JP4498793B2

JP4498793B2 - 溶射方法

Info

Publication number: JP4498793B2
Application number: JP2004090795A
Authority: JP
Inventors: 幸久杉田
Original assignee: 有限会社岡杉巧作所
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP2005272971A

Description

本発明は基材表面に溶融あるいは半溶融状態の溶射材を溶射し溶射被膜を形成させる溶射方法に関するものである。

従来から耐摩耗性や耐食性等を向上させるために基材の表面に溶融あるいは半溶融状態の溶射材を溶射する溶射技術が提案されている。このような溶射技術は数多く存するが、いずれも基材表面に一様に溶射して溶射被膜を形成するという点で共通性を有している。このような従来の溶射技術の一例として特許文献１及び２を挙げる。
特開平１１−２００００７号公報特開平９−４１１１５号公報

しかし、従来の溶射技術ではいくつかの課題が生じている。
１）熱によるひずみの影響や溶射装置から強い圧力で基材に溶融した溶射材を吹き付けることにより発生する圧縮応力或いは曲げ応力等の影響等で基材が変形してしまうことがあった。
２）異なる２つの素材が接していることによる膨張率の違いから溶射被膜が基材から剥離しやすかった。特に溶射装置の性能が劣り高温・高圧が得にくい場合には溶射被膜が基材としっかり密着しないため剥離する可能性が高くなる。
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、基材がひずみにくく、なおかつ溶射した溶射被膜が剥離しにくい溶射方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために請求項１に記載の発明では、プラスチック製の基材と所定間隔を開けてテンプレートを配置し、同テンプレートを間に介在させて前記基材に対して溶射材を溶射し、前記基材表面に前記テンプレートの透孔のパターンに応じた溶射被膜を形成させるようにした溶射方法であって、前記基材表面に溶射を行い、その溶射した箇所を所定時間をかけて放熱させるとともに、前記テンプレートをずらし或いは他のテンプレートを配置して放熱後に前回の溶射とは異なる位置に次回以降の溶射を行い、前記基材表面を複数回の溶射によって形成した溶射被膜によって覆うようにしたことをその要旨とする。

このような構成では、プラスチック製の基材に対して所定間隔を開けてテンプレートを配置し、テンプレートを間に介在させた状態で基材方向に溶射材を溶射することとなる。すると溶融した溶射材はテンプレートに透設された透孔を通過して基材表面に達する。テンプレートの透孔を通過しなかった溶射材は基材表面に達することはないため透孔のパターン通りに溶射被膜を形成させることが可能となる。これによって基材表面に溶射されない部分を形成することができ、溶射すべき面積をすべて被覆してしまわないため熱によるひずみや応力の影響を受けにくくなる。また、膨張率の違いによる剥離しやすさも軽減されることとなる。
ここに、テンプレートの透孔のパターンは同一パターンの透孔の繰り返しであっても、ランダムな透孔が形成されていても構わない。テンプレートと基材の間隔は近すぎると溶射材によって両者が接合してしまう可能性もあるため、ある程度離間する必要があるものの、あまりに離間するとテンプレートの透孔を通過した溶射材が拡がってしまう。要は溶射する予定の被膜の厚みよりもテンプレートと基材間の間隔が開いていればよく、その間隔は数十μｍ〜１０ｍｍ程度が好ましい。
基材の種類は溶射可能な素材であればすべて対象となる。更に、比較的耐熱性の高いプラスチックも含まれる。溶射すべき面積をすべて被覆するわけはないため溶射部分以外から放熱させることでプラスチックにも溶射が可能となる。好ましいプラスチックとしてはガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート（以下ＧＦ−ＰＥＴとする）、４フッ化エチレン等のフッ素樹脂、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、ポリイミド等のＰＰＯ樹脂、ポリウレタン等のシリコーン樹脂、ポリカーボネートのような耐熱性が高いものが挙げられる。

