JP4493786B2 - 電弧噴霧延長装置およびガスキャップ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱噴霧装置かつとくに二重ワイヤ、電弧型の熱噴霧ガン、そしてさらに、電弧噴霧延長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱噴霧はコーティングを形成するために金属のごとき溶融材料の微細な粒子を溶融しかつ推し出す方法である。１または２本のワイヤまたは粉末が送給材料に使用されることができ、そして加熱は電弧（arc）または燃焼炎によっている。１つの型の熱噴霧ガンは、２本のワイヤが、これらのワイヤを通される電流による電弧によって溶融されるワイヤ先端で接触して送給される、二重ワイヤ、電弧熱噴霧ガンである。圧縮されたガス（通常、空気）の噴射が溶融された金属を霧化し（すなわち、霧状にし）そして溶融金属粒子の噴霧流れを発生するように先端を通って吹き出される。アーク電流は、一般に、数百アンペア程度である。
【０００３】
種々のガスヘッド形状が、例えば、アメリカ合衆国特許第３，５４６，４１５号、同第４，０９５，０８１号、同第４，４９２，３３７号、同第４，６６８，８５２号、同第５，７１４，２０５号、および同第５，７９１，５６０号において開示されるように示唆されている。
【０００４】
幾つかの用途は、孔またはシリンダの孔のごとき他の閉じ込められた区域の内面をコーティングすることを含んでいる。かかる用途に関して、側面からのガス噴射が噴霧ガンが表面に対して向けられる角度の付いた、または偏向された噴霧により孔に挿入され得るように主軸線から或る角度で噴霧を偏向する延長ガンが使用されている。側面噴射は中央霧化噴射に対して補助にしても良くかつ第１霧化噴射として役立っても、またはそうでなくても良い。内燃機関のシリンダ孔のごとき、孔の内面を噴霧するために、ガンはその軸線上で回転され得るかまたはガンが軸方向に動かされながら孔を備えた物体がかなり高速で回転させられねばならない。
【０００５】
シリンダブロックのごとき物体のかかる回転は一般には実用的でない。単一のワイヤ（単線式）の燃焼ガン延長装置または粉末ガンは適切な機構によって回転させられ得る。否消耗回転電極を備えた単一のワイヤの電弧ガンがアメリカ合衆国特許第５，２４５，１５３号に開示されているが、単一のワイヤの電弧ガンは、かかる電極か実際には高い電流において「否消耗」ではないため、少なくとも部分的に、商業的に実行可能ではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
角度付き２本ワイヤ（２線式）電弧ガンがアメリカ合衆国特許第４，８５３，５１３号および本発明者および譲受人の１９９８年１１月３日に出願された、アメリカ合衆国特許出願第０９／０３８，４５３号に開示されている。２線式ガンのために、複雑な装置が捩じれを回避するようにワイヤのまわりに噴霧ヘッドを回転させる必要がある。不規則な噴霧が集中するワイヤに関連して変化する幾何形状から予想され得る。２本ワイヤの電弧ガンは比較的安価で、かつ、それゆえ、多くの用途に望ましい。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、噴霧装置または物体を回転する必要なしに物体の孔の内部を噴霧するための改良された、２本ワイヤの延長型の電弧熱噴霧装置を提供することにある。他の目的は、孔の内面を噴霧するための円錐ファン噴霧を発生するかかる装置を提供することにある。さらに他の目的は上記目的を達成するためにかかる装置用の新規なガスキャップを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記および他の目的は、少なくとも部分的に、噴霧ガン本体、２本の金属ワイヤをこれらのワイヤの先端での接触領域に案内するように前記噴霧ガン本体によって集中的に（convergingly）保持された１対の管状ワイヤガイド、この管状ワイヤガイドを介して前記金属ワイヤを送給するように作動的に接続されたワイヤ送給機構、および前記噴霧ガン本体に固着されかつそれから前方に向かって延びるガスキャップからなっている、孔の中に噴霧するための電弧噴霧延長装置によって達成される。金属ワイヤは電弧を発生しかつそれによりワイヤ先端で金属を溶融するようなアーク電流を受容している。
