JP3994947B2 - 溶射ガン装置および溶射方法 - Google Patents
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Description
この発明は、円筒内面に対して溶射皮膜を形成する溶射ガンを備えた溶射ガン装置および溶射方法に関する。
円筒内面に溶射皮膜を形成する溶射ガン装置として、アセチレンとプロパンと酸素とで高温の燃焼炎を生成し、この中に溶射用材料である線材を一定速度で送り込み溶滴として高速で基材表面に吹き付けるものがある（例えば特許文献１参照）。
特開平７−６２５１９号公報
ところで、基材に形成した皮膜の密着力を高めるには、皮膜をある程度薄くして扁平率を高めることが必要であるが、上記した従来の溶射ガン装置においては、扁平率を高める点については、特に考慮していない。
そこで、この発明は、溶射皮膜を薄く形成して扁平率を高め、溶射皮膜の密着力を高めることを目的としている。
前記目的を達成するために、この発明は、順次供給される溶射用材料を燃焼炎により溶融させ、この溶融した溶射用材料を円筒内面に溶射して皮膜を形成する溶射ガンを備えた溶射ガン装置において、前記溶融した溶射用材料を前記円筒内の軸線方向前方へ送る第１の気体が流れる第１の気体流路と、この前方へ送られた溶射用材料を、この送り方向と交差するように前記円筒内面に向けて送る第２の気体が流れる第２の気体流路とを、互いに別系統としてそれぞれ設け、前記第２の気体流路を流れる第２の気体の圧力を、前記第１の気体流路を流れる第１の気体の圧力より高く設定し、前記第１の気体流路を、前記溶射用材料が送給される溶射用材料送給部を備える円筒部の外側に設けるとともに、前記第１の気体流路のさらに外側の円筒形状の隔壁と外壁との間に前記第２の気体流路を設けた構成としてある。
この発明によれば、溶融した溶射用材料を溶射ガンの前方へ送る第１の気体が流れる経路と、この前方へ送った溶融した溶射用材料を円筒内面へ向けて送る第２の気体が流れる経路とを、互いに別系統とし、第２の気体の圧力を第１の気体の圧力より高く設定するようにしたので、第１の気体の圧力を所定に維持しつつこの高圧とした第２の気体によって、溶融した溶射用材料がより高速で円筒内面に吹き付けられ、溶射皮膜はより薄く形成されて扁平率が高まり、溶射皮膜の密着力を高めることができる。
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、この発明の実施の一形態を示す溶射ガン装置の全体構成を示しており、図２は、溶射ガンの先端を拡大した断面図である。ここでの円筒内面は、自動車用エンジンにおけるアルミ合金製のシリンダブロック１のボア内面１ａであり、このシリンダボア内の中心に、ガス溶線式の溶射ガン３を挿入し、その溶射口３ａから溶射用材料として溶融した鉄系金属材料を溶射してボア内面１ａに対して溶射皮膜を形成する。
溶射ガン３は、溶線送給機５から溶射用材料として鉄系金属材料の溶線７の送給を受けるとともに、アセチレンまたはプロパンあるいはエチレンなどの燃料を貯蔵した燃料ガスボンベ９および酸素を貯蔵した酸素ボンベ１１から、配管１３および１５を介して燃料ガスおよび酸素の供給をそれぞれ受ける。
上記した溶線７は、中央部の上下に貫通する溶射用材料送給部としての溶線送給孔１７の上端から下方に向けて送給する。また、燃料および酸素は、図２に示すように、溶線送給孔１７の外側の円筒部１９に、上下方向に貫通して形成してあるガス案内流路２１に供給する。この供給した燃料および酸素の混合ガスは、ガス案内流路２１の図中で下端開口部２１ａから流出し、点火されることで燃焼炎２３が形成される。
