JPH10216921A

JPH10216921A - 吹付注型の製造方法と注型品

Info

Publication number: JPH10216921A
Application number: JP9361936A
Authority: JP
Inventors: Kim E Bowen; イー．ボーエンキム; Douglas S Potter; エス．ポターダグラス; David A Cook; エイ．クックデヴィッド; David P Ingersoll; ピー．インガーソルデヴィッド; Heest Jack W Van; ダブリュー．ヴァンヒーストジャック; Ranes P Dalal; ピー．ダラルランス
Original assignee: Howmet Research Corp
Current assignee: Howmet Corp
Priority date: 1996-12-10
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 1998-08-18
Also published as: US6296043B1; EP0848078A1; DE69715795D1; EP0848078B1; DE69715795T2

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明の目的は、内径部分の亀裂ないし気
孔率を低める、スプレー蒸着リングおよびチューブを得
ることが出来、これに対し比較的高圧（例えば７３０ト
ル）でのスプレー蒸着との比較が行えると共に、一切粒
子の帯形成を伴わぬスプレー蒸着層厚に亘って均一な粒
度分布を保証することにある。【構成】このため、本発明は、吹付注型の製造方法と
して、スプレー室内に設けたコレクターに対し噴霧金属
または合金のスプレー（吹付け）を行い、更にスプレー
室の圧力制御技法により、金属または合金をコレクター
上に蒸着させる場合、スプレー室内を飛行するスプレー
温度と噴霧金属または合金温度をコントロールする。こ
のコントロール技術によれば、スプレー蒸着操作中スプ
レー室はその場で排気し、スプレー室のガス分圧は約４
００トル以下に保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低気孔率の改質微
細構造を示すスプレー蒸着物を得るための、噴鞠微細金
属または合金のコレクター上への吹付注型の製造方法と
注型品に関する。

【０００２】

【従来の技術】吹付（スプレー）注型方法については米
国特許第３８，２６０，３０１号に記載されており、こ
れによれば溶融金属または合金を噴霧させ、これをスプ
レー室に設けたコレクター面に吹き付け注型品を形成さ
せる。このスプレー室は通常封入のアルゴンまたは別途
非反応性ガスを大気圧に保っておき、一方で溶融スプレ
ーをコレクターに吹き付けている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】現在再発行出願３１，
７６７に当たる米国特許第３，８２６，９２１号によれ
ば、型の温度に関係無くスプレー蒸着物の温度コントロ
ールについて記載しており、この場合スプレーすること
により、スプレー蒸着物の構造を調節するようにしてい
る。このため当特許の重点はスプレー室内の溶融金属ま
たは合金に対するガス噴霧条件にあり、スプレー室内の
条件は問題としていない。金属注型品の吹付注型方法で
は、スプレー蒸着物に対しその気孔性を高めるアルゴン
またはその他ガスが同伴されること、筒状のスプレー注
型形態がその内径近くで裂け目による気孔を与えるこ
と、および該当する吹き付け注型品の収率が、商業生産
面から見て残念なことに低いこと等の欠陥が常に付きま
とう。その上粗粒子の帯層形成が、例えばＩＮ７１８等
のニッケル系超合金のスプレー注型について明らかに見
受けられる。

【０００４】本発明の目的は、スプレー室の圧力をコン
トロールする技術を使って、スプレー室内を飛行する噴
霧スプレーおよびスプレー室に設けたコレクター上の蒸
着材料の熱制御を促進することにより、上記欠陥を無く
すことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、この発明は、噴霧金属または合金のスプレーをスプ
レー室内のコレクターに放出することと、スプレーをコ
レクターに向け放出し、スプレー室内の不活性または非
反応性ガスの分圧を、約４００トルに等しいかまたは以
下に保ち、スプレー室を排気することにより、噴霧金属
または合金をコレクター上に蒸着させる場合、スプレー
室内を飛行するスプレー温度およびこの噴霧金属または
合金温度をコントロールすることと、コレクター上にス
プレーを蒸着させ、蒸着物を集積して注型品を形成させ
ることとから成ることを特徴とする。

【０００６】請求項１の製造方法において、スプレー室
内のスプレーおよびコレクター上に蒸着する噴霧金属ま
たは合金の温度を、スプレー室が大気圧近くに保持され
る場合の該温度に比して高目に保持させることを特徴と
する。

【０００７】請求項２の製造方法において、スプレーを
コレクターに向け放出する場合、ガス分圧を約１０から
約４００トルの間に保持し、コレクター上の蒸着物の内
側部分の裂け目を効果的に低めるに足るだけ、スプレー
室内のスプレー温度を高めることを特徴とする。

【０００８】請求項２の製造方法において、スプレーを
コレクターに向け放出し、コレクター上の蒸着物の内側
に生ずる裂け目を効果的に低めるに足るだけスプレー室
内のスプレー温度を高める場合、そのガス分圧を約１０
から約４００トルの間に保持することを特徴とする。

【０００９】請求項３または請求項４の製造方法におい
て、スプレーをコレクターに向け放出する場合、ガス分
圧を約２５０から４００トル以下に保持することを特徴
とする。

【００１０】請求項１の製造方法において、噴霧金属ま
たは合金をコレクター上に蒸着させ、コレクター上の蒸
着物の内側と外側を熱平衡状態に保ち、蒸着物中の粒子
の層形成または帯形成を低める如くした、スプレー室内
の飛行スプレー温度と噴霧金属または合金の温度とをコ
ントロールすることから成ることを特徴とする。

【００１１】請求項１の製造方法においては、噴霧金属
または合金をコレクター上に蒸着させ、コレクター上の
蒸着物の内外側を熱平衡に保ち、該内外側間で実質的に
均一な粒度が得られる如く、スプレー室内の飛行スプレ
ー温度と噴霧金属または合金温度とを更にコントロール
することから成ることを特徴とする。

【００１２】請求項１の製造方法においては、その厚み
を利用して蒸着物中に熱を保持することにより、蒸着物
温度を更にコントロールすることを特徴とする。

【００１３】請求項１の製造方法においては、コレクタ
ー上にスプレーを集中させ、約２インチ（約５．０８セ
ンチメートル）以上の壁厚蒸着層を形成させ、この蒸着
物の粒子積層形成または粒子の帯形成を無くすことから
成ることを特徴とする。

【００１４】請求項１の製造方法においては、コレクタ
ーにスプレーを放出する際、コレクターを回転させるこ
とから成ることを特徴とする。

【００１５】また、この発明は、金属または合金に対し
不活性または非反応性の噴霧ガスを使って、金属または
合金溶融体を噴霧化させることと、当初不活性または非
反応性ガスの分圧が、約４００トルに等しいかそれ以下
であるスプレー室内に設けたコレクターに対し、噴霧金
属または合金を吹付けることと、噴霧金属または合金を
コレクターに向け放出する場合、スプレー室を排気して
該室内のガス分圧を約４００トル以下に保つことと、コ
レクターに向けスプレーを放出して蒸着層を集積し、注
型品を得ることとから成ることを特徴とする。

【００１６】請求項１１の製造方法においては、コレク
ターにスプレーを放出する際、同伴ガス量を低めること
によりコレクター上の蒸着物の気孔率を効果的に低める
に足るだけ、スプレー室内のスプレー温度を高め、ガス
分圧を約２５０から約４００トル以内の範囲に保持させ
ることを特徴とする。

【００１７】請求項１２の製造方法においては、コレク
ターに向けスプレーを放出する際、ガス分圧を約２５０
から約４００トル以下の範囲に保持し、コレクター上の
蒸着物内側の裂け目を効果的に減ずる如く、スプレー室
内のスプレー温度を高めることを特徴とする。

【００１８】請求項１３の製造方法においては、スプレ
ーをコレクターに向け放出する際、ガス分圧を約２５０
から約４００トル以下の範囲に保持することを特徴とす
る。

【００１９】請求項１１の製造方法においては、コレク
ターの内側から外側にかけて、コレクター上に噴霧金属
または合金スプレーを蒸着させる場合、スプレー室中の
飛行スプレーの温度と噴霧金属または合金温度とを調節
してスプレー室を排気し、蒸着物中の粒子積層形成また
はその帯形成を低減させる如くしたことを特徴とする。

