JP2010241550A - 被覆用粉体の付着抑制方法、被覆用粉体の搬送方法、被覆用粉体搬送システム、及び被覆装置、皮膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送路の壁面部分への被覆用粉体の付着を抑制することで、被覆用粉体の搬送量を長時間において均一に保つことができる被覆用粉体の付着抑制方法、被覆用粉体の搬送方法、被覆用粉体搬送システム、及び被覆装置、皮膜の形成方法を提供する。
【解決手段】キャリヤーガス２５が流れる搬送路２６を有する搬送管２７の外周に配置した２つの第１、第２の電極３５、３６に電圧を印加することにより、搬送路２６に電界Ｅ１を生じさせる。この電界Ｅ１により、被覆用粉体５をキャリヤーガス２５の流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させ、当該被覆用粉体５が搬送路２６の壁面部分２６hへ付着することを抑制した状態で、当該被覆用粉体５を気流搬送する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガスにより気流搬送される被覆用粉体が搬送路の壁面部分に付着することを抑制する被覆用粉体の付着抑制方法、被覆用粉体の搬送方法、被覆用粉体搬送システム、及び搬送されてきた被覆用粉体を溶融状態にし、これを基材の表面に衝突させてその表面に皮膜を形成する被覆装置、皮膜の形成方法に関する。

従来、粉体を所要量ずつ搬送し装置内へ供給する方法として、チューブ状の搬送管に粉体を送り込み、それと共に搬送方向にガスを流して同粉体を搬送口まで気流搬送する方法がとられている。このような搬送方法を利用したものとして、溶射により基材の表面へ皮膜を形成するための溶射装置が挙げられる。溶射は、セラミック等の溶射粉体（被覆用粉体）を熱源により溶融させて溶射粒子とし、これを基材に衝突させて溶射皮膜を形成するものであり、各種機械部品の耐摩耗性や耐熱性等を向上させることができる。

上記溶射装置として、溶射トーチ、この溶射トーチに溶射粉体を導入するチューブ状の搬送管、及びこの搬送管に溶射粉体を供給するパウダーフィーダー等を備えたものが知られている（例えば、特許文献１）。上記溶射トーチには、陽極部と陰極部が設けられており、その間でアークを発生させると、同溶射トーチに導入された作動ガスがプラズマとなり、プラズマジェットとして噴出される。ここに溶射粉体を導入し溶融させて溶射粒子とし、この溶射粒子を基材に衝突させることで溶射皮膜を形成する。この溶射装置では、搬送管に搬送用のガスを流し、そのガス流にのせて溶射粉体を気流搬送している。固定されたパウダーフィーダーに対して溶射トーチが自由に動けるようにするため、搬送管には可撓性を有した比較的長い樹脂製のものが使用されている。

特開２００４−８１９１５号公報

図５に示すように、溶射粉体１０３が、ガス１０２のガス流により搬送管１００の搬送路１０１を通過する際、当該溶射粉体１０３が搬送路１０１の壁面１０１ａへ擦れることで、双方が異符号の電荷（例えば、搬送路１０１の壁面１０１ａがプラス、溶射粉体１０３がマイナス）を帯び、それによるクーロン力が溶射粉体１０３に作用する。その結果、同図に示すように、溶射粉体１０３が壁面１０１ａへ付着し堆積してしまう。

成膜プロセスを続けるうちに、搬送路１０１の壁面１０１ａへの溶射粉体１０３の付着量が増加していくと、搬送管１００で搬送される溶射粉体１０３の単位時間当たりの搬送量が小さくなり、成膜プロセスにおける均一な条件を長時間維持し難くなる。成膜プロセス中に条件が変わってしまうと、大面積における均一な膜厚、膜質を有する溶射皮膜を得るのが困難となる。また、溶射粉体１０３の付着量が更に増加し、搬送路１０１が溶射粉体１０３で閉塞されると、成膜プロセスを中断しなければならない。成膜プロセスを中断すると、膜質の変化を招くおそれがあるので好ましくない。

そこで、ガスの流量を大きくして、ガス流による粘性抵抗力で溶射粉体が付着しないようにすることも考えられる。しかし、ガスの流量には、搬送管の径やガスの圧力等により決まる限界値が存在するため、溶射粉体の付着を十分に抑制することはできない。また、ガスの流量が過大なものとなった場合、膜質の低下を招くおそれがある。

一方で、搬送管の外周を網目状の導線で包み込み、その導線をアース接続することで、帯電を防止することも考えられる。しかし、搬送管の外周における当該導線と接触している部分のみ除電されるだけで、溶射粉体と絶え間なく擦れている搬送路の壁面は帯電したままとなっている。従って、搬送管の外周を網目状の導線で包み込むということでは、搬送路の壁面へ溶射粉体が付着するという問題を解決することはできない。

そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、搬送路の壁面部分への被覆用粉体の付着を抑制することで、被覆用粉体の搬送量を長時間において均一に保つことができる（例えば、成膜プロセスにおける均一な条件を長時間維持できる）被覆用粉体の付着抑制方法、被覆用粉体の搬送方法、被覆用粉体搬送システム、及び被覆装置、皮膜の形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、次の技術的手段を講じた。
即ち、本発明の被覆用粉体の付着抑制方法は、ガスが流れる搬送路を有する搬送管で当該搬送路の搬送口に向かって被覆用粉体を気流搬送する際に、当該被覆用粉体が前記搬送路の壁面部分に付着することを抑制する被覆用粉体の付着抑制方法であって、前記搬送管の外側に配置された複数の電極に電圧を印加することにより前記搬送路に電界を生じさせ、この電界により前記被覆用粉体を前記ガスの流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させることを特徴とするものである。
被覆用粉体を搬送管で気流搬送する際に、上記本発明の被覆用粉体の付着抑制方法を使用すれば、搬送管の外側に配置された複数の電極に電圧を印加することによりで生じた電界により、被覆用粉体がガスの流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させられるので、被覆用粉体が搬送路の壁面部分から離れ、当該壁面部分への被覆用粉体の付着を抑制することができる。本発明における被覆用粉体は、溶射に用いる溶射粉体、及びエアロゾルデポジション法、粉体肉盛り溶接法に用いる粉体に限定される。

