JP5504621B2 - シリンダボア用溶射装置及び溶射膜形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダボアの内周面に溶射膜をコーティングするシリンダボア用溶射装置及び溶射膜形成方法に関する。

最近の自動車のエンジンの製造に当っては、シリンダブロックにシリンダヘッドをボルト締め締結することによるシリンダボアの変形状態を予め模擬的に生じさせて仕上げ加工するシリンダボア用加工装置がある。この加工装置は、例えば、下記特許文献１に開示されているように、シリンダブロックに、シリンダヘッドに相当するダミーヘッドを取り付け、前記ボルト締めによる加圧力に相当する力でシリンダボアの近傍を押圧し、シリンダボアを変形させ、この変形状態のシリンダボアをホーニング加工するものである。

この加工装置では、実際にシリンダヘッドをボルト締結したときの締付力によるシリンダボアの変形や、エンジン実動時の熱的影響によるシリンダボアの変形などを見込んだエンジンを製造でき、エンジン実動時でのシリンダボアの真円度を高めることができる。

一方、最近の自動車のエンジン、特に、アルミニウム製シリンダブロックを有するエンジンにおいては、放熱性や圧縮比の向上を図るため、シリンダーライナの代用手段として、シリンダボア内周面に金属（鉄など）の溶射膜を形成した後、この溶射膜をホーニング加工して仕上げている。

溶射膜の形成は、溶射手段からシリンダボア内周面に向って金属をプラズマ溶射して行うが、噴射される溶射粒子が不必要に飛散乃至付着しないように保護マスク装置が用いられる。

保護マスク装置としては、例えば、下記特許文献２に開示されているように、シリンダブロックの上面にシリンダボアを取り囲むように載置された中空円筒状のアウター部と、アウター部の内周面に脱着可能に設けられた挿入部材と、を有するもの（以下、別体型保護マスク装置）や、アウター部の内周面にコーティング層を形成したもの（以下、一体型保護マスク装置）がある。

ところが、このような溶射膜が形成されたシリンダボアをホーニング加工して仕上げたシリンダブロックも、実際にシリンダヘッドをボルト締結すると、その締付力により、あるいはエンジンを実動させたときの熱的影響により、シリンダボアが変形する。

したがって、予め製造時に、前述した装置のダミーヘッドによりシリンダボアを変形させた状態で、このシリンダボアに溶射膜を形成し、ホーニングにより仕上げることが、エンジンの性能あるいは冷却性能の面、製造工程の面、設備の面でも好ましい。

しかしながら、シリンダブロックにダミーヘッドを取り付けた状態で溶射膜を形成する場合、ダミーヘッドのライナー穴の内周面に溶着膜を形成することになるが、溶着膜を除去する加工を施すと、ダミーヘッド自体が損傷を受ける虞があり、高価なダミーヘッドの寿命が短く、製造コスト的に不利となるのみでなく、付着粒子が残存した場合にはダミーヘッドとしての機能が損なわれる虞がある。
特開２００８−２２３５０３号公報（要約、図２など参照） 特開２００２−３３９０５３号公報（段落番号「００１７」「００２２」、図１及び図２など参照）

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、ダミーヘッドの溶着膜除去を必要とせず、ダミーヘッドの損傷を防止することが可能なシリンダボア用溶射装置及び溶射膜形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する第１の発明は、シリンダブロックのシリンダボア内周面に溶射膜を形成する溶射装置であって、シリンダブロック押圧装置によりダミーヘッドを介して前記シリンダブロックを押圧し、シリンダボアの変形状態を予め模擬的に生じさせ、溶射手段により前記シリンダボアの内周面に溶射膜を形成するとき、溶射粒子が前記ダミーヘッドに付着しないように保護する保護マスクを前記ダミーヘッドに脱着可能に設けたことを特徴とする。

上記目的を達成する第２の発明は、シリンダブロックのシリンダボア内周面に溶射膜を形成する溶射膜形成方法であって、ダミーヘッドを介して前記シリンダブロックを押圧して、ボルト締め締結による前記シリンダボアの変形状態を模擬的に生じさせた後、前記ダミーヘッドのライナー穴に保護マスクを設け、溶射手段により溶射粒子を噴射し、前記シリンダボアの内周面に溶射膜を形成することを特徴とする。

第１の発明及び第２の発明によれば、ダミーヘッドのライナー穴に保護マスクを設けると、押圧手段によりシリンダブロックを加圧し、シリンダボアを変形させた状態でシリンダボアの内周面に溶射膜を形成することができ、予めボアの加圧変形分を見込んで溶射膜を形成する場合に比し、溶射膜の厚さのバラツキを低減でき、溶射膜の厚さを薄肉化による製造コストの低減も達成できる。

溶射から仕上げ加工までダミーヘッドを取り外すことがないため、シリンダボアの内周面に形成する溶射膜も下地と仕上げ後の形状差がなく、ホーニング手段による仕上げ加工の取代を均一化でき、シリンダボアの真円度、真直度を向上させることが可能になる。一方、締め付けによる変形部分の溶射膜を駄肉として形成すれば、仕上げ加工時の取代に十分な余裕を持たせることができ、下地の露出を防止できる。

さらに、保護マスクはダミーヘッドのライナー穴に脱着可能なため、ダミーヘッドの溶着膜除去を必要とせず、保護マスクのみの溶着膜除去で足りる。しかも、保護マスクがダミーヘッドにより補強され、保護マスクの薄肉化が可能となるので、保護マスクを取り外した後に、付着した溶射膜を除去でき、溶射膜の除去が容易になり、高価なダミーヘッドのみでなく、保護マスクの再利用も可能となり、コスト的に有利となる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は第１実施形態に係るシリンダボア用溶射装置を示す概略断面図、図２はダミーヘッドの概略斜視図、図３（Ａ）は保護マスクの概略斜視図、図３（Ｂ）は保護マスクの取付状態を示す断面図である。

