JP5359180B2 - マスキング部材及びマスキング部材を用いた被膜形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、マスキング部材及びマスキング部材を用いた被膜形成方法に関する。

被膜を的確に形成するためにマスキングが用いられる。例えば特許文献１には、マスキング部材として、円形孔部を有し、その円形孔部内面に階段形状の皮膜脱落防止手段を設けたものが示されている。このマスキング部材をシリンダブロックの上端に配置して、そのマスキング部材の円形孔部をシリンダブロックのシリンダボアに連通するようにすれば、マスキング部材の円形孔部内面に溶滴が吹き付けられても、その吹き付けにより形成される溶射皮膜は、皮膜脱落防止手段により脱落することが防止され、シリンダボア内壁の溶射皮膜の品質が高められる。

ところで、被膜形成部材(ワーク）上に被膜を形成するに際しては、一般に、先ず、被膜形成部材上にマスキング部材を配置し、そのマスキング部材により、被膜形成部材上に被膜形成領域が区画される。その上で、その被膜形成領域に対して溶射、メッキ等が行われて、被膜が形成され、その被膜形成後、マスキング部材は取り除かれる。
この場合、マスキング部材を被膜形成部材上に配置したときに、そのマスキング部材の被膜形成領域に臨む被膜形成領域側端面が垂直に立上がっているとすると、被膜がその被膜形成領域側端面に付着することになり、被膜形成後のマスキング部材の取り外しの際、その被膜が引張られて剥離するおそれがある。このため、マスキング部材の被膜形成領域側端面は、被膜形成部材上に配置したときに、アンダーカット形状、すなわち、被膜形成部材から外側に離れるほど被膜形成領域側に向けて突出する傾斜形状とされている。これにより、マスキング部材の被膜形成領域側端面に対する被膜の付着が抑制され、マスキング部材の取り外しに際して、被膜の剥離が抑制される。
特開２００８−７５０９６号公報

しかし、マスキング部材における被膜形成領域側端面のアンダーカット形状は、単にプレス装置による素材の打ち抜きだけでは加工することはできず、その後、特別に、アンダーカット加工が必要となる。このため、マスキング部材の取り外しに伴う被膜の剥離を抑制するには、マスキング部材に対する加工負担の増加が伴うことになっている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その第１の技術的課題は、加工負担を増加させなくても取り外しに伴う被膜の剥離を抑制できるマスキング部材を提供することにある。
第２の技術的課題は、上記マスキング部材を用いて、マスキング部材の取り外しに伴う被膜の剥離を簡単に抑制できるマスキング部材を用いた被膜形成方法を提供することにある。

前記第１の技術的課題を達成するために本発明（請求項１に係る発明）においては、
被膜形成部材上に設置して該被膜形成部材上に被膜形成領域を区画するマスキング部材であって、
前記被膜形成部材上に設置される第１マスキング部材と、
前記第１マスキング部材上に交換可能に設置され、前記被膜形成領域に臨む被膜形成領域側端面が該第１マスキング部材の被膜形成領域側端面よりも突出した状態とされている第２マスキング部材と、
を備え、
前記第２マスキング部材が、複数層の積層構造として形成され、
前記第２マスキング部材の各層が、上側から順次、取り外し可能とされている、
構成としてある。この請求項１の好ましい態様としては、請求項２に記載の通りとなる。

前記第２の技術的課題を達成するために本発明（請求項３に係る発明）においては、
請求項１〜２のいずれか１項に係るマスキング部材を被膜形成部材上に設置して、該マスキング部材により該被膜形成部材上に区画される被膜形成領域に被膜を形成するマスキング部材を用いた被膜形成方法であって、
前記マスキング部材を前記被膜形成部材上に設置するに際して、該マスキング部材の第２マスキング部材の被膜形成領域側端面により前記被膜形成領域を区画し、
前記マスキング部材を、新たな被膜形成部材に対して順次、使い回し、
前記第２マスキング部材として、複数層の積層構造からなるものを用いているときであって、該第２マスキング部材の最上層が使用限界に達したとき、該第２マスキング部材の最上層を取り除く、
構成としてある。

