JPH08510680A - スキャニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 噴霧粒子の流れをスキャニングするために、噴霧粒子の流れにスキャニング作用を付与するように、その中を通過するガスを１つまたは複数のノズルに送ることができる空気バルブからなり、そのガスの送り方が、外部から調整可能でかつ外部からプログラム可能であるスキャニング装置が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 スキャニング装置 技術分野 本発明は、霧化した粒子の噴霧の生成及びその後に該噴霧に方向を与える技術 に関し、基板、ビレット、管体又は不規則な断面の物品への膜層又は被膜の形成 に使用される。 背景技術 通常の方法では、高圧ガスを用いて液体流を霧化し、基材又は型（former）に 向けた噴霧粒子の流れを形成するが、特に金属については、噴霧粒子の流れを生 成するために原料（feedstock）としてワイヤ又は粉末を用いることが可能であ る。 このような方法及び材料について広範囲のものが提案されているが、前記方法 は特に金属の溶射成形に都合良く適用されている。この方法は１９６８年に考案 され、かつ特性を改善させた広い範囲の半製品を製造することができる。前記製 品には、積層品やマトリックス複合材に加えて、例えば高ケイ素鋼の厚板、薄板 及びストリップ、中空及び中実のビレット、管体及び環状体が含まれる。所望の 特定の形状を有するものを製造するために、通常は適当な方法で基材又は型を移 動させ、かつ固時に噴霧粒子の流れを偏向させることが必要である。この後者の 処理は、起こり得るスプレーしぶきを最小にして、最高の効率で作業が行われ、 かつ製品が所望の最終形状にできる限り近くなるようにする上で、特に重要であ る。 本願発明者は、噴霧粒子の流れを偏向させる最も効率的で信頼性のあ る方法が空気手段によるものであること、即ち、通常不活性ガスであるガスの１ つ又は複数の２次的流れを用いて、主要な霧化された噴霧を偏向させ、それが所 望の位置を取らせることであることを見い出した。この処理を、本明細書では「 スキャニング」と称する。この処理を実行するための方法は、英国特許明細書第 １４５５８６２号及び英国特許明細書第２１２９２４９号に記載されている。 第１に、プログラミングを行うためにロータリ弁に具現化された空気式スキャ ニング霧化器の外部からのプログラミングについて考慮する。 空気式スキャニング霧化器の機能は、一般に、噴霧化ガスとして知られるガス 流内に含まれる金属の流れの軸線に向けて斜め下方に向けた１組の固定されたス キャニングノズルを通過するガス流を周期的に変化させることである。偏向は、 噴霧化の前、その最中又はその後で行うことができる。実際の空気式スキャニン グ霧化器では、ロータリ弁のロータの位置によった或程度まで偏向（又はスキャ ニング）ガスの流れを制限することによって各サイクルに於いて偏向の角度を変 化させることが良く行われる。ガス流のスキャニング（及び結果的に偏向角度） をロータの位置に関連づける周期関数によって、プリセットプログラムが得られ る。本願発明者の初期の設計によるスキャニング霧化器についてプリセットプロ グラムを使用し、２つの変数、即ち各サイクルに於いてガス流を連続的に制限す る数個のくびれからなる領域と、及びこれらのくびれがそれぞれ機能するような サイクル時間の部分とを制御することが可能であることが分かっている。ロータ リ弁を用いて正確なプリセットプログラムを作るための好適な方法が、本願出願 人による国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ９２／０１１２８に記載されている。 本願発明者の初期の装置には、ガスの通路について他に２つの構成が用いられ ているが、これら双方の構成にも本発明を適用することができ る。添付図面の第１５図は、これらの第１のものを概略的に示している。これは 、前記サイクルの各部分に於いて要求されるガス流の大きさに応じて、ロータが 一連のくびれの部分を短絡する連続的な構成である。添付図面の第１６図は、異 なる構成を示しており、同様に前記サイクルの各位置に於いて要求されるガス流 に応じて、前記ロータが代わりの通路を選択するようになっている。これは、平 行システムと呼ばれる。いずれの場合にも、スキャニングを行うガス流とロータ の位置との間に特別な関係がある点に注目することが重要である。 