本実施形態に係るシリンダボア用溶射装置は、図１に示すように、シリンダブロック２の上面２ａ、すなわちシリンダヘッドが装着される面を押圧するシリンダブロック押圧装置２０と、シリンダブロック押圧装置２０により押圧されたシリンダブロック２のシリンダボア８の内周面に溶融金属の粒子（以下、溶射粒子）を噴射する溶射手段としての溶射ガン３０とを有している。

シリンダブロック押圧装置２０は、図２に示すように，シリンダヘッド状のダミーヘッド１０（シリンダヘッドに相当する治具、以下、「ダミーヘッド」と略称）と、ダミーヘッド１０をシリンダブロック２の上面に締結するボルトｂとを有している。本実施形態では、ボルトｂの締結力によってダミーヘッド１０がシリンダブロック２に押圧される。

溶射は、図１に示すように、溶射用ロボット４５により、溶射ガン３０が垂下されている回転装置４６を昇降させて行う。溶射用ロボット４５には、電源、補助ガス、溶射粉末などを供給する供給装置４７が連結されている。シリンダブロック２は支持台３上に不図示のクランプ手段により固定されている。支持台３の下面には、排気ダクト４８を介して排気ファン４９が連結されている。シリンダブロック２内の空気を、排気ファン４９によって支持台３の開口部及び排気ダクト４８を介して吸引することにより、シリンダボア８内の未溶射粒子や、溶射ガン３０からの補助ガスがシリンダボア８から排出される。

ダミーヘッド１０には、図２に示すように、ダミーヘッド１０を貫通するライナー穴１４が複数個形成されている。各ライナー穴１４は、ダミーヘッド１０をシリンダブロック２に締結した状態でシリンダボア８と連通し、このライナー穴１４を通して溶射ガン３０がシリンダボア８内に挿入される。

本実施形態の溶射装置は、図１及び図２に示すようにライナー穴１４に装着される保護マスク１５を有している。保護マスク１５の形状は、ライナー穴１４に装着された状態で薄肉円筒状となっており、その円筒形状の放射方向に弾性を有している。

保護マスク１５は、図３（Ａ）に示すように、例えば、バネ鋼などからなる薄肉の金属板を円筒状に形成したもので、ダミーヘッド１０に脱着可能に取付けられており、その一部には、軸線方向全長にわたってスリット状の開口部Ｋが形成されている。したがって、保護マスク１５は、軽量で比較的安価なもので形成でき、コスト的に有利である。また、保護マスク１５は、放射方向に拡開収縮することが可能で、ダミーヘッド１０に容易に装着でき、しかも、溶射膜Ｍが付着すると容易に交換可能である。開口部Ｋにおける金属板の端部形状は、単純な平坦な破断面ではなく、後述の工具５３が挿入し易い、いわゆるテーパ面（図１３（Ａ）参照）とすることが好ましい。

保護マスク１５の軸線方向長さＨは、ダミーヘッド１０を溶射粒子の付着から保護するため、ダミーヘッド１０のライナー穴１４の深さより若干長くし、図３（Ｂ）に示すように、その上端部分は、ダミーヘッド１０の上面より突出している。このようにすれば、溶射時に保護マスク１５を通してシリンダボア８の上端から外気が導入されるときに、この外気を保護マスク１５が整流し、シリンダボア８の内周面に溶射膜Ｍを均一に形成できる。

保護マスク１５の下端面は、シリンダボア８の軸方向でダミーヘッド１０の当接面１１とほぼ同じ高さに位置している。このようにすれば、シリンダボア８の頂部から確実に溶射膜Ｍを形成できる。

ダミーヘッド１０のライナー穴１４に装着したときの保護マスク１５の内径Ｄ１は、シリンダボア８の内径Ｄ２より小さくなるようにしている。このようにすれば、溶射ガン３０により溶射膜Ｍを形成したとき、溶射膜Ｍは、ダミーヘッド１０のライナー穴１４とシリンダボア８の境目に生じる段差ｄによりライナー穴１４側の溶射膜Ｍとシリンダボア８側の溶射膜Ｍが分断され、ダミーヘッド１０とシリンダブロック２との分離性を良好にする。

ダミーヘッド１０の当接面１１には、ライナー穴１４を取り囲む環状の突起部１３（図２参照）が形成されている。この突起部１３は、エンジンの最終製品でシリンダブロック２とシリンダヘッドとの間に挟まれるガスケットを加圧するビードに対応するものとして模擬的に形成されている。

溶射ガン３０による溶射は、シリンダブロック２上面にダミーヘッド１０をボルトｂにより締め付け固定した状態で行う。ここで、ボルトｂは、シリンダブロック２に形成されたシリンダヘッド取付け用のねじ穴にねじ込まれることにより、ボルトｂの軸力によってシリンダブロック２をダミーヘッド１０側に引き込むと共に、ダミーヘッド１０の突起部１３をシリンダブロック２に向けて押圧する。

実際のエンジンにおいては、シリンダブロックにシリンダヘッドをボルト締結すると、ボルトの締付力により、あるいはエンジンを実動させたときの熱的影響により、シリンダボアが変形する。したがって、予め製造時に、シリンダブロック２上面にダミーヘッド１０をボルトｂにより締め付け固定し、シリンダボア８を変形させた状態で、シリンダボア８に溶射膜を形成する。その後、ダミーヘッド１０を装着した状態を維持し、溶射膜の表面を、仕上げ工具を用いたホーニング加工により仕上げると、実働時に円滑に作動するエンジンとなり、好ましい。

図４はシリンダボアの変形状態を示す概略断面図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。

ダミーヘッド１０には、図２に示すように、ボルト孔２４がライナー穴１４を取り囲む位置、つまり、ライナー穴１４のスラスト−アンチスラスト方向（ＴＨ−ＡＴＨ方向）と、フロント−リヤ方向（ＦＲ−ＲＲ方向）との間の中間部分に設けられている。

このようにライナー穴１４を取り囲む位置にボルトｂを設けると、各シリンダボア８の内周面８ａを、図４、図５に示すように変形させることができ、シリンダブロック２にシリンダヘッドをボルト締め締結することによる実際のエンジンのようなシリンダボア８の変形状態を模擬的に形成できる。

