JP6586025B2 - 溶射加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶射加工装置に係り、特に、ブラスト処理部と溶射加工部を備えた溶射加工装置に関する。

部材表面の改質を行う溶射が近年広く用いられている。この溶射は、加熱により溶融または半溶融にした金属やセラミックス、サーメット等の粒子（溶射材）を加工対象物（基材）の表面に吹き付けて皮膜を形成する表面処理法の一つである。溶融粒子によって運ばれる熱量は比較的小さく基材への入熱が少ないことから、変形や歪みなどの基材に与える熱的な影響を小さく抑えることが出来る利点が溶射にはある。

一方、溶接などと比べて溶射は、基材と溶射粒子の密着強度が弱い側面がある。このため、溶射の前処理として通常、基材の表面を粗面化するブラスト処理が行われる。ブラストを行うことで基材の表面積を増大させ、基材と溶射材との機械的な噛み合せを十分に確保して皮膜の密着強度を高めることが出来る。

また、溶射やブラスト処理に関連する文献として下記特許文献がある。

特開平８−１０５９号公報 特開２０１４−１９８８４号公報 特開２０１３−２２６５６５号公報

ところで、従来の溶射加工では、前処理となるブラストと、本処理である溶射をそれぞれ専用の装置により行っている。このため加工現場に２台の処理装置を設置しなければならず、広いスペース（装置の占有面積）が必要となる問題がある。

また、ブラスト処理は溶射処理と比べ短時間で終了するから、連続して多数本の基材を加工する場合にブラスト装置の稼働率が低く、加工設備全体としての利用効率が良好であるとは言い難い面があった。さらにブラスト処理後、溶射を行うまで基材を放置することは品質面からも好ましくない。ブラストを行った基材表面は酸化しやすく、劣化が急速に進行するからである。

また従来の加工では、ブラスト装置から溶射装置へ基材を移し変える煩わしさがあるうえ、基材を装置にセットして調整を行う手間がブラスト装置と溶射装置とで二回生じており、さらに従来の装置では１台の装置で一度に１本しか加工することが出来ず、これらの点で生産性（加工効率）を向上させる余地がある。

また、ブラストおよび溶射のいずれの装置においても処理材料（ブラスト材または溶射材）を噴射するガン（ブラストガンおよび溶射ガン）には、処理材料や圧縮ガス、電力等を供給する各種のホースが接続されており、例えば十数メートル以上の長尺の基材の端から端までこれらのホースを引き回しながらガンを何度も往復させ加工を行うのは重労力であった。

一方、前記特許文献１に記載の発明は、長尺材を加工対象とするものであるが、ブラスト処理に関連する前記諸問題を解決できるものではない。また、特許文献２および３に記載の発明は、ブラスト処理部と溶射処理部の両方を備えている。しかしながら、特許文献３に記載の発明は長尺の基材を加工対象とするものではなく、特許文献２に記載の発明もそのような長尺基材の加工に特化したものではなく、いずれの文献も長尺基材の溶射加工に最適な装置構成を示すものではない。

したがって、本発明の目的は、長尺基材をより効率良く、小さなスペース（装置の占有面積）で溶射加工することを可能とする点にある。

前記課題を解決し目的を達成するため、本発明に係る溶射加工装置は、加工対象である長尺の基材（以下「長尺基材」または単に「基材」と言う）の外周面にブラスト処理を行うブラスト部と、基材の外周面に溶射処理を行う溶射部と、基材を当該基材の軸周りに回転させる回転装置と、基材に当接して基材を下方から回転可能に支持する支持ローラを有する複数のローラ装置を含み、基材をその長さ方向に移動させる台車とを備え、台車による基材の移動経路上にブラスト部および溶射部が配列されるように当該ブラスト部と溶射部とを設置した装置である。

ブラスト部は、ブラスト材を噴射し基材に吹き付けるブラストガンと、基材に吹き付けた後のブラスト材を回収するブラストトレーとを含む。ブラストガンは、加工状態における基材の上部位置に固定される。一方、ブラストトレーは、加工状態における基材の下部位置で且つ基材を挟んでブラストガンの対向位置に固定されている。

溶射部は、溶射材を噴射し基材に吹き付ける溶射ガンと、基材に吹き付けた後の溶射材を回収する溶射トレーとを含む。溶射ガンは、加工状態における基材の上部位置に固定される。一方、溶射トレーは、加工状態における基材の下部位置で且つ基材を挟んで溶射ガンの対向位置に固定されている。ブラストガンと溶射ガンは、加工状態における基材の長さ方向に間隔を置いて配列してある。

