JP2006517466A - フレーム溶射装置へ液体を供給するための方法 - Google Patents

Abstract

光ファイバ構造物を処理するように構成されるフレーム溶射装置に液体を供給するための方法および液体供給装置、ならびに液体の供給が本発明に従って構成されるフレーム溶射装置。液体は、実質的に一定の流量で、圧力発生部（１）内の加圧されていない空間へ供給される。圧力発生部（１）においては、液体の圧力を液体に作用する重力によって発生させ、加圧された液体を、実質的に一定の圧力と一定の流量とでフレーム溶射に供給させる。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、フレーム（火炎）溶射において液体を供給するための、添付の請求項１の前提部分に記載の方法に関する。本発明は、添付の請求項３の前提部分に記載の液体供給装置ならびに添付の請求項７の前提部分に記載のフレーム溶射装置にも関する。

光学構造物を作製し被覆するために用いられるフレーム溶射プロセスにおいては、火炎は処理対象に向けられ、所望の材料または添加物は、典型的には液体形態で前記火炎に供給される。前記材料は、処理対象に、典型的には粒子またはスチームまたはガスの状態で接触する。材料が処理対象に接触すると、処理対象の特性が変化することがあり得る。たとえば、ファイバ予備成形物または光ファイバなどの光ファイバ構造物の表面層の色のような特性は、フレーム溶射によって、変化し得る。

典型的には、フレーム溶射装置は、少なくとも１つのノズルを含み、該ノズルによって、火炎が処理対象に向けられる。従来から、ノズルは同軸上に配置されるいくつかのチャネルを含む。異なる構成要素が異なるチャネルを通り、火炎に導入され、ノズルを開けた後、異なる材料が初めて、相互に接触する。フレーム溶射の実施形態では、液体材料は、ノズルの最も内側のチャネルを介して供給され、水素などの燃料ガスは、該チャネルを取り囲むリング状のチャネルを介して供給される。水素の流れは、エジェクタ現象を生じ、その結果、チャネルから液体の吸収および該液体のガス流への溶射をもたらす。

フレーム溶射において用いられる液体の供給は、精密でなければならず、背圧に耐えなければならない、既知の解決手段では、供給液体の圧力は、ポンプによって発生させるか、または高さの差に基づいている。ピストン式解決手段では、供給装置の降伏およびそれから生じる漏れが、高圧が使われたときに検出され、たとえば液体が毛管を通してポンプ圧送されたときに生じる。さらに、ポンプ圧送の結果として、液の圧力レベルの変動がしばしば発生する。液体流中でキャビテーションの可能性が増加すると、液体流の絞りも問題を引き起こす。

高さの差に基づく解決手段においては、その目的は、液面を一定の高さに維持することによって圧力を均一にすることであった。したがって、既知の解決手段では、液体を収容している容器の位置が、容器内の液体容量が減少すると、容器を上方に移動させるように高さ方向で調整される。典型的には、容器内に収容されている液体の量は、重量に基づき見積られてきた。しかしながら、このような装置は、構造が相対的に複雑で、液体を収容している容器の重量をリアルタイムで求めることは特に難しい。

本発明の主たる目的は、フレーム溶射装置に供給された液体の正確に求められた圧力と、簡単でかつ信頼できる方法で、実質的に一定の流量を達成することができる液体供給装置を導入することである。

この目的を達成するために、本発明に従う方法は、独立請求項１の特徴部分に提示されるものを主として特徴とする。本発明に従う液体供給装置は、同様に、独立請求項３の特徴部分に提示されるものを主として特徴とする。本発明に従う液体供給を備えたフレーム溶射装置は、独立請求項７の特徴部分に提示されるものを主として特徴とする。
その他の従属請求項は、本発明のいくつかの好ましい実施形態を提示する。