押圧によるシリンダボア内周面８ａの変形は、図４に示すように、シリンダブロック２の上面（シリンダヘッド取付面２ａ）から所定長Ｌの部分が最も大きく放射方向外方に膨出変形されるが、この部分の横断面形状は、図４に示すように、ライナー穴１４のスラスト−アンチスラスト方向（ＴＨ−ＡＴＨ方向）と、フロント−リヤ方向（ＦＲ−ＲＲ方向）が外方に膨出変形し、スラスト−アンチスラスト方向（ＴＨ−ＡＴＨ方向）と、フロント−リヤ方向（ＦＲ−ＲＲ方向）との間の中間部分は、ボルトｂの影響によりあまり外方に膨出しない。変形形状は、いわゆる「花びら形状」になり、シリンダブロック２に、シリンダヘッドをボルト締め締結したときに生じるシリンダボアの４次変形状態を完全に模擬的に生じさせることができる。

図６はシリンダボアの下地処理状態を示す断面図である。下地加工は、前記変形状態を維持して施すが、図６に示すように、例えば、ファインボーリングなどを用いて内周面８ａの表面を粗い凹凸面とする。これにより、後に形成される溶射膜Ｍが、凹凸面となっている下地と強固に結合されることになる。なお、溶射膜Ｍは、最終的には、図中の最終仕上げ面までホーニング加工される。

図７（Ａ）は、保護マスク１５をダミーヘッド１０に装着するマスク脱着部を示す概略平面図、図７（Ｂ）は同マスク脱着部による保護マスクの装着状態を示す概略半断面図である。マスク脱着部４０は、溶射装置の近傍に配置されており、図７（Ａ）に示すように、マスク脱着用ロボット４１と、３個のマスク支持部材４２とを有している。マスク脱着用ロボット４１は、各マスク支持部材４２を放射方向に移動させるもので、マスク台４３上にストックされた保護マスク１５の１つを把持し、ダミーヘッド１０のライナー穴１４に取り付けたり、ライナー穴１４から取り外すようになっている。

保護マスク１５は、弾性を有し、放射方向に拡開収縮することが可能であることから、３個のマスク支持部材４２により外方から縮径させ、簡単にダミーヘッド１０のライナー穴１４に挿入でき、縮径方向の力を解除すると、保護マスク１５自体の弾性によりライナー穴１４内面に当接し固定される。

ここにおいて、各マスク支持部材４２は、図７（Ｂ）に示すように、断面逆Ｌ字状をしたものにより構成され、上部内周に段部４４が形成されている。段部４４は、その腹面４２ａにより保護マスク１５である円筒状の薄肉金属板の上部に外方から当接して薄肉金属板を保持する機能と、顎面４２ｂにより薄肉金属板の上端を押圧しライナー穴１４内の押し込む機能とを有している。

図８は溶射膜除去装置を示す概略斜視図である。溶射膜除去装置５０は、保護マスク１５に付着した溶射膜Ｍを自動的に除去するものであり、剥離された溶射膜Ｍは保護マスク１５の内側面から下方に落下される。溶射膜除去装置５０は、シリンダボア用溶射装置とは、別個独立に設けられているが、マスク脱着部４０の近傍に配置すると、保護マスク１５の処理が迅速になり好ましい。

溶射膜除去装置５０は、図８に示すように、保護マスク１５の外周面に当接し保持する３個の外部ローラ５１ａ，５１ｂ，５１ｃと、これら外部ローラ５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃの総称）により保持された保護マスク１５の内部に配置され、保護マスク１５の内周面あるいは保護マスク１５に付着した溶射膜Ｍに当接する１つの内部ローラ５２と、保護マスク１５の開口部Ｋから保護マスク１５と溶射膜Ｍとの間に挿入される工具５３と、を有している。

外部ローラ５１と内部ローラ５２は、保護マスク１５を軸中心に回転させるもので、保護マスク１５の軸線方向長さＨ以上の軸線方向長さを有し、変形しやすい薄肉の保護マスク１５であっても、弾性的に当接保持し、軸線方向に滑りを生じることなく円滑に回動させることができるようになっている。

内部ローラ５２は、保護マスク１５の回転と、剥離された溶射膜Ｍを保護マスク１５から下方に落下させるようにするため、保護マスク１５の内周面に当接して保護マスク１５を軸中心に回転させる当接位置と、保護マスク１５より離間し、剥離された溶射膜Ｍを下方に落下させる後退位置と、を取るように制御部（不図示）により制御される。このようにすれば、１つの内部ローラ５２により保護マスク１５の回転駆動と、剥離された溶射膜Ｍの排除を行うことができ、装置構成が簡素化される。

特に、内部ローラ５２は、剥離された溶射膜Ｍを下方に落下させた後に、保護マスク１５を外部ローラ５１ａと共働して挟圧し、保護マスク１５を回転させるように制御される。このようにすれば、後に詳述するが、何らの装置を使用せず、保護マスク１５から溶射膜Ｍが剥離されたか否かの検査ができる。

なお、外部ローラ５１及び内部ローラ５２による保護マスク１５の保持をより確実なものとするには、外部ローラ５１や内部ローラ５２の下部領域に保護マスク１５を支持する支持ローラ５４を設けることが好ましい。ただし、支持ローラ５４は、溶射膜Ｍの下方落下を邪魔しないように放射方向に移動可能とすることが好ましい。

工具５３は、開口部Ｋから保護マスク１５と溶射膜Ｍとの間に挿入され、溶射膜Ｍあるいは付着した溶融粉末を保護マスク１５から剥離し除去するもので、例えば、いわゆる糸鋸状のものを使用することが好ましい。

次に、作用を説明する。

図９（Ａ）〜（Ｆ）は保護マスクの脱着を工程順に示す要部概略縦半断面図、図１０（Ａ）は図９（Ａ）に示す状態に対応する平面図、図１０（Ｂ）は図９（Ｂ）に示す状態に対応する平面図、図１０（Ｃ）は図９（Ｄ）（Ｅ）に示す状態に対応する平面図、図１１は保護マスクをダミーヘッドに位置決めする位置決め部を示す概略断面図、図１２（Ａ）〜（Ｅ）は溶射膜の分離を工程順に示す概略平断面図、図１３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ図１２の要部を示す拡大図、図１４はシリンダボアにおける溶射膜の形成工程を示すフローチャートである。

