JP3856256B2

JP3856256B2 - マスキング治具及びシリンダの溶射方法

Info

Publication number: JP3856256B2
Application number: JP34458297A
Authority: JP
Inventors: 研二宮井; 晴信鈴木; 正志高橋; 春彦村上
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1997-12-15
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2017-12-15
Also published as: JPH11172403A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単気筒エンジン又は多気筒エンジンのシリンダライナの摺動面に耐摩耗性及び耐焼付性に優れる溶射皮膜を形成する際に用いるマスキング治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５、１６のような多気筒エンジンのシリンダライナに溶射ガン１０１からのプラズマジェット１０２によって溶射皮膜を形成する際は、シリンダヘッドとの合わせ面１０４及び隣のボア１０５に皮膜が付着するのを防止する必要がある。まず、図１５に示すシリンダヘッドとの合わせ面１０４に関しては、皮膜を除去して仕上げ加工しなければならない。このとき、付着している皮膜１０６は、耐摩耗性の向上を目的としたものであるから、シリンダ材のアルミニウム合金と比較して加工が難しくなる。また、既に合わせ面の加工が終わっているものに溶射を行った場合には、再度同様の加工をすることになり、工程上の無駄である。
【０００３】
次に、図１６に示す隣のボア１０５に関しては、ボアの状態によって不具合が変わる。最初はボアが既に溶射済の場合であるが、このときは、後加工のホーニングの削り代の部分に皮膜が付着するので皮膜性状的には問題ないが、全体が均一な膜厚の一部のみ膜厚が増加するので、ホーニングの際の仕上がり精度が低下する原因となり易い。次に、ボア１０５がブラスト処理されている場合であるが、このときは、後で溶射される面に皮膜が付着してしまう。この皮膜は隣のボアの溶射時のものであるから溶射距離が設定値よりかなり大きくなっている。このため、皮膜の密着強さが低下する等皮膜性状を悪化させる原因となり易い。最後にボア１０５がブラスト前で未処理の場合であるが、この時は後のブラスト処理の際に皮膜が除去できなくなったり、除去するのに時間がかかる等の不都合を生じる。しかし、このような問題点を解決するマスキング治具に関しては、従来特に提案されていない。
単気筒エンジンでは、隣接するボアはないが、シリンダヘッドとの合わせ面の保護について、多気筒エンジンと同様の問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に対して、本発明は、単気筒又は多気筒エンジンのシリンダライナに溶射皮膜を形成する際にシリンダヘッドとの合わせ面及び／又は隣のボアに皮膜が付着することを防止できるマスキング治具を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、単気筒又は多気筒エンジンのシリンダライナに溶射皮膜を形成する際にシリンダヘッドとの合わせ面及び／又は隣のボアに皮膜が付着することを防止できると共に、シリンダごとへの着脱をなくすようにしたマスキング治具を提供することを目的とする。
またさらに、本発明は、様々なボア径のシリンダに対応することができる汎用性を持ったマスキング治具を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかるマスキング治具では、単気筒エンジン又は多気筒エンジンのシリンダライナ摺動面に溶射を行う際、シリンダヘッドとの合わせ面及び／又は隣のボアに溶射皮膜が付着することを防止する手段を設け、各気筒のボア位置にシリンダボア内面を溶射するための開口部を設け、該開口部同士の間に上向きの支柱を設けた。
【０００６】
本発明では、マスキング治具上面の開口部分に着脱自在のアタッチメントを設けることができる。このような構成とすることにより、マスキング治具に皮膜が堆積し、治具交換が必要になったとき、アタッチメントを交換するだけで済む。また、溶射するシリンダのボア径に応じた径のアタッチメントに交換するだけで他の種類のシリンダに対応することができ、汎用性が高くなる。さらに、多品種生産に応じたアタッチメントだけを準備すれば良いので、治具の保管場所が少なくて済む。
