JP2010048710A - 溶射材評価試料作製装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試験結果にばらつきが生じにくい試料を作製することができる溶射材評価試料作製装置を提供する。
【解決手段】溶射ランス１１を保持部材１２によりスライド可能に保持し、連結機構１３の作用によって、保持部材１２に対して溶射ランス１１をスライド方向Ｂに沿って往復移動させる。例えば、第１連結部材１３１と第２連結部材１３２との結合部に設けられたハンドル１３６を作業者が把持し、当該ハンドル１３６を円運動させることにより、溶射ランス１１を往復移動させる。これにより、従来のように作業者が溶射ランスを直接手動で往復移動させる場合と比較して、溶射ランス１１の噴射口から噴射される溶射材により作製される試料の形状や状態等にばらつきが生じにくく、試験結果にばらつきが生じにくい試料を作製することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、溶射材を噴射して試料を作製するための溶射材評価試料作製装置に関するものである。

コークス炉は、耐火レンガにより形成され、石炭を乾留してコークスを生成するための炭化室が備えられている。当該炭化室は、その内壁が経年とともに劣化するため、欠損や割れを補修する作業を定期的に行う必要がある。補修作業としては、所定の溶射材を炭化室の内壁に溶射することにより欠損や割れを覆う作業が一般的である。このような炭化室の補修作業に用いる装置は一般的に知られているが（例えば、特許文献１及び２参照）、溶射材を評価するための試料作製装置は見当たらない。

実開昭６２−５５５３８号公報 実開昭６３−１５９２００号公報

上記のような炭化室の補修では、どのような成分の溶射材を用いるかによって耐久性が異なるため、溶射材の強度等の物性を評価する試験を行う必要がある。そこで、従来から、管状に形成された溶射ランスを作業者が把持し、その内部を通って供給される溶射材を噴射口から噴射することにより、コークス炉炭化室（あるいは試験炉）に置いた試料作製用耐火レンガの表面に評価する溶射材を吹きつけ、試料を作製する作業が行われている。

より具体的には、溶射ランスを当該溶射ランスが延びる方向に沿って往復移動させながら、噴射口から上記耐火レンガの表面に溶射材を噴射することにより、所定の幅からなる試料が作製される。この試料から一定形状の試験片が切り出され、その試験片を用いて物性の評価試験が行われる。

しかしながら、上記のように作業者が溶射ランスを直接手動で往復移動させた場合、溶射ランスを往復移動させる際の態様が作業者によって異なるため、作製される試料の形状や状態等にばらつきが生じ、当該試料を用いた試験結果にもばらつきが生じるという問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、試験結果にばらつきが生じにくい試料を作製することができる溶射材評価試料作製装置を提供することを目的とする。

第１の本発明に係る溶射材評価試料作製装置は、溶射材を噴射して試料を作製するための溶射材評価試料作製装置であって、管状に形成され、その内部を通って供給される溶射材を噴射口から噴射する溶射ランスと、上記溶射ランスが延びる方向に平行なスライド方向に沿って当該溶射ランスをスライド可能に保持する保持部材と、上記溶射ランス及び上記保持部材を連結し、上記保持部材に対して上記溶射ランスを上記スライド方向に沿って往復移動させるための連結機構とを備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、溶射ランスを保持部材によりスライド可能に保持し、連結機構の作用によって、保持部材に対して溶射ランスをスライド方向に沿って往復移動させることができる。したがって、従来のように作業者が溶射ランスを直接手動で往復移動させる場合と比較して、溶射ランスの噴射口から噴射される溶射材により作製される試料の形状や状態等にばらつきが生じにくい。これにより、試験結果にばらつきが生じにくい試料を作製することができる。

第２の本発明に係る溶射材評価試料作製装置は、上記連結機構は、上記溶射ランスに対して回転可能に取り付けられた第１連結部材と、上記保持部材に対して回転可能に取り付けられた第２連結部材とを備え、上記第１連結部材と上記第２連結部材とが互いに回転可能に結合されていることを特徴とする。

