(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材の表面に、被覆または肉盛り材料の粉体を配置し、電極棒と前記金属部材の表面との間に火花放電を発生させて、溶融した電極棒材料と前記被覆または肉盛り材料とを前記金属部材の表面に被覆または肉盛りすることを特徴とする金属部材への被覆または肉盛り方法。
【請求項２】
請求項１において、前記被覆または肉盛り材料の粉体は、粉体そのもの、またはペーストに形成され、前記金属部材の表面に付着されることを特徴とする金属部材への被覆または肉盛り方法。
【請求項３】
請求項１において、前記被覆または肉盛り材料の粉体は、粉体そのもの、またはスラリーに形成され、前記金属部材の表面に設置、吹き付け、または塗布して配置されることを特徴とする金属部材への被覆または肉盛り方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記被覆または肉盛り材料の被覆または肉盛りは不活性ガスシールド雰囲気中または大気中で行うことを特徴とする金属部材への被覆または肉盛り方法。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の金属部材への被覆または肉盛り方法により被覆または肉盛りされた金属部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放電被覆を利用して金属部材（ワーク）の表面に被覆または肉盛りし、部品の予防保全、磨耗部分や欠損部分の被覆または肉盛りする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火花放電に伴う高温を利用して金属、炭化物セラミック、サーメットなどの電極棒または円板状の焼結体を、ワークであるプレスのダイボタンの作用表面、金型のかじり部など金属部材の特定表面に転移して表面処理を行い、硬度、耐熱性、耐蝕性、耐久性などを向上させる放電被覆処理（エレクトロ・スパーク・デポジション）が行われている。また、磨耗し易い部品の表面に予め金属、炭化物セラミック、サーメットなどを被覆する予防保全は、装置の耐久性の向上に有効である。
【０００３】
しかるに、射出成形金型や鉄製ローラーの予防保全や補修は、いずれも射出成形装置などの装置から金型やローラー（ワーク；被補修金属部材）を取り外して、アルゴン溶接などにより肉盛りしたのち研磨する方法であった。このためワークを取り外したり運搬したりする作業が必要であり、溶接のための手間がかかり予防保全や補修のコストが著しく高くなる欠点があった。また、アルゴン溶接は、ワークが高温度になるため熱歪みが生じ易いなどの問題も生じている。
【０００４】
この欠点を解消するため、この特許出願人は、特開平６−２６９９３６号公報において、電極棒を利用し、厚く肉盛りしてワークの磨耗、欠損部分の補修や予防保全に適用する金属部材の肉盛り補修方法を提案している。この方法はワークを装置から取り外すことなく、装着した状態で被覆または肉盛りが可能であり、予防保全または補修の手間とコストを著しく低減できる利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、電極棒または円板状の焼結体を利用する金属部材への被覆または肉盛り方法では、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ2 などの単体、またはそれらの混合物の焼結には、高温度、高圧が必要であるとともに温度コントロールや歪み取りなどの問題がある。
【０００６】
また、前記単体または混合物の混合比、およびマトリクスとなるＣｏ、Ｎｉ等の各成分比の異なった数多くの種類を製作、在庫しなければならない不具合がある。さらに、マトリクスの金属成分が少なくなると焼結が難しく、また折れやすく歩留りが悪い。とくに、ＴｉＣ、ＴｉＢ2 などが８０重量％以上のものは製造困難である。
【０００７】
