JPH0427461A - アーク溶射装置 - 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】 （イ〉産業上の利用分野 この発明は、一対のノズル口から噴き出した平面状のシ
ェツトエアーでくさび形状のアークチャンバーを形成し
、このアークチャンバー内て溶滴を発生させて溶射を行
う、いわばクロスシェツト方式のアーク溶射装置に関す
る。

（ロ）従来の技術 本発明者は、アトマイシング用のジェットエアーの供給
形態に特徴を有するクロスシェツト方式のアーク溶ｔＦ
Ｊ装置を先に提案している（特願昭６３−３２６７３０
号、特願平１−９１５６５号）。

これは、第１図及び第２図に示すように、平面状のジェ
ットエアー２６を噴き出す一対のノズル口２７を備えて
いること、両ノズルロ２７から噴出されるジェットエア
ー２６の噴出中心軸Ｒが、溶滴発生位置Ｑより前方の溶
射中心軸Ｐ上の収束部Ｓに向かって収束するよう指向さ
れている点に特徴を有する。

（ハ〉発明が解決しようとする課題 上記のクロスジェット方式のアーク溶射装置は、従来装
置に比べて次のような特徴を備えている。

アーク溶射装置を小形化できること、ピンチ現象を生じ
ることなく安定したアーク溶射が行えること、低温溶射
が可能で、例えばダンボール紙等の可燃材にでも溶射被
膜を形成できること、溶射被膜に関して、面粗さが小さ
く十分な膜厚みが得られ、しかも剥離強度が大きいなど
良好な膜質が得られること、稼働時のエアー消費量が少
なく比較的小容量のコンプレッサーで溶射を行えること
などである。

しかし上記装置では、例えば溶材の材質や直径が異った
り、ジェットエアーの供給形態が変動すると、上記特徴
点を必ずしも発揮できないことがめり、総合性能を安定
的に発揮できにくい点で改善の余地かあった。

この発明は、先に提案したアーク溶射装置を発展改良し
て得られたものであり、その目的はあらゆる使用条件下
で安定的に総合性能を発揮することのできる、クロスジ
ェット方式のアーク溶射装置を得ることにある。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明者は、良好な溶射状態を得るために関係している
と思われる要素事項を列挙し、そのひとつひとつについ
て使用条件を変更しなから溶射試験を行い、総合性能に
及ぼす影響を検証した。その結果、ジェットエアーの供
給条件、とくに一対のジェットエアーの噴射中心軸で挟
まれる角度が溶射性能を大きく左右していることが判っ
た。

そこで、この発明のアーク溶射装置は、ケース１の前方
の溶射中心軸Ｐを挟む対称位置に、平面状のジェットエ
アー２６を噴き出し供給する一対のノズル口２７と、溶
材Ｗを溶射中心軸Ｐ上の溶滴発生位置Ｑに向って送り込
み案内する一対のガイド部材１７とが互いに交差する状
態で配置されていること、両ジエツ１−エアー２６の噴
出中心軸Ｒか、溶滴発生位置Ｑより前方の溶射中心軸Ｐ
上の収束部Ｓに向って収束するよう指向されていること
、 前記一対の噴出中心軸Ｒが挟むジェットエアー角αを１
０〜３０度に設定したことを要件とする。

（ホ）作用 ジェットエアー角αが１０度未満であると、ノズル口２
７の隣接間隔を一定とするとき収束距離すが長くなり、
収束部Ｓ付近における空気速度およびジェットエアー２
６のパワー（貫通力）が低下する。そのために、溶滴の
微細化を十分に行うことができず、溶射膜面の粒子が粗
くなる。飛散粒子の付着強度も小さく、被膜の剥離強度
が小さい。

ジェットエアー角αが３０度を越えると、収束距離すか
短くなるので、収束部Ｓ付近において衝突したジェット
エアー２６の一部が溶滴発生位置Ｑ側へ戻り、ジェット
エアー２６による溶滴の吸い込みか悪くなる。つまり、
溶滴の一部が霧化されずに落下し、溶滴ロスか増加する
。また、戻り空気流によってアーク状態か不安定化し、
ピンチ現象を生じやすい。ジェットエアー２６の収束距
離すが短いと、その速度およびパワーは十分であるか、
強すぎる嫌いかある。そのため、好適の溶滴発生位置Ｑ
か狭い前後範囲に限られ、その位置調整を厳密に行う必
要がおり、溶材変更時の作業性に欠ける。

（へ）実施例 （以下、余白） 第１ないし第５図はこの発明に係るアーク溶射装置の実
施例を示す。

第３図および第４図において、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４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をばねに抗して引くと、容易に開くことができる。

