JPH0522288Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は被処理部材の所望場所に金属をプラ
ズマ溶射するために用いられる装置であつて、例
えばピストンの燃焼室にセラミツクコーテイング
をする際にセラミツクコーテイングに先立ちピス
トンとセラミツクコーテイングとのボンド材とし
てセラミツクコーテイングがなされるべき場所に
金属をプラズマ溶射で被覆するために用いられる
プラズマ溶射装置に関するものである。

従来の技術 近年、高温に耐えるように断熱化を図るために
ピストンの燃焼室にジルコニアやアルミナなどの
耐熱性が良好なセラミツクを溶射してセラミツク
層を形成するセラミツクコーテイングの試みが行
なわれている。

ところでこのセラミツク層の形成においてセラ
ミツク層とピストンとの熱膨脹率の差などにより
セラミツク層に亀裂や剥離が発生するおそれがあ
り、この亀裂や剥離を防止しセラミツク層のピス
トンに対する固着を安定させるためにセラミツク
溶射に先立ちピストンの燃焼室表面にNiおよび
Co系などの金属をボンド材としてプラズマ溶射
して金属被覆を形成している。

一般的にこのようなボンド材のプラズマ溶射は
大気中で行なわれるが、ボンド材として使用され
る金属が酸化されやすい材質のものである場合に
は、大気中でプラズマ溶射を行なうことによりボ
ンド材が酸化して、その金属被覆の品質が低下し
て、気孔率が大きくなつたり、密着性を損つてし
まう場合があり、ひいてはセラミツク層の固着不
良を生じやすい。

これに対処するための方法の１つとして従来、
減圧雰囲気でのLPC（Low Pressure Plasma
Spray Coatig）によつてボンド材のプラズマ溶
射を行なう方法が提起されており、この方法では
大型の減圧室内に被処理材を収納して減圧室内を
減圧し、さらに不活性ガスを吹き込むことなどに
より減圧室内を非酸化性雰囲気としてボンド材の
酸化を防止しつつプラズマ溶射を行なつている。

考案が解決しようとする問題点 しかしながら従来のLPCでは、減圧室は被処
理材に合わせて大型のものが必要となり、通常の
ものではその容量が１m³必要であり、設備費が高
価になるとともに、この大型で容量の大きい減圧
室内の所定の圧力まで減圧し、さらにまた不活性
ガスを吹き込むためには長時間を必要とし、また
減圧室内に吹き込まれる不活性ガス量も多くなら
ざるを得ない。さらに減圧室内への被処理材の搬
出入作業も手間がかかり、これらにより作業効率
が悪く生産効率が低下し、ひいては生産コストを
増大させてしまうという問題点がある。

この考案は上記問題点を解決することを基本的
な目的とし、被処理材に対し効率よく、しかも生
産コストを低減させてプラズマ溶射を行なうこと
ができるプラズマ溶射装置を提供するものであ
る。

問題点を解決するための手段 すなわちこの考案のプラズマ溶射装置は、非酸
化性雰囲気下で被処理部材にプラズマ溶射を行な
つて被処理部位表面に金属被覆を形成するプラズ
マ溶射装置において、排気手段を有し内部を非酸
化性雰囲気とすることが可能な減圧室とこの減圧
室内に配置されるプラズマ溶射部とからなり、前
記減圧室が、固定された第１分割室とその第１分
割室に気密状態を維持して回転自在に連結された
第２分割室とからなり、かつ第２分割室に、回転
台に取付けられた前記被処理部材の被処理部位を
気密状態に密着させて該被処理部位によつて塞が
れる開口部が形成されていることを特徴とするも
のである。

作 用 この考案の作用を説明するに先立ち考案の具体
的説明を行なう。

減圧室は被処理材全体を収納するものに比べ大
幅にその容量を小さくすることができる。ただし
その容量はピストンを被処理材として用いるよう
な場合には減圧室の容量は１〜100の範囲内と
するのが望ましい。

これは100を越えると減圧さらに不活性ガス
を吹き込む場合に作業時間がかかるためであり、
１未満ではプラズマ溶射の開始により減圧室内
の雰囲気が大きく変動してしまい安定した酸化防
止効果が得られないためである。

