(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料および酸素供給源、点火源、粉体を供給する手段、およびバレルを含むデトネーション・スプレー・ガンの粉体注入システムであって、中断することなく粉体を供給するためにキャリヤーガスを使用する粉体連続供給装置（７）によって直接的に供給される膨張チャンバー（２）から成り、該膨張チャンバーが、連通導管（４）を介してバレルに直接的に且つその軸に対して半径方向に連通しており、それにより、ガンのデトネーションにおいて形成される圧力波がバレル（１）を経由して、連通導管（４）を通って膨張チャンバー（２）に到達したときに、急激に膨張して、連続的な粉体供給を、その後の希薄な部分が該膨張チャンバー（２）に含まれる粉体をバレル（１）に吸引するまで一時的に中断させて、装置（７）により供給される粉体の連続供給を本質的にデトネーションプロセスの周波数に同調した周期的な又はパルス化された供給に変換することを特徴とするシステム。
【請求項２】
膨張チャンバー（２）とバレル（１）との間が小径の導管（４）によって直接的に連通され、それにより連通導管（４）を進行するガスが、膨張チャンバー（２）に達したときに急激に膨張し、膨張チャンバー（２）を加圧されたガスで満たし、連続供給装置からの粉体供給を中断し、膨張チャンバー（２）内に含まれる全ての粉体の流体化を引き起こす乱流を形成することを特徴とする請求項１に記載のデトネーション・スプレー・ガンの粉体注入システム。
【請求項３】
膨張チャンバー（２）が、入口ポイントが連通導管（４）のちょうど向い側にある延長または補助チャンバー（６）を組み込んで、投与チャンバー（２）の長さを増加させてガスおよび粉体が投与チャンバー（２）の連通導管（４）の向い側の領域に衝突することを避けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデトネーション・スプレー・ガンの粉体注入システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（本発明の目的）
本発明はコーティングを塗布する熱スプレー技術の分野、特にデトネーション熱スプレーに関する。
【０００２】
本発明の目的は、デトネーションシステムに組み込まれたときにその正確さ、信頼性、融通性、および生産性の向上を可能にする粉体注入装置である。
【０００３】
（発明の背景）
現在、デトネーション（detonation；または爆轟）スプレー技術は、主に苛酷な摩耗、熱または腐食に曝されるワークピースにコーティングを塗布するために使用され、基本的には可燃性のガス混合物のデトネーションにおいて生じる運動エネルギーを使用して、粉体のコーティング材料をワークピースに付着させることに基づいている。
【０００４】
デトネーションプロセスにおいて一般に使用されるコーティング材料は、金属、金属−セラミックおよびセラミックの粉体を含み、熱絶縁体および電気絶縁体もしくは導電体として、摩耗、腐食、浸食に対する耐性を向上させるために適用される。
【０００５】
デトネーションによるスプレーはスプレー・ガン（または銃）によって実施され、スプレー・ガンは基本的に、一方の端部が閉じられ、もう一方の端部が開いている、管状のデトネーション・チャンバーから成り、開いた端部には管状のバレル（または筒；barrel）が取り付けられる。燃焼混合物はデトネーション・チャンバーに注入され、ガス混合物の点火はスパーク・プラグによっておこなわれ、デトネーションを引き起こし、その結果、衝撃または圧力波を生じさせる。衝撃または圧力波は、超音速にてチャンバー内部を進行し、それからバレル内部を進行して、バレルの開放端部を経由して出ていく。
【０００６】
コーティング材料の粉体は一般に、伝播する衝撃波の波頭の前でバレル内に注入され、それからバレルの開放端部に運ばれて、バレルの前に配置された基体またはワークピースに付着させられる。コーティング用粉体の基体への衝突は優れた接着特性を有する高密度のコーティングをもたらす。
