JPH0661506B2

JPH0661506B2 - プラズマスプレー式被覆装置

Info

Publication number: JPH0661506B2
Application number: JP1075261A
Authority: JP
Inventors: ウィリアム・ジョージ・ドハティ; マーク・マコイ; デイビッド・ジョン・シャープ
Original assignee: ユニオン・カーバイド・コーポレーション
Priority date: 1988-03-30
Filing date: 1989-03-29
Publication date: 1994-08-17
Anticipated expiration: 2009-08-17
Also published as: CA1319504C; KR890014177A; JPH01299658A; US4866241A; KR930010188B1; EP0336630A1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、管状物体の不規則な内面にコーチング材を被
覆するためのプラズマスプレー式（溶射）被覆装置に関
する。

従来の技術及びその問題点説明の便宜上、本発明の装置を例示する図面第１〜５図
に示される各要素の参照番号を用いて従来のプラズマ被
覆技術を説明する。一般に、プラズマ被覆技術において
は、粉末をプラズマ流内へ噴射し、その粉末を帯同した
プラズマ流を被覆処理すべき物体（１０１）の表面（１
０３）に吹付ける。表面全体を被覆するために、プラズ
マトーチ（１０５）本体及び、又は物体（１０１）を移
動させることにより、プラズマ流が物体表面（１０３）
に衝突する点即ち射撃点（１０７）を物体表面（１０
３）に沿って移動させる。最適な被覆即ちコーチングを
達成するためには、物体表面の射撃点に対するプラズマ
流の軸線（１０９）の角度を直角に維持すべきである。
更に、プラズマトーチ（１０５）の先端のスプレーノズ
ル（１４０）と射撃点（１０７）との間の距離（以下、
単に「離隔距離」とも称する）を射撃点が物体表面に沿
って移動する間実質的に一定に維持すべきである。

最適な被覆を達成するための更にもう１つの要件は、射
撃点（１０７）を物体表面（１０３）に沿って実質的に
一定の速度で移動させることである。

円筒表面や、円錐表面や、環状表面のような単純な回転
面の場合は、上記の要件は、単に、物体（１０１）を回
転させ、トーチ（１０５）を直線に沿って一定速度で移
動させることによって充足することができる。

しかしながら、より複雑な形状の表面の場合には、上記
の要件を充足することが、より困難になる。例えば、球
状表面のような回転面に被覆する場合は、上記離隔距離
を一定に維持するようにトーチを湾曲経路に沿って移動
させねばならず、かつ、射撃角度を被覆すべき表面に対
して垂直（直角）に維持するようにトーチ（１０５）を
その軸線即ち中心スプレー軸線（１０９）に対して垂直
な回転軸線の周りに回転させねばならない。この一定離
隔距離と、垂直射撃角度は、トーチを物体の長手軸線
（即ち物体の回転軸線）１０１ａに平行な方向と垂直な
方向に移動させ、かつ、トーチをこれらの平行な方向と
垂直な方向によって画定される作業平面（１４３）に垂
直な回転軸線（トーチの中心軸線に対して垂直な軸線）
（１４５）の周りに回転させる装置によって得られる。

しかしながら、特定の状況下では、トーチを回転軸線
（１４５）の周りに回転させることの結果として物体表
面（１０３）に沿っての射撃点（１０７）の移動速度に
変動が生じることがある。例えば、トーチの回転軸線が
トーチ１０５の本体をその軸線１０９に対して垂直に貫
通する軸線である場合、トーチを回転軸線の周りに一定
角度回転させると、プラズマスプレーが可変速度で物体
表面（１０３）を掃引する。この可変速度での掃引運動
をトーチの複雑なプログラム化運動によって補償しない
限り、速度変動の発生により最適な被覆が得られなくな
る。このような可変速度での掃引運動は、トーチ（１０
５）をその軸線（１０９）に対して垂直に貫通する回転
軸線の周りにではなく、射撃点（１０７）と垂直に交差
する回転軸線（１４５）の周りに回転させることにより
完全に回避することが可能である。しかしながら、その
ような回転軸線（１４５）を中心としてトーチを回転さ
せるには、トーチのための大きな支持体（アーム等）
と、トーチへの各種材料（被覆材料等）の供給機構をト
ーチと一緒に運動させなければならない。しかしなが
ら、そのような運動を行わせるとともに、更に、上記
「離隔距離」を一定に維持し、かつ、中心スプレー軸線
（１０９）を被覆すべき表面に対して垂直に維持するこ
とは、多くの場合困難であるか、不可能である。

不規則な内面を有する管状物体の場合は、最適の被覆を
達成するための要件を充足するのは、特に困難である。
そのような管状物体としては、その長手軸線の方向に不
規則な輪郭を有する回転内面を有する管状物体や、長手
軸線の方向には規則的な輪郭を有するが、長手軸線に対
し垂直な非円形の断面形状を有する内面を備えた管状物
体などがある。管状物体の内面が不規則である場合は、
在来の装置では上記の運動を得るのは困難、もしくは不
可能である。この困難性は、主としてプラズマトーチに
必要とされる支持及び供給装置に起因する。プラズマト
ーチは、通常、１本又はそれ以上のガス供給導管、粉末
供給導管、２本の電線、及び２本の冷却水ホースに接続
されており、これらの導管、電線及びホースは、不可撓
性の供給接続管として１束に結束されている。この供給
接続管とトーチ自体とは、剛性のアームに取付けられ、
該アームはトーチを所望の運動経路に沿って移動させる
ための機構に取付けられている。従って、トーチが管状
物体の内面に沿って移動する際、剛性のアーム、トー
チ、及び、又は供給接続管が被覆処理すべき管状物体内
へ進入し、トーチの所望の運動を妨害することになる。
この問題は、管状物体の長さ対直径の比が大きいほどひ
どくなる。