連続するくびれが機能する場合に空気式スキャニング霧化器によって形成され る厚さの形状をサイクル時間の前記部分に数学的に関連づけることが可能である ことが判明しており、従って噴霧が形成するデポジットの厚さをオンラインデジ タル制御することが可能である。経験的に確認されている制御方法には、マトリ ックス法を用いて、移動する基材上に形成されるデポジットの厚さ形状に於ける エラーを次第に少なくするようにプリセットプログラムへの修正を繰り返し予想 することが含まれる。 発明の開示 本発明によれば、噴霧粒子の流れをスキャニングするためのスキャニング装置 であって、噴霧粒子の流れにスキャニング作用を付与するように、その中を通過 させてガスを１つまたは複数のノズルに送ることができる空気バルブからなり、 前記ガスの送り方が、外部から調整可能でかつ外部からプログラム可能であるス キャニング装置が提供される。 また、本発明によれば、噴霧粒子の流れをスキャンするためのスキャニング装 置であって、噴霧粒子の流れをスキャニングさせるようにその中を通過させてガ スを加圧して送給することができる１つまたは１組の ノズルと、前記１つまたは１組のノズルへの前記ガスの供給を調整するように空 気バルブを制御するための外部から調整可能かつ外部からプログラム可能な制御 手段とからなるスキャニング装置が提供される。 スキャニングがストリップへの噴霧含んでおり、かつ噴霧流の流れがその軸線 の両側に偏向される場合には、スキャニングの際に配分される噴霧の少なくとも 初期、中間及び最終の量がデジタル制御されることが望ましい。噴霧粒子の流れ がその初期の軸線の一方の側にのみ偏向される場合には、分配される噴霧の少な くとも最初と最後の量をデジタル制御することが望ましい。 図面の簡単な説明 以下に、例示として添付図面を参照しつつ、ロータリ弁を備えた空気式スキャ ニング霧化器に適用された本発明の実施例について詳細に説明する。 第１図は、基材上に溶融金属の粒子を噴霧するための空気装置を部分的に示す 正面図である。 第２図は、第１図の噴霧装置と共に使用される空気弁を示す縦断面図である。 第３図は、ステータの要素を省略して示す第２図の空気弁の横断面図である。 第４図乃至第１０は、それぞれ第２図の各平面４−４乃至１０−１０に於ける 空気弁のロータ及びステータの構成を示す断面図でる。 第１１図は、一対のタイミングセクタ部分の位置決めリング（ロケートリング ）を示す断面図である。 第１２図は、一方のタイミングセクタを示す側面図である。 第１３図は、第１２図のタイミングセクタの断面図である。 第１４図は、代表的なガス流量／時間の関係を示す線図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図に於いて図示される噴霧装置は、溶融金属の垂直方向下向きの流れを周 期的にあちこちに偏向させて、前記装置の下方を移動するストリップの形態をな す基材に金属粒子の均一な被膜を形成するように設計されている。溶融金属は定 常的な流れとして、例えばるつぼ（図示せず）から穴１０を介して霧化器１１内 に注入される。穴１０を中心として前記霧化器の下側に形成された環状のリベー ト内に、リング状のガスノズルが形成される中空のマニホールドリング（図示せ ず）が取り付けられる。前記ノズルは、溶融金属の流れの軸線に向けて下向きか つ内向きに角度が与えられ、前記マニホールドリングに供給される加圧されたガ スが、前記ノズルから生じるガスの噴流をして、前記金属の流れを分散させて落 下し続ける粒子の概ね垂直な流にする。 前記粒子の流れは、その上に霧化器１１が橋渡しするように取り付けられた２ 個の水平方向に離隔されたノズルブロック１３の間を下向きに通過する。ノズル ブロック１３には、それぞれ下向きに傾斜した面１２が形成され、その各々につ いて１組のスキャニングノズル（符号１４で示す）が形成されている。面１２は 、水平方向に関して４５度の角度で下向きに傾斜し、かつ前記２組のノズルは、 これらの面内の水平な線上に配設され、かつ前記粒子の流れの軸線１５上の所定 の１点に集中するような角度が与えられている。各ブロック内のノズルは、その ブロック内のマニホールド通路１６に通じている。２個のマニホールド通路１６ は、ロータリ弁２０のケーシング１９内の２個の出口１７、１８（第２図中に鎖 線で示す）にそれぞれ接続されている。 