JP5149683B2 - 溶射装置におけるワイヤ送給機構 - Google Patents

Description

本発明は、溶射材としてのワイヤを用いてシリンダボア面に溶射被膜を形成する溶射装置において、ワイヤリールに巻き取られたワイヤを解きほぐしながら送給するワイヤ送給機構に関する。

このようなワイヤ送給機構は、たとえば特許文献１に記載されているような、アーク放電によって溶射材を溶解させ、溶解した溶射材をガス流によって被溶射物へ噴きつける溶射装置において、溶射材であるワイヤを溶射ノズルへ供給するために用いられる。このワイヤ送給機構Ｘは、図５に示すように、ワイヤリール９１と、溶射装置Ｙにおける溶射ノズル９２の近傍に装備された送給ローラ９３とを備えて構成されており、送給ローラ９３から送りだされたワイヤ９４を、溶射ノズル９２へと供給している。ワイヤリール９１から繰り出されたワイヤ９４は通常、筒状のガイド部材９５内を通り、溶射装置Ｙまで導かれる。送給ローラ９３は、モータＭの駆動により回転する２つのローラからなり、この回転する２つのローラによってワイヤ９４を送り出している。ワイヤリール９１は、軸心にワイヤ９４が巻き取られており、送給ローラ９３によってワイヤ９４が引っ張られると、回転しながらワイヤ９４を繰り出す。通常、このワイヤリール９１には、ワイヤ９４供給の停止時にスムーズにワイヤ９４の繰り出しを止めることができるように、摩擦などによってワイヤ９４の繰り出し方向の回転に対して制動がかけられている。

しかしながら、ワイヤ送給機構Ｘにおいては、送給ローラ９３に比べてワイヤリール９１が重く、さらに制動がかかっているので、ワイヤ９４の送り出し開始時にワイヤリール９１の回転が立ち上がりにくく、ワイヤ９４が送給ローラ９３で滑るなど、ワイヤ９４の送り出しが不安定になることがあった。このため溶射装置Ｙにおいて、アーク放電開始時に適切にワイヤが供給されず、溶射が乱れてしまうことがあった。特に、シリンダボアの内面に溶射被膜を形成する場合、上記のように溶射が乱れると、高い精度が要求されるシリンダボアに適正な溶射被膜を形成することができない。

特開２００４−３１５９５８号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ワイヤの送り出し開始時から安定してワイヤを送給可能であり、シリンダボア内に適正な溶射被膜を形成することができる溶射装置におけるワイヤ送給機構の提供を課題としている。

本発明によって提供される溶射装置におけるワイヤ送給機構は、シリンダボア面に溶射被膜を形成するための溶射装置におけるワイヤ送給機構であって、ワイヤリールと、上記ワイヤリールから繰り出されるワイヤを送り出すための送給ローラと、上記ワイヤを繰り出す方向に上記ワイヤリールを回転させる駆動機構と、上記ワイヤリールから上記送給ローラまでを移動する上記ワイヤを拘束しつつ上記ワイヤの移動方向と交差する方向に移動可能であり、上記ワイヤリールから上記送給ローラまでの上記ワイヤの移動経路の長さを変化させることができるガイド機構と、上記ワイヤリールから上記送給ローラまでの上記ワイヤの移動経路が長くなる方向に上記ガイド機構を引っ張る張力付与手段と、上記ガイド機構の上記所定の方向における位置を検知する検知手段と、上記検知手段によって検知した上記ガイド機構の位置に応じて上記駆動機構を制御する制御手段と、を備えており、上記ワイヤリールから上記送給ローラまでの上記ワイヤの移動経路は、上記ワイヤリールから上記ワイヤが繰り出される方向と、上記送給ローラによる上記ワイヤの送り出し方向とが反対方向を向くようにループをなしていることを特徴とする。

好ましい実施の形態においては、上記制御手段は、基準位置に対して上記ワイヤリールから上記送給ローラまでの上記ワイヤの移動経路がさらに短くなる方向に上記ガイド機構が動くと、上記ワイヤリールの回転速度を増速させるように制御を行う。

