(57)【要約】【課題】部位毎に硬度が異なる被膜を迅速且つ確実に形成できる被膜形成部材の製造方法を提供する。【解決手段】当該被膜形成部材の製造方法として、基材面１ａに対して凹所２を形成する凹所形成工程、凹所２を含む基材面１ａ上へ被膜積層Ｃを形成する被膜積層形成工程、被膜積層Ｃ全体を面一に研削する研削工程を順に、設ける。これにより、部位毎に硬度の異なる被膜を形成することは勿論、マスキング材等の特別な部材の準備等を不要として、製造工程の簡素化図ること、同種の工程が時間をおいて繰り返されることがないようにして作業効率を高めること、マスキング材の取り外しのようにそれに伴って被膜が剥がれるおそれが生じることをなくすこと、を実現する。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材面上に、被膜硬度を他部と異なる領域にしたい個所において凹所を形成し、
次に、前記凹所を含む基材面上に、被膜を、該被膜の膜厚を一定にすると共に該被膜の硬度が増減方向のいずれか一方の方向に変化するようにしつつ、順次、積層状に形成することにより、被膜積層を形成し、
次に、前記被膜積層を、該被膜積層の外面全体が面一となるように研削する、
ことを特徴とする被膜形成部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記被膜積層における各被膜の硬度を、前記基材面に近いものほど高くする、
ことを特徴とする被膜形成部材の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記被膜積層を３層以上の被膜により形成し、
前記各被膜の硬度を前記基材面に向けて徐々に高くする、
ことを特徴とする被膜形成部材の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記各被膜を溶射により形成する、
ことを特徴とする被膜形成部材の製造方法。
【請求項５】
請求項４項において、
前記被膜積層における各被膜の硬度を積層方向に隣り合う被膜の硬度に対して変えるに際して、前記基材面と、溶射を行う溶射ガンとの間の距離を変える、
ことを特徴とする被膜形成部材の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
前記基材が、摺動部材の摺動を支持する支持面を構成する、
ことを特徴とする被膜形成部材の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
前記凹所として、平坦な凹所底面から垂直に内壁が起立する形状のものを形成する、
ことを特徴とする被膜形成部材の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項において、
前記凹所として、凹所底面からその開口側に向かうに従って相対向する内壁が離間する形状のものを形成する、
ことを特徴とする被膜形成部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被膜形成部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被膜形成部材を製造するに際しては、一般に、特許文献１に示すように、必要部位のみに被膜を形成するべく、その必要部位以外の部分をマスキング材によりマスキングしつつ、その必要部位に対して溶射が行われている。このようなマスキング材を用いた方法を用いれば、数種類の溶射材料を部位毎に区分けして溶射することもでき、複数の異なる被膜を有する被膜形成部材を製造できる。
【０００３】
ところで、近時、摺動部材の摺動を受け止める支持面等においては、単に、耐摩耗性を向上させるために溶射被膜等の被膜を形成するだけでなく、摺動部材の摺動との関係から、部分的に同一平面上で被膜の硬度を異ならせることが求められる場合がある。その実現手段としては、前述のように、マスキング材と溶射とを用いれば、部位毎に硬度の異なる被膜を形成することができる。
【特許文献１】特開平５−１１１６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、マスキング材と溶射とを用いて部位毎に硬度の異なる被膜を形成する場合には、マスキング材を用意しなければならないばかりか、そのマスキング材のセット、取り外しという独自の作業が必要となる。しかも、そのマスキング材のセット作業においては正確性（セット位置の正確性）が要求され、マスキング材の取り外し作業においては、その取り外し作業に伴い、形成被膜を損傷させないこと（被膜が剥がれないようにすること等）等が求められる。
