(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの表面に溶射材を溶射して溶射皮膜を形成する際に、前記ワークの表面の溶射材を付着させない領域を覆う溶射用マスキング治具であって、
前記溶射材の粒子が吹き付けられるマスキング面に、第１特性の部位と第２特性の部位とが混ざり合って設けられ、前記第１特性の部位は前記第２特性の部位よりも前記溶射材に対して濡れ性が高い高濡れ性部位であり、前記第２特性の部位は前記第１特性の部位よりも前記溶射材に対して濡れ性が低い低濡れ性部位であり、
前記マスキング面には複数の凹部が形成され、前記凹部が形成されていない基面が前記高濡れ性部位となり、前記凹部の中に離型剤が充填されることで前記低濡れ性部位が構成されていることを特徴とする溶射用マスキング治具。
【請求項２】
前記高濡れ性部位は一つにつながった基面として構成され、前記低濡れ性部位は前記基面の中にドット状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の溶射用マスキング治具。
【請求項３】
前記凹部は規則的に配列された円形のピットであり、前記ピットの平均径は５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶射用マスキング治具。
【請求項４】
前記低濡れ性部位は、前記マスキング面の全体に対して４０から６０％の面積率で設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の溶射用マスキング治具。
【請求項５】
前記マスキング面において、前記溶射用マスキング治具の端部にあたる部分は、他の部分よりもマスキング面に対する前記低濡れ性部位の面積率が高くされていることを特徴とする請求項４に記載の溶射用マスキング治具。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の溶射用マスキング治具をワークに取り付け、前記ワークの表面の溶射材を付着させない領域を前記溶射用マスキング治具で覆い隠し、
前記溶射用マスキング治具が設置された前記ワークの表面に溶射材を溶射し、
前記ワークの表面への溶射皮膜の形成が完了した後、前記溶射用マスキング治具を前記ワークから取り外し、
前記溶射用マスキング治具のマスキング面に付着した前記溶射材の堆積物を除去することを特徴とする溶射におけるマスキング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶射用マスキング治具及びそれを用いた溶射におけるマスキング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークの表面に金属やセラミックスなどの溶射材を溶射して溶射皮膜を形成する際、被溶射面以外の表面に溶射材が付着すると、溶射の完了後にそれを除去せねばならなくなる。このため、ワークの表面の溶射材を付着させたくない領域をマスキング治具で覆い隠してから溶射を行う方法が知られている。
【０００３】
マスキング治具を溶射に用いる際の課題の一つとして、マスキング治具の再利用が挙げられる。マスキング治具のマスキング面には溶射材が付着して堆積するが、マスキング治具を再利用し続けるためには溶射材の堆積物を除去する必要がある。マスキング面からの堆積物の除去が容易でない場合、旋盤等の機械加工により堆積物を除去するか、再利用は断念して新しいマスキング治具を製作せねばならなくなる。
【０００４】
一方、マスキング面への溶射材の付着を抑えるのであれば、溶射材が付着し難い材質でマスキング治具を制作することや、そのような材質のコーティングをマスキング面に施すことが考えられる。しかし、この場合、マスキング面に当たった溶射材が跳ね返ってワークの被溶射面に落ちてしまったり、溶射材の堆積物の一部がマスキング面から脱落したりすることで、ワークの被溶射面の品質が低下するという別の問題が発生してしまう。
【０００５】
特開２００９−１２７０８８号公報に記載の従来技術は、マスキング面にショットブラスト処理によって凹凸を形成し、凹凸の上にＤＬＣ等の難付着材料をコーティングすることによって上記の２つの問題の解決を図っている。すなわち、凹凸の立体効果により溶射粒子を保持して溶射材のワークへの跳ね返りや堆積物の脱落を抑えるとともに、凹凸の上からコーティングされた難付着材料の効果によりマスキング面からの堆積物の除去を容易にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１２７０８８号公報