この発明の目的は、電極棒または焼結体を成形することが困難である被覆または肉盛り材料を粉体とし、これらの単体または混合物を金属部材の被覆または肉盛り部に設置したり、ペースト状にして付着させたり、スラリー化して吹付けたりして供給し、被覆または肉盛り時にマトリクス（粒塊の結合材）となる材料で形成した電極を用い、この電極を溶融させながら放電することにより、被覆または肉盛りが容易に行える被覆または肉盛り方法を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、金属部材の表面に、被覆または肉盛り材料の粉体を配置し、電極棒と前記金属部材の表面との間に火花放電を発生させて、溶融した電極棒材料と前記被覆または肉盛り材料とを前記金属部材の表面に被覆または肉盛りすることを特徴とする。被覆または肉盛り材料の粉体は、ペーストにして付着させたり、スラリー化して塗布または吹き付けして被覆部または肉盛り部に供給してもよい。被覆または肉盛り材料が酸化しやすい場合は不活性ガスシールド雰囲気中で行う。
【０００９】
【発明の作用効果】
この発明では、従来のように被覆または肉盛り材料の焼結体を作るのに必要な手間が不要であり、つぎの作用効果を有する。
イ）難焼結性の材料の被覆または肉盛りが容易となる。
ロ）成分の種類、混合比、電極の種類の組み合わせによって無数の成分比の被覆または肉盛りが容易にできる。
【００１０】
ハ）焼結体の製造に必要な設備、エネルギー、時間が不要で、被覆または肉盛りコストの低減および納期の短縮ができる。
ニ）従来は使用不可であった電気不導体である酸化物の被覆または肉盛りが可能となる。
【００１１】
【実施例】
図１は、この発明の一実施例にかかる火花放電による金属部材への被覆または肉盛り方法を示す。ワークＷの一部をアースケーブル１３のワーク把持具１４で掴み、電極回転式アプリケータ３の電極棒Ｄの先端を、ワークＷの金属表面Ｐに接近させ、アプリケータ３の回転速度調節機構付スイッチＳを押す。金属表面Ｐには、被覆または肉盛り材料の粉体にバインダーを加えて混練した粉体またはペースト８が付着してある。
【００１２】
電極棒Ｄは回転しながら先端が溶融して金属表面Ｐに放電被覆され、シールドガスの雰囲気中で放電被覆処理がなされる。粉体またはペースト８は、バインダーが蒸発しながら被覆または肉盛り材料が溶融して融けた電極棒Ｄの溶融材料と混ざって合金または混合された状態となり、ワークＷの金属表面Ｐに被覆または肉盛りＫがなされる。必要な厚さに被覆または肉盛りＫを施した後、必要に応じて被覆または肉盛り面Ｍを研削または研磨して仕上げ、被覆または肉盛りＫされた金属部材７が形成される。
【００１３】
この発明の金属部材７への被覆または肉盛り方法は、電極棒Ｄが回転する方法および回転せずに振動のみする方法でも採用できる。また、不活性ガスはアルゴンガス以外のガスであってもよい。さらに、金属部材７は銅合金、アルミニウム合金、ベリリウム合金など鉄以外の金属であっても良いが、これら熱伝導性の大きい金属部材７の場合は、ワークＷを予熱しておくことが望ましい。
【００１４】
被覆または肉盛り材料としては、火花放電により溶融して電極材と合金または混合されるニッケル、コバルト、クロム、モリブデン、鉄、銅、アルミニウム、チタニウム、ジルコニウム、金、白金、ニオブ、タンタル、亜鉛などの金属または合金の単体または混合物以外に、融点が高く火花放電では十分に溶融せず粒子のまま溶融した電極材に包みこまれる炭化物、窒化物、珪化物、ホウ化物などの高融点セラミック、これら高融点セラミックと金属とのサーメット、これらの単体または混合物が使用できる。なお、これら単体または混合物の混合割合は、０．１〜１００重量％であってよい。
【００１５】
また、前記金属または合金と、高融点セラミックまたはサーメットとの混合物も使用可能である。火花放電は電極棒Ｄの先端とワークＷの金属表面Ｐとの間で生じるため、粉体またはペースト８は導電性材料である必要はない。すなわち、非導電性材料は、金属および他の導電性材料と混合することによって火花放電が可能となり、導電性材料と同様に被覆または肉盛りが可能である。
【００１６】
このため、ＷＣ、ＴｉＣ、Ｍｏ2 Ｃ、ＺｒＣ、ＮｂＣ、ＶＣ、ＴａＣなどの炭化物セラミック、ＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｃｒ2 Ｎなどの窒化物セラミック、ＴｉＳｉ2 、ＺｒＳｉ2 、Ｓｉなどの珪化物セラミック、ＴｉＢ2 、ＺｒＢ2 、ＮｂＢ2 、ＭｏＢ、ＷＢなどのホウ化物セラミックの他に、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ３などの酸化物セラミック等の非導電性セラミック材を被覆または肉盛り材料として使用することが可能である。
