(57)【要約】      （修正有）【課題】  溶射フレームの広がりを抑制させることにより、被溶射体への付着時の溶滴の扁平率を高め、密着力の高い溶射被膜を形成することのできる溶射ガン装置を提供する。【解決手段】  順次供給される溶線７を燃焼炎により溶融させ、その溶融した溶線からなる溶滴をアトマイズエアによって該溶線の送給方向へ送った後、ノズル先端に形成された噴出口３ａから前記送給方向と交差する方向に吹き出すアクセラレータエアによって前記溶滴を溶射フレーム６５として、シリンダブロックのボア内面に吹き付けて溶射被膜を形成する溶射ガン３を備えた溶射ガン装置において、前記噴出口の周囲に、この噴出口から吹き出されるアクセラレータエアによる溶射フレームの拡散を抑制する拡散防止エア７７を噴出させる拡散防止用噴出孔７６を設けた。この拡散防止エアによって溶射フレームの広がりを抑えて集中させる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
順次供給される溶射用材料を燃焼炎により溶融させ、その溶融した溶射用材料からなる溶滴を第１の気体によって該溶射用材料の送給方向へ送った後、ノズル先端に形成された噴出口から前記送給方向と交差する方向に吹き出す第２の気体によって前記溶滴を溶射噴流として、被溶射体に吹き付けて被膜を形成する溶射ガンを備えた溶射ガン装置において、
前記噴出口の周囲に、この噴出口から吹き出される前記第２の気体の拡散を抑制する第３の気体を噴出させる拡散防止用噴出孔を設けた
ことを特徴とする溶射ガン装置。
【請求項２】
請求項１に記載の溶射ガン装置であって、
前記拡散防止用噴出孔は、前記噴出口の周縁部であって、この噴出口と同心円上の位置に少なくとも２箇所以上形成してなる
ことを特徴とする溶射ガン装置。
【請求項３】
請求項１に記載の溶射ガン装置であって、
前記拡散防止用噴出孔は、前記噴出口の周縁部であって、この噴出口と同心円上の位置に円弧状のスリット孔として形成してなる
ことを特徴とする溶射ガン装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の溶射ガン装置であって、
前記拡散防止用噴出孔から噴出させる第３の気体の噴出圧力を、前記噴出口から噴出させる第２の気体の噴出圧力より高くした
ことを特徴とする溶射ガン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融させた溶射用材料を噴霧状にして噴出させて被溶射体に被膜を被着形成する溶射ガンを備えた溶射ガン装置に関し、詳細には、噴霧状とされた溶射用材料による溶射フレームの広がりを抑制する技術に関する。  
【背景技術】
【０００２】
エンジンブロックのシリンダボアの内壁に合金溶射層を形成する装置としては、例えば、アセチレンとプロパンと酸素とで高温炎を作り、この中に溶射用材料を一定速度で送り込み、この高温炎で溶融させた溶射用材料の溶滴（溶けた溶射用材料の液滴）を噴出口から高速で内壁面に吹き付けて合金溶射層（溶射被膜）を形成する溶射ガン装置が提案されている（例えば特許文献１など参照）。
【特許文献１】特開平７−６２５１９号公報（第２頁および第３頁、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、噴出口から噴出される溶滴の溶射噴流（以下、これを溶射フレームと言う）は、噴出口から空気中に噴出することから空気抵抗等により、噴出口から離れるにつれて溶射フレームが次第に広がって行く特性を持つ。このため、溶射フレームの周辺部で広がった溶滴の速度が大きく減速され、内壁面である溶射面に到達するまでの時間がかかるようになり、溶滴が冷却されることも手伝って溶射面に当たったときの溶滴の扁平率（溶滴の縦横比率）が小さくなる。
【０００４】
溶滴の扁平率が小さくなると、溶滴の厚さが厚い状態で積層し溶射面に対する溶滴の接触面積が減るため、被着された溶射被膜の密着力が低下すると共にその面粗度が荒れる。
【０００５】
そこで、本発明は、溶射フレームの広がりを抑制させることにより、被溶射体への付着時の溶滴の扁平率を高め、密着力の高い溶射被膜を形成することのできる溶射ガン装置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】
