JP2008001924A - 溶射皮膜形成方法および溶射皮膜形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶射作業終了後、次回の溶射作業開始時でのアークを発生させるための点火作業が容易に行えるようにする。
【解決手段】溶射ガン１の先端部にカッタ４９を設け、溶射ガン１のカソード電極３３とワイヤ５の先端５ａとの間にアークを発生させ、アーク熱によりワイヤ５を溶融させてこの溶融金属を開口３５から放出するアトマイズエアによって前方に移動させ、ワーク表面に溶射皮膜を形成する。溶射ガン１の先端部にはカッタ保持具４５を介してカッタ４９を取付け、溶射後、ワイヤ５を前進移動させて、溶射ガン１のワイヤ５を中心とした回転によって、その前方に位置するカッタ４９に先端５ａを接触させて鋭利に切削する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶射用材料となるワイヤを溶射ガンに送給しつつ該溶射ガンからアークを発生させ、このアークの熱によりワイヤの先端を溶融させた溶融金属を被溶射物に供給して被溶射物表面に溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成方法および溶射皮膜形成装置に関する。

溶射ガンから発生させたアークの熱によってワイヤの先端を溶融させ、この溶融金属をガス流により被溶射物に向けて噴射させるアーク溶射方法では、溶射作業終了後アークが消火した時点のワイヤの先端形状が、丸みを帯びていたり、平坦となっているなど、常に一定な形状ではなく、このため、次回の溶射作業開始時のアークを発生させるための点火作業が容易に行えず、作業性の悪化を招いている。

例えば下記特許文献１には、複数のワイヤ相互間にアークを発生させるアーク溶射方法が記載されており、ここでは、切断機によりワイヤの先端を切断することで、ワイヤ先端部の形状を調整し、切断後のワイヤの先端を清掃して溶射ガンの修復作業を行っている。
特開２００２−２８５３１６号公報（段落００６３，００９７，００９９参照）

しかしながら、上記した従来のものは、溶射作業終了後のワイヤの先端を切断してはいるものの、切断後のワイヤ先端の形状については、特に考慮しておらず、したがってその形状によっては、次回溶射作業開始時のアークを発生させるための点火作業に支障を来たす恐れがある。

そこで、本発明は、溶射作業終了後、次回の溶射作業開始時のアークを発生させるための点火作業が容易に行えるようにすることを目的としている。

本発明は、溶射用材料となるワイヤを溶射ガンに送給しつつ該溶射ガンと前記ワイヤの先端との間でアークを発生させ、このアークの熱により前記ワイヤの先端を溶融させた溶融金属を被溶射物に向けて噴射して被溶射物表面に溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成方法において、前記ワイヤの先端を、前記アークを発生させる前に鋭利にすることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、溶射用のワイヤの先端を、アークを発生させる前に鋭利にするようにしたので、溶射ガンとワイヤとの間でアークを発生させるための点火作業が容易となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態を示すアーク溶射による溶射皮膜形成装置の溶射ガン先端の一部断面を含む正面図、図２は、溶射皮膜形成装置の全体構成図である。図２に示すように、溶射ガン１は、図２中で下端側に対応する先端側に溶射ノズル部３を備えており、この溶射ガン１内に、溶射用の鉄系金属からなるワイヤ５を、図２中の上端から挿入して溶射ノズル部３まで供給している。

溶射ガン１は、溶射ノズル部３側から回転部７，ガス配管接続部９，ワイヤ送給部１１をそれぞれ備えている。回転部７のガス配管接続部９近傍の外周には従動プーリ１３を設ける一方、回転駆動モータ１５には駆動プーリ１７を連結し、これら各プーリ１３,１７を連結ベルト１９によって互いに連結する。回転駆動モータ１５は、規定の回転数信号の入力を受けるコントローラ２１によって駆動制御され、回転部７をその先端の溶射ノズル部３とともに回転させる。

