JP2006213998A - 溶射装置における線材供給方法及び線材供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶射装置の溶射ガンへ溶射材料としての線材を供給するにあたって、溶射ガンが回転する場合にも線材の捩れや絡みを防止し、さらに、線材の交換頻度の低減や交換作業の簡易化を実現する、方法及び装置を提案する。
【解決手段】回転しながら溶射する溶射ガン１０を具備する溶射装置１９に二本の溶射材料としての線材４１・４２を供給する際に、一方の線材４２を巻き線状とした回転側線材ロール４２Ａの線材供給方向上流側に、他方の線材４１を巻き線状とした固定側線材ロール４１Ａを配置し、回転側線材ロール４２Ａ及び固定側線材ロール４１Ａを溶射ガン１０と別置きした。そして、固定側線材ロール４１Ａより回転側線材ロール４２Ａの内部を通過して線材供給方向下流側へ引き出した線材４１の周囲を、回転側線材ロール４２Ａから引き出した線材４２を溶射ガン１０の回転に同期して回転させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶射装置における線状の溶射材料の供給方法及び供給装置に関する。

溶射は、熱源により溶融した溶射材料を高速で被溶射物表面に衝突させ、そのまま凝固固着させる技術である。
溶射を行うための溶射装置として、線状や粉状の溶射材料を電気（アーク・プラズマ）、レーザー、燃焼ガス等の熱源にて溶解し、この溶射材料を圧縮ガスとともに被溶射物表面に噴射させるものが、一般的である。
例えば、特許文献１に記載の溶射装置では、溶射ガンの端部において、線状の溶射材料（以降『線材』と記載する）を流れる電流によるアークによって線材の端部が溶融され、圧縮気体の噴射にて線材が霧状化され、被溶射物表面に噴射される。溶射装置で使用する線材は、巻き線状のものであって、これを直線状として繰り出して溶射ガンに供給する。

一方、シリンダブロックのシリンダボア等、筒状体の内周面に溶射にて金属被膜を形成する技術が知られている。このような場合に、溶射装置の溶射ガンを筒状体の内部で回転させながら溶射材料を溶射することで、筒状体の内周面に溶射材料の効率的な被膜形成処理を施せるようにしたものがある（特許文献２）。
特開平７−９０５３７号公報 特開２００４−１６９１１９号公報

溶射装置において線材を使用する場合、二本の線材が絡んだり捩れたりすることによって線材の溶射ガンへの供給が停止する不具合が生じやすいので、二本の線材を絡ませずに溶射ガンへ供給するための工夫が必要となる。
そこで、特許文献１に記載の技術では、巻き線状の線材をターンテーブルに載置して、巻き線状の線材がその巻き方向に回転することにより、各線材に押出方向の力を加えるとともに、線材の捩れや絡みを解消するようにしている。

しかし、上記特許文献２に記載の技術のように、溶射ガンが回転する場合には、特に線材の捩れや絡みが生じ易い。このため、図６に示す如く、溶射装置１９を構成するフレーム１６に対して溶射ガン１０が回転可能に支持され、線材４０・４０は溶射ガン１０の上部に設けられたリール４０Ａ・４０Ａに巻回され、溶射ガン１０と一体的にリール４０Ａ・４０Ａも回転することによって、線材４０・４０を絡ませることなく溶射ガン１０に供給できるようにしている。

ところが、一般的にリールは２０ｋｇ程度の線材を巻いたものであり、頻繁にリールの交換作業が必要となる。リールの交換頻度の低減を図って、リール形状を大きくして線材の搭載重量を増大させれば、隣接して配置されたリール同士が干渉するという不具合が発生する。また、リールの重みにより溶射ガンの回転モーメントが増大し、溶射装置の構造を堅牢にする必要性から装置サイズが大きくなってしまうという不具合が発生する。

