JP5470925B2 - 溶射皮膜形成装置及びワイヤへの給電方法 - Google Patents

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、溶射ガンの旋回による遠心力を受けて前記ワイヤと接触する接触状態を維持し且つ遠心力が解放された時に前記ワイヤと非接触となる導電性を有した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、溶射ガンの旋回による遠心力でコンタクトチップをワイヤに接触させて、該ワイヤに給電する。

本発明の溶射皮膜形成装置によれば、旋回する溶射ガンの回転に伴う遠心力によりコンタクトチップをワイヤに接触させているので、遠心力に応じて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。また、本発明によれば、遠心力を使用したコンタクトチップのワイヤに対する給電方式であるので、簡単な構造でワイヤに給電することが可能となる。

本発明のワイヤへの給電方法によれば、溶射ガンの旋回による遠心力でコンタクトチップをワイヤに接触させて該ワイヤに給電するので、遠心力に応じて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。

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を示し、図１のＡ−Ａにおける拡大断面図である。 図３は実施形態１を示し、図２のコンタクトチップ部分の要部拡大斜視図である。 図４は実施形態２を示し、図１のＡ−Ａにおける拡大断面図である。 図５は実施形態２を示し、図４のコンタクトチップ部分の要部拡大斜視図である。

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は図１のＡ−Ａにおける拡大断面図、図３は図２の電極部分の要部拡大斜視図である。

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。また、溶射ガン２の先端側には、プラズマにより燃焼されるプラズマガスを噴射するガス噴出孔（図示は省略する）と、このガス噴出孔を中心としてその周りを取り囲むようにエアー噴出孔とが形成されている。

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。

ガス供給手段は、プラズマ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。プラズマガスは、溶射ガン２の先端に形成されたガス噴出孔（図示は省略する）から噴出される。アトマイズエアーは、ガス噴出孔の周囲を取り囲むように設けられた複数のエアー噴出孔のそれぞれ噴出される。

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の近傍に固定されている。一方の電極は、コンタクトチップ１４からなる。

コンタクトチップ１４は、図２及び図３に示すように、ワイヤ３と接触する金属ローラ１５と、この金属ローラ１５を回転自在に支持すると共に旋回する溶射ガン２の遠心力Ｆで該金属ローラ１５をワイヤ３に接触させる方向に移動自在とするローラ支持部材１６と、溶射ガン２の旋回停止時に金属ローラ１５をワイヤ３から引き離して非接触状態とする付勢手段であるコイルスプリング１７と、金属ローラ１５のワイヤ３に対する接触圧を調整する調整手段である錘１８と、により構成されている。

金属ローラ１５は、導電性を有した金属材料からなり、円柱状をなすローラとして形成されている。この金属ローラ１５の軸方向両端には、前記ローラ支持部材１６に取り付けられる回転軸１９が突設されている。かかる金属ローラ１５は、ワイヤ進行方向（図３中矢印Ｙで示す方向）に対して略直角に回転軸１９を持ち、ワイヤ３を送り出す方向に回転するようになっている。

ローラ支持部材１６は、ワイヤ３を貫通させる貫通孔２０を形成する両腕部１６Ａ、１６Ｂと、これら両腕部１６Ａ、１６Ｂを連結する連結部１６Ｃとにより平面視略Ｙ字体として形成されている。このローラ支持部材１６は、導電性を有した金属材料からなる。両腕部１６Ａ、１６Ｂの先端側には、前記貫通孔２０に向かう面に前記回転軸１９をそれぞれ挿入させる取付け穴２１が形成されている。このローラ支持部材１６は、溶射ガン２の中心に貫通する円形孔部２２Ａと矩形孔部２２Ｂからなる貫通孔２２に挿入配置されている。前記円形孔部２２Ａには、金属ローラ１５を回転自在に取り付けた両腕部１６Ａ、１６Ｂが配置されている。前記矩形孔部２２Ｂには、連結部１６Ｃとコイルスプリング１７とが配置されている。

