JP5015616B2 - マスキング治具および環状部材の被覆方法 - Google Patents

Description

本発明はマスキング治具および環状部材の被覆方法に関し、より特定的には、溶射を行なうことにより皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、環状部材の一部を覆うことによって皮膜が形成される領域を制限するためのマスキング治具、およびこれを用いた環状部材の被覆方法に関するものである。

軸受の軌道輪などの環状部材においては、表面の保護、絶縁性の確保などを目的として、表面に皮膜が形成される場合がある。たとえば、鉄道車両の主電動機、汎用モータ、風力発電の発電機などの装置に用いられる転がり軸受においては、装置の構造上、転がり軸受の内部に電流が流れるおそれがある。転がり軸受の内部に電流が流れると、転がり軸受を構成する軌道輪などの軌道部材と、玉、ころなどの転動体との間にスパークが生じ、これに起因して電食が発生する場合がある。そして、この電食による軌道部材や転動体の転走面の損傷は、転がり軸受の寿命を低下させる。

内部に電流が流れるおそれのある用途に使用される転がり軸受において、上述のような電食に起因した転がり軸受の寿命低下を回避するためには、転がり軸受とハウジングなどの転がり軸受が接触する部材との間を絶縁する対策が有効である。そして、絶縁を達成する手段としては、転がり軸受において、ハウジングなどの他の部材と接触する軌道部材の表面に、セラミックなどの絶縁性を有する材料からなる皮膜を形成する対策が採用される場合がある。

皮膜の形成は、代表的には、プラズマをエネルギー源とし、皮膜を構成する材料（被覆材）を溶融状態に加熱して、高速で環状部材に吹き付けることにより行なうプラズマ溶射により実施される。より具体的には、環状部材に対するプラズマ溶射が行なわれる場合、一般に、皮膜が形成されるべき表面に対してブラスト処理が行なわれ、当該表面の粗さが大きく（粗く）された後、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックスが所望の膜厚になるまで溶射され、皮膜が形成される。

このとき、環状部材において皮膜が形成されるべきでない領域は、マスキング治具によりマスキングされ、溶射が実施される。たとえば、環状部材が転がり軸受の外輪である場合、溶射された被覆材の一部が転走面に脱落して、転動体と軌道輪との間に噛み込んでこれらに損傷を与えるおそれがある。これによる軸受の短寿命化を抑制するため、皮膜が形成されるべきでない内周面、内周面に形成され、玉などの転動体が転走する転走面、および内周面に交差するように軸方向の両側に形成される端面と内周面とが交差する領域に形成される面である面取り部には、皮膜が形成されないように、これらの領域を覆うマスキング治具が設置されて溶射が実施される。そして、溶射が終了すると、マスキング治具が環状部材から取り外され、形成された皮膜に封孔処理が行なわれた後、皮膜を所望の寸法に仕上げる研磨加工が行なわれる。

上述のような環状部材の皮膜形成処理においては、以下のような問題点があった。図６は、従来の環状部材の皮膜形成方法およびこれに使用されるマスキング治具を説明するための概略部分断面図である。なお、環状部材である転がり軸受の外輪（軸受外輪８）は円環状の形状を有しており、図６においては、回転軸を含む断面の上半分（全周の四分の一）が図示されている。

図６を参照して、環状部材である軸受外輪８においては、外周面８１、および軸受外輪８の回転軸方向に形成された２つの端面８２に、皮膜であるアルミナ皮膜９が形成される。一方、軸受外輪８においては、内周面８３、内周面８３に形成され、玉などの転動体が転走する転走面８４、および端面８２と内周面８３とが交差する領域に形成される面である面取り部８５には、アルミナ皮膜９が形成されることを防止する必要がある。そのため、円盤状のマスク部１１１を有する２つのマスキング治具１１０が軸受外輪８に対して設置される。マスク部１１１は、被覆材であるアルミナが溶射される側の面である溶射面１１２と、溶射面１１２とは反対側の面である非溶射面１１３とを含んでおり、かつ軸受外輪８の面取り部８５の形状に合わせて溶射面１１２側の外周を含む領域には径方向に突出する突出部１１４が形成されている。

そして、上述のように軸受外輪８にマスキング治具１１０が設置された状態で、軸受外輪８の外周面８１および端面８２に対してアルミナが溶射される。このとき、軸受外輪８の温度が上昇して、硬度が低下することを抑制するため、気体など冷却媒体、たとえば空気を噴出する冷却媒体噴出部材２から、軸受外輪８の外周面８１に向けて空気が吹き付けられる。

