(57)【要約】【課題】ワークの形状に関わらず、被溶射面に対して常に均一な溶射を行うことが可能な溶射ガンの制御装置、制御方法および制御プログラムを提供する。【解決手段】コントローラ１４は、予め入力された円筒部５１〜５３等の基材の内周面（被溶射面）の形状を認識する。次に、内周面の形状に従って、被溶射面に対して一定の距離を維持するための溶射ガン１０の移動軌跡を示すティーチング座標を作成する。次に、作成された円弧状のティーチング座標における３点を設定し、この３点の真ん中の点における円弧に対する接線に対する垂直方向を溶射方向として設定する。次に、溶射ガン１０全体をティーチング座標に沿って公転移動させながら、アーク発生点３５を中心としてガス噴射ノズル３５を回転（自転）移動させる。【選択図】図８
2011001612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶射面に対して溶射ガンを用いて溶射を行う溶射ガンの制御装置であって、
電界が印加された２本の金属性ワイヤを接触させてアーク発生点においてアークを発生させるガン本体部と、前記アーク発生点に対して、前記金属性ワイヤの供給方向に交差する方向に、ガス供給経路を介して供給されるガスを噴射するガス吹付け部と、前記アーク発生点を中心として前記ガス吹付け部を前記ガン本体部の周りで回転移動させる回転駆動部と、を有する溶射ガンと、
前記被溶射面に対する前記溶射ガンの相対位置を変更する駆動部と、
前記溶射ガンが前記被溶射面に対して一定の距離を保ちながら前記被溶射面に対して常に略垂直な方向から溶射するために、前記ガス吹付け部を公転させながら自転させるように、前記駆動部と前記回転駆動部とを制御する制御部と、
を備えている溶射ガンの制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記被溶射面の形状に沿って認識されたティーチング座標において、近接する３点の座標を抽出し、この３点を通る円弧の中間点において接する接線に対して垂直な方向と前記溶射ガンの溶射方向とが一致するように、前記駆動部を制御する、
請求項１に記載の溶射ガンの制御装置。
【請求項３】
前記駆動部は、複数の駆動軸を有するロボットアームである、
請求項１または２に記載の溶射ガンの制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の溶射ガンの制御装置による溶射ガンの制御方法であって、
前記被溶射面の形状に応じてティーチング座標を作成するステップと、
前記ティーチング座標に基づいて、前記溶射ガンが前記被溶射面に対して一定の距離を保ちつつ、前記ガス吹付け部を公転させながら自転させて、前記被溶射面に対して常に略垂直な方向から溶射するステップと、
を備えている溶射ガンの制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載の溶射ガンの制御方法をコンピュータに実行させる溶射ガンの制御プログラムであって、
前記被溶射面の形状に応じてティーチング座標を作成するステップと、
前記ティーチング座標に基づいて、前記溶射ガンが前記被溶射面に対して一定の距離を保ちつつ、前記ガス吹付け部を公転させながら自転させて、前記被溶射面に対して常に略垂直な方向から溶射するステップと、
を備えている溶射ガンの制御方法をコンピュータに実行させる溶射ガンの制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製ワイヤを供給しながらアーク発生点において溶融させてアーク溶射を行う溶射ガンの制御装置、制御方法および制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、エンジンのシリンダブロックのボアのような円筒形状の基材の内周面にアークワイヤを溶射する溶射ガンが用いられている。
このような円筒形状の基材の内周面に対して溶射する場合には、基材を回転させる方法と溶射ガン自体を回転させる方法とがある。
まず、溶射ガンを固定し、基材を回転させて内周面を溶射する場合には、基材が小さい場合には問題はないが、エンジンのシリンダブロックのように基材が大きい場合には、基材を回転させるための大掛かりな回転装置が必要になってしまう。
【０００３】
これに対して、基材を固定して溶射ガンを移動・回転させながら基材の内周面を溶射する場合には、基材を回転させる大掛かりな装置等が不要となるというメリットがある。
例えば、特許文献１には、略円筒形状のシリンダボア内において溶射を行うために、溶射ガン自体を移動・回転させる機構を備えた溶射装置について開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の溶射装置では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記公報に開示された溶射装置では、ワークの形状によっては、被溶射面と溶射ガンとの距離や向きを一定に保つことが困難であり、常に均一な溶射面を形成することが難しくなるおそれがある。
