(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の溶射用線材を、溶射方向に沿う軸線（以下溶射軸線という。）上に設定された目標点に先端が指向する２本の線材ガイド管によりそれぞれガイドしつつ前記目標点に向けて送給して、前記２本の線材ガイド管の先端からそれぞれ突出した２本の溶射用線材の先端を前記目標点付近で接触させるとともに、前記２本の線材間に電圧を印加して両線材の先端間でアークを発生させ、  前記目標点付近に一次ガス流の集合点を設定して、前記２本の線材ガイド管が設けられた領域の周囲の複数個所から前記溶射軸線に対して傾斜した方向に沿って前記集合点に向う複数のビーム状の一次ガス流を発生させるとともに、前記２本の線材ガイド管から突出した２本の線材を内包した状態で前記目標点よりも手前の位置から前記目標点よりも更に前方の位置に設定された前記溶射軸線上の集束点に向けて集束するように流れる二次ガス流を発生させ、
前記２本の線材の先端のアークにより溶融した部分に前記一次ガス流を集中的に吹き付けることにより溶融金属の噴霧流を生じさせ、
前記溶融金属の噴霧流を前記二次ガス流とともに前記溶射方向の前方に配置した被溶射物に向けて噴出させて溶射を行うことを特徴とするアーク溶射方法。
【請求項２】
溶射方向に沿う軸線（以下溶射軸線という。）に中心軸線が一致するように設けられて先端が前記溶射方向の前方側に開口した孔部を内側に有する環状部材と、中心軸線が前記溶射軸線に一致し、かつ前記溶射軸線上に設定された集束点に集束する方向に沿うように傾斜した状態で前記孔部を連続的または断続的に取り囲むように設けられて先端が前記溶射方向の前方側に開口したオリフィスとを備えたヘッド本体と、前記環状部材の孔部を貫通して先端が前記孔部の開口位置付近で終端するように設けられて、前記孔部の開口位置と前記集束点との間に位置させて前記溶射軸線上に設定された目標点に向けて溶射用線材を案内するように構成された２本の線材ガイド管とを備えた溶射ヘッドと、前記２本の線材の先端間でアークを発生させるために両線材間に給電する給電手段とを設けておき、
前記目標点付近に一次ガス流の集合点を設定し、
前記ヘッド本体の孔部内の２本の線材ガイド管が配置された領域よりも外側の領域の複数個所から前記溶射軸線に対して傾斜した方向に沿って前記集合点に向う複数のビーム状の一次ガス流を生じさせるとともに、前記オリフィスから噴出して前記集束点に集束する二次ガス流を生じさせ、
前記２本の線材の先端のアークにより溶融した部分に前記一次ガス流を集中的に吹き付けることにより溶融金属の噴霧流を生じさせ、
前記溶融金属の噴霧流を前記二次ガス流ととも前記溶射方向の前方に配置した被溶射物に向けて噴出させて溶射を行うことを特徴とするアーク溶射方法。
【請求項３】
前記複数の一次ガス流の内の少なくとも一部の一次ガス流を前記２本のガイド管の先端部付近に接触させることを特徴とする請求項１または２に記載のアーク溶射方法。
【請求項４】
２本の溶射用線材を、溶射方向に沿う軸線（以下溶射軸線という。）上に設定された目標点に先端が指向する２本の線材ガイド管によりそれぞれガイドしつつ前記目標点に向けて送給して、前記２本の線材ガイド管の先端からそれぞれ突出した２本の溶射用線材の先端を前記目標点付近で接触させるとともに、前記２本の線材間に電圧を印加して両線材の先端間でアークを発生させ、  前記２本の線材ガイド管のそれぞれの長手方向に沿うように形成されて先端が前記目標点側に開口した一次ガス流路を設けて、該一次ガス流路を通して前記２本の線材ガイド管から突出した線材の外面に沿って前記目標点に向う一次ガス流を生じさせるとともに、前記２本の線材ガイド管の先端からそれぞれ突出した線材を内包した状態で、前記目標点よりも手前の位置から目標点よりも更に前方の位置に設定された前記溶射軸線上の集束点に向けて集束するように流れる二次ガス流を発生させ、
前記２本の線材の先端のアークにより溶融した部分に前記一次ガス流を集中的に吹き付けることにより溶融金属の噴霧流を生じさせ、
前記溶融金属の噴霧流を前記二次ガス流ととも前記溶射方向の前方に配置した被溶射物に向けて噴出させて溶射を行うことを特徴とするアーク溶射方法。
【請求項５】
前記溶射用線材の種類に応じて前記一次ガス流の流速を設定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のアーク溶射方法。
【請求項６】
溶射方向に沿う軸線（以下溶射軸線という。）に中心軸線が一致するように設けられて先端が前記溶射方向の前方側に開口した孔部を内側に有する環状部材と、中心軸線が前記溶射軸線に一致し、かつ前記溶射軸線上に設定された集束点に集束する方向に沿うように傾斜した状態で前記孔部を連続的または断続的に取り囲むように設けられて先端が前記溶射方向の前方側に開口したオリフィスと前記オリフィスの後端部に連通させられたガス溜め室とを備えたヘッド本体と、前記環状部材の孔部を貫通して先端が前記孔部の開口位置付近で終端するように設けられて、前記孔部の開口位置と前記集束点との間に位置させた状態で前記溶射軸線上に設定された目標点に向けて溶射用線材を案内するように構成された２本の線材ガイド管と、前記環状部材の内側で前記溶射方向の前方側に流れる一次ガス流を生じさせる一次ガス流形成手段とを備えた溶射ヘッドと、
