JP2001020051A - 溶射方法及び溶射ガン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】充分に加熱されない粒子または融滴状の溶射材
料が飛翔することを防止するのに有利であり、溶射被膜
の密着強度の増加に有利な溶射方法及び溶射ガンを提供
する。 【解決手段】広口形状とされた広口室３２をもつ熱流噴
出通路３を備えた溶射ガン１を用いる。溶射材料及び高
温の熱流を熱流噴出通路３の広口室３２に通過させ、高
温に加熱した粒子状または融滴状の溶射材料を熱流噴出
通路３から噴出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ溶射などの
溶射方法及び溶射ガンに関する。

【０００２】

【従来の技術】産業界においては、プラズマ流等の高温
の熱流を噴出する熱流噴出通路をもつ溶射ガンを用い、
プラズマ流などの高温の熱流により加熱した粒子状また
は融滴状等の溶射材料を溶射ガンの熱流噴出通路の先端
から、プラズマ流などの熱流と共に相手材に向けて噴出
し、これにより溶射被膜を相手材に積層する溶射方法が
知られている。

【０００３】溶射は、様々な溶射材料を用途に応じて積
層できるため、産業界において近年盛んに使用されてい
る。

【０００４】代表的な溶射としては、発生したアークに
作動ガスを送給して作動ガスをプラズマ化して高温の熱
流とし、これを熱源として溶射材料を加熱するプラズマ
溶射、あるいは、酸素−燃料ガスの燃焼炎（フレーム）
を熱源として溶射材料を加熱するフレーム溶射がある。

【０００５】また溶射技術に使用する溶射ガンとして
は、図６に示すように、粉末状の溶射材料を噴流噴出通
路３００の外方に供給する外部供給方式の溶射ガン１０
０が知られている。このものでは、溶射ガン１００の噴
流噴出通路３００の先端開口３００ａの外方に材料供給
通路４００を設け、材料供給通路４００から噴出される
溶射材料を熱流に沿わせて加熱し、相手材に向けて飛翔
させる。

【０００６】また図７に示すように、粉末状の溶射材料
を噴流噴出通路３２０の内部に直接供給する内部供給方
式の溶射ガン１２０が知られている。このものでは、溶
射ガン１２０の噴流噴出通路３２０内に材料供給通路４
１０を設け、噴流噴出通路３２０内を流れる熱流に粉末
状の溶射材料を沿わせて加熱し、相手材に向けて飛翔さ
せる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した溶射において
は、溶射ガンの噴流噴出通路の先端から粒子状又は融滴
状として噴出される溶射材料は、必ずしも均一に加熱さ
れているものではない。このため充分に高温に加熱され
なかった溶射材料が溶射ガンから相手材に向けて飛翔
し、溶射被膜を形成することがある。この場合、溶射被
膜の密着強度が低下する。

【０００８】殊に、プラズマ溶射の場合には、プラズマ
流の中心域とその周囲とでは温度差がかなり大きく、こ
のためプラズマ流の外側においては、充分に加熱されな
かった溶射材料が溶射ガンの噴流噴出通路の先端から飛
翔することがある。

【０００９】また、図６に示す外部供給方式の溶射ガン
１００では、噴流噴出通路３００の先端開口３００ａか
ら噴出する熱流に粉末状の溶射材料を供給するため、溶
射材料が飛散する頻度が高い。飛散した溶射材料は熱流
で充分に加熱されない。このため、温度が低い粒子また
は融滴を含む溶射材料が溶射ガン１００から相手材に向
けて飛翔し、溶射被膜を形成することがある。この場
合、溶射被膜の密着強度が低下する。

【００１０】図７に示す内部供給方式の溶射ガン１２０
では、外部供給方式の溶射ガン１００とは異なり、噴流
噴出通路３２０内を通過する熱流に粉末状の溶射材料を
沿わせ易いため、溶射材料をかなり均一に加熱すること
ができる。しかしながら溶射ガン１２０の熱流噴出通路
３２０の内壁面に溶射材料が堆積して詰まることが往々
にしてあった。熱流噴出通路３２０に詰まり３２０ｘが
生じた場合には、プラズマ流等の熱流に溶射材料を良好
に沿わせるのが困難となる。よって充分に加熱されなか
った粒子または融滴状の溶射材料が飛翔することがあ
り、溶射被膜の密着強度が低下する。

