JP3729657B2 - 一次被覆層の再溶融処理方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空の円筒状の部材（以下リング材という）の外周面又は内周面に、耐摩耗性、耐熱性、耐食性等を付与するために溶射法等で形成した金属被覆層を緻密化するための高周波誘導加熱による再溶融処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属管或いは金属ローラ等の外周面に、物性を向上させるために、溶射等によって金属被覆層を形成することが行われている。また、溶射等によって金属被覆層を形成した後、その金属被覆層（一次被覆層）を誘導加熱して溶融させ、その一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層にする再溶融処理を施すことも知られている。通常、金属管或いは金属ローラの外周面に形成した一次被覆層に高周波誘導加熱による再溶融処理を施すには、金属管或いは金属ローラの軸線方向の小区間を取り囲む環状の誘導コイルを用い、その誘導コイルで一次被覆層を環状に加熱、溶融させると共にその誘導コイルを金属管或いは金属ローラの軸線方向に相対的に移動させ、一次被覆層の全長に再溶融処理を施していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近、直径が１〜３ｍに及ぶ大径のリング材の外周面或いは内周面の物性向上のために、緻密な組織を持った金属被覆層を形成するという要求が生じた。そこで、本発明者等は、従来の金属管や金属ローラに対する場合と同様に、リング材の外周面に金属材料の一次被覆層を溶射法等を用いて形成し、次いで、その一次被覆層に高周波誘導加熱による再溶融処理を施して一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層とすることを考えた。
【０００４】
ところが、大径のリング材の外周面に形成した一次被覆層を取り囲む構成の誘導コイルは、きわめて大型となるので、再溶融処理装置全体がきわめて大型化し、設備費が大きくなるという問題を生じた。また、リング材の内周面に形成した一次被覆層の再溶融処理の場合にも同様の問題を生じる。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、大径のリング材の外周面或いは内周面に形成した一次被覆層に対して、小型の誘導子を用いて効率良く高周波誘導加熱を施して再溶融処理を行うことを可能とした一次被覆層の再溶融処理方法並びに、その方法に使用する再溶融処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リング材外周面又は内周面に形成した一次被覆層を高周波誘導加熱して再溶融処理するために、前記リング材を複数の支持ローラに、前記リング材の熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で且つ定位置で回転するように支持させ、そのリング材に形成している前記一次被覆層の一部領域に対向して、高周波電流の通電により前記一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱する誘導子を配置し、該誘導子に高周波電流を通電すると共に前記リング材を回転させるという構成としたものである。ここで、リング材を、リング材の熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で支持したのは、リング材の外周面が外径の拡大を妨げる形で拘束されているとリング材が熱膨張した際に局部的な異常変形を生じるので、それを避けるためであり、リング材を熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で支持する形態は、リング材の外周面が全く拘束されていない場合のみならず、リング材の外周面の１箇所若しくは複数箇所が移動しないように拘束されていてもリング材が全体として拡径可能な場合を含むものである。
【０００７】
本発明は、この構成により、誘導子が前記一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱して溶融させ、リング材の回転によってその溶融部分が前記一次被覆層に沿って全周に亘って移動し、一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層にすることができる。ここで使用する誘導子は、リング材外周面又は内周面の一次被覆層の、周方向の一部領域のみを誘導加熱しうるものであれば良いので、リング材の外径に関係なく小型のものとすることができる。また、この誘導子はリング材を局部的に加熱するため、リング材の加熱された部分には熱膨張による伸びが生じるが、リング材は、熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で支持されているため比較的自由に伸びることができ、拘束による異常変形が生じるということがなく、大径のリング材に対しても小さい誘導子を用いて良好に一次被覆層の再溶融処理を施すことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、リング材の外周面又は内周面に溶射法等を用いて形成した金属材料の一次被覆層に対して高周波誘導加熱を施して再溶融処理を行う方法であって、前記リング材を複数の支持ローラに、前記リング材の熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で且つ定位置で 回転するように支持させ、そのリング材に形成している前記一次被覆層の一部領域に対向して、高周波電流の通電により前記一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱する誘導子を配置し、該誘導子に高周波電流を通電すると共に前記リング材を回転させることにより、前記一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱して溶融させると共にその誘導加熱されて溶融する部分を前記一次被覆層の周方向に相対的に移動させ、前記一次被覆層の全周に亘って、該一次被覆層を溶融し、該一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層にすることを特徴とする、一次被覆層の再溶融処理方法である。以下詳細に説明する。
【０００９】
本発明において、再溶融処理の対象とするリング材の形状は特に限定されるものではなく、全体が中空円筒状のものであれば任意である。例えば、図６（ａ）に示すリング材１のように、段差の無い内周面と外周面を備えた単純な形状のものに限らず、図６（ｂ）に示すリング材２のように、内周面に段差を有するものでも、図６（ｃ）に示すリング材３のように外周面に段差を有するものでも、図６（ｄ）に示すリング材４のように外周面に金属被覆層形成用の浅い溝を形成したものでも、更には、上記（ａ）〜（ｄ）における内外周面の仕様を逆にした形状のものでもよく、また、これらを適当に組み合わせたものでもよい。リング材の寸法も特に限定されるものではないが、径の大きいもの、例えば外径が１〜３ｍといった大径のものが、本発明適用の効果が特に大きい。また、リング材の材質も限定されるものではないが、具体例としては、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、鋳鋼、鋳鉄、Ｎｉ基合金、Ｃｕ基合金等を挙げることができる。
【００１０】
リング材に形成する一次被覆層の形成位置は、通常は外周面であり、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、リング材１、２の外周面の全周、全幅に一次被覆層５、６を形成するが、必要に応じリング材１、２の外周面の一部領域のみに一次被覆層を形成する構成としてもよい。また、図６（ｃ）に示すように、リング材３の大径側の外周面に一次被覆層７を形成するとか、図６（ｄ）に示すように、リング材４の外周の溝内に一次被覆層８を形成する構成としてもよい。更に、一次被覆層はリング材の内周面の所望位置に形成してもよい。一次被覆層（５〜８等）の材料としては、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金、或いはこれらにＷＣ、Ｃｒ3 Ｃ2 、ＴｉＢ2 等の硬質材微粒子を配合したもの等を挙げることができる。また、一次被覆層の材料には、再溶融が円滑に行えるよう、Ｂ、Ｓｉなどのフラックス生成成分を配合して自溶性を具備させておくことが望ましい。リング材に対して金属材料の一次被覆層を形成する方法は、溶射法が一般的であるが、それ以外にも圧密法、スラリー塗布法、遠心堆積法（リング材内周面に形成する場合）等を採用しうる。一次被覆層の厚さは、所期の厚さの金属被覆層（二次被覆層）が最終的に得られるように定めるものであり、通常、０．５〜５ｍｍ程度に選定される。
【００１１】
リング材の外周面又は内周面に形成した一次被覆層を誘導加熱するための手段として、本発明では、一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱しうる小型のものを用い、その誘導子によって一次被覆層の全周を誘導加熱するために、リング材を定位置で回転させる構成とする。この際、リング材の熱膨張を支障なく生じさせて局部変形を回避できるように、リング材の熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で、即ち、リング材を外径の拡大を妨げない形で支持しておく。このようにリング材を外径の拡大を妨げない形で支持しておくと、リング材が誘導子によって局部的に加熱されて熱膨張を生じようとした時にも、リング材全体が拡径するように非加熱部分が弾性変形できるので、加熱部分が塑性変形を伴わずに熱膨張できて、局部的な異常変形を生じることがない。
