(57)【要約】【課題】本発明は、酸素液体燃料高速溶射ガンに関する。【解決手段】本発明は、酸素液体燃料高速溶射ガンに関する。同溶射ガンは、燃焼チャンバに対して傾斜した出口を有する前記燃焼チャンバと、前記ガンの前方に向けられた水注入口と、４５°もしくは７５°の角度に配置された細身の保炎器と、酸素コネクタの列と、燃料コネクタ点火プラグとを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素液体燃料高速溶射ガンであって、
燃焼チャンバに対して傾斜した出口を有する前記燃焼チャンバと、
前記ガンの前方に向けられた水注入口と、
酸素コネクタと燃料コネクタ点火プラグが列を成しており、４５°もしくは７０°の角度に配置された保炎器と、
を備える前記溶射ガン。
【請求項２】
カーバイド粉末に関して平均粒径速度が７５０メートル毎秒以上である、請求項１に記載の溶射ガン。
【請求項３】
請求項１に記載の溶射ガンであって、摂氏１９００度以上に昇温できる溶射ガン。
【請求項４】
１１バールよりも高圧とすることのできる、請求項１に記載の溶射ガン。
【請求項５】
１５０ｍｍの隙間内にも被膜することができる、請求項１に記載の溶射ガン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素液体燃料高速フレーム溶射ガンならびに被膜プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの産業では機械部品に対して、耐食性ならびに耐摩耗性の表面が必要とされる。
ＨＶＯＦ液体燃料プロセスでは、非常に厚みのある高密度の被膜を生成することで、このような保護を実現する。
【０００３】
酸素（液体）燃料高速（ＨＶＯＦ）溶射においては、酸素とケロシンの混合物が用いられている。
粉末形状にした被膜材料を上記ガンの軸方向に通過・搬送させる場合、一般的に搬送ガスとして窒素が使用される。
上記のガン内部では燃料と酸素が完全に混合され、さらにこの混合物はバレルから取出されるとともにガン内部で点火される。
点火されたガスは、集約ゾーンと発散ゾーンとを通過して、粉末状の溶射材料を均一に加熱するために囲まれた粉末混合エリア内へ抜けていき、ガンから放出されると加工物（work piece）の表面上に向けて噴射される。
【０００４】
酸素液体燃料フレーム高速（ＨＶＯＦ）溶射は、１９８０年代初頭に Browning と Witfield によって開発された。
このプロセスでは、燃焼チャンバが拡張バレルの下流に配置されており、同燃料チャンバ内部において高圧下で燃焼した燃料ガスを使用する。
このようにすれば気体速度・粒子速度ともに高速化されるため、高密度で気孔が少なく結合強度の良好な被膜が生成できる。
【０００５】
第２世代のＨＶＯＦ技術は、UTP Schweibtechnik 社のErwin Huhne によるトップガンの開発により始まった。
これにより、ガスはもはや溶射ガン内部で角度９０°に曲げられることはなくなった。
なお、第２世代のシステムの製造者は Perkin Elmer Metco と Plasmatechnik である。
【０００６】
第３世代のＨＶＯＦシステムでは粒子速度がさらに高速化され、後熱（thermalpost）処置を施さずとも、さらに高密度の熱溶射被膜が可能となった。
なお上記の第３世代を立ち上げたのはJim Browning であった。彼が設計したシステムは、Tafa JP 5000 の基礎を形成した。
続いてスルザーメトコ（SulzerMetco），GTV 社や OSU Maschinenbau 社もまた、第３世代の装置を市場へともたらした。
【０００７】
特許文献１（米国特許第５５２０３３４号）には、基材上に被膜を熱溶射するための、径の細い熱溶射ガンの操作に関する方法と装置が開示されている。
液体燃料ならびに再生的に加熱された空気は、ともに混合チャンバの内部で渦を巻いて制限板の開口部を通過し、液体燃料を細分化するとともに同液体燃料を再生的に加熱された空気に混合するために、燃焼チャンバ内部に通される。
その後、上記液体燃料は、被膜物質を注入するための高エネルギの流れを発生させるために、細径の熱溶射ガンの燃焼チャンバ内部で燃焼される。
