WO2015093199A1

WO2015093199A1 - 溶射方法及び溶射装置

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Publication number: WO2015093199A1
Application number: PCT/JP2014/080153
Authority: WO
Inventors: 良次熨斗; 清水　明; 大輔寺田; 孝文渡辺; 精一杉山
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2015-06-25

Abstract

　ワーク（１）の穴（３）の内面に対して溶射皮膜（１７）を形成する際に、ワーク（１）の穴（３）に流す気体の流量を変化させる溶射方法。

Description

溶射方法及び溶射装置

　本発明は、ワークの穴の内面に溶射皮膜を形成する溶射方法及び溶射装置に関する。

　自動車用エンジンにおけるシリンダブロックのシリンダボア内面など、円形の穴の内面に、金属もしくはセラミックなどの溶射用材料を溶射して溶射皮膜を形成する溶射技術が知られている（下記非特許文献１参照）。

日本金属学会誌　第７１巻　第３号（２００７）３５４－３６０

　このような溶射皮膜を形成する溶射方法としては、プラズマ溶射とアーク溶射が主流であるが、いずれの方法においても、被溶射面に対する溶射皮膜の密着力を高めることが課題となっている。

　そこで、本発明は、被溶射面に対する溶射皮膜の密着力を高めることを目的としている。

　本発明の一態様は、ワークの穴の内面に対して溶射皮膜を形成する際に、ワークの穴に流す気体の流量を変化させる溶射方法である。

　本発明の他の態様は、ワークの穴に対してその軸方向に移動しつつ穴の内面に溶射皮膜を形成する溶射ガンと、ワークの穴に気体を流す気流発生部と、気流発生部によりワークの穴に流す気体の流量を変化させる制御部と、を有する溶射装置である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る溶射装置の全体構成図である。図２は、図１の溶射装置におけるシリンダブロック及び溶射ガンを示す斜視図である。図３は、図２の溶射ガンによりシリンダボア内面に対して溶射を行っている状態を示す断面図である。図４は、図１の溶射装置における溶射ブース内で気流が発生している状態を示す作用説明図である。図５は、シリンダブロックを予熱した後に、図１の溶射ブース内で複数のシリンダボアに対して順次溶射を行う際の、第１番目のシリンダボアと第４番目のシリンダボアの温度変化を示すグラフである。図６は、複数のシリンダボアに対して順次溶射を行う際のシリンダボア内を流れる空気の流量の変化を示すグラフである。図７は、本発明の第２実施形態に係る遮蔽部材を用いて溶射を行っている状態を示すシリンダブロックを含む断面図である。図８は、本発明の第３実施形態に係る遮蔽部材を用いて溶射を行っている状態を示すシリンダブロックを含む断面図である。図９は、本発明の第４実施形態に係る溶射装置の全体構成図である。図１０は、本発明の第５実施形態に係る溶射装置の全体構成図である。図１１は、本発明の第６実施形態に係る溶射装置の全体構成図である。

　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

　本発明の第１実施形態に係る溶射装置は、図１、図２に示すように、例えば、自動車用直列４気筒エンジンのシリンダブロック１におけるシリンダボア３の内面に対して溶射皮膜を形成する。ここで、シリンダブロック１はワークを構成し、シリンダボア３はワークの穴を構成している。

　本実施形態の溶射装置では、溶射ガン５を用いて、シリンダボア３の内面に対して溶射皮膜を形成する。溶射ガン５の先端（下端）の側部には、図３に示すように、ノズル部７が形成されている。ノズル部７には、溶射用材料である２本のワイヤ９，１１を送り出すワイヤ挿入孔７ａ，７ｂが形成されている。

　ワイヤ挿入孔７ａ，７ｂは、互いに平行な平行部７ａ１，７ｂ１と、平行部７ａ１，７ｂ１の先端部から、ノズル部７の先端側に向けて互いの間隔が狭くなるように傾斜した傾斜部７ａ２，７ｂ２と、を備えている。傾斜部７ａ２，７ｂ２は、ノズル部７の先端面７ｃの前方（図３中で左側）において、傾斜部７ａ２，７ｂ２の延長線が互いに交差するように傾斜している。

　傾斜部７ａ２から送り出された一方のワイヤ９をプラス（＋）電極とし、傾斜部７ｂ２から送り出された他方のワイヤ１１をマイナス（－）電極として、両ワイヤ９，１１の電極間に電圧を印加すると、上記した傾斜部７ａ２，７ｂ２の延長線の交差部において、電極間に放電アーク１３が発生する。この放電アーク１３の熱エネルギにより２本のワイヤ９，１１が溶融する。

