JPH05508190A - 金属のスプレー沈着 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属のスプレー沈着 本発明は金属のスプレー沈着に関する。

金属のスプレー沈着は、その技術的な有用性のため、広範な半仕上金属製品の製 造用に益々使用されている。これらの有用性には、分離が零に近いこと、急速固 化により極めて微細な構造が得られること、機械的諸性質が優れていること及び 製品に至る経路が短いことがある。このような方法はスプレー形成と総称される 。本発明は、更に詳しく述べると、溶融された金属粒子の噴霧流を偏向（ｄｅｆ ｌｅｃｔ）　して、静止した基材又は移動する基材上に導くことによるスプレー の移動に関するものである。

本発明によれば、金属のスプレー沈着装置は、噴霧化された溶融金属粒子流を放 出する手段、前記流を横方向に偏向させるため前記流の周囲を回転するように搭 載され、前記流の軸に対して流の流れ方向に傾斜しているガスジェットノズル手 段、及び、前記ノズル手段に加圧ガスを供給する手段を含む。

前記のノズル手段は、前記粒子流の軸の周囲を回転するように搭載されているこ とが好ましい。

前記噴霧ガスの圧力は、金属粒子流の偏向度を変えるように調整できることが好 ましい。

この流は、溶融物を噴霧化した溶融金属粒子の密集した垂直落下流である。しか しながら、その他の噴霧化した溶融金属粒子流、たとえば垂直に落下しない噴霧 化溶融金属粒子流、及びワイヤや粉末をアークスプレーガン又は熱スプレーガン に供給して或いは粉末をプラズマ源に供給して得られる小口径の噴霧化した溶融 金属粒子流なども等しく本発明に使用することができる。

噴霧化した溶融金属粒子流は、部分的に液体で部分的に固体の小粒子を含有して もよい。また、噴霧ガス流中で小粒子が極めて急速に冷却したため既に固体とな ったその他の小粒子を部分的に含有してもよい。本発明の操作は、粒子の熱履歴 がこのように変わっても影響されない。

偏向ノズル手段は一個又は一群のノズルを包含してもよく、普通は製造の便宜上 から円形のオリフィスを有するが、長方形の断面であってもスロット形態であっ てもよい。偏向ノズル群のノズルは互いに平行であっても、噴霧化された金属粒 子流に向けられても、或いは中間方向を有して逐次操作してもよい。

噴霧化された溶融金属粒子の垂直落下流を与える一次噴霧は、多数ある従来ガス 噴霧ノズルの何れを用いても達成することができるが、ガスジェットにより効果 的に偏向させるためには軸の周囲で対称的であって比較的密集していることが好 ましい。

流が導かれる基材すなわち捕集材（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）は、静止状態、回転状 態、一般的運動状態又は直線運動状態の何れの状態であってもよい。基材が一次 の噴霧化した金属流の軸に対して直角な一方向に連続直線運動するとストリップ が形成される。−次金属流の軸方向に、但し噴霧器から離れてゆっ（りと調節さ れた速度で移動する捕集材は、目視による手動操作又は自動操作される偏向ジェ ットにフィードバックして比較的平らなトップ断面が維持されるならば、円形ビ レット形態を形成するために使用することができる。前述のものに類似した成る 種の調節手段を使用するならば、円形捕集材を噴霧器から離して一次金属流の軸 方向に調節された速度でゆっくりと移動させ、かつ静止した若しくは往復運動す る円形の型壁で取り囲んでビレットを連続的に形成することができる。

スプレーの移動は多数の造形品の製造には望ましいが、最も問題となって頻繁に 必要とされるのは、平らな金属ストリップの連続スプレー形成である。ストリッ プの連続スプレー形成時の特別の困難は、幅方向の厚み断面が次の熱間圧延加工 又は冷間圧延加工のために極めて厳密な公差を有しなければならないことである 。