本発明の基本概念は、フレーム溶射において用いられる液体を、実質的に一定の大きさの流量で、装置を取り囲む空気圧が広がる空間に供給する。すなわち、該空間は、加圧されていない。該空間を介して、液体が、構造物に移送され、流入平面は流出平面よりも実質的に高いレベルに位置している。該構造物によって、地球の重力を利用して、液体の密度に、および液柱の高さの差に比例するような液体の圧力を得ることができる。したがって、変動が発生しない一定の圧力レベルがフレーム溶射に送られる液に生成され、フレーム溶射装置の管状毛管の液体チャネルにおいて生成された流れは、有利にも一定のままであり、フレーム溶射の溶射結果はできる限り均一である。

本発明の基本概念に従う液体供給装置は、少なくとも投与部およびそれに接続された圧力発生部を含むように構成される。投与部は、圧力発生部で発生した圧力が前記投与部に及ばないように、圧力発生部に接続される。長期間にわたって、投与部は、圧力発生部で実質的に正確な体積流量を生じ、該体積流量は、フレーム溶射装置の液体供給装置によって生成された液体の流量に実質的に等しい。本発明に従う構造においては、圧力発生部は、管状容器のようなかなり背の高い容器の形状を有し、そこでは、圧力は、元の液体レベルと上方の液体レベルとの高さの差によって発生される。圧力発生部では、圧力は、実質的に重力によって液体に発生し、圧力の発生に外力を使用することを減らすることができる。

さらに、液体は、フレーム溶射に送られる前に、本発明に従う圧力発生部にしばらくの間留まり、液の組成物が混合し平衡状態になる。このことは、いくつかの異なる種類の液体が圧力発生部に供給される場合には、特に有利である。液体中に発生する可能性のある気泡も、圧力発生部に留まっている間に、液体から除去される。液がフレーム溶射装置に入ったときに、液体の状態が、液体に気泡がないような状態であることは有利である。なぜならこれは、このようにして、できる限り安定した溶射を達成することができるからである。

本発明に従う液体供給装置では、投与部は、液体供給装置によって供給された液体の圧力に比べて実質的に小さな圧力を受ける。このことは、投与部の耐久性および実現可能性に関して、非常に有利な効果を有する。

本発明の実施の一形態では、圧力発生部は液体の流れのための平衡ユニットとしても有利に機能する。したがって、投与部は、投与部によって供給された液体の体積流量は一時的にはある程度変化することがあるけれども、長期間にわたって安定した体積流量で液体を圧力発生部に供給する。圧力発生部を適切に実施および設計することによって、投入部によって生じた体積流量の短期の変動にも拘わらず液中に実質的に一定の圧力を生成することができる。

周囲環境の温度および／または液体の変化は液体供給装置の機能に実質的に影響を及ぼさないことが、本発明の実施形態の利点でもある。

本発明に従う液体供給装置は、フレーム溶射装置のノズルで、約４〜１０ｍｌ／分で供給され、液体チャネルの直径は１ｍｍ未満であるときには、良好に機能すると認められている。しかしながら、本発明は、供給される液体の量にも、ノズルの液体チャネルの直径にも限定されない。

以下において、添付の原理図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
図において、実施例が簡略化された方法で示され、これらの図は、たとえば、実際の実施形態と比較して一定の縮尺通り描かれていない。さらに、図は、本発明を理解するために必要不可欠な詳細のみを主として示している。その他の詳細は、明瞭にするために、これらの図から省かれている。

図１は、本発明に従う液体供給装置の実施形態を示す。該実施例に従う液体供給装置は、少なくとも、圧力発生部１と投入部２とを含む。

投入部２の機能は、圧力発生部の圧力が実質的に一定のままであるように圧力発生部に液体を供給することである。投入部２は、少なくとも、液体を供給するためのチャネル３と、液体を移動させるためのポンプ部材Ｐとを含む。ポンプ部材Ｐとして、ホースポンプ、膜ポンプまたはピストンポンプなどの任意の適切なポンプ形式を用いることができる。

１つの圧力発生部１につき典型的には１〜３つの投入部２が存在する。投入部２の数は、圧力発生部１に供給される材料の種類によって影響される。該３つのユニットよりも多数の投入部２があってもよい。実施例は、２つの液体容器４を示し、容器から液体が圧力発生部１にポンプ圧送される。図は、フィルタを備えた弁類などの、置換空気の供給のために意図された、液体容器４に関連して設置された構造物は図示していない。