【０００６】
本発明の溶射ガン装置は、上記した課題を解決することを目的として、溶滴を溶射用材料の送給方向と交差する方向に吹き付ける第２の気体を吹き出す噴出口の周囲に、この噴出口から吹き出される第２の気体の拡散を抑制する第３の気体を噴出させる拡散防止用噴出孔を設けた。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、噴出口から吹き出される第２の気体の拡散を抑制させる第３の気体を噴出せしめる拡散防止用噴出孔を噴出口の周囲に設けたので、この噴出口から噴出される第２の気体による溶射フレームの広がりを、該拡散防止用噴出孔から噴出された第３の気体の噴出によって抑えることができる。このため、被溶射体に被着される液滴の扁平率を大きなものとすることができ、密着力が高く、表面粗度の小さな溶射被膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態に図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本実施の形態の溶射ガン装置の全体構成図、図２は、溶射ガンのノズル先端部の要部拡大断面図、図３は、溶射ガンのノズル先端部の要部拡大斜視図である。
【００１０】
図１に示す円筒内面は、自動車用エンジンにおけるアルミ合金製のシリンダブロック１のボア内面１ａである。このシリンダボア内の中心に、ガス溶線式の溶射ガン３を挿入し、その噴出口３ａから溶射用材料を溶融させてなる溶滴を溶射噴流（溶射フレーム６５）として噴出させることにより、ボア内面１ａに溶射被膜を形成する。
【００１１】
溶射ガン３は、溶線送給機５から溶射用材料として鉄系金属材料の溶線７の送給を受けるとともに、アセチレンまたはプロパンあるいはエチレンなどの燃料を貯蔵した燃料ガスボンベ９および酸素を貯蔵した酸素ボンベ１１から、配管１３、１５を介して燃料ガスおよび酸素の供給をそれぞれ受ける。
【００１２】
溶線７は、溶射ガン３の中央部上下に貫通する溶線送給孔１７の上端から下端に向けて送給する。燃料および酸素は、図２に示すように、溶線送給孔１７の外側の円筒部１９に、上下方向に貫通して形成してあるガス案内流路２１に供給する。燃料および酸素の混合ガスは、ガス案内流路２１の図中で下端開口部２１ａから流出し、点火されることで燃焼炎２３を形成する。
【００１３】
前記円筒部１９の外周側には、第１の気体を流入させる流路であるアトマイズエア流路２５を形成してある。また、この円筒部１９のさらに外周側には、いずれも円筒形状の隔壁２７と外壁２９との間に形成した第２の気体を流入させる流路であるアクセラレータエア流路３１を設けてある。さらに、この隔壁２７と外壁２９には、噴出口３ａから吹き出される第２の気体による溶射フレームの広がりを抑制する第３の気体を流入させる流路である拡散防止エア流路７０を設けてある。
【００１４】
アトマイズエア流路２５を流れる第１の気体としてのアトマイズエアは、燃焼炎２３にて溶融させた溶線７を前方へ送ると共にノズル先端部を冷却する。一方、アクセラレータエア流路３１を流れる第２の気体としてのアクセラレータエアは、前方へ送られ溶融した溶線７からなる液滴を、この送り方向と交差（直交）する前記ボア内面１ａに向けて溶射噴流とする溶射フレーム６５として送り、ボア内面１ａに溶射被膜３２を形成する。
【００１５】
なお、図示では、溶射フレーム６５はボア内面１ａに対し直交する方向で示しているが、溶射フレーム６５の反射の影響を考慮して斜め方向としてもよい。
【００１６】
アトマイズエア流路２５には、図１に示すように、アトマイズエア供給源３３から減圧弁３５を備えたエア供給管３７を通してアトマイズエアを供給する。一方、アクセラレータエア流路３１には、アクセラレータエア供給源３９から減圧弁４１およびマイクロミストフィルタ４３をそれぞれ備えたエア供給管４５を通してアクセラレータエアを供給する。拡散防止エア流路７０には、拡散防止エア供給源７１から減圧弁７２およびマイクロミストフィルタ７３をそれぞれ備えたエア供給管７４を通して拡散防止エアを供給する。