さらに、好ましい実施の形態においては、上記制御手段は、基準位置に対して上記ワイヤリールから上記送給ローラまでの上記ワイヤの移動経路が短くなる方向へ上記ガイド機構が移動した距離に比例して、上記ワイヤリールの回転速度を増速するように制御を行う。

このような構成によれば、上記ガイド機構が上記ワイヤリールから上記送給ローラまでの上記ワイヤの移動経路が短くなるように移動可能なので、上記送給ローラから上記ワイヤを送り出し始めるときに、上記ワイヤリールからワイヤが繰り出される以前において、上記ワイヤリールから上記送給ローラまでの上記ワイヤの移動経路途中にあるワイヤを送り出すことができる。ガイド機構がこのように移動したことを上記検知手段が検知すると、上記駆動機構によって上記ワイヤリールの回転が増速される。さらに、上記ガイド機構は張力付与手段によって引っ張られているので、上記ワイヤリールの回転が増速され上記ワイヤが十分に繰り出されると、上記ガイド機構は上記ワイヤリールから上記送給ローラまでの上記ワイヤの移動経路が長くなるように移動し、ワイヤリールの増速状態が解除される。

また、好ましい実施の形態においては、上記ガイド機構は、上記ワイヤを挟んで位置する自由回転可能な２つのガイドローラを備えて構成されており、上記ガイドローラの各々の外周には、上記ワイヤを通すための溝が形成されている。このような構成によれば、上記ワイヤは上記溝に嵌まった状態となるので、上記２つのガイドローラの間から脱落しにくくなる。このため、上記ガイド機構は、安定して上記ワイヤを案内し、拘束することができる。さらに、上記ガイド機構は、上記２つのガイドローラを支持する支持部材が上記ワイヤの移動方向と交差する方向に沿って延びるガイドレールに案内保持されているのがよい。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１には、本発明に係る溶射装置におけるワイヤ送給機構の実施形態の一例を示している。溶射装置Ｂは、回転駆動モータＭ３、昇降駆動モータＭ４、回転体５１、溶射ノズル５２、支持体５３、軸受け５４、駆動ベルト５５、および、ガイドレール５６を備えており、回転体５１内に一対のワイヤ送給機構Ａを内蔵している。ワイヤ送給機構Ａは、ワイヤリール１０、送給ローラ２０、ガイド機構３０、ガイドレール４０、弾性部材４１、ポテンショメータ４２、制御手段４３、ガイド部材４４、および、モータＭ１，Ｍ２を備えており、ワイヤリール１０に巻き取られたワイヤ１１を送り出す装置である。なお、図１においては、回転体５１の内部を表示している。図２には図１のII-II線における断面図を示している。このワイヤ送給機構Ａによって送給されるワイヤ１１は、図３に示すように、溶射装置Ｂの溶射ノズル５２からシリンダブロック６０のシリンダボア６１の内面へ溶射される。

ワイヤリール１０は、横方向に延びる軸心１２を中心として回転可能なリールにワイヤ１１が巻き取られた形態を有しており、回転しながらワイヤ１１を上方に向けて繰り出すことができる。ワイヤリール１０の軸心１２は、駆動ベルト１３が連結されている。ワイヤ１１は、ガイド機構３０を経て下向きに方向を変え、筒状のガイド部材４４の内部を通って溶射ノズル５２に至っている。

モータＭ１は、ワイヤリール１０に駆動ベルト１３を介して連結されており、制御手段４３からの制御を受けながらワイヤリール１０を回転させるための速度制御可能なサーボモータである。モータＭ１および駆動ベルト１３は、本発明における駆動機構である。

