JPS6120666A - 肉盛溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、肉盛溶接装置に関し、特にエンジンバルブに
効率良く肉盛溶接を施す技術に関するものである。

従来技術 軸部とその一端において大径に形成された着座用弁部と
を有するエンジンバルブにおいて、その弁部の着座面に
形成された比較的浅い環状凹溝に略垂直方１ｉｊＪ　！
こ配設されたプラズマアークトーチを用いて肉盛溶接を
施すことが行われている。弁部の着座面に形成された盛
肉は、その後の仕上げ加工において他の弁部と共に表層
が削除されて所定の形状に仕上げられ、肉盛溶接された
高耐久性の材質にて着座部分を構成する。すなわち、エ
ンジンバルブの着座面の耐久性を高めるために、仕上げ
工程に先立って耐久性に優れた金属材料の肉盛しかしな
がら、従来の肉盛溶接装置にあっては、エンジンバルブ
に仕上げ加工が施される際、を肉の表層が多く削除され
、盛肉を構成する高価な材料の歩留りが必ずしも充分に
得られなかった。

問題点を解決するための第１の手段 本発明壱等は、以上の事情を背景として種々検討を重ね
た結果、エンジンバルブの肉盛７′８ｔＫ　＆’ＪＣＦ
Ｍして、そのエンジンバルブを一定の角度範囲内に傾斜
させると、盛肉の向火（盛肉不十分）を住することなく
、エンジンバルブの仕上げ加工における盛肉の表層切削
量が効果的に低減される事実を見いだした。本発明は、
以上の知見に基づいて為されたものである。すなわち、
本発明の要旨とするところは、前記エンジンバルブを、
その軸心が垂直線に対して１０乃至６０°の角度範囲で
傾斜した状態で保持して、そのエンジンバルブのＬＭ　
状凹溝を前記プラズマアークトーチの下方に位置させる
一方、そのエンジンバルブを軸回りに回転駆動するバル
ブ保持装置を設けたことにある。

作用および第１発明の効果 このようにすれば、エンジンバルブの軸心が垂直線に対
して１０乃至６０°の角度範囲で傾斜させられるので、
盛肉が弁部の端面側に偏在せられて、向火が生ずること
なく、仕上げ加工における盛肉表層の切削量が大幅に低
減されるのである。

このため、耐久性のある高価な材料が節減されて、その
歩留りが高められると同時に、エンジンバルブ切削量が
低下によって仕上げ工程における切削能率が高められる
と共に、工具の消耗が抑制されるのである。

問題点を解決すべき第２の手段 また、本発明の他の態様によれば、（１）前記エンジン
バルブをその軸心が垂直線に対して１ｏ乃至６０°の角
度範囲で傾斜した状態で保持してそのエンジンバルブの
環状凹溝を前記プラズマアークトーチの下方に位置させ
る一方、そのエンジンバルブを軸回りに回転駆動するバ
ルブ保持装置と、（２）前記エンジンバルブを一定の姿
勢で供給するエンジンバルブ供給装置と、（３）肉盛溶
接が施されたエンジンバルブを前記保持装置から取り出
すと共に、前記エンジンバルブ供給装置から、新たなエ
ンジンバルブを取り出して、前記バルブ保持駆動装置と
装着するエンジンバルブハンドリング装置とを、含むこ
とにある。

作用および第２発明の効果 このようにすれば、エンジンバルブは１０乃至６０°の
角度範囲で傾斜させられた状態で保持されるので、前記
第１発明と同様の効果か得られるのに加えて、エンジン
バルブ供給装置により供給されたエンジンバルブがエン
ジンバルブハントリング装置によってバルブ保持駆動装
置に装着されると同時に、そのバルブ保持駆動装置から
肉盛溶接が施されたエンジンバルブから取り出されるの
で、極めて能率良くエンジンバルブに肉盛り溶接が施さ
れ得るのである。