　溶射ガン５は、溶融速度に合わせてワイヤ９，１１を供給しながら、ノズル部７の中心に設けてあるアトマイズガス通路７ｄに、例えば、空気、窒素、二酸化炭素、アルゴンなどのアトマイズガスを流すことで、ワイヤ９，１１の溶滴を微細化してシリンダボア３の内面に吹き付ける。ワイヤ９，１１の溶滴は、吹き付けられたアトマイズガスにより微細な溶射粒子１５となって前方に（被溶射面に向けて）飛ばされ、シリンダボア３の内面に付着して溶射皮膜１７を形成する。すなわち、本実施形態における溶射装置は、放電アークを用いたアーク溶射装置である。

　アトマイズガス通路７ｄは、通路断面が先端側ほど小さくなるような先細形状を有する。先端の吐出口７ｄ１の軸線方向、すなわちアトマイズガスの吹き出し方向は、傾斜部７ａ２，７ｂ２の各延長線の交差部、すなわち放電アーク１３が形成される領域に向けられている。

　溶射ガン５は、溶射皮膜１７を形成する際、図２の矢印Ａに示すようにシリンダボア３の軸まわりに回転しながら、矢印Ｂに示すようにシリンダボア３の軸方向に移動する。これにより、溶射皮膜１７をシリンダボア３の内面のほぼ全域に形成することができる。なお、シリンダボア３の内面は、溶射皮膜１７の密着力を高めるために、図３に示すように凹凸形状部３ａが形成されている。凹凸形状部３ａは、溶射皮膜１７の膜厚よりも小さい高低差を有する凹凸からなる。凹凸形状部３ａは、例えばねじ切り加工によって形成することができる。

　本実施形態では、図１に示すように、シリンダブロック１を溶射ブース１９内に収容した状態で溶射作業を実施する。その際、溶射時に発生する余剰の溶射粒子などの異物（以下、単に異物ともいう）を外部に排出して集塵を行うために、溶射ブース１９内には、気体としての空気を流通させる。溶射ブース１９は、例えば直方体もしくは立方体の箱型である。例えば、１つの側面に吸気管２１を、底面に下部排気管２３を、吸気管２１を設けている側面に対向する側面に側部排気管２５を、上面に上部排気管２７を設けることができる。シリンダブロック１は、例えば、溶射ブース１９内の図示しない支持部材によって、下部の外周縁部を支持されている。

　下部排気管２３は、溶射ブース１９内に開口する内側開口部２３ａと、溶射ブース１９の外部に開口する外側開口部２３ｂとを有している。内側開口部２３ａは、シリンダブロック１の下部のクランクケース側に開放した開放部位に、ガイド部２９を介して連通している。外側開口部２３ｂは、例えばファンなどを備える、気流発生部としての吸引装置３１に連通している。

　吸引装置３１は、溶射ブース１９内の空気を吸引する際に、制御部３２によって空気の吸引量（排出量）が変化するように制御される。また、側部排気管２５及び上部排気管２７からも溶射ブース１９内の空気を吸引する。側部排気管２５及び上部排気管２７からの吸引力は下部排気管２３からの吸引力よりも弱くし、側部排気管２５及び上部排気管２７からの空気の吸引量が下部排気管２３からの吸引量より少なくなるようにする。側部排気管２５及び上部排気管２７にそれぞれ個別にファンなどを設け、ファンの送風量を制御部３２によって制御することで流量を制御してもよい。また、一つの吸引装置で下部、側部、上部の各排気管２３，２５，２７から空気を吸引し、各排気管２３，２５，２７内、もしくはこれら排気管に接続された通路内に流量制御弁を設けて、該流量制御弁の開度を制御部３２によって制御することで流量制御してもよい。

　下部排気管２３、側部排気管２５及び上部排気管２７から溶射ブース１９内の空気を吸引すると、外部の空気が吸気管２１を経て溶射ブース１９内に流入する。流入した空気は、主としてシリンダボア３を通り、下部排気管２３から溶射ブース１９の外部に排出される。吸気管２１から溶射ブース１９内に流入した空気の一部は、側部排気管２５及び上部排気管２７から溶射ブース１９の外部に排出される。

　シリンダボア３内では、図４に矢印Ｃで示すように、シリンダヘッド取付面側の開口からクランクケース側の開口に向けて空気が流れる。４つのシリンダボア３の軸方向に沿って上部から下部へ向かって流れた空気は、下部の出口側のガイド部２９内で合流する。また、溶射ブース１９内の空気の一部は、側部排気管２５及び上部排気管２７から吸引されるため、シリンダブロック１の周囲には、矢印Ｄ、Ｅで示すような空気の流れが発生する。

　上記の空気の流れが溶射ブース１９内で発生している状態で、溶射ガン５により、４つのシリンダボア３に対し、その配列方向一方側から他方側に向けて順番に溶射皮膜を形成する作業を実施する。図４は、図中で左側端部の第１番目のシリンダボア３に対して溶射皮膜１７を形成している状態を示す。第１番目のシリンダボア３の後、これに隣接する右側の第２番目、第３番目、第４番目のシリンダボア３に対して順次溶射皮膜１７を形成する。ここで「溶射皮膜１７を形成している」状態とは、複数のシリンダボアのうち当該シリンダボア３が溶射装置によって溶射の対象として選択されている状態を指し、選択されたシリンダボア３の内面に対して実際に溶射を行っている、すなわち溶射粒子１５を吹き付けている状態を含む。

