JPS61141951A - 混入された粒子を含むガス流を制御可能に供給するシステム - 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】 技術分野 本発明は、或る予め定められたスケジュールに従って基
体の温度及び基体に対するガンの仲買を制御ｉｔ　Ｌ、
つつ、基体上に２得又はそれ以」二の粉末を制御可能に
熱溶射するシステムに係る。本発明のシステムはガスタ
ービンエンジンのエアシールの製造に適用すべく開発さ
れたものであるが、他の得々の工業的用途に適用されて
よいものである。

背景技術 本発明は特に熱溶射装置との関連で使用される粉末混合
装置に関するものである。尚木明細ｍに於て、熱溶射と
は火炎Ｆｎ射法及びプラズマ溶射法の両方を含むもので
ある。

熱溶用法にＪ、る被覆の溶着に於ては、ひいに巽りろ二
つ又はそれ以上の成分の混合物にて被覆を形成づろこと
が望ましいことが多い。かかる成分としては、恐らくは
反応性の問題に起因して、或いは密度や粒子寸法の相違
のために均一＜Ｔ沢、台状前に鞘持することが困腎であ
ることにより、甲−の小ツバ内にて予備混合することが
不可能であることを特徴とするものが多い。更に組成が
被覆の厚さの関数として変化する被覆を形成することが
望ましいことが多い。例えば金属基体に直接溶着するこ
とにより形成されたセラミック被覆は、金属基体とセラ
ミック被覆との間の熱膨張宰の差が比較的大きいので、
熱膨張に非常に敏感であることがよく知られている。か
かる場合には、基体に１１接する金属より外表面に於け
るセラミックまで被覆の厚さの関数として組成が変化す
る被覆を形成することが望ましい。更にかかる組成が徐
々に変化する被覆の製造に於ては、被覆に予め応力を与
えるべく基体の１［を制御することが知られている。組
成が徐々に変化寸ろ被覆を形成１Ｊる−っの方法は、複
数個の溶訃ｊガンを使用し、他の溶用ガンが徐々に）■
−ズインされている間に一つのガンをフェーズアウトさ
せろことを含んでいる。

かかる方法が米国特許！￥！３，５４５．ｒｚ４′；ｒ
に記載されている。また他の一つの方法が米ｒ１′１特
許第３，３７８．３’）１　Ｑに開示されており、この
方法に於てはηいに独立した粉末供給源よりの複数個の
供給ラインが特殊な梠造の溶射ガン内へ供給され、該溶
射ガン内にて混合されるようになっている。米国特許第
３，９１２，２３５号には、熱溶剤との関’ｒ％で使用
される粉末供給装置であって、ミキサへｆＪ（給され、
次いでプラズマ溶射ガンへ供給される粉末の幾つかの供
給源を有し、粉末は粉末の混合物となるようソレノイド
にて作動される開閉弁を絆で供給される粉末供給装置が
記載されている。

発明の開示 本発明によれば、溶射装置へ供給される一つの種類の粉
末の供給をそれぞれ制御する複数個のサブシステムが設
けＩうれている。各サブシステムはキャリアガス及び粉
末の供給手段として機能する。

キャリアガス及び粉末の供給Ｍは例えばミニコンピユー
タであってよいコントローラにより制御される。またコ
ントローラは必要でなくなった時に粉末の流れを停止さ
せるために使用される確実な遮断弁を制御する。コント
ローラは適当な質量流量トランスデユーサにより測定さ
れたキャリアガスの質量流量、他の一つのトランスデユ
ーサにより測定されたキャリアガスの圧力、及び敢ｔＡ
Ｉ２伝達ゲージにより測定された粉末とキャリアガスと
の混合流の全体としての密度を入力として受入れる。コ
ントローラはキャリアガスの質ｆｆＩ流伍流量力、及び
キャリアガスと粉末との混合流の密度を使用してリアル
タイムに粉末の質量流量を計算することができる。コン
トローラは被覆の厚さの関数として粉末供給ｍについて
の或る予め定められたスケジュールをそのメモリに記憶
しており、この予め定められたスケジュールに一致する
よう粉末の供給量及びキャリアガスの流昂を変化させる
。

コントローラは所望の最終的に溶射される組成に到達す
るよう複数個のサブシステムを制御する。

またコントローラはλ↓体の温度及び熱溶射装置と基体
との間の相対位置を制御する。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

発明を実施するための最良の形態 第１図は熱溶射装置へ供給される一つの種類の粉末の流
ｍを制御する一つのサブシステムを示すブロック線図で
ある。図には示されていないが各粉末毎に同様のサブシ
ステムが設けられている。

