JPH06306570A - 管状基板に対して溶射を行う際の冷却方法およびそのための固定具 - Google Patents
管状基板に対して溶射を行う際の冷却方法およびそのための固定具Info
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- JPH06306570A JPH06306570A JP6080261A JP8026194A JPH06306570A JP H06306570 A JPH06306570 A JP H06306570A JP 6080261 A JP6080261 A JP 6080261A JP 8026194 A JP8026194 A JP 8026194A JP H06306570 A JPH06306570 A JP H06306570A
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 管状基板、特に管状セラミック基板、酸素セ
ンサーに対する、溶射コーティングを行う際の冷却のた
めの新たな固定具と、改良された冷却方法、および、改
良された基板支持方法を提供すること。 【構成】 溶射のための冷却固定具であり、酸素センサ
ーのような管状基板を支持するための回転可能な管部材
を含む。冷却管が管部材から基板の開口端部へ延び、環
状チャネルを形成する。基板の別の端部は閉じられてい
る。冷却材として例えば空気が冷却管を通って強制的に
基板内に送風され、環状チャネルを介して基板から排出
され、外側表面を溶射コーティングする際に基板を冷却
できるようになっている。
ンサーに対する、溶射コーティングを行う際の冷却のた
めの新たな固定具と、改良された冷却方法、および、改
良された基板支持方法を提供すること。 【構成】 溶射のための冷却固定具であり、酸素センサ
ーのような管状基板を支持するための回転可能な管部材
を含む。冷却管が管部材から基板の開口端部へ延び、環
状チャネルを形成する。基板の別の端部は閉じられてい
る。冷却材として例えば空気が冷却管を通って強制的に
基板内に送風され、環状チャネルを介して基板から排出
され、外側表面を溶射コーティングする際に基板を冷却
できるようになっている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は溶射、溶射を行う際の基
板冷却、特に管状セラミック基板の冷却に関し、なかで
も特に酸素センサーの製造に関する。
板冷却、特に管状セラミック基板の冷却に関し、なかで
も特に酸素センサーの製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶射、これは火炎溶射ともいい、金属や
セラミックなどの加熱可融材質を溶解すること、あるい
は少なくとも加熱軟化すること、およびコーティングさ
れる表面に対して粒子としての軟化物質を推進させるこ
とを含む。加熱粒子が急冷され、付着した表面にさらに
加熱粒子が衝突していく。プラズマタイプの溶射ガンに
おいては、プラズマ流を使用し粉末粒体を溶解し推進さ
せる。ガン内部の強度の大きいアークがアルゴンや窒素
のような不活性ガスを加熱し加速させて、プラズマ流を
出す。このようなガンの例が、米国特許４、４４５、０
２１号に開示されている。この特許に示されているよう
に、プラズマガンは、電極表面を越えて流れるウオータ
ーチャネリングによって冷却されるのが普通である。溶
射ガンの他のタイプとしては燃焼溶射ガンがあり、これ
は燃焼火炎のなかに粉末を取り入れ加熱させるもので、
普通の速度のものと高速（超音速）のものとがある。ま
たワイヤータイプのガンでは、ワイヤーが燃焼火炎のな
かを通され、溶解したワイヤーチップが圧縮空気によっ
て微粒化され微細溶射となって付着する。ワイヤーが２
本あるアークガンでは、電気アークと接触するワイヤー
チップを溶解し圧縮空気による微粒化を行っている。
セラミックなどの加熱可融材質を溶解すること、あるい
は少なくとも加熱軟化すること、およびコーティングさ
れる表面に対して粒子としての軟化物質を推進させるこ
とを含む。加熱粒子が急冷され、付着した表面にさらに
加熱粒子が衝突していく。プラズマタイプの溶射ガンに
おいては、プラズマ流を使用し粉末粒体を溶解し推進さ
せる。ガン内部の強度の大きいアークがアルゴンや窒素
のような不活性ガスを加熱し加速させて、プラズマ流を
出す。このようなガンの例が、米国特許４、４４５、０
２１号に開示されている。この特許に示されているよう
に、プラズマガンは、電極表面を越えて流れるウオータ
ーチャネリングによって冷却されるのが普通である。溶
射ガンの他のタイプとしては燃焼溶射ガンがあり、これ
は燃焼火炎のなかに粉末を取り入れ加熱させるもので、
普通の速度のものと高速（超音速）のものとがある。ま
たワイヤータイプのガンでは、ワイヤーが燃焼火炎のな
かを通され、溶解したワイヤーチップが圧縮空気によっ
て微粒化され微細溶射となって付着する。ワイヤーが２
本あるアークガンでは、電気アークと接触するワイヤー
チップを溶解し圧縮空気による微粒化を行っている。
【０００３】溶射を一面的にとらえると、ガンから発す
る火炎やプラズマによって加工部材の加熱を行い、さら
にその加工部材上に付着する材質が加熱されそれによっ
て加工部材も加熱されるが、実はこの加工部材は一般的
には比較的低温に維持されていなければならない。高温
部分が偏らないようにするために、ガンはコーティング
される基板を何度も往復してコーティング粒子を分配す
る。さらに、冷却剤ジェットや冷却剤流れを溶射点から
離れて加工部材に衝突させ、温度が常温から数百度に維
持されるようになっている。平面的な加工部材の裏面に
対して空気を用いて冷却するものと水を用いて冷却する
ものについてそれぞれ米国特許３、６３１、８３５およ
び４、２９７、３８８号に示されている。加熱が過剰で