　被溶射面であるシリンダボア３の内面に対する溶射皮膜１７の密着力を高めるために、シリンダブロック１に対して予熱を行う場合がある。図５は、予熱炉内などでシリンダブロック１を例えば１７０℃程度に加熱した後に、図１に示す溶射ブース１９内で溶射皮膜を形成しているときの、シリンダブロック１の温度変化を示している。実線は第１番目のシリンダボア３の温度で、破線は第４番目のシリンダボア３の温度である。なお、図５では、下部排気管２３、側部排気管２５及び上部排気管２７から吸引する空気の量（総量）を変化させず、一定とした例を示している。

　図５では、時間ｔ１において溶射ブース１９内の空気の吸引を開始している。このとき、空気は、下部排気管２３、側部排気管２５及び上部排気管２７から吸引されて溶射ブース１９の外部に排出される。これに伴い外部の空気が吸気管２１を経て溶射ブース１９内に供給される。溶射ブース１９内の空気を吸引することで、溶射ブース１９内に空気の流れ、すなわち気流が発生し、この気流の影響でシリンダブロック１（第１～第４番目のシリンダボア３）が冷却されて温度が低下する。

　時間ｔ２において第１番目のシリンダボア３に対して溶射（溶射粒子１５の吹き付け）を開始すると、溶射熱によって第１番目のシリンダボア３の温度が上昇する。第１番目のシリンダボア３に対して溶射を行っている間も、第４番目のシリンダボア３の温度は、継続して発生している気流によって徐々に低下していく。時間ｔ３において第４番目のシリンダボア３に対する溶射が開始されると、第４番目のシリンダボア３の温度は、溶射熱によって上昇していく。

　第２、第３番目のシリンダボア３も、第４番目のシリンダボア３と同様の温度変化をする。すなわち、各々の溶射が開始されるまでは、継続して発生している気流によって徐々に温度が低下していき、溶射が開始されると溶射熱によって温度が上昇する。

　このように、シリンダブロック１を予熱した場合でもそれが気流によって抜熱されることで、シリンダボア３の温度が、溶射開始まで、予熱直後の温度から徐々に低下していくことがあり、この温度低下によって溶射皮膜１７の密着力が低下することがある。そこで、本実施形態では、溶射皮膜１７の密着力の低下を抑えるために、溶射ブース１９内に対する空気の吸引量、特に、下部排気管２３を通しての空気の吸引量を変化させる。

　具体的には、溶射ガン５がシリンダボア３内においてシリンダボア３の軸方向に移動しながら溶射皮膜を形成する際に、シリンダボア３内における溶射ガン５（あるいはそのノズル部７）の軸方向の位置に応じて空気の吸引量を変化させ、シリンダボア３内を流れる空気の流量（例えば、体積流量）を変化させる。その際、溶射ガン５がシリンダボア３内を流れる空気の流れの上流側にあるときの空気の流量よりも、当該流れの下流側にあるときの空気の流量を少なくする。つまり、溶射ガン５のノズル部７が、図４中でシリンダボア３の上部に位置しているときの空気の流量よりも、シリンダボア３の下部に位置しているときの空気の流量を少なくする。なお、シリンダボア３内を流れる空気の流量とは、シリンダボア３の一方の端部開口、例えば、上部の開口を介して当該シリンダボア３内に供給される空気の流量である。

　シリンダボア３内を流れる空気の流量を、溶射ガン５が当該空気の流れの上流側から下流側に向けて移動するのに伴って少なくするよう変化させることで、シリンダボア３の温度低下を抑制し、その分溶射皮膜１７の密着力を高めることができる。また、シリンダボア３の温度低下を抑制できるので、溶射皮膜１７の密着力向上のためにシリンダブロック１を予熱する際、予熱温度をそれほど高温にする必要がなくなり、作業コストが低減される。また、シリンダボア３の温度低下を抑制できるので、複数のシリンダボア３相互間での温度差を小さく抑えて、複数のシリンダボア３相互間での溶射皮膜１７の密着力の差異を小さくすることができ、高品質の溶射皮膜１７を得ることができる。

　シリンダボア３の上部の開口付近を溶射する際には、当該上部の開口からシリンダボア３の外部に溶射粒子が飛散しやすく、飛散した溶射粒子がシリンダヘッド取付面に付着する恐れがある。このため、シリンダボア３の上部の開口付近を溶射する際は、シリンダボア３の上部の開口からシリンダボア３内へ流入する空気の流量を確保して、シリンダヘッド取付面への溶射粒子の付着を抑制する。シリンダボア３の外部に飛散した余剰の溶射粒子は、側部排気管２５及び上部排気管２７から溶射ブース１９の外部に排出される。