【００２０】請求項１１の製造方法においては、コレク
ターの内側から外側にかけて、蒸着物中に熱平衡を保持
させる如くスプレーする場合、該内外部分間の粒度を実
質的に一様に保つ如く、スプレー室内の飛行スプレー温
度および噴霧金属または合金温度をコントロールするこ
とを特徴とする。

【００２１】請求項１１の製造方法においては、スプレ
ーをコレクター上に集中して、約２インチ以上の壁厚を
有する蒸着物を形成させ、さらに蒸着物中の粒子積層形
成またはその帯層形成を無くす如くしたことを特徴とす
る。

【００２２】さらに、この発明は、スプレー室内に設け
たコレクターに向け、噴霧金属または合金をスプレーす
ることと、スプレーをコレクターに向け放出し、スプレ
ー室内の不活性ガスまたは非反応性ガスの分圧を、約４
００トルに等しいかまたは以下に保ち、蒸着物内の埋封
ガスおよび蒸着物の気孔率を低めることと、コレクター
上にスプレーを集中して、注型品を構成する蒸着物を集
積させることとから成ることを特徴とする。

【００２３】請求項１８の製造方法においては、スプレ
ーをコレクターに吹付ける際、そのガス分圧を約１０か
ら約４００トル以下の範囲に保持することを特徴とす
る。

【００２４】請求項１９の製造方法においては、スプレ
ーをコレクターに吹付ける際、そのガス分圧を約２５０
から４００トル以下の範囲に保持することを特徴とす
る。

【００２５】請求項１の製造方法により内径の気孔率を
低めた、吹付注型の金属性筒状注型品を得ることを特徴
とする。。

【００２６】請求項１１の製造方法により内径の気孔率
を低めた、吹付注型の金属性筒状注型品を得ることを特
徴とする。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施態様によれば、圧
力コントロール技術を使ってコレクター上に噴霧金属ま
たは合金をスプレー蒸着させる際、スプレー室を約４０
０トルを上回らぬよう、好ましくは約１０から約４００
トル以下の範囲で、不活性または非反応性ガス分圧を保
つ如く排気する。このようにスプレー室内のガス分圧を
低くすることにより、スプレー室内を飛行する噴霧スプ
レーの温度およびスプレー室中のコレクターに蒸着する
噴霧材料の温度を、比較的高く保つことが出来る。その
上、蒸着物内に閉じ込められる同伴ガス量も、大気圧近
くでスプレーされる蒸着層中のガス量に比べ低められ
る。

【００２８】本発明の別実施例によれば、溶融金属また
は合金の噴霧スプレーは、アルゴンまたは溶融体に不活
性もしくは反応しない他のガス等の噴霧ガスを使って、
噴霧装置に溶融体を吹き付けることにより生成させ、こ
の溶融体を溶融液滴スプレーとして、初期（裏込め用）
の約４００トルまたはそれ以下の不活性もしくは非反応
性ガス分圧を持たせたスプレー室に噴射させる。事後
は、スプレー室内のガス分圧はスプレー室をその場で排
気し、噴霧スプレーから導入した噴霧ガスを除去して、
コレクター上に噴霧スプレーを蒸着させる間に、約４０
０トル以下に保つようにする。回転対称状態を呈するリ
ングおよびチユーブ等のスプレー注型品については、コ
レクターを回転させ、噴霧装置に対してシングルパス移
動させ、上面にスプレー蒸着物を積層させていけば良
い。

【００２９】上記低ガス分圧のコントロール技術を使
い、噴霧スプレーおよび蒸着材料の温度を比較的高く保
つ本発明による吹付注型方法では、蒸着材料中に見受け
る気孔率は低減し、スプレー蒸着操作を通じコレクター
近くの内側裂け目空隙は減じ、その上チューブ状スプレ
ー蒸着層厚を通じての粒度は一様となるが、その理由と
してスプレー蒸着操作中蒸着物内の熱平衡条件の改善に
よることが挙げられる。また結果的には、これによりス
プレー注型成分材料の合格率も高められる。本発明はま
た特殊な実施態様を想定しており、これによればスプレ
ー蒸着層面が水平軸に対して選定した鋭角をなすその前
縁部分に絞られ、内径部分の裂け目による気孔率が低め
られることにより、スプレー蒸着物の品質も高められ
る。これに伴う別態様としては、コレクター面自身を水
平軸に対して一定の鋭角を示すよう設定している。別態
様として本発明は、現場で初期蒸着操作位置で蒸着層の
前縁部近くで、コレクターを集中加熱するようにしてい
る。このコレクターは断熱され、さらに発明の別実施例
に見られる如く、コレクター面の熱膨脹に順応し得る如
くさせている。なお、走査噴霧装置の走査速度と距離
も、発明の追加実施例にあっては従属的にコレクターの
回転速度に合わせて操作し、噴霧装置の実質滞留時間
（噴霧時間）をコレクターの回転数の高まりに応じて低
めるようにしている。

【００３０】

【実施例】本発明の上記及びその他の目的と利点につい
ては、以下の図面に基づく次の詳細説明により、一層明
瞭となる筈である。

【００３１】以下、図面に基づいて、この発明の実施例
を説明する。図１〜図１９は、この発明の実施例を示す
ものである。

【００３２】図１を参照すると、本発明の一実施例のも
とで圧力コントロール技術を使った吹き付け注型装置の
概略図が示されている。この装置には囲壁室Ｃ内に設け
た真空溶融室Ａとスプレー室Ｂとが備わっている。この
溶融室Ａ内には耐火坩堝１０が据えられ、この坩堝内で
金属または合金充填物が、この坩堝周りに取り付けた誘
導コイルで誘導加熱により溶融されるようになってい
る。坩堝１０は図示のように坩堝トラニオンＴ周りを傾
動出来るようになっており、適当な過熱温度下で金属ま
たは合金溶融体を、耐火湯だまり１４中に流し込む。図
１−図２に示すように、湯だまり１４には溶融体保持室
１４ｂと耐火性の溶融体排出ノズル１４ｃが取り付けら
れ、このノズル構成で溶融体排出オリフィス１４ｄ（Ｉ
Ｎ７１８溶融体については代表的直径寸法は０．２５０
−０．３００インチ（０．６３５−０．７６２センチメ
ートル）例えば０．２９２インチ（０．７４１６８セン
チメートル））が形成されている。溶融体はオリフィス
１４ｄを経て、溶融室Ａとスプレー室Ｂを仕分ける中間
壁１９下方に取り付けた、下部アトマイザー装置１８に
向けて排出される。湯だまりは金属を濾過してその流量
を調節する役割を果たす。

【００３３】溶融室Ａは管路Ｃ１により通常の真空ポン
プ２０に連結されており、このポンプを使って坩堝１０
中の充填材料を誘導加熱するに先立ち、１０ミクロン以
下程度の極めて高真空レベルまで排気することが出来
る。この配設により、溶融体を汚染する、および／また
はこれと反応することのある酸素、窒素およびその他ガ
スを溶融時およびこれに先立ち室Ａから取り除いて置
く。