また、複数のローラ装置は、加工状態における基材の長さ方向に沿って直線状に配列され、これにより基材を支持ローラによって支持可能で、台車は、支持ローラによって支持した基材を当該基材の長さ方向に移動させることが可能である。なお、本発明では、ローラ装置の配列方向、当該ローラ装置によって支持した基材の長さ方向、ブラスト部と溶射部の配列方向、ならびに、台車の移動方向は、いずれも一致することとなる（後述の実施形態では前後方向である）。

支持ローラは、基材に当接する支持位置と、当該支持位置より下方へ移動した退避位置との間で上下動が可能である。さらに本発明の溶射加工装置は、支持ローラの上下動を制御する制御部を備え、この制御部は、台車による基材の移動に伴って支持ローラが移動しブラストトレーおよび溶射トレーの配置位置を通過するときに、これらのトレーに支持ローラが衝突することがないよう退避位置に支持ローラを順次移動させる。

本発明の溶射加工装置では、加工対象である長尺基材を台車に乗せ、当該基材の長さ方向に移動させ且つ軸周りに回転させながら加工を行う。このため、基材は台車上に備えた支持ローラによって回転可能に支持し、回転装置によって基材を回転させる。

台車による基材の移動経路上にはブラスト部と溶射部を備えてある。したがって、ブラスト処理と溶射処理を一台の装置で行うことができ、従来より小さなスペースで装置を設置することが出来る。しかも、ブラスト部によってブラスト処理を行った後、従来のように装置間（ブラスト装置と溶射装置との間）で基材を載せ替えることなくそのまま直ちに溶射部によって溶射処理を行うことが出来るから、加工労力の軽減と時間短縮を図ることが出来るうえに、ブラスト処理面の劣化（酸化）を最小限に抑えて高品質の製品を製造することが可能となる。

本発明の好ましい一態様では、ブラスト部、溶射部、回転装置および複数のローラ装置を１組としてこれらを１本の基材を加工可能な１つの加工部としたときに当該加工部を、前記溶射加工装置が、台車の移動方向に交差する方向に並行に配列されるように２以上備える。このような態様によれば、２本以上の基材を同時に加工することが可能となり、生産性（溶射加工の加工効率）を向上させることが出来る。

また本発明の他の一態様では、ローラ装置が、上方から基材に当接して基材が支持ローラから浮き上がることを防ぐ抑えローラをさらに含む。この抑えローラは、基材に当接する抑止位置と、当該抑止位置より上方または側方へ移動し前記基材から離れた離脱位置との間で進退動が可能で、前記制御部は、台車による基材の移動に伴って抑えローラが移動しブラスト部および溶射部の配置位置を通過するときに、抑えローラがブラスト部および溶射部に衝突することがないように離脱位置へ抑えローラを順次移動させる制御を前記支持ローラの制御に加え行う。

このような態様によれば、支持ローラと抑えローラとによって基材が挟まれるように支持されるから、加工中に基材が暴れる（ローラから浮き上がったり波打つ）ことを防ぐことができ、より安全に且つ高精度に加工を行うことが出来る。

本発明は直径に比べて長さ寸法が大きい長尺の部材を好ましく溶射加工することが出来るが、加工対象である基材の種類（用途や構成材料等）は特に限定されない。例えばボイラー配管に使用されるボイラーチューブなどの金属管を加工するのに好適であるが、他の様々な基材を本発明に係る装置は加工することが可能である。

溶射部によって実施する溶射の種類は特定のものに限定されない。例えば、溶線式フレーム溶射や粉末式溶射などのフレーム溶射であっても良いし、アーク溶射やプラズマ溶射などの電気式溶射その他であっても構わない。また、ブラスト部によって実施するブラストについても、例えばスチールグリッドブラストやアルミナグリッドブラスト、サンドブラストその他各種のブラストを採用することが可能である。

本発明によれば、溶射加工の効率化および省労力化ならびに省スペース化を図ることが出来る。

本発明の他の目的、特徴および利点は、図面に基づいて述べる以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。なお、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係る溶射加工装置を模式的に示す側面図である。 図２は、前記実施形態に係る溶射加工装置を模式的に示す平面図である。 図３は、前記実施形態に係る溶射加工装置のローラ部分（図２の符号Ａ部分／Ｂ−Ｂ断面）を拡大して示す正面図である。 図４は、前記実施形態に係る溶射加工装置のローラ部分（図１の符号Ａ部分）を拡大して示す側面図である。 図５は、前記実施形態に係る溶射加工装置の初期位置を示す側面図である。 図６は、ローラの別の構成例を図３と同様に示す図である。 図７は、前記ローラの別の構成例を図４と同様に示す図である。