この燃焼チャンバは、冷却空気が側方に通り抜ける冷却口を備えた内部スリーブを備える。
フローノズルは、高エネルギの流れを基材の方へまっすぐに向ける。フローノズルは、熱流を、高エネルギ流の第１分流から高エネルギ流の第２分流へと移送し、高エネルギ流の内部に熱をとどめるための熱障壁を供給する。
上述した細径の熱溶射ガンは、燃焼チャンバ内部スリーブならびフローノズル熱移送部材を、交換部材に置換えることで、広く多様な被膜物質の操作に適合する。
【０００８】
特許文献２（米国特許第５２８５９６７号）は、基材上に被膜形成させる溶融した粉末混合物（例えば、熱可塑性化合物、熱可塑性物質／金属の混成物、熱可塑性物質／セラミックの混成物）を溶射するための、酸素液体燃料高速（ＨＶＯＦ）熱溶射ガンを開示する。
上記ガンは、流動体により冷却されたノズルにＨＶＯＦガス流を供給するためのＨＶＯＦフレーム発生器を備えている。
上記ガス流の一部は粉末を予熱するように進行方向がそらされ、同予熱された粉末はノズル中の下流にてガスの本流に注入される。
浮遊した溶融粉末が基材上に付着してしまう前に同溶融粉末を冷却するノズルを取り囲んだシュラウド（shroud）内には、力を受けた空気と真空源とが供給される。
【０００９】
上述したどの引用文献にも、傾斜した圧力チャンバと小径のノズルを備えた溶射ガンは開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５５２０３３４号公報
【特許文献２】米国特許第５２８５９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、酸化液体燃料高速（ＨＶＯＬＦ）溶射ガンを得ることを主たる目的とする。
また本発明は、表面硬度の高い被膜に使用される熱溶射用の酸化液体燃料高速（ＨＶＯＬＦ）溶射ガンを提供することも目的とする。
本発明の溶射ガンはエネルギ効率が良く、従来の液体燃料溶射ガンに較べて「２／３」倍の酸素しか消費しない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
その他にも本発明は、燃焼チャンバに対して傾斜した出口を有する同燃焼チャンバを備えた酸素液体燃料高速溶射ガンを提供することを目的とする。
さらに本発明は、ガンの前方に向けられた水注入口を備える酸素液体燃料高速溶射ガンを提供することを目的とする。
さらに本発明は、細身のバレルを備える酸素液体燃料高速溶射ガンを提供することを目的とする。
さらに本発明は、角度が４５°または７０°を向いたバレルを備える酸素液体燃料高速溶射ガンを提供することを目的とする。
【発明の効果】
【００１３】
さらに本発明は、タングステンカーバイド−コバルト（WC-Co）もしくはタングステンカーバイド−コバルト−クロム（WC-Co-Cr）に関する平均粒径速度が７５０メートル毎秒以上であるような酸素液体燃料高速溶射ガンを提供することを目的とする。
さらに本発明は、摂氏１９００度以上の温度が得られる酸素液体燃料高速溶射ガンを提供することを目的とする。
さらに本発明は、燃料チャンバ内が１１バールよりも高圧となるような酸素液体燃料高速溶射ガンを提供することを目的とする。
【００１４】
本発明の溶射ガンは、１５０ｍｍ以上の隙間が空いている機械部品の内部表面や、その内側にある直径１５０ｍｍの円筒形状部品を被膜可能である。
前方にある水ジャケットは、ガンをより効果的に冷却する。
傾斜している圧力チャンバにより同チャンバ内部の圧力が高まり、ひいては被膜品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の酸素液体燃料高速溶射ガンの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、酸素液体燃料高速溶射ガンに関する。
本発明は、バレル側が傾斜した燃焼チャンバを備えるガンであって、通常のガンでは届かないような内部表面にも被膜形成できるようにバレルの角度が４５°または７０°に設定された酸素液体燃料高速ガンに関する。
より高圧の燃焼チャンバ圧力と、これに付随して生じるより高速な粒子速度により、応力のかからない状態もしくは圧縮応力が加わった状態で被膜形成が行われる。
