JP3912679B2 - 溶射用複合ワイヤ製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶射用ワイヤの製造装置及びその製造方法に係り、特に、機能性溶射皮膜を形成する粉末状の各種機能発現物質を、フープ材（帯状金属）で包み込んで構成される溶射用複合ワイヤの製造装置に関する。

溶射法は、防錆作用、防食性や撥水性を付与するため、各種の基材に溶射皮膜を作製する方法であるが、溶射皮膜は溶融する粒子状の溶射材料を基材に吹き付けて形成される皮膜であり、現場施工の容易性、コストが安価であるなどの特徴を有している。しかも、溶射皮膜は、完全なドライプロセスで、成膜速度が大きく、加工技術が成熟している既存の材料であれば、基材として用いることができ、又、加熱による変質や熱分解が生じない材料の場合、ほとんどのものに比較的容易に皮膜を形成することができる利点がある。溶射皮膜の形成に用いられる溶射材料の形態は、粉末とワイヤが中心であり、前者の場合には金属・セラミックス・サーメット・プラスチックなど数十種類のものが市販されているが、一般に高価格である。これに対して、ワイヤの場合には金属材料のみで種類は少ないが、低価格である。

溶射に用いられる溶射用複合ワイヤとして、特開平11-222660号公報記載の溶射用ワイヤが本発明者より提案されている。同公報記載の溶射材料は、軸心部分に孔部を有する筒状の金属製のワイヤに、その孔部の内側に溶射皮膜の材料であるフッ化ピッチを充填することにより構成された溶射用ワイヤである。同公報記載のフッ化ピッチを利用して形成される溶射皮膜は撥水効果に優れ、環境対応皮膜として応用が期待されている。このような溶射用複合ワイヤの製造方法としては、同公報に、予めチューブ状に形成した金属材料、つまり金属製のワイヤに溶射材料であるフッ化ピッチを吸引することで製造可能な旨、示唆されている。
特開平11-222660号公報

あるいは、他の溶射用ワイヤの製造方法として、溶接用のフラックス入りワイヤの製造方法を応用することも試みられている。このようなフラックス入りワイヤ（ＦＣＷ）の製造方法として特開平5-305487号公報記載の製造装置があるが、同公報に開示されているように、中空のメッシュワイヤに、メッシュを通して粉体を供給し、そのメッシュワイヤを粉体とともに引抜きダイを通過させることによって、メッシュワイヤの細線同士を接合させることで、複合ワイヤを製造している。
特開平5-305487号公報

しかしながら、特開平11-222660号公報に記載されている吸引による製造方法は、手作業を余儀なくされ、量産性に大きな課題があった。また、特開平5-305487号公報記載の製造方法は、引張強度の大きなワイヤには適用できるが、例えば、ワイヤの材質がアルミニウムなど、強度の低いワイヤの場合は、引抜工程の際、途中で破断してしまい、このため、長尺の溶射用ワイヤを製造することが困難であり、やはり量産性の点で問題があった。

本発明は、このような諸事情に対処するために提案されたものであって、量産性に優れているとともに、アルミニウムや、亜鉛などの各種のフープ材に、粉末状の機能発現物質を充填することが可能な溶射用複合ワイヤ製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ワイヤの材料となるアルミニウム製の平型フープ材が巻回された巻き出しローラと、前記アルミニウム製の平型フープ材を、Ｕ字成型、片丸成型、丸型成型と順次、成型作業を行って該平型フープ材をチューブ状の溶射用複合ワイヤに成型する複数のローラダイスを組み合わせてなるワイヤ成型手段と、前記ローラダイスによって前記アルミニウム製の平型フープ材がＵ字成型されたときに、粉末状の機能発現物質を該平型フープ材上に供給する粉末供給手段と、前記ワイヤ成型手段の出口側に設けられ、該出口側から送られてくるワイヤを巻き取ることによって、該ワイヤ成型手段によるアルミニウム製の平型フープ材の成型作業に要する引張力を負担する中間巻取りローラと、前記ワイヤ成型手段によって成型された溶射用複合ワイヤを巻き取るとともに、前記中間巻取りローラ上におけるフープ材の滑りを防止する摩擦力を負担する最終巻取りローラと、前記最終巻取りローラの回転軸と同軸上に配置され、前記中間巻取りローラとの間に生じる回転差を吸収するクラッチと、を具備することを特徴としている。

