JP2937477B2 - 金属のスプレー沈着 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属のスプレー沈着に関する。

金属のスプレー沈着は、その技術的な有用性のため、
広範な半仕上上金属製品の製造用に益々使用されてい
る。これらの有用性には、分離が零に近いこと、急速固
化により極めて微細な構造が得られること、機械的諸性
質が優れていること及び製品に到る経路が短いことがあ
る。このような方法はスプレー形成と総称される。本発
明は、更に詳しく述べると、溶融された金属粒子の噴霧
流を偏向（deflect）して、静止した基材又は移動する
基材上に導くことによるスプレーの移動に関するもので
ある。

本発明の装置には、噴霧化された溶融金属粒子流を放
出する手段を含む金属のスプレー分配装置が配備され
て、噴霧化された溶融金属粒子流を放出する手段が、前
記流を予かじめ定められた方向に放出するように配置さ
れていること並びに前記流を横方向に偏向させるため前
記の流の周囲を回転するように搭載され、流の流れ方向
に傾斜して流に導かれるガスジェットノズル手段及び前
記ノズル手段に加圧偏向ガスを供給する手段が配備され
ていることを特徴とする。

前記のノズル手段は、前記粒子流の軸の周囲を回転す
るように搭載されていることが好ましい。

前記噴霧ガスの圧力は、金属粒子流の偏向度を変える
ように調整できることが好ましい。

この装置は、前記の金属粒子流の周囲を回転するよう
に搭載される第二のガスジェットノズル手段を更に包含
することもできて、前記の第一ノズル手段と前記の第二
ノズル手段の回転は金属粒子流の軸とは一致しない。

このノズル手段は複数のノズルを含み、加圧偏向ガス
をノズル手段に供給する手段は、一以上のノズルに供給
されるガス圧力を周期的に変えるように操作することが
できる。

加圧偏向ガスを前記ノズル手段に供給する前記手段
は、一以上のノズルが他のノズルとは異なる角度で傾斜
された複数のノズルを包含する。このような配置では、
加圧ガスをノズル手段に供給する前記手段が一つのノズ
ルに供給するガスの圧力は、他のノズルに供給するガス
の圧力とは異なっていてもよい。

この流は、溶融物を噴霧化した溶融金属粒子の密集し
た垂直落下流である。しかしながら、その他の噴霧化し
た溶融金属粒子流、たとえば垂直に落下しない噴霧化溶
融金属粒子流、及びワイヤや粉末をアークスプレーガン
又は熱スプレーガンに供給して或いは粉末をプラズマ源
に供給して得られる小口径の噴霧化した溶融金属粒子流
なども等しく本発明に使用することができる。

噴霧化した溶融金属粒子流は、部分的に液体に部分的
に固体の小粒子を含有してもよい。また、噴霧ガス流中
で小粒子が極めて急速に冷却したため既に固体となった
その他の小粒子を部分的に含有してもよい。本発明の操
作は、粒子の熱履歴がこのように変わっても影響されな
い。

偏向ノズル手段は一個又は一群のノズルを包含しても
よく、普通は製造の便宜上から円形のオリフイスを有す
るが、長方形の断面であってもスロット形態であっても
よい。偏向ノズル群のノズルは互いに平行であっても、
噴霧化された金属粒子流に向けられても、或いは中間方
向を有して逐次操作してもよい。

噴霧化された溶融金属粒子の垂直落下流を与える一次
噴霧は、多数ある従来ガス噴霧ノズルの何れかを用いて
も達成することができるが、ガスジェットにより効果的
に偏向させるためには軸の周囲で対称的であって比較的
密集していることが好ましい。

流が導かれる基材すなわち捕集材（collector）は、
静止状態、回転状態、一般的運動状態又は直線運動状態
の何れの状態であってもよい。基材が一次の噴霧化した
金属流の軸に対して直角な一方向に連続直線運動すると
ストリップが形成される。一次金属流の軸方向に、但し
噴霧器から離れてゆっくりと調節された速度で移動する
捕集材は、目視による手動操作又は自動操作される偏向
ジェットにフイードバックして比較的平らなトップ断面
が維持されるならば、円形ビレット形態を形成するため
に使用することができる。前述のものに類似した或る種
の調節手段を使用するならば、円形捕集材を噴霧器から
離して一次金属流の軸方向に調節された速度でゆっくり
と移動させ、かつ静止した若しくは往復運動する円形の
型壁で取り囲んでビレットを連続的に形成することがで
きる。