本発明の課題は、ワークの形状に関わらず、被溶射面に対して常に均一な溶射を行うことが可能な溶射ガンの制御装置、制御方法および制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明に係る溶射ガンの制御装置は、被溶射面に対して溶射ガンを用いて溶射を行う溶射ガンの制御装置であって、溶射ガンと、駆動部と、制御部と、を備えている。溶射ガンは、ガン本体部と、ガス吹付け部と、回転駆動部と、を有する。ガン本体部は、電界が印加された２本の金属性ワイヤを接触させてアーク発生点においてアークを発生させる。ガス吹付け部は、アーク発生点に対して、金属性ワイヤの供給方向に交差する方向に、ガス供給経路を介して供給されるガスを噴射する。回転駆動部は、アーク発生点を中心としてガス吹付け部をガン本体部の周りで回転移動させる。駆動部は、被溶射面に対する溶射ガンの相対位置を変更する。制御部は、溶射ガンが被溶射面に対して一定の距離を保ちながら被溶射面に対して常に略垂直な方向から溶射するために、ガス吹付け部を公転させながら自転させるように、駆動部と回転駆動部とを制御する。
【０００６】
ここでは、電界が印加された２本の金属性ワイヤを接触させてアークを発生させるガン本体部を固定配置し、アーク発生点に対して側方から（金属性ワイヤの供給方向に交差する方向へ）ガスを吹き付けるようにガス吹付け部を配置するとともに、アーク発生点を中心としてガス吹付け部を回転移動させて３６０度方向に溶射する溶射ガンの制御装置において、被溶射面を含むワークに対して溶射ガンを相対移動させながら溶射を行う際に、溶射ガンと被溶射面との距離を一定に保ちつつ、被溶射面に対して常に略垂直な方向から溶射するために、ガス吹付け部を公転させながら自転させるように、駆動部と回転駆動部とを制御する。
【０００７】
ここで、溶射ガンにおいてアーク発生点に対してガスが吹き付けられる方向としては、アーク発生点近傍における金属性ワイヤの供給方向を基準として、その供給方向に交差する方向、つまりアーク発生点において溶融したワイヤを側方に向かって吹き飛ばす方向を意味している。また、上述したガス吹付け部の公転には、真円軌道に沿った移動だけでなく、楕円軌道や曲線上に沿った移動等、適宜ワークの形状に応じた軌道に沿った移動も含まれる。また、上記駆動部としては、溶射ガンを移動させるロボットアーム等であってもよいし、被溶射面を含むワーク側を移動させる機構であってもよい。
【０００８】
通常、例えば、シリンダボア等の円筒形のワークの内周面を溶射する場合には、内径の中心部分に溶射ガンを設置すれば、被溶射面に対する溶射距離はほぼ一定に保たれる。しかし、内径が楕円形、多角形等の円形以外である場合には、被溶射面に対する溶射ガンの距離、向きを一定に保たないと、均一で高品質の溶射面を形成することができない。
さらに、ワークの内周面に沿って溶射する場合には、固定配置された円筒形の基材の内周面に被膜を形成することはできるものの、溶射ガン全体を回転させた場合には、供給されるワイヤや溶射ガンに電力を供給する電気配線等がねじれてしまうおそれがある。そして、このようなワイヤ等のねじれを解消するためには、例えば、３６０度ずつ反転移動させて円筒形の基材の内周面に溶射を行う必要があり、反転時に一瞬回転が停止することになり、この部分の溶射被膜の組成や厚みが不均一となるおそれがある。
【０００９】
本発明の溶射ガンの制御装置では、アーク発生点を中心としてガス吹付け部を回転移動させる溶射ガンを用いて、ガス吹付け部を公転、自転させながら被溶射面と溶射ガンとの相対位置を制御する。
これにより、被溶射面に対する距離と向きとを一定に保つことができるとともに、金属性ワイヤ等のねじれを生じさせることもない。よって、ワークの形状に関わらず、常時、被溶射面に対して均一な溶射を容易に行うことができる。
【００１０】
第２の発明に係る溶射ガンの制御装置は、第１の発明に係る溶射ガンの制御装置であって、制御部は、被溶射面の形状に沿って認識されたティーチング座標において、近接する３点の座標を抽出する。そして、この３点を通る円弧の中間点において接する接線に対して垂直な方向と溶射ガンの溶射方向とが一致するように、駆動部を制御する。
ここでは、被溶射面に対して常に垂直な方向から溶射を行うために、被溶射面の形状に基づいて認識されるティーチング座標における３点から溶射方向を設定するように制御を行う。
これにより、例えば、被溶射面が曲面状である場合でも、常に被溶射面に対して垂直な方向から溶射を行うことができるため、均一で高品質な溶射面を形成することができる。
【００１１】
第３の発明に係る溶射ガンの制御装置は、第１または第２の発明に係る溶射ガンの制御装置であって、駆動部は、複数の駆動軸を有するロボットアームである。
