(57)【要約】【課題】溶射ノズル入口部を気密状態に維持しながら溶射ノズルの揺動を可能にする。【解決手段】下面が開放された円筒状部材からなり、側壁内周面の縦断面が円弧状の凹面3h,3iに形成され、天板部に溶融金属を流下させるためのノズルが貫通されているケース体3と、上記凹面と係合する凸面6d′が側壁外周面6dに環状に形成され、凹面3h,3iに凸面6d′が係合する状態でケース体3に揺動可能に収容されるとともに、中心部には上記ノズルと干渉しない状態で筒孔6gが設けられているノズル支持部6と、このノズル支持部6から垂下され筒孔6gと連通する溶射ノズル5と、ノズル支持部6からケース体3を貫通して延設され、回動することによってそのノズル支持部6を揺動させるとともに筒孔6gにキャリアガスを供給するガス供給管2とから構成されることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面が開放された円筒状部材からなり、側壁内周面の縦断面が円弧状の凹面に形成され、天板部に溶融金属を流下させるためのノズルが貫通されているケース体と、
上記凹面と係合する凸面が側壁外周面に環状に形成され、上記凹面に上記凸面が係合する状態で上記ケース体に揺動可能に収容されるとともに、中心部には上記ノズルと干渉しない状態で筒孔が設けられているノズル支持部と、
このノズル支持部から垂下され上記筒孔と連通する溶射ノズルと、
上記ノズル支持部から上記ケース体を貫通して延設され、回動することによってそのノズル支持部を揺動させるとともに上記筒孔にキャリアガスを供給するガス供給管とから構成されることを特徴とするアトマイザーヘッド。
【請求項２】
下面が開放された角筒状部材からなり、対向する一対の側壁内面の縦断面が円弧状の凹面に形成され、天板部に溶融金属を流下させるためのノズルが貫通されているケース体と、
上記一対の側壁内面に対応する側壁外面に、上記凹面と係合する凸面が形成され、上記凹面に上記凸面が係合する状態で上記ケース体に揺動可能に収容されるとともに、中心部には上記ノズルと干渉しない状態で筒孔が設けられているノズル支持部と、
このノズル支持部から垂下され上記筒孔と連通する溶射ノズルと、
上記ノズル支持部から上記ケース体を貫通して延設され、回動することによってそのノズル支持部を揺動させるとともに上記筒孔にキャリアガスを供給するガス供給管とから構成されることを特徴とするアトマイザーヘッド。
【請求項３】
上記ノズル支持部に上面から見て環状をなすガス供給室が設けられ、このガス供給室は上記筒孔に連通しており、さらに上記ガス供給室の一部に、上記ガス供給管のキャリアガス送り出し側の端部が開口されている請求項１または２記載のアトマイザーヘッド。
【請求項４】
上記ノズル支持部における上記凸面および上記ケース体における上記凹面の少なくともいずれか一方の面にラビリンス・シールが設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載のアトマイザーヘッド。
【請求項５】
上記ケース体が垂直方向または水平方向において複数部品に分割可能に構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のアトマイザーヘッド。
【請求項６】
上記ノズル支持部における上記凸面の円弧の中心またはその近傍に、上記ノズルの下端が配置されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のアトマイザーヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のアトマイザーヘッドと、そのアトマイザーヘッドのノズル支持部に接続されているガス供給管をその管軸まわりに揺動させる揺動機構とを備えてなることを特徴とする微粒化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶射ノズルにキャリアガスを導入して超高速ガス流を形成し、溶射材をその超高速ガス流に流下させて微粒化する微粒化装置に関し、より詳しくは、揺動式の溶射ノズルを備えたアトマイザーヘッドおよび微粒化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属の液滴群を基材上に堆積させながら急冷凝固させて円柱状または板状などの素形材（プリフォーム）を製造するスプレーフォーミング技術が知られている。
【０００３】
スプレーフォーミングにはいくつかの手法があるが、最も実用化が進んでいるのはオスプレー法であり、その原理を図４および図５に示す。