　シリンダボア３の下部のクランクケース側を溶射する際には、余剰の溶射粒子は、シリンダボア３の上部の開口からシリンダボア３の外部に飛散しにくく、ガイド部２９を通って下部排気管２３から効率よく溶射ブース１９の外部に排出される。このように、溶射を行っているときに、溶射ブース１９内及びシリンダボア３内に気流を発生させることで、余剰の溶射粒子などの異物を溶射ブース１９の外部に排出することができ、異物の溶射皮膜１７への巻き込みを抑制できる。

　また、本実施形態では、気体である空気が、図４の矢印Ｃで示すように、シリンダブロック１におけるシリンダボア３の軸方向に沿って流れる。これにより、シリンダボア３に対して一方側から空気を吸引する際に、空気の流量を容易に変化させることができる。

　図６は、４つのシリンダボア３に対して連続的に順次溶射を行う際の、空気の吸引量の変化、つまりシリンダボア３内を流れる空気の流量の変化を示している。図６において、第１番目のシリンダボア３に対し、時間Ｔ１ｓで溶射を開始し、時間Ｔ１ｅで溶射を終了する。同様にして、第２番目のシリンダボア３に対し、時間Ｔ２ｓで溶射を開始し、時間Ｔ２ｅで溶射を終了する。以下、第３番目のシリンダボア３に対し、時間Ｔ３ｓで溶射を開始し、時間Ｔ３ｅで溶射を終了し、第４番目のシリンダボア３に対し、時間Ｔ４ｓで溶射を開始し、時間Ｔ４ｅで溶射を終了する。

　４つのシリンダボア３においては、いずれも、溶射開始時、すなわち溶射ガン５がシリンダボア３の上部にあるときの空気の流量に対して、溶射終了時、すなわち溶射ガン５がシリンダボア３の下部にあるときの空気の流量を少なくしている。また、４つのシリンダボア３のいずれにおいても、溶射開始時から溶射終了時までの間に空気の流量を徐々に減少させており、溶射開始時に空気の流量が最も多くなっている。

　そして、１つのシリンダボア３の溶射が終了し、次のシリンダボア３の溶射を開始するまでの間、例えば時間Ｔ１ｅから時間Ｔ２ｓの間は、空気の吸引量、つまりシリンダボア３内を流れる空気の流量は、溶射ガン５がシリンダボア３の下部にあるときよりもさらに少なくする。なお、１つのシリンダボア３の溶射が終了し、次のシリンダボア３の溶射を開始するまでの間は、下部排気管２３等からの空気の吸引を実施しなくてもよく、シリンダボア３内に空気を流さなくてもよい。

　時間Ｔ１ｅから時間Ｔ２ｓの間など、１つのシリンダボア３の溶射が終了してから、次のシリンダボア３の溶射を開始するまでの間は、溶射ガン５を、溶射が終了したシリンダボア３から外部に一旦取り出し、続けて次に溶射を行う対象である、隣接するシリンダボア３に挿入する。すなわち、１つのシリンダボア３の溶射が終了し、次のシリンダボア３の溶射を開始するまでの時間は、溶射ガン５がシリンダボア３の外部で移動する時間を含んでいる。

　このように、本実施形態では、複数のシリンダボア３に対し連続して溶射皮膜１７を形成する際に、シリンダボア３内を流れる空気の流量を、溶射ガン５がシリンダボア３内の気流の下流側にあるときに対し、溶射ガン５がシリンダボア３の外部にあるときほうが少なくなるようにしている。このため、複数のシリンダボア３に対して連続して溶射皮膜１７を形成するにあたり、空気の流量を全体としてより少なくすることができ、シリンダブロック１の温度低下を抑制して溶射皮膜１７の密着力をより高めることができる。

　なお、図６では、一例として、１つのシリンダボア３に対する溶射を、溶射ガン５が上部から下部へ移動する往路移動のみで終了させる場合を示している。従って、この場合には、溶射ガン５がシリンダボア３の下部まで移動して溶射が終了したら、溶射ガン５を、溶射粒子１５の放出を停止させた状態で上方へ移動（復路移動）させてシリンダボア３の外部に取り出す。このため、図６の時間Ｔ１ｅから時間Ｔ２ｓの間など、１つのシリンダボア３の溶射が終了してから次のシリンダボア３の溶射を開始するまでの時間は、溶射ガン５が、溶射粒子１５の放出を停止した状態でシリンダボア３内を復路移動する時間を含んでいる。

　なお、溶射ガン５をシリンダボア３に対して復路移動させる際に溶射を行う場合は、往路移動のときと同様に、溶射ガン５のノズル部７がシリンダボア３の上部に位置しているときの空気の流量に対して、溶射ガン５のノズル部７がシリンダボア３の下部に位置しているときの空気の流量を少なくする。