送給ローラ２０は、少なくともいずれか一方がモータＭ２によって駆動される一対のローラを備え、この２つのローラにワイヤ１１を挟み、ワイヤ１１を送り出すことができる。

ガイド機構３０は、図１および図２に示すように、支持部材３１に設けた２つの支軸３４にそれぞれ回転可能に支持された２つのガイドローラ３２，３３を備えている。ガイド機構３０は、ガイドローラ３２，３３の外周どうしの間に、ワイヤリール１０から上方に繰り出されたループを描いて筒状のガイド部材４４に至る間のワイヤ１１を挟んでガイドするように構成されている。より詳しくは、２つの支軸３４は、ワイヤリール１０の軸心１２と平行関係を有しており、ワイヤリール１０の上方において、２つのガイドローラ３２，３３は、ワイヤ１１をワイヤリール１０の半径方向の内外方向から挟んでいる。支持部材３１はまた、ワイヤリール１０のほぼ半径方向に延びるガイドレール４０上に摺動可能に支持されている。図に示す実施形態では、ガイドレール４０は、ワイヤリール１０の上方において、上下方向に延びるように配置されている。支持部材３１は、弾性部材４１により、常時、ワイヤリール１０の半径方向外方（図１の上方）に向けて、弾性的にひっぱられている。ガイドローラ３２，３３の外周には溝３２ａ，３３ａが形成されており、ワイヤ１１はこの溝３２ａ，３３ａに嵌まった状態でガイドローラ３２，３３間に挟まれるので、ワイヤ１１はこのガイドローラ３２，３３の間から脱落しにくくなっている。これにより、ワイヤリール１０から送給ローラ２０に至る間のワイヤ１１は、ワイヤリール１０から送給ローラ２０までの経路長が長くなる方向に弾性的に引っ張られることになる。

弾性部材４１は、本発明における張力付与手段であり、支持部材３１と、この支持部材３１に対してワイヤリール１０から遠い位置にある回転体５１の天井板との間に介装された引っ張りコイルバネなどで構成することができる。この弾性部材４１により、ガイド機構３０は図１における上方、すなわち、ワイヤリール１０から送給ローラ２０までのワイヤの経路長が長くなる方向に弾性的に引っ張られる。

ポテンショメータ４２は、本発明における検知手段であり、ガイド機構３０の図１における上下方向における位置を検知するために、支持部材３１にその一端が取り付けられている。このポテンショメータ４２で検知したガイド機構３０の位置情報は制御手段４３に伝達される。なお、ガイド機構３０の位置は、所定の位置を基準位置とし、その基準位置からの移動量として検知される。

制御手段４３は、ポテンショメータ４２から伝達されるガイド機構３０の位置情報を受けて、ガイド機構３０がその基準位置から図１における下方へ動いた距離に比例してワイヤリール１０のワイヤ繰り出し方向への回転速度を増速させるようにモータＭ１の制御を行う。

回転体５１は、軸受け５４を介して支持体５３に、鉛直方向の軸を中心として回転可能に支持されている。この回転体５１は、駆動ベルト５５を介して、回転駆動モータＭ３により回転させられる。この回転体５１はその下端に溶射ノズル５２が連結されている。さらに、この溶射装置Ｂは、昇降駆動モータＭ４により、ガイドレール５６に沿って支持体５３を上下方向に平行移動させる昇降機構を備えている。

図３に示すように、溶射装置Ｂは、シリンダブロック６０のシリンダボア６１内に溶射ノズル５２を挿入し、その内面に溶射被膜を形成するのに用いられる。溶射ノズル５２は、チップ５７ａ，５７ｂとエアー噴出部５８とを備えている。チップ５７ａ，５７ｂは、それぞれに送り込まれたワイヤ１１を互いに近づくようにガイドしており、２本のワイヤ１１に電圧を加えることでアークを発生させる。このアーク放電によって溶解したワイヤ１１の溶滴を、エアー噴出部５８から噴出させたガス流によって飛散させることによって溶射が行われる。溶射ノズル５２を下部に保持する回転体５１は、上述のように昇降および回転が可能であるので、溶射ノズル５２を回転および昇降させつつワイヤ１１の溶滴を上記のように飛散させることにより、所定の上下寸法を有する円筒内面状のシリンダボア６１の内面に適正な溶射被膜を形成することができる。