まず、ダミーヘッド１０に保護マスク１５を装着する（図１４のステップ１）。マスク脱着用ロボット４１は、マスク支持部材４２を動作し、マスク台４３上に多数立設されている保護マスク１５の１つを把持させる。このとき、マスク支持部材４２は、図９（Ａ）及び図１０（Ａ）に示す状態から図９（Ｂ）及び図１０（Ｂ）に示す状態に移動する。この移動により３つのマスク支持部材４２は、段部４４の腹面４２ａがマスク台４３上に立設している１つの保護マスク１５の上部外周面に当接して加圧しつつ把持する。この把持により保護マスク１５は、図１０（Ｂ）に示すように、開口部Ｋが狭まりつつ縮径する。

マスク脱着用ロボット４１は、この把持状態を保ちつつ、図９（Ｃ）に示すように、マスク支持部材４２を動作し、保護マスク１５をダミーヘッド１０のライナー穴１４まで搬送する。

マスク脱着用ロボット４１は、図９（Ｄ）に示すように、各マスク支持部材４２を下降し、各マスク支持部材４２の段部４４の顎面４２ｂにより保護マスク１５の上面を押圧し、ライナー穴１４内に保護マスク１５を挿入する。

ここにおいて、保護マスク１５のライナー穴１４は、上部にテーパ面１０ｔが形成されているので、保護マスク１５は、テーパ面１０ｔにより縮径されつつ円滑に挿入される。

次に、マスク脱着用ロボット４１は、図９（Ｅ）に示すように、保護マスク１５の下端面がダミーヘッド１０の下面である当接面１１と一致するまで押し下げる、つまり、保護マスク１５の下端面が当接面１１に対向する位置となるまで押し下げる。

この場合、ダミーヘッド１０の当接面１１に、保護マスク１５の下端面が当接する板材を配置してもよいが、他の手段として、図１１に示すように、保護マスク１５の外周面所定位置に凸部６０を形成すると共に、ダミーヘッド１０のライナー穴１４の内周面に凹部６１を形成し、両者の凹凸嵌合により保護マスク１５を位置決めする位置決め部６２を形成してもよい。このようにすると、保護マスク１５の下端面がダミーヘッド１０の当接面１１と一致させやすく、シリンダボア８の頂部から確実に溶射膜Ｍを形成できる。なお、位置決め部６２の凹凸関係は、逆であってもよいことはいうまでもない。また、このような凸部６０を外周面に有する保護マスク１５から溶射膜Ｍを剥離する場合には、凸部６０が当らないように外部ローラ５１を上下２分割し、その中間に凸部６０が位置するようにしてもよい。

保護マスク１５の縮径によりマスク支持部材４２と保護マスク１５との間に隙間Ｇ１が生じることになる（図９Ｅ及び図１０Ｃ参照）。隙間Ｇ１の形成により、図９（Ｆ）に示すように、何等の障害もなくマスク支持部材４２を上方移動させることができ、保護マスク１５は、それ自体が有する弾性により拡開してライナー穴１４に当接し、ダミーヘッド１０に取り付けられる。

保護マスク１５の取り付けが完了すると、マスク支持部材４２は、マスク脱着用ロボット４１によりマスク台４３の位置に戻され、次の保護マスク１５の把持作業を行う。

複数のライナー穴１４全てに保護マスク１５が取り付けられると、シリンダブロック２にダミーヘッド１０をボルトにより装着する（ステップ２）。つまり、シリンダブロック２を支持台３上に載置し、クランプ部材などにより固定保持した後、ダミーヘッド１０をボルトｂによりシリンダブロック２のシリンダヘッド取付面２ａに装着する。

ボルトｂの締め付けによりシリンダブロック２のシリンダボア８は、その内周面が変形する（ステップ３）。この変形状態を維持して、シリンダボア８の内周面の表面を荒らす下地加工を施す（ステップ４）。

そして、溶射ガン３０を回転させつつシリンダボア８内から下降し、シリンダボア８の内周面に溶射膜Ｍを形成する。つまりコーティング処理を行う（ステップ５）。なお、溶射膜Ｍの形成に当っては、図１に示す排気ファン４９を作動し、溶射ガン３０の作動により発生する高温のガスを排気ダクト６１により吸引しつつ行うことが好ましく、これによりダミーヘッド１０のライナー穴１４から外気をシリンダブロック２内に取り込み、排気ダクト６１より排出つつ、溶射することができる。

このようにダミーヘッド１０をシリンダブロック２に取り付けるとき、当接面１１をシリンダブロック２に密着した状態で取り付け、溶射ガン３０を回転させつつ保護マスク１５内から下降しつつ溶射すると、溶射膜Ｍは、保護マスク１５に付着し、ダミーヘッド１０に付着することがないため、ダミーヘッド１０の溶射膜除去作業が不要となる。

溶射膜Ｍの形成が完了すると、マスク脱着用ロボット４１によりダミーヘッド１０のライナー穴１４から保護マスク１５を取外し（ステップ６）、溶射膜Ｍの除去処理を行う（ステップ７）。

保護マスク１５は、図１２（Ａ）に示すように保護マスク１５の内周面に溶射膜Ｍが付着した状態であるが、開口部Ｋには、図１３（Ａ）に示すように、工具５３が挿入可能な隙間Ｇ２が存在しているので、これを利用して溶射膜Ｍの剥離を行う。

溶射膜Ｍの剥離は、まず、保護マスク１５を溶射膜除去装置５０に装着する。装着は、マスク脱着用ロボット４１により保護マスク１５を保持し、３個の外部ローラ５１間に配置する。そして、保護マスク１５を外部ローラ５１間の下方に配置された支持ローラ５４上に載置した後、外部ローラ５１ｂ、５１ｃを放射方向内方に移動し、保護マスク１５の外周面に当接させて加圧し、保護マスク１５を各外部ローラ５１により保持する。