図１から図５に示すように本発明の一実施形態に係る溶射加工装置１１は、鋼管のような長尺の基材１０を２本同時に溶射加工することが出来るように第一の加工部１２ａと第二の加工部１２ｂを備えたもので、各加工部１２ａ，１２ｂは、溶射を行う溶射部１３と、溶射の前処理としてブラストを行うブラスト部１７と、加工対象である基材１０を軸周りに回転可能に支持する複数のローラ装置２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇと、基材１０を軸周りに回転させるモータ２３と、基材１０の一端部（後端）を把持してモータ２３の回転を基材１０に伝達するチャック２４と、基材１０の他端部（前端）から基材１０に軸方向圧縮力を加える押圧部２５とを有する。

また本実施形態に係る装置１１では、溶射部１３やブラスト部１７は移動せずに固定しておき、加工の進行に伴って基材側を移動させるため、上記ローラ装置２１ａ〜２１ｇ、モータ２３、チャック２４および押圧部２５は、台車２６の上に搭載してある。台車２６は、車輪２７とモータ等の駆動装置（図示せず）を備えて前後方向に（前方および後方に）走行することが出来る。

なお、各図には前後左右上下の方向を示す座標を表示しており、これらの方向に基づいて本実施形態の説明を行う。また、第一の加工部１２ａと第二の加工部１２ｂは、各加工部１２ａ，１２ｂが前後方向にそれぞれ延在するように且つ両加工部１２ａ，１２ｂが左右に並ぶように形成してあり、第一加工部１２ａと第二加工部１２ｂは同様の構成を有する。したがって、加工部１２ａ，１２ｂの構成各部の詳細は第一加工部１２ａについてのみ説明し、第二加工部１２ｂの各部については同一の符号を付して重複した説明を省略する。

第一加工部１２ａにおいて、複数のローラ装置２１ａ〜２１ｇは、前後方向に直線状に配列されるように台車２６上に備えてある。なお、この例では各加工部１２ａ，１２ｂに７台ずつのローラ装置２１ａ〜２１ｇを備えたが、ローラ装置２１ａ〜２１ｇの設置台数は特に限定されない。各ローラ装置２１ａ〜２１ｇは、基材１０を載せてこれを支持できるように左右方向に一定の間隔を隔てて配置した一対のローラ２２ａ，２２ｂを備える（図３参照）。各ローラ２２ａ，２２ｂは自由に（基材１０の回転に従って）回転することができ（図３の矢印Ｃ，Ｄ参照）、これら一対のローラ２２ａ，２２ｂを各ローラ装置２１ａ〜２１ｇが備えることで基材１０を前後方向に水平に且つ回転可能に支持する。

また、基材１０の後端部は台車２６の後端部に備えたチャック２４により把持する。そして、チャック２４に接続されたモータ（回転装置）２３によって加工時に基材１０を軸周りに回転させる（図３の矢印Ｃ参照）。さらに本実施形態では、基材１０の前端からチャック２４に向けて基材１０に押圧力を付与する押圧部２５を備える。加工中にこのような押圧力を加えることにより、長尺の基材１０が暴れる（ローラ２２ａ，２２ｂから浮き上がったり波打つ）ことを防ぐことが出来る。なお、このような基材１０の暴れをより確実に防ぐため、基材１０の上面側にもローラを備えても良い（これについては図６〜図７を参照して後に述べる）。

ブラスト部１７と溶射部１３は前後方向に一定の間隔を隔てて配列されるように設置する。ブラスト部１７は、基材１０に向け鉛直下方にブラスト材（研削材）を噴射するブラストガン１８と、ブラスト材が周囲に飛散することを防ぐカバー２０（図２では示していない）と、ブラスト材を回収するブラストトレー１９とを備えている。ブラストトレー１９は、ブラストガン１８から噴射されたブラスト材を受け止めるため基材１０の下側で且つブラストガン１８の垂直下方位置に設置してある。

溶射部１３は、基材１０に向け鉛直下方に溶射材を噴射する溶射ガン１４と、溶射材を回収する溶射トレー１５とを備えている。溶射トレー１５は、溶射ガン１４から噴射された溶射材を受け止めるため基材１０の下側で且つ溶射ガン１４の垂直下方位置に設置してある。なお、溶射トレー１５および前記ブラストトレー１９は、溶射材やブラスト材を吸引し回収する集塵装置（図示せず）を備えている。