【００１１】本発明は上記した実情に鑑みてなされたも
のであり、充分に加熱されない粒子または融滴状の溶射
材料が飛翔することを防止するのに有利であり、溶射被
膜の密着強度の増加に有利な溶射方法及び溶射ガンを提
供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の溶射方法は、広
口形状とされた広口室をもつ熱流噴出通路を備えた溶射
ガンを用い、溶射材料及び高温の熱流を熱流噴出通路の
広口室に通過させ、高温に加熱した粒子状または融滴状
の溶射材料を熱流噴出通路から噴出するようにしたこと
を特徴とするものである。

【００１３】本発明の溶射方法によれば、プラズマ流等
の熱流を広口室に通過させるため、プラズマ流等の熱流
が広口室で拡張され易い。更に溶射材料を広口室に通過
させるため、粒子状または融滴状とした溶射材料を広口
室で拡散させ易い、即ち、粒子状または融滴状とした隣
設する溶射材料同士の間隔が広口室において増加する。

【００１４】このように広口室で拡散した溶射材料が、
広口室で拡張したプラズマ流等の熱流により加熱される
ため、広口室においてプラズマ流等の熱流と溶射材料と
の均一混合性が向上する。即ち、粒子状または融滴状の
１個の溶射材料でみれば、プラズマ流などの熱流で包ま
れ易い。

【００１５】故に溶射材料の均一加熱性は向上する。よ
って、充分に加熱されなかった粒子状または融滴状の溶
射材料が溶射被膜を形成することを抑制することができ
る。このため溶射被膜の密着強度の増加に有利となる。

【００１６】本発明の溶射ガンは、本発明の溶射方法の
実施に使用できる溶射ガンであって、熱流噴出通路は、
熱流噴出通路の先端側が基端側よりも広口形状とされた
広口室をもつことを特徴とするものである。

【００１７】本発明の溶射ガンによれば、プラズマ流等
の熱流を広口室に通過させるため、プラズマ流等の熱流
が広口室で拡張され易い。更に溶射材料を広口室に通過
させるため、溶射材料が広口室で拡散し易い。このよう
に広口室で拡散した溶射材料が、広口室で拡張したプラ
ズマ流等の熱流により加熱されるため、広口室において
プラズマ流等の熱流と溶射材料との均一混合性が向上す
る。故に、充分に加熱されなかった粒子状または融滴状
の溶射材料が溶射被膜を形成することが抑制される。こ
のため溶射被膜の密着強度の増加に有利となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の溶射方法によれば、前述
したように、広口室において、プラズマ流等の熱流が広
口室で拡張され易く、また、溶射材料が拡散し易い。こ
のため溶射材料とプラズマ流等の熱流とは広口室におい
て効果的に混合される。故に、溶射材料の均一加熱を効
果的に図ることができる。

【００１９】溶射ガンから相手材に向けて飛翔する溶射
材料の平均粒子温度は、プラズマ流などの熱流の種類や
溶射材料の種類、溶射皮膜の目標密着強度、要請される
溶射コストなどの要因によっても相違するものの、例え
ば、２０００Ｋ〜４０００Ｋ、殊に２２００Ｋ〜３８０
０Ｋ、更には２４００Ｋ〜３５００Ｋにすることができ
る。この場合、平均粒子温度の下限値としては２２００
Ｋ、２５００Ｋ、２６００Ｋ、２７００Ｋを採用するこ
とができる。平均粒子温度の上限値としては３９００
Ｋ、３７００Ｋ、３６００Ｋを採用することができる。

【００２０】溶射材料の平均粒子温度は、熱流の温度そ
のものではなく、熱流により高温に加熱された粒状また
は融滴状の溶射材料が飛翔して相手材に衝突する直前に
おいて、飛翔している溶射材料の一群が表している平均
温度を意味する。平均粒子温度は二色放射温度計により
測定することができる。

【００２１】本発明の溶射方法で用いる熱流としては、
プラズマ流、燃焼火炎流（フレーム）などがあげられ
る。従って本発明の代表的な形態としてはプラズマ溶
射、フレーム溶射などがあげられる。

【００２２】本発明で用いる代表的な溶射材料として
は、溶射ガンに装入する前の状態において、粉末状の形
態を採用することができるが、場合によってはワイヤ状
の形態を熱流の熱により粉末状または融滴状とする形態
を採用することもできる。溶射材料が粉末の形態の場合
には、平均粒径が例えば１〜２００μｍの範囲のもの、
殊に１０〜１００μｍのもの、殊に２５〜４５μｍのも
ののを採用できるが、これに限定されるものではない。