【特許文献２】特開２０００−１３３７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の従来技術の場合、ワーク上への溶射材の跳ね返りや堆積物の脱落を抑えることができるかどうかと、マスキング面から溶射材の堆積物を容易に除去できるかどうかは、表面に形成する凹凸の形状に依存する。凹凸が深すぎる場合には、マスキング面に堆積した溶射材が凹凸のアンカー効果によって除去できなくなるおそれがある。マスキング治具の再利用による磨耗等によって凹凸が小さくなった場合には、溶射材の堆積物がマスキング面から脱落してワークの被溶射面を汚してしまうおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は、表面の凹凸形状のみに依存することなく、マスキング面からワーク上への溶射材の跳ね返りや堆積物の脱落を抑えることができ、且つ、溶射によりマスキング面に堆積した溶射材を容易に除去することができる溶射用マスキング治具を提供することを課題とする。また、ワークに形成される溶射皮膜の品質を低下させることなく、溶射用マスキング治具を再利用することができる溶射におけるマスキング方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る溶射用マスキング治具は、ワークの表面に溶射材を溶射して溶射皮膜を形成する際に、ワークの表面の溶射材を付着させない領域を覆う溶射用マスキング治具であって、溶射材の粒子が吹き付けられるマスキング面に、第１特性の部位と第２特性の部位とが混ざり合って設けられ、第１特性の部位は第２特性の部位よりも溶射材に対して濡れ性が高い高濡れ性部位であり、第２特性の部位は第１特性の部位よりも溶射材に対して濡れ性が低い低濡れ性部位であることを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、溶射材に対する濡れ性とは、マスキング面全体を固体表面とみなした場合の溶射材のマスキング面への付着しやすさを意味する。また、高濡れ性部位と低濡れ性部位とが混ざり合って設けられているとは、マスキング面全体を巨視的に見た場合には高濡れ性部位と低濡れ性部位とが混然一体となっているが、微視的には高濡れ性部位と低濡れ性部位とが明確に分かれている様子を意味する。ここでいう微視的とは溶射材の粒子サイズのオーダーのことをいう。
【００１１】
高濡れ性部位においては、溶射材をマスキング面に付着させてワークの被溶射面上への溶射材の跳ね返りや溶射材の堆積物の脱落を抑えることができる。低濡れ性部位においては、マスキング面からの溶射材の堆積物の除去を容易にすることができる。本発明に係る溶射用マスキング治具では、高濡れ性部位と低濡れ性部位とがマスキング面に混ざり合って設けられていることにより、高濡れ性部位の作用による効果と低濡れ性部位の作用による効果とをともにマスキング面全体で得ることができる。
【００１２】
高濡れ性部位と低濡れ性部位とをマスキング面に混ざり合って設ける上では、様々な形態を採ることができる。好ましい形態の一つでは、高濡れ性部位は一つにつながった基面として構成され、低濡れ性部位は基面の中にドット状に配置される。高濡れ性部位を一つにつながった基面として構成することで、マスキング面に吹き付けられた溶射材の粒子を捉えて付着させることができる。また、低濡れ性部位を基面の中にドット状に配置することで、マスキング面に付着した溶射材の堆積物を一様に剥がれやすくすることができる。
【００１３】
上記のように低濡れ性部位をドット状に配置する場合、ドットの平均径は、溶射材の粒子が偏平してなるスプラットの平均径以下、具体的には５０μｍ以下であることが好ましい。ドットの大きさがスプラットの大きさ以下であれば、スプラットの少なくとも一部は高濡れ性部位である基面に掛かるので、溶射材をマスキング面に付着させることができる。
【００１４】
低濡れ性部位は、マスキング面に形成された複数の凹部の中に離型剤を充填することで構成されたものでもよい。凹部に離型剤が充填されることで、巨視的にはマスキング面は凹凸のない或いは凹凸の小さい面となる。離型剤には例えば低粘性のオイルを用いてよい。そのような離型剤には溶射材が付着し難いので、離型剤が保持された凹部は低濡れ性部位として機能する。一方、凹部が形成されていない基面は、相対的に溶射材が付着しやすいために高濡れ性部位となる。このような構成によれば、離型剤を補填或いは交換することによって低濡れ性を維持することができる。また、溶射用マスキング治具の製造において低濡れ性部位を容易につくりだすことができる。
【００１５】
離型剤を保持する凹部は、規則的に配列された円形のピットであることが好ましい。それにより、高濡れ性部位と低濡れ性部位とをマスキング面に一様に混在させることができる。この場合、ピットの平均径は、溶射材の粒子が偏平してなるスプラットの平均径以下であることが好ましい。ピットの大きさがスプラットの大きさ以下であれば、スプラットの少なくとも一部は高濡れ性部位である基面に掛かるので、溶射材をマスキング面に付着させることができる。
【００１６】
本発明に係る溶射用マスキング治具によれば、マスキング面からワークの被溶射面への溶射材の跳ね返りや溶射材の堆積物の脱落を抑える効果と、マスキング面に堆積した溶射材の除去を容易にする効果とを得ることができる。前者の効果は高濡れ性部位の作用により得られ、後者の効果は低濡れ性部位の作用により得られる。よって、マスキング面における高濡れ性部位と低濡れ性部位との比率によって、２つの効果の大小を調整することができる。両方の効果をうまく両立させるには、マスキング面全体に対する低濡れ性部位の面積率が４０から６０％の範囲にあることが好ましい。
【００１７】