このような構成によれば、溶射ランスに対して回転可能に取り付けられた第１連結部材と、保持部材に対して回転可能に取り付けられた第２連結部材とを、互いに回転可能に連結するといった簡単な構成で、溶射ランスを往復移動させるための連結機構を形成することができる。

第３の本発明に係る溶射材評価試料作製装置は、上記第１連結部材と上記第２連結部材との結合部には、作業者が把持するためのハンドルが設けられており、当該ハンドルを円運動させることにより、上記保持部材に対して上記溶射ランスが上記スライド方向に沿って往復移動されることを特徴とする。

このような構成によれば、第１連結部材と第２連結部材との結合部に設けられたハンドルを作業者が把持し、当該ハンドルを円運動させることにより、溶射ランスを容易に往復移動させることができる。

第４の本発明に係る溶射材評価試料作製装置は、上記保持部材には、上記溶射ランスのスライドに伴って回転するベアリングが設けられていることを特徴とする。

このような構成によれば、溶射ランスを往復移動させる際に、ベアリングが回転するため、溶射ランスを円滑にスライドさせることができる。したがって、溶射ランスを等速度で往復移動させることが容易になり、溶射材の成分が異なる試料を複数作製する場合においても同形状の評価試料を作製することができる。

第５の本発明に係る溶射材評価試料作製装置は、上記溶射ランスを支持し、上記溶射ランスが上記スライド方向にのみスライドするようにガイドするためのガイド部材を備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、溶射ランスと、当該溶射ランスを保持する保持部材との間にがたつきがある場合であっても、溶射ランスをガイド部材でガイドすることにより、スライド方向に沿って安定して往復移動させることができる。したがって、溶射材の噴射により作製される試料の形状や状態等にばらつきがより生じにくく、試験結果にばらつきがより生じにくい試料を作製することができる。

本発明によれば、溶射ランスを保持部材によりスライド可能に保持し、連結機構の作用によって、保持部材に対して溶射ランスをスライド方向に沿って往復移動させることができるので、従来のように作業者が溶射ランスを直接手動で往復移動させる場合と比較して、試験結果にばらつきが生じにくい試料を作製することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る溶射材評価試料作製装置１を用いて試料を作製する際の態様を示した概略側面図である。また、図２は、図１の溶射材評価試料作製装置１の一部を示した概略平面図である。

この溶射材評価試料作製装置１は、溶射材の強度等の物性を評価する試験を行う際に用いる試料を作成するための装置であり、コークス炉炭化室（あるいは試験炉）２内の底部に設置した耐火レンガ３に向けて溶射材を噴射することにより、当該耐火レンガ３の表面に試料４を作製する。溶射材としては、例えば、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓ、Ｃｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｓｉなどを含有する材料を使用することができる。

溶射材評価試料作製装置１は、溶射ランス１１、保持部材１２及び連結機構１３などを備えている。溶射ランス１１は、例えば円筒状などの管状に形成され、その内部を通って供給される溶射材を噴射口１１１から噴射する。より具体的には、溶射ランス１１は、一直線状に延びる中空の棒状に形成され、その一端部に接続されたホース（図示せず）から矢印Ａで示すように供給される溶射材が、溶射ランス１１内を通って、他端部に形成されている噴射口１１１から噴射される。

保持部材１２は、例えば箱状に形成され、その内部に溶射ランス１１を貫通させることにより、当該溶射ランス１１をスライド可能に保持している。保持部材１２により保持された溶射ランス１１は、当該溶射ランス１１が延びる方向に平行なスライド方向Ｂに沿ってスライド可能となっている。保持部材１２は、下保持部材１２１と、当該下保持部材１２１に対して開閉可能に取り付けられた上保持部材１２２とを備え、ロック機構１２３により、上保持部材１２２を閉じた状態で下保持部材１２１に固定することができるようになっている。当該溶射材評価試料作製装置１のメンテナンス時などには、ロック機構１２３を解除して、上保持部材１２２を下保持部材１２１に対して開放することにより、保持部材１２から溶射ランス１１を容易に取り外すことができる。