【０００４】
図４において、溶融金属等の液体流Ｓは、環状のアトマイザーヘッド５０を通過して注がれるようになっており、このアトマイザーヘッド５０はその直径方向に突出している支持体５１によって支持されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
上記支持体５１は、液体流Ｓを噴霧Ｓａに微粒化するためのキャリアガスＧを供給する管路を兼ねており、支持体５１をその中心軸まわりに回動させる（矢印Ｒ参照）と、アトマイザーヘッド５０を図５に示すように、中立姿勢（同図(ｂ)）から傾斜姿勢（同図(ａ)または(ｃ)）に揺動させることができるようになっている。
【０００６】
すなわち、キャリアガスＧを傾斜姿勢のノズル５０ａから噴射することにより、噴霧Ｓａに対し横方向の運動を与え、溶射範囲を拡張することができるようになっている。
【０００７】
なお、上記支持体５１の回動動作は、回転するカム５２の周面に、支持体５１から突設する従動体５３を当接させることによって得られるようになっている。
【特許文献１】特開昭６２−１５６２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記したようにアトマイザーヘッド５０を揺動させる微粒化装置では、アトマイザーヘッド５０の揺動動作と干渉しないようにその周囲に空間が設けられ、この空間は外気とシールされていないため、上記空間から侵入する外気（低圧のガス）をも加速しなければならず、超高速ガス流を形成する際の効率が悪いという問題がある。
【０００９】
本発明は以上のような従来の微粒化装置における課題を考慮してなされたものであり、キャリアガスを導入する溶射ノズル入口部を気密状態に維持しながら溶射ノズルの揺動を可能にしたアトマイザーヘッドおよび微粒化装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、下面が開放された円筒状部材からなり、側壁内周面の縦断面が円弧状の凹面に形成され、天板部に溶融金属を流下させるためのノズルが貫通されているケース体と、
上記凹面と係合する凸面が側壁外周面に環状に形成され、上記凹面に上記凸面が係合する状態で上記ケース体に揺動可能に収容されるとともに、中心部には上記ノズルと干渉しない状態で筒孔が設けられているノズル支持部と、
このノズル支持部から垂下され上記筒孔と連通する溶射ノズルと、
上記ノズル支持部から上記ケース体を貫通して延設され、回動することによってそのノズル支持部を揺動させるとともに上記筒孔にキャリアガスを供給するガス供給管とから構成されるアトマイザーヘッドである。
【００１１】
本発明は、下面が開放された角筒状部材からなり、対向する一対の側壁内面の縦断面が円弧状の凹面に形成され、天板部に溶融金属を流下させるためのノズルが貫通されているケース体と、
上記一対の側壁内面に対応する側壁外面に、上記凹面と係合する凸面が形成され、上記凹面に上記凸面が係合する状態で上記ケース体に揺動可能に収容されるとともに、中心部には上記ノズルと干渉しない状態で筒孔が設けられているノズル支持部と、
このノズル支持部から垂下され上記筒孔と連通する溶射ノズルと、
上記ノズル支持部から上記ケース体を貫通して延設され、回動することによってそのノズル支持部を揺動させるとともに上記筒孔にキャリアガスを供給するガス供給管とから構成されるアトマイザーヘッドである。
【００１２】
本発明のアトマイザーヘッドにおいて、上記ノズル支持部に上面から見て環状をなすガス供給室を設け、このガス供給室を上記筒孔に連通させ、さらに上記ガス供給室の一部に、上記ガス供給管のキャリアガス送り出し側の端部を開口させることができる。
【００１３】
本発明のアトマイザーヘッドにおいて、上記ノズル支持部における上記凸面および上記ケース体における上記凹面の少なくともいずれか一方の面にラビリンス・シールを設けることが好ましい。
【００１４】
本発明のアトマイザーヘッドにおいて、上記ケース体は垂直方向または水平方向において複数部品に分割可能に構成することができる。
【００１５】
本発明のアトマイザーヘッドにおいて、上記ノズル支持部における上記凸面の円弧の中心またはその近傍に、上記ノズルの下端を配置することが好ましい。
【００１６】