そこで本発明では、溶射ガンが回転する場合にも線材の捩れや絡みを防止し、さらに、線材の交換頻度の低減や交換作業の簡易化を実現する、溶射装置における線材供給方法及び線材供給装置を提案する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、回転しながら溶射する溶射ガンを具備する溶射装置に二本の溶射材料としての線材を供給するための線材供給装置であって、溶射ガンの線材送給方向に基づく回転方向と同一方向に回転する回転盤と、前記回転盤と同一の回転軸を中心として同一方向に回転する案内環と、前記一方の線材を巻き線状として前記回転盤上に溶射ガンとは別置きした回転側線材ロールと、前記回転側線材ロールに対する線材供給方向上流側に、前記他方の線材を巻き線状として溶射ガンとは別置きした固定側線材ロールとを備え、一方の線材を、案内環を通して回転側線材ロールから溶射装置側へ引き出し、他方の線材を、前記固定側線材ロールから回転側線材ロールの内部を通じて溶射装置側へ引き出し、少なくとも溶射ガンと案内環とを同期回転させるものである。

請求項２においては、前記回転盤は、溶射ガンへの線材未供給時には、溶射ガン及び案内環と同期回転し、溶射ガンへの線材供給時には、その回転速度が、回転側線材ロールからの線材の引き出し量に応じて、溶射ガン及び案内環の回転速度と異にするものである。

請求項３においては、前記溶射装置と案内環との間に、固定側線材ロールから引き出された線材を挿通させる固定管と、回転側線材ロールから引き出された線材を挿通させる誘導管とを備え、前記誘導管を、前記固定管を中心として、溶射ガンの線材送給方向に基づく回転方向と同一方向に、該溶射ガンと同期回転させるものである。

請求項４においては、回転しながら溶射する溶射ガンを具備する溶射装置に二本の溶射材料としての線材を供給するための線材供給方法であって、一方の線材を巻き線状の回転側線材ロールとして溶射ガンとは別置きし、前記回転側線材ロールの線材供給方向上流側に、他方の線材を巻き線状の固定側線材ロールとして溶射ガンとは別置きし、固定側線材ロールより回転側線材ロールの内部を通過させて他方の線材を溶射ガン側へ引き出し、回転側線材ロールから溶射ガン側へ引き出した線材を、固定側線材ロールから引き出した他方の線材の周囲に、溶射ガンの回転に同期して回転させるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、固定側線材ロールから引き出された線材の周囲を、回転側線材ロールから引き出された線材が溶射ガンの回転に同期して回転することになり、線材の絡みを防止することができる。
また、線材ロールを溶射ガンから独立して配置しているので、線材ロールの規模を大きくすることができ、一巻の線材ロールの重量を増加させて、線材ロールの交換頻度の低減による生産性の向上を図ることができる。
そして、線材ロールの規模を大きくしたとしても、溶射ガンや溶射装置の大きさを変更する必要がないので、複数の溶射装置を隣接させて配置して複数箇所での溶射処理を行うことができる。
さらに、溶射ガンと線材ロールとを独立した構成とすることができるので、線材ロールを交換する際には、線材に新しい線材ロールの線材を接続する作業が簡易となる。

請求項２においては、線材を溶射ガンへ繰り出さない場合は、線材が回転側線材ロールより引き出されることがなく、引き出された線材が絡まることもない。
また、線材を溶射ガンへ繰り出す場合は、線材が案内環を通過して回転側線材ロールから引き出されることとなるので、該線材を溶射ガン側へスムーズに送給することができる。

請求項３においては、回転側線材ロールから引き出された線材が、固定側線材ロールから引き出された線材の周囲を溶射ガンの回転に同期して回転するように強制的に案内するので、線材の絡みを防止することができる。