第２図及び第３図に関して、前記ロータリ弁のケーシング１９には円 筒穴１９ａが形成され、前記ケーシングの両端はエンド部材２２によって閉塞さ れている。軸の形状を成すロータ２３が前記ケーシングの中を貫通し、該軸がエ ンド部材２２を貫通する位置にシール（図示せず）が設けられている。前記ロー タはその長さ方向に沿って部分的に中空であり、加圧されたガスが第２図に示さ れるように右側の端部から前記軸中空部分内に供給される。 円筒穴１９ａの軸線方向中央部分には、第１のスペーサリング２７、３個のタ イミングセクタ２８、２９、３０及び第２の半環状スペーサ３１がそれぞれ配設 されている。２つの半径方向逆向きのスロット３２、３３が、２個のスペーサ２ ７、３１の軸線方向内端部間の前記ロータの部分に於いて該ロータを放射方向に 貫通している。スペーサ２７、３１は、半環状の形態をなし、互いに同一である 。前記スペーサは、双方とも第５図に示すように配置される。 前記スペーサと２個のエンド部材２２間に於ける円筒穴１９ａの２つの端部に は、ロータ２３の外径及び円筒穴１９ａの両方についてシールを形成する同一の 環状ライナ２５、２６が配設されている。前記２個のライナは、放射方向に延長 するスロット２５ａ、２６ａを有し、それらを介してそれぞれ出口１７、１８と 連通している。半円筒形の凹所２３ａ、２３ｂが、それぞれ前記ロータの外面に 、ライナ２５、２６及び隣接するスペーサ３１、２７を貫通する位置に形成され 、かつ第４図及び第１０に示されるように、前記凹所はそれぞれ前記ロータの半 径方向の反対側に設けられている。 タイミングセクタ２８、２９、３０は、それぞれ２個の円周方向に離隔された 部分によって構成されている。従って、セクタ２８は第６図に示されるようにセ クタ部分２８ａ、２８ｂからなり、セクタ２９は第７図に示されるようにセクタ 部分２９ａ、２９ｂからなり、かつセクタ３ ０は第８図に示されるようにセクタ部分３０ａ、３０ｂからなる。各セクタ部分 は、前記ロータ及び円筒穴１９ａ双方をシールしている。タイミングセクタ２８ 、２９、３０が第６図、第７図及び第８図に示す位置にある場合、ロータ２３の 内部から２つの放射方向のスロット３２、３３を通過する全てのガスの流れは、 前記タイミングセクタによって妨げられるが、前記ロータが時計方向に１０度ま で回転した時（第８図参照）、下側のスロット３２がタイミングセクタ３０のセ クタ部分３０ａの後端を超えて回転し、ガス流は軸線方向にセクタ２９のセクタ 部分２９ａ、２９ｂ間及びセクタ２８のセクタ部分２８ａ、２８ｂ間に於いて、 かつスロット２６ａ及び出口１８に通じる第５図及び第４図に示される溝２３ｂ 内に流れることができる。この時に於ける右側のノズルの組１４への流れは、タ イミングセクタ３０の軸線方向の長さを掛けた前記ロータのスロット３２の幅に よって決定され、かつそれに比例する。 次に、ロータ２３が続いて回転することによって、下側のスロット３２がタイ ミングセクタ２９の下側部分２９ａの後端を超えて移動し（第７図参照）、それ によって、タイミングセクタ２９の２個のセクタ部分２９ａ、２９ｂ間に於ける 部分環状の空間内に最初に流入し、次に軸線方向にタイミングセクタ２８の２個 のセクタ部分２８ａ、２８ｂ間に、次にスロット２６ａ内に流入し得るガスの量 が数的に増加する。その結果生じる前記右側のノズルの組へ流れるガスの量の増 加は、タイミングセクタ２９の軸線方向の長さを掛けたスロット３２の幅によっ て決定され、かつそれに比例する。 ロータ２３を更に続けて２０度まで回転すると、前記スロットがタイミングセ クタ２８の下側部分２８ａの後端を通過し（第６図参照）、かつこれによってス ロット２６ａを通って右側のノズルの組１４に流れるガスの量が更に数的に増加 する。ここで前記ロータを続けて回転させ、 スロット３２を連続的に前記タイミングセクタの反対側の部分２８ｂ、２９ｂ、 ３０ｂの先端を通過させることによって、スロット２６ａを介して前記右側のノ ズルの組に供給されるガスの量が、増加した時と同様にして段階的に０にまで減 少する。 上述したように前記ロータの半回転の際に、前記ロータの反対側のスロット３ ３は前記タイミングセクタのセクタ部分３０ｂ、２９ｂ、２８ｂの縁端部によっ て塞がれていないにも拘わらず、反対側のヘッダ２６へのガスの通過はスペーサ ２７、３１によって妨げられている。 