【０００９】
ガスキャップはガス噴射を発生するために加圧ガスを受容する複数の開口を有している。前記開口は、前記ガス噴射が溶融された金属の霧化を噴霧流れに発生するように接触領域に向かって半径方向に内向きの構成要素により向けられるように正確に略等しい間隔で配置されている。前記開口は、噴霧流れが円錐ファンの形に発生されるように渦流を作るように半径方向から前方にかつ正接して均一にずれる軸線を有している。孔の中心への噴霧流れの挿入は前記孔の内面上の周部にコーティングを発生することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を組み込んでいる二重ワイヤの、電弧熱噴霧ガン１０（図１）は、本書に記載されるガスキャップ１２に関する以外は通常のまたは他の所望の型で合っても良い。本実施例において、ガン本体は３つの部分、すなわち、前方ガン本体１４、細長い中間ガン本体１６および後方ガン本体１８を有している。後部のガン本体１８は１対のホースケーブル２１からガスおよび電力を分離し、かつまたワイヤ駆動機構２２を有している。前方ガン本体は電弧を発するために２本のワイヤ２４を一緒にしかつ溶融ワイヤ先端を霧化しかつそれから噴霧流れを発生するためのガスキャップ１２を有している。中間ガン本体は前方および後方ガン本体を連結する延長体である。コンソール（図示せず）は代表的には整流器およびガス調整器を収容しかつガンへ電力、ワイヤおよびガスを供給するために、ワイヤリールを支持体している。
【００１１】
（本書および特許請求の範囲において使用されるように、用語「前方の」および「前の」はワイヤが送られる方向に関連しており、そして「後ろの」および「後方の」は反対方向を示している。用語「内部の」および「内方の」はガン軸線に向かい合っているかまたはそれに向けられること意味している。）
【００１２】
本実施形態において後部のガン本体１８はワイヤ駆動機構２２を収容している。かかるワイヤ駆動は電気的に絶縁された送りローラ３０に接続された歯車を駆動する小型の可変速度の電動機または空気モータ（図示せず）を利用することも可能であり、ばね緊張装置３２により各ワイヤに維持されるローラ緊張は送りローラの上方に配置された絶縁アイドラロール２８を押圧する。スプールまたはワイヤ容器（図示せず）から可撓性の管３４を通って延びるワイヤ２４はそれによりワイヤ管３６（図２）を通ってかつその中にローラによって送られる。ワイヤ駆動の型式または配置は本発明には重要ではなく、そして他の適切な通常のまたは他の所望の機構が使用され得る。リールでの押し出し駆動装置はガン内のワイヤ駆動に置き換えてまたは補完して使用されることができる。
【００１３】
ワイヤ駆動機構の前方の支持ブロック４０は垂直接触支柱４２を収容しており、この垂直接触支柱４２の基部は動力ケーブル２１から接続している堅固な管４３に取着され、動力ケーブル２１は、順次、電弧を発生するために通常の電力源４５に接続される。導電性のワイヤ管３６が垂直接触支柱４２の正反対の孔内で支持および電気的接触のために固定される。これらの管は支持ブロックの傾斜が付いた部分４４において内方に角度が付いており、かつ次いで中間のガン本体１６に沿って平行に延びるように真っ直ぐにされている。ワイヤ管３６は傾斜が付いた部分４４において心出し支柱４６によって支持されている。
【００１４】