【００１２】
リング材を外径の拡大を妨げない形で支持して定位置で回転させるための機構としては、複数個の支持ローラを用いたものを挙げることができるが、その支持ローラの配置は、一次被覆層を外周面に形成した場合と内周面に形成した場合で異なるので、以下にそれぞれの場合を説明する。一次被覆層を外周面に形成したリング材を外径の拡大を妨げない形で支持して定位置で回転させるための機構としては、リング材の内周面の複数個所を支持ローラで支持すると共に、その支持ローラの少なくとも一つを回転駆動する構成を挙げることができる。このような複数個の支持ローラを用いると、リング材の内周面の複数個所を支持してリング材を定位置に保持できるが、そのリング材を外径方向に拘束することはなく、このためリング材が局部的に加熱されて熱膨張を生じた時にも、自由に熱膨張を生じ、局部的な異常変形を生じることがない。リング材を回転させる際の姿勢（回転中心軸線の方向）は任意であるが、代表的なものとして、リング材の回転中心軸線をほぼ垂直とする場合（リング材はほぼ水平に配置される）と、ほぼ水平とする場合（リング材はほぼ垂直に配置される）を挙げることができる。以下、それぞれの場合についての実施の形態を説明する。
【００１３】
図１、図２は、リング材１の回転中心軸線を垂直に配置した実施の形態による再溶融処理装置を示すものである。この再溶融処理装置は、外周面に一次被覆層５を形成したリング材１を回転可能に保持するための手段として、軸線が垂直になるように且つ回転可能に設けられた３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと、水平に設けられた受けローラ１２を備えている。ここで、３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃのうち、２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂは、一定位置で回転するように設けられているが、残りの支持ローラ１１Ｃはその軸線に直角方向に（矢印Ａで示す方向に）移動可能に設けられている。更に、その支持ローラ１１Ｃには、その支持ローラ１１Ｃを適当な圧力でリング材１の内面に押し付けるようエアシリンダ等の押圧手段（図示せず）が連結されている。かくして、３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを取り囲むようにリング材１を配置し、支持ローラ１１Ｃを矢印Ａ方向に押してリング材１の内周面に押し付けることにより、リング材１の内周面を定位置に配置された２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂに押し付け、リング材１をその２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂで定まる所定位置に位置決めして保持できる。
【００１４】
このように、移動可能な支持ローラ１１Ｃを含む３本の支持ローラ方式を採用すると、リング材１をセットする際に、支持ローラ１１Ｃを矢印Ａとは反対方向に引っ込めておくことにより、リング材１のセットをきわめて容易に行うことができ、またリング材１の内径の大小に関係なく、リング材１を２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂで定まる所定位置に位置決めして保持できるという効果が得られる。なお、支持ローラ１１Ａ、１１Ｂの配置間隔は簡単に変更できるようにしておくことが好ましい。ここで使用する支持ローラの個数は、図示した３個に限らず、２個或いは４個以上とすることも可能である。例えば、２個使用する場合には、一方を定位置に設け、他方を移動可能とすることにより、リング材２をその２個の支持ローラがリング材２の直径上に位置するように位置決めすることができる。また、４個を使用する場合には２個を定位置に設け、残り２個を移動可能とすることで、リング材を定位置の２個で定まる位置に位置決めすることができる。
【００１５】
図１、図２の実施の形態において、更に、１個の支持ローラ１１Ａには、その支持ローラを回転駆動するための駆動手段（図示せず）が連結されており、その支持ローラ１１Ａを回転させることで、リング材１を回転させることができる。前記した支持ローラ１１Ｃをリング材１の内周面に押し付ける押圧力としては、リング材１が半径方向に移動しないように拘束すると共に支持ローラ１１Ａの回転をリング材１に伝達可能な摩擦力を確保しうるが、リング材１を変形させることがないように低く定めている。なお、駆動手段で回転させる支持ローラは、１個に限らず、２個或いは全部としてもよい。回転駆動する支持ローラの個数を多くすると、リング材１を回転させるのに必要な摩擦力が小さくて済むので、リング材１を回転させるために要する支持ローラのリング材１に対する押圧力を小さくすることが可能となる。
【００１６】
リング材１を支持する受けローラ１２は、単にリング材１の重量を受けるためのものであり、リング材１の回転に支障を生じないよう、受けローラ１２も回転自在に設けられている。なお、リング材１を回転自在に保持する手段としては受けローラ１２に限らず、適宜変更可能である。
【００１７】
図１、図２に示す再溶融処理装置は更に、３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで所定位置に保持されているリング材１の外周面に対向して配置された誘導子１４を備えている。この誘導子１４は、リング材外周面の一次被覆層５の周方向の一部領域を、一次被覆層５の全幅に亘って誘導加熱しうる構成のものであり、高周波電源装置（図示せず）に接続されている。誘導子１４の構造は、特に限定されるものではないが、ここでは図示したように、導体をループ状にしたものが使用される。ここで、誘導子１４による加熱領域１５（図３にハッチングで示す領域）の周方向の寸法ｄは、誘導子１４による投入電力、リング材１の回転速度等によっても異なるが、通常は２０〜７０ｍｍ程度に設定される。この寸法ｄが２０ｍｍよりも小さいと、加熱領域が小さすぎて、良好な誘導加熱が困難となると共にリング材１の回転速度を小さくせざるを得ず、このため処理速度が遅くなり、一方７０ｍｍよりも大きいと、誘導子１４が大型化してしまう。これらを考慮すると上記した寸法範囲が好ましい。誘導子１４は通常、リング材１の回転中心軸線に平行に配置され、従って、加熱領域１５もリング材１の中心軸線に平行となっている。なお、必要に応じ、誘導子１４をリング材１の軸線に対して傾斜させることも可能であり、その場合には、図４に示すように加熱領域１５Ａは、リング材１の軸線に対して傾斜した状態に形成される。また、図２において、誘導子１４をリング材１の外周面に対して傾斜させ、リング材外周面との距離がリング材１の幅方向に変化するようにしてもよく、これによりリング材の幅方向の温度分布を調整できる。
【００１８】
次に、上記構成の再溶融処理装置による再溶融処理動作を説明する。外周面に溶射等で形成した金属材料の一次被覆層５を備えたリング材１を図１、図２のようにセットし、３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで所定位置に位置決めすると共に、その外周面に対向した近接位置に誘導子１４をセットする。次いで、誘導子１４に通電を開始し、一次被覆層５の誘導子１４に対向する領域１５を誘導加熱して溶融させると共に、支持ローラ１１Ａの回転を開始し、リング材１を連続的に回転させる。これにより、加熱領域１５で一次被覆層５が溶融して、その一次被覆層５に存在していた気孔及び酸化物を除去すると共に、その加熱領域１５が一次被覆層５の周方向に連続的に移動してゆき、一次被覆層１５の新たな部分を次々と溶融させ、気孔及び酸化物を除去してゆく。そして、加熱領域１５がリング材１の外周面を１周することにより、一次被覆層５の全面が再溶融処理され、緻密な二次被覆層が形成される。
【００１９】
以上の再溶融処理動作において、誘導子１４がリング材１の外周面の周方向の一部領域を加熱するので、リング材１は局部的に加熱され、その部分が熱膨張しようとし、リング材１の径を拡大させようとする。この時、リング材１は半径方向には、その内周面を３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで支えられるのみであるので、拡径方向には自由であり、リング材１の加熱部は支障なく熱膨張でき、拘束による異常変形が生じるということがなく、良好な再溶融処理を行うことができる。
【００２０】
なお、以上の説明は、誘導子１４による加熱領域１５が図３に示すようにリング材１の中心軸線に対して平行に形成される場合のものであるが、図４に示すように加熱領域１５Ａを傾斜させた場合も、同様にして一次被覆層５の全周に対して再溶融処理を行うことができる。そしてこの場合には、一次被覆層５のリング材中心軸線に平行な部分、例えば、図４の線Ｂ−Ｂ上の部分の再溶融処理が時間差をおいて実施されるので、一次被覆層５に対して周方向の品質むらがきわめて小さい再溶融処理を行うことができる。
【００２１】
上記した実施の形態では、誘導子１４として一次被覆層５の全幅を誘導加熱しうるものを用いたが、誘導子１４は必ずしもこの構成とする必要はなく、一次被覆層５の幅方向の一部を誘導加熱しうる大きさのものとしてもよい。この場合には、誘導子１４のリング材１に対する位置を軸線方向にも変えて同様な動作を繰り返すことにより、一次被覆層５の全面に対して再溶融処理を行うことができる。
【００２２】