当該業者は、管状物体の内面への最適の被覆を達成する
ような態様でトーチを移動させることが困難であること
からして、現行では、ある種の複雑な形状の被覆は、プ
ラズマスプレー式（溶射）による被覆を回避するか、あ
るいは、次善の品質の被覆で満足せざるをえない。

発明の目的従って、本発明の目的は、管状物体の不規則な内面に最
適品質の被覆即ちコーチングを施すことができる装置を
提供することである。

本発明の他の目的は、従来技術において可能であったよ
り高い長さ／直径比の管状物体の内面に最適品質の被覆
即ちコーチングを施すことができる装置を提供すること
である。

本発明の更に他の目的は、管状物体の内面に被覆するこ
とに加えて、管状物体の一端又は両端にも被覆即ちコー
チングを施すことができる装置を提供することである。

発明の概要上記目的を達成するために、本発明は、プラズマスプレ
ーの射撃点において被覆処理すべき管状物体の不規則な
内面に対してノズルの中心軸線を通る中心スプレー軸線
を垂直に維持して該管状物体の不規則な内面にコーチン
グ材（被覆材）を差向けるためのノズルを有する内面被
覆のためのプラズマスプレー式被覆装置を提供する。

理解を容易にするために、第１〜５図に示された各要素
の参照番号を用いて本発明の装置の基本構造を説明する
と、本発明のプラズマスプレー式被覆装置は、 (a)管状物体１０１の不規則な内面１０３上の射撃点１
０７にプラズマスプレーコーチング材を吹付けるための
スプレーノズル１４０を有するプラズマトーチ１０５
と、 (b)外端１１５と、前記トーチに固定された内端１１３
を有しており、前記射撃点が管状物体の内面に沿って移
動する間前記ノズルを該内面に干渉することなく該内面
から一定の距離のところに維持させた状態で該ノズルの
中心軸線を通る中心スプレー軸線１０９を該内面に対し
て垂直に位置させることができるような長さとした第１
アーム１１１と、 (c)前記射撃点が前記管状物体の内面に沿って移動する
間該管状物体の囲い領域１２７の外に位置するようにな
された外端１２５と、第１アームの外端１１５に固定的
に連接された内端１２３を有する第２アーム１２１と、 (d)第２アームの外端１２５に固定的に連接された内端
１３３と、前記射撃点が管状物体の内面に沿って移動す
る間前記ノズルを該内面に干渉することなく該内面から
一定の距離のところに維持させた状態で該ノズルの中心
軸線を通る中心スプレー軸線を該内面に対して垂直に位
置させることができるようになされた外端１３５を有す
る第３アーム１３１と、 (e)第３アームの外端１３５に取付けられており、前記
ノズルを管状物体の長手軸線１０１ａに平行な方向と垂
直な方向とに移動させるように第１、第２及び第３アー
ムを移動させるための移動手段１４７，１４９、及び、
第３アームの外端１３５に取付けられており、前記中心
スプレー軸線が管状物体上の射撃点において該管状物体
の軸面に対して垂直に向けられるように該ノズルを回転
軸線１４５の周りに回転させるための回転手段１５１
と、 (f)前記中心スプレー軸線が前記内面に対して実質的に
垂直に維持され、前記ノズルと前記射撃点との間の距離
が実質的に一定に維持され、かつ、該射撃点が内面に沿
って移動する速度が実質的に一定に維持されるように、
該ノズルの前記移動及び回転を、長手軸線１０１ａを中
心とする管状物体の回転に対して調整するための調整手
段とから成る。

本発明の装置によって被覆される管状物体としては、総
体的に円筒形で、不規則な内面、特に長手方向でみて不
規則な形状を有する中空物体がある。本発明の装置は、
回転内面を有する物体の内面被覆に特に適している。そ
のような内面は、長手軸線に対して垂直な円形断面を有
し、長手軸線の方向でみて可変直径を有する。

管状物体１０１の内面１０３に最適な被覆を施すには、
一般に、プラズマトーチ、プラズマ流、及び、又はトー
チ支持装置の全部又は一部を管状物体によって囲われる
囲い領域１２７内に挿入しなければならない。又、先に
述べたように、最適の被覆を行うためには、「離隔距
離」（プラズマトーチ１０５のスプレーノズル１４０と
射撃点１０７との間の距離）を一定にし、中心スプレー
軸線１０９を射撃点１０７において被覆すべき内面１０
３に対し垂直に維持すべきである。一般に、被覆すべき
内面（以下、単に「内面」とも称する）は、管状物体に
よって囲われた表面即ち管状物体の囲い領域１２７を画
定する。即ち、管状物体１０１の内面１０３の一点から
内面１０３の他点へ物体１０１自体を貫通することなく
線を引くことができる。しかしながら、本発明の装置
は、又、管状物体の囲い領域１２７内には含まれない端
面１２８，１２９及び端面に近接した表面の一部分にも
被覆を施すすることができる。従って、このような表面
も、本発明でいう「内面」に含まれることとする。