サブシステムは入力信号に応答して可変の流量にて粉末
を供給し得る粉末フィーダを使用することによって粉末
供給量を制御する。図示の特定のシステムに於ては、プ
ラズマダイン・コーポレイション（Ｐ　ｌａｓｍａｄｙ
ｎｅ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）により販売されている
粉末フィーダが採用された。これらのフィ−ダは小孔を
有する水平の回転ディスクを有しており、該回転ディス
クの小孔は回転ディスクの下方に配がされた静」トディ
スクに設けられた−６一 つ又はぞれ以１−の小孔上を通過し、フィーダを通過づ
る１５）宋Ｆ１目ま回転ｆイスクの回転速度を変化さｉ
！ることに」；つて制御される。かかるフィーダは：５
技術分野に於Ｔ　Ｊ：　＜知られているが、粉末の流用
をリアルタイムに測定し、フィードバック制御系に於て
かかる測定結末を使用して所望の結果に適合すべくわ）
未フィーダの作シ」？補正することは知られていない。

上述の如きリアルタイムの１ｔｌｌｌ　＠は第１図のブ
ロック線図に示されている如＜　１ｆｆｉ成される。サ
ブシステムは粉末及びキャリアガスの供給源を有してい
る。キャリアガスは制御信号に従ってキャリアガスの流
出を変化させるよう作動するキャリアガス流ｍ制御弁を
通過する。キャリアガス流ｍ制御弁より流出したキャリ
アガスについてその圧力及び流出が測定される。これら
の測定は測定された値を示す信号を出力する市販のゲー
ジにより行われる。図示のシステムに於ては、キャリア
ガスのＭｆｆｉ流Ｍがヒータより下流側の熱電対への熱
伝達によりガスの流出を測定するゲージにより測定され
るようになっており、使用された特定のゲージ（：１マ
スイソン・カンパニー　（ＭａｌｈｉｓＯｎ　Ｃ（１ｍ
ｐａｎｙ）にＪ、す１′１造されたものであった。圧力
は標準的イに［ｆカゲージによりモニタされるようにな
っており、例えばセトラックス・カンパニー＜　Ｓ　ｅ
ｔｒａｘ　Ｃｏｍｐａｎｙ）にＪ：り製）告されたゲー
ジが図示のシステノ、に採用された。粉末フィーダより
供給される流体は、特性が解っているキャリアガスと、
粉末フィーダによりキャリアガスに混入された粉末とを
含んでいる。かかる混合流の特性は原子伝達ゲージによ
り測定される。かかるゲージの詳細は本願と同日付にて
本願出願人と同一の出願人により出願された特願昭６０
−　　　　　　号に記載されている。端的に言えば、こ
のゲージは使用される放射線を実質的に通過させる性質
を右し目電気的に接地された導電性を有する薄く甲のチ
ューブを含んでいる。このチューブを経て適当な放射線
（例えば鉄５５の放射線源Ｊ：りの放射線〉が通過し、
その放射線が適当な検出器（例えばイオンチャンバ）に
よりチューブの反対側にて測定される。このゲージは種
々の粉末流出に於て容易にキャリブレーションされるも
のであり、その出力信号はゲージ内を流れる粉末の全質
量流出を示す指標として使用される。

キャリアガスＮｍの流ｍゲージ、キャリアガスの圧力ゲ
ージ、及び原子放射線による粉末の質量流出ゲージより
の信号は例えばミニコンピユータの如き制ｔｉ′ｌｌ１
Ａ置への入力信号として使用される。

これら三つの入力信号はコンピュータによって処理され
、下記の式に従って粉末の質ｍ流噴を計惇ここに Ｆ　−キャリアガスの質量流出 Ａ　　＝（チューブの断面積）×（静止ガス流中に於け
る粒子の重力による速度）×（ガスの密度） １ｏ−粉末が混入されていないガス流中を通過する放射
線の伝達量 ■　＝流動するガスと粉末との混合流中を通過−〇− する放射線の伝達量 Ｍ　−減衰係数 Ｐ　＝圧力 であり、Ｍ及びＡはキャリブレーションにより求められ
てよい。

本発明の本質同月新規な特徴は、粉末の質量流出の測定
がリアルタイムに（５〜１０秒程度の時定数にて）行わ
れるということである。粉末の種々の特性は主として粉
末の表面積が大きいことに起因して大きく変化すること
がよく知られている。

粉末の種々の特性、特に粉末の流れ特性は水分含有量及
び粉末が流れることによって１１５）末に発生されるこ
とがある静電荷に非常に敏感である。組成が徐々に変化
する被覆や多数の唐よりなる被覆を溶着すべく熱溶射装
ガヘ粉末を供給するために或る一定のスケジュールにて
作動する粉末フィーダを使用する従来の試みの殆どは不
十分なものであり、或いは粉末の流出が変化し易いこと
に起因して少なくとも非常に不正確なものである。本発
明はリアルタイムの測定及びフィードバック制御にｊ、
すｊ−述の如き問題を解決Ｖｌｖと７するちのである。