【０００７】
このプロセスはパーツが適切にコーティングされるまで周期的に繰り返される。
【０００８】
デトネーションは不連続的なプロセスであり、したがって不連続な粉体供給を必要とする。市販の粉体供給装置は連続供給を与え、それらを高速またはプラズマスプレー技術に適したものとする。
【０００９】
一方、デトネーション装置で使用される供給装置は、各爆発でデトネーション・バレルに供給される粉体の量を制御する装置を使用することによって不連続な供給を与えるが、それらはたいてい、ガンの各タイプに応じて特別に設計された装置であり、即ち、それらは粉体を供給することを必要とする他の機械において又は他のガンとともに使用するために交換され得ない。採用される粉体計量システムに関して、それらは２つのカテゴリーに分類され得る：
【００１０】
ａ）機械式：これらの装置は動く機構（バルブ、スピンドル、ギア等）を用いて各デトネーションサイクルにおいて一定量の粉体を導入する。この種の装置は例えば米国特許第3109680号およびヨーロッパ特許第0484533号で説明されている。
【００１１】
これらの装置は、正確に測量するという主な利点を有するが、非常に複雑であり（多くの部品を有する）、また、測定の正確さを維持するためにそれらは周期的なメンテナンスを必要とするので、その信頼性は低く、また、その生産性はそれらの操作周波数が低く制限されるために小さい。
【００１２】
ｂ）空気圧式：これらの装置は、デトネーション・パルスと同期化されたガスのパルスを使用して粉体を周期的にデトネーション・バレルに導入し、これらのパルスは時々デトネーションプロセス自体から得られる。これらの装置の精密さと機械的な簡潔さは、それらの正確さが疑わしいにも拘らず幅広く使用される一因となっている。多くの特許文献（例えば同一人によるＰＣＴ  ＵＳ  特許９６２０１２９）もある。
【００１３】
これらの装置は限られた量の粉体を収容する空間または保管部（deposit）を組み込むという特徴を共に有し、それは重力によって、他の空間または投与チャンバー（dosage chamber）に粉体を供給し、この空間または投与チャンバーはデトネーション・バレルにガスの衝撃によって粉体を供給する。これらのシステムの不都合な点は、供給保管部の体積および／または圧力を長いスプレー時間にわたって安定に維持することが困難であることに主に起因して、投入される粉体の量の正確さに欠けるということである。これは、デトネーション波の一部が粉体供給保管部に入り、粉体が重力下で落下するようにそれを加圧するという事実に起因し、また保管部内に常に存在する圧力に起因する。
【００１４】
加えて、投与チャンバーに入る粉体の量は完全に制御され得ないので、衝撃ガスにより形成される流体化の程度もまた制御され得ず、したがって、バレルに注入される粉体の量を正確に知ることは困難である。
【００１５】
さらに、一般に産業ロボットによって操作されるデトネーション・ガンが、粉体の保管部が鉛直でない姿勢を取る場合、これらの装置において保管部から投与チャンバーへの粉体の供給は重力によるものであるから、粉体は投与チャンバー内に連続的に注がれず、したがって一定量の供給を確保することは困難であろう。
【００１６】
文献ＧＢ−Ａ−2192815は従来技術で知られており、一方の端部が開放されているバレル、ガス供給システム、爆破開始アセンブリー、および、垂直に配置されたバンカー（または燃料庫）から成る粉体浴計量ユニットを含むデトネーション・コーティング装置であって、バンカーが下側部分で垂直管に変化し、チューブの下方にはバレルの内側で水平方向のラックが配置されているデトネーション・コーティング装置を説明している。バレルは垂直方向に配置され、その軸はバンカーの軸と平行であり、チューブはバレルの閉じられた接合部（または太い端部；butt-end）を介してバレルに接続されている。
【００１７】
このデトネーション・コーティング装置は、あらゆる種類の物質について良好なコーティングを与えるのに適したものでなく、それは特定のコーティングにのみ適している。
【００１８】