請求項４においては、固定側線材ロールから引き出された線材の周囲を、回転側線材ロールから引き出された線材が溶射ガンの回転に同期して回転することになり、線材の絡みを防止することができる。
また、線材ロールを溶射ガンから独立して配置することができるので、線材ロールの規模を大きくすることができ、一巻の線材ロールの重量を増加させて、線材ロールの交換頻度の低減による生産性の向上を図ることができる。
そして、線材ロールの規模を大きくしたとしても、溶射ガンや溶射装置の大きさを変更する必要がないので、複数の溶射装置を隣接させて配置して複数箇所での溶射処理を行うことができる。
さらに、溶射ガンと線材ロールとを独立した構成とすることができるので、線材ロールを交換する際には、線材に新しい線材ロールの線材を接続する作業が簡易となる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係る線材供給装置の構成を示す図、図２は溶射装置の構造を示す図、図３は線材供給装置の制御構成を示すブロック図、図４は線材供給装置を構成する各要素の回転方向と線材ロールの巻方向を説明する図、図５は別形態の巻方向の線材ロールを具備する線材供給装置を示す図である。
図６は従来の溶射装置の構造を示す図である。

本発明の実施例に係る線材供給装置９について説明する。
図１に示す如く、線材供給装置９は、溶線式の溶射装置１９に具備される溶射ガン１０に二本の線状の溶射材料（以降『線材』と記載する）を供給するためのものである。
なお、本発明は溶射装置１９の構造に限定されるものではなく、電気式・レーザー式・燃焼ガス式等、溶射材料を溶融する熱源の種類や、装置の詳細な構造、線材の種類等に限定されない。

図２に示す如く、溶射装置１９では、線材４１・４２を溶解し噴射する溶射ガン１０と、該溶射ガン１０を回動可能に支持するフレーム１６と、該溶射ガン１０を回転駆動する駆動手段１７等が備えられる。
溶射ガン１０の端部は溶射部１４であり、該溶射部１４にて線材４１・４２が溶融され、溶融された線材４１・４２が圧縮ガスの噴射によって微粒子状とされるとともに加速されて、溶射部１４より被溶射物表面に対して噴射される。溶射ガン１０は、溶射部１４を通る回転軸を中心として回転しながら溶射材料を溶射することで、例えば、シリンダブロックのボア内面等、筒状の被溶射物表面に効率的に皮膜を形成可能としている。

前記溶射ガン１０には、回転軸と略平行に線材４１・４２を溶射部１４まで誘導する二本の導管１１・１１が備えられる。導管１１・１１の一側端部近傍には溶射部１４が形成される。溶射部１４において導管１１・１１の端部には通電チップ１２・１２が接続され、該通電チップ１２・１２にて二本の線材４１・４２間にアークを発生させ、該アークの熱によって線材４１・４２を溶融させる。
一方、導管１１・１１の他側端部近傍には、ローラ１３・１３が設けられ、該ローラ１３・１３にて線材４１・４２の曲がりやうねりが矯正される。
また、導管１１・１１の中途部において、前記駆動手段１７にて駆動される送給ローラ１８・１８が配置され、該送給ローラ１８・１８にて、導管１１・１１より溶融速度にあわせて適量の線材４１・４２が繰り出されるように、線材４１・４２が送給される。
上記構成において、線材供給装置９より送給される線材４１・４２は、ローラ１３・１３を経て導管１１・１１に挿通され、該導管１１・１１の先端に設けられた溶射ガン１０の溶射部１４に繰り出される。

上記の溶射装置１９へ溶射材料である線材４１・４２を供給する線材供給装置９には、図１及び図３に示す如く、回転盤３１と、案内環３２と、誘導機構２０等が備えられる。

前記回転盤３１は、巻き線状の線材（以降『線材ロール』と記載する）を載置して保持するためのものであり、回転盤３１には二本の線材４１・４２のうち一方が載置される。
線材４１・４２は巻き線状に載置されており、回転盤３１に載置される線材ロールを『回転側線材ロール４２Ａ』とする。この回転側線材ロール４２Ａは、溶射ガン１０とは別置きされ、すなわち別の位置に配置される。
回転盤３１は、回転の略中心に孔３１ａが穿設されたドーナツ状のものであって、線材供給装置９には、該回転盤３１を回転駆動させる駆動手段３４が備えられる。