更なる制限は、オーバースプレーすなわち厳密な公差範囲に入る製品部分を形成 しないスプレー部分を最小に保って、経済的かつ費用効果の優れた方法にするこ とである。

この問題を克服するために多数の方法が考案されたが、最も広（使用された方法 はストリップの幅を横切る方向に機械的な走査又は空気による走査を施こす方法 である。機械的走査デバイスには、振動デバイスを使用する際に系の慣性により ストリップの端部における滞留時間が長（なって、急速操作の際にこれらの域を 厚くする困難がある。空気システムにはそのような制限はないが、オーバースプ レーを経済的な水準に下げた状態に保持するのが困難である。本発明はこれらの 問題を共に克服し、かつ、流れ速度が高い時にパスラインに沿って沈着物を拡げ る追加利点を有する。

平らなストリップを連続的に製造する場合には、本発明を使用してガス噴霧器か らのスプレーの厚み断面を変え、スプレー下を一様な速度で前進する平らな基材 を横切って実質的に一様な沈着物を形成する。

付属図面を引用して本発明を更に説明する。

図１は本発明の装！の概要図である。

図２及び図３は、噴霧化した金属粒子流を偏向させない時の厚み断面及び図１の 厚み断面を横方向に偏向させた際に生ずる流の厚み断面を夫々示す図である。

図４は、流軸の周囲を回転するガスノズルにより粒子流を偏向させ、静止した基 材上に粒子を捕集した結果を示す図である。

図５乃至図７は、図４に示した分布の変更の効果を示す図である。

図８は、本発明の装置により達成される断面の実験値を示す図である。

図１を参照する。溶融金属流１０は一次噴霧器１１を通過して噴霧化された流と して捕集材すなわち基材１３に導かれる。一群の平行なノズル１４から偏向ガス ジェットが放出される。ノズル１４は下方に傾斜し、云わば水平に対して３０゜ の傾斜をなして流１２の軸に向かっており、流１２の軸を中心とする円形路１５ 内で回転するようロータ（図示していない）上に搭載されている。

噴霧器１１は、偏向されない時には、中心軸の周囲で対称である図２に示したよ うな厚み断面の粒子流を発生する。

図３は、偏向ジェットが静止常状態に保持されて偏向されない時の断面が図２に 示されるようなものである時、静止状態にある基材１２上に代表的に形成される 沈着物の厚み断面を実験的にめたものである。この沈着物がデバイスの中心線か ら２００ｍｍの点にピークを有するよう偏向されていることに留意されたい。

非回転偏向ジェットにより形成される断面を「生成断面ｒ　（’ｇｅｎｅｒａｔ ｉｎｇ　ｐｒｏｆｉｌｅ）　Ｊと称する。

ロータ回転時の偏向ジェットの圧力及び方向を調節する効果はコンピュータシミ ュレーションにより最も良好に示されるが、これは実験値によく一致する。図４ は、偏向ジェットが効果的に回転する際に前記の生成断面により静止状聾唖材上 に形成されうる沈着物のコンピュータ作成透視図である。垂直座標は沈着物の厚 みを表わすが、沈着物の分布状態を示すために誇張している。実際の厚みは、普 通、ストリップやスラブの厚み範囲であって２−１０ｍｍであるのに対し、沈着 物の直径は１メ一トル程になることがある。

垂直座標は、スプレー密度すなわち観察者に向かって図４の矢印１６の方向に一 定速度で前進する基材に衝突する単位面積当たりの流速を任意尺度で表している 。従ってスプレーを通過する際に何れかの幅要素上に沈着する沈着物の蓄積量は 、同一幅要素を含む平行な垂直スライスの容積に比例する。スライス間の境界線 １７を図４に示す。

図５は、図４の沈着物の厚み断面に等しい小垂直スライスの容積を基材の幅を横 切ってプロットしたコンピュータ作成プロットであり、一定速度でスプレーを横 断する基材上に形成される沈着物の厚み断面も任意尺度で示している。このコン ピュータプロットは中心の谷間を予測しているが、この谷間はこれらの条件下で 金属を沈着させる際の実験的観察により確認される。この谷間はストリップやシ ートの製造には受け入れ難いものであり、ロータを予かしめ定められた数だけ回 転させた後に偏向シェツトに加えるガス圧を周期的に変えることにより、この谷 間を満たすことができる。従うて、図６は毎４回転目に偏向ジェット圧を低下さ せた際に図３の生成断面に関して移動基材上に予想される断面である。これに対 応する静止基材上での沈着物の透視図を図７に示す。