図１２（Ｂ）に示すように、外部ローラ５１ａと内部ローラ５２により保護マスク１５を挟圧しつつ図中の白抜き矢印方向に回転させる。

保護マスク１５は、実線矢印方向に回転する。回転している保護マスク１５の開口部Ｋの隙間から工具５３を挿入する（図１３Ｂ参照）。特に、保護マスク１５は弾性を有しているので、工具５３を挿入するときに保護マスク１５の開口部Ｋ近傍も外方に弾性変形し、挿入が容易になる。

工具５３の挿入により保護マスク１５から溶射膜Ｍが剥離されるが、保護マスク１５は、その弾性により放射方向外方に拡開し、より溶射膜Ｍの剥離性を高めることができる。溶射膜Ｍは、溶接されたものほど強固に付着しているものではなく、保護マスク１５に機械的に付着している状態であるため、比較的小さな力で剥離できる。

外部ローラ５１ａと内部ローラ５２は、保護マスク１５を少なくとも１回転させ、保護マスク１５の内周面に付着した溶射膜Ｍを剥離した後、内部ローラ５２は、外部ローラ５１ａより離れるように移動する。この結果、保護マスク１５は、自身が有する弾性力で拡張し、図１２（Ｃ）に示すように、次位の外部ローラ５１ｂ、５１ｃと接触することになり、３つの外部ローラ５１それぞれに接触し、安定的に回転する。

このように本実施形態の溶射膜除去装置や溶射膜除去方法によれば、溶射膜Ｍが付着した保護マスク１５を、外部ローラ５１ａと内部ローラ５２とにより軸中心に回転し、工具５３を保護マスク１５の開口部Ｋから挿入し、溶射膜Ｍを保護マスク１５から剥離するので、保護マスク１５から溶射膜Ｍを自動的に剥離することができ、溶射膜の除去作業が簡便かつ容易にできる。

溶射膜Ｍが保護マスク１５から剥離されると、図１２（Ｄ）に示すように、保護マスク１５の内周面と溶射膜Ｍの外周面との間には全体的に隙間Ｇ３が形成される。保護マスク１５は３つの外部ローラ５１により保持されるが、溶射膜Ｍは拡張せず、保護マスク１５から分離されるので、支持を失い、自重により落下し、何らの手段を要することなく排出できる。

また、工具５３は、図外の進退装置により強制的に進退させてもよいが、進退装置との連結構造において、常時後退方向に付勢するバネなどを設けると、保護マスク１５が回動し、開口部Ｋの位置が工具５３の位置と一致したとき、自動的に保護マスク１５の外部に引き出されることになり好ましい。

図１２（Ｅ）に示すように、溶射膜Ｍが分離された保護マスク１５が３つの外部ローラ５１により保持されている状態で、内部ローラ５２を対向する１つの外部ローラ５１ａに向って移動させる。これにより保護マスク１５は、再度外部ローラ５１ａと内部ローラ５２との間で挟圧された状態となり、この状態で外部ローラ５１ａと内部ローラ５２とを駆動すると、挟圧された状態で回転することになる。

このとき、保護マスク１５に残留溶射膜Ｍが残っていなければ、内部ローラ５２の位置は、保護マスク１５全周にわたり溶射膜Ｍの厚さ分だけ外方に移動することになるが、残留溶射膜Ｍが残っていると、残留溶射膜Ｍが存在している部分に当接し、外方移動しない。したがって、内部ローラ５２の位置を、溶射膜Ｍなどの除去前後で比較すると、溶射膜Ｍなどの除去不良のある保護マスク１５か、正常に除去された保護マスク１５かを、何らの検知手段を使用することなく、この装置自体で検知することができる。つまり、溶射膜Ｍの剥離の自動化のみでなく、検査まで自動化することができる（ステップ８）。

また、シリンダブロック２のシリンダボア８にホーニング処理である仕上げ加工を施し（ステップ９）、その後、シリンダブロック２からダミーヘッドを取り外す（ステップ１０）。

＜第２の実施形態＞
図１５は本発明の第２の実施形態を示す概略側面図、図１６はダミーヘッドに保護マスクを取り付けた状態を示す斜視図、図１７はダミーヘッド部分の断面図、図１８は図１７の１８−１８線に沿う断面図である。なお、図１〜図１４に示す部材と共通する部材には同一符号を使用する。

本実施形態に係るシリンダボア用溶射装置は、シリンダブロック２を固定する手段が、第１実施形態のようなボルトではなく、油圧シリンダなどの駆動源により作動されるものである。また、保護マスクの形状が、第１実施形態のような薄肉円筒状ではなく、頭部と脚部を有するものである点が主として相違している。

この溶射装置は、図１５に示すように、シリンダブロック２のシリンダヘッド取付面２ａを押圧する押圧装置２０と、シリンダボア８の内周面に溶射粒子を噴射して溶射膜Ｍを形成する溶射ガン３０と、溶射ガン３０により形成した溶射膜Ｍの表面を仕上げ加工するホーニングヘッド６とを有している。押圧手段２０は、ダミーヘッド１０と、ダミーヘッド１０をシリンダブロック２に押圧する加圧装置２０ａとから構成されている。

ベース１上には、支持台３と支柱４が立設されている。支持台３は、ベース１上に昇降可能に設けられ、上部に載置されたシリンダブロック２はクランプ部材（不図示）などにより位置固定に保持されている。支柱４の頂部に頂板５が設けられ、頂板５からホーニングヘッド６と、溶射ガン３０と、加圧駆動装置２０ａが垂下されている。

加圧駆動装置２０ａは、図１５に示すように、頂板５から垂下された油圧シリンダ２１と、油圧シリンダ２１から突出された押圧ロッド２２とから構成されている。押圧ロッド２２の下端には、ダミーヘッド１０のボルト孔２４にそれぞれ連結されている。

ダミーヘッド１０には、ライナー穴１４が複数個開設され、ライナー穴１４に保護マスク１５が取り付けられている。ダミーヘッド１０の下面である当接面１１には、後述する所定位置に突起部１３が形成され、この突起部１３がシリンダブロック２のシリンダヘッド取付面２ａを押圧し、前述したシリンダボア８の変形状態を形成する。