　図６では、溶射開始時から溶射終了時までの間、各シリンダボア３の空気の流量が、単位時間当たり一定の割合で減少しているように示されているが、流量の変化のさせ方はこれに限定されない。例えば、溶射ガン５のノズル部７がシリンダボア３内の途中位置より下流側にあるときに、シリンダボア３の上部の開口からシリンダボア３の外部に飛散する溶射粒子の量が顕著に減少するような場合には、当該途中位置より下流側の範囲においてノズル部７の移動量に対する変化率（流量減少率）を増加させてもよい。このようにすることで、シリンダボア３内に流す空気の流量を全体としてより少なくすることができる。

　図７は、本発明の第２実施形態を示している。第２実施形態では、第１実施形態において、３つの遮蔽部材３３をシリンダブロック１の上面に配置した。遮蔽部材３３以外の構成は、第１実施形態と同様である。遮蔽部材３３は、各々、１つのシリンダボア３の上部開口を覆う板状の形状を有している。遮蔽部材３３は、溶射ガン５が挿入されているシリンダボア３以外の３つのシリンダボア３の上に配置され、それらの上部開口をそれぞれ遮蔽し閉塞する。

　図７では、左側端部の第１番目のシリンダボア３の溶射は終了していて、第２番目のシリンダボア３に対して溶射ガン５を挿入して溶射を行っている。第２番目のシリンダボア３に対して溶射が終了したら、次の第３番目のシリンダボア３を遮蔽している遮蔽部材３３を取り外し、該取り外した遮蔽部材３３を溶射が終了している第２番目のシリンダボア３を遮蔽するよう取り付ける。第４番目のシリンダボア３に対する溶射についても同様に行う。

　第２実施形態では、複数のシリンダボア３に対し連続して溶射皮膜１７を形成する際に、複数のシリンダボア３のうち溶射皮膜１７を形成しているシリンダボア３にのみ空気を流すようにしている。溶射皮膜１７を形成していないシリンダボア３には空気が流れないので、溶射皮膜１７を形成していないシリンダボア３にも空気を流した場合と比較して、シリンダブロック１の全体の温度低下を抑制することができる。

　第２実施形態では、複数のシリンダボア３に対して同一の吸引装置３１により気体としての空気を流し、該複数のシリンダボア３のうち溶射皮膜１７を形成しているシリンダボア３以外のシリンダボア３の少なくとも一方の端部開口を遮蔽部材３３で塞いでいる。このため、溶射を行っていないシリンダボア３への空気の流通を、１つの吸引装置３１を用いた場合でもより確実に抑えることができ、シリンダブロック１の温度低下抑制に有効である。

　また、第２実施形態では、シリンダブロック１のシリンダヘッド取付面の一部が、遮蔽部材３３によって覆われる。これにより、溶射時に飛散する溶射粒子のシリンダヘッド取付面への付着を抑制することができる。なお、遮蔽部材３３は、１つのシリンダボア３を覆う形状のものを１つと、２つのシリンダボア３を同時に覆う形状のものを１つ用意してもよい。また、図７では、遮蔽部材３３がシリンダブロック１の上部の開口を覆うようにしているが、シリンダブロック１の下部のクランクケース側の開口を遮蔽部材で覆うようにしてもよく、上下両開口を覆うようにしてもよい。

　さらに、遮蔽部材３３は、シリンダボア３への溶射ガン５の挿入を許容する開位置と、シリンダボア３の上部開口を遮蔽し閉塞する閉位置との間をアチュエータによって移動させることが可能な構成としてもよい。上記アクチュエータは、制御部３２によって制御することができる。この場合、制御部３２は、溶射を行なっていないシリンダボア３において遮蔽部材３３が閉位置となり、溶射を行なっているシリンダボア３において遮蔽部材３３が開位置となるようにアクチュエータを制御する。

　図８は、本発明の第３実施形態を示している。第３実施形態では、第２実施形態の遮蔽部材３３に代えて、遮蔽部材として１つの遮蔽治具３５を設置し、当該遮蔽治具３５の下面に密着させたシリンダブロック１を、シリンダボア３の配列方向（図８中で左右方向）に沿って移動させる。その他の構成は、第２実施形態と同様である。

　遮蔽治具３５のシリンダボア３の配列方向の長さは、シリンダブロック１の同方向の長さのほぼ２倍程度である。遮蔽治具３５の長さ方向のほぼ中央には、シリンダボア３の内径よりやや大きい直径の空気流通孔３５ａが設けられている。空気流通孔３５ａの周縁部には、上方に突出する円筒部３５ｂが形成されている。

