JP2016097426A - レーザクラッド装置 - Google Patents
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Abstract
Description
クラッド加工は、バルブシート部にレーザ光を照射するとともに、その照射部位に金属粉末を噴射することで、金属粉末を溶融させ、バルブシート部を局部的に異種金属で覆う加工である。
クラッド加工を行う際、噴射された金属粉末が全てバルブシート部に付着するものではなく、余剰の金属粉末が発生する。余剰の金属粉末を放置しておくと、部品や生産装置の隙間等に入り込んで、不具合を引き起こす場合があるため、速やかに回収することが望まれる。
そして従来、クラッド加工時において、余剰の金属粉末を回収するための技術が種々検討されており、例えば、以下に示す特許文献1に開示された技術がある。
また、特許文献1に開示されている従来技術では、金属粉末やヒュームを吸引するためのダクトにフィルタを設けており、当該フィルタで、吸引したヒュームと金属粉末を捕集する構成としている。
そして、特許文献1に開示されている従来技術では、ダクトの横引き(水平)部分で金属粉末が堆積しやすくなっているため、ダクトの清掃頻度が高くなっている。
また、従来技術では、フィルタの目詰まりによる風量低下を招かないように、頻繁にフィルタのメンテナンス(交換や清掃)を行っている。
このため従来、金属粉末を回収しつつクラッド加工を行う場合、レーザクラッド装置の稼働効率を上げにくいという問題が生じていた。
まず始めに、本発明の一実施形態に係るレーザクラッド装置について、図1および図2を用いて説明をする。
尚、以下では、図1中に示す矢印Xの方向を鉛直上方向と規定して、矢印Xの方向に基づいて、上下方向を規定している(図3において同じ)。また、図1中に示す矢印Xに直交する方向を水平方向と規定する。
各ポート2・3には、バルブ(図示せず)が当接する部位であるバルブシート部2a・3aが形成されており、このバルブシート部2a・3aが、各ポート2・3における具体的なクラッド加工の対象部位となっている。
図1に示すレーザクラッド装置10は、シリンダヘッド1のバルブシート部2a・3aに対してクラッド加工を施すための装置であり、クラッドノズル11、ダクト20、集塵機30等を備えている。
尚、図1に示す実施形態では、シリンダヘッド1が備える各ポート2・3の内、排気ポート2のバルブシート部2aにクラッド加工を施す場合を例示している。
また、レーザクラッド装置10では、図示を省略しているが、レーザ発振器や、シリンダヘッド1を支持するための支持治具、等を備えている。
また、レーザクラッド装置10は、シリンダヘッド1以外のワークに対して、クラッド加工を行うことも可能である。
金属粉末Mは、シリンダヘッド1を構成する材質に対して異種金属となる材質を粉末状にしたものであり、例えば、銅系の金属等を用いることができる。
そして、ダクト20および集塵機30によって、バルブシート部2a周辺で生じた余剰の金属粉末MおよびヒュームFを吸引する構成としている。
そして、ダクト20では、鉛直部21において、略鉛直下向きに流れる排気の流れ方向を、分岐部22において急激に水平方向よりも上向きに変更するように構成している。
そして、縮径部23では、該縮径部23におけるダクト面積を、分岐部22を分岐する前(排気の流れ方向における上流側)の鉛直部21のダクト面積に比して小さく絞った部分を有している。
さらに、本実施形態では、縮径部23の下端を開放する構成としており、縮径部23からも空気を流入させるとともに、開放された縮径部23から金属粉末Mを排出する構成としている。縮径部23においては、前記ダクト面積を小さく絞った部分よりも下方に位置する箇所が開放されている。
各接続部24d・24・・・は、所謂エキゾーストパイプ(排気集合管)の如く、各接続部24・24・・・における排気量が均等になるように構成することが好ましい。
このような構成により、各ポート2・2・・・のバルブシート部2aから確実に金属粉末MおよびヒュームFを除去することが可能になっている。
集塵機30は、ダクト20における分岐部22の先端側(鉛直部21側とは反対側)に接続されている。
図1に示す如く、バルブシート部2aの周辺に存在する金属粉末MやヒュームFは、ダクト20および集塵機30によって吸引される空気の流れに乗って、アシストガスや空気とともに排気ポート2を通ってダクト20へと運ばれ、さらに鉛直部21を通った後で分岐部22において急激に空気の流れ方向が変更される。
