JP2742536B2 - 溶射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、アトマイジング用の圧縮空気の供給形態
に改良を加えた溶射装置に関する。

（ロ）従来の技術 溶射装置においては、アーク溶射装置もガス式溶射装
置も、金属溶滴を微細化し、母材表面に吹付けるために
アトマイジング（atomizing）用の圧縮空気を溶滴発生
位置の近傍に向かって吹出し供給する。このアトマイジ
ング用圧縮空気の供給形態の従来技術として、アーク溶
射装置では、外包型と貫通型の二方式が広く知られてい
る。

外包型は、圧縮空気を環状のノズルから噴き出し、円
錐形の気流圏内部でアーク放電を行うものであり、この
方式の溶射装置は例えば特開昭61−167472号公報で公知
である。又、前記ノズルの中心後方に別のノズルを設
け、このノズルからアーク中心に向かって補助ジェット
エアーを噴出するものもある（特公昭56−10103号公
報）。

貫通型は、アーク域の中心後方に主ジェットエアを噴
き出す主ノズルを備えており、主ノズルから噴出される
直線状の主ジェットエアを金属溶滴に直接作用させてア
トマイジングを行う。この種装置は例えば特開昭61−18
1560号公報に記載されている。又、特公昭60−18463号
公報には、主ノズルとは別にアーク域の外側に一対の補
助ノズルを設け、両ノズルから溶材の先端交点に向かっ
て補助エアを噴き出し、この補助エアと金属溶滴に直接
作用する主ジェットエアとの協働作用により、アトマイ
ジングを行うものが記載されている。

ガス式溶射装置は、線材若しくは粉末の溶材をガス燃
焼により熱溶融して、生じた溶滴をジェットエアー（場
合によっては、ガスジェット流）が包むようにしてアト
マイジングして溶射する。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 上記のような従来の溶射装置では、外包型及び貫通型
のいずれのアーク溶射方式やガス式溶射方式にしても、
第３図に示すように、溶射パターンP2がほぼ円形となっ
て、小さな溶射面積しか得られない不利があった。

ノズルから噴出される空気量を増加すると、ある程度
溶射面積を拡大することができる。しかし、この場合、
アーク溶射では溶材のアーク部が大量のジェットエアー
で過冷却されてピンチ現象を生じやすく、アーク溶射を
安定的に行うことが困難になる。また、アーク・ガス両
溶射方式とも母材表面で勢いの強い反転空気流が形成さ
れるため、母材に付着せず跳ね返ってしまう溶滴量が増
え、溶滴の付着ロス量が急増する。

通常、溶射装置と母材との間隔は、20cm前後が適切で
あるとされているが、この間隔を大きくすることによっ
ても溶射面積をある程度拡大することができる。しか
し、この場合は、微細化された溶滴の母材表面への付着
力が減少し、溶射被膜の耐剥離強度が低下する。

従来装置の第２の問題点として、噴霧された微小溶滴
の分布が不均一になることが挙げられる。第３図に示す
ように、円形の溶射パターンP2の膜厚ｔが、中央部では
必要以上に厚く、周縁側では必要厚みが得られない程度
にまで薄くなるのである。そのため、溶射被膜の面方向
の膜厚にむらを生じやすく、均質の被膜を形成できない
こと、及びその保護性能のばらつきが大で信頼性に欠け
ること等の不利があった。さらに、噴射溶滴が中央に集
中するため、中央部に熱が蓄積されやすく、周辺部との
熱膨脹差によって溶射被膜が剥離することもあった。

本項の冒頭で述べた溶射パターン面積が小さいこと
は、作業能率にも大きく影響する。もちろん、一定面積
に所定厚み溶射被膜を形成するのに長時間を必要とする
ことは当然であるが、それだけには止まらない。通常、
母材は溶射前にブラスト処理され、表面が活性化され
る。活性化された表面は酸化しやすい状態になってお
り、母材の材質にもよるが、ブラスト処理後２〜４時間
以内に溶射作業を終了する必要がある。従って、母材面
積が一定値以上になると、前記時間内に成膜を行うこと
ができず、例えば溶射作業を中断して液剤による活性化
処理を行うなどの、余分な補助作業が必要となる。

この発明は、上記に鑑み提案されたものであって、ア
トマイジング用の圧縮空気の供給形態を改良することに
より、溶射面積を数倍に拡大し、しかもその膜厚分布を
均一化できるようにした高能率の溶射装置を得ることを
目的とする。