また、マスキング材を用いる場合において、複数種類として２種類の硬度の異なる被膜を形成する作業工程を見た場合、一方の被膜形成予定領域に被膜を形成するときには、他方の被膜形成予定領域をマスキング材を用いてマスキングし、他方の被膜形成予定領域に被膜を形成するときには、一方の被膜形成予定領域上の被膜をマスキング材を用いてマスキングする必要がある。このため、(i)マスキング材のセット工程、(ii)溶射工程、(iii)マスキング材の取り外し工程、(iv)マスキング材のセット工程、(v)溶射工程、(vi)マスキング材の取り外し工程、(vi)研削工程の順に作業を行わなければならず、同種の作業工程が時間をおいて繰り返され、作業効率上好ましいものではない。
さらには、一般的に、マスキング材を用いる場合には、その取り外し時に形成被膜が剥がれないようにすることから、マスキング材と溶射とを用いて部位毎に硬度の異なる被膜を形成する場合には、硬度の異なる被膜を部位毎に正確に区画することが困難な傾向にある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、部位毎に硬度が異なる被膜を迅速且つ確実に形成できる被膜形成部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記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、
基材面上に、被膜硬度を他部と異なる領域にしたい個所において凹所を形成し、
次に、前記凹所を含む基材面上に、被膜を、該被膜の膜厚を一定にすると共に該被膜の硬度が増減方向のいずれか一方の方向に変化するようにしつつ、順次、積層状に形成することにより、被膜積層を形成し、
次に、前記被膜積層を、該被膜積層の外面全体が面一となるように研削する構成としてある。この請求項１の好ましい態様としては、請求項２以下の記載の通りとなる。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、凹所形成工程、被膜積層形成工程、研削工程を経ることにより、マスキング材等の特別の部材を何等準備しなくても、部位毎に硬度の異なる被膜を形成できることになり、それに伴い、そのマスキング材のセット、取り外しという作業を不要として、製造工程の簡素化（少なくともマスキング材の取り外し工程を省略）を図ることができる。
また、凹所形成工程、被膜積層形成工程、研磨工程の順に、各工程が１回だけ行われ、同種の工程が時間をおいて繰り返されるようなことはない。このため、作業効率を高めて製造時間の短縮化を図ることができる。
さらに、硬度の異なる被膜を区画するために利用された凹所は、研削工程を経ることにより存在しなくなり、マスキング材の取り外し作業の場合のようにそれに伴って被膜が剥がれるおそれが生じることはなくなる。また、その被膜の剥がれを考慮することなく異なる硬度の被膜を区画できることになり、異なる硬度の被膜の区画（見切り線）を明確且つ正確に行うことができる。
したがって、部位毎に硬度が異なる被膜を迅速且つ確実に形成できる被膜形成部材の製造方法を提供できる。
【０００８】
請求項２に係る発明によれば、被膜積層における各被膜の硬度を、基材面に近いものほど高くすることから、被膜積層と基材面との間、さらには、積層方向に隣り合う被膜同士間の付着安定性を高めることができる。
【０００９】
請求項３に係る発明によれば、被膜積層を３層以上の被膜により形成し、各被膜の硬度を基材面に向けて徐々に高くすることから、３層以上の被膜を有する被膜積層において、積層方向に隣り合う被膜同士間の付着安定性を高める上で、より好ましいものとなる。
【００１０】
請求項４に係る発明によれば、各被膜を溶射により形成することから、請求項１に係る作用効果を簡単且つ確実に得ることができる。
【００１１】
請求項５に係る発明によれば、被膜積層における各被膜の硬度を積層方向に隣り合う被膜の硬度に対して変えるに際して、基材面と、溶射を行う溶射ガンとの間の距離を変えることから、各被膜の硬度を極めて簡単に変えることができる。
【００１２】
請求項６に係る発明によれば、基材が、摺動部材の摺動を支持する支持面を構成することから、耐摩耗性と馴染み性という相反する要求に対して、部位毎に被膜の硬度を異ならせる手法により的確に応えることができる。
【００１３】
請求項７に係る発明によれば、凹所として、平坦な凹所底面から垂直に内壁が起立する形状のものを形成することから、研削工程において、硬度が異なる２種類の被膜面が露出することになり、硬度が異なる被膜領域を鋭敏に区画することができる。
【００１４】