あったり不均一であったりすると金属基板が酸化したり
セラミック基板に亀裂がおきたりする。
る火炎やプラズマによって加工部材の加熱を行い、さら
にその加工部材上に付着する材質が加熱されそれによっ
て加工部材も加熱されるが、実はこの加工部材は一般的
には比較的低温に維持されていなければならない。高温
部分が偏らないようにするために、ガンはコーティング
される基板を何度も往復してコーティング粒子を分配す
る。さらに、冷却剤ジェットや冷却剤流れを溶射点から
離れて加工部材に衝突させ、温度が常温から数百度に維
持されるようになっている。平面的な加工部材の裏面に
対して空気を用いて冷却するものと水を用いて冷却する
ものについてそれぞれ米国特許３、６３１、８３５およ
び４、２９７、３８８号に示されている。加熱が過剰で
あったり不均一であったりすると金属基板が酸化したり
セラミック基板に亀裂がおきたりする。
【０００４】さらに小さな加工部材に対して冷却剤を衝
突させようとすると、溶射流や付着の妨害となる。また
冷却空気はコーティングを汚染しないように非常に清浄
でなければならない。さらに、円筒基板のスポット冷却
は均一性に欠けていて、ひずみを起こす。コーティング
される円筒状の小さな部品の一例としては、自動車エン
ジンにおける公害防止用の酸素センサーがあり、これは
米国特許４、２６５、９３０号に開示されている。この
場合、基板は酸化ジルコニウムのようなセラミックの管
部材でできている。自動車エンジンの部品の典型的特徴
として、製造コストが低いことがひとつの目標となる。
溶射速度をあげればあげるほどコストは低下するもの
の、基板の受ける加熱の度合いは高まる。従来の冷却方
法を適用しても、この加熱でセラミック基板の亀裂が起
きてしまう。
突させようとすると、溶射流や付着の妨害となる。また
冷却空気はコーティングを汚染しないように非常に清浄
でなければならない。さらに、円筒基板のスポット冷却
は均一性に欠けていて、ひずみを起こす。コーティング
される円筒状の小さな部品の一例としては、自動車エン
ジンにおける公害防止用の酸素センサーがあり、これは
米国特許４、２６５、９３０号に開示されている。この
場合、基板は酸化ジルコニウムのようなセラミックの管
部材でできている。自動車エンジンの部品の典型的特徴
として、製造コストが低いことがひとつの目標となる。
溶射速度をあげればあげるほどコストは低下するもの
の、基板の受ける加熱の度合いは高まる。従来の冷却方
法を適用しても、この加熱でセラミック基板の亀裂が起
きてしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題および解決手段】したが
って本発明の目的は、管状基板、特に管状セラミック基
板に対する、溶射コーティングを行う際の冷却のための
新たな固定具と、改良された冷却方法を提供することで
ある。別の目的は、酸素センサーに対して、溶射コーテ
ィングを行う際の冷却のための新たな固定具と、基板を
冷却し支持するための改良された方法を提供することで
ある。また別の目的は、管状基板に対するより均一な冷
却を提供することである。さらに別の目的は、小さな管
状基板の溶射を溶射速度を高くして行わせることであ
る。
って本発明の目的は、管状基板、特に管状セラミック基
板に対する、溶射コーティングを行う際の冷却のための
新たな固定具と、改良された冷却方法を提供することで
ある。別の目的は、酸素センサーに対して、溶射コーテ
ィングを行う際の冷却のための新たな固定具と、基板を
冷却し支持するための改良された方法を提供することで
ある。また別の目的は、管状基板に対するより均一な冷
却を提供することである。さらに別の目的は、小さな管
状基板の溶射を溶射速度を高くして行わせることであ
る。
【０００６】以上および他の目的は、内側表面と外側表
面を有し一方の端部が開口しており他方の端部が閉じて
いる管状基板に対して溶射コーティングを行う際に管状
基板を冷却するための固定具によって達成される。この
固定具は、基板をその端部で支持するための支持手段、
および冷却管を備えているが、この冷却管は開口した基
板端部を通って同軸的に基板内に延長し管状基板の内側
表面と冷却管の間に環状チャネルを形成している。冷却
管は圧縮された流体状の冷却剤を受け入れる外側端部を
有し、冷却剤が冷却管を通り基板内に入り環状チャネル
を介して基板から排されるようになっており、それによ
って外側表面を溶射コーティングする際に冷却剤は基板
を冷却する。支持手段が回転可能で、基板が支持手段と
同軸的に配されて溶射コーティングする際に長手方向の
軸に関して回転可能になっていると好ましい。外側表面
が、前記閉端部と閉端部から所定距離だけ離れて位置す
るコーティング突端部の間でコーティングを受け入れ、
冷却管が突端部から所定距離のおよそ４分の１から２分
の１のところに位置する内側端部を有しているのが好ま
しい。この固定具は特に管状基板がセラミックの基体部
材から成っているもの、特に酸素センサーに用いるのに
適している。
面を有し一方の端部が開口しており他方の端部が閉じて
いる管状基板に対して溶射コーティングを行う際に管状
基板を冷却するための固定具によって達成される。この
固定具は、基板をその端部で支持するための支持手段、
および冷却管を備えているが、この冷却管は開口した基
板端部を通って同軸的に基板内に延長し管状基板の内側
表面と冷却管の間に環状チャネルを形成している。冷却
管は圧縮された流体状の冷却剤を受け入れる外側端部を
有し、冷却剤が冷却管を通り基板内に入り環状チャネル
を介して基板から排されるようになっており、それによ
って外側表面を溶射コーティングする際に冷却剤は基板
を冷却する。支持手段が回転可能で、基板が支持手段と
同軸的に配されて溶射コーティングする際に長手方向の
軸に関して回転可能になっていると好ましい。外側表面