ここでいう「略鉛直」とは、排気と共に鉛直部21に流れてきた金属粉末Mを、分岐部22側へは流さずに、慣性力と重力の作用によって、そのまま略鉛直下向きに直進させることができる姿勢を意味しており、鉛直部21の姿勢は、鉛直方向を基準として所定の角度において傾いていてもよい。
また、金属粉末Mが略鉛直下向きに落下し、結果的に縮径部23から排出されるか否かは、金属粉末Mの材質、粒径、排気風量、縮径部23側からの流入空気量、温湿度等の種々の要素により左右されるため、前記所定の角度(どの程度傾けて良いかということ)は、これらの各要素を考慮して、クラッド加工時の条件に応じて決定することができる。
換言すれば、鉛直部21から縮径部23の方向へ略鉛直下向きに進んだ金属粉末Mが、慣性力と重力の作用では縮径部23から排出されず、ダクト内に堆積してしまうような姿勢については、「略鉛直」となる姿勢には該当しない。
換言すれば、縮径部23を開放している構成において、縮径部23は、流入空気量が、金属粉末Mの落下を阻害することがない流量となるように、ダクト面積(開口面積)を絞る構成としている。
このような構成により、金属粉末MとヒュームFを含む排気から分離した金属粉末Mを容易に回収することができる。
このような構成により、金属粉末MとヒュームFを含む排気から、金属粉末Mをより確実に分離することができる。
レーザクラッド装置10では、鉛直部21は略鉛直向きであるので、鉛直部21に金属粉末Mが堆積することはなく、かつ、分岐部22以後では、大半の金属粉末Mが回収された後の排気が流通しているため、ダクト20内における金属粉末Mの堆積量が、従来に比して少なくなっており、ダクト清掃の頻度が減ることによって、レーザクラッド装置10の稼働効率を上げることができる。
また、レーザクラッド装置10では、集塵機30の手前で、大半の金属粉末Mを既に回収しているため、集塵機30における第1フィルタ32の目詰まりが抑制され、フィルタ寿命を延ばすことができ、さらに、フィルタ交換の頻度が減ることによって、レーザクラッド装置10の稼働効率を上げることができる。
この場合、下向きに落下した金属粉末Mは、再び、分岐部22の方向に飛翔することなく、ダクト20内に貯溜される。また、貯溜された金属粉末Mは、定期的に弁体を開放することによって、ダクト20の外に排出することができる。
このように弁体を設ける構成では、縮径部23からの空気の流入を考慮する必要がないため、集塵機30(排気ファン31)の排気量を抑えることができる。
このようなレーザクラッド装置15では、クラッドノズル11の向きを変えるだけで、排気ポート2のバルブシート部2aにクラッド加工を施す状態から、即座に吸気ポート3のバルブシート部3aにクラッド加工を施す状態に移行することができる。
また、レーザクラッド装置15では、シリンダヘッド1に対してダクト20を接続し直す必要がないので、クラッド加工の途中における段取り替えに要する時間を短縮することができる。
10 レーザクラッド装置
20 ダクト
21 鉛直部
22 分岐部
23 縮径部
30 集塵機
M 金属粉末
F ヒューム
Claims (3)
- ワークの被加工部に金属粉末を供給しながらレーザ光を照射して、前記被加工部にクラッド加工を行うレーザクラッド装置であって、
前記被加工部に接続されるダクトと、
前記ダクトを介して、前記被加工部で余剰となった金属粉末を吸引する集塵手段と、
を備え、
前記ダクトは、
直管状に形成され、かつ軸線方向が略鉛直となる姿勢で配置される部位である鉛直部と、
前記鉛直部から分岐され、分岐方向が水平方向よりも上向きとなる姿勢で配置される部位である分岐部と、
を備え、
前記分岐部の先端側に前記集塵手段が接続される、
ことを特徴とするレーザクラッド装置。 - 前記分岐部は、
該分岐部の分岐位置よりも上方の前記鉛直部に対して、
鋭角となる角度で分岐される、
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザクラッド装置。 - 前記ダクトは、
前記鉛直部における前記分岐部の分岐位置よりも下方に位置する部位であって、
前記鉛直部における前記分岐部の分岐位置よりも上方に位置する部分のダクト面積に比して、ダクト面積を小さく絞った部分を有する縮径部を備え、
前記縮径部は、
前記ダクト面積を小さく絞った部分よりも下方において、下端が開放される、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のレーザクラッド装置。
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