【００１７】
このように、本実施の形態の溶射ガン装置では、アトマイズエア流路２５、アクセラレータエア流路３１および拡散防止エア流路７０を、互いに別系統としてそれぞれ設けてある。また、これら各アトマイズエア流路２５、アクセラレータエア流路３１および拡散防止エア流路７０に供給されるエアの供給圧力は、それぞれ独立して調整可能とされている。
【００１８】
前記溶射ガン３の先端には、図２に示すように、アクセラレータエア流路３１内に設けたベアリング４７により回転可能な回転筒部４９が設けられている。この回転筒部４９の上部外周には、アクセラレータエア流路３１に配置される回転翼５１が設けられている。この回転翼５１に、アクセラレータエア流路３１を流れるアクセラレータエアが作用することで、前記回転筒部４９がベアリング４７を介して回転する。
【００１９】
回転筒部４９の先端面（下端面）４９ａには、図２および図３に示すように、この回転筒部４９と一体となって回転する先端部材５３を固定してある。先端部材５３の周縁の一部には、前記したアクセラレータエア流路３１に連通する第１噴出流路５５と、拡散防止エア流路７０と連通する第２噴出流路７５とを備えた突出部５７を設けてある。
【００２０】
第１噴出流路５５は、アクセラレータエア流路３１とほぼ同一直線状に連続する基部流路５５ａと、基部流路５５ａの下端からほぼ９０度屈曲してボア内面１ａに向けて開口する先端流路５５ｂとを備える。この先端流路５５ｂの先端開口が、溶射ガン３の前記した噴出口３ａとなる。
【００２１】
第２噴出流路７５は、第１噴出流路５５の外周側に、この第１噴出流路５５を中心として複数形成されている。かかる第２噴出流路７５は、拡散防止エア流路７０とほぼ同一直線上に連続する基部流路７５ａと、基部流路７５ａの下端からほぼ９０度屈曲してボア内面１ａに向けて開口する先端流路７５ｂとを備える。この先端流路７５ｂの先端開口が、溶射ガン３の拡散防止用噴出孔７６となる。
【００２２】
前記拡散防止用噴出孔７６は、図３に示すように、噴出口３ａの周縁部であって、この噴出口３ａと同心円上の位置に円形孔として複数形成されている。本実施の形態では、噴出口３ａのほぼ全周を取り囲むようにして拡散防止用噴出孔７６を形成している。
【００２３】
なお、先端部材５３の突出部５７を除く周縁部は、板状部５９となってアクセラレータエア流路３１および拡散防止エア流路７０の先端開口を覆っている。また、前記したアトマイズエア流路２５は、先端部分、すなわち回転筒部４９の先端および先端部材５３で形成した部位が、先細となるよう傾斜面４９ａ、５３ａを備えている。
【００２４】
そして、本実施の形態の溶射ガン装置では、拡散防止用噴出孔７６から噴出させる拡散防止エア７７の噴出圧力を、該噴出口３ａから噴出させるアクセラレータエアの噴出圧力よりも高くする。こうすることで、噴出口３ａから噴出したアクセラレータエアによる溶射フレーム６５を、拡散防止エア７７によってその広がりを押さえ込んで集中させることができる。
【００２５】
以上のように構成された溶射ガン装置においては、図４および図５に示すように、噴出口３ａから噴出されたアクセラレータエアによる溶射フレーム６５は、その噴出口３ａの周りに形成された拡散防止用噴出孔７６から噴出される拡散防止エア７７によりその拡散が抑制される。つまり、拡散防止用噴出孔７６から噴出される拡散防止エア７７は、溶射フレーム６５の周囲を取り囲むようにして覆い、いわばエアーカーテンとして機能するため、外へ広がろうとする溶射フレーム６５の拡散を抑制させて所定のスポット径に集中させる。
【００２６】
また、この溶射フレーム６５は、拡散防止エア７７によりそのフレーム角度が理想値とされるため、ボア内面１ａに対して液滴がほぼ垂直に積層されると共に液滴の扁平率が大きくなる。このため、本実施の形態の溶射ガン装置を使用することによって、密着力が高く且つきめが細かい面粗度とされた溶射被膜３２を形成することが可能となる。
【００２７】
［動作説明］
次に、前記した溶射ガン装置を使用してボア内面１ａに溶射被膜３２を形成する方法を、図６のタイムチャートおよび図７の動作説明図を用いて説明する。
