JP2001259835A - 肉盛溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 螺旋状の凸条を有する棒状のワークへの肉盛
溶接に用いた場合に、肉盛溶接が良好に行える肉盛溶接
装置を提供する。 【解決手段】 肉盛溶接装置Ａは、スクリュー１を軸線
α回りに回転可能に支持して回転駆動させるワーク支持
・駆動機構と、スクリュー１の凸条１１の頂部１２に肉
盛溶接をなすトーチ３と、トーチ３を軸線αに直交する
方向に移動させるＸ軸駆動機構３１と、トーチ３を軸線
αと平行方向に移動させるＹ軸駆動機構３２と、トーチ
３とスクリュー１との間隔を調節するＺ軸駆動機構３３
と、トーチ３を軸線θを中心として水平方向に回動変位
させる回動機構３４と、トーチ３にウィビング動作を付
与するウィビング機構３５とを備えるように構成した。
また、ワーク支持・駆動機構には、スクリュー１のチャ
ック近傍を後熱する加熱部を備えるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、螺旋状の凸条を有
する棒状のワーク、例えば、射出成型機のスクリューフ
ィーダに用いられるスクリューを対象として、凸条の頂
部に肉盛溶接をなす肉盛溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、一般的な射出成形機は、
溶融状態の樹脂を金型キャビティ内に供給、充填し固化
させることにより、樹脂成型品を得るものである。この
金型キャビティへの溶融樹脂の供給には、通常、スクリ
ューフィーダが用いられる。このスクリューフィーダ
は、螺旋状に形成された凸条を有するスクリューを断面
円形の中空部に挿入して回転駆動させることにより、凸
条間の構内にて溶融樹脂を送り出し金型キャビティ内に
供給するものである。こうしたスクリユーは、長期にわ
たる使用により、凸条の頂部が磨耗し、溶融樹脂の供給
が良好になされなくなる不都合が生じるので、通常は、
この凸条の頂部に耐磨耗性の金属を肉盛溶接することに
よって、磨耗を防止するようにしている。肉盛溶接とし
ては、ＰＴＡ（粉体プラズマアーク）肉盛溶接法が、広
く用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、こうした肉盛溶
接は、作業者が手作業によって行っていた。このように
手作業で凸条の頂部に肉盛溶接を行うと、溶接が継続し
て一定厚の肉盛溶接を安定的に行うことが困難であり、
溶接部が頻繁に途切れる等の不都合が生じ、良好な肉盛
溶接部が得られないという不都合が生じていた。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あって、螺旋状の凸条を有する棒状のワークへの肉盛溶
接に用いた場合に、肉盛溶接が良好に行える肉盛溶接装
置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
螺旋状に形成された凸条を有する棒状のワークに対して
該凸条の頂部に肉盛溶接をなす肉盛溶接装置であって、
前記ワークをその軸線回りに回転可能に支持してこれを
回転駆動させるワーク支持・駆動機構と、前記ワークの
前記凸条の頂部に肉盛溶接をなすトーチと、該トーチを
支持・移動させる移動機構とを備え、該移動機構は、前
記トーチを前記凸条の頂部に対向させて前記ワークの軸
線と平行に移動させるトーチ送り部と、前記トーチに前
記凸条の頂部の幅方向への往復動作であるウィビング動
作を付与するウィビング機構とを備えてなることを特徴
とする。

【０００６】このような構成としたことで、ワーク支持
・駆動機構にワークを支持させてこれを回転させつつ、
移動機構によって、トーチをワークの軸線に沿って平行
に移動させ、且つ、トーチにウィビング動作を与えるこ
とによって肉盛溶接を行うようにできる。そのため、安
定した肉盛溶接部を形成することができる。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の肉
盛溶接装置において、前記移動機構は、前記トーチを前
記軸線の直上方位置に置いた状態で該トーチと前記凸条
の頂部との間隔を調節する第１の位置調節部と、前記ト
ーチを前記ワークの上方において前記軸線に直交する方
向に移動させる第２の位置調節部と、前記トーチを前記
ワークの側方に位置する鉛直方向の軸線を中心として水
平方向に回動変位させる第３の位置調節部とを備えてな
ることを特徴とする。

