JP2783289B2 - 高速粉末熱スプレーガンおよび方法 - Google Patents

高速粉末熱スプレーガンおよび方法

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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、特に粉末をきわめて高い速度で燃
焼熱吹付けするための方法およびガンに関する。
従来技術 溶射としても知られる熱吹付けは加熱溶融性の材料、
例えば金属またはセラミックの加熱軟化および軟化した
材料を粒状で塗布すべき表面へ推進されることを包含と
する。加熱された粒子は表面に当り、ここで急冷され、
かつこの表面へ結合される。熱スプレーガンは粒子の加
熱と推進の両方の目的のために用いられる。熱スプレー
ガンの１つのタイプでは加熱溶融性の材料は粉末状でガ
ンへ供給される。このような粉末は普通例えば100メッ
シュの米国標準篩寸法（149ミクロン）〜約２ミクロン
の小粒子から成っている。粉末を連行して運ぶキャリヤ
ガスは燃焼ガスの１つまたは窒素のような不活性ガスで
よく、あるいは単なる圧縮空気でよい。
あるいは材料は米国特許第3148818号明細書［チャー
ロップ（Charlop）］に記載されているように棒状また
は線材状で加熱ゾーン内へ供給される。線材形の熱スプ
レーガンでは吹付けられる材料の棒または線材があるタ
イプのフレーム、例えば燃焼フレームによって形成され
る加熱ゾーン内へ供給され、ここで溶融されるかまたは
少なくとも加熱軟化され、かつ通常噴射ガスによって噴
霧され、次いで微細に分割された形状で塗布すべき表面
上へ推進せしめられる。
きわめて高い速度で吹付けることにより熱吹付け材料
の特に高品質の塗膜を形成することができる。プラズマ
容射が高速を用いた場合多くの点で好結果を生むことが
証明されたが、若干の場合には、特にカーバイドを用い
た場合には燃焼ほど良くない、これは明らかに過熱およ
び／または僅かな粒子連行によるもので、粉末を高速プ
ラズマ流内へ横方向に供給することによって起こされる
ものと思われる。
米国特許第2714563号明細書［プアマン（Poorman）
他）には例えばカーバイドの塗膜を形成するために粉末
化物質を一連のデトネーションで噴射するためのデトネ
ーションガンが記載されている。デトネーションパルス
は耳にきわめて有害なので、装置は隔離室内でリモート
コントロールによって操作しなければならず、方法もき
わめて複雑である。したがってこの方法は高価であり、
商業的な利用は限られる。またこれはスプレーパターン
の完全制御および有効なターゲット効率には役立たな
い。しかしデトネーション法はきわめて高い速度での吹
付けの望ましさを示した。塗膜の高密度および靭性は粉
末粒子の高衝撃によって達成され、かつ加熱ゾーンにお
ける短い滞在時間は高吹付け温度における酸化を最小に
する。
ロケット形の粉末スプレーガンは優れた塗膜を形成す
ることができ、米国特許第4416421号明細書［ブラウニ
ング（Browning）］に例示されている。このタイプのガ
ンは内部燃焼室を備え、高圧燃焼流出物が環状開口を通
って長いノズル室の締付けられたスロート部内へ導かれ
る。粉末は環状開口内で軸方向にノズル室内へ供給さ
れ、燃焼流出物によって加熱され、かつ推進される。実
地ではこのガンは水冷しなければならず、長ノズルは特
に粉末が沈着し易い。また内部室内での点火が特別な技
術を必要とする。例えば水素パイロットフレームが使用
される。閉じられた高圧燃焼室には安全性の問題があ
る。長ノズルは内面へ、または他のこのような遠方の範
囲へ吹付けるにはジオメトリ上適当でなく、スプレー流
の寸法の変更と選択に若干制限がある。最上の結果は商
業的には燃焼ガスに水素を用いたかかるロケットガンで
得られたが、燃焼ガスを高流量で使用せねばならず、こ
の方法をきわめて高価なものとする。
高速吹付については短ノズル吹付け装置が仏国特許第
1041056号明細書および米国特許第2317173号明細書［ブ
レークリー（Bleakley）］に記載されている。粉末は燃
焼ガスの環状流内で軸方向に溶融室内へ供給される。環
状の空気流が燃焼ガスの外側で同軸的に室壁に沿って噴
