(57)【要約】【課題】熱伝導率の小さい陶磁器、ガラス、セラミックスなどはもとより、熱伝導率の大きい金属に対しても、厚い皮膜を形成することのできるコーティング装置およびコーティング方法を提供する。【解決手段】除湿された高圧の空気を生成する加圧ユニット１と、この加圧ユニット１に接続され高圧の空気に金属粉末を混合する粉末混合ユニット２と、この粉末混合ユニット２に接続され金属粉末の飛散を防ぎながら被加工物９に対して金属粉末を高速噴射して被加工物９の表面に金属粉末によるコーティング層を形成する飛散防止ユニット３と、この飛散防止ユニット３に接続され金属粉末を回収する粉末回収ユニット４と、この粉末回収ユニット４に接続され前記粉末混合ユニット２に金属粉末を供給する粉末供給ユニット５とを備えている構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
除湿された高圧の空気を生成する加圧ユニットと、この加圧ユニットに接続され高圧の空気に金属粉末を混合する粉末混合ユニットと、この粉末混合ユニットに接続され金属粉末の飛散を防ぎながら被加工物に対して金属粉末を高速噴射して被加工物の表面に金属粉末によるコーティング層を形成する飛散防止ユニットと、この飛散防止ユニットに接続され金属粉末を回収する粉末回収ユニットと、この粉末回収ユニットに接続され前記粉末混合ユニットに金属粉末を供給する粉末供給ユニットとを備えていることを特徴とするコーティング装置。
【請求項２】
前記飛散防止ユニットは、金属粉末を高速噴射するノズルを備えた高速噴射ユニットと、被加工物を保持し位置制御する位置制御ユニットとを備えていることを特徴とする請求項１記載のコーティング装置。
【請求項３】
前記粉末供給ユニットは複数の粉末室を有し、前記複数の粉末室は前記粉末回収ユニットおよび前記粉末混合ユニットと別々のバルブで接続されていることを特徴とする請求項１記載のコーティング装置。
【請求項４】
前記粉末混合ユニットおよび前記粉末供給ユニットの少なくとも一方に金属粉末を加熱する加熱装置を備えていることを特徴とする請求項１記載のコーティング装置。
【請求項５】
前記位置制御ユニットは、前記ノズルと被加工物との相対的位置を制御しながら被加工物を移動させることを特徴とする請求項２記載のコーティング装置。
【請求項６】
前記ノズルは、コーティングの進行方向に対して横長の噴射口を備えていることを特徴とする請求項２記載のコーティング装置。
【請求項７】
前記ノズルはコーティングの進行方向に対して横方向に並ぶ複数の噴射口を備えていることを特徴とする請求項２記載のコーティング装置。
【請求項８】
前記ノズルは、コーティングの進行方向に対して横方向に複数並列に設けられていることを特徴とする請求項２記載のコーティング装置。
【請求項９】
前記複数のノズルは、互いにコーティングの進行方向に対して予め定められた間隔をおいて平行な方向にずらして設けられていることを特徴とする請求項８記載のコーティング装置。
【請求項１０】
金属粉末を噴射する前記ノズルの近傍に、前記噴射された金属粉末の流れを修正するエアーを噴射するエアーノズルを備えていることを特徴とする請求項２記載のコーティング装置。
【請求項１１】
前記粉末供給ユニットは、複数の粉末室と、前記粉末室の上下に設けられた回転式のバルブを備え、１つの粉末室の上下のバルブは同時に開かない構造とし、上下のバルブの回転位置により、金属粉末の供給を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載のコーティング装置。
【請求項１２】
請求項１に記載のコーティング装置において、前記高圧の空気の圧力を１MPaないし２MPaとすることを特徴とするコーティング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属あるいは非金属の被加工物の表面に金属粉末を高速噴射して金属皮膜を形成するコーティング装置およびコーティング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物の表面に金属皮膜を形成することは種々の分野において行われており、陶磁器の表面に金、銀等の金属皮膜を所定の模様で形成して表面装飾することや、セラミックス基板の表面に所定のパターンで金属皮膜を形成してプリント配線を形成すること等が行われている。
【０００３】
下記特許文献１に記載されている発明においては、既知のブラスト加工装置などの噴射装置により、噴射速度80ｍ/sec以上、または噴射圧力0.3MPa以上で、金、銀、銅、錫、はんだ、亜鉛、アルミニウムなどの金属粉末を噴射し、陶磁器、ガラス、セラミックス器、金属食器、配線用基板など各種被加工物に金属皮膜を形成している。
