本发明涉及一种向工件的被喷镀面吹送熔融材料并形成喷镀覆膜的喷镀炬(日语：溶射トーチ)。
背景技术
公知有一种向汽车用发动机等的缸体的缸孔内表面喷镀包括金属、陶瓷等的熔融材料并形成喷镀覆膜的喷镀技术(参照下述专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5370693号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
在形成喷镀覆膜时，一边将喷镀炬插入于缸孔内并使其旋转以及沿轴向移动，一边作为喷镀火焰喷出使喷镀材料熔融而成的熔融颗粒。此时，刚刚自喷镀炬喷出的熔融颗粒(一次颗粒)的一部分和朝向缸孔内表面飞行后弹回而未能附着的熔融颗粒(二次颗粒)的一部分附着于喷镀炬并作为覆膜渣堆积。由于堆积于喷镀炬的覆膜渣在喷镀作业过程中脱落，而混入于新喷出的熔融火焰中并附着于缸孔内表面，因而导致喷镀覆膜的质量下降。
于是，本发明的目的在于抑制因混入覆膜渣而导致喷镀覆膜的质量下降。
用于解决问题的方案
本发明的喷镀炬的特征在于，喷出口周缘部包括容易附着熔融材料的部位，外表面部包括与喷出口周缘部相比难以附着熔融材料的部位。
发明的效果
刚刚自喷镀炬的喷出口喷出的熔融材料(一次颗粒)由于热量较高而容易附着于喷镀炬。由于原本附着力较强的一次颗粒附着于包括容易附着熔融材料的部位的喷出口周缘部，因此，能够更可靠地抑制由附着于喷出口周缘部的一次颗粒形成的覆膜渣的脱落。
另一方面，由于自喷镀炬的喷出口喷出后在被喷镀面弹回而未附着的熔融材料(二次颗粒)的热量较低且附着力较弱，因此即使附着也容易自喷镀炬剥离。由于外表面部包括难以附着熔融材料的部位，因此，能够更可靠地抑制原本附着力较弱的二次颗粒相对于外表面部的该难以附着的部位的附着。因此，抑制了在外表面部产生由二次颗粒形成的覆膜渣，能够更可靠地抑制覆膜渣自外表面部的脱落。
这样一来，通过抑制覆膜渣自喷出口周缘部以及外表面部的脱落，能够抑制喷镀覆膜的因混入覆膜渣而导致的质量下降。
附图说明
图1是本发明的一实施方式所涉及的喷镀炬的立体图。
图2是从喷镀炬的背面侧看到的立体图。
图3是喷镀炬的主视图。
图4是包含相对于缸孔内表面形成有喷镀覆膜的状态的图3的a－a剖视图。
图5是表示自喷镀炬喷出的喷镀颗粒的飞行状态的作用说明图。
具体实施方式
以下，对于用于实施本发明的方式，参照附图详细说明。
图1～图4所示的喷镀炬1包含在对汽车用发动机等的缸体3(参照图4)的缸孔5的内表面5a吹送作为熔融材料的喷镀颗粒7并形成喷镀覆膜9的喷镀装置中。在此，缸体3构成工件，缸孔5构成圆形的孔，缸孔5的内表面5a构成被喷镀面。
通过使喷镀炬1以插入于缸孔5内的状态旋转以及沿轴向移动，从而在内表面5a的大致整个区域形成喷镀覆膜9。在形成了喷镀覆膜9之后，对喷镀覆膜9实施珩磨加工而使表面平滑，并设为活塞环的滑动面。
喷镀炬1包括铁制的炬主体11，在炬主体11装拆自如地安装有覆盖炬主体11的铜制的罩部13。在炬主体11的内部，利用未图示的输送机构朝向喷出口17依次送出作为喷镀材料的喷镀丝线(日语：溶射ワイヤ)15。喷镀丝线15由铁系材料构成，如图3所示，左右平行地配置有两根。两根喷镀丝线15的顶端向喷出口17内突出，并位于彼此接近的位置。上述两根喷镀丝线15能够移动地插入于在炬主体11内形成的丝线插入孔，并相对于该丝线插入孔电绝缘。
