JP4064712B2 - アーク溶射トーチ用ヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はアーク溶射トーチ用ヘッドに関し、詳細には、長いステム部の先端に傾斜させて取り付けられており、溶射材の溶融領域に向けて主エアーを吹き付けるとともにその主エアーの吹き付け方向に傾斜させて或いはほぼ直角に補助エアーを吹き付けることにより溶射処理の困難な箇所への溶射を可能にしたアーク溶射トーチ用ヘッドに関する。
【０００２】
【従来技術】
耐摩耗性或いはその他の特性を有する溶射材を放電によるアークで溶融させてその溶融した溶射材を基材である金属の表面にエアージェットで吹き付けて溶着させ、その金属の耐摩耗性、その他の特性を改善するために、アーク溶射トーチが従来から使用されている。かかるアーク溶射トーチは、可撓性を有する線状或いは棒状の一対の溶射材を対の溶射材ガイドでそれぞれ案内して溶融領域において溶射材の先端を互いに接近させ、その先端間でアークを発生させてアークにより溶射材を溶融させ、その溶融された溶射材をエアージェットで金属表面に吹き付けて溶着させるようになっている。このようなアーク溶射トーチのなかには長いステム部の一端にヘッドが配置されかつ他端に操作部が配置されて、他の溶融溶射方法では施工不可能な箇所でも溶射を可能にした溶射ヘッドがある。
【０００３】
このような長いステム部を有するアーク溶射トーチの従来の一つの例としては、図１ないし図３に示されるように、アーク溶射トーチａのステム部ｂの一端（図１で右端）に取り付けられた操作部ｃと、他端に取り付けられたヘッドｄとを備え、ヘッドｄは、ヘッド本体ｅの前壁に前方に突出させて取りつけられた一対の溶射材ガイドｆと、溶射材ガイドｆの間において前壁から前方に突出させて取り付けられていて前方にジェットエアーを吹き付けるノズルｇと、を備え、操作部ｃの後部から取り込んでステム部内を通してヘッド内の送り機構により送られてきた対の線状の溶射材ｍを対応する溶射材ガイド内に通してその先端から送り出し、溶射材に図示しない通電電極を介して通電して溶射材先端間で放電させ、放電アークにより溶射材を溶融させてジェットエアーでその溶融した溶射材を所望の金属表面に溶着させるようになっている。
【０００４】
また、長いステム部を有するアーク溶射トーチの従来の他の例としては、ステム部とヘッドとは前記例と同じに一直線状になっていて、ヘッドｈのノズルｊが、図４に示されるように、一対の溶射材ガイドｋを含む面から片寄って（図４で上方に片寄って）ヘッド本体ｌに取り付けられていて、溶融した溶射材を、ステムの長手方向したがってヘッドの軸線にほぼ直角な方向に吹き付けて溶着させる構造のものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の前者のアーク溶射トーチでは、ノズルｇからのジェットエアーの吹き出し方向がステム部ｂの軸線に沿った方向と同じであるため、例えば、フランシス式水車の羽根車の流路の内部のように、狭く外部から溶射し難い箇所では、被溶射面すなわち施工面に対して溶射材の吹き付け方向が斜めに、しかも小さい角度になるため、溶射材を施工面に適切に溶着させることが出来ない問題がある。また、従来の後者の溶射トーチでは、エアーを溶射材の送り出し方向に対して垂直に当てるので、溶融した溶射材の粒子の加速スピードが低く、また粒子の大きさが不均一になり、その結果皮膜の基材に対する密着力が低く、粒子間の結合が弱く、また皮膜の緻密性に欠け、気孔率が大きいなどの品質面での問題があった。また、基材ｐに溶着された溶射材の皮膜ｎは、図５に示されるように、片寄ってしまう問題もある。
内面用のアーク溶射方法としては、これら従来のアーク溶射トーチを使用するしか手段はなく、皮膜品質を犠牲にして対処せざるを得ないのが現状であり、アーク溶射トーチの改良が望まれている。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、狭く奥まった施工面へも適切な吹き付け角度で溶融した溶射材を吹き付けて溶着させることのできるアーク溶射トーチ用ヘッドを提供することである。
本発明が解決しようとする他の課題は、溶射材の吹き付け方向をアーク溶射トーチの長いステム部の軸線に関して斜めに傾斜させることにより施工面に適切な角度で吹き付けることのできるアーク溶射トーチ用ヘッドを提供することである。
本発明が解決しようとする別の課題は、溶融した溶射材の吹きつけを主エアーと補助エアーとで行うことによって高速で吹き付け可能にすると共に補助エアーの圧力を調節する事によって吹き付け方向の調節も可能にしたアーク溶射トーチ用ヘッドを提供することである。
【０００７】
［課題を解決するための手段］
本願の発明は、ヘッド本体に前方に向けて取り付けられ、可撓性の線状の溶射材を中に通して案内する一対の溶射材ガイドと、前記対の溶射材ガイドの間において前記ヘッド本体に取り付けられ、前記溶射材の溶融領域に向けてエアーを吹き出す主エアーノズルと、補助エアーを前記溶融領域に向けて吹き出す補助エアーノズルとを備えたアーク溶射トーチ用ヘッドにおいて、前記補助エアーノズルによる補助エアーの吹き出し方向を前記主エアーノズルによる主エアーの吹き出し方向に対して傾斜させ、前記補助エアーを前記溶融領域に向けて吹き付け、開閉機能を有する流量調整弁を前記補助エアーノズルとエアー供給源との間に接続し、前記溶射材の吹き付け方向を前記主エアーの吹き出し方向に対して角度を付けかつ前記補助エアーの吹き出し量を調節することによって変更するように構成されている。