【特許文献１】特開平１０−２８０１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記公知技術においては、噴射速度80ｍ/sec以上、または噴射圧力0.3MPa以上としているが、通常のブラスト加工装置などを用いているので、噴射圧力、噴射速度ともにこの値に近い範囲である。また、噴射ガンにはブラストガンを用いている。そのため、噴射された金属粉末の運動エネルギーは、通常のブラストと同程度のものである。
【０００５】
このような条件では、熱伝導率が小さく金属粉末の衝突時の発熱を有効に利用できる陶磁器、ガラスまたはセラミックスが被加工物である場合には皮膜を形成できるが、熱伝導率が大きく熱が逃げやすい金属が被加工物である場合には皮膜を形成しにくい。たとえ皮膜を形成できた場合でも、厚膜の形成は困難であり、この公知技術における皮膜厚さは数μｍ程度と記されている。さらに、高融点の金属材料で皮膜を形成しようとすると、皮膜面に衝突した際の運動エネルギーが小さいため、その皮膜面で十分に溶融が行われず、皮膜を形成することはほとんど困難であった。
【０００６】
これに対し本発明は、熱伝導率の小さい陶磁器、ガラス、セラミックスなどはもとより、熱伝導率の大きい金属に対しても、厚い皮膜を形成することのできるコーティング装置およびコーティング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、除湿された高圧の空気を生成する加圧ユニットと、この加圧ユニットに接続され高圧の空気に金属粉末を混合する粉末混合ユニットと、この粉末混合ユニットに接続され金属粉末の飛散を防ぎながら被加工物に対して金属粉末を高速噴射して被加工物の表面に金属粉末によるコーティング層を形成する飛散防止ユニットと、この飛散防止ユニットに接続され金属粉末を回収する粉末回収ユニットと、この粉末回収ユニットに接続され前記粉末混合ユニットに金属粉末を供給する粉末供給ユニットとを備えている構成とする。
【０００８】
請求項２の発明は、前記飛散防止ユニットは、金属粉末を高速噴射するノズルを備えた高速噴射ユニットと、被加工物を保持し位置制御する位置制御ユニットとを備えている構成とする。
【０００９】
請求項３の発明は、前記粉末供給ユニットは複数の粉末室を有し、前記複数の粉末室は前記粉末回収ユニットおよび前記粉末混合ユニットと別々のバルブで接続されている構成とする。  
請求項４の発明は、前記粉末混合ユニットおよび前記粉末供給ユニットの少なくとも一方に金属粉末を加熱する加熱装置を備えている構成とする。
【００１０】
請求項５の発明は、前記位置制御ユニットは、前記ノズルと被加工物との相対的位置を制御しながら被加工物を移動させる構成とする。  
請求項６の発明は、前記ノズルは、コーティングの進行方向に対して横長の噴射口を備えている構成とする。
【００１１】
請求項７の発明は、前記ノズルは、コーティングの進行方向に対して横方向に並ぶ複数の噴射口を備えている構成とする。  
請求項８の発明は、前記ノズルは、コーティングの進行方向に対して横方向に複数並列に設けられている構成とする。
【００１２】
請求項９の発明は、前記複数のノズルは、互いにコーティングの進行方向に対して予め定められた間隔をおいて平行な方向にずらして設けられている構成とする。  
請求項１０の発明は、金属粉末を噴射する前記ノズルの近傍に、前記噴射された金属粉末の流れを修正するエアーを噴射するエアーノズルを備えている構成とする。
【００１３】
請求項１１の発明は、前記粉末供給ユニットは、複数の粉末室と、前記粉末室の上下に設けられた回転式のバルブを備え、１つの粉末室の上下のバルブは同時に開かない構造とし、上下のバルブの回転位置により、金属粉末の供給を制御するようにした構成とする。  
請求項１２の発明は、請求項１に記載のコーティング装置において、前記高圧の空気の圧力を１MPaないし２MPaとする構成とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱伝導率の小さい陶磁器、ガラス、セラミックスなどはもとより、熱伝導率の大きい金属に対しても、厚い皮膜を形成することができるとともに、加えて、皮膜を形成する金属もスズや亜鉛などの低融点の金属のみならず、アルミニウム、銅、銀といった高融点を有する金属も皮膜を形成することが可能となるコーティング装置およびコーティング方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の第１〜第７の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１の実施例のコーティング装置の構成を図１に示す。すなわち本実施例のコーティング装置は、加圧ユニット１、粉末混合ユニット２、飛散防止ユニット３、粉末回収ユニット４および粉末供給ユニット５からなる。飛散防止ユニット３は、高速噴射ユニット６、位置制御ユニット７およびノズル８からなる。
【００１７】