（ニ）問題点を解決するための手段 この発明では、圧縮空気の供給形態として、一対のノ
ズル口29、29からジェットエアー31、31を噴出し、両ジ
ェットエアー31、31でＶ字状のエアーチャンバを区画す
る基本形態を採る。そのうえで、たすき掛けされた平ベ
ルトが交差するのと同様に、両ジェットエアー31、31を
逆向きに傾斜して交差させることにした。

具体的には、溶材Ｗの溶滴発生位置（アーク交点）Ｏ
に挟んで、それぞれが平面状のジェットエアー31、31を
形成する一対のノズル口29、29を配置し、両ジェットエ
アー31、31の厚み中心線A1が溶材Ｗの溶滴発生位置（ア
ーク交点）Ｏより前方位置の溶射中心軸Ｑに向かって傾
斜し、且つ、両ジェットエアー31、31の幅方向中心線A
2、A2が溶射中心軸Ｑに対して互いに逆向きに傾斜し
て、両ジェットエアー31、31がその一部を収束しつつ交
差するよう両ノズル口29、29を指向させることとしたも
ので、アーク溶射装置及びガス溶射装置のいずれにも適
用可能である。

（ホ）作用 両ジェットエアー31、31の厚み中心線A1を溶射中心軸
Ｑに向かって傾斜し、両ジェットエアー31、31の一部が
収束することにより、Ｖ字状のエアーチャンバが区画さ
れる。このエアーチャンバ内で溶材Ｗをアーク放電若し
くはガス燃焼により溶滴化する。

溶滴はジェットエアー31、31から派生する弱い気流に
よってジェットエアー31、31内に送込まれ、そこで微細
化され同時に冷却される。このとき、各ジェットエアー
31、31は逆向きに傾斜し、その一部を収束しつつ交差し
ている。そのため、溶滴は前記収束部Ｒより前方の集合
気流32と、両ジェットエアー31、31の収束せず交差する
交差気流36からなる気流中で微細化され分散する。その
結果、母材表面においては、第３図に示すような長円な
いしは楕円状の溶射パターンP1を呈し、そのパターン面
積を従来溶射パターンP2の2.5ないし３倍強にまで拡大
できることとなった。

（ヘ）実施例 第１図乃至第８図はこの発明をアーク溶射装置に適用
した第１実施例を示す。第４図に於いて、アーク溶射装
置は丸線状の溶材Ｗを用いてアーク溶射を行うものであ
って、角箱状のケース１内を溶材Ｗが上下平行姿勢で通
過するよう溶材経路を設定し、ケース１の内部中央に溶
材送り機構２を設け、ケース１の前端外面にアトマイジ
ング用の圧縮空気を噴き出すノズル３を配置している。

第５図において、ケース１は、一側面が開口する金属
製のケース本体４と、ケース本体４の前後端に固定され
る絶縁ブロック５、６と、前記開口をヒンジ７を介して
揺動開閉する蓋８と、前側の絶縁ブロック５の前面を覆
うノズル３用のブラケット９などで構成されている。蓋
８はラッチ10によって閉じ姿勢が維持されており、ラッ
チ10をばね11に抗してスライド操作すると、容易に開く
ことができる。また、ブラケット９は、ねじ12を緩める
ことにより絶縁ブロック５から取外すことができ、ノズ
ル３の交換を行うのに都合が良い。

溶材Ｗを送給案内するために、後側の絶縁ブロック６
に上下一対のガイド管14を固定し、これらガイド管14に
対応して前側の絶縁ブロック５に送給穴15を通設する。
さらに、各送給穴15に連続して端子16を設け、端子16の
前面にアークガイド管17を捩込み固定している。両端子
16には、それぞれ給電線が接続され、その一方にプラス
電流が印加され、他方にマイナス電流が印加される。

第４図に示すように、上下のアークガイド管17は、そ
れぞれの突端が上下に接近する傾斜姿勢で配置してあ
り、上下の溶材Ｗをノズル３の前方外面のアーク交点Ｏ
に向かって変向案内する。この変向時に、溶材Ｗがアー
クガイド管17の内壁に圧接して、アーク電流の印加を確
実を確実なものとしている。