【００３４】本発明の説明のため、またこれに限定しな
い説明例として、既知ニッケル系のＩＮ７１８超合金の
棒材を、坩堝１０で適当量を充填処理する例から始め
る。坩堝１０には実質的に溶融ＩＮ７１８の超合金と反
応しないアルミナ被覆の坩堝を取り付ける。ＩＮ７１８
の超合金の固体充填物を、誘導コイル１２に通電するこ
とにより坩堝１０内で誘導溶融する。このＩＮ７１８溶
融体は鋳込みに先立ち合金の融点以上（２００−３００
°Ｆ（９３．３３−１４８．８８℃）以上、例えばＩＮ
７１８超合金溶融体については３００°Ｆ（１４８．８
８℃）以上）で適当に過熱する。溶融温度は赤外線（Ｉ
Ｒ）放射高温計を使って測定する。過熱温度で溶融体が
一応安定化すると、溶融室Ａとスプレー室Ｂは何れも不
活性または非反応性ガスの分圧を利用して、前記アトマ
イザー１８からの、または不活性ガス（例えばアルゴ
ン）または非反応性ガスを高圧充填したボンベまたは圧
力容器等のガス源Ｓ１および／またはＳ２および弁Ｖ
１、Ｖ２からの排出ガスを介して、４００トル（Ｔｏｒ
ｒ）以下の圧レベルにまで裏込め充填する。このために
Ｓ１、Ｓ２源を単一ガス源と組合せ、室Ａ、Ｂにガスを
供給しても良い。この時点で、過熱溶融体を過熱湯だま
り１４に鋳込み処理する。

【００３５】湯だまり１４には直立タイプのネットワー
ク形状のセラミック（ジルコニア製）フイルター１７を
取り付ける。このフイルターにはインチ当たり例えば１
０〜２０ポア（Ｐｏｒｅｓ）を設けて、このフイルター
で湯だまり用溶融体保持室１４ｂと鋳込み室１４ｇとを
仕分け、この鋳込み室で坩堝１０からの溶融体を受入
れ、静定室１４ｈを溶融体排出用ノズル１４Ｃ上に据
え、これに静止状溶融体を供給する。フイルター１７
は、鋳込み室１４ｇから静定室１４ｈへ溶融体が移動す
る際、合金の溶融体の濾過用に利用する。この際１４ｈ
室では、溶融体が溶融体排出ノズル１４Ｃに流れ込み、
鋳込み室から静定室への乱流を分散させる目的にこのフ
イルターが利用される。湯だまり内のサーモカップル列
１５でスプレー放出時の湯だまり内の金属温度を記録す
る。

【００３６】フイルター１７は湯だまりの側壁部に固定
され、その構造はフイルター幅長が湯だまり内に鋳込ん
だ補助スロットにはまり込むようになっており、フイル
ター１７はまたジルコニア煉瓦１７ｂで垂直に保持され
る。フイルター１７には上部オーバーフロー用のチヤン
ネル１７ａと、Ｖ型の底部とを設け、この底部はくりぬ
き形状の頂点を備え図面に直角方向に伸長し、湯だまり
内の溶融金属の溜り部分でフイルターの押出し操作を助
け、この局部フイルター域に排出を集中するのにも役立
つている。

【００３７】坩堝１０から予熱された湯だまり１４中に
注入される溶融体は、周縁に配したノズルヒーター１４
ｊを備える溶融体排出ノズル１４ｃから取り出される。
排出オリフィス１４ｄからの溶融体の流量は、湯だまり
中の金属の上面レベルを適当に保って調節する。ＩＮ７
１８の超合金溶融体の通常の流量は７５〜９５ポンド／
分（２０４１．１２〜２４４９．３５〓／ｈ）程度と見
做して良い。湯だまり排出用オリフィス１４ｄからの放
出溶融体は、アトマイザー装置１８に注入される。

【００３８】溶融体噴霧用のアトマイザー装置１８（図
２と図３に示す）は、米国特許第４，７７９，８０２号
および４，９０５，８９９号に記載の形状を備え、この
アトマイザーの構造については教示事項をここに説明付
記しておく。例えばアトマイザー装置１８には、静置一
次ガスノズル１８ａを溶融体排出用ノズル１４ｃの周縁
に取り付ける。この一次ガスノズル１８ａはマニホール
ド１９ａから送られる、３０〜６０ｐｓｉｇ程度の圧力
下で、不活性ガス（例えばアルゴン）等の一次ガスを利
用し、オリフィス１４ｄから排出される溶融体の跳ね返
りを防ぐ。跳ね返り防止のためには、一次ガス（アルゴ
ン）圧としてはＩＮ７１８溶融体用として、特に３５ｐ
ｓｉｇを採用することがある。静圧ガス用ノズル１８ａ
のマニホールド１９ａは、スプレー室Ｂの外側に設けた
ガス源２２からのガスを受け入れる。ガス源は従来の高
純度アルゴン等の不活性ガス、または実質的に溶融体と
は反応しない他のガス等の高圧ボンベ、ボトル等を利用
出来る。

【００３９】アトマイザー１８にはさらに、走査ガスア
トマイザー１８ｄを取り付け、このアトマイザーで一次
ノズル１８ａからの噴霧溶融体を受入れ、また溶融体の
噴霧用としてマニホールド２１から供給の７０〜１４０
ｐｓｉｇ程度の噴霧ガス圧下で、不活性ガス（例えばア
ルゴン）による噴霧ガスを利用する。この場合二次噴霧
ガス圧としてはＩＮ７１８超合金溶融体用として、特に
１１０ｐｓｉｇを採用することがある。アトマイザー１
８ｄは、このものが反復サイクル下で振動することか
ら、走査アトマイザーと名付けられ、この場合各振動サ
イクルでは、コレクター３０がアトマイザー１８ｄに対
する流量制御のもとに、その垂直軸に対し、軸方向に移
動、回転する際、順次吹き付け角度の増大に伴い振動を
起す場合が想定される。

【００４０】引例のみに止めた、これに限定されぬ実施
例として、アトマイザー１８ｄを反復サイクル走査する
ことが出来るが、この場合各サイクルには図１８で示す
如く、アトマイザーの垂直軸を起点として、コレクター
の回転に対して約１°、７°、１３°の角の周りに振動
操作を設定する。言い替えればアトマイザー１８ｄは、
コレクター３０の一回転の際、垂直軸に対して１．０６
°の角度周りに振動させ、次にコレクターの一回転につ
き垂直軸に対して７．４１°を、更にコレクターの一回
転につき垂直軸に対して１３．５８°の角度周りに振動
させる。このサイクル操作はコレクター３０が蒸着スタ
ート位置から、シングルパスの蒸着最終位置まで、軸方
向の移動とともに反復され、予備成形物としてコレクタ
ー上に希望するスプレー蒸着物を形成させる。コレクタ
ーのそれぞれの回転に応じて振動角度の増大に見合う、
アトマイザー１８ｄの走査サイクルのもとでは、スプレ
ー蒸着物は図１９で概略を示す通り重なり合って、シン
グルパス蒸着操作でコレクター３０の長さだけに制限さ
れるようになる。即ちコレクター３０はアトマイザー１
８ｄに対し、シングルパス中図１と図１１〜図１２にあ
っては、右から左方向に軸移動し、コレクター面１０４
ａ上に予備成形物が得られる。図１９では所謂スプレー
蒸着物の“スイートスポット”は、通常相互にコレクタ
ー面上で等間隔Ｒのもとに離隔し、通常水平軸に対し
（または水平で無いノズル／コレクターの向きが採用さ
れる場合は、噴霧式ノズル１８ｄのスプレー軸に垂直な
軸に対し）１０〜２０°角度範囲内例えば１５°の角度
のもとに、方向性を示す前縁域を備えた一般に一様なス
プレー蒸着物を形成する。

【００４１】コレクター３０の回転数は、コレクター面
１０４ａの外径の変動に応じて変わり、スプレー注型蒸
着物上の遠心応力は最低に抑えられる。例えばこの応力
は２０ｐｓｉを超えることは無い。アトマイザー１８ｄ
の振動はコレクター３０の回転数に従って生じ、約１
°、７°、１３°の振動形態は、コレクターの回転数と
は関係無く、コレクターの一回転に対して依然認めら
れ、希望の蒸着物が得られるまで反復される筈である。
この場合のサイクルの各振動別滞留時間（スプレー操作
時間）も、コレクターの回転速度（ｒｐｍ）の増大につ
れて低減する。