前記ロータのスロット３２がその開始位置から１８０度まで移動したとき、前 記スロットを通過する流れは、前記タイミングセクタ部分によって及びスペーサ ２７、３１によって妨げられるが、スロット３３はガスの流通サイクルを再開す るが、今度は凹所２３ａがスペーサ２７によってブランクになって凹所２３ｂが 前記スペーサと前記タイミングセクタ部分間に於いて整合するようになり、前記 ガスの流れをスロット２５ａに、及び左側の前記のズルの組に向ける。 各タイミングセクタ２８、２９、３０の２個のセクタ部分はそれぞれ第１２図 及び第１３図に示すような形態をなし、第１１図に示される位置決めリング３５ が嵌合する部分的に円形の凹所３４を少なくとも一方の端面に有する。従って、 前記２個の位置決めリングは前記リングによって支持されている。必要に応じて 、前記２個の軸線方向の他方の端部に同様の凹所を設けることができ、これらに 第２の支持リングを嵌合させることができる。前記２個のスペーサリング、及び 結合して前記ステータを構成する中間の前記タイミングセクタは、前記タイミン グセクタの相対的な回転が妨げられる程きつくはないが、互いに当接させて適当 に配置される。 前記スロットから各タイミングセクタの前記２個のセクタ部分間の前 記部分環状空間内に流れる時間の調整に備えるために、各タイミングセクタは、 該タイミングセクタの前記セクタ部分の接線方向に延長する軸（図示せず）上に 固定されたウォームギアに係合する斜めの歯が形成されている溝（図示せず）を 、その外周に沿って円周方向に延長するように有する。これらの軸は、それぞれ ステッピングモータ（図示せず）によって駆動され、各タイミングセクタの前記 ２個のセクタ部分が、前記ガスの流れのつり合いを維持するように逆方向である が対応する角度に駆動される。前記ステッピングモータは、手動により又はコン ピュータにより制御することができる。 いずれの時点に於いても一方又は他方の前記ノズルの組へのガスの流れによっ て、その組のノズルによる噴霧粒子の流れの偏向の程度が決定される。 最も大きなタイミングセクタ２８は、くびれの面積が各組のガスノズル１４の 全面積よりも大きい限り、軸線方向にどのような長さであっても良いことが理解 される。 第１４図は、一定の速度で噴霧装置の下側を移動するストリップに霧化された アルミニウム合金を噴霧する場合の典型的なガス流量／時間の関係を示す線図で ある。 従って、第１の時間間隔では、前記偏向ノズルのいずれの組への流れも０であ り、その後に第２の時間間隔に於いて、噴霧化された金属を左側へ偏向させる前 記ノズルに一定の流量で偏向ガスが供給される。前記第２の時間間隔の終了時に 、第３の時間間隔のための同じ組のノズルに供給されるガスの量が突然増加し、 その後に前記組のノズルの流量が、増加したと同様にして段階的に減少する。別 の時間間隔では、いずれの組のノズルへもガスの供給がなく、この場合に前記供 給パターンは、ガス流を右側に偏向させるノズルに対して繰り返される。前記パ ターンが 繰り返されて、前記噴霧を移動するストリップに対してあちこちに動かす。 本願発明者によって、前記ガスの流量が、前記タイミングセクタの軸線方向の 長さによって決定される所定のレベルにある時間の連続的な増減の噴霧パターン の幅方向に於ける効果をマトリックス法を用いて、数学的に予想し得ることが見 い出されており、それによって、前記ストリップの幅方向に所定の位置に於ける 噴霧された被膜の厚さをモニタした場合に、測定された厚さをコンピュータプロ グラムと共に用いて、前記タイミングセクタ部分の位置を段階的に調整し、前記 基材の幅方向に亘って噴霧された材料の厚さを均一にすることができる。プログ ラムされた厚さが、前記ストリップの幅方向に亘って同じである必要はない。 必要により、例えばビレットが金属溶射技術によって連続的に鋳造される場合 には、前記噴霧を垂直方向の噴霧粒子の流れの軸線の一方の側にのみ偏向させる ことができる。 上述したような手段によって、噴霧化した流れに於ける粒子の分布は、付着す る際に、例えば分配する前記ノズルの腐蝕又は部分的な閉塞によって変わる場合 がある。本発明によれば、製品の所望の形状を回復するべく作業の間に又は作業 と作業との間に補償的な調整を行うことができる。別の環境下では、連続するコ イル間でストリップのデポジットの幅を変更することを要求される場合があり、 その場合に新たな幅についてプリセットプログラムの素早い変更が設定作業に於 いて可能である。