請求項１に係る発明によれば、第１，第２マスキング部材に対してアンダーカット加工等の特別な加工を施さなくても、第２マスキング部材の被膜形成領域側端面を、第１マスキング部材の被膜形成領域側端面よりも被膜形成領域側に突出させて、その第１，第２マスキング部材の被膜形成領域側端面等をもって実質上のアンダーカット形状を形成することができ、被膜形成時に、被膜が第１，第２マスキング部材の被膜形成領域側端面に付着することを抑制できる。このため、マスキング部材の加工負担を増加させなくても、被膜形成後、当該マスキング部材(第１，第２マスキング部材）を取り外す際、被膜が剥離することを抑制できる。
また、マスキング部材が、第１マスキング部材上に第２マスキング部材が交換可能に設けられていることから、第２マスキング部材を最後（使用限度）まで有効に活用できるだけでなく、被膜処理に伴い、マスキング部材の表面が使用限度に達したときには、そのマスキング部材全体（第１，第２マスキング部材の両方）を交換しなくても、第２マスキング部材だけを新たなものに交換することができる。このため、マスキング部材の廃棄量（交換量）を、全体交換する場合に比べて減らすことができる。

以上に加えて、第２マスキング部材が、複数層の積層構造として形成され、第２マスキング部材の各層が、上側から順次、取り外し可能とされていることから、第２マスキング部材（表面）が使用限度に達したときには、第２マスキング部材全体を交換しなくても、その第２マスキング部材の最上層のみを交換することができる。このため、第２マスキング部材の廃棄量（交換量）をさらに減らすことができ、第２マスキング部材を有効に利用できる。

請求項２に係る発明によれば、第２マスキング部材が、基材層と、該基材層上に設けられて該基材層よりも高硬度とされた表面層とにより形成されていることから、第２マスキング部材の表面が被膜形成粒子の噴射圧力により荒れることを抑えることができ、第２マスキング部材の表面の荒れに基づき第２マスキング部材の表面に被膜形成粒子が堆積し易くなることを抑制することができる。

請求項３に係る発明によれば、請求項１〜２のいずれか１項に係るマスキング部材を被膜形成部材上に設置して、該マスキング部材により該被膜形成部材上に区画される被膜形成領域に被膜を形成するマスキング部材を用いた被膜形成方法であって、マスキング部材を被膜形成部材上に設置するに際して、マスキング部材の第２マスキング部材の被膜形成領域側端面により被膜形成領域を区画することから、第１，第２マスキング部材の被膜形成領域側端面等をもって実質上のアンダーカット形状が形成され、被膜形成時に、被膜が第１，第２マスキング部材の被膜形成領域側端面に付着することを抑制できる。このため、請求項１〜２のいずれか１項に係るマスキング部材を用いて、マスキング部材の取り外しに伴う被膜の剥離を簡単に抑制できる。

以上に加えて、マスキング部材を、新たな被膜形成部材に対して順次、使い回し、第２マスキング部材として、複数層の積層構造からなるものを用いているときであって、第２マスキング部材の最上層が使用限界に達したとき、第２マスキング部材の最上層を取り除くことから、第２マスキング部材の廃棄量（交換量）を減らすことができ、第２マスキング部材を有効に利用できる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
先ず、マスキング部材について、ロータリエンジンのサイドハウジングに被膜（溶射被膜）を形成する場合に用いるものを例にとり説明する。サイドハウジングにおいては、耐摩耗性を向上させるべく、その側面における凹所面に対して溶射による被膜形成が行われる。このため、本実施形態に係るマスキング部材１は、溶射による被膜形成に際して、図１，図２に示すように、必要部位以外への被膜の形成を防止すべく、サイドハウジングＷの側面Ｗｓ上に配置(セット）される。