英国特許ＧＢ−2192815号公報において、放出される粉体を含む保管部は鉛直に配置され、粉体は分配トレイの上に重力の作用により落下し、このことは保管部、分配ダクトおよびトレーが鉛直に配置された状態においてのみ、ガンが作動し得、さもなければ粉体は供給されないことを意味する。したがって、このガンは、ロボットのアームの動きが粉体の保管部の位置によって制限されるために、ロボットのアームに取り付けて使用することができない。
【００１９】
粉体は、閉じられた保管部から供給され、その結果、保管部は空になって、その内部の状態、特に温度および圧力が変化し、そしてこのことにより、導入される粉体の量の制御を確保することが可能でなくなる。
【００２０】
各爆発サイクルで使用される粉体の投与は、分配トレイの寸法および配置によって決定され、粉体がトレイにて分配ダクトの出口を塞ぐ高さに達したとき中断され、その結果、ガスがトレイにある量の粉体を運ぶ。したがって、トレイがチャンバーの状態および粉体に応じてより多く又はより少なく満たされことがあるために、投与される量を正確に制御することはできない。
【００２１】
粉体の供給装置は燃焼チャンバーの背後の壁で固定された状態にあり、それにより、それはある種のコーティングを実施するのに適しているだけである。これは、採用されるコーティング・ダストの種類に応じて特定のバレル長が必要であり、また、ダスト供給装置が背後の壁にあってガンの長さが常に同じであることによる。したがって、異なるバレル長を必要とするコーティングに関しては、このコーティングに適切な異なるガンを必要とするであろう。したがって、ＧＢ−2192815のガンは得られ得るコーティングに関してかなり融通性がない。
【００２２】
（本発明の説明）
本発明は、デトネーション・スプレー・システムに供給するために、常套のタイプの粉体連続供給装置の使用を可能にする注入システムであって、粉体の供給量に関して高い精度で、ガンのスプレー周波数（または頻度）と同調させて粉体の注入を周期的に実施する注入システムを使用することによって、上記の問題を完全に解決する。
【００２３】
提案されるシステムは直接にガンおよび粉体連続供給装置を接続することを可能にし、粉体供給を連続的に受け入れる膨張チャンバー（または供給チャンバー；dosage chamber）、およびチャンバーをガンのバレルと直接的に連通させる導管を含み、それにより、各デトネーションサイクルにおいてデトネーション圧力波が膨張チャンバーに到達し、その結果、僅かな時間の間、供給を中断して、後に続くデトネーション波の吸引が膨張チャンバーに含まれる粉体を運んでガンのバレルに注入する。
【００２４】
この目的のために、膨張チャンバーはガンのバレルと、直径の小さい直通の（もしくは直接的な又はまっすぐな）管状導管によって連通しており、それにより、バレルを進行する圧力波は連通導管にまで進み、膨張チャンバーに達すると急激に膨張し、チャンバーを加圧されたガスで満たし、粉体供給導管の入口を塞ぐ。このようにして、連続供給装置からの粉体の供給は周期的に中断され、したがってデトネーションの時に膨張チャンバーに存在する粉体の正確な量を決定することが可能である。
【００２５】
膨張チャンバーにおけるガスの急激な膨張は、膨張チャンバーに含まれる粉体すべての流体化をもたらす乱流を形成し、それによりデトネーションの後に続く吸引プロセスがチャンバーに含まれる全ての粉体を運び、その結果、バレルに注入される粉体の正確な量を制御することが可能となる。加えて、圧力波が燃焼プロセスで生成される高温ガスから成るので、これらのガスと膨張チャンバーに含まれる粉体との相互作用は粉体を予熱し、そのことはその流体化に好都合である。
【００２６】
このようにして、デトネーションにおいて形成された圧力波が膨張チャンバーの連通導管を通過するとき、デトネーション波の後に生成される低圧は、膨張チャンバーに含まれるガスおよび流体化された粉体を運ぶ吸引作用をもたらす。運ばれる粉体はバレルに達し、後に続くデトネーション・サイクルにおいて生成される圧力波がそれを運んで、コートされる部分の表面にそれを付着させるまで、そこにとどまる。