前記アーク溶射トーチ用ヘッドにおいて、ヘッド本体が、軸方向に伸びるアーク溶射トーチのステム部の先端に、前記主エアーの吹き出し方向が前記ステム部の軸線に関して所望の角度で傾斜するように、取り付けられてもよい。また、アーク溶射トーチヘッドにおいて、前記対の溶射材ガイド、主エアーノズル及び補助エアーノズルが前記ヘッド本体の前壁から前方に突出させて取り付けられ、前記対の溶射ガイドの少なくとも出口部分が前記主エアーの吹き出し方向に対して傾斜され、前記溶射材ガイド、主エアーノズル及び補助エアーノズルが前記溶射材の溶射方向のみ開口するカバーで被われていてもよい。更に、前記ヘッド本体には、前記溶射材ガイドにより案内される溶射材を挟んで送り出す対の送りローラ及び前記対の送りローラの一つのローラを回転するモータを有する送り機構を設けてもよい。
【０００８】
本願の他の発明は、ヘッド本体に前方に向けて取り付けられ、可撓性の線状の溶射材を中に通して案内する一対の溶射材ガイドと、前記対の溶射材ガイドの間において前記ヘッド本体に取り付けられ、前記溶射材の溶融領域に向けてエアーを吹き出す主エアーノズルと、補助エアーを吹き出す補助エアーノズルとを備えたアーク溶射トーチ用ヘッドにおいて、前記ヘッド本体には、前記補助エアーノズルからの補助エアーを前記溶融領域に案内するエアー通路を画成するエアーキャップを取り付け、一対の補助エアーノズルの各々とエアー供給源との間に開閉機能を有する流量調整弁を接続し、前記溶射材は主エアーの吹き付け方向に吹き飛ばされ、前記エアーキャップにより画成されたエアー通路を介して吹き付けられる直径方向両方向からの補助エアーの吹き付け量を調整することによって溶射材の吹き付け角度を調整するように構成されている。
前記アーク溶射トーチ用ヘッドにおいて、前記ヘッド本体が、軸方向に伸びるアーク溶射トーチのステム部の先端に、前記主エアーの吹き出し方向が前記ステム部の軸線に関して所望の角度で傾斜するように、取り付けられ、前記溶射材を案内する合成樹脂材の案内管が前記ヘッド本体の後部から前記ステム部の外部に導出されていてもよい。更に、前記ヘッド本体には、前記溶射材ガイドにより案内される溶射材を挟んで送り出す対の送りローラ及び前記対の送りローラの一つのローラを回転するモータを有する送り機構を設けてもよい。
本願の更に別の発明は、上記アーク溶射トーチ用ヘッドを用いて、溶融した溶射材を吹き付けて表面に溶着させた羽根車にある。
【０００９】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明によるアーク溶射トーチ用ヘッドの実施形態について説明する。
図６ないし８において、本実施形態によるヘッド１０又は１０ａを備えたアーク溶射トーチ１又は１ａが示されている。アーク溶射トーチ１又は１ａは、人が手で把持して溶射トーチを操作する操作部２と、その操作部２に接続されている長いステム部３と、そのステム部３の先端に取りつけられたヘッド１０又は１０ａとで構成されている。操作部２には手で把持するハンドル４と、アーク溶射トーチを操作するスイッチ等の機器が設けられている。そして溶射材に電圧を印可するコード及び空気導管は操作部の後部から操作部内に導入されている。ヘッド１０又は１０ａは、その軸線Ｏ′−Ｏ′がステム部の軸線Ｏ−Ｏに関して所望の角度θで傾斜されている。この実施形態では、ヘッドのこの傾斜角度θは略３５°で示されているが、被溶射対象の形状によって、溶射し易い角度を採用し、その傾斜角度でステム部とヘッドとを固定すればよい。
【００１０】
一つの実施形態によるヘッド１０は、ステム部３に固定されたヘッド本体１１を備えている。ヘッド本体は前壁１２と、前壁１２に固定された支持体１３と、前壁１２及び支持体１３に固定された筒状の外殻体１４とを有している。ヘッド１０は、更に、ヘッド本体１１の前壁１２にヘッドの軸線Ｏ′−Ｏ′を間に挟んで配置され公知の方法で固定されている一対の溶射材ガイド２１と、軸線Ｏ′−Ｏ′を中心として配置され、公知の方法で固定された主エアーノズル３１と、軸線及び一対の溶射ガイドを含む平面に関して略垂直で軸線を含む平面内に配置されていて前壁１２に公知の方法で固定された補助エアーノズル４１とを備えている。各溶射材ガイド２１には中心に貫通する穴２２が形成され、その中に可撓性の棒状又は線状の溶射材を通して案内するようになっている。各溶射材ガイド２１は、前壁１２から前方（図７で左側）に突出させて、前壁に固定されている。この実施形態の溶射材ガイドは先端側が湾曲状に曲がっていて、図８に示されるように穴の先端が軸線Ｏ′−Ｏ′上の一点を向くようにして、前壁に固定されている。各溶射材ガイド２１の後端（図７及び図８で右端）は、ヘッド本体１１の支持体１３に固定されている、例えばテフロン（登録商標）のような、合成樹脂材製のガイドチューブ２４の先端と整合されているが、その先端とは隔てられている。ガイドチューブ２４はステム部３内を通して操作部２内に伸びている。溶射材ガイドは、先端部を図示のように湾曲状に曲げずに直線状につくり、前壁への固定を傾斜させてもよい。また、この実施形態では主エアーノズル３１の中心をヘッド１０の軸線Ｏ′−Ｏ′に一致させてあるが、軸線からずらせてもよい。この場合でも主エアーノズルは一対の溶射材ガイドの間に配置するのが好ましい。したがって、この場合、主エアーノズル及び溶射材ガイドの軸線を含む面は軸線から片寄っている。なお、溶射材ガイドの合成樹脂製のガイドチューブ２４の外面を、例えばフレキシブル管のような耐熱性を有する部材で保護すれば、ヘッド本体１１の後部に開口１５を形成し、ガイドチューブを、破線図示のガイドチューブ２４′のように、開口１５を通してヘッド１０の外に導出してもよい。
