(57)【要約】【課題】ＨＶＯＦ溶射により諸特性に優れた高密度皮膜を得ようとする際に使用され、溶射フレームに安定して微粉末を供給することができる微粉末供給方法及び装置を提供する。【解決手段】スラリーフィード制御部１０、キャリアガス制御部２０及びパウダーポート３０を備えるスラリー状微粉末供給装置であって、前記パウダーポート３０の直前に配管され、前記スラリーフィード制御部１０により送給されるスラリー状微粉末と前記キャリアガス制御部２０より送給されるキャリアガスとを混合し、アトマイズする混合器４０を備え、前記パウダーポート３０は、前記混合器４０でアトマイズされたスラリー状微粉末を霧状に噴出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリー状微粉末とキャリアガスを混合し、アトマイズした後、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して皮膜を形成するスラリー状微粉末供給方法。
【請求項２】
スラリー状微粉末を直接、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して皮膜を形成するスラリー状微粉末供給方法。
【請求項３】
スラリーフィード制御部、キャリアガス制御部及びパウダーポートを備えるスラリー状微粉末供給装置であって、
前記パウダーポートの直前に配管され、前記スラリーフィード制御部により送給されるスラリー状微粉末と前記キャリアガス制御部より送給されるキャリアガスとを混合し、アトマイズする混合器を備え、
前記パウダーポートは、前記混合器でアトマイズされたスラリー状微粉末を霧状に噴出することを特徴とするスラリー状微粉末供給装置。
【請求項４】
スラリーフィード制御部及びパウダーポートを備えるスラリー状微粉末供給装置であって、
前記パウダーポートは、前記スラリーフィード制御部から送給されたスラリー状微粉末を霧状に噴出することを特徴とするスラリー状微粉末供給装置。
【請求項５】
前記キャリアガスに可燃性ガスを用いて、溶射フレームの温度及び熱エネルギーを上昇させ、セラミックの皮膜を形成可能とすることを特徴とする請求項１記載のスラリー状微粉末供給方法。
【請求項６】
キャリアガスに反応性ガス及び／又はスラリー溶液に反応性液体を用いて、溶射フレームに投入後、溶射粒子に化学反応を起こさせるようにしたことを特徴とする請求項１記載のスラリー状微粉末供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラリー状微粉末供給方法及び装置に関し、さらに詳しくは、微粉末のＨＶＯＦ（Ｈｉｇｈ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ｏｘｙ  Ｆｕｅｌ）溶射により諸特性に優れた高密度皮膜を得ようとする際に使用されるスラリー状微粉末供給方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微粉末のＨＶＯＦ溶射により諸特性に優れた高密度皮膜が得られることが、最近の溶射講演会等で発表され、多大な関心が寄せられている。特に、アフターバーナーを適用し、微粉末を使用すれば、セラミックのＨＶＯＦ溶射が可能となり、その溶射皮膜はＤ−Ｇｕｎ溶射皮膜と異なり、物性変化が極めて少ないバルクに近い皮膜であることが解明されたので、新たなアプリケーションの開発が期待されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】産報出版株式会社発行「溶射技術」第２２巻第３号第３３−３８頁（平成１５年２月２８日発行）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
微粉末は、熱エネルギーの吸収が速く、瞬時にジェット速度に近くまで加速されるので、溶射ガンに従来のような過大なエネルギーを求める必要もなく、エネルギーコストの低減も可能である。しかし、現存する微粉末供給装置では、微粉末（〜１０μｍ）を安定的に供給することは困難であり、アプリケーションの実現が遅れている。