ここでは、複数の駆動軸を含むロボットアームを用いて、溶射ガンを駆動する。
ここで、上記ロボットアームとしては、例えば、４軸以上の駆動軸を含むロボットアームであることが好ましい。
これにより、ワークの形状に応じて、溶射ガンの位置や角度を自在にコントロールしながら、溶射を行うことができる。
【００１２】
第４の発明に係る溶射ガンの制御方法は、上述した溶射ガンの制御装置による溶射ガンの制御方法であって、被溶射面の形状に応じてティーチング座標を作成するステップと、ティーチング座標に基づいて、溶射ガンが被溶射面に対して一定の距離を保ちつつ、ガス吹付け部を公転させながら自転させて、被溶射面に対して常に略垂直な方向から溶射するステップと、を備えている。
【００１３】
ここでは、電界が印加された２本の金属性ワイヤを接触させてアークを発生させるガン本体部を固定配置し、アーク発生点に対して側方から（金属性ワイヤの供給方向に交差する方向へ）ガスを吹き付けるようにガス吹付け部を配置するとともに、アーク発生点を中心としてガス吹付け部を回転移動させて３６０度方向に溶射する溶射ガンの制御方法において、被溶射面を含むワークに対して溶射ガンを相対移動させながら溶射を行う際に、溶射ガンと被溶射面との距離を一定に保ちつつ、被溶射面に対して常に略垂直な方向から溶射するために、ガス吹付け部を公転させながら自転させるように、駆動部と回転駆動部とを制御する。
【００１４】
ここで、溶射ガンにおいてアーク発生点に対してガスが吹き付けられる方向としては、アーク発生点近傍における金属性ワイヤの供給方向を基準として、その供給方向に交差する方向、つまりアーク発生点において溶融したワイヤを側方に向かって吹き飛ばす方向を意味している。また、上述したガス吹付け部の公転には、真円軌道に沿った移動だけでなく、楕円軌道や曲線上に沿った移動等、適宜ワークの形状に応じた軌道に沿った移動も含まれる。また、上記駆動部としては、溶射ガンを移動させるロボットアーム等であってもよいし、被溶射面を含むワーク側を移動させる機構であってもよい。
【００１５】
通常、例えば、シリンダボア等の円筒形のワークの内周面を溶射する場合には、内径の中心部分に溶射ガンを設置すれば、被溶射面に対する溶射距離はほぼ一定に保たれる。しかし、内径が楕円形、多角形等の円形以外である場合には、被溶射面に対する溶射ガンの距離、向きを一定に保たないと、均一で高品質の溶射面を形成することができない。
さらに、ワークの内周面に沿って溶射する場合には、固定配置された円筒形の基材の内周面に被膜を形成することはできるものの、溶射ガン全体を回転させた場合には、供給されるワイヤや溶射ガンに電力を供給する電気配線等がねじれてしまうおそれがある。そして、このようなワイヤ等のねじれを解消するためには、例えば、３６０度ずつ反転移動させて円筒形の基材の内周面に溶射を行う必要があり、反転時に一瞬回転が停止することになり、この部分の溶射被膜の組成や厚みが不均一となるおそれがある。
【００１６】
本発明の溶射ガンの制御方法では、アーク発生点を中心としてガス吹付け部を回転移動させる溶射ガンを用いて、ガス吹付け部を公転、自転させながら被溶射面と溶射ガンとの相対位置を制御する。
これにより、被溶射面に対する距離と向きとを一定に保つことができるとともに、金属性ワイヤ等のねじれを生じさせることもない。よって、ワークの形状に関わらず、常時、被溶射面に対して均一な溶射を容易に行うことができる。
【００１７】
第５の発明に係る溶射ガンの制御プログラムは、上述した溶射ガンの制御方法をコンピュータに実行させる溶射ガンの制御プログラムであって、被溶射面の形状に応じてティーチング座標を作成するステップと、ティーチング座標に基づいて溶射ガンが被溶射面に対して一定の距離を保ちつつ、ガス吹付け部を公転させながら自転させて、被溶射面に対して常に略垂直な方向から溶射するステップと、を備えている溶射ガンの制御方法をコンピュータに実行させる。
【００１８】
ここでは、電界が印加された２本の金属性ワイヤを接触させてアークを発生させるガン本体部を固定配置し、アーク発生点に対して側方から（金属性ワイヤの供給方向に交差する方向へ）ガスを吹き付けるようにガス吹付け部を配置するとともに、アーク発生点を中心としてガス吹付け部を回転移動させて３６０度方向に溶射する溶射ガンの制御方法をコンピュータに実行させる制御プログラムにおいて、被溶射面を含むワークに対して溶射ガンを相対移動させながら溶射を行う際に、溶射ガンと被溶射面との距離を一定に保ちつつ、被溶射面に対して常に略垂直な方向から溶射するために、ガス吹付け部を公転させながら自転させるように、駆動部と回転駆動部とを制御する。
【００１９】
ここで、溶射ガンにおいてアーク発生点に対してガスが吹き付けられる方向としては、アーク発生点近傍における金属性ワイヤの供給方向を基準として、その供給方向に交差する方向、つまりアーク発生点において溶融したワイヤを側方に向かって吹き飛ばす方向を意味している。また、上述したガス吹付け部の公転には、真円軌道に沿った移動だけでなく、楕円軌道や曲線上に沿った移動等、適宜ワークの形状に応じた軌道に沿った移動も含まれる。また、上記駆動部としては、溶射ガンを移動させるロボットアーム等であってもよいし、被溶射面を含むワーク側を移動させる機構であってもよい。
