JP2695950B2

JP2695950B2 - 線材・粉末式熱スプレーガン

Info

Publication number: JP2695950B2
Application number: JP1331465A
Authority: JP
Inventors: アントニー・ジエイ・ロトリコ
Original assignee: ザ・パーキン‐エルマー・コーポレイシヨン
Priority date: 1988-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1998-01-14
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: EP0374703B1; CA2004682A1; DE68917105D1; DE68917105T2; BR8906717A; US4928879A; EP0374703A2; EP0374703A3; JPH02245258A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、熱吹付け、詳細には線材および粉末を同時
に燃焼熱吹付けするための方法とガンに関する。

従来の技術フレームスプレーとしても知られる熱吹付けは加熱溶
融性材料、例えば金属またはセラミツクの加熱軟化およ
び軟化した材料を粒状で被覆すべき表面へ向けて駆動す
ることを包含する。加熱された粒子は表面へ衝突し、こ
こで急冷されて、表面へ付着せしめられる。熱スプレー
ガンは加熱と粒子の駆動との両方の目的に使用される。
例えば米国特許第3455510号、同第3171599号明細書に記
載されたようなタイプの熱スプレーガンでは低速燃焼フ
レームが使用されかつ加熱溶融性材料は粉末状でガンへ
供給される。かかる粉末は普通小さな粒子、例えば100
メツシユの米国標準篩寸法（149ミクロン）〜約２ミク
ロンデある。粉末を連行し、運搬するキヤリヤガスは燃
焼ガスの１つまたは不活性ガス、例えば窒素であつてよ
く、または単に圧縮空気であつてもよい。他の加熱手
段、例えばアークプラズマ、電弧、抵抗ヒータまたは誘
導ヒータも同様に使用してもよく、これらは単独でまた
は他の形のヒータと組合せて使用することができる。

あるいは米国特許第3148818号明細書（チヤーロツプ
（Charlop））、同第2361420号明細書（シエパード（Sh
epard））に記載されているように、材料は棒または線
材の形で加熱ゾーン内へ供給してもよい。線材式熱スプ
レーガンでは吹付けるべき材料の棒または線材は何らか
のタイプのフレーム、例えば燃焼フレームによつて形成
される加熱ゾーン内へ供給され、ここで材料は溶融さ
れ、または少なくとも加熱軟化され、かつ微細化ブラス
トガス、例えば圧縮空気によつて噴霧され、次いで微細
に分散された形で被覆すべき表面へ向けて駆動される。

最新のロケツト形でスプレーガンが米国特許第441642
1号明細書（ブラウニング（Browning））に記載されて
いる。この形のガンは内部燃焼室を備えており、高圧燃
焼放出物が環状開口を通つて長いノズル室の絞られたノ
ド部へ導かれる。粉末または線材または環状開口内部を
軸方向にノズル室内へ供給されて加熱され、かつ燃焼放
出物によつて駆動される。

短ノズル形吹付け装置は高速燃焼吹付けについて仏国
特許第1041056号明細書（ユニオン・カーバイト・コー
プ（Union Carbide Corp.））および米国特許第2317173
号明細書（ブレークリ（Bleakley））に記載されてい
る。粉末は軸方向に溶融室内の燃焼ガスの環状流内部へ
供給される。環状の空気流は同軸的に燃焼ガス流の外側
へ、室の壁に沿つて噴出せしめられる。加熱され粉末を
含んだ吹付け流は燃焼室の開放端部から出る。

これらの短ノズル形装置は上記米国特許第3148818号
明細書に開示されたタイプを市販の線材式スプレーガン
に類似したノズル構造を有している。しかし線材式ガン
は全く異なる作用をし、燃焼フレームはガン上のエアキ
ヤツプから約1.27cm〜2.54cm（0.5〜1.0インチ）延びた
線材先端を溶融し、かつ空気が溶けた材料を先端から噴
霧し、かつこれらの滴を駆動する。線材式ガンは50年以
上にわたつて広く市販されてきたにもかかわらず、一般
に中程度の速度での吹付けにのみ使用されてきた。

熱スプレーガンは一般に粉末および線材の両方を同時
に吹付けるよりむしろいずれかの吹付けのためのもので
ある。例外は米国特許第3312566号明細書（第６図；ウ
インツエラー（Winzeler）他）であり、この明細書には
棒がプラズマジエツトの片側へ供給され、かつ粉末が他
方の側へ供給される形式のプラズマスプレーガンが開示
されている。当業者は供給材料が、これが供給される方
のプラズマジエツト皮で運ばれる傾向を認めよう。した
がつて吹付け流内における棒材料と粉末材料の完全な混
合は余り期待できない。

