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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-19
(45)【発行日】2024-02-28
(54)【発明の名称】低温溶射皮膜被覆部材の製造方法
(51)【国際特許分類】
C23C 24/04 20060101AFI20240220BHJP
【ＦＩ】
C23C24/04
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020138616
(22)【出願日】2020-08-19
(65)【公開番号】P2022034760
(43)【公開日】2022-03-04
【審査請求日】2022-11-01
(73)【特許権者】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】前田 恭兵
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 励一
【審査官】菅原 愛
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－１５８８１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－００８３７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０３５４７７２０（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開平０４－２３１４４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０３１１２５３９（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２３Ｃ ２４／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
開断面又は閉断面を有するアルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部の領域に、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも１種を含有する金属粉末を低温溶射して、低温溶射皮膜を形成する工程を有する低温溶射皮膜被覆部材の製造方法であって、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材は、前記金属粉末が低温溶射される外表面と、前記外表面とは反対側の面である内表面と、を有し、
前記低温溶射皮膜が形成される領域に対応する内表面の少なくとも一部の領域に、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材の変形を抑制する補強部材を設ける工程を有し、
前記補強部材は、前記内表面に囲まれた空隙部に挿入される芯材であり、
少なくとも前記低温溶射皮膜を形成する工程において、前記低温溶射皮膜が形成される領域に対応する内表面の少なくとも一部の領域に前記芯材が接しており、
前記低温溶射皮膜を形成する工程の後に、前記芯材を抜去する工程を有し、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金材は、少なくとも前記低温溶射皮膜を形成する工程において、前記低温溶射皮膜を形成する面と、その反対側の面から前記アルミニウム合金材を挟持するように、前記外表面から押圧されることにより固定されており、
更に、前記低温溶射皮膜を形成する工程の後に、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材への押圧を解除する工程を有し、
前記芯材は、少なくとも前記低温溶射皮膜を形成する工程において、前記芯材を挟持するように、前記芯材の長手方向両端部から中央部に向けて押圧されており、
更に、前記低温溶射皮膜を形成する工程と前記芯材を抜去する工程との間に、前記芯材への押圧を解除する工程を有することを特徴とする低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【請求項2】
前記補強部材は、前記低温溶射皮膜の延在方向と略同一の方向に長手方向を有する形状であることを特徴とする請求項１に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【請求項3】
前記アルミニウム又はアルミニウム合金材は、前記内表面にリブが設けられた形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【請求項4】
前記芯材を抜去する工程は、前記低温溶射皮膜が室温に冷却された後に実施されることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【請求項5】
前記アルミニウム又はアルミニウム合金材への押圧を解除する工程は、前記低温溶射皮膜が室温に冷却された後に実施されることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【請求項6】
前記芯材は長手方向を有する弾性体からなることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【請求項7】
前記芯材への押圧を解除する工程は、前記低温溶射皮膜が室温に冷却された後に実施されることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【請求項8】
前記アルミニウム又はアルミニウム合金材は、閉断面の押出材である、請求項１～７のいずれか１項に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【請求項9】