コイルスプリング１７は、一端をローラ支持部材１６の連結部１６Ｃの基端に固定し、他端を矩形孔部２２Ｂの底面に固定させて、前記矩形孔部２２Ｂ内に配置されている。かかるコイルスプリング１７は、溶射ガン２の旋回停止時に金属ローラ１５をワイヤ３から引き離して非接触状態とするように前記ローラ支持部材１６を付勢する。溶射ガン２が旋回停止した状態では、コイルスプリング１７にてローラ支持部材１６がガン中心側へ付勢されるが、金属ローラ１５及びローラ支持部材１６の何れも前記ワイヤ３に対しては非接触状態を保つ。

錘１８は、ローラ支持部材１６の連結部１６Ｃの上に固定されている。この錘１８は、溶射ガン２が旋回することにより受ける遠心力Ｆでローラ支持部材１６がガン中心から外側へと移動することにより、その先端に取り付けた金属ローラ１５を前記ワイヤ３に接触させる接触圧を適正化するのに使用される。前記ワイヤ３に対する金属ローラ１５の接触圧が大きい場合は、錘１８の重量を軽くし、反対に接触圧が小さい場合は、錘１８の重量を重くする。

このように構成されたコンタクトチップ１４では、電源部１２のプラス極に接続される電流供給線２２が溶射ガン２とローラ支持部材１６との間を接続するように設けられている。この電線供給線２２から供給された電流は、ローラ支持部材１６を介して金属ローラ１５に伝達され、この金属ローラ１５がワイヤ３に接触することで、当該ワイヤ３がプラス極となる。

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、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。すると、溶射ガン２の旋回による遠心力Ｆを受けてローラ支持部材１６がガン中心から外側へ移動し、そのローラ支持部材１６の先端に取り付けた金属ローラ１５が、前記溶射ガン２の中央に送給されるワイヤ３と接触する。この金属ローラ１５とワイヤ３との接触状態が維持された状態で、一方の電極となるワイヤ３とガス噴出孔近傍に設けた電極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。この一方、ガス供給部９からプラズマガスを前記溶射ガン２のガス噴出孔に向かって供給する。ガス噴出孔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。

次に、ワイヤ供給手段によってワイヤ３を送給し、前記燃焼炎によってワイヤ３を溶融する。そして、エアー供給部１０からアトマイズエアーを前記溶射ガン２のエアー噴出孔に向かって供給する。溶融された溶融金属は、エアー噴出孔から噴出された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のコンタクトチップ１４では、ワイヤ３の送給量が変動しても、旋回する溶射ガン２の遠心力Ｆにより金属ローラ１５をワイヤ３に対して常に接触させることができ、ワイヤ３とコンタクトチップ１４との接触状態を安定化させることができる。

また、金属ローラ１５は、ワイヤ進行方向に対して略直角に回転軸１９を持つローラとされており、ワイヤ３を送り出すように回転するため、摩耗ポイントがローラの周方向に均等に発生することになり、接触面の安定化及び金属ローラ１５の寿命延長が図れる。また、金属ローラ１５がワイヤ３との摺接等で摩耗しても、旋回する溶射ガン２の遠心力Ｆで金属ローラ１５がワイヤ３に対して接触状態を維持するから、従来のような摩耗で通電状態が不安定になることを抑制できる。

また、金属ローラ１５のワイヤ３に対する接触圧を調整する調整手段である錘１８がローラ支持部材１６に設けられているので、この錘１８の重量の適正化により、常に金属ローラ１５をワイヤ３に押し付けて接触状態を維持させることができる。

そして、溶射皮膜形成後は、電圧印加を解除してプラズマを消火し、溶射ガン２の旋回及びワイヤ３の送給を停止する。溶射ガン２の旋回が停止すると、コイルスプリング１７が作用して前記ローラ支持部材１６をガン中心へと移動させ、金属ローラ１５をワイヤ３から引き離して、これら金属ローラ１５とワイヤ３とが非接触状態となる。これにより、溶射ガン２の旋回停止時に、金属ローラ１５がワイヤ３に対して非接触状態となるから、ワイヤ交換時にワイヤ３を抜いて交換することが容易になる。溶射ガン２にコンタクトチップを固定した場合は、コンタクトチップを分解してワイヤ交換をした後、再組立を行う面倒な作業が必要になるが、実施形態１ではそのような面倒な作業が不要になる。