もう１つの例外は米国特許第223304号明細書（ブレー
クリ（Bleakley））であり、これには粉末、例えばグラ
フアイトを加熱フレームおよび墳霧化ガスの前方へ、し
かも環状にその外側へ導入するための、燃焼線材式
（棒）ガンへのアタツチメントが開示されている。皮膜
中における粉末と線材材料の混合を目指したが、この特
許は明らかに墳霧化ガスによる粉末とその隣りの溶融粒
子との分離を与える。

合金シースと粉末コアから形成された複合線材が米国
特許第4741974号明細書（ロンゴ（Longo）他）に記載さ
れている。かかる線材は熱吹付けには全く効果的であつ
たが、特別な製造を必要とし、かつシース用合金とコア
材料の材料および相対的割合に関して完全な選択を許さ
ない。

熱吹付けは吹付け材料の溶融または少なくとも表面加
熱軟化を包含しているので、溶融しにくい粉末、例えば
大ていの炭化物、硼化物、窒化物は材料ヘバインダを混
入しないとガンへ供給できない。したがつて炭化タング
ステン粉末のような材料は普通炭化物と一緒に溶融また
は焼結した一体のコバルトバインダを含有している。熱
吹付け用の他の粉末は１材料を他の材のコア上へ複合ま
たは被着することによつて形成される。かかる要求は費
用に加わり、かつ皮膜組成の融通性を制限する。また複
合または被着は普通の熱スプレーガンを用いてきわめて
望ましい品質の皮膜および最適な付着効率を与えるのに
完全には十分ではない。

発明が解決しようとする問題点本発明の課題は、線材および粉末を同時に吹付けるた
めの改良された熱吹付け装置を提供すること、吹付け流
内の線材材料と粉末との混合が改善される、線材および
粉末のための熱スプレーガンを提供すること、線材およ
び粉末が別個に供給される、新規熱スプレーガンを提供
すること、新規の皮膜を形成するための熱吹付け装置と
方法を提供すること、緻密で強靭な、熱吹付け皮膜を形
成するための方法と装置を提供すること、および高速で
燃焼熱吹けするための新規方法と装置を提供することで
ある。

問題点を解決するための手段上記および他の課題は、環状の加熱フレームを発生す
るためのノズル手段と、加熱溶融性材料の線材を、この
線材が先端で加熱フレームによつて溶融せしめられるよ
うに軸方向にノズルから加熱フレーム内へ供給するため
の線材用手段と、溶融した材料を線材先端から細かく分
離し、かつこの分離された材料を吹付け流中で駆動する
ための分離手段とを備えた熱スプレーガンを用いて達成
される。ガンは更に粉末流を同軸的に線材と加熱フレー
ムとの間で供給し、こうして粉末と上記の分離された材
料とを吹付け流中で混合するための粉末用手段を備えて
いる。

優れた構成では緻密で強靭な皮膜を形成するための線
材材料と粉末は高速で一緒に吹付けられる。ガンはノズ
ル面を有するノズル部材とこのノズル部材から延びたガ
スキヤツプとを備え、ガスキヤツプは、軸線と開放端部
とこれとは反対側にノズル面で制限された端部とを有す
る燃焼室を形成する円筒形の壁内面を持つている。可燃
性ガス用手段は燃焼ガスと酸素の可燃性混合物の環状流
をノズル部材から同軸的に燃焼室内へ噴出させる。外側
ガス用手段は圧縮された不燃性ガスの環状外側流を半径
方向でみて可燃性混合物の環状流の外側へ円筒形の壁に
隣接して噴出させる。線材用手段は加熱溶融性の熱吹付
け用線材をノズルから燃焼室内の、線材先端が形成され
るポイントへ供給する。粉末用手段は粉末をキヤリヤガ
ス中で環状にノズル部材から燃焼室内へ、同軸的に可燃
性混合物と線材との間へ供給し、可燃性混合物を燃焼さ
せると粉末と加熱溶融性材料を混合して微細に分散され
た形で含有した吹付け流が開放端部から駆動されるよう
にして構成されている。

有利には内側ガス用手段が圧縮ガスの環状内側流をノ
ズル部材から燃焼室内へ線材の隣りへ噴出させ、かつ中
間ガス用手段が圧縮ガスの環状中間流をノズル部材から
燃焼室内へ同軸的に可燃性混合物と粉末／キヤリヤガス
との間へ噴出させる。

実施例本発明を導入した熱吹付け装置が第１図に示されてい
る。熱スプレーガン10はガスヘツド12と燃料、酸素およ
び空気のための弁装置16とを備えており、ガスヘツドに
はリテイナリング15でもつてガスキヤツプ14が取付けら
れている。弁装置は燃料ガス用のホースの接続部18を持
つ。酸素および空気のための２つの他のホース接続部
（図示せず）は接続部18から横方向に間隔を置いて、第
１図の図平面の上下に位置している。３つの接続部はそ
れぞれホースを介して燃料源20、酸素源22および空気源
24から接続されている。円筒形の弁26は接続部からガン
内への各ガスの流れを制御する。