前記アルミニウム又はアルミニウム合金材は、開断面又は閉断面の鋳造材である、請求項１～７のいずれか１項に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面に低温溶射皮膜を形成する際に、アルミニウム又はアルミニウム合金材の変形を抑制することができる低温溶射皮膜被覆部材の製造方法に関する。
なお、以下において、アルミニウム又はアルミニウム合金材を、まとめて単に「アルミニウム合金材」ということがある。
なお、以下において、アルミニウム又はアルミニウム合金材を、まとめて単に「アルミニウム合金材」ということがある。
【背景技術】
【0002】
従来より、アルミニウム合金材の表面に、特定の材料からなる金属をろう付け又は溶射することにより、その表面の種々の特性を向上させる技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、アルミニウム合金材の表面に、付加物質皮膜を形成し、この付加物質皮膜に対してパルス発振レーザを照射して加熱することにより、密着性に優れた合金化層又は複合化層を形成することができることが記載されている。
例えば、特許文献１には、アルミニウム合金材の表面に、付加物質皮膜を形成し、この付加物質皮膜に対してパルス発振レーザを照射して加熱することにより、密着性に優れた合金化層又は複合化層を形成することができることが記載されている。
【0003】
ところで、押出加工により成形された薄肉のアルミニウム合金材の表面に、金属粉末を低温溶射することにより低温溶射皮膜を形成する場合に、アルミニウム合金材と低温溶射皮膜との熱膨張率が異なると、両者の冷却挙動の差によって、アルミニウム合金材が熱変形することがある。なお、このような低温溶射皮膜の形成によるアルミニウム合金材の熱変形は、押出加工により成形されたアルミニウム合金材のみではなく、鋳造加工により成形されたアルミニウム合金材においても発生する。
一般的に、押出材の製造時においては、押出成形後に所望の形状に矯正する工程が実施される。上記特許文献１においても、アルミニウム合金からなる押出材の片面に溶射皮膜を形成した後、撓み等を矯正する引張矯正を行うことが記載されている。
一般的に、押出材の製造時においては、押出成形後に所望の形状に矯正する工程が実施される。上記特許文献１においても、アルミニウム合金からなる押出材の片面に溶射皮膜を形成した後、撓み等を矯正する引張矯正を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平９－１７００３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、低温溶射皮膜は脆いため、一般的なアルミニウム合金材に対して実施される矯正工程と同様の方法で矯正した場合には、低温溶射皮膜に割れが発生し、この割れが原因となってアルミニウム合金押出材の表面から低温溶射皮膜が剥離することがある。その結果、低温溶射皮膜が剥離した領域においては、所望の特性を得ることができなくなるという問題が発生する。
【0006】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、アルミニウム合金材の表面に低温溶射皮膜を形成することにより発生するアルミニウム合金材の変形を抑制することができる低温溶射皮膜被覆部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る低温溶射皮膜被覆部材の製造方法は、下記（１）の構成からなる。
【0008】
（１） 開断面又は閉断面を有するアルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部の領域に、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも１種を含有する金属粉末を低温溶射して、低温溶射皮膜を形成する工程を有する低温溶射皮膜被覆部材の製造方法であって、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金材は、前記金属粉末が低温溶射される外表面と、前記外表面とは反対側の面である内表面と、を有し、
前記低温溶射皮膜が形成される領域に対応する内表面の少なくとも一部の領域に、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材の変形を抑制する補強部材を設ける工程を有することを特徴とする低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
前記アルミニウム又はアルミニウム合金材は、前記金属粉末が低温溶射される外表面と、前記外表面とは反対側の面である内表面と、を有し、
前記低温溶射皮膜が形成される領域に対応する内表面の少なくとも一部の領域に、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材の変形を抑制する補強部材を設ける工程を有することを特徴とする低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【0009】
また、本発明に係る低温溶射皮膜被覆部材の製造方法の好ましい実施形態は、下記（２）～（１２）の構成からなる。
【0010】
（２） 前記補強部材は、前記低温溶射皮膜の延在方向と略同一の方向に長手方向を有する形状であることを特徴とする（１）に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【0011】
（３） 前記アルミニウム又はアルミニウム合金材は、前記内表面にリブが設けられた形状であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【0012】
（４） 前記補強部材は、前記内表面に囲まれた空隙部に挿入される芯材であり、
少なくとも前記低温溶射皮膜を形成する工程において、前記低温溶射皮膜が形成される領域に対応する内表面の少なくとも一部の領域に前記芯材が接しており、
