JP5329027B2 - 粉末供給システム、及びこれを有する溶射システム - Google Patents

Description

本発明は、各カテゴリーの独立請求項前文に記載された粉末供給システムと、溶射システムと、加工物の表面処理装置とに関するものである。

作動中に粉末状の材料、例えば溶射粉末、砂等の鉱物や、極めて様々な材料から成る粒状物の供給を要する極めて様々な種類の粉末加工装置は、通例、粉末供給システムを含んでいるが、この粉末供給システムは、実質的に粉末給送システムから成り、この粉末供給システムを用いて、粉末が、一定量の所要粉末を予備として貯蔵可能な貯蔵容器から粉末加工装置へ給送できる。
工業分野では、前述の粉末加工装置には、例えばプラズマピストル等の熱溶射装置、低温ガス溶射システム、種々の周知の火炎溶射及びアーク溶射システム（このシステムでは、例えば溶射線材に加えて粉末も処理される）、例えば加工物表面品質を高めることが可能なその他の粉末処理溶射システムを含めることができる。このほかの粉末加工装置の一例は、加工物の表面加工装置、例えば加工物表面の研磨、粗削りや、艶出しの処理を、例えば砂や微細ダスト等の鉱物の吹き付け材料か、金属又はセラミック又は合成の吹き付け材料による工作物表面加工装置である。

例として挙げられ、かつ先行技術により公知のこれらの粉末加工装置のすべてが抱えている問題は、それらの装置に備えられた従来の粉末給送システムの貯蔵容器は、対応粉末又は吹き付け材料の容量が限られていることである。熱溶射システムの場合、その容量は、通例、最大容量７リットルである。この容量は、部品が大量生産で製造される場合、例えば熱溶射皮膜を設ける場合、或いは工作物表面に吹き付け材料を吹き付けて処理する必要がある場合には、かなり障害になる。
量産の場合、処理作業、例えば加工物の被覆作業は、貯蔵容器を再充填するために、比較的頻繁に定期的に時間間隔をおいて中止せねばならない。その結果、当然、かなり時間的遅れが生じる。その上、再充填を行うのは容易ではない。

加えて、処理の品質は、貯蔵容器の充填レベルと完全には無関係ではない。したがって、熱溶射作業中に、溶射方法及び／又は溶射材料及び／又は溶射される皮膜の要求品質に応じて、予め定めた最大値と最小値との間で貯蔵容器の充填レベルを変更することが好ましい。なぜなら、具体的な充填状態が粉末供給速度にも影響するので、過大な充填レベル及び／又は過小な充填レベルは、溶射される皮膜の品質にマイナスの影響を与えることがあるからである。

したがって、本発明の目標は、新たな粉末供給システム、それも特に、粉末を供給される装置の作動を中断することなく貯蔵容器を自動式に再充填可能な、先行技術の欠点が除去された新たな粉末供給システムを得ることであり、加えて、同時に粉末加工装置の理想的な作業結果が保証されるようにすることである。

これらの目的を満足させる本発明の主要な部分は、独立請求項に記載の特徴に示されている。
従属請求項は、特に、本発明の好ましい実施例に係わるものである。
このように、本発明は粒状物質を加工装置に供給する粉末給送システムに関するものである。そのように構成された粉末給送システムは、主容器と、加工装置内へ粒状物質を搬入するための貯蔵容器を有する粉末供給システムとを含んでいる。本発明によれば、諸手段が、予め定め得る量の粒状物質を作業粉末として、加工装置の作動状態で、主容器から貯蔵容器へ供給できるように設けられており、それによって、少なくとも最小量の粒状物質が貯蔵容器に得られるようにされている。

本発明の重要な特徴は、したがって、加工装置の作動状態で、貯蔵容器に予め定め得る量の粒状物質を、言い換えれば粉末又は吹き付け材料を再充填できることであり、しかも、それが、熱溶射装置を備えた加工装置により現に進行中の処理作業、例えば被覆加工を中断することなく可能なことである。したがって、量産の場合、つまり極めて多数の加工物を大量生産する場合、極めて長い有効寿命が、生産処置を中断することなく達せられる。このため、或る部品の熱被覆用の被覆ユニットは、例えば１週間以上中断なしに作業可能であり、貯蔵容器の再充填のために、部品の被覆加工を中断する必要がない。また、特定の間隔で貯蔵容器に供給する主容器に自動式に再充填もできるので、このように構成された粉末供給システムは、予め定めた量の工作物の被覆が完了するまで、或いは例えばサービスの必要又は故障の発生により加工続行の中止を余儀なくされるまで、中断なしに作業可能である。