実施例 以下、本発明の一実施例を示す図面に基づいて詳細に説
明する。

第３図はエンジンバルブ肉盛溶接装置の全体を示す平面
略図であり、１０はターンテーブルである。ターンテー
ブルの外周部には複数本（本実施例では６本）のグリッ
パ１２が円周方向において等角度間隔に配設されている
。ターンテーブル１０は図示しない駆動装置により１２
０°毎に間欠回転駆動されるようになっており、一対の
グリッパ１２は供給位置、肉盛位置、搬出位置へ順次位
置決めされるようになっている。すなわち、ターンテー
ブル１０およびグリ・ツバ１２は、エンジンバルブ２０
を供給位置から肉盛位置、排出位置へ逐次送るハンドリ
ング装置を構成している。

グリッパ１２は、第４図に示すように、ターンテーブル
１０から突設された第１アーム１４と、その第１アーム
１４の長手方向に対して直角を成す水平な軸回りに回動
させられる第２アーム１６と、その第２アーム１６の先
端部において垂直な軸回りに相対回動可能に設けられ、
かつ相互に接近する方向に素晴付勢された一対の挟持片
１８とカラ成る。挟持片１８の対向面にはエンジンバル
ブ２０の軸部２２を挟持するための溝２４と先端部から
その溝２４に至るテーパ面２６とが各々形成されており
、エンジンバルブ２ｏの軸部２２が両テーバ面２６に沿
って押し込まれると、エンジンバルブ２０が挟持される
ようになっており、またそのエンジンバルブ２ｏが強制
的に挟持片１８の先端方向に駆動させられることにより
、エンジンバルブ２０がグリッパ１２から取り外される
ようになっている。

第３図に戻って、エンジンバルブ２ｏは、傾斜させられ
た供給レール２８に沿って案内されるごとにより、供給
位置に設けられた一列の反転装置３０へ一列に供給され
るようになっている。第５図に詳しく示すように、反転
装置３０は、ブラクソト３２を１８０°往復回転駆動す
る反転駆動装置３４を備えている。ブラケット３２の先
端部には、エンジンバルブ２０の軸端に設けられた、大
径の弁部３６と係合して、エンジンバルブ２０を掛は止
める一対の爪３８が設けられていると共に、その爪３８
に掛は止められたエンジンバルブ２０の弁部３６を押圧
できるように移動可能に設けられた押圧部材４０と、そ
の押圧部材４０を駆動してエンジンバルブ２０を保持す
る保持シリンダ４２とか設けられている。第５図は図示
しないゲート手段により供給レール２８から供給された
１本のエンジンバルブ２０が反転装置３０へ送うして爪
３８に掛は止められた状態を示しており、次いで、保持
シリンダ４２によって押圧部材４０がエンジンバルブ２
０の弁部３６に押圧されるごとにより、エンジンバルブ
２０がブラケット３２に保持される。その後、反転駆動
装置３４により第５図の仮想線に示す位置まで、ブラケ
ット３２が駆動されると同１．）に、ブラケット３２に
保持されたエンジンバルブ２０がグリッパ１２に把持さ
れるようになっているのである。すなわぢ、反転装置３
０および供給レール２８等がエンジンバルブを一定の姿
勢でグリッパ１２に供給するエンジンバルブ供給装置を
構成しているのである。なお、反転駆動装置３４ば、ブ
ラケット３２をその回動軸心方向へも駆動するものであ
り、爪３８とエンジンバルブ２０との干渉を防止するた
め、エンジンバルブ２０がグリッパ１２に把持された後
は、ブラケット３２がその回動中心方向へ感動させられ
て爪３８がエンジンバルブ２０から引き抜かれた後、回
動（１９動）させられるようになっている。