前記低温溶射皮膜を形成する工程の後に、前記芯材を抜去する工程を有することを特徴とする（１）～（３）のいずれか１つに記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
少なくとも前記低温溶射皮膜を形成する工程において、前記低温溶射皮膜が形成される領域に対応する内表面の少なくとも一部の領域に前記芯材が接しており、
前記低温溶射皮膜を形成する工程の後に、前記芯材を抜去する工程を有することを特徴とする（１）～（３）のいずれか１つに記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【0013】
（５） 前記芯材を抜去する工程は、前記低温溶射皮膜が室温に冷却された後に実施されることを特徴とする（４）に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【0014】
（６） 前記アルミニウム又はアルミニウム合金材は、少なくとも前記低温溶射皮膜を形成する工程において、前記外表面から押圧されることにより固定されており、
更に、前記低温溶射皮膜を形成する工程の後に、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材への押圧を解除する工程を有することを特徴とする（４）又は（５）に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
更に、前記低温溶射皮膜を形成する工程の後に、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材への押圧を解除する工程を有することを特徴とする（４）又は（５）に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【0015】
（７） 前記アルミニウム又はアルミニウム合金材への押圧を解除する工程は、前記低温溶射皮膜が室温に冷却された後に実施されることを特徴とする（６）に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【0016】
（８） 前記芯材は、少なくとも前記低温溶射皮膜を形成する工程において、前記芯材の長手方向両端部から中央部に向けて押圧されており、
更に、前記低温溶射皮膜を形成する工程と前記芯材を抜去する工程との間に、前記芯材への押圧を解除する工程を有することを特徴とする（４）～（７）のいずれか１つに記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
更に、前記低温溶射皮膜を形成する工程と前記芯材を抜去する工程との間に、前記芯材への押圧を解除する工程を有することを特徴とする（４）～（７）のいずれか１つに記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【0017】
（９） 前記芯材は長手方向を有する弾性体からなることを特徴とする（８）に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【0018】
（１０） 前記芯材への押圧を解除する工程は、前記低温溶射皮膜が室温に冷却された後に実施されることを特徴とする（８）又は（９）に記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【0019】
（１１） 前記アルミニウム又はアルミニウム合金材は、閉断面の押出材である、（１）～（１０）のいずれか１つに記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【0020】
（１２） 前記アルミニウム又はアルミニウム合金材は、開断面又は閉断面の鋳造材である、（１）～（１０）のいずれか１つに記載の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、アルミニウム合金材の表面に低温溶射皮膜を形成することにより発生するアルミニウム合金材の変形を抑制することができる低温溶射皮膜被覆部材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。また本願明細書において、数値範囲を示す「～」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
【0024】
本発明者らは、アルミニウム合金材の表面に低温溶射皮膜を形成した場合に、アルミニウム合金材が変形することを抑制する方法について鋭意検討を重ねた。その結果、アルミニウム合金材における低温溶射皮膜を形成する領域の裏面側に、予め補強部材が配設されていることが、変形防止に効果的であることを見出した。
【0025】
以下、本発明に係る低温溶射皮膜被覆部材の製造方法について説明する。
【0026】
［低温溶射皮膜被覆部材の製造方法］
本発明に係る低温溶射皮膜被覆部材の製造方法は、開断面又は閉断面を有するアルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部の領域に、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも１種を含有する金属粉末を低温溶射して、低温溶射皮膜を形成する工程を有する。また、アルミニウム又はアルミニウム合金材は、金属粉末が低温溶射される外表面と、外表面とは反対側の面である内表面と、を有し、低温溶射皮膜が形成される領域に対応する内表面の少なくとも一部の領域に、アルミニウム又はアルミニウム合金材の変形を抑制する補強部材を設ける工程を有する。