次に、溶射装置Ｂにおけるワイヤ送給機構Ａの作用について説明する。

このような構成の溶射装置Ｂにおけるワイヤ送給機構Ａによれば、ワイヤ１１は、ワイヤリール１０から送給ローラ２０へ直線的に移動するのではなく、ガイド機構３０を経由して移動し、常に緩やかな円弧を描くようにたるみを保持している。このようなワイヤ１１のたるみ量に応じて、ガイド機構３０の上下位置が変動する。ガイド機構３０を上方に向けて引っ張る弾性部材４１が所定の弾性伸長状態にあるときのガイド機構３０の位置を基準位置とし、この基準位置に対するガイド機構３０の移動状態に応じて、ワイヤリール１０の回転が制御される。

溶射装置Ｂの動作開始にあたっては、モータＭ２による送給ローラ２０の駆動によりワイヤ１１が溶射ノズル５２から送り出されるが、ワイヤリール１０から送給ローラ２０までのワイヤ１１には、上記のようにたるみがあるので、ワイヤリール１０が未だ停止していても、上記のたるみが吸収されるようにして、送給ローラ２０との間にすべりが生じるといった問題なくワイヤ１１を送り出すことができる。送給ローラ２０を回転させるモータＭ２として、小出力の小型のものを使用することができる。

上記のようにワイヤ１１の送給が継続すると、ワイヤ１１のたるみが減少し、ガイド機構３０が弾性部材４１の弾力に抗して下方に移動する。そして、ガイド機構３０の位置が上記基準位置より下方に移動したことがポテンショメータ４２により検知されると、ワイヤ１１のたるみ量を増加させるように、制御手段４３はモータＭ１を制御してワイヤリール１０をワイヤ１１の繰り出し方向に回転させ、必要に応じてその回転速度を増速させる。すなわち、ガイド機構３０の基準位置から下方への移動量に比例して、ワイヤリール１１の回転を増速させる。このようにすることにより、迅速にガイド機構３０を基準位置に戻し、ワイヤ１１のたるみ量を適正な量に戻すことができる。そうして、ガイド機構３０が基準位置に戻ったことが検知されると、制御手段４３はモータＭ１を制御し、ワイヤリール１０の回転を所定のように減速させるか、もしくは、停止させる。そして、さらに送給ローラ２０によるワイヤ１１の送給が継続してガイド機構３０が基準位置より下方に移動すると、制御手段４３は、上記の制御を繰り返す。

このように、上記構成のワイヤ送給機構Ａにおいては、送給ローラ２０の回転状態をワイヤリール１０の回転の制御入力情報として用いていないにもかかわらず、簡単な構成により、送給ローラ２０によるワイヤ１１の送給が間欠的であっても、継続的であっても、あるいは送給速度に変動があっても、あるいは、ワイヤリール１０におけるワイヤ１１の巻き径が変動しても、送給ローラ２０とワイヤ１１との間のすべりを生じさせることなく、適正かつ安定して、ワイヤ１１を溶射ノズル５２から送り出すことができる。

したがって、このワイヤ送給機構Ａを用いて溶射ノズル５２にワイヤ１１を送給すれば、溶射開始時にワイヤ破片の付着が激減し、被覆品質を高く保持することが可能となる。さらに、チップなどへの負担が減り、結果としてシリンダボア内面に適正な溶射被膜を形成し、その寿命を延ばす効果が生じる。

本発明に係るワイヤ送給装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る溶射装置におけるワイヤ送給機構の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば、上記の実施形態では、支持部材３１がガイドレール４０に沿って動くことでガイド機構３０を移動可能としているが、他の方法を用いてもよい。また、上記の実施形態ではワイヤ送給機構Ａの制御手段として、ガイド機構３０の基準位置からの移動量に比例してワイヤリール１０を増速しているが、積分などの他の計算方法に沿って増速してもよい。