射される。スプレー流は加熱された粉末と一緒に燃焼室
の開放端部から出る。このブレークリーの特許明細書お
よび仏国特許明細書には実際に高速粉末吹付けを達成す
るのに十分な、詳細な記述がなく、明細書はそれぞれ45
年前、および35年前のものであるにもかかわらず、明ら
かにこれらの装置の重要な商業的な使用は行われていな
い。
ブレークリーおよび仏国特許の短ノズル装置は表面上
は上記の米国特許第3148818号明細書に記載されたタイ
プの市販の線材形スプレーガンに類似したノズル構造を
持つ。しかし線材形ガンは全く異なる作用を行う、すな
わち燃焼フレームが線材先端を溶融し、かつ空気が溶融
した材料をその先端から霧化し、かつこの液体粒子を推
進する。線材形ガンは普通中速でのみ吹付けるのに使用
されている。
発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、高速での燃焼粉末熱吹付けのための
改良された方法と装置を提供すること、緻密で、強靭
な、熱吹付け塗膜を適正な費用で形成するための方法と
装置を提供すること、ノズルへの沈着傾向の小さな、高
速で熱吹付けするための方法と装置を提供すること、特
別な証明装置または方法を用いないで高速で熱吹付けす
るための方法と装置を提供すること、ガンの水冷を必要
としない、高速で熱吹付けするための方法と装置を提供
すること、離れた範囲内へ高速で熱吹付けするための方
法と装置を提供すること、スプレー流と塗着パターンの
寸法の選択を行う高速熱吹付け装置と方法を提供するこ
とである。
問題点を解決するための手段 上記の課題を解決するための本発明の手段は、緻密で
強靭な塗膜を形成するために高速で吹付けるための新規
の熱スプレーガンにおいてノズル面を有するノズル部材
が設けられており、ガスキャップが設けられ、ガスキャ
ップがノズル部材から延びていて、しかも軸線と開放端
部とノズル面で制限された反対側の端部とを持つ燃焼室
を形成する、内側に向いた円筒形の壁面を持っており、
燃焼ガスと酸素と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大気圧よりも少なくとも２バー
ル高い燃焼室内圧力で噴射するための可燃性ガス手段が
設けられており、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、半径方向でみて可燃性混合物の
環状流の外側で噴射するための外側ガス手段が設けられ
ておりキャリヤガス中の加熱溶融性熱吹付け粉末を同軸
的にノズル部材から軸線の近傍で燃焼室内へ供給するた
めの供給手段が設けられており、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へ同軸的に可燃性混合
物と粉末−キャリヤガスとの間で噴射するための内側ガ
ス手段が設けられており、可燃性混合物を燃焼させると
加熱溶融性材料を微細に分配された形で含む超音速スプ
レー流が開放端部から推進せしめられるようになってい
ることである。
更に本発明によればノズル部材が、可燃性混合物の環
状流を燃焼室内へ噴射するための外側環状オリフィス手
段を形成する管形の外側部分を備えている。管形内側部
分が内部に環状内側流を燃焼室内へ噴射するための環状
内側ガスオリフィス手段と、粉末−キャリヤガスを燃焼
室内へ供給するための内側粉末オリフィス手段とを備え
ている。有利には内側部分が燃焼室内へ外側部分の前方
で突出している。
更に熱スプレーガンはスプレー流の選択された寸法を
得るために開放端部の直径を選択するための選択手段を
備えている。有利には選択手段が第１の開放端部を持つ
燃焼室内を形成した、ガスヘッド上に配置された第１の
ガスキャップと、ガスヘッド上でこの第１のガスキャッ
プと交換されるように適合せしめられていて、しかも第
１の開放端部とは直径の異なる第２の開放端部を有す
る、第２の円筒形の壁によって区切られた代替燃焼室を
形成する第２のガスキャップとを備えている。第２のガ
スキャップは第１の開放端部と第２の開放端部を選択す
るために第１のガスキャップと交換可能である。
上記の課題はまた、本発明によればノズル面を持つノ
ズル部材とこのノズル部材から延びたガスキャップとを