また、基材表面に溶射を行った後でその溶射した箇所を所定時間をかけて放熱させるとともに、テンプレートをずらし或いは他のテンプレートを配置して前回の溶射とは異なる位置に次回以降の溶射を行い、基材表面を複数回の溶射によって形成した溶射被膜によって覆うようにする。
これによって基材に対して熱によるひずみや応力の影響を与えず溶射すべき面積をすべて被覆することができる。また、数回に分けて溶射することによって溶射部分以外から放熱させることが可能となるため、特に上記のような熱に弱いプラスチックについて適用することが可能となる。前回の溶射とは異なる位置に次回以降の溶射を行う場合には先の溶射部分と一部重複しても構わない。また、次回以降の溶射は前回の溶射の放熱が終了してから行う必要がある。
テンプレートは同一のものをずらして使っても別に用意されたものを差し替えて使っても構わない。

上記請求項の発明では、基材に対する熱のひずみや応力が極めて軽減され、プラスチックであっても溶射が可能となる。

以下、本発明の溶射方法を具体化した実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の図１及び図２においては溶射被膜の厚みを若干誇張して描いている。
（実施の形態１）
図１（ａ）及び図１（ｂ）に基づいて実施の形態１の溶射方法について説明する。
実施の形態１において使用される基材１はアルミニウム合金とする。テンプレート２はステンレス合金製とされ図３に示すような円形の繰り返しパターンの透孔３が透設されている。本実施の形態１ではパウダー式高速フレーム溶射装置５（以下溶射装置５とする）を使用する。溶射材としてパウダー状のタングステン−コバルト混合粉末を使用する。
図１（ａ）に示すように、基材１から数ｍｍ離間した位置にテンプレート２を配置する。そして、溶射装置５のノズル６をテンプレート２近傍に配置し、テンプレート２の面に沿って順次溶射していく。これによって図１（ｂ）に示すようなテンプレート２の繰り返しパターンの透孔３に対応した溶射被膜７が形成される。
このように基材１上に溶射被膜７が形成された溶射体１０は例えば研磨せずに砥石としてそのまま使用することが可能である。また、ロータリーエンコーダの検出ローラの材料当接面に応用すれば食い込みがよく摩耗しにくく、なおかつ検出ローラ自体を軽量に構成することができるので好適である。また、溶射被膜７を更に研磨することで接触抵抗の少なくなおかつ摩耗しにくく剥離もしにくいスライド面を構成することが可能となる。尚、このようにスライド面を構成した場合にはスライドさせる物体との間に溶射被膜７の厚み分の空間が形成されることとなるためこの空間を利用して空間内に油のような滑りを良くする潤滑剤を流通させたり圧縮エアを供給したりして更にスムーズにスライド動作させるようにすることが可能である。
また、例えばアルミニウム加工におけるプラグゲージの円筒形外周面のようなすり減りやすいスライド面に上記溶射被膜７を形成させるような応用も可能である。プラグゲージは現状ではアルミ合金よりも硬くすり減りにくい鋼やセラミックを使用しているが、これらはアルミ合金と膨張率が異なるため温度条件によっては正確な測定ができないばあいがあった。アルミ合金製のプラグゲージのスライド面に本実施の形態１のような加工を施せばワークと同ゲージの膨張率を同じにでき、なおかつ溶射被膜７はスライド面全周囲に形成されているのではないため剥離しにくいものとなる。

（実施の形態２）
図１（ａ）〜図１（ｄ）に基づいて実施の形態２の溶射方法について説明する。実施の形態２では上記実施の形態１において基材１上に溶射被膜７が形成された溶射体１０に対して図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示すように溶射被膜７を覆い隠すように更に溶射を行い第２の溶射被膜１１を形成させる。実施の形態２における第２の溶射被膜１１の形成においてはパウダー式アーク溶射装置１２（以下溶射装置とする）を使用した。第２の溶射材として銅粉末を使用する。
このように基材１上に溶射被膜７が形成された溶射体１０に対して更に第２の溶射被膜１１を形成することによって、本来溶射体１０の表面層としたい第２の溶射被膜１１がしっかりと定着することとなる。用途としては部分的に低密着性の溶射を必要とする場合（例えばスポット溶接用の銅ベース面の形成等）において好適である。また、第２の溶射被膜１２を研磨することで装飾面を構成することも可能である。