上述のように、請求項１記載の発明によれば、ワイヤ成型手段の出口側に、ワイヤ成型手段による平型フープ材の成型作業に要する引張力を負担する中間巻取りローラを設けるとともに、ワイヤ成型手段によって成型された溶射用複合ワイヤを巻き取る最終巻取りローラを設置している。つまり、ワイヤ成型手段によるフープ材の成型時における引張力については中間巻取りローラによって負担させるとともに、最終巻取りローラは、あくまで中間巻取りローラ上でフープ材の滑りを防止する摩擦力だけを負担するようにしている。これにより、フープ材にかかる引張力を、中間巻取りローラの前後で、分割させることが可能となり、その結果、引張力を分散することによって成型時におけるフープ材の破断の頻度を大幅に低減することが可能である。
さらに、最終巻取りローラの回転軸に、中間巻取りローラとの間に生じる回転差を吸収するクラッチを取り付け、中間巻取りローラと、最終巻取りローラとの間に生じる回転差をクラッチによって吸収するようにしている。その結果、前述したフープ材にかかる引張力を、中間巻取りローラの前後で分割させたことともあいまって、フープ材へ過剰な引張力がかからず、破断を未然に防止することが可能である。また、巻き取り時におけるフープ材の緩みを防止することができるので、ワイヤの巻き取りをスムーズに行うことが可能となる。

以下、本発明に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の好適な実施例を、添付図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態の溶射用複合ワイヤ製造装置を示した正面図、図２は、同製造装置の平面図である。これらの図に示されるように、溶射用複合ワイヤ製造装置１０は、主に、巻き出しローラ１２と、複数のローラダイスからなるワイヤ成型手段１４と、粉末状の機能発現物質をフープ材に供給する粉末供給手段１６と、平型フープ材に対して引張力を付加する中間巻取りローラ１８と、ワイヤを深絞り成型するスウェージングマシン２０と、成型された溶射用複合ワイヤを巻き取る最終巻取りローラ２１とを備えて構成されている。

巻き出しローラ１２は、溶射用複合ワイヤのチューブとなるコイル状の平型フープ材（帯状金属）２２が巻回されるローラであり、フープ材２２が後述する中間ローラ１８によって引っ張られることで回転し、平型フープ材２２をワイヤ成型手段１４に向かって巻き出していく。図２に示されるように、巻き出しローラ１２は、回転中心から放射状に延びた４本のコイル押さえアーム１２Ａと、回転軸１２Ｃに取付けられた回転体１２Ｂとを備え、コイル押さえアーム１２Ａと回転体１２Ｂとの間に、コイル状に巻回された平型フープ材２２が取り付けられる。なお、この巻き出しローラ１２には、ローラの回転による慣性力を抑制するために、図示しない摩擦式のブレーキが設けられており、回転軸１２Ｃにブレーキを押し付けて生じる摩擦力によって回転速度を調整することができるようになっている。ワイヤ成型手段１４の手前の入り口には、フープ材２２の上下方向の振れを防止するガイドロール２４Ａが設置され、上下からフープ材２２を挟み込んでいる。

図３はワイヤ成型手段１４を示す側面図であり、平型フープ材２２を、チューブ状に順次成型作業を行う合計１１個のカセットローラダイス１４Ａ〜１４Ｋから構成されている。各カセットローラダイス１４Ａ〜１４Ｋは、ロールによって圧延加工、伸線加工などを行う際に使用されるダイスであり、フープ材２２の材質や、寸法に応じ、複数のカセットローラダイス１４Ａ〜１４Ｋを増減したり、適宜組み合わせることによって、フープ材２２の成型作業を行う。カセットローラダイス１４Ａ〜１４Ｋを組み付けたとき、ダイス相互間の芯出し作業は、図４に示されるように、各カセットローラダイス１４Ａ〜１４Ｋのローラ１７に、面加工を施したキー材１５を挿入し、各ローラ１７間の間隔を調節しながら、ローラ１７に面タッチさせることによって行う。但し、キー材１５の面加工部１５Ａと、ローラ１７との当たり面は、接触部が小さく、縦横方向に多少の遊びがあるので、キー材１５による芯出し後、微調整を行う必要がある。

カセットローラダイス１４Ａ〜１４Ｋは、図５に示されるように、フープ材２２をＵ字成型、片丸成型、丸形成型（図５には図示せず）と順次成型していく。
即ち、図５（ａ）に示されるように、ローラダイス１４Ａには平型フープ材２２の両端を押さえる押さえローラが備えられており、図５（ｂ）に示されるように、ローラダイス１４Ｂにはフープ材２２を平型からＵ字状に成型する成型ローラが上下に備えられている。図５（ｃ）に示されるように、カセットローラダイス１４Ｃには、ローラダイス１４ＢによってＵ字状に成型されたフープ材２２を、上下方向から押さえる押さえローラが設けられている。カセットローラダイス１４Ｃと１４Ｄとの間には７０ｍｍの間隔があり、この間でＵ字状のフープ材２２に粉末供給手段１６によって溶射皮膜の機能発現物質となる金属などの粉末を供給する。