また減圧室に設けられている開口部は少なくと
も被処理材の被処理部位表面がプラズマ溶射部に
よる溶射方向に位置される大きさを有し、さらに
外部からの被処理部材の当接により減圧室が外部
から塞がれて減圧室内の雰囲気を維持できるもの
であればよい。この開口部は、固定された第１分
割室に対して気密状態を維持して回転自在に連結
された第２分割室に形成されており、溶射中に被
処理部材を回転台と共に回転させることによつて
第２分割室が第１分割室に対して回転する。すな
わち気密状態を維持したまま被処理部位表面をプ
ラズマ溶射部に対して回転させて均一な溶射が行
なわれる。

すなわちこの考案によれば、容量を最小限とし
た減圧室を用い、被処理部材の開口部への当接に
より容易に減圧室内を密閉でき、減圧室内の雰囲
気調整のための時間を大幅に短縮でき、また被処
理部材の設置もその被処理部位が非酸化性雰囲気
にあるように容易に行なうことができるので作業
効率が大幅に向上する。

実施例 次にこの考案の一実施例を添附図面に基づいて
説明する。

減圧室１は１〜100の容量からなり、その上
部が支持柱２に固定されており、その側壁内に外
部冷却水管３の一端に連通された冷却水管４が配
設されており、外部冷却水管３の他端はさらに冷
却水ポンプ５に接続されている。

この減圧室１はメカニカルシール３を介して上
部分割室１ａと下部分割室１ｂとに分割されてお
り、上部分割室１ａは前記支持柱２により固定さ
れ、下部分割室１ｂはメカニカルシール３により
上部分割室１ａに対して回転可能であるようにさ
れている。

この分割された上部分割室１ａは減圧室１内に
溶射部６が配置されるようにプラズマ溶射ガン７
がその側壁に挿通されており、他の側壁部分には
排気口８が設けられ、この排気口８は外部の排気
装置９に接続されて、排気手段が構成されてい
る。

また排気装置９には減圧室１内の圧力を検知す
る圧力制御装置１０が制御されており、この圧力
制御装置１０の出力は不活性ガスボンベ１１に入
力されており、この不活性ガスボンベ１１はパイ
プ１１ａにより上部分割室１ａに接続されてい
る。また上部分割室１ａにはさらに内部観察用の
窓１２が設けられている。

下部分割室１ｂの下面は開口されて開口部１３
が形成されており、この開口部１３の周辺の下部
分割室１ｂの下面には円周状にシール材１４が配
設されている。

なお、前記開口部１３は被処理部材であるピス
トン１５で完全に覆われて塞がれ、しかも被処理
部位表面であるピストン１５の燃焼室内面１６が
溶射部６の溶射方向に位置する大きさにされてい
る。

なお、図示１７はピストンを載置して回転させ
る回転台である。

次にこの考案の装置の動作について説明する。
回転台１７上にピストン１５が載置されており、
この回転台１７をピストン１５ごと押し上げて、
そのピストン１５の上面を下部分割室１ｂの下面
のシール材１４に当接させ、減圧室１内を密閉す
る。

次いで排気装置９を用いて排気口８から減圧室
１内を減圧する。減圧室１内の圧力は圧力制御装
置１０で検知され、例えば10^-1〜10^-2Torrの圧
力まで低下させた後、不活性ガスボンベ１１から
不活性ガス、例えばArをパイプ１１ａを通して
減圧室１内に送り込む。この不活性ガスの吹き込
みにより減圧室内は50〜760Torrの圧力に上昇す
る。

このようにして非酸化性雰囲気にされて減圧室
１内でプラズマ溶射ガン７でピストン１５の燃焼
室内面１６を予熱した後、ピストン１５を回転台
１７により回転させながらプラズマ溶射ガン７で
そのプラズマ溶射部６からNi，Cr，Al，Ｙなど
の金属や合金をピストン１５の燃焼室表面１６に
溶射して金属被覆を形成する。

次いで減圧室１内を大気圧に戻し、回転台１７
をピストン１５とともに降下させて金属溶射が完
了したピストン１５を回転台１７から取り出し
て、次のセラミツクコーテイング工程に移送して
金属被覆表面にセラミツク層を形成する。金属溶
射の工程では次のピストンを回転台とともに減圧
室の下方に移動させ、前記と同様にして金属溶射
が行なわれる。