が、前記閉端部と閉端部から所定距離だけ離れて位置す
るコーティング突端部の間でコーティングを受け入れ、
冷却管が突端部から所定距離のおよそ４分の１から２分
の１のところに位置する内側端部を有しているのが好ま
しい。この固定具は特に管状基板がセラミックの基体部
材から成っているもの、特に酸素センサーに用いるのに
適している。
【０００７】本発明の目的はまた、一方の端部が開口し
ており他方の端部が閉じている管状基板に対する溶射コ
ーティングを行う際の冷却方法によって達成される。こ
の方法は、基板をその端部で支持し、開口した基板端部
を通って同軸的に基板内に冷却管を延長させ、管状基板
の内側表面と冷却管の間の環状チャネルを形成するよう
になっている。この方法はさらに、圧縮された流体から
成る冷却剤を外側端部から冷却管を通し基板内に導き、
環状チャネルを介して基板から排し、基板の外側表面を
溶射コーティングすることも含む。このようにして、冷
却剤は溶射コーティングプロセス中に基板を冷却する。
ており他方の端部が閉じている管状基板に対する溶射コ
ーティングを行う際の冷却方法によって達成される。こ
の方法は、基板をその端部で支持し、開口した基板端部
を通って同軸的に基板内に冷却管を延長させ、管状基板
の内側表面と冷却管の間の環状チャネルを形成するよう
になっている。この方法はさらに、圧縮された流体から
成る冷却剤を外側端部から冷却管を通し基板内に導き、
環状チャネルを介して基板から排し、基板の外側表面を
溶射コーティングすることも含む。このようにして、冷
却剤は溶射コーティングプロセス中に基板を冷却する。
【０００８】
【実施例】コーティングされる管状基板１０（図１）は
金属やセラミックでできており、好ましい一例として酸
化ジルコニウム基体部材１２から成る酸素センサーとな
っている。管状基板は開口端部１１と閉端部１３を有す
る。前述の米国特許４、２６５、９３０号に示した方法
でメッキをするなどして、管状基板の内側にも外側にも
薄い（１から５microns）プラチナ層１４、１５を付着
させる。これらの層は酸素センサー用のもので、そうで
ない場合この発明に関して必要なものではない。ジルコ
ニア管の肉厚はおよそ０．５mmから１．５mmの範囲であ
る。目的は、外側のプラチナ表面１８におよそ５００mi
cronsに至るまで、スピネル（２６から３０wt％のマグ
ネシアを含有するアルミナ）コーティング１６を溶射
し、酸素センサーを形成することである。
金属やセラミックでできており、好ましい一例として酸
化ジルコニウム基体部材１２から成る酸素センサーとな
っている。管状基板は開口端部１１と閉端部１３を有す
る。前述の米国特許４、２６５、９３０号に示した方法
でメッキをするなどして、管状基板の内側にも外側にも
薄い（１から５microns）プラチナ層１４、１５を付着
させる。これらの層は酸素センサー用のもので、そうで
ない場合この発明に関して必要なものではない。ジルコ
ニア管の肉厚はおよそ０．５mmから１．５mmの範囲であ
る。目的は、外側のプラチナ表面１８におよそ５００mi
cronsに至るまで、スピネル（２６から３０wt％のマグ
ネシアを含有するアルミナ）コーティング１６を溶射
し、酸素センサーを形成することである。
【０００９】基板１０はその開口端部において、回転可
能な固定具２０上に取付けられており（図２）、この固
定具は旋盤のような基体支持部２４からの主軸台２２
（図３）などの上に取付けられている。
能な固定具２０上に取付けられており（図２）、この固
定具は旋盤のような基体支持部２４からの主軸台２２
（図３）などの上に取付けられている。
【００１０】この固定具は、都合のよい方法であるいは
本発明によくかなう方法で、基板１０を支えている。こ
の場合（図２）では、基板１０はフランジ２６を有し、
このフランジが通例の使用における酸素センサーの支持
部分を形成する。このフランジは、固定具２０の管部材
３０の端部における座ぐり孔２８にはまっている。内向
きフランジ３４を有する取り外し可能なスリーブ３２が
この管部材にかぶさり、基板フランジ２６を座ぐり孔か
ら外れないようにしている。ばねクリップ３６がスリー
ブ３２をずれないように支えている。このようにして、
基板類は固定具内にうまく収まりコーティング作業を行
えるようになる。他の支持部材を選択して、酸素センサ
ーあるいは同様の構造物に対する、コーティングの仕組
みを製造工程中で迅速に変更できるようにしてもよい。
本発明によくかなう方法で、基板１０を支えている。こ
の場合（図２）では、基板１０はフランジ２６を有し、
このフランジが通例の使用における酸素センサーの支持
部分を形成する。このフランジは、固定具２０の管部材
３０の端部における座ぐり孔２８にはまっている。内向
きフランジ３４を有する取り外し可能なスリーブ３２が
この管部材にかぶさり、基板フランジ２６を座ぐり孔か
ら外れないようにしている。ばねクリップ３６がスリー
ブ３２をずれないように支えている。このようにして、
基板類は固定具内にうまく収まりコーティング作業を行
えるようになる。他の支持部材を選択して、酸素センサ
ーあるいは同様の構造物に対する、コーティングの仕組
みを製造工程中で迅速に変更できるようにしてもよい。
【００１１】管状支持部材３０は内部を貫通する穴３８
を有している。穴３８内の途中まで戻った部分でプラグ
４０が止めねじ４１で支えられ、中央孔４２を内部に有
し、軸管４４がこの中央孔内にシールされている。この
軸管は管状基板１０の中空部４６まで前方に延びてい
る。この軸管はまた基板の内径より小さいので、基板の
内側表面５０との間に環状チャネル４８を形成できる。
この環状チャネルは、プラグと基板の間および軸管４４
と部材３０の壁面５３の間の穴３８の環状域５２まで戻
る。
を有している。穴３８内の途中まで戻った部分でプラグ
４０が止めねじ４１で支えられ、中央孔４２を内部に有