円筒形のサイフオンプラグ28がガスヘツド内の対応す
る孔内へ嵌込まれており、その上の複数のＯ−リング30
が気密のシール性を保持している。サイフオンプラグに
は中央通路32と、複数の連絡通路38（２つ図示されてい
る）を備えた環状のみぞ34およびもう１つの環状のみぞ
36が設けられている。第１図に示されているように開放
位置の弁26では酸素はホース40から接続部（図示せず）
および弁26を通つて通路42（一部図示）内へ流れ、ここ
から酸素はみぞ34内へ流れ、かつ通路38を通過する。

ほぼ同様の構成が、燃料ガスを燃料源20からホース46
を介して接続部18、弁26、通路48を通つてみぞ36内へ流
通させるために設けられており、燃料ガスは酸素と混合
して、可燃性混合物として通路38に整列した通路50を通
つて環状のみぞ53内へ入る。第２図も参照すると、環状
のみぞ53はノズル部材54の後部表面に隣接した位置にあ
り、ノズル部材の前方端部の面58には環状開口55が形成
されており、みぞ53から環状の通路56を介して供給され
る。開口55はガスキヤツプ14との同軸的な、面58上の円
形箇所で連通している。みぞ53からの可燃性混合物は通
路56を通過して環状流を形成し、かつノズル部材54の面
58で点火される。

ノズル部材54は有利には管形の内側部分59と管形の外
側部分60から構成されている。明細書および特許請求の
範囲で使われる“内側”は軸線に近い側を示し、かつ
“外側”は軸線から遠い側を示す。また“前方”または
“前方へ”はガンの開放端部へ向かう方向を示し、かつ
“後方”、“後方”、“後方へ”はその逆の方向を示
す。内側部分59と外側部分60とは協働して可燃性混合物
の環状流を燃焼室内へ噴出するための外側環状オリフイ
ス手段を形成している。オリフイス手段は有利には前方
の環状の開口55を包含しており、この開口の半径方向で
みて内側は内側部分の面58の壁外面57によつて形成され
ている。みぞ53から環状の開口55までの通路56は角度的
には間隔を置いて位置した複数のオリフイスであつてい
いが、環状オリフイスであると有利である。

ノズルナツト62がノズル部材54およびサイフオンプラ
グ28をガスヘツド12上に保持している。更にＯ−リング
61が気密シールのために通常ノズル部材54とサイフオン
プラグ28との間に設けられている。ノズル部材54はガス
キヤツプ14内に延びている。ガスキヤツプはリテイナリ
ング15によつて所定位置で保持されていて、ノズルから
よりも前方へ延びている。ノズル部材54はまだガン10の
後部から供給される吹付け用線材63のために通路32の延
長部として前方へ延びた軸方向の孔64を持つ（第１
図）。

空気または不燃性ガスは供給源24からホース65を介し
て接続部（図示せず）、弁26および通路66（一部示され
ている）を通つてリテイナリング15内部の空間68へ達す
る。ノズルナツト62内の横開口70が空間68をガスキヤツ
プ14内の円筒形の燃焼室82と接続しており、そのために
空気は外側シースとして空間68からこれらの横開口70を
通り、次いでノズル部材54の外面と燃焼室82を制限した
円筒形の壁内面86との間の環状のスロツト84を通り、燃
焼室82を環状外側流として通過してガスキヤツプ14内の
開放端部88から出る。燃焼室82は開放端部とは反対側の
内側の端部でノズル部材54の面58によつて制限されてい
る。

後部本体94は線材63のための駆動機構を備えている。
通常の電動機または空気タービン（図示せず）が１対の
ローラ95を駆動する。ローラは歯付き係合機構96を持つ
ていて、線材に係合する。ハンドル98または機構取付け
装置を後部本体に取付けてもよい。

線材63と中央通路32の外面との間の環状の空間100
（第２図）はノズル部材54内へも延びており、ガス、有
利には空気の環状内側シース流をノズルから延びた線材
の周囲へ供給する。空気のこの内側シースは熱いガス
の、線材に沿つた逆流を阻止し、かつエアキヤツプ内の
壁86への吹付け材料沈積の傾向を減少させるのに著しく
寄与する。シース空気は有利には空間68へ供給される空
気からガスへツド12内のダクト102（第１図）を介して
取立され、サイフオンプラグ28の後方部分内の環状のみ
ぞ104へ送られ、かつ少なくとも１つのオリフイス106を
通つて線材63とサイフオンプラグ28との間の環状の空間
100（第２図）内へ達する。かかるオリフイス106（１つ
図示されている）が少なくとも３個、等角度間隔を置い
て配置されていて、十分な空気を供給し、かつ渦流を最
小にするようになつていると有利である。渦流は不都合
にも吹付け材料を外方へ燃焼室82の壁86へ向かつて渦動
させることがある。サイフオンプラグの後部のブシュ10
7が線材を密接に包囲しており、空気の後方への漏れを
最小にする。内側シース空気流は有利には外側シースの
流量の約10〜20％、例えば約15％であるべきである。あ
るいはより良い制御のために内側シースを外側シース空
気とは別個に調整することもできる。

