JP2002327259A - 溶射装置 - Google Patents

溶射装置

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JP2002327259A
JP2002327259A JP2001128530A JP2001128530A JP2002327259A JP 2002327259 A JP2002327259 A JP 2002327259A JP 2001128530 A JP2001128530 A JP 2001128530A JP 2001128530 A JP2001128530 A JP 2001128530A JP 2002327259 A JP2002327259 A JP 2002327259A
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combustion gas
nozzle
nozzle component
passage
spray
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Youichi Kaneyasu
洋一 兼康
Tadashi Higuchi
匡 樋口
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Aisin Corp
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Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶射ノズルから噴出される溶射粒子の広がり
度合い(溶射パターン径)を任意に可変とする。 【解決手段】燃焼ガスが送給される燃焼ガス通路6及び
該燃焼ガス通路の径方向内方に位置されて材料が送給さ
れる材料通路4を有し、その先端にて各通路が開口する
溶射ノズル3を備え、燃焼ガスの熱により軟化或いは溶
融された材料を材料通路の開口から噴出しながら燃焼ガ
スを燃焼ガス通路の開口から噴出し、噴出される軟化或
いは溶融された材料の粒子の広がり度合いを噴出される
燃焼ガスにより抑制する噴射装置において、噴射ノズル
内に燃焼ガス通路の燃焼ガスの流速を可変とする可変機
構8、11、13、17を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、軟化或いは溶融さ
れて溶射ノズルから噴出される材料粒子(以下、溶射粒
子という)の広がり度合い(溶射パターン径)を任意に
調整することで、被覆部位への不要な溶射粒子の飛散を
抑制できる溶射装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】溶射は、酸素と炭化水素系燃料ガスなど
の燃焼炎を利用し、金属や樹脂からなる材料を連続的に
送給しながら軟化あるいは溶融し、軟化あるいは溶融状
態の金属粒子や樹脂を構造部材や機械部品などの表面に
吹き付けて、被覆を形成する工法である。材料(以下、
溶射材料という)が溶射ノズルから吹き付けられる際、
飛行方向に対して垂直をなす面上の溶射粒子群の分布状
態は、一般には、円形または楕円形のパターンをもつ。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の溶射ノズルは、
使用するノズルの構造でノズルから噴出される溶射粒子
の広がり度合い、即ち溶射パターン径が決まるため、被
覆処理が必要な面積や形状に合わせて、最適なノズルを
選定し、合わせて溶射ノズルと基材(被覆されるもの)
との間の距離(溶射距離)を調整する必要があった。そ
のため、被覆処理が必要な部位が頻繁に変わる部品の場
合では、被覆処理の必要な部位の大きさに応じて、いち
いちノズルを交換しなければならず、効率の悪い作業を
しなければならなかった。また溶射距離の調整ができな
いほど被覆処理の必要な部位が溶射パターン径より小さ
い場合では、被覆処理の不要な部位に吹き付けられる溶
射粒子は、材料費の無駄となった。また不要部位への溶
射粒子の付着が許容できない場合では、マスキングを行
なうか、あるいは後加工による付着材の除去が必要とな
り、さらに加工費が増加した。被覆処理の必要な部位が
溶射パターン径より大きな場合では、溶射ノズルの動作