【０００７】
本発明では、マスキング治具をシリンダがスライド可能なトンネル形状に構成し、該マスキング治具の上面にシリンダボア内面を溶射するための開口部を設けるようにすることができる。これによって、シリンダごとにマスキング治具をセットする必要がなくなり、量産性が高くなる。また、溶射したいボア用の開口部以外はマスクされているため、シリンダヘッドとの合わせ面及び他のボアに溶射皮膜が付着しない。
【０００８】
本発明では、マスキング治具上面の開口部中心軸が、ターンテーブル中心軸又は溶射ガン公転軸と一致するようにすることができる。これによって、ターンテーブルにシリンダをセットして回転させる場合でも、溶射ガンを公転させて溶射する場合でも、常に開口部中心軸が回転中心となり好都合である。
【０００９】
本発明は上記のようなシリンダがスライド可能なトンネル形状に構成したマスキング治具を用いたシリンダ溶射方法もその一側面として含み、かかる方法によれば、シリンダをマスキング治具の下でスライドさせ、単気筒又は多気筒エンジンのシリンダの各ボアをマスキング治具上面の開口部に順次合わせて溶射することもできる。これによって、マスキング治具を固定したまま、単気筒エンジン、多気筒エンジン等全てのシリンダに溶射することができ、シリンダごとのマスキング治具の着脱が不要となり、量産に向いている。加えて、シリンダごとにマスキングした場合に比べて、治具の数が極めて少なくて済むため、保管場所や治具の移動が少なくて済む。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面に示した実施の形態を参照しながら、本発明を説明する。なお、これらの実施の形態は、本発明をより具体的に示すものであって、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
実施の形態（その１）
図１に本実施の形態にかかるマスキング治具１を示す。このマスキング治具１は、シリンダヘッドとの合わせ面の各気筒のボア位置に合わせ、開口部２を有する。さらに、図１、２に示すように各開口部２間に上向の支柱３を設けている。開口部２は、その直径がボアの直径未満の値となるように設定している。図２に示すように、支柱３は、ジェットの吹出口４から隣のボアに引いた二本の接線５、５より支柱３の端部が外になるような幅を有し、図３に示すように高さを１０〜５０ｍｍとしている。
【００１１】
本実施の形態のマスキング治具１の材質は、入手及び加工が比較的容易な鉄又はアルミニウム合金等が適している。また、板厚は、溶射の際の熱で変形しない程度であれば特に問題はない。
本実施の形態のマスキング治具１は、各気筒のボア位置に開口部２を有するプレートにより、溶射皮膜が付着するのが好ましくないシリンダヘッドとの合わせ面を覆ってしまうので、このような合わせ面に皮膜が付着することがない。また、各開口部２間にある支柱３により隣のボアに皮膜が付着するのを防いでいる。開口部２の直径は、ボアの直径以上であると皮膜がシリンダとの合わせ面の方まではみ出してしまう。さらに、マスキング治具１に付着した皮膜とシリンダライナに付着した皮膜がくっついてしまうので、マスキング治具を取り外す際にシリンダライナ側の皮膜に欠けや剥離を生じ易い。そこで、先に述べたように、開口部２の直径をボアの直径より小さく設定することが好ましい。開口部２の直径は、マスキング治具１側とシリンダライナ側に付着した皮膜がつながらないことと、マスキング治具１の影になって皮膜が付着しない部分が多くなり過ぎないことを条件とすると、ボアの直径より０．５〜２ｍｍ小さい値が好ましい範囲である。
【００１２】
支柱３は、隣のボアがジェットの吹き出し口４から影になるように配置されなければならない。それによって、支柱３がなかった場合にボア内まで飛来した溶射粒子が支柱３で止められ、隣のボアに皮膜が付着することがなくなる。そこで、図２について先に述べたように、支柱３の幅をジェットの吹き出し口４から隣のボアに引いた二本の接線５、５より支柱３の端部が外になるように設定すれば、溶射粒子がボア内に入らない。
【００１３】