【００１７】
本発明は、より高い圧力を生み出せるように設計されたチャンバを備えたＨＶＯＬＦ溶射ガンに関する。
上記の溶射ガンは、より細径のノズルを備えている。
同ガンは、従来式のガンでは届かなかった１５０ｍｍの隙間しかない狭所であっても被膜形成することができる。
【００１８】
他のＨＶＯＦシステムは通常２バール〜８バールで動作するが、これに比べて本発明に係る溶射ガンでは燃焼チャンバの圧力が１１バール以上に向上されている。
このような圧力によって、さらなる高速化と、より硬度の高い被膜、より高密度の被膜、全体的にむらのない被膜とが実現される。
【００１９】
燃料と酸素は混ざり合い、開口部を通過すると燃焼チャンバ内に向けて噴霧され、安定的で不純物を含まない状態で均一に燃焼する。
燃焼チャンバの圧力については、適正な燃焼状態と一定の圧力が保たれるように監視を行う（粒子速度はチャンバ内圧力に対して直接的な比例関係にある）。
またチャンバ圧力を監視することで流体速度の交差点検も可能であるため、同監視は被膜品質に影響を与える最重要因子の一つである。
【００２０】
燃焼チャンバ出口のバレルは、粉末が給送される低圧力領域を維持できるように、超音速の過膨張噴流が発生するようなサイズおよび形状に構成されている。
同噴流は、バレルの始点で角度４５°に曲げられる。
【００２１】
上記バレル内で粉末は均一に混合されるとともに、ガス流の流れに沿って基材に向けて加速される。
被膜品質を得るために厳密な水温制御を必要とする他のＨＶＯＦシステムと異なり、本発明の溶射ガンでは水温の影響を受けにくい。
華氏５０度〜華氏７０度（摂氏１０度〜摂氏２１度）の水温の水でも注入可能な独自の設計により、ガン性能や被膜品質に対して影響を及ぼさない。
【００２２】
本発明の溶射ガンは、メンテナンスが必要最小限で済むとともに最大限の効果が得られるような単純設計がなされている。
粒子速度が増すことで、粉末の酸化が抑制される。
従来式のガンでは１３インチ以上の溶射距離を必要とするが、これに比べて本発明のガンは６インチないしは１５０ｍｍ以上のパイプの内部に被膜することが可能である。
【００２３】
燃焼チャンバは図１に示すように、傾斜している。
より高圧の燃焼チャンバ圧力、ならびに、それに付随して生じるより高速の粒子速度により、応力がかからない状態もしくは圧縮応力が加わった状態で被膜が形成される。
酸素コネクタ、燃料コネクタ、燃焼チャンバ圧力コネクタならびに点火プラグは、本体内に列をなして実装されているため、同ガンは狭所中であっても容易に移動することが可能である。
【００２４】
図１は、本発明に係る酸素液体燃料高速ガンの分解図である。
燃焼チャンバ１２とバレル６は、連結管８により接続されている。
【００２５】
同軸保炎器アセンブリ１８は、燃焼圧力管アセンブリ２０と、点火プラグアセンブリ２６と、排出コネクタ２７と、燃料用逆止弁２８と、酸素用逆止弁３１とから成る。
逆止弁２８は両側に接管２９を備えており、また逆止弁３１は接管３２ならびにアダプタ３３を備えている。
上記２つの逆止弁は、逆止弁３１の接管３２ならびに逆止弁２８の接管２９に取付けられたアダプタ３０によって接続される。
相互に接続された両逆止弁は、逆止弁２８の接管２９により同軸保炎器アセンブリ１８に順次接続される。
【００２６】
燃焼圧力管アセンブリ２０は、接管１９を介して同軸保炎器アセンブリ１８に接続される。
同軸保炎器アセンブリ１８は、外部に水ジャケット１４が設けられた燃焼チャンバ１２に接続される。
同接続には、水ジャケットへの保炎器取付ナット２２と、同軸管２３と、研削ねじ２１と、保炎器を間座するための燃焼チャンバ内部にある個々の燃焼チャンバＯリング１５・保炎器用後部Ｏリング１６・保炎器用前部Ｏリング１７とを用いる。
【００２７】
連結管８の一端は、同軸保炎器アセンブリ１８につながれた燃焼チャンバ１２と接続されている。
同接続には、燃焼チャンバ用Ｏリング１１と、連結管用Ｏリング１０とを用いる。
なお同連結管は、４つのソケットヘッドキャップねじ７により外部の水ジャケット１４にねじ止めされている。
【００２８】
上記連結管８の他端は、バレル６ならびにバレルホルダ１に接続されている。