前記マスキング部材１は、図１〜図３に示すように、第１マスキング部材２と、第２マスキング部材３とを積層した積層構造とされている。第１マスキング部材２及び第２マスキング部材３には、金属製の板材が用いられており、その両者２，３の板面２ａ，３ａは、積層構造を構成すべく、合わさった状態で保持されている。このマスキング部材１には、サイドハウジングＷの凹所Ｗｈが外部に臨んで溶射が行えるようにすべく、その板面中央において大きめの貫通孔４が形成されている。

前記第１マスキング部材２は、図１〜図３に示すように、前記サイドハウジングＷの側面Ｗｓ上に直接、配置されて溶射に必要な部位以外を覆う役割を有している。この第１マスキング部材２には、鉄板等、種々の板材が用いられており、その第１マスキング部材２には、前記貫通孔４を構成する孔５が形成されている。この孔５はプレス装置による打ち抜き加工により形成されており、その孔５の内周面(肉厚面）５ａは、その第１マスキング部材２の板面２ａに対して垂直となっている。この第１マスキング部材２の孔５は、サイドハウジングＷの凹所Ｗｈ開口径よりも若干、大きい相似形状とされており、第１マスキング部材２をサイドハウジングＷの側面Ｗｓ上にセットしたときには、第１マスキング部材２の孔内周面５ａは、サイドハウジングＷの凹所Ｗｈ開口周縁よりも、若干、径方向外方に引っ込むことになる。

前記第２マスキング部材３は、図１〜図３に示すように、前記第１マスキング部材２上に配置されて必要部位以外への溶射を受け止める役割を有している。このため、この第２マスキング部材３においても、鉄板を初めとして、種々の板材が用いられている。しかし、溶射を受け止める役割からすれば、寿命を向上させるべく溶射粒子が付着しにくい銅板を用いることが好ましい。この第２マスキング部材３にも、前記貫通孔４を構成する孔６が形成されており、この孔６もプレス装置による打ち抜き加工により形成されて、その内周面(肉厚面）６ａは、その第２マスキング部材３の板面３ａに対して垂直となっている。この第２マスキング部材３の孔６は、サイドハウジングＷの凹所Ｗｈ開口（径）とほぼ等しくされており、この第２マスキング部材３が第１マスキング部材２上にセットされたときには、図１，図２に示すように、第２マスキング部材３の孔内周面６ａは、第１マスキング部材２の孔内周面５ａよりも、若干、縮径された状態となっている。このため、マスキング部材１の貫通孔４は、第１，第２マスキング部材２，３における両孔５，６の内周部（両内周面５ａ，６ａ、その両内周面５ａ，６ａを連絡する第２マスキング部材３の板面３ａ）により、第１マスキング部材２側から第２マスキング部材３側（図２中、上方側）に向かうに従って階段状に（段差をもって）縮径されることになっており、第１，第２マスキング部材２，３の両内周部より、実質上のアンダーカット形状が形成されることになっている。

前記第１マスキング部材２及び前記第２マスキング部材３は、図１，図２に示すように、その外形が、前記サイドハウジングＷの側面Ｗｓを覆うべく、同じ大きさの矩形形状とされており、その第１マスキング部材２と第２マスキング部材３とは、それらの四隅において、位置決めを兼ねて、ボルト、ナット等の留め具７により一体化されている。このため、第２マスキング部材３は、溶射材料の堆積量が所定以上になったこと、変形により寸法変化が所定以上になったこと等の理由により、使用限度に達したときには適宜交換できることになっており、その第２マスキング部材３の交換が行われても、その新たな第２マスキング部材３を第１マスキング部材２に留め具７を用いて一体化する限り、上述のアンダーカット形状等を形成する関係が的確に得られることになっている。

