(57)【要約】【課題】アーク溶射における被膜不良を低減する。【解決手段】アーク溶射装置１０は、貯蔵部１６、供給機構１４、溶射ガン１２、および、制御部１８を備える。貯蔵部１６には、所定の長さ、かつ、ほぼ直線状のワイヤ２０が多数貯蔵されている。供給機構１４は、貯蔵されているワイヤ２０を、曲げることなく溶射ガン１２に供給する。溶射ガン１２は、ほぼ直線状のワイヤ２０を保持するとともに、その下端が所定位置になるべく位置決めする。そして、ワイヤ２０に高電圧を印加してアークを発生させ、アーク溶射を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧を印加した複数本の金属ワイヤの先端付近でアークを発生させ、当該アークにより溶融した金属を被加工物に吹き付けることで被膜を形成するアーク溶射装置であって、
金属ワイヤを保持するとともに、当該金属ワイヤの下端を所定の溶射位置に位置調整する保持手段と、
保持手段により保持された金属ワイヤに電圧を印加してアーク溶射を実行する溶射手段と、
所定の長さ、かつ、ほぼ直線状の複数の金属ワイヤを曲げることなく貯蔵するワイヤ貯蔵手段と、
ワイヤ貯蔵手段で貯蔵されている金属ワイヤを、曲げることなく保持手段まで供給する供給手段と、
を備えることを特徴とするアーク溶射装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアーク溶射装置であって、
金属ワイヤの長さは、被加工物の被膜面積と、金属ワイヤの生産現場からアーク溶射現場までの搬送可能性と、に基づいて決められることを特徴とするアーク溶射装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアーク溶射装置であって、
金属ワイヤは、１ｍあたりの反り量が２００ｍｍ以下であることを特徴とするアーク溶射装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のアーク溶射装置であって、
供給手段は、少なくとも、金属ワイヤを搬送可能なロボットアームを含むことを特徴とするアーク溶射装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載のアーク溶射装置であって、
ワイヤ貯蔵手段は、供給手段の上方に設けられ、
金属ワイヤを一本ずつ収容する複数の収容空間と、
ワイヤ貯蔵手段と供給手段との間を接続する連通孔と、
収容空間内の金属ワイヤを連通孔に移動させる移動手段と、
を備え、
供給手段は、自重により連通孔を通って供給手段に落下した金属ワイヤを保持手段まで案内するガイド部材であることを特徴とするアーク溶射装置。
【請求項６】
電圧を印加した複数本の金属ワイヤの先端付近でアークを発生させ、当該アークにより溶融した金属を被加工物に吹き付けることで被膜を形成するアーク溶射方法であって、
所定の貯蔵位置に、所定の長さ、かつ、ほぼ直線状の複数の金属ワイヤを曲げることなく貯蔵し、
金属ワイヤの先端が所定の溶射位置に位置するように、貯蔵されている金属ワイヤを曲げることなく搬送し、
溶射位置まで搬送された金属ワイヤに電圧を印加してアーク溶射を実行することを特徴とするアーク溶射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電圧を印加した複数本の金属ワイヤの先端付近でアークを発生させ、当該アークにより溶融した金属を被加工物に吹き付けることで被膜を形成するアーク溶射装置、および、アーク溶射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製品の軽量化を計るべく、当該製品の本体は軽量材料、例えば、アルミやその合金を使用し、この本体に耐摩耗性の金属被膜を形成する手法が知られている。特に、車両部品、例えば、エンジンのシリンダボアなどは、軽量化が強く望まれている一方で、充分な耐摩耗性を必要としている。そこで、従来から、シリンダボアなどの車両用部品について、金属被膜を設ける技術が種々、提案されている。例えば、下記特許文献１には、プラズマ溶射により、シリンダボアを被膜する技術が開示されている。
【０００３】
しかし、プラズマ溶射は、その被膜材料として、高清浄かつ球形の金属粉末（いわゆる、ガスアトマイズ粉）を使用するが、これは、非常に高価であるという問題がある。下記特許文献１では、金属棒から金属粉末を生成し、この生成された金属粉末を用いてプラズマ溶射しているため、材料の価格は低減できている。しかし、金属粉末生成のための設備が必要となるため、設備費用そのものは従来のプラズマ溶射装置に比べ高価になっている。また、プラズマ溶射設備には、一般的に、電極の冷却機構が必要であり、これも設備費用増加の一因となっている。さらに、プラズマ溶射は、プラズマ発生のためにＡｒやＨ２などのガスを必要とするため、稼動費も高くなるという問題があった。つまり、プラズマ溶射は、その溶射に必要なコストが全体的に高いという大きな問題があった。