【００１１】
主エアーノズル３１の中心には貫通するノズル穴３２が形成されている。ノズル穴３２の先端は軸線Ｏ′−Ｏ′に沿って向かっていて、主エアーをジェット状に軸線上で吹き付けるようになっている。主エアーノズル３１の後端には空気供給管３３がコネクタ３４を介して接続されている。この空気供給管３３はステム部３内を通して操作部２内に至り、操作部内又は外部に設けられた開閉弁（図示せず）に接続されている。補助エアーノズル４１の中心には貫通するノズル穴４２が形成されている。ノズル穴４２の先端４３はヘッドの軸線Ｏ′−Ｏ′上の一点に向かって開口し、その点に補助エアーをジェット状に吹き付けるようになっている。この点は後述するように一対の溶射材がアーク放電により溶融する領域の略中心の点である。補助エアーノズル４１の後端には空気供給管４４がコネクタ４５を介して接続されている。この空気供給管４４もステム部３内を通して操作部２内に至り、操作部内又は外部に設けられた開閉機能付き流量調整弁（図示せず）に接続されている。それら開閉弁及び流量調整弁は図示しないエアー供給源に接続されている。
【００１２】
線状の溶射材を送り出す主送り機構は、図示しないが、前記操作部２内に設けられているが、溶射材の送り出しをより安定させたい場合には、図７及び図８に示されるように、ヘッド１０内に更に、副送り機構５１を設けても良い。この副送り機構は、各溶射材ガイド２１の入口直前において、支持体１３に回転可能に支持された設けられた一対の送りローラ５２及び５３を有している。一方の送りローラ５２は支持体１３に取りつけられた駆動モータ５５によって回転される駆動ローラであり、他方の送りローラ５３は送りローラ５２側に弾圧されている遊びローラである。この一対の送りローラ５２及び５３によって溶射材ｍを挟んで所定の速度で溶射材ガイド側に送る。なお、溶射材の送り機構は、操作部２内に設けられたもののみにしても、或いはヘッド内にのみ送り機構を設けて操作部には設けないようにしても良い。また、図示していないが各溶射材に電圧を印可する給電機構もヘッド内には設けられている。ヘッド本体の前方（図７で左側）には溶射材ガイド、主エアーノズル及び補助エアーノズルを被うカバー６１が取り付けられている。カバー６１は溶射材を吹き付ける側に開口６２が形成されている。
【００１３】
上記構成のヘッド１０を備えたアーク溶射トーチ１を使用して溶射を行う場合には、溶射すべき基材表面に対してヘッド１０を向けかつアーク溶射トーチのステム部が基材表面にほぼ平行になるようにするヘッドの補助ノズルの向きをほぼ一致させる。そして対の溶射材ｍに電圧を印可してその先端間でアーク放電を行わせて溶射材をアークにより溶融させると共に溶融した溶射材を主エアーノズル３１からの主エアーで軸線Ｏ−Ｏに沿った方向に吹き付けると共に補助エアーノズル４１からの補助エアーでノズルの吹き出し方向（線Ｘ―Ｘに沿った方向）に吹き付ける。これにより線Ｘ−Ｘにほぼ直角になっている被溶着面に溶射材を溶着させる。そして、主エアーノズルからの主エアーの吹き出し量に対して補助エアーノズルからの補助エアーの吹き出し量を調節することによって、線Ｘ−Ｘに対する溶射材の吹き付け方向を変更できる。また、主エアーノズルからのジェットエアーと補助エアーノズルからのジェットエアーによって吹き付けられるので溶融した溶射材の粒子速度が高められ、溶射材の基材すなわち被表面処理材料に対する密着力が向上しかつ粒子間結合力が向上し、更に、皮膜内の気孔率が小さくなって緻密性が向上し、皮膜の高品質化、耐エロージョン、耐食性等に優れた皮膜を形成できる。
線Ｘ−Ｘがヘッドの軸線Ｏ′−Ｏ′に対してδで傾斜しているとすると、ステム部２の軸線Ｏ−Ｏに関してθ＋δだけ傾斜していることになり、ステム部を長くして狭い奥まった表面に溶射材を溶着させる場合でも溶射皮膜を均一に形成することが可能となる。
【００１４】
図９及び図１０において、本発明によるアーク溶射トーチ用ヘッドの他の実施形態が１０ａで示されている。この実施形態のヘッド本体１１、溶射材ガイド２１、主エアーノズル３１及び副送り機構５１は前記実施例と構造及び機能が同じであるから同じ参照番号を付して示し、説明は省略する。もちろん、前の実施形態と同じように、溶射材ガイド２１をヘッド本体の後部から外に導出しても良く、また、副送り機構を省略しても或いは操作部の主送り機構を省略してヘッド内に設けられた副送り機構で代えてもよい。
この実施形態のアーク溶射トーチ用ヘッド１０ａは、主エアーノズル３１に上下に隔てて前壁１２に取り付けられた一対の補助エアーノズル４１ａを備えている。この補助エアーノズルは、図示のように前方に突出することなく、ノズル穴４２ａは軸線Ｏ′−Ｏ′に沿って真っ直ぐに前方に開口している。各補助エアーノズル４１ａの後端には空気供給管４４ａがコネクタ４５ａを介して接続されている。この空気供給管４４ａもステム部３内を通して操作部２内に至り、操作部内又は外部に設けられた開閉機能付き流量調整弁に接続されている。それら開閉弁及び流量調整弁は図示しないエアー供給源に接続されている。
【００１５】