前記オリフィスから二次ガスを噴出させるために前記ガス溜め室に圧縮された二次ガスを供給する二次ガス供給手段と、
前記２本の線材の先端間でアークを発生させるために両線材間に給電する給電手段とを備え、
アークが発生している前記２本の線材の先端部付近に前記一次ガス流を吹き付けることにより形成した溶融金属の噴霧流を前記二次ガス流とともに前記溶射方向に噴出させて金属の溶射を行うアーク溶射装置において、
前記目標点付近に一次ガス流の集合点が設定され、
前記一次ガス流形成手段は、前記環状部材の内側の孔部内の前記２本の線材ガイド管が配置された領域よりも外側の領域の複数個所から前記溶射軸線に対して傾斜した方向に沿って前記集合点に向って流れて前記２本の線材の先端のアークにより溶融した部分に集中的に吹き付けられる複数のビーム状の一次ガス流を生じさせるように、前記溶射軸線に対して傾斜した状態で設けられて先端が前記孔部内で前記集合点に指向させられた複数の一次ガス流路を備え、
前記複数の一次ガス流路の内の少なくとも一部の一次ガス流路は、前記２本のガイド管の先端部付近に接触して流れる一次ガス流を生じさせるように設けられていることを特徴とするアーク溶射装置。
【請求項７】
前記２本の線材をそれぞれガイドする２本の線材ガイド管は、それぞれのガイド方向に沿う中心線を前記環状部材の中心軸線を含む平面上に位置させた状態で設けられ、
前記一次ガス流路は前記環状部材の中心軸線の回りに９０度間隔で４つ設けられていて、該４つの一次ガス流路の内の２つの一次ガス流路は、それぞれの中心線を前記２本の線材ガイド管の中心線が配置された平面上に位置させた状態で設けられている請求項６に記載のアーク溶射装置。
【請求項８】
前記２本の線材をそれぞれガイドする２本の線材ガイド管は、それぞれのガイド方向に沿う中心線を前記溶射軸線を含む平面上に位置させた状態で設けられ、
前記一次ガス流路は前記溶射軸線の回りに９０度間隔で４つ設けられていて、対角位置にある各２つの一次ガス流路は、それぞれの中心線を、前記２本の線材ガイド管の中心線が配置された平面に対して４５度傾いた平面上に位置させた状態で設けられている請求項６に記載のアーク溶射装置。
【請求項９】
溶射方向に沿う軸線（以下溶射軸線という。）に中心軸線が一致するように設けられて先端が前記溶射方向の前方側に開口した孔部を内側に有する環状部材と、中心軸線が前記溶射軸線に一致し、かつ前記溶射軸線上に設定された集束点に集束する方向に沿うように傾斜した状態で前記孔部を連続的または断続的に取り囲むように設けられて先端が前記溶射方向の前方側に開口したオリフィスと前記オリフィスの後端部に連通させられたガス溜め室とを備えたヘッド本体と、前記環状部材の孔部を貫通して先端が前記孔部の開口位置付近で終端するように設けられて、前記孔部の開口位置と前記集束点との間に位置させた状態で前記溶射軸線上に設定された目標点に向けて溶射用線材を案内するように構成された２本の線材ガイド管と、前記環状部材の内側で前記溶射方向の前方側に流れる一次ガス流を生じさせる一次ガス流形成手段とを備えた溶射ヘッドと、
前記オリフィスから二次ガスを噴出させるために前記ガス溜め室に圧縮された二次ガスを供給する二次ガス供給手段と、
前記２本の線材の先端間でアークを発生させるために両線材間に給電する給電手段とを備え、
アークが発生している前記２本の線材の先端部付近に前記一次ガス流を吹き付けることにより形成した溶融金属の噴霧流を前記二次ガス流とともに前記溶射方向に噴出させて金属の溶射を行うアーク溶射装置において、
前記２本の線材ガイド管のそれぞれの長手方向に沿うように形成され、先端が前記目標点側に開口させられて、前記溶射軸線に対して傾斜した方向に沿って一次ガスを流す一次ガス流路と、前記一次ガス流路に圧縮された一次ガスを供給する一次ガス供給手段とが設けられて、前記一次ガス供給手段と各一次ガス流路とにより前記一次ガス流形成手段が構成され、
前記一次ガス流路を通して流れる一次ガスが前記２本の線材の先端のアークにより溶融した部分に集中的に吹き付けられるように構成されているアーク溶射装置。
【請求項１０】
前記一次ガス流路は、各線材ガイド管がガイドする線材を同軸的に取り囲むように形成されている請求項９に記載のアーク溶射装置。
【請求項１１】
前記一次ガス流の流速は前記溶射用線材の種類に応じて設定されることを特徴とする請求項５ないし１０のいずかれ１つに記載のアーク溶射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アークにより溶融させた金属を霧化して被溶射物に吹き付けることにより、被溶射物の表面に金属の被膜を形成するアーク溶射方法及びアーク溶射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
港湾施設、橋梁、鉄塔等、屋外に設置される設備の構成部材においては、その表面に防錆用の被膜や耐蝕性を有する被膜を形成することが多い。
【０００３】