実施例では、圧力発生部１は管形状を有し、その第１端は、第２端よりも高いレベルに配置されるように位置決めされる。圧力発生部１の上端は周囲の空間に関連して、典型的にはフィルタによって、配置され、たとえば、周囲空間の空気圧は、圧力発生部の圧力のための出発レベルとして機能する。有利には、圧力発生部は４０〜７０°の角度で位置決めされるが、当然また別の位置に配置されてもよい。同様に、圧力発生部１は、たとえば図８および図９に提示されるように多種多様な方法で形成することができ、液体供給装置の特性が投入部２の全プロセスおよび特性の両方に良好に従うように調整することができる。

典型的には、圧力発生部１の内径は、約５〜１０ｍｍであり、その高さは、約１〜１．５メートルであるが、用途に応じて適切な直径および高さが選択される。圧力発生部１の高さは、液体の所望圧力レベルによって主に影響される。小さな直径によって、圧力発生部１に対して小さな容積を得ることができ、圧力を発生させるために多量の液を必要としない。圧力発生部の直径をより大きくすることによって、圧力発生部に対してより大きな容積が得られ、液体供給装置は、大流量の液体が必要とされる用途に対しては、より適している。好ましい実施形態では、たとえば図８および図９の実施形態におけるように、圧力発生部１は、その下部の直径は小さく、上部は大きな直径を有する設計される。したがって、圧力は相対的に少量の液体で発生する。さらに、該大口径の上部によって、より不規則な液体の流れを発生させる投入部２を用いることができるようになる。これは、圧力発生部１の延長部が、不規則的に供給された液体によって生成された表面変化を平衡させ、したがって圧力も実質的に均一にするからである。

液体の圧力が、フレーム溶射装置に用いられたノズル構造物９のために、圧力の値が急激な変化をせずに一定であるという利点がある。典型的なノズル９の原理図が図２および図３に示される。ノズルは、２つまたはいくつかの管状チャネル１０，１１から成り、実質的に同軸に相互内に配置される。チャネル１０，１１の数は、フレーム溶射で用いられる異なる材料の数に依存し、使用材料の数は、典型的には、２〜５（ガスまたは液体）である。本発明に従う液体供給装置は、たとえば、直径が１ｍｍ未満であるノズル９の最も内側のチャネル１０を介して、液体が４〜１０ｍｌ／分で供給される場合に、良好に機能すると認められている。このようにして、液体供給装置によって、液体に発生した実質的に一定の圧力は、チャネルの毛管機能を可能にし、液体は、実質的に安定した体積流量でフレーム溶射側のチャネル１０の端部に行き着く。チャネル１０の前記端部から、液体は、最も内側のチャネル１０を囲む外側チャネル１１から、供給された強い材料の流れの結果として、処理対象に向かって、吸収される。このプロセスで用いられる水素のような燃料ガスが、典型的には、外側チャネル１１から供給される。ガス流の内側で発生したエジェクタ現象の結果として、供給材料は「吸収され」、対象に接触する前に流れ中で均一に分布され高速に達する。本発明は、使用ノズル９の種類に依存せず、ノズルのチャネル１０，１１から供給される各材料の種類にも依存しない。

本発明の精神に従って、圧力発生部１において液体に発生した圧力を多種多様な方法で求めることができる。１つの方法は、圧力発生部１をプロセスに接続する、出口部８を配置することであり、そうすることによって与えられた液体の流量は、長期間にわたって投入部２によって生成された液体の流量に実質的に等しい。このようにして、プロセスが駆動される前に、たとえばフレーム溶射をする前に、圧力発生部１は、そうすることによって与えられた液柱の高さが所望の圧力に相当するような液量を備える。好ましい実施形態においては、圧力発生部１で生じる液体のレベルの一時的上昇が、液体の流量の増加とともに、出口部での圧力の上昇をもたらす。この結果、液体のレベル、したがって圧力レベルも、所定のレベルにまで戻る。特に使用液体の密度が著しく変化しない場合には、このような解決手段は簡単で、各種用途に充分な精度を与える。