本発明の被覆用の粉体搬送方法は、ガスが流れる搬送路を有する搬送管で当該搬送路の搬送口に向かって被覆用粉体を気流搬送する被覆用粉体の搬送方法であって、前記搬送管の外側に配置された複数の電極に電圧を印加することにより前記搬送路に電界を生じさせ、この電界により前記被覆用粉体を前記ガスの流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させ、当該被覆用粉体が前記搬送路の壁面部分へ付着することを抑制した状態で、当該被覆用粉体を気流搬送すること特徴とするものである。
上記本発明の被覆用粉体の搬送方法を使用すれば、搬送管の外側に配置された複数の電極に電圧を印加することにより生じた電界により、被覆用粉体がガスの流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させられるので、被覆用粉体が搬送路の壁面部分から離れ、当該搬送路の壁面部分への当該被覆用粉体の付着を抑制した状態で当該被覆用粉体を搬送することができる。本発明における被覆用粉体は、溶射に用いる溶射粉体、及びエアロゾルデポジション法、粉体肉盛り溶接法に用いる粉体に限定される。

本発明の被覆用粉体搬送システムは、被覆用粉体をガスにより気流搬送するための搬送路を有する搬送管と、前記搬送路の搬送口に向かって前記被覆用粉体が気流搬送されるように、当該搬送路へ前記ガスを供給するガス供給手段と、前記搬送路に電界を生じさせ、この電界により前記被覆用粉体を前記ガスの流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させることで、前記搬送路の壁面部分への当該被覆用粉体の付着を抑制する電界発生手段と、を備えることを特徴とするものである。
上記本発明の被覆用粉体搬送システムによれば、搬送路に電界を生じさせ、この電界により被覆用粉体をガスの流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させ、搬送路の壁面部分への被覆用粉体の付着を抑制する電界発生手段を備えているので、搬送路の壁面部分への被覆用粉体の付着が抑制されて、被覆用粉体の搬送量を長時間において均一に保つことができる。これにより、この被覆用粉体搬送システムを用いた各種の成膜プロセスにおいて、均一な条件を長時間維持することができる。本発明における被覆用粉体は、溶射に用いる溶射粉体、及びエアロゾルデポジション法、粉体肉盛り溶接法に用いる粉体に限定される。

上記の電界発生手段として、多様な構成を採用することができる。その中でも、前記搬送管の外側に配置された２つの第１、第２の電極と、前記第１、第２の電極のうち一方に接続され電圧を印加する電源部と、前記第１、第２の電極のうち他方に接続されたアース部と、を有している電界発生手段とするのが好ましい。
この構成を採用すれば、搬送管の外側に配置された第１、第２の電極の一方に電源部、他方にアース部を接続する簡易な構成で電界を発生させられるので、被覆用粉体搬送システムが簡易に製作可能となりコストを抑えることができる。

上記第１、第２の電極としては、多様な形態が考えられる。その中でも、例えば、第１、第２の電極が細長状に形成されており、搬送管の外周で螺旋状に巻回されているものが挙げられる。このようにすれば、搬送管が第１、第２の電極で包み込まれ、搬送路全体に電界を発生させることができる。

搬送管の入口である搬送管入口が、例えば粉体貯留部に連結されている場合、被覆用粉体の通路の断面積が急に小さくなる。通路の断面積が急に小さくなると、粉体貯留部と搬送管入口との連結部分に被覆用粉体が付着し易い。
そこで、上記第１、第２の電極の他の形態として、第１、第２の電極を、搬送管を挿通可能なリング状に形成し、搬送管へ被覆用粉体が入る搬送管入口に装着すれば、搬送管入口の搬送路に電界が生じ、粉体貯留部から搬送管へ被覆用粉体をスムーズに供給することができる。また、リング状に形成した第１、第２の電極を、搬送管の搬送管入口だけでなく、搬送管の搬送管入口から搬送管出口に渡って、互い違いに複数設けてもよい。

上記第１、第２の電極は、前記被覆用粉体を前記搬送路の略横断面方向に飛翔移動させるように設けられていることが好ましい。このようにすれば、被覆用粉体が搬送路の壁面部分からより遠くへ離れようとし、搬送路の壁面部分への被覆用粉体の付着を効果的に抑制することができる。

本発明の被覆装置は、被覆用粉体を溶融させ基材へ衝突させることで当該基材の表面に皮膜を形成する成膜部と、前記成膜部へ導入する前記被覆用粉体を貯留し排出する粉体供給部と、前記被覆用粉体を前記粉体供給部から前記成膜部へ搬送する被覆用粉体搬送システムと、を備えた被覆装置であり、このうち、被覆用粉体搬送システムが、被覆用粉体をガスにより気流搬送するための搬送路を有する搬送管と、前記搬送路の搬送口に向かって前記被覆用粉体が気流搬送されるように、当該搬送路へ前記ガスを供給するガス供給手段と、前記搬送路に電界を生じさせ、この電界により前記被覆用粉体を前記ガスの流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させることで、前記搬送路の壁面部分への当該被覆用粉体の付着を抑制する電界発生手段と、を備えたものである。
また、電界発生手段、その第１、第２の電極の形態、電源部については、上記の各構成を採用することが好ましい。

上記本発明の被覆装置によれば、被覆用粉体を搬送する搬送路に電界を生じさせ、この電界により被覆用粉体をガスの流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させることで、搬送路の壁面部分への被覆用粉体の付着を抑制する電界発生手段を備えているので、搬送路の壁面部分への被覆用粉体の付着が抑制されて、被覆用粉体の搬送量を長時間において均一に保つことができる。本発明における被覆用粉体は、溶射に用いる溶射粉体、及びエアロゾルデポジション法、粉体肉盛り溶接法に用いる粉体に限定される。