以上のように、供給位置においてグリッパ１２に把持さ
れたエンジンバルブ２０は、ターンテーブル１００１−
足角度（本実施例では１２０°）の回転駆動に伴って、
肉盛位置に搬送される。次いで、グリッパ１２の第２ア
ーム１６が水平面に対して１０゛乃至６０’の角度範囲
内において予め定められた角度だけ傾斜させられると、
エンジンバルブ２０が傾斜させられて肉盛溶接が開始さ
れる。第６図に詳しく示すように、溶接ベース４４を備
えた回転駆動装置４６が図示しない昇降装置により上昇
させられ、かつ保持シリンダ４２のロッドによってエン
ジンバルブ２０の軸部２２の端部が回転駆動装置４６に
向かって軸方向に押圧されると、エンジンバルブ２０の
弁部３６端面が溶接ベース４４の中央部に密着させられ
、かつ弁部３６の円錐面に形成された比較的浅い環状凹
溝５２が下降させられたプラズマアークトーチ５０の下
方に位置させられる。すなわち、バルブ保持駆動装置を
構成する溶接ベース４４）回転駆動装置４６、押圧シリ
ンダ４８によってエンジンバルブ２０が傾斜させられた
状態で保持されかつ軸まわりに回転駆動されるようにな
っているのである。

プラズマアークトーチ５０は、略垂直に、すなわち垂直
線に対してプラスマイナス１５°の角度範囲内の予め定
められた角度にトーチホルダ５４によって保持されてお
り、かつ上昇位置と下降位置との間で昇降させられるよ
うになっている。第６図は、プラズマアークト−チ５０
の下降位置を示す。なお、溶接ベース４４内には、冷却
液を通すため、冷却通路５６が形成されている。

そして、エンジンバルブ２０が回転駆動装置４６によっ
て軸まわりに一回転回転駆動させられると、弁部３６の
環状凹溝５２にプラズマアークトーチ５０によって肉盛
溶接が施される。プラズマアークト−チ５０には、たと
えば第７図に示すように、棒状の電極５８がｌ・−チ内
筒６０内に挿入され、かつそのトーチ内筒６０がトーチ
外筒６２内に挿入されるごとにより、電極５８とトーチ
内筒６０との間、およびトーチ内筒６０と、トーチ外筒
６２との間にそれぞれ環状の通路６４および６６が形成
されている。通路６４内には、ガス源６８からプラズマ
ガスが供給されるようになっており、また通路６６内に
は、溶接材料供給装置７０から−・対の配管７２を介し
て粉末状の溶接材料７４を含んだパウダ搬送ガスが供給
されるようになっている。この溶接材料７４は、たとえ
ば−６０乃至３００メソシュ程度のものであって、ＣＯ
ベースのステライト系あるいはニッケルヘースのコルモ
ノイ系のものが使用される。

電極５８とトーチ内筒６０との間には高周波電源７６が
接続されており、それから高周波電流が供給されると、
それ等の間にパイロットアークが形成されてガス源６８
から供給されたプラズマガスがプラズマ化されて、トー
チ内筒６０のノズルから放出される。電極５８と溶接ベ
ース４４との間にはメイン電１！１１ｉｉ７８が接続さ
れており、それから溶接電流が供給されることより、ト
ーチ内筒６０から導出されたプラズマが移行されて、定
常的なプラズマアークが電極５８とエンジンバルブ２０
の弁部３６との間、正確には、トーチ外筒６２のノズル
８０の直下に位置する環状凹溝５２との間に形成される
。このプラズマアーク内に前記溶接材料供給装置７０か
ら供給された粉末状の溶接材料７４が導入されると、そ
の溶接材料７４がプラズマアークによって溶融されて環
状凹溝５２の内面上に肉盛溶接されるのである。なお、
図において、８２はプラズマアークトーチ５０の先端部
を冷却するための冷却水通路であり、８４は抵抗器、８
６は分配器、８８は搬送ガス源である。なお、第３図の
ガス源は前記ガス源６８および搬送ガス源８８を含むも
のであり、また、第３図の電源は、前記高周波電源７６
およびメイン電源７８を含むものである。

