向させた状態で、前記破断面における円筒内面の内径が小さくなる軸線方向に溶射ガンを移動させかつ、前記円筒内面における軸線方向に対する前記溶射方向の傾斜角度を、前記破断面の円筒内面における軸線方向に対する傾斜角度より大きくした状態で、溶射して製造することを特徴とするシリンダブロックの生産方法。