また、ワイヤ送給機構における張力付与手段として、図４示すようなおもり７１を吊り下げた滑車７０を用いてもよい。

本発明に係る溶射装置におけるワイヤ送給機構の一例を示す図である。 図１のII-II線に沿う断面図である。 図１の溶射装置が使用されるシリンダブロックを示す斜視図である。 本発明に係る張力付与手段の別の実施例を示す図である。 従来のワイヤ送給装置の平面図である。

符号の説明

Ａ ワイヤ送給機構
Ｂ 溶射装置
Ｍ１，Ｍ２ モータ（駆動機構）
Ｍ３ 回転駆動モータ
Ｍ４ 昇降駆動モータ
１０ ワイヤリール
１１ ワイヤ
１２ 軸心
１３ 駆動ベルト
２０ 送給ローラ
３０ ガイド機構
３１ 支持部材
３２，３３ ガイドローラ
３２ａ，３３ａ 溝
３４ 支軸
４０ ガイドレール
４１ 弾性部材
４２ ポテンショメータ
４３ 制御手段
４４ ガイド部材
５１ 回転体
５２ 溶射ノズル
５３ 支持体
５４ 軸受け
５５ 駆動ベルト
５６ ガイドレール
５７ａ，５７ｂ チップ
５８ エアー噴出部
６０ シリンダブロック
６１ シリンダボア
７０ 滑車
７１ おもり

Claims (5)

1. シリンダボア面に溶射被膜を形成するための溶射装置におけるワイヤ送給機構であって、
   ワイヤリールと、上記ワイヤリールから繰り出されるワイヤを送り出すための送給ローラと、
   上記ワイヤを繰り出す方向に上記ワイヤリールを回転させる駆動機構と、
   上記ワイヤリールから上記送給ローラまでを移動する上記ワイヤを拘束しつつ上記ワイヤの移動方向と交差する方向に移動可能であり、上記ワイヤリールから上記送給ローラまでの上記ワイヤの移動経路の長さを変化させることができるガイド機構と、
   上記ワイヤリールから上記送給ローラまでの上記ワイヤの移動経路が長くなる方向に上記ガイド機構を引っ張る張力付与手段と、
   上記ガイド機構の上記所定の方向における位置を検知する検知手段と、
   上記検知手段によって検知した上記ガイド機構の位置に応じて上記駆動機構を制御する制御手段と、を備えており、
   上記ワイヤリールから上記送給ローラまでの上記ワイヤの移動経路は、上記ワイヤリールから上記ワイヤが繰り出される方向と、上記送給ローラによる上記ワイヤの送り出し方向とが反対方向を向くようにループをなしていることを特徴とする、溶射装置におけるワイヤ送給機構。
2. 上記制御手段は、基準位置に対して上記ワイヤリールから上記送給ローラまでの上記ワイヤの移動経路がさらに短くなる方向に上記ガイド機構が動くと、上記ワイヤリールの回転速度を増速させるように制御を行う、請求項１に記載の溶射装置におけるワイヤ送給機構。
3. 上記制御手段は、基準位置に対して上記ワイヤリールから上記送給ローラまでの上記ワイヤの移動経路が短くなる方向へ上記ガイド機構が移動した距離に比例して、上記ワイヤリールの回転速度を増速するように制御を行う、請求項２に記載の溶射装置におけるワイヤ送給機構。
4. 上記ガイド機構は、上記ワイヤを挟んで位置する自由回転可能な２つのガイドローラを備えて構成されており、上記ガイドローラの各々の外周には、上記ワイヤを通すための溝が形成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の溶射装置におけるワイヤ送給機構。
5. 上記ガイド機構は、上記２つのガイドローラを支持する支持部材が上記ワイヤの移動方向と交差する方向に沿って延びるガイドレールに案内保持されている、請求項４に記載の溶射装置におけるワイヤ送給機構。

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