JP2017075353A - Spray coating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワークに溶射膜を成膜する溶射装置に関する。 The present invention relates to a thermal spraying apparatus that forms a thermal spray film on a workpiece.
従来、溶射は、熱交換器やガスセンサといった自動車部品に耐腐食性または耐高温性の金属、セラミック等の溶射膜を形成するために、用いられることが知られている。特許文献1に開示されるように、ワークに溶射膜を成膜する溶射装置は、溶射ブース内に設置される溶射ガン、溶射ブース外に設置されるコンプレッサ及び集塵機によって構成されている。
Conventionally, it is known that thermal spraying is used to form a sprayed film of corrosion resistant or high temperature resistant metal, ceramic, or the like on automobile parts such as heat exchangers and gas sensors. As disclosed in
溶射は数千度〜一万度の溶射フレームを吹き付けるため、溶射ブース内は高温になりやすい。このため、特許文献1のような構成において、溶射ブースは、輻射距離を大きくするため、広い空間をもつように大型になり、溶射ブースが高温にならないようにしていると考えられる。また、コンプレッサが大量の空気を送風し、溶射ブース内の高温気体を希釈して、溶射ブース内を低温化させる。さらに、集塵機が溶射ブース内に飛散した粉塵を回収しつつ、大量の高温気体を排気して、溶射ブース内を低温化させる。大量の空気が送風され、排気されるので、大量のエネルギを消費する。
Since spraying sprays a spray frame of several thousand degrees to 10,000 degrees, the temperature in the spraying booth tends to be high. For this reason, in a structure like
エネルギ消費を抑制するために、溶射ブースを小型にして、送風及び排気する空気を減らすことが考えられる。しかし、溶射ブースを小型にすると、輻射距離が小さくなるため、溶射ブース内が高温になりやすくなる。溶射ブース内が高温になるとき、用いられる機器の耐熱温度を超え、溶射装置が壊れる虞がある。 In order to suppress energy consumption, it is conceivable to reduce the air to be blown and exhausted by reducing the size of the thermal spray booth. However, if the thermal spray booth is made smaller, the radiation distance becomes shorter, and therefore the temperature in the thermal spray booth tends to become high. When the temperature in the thermal spray booth becomes high, the heat resistance temperature of the equipment to be used may be exceeded and the thermal spraying device may be broken.
本発明は、上述の問題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、小型の溶射ブースにおいても、溶射ブース内が高温となることを抑制することができる溶射装置を提供することにある。 The present invention was created in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a thermal spraying apparatus that can suppress the inside of a thermal spraying booth from becoming high temperature even in a small thermal spraying booth. .
本発明は、溶射膜(53)を成膜する溶射装置(1)である。
溶射装置は、溶射ガン(10)、溶射ブース(40)、コンプレッサ(35)及び集塵機(36)を備える。
溶射ガンは、ワーク(50)に対向するノズル口(21)から粉体材料(11)を溶融させた溶射フレーム(15)を噴射する。また、溶射ガンは、溶射フレームをワークに吹き付けて、溶射膜を成膜する。
The present invention is a thermal spray apparatus (1) for forming a thermal spray film (53).
The thermal spraying device includes a thermal spray gun (10), a thermal spray booth (40), a compressor (35), and a dust collector (36).
A thermal spray gun injects the thermal spray flame | frame (15) which fuse | melted powder material (11) from the nozzle opening (21) facing a workpiece | work (50). The spray gun sprays a spray frame on the work to form a sprayed film.
溶射ブースは、筒状で、ワークが内部に設置され、溶射ガンが挿入される挿入穴(41)を有する。
コンプレッサは、溶射ブース内の入口部(42)へ気体を送風する。
集塵機は、溶射ブース内の出口部(43)から気体を吸引し、排気中の粉塵(23)を排気する。
溶射ブース内を入口部から出口部に向かって流れる気流が溶射フレームを横切って通過可能なように、気体の流速及び溶射ブースの径が設定されている。
The thermal spray booth is cylindrical and has an insertion hole (41) in which a workpiece is installed and a thermal spray gun is inserted.
The compressor blows gas to the inlet (42) in the spraying booth.
The dust collector sucks the gas from the outlet (43) in the spraying booth and exhausts the dust (23) in the exhaust.
The gas flow velocity and the diameter of the spray booth are set so that the airflow flowing from the inlet to the outlet through the spray booth can pass across the spray frame.
