JP5822218B1 - 放電被覆方法及び放電被覆装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 放電被覆作業の開始当初や再開時における不良の発生を良好に低減して、被覆の均一性の向上を図る。【解決手段】 作業者が、アプリケータ１３の電極材１１の先端部を導電性ワークＷの被覆する部位に押しつけて接触させると、安全装置１１５による通電停止が解除され、サイリスタ制御回路１０８からの制御パルス信号に基づいてサイリスタ１０６がターンオンする。これにより、出力用コンデンサ１０５の充電電力がパルス電圧として電極材１１に印加されるようになる。その際に、ソフトスタート回路１０９によって、放電被覆開始時における出力用コンデンサ１０５への定電流回路１０４からの印加電圧が徐々に上昇する。また、電圧検知回路１０７によって、出力用コンデンサ１０５の充電電圧が均一化される。このため、電極材１１が十分に高温となってか均一な火花放電が開始されるようになり、導電性ワークＷに対する被覆の均一性が向上し、不良の発生が低減される。【選択図】図３
Description
本発明は、導電性ワークの表面にある磨耗部分や欠損部分、導電性ワークの表面の改質に対して放電被覆により被覆補修、被覆改質を行う放電被覆方法及び放電被覆装置の改良に関する。
火花放電に伴う高温を利用して、金属や炭化物セラミックなどの電極材を、金型などの導電性ワークに放電被覆する背景技術としては、例えば下記特許文献１記載の「金属部材の肉盛り補修方法、その補修方法によって補修された金属部材及び補修装置」がある。これは、不活性ガスシールド雰囲気中で電極材を被覆して補修を行うようにしたもので、商業電源及び不活性ガスであるアルゴンガスボンベに接続された制御装置と、そのパルス電圧出力端子にアプリケータケーブルを介して接続された電極回転式アプリケータと、前記制御装置のアース端子にアースケーブルを介して接続されたワーク把持具とによって補修装置が構成されている。
前記制御装置は、整流回路，パワーコントロール回路，安全回路等を収容しており、コンデンサに充電された電力がサイリスタなどで所定周波数のパルス電圧に変換され、これが電極材に印加されるようになっている。電極回転式アプリケータは、円筒状の本体部と、その後端部の下方に突設された把持部とからなっており、本体部内に設けられたモータによってその先端の電極材が回転自在となっている。
電極材をワークの被補修面に近接させると両者の間で火花放電が生ずる。この火花放電によってプラス電位の電極材を溶融させ、マイナス電位とした導電性のワークの表面にアルゴンガスのシールド雰囲気中で被覆する。電極材はプラス電位に帯電しているので、マイナス電位のワークの表面に吸引され、ワークの表面に接触して電極材の一部が堆積するようになり、電極材層が形成される。このとき、電極材が回転しているので、その先端がワークの表面に融着することを防止でき、円滑に肉盛り作業が行えるとともに、形成される電極材層が均一で表面も滑らかとなる。
以上のように、電極材とワークとの間に火花放電を生じさせて電極材を溶融させ、ワークの被補修面に堆積を行うのであるが、放電被覆の作業開始当初や、作業を一時的に中断して、一定時間経過後に再開するような場合、火花放電を行っても電極材が十分高温に達しないために溶融せず、ワークに凹状の傷を付けたり、肉盛りが均一にならないといった不都合が生ずることがある。また、コンデンサの充電電圧が変動すると、火花放電も不均一となり、肉盛りも不均一となる恐れがある。
本発明は、かかる点に着目したもので、その目的は、放電被覆作業の開始当初や再開時における不良の発生を良好に低減して、被覆の均一性の向上を図ることである。他の目的は、コンデンサの充電を十分に行うことで、不良の発生を良好に低減して、被覆の均一性の向上を図ることである。
本発明は、電極材と導電性ワークとの間に、コンデンサの充電電力による放電を生じさせることで、前記電極材を溶融させ、前記導電性ワークに被覆を施す放電被覆方法又は放電被覆装置において、放電被覆開始時ないし再開時に、前記コンデンサの充電時に印加される充電電圧を徐々に上昇させ、前記電極材と前記導電性ワークとの間に、放電被覆通常動作時より低い前記コンデンサの充電電力を徐々に上昇させて放電を生じさせるソフトスタート制御手段を設けたことを特徴とする。
他の発明は、同様の放電被覆方法又は放電被覆装置において、放電被覆開始時ないし再開時に、前記コンデンサに印加される充電電圧が、満充電時よりも低い電圧であって、所定電圧以上に達したときは、前記コンデンサの充電電力を放電する電圧検知制御手段を設けたことを特徴とする。
主要な形態の一つによれば、前記コンデンサへの充電電流を、定電流回路によって制御することを特徴とする。他の形態によれば、前記電極材が、回転もしくは振動することを特徴とする。更に他の形態によれば、前記電極材と前記導電性ワークとの間の放電が、所定周波数のパルス電圧の印加によって行われることを特徴とする。更に他の形態によれば、前記電極材は、その先端部を除いて筒体に被覆され、この筒体内から前記電極材の前記先端部へ向かって噴き出される流体によるシールド雰囲気中で前記放電が行われることを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