ワイヤ管３６は、好ましくは、ＰＴＦＥまたはＭｏＳ２ により埋め込まれたプラスチツクのごとき低摩擦材料から形成されるライナ４７を好都合に収容している。ライナは垂直接触支柱４２の後方でワイヤ管に入りかつ中間ガン本体内でワイヤ管に続いている。中間のガン本体は細長い、筒状の延長ハウジング４８を有しておりハウジングの後方には端部取り付け具５０があり、テーパ部の先端に固定されている。中間ガン本体は噴霧されるべき孔または他の閉じ込められた区域の深さに依存して特定の用途に関して選択された長さ、例えば、３０ｃｍまたは６０ｃｍを有している。
【００１５】
前方のガン本体１４（図３）は一般に筒状でありそして延長ハウジングに螺合される前部の部材５２を含んでいる。前部の本体内に固着された支持部材５４が１対の貫通孔５５（図４）を有しかつ空気流れ（後述）のために反対側で切截５７されている。支持部材は貫通孔内でこれらの取り付け具から支持部材を通って前方に延びかつ内方に屈曲する１対の角度付きガイド６０を保持している。これらのガイドおよび貫通孔５５は、代替的に、製造を便利にするために矩形または他の断面を有してもよい。１対の端部取り付け具５８がワイヤ管３６および管ライナ４７の前方端に接続するために角度付きガイド６０にその後方でピン５９によって固着される。
【００１６】
導電性のワイヤガイド６１が角度付きガイド６０の収束している前方端に螺合されている。ワイヤガイドはそれぞれの孔６３を通って、前部の部材５２内に保持される支持円板６４（図５）内に位置決めされる。これらの管はワイヤを通して電流を供給するためにワイヤに電気的に接触しかつワイヤをその接触領域６６に収束する。ワイヤを通って印加される通常の電弧動力源（代表的にはＤＣ）により、電弧が形成され、かくしてワイヤ先端を溶融する。電力源４５（図１）から、電力はそのライン源からコンソール内の整流器を経由してかつそれゆえケーブル２１、ワイヤ管３６、角度付きガイド６０およびワイヤガイド６１を通ってワイヤ２４へ供給される。
【００１７】
すべての構成要素は、ネジ、螺合、エポキシ、圧力嵌め等によって、物品的に示されるように、普通にともに保持されている。少なくとも後部のガン本体は駆動機構に近づくために取り外し可能なカバーを有してもよい。適切な部分は、後部のガン本体の傾斜付き部分および前方のガン本体の支持体を含めて、硬いプラスチツクのごとき電気絶縁材料が形成される。
【００１８】
第１圧縮ガス源６２（図１）からの霧化空気または他のガスは、ケーブルホース２１および堅固な管４３を介して支持支柱４２の基部（電力に沿って）へ運ばれる。支持支柱の横方向の孔７２が空気を支持ブロック４０の室７０に空気を送給する。支持ブロックの前方壁７４の４つの孔（図示せず）が空気を傾斜部分４４の第２の室７２（図２）へかつそれゆえ中間のガン本体のハウジング４８によって形成されたダクト７４を通って導く。空気は切截された支持部材５４を通って前方の室７６へ流れる。Ｏ−リング密封体６５が圧縮ガスを収納するように効果的に使用される。
【００１９】
本発明のための、電弧ガン装置の前記態様の構造上の詳細は重要でなくかつ本実施例に限定される必要はない。他の形状が使用され得る。例えば、延長ハウジング４８は省略されてもよく、かつ適所に、堅固な管がワイヤ、電力およびガスを運ぶために使用されそして真っ直ぐな管を除いて、かかる搬送および支持に関連するその部分が参考のために本書に組み込まれている、上述したアメリカ合衆国特許第４，８５３，５１３号に教示されたように、後部のおよび前方のガン本体の間に支持体を設けている。（実際に、管は特殊な噴霧形状に関して真っ直ぐである必要はない。）
【００２０】
