(57)【要約】【課題】噴射口に詰まった粉末を除去する作業を軽減又は自動化することにより、作業性を向上させる。【解決手段】溶射装置１０は、粉末供給管７２の噴射口１１を溶射ガン７１内に備え、溶射原料の粉末７６を噴射口１１からプラズマジェット７４に供給することにより、粉末７６を溶融して被処理物に吹き付けて皮膜を形成するものである。そして、粉末供給管７２の内側から噴射口１１に向けて圧縮エア１２を噴射するエア配管１３が、溶射ガン７１内に設けられている。これにより、噴射口１１の付着物が圧縮エア１２によって吹き飛ばされ、噴射口１１における粉末７６の流れが元に戻る。このように、内部供給方式に特有の問題である噴射口１１での付着物の発生を、溶射ガン７１の分解等を必要とせずに簡単に、しかも溶射作業を中断することなく解決できる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末供給管の噴射口を溶射ガン内に備え、溶射原料の粉末を前記噴射口から熱源に供給することにより、当該粉末を溶融又は半溶融状態にして被処理物に吹き付けて皮膜を形成する内部供給方式溶射装置において、
前記粉末供給管の内側から当該粉末供給管の噴射口に向けて圧縮エアを噴射するエア配管が前記溶射ガン内に設けられた、
ことを特徴とする内部供給方式溶射装置。
【請求項２】
前記熱源の中心線に対して前記粉末供給管が垂直に設けられ、前記粉末供給管の噴射口と前記エア配管の噴射口とが重なるように当該粉末供給管と当該エア配管とが連結され、
これらの噴射口における前記エア配管と前記粉末供給管とのなす角度は、前記エア配管の延長方向が前記粉末供給管の延長方向に一致する場合を０度とし、前記エア配管の延長方向が前記粉末供給管の延長方向に垂直かつ前記皮膜を形成する側にある場合を９０度とすると、０度を越え９０度未満である、
請求項１記載の内部供給方式溶射装置。
【請求項３】
前記エア配管は、前記圧縮エアを前記粉末供給管の噴射口を経て前記熱源に向けて噴射する、
請求項１又は２記載の内部供給方式溶射装置。
【請求項４】
前記エア配管の噴射口における中心線を延長したとき、当該中心線が前記熱源の中心線と交差する、
請求項３記載の内部供給方式溶射装置。
【請求項５】
前記エア配管の口径をφＡ［ｍｍ］、前記粉末供給管の口径をφＤ［ｍｍ］、前記角度をθとしたとき、次の関係を満たす、
φＤｃｏｓθ≦φＡ≦φＤ＋２、
請求項２記載の内部供給方式溶射装置。
【請求項６】
前記エア配管に設けられ前記圧縮エアの流路を開閉する自動バルブと、前記粉末供給管に連結された粉末タンク内の圧力を測定する圧力センサと、この圧力センサで測定された圧力に応じて前記自動バルブによる流路の開閉を制御する制御部と、
を備えた請求項１乃至５のいずれかに記載の内部供給方式溶射装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記圧力センサで測定された圧力が第一の設定値以上になったときに前記自動バルブを介して前記流路を開き、前記圧力センサで測定された圧力が第二の設定値以下になったときに前記自動バルブを介して前記流路を閉じる、
請求項６記載の内部供給方式溶射装置。
【請求項８】
前記第二の設定値は前記噴射口に前記粉末の付着及び詰まりのない正常値であり、前記第一の設定値は当該正常値よりも２５％上昇した値である、
請求項７記載の内部供給方式溶射装置。
【請求項９】
前記熱源がプラズマである、
請求項１乃至８のいずれかに記載の内部供給方式溶射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末供給管の噴射口を溶射ガン内に備え、溶射原料の粉末を前記噴射口から熱源に供給することにより、当該粉末を溶融又は半溶融状態にして被処理物に吹き付けて皮膜を形成する内部供給方式溶射装置（以下、単に「溶射装置」という。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶射（ｓｐｒａｙｉｎｇ）とは、物質を熱源で溶融又は半溶融状態にして、基板に吹き付けて膜を形成するコーティング技術の一種である。この膜の形成物質は、金属、セラミックス、プラスチックなど、熱源で蒸発又は分解しないものであれば全て対象となる。熱源には、燃焼炎、アーク、プラズマ、レーザ等が用いられる。
【０００３】