図５は、リング材１の回転中心軸線を水平に配置した実施の形態による再溶融処理装置を示すものである。この再溶融処理装置は、外周面に一次被覆層５を形成したリング材１を回転可能に保持するための手段として、軸線が水平になるように且つ同じ高さに間隔をあけて設けられた２個の支持ローラ２１Ａ、２１Ｂを用いている。この実施の形態では、単に定位置に設けられた２個の支持ローラ２１Ａ、２１Ｂの上にリング材１の内周面を載せることで、種々な内径のリング材１を所定位置に回転可能に保持することができ、構造を簡単化できる利点が得られる。なお、支持ローラ２１Ａ、２１Ｂの配置間隔も簡単に変更できるようにしておくことが望ましい。また、必要に応じ、支持ローラ２１Ａ、２１Ｂに保持されたリング材１が軸線方向に動くのを阻止するための適当な手段を設けてもよい。更には図１記載例と同様に第三の支持ローラをリング材周方向の適宜個所に設けてリング材が踊りにくいようにしてもよい。
【００２３】
更に、この実施の形態においても、少なくとも１個の支持ローラ２１Ａに、その支持ローラを回転駆動するための駆動手段（図示せず）が連結されており、その支持ローラ２１Ａを回転させることで、リング材１を回転させることができる。なお、リング材１の自重のみでは、支持ローラ２１Ａに対する摩擦力が不足し、支持ローラ２１Ａで回転させられることが困難な場合には、２個の支持ローラ２１Ａ、２１Ｂの下方に、図１に示す装置の支持ローラ１１Ｃと同様に移動可能な支持ローラを設け、それを押圧手段によってリング材１の内周面に押し付ける構成とすればよい。リング材１の外周面に近接した位置には誘導子２４が配置されている。この誘導子２４も、図１、図２に示す誘導子１４と同様に、リング材外周面の一次被覆層４の周方向の一部領域を、一次被覆層４の全幅に亘って誘導加熱しうる構成のものであり、高周波電源装置（図示せず）に接続されている。誘導子２４の取り付け位置は、特に限定されるものではないが、この実施の形態では、リング材１の回転中心軸線Ｏ−Ｏから水平に引いた水平線Ｈ−Ｈよりも上方の位置に誘導子２４を位置させている。
【００２４】
図５に示す実施の形態でも、誘導子２４に通電した状態で、リング材１を回転させることにより、誘導子２４で一次被覆層５を誘導加熱して溶融させ、その溶融部分を一次被覆層５の周方向に連続的に移動させて行くことができ、一次被覆層５に対して再溶融処理を行って緻密な二次被覆層を形成することができる。また、この再溶融処理の際、リング材１は外径方向に拘束されていないため、加熱部分が熱膨張する際に、拘束による異常変形を生じることがなく、このため、冷却した時には元の状態に戻る。かくして、リング材に異常変形を残すことなく、再溶融処理を行うことができる。更に、上記の実施の形態では、誘導子２４をリング材１の上半分に対向する位置に配置したため、一次被覆層５の溶融した部分が上向きとなっており、気泡が抜けやすいという利点が得られる。また、リング材１の回転中心軸線を水平としているので、一次被覆層５の溶融した部分が水平となっており、このため溶融金属が重量で下方に流れることがあるとしても、水平方向には流れず、一次被覆層５の幅方向の皮膜厚さの変化を抑制できるという利点も得られる。なお、再溶融処理時におけるリング材１の回転方向としては、図５に示すように、誘導子２４に対向する一次被覆層５が上向きに移動するように選定することが好ましい。この構成とすると、溶融した金属が下方に流れるのを阻止しうる利点が得られる。
【００２５】
以上の説明では、図１、図２、図５等に示す再溶融処理装置で、リング材１の外周面の一次被覆層５に再溶融処理を施す場合のみを説明したが、この装置は再溶融処理のみならず、一次被覆層４を形成するための溶射にも使用可能である。例えば、図１、図２に示す再溶融処理装置においては、３本の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃにリング材１を保持させ、そのリング材１に対向して溶射ガンを配置しておき、リング材１を回転させながらリング材１の外周面に対して溶射を行うことで、一次被覆層５を形成することが可能である。更には、上記溶射に続く一連動作で再溶融処理を行うことも可能であり、これによって生産性を向上させることができる。
【００２６】
一次被覆層を内周面に形成したリング材を外径の拡大を妨げない形で支持して定位置で回転させるための機構としては、リング材の外周面に接触しうる位置に、該リング材を回転可能に且つ外径の拡大を妨げない形で支持する複数個の支持ローラを配置し、且つその支持ローラの少なくとも一つを回転駆動する構成を挙げることができる。この場合にも、リング材を回転させる際の姿勢は任意であるが、代表的なものとして、リング材の回転中心軸線をほぼ垂直とする場合（リング材はほぼ水平に配置される）と、ほぼ水平とする場合（リング材はほぼ垂直に配置される）を挙げることができる。以下、それぞれの場合についての実施の形態を説明する。
【００２７】
図７は、リング材１の回転中心軸線を垂直に配置した実施の形態による再溶融処理装置を示すものである。この再溶融処理装置は、図１、図２に示した再溶融処理装置に比べて、３個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃをリング材１の外周面に接触するように配置し、且つ誘導子３４をリング材１の内周面の一次被覆層９に対向するように配置した点において異なっているが、その他の構成は同様である。図７の実施の形態においても、３個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃのうち、２個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂは、一定位置で回転するように設けられているが、残りの支持ローラ３１Ｃはその軸線に直角方向に（矢印Ｃで示す方向に）移動可能に設けられ、且つ適当な圧力でリング材１の外周面に押し付けるようエアシリンダ等の押圧手段（図示せず）に連結されている。また、１個の支持ローラ３１Ａには、その支持ローラを回転駆動するための駆動手段（図示せず）が連結されている。
【００２８】
この構成により、３個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの内側に位置するようにリング材１を配置し、支持ローラ３１Ｃを矢印Ｃ方向に押してリング材１の外周面に押し付けることにより、リング材１の外周面を定位置に配置された２個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂに押し付け、リング材１をその２個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂで定まる所定位置に位置決めして保持でき、支持ローラ３１Ａを回転させることでリング材１を回転させることができる。ここで、前記した支持ローラ３１Ｃをリング材１の外周面に押し付ける押圧力としては、リング材１を定位置に配置された２個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂに押し付けて位置決めすると共に支持ローラ３１Ａの回転をリング材１に伝達可能な摩擦力は確保できるが、リング材１が誘導子３４によって加熱され拡径しようとした時には、支持ローラ３１Ｃがその拡径を拘束することなく後退させられるように低く定めている。従って、リング材１は３個の支持ローラ３１Ａ〜３１Ｃによって外径の拡大を妨げない形で回転可能に保持されることとなる。
【００２９】
上記構成の再溶融処理装置においても、図１、２に示す装置で説明したのと同様な再溶融処理動作が行われる。すなわち、内周面に溶射等で形成した金属材料の一次被覆層９を備えたリング材１を図７のようにセットし、３個の支持ローラ３１Ａ〜３１Ｃで所定位置に位置決めすると共に、その内周面に対向した近接位置に誘導子３４をセットし、誘導子３４への通電を開始し、一次被覆層９の誘導子３４に対向する領域を誘導加熱して溶融させると共に、支持ローラ３１Ａの回転を開始し、リング材１を連続的に回転させる。これにより、加熱領域で一次被覆層９が溶融して、その一次被覆層９に存在していた気孔及び酸化物を除去して行き、加熱領域がリング材１の内周面を１周することにより、一次被覆層９の全面が再溶融処理され、緻密な二次被覆層が形成される。この動作の際、リング材１は外径方向に拘束されていないので、誘導子３４による局部的な加熱による熱膨張によって全体が支障なく拡径し、従って拘束による異常変形が生じるということがなく、良好な再溶融処理を行うことができる。
【００３０】
図８は、リング材１の回転中心軸線を水平に配置した実施の形態による再溶融処理装置を示すものである。この再溶融処理装置は、図５に示した再溶融処理装置に比べて、２個の支持ローラ４１Ａ、４１Ｂをリング材１の外周面を乗せて支持するように配置すると共に上面を押さえるように押圧機構（図示せず）を備えた支持ローラ４１Ｃを設け、且つ誘導子４４をリング材１の内周面の一次被覆層９に対向するように配置した点において異なっているが、その他の構成は同様である。この実施の形態においても、支持ローラ４１Ｃの押圧力は、支持ローラ４１Ａの回転をリング材１に伝達可能な摩擦力は確保できるが、リング材１が誘導子４４によって加熱され拡径しようとした時には、支持ローラ４１Ｃがその拡径を拘束することなく後退させられるように低く定めている。従って、リング材１は３個の支持ローラ４１Ａ〜４１Ｃによって外径の拡大を妨げない形で回転可能に保持されることとなる。なお、リング材１の自重のみで支持ローラ４１Ａの回転をリング材１に伝達可能な摩擦力を確保できる場合には、支持ローラ４１Ｃは省略してよい。
【００３１】
図８に示す実施の形態でも、誘導子４４に通電した状態で、リング材１を回転させることにより、誘導子４４で一次被覆層９を誘導加熱して溶融させ、その溶融部分を一次被覆層９の周方向に連続的に移動させて行くことができ、一次被覆層９に対して再溶融処理を行って緻密な二次被覆層を形成することができる。また、この再溶融処理の際、リング材１は外径方向に拘束されていないため、加熱部分が熱膨張する際に、拘束による異常変形を生じることがなく、良好な再溶融処理を行うことができる。なお、図示したように、誘導子４４をリング材１の内周面の最下部に対向するように配置すると、一次被覆層９の溶融した部分が上向きとなって、気泡が抜けやすく、また、一次被覆層９の溶融した部分が水平であるので溶融金属が自重で流れるということがなく、一次被覆層９の皮膜厚さの変化を抑制できるという利点が得られる。