同様に、ハウジングおよび管の物理的接続の詳細は重要ではない。ワイヤへの電気的接触の型式もまた本発明には重要ではなく、そしてローラを介してのごとき他の普通のまたは所望の接触手段が使用され得る。例えば、電気的接触はワイヤのリール用取り付けにおいてのごとくガンから離して行われることも可能である。大まかに、より一般的に要求されるものはワイヤへの電力の接続、２本のワイヤのガンによる受容、ワイヤ駆動機構（ワイヤ列中のどこでも可能である）、電弧を発生するための接触領域へワイヤを持ち来すための前部のガン本体、および前部のガン本体への電力およびガス供給（電力がどこか後方でワイヤに導かれる場合を除いて）である。前部のガン本体用延長支持体は孔が浅い場合を除いて一般に必要とされる。
【００２１】
ガスキャップ１２（図３、図６および図７）が、前方のガン本体の前部の部材５４に、ネジ山付きの保持リング７８（またはネジ、歯止めまたはガスキャップのネジ山のごとき他の適宜な固定装置）によって取着されている。ガスキャップは突出部分８６がそれから前方に延びている基部部分８４を有している。基部はガスキャップをガン本体に固着するのに適合され、例えば、保持リング７８によつて保持するために本実施例においてはフランジ８８を有している。ガスキャップは磨耗したときまたは他の型のガスキャップとの交換可能性のために容易に交換可能である。ガスキャップは、ワイヤがそれを通って収束する中央開口８９、およびワイヤガイド６１に適切な大きさの中央キャビティ９１を有している。
【００２２】
ガスキャップは、示されるように７個の開口のごとく、好ましくは、数において３〜１３（これを含んで）の間の複数の開口８０をそれに有している。各開口用のガスチャンネル８２が開口から基部を介して接続する。支持円板６４（図５）が、ガスチャンネルと一直線に整列している、周部に対応して設けられた複数の刻み目９０を有している。基部のずれたピン９２（図７）は整列している支持円板の対応する孔９４にガスキャップを方向付けるのに使用される。室７６からのガスはガス噴射９６を発生するためにそれぞれの刻み目およびガスチャンネルを通って各開口を通過する。
【００２３】
開口８０は、噴射が噴霧流れに溶融金属の霧化を発生するように接触領域に向かって半径方向に内方の構成要素によって向けられるように略等しい間隔で正確に配置されている。開口は、好ましくは、半径方向１０１から内方にずれている（図３）複数の軸線１００（１つが示されている）を有している。これらの軸線は噴霧流れが円錐ファンの形において発生されるような渦流を作るように半径方向から正接してずれている（図６）。ずれは均一の噴霧を発生するように均一にすべきでかつ円錐ファンを発生するように選択される。前方のずれは約５°から６０°の間、例えば、２１°にすべきである。正接方向、つまり接線方向のずれは約１０°から３０°、例えば、１８°にすべきである。（開口の軸線は中央開口８９に対して必ずしも正接しなくてもよい。）
【００２４】
開口の大きさは、良好な霧化、例えば、５．３×１０⁴Ｐａ（５バールゲージ、７５ｐｓｉｇ）の供給源６２からの空気圧により２．０ｍｍ直径を発生するのに十分な絞った流れを発生すべきである。２１°および１８°のそれぞれのずれによるこれらの条件は約４５°の円錐ファン噴霧を発生する。他の開口寸法かつ角度および空気圧は噴霧円錐を最適化するのに協力して選択され得る。供給源と開口との間のケーブルおよびガン内の他のダクトおよびチャンネルは顕著な圧力降下を設けないように十分に大きくすべきである。
【００２５】
噴射を適切に方向付けるために、ガスキャップは、好ましくは、接触領域に近接している、前方に向かい合っている、好ましくは、浅い、円錐面を有しており、開口は円錐面から出ている。ガン軸線からの表面の角度は一般には約４５°ないし８０°の間、例えば、７５°が適切である。屈曲面または開口出口の内方に向かい合っている筒状面のごとき他の形状が使用されてもよく、または噴射がガン軸線に対して直角な前部面から出てもよい。
【００２６】