本発明の皮膜の形成方法は、搬送管の搬送路を流れるガスにより気流搬送されて成膜部へ導入された被覆用粉体を、溶融させ基材へ衝突させることにより当該基材の表面に皮膜を形成する皮膜の形成方法において、前記搬送管の外側に配置された複数の電極に電圧を印加することにより前記搬送路に電界を生じさせ、この電界により前記被覆用粉体を前記ガスの流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させ、当該被覆用粉体が前記搬送路の壁面部分へ付着することを抑制した状態で、当該被覆用粉体を気流搬送し前記成膜部へ導入することを特徴とするものである。

上記本発明の皮膜の形成方法によれば、被覆用粉体を搬送する搬送路に電界を生じさせ、この電界により被覆用粉体をガスの流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させることで、搬送路の壁面部分への被覆用粉体の付着を抑制した状態で、当該被覆用粉体を気流搬送し、成膜部へ導入するので、成膜部への被覆用粉体の導入量（搬送量）が一定に保たれ、均一な条件を長時間維持することができる。本発明における被覆用粉体は、溶射に用いる溶射粉体、及びエアロゾルデポジション法、粉体肉盛り溶接法に用いる粉体に限定される。

上記の通り、本発明によれば、搬送路に生じさせた電界により、被覆用粉体（例えば、溶射粉体）が搬送路の壁面部分から離れ、搬送路の壁面部分への当該被覆用粉体の付着が抑制されるので、被覆用粉体の搬送量を長時間において均一に保つことができる。また、成膜プロセスにおいて、均一な条件を長時間維持することができる。

本発明の第１の実施形態に係るプラズマ溶射装置の全体構成を表す系統図である。 搬送管に第１、第２の電極が巻回されている状態を示す側面図である。 搬送路に発生させた電界で溶射粉体がガスの流れ方向に対して異なる方向に飛翔移動している状態を表す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るプラズマ溶射装置の要部構成を表す系統図である。 従来の粉体搬送システムで溶射粉体が搬送されている状態を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態（第１の実施形態）に係る溶射装置（被覆装置）１の全体構成を表す系統図である。この溶射装置１は、プラズマ溶射装置１として構成されたものであり、プラズマ発生部である溶射トーチ（成膜部）２と、この溶射トーチ２に電流を供給する直流電源３と、溶射トーチ２を冷却するためのチラー４と、溶射トーチ２へ導入する溶射粉体（被覆用粉体）５を貯留し排出するパウダーフィーダー（粉体供給部）６と、溶射粉体５をパウダーフィーダー６から溶射トーチ２へ搬送する被覆用粉体搬送システム７（以下、粉体搬送システムという）と、直流電源３、チラー４、パウダーフィーダー６、及び粉体搬送システム７等を制御するための制御部８とで主に構成されている。

このプラズマ溶射装置１は、粉末状のセラミックス等の溶射粉体５をプラズマで加熱し、溶融させて液状微粒子の溶射粒子とし、この溶射粒子を図示しない基材の表面へ高速で衝突させて当該表面に溶射皮膜（皮膜）を形成するためのものである。基材の表面に溶射皮膜を形成することにより、基材の耐摩耗性や電気絶縁性等を向上させる。

溶射トーチ２は、公知のものを使用することができ、例えば先細り状の先端部１１ａを有する陰電極１１と、この陰電極１１と絶縁された状態で当該陰電極１１の周りを囲むように設けられ、溶射粒子を噴出するノズル部１２ａが形成された陽電極１２とを有している。溶射トーチ２には、陽電極１２及び陰電極１１に直流電源３からの電流を供給するための電源接続部１３が設けられており、この電源接続部１３と直流電源３とが配線１４を介して電気的に接続されている。更に、溶射トーチ２には、陽電極１２及び陰電極１１を冷却すべく当該陽電極１２、陰電極１１にチラー４からの冷却水を流入出させる冷却口１５、及び当該溶射トーチ２にプラズマ作動ガス１６を送り込むための作動ガス供給口１７が設けられている。

チラー４は、水冷式の冷却装置として構成されたものであり、冷却口１５と同チラー４とは冷却水を流すための冷却用配管１８で接続されており、冷却口１５を介して陽電極１２及び陰電極１１に所定温度の冷却水が循環するようになっている。これにより、陽電極１２及び陰電極１１の温度が制御可能となっている。作動ガス供給口１７には、ガス用配管１９を介してマスフローコントローラ２０が接続されており、更に、このマスフローコントローラ２０には、ガス共通配管２１を介してガスボンベ２２が接続されている。ガスボンベ２２には、プラズマ作動ガス１６としてアルゴン、窒素、水素、ヘリウム等のガスが充填されている。これにより、ガスボンベ２２から溶射トーチ２へ向けて上記のプラズマ作動ガス１６が供給可能とされ、かつそのプラズマ作動ガス１６の流量が調整可能となっている。なお、上記プラズマ作動ガス１６は、限定されるものではない。

溶射トーチ２の陽電極１２には、溶射粉体５を導入するための粉体供給口２３が設けられており、この粉体供給口２３を介して、発生させたプラズマジェットへ溶射粉体５が供給されるようになっている。また、溶射粉体５が貯留されているパウダーフィーダー６は、貯留タンク６Ａとこの貯留タンク６Ａに溜められた溶射粉体５を所定量ずつ排出するための計量部６Ｂとを備えている。計量部６Ｂは、モータで回転される図示しない回転ディスクを備えており、貯留タンク６Ａに溜められている溶射粉体５は当該回転ディスクの盤面上に出される。回転ディスクの回転速度の制御により、溶射粉体５の供給量が調整されるようになっている。