【００２０】
通常、例えば、シリンダボア等の円筒形のワークの内周面を溶射する場合には、内径の中心部分に溶射ガンを設置すれば、被溶射面に対する溶射距離はほぼ一定に保たれる。しかし、内径が楕円形、多角形等の円形以外である場合には、被溶射面に対する溶射ガンの距離、向きを一定に保たないと、均一で高品質の溶射面を形成することができない。
さらに、ワークの内周面に沿って溶射する場合には、固定配置された円筒形の基材の内周面に被膜を形成することはできるものの、溶射ガン全体を回転させた場合には、供給されるワイヤや溶射ガンに電力を供給する電気配線等がねじれてしまうおそれがある。そして、このようなワイヤ等のねじれを解消するためには、例えば、３６０度ずつ反転移動させて円筒形の基材の内周面に溶射を行う必要があり、反転時に一瞬回転が停止することになり、この部分の溶射被膜の組成や厚みが不均一となるおそれがある。
【００２１】
本発明の溶射ガンの制御プログラムでは、アーク発生点を中心としてガス吹付け部を回転移動させる溶射ガンを用いて、ガス吹付け部を公転、自転させながら被溶射面と溶射ガンとの相対位置を制御する。
これにより、被溶射面に対する距離と向きとを一定に保つことができるとともに、金属性ワイヤ等のねじれを生じさせることもない。よって、ワークの形状に関わらず、常時、被溶射面に対して均一な溶射を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る溶射ガンの制御装置によれば、ワークの形状に関わらず、常時、被溶射面に対して均一な溶射を行って、溶射面の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る溶射ガンの制御装置を含む溶射システムの構成を示す全体図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１の溶射システムに含まれる溶射ガンの構成を示す背面図、平面図、正面図。
【図３】図１の溶射システムに含まれる溶射ガンの構成を示す側面図。
【図４】本実施形態において内径溶射されるエンジンのシリンダブロックの構成を示す断面図。
【図５】図２および図３の溶射ガンを用いた内径溶射の方法を示す概念図。
【図６】図５のアーク発生点付近の構成を示す拡大概念図。
【図７】（ａ），（ｂ）は、円形のワーク内周面とそれに対する溶射ガンの移動軌跡を示す概念図。
【図８】図２等に示す溶射ガンを用いて溶射を行う際の、ロボットアームの第６駆動軸（手首軸）、アーク発生点およびガス噴射ノズルの位置を模式的に示した平面図。
【図９】本発明に係る溶射ガンの制御プログラムに従って実行される溶射ガンの制御方法の流れを示すフローチャート。
【図１０】図１の溶射システムに含まれるコントローラを中心とする制御ブロック図。
【図１１】（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る溶射ガンの制御装置によって溶射される基材のワーク内周面の形状とそれに応じた溶射ガンの移動の軌跡を示す概念図。（ｂ）は、その際に設定される溶射方向を示す概念図。
【図１２】（ａ），（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る溶射ガンの構成を示す側面図。
【図１３】（ａ），（ｂ）は、図１２の溶射ガンを用いて異なる方向へ溶射する際の例を示す概念図。
【図１４】図１２の溶射ガンを用いて、基材表面に向かって２方向に溶射する状態を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態に係る溶射ガン１０の制御装置（コントローラ１４）を含む溶射システム１００について、図１〜図１０を用いて説明すれば以下の通りである。
［溶射システム１００の構成］
本実施形態に係る溶射システム１００は、２本のワイヤＷ１，Ｗ２を供給しながらアーク発生点Ｐ１（図２および図３等参照）において溶融させ、溶融したワイヤＷ１，Ｗ２をガスによって所望の方向へ吹き飛ばす溶射ガン１０をロボットアーム（駆動部）１１によって所望の位置へ移動させることで、被溶射面に対して常に均一な溶射被膜を形成するシステムである。そして、溶射システム１００は、図１に示すように、溶射ガン１０と、ロボットアーム１１と、溶射電源装置１２，１３と、コントローラ（制御部）１４と、入力部１５と、を備えている。
【００２５】