在此，将一个喷镀丝线15设为正(+)电极，将另一喷镀丝线15设为负(-)电极，对各喷镀丝线15的电极之间施加电压。于是，在上述的两根喷镀丝线15的伸出方向的延长线上的交叉部附近，在电极之间产生放电电弧，利用放电电弧的热能，两根喷镀丝线15熔融。另外，省略对喷镀丝线15施加电压的电极。
喷镀炬1的炬主体11在内部包括通往喷出口17的气体流路19。如图3所示，气体流路19位于左右两根喷镀丝线15彼此之间。如图4所示，气体流路19包括与喷镀炬1的旋转中心轴线p平行的上游侧部分19a和与上游侧部分19a的下端连通且顶端通往喷出口17的下游侧部分19b。利用在气体流路19中流动的气体，喷镀丝线15熔融而成的熔融材料成为喷镀颗粒7并自喷出口17朝向前方喷出。
在炬主体11的喷出口17的喷出方向前方侧形成有大致圆锥形状的凹部23，在凹部23开设有喷出口17。凹部23包括在中心部开设有喷出口17的底壁23a和位于喷出口17的喷出方向前方侧的周缘并沿着喷镀颗粒7的喷出方向形成的环状的侧壁23b。环状的侧壁23b呈喷出口17的喷出方向前方侧扩张的锥形形状。即，环状的侧壁23b为底壁23a侧的直径小于凹部23的开口侧的直径那样的锥形形状。
炬主体11包括具有凹部23的一侧的平面状的前表面部11a、自前表面部11a的图3中的左右两侧朝向背面侧以曲面状连续的侧面部11b、11c、位于前表面部11a的背面侧并与两侧面部11b、11c连续的曲面状的后表面部11d、以及平面状的顶端面部11e。后表面部11d以连续的方式将两侧面部11b、11c的与前表面部11a相反的一侧的端缘彼此相连。顶端面部11e利用曲面部与前表面部11a、两侧面部11b、11c以及后表面部11d连续。
罩部13包括覆盖炬主体11的前表面部11a的平面状的罩前表面部13a以及自罩前表面部13a的图3中的左右两侧朝向背面侧弯曲的平面状的罩侧面部13b、11c。在罩前表面部13a设有以使凹部23暴露于外部的方式开口的圆形的开口部13a1。圆形的开口部13a1的直径大于凹部23的开口侧端部的圆形的直径，因而，在凹部23的开口侧端部形成有环状的前表面暴露部25。前表面暴露部25的宽度尺寸w在整周上均匀，例如设为大约1mm左右。
两个带片13d以覆盖炬主体11的后表面部11d的方式自罩侧面部13b的与罩前表面部13a相反的一侧的端缘延伸。而且，两个带片13e以覆盖炬主体11的后表面部11d的方式自罩侧面部13c的与罩前表面部13a相反的一侧的端缘延伸。此外，一个顶端带片13f以覆盖顶端面部11e和后表面部11d的方式自罩前表面部13a的顶端侧的端缘沿与带片13d、13e正交的方向延伸。
带片13d、13e以覆盖炬主体11的凸曲面形状的后表面部11d的方式弯曲，各自的端部13d1、13e1位于后表面部11d的大致中央。通过使各自的端部13d1、13e1彼此重叠，从而形成顶端侧重叠部27和基端侧重叠部29。顶端侧重叠部27使顶端带片13f的端部13f1重叠在顶端侧的带片13d的端部13d1上。
顶端侧重叠部27在使带片13d、13e以及顶端带片13f这三者重叠的状态下利用固定件30固定。另一方面，基端侧重叠部29在使带片13d、13e这两者重叠的状态下利用固定件31固定。