【０００８】このような構成としたことで、肉盛溶接を
円滑に行うことができる。すなわち、ワークは平面視し
た場合に、凸条がワークの軸線に対して斜め方向に延在
して位置するので、第３の位置調節部によって、トーチ
の向きをワーク側方に位置する鉛直方向の軸線を中心と
して回動変位させることができる。また、トーチが回動
変位された場合にトーチの位置がワークに軸線に対して
軸線の上方位置から外れることがあるので、トーチをワ
ークの上方において、軸線に直交する方向の調節を、第
２の位置調節部によって行うようにできる。更に、肉盛
溶接の肉盛厚等の調整をする場合には、トーチとワーク
の凸条の頂部との間隔調節を、第１の位置調節部によっ
て行うようにできる。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の肉盛溶接装置において、前記ワーク支持・駆動機
構には、該ワーク支持・駆動機構により支持されたワー
クを加熱する加熱部が設けられていることを特徴とす
る。

【００１０】このような構成としたことで、肉盛溶接後
のワークにひび割れやクラック等が発生するのを防止す
ることができる。すなわち、ワークを肉盛溶接した場合
には加熱されることによりワークは高温となるが、ワー
クはワーク支持・駆動機構によって支持されているの
で、このワーク支持・駆動機構側に熱が吸収されて、ワ
ークのワーク支持・駆動機構近傍における熱勾配は急勾
配となって急速に冷却された状態となる。この急激な温
度変化によってワークに歪みが生じ、ひび割れやクラッ
ク等が発生する恐れがある。そのため、肉盛溶接後のこ
うした部分を加熱部により後熱することによって温度勾
配を緩和し、ワークに急激な温度変化が生じるのを防止
して、ひび割れやクラックの発生などを防止することが
できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る肉盛溶接装置
の一実施形態を、図面に基づいて説明する。

【００１２】先ず、肉盛溶接装置の概略構成について、
図１及び図２を用いて説明する。この肉盛溶接装置Ａ
は、スクリュー（ワーク）１を支持して回転駆動させる
ワーク支持・駆動機構２と、肉盛溶接をなすトーチ３
と、トーチ３を支持し移動させる移動機構４を備えてい
る。なお、図１及び図２においては、ワーク支持・駆動
機構２は図示を省略している。

【００１３】スクリュー１は、射出成型機のスクリュー
フィーダに用いられるスクリューであって、棒状に形成
され、その外周部に螺旋状の凸条１１が形成されている
ものである。この凸条１１の頂部１２に、トーチ３によ
って肉盛溶接される。このスクリュー１は、ワーク支持
・移動機構２によって水平方向の軸線α回りに回転可能
に支持されている。

【００１４】トーチ３は、スクリュー１にＰＴＡ（粉体
プラズマアーク）肉盛溶接を施すためのものであり、移
動機構４によって支持されている。移動機構４は、Ｘ軸
駆動機構（第２の位置調節部）３１、Ｙ軸駆動機構（ト
ーチ送り部）３２、Ｚ軸駆動機構（第１の位置調節部）
３３、回動機構（第３の位置調節部）３４、ウィビング
機構３５により構成されている。これらは、各々が独立
した図示しない駆動源によって駆動されるものである。
トーチ３は、Ｘ軸駆動機構３１、Ｙ軸駆動機構３２、Ｚ
軸駆動機構３３によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方
向の各々に移動できるようになっている。また、トーチ
３及びウィビング機構３５は、回動機構３４によって、
鉛直方向の軸線θ回りに回動可能となっている。図２に
示すように、トーチ３の向きを、螺旋状の凸条１１の向
きと揃えることができる。この状態でウィビング機構３
５によってトーチ３にウィビング動作を行わせる。すな
わち、トーチ３をＷ軸方向、つまり凸条１１の幅方向に
往復運動させて、頂部１２の全域にむらなく肉盛溶接を
行うためのものである。