備えた熱スプレーガンを用いて緻密で強靭な塗膜を形成
するための方法によっても達成される。ガスキャップは
開放端部とノズル面で制限された反対側の端部とを持つ
燃焼室を形成する、内側に向いた円筒形の壁面を持って
いる。本発明による方法は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大気圧より
も少なくとも２バール高い燃焼室内圧力で噴射し、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、半径方向でみて可燃性混合物の環状流の外側で噴射
し、キャリヤガス中の加熱溶融性熱吹付け粉末を同軸的
にノズル部材から軸線の近傍で燃焼室内へ供給し、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へ同
軸的に可燃性混合物と粉末−キャリヤガスとの間で噴射
し、可燃性混合物を燃焼し、このようにして加熱溶融性
材料を微細に分配された形で含有する超音速スプレー流
が開放端部から推進せしめられ、かつスプレー流を支持
材へ向けてこの上に塗膜を形成するために導くことより
成る。
更に本発明による方法はスプレー流の選択された寸法
を得るために開放端部の直径を選択することを含む。
可燃性混合物は粉末−キャリヤガスの供給なしでスプ
レー流中に少なくとも８つの目視できるダイヤモンド形
の衝撃波光輝（ショックダイヤモンド）を形成するのに
十分な圧力で燃焼室内へ噴射することができる。ここで
“衝撃波光輝”は、高温、高速ガス流内に現れる、超音
速流から音速以下の流れ（亜音速流）への移行を伴う速
度勾配パターンであり、このパターンは可視で、ダイヤ
モンドの形をしている。流れを発生するガスの圧力増大
がダイヤモンドの数の増大を導くことは知られている。
実施例 第１図に本発明による熱吹付け装置が示され、かつ第
２図にはその水平断面図が示されている。熱スプレーガ
ン10はガスキャップ14を取付けたガスヘッド12と、燃
料、酸素、空気をガスヘッドへ供給するための弁部分16
と、ハンドル17とを備えている。弁部分16は燃料ガス用
のホース接続部18と、酸素用のホース接続部19と、空気
用のホース接続部20とを有している。３つの接続部はそ
れぞれホースによって燃料源21、酸素源22、空気源24へ
接続されている。円筒形の弁26内のオリフィス25が接続
部からガン内への各ガスの流れを制御する。弁と所属の
構成部材は例えば米国特許第3530892号明細書に示され
たタイプのものであり、かつ一対の弁レバー27と、各ガ
ス流区分のためのシール手段とを備えている。シール手
段はプランジャ28とばね29とＯ−リング30とを備えてい
る。
円筒形のサイフォンプラグ31がガスヘッド12内の対応
する孔内へ嵌合せしめられ、かつこの上の複数のＯ−リ
ング32が気密シールを保持している。サイフォンプラグ
は中央通路34を有する管33を備えている。サイフォンプ
ラグは更に環状みぞ35と、複数の連結通路38（２つが示
されている）を有するもう１つの環状みぞ36とを有して
いる。第２図に示されたような、円筒形の弁26の開放位
置では酸素はホース40を介して接続部19および弁26を通
って通路42内へ達し、ここから環状みぞ35内へ流入して
通路38を通る。同様の構成が設けられていて燃料ガスを
燃料源21からホース46を介して接続部18、弁26および通
路48を通って環状みぞ36内へ導き、酸素と混合し、かつ
可燃性の混合物として通路38に整列した通路50を通って
環状みぞ52内へ導く。環状みぞ52はこの混合物をノズル
部材54の後方部分内の複数の通路53内へ供給する。
詳細な第３図を見ると、ノズル部材54は有利には管形
の内側部分55および管形の外側部分56から構成されてい
る（明細書および特許請求の範囲で使用される“内”と
は軸線に近づくことを示し、“外”とほ軸線から離れる
ことを示す。また“前部”、または“前方へ”とはガン
の開放端部へ近づくことを示し、“後の”、“後部”、
または“後方へ”とはその反対側を示す）。外側部分56
は可燃性混合物の環状流を燃焼室内へ噴射するための外
側の環状オリフィス手段を形成する。オリフィス手段は