安定供給が困難である主たる原因は、微粉末の気体（空気及びキャリアガス）中における凝固であると考えられるので、本発明は、これを液体中で取り扱うことを試み、良好な微粉末供給システムを実現するスラリー状微粉末供給方法及び装置を提供すること課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明のスラリー状微粉末供給方法は、スラリー状微粉末とキャリアガスを混合し、アトマイズした後、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して皮膜を形成する。
【０００６】
また、本発明の他のスラリー状微粉末供給方法は、スラリー状微粉末を直接、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して皮膜を形成する。
【０００７】
そして、本発明のスラリー状微粉末供給装置は、スラリーフィード制御部、キャリアガス制御部及びパウダーポートを備えるスラリー状微粉末供給装置であって、前記パウダーポートの直前に配管され、前記スラリーフィード制御部により送給されるスラリー状微粉末と前記キャリアガス制御部より送給されるキャリアガスとを混合し、アトマイズする混合器を備え、前記パウダーポートは、前記混合器でアトマイズされたスラリー状微粉末を霧状に噴出することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他のスラリー状微粉末供給装置は、スラリーフィード制御部及びパウダーポートを備えるスラリー状微粉末供給装置であって、前記パウダーポートは、前記スラリーフィード制御部から送給されたスラリー状微粉末を霧状に噴出することを特徴とする。
【０００９】
なお、前記キャリアガスに可燃性ガスを用いて、溶射フレームの温度及び熱エネルギーを上昇させ、セラミックの皮膜を形成可能とすることが望ましい。
【００１０】
さらに、キャリアガスに反応性ガス及び／又はスラリー溶液に反応性液体を用いて、溶射フレームに投入後、溶射粒子に化学反応を起こさせるようにても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態におけるスラリー状微粉末供給装置の概略図、図２は本発明のスラリー状微粉末供給装置が適用される溶射ガンの概略図である。
【００１２】
スラリー状微粉末供給装置は、図１に示されるように、スラリーフィード制御部１０、キャリアガス制御部２０及びパウダーポート３０を備える。スラリーフィード制御部１０は、スラリーホッパー１１とスラリーポンプ１２からなり、スラリー状微粉末を後述する混合器４０に送給する働きを担う。キャリアガス制御部２０は、キャリアガスが充填されたボンベ２１とレギュレータ２２からなり、キャリアガスを前記混合器４０に送給する働きを担う。
【００１３】
前記スラリーホッパー１１の撹拌器１１ａにより微粉末は、水、工業用アルコール又は灯油等の溶媒と混合し、撹拌することによりスラリー（又はペースト状）とし、前記スラリーホッパー１１に配管されたスラリーポンプ１２に自重で供給される。このようにスラリーは、自重でスラリーポンプ１２に供給されるか、又はチューブ式ポンプを配管した場合には、チューブで吸引されるので、スラリーホッパー１１を加圧する必要がなく、また、バイブレーター等の補助機能を付加する必要もないが、時間経過とともに、微粉末を溶媒が分離してしまうので、スラリーをゆるやかに撹拌する撹拌器を備えるスラリーホッパー１１を必要とする。
【００１４】
前記スラリーポンプ１２は、スクリュー式ポンプやチューブ式ポンプ等、粉末をスラリーで搬送する際に使用される通常のポンプを使用する。また、スラリーを形成する溶媒は、粉末の物性を変化させない限り、種々選択可能である。後述する実験では、水、工業用アルコール、及び灯油を使用した。
【００１５】
前記混合器４０は、前記パウダーポート３０の直前に配管され、前記スラリーフィード制御部１０により送給されるスラリー状微粉末と前記キャリアガス制御部２０より送給されるキャリアガスとを混合し、アトマイズする。前記パウダーポート３０は、前記混合器４０でアトマイズされたスラリー状微粉末を霧状に噴出する働きを担う。図２に示すようにスラリー状微粉末は、従来のＨＶＯＦ溶射ガンのガンノズルから供給され、溶射フレームの吐出部に送給される。
【００１６】