本発明の溶射装置は、入口部から出口部に向かう気流が溶射フレームを通過可能である。これにより、気流が溶射フレームを横切って通過可能であるため、熱源となる溶射ガンの排気側まで気流が到達する。 In the thermal spraying apparatus according to the present invention, the airflow from the inlet portion toward the outlet portion can pass through the thermal spray frame. Thereby, since the airflow can pass across the thermal spraying frame, the airflow reaches the exhaust side of the thermal spray gun as a heat source.
排気側まで気流が到達することで、溶射ブース内の空気及び溶射ブースの壁面から吸熱する熱量は大きくなる。吸熱量が大きくなるため、溶射ブース内は冷却されやすい。したがって、小型の溶射ブースにおいても溶射ブース内が高温になることが抑制される。 When the airflow reaches the exhaust side, the amount of heat absorbed from the air in the spray booth and the wall surface of the spray booth increases. Since the amount of heat absorption increases, the inside of the thermal spray booth is easily cooled. Therefore, even in a small thermal spraying booth, it is possible to suppress the inside of the thermal spraying booth from becoming high temperature.
以下、本発明による溶射装置を図面に基づいて説明する。複数の実施形態及び製造方法の説明において、第1実施形態と実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明する。また、「本実施形態」とは、第1実施形態及び第2実施形態を包括していう。本実施形態では、溶射ガンとして、プラズマ溶射ガンを用いる。
(第1実施形態)
Hereinafter, a thermal spraying apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the plurality of embodiments and the manufacturing method, the same reference numerals are given to the substantially same configurations as those in the first embodiment. The “present embodiment” includes the first embodiment and the second embodiment. In this embodiment, a plasma spray gun is used as the spray gun.
(First embodiment)
第1実施形態による溶射装置1を、図1〜図3を参照して、説明する。
図1を参照して、溶射装置1の構成を説明する。
図1に示すように、溶射装置1は、プラズマ溶射ガン10、ワーク50、溶射ブース40、排気ダクト44、フィーダ31、電源装置32、作動ガス供給装置33、冷却装置34、コンプレッサ35及び集塵機36を備える。
The
With reference to FIG. 1, the structure of the
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、プラズマ溶射ガン10は、ハウジング14、電極24、ノズル13、材料ポート12を有する。
As shown in FIG. 2, the
ハウジング14は、電極24及びノズル13を収容する。
電極24は、陽極16と陰極17とで構成されている。電極24は、例えば、タングステンが用いられる。
陽極16は、正極性電極であり、ハウジング14に隣接する。陰極17は、負極性電極であり、ハウジング14の径方向に対して、陽極16よりも内側に設置される。電極24に電力が供給されるとき、電極24は、陽極16と陰極17との間で電子が飛び出して、アーク放電を発生させる。
The
The
The
ノズル13は、陽極16と陰極17との間で形成され、先端側における先端部20にノズル口21と基端側における基部18に作動ガス受入口22とを含む。ノズル口21の径方向の中心をノズル口中心Oとする。作動ガスが作動ガス受入口22からノズル口21へ流れるように、ノズル13が形成されている。
The
材料ポート12は、ハウジング14の外部における先端面19に隣接し、装着される。供給方式は、材料ポート12を経由して、ノズル口21から噴射される溶射フレーム15に粉体材料11が供給される外部供給方式である。材料ポート12をハウジング14内に装着して、内部供給方式としてもよい。
The
プラズマ溶射ガン10は、アーク放電によりプラズマを発生させ、プラズマにより粉体材料11を溶融させた溶射フレーム15を形成する。粉体材料11は、棒状の材料を用いてローカイド溶射としてもよい。
The
また、プラズマ溶射ガン10は、ワーク50に対向するノズル口21から溶射フレーム15を噴射し、重力方向下方と同方向に向かって、溶射フレーム15をワーク50に吹き付けて、溶射膜53を成膜可能とする。
Further, the