【００３２】
なお、図７、図８に示す実施の形態においても、図１〜図５に示す実施の形態で説明したような変形を行うことができることは言うまでもない。
【００３３】
【実施例】
〔実施例１〕
供試リング材１として、外径１５００ｍｍ×内径１４４０ｍｍ×幅７０ｍｍ、材質Ｓ２５Ｃのリング材を用意し、その外周に溶射により一次被覆層５を形成した。一次被覆層５の材質は、ＪＩＳ Ｈ８３０３ ＳＦＮｉ４（融点１０２０°Ｃ）、厚さは２．５ｍｍである。このリング材１の内周面の偏心度を測定したところ、１．８ｍｍであった。
【００３４】
このリング材１を図１、図２に示す再溶融処理装置の３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの周囲に置き、支持ローラ１１Ｃをリング材１の内周面に１００ｋｇの押圧力で押し付けることで、リング材１を他の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂに押し付け、所定位置に位置決めした。ここで使用した支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、外径が１００ｍｍの金属ローラである。誘導子１４として、一次被覆層５の全幅を加熱可能で且つ周方向の加熱幅（加熱領域１５の周方向の寸法ｄ）が３０ｍｍのものを用意し、その誘導子１４を一次被覆４に対して２ｍｍ離れた位置に且つリング材１の中心軸線に平行方向にセットした。この状態で、誘導子１４に通電し（周波数２０ｋＨｚ、電力２０ｋＷ）、リング材１を周速が１．５ｍｍ／ｓで回転させ、リング材１の全周に再溶融処理を行った。
【００３５】
得られた二次被覆層の外観を目視検査したところ、表面が平滑で良好な外観を呈していた。また、処理後のリング材１の内周面の偏心度を測定したところ、４．５ｍｍであったが、再溶融処理による異常変形は生じていなかった。
【００３６】
〔実施例２〕
実施例１と同じ供試リング材１に実施例１と同じ一次被覆層５を形成した。このリング材１の内周面の偏心度を測定したところ、０．１ｍｍであった。このリング材１を図５に示す再溶融処理装置にセットし、誘導子１４として、一次被覆層５の全幅を加熱可能で且つ周方向の加熱幅（加熱領域１５の周方向の寸法ｄ）が３０ｍｍのものを用意し、その誘導子１４を、リング材１の回転中心軸線から水平に対して１５°上方に傾斜した位置で且つ一次被覆５に対して２ｍｍ離れた位置にセットした。この状態で、誘導子１４に通電し（周波数２０ｋＨｚ、電力２０ｋＷ）、リング材１を周速が１．５ｍｍ／ｓで回転させ、リング材１の全周に再溶融処理を行った。
【００３７】
得られた二次被覆層の外観を目視検査したところ、表面が平滑で良好な外観を呈していた。また、処理後のリング材１の内周面の偏心度を測定したところ、３．２ｍｍであったが、再溶融処理による異常変形は生じていなかった。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明方法は、リング材を複数の支持ローラに、前記リング材の熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で且つ定位置で回転するように支持させ、そのリング材に形成している前記一次被覆層の一部領域に対向して、高周波電流の通電により前記一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱する誘導子を配置し、該誘導子に高周波電流を通電すると共に前記リング材を回転させることにより、前記一次被覆層を誘導加熱して溶融させ、一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層にするという再溶融処理を、リング材の径の大小に関係なく且つ一次被覆層の全周に亘って行うことができ、また、この際、拘束による異常変形を生じさせることがなく、このため、小型の誘導子を用いて種々な径のリング材に対して良好な一次被覆層の再溶融処理を行うことができるという効果を有している。
【００３９】
また、本願の一つの発明の装置は、リング材の内周面に接触しうる位置に配置され、該リング材を回転可能に支持する複数個の支持ローラと、該支持ローラの少なくとも１個を回転させる駆動手段と、リング材外周面に対向配置される誘導子を備えた構成としたことにより、誘導子でリング材外周面の一次被覆層を誘導加熱しながら、リング材をその内周面を支持して定位置で回転させることができ、従って、リング材を熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で支持して回転させることができ、外周面に一次被覆層を形成したリング材に対して前記した本発明方法の再溶融処理を行うことができる。
【００４０】
ここで、複数個の支持ローラを、少なくとも１個の支持ローラが定位置に設けられ、他の少なくとも１個の支持ローラがその軸線に直角方向に移動可能に設けられると共にリング材の内面に押し付けられるように押圧手段に連結する構成とすると、種々な径のリング材を容易に、前記した複数の支持ローラに保持させ且つ定位置に保持できるという効果が得られる。
【００４１】
また、前記支持ローラを、リング材を回転中心軸線がほぼ水平となるように支持するよう、それぞれの軸線を水平に且つほぼ同じ高さの定位置に２個設ける構成とすると、その２個の支持ローラにリング材の内面を載せるようにセットするのみで、種々な径のリング材を所定位置に位置決めして保持することができ、構造をきわめて簡略化できるという効果が得られる。更に、その際、リング材の回転中心軸線から水平に引いた水平線よりも上方の位置に誘導子を配置する構成とすると、誘導加熱されて溶融する部分が上向きとなり、一次被覆層内の気泡が抜けやすいという効果も得られる。
【００４２】
本願の他の発明の装置は、リング材の外周面に接触しうる位置に配置され、該リング材を回転可能に且つ熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で支持する複数個の支持ローラと、該支持ローラの少なくとも１個を回転させる駆動手段と、前記複数の支持ローラに支持された前記リング材の内周面の一次被覆層に対向する位置に配置され、該一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱しうる誘導子を備えた構成としたことにより、誘導子でリング材内周面の一次被覆層を誘導加熱しながら、リング材をその外周面を支持して且つ熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で支持して定位置で回転させることができ、内周面に一次被覆層を形成したリング材に対して前記した本発明方法の再溶融処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態による再溶融処理装置を示す概略斜視図
【図２】 図１に示す装置の概略断面図
【図３】 図１の装置において誘導子が加熱する一次被覆層の領域を示す概略側面図
【図４】 誘導子が加熱する領域の変形例を示す図３と同様な概略側面図
【図５】 本発明の他の実施の形態による再溶融処理装置を示す概略斜視図
【図６】 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、リング材の例を示す概略断面図
【図７】 本発明の更に他の実施の形態による再溶融処理装置を示す概略斜視図
【図８】 本発明の更に他の実施の形態による再溶融処理装置を示す概略斜視図
【符号の説明】
１、２、３、４ リング材
５、６、７、８、９ 一次被覆層
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 支持ローラ
１２ 受けローラ
１４ 誘導子
１５ 加熱領域
２１Ａ、２１Ｂ 支持ローラ
２４ 誘導子
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ 支持ローラ
３４ 誘導子
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ 支持ローラ
４４ 誘導子
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空の円筒状の部材（以下リング材という）の外周面又は内周面に、耐摩耗性、耐熱性、耐食性等を付与するために溶射法等で形成した金属被覆層を緻密化するための高周波誘導加熱による再溶融処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属管或いは金属ローラ等の外周面に、物性を向上させるために、溶射等によって金属被覆層を形成することが行われている。また、溶射等によって金属被覆層を形成した後、その金属被覆層（一次被覆層）を誘導加熱して溶融させ、その一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層にする再溶融処理を施すことも知られている。通常、金属管或いは金属ローラの外周面に形成した一次被覆層に高周波誘導加熱による再溶融処理を施すには、金属管或いは金属ローラの軸線方向の小区間を取り囲む環状の誘導コイルを用い、その誘導コイルで一次被覆層を環状に加熱、溶融させると共にその誘導コイルを金属管或いは金属ローラの軸線方向に相対的に移動させ、一次被覆層の全長に再溶融処理を施していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近、直径が１〜３ｍに及ぶ大径のリング材の外周面或いは内周面の物性向上のために、緻密な組織を持った金属被覆層を形成するという要求が生じた。そこで、本発明者等は、従来の金属管や金属ローラに対する場合と同様に、リング材の外周面に金属材料の一次被覆層を溶射法等を用いて形成し、次いで、その一次被覆層に高周波誘導加熱による再溶融処理を施して一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層とすることを考えた。