加圧ユニット１は除湿した空気を１MPa〜２MPaの高圧に加圧する。粉末混合ユニット２では、直圧式のブラスト装置と同様の差圧の原理により、金属粉末をこの高圧空気に混合する。粉末混合ユニット２には、加熱装置が組み込まれており、金属粉末を数十℃〜300℃程度に加熱する。また、圧力調整バルブを備え、被加工物の種類およびコーティングする金属粉末の種類や厚さなどによって、高圧空気の圧力を最適に調整する。この金属粉末を含んだ高圧空気は、フレキシブルな接続管を通して、高速噴射ユニット６に送られ、先端のノズル８から高速噴射される。この時、金属粉末を銅とした場合には、およそ200〜340ｍ/secの速度に、アルミニウムとした場合には150〜340ｍ/secの速度に、さらに亜鉛とした場合には100〜340ｍ/secの速度になるようにそれぞれ調整される。
【００１８】
高速噴射ユニット６は、飛散防止ユニット３の内部に設置されており、高速噴射された金属粉末の周囲への飛散が防止される。飛散防止ユニット３の内部にはまた、位置制御ユニット７および位置制御ユニット７に取り付けられた被加工物９が設置され、被加工物９を適宜移動させることで、高速噴射された金属粉末が所望の形状にコーティングされる。飛散防止ユニット３には通常のブラスト加工装置と同様の原理による粉末回収ユニット４が接続されており、コーティングされなかった金属粉末を回収し、粉末供給ユニット５に送る。
【００１９】
粉末供給ユニット５は、粉末混合ユニット２に接続されている。粉末混合ユニット２内は高圧であるため、粉末供給ユニット５を単に接続すると高圧空気が逆流する。そのため図２に示すように、粉末供給ユニット５は、第１の粉末室１０および第１の粉末室１０に接続された第１の回収側バルブ１１、第１の混合側バルブ１２と、第２の粉末室１３および第２の粉末室１３に接続された第２の回収側バルブ１４、第２の混合側バルブ１５により構成されている。回収側バルブ１１，１４は粉末回収ユニット４に接続され、混合側バルブ１２，１５は粉末混合ユニット２に接続されている。
【００２０】
第１の粉末室１０の粉末を粉末混合ユニット２に供給する場合は第１の回収側バルブ１１と第２の混合側バルブ１５を閉じ、かつ第１の混合側バルブ１２を開く。このとき第２の回収側バルブ１４は開閉のどちらでも構わない。第２の回収側バルブ１４を開けば回収した粉末を第２の粉末室１３に導入することができる。上述の第１と第２とを逆にすれば、第２の粉末室１３の粉末を粉末混合ユニット２に供給し、回収した粉末を第１の粉末室１０に導入することができる。これを交互に繰り返すことで、連続コーティングを行う。
【００２１】
本実施例によれば、加圧ユニット１を用いるので通常のブラスト加工装置よりも高圧の空気に金属粉末を混合して噴射することができるため、より強固で厚い皮膜をコーティングすることができる。また、粉末混合ユニット２によって金属粉末を予め加熱しておくことができるので、比較的細かい金属粉末を使用する場合の粉末同士の固着を防止し、粉末の供給と噴射を安定化し、皮膜の密着強度や厚さを均一化することができる。また、飛散防止ユニット３で回収された金属粉末を運転状態のまま、粉末混合ユニット２に再供給できるので、高圧の空気を使用するにも拘らず、粉末を再供給しながら連続運転することができる。
【実施例２】
【００２２】
図３は本発明の第２の実施例のコーティング装置の要部の構成を示す図である。本実施例においては、ノズル８は、Ｙ軸方向に往復運動を可能とするウィービング装置１６に取り付けられている。一方、被加工物９はＸ軸方向に移動可能なテーブル１８に設置されている。このＸ，Ｙの動作を同時に行うことで、Ｙ軸方向に広がりのあるコーティング皮膜が得られる。被加工物９に対してノズル８がＹ方向に相対的に移動すればよいので、ノズル８を固定して被加工物９をＸ，Ｙ方向に移動してもよいし、逆に被加工物９を固定して、ノズル８をＸ，Ｙ方向に移動してもよい。
【００２３】
本実施例によれば、線状のコーティングを行うノズルで幅広のコーティングを実施することができる。このため、線状のコーティングと幅広の面状のコーティングを同一のノズルで行うことができる。
【実施例３】
【００２４】
図４は本発明の第３の実施例のコーティング装置の要部の構成を示す図である。図４（ａ）は、ノズル８の噴射口１９を横長にしたものである。また、図４（ｂ）は、ノズル８の噴射口１９を斜めに２ヵ所に設けたものである。これらのノズル８から金属粉末を噴射することで、ノズル８をウィービングさせなくても幅広のコーティングが可能である。また、このノズル８を用いてウィービングを併用しても幅広のコーティングが可能である。
【実施例４】
【００２５】
図５は本発明の第４の実施例のコーティング装置の要部の構成を示す図である。すなわち本実施例においては、図５（ａ）のように、線状コーティング用の複数のノズル８をコーティングの進行方向に対して、横に並べてある。この構成により、横方向に幅広のコーティングが可能である。また、複数のノズル８のどのノズルから噴射させるかを制御することで、種々の形状・模様のコーティング層が得られる。