請求項８に係る発明によれば、凹所として、凹所底面からその開口側に向かうに従って相対向する内壁が離間する形状のものを形成することから、研削工程において、硬度が異なる複数の被膜面が露出することになり、硬度が異なる被膜領域を徐々に変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
本実施形態に係る製造方法は、図１に示す工程図に従って行われる。
先ず、図１〜図３に示すように、基材１の基材面１ａに対して、機械加工を行って凹所２を形成する（機械加工工程）。後工程である溶射工程（第１，第２，第３溶射被膜形成工程）において形成される溶射被膜の連続性を凹所２により途切れさせて、凹所底面２ａ上の溶射被膜を凹所２以外の非加工面３上の溶射被膜よりも低くするためである。本実施形態においては、凹所２は、その平坦な凹所底面２ａから内壁が垂直に起立する形状とされ、その凹所２の深さＤは、例えば６０μｍ程度とされている。
ここで、上記基材１としては、基本的には、摺動部材の摺動を支持するような部材であって、その摺動部材の摺動特性に応じて、部分的な領域で耐摩耗性と馴染み性とが個々に要求されるような部材が対象となる。材質からは、アルミ製、鋳鉄製等のものが対象となる。本実施形態においては、基材面１ａの馴染み性が要求される領域に対して凹所２が形成され、基材面１ａの非加工面３においては高い耐摩耗性が要求されることになる。
【００１６】
基材面１ａ上に凹所２が形成されると、図１に示すように、凹所２を含む被膜形成予定個所全体に対して溶射を行う（溶射工程）。基材面１ａ上の被膜形成予定個所全体に溶射被膜を形成して、基本的に、基材面１ａの耐摩耗性を確保するためである。
溶射は、本実施形態においては、図４に示すように、第１，第２，第３の溶射被膜Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を基材面１ａ上に積層状態をもって形成して被膜積層Ｃを形成することになっており、その被膜積層Ｃの各溶射被膜Ｃ１（Ｃ２，Ｃ３）の厚みｍ１（ｍ２，ｍ３）は、その各溶射被膜Ｃ１（Ｃ２，Ｃ３）毎に一定とされている。具体的には、基材面１ａから外方に向けて第１，第２，第３の溶射被膜Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が形成され、その各厚みｍ１，ｍ２，ｍ３は、それぞれ４０μｍ程度とされている。このため、基材面１ａ上の第１，第２，第３溶射被膜Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の連続性は、凹所２で途切れ、凹所２内においても第１，第２，第３溶射被膜Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が積層状態をもって形成されるものの、それらは、非加工面３上の第１，第２，第３溶射被膜Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３よりも低い位置に位置することになる。この溶射に用いられる溶射粉末には、例えばＣｒ3Ｃ2−２５％ＮｉＣｒ（粒径１０〜３８μｍ）が用いられる。
【００１７】
上記溶射は、第１，第２，第３溶射被膜Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の形成毎に、溶射ガン位置から基材面１ａまでの距離（Ｗ／Ｄ）が異ならされている。第１，第２，第３溶射被膜Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の硬度をそれぞれ異ならせるためである。つまり、溶射ガン位置から基材面１ａまでの距離（Ｗ／Ｄ）は、最適値で高硬度となり、その最適値よりも長くなるほど低硬度となる関係があり、それを利用して溶射被膜の硬度を調整しようとしているのである。
【００１８】
具体的に説明する。図３において、符号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で示す一点鎖線は、第１，第２，第３溶射被膜Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を形成するときの溶射ガン位置を示し、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３（Ｓ１（最適値）＜Ｓ２＜Ｓ３）は、第１，第２，第３溶射被膜Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を形成を形成する際における溶射ガン位置と非加工面３との距離をそれぞれ示し（ワークディスタンスＷ／Ｄ）、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３（Ｈ１＜Ｈ２＜Ｈ３）は、第１，第２，第３溶射被膜Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を形成する際における溶射ガン位置と凹所底面２ａとの距離をそれぞれ示している。