【００２８】
まず、燃料ガスボンベ９および酸素ボンベ１１から燃料および酸素をガス案内流路２１にそれぞれ供給し、ガス案内流路２１の下端開口部２１ａから流出する混合ガスに点火して燃焼炎２３を形成する。このとき、アトマイズエア流路２５に、減圧弁３５によって０．５ＭＰａに減圧したアトマイズエアを供給する。燃焼炎２３による熱は、このアトマイズエアの供給により図２中で下方に送られる。また、このアトマイズエアによって、周囲部材の昇温が回避され、当該周囲部材が冷却される。
【００２９】
アトマイズエア供給後、所定時間経過した時間ｔ1に、アクセラレータエア流路３１に、減圧弁４１によって１．５ＭＰａに減圧し、かつマイクロミストフィルタ４３によってエア中の水分や油分あるいは塵埃を濾過したアクセラレータエアを供給する。
【００３０】
アクセラレータエア流路３１に供給したアクセラレータエアは、回転翼５１を通過することで、回転筒部４９と先端部材５３とが一体となった部分を、外壁２９に対しベアリング４７を介して回転させる。さらに、このアクセラレータエアは、ベアリング４７を通過してベアリング４７を冷却し、第１噴出流路５５を流れた後、その先端の噴出口３ａからボア内面１ａに向けて噴出する。この噴出口３ａから噴出するアクセラレータエアは、アトマイズエアによって前方へ送られた前記燃焼炎２３の熱を伴って、図７（ａ）に示すように、熱風６１となってボア内面１ａに吹き付ける。
【００３１】
この状態で、溶射ガン３を、図７（ａ）に示すようにシリンダボア内に先端を挿入した状態から図中で下方に往路移動させる。この移動時では、溶線７の供給は未だ行わず、噴出口３ａを備えた先端部材５３が回転しながら下方へ移動することで、噴出口３ａから噴出する熱風６１がボア内面１ａのほぼ全域に当たり、予熱を行うことになる。
【００３２】
溶射ガン３がボア内面１ａの最下端よりさらに下方、すなわちボア内面１ａの溶射必要部位より下方に達して、ボア内面１ａに対する予熱が完了したら、時間ｔ2にてアクセラレータエアの供給を停止する。これにより、図７（ａ）に示した熱風６１の噴出は停止し、図７（ｂ）に示すように、アトマイズエア流路２５を流れるアトマイズエアによって前方（図７中で下方）に噴き出す熱風６３が発生する。また、このアクセラレータエアの供給停止により、回転筒部４９および先端部材５３の回転が停止する。
【００３３】
上記したアクセラレータエアの供給停止に伴って、前記時間ｔ2には溶線送給機５から溶線７を溶線送給孔１７に送給する。この送給された溶線７は、前記した熱風６３によって溶融し、液滴となって熱風６３と共に前方へ飛散する。
【００３４】
その後、時間ｔ3で、アクセラレータエア流路３１にアクセラレータエアを、供給圧１．５ＭＰａにて再度供給すると共に、拡散防止エア流路７０に拡散防止エアを供給する。このとき、拡散防止エアの供給圧力は、アクセラレータエアの供給圧力よりも高くする。そして、これらアクセラレータエアおよび拡散防止エアの供給を行いながら溶射ガン３を、図７（ｃ）に示すように、上方へ復路移動させる。
【００３５】
アクセラレータエアを再度供給することで、噴出口３ａから噴き出すアクセラレータエアにより溶滴が溶射フレーム６５としてボア内面１ａに吹き付けられる。このとき、図４および図５に示すように、溶射フレーム６５は、その噴出口３ａの周りに形成された拡散防止用噴出孔７６から噴出される拡散防止エア７７により拡散が抑制され、密着力が高く且つきめの細かい面粗度となる。この結果、ボア内面１ａには、図２に示すように、溶射被膜３２が形成される。
【００３６】
上記した図７（ｃ）における溶射ガン３の上方への移動時にも、アクセラレータエアによって噴出口３ａを備えた先端部材５３が回転する。このため、溶射ガン３の上方への移動によって、ボア内面１ａのほぼ全域に前記した溶射被膜３２が形成される。
【００３７】
このように、上記した実施の形態によれば、アトマイズエアとアクセラレータエアと拡散防止エアを互いに別系統としたので、例えばアトマイズエアの供給圧を０．５ＭＰａと適正に維持しつつ、アクセラレータエアの供給圧を、アトマイズエアより高い１．５ＭＰａに設定し、さらに拡散防止エアをアクセラレータエアよりも高い設定圧力で供給することができる。