【０００４】
ところが、大径のリング材の外周面に形成した一次被覆層を取り囲む構成の誘導コイルは、きわめて大型となるので、再溶融処理装置全体がきわめて大型化し、設備費が大きくなるという問題を生じた。また、リング材の内周面に形成した一次被覆層の再溶融処理の場合にも同様の問題を生じる。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、大径のリング材の外周面或いは内周面に形成した一次被覆層に対して、小型の誘導子を用いて効率良く高周波誘導加熱を施して再溶融処理を行うことを可能とした一次被覆層の再溶融処理方法並びに、その方法に使用する再溶融処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リング材外周面又は内周面に形成した一次被覆層を高周波誘導加熱して再溶融処理するために、前記リング材を複数の支持ローラに、前記リング材の熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で且つ定位置で回転するように支持させ、そのリング材に形成している前記一次被覆層の一部領域に対向して、高周波電流の通電により前記一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱する誘導子を配置し、該誘導子に高周波電流を通電すると共に前記リング材を回転させるという構成としたものである。ここで、リング材を、リング材の熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で支持したのは、リング材の外周面が外径の拡大を妨げる形で拘束されているとリング材が熱膨張した際に局部的な異常変形を生じるので、それを避けるためであり、リング材を熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で支持する形態は、リング材の外周面が全く拘束されていない場合のみならず、リング材の外周面の１箇所若しくは複数箇所が移動しないように拘束されていてもリング材が全体として拡径可能な場合を含むものである。
【０００７】
本発明は、この構成により、誘導子が前記一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱して溶融させ、リング材の回転によってその溶融部分が前記一次被覆層に沿って全周に亘って移動し、一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層にすることができる。ここで使用する誘導子は、リング材外周面又は内周面の一次被覆層の、周方向の一部領域のみを誘導加熱しうるものであれば良いので、リング材の外径に関係なく小型のものとすることができる。また、この誘導子はリング材を局部的に加熱するため、リング材の加熱された部分には熱膨張による伸びが生じるが、リング材は、熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で支持されているため比較的自由に伸びることができ、拘束による異常変形が生じるということがなく、大径のリング材に対しても小さい誘導子を用いて良好に一次被覆層の再溶融処理を施すことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、リング材の外周面又は内周面に溶射法等を用いて形成した金属材料の一次被覆層に対して高周波誘導加熱を施して再溶融処理を行う方法であって、前記リング材を複数の支持ローラに、前記リング材の熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で且つ定位置で 回転するように支持させ、そのリング材に形成している前記一次被覆層の一部領域に対向して、高周波電流の通電により前記一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱する誘導子を配置し、該誘導子に高周波電流を通電すると共に前記リング材を回転させることにより、前記一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱して溶融させると共にその誘導加熱されて溶融する部分を前記一次被覆層の周方向に相対的に移動させ、前記一次被覆層の全周に亘って、該一次被覆層を溶融し、該一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層にすることを特徴とする、一次被覆層の再溶融処理方法である。以下詳細に説明する。
【０００９】
本発明において、再溶融処理の対象とするリング材の形状は特に限定されるものではなく、全体が中空円筒状のものであれば任意である。例えば、図６（ａ）に示すリング材１のように、段差の無い内周面と外周面を備えた単純な形状のものに限らず、図６（ｂ）に示すリング材２のように、内周面に段差を有するものでも、図６（ｃ）に示すリング材３のように外周面に段差を有するものでも、図６（ｄ）に示すリング材４のように外周面に金属被覆層形成用の浅い溝を形成したものでも、更には、上記（ａ）〜（ｄ）における内外周面の仕様を逆にした形状のものでもよく、また、これらを適当に組み合わせたものでもよい。リング材の寸法も特に限定されるものではないが、径の大きいもの、例えば外径が１〜３ｍといった大径のものが、本発明適用の効果が特に大きい。また、リング材の材質も限定されるものではないが、具体例としては、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、鋳鋼、鋳鉄、Ｎｉ基合金、Ｃｕ基合金等を挙げることができる。
【００１０】
リング材に形成する一次被覆層の形成位置は、通常は外周面であり、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、リング材１、２の外周面の全周、全幅に一次被覆層５、６を形成するが、必要に応じリング材１、２の外周面の一部領域のみに一次被覆層を形成する構成としてもよい。また、図６（ｃ）に示すように、リング材３の大径側の外周面に一次被覆層７を形成するとか、図６（ｄ）に示すように、リング材４の外周の溝内に一次被覆層８を形成する構成としてもよい。更に、一次被覆層はリング材の内周面の所望位置に形成してもよい。一次被覆層（５〜８等）の材料としては、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金、或いはこれらにＷＣ、Ｃｒ3 Ｃ2 、ＴｉＢ2 等の硬質材微粒子を配合したもの等を挙げることができる。また、一次被覆層の材料には、再溶融が円滑に行えるよう、Ｂ、Ｓｉなどのフラックス生成成分を配合して自溶性を具備させておくことが望ましい。リング材に対して金属材料の一次被覆層を形成する方法は、溶射法が一般的であるが、それ以外にも圧密法、スラリー塗布法、遠心堆積法（リング材内周面に形成する場合）等を採用しうる。一次被覆層の厚さは、所期の厚さの金属被覆層（二次被覆層）が最終的に得られるように定めるものであり、通常、０．５〜５ｍｍ程度に選定される。
【００１１】
リング材の外周面又は内周面に形成した一次被覆層を誘導加熱するための手段として、本発明では、一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱しうる小型のものを用い、その誘導子によって一次被覆層の全周を誘導加熱するために、リング材を定位置で回転させる構成とする。この際、リング材の熱膨張を支障なく生じさせて局部変形を回避できるように、リング材の熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で、即ち、リング材を外径の拡大を妨げない形で支持しておく。このようにリング材を外径の拡大を妨げない形で支持しておくと、リング材が誘導子によって局部的に加熱されて熱膨張を生じようとした時にも、リング材全体が拡径するように非加熱部分が弾性変形できるので、加熱部分が塑性変形を伴わずに熱膨張できて、局部的な異常変形を生じることがない。
【００１２】
リング材を外径の拡大を妨げない形で支持して定位置で回転させるための機構としては、複数個の支持ローラを用いたものを挙げることができるが、その支持ローラの配置は、一次被覆層を外周面に形成した場合と内周面に形成した場合で異なるので、以下にそれぞれの場合を説明する。一次被覆層を外周面に形成したリング材を外径の拡大を妨げない形で支持して定位置で回転させるための機構としては、リング材の内周面の複数個所を支持ローラで支持すると共に、その支持ローラの少なくとも一つを回転駆動する構成を挙げることができる。このような複数個の支持ローラを用いると、リング材の内周面の複数個所を支持してリング材を定位置に保持できるが、そのリング材を外径方向に拘束することはなく、このためリング材が局部的に加熱されて熱膨張を生じた時にも、自由に熱膨張を生じ、局部的な異常変形を生じることがない。リング材を回転させる際の姿勢（回転中心軸線の方向）は任意であるが、代表的なものとして、リング材の回転中心軸線をほぼ垂直とする場合（リング材はほぼ水平に配置される）と、ほぼ水平とする場合（リング材はほぼ垂直に配置される）を挙げることができる。以下、それぞれの場合についての実施の形態を説明する。
【００１３】