素材または製品の表面に耐蝕性の被膜を形成する方法の一つとして、アーク溶射方法が知られている。アーク溶射方法においては、溶射方向に沿う軸線（以下溶射軸線という。）上に設定した目標点に先端が指向する２本の線材ガイド管と、目標点の近傍にガスを供給する手段とを備えた溶射ヘッドを用い、両線材ガイド管によりそれぞれ２本の溶射用線材をガイドしつつ目標点に向けて送給して、２本の線材ガイド管の先端からそれぞれ突出した２本の溶射用線材の先端を目標点付近で接触させる。そして、両線材間に電圧を印加することにより、両線材の先端部の間でアークを発生させて、両線材の先端部を溶融させ、溶融した線材の先端部にガス流を吹き付けることにより溶融した線材を霧化して溶融金属の噴霧流を形成する。この噴霧流を溶射方向の前方に配置した被溶射物に吹き付けて、該被溶射物の表面に金属の被膜を形成する。上記２本の線材として異種の金属からなるものを用いると、異種の金属の合金の被膜を形成することができる。
【０００４】
防錆用の被膜や耐蝕性を有する被膜を形成する場合、上記２本の線材としては、例えば亜鉛線とアルミニュウム線とが用いられる。
【０００５】
従来のアーク溶射方法においては、アークにより溶融させられた線材の先端部に向けて、溶射軸線に沿って流れる一次ガス流を生じさせるとともに、線材ガイド管の先端から突出した線材が配置された領域を内包した状態で目標点よりも手前の位置から目標点よりも更に前方の位置に設定された溶射軸線上の集束点に向けて集束するように流れる二次ガス流を発生させ、一次ガス流を線材の先端部に吹き付けることにより溶融金属の噴霧流を形成した後、この噴霧流を外側から包み込むように流れる二次ガス流により集束させつつ、溶射方向の前方に噴出させるようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアーク溶射方法では、一次ガス流を溶射軸線に沿って流すようにしていたため、一次ガス流の風量を増加させ、風速を増大させると、２本の線材の先端間に発生したアークのアーク長が長くなり、アークが不安定になるという問題があった。
【０００７】
特に亜鉛のような融点が低い金属からなる線材を用いて溶射を行う場合には、線材間に低い電圧を印加してアークを発生させるが、この場合に溶射軸線に沿ってアークに強いガス流を吹き付けるとアーク長が長くなって、アークのとぎれを生じやすい。
【０００８】
また特開平１１−２７９７４３号に示されているように、２本の線材ガイド管が配置されたヘッド内の空間（孔部）全体を通して一次ガス流を流すようにしたものもあるが、このように構成した場合には、一次ガス流の中心部に２本の線材が配置される形になるため、２本の線材の先端部の溶融部分に集中的に一次ガス流を吹き付けることができず、溶融金属の霧化を効率よく行うことが難しいという問題があった。
【０００９】
また従来のアーク溶射方法では、２本の線材の先端の溶融部分に十分な流速を持った一次ガスを吹き付けることが困難であるため、霧化した金属が２本の線材の先端付近を浮遊して線材ガイドの先端部に付着し、長時間溶射を行うと、線材ガイドの先端に付着した金属により線材のスムーズな供給が妨げられたり、ガスの流れが乱されたりするという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、アークを安定に維持して動作を安定にするとともに、溶融金属の霧化を効率よく行うことができるようにしたアーク溶射方法を提案することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、溶融した金属が線材ガイドの先端部に付着して、線材のスムーズな供給を妨げたり、ガス流を乱したりするのを防ぐことができるアーク溶射方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、上記の溶射方法を実施するアーク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】
本発明に係わるアーク溶射方法においては、２本の溶射用線材を、溶射軸線上に設定された目標点に先端が指向する２本の線材ガイド管によりそれぞれガイドしつつ目標点に向けて送給して、２本の線材ガイド管の先端からそれぞれ突出した２本の溶射用線材の先端を目標点付近で接触させるとともに、２本の線材間に電圧を印加して両線材の先端間でアークを発生させる。また上記目標点付近に一次ガス流の集合点を設定して、２本の線材ガイド管が設けられた領域の周囲の複数個所から溶射軸線に対して傾斜した方向に沿って集合点に向う複数のビーム状の一次ガス流を発生させるとともに、２本の線材ガイド管から突出した線材が配置された領域を内包した状態で目標点よりも手前の位置から目標点よりも更に前方の位置に設定された溶射軸線上の集束点に向けて集束するように流れる二次ガス流を発生させる。上記一次ガス流を２本の線材の先端のアークにより溶融した部分に集中的に吹き付けることにより溶融金属の噴霧流を形成し、該噴霧流を二次ガス流とともに溶射方向の前方に配置した被溶射物に向けて噴出させることにより溶射を行う。
【００１４】
上記のように、２本の線材ガイド管が設けられた領域の周囲の複数個所から溶射軸線に対して傾斜した方向に沿って集合点に向う複数のビーム状の一次ガス流を発生させるようにすると、線材のアークにより溶融した部分に集中的にガスを吹き付けることができるため、アークが引き伸ばされるのを防いでアークを安定に維持しつつ効率よく溶融金属の噴霧流を生じさせることができる。
【００１５】