粉体搬送システム７は、溶射粉体５をキャリヤーガス（ガス）２５により気流搬送するための搬送路２６を有する搬送管２７と、搬送路２６の出口である搬送口２６ａに向かって溶射粉体５が気流搬送されるように、当該搬送路２６へキャリヤーガス２５を供給するガス供給手段２８とを備えている。ガス供給手段２８は、パウダーフィーダー６にキャリヤーガス用配管２９を介して接続されたマスフローコントローラ２０と、このマスフローコントローラ２０にガス共通配管２１を介して接続されたガスボンベ２２とからなる。ガスボンベ２２からマスフローコントローラ２０までは、プラズマ作動ガス１６を供給するためのものと共通のものが使用されており、プラズマ溶射装置１の製造コストを抑え、装置１の設置スペースを小さくしている。なお、キャリヤーガス２５は，限定されるものではないが、本実施形態ではアルゴンや窒素が使用される。

搬送管２７は、外径４ｍｍのフッ素樹脂チューブで構成されたものであり、低い表面摩擦係数と高い絶縁性等を有している。搬送口２６ａ（搬送管出口）は、図１に示すように溶射トーチ２の粉体供給口２３に繋がっており、これにより、パウダーフィーダー６と溶射トーチ２とが接続され、搬送路２６を通じて、パウダーフィーダー６から溶射トーチ２へ溶射粉体５が導入されるようになっている。また、溶射トーチ２は、図示しない走査機構に取り付けられており、この走査機構により溶射トーチ２が図示しない基材の表面上を相対的に移動できるようになっている。そのため、搬送管２７は、固定されたパウダーフィーダー６に対して溶射トーチ２が自由に動けるようにするため、約２ｍのものが使用されている。なお、搬送管２７の材質、径、長さは限定されるものではなく、適宜変更することができる。

上記粉体搬送システム７により、パウダーフィーダー６に貯留されている溶射粉体５は、計量部６Ｂで供給量が調整され、マスフローコントローラ２０で流量調整されたキャリヤーガス２５にのせられて、搬送管２７の搬送路２６を通って溶射トーチ２へ圧送（気流搬送）されるようになっている。
プラズマ溶射装置１の制御部８は、チラー４、直流電源３、マスフローコントローラ２０、パウダーフィーダー６、及び粉体搬送システム７に接続されている。この制御部８には、作業者が走査するための操作パネル３１が設けられており、この操作パネル３１が操作されることで、プラズマ溶射装置１の制御部８は、チラー４、直流電源３、マスフローコントローラ１９、パウダーフィーダー６、及び粉体搬送システム７の各々の操作パラメーターを制御する。

上記構成のプラズマ溶射装置１により、次のようにして基材の表面へ溶射皮膜を形成する。溶射トーチ２の陽電極１２と陰電極１１との間に直流電源３から電圧を印加して、陰電極１１の先端部１１ａにアークプラズマを発生させる。このアークプラズマにプラズマ作動ガス１６を吹き付けて高温のプラズマジェットとし、ここに粉体搬送システム７で圧送されてきた溶射粉体５が供給される。溶射粉体５は、加熱されて溶融し、液状微粒子（溶射粒子）となり、プラズマジェトと共に噴出される。噴出された溶射粒子は、基材の表面に高速度で衝突し、同表面で積層されていき、当該表面に溶射皮膜が形成される。

本実施形態の粉体搬送システム７には、搬送路２６に電界を生じさせる電界発生手段３２が設けられている。この電界発生手段３２は、搬送路２６を通る溶射粉体５が当該搬送路２６の壁面部分２６ｈへ付着することを抑制するためのものであり、搬送管２７の外側に配置された電極部Ｄと、この電極部Ｄに接続された電源部３４及びアース部３３とで主に構成されている。

電極部Ｄは、第１の電極３５と第２の電極３６で構成されており、これら第１、第２の電極３５、３６はいずれも細長状の導線からなる。導線の素材は、限定されるものではなく、銅やアルミニウム等が使用される。第１、第２の電極３５、３６は、搬送管２７の一端部近傍（パウダーフィーダー６の近傍）の外周に、螺旋状に巻回されている（図２参照）。

第１、第２の電極３５、３６の形態として、本実施形態のように細長状に形成された導電を用いることにより、搬送管２７の外周が第１、第２の電極３５、３６で包み込まれ、搬送路２６の全体に電界を発生させることができる。なお、本実施形態では、第１、第２の電極３５、３６は、図２のように若干の隙間を空けて搬送管２７の外周に巻回されているが、当該第１、第２の電極３５、３６の巻き方は限定されるものではなく、例えば、図２に示すよりも隙間を大きく空けて巻回してもよい。

電源部３４は電源トランスとして構成されたものであり、例えば６０Ｈｚの周波数で５ｋＶの電圧を出力するものである。この電源部３４により、電極Ｄへ交流電圧が印加されるようになっている。第１、第２の電極３５、３６のうち、第１の電極３５は上記電源部３４に電気的に接続されており、第２の電極３６は電気的にアース部３３に接続されている。そして、電源部３４で第１の電極３５に交流電圧が印加されると、搬送路２６に電界Ｅ１が発生する（図３参照）。つまり、第１、第２の電極３５、３６に外周が囲まれた搬送管２７の搬送路２６に、電界Ｅ１を生じさせることができる。

かかる電界Ｅ１は、搬送路２６の略径方向（略横断面方向）に向かうものである。電界Ｅ１が生じている搬送路２６に溶射粉体５が搬送されていくと、例えばセラミック製の同溶射粉体５は、当該電界Ｅ１により帯電させられる。その際、溶射粉体５には電界方向（搬送路２６の略径方向）へのクーロン力が作用し、当該溶射粉体５は、搬送路２６の略径方向へ飛翔移動し、壁面部分２６ｈから離れる。