マスキング面に対する低濡れ性部位の面積率はマスキング面全体で一様であってよい。ただし、溶射用マスキング治具の端部は熱の逃げ場がないために他の部分に比べて温度が高くなりやすい。そして、高温になるほど溶射材とマスキング面の密着性が高くなって堆積物が除去し難くなる。よって、マスキング面において溶射用マスキング治具の端部にあたる部分は、他の部分よりも低濡れ性部位の面積率が高くされていてもよい。そうすることで、溶射材の堆積物の除去し易さをマスキング面全体でそろえることができる。
【００１８】
本発明に係る溶射におけるマスキング方法は、上記のように構成された本発明に係る溶射用マスキング治具をワークに取り付け、ワークの表面の溶射材を付着させない領域を前記溶射用マスキング治具で覆い隠し、溶射用マスキング治具が設置されたワークの表面に溶射材を溶射し、ワークの表面への溶射皮膜の形成が完了した後、溶射用マスキング治具をワークから取り外し、溶射用マスキング治具のマスキング表面に付着した溶射材の堆積物を除去することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明に係る溶射用マスキング治具を溶射におけるマスキングに用いることにより、溶射時にはマスキング面からワーク上への溶射材の跳ね返り等が抑えられるので、マスキング面から跳ね返った溶射材等によってワークに形成される溶射皮膜の品質が低下することが抑えられる。溶射の終了後にはマスキング面には溶射材が堆積して皮膜となるが、それは容易に除去することができるので、溶射用マスキング治具を再利用するのに掛かる手間やコストは抑えられる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る溶射用マスキング治具によれば、マスキング面からワーク上への溶射材の跳ね返りや堆積物の脱落を抑えることができ、且つ、溶射によりマスキング面に堆積した溶射材を容易に除去することができる。また、本発明に係る溶射におけるマスキング方法によれば、ワークに形成される溶射皮膜の品質を低下させることなく、溶射用マスキング治具を再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１の溶射用マスキング治具の微視的構成を示す模式的な平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の溶射用マスキング治具の微視的構成を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の溶射用マスキング治具の使用方法を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１の溶射用マスキング治具の各使用段階でのマスキング面の状態を示す断面図である。
【図５】ピットの面積率と溶射材の付着量との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１の溶射用マスキング治具を用いた溶射におけるマスキング方法の手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１の溶射用マスキング治具の変形例１の微視的構成を示す模式的な平面図である。
【図８】本発明の実施の形態１の溶射用マスキング治具の変形例２の微視的構成を示す模式的な平面図である。
【図９】本発明の実施の形態１の溶射用マスキング治具の変形例３の微視的構成を示す模式的な平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２の溶射用マスキング治具の微視的構成を示す模式的な断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２の溶射用マスキング治具の製作方法を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３の溶射用マスキング治具の微視的構成を示す模式的な断面図である。
【図１３】シリンダヘッドにおける遮熱膜の成膜箇所を示す図である。
【図１４】図１３に示すシリンダヘッドに遮熱膜を成膜するのに使用される溶射用マスキング治具の構成を示す外観図である。
【図１５】ピストンに遮熱膜を成膜するのに使用される溶射用マスキング治具の構成を示す断面図である。
【図１６】シリンダブロックに保護膜を成膜するのに使用される溶射用マスキング治具の構成を示す平面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００２３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の溶射用マスキング治具の微視的構成を示す模式的な平面図である。溶射用マスキング治具は、取り付けられるワークの形状に合わせて作られるため、マスキング面は巨視的には曲面になる場合もある。しかし、溶射材の粒子サイズの微視的レベルでは平面で近似することができる。
【００２４】
実施の形態１の溶射用マスキング治具１０は、マスキング面１２に多数のピット１４がドット状に形成されている。溶射用マスキング治具１０は鉄系材料或いはアルミ合金で作られ、マスキング面１２の基面１６には金属面が剥き出しになっている。ピット１４はエッチング加工によってマスキング面１２を凹ませることによって成形されている。ただし、エッチング加工以外にもプレス加工やレーザー加工等によっても同様の形状を成形することは可能である。
