JP3236603U

JP3236603U - マスキング治具

Info

Publication number: JP3236603U
Application number: JP2021005010U
Authority: JP
Inventors: 教良金田; 響横山; 理啓藤井
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2022-03-02
Anticipated expiration: 2031-12-29
Also published as: WO2023127573A1; TW202329302A

Abstract

【課題】溶射によりワークの表面に被膜を形成する際に、簡便にマスキングを行うことのできる治具を提供する。【解決手段】マスキング治具１００は、ワークの開口部に嵌合する挿入部１０２と、挿入部の上部に設けられワークの開口部を覆う被覆部１０４と、被覆部の上部に設けられ被覆部の外端から外側に突出する庇部１０６とを有する。マスキング治具は、挿入部がワークの開口部に嵌合されたとき、庇部がワークの上面より高い位置に配置されていて、庇部の上部には突起部１０８が設けられている。マスキング治具は樹脂製である。【選択図】図１

Description

本開示は、ワークに溶射を行う際に用いることのできるマスキング治具の構造に関する。

高い耐電圧と耐熱性を備えるために、金属製のワーク（「基材」、「部品」とも呼ばれる）にセラミックの絶縁膜を溶射する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－０１３８７４号公報

溶射処理は熱源を用いて金属やセラミックスなどの材料を溶融又は軟化させ、その溶融粒子をワークへ噴射することで被膜を形成するため、被膜を堆積する箇所と、被膜を堆積しない箇所とを作り分けるのが困難である。そのため、ワークに被膜を堆積させたくない箇所に対しては、あらかじめマスキングをしておく必要がある。例えば、ワークに開口部が設けられている場合、その開口部が溶射被膜で埋められないようにするために、開口部をマスキングしておく必要がある。しかし、マスキングテープによる作業は手間がかかり、マスキングの範囲を精密に調整することが困難である。

このような問題に鑑み、本開示は、溶射によりワークの表面に被膜を形成する際に、簡便にマスキングを行うことのできる治具を提供することを目的とする。

本開示の一実施形態に係るマスキング治具は、ワークの開口部に嵌合する挿入部と、挿入部の上部に設けられワークの開口部を覆う被覆部と、被覆部の上部に設けられ被覆部の外端から外側に突出する庇部とを有する。

本開示の一実施形態において、挿入部がワークの開口部に嵌合されたとき、庇部がワークの上面より高い位置に配置されていることが好ましい。庇部の上部には突起部が設けられていてもよい。庇部は断面形状がテーパー形状を有していてもよい。

本開示の一実施形態において、マスキング治具は樹脂製であることが好ましい。

本開示の一実施形態によれば、上部に庇部を有し、ワークの開口部に差し込んで固定するマスキング治具を用いることで、マスキングの作用が簡便になり生産性の向上を図ることができる。

本開示の一実施形態に係るマスキング治具の構造を説明する図であり、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は断面図を示す。本開示の一実施形態に係るマスキング治具がワークに取り付けられた状態を説明する図であり、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は断面図を示す。本開示の一実施形態に係るマスキング治具がワークに取り付けられた状態を説明する図であり、（Ａ）及び（Ｂ）はマスキング治具が取り付けられたワークの部分断面図を示す。本開示の一実施形態に係るマスキング治具が取り付けられたワークの部分断面図を示す。

以下、本開示の各実施形態について、図面などを参照しつつ説明する。ただし、本開示は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。本明細書と各図面において、既出の図面を参照して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付し、重複する説明を省略することがある。

図１は、本開示の一実施形態に係るマスキング治具１００の構造を示す。図１において、（Ａ）はマスキング治具１００の平面図を示し、（Ｂ）は平面図に示すＡ－Ｂ間に対応する断面図を示す。図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すマスキング治具１００は、溶射処理によりワークの表面に被膜を形成するとき、被膜を形成しない部分に取り付けられるマスキング用の治具である。

マスキング治具１００は細長いピン状の部材であり、外観において外径が異なる複数の部分が長手方向に沿って連なる形状を有する。図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すような外観形状を有するマスキング治具１００は、一体成形品として提供され得る。マスキング治具１００を各部に分けて名称を付けると、挿入部１０２、挿入部１０２の上部に設けられる被覆部１０４、被覆部１０４の上部に設けられる庇部１０６と称呼することができる。マスキング治具１００には、庇部１０６の上に上方に突出する突起部１０８がさらに設けられていてもよい。