キャリアガスの流量等は、前記キャリアガス制御部２０により、パウダーポート３０の直前に配管された混合器４０まで、独立系統で制御される。キャリアガスの種類としては、酸素及び有害ガスを発生するもの以外、すべて使用可能である。後述する実験例では、ドライエア及びアセチレンを使用した。アセチレンの燃焼で、投入粉末周りの温度が上昇し、セラミックの溶射が可能となる。
【００１７】
コンプレッサーから吐出された圧縮エアは、多量の水分、油分を含んでいるため、溶射用のキャリアガスとしては望ましくないので、コンプレッサーの出力部にドライヤー及びフィルターを接続して水分及び油分を除去する。水分及び油分を除去されたエアをドライエアという。
【００１８】
また、キャリアガスに反応性ガス及び／又はスラリー溶液に反応性液体を用いて、溶射フレームに投入後、溶射粒子に化学反応を起こさせるようにしてもよい。溶射フレームに投入されたキャリアガスやスラリー溶液は、酸素と結びついて燃焼反応を起こすが、反応性液体を加えた場合は、分解して溶融粒子と窒化反応、硼化反応等を起こして違う物質に変えてから皮膜を形成する。
【００１９】
ここで、スラリー状微粉末供給方法の特徴を整理すると、
（１）粉末の粒度、形状等を問わない。
（２）ブレンド粉末も編積することなく供給できる。
（３）高精度での定量供給が可能である。
（４）最大供給量が大きく、供給レンジも広い。
（５）粉末供給量とキャリアガス流量がそれぞれ独立して制御できる。
（６）キャリアガスに可燃性ガスを使用することができる。なお、溶射に使用される可燃性ガスとしては、プロパン、プロピレン、ＭＡＰガス、水素ガス、アセチレン等が望ましい。このうち、アセチレンがセラミックを溶融する最高燃焼温度を発生するので、セラミックの溶射に適している。微粉末の粒子が小さく（サブミクロン）になると、その物質の融点以下で溶融が始まるので、この場合は、アセチレン以外のキャリアガスも有効である。
（７）粉末供給を瞬時にＯＮ／ＯＦＦすることが可能である。
（８）粉末を乾燥保管する必要がない。
【００２０】
上記特徴を備えるスラリー状部粉末供給方法が有効であることを実証するために実験を行った。実験例のうち微粉末供給パラメータの代表例を表１に示す。なお、本実験においては、ＨＶＯＦ溶射ガンとして図２に示す株式会社ウィテコジャパン製のθガンを使用した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１に示すように、
（１）灯油（液体供給量：２０ｃｃ／ｍｉｎ）を溶媒とする粒度が１０μｍ程度のＷＣ・１２Ｃｏ（タングステンカーバイト１２％コバルト）のスラリー状微粉末を１５０ｇ／ｍｉｎの供給量で供給し、圧力０．５Ｍｐａ、供給量２０ｌ／ｍｉｎでドライエアーをキャリアガスとして供給して、これらを混合し、アトマイズした後、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して良質な皮膜を形成することに成功した。
（２）水（液体供給量：３０ｃｃ／ｍｉｎ）を溶媒とする粒度が２５μｍ程度のＡｌ（アルミニウム）のスラリー状微粉末を２００ｇ／ｍｉｎの供給量で供給し、圧力０．５Ｍｐａ、供給量２５ｌ／ｍｉｎでドライエアーをキャリアガスとして供給して、これらを混合し、アトマイズした後、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して良質な皮膜を形成することに成功した。
（３）アルコール（液体供給量：２５ｃｃ／ｍｉｎ）を溶媒とする粒度が３μｍ程度のＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）のスラリー状微粉末を８０ｇ／ｍｉｎの供給量で供給し、圧力０．１４Ｍｐａ、供給量３０ｌ／ｍｉｎでアセチレンをキャリアガスとして供給して、これらを混合し、アトマイズした後、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して良質な皮膜を形成することに成功した。