溶材送り機構２は、前側の絶縁ブロック５とガイド管
14との間に配置され、上下の溶材Ｗをケース前方に向か
って同時に送り操作する。第４図及び第５図において、
溶材送り機構２は、ケース本体４の上下壁で回転自在に
支持される駆動ローラ18と、溶材Ｗを駆動ローラ18に押
付ける押えローラ19と、駆動ローラ18を一組のギヤ20を
介して回転駆動するモータ21などで構成する。

駆動ローラ18は、ローラ軸22に絶縁ローラ23を固定し
て形成する。絶縁ローラ23の上下２箇所には、断面Ｖ形
の金属リング24が固定されており、このリング24と押え
ローラ19で溶材Ｗを挟み、強制的に送り駆動する。スリ
ップ防止のために、金属リング24の周面にはローレット
加工が施されている。

押えローラ19も駆動ローラ18と同様に絶縁体で形成さ
れ、各絶縁ローラ23に対応して上下に配置される。押え
ローラ19はばね腕25の一端に回転自在に支持されてお
り、ばね腕25の弾性力によって駆動ローラ18に圧接付勢
されている。ばね腕25の基端は蓋８の内面に固定してあ
る。

第４図に示すように、モータ21はケース１の下面に固
定したグリップ26内に収められており、図外のスイッチ
をオン操作すると起動し、その回転動力をギヤ20を介し
て駆動ローラ18に伝える。

ノズル３は上下に長い中空箱状に形成され、その上半
部の左右中央にアークガイド管17を避ける凹部28を設
け、この凹部28で区分された左右の前端壁のそれぞれに
ノズル口29を開口したものである。30はエアホースを接
続するための継手である。

ノズル口29は、上下の直線列を形成する一群の小孔29
aで構成され、ジェットエアーは噴出後合流してそれぞ
れが断面Ｉ形の平面状のジェットエアー31、31を形成す
る。ジェットエアー31の噴出方向は、その厚み中心線A1
が溶材Ｗのアーク交点Ｏ（溶滴発生位置）より前方位置
の溶射中心軸Ｑに向かって傾斜するよう指向され、しか
も、第７図及び第８図に示すように両ジェットエアー3
1、31の幅方向中心線A2、A2が溶射中心軸Ｑに対して互
いに逆向きに傾斜して、両ジェットエアー31、31がその
一部を収束しつつ交差する（第１図）よう指向されてい
る。ここで、前記厚み中心線A1が挟む角度θ１は、その
角度は問わぬが、12ないし24度の角度範囲に設定するこ
とが好ましい。また、幅方向中心線A2の傾き角度θ２は
収束部Ｒを持ち且つ交差するものであればその角度は問
わぬが、５ないし40度の角度範囲に設定することが好ま
しい。

小孔29aの開口数を少なくし、空気消費量を低減する
ために、左右のノズル口29の上下高さ位置は、幅方向中
心線A2の傾斜方向に関連して上下にずらしてある。詳し
くは、第６図に示すように、図に向かって左方のノズル
口29を溶射中心軸Ｑに対してわずかに上方に偏寄させ、
右方のノズル口29を逆に下方へ偏寄させている。

左右のノズル口29、29から噴出されるジェットエアー
31、31によって平面視でＶ字形のエアーカーテンが形成
され、その内部にエアーチャンバが区画される。溶材Ｗ
を溶滴化する溶材Ｗのアーク交点Ｏは、エアーチャンバ
内の前後方向中央付近の溶射中心軸Ｑ上に設定される。
第２図中、符号32はジェットエアー31の収束部Ｒより前
方に形成される集合気流である。

以上のように構成されたノズル３を用いてアーク溶射
を行うと、溶材Ｗの溶滴は集合気流32と収束せずに交差
する交差気流36からなる気流圏中で微細化・分散し、第
３図に示すように、長円状の溶射パターンP1が得られ
た。この溶射パターンP1の短軸長さは、従来装置による
溶射パターンP2の直径Ｄとほぼ同じで、長軸長さＬは前
記直径Ｄのおよそ３倍に達した。このことは、同一量の
溶滴がより広い範囲に分散したことを意味しており、実
際の溶射パターンP1においても膜厚が面方向に一様であ
ることが確認された。なお、溶射パターンP1の長軸は、
溶射装置の上下中心軸に対して、角度αだけ傾いてお
り、これは、ジェットエアー31の軸方向中心線A2が傾き
を有し、交差後の気流が一方向に捻られるためであると
思われる。

