JP6545441B2 - プラズマ・コーティング・プラントにおけるトーチのクリーニング方法及びプラズマ・コーティング・プラント - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前提部に記載のプラズマ・コーティング・プラントにおけるトーチのクリーニング方法に関し、また請求項１１の前提部に記載のプラズマ・コーティング・プラントに関する。

プラズマ・コーティング・プラントとプラズマ・コーティング方法は工作物の表面上に層を塗布するために使われている。層は、例えばタービン翼のための耐熱層や、内燃機関のトライボロジ特性を改善するためのクランク室のシリンダ内面における耐熱層としての役割を果たすことができる。トーチによってプラズマ炎が生成され、プラズマ・スプレー・コーティングを行うため、プラズマ炎に向かって層を形成するスプレー材料が、例えば粉末やワイヤの形態で供給される。スプレー材料はプラズマ炎の中で溶融して工作物の上にスプレーされ、そこに上述した層を形成する。しかしながら、この点においては、完全に供給されたスプレー材料の全てが工作物上に堆積するわけではない。とりわけ、このことはスプレー材料の粒子がトーチに堆積し、そしてトーチに密着するという事実につながる。このような汚染は、塗布される層の品質に影響することがあり、及び／又はコーティング方法の中断を必要とするトーチの機能妨害につながることがある。

ＥＰ１８３７０８１Ａ１には、トーチにクリーニング剤としての圧縮空気が衝突し、これによってトーチに密着した粒子を取り除くプラズマ・コーティング・プラントのトーチのクリーニング方法と、プラズマ・コーティング・プラントとが記載されている。この目的のために、圧縮空気を出射することができるクリーニング・ノズルがトーチに直接配置されている。

ＥＰ１８３７０８１Ａ１

これに対して、本発明の目的は、特に、妨害を受けることのないプラズマ・コーティング・プラントの稼働を可能にするプラズマ・コーティング・プラントのトーチのクリーニング方法及びプラズマ・コーティング・プラントを提案することにある。本発明によれば、この目的は請求項１の特徴を有する方法及び請求項１１の特徴を有するプラズマ・コーティング・プラントによって満たされる。

プラズマ・コーティング・プラントのトーチのクリーニングに関する本発明の方法においては、コーティング工程が中断している間に、すなわち工作物上に層がコーティングされていない段階中に、トーチはクリーニング・ノズルから出射されるクリーニング剤の衝突を受ける。このようにして、トーチに密着したスプレー材料の粒子が取り除かれる。

本発明によれば、クリーニング剤はクリーニング・ノズルを離れた後に、気体の状態に変化するように設計されている。この点に関して、クリーニング剤は個体の状態、又は液体の状態のいずれか一方から直接気体の状態に変化する。クリーニング剤は、このようにクリーニング・ノズルから出射された後に昇華又は蒸発する。いずれの場合でも、クリーニング剤は極めて低温であり、気体の状態に変化する時にクリーニング剤自体の体積を極端に増加させる。トーチに密着したスプレー材料の粒子が既に連続する層を形成していれば、層は非常に強く冷却され、クラックの形成が始まる。後に来るクリーニング剤の粒子がこれらのクラックに浸透し、直ちに膨張する。このようにしてスプレー材料の粒子は剥離脱落される。トーチにおいてスプレー材料の粒子が連続する層をまだ形成していなければ、クリーニング剤の粒子が、存在するギャップやクラックに直接浸透することができ、スプレー材料の粒子の剥離脱落が同じようにもたらされる。

このようにして、トーチに密着したスプレー材料の粒子を特に効果的に取り除くことができるので、いかなるトーチの機能妨害も起こり得ない。更に、トーチの機械的なクリーニングにおいて起こり得るトーチの損傷の危険も存在しない。

特にトーチのクリーニング中にプラズマが維持される。このため、クリーニングの後でのプラズマの再点火を必要としない。

トーチには、ただ１つのクリーニング・ノズルから来るクリーニング剤が衝突してもよく、又は同時に複数のクリーニング・ノズルから、又は順次作動する複数のクリーニング・ノズルから来るクリーニング剤が衝突してもよい。