【０００４】
そこで、近年、アーク溶射により被膜形成する技術が提案されている。アーク溶射は、電圧を印加した二本の金属ワイヤの間にアークを発生させて、当該アークにより金属を溶融し、溶融された金属をエアーで被加工物表面に吹き付ける。アーク溶射の材料となる金属ワイヤは、プラズマ溶射の材料である金属粉末に比べて低価格であるため、被膜形成にかかるコストを大幅に低減できる。また、電極の冷却機構も不要であり設備費用も低減できる。さらに、ガスが不要であるため稼動費も低減できる。つまり、アーク溶射によれば、被膜形成に必要なコストを大幅に低減できる。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３１７５９５号公報
【特許文献２】特開平５−２３４６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、コスト面で有利なアーク溶射は、一方で、スパッタと呼ばれる被膜不良が発生しやすいという問題がある。スパッタは、大きな溶滴や未溶融のワイヤが被加工物に付着する現象である。かかるスパッタが生じる原因としては、アーク溶射に用いられる二本のワイヤの相対位置関係がずれることにある。高品質のアーク溶射を行うためには、アーク溶射に用いられる金属ワイヤの先端位置が、予め決められた位置にあることが必要である。金属ワイヤの先端位置が、当所の予定と異なる位置にあった場合には、アークの発生点やエネルギ量がずれてしまい、スパッタが生じやすくなる。金属ワイヤの先端位置が、所定位置からずれる最たる理由としては、金属ワイヤの巻き癖が挙げられる。通常、アーク溶射の材料である金属ワイヤは、ロール状に巻かれていることが多く、その際の巻き癖がアーク溶射を実行する際にも残存していることが多い。一般に、アーク溶射装置には、このワイヤの巻き癖を矯正するための、矯正手段（例えば、ローラーなど）が備えられているが、かかる矯正手段で巻き癖を完全に矯正することは困難であり、結果としてスパッタが多発していた。また、矯正手段を設けることは、装置の大型化、および、設備費の増加などを招き、結果として被膜形成コストの増加の一因となっていた。
【０００７】
そこで、本発明は、アーク溶射における被膜不良を低減することを目的の一つとする。また、他の本発明の目的は、アーク溶射にかかるコストを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のアーク溶射装置は、電圧を印加した複数本の金属ワイヤの先端付近でアークを発生させ、当該アークにより溶融した金属を被加工物に吹き付けることで被膜を形成するアーク溶射装置であって、金属ワイヤを保持するとともに、当該金属ワイヤの下端を所定の溶射位置に位置調整する保持手段と、保持手段により保持された金属ワイヤに電圧を印加してアーク溶射を実行する溶射手段と、所定の長さ、かつ、ほぼ直線状の複数の金属ワイヤを曲げることなく貯蔵するワイヤ貯蔵手段と、ワイヤ貯蔵手段で貯蔵されている金属ワイヤを、曲げることなく保持手段まで供給する供給手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
好適な態様では、金属ワイヤの長さは、被加工物の被膜面積と、金属ワイヤの生産現場からアーク溶射現場までの搬送可能性と、に基づいて決められる。金属ワイヤは、１ｍあたりの反り量が２００ｍｍ以下であることが望ましい。
【００１０】
他の好適な態様では、供給手段は、少なくとも、金属ワイヤを搬送可能なロボットアームを含む。他の好適な態様では、ワイヤ貯蔵手段は、供給手段の上方に設けられ、金属ワイヤを一本ずつ収容する複数の収容空間と、ワイヤ貯蔵手段と供給手段との間を接続する連通孔と、収容空間内の金属ワイヤを連通孔に移動させる移動手段と、を備え、供給手段は、自重により連通孔を通って供給手段に落下した金属ワイヤを保持手段まで案内するガイド部材である。
【００１１】
他の本発明であるアーク溶射方法は、電圧を印加した複数本の金属ワイヤの先端付近でアークを発生させ、当該アークにより溶融した金属を被加工物に吹き付けることで被膜を形成するアーク溶射方法であって、所定の貯蔵位置に、所定の長さ、かつ、ほぼ直線状の複数の金属ワイヤを曲げることなく貯蔵し、金属ワイヤの先端が所定の溶射位置に位置するように、貯蔵されている金属ワイヤを曲げることなく搬送し、溶射位置まで搬送された金属ワイヤに電圧を印加してアーク溶射を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ほぼ直線状の金属ワイヤを用いるため、金属ワイヤの下端位置を高精度で位置決めできる。その結果、スパッタ等を防止し、アーク溶射における被膜不良を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態であるアーク溶射装置１０の最も基本的な構成を示す図である。本実施形態のアーク溶射装置１０は、溶射材料として、ほぼ直線状に維持された金属製のワイヤ２０を用いることを特徴の一つとしている。すなわち、従来のアーク溶射装置では、溶射材料であるワイヤは、ワイヤリールなどに巻回されており、弧状の巻き癖がついてしまっていた。本実施形態では、かかるワイヤリール等を廃止し、代わりに、所定の長さ、かつ、ほぼ直線状のワイヤ２０を多数貯蔵し、この直線状のワイヤ２０を曲げることなく溶射ガン１２に供給するように構成している。以下、このアーク溶射装置１０について詳説する。