図５（ｄ）に示されるように、カセットローラダイス１４Ｄには、次のローラダイス１４Ｅに進入するフープ材２２の進入角度を安定させる押さえローラが設けられている。また、カセットローラダイス１４Ｄは、カセットローラダイス１４Ｅ〜１４Ｋの成型作業によって生じるフープ材２２の捩れを防止して挙動を安定させ、粉末供給手段１６から供給される粉末を、下方のＵ字状に成型されたフープ材２２上へ確実に落下させることで、フープ材２２上からこぼれる粉末の量を、極力少なくして正確な量の粉末をフープ材２２上に保持させるようになっている。
図５（ｅ）に示されるように、カセットローラダイス１４Ｅは、フープ材２２をＵ字状から片丸成型するローラであり、ローラ径が異なる２つの成型ローラを備え、フープ材２２の端部同士を重ね合わせる寸法に成型するようになっている。カセットローラダイス１４Ｆ，１４Ｇは、ローラダイス１４Ｅで片丸成型されたフープ材２２の端部同士を押さえてチューブ状に成型するとともに、重なりが不安定にならないようにする成型ローラである。カセットローラダイス１４Ｈ〜１４Ｋは、チューブ状に成型されたフープ材２２を、所定の外径に成型するローラである。

図６及び図７は、粉末供給手段１６を示す正面図及び側面図である。これらの図に示されるように、粉末供給手段１６はカセットローラダイス１４Ｃと１４Ｄとの間に設けられている７０ｍｍの粉末供給区間で、溶射皮膜の機能発現物質となる例えばフッ化ピッチの粉末をＵ字状に成型されたフープ材２２上に向けて投入する。
粉末供給手段１６は、粉末材料が投入されるホッパ１６Ａと、粉末材料が通過する溝部１６Ｂと、供給シュート１６Ｃ等とを備え、ホッパ１６Ａ内の下部には、粉末材料を溝部１６Ｂへ強制的に掻き出す図示しない誘導羽根が設けられている。溝部１６Ｂは、供給シュート１６Ｃと連結されており、誘導羽根によって溝部１６Ｂへ導かれた粉末材料は、供給シュート１６Ｃの水平部１６Ｃ´から垂直部１６Ｃ´´を経て、その下方を通過するＵ字状に成型されたフープ材２２上へ投入される。この際、フッ化ピッチ粉末のように、流動性が悪い材料の場合を考慮して、供給シュート１６Ｃの底部分に振動モータ１６Ｄを取り付けることによって供給シュート１６Ｃの水平部１６Ｃ´及び垂直部１６Ｃ´´を振動させ、粉末の供給シュート１６Ｃへの付着を防止している。なお、振動モータ１６Ｄは、供給シュート１６Ｃの水平部１６Ｃ´及び垂直部１６Ｃ´´に、それぞれに独立して設置してもよい。

図１及び図２に示されるように、中間巻取りローラ１８は、ワイヤ成型手段１４と、後述するスウェージングマシン２０との間に設置されている。中間巻取りローラ１８は、フープ材２２を各カセットローラダイス１４Ａ〜１４Ｋによって成型する場合に必要な引張力を負担する。つまり、フープ材２２の成型時に生じる引張力を主として中間巻取りローラ１８が負担することにより、最終巻取りローラ２１が負担する引張力を低減し、成型時におけるワイヤの破断を防止し得るようにしている。
図８は、中間巻き取りローラ１８の側面図である。同図に示されるように、中間巻き取りローラ１８は、巻取り用ローラ１８Ａとモータ１８Ｂとを備え、モータ１８Ｂは、回転力を、回転軸１８Ｃを介して巻取り用ローラ１８Ａに伝達してローラ１８Ａを回転させるようになっている。巻取り用ローラ１８Ａには、チューブ状に成型されたフープ材２２を、その外周上に少なくとも１回転巻き取らせることで、成型に必要な引張力を付与している。なお、フープ材２２が、板厚が０．５ｍｍ、幅１５ｍｍ、材質がアルミニウムの場合に、成型作業に必要な引張力を実測すると、約５０ｋｇほどであった。