この関連において、「トーチ」はそこでプラズマが生成される実際の構成要素と、その構成要素に直接又は間接に連結された部品との両方を意味すると理解されるべきである。このような構成要素の実例はいわゆるトーチ・シャフトであろう。この関連において、「衝突する」は、例えばスプレーをかける、吹き付ける、又は「ショットする」を意味すると理解されるべきである。

本発明の１つの実施例では、クリーニング剤はクリーニング・ノズルから出射される前は個体であるように設計されている。この点に関して、クリーニング剤は具体的にはドライアイスであり、すなわち個体二酸化炭素（ＣＯ_２）を意味する。ドライアイスは常圧では約−７８℃で昇華し、これはドライアイスが直接気相に変化することを意味し、前もって液体にならずに気体の状態となることを意味する。昇華中、体積は７００倍を超えて増加する。

このようにして、一方では極めて効果的なクリーニングが可能となり、他方ではドライアイスは簡単に、またコスト的に有利に入手できるので、本発明による方法を実行する上でコスト的に有利な方式が可能となる。

その使用において、例えばドライアイス・ブラストと呼ばれる方法を使うことができる。この関連において、例えば２から８ｍｍの粒子サイズを有するドライアイス・ペレットが加速されてトーチに向かって案内されてもよい。そしてトーチに密着したスプレー材料の粒子が上述したように剥離脱落される。

本発明の１つの実施例では、クリーニング剤は、クリーニング・ノズルを離れる前には液体であるように構成されている。この点に関して、クリーニング剤は具体的には液体窒素（Ｎ）である。液体窒素は常圧において、約−１９６℃で蒸発する。蒸発に際して、体積は７００倍まで増加する。

このようにして、一方では極めて効果的なクリーニングが可能となり、他方では液体窒素は簡単に、またコスト的に有利に入手できるので、本発明による方法の実行のコスト的に有利な方式が可能となる。

クリーニング剤を液体二酸化炭素（ＣＯ_２）としても有利となり得る。クリーニング・ノズルを離れると、二酸化炭素は緩和し、二酸化炭素の一部は気体の状態に変化し、別の部分は個体の状態に変化して、具体的にはスノー粒子の形状となる。このような方法はいわゆるスノー・ブラスト（ｓｎｏｗ ｂｌａｓｔｉｎｇ）と呼ばれる。気体の二酸化炭素とスノー粒子の混合物は、特に圧縮空気のビームに混合され、そのまま混合物がクリーニング剤と共に衝突する。

このように二酸化炭素は、例えば浸漬チューブ容器や低圧タンクから有利に連続的に供給され得る。これによって簡単に、従ってコスト的に有利に実行できる連続コーティングとクリーニング方法が可能となる。

しかしながら、クリーニング剤は、通常条件では気体である別の材料からも構成することができる。

クリーニング・ノズルを離れる前に液体であるクリーニング剤を使うと、トーチに密着したスプレー材料の粒子は同様に上述したように剥離脱落する。

本発明の１つの実施例では、コーティング工程の間にトーチが回転し、この回転はクリーニング剤による衝突に先だって停止する。このようにして、トーチにクリーニング剤が入るのを回避することができ、プラズマが偶発的に稼動を停止し、これによるコーティング工程の再稼働に先立つ再点火の危険が生じることはない。

コーティング工程中のトーチの回転は、具体的にはトーチの長手方向の軸の周りに起こる。しかしながら、トーチがコーティング工程の全域で回転するのではなく、間欠的にのみ回転することもまた可能である。回転するトーチは、例えば内燃機関のクランク室のシリンダ内面のコーティングに使われる。

本発明の１つの実施例では、トーチの所定のクリーニング位置で回転を停止し、具体的にはクリーニング・ノズルとの関連において前記クリーニング位置が決められる。このようにして、クリーニング剤のトーチへの衝突は再現可能な条件の間で起こることが保証され、またこのようにして、クリーニングの再現性のある結果につながる。