これら回転部７および溶射ノズル部３は、溶射ガン１内のワイヤ５を中心軸線として回転し、その際ワイヤ５が回転することはない。

ガス配管接続部９には、ガス供給源２３から、水素とアルゴンとの混合ガスを供給する混合ガス配管２５と、アトマイズエア（空気）を供給するアトマイズエア配管２６とをそれぞれ接続する。混合ガス配管２５によってガス配管接続部９内に供給された混合ガスは、その下部の回転部７内に形成してある図示しない混合ガス通路を通って溶射ノズル部３まで供給される。同様にして、アトマイズエア配管２６によってガス配管接続部９内に供給されたアトマイズエアは、その下部の回転部７内に形成してある図示しないアトマイズエア通路を通って溶射ノズル部３まで供給される。

ここで、ガス配管接続部９内の図示しない混合ガス通路およびアトマイズエア通路と、ガス配管接続部９に対して回転する回転部７内の図示しない混合ガス通路およびアトマイズエア通路とをそれぞれ連通させる必要がある。この場合の連通構造としては、例えばガス配管接続部９内の混合ガス通路およびアトマイズエア通路の各下端部を環状通路とし、この環状通路に、回転部７内の上下に延びる混合ガス通路およびアトマイズエア通路の上端をそれぞれ連通させることが考えられる。これにより、回転部７がガス配管接続部９に対して回転しても、回転部７内の混合ガス通路およびアトマイズエア通路とガス配管接続部９内の混合ガス通路およびアトマイズエア通路とがそれぞれ常時連通することになる。

ワイヤ送給部１１は、規定の回転数信号の入力を受けて回転してワイヤ５を溶射ノズル部３に向けて順次送給する一対の送りローラ２６を備えている。また、ワイヤ５は、ワイヤ収納容器２７に収納してあり、ワイヤ収納容器２７の上部の引出口２７ａから引出したワイヤ５を、一対の送りローラ２９を備える容器側ワイヤ送給部３１により、ガイドローラ３２を経て溶射ガン１に向けて送り込む。

次に、図１に拡大して示す溶射ノズル部３について説明する。溶射ノズル部３は、内部にカソード電極３３を備え、このカソード電極３３とアノード電極となるワイヤ５の先端５ａとの間に電圧を印加するとともに、混合ガス放出口３７から混合ガスを放出することで、開口３５を通過するアークを発生させて、このアークの熱によりワイヤ５の先端を溶融させる。

なお、図１でのワイヤ５は、上記したアーク発生時に対し、図１中で下方の前方に移動させて後述するワイヤ５の先端５ａを鋭利に切削している状態であり、アーク発生時には、図２に示すように、ワイヤ５の先端５ａは上記した開口３５の前方に位置することになる。

アークが通過する上記した開口３５の周囲には、混合ガス放出口３７を円周方向に沿って複数設けてある。混合ガス放出口３７は、カソード電極３３の上部に形成してある図示しない混合ガス通路に連通し、この混合ガス通路には、前記図２に示したガス供給源２３からの混合ガスが、前記した回転部７内の図示しない混合ガス通路を経て供給される。

また、ワイヤ５は、回転部７の下端に設けてある円筒形状の上部ワイヤガイド４１内に移動可能に挿入されている。なお、この上部ワイヤガイド４１は図２では省略している。

溶射ノズル部３の図１中で下端に対応する先端には、カッタ保持ブラケット４３を突出して設け、このカッタ保持ブラケット４３には、カッタ保持具４５の基端部を固定用ボルト４７によって下方から固定する。

カッタ保持具４５は、ワイヤ５側に先端部を位置させており、その先端部に切削手段としての板状のカッタ４９およびワイヤガイド５１を取付けている。図３は、カッタ４９やワイヤガイド５１を備えるカッタ保持具４５を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は底面図である。なお、図３（ａ），（ｃ）では、ワイヤガイド５１を省略している。

カッタ保持具４５は、先端部に先端側ほど図１中で上下高さが低くなる傾斜面４５ａを備えるとともに、この傾斜面４５ａの図１中で紙面手前側に底面部４５ｂを残して切欠部４５ｃを形成している。底面部４５ｂは、図３（ａ）に示すように、カッタ保持具４５の先端側が先細形状となるようテーパ面４５ｄを備えている。