この実施形態のアーク溶射トーチヘッド１０ａは、ヘッド本体の前方（図９で左側）に取り付けられたカバー６１ａの前端（図９で左端）に取り付けられたエアーキャップ７１ａを備えている。このエアーキャップ７１ａは、環状の外側プレート７２ａと、その外側プレートと同心状に配置された環状の内側プレート７３ａとを備え、それらの間で環状のエアー通路７４ａを画成している。外側プレート７２ａは主エアーノズル３１の軸線、したがってこの実施形態ではヘッドの軸線Ｏ′−Ｏ′と同心状にカバー６１ａに固定され、内側プレート７３ａは複数の仕切り部材（図示せず）を介して外側プレートに固定されている。エアー通路７４ａの内側端７５ａは、補助エアーノズルから吹き出されたジェットエアーを有効に導入できるように先広がり（補助エアーノズルに向かって広がる）になっている。エアー通路７４ａは、仕切り部材により上側（図９において）の補助エアーノズルに対する通路と下側の補助エアーノズルに対する通路とに分けられ、溶射材の溶融領域に軸線Ｏ′−Ｏ′を中心とする直径方向両側から吹き付けることができるようになっている。
【００１６】
上記構成のヘッド１０ａを備えたアーク溶射トーチ１ａを使用して溶射を行う場合にも、溶射材ｍに電圧を印可してその先端間でアーク放電を行わせて溶射材をアークにより溶融させると共に溶融した溶射材を主エアーノズル３１からの主エアーで軸線Ｏ′−Ｏ′に沿った方向に吹き付ける点は、前記実施形態と同じである。しかし、この実施形態では、エアーキャップ７１ａの作用により、補助エアーノズル４１ａから吹き出された補助のエアーを主エアー吹き付け方向に対して略直角に吹き付けることになる。したがって、この実施形態では溶融した溶射材は主エアーの吹き付け方向に吹き飛ばされることになるが、直径方向両方向からの吹き付け量を調整することによって溶射材の吹き付け角度を調整することができる。また、主エアーノズルからのジェットエアーと補助エアーノズルからのジェットエアーによって吹き付けられるので溶融した溶射材の粒子速度が高められ、溶着材の基材すなわち被表面処理材料に対する密着力が向上し、粒子間結合力が向上し、皮膜内の気孔率が小さくなって緻密性が向上し、皮膜の高品質化、耐エロージョン、耐食性等に優れた皮膜を形成できる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（イ）補助エアーノズルからの補助エアーの流量を調節することにより溶射材の吹き付け方向を変更できるので、狭隘な奥まった箇所の溶射も可能になる。
（ロ）溶融した溶射材に主エアーと補助エアーとを吹き付けることにより、溶射材の粒子を微細化させかつ高速で被溶射面である基材の表面に吹き付けることができるので溶射材を確実に溶着させることができる。
（ハ）溶着材の基材に対する密着力を向上させて粒子間結合力を向上させることが可能である。
（ニ）皮膜内の気孔率を小さくさせて緻密性を向上でき、皮膜の高品質化を図れる。
（ホ）耐エロージョン、耐食性等に優れた皮膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の長いステム部を有する溶射トーチの概略図である。
【図２】図１の従来のアーク溶射トーチのヘッドの先端部の拡大概略側面図である。
【図３】図２のアーク溶射トーチのヘッドの概略平面図である。
【図４】従来のアーク溶射トーチのヘッドの他の例を示す概略側面図である。
【図５】図４に示すヘッドを有するアーク溶射トーチで溶射処理を行った場合の溶射材の皮膜の状態を説明する図である。
【図６】本発明によるヘッドを備えたアーク溶射トーチの概略図である。
【図７】図６のアーク溶射トーチのヘッドの拡大断面図である。
【図８】図７の線Ａ−Ａに沿って見た断面図である。
【図９】本発明のヘッドの他の実施形態の断面図である。
【図１０】図９の線Ｂ−Ｂに沿って見た断面図である。
【符号の説明】
１、１ａ アーク溶射トーチ ２ ステム部
３ 操作部
１０、１０ａ ヘッド
１１ ヘッド本体 ２１ 溶射材ガイド
３１ 主エアーノズル
４１、４１ａ 補助エアーノズル ５１ 送り機構
６１、６１ａ カバー
７１ エアーキャップ
【産業上の利用分野】
本発明はアーク溶射トーチ用ヘッドに関し、詳細には、長いステム部の先端に傾斜させて取り付けられており、溶射材の溶融領域に向けて主エアーを吹き付けるとともにその主エアーの吹き付け方向に傾斜させて或いはほぼ直角に補助エアーを吹き付けることにより溶射処理の困難な箇所への溶射を可能にしたアーク溶射トーチ用ヘッドに関する。
【０００２】
【従来技術】
耐摩耗性或いはその他の特性を有する溶射材を放電によるアークで溶融させてその溶融した溶射材を基材である金属の表面にエアージェットで吹き付けて溶着させ、その金属の耐摩耗性、その他の特性を改善するために、アーク溶射トーチが従来から使用されている。かかるアーク溶射トーチは、可撓性を有する線状或いは棒状の一対の溶射材を対の溶射材ガイドでそれぞれ案内して溶融領域において溶射材の先端を互いに接近させ、その先端間でアークを発生させてアークにより溶射材を溶融させ、その溶融された溶射材をエアージェットで金属表面に吹き付けて溶着させるようになっている。このようなアーク溶射トーチのなかには長いステム部の一端にヘッドが配置されかつ他端に操作部が配置されて、他の溶融溶射方法では施工不可能な箇所でも溶射を可能にした溶射ヘッドがある。
【０００３】