罩部13在罩侧面部13b、13c的与顶端带片13f相反的一侧的基端侧包括沿与带片13d、13e相同的方向延伸的安装片13g、13h。将安装片13g、13h利用螺钉33、35固定于炬主体11的侧面部11b、11c。
罩部13在安装于炬主体11之前，利用固定件30、31形成有形成带部、并形成供炬主体11插入的空间。在该情况下，通过将炬主体11插入于罩部13内的空间，然后，紧固螺钉33、35，从而在炬主体11安装罩部13。
如上所述，在喷镀炬1中，炬主体11为铁制，罩部13为铜制。对铁制的炬主体11的环状的侧壁23b的表面、以及环状的前表面暴露部25的表面例如实施喷丸处理，而使表面粗糙度更加粗糙并形成有微细的凹凸部。对于具体的侧壁23b的表面粗糙度以及前表面暴露部25的表面粗糙度而言，ra(算术平均粗糙度)为0.1μm～6μm，rz(十点平均粗糙度)为0.5μm～50μm。
另一方面，铜制的罩部13的表面、特别是罩前表面部13a的表面例如通过实施研磨处理而设为表面粗糙度更细且平滑的大致镜面。对于具体的罩部13的表面粗糙度而言，ra(算术平均粗糙度)为0.09μm以下，rz(十点平均粗糙度)为0.9μm以下。
即，炬主体11的环状的侧壁23b和前表面暴露部25的各表面的表面粗糙度与铜制的罩部13的表面的表面粗糙度互相不同，且前者的表面粗糙度大于后者的表面粗糙度。换言之，后者的表面粗糙度小于前者的表面粗糙度。该情况的意思是指炬主体11的环状的侧壁23b和前表面暴露部25的各表面比罩部13的表面容易附着喷镀颗粒7。换言之，罩部13的表面比炬主体11的环状的侧壁23b和前表面暴露部25的各表面难以附着喷镀颗粒7。也就是说，侧壁23b包括比罩前表面部13a容易附着喷镀颗粒7的部位，罩前表面部13a包括比侧壁23b难以附着喷镀颗粒7的部位。
上述的侧壁23b构成喷出口周缘部，罩前表面部13a和前表面暴露部25构成与喷出口周缘部的顶端侧连续的外表面部。在该情况下，外表面部的与喷出口周缘部(侧壁23b)连续的一侧的端部(前表面暴露部25)形成为与外表面部的难以附着熔融材料的部位(罩前表面部13a)相比容易附着熔融材料的面。
对于设为容易附着喷镀颗粒7的表面性状的侧壁23b以及前表面暴露部25而言，喷镀颗粒7的液滴陷入粗糙面的凹凸而较强地产生界面密合力。另一方面，对于设为难以附着喷镀颗粒7的表面性状的罩部13的平滑的表面而言，由于喷镀颗粒7的液滴难以陷入，因而密合力较弱。
接着，说明作用。
如图5所示，自喷镀炬1的喷出口17喷出的喷镀颗粒(一次颗粒)7以沿着凹部23的侧壁23b顶侧扩张(日语：先拡がり)的方式飞行，并到达缸孔5的内表面5a。此时，沿着侧壁23b飞行的喷镀颗粒7的一部分附着于侧壁23b并成为覆膜渣a。
侧壁23b由与喷镀颗粒7相同的铁系材料这样对喷镀颗粒7亲和性较高的材质构成，且形成为由微细的凹凸形成的粗糙面，因此，容易附着喷镀颗粒7。而且，由于刚刚自喷镀炬1的喷出口17喷出的喷镀颗粒7(一次颗粒)的热量(能量)较高，因而密合力较高，由此，由附着于侧壁23b的一次颗粒形成的覆膜渣a变得极难脱落。
到达了缸孔5的内表面5a的喷镀颗粒7的大部分附着于内表面5a并形成喷镀覆膜9。到达内表面5a而未完全附着的喷镀颗粒7弹回并成为二次颗粒7a，其一部分朝向喷镀炬1飞行。