【００４２】走査アトマイザー装置１８ｄのマニホール
ド２１は、スプレー室Ｂの外側に設けたガス源２３から
の噴霧ガスを受け入れる。ガス源としては高純度アルゴ
ン等の不活性ガス、または実質上溶融体とは反応しない
別ガスを充填した高圧ボンベ、ボトルも含まれてくる。

【００４３】静置ガスノズル１８ａには、複数（１２
組）の図３に見られる溶融体排出用オリフィス１４ｄの
周縁に沿って離隔した、ガス排出オリフィス１８ｆ（径
０．０５５インチ（０．１３９７センチメートル））を
取り付ける。走査ガスアトマイザー１８ｄには、同じく
図２に示す、アトマイザースプレー開口部１８ｊの円周
に沿って離隔したガス排出オリフィス１８ｉ（径０．１
５７０インチ（０．３９８７８センチメートル））を複
数（２４組）設ける。アトマイザー装置１８の開口部１
８ｊと、ガス排出オリフィス１８ｉとを微細溶融液滴の
スプレーの際、金属または合金溶融体をある程度効果的
に噴霧し得る如く取り付ける。この場合採用のアトマイ
ザーは米国特許第４，７７９，８０２号および４，９０
５，８９９号に記載されており、その教示事項をここに
説明の参考として付記しておく。ここで吹付金属または
合金のスプレーＳを、図１に示すスプレーＳの通過路中
にスプレー室Ｂ内に設けた、コレクター３０の下部軟鋼
支持体１０４に向けて吹き付ける。

【００４４】コレクター３０は図４の複式同軸機構に取
り付け、この機構を使ってコレクターを回転させ、同じ
くコレクターをアトマイザー１８ｄに対し、軸方向の蒸
着スタート位置から同じく蒸着最終位置に向け移動させ
る。内側軸３１で３１、３３軸間の軸受台を介してコレ
クターを回転させ、他方で外側軸３３をコレクター３０
に連結し、コレクターはアトマイザー１８ｄに対して軸
方向の運動を行わせる。真空シール集成装置３１ｂと軸
受装置とを二重壁室に取り付ける。回転軸３１はＡＣサ
ーボモータ３４により回転駆動させる。ＡＣサーボモー
タ３４およびＡＣサーボモータ３２は図示しないが、そ
れぞれ共通スライドまたはキャリジ上に取り付ける。従
来式のボール／ねじ駆動機構（図示せず）を介し、この
共通スライドまたはキャリジを駆動させ、この上にモー
タ３２、３４を取り付け、軸３１を回転させる一方、滑
り運動と軸３３の軸運動とを一体化させる。

【００４５】コレクター３０には、外側コレクター支持
体面１０４ａを設け、コレクターに蒸着させる吹付注型
金属または合金に対し希望の形状を取らせるようにす
る。この外側面１０４ａとアトマイザー１８ｄとの間の
標準隔離距離は、２３〜２９インチ（５８．４２〜７
３．６６センチメートル）程度とされ、特にＩＮ７１８
の超合金溶融体の吹き付けの場合、この距離は例えば２
６インチ（６６．０４センチメートルとされる。

【００４６】コレクター３０の外側コレクター面１０４
ａの形状は円筒形であり、リングまたはチューブに要求
される内外側円筒状コレクター面１０４ａを持つ、リン
グまたはチューブ状蒸着物Ｄを得ることも可能である。
またこれに代えて、コレクター面１０４ａの形状は、図
１１・図１２に示すテーパ状円錐形または別形状とし、
この上に希望するスプレー注型蒸着物の予備成形物を形
成させることも出来る。

【００４７】本発明の一実施例では、コレクター３０は
図１では示していないが、通常静置式誘導コイルを用
い、溶融体のスプレーに先立ち予熱操作を行う。コレク
ター予熱用の電力と時間は、支持体の大きさ形状に依っ
ても変わり、この場合の支持体の最終予熱温度はＩＮ７
１８ニッケル系合金の場合、約１７００〜１８００°Ｆ
（９２６．６６〜９８２．２２℃）である。これに対し
ＤＣプラズマトーチを後に示すように、この誘導予熱操
作に代えても良い。ＩＮ７１８超合金の吹付注型に当た
っては、吹付注型を行う金属または合金によりコレクタ
ー用として別材料を用いても良いが、このコレクターは
軟鋼製とすることが出来る。

【００４８】採用する円筒状コレクターの外面１０４ａ
の標準寸法としては、外径約３．５〜６０インチ（８．
８９〜１５２．４センチメートル）、長さ約６０インチ
（約１５２．４センチメートル）とされ、この場合利用
出来る吹き付け（スプレー）長は約５６インチ（１４
２．２４センチメートル）とする。

【００４９】コレクター３０のさらに詳細部分は図４に
示すが、この場合は中空の筒状構造とし、単純な低コス
トのもので、製造操作を素早く変更出来、コレクターの
内径は断熱性であり、コレクターの熱膨脹に対しても相
容性を示す構造である。コレクター３０には軸保持用の
端板１００ａ、１００ｂおよび他のコレクター部分の重
量を支え、同心的に端板１００ａ、１００ｂを位置決め
するＳＳ製補強はり１０２、および軟鋼製のコレクター
支持体１０４と、コレクター軸線に対するコレクター面
１０４ａを設ける。この補強はり１０２の軸端１０２ａ
はハブ１１２に溶接する。張力リング１０６およびこれ
に対応するリングボルトおよびナットそれぞれ１０８と
１０９とは、図４中の右手端板１００ｂに連結し、軸方
向端板１００ａ、１００ｂ間に見られる３６０°角リン
グ溝に軟鋼製のコレクター支持体１０４を緊締する。張
力リング１０６で張力リング締め付けピン１０６ａを使
って補強はりを締め付け、このピンは張力リングおよび
補強はり１０２中の適正直径孔（図示せず）を貫通さ
せ、さらにその端部で締め付けピン保持用の止め輪を使
って、リング１０６を補強はりに締め付けする。左手支
持端板１００ａは、ねじ１１４を使ってハブ１１２に固
定する。次に順次ハブ１１２を、回転図示したスプライ
ンおよびボルト連結具を使って、回転軸の端末ハブ３１
ａに緊締する。真空Ｏ−リングパック３１ｂで軸３３を
シールする。

【００５０】端板１００ａ、１００ｂの径は変え得るよ
うにし、図１１・図１２のテーパ状コレクターの外面形
状を構成させ、この場合支持体１０４の外径は一端から
他端へと低減させたり、またその逆構成とする。

【００５１】張力リングボルト１０８のナット１０９
と、これに接して外方に向く端板１００ｂの面間に、そ
れぞれ適合する（圧縮性）グラファイトフェルト座金１
１０を取り付け、コレクターを予熱しつつ、この座金で
加熱金属スプレー蒸着物を受け入れる間に、コレクター
支持体を伸長出来るようにする。この熱膨脹に対する相
容機構によりコレクターの寸法安定性が確保される。

【００５２】補強はり１０２の外径と、コレクター支持
体１０４の内径との間に設けた環状スペース１２０に、
Ｋａｏｗｏｏｌ絶縁材等の断熱材（一部を示す）を充填
し、これにより支持体１０４の温度を吹き付け操作を行
う間に、内径部分の裂け目による気孔率を十分低めるだ
けの温度に保つ如く操作する。例えば比較例として、断
熱材の無い図１６の上部予備成形物と、断熱材を使用し
た図１７中の下部予備成形物を比べて見れば良い。

【００５３】上面にスプレーＳを蒸着させる間に、モー
ターとコレクター３０とを連結するシヤフト３１と、駆
動モーターとを使ってコレクター３０をアトマイザー１
８に対して回転させる。この操作によりスプレーＳはコ
レクター外側面１０４ａの全周縁または円周周りに蒸着
させることが出来る。コレクター３０の回転速度は通
常、ＩＮ７１８溶融体の流量７５〜９５ポンド／分（２
０４１．１２〜２４４９．５〓／ｈ）に対し、１００〜
２００ｒｐｍ程度とされる。このコレクターの回転速度
は蒸着物に掛る許容遠心応力で規定される。例えば遠心
応力が約２０ｐｓｉを超さぬ程度に保持するごとくであ
る。上記の如くアトマイザー１８ｄは、コレクターの希
望長に沿って蒸着物が形成されて来るまで、コレクター
が軸方向に回転、作動するにつれ、コレクター３０の各
回転に対し、約１°、７°、および１３°の振動を含め
た反復サイクルのもとで操作する。