【００２５】
個々のピット１４は円形であって、その径は、溶射用マスキング治具１０を使用したときに溶射材の粒子がマスキング面１２にたたきつけられて偏平してなるスプラットの平均径（実験により測定された有限個のサンプルの平均値）と同程度かより小さい径になるように調整されている。径の下限には特に決まりはなく、現実的に形成可能な最小径を下限としてよい。好ましい径は溶射材の材質（本発明では金属、セラミックス或いはサーメットが溶射材として想定されている）や溶射方法に依存するが、好ましい径としての１つの目安は５０μｍである。ピット１４はマスキング面１２の縦方向及び横方向に規則的に配列され、マスキング面１２の全体に対するピット１４が形成されている部分の面積率が５０％になるように、つまり、基面１６とピット１４が形成されている部分との面積比が５０：５０になるようにピット１４の配列が調整されている。
【００２６】
図２は、溶射用マスキング治具１０の微視的構成を示す模式的な断面図である。詳しくは、溶射用マスキング治具１０をマスキング面１２に垂直にピット１４の径に沿って切断した断面が描かれている。マスキング面１２の基面１６に対するピット１４の深さは、径よりも小さい５乃至１０μｍに調整されている。ピット１４の中には、離型剤１８が充填されている。離型剤１８は、ピット１４の中に入り込み、溶射時の熱によって消失或いは変質することなく、ピット１４の内壁と溶射材との直接の接触を抑えることができる物質であればよい。具体的には、低粘性であって低揮発性のオイルが離型剤１８としては好ましい。離型剤１８としての要件を満たせば、灯油系のオイルでもよいし、オレンジオイルのような植物性のオイルでもよい。ピット１４そのものは基面１６に対する凹部となるが、ピット１４に離型剤１８が保持されている状態では、巨視的にはマスキング面１２は凹凸のない或いは凹凸の小さい平滑な面となる。
【００２７】
以上のように構成されることにより、マスキング面１２には２つの機能が付与される。１つは基面１６によって与えられる機能であり、もう１つはピット１４によって与えられる機能である。金属面が剥き出しになっている基面１６は、溶射材に対する濡れ性が高く、溶射の際に吹き付けられた溶射材が付着しやすい。つまり、基面１６は、溶射材を積極的に付着させる高濡れ性部位として機能する。これに対して、離型剤１８が保持されているピット１４には、離型剤１８の作用によって溶射材が付着し難い。これは、ピット１４が形成されている部位に、濡れ性が低い材質でできた固体面があることと等価である。つまり、ピット１４が形成されている部位は、実質的に、溶射材を付着させない低濡れ性部位として機能する。図１及び図２に示すように、微視的には、基面１６により得られる高濡れ性部位と、ピット１４により得られる低濡れ性部位とは明確に分かれている。しかし、マスキング面１２の全体を巨視的に見た場合には、高濡れ性部位と低濡れ性部位とは混然一体となる。つまり、溶射用マスキング治具１０のマスキング面１２には、高濡れ性部位と低濡れ性部位とが混ざり合って設けられていると言える。
【００２８】
次に、溶射用マスキング治具１０の使用方法について図３を用いて説明する。図３の（ａ）（ｂ）（ｃ）には、各使用段階での溶射用マスキング治具１０の様子が模式的に描かれている。溶射用マスキング治具１０には、ワークの被溶射面に対応する開口部２０が形成されている。なお、図３では、マスキング面１２上にピット１４の配列が見えるように描かれているが、これはあくまでも説明のためであり、実際には開口部２０に対してピット１４の大きさは極小であるので、巨視的にはマスキング面１２は一様な面に見える。
【００２９】
まず、（ａ）に示すように、マスキング面１２に多数のピット１４が設けられた溶射用マスキング治具１０が用意される。次に、（ｂ）に示すように、マスキング面１２に対して離型剤１８が塗布される。離型剤１８の塗布はマスキング面１２の全面に対して行われる。図３には離型剤１８の塗布にスプレー装置２２が用いられているが、離型剤１８を塗布する手段や方法には限定はない。離型剤１８を塗布した後は、クロス等によりマスキング面１２を拭き、基面１６の上の余分な離型剤１８を拭き取ることが行われる。これにより、ピット１４の中にのみ離型剤１８が残留する。
【００３０】
そして、ピット１４に離型剤１８が保持されている溶射用マスキング治具１０をワークに取り付け、（ｃ）に示すように、溶射用マスキング治具１０の上から溶射ガン２４によって溶射材を吹き付ける。なお、溶射用マスキング治具１０が適用される溶射の方法には限定はない。アーク溶射にも適用できるし、プラズマ溶射にも適用できる。溶射を行うことで、マスキング面１２には、溶射材の堆積層（溶射材が堆積してできた皮膜）２６が形成される。溶射材が跳ね返ることなくマスキング面１２に溶射材の堆積層２６が形成されるのは、高濡れ性部位としての基面１６の作用による。また、低濡れ性部位としてのピット１４の作用により、溶射材の堆積層２６はマスキング面１２から容易に剥がすことができる。以下、この作用について図４を用いて説明する。
【００３１】