ここで、プラズマアークト−チ５０のノズル、換言すれ
ば、トーチ外筒６２のノズル８０の径りは肉盛溶接を施
ずべき環状凹溝５２の幅寸法Ｗの０．６倍乃至１．３倍
の範囲内に定められている。ノズル８０のｊ￥ｒ〕が環
状凹溝５２の幅寸法Ｗの０．６倍以下であれば、盛肉９
０が、環状凹溝５２の幅を充分に覆うことができず、欠
肉を生ずるのであり、またノズル８０の径りが環状凹溝
５２の幅寸法Ｗの１．３倍を超えれば、母材（弁部３６
）の溶接に伴うＲ解部分が多くなり、またそれに起因し
て盛肉の硬度が低下してしまう。

また、プラズマアークトーチ５０は、第８図に示すよう
に、傾斜した弁部３６の上側半分において回転方向の上
流側半分の領域Ｅに属する環状凹溝５２がプラズマアー
クトーチ５０の下方に位置するように設定されている。

それ故、プラズマアークトーチ５０による溶接位置が相
対的に下り坂に向かうこととなるため、第９図に示すよ
うに母材の溶込み９２が浅くなり、かつ盛肉９０が厚く
なり易くなる利点がある。なお、上記領域Ｅ内における
プラズマアークトーチ５０のノズル８０の位置は、エン
ジンバルブ２０の回転速度および傾斜に従って適宜定め
られる。

また、肉盛溶接装置におけるエンジンバルブ２０は、垂
直線に対して１０°乃至６０°の範囲内で傾斜させられ
ているが、この角度範囲を超えると、盛肉９０が偏って
欠肉が生じ易く、また、盛肉９０の仕上げ工程における
切削量を低減し難くなる。すなわち、第１図および第２
図に示すようにエンジンバルブ２０の弁部３６の端面は
、一般に軸方向に対して直角な平面とされ、また環状凹
溝５２の開先面にはこの端面に対して４５°±５°に形
成されている。そして、環状凹溝５２において溶接され
た盛肉９０は、その開先面（環状凹溝５２の開１］縁を
結ふ面）Ｋよりも盛り上がるように形成され、その後、
破線に示す仕上げ面Ｓの形状に切削等による仕上げ工程
を経て仕上げられるのである。したがって、盛肉９０の
形状は破線に示す仕上げ面Ｓよりも僅かに膨出して形成
されておれば良いのである。この仕上げ面Ｓは、一般に
環状凹溝５２の幅方向の中心に対して端面側に偏って膨
出させられており、したがって盛肉９０も環状凹溝５２
の幅方向において弁部３６の端面側において多く膨出さ
せられるようにするのが効率が良いのである。第１図は
エンジンバルブ２０が垂直線に対して１０°傾けられた
場合、ずなわち弁部３６端面の水平線に対する角度αか
１０゜とされた状態における盛肉９０を示している。こ
のときの盛肉９０は、環状凹溝５２の幅方向の中央部に
対して左右対象に形成された盛肉に比較して、Ａに示す
部分だけ少なくされており、この八に相当する部分の溶
接材料７４の歩留りが向上させられると共に、仕上げ加
工における能率が高められる。なお１、このとき開先面
にの角度は水平面に対して３５°を成し、プラズマアー
クト−チ５０は垂直乃至左側へ１５°の角度の範囲Ｂ内
に設定されることが望ましい。エンジンバルブ２０の傾
斜角度を１０゛以下とすれば、盛肉９０の形状が重力に
より偏り過ぎて、環状凹溝５２幅方向における軸部２２
側が仕上げ面Ｓよりも内側へ入ってしまうことになる。

第２図はエンジンバルブ２Ｇを垂直線に対して６０°傾
斜させた場合、ずなわち弁部３６端面の水平線に対する
角度αが６０゛に傾斜した状態における盛肉９０の形状
を示す。