溶射の開始や終了地点付近は、膜厚が他の部分より小さい等の問題があるため、部品への溶射の際には、開始及び終了点を部品の外へ持って来るのが一般的である。つまり、シリンダライナへの溶射では、シリンダライナ上端より上部が実際の溶射終了地点となる。通常は、上端より５〜３０ｍｍ程度上の位置まで溶射を行うので、その間に隣のボアに皮膜が付着するのを防止しなければならない。また、プラズマジェットに乗って飛んでいる溶射粒子は、ある程度の広がりを持っているので、支柱３の高さが溶射終了地点と同じでは全ての溶射粒子を止めることはできない。そこで、前述のように図３に示すごとく、支柱３の高さは、１０〜５０ｍｍが好ましい範囲である。
【００１４】
実施の形態（その２）
図４から図１４に、本発明の他の実施の形態を示す。
上記実施の形態（その１）は、従来あった問題を解消している。ただし、マスキング治具の着脱の時間がかかり、取り外したマスキング治具を取り付け場所に移動しなくてはならず、機種ごとに違ったマスキング治具が必要である等の改良すべき点がある。本実施の形態（その２）では、さらにこれらの点についても対応がなされている。
図４から６に、本実施の形態によるマスキング治具５１をシリンダ溶射用ターンテーブル５２上に設置した状態を示す。マスキング治具５１は、ターンテーブル５２上に固定され、シリンダ５３が矢印Ｂ―Ｂ方向にスライドできるように前後方向が開放されたトンネル形状をなしている。これにより、設置したマスキング治具５１の下をスライドレール５４等を利用して次々にシリンダ５３が設置もしくは移動でき、シリンダ５３ごとにマスキング治具５１を着脱する必要がなくなる。また、マスキング治具５１の上面は、シリンダボア内面の溶射に必要な内径溶射ガン５５が入るための開口部５６が設けてあり、それ以外の部分は、シリンダヘッド面及びシリンダ外周に溶射皮膜が形成しないように十分な幅だけ遮蔽されている。
【００１５】
図４から６では、マスキング治具５１は完全なトンネル形状をしているが、マスキング治具５１の側面５７部分は、つながっている必要はなく、支柱として何本かに別れていてもかまわない。
トンネル長さ（図７のＬ）は、単気筒でも多気筒でも、溶射ガンを一番高く上げた時にシリンダ５３に溶射フレームがかかる範囲をマスキングできるよう遮蔽板５８を設けておけば良い。また、トンネルの幅（図７のＷ）は、シリンダ５３がスライドするのに十分な広さがあれば良い。加えて、製造予定の一番大きいシリンダに合わせてトンネル幅を設計すると共に、マスキング治具５１の高さの調整ができるようにしておけば、全てのシリンダがマスキング治具の下を通過できるようになる。
【００１６】
溶射を行う場合、基材と溶射ガンとの距離が安定した皮膜作りの重要な因子となる。したがって、シリンダボア内面のような内径溶射の場合、図７に示すように、ターンテーブル上にワーク５３を固定し、ターンテーブル中心軸Ｃ１とワーク内径中心軸（ここでは溶射したいシリンダボア５９の中心軸）Ｃ２を一致させて回転させ、内径溶射ガンをボア５９内に送り込むことにより、一定の溶射距離を保って溶射できる。
また、ターンテーブル上にワーク５３を固定しなくても、溶射ガン５５が公転して一定の溶射距離を保つ方法もあるが、この場合も、図８に示すように、溶射ガン公転軸Ｃ３とワーク内径中心軸（溶射したいシリンダボア５９の中心軸）Ｃ２を一致させる必要がある。
【００１７】
そして、マスキング治具５１上面の開口部５６は、シリンダボア５９を溶射するための内径溶射ガン５５の通り道であり、ターンテーブルによりシリンダ５３及びマスキング治具５１が回転している場合でも、内径溶射ガン５５が公転している場合でも、溶射ガン５５と接触せず、溶射時に不要な影を作らないためには溶射したいシリンダボア中心軸Ｃ２とマスキング治具５１上面の開口部５６の中心軸Ｃ４が一致していなければならない。図９のようにずれていると、シリンダヘッドの合わせ面上に皮膜６１が堆積してしまうこととなる。すなわち、マスキング治具５１上面の開口部５６中心軸Ｃ４は、ターンテーブル中心軸Ｃ１もしくは内径溶射ガン公転軸Ｃ３と一致していなければならない。
【００１８】
以上の条件が満たされることで単気筒でも多気筒シリンダでも順次各ボア中心軸をマスキング治具５１上面の開口部５６中心軸Ｃ４と合うようにスライドさせ、溶射することで、一つのマスキング治具５１で連続してシリンダボア５９内面の溶射ができ、治具の着脱等不要な時間を取らずに済むことで量産性が上がる。加えて、シリンダ５３一つ一つにマスキング治具を付ける場合、数多くの治具を保管しなくてはならないのに対して、トンネルの幅、高さ調整等の工夫をすることで、一つのマスキング治具ですべてのシリンダに対応することも可能となる。
【００１９】