しかし、上述した従来のマスキング治具１１０を用いた場合、被覆材であるアルミナが突出部１１４の外周面１１４Ａ付近に堆積し、バリとなる。そのため、当該バリを除去する工程が必要となり、皮膜形成のコストが上昇するという問題が発生する。

溶射時のマスキング方法やマスキング治具、およびこれを用いた溶射方法については多くの検討がなされており、種々の提案がなされている（たとえば特許文献１〜３参照）。
特開昭５９−１６０５６９号公報 特開平８−１９９３２６号公報 特開平１０−２７３７６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたように、マスキング治具の端部と被溶射物とを離した状態で溶射を行なうと、上記問題点は解決するものの、皮膜が形成される領域とされない領域との境界部において、皮膜の厚さが漸減するため皮膜の厚さが不足し、当該境界部において十分な絶縁性が確保できないおそれがある。また、特許文献３の構成では、装置が大掛かりになる等の問題点がある。さらに、特許文献２に記載の構成においては、上記問題点を有効に解決することは困難である。

そこで、本発明の目的は、皮膜の厚さを十分に確保しつつ、被溶射物の皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近における溶射時のバリの発生を抑制することが可能なマスキング治具、およびこれを用いることにより、迅速に、かつ低コストで環状部材の被覆処理を実施することができる環状部材の被覆方法を提供することである。

本発明に従ったマスキング治具は、環状部材の端面に対して被覆材の溶射を行ない、端面に当該被覆材からなる皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、皮膜が形成されるべき環状部材の領域である皮膜形成領域以外の領域を覆うことによって皮膜形成領域を制限するためのマスキング治具である。このマスキング治具は、環状部材における皮膜形成領域以外の領域を覆うためのマスク部を備えている。当該マスク部は、被覆材が溶射される側の面である溶射面と、溶射面とは反対側の面である非溶射面とを含んでいる。そして、溶射面の外周を含む領域は、マスク部の外周に向けて非溶射面に近づくように傾斜する傾斜面となっている。また、溶射面は、表面粗さＲａが０．２μｍ以下である。

本発明のマスキング治具においては、溶射面の外周を含む領域が、マスク部の外周に向けて非溶射面に近づくように傾斜する傾斜面となっている。そのため、被溶射物である環状部材の、皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界におけるバリの発生を抑制することができる。その結果、当該バリを除去する工程を省略、あるいは簡略化することが可能となる。また、上記境界付近においても皮膜の厚さを十分に確保することが可能である。

上記マスキング治具において好ましくは、溶射面における傾斜面は、マスク部の外周において、環状部材に設置した状態で、環状部材の端面とのなす角が４０°以下である。上記マスキング治具を環状部材に設置した状態において、溶射面における傾斜面と環状部材の端面とのなす角が４０°を超えると、皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近におけるバリが大きくなり始める。そのため、バリの発生を一層抑制するためには、溶射面における傾斜面と環状部材の端面とのなす角は４０°以下とすることが望ましい。なお、溶射面における傾斜面と環状部材の端面とのなす角は、基本的には４０°以下であれば実質的にバリの発生は問題とならないが、３０°以下とすることがより好ましい。一方、２０°度未満とすると、環状部材の端面とマスキング治具の傾斜面に連続的に溶射皮膜が堆積するため、マスキング治具の傾斜面上に堆積する溶射皮膜を除去する必要が生じる。したがって、溶射面における傾斜面と環状部材の端面とのなす角は、２０°以上とすることが好ましい。

上記マスキング治具において好ましくは、マスク部の、環状部材と接触する領域には、傾斜面を構成する素材よりもヤング率の小さい素材からなる弾性部材が配置されている。

従来のマスキング治具を採用して溶射を実施した場合、図６に示すように、アルミナ皮膜９が軸受外輪８の端面８２からマスキング治具１１０における突出部１１４の外周面１１４Ａおよび溶射面１１２にかけて連続的に形成される。そのため、溶射終了後、軸受外輪８とマスキング治具１１０とを単純に分離すると、端面８２上に形成されたアルミナ皮膜９の一部が剥離するという問題が生じる。グラインダーなどを用いた機械加工により軸受外輪８とマスキング治具１１０とを分離すれば、この問題点を回避することができるが、この場合、皮膜の形成工程が煩雑になり、皮膜形成のためのコストが上昇するという新たな問題を生じる。