有利には前部の環状開口57を含んでおり、環状開口57は
半径方向でみて内側の面を内側部分の外面58によって制
限されている。通路53から環状開口へ達するオリフィス
系はアーチ状に間隔を置いた複数のオリフィスであって
よいが、有利には環状オリフィス59である。
整列した環状みぞ52から流れた可燃性の混合物はこの
ようにしてオリフィス（または複数のオリフィス）59を
通過して環状流を形成し、この環状流は環状の開口57内
で点火される。ノズルナット60がノズル部材54とサイフ
ォンプラグとをガスヘッド12上に保持している。更に２
つのＯ−リング61が気密シールのために普通にはノズル
54とサイフォンプラグ31との間に設けられている。ノズ
ル部材54はガスキャップ14内へ延び、ガスキャップはリ
ティナイリング64によって所定の場所で保持され、かつ
ノズルから前方へ延びている。
ノズル部材54は又キャリヤガス中の粉末のために軸方
向の孔62を有し、これは管の通路33から前方へ延びてい
る。あるいは粉末はオリフィスの小直径リング（図示せ
ず）を介してガンの軸線63近くで噴射してもよい。第４
図を見ると、斜めの通路64′が管33から後方へ粉末接続
部65まで延びている。キャリヤホース66およびしたがっ
て中央の孔62は圧縮ガス源68からキャリヤガス、例えば
圧縮空気内で連行された粉末をキャリヤホース66によっ
て粉末フィーダ67から受容する。粉末フィーダ67は通常
の、または所望のタイプのものであるが、粉末をガン10
内の燃焼室82内へ供給するのに十分に高い圧力でキャリ
ヤガスを放出することができなげればならない。
第２図、第３図を見ると、空気または他の不燃性のガ
スが供給源24からホース69を介して接続部20、円筒形の
弁26、通路70を通ってリティナリング64の内部の空間71
へ送られる。ノズルナット60の横開口72が空間71とガス
キャップ14内の円筒形の燃焼室82とを連通しており、そ
のために空気は外側のシースとして空間71から横開口72
を通り、次いでノズル部材56の外面と燃焼室82を形成す
る円筒形の壁の内面との間の環状のスロット84を通り、
スロット84出口の燃焼室内へ流れることができる。この
流れは環状の外側の流れとして引続き燃焼室82を通って
内側の流れと混合し、かつガスキャップ14内の開放端部
88から流出する。燃焼室82の開放端部の反対側の後端は
ノズル部材54の面89によって制限されている。
有利には燃焼室82は軸線との間できわめて有利には約
２゜〜10゜の、例えば５゜の角度を成してノズルから前
方へ収束している。スロット84もまた軸線との間できわ
めて有利には約12゜〜16゜の、例えば14.5゜の角度を成
して前方へ収束している。更にスロット84は例えば燃焼
室の長さ102に比較して環状の空気流を発生させるのに
十分な長さ、少なくとも長さ102の1/2より大きな長さを
持つべきである。更に燃焼室はスロットよりも小さな角
度で、きわめて有利には約８゜〜12゜小さな角度で、例
えば10゜小さな角度で収束すべきである。この構成は室
に関して収束空気流を与え、室壁への粉末の沈着を最小
にする。
空気の流量はスロット84の上流で、例えば後方の狭い
オリフィス92内で、または別個の流れ制御装置を用いて
制御するべきである。例えばスロットの長さは8mm、ス
ロットの幅は15cmの円において0.38mmであり、かつガン
（接続部20）への空気圧は燃焼室82内の圧力約4.218kg/
cm2（60psi）において総空気流約25.2m3/h（900cfh標準
条件）を形成するためには約4.921kg/cm2（70psi）であ
る。また前掲の米国特許第3530892号明細書に記載され
たように弁26が放出孔に整列する照明位置にあるときに
は弁26内の空気孔90が照明用の空気の流通を許し、かつ
上記の角度と寸法とは戻り火なしにこのような照明を可
能にするのに重要である（弁26内の照明用の酸素と燃料
のための放出孔（空気孔90と同様のもの）は図示されて
いない）。
ノズル部材54の内側部分55は円（例えば直径2.57mm）
状に複数の平行な内側のオリフィス91を有し、これらの
オリフィスはノズルの孔62から出る中央の粉末供給の周
囲にガス、有利には空気の環状内側シース流を与える。
