JP2010209397A - 溶射皮膜形成装置及びワイヤへの給電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶射の進行に合わせて送給されるワイヤに対するコンタクトチップの安定した接触状態を維持して通電状態を安定化すると共に電極寿命を延ばす。
【解決手段】溶射ガン２の中央にワイヤ３を溶射の進行に合わせて送給し、一対の電極間にプラズマを発生させ、そのプラズマによりガス噴出孔１４から噴射されるガスを燃焼させて前記ワイヤ３を溶融し、ガス噴出孔１４の周りに形成したエアー噴出孔１８から噴射されるアトマイズエアーで溶融金属を溶射フレームとして被溶射物に向けて噴射して溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成装置。この溶射皮膜形成装置では、エアー供給路１９から分岐してワイヤ３の送給方向と直交する方向に形成された分岐流路２０の中にコンタクトチップ１５をスライド自在に設け、この分岐流路２０へと吹き込まれるアトマイズエアーの圧力でコンタクトチップ１５をワイヤ３に押圧付勢させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、溶融させた溶射材料を被溶射物に向けて噴射することにより溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成装置及びワイヤへの給電方法に関する。

例えば、旋回する溶射ガンの中央に溶射材料となるワイヤを溶射の進行に合わせて送給し、その周囲をプラズマ発生部がワイヤに向かってプラズマを噴射することでワイヤを溶かし、溶滴となった溶射金属を被溶射物に吹き付けることで溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成装置が提案されている（例えば、特許文献１に記載）。

特許文献１に記載の溶射皮膜形成装置では、送給されるワイヤにコンタクトチップ（ワイヤ用電極）を接触させ、該コンタクトチップを介してワイヤに通電することでプラズマを発生させる構造を採用している。

特開２００８−１９２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構造では、溶射の進行に合わせてワイヤの送り速度が可変されて該ワイヤが送給されるため、コンタクトチップ（電極）とワイヤの接触部が摺動及び電蝕で摩耗し、通電状態が不安定になる。特に、特許文献１におけるように、ワイヤをガイドするワイヤガイド孔内にコンタクトチップを固定させる構造では、コンタクトチップが摩耗してしまうと、ワイヤとの接触が不可能になることもある。

そこで、本発明は、溶射の進行に合わせて送給されるワイヤに対するコンタクトチップの安定した接触状態を維持して通電状態を安定化すると共に、電極寿命を延ばすことができる溶射皮膜形成装置及びワイヤへの給電方法を提供することを目的とする。

本発明の溶射皮膜形成装置では、ガス噴出孔又はエアー噴出孔へ供給するガス又はアトマイズエアーの圧力を受けて前方へ移動して溶射ガンに送給されるワイヤと接触し、ガス又はアトマイズエアーが供給されている間は常に該ワイヤとの接触状態を維持するコンタクトチップを一方の電極とし、ガス噴出孔近傍に設けた電極を他方の電極としたことを特徴とする。

本発明のワイヤへの給電方法では、ガス噴出孔へ供給するガス又はエアー噴出孔へ供給するアトマイズエアーの圧力で、コンタクトチップを、送給されるワイヤに接触させて給電する。

本発明の溶射皮膜形成装置によれば、一方の電極となるコンタクトチップを、ガス噴出孔へ供給するガスの圧力又はエアー噴出孔へ供給するアトマイズエアーの圧力を受けて前方へ移動して溶射ガンに送給されるワイヤと接触させるので、ガス又はアトマイズエアーが供給されている間は前記ガス又はアトマイズエアーの圧力でコンタクトチップを常にワイヤに接触させることができ、ワイヤとコンタクトチップとの接触状態を安定化させることができる。

本発明のワイヤへの給電方法によれば、ガス噴出孔へ供給するガス又はエアー噴出孔へ供給するアトマイズエアーの圧力で、コンタクトチップを、送給されるワイヤに接触させて給電するため、ガス又はアトマイズエアーの圧力でコンタクトチップをワイヤに簡単に接触させることができ、ワイヤとコンタクトチップとの接触状態を安定化させることができる。