【００２３】本発明で用いる溶射材料の材質としては特
に限定されず、鉄系、アルミ系、銅系、モリブデン系、
ニッケル系、クロム系等の金属を採用することができ
る。鉄系としては、炭素鋼系、ステンレス鋼系を採用す
ることができる。場合によってはアルミナ、ジルコニア
などの酸化物セラミックス、炭化タングステン、炭化珪
素、炭化クロム、炭化チタンなどの炭化物系セラミック
スを採用することもできる。溶射被膜を積層する相手材
の材質としては特に限定されず、アルミ系、銅系、モリ
ブデン系、ニッケル系、鉄系を採用することができる。

【００２４】本発明の溶射ガンの好ましい形態によれ
ば、熱流噴出通路は、熱流噴出通路の基端側に設けられ
た通路室と、熱流噴出通路の先端側に設けられ通路室よ
りも広口形状とされた広口室とを備えており、広口室
は、通路室から離れるにつれて空間幅が次第に増加する
向きに拡開傾斜して拡開部分を備えている構成を採用す
ることができる。この場合には、通路室から広口室に向
かうにつれて空間幅が次第に増加する拡開部分が形成さ
れているため、溶射材料及び熱流の流れが円滑となり易
い。このため、粒子または融滴状の溶射材料が広口室に
おいて局部的に偏在することを抑制できる。

【００２５】広口室の内壁面は、熱流噴出通路の中心軸
芯に沿って延設されている形態を採用することができ
る。この場合には、広口室の内壁面は、熱流噴出通路の
中心軸芯に沿って平行にまたは実質的に平行に延設され
ている形態を採用することができる。場合によっては、
広口室の内壁面は、熱流噴出通路の中心軸芯に沿いつつ
も、広口室の先端に向かうにつれて拡開する傾斜を有す
る形態を採用することができる。また場合によっては、
広口室の内壁面は、熱流噴出通路の中心軸芯に沿いつつ
も、広口室の先端に向かうにつれて狭くなる傾斜を有す
る形態を採用することもできる。

【００２６】本発明の溶射ガンの好ましい形態によれ
ば、溶射材料を熱流噴出通路に供給する材料供給路は、
広口室の拡開部分で開口している構成を採用することが
できるる。このため、材料供給路から供給して溶射材料
を広口室で拡散させるのに有利である。

【００２７】本発明の溶射ガンの好ましい形態によれ
ば、補助ガスを吹き出す補助ガス吹出手段を備えてお
り、補助ガス吹出手段は、熱流噴出通路の広口室から噴
出される熱流と同じ向きに且つ熱流の流れの仮想中心線
に対して交差する向きに、補助ガスを熱流に向けて吹き
出す補助ガス吹出口を有する構成を採用することができ
る。

【００２８】この場合には、熱流と同じ向きに且つ熱流
の流れの仮想中心線に対して交差する向きに、補助ガス
が熱流に向けて吹き出される。このため、熱流の外側に
存在するため充分に加熱されなかった粉末状または融滴
状の溶射材料を、熱流の中心域に寄せることができ、溶
射材料の高温加熱に有利となる。

【００２９】更に補助ガスが熱を有する場合には、熱流
の外側に存在するため充分に加熱されなかった粒子また
は融滴状の溶射材料を、補助ガスの熱により加熱するこ
とができるため、溶射材料の均一加熱に有利となる。

【００３０】補助ガスとしては、例えば不活性ガス（ア
ルゴンガスを含む）等のシールドガスを採用しても良い
し、あるいは、アセチレン等のガスフレームを採用して
も良い。シールドガスは常温でも良いし、あるいは、加
熱されていても良い。補助ガスがガスフレームである場
合には、ガスフレームは燃焼炎であるため、熱流の外側
に存在する温度が低い溶射材料を加熱することができ
る。

【００３１】アセチレン等のガスフレームは燃焼炎とい
えどもプラズマ流より低温である。シールドガスもプラ
ズマ流より低温である。従って、溶射ガンの熱流噴出通
路から噴出される熱流が高温のプラズマ流である場合に
は、プラズマ流が補助ガスによって周囲から冷やされる
ため、サーマルピンチ効果によりプラズマ流が一層高温
化する。従って溶射材料の高温加熱に有利となる。な
お、サーマルピンチ効果とは、プラズマ流が冷えてプラ
ズマ流の径が絞られ、プラズマ流の電流密度が増加する
ことをいう。