　図８では、左側端部の第１番目のシリンダボア３の溶射は終了していて、第２番目のシリンダボア３に対して溶射ガン５を挿入して溶射を行っている。空気流通孔３５ａは第２番目のシリンダボア３に整合しており、この空気流通孔３５ａを通して、溶射ガン５を第２番目のシリンダボア３内に挿入して溶射を行う。

　第２番目のシリンダボア３に対して溶射が終了したら、該シリンダボア３から溶射ガン５を引き抜いた後、流体シリンダ等のアクチュエータによって、シリンダブロック１を図８中で左側にスライド移動させて、次の第３番目のシリンダボア３に空気流通孔３５ａを整合させる。そして整合した空気流通孔３５ａを通して溶射ガン５を第３番目のシリンダボア３に挿入し、溶射を行う。以後、第４番目のシリンダボア３に対しても同様に溶射を行う。

　第３実施形態では、第２実施形態と同様に、複数のシリンダボア３に対し連続して溶射皮膜１７を形成する際に、複数のシリンダボア３のうち溶射皮膜１７を形成しているシリンダボア３にのみ空気を流すようにしている。この場合、溶射皮膜１７を形成していないシリンダボア３には空気が流れないので、溶射皮膜１７を形成していないシリンダボア３にも空気を流した場合と比較して、シリンダブロック１の全体の温度低下を抑制することができる。

　第３実施形態では、第２実施形態と同様に、複数のシリンダボア３に対して同一の吸引装置３１により空気を流すことができ、該複数のシリンダボア３のうち溶射皮膜１７を形成しているシリンダボア３以外のシリンダボア３の少なくとも一方の端部開口を遮蔽治具３５で塞ぐ。このため、溶射を行っていないシリンダボア３への空気の流通を、１つの吸引装置３１を用いた場合でもより確実に抑えることができる。

　また、第３実施形態においても、シリンダブロック１の上面のシリンダヘッド取付面が、遮蔽治具３５により覆われる。これにより、溶射時に飛散する溶射粒子のシリンダヘッド取付面への付着を抑制することができる。特に、第３実施形態では、１つの遮蔽治具３５によって、溶射を行っているシリンダボア３の周縁部を除くシリンダブロック１の上面全域をほぼ完全に覆うことができる。このため、溶射時に飛散する溶射粒子のシリンダヘッド取付面への付着をより確実に抑制できる。

　なお、本実施形態では、シリンダブロック１を、遮蔽治具３５の下面に密着させた状態でシリンダボア３の配列方向に沿って移動させたが、遮蔽治具３５を溶射ガン５とともにシリンダブロック１に対して移動させてもよい。

　図９は、本発明の第４実施形態を示している。第４実施形態では、吸気管２１の空気吸入口側に空気を加熱するヒータ３７を設けている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

　第４実施形態では、ヒータ３７によって加熱された空気が溶射ブース１９内に供給される。すなわち、シリンダボア３に流す空気を加熱している。このため、供給された空気がシリンダボア３内を流通したり、シリンダブロック１の周りを流通したりした際、シリンダボア３あるいはシリンダブロック１の温度低下を抑えることができる。これにより、シリンダボア３内面への溶射皮膜１７の密着力をさらに高めることができる。

　第４実施形態では、シリンダボア３に流す空気を、ヒータ３７により加熱しているので、簡素な構成でシリンダボア３に流す空気を容易に加熱することが可能となる。

　図１０は、本発明の第５実施形態を示している。第５実施形態では、第４実施形態のヒータ３７に代えて予熱炉３９を配設し、予熱炉３９の排熱を利用する。その他の構成は、第４実施形態と同様である。予熱炉３９は、シリンダボア３に対して溶射を行う前にシリンダブロック１を予熱する。

　予熱炉３９の上部には、排出管４１の下端を接続している。排出管４１は、シリンダブロック１を予熱するときに利用した空気（排熱空気）を予熱炉３９の外部に排出する。排出管４１の上端は、接続管４３を介して、溶射ブース１９に接続された吸気管２１に接続されている。接続管４３の吸気管２１と反対側の端部には、外気を取り入れる外気導入管４５が接続されている。

　排出管４１には、ファンなどの送風機４７を配置し、予熱炉３９内で加熱された空気を接続管４３に送り込む。接続管４３に送り込まれた排熱空気の量は、下部排気管２３、側部排気管２５及び上部排気管２７によって溶射ブース１９の内部から外部に排出される空気の総量よりも少ない。従って、外気導入管４５からの外気も排熱空気と混合されて加熱されつつ溶射ブース１９に供給され、これにより、溶射ブース１９内の気流が確保される。

　作業としては、予熱炉３９で溶射前のシリンダブロック１に対して予熱を行っているときに、予熱炉３９で既に予熱を完了している別のシリンダブロック１に対して溶射を行う。この溶射を行うときに、吸引装置３１を作動させて溶射ブース１９内の空気を吸引すると同時に、排出管４１に設けた送風機４７を作動させる。

