JPS596188B2 - アルミ系内燃機関用シリンダ−の内径部に直接プラズマ溶射を施す装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関のアルミ系鋳造シリンダーの内径部に
プラズマ溶射を行うようにしたプラズマ溶射装置に関す
るものである。

更に詳細には、プラズマ溶射機の電極ノズル部を上下動
させ、該電極ノズル部をシリンダーの内径部内に臨ませ
るとともに、該シリンダーを回転させ、これの孔内径部
に金属粉末を直接溶射し、溶射被膜層を形成するように
したプラズマ溶射装置に関する。

内燃機関のシリンダーは軽量化を企図してアルミニウム
合金製のものが採用されるが、この場合内径部は素材そ
のものでは熱、圧力等に耐えることができないため、内
径部に硬質、耐熱性に優れる金属のシリンダースリーブ
やシリンダーライナーの圧入装着等が行われていた。

しかしながらこれの圧入等は工程が増え、別部材を必要
とし、重量軽減の点でも問題があることから、近時高融
点金属の溶射法が開発され、実用化されるに伴い円筒状
ワークで内径部の耐熱、機械的強度を高める手段として
金属溶射法が採用されるようになつた。金属溶射法とし
ては線爆溶射法の如き爆裂法やプラズマ溶射法が実用化
されているが、これを上記内燃機関のシリンダーの如き
円筒状ワークに採用した場合次の如き問題がある。即ち
、線爆溶射法では線材を内径部中心に一本づつ給送し、
これを爆発させてワーク内径部に被膜層を形成するため
、この爆射で実用上必要とされる膜厚を得るには多数回
の爆射を必要とし、その都度線材を供給する必要があり
、間欠的な線材供給機構、線材の保持電極構造等が必然
的に複雑化し、又上記により所定膜厚を得るために多数
回の爆射を要する結果作業時間も長くなり、量産上問題
を生じる。

又ワーク内径部が軸方向に長い場合には、線材にたるみ
を生じることもあり、これによると均一な膜厚を得るこ
とが困難で、この結果ワークの軸方向長さも制約され、
限られた寸法のワークの溶射しか行えないこととなる。
一方、プラズマ溶射法は、溶射材料がすべての金属に及
び、高温ガス環境下で溶射が行われるため溶射粒子はよ
く溶融し、且つ高速であるため、溶射層は機械的、金属
的、物理的に極めて良好なものが得られ、理想的な溶射
法である。

しかしながらプラズマ溶射は、一般には電極ノズルを備
えるガン状の溶射機で手作業等で行われ、作業能率の点
で問題があり、これを改善すべく溶射ガンを固定或は追
従させ、ワークを回転させながらこれの外部に溶射を行
う装置も提案されるが、これらの手段では比較的内径の
小さい内燃機関のシリンダーの内径部の溶射は行い難い
。即ち、シリンダー内径部の全周に亘り均一な溶射被膜
層を形成することは上記手段では甚だしく困難であるこ
とは勿論、かかる内径部に溶射層を形成する作業は、溶
射機を内径部内に侵入せしめ、これを内壁に沿つて倣わ
せる必要があり、これを企図した場合溶射機の運動機構
が複雑化し、又溶射機の構造の複雑化に伴つて外形も大
型化する虞れがあり、大径の内径を有するシリンダーに
は用い得ても小径のそれには用い得ないこととなる。

このように内燃機関用シリンダーの如き比較的小径の内
径を有する円筒状ワークの内径部を自動的に、正確に、
又所定膜厚を得るべ゛く直接プラズマ溶射を行う装置は
未だ提案され、実用化されておらず、この種プラズマ溶
射装置の必要性は高い。そこでシリンダーに代え、これ
に装着するシリンダーライナー等にプラズマ溶射を施す
ことも考えられ、この場合シリンダーライナーの外径部
が真円であるためこれを横向きに支持して回転させ、こ
の内径部に進退自在に溶射機を臨ませ、内径部にプラズ
マ溶射を施すことも考えられるが、これはワークの外径
、内径ともに真円であり、且つ外径部が平担であるため
クランプ機構、回転機構も容易に構成することができる
が、鋳造されたシリンダー内径部にプラズマ溶射加工を
直接施す場合は上記手段では行えない。即ちシリンダー
の外周は必ずしも真円ではなく、又冷却フィンが多数設
けられ、このためシリンダーを横向きにしてクランプし
、真円度を確保しつつ芯出しを行つて回転させることは
実際上甚だしく困難で、これを行わんと企図すると装置
は甚だ複雑化する。