図４は、溶射用マスキング治具１０の各使用段階でのマスキング面１２の状態を示す断面図である。図４の（ａ）（ｂ）（ｃ）の各段階は、図３の（ａ）（ｂ）（ｃ）の各段階に対応している。（ａ）に示すように、マスキング面１２に形成されたピット１４の中に何も入っていない状態では、基面１６もピット１４の中も金属面が剥き出しになっている。この状態では、マスキング面１２のどの部位も溶射材が付着しやすい高濡れ性部位として機能する。しかし、（ｂ）に示すように、ピット１４の中に離型剤１８が入ることで、ピット１４が形成されている部位は低濡れ性部位として機能するようになり、基面１６が出ている部分のみ高濡れ性部位として機能するようになる。
【００３２】
溶射が行われることで、（ｃ）に示すように、マスキング面１２には溶射材の粒子が偏平してなるスプラット２８が堆積し、溶射材の堆積層２６が形成される。スプラット２８は、基面１６には接触するが、離型剤１８が保持されているピット１４の内壁とは接触しない。よって、スプラット２８は濡れ性が高い基面１６にのみ付着する。また、ピット１４の径はスプラット２８の平均径以下であるので、確率的にはスプラット２８の少なくとも一部は高濡れ性部位である基面１６に掛かる。よって、スプラット２８は跳ね返ることなくマスキング面１２に付着し、マスキング面１２の上には溶射材の堆積層２６が形成される。しかし、この溶射材の堆積層２６が付着しているのは基面１６のみ、つまり、面積率にして５０％の部分のみであるので、溶射材の堆積層２６とマスキング面１２との間の全体としての密着力は低い。マスキング面１２に広く溶射材が堆積していたとしても、その密着力が低ければ、溶射材の堆積層２６はマスキング面１２から容易に除去することができる。さらに、堆積層２６を構成する堆積物間の結合力よりも堆積物とマスキング面１２との間の密着力が低ければ、除去する際に堆積物を皮膜状のまま剥離させることもできる。
【００３３】
ここで、ピット１４の面積率と溶射材の密着力との関係を図５に示す。グラフに白丸及び実線で示すように、マスキング面１２の全体に対するピット１４の面積率を高くするほど、基面１６が有する高濡れ性部位としての効果よりも離型剤１８が有する低濡れ性部位としての効果が相対的に高くなり、溶射材のマスキング面１２に対する密着力は弱くなる。つまり、マスキング面１２に堆積した溶射材を除去しやすくなる。しかし、グラフに破線で示す値よりも密着力が低くなると、溶射材のマスキング面１２での跳ね返りや堆積物の脱落が起きるようになる。このことから、マスキング面１２に堆積した溶射材の除去を容易にする効果と、マスキング面１２からワークの被溶射面への溶射材の跳ね返りや堆積物の脱落を抑える効果とをうまく両立させるには、ピット１４の面積率に関して好ましい範囲があることが分かる。実験により確認されたことによると、マスキング面１２の全体に対するピット１４の面積率、つまり、低濡れ性部位の面積率は、４０から６０％の範囲にあることが好ましい。５０％の面積率は特に好ましい面積率である。
【００３４】
マスキング面１２の全体に対するピット１４の面積率はマスキング面１２の全体で一様とすることができる。ただし、溶射用マスキング治具１０の端部にあたる部分、図３に示す例では開口部２０の縁部は、ピット１４の面積率が他の部分に比べて高くされていてもよい。例えば、開口部２０の縁部のみピット１４の面積率を６０％とし、他の部分におけるピット１４の面積率は５０％としてもよい。溶射用マスキング治具１０の端部は熱の逃げ場がないために他の部分に比べて温度が高くなりやすく、高温になるほど溶射材とマスキング面１２の密着性が高くなって堆積物が除去し難くなる。端部におけるピット１４の面積率、つまり、低濡れ性部位の面積率を他よりも高めることで、溶射材の堆積物の除去し易さをマスキング面１２の全体でそろえることが可能となる。
【００３５】
次に、上述のような特徴を有する溶射用マスキング治具１０を用いたマスキング方法について説明する。図６は、溶射用マスキング治具１０を用いた溶射におけるマスキング方法の手順を示すフローチャートである。
【００３６】
（ステップＳ１０）最初に行われることは、溶射用マスキング治具１０の準備である。この準備には、マスキング面１２に離型剤１８を塗布して表面のみ拭き取り、ピット１４にのみ離型剤１８を残留させることが含まれる。
【００３７】
（ステップＳ２０）次に行われることは、溶射用マスキング治具１０のワークへの取り付けである。溶射用マスキング治具１０をワークに取り付け、ワークの表面の溶射材を付着させない領域を溶射用マスキング治具１０で覆い隠すことが行われる。
【００３８】
（ステップＳ３０）次に、溶射用マスキング治具１０が設置されたワークの表面に対して溶射材を溶射することが行われる。マスキング面１２に吹き付けられた溶射材はマスキング面１２に付着して堆積層を形成し、マスキング面１２からワーク上への溶射材の跳ね返り等は抑えられる。その結果、マスキング面１２から跳ね返った溶射材等によってワークに形成される溶射皮膜の品質が低下することが抑えられる。
【００３９】
（ステップＳ４０）ワークの表面への溶射皮膜の形成が完了した後、溶射用マスキング治具１０をワークから取り外すことが行われる。
【００４０】
（ステップＳ５０）最後に、マスキング面１２に付着した溶射材の堆積物を除去することが行われる。ピット１４に残留した離型剤１８の効果によって堆積物とマスキング面１２との間の密着力は低く、堆積物はマスキング面１２から容易に除去される。堆積物を除去された溶射用マスキング治具１０は、再びステップＳ１０の工程に戻し、離型剤１８を補填或いは交換することによってピット１４の部位の低濡れ性を回復させることにより、次の溶射のために再利用することができる。