　これにより、溶射ブース１９には、排熱空気と外気との混合気が供給される。混合気は、排熱空気を含んでいるので、外気と比較して温度が高い。従って、本実施形態によれば、第４実施形態と同様にシリンダブロック１の温度低下を抑制でき、溶射皮膜１７の密着力を高めることができる。

　第５実施形態では、シリンダボア３を溶射前に予熱する予熱炉３９からの排熱によって、シリンダボア３に流す空気を加熱している。このため、第４実施形態のように別途ヒータ３７を設けた場合と比較して、エネルギの有効利用が可能となる。

　図１１は、本発明の第６実施形態を示している。第６実施形態では、第５実施形態の予熱炉３９に代えて集塵機４９を配設するとともに、この集塵機４９を、循環流路５１を介して、溶射ブース１９の下部排気管２３、側部排気管２５及び上部排気管２７に接続した。集塵機４９の吐出口には、図１０の予熱炉３９と同様に、ファンなどの送風機４７を備えた排出管４１の下端が接続されている。排出管４１には、集塵機４９内に収容された状態のフィルタ５３が取り付けられている。その他の構成は、第５実施形態と同様である。

　溶射時に発生した余剰の溶射粒子など異物を含む空気は、溶射ブース１９の下部排気管２３、側部排気管２５及び上部排気管２７から排出され、循環流路５１を通って集塵機４９に取り込まれる。集塵機４９に取り込まれた空気は、フィルタ５３により浄化された後、排出管４１を経て接続管４３に戻され、外気とともに再度溶射ブース１９内に再供給される。これにより、空気はシステム内を循環する。

　溶射ブース１９から排出される空気の温度は、溶射ブース１９内で溶射を行っているため、外気の温度よりも通常高い。この空気を外気とともにシステム内に循環させることで、外気のみを溶射ブース１９に供給する場合よりも、シリンダブロック１の温度低下を抑制することができる。これにより、溶射皮膜１７の密着力が向上する。

　第６実施形態では、シリンダボア３から流出した空気をフィルタ５３により濾過した後の濾過気体の熱により、シリンダボア３に流す気体を加熱している。このため、第５実施形態と同様、第４実施形態のように別途ヒータ３７を設ける場合と比較して、エネルギの有効利用が可能となる。

　また、第６実施形態では、溶射ブース１９内の空気やシリンダボア３から流出した空気をフィルタ５３により濾過しつつシステム内に循環させているので、溶射ブース１９内の空気の異物の含有量が低下する。その結果、溶射皮膜１７の品質が向上する。

　上記の各実施形態において、溶射ブース１９内やシリンダボア３内に流す気体は、溶射時に発生する余剰の溶射粒子を溶射ブース１９の外部に排出するための集塵用の気体である。このような集塵用の気体を溶射ブース１９内やシリンダボア３内に流せば、シリンダブロック１あるいはシリンダボア３が冷やされ、その温度が低下する。しかしながら、上記の各実施形態では、シリンダボア３内に流す集塵用の空気の流量を変化させることで、シリンダブロック１もしくはシリンダボア３の温度低下を抑制することができる。

　また、シリンダボア３内に流す気体は、上記した集塵用の気体のほか、溶射ガン５による溶射時に、ノズル部７のアトマイズガス通路７ｄを通って放出されるアトマイズガスを含む。アトマイズガスは、図３に示したように、ワイヤ９，１１の溶滴を微細化して溶射粒子１５としつつ、これを加速してシリンダボア３の内面に吹き付ける機能を有する。その機能を果たしたアトマイズガスは、集塵用の空気の流れに乗ってシリンダボア３内を流れる。また、その機能を果たす前のアトマイズガス（例えば、溶射粒子１５の吹き付け開始前、すなわち放電アーク１３未発生の状態でノズル部７から吹き出されたアトマイズガス）も、集塵用の空気の流れに乗ってシリンダボア３内を流れる。

　すなわち、シリンダボア３に流す気体には、溶射粒子１５をシリンダボア３の内面に吹き付けるための気体を含まれる。従って、アトマイズガスの温度がシリンダボア３の温度よりも低く、アトマイズガスの吹き付けによってシリンダボア３が冷却されるとしても、アトマイズガスの流量を集塵用の空気の流量と同時にまたは独立して変化させることで、シリンダボア３の温度低下を抑制することが可能である。シリンダボア３の温度低下を抑制することで、溶射皮膜１７の密着度を高めることができる。

　上記の各実施形態において、制御部３２は、システム全体の動作を統合的に制御する機能を担っており、制御プログラムに従って動作することにより、システムの運転状態を制御する。制御部３２としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。制御部３２は、例えば、溶射ガン５の運転状態、ノズル部７の位置、シリンダブロック１の温度等を監視する各種センサからの検出信号を受けて、ＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って各種の演算を行う。そして、演算結果を制御信号として、吸引装置３１、送風機４７、各排気管に設けた流量制御弁、遮蔽部材３３、遮蔽治具３５等の各種アクチュエータや、ヒータ３７等に出力し、上記実施形態にて説明したパターンでシリンダボア３内を流れる空気の流量を変化させる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。