エンジンバルブ２０をこの角度６０’以上閉鎖させれば
、盛肉９０の形状が偏り過ぎて、環状凹溝５２幅方向に
おりる端面側が仕上げ面Ｓよりも内側となる。このとき
のトーチ５０は、第２図に示すように垂直位置乃至右側
へ］５°の範囲Ｂ“内に設定される。なお、このときの
開先面にの角度は水平線Ｑこ対して１５°である。この
ような角度ても、盛肉９０の環状ａ５２の幅方向の中心
から弁部３６の端面側において盛上げ量が多いが、これ
はプラズマアーク）−−チ５０から噴出するガスによっ
てｌｉＪ：合状態の盛肉９ｏが端面側へ押圧されるから
である。なお、エンジンバルブ２ｏの傾斜（約４５°）
によって開先面Ｋか水平となった状態においても、盛肉
９０を適度に偏在させるためにプラズマアークトーチ５
ｏを上記Ｂ“の範囲内で傾斜させることが望ましい。

エンジンバルブ２０が回転駆動装置４６によって軸まわ
りに１回転回転駆動されて肉盛溶接が完了すると、前記
と逆の作動に従ってプラズマアークトーチ５０が上昇さ
せられると共に、溶接ヘース４４か下降させられ、がっ
押圧シリンダ４８による押圧が解かれる。そして、グリ
ッパ１２の第２アーム１６は元の水平位置に戻される。

その後、ターンテーブル１０が回転駆動されることによ
り、肉盛溶接されたエンジンバルブ２ｏは、搬出位置ま
で搬送される。ＩＭ出位置においては、前述の反転装置
３０と全く同様に構成された反転装置９４が配設され゛
ており、その反転装置９４によってグリッパ１２に把、
持されている肉盛溶接を完了したエンジンバルブ２０が
保持され、かつそれが反転させられることによりエンジ
ンバルブ２０がグリッパ１２から取り外される。

以上の一連の作動は、制御装置９６によって制御されて
おり、このような作動が繰り返し実行されることにより
エンジンバルブ２０に肉盛溶接が連続的かつ能率的に施
されるのである。

このように、本実施例によれば、エンジンバルブ２０が
垂直線に対して１０°乃至６０°の範囲内で傾斜させら
れた状態で軸回りに回転させられることにより弁部３６
の環状凹溝５２上に肉盛溶接が施されるので、盛肉９０
の向火が防止されつつ盛肉９０が仕上げ面Ｓよりも僅か
に膨出した状態に形成され得る。このため、溶接材料７
４の歩留りが向上させられると共に、仕上げ工程が能率
的に行なわれ、また切削工具等の消耗が軽減される。

また、プラズマアークトーチ５０のノズル径りが環状凹
溝５２の幅寸法Ｗの０．６倍乃至１．３倍の範囲内に設
定されており、環状凹溝５２の幅方向における盛肉の不
足が防止され、かつ母相の熔込み量が抑制されて盛肉の
硬度が維持される利点がある。

また、プラズマアークトーチ５０の直下における溶接位
置は、流動状態の盛肉状０がエンジンバルブ２０の回転
方向に対向して流下するように傾斜させられる位置とさ
れているので、母材の溶込み深さが好適に抑制される。

したがって、この点においても、盛肉９０の硬度の低下
が防止される。

また、本実施例によれば、エンジンバルブ２０がエンジ
ンバルブ供給装置からハン［−リング装置によってバル
ブ保持駆動装置へ搬送され、かつ肉盛／’ｃｚ　ｆＱ　
ｔ＆のエンジンバルブ２０かハンドリング装置によって
１般出位置まで自動的に１般送されるので、極めて能率
的にエンジンバルブ２０に対する肉盛溶接が施されるの
である。