電極の間に不活性ガスを流して放電すると、不活性ガスが電離して高温かつ高速のプラズマとなる。このプラズマを熱源として用いる溶射法がプラズマ溶射（ｐｌａｓｍａ　ｓｐｒａｙｉｎｇ）である。一般には、アルゴンを作動ガスとして、水冷されたノズル状の銅製陽極とタングステン製陰極とを用いる。これらの電極の間にアークを発生させると、作動ガスがアークによってプラズマ化され、ノズルから高温かつ高速のプラズマジェットとなって噴出する。このプラズマジェットに溶射材料の粉末を投入し加熱及び加速して基材に吹き付ける。燃焼炎を用いるフレーム溶射では、溶射フレームの理論的な最高温度が３０００℃程度である。これに対し、プラズマ溶射では、プラズマガス温度に理論的な上限が存在しないことから、通常５０００〜１００００℃程度の熱プラズマが用いられるので、高融点材料の溶射に適している。
【０００４】
プラズマ溶射装置は、溶射原料の粉末を溶射ガンの外側から供給するか内側から供給するかによって、外部供給方式と内部供給方式とに分けられる。内部供給方式は、外部供給方式に比べて、粉末がプラズマジェット中に入っている時間が長いため、粉末の溶融状態が良好になることにより、緻密な皮膜が容易に形成できるという利点を有する。図７は、従来の内部供給方式のプラズマ溶射装置を示す概略断面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００５】
プラズマ溶射装置７０は、溶射ガン７１、粉末供給管７２、粉末タンク７３等を備えている。溶射ガン７１の内部には、粉末供給管７２の噴射口７２１や、図示しない陰極及び陽極が設けられている。図示しない作動ガスを溶射ガン７１内に導き、陰極と陽極との間でアークを発生させると、作動ガスがプラズマ化され、高温かつ高速のプラズマジェット７４が噴出する。一方、粉末タンク７３から粉末供給管７２内に粉末供給ガス７５を流し、粉末供給ガス７５に溶射材料の粉末７６を乗せて溶射ガン７１へ運ぶ。これにより、プラズマジェット７４に粉末７６を供給し、粉末７６を溶融して被処理物（図示せず）に吹き付けて皮膜を形成する。また、プラズマジェット７４の外側には、溶滴となった粉末７６からなる溶射フレーム７７が形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プラズマ溶射装置７０には、内部供給方式に特有の問題点、すなわち噴射口７２１において粉末７６の付着及び詰まりが発生しやすいという問題点があった。図８は図７のプラズマ溶射装置の問題点を示す要部断面図であり、図８［１］〜図８［３］の順に時間が経過する。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図７と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【０００７】
図８［１］は、粉末７６の付着及び詰まりが発生していない正常な場合である。この場合、噴射口７２１から噴射された粉末７６は、全てプラズマジェット７４に投入されて溶滴となり、溶射フレーム７７として溶射ガン７１から噴射される。
【０００８】
図８［２］は、粉末７６の付着及び詰まりが発生し始めた場合である。溶射口７２１に粉末７６が付着し始めると、付着物７６１が発生することにより噴射口７２１の口径が徐々に小さくなっていく。そのため、噴射口７２１からプラズマジェット７４に投入される粉末７６の量が減少するので、溶射フレーム７７’の量も減少する。
【０００９】
図８［３］は、粉末７６の付着及び詰まりが一段と進んだ場合である。一般に、高温のプラズマジェット７４から溶射ガン７１を保護するために、溶射ガン７１内には冷却水を通している。そのため、プラズマジェット７４に向け噴射されて溶滴になろうとしている粉末７６は、噴射口７２１の周辺に付着すると冷却され凝固してしまう。そして、噴射口７２１の周辺に付着した粉末７６は、冷却水の影響で冷やされるため、再び溶滴となって溶射ガン７１外に噴射されることは少ない。それどころか、大きな付着物７６２となって、その上への溶滴の付着を誘発するとともに、粉末供給管７２内の粉末７６の流れも阻害する。その結果、溶射フレーム７７”の量も更に減少してしまう。すなわち、成膜速度が大幅に低下する。
【００１０】