このような長いステム部を有するアーク溶射トーチの従来の一つの例としては、図１ないし図３に示されるように、アーク溶射トーチａのステム部ｂの一端（図１で右端）に取り付けられた操作部ｃと、他端に取り付けられたヘッドｄとを備え、ヘッドｄは、ヘッド本体ｅの前壁に前方に突出させて取りつけられた一対の溶射材ガイドｆと、溶射材ガイドｆの間において前壁から前方に突出させて取り付けられていて前方にジェットエアーを吹き付けるノズルｇと、を備え、操作部ｃの後部から取り込んでステム部内を通してヘッド内の送り機構により送られてきた対の線状の溶射材ｍを対応する溶射材ガイド内に通してその先端から送り出し、溶射材に図示しない通電電極を介して通電して溶射材先端間で放電させ、放電アークにより溶射材を溶融させてジェットエアーでその溶融した溶射材を所望の金属表面に溶着させるようになっている。
【０００４】
また、長いステム部を有するアーク溶射トーチの従来の他の例としては、ステム部とヘッドとは前記例と同じに一直線状になっていて、ヘッドｈのノズルｊが、図４に示されるように、一対の溶射材ガイドｋを含む面から片寄って（図４で上方に片寄って）ヘッド本体ｌに取り付けられていて、溶融した溶射材を、ステムの長手方向したがってヘッドの軸線にほぼ直角な方向に吹き付けて溶着させる構造のものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の前者のアーク溶射トーチでは、ノズルｇからのジェットエアーの吹き出し方向がステム部ｂの軸線に沿った方向と同じであるため、例えば、フランシス式水車の羽根車の流路の内部のように、狭く外部から溶射し難い箇所では、被溶射面すなわち施工面に対して溶射材の吹き付け方向が斜めに、しかも小さい角度になるため、溶射材を施工面に適切に溶着させることが出来ない問題がある。また、従来の後者の溶射トーチでは、エアーを溶射材の送り出し方向に対して垂直に当てるので、溶融した溶射材の粒子の加速スピードが低く、また粒子の大きさが不均一になり、その結果皮膜の基材に対する密着力が低く、粒子間の結合が弱く、また皮膜の緻密性に欠け、気孔率が大きいなどの品質面での問題があった。また、基材ｐに溶着された溶射材の皮膜ｎは、図５に示されるように、片寄ってしまう問題もある。
内面用のアーク溶射方法としては、これら従来のアーク溶射トーチを使用するしか手段はなく、皮膜品質を犠牲にして対処せざるを得ないのが現状であり、アーク溶射トーチの改良が望まれている。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、狭く奥まった施工面へも適切な吹き付け角度で溶融した溶射材を吹き付けて溶着させることのできるアーク溶射トーチ用ヘッドを提供することである。
本発明が解決しようとする他の課題は、溶射材の吹き付け方向をアーク溶射トーチの長いステム部の軸線に関して斜めに傾斜させることにより施工面に適切な角度で吹き付けることのできるアーク溶射トーチ用ヘッドを提供することである。
本発明が解決しようとする別の課題は、溶融した溶射材の吹きつけを主エアーと補助エアーとで行うことによって高速で吹き付け可能にすると共に補助エアーの圧力を調節する事によって吹き付け方向の調節も可能にしたアーク溶射トーチ用ヘッドを提供することである。
【０００７】
［課題を解決するための手段］
本願の発明は、ヘッド本体に前方に向けて取り付けられ、可撓性の線状の溶射材を中に通して案内する一対の溶射材ガイドと、前記対の溶射材ガイドの間において前記ヘッド本体に取り付けられ、前記溶射材の溶融領域に向けてエアーを吹き出す主エアーノズルと、補助エアーを前記溶融領域に向けて吹き出す補助エアーノズルとを備えたアーク溶射トーチ用ヘッドにおいて、前記補助エアーノズルによる補助エアーの吹き出し方向を前記主エアーノズルによる主エアーの吹き出し方向に対して傾斜させ、前記補助エアーを前記溶融領域に向けて吹き付け、開閉機能を有する流量調整弁を前記補助エアーノズルとエアー供給源との間に接続し、前記溶射材の吹き付け方向を前記主エアーの吹き出し方向に対して角度を付けかつ前記補助エアーの吹き出し量を調節することによって変更するように構成されている。
前記アーク溶射トーチ用ヘッドにおいて、ヘッド本体が、軸方向に伸びるアーク溶射トーチのステム部の先端に、前記主エアーの吹き出し方向が前記ステム部の軸線に関して所望の角度で傾斜するように、取り付けられてもよい。また、アーク溶射トーチヘッドにおいて、前記対の溶射材ガイド、主エアーノズル及び補助エアーノズルが前記ヘッド本体の前壁から前方に突出させて取り付けられ、前記対の溶射ガイドの少なくとも出口部分が前記主エアーの吹き出し方向に対して傾斜され、前記溶射材ガイド、主エアーノズル及び補助エアーノズルが前記溶射材の溶射方向のみ開口するカバーで被われていてもよい。更に、前記ヘッド本体には、前記溶射材ガイドにより案内される溶射材を挟んで送り出す対の送りローラ及び前記対の送りローラの一つのローラを回転するモータを有する送り機構を設けてもよい。
【０００８】
本願の他の発明は、ヘッド本体に前方に向けて取り付けられ、可撓性の線状の溶射材を中に通して案内する一対の溶射材ガイドと、前記対の溶射材ガイドの間において前記ヘッド本体に取り付けられ、前記溶射材の溶融領域に向けてエアーを吹き出す主エアーノズルと、補助エアーを吹き出す補助エアーノズルとを備えたアーク溶射トーチ用ヘッドにおいて、前記ヘッド本体には、前記補助エアーノズルからの補助エアーを前記溶融領域に案内するエアー通路を画成するエアーキャップを取り付け、一対の補助エアーノズルの各々とエアー供給源との間に開閉機能を有する流量調整弁を接続し、前記溶射材は主エアーの吹き付け方向に吹き飛ばされ、前記エアーキャップにより画成されたエアー通路を介して吹き付けられる直径方向両方向からの補助エアーの吹き付け量を調整することによって溶射材の吹き付け角度を調整するように構成されている。