更に重要な点は、貯蔵容器内の粉末量が粒状物質の最小量以下には決して減少しない点である。すなわち、貯蔵容器内の溶射粉末又は吹きつけ材料の量は、例えば全加工処理中、常に少なくとも一定充填レベルを保つ一方、貯蔵容器の予め定めた一定の最大充填レベル又は充填量を決して超えることがないことが保証されている。なぜなら、予め定めた限られた量の粒状物質のみが貯蔵容器に再充填される結果、全体として、貯蔵容器内の充填レベル又は充填量は、常に予め定め得る範囲内にある。

この点は、貯蔵容器の充填レベルが加工装置によって製造される製品量又は加工装置により加工される製品量に影響する場合に、特に重要である。したがって、ある場合には、貯蔵容器の充填レベルが、貯蔵容器から溶射粉末を供給される熱溶射ピストルにより加工物に形成される熱溶射皮膜の品質に影響することがある。これと似た場合には、充填量又は充填レベルは常に予め定めた範囲内にあることが極めて重要になる。このことは、例えば貯蔵容器内の溶射粉末量が、溶射により形成される皮膜の品質に悪影響を与えないようにするには、もっと大きく変更する場合でも、最小値と最大値との間でのみ変化することが許容されることを意味する。貯蔵容器に蓄えられる粒状物質量の制御又は調整は、したがって、本発明による粉末供給システムによって初めて可能になった。

一好適実施例の場合、計量手段、特に粒状物質の予め定め得る用量を計測する弁が備えられている。例えば、貯蔵容器内の充填レベルが予め定めた最小充填レベルに達した場合、主容器から貯蔵容器へ供給されねばならない予め定めた量の粒状物質が、この手段によって制御又は調整される。
特に好適な一実施例の場合、計量容器は、主容器と、粒状物質の用量を受け取る貯蔵容器との間に配置できる。このことは、粒状物質の、例えば溶射粉末の予め定め得る一定量が、貯蔵容器へ給送される前に、先ず計量容器へ搬送され、計量された用量が計量容器から、更に貯蔵容器へ送られることを意味する。このことには、充填中に貯蔵容器へ予め定めた用量の粒状物質を送入するさいの使用圧力が、各充填処置の場合の圧力と等しく、かつ予め決定可能な負荷限度内に維持できる結果、加工装置への粒状物質の供給は、完全に均一に、貯蔵容器の充填処置中にも中断なしに行われるという特別の利点がある。
この構成の場合、粒状物質量の計測用の充填レベル計は、主容器及び／又は貯蔵容器及び／又は計量容器に配置するのが好ましい。

その場合、現に加工中に、例えば現に加工物の被覆中の貯蔵容器の再充填は、例えば次のように行われる：充填レベルの計測装置は、貯蔵容器内に配置されているだけではなく、粒状物質、言い換えると溶射粉末の充填レベルを制御する計量容器内にも配置されている。充填レベル計測装置は、信号により制御及び／又は調整ユニットに接続されており、該ユニットは、電子式データ処理ユニットを含むことができ、かつまた例えば多量の溶射粉末が貯蔵された主容器と計量容器間の各１個の弁の開閉と、計量容器と貯蔵容器間の第２の弁とを同時的に制御及び／又は調整できる。充填レベル計測装置は、例えば光学式測定装置、音響式測定装置、特に超音波式充填レベル測定装置、機械式充填レベル測定装置、その他適当な充填レベル測定装置のいずれかでよい。
最初に、適量の溶射粉末又は吹き付け材料が、例えば貯蔵容器にある。予め定め得る量の粒状物質が計量容器に内包され、この粒状物質は、貯蔵容器が最小充填レベルに達した場合に、貯蔵容器に付加される予定のものである。主容器／計量容器間と、計量容器／貯蔵容器間の２個の弁は閉じておく。