【００２７】
この注入システムによれば、デトネーションに由来する圧力波は、粉体のバレルへの注入を周期的に実施するようにさせられ、また、ガンの爆発（または点火）周波数と同調し、したがって連続的な粉体供給を、複雑な機械装置を用いることなく、ガンのバレルへのパルス化された注入に変える。
【００２８】
更に、膨張チャンバーにより形成される膨張は圧力波の速度を減少させ、それが膨張チャンバーを浸食すること及び粉体供給装置に進行することを防止し、それが供給システムに修復できないダメージを与える危険を無くす。
【００２９】
膨張チャンバーは、デトネーションバレルへの連通導管の向い側で、延長または補助チャンバーと接続している。延長または補助チャンバーは膨張チャンバーの長さを増加させて衝撃力を減少させ、したがって、膨張チャンバーのこの領域におけるガスと粉体との衝突により形成される浸食（またはエロージョン；erosion）の影響を減少させようとするものである。
【００３０】
本発明の装置は下記の利点を示す：
本発明の装置は、デトネーション圧力波により、供給の周期的な中断に有利である。
本発明の装置は、粉体と燃焼による高温ガスとの相互作用により、粉体の予熱および流体化に有利である。
本発明の装置は、各デトネーションで圧力波の後に続く吸引効果によって、正確な量の粉体を各爆発において供給することを可能にする。
【００３１】
明細書を完全なものとし、本発明の特性をより良く理解することを助けるために、例示的であって非限定的な性質を有する１組の図面を本明細書に添付し、本明細書の一部分とする。
【００３２】
（発明を実施するための最良の形態）
図１に示すように、本発明のシステムは連続供給システムとデトネーション・ガンとの間の接続装置であり、基本的に膨張チャンバー（２）から成る。連続供給システム（７）によって供給される粉体（図示せず）は、直通の（またはまっすぐな）導管（５）によって膨張チャンバー（２）に達し、膨張チャンバー（２）は直通（またはまっすぐな）の導管（４）によってバレル（１）に接続されている。
【００３３】
膨張チャンバー（２）は基本的には膨張チャンバーであり、直通の管状の小径の導管（４）を介してガンのバレル（１）と連通しており、それによりバレル（１）を進行する圧力波は連通導管（４）を経由して膨張チャンバー（２）に到達する。膨張チャンバー（２）に達するデトネーションガスは急激に膨張し、チャンバーをガスで満たし、粉体供給導管（５）の入口を塞ぐ。このようにして、連続供給装置（７）からの粉体の供給を周期的に中断することが可能であり、したがって、チャンバーに投与される粉体の量、ひいては各デトネーションサイクルでバレルに注入される粉体の量を制御することが可能である。
【００３４】
膨張チャンバー（２）におけるガスの急激な膨張は、膨張チャンバー（２）に含まれる全ての粉体を流体化させる乱流を形成し、その結果、デトネーションの後に続く吸引プロセスはチャンバー内に含まれる全ての粉体を運んで、それをバレル（１）に注入する。デトネーション波のガスが高温であるという事実は、膨張チャンバー（２）に含まれる粉体の流体化に好都合である。
【００３５】
このようにして、デトネーションにより形成される圧力波が連通導管（４）を通過すると、デトネーション波の後に形成される低圧が吸引をもたらし、吸引はチャンバー（２）に含まれるガス及びそれに含まれる完全に流体化された粉体を運ぶ。粉体はバレル（１）に運ばれ、新しいデトネーションサイクルで形成される圧力波が当該粉体を運んで被覆される基体（３）またはパーツに付着させるまで、そこにとどまる。
【００３６】
さらに、デトネーション波のガスがチャンバー（２）の内側で膨張することは、その速度を減少させ、チャンバー（２）の壁における浸食効果を最小限にし、また、圧力波が導管（５）を経由して粉体供給システム（７）に進行することを防止する。
【００３７】