【００１４】
アーク溶射装置１０は、ワイヤ２０を溶融して噴霧する溶射ガン１２と、溶射材料であるワイヤ２０を多数貯蔵する貯蔵部１６と、貯蔵部１６から溶射ガン１２にワイヤ２０を供給する供給機構１４と、これらを制御する制御部１８と、に大別される。
【００１５】
溶射ガン１２において、溶射材料である二本のワイヤ２０は、保持機構２８により保持されている。この保持機構２８は、各ワイヤ２０ごとに、その上端近傍を挟持する上側ローラ２２と、ワイヤ２０の下側近傍を挟持する下側ローラ２４と、両ローラの間を接続する案内パイプ２６と、を備えている。ここで、挟持されているワイヤ２０は、溶射のために溶融されるため、徐々に短くなる。上側、下側ローラ２２，２４は、溶射の進行に伴いワイヤ２０が短くなっても、ワイヤ下端が所定の溶射位置Ｐに位置するように、適宜、ワイヤ２０を下方に送っている。案内パイプ２６は、一本のワイヤ２０が通過可能な程度の内径を備えた筒状部材である。この案内パイプ２６は、上側ローラ２２と下側ローラ２４との間に設けられ、上方から送られるワイヤ２０を下側ローラ２４へと導く。ワイヤ２０が消費されて短くなり、その上端の位置が上側ローラ２２より下側になったとしても、ワイヤ２０は案内パイプ２６により保持される。そして、下側ローラ２４の駆動により、下方へのワイヤ送りが続行されるようになっている。なお、この保持機構２８の構成は一例であり、ワイヤ２０を保持するとともに、その下端位置を調整できる機構であれば、他の構成でもよい。例えば、下側ローラ２４と案内パイプ２６のみの構成でもよい。
【００１６】
ワイヤ２０の下端部には、給電チップ３０が設けられている。この給電チップ３０は、図示しない印加電圧電源からの電圧供給を受けて、ワイヤ２０に高電圧を印加する。高電圧が印加されることにより、二本のワイヤ２０の中間部分にアークが発生し、当該アークによりワイヤ２０の下端部が溶融する。溶融したワイヤ２０（金属）は、エアーノズル３２から噴射されるエアーにより被加工物の被膜対象面に噴霧される。
【００１７】
次に、本実施形態で用いられるワイヤ２０の長さについて簡単に説明する。本実施形態では、所定の長さ、かつ、ほぼ直線状のワイヤ２０を用いる。このワイヤの長さは、搬送可能性、および、被加工物の被膜面積に基づいて決定される。搬送可能性とは、ワイヤ２０の製造現場からアーク溶射の現場までの搬送の可能性である。既述したように、本実施形態のワイヤ２０は、ほぼ直線状であることが要求される。したがって、本実施形態のワイヤ長は、ワイヤ２０の製造現場からアーク溶射現場まで、ワイヤ２０を折り曲げたり、湾曲させたりすることなく、搬送でき得る程度の長さであることが要求される。また、被膜面積は、被加工物のうち、アーク溶射による被膜が必要な面積である。ワイヤ２０の消費長さは、被膜面積にほぼ比例するため、被膜面積が分かれば、必要なワイヤ長さがほぼ分かる。ワイヤ長は、一つの被加工物の被膜面積を溶射でき得る程度の長さであることが望ましい。ただし、搬送可能な長さに納めることが必要であるため、一つの被加工物の被膜面積が大きい場合には、被膜面のうち一定範囲だけを溶射でき得る程度のワイヤ長であればよい。この場合であっても、連続した一面は、一本のワイヤ２０で連続溶射できることが望ましい。
【００１８】
貯蔵部１６は、溶射材料であるワイヤ２０を多数、貯蔵する。この貯蔵部１６の形態は、所定長のワイヤ２０を、その直線性を維持した状態で貯蔵できるのであれば、特に限定されない。したがって、単なる箱状部材であってもよいし、ワイヤ２０を所定単位数ごとに保持する筒状部材の集合体であってもよい。ただし、ワイヤ同士の干渉により、ワイヤ２０の磨耗や折れ曲がりを防止するためには、ワイヤ２０を、ある程度の本数ごとに隔離して貯蔵する形態が望ましい。
【００１９】
供給機構１４は、貯蔵部１６に貯蔵されているワイヤ２０を適宜、溶射ガン１２に搬送、供給する機構である。既述したように、溶射ガン１２にセットされたワイヤ２０は、溶射に伴い消費され、短くなっていく。セットされたワイヤ２０が、一定以上短く、または、所定面積の溶射が終了すれば、供給機構１４は、貯蔵部１６から新しいワイヤ２０を取り出し、溶射ガン１２まで供給する。この供給機構１４は、ワイヤ２０を曲げることなく溶射ガン１２の保持機構２８まで供給できるのであれば、その構成は特に限定されない。したがって、重力を利用してワイヤ２０を保持機構２８まで滑らせるガイド部材であってもよいし、ロボットアームのようにワイヤ２０を挟持、搬送する装置であってもよい。また、これらの組み合わせでもよい。ただし、いずれの場合であっても、ワイヤ２０の直線性を維持した状態で、供給できることが必要とされる。