連結機構１３は、溶射ランス１１と保持部材１２とを連結するためのものであり、互いに回転可能に結合されたアーム状の第１連結部材１３１及び第２連結部材１３２を備えている。第１連結部材１３１は、その一端部が回転軸１３３を介して溶射ランス１１に対して回転可能に取り付けられている。一方、第２連結部材１３２は、その一端部が回転軸１３４を介して保持部材１２の上保持部材１２２に対して回転可能に取り付けられている。

第１連結部材１３１は、上記回転軸１３３が固定された取付部材１３５により、溶射ランス１１に取り付けられており、当該取付部材１３５が溶射ランス１１に対して着脱可能となっている。取付部材１３５は、例えば２つの部材で溶射ランス１１を締め付けるようにして溶射ランス１１に取り付けられるような構成であってもよい。この例では、取付部材１３５が、溶射ランス１１における保持部材１２により保持されている部分よりも噴射口１１１側に取り付けられているが、このような構成に限らず、溶射ランス１１における保持部材１２に対して噴射口１１１とは反対側に取り付けられた構成であってもよい。

上記２つの回転軸１３３，１３４は、それぞれ溶射ランス１１の上方において上下方向に延びるように設けられ、平面視でスライド方向Ｂに沿って一直線上に並べて配置されている。第１連結部材１３１及び第２連結部材１３２は、その少なくとも一方が上下方向に屈曲された形状に形成されており、これにより、第１連結部材１３１及び第２連結部材１３２の各他端部の位置を合わせて結合することができるようになっている。

第１連結部材１３１と第２連結部材１３２の結合部には、当該第１連結部材１３１及び第２連結部材１３２を回転可能に結合する回転軸（図示せず）と同軸上に、上下方向に延びるハンドル１３６が設けられている。当該ハンドル１３６は、上下方向に延びる軸線回りに回転可能となっている。当該溶射材評価試料作製装置１を用いて試料４を作製する際には、作業者がハンドル１３６を把持し、当該ハンドル１３６を図２に符号Ｃで示すように回転軸１３４を中心に円運動させることにより、保持部材１２に対して溶射ランス１１をスライド方向Ｂに沿って往復移動させることができる。

当該溶射材評価試料作製装置１は、設置台５上に保持部材１２が固定されることにより、溶射ランス１１が所定の高さで水平方向に延びるように設置される。上記所定の高さは、作業者がハンドル１３６を把持して円運動させやすい高さに設定されていることが好ましい。このようにして設置された溶射材評価試料作製装置１は、その溶射ランス１１における噴射口１１１側の端部がコークス炉炭化室（あるいは試験炉）２の開口部２１から挿入され、噴射口１１１がコークス炉炭化室（あるいは試験炉）２内の耐火レンガ３に対向した状態とされる。この状態で、噴射口１１１から溶射材を噴射しつつハンドル１３６を円運動させ、噴射口１１１をスライド方向Ｂに沿って往復移動させることにより、耐火レンガ３の表面に、スライド方向Ｂに沿って所定幅を有する試料４を作製することができる。

溶射材評価試料作製装置１を用いて試料４を作製する際には、例えば、コークス炉炭化室（あるいは試験炉）２内の温度（炉温）が１０５０°に設定され、噴射口１１１と耐火レンガ３の表面との距離が１０ｃｍに設定された状態で、試験日前日から一昼夜加熱した耐火レンガ３に対して噴射口１１１から溶射材が噴射される。噴射口１１１の往復移動は、例えば３分間行われ、当該３分間で１０往復するような速度でハンドル１３６が円運動される。試料作製時にコークス炉炭化室（あるいは試験炉）２内に供給される酸素流量は例えば２６ｍ^３／ｈであり、窒素圧は例えば４ｋＰａに設定される。このようにして作製された試料４は、大気放冷にて冷却される。