シリンダ５３とマスキング治具５１の隙間部分を拡大したものを図１０に示す。図中Ｄ₁はシリンダボア内径、Ｄ₂はマスキング治具５１上面の開口部５６内径、Δｈはシリンダ５３とマスキング治具５１との隙間を示す。シリンダ５３とマスキング治具５１の隙間Δｈは、あまり狭いとシリンダ５３をスライド又はシリンダ回転時にシリンダ５３とマスキング治具５１が接触して傷付あったり、かみ込みが生じてシリンダ５３がスライドしにくくなったりする。また、あまり広いと、シリンダヘッドとの合わせ面を保護するために、マスキング治具５１の開口部５６の内径Ｄ₂をかなり小さくしなくてはならず、溶射ガン５５との接触等の問題が生じる。したがって、０．５≦Δｈ≦５ｍｍ程度が良く、より好ましくは、０．５≦Δｈ≦２ｍｍ程度が良い。
【００２０】
図１１に示すように、マスキング治具５１上面の開口部５６の内径Ｄ₂は、あまり小さいと内径溶射ガン５５が通過する際に接触を起こしたり、溶射フレームにあぶられて治具が溶けてしまったり、マスキング治具５１の影になってシリンダボア５９上部で皮膜が堆積しない部分が広く存在したりする。また、図１２に示すように、逆に大きすぎるとシリンダヘッドとの合わせ面が保護できず、皮膜６３が堆積してしまう。
【００２１】
市販の溶射ガンでは、溶射フレームが４５ｄｅｇ、６０ｄｅｇ、９０ｄｅｇで吹き出すものがある。９０ｄｅｇの溶射ガンでは、溶射フレームの吹き出し角度とシリンダヘッドとの合わせ面がほぼ平行であるため、シリンダヘッドとの合わせ面に皮膜は堆積されにくい。したがって、９０ｄｅｇの場合、他のボアにフレームが届かなければ良いため、Ｄ₁≧Ｄ₂であれば良い。
４５ｄｅｇ、６０ｄｅｇの場合は、図１３に示したように、
Ｄ₂≦Ｄ₁−２・Ｔａｎθ・Δｈであれば、シリンダヘッドとの合わせ面に皮膜は堆積しない。ここでθは、溶射フレーム６４の角度であり、この角度はボアの中心線に対する溶射ガンの噴射口の角度として定義される。
【００２２】
また、図１４に示すように、ピストン６５の摺動を考慮して、シリンダボア５９上部では、シリンダボア５９を摺動するピストン６５のピストンヘッド６６から１ｓｔピストンリング６７の溝６８の上端までの長さΔｔに相当する部分がピストン６５及びピストンリング６７と接触しない。したがって、シリンダボア上部Δｔまで皮膜が形成されなくても良いとすると、Ｄ₁−２・Ｔａｎθ（Δｈ＋Δｔ）≦Ｄ₂となる。したがって、
Ｄ₁−２・Ｔａｎθ（Δｈ＋Δｔ）≦Ｄ₂≦Ｄ₁−２・Ｔａｎθ・Δｈの範囲が好ましい。ただし、溶射ガン５５の太さ、溶射距離を考慮して、マスキング治具５１の溶解や溶射ガン５５との接触は避けなくてはならない。
【００２３】
開口部５６の内径Ｄ₂を隙間ΔｈとシリンダＤ₁で表したが、機種によってＤ₁が違う以上、必要とされる内径Ｄ₂も変化して来る。したがって、開口部５６だけアタッチメント方式で取り換えれば、シリンダボア５９に関しては、全てのシリンダに対応可能となる。すなわち、本実施の形態では、アタッチメント６９を設けている。先に述べたように、トンネルの幅を予定されている一番大きいシリンダ５３に合わせると共にマスキング治具５１の高さ調整ができるようにしておけば、汎用性を持たせることができる。
また、マスキング治具５１のメンテナンス部分としては、皮膜が堆積する開口部５６となり、アタッチメント６９を皮膜が堆積する領域に広げて交換すればメンテナンス性も向上する。
アタッチメント６９は、図１０では断面カギ形で示したが、この形状にとらわれるものではなく、簡単に取り換えられる形であればどのような形状でも良い。
【００２４】
溶射材料については、ボア内面に耐摩耗性を付与するためのものであれば、金属、サーメット等特に限定されるものではない。
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、当業者にとって自明な、変形、付加等は全て本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２５】
【実施例】
実施例１
ボアの直径７６ｍｍ、ボア間のピッチ８５ｍｍの４気筒シリンダブロックに溶射を行った。
マスキング治具は、図１から図３について説明した実施の形態にかかるものを用いた。板厚８ｍｍ、開口部の直径７５ｍｍ、支柱の幅８０ｍｍ、支柱の高さ４０ｍｍであった。
溶射は、表１の条件でマスキング治具を取り付けた場合とそうでない場合について比較した。
【００２６】
【表１】

マスキング治具を取付なかったものは、シリンダヘッドとの合わせ面及び隣のボアに皮膜が付着してしまったが、マスキング治具を取り付けたものは、全く皮膜の付着は見られなかった。
【００２７】