膨張チャンバー（２）は圧力波の速度を減少させるが、不可避的に連通導管（４）の向い側の領域にてチャンバーの内壁とガスとの間で相互作用が生じ、その結果、この領域に対する加圧されたガスおよび流体化された粉体の衝撃は、必然的に苛酷な浸食をもたらす。このために、膨張チャンバーには、入口ポイントが連通導管（４）の向い側にある延長または補助チャンバー（６）が設けられ、それにより圧力衝撃波が膨張チャンバー（２）内部および延長チャンバー（６）内で膨張して、チャンバー（２）の壁と衝撃波との激しい衝突を避ける。
【００３８】
膨張チャンバー（２）は、導管（４）を経由して入るガスがチャンバーに入ったときに急激に膨張する限りにおいて、いずれの形状または寸法をも有し得る。連通導管（４）もまた、粉体がその壁に付着して導管を塞ぐようなことがなく、また導管を通過するデトネーション波の圧力が大きくなりすぎないほど、十分に大きい限りにおいて、即ち、圧力がチャンバーに含まれる粉体の流体化を許容するが、粉体連続供給システムを危険に曝さず、またデトネーションに利用できるエネルギーを使い果たさない限りにおいて、いずれの長さまたは直径をも有し得る。
【００３９】
図３は粉体注入ポイントにおける圧力の時間変化に関するグラフを示す。グラフにおいて、デトネーションに相当するピークまたは急激な圧力上昇（Ｄ）が明らかに見られ、その後にデトネーションの後に続く吸引に相当する圧力降下（Ｓ）が続き、それから、後に続く吸引（Ｓ）を伴う新しい圧力ピーク（Ｄ）が後のサイクルの間で生じるまで、ほぼ一定に保たれる。
【００４０】
この構成を用いて、図２および図３で見られるような、本発明の注入装置を有するガンの操作サイクルに相当する操作シーケンスは、以下のとおりである：
【００４１】
常套の粉体連続供給システム（７）が導管（５）を介して膨張チャンバー（２）に粉体を供給する。この供給は、粉体供給システム（７）と供給チャンバー（２）との間にいずれのバルブまたは閉鎖メカニズムも無い状態で、連続的かつ直接的に起こる。
【００４２】
圧力波（Ｄ）の波頭が導管（４）とバレル（１）との間の連通開口部に達すると、デトネーションガスの一部が導管（４）を経由して入り膨張チャンバー（２）に達する。そこに達すると、これらのガスは急激に膨張して、膨張チャンバー（２）を加圧されたガスで満たし、導管（５）から粉体が入るのを妨げて連続的な粉体供給を、膨張チャンバーを不連続に充填することに変換する。
【００４３】
さらに、急激なガスの膨張は、膨張チャンバー（２）に含まれる全ての粉体の流体化を引き起こす乱流を形成し、デトネーションガスが高温であることは流体化に好都合である。
【００４４】
デトネーション波の波頭（Ｄ）が完全に連通オリフィスを通過して導管（５）に至ると、低圧（Ｓ）が吸引を生じさせ、吸引は膨張チャンバー（２）および導管（４）の両方に含まれるガスを運び、したがって膨張チャンバー（２）内に含まれる粉体をも運ぶ。このようにして、粉体はバレルに達し、次のデトネーションに対応する次の圧力波頭（Ｄ）を待つ。圧力波頭（Ｄ）は粉体をそれとともに運び去る。膨張チャンバー（２）内に含まれる全ての粉体が流体化されるので、圧力波により形成される吸引は膨張チャンバー（２）内の粉体を全て運び、したがって、バレル内への周期的で制御された粉体の注入が得られる。
【００４５】
最後に、図４は２つの注入システムから成り、軸方向でバレルから分かれた２つのポイントで異なる種類の粉体の供給を可能にして、複数層のコーティングまたは勾配を有する組成のコーティングさえも得られる、二段の装置を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の粉体注入装置の概略図を示す。
【図２】  図２は本発明の粉体注入装置の操作シーケンスを示す。
【図３】  図３はデトネーション・ガンの２つの爆発サイクル中の粉体注入ポイントの圧力の展開を示すグラフを示す。
【図４】  図４は２つの粉体注入装置を有する態様の概略図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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