溶射ガン１０は、アーク発生点Ｐ１においてアーク熱によって溶融したワイヤＷ１，Ｗ２を、ガス噴射ノズル３５の噴射口３５ａから噴射されるガス（本実施形態では、窒素ガス）によって所望の方向へ吹きつけて溶射を行う（図２および図３等参照）。また、溶射ガン１０は、多関節のロボットアーム１１の最終軸である第６駆動軸１１ｆの先端に取り付けられたフランジを介してロボットアーム１１に固定されている。なお、この溶射ガン１０の構成については、後段にて詳述する。
【００２６】
ロボットアーム１１は、６つの駆動軸（第１駆動軸１１ａ、第２駆動軸１１ｂ、第３駆動軸１１ｃ、第４駆動軸１１ｄ、第５駆動軸１１ｅおよび第６駆動軸１１ｆ）を有する多関節のロボットであって、コントローラ１４によって制御される。なお、第１〜第３駆動軸１１ａ〜１１ｃは、基本３軸として機能するとともに、第４〜第６駆動軸１１ｄ〜１１ｆは、手首３軸として機能する。また、ロボットアーム１１は、外部軸制御によって溶射ガン１０を各駆動軸１１ａ〜１１ｆに対して同期させながら揺動させてもよい。すなわち、ロボットアーム１１の先端部分にモータ等の外部軸を設け、教示データ等の各種入力データを外部軸角度に変換し、サーボアンプに出力してモータを駆動するように制御してもよい。
【００２７】
溶射電源装置１２，１３は、ワイヤＷ１，Ｗ２を介して、溶射ガン１０に対してアーク発生用の電力を供給する。
コントローラ１４は、入力データに基づいて、ロボットアーム１１の各駆動軸１１ａ〜１１ｆを駆動するために生成した駆動指令をロボットアーム１１に対して送って第１〜第６駆動軸１１ａ〜１１ｆの角度を制御するとともに、溶射電源装置１２，１３から溶射ガン１０に印加される電圧を制御する。また、コントローラ１４は、入力部１５（図１参照）と、図示しない記憶部と演算部とを有している。コントローラ１４の記憶部に格納された溶射ガン１０の制御プログラムには、基材に対して溶射を開始する位置が設定されている。コントローラ１４は、予め教示された基材の特徴点の位置を基準として、制御プログラムに設定された被溶射面に対して溶射されるようにロボットアーム１１を制御する。なお、コントローラ１４は、溶射ガン１０の先端を制御点として定義し、ロボット座標Ｘｒ−Ｙｒ−Ｚｒから見た制御点の位置を制御することにより、ロボットアーム１１の動作を制御する。ここで、ロボット座標Ｘｒ−Ｙｒ−Ｚｒとは、ロボットアーム１１の台座に対して固定された座標系である。
【００２８】
入力部１５は、ティーチング操作盤１５ａを含んでいる。ティーチング操作盤１５ａは、オペレータに操作されて溶射ガン１０を駆動するためのデータ、溶射ガン１０の姿勢、溶射方向等が入力される。そして、記憶部には、溶射ガン１０を駆動するロボットアーム１１の制御プログラムや後述するティーチング座標のデータ等が格納されている。
ここで、本実施形態では、アーク溶射を行う対象（基材）として、図４に示すように、建設機械等に搭載されるエンジンのシリンダブロック５０の円筒部５１，５２，５３を用いた場合について説明する。
【００２９】
（溶射ガン１０の構成）
本実施形態の溶射ガン１０は、図２（ａ）〜図２（ｃ）および図３に示すように、ガン本体部２０と、ガス導管３４と、ガス噴射ノズル（ガス吹付け部）３５と、回転駆動部３０と、を備えている。
ガン本体部２０は、ドラムからリールを介して供給されるワイヤＷ１，Ｗ２をアーク発生点Ｐ１の方向へ供給しながら、溶射電源装置１３によって所望の電圧が印加された２本のワイヤＷ１，Ｗ２をアーク発生点Ｐ１において接触させてアークを発生させる。そして、ガン本体部２０は、２本のワイヤ導管２１ａ，２１ｂと、２本のチップ２２ａ．２２ｂと、固定部２３と、を有している。
【００３０】
ワイヤ導管２１ａ，２１ｂは、内部が中空のパイプ材であって、リールを介して供給されるワイヤＷ１，Ｗ２を、中空部分を介してアーク発生点Ｐ１まで送り込む。
チップ２２ａ，２２ｂは、ワイヤ導管２１ａ，２１ｂの先端部に設けられたコンタクトチップである。そして、チップ２２ａ，２２ｂは、溶射電源装置１３から電力が供給されており、ワイヤ導管２１ａ，２１ｂを介して供給されるワイヤＷ１，Ｗ２を接触させて、ワイヤＷ１，Ｗ２の先端部分においてアークを発生させる。
【００３１】
固定部２３は、略円筒形状のブッシュであって、２本のワイヤ導管２１ａ，２１ｂを内周面側に内包している。また、固定部２３は、外周面側に後述するガス供給経路Ｒの一部を担う円環状の溝を有している。
ガス導管３４は、内部が中空のパイプ材であって、図示しないガス供給部から供給される窒素ガスを中空部分に形成されたガス供給経路Ｒを介して、先端に取り付けられたガス噴射ノズル３５へ供給する。そして、ガス導管３４は、後述する回転駆動部３０の回転駆動力によってガン本体部２０の周りを回転する。
【００３２】
ガス噴射ノズル３５は、アーク発生点Ｐ１の側方に近接するようにガス導管３４の先端部分に取り付けられており、アーク発生点Ｐ１の側方において回転しながら所望の方向へ窒素ガスを噴射する。
回転駆動部３０は、上述したガス導管３４およびガス噴射ノズル３５を、ガン本体部２０を中心として回転させる機構である。そして、回転駆動部３０は、図２（ａ）〜図２（ｃ）および図３に示すように、３つの回転体（第１・第２・第３回転体３１ａ〜３１ｃ）と、ベアリング３２と、第１・第２ギア３３ａ，３３ｂと、サーボモータＭと、を有している。