これに対し、本発明のマスキング治具によれば、溶射面の外周を含む領域が、マスク部の外周に向けて非溶射面に近づくように傾斜する傾斜面となっている。そのため、環状部材の、皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近における被覆材の堆積が抑制される。さらに、マスク部の、環状部材と接触する領域に弾性部材が配置されることにより、当該境界付近においては、皮膜は上記弾性部材上に形成される。そのため、当該弾性部材を弾性変形させて、皮膜を弾性部材上で容易に破断させることができる。その結果、環状部材上に形成された皮膜の剥離が抑制される。また、弾性部材の素材として、耐熱性を有する樹脂やゴム、たとえばフッ素樹脂、シリコンゴム、フッ素ゴムなどを採用すれば、これらの素材は溶射により形成されるアルミナなどのセラミックとの密着性が小さいため、弾性部材上での皮膜の破断が一層容易となる。

上記マスキング治具においては、溶射面は、表面粗さＲａが０．２μｍ以下である。

従来のマスキング治具を採用して溶射を実施した場合、図６に示すように、マスキング治具１１０の溶射面１１２上にはアルミナ皮膜９が形成される。したがって、従来のマスキング治具１１０を再使用する場合、アルミナ皮膜９を機械加工などにより除去する必要がある。

ここで、本発明者がマスキング治具への溶射による皮膜の形成と、マスキング治具の溶射面の面粗さとの関係を詳細に検討したところ、特に溶射面が低炭素鋼などの鋼であり、溶射される被覆材がアルミナなどのセラミックスである場合、溶射面の面粗さＲａが０．２μｍ以下であるか０．２μｍを超えるかによって、皮膜の形成状態が大幅に変化することが明らかとなった。すなわち、溶射面の面粗さＲａが０．２μｍ以下である場合、溶射面には被覆材はほとんど付着しないのに対し、面粗さＲａが０．２μｍを超えると溶射面に付着する被覆材の量が急激に増加する。

したがって、溶射面の表面粗さＲａを０．２μｍ以下とすることにより、溶射面への被覆材の付着を抑制し、マスキング治具の再使用を容易にするとともに、環状部材の、皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近におけるバリの発生を抑制し、かつ環状部材上に形成された皮膜の剥離を抑制することができる。

なお、表面粗さＲａとは、２００１年版ＪＩＳＢ０６０１に規定されている表面粗さＲａをいう。また、溶射面の表面粗さＲａは、０．２μｍ以下とすることで実用上十分な効果が得られる。そして、０．１μｍ未満としてもマスキング治具への皮膜の付着量は変わらず、その効果は飽和する一方、粗さを小さくするために加工コストが上昇する。そのため、溶射面の表面粗さＲａは、０．１μｍ以上とすることが好ましい。

本発明に従った環状部材の被覆方法は、環状部材が準備される環状部材準備工程と、環状部材において、皮膜が形成されるべき領域である皮膜形成領域以外の領域がマスキング治具により覆われるマスキング工程と、マスキング治具により皮膜形成領域以外の領域が覆われた環状部材に対して被覆材の溶射が行なわれ、皮膜が形成される溶射工程とを備えている。そして、マスキング工程では、上述の本発明のマスキング治具が用いられて、皮膜形成領域以外の領域が覆われる。

本発明の環状部材の被覆方法では、マスキング工程において、上述の本発明のマスキング治具が用いられる。そのため、環状部材の、皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近におけるバリの発生を抑制することができ、当該バリを除去する工程を省略、あるいは簡略化することが可能となる。その結果、本発明の環状部材の被覆方法によれば、迅速に、かつ低コストで環状部材の被覆処理を実施することができる。

上記環状部材の被覆方法において好ましくは、溶射工程では、マスキング治具に付着する被覆材を除去するために、マスキング治具に対して気体が吹き付けられる。これにより、マスキング治具への被覆材の付着が、一層抑制される。

以上の説明から明らかなように、本発明のマスキング治具によれば、皮膜の厚さを十分に確保しつつ、被溶射物の皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近における、溶射時のバリの発生を抑制することが可能なマスキング治具を提供することができる。また、本発明の環状部材の被覆方法によれば、迅速に、かつ低コストで環状部材の被覆処理を実施することが可能な環状部材の被覆方法を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１におけるマスキング治具を用いた環状部材の被覆方法について説明する。図１は、実施の形態１における皮膜付き環状部材としての皮膜付き軸受外輪の製造方法の概略を示す流れ図である。また、図２は、実施の形態１における環状部材としての軸受外輪の被覆方法の概略を示す流れ図である。また、図３は、実施の形態１における環状部材の皮膜形成方法およびこれに使用されるマスキング治具を説明するための概略部分断面図である。なお、環状部材である転がり軸受外輪は、円環状の形状を有しており、図３においては、回転軸を含む断面の上半分（全周の四分の一）が図示されている。