【００５４】出来ればコレクターには、コレクターの端
板１００ａ近くに設けた標準的な角度保有の周長“スタ
ート”表面域１０４ｂ構成とし、この面に対して噴霧金
属または合金の面域吹付操作が開始される。この角度保
有の面域１０４ｂでスプレー材料が捕捉され、面域１０
４ａでの材料の“迅速”集積が行われ（図５〜図８およ
び図１４・図１５と図１６・図１７中の“スタート”を
参照）、囲壁部分での材料の温存が図られる。つまり、
コレクター域の１０４ｂが無い場合は、蒸着材料のこぼ
れまたは減失が見られる筈であり、これは成分形成にも
思わしく無く、コレクター上の蒸着材料の無駄にもなり
兼ねない。表面域１０４ｂを取り付けることにより、溶
融金属スプレーとコレクター端板１００ａとのシールド
効果にも寄与する。同様に角度保有面域（図示せず）を
対向側端板１００ｂまたはコレクター３０の別部分近く
に設けても良い。例えば図１４・図１５及び図１６・図
１７に示す蒸着物の端部域特徴を発揮させるため、この
面域を設けることも考えられる。

【００５５】本発明を実施する場合には、スプレー室Ｂ
をアトマイザー１８ｄから真空装置に至るまで、対向側
に設けた管路Ｃ２と連結し、この真空装置によりスプレ
ー室Ｂを十分高い真空度に排気して、コレクター３０に
向けスプレーＳを吹付注型する場合、スプレー室Ｂ内の
ガス分圧（例えば静置アトマイザー１８ａおよび走査ア
トマイザー１８ｄから放出されるガスがアルゴンの場
合、その分圧）を十分低く選定することが出来る。つま
り、この真空装置はスプレー室Ｂから十分迅速にアルゴ
ンガスを排気して、スプレーＳをコレクター３０に吹付
け蒸着させる場合、スプレー室中の選定ガス分圧を十分
低く保つ必要がある。好ましくはスプレー室Ｂ中のガス
分圧は約４００トルから約１０トル程度まで低く保つよ
うにする。室Ｂ内のガス分圧は約２５０トルから４００
トル以下にまで保持され、このためにはＩＮ７１８超合
金溶融体の吹付注型に当たり、以下に記載の真空装置を
用いるようにしている。

【００５６】スプレー室Ｂ内の上記程度のガス分圧を得
るための、好適な真空ポンプ装置には、ブロワー間に取
り付けたインタークーラーＢ３と直列に、一段及び二段
ブロワー（ポンプ）Ｂ１、Ｂ２を設ける。第一段ブロワ
ーＢ１は市場で入手出来るＳｔｏｋｅｓＨＰＢ６２２ブ
ロワーであり、他方第二段ブロワーＢ２も市場入手可能
のＨｉｂｂｏｎＳＩＡＶ２５ブロワーである。これを連
結した場合は、第一段、第二段のＢ１、Ｂ２ブロワー
は、十分な真空度を保持しスプレー室Ｂ内で１１０ｐｓ
ｉのもとに（つまり約９００ｆｔ³／分に相当）噴霧ガ
ス流に耐えることが出来、さらにスプレー室Ｂを標準作
業条件のもとで、スプレー蒸着操作時に２００トルまた
は４００トル以下の真空を保持出来るようにする。スプ
レー室Ｂの真空度は比例集成誘導コントローラＣＣ（例
えばＨｏｎｅｙｗｅｌｌ社製ＵＤＣ３０００コントロー
ラ）中に事前設定しておき、このコントローラでブロワ
ーＢ１、Ｂ２とスプレー室Ｂとの間にある調整弁ＶＶ
は、自動的にコントロールされる。

【００５７】コレクター３０を使って、スプレー室に噴
霧スプレーＳが吹き込まれるに先立ち、スプレー室Ｂは
当初真空ポンプ２０を使って溶融室Ａの排気条件に見合
って、約１ミクロン以下にまで排気され、酸素、窒素お
よびその他好ましくないガスを除いておく。合金を高真
空下のもとに坩堝１０内で溶融後、室ＡとＢとは何れも
約４００トル以下の分圧の不活性ガス（例えば高純度ア
ルゴン）または非反応性ガスで裏込め充填する。裏込め
ガスはアトマイザー１８またはガス源Ｓ１および／また
はＳ２を、さらに弁Ｖ１および／またはＶ２を経て、高
純度不活性または非反応性ガス用の高圧ボンベまたはボ
トルから供給される。単一の通常のガス源（図示せず）
は、この同じ目的のために、通常の弁（図示せず）を経
て室ＡとＢに供給することができる。スプレー室Ｂが約
４００トル以下の不活性または非反応性ガスの分圧下で
充填された後、溶融体は湯だまり１４を介し、アトマイ
ザー１８に充填供給され、噴霧スプレーＳは予熱コレク
ター３０に向け吹き込まれ、コレクター上に代表的な層
厚０．５〜４．０インチ（１．２７〜１０．１６センチ
メートル）であるスプレー注型蒸着物として得られる。
コレクター３０はシングルパス内のアトマイザー１８ｄ
に対し、軸方向に回転移動し、スプレー材料を蒸着させ
てコレクター面１０４ａ上に、希望する予備成形物を得
ることが出来る。

【００５８】ＩＮ７１８等のニッケル系超合金を特にス
プレー注型する場合、発明の実施に当たって採用する条
件としての噴霧ガス／金属の流量比は、標準値として約
１．２：１とされる。但しこの値に限定されることは無
い。ここで発明の利点として挙げられることは、スプレ
ー蒸着物の質がスプレー室Ｂのスプレー圧が大気圧近く
の場合であっても、ガス量対金属量比にそれほど影響さ
れぬ点にある。

【００５９】上記による如く、コレクター３０を回転さ
せ、一方サイクル操作を繰り返す場合、走査アトマイザ
ー１８ｄを使ってコレクター３０の部分で、スプレーＳ
を走査移動させる。この場合約１°、７°、および１３
°での振動操作もこれに含ませる。スプレーＳをコレク
ター３０に向けて蒸着させる場合、真空ポンプＢ１とＢ
２を作動させ、ガス分圧（例えばアルゴンを噴霧ガスと
した場合はアルゴン分圧）を約１０トル以上約４００ト
ルを上回らぬように出来れば、低レベルに保持したと云
い得る。

【００６０】発明の一実施例について云えば、図１１、
図１２、図１３で示すように、ＤＣプラズマトーチまた
はガン１３０を使ってスプレー操作する間、コレクター
３０を予熱しておく。特に低圧タイプのＤＣアークプラ
ズマ予熱トーチまたはガンを用いることにより、形成蒸
着物の前縁ＬＥ部の真上のコレクター面１０４を効果的
に加熱することが出来る。即ち蒸着中に現場で支持体の
加熱が集中的に行える。トーチまたはガン１３０を用
い、蒸着物の直前部分を加熱することにより、次の効果
が得られる。１）蒸着物と支持体１０４間の結合を高める。２）蒸着物に対する境界面の熱条件として、１７００〜
１８００°Ｆ（９２６．６６〜９８２．２２℃）を保つ
ことにより内径部分の裂け目による気孔率を低める。３）熱エネルギーがこの操作に欠かせない場合、蒸着物
の前縁に熱エネルギーを集中出来る。トーチ１３０と断
熱材１２２とを備えた構造のコレクターと共用させるこ
とにより、現場でコレクター支持体１０４を予熱する場
合、蒸着物の内径部分に生ずる裂け目気孔率を付随的に
無くすることにより、内径部分での熱条件も改善され
る。ＤＣプラズマアークトーチまたはガン装置１３０に
は、真空プラズマ吹付けに利用される標準的な従来型の
アルゴン＋ヘリウムプラズマガンを取り付ける。トーチ
またはガンは適当な配水管１５０を介して水冷され、こ
の場合水管はガン１３０に連結し、ガンに連結した適切
ガス管路（図示せず）を介して、好適なプラズマ用ガス
が供給される。