【００３３】
第１〜第３回転体３１ａ〜３１ｃは、ガス本体部２０に対して後端側に配置されており、サーボモータＭから供給される回転駆動力を伝達して、ガン本体部２０の周りにおいてガス導管３４を回転させる。
第１回転体３１ａは、３つの回転体の中で最も後端寄りに配置されており、後述する第１・第２ギア３３ａ，３３ｂを介してサーボモータＭから伝達される回転駆動力を受けてガン本体部２０を中心として回転する。
【００３４】
第２回転体３１ｂは、第１回転体３１ａの先端側の面にボルトによって固定されており、第１回転体３１ａと一体化して回転する。また、第２回転体３１ｂは、ベアリング３２を介して固定部２３に対して回転し、内部に窒素ガスが通過するガス供給経路Ｒが形成されている。
第３回転体３１ｃは、第２回転体３１ｂの先端側の面にボルトによって固定されており、第１・第２回転体３１ａ，３１ｂと一体化して回転する。また、第３回転体３１ｃは、先端側の面にガス導管３４が差し込まれた状態で固定されている。そして、第３回転体３１ｃは、第２回転体３１ｂ内に形成されたガス供給経路Ｒにつながるガス供給経路Ｒを内部に有している。これにより、第２・第３回転体３１ｂ，３１ｃ内に形成されたガス供給経路Ｒを介して、ガス導管３４へ窒素ガスを供給する。
【００３５】
ベアリング３２は、ガン本体部２０に含まれる固定部２３の外周面と第２回転体３１ｂの内周面との間に設置されており、ガス本体部２０を中心として第１〜第３回転体３１ａ〜３１ｃを回転させる。
第１ギア３３ａは、第１回転体３１ａの外周面に被せるように設けられており、第２ギア３３ｂを介して、第１回転体３１ａに対して回転駆動力を伝達する。
【００３６】
第２ギア３３ｂは、サーボモータＭの回転軸に対して固定されており、第１ギア３３ａと噛み合っている。よって、サーボモータＭの回転駆動力を、第１回転体３１ａと噛み合った第１ギア３３ａに対して伝達する。
サーボモータＭは、図示しない電源装置から電力が供給されており、ガン本体部２０を中心としてガス導管３４、ガス噴射ノズル３５を回転させる回転駆動力を供給する回転駆動源であって、溶射ガン１０における後端部側に設けられている。また、サーボモータＭは、ガス噴射ノズル３５の位置データに基づいて、コントローラ１４内のＰＣ１４ａ、コントロールボード１４ｂおよびサーボモータドライバ１４ｃによって制御される（図９参照）。
【００３７】
ガス供給経路Ｒは、図示しないガス供給源からガス噴射ノズル３５まで窒素ガスを導く経路であって、ガン本体部２０の固定部２３における後端部から長手方向に延伸し円環状の溝部分Ｒａを介して第２回転体３１ｂ、第３回転体３１ｃの内部を介してガス導管３４まで形成される。これにより、ガン本体部２０を固定した状態でガン本体部２０を中心としてガス導管３４、ガス噴射ノズル３５を回転させた場合でも、第２回転体３１ｂ内のガス供給経路Ｒの部分が固定部２３の円環状の溝部分Ｒａに常時接続された状態となって、ガス噴射ノズル３５まで常に窒素ガスを供給することができる。
また、円環状の溝部分Ｒａを挟み込むようにして軸方向両側にＯリング３７が配置されている。これにより、溶射ガン１０内においてガスを密封することができる。
【００３８】
＜溶射ガン１０を用いたアーク溶射方法＞
本実施形態では、上述した構成を備えた溶射ガン１０を用いて、図４に示すシリンダブロック５０における各円筒部５１〜５３の内径部５１ａ〜５３ａに対して、以下のような流れに従って溶射被膜Ｌ１（図５参照）を形成する。
【００３９】
本実施形態の溶射条件としては、円筒部５１〜５３の内径：１４０ｍｍまたは２００ｍｍ、溶射距離（アーク発生点から溶射される内壁までの距離）：７０ｍｍ、アーク電流：２００Ａ、アーク電圧：２６Ｖ、ガス噴射ノズル３５の回転数：４０ｒｐｍ、溶射ピッチ５ｍｍ／１回転上昇、噴射圧：３ｂａｒとする。また、ワイヤ径：１．６ｍｍ、ボンドコート：Ｎｉ−５Ａｌ、トップコート：Ｆｅ−１２．８Ｃｒ−０．３７Ｃ−０．５２Ｍｎ−０．４ＳｉのワイヤＷ１，Ｗ２を用いた。
【００４０】
例えば、図５に示すように、円筒部５１の内径部５１ａに対して溶射被膜Ｌ１を形成する場合には、円筒部５１の内周面側に溶射ガン１０の先端部分を差し込む。そして、この状態で、サーボモータＭを駆動してガン本体部２０を中心にガス導管３４を回転させながら、図６に示すように、ガン本体部２０において、電圧が印加された２本のワイヤＷ１，Ｗ２をアーク発生点Ｐ１において接触させてアークを発生させる。
【００４１】
このとき、回転しているガス導管３４の先端に取り付けられたガス噴射ノズル３５（噴射口３５ａ）から窒素ガスを噴射して、アーク熱によって溶融したワイヤＷ１，Ｗ２の溶融粒子を、ワイヤＷ１，Ｗ２の供給方向に対する垂直方向へ吹き付ける。