本発明の好ましい態様では、溶射方向に沿う軸線に中心軸線が一致するように設けられて先端が溶射方向の前方側に開口した孔部を内側に有する環状部材と、中心軸線が溶射軸線に一致し、かつ溶射軸線上に設定された集束点に集束する方向に沿うように傾斜した状態で孔部を連続的または断続的に取り囲むように設けられて先端が溶射方向の前方側に開口したオリフィスとを備えたヘッド本体と、環状部材の孔部を貫通して先端が該孔部の開口位置付近で終端するように設けられて、孔部の開口位置と集束点との間に位置させて溶射軸線上に設定された目標点に向けて溶射用線材を案内するように構成された２本の線材ガイド管とを備えた溶射ヘッドと、２本の線材の先端間でアークを発生させるために両線材間に給電する給電手段とを設けてアーク溶射を行う。
【００１６】
この場合も、上記目標点付近に一次ガス流の集合点を設定しておき、ヘッド本体の孔内の２本の線材ガイド管が配置された領域よりも外側の領域の複数個所から溶射軸線に対して傾斜した流路に沿って集合点に向うビーム状の一次ガス流を複数生じさせるとともに、オリフィスから噴出して集束点に向けて流れる二次ガス流を生じさせる。そして、一次ガス流を２本の線材の先端のアークにより溶融した部分に集中的に吹き付けることにより溶融金属の噴霧流を生じさせ、該噴霧流を二次ガス流とともに溶射方向の前方に配置した被溶射物に向けて噴出させることにより溶射を行う。
【００１７】
上記のアーク溶射方法を行う際には、複数の一次ガス流の内の少なくとも一部の一次ガス流を２本のガイド管の先端部付近に接触させるようにするのが好ましい。
【００１８】
このように一次ガス流の少くとも一部を線材ガイド管に接触させるようにすると、線材ガイド管を冷却して線材ガイド管のアーク熱による膨脹を抑制し、線材ガイド管と線材との間の隙間の変化を少くすることができるため、ガイド管を通して目標点に向けて送給される線材の揺れを少くして、アークの安定化を図ることができる。
【００１９】
また上記のようにビーム状の一次ガス流を生じさせて該一次ガス流を２本の線材の先端の溶融部分に吹き付けるようにすると、線材の溶融部分に吹き付けられるガスの流速を速くすることができるため、霧化した溶融金属を線材の先端付近に滞留させることなく、前方に移動させて、二次ガス流にのせて送り出すことができる。そのため、線材ガイドの先端部に溶融金属が付着するおそれをなくすことができ、線材ガイドの先端部に付着した金属により線材のスムーズな供給が妨げられたり、線材ガイドの先端部付近のガスの流れが乱されたりするのを防ぐことができる。
【００２０】
本発明においてはまた、２本の線材ガイド管のそれぞれの長手方向に沿うように形成されて先端が前記目標点側に開口させられた一次ガス流路を設けて、２本の線材ガイド管のそれぞれの長手方向に延びる一次ガス流路からそれぞれ流出させた一次ガス流を２本の線材に沿って両線材の先端付近の溶融部分に吹き付けることによって溶融金属の噴霧流を生じさせるようにしてもよい。
【００２１】
この場合も、２本の線材の先端部間で発生するアークが引き伸ばされるのを防ぎつつ、線材の先端の溶融部分に集中的にガスを吹き付けることができるため、効率よく溶融金属の噴霧流を生じさせることができる。
【００２２】
また上記のように構成すると、一次ガス流により線材ガイド管を冷却することができるため、線材ガイド管のアーク熱による膨脹を抑制して、線材ガイド管と線材との間の隙間の変化を少くし、ガイド管を通して送給される線材の揺れを少くして、アークの安定化を図ることができる。
【００２３】
更に上記のように構成した場合も、線材の溶融部分に十分に大きな流速をもつ一次ガスを集中的に吹き付けて、霧化した溶融金属を前方に移動させることができるため、線材ガイドの先端部付近に溶融金属が付着するのを防ぐことができる。
【００２４】
溶融した線材に一次ガス流を吹き付けて溶融金属を霧化する場合、溶融金属に吹き付ける一次ガス流の流速の最適値は、溶射用線材の材質や線径等に応じて相違する。したがって、一次ガス流の流速は、溶射用線材の種類に応じて適値に設定するのが好ましい。
【００２５】
本発明に係わるアーク溶射装置は、溶射軸線に中心軸線が一致するように設けられて先端が溶射方向の前方側に開口した孔部を内側に有する環状部材と、中心軸線が溶射軸線に一致し、かつ溶射軸線上に設定された集束点に集束する方向に沿うように傾斜した状態で孔部を連続的または断続的に取り囲むように設けられて先端が溶射方向の前方側に開口したオリフィスと該オリフィスの後端部に連通させられたガス溜め室とを備えたヘッド本体と、環状部材の孔部を貫通して先端が前記孔部の開口位置付近で終端するように設けられて、前記孔部の開口位置と前記集束点との間に位置させた状態で前記溶射軸線上に設定された目標点に向けて溶射用線材を案内するように構成された２本の線材ガイド管と、環状部材の内側で溶射方向の前方側に流れる一次ガス流を生じさせる一次ガス流形成手段とを備えた溶射ヘッドと、オリフィスから二次ガスを噴出させるためにガス溜め室に圧縮された二次ガスを供給する二次ガス供給手段と、２本の線材の先端間でアークを発生させるために両線材間に給電する給電手段とを備えたものである。
【００２６】