加工にあたっては、基材１０をモータ２３によって軸周りに回転させつつ台車２６によって前後方向に往復移動させながら先ずブラスト部１７を使って基材１０にブラスト処理を施す。その後、溶射部１３を使って同様に基材１０を軸周りに回転させつつ前後方向に往復移動させながら基材１０に溶射処理を施す。またこのとき、基材１０を支持しているローラ２２ａ，２２ｂがブラストトレー１９や溶射トレー１５に衝突することがないように、これらのトレー１５，１９を通過するときにローラ２２ａ，２２ｂを下方へ後退させ（図３〜図４の矢印Ｅ参照）、トレー１５，１９を通過した後には上方へ進行させて元の支持位置に復帰させる。

上記ローラ２２ａ，２２ｂの上下動は制御部（コンピュータ／図示せず）によって制御するが、その具体的制御方法は問わない。例えば、図５に示す台車２６の初期位置（例えばこの位置で基材１０を台車２６に載せることが出来る）を基準として、制御部が、当該初期位置におけるローラ装置２１ａの位置と、溶射トレー１５の位置（ローラ装置２１ａから溶射トレー１５の後端までの距離Ｆ）と、ブラストトレー１９の位置（ローラ装置２１ａからブラストトレー１９の前端までの距離Ｇ）とを把握するとともに、台車２６の移動距離と台車２６の移動方向（前方へ移動しているか後方へ移動しているか）とをセンサ等を介して検出できるようにしておけば、溶射トレー１５とブラストトレー１９の間ではローラ２２ａ，２２ｂを退避させ、ローラ２２ａ，２２ｂが溶射トレー１５とブラストトレー１９に衝突することを防ぐ制御が可能である（他のローラ装置２１ｂ〜２１ｇについても同様）。

なお、上記初期位置は加工の開始位置を示すものではなく、加工の開始は、初期位置から前方へ台車２６を移動し、例えば図１に示すようにブラスト部１７や溶射部１３に基材１０が配置された状態で開始する。また、初期位置から加工開始位置まで台車２６を進行させるときには（加工が終了し基材１０を取り出すときも同様）、ブラスト部１７および溶射部１３を通過するのに押圧部２５が邪魔とならないようにローラ２２ａ，２２ｂと同様に当該押圧部２５も下方や側方へ退避するように構成すれば良い（図５参照）。

さらに、上記制御部によって、台車２６の走行（移動速度や往復回数など）や、ブラストガン１８からのブラスト材の噴射量、溶射ガン１４からの溶射材の噴射量、回転装置２３による基材１０の回転速度などを制御することも可能で、予めプログラミングすることにより全自動でブラストから溶射まで加工を行うようにすることも可能である。また、これら装置各部の動作のうちの一部をオペレータが手動操作するようにしても良い。

本実施形態の装置１１は、ブラスト部１７と溶射部１３の両方を備えるから、溶射加工に要する装置の占有面積を従来に比べて削減することが出来る。また、基材１０を台車２６（ローラ２２ａ，２２ｂ）上に一度セットすれば良く、基材１０の載せ替えが不要であるから、加工時間が短縮され、作業労力を軽減して作業人員を削減することも可能となる。さらに、一度に２本の基材１０を同時に加工することが出来るから、生産性を向上させることも出来る。

また、図６〜図７に示すように基材１０を下から支える前記ローラ２２ａ，２２ｂ（支持ローラ）に加えて、基材１０の上面を抑えるローラ２２ｃ（抑えローラ）を各ローラ装置２１ａ〜２１ｇに備えても良い。この抑えローラ２２ｃは、基材１０の上面に当接し、支持ローラ２２ａ，２２ｂと同様に基材１０の回転に従って回転するもので、このような抑えローラ２２ｃを備えれば加工中に基材１０が上方へ浮き上がることを防ぐことが出来る。

抑えローラ２２ｃは、ブラスト部１７に備えたカバー２０に衝突することがないように、また、ブラスト処理や溶射処理の邪魔にならないように、溶射部１３とブラスト部１７を通過するときには、基材下面の支持ローラ２２ａ，２２ｂと同様に制御部によって基材１０から退避（図６に実線で示す抑止位置から二点差線で示す離脱位置へ移動）させる。抑えローラ２２ｃを退避させる位置は特に問わないが、この例では２本の基材１０の間（第一加工部１２ａと第二加工部１２ｂの間）に退避させるようにした。また、抑えローラ２２ｃの支持構造は図示していないが、抑止位置と離脱位置との間で当該抑えローラ２２ｃを移動させることが可能な可動アームを適宜備えれば良い。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者に明らかである。