図１を参照して、実施の形態１における皮膜付き環状部材としての皮膜付き軸受外輪の製造方法では、まず、鋼などの金属からなり、軸受の軸受外輪の概略形状に成形された成形部材を準備する成形部材準備工程が実施される。具体的には、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの鋼（軸受鋼）からなり、軸受外輪８の概略形状に成形され、焼入硬化された成形部材が作製される。

次に、上記成形部材の表面の粗さを調整する前処理工程が実施される。具体的には、上記成形部材の外周面および端面に該当する領域の表面に対してサンドブラスト処理が実施されて、当該表面の粗さがＲａ１．０μｍ以上３．０μｍ以下となるように調整される。このサンドブラスト処理は、たとえば粒径５８０〜８４０μｍのアルミナ、炭化ケイ素などの粒子を、圧力０．１ＭＰａ以上０．３ＭＰａ以下で当該表面に１０秒間以上２０秒間以下の時間衝突させて実施することができる。

次に、図１を参照して、前処理工程において粗さが調整された上記表面に、セラミックスなどの被覆材を溶射して皮膜を形成する被覆工程が実施される。この被覆工程は、後述する実施の形態１における環状部材の被覆方法を用いて実施される。これにより、３００μｍ以上４５０μｍ以下の膜厚を有する皮膜が形成される。なお、皮膜は、必ずしも一層である必要はなく、二層あるいは三層以上の複数層形成されてもよい。

次に、被覆工程において形成された皮膜を封孔処理する封孔処理工程が実施される。具体的には、被覆工程において形成された皮膜、たとえばアルミナ皮膜の表面に封孔剤を塗布した後、６０℃以上１００℃以下の温度、たとえば８０℃に、６０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持することにより、封孔剤を硬化する。これにより、皮膜の気孔率が低下し、皮膜の絶縁性および密着性が向上する。

次に、図１を参照して、封孔処理工程が実施された成形部材に仕上げ加工を実施して軸受の軌道部材である外輪（皮膜付き軸受外輪）を完成させる仕上げ工程が実施される。具体的には、封孔処理工程が実施された皮膜が研磨され、表面が平滑になるとともに、皮膜が１５０μｍ以上２７０μｍ以下の所望の膜厚、たとえば２００μｍの膜厚とされる。研磨後の皮膜の膜厚は、軸受外輪が使用される転がり軸受の用途を考慮し、必要とされる絶縁性能に基づいて決定することができる。これにより、実施の形態１における軸受の軌道部材としての軸受外輪が完成し、皮膜付き環状部材としての皮膜付き軸受外輪の製造方法は完了する。

次に、上記皮膜付き軸受外輪の製造方法の被覆工程において採用される実施の形態１における環状部材（軸受外輪）の被覆方法について説明する。図２を参照して、本実施の形態における環状部材の被覆方法は、環状部材としての軸受外輪が準備される環状部材準備工程と、軸受外輪において、皮膜が形成されるべき領域である皮膜形成領域以外の領域がマスキング治具により覆われるマスキング工程と、マスキング治具により皮膜形成領域以外の領域が覆われた軸受外輪に対して被覆材としてのアルミナの溶射が行なわれ、アルミナ皮膜が形成される溶射工程とを備えている。そして、マスキング工程では、以下に説明する実施の形態１におけるマスキング治具が用いられて、皮膜形成領域以外の領域が覆われる。

まず、環状部材準備工程では、上述の図１に基づいて説明した成形部材準備工程および前処理工程が実施された環状部材としての軸受外輪が準備される。そして、マスキング工程は以下のように実施される。

図３を参照して、環状部材である軸受外輪８においては、外周面８１、および軸受外輪８の回転軸方向に形成された２つの端面８２にアルミナ皮膜９が形成される。一方、軸受外輪８においては、内周面８３、内周面８３に形成され、玉などの転動体が転走する転走面８４、および端面８２と内周面８３とが交差する領域に形成される面である面取り部８５には、アルミナ皮膜９が形成されることを防止する必要がある。そのため、円盤状の形状を有するマスク部を含む２つのマスキング治具１０が軸受外輪８に対して設置される。