軌跡を何回もシフトするなどして複数回処理を行なわね
ばならず作業性が悪かった。故に本発明は上記した不具
合を解消することを技術的課題とする。
【0004】
【課題を解決する為の手段】上記した技術的課題を解決
する為に講じた技術的手段は、請求項1に示すように、
燃焼ガスが送給される燃焼ガス通路及び該燃焼ガス通路
の径方向内方に位置されて材料が送給される材料通路を
有し、その先端にて前記各通路が開口する溶射ノズルを
備え、燃焼ガスの熱により軟化或いは溶融された材料を
前記材料通路の開口から噴出しながら燃焼ガスを前記燃
焼ガス通路の開口から噴出し、噴出される軟化或いは溶
融された材料の粒子の広がり度合いを噴出される燃焼ガ
スにより抑制する噴射装置において、前記噴射ノズル内
に前記燃焼ガス通路の燃焼ガスの流速を可変とする可変
機構を設けたことである。
【0005】これによれば、溶射ノズル内部からノズル
先端に流れる燃焼ガスの流速を変化させることで、溶射
ノズル先端での燃焼ガスの拡張度合いを変化させること
が可能となる。上記の燃焼ガスの流速を制御するために
は、溶射ノズル内の燃焼ガスの流路を絞ったり、広げた
りして燃焼ガスの流速を変化すればよい。
【0006】上記した手段において、更に請求項2に示
すように、前記噴射ノズルを、前記材料通路が形成され
た第1ノズル構成部材と、該第1ノズル構成部材の外周を
包囲し、前記第1ノズル構成部材との間に前記燃焼ガス
通路を形成する第2ノズル構成部材とから構成し、前記
可変機構が前記第1及び第2ノズル構成部材の軸方向の
相対位置を可変とすることで前記燃焼ガス通路の内容積
を変化させるのが望ましい。これによれば、溶射ノズル
内の燃焼ガス流路の内容積を変化させれば、相対的に溶
射ノズル先端での燃焼ガスの流速が増減する。例えば、
溶射ノズルの燃焼炎の広がりは、上記の溶射ノズル先端
で燃焼ガス流路開口部の断面積を小さくすれば、燃焼ガ
スは絞られるので溶射パターン径が変化する。
【0007】また、上記手段においては、前記可変機構
を前記第1及び第2ノズル構成部材の軸方向の相対位置
を連続的に可変とするように構成することが望ましい。
これによれば、基材の被覆部位の面積が頻繁に変わる場
合において好都合である。
【0008】また、前述のように被覆処理が必要な部位
が頻繁に変わる部品の場合では、いちいち被覆部位の面
積に応じて溶射ノズルを交換していたのでは、作業性が
非常に悪くなる。溶射中であっても連続的に溶射ノズル
内の燃焼ガスの流速を変化させることができるような機
構を備えることで、溶射ノズルの溶射パターン径を自由
に変化させることを可能にできればよい。このために
は、請求項4に示すように、前記可変機構が、前記第2
ノズル構成部材の径方向外方に回転可能に配設されると
共に、前記第2ノズル構成部材の外周に形成される雄螺
子部に螺合される雌螺子部を有する駆動部材と、前記第
2ノズル構成部材を前記第1ノズル構成部材に対して軸
方向移動可能且つ回転不能にする案内機構とを有するこ
とが望ましい。尚、駆動部材の動作は、コンピュータに
予め動作プログラムが書き込まれた内容で制御されても
良い。あるいは、何らかのセンサーにより被覆を必要と
する部位を自動的に識別された情報をもとに制御される
ことも考えられる。
【0009】
【発明の実施形態】以下、本発明の具体例における溶射
ノズルの構造及びどのように溶射パターン径を可変する
かを添付図面にもとづいて説明する。図1は溶射装置全
体の概要図である。
【0010】図1に示されるように、溶射工法は基材1
の表面に溶射により溶射粒子からなる溶射皮膜2を形成
するためのものである。溶射ノズル3には、ノズルの先
端に向けて、溶射材料を導通するための円筒状の孔(材
料通路)4が略軸中心部に形成されている。溶射材料は
窒素ガスなどの搬送ガスにより溶射材料供給装置5から
溶射ノズル3に送給される。溶射材料としては鋼、合金
鋼、銅、銅合金、アルミ、アルミ合金等の金属やタング
ステンカーバイドやアルミナ等のサーメットやセラミッ
ク材料、ポリエステル、アクリル、ナイロン等の樹脂の
粉末が用いられる。また、溶射材料がワイヤーの場合
は、ローラー上の材料供給装置が用いられる。円筒状の
孔4の径方向外側には、溶射材料を溶融させるための、
リング状の単一の燃焼ガス流路若しくは略同心円上に略
等間隔に配置された複数の燃焼ガス流路(燃焼ガス通