即ち、請求項１記載の放電被覆方法は、電極材と導電性ワークとの間に、コンデンサの充電電力による放電を生じさせることで、前記電極材を溶融させ、前記導電性ワークに被覆を施す放電被覆方法において、放電被覆開始時ないし再開時に、前記コンデンサの充電時に印加される充電電圧を徐々に上昇させ、前記電極材と前記導電性ワークとの間に、放電被覆通常動作時より低い前記コンデンサの充電電力を徐々に上昇させて放電を生じさせるものである。
また、請求項２記載の放電被覆方法は、電極材と導電性ワークとの間に、コンデンサの充電電力による放電を生じさせることで、前記電極材を溶融させ、前記導電性ワークに被覆を施す放電被覆方法において、放電被覆開始時ないし再開時に、前記コンデンサに印加される充電電圧が、満充電時よりも低い電圧であって、所定電圧以上に達したときは、前記コンデンサの充電電力を放電するものである。
また、請求項３記載の放電被覆方法は、請求項１〜２のいずれか一項に記載の放電被覆方法において、コンデンサへの充電電流を、定電流制御回路によって制御するものである。
また、請求項４記載の放電被覆装置は、電極材と導電性ワークとの間に、コンデンサの充電電力による放電を生じさせることで、前記電極材を溶融させ、前記導電性ワークに被覆を施す放電被覆装置において、放電被覆開始時ないし再開時に、前記コンデンサの充電時に印加される充電電圧を徐々に上昇させ、前記電極材と前記導電性ワークとの間に、放電被覆通常動作時より低い前記コンデンサの充電電力を徐々に上昇させて放電を生じさせるソフトスタート制御手段を設けたものである。
また、請求項５記載の放電被覆装置は、電極材と導電性ワークとの間に、コンデンサの充電電力による放電を生じさせることで、前記電極材を溶融させ、前記導電性ワークに被覆を施す放電被覆装置において、放電被覆開始時ないし再開時に、前記コンデンサに印加される充電電圧が、満充電時よりも低い電圧であって、所定電圧以上に達したときは、前記コンデンサの充電電力を放電する電圧検知制御手段を設けたものである。
また、請求項６記載の放電被覆装置は、請求項４〜５のいずれか一項に記載の放電被覆装置において、コンデンサへの充電電流を、定電流制御回路によって制御するものである。
また、請求項７記載の放電被覆装置は、請求項４〜６のいずれか一項に記載の放電被覆装置において、前記電極材が、回転もしくは振動するものである。
また、請求項８記載の放電被覆装置は、請求項４〜７のいずれか一項に記載の放電被覆装置において、前記電極材と前記導電性ワークとの間の放電が、所定周波数のパルス電圧の印加によって行われるものである。
また、請求項９記載の放電被覆装置は、請求項４〜８のいずれか一項に記載の放電被覆装置において、前記電極材は、その先端部を除いて筒体に被覆され、この筒体内から前記電極材の前記先端部へ向かって噴き出される流体によるシールド雰囲気中で前記放電が行われるものである。
また、請求項２記載の放電被覆方法は、電極材と導電性ワークとの間に、コンデンサの充電電力による放電を生じさせることで、前記電極材を溶融させ、前記導電性ワークに被覆を施す放電被覆方法において、放電被覆開始時ないし再開時に、前記コンデンサに印加される充電電圧が、満充電時よりも低い電圧であって、所定電圧以上に達したときは、前記コンデンサの充電電力を放電するものである。
また、請求項３記載の放電被覆方法は、請求項１〜２のいずれか一項に記載の放電被覆方法において、コンデンサへの充電電流を、定電流制御回路によって制御するものである。
また、請求項４記載の放電被覆装置は、電極材と導電性ワークとの間に、コンデンサの充電電力による放電を生じさせることで、前記電極材を溶融させ、前記導電性ワークに被覆を施す放電被覆装置において、放電被覆開始時ないし再開時に、前記コンデンサの充電時に印加される充電電圧を徐々に上昇させ、前記電極材と前記導電性ワークとの間に、放電被覆通常動作時より低い前記コンデンサの充電電力を徐々に上昇させて放電を生じさせるソフトスタート制御手段を設けたものである。
また、請求項５記載の放電被覆装置は、電極材と導電性ワークとの間に、コンデンサの充電電力による放電を生じさせることで、前記電極材を溶融させ、前記導電性ワークに被覆を施す放電被覆装置において、放電被覆開始時ないし再開時に、前記コンデンサに印加される充電電圧が、満充電時よりも低い電圧であって、所定電圧以上に達したときは、前記コンデンサの充電電力を放電する電圧検知制御手段を設けたものである。
また、請求項６記載の放電被覆装置は、請求項４〜５のいずれか一項に記載の放電被覆装置において、コンデンサへの充電電流を、定電流制御回路によって制御するものである。
また、請求項７記載の放電被覆装置は、請求項４〜６のいずれか一項に記載の放電被覆装置において、前記電極材が、回転もしくは振動するものである。
また、請求項８記載の放電被覆装置は、請求項４〜７のいずれか一項に記載の放電被覆装置において、前記電極材と前記導電性ワークとの間の放電が、所定周波数のパルス電圧の印加によって行われるものである。