溶射ランス１１は、保持部材１２に対して噴射口１１１側の長さの方が、噴射口１１１とは反対側の長さよりも長くなるように、保持部材１２により保持されている。この例では、溶射ランス１１の長さが３．２ｍであり、噴射口１１１とは反対側の端部において溶射ランス１１が保持部材１２に保持されることにより、保持部材１２から噴射口１１１までの溶射ランス１１の長さが比較的長くなっている。このような場合には、溶射ランス１１と、当該溶射ランス１１を保持する保持部材１２との間にがたつきがある場合に、そのがたつきが微小であっても、溶射ランス１１の先端部に設けられた噴射口１１１には大きながたつきとなって表れる。

そこで、本実施形態では、溶射ランス１１をガイド部材６により支持するような構成が採用されている。このガイド部材６は、上下方向に延びるように設けられ、その上端部において溶射ランス１１を支持するとともに、当該溶射ランス１１がスライド方向Ｂのみにスライドするようにガイドする。この例では、２つのガイド部材６がスライド方向Ｂに沿って一直線上に並ぶように固定部材７に固定されているが、このような構成に限らず、ガイド部材６は１つだけであってもよいし、３つ以上設けられてもよい。

図３は、保持部材１２の構成の一例を示した概略平面図であって、上保持部材１２２を省略した状態を示している。下保持部材１２１は、下面を形成する下面板１２４と、側面を形成する２つの側面板１２５とが一体的に形成されることにより構成されている。下面板１２４は、保持部材１２内に挿通される溶射ランス１１の下方を水平方向に延びており、当該下面板１２４の溶射ランス１１に対して両側の端縁から上方に向かって、それぞれ側面板１２５が延びている。

保持部材１２内には、溶射ランス１１をスライド方向Ｂに沿ってスライド可能に保持するためのボールベアリング１２６が設けられている。この例では、ボールベアリング１２６は、金属製の８つのボール１２７と、これらの各ボール１２７をそれぞれ中心回りに回転自在に保持する８つのボール保持部１２８とを備えている。２つの側面板１２５には、それぞれボール１２７が２つずつ取り付けられている。各側面板１２５に取り付けられた２つのボール１２７は、スライド方向Ｂに沿って並ぶように配置されるとともに、各ボール１２７の表面が溶射ランス１１の表面に接触するように配置される。

一方の側面板１２５に取り付けられたボール１２７は、他方の側面板１２５に取り付けられたボール１２７に対して、溶射ランス１１を挟んで対向しており、対向するボール１２７の間隔が溶射ランス１１の外径と一致している。なお、図３には図示していないが、下面板１２４及び上保持部材１２２にも、それぞれ２つのボール１２７がスライド方向Ｂに沿って並ぶように取り付けられることにより、計８つのボール１２７が保持部材１２により保持されている。これらのボール１２７も、上記と同様に溶射ランス１１の外径と同一の間隔で対向するように配置されることにより、各ボール１２７の表面が溶射ランス１１の表面に接触するようになっている。

このような構成により、溶射ランス１１のスライド方向Ｂに沿ったスライドに伴って、当該溶射ランス１１に接触しているボール１２７が回転するようになっている。ボールベアリング１２６に備えられたボール１２７の数は、８つに限らず、７つ以下又は９つ以上であってもよいが、溶射ランス１１に対するがたつきを抑制するという観点から、スライド方向Ｂに沿って少なくとも２つのボール１２７が並べて配置されていることが好ましい。また、保持部材１２に取り付けられるベアリングは、ボールベアリング１２６に限らず、例えばスライド方向Ｂに対して直交方向に延びる回転軸線を中心に回転可能なローラを備えた構成など、溶射ランス１１のスライドに伴って回転するような構成であれば、他の各種転動体を備えた構成を採用することができる。

図４は、ガイド部材６の一部を示した概略正面図であり、ガイド部材６の上端部の構成を示している。ガイド部材６は、上下方向に延びる支持部６１と、当該支持部６１の上端部に設けられたガイド部６２とを備えている。

支持部６１の上端部には、互いに一定間隔を隔てて対向する取付板６１１が形成されており、当該取付板６１１間にガイド部６２が配置されている。ガイド部６２は、スライド方向Ｂに直交する水平方向Ｄに沿って延びる回転軸６３を介して、当該回転軸６３を中心に回転可能な状態で取付板６１１に取り付けられている。