このため、第１溶射被膜Ｃ１から第３溶射被膜Ｃ３を形成するに伴って、溶射ガン位置Ｌ１（Ｌ２，Ｌ３）から基材面１ａまでの距離が長くなることになり、第１溶射被膜Ｃ１よりも第３溶射被膜Ｃ３に近いものほど、硬度は低くなる。この場合、第１，第２，第３の各溶射被膜Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を形成するに際して、溶射ガン位置から基材面１ａまでの距離Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が、溶射ガン位置から凹所底面２ａまでの距離Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３よりも凹所２の深さＤだけ短くなるが、この差Ｄ（例えば６０μｍ程度）は、硬度変化にあまり影響を与えず、各溶射被膜Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３毎の硬度に関しては、非加工面３上にあるものも、凹所底面２ａ上にあるものも、実質的に同一の状態にある。もっとも、凹所２の深さＤが硬度に影響を与えることになったとしても、本実施形態においては（凹所２存在部を低硬度仕様の場合）、有利に働くことになる。
【００１９】
本実施形態においては、溶射ガン位置から基材面１ａまでの距離（Ｗ／Ｄ）は、第１溶射被膜Ｃ１から第３溶射被膜Ｃ３を形成するに伴い、１８０ｍｍから２５０ｍｍの範囲で変えられることになる。またこの場合、基材面１ａの被膜形成予定個所全体に対して溶射が、パス回数：６回をもって行われる。１〜２回目のパスでは高硬度条件（最も近づいた状態）で溶射することにより第１溶射被膜Ｃ１が形成され、次の３〜４回目のパスでは中硬度条件で溶射することにより第２溶射被膜Ｃ２が形成され、次の５〜６回目のパスでは低硬度条件（最も離れた状態）で溶射することにより第３溶射被膜Ｃ３が形成されることになっている。ここで、パスとは、基材面１ａの被膜形成予定個所全体を溶射する回数をいう。
【００２０】
次に、図２，図５，図６に示すように、基材面１ａ上の被膜積層Ｃ全体に対して研削を行う（研削工程）。被膜積層Ｃの最外表面を面一（同一平面）として、摺動部材の摺動を可能とする支持面５を形成すると共に、被膜積層Ｃの表面硬度を、凹所底面２ａの上方領域に存在するものと、非加工面３の上方領域に存在するものとで異ならせるためである。
すなわち、被膜積層Ｃ全体を面一にするためには、非加工面３の上方領域に存在する被膜積層Ｃ部分を、凹所底面２ａの上方領域に存在する被膜積層Ｃ部分よりも深くまで研削しなければならず、これを利用して、非加工面３の上方領域に存在する被膜積層Ｃ部分の表面硬度を高いものとし（第１溶射被膜Ｃ１が露出）、凹所底面２ａの上方領域に存在する被膜積層Ｃ部分の表面硬度を低いもの（第３溶射被膜Ｃ３が露出）としているのである。本実施形態においては、基材面１ａ上の溶射被膜の最上面から０．０８〜０．１０ｍｍ程度研削することにより、上記関係が得られる。尚、この研削工程は、従来行われる工程を利用して行われることになる。図５中、符号Ｋ示す二点鎖線は、研削後の面を示す。
【００２１】
これにより、基材１の支持面５は、凹所底面２ａの上方領域に存在する被膜積層Ｃ部分において、馴染み性を発揮し、非加工面３の上方領域に存在する被膜積層Ｃ部分においては、高い耐摩耗性を発揮することになり、支持面５の各部位毎に異なる機能を発揮できる。この場合、凹所２の形状が、平坦な凹所底面２ａから内壁が垂直に起立する形状であるから、その凹所２の内壁を見切り線として、支持面５における硬度は鋭敏に切り替わることになる。
【００２２】
このような被膜形成部材の製造方法は、例えば、ロータリエンジン６におけるサイドハウジング８の支持面９（ロータ１０との当接面）に利用される。
ロータリエンジン１においては、ロータハウジング１１内をロータ１０が回転するに伴い、そのロータ１０側面に取付けられるサイドシール１２及びオイルシールＯは、サイドハウジング８（支持面９）に対して摺動する。この場合、オイルシールＯのサイドハウジング８（支持面９）上での摺動領域ＯＳは、サイドハウジング８の中心点を基準として円環状部分（ハッチをもって示す）となり、サイドシール１２のサイドハウジング８（支持面９）上での摺動領域ＳＳは、サイドハウジング８の中央領域（レモン形状部分）の外側部分（ハッチをもって示す）となるが、サイドシール１２の摺動に関しては、図１０に示すサイドシール１２の摺動軌跡からも明らかなように、サイドハウジング８の短軸側部分にその摺動が集中する（サイドシール１２の摺動が集中する部分を符号１４をもって示す（図９中では、囲んだ部分））。このため、サイドシール１２の支持面９には、基本的に高い耐摩耗性が要求されるが、サイドシール１２の摺動が集中する部分１４においては、より一層の高い耐摩耗性が必要とされる。