実施の形態１におけるマスキング治具１０は、環状部材としての軸受外輪８の端面８２に対して被覆材としてのアルミナの溶射を行ない、端面８２にアルミナからなるアルミナ皮膜９を形成する軸受外輪８の被覆処理において、アルミナ皮膜９が形成されるべき軸受外輪８の領域である皮膜形成領域（外周面８１および端面８２）以外の領域（内周面８３、転走面８４および面取り部８５）を覆うことによって皮膜形成領域を制限するためのマスキング治具である。

このマスキング治具１０は、軸受外輪８における皮膜形成領域以外の領域を覆うための円盤状のマスク部１１を備えている。マスク部１１は、アルミナが溶射される側の面である溶射面１２と、溶射面１２とは反対側の面である非溶射面１３とを含んでいる。そして、溶射面１２の外周を含む領域は、マスク部１１の外周に向けて非溶射面１３に近づくように傾斜する傾斜面１２Ａとなっている。

より具体的には、このマスキング治具１０のマスク部１１は、図３に示すように円盤状の形状を有しており、溶射面１２側の外周には、外周面１４から径方向に突出する突出部１９が全周にわたって形成されている。この突出部１９は、マスク部１１の中心軸を通る断面において、溶射面１２側の面である傾斜面１２Ａが非溶射面１３側に傾き、非溶射面１３側の面は外周面１４から径方向に突出し、溶射面１２に沿った方向に延在することにより、テーパ形状を有している。

また、図２および図３を参照して、マスキング工程では、軸受外輪８に対して、２つのマスキング治具１０が、軸受外輪８の軸方向の両側から設置される。その結果、マスク部１１が、軸受外輪８の皮膜形成領域（外周面８１および端面８２）以外の領域（内周面８３、転走面８４および面取り部８５）を覆う状態となる。このように、マスキング治具１０が軸受外輪８に対して設置された状態において、傾斜面１２Ａは、マスク部１１の外周において、軸受外輪８の端面８２とのなす角が４０°以下となっている。

さらに、図３を参照して、マスク部１１の、軸受外輪８と接触する領域には、傾斜面１２Ａを構成する素材よりもヤング率の小さい素材であるシリコンゴムからなる弾性部材としてのＯリング２１が配置されている。より具体的には、円環状のＯリング２１は、突出部１９の非溶射面１３側の面と外周面１４とが交差する領域に、当該両方の面に接触するように配置されている。また、溶射面１２は、表面粗さＲａが０．２μｍ以下となっている。

上述のような実施の形態１におけるマスキング治具１０が軸受外輪８に設置されることにより、軸受外輪８の皮膜形成領域以外の領域（内周面８３、転走面８４および面取り部８５）が覆われて、図２のマスキング工程は完了する。そして、軸受外輪８に対して被覆材であるアルミナの溶射が行なわれ、アルミナ皮膜９が形成される溶射工程が実施される。

溶射工程では、図３を参照して、軸受外輪８およびマスキング治具１０が、軸受外輪８の軸周りに回転されつつ、図示しない溶射ガンから溶融状態のアルミナが軸受外輪８の外周面８１および端面８２に対して吹き付けられることにより実施される。このとき、本実施の形態におけるマスキング治具１０では、溶射面１２の外周を含む領域が、マスク部１１の外周に向けて非溶射面１３に近づくように傾斜する傾斜面１２Ａとなっているため、軸受外輪８の、アルミナ皮膜９が形成される領域と形成されない領域との境界付近で皮膜の堆積を抑制少なくにおけるバリの発生を抑制することができる。また、本実施の形態においては、マスク部１１の外周において、マスキング治具の傾斜面１２Ａと、軸受外輪８の端面８２とのなす角が４０°以下となっているため、上記バリの発生が一層抑制されている。

さらに、マスク部１１の、軸受外輪８と接触する領域には、Ｏリング２１が配置されている。これにより、Ｏリング２１を弾性変形させて、アルミナ皮膜９をＯリング２１上で容易に破断させることができる。その結果、軸受外輪８の端面８２上に形成されたアルミナ皮膜９の剥離が抑制される。また、Ｏリング２１は、材質がシリコンゴムからなっているためアルミナとの密着性が小さく、Ｏリング２１上でのアルミナ皮膜９の破断が一層容易となっている。