前記円筒部１９の外周側には、第１の気体流路としてのアトマイズエア流路２５を設けてあり、さらにその外周側には、いずれも円筒形状の隔壁２７と外壁２９との間に形成した第２の気体流路としてのアクセラレータエア流路３１を設けてある。
アトマイズエア流路２５を流れる第１の気体としてのアトマイズエアは、燃焼炎２３の熱を前方（図２中で下方）へ送って周辺部に対する冷却を行うとともに、溶融した溶線７を同前方へ送る。一方、アクセラレータエア流路３１を流れる第２の気体としてのアクセラレータエアは、上記前方へ送られ溶融した溶線７を、この送り方向と交差するように前記ボア内面１ａに向けて溶射粒子６５として送り、ボア内面１ａに溶射皮膜３２を形成する。
アトマイズエア流路２５には、図１に示すように、アトマイズエア供給源３３から、減圧弁３５を備えたエア供給管３７を通してアトマイズエアを供給する。一方、アクセラレータエア流路３１には、アクセラレータエア供給源３９から、減圧弁４１およびマイクロミストフィルタ４３をそれぞれ備えたエア供給管４５を通してアクセラレータエアを供給する。すなわち、アトマイズエア流路２５とアクセラレータエア流路３１とは、互いに別系統としてそれぞれ設けてある。
アトマイズエア流路２５とアクセラレータエア流路３１との間の隔壁２７は、図２に示すように、図中で下部側の先端部が、外壁２９に対しベアリング４７を介して回転可能となる回転筒部４９を備えている。この回転筒部４９の上部外周に、アクセラレータエア流路３１に位置する回転翼５１を設けてある。この回転翼５１に、アクセラレータエア流路３１を流れるアクセラレータエアが作用することで、回転筒部４９が回転する。
回転筒部４９の先端（下端）面４９ａには、回転筒部４９と一体となって回転する先端部材５３を固定してある。先端部材５３の周縁の一部には、前記したアクセラレータエア流路３１にベアリング４７を介して連通する噴出流路５５を備えた突出部５７を設けてある。
噴出流路５５は、アクセラレータエア流路３１とほぼ同一直線状に連続する基部流路５５ａと、基部流路５５ａの下端からほぼ９０度屈曲してボア内面１ａに向けて開口する先端流路５５ｂとを備える。この先端流路５５ｂの先端開口が、溶射ガン３の前記した溶射口３ａとなる。
先端部材５３の突出部５７を除く周縁部は、板状部５９となってアクセラレータエア流路３１の先端開口を覆っている。
また、前記したアトマイズエア流路２５は、先端部分、すなわち回転筒部４９の先端および先端部材５３で形成した部位が、先細となるよう傾斜面４９ａ，５３ａを備えている。
次に、図３のタイムチャートおよび図４の動作説明図を用いて作用を説明する。
まず、燃料ガスボンベ９および酸素ボンベ１１から燃料おおよび酸素をガス案内流路２１にそれぞれ供給し、ガス案内流路２１の下端開口部２１ａから流出する混合ガスに点火して燃焼炎２３を形成する。このとき、アトマイズエア流路２５に、減圧弁３５によって０．５ＭＰａに減圧したアトマイズエアを供給する。このアトマイズエアの供給により、燃焼炎２３による熱は、図２中で下方に送られ、周囲部材の昇温が回避され、周囲部材への冷却効果が発揮される。
アトマイズエア供給後、所定時間経過した時間ｔ1に、アクセラレータエア流路３１に、減圧弁４１によって１．５ＭＰａに減圧し、かつマイクロミストフィルタ４３によってエア中の水分や油分あるいは塵埃を濾過したアクセラレータエアを供給する。
アクセラレータエア流路３１に供給したアクセラレータエアは、回転翼５１を通過することで、回転筒部４９と先端部材５３とが一体となった部分を、外壁２９に対しベアリング４７を介して回転させる。さらに、このアクセラレータエアは、ベアリング４７を通過してベアリング４７を冷却し、噴出流路５５を流れた後、その先端の溶射口３ａからボア内面１ａに向けて噴出する。この溶射口３ａから噴出するアクセラレータエアは、アトマイズエアによって前方へ送られた前記燃焼炎２３の熱を伴って、図４（ａ）に示すように、熱風６１となってボア内面１ａに吹き付ける。