本発明は、上記構成を有するアトマイザーヘッドと、そのアトマイザーヘッドのノズル支持部に接続されているガス供給管をその管軸まわりに揺動させる揺動機構とを備えてなる微粒化装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、キャリアガスを導入する溶射ノズルの入口部を気密状態に維持しつつ溶射ノズルの揺動を可能にしているため、キャリアガスを効率良く超音速流に形成してアトマイズを行なうことができるという長所を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る微粒化装置１のアトマイザーヘッド部分の構成を示した縦断面図である。
【００２０】
同図において、ガス供給管２（例えば内径φ４５ｍｍ、外径φ７０ｍｍ）は、溶射ノズルにキャリアガスを供給する機能と、アトマイザーヘッドを揺動（スキャニング）させるための動力を伝達する機能とを兼ね備えている。
【００２１】
上記ガス供給管２の一方（図の右側）端部には、スキャニングカム機構のカム周面と当接する従動体（図示しない）が管軸方向と直交する方向に延設されており、カムが回転するとその従動体がガス供給管２を中心として揺動動作し、ガス供給管２をその管軸まわりに所定の角度で揺動させるようになっている。
【００２２】
また、上記ガス供給管２の一方端部はロータリージョイント（図示しない）を介して固定配管と接続されており、キャリアガスを固定配管からガス供給管２に供給するようになっている。
【００２３】
ガス供給管２の他方端部は、下面が開放された円筒状部材からなるケース体３の側壁３ａに設けられた軸受け部３ａ′を貫通し、ケース体３内に収容されたアトマイザーヘッド４に接続されている。
【００２４】
なお、上記軸受け部３ａ′には固体潤滑剤を埋め込んだ構成の固体潤滑剤軸受けを使用することで、微粒化に悪影響を及ぼす潤滑剤を使用せずに軸受け機構を構成している。
【００２５】
また、上記ケース体３内に収容されるアトマイザーヘッド４は、上記ガス供給管２の他方端部２ａに対して焼きばめによって固定されている。
【００２６】
図２はアトマイザーヘッド部分の組み立て方法を示した分解斜視図である。
【００２７】
１．アトマイザーヘッドの構成
アトマイザーヘッド４は、溶射ノズル５とその溶射ノズル５を垂下した状態に支持するノズル支持部６とから主として構成されている。
【００２８】
上記ノズル支持部６は、内側筒状部６ａと外側筒状部６ｂとが同心円上に配置されており、両筒状部６ａおよび６ｂの下部が底板部６ｃによって一体に連絡されている。それにより、内側筒状部６ａと外側筒状部６ｂとの間に、平面から見て環状をなすガス供給室Ｆが形成されている。
【００２９】
また、上記外側筒状部６ｂの胴部外壁６ｄの縦断面は、円弧状の凸面、具体的には、所定の曲率半径からなる凸面６ｄ′に形成されている。この凸面６ｄ′は環状に形成されるとともに、その表面には複数の溝部６ｅが形成されている。
【００３０】
各溝部６ｅは、管軸Ｂと直交する方向に平行に形成されており、矢印Ａ方向から見た断面を櫛歯形状とすることにより、ラビリンス・シールを構成している。
【００３１】
なお、ラビリンス・シールは、ノズル支持部６側の凸面６ｄ′および後述するケース体３の凹面の少なくともいずれか一方の面に設けることができる。
【００３２】
さらに、ノズル支持部６の胴部外壁６ｄの一部には、上記ガス供給管２の他方端部２ａを焼きばめによって固定するための固定孔６ｆが穿設されており、この固定孔６ｆは上記ガス供給室Ｆと連通している。
【００３３】
また、ノズル支持部６の内側筒状部６ａ内には、溶融金属を流下させるためのノズルとして溶湯ノズル７が干渉しない状態で挿入されるようになっている。
【００３４】
２．ケース体の構成
一方、アトマイザーヘッド４を収容するケース体３は、水平方向に分割可能な二つ割りのケース部品３ｂおよび３ｃからなり、ケース部品３ｂは、半円状のアーチ部３ｄと、そのアーチ部３ｄの裾部から反対向きに延設される一対のプレート部３ｆとを有し、ケース部品３ｃについては、同じく半円状のアーチ部３ｅと、そのアーチ部３ｅの裾部から反対向きに延設される一対のプレート部３ｇとを有している。
【００３５】
上記アーチ部３ｄおよび３ｅの各内周壁には、上記凸面６ｄ′と係合する凹面、具体的には、上記凸面６ｄ′の曲率半径と同じ曲率半径からなる凹面３ｈ，３ｉが形成されており、これらの凹面３ｈおよび３ｉは環状に連絡されている。
【００３６】
また、上記側壁３ａにおける凹面３ｉには、上記ガス供給管２の他方端部２ａを貫通させるための貫通孔３ｊが穿設されている。
【００３７】
それにより、貫通孔３ｊには、ガス供給管２のキャリアガス送り出し側の端部が開口することになる。
【００３８】
また、上記プレート部３ｆ，３ｇにはボルト挿通孔３ｋが複数穿設されており、両ボルト挿通孔３ｋにボルト（図示しない）を通してナットで締め付けることにより、ケース部品３ｂおよび３ｃを一体に固定することができるようになっている。