　例えば、第２実施形態の遮蔽部材３３や第３実施形態の遮蔽治具３５は、第４～６実施形態の溶射装置に組み合わせて適用することができる。

　また、上記実施形態では、放電アークを用いた溶射装置について説明したが、プラズマ溶射を用いた溶射装置にも本発明を適用することもできる。なお、放電アークを用いた溶射装置における溶射粒子は、プラズマ溶射を用いた場合における溶射粒子と比較して低温かつ小径であり、被溶射面に対する密着度が低くなる傾向にある。このため、上記実施形態のように、溶射ブース１９内やシリンダボア３内を流れる気体の流量を変化させて、シリンダブロック１もしくはシリンダボア３の温度低下を抑制することは、放電アークを用いた溶射装置において、溶射皮膜１７の密着度を高めるのに極めて有効である。

　さらに、上記実施形態では、直列４気筒エンジンのシリンダブロック１に、本発明を適用した例を説明したが、直列６気筒エンジンやＶ型６気筒エンジンのシリンダブロックについても、本発明を適用することができる。

　本出願は、２０１３年１２月１７日に出願された日本国特許願第２０１３－２５９８０１号に基づく優先権を主張しており、これらの出願の全内容が参照により本明細書に組み込まれる。

　本発明にかかる溶射方法および溶射装置によれば、ワークの穴の内面に溶射皮膜を形成する際に、ワークの穴に流す気体の流量を変化させることで、溶射時全体の気体の流量を低減させることが可能となる。これにより、ワークの気体による温度低下を抑制して、被溶射面に対する溶射皮膜の密着力を高めることができる。

　１　シリンダブロック（ワーク）
　３　シリンダボア（ワークの穴）
　５　溶射ガン
　１５　溶射粒子
　１７　溶射皮膜
　３１　吸引装置（気流発生部）
　３２　制御部
　３３　遮蔽部材
　３５　遮蔽治具（遮蔽部材）
　３７　ヒータ
　３９　予熱炉

Claims

　ワークの穴に気体を流しつつ前記ワークの穴の内面に対して溶射皮膜を形成する際に、前記ワークの穴に流す気体の流量を変化させることを特徴とする溶射方法。
　前記気体は、前記ワークの穴の軸方向に沿って流れることを特徴とする請求項１に記載の溶射方法。
　溶射ガンが前記ワークの穴の軸方向に移動しながら前記溶射皮膜を形成する際に、前記溶射ガンが前記気体の流れの上流側にあるときの気体の流量よりも、前記溶射ガンが前記気体の流れの下流側にあるときの気体の流量を少なくすることを特徴とする請求項１または２に記載の溶射方法。
　前記ワークの穴が複数設けられ、該複数の穴に対し連続して溶射皮膜を形成する際に、前記溶射ガンが前記ワークの穴の外部にあるときの前記ワークの穴を流れる気体の流量を、前記溶射ガンが前記気体の流れの下流側にあるときの気体の流量よりも少なくすることを特徴とする請求項３に記載の溶射方法。
　前記ワークの穴が複数設けられ、該複数の穴に対して連続して溶射皮膜を形成する際に、前記複数の穴のうち溶射皮膜を形成している穴にのみ前記気体を流すことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の溶射方法。
　前記複数の穴に対して同一の気流発生部により気体を流し、前記複数の穴のうち溶射皮膜を形成している穴以外の穴の少なくとも一方の端部開口を遮蔽部材で塞ぐことを特徴とする請求項５に記載の溶射方法。
　前記ワークの穴に流す気体を加熱することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の溶射方法。
　前記ワークの穴に流す気体を、ヒータにより加熱することを特徴とする請求項７に記載の溶射方法。
　前記ワークの穴に流す気体を、前記ワークへの溶射前に予熱する予熱炉からの排熱により加熱することを特徴とする請求項７に記載の溶射方法。
　前記ワークの穴に流す気体を、前記ワークの穴から流出した気体を濾過した後の濾過気体の熱により加熱することを特徴とする請求項７に記載の溶射方法。
　前記気体は、溶射粒子を前記ワークの穴の内面に吹き付けるための気体を含むことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の溶射方法。
　前記気体は、溶射時に発生する余剰の溶射粒子を排出するための集塵用の気体であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の溶射方法。
　ワークの穴に対してその軸方向に移動しつつ前記穴の内面に溶射皮膜を形成する溶射ガンと、
　前記ワークの穴に気体を流す気流発生部と、
　前記気流発生部により前記ワークの穴に流す気体の流量を変化させる制御部と、を有することを特徴とする溶射装置。