溶射フレーム15は、ノズル口21から噴出されるプラズマに、材料ポート12を介して粉体材料11を供給し、プラズマで溶融及び加速された溶射材料の流れである。
ワーク50は、ステージ51上で、成膜面52を溶射ブース40内の溶射ガン10に対向する位置に配置されている。
The
The
図1に示すように、溶射ブース40は、重力方向下方に対して、溶射ブース60の軸方向が水平に設置される。
図3に示すように、溶射ブース40は、筒状で、傾斜部45、入口部42及び出口部43を有する。また、溶射ブース40は、側面に溶射ガン10が挿入される挿入穴41を有し、内側面48に接合される板状のステージ51を支持している。
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 3, the
傾斜部45は、溶射ガン10に対向する内側面48が斜面で、入口部42から出口部43に向かって、重力方向下方に傾斜するように形成されている。傾斜部45により、また入口部42から出口部43に沿って径及び径内の面積が拡大する。傾斜部45は、内側面48の一部が斜面または階段状であってもよい。
The
入口部42及び出口部43は、溶射ブース40の軸方向と平行の軸を含み、対向している。
入口部42の径を入口径D1とし、出口部43の径を出口径D2とする。出口径D2が、入口径D1より大きい、すなわち、D1<D2 の関係となるように形成されている。また、入口部42の径内の面積をS1とし、出口部43の径内の面積をS2とする。出口径D2が、入口径D1より大きいので、出口部面積S2は、入口部面積S1よりも大きくなるように形成されている。
The
Let the diameter of the
さらに、溶射ブース40外で重力方向下方に位置し、溶射ブース40の軸方向と平行する仮想線Iから入口部42までの高さをH1とし、仮想線Iから出口部43までの高さをH2とする。高さH1が、高さH2より大きい、すなわち、H1>H2 の関係となるように形成されている。
Further, the height from the imaginary line I to the
傾斜部45と出口部43の垂線Pとのなす角度をθとし、角度θは、0<θ<90 の関係となるように形成される。角度θは任意に設定される。溶射ブース40内の空気の流速V及び溶射ブースの径によって最適に調整される。
The angle formed by the
排気ダクト44は、筒状で溶射ブース40の出口部43とL字に連結されている。また、排気ダクト44は、出口部43に対向する内壁49、重力方向下方に開口する排気部46及び出口部43から排気部46に沿うように湾曲する湾曲部47を含む。
The
入口部42からノズル口中心Oまでの距離L1とし、内壁49からノズル口中心Oまでの距離をL2とする。距離L2は、距離L1よりも小さい、すなわち、L1<L2 となるように、溶射ブース40及び排気ダクト44が形成されている。
The distance L1 from the
フィーダ31は、溶射ブース40外に設置され、材料ポート12に接続され、粉体材料11を材料ポート12に供給する。また、フィーダ31は、図示しないディスク盤に入る粉体材料11をすり切りして払い出して、粉体材料11を供給する。
The
電源装置32は、高電力ケーブルで電極24に接続され、作動ガスをプラズマに可能な電力を電極24へ供給する。
作動ガス供給装置33は、溶射ガン10の作動ガス受入口22に接続され、作動ガスを供給する。作動ガスは、例えば、アルゴン、ヘリウム、水素、窒素である。
冷却装置34は、溶射ガン10に冷却水を供給する。供給された冷却水は循環し、循環される冷却水により、溶射ガン10は冷却される。
The
The working
The
コンプレッサ35は、配管で溶射ブース40の入口部42に接続され、気体として空気を用いる。コンプレッサ35は、入口部42から出口部43へ空気を送風する。
集塵機36は、配管で排気部46に接続され、排気部46から溶射ブース40内の空気を吸引し、成膜に寄与しなかった粉体材料11である粉塵23を回収する。粉塵23は、プラズマで溶融されなかった、または、プラズマで溶融された粉体材料11が冷却されて再凝固した粉体材料11である。
The
The
コンプレッサ35と集塵機36とにより、入口部42から出口部43へ向かって流れる空気の流れである気流が形成される。
気流は、溶射フレーム15を横切って通過可能なように、溶射ブース40内の空気の流速及び溶射ブースの径が設定されている。また気流は、入口部42から出口部43までの溶射ブース40内の空気を希釈する。
The
The air velocity in the
気流は、乱流であり、レイノルズ数Reが2300を超える、すなわち、Re>2300 の状態である。レイノルズ数Reは、例えば、以下の式(1)で表される。入口部42の流速V、入口部42の径をD、空気の動粘度νとする。
Re=(V×D)/ν ・・・(1)
The airflow is turbulent and the Reynolds number Re exceeds 2300, that is, Re> 2300. The Reynolds number Re is represented by the following formula (1), for example. The flow velocity V of the
Re = (V × D) / ν (1)
流速V及び径Dは、溶射ブース40内の気体、温度もしくは圧力といった使用環境または溶射条件によって、乱流となるように、コンプレッサ35、集塵機36、溶射ブース40及び排気ダクト44で調整される。
The flow velocity V and the diameter D are adjusted by the
気流が乱流であることで、溶射フレーム15を横切って通過可能である。乱流は、慣性力が大きい流れであるため、入口部42から出口部43へ向かう方向のまま突き進もうとする。したがって、流速が大きい溶射フレーム15によって、気流は速度が変更されず、通過することが可能である。