ガイド部６２には、回転軸６３を中心とする外周面上に環状の凹部６２１が形成されている。上記凹部６２１は、溶射ランス１１に対応する曲率を有しており、当該凹部６２１上に溶射ランス１１を支持することにより、スライド方向Ｂに直交する水平方向Ｄに溶射ランス１１ががたつくことなく、スライド方向Ｂにのみスライドするように溶射ランス１１をガイドすることができる。

この例では、ガイド部６２が回転軸６３を中心に回転可能に保持されているため、溶射ランス１１をスライド方向Ｂに沿ってスライドさせたときには、ガイド部６２が回転軸６３を中心に回転するようになっている。したがって、溶射ランス１１とガイド部６２との摩擦を抑制することができ、円滑に溶射ランス１１をスライドさせることができる。ただし、このような構成に限らず、ガイド部材６は、溶射ランス１１のスライドに伴って回転するガイド部６２を備えていないような構成であってもよい。また、溶射ランス１１の長さが比較的短い場合には、ガイド部材６が設けられていないような構成であってもよい。

図５は、この溶射材評価試料作製装置１を用いて作製される試料４の一例を示した斜視図である。当該溶射材評価試料作製装置１を用いて試料４を作製する場合には、上述のように、噴射口１１１から溶射材を噴射しつつ、溶射ランス１１をスライド方向Ｂに沿って往復移動させるため、耐火レンガ３の表面には、スライド方向Ｂに沿って所定幅Ｅを有する試料４が作製される。

作製される試料４の幅Ｅは、溶射ランス１１が往復移動する際のスライド幅に依存している。このスライド幅は、第１連結部材１３１及び第２連結部材１３２の長さに依存しており、部材の長さを変えることで調節できる。上記幅Ｅは、この例では約５０ｃｍである。また、試料４のスライド方向Ｂに直交する断面形状は、図５に示すような略三角形状となる。

溶射材の物性の評価試験を行う場合には、上記のようにして作製された試料４から試験片が切り出される。試験片は、例えば直径１２ｍｍ、長さ１３〜１５ｍｍの円柱状に形成される。試験片には、その物性の一例である強度を測定する評価試験が行われる。強度を測定する評価試験では、例えば試験片の軸線方向に対して直交する方向から中心に向かって荷重をかけ、その最大荷重（Ｐ）を面積（Ｓ）で除する演算を行うことにより、試験片の最大応力（σ）を算出することができる。その他にも、試験片の一部を蛍光Ｘ線で測定することにより、試験片の成分を評価することもできる。

図６は、従来及び本願の各方法で試験片を作製した場合の強度のばらつきを示したグラフである。

このグラフから分かるように、作業者が溶射ランスを直接手動で往復移動させる従来の方法で同一成分及び同一形状からなる複数の試験片を作成し、それらの試験片に対して同一の条件で強度測定を行った場合、測定された強度に１８ｋｇ／ｃｍ^３程度のばらつぎが生じた。

一方、作業者が本願の溶射材評価試料作製装置１を用いた方法で同一成分及び同一形状からなる複数の試験片を作成し、それらの試験片に対して同一の条件で強度試験を行った場合には、測定された強度のばらつきが３ｋｇ／ｃｍ^３程度まで大幅に低減された。

本実施形態では、溶射ランス１１を保持部材１２によりスライド可能に保持し、連結機構１３の作用によって、保持部材１２に対して溶射ランス１１をスライド方向Ｂに沿って往復移動させることができる。したがって、従来のように作業者が溶射ランスを直接手動で往復移動させる場合と比較して、溶射ランス１１の噴射口１１１から噴射される溶射材により作製される試料の形状や状態等にばらつきが生じにくい。これにより、試験結果にばらつきが生じにくい試料を作製することができる。