貯蔵容器のところの充填レベル計測装置が、貯蔵容器内の溶射粉末量が予め定めた最小充填レベルに達したことを示すと、対応信号がデータ処理ユニットへ送られ、これにより計量容器／貯蔵容器間の弁が自動的に開かれ、その結果、計量容器内に蓄えられた用量の粒状物質が貯蔵容器に達し、貯蔵容器は最大充填レベルまで再充填されることで、中断することなく加工が連続できる。次いで計量容器／貯蔵容器間の弁が再び自動式に閉じられる。その後で、主容器／計量容器間の弁が開かれたことで、計量容器が主容器から予め定めた用量の粒状物質を再充填される。計量容器内の充填レベル計測装置が、計量容器に予め定めた用量が再充填されたことを検出すると、充填レベル計測装置は、対応信号を制御及び／又は調整ユニットのデータ処理ユニットへ送り、これにより主容器／計量容器間の弁が再び閉じられる。
引き続き、既述のように、更に貯蔵容器の充填を新たに行うことができる。

言うまでもなく、本発明による粉末供給システムの一実施例では、少なくとも１つの第２主容器が第２粒状物質を有し、例えば加工物の表面を例えば熱溶射装置で被覆するための使用粉末の配合を、加工装置の作動中に変更することができる。このことは、各主容器又は特定の主容器ごとに別個の計量容器を備えることができ、それらの主容器はすべて貯蔵容器に接続できることを意味する。別の実施例では、２個以上の主容器用に計量容器が１個のみ備えられ、該計量容器が、異なる主容器から異なる粒状物質又は同じ粒状物質を予め定めた混合比に応じて充填され、かつ弁を介して粒状物質を供給するように貯蔵容器に接続されている。

特殊な場合のこの構成では、特に異なる材料又は粉末の混合は出来るだけ均質に行われるよう留意せねばならない。別の特殊例では、これに対し、第１粒状物質だけが最初に第１主容器から計量容器へ送入され、次いで第２粒状物質のみが第２主容器から計量容器へ送入され、つまりいわば皮膜ごとに送入されるのが好ましい。そうすることで、単一の用量で２つの異なる皮膜を異なる加工物上に相次いで自動式に溶射でき、あるいは又、例えば完全に１つの皮膜を被覆する用量が精確に１つの加工物を被覆するのに十分である場合には、１つの加工物に異なる２つの皮膜を相次いで形成することができる。
この構成の場合には、言うまでもなく、本出願の例として説明された本発明による粉末供給システムのすべての実施例を適当な形式で組み合わせて利用することができる。

既述のように、粒状物質には、粉末、特に溶射粉末又は熱溶射粉末、特に、金属及び／又は合金及び／又はセラミック材料、特にＡｌ_２Ｏ_３，Ｃｒ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，ＺｒＯ_２及び／又は炭化物、特にＷＣ，Ｃｒ_３Ｃ_２，ＴｉＣ，ＴａＣ，Ｆｅ_３Ｃ，ダイアモンド炭化ニオブ、炭化バナジウム及び／又はホウ化物及び／又は窒化物、特にｃＢＮ又はｈＢＮ及び／又は合成材料及び／又はその他の適当な材料が含まれる。もちろん、前記材料のあらゆる適当な配合も効果的に使用できる。
また言うまでもなく、粒状物質には、吹き付け材料、特に砂、セラミック及び又は金属の吹き付け粉末及び／又は微細ダストが含まれ、これらの材料により研磨及び／又は粗削り及び／又は艶出しのための加工物表面の吹き付けが行われる。
したがって、本発明による粉末供給システムの使用は、特定部類の粒状物質には限定されない。