【００２０】
制御部１８は、溶射ガン１２および供給機構１４を制御する。具体的には、ユーザからの指示に応じて、溶射ガン１２の印加電圧電源に給電を指示したり、エアー噴射装置にエアー噴射を指示したりする。また、溶射ガン１２にセットされたワイヤ２０の長さをモニタリングし、その長さに応じたワイヤ送りを保持機構２８に指示する。さらに、溶射ガン１２にセットされたワイヤ２０が所定の基準値以下、あるいは、被加工物の所定範囲の溶射が終了すれば、保持機構２８に対して残存しているワイヤ２０の破棄を指示するとともに、供給機構１４に対して新たなワイヤ２０の供給を指示する。
【００２１】
次に、このアーク溶射装置１０の作用を、従来技術との比較に基づいて説明する。図２は、従来のアーク溶射装置１００の一例を示す図である。従来のアーク溶射装置１００は、溶射材料であるワイヤ２０を、ワイヤリール１０２に巻回し、当該ワイヤリール１０２から引き出したワイヤ２０を溶射ガン１２まで供給している。したがって、ワイヤ２０は連続的に供給されるため、被加工物の溶射面積等を気にすることなく、連続的にアーク溶射を実行できるという利点がある。しかし、ワイヤリール１０２に巻回されたワイヤ２０は、当該ワイヤリール１０２から引き出された後も、巻回時の巻き癖、例えば、湾曲やねじりなどが残存する。従来のアーク溶射装置１００には、供給機構１４の一部に、この巻き癖を矯正するための矯正機構１０４を設けたものもある。矯正機構１０４としては種々の形態があるが、複数のローラで圧接する形態が一般的である。かかる矯正機構１０４により、ワイヤ２０の巻き癖は、ある程度は解消されるが、完全には、解消されない。
【００２２】
かかる巻き癖が残存したワイヤ２０でアーク溶射をする場合の様子を図３に示す。図３（Ａ）は従来のアーク溶射装置１００の溶射位置Ｐ近傍の概略正面図であり、図３（Ｂ）はその概略側面図である。安定したアーク溶射を行うためには、二本のワイヤ２０の下端部は、互いに近接、正対している必要がる。しかし、ワイヤに巻き癖である湾曲やねじりが残存していると、その下端部を所望の位置に配置することは困難であり、実際には、二本のワイヤが正対しないことが多い。この場合、アークのエネルギ量や発生点が当初の予定とずれてしまい、好適なワイヤ２０の溶融ができない。その結果、大量の溶融液が分散されずにダマ状に被加工物に付着したり、未溶融のまま被加工物に付着したりする、スパッタと呼ばれる被膜不良が発生しやすい。かかる未溶融物やダマ状溶滴が被加工物に付着すると、被加工物を傷つける場合がある。また、未溶融物やダマ状溶滴は剥離しやすく、その剥離の際に被加工物の表面組織も脱落させることがある。
【００２３】
図４は、ワイヤリール１０２を用いた従来のアーク溶射装置１００において、被膜不良の発生原因の割合を示すグラフである。図４において、フィード速度設定ミス、溶射下端位置設定ミス、吸引忘れは、ユーザの設定ミス、または、操作ミスであり、人為的ミスと言える。この人為的ミスを除くと、被膜不良の原因としては、スパッタが圧倒的に多数であることが分かる。換言すれば、良好なアーク溶射を行うためには、スパッタを防止することが極めて重要であることが分かる。
【００２４】
本実施形態のアーク溶射装置１０は、既述した通り、所定の長さ、かつ、ほぼ直線状のワイヤ２０を用いる。そのため、ワイヤには、湾曲やねじりなどが生じず、容易にワイヤ２０の下端部を所望の位置に配置できる。その結果、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、二本のワイヤ２０の下端を互いに近接、かつ、正対させることが容易となる。換言すれば、二本のワイヤ２０は常に互いに正対関係にあり、安定したアーク溶射が可能となる。その結果、スパッタなどの被膜不良を最低限に抑えることができ、製品の歩留まりを大幅に向上できる。
【００２５】
図６は、本実施形態と従来のアーク溶射装置とのスパッタ発生率の比較である。図６において、従来装置Ａは直径３００ｍｍのワイヤリール１０２を、従来装置Ｂは直径２２５ｍｍのワイヤリール１０２をそれぞれ使用している。
【００２６】
図６から明らかなように、直線状で巻き癖がないワイヤ２０を用いている本実施形態によれば、スパッタが完全に防止されていることが分かる。一方、ワイヤリール１０２を用いる従来装置の場合、そのワイヤリール１０２の径が小さいほど、換言すれば、ワイヤ２０の曲率半径が小さいほど、スパッタ発生率が増加することがわかる。つまり、スパッタの発生原因には、ワイヤの湾曲や捻りといった、巻き癖が大きく影響していることが分かる。そして、かかる巻き癖がワイヤ２０に生じない、本実施形態によれば、良好な被膜形成ができることがわかる。