これにより、シリンダブロック５０における円筒部５１の内径部５１ａの表面には、３６０度方向に亘って溶射被膜Ｌ１がほぼ同じ組成、厚みで形成される。そして、３６０度方向への溶射中には、ガス導管３４やガス噴射ノズル３５等が回転するだけであってガン本体部２０は回転しないため、溶射中に溶射ガン１０を反転させたり、ワイヤＷ１，Ｗ２や電気配線等がねじれたりすることはない。この結果、溶射中にワイヤＷ１，Ｗ２等のねじれを生じさせることなく、かつ基材の内周面に均一な溶射を実施することができる。
【００４２】
本実施形態では、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、内径が１４０ｍｍ、２００ｍｍの２種類の円筒部５１〜５３を基材として内周面に溶射を行う。
ここで、図７（ａ）に示すように、内径が１４０ｍｍの円筒部５１等に対して溶射距離７０ｍｍで溶射を行う際には、溶射ガン１０のガス噴射ノズル３５を円筒部５１等の中心位置に固定配置すればよい。
【００４３】
一方、図７（ｂ）に示すように、内径が２００ｍｍの円筒部に対して溶射距離７０ｍｍを維持しながら内周面に均一に溶射を行うためには、溶射ガン１０を図中一点鎖線で示すティーチング座標に沿って移動させながら溶射を行う必要がある。
ここで、ティーチング座標は、図７（ｂ）に示すように、円筒部のワーク内周面上に点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆをほぼ等間隔で設定し、これらの点の位置に基づいて作成される。具体的には、３つの点Ａ，Ｂ，Ｃを通過する円弧の真ん中の点Ｂにおける円弧の接線に対して垂直な直線を引き、この直線に沿って点Ｂから距離７０ｍｍの点Ｑ１を設定する。同様に、点Ｃ，Ｄ，Ｅについても真ん中の点Ｄから接線に対して垂直な直線に沿って距離７０ｍｍの点Ｑ２を設定する。このような処理を繰り返すことで、ワーク内周面から一定の距離７０ｍｍが維持できるように溶射ガン１０を移動させる軌跡として、複数のティーチングポイントＱ１，Ｑ２，・・・を設定し、これらの間を線形補間することで、ティーチング座標を作成することができる。
【００４４】
続いて、上述した溶射ガン１０を用いた具体的な制御について、図８を用いて説明すれば以下の通りである。
図８は、溶射対象となるシリンダブロック５０の円筒部５１を上から見た際の、ロボットアーム１１の第６駆動軸（手首軸）１１ｆ、アーク発生点Ｐ１およびガス噴射ノズル３５の位置を模式的に示した平面図である。
【００４５】
なお、ここでは説明の便宜上、アーク発生点Ｐ１がロボットアーム１１の第６駆動軸１１ｆの軸中心の延長線上に位置しているものとする。また、溶射ガン１０が、円筒部５１の軸方向に沿って長手方向が配置されているものとする。
また、図中、符号ａｂｃｄは、ロボットアーム１１の第６駆動軸１１ｆ（手首軸）の位置を、矢印は、ガス噴射ノズル３５のガス吹付け方向を示している。そして、ロボットアーム１１は、直線移動することを前提とするとともに、この溶射ガン１０を外部軸として回転させながら溶射ガン１０の向きを制御する。
【００４６】
ここでは、適正な溶射距離（７００ｍｍ）を維持しながら、９０度おきに４点のティーチングを行う。この際、ロボットアーム１１の第６駆動軸１１ｆの姿勢は一定のまま平行移動させるようにしてティーチングを行う。つまり、図８に示すように、ａｂｃｄの４点の相対位置が変わらないようにティーチングを行う。
また、溶射ガン１０のガス噴射ノズル３５は、円筒部５１の内径の接線に垂直な方向に窒素ガスを吹き付けるように向きが設定され、そのそれぞれの向きに各点ティーチングが行われる。そして、これらの４点を円弧補間することによって、溶射ガン１０の移動の軌道が設定される。
【００４７】
アーク発生点Ｐ１は、ロボットアーム１１の第６駆動軸１１ｆと同じ駆動に沿って移動する。
本実施形態では、コントローラ１４が、上記軌道に沿って溶射ガン１０を移動させるように、溶射ガン１０およびロボットアーム１１の制御を行うことで、円筒部５１に対して、ガス噴射ノズル３５を公転させると同時に、ガス噴射ノズル３５自身をその場で回転（自転）させることができる。
【００４８】
これにより、溶射ガン１０の制御点の軌跡を、円筒部５１の内周面の中心と略一致した同心円としつつ、その軌道に沿ってガス噴射ノズル３５を公転させながら自転させることができる。この結果、径が異なる複数種類の円筒部や異形断面を有するワークに対しても、ワイヤやケーブル等を絡ませることなく、溶射距離を一定に保ちながら安定した溶射を行うことができる。
【００４９】
次に、本実施形態に係る溶射ガン１０の制御方法の流れについて、図９のフローチャートを用いて説明すれば以下の通りである。
まず、ステップＳ１では、コントローラ１４が、予め入力された円筒部５１〜５３等の基材の内周面（被溶射面）の形状を認識する。
ステップＳ２では、上述したように、内周面の形状に従って、被溶射面に対して一定の距離を維持するための溶射ガン１０の移動軌跡を示すティーチング座標を作成する。