また、ブラケット９は、ねじ１１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およびガ
イド部材１７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に変向ガイド管１５を
装着している。変向カイト管１５は給電端子１６を前後
に貫通するねじ穴にねじ込まれて、その前後方向の取付
位置が調整できるようにしておる。溶材Ｗはこのガイド
管１５を介してアーク電流の供給を受ける。

上記溶材Ｗを、溶射中心軸Ｐ上の溶滴発生位置Ｑに向か
って送り込み案内するために、上下の給電端子１６の前
側にガイド部材１７をねじ込み固定している。両ガイド
部材１７は、それぞれの突端が上下に接近する傾斜姿勢
で配置されている。

溶材送り機構２は、変向ガイド管１５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３図および第４図において、溶
材送り機構２は、ケース本体４の上下壁て回転自在に支
持される絶縁体製の駆動ローラ１８と、溶材Ｗを駆動ロ
ーラ１８に押付ける押えローラ１つと、駆動ローラ１８
を継手２０を介して回転駆動するモータ２１などで構成
する。押えローラ１９はばね腕２２の一端に回転自在に
支持されており、駆動ローラ１８に対応して上下に配置
されている。ばね腕２２は押えローラ１９を圧接付勢す
ることと、蓋８を開き付勢することに利用されている。

モータ２１はグリップ２３内に収められており。第４図
に示すスイッチ２４をオン操作すると起動できる。

ノズル３は縦長の矩形状に形成されており、その中央に
ガイド部材１７を避ける溝２５を連設し、さ２５の前縁
左右に沿って、ジェットエアー２６を噴き出す一対のノ
ズル口２７をスリット状に開口したものである。２８は
エアホース、２９はホース用継手である。

第１図に示すように、ノズル口２７は溶射中心軸Ｐを挟
む左右対称位置に配置されて、ジェットエアー２６の噴
出中心軸Ｒが、溶滴発生位置Ｑより前方の溶射中心軸Ｐ
上の収束部Ｓに向って収束するよう指向されている。ま
た、ジェットエアー２６の上下方向中心が溶射中心軸Ｐ
と一致するよう、ノズル口２７の上下位置を親電してい
る。図中符号３０は収束部より前方に形成される集合気
流、３１はアーク光を連間するシールド枠である。

本発明者は、上記のアーク装置において、良好な溶射状
態を得るための要素事項を列挙し、それぞれの事項につ
いて使用条件を変更しなから溶射試験を行った。前記要
素事項としては、第１図および第２図に示すように、左
右のジェットエアー２６が挟むジェットエアー角α、ノ
ズル前端面から収束部Ｓの中心まででの収束距離ｂ、ノ
ズル口２７のスリット幅Ｃ、ノズル口２７の上下幅ｄ、
ノズル口２７の直線部長さｆを選定した。

ところで、温材突出寸法ｑは、溶材Ｗ同士の接近を確実
化してアーク状態を安定化するために、できるだけ短い
ことが望ましいとされている。その一方で、溶滴による
ガイド部１７の目詰まりを防ぐ必要上、一定寸法以上を
確保することが不可欠になっている。こうした制約のた
めに、温材突出寸法Ｑは９〜１３１Ｒ１ｎの範囲内で設
定されることが多く、はぼ一定と見ることができるので
前記要素事項から除外した。また、両ガイド部材１７の
中心軸で挟まれる角度θについては、角度θが３０度を
越えると溶材Ｗの送り抵抗が大きくなり、角度θが２４
度未満であるとアーク位置が前後にふらつく傾向があり
、いずれの場合も安定したアーク状態が得られず、有効
な角度範囲が限られているので、これも前記要素事項か
ら除外した。

（試験Ａ〉 ジェットエアー角αを８〜３５度の範囲で変更して溶射
を行った。この時の溶材Ｗは直径１．１Ｍの亜鉛線を使
用し、１３Ｖの交流電流を供給した。また、ノズル３に
供給する空気圧力は６に！ｊ／〜とじた。スリット幅Ｃ
は１＃、ノズル口２７の上下幅ｄは１０ａｙ＋、ノズル
口２７の隣接間隔ｅは６ＮＲ、ノズル口２７の直線部長
さｆは５ｍ以上とした。

ジェットエアー角α（度）　＆　１０１５２５３０３５
試験番号　　　　　　　　１２３４５６（試験Ｂ） ジェットエアー角αを２５度に固定し、ｅの長さを変え
て収束距離すを大小に変化し、他は試験Ａと同じ条件で
アーク状態および膜状態を検討した。なお、温材突出寸
法ｑは９〜１３７１１１１１の範囲で適宜変更した。