【００３２】なお、プラズマ溶射の場合には、プラズマ
流を形成する作動ガスとして、アルゴン、窒素、ヘリウ
ム、水素、これらの混合ガスを採用することができる。

【００３３】

【実施例】（実施例１）以下、実施例１を図１を参照し
て説明する。本実施例はプラズマ溶射に適用した例であ
る。

【００３４】説明の便宜上、溶射ガン１から説明する。
本実施例では溶射ガン１を用いる。この溶射ガン１で
は、熱流噴出通路３を備えた導電材料で形成された筒形
状のノズル２が設けられている。熱流噴出通路３におい
ては、これの先端側が基端側よりも広口形状とされた広
口室３２が形成されている。

【００３５】即ち、熱流噴出通路３は、熱流噴出通路３
の基端側に設けられた円筒形状通路である通路室３１
と、熱流噴出通路３の先端側に設けられ通路室３１より
も広口形状とされた円筒形状通路である広口室３２とを
備えている。広口室３２は拡開部分３３を備えている。
なお拡開部分３３は、通路室３１から離れるにつれて空
間幅が次第に増加する向きに拡開傾斜している。

【００３６】広口室３２のうち拡開部分３３を除く内壁
面３２ｃは、熱流噴出通路３の中心軸芯Ｐ１に沿って形
成されている。具体的には、内壁面３２ｃは、熱流噴出
通路３の中心軸芯Ｐ１に対して実質的に平行に形成され
ている。また通路室３１の内壁面３１ｃは、熱流噴出通
路３の中心軸芯Ｐ１に沿って形成されており、具体的に
は中心軸芯Ｐ１に対して実質的に平行に形成されてい
る。

【００３７】通路室３１は作動ガス送給路３５に連通し
ており、作動ガス送給路３５から通路室３１に作動ガス
が送給される。本実施例では作動ガスとしてはアルゴン
ガスが用いられる。

【００３８】通路室３１に対面するように、導電性をも
つ材料で形成された陰極２１が装備されている。ノズル
２は直流電源２２の＋極に導線２２ｒを介して電気的に
つながれ、陰極２１は直流電源２２の−極に導線２２ｓ
を介して電気的につながれている。陰極２１とノズル２
との間に所要の電圧が印加されると、陰極２１とノズル
２との間でアークが発生し、作動ガスが極めて高温のプ
ラズマ流６０（プラズマジェット流）となって熱流噴出
通路３を通過し、熱流噴出通路３の広口室３２の先端開
口３ａから相手材に向けて高速で噴出される。

【００３９】図１に示すように、溶射ガン１のノズル２
には、溶射材料を熱流噴出通路３に供給する材料供給路
３６が設けられている。粉末状の溶射材料を収容してい
る材料容器３７に開閉弁３８を介して材料供給路３６は
つながれている。材料供給路３６の先端開口３６ａは広
口室３２の拡開部分３３で開口している。材料供給路３
６は先端開口３６ａに向かうにつれて下降傾斜してい
る。

【００４０】材料供給路３６の中心軸芯Ｐ２は、熱流噴
出通路３の中心軸芯Ｐ１に対して傾斜角αで傾斜してい
る。このような本実施例においては、材料供給路３６か
ら供給した溶射材料を広口室３２において拡散させるの
に有利である。故に、粒子または融滴状の溶射材料が広
口室３２において局部的に偏在することを抑制するのに
有利となる。なお、材料供給路３６の中心軸芯Ｐ２の延
長線は広口室３２の内壁面３２ｃに向かう。

【００４１】補助ガス吹出手段４は、補助ガスが貯留さ
れたガスボンベ４０と、開閉弁４１と、溶射ガン１のノ
ズル２の先端側に設けられた補助ガス吹出口４２とをも
つ。補助ガス吹出口４２は、熱流噴出通路３の中心軸芯
Ｐ１の回りにほぼ同心円的配置で複数個設けられてい
る。補助ガス吹出口４２の中心軸芯Ｐ３と熱流噴出通路
３の中心軸芯Ｐ１との交差角度はβで示されている。本
実施例ではβは約９０度であるが、９０度以下に設定す
ることもできる。βは例えば１０〜８０度、特に２０〜
４０度に設定することができる。