【００２７】
図７は、ワイヤ２０の直線性とスパッタ発生率との関係を示すグラフである。この図７は、予め、種々の反り量を与えた所定長のワイヤ２０を用いて、本実施形態のアーク溶射装置１０でアーク溶射した際のスパッタ発生率である。この実験では、各反り量ごとに２０個の被膜対象部品（具体的には、エンジンシリンダボアの一ボア）を被膜し、スパッタが発生している被膜対象部品の数をカウントしている。なお、図７において、横軸は、ワイヤ１ｍ辺りの反り量を示している。
【００２８】
図７から、ほぼ直線に保ったワイヤ２０、すなわち、反り量２００ｍｍ未満のワイヤ２０を使用した場合は、スパッタの発生率が極めて低いことが分かる。しかし、ワイヤ２０の反り量が大きくなるにつれ、スパッタの発生率が次第に高くなり、反り量７００ｍｍでは、スパッタ発生率が約２０％になっている。この実験結果からも、スパッタを防止するためには、ワイヤ２０の直線性が重要であることが分かる。そして、ワイヤ２０の直線性を維持した状態でアーク溶射を行う本実施形態によれば、極めて良好なアーク溶射が可能となることが分かる。
【００２９】
次に、より具体的な実施形態について説明する。図８（Ａ）は、第二実施形態であるアーク溶射装置１０の概略構成図であり、図８（Ｂ）はその概略側面図である。このアーク溶射装置１０は、エンジンのシリンダボア５０の内面を被膜するのに特に好適な構成となっている。ただし、所定長さ、かつ、ほぼ直線状のワイヤ２０を用いることができるのであれば、適宜、構成部品を変えることで、他の用途にも用いることができる。なお、図８（Ａ）では、分かり易さのために、保持機構２８やガイド部材３６等を実線で図示しているが、実際には、これらは、図８（Ｂ）に示すように溶射ガン１２の筐体４０の内部に収容されている。
【００３０】
アーク溶射装置１０は、上述の基本的な実施形態と同様に、貯蔵部１６、供給機構１４、溶射ガン１２、および、制御部（図示せず）からなる。貯蔵部１６は、複数のワイヤ２０を収納する箱状部材である。貯蔵対象のワイヤ２０は、無造作に箱状部材の内部に収納されていてもよいが、ワイヤ同士の干渉による磨耗や折れ曲がりを防止するためには、各ワイヤ２０を分離、支持する支持部材を設けることが望ましい。支持部材としては、種々の形態が適用できるが、例えば、ワイヤ長の１／３以上の高さをもち、その上面から底面にかけて多数の貫通孔が形成された台状部材を支持部材として利用することができる。そして、貯蔵対象の各ワイヤ２０を、この支持部材に形成された貫通孔に指し込むようにしてもよい。かかる支持部材を設けることで、ワイヤ同士の干渉を防止し、結果としてワイヤ２０の磨耗や折れ曲がりを防止できる。
【００３１】
供給機構１４は、ロボットアーム３４とガイド部材３６とを備えている。ロボットアーム３４は、貯蔵部１６からガイド部材３６までワイヤ２０を搬送できればよく、従来から周知のロボットアームを利用できる。このロボットアーム３４は、制御部からの指示に応じて貯蔵部１６に貯蔵されたワイヤ２０を一本ずつ挟持し、ガイド部材３６まで搬送する。ガイド部材３６は、ワイヤ２０を溶射ガン１２の保持機構２８まで案内する。このガイド部材３６も、種々の構成を採用できるが、本実施形態では、筒状部材を用いている。このガイド部材３６の上方は、ワイヤ２０の挿入が容易になるべく、ラッパ状に広がっている。一方で、ガイド部材３６の下端部はワイヤ２０より僅かに大きい程度の内径となっている。ガイド部材３６は、溶射ガン１２の筐体４０上部に略垂直に設けられており、その下方には保持機構２８の一部である上側ローラ２２が設けられている。ガイド部材３６の上部から挿入されたワイヤ２０は、重力により下方に落下し、上側ローラ２２へと案内される。
【００３２】
溶射ガン１２の筐体４０の内部には、記述したガイド部材３６の他、保持機構２８や給電チップ３０などが設けられている。また、この溶射ガン１２の筐体４０には、回転機構４１および上下移動機構４８が接続されている。回転機構４１は、筐体４０を水平面内で回転駆動するもので、タイミングベルト４２と歯車（図示せず）、および、モータ（図示せず）により構成される。タイミングベルト４２の一部は、筐体４０に固着されており、このタイミングベルト４２が歯車の回転に伴い回転すると、筐体４０もまた、水平面内で回転する。上下移動機構４８は、筐体４０を上下方向に移動するもので、ピニオン４４と、ラック４６、および、図示しないモータにより構成される。モータの駆動に伴いピニオン４４が、垂直方向に延びるラック４６上を回転しながら移動することで、筐体４０もまた上下に移動する。この回転機構４１および上下移動機構４８による回転駆動および上下移動により、被加工物に対する溶射ガン１２の位置を適宜、変更できる。本実施形態での被加工物であるシリンダボア５０は、略円筒穴であるボア５２を複数備えており、このボア５２の内面全体を被膜するためには、適宜、溶射ガン１２の向きを変える必要がある。そこで、本実施形態では、既述の回転機構４１により筐体４０ごと溶射ガン１２を回転させて、ボア５２の全周囲を被膜できるようにしている。また、既述の上下移動機構４８により筐体４０ごと溶射ガン１２を上下移動させることにより、ボア５２の底面から上面まで、被膜することができる。