噴射口７２１への粉末７６の付着が更に進むと、粉末７６が粉末供給管７２内で詰まることにより、噴射口７２１からの粉末７６の噴射が停止してしまう。この停止は、プラズマジェット７４への粉末７６の投入がなくなることを意味しており、溶射フレーム７７が発生しなくなって皮膜の形成もできなくなる。粉末７６の詰まりが発生した場合は、溶射ガン７１から粉末供給管７２を取り外し、粉末供給管７２及び噴射口７２１に付着した粉末７６を除去する。
【００１１】
以上のとおり、内部供給方式のプラズマ溶射装置７０では、時々溶射作業を中断して、溶射ガン７１を分解し詰まった粉末７６を取り除く作業が必要であった。溶射作業の中断は、作業性を低下させることにより、被処理物の製造コストを上昇させていた。
【００１２】
【発明の目的】
そこで、本発明の主な目的は、噴射口に詰まった粉末を除去する作業を軽減又は自動化することにより、作業性を向上させた溶射装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶射装置は、粉末供給管の噴射口を溶射ガン内に備え、溶射原料の粉末を噴射口から熱源に供給することにより、粉末を溶融又は半溶融状態にして被処理物に吹き付けて皮膜を形成するものにおいて、粉末供給管の内側から粉末供給管の噴射口に向けて圧縮エアを噴射するエア配管が溶射ガン内に設けられたことを特徴とする（請求項１）。
【００１４】
溶射原料の粉末は、粉末供給管の噴射口から溶射ガンの熱源に供給され、溶滴となって被処理物に吹き付けられる。一方、噴射口には粉末の一部が付着し、溶射時間の経過とともにその付着物も大きくなって、噴射口における粉末の流れを妨げるようになる。そこで、溶射作業中に時々、エア配管から圧縮エアを噴射口に向けて噴射すると、噴射口の付着物が圧縮エアによって吹き飛ばされ、噴射口における粉末の流れが元に戻る。このように、内部供給方式に特有の問題である噴射口での付着物の発生を、溶射ガンの分解等を必要とせずに簡単に、しかも溶射作業を中断することなく解決できる。なお、圧縮エアを噴射するタイミングの基準は、例えば一定時間としてもよいし、後述するように粉末タンク内や粉末供給管内の圧力としてもよい。
【００１５】
請求項２記載の溶射装置は、請求項１記載の溶射装置において、熱源の中心線に対して粉末供給管が垂直に設けられ、粉末供給管の噴射口とエア配管の噴射口とが重なるように粉末供給管とエア配管とが連結されている。そして、これらの噴射口におけるエア配管と粉末供給管とのなす角度は、エア配管の延長方向が粉末供給管の延長方向に一致する場合を０度とし、エア配管の延長方向が粉末供給管の延長方向に垂直かつ皮膜を形成する側にある場合を９０度とすると、０度を越え９０度未満である。このとき、エア配管から噴射される圧縮エアの流れには、熱源が溶滴を吹き付ける方向と逆の成分が生じない。つまり、溶滴の流れに逆らって圧縮エアが噴射されないので、熱源の状態の悪化が抑えられ、これにより圧縮エアの噴射中でも良好な皮膜が形成される。
【００１６】
請求項３記載の溶射装置は、請求項１又は２記載の溶射装置において、エア配管が圧縮エアを粉末供給管の噴射口を経て熱源に向けて噴射する。エア配管から噴射された圧縮エアは、噴射口に付着した粉末を吹き飛ばし、この粉末を熱源へ投入する。つまり、噴射口に付着した粉末は、廃棄されるのではなく、有効に利用される。
【００１７】
請求項４記載の溶射装置は、請求項３記載の溶射装置において、エア配管の噴射口における中心線を延長したとき、この中心線が熱源の中心線と交差する。このとき、エア配管から噴射された圧縮エアは、噴射口に付着した粉末を吹き飛ばし、この粉末を熱源の中心へ投入する。したがって、噴射口に付着した粉末は、廃棄されるのではなく有効に利用され、しかも、粉末は熱源の中心に投入されるので良好な溶融状態になる。
【００１８】
請求項５記載の溶射装置は、請求項２記載の溶射装置において、エア配管の口径をφＡ［ｍｍ］、粉末供給管の口径をφＤ［ｍｍ］、前記角度をθとしたとき、次の関係を満たす、φＤｃｏｓθ≦φＡ≦φＤ＋２、というものである。エア配管の口径が大きいほど、圧縮エアの流量を増やせるので、噴射口の付着物を容易に吹き飛ばすことができる一方、溶滴の流れを妨げたり熱源の温度を低下させたり等、熱源に悪影響を与える。そこで、エア配管の口径にφＡ≦φＤ＋２という上限値を設けた。逆に、エア配管の口径が小さ過ぎると、粉末供給管の噴射口とエア配管の噴射口とが重なるように、粉末供給管とエア配管とを連結できなくなる。すなわち、粉末供給管の内壁でエア配管の噴射口が開口してしまう。そうなると、エア配管から圧縮エアを噴射しても、噴射口の付着物を吹き飛ばしにくくなる。そこで、エア配管の口径にφＤｃｏｓθ≦φＡという下限値を設けた。