また、請求項９記載の放電被覆装置は、請求項４〜８のいずれか一項に記載の放電被覆装置において、前記電極材は、その先端部を除いて筒体に被覆され、この筒体内から前記電極材の前記先端部へ向かって噴き出される流体によるシールド雰囲気中で前記放電が行われるものである。
本発明によれば、放電被覆開始時における電極材印加電圧を徐々に上昇させ、あるいは、出力用コンデンサの充電電圧を均一化することしたので、放電被覆作業の開始当初や再開時における不良の発生が良好に低減されるとともに、被覆の均一性が向上する。
以下、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
図１には本発明に係る放電被覆方法に使用する放電被覆装置の一実施例の全体が示されており、図２にはアプリケータの構成が示されている。また、図３には、装置本体の構成が示されている。これらの図において、放電被覆装置１０は、金型などの導電性ワークないし金属ワークＷの対象面Ｗ１に生じた磨耗部分や欠損部分に対して放電被覆による被覆層を複数重ねた肉盛り補修を行うもので、装置本体１２とアプリケータ１３とを有して構成される。
また、放電被覆装置１０は、導電性ワークの表面の改質に対して放電被覆により被覆改質を行うものにも同様に適用することができる。
アプリケータ１３には、電極材１１（電極材１１は、例えば、図２記載のような棒状のもの、又は、図示しないディスク状のもの、又は、図示しない球状のものがある。）が具備される。装置本体１２は、単相電力（ＡＣ１００Ｖ）用のコンセント１４を備え、前面パネルに電源スイッチ１５，出力電圧切換摘み１６，出力電力切換スイッチ１７，周波数調整摘み１８，及び出力部１９を有する。
また、放電被覆装置１０は、導電性ワークの表面の改質に対して放電被覆により被覆改質を行うものにも同様に適用することができる。
アプリケータ１３には、電極材１１（電極材１１は、例えば、図２記載のような棒状のもの、又は、図示しないディスク状のもの、又は、図示しない球状のものがある。）が具備される。装置本体１２は、単相電力（ＡＣ１００Ｖ）用のコンセント１４を備え、前面パネルに電源スイッチ１５，出力電圧切換摘み１６，出力電力切換スイッチ１７，周波数調整摘み１８，及び出力部１９を有する。
電源スイッチ１５は、主電源をオン・オフするものであり、また、出力電圧切換摘み１６は、後述のトランス１０１（図３）の二次側電圧を、例えば50V，100V，150V，200Vなどに切り換えるものである。出力電力切換スイッチ１７は、後述の出力用コンデンサ１０５（図３）の容量を変更して、電極材１１へ出力される放電のための電気エネルギーレベルを変更するものである。また、周波数調整摘み１８は、後述のサイリスタ制御回路１０８（図３）に連結される。
上記出力部１９は、端子群２０，アース端子２１，ガス送出口２２を有している。端子群２０は、電極材１１への上記パルス電圧の出力端子や、アプリケータ１３内の電動モータへ供給される駆動電源の端子などを一体に備えたものである。この端子群２０は、電源ケーブル２３を介してアプリケータ１３に接続され、電極材１１にはパルス電圧が、電動モータ２９には駆動電力がそれぞれ供給されるようになっている。
アース端子２１にはアースケーブル２４が接続され、このアースケーブル２４の先端にクリップ２５が取り付けられている。このクリップ２５が、図２に示すように導電性ワークＷを把持することによって、導電性ワークＷはアース端子２１に接続され、グランド電位に設定されて負極として機能する。一方、ガス送出口２２にはガスホース２６が接続され、このガスホース２６は電源ケーブル２３に一体化されてアプリケータ１３に導かれる。装置本体１２にはガスボンベ２７が接続されており、このガスボンベ２７内に充填された流体としての不活性ガス（例えばアルゴンガス）が装置本体１２及びガスホース２６を経てアプリケータ１３へ供給されるようになっている。
次に、アプリケータ１３は、図２に示すように、ケーシング２８の中央部分に電動モータ２９が内蔵されており、その回転軸３５の先端側にチャック３０が設けられている。チャック３０には電極材１１が把持されており、電動モータ２９によって電極材１１が連続的に回転するようになっている。
また、ケーシング２８の後端側には、基板３１が内蔵されている。この基板３１には、オン・オフスイッチ３２，正逆転切換スイッチ３３，速度調整装置３４がそれぞれ取り付けられている。オン・オフスイッチ３２は、そのオン・オフ動作により、装置本体１２から電動モータ２９への駆動電力の供給・停止を行う。正逆転切換スイッチ３３は、電動モータ２９の正転・逆転を切り換える。更に、速度調整装置３４は、電動モータ２９の回転数を調整するものであり、０〜数千若しくは数万rpm（例えば600〜8000rpm）の範囲で、その回転数が調整される。
上述した電動モータ２９の回転軸３５の外側には、給電ブラシ３７が配設されている。この給電ブラシ３７は、電動モータ２９との間に介在する圧縮スプリング３８の付勢力によってチャック３０側に圧接されている。給電ブラシ３７には、電源ケーブル２３からの給電線３９が接続されており、装置本体１２から電源ケーブル２３，給電線３９，給電ブラシ３７，チャック３０を介して、電極材１１に放電のためのパルス電圧が供給されるようになっている。