この空気の内側シースは粉末材料の壁86への沈着傾向を
減少せしめるのに有意義に寄与する。シース空気は有利
には通路70から取出され、ダクト93（第２図）を介して
サイフォンプラグ31の後方部分の周囲の環状みぞ94へ入
り、かつ少なくとも１つのオリフィス96を介して管33に
隣接した環状空間98内へ達する。十分な空気を供給し、
かつ粉末を外側へ燃焼室82の壁86に向けて不都合にも渦
運動させることのある渦流を最小にするためには有利に
は少なくとも３個のこのようなオリフィス96が等間隔で
アーチ状に配置されている。内側シース空気流は外側シ
ース流流量の１〜10％、有利には約２〜５％、例えば約
３％であるべきである。あるいは内側シースはより良好
な制御のためには外側シース空気とは別に制御すること
ができる。
もう１つの実施例によれば第２図、第３図に示されて
いるように、ノズル部材の内側部分55を燃焼室82内へ外
側部分56の前方で突出させることによって粉末沈着の機
会が更に最小にされることが判明した。燃焼室の長さ10
2はノズル面89から開放端部88までの、すなわちノズル
上の最先端ポイントから開放端部までの最短距離として
規定される。内側部分上の最先端ポイントが外側部分56
から前方へ燃焼室の長さ102の約10〜40％、例えば30％
の距離だけ突出した位置にあると有利である。
内側部分について優れた構成が第２図、第３図に示さ
れている。環状の開口57を形成する、ノズルの内側内部
55の外面58について述べると、この外面58は環状開口か
ら前方へ、軸線に向って内側へ湾曲して延びている。湾
曲は一様であると有利である。例えば図示のように湾曲
は内側部分上のほぼ半球形の面89を形成するようなもの
である。これによって燃焼フレームが内側へ引かれて流
れを燃焼室壁86から離して維持するものと思われる。
本発明を包含した熱スプレーガンの別の詳細な構成と
しては、サイフォンプラグ31は８つの、各1.51mmの酸素
通路38を有し、十分な酸素流を許し、かつサイフォンプ
ラグ38はガス混合物のための1.51mm直径の通路50を有し
ている。このガスヘッドでは中央孔62は直径3.6mmであ
り、かつガスキャップの開放端部88はノズル（長さ10
2）の面から0.95cmの所に位置する。したがって粉末を
連行もする燃焼室は比較的短く、かつ普通は開放端部88
の直径の約１〜２倍であるべきである。
円筒形の燃焼室への各ガスの供給は十分に高い圧力、
例えば大気圧よりも少なくとも約2.109kg/cm2（30psi）
高い圧力で配慮され、かつ通常例えばスパーク装置を用
いて、燃焼されるガスと空気の混合物が開放端部から粉
末を連行する超音速流として出るように点火される。燃
焼の熱は支持体上へ塗膜を塗着するために粉末材を少な
くとも加熱軟化しよう。衝撃波光輝が観測できる筈であ
る。環状流構成であるために伸長タイプのノズル出口は
超音速度を達成するためには必要ではない。
本発明によれば燃焼ガスがプロピレンガスまたはメチ
ルアセチレン−プロパジエンガス（“MPS"）であるとき
わめて有利である。これらのガスが戻り火なしで比較的
高い速度のスプレー流および優れた塗膜が得られるのを
可能にすることが判明した。例えばガンへのプロピレン
圧またはMPS圧を約7kg/cm2（ゲージ圧）（大気圧を上回
る）で、酸素を10kg/cm2で、かつ空気を5.6kg/cm2で用
いた場合少なくとも８つの衝撃波光輝を粉末流なしのス
プレー流中で容易に見ることができる。スプレー流110
中に現れたこれらの衝撃波光輝108が第５図に示されて
いる。塗膜114を吹付けられる支持材112の位置は、有利
には第６図に示されたように５番目のダイヤモンドが完
全に現われるあたり例えば約9cmの吹付け距離の所であ
る。
塗膜品質が優れていることがより重要である。特に金
属および金属結合カーバイドの緻密で強靭な塗膜が得ら
れる。例えば12％コバルト結合タングステンカーバイド
の−30ミクロン粉末［メトコ（Metco）71F、73Fおよび
−30ミクロン72F粉末、パーキン−エルマー社（The Pe
rkin−Elmer Corporation、ウエストベリー（Westbur