第２図は本発明に従ってモニタされ制（社）される伯の
二つのプロセスパラメータを示している。これらのパラ
メータは基体の温度及び熱溶０４装「１と基体との間の
相対（ひ冒である。

基体の温度は熱ｒＲ用された被覆の特性及び予応力（ｐ
ｒｅｓｔｒＣｓｓ　）状態に影響を右することが知られ
ている。特に基体の熱膨張係数とは大きく異なる熱膨張
係数を右するセラミックの如さ被覆が溶着される場合に
は、被覆を溶着する過程に於ける基体の温度は変化する
熱的条例下に於【ノる被覆のその後の挙動に車要な役割
を演することが観察されている。例えば混合された金属
及びセラミックの組成物よりなる層状？！！！覆を溶着
することに関する米国特許第一’ｌ、４８１，２３７Ｍ
に於’Ｕ　ｔｉｔ、種々の被覆を溶着する過程に於て基
体の温度を変化させることにより耐久性に優れた層状セ
ラニミック被覆を形成し得ることが見出されている。本
願出願人と同一の出願人により本願と同日付にてｊｌ願
された特願昭６０−　　　　　　号に於ては、上ｊホの
酬０が連続的に組成が変化ずろ祠ｒ１を溶着することに
発展されている。第２図に示されいる如く、溶削される
基体は加熱装ｒにより加熱されることが好ましく、その
温度が溶着された被覆内に所望の残留応力を発生するこ
とが予め解っているスケジュールに従って適当な温度セ
ンサ（例えば基体に接触する熱電対）によりモニタされ
ることが好ましい。上述の如きｈｎ熱はガスの流量（及
び熱出力）がコントローラよりの信号により制御される
例えばプロパンバーノーにＪ：って行われてよく、コン
トローラは測定された基体の温度を予め定められたスケ
ジュールにより決定される温度と比較することにより制
御１８号を出力する。勿論例えば誘導加熱の如き仙の加
熱手段が採用されてもよく、またオプチカル高温計の如
き他の基体温度測定手段が採用されてもよい。

同様に、熱溶射装置と基体との間の距離は溶着により形
成された被覆の性質に影響を有することが知られている
。特に熱溶射装置のガンと基体との間の距離を低減する
ことにより、被覆に衝突する粒子の速麿が高くなること
に起因してより高密度の被覆が形成される。高密度の被
覆は一般に高強度の被覆である。被覆の一部に於ては強
度が必要とされるが、被覆の他の部分に於ては強度が必
要とされず、逆に障害となることがある。組成が徐々に
変化する被覆を溶着する過程に於てガンと基体との間の
距離を変化させることにより、被覆の強度及び密度が厚
さの関数として変化することにより、被覆の耐久性が向
上される。以上に於てはシステムを詳細に説明したので
、これよりシステムを良好に使用するのに必須であると
思われるシステムの幾つかの特徴及びその作動について
説明する。

第１図にコントローラよりの信号により作動される弁が
図示されている。この弁は熱溶ｍｌ置へ誤った成分が流
れることを閉止するのに必要である。例えばシール内の
全てセラミックの層を溶射する場合には、たとえ少量で
あってもその層中に金属成分が混入することは有害であ
る。かかる理由から確実な流量制即及び遮断が達成され
ることが４１要である。従来技術に於ては種々のソレノ
イドにより作動される機械的弁が使用されているが、か
かる弁は早く摩耗し、摩耗と共に流体が漏洩し易くなる
。本発明に於ては内部に粉末及びガスの流れが通過する
ゴムチューブＪ：りなる所謂ピンチ弁が使用され、ゴム
チューブはチューブを締付けて流体の流れを遮断するに
十分なほどの高圧にて圧縮された流体にて充填されるチ
ャンバにより開繞されている。木Ｉｎ明者等は、かかる
弁は流体の流れを完全に遮断することに関し完全であり
、驚くべきほどに耐摩耗性に優れていることを見出した
。本発明のシステムを開発する過程に於て、本願発明者
等は、使用された粉末フィーダよりの粉末の流れは時間
の関数として見た場合幾分か非線形的であり、粉末フィ
ーダが最初に作動された段階に於ては所望量以上の粉末
が供給されるが、２０〜３０秒経過すると粉末の流ｆが
平衡状態になることを見出した。制御された組成の被覆
を形成すべく、本ｌｌ′ｉ発明者等は粉末の流れの上）
本の如き初期サージを補償する補正係数をコントローラ
のラフ１〜ウエアに絹込んだ。