次に、電源ケーブル２３に一体化されたガスホース２６は、アプリケータ１３のケーシング２８内に延在されて、その先端がチャック３０近傍に至る。一方、ケーシング２８の先端側には、筒体としてのスリーブキャップ４０が嵌着される。このスリーブキャップ４０は、チャック３０に把持された電極材１１の先端部を除いて、当該電極材１１を非接触状態で被覆する。ガスボンベ２７から装置本体１２及びガスホース２６を介してアプリケータ１３に導入された不活性ガスは、ガスホース２６の先端からスリーブキャップ４０内に至り、このスリーブキャップ４０から電極材１１の先端部へ向かって噴き出すようになっている。
次に、装置本体１２は、図３に示すように、商用交流電力を所定電圧の交流電力に変換して出力するトランス１０１を備えている（同一電圧に変換することもある）。トランス１０１の一方の二次出力側は整流器１０２に接続されており、これによって交流電力が直流電力に変換されるようになっている。このときのトランス１０１の二次側電圧は、前記出力電圧切換摘み１６（図１）により切り換えられる。整流器１０２はダイオードブリッジなどによって構成されており、その出力側には平滑コンデンサ１０３を介して定電流制御回路１０４が接続されている。
なお、定電流制御回路１０４は、パルス状に定電流を流すもので、例えばＦＥＴなどによって構成され、後述のサイリスタ１０６をＯＦＦさせる為のＯＦＦ時間を持っている（図５）。
なお、定電流制御回路１０４は、パルス状に定電流を流すもので、例えばＦＥＴなどによって構成され、後述のサイリスタ１０６をＯＦＦさせる為のＯＦＦ時間を持っている（図５）。
定電流制御回路１０４の出力側には、出力用コンデンサ１０５が接続されている。図３では、出力用コンデンサ１０５は可変コンデンサとして示しているが、実際の回路では、複数のコンデンサの接続を出力電力切換スイッチ１７（図１）を用いて切り換えることで、出力用コンデンサ１０５の容量を可変としている。出力用コンデンサ１０５の出力側は、電圧検知回路１０７及びサイリスタ１０６を介して、電極棒１１に接続されている。電圧検知回路１０７は、出力用コンデンサ１０５の充電電圧を検知し、それが一定以上となると放電する機能を備えている。例えば、満充電の状態を１００％とすると、放電被覆開始時ないし再開時を除き、８０％の状態となるように調整する。このようにすることで、出力用コンデンサ１０５の放電が均一化されるようになり、更には電極材１１における火花放電や被覆も均一化されるようになる。出力用コンデンサ１０５の充電電力は、電圧検知回路１０７による調整後、サイリスタ１０６が導通したときに放電することで、アプリケータ１３に具備された電極材１１にパルス電圧として印加されるようになっている。
なお、放電被覆開始時ないし再開時、コンデンサ１０５の充電時に印加される充電電圧を徐々に上昇させる、例えば、満充電の２５％、５０％と徐々に上昇させる。
なお、放電被覆開始時ないし再開時、コンデンサ１０５の充電時に印加される充電電圧を徐々に上昇させる、例えば、満充電の２５％、５０％と徐々に上昇させる。
サイリスタ１０６の制御端子ｇには、サイリスタ制御回路１０８から所定周波数ｆａの制御パルス信号が供給されており、これによってサイリスタ１０６が周期的にターンオン・ターンオフする。このサイリスタ１０６の動作により、出力用コンデンサ１０５に充電された電圧は、周波数のパルス電圧として電極材１１に印加される。電極材１１は、正極として機能する。パルス電圧の周波数は、サイリスタ制御回路１０８に接続された周波数設定摘み１８（図１）によって設定される。
出力用コンデンサ１０５の充電電圧と放電電流の一例を示すと、図４に示すようになる。同図中ΔＡは1msecを表す。充電電圧は、同図(A)に示すように、充電時に徐々に増大し放電によって低下する。また、充電電圧は、電圧検知回路１０７の作用によって、満充電のＶａからＶｂに調整されている。このときの充電電流は、定電流制御回路１０４によってパルス状に定電流となるように制御されている。
一方、出力用コンデンサ１０５の放電電流は、同図(B)に示すようにパルス状になり、これが前記電極材１１にパルス電圧として印加される。パルスＰのパルス幅Ｐｗは例えば１０−５〜１０−６秒であり、パルス間隔（パルス周期）Ｐｔは例えば１０−１〜１０−３秒である。また、パルスＰの電圧レベルは、トランス電圧切換つまみ１６及び出力電力切換スイッチ１７を用いて調整されるが、いずれの場合も約３００Ｖ以下（約０〜３００Ｖ）の低電圧に設定される。この低電圧のパルスＰが電極材１１と導電性ワークＷとの間に印加されることになる。
次に、上述したトランス１０１の他の二次出力側は整流器１１１に接続されている。整流器１１１は、トランス１０１からの交流電力を直流電力に変換し、これを平滑コンデンサ１１２を介してモータ駆動回路１１３に供給する。モータ駆動回路１１３は、速度調整装置３４（図２）により設定された回転数で電動モータ２９を回転駆動し、これにより、電極材１１が連続的に回転（自転）するようになっている。この回転により、導電性ワークＷとの間で、接触・非接触により放電が生ずる。なお、回転の代わりに振動を与えるようにしてもよい。