し、軸管４４がこの中央孔内にシールされている。この
軸管は管状基板１０の中空部４６まで前方に延びてい
る。この軸管はまた基板の内径より小さいので、基板の
内側表面５０との間に環状チャネル４８を形成できる。
この環状チャネルは、プラグと基板の間および軸管４４
と部材３０の壁面５３の間の穴３８の環状域５２まで戻
る。
【００１２】支持部材３０の基体５４（図３）は主軸台
２２によって支えられている。この主軸台２２は、旋盤
（支持部）２４内の軸受け５８によって従来通りに支持
されモーター（図示せず）で駆動されるアクスル５６に
取付けられている。このアクスルにはパイプ６２に接続
する軸管６０が備えられている。このパイプの主軸台と
反対側の端部には、従来の回転シール６４が取付けられ
ている。ホース取付け具６６はシール上に（回転しない
ように）固定され、流体冷却剤の源７０までつながるホ
ース６８に取付けられている。流体冷却剤は、液体でも
よいが圧縮空気のような圧縮気体から成っているのが好
ましい。空気は、パイプ７１を介して冷媒によって、あ
るいはユーティリティウオーター中、アイスウオーター
中、液体窒素中などに配された熱交換コイルを用いた冷
却システム７２によって冷却されてもよい。このように
して、冷却した冷却剤は、ホース６８、回転シール６
４、アクスル５６、管部材３０および冷却管（軸管）４
４（図２）から成る流路を通って、管状基板１０に向か
う。
２２によって支えられている。この主軸台２２は、旋盤
（支持部）２４内の軸受け５８によって従来通りに支持
されモーター（図示せず）で駆動されるアクスル５６に
取付けられている。このアクスルにはパイプ６２に接続
する軸管６０が備えられている。このパイプの主軸台と
反対側の端部には、従来の回転シール６４が取付けられ
ている。ホース取付け具６６はシール上に（回転しない
ように）固定され、流体冷却剤の源７０までつながるホ
ース６８に取付けられている。流体冷却剤は、液体でも
よいが圧縮空気のような圧縮気体から成っているのが好
ましい。空気は、パイプ７１を介して冷媒によって、あ
るいはユーティリティウオーター中、アイスウオーター
中、液体窒素中などに配された熱交換コイルを用いた冷
却システム７２によって冷却されてもよい。このように
して、冷却した冷却剤は、ホース６８、回転シール６
４、アクスル５６、管部材３０および冷却管（軸管）４
４（図２）から成る流路を通って、管状基板１０に向か
う。
【００１３】管壁５３（図２）は斜め方向の通路７８を
少なくとも一つ有しており、これは環状域５２から半径
方向の外側に管壁内を通っている。取り外し可能なスリ
ーブ３２がこのように設けられている場合、スリーブに
は管部材との間に外側スペース８０が設けられる。外側
の閉端部１３と、基板内の環状チャネル４８、環状域５
２、斜め方向の通路７８および外側スペース８０から成
る通路によって、空気の冷却剤が基板１０内部から常温
環境に流れだすことができる。
少なくとも一つ有しており、これは環状域５２から半径
方向の外側に管壁内を通っている。取り外し可能なスリ
ーブ３２がこのように設けられている場合、スリーブに
は管部材との間に外側スペース８０が設けられる。外側
の閉端部１３と、基板内の環状チャネル４８、環状域５
２、斜め方向の通路７８および外側スペース８０から成
る通路によって、空気の冷却剤が基板１０内部から常温
環境に流れだすことができる。
【００１４】溶射ガン８２（図３）は、基板１０に対す
るコーティング材の高温溶射流８４を出す。基板を回転
させた状態で、ガンが基板に対して長手方向の振動性の
動き８６をとって、基板上にコーティング１６が施せる
ようにするのもよい。このようにして、冷却剤を流通さ
せて、基板に過熱することなくコーティングを施し、特
にセラミックの場合には亀裂が生じないようになってい
る。
るコーティング材の高温溶射流８４を出す。基板を回転
させた状態で、ガンが基板に対して長手方向の振動性の
動き８６をとって、基板上にコーティング１６が施せる
ようにするのもよい。このようにして、冷却剤を流通さ
せて、基板に過熱することなくコーティングを施し、特
にセラミックの場合には亀裂が生じないようになってい
る。
【００１５】溶射流と溶射熱から固定具類を保護するた
めに、固定具２０（図２）には、外側スリーブ８８がリ
ング９０を介して内側スリーブ３２に取付けられ、もう
一つ別の環状スペース９２が形成されるようになってお
り、これが断熱材として機能する。外側スリーブ上から
外側に延長するフランジ９４は、長手方向で基板１０に
近接した周端部９６から延長し、固定具類を溶射流から
一層保護している。固定具に冷却がさらに必要となる場
合には、リングが複数個の穴９８（一例を示すと８個）
を備えていてもよい。圧縮空気源１００が、穴を有する
リングに向けられ、同時に固定具が回転していると、空
気は一連の穴を通って、両スリーブ間のスペースに連続
的に流れるようになる。あるいは、穴を有するリングが
翼を構成し、回転中にそのスペースに空気を強制送風し
てもよい。リング９０のスロット１０１はばね３６を通
すところである。
めに、固定具２０（図２）には、外側スリーブ８８がリ
ング９０を介して内側スリーブ３２に取付けられ、もう
一つ別の環状スペース９２が形成されるようになってお
り、これが断熱材として機能する。外側スリーブ上から
外側に延長するフランジ９４は、長手方向で基板１０に
近接した周端部９６から延長し、固定具類を溶射流から
一層保護している。固定具に冷却がさらに必要となる場
合には、リングが複数個の穴９８（一例を示すと８個）
を備えていてもよい。圧縮空気源１００が、穴を有する
リングに向けられ、同時に固定具が回転していると、空
気は一連の穴を通って、両スリーブ間のスペースに連続
的に流れるようになる。あるいは、穴を有するリングが
翼を構成し、回転中にそのスペースに空気を強制送風し