同接続には、バレル用Ｏリング２と、バレルホルダ用Ｏリング５とをそれぞれ用いる。
上記バレルホルダ１は、４つのソケットキャップねじ４により連結管８にねじ止めされている。
【００２９】
さらに連結管８は、鋼管１３につながれている。
同鋼管１３は、給送管アセンブリ９と、粉末給送分配器９ｅとから構成されている。
上記給送管アセンブリ９は、粉末給送管９ａと、嵌合（fitting）粉末口９ｂと、ナット管９ｃと、可塑性の口輪９ｄとから構成される。
【００３０】
実装された点火プラグアセンブリ２６は、点火プラグ密閉Ｏリング２６ａと、点火プラグ台２６ｂと、点火電極２６ｃと、ＯＤ絶縁Ｏリング２６ｄと、絶縁点火プラグ２６ｅと、後部絶縁Ｏリング２６ｆと、点火プラグ本体２６ｇと、スタンドオフ２６ｈと、内歯付座金２６ｉと、点火端子２６ｊとから構成されている。
【００３１】
同軸管２３は、同軸管用後部Ｏリング２４と、同軸管用前部Ｏリング２５とで構成される。
【００３２】
本発明に係る溶射ガン固有の特徴は、酸素コネクタ、燃料コネクタ、燃焼チャンバ、圧力コネクタならびに点火プラグが、ガン本体に列をなして実装されていることにより、狭所中であってもガンを容易に移動可能なことである。
【００３３】
以下、本発明の溶射ガンによる利点を列挙する。
狭所でもガンを容易に移動できるよう、酸素コネクタ、燃料コネクタ、燃焼チャンバ、圧力コネクタならびに点火プラグは、一列にガン本体に実装されている。
【００３４】
ＷＣ−Ｃｏもしくは ＷＣ−ＣｏーＣｒに関しては、金属の平均粒径速度は７５０メートル毎秒以上を達成できる。
温度は、摂氏１９００度が得られる。
【００３５】
燃焼チャンバは１１バールよりも高圧とすることが可能である。
１５バール〜２０．４バールにおける酸素の流速は、毎時６２．３立方メートルである。本発明のシステムは、従来式の溶射ガンに較べて「２／３」倍の酸素しか消費しない。
上記溶射ガンは動作中に、８．５グラム毎時（３２リットル毎時）未満しかケロシンを消費しない。
【００３６】
当業者にとっては明白に、種々の変形が本発明の要旨の範囲内であるものと認められる。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が理解し得る各種の変形が可能である。
さらに明細書中で用いた「構成される」の意味は、「のみを含む」という限定的な意味合いを意図したものではないことが看取される。
【００３７】
構成要素の一覧を、以下に示す。なおサイズについては記載を省略する。
【符号の説明】
【００３８】
１  バレルホルダ
２  バレル用Ｏリング
３  水注入用コネクタ（水注入口）
４  ソケットヘッドキャップねじ
５  バレルホルダ用Ｏリング
６  バレル
７  ソケットヘッドキャップねじ
８  連結管
９  給送管アセンブリ
９ａ  粉末給送管
９ｂ  嵌合粉末口
９ｃ  ナット
９ｄ  可塑性の口輪
９ｅ  粉末給送分配器
１０  連結管Ｏリング（大）
１１  燃焼チャンバ用Ｏリング
１２  燃焼チャンバ
１３  鋼管
１４  水ジャケット
１５  保炎器間座用の燃焼チャンバＯリング
１６  保炎器用後部Ｏリング
１７  保炎器用前部Ｏリング
１８  同軸保炎器アセンブリ
１８ａ  同軸保炎器
１９  接管
２０  燃焼圧力管アセンブリ
２１  研削ねじ
２２  水ジャケットへの保炎器取付ナット
２３  Ｏリング付同軸管
２４  同軸管用後部Ｏリング
２５  同軸管用前部Ｏリング
２６  点火プラグアセンブリ
２６ａ  点火プラグ密閉Ｏリング
２６ｂ  点火プラグ台
２６ｃ  点火電極
２６ｄ  ＯＤ絶縁Ｏリング
２６ｅ  絶縁点火プラグ
２６ｆ  後部絶縁Ｏリング
２６ｇ  点火プラグ本体
２６ｈ  スタンドオフ
２６ｉ  内歯付座金
２６ｊ  点火端子
２７  排出コネクタ
２８  燃料逆止弁
２９  燃料接管
３０  燃料ラインアダプタ
３１  酸素逆止弁
３２  酸素接管
３３  酸素ラインアダプタ（酸素コネクタ）
【図１】
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【外国語明細書】
2014227609000001.pdf