有利に燃焼室82は軸線に対して角度を成して、きわめ
て有利には約２゜〜10゜、例えば５゜の角度を成してノ
ズルから前方へ収れんしている。スロツト84もまた壁86
で測定して、軸線に対して角度を成して、有利には約12
゜〜16゜で、例えば14.5゜で収れんしている。更にスロ
ツト84は環状の空気流が得られるように、例えば面58か
ら開放端部88までの室の長さに比較可能である、十分な
長さを持つていなければならない。更に室の内側部分も
スロツトよりも小さな角度で、より有利には約８゜〜12
゜、例えば10゜で収れんすべきである。この形状は室に
対して収れんする空気流を与え、室壁への粉末沈積を最
小にする。

空気は流量はスロツト84の上流で、例えば後方の狭い
オリフイス92内でまたは別個の流量調整器を用いて制御
すべきである。例えばスロツト84の長さ8mm、スロツト
幅（出口の所で）は0.38mm（1.5cmの円上）であり、か
つガンへの空気圧（空気源24）は、燃焼室82内で圧力4.
2kg/cm²（60psi）の総空気流量425／分（900scfh）を
得るためには4.9kg/cm²（70psi）である。また前出の米
国特許第3530892号明細書に記載されているように着火
位置にある弁26においてブリード孔（bleeder hole）を
整列させると、弁26内の空気孔（図示せず）は着火用の
空気を流通させる。上記の角度および寸法は戻り火なし
の着火を可能にするのに重要である。弁26内の、着火用
の酸素と燃料のためのブリード孔は空気孔と同様図示さ
れていない。

本発明によればノズル部材54は更に環状の粉末噴射用
オリフイス110または環を備えている。第２図に示され
ているように、オリフイスは内側部分59内で中央通路32
に配置された管形の線材ガイド114との間の環状の開口1
12まで穿孔されていてよい。環状の空間100がサイフオ
ンプラグ28およびノズル部材54内部で線材63と線材ガイ
ド114との間に実際に形成されている。粉末用ダクト116
が開口112から後方へ内側部分59、サイフオンプラグ28
およびガスヘツド12内に延びており、ガスヘツド内で
（第１図）粉末用ダクトは粉末フイーダ120から延びた
粉末用ホース118へ接続されており、ガス源122からガス
用ホース124を介して送られる圧縮されたキヤリヤガス
とともに供給される。例えば直径0.8mmのオリフイス10
個が5.6mmの円上に存在する。線材ガイド114の前方端部
は内側部分59へはんだ付けされ、同様にして内側部分59
の後部は線材ガイドへはんだ付けされている。

優れた実施例ではノズル部材54の内側部分54は更に内
部に複数の平行な中間オリフイス126（例えば直径0.89m
mのオリフイス８個）を円（例えば直径2.57mm）上に有
し、これらのオリフイスはガス、有利には空気の環状中
間シース流を開口55と粉末用オリフイス110との間へ供
給する。この空気シースは壁86への粉末材料の沈積の傾
向を更に現象させるのに寄与する。このシース用空気は
有利には通路100から取出され、横方向のダクト128（第
２図）を介して環状のみぞ130へ導かれる。この環状の
みぞはオリフイス126と連通している。かかるオリフイ
ス126は十分な空気を供給するため、かつ不都合にも粉
末を外側へ、燃焼室82の壁86へ向けて渦動させることの
ある渦流を最小にするために等角度間隔を置いて少なく
とも３個設けられていると有利である。オリフイスの寸
法によつて調整されるこの中間シース空気流は外側シー
ス流量の１〜10％、有利には約２〜５％、例えば約３％
であるべきである。あるいは中間シースはより良い制御
のためには外側シース空気とは別個に調整することがで
きる。

もう１つの実施例によれば、第１図、第２図に示され
ているようにノズル部材の内側部分59を燃焼室82内で外
側部分60の前方へ突出させたことにより粉末沈積の機会
が更に最小にされることが判明した。室長はノズル面58
から開放端部88まで、すなわちノズル上の最前点から開
放端部までの最短距離によつて規定することができる。
有利には内側部分上の最前点は室長の約10〜40％、例え
ば30％の距離だ外側部分60よりも前方へ突出している。