また、溶射面１２は、表面粗さＲａが０．２μｍ以下となっているため、溶射面１２へのアルミナの付着が抑制され、マスキング治具１０の再使用が容易となっている。さらに、上記バリの発生も一層抑制され、かつ軸受外輪８の端面８２上に形成されたアルミナ皮膜９の剥離も一層抑制されている。

ここで、図２および図３を参照して、本実施の形態の溶射工程においては、溶射時に軸受外輪８の温度が上昇して、硬度、特に転走面８４の硬度が低下することを抑制するため、従来の環状部材の被覆方法と同様に、冷却媒体としての空気が、冷却媒体噴出部材２から、軸受外輪８の外周面８１に向けて吹き付けられている。さらに、本実施の形態においては、これに加えて、マスキング治具に付着するアルミナを除去するために、マスキング治具１０の溶射面１２、特に傾斜面１２Ａに対して空気、窒素などの気体が、被覆材除去部材としての気体吹き付け部材３から吹き付けられる。これにより、マスキング治具１０へのアルミナの付着が、一層抑制される。

（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２におけるマスキング治具を用いた環状部材の被覆方法について説明する。図４は、実施の形態２における環状部材の皮膜形成方法およびこれに使用されるマスキング治具を説明するための概略部分断面図である。なお、環状部材である転がり軸受外輪は、円環状の形状を有しており、図４においては、回転軸を含む断面の上半分（全周の四分の一）が図示されている。

図４を参照して、実施の形態２におけるマスキング治具を用いた環状部材の被覆方法は、基本的には図１〜図３に基づいて説明した実施の形態１の場合と同様である。しかし、実施の形態２におけるマスキング治具は、配置される弾性部材の構成において、実施の形態１におけるマスキング治具とは異なっている。

すなわち、図４を参照して、実施の形態２におけるマスキング治具１０においては、図３におけるＯリング２１に代えて、シール部材２２が採用されている。シール部材２２は、耐熱性の高いシリコンゴムからなっており、円環状の形状を有している。そして、シール部材２２は、中心軸を含む断面において、マスク部１１の外周面１４に密着する面、および突出部１９の非溶射面１３側の面に沿って密着する面を有している。さらに、シール部材２２は、マスキング治具１０が軸受外輪８に対して設置された状態において、面取り部８５に沿って密着する面を有している。

以上の構成により、実施の形態２のマスキング治具１０によれば、実施の形態１の場合に比べて、軸受外輪８に対してマスキング治具１０を安定して設置することが可能となる。その結果、マスキングを行なう箇所の精度を向上させる事ができる。

以下、本発明の実施例１について説明する。皮膜が形成される領域とされない領域との境界部におけるバリの発生に及ぼす、マスク部外周部の形状の影響を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

まず、図１〜図４に基づいて説明した上記実施の形態の場合と同様の皮膜付き軸受外輪の製造方法において、図１の成形部材準備工程としてＪＩＳ規格６３１６型番の軸受外輪８を準備した。この軸受外輪８を脱脂洗浄処理した後、外周面８１および端面８２に対してサンドブラスト処理が実施されることにより、図１の前処理工程が実施された。そして、図１の被覆工程における図２のマスキング工程では図４に基づいて説明した実施の形態２におけるマスキング治具１０と同様のマスキング治具が採用された。

ここで、マスク部外周部の形状の影響を調査するため、図４の場合と同様にテーパ形状の突出部１９が形成されたマスキング治具１０を採用した場合（実施例Ａ〜Ｅ）と、図６の場合と同様に従来のマスキング治具１１０を採用した場合（比較例）とについて試験を実施した。また、実施例Ａ〜Ｅにおいては、図４を参照して、溶射面１２における傾斜面１２Ａと軸受外輪８の端面８２とのなす角を３０°〜４５°まで変化させた。さらに、シール部材２２を省略したもの（実施例ＡおよびＢ）とシール部材２２を配置したもの（実施例Ｃ〜Ｅ）とについて試験を実施した。