所定のクリーニング位置での回転の停止を可能にするために、例えばいわゆるステップ・モータをトーチの回転のために使用することができる。

本発明の１つの実施例では、クリーニング剤が衝突している間に、トーチはクリーニング・ノズルに対して所定のクリーニング経路を移動される。この点において、トーチは、具体的にはクリーニング剤によって可能な限り広い領域に衝突を受け、同時にクリーニング剤と接触すべきでない影響を受けやすい領域は衝突を受けないままに残せるように移動される。このようにして、プラズマの稼動停止の危険が発生すること無く、トーチの可能な限り広い領域のクリーニングが有利に達成され得る。

長手方向の軸の周りのトーチの所定の回転は、クリーニング・ノズルに関する所定のクリーニング経路における動きとも理解することができる。

本発明の１つの実施例では、クリーニング剤による衝突に先だって、トーチがクリーニング・ステーション内に駆動される。このように、一方ではトーチをクリーニング・ノズルに関して非常に正確に位置決めすることができ、他方ではトーチから剥離脱落されるスプレー材料の粒子を容易に捕捉し、廃却することができる。

この点において、クリーニング・ノズルはクリーニング・ステーションに配置される。クリーニング・ステーションは、特に剥離脱落したスプレー材料の粒子ための収集容器及び／又はサクションを更に備える。

上述した方法は、トーチを有するプラズマ・コーティング・プラントと、クリーニング・ノズルを有するクリーニング装置によっても満足される。クリーニング装置は、コーティングの休止中にクリーニング・ノズルから出射されるクリーニング剤をトーチに衝突させ、これによってトーチに密着したスプレー材料の粒子を取り除く目的のために備えられる。本発明によれば、クリーニング剤は、クリーニング・ノズルから出射された後、気体の状態に変化するように設計されている。

本発明の１つの実施例では、クリーニング・ノズルはトーチに配置される。このようにすると、トーチをクリーニングのために特有のクリーニング・ステーション内に持ち込む必要が無いので、トーチのクリーニングのためには極めて短い時間しか必要としない。特に良好なクリーニングの結果を可能にするために、複数のクリーニング・ノズルをもトーチに配置してもよい。

本発明の更なる利点、特徴、及び詳細は、後に続く実施例の説明から、及び類似の要素又は類似の機能を有する要素を同一の参照番号で示す図面を参照することによってもたらされる。

クリーニング・ステーションにおけるトーチを有するプラズマ・コーティング・プラントのプラズマ・スプレー装置の概略図である。 トーチと、トーチに配置された２つのクリーニング・ノズルを有するプラズマ・スプレー装置の一部の概略図である。

図１によれば、図示されないプラズマ・コーティング・プラントのプラズマ・スプレー装置１０は、ハウジング１１、部分的にハウジング１１内に配置された接続要素１２、及びトーチ１３を有する。トーチ１３は実質的に円筒状のトーチ・シャフト１４を備え、トーチ１３はトーチ・シャフト１４を介して接続要素１２と、接続要素１２の反対側に配置されたトーチ・ヘッド１５とに固定されて連結されている。接続要素１２は、トーチ１３と共に長手方向の軸１６の回りを回転することができる。この目的のために、ステップ・モータとして構成された電動モータ１７がハウジング１１内に配置され、前記電動モータは、ギア１８と歯付きベルト１９を介して、長手方向の軸１６に関して同軸に配置された接続要素１２のドライブ・シャフト２０に、駆動するように連結されている。プラズマ・スプレー装置１０の作動に必要な作動媒体は、接続部２１、２２、２３、２４及び２５を経て供給され、また一部は排出される。粉末状のコーティング材料は、長手方向の軸１６に関して同軸のドライブ・シャフト２０に配置された接続部２１を経て供給されてもよい。その他の接続部２２、２３、２４及び２５は、ハウジング１１において長手方向の軸１６に関して横方向に配置されている。冷却水が接続部２２を経て供給され、接続部２３を経て再び出て行く。空気が接続部２４を経て供給され、例えばアルゴン、ヘリウム、水素、窒素、又はそれらの混合物の形態のプラズマ・ガスが接続部２５を経て供給される。この場合、接続要素１２とトーチ１３内の作動媒体のための個々の配管、及び関連するロータリー・フィード・スルーには更なる重要性はなく、その理由から図示もされていない。