なお、ここでいう搬送路２６の略径方向（略横断面方向）とは、搬送路２６の径方向、即ち図３の上下方向のみをいうのではなく、当該径方向を含む広範囲の方向をいうものとする。具体的には、図３で搬送管２７の下側に断面として示された第１の電極３５の真上方向（図３の上方向）を０°方向としたときに、ガスの流れ方向（図３の右方向）へ６０°方向から、ガスの流れ方向と逆流方向（図３の左方向）へ−６０°方向の範囲を含むものである。なお、この範囲は、電界Ｅ１の強さ等によって変わるものであり、これに限定されるものではない。

実際には、搬送路２６には強い電界Ｅ１が生じている範囲と、これよりも弱い電界Ｅ１が生じている範囲、微少の電界Ｅ１が生じている範囲が存在する。従って、搬送路２６の壁面部分２６ｈにおける第１の電極３５の近くにきた溶射粉体５は、強い電界Ｅにより略横断面方向へ飛翔移動させられ、弱い電界Ｅ１が生じている範囲、或いは微少の電界Ｅ１が生じている範囲へ向けて飛翔移動する。なお、壁面部分２６ｈとは、搬送路２６の壁面の表面のみをいうものではなく、この表面に近い部分を含む表層部分をいうものとする。

従って、搬送路２６で搬送される溶射粉体５は、電界発生手段３２で生じた電界Ｅ１により、図３に示すように多方向（キャリヤーガス２５の流れ方向と異なる方向）へ飛翔移動する。溶射粉体５が多方向へ飛翔移動するので、キャリヤーガス２５の流れによる粘性抵抗力と相まって、搬送路２６の壁面部分２６ｈへの当該溶射粉体５の付着を抑制することができる。
電界Ｅ１の強さ、溶射粉体５の粒径、密度、キャリヤーガスの流量、搬送管の径等の各条件は、次の式を満たすように決定される。
Ｆｐ＞Ｆａ
Ｆｐ：電界Ｅ１により溶射粉体５に生じるクーロン力。
Ｆａ：溶射粉体５と搬送路２６との摩擦で双方の帯電により生じた当該溶射粉体５の搬送路２６に対する付着力。

上記本実施形態の粉体搬送システム７を備えるプラズマ溶射装置１によれば、溶射粉体５の搬送路２６に電界Ｅ１を生じさせる電界発生手段３２により、搬送路２６の壁面部分２６ｈへの溶射粉体５の付着が抑制されるので、溶射粉体５の搬送量を長時間において均一に保つことができる。また、搬送路２６が溶射粉体５で閉塞されるのを防止することができる。電界発生手段３２として、搬送管２７の外側に設けられた第１、第２の電極３５、３６の一方に電源部３４、他方にアース部３３を接続する簡易な構成で電界を発生さるので、粉体搬送システム７を簡易に製作でき、プラズマ溶射装置１の製作コストを抑えることができる。

更に、搬送管の搬送路を流れるガスにより気流搬送されて成膜部へ導入された被覆用粉体を、溶融させ基材へ衝突させることにより当該基材の表面に溶射皮膜を形成する本発明に係る皮膜の形成方法として、上記プラズマ溶射装置１を用いて、溶射粉体（被覆用粉体）５が搬送路２６の壁面部分２６ｈへ付着することを抑制した状態で、当該溶射粉体５を気流搬送し溶射トーチ（成膜部）２へ導入し、皮膜を形成する方法が挙げられる。この皮膜の形成方法によれば、溶射トーチ２へ導入する溶射粉体５の搬送量を長時間において均一に保つことができる。

これにより、上記皮膜の形成方法を使用した成膜プロセスにおいて、溶射トーチ２への溶射粉体５の導入量が長時間において一定に保たれ、均一な条件を長時間維持することができる。また、搬送路２６が溶射粉体５で閉塞されるのを防止することができるので、成膜プロセスを中断する必要がなく、膜質の変化を招くおそれがない。従って、基材の大面積部分へ溶射する場合であっても、均一な膜厚、膜質を有する高品質の溶射皮膜を得ることができる。

特に、溶射トーチ２へ導入する溶射粉体５の粒径が小さい（例えば１０μｍ以下）の場合には、一般的に溶射粉体５は搬送路２６へ付着し易く、堆積し易い。上記実施形態の粉体搬送システム７を備えたプラズマ溶射装置１で溶射皮膜を形成すれば、溶射粉体５の付着が抑制されるので、小さな溶射粉体５であっても、均一な条件が長時間維持され、高品質の溶射皮膜を得ることができる。

上記本実施形態のプラズマ溶射装置１が備える粉体搬送システム７は、本発明に係る被覆用粉体粉体の付着抑制方法、及び被覆用粉体の搬送方法を使用するための一構成例である。即ち、ガスが流れる搬送路を有する搬送管で当該搬送路の搬送口に向かって被覆用粉体を気流搬送する際に、当該被覆用粉体が搬送路の壁面部分に付着することを抑制する本発明にかかる被覆用粉体の付着抑制方法として、上記実施形態のように、搬送管２７の外側に配置された２つの第１、第２の電極３５、３６に、電圧を印加することにより搬送路２６に電界Ｅ１を生じさせ、この電界Ｅ１により、溶射粉体５をキャリヤーガス２５の流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させる方法が挙げられる。この方法によれば、溶射粉体５が搬送路２６の壁面部分２６ｈから離れ、搬送路２６の壁面部分２６ｈへの当該溶射粉体５の付着を抑制することができる。

また、ガスが流れる搬送路を有する搬送管で当該搬送路の搬送口に向かって被覆用粉体を気流搬送する本発明に係る被覆用粉体の搬送方法として、上記実施形態のように、搬送路２６に生じさせた電界Ｅ１により、溶射粉体５をキャリヤーガス２５の流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させ、当該溶射粉体５が搬送路２６の壁面部分２６ｈへ付着することを抑制した状態で、当該溶射粉体５を気流搬送する方法が挙げられる。この方法によれば、搬送路２６の内壁部分２６ｈへの溶射粉体５の付着を抑制した状態で当該溶射粉体５を搬送することができる。