【００６１】これに代えて前記の誘導予熱技術を援用し
て、コレクターを加熱することが出来る。ただし誘導予
熱方式はスプレーを行うに先立ち、コレクターを予熱す
る時に限って用いるべきで、一方ＤＣプラズマ源の利用
技術はスプレー吹付操作前および操作中に利用出来る。

【００６２】トーチまたはガン装置１３０を、図１１、
図１２、および図１３中で見られるようにそのスプレー
室Ｂ内のスライド機構に取り付ける。このスライド機構
でトーチ組立て装置の一部となるブーム１４２を保持す
る。ブーム１４２はスライダー１４４上に載り、スライ
ダーはサーボモーター１４５とボール／ねじ機構１４６
とにより、コレクター３０の径と平行方向に移動出来、
トーチのプリュームは噴霧操作中に、支持体面１０４に
集中されるスプレー蒸着物の半径方向大きさを調節出来
るようになっている。これについては図１３を参照のこ
と。

【００６３】トーチ１３０とコレクター３０とは、当初
複軸機構の軸運動によりコレクター３０上のスタート位
置に据えられる。トーチ１３０を調節することにより、
プラズマのプリユーム形態はコレクター支持体面１０４
ａに直交するか、または設定のテーパー状コレクター面
を使って、これに任意の角度をなすよう操作出来る。吹
付中、コレクター３０が軸方向（図１２の右方から左方
向）に移動するにつれ、プラズマプリユームは上記目的
に沿って、蒸着物前縁ＬＥの直ぐ前方に向けられる。

【００６４】吹付注型操作において本発明が目指す点
は、スプレー室中の圧力には関係なく、内径部分の裂け
目気孔率を低める目的で、噴霧ノズル１８ｄの吹付軸に
直交する軸と鋭角をなすよう、図１８のスプレー蒸着物
の前縁部ＬＥの角度を決めることにある。このために
は、噴霧ノズル１８ｄの振動角を適正に調節すれば良
い。この代りにまたは追加操作として、コレクターの外
側面１０４ａ（または交互にコレクター３０の軸線角
度）を、このために水平方向から逸らせるようにすると
良い。例えばコレクター面１０４ａの角度ＡＡ（図１）
を、水平方向に対し１０〜３０°、例えば２５°（また
は水平軸に別途鋭角をなすよう）に選定して、内径裂け
目による気孔率を低め、スプレー蒸着層の質を高めるよ
うに出来る。コレクター面１０４ａの角ＡＡが、水平方
向に対し４５°または０°を示す場合、コレクター３０
上にスプレー注型のＩＮ７１８の蒸着物を得ることがで
き、この場合の内径部分の気孔率は最適値以下とするこ
とが出来る。例えば蒸着層中の内径裂け目気孔率につい
ては、図５〜図８（ＡＡ角度は０°）と図１５（テーパ
ー状コレクター面１０４ａのＡＡ角度４５°）と、これ
に対する図１４と図１６、図１７（テーパ状コレクター
面１０４ａのＡＡ角度は２５°）とを比較して見れば良
い。

【００６５】水平方向に対するコレクター面１０４ａの
ＡＡ角度の調整には、図１１〜図１３に示すテーパ状の
コレクター支持体１０４を用いる。これに代えて角ＡＡ
の調整には、上記複軸機構と同軸ＡＣサーボモータ３
１、３３を取り付け、同じ目的で水平軸に対する軸角を
変えるようにしても差し支え無い。

【００６６】吹付注型後、標準寸法として０．５〜４．
０インチ（１．２７〜１０．１６センチメートル）厚の
蒸着リングまたはチユーブを、相対真空度のもとでスプ
レー室Ｂ内で冷却する。次いで周囲温度下でコレクター
３０から吹付注型リングまたはチユーブを取外し、引き
続き熱間等静圧をかけて、蒸着リングまたはチューブを
圧密することも出来る。

【００６７】本発明に準じてスプレー室Ｂ中のガス分圧
を低く保持することにより、スプレー室Ｂ内の飛行噴霧
化吹付の液滴温度、およびコレクター３０に蒸着した噴
霧金属または合金の温度のコントロール効果を高めると
共に、吹付け状態のままの気孔率も低めることが出来
る。例えば４００トルのスプレー圧下で、気孔率０．９
容積％の図６に対し、７３０トルのスプレー圧下で、気
孔率２．１容積％の図８を比較して見れば良い。実際の
所、スプレー室の圧力コントロール技術を援用すること
により、さもなければ比較的高いスプレー室圧下のもと
で、生じると見られる液滴の対流熱ロスを低めたり、ま
たコレクター３０上の蒸着金属または合金中の熱平衡を
早急に達成させ、スプレー室Ｂ中を飛行し、かつコレク
ター上に蒸着する噴霧スプレー液滴の温度を比較的高く
保つことができる。

【００６８】図５〜図８は本発明によるスプレー室Ｂ中
の低圧（例えば４００トル）下で得た、スプレー蒸着物
ＩＮ７１８リング（図５）と、スプレー室Ｂ内の比較的
高圧（例えば７３０トル）下で得たスプレー蒸着による
ＩＮ７１８リング（図７）との違いを示した図である。
特に内径部分（コレクター３０近くのリング内径部分）
における裂け目気孔率およびリング蒸着物内の、埋封ガ
スによる気孔率が何れも顕著に低減しており、一方同一
の均一粒度（例えばＡＳＴＭで６〜６．５粒度相当）が
それぞれのリングの微細構造中、特に粒子による帯形成
または層形成を示すことなく保持されている。

【００６９】図６と図８はそれぞれ図５と図７とのスプ
レーリングの微細構造を示す。本発明によるスプレー蒸
着物中に埋封されるアルゴンは（例えば０．９容積％気
孔率の如く）、比較的高い７３０トルの圧力下でのスプ
レー蒸着物内の埋封アルゴンに比し（例えば２．１容積
％気孔率の如く）著しく低減している。さらに別の実施
例として、本発明に基づくＷａｓｐａｌｏｙスプレー注
型によるリング中の埋封アルゴンは、０．５ｐｐｍ重量
濃度であるのに対し、スプレー室Ｂ内で大気圧近くの圧
条件で得たＷａｓｐａｌｏｙスプレー注型によるリング
中の埋封アルゴンは、１．５ｐｐｍ重量濃度を示してい
る。

【００７０】さらに図９・図１０では本発明によるスプ
レー室Ｂ中、低圧（例えば４００トル）で得たスプレー
蒸着によるＷａｓｐａｌｏｙリング中の、電子ビームに
よる溶接時での気孔率は低く（図１０）、これに対しス
プレー室Ｂ中比較的高圧（例えば７３０トル）で得たス
プレー蒸着のＷａｓｐａｌｏｙリング中の電子ビームに
よる溶接時での気孔率は高い（図１１）ことが示されて
いる。

【００７１】スプレー室中の圧力調整技術によれば、コ
レクター３０上に蒸着する金属または合金中の埋封噴霧
ガス量は低減し（気孔率で判定）、コレクター外側面３
０ａに近接する裂け目空隙も低減し、更にスプレー蒸着
操作中に蒸着物中の熱平衡条件が改善される結果、コレ
クター３０上に見られる蒸着層厚を通して、実質的に均
一粒度が保証される。なおまた、コレクター３０上には
比較的大径のリングまたはチユーブ蒸着物の形成が見ら
れる。例えば３０インチ以上の大径を有する蒸着物が得
られ、しかも他方では蒸着物中には粒子の重なり層形成
またはその帯状形成は見られ無い。