Since the airflow is turbulent, it can pass across the
溶射装置1の作動について説明する。
溶射ガン10の作動ガス受入口22に、作動ガス供給装置33から作動ガスが供給される。また、電源装置32が電極24に電力を供給し、電極24からノズル口21近傍に向かって電子が飛び出しアーク放電が発生する。
The operation of the
The working gas is supplied from the working
アーク放電により、作動ガスがイオン化し、プラズマになり、プラズマがノズル口21から噴出される。同時に、フィーダ31から供給された粉体材料11が材料ポート12を経由して供給される。噴射されるプラズマが供給された粉体材料11を溶融し、溶射フレーム15が形成される。
By the arc discharge, the working gas is ionized to become plasma, and the plasma is ejected from the
溶射フレーム15がワーク50に吹き付けられ、溶射膜53が成膜される。溶射膜53が成膜されるとき、気流が溶射フレーム15を通過する。通過する気流が、出口部43を介して排気部46に粉塵23を運ぶ。運ばれた粉塵23を集塵機36が回収する。また、気流が入口部42から出口部43に向かって溶射ブース40内を通過し、溶射ブース40内の高温となる空気を希釈して、溶射ブース内を低温化させる。
(効果)
The
(effect)
本実施形態では、気流が溶射フレーム15を横切って通過可能であるため、熱源となる溶射ガン10の排気側まで気流が到達する。また、溶射ブース40内の距離L1が距離L2より小さいことで、気流が溶射ガン10の排気側まで到達しやすい。
In the present embodiment, since the airflow can pass across the
排気側まで気流が到達することで、溶射ブース40内の空気及び溶射ブースの壁面から吸熱する熱量は大きくなる。吸熱量が大きくなるため、溶射ブース40内は冷却されやすい。これにより、溶射ブース40内が高温になることを抑制することができる。したがって、溶射ブース40を小型にした場合においても、溶射装置の機器の耐熱温度を超え、溶射装置が壊れることを防止することができる。
When the airflow reaches the exhaust side, the amount of heat absorbed from the air in the
プラズマを用いる溶射は、他の溶射の中でも溶射フレームが高温であるため、輻射により溶射ブース40内が高温になりやすい。したがって、プラズマを用いる溶射において、溶射ブース内の高温を抑制する効果が特に発揮される。
In the thermal spraying using plasma, since the thermal spray frame is hot among other thermal sprays, the inside of the
溶射ブース40が傾斜部45を有することで、内側面48に粉塵23が堆積するよりも前に、重力により内側面48に落下する粉塵23が排気部46に流動しやすくなる。これにより、落下する粉塵23が排気部46に流動することで、内側面48に粉塵23の堆積することが防止される。また、排気ダクト44の排気部46が重力方向下方に開口されているので、粉塵23が重力により、集塵機36に流れやすくなり、集塵機36の回収効率が向上する。
Since the
溶射ブース40の入口部42から出口部43に沿って溶射ブース40の径及び面積が拡大されているので、溶射ブース内で渦が発生しやすくなる。発生する渦が溶射ブース内で堆積する粉塵23を巻き上げ、粉塵23が排気部46に到達しやすくなる。これにより、集塵機36の回収効率が向上する。
Since the diameter and area of the
(第2実施形態)
図4を参照して、第2実施形態による溶射装置2の構成を説明する。第2実施形態は、排気ダクト44を有しない点を除き、第1実施形態と同様である。集塵機36が出口部43に接続され、溶射ブースの形状が異なる。それ以外は共通である。
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 4, the structure of the
図4に示すように、溶射ブース60は、重力方向下方に対して、溶射ブース60の軸方向が水平に設置され、円筒状である。また、溶射ブース60は軸方向の長さが一様となるように形成されている。
As shown in FIG. 4, the
入口部42からノズル口中心Oまでの距離をL1とし、出口部43からノズル口中心Oまでの距離をL3とする。さらに、溶射ブース40は、距離L1が距離L3よりも小さい、すなわち、L1<L3 となるように形成されている。
(効果)
The distance from the
(effect)
第2実施形態においても、気流が溶射フレーム15を通過可能であるため、熱源となる溶射ガン10の排気側まで気流が到達する。また、溶射ブース40内の距離L1が距離L3より小さいことで、気流が溶射ガン10の排気側まで到達しやすく、本実施形態と同様の効果を奏する。
Also in the second embodiment, since the airflow can pass through the
(その他実施形態)
(ア)溶射ガン10は、溶射フレーム15を高速フレーム溶射(所謂、HVOF溶射)、ガスフレーム溶射、アーク溶射、爆発溶射により形成されてもよい。本実施形態と同様の効果を奏する。
(Other embodiments)
(A) The
(イ)溶射ブース40及び排気ダクト44の形状は、円筒状に限らない。多角形状の筒にしてもよい。また、溶射ブース40が小型に限らず、大型の溶射ブースに対して、気流が溶射フレーム15を横切って通過可能となるように、気体の流速V及び径Dを設定してもよい。溶射ブース40の形状や大きさを問わず、本実施形態と同様の溶射ブースが高温となることを抑制する効果を奏する。