【００４１】
以上の工程からなるマスキング方法によれば、溶射時には、マスキング面１２からワーク上への溶射材の跳ね返りや堆積物の脱落が抑えられるので、ワークに形成される溶射皮膜の品質を低下させることがない。そして、溶射の完了後は、マスキング面１２に付着した溶射材の堆積物を容易に除去することができるので、溶射用マスキング治具１０を再利用するのに掛かる手間やコストを抑えることができる。
【００４２】
最後に、実施の形態１の溶射用マスキング治具１０の変形例を列挙する。
【００４３】
図７は、変形例１の溶射用マスキング治具１０１の微視的構成を示す模式的な平面図である。変形例１の溶射用マスキング治具１０１は、マスキング面１２１に多数の溝１４１がライン状に形成されている。溝１４１はエッチング加工、プレス加工、或いはレーザー加工によって成形されている。溝１４１の幅は、実施の形態１のピット１４の径と同程度でよい。溝１４１は等間隔で規則的に配列され、マスキング面１２１の全体に対する溝１４１が形成されている部分の面積率が４０から６０％の範囲になるように（特に好ましくは５０％になるように）溝１４１の配列が調整されている。溝１４１の中には、実施の形態１で用いたのと同じ離型剤１８１が充填されている。これにより、金属面が剥き出しになっている基面１６１は、溶射材が付着しやすい高濡れ性部位として機能し、離型剤１８１が保持されている溝１４１は、溶射材が付着し難い低濡れ性部位として機能する。
【００４４】
図８は、変形例２の溶射用マスキング治具１０２の微視的構成を示す模式的な平面図である。変形例１の溶射用マスキング治具１０２は、マスキング面１２２に多数の溝１４２が格子状に形成されている。溝１４２はエッチング加工、プレス加工、或いはレーザー加工によって成形されている。溝１４２の幅は、変形例１の溝１４１の幅と同程度でよい。溝１４２は縦方向と横方向にそれぞれ等間隔で規則的に配列され、基面１６２をマス目上に区画している。マス目状に区画された基面１６２と、溝１４２が形成されている格子部分との面積比は４０：６０から６０：４０（特に好ましくは５０：５０）に調整されている。金属面が剥き出しになっている基面１６２は、溶射材が付着しやすい高濡れ性部位として機能し、離型剤１８２が充填される溝１４２は、溶射材が付着し難い低濡れ性部位として機能する。
【００４５】
図９は、変形例３の溶射用マスキング治具１０３の微視的構成を示す模式的な平面図である。変形例３の溶射用マスキング治具１０３は、マスキング面１２３に不規則な形状の凹部１４３がまだら模様或いはしぼ模様に形成されている。このようなまだら模様或いはしぼ模様の凹部１４３はエッチング加工によって成形することができる。基材がアルミ合金の場合は、陽極酸化法によってまだら模様やしぼ模様を加工することもできる。凹部１４３の形状にはばらつきがあるが、その幅は平均的にはスプラットの平均径以下の幅とされている。また、マスキング面１２３の全体に対する凹部１４３が形成されている部分の面積率は４０から６０％（特に好ましくは５０％）に調整されている。凹部１４３の中には離型剤１８３が充填される。金属面が剥き出しになっている基面１６３は、溶射材が付着しやすい高濡れ性部位として機能し、離型剤１８３が充填される凹部１４３は、溶射材が付着し難い低濡れ性部位として機能する。
【００４６】
以上列挙した変形例から分かるように、離型剤を保持する凹部の形状は円形のピットには限らず、様々な形状をとることができる。本発明の効果を得るためには、溶射材の粒子サイズのオーダーでは高濡れ性部位である基面と低濡れ性部位である凹部とが明確に分離しており、マスキング面全体を巨視的に見た場合には高濡れ性部位と低濡れ性部位とが混然一体となっていればよい。
【００４７】
実施の形態２．
本発明の実施の形態１では、凹部に保持する離型剤の作用によってマスキング面に低濡れ性が付与されているが、本発明の実施の形態２及び後述する実施の形態３では、固体表面の材質の違いによって高濡れ性と低濡れ性の２つの機能がマスキング面に付与される。まず、図１０及び図１１を参照して、本発明の実施の形態２の溶射用マスキング治具について説明する。
【００４８】
図１０は、本発明の実施の形態２の溶射用マスキング治具の微視的構成を示す模式的な断面図である。実施の形態２の溶射用マスキング治具４０は、鉄系材料或いはアルミ合金からなる基部４４の表層に、セラミックス系材料からなる多数のセラミックス島５０が配置された構造を有している。溶射用マスキング治具４０のマスキング面４２は、基部４４の表面である基面４６と、セラミックス島５０の表面であるセラミックス面５２とからなる凹凸のない平滑な面とされている。マスキング面４２を上から見ると（図示略）、基面４６の中に不規則な形状のセラミックス面５２が島状に分布し、全体としてはまだら模様が作られている。マスキング面４２の全体に対するセラミックス面５２の面積率はほぼ５０％（少なくとも４０から６０％の範囲内であればよい）になっている。また、個々のセラミックス面５２の形状にはばらつきがあるが、その大きさは平均的にはスプラットの平均径以下の大きさとされている。