そして、傾斜面４５ａに上記したカッタ４９を２本の固定用ボルト５３によって固定している。この際図３（ａ）に示すように、カッタ４９の切刃４９ａを切欠部４５ｃ側に突出させている。

また、カッタ保持具４５の上面４５ｅには、前記したワイヤガイド５１を固定用ボルト５５によって固定する。ワイヤガイド５１は、ワイヤ５が移動可能に挿入される円筒ガイド部５１ａを備え、ワイヤ５は円筒ガイド部５１ａに挿入された状態で先端５ａがカッタ４９の切刃４９ａに対応する位置となる。円筒ガイド部５１ａのワイヤ挿入孔の上端部は、上部側ほど内径が広がるテーパ形状としてワイヤ５の挿入を容易にしている。

また、上記した円筒ガイド部５１ａは、図１に示すように、前記した上部ワイヤガイド４１と同直線上に位置してワイヤ５をガイドする。

ワイヤガイド５１は、円筒ガイド部５１ａのカッタ保持ブラケット４３側の側部に取付板５１ｂを装着しており、この取付板５１ｂの下部に、図３（ｂ）に示すように左右に突出するフランジ５１ｃを設け、このフランジ５１ｃを前記した固定用ボルト５５によってカッタ保持具４５の上面４５ｅに固定する。

図２に示すように、溶射ガン１の下方には、排気チャンバ５７を設置し、排気チャンバ５７の側部には排気ダクト５９を接続する。排気チャンバ５７は、ワーク載置台６１の下部に設置してあり、ワーク載置台６１上に、円筒部材からなる被溶射物としてのワークＷを載置する。なお、円筒部材からなるワークＷとしては、例えば自動車などに搭載される内燃機関のアルミ合金製シリンダブロックであり、そのシリンダボア内面に対して鉄系金属の溶射皮膜を形成する。

次に、作用を説明する。図２に示すように、ワイヤ５の先端５ａが溶射ノズル部３の開口３５の前方に位置する状態で、溶射ノズル部３のカソード電極３３とワイヤ５との間で、例えば２００Ｖ（２０Ａ）の電圧を印加するとともに、ガス供給源２３から溶射ガン１に供給した混合ガスを混合ガス放出口３７から放出することで、図示しないアークを発生させて点火し、アークの熱によってワイヤ５の先端５ａを溶融させる。

この際ワイヤ５を、その溶融に伴って、容器側ワイヤ送給部３１およびワイヤ送給部１１を駆動して前方に順次送給する。これとともに、ガス供給源２３から溶射ガン１に供給したアトマイズエアを、開口３５からワイヤ５の先端５ａ付近に向けて放出し、上記ワイヤ５の溶融金属を噴霧化して円筒部材からなるワークＷの内面Ｗａに向けて移動させて付着させ、これにより溶射皮膜を形成する。

上記溶射皮膜を形成する際には、回転部７およびその下部の溶射ノズル部３を、回転駆動モータ１５によりワイヤ５を中心軸位置として回転させるとともに、溶射ガン１を、図示しない上下駆動機構によって円筒部材の軸方向に移動させることで、ワークＷの内面Ｗａの必要部位に溶射皮膜を形成する。

溶射皮膜形成後は、電圧印加を解除してアークを消火させ、混合ガスおよびアトマイズエアの供給も停止し、アーク電流値が低下した時点でワイヤ５の送給を停止する。図４（ａ）は、アーク消火後の状態を示し、このときワイヤ５の先端５ａは、丸みを帯びた形状となっている。

図４（ａ）の状態では、溶射ガン１を回転させつつ、ワイヤ送給部１１および上流側ワイヤ送給部３１を再度駆動することで、ワイヤ５を、図４（ｂ）のように前進移動させ、さらにワイヤガイド５１の円筒ガイド部５１ａ内に挿入し、図４（ｃ）のように、先端５ａを下部から突出させてカッタ４９の切刃４９ａに接触する位置まで前進させる。ワイヤ５の先端５ａの切刃４９ａへの接触位置は、切刃４９ａの長さ方向のほぼ中央に位置している。