【００２６】
図５（ｂ）はこのノズルの並列状態を上方から見た図である。この場合は、ノズル８は進行方向に対して並列ではなく、少しずつ遅れを持った配置になっている。ノズル８から噴射された金属粉末流１７は放射状に広がるため、ノズル８が接近していると粉末状態が干渉し、粉末の飛行速度が低下する可能性がある。上述のように遅れを持たせたノズル配置とすると、ノズル間の幅方向の距離を広げることなく、ノズル間の干渉を防止することができるので、幅広の安定したコーティング層を得ることができる。
【実施例５】
【００２７】
図６は本発明の第５の実施例のコーティング装置の要部の構成を示す図である。すなわち、金属粉末噴射用のノズル８の両脇に、噴射された金属粉末流１７の成形を行うための成形ノズル２０を設置している。ノズル８から噴射された金属粉末流１７の周辺の噴射速度の遅い部分２１が、この成形ノズル２０から噴射されるエアー２４により除去される。その結果、噴射速度の速い部分２２のみにより、コーティング層とコーティングしていない部分の境界部分がシャープなコーティング層２３が得られる。
【実施例６】
【００２８】
図７は本発明の第６の実施例のコーティング装置の要部の構成を示す図である。すなわち、金属粉末噴射用のノズル８の両脇に、被加工物９のコーティングを付着させたくない部分にエアーを吹き付けるためのマスキングノズル２５を設置している。マスキングノズル２５からのエアー２４を被加工物９に吹き付けているので、この部分に噴射された金属粉末流１７の進行方向は、エアー２４の流れの方向に曲げられると共に、減速する。その結果、この部分がマスキングされる。本実施例によれば、テープなどを貼らずにマスキングが可能である。
【実施例７】
【００２９】
図８は本発明の第７の実施例のコーティング装置の要部の構成を示す図である。すなわち、粉末供給ユニット５には、金属粉末を所定量ずつ格納できるハニカム状の部屋２６が設けられており、その上下に回収側バルブ２７と混合側バルブ２８が設けられている。これらのバルブ２７，２８の開口部２９は、ハニカム状の部屋２６の同じ部屋の上下のバルブが同時には開かない構造となっている。回収側バルブ２７が開いた部分の部屋２６には、回収した金属粉末が格納される。また、混合側バルブ２８が開いた部屋２６の金属粉末は粉末混合ユニット２に送られる。
【００３０】
本実施例によれば、供給される金属粉末の量をハニカム状の部屋２６の体積分ずつに限定できるので、微妙な粉末供給制御が可能となり、その結果として、コーティング厚さの制御の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施例のコーティング装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施例のコーティング装置の粉末供給におけるユニットの構成を示す図。
【図３】本発明の第２の実施例のコーティング装置の要部の構成を示す図。
【図４】本発明の第３の実施例のコーティング装置の要部の構成を示し、（ａ），（ｂ）それぞれ異なる構成例を示す図。
【図５】本発明の第４の実施例のコーティング装置の要部の構成を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の上部から見た構成を示す図。
【図６】本発明の第５の実施例のコーティング装置の要部の構成を示す図。
【図７】本発明の第６の実施例のコーティング装置の要部の構成を示す図。
【図８】本発明の第７の実施例のコーティング装置の要部の構成を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の下部から見た構成を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１…加圧ユニット、２…粉末混合ユニット、３…飛散防止ユニット、４…粉末回収ユニット、５…粉末供給ユニット、６…高速噴射ユニット、７…位置制御ユニット、８…ノズル、９…被加工物、１０…第１の粉末室、１１…第１の回収側バルブ、１２…第１の混合側バルブ、１３…第２の粉末室、１４…第２の回収側バルブ、１５…第２の混合側バルブ、１６…ウィービング装置、１７…金属粉末流、１８…テーブル、１９…噴射口、２０…成形ノズル、２１…噴射速度の遅い部分、２２…噴射速度の速い部分、２３…コーティング層、２４…エアー、２５…マスキングノズル、２６…ハニカム状の部屋、２７…回収側バルブ、２８…混合側バルブ、２９…バルブ開口部。
【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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