本発明に係る低温溶射皮膜被覆部材の製造方法は、開断面又は閉断面を有するアルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部の領域に、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも１種を含有する金属粉末を低温溶射して、低温溶射皮膜を形成する工程を有する。また、アルミニウム又はアルミニウム合金材は、金属粉末が低温溶射される外表面と、外表面とは反対側の面である内表面と、を有し、低温溶射皮膜が形成される領域に対応する内表面の少なくとも一部の領域に、アルミニウム又はアルミニウム合金材の変形を抑制する補強部材を設ける工程を有する。
【0027】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る低温溶射皮膜被覆部材の製造方法について、更に詳細に説明する。
【0028】
【0029】
図１Ａに示すように、アルミニウム合金材３１は閉断面の押出材であって、内表面３１ｄに囲まれた空隙部（図示せず）を有している。
まず、低温溶射皮膜３３を形成する前に、アルミニウム合金材３１の空隙部に補強部材として芯材３６を挿入する。芯材３６は、アルミニウム合金材３１の空隙部に嵌合される断面形状を有し、アルミニウム合金材３１の長手方向の長さよりも長く形成されている。したがって、芯材３６の両端部は、アルミニウム合金材３１の一端部３１ａ及び他端部３１ｂから突出し、芯材３６とアルミニウム合金材３１との間は隙間なく挿入される。なお、上記芯材３６は「中子」ともいう。
まず、低温溶射皮膜３３を形成する前に、アルミニウム合金材３１の空隙部に補強部材として芯材３６を挿入する。芯材３６は、アルミニウム合金材３１の空隙部に嵌合される断面形状を有し、アルミニウム合金材３１の長手方向の長さよりも長く形成されている。したがって、芯材３６の両端部は、アルミニウム合金材３１の一端部３１ａ及び他端部３１ｂから突出し、芯材３６とアルミニウム合金材３１との間は隙間なく挿入される。なお、上記芯材３６は「中子」ともいう。
【0030】
次に、芯材３６が挿入されたアルミニウム合金材３１の外表面３１ｃにおける一部の領域に、低温溶射法（コールドスプレー法）により金属粉末を低温溶射する。コールドスプレー法とは、ガスと金属粉末とを音速以上の高速で、溶射ヘッド１４から所定の領域に吹き付ける方法である。
これにより、図１Ｂに示すように、アルミニウム合金材３１の外表面３１ｃにおける長手方向の一端部３１ａから他端部３１ｂに延びる領域に低温溶射皮膜３３が形成される。
これにより、図１Ｂに示すように、アルミニウム合金材３１の外表面３１ｃにおける長手方向の一端部３１ａから他端部３１ｂに延びる領域に低温溶射皮膜３３が形成される。
【0031】
その後、図１Ｃに示すように、アルミニウム合金材３１から芯材３６を抜去することにより、低温溶射皮膜被覆部材３５を製造する。芯材３６を抜去するタイミングは特に限定されないが、後述する通り、アルミニウム合金材３１及び低温溶射皮膜３３が冷却される過程で、低温溶射皮膜被覆部材３５に変形が発生するため、低温溶射皮膜３３が室温に冷却された後であることが好ましい。なお、室温とは、具体的には５～４５℃とする。
【0032】
上記第１実施形態では、アルミニウム合金材３１の空隙部に芯材３６が隙間なく嵌合されている。また、芯材３６は低温溶射皮膜３３の延在方向と同一の方向に長手方向を有する形状であって、低温溶射皮膜３３が形成される領域に対応する内表面に接するように配設されている。したがって、この芯材３６が補強部材として作用し、低温溶射皮膜３３の形成後に、アルミニウム合金材３１及び低温溶射皮膜３３が冷却されるまでの間に、低温溶射皮膜被覆部材３５が変形することを抑制することができる。
【0033】
なお、本発明においては、上記芯材３６の形状に限定されず、少なくとも低温溶射皮膜３３を形成する工程において、低温溶射皮膜３３が形成される領域に対応する内表面の少なくとも一部の領域に、芯材が接していればよい。ただし、上記第１実施形態に示すように、芯材３６が、アルミニウム合金材３１の空隙部に隙間なく嵌合されていると、低温溶射皮膜３３を形成する位置を自由に設計することができるとともに、低温溶射皮膜被覆部材の変形をより一層抑制することができる。
また、本発明において、芯材３６の材料については特に限定されないが、例えば、砂、弾性体、セラミック、樹脂、金属、若しくはこれらの混合物、又はこれらをバインダ等で所望の形状に固化させたもの等を使用することができる。
また、本発明において、芯材３６の材料については特に限定されないが、例えば、砂、弾性体、セラミック、樹脂、金属、若しくはこれらの混合物、又はこれらをバインダ等で所望の形状に固化させたもの等を使用することができる。
【0034】
（従来の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法）
比較のため、芯材３６を挿入することなく、アルミニウム合金材の表面に低温溶射皮膜を形成した例について説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、従来の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法を説明するための模式的な斜視図である。また、図３は、従来の製造方法により製造された低温溶射皮膜被覆部材の形状を示す斜視図である。
比較のため、芯材３６を挿入することなく、アルミニウム合金材の表面に低温溶射皮膜を形成した例について説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、従来の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法を説明するための模式的な斜視図である。また、図３は、従来の製造方法により製造された低温溶射皮膜被覆部材の形状を示す斜視図である。
【0035】
図２Ａに示すように、従来の低温溶射皮膜被覆部材の製造方法では、中空のアルミニウム合金材７１の外表面７１ｃにおける一部の領域に、溶射ヘッド７４を用いて金属粉末を吹き付ける。
その結果、図２Ｂに示すように、アルミニウム合金材７１の長手方向の一端部７１ａから他端部７１ｂに延びる領域に低温溶射皮膜７３が形成され、低温溶射皮膜被覆部材７５が製造される。