従つてシリンダーの内径部に直接プラズマ溶射加工を行
う装置は実用化されていない。

本発明者はプラズマ溶射法の特性に着目し、これをアル
ミ系の鋳造製内燃機関用シリンダーの内径部に直接プラ
ズマ溶射被膜層を形成すべく本発明を成したものである
。

本発明の目的とする処は、プラズマ溶射機の電極ノズル
部を上下動させ、該電極ノズル部を縦向きに支持された
シリンダーの内径部に出没自在に臨ませるとともに、該
シリンダーを回転させ、シリンダー内径部に直接金属粉
末を溶射するようにした内燃機関用シリンダー内径部に
直接プラズマ溶射を施す装置を提供する。

従つて本発明の目的とする処は、電極ノズル部のシリン
ダー内径部への上下動、シリンダーの回転の合成により
、シリンダー内径部内壁に容易に、且つ確実に直接プラ
ズマ溶射層を形成することができ、アルミニウム合金製
の鋳造製内燃機関用シリンダーの内径部のプラズマ溶射
手段として真に実用性に富む内燃機関用シリンダー内径
部に直接プラズマ溶射を施す装置を提供する。

又本発明の目的とする処は、上記により溶射機を上下動
させるだけですみ、溶射機運動機構の簡単化を図つてこ
れの外形を小型化し、従つて従来不可能とされていた内
径の小さいシリンダーの内径部への直接的なプラズマ溶
射を可能とし、プラズマ溶射法の実用性を高め、これの
実用化に資する処多大であるプラズマ溶射装置を提供す
る。

更に本発明の目的とする処は、溶射機を上下動させてシ
リンダー内径部に臨ませ、シリンダーを回転させて作業
を行うため、短時間で溶射処理を行うことができ、作業
時間の短縮化を図り、量産上好都合である装置を提供す
る。そして更に又本発明の目的とする処は、溶射機を上
下動させる機構と縦向きにクランプされたシリンダーを
回転させる機構の組み合せであるため装置の構造が簡単
であり、シリンダーの内径部のプラズマ溶射手段を簡便
、容易且つ安価に得ることができる溶射装置を提供し、
又上記機構によるため、作業の自動化、省力化、作業能
率の向上を図ることができる溶射装置を提供する。

次に本発明の好適一実施例を添付図面に従つて詳述する
。

第１図は本発明にかかる装置の正面図を、第２図は同破
断正面図を、第３図は側面図を示している。

１は周辺に下方へ垂下設置した脚３を備えるテーブルで
、これの中央部には支持部材４が固設縦設され、支持部
材４は上部のみをテーブル１上に突出する如く設けられ
、テーブル１上に設けた取付孔２に本体上部を嵌合し、
これの外周部に設けた取付フランジ部５で取付孔２の周
辺に係止し、支持部材４の中央部から下部はテーブル１
の下面に垂下されている。

この支持部材４は中心部に軸方向への縦通孔６を備える
筒状体で形成され、縦通孔６内には内部に縦通路８を備
えるバイブ状の回転部材７が縦貫挿通されている。回転
部材７の上部はテーブル１上に臨む支持部材４上に突出
し、この突出頂部に回転支持テーブル９が固設され、こ
のテーブル９には回転部材７の縦通路８と適合する同心
的な通孔１０を備える。