【００４２】補助ガス吹出口４２は、プラズマ流６０の
仮想中心線（実質的には熱流噴出通路３の中心軸芯Ｐ
１）に対して交差する向きに、補助ガス４２ｘをプラズ
マ流６０に向けて吹き出す。

【００４３】さて本実施例においては、上記した熱流噴
出通路３を備えた溶射ガン１を用い、プラズマ溶射を行
う。即ち、陰極２１とノズル２との間に電圧を印加しつ
つ、作動ガスを通路室３１に供給する。作動ガスの流量
は一般的には１〜５０リットル／ｍｉｎにする。溶射ガ
ン１に供給された作動ガスは高温のプラズマ流６０とな
り、熱流噴出通路３を流れ、拡開部分３３を経て広口室
３２を通過する。

【００４４】文献などによれば、一般的には、プラズマ
流６０の速度はかなり高速であり、溶射ガン１から飛翔
する速度は１０〜２５０ｍ／ｓｅｃ程度と考えられてお
り、プラズマ流６０の温度は６０００〜１５０００Ｋ程
度と考えられている。

【００４５】更に、粉末状の溶射材料を収容している材
料容器３７から、材料供給路３６を経て熱流噴出通路３
に供給する。

【００４６】上記のように広口室３２をプラズマ流６０
が通過する際に、プラズマ流６０は広口室３２において
その外径方向に拡張される。更に粉末状の溶射材料が広
口室３２に供給されて広口室３２を通過するため、粉末
状の溶射材料は広口室３２で拡散され、粉末状の溶射材
料が局部的に偏在することは抑制される。即ち、隣設し
ている溶射材料である粉末同士または融滴同士の間隔が
増大する。

【００４７】このため本実施例においては、広口室３２
において拡散された粉末状の溶射材料が、広口室３２で
拡張したプラズマ流６０により良好に包まれて加熱され
る。このため、広口室３２においてプラズマ流６０と溶
射材料との均一混合性が向上する。故に溶射ガン１によ
る溶射材料の均一加熱性は向上する。

【００４８】よって本実施例においては、充分に加熱さ
れなかった粒子状または融滴状の溶射材料が飛翔するこ
とを抑制することができる。この結果、充分に加熱され
た粒子状または融滴状の溶射材料は相手材に良好に堆積
し、溶射被膜の密着強度は増加する。

【００４９】（寸法関係の代表例）本実施例の溶射ガン
１における寸法関係について説明を加える。

【００５０】溶射ガン１の通路室３１はプラズマ流収束
室とも呼ばれ、狭い通路であり、直径はｄ１で示され
る。広口室３２の直径は通路室３１の直径ｄ１よりも大
きく、ｄ２で示される。通路室３１の長さはＬ１で示さ
れる。拡開部分３３を除く広口室３２の長さはＬ２で示
される。拡開部分３３の傾斜角はθで示される。熱流噴
出通路３の全体の長さはＬで示される。

【００５１】本実施例においては、（ｄ２／ｄ１）が２
倍以上に設定されていることが好ましい。２倍以上にす
れば、広口室３２におけるプラズマ流６０の拡張効果が
良好に得られ易い。プラズマ流６０となる作動ガスの種
類や溶射材料の形態等によっても相違するものの、例え
ば、（ｄ２／ｄ１）=３以上、（ｄ２／ｄ１）=４以上に
設定することもできる。拡張によるプラズマ流の温度や
速度低下等を考慮すると、（ｄ２／ｄ１）の上限値とし
て１０倍以下に設定されていることが好ましい。

【００５２】θとしては、４０度≦θ≦１５０度にする
ことが好ましい。θが４０度未満であると、溶射材料の
材質によっても相違するが、一般的には、粉末状の溶射
材料が熱流噴出通路３の内壁面に付着し易くなる。θが
１５０度を越えると、一般的にはプラズマ流６０が拡開
部分３３の内壁面にそって拡張しにくくなり、プラズマ
流６０の大流量化を図る必要が生じ易い。