図１、図２は、リング材１の回転中心軸線を垂直に配置した実施の形態による再溶融処理装置を示すものである。この再溶融処理装置は、外周面に一次被覆層５を形成したリング材１を回転可能に保持するための手段として、軸線が垂直になるように且つ回転可能に設けられた３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと、水平に設けられた受けローラ１２を備えている。ここで、３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃのうち、２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂは、一定位置で回転するように設けられているが、残りの支持ローラ１１Ｃはその軸線に直角方向に（矢印Ａで示す方向に）移動可能に設けられている。更に、その支持ローラ１１Ｃには、その支持ローラ１１Ｃを適当な圧力でリング材１の内面に押し付けるようエアシリンダ等の押圧手段（図示せず）が連結されている。かくして、３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを取り囲むようにリング材１を配置し、支持ローラ１１Ｃを矢印Ａ方向に押してリング材１の内周面に押し付けることにより、リング材１の内周面を定位置に配置された２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂに押し付け、リング材１をその２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂで定まる所定位置に位置決めして保持できる。
【００１４】
このように、移動可能な支持ローラ１１Ｃを含む３本の支持ローラ方式を採用すると、リング材１をセットする際に、支持ローラ１１Ｃを矢印Ａとは反対方向に引っ込めておくことにより、リング材１のセットをきわめて容易に行うことができ、またリング材１の内径の大小に関係なく、リング材１を２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂで定まる所定位置に位置決めして保持できるという効果が得られる。なお、支持ローラ１１Ａ、１１Ｂの配置間隔は簡単に変更できるようにしておくことが好ましい。ここで使用する支持ローラの個数は、図示した３個に限らず、２個或いは４個以上とすることも可能である。例えば、２個使用する場合には、一方を定位置に設け、他方を移動可能とすることにより、リング材２をその２個の支持ローラがリング材２の直径上に位置するように位置決めすることができる。また、４個を使用する場合には２個を定位置に設け、残り２個を移動可能とすることで、リング材を定位置の２個で定まる位置に位置決めすることができる。
【００１５】
図１、図２の実施の形態において、更に、１個の支持ローラ１１Ａには、その支持ローラを回転駆動するための駆動手段（図示せず）が連結されており、その支持ローラ１１Ａを回転させることで、リング材１を回転させることができる。前記した支持ローラ１１Ｃをリング材１の内周面に押し付ける押圧力としては、リング材１が半径方向に移動しないように拘束すると共に支持ローラ１１Ａの回転をリング材１に伝達可能な摩擦力を確保しうるが、リング材１を変形させることがないように低く定めている。なお、駆動手段で回転させる支持ローラは、１個に限らず、２個或いは全部としてもよい。回転駆動する支持ローラの個数を多くすると、リング材１を回転させるのに必要な摩擦力が小さくて済むので、リング材１を回転させるために要する支持ローラのリング材１に対する押圧力を小さくすることが可能となる。
【００１６】
リング材１を支持する受けローラ１２は、単にリング材１の重量を受けるためのものであり、リング材１の回転に支障を生じないよう、受けローラ１２も回転自在に設けられている。なお、リング材１を回転自在に保持する手段としては受けローラ１２に限らず、適宜変更可能である。
【００１７】
図１、図２に示す再溶融処理装置は更に、３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで所定位置に保持されているリング材１の外周面に対向して配置された誘導子１４を備えている。この誘導子１４は、リング材外周面の一次被覆層５の周方向の一部領域を、一次被覆層５の全幅に亘って誘導加熱しうる構成のものであり、高周波電源装置（図示せず）に接続されている。誘導子１４の構造は、特に限定されるものではないが、ここでは図示したように、導体をループ状にしたものが使用される。ここで、誘導子１４による加熱領域１５（図３にハッチングで示す領域）の周方向の寸法ｄは、誘導子１４による投入電力、リング材１の回転速度等によっても異なるが、通常は２０〜７０ｍｍ程度に設定される。この寸法ｄが２０ｍｍよりも小さいと、加熱領域が小さすぎて、良好な誘導加熱が困難となると共にリング材１の回転速度を小さくせざるを得ず、このため処理速度が遅くなり、一方７０ｍｍよりも大きいと、誘導子１４が大型化してしまう。これらを考慮すると上記した寸法範囲が好ましい。誘導子１４は通常、リング材１の回転中心軸線に平行に配置され、従って、加熱領域１５もリング材１の中心軸線に平行となっている。なお、必要に応じ、誘導子１４をリング材１の軸線に対して傾斜させることも可能であり、その場合には、図４に示すように加熱領域１５Ａは、リング材１の軸線に対して傾斜した状態に形成される。また、図２において、誘導子１４をリング材１の外周面に対して傾斜させ、リング材外周面との距離がリング材１の幅方向に変化するようにしてもよく、これによりリング材の幅方向の温度分布を調整できる。
【００１８】
次に、上記構成の再溶融処理装置による再溶融処理動作を説明する。外周面に溶射等で形成した金属材料の一次被覆層５を備えたリング材１を図１、図２のようにセットし、３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで所定位置に位置決めすると共に、その外周面に対向した近接位置に誘導子１４をセットする。次いで、誘導子１４に通電を開始し、一次被覆層５の誘導子１４に対向する領域１５を誘導加熱して溶融させると共に、支持ローラ１１Ａの回転を開始し、リング材１を連続的に回転させる。これにより、加熱領域１５で一次被覆層５が溶融して、その一次被覆層５に存在していた気孔及び酸化物を除去すると共に、その加熱領域１５が一次被覆層５の周方向に連続的に移動してゆき、一次被覆層１５の新たな部分を次々と溶融させ、気孔及び酸化物を除去してゆく。そして、加熱領域１５がリング材１の外周面を１周することにより、一次被覆層５の全面が再溶融処理され、緻密な二次被覆層が形成される。
【００１９】
以上の再溶融処理動作において、誘導子１４がリング材１の外周面の周方向の一部領域を加熱するので、リング材１は局部的に加熱され、その部分が熱膨張しようとし、リング材１の径を拡大させようとする。この時、リング材１は半径方向には、その内周面を３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで支えられるのみであるので、拡径方向には自由であり、リング材１の加熱部は支障なく熱膨張でき、拘束による異常変形が生じるということがなく、良好な再溶融処理を行うことができる。
【００２０】
なお、以上の説明は、誘導子１４による加熱領域１５が図３に示すようにリング材１の中心軸線に対して平行に形成される場合のものであるが、図４に示すように加熱領域１５Ａを傾斜させた場合も、同様にして一次被覆層５の全周に対して再溶融処理を行うことができる。そしてこの場合には、一次被覆層５のリング材中心軸線に平行な部分、例えば、図４の線Ｂ−Ｂ上の部分の再溶融処理が時間差をおいて実施されるので、一次被覆層５に対して周方向の品質むらがきわめて小さい再溶融処理を行うことができる。
【００２１】
上記した実施の形態では、誘導子１４として一次被覆層５の全幅を誘導加熱しうるものを用いたが、誘導子１４は必ずしもこの構成とする必要はなく、一次被覆層５の幅方向の一部を誘導加熱しうる大きさのものとしてもよい。この場合には、誘導子１４のリング材１に対する位置を軸線方向にも変えて同様な動作を繰り返すことにより、一次被覆層５の全面に対して再溶融処理を行うことができる。
【００２２】
図５は、リング材１の回転中心軸線を水平に配置した実施の形態による再溶融処理装置を示すものである。この再溶融処理装置は、外周面に一次被覆層５を形成したリング材１を回転可能に保持するための手段として、軸線が水平になるように且つ同じ高さに間隔をあけて設けられた２個の支持ローラ２１Ａ、２１Ｂを用いている。この実施の形態では、単に定位置に設けられた２個の支持ローラ２１Ａ、２１Ｂの上にリング材１の内周面を載せることで、種々な内径のリング材１を所定位置に回転可能に保持することができ、構造を簡単化できる利点が得られる。なお、支持ローラ２１Ａ、２１Ｂの配置間隔も簡単に変更できるようにしておくことが望ましい。また、必要に応じ、支持ローラ２１Ａ、２１Ｂに保持されたリング材１が軸線方向に動くのを阻止するための適当な手段を設けてもよい。更には図１記載例と同様に第三の支持ローラをリング材周方向の適宜個所に設けてリング材が踊りにくいようにしてもよい。
【００２３】
更に、この実施の形態においても、少なくとも１個の支持ローラ２１Ａに、その支持ローラを回転駆動するための駆動手段（図示せず）が連結されており、その支持ローラ２１Ａを回転させることで、リング材１を回転させることができる。なお、リング材１の自重のみでは、支持ローラ２１Ａに対する摩擦力が不足し、支持ローラ２１Ａで回転させられることが困難な場合には、２個の支持ローラ２１Ａ、２１Ｂの下方に、図１に示す装置の支持ローラ１１Ｃと同様に移動可能な支持ローラを設け、それを押圧手段によってリング材１の内周面に押し付ける構成とすればよい。リング材１の外周面に近接した位置には誘導子２４が配置されている。この誘導子２４も、図１、図２に示す誘導子１４と同様に、リング材外周面の一次被覆層４の周方向の一部領域を、一次被覆層４の全幅に亘って誘導加熱しうる構成のものであり、高周波電源装置（図示せず）に接続されている。誘導子２４の取り付け位置は、特に限定されるものではないが、この実施の形態では、リング材１の回転中心軸線Ｏ−Ｏから水平に引いた水平線Ｈ−Ｈよりも上方の位置に誘導子２４を位置させている。