【００１９】
請求項６記載の溶射装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の溶射装置において、エア配管に設けられ圧縮エアの流路を開閉する自動バルブと、粉末供給管に連結された粉末タンク内の圧力を測定する圧力センサと、圧力センサで測定された圧力に応じて自動バルブによる流路の開閉を制御する制御部と、を備えたものである。噴射口における粉末詰まりの有無に応じて、粉末タンク内の圧力は変化する。そこで、圧力センサ、自動バルブ及び制御部を使って、粉末タンク内の圧力に応じて圧縮エアの流路を開閉することにより、噴射口に付着した粉末の状況に応じた適切な時期（タイミング）に、自動的に圧縮エアを噴射することができる。なお、自動バルブとは、手動でなく自動的にバルブを開閉するものであり、例えばソレノイドを使った電磁バルブやモータを使った電動バルブなどのことである。
【００２０】
請求項７記載の溶射装置は、請求項６記載の溶射装置において、制御部が次のように動作する。圧力センサで測定された圧力が第一の設定値以上になったときに自動バルブを介して圧縮エアの流路を開き、圧力センサで測定された圧力が第二の設定値以下になったときに自動バルブを介して圧縮エアの流路を閉じる。噴射口に付着物が生じると、噴射口が狭められることにより粉末タンク内の圧力が上昇する。このとき、自動バルブを介して圧縮エアの流路を開き、圧縮エアを噴射することにより付着物を除去する。そして、この付着物の除去により噴射口が広がると、粉末タンク内の圧力が低下する。このとき、自動バルブを介して圧縮エアの流路を閉じ、圧縮エアの流出を止める。このように、粉末タンク内の圧力が設定値に戻った時点で圧縮エアを止めることにより、熱源に最小限の影響を与えるだけで、すなわち皮膜の状態に大きな影響を与えることなく、溶射作業を連続して行なえる。
【００２１】
請求項８記載の溶射装置は、請求項７記載の溶射装置において、第二の設定値が噴射口に粉末の付着及び詰まりのない正常値であり、第一の設定値が当該正常値よりも２５％上昇した値である。すなわち、粉末タンク内の圧力が通常よりも２５％上昇した時点で自動バルブを介して圧縮エアの流路を開き、粉末タンク内の圧力が通常に戻った時点で自動バルブを介して圧縮エアの流路を閉じる。圧縮エアを噴射する第一の設定値を正常値の２５％とした理由は、例えば次のとおりである。第一の設定値を正常値の２５％よりも高くするほど、粉末の流れのばらつきが大きくなるので、成膜速度のばらつきも大きくなり、これにより形成される皮膜に影響が出やすくなる。逆に、第一の設定値を正常値の２５％よりも低くするほど、頻繁に圧縮エアを噴射することになるので、形成される皮膜に影響が出やすくなる。したがって、第一の設定値を正常値の２５％とすることにより、形成される皮膜に大きな変化を及ぼすことなく、粉末の付着及び詰りを除去することができる。換言すると、第一の設定値は、好ましくは正常値の２０％〜３０％、より好ましくは正常値の２３％〜２７％、最も好ましくは正常値の２５％である。
【００２２】
請求項９記載の溶射装置は、請求項１乃至８のいずれかに記載の溶射装置において、熱源がプラズマである。プラズマは、他の熱源に比べて、極めて高温になるので、高融点材料の溶射に適する等の利点を有する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る溶射装置の第一実施形態を示す概略断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図７及び図８と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００２４】
本実施形態の溶射装置１０は、粉末供給管７２の噴射口１１を溶射ガン７１内に備え、溶射原料の粉末７６を噴射口１１からプラズマジェット７４に供給することにより、粉末７６を溶融して被処理物（図示せず）に吹き付けて皮膜を形成するものである。そして、粉末供給管７２の内側から粉末供給管７２の噴射口１１に向けて圧縮エア１２を噴射するエア配管１３が、溶射ガン７１内に設けられている。
【００２５】