スウェージングマシン２０は、ワイヤ成型手段１４によりチューブ状となった外径Φ４ｍｍのフープ材２２を更に深絞り成型することによって外径Φ３．１ｍｍとし、溶射用複合ワイヤに最終成型する。図１及び図２に示されるように、スウェージングマシン２０は、その下部に取り付けられているボールスクリュー２６Ａ及びハンドル２６Ｂによって、装置の架台上を６００ｍｍ、前後にスライド可能となっている。つまり、フープ材２２の交換等によって成型ラインにフープ材２２を通す必要があるときに、スウェージングマシン２０とワイヤ成型手段１４との間で、一旦距離をとってからフープ材２２を通すようにしている。また、スウェージングマシン２０の入り口側には、ガイドロール２４Ｂが設置され、チューブ状となったフープ材２２を上下から挟み込むことで、スウェージングマシン２０の成型作業によって生じる捩れの力が、フープ材２２に直接かからないようになっている。

図９は、スウェージングマシン２０を示している。同図に示されるように、スウェージングマシン２０は、入り口側に深絞り成型を行うダイス部２０Ａが設けられており、入り口側から奥側に行くに従って、徐々に細くなる形状に形成されている。また、スウェージングマシンの出口側のワイヤ貫通部２０Ｂには、エア供給手段２０Ｃが取り付けられ、このエア供給手段２０Ｃによって高圧エアをワイヤ貫通部２０Ｂに向けて吹き付け、例えばフープ材２２の切り粉や、機能発現物質であるフッ化ピッチの粉末をダイス部２０Ａから除去し、その付着を防止するようにしている。また、同時に高圧エアによってスウェージングマシン２０のダイス部２０Ａを冷却する。その結果、ワイヤ貫通部２０Ｂにおける切り粉や、粉末の堆積が防止され、フープ材２２の連続成型が可能となり、製品の歩留まり及び品質の向上に寄与する。なお、スウェージングマシン２０による成型は、ダイス部２０Ａを回転させながら、フープ材２２を後述する最終巻取りローラ２１により引っ張りながら、ワイヤ貫通部２０Ｂまで通すことで成型作業を行う。また、ダイス部２０Ａは、異なるサイズのものに交換可能であり、様々なサイズのワイヤに対応することができる。

図１０は、成型された溶射用複合ワイヤを巻き取る最終巻取りローラ２１を示した側面図である。同図に示されるように、最終巻取りローラ２１は、巻取り用ローラ２１Ａと、電磁クラッチ２１Ｂ、モータ２１Ｃとを備えて構成されている。巻取り用ローラ２１Ａは、装置の架台上に取り付けられた軸受け２８によって、その回転軸３０が軸支されている。更に、回転軸３０は、電磁クラッチ２１Ｂを介してモータ２１Ｃと連結されている。最終巻取りローラ２１は、中間巻取りローラ１８よりも、その回転速度が速くなるように設定されているが、電磁クラッチ２１Ｂによって中間巻取りローラ１８と、最終巻取りローラ２１との間に生じる回転差を、クラッチを滑らせることによって吸収し、成型時におけるフープ材２２の切断を防止するとともに、フープ材２２の緩みを防止しながら、製品となった溶射用複合ワイヤを巻取り用ローラ２１Ａの外周面に巻き取っていく。

また、最終巻取りローラ２１は、スウェージングマシン２０による成型の際に必要な引張力と、中間巻取りローラ１８上でフープ材２２を滑らないようにする摩擦力だけを負担している。その結果、フープ材２２にかかる張力を、中間巻取りローラ１８の前後で分割させることができ、成型時におけるフープ材２２の切断を未然に防止することができる。なお、フープ材２２の板厚が０．５ｍｍ、幅１５ｍｍ、材質がアルミニウムの場合に、最終巻取りローラ２１に必要な引張力を実測すると、約７〜１０ｋｇであった。

図１１及び図１２は、前述した本実施形態に係る装置で製造した溶射用複合ワイヤの断面図である。図１１に示される溶射用複合ワイヤ３２は、ワイヤの製造速度が１ｍ／分のときに製造されたフッ化ピッチの粉末が充填されているワイヤであり、フッ化ピッチとフープ材２２との面積割合は、フープ材２２の板厚が０．５ｍｍ、幅１５ｍｍ、材質がアルミニウムの場合に、約３５パーセントである。この溶射用複合ワイヤ３２によって作製した溶射皮膜は、液滴法で測定した平均接触角が１３０°と、顕著な撥水性を示した。
一方、図１２に示される溶射用複合ワイヤ３４は、製造速度が３ｍ／分のときのワイヤである。図１１及び図１２に示されるように、フープ材２２の端部の重ね合わせ量は、製造速度を可変させることでコントロールすることができる。また、材料供給手段１６による粉末の供給量、フープ材２２の厚さ、製造速度を同時に調節することによって、ワイヤに充填される粉末の面積割合を所望値に設定することができる。