上記第１アーム１１１は、トーチ１０５に固定される。
射撃点１０７が管状物体１０１の内面１０３に沿って移
動する間上記トーチを最適位置に維持しなければならな
い。即ち、「離隔距離」を一定に維持し、中心スプレー
軸線１０９を射撃点において内面１０３に対して垂直に
維持しなければならない。第１アームの長さは、トーチ
の最適位置を維持しつつ、被覆すべき内面に沿って射撃
点を移動させる間管状物体１０１をクリアする（管状物
体に接触又は干渉することなく通過する又は乗越える）
ように選定される。

上記第２アーム１２１は、第１アームの外端１１５に固
定的に連接される。第２アームの外端１２５は、トーチ
１０５がその最適位置を維持しつつ、被覆すべき内面の
すべての部分を走査する間管状物体の囲い領域１２７の
外に位置するように第１アームの外端１１５に取付けら
れる。

上記第３アーム１３１は、第２アームの外端１２５に固
定的に連接される。第２アームの外端１２５は、トーチ
がその最適位置を維持しつつ、内面被覆作業を行う間に
取られるどの位置においても管状物体に干渉しないよう
な点にまで突出させる。長手軸線１０１ａを中心とする
単純な回転外面を有する物体、例えば、実質的に円筒形
の外面を有し、外径の変化は僅かであり、大きなフラン
ジなどを持たない物体の場合には、第３アームの外端１
３５は、該物体の投影領域１３７の外にまで突出させ
る。「投影領域」とは、管状物体の外端をその物体の長
手軸線に平行な方向に投影させることによって画定され
る領域のことである。

上記スプレーノズル１４０を移動するために第１、第２
及び第３アームを移動及び回転させる上記移動手段１４
７，１４９及び回転手段１５１は、例えば油圧式、歯車
式、レバー式、又はサーボモータ機構等の慣用のプラズ
マトーチ制御器であってよい。この移動手段及び回転手
段は、スプレーノズルを管状物体の長手軸線１０１ａ
（即ち回転軸線）に対して平行な方向と垂直な方向に移
動させる。各アームの回転は、中心スプレー軸線１０９
を射撃点１０７において内面１０３に対して垂直に維持
するために行われる。

一般に、移動手段１４７，１４９及び回転手段１５１
は、嵩高であるが、本発明に従って第１アームと第２ア
ームと第３アームを組合せることにより、トーチ１０５
の中心スプレー軸線１０９が移動される際移動手段及び
回転手段が物体１０１に干渉することがないような態様
でトーチをこれらのアームに取付けることを可能にす
る。

各アーム１１１，１２１，１３１の運動の結果として、
中心スプレー軸線１０９が、物体の長手軸線１０１ａに
対して平行な方向と垂直な方向にそれらの方向によって
画定される作業平面１４３内において移動される。長手
軸線を中心とする回転面である内面を有する管状物体の
場合は、その長手軸線は作業平面内に包含される。

上記調整手段は、各アーム及びスプレーノズルの回転運
動及び上記平行及び垂直運動（管状物体の長手軸線に平
行な方向及び垂直な方向の移動）を調整する。この調整
手段は、歯車機構、カム式制御機構、コンピュータ制御
による運動プログラム装置、連動レバー機構等の慣用の
手段であってよい。そのような慣用の調整手段は、例え
ば米国特許第３，９１５，１１４号に記載されている。

実施例第１〜３図を参照して説明すると、被覆すべき管状物体
１０１は、長手軸線１０１ａを有し、被覆すべき内面１
０３を有する。管状物体１０１の長手軸線１０１ａは、
後述する物体回転手段１５９によって回転される、該物
体の回転軸線でもある。被覆装置は、管状物体１０１の
開放端１０２から挿入する。

被覆装置は、プラズマトーチ（以下、単に「トーチ」と
も称する）１０５を有し、トーチ１０５は、そのスプレ
ーノズル１４０からプラズマスプレー（図示せず）を該
トチの中心スプレー軸線（単に「軸線」とも称する）１
０９に沿って被覆すべき内面１０３上の射撃点１０７に
差向ける。トーチ１０５の軸線とスプレーノズル（以
下、単に「ノズル」とも称する）１４０（第３図）の軸
線とは一致しているので、「トーチ１０５の中心スプレ
ー軸線１０９」とも、「スプレーノズル１４０の中心ス
プレー軸線１０９」とも称する。中心スプレー軸線１０
９を移動させ、それによって射撃点１０７を内面１０３
に沿って移動させる間、中心スプレー軸線１０９は、内
縁１０３に対して垂直に維持され、「離隔距離」即ちス
プレーノズル１４０（第３図）と射撃点１０７との間の
距離は一定に維持される。