内側部分に関する優れた形状が図面に示されている。
その一部が環状の開口55を形成している、ノズルの内側
部分59の外壁57に言及すると、この外壁57は環状の開口
から前方へ、軸線へ向かつて内側に湾曲して延びてい
る。図示されているように、例えばこの湾曲部は内側部
分59上にほぼ半球形の面58を形成するようなものであ
る。燃焼フレームがこれによつて内側へ引かれて流れ、
特に粉末を室の壁86から引離すものと思われる。

本発明を組込む熱スプレーガンの例としてはメトコ・
タイプ12E線材式ガス（Metco Type12E Wiregun）〔ザ・
パーキン−エリマー・コーポレーション（The Perkin−
Elmer Corporation）、ウエストベリー（Westbury）N.
Y.〕が本明細書に記載されたように修正され、かつECエ
アキヤツプまたはＪエアキヤツプおよび本明細書に記載
されたようなノズル部材54と一緒に使用される。サイフ
オンプラグNo.5が増大した酸素の流通を許すために酸素
用の通路38が1.5mmになるように修正され、かつ空気用
オリフイス106が増大した内側の空気流を供給するため
に1.0mmにされている。更にサイフオンプラグは管形の
線材114を受容し、かつ粉末用ダクト116を備え、かつＯ
−リングを付けるように修正されている。このガスヘツ
ドではノズル部材60とガスキヤツプ14との間の環状空気
のためのスロツト84は燃焼室82への入口で0.5mm幅であ
り、かつ管114は3.175mmの線材の場合には3.3mmの内径
を持つ。ガスキヤツプの開放端部88はノズルの最も近い
面から6.4mmの所にある。したがつて燃焼室82は比較的
短かく、かつ、一般に開放端部88の直径の約１倍〜２倍
であるべきである。吹付け流のおよび基材上の付着パタ
ーンの寸法（直径）は開放端部88の直径の選択により選
択することができる。

優れた実施例によれば、角ガスの円筒形の燃焼室への
供給は室内における十分に高い圧力で、例えば周囲気圧
よりも少なくとも３気圧高い圧力で行なわれ、かつ普通
例えばスパーク装置を用いて点火される。その結果燃焼
せしめられたガスと空気の混合物は粉末を連行する超音
速流として開放端部から出よう。燃焼の熱は線材先端を
溶かし、外側シース空気を含むガスの圧力と速度は溶融
した金属を霧状化し、かつこれを高速で駆動して基材上
へ皮膜を付着させる。特にガンへの線材の供給がない場
合にシヨツクダイヤモンドが観測できよう。環状流構成
のために超音速流を達成するには伸長タイプのノズル出
口は必要ない。

線材の速度は、溶かされる線材先端134が開放端部88
近くに位置するように調整されるべきであり、通常の線
材式ガン走査で開口の直径にほぼ等しい距離だけエアキ
ヤツプを超えるのとは異なる。一般に先端134は開放端
部88の平面から開口直径の約25％内側にあるべきであ
る。

更に本発明によれば、通常の線材式ガンに比べて酸素
および燃焼ガス流がスロツト84を流れる外側シースの空
気流の流量に対して比較的高い。それは、本発明では墳
霧化、すなわち溶融線材先端の分離が開放端部88を通る
燃焼生成物の高速度、超音速流によつて一部肩代わりさ
れるからである。

燃焼生成物の流れの基準として酸素流を使うと、酸素
の流量は外側シース空気流の少なくとも約80％、有利に
は90〜100％であるべきである。例えば酸素流量340/m
および外側空気流357/mは酸素イコール空気の95％に
相当し、かつ通常の線材式ガンでは普通MPSガスと酸素
を83/m、空気623/mで操作され、すなわち空気に対
して酸素は14％である。酸素のための通路は、適切な流
れが燃焼ガスと混合して燃焼室内へ少なくとも３気圧で
流入するのを許すような横断面積とは長さを持つべきで
ある。同様に外側空気シースは酸素に対して適切な流れ
を許すようなものであるべきであり、通常の線材式ガン
の空気流が好適である。燃焼ガスは酸素に対する化学量
論的量にはほぼ近く、かつプロパン、水素等であつてよ
い。

本発明用として２つの有利な燃焼ガスはプロピレンガ
スとメチルアセチレン−プロパジエンガス（“MPS"）で
ある。これらの各ガスは戻り火なしに比較的高速の吹付
けと優れた皮膜の達成を可能にする。室内の混合物は超
音速流を保証するために周囲気圧よりも少なくとも２気
圧高い圧力であるべきである。例えばガンへの圧力約7k
g/cm²（100psig）のゲージ圧（大気圧が基準）でプロピ
レンまたはMPSを、10.5kg/cm²（150psig）で酸素、5.6k
g/cm²（80psig）で空気を用いると、粉末流または線材
の供給なしで少なくとも８つのシヨツクダイヤモンドが
吹付け流中に容易に見ることができる。