粉末供給管７２は、溶射ガン７１内の粉末供給孔と、この粉末供給孔に着脱自在に接続される溶射ガン７１外の可撓性チューブとからなる。エア配管１３は、溶射ガン７１内の圧縮エア孔と、この圧縮エア孔に着脱自在に接続される溶射ガン７１外の可撓性チューブとからなる。粉末供給管７２の噴射口１１は、エア配管１３から噴射される圧縮エア１２の噴射口も兼ねている。
【００２６】
粉末７６は、粉末供給管７２の噴射口１１から溶射ガン７１のプラズマジェット７４に供給され、溶滴となって被処理物に吹き付けられる。一方、噴射口１１には粉末７６の一部が付着し、溶射時間の経過とともにその付着物も大きくなって、噴射口１１における粉末７６の流れを妨げるようになる。そこで、溶射作業中に時々、エア配管１３から圧縮エア１２を噴射口１１に向けて噴射すると、噴射口１１の付着物（図示せず）が圧縮エア１２によって吹き飛ばされ、噴射口１１における粉末７６の流れが元に戻る。このように、内部供給方式に特有の問題である噴射口１１での付着物の発生を、溶射ガン７１の分解等を必要とせずに簡単に、しかも溶射作業を中断することなく解決できる。
【００２７】
図２は本発明に係る溶射装置の第二実施形態の要部を示し、図２［１］は図２［２］の矢印ＩＩから見た概略図、図２［２］は断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１と同じ部分は、図示を省略することにより又は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００２８】
本実施形態の溶射装置２０は、プラズマジェット７４の中心線７４１に対して粉末供給管７２が垂直に設けられ、粉末供給管７２の噴射口１１とエア配管１３の噴射口１１とが重なるように粉末供給管７２とエア配管１３とが連結されている。そして、噴射口１１におけるエア配管１３と粉末供給管７２とのなす角度θは、エア配管１３の延長方向が粉末供給管７２の延長方向に一致する場合を０度とし、エア配管１３の延長方向が粉末供給管７２の延長方向に垂直かつ皮膜を形成する側にある場合を９０度とすると、０度を越え９０度未満となっている。
【００２９】
このとき、エア配管１３から噴射される圧縮エア１２の流れには、プラズマジェット７４が溶滴を吹き付ける方向と逆の成分が生じない。つまり、溶滴の流れに逆らって圧縮エア１２が噴射されないので、プラズマジェット７４の状態の悪化が抑えられ、これにより圧縮エア１２の噴射中でも良好な皮膜が形成される。
【００３０】
換言すると、エア配管１３は噴射口１１で粉末供給管７２と繋がるように配置され、エア配管１３と粉末供給管７２とのなす角度θは０°＜θ＜９０°の関係を満たす。０°＜θ＜９０°とした理由は、プラズマジェット７４に逆らって圧縮エア１２を噴射すると、プラズマジェット７４の状態を悪化させてしまうからである。
【００３１】
また、溶射装置２０は、エア配管１３が圧縮エア１２を粉末供給管７２の噴射口１１を経てプラズマジェット７４に向けて噴射する。これに加え、エア配管１３の噴射口１１における中心線（図示せず）を延長したとき、この中心線がプラズマジェット７４の中心線７４１と交差する。そのため、エア配管１３から噴射された圧縮エア１２は、噴射口１１に付着した粉末７６を吹き飛ばし、この粉末７６を更にプラズマジェット７４の中心へ投入する。したがって、噴射口１１に付着した粉末７６は、廃棄されるのではなく有効に利用され、しかも、プラズマジェット７４の中心に投入されるので良好な溶融状態になる。
【００３２】
図３は本発明に係る溶射装置の第三実施形態の要部を示し、図３［１］は図３［２］の矢印ＩＩＩから見た概略図、図３［２］は断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１及び図２と同じ部分は図示を省略することにより又は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００３３】
本実施形態の溶射装置３０は、エア配管１３の口径をφＡ［ｍｍ］、粉末供給管７２の口径をφＤ［ｍｍ］、噴射口１１におけるエア配管１３と粉末供給管７２とのなす角度をθとしたとき、次の関係を満たす。
φＤｃｏｓθ≦φＡ≦φＤ＋２
【００３４】
エア配管１３の口径が大きいほど、圧縮エア１２の流量を増やせるので、噴射口１１の付着物を容易に吹き飛ばすことができる一方、溶滴の流れを妨げたりプラズマジェット７４の温度を低下させたり等、プラズマジェット７４に悪影響を与える。そこで、エア配管１３の口径φＡにφＡ≦φＤ＋２という上限値を設けた。