y）、N.Y.）販売］および25％ニッケル−クロム−カー
バイド（メトコ81VF粉末）は上記の米国特許第4416421
号明細書に記載されたタイプの市販のロケットガンでMP
Sガスを用いて吹付けられた類似の粉末よりも良好な品
質（密度、靭性、カーバイドマトリクスの低溶液、耐摩
耗性の意味で）を有している。本発明のガンおよびガス
を用いて吹付けられた塗膜はこのような市販のロケット
でその最適ガスの水素を用いて形成される塗膜の品質に
迫る。しかし水素の使用はきわめて大量（685／分）
であり、したがって費用がきわめて高い。
更にスプレー流のサイズ（直径）および支持材上の塗
着パターンを開放端部の選択により選択されることが判
明した。すなわち本発明のも１つの構成によれば、スプ
レーパターンを制御するために別のサイズの他のエアキ
ャップを最初のエアキャップと交換することができる。
第７図によれば、所期のエアキャップサイズを形成す
る、適切な開放端部118を持つ円筒形の壁116（破線で示
されている）を備えた第２のエアキャップは第１のエア
キャップの開放端部88の直径D1とは異なる開放端部直径
D2を持つ。第２の円筒形の壁116は代りの燃焼室120を形
成する。
例えば開放端部直径D1が8mmの第１のエアキャップを
用いた場合9cmの吹付け距離で支持材上の塗膜は直径1.6
cmに塗着される。0.65cmの開放端部直径D2を持つ交換エ
アキャップでは直径0.95cmの塗膜パターンが得られる。
本発明により形成される塗膜は特に高品質塗膜、コバ
ルト結合タングステンカーバイドおよびニッケル−クロ
ム結合クロムカーバイドのような高品質塗膜が要求され
るガスタービンエンジン部品で有利である。他の組合わ
せ、例えば鉄結合チタンカーバイド、同様に鉄、ニッケ
ル、コバルト、クロムおよび銅の合金を含む金属も同様
に本発明により塗膜を形成するのに優れている。低い酸
化物含量、高い結合強度、低密度、高い靭性の組合わさ
れた塗膜品質は公知技術のプラズマ塗膜をしのぎ、かつ
より低費用で品質においてデトネーションガン塗膜に匹
敵する。これらの結果は、水冷の必要なしで、かつ最小
にされた粉末沈着傾向で得られることができる。他の利
点は、作業で使用されるものを同じガスを用いて戻り火
なしに容易に照明できることを含む。
上記で具体的な実施例に関連して本発明が説明された
が、本発明の思想および特許請求の範囲の範囲内での種
々の変更と修正は当業者には明白であろう。したがって
本発明は特許請求の範囲とその均等物によって限定され
るものではない。
【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側面図、
第２図は第１図の２−２線に沿った断面図、第３図は第
２図の断面図の前端部分の拡大図、第４図は第１図の４
−４線に沿った断面図、第５図は本発明による超音速ス
プレー流を形成する第１図のガンの略示図、第６図は所
定位置に置かれた支持材と一緒に示された第５図による
ガンの図、第７図は別の実施例のガスキャップを備えた
ガンの第３図の断面図の前方部分に相当する図である。 10……熱スプレーガン、12……ガスヘッド、14……ガス
キャップ、16……弁部分、17……ハンドル、18,19,20…
…ホース接続部、21……燃焼源、22……酸素源、24……
空気源、25……オリフィス、26……弁、27……弁レバ
ー、28……プランジャ、29……ばね、30,32,61……Ｏ−
リング、31……サイフォンプラグ、33……チューブ、34
……中央通路、35,36,52,94……環状みぞ、38……連絡
通路、40,46,69……ホース、42,48,50,53,70……通路、
54……ノズル部材、55……内側部分、56……外側部分、
57……環状開口、58……外面、59……環状オリフィス、
60……ノズルナット、62……孔、63……軸線、64……リ
ティナリング、64′……通路、65……接続部、66……キ
ャリヤホース、67……粉末フィーダ、68……圧縮ガス
源、71……空間、72……横開口、82,120……燃焼室、84
……スロット、86,116……壁、88,118……開放端部、89
……面、90……空気穴、91……内オリフィス、92,96…
…オリフィス、93……ダクト、98……環状空間、102…