保護マスク１５は、金属材料により構成され、各ライナー穴１４に脱着可能に設けられている。ライナー穴１４内に保護マスク１５を設けると、保護マスク１５はダミーヘッド１０によって保持されるので、保護マスク１５を薄肉化しても剛性を有するものとなる。

保護マスク１５は、比較的厚肉のリング状をした頭部１６ａと、頭部１６ａと一体に形成された薄肉脚部１６ｂと、頭部１６ａ相互を連結する連結部１７と、を有している。頭部１６ａは、ライナー穴１４の上部口縁に形成された溝１０ａ内に配置され、薄肉脚部１６ｂの下端は、シリンダブロック２のシリンダヘッド取付面２ａに対向する程度まで垂下されている。この保護マスク１５には、溶射ガン３０あるいはホーニングヘッド６が挿通する通孔部Ｏが形成されている。頭部１６ａは、溝１０ａ内に嵌挿されているので、ライナー穴１４を不必要に狭めることはない。また、保護マスク１５は厚肉リング状の頭部１６ａを有しているため、保護マスク１５全体の剛性も高まり、多数回の再利用が可能となる。

ダミーヘッド１０には、図１６に示すように、複数のライナー穴１４が開設されているため、ライナー穴１４相互間の中間壁部１８は、薄肉となり、保護マスクを設置するにはスペース的に狭い。ここに従来から使用されている円筒状の保護マスクを設置することは困難であるが、本実施形態では、中間壁部１８の上部を削除し、ここに連結部１７を載置可能としているので、中間壁部１８上に連結部１７を跨座するように設けるのみで、保護マスク１５を容易に取り付けることができ、また、取り外しも容易となる。

ボルト孔２４は、前記第１実施形態と同様に、ライナー穴１４を取り囲む位置、つまり、ライナー穴１４のスラスト−アンチスラスト方向（ＴＨ−ＡＴＨ方向）と、フロント−リヤ方向（ＦＲ−ＲＲ方向）との間の中間部分に設けられ、ここに加圧駆動手段２０ａの押圧ロッド２２下端が連結されている。

シリンダボア８の変形は、ダミーヘッド１０の下面に設けられている突起部１３によりシリンダブロック２の上面２ａを押圧することにより発生させる。突起部１３による押圧位置は、シリンダボア８のフロント−リヤ方向位置（フロント位置ＦＲ，リヤ位置ＲＲ）と、スラスト−アンチスラスト方向位置（スラスト位置ＴＨ，アンチスラスト位置ＡＴＨ）の４カ所（図１６の斜線部分参照）であり、第１実施形態のように環状ではない。

図１９は実際のエンジンにおけるシリンダブロックの平面図である。例えば、３気筒のシリンダブロックは、図１９に示すように、ライナー穴１４を取り囲む位置にボルト孔２４が設けられているが、このライナー穴１４の周囲にはウォータージャケット９が設けられ、前述の実施形態のようにボルトの影響によるボアの外方への膨出規制がない。このため、本実施形態では、シリンダボア８のフロント−リヤ方向位置（フロント位置ＦＲ，リヤ位置ＲＲ）と、スラスト−アンチスラスト方向位置（スラスト位置ＴＨ，アンチスラスト位置ＡＴＨ）の４カ所の突起部１３によりシリンダブロック２の上面２ａを押圧することとしている。

この押圧によりシリンダボア８は、前記第１実施形態のようにボルトの影響は受けないが、４カ所の突起部１３により第１実施形態と同様に、上面から所定長（Ｌ）だけ下方の、フロントＦＲ、リヤＲＲ、スラストＴＨ及びアンチスラストＡＴＨの各位置相互間の部分が内方に膨出し、ボルト締め締結したときに生じるシリンダボアの４次変形状態が模擬的に再現できる。

溶射ガン３０は、頂板５に昇降可能でかつ軸中心に回転可能に設けられ、下端部のノズルより溶射粒子をシリンダブロック２のシリンダボア８の内周面８ａに向かって噴射し、溶射膜Ｍを形成する。

溶射は、溶射ガン３０を保護マスク１５の通孔部Ｏを通ってシリンダボア８内に挿入し、軸中心に回転させながら行うが、シリンダボア８の内周面８ａに均一な溶射膜Ｍを形成するためには、保護マスク１５内から溶射を開始することが好ましい。このため、保護マスク１５の内面には溶射粒子あるいは溶射膜Ｍが付着することになる。

図２０は溶射膜除去手段の一例を示す概略断面図、図２１（Ａ）（Ｂ）は溶射膜の除去状態を示す概略断面図、図２２は溶射膜除去手段の他の例を示す概略断面図である。本実施形態では、保護マスク１５に付着した溶射膜Ｍを除去する第１の溶射膜除去手段としては、保護マスク１５全体が変形可能となるように構成している。ライナー穴１４のスラスト−アンチスラスト方向に伸縮したり、フロント−リヤ方向に伸縮変形させることにより、保護マスク１５から溶射膜Ｍを除去することができる。

この溶射膜除去手段は、図２０に示すように、保護マスク１５の一部が他の部分に対し変形可能とするスリット２３を保護マスク１５に設けたものである。このように保護マスク１５自体に溶射膜除去手段を設けると、きわめて簡単に溶射膜Ｍを除去できる。例えば、保護マスク１５の中心線に沿ってスリット２３を設けた場合には、ダミーヘッド１０のライナー穴１４から外した保護マスク１５を、図２１（Ａ）に示すように、頭部１６ａに溶射膜Ｍが付着した保護マスク１５の左側部分が、右側部分に対しズレるように変形すれば、溶射膜Ｍを、保護マスク１５から容易に除去できる。また、図２１（Ｂ）に示すように、スラスト−アンチスラスト方向のスリット２３に直交する方向にスライドさせてもよい。

なお、この溶射膜除去手段では、保護マスク１５の連結部１７に力が加わるが、連結部１７がライナー穴１４相互間の中間壁部１８の上に跨座するように比較的厚肉に構成されているので、連結部１７に応力が発生しても、この部分の剛性は高く、強度もあり、保護マスクの再利用が可能となる。