本発明においては、２本の線材の先端付近と線材ガイド管の先端付近との間に位置させた状態で溶射軸線上に一次ガス流の集合点が設定される。一次ガス流形成手段は、環状部材の内側の孔部内の２本の線材ガイド管が配置された領域よりも外側の領域の複数個所から溶射軸線に対して傾斜した方向に沿って集合点に向って流れて２本の線材の先端のアークにより溶融した部分に集中的に吹き付けられる複数のビーム状の一次ガス流を生じさせるように、溶射軸線に対して傾斜した状態で設けられて先端が孔部内で集合点に指向させられた複数の一次ガス流路により構成される。
【００２７】
上記複数の一次ガス流路の内の少なくとも一部の一次ガス流路は、２本のガイド管の先端部付近に接触して流れる一次ガス流を生じさせるように設けられる。  本発明の好ましい実施態様では、上記２本の線材ガイド管が、それぞれのガイド方向に沿う中心線を環状部材の中心軸線を含む平面上に位置させた状態で設けられる。また一次ガス流路は、環状部材の中心軸線の回りに９０度間隔で４つ設けられ、該４つの一次ガス流路の内の２つの一次ガス流路が、それぞれの中心線を２本の線材ガイド管の中心線が配置された平面上に位置させた状態で設けられる。
【００２８】
上記のように構成すると、２本の線材ガイド管の中心軸線が配置された平面上に中心線を位置させた２つの一次ガス流路により、各線材ガイド管に接触して流れる一次ガス流を生じさせて各線材ガイド管を冷却することができるため、各線材ガイド管の熱膨脹を抑制して線材の揺れを少くし、アークの安定化を図ることができる。
【００２９】
上記のように一次ガス流路を、溶射軸線の回りに９０度間隔で４つ設けて、これらの一次ガス流路により生じさせた一次ガス流をアーク点に集中的に吹き付けるためには、対角位置にある各２つの一次ガス流路を、それぞれの中心線を、２本の線材ガイド管の中心線が配置された平面に対して４５度傾いた平面上に位置させた状態で設けるのが好ましい。
【００３０】
このように一次ガス流路を設けると、４つの一次ガス流路を通してそれぞれ流れる一次ガスを２本のガイド管にほとんど妨げられることなく、しかもアークにより加熱されるガイド管の先端部付近に接触させつつアーク点に向わせることができるため、線材の先端部付近に吹き付けるガスの量を多くして溶融金属の霧化を効率よく行わせるとともに、線材ガイド管の温度上昇を抑制して線材の送給を安定化し、アークを安定に維持することができる。
【００３１】
本発明の他の好ましい実施態様では、２本の線材ガイド管の長手方向に沿うように形成されて先端が前記目標点側に開口させられた一次ガス流路と、各線材ガイド管の長手方向に沿う一次ガス通路に圧縮された一次ガスを供給する一次ガス供給手段とが設けられる。
【００３２】
このように構成すると、一次ガス流は、各線材ガイド管の先端から線材に沿って流れて、２本の線材の先端の溶融部分に集中的に吹き付けられるため、溶融金属の霧化を効率よく行わせることができる。
【００３３】
上記のように各線材ガイド管の長手方向に沿うように一次ガス通路を形成する場合には、ガスの流れを安定にするため、該一次ガス通路は、各線材ガイド管がガイドする線材を同軸的に取り囲むように形成するのが好ましい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図１及び図２は本発明に係わるアーク溶射方法において用いる溶射ヘッドの好ましい構成例を示したもので、図１は同溶射ヘッドの縦断面図、図２はその正面図である。図１及び図２に示した溶射ヘッド１は、溶射軸線Ｏ−Ｏに中心軸線が一致するように設けられて先端が溶射方向の前方側に開口した孔部２００を内側に有する環状部材２と、該環状部材２に取りつけられた第１及び第２の筒体３及び４と、第１及び第２の線材ガイド管５Ａ及び５Ｂとを備えている。
【００３５】
環状部材２は、溶射軸線Ｏ−Ｏに中心軸線が一致した円筒面状の外周面を有する環状の主部２０１と、該主部２０１の内周側から軸線方向の一方の側に突出した截頭円錐状の突出部２０２とを有する金属製の部材からなっていて、主部２０１及び突出部２０２の内周面２０３は、溶射軸線Ｏ−Ｏ線に中心軸線が一致した連続する截頭円錐面となっている。内周面２０３は、溶射方向の前方側に向って次第に径が小さくなる向きに傾斜するように設けられていて、この内周面２０３の内側の空間が孔部２００となっている。また環状部材２の突出部２０２の外周面は中心軸線が溶射軸線Ｏ−Ｏに一致した截頭円錐状のガス案内面２０４となっている。環状部材２０１の軸線方向の一端から他端寄りの部分の外周には第１の雄ネジ部２０５が、また環状部材２０１の軸線方向の他端寄り部分の外周には第２の雄ネジ部２０６がそれぞれ形成され、第１の雄ネジ部２０５と第２の雄ネジ部２０６との間には、突条部２０７が周設されている。
【００３６】
環状部材２の主部２０１の内周寄りの部分には、内周面２０３と同じ側に、かつ内周面２０３よりも大きな傾斜角をもって溶射軸線Ｏ−Ｏに対して傾斜した孔からなる一次ガス流路２０８が、周方向に９０度の間隔をあけて（溶射軸線の回りに４等配で）４つ形成されている。各一次ガス流路２０８は、その先端側の開口部２０８ａが孔部２００の先端側の開口部２００ａを通して、後記するように設定された一次ガス流Ｇ1 の集合点Ａに指向し、後端部側の開口部２０８ｂが環状部材２の軸線方向の他端側の端面に開口するように設けられている。
【００３７】