図４によれば、圧力を求めるための他の方法は、液体のレベルの高さを求めることであり、それには、たとえば光学センサ５ａまたは電気センサなどの各種既知の解決手段を利用することができる。特に使用液体の密度が大幅に変化しない場合には、このような解決手段は相対的に簡単で、各種用途に対して充分精度が高い。さらに、前記構成は、液体のレベルを監視するためにも有利に適している。液体の密度が変化する場合には、液体の密度を求めることが有利であり、たとえば投入部２に関連して実施され得る。１つの方法は、液体容器４の質量を測定することで、ポンプＰによって生成された体積流量が既知の場合には、液体の密度を求めることが可能である。その後、液体の密度および液体のレベルに基づいて圧力を求めることができ、投入部２の液体の流量を制御することによって、液体のレベルおよび圧力に影響を及ぼすことができる。

図５は、圧力センサ５ｂ（または圧力計）によって、圧力発生部１の液体の圧力を求める第３の有利な方法を示し、該圧力センサは圧力発生部の下部に接続される。圧力センサ５ｂから得られた情報に基づき、投入部２の液体の流量を調整し、流量を減少または増加させることができる。

圧力発生部１から、液体は、さらなる処理過程に、すなわち、典型的にはフレーム溶射装置に供給され、加圧液体が処理材料に向かってノズル９を通って溶射される。圧力発生部１からの液体の進行は、弁などの閉止手段Ｖで調整され、完全に閉止できるように有利に構成される。

必要な場合には、装置の制御ＣＵは各種方法で実施されてもよく、実際の制御ユニットも様々な位置に置かれてもよい。典型的には、制御ＣＵは、フレーム溶射装置のうち残りの装置の制御ユニットに関連して構成することができるが、制御は、センサ５ａ，５ｂ、またはポンプＰに関連して構成されてもよく、または制御は、別個のユニットで実施することができる。フレーム溶射装置に供給された液体の量に実質的に相当する液体の量が圧力発生部１に供給されるのが、本発明に従う液体供給装置の原理である。このようにして、圧力発生部１は、供給される液体に実質的に一定の圧力を発生させる。生成された液体の流量に加えてとともに、弁Ｖの流量および投入部２の作動に変動が発生するかもしれないので、圧力を監視するための他の構成を利用することも有利であり、該構成は、制御ユニットＣＵのために制御を与えおよび／またはデータを監視する。その他の構成には、実施例に開示される、たとえば液体のレベルを監視するための手段５ａおよび圧力センサ５ｂが含まれる。

さらに、装置は、図に示されるオーバーフローチャネル６およびオーバーフロー容器７のような構造物を典型的に備えている。該構造物によって、液体の流量は、問題および障害が起こり得る状況においても、制御され得る。有利には、オーバーフロー容器７は、液体容器４に入れられる液体のために該容器７に充分な余裕があるように寸法決めされる。その上、装置は、液体のレベルを監視するために用いられる可能性のあるセンサとともに、置換空気を供給するための上述の構造物およびガス除去弁などの図示されていない構造物を典型的に含む。

図６は、本発明に従う液体供給装置を実施するためのさらに他の実施形態を示す。該実施例に見られるように、本発明の基本概念を維持することによって、異なる液体チャネル３，６のたとえば相互の配置を変更することができる。

図７は、本発明に従う液体供給装置を実施するための、さらに他の実施形態を示す。該実施例に見られるように、液体の元のレベルに近接する液体供給チャネル３ｂを配置することもできる。したがって、この構造物に適切な混合部材１２をも備えることは有利であり、該混合部材は、異なる液体の混合を充実させるために利用される。前記実施形態は、使用液体の全量における添加剤の比率が小さい添加剤を添加するために好ましくは用いられ、その配分はできるだけ制御に良好に対応するように設けられるように設計される。