【００３５】
逆に、エア配管１３の口径φＡが小さ過ぎると、粉末供給管７２の噴射口１１とエア配管１３の噴射口１１とが重なるように、粉末供給管７２とエア配管１３とを連結できなくなる。すなわち、粉末供給管７２の内壁でエア配管１３の噴射口が開口してしまう。そうなると、エア配管１３から圧縮エア１２を噴射しても、噴射口１１の付着物を吹き飛ばしにくくなる。そこで、エア配管１３の口径φＡにφＤｃｏｓθ≦φＡという下限値を設けた。
【００３６】
エア配管１３の口径φＡの下限値について、更に詳しく説明する。粉末供給管７２はプラズマジェット７４の中心線７４１に対して垂直に配置されており、粉末供給管７２の溶射ガン７１内での開口形状は円となる。一方、エア配管１３はプラズマジェット７４の中心線７４１に対して斜めに配置されており、エア配管１３の溶射ガン７１内での開口形状は楕円（長手方向の長さをＢとする。）となる。ここで、粉末供給管７２の内壁でエア配管１３の噴射口が開口しないようにするには、Ｂ≧φＤとする必要がある。このとき、φＡ／Ｂ＝ｃｏｓθであるからＢ＝φＡ／ｃｏｓθ、したがってφＡ≧φＤｃｏｓθとなる。
【００３７】
図４は本発明に係る溶射装置の第四実施形態を示す概略断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００３８】
本実施形態の溶射装置４０は、エア配管１３に設けられ圧縮エア１２の流路を開閉する電磁バルブ４１と、粉末供給管７２に連結された粉末タンク７３内の圧力（以下「タンク内圧」という。）を測定する圧力センサ４２と、圧力センサ４２で測定されたタンク内圧に応じて電磁バルブ４１による流路の開閉を制御する制御部４３とを備えたものである。
【００３９】
電磁バルブ４１は、ソレノイドとバルブとからなり、外部信号に応じてソレノイドが動作してバルブを開閉する一般的なものである。圧力センサ４２は、例えば圧電素子等からなり、タンク内圧（気圧）に応じた信号を出力する。制御部４３は、複雑な制御をするならばマイクロコンピュータが適しており、単純な制御をするならば単純な電子回路で十分である。また、制御部４３を予め備えた圧力センサ４２を用いてもよい。
【００４０】
図５は溶射装置４０の動作を示す要部断面図であり、図５［１］〜図５［３］の順に時間が経過する。以下、図４及び図５に基づき溶射装置４０の動作を説明する。ただし、図５において図４と同じ部分は、図示を省略することにより又は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００４１】
まず、噴射口１１に粉末７６の付着及び詰まりのない場合は、圧力計４２が示すタンク内圧は正常値である（図５［１］）。続いて、噴射口１１に付着物（付着及び詰まり）４４が生じると、噴射口１１が狭められることによりタンク内圧が上昇する。そして、タンク内圧が正常値よりも２５％上昇すると、制御部４３は電磁バルブ４１を介して圧縮エア１２の流路を開き（図５［２］）、圧縮エア１２を噴射することにより付着物４４を除去する。このとき、粉末供給管７２に詰まった粉末７６を吸い出す効果もあるので、粉末詰まりの解消が促進される。続いて、付着物４４の除去により噴射口１１が広がると、タンク内圧が低下する（図５［３］）。そして、タンク内圧が正常値に戻ると、制御部４３は電磁バルブ４１を介して圧縮エア１２の流路を閉じ、圧縮エア１２の流出を止める（図５［１］）。このようにして圧縮エア１２を止める理由は、圧縮エア１２の噴射によってプラズマジェット７４に投入される粉末７６の条件（投入量、投入速度など）が変わってしまい、その結果形成される皮膜の性質も変わってしまうことを最低限に抑えるためである。
【００４２】
なお、圧縮エア１２の噴射量は、プラズマジェット７４の状態、例えば出力状態に応じて調整するようにしてもよい。プラズマジェット７４の状態に応じて、プラズマジェット７４に影響を与えにくい圧縮エア１２の噴射量も変わるからである。
【００４３】
【実施例】
次に、第四実施形態の溶射装置４０を使った一実施例について、図４及び図６に基づき説明する。図６は製造ラインを示す概略図である。
【００４４】