（４）アルコール（液体供給量：２０ｃｃ／ｍｉｎ）を溶媒とする粒度が１μｍ程度のＹ２Ｏ３（イットリア）のスラリー状微粉末を６０ｇ／ｍｉｎの供給量で供給し、圧力０．１４Ｍｐａ、供給量２６ｌ／ｍｉｎでアセチレンをキャリアガスとして供給して、これらを混合し、アトマイズした後、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して良質な皮膜を形成することに成功した。
【００２３】
【産業上の利用可能性】
上記スラリー状微粉末供給方法を使用したＨＶＯＦ溶射皮膜の特性を活かしたアプリケーションの例として、以下のものが考えられる。
（１）セラミックス、耐酸・耐アルカリ金属又はサーメットのスラリー状微粉末により、水や薬液等の浸透を防ぐ皮膜を形成する。
（２）セラミックス又はサーメットのスラリー状微粉末により、鏡面フィルムロールを形成する。
（３）サーメット又はセラミックのスラリー状微粉末により、研磨が要らない耐摩耗皮膜を形成する。
（４）セラミック（Ａｓ  ｓｐｒａｙｅｄ）のスラリー状微粉末により、低摩擦抵抗皮膜を形成する。
（５）サーメット又はセラミックのスラリー状微粉末により、耐粒子磨耗皮膜を形成する。
（６）セラミックのスラリー状微粉末により、絶縁皮膜を形成する。
（７）銀、銅又はアルミニウムのスラリー状微粉末により、導電皮膜を形成する。
（８）セラミック（ＴｉＯ２）のスラリー状微粉末により、抗菌皮膜を形成する。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のスラリー状微粉末供給方法によれば、スラリー状微粉末とキャリアガスを混合し、アトマイズした後、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して皮膜を形成し、スラリーにより脈動がなく高精度で溶射フレームに安定供給されるので、粉末濃度、粉末形状、粉末比重等を問わず、どうのような粉末であっても溶射フレームに送給可能である。そして、スラリー濃度は、液状から粘土状に至るまで、幅広い範囲で選定できる。
【００２５】
本発明の他のスラリー状微粉末供給方法である、スラリー状微粉末を直接、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して皮膜を形成する方法でも、上記の効果が期待できる。
【００２６】
また、本発明の後者の方法によれば、スラリーを例えばスラリーポンプにより高圧（最大圧力１．２ＭＰａ）で吐出することも可能なので、スラリーは細い径のチューブ（最小内径２．０ｍｍ）を経由しても送給されるが、溶射ガンからのジェットフレーム（溶射フレーム）に投入可能な程の勢いは得られない。
【００２７】
しかし、本発明の前者の方法によれば、スラリー状微粉末を吸引、アトマイズし、パウダーポートよりジェットフレームに投入するためのキャリアガスの供給圧力及び流量を調節することによって、スラリー状微粉末の供給量に影響を与えることなく、ジェットフレームへの投入圧力を制御することができる。
【００２８】
さらに、本発明のスラリー状微粉末供給装置は、スラリーフィード制御部、キャリアガス制御部及びパウダーポートを備えるスラリー状微粉末供給装置であって、前記パウダーポートの直前に配管され、前記スラリーフィード制御部により送給されるスラリー状微粉末と前記キャリアガス制御部より送給されるキャリアガスとを混合し、アトマイズする混合器を備え、前記パウダーポートは、前記混合器でアトマイズされたスラリー状微粉末を霧状に噴出することを特徴とするので、従来のＨＶＯＦ溶射ガンをそのまま利用することが出来、ガンノズルの外部からスラリー状微粉末を供給し、溶射フレームの吐出部に簡単に微粉末を送給することができる。また、従来のプラズマ溶射ガンにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるスラリー状微粉末供給装置の概略図である。
【図２】本発明のスラリー状微粉末供給装置が適用される溶射ガンの概略図である。
【符号の説明】
１０  スラリーフィールド制御部      ２０  キャリアガス制御部
３０  パウダーポート                ４０  混合器
【図１】
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【図２】
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