次に、前記電極材１１としては、火花放電に伴う高温を利用して放電被覆に可能な各種の材料、例えば、導電性セラミック（炭化物セラミック，窒化物セラミック，ホウ化物セラミック），炭素，若しくはニッケル合金やコバルト合金などの金属，または、それら導電性セラミック（サーメット）等の複合材料で構成される。電極材１１の材質は、導電性ワークＷの材質または用途によって選択され、電極材１１の成分が導電性ワークＷへ浸透しない方がよい場合には、導電性セラミック製のものが用いられる。電極材１１の形状は、例えば外径が約１〜１０ｍｍ、外周面が円形状に形成された中実または中空丸棒のようになっている。
加えて、電極材１１の先端における放電に際し、開閉信号により動作するバルブ１１４が開操作に基づいて、ガスボンベ２７内の不活性ガス（例えばアルゴン）がアプリケータ１３のスリーブキャップ４０から電極材１１の先端部へ噴き出されるようになっている。これにより、電極材１１の先端部が空気から遮断され、不活性ガスによるシールド雰囲気中で電極材１１の溶融による被覆が行われるようになっている。
次に、この放電被覆装置１０には、電極材１１が導電性ワークＷに接触している場合にのみサイリスタ１０６のパルス出力が電極材１１に印加されるようにした安全装置１１５が装備されている。この安全装置１１５は、ＳＳＲ（ソリッドステートリレー）１１６及びダイオード１１７によって構成されており、前記ＳＳＲ１１６は、出力電圧検出器１１８，フォトカプラ１１９，駆動・非駆動信号送出回路１２０を備えている。
前記出力電圧検出器１１８の一方の端子（Ｃ１）は、ダイオード１１７を介してサイリスタ１０６の出力端子（カソード）側に接続され、他方の端子（Ｃ２）はグランドされて、導電性ワークＷと同電位のＧＮＤ端子とされている。この出力電圧検出器１１８にはフォトカプラ１１９が接続されており、このフォトカプラ１１９の出力側端子に駆動・非駆動信号送出回路１２０が設けられている。
前記出力電圧検出器１１８のダイオード１１７側の端子（Ｃ１）には所定の直流電圧（例えば５Ｖ）が与えられており、ダイオード１１７，電極材１１，導電性ワークＷ，グランド端子（Ｃ２）の経路で、電流Ｉが流れるようになっている。この電流Ｉが所定の閾値Ｉｓを超えると、フォトカプラ１１９にオン信号が出力され、フォトカプラ１１９がオン動作する。フォトカプラ１１９がオン状態となると、駆動・非駆動信号送出回路１２０がサイリスタ制御回路１０８を駆動状態として、このサイリスタ制御回路１０８からサイリスタ１０６の制御端子ｇへ制御パルス信号を出力させ、サイリスタ１０６がターンオンし、そのサイリスタ１０６の出力電圧が電極材１１に印加される。
逆に、上記電流Ｉが上記閾値Ｉｓ以下のときは、出力電圧検出器１１８はフォトカプラ１１９にオフ信号を出力してフォトカプラ１１９をオフ動作させる。すると、駆動・非駆動信号送出回路１２０は、サイリスタ制御回路１０８を非駆動状態とし、サイリスタ制御回路１０８からサイリスタ１０６の制御端子ｇへ制御パルス信号が出力されず、サイリスタ１０６がターンオフし、電極材１１へのパルス電圧の印加は行われない。
従って、電極材１１が導電性ワークＷに接触して、端子Ｃ１・Ｃ２間が短絡しているときに流れる電流をＩｓ２、電極棒１１が人体に接触しているときに端子Ｃ１・Ｃ２間に流れる電流をＩｓ１としたとき、上記閾値電流Ｉｓを、Ｉｓ１＜Ｉｓ≦Ｉｓ２とすることによって、作業者が電極材１１に接触しているときには、サイリスタ１０６の出力パルス電圧が電極材１１に印加されないように構成でき、作業者の感電が防止される。
このように、安全装置１１５の存在によって、
ａ，電極材１１が導電性ワークＷと接触せず離れており、作業者が電極材１１に接触しているときには、安全装置１１５が動作し、パルス電圧が電極材１１に印加されず、作業者の感電が防止される。
ｂ，しかし、電極材１１が導電性ワークＷと接触したときは、安全装置１１５による通電停止が解除され、パルス電圧が電極材１１に印加される。
ａ，電極材１１が導電性ワークＷと接触せず離れており、作業者が電極材１１に接触しているときには、安全装置１１５が動作し、パルス電圧が電極材１１に印加されず、作業者の感電が防止される。
ｂ，しかし、電極材１１が導電性ワークＷと接触したときは、安全装置１１５による通電停止が解除され、パルス電圧が電極材１１に印加される。
なお、サイリスタ１０６は、サイリスタ制御回路１０８からの制御パルス信号の遮断後直ちにターンオフ動作するわけではないので、電極材１１が導電性ワークＷに高速で接離する場合には、サイリスタ１０６の出力電圧が電極材１１へ連続的に印加される。