路)6が、形成されている。燃焼ガスには一般的にプロ
ピレンガスと酸素ガスが用いられる。燃焼ガスは外部の
ボンベから溶射ノズル内に送られる。さらに燃焼ガス流
路6の径方向外側には燃焼ガスにより加熱された溶射ノ
ズル3が冷却されるように、冷却エアの流路7が設けら
れている。
【0011】溶射ノズル中心部の円筒状の孔4から噴出
される溶射材料は、燃焼ガスにより加熱加速されて溶融
あるいは半溶融状態で飛散し、基材に衝突し、付着体積
して皮膜を形成していく。上記の溶射ノズル3は、上記
基材1の皮膜を必要とする形状に合わせて、個別に選定
される。実際に溶射が行なわれる際は、上記の溶射距
離、溶射を行なう部位の大きさ、基材の冷却特性等の溶
射特性を勘案して決められる。
【0012】図2は本発明における燃焼ガスの流速を増
加した時の溶射ノズル3の断面図であるが、この図を用
いて溶射ノズルの要部を以下に説明する。上記で説明し
たように、溶射材料を導通するための円筒状の孔4の外
周側に燃焼ガス流路6、冷却エア流路7が形成されてい
る。
【0013】溶射材料供給装置5から溶射ノズル3に到
達した溶射粒子は、ノズル中心部の円筒状の孔4を通っ
て、燃焼ガス炎の熱により溶融され基材1の方向に飛散
する。上記溶射距離は、概ね200mmに保たれる。基
材1の材質や、溶射材料によっては上記基材までの距離
は150mmから250mmくらいの範囲で調整され
る。溶射距離が近すぎる場合は、溶射皮膜2の硬度低下
や過度の加熱により溶射材料自身に材料の相変化が起
き、要求特性を確保できなくなる。また逆に、溶射距離
が遠くなると、一度溶融された溶射材料が冷却された後
に基材に付着されるため、基材と付着する溶射粒子との
密着性の低下や溶射材料自身の酸化を引き起こす。必要
以上に溶射粒子が拡散してしまい、基材への付着量が減
少するため材料ロスも増大する。
【0014】本実施形態では、上記溶射パターン径を可
変するために、ノズル先端部に向けて縮径された形状を
有する外側ノズル部品(第2ノズル構成部材)11を内
側ノズル部品(第1ノズル構成部材)12に対して可動
できる構造としている。溶射ノズルの最外周を形成する
冷却カバー13と外側ノズル部品11との締結部に、軸
方向にスライドできるようネジ部17(外側ノズル部品
11の内面には雌螺子部が、また内側ノズル部品12の
外周面には雌螺子部に螺合する雄螺子部が形成される)
を設けている。図2は燃焼ガスの流速を増加した時の溶
射ノズルの状態を示し、外側ノズル部品11が溶射ノズ
ル本体側(溶射ノズルの後端部)にある場合の溶射ノズ
ルの断面図である。また図3は燃焼ガスの流速を減少し
た時の溶射ノズルの状態を示し、外側ノズル部品11が
ノズルの先端側にある場合の溶射ノズルの断面図を示
す。
【0015】冷却カバー13を回転することで外側ノズ
ル部品11は軸方向にスライドする。この際、冷却カバ
ー13の回転につられて外側ノズル部品11がつれ回り
しないよう外側ノズル部品11には回転止め突起18が
設けられており、溶射ノズル本体15に設けられて軸方
向に伸びる溝内に回転不能且つ軸方向に移動可能に案内
されている。内側ノズル部品12は外側ノズル部品11
の軸方向の動きにつられて動かないよう、内側ノズル部
品固定ネジ部19が設けられており、内側ノズル部品1
2は溶射ノズル本体5に固定されている。
【0016】外側ノズル部品11を軸方向にスライドす
ると、燃焼ガス流路6の内容積が変化する。燃焼ガスの
流速は、簡便には外側ノズル部品11および内側ノズル
部品12との隙間、即ち燃焼ガス流路6の断面積が変化
することで変えられる。
【0017】このように、燃焼ガス流路の断面積を調整
することで、溶射パターン径を変化する。図2の例で、
溶射ノズルと基材との溶射距離を200mm、溶射材料の
搬送ガスである窒素ガスを7kg/cm2、燃焼ガスを酸
素ガスとした場合、外側ノズル部品11および内側ノズ
ル部品12との溶射ノズル先端での隙間の断面積を6.3
mm2とすれば、溶射パターン径は12mmとなる。また
図3の例で溶射ノズル先端での隙間の断面積以外は図2と
同じ条件で、外側ノズル部品11および内側ノズル部品
12との溶射ノズル先端での隙間の断面積を9.0mm2
すれば、溶射パターン径は16mmとなり、図2の場合よ
りも広がる。
【0018】