【００１５】次に、肉盛溶接装置Ａの詳細な構成を図３
及び図４を参照して説明する。肉盛溶接装置Ａは、ワー
ク支持・移動機構２と、トーチ取付台４１と、加熱部５
１から構成されている。

【００１６】図４に示すように、ワーク支持・駆動機構
２は、ベース２１に設けられたチャック２２、主軸台２
３、支持合２４によって、スクリュー１を軸線α回りに
回転可能に支持するものである。チャック２２は、スク
リュー１の一方の端部を把持するものであり、また、主
軸台２３は、スクリュー１をチャックした状態で回転可
能に支持するものである。これらチャック２２及び主軸
台２３は、図示しないサーボモータによってスクリュー
１を回転・駆動するようになっている。スクリュー１の
他方の端部には、支え継手１３が仮溶接されており、こ
の支え継手１３が支持合２４によって支持されるように
なっている。支持合２４は、その上面側に回転可能に設
けられた２つの回転ローラ２５、２５上に支え継手１３
を載置して、支え継手１３が回転可能となるように支持
するものである。

【００１７】図３に示すように、ベース２１の側方に
は、トーチ取付台４１がスクリュー１の軸線α方向と平
行に移動できるように、リニアガイド２６が配設されて
いる。トーチ取付台４１は、このリニアガイド２６に沿
って移動できるようになっている。

【００１８】図４に示すように、トーチ取付台４１に
は、トーチ３、移動機構４及び粉体供給装置３６が設け
られている。トーチ３は、移動機構４、すなわち、Ｘ軸
駆動機構３１、Ｙ軸駆動機構３２、Ｚ軸駆動機構３３、
回動機構３４及びウィビング機構３５によって移動可能
とされている。Ｘ軸駆動機構３１は、トーチ３を、スク
リュー１の上方において軸線α方向と直交する方向、す
なわち水平方向に移動させるものである。このＸ軸駆動
機構３１は、図示しない手動によって駆動される。Ｙ軸
移動機構３２は、リニアガイド２６に沿ってトーチ取付
台４１をスクリュー１の軸線α方向と平行に移動させる
ものであり、これにより、トーチ３を、凸条１１の頂部
１２に対向させて軸線α方向と平行に移動させることが
できる。このＹ軸移動機構３２は、図示しないサーボモ
ータによって駆動される。Ｚ軸移動機構３３は、トーチ
３をスクリュー１の軸線αの直上方位置に置いた状態で
トーチ３と凸条１１の頂部１２との間隔を調節するもの
で、トーチ３を鉛直方向、すなわち軸線６方向に沿って
移動させるものである。このＺ軸移動機構３３は、図示
しないサーボモータによって駆動される。回動機構３４
は、トーチ３及びウィビング機構３５を軸線０回りに回
動させるものである。この回動機構３４は、図示しない
手動によって駆動される。ウィビング機構３５は、トー
チ３に、凸条１１の頂部１２の幅方向への往復動作であ
るウィビング動作を付与するものである。このウィビン
グ機構３５は、図示しないステッピングモータによって
駆動される。粉体供給装置３６は、耐磨耗性の高い粉体
金属をトーチ３に連続的に供給するためのものである。
ここで用いられる粉体金属としては、ステライト等が挙
げられる。