【００７２】これまでの使用圧７３０トルに対し、本発
明による４００トル以下の吹付注型操作にあっては、吹
付温度と蒸着物温度の高まりが付随して起きるため、対
流冷却が低下することから、比較的大径の予備成形物
（蒸着物）の製作方法および装置の計量評価が可能とな
る。スプレー／蒸着物温度が高まることから、比較的緩
慢な回転速度（即ち遠心応力の低減）のもとで、大形の
予備成形物のスプレー操作が可能となり、一方内径部分
の裂け目による気孔率の低減、および加工窓の拡幅が効
果的に行える大径のものにおいても、許容出来る熱環境
が保持される。

【００７３】本発明による４００トル以下でのスプレー
注型のもとでは、内径部分の裂け目による気孔率は低め
られ、蒸着物内への埋封ガス量も減り、また均一な蒸着
物の微細構造を裏付ける多様な形状、大きさが得られる
加工窓の拡幅も可能とされる。更に本発明の実施に基づ
く支持体角度の調整技術により、内径部分の裂け目によ
る気孔率も低く抑えられ、均質な蒸着物の微構造を示す
多様な構成装置の形状、大きさを保証する加工窓の拡長
も考えられる。上記の走査アトマイザーのサイクル利
用、断熱コレクターの利用と共に、本発明の別実施例に
基づくＤＣプラズマアークトーチの活用により、内径部
分の裂け目気孔率は低く抑えられ、更に均一な蒸着層の
微細構造を備えた多様な構成装置の形状、および大きさ
を生む加工窓の拡張も考慮される。

【００７４】この結果、本発明によれば内径部分の亀裂
ないし気孔率を低める、スプレー蒸着リングおよびチュ
ーブを得ることが出来、これに対し比較的高圧（例えば
７３０トル）でのスプレー蒸着との比較が行えると共
に、一切粒子の帯形成を伴わぬスプレー蒸着層厚に亘っ
て均一な粒度分布が保証される。

【００７５】本発明実施の数例を示し、その詳細につい
て説明してきたが、添付の請求項でも示す如く、本発明
の趣旨と範囲を逸脱すること無く、種々の変形と修正が
考え得ることは了解されるであろう。

【００７６】

【発明の効果】本発明のスプレー室中の圧力調整技術に
よれば、コレクター上に蒸着する金属または合金中の埋
封噴霧ガス量は低減し（気孔率で判定）、コレクター外
側面に近接する裂け目空隙も低減し、更にスプレー蒸着
操作中に蒸着物中の熱平衡条件が改善される結果、コレ
クター上に見られる蒸着層厚を通して、実質的に均一粒
度が保証される。なおまた、コレクター上には比較的大
径のリングまたはチユーブ蒸着物の形成が見られる。例
えば３０インチ以上の大径を有する蒸着物が得られ、し
かも他方では蒸着物中には粒子の重なり層形成またはそ
の帯状形成は見られ無い。

【００７７】これまでの使用圧７３０トルに対し、本発
明による４００トル以下の吹付注型操作にあっては、吹
付温度と蒸着物温度の高まりが付随して起きるため、対
流冷却が低下することから、比較的大径の予備成形物
（蒸着物）の製作方法および装置の計量評価が可能とな
る。スプレー／蒸着物温度が高まることから、比較的緩
慢な回転速度（即ち遠心応力の低減）のもとで、大形の
予備成形物のスプレー操作が可能となり、一方内径部分
の裂け目による気孔率の低減、および加工窓の拡幅が効
果的に行える大径のものにおいても、許容出来る熱環境
が保持される。

【００７８】本発明による４００トル以下でのスプレー
注型のもとでは、内径部分の裂け目による気孔率は低め
られ、蒸着物内への埋封ガス量も減り、また均一な蒸着
物の微細構造を裏付ける多様な形状、大きさが得られる
加工窓の拡幅も可能とされる。更に本発明の実施に基づ
く支持体角度の調整技術により、内径部分の裂け目によ
る気孔率も低く抑えられ、均質な蒸着物の微構造を示す
多様な構成装置の形状、大きさを保証する加工窓の拡長
も考えられる。上記の走査アトマイザーのサイクル利
用、断熱コレクターの利用と共に、本発明の別実施例に
基づくＤＣプラズマアークトーチの活用により、内径部
分の裂け目気孔率は低く抑えられ、更に均一な蒸着層の
微細構造を備えた多様な構成装置の形状、および大きさ
を生む加工窓の拡張も考慮される。

【００７９】この結果、本発明によれば内径部分の亀裂
ないし気孔率を低める、スプレー蒸着リングおよびチュ
ーブを得ることが出来、これに対し比較的高圧（例えば
７３０トル）でのスプレー蒸着との比較が行えると共
に、一切粒子の帯形成を伴わぬスプレー蒸着層厚に亘っ
て均一な粒度分布が保証される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低ガス分圧のコントロール技術を実施
するにあたり、本発明の実施例に準じた装置の一概略透
視図である。

【図２】本発明を実施する場合の噴霧装置（アトマイザ
ー）と湯だまりとの断面図である。

【図３】図２の部分拡大断面図である。

【図４】スプレー溶融体用の一コレクターの断面図であ
る。

【図５】スプレー状態のままの、４００トル（Ｔｏｒ
ｒ）で、略２０インチ（約５０．８センチメートル）径
のマンドレル上に０度角のもとでスプレー操作したＩＮ
７１８ニッケル系超合金材料の特性写真を示す図であ
る。

【図６】４００トル（Ｔｏｒｒ）圧のもとで、スプレー
操作したままのＩＮ７１８ニッケル系超合金材料の、粒
度と気孔率を示す顕微鏡写真の図である。

【図７】スプレー状態のままの、７３０トル（Ｔｏｒ
ｒ）で、略２０インチ（約５０．８センチメートル）径
のマンドレル上に０度角のもとでスプレー操作したＩＮ
７１８ニッケル系超合金材料の特性写真を示す図であ
る。

【図８】７３０トル（Ｔｏｒｒ）圧のもとで、スプレー
操作したままのＩＮ７１８ニッケル系超合金材料の、粒
度と気孔率を示す顕微鏡写真の図である。

【図９】電子ビーム溶接熱を受け、４００トル（Ｔｏｒ
ｒ）でスプレーした、熱間等静圧吹付注型のＷａｓｐａ
ｌｏｙニッケル系の超合金材料について示した顕微鏡写
真を示す図である。

【図１０】電子ビーム溶接熱を受け、７３０トル（Ｔｏ
ｒｒ）でスプレーした、熱間等静圧吹付注型のＷａｓｐ
ａｌｏｙニッケル系の超合金材料について示したサンプ
ルが溶接熱に曝した部分の気孔率の高い顕微鏡写真を示
す図である。

【図１１】本発明を実施する例で役立つ、ＤＣプラズマ
加熱トーチの側面図である。

【図１２】図１１の予熱用トーチの平面図である。

【図１３】図１１の予熱用トーチの正面端面図である。

【図１４】約２０インチ（約５０、８センチメートル）
径のテーパー状コレクター面上に７３０トル圧のもと
で、コレクター面に２５゜の角度で且つ中央部分は４５
゜の角度でスプレーしたままの、ＩＮ７１８ニッケル系
超合金材料の顕微鏡写真を示す図である。

【図１５】約２０インチ（約５０、８センチメートル）
径のテーパー状コレクター面上に７３０トル圧のもと
で、コレクターに４５゜の角度で且つ中央部分は２５゜
の角度でスプレーしたままの、ＩＮ７１８ニッケル系超
合金材料の顕微鏡写真を示す図である。

【図１６】２５°の角度をなす（図１のＡＡ角参照）約
２０インチ（約５０．８センチメートル）径のテーパー
状コレクター面上に、４００トル（Ｔｏｒｒ）圧のもと
で、中央部分は２５゜の角度でスプレーしたままの、且
つスプレー操作後に二部分に分割されたＩＮ７１８ニッ
ケル系超合金材料の顕微鏡写真を示す図である。