【発明の効果】以上述べたようにいちいちノズルを交換
することなく、溶射ノズル部品の軸方向の位置を動かす
のみで、溶射形状に合った溶射パターン径を可変でき、
実用上、作業効率を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶射装置全体の概要図である。
【図2】燃焼ガスの流速を減少した時の溶射ノズルの断
面図である。
【図3】燃焼ガスの流速を増加した時の溶射ノズルの断
面図である。
【符号の説明】
1 :基材 2 :溶射皮膜 3 :溶射ノズル 4 :円筒状の孔(材料通路) 5 :溶射材料供給装置 6 :燃焼ガス流路(燃焼ガス通路) 7 :冷却エア流路 11 :外側ノズル部品(第2ノズル構成部材) 12 :内側ノズル部品(第1ノズル構成部材) 13 :冷却カバー(駆動部材) 15 :溶射ノズル本体 17 :ネジ部(雄螺子部、雌螺子部) 18 :回転止め突起(案内部) 19 :内側ノズル部品固定ネジ部
フロントページの続き Fターム(参考) 4F033 QA01 QB02Y QB05 QB13Y QB14Y QB18 QB19 QD19 QD24 QE05 QE09 QF07Y QF15Y QG11 QG14 QG16 QG19 QG20 QK20X QK22X QK26X 4K031 AA01 AB02 AB11 CB08 CB09 CB14 CB21 CB35 CB37 CB41 CB43 CB45 CB51 DA01 EA01 EA09

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼ガスが送給される燃焼ガス通路及び
    該燃焼ガス通路の径方向内方に位置されて材料が送給さ
    れる材料通路を有し、その先端にて前記各通路が開口す
    る溶射ノズルを備え、燃焼ガスの熱により軟化或いは溶
    融された材料を前記材料通路の開口から噴出しながら燃
    焼ガスを前記燃焼ガス通路の開口から噴出し、噴出され
    る軟化或いは溶融された材料の粒子の広がり度合いを噴
    出される燃焼ガスにより抑制する噴射装置において、前
    記噴射ノズル内に前記燃焼ガス通路の燃焼ガスの流速を
    可変とする可変機構を設けたことを特徴とする溶射装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記噴射ノズルは、
    前記材料通路が形成された第1ノズル構成部材と、該第1
    ノズル構成部材の外周を包囲し、前記第1ノズル構成部
    材との間に前記燃焼ガス通路を形成する第2ノズル構成
    部材とを有し、前記可変機構は前記第1及び第2ノズル
    構成部材の軸方向の相対位置を可変とすることで前記燃
    焼ガス通路の内容積を変化させることを特徴とする溶射
    装置。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記可変機構は前記
    第1及び第2ノズル構成部材の軸方向の相対位置を連続
    的に可変とすることを特徴とする溶射装置。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記可変機構は、前
    記第2ノズル構成部材の径方向外方に回転可能に配設さ
    れると共に、前記第2ノズル構成部材の外周に形成され
    る雄螺子部に螺合される雌螺子部を有する駆動部材と、
    前記第2ノズル構成部材を前記第1ノズル構成部材に対
    して軸方向移動可能且つ回転不能にする案内機構とを有
    することを特徴とする溶射装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101276378B1 (ko) * 2011-05-26 2013-06-18 이진 실린더 냉각기능을 갖는 에어리스 펌프
JP2014123663A (ja) * 2012-12-21 2014-07-03 Tokyo Electron Ltd リチウムイオンキャパシタ用電極の製造装置及び製造方法
CN113462414A (zh) * 2021-06-28 2021-10-01 黄春华 一种生物质原料热解炉

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