第１の筒体３は、周壁部３０１と該周壁部の軸線方向の一端側に形成された端部壁３０２とを有する金属製の円筒体からなっていて、周壁部３０１の内周に形成された雌ネジ部３０３が環状部材２の外周の第１の雄ネジ部２０５に螺合されて環状部材２に固定されている。第１の筒体３の端部壁３０２の中央部には、環状部材２の突出部２０２の外周に形成されたガス案内面２０４と同じ側に傾斜して、ガス案内面２０４を一定の間隙を介して取り囲む内周面を有する開口部３０４が形成され、この開口部３０４の内周面とガス案内面２０２との間に形成された隙間により、環状部材２と中心軸線を共有し、かつ溶射軸線Ｏ−Ｏ上に設定された集束点Ｂに集束する方向に沿うように傾斜した状態で孔部２００を連続的に取り囲むオリフィス６が形成されている。
【００３８】
第１の筒体３と、環状部材２との間にガス案内面２０４を取り囲む環状のガス溜め室７が形成され、このガス溜め室７がオリフィス６の後端部に連通させられている。コンプレッサ等の図示しない二次ガス供給手段から第１の筒体３の周壁部を貫通した孔に接続された二次ガス流供給管８を通して、ガス溜め室７に圧縮された二次ガス（通常は空気）が供給され、ガス溜め室７内からオリフィス６を通して集束点Ｂに向う二次ガス流Ｇ2 が生じさせられる。
【００３９】
第２の筒体４は、円筒状の外側壁部４０１と、外側壁部４０１よりも軸線方向寸法が短い円筒状の内側壁部４０２と、これらの壁部の軸線方向の一端側に跨って形成された端部壁４０３とを有していて、外側壁部４０１の内周に形成された雌ネジ部４０４が環状部材２の外周に形成された第２の雄ネジ部２０６に螺合され、内側壁部４０２の軸線方向の他端が環状部材２の軸線方向の他端側の端面の内周寄りの部分にパッキン等の気密保持手段を介して当接させられている。第２の筒体４と環状部材２との間に溶射軸線Ｏ−Ｏを取り囲む環状のガス溜め室９が形成され、環状部材２に設けられた各一次ガス流路２０８がこのガス溜め室９内に連通させられている。ガス溜め室９内には、第２の筒体４の外側壁部４０１を貫通した孔に接続された一次ガス供給管１０を通して、圧縮された一次ガス（通常は空気）が供給され、ガス溜め室９から各一次ガス流路２０８を通して集合点Ａに向うビーム状の一次ガス流Ｇ1 が生じさせられる。この例では、ガス溜め室９と一次ガス流路２０８と、ガス溜め室９に圧縮された一次ガスを供給する一次ガス供給手段（図示せず。）とにより、環状部材２の内側で溶射方向の前方側に流れる一次ガス流Ｇ1 を生じさせる一次ガス流形成手段が構成されている。一次ガス流の流速を適宜に変化させるため、一次ガス供給手段は、ガス溜め室９に供給する一次ガスの圧力を変化させ得るように構成されている。
【００４０】
上記環状部材２と第１及び第２の筒体３及び４とにより、オリフィス６と、該オリフィスに連通したガス溜め室７とを有するヘッド本体が構成されている。
【００４１】
第１の線材ガイド管５Ａ及び第２の線材ガイド管５Ｂは、環状部材２の孔部２００内を溶射軸線Ｏ−Ｏと平行に伸びる直管部５０１と、該直管部の先端から溶射軸線Ｏ−Ｏ側に折れ曲がった屈曲部５０２とを有する金属製の管からなっていて、それぞれの内部の軸芯部を長手方向に貫通した状態で溶射用線材１１Ａ及び１１Ｂをガイドするガイド孔ｈが形成されている。
【００４２】
第１及び第２の線材ガイド管５Ａ及び５Ｂは、それぞれのガイド方向に沿う中心線（それぞれがガイドする線材１１Ａ及び１１Ｂの長手方向に沿う中心軸線）を溶射軸線Ｏ−Ｏを含む平面上に位置させるとともに、それぞれの先端を孔部２００の先端の開口部２００ａ付近で終端させ、かつそれぞれがガイドする線材１１Ａ及び１１Ｂの先端を、環状部材２の孔部２００の開口位置Ｐと前記集束点Ｂとの間に位置させて溶射軸線Ｏ−Ｏ上に設定された目標点Ｃに指向させるように設けられている。
【００４３】
溶射用線材１１Ａ及び１１Ｂは、押えローラと送給ローラとからなる送給機構により送給されて線材ガイド管５Ａ及び５Ｂに送り込まれ、これらのガイド管５Ａ及び５Ｂによりガイドされつつ目標点Ｃに向けて送給されて、該目標点Ｃ付近でそれぞれの先端が接触する。
【００４４】
一次ガスの集合点Ａは、上記目標点Ｃ付近に設定される。図示の例では、線材１１Ａ及び１１Ｂの先端より僅かに溶射方向の前方側に寄った位置に集合点Ａが設定されている。この集合点Ａは、目標点Ｃ付近に設定すればよく、線材１１Ａ及び１１Ｂの接触点付近に設定したり、該接触点よりも線材ガイド管５Ａ及び５Ｂの先端側に寄った位置に設定したりしてもよい。
【００４５】
そして、前記４つの一次ガス流路２０８のうち、対角位置にある２つの一次ガス流路は、それぞれの中心線を、線材ガイド管５Ａ及び５Ｂのガイド方向の中心線が配置された平面上に位置させた状態で設けられ、対角位置にある他の２つの一次ガス流路は、上記平面と直交する他の平面上にそれぞれの中心線を位置させた状態で設けられている。線材ガイド管５Ａ及び５Ｂのガイド方向の中心線が配置された平面上に配置された２つの一次ガス流路２０８から流出した一次ガスは線材ガイド管５Ａ及び５Ｂに沿って、両ガイド管に接触しつつ集合点Ａに向けて流れる。また他の２つの一次ガス流路２０８から流出した一次ガスは直接集合点Ａに向けて流れる。
【００４６】
線材ガイド管５Ａ及び５Ｂは、相互に絶縁された状態で設けられていて、両ガイド管５Ａ，５Ｂ間には、給電手段を構成する図示しない電源から電圧が印加されている。
【００４７】
上記２本の線材１１Ａ及び１１Ｂは同種の材料からなっていてもよく、異種の金属、例えばアルミニウムや亜鉛等により形成されていてもよい。