第１アーム１１１は、内端１１３と外端１１５を有し、
内端１１３にプラズマトーチ１０５が固定されている。
第１アーム１１１は、射撃点１０７が管状物体１０１の
内面１０３上を移動する間被覆すべき管状物体１０１を
クリアする（管状物体に接触又は干渉することなく通過
する又は乗越える）ように寸法づけされている。第４
ａ、４ｂ，４ｃ、４ｂ図は、射撃点１０７の内面１０３
上のいろいろな異なる部位にあり、第１アーム１１１が
物体１０１をクリアすることを示す。特に第４ｃ図に示
されるように、この実施例の第１アーム１１１は、それ
が管状物体１０１の長手軸線即回転軸線１０１ａに対し
てほぼ垂直になったとき、かつ、管状物体の内面１０３
の、長手軸線１０１ａに最も近接した部分にコーチング
材を被覆するとき、管状物体１０１をクリアするように
寸法づけされている。

再び、第１〜３図を参照して説明すると、第２アーム１
２１は、内端１２３と外端１２５を有し、内端１２３が
第１アーム１１１の外端１１５に固定的に連接されてい
る。第２アーム１２１の位置及び寸法は、その外端１２
５が、内面１０３を被覆するためのトーチ１０５の移動
中物体の囲い領域１０７の外に位置するように選定され
る。第３図及び４ａ〜４ｄ図にみられるように、第２ア
ーム１２１の外端１２５は、中心軸線１０９の図示の位
置においては囲い領域の外部に位置する。図示の実施例
では、囲い領域１２７は、物体の内面１０３と、端面１
２８，１２９によって囲まれる。

再び、第１〜３図を参照して説明すると、第３アーム１
３１は、内端１３３と外端１３５を有し、内端１３３が
第２アーム１２１の外端１２５に固定的に連接されてい
る。第３アーム１３１の長さは、物体１０１の内面１０
３にコーチング材を被覆する作業中物体１０１に干渉し
ないように定められる。第３アーム１３１は、トーチ１
０５の支持装置の全体長さを最小限にするために、トー
チの回転軸線１４５に実質的に平行に配置することが好
ましい。図示の実施例では、第３アーム１３１は、その
外端１３５が物体１０１の投影領域１３７（管状物体の
外面をその物体の長手軸線に平行な方向に投影させるこ
とによって画定される領域）（第２図）その外に位置す
るように配置されている。物体１０１の投影領域１３７
は、この実施例では円筒形であり、管状物体１０１の延
長として無限の長さの中心軸線１０１ａを有し、投影領
域１３７の直径は、管状物体１０１の最大外径１３９に
等しい。

第２アーム１２１は、できるだけ短く、従ってできるだ
け剛性であることが好ましい。本発明の一実施例では、
第２アーム１２１は真直ぐであり、その主軸線は第１ア
ーム１１１の軸線と中心スプレー軸線１０９によって画
定される第１平面内に位置し、第１アーム１１１の主軸
線に対して垂直とする。

別法として、第２アーム１２１は、その外端１２５を上
述した移動手段及び回転手段（第１図には示されていな
い）の方へ近づけて、第２アームの軸線と第３アームの
軸線との間の角度を鈍角とするように角α（第１図）だ
け上記第１平面から傾けることができる。このように第
２アーム１２１を傾けることにより、第２アーム自体の
長さは僅かに長くなるが、第３アーム１３１の長さを相
当短縮することができる。即ち、１／ｃｏｓαとして表
わされる第２アーム１２１の長さは、角αの変化（増
大）とともに緩やかに長くなるのに対して、ｔａｎαと
して表わされる第３アーム１３１の長さは、角αの変化
（増大）とともに急激に長くなる。その結果として、角
αを大きくすると、第２アームと第３アームの全長（合
計長さ）が、短くなり、それだけトーチ１０５に対する
支持力が強化される。第３アーム１３１の長さがゼロに
近づくように角αを定めれば、２つのアーム１２１と１
３１の合計の長さが最小限になる。しかしながら、角α
の大きさは、物体１０１内の深い部位に被覆する際第２
アーム１２１が物体１０１に干渉しない範囲内に制限さ
れる。一般に、角αは、特定の用途に応じて決定され、
慣用の作図法によって算定することができる。角αの代
表的な値は、０°〜４０°である。第３アーム１３１の
主軸線と、第１アーム１１１及び第２アーム１２１によ
って画定される平面との間の角度は、角αの大きさに従
って決まり、約９０°〜１３０°となる。

第５図を参照して説明すると、トーチ１０５の中心スプ
レー軸線１０９の位置づけは、該トーチの軸線１０９を
作業平面１４３内で物体１０１の長手軸線即ち回転軸線
１０１ａに平行な方向と垂直な方向とに移動させ、か
つ、トーチ１０５の軸線１０９を作業平面１４３に垂直
なトーチの回転軸線１４５の周りに回転させることによ
って行われる。

作業平面１４３の移動は、第５図に矢印で示されるよう
にトーチ１０５従ってスプレーノズル１４０の中心スプ
レー軸線１０９を作業平面１４３内で管状物体１０１の
長手軸線１０１ａに平行な方向と垂直な方向とにそれぞ
れ移動させる移動手段１４７と１４９とによって行われ
る。トーチ１０５従ってスプレーノズル１４０の中心ス
プレー軸線１０９を作業平面１４３内で管状物体１０１
の長手軸線１０１ａに平行な方向に移動させる移動手段
１４７を「第１移動手段」とも称し、垂直方向に移動さ
せる移動手段１４９を「第２移動手段」とも称する。作
業平面１４３は、移動する中心スプレー軸線１０９及び
射撃点１０７を包含する。長手軸線１０１ａを中心とす
る回転面を有する図示の管状物体１０１の場合は、物体
の長手軸線１０１ａも作業平面１４３内に位置する。

