JP2021046615A - 溶射層で被覆されるよう意図された構成部品をマスキングする方法 - Google Patents

Abstract

【課題】要求される高い精度で臨界的マスク境界を位置決めすることを可能にする、大部分が自動化されたマスキング方法を特定すること。【解決手段】本発明は、溶射によって構成部品を被覆する方法であって、構成部品の表面全体が被覆されることは意図されておらず、被覆されることが意図されていない表面の部分は、被覆の前にマスキングによって覆われる、方法において、少なくとも臨界的マスク境界の領域において、この覆いは、ペースト方法によって、すなわち少なくとも１つのノズルから吐出されたペーストを用いて実行されることを特徴とする方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、溶射（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｐｒａｙｉｎｇ）により被覆される構成部品（コンポーネント）の表面の一部分をマスキングする方法に関する。

溶射は、例えば粉末形態の材料が連続的に溶融される被覆（コーティング）プロセスである。得られた溶滴が、被覆される表面上に投射され、それにより平坦な溶滴が表面上に蓄積する。このようにして形成された層は、例えば被覆されていない構成部品よりもより硬く、より脆いが、より多孔質である被覆をもたらす。

どのような可溶性材料でも噴霧できること、またほぼ全ての構成部品材料およびほぼ全ての構成部品幾何形状が被覆できることは注目に値する。この方法で達成できる自動化の程度は、達成可能な層の再現性および品質と同様に非常に高い。

しかし多くの場合、構成部品の表面全体が被覆されるべきではない。それゆえ被覆されない表面の部分は遮蔽すなわちマスキングされなければならない。残念ながら、マスキングにおいて達成される自動化の程度はこれまでのところ非常に低い。多くの場合、構成部品は未だ手動でマスキングされる。

一方で、例えばＪＰ３１５８４５１またはＵＳ６６４５２９９に記載されるように、オーバーレイ・マスクが使用されている。他方で、接着テープで作られた接着マスクが使用されており、これは、被覆しない表面の部分に直接貼り付けられる。

ＷＯ２０１０／０３１３７０Ａ１は、溶射に関連する一般的なマスキング方法の概要を示している。例えばＵＳ４４６４４３０に記載されるように、塗料のマスキングまたは結合剤含有混合物のマスキングを保護領域に塗布する可能性の言及もある。しかしそこでのマスキングは、溶射により被覆しない表面の部分を浸漬浴中に浸漬することによるディップコーティングによって行われる。言うまでもなく、この方法は非常に少ない幾何形状に限定される。

ＷＯ２０１０／０３１３７０Ａ１にマスキングそれ自体が記載されており、これは、わずかに小さいサイズの弾性材料で作られる。記載されている材料の中には、例えばエラストマーもある。マスキングを構成部品に塗布すると、そのマスキングはその小さいサイズのせいで構成部品に非常に密着する。このタイプのマスキングは、構成部品が全周囲をマスキングされなければならないときに特に功を奏する。

上述した全ての方法は、少なくとも２つの欠点を有する。すなわち、一方で、それらは自動化することができず、あるいはたとえできたとしても多大な技術的努力を要する。他方で、多くの場合、それらは応用例（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）において所望の緻密性（精度）を可能にしない。すなわち、多くの応用例において、被膜する表面の部分から被膜しない部分への移行部を定義する線は、極めて緻密に、そして何より再現可能に保たれなければならない。そのような線は、以下、臨界的マスク境界（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｍａｓｋ ｂｏｕｎｄａｒｙ）と称する。あまり精度を要求しない線を定義する移行部も存在し得ることが明らかである。これらは以下、非臨界的マスク境界（ｕｎｃｒｉｔｉｃａｌ ｍａｓｋ ｂｏｕｎｄａｒｙ）と称する。

ＪＰ３１５８４５１ ＵＳ６６４５２９９ ＷＯ２０１０／０３１３７０Ａ１ ＵＳ４４６４４３０

したがって本発明は、要求される高い精度で臨界的マスク境界を位置決めすることを可能にする、大部分が自動化されたマスキング方法を特定するという目的に基づく。

本発明によれば、マスキングは、ノズルにより分配されるペーストによって、少なくとも臨界的マスク境界に沿って実現される。本明細書で使用する「ペースト」という用語は、構成部品の表面上で溶解することなく、任意の輪郭プロファイルを有するシールビード（ｓｅａｌｉｎｇ ｂｅａｄ）の形態で表面に塗布することができるような高い粘性を有する液体材料を意味する。本発明によれば、ペーストは硬化性である。