【００４８】
アーク溶射を行うに当っては、ガス溜め室９内に圧縮された一次ガス（空気）を供給して４つの一次ガス流路２０８から集合点Ａに向う一次ガス流Ｇ1 を発生させ、同時にガス溜め室７内に圧縮された二次ガス（空気）を供給して、オリフィス６から集束点Ｂに集束するほぼ円錐状のプロフィルを有する二次ガス流Ｇ2 を発生させる。この二次ガス流Ｇ2 は、２本の線材ガイド管５Ａ，５Ｂの先端から突出した２本の線材１１Ａ，１１Ｂが配置された領域を内包した状態で流れる。また線材ガイド管５Ａ及び５Ｂを通して２本の線材１１Ａ及び１１Ｂを目標点Ｃに向けて送給し、両線材の先端を目標点Ｃ付近で接触させて両線材の先端部間でアークを発生させる。
【００４９】
線材１１Ａ及び１１Ｂの先端部間でアークを発生させると、両線材の先端部付近がアーク熱により溶融する。この溶融した金属に一次ガス流Ｇ1 が吹き付けられるため、溶融金属が霧化して溶融金属の噴霧流が発生する。この噴霧流は一次ガス流Ｇ1 及び線材ガイド管の先端から突出した線材が配置された領域を内包した状態で流れる二次ガス流Ｇ2 とともに溶射方向の前方に噴出させられて、溶射方向の前方に配置された図示しない被溶射物に吹き付けられる。これにより被溶射物の表面に線材１１Ａ及び１１Ｂを構成していた金属からなる被膜が形成される。
【００５０】
上記のように、２本の線材ガイド管５Ａ及び５Ｂが設けられた領域の周囲の複数個所（図示の例では４箇所）から溶射軸線に対して傾斜した方向に沿って集合点Ａに向う複数のビーム状の一次ガス流Ｇ1 を発生させるようにすると、線材のアークにより溶融した部分に集中的にガスを吹き付けることができるため、アークが引き伸ばされるのを防ぎつつ効率よく溶融金属の噴霧流を生じさせることができる。
【００５１】
また４つの一次ガス流路２０８のうち、ガイド管５Ａ及び５Ｂのそれぞれのガイド方向に沿う中心線が配置された平面と同じ平面上に配置された２つの一次ガス流路（図１において上下に示されている２つの一次ガス流路）２０８を通して流れる一次ガスはガイド管５Ａ及び５Ｂに接触しつつ流れるため、両ガイド管がアーク熱により大きく膨脹してそれぞれの内部の線材１１Ａ及び１１Ｂとの間の隙間が大きくなるのを防ぐことができる。したがって、線材１１Ａ及び１１Ｂが線材ガイド管５Ａ及び５Ｂのガイド孔内で揺れてそれぞれの送給方向がぶれるのを防ぐことができ、アークを安定に維持することができる。
【００５２】
上記の例では、４つの一次ガス流路２０８のうちの２つの一次ガス流路を、ガイド管５Ａ及び５Ｂのそれぞれのガイド方向に沿う中心線が配置された平面と同じ平面上に位置させるようにしたが、溶射軸線の回りに９０度間隔で４つの一次ガス流路２０８を設ける場合には、これらの一次ガス流路により生じさせた一次ガス流をアーク点に集中的に吹き付けるために、図３に示したように、対角位置にある各２つの一次ガス流路２０８を、それぞれの中心線を、２本の線材ガイド管の中心線が配置された平面に対して４５度傾いた平面上に位置させた状態で設けるのが好ましい。
【００５３】
このように一次ガス流路を設けると、４つの一次ガス流路２０８を通してそれぞれ流れる一次ガスを２本のガイド管５Ａ及び５Ｂにほとんど妨げられることなく、しかもアークにより加熱されるガイド管の先端部付近に接触させつつアーク発生点に向わせることができるため、溶融した線材の先端部付近に吹き付けるガスの量を多くして溶融金属の霧化を効率よく行わせるとともに、線材ガイド管の温度上昇を抑制して線材の送給を安定化し、アークの安定化を図ることができる。
【００５４】
上記の例では、環状部材２の内周部に設けた孔により一次ガス流路２０８を形成したが、図４に示すように、先端部が集合点Ａに指向し、後端部がガス溜め室９に開口したパイプを環状部材２の孔部２００の内周に取り付けることにより、一次ガス流路２０８を形成するようにしてもよい。
【００５５】
また上記の各例では、第１及び第２の線材ガイド管５Ａ及び５Ｂが配置された領域の周囲の領域から溶射軸線Ｏ−Ｏに対して傾斜した方向に沿って一次ガス流を生じさせるように一次ガス流路２０８を設けたが、図５に示すように、線材ガイド管５Ａ及び５Ｂに沿って一次ガス流を生じさせるように一次ガス流路２０８を形成してもよい。図５に示した例では、主部２０１と突出部２０２とを有して内側に孔部２００が形成された環状部材２と、周壁部の内周に雌ネジ部３０３を有して、該雌ネジ部が環状部材２の外周に形成された雄ネジ部２０５に螺合されて環状部材２に取り付けられた筒体３とにより溶射ヘッド本体が構成されている。この溶射ヘッド本体と、環状部材２の内側の孔部２００内に挿入されて、先端が孔部２００の開口部２００ａ付近で終端させられた第１及び第２の線材ガイド管５Ａ及び５Ｂと、第１及び第２の線材ガイド管５Ａ及び５Ｂのそれぞれの先端部付近を同軸的に取り囲むように取り付けられた第１及び第２の套管１２Ａ及び１２Ｂとにより溶射ヘッド１´が構成されている。
【００５６】
套管１２Ａ及び１２Ｂと線材ガイド管５Ａ及び５Ｂとの間には、それぞれの長手方向に沿って延びて先端が目標点Ｃ側に開口した一次ガス流路２０８Ａ及び２０８Ｂと、一次ガス流路２０８Ａ及び２０８Ｂの後端部に連通するガス溜め室１３Ａ及び１３Ｂとが形成されている。ガス溜め室１３Ａ及び１３Ｂには図示しない一次ガス供給手段から配管１４を通して圧縮された一次ガスが供給されている。一次ガス流路２０８Ａ及び２０８Ｂは、線材ガイド管５Ａ及び５Ｂの外周を同軸的に取り囲むように設けられていて、ガス溜め室１３Ａ及び１３Ｂ内に圧縮された一次ガスが供給されたときに、一次ガス流路２０８Ａ及び２０８Ｂからそれぞれ線材１１Ａ及び１１Ｂの外面に沿って目標点Ｃ側に流れる一次ガス流Ｇ1 が生じるようになっている。