保護マスク１５に付着した溶射膜Ｍを除去する第２の溶射膜除去手段としては、図２２に示すように、ダミーヘッド１０及び頭部１６ａに突出部材２２を設け、この突出部材２２を適当なアクチュエータ（不図示）によりライナー穴１４の放射方向内方に突出させ、付着した溶射膜Ｍを保護マスク１５から剥離させてもよい。このようにすれば、保護マスク１５から溶射膜Ｍを容易に除去でき、保護マスクの再利用が可能となる。

次に、溶射膜の形成を工程順に説明する。

図２３はシリンダボアにおける溶射膜の形成工程を示すフローチャートである。溶射膜Ｍの形成は、まず、シリンダブロック２にダミーヘッド１０を装着する（ステップ１）。つまり、シリンダブロック２を支持台３上に載置し、クランプ部材などにより固定保持した後、ダミーヘッド１０を下降し、シリンダブロック２のシリンダヘッド取付面２ａにダミーヘッド１０をセットする。

次に、シリンダブロック２にシリンダヘッドをボルト締め締結することによって生じるシリンダボア８の変形状態を予め模擬的に生じさせるように、押圧装置２０により押圧する（ステップ２）。なお、押圧装置２０による押圧力は、図外の制御部で制御する。

この押圧は、油圧シリンダ２１により押圧ロッド２２を下降させ、ダミーヘッド１０を介してシリンダブロック２を加圧することにより行う。油圧シリンダ２１の加圧力は、押圧ロッド２２を介してダミーヘッド１０に伝達され、突起部１３が実質的にガスケット（不図示）を介してシリンダブロック２の上面であるシリンダヘッド取付面２ａを強力に押圧する。

この押圧力により、シリンダブロック２にシリンダヘッドをボルト締め締結することによるシリンダボア８の変形状態を模擬的に生じさせることになる。

また、加熱手段（不図示）により直接シリンダブロック２の上面２ａを加熱し、シリンダブロック２のシリンダヘッド取付面側と、反取付面側との間で温度差を生じさせ、エンジン運転状態のシリンダボア８の温度分布状態を再現し、熱的影響によるシリンダボアの変形状態も再現してもよい。

このように変形させた状態を維持して、下地加工を施し（ステップ３）、内周面８ａの表面を荒し凹凸面とする。

そして、シリンダブロック２に保護マスク１５を装着する（ステップ４）。保護マスク１５の装着により、ダミーヘッド１０のライナー穴１４の内周面全体が覆われる。シリンダボア８の変形状態を維持しつつ、溶射ガン３０から溶射粒子をプラズマ溶射して溶射膜Ｍを形成する、いわゆるコーティング処理を行う（ステップ５）。

このように変形させた状態での溶射は、予め変形代を見込んで溶射膜Ｍを形成する場合に比し、溶射膜Ｍを不必要に厚く形成することがなく、コスト的に有利となる。

溶射は、供給装置４７から電源、補助ガス、溶射粉末などを溶射用ロボット４５に供給し、溶射ガン３０から溶射粒子を噴射する。また、排気ファン４９を作動し、保護マスク１５からライナー穴１４及びシリンダボア８を通って外気を吸引し、排気ダクト４８から排気する。

外気の流れは、保護マスク１５により整流され、シリンダボア８の内周面に向わず、中心軸線に沿って流れるようになるので、溶射膜Ｍの形成に悪影響を及ぼすことはない。

溶射は、溶射ガン３０を、保護マスク１５の通孔部Ｏを通ってシリンダボア８内に挿入し、軸中心に回転させながらシリンダボア８の内周面に溶射粒子を溶射して溶射膜Ｍを形成する。この溶射膜Ｍを均一に形成するために、保護マスク１５内の段階から溶射を開始し、シリンダボア８の内周面８ａに至るようにするが、このため、保護マスク１５の内周面には、溶射粒子が付着する。

ところが、本実施形態では、保護マスク１５をライナー穴１４内に配置した状態で行うので、溶射膜は、保護マスク１５に付着し、ダミーヘッド１０への付着を防止でき、ダミーヘッド１０に対する溶射膜除去作業が不要となる。

シリンダボア８の内周面全体に溶射膜Ｍを形成するコーティング処理が完了すると、シリンダブロック２から保護マスク１５を取外す（ステップ６）。外した保護マスク１５は、付着した溶射膜Ｍを除去する処理を行う（ステップ７）。この除去処理は、保護マスク１５自体の変形、あるいはズラすことにより、さらにはアクチュエータにより突出部材２２をライナー穴１４に突出させることにより行う。なお、溶射膜Ｍが除去された保護マスク１５は、装着作業を行う場所にストックし、再利用する。

このようにして溶射膜Ｍが形成されたシリンダボア８は、前記変形状態を維持しつつ、シリンダボア８内にホーニングヘッド６を入れ、シリンダボア８の内周面を所定の真円度、真直度が得られるまでホーニング加工、つまり仕上げ加工を行う（ステップ８）。ホーニング加工は、加圧変形しているシリンダボア８の内周面に溶着している溶射膜Ｍの内、図５及び図６に示す内方突出している部分の溶射膜Ｍを削落し、シリンダボア８の真円度、真直度を向上させる。

そして、押圧装置２０による押圧を解除し、シリンダブロック２からダミーヘッド１０を外す（ステップ９）と、作業は完了する。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、上述した実施形態では、ベース１上の支持台３にシリンダブロック２を載置し、上方からダミーヘッド１０が下降して加圧するものであるが、これのみに限定されるものではなく、少なくとも押圧装置及び溶射手段を有するものであれば、どのような装置を使用してもよい。