図１は溶射皮膜形成装置の全体図である。 図２は実施形態１における溶射ガンの要部拡大断面図である。 図３は実施形態２における溶射ガンの要部拡大断面図である。 図４は実施形態３における溶射ガンの要部拡大断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「実施形態１」
図１は溶射皮膜形成装置の全体図、図２は実施形態１における溶射ガンの要部拡大断面図である。

溶射皮膜形成装置１は、溶融金属を被溶射物に向けて噴射する溶射ガン２と、この溶射ガン２にワイヤ３を供給するワイヤ供給手段と、溶射ガン２にガス（プラズマガス）を供給するガス供給手段と、溶射ガン２にアトマイズエアーを供給するエアー供給手段と、プラズマを発生させるプラズマ発生手段と、を備えている。

溶射ガン２は、この溶射ガン２を旋回（回転）させるための主軸４の先端に取り付けられている。主軸４は、ハウジング５内に設けられたモータ６からの回転力をタイミングベルト７を介して伝達されることで、その先端に取り付けた溶射ガン２を回転させる。図１では、モータ６は、矢印Ｘで示す方向に溶射ガン２を回転させる。この溶射ガン２の中心には、前記した主軸４を軸方向に貫通して形成されたワーク送り孔８を通して溶射材料となるワイヤ３が送給されるようになっている。ワーク送り孔８は、ワイヤ３をガイドして送給するために、該ワイヤ３の直径よりも多少大きな直径を有した貫通孔として形成されている。

ワイヤ供給手段は、図示を省略したワイヤ収容部からローラ対などを備えるワイヤ送給装置によって、前記主軸４を通して溶射ガン２へと送給される。このワイヤ供給手段では、溶射の進行（溶射量の増減に応じて）に合わせて、前記ワイヤ３の送り速度を可変して前記溶射ガン２へワイヤ３を送給するようになっている。

ガス供給手段及びエアー供給手段は、プラズマガス（ガス）を供給するガス供給部９と、アトマイズエアーを供給するエアー供給部１０と、ガスエアーの経路であるロータリージョイント１１と、を有している。ガス供給部９から供給されたプラズマガスとエアー供給部１０から供給されたアトマイズエアーは、前記主軸４に形成されたそれぞれの供給路（図示は省略する）を介して前記溶射ガン２に供給されるようになっている。

プラズマ発生手段は、電源部１２と、この電源部１２のプラス極と接続される一方の電極と、電源部１２のマイナス極と接続される他方の電極１３と、を有している。他方の電極１３は、前記溶射ガン２に形成されたガス噴出孔１４の近傍に固定されている。一方の電極は、ワイヤ３と接触するコンタクトチップ１５からなる。

溶射ガン２には、前記主軸４に形成されたワーク送り孔８と連通するワイヤ供給孔１６が形成されている。前記ワイヤ３は、この溶射ガン２に形成されたワイヤ供給孔１６からガス噴出孔１４の前方へと供給されるようになっている。また、溶射ガン２には、ガス供給部９からガス噴出孔１４へとプラズマガスを供給するためのガス供給路１７が形成されている。また、溶射ガン２には、エアー供給部１０からエアー噴出孔１８へとアトマイズエアーを供給するためのエアー供給路１９が形成されている。エアー噴出孔１８は、ガス噴出孔１４を中心として取り囲むように複数形成されている。

コンタクトチップ１５は、前記エアー噴出孔１８へアトマイズエアーを供給する溶射ガン２に形成されたエアー供給路１９の途中から分岐して前記ワイヤ３の送給方向（図２矢印Ｚで示す方向）と略直交する方向に形成された分岐流路２０の中にスライド自在とされている。分岐流路２０は、前記したワイヤ供給孔１６とエアー供給路１９とを連結させている。この分岐流路２０の中をスライド自在とされるコンタクトチップ１５は、導電性を有した金属部材からなり、電源部１２のプラス極と接続されている。このため、コンタクトチップ１５がワイヤ３に接触することで、前記ワイヤ３がプラス極になる。

次に、上述のように構成された溶射皮膜形成装置を使用して被溶射物に溶射皮膜を形成する方法並びにワイヤへの給電方法について説明する。

先ず、ガス供給部９からプラズマガスを主軸４を介して溶射ガン２のガス供給路１７へ供給する。同じく、エアー供給部１０からアトマイズエアーを主軸４を介して溶射ガン２のエアー供給路１９へ供給する。さらに、ワイヤ供給手段によってワイヤ３を送給し、主軸４のワーク送り孔８を介して溶射ガン２のワイヤ供給孔１６へと送給する。