このように製造された低温溶射皮膜被覆部材７５は、長手方向に直交する方向における断面視で、低温溶射皮膜７３が形成された面が突状に変形している。また、図３に示すように、製造された低温溶射皮膜被覆部材７５において、低温溶射皮膜７３が形成された面に注目すると、長手方向中央部が両端部よりも凹み、全体として湾曲した形状となっている。
その結果、図２Ｂに示すように、アルミニウム合金材７１の長手方向の一端部７１ａから他端部７１ｂに延びる領域に低温溶射皮膜７３が形成され、低温溶射皮膜被覆部材７５が製造される。
このように製造された低温溶射皮膜被覆部材７５は、長手方向に直交する方向における断面視で、低温溶射皮膜７３が形成された面が突状に変形している。また、図３に示すように、製造された低温溶射皮膜被覆部材７５において、低温溶射皮膜７３が形成された面に注目すると、長手方向中央部が両端部よりも凹み、全体として湾曲した形状となっている。
【0036】
従来の製造方法により製造された低温溶射皮膜被覆部材７５が変形する理由について、以下に具体的に説明する。
【0037】
コールドスプレー法によりアルミニウム合金材７１の外表面７１ｃに低温溶射皮膜７３を形成した場合に、低温溶射皮膜７３が形成されている領域は高温となる、ここで、アルミニウム合金材７１と低温溶射皮膜７３とは、熱伝導率、比熱及び線膨張係数等の特性が異なり、両者の収縮の速さが異なる。しかし、アルミニウム合金材７１と低温溶射皮膜７３とは接合されているため、冷却の過程でいずれか一方が速く収縮すると、他方にも、図３の矢印Ａ１に示す方向と矢印Ａ２に示す方向に収縮による応力がかかる。その結果、冷却の過程において、低温溶射皮膜被覆部材７５の変形が発生する。
【0038】
一方、上記第１実施形態では、アルミニウム合金材３１の空隙部に、収縮による応力を抑制する補強部材としての芯材３６を挿入するため、低温溶射皮膜被覆部材３５の変形を抑制することができる。
【0039】
（第２実施形態）
図４Ａ～図４Ｃは、本発明の第２実施形態に係る低温溶射皮膜被覆部材の製造方法を説明するための模式的な斜視図である。本実施形態においては、使用するアルミニウム合金材の形状が第１実施形態と異なる。
図４Ａ～図４Ｃは、本発明の第２実施形態に係る低温溶射皮膜被覆部材の製造方法を説明するための模式的な斜視図である。本実施形態においては、使用するアルミニウム合金材の形状が第１実施形態と異なる。
【0040】
図４Ａに示すように、アルミニウム合金材１１は閉断面の押出材であり、その内表面には１本のリブ１２が設けられている。より具体的には、リブ１２は、アルミニウム合金材１１の内表面に囲まれた空隙部１７を、一方の壁面から他方の壁面に向かって横断し、更に、アルミニウム合金材１１の長手方向の一端部１１ａから他端部１１ｂまで延びる形状を有している。
【0041】
まず、アルミニウム合金材１１における、リブ１２によって仕切られた２つの空隙部に芯材４６ａ及び芯材４６ｂを挿入する。芯材４６ａ及び芯材４６ｂは、それぞれ、２つの空隙部に嵌合される断面形状を有し、いずれも、アルミニウム合金材１１の長手方向の長さよりも長く形成されている。したがって、芯材４６ａ及び芯材４６ｂの両端部は、アルミニウム合金材１１の一端部１１ａ及び他端部１１ｂから突出し、芯材４６ａ及び芯材４６ｂは、アルミニウム合金材１１との間に隙間のない状態で挿入される。
【0042】
次に、芯材４６ａ及び芯材４６ｂが挿入されたアルミニウム合金材１１の外表面１１ｃに対して、長手方向の一端部１１ａから他端部１１ｂに向けて、溶射ヘッド１４から金属粉末を低温溶射する。これにより、図４Ｂに示すように、アルミニウム合金材１１の外表面１１ｃに低温溶射皮膜１３が形成される。
【0043】
その後、図４Ｃに示すように、アルミニウム合金材１１から芯材４６ａ及び芯材４６ｂを抜去することにより、低温溶射皮膜被覆部材４５を製造する。芯材４６ａ及び芯材４６ｂを抜去するタイミングは特に限定されないが、上記第１実施形態と同様に、低温溶射皮膜１３が室温に冷却された後であることが好ましい。
【0044】
上記第２実施形態では、アルミニウム合金材１１の空隙部に、芯材４６ａ及び芯材４６ｂが隙間なく嵌合されている。また、芯材４６ａ及び芯材４６ｂは、低温溶射皮膜１３の延在方向と同一の方向に長手方向を有し、低温溶射皮膜１３が形成される領域に対応する内表面に接するように配設されている。したがって、芯材４６ａ及び芯材４６ｂが補強部材として作用し、アルミニウム合金材１１及び低温溶射皮膜１３が冷却されるまでの間に、低温溶射皮膜被覆部材４５が変形することを抑制することができる。
また、第２実施形態においても、アルミニウム合金材１１の２つの空隙部に芯材４６ａ及び芯材４６ｂを隙間なく嵌合させているため、低温溶射皮膜１３を形成する位置を自由に設計することができる。
また、第２実施形態においても、アルミニウム合金材１１の２つの空隙部に芯材４６ａ及び芯材４６ｂを隙間なく嵌合させているため、低温溶射皮膜１３を形成する位置を自由に設計することができる。
【0045】
なお、上記第２実施形態では、芯材４６ａ及び芯材４６ｂは、アルミニウム合金材１１の空隙部に隙間なく嵌合されているが、本発明においてはこのような構成に限定されない。例えば、芯材４６ａ及び芯材４６ｂの少なくとも一方が、少なくとも低温溶射皮膜１３を形成する工程において、低温溶射皮膜１３が形成される領域に対応する内表面における少なくとも一部の領域に接するように配設されていればよい。
また、上記第２実施形態に示す形状のアルミニウム合金材１１を使用する場合には、必ずしも芯材４６ａ及び芯材４６ｂの両方を空隙部に挿入する必要はなく、２つの空隙部のうち、いずれか一方の空隙部にのみ補強部材となる芯材を挿入してもよい。
また、上記第２実施形態に示す形状のアルミニウム合金材１１を使用する場合には、必ずしも芯材４６ａ及び芯材４６ｂの両方を空隙部に挿入する必要はなく、２つの空隙部のうち、いずれか一方の空隙部にのみ補強部材となる芯材を挿入してもよい。
【0046】