このとき、溶射ガン１は回転しているので切刃４９ａもワイヤ５の中心軸線を中心として回転し、これにより、図４（ｃ）のようにワイヤ５の先端５ａが傾斜状態の切刃４９ａによって鋭利に切削される。

上記の切削過程では、ワイヤ５を徐々に前進させ、切削が完了したら、図５（ａ）のように前進移動を停止させる。その後、図５（ｂ）のように溶射ガン１の回転を継続させつつ、前記したワイヤ送給部１１を逆転駆動してワイヤ５を後退させ、先端５ａがカッタ４９から離反した図６（ａ）の状態で溶射ガン１の回転を停止させる。

その後、ワイヤ５をさらに後退させて、図６（ｂ）のように、その先端５ａを溶射ノズル部３における開口３５の前方位置とし、次のワークに対する溶射作業に備える。図６（ｂ）の状態では、ワイヤ５の先端形状は、先細の円錐形状であり鋭利となっているので、カソード電極３３とワイヤ５の先端５ａとの間に電圧を印加したときに、従来のように丸みを帯びた形状や平坦な形状と比較して、これら両者間にアークが容易に発生し、点火作業が確実に行えて作業性が向上する。

また、上記したワイヤ５の先端５ａは、溶射作業を行う毎にカッタ４９によって切削して毎回一定の鋭利な形状とするので、繰り返し溶射作業を行う際にも、アークが容易に発生して点火作業が確実に行える。

また、ワイヤ５を、その先端５ａがアークの発生位置より前方となるよう送給移動させた状態で、先端５ａを鋭利にするので、溶射ガン１を特定の切削エリアに移動させる必要がなく、切削作業を短時間で容易に行え、コスト削減に寄与することができる。

さらに、ワイヤ５を、先端５ａを鋭利にしてから、アークを発生させる位置にまで後退移動させるので、次回の溶射作業時でのアーク発生を安定的に行え、溶射作業効率が向上する。

また、溶射ガン１は、円筒部材からなるワークＷの内面Ｗａを溶射する際に、円筒内にてワイヤ５を中心として該ワイヤ５に対して回転するものであり、この溶射ガン１が回転した状態で、回転停止状態のワイヤ５の先端５ａがカッタ４９に接触しつつ鋭利に切削するので、カッタ４９を駆動する専用の動力が不要となり、構造の簡素化を図ることができる。

また、カッタ４９の直前では、ワイヤガイド５１によってワイヤ５をガイドし保持しているので、切削時でのワイヤ５の曲がりを防止して先端形状のくずれを防止するとともに、切削後ワイヤ５を後退させる際に先端位置の横ずれを防止することができる。

図７（ａ）は、本発明の第２の実施形態を示すアーク溶射による溶射皮膜形成装置の溶射ガン先端の側面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の簡略化したＢ−Ｂ断面図である。なお、図７（ｂ）は、前記した第１の実施形態による図１に相当し、ここでの溶射ガン１Ａにおける溶射ノズル部３Ａには、第１の実施形態と同様に、中心部にアークおよびアトマイズエアが通過する開口３５Ａを備えるとともに、その周囲に、水素とアルゴンとの混合ガスを放出する混合ガス放出口３７Ａを複数設けている。

符号４１Ａは、ワイヤガイドで、ワイヤ５を図７中で上下方向に移動可能にガイドし、またワイヤ５は、前記図１，図２に示した第１の実施形態と同様に、ワイヤ収納容器からワイヤ送給部を経て溶射ガン１Ａに送り込まれる。

そして、第２の実施形態における溶射ノズル部３Ａには、図７（ａ）に示すように、左右両側部に、カッタ駆動機構６３，６５をそれぞれ設けている。この各カッタ駆動機構６３，６５は互いに同等の構造を備えており、同一構成部分には、同一符号を付して説明する。

上記したカッタ駆動機構６３，６５は、先端に切削手段としてのカッタ６７を備えるカッタ保持具６９を、ガイド部７１に対して図７中で左右方向に移動可能に設けている。ここでのガイド部７１は、例えばシリンダで構成し、カッタ保持具６９を油圧あるいは空圧で移動させることができる。