第１移動手段１４７及び第２移動手段１４９は、プラズ
マトーチ１０５の２軸移動（管状物体１０１の長手軸線
１０１ａに平行な方向の移動と垂直な方向の移動）のた
めのプラズマトーチ技法において使用される慣用の手
段、例えば油圧式、歯車式、レバー式、又はサーボモー
タ機構等によって構成することができる。

トーチ１０５従ってスプレーノズル１４０の中心スプレ
ー軸線１０９の回転は、トーチ１０５をにより第５図に
矢印で示されるように回転軸線１４５の周りに回転する
ことにより行われる。回転手段１５１は、第５図の実施
例では駆動ホイールから成るものとして示されている。

トーチ１０５（スプレーノズルス１４０の中心スプレー
軸線１０９）の回転軸線１４５は、物体１０１の内面１
０３に沿っての射撃点１０７の移動速度に変動を生じな
いようにするために射撃点１０７を通るように設定され
ている。回転軸線１４５を中心とするトーチ１０５従っ
てスプレーノズル１４０の中心スプレー軸線１０９の回
転は、図示のように単にトーチの支持体（アーム）全体
を回転軸線１４５の周りに回転させることによって行わ
れる。

別法として、装置全体を別の回転軸線の周りに回転さ
せ、その正味運動が射撃点１０７を通る回転軸線１４５
を中心とする回転運動となるように運動プログラミング
により補償する構成をとることもできるが、構造が複雑
になるので、あまり好ましい構成ではない。

トーチ１０５の回転手段１５１は、例えばカム式、モー
タ式又は油圧式装置等の、プラズマトーチ法において慣
用されている手段であってよく、第１及び第２移動手段
１４７，１４９に対して作動的に調整される。通常、回
転手段１５１は、適当な剛性の軸受１５５に軸承され、
トーチ１０５の回転軸線１４５と一致する軸線を有する
軸１５３を含む。

回転手段１５１及び移動手段１４７，１４９は、中心ス
プレー軸線１０９をコーチング作業のための最適位置に
維持するために作動的に調整される。そのための調整手
段は、慣用のものであり、例えば、歯車、カム、油圧又
は空気圧モータ及びレバー式機構等の連動機構と、コン
ピュータ制御による運動プログラム装置を含むものとす
ることができる。

第３図、及び４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ図を参照すると、
射撃点１０７が管状物体１０１の内面１０３上のいろい
ろな異なる位置にあるところが示されている。図示のよ
うに、トーチ１０５従ってそのスプレーノズル１４０の
最適位置（即ち、スプレーノズル１４０と射撃点１０７
との間の距離を最適な一定値に維持し、中心スプレー軸
線１０９を内面１０３に対して垂直に維持する位置）
は、物体１０１の内面１０３全体のどの部位に対しても
得ることができる。

第５図を参照して説明すると、第３アーム１３１の外端
１３５は、連接手段１５７を介して移動手段１４７，１
４９及び回転手段１５１に連結されている。連接手段１
５７は、回転手段１５１の軸１５３に連接されている。
トーチ１０５に対し強固な支持を与えることが望ましい
ので、第１アーム１１１、第２アーム１２１、第３アー
ム１３１、連接手段１５７及び軸１５３は、一体構造と
して、即ち各部材間に継手のないワンピースとして製造
することが好ましい。更に、第３アーム１３１は、でき
るだけ短くするのが好ましく、従って第２アーム１２１
の外端１２５からトーチ１０５の回転軸線１４５にほぼ
平行な方向に延長させることが好ましい。

軸１５３、連接手段１５７、及び第１、第２、第３アー
ム１１１，１２１，１３１は、それらの各部材の連接部
を湾曲させたチューブの形の一体構造とすることが好ま
しい。そのチューブは、トーチの作動に必要とされるガ
ス供給導管、粉末供給導管、電線、冷却水ホース及びそ
の他の管をトーチにまで通すのに十分な内径とする。チ
ューブの断面形状は、円形であることが好ましいが、楕
円形や、正方形又は六角形等の多角形出会ってもよく、
その他任意の適当な形状とすることができる。

一例として挙げると、本発明の装置は、ガスタービンの
外側空気シールのような特定の規定範囲の内面形状を有
する物体にコーチング材を被覆するためのプラズマスプ
レー式被覆装置ものとして設計することができる。その
ような外側空気シールは、通常、内径２０３．２mm（８
ｉｎ）から９６５．２mm（３８ｉｎ）の範囲であり、最
高１５２．４mm（６ｉｎ）の長さを有する。このような
外側シールの内面に被覆するのに適するアームは、内径
６３．５mm（２．５ｉｎ）、肉厚１．６５mm（０．０６
５ｉｎ）のチューブから製造することができる。