線材または棒は通常の寸法を持つており、かつ熱吹付
け用線材の誤差は例えば6.4mm〜0.8mm（20規格）の寸法
で変わることができる。線材または棒は一般に引抜きに
より形成してもよく、または粉末と一緒に焼結するかま
たは加熱ゾーンの熱の中で分離し、こうして吹付けられ
るべき粉末を微細に分散した形で放出する有機バインダ
または他の好適なバインダを用いて粉末を結合すること
により形成してもよい。任意の、常用の、または所望の
加熱溶融性材料の熱吹付け用線材を使用することがで
き、一般には金属だが、セラミツクを使用してもよい。

粉末は常用の寸法、一般的に５〜100ミクロン、例え
ば45〜75ミクロン、または10〜45ミクロンの任意の通常
の、または所望の加熱溶融性材料であつてよい。例えば
自己溶融性合金または酸化物、例えばアルミナ、ジルコ
ニア、クロミナまたはニツケル−アルミニウム複合体で
ある。しかし本発明の特徴は不溶融性（大気圧で）また
は溶融しにくい粉末、ダイヤモンド粉末さえ含むことが
できることである。タングステン、チタン、クロム、ジ
ルコニウム、タンタル等の炭化物、硼変物、窒化物を金
属バインダと一緒に、またはこれなしで粉末形で供給す
ることができる。例えば寸法５〜20ミクロンの炭化ケイ
素粉末を1.5kg/時間の流量で同時にニツケル−クロム合
金線材（4kg/時間）と一緒に供給することができ、ニツ
ケル−クロム結合炭化ケイ素皮膜を得る。

別の例は寸法５〜15ミクロンの炭化硼素粉末であり、
6kg/時間でのアルミニウム線材と一緒に2kg/時間で供給
され、アルミニウム中の炭化硼素皮膜を得る。基材およ
び表面調整品は通常の、例えばグリツトブラストされた
鋼である。もう１つの例は線材としての酸化アルミニウ
ム棒と一緒に吹付けられる窒化ケイ素粉末であり、アル
ミナ結合窒化物皮膜が得られる。窒化硼素粉末はニツケ
ル−クロム合金線材とともに供給してもよい。前熱硬化
されたポリマー粉末、例えば高温ポリ（パラオキシルベ
ンゾイル）エステルをバインダの金属線材、例えばケイ
素−アルミニウムまたはアルミニウムブロンズと一緒に
供給することができる。

吹付け速度はある範囲にわたつて任意である。すなわ
ち速度は標準的なガス圧および流量を用いた、通常の燃
焼線材式吹付け方法と似たものであつてよい。しかし上
述のように、ここで詳述した装置および方法の具体例で
達成されるような、より高い超音速が有利である。微細
な酸化物分散および線材合金マトリクス中の粉末材料の
均一な分散を持つ緻密な皮膜構造が特に高速で得られ
る。