次に、本実施例における図２の溶射工程について説明する。図５は、実施例における溶射工程を説明するための図である。図５を参照して、溶射工程では、上述のマスキング治具１０（比較例ではこれに代えてマスキング治具１１０）が設置された軸受外輪８が矢印Ｒの向きに回転されつつ、溶射ガン４からアルミナが外周面８１および端面８２に向けて溶射された。マスキング治具には、マスク部の材質をシリコンゴム、支持部材の材質を低炭素鋼としたものを使用した。軸受外輪をマスキング治具に固定して、溶射時に軸受外輪を回転数２００ｒｐｍで回転させながら、溶射皮膜の膜厚が４００μｍになるように溶射を行なった。このとき、軸受外輪８の温度上昇を抑制するため、冷却媒体噴出部材２から空気が軸受外輪８に向けて吹き付けられた。このようにして溶射が実施された軸受外輪８について、アルミナ皮膜９が形成される領域と形成されない領域との境界付近に形成されるバリの高さを測定した。なお、試験個数は、各実施例および比較例について５個ずつとした。

表１に、実施例１の試験結果を示す。なお、表１の外周部の形状における括弧内には、溶射面１２における傾斜面１２Ａと軸受外輪８の端面８２とのなす角が示されている。また、バリの高さは、製品として望ましい範囲である０．５ｍｍ以下の場合「小」、０．５ｍｍを超え、加工上許容できる範囲である１．０ｍｍ以下の場合「中」、１．０ｍｍを超える場合「大」と評価した。

表１を参照して、本発明のマスキング治具（図４）が採用された実施例Ａ〜Ｅは、従来のマスキング治具（図６）に比べてバリの高さが小さくなることが確認された。さらに、溶射面１２における傾斜面１２Ａと軸受外輪８の端面８２とのなす角が４０°を超える実施例Ｅは、４０°以下である実施例Ａ〜Ｄに比べてバリの高さが大きくなっている。このことから、溶射面１２における傾斜面１２Ａと軸受外輪８の端面８２とのなす角は、４０°以下が好ましいことが確認された。

以下、本発明の実施例２について説明する。溶射後にマスキング治具と軸受外輪とを分離する際における、端面上での皮膜の剥離の発生に及ぼすマスク部外周部の形状、シール部材の有無および溶射面の表面粗さの影響を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

試験の手順は、基本的には上述の実施例１と同様である。そして、マスキング治具の外周部の形状が図４と同様の参考例および実施例、図６と同様の比較例Ａ〜Ｃにおいて、シール部材２２を配置したもの（実施例、比較例Ｂ）と配置しないもの（参考例、比較例Ａ、比較例Ｃ）、溶射面の表面粗さＲａが０．２μｍ以下である０．１〜０．２μｍのもの（実施例、比較例Ｃ）と０．２μｍを超える０．３〜０．５μｍのもの（参考例、比較例Ａ、比較例Ｂ）、溶射時にマスキング治具の溶射面に空気が吹き付けられたもの（実施例、比較例Ｃ）と吹き付けられなかったもの（参考例、比較例Ａ、比較例Ｂ）とについて、実施例１と同様に溶射を行ない、軸受外輪にアルミナ皮膜を形成した。その後、マスキング治具と軸受外輪とを分離し、その際に軸受外輪の端面上のアルミナ皮膜に剥離が発生したかどうかを調査した。

表２に、実施例２の試験結果を示す。なお、表２においては、実験結果として、各実施例、参考例および比較例について、軸受外輪５個のうち、端面にアルミナ皮膜の剥離が観察されたものの個数が記載されている。表２を参照して、シール部材を配置することで、アルミナ皮膜が剥離した軸受外輪の個数が大幅に減少し、０〜１個となっている。このことから、マスキング治具と軸受外輪とを分離する際の端面での皮膜の剥離を抑制するためには、シール部材を配置する対策が非常に有効であることが分かった。また、マスク部の外周部の形状について本発明の実施例である図４の形状を採用する対策、溶射面における傾斜面と軸受外輪の端面とのなす角を４０°以下とする対策、および溶射面の表面粗さＲａを０．２μｍ以下とし、溶射面に空気を吹き付けつつ溶射を行なう対策は、いずれも端面での皮膜の剥離を抑制する効果が認められた。そして、これらの対策をすべて行なった実施例では、端面でのアルミナ皮膜の剥離は確認されなかった。

以下、本発明の実施例３について説明する。マスキング治具への被覆材（アルミナ）の付着に及ぼす溶射面の粗さ、および溶射時の溶射面への空気の吹き付けの有無の影響を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