此时，喷镀炬1的罩部13由铜制的、对喷镀颗粒7亲和性较低的材质构成，且包含罩前表面部13a在内的罩部13的表面通过研磨而形成为大致镜面并成为难以附着喷镀颗粒7的表面性状。因此，能够抑制喷镀颗粒7(二次颗粒7a)相对于罩部13的附着。
与从自喷出口17喷出到到达内表面5a为止的期间内的喷镀颗粒7相比较，上述的二次颗粒7a的粒径较小，容易被外部空气冷却而温度下降，飞行速度也下降而与对象物碰撞时的能量较低，因此，密合力较弱。因而，进一步抑制喷镀颗粒7(二次颗粒7a)相对于罩部13的附着。
而且，二次颗粒7a包含自喷出口17以放射状扩张地向内表面5a吹送的喷镀颗粒7中、位于外侧的端部的低劣的颗粒在内表面5a弹回的颗粒。与位于中央的良好的颗粒相比较，该低劣的颗粒的粒径较小，容易被外部空气冷却而温度下降，飞行速度也较低。这样的主要因低劣的颗粒的弹回而产生的二次颗粒7a极难附着于罩部13。
这样，由于原本附着力较强的一次颗粒在容易附着的侧壁23b以及前表面暴露部25附着，因此，能够进一步可靠地抑制由附着于侧壁23b和前表面暴露部25的一次颗粒形成的覆膜渣a的脱落。
另一方面，自喷镀炬1的喷出口17喷出后在缸孔5的内表面5a弹回而未附着的喷镀颗粒7(二次颗粒7a)的热量(能量)较低且附着力较弱，因此，即使附着也容易自喷镀炬1(罩部13)剥离。于是，通过将罩部13的成为二次颗粒7a所附着的部位的表面设为难以附着喷镀颗粒7的表面性状，从而更可靠地抑制原本附着力较弱的二次颗粒7a相对于罩部13的附着。因而，在罩部13的表面，难以产生由二次颗粒7a形成的覆膜渣，而能够更可靠地抑制该覆膜渣的脱落。
这样一来，通过抑制覆膜渣自炬主体11以及罩部13的脱落，能够抑制覆膜渣混入于喷镀覆膜9，能够抑制由覆膜渣混入于喷镀覆膜9导致的质量下降。其结果，在作为喷镀作业的下一工序的珩磨加工时，能够抑制混入于喷镀覆膜9的情况下的覆膜渣的脱落并抑制滑动面上的空孔的产生。
在本实施方式中，容易附着熔融材料的侧壁23b以及前表面暴露部25的表面粗糙度大于罩前表面部13a的表面粗糙度。换言之，罩部13的难以附着熔融材料的罩前表面部13a的表面粗糙度小于侧壁23b以及前表面暴露部25的表面粗糙度。
因此，刚刚自喷出口17喷出的喷镀颗粒7更可靠地附着于炬主体11的侧壁23b以及前表面暴露部25，并成为难以脱落的覆膜渣a。另一方面，在罩部13的表面更难以附着喷镀颗粒7(二次颗粒7a)，而能够更可靠地抑制覆膜渣自罩部13脱落。
在本实施方式中，容易附着熔融材料的侧壁23b以及前表面暴露部25设为材质的导热性低于铜制的罩部13的导热性的铁制。换言之，罩部13的难以附着熔融材料的罩前表面部13a设为材质的导热性高于铁制的侧壁23b以及前表面暴露部25的导热性的铜制。
刚刚自喷出口17喷出的喷镀颗粒7保持有更高的热量。即使这样的保持有更高的热量的喷镀颗粒7附着于由导热性更低的材质构成的侧壁23b以及前表面暴露部25，也能够抑制热量的释放，能够维持更高的热量。维持更高的热量的喷镀颗粒7的密合力更强，而极难自侧壁23b以及前表面暴露部25剥离。
另一方面，即使二次颗粒7a暂时附着于罩前表面部13a，由于罩部13设为导热性更高的铜制，因此，二次颗粒7a所保持的热量容易向罩部13释放。因此，原本热量较低的二次颗粒7a的热量变得更低，即使附着于罩部13，也会在成为覆膜渣之前立刻落下，而能够抑制二次颗粒7a在成为覆膜渣后脱落。