図６に示す製造ラインは、試料移動ライン５０に下げられた試料５１を移動しつつ、試料５１に対してブラスト処理及び溶射処理を施すものである。ブラストガン５２及び溶射ガン７１は、それぞれトラバース装置５３，５４に装着されている。試料５１には、アルミニウム鋳造合金（ＡＣ４Ｃ）からなる板材（５０×８０×ｔ８ｍｍ）を使用した。溶射材料には鉄とアルミニウムとの混合粉末を使用した。
【００４５】
まず、溶射皮膜の密着性を高めるために、試料５１の表面をブラストガン５２を用いて粗面化する。このとき、ブラストガン５２を移動軌跡５５のように動かす。続いて、粗面化された試料５１の表面に、溶射ガン７１を用いて耐磨耗性を有する溶射皮膜を形成する。このとき、溶射ガン７１を移動軌跡５６のように動かす。以下に、ブラスト条件、溶射条件、及び結果について詳述する。
【００４６】
（１）ブラスト条件
ブラスト材料にはホワイトアランダムを使用し、直圧式のブラスト装置を用いた。詳細を以下に示す。
ブラスト種類　　　　　直圧式
ブラスト距離　　　　　１００ｍｍ
ブラスト噴射角度　　　９０ｄｅｇ
直圧ノズル径　　　　　φ６ｍｍ
噴射圧力　　　　　　　３９２ｋＰａ（４ｋｇｆ／ｃｍ２）
ブラスト材　　　　　　ホワイトアランダム♯３０
ブラストガン移動速度　５ｍｍ／ｓｅｃ
【００４７】
（２）溶射条件
Ｆｅ−Ａｌ複合溶射皮膜を形成した。溶射条件は、以下のように設定した。
溶射ガン種類　　　　　　　直筒ガン
粉末供給方式　　　　　　　内部供給方式
溶射方法　　　　　　　　　プラズマ溶射
溶射距離　　　　　　　　　１００ｍｍ
溶射角度　　　　　　　　　９０ｄｅｇ
供給電流　　　　　　　　　８００Ａ
主動ガス流量（Ａｒ）　　　５６．８ｌ／ｍｉｎ
補助ガス流量（Ｈｅ）　　　７．６ｌ／ｍｉｎ
粉末供給孔の口径　　　　　φ２ｍｍ
粉末供給ガス流量（Ａｒ）　５．３ｌ／ｍｉｎ
形成膜厚　　　　　　　　　２００μｍ
圧縮エア孔の口径　　　　　φ２ｍｍ
圧縮エア流量　　　　　　　１５ｌ／ｍｉｎ
正常時粉末タンク内圧　　　５５ｋＰａ（８ｐｓｉ）
エア噴射時粉末タンク内圧　６９ｋＰａ（１０ｐｓｉ）
【００４８】
（３）結果
準備した６０枚の試料５１に対し、１時間連続でブラスト処理及び溶射処理を実施した。その結果、約１０分毎に粉末タンク７３のタンク内圧の上昇が観察された。そこで、タンク内圧が正常値よりも２５％上昇した時点で、圧縮エア１２を噴射することにより、タンク内圧を正常値に戻すことができた。１時間の処理が終了した後、噴射口１１を調べたところ、付着物及び粉末詰まりは観察されなかった。また、タンク内圧の上昇時に形成された溶射皮膜を観察したが、特に目立った変化は認められなかった。
【００４９】
なお、本発明は、言うまでもなく、上記実施形態に限定されない。例えば、溶射原料として粉末を用いることができる溶射装置であれば、熱源はプラズマに限らず燃焼炎、アーク、レーザ等としてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明に係る溶射装置によれば、粉末供給管の噴射口を溶射ガン内に備え、溶射原料の粉末を噴射口から熱源に供給することにより、粉末を溶融又は半溶融状態にして被処理物に吹き付けて皮膜を形成するものにおいて、粉末供給管の内側から粉末供給管の噴射口に向けて圧縮エアを噴射するエア配管を、溶射ガン内に設けたことにより、溶射作業中にエア配管から圧縮エアを噴射して、噴射口の付着物を吹き飛ばすことができる。そのため、内部供給方式に特有の問題である噴射口での付着物の発生を、溶射ガンの分解等を必要とせずに簡単に、しかも溶射作業を中断することなく解決できるので、作業性を著しく向上できる。
【００５１】
請求項２記載の溶射装置によれば、熱源の中心線に対して粉末供給管を垂直に設け、粉末供給管の噴射口とエア配管の噴射口とが重なるように粉末供給管とエア配管とを連結し、噴射口におけるエア配管と粉末供給管とのなす角度を０度を越え９０度未満としたことにより、溶滴の流れに逆らって圧縮エアが噴射されないので、熱源の状態の悪化が抑えられ、これにより圧縮エアの噴射中でも良好な皮膜を形成できる。
【００５２】
請求項３記載の溶射装置によれば、圧縮エアを粉末供給管の噴射口を経て熱源に向けて噴射することにより、吹き飛ばされた粉末が熱源に投入されるので、噴射口に付着した粉末を廃棄するのではなく有効に利用できる。
【００５３】