粒状物質の粒度の平均値は１μｍ‐２００μｍの間、好ましくは１０μｍ‐２００μｍの間、特に５μｍ‐８０μｍの間の値である。言うまでもなく、これらよりはるかに微細な粒子やかなり粗い粒子、例えばミリメートル域以上の直径を有する粒子も、本発明による粉末供給システムの特別な実施例で使用でき成果をあげることができる。
粒状物質が特に小さい粒子、例えば約１μｍ以下の粒子を含む場合、その粒状物質は、流体との混合物、例えば水、アルコール等の有機液との混合物として、特にいわゆるスラリ形式で主容器内に入れることができる。その場合には、またその場合に限らず、むしろ一般的に、本発明による粉末供給システムの計量手段は、適当なポンプを含むこともでき、加工装置は、例えばマイクロ技術でのウエーハ艶出し用の艶出し装置でも、特に極めて敏感な表面の艶出し又は加工用の別の装置でもよい。

粉末供給システム内の粒状物質搬送の最適化又は改善に役立てるため、又は別の加工パラメータの最適化又は改善に役立てるため、主容器及び／又は第２主容器及び／又は計量容器及び／又は粉末搬送システム、特に貯蔵容器及び／又は加工装置には、作動状態で、ガス、特に、例えばアルゴン又はヘリウム等の希ガス、又は酸素、窒素、その他のプロセスガスが、好ましくは過圧で供給できる。

本発明は、更に加工物表面に皮膜を形成する溶射システム、特に低温ガス噴射システム又は熱溶射システム、特に溶射ワイヤ及び／又は溶射粉末による火炎溶射システム、溶射線材及び／又は溶射粉末によるプラズマ溶射システム、溶射線材及び／又は溶射粉末によるアーク溶射システム、既述の粉末供給システムを含むＨＶＯＦ溶射システムに関するものである。
更に、本発明は、加工物の表面処理用の装置、特に研磨及び／又は粗削り及び／又は艶出し加工用、特に穴壁吹き付け用、例えば往復動ピストン機関のシリンダ壁吹き付け用の、異なる実施例で既に説明した粉末供給システムを有する装置に関するものである。
以下、本発明を、略示図を示す図面を用いて詳細に説明する。
図１には、本発明による粉末供給システムが略示されており、該システムは、以下で符号１を付されて説明される。

粉末供給システム１は粉末加工装置２を含み、該加工装置は、この実施例では、加工物７の表面に皮膜を形成するためのプラズマ溶射ピストル２である。プラズマ溶射ピストル２は、管路８を介して溶射粉末を供給され、溶射粉末は、工作物７上に表面皮膜７１を形成するための作業粉末３１としてプラズマ溶射ピストル２に役立てられる。この構成の場合、粉末搬送システム５は、一定貯蔵量の溶射粉末３を受容するための貯蔵容器５１を含んでいる。図１のこの実施例では、溶射粉末３の貯蔵量は、貯蔵容器５１内の充填レベルＭ１より下へは下降せず、また上部充填レベルＭ２より上へは上昇しない。貯蔵容器５１は、接続管路９を介して計量容器６２に接続されているので、充填レベルが貯蔵容器５１内の下部充填レベルＭ１に達すると、直ちに溶射粉末３の用量Ｄが計量容器６２から貯蔵容器５１へ給送できる。貯蔵容器５１と計量容器６２との間の管路９には弁６１２が配置されているので、計量容器から貯蔵容器への溶射粉末３の放出又は放出中止が可能である。

計量容器６２は、用量Ｄを貯蔵容器５１へ放出した後、主容器４から粉末管路１０を介して用量Ｄの溶射粉末３を供給される。主容器４と計量容器６２との間の管路１０には、別の弁６１１が配置されることで、主容器４と計量容器６２との間の接続又は遮断が可能になっている。

少なくとも弁６１１，６１２と充填レベル測定装置（図１には明示されていない）とは、好ましくは、少なくとも計量容器６２と貯蔵容器５１とに配置され、弁６１１，６１２を起動する制御及び／又は調整ユニットに信号を介して接続されている。該ユニットは、同じく図１には示されていない。この構成では、制御及び／又は調整ユニットは、好ましくは、データ処理ユニットを含み、データ処理ユニットは、充填レベル測定装置の対応信号を評価して、弁６１１，６１２を起動する。言い換えると、データ処理ユニットは、適時かつ適切な順序で前記弁を開閉する。これは、例えば、既に貯蔵容器５１の再充填処置の説明のさいに詳述したとおりである。既述の制御及び／又は調整ユニットは、また粉末供給システム１及び／又は加工装置２の別の部品及び／又は例えば被覆システムの別の関連部品の制御及び／又は調整も可能である。