また、回転盤３１の上方（線材４２の引き出し側）には、回転側線材ロール４２Ａから引き出される線材４２を案内する案内環３２が設けられる。
前記案内環３２は、線材供給装置９に備えられる駆動手段３３により、回転盤３１の回転軸を中心として該回転盤３１と同一方向に回転駆動される。そして、案内環３２は、回転側線材ロール４２Ａから線材４２が離れる位置に配置されるとともに、回転側線材ロール４２Ａから引き出される線材４２が挿通される。
なお、本実施例において、案内環３２は環状部材であるが、線材４２を挿通または係止して引き出し時に案内できる形状の部材であれば足り、例えば、管状部材や爪状部材とすることもできる。

上記案内環３２と回転盤３１には、互いに独立した回転速度を与えることが可能である。これにより、案内環３２と回転盤３１とを略同期して回転させ、案内環３２と回転盤３１とを相対的に位置固定したり、案内環３２と回転盤３１との回転速度を異ならせて、案内環３２に対する回転盤３１の位相を移動させたりすることが可能である。

他方の線材４１は上記回転盤３１の下方（線材４１・４２の送り出し方向における回転側線材ロール４２Ａより上流側）に、線材ロールとして配置される。この線材ロールを『固定側線材ロール４１Ａ』とする。この固定側線材ロール４１Ａは、溶射ガン１０とは別置きされ、すなわち別の位置に配置されている。
固定側線材ロール４１Ａから引き出される線材４１は、回転盤３１の略中央に設けられた孔３１ａと、回転盤３１に載置された回転側線材ロール４２Ａの内部を通過して、該回転側線材ロール４２Ａの上方へ導出される。
これにより、回転盤３１と線材４１との干渉、及び、二本の線材４１・４２の干渉が回避される。さらに、二つの線材ロール４１Ａ・４２Ａを空間の無駄なく配置することを可能としている。

なお、固定側線材ロール４１Ａは、例えば、その線材４１の巻方向が、溶射ガン１０の回転により固定側線材ロール４１Ａから線材４１が解される方向となるように配置される。
本実施例においては、上下に配置された二つの線材ロール４１Ａ・４２Ａは、その巻方向がいずれも平面視反時計回りで同一であるが、図５に示すように、回転側線材ロール４２Ａと固定側線材ロール４１Ａとの線材４１・４２の巻方向を逆とすることも可能である。

また、上記線材ロール４１Ａ・４２Ａは、線材４１・４２が巻いた状態であれば足り、例えば、線材４１・４２がリールに巻き取られているもの、とぐろ状に巻いた線材４１・４２がペール缶に収容されているもの、等を採用することもできる。

前記誘導機構２０は、上記案内環３２と溶射装置１９との間に配置され、二本の線材４１・４２が絡まないように、一方の線材４１の周りに、他方の線材４２を強制的に回転させるものである。
なお、例えば、案内環３２と溶射装置１９との距離が短く、且つ、線材ロール４１Ａ・４２Ａから線材４１・４２が曲がることなく略直線状に溶射ガン１０へ供給される場合等、線材４１・４２が絡むおそれの無い場合は、誘導機構２０を省略することもできる。
また、例えば、案内環３２と溶射装置１９との距離が長い場合等、線材４１・４２が絡まり易い状況である場合は、案内環３２と溶射装置１９との間に複数の誘導機構２０を設けることもできる。

誘導機構２０は、二本の短管で構成される。一方の短管は位置固定された固定管２１である。また、他方の短管は、固定管２１の周囲を該固定管２１の軸芯方向と略平行な回転軸を中心として回転する誘導管２２であり、線材供給装置９に備えられる駆動手段２３により回転駆動される。すなわち、誘導機構２０において、誘導管２２は固定管２１の周りを公転する。
前記固定管２１には、固定側線材ロール４１Ａから引き出された線材４１が挿通され、前記誘導管２２には、回転側線材ロール４２Ａから引き出された線材４２が挿通される。
なお、本実施例において、固定管２１及び誘導管２２は短管状部材であるが、線材４１・４２を挿通または係止させることのできる形状の部材であれば足り、例えば、環状部材や爪状部材とすることもできる。