接触角がα＞９０°となるように２つの重なり合うシールビード３が構成部品１に塗布された状況を示す図である（図の左縁に見ることができる）。

粘性（粘度）は精度に大きく影響し、またそれにより、幾何学的特性（遮蔽の生成）を有するシールビードを製造することができる。このため、本発明の好ましい実施形態によれば、ペーストおよび／またはマスキングされる構成部品は、所定の調整された環境（冷却された環境）下で処理および塗布される。

例えば硬化は、ペーストに含まれる溶媒の蒸発によって行うことができる。しかし、好ましい実施形態によれば、硬化は少なくとも部分的に架橋によって、特に好ましくは光誘起架橋によって実現される。

特に好ましい実施形態によれば、ＵＶ（紫外線）硬化ペーストが使用される。これはとりわけ、ペーストが、構成部品に塗布された直後に硬化する必要があるので利点となる。溶射の際、特にそれがプラズマプロセスである場合、構成部品はプラズマプロセスのために強い紫外線に曝され、結果としてさらに硬化し、理想的には完全に硬化する。ペーストのみがすぐに硬化されねばならないという事実のために、あまり高価でないＵＶ源を使用すること、および／またはＵＶ照射時間を短縮することができる。

本発明の別の実施形態によれば、マスキングは２つのステップで実行される。マスキングされる領域はしたがって、従来技術から既に知られている方法の１つを使用してマスキングされるが、臨界的マスク境界の領域には、相応に既知の手段によるマスキングは提供されない。それゆえこれは部分マスキングであり、臨界的マスク境界の周辺の領域は空白のままである。臨界的マスク境界の周辺の領域はその後、上述の方法によってこの実施形態にしたがってマスキングされ、すなわちマスキングペーストが少なくとも１つのノズルによってこれらの領域に塗布され、それによりマスキングが完了する。その際、部分マスキングと補完マスキングとの間でマスキングされていない領域が形成されないことを確実にするため、マスキングが完了したときに部分マスキングとの重なり合いがあるように考慮することが有利である。

この方法では、ペーストプロセスによって多くの時間がかかる比較的大きな領域のマスキングが、位置的に比較的不正確な方法によって迅速に塗布されることができ、そして臨界的マスク境界の臨界的な縁部領域がペーストプロセスを使用して非常に緻密に塗布されることができることが特に有利である。不正確な方法は、比較的容易に自動化することができる。ペーストプロセスの自動化もまた可能である。ペーストプロセスでは、ペースト分配の際、マスキングするマスク境界に近い領域に対してノズル出口の位置を移動させる必要がある。この場合、ノズルまたは構成部品をロボットに取り付けることができる。好ましくは、構成部品は、マスキングしようとする構成部品が小さい場合にロボットアームに取り付けられるであろう。なぜならこの場合、通常はホースによって実現されるペーストリザーバへのノズルの接続が、いかなる移動にも曝されないからである。しかし、より移動が難しいより大きな構成部品の場合、ノズルをロボットアームに取り付けることが有利であり得る。より一般的には、構成部品の位置決めおよび／または方向付けのための手段、および／または少なくとも１つのノズルの位置決めおよび／または方向付けのための手段が設けられてもよい。

空間でのロボット制御された移動のおかげで、自由形式の経路を移動することができる。

既に上述したように、臨界的マスク境界は正確なシールビードによって描かれる。非臨界的マスク境界は少なくとも２つのカテゴリに分割することができ、すなわちそれは例えば単純なカバー（覆い）の塗布である。しかし、場合によって、カバーがアンダーカット（逃げ溝部）に取り付けられず、あるいは分配プロセスを制限する可能性がある。この理由のために、好ましい実施形態によれば、第２のディスペンサにおいて低粘性ペースト材料が使用される。それは低粘性のせいで融合し、それゆえ広い領域に塗布され得る。最初に、正確なシールビードが配置される。

既に説明したように、臨界的マスク境界の領域における正確なマスキングは多くの応用例に不可欠である。しかし、本発明者らは、しばしば、マスキングを除去した後これらの領域において、マスキングが非常に正確に適用されたにもかかわらず、溶射によって塗布された層が残っていなかったことを発見した。この観察から、徐々に増加させるのではなく、高い急峻性（傾き）を有するように臨界マスク境界に沿ってマスキングを実現するよう試みるアイデアが生まれた。これは、溶射された層が、塗布する領域から塗布しない領域までの移行部で臨界的マスク境界を延ばす連続層として実現されると、溶射された層の成分が、被覆を除去するときにマスク境界を超えて取り去られるという仮定に基づく。