前記アーク溶射トーチ用ヘッドにおいて、前記ヘッド本体が、軸方向に伸びるアーク溶射トーチのステム部の先端に、前記主エアーの吹き出し方向が前記ステム部の軸線に関して所望の角度で傾斜するように、取り付けられ、前記溶射材を案内する合成樹脂材の案内管が前記ヘッド本体の後部から前記ステム部の外部に導出されていてもよい。更に、前記ヘッド本体には、前記溶射材ガイドにより案内される溶射材を挟んで送り出す対の送りローラ及び前記対の送りローラの一つのローラを回転するモータを有する送り機構を設けてもよい。
本願の更に別の発明は、上記アーク溶射トーチ用ヘッドを用いて、溶融した溶射材を吹き付けて表面に溶着させた羽根車にある。
【０００９】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明によるアーク溶射トーチ用ヘッドの実施形態について説明する。
図６ないし８において、本実施形態によるヘッド１０又は１０ａを備えたアーク溶射トーチ１又は１ａが示されている。アーク溶射トーチ１又は１ａは、人が手で把持して溶射トーチを操作する操作部２と、その操作部２に接続されている長いステム部３と、そのステム部３の先端に取りつけられたヘッド１０又は１０ａとで構成されている。操作部２には手で把持するハンドル４と、アーク溶射トーチを操作するスイッチ等の機器が設けられている。そして溶射材に電圧を印可するコード及び空気導管は操作部の後部から操作部内に導入されている。ヘッド１０又は１０ａは、その軸線Ｏ′−Ｏ′がステム部の軸線Ｏ−Ｏに関して所望の角度θで傾斜されている。この実施形態では、ヘッドのこの傾斜角度θは略３５°で示されているが、被溶射対象の形状によって、溶射し易い角度を採用し、その傾斜角度でステム部とヘッドとを固定すればよい。
【００１０】
一つの実施形態によるヘッド１０は、ステム部３に固定されたヘッド本体１１を備えている。ヘッド本体は前壁１２と、前壁１２に固定された支持体１３と、前壁１２及び支持体１３に固定された筒状の外殻体１４とを有している。ヘッド１０は、更に、ヘッド本体１１の前壁１２にヘッドの軸線Ｏ′−Ｏ′を間に挟んで配置され公知の方法で固定されている一対の溶射材ガイド２１と、軸線Ｏ′−Ｏ′を中心として配置され、公知の方法で固定された主エアーノズル３１と、軸線及び一対の溶射ガイドを含む平面に関して略垂直で軸線を含む平面内に配置されていて前壁１２に公知の方法で固定された補助エアーノズル４１とを備えている。各溶射材ガイド２１には中心に貫通する穴２２が形成され、その中に可撓性の棒状又は線状の溶射材を通して案内するようになっている。各溶射材ガイド２１は、前壁１２から前方（図７で左側）に突出させて、前壁に固定されている。この実施形態の溶射材ガイドは先端側が湾曲状に曲がっていて、図８に示されるように穴の先端が軸線Ｏ′−Ｏ′上の一点を向くようにして、前壁に固定されている。各溶射材ガイド２１の後端（図７及び図８で右端）は、ヘッド本体１１の支持体１３に固定されている、例えばテフロン（登録商標）のような、合成樹脂材製のガイドチューブ２４の先端と整合されているが、その先端とは隔てられている。ガイドチューブ２４はステム部３内を通して操作部２内に伸びている。溶射材ガイドは、先端部を図示のように湾曲状に曲げずに直線状につくり、前壁への固定を傾斜させてもよい。また、この実施形態では主エアーノズル３１の中心をヘッド１０の軸線Ｏ′−Ｏ′に一致させてあるが、軸線からずらせてもよい。この場合でも主エアーノズルは一対の溶射材ガイドの間に配置するのが好ましい。したがって、この場合、主エアーノズル及び溶射材ガイドの軸線を含む面は軸線から片寄っている。なお、溶射材ガイドの合成樹脂製のガイドチューブ２４の外面を、例えばフレキシブル管のような耐熱性を有する部材で保護すれば、ヘッド本体１１の後部に開口１５を形成し、ガイドチューブを、破線図示のガイドチューブ２４′のように、開口１５を通してヘッド１０の外に導出してもよい。
【００１１】
主エアーノズル３１の中心には貫通するノズル穴３２が形成されている。ノズル穴３２の先端は軸線Ｏ′−Ｏ′に沿って向かっていて、主エアーをジェット状に軸線上で吹き付けるようになっている。主エアーノズル３１の後端には空気供給管３３がコネクタ３４を介して接続されている。この空気供給管３３はステム部３内を通して操作部２内に至り、操作部内又は外部に設けられた開閉弁（図示せず）に接続されている。補助エアーノズル４１の中心には貫通するノズル穴４２が形成されている。ノズル穴４２の先端４３はヘッドの軸線Ｏ′−Ｏ′上の一点に向かって開口し、その点に補助エアーをジェット状に吹き付けるようになっている。この点は後述するように一対の溶射材がアーク放電により溶融する領域の略中心の点である。補助エアーノズル４１の後端には空気供給管４４がコネクタ４５を介して接続されている。この空気供給管４４もステム部３内を通して操作部２内に至り、操作部内又は外部に設けられた開閉機能付き流量調整弁（図示せず）に接続されている。それら開閉弁及び流量調整弁は図示しないエアー供給源に接続されている。
【００１２】