以上、本発明の一実施例を示す図面に基づいて詳細に説
明したが、本発明はその他の態様においても適用される
。

たとえば、前述の実施例において、一対のグリッパ１２
が供給位置、溶接位置、搬出位置に同時に位置決めされ
るように構成されているが、１個であっても良く、また
＋［ｌｉｌ　３以上のグリッパ１２が位置決めされるよ
うにしても良いし、ターンテーブル１０の代わりにエン
ジンバルブ２０を把持する把持装置を備えたコンヘアま
たはロボットアームが用いられても良い。ロボットアー
ムの先端に１個の把持装置が装着される形式においては
、グリッパ１２の挟持片１８が開閉駆動されるようにし
ても良い。このようにすれば、反転装置３０゜９４等が
不要となる。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変更
が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例の装置によって
肉盛溶接されたエンジンバルブを示す要部断面図である
。第３図は本発明の一実施例の装置を示す平面略図であ
る。第４図は第３図のグリッパを示す要部斜視図である
。第５図は第３図の反転装置を説明する図である。第６
図は第３図のバルブ保持駆動装置を説明する図である。 第７図は第３図のプラズマアークトーチおよびその付帯
装置を説明する図である。第８図は第６図のプラズマア
ーク１−チのエンジンバルブの弁部に対する溶接位置を
説明する図である。第９図は第８図に示す条件に従った
肉盛溶接を説明する図である。 ２°０：エンジンバルブ ３６：弁部 ５０：ブシヂスマアークトーチ ５２：環状凹溝

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸部とその一端において大径に形成された弁部と
   を有するエンジンバルブにおいて、該弁部の着座面に形
   成された比較的浅い環状凹溝に、略垂直方向に配設され
   た肉盛用プラズマアークトーチを用いて肉盛溶接を施す
   肉盛溶接装置であって、 前記エンジンバルブをその軸心が垂直線に対して１０乃
   至６０度の角度範囲で傾斜した状態で保持して該エンジ
   ンバルブの環状凹溝を前記プラズマアークトーチの下方
   に位置させる一方、該エンジンバルブを軸まわりに回転
   駆動するバルブ保持駆動装置を設けたことを特徴とする
   肉盛溶接装置。
2. （２）前記プラズマアークトーチが、前記環状凹溝の幅
   寸法の０．６乃至１．３倍のノズル径を備えたものであ
   る特許請求の範囲第一項に記載の肉盛溶接装置。
3. （３）軸部とその一端において大径に形成された弁部と
   を有するエンジンバルブにおいて、該弁部の着座面に形
   成された比較的浅い環状凹溝に、略垂直方向に配設され
   た肉盛用プラズマアークトーチを用いて肉盛溶接を施す
   肉盛溶接装置であって、 前記エンジンバルブをその軸心が垂直線に対して１０乃
   至６０°の角度範囲で傾斜した状態で保持して該エンジ
   ンバルブの環状凹溝を前記プラズマアークトーチの下方
   に位置させる一方、該エンジンバルブを軸まわりに回転
   駆動するバルブ保持駆動装置と、 前記エンジンバルブを一定の姿勢で供給するエンジンバ
   ルブ供給装置と、 肉盛溶接が施されたエンジンバルブを前記バルブ保持駆
   動装置から取り出すとともに、前記エンジンバルブ供給
   装置から新たなエンジンバルブを取り出して前記バルブ
   保持駆動装置に装着するエンジンバルブハンドリング装
   置と、を含むことを特徴とする肉盛溶接装置。
4. （４）前記エンジンバルブハンドリング装置が、一方向
   へ間欠回転駆動されるターンテーブルと、該ターンテー
   ブルの外周部において等角度間隔に設けられ、前記エン
   ジンバルブを把持可能な複数のグリッパとを備え、新た
   なエンジンバルブを前記エンジンバルブ供給装置から前
   記バルブ保持駆動装置へ、同時に肉盛後のエンジンバル
   ブを該バルブ保持駆動装置から所定の搬出位置へ搬送す
   るものである特許請求の範囲第三項に記載の肉盛溶接装
   置。