一般に本発明の高速燃焼方法は次の利点を与える：鍛
造構造に近い高結合性皮膜；酸化物分散強化構造を形成
する可能性；全ての金属加工処理、例えばミリング、ド
リリング、タツピングを適用可能である厚い皮膜を適用
する能力；フリースタンデイング構造を展開させるため
に使用できる厚い皮膜を適用する能力；反応性の金属、
例えばチタン、マグネシウムの皮膜を真空技術に用いず
に適用する可能性および入手可能な線材の化学に異存し
た無定形構造を適用する可能性。低い酸化物含量、高い
結合強度、低密度および高い強靭さの組合つた皮膜品質
は公知技術のプラズマ皮膜およびデトネーシヨンガン皮
膜をしのぐ。粉末の含有はかかる線材式皮膜に対して点
火物を用いる種々の皮膜組成にわたつている。特に有利
なのは硬い粒子、例えば耐摩耗性のための炭化物、抗摩
耗性粒子、例えばダイヤモンドおよび抗摩耗性または切
断形の皮膜のための炭化ケイ素、潤滑材料、例えばポリ
マー、二硫化モリブデンおよび窒化硼素である。例えば
米国特許第3254970号明細書（シエパード（Shepard）
他）に記載されているように、吹付け性を強化するため
に難溶融性の粉末粒子を金属で被着することも望ましい
のであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で使用される熱スプレーガンの鉛直断面
図、第２図は第１図のガンの前端部の断面図である。 10……スプレーガン、12……ガスヘツド、14……ガスキ
ヤツプ、15……リテイナリング、16……弁装置、18……
接続部、20……燃料源、22……酸素源、24……空気源、
26……弁、28,61……サイフオンプラグ、30……Ｏ−リ
ング、32……中央通路、34,36,53,104,130……環状み
ぞ、38……連絡通路、40,46,65……ホース、42,48,50,6
0……通路、54……ノズル部材、55,112……開口、56…
…環状通路、57……外壁、58……面、59……内側部分、
66……外側部分、62……ノズルナツト、63……線材、64
……孔、68……空間、70……横開口、82……室、84……
環状スロツト、86……壁内面、88……開放端部、94……
後部本体、95……ローラ、96……歯付き係合機構、98…
…ハンドル、100環状空間、102……ダクト、106,126…
…オリフイス、110……粉末用オリフイス、114……線材
ガイド、116……粉末用ダクト、118……粉末用ホース、
120……粉末フイーダ、122……ガス源、124……ガス用
ホース、125……前端部、128……横ダクト、134……線
材先端。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱スプレーガンにおいて、環状の加熱フレームを発生するためのノズル手段が設け
られており；加熱溶融性の材料から成る線材をノズルから軸方向に加
熱フレーム内へ、この線材が先端でこの加熱フレームに
よつて溶融せしめられるように供給するための線材用手
段が設けられており；溶融した材料を線材先端から細か
く分離し、かつ細かくされた材料を吹付け流内で駆動す
るための分離手段が設けられており；粉末流を同軸的に線材と加熱フレームとの間へ供給し、
このようにして粉末と細かくされた材料とを吹付け流中
で混合するための粉末用手段が設けられていることを特
徴とする、熱スプレーガン。
【請求項２】更にノズル手段から前方へ延びたガスキヤ
ツプを備えており、かつ分離手段が圧縮された不燃性ガ
スの環状の外側流を半径方向でみて環状の加熱フレーム
の外側へ噴出させるための外側ガス用手段を備えてい
る、請求項１記載の熱スプレーガン。
【請求項３】更に圧縮ガスの環状の内側流をノズル手段
から線材に隣接して噴出させるための内側ガス用手段を
備えている、請求項２記載の熱スプレーガン。
【請求項４】更に圧縮ガスの環状の中間流をノズル手段
から同軸的に加熱フレームと粉末流との間へ噴出させる
ための中間ガス用手段を備えている、請求項２記載の熱
スプレーガン。
【請求項５】加熱フレームが燃焼ガスと酸素の混合物を
燃焼させることにより発生せしめられる、請求項２記載
の熱スプレーガン。
【請求項６】緻密で強靭な皮膜を形成するために高速で
吹付けるための熱スプレーガンにおいて、ノズル面を持
つノズル部材が設けられており、ノズル部材から延びて
いて、しかも円筒形の壁内面を持つガスキヤツプが設け
られており、この壁内面が軸線と開放端部とこれとは反
対側の、ノズル面によつて制限された端部とを持つ燃焼
室を形成しており、燃焼ガスと酸素の可燃性混合物の環
状流をノズル部材から同軸的に燃焼室内へ噴出させるた
めの可燃性ガス用手段が設けられており、圧縮された不
燃性ガスの環状の外側流を半径方向でみて可燃性混合物
の環状流の外側で円筒形の壁に隣接して噴出させるため
の外側ガス用手段が設けられており、加熱溶融性材料の
熱吹付け用線材を軸方向にノズルから燃焼室内の線材先
端が形成される地点へ供給するための線材用手段が設け
られており、キヤリヤガス内で粉末をノズル部材から燃
焼室内の可燃性混合物と線材との間へ環状に同軸的に供
給するための粉末用手段が設けられており、可燃性混合