線状の溶射材を送り出す主送り機構は、図示しないが、前記操作部２内に設けられているが、溶射材の送り出しをより安定させたい場合には、図７及び図８に示されるように、ヘッド１０内に更に、副送り機構５１を設けても良い。この副送り機構は、各溶射材ガイド２１の入口直前において、支持体１３に回転可能に支持された設けられた一対の送りローラ５２及び５３を有している。一方の送りローラ５２は支持体１３に取りつけられた駆動モータ５５によって回転される駆動ローラであり、他方の送りローラ５３は送りローラ５２側に弾圧されている遊びローラである。この一対の送りローラ５２及び５３によって溶射材ｍを挟んで所定の速度で溶射材ガイド側に送る。なお、溶射材の送り機構は、操作部２内に設けられたもののみにしても、或いはヘッド内にのみ送り機構を設けて操作部には設けないようにしても良い。また、図示していないが各溶射材に電圧を印可する給電機構もヘッド内には設けられている。ヘッド本体の前方（図７で左側）には溶射材ガイド、主エアーノズル及び補助エアーノズルを被うカバー６１が取り付けられている。カバー６１は溶射材を吹き付ける側に開口６２が形成されている。
【００１３】
上記構成のヘッド１０を備えたアーク溶射トーチ１を使用して溶射を行う場合には、溶射すべき基材表面に対してヘッド１０を向けかつアーク溶射トーチのステム部が基材表面にほぼ平行になるようにするヘッドの補助ノズルの向きをほぼ一致させる。そして対の溶射材ｍに電圧を印可してその先端間でアーク放電を行わせて溶射材をアークにより溶融させると共に溶融した溶射材を主エアーノズル３１からの主エアーで軸線Ｏ−Ｏに沿った方向に吹き付けると共に補助エアーノズル４１からの補助エアーでノズルの吹き出し方向（線Ｘ―Ｘに沿った方向）に吹き付ける。これにより線Ｘ−Ｘにほぼ直角になっている被溶着面に溶射材を溶着させる。そして、主エアーノズルからの主エアーの吹き出し量に対して補助エアーノズルからの補助エアーの吹き出し量を調節することによって、線Ｘ−Ｘに対する溶射材の吹き付け方向を変更できる。また、主エアーノズルからのジェットエアーと補助エアーノズルからのジェットエアーによって吹き付けられるので溶融した溶射材の粒子速度が高められ、溶射材の基材すなわち被表面処理材料に対する密着力が向上しかつ粒子間結合力が向上し、更に、皮膜内の気孔率が小さくなって緻密性が向上し、皮膜の高品質化、耐エロージョン、耐食性等に優れた皮膜を形成できる。
線Ｘ−Ｘがヘッドの軸線Ｏ′−Ｏ′に対してδで傾斜しているとすると、ステム部２の軸線Ｏ−Ｏに関してθ＋δだけ傾斜していることになり、ステム部を長くして狭い奥まった表面に溶射材を溶着させる場合でも溶射皮膜を均一に形成することが可能となる。
【００１４】
図９及び図１０において、本発明によるアーク溶射トーチ用ヘッドの他の実施形態が１０ａで示されている。この実施形態のヘッド本体１１、溶射材ガイド２１、主エアーノズル３１及び副送り機構５１は前記実施例と構造及び機能が同じであるから同じ参照番号を付して示し、説明は省略する。もちろん、前の実施形態と同じように、溶射材ガイド２１をヘッド本体の後部から外に導出しても良く、また、副送り機構を省略しても或いは操作部の主送り機構を省略してヘッド内に設けられた副送り機構で代えてもよい。
この実施形態のアーク溶射トーチ用ヘッド１０ａは、主エアーノズル３１に上下に隔てて前壁１２に取り付けられた一対の補助エアーノズル４１ａを備えている。この補助エアーノズルは、図示のように前方に突出することなく、ノズル穴４２ａは軸線Ｏ′−Ｏ′に沿って真っ直ぐに前方に開口している。各補助エアーノズル４１ａの後端には空気供給管４４ａがコネクタ４５ａを介して接続されている。この空気供給管４４ａもステム部３内を通して操作部２内に至り、操作部内又は外部に設けられた開閉機能付き流量調整弁に接続されている。それら開閉弁及び流量調整弁は図示しないエアー供給源に接続されている。
【００１５】
この実施形態のアーク溶射トーチヘッド１０ａは、ヘッド本体の前方（図９で左側）に取り付けられたカバー６１ａの前端（図９で左端）に取り付けられたエアーキャップ７１ａを備えている。このエアーキャップ７１ａは、環状の外側プレート７２ａと、その外側プレートと同心状に配置された環状の内側プレート７３ａとを備え、それらの間で環状のエアー通路７４ａを画成している。外側プレート７２ａは主エアーノズル３１の軸線、したがってこの実施形態ではヘッドの軸線Ｏ′−Ｏ′と同心状にカバー６１ａに固定され、内側プレート７３ａは複数の仕切り部材（図示せず）を介して外側プレートに固定されている。エアー通路７４ａの内側端７５ａは、補助エアーノズルから吹き出されたジェットエアーを有効に導入できるように先広がり（補助エアーノズルに向かって広がる）になっている。エアー通路７４ａは、仕切り部材により上側（図９において）の補助エアーノズルに対する通路と下側の補助エアーノズルに対する通路とに分けられ、溶射材の溶融領域に軸線Ｏ′−Ｏ′を中心とする直径方向両側から吹き付けることができるようになっている。
【００１６】
上記構成のヘッド１０ａを備えたアーク溶射トーチ１ａを使用して溶射を行う場合にも、溶射材ｍに電圧を印可してその先端間でアーク放電を行わせて溶射材をアークにより溶融させると共に溶融した溶射材を主エアーノズル３１からの主エアーで軸線Ｏ′−Ｏ′に沿った方向に吹き付ける点は、前記実施形態と同じである。しかし、この実施形態では、エアーキャップ７１ａの作用により、補助エアーノズル４１ａから吹き出された補助のエアーを主エアー吹き付け方向に対して略直角に吹き付けることになる。したがって、この実施形態では溶融した溶射材は主エアーの吹き付け方向に吹き飛ばされることになるが、直径方向両方向からの吹き付け量を調整することによって溶射材の吹き付け角度を調整することができる。また、主エアーノズルからのジェットエアーと補助エアーノズルからのジェットエアーによって吹き付けられるので溶融した溶射材の粒子速度が高められ、溶着材の基材すなわち被表面処理材料に対する密着力が向上し、粒子間結合力が向上し、皮膜内の気孔率が小さくなって緻密性が向上し、皮膜の高品質化、耐エロージョン、耐食性等に優れた皮膜を形成できる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（イ）補助エアーノズルからの補助エアーの流量を調節することにより溶射材の吹き付け方向を変更できるので、狭隘な奥まった箇所の溶射も可能になる。