【００１９】加熱部５１は、チャック２２の近傍のスク
リユー１を後熱、すなわち肉盛溶接終了後に加熱するも
のであり、図示しない熱源によってスクリュー１を３０
０〜４００℃程度で後熱する。この加熱部５１は、トー
チ３がチャック２２の近傍のスクリュー１の肉盛溶接を
行う際には、肉盛溶接作業及びトーチ取付台４１の移動
を阻害しないように側方に逃がしておき、この部分の肉
盛溶接終了後にスクリュー１のチャック２２の近傍を覆
い後熱できるようになっている。

【００２０】なお、上記した主軸台２３のサーボモー
タ、Ｙ軸駆動機構３２のサーボモータ、Ｚ軸駆動機構３
３のサーボモータ、ウィビング機構３５のステッピング
モータ及び加熱部５１の熱源は、全て図示しない制御装
置によって一括制御できるようになっている。この制御
装置によって、トーチ移動速度、スクリュー回転速度、
ウィビングの幅及び周期、加熱部５１の温度等は自動的
に制御される。

【００２１】この肉盛溶接装置Ａによってスクリュー１
の肉盛溶接を行う際には、チャック２２側から支え継手
１３側に向かって行っていく。このとき、スクリュー１
の回転速度やトーチ取付台４１の移動速度等を、制御装
置によって同期させるように制御しながら行う。トーチ
３がスクリュー１のチャック２２近傍の肉盛溶接を行う
際、すなわちトーチ取付台４１がチャック２２の近傍に
あるときは、加熱部５１は側方に逃がしておく。チャッ
ク２２近傍の肉盛溶接が終了し、トーチ取付台４１が支
え継手１３例に移動すれば、加熱部５１でスクリュー１
を覆い、３００〜４００℃程度で後熱する。こうするこ
とにより、肉盛溶接によって高温となっているスクリュ
ー１の熱がチャック２２及び主軸台２３側に吸収されて
スクリュー１が急速に冷却されるのを防ぐようにする。
後は、制御装置によって加熱部５１の温度を制御し、ス
クリュー１を徐冷させるようにする。スクリュー１全体
の肉盛溶接が完了し、徐冷も終了したら、肉盛溶接装置
Ａからスクリュー１を取り外し、仮溶接されている支え
継手１３を除去すれば、凸条１１の頂部１２に肉盛溶接
が施されたスクリュー１が得られる。

【００２２】本実施形態に係る肉盛溶接装置Ａにおいて
は、スクリュー１を軸線α回りに回転可能に支持して回
転駆動させるワーク支持・駆動機構２と、スクリユー１
の凸条１１の頂部１２に肉盛溶接をなすトーチ３と、ト
ーチ３を凸条１１の頂部１２に対向させて軸線αと平行
方向に移動させるＹ軸駆動機構３２と、トーチ３に凸条
１１の頂部１２の幅方向への往復動作であるウィビング
動作を付与するウィビング機構３５とを備えるようにし
ている。そのため、ワーク支持・駆動機構２にスクリュ
ー１を支持させて回転させつつ、Ｙ軸駆動機構３２によ
ってトーチ３を軸線α方向に移動させ、且つ、トーチ３
にウィビング動作を与えることによって肉盛溶接を行う
ようにでき、安定した肉盛溶接部を形成することができ
る。

【００２３】また、トーチ取付台４１は、トーチ３を軸
線αの直上方位置に置いた状態でトーチ３とスクリュー
１の凸条１１の頂部１２との間隔を調節するＺ軸駆動機
構３３と、トーチ３をスクリユー１の上方において軸線
αに直交する方向に移動させるＸ軸駆動機構３１と、ト
ーチ３をスクリュー１の側方に位置する軸線θを中心と
して水平方向に回動変位させる回動機構３４とを備える
ようにしている。そのため、トーチ３の位置及び向きを
適格に制御でき、スクリュー１への肉盛溶接を自動的に
安定して確実に行うようにできる。