また、アルミニウム合金材１１のリブ１２の数、形状及び厚さについても特に限定されず、例えば、アルミニウム合金材の要求される強度に応じて、２本以上のリブが設けられたアルミニウム合金材を使用することもできる。具体的には、アルミニウム合金材の内表面に囲まれた空隙部において、互いに平行な２本のリブが、一方の壁面から他方の壁面に向かって横断しているとともに、アルミニウム合金材の長手方向の一端部から他端部まで延びる形状であってもよい。
更に、複数のリブは互いに平行である必要はなく、また、２本のリブが十字状に交差する形状でもよい。
更に、複数のリブは互いに平行である必要はなく、また、２本のリブが十字状に交差する形状でもよい。
【0047】
なお、例えば、互いに平行な２本のリブが設けられたアルミニウム合金材を用いた場合には、３つの空隙部を有するため、低温溶射皮膜を形成する領域等に応じて、少なくとも１つの空隙部、例えば中央の空隙部に芯材を挿入すれば、変形を抑制する効果を得ることができる。
また、３本の芯材を各空隙部に挿入することにより、低温溶射皮膜の形成による変形をより一層抑制することができる。
更に、十字状に交差するリブが形成されたアルミニウム合金材は、４つの空隙部を有するものとなるが、上記平行な２本のリブを有するアルミニウム合金材と同様に、少なくとも１本の芯材を空隙部に挿入すればよく、全ての空隙部に芯材を挿入することが最も好ましい。
また、３本の芯材を各空隙部に挿入することにより、低温溶射皮膜の形成による変形をより一層抑制することができる。
更に、十字状に交差するリブが形成されたアルミニウム合金材は、４つの空隙部を有するものとなるが、上記平行な２本のリブを有するアルミニウム合金材と同様に、少なくとも１本の芯材を空隙部に挿入すればよく、全ての空隙部に芯材を挿入することが最も好ましい。
【0048】
（第３実施形態）
図５Ａ～図５Ｄは、本発明の第３実施形態に係る低温溶射皮膜被覆部材の製造方法を説明するための模式的な斜視図である。第３実施形態は、図１Ａ～図１Ｃに示す第１実施形態の変形例であるため、上記第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略又は簡略化する。
図５Ａ～図５Ｄは、本発明の第３実施形態に係る低温溶射皮膜被覆部材の製造方法を説明するための模式的な斜視図である。第３実施形態は、図１Ａ～図１Ｃに示す第１実施形態の変形例であるため、上記第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略又は簡略化する。
【0049】
図５Ａに示すように、本実施形態においては、アルミニウム合金材３１の空隙部に芯材３６を挿入する。芯材３６は、例えば、アルミニウム合金材３１の空隙部に隙間なく嵌合される断面形状を有している。
その後、芯材３６をその両端部から押圧するとともに、アルミニウム合金材３１の外表面３１ｃを押圧することにより、アルミニウム合金材３１を固定する。具体的には、芯材３６の長手方向両端部から中央部に向かって芯材３６を挟持するように、矢印Ｐ１で示す方向に押圧する。また、アルミニウム合金材３１の外表面３１ｃにおいて、低温溶射皮膜３３を形成する面と、その反対側の面からアルミニウム合金材３１を挟持するように、矢印Ｐ２で示す方向に押圧する。
その後、芯材３６をその両端部から押圧するとともに、アルミニウム合金材３１の外表面３１ｃを押圧することにより、アルミニウム合金材３１を固定する。具体的には、芯材３６の長手方向両端部から中央部に向かって芯材３６を挟持するように、矢印Ｐ１で示す方向に押圧する。また、アルミニウム合金材３１の外表面３１ｃにおいて、低温溶射皮膜３３を形成する面と、その反対側の面からアルミニウム合金材３１を挟持するように、矢印Ｐ２で示す方向に押圧する。
【0050】
アルミニウム合金材３１の外表面３１ｃに対して押圧する位置は特に限定されないが、低温溶射皮膜３３を形成する面を正面視したとき、４角に近い領域を押圧するとともに、低温溶射皮膜３３を形成する面と反対側の面においても、上記４角に近い領域を押圧することが好ましい。低温溶射皮膜３３を形成する面の４角に近い領域とは、アルミニウム合金材３１の一端部３１ａ及び他端部３１ｂに近い領域であって、それぞれ、低温溶射皮膜３３に対して対称となる各２領域を示す。
このように、アルミニウム合金材３１を固定する手段として、低温溶射皮膜３３を形成する面及びその反対側の面において、それぞれ対応する合計８領域を押圧する方法を用いることが好ましく、上記２面で対応する領域であれば、押圧する領域が増大するほどより好ましい。また、低温溶射皮膜３３を形成する面において、低温溶射皮膜３３を形成しない全領域、及びこの反対側の面の対応する全領域を押圧することが更に好ましい。
このように、アルミニウム合金材３１を固定する手段として、低温溶射皮膜３３を形成する面及びその反対側の面において、それぞれ対応する合計８領域を押圧する方法を用いることが好ましく、上記２面で対応する領域であれば、押圧する領域が増大するほどより好ましい。また、低温溶射皮膜３３を形成する面において、低温溶射皮膜３３を形成しない全領域、及びこの反対側の面の対応する全領域を押圧することが更に好ましい。
【0051】
その後、図５Ｂに示すように、アルミニウム合金材３１の外表面３１ｃ及び芯材３６の両端部が押圧されている状態で、低温溶射皮膜３３を形成する。
【0052】
その後、図５Ｃに示すように、アルミニウム合金材３１の外表面３１ｃに対する押圧を解除するとともに、芯材３６への押圧を解除する。アルミニウム合金材３１及び芯材３６への押圧を解除するタイミングは特に限定されないが、芯材３６を抜去するタイミングと同様に、低温溶射皮膜３３が室温に冷却された後であることが好ましい。
【0053】
その後、図５Ｄに示すように、アルミニウム合金材３１から芯材３６を抜去することにより、低温溶射皮膜被覆部材５５を製造する。芯材３６を抜去するタイミングは、芯材３６への押圧を解除した後であれば、特に限定されないが、低温溶射皮膜３３が室温に冷却された後であることが好ましい。
【0054】