そして支持テーブル９の中央部上にはシリンダーの位置
決め治具１１を設けてこれにも通孔１０及び縦通路８と
連通する同心的な通孔１２を設ける。そしてこの治具１
１上面は水平に形成され、シリンダーの孔の鉛直度を保
障する。又支持テーブル９上の周辺部にはシリンダーの
クランパー１３・・・を複数個設ける。ワークであるシ
リンダーＷはアルミニウム合金製等の鋳造製内燃機関用
シリンダーとし、これを既述のワーク位置決め治具１１
上に縦向き、即ちワークＷの縦通孔Ｗ，が鉛直となる如
く治具１１上に載せ、治具１１の孔１２と孔Ｗ，とを適
合させ、クランパー１３でシリンダーＷ上面周辺の複数
個所を押え、シリンダーＷを固定する。

この場合シリンダーＷは上下面が切削加工等されてフラ
ットであるため治具上に載せ、上面をクランパー１３で
押えるだけで容易に位置決めし、クランプすることがで
き、縦にセットするため周囲にフィンが突出していても
芯出し、クランプを極めて容易に行え、図示する如き簡
単な装置で位置決めクランプを行える。一方、回転部材
７の下端部は支持部材４の下に垂下突出され、この突出
部外周にスプロケットやプーリの如き被動円板１４を設
け、テーブル１の下に設けた駆動モーター１５の出力軸
に固設したスプロケットやプーリの如き４駆動円板１６
と上記被動円板１４とをチエンやベルトの如き伝動部材
１７で連結する。

これに代えギヤ伝動機構でも良いことは勿論である。そ
して回転部材７の下端部には軸受を兼ねる接続部材１８
を設け、これに設けた縦通路８と連通する通孔１９を図
示しない集塵機に集塵チューブ２０を介して接続し、シ
リンダーＷの縦通孔Ｗ１は通孔１２，１０，８，１９を
介してチューブ２０に連通することとなり、上記をもつ
て粉塵排出通路を構成する。上記テーブル１上にセット
するシリンダーＷ及びこれの支持機構は、テーブル１上
に設けられた防音、防塵カバー２１で覆われ、カバー２
１は正面に遮光板２２を備えて溶射時に内部の作業状況
を監視し得る如く構成されている。

そしてカバー２１は第４図で明らかな如く本体２３と、
これに一端を枢着された開閉自在な蓋体２４とから成り
、この間にはシール部材２５が介設され、防音、防塵シ
ールを行う。そしてカバー２１の下辺部には粉塵排出口
が形成され、これが排出ダクト２６に連通し、該ダクト
２６は図示しない集塵機にチューブ２７を介して接続さ
れ、該ダクト２６は後述するプラズマ溶射機の電極ノズ
ルの溶射粉末噴射方向の下辺部に設けられている。

又カバー２１の上記ダクト２６より上辺部には熱風排出
通路２８が開口連通し、カバー２１内の溶射時における
高温の雰囲気を緩和する。そして又カバー２１の一部、
例えば蓋体２４には、シリンダーＷと離間して対面する
ように送風機の如き冷却手段２９が設けられ、溶射作業
終了後のシリンダーＷの冷却を行う。以上のカバー２１
の外壁及びダクト２６、排出通路２８の外壁には冷却バ
イブ３０を囲繞設置し、カバー２１内の雰囲気の緩和、
粉塵、排出熱風の冷却を行う。カバー２１の上面でこの
下にあるシリンダーＷの孔Ｗ１の中心直上には孔３１が
設けられ、この孔３１に溶射機３２のロッド部３３が摺
動自在に嵌合され、ロッド部３３下端部の電極ノズル３
４はカバー２１内に臨み、且つシリンダーＷの孔３１の
中心の直上に位置する。

カバー２１の上面に縦通する如く続けられたロッド３３
の上端部には本体３５が設けられ、この本体３５には冷
却水チューブ３６、電気制御チューブ３７及び酸化防止
用シールドガスを含む粉末材供給チューブ３８等が接続
されている。又この本体３５は上下送り機構３９の被動
ブラケット４０に連結支持され、上記ロッド３３は下方
へ垂下延出され、ブラケット４０の下部左右に設けたガ
イド部４１，４１は、機構３９の機枠４３に設けた鉛直
のガイドロッド４４，４４に摺動自在に嵌合し、又ブラ
ケット４０の下部中央部には、例えば内壁に雌ネジを形
成した被動駒体４２が設けられ、ブラケット４０と一体
化されている。そして機枠４３には鉛直に送りネジの如
き駆動部材４５が縦設され、これを上記被動駒体４２と
螺合せしめ、部材４５は第３図で明らかな如く機枠４３
に固設したモーター４６とスプロケット、チエン、或は
ベルト、プーリ等の駆動機構４７で駆動される。次に本
装置によるシリンダーＷの内径部のプラズマ溶射作業を
順を追つて説明する。