請求項４記載の溶射装置によれば、エア配管の噴射口における中心線を延長したとき、この中心線が熱源の中心線と交差するようにしたので、吹き飛ばされた粉末が熱源の中心に投入されることにより、噴射口に付着した粉末を廃棄するのではなく有効に利用できる。しかも、粉末は熱源の中心に投入されることから良好な溶融状態になり、これにより良好な皮膜を形成できる。
【００５４】
請求項５記載の溶射装置によれば、エア配管の口径をφＡ［ｍｍ］、粉末供給管の口径をφＤ［ｍｍ］、エア配管と粉末供給管とのなす角度をθとしたとき、φＤｃｏｓθ≦φＡ≦φＤ＋２を満たすようにしたので、熱源に対する悪影響を抑えつつ、確実に噴射口の付着物を除去できる。つまり、φＡ≦φＤ＋２としたことにより熱源に対する悪影響を抑えることができ、φＤｃｏｓθ≦φＡとしたことにより確実に噴射口の付着物を除去できる。
【００５５】
請求項６記載の溶射装置によれば、エア配管に設けられ圧縮エアの流路を開閉する自動バルブと、粉末供給管に連結された粉末タンク内の圧力を測定する圧力センサと、圧力センサで測定された圧力に応じて自動バルブによる流路の開閉を制御する制御部とを備えたことにより、粉末タンク内の圧力に応じて圧縮エアの流路を開閉することができるので、噴射口に付着した粉末の状況に応じた適切な時期に、自動的に圧縮エアを噴射することができる。したがって、内部供給方式に特有の問題である噴射口での付着物の発生を、溶射ガンの分解等を必要とせずに簡単に、しかも溶射作業を中断することなく自動的に解決できるので、作業性を更に著しく向上できる。
【００５６】
請求項７記載の溶射装置によれば、圧力センサで測定された圧力が第一の設定値以上になったときに自動バルブを介して圧縮エアの流路を開き、圧力センサで測定された圧力が第二の設定値以下になったときに自動バルブを介して圧縮エアの流路を閉じることにより、粉末タンク内の圧力が設定値に戻った時点で圧縮エアが止められるので、熱源に対する影響を最小限に抑えつつ、確実に噴射口の付着物を除去できる。すなわち、皮膜の状態に大きな影響を与えることなく、溶射作業を連続して実行できる。
【００５７】
請求項８記載の溶射装置によれば、粉末タンク内の圧力が通常よりも２５％上昇した時点で圧縮エアの流路を開き、粉末タンク内の圧力が通常に戻った時点で圧縮エアの流路を閉じることにより、形成される皮膜に大きな変化を及ぼすことなく、粉末の付着及び詰りを除去することができる。つまり、圧縮エアを噴射する設定値を正常値の２５％、かつ圧縮エアを停止する設定値を正常値としたことにより、設定値をこれら以外の値にした場合に比べて、形成される皮膜に対する影響を最も少なくできる。
【００５８】
請求項９記載の溶射装置によれば、熱源をプラズマとしたことにより、高融点材料の溶射に適する等のプラズマ特有の利点を生かしつつ、前述の作業性の向上等の本発明の効果と相俟って、より多くの分野で使用できるなど、有用性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶射装置の第一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明に係る溶射装置の第二実施形態の要部を示し、図２［１］は図２［２］の矢印ＩＩから見た概略図、図２［２］は断面図である。
【図３】本発明に係る溶射装置の第三実施形態の要部を示し、図３［１］は図３［２］の矢印ＩＩＩから見た概略図、図３［２］は断面図である。
【図４】本発明に係る溶射装置の第二実施形態を示す概略断面図である。
【図５】図４の溶射装置の動作を示す要部断面図であり、図５［１］〜図５［３］の順に時間が経過する。
【図６】図５の溶射装置を使った一実施例における製造ラインを示す概略図である。
【図７】従来の内部供給方式のプラズマ溶射装置を示す概略断面図である。
【図８】図７のプラズマ溶射装置の問題点を示す要部断面図であり、図８［１］〜図８［３］の順に時間が経過する。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０　溶射装置
１１　噴射口
１２　圧縮エア
１３　エア配管
４１　電磁バルブ（自動バルブ）
４２　圧力センサ
４３　制御部
７１　溶射ガン
７２　粉末供給管
７３　粉末タンク
７４　プラズマジェット（熱源）
７５　粉末供給ガス
７６　粉末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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