【００２４】更に、ワーク支持・駆動機構２のチャック
２２の近傍には、スクリュー１のチャック２２近傍を加
熱する加熱部５１を備えるようにしている。そのため、
スクリュー１を後熱して温度勾配を緩和し、スクリュー
１に急激な温度変化が生じるのを防止して、ひび割れや
クラックが発生するのを防止できる。これと共に、スク
リュー１のチャックの２２近傍部分のみを後熱するだけ
でよいので、スクリュー１全体を加熱するような大がか
りな装置は必要なく、装置を小型化でき、加熱に必要な
熱量も節約できる。

【００２５】なお、上記実施形態においては、ＰＴＡ肉
盛溶接法による肉盛溶接に適用した場合についてのみ説
明したが、これに限定する意図ではなく、他の肉盛溶接
法による肉盛溶接に適用されても差し支えない。また、
駆動機構の駆動源も、上記内容に限定するものではな
い。例えば、Ｘ軸駆動機構や回動機構の駆動源は手動で
なくモータ等を用いてもよく、また、ウィビング機構の
駆動源もステッピングモータではなくサーボモータを用
いてもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る肉盛
溶接装置においては上記のごとく構成しているので、螺
旋状の凸条を有する棒状のワークヘの肉盛溶接に用いた
場合に、肉盛溶接が良好に行える肉盛溶接装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る肉盛溶接装置の一実施形態の
概略構成を示す斜視図である。

【図２】 図１における肉盛溶接装置の一部分を拡大
した平面図である。

【図３】 本発明に係る肉盛溶接装置の一実施形態の
詳細な構成を示す図であって、ワーク支持・駆動機構の
平面図である。

【図４】 本発明に係る肉盛溶接装置の一実施形態の
詳細な構成を示す図であって、肉盛溶接装置の正面図で
ある。

【符号の説明】

Ａ 肉盛溶接装置 １ スクリュー（ワーク） ２ ワーク支持・移動機構 ３ トーチ ４ 移動機構 １１ 凸条 １２ 頂部 ３１ Ｘ軸駆動機構（第２の位置調節部） ３２ Ｙ軸駆動機構（トーチ送り部） ３３ Ｚ軸駆動機構（第１の位置調節部） ３４ 回動機構（第３の位置調節部） ３５ ウィビング機構 ５１ 加熱部 α、θ 軸線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中根 実 埼玉県桶川市上日出谷1230番地 三菱マテ リアル株式会社桶川製作所内 (72)発明者 久保 学 埼玉県桶川市上日出谷1230番地 三菱マテ リアル株式会社桶川製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 螺旋状に形成された凸条を有する棒状
   のワークに対して該凸条の頂部に肉盛溶接をなす肉盛溶
   接装置であって、 前記ワークをその軸線回りに回転可能に支持してこれを
   回転駆動させるワーク支持・駆動機構と、 前記ワークの前記凸条の頂部に肉盛溶接をなすトーチ
   と、 該トーチを支持・移動させる移動機構とを備え、 該移動機構は、前記トーチを前記凸条の頂部に対向させ
   て前記ワークの軸線と平行に移動させるトーチ送り部
   と、 前記トーチに前記凸条の頂部の幅方向への往復動作であ
   るウィビング動作を付与するウィビング機構とを備えて
   なることを特徴とする肉盛溶接装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の肉盛溶接装置におい
   て、 前記移動機構は、前記トーチを前記軸線の直上方位置に
   置いた状態で該トーチと前記凸条の頂部との間隔を調節
   する第１の位置調節部と、 前記トーチを前記ワークの上方において前記軸線に直交
   する方向に移動させる第２の位置調節部と、 前記トーチを前記ワークの側方に位置する鉛直方向の軸
   線を中心として水平方向に回動変位させる第３の位置調
   節部とを備えてなることを特徴とする肉盛溶接装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の肉盛溶接装置
   において、前記ワーク支持・駆動機構には、該ワーク支
   持・躯区動機構により支持されたワークを加熱する加熱
   部が設けられていることを特徴とする肉盛溶接装置。