【００４９】
材質の異なる２種類の面４６，５２によりマスキング面４２が構成されることにより、マスキング面４２には各面４６，５２の材質により決まる２つの機能が付与される。金属面が剥き出しになっている基面４６は、溶射材に対する濡れ性が高く、溶射の際に吹き付けられた溶射材が付着しやすい。つまり、基面４６は、溶射材を積極的に付着させる高濡れ性部位として機能する。これに対して、セラミックス面５２は、溶射材に対する濡れ性が低く、溶射の際に吹き付けられた溶射材が付着し難い。つまり、セラミックス面５２は、溶射材を付着させない低濡れ性部位として機能する。微視的には、基面４６により得られる高濡れ性部位と、セラミックス面５２により得られる低濡れ性部位とは明確に分かれているが、マスキング面１２の全体を巨視的に見た場合には、高濡れ性部位と低濡れ性部位とは混然一体となる。つまり、実施の形態１と同様、溶射用マスキング治具４０のマスキング面４２には、高濡れ性部位と低濡れ性部位とが混ざり合って設けられていると言える。
【００５０】
以上のように構成される溶射用マスキング治具４０は、図１１に示す方法にて製作することができる。図１１の（ａ）（ｂ）（ｃ）には、各製作段階での溶射用マスキング治具４０の断面が模式的に描かれている。まず、（ａ）に示すように、基部４４の表面に凹凸形状が加工される。凹凸形状の加工には、例えば、エッチング加工、レーザー加工、プレス加工、ブラスト加工等の微細加工技術が用いられる。次に、（ｂ）に示すように、凹凸形状が加工された基部４４の上にセラミックス系材料よりなるセラミックス膜５４が形成される。セラミックス膜５４の成膜には、例えば、溶射、ＣＶＤ、ＰＶＤ等の成膜技術が用いられる。そして、（ｃ）に示すように、基部４４が表面に露出してくるまで、セラミックス膜５４が成膜された表面に対して研磨がほどこされる。研磨量が多いほど表面への基部４４の露出が大きくなるので、基部４４の露出面である基面４６と、残ったセラミックス膜５４の表面であるセラミックス面５２との面積比が５０：５０に近づくように研磨量が調整される。これにより、高濡れ性部位と低濡れ性部位とが混ざり合って設けられたマスキング面４２が完成する。
【００５１】
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３の溶射用マスキング治具の微視的構成を示す模式的な断面図である。実施の形態３の溶射用マスキング治具６０は、球状黒鉛鋳鉄からなる鋳物である。鉄基材の組織の中で黒鉛が析出して球状の粒子７０となっている。この黒鉛粒子７０は溶射用マスキング治具６０の表面にも析出している。このため、溶射用マスキング治具６０のマスキング面６２は、鉄基材が表面に表れてできた基面６６と、黒鉛粒子７０が表面に表れてできた黒鉛面７２とからなる凹凸のない平滑な面となっている。マスキング面６２を上から見ると（図示略）、一つにつながった基面６６の中に多数のドット状の黒鉛面７２が無秩序であるが満遍なく分布している。マスキング面６２の全体に対する黒鉛面７２の面積率はほぼ５０％（少なくとも４０から６０％の範囲内であればよい）になっている。このような面積率の値は、鉄基材と黒鉛の比率を５０：５０に近づけることで実現することができる。また、黒鉛粒子７０は平均的には溶射材の粒子よりも小さく、黒鉛面７２の大きさは平均的にはスプラットの平均径以下の大きさになっている。
【００５２】
材質の異なる２種類の面６６，７２によりマスキング面６２が構成されることにより、マスキング面６２には各面６６，７２の材質により決まる２つの機能が付与される。鉄基材が表面に表れてできた基面６６は、溶射材に対する濡れ性が高く、溶射の際に吹き付けられた溶射材が付着しやすい。つまり、基面６６は、溶射材を積極的に付着させる高濡れ性部位として機能する。これに対して、黒鉛面７２は、溶射材に対する濡れ性が低く、溶射の際に吹き付けられた溶射材が付着し難い。つまり、黒鉛面７２は、溶射材を付着させない低濡れ性部位として機能する。微視的には、基面６６により得られる高濡れ性部位と、黒鉛面７２により得られる低濡れ性部位とは明確に分かれているが、マスキング面６２の全体を巨視的に見た場合には、高濡れ性部位と低濡れ性部位とは混然一体となる。つまり、実施の形態１や２と同様、溶射用マスキング治具６０のマスキング面６２には、高濡れ性部位と低濡れ性部位とが混ざり合って設けられていると言える。
【００５３】
なお、図１２に示す構造は、アルミナやＳｉＣ等のセラミックス粒子を鉄基材に混合して焼結することでも得ることができる。この場合、マスキング面は、鉄基材が表面に表れてできた基面と、基面の中に無秩序であるが均一に分布する多数のドット状のセラミックス面とから構成される。基面は高濡れ性部位として機能し、セラミックス面は低濡れ性部位として機能する。セラミックスと鉄基材の混合比を５０：５０に近づけることで、マスキング面の全体に対するセラミックス面の面積率を５０％に近づけることができる。
【００５４】
適用例１．
次に、本発明に係る溶射用マスキング治具の適用例について説明する。適用例１では、内燃機関のシリンダヘッドに遮熱膜を形成する際に本発明に係る溶射用マスキング治具が用いられる。
【００５５】