マスキング治具１００を構成する各部は、それぞれ異なる機能を有する。挿入部１０２は、ワークの開口部（図示されず）に挿入される部分であり、マスキング治具１００をワークに固定する機能を有する。被覆部１０４は開口部を被覆する部分であり、開口部に被膜が形成されないようにする機能を有する。庇部１０６は、被覆部１０４の側面に被膜が厚く堆積しないように被膜の堆積範囲を調整する機能を有する。突起部１０８はマスキング治具１００をワークに取り付け、取り外すときに作業者が指先で挟み持つために設けられる。

図１（Ａ）及び（Ｂ）は、マスキング治具１００を構成する挿入部１０２、被覆部１０４、及び庇部１０６が円柱状であり、それぞれが異なる外径を有することを示す。具体的に、挿入部１０２の外径Ｄ１に対し被覆部１０４の外径Ｄ２の方が大きく、被覆部１０４の外径Ｄ２に対し庇部１０６の外径Ｄ３の方が大きくされている。突起部１０８の外径Ｄ４は任意であり、庇部１０６の機能を損なわないように外径Ｄ３より小さければよい。

溶射時に噴霧される溶融又は軟化した材料は、理想的にはマスキング治具の表面に対し略垂直の方向から噴霧される。マスキング治具１００がワークに取り付けられると、庇部１０６の下は陰となり溶融又は軟化した材料が噴霧されても堆積を阻害するように作用するが、回り込み成分があることにより庇部１０６の陰となる部分にもある程度被膜が形成される。

溶射処理によって、庇部１０６の下方にどの程度の厚さで被膜を形成するかは、庇部１０６が突出する長さＰ１と、被覆部１０４の高さＨ１により調整することができる。ここで、庇部１０６が被覆部１０４から突出する長さＰ１は、Ｐ１＝１／２（Ｄ３－Ｄ２）の関係を有する。被覆部１０４の外形Ｄ２に対し庇部１０６の外形Ｄ３はＤ３＞Ｄ２の関係を有するので、庇部１０６が突出する長さＰ１は庇部１０６の外径Ｄ３により自由に調整することができる。また、図１（Ｂ）に示される構造から明らかなように、被覆部１０４の高さＨ１も独立して設定することができる。

マスキング治具１００は、さまざまな形状のワークに合わせて寸法及び形状を変更することができる。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、マスキング治具１００が円柱状の外形を有し、ワークに形成された円形の開口部をマスキングする用途に使用される形状を示すが、ワークに形成される開口部が角形である場合には、マスキング治具が角柱形状の外形を有していてもよい。

マスキング治具１００は、さまざまな溶射材料に適用することができる。溶射材料としては、金属、合金、サーメット、セラミックスなどが例示される。溶射処理ではマスキング治具１００が取り付けられた領域を含めて溶射材料が噴霧される。溶射処理によってワークの表面に形成される被膜は強固に付着することが好ましいが、マスキング治具１００の表面には溶射材料が付着しない（付着しにくい）か、付着しても簡単に除去できることが好ましい。また、マスキング治具１００は溶射時の温度に耐えることのできる耐熱温度を有することが求められる。

このような要求を満たすため、マスキング治具１００は樹脂材料で形成されているか、少なくとも表面が樹脂材料でコーティングされていることが好ましい。樹脂材料としては、耐熱性及び溶射処理により形成される被膜の取り除き易さからフッ素樹脂であることが好ましく、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：polytetrafluoroethylene）であることが好ましい。

図２は、マスキング治具１００がワーク２００に取り付けられた状態を示す。図２において、（Ａ）はワーク２００の平面図を示し、（Ｂ）は平面図に示すＣ－Ｄ間に対応する断面構造を示す。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、ワーク２００が半導体製造装置において半導体基板やガラス基板を支持する基板ステージである場合を示す。なお、ワーク２００は図示される形状に限定されず、溶射処理により被膜が形成される領域にマスキング治具１００が取り付けられるものであれば形状に特段の限定はない。