第２図は既述の如くクランパー１３でシリンダーＷを治
具１１上の所定位置へ縦向きに固定セットした状態を示
し、シリンダーＷの孔Ｗ１の直上にある溶射機３２の電
極ノズル部３４はカバー２１内のシリンダーＷ上の所定
位置に保持されている。

モーター１５で回転部材７を回転駆動させ、これに連な
る支持テーブル９、治具１１、クランパ１３を含むシリ
ンダーＷを縦向に保持したまま回転せしめる。

これと併せてモーター４６を駆動させ、駆動送りネジ４
５を回転駆動し、駒体４２をネジ送り作用で降下動させ
、ブラケット４０を降下させる。この降下はロッド４４
とガイド４１の作用で垂直度を保持して行われ、ブラケ
ット４０に支持された本体３５を含むロッド部３３を介
して電極ノズル３４は垂直に降下動する。そしてシリン
ダーＷに接近した位置で溶射粉末の噴出を開始し、降下
の継続でシリンダーＷの孔Ｗ１の中心部内にノズル３４
は侵入する。ノズル３４は降下動のみを行い、シリンダ
ーＷの回転運動とノズル３４の降下動との合成で内径部
全面を該ノズル３４で走査し、内径部にプラズマ溶射を
行い、溶射被膜層を形成する。ノズル３４の垂直降下動
によるシリンダーＷの内径部内への侵入で、余剰の噴射
粉末はこの内径部の直下に設けられ、これと連通する既
述の粉塵排出通路１２，１０，８，１９を通つてチュー
ブ２０に到り、集塵機に回収され、この場合粉塵が高温
であることを考慮し、上記通路、回収通路に冷却手段を
介設することが好ましい。

又ノズル３４の噴射開始時でシリンダーＷの内径部内へ
の侵入以前の間に予備的に噴射された粉末は、カバー２
１のこの噴射方向で下辺部に設けたダクト２６に吸入さ
れ、集塵機に回収されるとともに、上記噴射で発生した
熱風は排出通路２８から排出される。又溶射時に著しい
騒音が生じるが上記カバー２１内でこの作業が行われる
ため、作業環境を損ねる程の騒音とはならない。シリン
ダーＷの孔Ｗ１内径部の溶射作業終了後は電極ノズル部
３４への通電、粉末供給を停止し、上記モーター４６を
逆転し、ノズル部３４を垂直に上昇させて孔Ｗ１から抜
脱し、且つシリンダーＷの回転をモーター１５を停止さ
せて停止する。

そして電極ノズル部３４を含む溶射機３２を所定位置迄
上昇させ、冷却手段２９を駆動してシリンダーＷを冷却
する。冷却後蓋体２４を開き、クランパー１３を開放し
てシリンダーＷを取り出し、新たなシリンダーをセット
し、上記を反復して行うとともに、溶射後のシリンダー
Ｗをホーニング加工等の後加工を施し、内径処理され、
内径部に直接プラズマ溶射層を有するアルミ系鋳造製の
内燃機関用シリンダーが得られる。以上においてシリン
ダーＷを縦向に配してこれを回転させ、これの孔内径部
に溶射機を垂直上下動させて挿抜し、内径部内周にプラ
ズマ溶射を施すようにしたため、内径部への溶射層の形
成は、上下運動と回転運動の合成により確実に成される
。