このような実施例の装置を用いたプラズマ溶射
工程では、従来ピストン全体を減圧室内に収納し
てプラズマ溶射を行なうのに20分の作業時間を要
したのに対し、僅か１分以内でプラズマ溶射作業
が完了し、作業効率が大幅に向上する。

またピストンの設置も従来は減圧室の密閉ドア
などを開閉して収納、取り出しを行なうのに対
し、この実施例ではピストンの上げ下げ作業で済
み、実施例のように流れ作業により自動化も可能
である。

しかも減圧室は従来の１m³のものに比べ0.001
m³〜0.1m³の容量のもとすることができ、このよ
うに減圧室の容量を小さくできるので、減圧およ
び不活性ガスの吹き込みの時間を短縮できるとと
もに使用不活性ガス量も減少する。

このようにして溶射が行なわれたピストンは酸
化の生じていない良好な金属被覆が形成され、ピ
ストンとの密着性は良好であり通常のLPCによ
り形成された金属被覆と比較しても性能的に劣る
ことなく同様の性能が得られた。

この金属被覆表面にセラミツク層を形成したピ
ストンを用いて実機運転試験を行なつたところ第
３図に示されるように通常のLPCにより溶射を
行なつた後セラミツク層を形成したものと同等で
3000時間以上の運転でも損傷を生ずることはなく
同等の耐久性能が得られた。

さらに、この実施例では上部分割室１ａに対し
て下部分割室１ｂをメカニカルシール３により回
転可能にしたので、減圧室の雰囲気を維持したま
までプラズマ溶射ガン７に対してピストン１５を
回転させることができ、作業効率が向上する効果
もある。

なお、この実施例では減圧後不活性ガスを吹き
込むものとしたが、減圧状態のみでプラズマ溶射
を行なうものであつてもよく要は減圧室内を非酸
化性雰囲気とするものであればよい。

またこの実施例はピストンの燃焼室に金属溶射
を行なう場合について説明したがこの考案として
はこれに限定されるものではなく、種々の機械構
成部品などに使用することができ、また後工程と
して必ずしもセラミツク層の形成が必要とされる
ものでもない。

考案の効果 以上説明したようにこの考案によれば、排気手
段を有し内部を非酸化性雰囲気にすることが可能
な減圧室とこの減圧室内に配置されるプラズマ溶
射部とからなり、この減圧室に、外部からの被処
理部材の当接により被処理部位表面が前記プラズ
マ溶射部による溶射方向に位置されかつ減圧室が
塞がれる開口部を形成したので、減圧室の容量を
必要最小限に小さくすることができ、減圧室内部
の雰囲気の調節のための時間を短縮することがで
き、また減圧室内に不活性ガスを吹き込んで非酸
化性雰囲気とする場合には不活性ガスの使用量を
減少させることができる。

また被処理部材の設置も容易に行なうことがで
き、この点からも作業効率が向上し、さらに減圧
室が相対的に回転自在な第１分割室と第２分割室
とから構成され、気密状態を維持したまま被処理
部材をプラズマ溶射部に対して回転させることが
できるので、均一な溶射皮膜を形成できるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す正面図、第
２図は同じく一部拡大断面図、第３図はこの考案
の装置を用いてプラズマ溶射が行なわれ、セラミ
ツク層が形成されたピストンと従来装置によりプ
ラズマ溶射がされ、セラミツク層が形成されたピ
ストンとの耐久性能を比較実験した結果のグラフ
である。 １……減圧室、６……溶射部、７……プラズマ
溶射ガン、８……排気口、９……排気装置、１１
……不活性ガスボンベ、１３……開口部、１５…
…ピストン、１６……燃焼室内面。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 非酸化性雰囲気下で被処理部材にプラズマ溶射
   を行なつて被処理部位表面に金属被覆を形成する
   プラズマ溶射装置において、 排気手段を有し内部を非酸化性雰囲気とするこ
   とが可能な減圧室とこの減圧室内に配置されるプ
   ラズマ溶射部とからなり、前記減圧室が、固定さ
   れた第１分割室とその第１分割室に気密状態を維
   持して回転自在に連結された第２分割室とからな
   り、かつ第２分割室に、回転台に取付けられた前
   記被処理部材の被処理部位を気密状態に密着させ
   て該被処理部位によつて塞がれる開口部が形成さ
   れていることを特徴とするプラズマ溶射装置。