次に、上記マスキング部材１を用いた被膜形成方法について説明する。
ワークであるサイドハウジングＷに対して被膜である溶射層を形成するに際しては、図４に示すように、脱脂洗浄(アルカリ洗浄)、乾燥(エアブロー）、ショットブラスト用マスキング部材１のセット、ショットブラスト、マスキングの取外し、エアブロー、溶射用マスキング部材のセット、溶射（ＨＶＯＦ溶射）、溶射用マスキング部材の取外し、乾燥(エアブロー)、検査の各工程を経ることになる。前述の本実施形態に係るマスキング部材１は、溶射工程の直前工程として行われるマスキング工程において用いられ、溶射層の付着を高めるために、ワークとしてのサイドハウジングＷの必要部位表面(溶射を行う領域面）を粗くするショットブラスト工程の前工程として行われるマスキング工程においては用いられない。

本実施形態に係る前記マスキング部材１は、溶射用マスキング部材１として用いるべく、ショットブラスト工程、エアブロー工程を経ると、図１，図２に示すように、サイドハウジングＷ上にセットされる。
このとき、図示を略す治具等により、サイドハウジングＷとマスキング部材１とが所定の位置決め状態に位置決め固定され、マスキング部材１は、第２マスキング部材３が第１マスキング部材２の上側となるように配置されると共に、第２マスキング部材３の孔６がサイドハウジングＷの凹所Ｗｈ開口に対して上下に合致するようにされる。

サイドハウジングＷに対するマスキング部材１のセットを終えると、溶射が開始される（溶射工程）。溶射としては、本実施形態においては、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）が用いられ、その溶射を用いることにより、溶射材料は、マスキング部材１の貫通孔４を介してサイドハウジングＷの凹所Ｗｈ内に進入することになる。
これにより、サイドハウジングＷの凹所Ｗｈ内全体が溶射層８により覆われ、その一部は、図３に示すように、サイドハウジングＷの凹所Ｗｈ周縁部にまで至る。しかし、第１，第２マスキング部材２，３の孔５，６内周部は、実質上のアンダーカット形状を形成しており、このとき、第１，第２マスキング部材２，３の孔内周面５ａ，６ａ(端面）、特に第１マスキング部材２の孔内周面５ａに溶射層８は付着しない。

溶射工程が終了すると、マスキング部材１が取り外される(マスキング部材１の取外し工程）。このときには、第１，第２マスキング部材２，３の孔５，６内周部の実質上のアンダーカット形状に基づき、溶射層８が第１，第２マスキング部材２，３の孔内周面に付着していないことから、マスキング部材１を取り外しても、それに伴って、従前同様、溶射層８は剥離しない。この後、前述した如く、乾燥工程、検査工程を経て、一連の工程は終了することになる。

したがって、この第１実施形態においては、第１，第２マスキング部材２，３を用意し、その各マスキング部材１に大小の孔５，６を打ち抜き加工により形成して、それらを積層することにより、実質上のアンダーカット形状(第２マスキング部材３の孔内周面６ａを第１マスキング部材２の孔孔内周面５ａよりも突出させること）を形成することから、特別のアンダーカット加工が不要となり、マスキング部材１に対する加工負担を増加させることなく実質上のアンダーカット形状を得ることができることになる。このため、マスキング部材１に対する加工負担を増加させなくても、そのマスキング部材１の取外しに際して、溶射層８が剥離することを抑制できることになる。

また、本実施形態においては、溶射に曝されることにない第１マスキング部材２が交換不要である一方、溶射を受け止める第２マスキング部材３が交換可能であることから、第２マスキング部材３の表面が使用限度に達したときには、第１，第２マスキング部材２，３全体ではなく、第２マスキング部材３だけを新たなものに交換することができ、マスキング部材１の材料交換量を、全体交換する場合に比べて減らすことができる。

図５〜図７は第２実施形態、図８は第３実施形態、図９は第４実施形態、図１０は第５実施形態、図１１は第６実施形態をを示す。この各実施形態において、前記第１実施形態と同一構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