【図１７】２５°の角度をなす（図１のＡＡ角参照）約
２０インチ（約５０．８センチメートル）径のテーパー
状コレクター面上に、４００トル（Ｔｏｒｒ）圧のもと
で、中央部分は２５゜の角度でスプレーしたままの、且
つスプレー操作後に二部分に分割されたＩＮ７１８ニッ
ケル系超合金材料の顕微鏡写真を示す図である。

【図１８】図１８はその上にスプレー注型蒸着物を持つ
コレクター外面と、噴射ノズルのスプレー角の増分を示
した振動サイクルとを示す図である。

【図１９】振動スプレーサイクルの結果、コレクター外
面に集中したスプレー分布の重なり合い状態を示す図で
ある。

【符号の説明】

Ａ溶融室Ｂスプレー室Ｃ囲壁室１０坩堝１４湯だまり１８アトマイザー装置３０コレクター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者デヴィッドエイ．クックアメリカ合衆国 49420 ミシガン州ハートエヌ．アップルストリート 23 番地 (72)発明者デヴィッドピー．インガーソルアメリカ合衆国 49437 ミシガン州モンターギュインディアンベイロード 8651番地 (72)発明者ジャックダブリュー．ヴァンヒーストアメリカ合衆国 49457 ミシガン州ツインレイクホルトンダックレイクロード 4848番地 (72)発明者ランスピー．ダラルアメリカ合衆国 49445 ミシガン州ノースマスケゴンセンターストリート 404番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】噴霧金属または合金のスプレーをスプレ
ー室内のコレクターに放出することと、スプレーをコレ
クターに向け放出し、スプレー室内の不活性または非反
応性ガスの分圧を、約４００トルに等しいかまたは以下
に保ち、スプレー室を排気することにより、噴霧金属ま
たは合金をコレクター上に蒸着させる場合、スプレー室
内を飛行するスプレー温度およびこの噴霧金属または合
金温度をコントロールすることと、コレクター上にスプ
レーを蒸着させ、蒸着物を集積して注型品を形成させる
こととから成る注型品の製造方法。
【請求項２】スプレー室内のスプレーおよびコレクタ
ー上に蒸着する噴霧金属または合金の温度を、スプレー
室が大気圧近くに保持される場合の該温度に比して高目
に保持させる、請求項１に記載の注型品の製造方法。
【請求項３】スプレーをコレクターに向け放出する場
合、ガス分圧を約１０から約４００トルの間に保持し、
コレクター上の蒸着物の内側部分の裂け目を効果的に低
めるに足るだけ、スプレー室内のスプレー温度を高め
る、請求項２に記載の注型品の製造方法。
【請求項４】スプレーをコレクターに向け放出し、コ
レクター上の蒸着物の内側に生ずる裂け目を効果的に低
めるに足るだけスプレー室内のスプレー温度を高める場
合、そのガス分圧を約１０から約４００トルの間に保持
する、請求項２に記載の注型品の製造方法。
【請求項５】スプレーをコレクターに向け放出する場
合、ガス分圧を約２５０から４００トル以下に保持す
る、請求項３または４に記載の注型品の製造方法。
【請求項６】噴霧金属または合金をコレクター上に蒸
着させ、コレクター上の蒸着物の内側と外側を熱平衡状
態に保ち、蒸着物中の粒子の層形成または帯形成を低め
る如くした、スプレー室内の飛行スプレー温度と噴霧金
属または合金の温度とをコントロールすることから成
る、請求項１に記載の注型品の製造方法。
【請求項７】噴霧金属または合金をコレクター上に蒸
着させ、コレクター上の蒸着物の内外側を熱平衡に保
ち、該内外側間で実質的に均一な粒度が得られる如く、
スプレー室内の飛行スプレー温度と噴霧金属または合金
温度とを更にコントロールすることから成る、請求項１
に記載の注型品の製造方法。
【請求項８】その厚みを利用して蒸着物中に熱を保持
することにより、蒸着物温度を更にコントロールする、
請求項１に記載の注型品の製造方法。
【請求項９】コレクター上にスプレーを集中させ、約
２インチ（約５．０８センチメートル）以上の壁厚蒸着
層を形成させ、この蒸着物の粒子積層形成または粒子の
帯形成を無くすことから成る、請求項１に記載の注型品
の製造方法。
【請求項１０】コレクターにスプレーを放出する際、
コレクターを回転させることから成る、請求項１に記載
の注型品の製造方法。
【請求項１１】金属または合金に対し不活性または非
反応性の噴霧ガスを使って、金属または合金溶融体を噴
霧化させることと、当初不活性または非反応性ガスの分
圧が、約４００トルに等しいかそれ以下であるスプレー
室内に設けたコレクターに対し、噴霧金属または合金を
吹付けることと、噴霧金属または合金をコレクターに向
け放出する場合、スプレー室を排気して該室内のガス分
圧を約４００トル以下に保つことと、コレクターに向け
スプレーを放出して蒸着層を集積し、注型品を得ること
とから成る注型品の製造方法。
【請求項１２】コレクターにスプレーを放出する際、
同伴ガス量を低めることによりコレクター上の蒸着物の
気孔率を効果的に低めるに足るだけ、スプレー室内のス
プレー温度を高め、ガス分圧を約２５０から約４００ト
ル以内の範囲に保持させる、請求項１１に記載の注型品
の製造方法。
【請求項１３】コレクターに向けスプレーを放出する
際、ガス分圧を約２５０から約４００トル以下の範囲に
保持し、コレクター上の蒸着物内側の裂け目を効果的に
減ずる如く、スプレー室内のスプレー温度を高める、請
求項１２に記載の注型品の製造方法。
【請求項１４】スプレーをコレクターに向け放出する
際、ガス分圧を約２５０から約４００トル以下の範囲に
保持する、請求項１３に記載の注型品の製造方法。
【請求項１５】コレクターの内側から外側にかけて、
コレクター上に噴霧金属または合金スプレーを蒸着させ
る場合、スプレー室中の飛行スプレーの温度と噴霧金属
または合金温度とを調節してスプレー室を排気し、蒸着
物中の粒子積層形成またはその帯形成を低減させる如く
した、請求項１１に記載の注型品の製造方法。
【請求項１６】コレクターの内側から外側にかけて、
蒸着物中に熱平衡を保持させる如くスプレーする場合、
該内外部分間の粒度を実質的に一様に保つ如く、スプレ
ー室内の飛行スプレー温度および噴霧金属または合金温
度をコントロールする、請求項１１に記載の注型品の製
造方法。
【請求項１７】スプレーをコレクター上に集中して、
約２インチ以上の壁厚を有する蒸着物を形成させ、さら
に蒸着物中の粒子積層形成またはその帯層形成を無くす
如くした、請求項１１に記載の注型品の製造方法。
【請求項１８】スプレー室内に設けたコレクターに向
け、噴霧金属または合金をスプレーすることと、スプレ
ーをコレクターに向け放出し、スプレー室内の不活性ガ
スまたは非反応性ガスの分圧を、約４００トルに等しい
かまたは以下に保ち、蒸着物内の埋封ガスおよび蒸着物
の気孔率を低めることと、コレクター上にスプレーを集
中して、注型品を構成する蒸着物を集積させることとか
ら成る注型品の製造方法。
【請求項１９】スプレーをコレクターに吹付ける際、
そのガス分圧を約１０から約４００トル以下の範囲に保
持する、請求項１８に記載の注型品の製造方法。
【請求項２０】スプレーをコレクターに吹付ける際、
そのガス分圧を約２５０から４００トル以下の範囲に保
持する、請求項１９に記載の注型品の製造方法。
【請求項２１】請求項１により得た内径の気孔率を低
めた、吹付注型の金属性筒状注型品。
【請求項２２】請求項１１により得た内径の気孔率を
低めた、吹付注型の金属性筒状注型品。