更に、本実施例では、ソフトスタート制御手段（ソフトスタート回路）１０９が設けられており、放電被覆開始時ないし再開時における出力用コンデンサ１０５への印加電圧を徐々に上昇させ、駆動・非駆動信号送出回路１２０をオンする信号を与えるソフトスタート制御が行われるようになっている。徐々に上昇させる手段としては、電圧検知回路１０７により出力用コンデンサ１０５の満充電の２５％で電極材１１が導電性ワークＷに接触していることを条件として駆動・非駆動信号送出回路１２０をオン、次に出力用コンデンサ１０５の満充電の５０％で電極材１１が導電性ワークＷに接触していることを条件として駆動・非駆動信号送出回路１２０をオンと徐々に上昇させ、その後、つまり、放電被覆通常動作時は、出力用コンデンサ１０５の満充電の８０％で電極材１１が導電性ワークＷに接触していることを条件として駆動・非駆動信号送出回路１２０をオンしても良く、また、徐々に上昇させる手段としては、電圧検知回路１０７によらず、放電被覆開始時ないし再開時は、時間（例えば、３０Hz〜２００Hz）で、出力用コンデンサ１０５の満充電の２５％程度で電極材１１が導電性ワークＷに接触していることを条件として駆動・非駆動信号送出回路１２０をオン、次に出力用コンデンサ１０５の満充電の５０％程度で電極材１１が導電性ワークＷに接触していることを条件として駆動・非駆動信号送出回路１２０をオンと徐々に上昇させ、その後、つまり、放電被覆通常動作時は、出力用コンデンサ１０５の満充電の８０％で電極材１１が導電性ワークＷに接触していることを条件として駆動・非駆動信号送出回路１２０をオンするようにしても良い。
上述したように、駆動・非駆動信号送出回路１２０は、
ａ，電極材１１が導電性ワークＷに接触し、ソフトスタート制御手段（ソフトスタート回 路）１０９からオン信号を受け取ると、サイリスタ１０６をターンオンとし、電極材 １１にパルス電圧を印加する。
ｂ，しかし、電極材１１が導電性ワークＷに接触していないときは、サイリスタ１０６を ターンオフとし、パルス電圧を印加しない。
といった制御を行う。ソフトスタート制御手段（ソフトスタート回路）１０９は、そのような駆動・非駆動信号送出回路１２０の制御信号を受けて、溶接の開始時（一定時間経過後の再開時も含む）における定電流回路１０４の出力、すなわち出力用コンデンサ１０５の充電電圧が徐々に上昇するように制御する機能を備えている。
ａ，電極材１１が導電性ワークＷに接触し、ソフトスタート制御手段（ソフトスタート回 路）１０９からオン信号を受け取ると、サイリスタ１０６をターンオンとし、電極材 １１にパルス電圧を印加する。
ｂ，しかし、電極材１１が導電性ワークＷに接触していないときは、サイリスタ１０６を ターンオフとし、パルス電圧を印加しない。
といった制御を行う。ソフトスタート制御手段（ソフトスタート回路）１０９は、そのような駆動・非駆動信号送出回路１２０の制御信号を受けて、溶接の開始時（一定時間経過後の再開時も含む）における定電流回路１０４の出力、すなわち出力用コンデンサ１０５の充電電圧が徐々に上昇するように制御する機能を備えている。
次に、以上のように構成された放電被覆方法に使用する放電被覆装置１０の全体的な動作を説明する。作業者は、アースケーブル２４のクリップ２５を導電性ワークＷに把持させる。次に、電源スイッチ１５をオン動作させ、アプリケータ１３のオン・オフスイッチ３２をオン動作させて電極材１１を回転させる。そして、導電性ワークＷの材質や被覆の程度に応じて、出力電圧切換摘み１６及び出力電力切換スイッチ１７を操作し、電極材１１に印加するパルス電圧の値（電圧レベル）を調整する。また、周波数調整摘み１８を操作して上記パルス電圧の周波数を調整し、更にアプリケータ１３の速度調整装置３４を操作して電極材１１の回転数を調整する。この放電被覆前の作業時点では、作業者が電極材１１を触ったりしているので、安全装置１１５が動作し、パルス電圧が電極材１１に印加されず、作業者の感電が防止されている。
次に、作業者は、アプリケータ１３の電極材１１の先端部（電極棒１１の先端の端面または外周面）を導電性ワークＷの被覆する部位に押しつけて接触させる。接触後、電極材１１が導電性ワークＷから離反すると、安全装置１１５による通電停止が解除され、サイリスタ制御回路１０８からサイリスタ１０６の制御端子ｇに制御パルス信号が出力され、サイリスタ１０６がターンオンする。これにより、出力用コンデンサ１０５の充電電力がパルス電圧として電極材１１に印加されるようになる。
この場合において、本実施例では、ソフトスタート制御手段（ソフトスタート回路）１０９によって、放電被覆開始時における出力用コンデンサ１０５への定電流回路１０４からの印加電圧が徐々に上昇する。図５には、その様子が示されている。また、放電被覆前の状態にあっては、安全装置１１５によって非駆動の状態となっており、サイリスタ１０６はオフで、出力用コンデンサ１０５から電極材１１へのパルス電圧の印加は行われない。ソフトスタート区間で、安全装置１１５の駆動・非駆動信号送出回路１２０からの制御信号に基づいてソフトスタート回路１０９が動作し、定電流制御回路１０４による出力用コンデンサ１０５の充電電圧が徐々に上昇するように制御される。ソフトスタート期間経過後は、通常動作期間である。なお、上述したように、電圧検知回路１０７によって、出力用コンデンサ１０５の充電電圧が均一化される。