本発明は、上述の実施例に開示された実施形態だけに限られないことはもちろん言うまでもないが、たとえば、本発明に従う液体供給装置においては、多種多様な方法で、圧力発生部１を設計することができ、異なるチャネル３，６の設置も各種様々な方法で実施することができる。
さらに、本発明は、フレーム溶射装置で用いられるノズル９の構造にも液体供給装置の数にも限定されない。１つのフレーム溶射装置につき、本発明に従うただ１つまたはいくつかの液体供給装置、たとえば、フレーム溶射装置の各ノズル９に対して１つの液体供給装置があってもよい。

各種方法で、上述の様々な実施形態に関連して開示された形態および構造を組み合わせることによって、本発明の精神に従って本発明の様々な実施形態を提示することができる。したがって、上述の実施例は本発明を限定するものであると解釈されてはならず、本発明の実施形態は、以下の本明細書の請求項に提示された発明の特徴の範囲内で、自由に変更することができる。

本発明に従う液体供給装置の実施形態を示す。 流れ方向に平行に見たときのフレーム溶射装置のノズルの実施の一形態の断面を示す。 図２のノズルの断面を側面図で示す。 本発明に従う液体供給装置の他の実施形態を示す。 本発明に従う液体供給装置の他の実施形態を示す。 本発明に従う液体供給装置の他の実施形態を示す。 本発明に従う液体供給装置の他の実施形態を示す。 本発明に従う液体供給装置の他の実施形態を示す。 本発明に従う液体供給装置の他の実施形態を示す。

Claims (9)

1. 光ファイバ構造物を処理するように構成されるフレーム溶射装置に液体を供給するための方法であって、
   液体が、加圧されていない空間に実質的に一定の流量で供給され、
   液体の圧力を液体に作用する重力によって発生させ、
   液体を、実質的に一定の圧力と一定の流量とで、フレーム溶射に供給させることを特徴とする方法。
2. 液体の圧力は、液体が第一平面から圧力を発生させる圧力発生部（１）に供給され、前記圧力発生部の、第一平面よりも下方に位置する第二平面から取り除かれるように、発生させることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 光ファイバ構造物を処理するために設けられたフレーム溶射装置において液体を供給するための液体供給装置であって、
   液体の圧力を発生させるための圧力発生部（１）であって、該圧力発生部内で、液体に作用する重力によって圧力が発生する圧力発生部（１）と、
   圧力発生部（１）内の加圧されていない空間に、液体を実質的に一定の流量で供給するための投入部（２）と、
   実質的に一定の圧力と一定の流量とで、液体をフレーム溶射に供給するための、圧力発生部（１）の出口チャネルとを、少なくとも含むことを特徴とする液体供給装置。
4. 圧力発生部（１）において、液体の出口平面は液体の入口平面よりも下方に位置していることを特徴とする、請求項３記載の液体供給装置。
5. 圧力発生部（１）において、液体のレベルを求めるための監視部材（５ａ）が配置されていることを特徴とする、請求項３または４記載の液体供給装置。
6. 圧力発生部（１）において、液体の圧力を求めるための圧力センサ（５ｂ）が配置されていることを特徴とする、請求項３または４記載の液体供給装置。
7. 光ファイバ構造物を処理するためのフレーム溶射装置であって、液体供給装置を備える液体供給装置において、
   実質的に一定の流量で、液体を加圧されていない空間に供給するための投入部（２）と、
   液体の圧力を発生させるための圧力発生部（１）であって、該圧力発生部内で、液体に作用する重力によって圧力が発生する圧力発生部（１）と、
   実質的に一定の圧力と一定の流量とで、液体をフレーム溶射プロセスに供給するための出口チャネルとを、少なくとも含むことを特徴とするフレーム溶射装置。
8. 圧力発生部（１）は、フレーム溶射装置に対して実質的に固定されて配置され、圧力発生部において、液体の入口平面は液体の出口平面よりも実質的に上方に位置していることを特徴とする、請求項７記載のフレーム溶射装置。
9. フレーム溶射装置は、ファイバ予備成形物を処理することが企図されていることを特徴とする、請求項７または８記載のフレーム溶射装置。

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