【００２４】
図５に示す実施の形態でも、誘導子２４に通電した状態で、リング材１を回転させることにより、誘導子２４で一次被覆層５を誘導加熱して溶融させ、その溶融部分を一次被覆層５の周方向に連続的に移動させて行くことができ、一次被覆層５に対して再溶融処理を行って緻密な二次被覆層を形成することができる。また、この再溶融処理の際、リング材１は外径方向に拘束されていないため、加熱部分が熱膨張する際に、拘束による異常変形を生じることがなく、このため、冷却した時には元の状態に戻る。かくして、リング材に異常変形を残すことなく、再溶融処理を行うことができる。更に、上記の実施の形態では、誘導子２４をリング材１の上半分に対向する位置に配置したため、一次被覆層５の溶融した部分が上向きとなっており、気泡が抜けやすいという利点が得られる。また、リング材１の回転中心軸線を水平としているので、一次被覆層５の溶融した部分が水平となっており、このため溶融金属が重量で下方に流れることがあるとしても、水平方向には流れず、一次被覆層５の幅方向の皮膜厚さの変化を抑制できるという利点も得られる。なお、再溶融処理時におけるリング材１の回転方向としては、図５に示すように、誘導子２４に対向する一次被覆層５が上向きに移動するように選定することが好ましい。この構成とすると、溶融した金属が下方に流れるのを阻止しうる利点が得られる。
【００２５】
以上の説明では、図１、図２、図５等に示す再溶融処理装置で、リング材１の外周面の一次被覆層５に再溶融処理を施す場合のみを説明したが、この装置は再溶融処理のみならず、一次被覆層４を形成するための溶射にも使用可能である。例えば、図１、図２に示す再溶融処理装置においては、３本の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃにリング材１を保持させ、そのリング材１に対向して溶射ガンを配置しておき、リング材１を回転させながらリング材１の外周面に対して溶射を行うことで、一次被覆層５を形成することが可能である。更には、上記溶射に続く一連動作で再溶融処理を行うことも可能であり、これによって生産性を向上させることができる。
【００２６】
一次被覆層を内周面に形成したリング材を外径の拡大を妨げない形で支持して定位置で回転させるための機構としては、リング材の外周面に接触しうる位置に、該リング材を回転可能に且つ外径の拡大を妨げない形で支持する複数個の支持ローラを配置し、且つその支持ローラの少なくとも一つを回転駆動する構成を挙げることができる。この場合にも、リング材を回転させる際の姿勢は任意であるが、代表的なものとして、リング材の回転中心軸線をほぼ垂直とする場合（リング材はほぼ水平に配置される）と、ほぼ水平とする場合（リング材はほぼ垂直に配置される）を挙げることができる。以下、それぞれの場合についての実施の形態を説明する。
【００２７】
図７は、リング材１の回転中心軸線を垂直に配置した実施の形態による再溶融処理装置を示すものである。この再溶融処理装置は、図１、図２に示した再溶融処理装置に比べて、３個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃをリング材１の外周面に接触するように配置し、且つ誘導子３４をリング材１の内周面の一次被覆層９に対向するように配置した点において異なっているが、その他の構成は同様である。図７の実施の形態においても、３個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃのうち、２個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂは、一定位置で回転するように設けられているが、残りの支持ローラ３１Ｃはその軸線に直角方向に（矢印Ｃで示す方向に）移動可能に設けられ、且つ適当な圧力でリング材１の外周面に押し付けるようエアシリンダ等の押圧手段（図示せず）に連結されている。また、１個の支持ローラ３１Ａには、その支持ローラを回転駆動するための駆動手段（図示せず）が連結されている。
【００２８】
この構成により、３個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの内側に位置するようにリング材１を配置し、支持ローラ３１Ｃを矢印Ｃ方向に押してリング材１の外周面に押し付けることにより、リング材１の外周面を定位置に配置された２個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂに押し付け、リング材１をその２個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂで定まる所定位置に位置決めして保持でき、支持ローラ３１Ａを回転させることでリング材１を回転させることができる。ここで、前記した支持ローラ３１Ｃをリング材１の外周面に押し付ける押圧力としては、リング材１を定位置に配置された２個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂに押し付けて位置決めすると共に支持ローラ３１Ａの回転をリング材１に伝達可能な摩擦力は確保できるが、リング材１が誘導子３４によって加熱され拡径しようとした時には、支持ローラ３１Ｃがその拡径を拘束することなく後退させられるように低く定めている。従って、リング材１は３個の支持ローラ３１Ａ〜３１Ｃによって外径の拡大を妨げない形で回転可能に保持されることとなる。
【００２９】
上記構成の再溶融処理装置においても、図１、２に示す装置で説明したのと同様な再溶融処理動作が行われる。すなわち、内周面に溶射等で形成した金属材料の一次被覆層９を備えたリング材１を図７のようにセットし、３個の支持ローラ３１Ａ〜３１Ｃで所定位置に位置決めすると共に、その内周面に対向した近接位置に誘導子３４をセットし、誘導子３４への通電を開始し、一次被覆層９の誘導子３４に対向する領域を誘導加熱して溶融させると共に、支持ローラ３１Ａの回転を開始し、リング材１を連続的に回転させる。これにより、加熱領域で一次被覆層９が溶融して、その一次被覆層９に存在していた気孔及び酸化物を除去して行き、加熱領域がリング材１の内周面を１周することにより、一次被覆層９の全面が再溶融処理され、緻密な二次被覆層が形成される。この動作の際、リング材１は外径方向に拘束されていないので、誘導子３４による局部的な加熱による熱膨張によって全体が支障なく拡径し、従って拘束による異常変形が生じるということがなく、良好な再溶融処理を行うことができる。
【００３０】
図８は、リング材１の回転中心軸線を水平に配置した実施の形態による再溶融処理装置を示すものである。この再溶融処理装置は、図５に示した再溶融処理装置に比べて、２個の支持ローラ４１Ａ、４１Ｂをリング材１の外周面を乗せて支持するように配置すると共に上面を押さえるように押圧機構（図示せず）を備えた支持ローラ４１Ｃを設け、且つ誘導子４４をリング材１の内周面の一次被覆層９に対向するように配置した点において異なっているが、その他の構成は同様である。この実施の形態においても、支持ローラ４１Ｃの押圧力は、支持ローラ４１Ａの回転をリング材１に伝達可能な摩擦力は確保できるが、リング材１が誘導子４４によって加熱され拡径しようとした時には、支持ローラ４１Ｃがその拡径を拘束することなく後退させられるように低く定めている。従って、リング材１は３個の支持ローラ４１Ａ〜４１Ｃによって外径の拡大を妨げない形で回転可能に保持されることとなる。なお、リング材１の自重のみで支持ローラ４１Ａの回転をリング材１に伝達可能な摩擦力を確保できる場合には、支持ローラ４１Ｃは省略してよい。
【００３１】
図８に示す実施の形態でも、誘導子４４に通電した状態で、リング材１を回転させることにより、誘導子４４で一次被覆層９を誘導加熱して溶融させ、その溶融部分を一次被覆層９の周方向に連続的に移動させて行くことができ、一次被覆層９に対して再溶融処理を行って緻密な二次被覆層を形成することができる。また、この再溶融処理の際、リング材１は外径方向に拘束されていないため、加熱部分が熱膨張する際に、拘束による異常変形を生じることがなく、良好な再溶融処理を行うことができる。なお、図示したように、誘導子４４をリング材１の内周面の最下部に対向するように配置すると、一次被覆層９の溶融した部分が上向きとなって、気泡が抜けやすく、また、一次被覆層９の溶融した部分が水平であるので溶融金属が自重で流れるということがなく、一次被覆層９の皮膜厚さの変化を抑制できるという利点が得られる。
【００３２】
なお、図７、図８に示す実施の形態においても、図１〜図５に示す実施の形態で説明したような変形を行うことができることは言うまでもない。
【００３３】
【実施例】
〔実施例１〕
供試リング材１として、外径１５００ｍｍ×内径１４４０ｍｍ×幅７０ｍｍ、材質Ｓ２５Ｃのリング材を用意し、その外周に溶射により一次被覆層５を形成した。一次被覆層５の材質は、ＪＩＳ Ｈ８３０３ ＳＦＮｉ４（融点１０２０°Ｃ）、厚さは２．５ｍｍである。このリング材１の内周面の偏心度を測定したところ、１．８ｍｍであった。
【００３４】
このリング材１を図１、図２に示す再溶融処理装置の３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの周囲に置き、支持ローラ１１Ｃをリング材１の内周面に１００ｋｇの押圧力で押し付けることで、リング材１を他の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂに押し付け、所定位置に位置決めした。ここで使用した支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、外径が１００ｍｍの金属ローラである。誘導子１４として、一次被覆層５の全幅を加熱可能で且つ周方向の加熱幅（加熱領域１５の周方向の寸法ｄ）が３０ｍｍのものを用意し、その誘導子１４を一次被覆４に対して２ｍｍ離れた位置に且つリング材１の中心軸線に平行方向にセットした。この状態で、誘導子１４に通電し（周波数２０ｋＨｚ、電力２０ｋＷ）、リング材１を周速が１．５ｍｍ／ｓで回転させ、リング材１の全周に再溶融処理を行った。