プラズマ・スプレー装置１０のハウジング１１は、一部のみ図示されているカップリング・モジュール２６を介して図示しない工業用ロボットに連結されていて、前記工業用ロボットはプラズマ・スプレー装置１０を所望の位置に運ぶことができる。このようにして、プラズマ・スプレー装置１０も、トーチ１３がクリーニング・ステーション２７内に存在するように位置決めすることができる。クリーニング・ステーション２７は、単に概略的に示されるクリーニング剤３０の供給ユニット２９に接続されたクリーニング・ノズル２８を有する。供給ユニット２９は、圧力を加えてトーチ１３に当てることができるクリーニング剤３０をクリーニング・ノズル２８に供給することが可能なので、トーチ１３はクリーニング剤３０の衝突を受けることができる。クリーニング・ステーション２７は更に、クリーニング工程中にその上にトーチ１３が位置する収集容器３１を有する。クリーニング・ステーション２７は更に、クリーニング工程中にその横にトーチ１３が位置するサクション３３を有する。

プラズマ・スプレー装置１０は、例えば内燃機関のクランク室のシリンダ内面のコーティングに使用される。この場合、コーティングの間に、つまりコーティング工程中に、トーチ１３は長手方向の軸１６の回りを回転する。スプレー材料をシリンダ内面に塗布するに当たって、スプレー材料の粒子３２がトーチ１３にも堆積し、この堆積はコーティング工程が中断している間に、具体的には新たなクランク室が正しい位置に運ばれる間に取り除かなければならない。この目的のために、プラズマを作動させたままにして、プラズマ・スプレー装置を、図示するようにトーチ１３がクリーニング・ステーション２７内に存在するように位置決めする。同時に、クリーニング・ノズル２８に関して所定のクリーニング位置にトーチが存在するように、トーチ１３の回転を停止する。続いて圧縮空気によってトーチ・ヘッド１５に向かって射出されたドライアイス・ペレット形状のクリーニング剤３０によって、トーチ・ヘッド１５が衝突を受ける。ドライアイス・ペレットは、クリーニング・ノズル２８から出射された後に昇華する。低温と、昇華による体積増加とが、トーチ・ヘッド１５に密着したスプレー材料の粒子３２がトーチ・ヘッド１５から取り除かれ、そして収集容器３１に捕捉され、又はサクション３３によって吸引されて排出されることを確実にする。

トーチ１３を、クリーニング工程の間に一定のクリーニング位置で停止させることができる。しかしながら、クリーニング工程中にトーチ１３をクリーニング・ノズル２８に関する所定のクリーニング経路を動かすことも可能である。この目的のために、例えばトーチ１３は単純に回転することができ、クリーニング経路を、プラズマがクリーニング剤によって直接衝突を受けないように、つまりトーチ１３は例えば約１８０から２５０°回転するように選定する。それに代えて又は追加して、トーチ・ヘッド１５の他に、トーチ・シャフト１４をもクリーニング剤３０に衝突させるようにトーチ１３を移動させることができる。この目的のために、トーチ１３は図１では下方へ、つまり収集容器３１の方向へ移動される。しかしながら、トーチではなく、クリーニング・ノズルを移動させることも可能である。