図２（Ａ）に示すように、溶射処理により被膜が形成されるワーク２００の表面に、少なくとも１つのマスキング治具１００が取り付けられる。図２（Ａ）は、ワーク２００の４箇所にマスキング治具１００が取り付けられる例を示す。図２（Ｂ）に示すように、ワーク２００は開口部２０２を有する。開口部２０２は、ワーク２００の表面から所定の深さを有している。開口部２０２にはマスキング治具１００が差し込まれる。ワーク２００の上面及び側面には溶射処理により被膜２０４が形成されるが、マスキング治具１００により開口部２０２には被膜が形成されない。

溶射処理により形成される被膜２０４の膜厚は１００μｍ～１５００μｍ程度である。ワーク２００の表面に取り付けられるマスキング治具１００は、被膜２０４により埋め込まれてしまうと取り外しが困難になるので、被膜２０４の膜厚より十分に高く上方に突出していることが好ましい。例えば、マスキング治具１００はワーク２００の表面から１ｍｍ以上の高さで突出していることが好ましい。

次に、ワーク２００に設けられた開口部２０２と、マスキング治具１００の取り付け状態の詳細を、図３（Ａ）を参照して説明する。図３（Ａ）は、図２（Ｂ）に示す領域Ｒの拡大図を示す。

図３（Ａ）は、マスキング治具１００がワーク２００に取り付けられた状態を示す断面図である。図３（Ａ）は、口径Ｋ１を有する開口部２０２の上部に、ワーク２００の上面から所定の深さＦ１を有し、口径Ｋ１より幅広の口径Ｋ２を有する開口溝２０３が設けられた形状を示す。別言すれば、図３（Ａ）は、口径Ｋ１の開口部２０２の上部に深さＦ１、口径Ｋ２を有するザグリが形成された形状を示す。さらに開口溝２０３の上端は、幅Ｗ１に亘ってテーパー状にザグられて（削られて）いることが好ましい。

図１（Ｂ）を参照して説明したように、マスキング治具１００は外径Ｄ１を有する挿入部１０２、外径Ｄ２を有する被覆部１０４、及び外径Ｄ３を有する庇部１０６を有する。挿入部１０２の外径Ｄ１と開口部２０２の口径Ｋ１とは概略同じ径を有し、被覆部１０４の外径Ｄ２と開口溝２０３の口径Ｋ２とが概略同じ径を有する。マスキング治具１００は、挿入部１０２が開口部２０２に、及び被覆部１０４が開口溝２０３に嵌合するように挿入されることで、溶射処理の工程中に簡単に抜け落ちないようにワーク２００に取り付けることができる。そして、被覆部１０４が開口溝２０３と略同一の外径を有することにより、マスキング治具１００により開口部２０２を覆う（塞ぐ）ことができる。

被覆部１０４の高さＨ１は、開口溝２０３の深さＦ１より大きいため、マスキング治具１００がワーク２００に取り付けられた状態で庇部１０６はワーク２００の上面より高い位置に配置される。すなわち、マスキング治具１００がワーク２００に取り付けられたとき、庇部１０６はワーク２００に接するのではなく、ワーク２００の表面から上方に浮いた状態に配置される。図３（Ａ）は、被覆部１０４の高さＨ１が開口溝２０３の深さＦ１より大きいことにより、庇部１０６の下端がワーク２００の上面より高さＴ１だけ高い位置に配置される態様を示す。

また、図１（Ｂ）を参照して説明したように、庇部１０６は長さＰ１の大きさで被覆部１０４から突出する形状を有する。庇部１０６が突出する長さＰ１は、開口溝２０３の上端のテーパー部の幅Ｗ１と概略同じであってもよい。溶射処置によりワーク２００の表面に溶融又は軟化した材料が噴霧されると、庇部１０６の陰にならない平坦部分では概略一定厚さで被膜２０４が堆積する。庇部１０６の陰になる部分、すなわちテーパー状の部分では全く被膜が堆積されないわけではなく、溶融又は軟化した材料の回り込みにより被膜２０４が堆積される。このとき、テーパー部に堆積される被膜２０４は、庇部１０６の外端と重なる領域から内側の領域にかけて徐々に膜厚が薄くなるように膜厚が薄くなる。被膜２０４のこのような膜厚の変化は、庇部１０６の奥に向かうに従い、溶融又は軟化した材料の回り込み量が減少するためである。この現象に基づけば、溶射処理の条件以外に、マスキング治具１００の被覆部１０４の高さＨ１と庇部１０６の突出する長さＰ１により溶融又は軟化した材料の回り込み量を調整することが可能であることが判る。