【００５３】広口室３２に関して、（Ｌ２／ｄ２）とし
ては、０．１≦（Ｌ２／ｄ２）≦２の関係に設定するこ
とが好ましい。（Ｌ２／ｄ２）の値が０．１未満であれ
ば、溶射材料及びプラズマ流６０の条件によって異なる
ものの、広口室３２の長さが不足し、広口室３２におけ
る溶射材料とプラズマ流６０との均一混合性が不足する
ことがある。（Ｌ２／ｄ２）の値が２を越えると、溶射
材料及びプラズマ流６０の条件によって異なるものの、
広口室３２の長さが大きくなり、溶射材料が広口室３２
の内壁面に付着するおそれが生じる。

【００５４】なお、本実施例の溶射ガン１における寸法
関係は、上記した値に限定されるものではないことは勿
論である。

【００５５】（実施例２）以下、実施例２を図２を参照
して説明する。

【００５６】実施例２は実施例１と基本的には同様の構
成であり、同様の作用効果を奏する。共通機能を奏する
部位には同一の符号を付する。以下異なる部位を中心と
して説明する。

【００５７】溶射ガン１Ｂでは、熱流噴出通路３を備え
たノズル２が設けられている。熱流噴出通路３において
は、これの先端側が基端側よりも広口形状とされた広口
室３２が形成されている。即ち、熱流噴出通路３は、熱
流噴出通路３の基端側に設けられた通路室３１と、熱流
噴出通路３の先端側に設けられ通路室３１よりも広口形
状とされた広口室３２とを備えている。広口室３２は、
通路室３１から離れるにつれて空間幅が次第に増加する
向きに拡開傾斜して拡開部分３３を備えている。広口室
３２のうち拡開部分３３を除く内壁面３２ｃは、熱流噴
出通路３の中心軸芯Ｐ１に沿って実質的に平行にされて
いる。通路室３１の内壁面３１ｃは、熱流噴出通路３の
中心軸芯Ｐ１に沿って実質的に平行にされている。

【００５８】本実施例においても、補助ガス４２ｘを吹
き出す補助ガス吹出手段４が溶射ガン１の先端側に装備
されている。補助ガス吹出手段４は、熱流噴出通路３の
中心軸芯Ｐ１の周りを１周するリング通路４７と、リン
グ通路４７に連通する補助ガス吹出口４２を有する。補
助ガス吹出口４２は、熱流噴出通路３の中心軸芯Ｐ１の
周りに中心軸芯Ｐ１に対してほぼ同心円的に複数個、周
方向に沿って所定の間隔を隔てて並設されている。

【００５９】換言すれば、補助ガスは、熱流噴出通路３
から噴出されるプラズマ流６０と同じ向きに、且つ、プ
ラズマ流６０の仮想中心線（実質的には熱流噴出通路３
の軸芯Ｐ１）に対して交差する向きにプラズマ流６０に
向けて吹き出される。

【００６０】このため、プラズマ流６０の外側に存在す
るためプラズマ流６０で充分に加熱されなかった粉末状
または融滴状の溶射材料を、プラズマ流６０の高温の中
心域に向けて寄せることができ、溶射材料の高温加熱に
有利となる。

【００６１】上記した補助ガス４２ｘとしては、アルゴ
ンガス等のシールドガス、燃料ガス−酸素等の混合ガス
が燃焼した燃焼炎であるガスフレームを採用することが
できる。なお燃料ガスとしてはアセチレンガスやプロパ
ンガスなどを採用できる。

【００６２】燃焼炎であるガスフレームの場合には、プ
ラズマ流６０よりは温度が低いもののかなりの高温であ
るため、プラズマ流６０の外側で飛翔する粒子状または
融滴状の溶射材料をガスフレームによって加熱すること
ができる。

【００６３】更に、アセチレン等のガスフレームは高温
であるといえども、プラズマ流６０より低温である。勿
論、アルゴンガスなどのシールドガスもプラズマ流より
低温である。従って本実施例によれば、溶射ガン１の熱
流噴出通路３から噴出される高温のプラズマ流の周囲が
補助ガス４２ｘによって冷やされる。このためサーマル
ピンチ効果によりプラズマ流６０が一層高温化する。従
って溶射材料の高温加熱に有利となる。

【００６４】ところで特公昭６３−２０６４５９号公報
に開示されているように、プラズマ流と平行にガスフレ
ーム（燃焼炎）を噴出する方式も考えられる。しかしな
がらこの場合には、プラズマ流６０の周囲のあまり加熱
されていない溶射材料とガスフレーム（燃焼炎）とが接
触する頻度は高くない。故に、プラズマ流の周囲のあま
り加熱されていない溶射材料をガスフレーム（燃焼炎）
で加熱する効果は、少ない。このため、充分に加熱され
なかった溶射材料が溶射被膜の内に含まれるおそれがあ
る。