シリンダブロックのごとき物体１０６の孔１０４（図８）の中心への、円錐ファン噴霧流れ１０２および必要ならば、ガンの前方端の挿入がガンまたは物体を回転する必要なしに孔の内面の周部にコーティングを発生することを可能にする。ガンは手で保持され得るが、通常、適切な、普通のマニピュレータ（図示せず）に取り付けられるべきで、かつ代表的には、ガンは内面の長手方向のコーティングのために軸方向１０８に動かされる。孔の大きさは実行可能な半径方向噴霧距離の範囲内、一般には、孔の直径の約７ｃｍないし５０ｃｍの間のいずれであってもよい。孔は、この範囲内で、筒状または長手方向に均一の大きさからなる必要もない。装置は、エンジンシリンダ孔、ポンプシリンダ孔、伝導パイプ、熱交換機、燃焼カン、同期リング等を噴霧するのに適する。
【００２７】
本発明のガスキャップは他の型の２本ワイヤ電弧ガンおよび種々の型のヘッド部材に使用され得る。１実施例において、ガスキャップはガン本体から延びかつそれと一体に形成される簡単な突起からなっている。他の実施例において、本発明によるガスキャップは適切な適合により種々に形作られたガンに取り付けられ得る。
【００２８】
本発明は特別な実施例に関連して詳細に上記で説明されたが、本発明の精神および添付の特許請求の範囲に属する種々の変化および変更がこの技術に熟練した者には明らかとなろう。それゆえ、本発明は添付の特許請求の範囲またはそれらの同等物によってのみ制限されるように向けられる。
【００２９】
【発明の効果】
叙上のごとく、本発明は、噴霧ガン本体、２本の金属ワイヤをこれらのワイヤの先端での接触領域に案内するように前記噴霧ガン本体によって集中的に保持された１対の管状ワイヤガイド、この管状ワイヤガイドを介して金属ワイヤを送給するように作動的に接続されたワイヤ送給機構、および前記噴霧ガン本体に固着されかつそれから前方に向かって延びるガスキャップからなっており、前記金属ワイヤが電弧を発生しかつそれにより前記ワイヤ先端で金属を溶融するようなアーク電流を受容している、孔に噴霧するための電弧噴霧延長装置において、前記ガスキャップがガス噴射を発生するために加圧ガスを受容する複数の開口を有しており、前記開口が、前記ガス噴射が溶融された金属の霧化を噴霧流れに発生するように接触領域に向かって半径方向に内向きの構成要素により向けられるように正確に略等しい間隔で配置され、前記開口が、噴霧流れが円錐ファンの形に発生されるように渦流を作るために半径方向から前方にかつ正接して均一にずれる軸線を有しており、それにより孔の中心への噴霧流れの挿入が前記孔の内面上の周部にコーティングを発生することができる構成としたので、噴霧装置または物体を回転する必要なしに物体の孔の内部を噴霧するための改良された、２本ワイヤの延長型の電弧熱噴霧装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を組み込んでいる電弧ワイヤ熱噴霧装置を示す長手方向部分断面図である。
【図２】図１の熱噴霧装置の後部部分を示す長手方向断面図である。
【図３】図１の熱噴霧装置の前方部分を示す長手方向断面図である。
【図４】図３に示した支持部材を示す正面図である。
【図５】図３に示した支持円板を示す正面図である。
【図６】図１および図３に示したガスキャップの正面図である。
【図７】ガスキャツプを方向付けるためのピンを示す側面図である。
【図８】孔に噴霧するための円錐ファンの形の噴霧流れを示している図１の装置の斜視図である。
【符号の説明】
１０ ２本ワイヤの電弧熱噴霧ガン
１２ ガスキャップ
１４ 前方のガン本体
１６ 中間のガン本体
１８ 後部のガン本体
２２ ワイヤ駆動機構
２３ ワイヤ
３０ 送りローラ
６１ ワイヤガイド
８０ 開口
８６ 突出部分
１００ 開口の軸線
１０１ 半径方向
１０２ 噴霧流れ
１０４ 孔
１０６ 物体

Claims (10)

1. 噴霧ガン本体と、
   ２本の金属ワイヤを前記金属ワイヤの先端にある接触領域に案内するために前記噴霧ガン本体によって集中的に保持された一対の管状ワイヤガイドと、
   前記管状ワイヤガイドを介して前記金属ワイヤを送給するために作動的に接続されたワイヤ送給機構と、