てもよい。リング９０のスロット１０１はばね３６を通
すところである。
【００１６】冷却管の内側端部と基板の閉端部の間のス
ペーシングは、基板のセラミックに亀裂が生じる傾向が
たとえ低くても、冷却効果を高める意味で重要なもので
あることが見いだされた。特にコーティング突端部１０
２は、閉端部１３から所定の距離Sだけ離れている。こ
の突端部は、コーティングを施される管状基板の外側表
面のなかで閉端部から最も離れた部分である。本件の場
合、この突端部は固定具２０に対する基板の導入部と一
致する。冷却管は、基板中空部４６内の、距離Sに対し
ておよそ２０から８０％にあたる距離Dだけ離れた位置
に、内側端部１０４を有していると好ましい。このよう
にして、冷却効果を高めるために起こす乱流に対して重
要性を有する部分が基板孔内で明確に定まる。この冷却
システムはとくに、一般的にはおよそ２cmから１０cmの
長さで、内径がおよそ５mmから５cmの小さな管に適して
いる。さらにまた、流れ効率を極力高めるためには、冷
却管内部の軸通路１０６の断面積は環状チャネル４８の
断面積とほぼ同一であるのが望ましい。例えば０．３０
cm2である。
ペーシングは、基板のセラミックに亀裂が生じる傾向が
たとえ低くても、冷却効果を高める意味で重要なもので
あることが見いだされた。特にコーティング突端部１０
２は、閉端部１３から所定の距離Sだけ離れている。こ
の突端部は、コーティングを施される管状基板の外側表
面のなかで閉端部から最も離れた部分である。本件の場
合、この突端部は固定具２０に対する基板の導入部と一
致する。冷却管は、基板中空部４６内の、距離Sに対し
ておよそ２０から８０％にあたる距離Dだけ離れた位置
に、内側端部１０４を有していると好ましい。このよう
にして、冷却効果を高めるために起こす乱流に対して重
要性を有する部分が基板孔内で明確に定まる。この冷却
システムはとくに、一般的にはおよそ２cmから１０cmの
長さで、内径がおよそ５mmから５cmの小さな管に適して
いる。さらにまた、流れ効率を極力高めるためには、冷
却管内部の軸通路１０６の断面積は環状チャネル４８の
断面積とほぼ同一であるのが望ましい。例えば０．３０
cm2である。
【００１７】本発明はまたとくに、管状セラミック基板
に対して、溶射速度の高いプラズマ溶射コーティングプ
ロセスによって、コーティングを行うのに適している。
高速の溶射により、各部分のコーティング時間が少なく
てすみ、重要なコスト削減につながる。この方法は基板
に熱応力をかなりかけるが、本発明で提供される冷却シ
ステムによれば、このプロセスは十分それに耐えうるも
のとなる。
に対して、溶射速度の高いプラズマ溶射コーティングプ
ロセスによって、コーティングを行うのに適している。
高速の溶射により、各部分のコーティング時間が少なく
てすみ、重要なコスト削減につながる。この方法は基板
に熱応力をかなりかけるが、本発明で提供される冷却シ
ステムによれば、このプロセスは十分それに耐えうるも
のとなる。
【００１８】ジルコニア製のセラミック管でできた酸素
センサーを一態様として説明する。これは、上述したよ
うな方法でプラチナ層を有し、長さが約９０mmで内径が
約７mmであった。直径３mmの冷却管を、セラミック管の
長さに対して約３５％分の長さだけ挿入した。前記米国
特許４、４４５、０２１号に開示され、パーキンエルマ
ー（Perkin-Elmer）社製の１０MB型プラズマガンとして
市販されているタイプの頑丈なプラズマガンをセンサー
のコーティングに用いた。パラメーターは次のとおりで
ある：１０から７５micronsの径のスピネルパウダーを
８２０番の筒口のガンで溶射させたが、窒素プラズマは
５．３kg/cm2（７５psi）で２１l/min（４５scfh）の流
速、水素２次ガスは３．５kg/cm2（５０psi）で１３l/m
in（２８scfh）の流速、キャリアーガスが２８l/min
（６０scfh）の窒素のときの溶射速度は６０g/min（８p
ounds/hour）、溶射距離１０cm、移動速度６０cm/sec、
および基板の回転速度５００rpmであった。基板内への
冷却空気流速は２５０l/min（５００scfh）であった。
コーティング厚さは５００micronsとなった。
センサーを一態様として説明する。これは、上述したよ
うな方法でプラチナ層を有し、長さが約９０mmで内径が
約７mmであった。直径３mmの冷却管を、セラミック管の
長さに対して約３５％分の長さだけ挿入した。前記米国
特許４、４４５、０２１号に開示され、パーキンエルマ
ー（Perkin-Elmer）社製の１０MB型プラズマガンとして
市販されているタイプの頑丈なプラズマガンをセンサー
のコーティングに用いた。パラメーターは次のとおりで
ある：１０から７５micronsの径のスピネルパウダーを
８２０番の筒口のガンで溶射させたが、窒素プラズマは
５．３kg/cm2（７５psi）で２１l/min（４５scfh）の流
速、水素２次ガスは３．５kg/cm2（５０psi）で１３l/m
in（２８scfh）の流速、キャリアーガスが２８l/min
（６０scfh）の窒素のときの溶射速度は６０g/min（８p
ounds/hour）、溶射距離１０cm、移動速度６０cm/sec、
および基板の回転速度５００rpmであった。基板内への
冷却空気流速は２５０l/min（５００scfh）であった。
コーティング厚さは５００micronsとなった。
【００１９】特定の態様を参照しながら本発明を詳しく
述べてきたが、当業者が、本発明の精神の範囲内および
添付した請求項の範囲内に収まる種々の変更修正を行え
ることは明らかであろう。つまり、本発明は添付された
請求項およびそれらと内容的に同一のものによって限定
されるだけであって、特定の態様に限定されるものでは
ない。
述べてきたが、当業者が、本発明の精神の範囲内および