図１から推論できることだが、別の管路１０を主容器４に備え、この管路を、図示されていない別の、粉末３の充填レベル測定ユニット６２に接続し、該ユニットが、例えば、第２粉末供給システム５の第２貯蔵容器５１に溶射粉末３を供給し、第２供給システムには異なる加工装置２、例えば別のプラズマ溶射ピストル２を付加することができ、それにより、２つの加工物２に同時に表面皮膜７１を熱溶射によって形成できる。
言うまでもなく、同一の粉末搬送システム５が、２つの等しい又は異なる加工装置２に粒状物質を同時供給することも可能である。したがって、例えば、同一の粉末搬送システム５が、２つ以上のプラズマ溶射ピストルに粉末を同時供給でき、又は２つ以上の異なる熱溶射システムにも粉末を同時供給することができる。

熱溶射装置を有する、本発明による粉末溶射システム。

符号の説明

１ 粉末供給システム
２ プラズマ溶射ピストル
３，３１ 溶射粉末、作業粉末
４ 主容器
５ 粉末搬送システム
７ 工作物
８ 管路
９ 接続管路
１０ 粉末管路
５１ 貯蔵容器
６２ 計量容器
７１ 表面皮膜
６１１，６１２ 弁
Ｍ１ 最小（下部）充填レベル
Ｍ２ 最大（上部）充填レベル
Ｄ 用量

Claims (27)