物を燃焼させることにより材料が溶融され、かつ線材先
端から細かく分離され、かつ粉末および加熱溶融性材料
を微細に分割された形で混合して含有した吹付け流が開
放端部から駆動されるように構成されていることを特徴
とする、熱スプレーガン。
【請求項７】更に圧縮されたガスの環状内側流をノズル
部材から燃焼室内の線材に隣接して噴出させるための内
側ガス用手段が設けられている、請求項６記載の熱スプ
レーガン。
【請求項８】圧縮ガスの環状中間流をノズル部材から燃
焼室内へ、同軸的に可燃性混合物と粉末／キヤリヤガス
との間へ噴出させるための中間ガス用手段が設けられて
いる、請求項６記載の熱スプレーガン。
【請求項９】ノズル部材が管形の外側部分と管形の内側
部分とを備えており、外側部分が燃焼混合物の環状流を
燃焼室内へ噴出させるための外側環状オリフイス手段を
形成しており、内側部分が内部に環状内側流を燃焼室内
へ噴出させるための環状内側ガス用オリフイス手段を線
材の隣りに、かつ粉末−キヤリヤガスを燃焼室内へ供給
するための粉末用オリフイス手段を有しており、内側部
分が燃焼室内へ外側部分よりも前方に突出している、請
求項６記載の熱スプレーガン。
【請求項１０】室の長さがノズル面から開放端部までの
最短距離によつて決められ、かつ内側部分がこの室長の
約10％〜40％の距離だけ突出している、請求項９記載の
熱スプレーガン。
【請求項１１】外側環状オリフイス手段が内側部分の外
壁によつて形成される半径方向でみて内側の面を持つ
た、燃焼室への環状開口を有し、外壁が環状開口から前
方へ軸線へ向かつて湾曲して延びている、請求項９記載
の熱スプレーガン。
【請求項１２】湾曲が内側部分にほぼ半球形のノズル面
を形成するようなものである、請求項11記載の熱スプレ
ーガン。
【請求項１３】外側ガス用手段がノズル部材と円筒形の
壁の後方部分とを包含していて、これらの間に前方へ収
れんするスロツトを形成しており、このスロツトが燃焼
室内へ続いている、請求項９記載の熱スプレーガン。
【請求項１４】燃焼室が、収れんする環状のスロツトの
対応する角度よりも小さな軸線との間の角度でノズル部
材から前方へ収れんしている、請求項13記載の熱スプレ
ーガン。
【請求項１５】可燃性ガス用手段が可燃性混合物を燃焼
室内へノズル面上の円形箇所から噴出させるように配置
されており、この円形箇所の直径が開放端部の直径にほ
ぼ等しい、請求項６記載の熱スプレーガン。
【請求項１６】開放端部が円形箇所の直径の約１倍〜２
倍の間の最短距離だけノズル面から軸方向に離れてい
る、請求項15記載の熱スプレーガン。
【請求項１７】吹付け流が超音速になるように、可燃性
混合物が周囲大気圧よりも少なくとも２気圧高い室内圧
力で燃焼室内へ噴出せしめられる、請求項６記載の熱ス
プレーガン。
【請求項１８】線材先端が形成される地点が燃焼室の開
放端部近くである、請求項17記載の熱スプレーガン。
【請求項１９】ノズル面を有するノズル部材とノズル部
材から延びたガスキヤツプとを備え、このガスキヤツプ
が開放端部とその反対側にノズル面によつて制限された
端部とを有する燃焼室を形成する円筒形の壁内面を持つ
ている形式の熱スプレーガンを用いて緻密で、強靭な皮
膜を形成する方法において、燃焼ガスと酸素の可燃性混
合物の環状流をノズルから同軸的に燃焼室内へ周囲大気
圧よりも少なくとも２気圧高い圧力で噴出し、圧縮され
た不燃性ガスの環状外側流を円筒形の壁に隣接して噴出
し、可燃性混合物を燃焼し、加熱溶融性の熱吹付け線材
を軸方向にノズルから燃焼室内の線材先端が形成される
地点へ供給し、ここで加熱溶融性材料を微細に分割され
た形状で含有した超音速吹付け流が線材先端から駆動さ
れるように該材料が溶融され、かつ細かく分離され、粉
末をキヤリヤガス中で同軸的にノズルから燃焼室内へ線
材と可燃性混合物との間で供給し、かつ吹付け流を基材
へ向けて導いてこの基材上に皮膜を形成することを特徴
とする方法。
【請求項２０】更に圧縮ガスの環状内側流をノズルから
燃焼室内へ線材の隣りへ噴出することにより成る、請求
項19記載の方法。
【請求項２１】更に圧縮ガスの環状中間流をノズル部材
から燃焼室内へ、同軸的に可燃性混合物と粉末／キヤリ
ヤガスとの間で噴出することより成る、請求項19記載の
方法。
【請求項２２】燃焼室内で熱吹付け線材および粉末／キ
ヤリヤガスの不在下で吹付け流中に少なくとも８つの、
目に見えるシヨツクダイヤモンドを形成するのに十分な
圧力で可燃性混合物が円筒形の室内へ噴出せしめられ
る、請求項19記載の方法。
【請求項２３】更に燃焼ガスをプロピレンガスおよびメ
チルアセチレン−プロパジエンガスから成る群から選択
することにより成る、請求項19記載の方法。
【請求項２４】更に可燃性混合物に対して酸素を環状外
側流の少なくとも約80％の流量で供給することより成
る、請求項19記載の方法。
【請求項２５】可燃性混合物が環状オリフイスから燃焼
室内へ噴出せしめられる、請求項19記載の方法。
【請求項２６】粉末が少なくとも１つの金属の炭化物、
硼化物、窒化物およびダイヤモンドから成る群から選択
される、請求孔19記載の方法。
【請求項２７】粉末が大気圧で不融性である、請求項26
記載の方法。