そして内径部へのプラズマ溶射は、上記の如くであるた
め、内径部への溶射機の適切な挿入速度、位置関係、そ
してシリンダーＷの回転速度等を必要とするも、溶射機
の上下動と孔が鉛直となるように縦向きにクランプした
シリンダーＷの回転とが別機構で独立して行われるため
、これの調整、制御も容易であり、溶射条件に適した速
度が容易に得られる。又溶射機の上下動、シリンダーの
回転運動の組み合せであるため、溶射作業は上記運動を
時間的に制御することにより行え、プラズマ溶射作業を
自動化、省力化することができる。以上で明らかな如く
本発明によれば、アルミ系鋳造製の内燃機関用シリンダ
ーをその孔が鉛直となる如く縦向きにクランプし、回転
させ、これの孔内径部に溶射機を垂直に上下動させて挿
抜し、内径部に直接プラズマ溶射を行うようにしたため
、比較的小径な内径を備える内燃機関用シリンダーへの
内径部へのプラズマ溶射を可能とし、アルミ系鋳造製内
燃機関用シリンダー内径被膜形成処理をプラズマ溶射で
形成することを実用上可能とする。又本発明によれば、
以上をシリンダーをその孔が鉛直となるように縦向きに
クランプし、これを回転させ、溶射機の上下動で達成し
たため、溶射装置の構成の簡単化に資し、又上記運動を
夫々に行わせるため、プラズマ溶射作業の自動化、省力
化にも資し、量産上好都合であり、装置も比較的安価に
得られる。

特に本発明によれば、鋳造製シリンダーの上下面がフラ
ットであることに着目し、これをシリンダーの孔が鉛直
となる如く回転テーブルの位置決め治具上に載せ、上面
の周辺をクランプし、シリンダーを縦向きに支持したた
め、鋳物そのものをセットし、周囲に冷却フィン等が突
出し、外形が真円でないシリンダーであつても簡単な位
置決め治具、クランプ機構でセットし、溶射機の上下動
でプラズマ溶射を行うことができ、しかもシリンダー内
径部に容易、確実にプラズマ溶射被膜を直接形成するこ
とができる。

又、上記の如く溶射機の上下動、ワークの回転運動の合
成でワーク内径部に溶射被膜形成を行うため、上記各運
動速度を制御することにより所望厚さの溶射層を容易に
得ることができ、これの制御と運動開始、停止を制御す
ることにより性能の良い内燃機関用シリンダーの内径部
に直接プラズマ溶射層を形成することができる自動プラ
ズマ溶射装置を簡便に得ることができる。

更に又溶射機は上下動のみを行い、且つワークは回転運
動のみを行うため、防音、防塵カバーの設置も容易であ
り、カバー設置、防音、防塵シールも容易且つ確実で、
作業環境を構造簡単、容易な手段で改善したプラズマ溶
射装置を得ることがでぎるとともに、溶射機の粉末溶射
方向が特定しているため粉塵除去も容易、確実に行え、
又ワークも回転運動のみであるため筒孔と連通する通路
を設けることにより容易に粉塵排出を行え、プラズマ溶
射に付帯する粉塵対策機器等の付帯設備の構造も簡単化
し得る等の諸特長を発揮し、頗る実用性に富む。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は正面図
、第２図は縦断正面図、第３図は側面図、第４図は防音
、防塵カバー上部を横断して示した平面図である。 尚図面中Ｗはシリンダー、Ｗ１は孔、７，９，１１は回
転部材、１３はクランプ、１４，１５，１６はワークの
回転機構、３２はプラズマ溶射機、４０，４１，４２は
これの支持部、４５，４６，４７はこれの上下動駆動機
構である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アルミ系であつて鋳造された内燃機関用シリンダー
   を回転載置テーブル上に縦に載せ、該シリンダー上面を
   クランプし位置決めを行うクランプ機構と、上記テーブ
   ルを回転させることにより上記シリンダーを回転する機
   構と、上記シリンダーの孔上に位置して上下動送り機構
   で垂直方向に上下動するプラズマ溶射機とから成り、シ
   リンダーを縦向きにクランプしたまま回転させ、溶射機
   を上下動させてシリンダーの縦向きに支持された孔内径
   部に対して該溶射機を挿抜し、シリンダーの孔内径部に
   直接プラズマ溶射を行うように構成したことを特徴とす
   るアルミ系内燃機関用シリンダーの内径部に直接プラズ
   マ溶射を施す装置。