添付した請求項の範囲内に収まる種々の変更修正を行え
ることは明らかであろう。つまり、本発明は添付された
請求項およびそれらと内容的に同一のものによって限定
されるだけであって、特定の態様に限定されるものでは
ない。
【００２０】
【発明の効果】管状基板に対する溶射コーティングを行
う際の、特に基板のコーティングと冷却管の構造から生
じた、十分な冷却効果により、過剰な加熱や不均一な加
熱を効果的に抑制し、基板の酸化や亀裂を防止できた。
う際の、特に基板のコーティングと冷却管の構造から生
じた、十分な冷却効果により、過剰な加熱や不均一な加
熱を効果的に抑制し、基板の酸化や亀裂を防止できた。
【００２１】特に酸素センサーの溶射コーティングに際
して、溶射速度を高めても、基板に亀裂が生じずコスト
の低下をはかることができた。
して、溶射速度を高めても、基板に亀裂が生じずコスト
の低下をはかることができた。
【００２２】支持装置の構造により固定具は溶射熱から
確実に保護された。
確実に保護された。
【図１】本発明によってコーティングされた酸素センサ
ーの縦断面図。
ーの縦断面図。
【図２】酸素センサーを支持する本発明の固定具を含む
装置の縦断面図。
装置の縦断面図。
【図３】溶射コーティングを行う本発明の固定具を含む
装置全体の縦断面図。
装置全体の縦断面図。
１０ 管状基板、 １１ 開口端部、 １２ 基体部
材、 １３ 閉端部、１４，１５ プラチナ層、 １６
コーティング、 １８ 外側のプラチナ表面、 ２０
固定具、 ２２ 主軸台、 ２４ 旋盤（支持台）、
２６ フランジ、 ２８ 座ぐり孔、 ３０ 管部
材、 ３２ スリーブ、 ３４ 内向きフランジ、 ３
６ ばねクリップ、 ３８ 穴、 ４０ プラグ、 ４
１ 止めねじ、 ４２ 中央孔、 ４４ 冷却管（軸
管）、 ４６ 管状基板中空部、 ４８ 環状チャネ
ル、 ５０ 基板の内側表面、 ５２ 環状域、 ５３
壁面、５４ 支持部材の基体、 ５６ アクスル、
５８ 軸受け、 ６０ 軸管、６２ パイプ、 ６４
回転シール、 ６６ ホース取付け具、 ６８ ホー
ス、 ７０ 流体冷却剤の源、 ７１ パイプ、 ７２
冷却システム、 ７８斜め方向の通路、 ８０ 外側
スペース、 ８２ 溶射ガン、 ８４ 高温溶射流、
８６ 溶射ガンの振動性の動き、 ８８ 外側スリー
ブ、 ９０ リング、 ９２ 環状スペース、 ９４
フランジ、 ９６ 周端部、 ９８ リングの穴、 １
００ 圧縮空気源、 １０１ スロット、 １０２ コ
ーティング突端部、 １０４ 内側端部、 １０６ 冷
却管内部の軸通路、 Ｓ 閉端部からコーティング突端
部までの所定の距離、 Ｄ 基板中空部内の冷却管内側
端部からコーティング突端部までの距離（距離Ｓに対し
ておよそ２０から８０％）
材、 １３ 閉端部、１４，１５ プラチナ層、 １６
コーティング、 １８ 外側のプラチナ表面、 ２０
固定具、 ２２ 主軸台、 ２４ 旋盤（支持台）、
２６ フランジ、 ２８ 座ぐり孔、 ３０ 管部
材、 ３２ スリーブ、 ３４ 内向きフランジ、 ３
６ ばねクリップ、 ３８ 穴、 ４０ プラグ、 ４
１ 止めねじ、 ４２ 中央孔、 ４４ 冷却管（軸
管）、 ４６ 管状基板中空部、 ４８ 環状チャネ
ル、 ５０ 基板の内側表面、 ５２ 環状域、 ５３
壁面、５４ 支持部材の基体、 ５６ アクスル、
５８ 軸受け、 ６０ 軸管、６２ パイプ、 ６４
回転シール、 ６６ ホース取付け具、 ６８ ホー
ス、 ７０ 流体冷却剤の源、 ７１ パイプ、 ７２
冷却システム、 ７８斜め方向の通路、 ８０ 外側
スペース、 ８２ 溶射ガン、 ８４ 高温溶射流、
８６ 溶射ガンの振動性の動き、 ８８ 外側スリー
ブ、 ９０ リング、 ９２ 環状スペース、 ９４
フランジ、 ９６ 周端部、 ９８ リングの穴、 １
００ 圧縮空気源、 １０１ スロット、 １０２ コ
ーティング突端部、 １０４ 内側端部、 １０６ 冷
却管内部の軸通路、 Ｓ 閉端部からコーティング突端
部までの所定の距離、 Ｄ 基板中空部内の冷却管内側
端部からコーティング突端部までの距離（距離Ｓに対し
ておよそ２０から８０％）
Claims (23)
- 【請求項１】 内側表面と外側表面を有し一方の端部が
開口し他方の端部が閉じた管状基板に対して溶射コーテ
ィングを行う際に管状基板を冷却するための固定具にお
いて、基板をその一端で支持するための支持手段および
冷却管を備え、前記冷却管が基板の開口端部を通って同
軸的に基板内に延長し管状基板の内側表面と冷却管の間
の環状チャネルを形成し、圧縮された流体状の冷却剤を
受け入れる外側端部を有し、冷却剤が冷却管を通り基板
内に入り環状チャネルを介して基板から排され、これに
よって外側表面を溶射コーティングする際に冷却剤が基
板を冷却するようになっていることを特徴とする固定
具。 - 【請求項２】 前記一端が開口端部である請求項１記載
の固定具。 - 【請求項３】 前記冷却剤がガスである請求項１記載の
固定具。 - 【請求項４】 前記外側表面が、前記閉端部と閉端部か
ら所定距離だけ離れて位置するコーティング突端部の間
でコーティングを受け入れ、前記冷却管が所定の距離の
およそ４分の１から２分の１のところに位置する内側端
部を有する請求項１記載の固定具。 - 【請求項５】 前記冷却管が前記環状チャネルの断面積
とほぼ同一の断面積を有する通路を内部に有する請求項
１記載の固定具。 - 【請求項６】 前記支持手段が回転可能で、前記基板が
支持手段と同軸的に配されて溶射コーティングする際に
長手方向の軸に関して回転可能になっている請求項１記
載の固定具。 - 【請求項７】 前記冷却管が前記支持手段に支持手段と
共に回転可能となるように取付けられ、前記固定具が、
冷却管の前記外側端部と接続された回転可能なシールを
さらに含み、シールが冷却剤を受け入れる固定された受
け入れ部を有した請求項６記載の固定具。 - 【請求項８】 前記支持手段が、前記基板を前記開口端