上記したガイド部７１は、ワイヤ５側の端部を、保持部材７３によって溶射ノズル部３Ａに固定してある。保持部材７３は、図７（ａ）中で溶射ノズル部３Ａの左右方向両端位置で、かつ図７（ｂ）中で溶射ノズル部３Ａから右方向に突出した状態となるよう設けてあり、このような保持部材７３を用いてガイド部７１を取り付けることで、左右一対のカッタ６７，６７相互を結ぶ直線上にワイヤ５が位置するものとなる。

さらに、上記した左右一対のカッタ６７，６７の図７中での上下位置は、溶射ノズル部３Ａにおける開口３５Ａの中心と同位置にあるものとする。

次に、作用を説明する。第１の実施形態と同様に、カソード電極３３Ａとワイヤ５との間にアークを発生させて溶射作業を行った後は、ワイヤ５の先端５ａが前記図４（ａ）に示したように丸みを帯びた形状、あるいは、図７（ａ）のように平坦な形状となるなど、一定していない。

ここで溶射作業終了時でのワイヤ５の先端５ａが、図７（ａ）のように、左右一対のカッタ６７，６７相互を結ぶ直線上よりも前進位置（図７（ａ）中で下方位置）にある場合には、そのままの状態で各カッタ６７，６７を互いに接近させる方向に移動させ、図８に示すように、ワイヤ５を切断して、前記平坦な形状部分や丸みを帯びた部分を削除する。符号７５は、この切断によって落下したワイヤ５の破片である。

この際、カッタ６７は、図９に示すように先端部に上面に向く傾斜面６７ａを設けており、これによってワイヤ５の切断面が、先細の楔形状となって鋭利なものとなる。

一方、溶射完了時に、ワイヤ５の先端５ａが、左右一対のカッタ６７，６７相互を結ぶ直線上を含み、該直線上より上方に位置する場合には、図７（ａ）の位置までワイヤ５を前進移動させ、この状態で、前記と同様にしてワイヤ５を鋭利に切断する。

このように、第２の実施形態においても、溶射作業終了後にワイヤ５を切断することで、ワイヤ５のアーク発生により点火する部位である先端形状を、先細の楔形状として鋭利としているので、カソード電極３３Ａとワイヤ５の先端５ａとの間に電圧を印加したときに、従来のように丸みを帯びた形状や平坦な形状と比較して、これら両者間にアークが容易に発生し、点火作業が確実に行えて作業性が向上する。

また、第２の実施形態においては、左右一対のカッタ６７，６７の図７中で上下方向のワイヤ送給方向での位置が、溶射ノズル部３Ａの開口３５Ａの中心と同位置にあるので、ワイヤ５を切断した後の先端５ａが、開口３５Ａすなわちアークが発生する位置に対応しており、したがってワイヤ切断後にワイヤ５を移動させずにそのままの位置で、次のワークに対して溶射作業を継続して行うことができる。

また、第２の実施形態においても、溶射ガン１Ａを特定の切削エリアに移動させる必要がなく、切削作業を短時間で容易に行え、コスト削減に寄与することができる。

さらに、第２の実施形態においては、溶射作業終了時に、ワイヤ５の先端５ａが開口３５Ａよりもワイヤガイド４１Ａ側に位置している場合であっても、ワイヤ５を一端前方へ移動させて切断することで、先端５ａが常に開口３５Ａに対応する位置となるので、先端５ａが開口３５Ａよりもワイヤガイド４１Ａ側に位置したままアークを発生させた場合でのワイヤガイド４１Ａの溶損を回避することができる。