図４は、本発明のプラズマ溶射装置に係る第２の実施形態を示している。本実施形態のプラズマ溶射装置４０が上記第１の実施形態と異なる点は、第１、第２の電極４１、４２の形態とこれらを搬送管２７の外周に配置する位置が異なっている点である。図４は、パウダーフィーダー６の出口付近と溶射トーチ２を表している。なお、本実施形態のプラズマ溶射装置４０のうち、第１、第２の電極４１、４２、及び電源部３４以外の他の構成については、第１の実施形態と共通する。同図でわかるように、搬送管２７の搬送管入口２７ａが、パウダーフィーダー６に連結され、溶射粉体５の通路の断面積が急に小さくなっている。通路の断面積が急に小さくなると、パウダーフィーダー６と当該搬送管入口２７ａとの連結部分に溶射粉体５が付着し易いという問題がある。本実施形態のプラズマ溶射装置４０では、この問題を解決することを目的としている。

第１、第２の電極４１、４２は、共にリング状に形成された所要厚みを有する導電プレート（リング状プレート）で構成されている。第１、第２の電極４１、４２の内径は搬送管２７の外径と略同寸法であり、当該第１、第２の電極４１、４２に搬送管２７を挿通可能となっている。また、第１、第２の電極４１、４２の外径は１０ｍｍとされている。なお、これら内外径の寸法は、限定されるものではなく、搬送管２７の外径寸法等により適宜変更すればよい。第２の電極４２は、搬送管２７の外周におけるパウダーフィーダー６に隣接する位置に装着されており、第１の電極４１は、第２の電極４２と所要間隔をおいて装着されている。このように、第１、第２の電極４１、４２は、搬送路２６の入口２６ｔに装着されている（図４参照）。なお、第１の電極４１と第２の電極４２との間隔は限定されるものではない。

第１の電極４１は、電源部３４に電気的に接続されており、第２の電極４２はアース部３３に電気的に接続されている。そして、第１の電極４１に交流電圧が印加されると、第１、第２の電極４１、４２に挟まれた搬送路２６の入口２６ｔに、電界Ｅ２を生じさせることができる。

電界Ｅ２が生じている搬送路２６の入口２６ｔに溶射粉体５がくると、例えばセラミック製の同溶射粉体５は、当該電界Ｅ２により帯電させられる。その際、溶射粉体５には電界方向（ガスの流れ方向と逆方向；図４の下方向）へのクーロン力が作用し、入口２６ｔに溜まろうとする溶射粉体５は、電界方向へ飛翔移動しようとする。そのため、入口２６ｔにきた溶射粉体５は、当該入口２６ｔに溜まらず、搬送路２６へスムーズに導入されていく。以上のように第１、第２の電極４１、４２を搬送管２７の局所的な部分に配置することで、当該局所的な部分に溶射粉体５が付着し堆積するのを抑制することができる。

また、図４に示す第２の実施形態において、上記の第１の電極４１、第２の電極４２を、搬送路２６の入口２６ｔだけでなく、搬送路２６の出口である搬送口２６ａにも設けるか、或いは、搬送路２６の搬送口２６ａのみに設けてもよい。溶射トーチ２の粉体供給口２３に繋がっている搬送口２６ａでは、当該搬送口２６ａの直径が搬送路２６の他の部分の直径より小さくなっているため、溶射粉体５が、搬送口２６ａに溜まり易いが、第１の電極４１、第２の電極４２を、当該搬送口２６ａにも設けることによって、溶射粉体５を溜まらないようにすることができる。

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

（実施例）
上記第１の実施形態と同じ粉体搬送システム及びパウダーフィーダーを使用した。外径４ｍｍの搬送管に、１分間あたり１０ｇの量の溶射粉体を投入しながら、キャリヤーガスを１０Ｌ／分の流量で流し、溶射粉体を搬送管に通過させた。搬送路へ付着している溶射粉体の状態、及び溶射粉体の搬送量を確認した。溶射粉体には、平均粒径３μｍのアルミナ粉末を用い、電源部により第１の電極へ５ｋＶの交流電圧を印加し続けた。なお、搬送路へ付着している溶射粉体の状態については、試験中においては半透明な搬送管の外部から確認し、試験後、搬送管を切断して確認した。溶射粉体の搬送量については、搬送管の出口を目視で確認した。
搬送路へ付着している溶射粉体の状態：若干の溶射粉体が螺旋状に付着するが、時間の経過で付着量が増加することはなく、搬送路の閉塞はなかった。
溶射粉体の搬送量：減少せず。

（比較例）
上記実施例の粉体搬送システムから電界発生手段を取り除き、搬送路に電界を発生させない状態で行った。上記実施例と同条件で溶射粉体を搬送管に通過させた。実施例と同じく、溶射粉体に平均粒径３μｍのアルミナ粉末を用い、搬送路へ付着している溶射粉体の状態、及び溶射粉体の搬送量を確認した。
搬送路へ付着している溶射粉体の状態：試験開始直後から付着し始め、大量に凝集している溶射粉体が一度に流れる現象と、少量に凝集している溶射粉体が搬送路に付着したままとなる現象とが繰り返された。
溶射粉体の搬送量：試験開始直後から減少し始めると共に、上記の現象が繰り返されることにより、搬送量が一定ではなくなった。更に、時間の経過と共に搬送量が減少していき、１０分後に搬送路が溶射粉体で閉塞されて、搬送不可能となった。