【００３３】
保持機構２８や給電チップ３０、エアーノズル３２の構成は、上述の基本的な実施形態とほぼ同様である。すなわち、保持機構２８は、ワイヤ２０の上端付近を挟持する上側ローラ２２と、ワイヤ２０の下端付近を挟持する下側ローラ２４と、両ローラの間に配された案内パイプ２６と、を備えている。両ローラ２２，２４は、溶射に伴うワイヤ長変化に応じて、順次、ワイヤ２０を下方に送り、ワイヤ２０の先端を常に溶射位置に位置させている。また、案内パイプ２６は、その側壁でワイヤ２０を保持するとともに、当該ワイヤ２０を下側ローラ２４まで案内している。給電チップ３０は、図示しない印加電圧電源からの給電を受けて、ワイヤ２０に高電圧を印加し、二本のワイヤ２０の間にアークを発生させる。アークにより溶融したワイヤ２０は、エアーノズル３２から噴射されるエアーにより噴霧され、被加工物の被膜面に付着する。
【００３４】
このアーク溶射装置１０でのアーク溶射の流れについて簡単に説明する。アーク溶射装置１０の貯蔵部１６には、予め、多数のワイヤ２０が貯蔵されている。この貯蔵されているワイヤ２０は、いずれも、所定の長さ、かつ、ほぼ直線状となっている。各ワイヤ２０の長さは、被膜面積および搬送可能性に基づいて決定される。本実施形態では、シリンダボア５０の内面が被膜面になる。通常、シリンダボア５０は円筒穴であるボア５２を複数有している。この複数のボア５２全部の内面を被膜するためには、ボア５２それぞれの大きさや被膜厚さ等にもよるが１０ｍ程度のワイヤ２０が、必要になってくる。しかし、１０ｍものワイヤ２０を折り曲げることなく搬送することは困難である。一方、シリンダボア５０の被膜面のうち、連続する一面、具体的には、単一のボア５２内面のみを被膜するには、２ｍ程度のワイヤ２０があれば足りる。また、２ｍ程度のワイヤ２０であれば、ワイヤ生産現場からアーク溶射現場まで、折り曲げることなく搬送することが可能である。そこで、本実施形態では、各ワイヤ長を約２ｍとしている。約２ｍのワイヤは、折り曲げられることなく搬送され、貯蔵部１６に貯蔵される。この貯蔵部１６においても、ワイヤ２０は折り曲げられることなく、ほぼ直線の状態で維持される。
【００３５】
ユーザからアーク溶射の指示を受ければ、アーク溶射装置１０の制御部（図示せず）は、供給機構１４に対してワイヤ２０の供給開始を指示する。この指示を受けた供給機構１４のロボットアーム３４は、貯蔵部１６からワイヤ２０を取り出し、ガイド部材３６へと搬送する。このとき、ロボットアーム３４は、ワイヤ２０を折り曲げずに搬送できる経路を選択する。そして、ワイヤ２０をガイド部材３６の上部まで搬送すれば、ガイド部材３６の内部へとワイヤ２０を挿入する。このとき、ガイド部材３６の上端部は、大きく広がっているため、比較的、容易にワイヤ２０を挿入することが可能となる。ガイド部材３６に挿入されたワイヤ２０は、重力により下方に落下し、保持機構２８の上側ローラ２２まで案内される。
【００３６】
上側ローラ２２は、ワイヤ２０が到達したことを検知すれば、ローラを駆動し、当該ワイヤ２０を下方へと送る。下側ローラ２４も、当該ワイヤ２０が到達すれば、これを挟持し、さらに下方へと送る。そして、ワイヤ２０の下端が所定の溶射位置に到達すれば、上側ローラ２２および下側ローラ２４は共に駆動を中止し、ワイヤ２０をその位置で静止させる。ここで、各ワイヤ２０は、直線性を維持した状態で、下側ローラ２４まで供給される。したがって、ワイヤ２０には、湾曲やねじりなどがなく、容易に、その先端を所望の溶射位置に位置決めできる。その結果、二本のワイヤ２０の相対位置関係、および、ワイヤ２０と給電チップ３０、ワイヤ２０とエアーノズル３２との相対位置関係を好適にすることが容易となる。
【００３７】
二本のワイヤ２０の下端がそれぞれ所定の溶射位置に到達したことを検知すれば、制御部は、印加電圧電源およびエアー噴射装置に対して駆動を指示する。この指示を受けた印加電圧電源は、給電チップ３０に高電圧を供給する。給電チップ３０は、この高電圧をさらに、ワイヤ２０の先端に印加し、二本のワイヤ２０の間にアークを発生させる。このとき、二本のワイヤ２０の下端は、予め決められた位置に配置されているため、アークのエネルギ量や発生位置が好適な状態となる。好適条件で溶融されたワイヤ２０はエアーノズル３２から噴射されたエアーにより被加工物へと噴霧される。また、制御部は、このアーク溶射の際、ボア５２の内面を均等に溶射できるよう、回転機構４１および上下移動機構４８に駆動信号を出力する。溶射ガン１２が回転駆動することにより、ボア５２の全周囲を被膜することができ、また、溶射ガン１２が上下移動することにより、ボア５２の底面から上端部にかけて満遍なく被膜することができる。