本発明は、シリンダボアの内周面に溶射膜を形成するときに使用する保護マスクを容易に再利用することができる。

第１実施形態に係るシリンダボア用溶射装置を示す概略断面図である。 ダミーヘッドの概略斜視図である。 （Ａ）は保護マスクの概略斜視図、（Ｂ）は保護マスクの取付状態を示す断面図である。 シリンダボアの変形状態を示す概略断面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。 シリンダボアの下地処理状態を示す断面図である。 （Ａ）は同保護マスクをダミーヘッドに装着するマスク脱着部を示す概略平面図、（Ｂ）は同マスク脱着部による保護マスクの装着状態を示す概略断面図である。 溶射膜除去装置を示す概略斜視図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は保護マスクの脱着を工程順に示す概略縦半断面図である。 （Ａ）は図９（Ａ）に示す状態に対応する平面図、（Ｂ）は図９（Ｂ）に示す状態に対応する平面図、（Ｃ）は図９（Ｄ）（Ｅ）に示す状態に対応する平面図である。 保護マスクをダミーヘッドに位置決めする位置決め部を示す概略断面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は溶射膜の分離を工程順に示す概略平断面図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ図１２の要部を示す拡大図である。 シリンダボアにおける溶射膜の形成工程を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態を示す概略側面図である。 ダミーヘッドに保護マスクを取り付けた状態を示す斜視図である。 ダミーヘッド部分の断面図である。 図１７の１８−１８線に沿う断面図である。 実際のシリンダブロックの平面図である。 溶射膜除去手段の一例を示す概略断面図である。 （Ａ）（Ｂ）は溶射膜の除去状態を示す概略断面図である。 溶射膜除去手段の他の例を示す概略断面図である。 シリンダボアにおける溶射膜の形成工程を示すフローチャートである。

符号の説明

２…シリンダブロック、
２ａ…シリンダブロックの上面（シリンダヘッド取付面）、
８…シリンダボア、
１０…ダミーヘッド、
１０ａ…ダミーヘッドの段部、
１１…当接面、
１３…突起部、
１４…ライナー穴、
１５…保護マスク、
１６ｂ…薄肉脚部、
１７…連結部、
２０…押圧装置、
２０ａ…加圧駆動装置
２１…油圧シリンダ、
２２…押圧ロッド、
２３…スリット、
３０…溶射ガン（溶射手段）、
５１…外部ローラ、
５２…内部ローラ、
５３…工具、
６２…位置決め部
Ｄ１…通孔部の内径、
Ｄ２…シリンダボアの内径、
Ｈ…保護マスクの軸線方向長さ、
Ｋ…開口部、
Ｍ…溶射膜、
Ｏ…通孔部、
ＡＴＨ…シリンダボアのアンチスラスト位置、
ＴＨ…シリンダボアのスラスト位置、
ＦＲ…シリンダボアのフロント位置、
ＲＲ…シリンダボアのリヤ位置。

Claims (11)

1. シリンダブロックのシリンダボア内周面に溶射膜を形成する溶射装置であって、
   シリンダヘッド状でライナー穴を有するダミーヘッドを備え、このダミーヘッドを介して前記シリンダブロックを押圧し、当該シリンダブロックにシリンダヘッドをボルト締め締結することによるシリンダボアの変形状態を模擬的に生じさせるシリンダブロック押圧装置と、
   シリンダボアの内周面に、溶射粒子を噴射し溶射膜を形成する溶射手段と、
   ダミーヘッドのライナー穴に脱着可能に設けられ、前記溶射手段による前記シリンダボアの内周面への溶射粒子が、前記ダミーヘッドに付着しないように前記ライナー穴の内周面を保護する保護マスクと、
   を備えたことを特徴とするシリンダボア用溶射装置。
2. 前記保護マスクは、放射方向に弾性を有する薄肉円筒状の金属板により構成したことを特徴とする請求項１に記載のシリンダボア用溶射装置。
3. 前記保護マスクは、前記金属板の軸線方向全長にわたってスリット状の開口部を有する請求項２に記載のシリンダボア用溶射装置。
4. 前記保護マスクは、前記ダミーヘッドのライナー穴の深さより長尺な軸線方向長さを有する請求項３に記載のシリンダボア用溶射装置。
5. 前記保護マスクは、複数のライナー穴を有する前記ダミーヘッドの各ライナー穴の口縁に形成された段部内に配置され、比較的圧肉のリング状をした頭部と、当該頭部一体に形成され、前記ライナー穴に収容される薄肉脚部と、前記頭部相互を連結する連結部と、を有する請求項１に記載のシリンダボア用溶射装置。
6. 前記保護マスクは、前記連結部が前記ダミーヘッドのライナー穴相互間の中間部を跨座するように設けたことを特徴とする請求項５に記載のシリンダボア用溶射装置。
7. 前記保護マスクは、本体部に付着した溶射膜を剥離する溶射膜除去手段を有する請求項５又は６に記載のシリンダボア用溶射装置。
8. 前記溶射膜除去手段は、前記保護マスクの一部が他の部分に対し変形可能とするスリットを前記保護マスクに設けることにより構成したことを特徴する請求項７に記載のシリンダボア用溶射装置。
9. シリンダブロックのシリンダボア内周面に溶射膜を形成する溶射膜形成方法であって、
   シリンダヘッド状でライナー穴を有するダミーヘッドを介して前記シリンダブロックを押圧し、当該シリンダブロックにシリンダヘッドをボルト締め締結することによる前記シリンダブロックのシリンダボアの変形状態を模擬的に生じさせる工程と、
   前記シリンダボアの変形状態を模擬的に生じさせた状態、かつ、前記ライナー穴に保護マスクを脱着可能に設けた状態で、溶射手段から、溶融した粒子を噴射しつつ、前記ダミーヘッドのライナー穴を通して前記溶射手段を前記シリンダボア内に挿入し、前記シリンダボアの内周面に溶射膜を形成する工程と、
   を有する溶射膜形成方法。
10. 前記シリンダボアの内周面に溶射膜を形成した後に、前記溶射膜の形成工程における前記ダミーヘッドから前記シリンダブロックへの押圧状態を維持した状態で、前記シリンダボア内周面に形成された前記溶射膜の表面を仕上げ加工する工程をさらに有する請求項９に記載の溶射膜形成方法。
11. 前記溶射膜の仕上げ加工工程の前に、前記ダミーヘッドから前記保護マスクを取り外す工程をさらに有する請求項１０に記載の溶射膜形成方法。

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