そのような連続層を回避するために、ペーストはそれゆえ、少なくとも９０°の接触角が形成されるように、マスキングする構成部品の材料に適合されることが好ましい。そして、マスクの厚さは臨界的マスク境界で連続的には増加せず、しかしオーバーハングしていない壁であっても、少なくとも垂直を形成している。その結果、溶射された層は臨界的マスク境界で実質的に中断される。マスキングが除去されるとき、層のいかなる部分も臨界的マスク境界を越えて取り去られない。接触角が９０°を超えると、シェーディング効果（遮蔽効果）が増大し、臨界的マスク境界の至る所での溶射層の分離に寄与する。このシェーディング効果をさらに高めるために、本方法の特に好ましい実施形態では、第２のシールビードが第１のシールビードの上に配置される。この第２のシールビードは、強化されたオーバーハングが実現され、それによりシェーディング効果が強化されるように塗布される。

ここで、ペーストを塗布したときに接触角が形成され、また接触角は、ペーストが硬化したかどうかにかかわらず、プロセス全体の間、実質的に変化しないので、接触角は液体と固体の間の境界での接触角に類似したものと定義される。この角度は以下において、構成部品とシールビードの間の境界での、構成部品の表面と、シールビードの表面の接線または二重シールビードの表面の接線とによって囲まれた接触角度として定義される。

図１は、接触角がα＞９０°となるように２つ重なり合うシールビード３が構成部品１に塗布された、対応する状況を示す（図の左縁に見ることができる）。接触角α＜９０°は最適ではない。なぜなら、層５の層分離の問題を引き起こす可能性があるからである（図の右縁に見ることができる）。

また、本願は以下の項目に係る発明を開示する。
（項目１）
溶射によって構成部品を被覆する方法であって、前記構成部品の表面全体は被覆されず、被覆しない表面の部分は、被覆の前にマスキングによって覆われ、この覆いは、少なくとも臨界的マスク境界の領域でペーストプロセスによって、すなわち少なくとも１つのノズルから分配されるペーストによって作られ、前記ペーストは硬化性ペーストであり、硬化は、光誘起され、そして好ましくは紫外線によって引き起こされる、方法において、
前記マスキングが、部分マスキングステップと、補完マスキングステップとを含み、前記補完マスキングステップは、少なくとも臨界的マスク境界の領域で実行され、前記部分マスキングステップは、前記臨界的マスク境界の領域から離れた領域で実行され、前記部分マスキングをする方法が、ペーストプロセスではないことを特徴とする方法。
（項目２）
溶射によって構成部品を被覆する方法であって、前記構成部品の表面全体は被覆されず、被覆しない表面の部分は、被覆の前にマスキングによって覆われ、この覆いは、少なくとも臨界的マスク境界の領域でペーストプロセスによって、すなわち少なくとも１つのノズルから分配されるペーストによって作られ、前記ペーストは硬化性ペーストであり、硬化は、光誘起され、そして好ましくは紫外線によって引き起こされる、方法において、
第１のシールビードが、前記ペーストプロセスの最中に少なくとも１つの臨界的マスク境界の領域において前記構成要素に塗布され、また第２のシールビードがこの第１のシールビードに少なくとも部分的に塗布されることを特徴とする方法。
（項目３）
前記ペーストは、前記構成要素に塗布されたときに形成される前記シールビードが少なくとも９０°の接触角を有するように選択されることを特徴とする項目１または２に記載の方法。

１ 構成部品
３ シールビード
５ 層

Claims (2)

1. 溶射によって構成部品を被覆する方法であって、
   前記構成部品の表面全体は被覆されず、被覆されない表面の部分は、被覆の前にマスキングによって覆われ、
   この覆いは、少なくとも臨界的マスク境界に隣接する領域でペーストプロセスによって、すなわち少なくとも１つのノズルから分配されるペーストによって作られ、
   前記ペーストは硬化性ペーストであり、硬化は、光誘起される、方法において、
   第１のシールビードが、前記ペーストプロセスの最中に複数の前記領域のうちの少なくとも１つにおいて前記構成要素に塗布され、また
   二重シールビードが形成されるように、第２のシールビードが前記第１のシールビード上に少なくとも部分的に塗布され、
   前記二重シールビードは、前記臨界的マスク境界の方向に向けられた前記二重シールビードの側で測定される、前記構成部品の表面と前記二重シールビードの表面の接線とで囲まれた少なくとも９０°の接触角（α）で前記構成部品に塗布され、前記第２のシールビードは、強化されたオーバーハングを形成する
   ことを特徴とする方法。
2. 前記光誘起される硬化は紫外線によって引き起こされる、請求項１に記載の方法。

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