この状態で、溶射ガン３を、図４（ａ）に示すようにシリンダボア内に先端を挿入した状態から図中で下方に往路移動させる。この移動時では、溶線７の供給はまだ行わず、溶射口３ａを備えた先端部材５３が回転しながら下方へ移動することで、溶射口３ａから噴出する熱風６１がボア内面１ａのほぼ全域に当たり、予熱を行うことになる。
溶射ガン３がボア内面１ａの最下端よりさらに下方、すなわちボア内面１ａの溶射必要部位より下方に達して、ボア内面１ａに対する予熱が完了したら、時間ｔ2にてアクセラレータエアの供給を停止する。これにより前記図４（ａ）に示した熱風６１の噴出は停止し、図４（ｂ）に示すように、アトマイズエア流路２５を流れるアトマイズエアによって前方（図４中で下方）に噴き出す熱風６３が発生する。また、このアクセラレータエアの供給停止により、回転筒部４９および先端部材５３の回転が停止する。
上記したアクセラレータエアの供給停止に伴って、前記時間ｔ2には溶線送給機５から溶線７を溶線送給孔１７に送給する。この送給された溶線７は、前記した熱風６３によって溶融し、熱風６３とともに前方へ飛散する。
その後、時間ｔ3で、アクセラレータエア流路２５にアクセラレータエアを、供給圧１．５ＭＰａにて再度供給するとともに、溶射ガン３を図４（ｃ）に示すように、上方へ復路移動させる。アクセラレータエアを再度供給することで、溶射口３ａから噴き出すアクセラレータエアによって発生する熱風が、順次送給されている溶融した溶線７を伴って、溶射粒子６５としてボア内面１ａに吹き付けられる。この結果、図２に示すように、ボア内面１ａには溶射皮膜３２が形成される。
上記した図４（ｃ）における溶射ガン３の上方への移動時にも、アクセラレータエアによって溶射口３ａを備えた先端部材５３が回転する。このため、溶射ガン３の上方への移動によって、ボア内面１ａのほぼ全域に前記した溶射皮膜３２が形成される。
このように、上記した実施形態によれば、アトマイズエアとアクセラレータエアとを互いに別系統としたので、アトマイズエアの供給圧を０．５ＭＰａと適正に維持しつつ、アクセラレータエアの供給圧を、アトマイズエアより高い１．５ＭＰａに設定して供給することができる。
アクセラレータエアの供給圧を高めることで、溶射粒子６５の飛散速度が高まり、溶射粒子６５がボア内面１ａに衝突する際の運動エネルギも高くなる。この結果、ボア内面１ａに形成される溶射皮膜３２は、より薄くなって扁平率が高いものとなり、ボア内面１ａに対する密着力が高まるとともに、皮膜表面の面粗度も向上する。
また、図４（ｂ）の状態で溶線７の送給を開始するが、この送給開始後、溶射ガン３を上方へ移動させる前の状態では、アクセラレータエアの供給は停止している。したがって、このとき下方に向かう熱風６３が形成され、この熱風６３によって溶線７の溶融した溶融粒子は、シリンダブロック１の下方の開口部へ向けて噴出される。これにより、溶射皮膜を形成する必要のないスカート部６７の内面への溶射皮膜の形成を、マスキングなどを施すことなく回避することができる。
また、回転筒部４９および先端部材５３を一体となって回転させるベアリング４７をアクセラレータ流路３１に配置してあるので、燃焼炎２３の輻射熱によって高温化するベアリング４７が、アクセラレータエアによって冷却されて耐久性が向上する。
さらに、このアクセラレータエアは、マイクロミストフィルタ４３によって、水分や油分などが除去されるので、ベアリング４７には水分や油分などを含まない純粋なエアが供給され、ベアリング４７の性能が高度に維持される。
また、図３に示すように、アクセラレータエアの供給開始は、燃焼炎２３が形成されてアトマイズエアを供給した後の所定時間経過後の時間ｔ1に行っているので、燃焼炎２３の安定化を図ることができる。