【００５７】
筒体３の端部壁３０２の中央部には、環状部材２の突出部２０２の外周に形成されたガス案内面２０４と同じ側に傾斜して、ガス案内面２０４を一定の間隙を介して取り囲む内周面を有する開口部３０４が形成され、この開口部３０４の内周面とガス案内面２０２との間に形成された隙間により、環状部材２と中心軸線を共有し、かつ溶射軸線Ｏ−Ｏ上に設定された集束点Ｂに集束する方向に沿うように傾斜した状態で孔部２００を連続的に取り囲むオリフィス６が形成されている。
【００５８】
図示の例では、第１及び第２の套管１２Ａ及び１２Ｂの先端部を先細りの形状とすることにより、一次ガス流路２０８Ａ及び２０８Ｂからそれぞれ流出する一次ガス流Ｇ1 の径を絞って、該一次ガス流を線材１１Ａ及び１１Ｂの外周に沿わせるようにしている。
【００５９】
図５に示すように構成した場合には、一次ガス流路２０８Ａ及び２０８Ｂの先端から流出した一次ガス流Ｇ1 が線材ガイド管５Ａ及び５Ｂの先端から突出した線材１１Ａ及び１１Ｂの外周に沿って流れ、これらの一次ガス流が線材１１Ａ及び１１Ｂの先端の溶融部分に吹き付けられる。
【００６０】
図５に示したように構成すると、一次ガス流は、各線材ガイド管の先端から線材に沿って流れて、線材の先端の溶融部分に吹き付けられるため、溶融金属の霧化を効率よく行わせることができる。また一次ガス流Ｇ1 を線材ガイド管５Ａ及び５Ｂに直接接触させながら流すことができるため、線材ガイド管５Ａ及び５Ｂがアーク熱により加熱されて大きく熱膨張するのを防ぎ、アークの安定化を図ることができる。
【００６１】
上記の例では、環状部材２の内側の孔部２００の開口部を連続的に取り囲むようにオリフィス６を形成したが、図６に示したように、オリフィス６を環状部材２の内側の孔部２００の開口部を断続的に取り囲む形状とするように、該オリフィス６を複数の円弧状の孔６ａ，６ａ，…により形成するようにしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明において、２本の線材ガイド管が設けられた領域の周囲の複数個所から溶射軸線に対して傾斜した方向に沿って集合点に向う複数の一次ガス流を発生させるようにした場合には、溶射軸線に対して傾斜した方向から線材のアークにより溶融した部分に集中的にガスを吹き付けることができるため、アークが引き伸ばされるのを防いでアークを安定に維持しつつ効率よく溶融金属の噴霧流を生じさせることができる。また一次ガス流の一部を線材ガイド管に接触させて該線材ガイド管を冷却することができるため、アーク熱による線材ガイド管の膨脹を抑制して、該線材ガイド管によりガイドされる線材に揺れが生じるのを防ぎ、アークの安定化を図ることができる。
【００６３】
更に上記の方法によれば、線材の先端の溶融した部分に一次ガス流を十分な流速を持って吹き付けて、霧化した溶融金属を溶射方向の前方に送り出すことができるため、霧化した溶融金属が線材ガイド管の先端部付近に滞留するのを防ぐことができる。したがって、線材ガイド管の先端部に金属が付着するのを防ぐことができ、線材ガイド管の先端部に付着した金属により溶射用線材のスムーズな供給が妨げられたり、一次ガスの流れが乱されたりするのを防ぐことができる。
【００６４】
また本発明において、２本の線材ガイド管の長手方向に沿って一次ガス流を生じさせるようにした場合には、該一次ガス流を線材ガイド管から突出した線材の外面に沿って線材の先端の溶融部分に吹き付けることができるため、２本の線材の先端部間で発生したアークを引き伸ばすことなく、線材の溶融部分に一次ガス流を集中的に吹き付けて、溶融金属の霧化を効率よく行わせることができる。またこの場合、一次ガス流を線材ガイド管に直接接触させて該線材ガイド管を冷却することができるため、線材ガイド管の冷却効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わるアーク溶射装置で用いる溶射ヘッドの要部の構造を示す縦断面図である。
【図２】  図１の溶射ヘッドの正面図である。
【図３】  図１の溶射ヘッドにおける一次ガス流路の配列の仕方の変形例を示した断面図である。
【図４】  本発明に係わるアーク溶射装置で用いる溶射ヘッドの変形例を示した縦断面図である。
【図５】    本発明に係わるアーク溶射装置で用いる溶射ヘッドの他の変形例を示した縦断面図である。
【図６】  本発明に係わるアーク溶射装置で用いる溶射ヘッドの更に他の変形例を示した正面図である。
【符号の説明】
１，１´…溶射ヘッド、２…環状部材、２００…孔部、２０８，２０８A ，２０８B …一次ガス流路、３，４…筒体、５Ａ，５Ｂ…線材ガイド管、６…オリフィス、１１Ａ，１１Ｂ…溶射用線材。
【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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