以上の実施例と比較例から、電界発生手段を用いて搬送路に電界を発生させれば、搬送路への溶射粉体の付着が飛躍的に抑制されることがわかる。

なお、上記で開示した各実施形態、実施例は例示であり、制限的なものではない。粉体搬送システムに用いられる搬送管、ガス供給手段、及び電界発生手段は、用途に応じて多様な形態のものを用いることができる。特に、電界発生手段に関して、上記第１の実施形態では、一方の電極が電源部に接続され、他方の電極がアース部に接続されているが、他の形態として、アース部には接続せずに、両方の電極に印加する電圧の位相を互いに１８０°ずらしてもよい。この場合、複数の電極に印加する電圧の位相を互いにずらすための、例えば位相調整手段を更に設ければよい。２つの電極に印加する電圧の位相をずらすことで、搬送路に生じる２つの電界により溶射粉体を多方向へ飛翔移動させることができる。

また、電極部を構成する電極は２つに限られるものではなく、当該電極部を３つ或いは４つ以上の電極で構成してもよい。以下、第１、第２の電極を含む複数の電極とは、各電極に印加される電圧が異なるか、各電極に印加される電圧の位相がずれている電極をいうものとする。例えば電極部を３つの電極で構成した場合、３つ電極のうち１つの電極をアース部に接続し、残りの２つの電極に印加する電圧の位相を、互いに１８０°ずらせばよい。また、３つの電極のいずれの電極もアース部には接続せず、３つの電極に印加する電圧の位相を互いに１２０°ずらしてもよい。更に、電極を４つ以上とした場合、電極の数をｎとしたときに、ｎ個の電極のいずれの電極もアース部には接続せず、ｎ個の電極に印加する電圧の位相を互いに３６０°／ｎずらせばよい。このように、電極部を構成する電極の数、これら電極へのアース部の接続の有無、これら電極へ印加する電圧を互いにずらせる度合いを変更することで、有効な電界を搬送路に生じさせればよい。

上記実施形態では第１、第２の電極として導線、リング状プレートを用いたが、搬送路に有効な電界を発生させられるものであれば、他の形状のものを使用することもできる。例えば、第１、第２の電極を搬送路（搬送管）の長手に沿って伸びる金属箔としてもよい。金属箔としては、アルミ箔や銅箔等が挙げられる。つまり、金属箔からなる長い第１、第２の電極を互いに対向状に設けることで、当該第１、第２の電極で搬送路を挟み込めばよい。また、このような搬送路の長手に沿って伸びる金属箔からなる電極を、３つ以上設けてもよい。この場合においても、電極部を構成する電極の数、これら電極へのアース部の接続の有無、これら電極へ印加する電圧を互いにずらせる度合いを変更することで、有効な電界を搬送路に生じさせればよい。

更に、第１、第２の電極を、第２の実施形態におけるリング状に形成された所要厚みを有する導電プレート（リング状プレート）とし、これらを搬送管入口や搬送管出口だけでなく、搬送管入口から搬送管出口に渡って、互い違いに所要間隔を開けて複数設けてもよい。この場合においても、電極部を構成する電極の数、これら電極へのアース部の接続の有無、これら電極へ印加する電圧を互いにずらせる度合いを変更することで、有効な電界を搬送路に生じさせればよい。

第１の実施形態において、電極部Ｄを構成する細長状の第１の電極と第２の電極を、搬送管の搬送管入口から搬送管出口に渡る外周に、螺旋状に巻回してもよい。これにより、搬送管の搬送管入口から搬送管出口に渡る外周全体が、第１、第２の電極３５、３６で包み込まれ、当該第１、第２の電極で包み込まれた搬送路の入口から、搬送路の出口である搬送口までのより広い範囲に電界を発生させることができる。

被覆用粉体の付着抑制方法、被覆用粉体の搬送方法、被覆用粉体搬送システムとして、プラズマ溶射装置を例にして説明したが、これらの方法、システムは、搬送管にキャリヤーガスを流し、そこで被覆用粉体を圧送する他の各種の装置に適用することができる。従って、搬送する被覆用粉体は、溶射粉体に限らず、基材を被覆する用途に使用される粉体であれば、どのようなものにも本発明を適用することができる。例えば、溶射粉体を用いるものとして、上記各実施形態では、プラズマ溶射装置を例に説明したが、例えば、フレーム溶射装置等、溶射粉体を溶射部に導入するタイプの溶射装置に適用可能である。また、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせることもできる。この場合、パウダーフィーダーからの粉体は、搬送路へスムーズに導入されていき、かつ搬送路の壁面部分全体への付着が抑制されるので、成膜プロセス或いは、各種の製造プロセスにおいて均一な条件を長時間維持でき、より高品質の製品を得ることができる。

更に、本発明に係る被覆用粉体の付着抑制方法、被覆用粉体の搬送方法、被覆用粉体搬送システムが適用されるものとして、エアロゾルデポジション法、及び粉体肉盛り溶接法における被覆用粉体の搬送が挙げられる。
（エアロゾルデポジション法）
エアロゾルデポジション
法（以下、ＡＤ法とする）は、粒径が数十ｎｍ〜数μmのセラミックス或いは金属の微粒子からなる粉体（被覆用粉体）をガスと混合してエアロゾル化し、減圧化の雰囲気でノズルを通して基板に噴射して、皮膜を形成する技術である。近年、ＡＤ法は、低基板温度で、かつ高成膜速度で、原料である微粒子と同様の結晶構造を有する緻密な皮膜が形成できる方法として着目されている。

ＡＤ法を用いた成膜装置は、例えば、搬送管で接続されたエアロゾルチャンバー、成膜チャンバー、その他ガスボンベ、フローコントローラ等で構成されている。成膜チャンバー内は、真空ポンプで減圧されており、ドライな粉体は、エアロゾルチャンバー内でガスと攪拌、混合されてエアロゾル化される。両チャンバーの圧力差により生じるガスの流れにより、粉体が成膜チャンバーに搬送されて、ノズルを通って加速され、基板に噴射される。