１ａ ボア内面（円筒内面）
３ 溶射ガン
７ 溶線（溶射用材料）
１７ 溶線送給孔（溶射用材料送給部）
２３ 燃焼炎
２５ アトマイズエア流路（第１の流路）
３１ アクセラレータ流路（第２の流路）
４３ マイクロミストフィルタ
４７ ベアリング
３ 溶射ガン
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２５ アトマイズエア流路（第１の流路）
３１ アクセラレータ流路（第２の流路）
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４７ ベアリング
Claims (7)
- 順次供給される溶射用材料を燃焼炎により溶融させ、この溶融した溶射用材料を円筒内面に溶射して皮膜を形成する溶射ガンを備えた溶射ガン装置において、前記溶融した溶射用材料を前記円筒内の軸線方向前方へ送る第１の気体が流れる第１の気体流路と、この前方へ送られた溶射用材料を、この送り方向と交差するように前記円筒内面に向けて送る第２の気体が流れる第２の気体流路とを、互いに別系統としてそれぞれ設け、前記第２の気体流路を流れる第２の気体の圧力を、前記第１の気体流路を流れる第１の気体の圧力より高く設定し、前記第１の気体流路を、前記溶射用材料が送給される溶射用材料送給部を備える円筒部の外側に設けるとともに、前記第１の気体流路のさらに外側の円筒形状の隔壁と外壁との間に前記第２の気体流路を設けたことを特徴とする溶射ガン装置。
- 前記第１の気体流路と前記第２の気体流路との間の前記隔壁の先端部を、前記外壁に対しベアリングを介して回転可能に設け、前記隔壁の先端部に前記第２の気体流路に連通する噴出通路を備える先端部材を設け、前記ベアリングを前記第２の気体流路中に配置したことを特徴とする請求項１記載の溶射ガン装置。
- 前記第２の気体流路の前記ベアリングより上流側に、前記第２の気体を濾過するフィルタを設けたことを特徴とする請求項２記載の溶射ガン装置。
- 順次供給される溶射用材料を燃焼炎により溶融させ、この溶融した溶射用材料を溶射ガンを用いて円筒内面に溶射して皮膜を形成する溶射方法において、前記溶融した溶射用材料を、前記溶射用材料が送給される溶射用材料送給部を備える円筒部の外側に設けた第１の気体流路を流れる第１の気体により前記円筒内の軸線方向前方へ送るとともに、この前方へ送られた溶融材料を、前記第１の気体流路とは別系統として設けられ、前記第１の気体流路のさらに外側の円筒形状の隔壁と外壁との間に設けた第２の気体流路を流れかつ、前記第１の気体の圧力より高く設定した第２の気体により、前記送り方向と交差する方向の前記円筒内面に向けて送ることを特徴とする溶射方法。
- 前記第２の気体は、前記燃焼炎が形成されかつ前記第１の気体が流れてから所定時間経過後に流れることを特徴とする請求項４に記載の溶射方法。
- 前記第２の気体の送給・停止を行って前記円筒内面の必要部位に溶射することを特徴とする請求項４または５に記載の溶射方法。
- 前記溶射ガンを円筒内へ挿入する往路移動の際に、前記第１，第２の各気体をそれぞれ送給して前記円筒内面を前記燃焼炎により予熱した後、前記溶射ガンの溶射口が前記円筒内の溶射必要部位から前方へ突出した状態で、前記第２の気体の送給を一旦停止し、その後前記溶射用材料を供給してその溶融した材料を前記第１の気体により前記円筒内の軸線方向前方へ送り、この状態で前記第２の気体の送給を開始して前記溶射ガンを円筒内から引き出す復路移動の際に、前記予熱した円筒内面に対して溶融した溶射用材料を溶射することを特徴とする請求項６記載の溶射方法。
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