【００６５】この点本実施例においては、熱流噴出通路
３の広口室３２から噴出されるプラズマ流６と同じ向き
に、且つ、プラズマ流６０の仮想中心線（実質的には熱
流噴出通路３の軸芯Ｐ１）に対して交差する向きに、補
助ガス４２ｘは吹き出される。故に、プラズマ流６０の
周囲のあまり加熱されていない溶射材料とガスフレーム
（燃焼炎）とが接触する頻度は高くなり、溶射材料の高
温加熱化に有利となる。

【００６６】なお本実施例においては、ｄ１は約２．５
ｍｍ、ｄ２は約１０ｍｍ、Ｌ１は約４ｍｍ、Ｌ２は約６
ｍｍ、αは約４３度、βは約１５度、θは約８７度に設
定することができる。但しこの値に限定されるものでは
ないことは勿論である。

【００６７】（試験例）図１に概念を示す溶射ガン１を
用いると共に、相手材（予熱温度：１２０℃）を用い、
大気雰囲気においてプラズマ溶射を行い、相手材に溶射
被膜（厚み：０．３ｍｍ）を被覆した。相手材の材質は
アルミ合金（重量比でＭｇを１％、Ｓｉを０．６％、Ｃ
ｕを０．２７％含むＡｌ合金）とし、溶射材料は炭素鋼
系の粉末（材質：質量％でＦｅ−１％Ｃ、平均粒径：２
５〜４５μｍ）とし、溶射距離は１００ｍｍとし、溶射
ガン１の出力は５００Ａとした。

【００６８】そして、相手材に向けて飛翔している溶射
材料の平均粒子温度を、溶射材料が相手材の衝突する直
前において（溶射ガン１の先端から８０〜１００ｍｍの
領域）測定した。なお測定は二色放射温度計で行った。

【００６９】溶射後に溶射被膜の密着強度を測定した。
この場合、本実施例にかかる試験例１では、シールドガ
スを使用せずに行った。試験例２ではシールドガス（ア
ルゴンガス）を使用して行った。更に従来例として、図
７に示すような外部供給タイプの溶射ガン１を用い、基
本的には同様の条件で溶射被膜を形成した。

【００７０】図３は平均粒子温度の測定結果を示す。図
４は密着強度の測定結果を示す。図３に示すように、従
来例では平均粒子温度は２７００Ｋ程度であった。試験
例１では、平均粒子温度は３０００Ｋを越えており、高
温であった。試験例２では、平均粒子温度は３５００Ｋ
を越えており、かなり高温であった。測定結果によれ
ば、試験例１および試験例２では、溶射材料の平均粒子
温度をかなり高温化できることがわかる。なお、溶射材
料の平均粒子温度とはプラズマ流の温度とは同一ではな
い。

【００７１】図４に示すように従来例では溶射被膜の密
着強度は５０ＭＰａ程度であった。これに対して試験例
１および試験例２では、溶射被膜の密着強度は共に９０
ＭＰａ程度であった。即ち試験例１および試験例２で
は、従来例の約１．８倍の密着強度が得られた。溶射材
料の平均粒子温度がかなり高くなり、しかも充分に加熱
されていない溶射材料の割合が少なくなるため、溶射被
膜と相手材との境界領域における冶金的結合が促進さ
れ、密着強度が増加するものと推察される。

【００７２】なお密着強度を測定する試験は次のように
行った。即ち、図５に示すように溶射被膜３５０をもつ
試験片１５０を試験治具２００の保持孔２０２にセット
し、その状態でポンチ２０４を矢印Ａ方向に移動させる
ことにより、溶射被膜３５０を試験片１５０から剥離さ
せ、そのときの荷重に基づいて密着強度（せん断密着強
度）を求めた。

【００７３】（付記）上記した記載から次の技術的思想
も把握することができる。

【００７４】：熱流噴出通路を備えた溶射ガンを用
い、粒子状または融滴状とした溶射材料及びプラズマ流
などの高温の熱流を熱流噴出通路に通過させ、高温に加
熱した溶射材料を熱流噴出通路から噴出するようにした
溶射方法において、溶射ガンに装備した補助ガス吹出手
段から、熱流と同じ向きに且つ熱流の流れの仮想中心線
に対して交差する向きに補助ガス（例えばガスフレーム
またはシールドガス）を熱流に向けて吹き出すようにし
たことを特徴とする溶射方法。