【００３９】
３．ノズル支持部の構成
図１に戻って説明する。
【００４０】
上記ノズル支持部６の凸面６ｄ′と、ケース体３の凹面３ｈ（または３ｉ）との間には隙間ｄが確保されており、その隙間ｄを通じてキャリアガスＣの一部が漏れるようになっている。
【００４１】
例えば、凸面６ｄ′の曲率半径を８９Ｒで形成し、隙間ｄを０．１ｍｍに設定すると、ケース体３とアトマイザーヘッド４との間の全隙間面積は５６ｍｍ２となり、アトマイザーヘッド４に供給する全体のキャリアガス流量に占める漏れキャリアガス流量は、同規模の従来の揺動式アトマイザーヘッドを備えた微粒化装置に比べ約５％と大幅に削減することが可能になり、供給するキャリアガス流量を大幅に減少させることができる。
【００４２】
また、精度の高い機械加工を施すことによって０．１ｍｍの隙間ｄを確保することができれば、ノズル支持部６の凸面６ｄ′とケース体３の凹面３ｈ（または３ｉ）とが接触することもない。
【００４３】
なお、ケース体３の上部に設けられている天板部３ｍには溶湯ノズル７が貫通しているが、この溶湯ノズルは気密構造を介して垂直方向に貫通しており、さらに、ケース部品３ｂ，３ｃ（図２参照）は、溶湯貯溜部が搭載される天板部３ｍに対し気密シールを介して固定されているため、ガス供給管２からアトマイザーヘッド４に供給するキャリアガスＣの９５％を、溶射ノズル５に導入することができる。
【００４４】
また、上記溶湯ノズル７の下端７ａは溶射ノズル５内まで延長しており、溶射ノズル５の径方向中心に配置されている。それにより、溶射ノズル５の中心で常にアトマイズが実行されるようになっている。
【００４５】
また、溶湯ノズル７の周囲を流れるキャリアガスＣは、通常は常温で供給されるが、溶射ノズル５において最も流路が細くなるスロート部５ｂではマッハ数が１になり、そのときのガス温度は窒素や酸素のような２原子分子では絶対温度で１／１．２倍になり、また、アルゴンなどの１原子分子では１／１．３３３倍になるため、−５０℃〜−２３℃程度の低温になる。そのため、溶湯ノズル７内を流下する溶融金属がキャリアガスＣによって冷却され溶湯ノズル７内で凝固する虞れがある。
【００４６】
そこで本実施形態では、溶湯ノズル７の外側にステンレス製の保護筒８を配置し、溶湯ノズル７とキャリアガスＣが直接接触しないようにしている。この保護筒８は、溶湯ノズル７の外壁から１ｍｍの間隔を空けて配置されている。
【００４７】
また、内側筒状部６ａと外側筒状部６ｂとの間に形成されているガス供給室Ｆは、キャリアガスＣの偏流が生じないようにするためにある。
【００４８】
詳しくは、ガス供給管２から供給されたキャリアガスＣは、天板部３ｍと内側筒状部６ａ上部との隙間Ｅを通過して内側筒状部６ａの筒孔６ｇに導入されるが、その隙間Ｅに対してキャリアガスＣがスムーズに流れ込むように、ガス供給管２から送り出されるキャリアガスＣを一旦、ガス供給室Ｆを介して内側筒状部６ａの周囲３６０°に行き渡らせてから筒孔６ｇに導いている。
【００４９】
４．溶射ノズルの構成
ノズル支持部６から垂下される溶射ノズル５は、ボルト５ａを介してそのノズル支持部６に脱着可能に固定されている。したがって、形状の異なる溶射ノズル５を複数種類用意し、運転条件に合わせていずれかの一つの溶射ノズル５をノズル支持部６に取り付ければ、ガス圧力、ガス流量、ノズル長さ等の溶射条件を変更することができる。
【００５０】
この溶射ノズル５は、スロート部５ｂを通過することによって超音速流となったガス中に溶湯ノズル７からの溶融金属を流下させることにより、溶融金属をアトマイズするとともに、溶射ノズル５内を飛行するアトマイズされた溶射材に対し、その周囲に筒状のシールドガスを形成して、飛行する溶射材を溶射ノズル５の内壁に付着させない構成となっている。
【００５１】
詳しくは、溶射ノズル５は、リング状部品５ｃ〜５ｆを積層し一体化させた構造からなり、各リング状部品の間で内側に向けて開口しているスリットＴからは、溶射ノズル５の内壁に沿ってガスが順次噴射され、シールドガスがほぼ筒状に形成されるようになっている。それにより、溶射ノズル５内の溶射材は、上記シールドガスにより溶射ノズル５の内壁に付着することなく飛行することができるようになっている。
【００５２】
なお、上記各スリットＴはリング状部品５ｃ〜５ｆを貫通するガス吐出路５ｇと連通しており、このガス吐出路５ｇは、内側筒状部６ａに穿設された筒孔６ｇと連通している。したがって、キャリアガスＣの一部が筒孔６ｇ→ガス吐出路５ｇ→スリットＴの順に流れ、溶射ノズル５内にシールドガスを噴射する。
【００５３】