第１、第２、第３アーム１１１，１２１，１３１及び連
接手段１５７及び軸１５３は、チューブを曲率半径１２
７mm（５ｉｎ）の湾曲部を形成するように湾曲すること
により一体構造として形成することができる。角αは、
ほぼ３０°とし、第１アーム１１１と第２アーム１２１
の間の角はほぼ９０°とする。第３アーム１３１は、軸
１５３と平行に延長し、第３アーム１３１の主軸線と、
第１及び第２アーム１１１，１２１の主軸線によって画
定される平面との間の角度は約１２０°である。湾曲部
と湾曲部の間の第１アーム１１１、第２アーム１２１、
及び第３アーム１３１の真直部分の長さは、それぞれ、
ほぼ１２７mm（５ｉｎ）、２５．４mm（１ｉｎ）、６
３．５mm（２．５ｉｎ）である。湾曲部と湾曲部の間の
連接手段１５７、及び軸１５３の真直な部分の長さは、
それぞれ、ほぼ２７９．４mm（１１ｉｎ）、１０１．６
mm（４ｉｎ）である。チューブの内部には、ガス供給導
管、水供給導管及び電線等を通す。この一体構造は、約
０．７９３７５mm（１／３ｉｎ）程度の撓みしか示さな
い高さ剛性を有する。この撓みは、その一体構造を水平
軸によって支持し、トーチのある部位に４．５３kg（１
０１ｂ）の荷重を掛け、荷重の結果として生じたトー
チの部位で測定した撓みである。

本発明のプラズマスプレー式被覆装置は、被覆すべき新
しい表面をトーチノズル（スプレーノズル）の下へ呈示
するために被覆すべき物体を移動させるための手段と連
携して使用することが好ましい。そのような手段とし
て、第５図に示されるように、物体１０１を矢印のよう
に長手軸線１０１ａの周りに回転させるための物体回転
手段又は物体移動手段１５９が設けられる。物体回転手
段１５９は、物体の内面１０３を長手軸線１０１ａの周
りに回転（円周方向に移動）させ、それによって射撃点
１０７を内面１０３全体に亙って移動させることができ
る。物体回転手段１５９による物体の回転速度は、内面
１０３に沿っての射撃点１０７の移動速度を一定に維持
するように移動手段１４７，１４９及び回転手段１５１
の速度に対して調整される。物体回転手段１５９は、回
転軸に取付けられたクランプ手段のような慣用の構成の
ものであってよく、あるいは、例えば米国特許第３，９
１５，１１４号に記載された、管状物体の内面の半径方
向の変動（凹凸）を補償するための装置であってもよ
い。

本発明の好ましい実施例では、第１アーム１１は、実質
的に真直とし、その取付け角度、即ち第１アームの主軸
線の、中心スプレー軸線１０９に対する角度は第１〜５
図の実施例に例示されるように約１３５°とする。それ
によって、第１図に示されるように寸法割された本発明
の装置の場合、約４５°〜１３５°の面角度を有する内
面１０３のコーチングを可能にする。ここで、「面角
度」とは、作業平面１４３と長手軸線１０１ａに垂直
で、かつ、射撃点１０７を通る平面との交差によって画
定される線と、内面１０３と作業平面１４３との交差に
よって画定される線との間の角度をいう。従って、９０
°未満の面角度といえば、物体１０１の開放端１０２に
面する表面のことを意味し、９０°を越える面角度とい
えば、物体の開放端１０２とは反対の側を向いた表面の
ことを意味する。一般に、第１〜４図に示されるように
寸法割された本発明の装置によって被覆することができ
る面角度は、９０°以内の範囲である。被覆可能な面角
度は、第１、２、３アーム１１１、１２１、１３１の寸
法並びに被覆すべき物体１０１の特定の寸法形状によっ
ては拡大することができる。例えば、第２アーム１２１
を短くするか、あるいは湾曲形状とすることができる。
しかしながら、その場合、被覆可能な物体の長さを短縮
する場合がある。第１〜４図に示されるように寸法割さ
れた本発明の装置の場合、その取付け角度を１０５°と
した場合、６０°〜１５０°の面角度の表面をコーチン
グすることができ、取付け角度を１６５°とした場合、
３０°〜１２０°の面角度の表面をコーチングすること
ができる。取付け角度は、又、後面（面角度１８０°）
又は前面（面角度０°）のコーチングを可能にするよう
に、それぞれ、９０°又は１８０°とすることもでき
る。このように、取付け角度を適当に選択することによ
って、物体の端面のような、囲い領域によって包囲され
ていない表面や、コップ型の管状物体の底面及び内面を
被覆することができる。取付け角度、各アームの長さ、
及び物体の寸法形状等の因子により、０°〜１８０°の
範囲の面角度を有する内面を被覆することが可能であ
る。

その他の可変要素としては、アーム１１１，１２１，１
３１及び連接手段１５７のうちの１つ又はそれ以上の部
材を湾曲形状とすること、あるいは、それらの部材の連
接部を円滑な湾曲形状とすることなどが挙げられる。

発明の効果第６ａ、６ｂ図は、プラズマトーチを真直ぐな支持アー
ムに取付けた従来慣用のプラズマスプレー式被覆装置を
示す。これらの図では、トーチ２０５は、中心スプレー
軸線２０９を管状物体２１５の内面２１１に対して垂直
とし、かつ、トーチ２０５のスプレーノズル端と射撃点
２０７との間の距離を一定とした最適コーチング作業位
置にあるところが示されている。しかしながら、この位
置をとるためには、アーム２１３を被覆すべき物体２１
５の点２２１（第６ａ図）又は２２３（第６ｂ図）を貫
通して物体内へ挿入しなければならないが、それは明ら
かに不可能である。従って、真直ぐなアームに取付けら
れたプラズマトーチは、物体２１１の内面に最適のコー
チングを施すのには適していない。