【００３８】
制御部は、単一のボア５２の内面の被膜形成が終了すれば、その時点で保持機構２８に残存しているワイヤ２０を破棄させ、新たなワイヤ２０の供給を供給機構１４に指示する。そして、新たなワイヤ２０が溶射ガン１２に供給されれば、未被膜のボア５２を被膜するべく、再度、アーク溶射を開始する。
【００３９】
以上、説明したように、本実施形態によれば、溶射材料であるワイヤ２０の直線性が維持されるため、その下端位置を好適な位置に容易に配置できる。その結果、スパッタ等の被膜不良を防止し、高品質の被膜面を形成することができる。
【００４０】
また、本実施形態のようにワイヤ２０を曲げない構成とすることで、モリブデンなど脆性金属からなるワイヤも用いることができる。すなわち、モリブデンは、耐酸性、耐熱性に優れている一方で、非常に脆いという欠点もある。かかるモリブデンを含む金属ワイヤをワイヤリールに巻回することは困難であった。そのため、従来のアーク溶射装置では、モリブデン含有の金属ワイヤを用いることができなかった。しかし、本実施形態のようにワイヤを曲げることなく用いることで、モリブデンのように脆い金属製のワイヤでもアーク溶射が可能となる。
【００４１】
なお、図８では、溶射ガン１２を一つしか図示していないが、複数の装置を隣接して設けてもよい。従来のアーク溶射装置１００は、ワイヤリール１０２や矯正機構１０４が必要であったため、全体のサイズが大きくなり、複数の溶射ガン１２を隣接して配置することは困難であった。しかし、本実施形態のアーク溶射装置１０は、ワイヤリール１０２等が不要となるため全体のサイズを、従来品に比べて小さくできる。そのため、複数の溶射ガン１２を比較的短い間隔で連続配置することが可能となる。比較的短い間隔で連続配置することにより、一つのシリンダボア５０の隣接するボア５２を同時に被膜することができ、結果として加工時間を大幅に短縮できる。
【００４２】
次に、第三実施形態について図９〜１１を用いて説明する。図９は、第三実施形態であるアーク溶射装置１０の全体構成図である。図１０は、図９におけるＸ方向から見たガイド部材３６の様子を示す図である。図１１は、図１０におけるＹ方向から見たガイド部材の様子を示す図である。このアーク溶射装置１０は、供給機構１４のガイド部材３６として、互いに対向する複数のローラ組３７を用いることを特徴の一つとしている。この複数のローラ組３７は、対向するローラの方向、すなわち、水平方向に移動可能となっている。対向するローラ間にワイヤ２０が配置されたことを検知すれば、各ローラは、対向するローラ方向へと移動し、ワイヤ２０を挟持する。そして、挟持したワイヤ２０を順次、下方へと送り、上側ローラ２２に渡す。
【００４３】
ここで、ガイド部材３６として可動のローラ組３７を用いることにより、ロボットアーム３４は、ワイヤ２０をガイド部材３６の正面側から供給することができる。したがって、筒状部材のガイド部材に比べて、ロボットアーム３４の高さ方向の可動範囲を小さくすることができる。その結果、比較的、小さいスペースでも、ワイヤ２０を曲げることなく搬送することが可能となる。
【００４４】
次に、第四実施形態について図１２，図１３を用いて説明する。図１２は、第四実施形態であるアーク溶射装置１０の全体構成図であり、図１３は、図１２におけるＺ方向からみた貯蔵部１６の様子を示す図である。このアーク溶射装置１０は、貯蔵部１６が、溶射ガン１２の上方に設けられていることを特徴の一つとする。この貯蔵部１６は、貯蔵部１６全体の外壁となる中空の円筒部材である円筒壁６０と、当該円筒壁６０の内部に設けられた回転体６２、ワイヤ２０を適宜、押し出す押出機構６６、および、円筒壁６０および回転体６２の底面を覆う基台６４を備えている。回転体６２は、水平面内で回転する中空の略円筒部材である。この回転体６２の外側面は、凹部と凸部とを繰り返す波状になっており、円筒壁６０との間に多数の収容空間６８を形成している。この収容空間６８それぞれに、一本のワイヤ２０が収容される。また、この回転体６２には、各収容空間６８と回転体６２の内部空間６９とを接続する貫通孔７２が等間隔で複数設けられている。
【００４５】
円筒壁６０は、中空の円筒部材である。この円筒壁６０の側面には一箇所だけ開口部７０が設けられている。この開口部７０は、円筒部材の上端から下端にかけて設けられており、その幅は、一本のワイヤ２０が通過可能な程度の大きさである。回転体６２の内部空間６９には押出機構６６が設けられている。この押出機構６６は、伸縮自在の押出棒７４と、当該押出棒を駆動する駆動機構６７と、を備えている。押出棒７４は、円筒壁６０の開口部７０方向に伸縮自在であり、既述の貫通孔７２と同じ高さに設けられている。この押出棒７４の前面に貫通孔７２が位置する時点で、押出棒７４を伸張させると、押出棒７４は、当該貫通孔７２を通過し、収容空間６８内部へと到達する。そして、押出棒７４により当該収容空間６８に収容されたワイヤ２０が円筒壁６０の外側へと押出される。