【００３８】
アクセラレータエアの供給圧を高めることで、溶滴の飛散速度が高まり、該溶滴がボア内面１ａに衝突する際の運動エネルギも高くなる。この結果、ボア内面１ａに形成される溶射被膜３２は、より薄くなって扁平率が高いものとなり、ボア内面１ａに対する密着力が高まるとともに、被膜表面の面粗度も向上する。
【００３９】
また、図７（ｂ）の状態で溶線７の送給を開始するが、この送給開始後、溶射ガン３を上方へ移動させる前の状態では、アクセラレータエアの供給は停止している。したがって、このとき下方に向かう熱風６３が形成され、この熱風６３によって溶線７の溶融した溶滴は、シリンダブロック１の下方の開口部へ向けて噴出される。これにより、溶射被膜を形成する必要のないスカート部６７の内面への溶射被膜３２の形成を、マスキングなどを施すことなく回避することができる。
【００４０】
また、回転筒部４９および先端部材５３を一体となって回転させるベアリング４７をアクセラレータ流路３１に配置してあるので、燃焼炎２３の輻射熱によって高温化するベアリング４７が、アクセラレータエアによって冷却されて耐久性が向上する。
【００４１】
さらに、このアクセラレータエアおよび拡散防止エアは、マイクロミストフィルタ４３、７３によって、水分や油分などが除去されるので、ベアリング４７には水分や油分などを含まない純粋なエアが供給され、当該ベアリング４７の性能が高度に維持される。
【００４２】
また、図６に示すように、アクセラレータエアの供給開始は、燃焼炎２３が形成されてアトマイズエアを供給した後の所定時間経過後の時間ｔ1に行っているので、燃焼炎２３の安定化を図ることができる。
【００４３】
［その他の実施の形態］
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
【００４４】
上述した実施の形態では、エアーカーテンとして機能させる拡散防止エア７７を噴出させる拡散防止用噴出孔７６を円形状とすると共に噴出口３ａと同心円上の位置に複数形成したが、図８に示すように、噴出口３ａと同心円上の位置に円弧状のスリット孔として拡散防止用噴出孔７８を形成してもよい。
【００４５】
この例のように、円弧状のスリット孔として拡散防止用噴出孔７８を形成すれば、前記実施の形態と同様に、噴出口３ａから噴出されるアクセラレータエアによる溶射フレーム６５の広がりを、この拡散防止用噴出孔７８から噴出される拡散防止エア７７によって抑えることができ、密着力が高く極めの細かい表面粗度を有した良好な溶射被膜３２を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施の形態の溶射ガン装置の全体構成図である。
【図２】溶射ガンのノズル先端部の要部拡大断面図である。
【図３】溶射ガンのノズル先端部の要部拡大斜視図である。
【図４】拡散防止エアによって溶射フレームの拡散を抑制した状態を示す図である。
【図５】溶射ガンの先端から噴出するアクセラレータエアによる溶射フレームと拡散防止エアの噴射状態を示す図である。
【図６】溶射動作を示すタイムチャートである。
【図７】溶射ガン装置による動作説明図で、（ａ）はボア内面に対する予熱作業を、（ｂ）は予熱後溶射用材料の供給開始時を、（ｃ）はボア内面に対する溶射作業を、それぞれ示す。
【図８】拡散防止用噴出孔を円弧状のスリット孔とした例を示す溶射ガンのノズル先端部の要部拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…シリンダブロック（被溶射体）
１ａ…ボア内面
３…溶射ガン
３ａ…噴出口
７…溶線（溶射用材料）
２３…燃焼炎
２５…アトマイズエア流路
３１…アクセラレータ流路
６５…溶射フレーム（溶射噴流）
７０…拡散防止エア流路
７６，７８…拡散防止用噴出孔
７７…拡散防止エア  
【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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