1. 加工装置（２）に粒状物質（３）を供給する粉末供給システムであって、第１主容器（４）と、加工装置（２）内へ前記粒状物質（３）を搬入するための、貯蔵容器（５１）を備えた粉末搬送システム（５）とを含み、
   調整ユニットが、前記第１主容器（４）と前記貯蔵容器（５１）との間の第１弁（６１２）を制御するように構成され、前記加工装置（２）の作動中に、予め定めた量の粒状物質（３）を作業粉末（３、３１１）として、前記第１弁（６１２）の起動により、前記第１主容器（４）から前記貯蔵容器（５１）へ搬入し、少なくとも最小量（Ｍ１）が前記貯蔵容器（５１）内の粒状物質（３）として利用可能であり、
   前記調整ユニットは、前記第１弁（６１２）を作動するように構成され、前記予め定めた量の前記粒状物質（３）が、最大量を超えず、前記貯蔵容器（５１）内の前記粒状物質（３）のレベルが、常に、前記貯蔵容器（５１）の空のレベルと満タンのレベルの間の予め定められた範囲内にあり、
   前記調整ユニットは、前記レベルが最小量である前記貯蔵容器（５１）の計測装置から、前記調整ユニットに与えられる信号に応答して、前記第１弁（６１２）を開けることにより、及び、前記レベルが前記貯蔵容器（５１）の前記満タンレベル未満の前記最大量である、前記調整ユニットに与えられる信号に応答して、前記第１弁（６１２）を閉じることにより、前記貯蔵容器（５１）に前記予め定めた量の前記粒状物質（３）の第１用量を提供するように構成され、
   計量容器（６２）が、該第１主容器（４）と前記計量容器（６２）との間の第２弁（６１１）を介して前記予め定めた量の前記粒状物質（３）の用量を受け取るため、かつ前記貯蔵容器（５１）へ、前記予め定めた量の前記粒状物質（３）の前記用量を運ぶために、前記第１主容器（４）と前記貯蔵容器（５１）との間に設けられ、
   前記調整ユニットは、前記予め定めた量の前記粒状物質（３）の第１用量が、前記計量容器（６２）から前記貯蔵容器（５１）に運ばれたことを検知する前記調整ユニットに応答して、前記調整ユニットが前記第１弁（６１２）を閉じた後で、前記第１主容器（４）から前記予め定めた量の前記粒状物質（３）の第２用量を前記計量容器（６２）に与えるように前記第２弁（６１１）を動作するように構成される、ことを特徴する、粉末供給システム。
2. 充填レベルの計測装置が、前記粒状物質（３）の量を計測するために、第１主容器（４）及び／又は前記計量容器（６２）に備えられている、請求項１に記載の粉末供給システム。
3. 第２の粒状物質（３）を内包する少なくとも１つの第２主容器（４）が備えられ、それにより前記作業粉末（３，３１）の配合が、前記加工装置（２）の作動中に変更できる、請求項１又は２に記載の粉末供給システム。
4. 前記粒状物質（３）が、粉末を含み、及び／又は該粒状物質（３）が、吹き付け材料、及び／又は金属の吹き付け粉末及び／又は微細ダストであり、これらにより工作物表面の研磨及び／又は粗削り及び／又は艶出しが行われる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉末供給システム。
5. 前記粉末が、溶射粉末又は熱溶射粉末である、請求項４に記載の粉末供給システム。
6. 前記熱溶射粉末が、金属及び／又は合金及び／又はセラミック材料、及び／又は炭化物及び／又はホウ化物及び／又は窒化物及び／又は合成材料及び／又はこれらの材料の配合物を含む、請求項５に記載の粉末供給システム。
7. 前記セラミック材料が、Ａｌ_２Ｏ_３，Ｃｒ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，ＺｒＯ_２である、請求項６に記載の粉末供給システム。
8. 前記炭化物は、ＷＣ，Ｃｒ_３Ｃ_２，ＴｉＣ，ＴａＣ，Ｆｅ_３Ｃ，ダイアモンド、炭化ニオブ、又は炭化バナジウムである、請求項６又は７に記載の粉末供給システム。
9. 前記窒化物は、ｃＢＮ又はｈＢＮである、請求項６〜８のいずれか一項に記載の粉末供給システム。
10. 前記吹き付け材料は、鉱物である、請求項６〜９のいずれか一項に記載の粉末供給システム。
11. 前記鉱物は、砂、又はセラミックである、請求項１０に記載の粉末供給システム。
12. 前記粒状物質（３）の粒子（３２）の粒度平均値が１μｍ‐２００μｍである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の粉末供給システム。
13. 前記粒状物質（３）の粒子（３２）の粒度平均値が１０μｍ‐２００μｍである、請求項１２に記載の粉末供給システム。
14. 前記粒状物質（３）の粒子（３２）の粒度平均値が５μｍ‐８０μｍである、請求項１２に記載の粉末供給システム。
15. 前記第１主容器（４）及び／又は前記第２主容器（４）及び／又は前記計量容器（６２）及び／又は前記粉末搬送システム（５）及び／又は加工装置（２）が、ガスで供給され得る、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の粉末供給システム。
16. 前記粉末搬送システム（５）は、貯蔵容器（５１）である、請求項１５に記載の粉末供給システム。
17. 前記ガスは、アルゴン、ヘリウム等の希ガス、酸素、窒素、又はその他のプロセスガスである、請求項１５又は１６に記載の粉末供給システム。
18. 前記ガスは、過圧で供給される、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の粉末供給システム。
19. 前記粒状物質（３）が、液体中に浮遊する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の粉末供給システム。
20. 前記液体は、水、又は有機液体である、請求項１９に記載の粉末供給システム。
21. 前記有機液体は、アルコールである、請求項２０に記載の粉末供給システム。
22. 前記粒状物質（３）は、表面研磨用スラリを生成する、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の粉末供給システム。
23. 加工物表面に皮膜（７１）を形成する溶射システムであって、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の粉末供給システム（１）を有する、溶射システム。
24. 前記システムは、低温ガス溶射システム又は熱溶射システム、溶射線材及び／又は溶射粉末によるプラズマ溶射システム、溶射線材及び／又は溶射粉末によるアーク溶射システム、爆裂溶射システム、ＨＶＯＦ溶射システム及び／又は加工物（７）の表面処理用の装置である、請求項２３に記載の溶射システム。
25. 前記熱溶射システムは、溶射線材及び／又は溶射粉末による火炎溶射システムである、請求項２４に記載の溶射システム。
26. 前記加工物（７）の表面処理用の装置は、研磨及び／又は粗削り及び／又は艶出し吹き付け用である、請求項２４、又は２５に記載の溶射システム。
27. 前記艶出し吹き付けは、穴壁吹き付け用である、請求項２６に記載の溶射システム。
    

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