収束距離ｂ　（Ｍ）　１３　１５　１８　２５　３０　
４０試験番号　　　　７８９１０１１１２ （試験Ｃ） ノズル口２７のスリット幅Ｃを０．３〜４Ｉｎ！！Ｉの
間で変更し、伯は試験１と同じ条件で溶射を行った。こ
のとき、ジェットエアー角αは２５度に固定した。

スリット幅Ｃｓ　　Ｏ，３０，６１，２２３４試験番号
　　　　１３　１４　１５　１６　１７　１８（試験Ｄ
） ノズル口２７の上下幅ｄを４〜２０＃Ｉの範囲で変更し
、他は試験３と同じ条件で溶射を行った。

上下幅ｄａｉ　　４　６　１０　１５　２０　２５試験
番号　　１９　２０　２１　２２　２３　２４（試験Ｅ
〉 ノズル口２７の直線部長さｆを３〜３０ｍの範囲で変更
し、他は試験３と同じ条件で溶射を行った。

（試験結果および評価〉 試験Ａにより得られた結果を表Ａに示している。

なお、以下の表中に使用される符号○は良、△は可、Ｘ
は不可を表す。

（表Ａ） 試験番号　　　　　　１　２３４５６ シエツトエアー角 （α）度　　　　８１０１５２５３０３５空気速度　　
　　　　×　△　△　○　○　○パワー　　　　　　　
　×　△　△　○　Ｏ○溶滴ロス　　　　　　△　○　
○　○　△　×粒子粗さ　　　　　　Ｘ　△　○　○　
○　△剥離強度　　　　　　×　△　△　○　○　○エ
アー戻り　　　　　○　○　Ｏ○　△　Ｘピンチ現象　
　　　　○　○　○　○　△　Ｘ表Ａから明らかな通り
、ジェットエアー角αが１０度未満ておると、溶滴の微
細化が不十分て、膜面の粒子粗さおよび剥離強度が不足
した。尚、ジェットエアー角αが１０度未満であると、
収束距離すが大きくなるので、温材突出寸法Ｑを大きく
しなければならない。

ジェットエアー角αが３０度を越えると、エアー戻りに
より溶滴の吸いこみが不十分となり溶滴ロスが増大した
。さらにピンチ現象を生じやすく、安定したアーク状態
が得られなかった。滴発生位置Ｑの調整も面倒であった
。これは、溶滴発生位置Ｑの前後位置の僅かな違いで、
溶滴とジェットエアー２６の間隔が大きく変わるためで
おり、実作業時にガイド部材１７の交換に手間を要する
不利を免れない。

試験Ｂで得られた結果を表Ｂに示す。

（表　Ｂ） 試験番号　　　　７８９１０１１１２ 収束距離ｂｓｙ＋　　　１３　１５　１８　２５　３０
　４０アーク状態　　　×　△　○　○　○　○膜状態
　　　　　△　○　○　○　Ｏ△エアーパワー　　○　
○　○　○　○　△ピンチ現象　　　×　△　○　○　
○　○この供試群では、収束距離すが４０！Ｍｉを越え
る場合にエアーパワーが低下する欠点が見受けられるだ
けで、アーク状態や膜状態に及ぼす悪影響はほとんどな
いと言える。しかし、試験番号７の収束距離すは１３ｍ
であるので、溶材突出寸法Ｑを大きく設定したい場合に
対応できないことが予想される。

また、溶材突出寸法ｑを基準とするときは、収束距離す
は寸法ｑの１．５〜３倍の範囲内にあることが好ましく
、さらに好ましくは２〜２．５倍に設定すべきである。

（ム／＋７．＠り 試験Ｃで得られた結果を表Ｃに示す。

（表　Ｃ） 試験番号　　　　　１３　１４　１５　１６　１７　１
８スリツト幅ＣＭ　０．３　０．６　１．２　２　３　
４空気速度　　　　　×　△　　○　○　○　○ジェッ
トエアー のパワー　　　　　×　△　　○　○　○　○ＩＩＩ温
度　　　　　　△　△　　○　○　○　○エアー消費量
　　　○　○　　○　△　△　Ｘこの供試群では、スリ
ット幅Ｃが０．６！Ｍｉより小ざいと、ジェットエアー
２６の空気速度およびパワーに不足が見られる。また、
３ｍを越えるとエアー消費量が急増し、大容量のコンプ
レッサでないと安定したアーク状態を維持できない。つ
まり、スリット幅Ｃが極端に小さくない限りは、アーク
状態および膜状態とも実用上支障がないと言える。

試験りて得られた結果を表りに示す。

（表　Ｄ） 試験番号　　　　　１９　２０　２１　２２　２３　２
４スリツトの 上下幅ｄｍ　　　　　４　６　１０　１５　２０　２５
溶滴ロス　　　　　△　○　○　○　○　○エアー消費
量　　　○　○　○　○　△　×上下幅ｄを変更しても
アーク状態および膜状態にほとんど差は生じなかった。