これに対する対処として、サイドシール１２の摺動が集中する部分１４に合わせて、サイドハウジング８（支持面９）全体の溶射被膜の硬度を上げ、耐摩耗性を向上させることが考えられる。しかし、そのように耐摩耗性を向上させた場合には、オイルシール１３の摺動領域ＯＳで、オイルシール１３と溶射被膜との馴染みが遅れ、その間のシール性が低下する。逆に、オイルシール１３の摺動領域ＯＳに合わせて、サイドハウジング８（支持面９）全体の溶射被膜の硬度を下げると、サイドシール１２の摺動集中部分１４に段付き摩耗が発生するおそれがある。
このことから、サイドハウジング８の支持面９においては、前述の製造方法を用いて、サイドシール１２の摺動集中部分１４の硬度をより高めると共に、サイドシール１２の摺動集中部分１４以外の部分の硬度を、サイドシール１２の摺動集中部分１４の硬度よりも低めることとされている。
【００２３】
図１１〜図１４は第２実施形態を示す。この第２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。
【００２４】
この第２実施形態においては、図１１に示すように、基材１に形成する凹所２として、その底面中央から開口側に離間するに従って相対する内壁が離れる形状のものが用いられている。そして、この凹所２を含む基材面１ａ上に、前記第１実施形態と同様の方法により、膜厚がそれぞれ一定の第１〜第４溶射皮膜Ｃ１〜Ｃ４が順に形成され、その第１〜第４溶射皮膜Ｃ１〜Ｃ４の硬度も、第４溶射皮膜Ｃ４に向かうに従って低くされる。この被膜積層Ｃに対して研削が行われ、支持面５には、凹所２中央から凹所２外方に向かうに従って、第３溶射被膜Ｃ３、第２溶射皮膜Ｃ２、第１溶射被膜Ｃ１が露出する。このため、本実施形態においては、支持面５の硬度は、凹所２中央から凹所２外方に向かうに従って徐々に高くなる。
【００２５】
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）本発明に係る被膜形成部材の製造方法を、ロータリエンジンのサイドハウジング以外のものにも、適宜、適用すること。
（２）実施形態においては、各溶射被膜の硬度を順次、変えるために溶射ガンを基材面１ａから離間するようにしているが、逆に、各溶射被膜を順次、形成するに伴い、溶射ガンを基材面１ａに最適値（高硬度）に近づけること。この場合には、研削工程を経ると、凹所底面２ａの上方領域に存在する被膜積層Ｃ部分の最外表面硬度は高くなり、非加工面３の上方領域に存在する被膜積層Ｃ部分の最外表面硬度は相対的に低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係る一連の製造工程を示す工程図。
【図２】第１実施形態に係る凹所加工前の基材表面を示す説明図。
【図３】図２に続く製造工程を説明する説明図。
【図４】図３に続く製造工程を説明する説明図。
【図５】図４に続く製造工程を説明する説明図。
【図６】図５に続く製造工程を説明する説明図。
【図７】ロータリエンジンを説明する説明図。
【図８】オイルシールの摺動領域を示す図。
【図９】サードシールの摺動領域を示す図。
【図１０】サイドシールの摺動軌跡を説明する説明図。
【図１１】第２実施形態に係る凹所を説明する説明図。
【図１２】図１１に続く製造工程を説明する説明図。
【図１３】図１２に続く製造工程を説明する説明図。
【図１４】図１３に続く製造工程を説明する説明図。
【符号の説明】
【００２７】
１  基材（サイドハウジング）
１ａ  基材面
２  凹所
２ａ  凹所底面
３  非加工面
５  支持面
８  サイドハウジング
９  支持面
Ｃ  被覆積層
Ｃ１  第１溶射被膜
Ｃ２  第２溶射被膜
Ｃ３  第３溶射被膜
Ｃ４  第４溶射被膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2010150636.tif 000013
【図１２】
2010150636.tif 000014
【図１３】
2010150636.tif 000015
【図１４】
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