上記第３実施形態に係る製造方法では、芯材３６をＰ１に示す方向に押圧することにより、アルミニウム合金材３１に対して、図３の矢印Ａ２に示す方向への応力を抑制する効果を向上させることができる。更に、アルミニウム合金材３１をＰ２に示す方向に押圧することにより、アルミニウム合金材３１に対して、図３の矢印Ａ１に示す方向への応力を抑制する効果を向上させることができる。その結果、図１Ａ～図１Ｃに示す第１実施形態と比較して、低温溶射皮膜被覆部材５５の変形をより一層抑制することができる。
【0055】
（第４実施形態）
図６Ａ～図６Ｄは、本発明の第４実施形態に係る低温溶射皮膜被覆部材の製造方法を模式的に示す斜視図である。第４実施形態は、図５Ａ～図５Ｄに示す第３実施形態の変形例であるため、上記第３実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略又は簡略化する。
本実施形態では、弾性体からなる芯材６６を使用している。また、芯材６６は長手方向を有し、芯材６６の長手方向に直交する方向の断面は、アルミニウム合金材３１の空隙部における断面よりも、若干小さくなるように設計されている。
図６Ａ～図６Ｄは、本発明の第４実施形態に係る低温溶射皮膜被覆部材の製造方法を模式的に示す斜視図である。第４実施形態は、図５Ａ～図５Ｄに示す第３実施形態の変形例であるため、上記第３実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略又は簡略化する。
本実施形態では、弾性体からなる芯材６６を使用している。また、芯材６６は長手方向を有し、芯材６６の長手方向に直交する方向の断面は、アルミニウム合金材３１の空隙部における断面よりも、若干小さくなるように設計されている。
【0056】
まず、アルミニウム合金材３１の空隙部に芯材６６を挿入する。このとき、芯材６６はアルミニウム合金材３１の空隙部よりも若干小さいため、芯材６６とアルミニウム合金材３１との間には、わずかな隙間が生じる。
その後、図６Ａに示すように、芯材６６をその両端部から押圧するとともに、アルミニウム合金材３１の外表面３１ｃを押圧する。芯材６６は弾性体からなるため、その両端部から押圧すると、長手方向の長さは小さくなるのに対し、長手方向に直行する面の断面積が大きくなり、芯材６６とアルミニウム合金材３１との間が隙間なく接触する。これにより、アルミニウム合金材３１が固定される。アルミニウム合金材３１及び芯材６６を押圧する位置及び方向は、上記第３実施形態と同様である。
その後、図６Ａに示すように、芯材６６をその両端部から押圧するとともに、アルミニウム合金材３１の外表面３１ｃを押圧する。芯材６６は弾性体からなるため、その両端部から押圧すると、長手方向の長さは小さくなるのに対し、長手方向に直行する面の断面積が大きくなり、芯材６６とアルミニウム合金材３１との間が隙間なく接触する。これにより、アルミニウム合金材３１が固定される。アルミニウム合金材３１及び芯材６６を押圧する位置及び方向は、上記第３実施形態と同様である。
【0057】
その後、図６Ｂに示すように、アルミニウム合金材３１の外表面３１ｃ及び芯材６６の両端部が押圧されている状態で、低温溶射皮膜３３を形成する。
【0058】
その後、図６Ｃに示すように、アルミニウム合金材３１の外表面３１ｃに対する押圧を解除するとともに、芯材６６への押圧を解除する。これにより、アルミニウム合金材３１と芯材６６との間には、再び隙間が生じる。アルミニウム合金材３１及び芯材６６への押圧を解除するタイミングについても、上記第３実施形態と同様である。
【0059】
その後、図６Ｄに示すように、アルミニウム合金材３１から芯材６６を抜去することにより、低温溶射皮膜被覆部材６５を製造する。
【0060】
上記第４実施形態では、芯材６６の断面積がアルミニウム合金材３１の空隙部の断面積よりも小さいため、アルミニウム合金材３１の空隙部に隙間なく芯材３６が挿入される第３及び第３実施形態と比較して、容易に芯材６６を挿入することができる。
また、上記の通り、芯材６６の両端部から中央部に向けて押圧することにより、アルミニウム合金材３１と芯材６６との間は完全に密着するため、効果的にアルミニウム合金材を固定することができ、これにより、低温溶射皮膜被覆部材６５の変形を抑制することができる。
さらに、芯材６６への押圧を解除することにより、アルミニウム合金材３１と芯材６６との間には再び隙間が生じるため、アルミニウム合金材３１から容易に芯材６６を抜去することができる。
また、上記の通り、芯材６６の両端部から中央部に向けて押圧することにより、アルミニウム合金材３１と芯材６６との間は完全に密着するため、効果的にアルミニウム合金材を固定することができ、これにより、低温溶射皮膜被覆部材６５の変形を抑制することができる。
さらに、芯材６６への押圧を解除することにより、アルミニウム合金材３１と芯材６６との間には再び隙間が生じるため、アルミニウム合金材３１から容易に芯材６６を抜去することができる。
【0061】
以上、第１～第４実施形態の各実施形態について詳細に説明した。続いて、上記第１～第４実施形態において使用することができるアルミニウム合金材、低温溶射皮膜の材料となる金属粉末、及び芯材について、以下で詳細に説明する。
【0062】
＜アルミニウム合金材＞
本発明において、アルミニウム合金材の材質については特に限定されないが、例えば、５０００系、６０００系及び７０００系のアルミニウム合金を適用することができる。また、アルミニウム合金材及び補強部材としてのリブの厚さについても特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ～５．０ｍｍであることが好ましい。ただし、リブの厚さについては、上述の通り、低温溶射皮膜の幅に応じて自由に設計することができる。