図５〜図７に示す第２実施形態は、第１マスキング部材２上において、第２マスキング部材３を複数の層をなす複数の金属製薄板９をもって積層構造に形成して、その各薄板９を、上側から順次、除去可能としたものを示している。この場合、図６に示すように、第１，第２マスキング部材２，３の四隅において、長ボルト１０を下側から上方に向けて貫通させて、その各長ボルト１０の先端部にナット１１を螺合することにより、第１，第２マスキング部材２，３の積層構造が保持されているが、第２マスキング部材３における各薄板９の四隅には、前記長ボルト１０を挿通させるための特有の挿通孔１２がそれぞれ形成されている。この各挿通孔１２は、前記ナット１１の径よりも大きい径とされた大径部１３と、ナット１１の径よりも細くされた状態で大径部１３から連続して延びるスリット部１４とを有しており、その各挿通孔１２のスリット部１４は、大径部１３から同方向に向けて延ばされている。そして、通常時において、各長ボルト１０とナット１１とは、第２マスキング部材３においては、各挿通孔１２のうちのスリット部１４に位置されることになっている。しかも、各長ボルト１０の頭部１０ａと第１マスキング部材２との間にはバネ１５が介装されており、そのバネ１５の付勢力により、第１マスキング部材２及び第２マスキング部材３の各薄板９は各ナット１１に向けて押し付けられている。

このため、第２マスキング部材３が、溶射により使用限度に達したときには、最上層をなす第２マスキング部材３のうちの一部、すなわち最上段の薄板９のみを取り除けば、新たな薄板９が現れることになり、前記第１実施形態の場合よりもさらに、第２マスキング部材３の廃棄量（交換量）を少なくして第２マスキング部材３を有効に利用することができる。
さらに、第２マスキング部材３の最上段の薄板９を廃棄するに際しては、その最上段の薄板９をその下側段の薄板９に対してずらして、その最上段の薄板９の各大径部１３内が長ボルト１０が入るようにすれば、各ナット１１による上側移動規制が解除され、最上段の薄板９を容易に取り除くことができることになる。このため、最上段の薄板９の交換を円滑且つ迅速に行うことができる。

図８に示す第３実施形態においては、第２マスキング部材３の本体（基材層）３Ａの表面（上面）に硬質層１６が形成されている。この硬質層１６は、セラミックコーティング（ＰＶＤコーティング、ＴｉＮ，ＣｒＮ等）、表面窒化処理等により形成される。
これにより、溶射材料（粒子）の噴射圧力により第２マスキング部材３上面が荒らされることが抑えられ、溶射材料（粒子）が第２マスキング材料上面に堆積されることが抑制される。この結果、第２マスキング部材３の寿命を高めることができる。

図９に示す第４実施形態においては、第２マスキング部材３の表面に複数の突条部１７が孔６に対して同心状となるように順次、形成されている。各突条部１７は、孔６側に配置される一方の形成面１８（傾斜面）と、その一方の形成面１８よりも孔６から径方向に遠い側（図９中、左側）に配置される他方の形成面１９（傾斜面）とにより、外形が鋭角となるように形成されている。
これにより、溶射粒子を、その各突条部１７の形成面１８，１９に基づき、第２マスキング部材３が平坦面である場合よりも付着しにくくすることができ、第２マスキング部材３の表面への溶射材料の堆積を抑制できる（第２マスキング部材３の寿命向上）。

図１０に示す第５実施形態は、前記第４実施形態の変形例を示す。この第５実施形態においては、各突条部１７の一方の形成面１８だけが孔内周面６ａと平行な状態（第２マスキング部材３の板面３ａに垂直）とされている。
これにより、溶射粒子は、図１０に示すように、他方の形成面１９により、孔６（サイドハウジングＷの凹所Ｗｈ）とは反対側にはじき飛ばされることになり、溶射粒子がサイドハウジングＷの溶射層８に飛散することを抑えて溶射被膜面の性状が悪化することを抑制できる。この場合、一方の形成面１８は、本実施形態においては、孔内周面６ａと平行な状態となっているが、一方の形成面１８を、さらに他方の形成面に近づけるように傾けて、その一方の形成面１８が他方の形成面１９の下方領域内により収まるようにしてもよい。