上記線材供給装置９において、溶射ガン１０・誘導管２２・案内環３２・回転盤３１の各駆動手段１７・２３・３３・３４は制御手段２５により制御され、溶射ガン１０・誘導管２２・案内環３２・回転盤３１の回転動作が制御される。
そして、溶射ガン１０・誘導管２２・案内環３２・回転盤３１は、線材送給方向に基づく同一方向に回転するように、それぞれの回転方向が定められる。
なお、『線材送給方向に基づく同一方向』とは、各線材ロール４１Ａ・４２Ａから溶射装置１９へ送給される線材４１・４２の送給方向に対して、同一方向であることを意味する。
従って、図４に示す如く、仮に、線材４１・４２の送給方向を紙面下方から上方とし、溶射ガン１０・誘導管２２・案内環３２・回転盤３１のそれぞれの回転軸を略同一線上に配置した場合、溶射ガン１０・誘導管２２・案内環３２・回転盤３１の全ては同一方向に回転するように回転方向が定められる。例えば、図４に示す場合は、回転方向が線材４１・４２の送給方向に対して左回りに設定されている。

続いて、上記構成の線材供給装置９の動作について説明する。

線材４１・４２を溶射ガン１０の溶射部１４へ繰り出さない場合は、溶射ガン１０と、誘導管２２と、案内環３２と、回転盤３１とを、同期させて（略同一の回転速度で）回転させる。
このように、溶射ガン１０・誘導管２２・案内環３２・回転盤３１が同期して回転することによって、固定側線材ロール４１Ａから引き出された線材４１の周囲を、回転側線材ロール４２Ａから引き出された線材４２が絡まることなく回転する。また、案内環３２と回転盤３１とは相対的に不動であるので線材４２が回転側線材ロール４２Ａより引き出されない。

線材４１・４２を溶射ガン１０の溶射部１４へ繰り出す場合は、溶射ガン１０と、誘導管２２と、案内環３２とを同期させて回転させる。このときの溶射ガン１０と、誘導管２２と、案内環３２との回転速度を回転速度ω１とする。また、回転盤３１は回転速度ω１と異なる回転速度で回転させ、このときの回転盤３１の回転速度を回転速度ω２とする。
そして、回転側線材ロール４２Ａの巻方向と回転盤３１の回転方向とが異なる場合（図１・４）には、回転速度ω１より、回転速度ω２を小さくする。また、回転側線材ロール４２Ａの巻方向と回転盤３１の回転方向とが等しい場合（図５）には、回転速度ω１より、回転速度ω２を大きくする。
これにより、案内環３２に対して回転盤３１が、回転側線材ロール４２Ａから線材４２を解く方向に相対的に回転し、線材４２が案内環３２を通過して回転側線材ロール４２Ａから引き出されることとなるので、該線材４２を溶射ガン１０側へスムーズに送給することができる。また、溶射ガン１０・誘導管２２・案内環３２・回転盤３１が同期して回転することによって、固定側線材ロール４１Ａから引き出された線材４１の周囲を、回転側線材ロール４２Ａから引き出された線材４２が絡まることなく回転する。
なお、回転盤３１の回転速度ω２は、回転速度ω１と必要とされる線材４１・４２の繰り出し量とに基づいて適宜決定される。

上述の線材供給装置９では、溶射ガン１０の回転に同期して、誘導管２２及び案内環３２が回転することによって、固定側線材ロール４１Ａから引き出された線材４１の周囲を、回転側線材ロール４２Ａから引き出された線材４２が溶射ガン１０の回転に同期して回転することになり、線材４１・４２の絡みを防止することができる。

また、上述の線材供給装置９では、線材４１・４２を巻き線状とした線材ロール４１Ａ・４２Ａを溶射ガン１０から独立して配置することができる。従って、線材ロール４１Ａ・４２Ａの規模を大きくすることができ、一巻の線材ロールの重量を増加させることができるので、線材ロールの交換頻度の低減による生産性の向上を図ることができる。
また、線材ロール４１Ａ・４２Ａの規模を大きくしたとしても、溶射ガン１０や溶射装置１９の大きさを変更する必要がないので、複数の溶射装置を隣接させて配置して複数箇所での溶射処理を行うことができる。
さらに、溶射ガン１０と線材ロール４１Ａ・４２Ａとを独立した構成とすることができるので、線材ロールを交換する際には、線材に新しい線材ロールの線材を接続する作業が簡易となる。