スプレーの移動は多数の造形品の製造には望ましい
が、最も問題となって頻繁に必要とされるのは、平らな
金属ストリップの連続スプレー形成である。ストリップ
の連続スプレー形成時の特別の困難は、幅方向の厚み断
面が次の熱間圧延加工又は冷間圧延加工のために極めて
厳密な公差を有しなければならないことである。更なる
制限は、オーバースプレーすなわち厳密な公差範囲に入
る製品部分を形成しないスプレー部分を最小に保って、
経済的かつ費用効果の優れた方法にすることである。

この問題を克服するために多数の方法が考案された
が、最も広く使用された方法はストリップの幅を横切る
方向に機械的な走査又は空気による走査を施こす方法で
ある。機械的走査デバイスには、振動デバイスを使用す
る際に系の慣性によりストリップの端部における滞留時
間が長くなって、急速操作の際にこれらの域を厚くする
困難がある。空気システムにはそのような制限はない
が、オーバースプレーを経済的な水準に下げた状態に保
持するのが困難である。本発明はこれらの問題を共に克
服し、かつ、流れ速度が高い時にパスラインに沿って沈
着物を拡げる追加利点を有する。

平らなストリップを連続的に製造する場合には、本発
明を使用してガス噴霧器からのスプレーの厚み断面を変
え、スプレー下を一様な速度で前進する平らな基材を横
切って実質的に一様な沈着物を形成する。

付属図面を引用して本発明を更に説明する。

図１は本発明の装置の概要図である。

図２及び図３は、噴霧化した金属粒子流を偏向させな
い時の厚み断面及び図１の厚み断面を横方向に偏向させ
た際に生ずる流の厚み断面を夫々示す図である。

図４は、流軸の周囲を回転するガスノズルにより粒子
流を偏向させ、静止した基材上に粒子を捕集した結果を
示す図である。

図５乃至図７は、図４に示した分布の変更の効果を示
す図である。

図８は、本発明の装置により達成される断面の実験値
を示す図である。

図１を参照する。溶融金属流10は一次噴霧器11を通過
して噴霧化された流として捕集材すなわち基材13に導か
れる。一群の平行なノズル14から偏向ガスジェットが放
出される。ノズル14は下方に傾斜し、云わば水平に対し
て30℃の傾斜をなして流12の軸に向かっており、流12の
軸を中心とする円形路15内で回転するようロータ（図示
していない）上に搭載されている。

噴霧器11は、偏向されない時には、中心軸の周囲で対
称である図２に示したような厚みの断面の粒子流を発生
する。

図３は、偏向ジェットが静止常状態に保持されて偏向
されない時の断面が図２に示されるようなものである
時、静止状態にある基材12上に代表的に形成される沈着
物の厚み断面を実験的に求めたものである。この沈着物
がデバイスの中心線から200mmの点にピークを有するよ
うに偏向されていることに留意されたい。非回転偏向ジ
ェットにより形成される断面を「生成断面「（generati
ng profile）」と称する。

ロータ回転時の偏向ジェットの圧力及び方向を調節す
る効果はコンピュータシミュレーションにより最も良好
に示されるが、これは実験値によく一致する。図４は、
偏向ジェットが効果的に回転する際に前記の生成断面に
より静止状態基材上に形成されうる沈着物のコンピュー
タ作成透視図である。垂直座標は沈着物の厚みを表わす
が、沈着物の分布の状態を示すために誇張している。実
際の厚みは、普通、ストリップやスラブの厚み範囲であ
って２−10mmであるのに対し、沈着物の直径は１メート
ルになることがある。

垂直座標は、スプレー密度すなわち観察者に向かって
図４の矢印17の方向に一定速度で前進する基材に衝突す
る単位面積当たりの流速を任意尺度で表している。従っ
てスプレーを通過する際に何れかの幅要素上に沈着する
沈着物の蓄積量は、同一幅要素を含む平行な垂直スライ
スの容積に比例する。スライス間の境界線16を図４に示
す。

図５は、図４の沈着物の厚み断面に等しい小垂直スラ
イスの容積を基材と幅を横切ってプロットしたコンピュ
ータ作成プロットであり、一定速度でスプレーを横断す
る基材上に形成される沈着物の厚み断面も任意尺度で示
している。このコンピュータプロットは中心の谷間を予
測しているが、この谷間はこれらの条件下で金属を沈着
させる際の実験的観察により確認される。この谷間はス
トリップやシートの製造には受け入れ難いものであり、
ロータを予かじめ定められた数だけ回転させた後に偏向
ジェットに加えるガス圧を周期的に変えることにより、
この谷間を満たすことができる。従って、図６は毎４回
転目に偏向ジェット圧を低下させた際に図３の生成断面
に関して移動基材上に予想される断面である。これに対
応する静止基材上での沈着物の透視図を図７に示す。