仮にマスキング治具に庇部１０６が無いとすると、被覆部１０４の側面に厚膜の被膜２０４が付着することになる。この場合、マスキング治具をワーク２００から弾き抜くと被膜２０４に応力が作用してクラックや剥離が発生するおそれがある。これに対し、庇部１０６が設けられたマスキング治具１００を用いることで、被膜２０４の膜厚を徐々に薄くすることができ、ワーク２００からマスキング治具１００を引き抜く際に応力が極力作用しないようにすることができる。さらに、開口溝２０３の上部にテーパー部を設けることで、マスキング治具１００を引き抜く際に被膜２０４に応力が作用しても、被膜２０４が屈曲する形状を有することによりかかる応力を分散させることができ、クラックの発生や剥離を抑制することができる。

図３（Ｂ）は、庇部１０６の端部が下側より上側の端部が外側に突出する断面形状を有するテーパー形状（逆テーパー形状）である場合を示す。図３（Ｂ）に例示されるように、開口溝２０３のテーパー部の幅Ｗ１よりも庇部１０６が突出する長さＰ１の方が大きくてもよい。庇部１０６がテーパー形状を有することで、溶融又は軟化した材料の回り込み量を増やすことができ、開口溝２０３のテーパー部に堆積する被膜２０４の膜厚を大きくすることができる。溶融又は軟化した材料の回り込み量は、庇部１０６のテーパー角により調整することができるので（すなわち、テーパーが垂直に近く立ち上がるようにすれば回り込み量を増やすことができ、その逆にすれば回り込み量を減少させることができる）、庇部１０６の形状によって被膜２０４の膜厚を制御することができる。

図４は、庇部１０６の端部における断面形状が図３（Ｂ）とは逆であり、庇部１０６の端部が上側より下側の端部が外側に突出するようなテーパー形状（順テーパー形状）を有する場合を示す。庇部１０６の端部における断面形状が順テーパー形状を有する場合でも、溶融又は軟化した材料の回り込み量を制御することができ、開口溝２０３のテーパー部に堆積する被膜２０４の膜厚を制御することができる。また、庇部１０６の端部がこのような順テーパー形状を有することで、庇部１０６の側面に溶射された被膜が堆積することを防ぐことができ、また側面への堆積があったとしてもその量を減らすことができる。

以上のとおり、本開示に係るマスキング治具１００によれば、ワーク２００の表面に溶射処理で形成する被膜２０４の成膜範囲及び膜厚を調整することができる。被膜２０４の成膜範囲は、マスキング治具１００の外形により調整することができるので、ワーク２００に形成される開口部２０２の大きさ及び形状が変化しても柔軟に対応することができる。さらに、マスキング治具１００はワーク２００の開口部２０２に差し込み、また引き抜くだけで容易に着脱することができるので、生産性の向上を図ることができる。また、マスキング治具１００を樹脂製とすることで、溶射被膜の堆積を防ぎ、堆積したとしても簡単に被膜を除去することができるので、再利用することができる。

１００：マスキング治具、１０２：挿入部、１０４：被覆部、１０６：庇部、１０８：突起部、２００：ワーク、２０２：開口部、２０３：開口溝、２０４：被膜

Claims

ワークの開口部に嵌合する挿入部と、
前記挿入部の上部に設けられ、前記ワークの開口部を覆う被覆部と、
前記被覆部の上部に設けられ、前記被覆部の外端から外側に突出する庇部と、
を有することを特徴とするマスキング治具。
前記挿入部が前記ワークの開口部に嵌合されたとき、前記庇部が前記ワークの上面より高い位置に配置される、請求項１に記載のマスキング治具。
前記庇部の上部に突起部を有する、請求項１又は２に記載のマスキング治具。
前記庇部の断面形状がテーパー形状を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマスキング治具。
前記挿入部、前記被覆部、前記庇部が樹脂製である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマスキング治具。