在本实施方式中，罩部13的难以附着熔融材料的罩前表面部13a设为与喷镀颗粒7的亲和性低于铁制的侧壁23b以及前表面暴露部25的与喷镀颗粒7的亲和性的铜制。换言之，容易附着熔融材料的侧壁23b以及前表面暴露部25设为与熔融材料的亲和性高于铜制的罩部13的与熔融材料的亲和性的铁制。
通过将包含侧壁23b和前表面暴露部25在内的炬主体11设为与熔融材料的亲和性更高的铁制，能够进一步提高喷镀颗粒7相对于侧壁23b以及前表面暴露部25的密合力。另一方面，通过将包含罩前表面部13a在内的罩部13设为与熔融材料的亲和性更低的铜制，能够进一步抑制二次颗粒7a相对于包含罩前表面部13a在内的罩部13的附着。
在本实施方式中，喷镀炬1的外表面部的对应于与侧壁23b连续的一侧的端部的前表面暴露部25形成为与外表面部的难以附着熔融材料的罩前表面部13a相比容易附着熔融材料的面。在该情况下，在刚刚自喷出口17喷出的喷镀颗粒7的凹部23内的飞行路径上不存在难以附着熔融材料的部位。
自喷出口17喷出的喷镀颗粒7在凹部23的开口部周缘产生向罩前表面部13a侧转入那样的较小的涡流。由于在涡流产生部位的附近设有作为铁制的炬主体11的一部分的环状的前表面暴露部25，因此，能够抑制该涡流到达罩部13。由于前表面暴露部25设为与侧壁23b等同的表面性状，因此，即使在成为上述涡流的喷镀颗粒7到达时容易在前表面暴露部25附着而成为覆膜渣，由于密合力较强，也能够抑制脱落。
在本实施方式中，喷出口周缘部由相对于外表面部成为凹部23的部位的侧壁23b构成，该侧壁23b呈喷出口17的喷出方向前方侧扩张的锥形形状。在该情况下，与侧壁23b呈圆筒形状的情况相比较，对于在侧壁23b与前表面暴露部25之间以连续的方式形成的情况下的覆膜渣而言，由于由侧壁23b和前表面暴露部25所成的弯曲角度成为更平缓的钝角，因此，难以脱落。
在本实施方式中，喷镀炬1具有炬主体11和覆盖炬主体11且相对于炬主体11装拆自如的罩部13，在罩部13设有外表面部的难以附着熔融材料的部位。在该情况下，能够将难以附着熔融材料的部位与炬主体11构成为单独构件，能够容易地形成难以附着熔融材料的部位和容易附着熔融材料的部位。
上述的罩部13能够通过拆除螺钉33、35而容易地自炬主体11拆除。由此，即使假设成为在罩部13的表面附着有熔融材料的状态，也容易进行清扫作业。而且，罩部13覆盖了炬主体11的特别是前表面部11a，因此，能够抑制炬主体11与高温的熔融材料直接接触，能够相对于热保护炬主体11。
罩部13利用两个螺钉33、35将安装片13g、13h周边紧固固定于炬主体11，其他的部分设为利用包括带片13d、13e、13f的带部覆盖的状态。在该情况下，罩部13的相对于炬主体11牢固地密合的部位仅为两个螺钉33、35周边。因此，即使罩部13因与熔融材料直接接触等而高温化，自罩部13向炬主体11传导的热也略少，能够抑制炬主体11的高温化。
在本实施方式中，喷镀炬1为一边以插入于作为圆形的孔的缸孔5的状态旋转一边自喷出口17喷出喷镀颗粒7的结构，外表面部的难以附着熔融材料的部位至少设于喷镀炬1的旋转方向后方侧。
由于喷镀炬1一边旋转一边自喷出口17喷出喷镀颗粒7，因此，在缸孔5的内表面5a弹回的二次颗粒7a等、未能附着于内表面5a的熔融材料更多地存在于喷镀炬1的旋转方向后方侧。因此，通过在喷镀炬1的旋转方向后方侧至少包括罩前表面部13a，因此，能够更可靠地抑制二次颗粒7a相对于罩前表面部13a的附着。
