JP2006175426A - 溶射ノズル装置およびそれを用いた溶射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ノズル1の入口側にキャリアガスを導入してその内部全域に超音速のガス流を形成し、そのガス流によって溶射材をアトマイズし放出する溶射ノズル装置であって、線状に成形された溶射材4をガス流と略平行な状態で入口側からノズル1内に挿入する溶射材挿入部5と、溶射材挿入部5の先端近傍でその溶射材挿入部から突出した溶射材4を加熱溶解するレーザー装置とを備え、このレーザー装置より溶解されアトマイズされた溶射材粒子をノズル1内の超音速ガス流によって急冷し、凝固状態若しくは半凝固状態で放出するように構成されていることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
粒子の速度は、粒子の運動方程式(6)を解くことにより得ることができる。
A:ノズル断面積
CD:粒子の抗力係数
D:ノズル直径
d:粒子直径
f:壁面摩擦係数
g:重力加速度
h:比エンタルピ
ドットm:質量流量
Nu:ヌセルト数
p:ガス圧力
Pr:プラントル数
Re:レイノルズ数
T:温度
u:流速
x:ノズル流れ方向の距離
α:ステファン・ボルツマン定数
ε:放射率
κ:比熱比
λ:熱伝導率
μ:粘性係数
ρ:密度
g:ガス
s:第二相(液滴、粒子、粉体)
x:ノズルスロート部からの距離
W:ノズル壁面
1a 側面
1a′ レーザー光入射部
1b ノズル壁
1c ノズル壁
2 通路
3 供給口
4 ワイヤ
5 ガイド
6 スロート部
7 コイル
8 高周波電源
9 熱電対
10 ノズル加熱制御部
11 スポット放射温度計
12 基材
13 ワイヤリール
14 レンズ
15 制御弁
N 溶射ノズル装置
ND 溶射装置
Claims (20)
- ノズルの入口側にキャリアガスを導入してその内部全域に超音速のガス流を形成し、そのガス流によって溶射材をアトマイズし放出する溶射ノズル装置であって、
線状に成形された溶射材をガス流と略平行な状態で入口側からノズル内に挿入する溶射材挿入部と、上記溶射材挿入部の先端近傍でその溶射材挿入部から突出した上記溶射材を加熱溶解する溶射材溶解手段とを備え、この溶射材溶解手段より溶解されアトマイズされた溶射材粒子をノズル内の超音速ガス流によって急冷し、凝固状態若しくは半凝固状態で放出するように構成されていることを特徴とする溶射ノズル装置。 - 上記溶射材溶解手段として、上記溶射材挿入部の先端近傍で焦点が結ばれるレーザー装置が設けられている請求項1記載の溶射ノズル装置。
- 上記溶射材溶解手段として、上記溶射材挿入部の先端近傍でアーク放電が発生するように対向した状態でノズル内壁に一対の放電電極が設けられている請求項1記載の溶射ノズル装置。
- 複数本の上記溶射材を上記ノズル内に挿入し得る上記溶射材挿入部を有し、上記溶射材溶解手段として、各溶射材の先端部がアーク放電を発生させる放電電極に構成されている請求項1記載の溶射ノズル装置。
- 上記ノズルの入口側に設けられた中空室と、この中空室に連通し上記キャリアガスを対向流で導入するための二本のキャリアガス供給管とを有し、各キャリアガス供給管から上記中空室に吐出されるキャリアガスと衝突する位置に筒状の上記溶射材挿入部をそれぞれ配置してなる請求項4記載の溶射ノズル装置。
- 上記溶射材挿入部として上記ノズルの中心軸上に中空円管が配置され、この中空円管の外壁の一部が厚肉に形成されることによって上記ノズル内壁との間にスロート部が形成されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶射ノズル装置。
- 上記ノズル内壁に付着する溶射材凝固粒子を融点以上まで加熱する加熱手段が設けられている請求項1〜6のいずれか1項に記載の溶射ノズル装置。
- 上記加熱手段が、溶射時に上記ノズル内の溶射材粒子を加熱するように構成されている請求項7記載の溶射ノズル装置。
- 上記加熱手段として上記ノズルの周囲に高周波誘導コイルが巻回されている請求項7または8記載の溶射ノズル装置。
- 上記加熱手段として上記ノズルの周囲にカーボンヒータが設けられている請求項7または8記載の溶射ノズル装置。
- 上記加熱手段として上記ノズル自体が電極部を備えたカーボンまたはカーボンコンポジットで構成されている請求項7または8記載の溶射ノズル装置。
- 上記ノズル内の溶射材粒子温度を所定温度に調節する温度調節手段が設けられている請求項1〜11のいずれか1項に記載の溶射ノズル装置。
- 上記溶射材は異種材料から形成されたものである請求項1〜12のいずれか1項に記載の溶射ノズル装置。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の溶射ノズル装置と、
上記ノズルに対し管路を介して接続されキャリアガスを供給するキャリアガス供給装置と、
上記線状に成形された溶射材を上記溶射材挿入部に送り込む溶射材供給装置と、
上記溶射材溶解手段としての放電電極またはレーザー装置に対し電圧を印加する電源装置と、
を備えてなることを特徴とする溶射装置。 - 上記管路に介設され上記キャリアガス供給装置から供給されるキャリアガスの流量を制御する制御弁と、
上記溶射材供給装置としての上記線状の溶射材を巻き取っているリールと、
このリールから上記溶射材を巻き解きつつ上記溶射材挿入部に導入する駆動ローラと、
上記制御弁の開閉、上記駆動ローラの回転・停止を制御する供給系制御部と、を備えてなる請求項14記載の溶射装置。 - 上記駆動ローラを回転させるモータを有するとともに、上記溶射ノズルから既堆積面までの堆積直前の距離を計測する位置センサを備え、上記供給系制御部は、三次元CADデータを読み込み、上記位置センサによって検出されたレベルと、三次元CADデータにおける目標堆積面レベルとの差に応じて上記モータの回転を制御するように構成されている請求項15記載の溶射装置。
- 上記放電電極に印加する電圧またはレーザー装置の出力を制御する出力制御部を備えてなる請求項14〜16のいずれか1項に記載の溶射装置。
- 上記溶射材溶解手段としてレーザー装置およびこのレーザー装置と上記ノズルとを接続するレーザー光伝送用光ファイバを有し、上記出力制御部は上記レーザー装置のシャッタの開閉を制御するように構成されている請求項17記載の溶射装置。
- 上記ノズルから吐出されるガス温度を検出する温度センサと、上記ノズルの周囲に設けられまたは上記ノズルとしての加熱手段と、上記ノズル内の溶射材粒子温度を所定温度に調節する温度調節手段とを有し、この温度調節手段は上記温度センサによって検出される検出温度に基づいて上記加熱手段に印加する電圧を制御するように構成されている請求項14〜18のいずれか1項に記載の溶射装置。
- 上記ノズルの姿勢を変位させる駆動機構と、この駆動機構を制御する駆動系制御部とを有し、上記駆動系制御部は、三次元CADデータを読み込み、読み込まれた三次元CADデータに基づいて積層厚みにスライスした断面データを作成し、この断面データにしたがって上記溶射材溶解手段によって溶解した溶射材粒子を一層ずつ基材に堆積するように上記駆動機構を制御する請求項14〜19のいずれか1項に記載の溶射装置。
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