…長さ、108……衝撃波光輝、110……スプレー流、112
……支持材、114……塗膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーチン・イー・ハツカー アメリカ合衆国ニユーヨーク・レイク・ ロンコンコマ・デユエイン・ドライヴ 19 (72)発明者 ウイリアム・エイチ・メイドホフ アメリカ合衆国ニユーヨーク・キング ズ・パーク・シーダー・ロード 93 (56)参考文献 特開 昭62−19273（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−228566（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−193253（ＪＰ，Ｕ) 特許163585（ＪＰ，Ｃ１) 米国特許2659623（ＵＳ，Ａ) 欧州公開134168（ＥＰ，Ａ１)

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】緻密で、強靭な塗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
    有するノズル部材が設けられており、ガスキャップが設
    けられ、ガスキャップがノズル部材から延びていて、し
    かも軸線と開放端部とノズル面で制限された反対側の端
    部とを持つ燃焼室を形成する、内側に向いた円筒形の壁
    面を持っており、燃焼ガスと酸素と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大気圧よりも
    少なくとも２バール高い燃焼室内圧力で噴射するための
    可燃性ガス手段が設けられており、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、半径方向でみ
    て可燃性混合物の環状流の外側で噴射するための外側ガ
    ス手段が設けられており、キャリヤガス中の加熱溶融性
    熱吹付け粉末を同軸的にノズル部材から軸線の近傍で燃
    焼室内へ供給するための供給手段が設けられており、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へ
    同軸的に可燃性混合物と粉末−キャリヤガスとの間で噴
    射するための内側ガス手段が設けられており、可燃性混
    合物を燃焼させると加熱溶融性材料を微細に分配された
    形で含む超音速スプレー流が開放端部から推進せしめら
    れるようになっていることを特徴とする、熱スプレーガ
    ン。
  2. 【請求項２】ノズル部材が、可燃性混合物の環状流を燃
    焼室内へ噴射するための外側環状オリフィス手段を形成
    する管形の外側部分と、環状内側流を燃焼室内へ噴射す
    るための環状内側ガスオリフィス手段と粉末−キャリヤ
    ガスを燃焼室内へ供給するための内側粉末オリフィス手
    段とを持つ管形内側部分とを備えており、かつ内側部分
    が燃焼室内へ外側部分の前方で突出している、請求項１
    記載の熱スプレーガン。
  3. 【請求項３】室の長さがノズル面から開放端部までの最
    短距離によって決められ、かつ内側部分が室の長さの約
    10％〜40％の距離だけ突出している、請求項２記載の熱
    スプレーガン。
  4. 【請求項４】外側環状オリフィス手段が半径方向でみて
    内側が内部部分の外面によって制限された、燃焼室への
    環状開口を包含しており、外面が環状開口から前方へ、
    軸線へ向かう湾曲を有して延びている、請求項２記載の
    熱スプレーガン。
  5. 【請求項５】湾曲が内側部分上で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４記載の熱スプレ
    ーガン。
  6. 【請求項６】外側ガス手段が、燃焼室内へ開口した前方
    へ収束したスロットを間に形成したノズル部材と円筒形
    の面の後方部分とを包含している、請求項２記載の熱ス
    プレーガン。