【００７５】：熱流噴出通路を備えており、粒子状ま
たは融滴状とした溶射材料及びプラズマ流などの高温の
熱流を熱流噴出通路に通過させ、高温に加熱した溶射材
料を熱流噴出通路から噴出するようにした溶射ガンにお
いて、熱流噴出通路から噴出される熱流と同じ向きに且
つ熱流の流れの仮想中心線に対して交差する向きに、補
助ガス（例えばガスフレームまたはシールドガス）を熱
流に向けて吹き出す補助ガス吹出口を具備していること
を特徴とする溶射ガン。

【００７６】：または請求項１において、相手材に
被覆された溶射被膜の密着強度は６０ＭＰａ以上、７０
ＭＰａ以上、８０ＭＰａ以上、９０ＭＰａ、１００ＭＰ
ａ以上のいずれかであることを特徴とする溶射方法。

【００７７】：または請求項１のいずれか一にお
いて、相手材はアルミ系合金であり、溶射材料は鉄系
（炭素鋼を含む）であることを特徴とする溶射方法。

【００７８】：または請求項１のいずれか一に
おいて、溶射ガンから噴出された溶射材料の平均粒子温
度は、２８００Ｋ以上、３０００Ｋ以上、３２００Ｋ以
上、３４００Ｋ以上のいずれかであることを特徴とする
溶射方法。

【００７９】

【発明の効果】本発明の溶射方法及び溶射ガンによれ
ば、充分に加熱されない粒子または融滴状の溶射材料が
飛翔することを防止するのに有利であり、溶射材料の均
一加熱に貢献でき、粒子平均温度を高温化できる。故に
本発明の溶射方法及び溶射ガンによれば、溶射被膜の密
着強度の増加を図るのに有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る溶射ガンの概念図である。

【図２】実施例２に係る溶射ガンの概念図である。

【図３】平均粒子温度を測定した結果を示すグラフであ
る。

【図４】密着強度を測定した結果を示すグラフである。

【図５】密着強度を測定する試験形態を示す断面図であ
る。

【図６】従来技術に係り、外部供給方式の溶射ガンを示
す概念図である。

【図７】従来技術に係り、内部供給方式の溶射ガンを示
す概念図である。

【符号の説明】

図中、１及び１Ｂは溶射ガン、２はノズル、３は熱流噴
出通路、３１は通路室、３２は広口室、４は補助ガス吹
出手段、４２は補助ガス吹出口、６０はプラズマ流（熱
流）を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 和之 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 森 広行 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 4K031 DA04 EA01 EA12

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】広口形状とされた広口室をもつ熱流噴出通
   路を備えた溶射ガンを用い、溶射材料及び高温の熱流を
   前記熱流噴出通路の前記広口室に通過させ、高温に加熱
   した粒子状または融滴状の溶射材料を前記熱流噴出通路
   から噴出するようにしたことを特徴とする溶射方法。
2. 【請求項２】請求項１の実施に使用できる溶射ガンであ
   って、 前記熱流噴出通路は、前記熱流噴出通路の先端側が基端
   側よりも広口形状とされた広口室をもつことを特徴とす
   る溶射ガン。
3. 【請求項３】請求項１の実施に使用できる溶射ガンであ
   って、 前記熱流噴出通路は、前記熱流噴出通路の基端側に設け
   られた通路室と、前記熱流噴出通路の先端側に設けられ
   通路室よりも広口形状とされた広口室とを備えており、 前記広口室は、前記通路室から離れるにつれて空間幅が
   次第に増加する向きに拡開傾斜して拡開部分を備えてい
   ることを特徴とする溶射ガン。
4. 【請求項４】請求項３に記載の溶射ガンであって、溶射
   材料を前記熱流噴出通路に供給する材料供給路は、前記
   広口室の拡開部分で開口していることを特徴とする溶射
   ガン。
5. 【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、 補助ガスを吹き出す補助ガス吹出手段を備えており、 前記補助ガス吹出手段は、前記熱流噴出通路の広口室か
   ら噴出される熱流と同じ向きに且つ熱流の流れの仮想中
   心線に対して交差する向きに、補助ガスを熱流に向けて
   吹き出す補助ガス吹出口を有することを特徴とする溶射
   ガン。