(ウ)コンプレッサ35が送風する気体は、空気に限らず、乾燥空気または窒素を用いてもよい。本実施形態と同様の効果を奏する。
(A) The shapes of the
(C) The gas blown by the
(エ)図5に示すように、溶射ブース61は、溶射ブース61の軸方向が重力方向下方と同一方向としてもよい。また、プラズマ溶射ガン10が水平に設置され、溶射膜53が成膜されてもよい。本実施形態と同様の効果を奏する。
(オ)図6に示すように、溶射ブース62は、傾斜部45が溶射ブース62内部で形成されてもよい。本実施形態と同様の効果を奏する。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
(D) As shown in FIG. 5, the
(E) As shown in FIG. 6, the
As mentioned above, this invention is not limited to such embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can implement with a various form.
10 ・・・溶射ガン(プラズマ溶射ガン)、
11 ・・・粉体材料、
15 ・・・溶射フレーム、
21 ・・・ノズル口、
35 ・・・コンプレッサ、
36 ・・・集塵機、
40 ・・・溶射ブース、
41 ・・・挿入穴、
42 ・・・入口部、
43 ・・・出口部、
50 ・・・ワーク、
53 ・・・溶射膜。
10 ... Spray gun (plasma spray gun),
11 ... Powder material,
15 ... sprayed frame,
21 ... Nozzle opening,
35 ・ ・ ・ Compressor,
36 ・ ・ ・ Dust collector,
40 ... spraying booth,
41 ... insertion hole,
42 ・ ・ ・ Inlet part,
43 ... Exit part,
50 ・ ・ ・ Work,
53 ... Sprayed film.
Claims (7)
筒状で、前記ワークが内部に設置され、前記溶射ガンが挿入される挿入穴(41)を有する溶射ブース(40)と
前記溶射ブース内の入口部(42)へ気体を送風するコンプレッサ(35)と、
前記溶射ブース内の出口部(43)から前記気体を吸引し、排気中の粉塵(23)を回収する集塵機(36)と、
を備え、
前記溶射ブース内を前記入口部から前記出口部に向かって流れる気流が前記溶射フレームを横切って通過可能なように、前記気体の流速及び前記溶射ブースの径が設定されている溶射装置。 A thermal spray frame (15) in which the powder material (11) is melted is sprayed from a nozzle port (21) facing the work (50), and the thermal spray frame is sprayed onto the work to form a thermal spray film (53). A spray gun (10)
Compressor (35) which is cylindrical and has a workpiece installed therein, and has an insertion hole (41) into which the spray gun is inserted, and a gas blower to the inlet (42) in the spray booth )When,
A dust collector (36) for sucking the gas from an outlet (43) in the spraying booth and collecting dust (23) in the exhaust;
With
The thermal spraying apparatus in which the flow velocity of the gas and the diameter of the thermal spray booth are set so that the airflow flowing from the inlet to the outlet through the thermal spray booth can pass across the thermal spray frame.
重力方向と平行する前記出口部とL字に連結し、前記集塵機に接続される排気部(46)と前記出口部に対向する内壁(49)とを有する排気ダクト(44)をさらに備え、
前記排気部は、重力方向下方に向けて開口する請求項1に記載の溶射装置。 The thermal spray booth is installed horizontally,
An exhaust duct (44) connected to the outlet portion parallel to the direction of gravity and L-shaped and having an exhaust portion (46) connected to the dust collector and an inner wall (49) facing the outlet portion;
The thermal spraying device according to claim 1, wherein the exhaust portion is opened downward in a gravitational direction.
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