本発明において、アルミニウム合金材の材質については特に限定されないが、例えば、５０００系、６０００系及び７０００系のアルミニウム合金を適用することができる。また、アルミニウム合金材及び補強部材としてのリブの厚さについても特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ～５．０ｍｍであることが好ましい。ただし、リブの厚さについては、上述の通り、低温溶射皮膜の幅に応じて自由に設計することができる。
【0063】
上記実施形態において、アルミニウム合金材は、押出成形により成形された押出材を使用したが、鋳型を用いた鋳造により成形された鋳造材であってもよい。なお、押出成形により閉断面のアルミニウム合金材を製造することができ、鋳造により開断面又は閉断面のアルミニウム合金材を製造することができる。開断面の鋳造材であっても、低温溶射皮膜の形成により変形が発生することがあるため、本発明に係る低温溶射皮膜被覆部材の製造方法を適用することにより、変形を抑制することができる。
【0064】
＜金属粉末＞
低温溶射皮膜を形成するための金属粉末としては、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも１種を含有するものとし、これらの中から、目的に応じて金属種を選択することができる。また、これらの金属粉末を用いて形成する低温溶射皮膜の厚さは特に限定されないが、例えば、０．２ｍｍ～３．０ｍｍとすることが好ましい。
なお、本願明細書において、純鉄とは、工業用として容易に入手が可能であり、純度が９９．９質量％以上のものを表す。また、炭素鋼とは、鉄と炭素を主成分とし、ケイ素、マンガン、不純物リン、硫黄及び銅等を微量に含む鉄鋼材料を表し、ステンレス鋼とは、鉄にＣｒ及びＮｉ等が添加された鉄鋼材料を表す。なお、ニッケル合金としては、通称インコネル合金、インコロイ合金、ハステロイ合金と呼ばれるＮｉを主成分として、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎなどを適当量添加した合金を用いることができる。
低温溶射皮膜を形成するための金属粉末としては、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも１種を含有するものとし、これらの中から、目的に応じて金属種を選択することができる。また、これらの金属粉末を用いて形成する低温溶射皮膜の厚さは特に限定されないが、例えば、０．２ｍｍ～３．０ｍｍとすることが好ましい。
なお、本願明細書において、純鉄とは、工業用として容易に入手が可能であり、純度が９９．９質量％以上のものを表す。また、炭素鋼とは、鉄と炭素を主成分とし、ケイ素、マンガン、不純物リン、硫黄及び銅等を微量に含む鉄鋼材料を表し、ステンレス鋼とは、鉄にＣｒ及びＮｉ等が添加された鉄鋼材料を表す。なお、ニッケル合金としては、通称インコネル合金、インコロイ合金、ハステロイ合金と呼ばれるＮｉを主成分として、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎなどを適当量添加した合金を用いることができる。
【0065】
金属粉末の粒子径については特に限定されないが、コールドスプレーのガス圧を１ＭＰａ以下の低圧条件とした場合には、例えば２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。
一方、ガス圧を１ＭＰａ～５ＭＰａの高圧条件とした場合には、例えば１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。
また、金属粉末の粒子形状についても特に限定されない。
一方、ガス圧を１ＭＰａ～５ＭＰａの高圧条件とした場合には、例えば１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。
また、金属粉末の粒子形状についても特に限定されない。
【0066】
＜芯材＞
芯材の材料は特に限定されないが、例えば、砂、弾性体、セラミック、樹脂、金属、若しくはこれらの混合物、又はこれらをバインダ等で所望の形状に固化させたもの等を使用することができる。例えば、芯材を金属により形成する場合には、熱伝導性が優れた銅やアルミニウム合金等を使用してもよい。
また、砂をバインダで固化させることにより作成した芯材は、加工が容易であり、低温溶射皮膜の形成後に、芯材を破壊しながら抜去することができる。更に、弾性体を芯材とした場合には、アルミニウム合金材に容易に挿入・抜去することができ、再利用が可能となるため好ましい。
なお、弾性体としてはゴムを使用することが好ましく、低温溶射皮膜を形成するため、耐熱温度が高いゴムであることがより好ましい。耐熱温度が高いゴムとしては、例えば、シリコーンゴム又はフッ素ゴム等を使用することができる。
芯材の材料は特に限定されないが、例えば、砂、弾性体、セラミック、樹脂、金属、若しくはこれらの混合物、又はこれらをバインダ等で所望の形状に固化させたもの等を使用することができる。例えば、芯材を金属により形成する場合には、熱伝導性が優れた銅やアルミニウム合金等を使用してもよい。
また、砂をバインダで固化させることにより作成した芯材は、加工が容易であり、低温溶射皮膜の形成後に、芯材を破壊しながら抜去することができる。更に、弾性体を芯材とした場合には、アルミニウム合金材に容易に挿入・抜去することができ、再利用が可能となるため好ましい。
なお、弾性体としてはゴムを使用することが好ましく、低温溶射皮膜を形成するため、耐熱温度が高いゴムであることがより好ましい。耐熱温度が高いゴムとしては、例えば、シリコーンゴム又はフッ素ゴム等を使用することができる。
【符号の説明】
【0067】
１１，３１，７１ アルミニウム合金材
１２ リブ
１３，３３，７３ 低温溶射皮膜
１４，７４ 溶射ヘッド
３５，４５，５５，６５，７５ 低温溶射皮膜被覆部材
３６，４６ａ，４６ｂ，６６ 芯材
１２ リブ
１３，３３，７３ 低温溶射皮膜
１４，７４ 溶射ヘッド
３５，４５，５５，６５，７５ 低温溶射皮膜被覆部材
３６，４６ａ，４６ｂ，６６ 芯材
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】