ドライアイスの代わりに、例えば液体窒素又は液体二酸化炭素もクリーニング剤として使用することが可能である。

別の構成のクリーニング・ノズル１２８を有するプラズマ・スプレー装置１１０の一部を図２に示す。プラズマ・スプレー装置１１０は、一部を除いては図１のプラズマ・スプレー装置１０と同様に組立てられているので、違いに関してのみ述べる。クリーニング・ノズル１２８は、接続要素１１２に固定され、クリーニング剤１３０がトーチ１１３のトーチ・ヘッド１１５に衝突できるようにトーチ１１３に配置されている。これに関連して、クリーニング・ノズル１２８は、長手方向の軸１１６に関して直径方向の反対側に配置されている。クリーニング・ノズルには、接続要素１１２の図示しない接続部と接続要素１１２の対応する配管を通してクリーニング剤が供給される。この点において、図１の方法に関して説明したものと、一般に同じクリーニング剤を使うことができる。

１つのみのクリーニング・ノズル、又は２つよりも多い、つまり例えば３つ、又は４つのクリーニング・ノズルを備えることも可能である。

１０ プラズマ・スプレー装置
１１ ハウジング
１２ 接続要素
１３ トーチ
１４ トーチ・シャフト
１５ トーチ・ヘッド
１６ 長手方向の軸
１７ 電動モータ
１８ ギア
１９ 歯付きベルト
２０ ドライブ・シャフト
２１ 接続部
２２ 接続部
２３ 接続部
２４ 接続部
２５ 接続部
２６ カップリング・モジュール
２７ クリーニング・ステーション
２８ クリーニング・ノズル
２９ 供給ユニット
３０ クリーニング剤
３１ 収集容器
３２ スプレー材料の粒子
３３ サクション
１１０ プラズマ・スプレー装置
１１２ 接続要素
１１３ トーチ
１１５ トーチ・ヘッド
１１６ 長手方向の軸
１２８ クリーニング・ノズル
１３０ クリーニング剤

Claims (12)

1. プラズマ・コーティング・プラントのトーチのクリーニング方法であって、コーティング工程が中断している間に、プラズマが維持されている一方で、前記トーチにクリーニング・ノズルから出射するクリーニング剤が衝突し、従って前記トーチに密着したスプレー材料の粒子が取り除かれる方法において、
   前記クリーニング剤は、前記クリーニング・ノズルを離れた後に気体の状態に変化するように構成されており、前記クリーニング剤が前記トーチに衝突することにより、プラズマに直接衝突しないことを特徴とする方法。
2. 前記クリーニング剤は、前記クリーニング・ノズルを離れる前には固体であるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記クリーニング剤はドライアイスであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記クリーニング剤は前記クリーニング・ノズルを離れる前には液体であるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記クリーニング剤は液体窒素であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記クリーニング剤は液体二酸化炭素であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 前記トーチはコーティング工程中に回転し、前記クリーニング剤による衝突に先だって前記回転が停止することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法。
8. 前記トーチの前記回転は所定のクリーニング位置において停止することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記トーチは前記クリーニング剤が衝突している間に、前記クリーニング・ノズルに関する所定のクリーニング経路を移動することを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法。
10. 前記トーチは、前記クリーニング剤による衝突に先だってクリーニング・ステーション内に駆動されることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一項に記載の方法。
11. トーチとクリーニング・ノズルを有するプラズマ・コーティング・プラントであって、前記クリーニング・ノズルは、コーティング工程が中断している間に、前記クリーニング・ノズルから出射するクリーニング剤を前記トーチに衝突させるように設けられ、従って前記トーチに密着したスプレー材料の粒子が取り除かれるプラズマ・コーティング・プラントにおいて、
    前記クリーニング剤は、前記クリーニング・ノズルを離れた後に気体の状態に変化するように構成されており、
    前記プラズマが当該トーチの動作中に維持されているときには、前記クリーニング剤が前記トーチに衝突して、前記プラズマに直接衝突しないように、前記クリーニング・ノズルと前記トーチが構成されていることを特徴とするプラズマ・コーティング・プラント。
12. 前記クリーニング・ノズルが前記トーチに配置されることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ・コーティング・プラント。