   前記噴霧ガン本体に固着されかつ前記噴霧ガン本体から前方に向かって延びるガスキャップとを有しており、
   前記金属ワイヤが、電弧を発生させて前記金属ワイヤの先端で金属を溶融するために、アーク電流を受容している、孔に噴霧するための電弧噴霧延長装置において、
   前記ガスキャップが、複数の開口を有し、ガス噴射を発生させるために前記開口内に加圧ガスを受容しており、前記開口が正確に略等しい間隔で弧状に配置され、霧化された溶融金属を噴霧流れに生じさせるために、前記ガス噴射を半径方向に内方の方向成分を持って前記接触領域へ向けさせるようになっており、前記開口が、渦流を作るために半径方向から前方にかつ接線方向に均一にずれる軸線を有し、前記噴霧流れを円錐ファンの形にするようになっており、前記噴霧流れを孔の中心へ挿入することにより、前記孔の内周面にコーティングをすることができることを特徴とする電弧噴霧延長装置。
2. 前記ガスキャップが前記接触領域に近接して前方に向かい合った凹んだ円錐面を有しており、前記開口が前記円錐面から出ていることを特徴とする請求項１に記載の電弧噴霧延長装置。
3. 前記複数の開口が３〜１１個の間の数であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電弧噴霧延長装置。
4. 前記開口の数が７個であることを特徴とする請求項３に記載の電弧噴霧延長装置。
5. 前記開口の数が奇数であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電弧噴霧延長装置。
6. 電弧噴霧延長装置から角度の付いた噴霧流れを発生させるための、ガスキャップであって、前記電弧噴霧延長装置が、
   噴霧ガン本体と、
   ２本の金属ワイヤを前記金属ワイヤの先端にある接触領域に案内するために前記噴霧ガン本体によって保持された一対の管状ワイヤガイドと、
   前記管状ワイヤガイドを介してそれぞれ前記金属ワイヤを送給するために作動的に接続されたワイヤ送給機構とを含み、
   前記金属ワイヤが、電弧を発生させて前記金属ワイヤの先端で金属を溶融するために、アーク電流を受容している、ガスキャップにおいて、
   前記ガスキャップが、ベースおよび前記ベースから延びている突起部を含み、前記ベースが、前方に延びている前記突起部とともに、前記ガスキャップを前記噴霧ガン本体に固着するように構成されており、前記突起部が複数の開口を有し、ガス噴射を発生させるために前記開口内に加圧ガスを受容しており、前記開口が正確に略等しい間隔で弧状に配置され、前記噴霧ガン本体に固着されたガスキャップにより、霧化された溶融金属を噴霧流れに生じさせるために、前記ガス噴射を半径方向に内方の方向成分を持って前記接触領域へ向けさせるようになっており、前記開口が、渦流を作るために半径方向から前方にかつ正接して均一にずれる軸線を有し、前記噴霧流れを円錐ファンの形にするようになっており、前記噴霧流れを孔の中心へ挿入することにより、前記孔の内周面にコーティングをすることができることを特徴とするガスキャップ。
7. 前記突起が前記接触領域に近接して前方に向かい合った凹んだ円錐面を有しており、前記開口が前記円錐面から出ていることを特徴とする請求項６に記載のガスキャップ。
8. 前記複数の開口が３〜１１個の間の数であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のガスキャップ。
9. 前記開口の数が７個であることを特徴とする請求項８に記載のガスキャップ。
10. 前記開口の数が奇数であることを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか一項に記載のガスキャップ。

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