（実施の形態３）
図２（ａ）〜図２（ｅ）に基づいて実施の形態３の溶射方法について説明する。
実施の形態３において使用される基材１５はＧＦ−ＰＥＴとする。実施の形態３において使用されるテンプレート１６はステンレス合金製とされ図４に示すような正方形の繰り返しパターンの透孔１７が透設されている。その他の溶射被膜１８形成のための条件は実施の形態１と同様である。実施の形態３では図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように上記実施の形態１と同様の方法で基材１５上に溶射被膜１８を形成させ所定時間経過して放熱した後に図２（ｃ）に示すように溶射被膜１８を形成した際のテンプレート２の透孔１７の位置をずらし、溶射被膜１８が形成されていない位置に溶射装置５によって溶射を行う（図２（ｄ））。図４に示すようなテンプレート１６を使用した場合では１〜４の４つの１マスずつずれた位置で溶射することによって最終的に溶射すべき面積をすべて被覆することが可能となる。次いで図２（ｅ）に示すように研磨して溶射体１９を得る。
このように２段階で基材１５に溶射することでプラスチックとしてのＧＦ−ＰＥＴに溶射することが可能である。従って、プラスチック表面に例えばスポット溶接用の銅ベース面を形成させたり、耐摩耗性を向上させたい場合にコート層を形成することが可能となる。

尚、この発明は、次のように変更して具体化することも可能である。
・実施の形態２においてテンプレート２の繰り返しパターンの透孔３の位置をずらし複数回テンプレート２を介在させて溶射してから第２の溶射被膜１１を形成させるようにしてもよい。
・上記実施の形態３では溶射すべき面積をすべて被覆するために４段階で溶射したがテンプレート１６のパターンの違いによって溶射回数を変更することは自由である。
・溶射装置は上記実施の形態のものに限定されることはない。例えばプラズマ溶射装置等を使用することも可能である。
・溶射装置に使用される溶射材料も上記に限定されることはない。
・テンプレートの材質や厚みは自由に設定可能である。
その他本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更した態様で実施することは事由である。

（ａ）は実施の形態１及び２においてテンプレートを使用した溶射状態を説明する説明図、（ｂ）は同じく実施の形態１及び２においてテンプレートを使用して溶射被膜を形成した状態を説明する説明図、（ｃ）は実施の形態２において第２の溶射剤を溶射している状態を説明する説明図、（ｄ）は実施の形態２において第２の溶射剤の溶射が溶射が完了した状態を説明する説明図。（ａ）は実施の形態３においてテンプレートを使用した溶射状態を説明する説明図、（ｂ）は実施の形態３においてテンプレートを使用して溶射被膜を形成した状態を説明する説明図、（ｃ）は実施の形態３においてテンプレートをずらして溶射している状態を説明する説明図、（ｄ）は実施の形態３において溶射が完了した状態を説明する説明図。（ｅ）は実施の形態３において溶射被膜を研磨した状態を説明する説明図。実施の形態１及び２に使用されされるテンプレートの部分拡大平面図。実施の形態３に使用されされるテンプレートの部分拡大平面図。

１，１５…基材、２，１６…テンプレート、３，１７…透孔、７，１８…溶射被膜、１１…第２の溶射被膜。

Claims

プラスチック製の基材と所定間隔を開けてテンプレートを配置し、同テンプレートを間に介在させて前記基材に対して溶射材を溶射し、前記基材表面に前記テンプレートの透孔のパターンに応じた溶射被膜を形成させるようにした溶射方法であって、前記基材表面に溶射を行い、その溶射した箇所を所定時間をかけて放熱させるとともに、前記テンプレートをずらし或いは他のテンプレートを配置して放熱後に前回の溶射とは異なる位置に次回以降の溶射を行い、前記基材表面を複数回の溶射によって形成した溶射被膜によって覆うようにしたことを特徴とする溶射方法。