第９図および第10図は、それぞれ小孔29aの配置パタ
ーンの第２実施例と第３実施例を示す。第９図に示す第
２実施例では、左右のノズル口29、29の上下高さ位置を
一致させて、両ノズル口29、29を対称に配置した。ま
た、第10図に示す第３実施例では、第１実施例で説明し
たノズル口29、29に加え、その外側に補助ノズル口34を
設けるようにした。

上記以外に、ノズル口29は、第11A・Ｂ図および第12A
・Ｂ図の第４実施例および第５実施例のように一連の溝
状に形成してもよい。この時、ノズル３内のエアー槽35
は傾斜して設ける必要があり、そうすると両ノズル口2
9、29より形成されるジェットエアー31、31に、第１実
施例のジェットエアーと同様の指向性を持たせることが
できる。この溝状ノズル口29にすると、大量のノズルエ
アーの供給が可能となり超大型溶射機にも適用できる。
尚、図に示される如く、第11A・Ｂ図の第４実施例は一
対のノズル３、３を組み合わせて用いたもので、第12A
図・Ｂ図の第５実施例は一個のノズル３に一対のノズル
口29,29を設けたものである。

ジェットエアー31の幅方向中心線A2の傾き角は、左右
で違っていてもよい。

溶材Ｗは帯状でもよく、この場合は溶材Ｗの長手方向
に沿ってジェットエアー31を噴出する。

（ヘ）発明の効果 以上説明したように、この発明の溶射装置では、一対
のノズル口29、29から平面状のジェットエアー31、31を
噴出し、両ジェットエアー31、31で囲まれるエアーチャ
ンバ内で溶材の溶融を行うようにし、このときジェット
エアー31、31の幅方向中心線A2が互いに逆向きに傾斜す
るようノズル口29、29を斜めに指向させた。これによ
り、アトマイジング時に溶滴はジェットエアーの気流内
で分散し、長円ないし楕円状の広幅の溶射パターンP1が
得られ、そのパターン面積を従来パターンに比べて数倍
に拡大することができた。

従って、本発明の溶射装置によれば、溶射被膜を能率
良く短時間で形成でき、成膜作業の生産性を著しく向上
することができる。とくに、母材面積が大きな場合で
も、表面状態が悪化するまでに一気に溶射被膜を形成す
ることができる。また、溶射被膜の面方向の膜厚が均一
化されるので、被膜品質を格段に向上でき、その保護性
能にばらつきが生じることを解消して、信頼性を向上で
きる。厚膜部が形成されないので、局部的な熱の集中に
よる被膜の剥離も一掃できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図はこの発明に係る溶射装置の実施例
を示し、第１図はジェットエアーの噴出形態を原理的に
示す側面図、、第２図はその平面図、第３図は溶射パタ
ーンを示す正面図、第４図は溶射装置の縦断側面図、第
５図は第４図におけるＶ−Ｖ線断面図、第６図は溶射装
置の正面図、第７図および第８図は、それぞれ第６図に
おけるVII−VII線およびVIII−VIII線に沿う断面図であ
る。 第９図および第10図は、それぞれノズルの第２実施例と
第３実施例を示す正面図である。 第11A図および第11B図は、ノズルの第４実施例を示し、
第11A図は正面図、第11B図は側面図である。 第12A図および第12B図は、ノズルの第５実施例を示し、
第12A図は正面図、第12B図は側面図である。 ３……ノズル、29……ノズル口、31……ジェットエア
ー、32……集合気流、36……交差気流、Ｗ……溶材、Ｏ
……溶滴発生位置（アーク交点）、Ｑ……溶射中心軸、
P1……溶射パターン、A1……厚み中心線、A2……幅方向
中心線

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶材Ｗの溶滴発生位置Ｏを間に挟んで、そ
   れぞれが平面状のジェットエアー31、31を形成する一対
   のノズル口29、29を配置し、 両ジェットエアー31、31の厚み中心線A1が溶材Ｗの溶滴
   発生位置Ｏより前方位置の溶射中心軸Ｑに向かって傾斜
   し、且つ、両ジェットエアー31、31の幅方向中心線A2、
   A2が溶射中心軸Ｑに対して互いに逆向きに傾斜して、両
   ジェットエアー31、31がその一部を収束しつつ交差する
   よう両ノズル口29、29を指向させたことを特徴とする溶
   射装置。