すると、前記プラズマガスは、ガス噴出孔１４から外部へと噴射される。一方、アトマイズエアーは、前記ガス噴出孔１４より噴射されたプラズマガスを取り囲むようにして各エアー噴出孔１８から外部へと噴射される。アトマイズエアーの一部は、エアー供給路１９の途中から分岐した分岐流路２０へ流れ込む。この分岐流路２０に設けられたコンタクトチップ１５は、分岐流路２０内に流れ込んだアトマイズエアーの圧力を受けて前方へ移動され、前記ワイヤ供給孔１６に送給されるワイヤ３に対して接触し押圧付勢される。アトマイズエアーが供給されている間は、常にコンタクトチップ１５は、ワイヤ３に対する接触状態を維持する。

そして、コンタクトチップ１５とワイヤ３との接触状態が維持された状態で、一方の電極となるコンタクトチップ１５とガス噴出孔１４近傍に設けた他方の電極１３間に電圧を印加して通電する。すると、これら電極間にプラズマが発生する。ガス噴出孔１４から噴射されるプラズマガスは、前記プラズマにより燃焼されて燃焼炎となる。

前記ワイヤ３は、この燃焼炎によって溶融されて溶融金属となる。溶融金属は、エアー噴出孔１８から噴射されるアトマイズエアーにより溶射フレームとなって被溶射物に向けて噴射され、被溶射物表面に溶射皮膜として形成される。前記被溶射物への溶射時には、モータ６を駆動して主軸４を回転させ、この主軸４の先端に取り付けた溶射ガン２を旋回させる。

前記ワイヤ３は、被溶射物への溶射の進行に合わせて送給されるようになっている。例えば、溶射量が多くなればワイヤ３をより多く溶射ガン２へ送給し、溶射量が少なくなればワイヤ３の送給量を減らす。このように、ワイヤ３の送給量変動が生じると、従来構造の如く溶射ガン２に固定したコンタクトチップ（電極）では、ワイヤ３との摺接や電蝕で摩耗して通電状態が不安定になる。

しかし、実施形態１では、ワイヤ３の送給量が変動しても、エアー噴出孔１８へ供給されるアトマイズエアーの圧力を受けてコンタクトチップ１５が前方へ移動してワイヤ３と接触し、このアトマイズエアーが供給されている間は常にワイヤ３とコンタクトチップ１５との接触状態を維持させることができる。

また、コンタクトチップ１５は、送給されるワイヤ３との摩擦又は電蝕で摩耗するが、エアー供給路１９から分岐する分岐流路２０に吹き込まれるアトマイズエアーの圧力でワイヤ３に押圧付勢されることから、例え摩耗してもコンタクトチップ１５とワイヤ３との接触状態を維持することができる。したがって、実施形態１によれば、溶射の進行に合わせて送給されるワイヤ３に対するコンタクトチップ１５の安定した接触状態を維持して通電状態を安定化でき、固定電極に対して電極寿命を延ばすことができる。

「実施形態２」
図３は実施形態２における溶射ガンの要部拡大断面図である。実施形態２では、分岐流路２０を閉塞すると共にアトマイズエアーの圧力を受けて撓む仕切り部材２１を分岐流路２０の中に設け、その仕切り部材２１にコンタクトチップ１５を取り付けている。前記コンタクトチップ１５と前記仕切り部材２１は、アトマイズエアーの供給停止時にコンタクトチップ１５をワイヤ３から引き戻して非接触状態を維持する弾性部材であるコイルスプリング２２を介して接続されている。

仕切り部材２１は、例えばゴム系材料、薄い金属材料、ダイヤフラム等から形成され、前記分岐流路２０の途中にこの分岐流路２０を閉塞するように設けられている。この仕切り部材２１は、分岐流路２０へと流れ込むアトマイズエアーの圧力によって変位し、その変位する外力でコンタクトチップ１５をワイヤ３に接触させるようにしている。