【００４６】
基台６４は、既述の回転体６２、円筒壁６０の底面として機能する板材である。この基台６４は、円筒壁６０より大きく、上面から見た場合に、その一部が円筒壁６０からはみ出している。基台６４のうち、円筒壁６０の開口部７０のすぐ外側には、貫通孔７６が設けられている。この貫通孔７６は、一本のワイヤ２０が通過可能な程度の大きさである。また、貯蔵部１６は、この貫通孔７６がガイド部材３６のほぼ垂直上側に位置するように配置される。押出棒７４により円筒壁６０の外側に押出されたワイヤ２０は、この貫通孔７６から下方に落下し、ガイド部材３６に至る仕組みとなっている。
【００４７】
ガイド部材３６に侵入したワイヤ２０は、上述の基本的な実施形態、および、第二実施形態と同様に、ガイド部材３６に沿って落下し、保持機構２８に到達する。そして、下端が所定の溶射位置になるように位置調整された後、アーク溶射が実行される。ガイド部材３６に新たなワイヤ２０を供給する場合は、回転体６２を、一収容空間分、すなわち、図１３における角度αだけ回転させて、一つの収容空間６８を開口部７０の前面に位置させる。そして、その状態で、押出棒７４を伸張させて、当該収容空間内のワイヤ２０を円筒壁６０の外側へと押出す。この動作を繰り返すことにより、順次、ワイヤ２０を溶射ガン１２へと供給できる。
【００４８】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においても、所定長のワイヤ２０を折り曲げることなく、その直線性を維持したまま貯蔵、および、供給できる。その結果、スパッタの発生を低減でき、良好な被膜面を得ることができる。また、本実施形態によれば、ロボットアームが不要であるため、比較的、安価に構成することができる。
【００４９】
なお、以上で説明した四つの実施形態は、あくまで一例であり、所定長、かつ、直線状のワイヤ２０を貯蔵でき、また、直線性を維持した状態で溶射ガン１２にワイヤ２０を供給できる構成であれば、当然、他の構成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の基本的な実施形態であるアーク溶射装置の概略全体図である。
【図２】従来のアーク溶射装置の概略全体図である。
【図３】従来のアーク溶射装置におけるワイヤ下端近傍の拡大図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４】従来のアーク溶射装置における被膜不良発生原因の割合を示すグラフである。
【図５】本実施形態のアーク溶射装置におけるワイヤ下端近傍の拡大図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図６】本実施形態と従来装置とのスパッタ発生率の比較を示すグラフである。
【図７】ワイヤの反り量とスパッタ発生率との関係を示すグラフである。
【図８】第二実施形態のアーク溶射装置概略全体図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図９】第三実施形態のアーク溶射装置概略全体図である。
【図１０】図９におけるＸ方向からのガイド部材の様子を示す図である。
【図１１】図１０におけるＹ方向からのガイド部材の様子を示す図である。
【図１２】第四実施形態のアーク溶射装置概略全体図である。
【図１３】図１２におけるＺ方向からの貯蔵部の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０，１００  アーク溶射装置、１２  溶射ガン、１４  供給機構、１６  貯蔵部、１８  制御部、２０  ワイヤ、２２  上側ローラ、２４  下側ローラ、２６  案内パイプ、２８  保持機構、３０  給電チップ、３２  エアーノズル、３４  ロボットアーム、３６  ガイド部材、１０２  ワイヤリール、１０４  矯正機構。
【図１】
2006291343.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006291343.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006291343.tif 000011
【図１０】
2006291343.tif 000012
【図１１】
2006291343.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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