本発明の第１の実施形態を示すアーク溶射による溶射皮膜形成装置の溶射ガン先端の一部断面を含む正面図である。 図１の溶射皮膜形成装置の全体構成図である。 カッタやワイヤガイドを備えるカッタ保持具を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は底面図である。 図１の溶射皮膜形成装置のワイヤ切断作業を示す動作説明図で、（ａ）はアーク消火後の状態、（ｂ）はワイヤを前進させている状態、（ｃ）はワイヤ先端を切削している状態をそれぞれ示す。 図１の溶射皮膜形成装置のワイヤ切断作業を示す動作説明図で、（ａ）はワイヤ切削完了後の状態、（ｂ）はワイヤを後退させている状態をそれぞれ示す。 図１の溶射皮膜形成装置のワイヤ切断作業を示す動作説明図で、（ａ）はワイヤ後退後溶射ガンの回転を停止させた状態、（ｂ）はワイヤを溶射位置までさらに後退させた状態をそれぞれ示す。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態を示すアーク溶射による溶射皮膜形成装置の溶射ガン先端の側面図、（ｂ）は（ａ）の簡略化したＢ−Ｂ断面図である。 図７の溶射皮膜形成装置にてワイヤを切断している状態を示す動作説明図である。 図８のワイヤ切断部位を拡大して示す説明図である。

符号の説明

１ 溶射ガン
５ ワイヤ
５ａ ワイヤの先端
４９，６７ カッタ（切削手段）
Ｗ ワーク（被溶射物）
Ｗａ ワークＷの内面（被溶射物表面）

Claims (10)

1. 溶射用材料となるワイヤを溶射ガンに送給しつつ該溶射ガンと前記ワイヤの先端との間でアークを発生させ、このアークの熱により前記ワイヤの先端を溶融させた溶融金属を被溶射物に向けて噴射して被溶射物表面に溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成方法において、前記ワイヤの先端を、前記アークを発生させる前に鋭利にすることを特徴とする溶射皮膜形成方法。
2. 前記ワイヤの先端を、切削手段を用いて鋭利に切削することを特徴とする請求項１に記載の溶射皮膜形成方法。
3. 前記ワイヤを、その先端が前記アークの発生位置より前方となるよう送給移動させた状態で、前記ワイヤのアーク発生により点火する部位を鋭利にすることを特徴とする請求項１または２に記載の溶射皮膜形成方法。
4. 前記ワイヤを、鋭利となった先端が前記アークを発生させる位置となるよう後退移動させることを特徴とする請求項３に記載の溶射皮膜形成方法。
5. 前記溶射ガンは、前記被溶射物の円筒内面を溶射する際に前記円筒内にて前記ワイヤを中心として該ワイヤに対して回転可能であり、前記溶射ガンの、前記アーク発生位置より先端側に前記切削手段を設け、前記溶射ガンを回転させた状態で、回転停止状態の前記ワイヤの先端を前記切削手段に接触させつつ鋭利に切削することを特徴とする請求項４に記載の溶射皮膜形成方法。
6. 前記溶射ガンの、前記ワイヤ送給方向での前記アーク発生位置に対応する位置に前記切削手段を設け、この切削手段が前記ワイヤに接近することで該ワイヤを切断して前記アーク発生により点火する部位を鋭利にすることを特徴とする請求項３に記載の溶射皮膜形成方法。
7. 溶射用材料となるワイヤを溶射ガンに送給しつつ該溶射ガンと前記ワイヤの先端との間でアークを発生させ、このアークの熱により前記ワイヤの先端を溶融させた溶融金属を被溶射物に向けて噴射して被溶射物表面に溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成装置において、前記ワイヤの先端を前記アーク発生前に鋭利に切削する切削手段を、前記溶射ガンに設けたことを特徴とする溶射皮膜形成装置。
8. 前記溶射ガンの、前記アーク発生位置より前記ワイヤ送給方向前方位置に、前記切削手段を設けたことを特徴とする請求項７に記載の溶射皮膜形成装置。
9. 前記溶射ガンは、前記被溶射物の円筒内面を溶射する際に前記円筒内にて前記ワイヤを中心として該ワイヤに対して回転可能であり、前記切削手段は、前記溶射ガンが回転した状態で、回転停止状態の前記ワイヤの先端が接触しつつ鋭利に切削することを特徴とする請求項８に記載の溶射皮膜形成装置。
10. 前記溶射ガンの、前記ワイヤ送給方向での前記アーク発生位置に対応する位置に前記切削手段を設け、この切削手段は、前記ワイヤに接近することで該ワイヤを切断し、切断後の前記ワイヤの先端を鋭利にすることを特徴とする請求項７に記載の溶射皮膜形成装置。

Images