これに対して本発明のプラズマスプレー式被覆装置にお
いては、第６ａ、６ｂ図に示された物体の射撃点２０７
と実質的に同じ射撃点１０７に向けられたトーチ１０５
の位置を示す第３及び４ｂ図から明らかなように、被覆
装置のアームを、他の支持構造体及び物体１０１に干渉
させることなく最適コーチング位置へ挿入することが可
能である。これは、第１、第２及び第３アームを上述し
たように構成したことと、トーチ１０５及びそのスプレ
ーノズル１４０を射撃点１０７において該トーチ及びス
プレーノズルの中心スプレー軸線１０９に対して垂直に
交差する回転軸線１４５の周りに回転させることによっ
て可能にされる。

本発明の重要な利点の１つは、管状物体の不規則な内面
に対してノズルの中心スプレー軸線を常に垂直に維持す
ることによってそのような不規則な内面に対して最適な
コーチング材被覆を可能にすることである。これは、従
来技術では極めて困難であった。考えられる別法の１つ
は、ロボットを使用することであるが、本発明は、基本
コストの面でロボットの使用より相当に優れた利点を提
供し、更に重要なことは、コーチング操作を実施する領
域内に運動部品や部品間の継手を有していないことであ
る。プラズマスプレー式（溶射）被覆においては必然的
に相当の量のダストが発生するので、被覆装置の運動部
品は摩耗し易く、従って、従来は高いメンテナンスコス
トが必要とされた。これらの問題は、本発明を適用する
ことによって回避される。即ち、先に述べたように、本
発明によれば、第１、第２、第３アーム１１１，１２
１，１３１及び連接手段１５７及び軸１５３は、チュー
ブを湾曲することにより一体構造体として形成すること
ができる。この「一体」構造体は、相体的に運動する部
品のない剛性構造を意味する。