【００３５】
得られた二次被覆層の外観を目視検査したところ、表面が平滑で良好な外観を呈していた。また、処理後のリング材１の内周面の偏心度を測定したところ、４．５ｍｍであったが、再溶融処理による異常変形は生じていなかった。
【００３６】
〔実施例２〕
実施例１と同じ供試リング材１に実施例１と同じ一次被覆層５を形成した。このリング材１の内周面の偏心度を測定したところ、０．１ｍｍであった。このリング材１を図５に示す再溶融処理装置にセットし、誘導子１４として、一次被覆層５の全幅を加熱可能で且つ周方向の加熱幅（加熱領域１５の周方向の寸法ｄ）が３０ｍｍのものを用意し、その誘導子１４を、リング材１の回転中心軸線から水平に対して１５°上方に傾斜した位置で且つ一次被覆５に対して２ｍｍ離れた位置にセットした。この状態で、誘導子１４に通電し（周波数２０ｋＨｚ、電力２０ｋＷ）、リング材１を周速が１．５ｍｍ／ｓで回転させ、リング材１の全周に再溶融処理を行った。
【００３７】
得られた二次被覆層の外観を目視検査したところ、表面が平滑で良好な外観を呈していた。また、処理後のリング材１の内周面の偏心度を測定したところ、３．２ｍｍであったが、再溶融処理による異常変形は生じていなかった。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明方法は、リング材を複数の支持ローラに、前記リング材の熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で且つ定位置で回転するように支持させ、そのリング材に形成している前記一次被覆層の一部領域に対向して、高周波電流の通電により前記一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱する誘導子を配置し、該誘導子に高周波電流を通電すると共に前記リング材を回転させることにより、前記一次被覆層を誘導加熱して溶融させ、一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層にするという再溶融処理を、リング材の径の大小に関係なく且つ一次被覆層の全周に亘って行うことができ、また、この際、拘束による異常変形を生じさせることがなく、このため、小型の誘導子を用いて種々な径のリング材に対して良好な一次被覆層の再溶融処理を行うことができるという効果を有している。
【００３９】
また、本願の一つの発明の装置は、リング材の内周面に接触しうる位置に配置され、該リング材を回転可能に支持する複数個の支持ローラと、該支持ローラの少なくとも１個を回転させる駆動手段と、リング材外周面に対向配置される誘導子を備えた構成としたことにより、誘導子でリング材外周面の一次被覆層を誘導加熱しながら、リング材をその内周面を支持して定位置で回転させることができ、従って、リング材を熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で支持して回転させることができ、外周面に一次被覆層を形成したリング材に対して前記した本発明方法の再溶融処理を行うことができる。
【００４０】
ここで、複数個の支持ローラを、少なくとも１個の支持ローラが定位置に設けられ、他の少なくとも１個の支持ローラがその軸線に直角方向に移動可能に設けられると共にリング材の内面に押し付けられるように押圧手段に連結する構成とすると、種々な径のリング材を容易に、前記した複数の支持ローラに保持させ且つ定位置に保持できるという効果が得られる。
【００４１】
また、前記支持ローラを、リング材を回転中心軸線がほぼ水平となるように支持するよう、それぞれの軸線を水平に且つほぼ同じ高さの定位置に２個設ける構成とすると、その２個の支持ローラにリング材の内面を載せるようにセットするのみで、種々な径のリング材を所定位置に位置決めして保持することができ、構造をきわめて簡略化できるという効果が得られる。更に、その際、リング材の回転中心軸線から水平に引いた水平線よりも上方の位置に誘導子を配置する構成とすると、誘導加熱されて溶融する部分が上向きとなり、一次被覆層内の気泡が抜けやすいという効果も得られる。
【００４２】
本願の他の発明の装置は、リング材の外周面に接触しうる位置に配置され、該リング材を回転可能に且つ熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で支持する複数個の支持ローラと、該支持ローラの少なくとも１個を回転させる駆動手段と、前記複数の支持ローラに支持された前記リング材の内周面の一次被覆層に対向する位置に配置され、該一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱しうる誘導子を備えた構成としたことにより、誘導子でリング材内周面の一次被覆層を誘導加熱しながら、リング材をその外周面を支持して且つ熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で支持して定位置で回転させることができ、内周面に一次被覆層を形成したリング材に対して前記した本発明方法の再溶融処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態による再溶融処理装置を示す概略斜視図
【図２】 図１に示す装置の概略断面図
【図３】 図１の装置において誘導子が加熱する一次被覆層の領域を示す概略側面図
【図４】 誘導子が加熱する領域の変形例を示す図３と同様な概略側面図
【図５】 本発明の他の実施の形態による再溶融処理装置を示す概略斜視図
【図６】 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、リング材の例を示す概略断面図
【図７】 本発明の更に他の実施の形態による再溶融処理装置を示す概略斜視図
【図８】 本発明の更に他の実施の形態による再溶融処理装置を示す概略斜視図
【符号の説明】
１、２、３、４ リング材
５、６、７、８、９ 一次被覆層
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 支持ローラ
１２ 受けローラ
１４ 誘導子
１５ 加熱領域
２１Ａ、２１Ｂ 支持ローラ
２４ 誘導子
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ 支持ローラ
３４ 誘導子
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ 支持ローラ
４４ 誘導子
Claims (5)
- リング材の外周面又は内周面に溶射法等を用いて形成した金属材料の一次被覆層に対して高周波誘導加熱を施して再溶融処理を行う方法であって、前記リング材を複数の支持ローラに、前記リング材の熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で且つ定位置で回転するように支持させ、そのリング材に形成している前記一次被覆層の一部領域に対向して、高周波電流の通電により前記一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱する誘導子を配置し、該誘導子に高周波電流を通電すると共に前記リング材を回転させることにより、前記一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱して溶融させると共にその誘導加熱されて溶融する部分を前記一次被覆層の周方向に相対的に移動させ、前記一次被覆層の全周に亘って、該一次被覆層を溶融し、該一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層にすることを特徴とする、一次被覆層の再溶融処理方法。
- リング材の外周面に形成した金属材料の一次被覆層に対して高周波誘導加熱を施して再溶融処理を行う装置であって、前記リング材の内周面に接触しうる位置に配置され、該リング材を回転可能に支持する複数個の支持ローラと、該支持ローラの少なくとも１個を回転させる駆動手段と、前記複数の支持ローラに支持された前記リング材の外周面の一次被覆層に対向する位置に配置され、高周波電流の通電により前記一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱する誘導子を有する、一次被覆層の再溶融処理装置。
- 前記支持ローラが、前記リング材を回転中心軸線がほぼ垂直となるように支持するよう、それぞれの軸線をほぼ垂直に設けられており、少なくとも１個の支持ローラが定位置に設けられ、他の少なくとも１個の支持ローラがその軸線に直角方向に移動可能に設けられると共に前記リング材の内面に押し付けられるように押圧手段に連結されていることを特徴とする請求項２記載の、一次被覆層の再溶融処理装置。
- 前記支持ローラが、前記リング材を回転中心軸線がほぼ水平となるように支持するよう、それぞれの軸線を水平に且つほぼ同じ高さの定位置に２個設けられており、更に、前記リング材の回転中心から水平に引いた水平線よりも上方の位置に前記誘導子が配置されていることを特徴とする請求項２記載の、一次被覆層の再溶融処理装置。
- リング材の内周面に形成した金属材料の一次被覆層に対して高周波誘導加熱を施して再溶融処理を行う装置であって、前記リング材の外周面に接触しうる位置に配置され、該リング材を回転可能に且つ熱膨張に伴う外径の拡大を許容する形で支持する複数個の支持ローラと、該支持ローラの少なくとも１個を回転させる駆動手段と、前記複数の支持ローラに支持された前記リング材の内周面の一次被覆層に対向する位置に配置され、高周波電流の通電により前記一次被覆層の周方向の一部領域を誘導加熱する誘導子を有する、一次被覆層の再溶融処理装置。
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