なお、上述の線材供給装置９は、回転する溶射ガン１０に対して線材４１・４２を供給するものであるが、回転しない溶射ガンに対して溶射材料としての線材を供給することに利用することもできる。
この場合、誘導管２２及び案内環３２の回転位相を固定するとともに、回転側線材ロール４２Ａが解かれる方向に繰り出される線材４２の量に応じて回転盤３１を回転させる。これにより、誘導機構２０及び案内環３２にて、二本の線材４１・４２が絡まないようにガイドされ、回転側線材ロール４２Ａから適量の線材４２が他方の線材４１と干渉することなく引き出され、線材４１・４２の絡みを防止することができる。

本発明の実施例に係る線材供給装置の構成を示す図。 溶射装置の構造を示す図。 線材供給装置の制御構成を示すブロック図。 線材供給装置を構成する各要素の回転方向と線材ロールの巻方向を説明する図。 別形態の巻方向の線材ロールを具備する線材供給装置を示す図。 従来の溶射装置の構造を示す図。

符号の説明

９ 線材供給装置
１０ 溶射ガン
１９ 溶射装置
２０ 誘導機構
２１ 固定管
２２ 誘導管
３１ 回転盤
３２ 案内環
４０・４１ 線材
４１Ａ 固定側線材ロール
４２Ａ 回転側線材ロール

Claims (4)

1. 回転しながら溶射する溶射ガンを具備する溶射装置に二本の溶射材料としての線材を供給するための線材供給装置であって、
   溶射ガンの線材送給方向に基づく回転方向と同一方向に回転する回転盤と、
   前記回転盤と同一の回転軸を中心として同一方向に回転する案内環と、
   前記一方の線材を巻き線状として前記回転盤上に溶射ガンとは別置きした回転側線材ロールと、
   前記回転側線材ロールに対する線材供給方向上流側に、前記他方の線材を巻き線状として溶射ガンとは別置きした固定側線材ロールとを備え、
   一方の線材を、案内環を通して回転側線材ロールから溶射装置側へ引き出し、
   他方の線材を、前記固定側線材ロールから回転側線材ロールの内部を通じて溶射装置側へ引き出し、
   少なくとも溶射ガンと案内環とを同期回転させることを
   特徴とする溶射装置における線材供給装置。
2. 前記回転盤は、溶射ガンへの線材未供給時には、溶射ガン及び案内環と同期回転し、
   溶射ガンへの線材供給時には、その回転速度が、回転側線材ロールからの線材の引き出し量に応じて、溶射ガン及び案内環の回転速度と異にする、
   請求項１に記載の溶射装置における線材供給装置。
3. 前記溶射装置と案内環との間に、
   固定側線材ロールから引き出された線材を挿通させる固定管と、
   回転側線材ロールから引き出された線材を挿通させる誘導管とを備え、
   前記誘導管を、前記固定管を中心として、溶射ガンの線材送給方向に基づく回転方向と同一方向に、該溶射ガンと同期回転させる、
   請求項１または請求項２に記載の溶射装置における線材供給装置。
4. 回転しながら溶射する溶射ガンを具備する溶射装置に二本の溶射材料としての線材を供給するための線材供給方法であって、
   一方の線材を巻き線状の回転側線材ロールとして溶射ガンとは別置きし、
   前記回転側線材ロールの線材供給方向上流側に、他方の線材を巻き線状の固定側線材ロールとして溶射ガンとは別置きし、
   固定側線材ロールより回転側線材ロールの内部を通過させて他方の線材を溶射ガン側へ引き出し、
   回転側線材ロールから溶射ガン側へ引き出した線材を、固定側線材ロールから引き出した他方の線材の周囲に、溶射ガンの回転に同期して回転させることを
   特徴とする溶射装置における線材供給方法。

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