電極材１１にパルス電圧が印加されると、導電性ワークＷとの間で放電が生じ、電極材１１が溶融して導電性ワークＷの対象面Ｗ１に対する放電被覆（肉盛り、コーティング、溶射）が行われる。このとき、バルブ１１４が開となり、ガスボンベ２７内の不活性ガスがアプリケータ１３のスリーブキャップ４０から電極材１１の先端部へ噴き出され、電極材１１の先端部が空気から遮断されたシールド雰囲気中で電極材１１の溶融による放電被覆が行われる。
以上のように、本実施例によれば、次のような効果がある。
(1)放電被覆開始時ないし再開時において、出力用コンデンサ１０５に印加される充電電圧を、ソフトスタート制御手段（ソフトスタート回路）１０９によって徐々に上昇させることとしたので、電極材１１が十分に高温となってから火花放電が開始される。このため、電極材１１が十分に溶融するため、導電性ワークＷに凹状の傷を付けるなどの不良の発生が低減されて、導電性ワークＷに対する被覆の均一性の向上を図ることができる。
(2)出力用コンデンサ１０５の充電電圧を、電圧検知回路１０７によって均一化することしたので、火花放電も均一化され、この面からも被覆の均一性が向上し、不良の発生が低減される。
(1)放電被覆開始時ないし再開時において、出力用コンデンサ１０５に印加される充電電圧を、ソフトスタート制御手段（ソフトスタート回路）１０９によって徐々に上昇させることとしたので、電極材１１が十分に高温となってから火花放電が開始される。このため、電極材１１が十分に溶融するため、導電性ワークＷに凹状の傷を付けるなどの不良の発生が低減されて、導電性ワークＷに対する被覆の均一性の向上を図ることができる。
(2)出力用コンデンサ１０５の充電電圧を、電圧検知回路１０７によって均一化することしたので、火花放電も均一化され、この面からも被覆の均一性が向上し、不良の発生が低減される。
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例では、電極材１１を、その軸回りに回転（自転）運動させたが、軸方向または軸に直交する方向に振動（例えば超音波振動）するものであってもよい。また、電極材１１の回転運動は、直流駆動の電動モータ２９に限らず、交流駆動の電動モータで実現してもよく、あるいは、電動モータによらず圧縮空気等により実現してもよい。
(2)前記実施例では、アプリケータ１３のスリーブキャップ４０から電極材１１の先端部へ向かって不活性ガスが噴き出すようにしたが、これは任意であり、不要であれば止めてもよい。
(3)前記実施例では、電極材１１側を正極、導電性ワークＷ側を負極としたが、その反対の極性としてもよく、更に、電極材１１と導電性ワークＷとの間に交流を印加して、正極・負極を周期的に変動させてもよい。
(4)前記実施例では、電極材１１にパルス電圧を印加したが、電圧レベルが一定な定電圧を印加するようにしてもよい。
(5)前記実施例では、導電性ワークＷが固定されており、電極材１１が回転運動するものを述べたが、電極材１１を固定し、導電性ワークＷを回転ないし振動運動させてもよい。
(6)前記実施例では、導電性ワークＷの例として金属の場合を述べたが、導電性セラミック、または導電性セラミックと金属との複合体から構成されたものであってもよい。
(7)前記実施例で示した装置構成は一例であり、同様の作用・効果を奏するように種々設計変更可能であり、これらも本発明に含まれる。
(1)前記実施例では、電極材１１を、その軸回りに回転（自転）運動させたが、軸方向または軸に直交する方向に振動（例えば超音波振動）するものであってもよい。また、電極材１１の回転運動は、直流駆動の電動モータ２９に限らず、交流駆動の電動モータで実現してもよく、あるいは、電動モータによらず圧縮空気等により実現してもよい。
(2)前記実施例では、アプリケータ１３のスリーブキャップ４０から電極材１１の先端部へ向かって不活性ガスが噴き出すようにしたが、これは任意であり、不要であれば止めてもよい。
(3)前記実施例では、電極材１１側を正極、導電性ワークＷ側を負極としたが、その反対の極性としてもよく、更に、電極材１１と導電性ワークＷとの間に交流を印加して、正極・負極を周期的に変動させてもよい。
(4)前記実施例では、電極材１１にパルス電圧を印加したが、電圧レベルが一定な定電圧を印加するようにしてもよい。
(5)前記実施例では、導電性ワークＷが固定されており、電極材１１が回転運動するものを述べたが、電極材１１を固定し、導電性ワークＷを回転ないし振動運動させてもよい。
(6)前記実施例では、導電性ワークＷの例として金属の場合を述べたが、導電性セラミック、または導電性セラミックと金属との複合体から構成されたものであってもよい。
(7)前記実施例で示した装置構成は一例であり、同様の作用・効果を奏するように種々設計変更可能であり、これらも本発明に含まれる。
本発明によれば、放電被覆開始時における電極材印加電圧を徐々に上昇させ、あるいは、出力用コンデンサの充電電圧を均一化することしたので、被覆作業の開始当初や再開時における不良の発生が良好に低減されて、被覆の均一性が向上するので、金属金型などの導電性ワークの表面にある磨耗部分や欠損部分に対する被覆補修に好適である。
１０：肉盛溶接装置
１１：電極材
１２：装置本体
１３：アプリケータ
１４：コンセント
１５：電源スイッチ