部で支持するために用いる管部材と、開口端部からスペ
ーシングをおいて管部材内にシールされたプラグを備
え、前記冷却管がプラグの軸孔中に固定されて開口端部
を通って前記基板に延長し、前記管部材が冷却管との間
に環状域を形成する管壁を有し、環状域が基板内の環状
通路と連通し、そして管壁が斜め方向の通路を内部に通
し環状域から外向きに導き、これによって冷却剤が環状
域と斜め方向の通路を通って環状チャネルから流出する
ようになっている請求項６記載の固定具。 - 【請求項９】 外側スリーブをさらに備え、外側スリー
ブが前記支持手段に取付けられ、環状スペースを外側ス
リーブと支持手段の間に形成するようになっており、こ
れによって外側スリーブと環状スペースが支持手段を溶
射から保護するようになっている請求項６記載の固定
具。 - 【請求項１０】 前記外側スリーブの基板近接の周端部
から延長するフランジをさらに含み、前記支持手段を溶
射から一層保護するようになっている請求項９記載の固
定具。 - 【請求項１１】 空気を前記環状スペースに強制的に送
風する手段をさらに含んだ請求項９記載の固定具。 - 【請求項１２】 前記環状基板がセラミックの基体部材
から成る請求項１記載の固定具。 - 【請求項１３】 コーティングされた前記環状基板が酸
素センサーを構成する請求項１２記載の固定具。 - 【請求項１４】 内側表面と外側表面を有し一方の端部
が開口し他方の端部が閉じた管状基板に対して溶射コー
ティングを行う際に管状基板を冷却するための固定具に
おいて、基板をその開口端部で同軸的に支持するために
用いる管部材、開口端部からスペーシングをおいて管部
材内にシールされたプラグ、および冷却管を備え、冷却
管がプラグの軸孔中に取付けられて開口端部を通って同
軸的に基板内に延長し内側表面と冷却管の間に環状チャ
ネルを形成し、管部材が冷却管との間に環状域を形成す
る管壁を有し、環状域が基板内の環状通路と連通し、管
壁が斜め方向の通路を内部に通し環状域から外向きに導
き、そして冷却管は圧縮されたガス冷却剤を受け入れる
外側端部を有し、冷却剤が冷却管を通り基板内に入り、
環状チャネル、環状域、および斜め方向の通路を介して
基板から排されるようになっており、これによって外側
表面を溶射コーティングする際に冷却剤が基板を冷却す
るようになっていることを特徴とする固定具。 - 【請求項１５】 内側表面と外側表面を有し一方の端部
が開口し他方の端部が閉じた管状基板に対して溶射コー
ティングを行う際に管状基板を冷却するための方法にお
いて、基板をその一端で支持し、冷却管を開口端部を通
って同軸的に基板内に延長させ内側表面と冷却管の間に
環状チャネルを形成するようにし、圧縮された流体状の
冷却剤を冷却管を通し外側端部から基板内に流し、環状
チャネルを介して基板から排されるようになっており、
基板の外側表面を溶射コーティングし、これによって溶
射コーティングする際に冷却剤が基板を冷却するように
なっていることを特徴とする方法。 - 【請求項１６】 前記一端が前記開口端部である請求項
１５記載の方法。 - 【請求項１７】 前記冷却剤がガスである請求項１５記
載の方法。 - 【請求項１８】 前記外側表面が、前記閉端部と閉端部
から所定距離だけ離れて位置するコーティング突端部の
間でコーティングを受け入れ、前記冷却管が所定距離の
およそ４分の１から２分の１のところに位置する内側端
部を有する請求項１５記載の方法。 - 【請求項１９】 前記冷却管が前記環状チャネルの断面
積とほぼ同一の断面積を有する通路を内部に有する請求
項１５記載の方法。 - 【請求項２０】 前記基板を長手方向の軸上で、冷却管
と同軸的に回転させることをさらに含む請求項１５記載
の方法。 - 【請求項２１】 前記環状基板がセラミックの基体部材
から構成される請求項１５記載の方法。 - 【請求項２２】 溶射工程が溶射セラミックコーティン
グから構成される請求項２１記載の方法。 - 【請求項２３】 セラミックコーティングを施した管状
基板が酸素センサーを構成する請求項２２記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/049,743 US5436426A (en) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | Fixture and method for cooling tubular substrate during thermal spraying |
| US08/049743 | 1993-04-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06306570A true JPH06306570A (ja) | 1994-11-01 |
Family
ID=21961465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6080261A Pending JPH06306570A (ja) | 1993-04-19 | 1994-04-19 | 管状基板に対して溶射を行う際の冷却方法およびそのための固定具 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5436426A (ja) |
| EP (1) | EP0621348B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06306570A (ja) |
| BR (1) | BR9401520A (ja) |
| CA (1) | CA2119429A1 (ja) |