以上、本発明をその好ましい実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、被覆すべき物体の長手軸線に沿ってみた本発
明の装置の正面図である。第２図は、第１図の装置の上からみた平面図であり、被
覆処理物体の一部を断面で示す。第３図は、トーチの中心スプレー軸線を回転させるため
の手段及び移動させるための手段のある側とは反対側か
らみた本発明の装置の側面図であり、被覆処理物体の一
部を断面で示す。第４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ図は、第３図と同様の図であ
るが、トーチのスプレーノズルの位置を変えて、スプレ
ーノズルを適当な角度位置へ回転させることによって射
撃点を内面上の異なる部位へ変位させたところを示す。第５図は、第１図の装置の透視図である。第６ａ、６ｂ図は、従来技術の被覆装置の一部を破除し
た側面図である。１０１：管状物体１０１ａ：長手軸線（回転軸線）１０３：内面１０５：プラズマトーチ１０７：射撃点１０９：中心スプレー軸線１１１：第１アーム１１３：内端１１５：外端１２１：第２アーム１２３：内端１２５：外端１２７：囲い領域１２８，１２９：端面１３１：第３アーム１３３：内端１３５：外端１３７：投影領域１４０：スプレーノズル１４３：作業平面１４５：トーチの回転軸線１４７，１４９：移動手段１５１：回転手段１５３：軸１５９：物体回転手段又は物体移動手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被覆処理すべき管状物体の不規則な内面上
の射撃点に対しノズルの中心軸線を通る中心スプレー軸
線を垂直に維持して該管状物体の不規則な内面にコーチ
ング材を差向けるためのノズルを有する内面被覆のため
のプラズマスプレー式被覆装置であって、 (a)前記管状物体（１０１）の不規則な内面（１０３）
上の射撃点（１０７）にプラズマスプレーコーチング材
を吹付けるためのスプレーノズル（１４０）を有するプ
ラズマトーチ（１０５）と、 (b)外端（１１５）と、前記トーチに固定された内端
（１１３）を有しており、前記射撃点が管状物体の内面
に沿って移動する間前記ノズルを該内面に干渉すること
なく該内面から一定の距離のところに維持させた状態で
該ノズルの中心軸線を通る中心スプレー軸線（１０９）
を該内面に対して垂直に位置させることができるような
長さとした第１アーム（１１１）と、 (c)前記射撃点が前記管状物体の内面に沿って移動する
間該管状物体の囲い領域（１２７）の外に位置するよう
になされた外端（１２５）と、第１アームの外端（１１
５）に固定的に連接された内端（１２３）を有する第２
アーム（１２１）と、 (d)第２アームの外端（１２５）に固定的に連接された
内端（１３３）と、前記射撃点が管状物体の内面に沿っ
て移動する間前記ノズルを該内面に干渉することなく該
内面から一定の距離のところに維持させた状態で該ノズ
ルの中心軸線を通る中心スプレー軸線を該内面に対して
垂直に位置させることができるようになされた外端（１
３５）を有する第３アーム（１３１）と、 (e)第３アームの外端（１３５）に取付けられており、
前記ノズルを管状物体の長手軸線（１０１ａ）に平行な
方向と垂直な方向とに移動させるように第１、第２及び
第３アームを移動させるための移動手段（１４７，１４
９）、及び、第３アームの外端（１３５）に取付けられ
ており、前記中心スプレー軸線が前記射撃点（１０７）
において該管状物体の内面に対して垂直に向けられるよ
うに該ノズルを回転軸線（１４５）の周りに回転させる
ための回転手段（１５１）と、 (f)前記中心スプレー軸線が前記内面に対して実質的に
垂直に維持され、前記ノズルと前記射撃点との間の距離
が実質的に一定に維持され、かつ、該射撃点が内面に沿
って移動する速度が実質的に一定に維持されるように、
該ノズルの前記移動及び回転を、長手軸線（１０１ａ）
を中心とする管状物体の回転に対して調整するための調
整手段と、から成るプラズマスプレー式被覆装置。
【請求項２】前記管状物体の内面（１０３）は、その長
手軸線（１０１ａ）を中心とする回転面である特許請求
の範囲第１項に記載のプラズマスプレー式被覆装置。
【請求項３】前記射撃点を管状物体の内面に沿って移動
させるように管状物体を移動させるための物体移動手段
（１５９）が設けられており、該物体移動手段は、管状
物体の内面に沿っての射撃点の移動速度を実質的に一定
にするように前記移動手段（１４７，１４９）及び回転
手段（１５１）に対して作動的に調整されることを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は２項に記載のプラズマ
スプレー式被覆装置。
【請求項４】前記物体移動手段（１５９）は、管状物体
をその長手軸線（１０１ａ）の周りに回転させるように
なされていることを特徴とする特許請求の範囲第３項に
記載のプラズマスプレー式被覆装置。
【請求項５】約０°〜１８０°の面角度を有する管状物
体の内面を被覆することができることを特徴とする特許
請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載のプラズマスプ
レー式被覆装置。
【請求項６】前記第１アーム、第２アーム及び第３アー
ムのうち１つ又はそれ以上が真直な部材であることを特
徴とする特許請求の範囲第１〜５項のいずれかに記載の
プラズマスプレー式被覆装置。
【請求項７】前記第１アーム、第２アーム及び第３アー
ムのうち１つ又はそれ以上が湾曲部材であることを特徴
とする特許請求の範囲第１〜５項のいずれかに記載のプ
ラズマスプレー式被覆装置。
【請求項８】第１アームの主軸線と前記中心スプレー軸
線との間の角度は、９０°〜１８０°であることを特徴
とする特許請求の範囲第１〜７項のいずれかに記載のプ
ラズマスプレー式被覆装置。
【請求項９】前記第１アームは、それが前記管状物体の
長手軸線（１０１ａ）に対してほぼ垂直になったとき、
かつ、管状物体の内面の、長手軸線（１０１ａ）に最も
近接した部分にコーチング材を被覆するとき、該管状物
体をクリアするように寸法づけされていることを特徴と
する特許請求の範囲第１〜８項のいずれかに記載のプラ
ズマスプレー式被覆装置。
【請求項１０】前記第２アームは、実質的に真直であっ
て、その主軸線が第１アームの主軸線に対して実質的に
垂直に配置されており、第２アームの主軸線と第１アー
ムの主軸線によって画定される平面との間の角度αは、
０°〜４０°であることを特徴とする特許請求の範囲第
１〜９項のいずれかに記載のプラズマスプレー式被覆装
置。
【請求項１１】前記角度αは、約３０°であることを特
徴とする特許請求の範囲第１０項記載のプラズマスプレ
ー式被覆装置。
【請求項１２】前記第３アームの主軸線は、前記ノズル
の回転軸線に実質的に平行であることを特徴とする特許
請求の範囲第１〜１１項のいずれかに記載のプラズマス
プレー式被覆装置。
【請求項１３】前記第３アームの外端（１３５）は、前
記管状物体の投影領域（１３７）の外へ延長しているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１〜１２項のいずれか
に記載のプラズマスプレー式被覆装置。
【請求項１４】前記回転手段（１５１）は、前記ノズル
の回転軸線（１４５）に一致する回転軸線を有する軸
（１５３）を有し、第３アームの外端（１３５）は、連
接手段（１５７）を介して前記移動手段（１４７，１４
９）及び回転手段（１５１）に連結されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１〜１３項のいずれかに記載
のプラズマスプレー式被覆装置。
【請求項１５】前記第１アーム（１１１）、第２アーム
（１２１）、第３アーム（１３１）、連接手段（１５
７）及び軸（１５３）は、一体構造体であることを特徴
とする特許請求の範囲第１４項に記載のプラズマスプレ
ー式被覆装置。
【請求項１６】前記一体構造体は、中空管から形成され
たものであることを特徴とする特許請求の範囲第１５項
に記載のプラズマスプレー式被覆装置。
【請求項１７】前記管内を通してガス供給導管、電線及
び冷却水ホースが挿設されていることを特徴とする特許
請求の範囲第１６項に記載のプラズマスプレー式被覆装
置。
【請求項１８】前記一体構造体の撓み度は、０．７９３
７５mm（１／３２ｉｎ）未満であることを特徴とする特
許請求の範囲第１７項に記載のプラズマスプレー式被覆
装置。