上下幅ｄが４ｍｍになると溶滴ロスが僅かに見られ、大
径の線材を使用する場合に若干の不安があることが認め
られた、さらに、上下幅すが２０ｍ以上になるとエアー
消費量に増加か見られた。

また、上記のように試験Ｅとして、直線部長さｆを３ｍ
、１０＃、２０１Ｍ１．３０ｍに変更して溶射試験を行
ったが、いずれもジェットエア２６の噴出時の直線性に
問題はなく、アーク状態および膜状態にも何等変化はな
かった。基本的には、ジエツトエアー２６の直線性を確
実に得るには、直線部長さｆが大きい程有利であるが、
ノズル３が大型化することを考慮すると、手持ち式のア
ーク溶射装置では、２０１１１ｍ前後が最大限界である
と思われる。

以上の試験結果から明らかな通り、アーク状態と膜状態
を左右するのは、一対のジェットエアー２６が挟むジェ
ットエアー角αであることが判った。また、最も理想的
な各部の寸法および角度は下表の通りであることが解明
された。

角度α　　５寸法　　　Ｃ寸法　　　　ｄ寸法１４〜１
８度　２５〜３０＃　　０．６〜１．Ｏｓ　　８〜１２
履ｆ寸法　　　９寸法　　　角度θ ８〜１４！Ｍｉ９〜１３ｍ　　　２５〜２８度（別実施
例） 第６図および第７図はノズル３を変更した別実施例を示
す。

第６図に示すノズル３は、上下に直線列を形成する一群
の小孔２７ａを形成する点、および小孔２７ａを丸穴で
形成する点が前記実施例と異なる。

第７図に示すノズル３は、上下に直線列を形成する一群
の小孔２７ｂでノズル口２７を形成し、さらに各小孔２
７ｂを矩形穴で形成する点に特徴を有′する。

このように、ノズル口２７は小孔群で形成することがで
き、小孔の穴形状も任意形状に変更できる。

（発明の効果） 以上説明したように、ジェットエアー角αを１０〜３０
度に特定した本発明のアーク溶射装置によれば、例えば
温材Ｗの材質や直径が異ったり、ジェットエアーの供給
状態が変動したとしても、アーク状態および膜状態を安
定して良好な状態に維持することができ、クロスジェッ
ト方式の特徴を十分に発揮しながら、安定的に総合性能
を発揮できる。また、使用する温材Ｗに応じてガイド部
材１７の交換を行う場合に、溶滴発生位置Ｑの設定を容
易に行うことができ、温材変更作業を簡便化できる。

【図面の簡単な説明】

１図ないし第５図はこの発明に係るアーク溶射装置の実
施例を示し、 第１図はノズルの横断平面図、 第２図はノズルの縦断側面図、 第３図はアーク溶射装置の縦断側面図、第４図はアーク
溶射装置の横断平面図、第５図がアーク溶射装置の正面
図である。 第６図および第７図は、それぞれノズルの別実施例を示
す正面図である。 １・・・・・・・・・ケース、１７・・・・・・・・・
ガイド部材、２６・・・・・・・・・ジェットエアー、
２７・・・・・・・・・ノズル口、Ｐ・・・・・・・・
・溶射中心軸、Ｑ・・・・・・・・・溶滴発生装置、Ｒ
・・・・・・・・・噴出中心軸、Ｓ・・・・・・・・・
収束部、Ｗ・・・・・・・・・温材、α・・・・・・・
・・ジェットエアー角、ｂ・・・・・・・・・収束距離
、 Ω・・・・・・・・・温材突出寸法。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケース１の前方の溶射中心軸Ｐを挟む対称位置に
   、平面状のジェットエアー２６を噴き出し供給する一対
   のノズル口２７と、溶材Ｗを溶射中心軸Ｐ上の溶滴発生
   装置Ｑに向つて送り込み案内する一対のガイド部材１７
   とが互いに交差する状態で配置されており、 両ジェットエアー２６の噴出中心軸Ｒが、溶滴発生位置
   Ｑより前方の溶射中心軸Ｐ上の収束部Ｓに向つて収束す
   るよう指向されており、 前記一対の噴出中心軸Ｒが挟むジェットエアー角αを１
   ０〜３０度に設定したことを特徴とするアーク溶射装置
   。
2. （２）ノズル口２７が開口するノズル前端面から収束部
   Ｓまでの収束距離ｂを、ノズル前端面から溶滴発生中心
   までの溶材突出寸法ｇの１．５〜３倍に設定した請求項
   １に記載のアーク溶射装置。