例えば、前記実施形態では２つの加工部１２ａ，１２ｂを備えて２本の基材１０を同時に加工できるようにしたが、同様に３つ以上の加工部を台車上に備えて３本以上の基材を同時に加工できるようにすることも可能である。また、前記実施形態では台車２６は床面上を走行するように図に示したが、軌道上（レールの上）を走行するようにしても良い。

１０ 基材（加工対象）
１１ 溶射加工装置
１２ａ 第一加工部
１２ｂ 第二加工部
１３ 溶射部
１４ 溶射ガン
１５ 溶射トレー
２０ カバー
１７ ブラスト部
１８ ブラストガン
１９ ブラストトレー
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ ローラ装置
２２ａ，２２ｂ ローラ（支持ローラ）
２２ｃ ローラ（抑えローラ）
２３ モータ
２４ チャック
２５ 押圧部
２６ 台車
２７ 車輪

Claims (3)

1. 加工対象である長尺の基材の外周面にブラスト処理を行うブラスト部と、
   前記基材の外周面に溶射処理を行う溶射部と、
   前記基材を当該基材の軸周りに回転させる回転装置と、
   前記基材に当接して前記基材を下方から回転可能に支持する支持ローラを有する複数のローラ装置を含み、前記基材をその長さ方向に移動させる台車と
   を備え、
   前記台車による基材の移動経路上に前記ブラスト部および前記溶射部が配列されるように当該ブラスト部と溶射部とを設置した溶射加工装置であって、
   前記ブラスト部は、
   ブラスト材を噴射し前記基材に吹き付けるブラストガンと、
   前記基材に吹き付けた後のブラスト材を回収するブラストトレーと
   を含み、
   前記ブラストガンは、加工状態における前記基材の上部位置に固定される一方、
   前記ブラストトレーは、加工状態における前記基材の下部位置で且つ前記基材を挟んで前記ブラストガンの対向位置に固定されており、
   前記溶射部は、
   溶射材を噴射し前記基材に吹き付ける溶射ガンと、
   前記基材に吹き付けた後の溶射材を回収する溶射トレーと
   を含み、
   前記溶射ガンは、加工状態における前記基材の上部位置に固定される一方、
   前記溶射トレーは、加工状態における前記基材の下部位置で且つ前記基材を挟んで前記溶射ガンの対向位置に固定されており、
   前記ブラストガンと前記溶射ガンは、加工状態における前記基材の長さ方向に間隔を置いて配列され、
   前記複数のローラ装置は、加工状態における前記基材の長さ方向に沿って直線状に配列され、これにより前記基材を前記支持ローラによって支持可能であり、
   前記台車は、前記支持ローラによって支持した前記基材を当該基材の長さ方向に移動させることが可能であり、
   前記支持ローラは、前記基材に当接する支持位置と、当該支持位置より下方へ移動した退避位置との間で上下動が可能であり、
   前記溶射加工装置は、前記支持ローラの上下動を制御する制御部をさらに備え、
   当該制御部は、前記台車による基材の移動に伴って前記支持ローラが移動し前記ブラストトレーおよび前記溶射トレーの配置位置を通過するときに、当該ブラストトレーおよび溶射トレーに前記支持ローラが衝突することがないように前記退避位置に前記支持ローラを順次移動させる
   ことを特徴とする溶射加工装置。
2. 前記ブラスト部、前記溶射部、前記回転装置および前記複数のローラ装置を１組としてこれらを１本の前記基材を加工可能な１つの加工部とすると、
   当該加工部を、前記台車の移動方向に交差する方向に並行に配列されるように２以上備え、
   これにより、２本以上の前記基材を同時に加工可能とした
   請求項１に記載の溶射加工装置。
3. 前記ローラ装置は、上方から前記基材に当接して前記基材が前記支持ローラから浮き上がることを防ぐ抑えローラをさらに含み、
   当該抑えローラは、前記基材に当接する抑止位置と、当該抑止位置より上方または側方へ移動し前記基材から離れた離脱位置との間で進退動が可能であり、
   前記制御部は、前記台車による基材の移動に伴って前記抑えローラが移動し前記ブラスト部および前記溶射部の配置位置を通過するときに、当該ブラスト部および溶射部に前記抑えローラが衝突することがないように前記離脱位置に前記抑えローラを順次移動させる制御を前記支持ローラの制御に加え行う
   請求項１または２に記載の溶射加工装置。

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