１７：出力電力切換スイッチ
１９：出力部
２０：端子群
２１：アース端子
２２：ガス送出口
２３：電源ケーブル
２４：アースケーブル
２５：クリップ
２６：ガスホース
２７：ガスボンベ
２８：ケーシング
２９：電動モータ
３０：チャック
３１：基板
３２：オン・オフスイッチ
３３：正逆転切換スイッチ
３４：速度調整装置
３５：回転軸
３７：給電ブラシ
３８：圧縮スプリング
３９：給電線
４０：スリーブキャップ
１０１：トランス
１０２：整流器
１０３：平滑コンデンサ
１０４：定電流回路
１０５：出力用コンデンサ
１０６：サイリスタ
１０７：電圧検知回路
１０８：サイリスタ制御回路
１０９：ソフトスタート回路
１１１：整流器
１１２：平滑コンデンサ
１１３：モータ駆動回路
１１４：バルブ
１１５：安全装置
１１７：ダイオード
１１８：出力電圧検出器
１１９：フォトカプラ
１２０：駆動・非駆動信号送出回路
Ｃ１，Ｃ２：端子
Ｐ：パルス
Ｐｗ：パルス幅
Ｗ：導電性ワーク
Ｗ１：対象面
１１：電極材
１２：装置本体
１３：アプリケータ
１４：コンセント
１５：電源スイッチ
１７：出力電力切換スイッチ
１９：出力部
２０：端子群
２１：アース端子
２２：ガス送出口
２３：電源ケーブル
２４：アースケーブル
２５：クリップ
２６：ガスホース
２７：ガスボンベ
２８：ケーシング
２９：電動モータ
３０：チャック
３１：基板
３２：オン・オフスイッチ
３３：正逆転切換スイッチ
３４：速度調整装置
３５：回転軸
３７：給電ブラシ
３８：圧縮スプリング
３９：給電線
４０：スリーブキャップ
１０１：トランス
１０２：整流器
１０３：平滑コンデンサ
１０４：定電流回路
１０５：出力用コンデンサ
１０６：サイリスタ
１０７：電圧検知回路
１０８：サイリスタ制御回路
１０９：ソフトスタート回路
１１１：整流器
１１２：平滑コンデンサ
１１３：モータ駆動回路
１１４：バルブ
１１５：安全装置
１１７：ダイオード
１１８：出力電圧検出器
１１９：フォトカプラ
１２０：駆動・非駆動信号送出回路
Ｃ１，Ｃ２：端子
Ｐ：パルス
Ｐｗ：パルス幅
Ｗ：導電性ワーク
Ｗ１：対象面
Claims (9)
- 電極材と導電性ワークとの間に、コンデンサの充電電力による放電を生じさせることで、前記電極材を溶融させ、前記導電性ワークに被覆を施す放電被覆方法において、
放電被覆開始時ないし再開時に、前記コンデンサの充電時に印加される充電電圧を徐々に上昇させ、
前記電極材と前記導電性ワークとの間に、放電被覆通常動作時より低い前記コンデンサの充電電力を徐々に上昇させて放電を生じさせる
ことを特徴とする放電被覆方法。 - 電極材と導電性ワークとの間に、コンデンサの充電電力による放電を生じさせることで、前記電極材を溶融させ、前記導電性ワークに被覆を施す放電被覆方法において、
放電被覆開始時ないし再開時に、前記コンデンサに印加される充電電圧が、満充電時よりも低い電圧であって、所定電圧以上に達したときは、前記コンデンサの充電電力を放電する
ことを特徴とする放電被覆方法。 - コンデンサへの充電電流を、定電流制御回路によって制御する
ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の放電被覆方法。 - 電極材と導電性ワークとの間に、コンデンサの充電電力による放電を生じさせることで、前記電極材を溶融させ、前記導電性ワークに被覆を施す放電被覆装置において、
放電被覆開始時ないし再開時に、前記コンデンサの充電時に印加される充電電圧を徐々に上昇させ、前記電極材と前記導電性ワークとの間に、放電被覆通常動作時より低い前記コンデンサの充電電力を徐々に上昇させて放電を生じさせるソフトスタート制御手段を設けた
ことを特徴とする放電被覆装置。 - 電極材と導電性ワークとの間に、コンデンサの充電電力による放電を生じさせることで、前記電極材を溶融させ、前記導電性ワークに被覆を施す放電被覆装置において、
放電被覆開始時ないし再開時に、前記コンデンサに印加される充電電圧が、満充電時よりも低い電圧であって、所定電圧以上に達したときは、前記コンデンサの充電電力を放電する電圧検知制御手段を設けた
ことを特徴とする放電被覆装置。 - コンデンサへの充電電流を、定電流制御回路によって制御する
ことを特徴とする請求項４〜５のいずれか一項に記載の放電被覆装置。 - 前記電極材が、回転もしくは振動する
ことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の放電被覆装置。 - 前記電極材と前記導電性ワークとの間の放電が、所定周波数のパルス電圧の印加によって行われる
ことを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の放電被覆装置。 - 前記電極材は、その先端部を除いて筒体に被覆され、この筒体内から前記電極材の前記先端部へ向かって噴き出される流体によるシールド雰囲気中で前記放電が行われる
ことを特徴とする請求項４〜８のいずれか一項に記載の放電被覆装置。
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