  7. 【請求項７】燃焼室が軸線との間で、収束した環状スロ
    ットの対応する角度よりも小さな角度を成して前方へ収
    束している、請求項６記載の熱スプレーガン。
  8. 【請求項８】更にガスの外側流の流量を制御するための
    流量手段を備えており、かつ室の長さがノズル面から開
    放端部までの最短距離によって決められ、収束した環状
    スロットが室の長さの少なくともほぼ半分のスロット長
    さを有し、収束した環状スロットが流量手段の下流に配
    置されている、請求項７記載の熱スプレーガン。
  9. 【請求項９】内側粉末オリフィス手段が内部に軸方向の
    孔を有するノズル部材を備えている、請求項２記載の熱
    スプレーガン。
  10. 【請求項１０】可燃性ガス手段がノズル面上の、円を形
    成する位置から燃焼室内へ可燃性混合物を噴射するよう
    に配置されており、形成された円が開放端部の直径にほ
    ぼ等しい直径を持っている、請求項１記載の熱スプレー
    ガン。
  11. 【請求項１１】開放端部が円の直径のほぼ１倍から２倍
    までの間の最短距離によってノズル面から軸方向で離さ
    れている、請求項10記載の熱スプレーガン。
  12. 【請求項１２】スプレー流の選択された寸法を得るため
    に開放端部の直径を選択するための選択手段を備えてい
    る、請求項１記載の熱スプレーガン。
  13. 【請求項１３】選択手段が第１の開放端部を持つ燃焼室
    を形成した、ガスヘッド上に配置された第１のガスキャ
    ップと、ガスヘッド上でこの第１のガスキャップと交換
    されるように適合せしめられていて、しかも第１の開放
    端部とは直径の異なる第２の開放端部を有する、第２の
    円筒形の壁によって区切られた代替燃焼室を形成する第
    ２のガスキャップとを備えており、この第２のガスキャ
    ップが第１の開放端部と第２の開放端部を選択するため
    に第１のガスキャップと交換可能である、請求項12記載
    の熱スプレーガン。
  14. 【請求項１４】ノズル面を有するノズル部材と、このノ
    ズル部材から延びていて、しかも開放端部とノズル面で
    制限された反対側の端部とを持つ燃焼室を形成する、内
    側に向いた円筒形の壁面を持ったガスキャップとを備え
    た熱スプレーガンを用いて緻密で、強靭な塗膜を形成す
    るための方法において、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大気圧よりも
    少なくとも２バール高い燃焼室内圧力で噴射し、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、
    半径方向でみて可燃性混合物の環状流の外側で噴射し、
    キャリヤガス中の加熱溶融性熱吹付け粉末を同軸的にノ
    ズル部材から軸線の近傍で燃焼室内へ供給し、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へ同軸的
    に可燃性混合物と粉末−キャリヤガスとの間で噴射し、
    可燃性混合物を燃焼し、このようにして加熱溶融性材料
    を微細に分配された形で含有する超音速スプレー流が開
    放端部から推進せしめられ、かつスプレー流を支持材へ
    向けてこの上に塗膜を形成するために導くことを特徴と
    する、緻密で、強靭な塗膜を形成するための方法。
  15. 【請求項１５】粉末が30ミクロンよりも小さなサイズの
    金属結合カーバイドである、請求項14記載の方法。
  16. 【請求項１６】可燃性混合物が環状オリフィスから燃焼
    室内へ噴射される、請求項14記載の方法。
  17. 【請求項１７】スプレー流の選択された寸法を得るため
    に開放端部の直径を選択する、請求項14記載の方法。
  18. 【請求項１８】燃焼ガスをプロピレンガスおよびメチル
    アセチレン−プロパジエンガスを含む群から選択する、
    請求項14記載の方法。
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