特に、本実施形態では、溶射ランス１１に対して回転可能に取り付けられた第１連結部材１３１と、保持部材１２に対して回転可能に取り付けられた第２連結部材１３２とを、互いに回転可能に連結するといった簡単な構成で、溶射ランス１１を往復移動させるための連結機構１３を形成することができる。また、第１連結部材１３１と第２連結部材１３２との結合部に設けられたハンドル１３６を作業者が把持し、当該ハンドル１３６を円運動させることにより、溶射ランス１１を容易に往復移動させることができる。

本実施形態では、溶射ランス１１のスライドに伴って回転するベアリングの一例として、ボールベアリング１２６が保持部材１２に設けられているため、溶射ランス１１を往復移動させる際に、ボールベアリング１２６のボール１２７が回転し、溶射ランス１１を円滑にスライドさせることができる。したがって、溶射ランス１１を等速度で往復移動させることが容易になり、溶射材の成分が異なる試料を複数作製する場合においても同形状の評価試料を作製することができる。

また、本実施形態では、溶射ランス１１と、当該溶射ランス１１を保持する保持部材１２との間にがたつきがある場合であっても、溶射ランス１１をガイド部材６でガイドすることにより、スライド方向Ｂに沿って安定して往復移動させることができる。したがって、溶射材の噴射により作製される試料の形状や状態等にばらつきがより生じにくく、試験結果にばらつきがより生じにくい試料を作製することができる。

以上の実施形態では、作業者がハンドル１３６を操作することにより、溶射ランス１１を往復移動させるような構成について説明したが、このような構成に限らず、モータなどの駆動手段を用いて連結機構を駆動することにより、溶射ランス１１を往復移動させるような構成であってもよい。

本発明の一実施形態に係る溶射材評価試料作製装置を用いて試料を作製する際の態様を示した概略側面図である。 図１の溶射材評価試料作製装置の一部を示した概略平面図である。 保持部材の構成の一例を示した概略平面図であって、上保持部材を省略した状態を示している。 ガイド部材の一部を示した概略正面図であり、ガイド部材の上端部の構成を示している。 この溶射材評価試料作製装置を用いて作製される試料の一例を示した斜視図である。 従来及び本願の各方法で試験片を作製した場合の強度のばらつきを示したグラフである。

符号の説明

１ 溶射材評価試料作製装置
２ コークス炉炭化室（あるいは試験炉）
３ 耐火レンガ
４ 試料
６ ガイド部材
１１ 溶射ランス
１２ 保持部材
１３ 連結機構
６１ 支持部
６２ ガイド部
１１１ 噴射口
１２６ ボールベアリング
１３１ 第１連結部材
１３２ 第２連結部材
１３６ ハンドル

Claims (5)

1. 溶射材を噴射して試料を作製するための溶射材評価試料作製装置であって、
   管状に形成され、その内部を通って供給される溶射材を噴射口から噴射する溶射ランスと、
   上記溶射ランスが延びる方向に平行なスライド方向に沿って当該溶射ランスをスライド可能に保持する保持部材と、
   上記溶射ランス及び上記保持部材を連結し、上記保持部材に対して上記溶射ランスを上記スライド方向に沿って往復移動させるための連結機構とを備えたことを特徴とする溶射材評価試料作製装置。
2. 上記連結機構は、上記溶射ランスに対して回転可能に取り付けられた第１連結部材と、上記保持部材に対して回転可能に取り付けられた第２連結部材とを備え、上記第１連結部材と上記第２連結部材とが互いに回転可能に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の溶射材評価試料作製装置。
3. 上記第１連結部材と上記第２連結部材との結合部には、作業者が把持するためのハンドルが設けられており、当該ハンドルを円運動させることにより、上記保持部材に対して上記溶射ランスが上記スライド方向に沿って往復移動されることを特徴とする請求項２に記載の溶射材評価試料作製装置。
4. 上記保持部材には、上記溶射ランスのスライドに伴って回転するベアリングが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶射材評価試料作製装置。
5. 上記溶射ランスを支持し、上記溶射ランスが上記スライド方向にのみスライドするようにガイドするためのガイド部材を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶射材評価試料作製装置。