試験の手順は、基本的には上述の実施例１と同様である。そして、マスキング
治具の外周面の形状が図４と同様の実施例、図６と同様の比較例Ａ〜Ｄにおいて、シール部材２２を配置したもの（実施例）と配置しないもの（比較例Ａ〜Ｄ）、溶射面の表面粗さＲａが０．２μｍ以下である０．１〜０．２μｍのもの（実施例、比較例Ｂ、比較例Ｄ）と０．２μｍを超える０．３〜０．５μｍのもの（比較例Ａ、比較例Ｃ）、溶射時にマスキング治具の溶射面に空気が吹き付けられたもの（実施例、比較例Ｃ、比較例Ｄ）と吹き付けられなかったもの（比較例Ａ、比較例Ｂ）とについて、実施例１と同様に溶射を行ない、軸受外輪にアルミナ皮膜を形成した。その後、マスキング治具へのアルミナの付着の有無を調査した。

表３に、実施例３の試験結果を示す。なお、表３においては、実験結果として、各実施例および比較例について、マスキング治具の溶射面にアルミナの付着がほとんど観察されなかったものを「無」、付着が観察されたものを「有」と表示した。

表３を参照して、溶射面へのアルミナの付着をほぼ完全に回避するためには、溶射面の表面粗さＲａを０．２μｍ以下とする対策、および溶射面に空気を吹き付ける対策の両方を実施することが有効であることが分かった。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明のマスキング治具および環状部材の被覆方法は、溶射を行なうことにより皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、環状部材の一部を覆うことによって皮膜が形成される領域を制限するためのマスキング治具、およびこれを用いた環状部材の被覆方法に、特に有利に適用され得る。

実施の形態１における皮膜付き軸受外輪の製造方法の概略を示す流れ図である。 実施の形態１における軸受外輪の被覆方法の概略を示す流れ図である。 実施の形態１における環状部材の皮膜形成方法およびこれに使用されるマスキング治具を説明するための概略部分断面図である。 実施の形態２における環状部材の皮膜形成方法およびこれに使用されるマスキング治具を説明するための概略部分断面図である。 実施例における溶射工程を説明するための図である。 従来の環状部材の皮膜形成方法およびこれに使用されるマスキング治具を説明するための概略部分断面図である。

符号の説明

２ 冷却媒体噴出部材、３ 気体吹き付け部材、４ 溶射ガン、８ 軸受外輪、９ アルミナ皮膜、１０ マスキング治具、１１ マスク部、１２ 溶射面、１２Ａ 傾斜面、１３ 非溶射面、１４ 外周面、１９ 突出部、２１ Ｏリング、２２ シール部材、８１ 外周面、８２ 端面、８３ 内周面、８４ 転走面、８５ 面取り部。

Claims (5)

1. 環状部材の端面に対して被覆材の溶射を行ない、前記端面に前記被覆材からなる皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、前記皮膜が形成されるべき前記環状部材の領域である皮膜形成領域以外の領域を覆うことによって前記皮膜形成領域を制限するためのマスキング治具であって、
   前記環状部材における前記皮膜形成領域以外の領域を覆うためのマスク部を備え、
   前記マスク部は、
   前記被覆材が溶射される側の面である溶射面と、
   前記溶射面とは反対側の面である非溶射面とを含み、
   前記溶射面の外周を含む領域は、前記マスク部の外周に向けて前記非溶射面に近づくように傾斜する傾斜面となっており、
   前記溶射面は、表面粗さＲａが０．２μｍ以下である、マスキング治具。
2. 前記傾斜面は、前記マスク部の外周において、前記環状部材に設置した状態で前記環状部材の前記端面とのなす角が４０°以下である、請求項１に記載のマスキング治具。
3. 前記マスク部の、前記環状部材と接触する領域には、前記傾斜面を構成する素材よりもヤング率の小さい素材からなる弾性部材が配置されている、請求項１または２に記載のマスキング治具。
4. 環状部材が準備される環状部材準備工程と、
   前記環状部材において、皮膜が形成されるべき領域である皮膜形成領域以外の領域がマスキング治具により覆われるマスキング工程と、
   前記マスキング治具により前記皮膜形成領域以外の領域が覆われた前記環状部材に対して被覆材の溶射が行なわれ、前記被覆材からなる前記皮膜が形成される溶射工程とを備え、
   前記マスキング工程では、請求項１〜３のいずれかに記載のマスキング治具が用いられて、前記皮膜形成領域以外の領域が覆われる、環状部材の被覆方法。
5. 前記溶射工程では、前記マスキング治具に付着する前記被覆材を除去するために、前記マスキング治具に対して気体が吹き付けられる、請求項４に記載の環状部材の被覆方法。

Images