このようなＡＤ法を用いた成膜装置における粉体の搬送に、本発明に係る被覆用粉体の付着抑制方法、被覆用粉体搬送方法、被覆用粉体搬送システムを適用することができる。
この場合、上記ＡＤ法を用いた成膜装置が使用される製作プロセスにおいて、粉体の搬送量が長時間において均一に保たれ、均一な条件を長時間維持することができる。

（粉体肉盛り溶接法）
粉体肉盛り溶接法は、高温のプラズマガスを水冷ノズルにより絞り、エネルギー密度の高いプラスマアークとして基材に到達させて、アーク電流を基材に流し、基材表面に溶融池を形成し、キャリアーガスによって搬送されてきた粉体（被覆用粉体）を、プラスマアーク中に送り込んで溶融させた状態で基材上の上記溶融池に投入し、肉盛層を形成するものである。

上記粉体肉盛り溶接法では、肉盛り材料として粉体を用いるので、ワイヤーや棒に加工できなかった難加工材である高硬度材やセラミックスで肉盛り溶接が可能となり、異なる粉体の配合費を変えることで多様な目的に応じた皮膜を形成でき、耐剥離性に優れ、厚めの皮膜を形成できるので、第１級の品質管理が求められる石油、船舶、航空機、輸送機、原子力発電等、広い応用範囲を有している。

粉体肉盛り溶接法を用いた成膜装置における粉体搬送システムとしては、本発明が適用された図１に示す粉体搬送システムと略同様のものを使用することができる。この場合、当該粉体肉盛り溶接法を用いた成膜装置が使用される製作プロセスにおいて、粉体の搬送量が長時間において均一に保たれ、均一な製作条件を長時間維持することができる。
なお、本発明の範囲は、上記した実施形態や実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内の全ての変更が含まれる。

本発明は、搬送管にガスを流し、そこで被覆用粉体を圧送する方法、装置に有効に適用される。

１ プラズマ溶射装置
２ 溶射トーチ
５ 溶射粉体
６ パウダーフィーダー
７ 粉体搬送システム
２５ キャリヤーガス
２６ 搬送路
２７ 搬送管
３２ 電界発生手段
３３ アース部
３４ 電源部
３５ 第１の電極
３６ 第２の電極

Claims (9)

1. ガスが流れる搬送路を有する搬送管で当該搬送路の搬送口に向かって被覆用粉体を気流搬送する際に、当該被覆用粉体が前記搬送路の壁面部分に付着することを抑制する被覆用粉体の付着抑制方法であって、
   前記搬送管の外側に配置された複数の電極に電圧を印加することにより前記搬送路に電界を生じさせ、この電界により前記被覆用粉体を前記ガスの流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させることを特徴とする被覆用粉体の付着抑制方法。
2. ガスが流れる搬送路を有する搬送管で当該搬送路の搬送口に向かって被覆用粉体を気流搬送する被覆用粉体の搬送方法であって、
   前記搬送管の外側に配置された複数の電極に電圧を印加することにより前記搬送路に電界を生じさせ、この電界により前記被覆用粉体を前記ガスの流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させ、当該被覆用粉体が前記搬送路の壁面部分へ付着することを抑制した状態で、当該被覆用粉体を気流搬送すること特徴とする被覆用粉体の搬送方法。
3. 被覆用粉体をガスにより気流搬送するための搬送路を有する搬送管と、
   前記搬送路の搬送口に向かって前記被覆用粉体が気流搬送されるように、当該搬送路へ前記ガスを供給するガス供給手段と、
   前記搬送路に電界を生じさせ、この電界により前記被覆用粉体を前記ガスの流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させることで、前記搬送路の壁面部分への当該被覆用粉体の付着を抑制する電界発生手段と、
   を備えることを特徴とする被覆用粉体搬送システム。
4. 前記電界発生手段は、前記搬送管の外側に配置された２つの第１、第２の電極と、前記第１、第２の電極のうち一方に接続され電圧を印加する電源部と、前記第１、第２の電極のうち他方に接続されたアース部と、を有している請求項３に記載の被覆用粉体搬送システム。
5. 前記第１、第２の電極は、細長状に形成されており、前記搬送管の外周で螺旋状に巻回されている請求項４に記載の被覆用粉体搬送システム。
6. 前記第１、第２の電極は、前記搬送管を挿通可能なリング状に形成されており、前記搬送管へ前記被覆用粉体が入る搬送管入口に装着されている請求項４に記載の被覆用粉体搬送システム。
7. 前記第１、第２の電極は、前記被覆用粉体を前記搬送路の略横断面方向に飛翔移動させるように設けられている請求項４〜６のいずれかに記載の被覆用粉体搬送システム。
8. 被覆用粉体を溶融させ基材へ衝突させることで当該基材の表面に皮膜を形成する成膜部と、
   前記成膜部へ導入する前記被覆用粉体を貯留し排出する粉体供給部と、
   前記被覆用粉体を前記粉体供給部から前記成膜部へ搬送する被覆用粉体搬送システムと、を備えた被覆装置において、
   前記被覆用粉体搬送システムが、請求項３〜７のいずれかに記載の被覆用粉体搬送システムであることを特徴とする被覆装置。
9. 搬送管の搬送路を流れるガスにより気流搬送されて成膜部へ導入された被覆用粉体を、溶融させ基材へ衝突させることにより当該基材の表面に皮膜を形成する皮膜の形成方法において、
   前記搬送管の外側に配置された複数の電極に電圧を印加することにより前記搬送路に電界を生じさせ、この電界により前記被覆用粉体を前記ガスの流れ方向と異なる方向へ飛翔移動させ、当該被覆用粉体が前記搬送路の壁面部分へ付着することを抑制した状態で、当該被覆用粉体を気流搬送し前記成膜部へ導入することを特徴とする皮膜の形成方法。

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