更に、コンピュータソフトウェアによる変更、修正及び制御の 能力を含めて外部からプログラム可能なスキャニング操作を有する点に於いて潜 在的に利点を有する。 一般的にいえば、本明細書の説明中に引用した特許に記載される型式の空気式 スキャニング霧化器に本発明を適用することは、それらの耐久 性及び高速処理に関する可能性からより一層効果的であるが、空気式スキャニン グの原則とは異なる機構を用いて操作される型式のスキャニング霧化器を制御す る方法及び上述した装置を用いてアークスプレーガン、プラズマスプレーガン、 ＨＶＯＦガン等を制御する方法を考えることができる。 ロータリ弁が他の型式のプログラム可能な弁に対して有利であることは証明さ れているが、本発明を複動式ガス弁に適用することが可能である。このようない くつかの弁、例えば摺動ピストン型のものは、オリフィスが形成され、そのガス 流を用いることによって、例えば作動するピストンの変位に対して比例するよう な機能が得られるように、設計することができる。その場合、このような装置に おいてガス流をプログラムするための手段となるのは、ステッピングモータまた は高出力可動コイル（「ラウドスピーカ」）の動作のような変位トランスデュー サに印加される周期的な電子信号である。特定のシステムでは、周期的な電子信 号の波形が、それによって製造される厚さの形状に特別な関連を有し、前記信号 の高調波の大きさによって、移動する基材の幅に於けるデポジットの分布が決定 される。このような制御信号は、例えば従来からある電子信号発生器及び増幅シ ステムから得ることができ、表示手段を従来のオシロスコープと連結することが できる。同様の方法、を用いて、機械式のスキャニング霧化器の可動部分の振動 を外部からプログラムできることが明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｈ Ｕ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．噴霧粒子の流れをスキャニングするためのスキャニング装置であって、噴霧 粒子の流れにスキャニング作用を付与するように、その中を通過させてガスを１ つまたは複数のノズルに送ることができる空気バルブからなり、前記ガスの送り 方が、外部から調整可能でかつ外部からプログラム可能であることを特徴とする スキャニング装置。 ２．噴霧粒子の流れをスキャンするためのスキャニング装置であって、噴霧粒子 の流れをスキャニングさせるようにその中を通過させてガスを加圧して送給する ことができる１つまたは１組のノズルと、前記１つまたは１組のノズルへの前記 ガスの供給を調整するように空気バルブを制御するための外部から調整可能かつ 外部からプログラム可能な制御手段とからなることを特徴とするスキャニング装 置。 ３．噴霧粒子の流れをスキャンするためのスキャニング装置であって、噴霧粒子 の流れをスキャニングさせるようにその中を通過させてガスを加圧して送給する ことができる１つまたは１組のノズルと、前記１つまたは１組のノズルへの前記 ガスの供給を段階的に調整するように空気バルブを制御するための外部から調整 可能かつ外部からプログラム可能な制御手段とからなることを特徴とするスキャ ニング装置。 ４．前記制御手段が、変位トランスデューサを介して前記調整が行われるように 作動する電子手段からなることを特徴とする第１または第３請求項記載のスキャ ニング装置。 ５．前記制御手段が、前記１つまたは１組のノズルへ供給される前記ガスの量を 周期的に制御するように作動するロータリ空気弁と、前記バルブにより実行され る制御を段階的に制御するための手段とからなること を特徴とする第１または第３請求項記載のスキャニング装置。 ６．前記ロータリ弁が、回転部材のポートを介して前記１つまたは１組のノズル へのガスの供給を開いたり閉じたりするようにそれぞれ作動する、角度方向に離 隔させた１対のタイミング要素を有するステータからなり、前記ポートに関する 前記２個のタイミング要素の回転位置が段階的に調整可能であることを特徴とす る第５請求項記載のスキャニング装置。 ７．前記２個のタイミング要素の回転位置が、前記ポートに関して等角度の位置 にあるように調整されることを特徴とする第６請求項記載のスキャニング装置。 ８．前記２個のタイミング要素の回転位置を調整するための手段が、それぞれ前 記制御手段の一部分を形成するステッピングモータからなることを特徴とする第 ６請求項記載のスキャニング装置。