図３は上記アトマイザーヘッドおよびケース体の変形例を示したものである。
【００５４】
なお、図３において図２と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
図３に示したアトマイザーヘッド１０では、ノズル支持部１１の内側筒状部１１ａについて図２に示した内側筒状部６ａと同じ構成となっているが、外側筒状部１１ｂは角筒状に形成されている。そして揺動軸Ｄと平行な外側筒状部１１ｂの外壁１１ｃ（ケース体１２の対向する一対の側壁内面（凹面）１２ｉ，１２ｊに対応する側壁外面）のみ、所定の曲率半径からなる凸面１１ｃ′に形成されている。
【００５６】
なお、外側筒状部１１ｂの外壁１１ｃには複数の溝部１１ｄが形成されており、これらの溝部１１ｄは上記した溝部６ｅと同様に、ラビリンス・シール構造となっている。
【００５７】
上記ノズル支持部１１を収容するケース体１２は、二つ割りのケース部品１２ａおよび１２ｂからなり、各ケース部品１２ａおよび１２ｂは、コ字状のカバー部１２ｃおよび１２ｄと、カバー部１２ｃ，１２ｄの裾部から反対向きに延設される一対のプレート部１２ｅおよび１２ｆとを有している。
【００５８】
カバー部１２ｃにおいて対向する内壁１２ｇ，１２ｇ、およびカバー部１２ｄにおいて対向する内壁１２ｈ，１２ｈには、上記ノズル支持部１１の凸面１１ｃ′の曲率半径と同じ曲率半径からなる凹面１２ｉ，１２ｊが形成されている。
【００５９】
また、一方の上記カバー部１２ｄには、上記ガス供給管２の一方端部２ａを貫通させるための貫通孔１２ｋが穿設されている。なお、ガス供給管２は、揺動軸Ｄ上に設けられている。
【００６０】
なお、上記プレート部１２ｅおよび１２ｆには、ボルト挿通孔１２ｍが複数配列されている。
【００６１】
図３に示した構成においても、キャリアガスを導入する溶射ノズル入口部を気密状態に維持しつつアトマイザーヘッド１０を揺動させることが可能になる。
【００６２】
５．微粒化装置
図２に示したアトマイザーヘッド４および図３に示したアトマイザーヘッド１０に接続されているガス供給管２に、図４に示したように、従動体を取り付け、その従動体を、回転するカムの周面に当接させ、そのカムを駆動装置で回転させれば、ガス供給管２をその管軸まわりに所定の角度で時計回り、反時計回りに回動させることによってアトマイザーヘッド４および１０を揺動させることが可能な微粒化装置を構成することができる。
【００６３】
なお、上記従動体、カム、駆動装置はガス供給管２をその管軸回りに揺動させる揺動機構として機能する。
【００６４】
なお、上記実施形態ではノズル支持部６を収容するケース体３（またはケース体１２）を水平方向において二分割する構成について例示したが、これに限らず、垂直方向に二分割するものであってもよい。また、ケース部品の分割数は２以上であってもよい。
【００６５】
また、ノズル支持部とケース体とのシール構造については、上記したラビリンス・シールに限らず、例えばテフロンシール（テフロンは登録商標）のようなシール構造を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係るアトマイザーヘッド部分の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１に示したアトマイザーヘッドの組み立て方法を示す分解斜視図である。
【図３】アトマイザーヘッドおよびケース体の変形例を示す図２相当図である。
【図４】従来の微粒化装置の構成を示す斜視図である。
【図５】(ａ)〜(ｃ)は図４に示す微粒化装置の揺動動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１    微粒化装置
２    ガス供給管
２ａ  他方端部
３    ケース体
３ａ  側壁
３ｂ，３ｃ  ケース部品
３ｄ，３ｅ  アーチ部
３ｆ，３ｇ  プレート部
３ｈ，３ｉ  凹面
３ｊ  貫通孔
３ｋ  ボルト挿通孔
３ｍ  天板部
４    アトマイザーヘッド
５    溶射ノズル
５ａ  ボルト
５ｂ  スロート部
５ｃ〜５ｆ  リング状部品
５ｇ  ガス吐出路
６    ノズル支持部
６ａ  内側筒状部
６ｂ  外側筒状部
６ｃ  底板部
６ｄ  胴部外壁
６ｄ′凸面
６ｅ  溝部
６ｆ  固定孔
６ｇ  筒孔
７    溶湯ノズル
８    保護筒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009279494.tif 000006
【図５】
2009279494.tif 000007