前記分岐流路２０へアトマイズエアーが流れ込んでいる間は、このアトマイズエアーの圧力を受けて仕切り部材２１が撓み、該仕切り部材２１に取り付けられたコンタクトチップ１５が前方へ移動されて前記ワイヤ３に対する接触状態を維持する。アトマイズエアーの供給停止時には、コイルスプリング２２が作用し、前記コンタクトチップ１５をワイヤ３から引き戻して前記コンタクトチップ１５の前記ワイヤ３に対する非接触状態を維持する。

実施形態２によれば、分岐流路２０を閉塞するように仕切り部材２１を設けることで、エアー噴出孔１８へ供給するアトマイズエアーの無駄な損失を防ぐことができると共に、溶射に必要なアトマイズエアーの噴射圧力を確保することができる。また、実施形態２によれば、分岐流路２０からワイヤ供給孔１６へとアトマイズエアーが流出するのを防止することができ、溶射着火状態及び溶射品質への悪影響を与えることを防止できる。

また、実施形態２によれば、アトマイズエアーの供給停止時にコンタクトチップ１５をワイヤ３から引き戻して非接触状態を維持するコイルスプリング２２を介して前記コンタクトチップ１５と仕切り部材２１を接続しているので、アトマイズエアーの供給停止時にコンタクトチップ１５がワイヤ３から引き離される方向に戻されることから分解組立作業をしなくても簡単にワイヤ３の交換作業を行うことができる。

「実施形態３」
図４は実施形態３における溶射ガンの要部拡大断面図である。実施形態１では、エアー噴出孔１８へ供給するアトマイズエアーを利用してコンタクトチップ１５をワイヤ３に接触させたが、実施形態３では、ガス噴出孔１４へ供給するプラズマガスを利用してコンタクトチップ１５をワイヤ３に接触させる。

具体的には、図４に示すように、ガス供給路１７から分岐してワイヤ３の送給方向と略直交する方向に形成された分岐流路２０の中にコンタクトチップ１５をスライド自在に設け、そのガス供給路１７から分岐して分岐流路２０へと吹き込まれるプラズマガスの圧力で、前記コンタクトチップ１５を前記ワイヤ３に押圧付勢する。この分岐流路２０には、当該分岐流路２０を閉塞すると共にプラズマガスの圧力を受けて撓む仕切り部材２１が設けられており、その仕切り部材２１にコンタクトチップ１５が取り付けられている。コンタクトチップ１５と仕切り部材２１は、プラズマガスの供給停止時にコンタクトチップ１５をワイヤ３から引き戻して非接触状態を維持するコイルスプリング２２を介して接続されている。

実施形態３では、ガス供給部９からガス供給路１７へプラズマガスが供給されると、このガス供給路１７から分岐した分岐流路２０にプラズマガスの一部が流れ込み、そのプラズマガスの圧力で仕切り部材２１が撓み、該仕切り部材２１に取り付けられたコンタクトチップ１５が前方へ移動されて前記ワイヤ３に対する接触状態を維持する。プラズマガスの供給停止時には、コイルスプリング２２が作用し、前記コンタクトチップ１５をワイヤ３から引き戻して前記コンタクトチップ１５の前記ワイヤ３に対する非接触状態を維持する。

このように実施形態３によれば、実施形態１と同様、ワイヤ３の送給量が変動しても、ガス噴出孔１４へ供給されるプラズマガスの圧力を受けてコンタクトチップ１５が前方へ移動してワイヤ３と接触し、このプラズマガスが供給されている間は常にワイヤ３とコンタクトチップ１５との接触状態を維持させることができる。

また、実施形態３によれば、送給されるワイヤ３との摩擦又は電蝕でコンタクトチップ１５は摩耗するが、ガス供給路１７から分岐する分岐流路２０に吹き込まれるプラズマガスの圧力でワイヤ３に押圧付勢されることから、例え摩耗してもコンタクトチップ１５とワイヤ３との接触状態を維持することができる。したがって、実施形態３によれば、溶射の進行に合わせて送給されるワイヤ３に対するコンタクトチップ１５の安定した接触状態を維持して通電状態を安定化でき、固定電極に対して電極寿命を延ばすことができる。