谷間を満たす別法として、二辺上の偏向ジェットをロータ上に与え、そのジェッ トを水平に対して種々の角度で傾斜させる方法がある。例えば、第二の中心部充 填ジェットは、主偏向ジェットよりも大きな角度で下方傾斜させるのである。

谷間を満たすための別の可能な方法は、同一長手部分に沿って２個の回転偏向ジ ェットを使用する方法であり、一方は図３の生成断面を有するように連続的に操 作し、他方は更に低い流速並びにできるだけ低い圧力で連続的に操作する。

図８は、本発明の装置により達成される断面の実測値である。

ストリップ沈着物の幅を被うために、２以上の回転噴霧器を使用することもでき る。重なり断面をなす２個の回転噴霧器で操作すると、オーバースプレーは半分 以下に減少する。重なり域の間に一定の厚さを維持するような適当なピッチセン ターで２個のデバイスを搭載するのである。

前述の装置は、操作時に断面を調整できること、特に低圧期の圧力及び低圧適用 時間の割合を変えることにより、ロータの速度を周期的に変える場合に断面の調 整が可能である点で有利である。このような調整は、例えば非接触ゲージを用い て最終厚み断面を連続的に監視するシステムのフィードバックループ内で行うこ とができる。断面誤差を最小にするための規則のセットは、ループ内で作動する マイクロプロセッサ−に容易にプログラムとして組み込むことができる。この構 成は池のタイプのスキャナー、特に大きな加速・減速力を要する機械式振動装置 よりも簡単である。更には、高速回転が可能であって、機械式振動型よりもはる かに高速で走査することができる。

厚　み　％ Ｆ（に、　２ Ｆ（Ｇ　タ 厚　み　％ Ｐ（（、−５ 「［Ｑ、こ 要　約　書 金属をスプレー分配するための装置は、溶融金属粒子流を放出するための噴霧器 及び流の周囲を回転するガスノズルを包含する。被加工物上に粒子流を所望の分 布で形成するため、このガス粒を粒子流の軸に対して傾斜させて流の方向に向け る。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　４年１０月１９日

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．噴霧化された溶融金属粒子流を放出する手段；前記流を横方向に偏向させる ため前記流の周囲を回転するように搭載され、該流の軸に対して流れ方向に傾斜 されるガスジェットノズル手段；及び、前記ノズル手段に加圧偏向ガスを供給す る手段；を含む金属のスプレー沈着装置。
2. ２．該放ノズル手段が前記粒子流の周囲を回転するように搭載されている請求の 範囲第１項に記載の装置。
3. ３．前記ノズル手段が複数のノズルを含み、かつ、前記ノズル手段に加圧偏向ガ スを供給する前記の手段が一以上のノズルに供給されるガスの圧力を周期的に変 えて操作できる請求の範囲第１項又は第２項に記載の装置。
4. ４．前記ノズル手段に加圧偏向ガスを供給する前記手段が複数のノズルを含み、 その少なくとも１個が他のノズルとは異なる角度で傾斜される請求の範囲第１項 又は第２項に記載の装置。
5. ５．該ノズル手段に加圧ガスを供給する前記手段により一つのノズルに供給され るガスの圧力が、他のノズルに供給されるガスの圧力とは異なる請求の範囲第４ 項に記載の装置。
6. ６．前記の金属粒子流の周囲を回転するように搭載された第二のガスジェットノ ズル手段を更に含み、前記の第一のノズル手段と前記の第二のノズル手段の回転 軸が金属粒子流の軸とは一致しない請求の範囲第１項に記載の装置。
7. ７．スプレー対象の被加工物の支持体に対して直線移動を与える手段、該被加工 物の幅に沿ってスプレーコーティングの厚みを連続的若しくは間欠的に測定する 手段及び該厚み測定手段によりなされる測定に応じてノズル手段の回転速度及び ／又は該ノズル手段に供給されるガスの圧力を調整する手段を更に包含する、請 求の範囲第１項乃至第６項の何れかに記載の装置。