第３Ｍは本発明のシステムが或る特定のＬ’＋宋を生ず
るＪ、う如何にスケジュール制御されるかを示している
。この場合第３図に示されているものは、稠密イｉ−；
’ｒ０２の被覆より、７ｒＯｐとポリエステル粉末（ポ
リエステル粉末は１枠に高温度に加熱することによって
除去される）とを溶射することにより形成される多孔質
の７「０２の被覆までの遷移過程に於ける粉末の相対流
量及び溶射装置のガンと基体との間の距１１１１（スタ
ンドＡ））の点についてシステムの挙動を説明するトリ
プルクロスオーバと呼ばれるものである。或る特定のシ
ールデザインの開発に於て、稠密なＺｒ０ｐ　と多孔質
の７ｒＯ２との間の境Ｗ部に破損がよく発生することが
見出された。完全に稠密なＺｒ０ｐ粉末を溶着している
時にはガンが基体より約３インブ（７，６ｃｍ）隔置さ
れ、多孔質のＺｒ０ｐｆｆｉを溶着している間にはガン
が基体より約５インチ（１２，７０ｍ＞隔置されるよう
、熱溶射装置と基体との間の距萌をグラフに示されてい
る如く粉末含有量に［、ちじて変化さ１！ろことにより
、上；本の欠陥が実τ′（的に緩和された。かくしてガ
ンと基体との間の距離を変化させろことにＪ：り従来Ｊ
：り牛じていた問題を解演し得ることが解った。

一つの品質制御方法として、数学的削口により種々の層
の厚さを示寸信号を発生するために使用することができ
るインプロセス式；ＩｔｏＡ線伝達測定法が利用されて
いる。この方法は一つの品質制御方法として今日まで使
用されているが、この方法は所望の結果を達成するため
に粉末供給スケジュールを昨正寸べくコンビコータへ供
給される制御信号として使用されてもよいことは明らか
である。

第４図は現在１りられる最良のシールデザインを代表す
る或る特定のシールについての組成曲線を示している。

第５図は第４図に示されたシールの製造に適用されてよ
い基体の温度制御スケジュールを示している。

第６図はシールの製造中に於けろ熱溶）１装置のガンと
基体との間の距離を示しており、第７図は溶着プロセス
中に於ける種々の粉末とガスの流量を解図的に示してい
る。第４図乃〒第７図に示された情報は、制御装置のメ
モリへ供給され、次いでシールのＬ　３Ｗ中に得々のシ
ステムパラメータを制御するために使用される種々のス
ケジュールを作成するために使用される。また第８図に
示された情報は第４図乃至第６図との関連で上述したシ
ールの溶着中にセンサより１りられた特徴情報に似たも
のである。第４図乃至第６図を第７図に示された特徴情
報と比較することにより、本発明のシステムは望ましい
熱的特性及び組成曲線を有するシールを製造しｆりるこ
とが解る。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は粉末供給ナブシステムのブロック線図である。 第２図は基体の温度及び溶ｒＡ装同のガンに対する基体
の位置の測定及び制御の態様を示す解図である。 第３図は或る特定の期間中に於ける粉末の流量及び基体
に対するガンの位置の変化の一例を示している。 第４図は本発明のシステムにより形成されたシールの厚
さ方向の組成曲線を示している。 第５図は第４図の組成の溶着中に於ける基体の温度を示
している。 第６図はガンと基体との間の距離の変化を示している。 第７図は作ｖｊ中に於けるシステムのパラメータの変化
を示している。 第８図は測定されたパラメータの値を丞している。 特許出願人　　コナイデッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 混入された粒子を含むガス流を制御可能に供給するシス
   テムであつて、或る予め定められたスケジュールに従つ
   て粒子の量を連続的に変化させることのできるシステム
   にして、 制御信号に応答してキャリアガスの流量を変化させる手
   段と、 前記キャリアガスの質量流量を測定し該質量流量を示す
   信号を出力する手段と、 前記キャリアガスの圧力を測定し該圧力を示す信号を出
   力する手段と、 流動する前記キャリアガス中に粒子材料を混入する手段
   と、 前記キャリアガス及び前記粒子の混合流の質問流量を測
   定し該質量流量を示す信号を出力する手段と、 前記質量流量信号、前記圧力信号、及び前記混合流の前
   記質量流量信号を受け、前記粒子の質量流量値を計算し
   、前記粉末の質量流量値を粉末の質量流量値の或る予め
   定められたスケジュールと比較し、前記キャリアガスの
   流量及び前記粉末の流量を変化させる制御信号を発生す
   る手段と、を含むシステム。