また、実施形態３によれば、分岐流路２０を閉塞するように仕切り部材２１を設けているので、ガス噴出孔１４へ供給するプラズマガスの無駄な損失を防ぐことができると共に、溶射に必要なプラズマガスの噴射圧力を確保することができる。また、実施形態３によれば、分岐流路２０からワイヤ供給孔１６へとプラズマガスが流出するのを防止することができ、溶射着火状態及び溶射品質への悪影響を与えることを防止できる。

また、実施形態３によれば、プラズマガスの供給停止時にコンタクトチップ１５をワイヤ３から引き戻して非接触状態を維持するコイルスプリング２２を介して前記コンタクトチップ１５と仕切り部材２１を接続しているので、プラズマガスの供給停止時にコンタクトチップ１５がワイヤ３から引き離される方向に戻されることから分解組立作業をしなくても簡単にワイヤ３の交換作業を行うことができる。

本発明は、溶融させた溶射材料を被溶射物に向けて噴射することにより溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成装置に利用することができる。

１…溶射皮膜形成装置
２…溶射ガン
３…ワイヤ
４…主軸
９…ガス供給部
１０…エアー供給部
１３…電極（他方の電極）
１４…ガス噴出孔
１５…コンタクトチップ（一方の電極）
１６…ワイヤ供給孔
１７…ガス供給路
１８…エアー噴出孔
１９…エアー供給路
２０…分岐流路
２１…仕切り部材
２２…コイルスプリング（弾性部材）

Claims (5)

1. 溶射ガンに溶射材料となるワイヤを溶射の進行に合わせて送給し、一対の電極間にプラズマを発生させ、そのプラズマによりガス噴出孔から噴射されるガスを燃焼させて前記ワイヤを溶融し、ガス噴出孔の周りに形成したエアー噴出孔から噴射されるアトマイズエアーで溶融金属を溶射フレームとして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、
   前記ガス噴出孔へ供給するガス又は前記エアー噴出孔へ供給するアトマイズエアーの圧力を受けて前方へ移動して前記溶射ガンに送給されるワイヤと接触し、前記圧力で該ワイヤとの接触状態を維持するコンタクトチップを一方の電極とし、前記ガス噴出孔近傍に設けた電極を他方の電極とした
   ことを特徴とする溶射皮膜形成装置。
2. 請求項１に記載の溶射皮膜形成装置であって、
   前記コンタクトチップは、前記ガス噴出孔へガスを供給する前記溶射ガンに形成されたガス供給路又は前記エアー噴出孔へアトマイズエアーを供給する前記溶射ガンに形成されたエアー供給路から分岐して前記ワイヤの送給方向と略直交する方向に形成された分岐流路の中にスライド自在とされ、前記ガス供給路又は前記エアー供給路から分岐して前記分岐流路へと吹き込まれるガス又はアトマイズエアーの圧力で前記ワイヤに押圧付勢される
   ことを特徴とする溶射皮膜形成装置。
3. 請求項２に記載の溶射皮膜形成装置であって、
   前記分岐流路には、この分岐流路を閉塞する共にガス又はアトマイズエアーの圧力を受けて撓む仕切り部材が設けられており、その仕切り部材に前記コンタクトチップが取り付けられている
   ことを特徴とする溶射皮膜形成装置。
4. 請求項３に記載の溶射皮膜形成装置であって、
   前記コンタクトチップと前記仕切り部材は、前記ガス又は前記アトマイズエアーの供給停止時に該コンタクトチップをワイヤから引き戻して非接触状態を維持する弾性部材を介して接続されている
   ことを特徴とする溶射皮膜形成装置。
5. 溶射ガンに溶射材料となるワイヤを溶射の進行に合わせて送給し、該ワイヤに接触させるコンタクトチップを一方の電極とし且つガス噴出孔近傍に設けた電極を他方の電極として、これら電極間に給電してプラズマを発生させ、そのプラズマによりガス噴出孔から噴射されるガスを燃焼させて前記ワイヤを溶融し、ガス噴出孔の周りに形成したエアー噴出孔から噴射されるアトマイズエアーで溶融金属を溶射フレームとして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ける前記ワイヤへの給電方法において、
   前記ガス噴出孔へ供給するガス又は前記エアー噴出孔へ供給するアトマイズエアーの圧力で、前記コンタクトチップを、送給される前記ワイヤに接触させて給電する
   ことを特徴とするワイヤへの給電方法。

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