図１３は、ディーゼルエンジンのシリンダヘッドにおける遮熱膜の成膜箇所を示す図である。遮熱膜は、シリンダヘッド２００において燃焼室の天井面にあたる領域２０２に溶射によって形成される。遮熱膜の成膜に使用される溶射材は、例えば、ジルコニア、シリカ、窒化珪素、イットリア、酸化チタンなどのセラミックスである。溶射の際には、領域２０２の周囲や、領域２０２の内側のバルブ孔２０４には、遮熱膜の成膜に用いる溶射材がかからないようにしたい。
【００５６】
図１４は、図１３に示すシリンダヘッドに遮熱膜を成膜するのに使用される溶射用マスキング治具の構成を示す外観図である。溶射用マスキング治具２１０には、遮熱膜を形成する領域２０２の形にくり抜かれた開口部２１２が形成されている。開口部２１２を含む広い範囲に、高濡れ性部位と低濡れ性部位とが混ざり合ったマスキング面２１４が形成されている。なお、マスキング面２１４の構成としては、実施の形態１乃至３及びその変形例も含む何れの構成も適用可能である。また、溶射用マスキング治具２１０の端部にあたる開口部２１２の周縁については、溶射の際に他の部位よりも高温になるので、他の部分よりも低濡れ性部位の面積率を高くすることが好ましい。
【００５７】
適用例２．
適用例２では、内燃機関のピストンに遮熱膜を形成する際の溶射に本発明に係る溶射用マスキング治具が用いられる。
【００５８】
図１５は、ディーゼルエンジンのピストンに遮熱膜を成膜するのに使用される溶射用マスキング治具の構成を示す断面図である。遮熱膜は、ピストン２２０の頂面２２２に形成される。遮熱膜の成膜に使用される溶射材は、シリンダヘッドに形成される遮熱膜と同じ材質を用いてよい。溶射の際には、キャビティ２２４の内側や側面２２６には、遮熱膜の成膜に用いる溶射材がかからないようにしたい。
【００５９】
そこで、ピストン２２０の頂面２２２に対して溶射を行う場合には、キャビティ２２４をマスクするための第１の溶射用マスキング治具２３０と、側面２２６をマスクするための第２の溶射用マスキング治具２４０とが用いられる。第１の溶射用マスキング治具２３０は、キャビティ２２４の形状に合わせた円形の平面形状を有し、その表面全体をマスキング面２３２として構成されている。第２の溶射用マスキング治具２４０は、ピストン２２０がぴったりと入る円筒部を有し、その円筒部の頂面をマスキング面２４２として構成されている。各マスキング面２３２，２４２の構成としては、実施の形態１乃至３及びその変形例も含む何れの構成も適用可能である。また、第１の溶射用マスキング治具２３０の外周縁については、溶射の際に他の部位よりも高温になるので、他の部分よりも低濡れ性部位の面積率を高くすることが好ましい。第２の溶射用マスキング治具２４０の内周縁についても同様である。
【００６０】
適用例３．
適用例３では、内燃機関のシリンダブロックに保護膜を形成する際の溶射に本発明に係る溶射用マスキング治具が用いられる。
【００６１】
図１６は、シリンダブロックに保護膜を成膜するのに使用される溶射用マスキング治具の構成を示す平面図及び断面図である。保護膜は耐摩耗性を向上させるための皮膜であり、シリンダブロック２５０におけるシリンダ壁面２５２に溶射によって形成される。保護膜の成膜に使用される溶射材は、例えば、耐摩耗性の高い鉄系材料である。溶射の際には、シリンダブロック２５０のシリンダヘッドとの合わせ面２５４には、保護膜の成膜に用いる溶射材がかからないようにしたい。
【００６２】
そこで、シリンダ壁面２５２に対して溶射を行う場合には、シリンダブロック２５０の合わせ面２５４をマスクするための溶射用マスキング治具２６０が用いられる。溶射用マスキング治具２６０には、シリンダブロック２５０が有するシリンダの個数だけの開口部２６２が形成されている。この開口部２６２の直径はシリンダボアとほぼ同寸であり、溶射用マスキング治具２６０をシリンダブロック２５０にセットしたときには、開口部２６２の内壁面とシリンダ壁面２５２とはほぼ面一になる。溶射用マスキング治具２６０は、開口部２６２の内壁面をマスキング面２６４として構成されている。マスキング面２６４の構成としては、実施の形態１乃至３及びその変形例も含む何れの構成も適用可能である。また、溶射用マスキング治具２６０の開口部２６２の周縁、特に、シリンダブロック側の周縁については、溶射の際に他の部位よりも高温になるので、他の部分よりも低濡れ性部位の面積率を高くすることが好ましい。
【符号の説明】
【００６３】
１０，４０，６０，１０１，１０２，１０３，２１０，２３０，２４０，２６０  溶射用マスキング治具
１２，４２，６２，１２１，１２２，１２３，２１４，２３２，２４２，２６４  マスキング面
１４  ピット（低濡れ性部位）
１６，４６，６６，１６１，１６２，１６３  基面（高濡れ性部位）
１８，１８１，１８２，１８３  離型剤
２６  溶射材の堆積層
２８  スプラット
５０  セラミックス島
５２  セラミックス面（低濡れ性部位）
５４  セラミックス膜
７０  黒鉛粒子
７２  黒鉛面（低濡れ性部位）
１４１，１４２  溝（低濡れ性部位）
１４３  凹部（低濡れ性部位）
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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