谷間を満たす別法として、二以上の偏向ジェットをロ
ータ上に与え、そのジェットを水平に対して種々の角度
で傾斜させる方法がある。例えば、第二の中心部充填ジ
ェットは、主偏向ジェットよりも大きな角度で下方傾斜
させるものである。

谷間を満たすための別の可能な方法は、同一長手部分
に沿って２個の回転偏向ジェットを使用する方法であ
り、一方は図３の生成断面を有するように連続的に操作
し、他方は更に低い流速並びにできるだけ低い圧力で連
続的に操作する。

図８は、本発明の装置により達成される断面の実測値
である。

ストリップ沈着物の幅を被うために、２以上の回転噴
霧器を使用することもできる。重なり断面をなす２個の
回転噴霧器で操作すると、オーバースプレーは半分以下
に減少する。それら２個のデバイスを適当なピッチセン
ターに装着して、重なり域においてそれらの間に一定の
厚みが維持されるようにする。

前述の装置は、操作時に断面を調整できること、特に
低圧期の圧力及び低圧適用時間の割合を変えることによ
り、ロータの速度を周期的に変える場合に断面の調整が
可能である点で有利である。このような調整は、例えば
非接触ゲージを用いて最終厚み断面を連続的に監視する
システムのフイードバックループ内で行うことができ
る。断面誤差を最小にするための規則のセットは、ルー
プ内で作動するマイクロプロセッサーに容易にプログラ
ムとして組み込むことができる。この構成は他のタイプ
のスキャナー、特に大きな加速・減速力を要する機械式
振動装置よりも簡単である。更には、高速回転が可能で
あって、機械式振動型よりもはるかに高速で走査するこ
とができる。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】噴霧化された溶融金属粒子流を放出する手
   段を含む金属のスプレー分配のための装置であって、噴
   霧化された溶融金属粒子流を放出する手段が前記流を予
   かじめ定められた方向に放出するよう配置されているこ
   と、並びに前記流を横方向に偏向させるため前記流の周
   囲を回転するように搭載され、該流の流れ方向に対して
   傾斜され且つ該流に向けられたガスジェットノズル手段
   及び加圧偏向ガスを前記ノズル手段に供給する手段が配
   備されていることを特徴とする前記装置。
2. 【請求項２】該放出手段が該流を軸の周囲に対称的な形
   態で放出するように取り付けられ、かつ前記ノズル手段
   が該粒子流の軸の周囲を回転するように搭載されている
   請求の範囲第１項に記載の装置。
3. 【請求項３】前記ノズル手段が複数のノズルを含み、か
   つ、前記ノズル手段に加圧偏向ガスを供給する前記の手
   段が、一以上のノズルに供給されるガスの圧力を周期的
   に変えて操作できる請求の範囲第１項又は第２項に記載
   の装置。
4. 【請求項４】前記ノズル手段に加圧偏向ガスを供給する
   前記手段が複数のノズルを含み、その少なくとも１個が
   他のノズルとは異なる角度で傾斜される請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の装置。
5. 【請求項５】該ノズル手段に加圧ガスを供給する前記手
   段により一つのノズルに供給されるガスの圧力が、他の
   ノズルにい供給されるガスの圧力とは異なる請求の範囲
   第４項に記載の装置。
6. 【請求項６】前記の金属粒子流の周囲を回転するように
   搭載された第二のガスジェットノズル手段を更に含み、
   前記の第一のノズル手段と前記の第二のノズル手段との
   回転軸が金属粒子流の軸とは一致しない請求の範囲第１
   項に記載の装置。
7. 【請求項７】スプレー対象の被加工物の支持体に対して
   直線移動を与える手段、該被加工物の幅に沿ってスプレ
   ーコーテイングの厚みを連続的若しくは間欠的に測定す
   る手段及び該厚み測定手段によりなされる測定に応じて
   ノズル手段の回転速度及び／又は該ノズル手段に供給さ
   れるガスの圧力を調整する手段を更に包含する、請求の
   範囲第１項乃至第６項の何れかに記載の装置。