図１１に示す第６実施形態は、第４実施形態の変形例を示す。この第６実施形態においては、第２マスキング部材３の肉厚が、孔６に向かうに従って厚くされており、これに伴い、突条部１７についても、孔６に近い側’図１１中、右側）が、孔６の径方向において、遠い側（左側）に比べて高く突出している。これによっても、溶射粒子を、孔６側（サイドハウジングＷの凹所Ｗｈ側）から遠のく側にはじき飛ばし、溶射粒子がサイドハウジングＷの溶射層８に飛散することを抑制できる。これにより、溶射層８の溶射被膜面の性状が悪化することを抑制できる。

以上実施形態について説明したが本発明にあっては、次の態様を包含する。
（１）各実施形態の内容を適宜、組み合わせること。
（２）被膜形成としては、溶射の他に、メッキ等が含まれること。
（３）溶射被膜形成部材は、耐摩耗性の向上を図りたいものであれば、サイドハウジングＷに限らず、どのようなものでもよいこと。

第１実施形態に係るマスキング部材を示す平面図。 図１のＸ２−Ｘ２線断面図。 第１実施形態を説明する説明図。 第１実施形態に係るマスキング部材を用いてサイドハウジングに溶射を行う一連の工程を示す工程図。 第２実施形態を説明する説明図。 第２実施形態に係るマスキング部材を示す図。 第２実施形態に係る第２マスキング部材に用いられる薄板を示す平面図。 第３実施形態を説明する説明図。 第４実施形態を説明する説明図。 第５実施形態を説明する説明図。 第６実施形態を説明する説明図。

１ マスキング部材
２ 第１マスキング部材
３ 第２マスキング部材
３Ａ 第２マスキング部材の本体（基材層）
５ａ 第１マスキング部材の孔内周面（被膜形成領域側端面）
６ａ 第２マスキング部材の孔内周面（被膜形成領域側端面）
９ 薄板（層）
１７ 突条部
１８ 一方の形成面
１９ 他方の形成面
Ｗ サイドハウジング（被膜形成部材）

Claims (3)

1. 被膜形成部材上に設置して該被膜形成部材上に被膜形成領域を区画するマスキング部材であって、
   前記被膜形成部材上に設置される第１マスキング部材と、
   前記第１マスキング部材上に交換可能に設置され、前記被膜形成領域に臨む被膜形成領域側端面が該第１マスキング部材の被膜形成領域側端面よりも突出した状態とされている第２マスキング部材と、
   を備え、
   前記第２マスキング部材が、複数層の積層構造として形成され、
   前記第２マスキング部材の各層が、上側から順次、取り外し可能とされている、
   ことを特徴とするマスキング部材。
2. 請求項１において、
   前記第２マスキング部材が、基材層と、該基材層上に設けられて該基材層よりも高硬度とされた表面層とにより形成されている、ことを特徴とするマスキング部材。
3. 請求項１〜２のいずれか１項に係るマスキング部材を被膜形成部材上に設置して、該マスキング部材により該被膜形成部材上に区画される被膜形成領域に被膜を形成するマスキング部材を用いた被膜形成方法であって、
   前記マスキング部材を前記被膜形成部材上に設置するに際して、該マスキング部材の第２マスキング部材の被膜形成領域側端面により前記被膜形成領域を区画し、
   前記マスキング部材を、新たな被膜形成部材に対して順次、使い回し、
   前記第２マスキング部材として、複数層の積層構造からなるものを用いているときであって、該第２マスキング部材の最上層が使用限界に達したとき、該第２マスキング部材の最上層を取り除く、
   ことを特徴とするマスキング部材を用いた被膜形成方法。

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