【００１７】
被覆または肉盛り材料をワークＷの金属表面Ｐに配置する方法は、ペースト８にして付着させる方法の他に、粉体のままワークＷの金属表面Ｐに設置したり、被覆または肉盛り材料粉末を流動性の高いスラリーとしてワークＷの金属表面Ｐに吹き付けしてもよい。また、粉体、スラリーをノズルから連続的にワークＷの金属表面Ｐに供給しながら放電被覆処理を行ってもよい。
【００１８】
これらの場合には、溶融した電極棒Ｄの材料が粒塊組織を結合するマトリクスとして作用し、被覆または肉盛り材料に合わせて特に濡れ性のよい電極材料を選択する必要がない。また、被覆または肉盛りは、必ずしも不活性ガス雰囲気中で行う必要はなく、酸化されにくい被覆または肉盛り材料、電極棒材料を使用する場合は大気中で行ってもよい。また、逆に電極棒材料、被覆または肉盛り材料の酸化物、窒化物が良い性能を発揮する場合は大気中で行う。
【００１９】
図２は、火花放電による金属部材７の被覆または肉盛り装置１００を示す。被覆または肉盛り装置１００は、商業電源ＡＣ１００Ｖおよび不活性ガスであるアルゴンガスボンベＢに接続された制御装置１と、該制御装置１のパルス電圧出力端子１１にアプリケータケーブル２を介して接続された電極回転式アプリケータ３と、制御装置１のアース端子１２にアースケーブル１３を介して接続されたワーク把持具１４とからなる。
【００２０】
制御装置１は、ケース１０内に整流回路、パワーコントロール回路、安全回路等を収容し、ケース１０の前面には電源をオン、オフするメインスイッチレバー１５、出力パルス電圧レベルを手動で８段階に調節するためのパワーコントロールスイッチ１６、出力パルス電圧の周波数を手動調節する周波数調整摘み１７、および出力部１８が設けられている。出力部１８には１００ＶのＡＣ電源を２０〜１，０００ヘルツのパルス電圧に変換して出力するパルス出力端子１１、前記アース端子１２およびアルゴンガス口１９が設けられている。
【００２１】
アプリケータケーブル２は、一端が前記出力端子１１およびアルゴンガス口１９に接続されたリード線２１およびガスホース２２を束ねてなる。リード線２１内には、火花放電用電源線２３、２４、モーター駆動用電源線２５、２６、およびスイッチオンオフ信号電線２７が一体に配設されている。
【００２２】
電極回転式アプリケータ３は、図３に示す如く、ガン型電動ハンドドリル３０を利用しており、円筒状の本体部Ａと、その後端部の下方に突設された把持部Ｈとからなるハウジング３１を有する。把持部Ｈの前面には回転速度調節機構付スイッチＳが設けられており、本体部Ａにはモーター３２が内装されるとともに、前記リード線２１に電気的に接続された出力軸３３が回転自在に装着されている。出力軸３３の先端には電極材となる電極棒Ｄを掴むチャック３４が本体部Ａから突出して取り付けられている。
【００２３】
ハウジング３１は、先端部分（出力軸３３をカバーしている部分）が除去してあり、除去したハウジング３１の先端部分の代わりに出力軸３３の先端側部を内包する樹脂製スリーブ４を外嵌している。
スリーブ４（ハウジング３１の先端部）には、前記チャック３４を包むとともに前記ガスホース２２の他端から内部にアルゴンガスが導入される樹脂性のカバー筒５が嵌着されている。
【００２４】
樹脂製スリーブ４には軸方向のスリット４１が形成され、該スリット４１にはリード線２１に接続するブラシ４２が出力軸３３に摺接して嵌め込まれている。スリーブ４の外周には、スリット４１と交差する周溝４３が形成され、該周溝４３にはブラシ４２を出力軸３３に圧接するためのコイルスプリングの輪４４が嵌め込まれている。また、スリーブ４にはスリット４１と平行的に貫通穴４５が開けられ、アルゴンガス通路となっている。
【００２５】
樹脂製スリーブ４の外周には、スリーブ４およびスリーブ４の先端から突き出て出力軸３３の先端に設けられたチャック３４を覆う樹脂製カバー筒５が外嵌されている。樹脂性のカバー筒５はスリーブ４に緊密に外嵌するとともに、チャック３４の外周に遊嵌する径大の胴部５１、その先端に設けられたテーパー部５２、テーパー部５２の先端に突設された径小部５３とからなる。
【００２６】
径小部５３にはチャック３４を締結する締結具の差し込み穴が開けられ径小部５３には、樹脂製漏斗状キャップ５５が着脱自在に外嵌されている。キャップ５５は、電極棒Ｄの着脱の便とアルゴンガスを電極棒Ｄの周りに集中させるために取り付けられている。