「実施形態２」
実施形態２は、実施形態１のコンタクトチップの形状違いの例である。図４は実施形態２を示し、図１のＡ−Ａにおける拡大断面図、図５は図４のコンタクトチップ部分の要部拡大斜視図である。実施形態１のコンタクトチップ１４と同一機能をする部材には、この実施形態２のコンタクトチップでも同一の符号を付し、その説明は省略するものとする。

実施形態２のコンタクトチップ１４は、金属ローラ１５を、ワイヤ進行方向と同一方向に回転軸１９を持つローラとし、前記ワイヤ３の周囲を回転させる点を、実施形態１との相違部分としている。実施形態２のローラ支持部材１６は、平面視略コ字状をなす２本の腕部１６Ａ、１６Ｂ及びこれら腕部１６Ａ、１６Ｂを接続する接続部１６Ｄと、コイルスプリング１７が取付けられる連結部１６Ｃとからなる。一方の腕部１６Ａには、金属ローラ１５を回転自在に取り付けるためのスリット２３が形成されている。金属ローラ１５は、実施形態１で使用した円柱形状をなすローラではなく、長さの短いコロのような形状とされている。この金属ローラ１５は、それ自身の持つ回転軸１９をワイヤ３の進行方向（図５中矢印Ｙで示す方向）と同一方向に配置している。

このように構成されたコンタクトチップ１４では、溶射ガン２が旋回すると、この溶射ガン２の旋回による遠心力Ｆを受けてローラ支持部材１６が外側へ移動し、前記ローラ支持部材１６の先端に設けた金属ローラ１５がワイヤ３に接触する。金属ローラ１５は、溶射ガン２の中央を送給されるワイヤ３に接触することで、該金属ローラ１５とワイヤ３との接触抵抗により、前記回転軸１９を中心としてこのワイヤ３の周囲を図５中矢印Ｚ方向に回転する。

このように、金属ローラ１５がワイヤ３の周囲を回転するため、摩耗ポイントがローラ表面に均等に発生し、接触面の安定化及び金属ローラ１５の寿命延長が図れる。

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
１３…電極（他方の電極）
１４…コンタクトチップ（一方の電極）
１５…金属ローラ
１６…ローラ支持部材
１７…コイルスプリング（付勢手段）
１８…錘（調整手段）
１９…回転軸（金属ローラの回転軸）

Claims (7)

1. 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、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、溶融した溶融金属を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、
   前記溶射ガンの旋回による遠心力を受けて前記ワイヤと接触する接触状態を維持し且つ導電性を有した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、前記ワイヤと接触する金属ローラと、この金属ローラを回転自在に支持すると共に旋回する前記溶射ガンの遠心力で前記金属ローラを前記ワイヤに接触させる方向に移動自在に前記溶射ガンに取り付けられたローラ支持部材と、からなる
   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、
   前記ローラ支持部材は、前記溶射ガンの旋回停止時に、前記金属ローラを前記ワイヤから引き離して非接触状態とする付勢手段により付勢されている
   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、
   前記ローラ支持部材には、前記金属ローラの前記ワイヤに対する接触圧を調整する調整手段が設けられている
   ことを特徴とする溶射皮膜形成装置。
5. 少なくとも請求項２から請求項４の何れか１項に記載の溶射皮膜形成装置であって、
   前記金属ローラは、ワイヤ進行方向に対して略直角に回転軸を持つローラとされ、前記ワイヤを送り出すように回転する
   ことを特徴とする溶射皮膜形成装置。
6. 少なくとも請求項２から請求項４の何れか１項に記載の溶射皮膜形成装置であって、
   前記金属ローラは、ワイヤ進行方向と同一方向に回転軸を持つローラとされ、前記ワイヤの周囲を回転する
   ことを特徴とする溶射皮膜形成装置。
7. 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、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てこれら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、溶融した溶融金属を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ワイヤへの給電方法において、
   前記溶射ガンの旋回による遠心力で前記コンタクトチップを、前記ワイヤに接触させて、該ワイヤに給電する
   ことを特徴とするワイヤへの給電方法。

Images