実施例２
ボア直径Ｄ₁７６ｍｍ、ボア間のピッチ８５ｍｍの４気筒シリンダブロックを、図４の治具を用いて、ターンテーブルに載せて溶射した。マスキング治具５１のトンネル長さは２５０ｍｍ（今回の溶射では、内径溶射ガン５５吹き出し口がシリンダヘッド合わせ面から５０ｍｍ離れた所で退避させた）。
トンネル幅は、３８０ｍｍ、シリンダ５３との隙間Δｈは、３ｍｍ、マスキング治具５１の開口部５６の内径Ｄ₂は６８ｍｍとした。また、シリンダ溶射の際の溶射条件は表１示したと同様であった。溶射ガン５５の溶射フレーム吹き出し角度θは、４５ｄｅｇであるから、マスキング治具５１の開口部５６の内径Ｄ₂は６４≦Ｄ₂≦７０であり、Ｄ₂＝６８ｍｍは範囲内であることが了解される。上記条件で４気筒シリンダを溶射したところ、溶射中他のボアに皮膜が堆積したり、シリンダヘッドとの合わせ面に皮膜が堆積することはなく、効率良く溶射できることが確認された。
【００２８】
【発明の効果】
上記したところから明かなように、本発明によれば、単気筒又は多気筒エンジンのシリンダライナに溶射皮膜を形成する際にシリンダヘッドとの合わせ面及び／又は隣のボアに皮膜が付着することを防止できるマスキング治具が提供される。さらに、本発明によれば、単気筒又は多気筒エンジンのシリンダライナに溶射皮膜を形成する際にシリンダヘッドとの合わせ面及び／又は隣のボアに皮膜が付着することを防止できると共に、シリンダごとへの着脱をなくすようにしたマスキング治具が提供される。またさらに、本発明によれば、様々なボア径のシリンダに対応することができる汎用性を持ったマスキング治具が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるマスキング治具の一実施の形態を説明する斜視図である。
【図２】本発明にかかるマスキング治具の一実施の形態を説明する部分平面図である。
【図３】本発明にかかるマスキング治具の一実施の形態を説明する部分側面図である。
【図４】本発明にかかるマスキング治具の他の実施の形態について、使用状態を説明する斜視図である。
【図５】本発明にかかるマスキング治具の他の実施の形態について、使用状態を説明する側面図である。
【図６】本発明にかかるマスキング治具の他の実施の形態について、使用状態を説明する正面図である。
【図７】本発明にかかるマスキング治具の他の実施の形態について、使用状態を説明する平面図である。
【図８】本発明にかかるマスキング治具を用いて溶射を行う際の溶射ガンの動きを説明する平面図である。
【図９】本発明のマスキング治具を使用する際の開口部とシリンダボアの位置関係を説明する部分断面図である。
【図１０】図６のＡ部拡大図である。
【図１１】本発明のマスキング治具の開口部の内径とシリンダボアの内径の関係を説明する断面図である。
【図１２】本発明のマスキング治具の開口部の内径とシリンダボアの内径の関係を説明する断面図である。
【図１３】本発明のマスキング治具を使用する際の溶射フレームの角度と、他の諸元との関係を説明する部分断面図である。
【図１４】本発明のマスキング治具を使用する際のピストンリング及び溝と、他の諸元との関係を説明する部分断面図である。
【図１５】従来の溶射方法を説明する概念的平面図である。
【図１６】従来の溶射方法を説明する概念的平面図である。
【符号の説明】
１、５１マスキング治具
２、５６開口部
３支柱
４ジェットの吹出口
５２ターンテーブル
５３、１０４シリンダ
５４スライドレール
５５、１０１内径溶射ガン
５８遮蔽板
５９シリンダボア
６５ピストン
６９アタッチメント

Claims

単気筒エンジン又は多気筒エンジンのシリンダライナ摺動面に溶射を行う際、シリンダヘッドとの合わせ面及び／又は隣のボアに溶射皮膜が付着することを防止する手段を設け、各気筒のボア位置にシリンダボア内面を溶射するための開口部を設け、該開口部同士の間に上向きの支柱を設けたことを特徴とするマスキング治具。
請求項１のマスキング治具において、マスキング治具上面の開口部分に着脱自在のアタッチメントを設けたことを特徴とするマスキング治具。
請求項１又は２のマスキング治具において、マスキング治具をシリンダがスライド可能なトンネル形状に構成し、該マスキング治具の上面にシリンダボア内面を溶射するための上記開口部を設けたことを特徴とするマスキング治具。
請求項１〜３のいずれかのマスキング治具において、マスキング治具上面の開口部中心軸が、ターンテーブル中心軸又は溶射ガン公転軸と一致するようにしたことを特徴とするマスキング治具。