【００２７】
ガスホース２２に連結した貫通穴４５は樹脂製スリーブ４の端面に出口４６が開口してカバー筒５内に到るガス流路を形成しており、キャップ５５の先端からアルゴンガスを吹出す。
チャック３４には、外径が１〜１０ｍｍである電極棒Ｄが取り付けられる。
【００２８】
金属部材７であるワークＷの作業は、図１に示す如く、ワーク把持具１４でワークＷの一部分を掴み、制御装置１のメインスイッチレバー１５をオンさせるとともにパワーコントロールスイッチ１６で出力レベルを設定し、出力パルス電圧の周波数を周波数調整摘み１７で手動調節し、電極回転式アプリケータ３の回転速度を調整してスイッチＳを押す。
【００２９】
これにより、電極棒Ｄが所定の回転速度で回転するとともに火花放電用電源線２３、２４の電源はブラシ４２、出力軸３３およびチャック３４を介して電極棒Ｄにパルス電圧が印加される。これと同時にアルゴンガスがアルゴンガス口１９からガスホース２２を経てカバー筒５内に供給され、キャップ５５の先端から噴出する。なお、電極棒Ｄの構造は、図示の棒状以外に、パイプ状、円板状、球状など所望のものが使用できる。
【００３０】
電極棒ＤをワークＷの表面に接触させると両者の間で火花放電が生じ、火花放電によりプラス電位とした電極材を溶融させてマイナス電位とした導電性のワークＷの表面にアルゴンガスのシールド雰囲気中で被覆がなされる。電極棒Ｄは火花放電の熱で溶融してプラス電位に帯電し、アース電位のワークＷの表面に吸引されワークＷの表面に衝突して電極材分子の一部が食い込み電極材層が形成される。
【００３１】
この際、電極棒Ｄが回転しているので、電極棒Ｄの先端がワークＷの表面に融着することを防止でき、円滑に被覆または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。電極棒Ｄの回転速度は、最低が毎分２０回転、最高が毎分１，０００回転が良い。これは作業性に優れるためである。
【００３２】
電極棒Ｄの回転速度およびパルス電圧の周波数は、いずれも可変であり、電極棒Ｄの太さおよび、被覆または肉盛りＫするワークＷの表面形状など作業目的に応じて自由に設定できることが望ましい。
【００３３】
この発明の金属部材７の被覆または肉盛り方法は、電極棒Ｄが回転する方法および回転せずに振動のみする方法でも採用できる。また、不活性ガスはアルゴンガス以外のガスであってもよい。さらに、金属部材７は銅合金、アルミニウム合金、ベリリウム合金など鉄以外の金属であっても良いが、これら熱伝導性の大きい金属部材７の場合は、ワークＷを予熱しておくことが望ましい。
【００３４】
上記実施例では、マトリクスとなる金属で電極棒Ｄを形成する実施例を示したが、これとは逆に、マトリクスとなる金属で粉体を形成してもよい。この場合は、電極棒Ｄを上記被覆または肉盛り材料、すなわちニッケル、コバルト、クロム、モリブデン、鉄、銅、アルミニウム、チタニウム、ジルコニウム、金、白金、ニオブ、タンタル、亜鉛などの金属または合金の単体または混合物以外に、融点が高く火花放電では十分に溶融せず粒子のまま溶融した電極材に包みこまれる炭化物、窒化物、珪化物、ホウ化物などの高融点セラミック、これら高融点セラミックと金属とのサーメット、これらの単体または混合物で形成する。
【００３５】
この場合は、電極棒Ｄは導電性を有することが必要であり、、これら単体または混合物の混合割合は、０．１〜１００重量％であってよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の金属部材への被覆または肉盛り方法の行程図である。
【図２】この発明の金属部材への被覆または肉盛り装置の斜視図である。
【図３】電極回転式アプリケーターの斜視図である。
【符号の説明】
１００  金属部材への被覆または肉盛り装置
１  制御装置
２  アプリケータケーブル
３  電極回転式アプリケータ
４  樹脂製スリーブ
５  カバー筒
７  金属部材
８  粉体またはペースト
Ｗ  ワーク（金属部材）
Ｄ  電極棒
Ｂ  アルゴンガスボンベ（不活性ガス）
【図１】
0003647522.tif 000002
【図２】
0003647522.tif 000003
【図３】
0003647522.tif 000004