（ロ）溶融した溶射材に主エアーと補助エアーとを吹き付けることにより、溶射材の粒子を微細化させかつ高速で被溶射面である基材の表面に吹き付けることができるので溶射材を確実に溶着させることができる。
（ハ）溶着材の基材に対する密着力を向上させて粒子間結合力を向上させることが可能である。
（ニ）皮膜内の気孔率を小さくさせて緻密性を向上でき、皮膜の高品質化を図れる。
（ホ）耐エロージョン、耐食性等に優れた皮膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の長いステム部を有する溶射トーチの概略図である。
【図２】図１の従来のアーク溶射トーチのヘッドの先端部の拡大概略側面図である。
【図３】図２のアーク溶射トーチのヘッドの概略平面図である。
【図４】従来のアーク溶射トーチのヘッドの他の例を示す概略側面図である。
【図５】図４に示すヘッドを有するアーク溶射トーチで溶射処理を行った場合の溶射材の皮膜の状態を説明する図である。
【図６】本発明によるヘッドを備えたアーク溶射トーチの概略図である。
【図７】図６のアーク溶射トーチのヘッドの拡大断面図である。
【図８】図７の線Ａ−Ａに沿って見た断面図である。
【図９】本発明のヘッドの他の実施形態の断面図である。
【図１０】図９の線Ｂ−Ｂに沿って見た断面図である。
【符号の説明】
１、１ａ アーク溶射トーチ ２ ステム部
３ 操作部
１０、１０ａ ヘッド
１１ ヘッド本体 ２１ 溶射材ガイド
３１ 主エアーノズル
４１、４１ａ 補助エアーノズル ５１ 送り機構
６１、６１ａ カバー
７１ エアーキャップ
Claims (7)
- ヘッド本体に前方に向けて取り付けられ、可撓性の線状の溶射材を中に通して案内する一対の溶射材ガイドと、前記対の溶射材ガイドの間において前記ヘッド本体に取り付けられ、前記溶射材の溶融領域に向けてエアーを吹き出す主エアーノズルと、補助エアーを前記溶融領域に向けて吹き出す補助エアーノズルとを備えたアーク溶射トーチ用ヘッドにおいて、
前記補助エアーノズルによる補助エアーの吹き出し方向を前記主エアーノズルによる主エアーの吹き出し方向に対して傾斜させ、前記補助エアーを前記溶融領域に向けて吹き付け、
開閉機能を有する流量調整弁を前記補助エアーノズルとエアー供給源との間に接続し、
前記溶射材の吹き付け方向を前記主エアーの吹き出し方向に対して角度を付けかつ前記補助エアーの吹き出し量を調節することによって変更することを特徴とするアーク溶射トーチ用ヘッド。 - 請求項１に記載のアーク溶射トーチ用ヘッドにおいて、
前記ヘッド本体が、軸方向に伸びるアーク溶射トーチのステム部の先端に、前記主エアーの吹き出し方向が前記ステム部の軸線に関して所望の角度で傾斜するように、取り付けられているアーク溶射トーチ用ヘッド。 - 請求項１又は２に記載のアーク溶射トーチヘッドにおいて、前記対の溶射材ガイド、主エアーノズル及び補助エアーノズルが前記ヘッド本体の前壁から前方に突出させて取り付けられ、前記対の溶射ガイドの少なくとも出口部分が前記主エアーの吹き出し方向に対して傾斜され、前記溶射材ガイド、主エアーノズル及び補助エアーノズルが前記溶射材の溶射方向のみ開口するカバーで被われているアーク溶射トーチ用ヘッド。
- ヘッド本体に前方に向けて取り付けられ、可撓性の線状の溶射材を中に通して案内する一対の溶射材ガイドと、前記対の溶射材ガイドの間において前記ヘッド本体に取り付けられ、前記溶射材の溶融領域に向けてエアーを吹き出す主エアーノズルと、補助エアーを吹き出す補助エアーノズルとを備えたアーク溶射トーチ用ヘッドにおいて、
前記ヘッド本体には、前記補助エアーノズルからの補助エアーを前記溶融領域に案内するエアー通路を画成するエアーキャップを取り付け、
一対の補助エアーノズルの各々とエアー供給源との間に開閉機能を有する流量調整弁を接続し、
前記溶射材は主エアーの吹き付け方向に吹き飛ばされ、
前記エアーキャップにより画成されたエアー通路を介して吹き付けられる直径方向両方向からの補助エアーの吹き付け量を調整することによって溶射材の吹き付け角度を調整することを特徴とするアーク溶射トーチ用ヘッド。 - 請求項４に記載のアーク溶射トーチ用ヘッドにおいて、
前記ヘッド本体が、軸方向に伸びるアーク溶射トーチのステム部の先端に、前記主エアーの吹き出し方向が前記ステム部の軸線に関して所望の角度で傾斜するように、取り付けられているアーク溶射トーチ用ヘッド。 - 請求項１ないし５のいずれかに記載のアーク溶射トーチ用ヘッドにおいて、
前記ヘッド本体には、前記溶射材ガイドにより案内される溶射材を挟んで送り出す対の送りローラ及び前記対の送りローラの一つのローラを回転するモータを有する送り機構が設けられているアーク溶射トーチ用ヘッド。 - 請求項１又は４に記載されたアーク溶射トーチ用ヘッドを用いて、溶融した溶射材を吹き付けて表面に溶着させた羽根車。
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