| DE (1) | DE69411219T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011149078A (ja) * | 2010-01-25 | 2011-08-04 | Nippon Tokushu Rozai Kk | 溶射装置 |
| WO2023189116A1 (ja) * | 2022-03-28 | 2023-10-05 | 日本発條株式会社 | 回転装置及び溶射装置 |
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| JPH08132242A (ja) * | 1994-07-21 | 1996-05-28 | Fuji Heavy Ind Ltd | プラズマ穴明け加工装置および冷却方法 |
| US6131533A (en) * | 1996-08-15 | 2000-10-17 | Citizen Watch Co., Ltd. | Jig for forming hard carbon film over inner surface of guide bush using the jig |
| ITBS20060201A1 (it) * | 2006-11-22 | 2008-05-23 | Gian Paolo Marconi | Apparato per la metallizzazione di componenti metallici e relativo metodo di metallizzazione |
| US9704694B2 (en) | 2014-07-11 | 2017-07-11 | Rolls-Royce Corporation | Gas cooled plasma spraying device |
| CN107761037A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-03-06 | 徐工集团工程机械有限公司 | 喷涂装置的尾座和喷涂装置 |
| CN114921742B (zh) * | 2022-05-05 | 2023-05-16 | 国营芜湖机械厂 | 一种高非晶度金属非晶涂层制备方法 |
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| JPS5557145A (en) * | 1978-10-23 | 1980-04-26 | Toyota Motor Corp | Manufacture of oxygen sensor element |
| US4297388A (en) * | 1978-11-06 | 1981-10-27 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Process of making permanent magnets |
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| FR2545007B1 (fr) * | 1983-04-29 | 1986-12-26 | Commissariat Energie Atomique | Procede et dispositif pour le revetement d'une piece par projection de plasma |
| DE3438439A1 (de) * | 1983-10-26 | 1985-05-09 | Daido Tokushuko K.K., Nagoya, Aichi | Pulveroberflaechenschweissverfahren |
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| JPH01209355A (ja) * | 1988-02-17 | 1989-08-23 | Ngk Insulators Ltd | 酸素センサ素子の製造法 |
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1993
- 1993-04-19 US US08/049,743 patent/US5436426A/en not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-03-18 CA CA002119429A patent/CA2119429A1/en not_active Abandoned
- 1994-04-18 EP EP94106005A patent/EP0621348B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-04-18 DE DE69411219T patent/DE69411219T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-04-18 BR BR9401520A patent/BR9401520A/pt not_active Application Discontinuation
- 1994-04-19 JP JP6080261A patent/JPH06306570A/ja active Pending
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| CA2119429A1 (en) | 1994-10-20 |
| BR9401520A (pt) | 1994-11-15 |
| EP0621348A1 (en) | 1994-10-26 |
| DE69411219D1 (de) | 1998-07-30 |
| US5436426A (en) | 1995-07-25 |
| DE69411219T2 (de) | 1998-10-29 |
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