以上，说明了本发明的实施方式，但这些实施方式仅是为了使本发明容易理解而记载的单一的例示，本发明并不限定于该实施方式。本发明的技术范围并不限定于上述实施方式中所公开的具体的技术事项，还包含从该公开内容中易于导出的各种各样的变形、变更、替代技术等。
例如，在上述的实施方式中，说明了在缸孔5的内表面5a形成喷镀覆膜9的情况，但在缸孔5的除内表面5a以外的被喷镀面形成喷镀覆膜的情况也能够应用本发明。
在上述的实施方式中，为了容易附着熔融材料，作为导热性较低、或相对于熔融材料的亲和性较高的材质，将炬主体11设为了铁制，但并不限定于铁制。而且，为了难以附着熔融材料，作为导热性较高、或相对于熔融材料的亲和性较低的材料，将罩部13设为了铜制，但并不限定于铜制，例如还可以是陶瓷、dlc(类金刚石)。总而言之，炬主体11的表面与罩部13的表面相比容易附着熔融材料、罩部13的表面与炬主体11的表面相比难以附着熔融材料即可。
在上述的实施方式中，为了容易附着熔融材料，对炬主体11的侧壁23b以及前表面暴露部25实施有基于喷丸处理的表面处理，但也可以利用机械加工、锉刀加工(日语：ヤスリ掛け)形成凹凸并做成更粗糙的粗糙面。
在上述的实施方式中，为了难以附着熔融材料，对罩部13的罩前表面部13a进行研磨并使其镜面化，但也可以利用化学的方法等其他的方法使其镜面化。
上述的罩部13还可以设为仅包括罩前表面部13a的结构，仅覆盖炬主体11的前表面部11a。在该情况下，将罩前表面部13a例如利用螺钉固定安装于炬主体11。未完全附着于缸孔5的内表面5a的熔融材料主要朝向炬主体11的前表面部11a移动，因此，即使仅将与前表面部11a相对应的部位设为难以附着熔融材料的部位，也能够得到充分的效果。
在上述的实施方式中，将罩部13与炬主体11设为单独构件，但也可以不使用罩部13。在该情况下，将炬主体11的前表面部11a的表面利用研磨等平滑化并镜面化。由此，炬主体11的前表面部11a的表面成为与侧壁23b和前表面暴露部25的各表面相比难以附着熔融材料的表面性状。
在上述的实施方式中，通过在炬主体11安装罩部13，从而在罩前表面部13a的表面与炬主体11的前表面暴露部25的表面之间形成有台阶。相对于此，还可以在炬主体11的凹部23的开口侧周缘设置环状的突起，并通过将该环状的突起插入于罩部13的圆形的开口部13a1从而将罩部13安装于炬主体11。
在该情况下，环状的突起的顶端面相当于前表面暴露部25，通过使环状的突起的突出高度与罩部13的板厚大致相同，而使突起的顶端面(前表面暴露部25)和罩前表面部13a的表面成为大致同一平面。在设置上述环状的突起的情况下，在所述的罩部13仅包括罩前表面部13a的结构中，该突起成为定位，而使罩部13相对于炬主体11的安装作业性提高。
本发明能够适用于向工件的被喷镀面吹送熔融材料并形成喷镀覆膜的喷镀炬。
附图标记说明
1、喷镀炬；3、缸体(工件)；5、缸孔(圆形的孔)；5a、缸孔的内表面(被喷镀面)；7、喷镀颗粒(熔融材料)；11、炬主体；13、罩部；13a、罩前表面部(外表面部)；17、喷镀炬的喷出口；23、炬主体的凹部；23b、凹部的侧壁(喷出口周缘部)；25、前表面暴露部(外表面部的与喷出口周缘部连续的一侧的端部)。