以上説明したように、本実施形態の溶射用複合ワイヤの製造装置によれば、平型フープ材２２に、溶射皮膜の機能発現物質である粉末を充填してなる溶射用複合ワイヤを連続的に製造することができるので、多種類の溶射用複合ワイヤの量産が可能となり、ワイヤ製造に要するコストの低減、生産性の向上に寄与する。

なお、前述した実施形態においては、最終成型をスウェージングマシン２０によって深絞り加工することによって行っているが、ワイヤ成型手段１４を構成するカセットローラダイスの組み合わせを適宜変更することにより、スウェージングマシン２０によらなくとも最終成型することが可能である。これによれば、製造速度を更に向上させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、溶射皮膜の機能発現物質となる粉末を、アルミニウムや亜鉛などの各種のフープ材に充填してなる溶射用複合ワイヤを、連続的に製造することができるようになり、量産性の向上に寄与するとともに、生産コストを低減することが可能である。

本実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置を示した正面図である。 同じく、本実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の平面図である。 同じく、本実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置のワイヤ成型手段を示す側面図である。 同じく、本実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置において、ワイヤ成型手段を構成するカセットローラダイス相互間の芯出しを行う場合の説明図である。 同じく、本実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置において、カセットローラダイスによるフープ材の成型作業を行う場合の説明図である。 同じく、本実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の粉末供給手段を示す正面図である。 同じく、本実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の粉末供給手段を示す側面図である。 同じく、本実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の中間巻き取りローラの側面図である。 同じく、本実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置のスウェージングマシンの側面図である。 同じく、本実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の最終巻取りローラの側面図である。 同じく、本実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置によって製造された溶射用複合ワイヤの断面図である。 同じく、本実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置によって製造された溶射用複合ワイヤの断面図である。

符号の説明

１０ 溶射用複合ワイヤ製造装置
１２ 巻き出しローラ
１２Ａ コイル押さえアーム
１２Ｂ 回転体
１２Ｃ 回転軸
１４ ワイヤ成型手段
１４Ａ〜１４Ｋ カセットローラダイス
１５ キー材
１６ 粉末供給手段
１６Ａ ホッパ
１６Ｂ 溝部
１６Ｃ 供給シュート
１６Ｃ´ 水平部
１６Ｃ´´ 垂直部
１６Ｄ 振動モータ
１７ ローラ
１８ 中間巻取りローラ
１８Ａ 巻取り用ローラ
１８Ｂ モータ
１８Ｃ 回転軸
２０ スウェージングマシン
２０Ａ ダイス部
２０Ｂ ワイヤ貫通部
２０Ｃ エア供給手段
２１ 最終巻取りローラ
２１Ａ 巻取り用ローラ
２１Ｂ 電磁クラッチ
２１Ｃ モータ
２２ 平型フープ材
２４Ａ ２４Ｂ ガイドロール
２６Ａ ボールスクリュー
２６Ｂ ハンドル
２８ 軸受け
３０ 回転軸
３２ ３４ 溶射用複合ワイヤ

Claims (1)

1. ワイヤの材料となるアルミニウム製の平型フープ材が巻回された巻き出しローラと、
   前記アルミニウム製の平型フープ材を、Ｕ字成型、片丸成型、丸型成型と順次、成型作業を行って該平型フープ材をチューブ状の溶射用複合ワイヤに成型する複数のローラダイスを組み合わせてなるワイヤ成型手段と、
   前記ローラダイスによって前記アルミニウム製の平型フープ材がＵ字成型されたときに、粉末状の機能発現物質を該平型フープ材上に供給する粉末供給手段と、
   前記ワイヤ成型手段の出口側に設けられ、該出口側から送られてくるワイヤを巻き取ることによって、該ワイヤ成型手段によるアルミニウム製の平型フープ材の成型作業に要する引張力を負担する中間巻取りローラと、
   前記ワイヤ成型手段によって成型された溶射用複合ワイヤを巻き取るとともに、前記中間巻取りローラ上におけるフープ材の滑りを防止する摩擦力を負担する最終巻取りローラと、
   前記最終巻取りローラの回転軸と同軸上に配置され、前記中間巻取りローラとの間に生じる回転差を吸収するクラッチと、を具備することを特徴とする溶射用複合ワイヤ製造装置。

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