【００５０】
ステップＳ３では、ステップＳ２において作成された円弧状のティーチング座標における３点を設定する。
ステップＳ４では、この３点の真ん中の点における円弧に対する接線に対する垂直方向を溶射方向として設定する。つまり、溶射ガン１０のガス噴射ノズル３５が、上記垂直方向に対してガスを噴射するように、コントローラ１４がロボットアーム１１の各駆動軸１１ａ〜１１ｆを制御する。
【００５１】
ステップＳ５では、ステップＳ４において設定されたガス噴射ノズル３５からのガス噴射方向に従って、ティーチング座標に沿って移動しながら溶射を行う。より詳細には、溶射ガン１０全体をティーチング座標に沿って公転移動させながら、アーク発生点Ｐ１を中心としてガス噴射ノズル３５を回転（自転）移動させる。
ステップＳ６では、被溶射面の全体に対する溶射が完了したか否かを確認し、まだ全体の溶射を完了していなければステップＳ３へ戻り、完了していれば溶射を終了する。
【００５２】
なお、上述したティーチング座標に沿って溶射ガン１０を移動させつつガス噴射ノズル３５の向きを制御する際には、コントローラ１４が、図１０に示す制御ブロックのようにロボットアーム１１やガス噴射ノズル３５を回転させるサーボモータＭを制御する。具体的には、コントローラ１４では、ＰＣ１４ａが軌跡プログラムデータに基づいて、ガス噴射ノズル３５（溶射ガン１０）の位置データを作成する。ＰＣ１４ａから出力された位置データは、コントロールボード１４ｂを介してサーボモータドライバ１４ｃへ送られる。そして、コントローラ１４は、ロボットアーム１１（第１〜第６駆動軸１１ａ〜１１ｆ）を駆動制御するとともに、溶射ガン１０のガス噴射ノズル３５等を回転させるサーボモータＭを制御する。
【００５３】
これにより、コントローラ１４は、円筒部５１〜５３等の被溶射面に対して、常に一定の距離７０ｍｍを維持しながら溶射ガン１０を公転させ、その公転軌道に沿って移動させながらガス噴射ノズル３５をアーク発生点Ｐ１を中心に自転させることで、被溶射面に対して垂直な方向から溶射を行うことができる。よって、溶射中にワイヤＷ１，Ｗ２がねじれてしまうことを回避しつつ、被溶射面に形成される溶射被膜Ｌ１を均一に形成することができる。
【００５４】
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）
上記実施形態では、溶射ガン１０によって溶射を行う基材として、ワーク内周面が円形のシリンダブロック５０の円筒部５１〜５３を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５５】
例えば、図１１（ａ）に示すように、内周面が複数の曲線を組み合わせて構成される基材１５０に対して溶射を行ってもよい。
この場合でも、上記実施形態と同様に、図１１（ｂ）に示すように、３点のティーチングポイント（図中＋参照）の真ん中の点における円弧上の接線に対して垂直な方向に向かって溶射するように、溶射ガン１０を溶射面に沿って移動（公転）させつつ、ガス噴射ノズル３５を回転（自転）させるように、ガス噴射ノズル３５の向きを設定すればよい。
【００５６】
また、溶射対象となる基材（ワーク）としては、円筒状に限らず、内周部や外周部の一部に円弧状の部分を含む基材や、方形の内周部を含む基材等、各種形状、素材の基材に対して、本発明の溶射ガンを使用して溶射することができる。
また、上記実施形態において説明した溶射条件についても、溶射対象となる基材の種類や使用するワイヤの種類等の各種条件に応じて、アーク電流、電圧、ガス噴射ノズル等の回転方向、回転速度等の各条件を適宜変更することが可能である。
【００５７】
（Ｂ）
上記実施形態では、ティーチング座標に基づいて、溶射ガン１０の移動の軌跡およびガス噴射ノズル３５の向きを設定する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、被溶射面を有するワークのＣＡＤデータ等に基づいて、溶射ガンの移動の軌跡を設定してもよい。
【００５８】
（Ｃ）
上記実施形態では、アーク発生点Ｐ１の真横からガスを噴き付けて一方向に溶射を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、内部に複数のガス供給経路Ｒ１，Ｒ２を有する溶射ガン１１０を用いてもよい。この溶射ガン１１０は、円筒状の固定部１２３内に２つのガス供給経路Ｒ１，Ｒ２を設け、各ガス供給経路Ｒ１，Ｒ２に対応するガス噴射ノズル（ガス吹付け部）３５，３６を備えている。ガス噴射ノズル３６は、ガス噴射ノズル３５に対して円周上に９０度位相をずらした状態で配置されている。
【００５９】
これにより、基材に対する溶射部分を増やしたい場合等には、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すようにガスの供給経路を複数設けることで、異なる２方向に向かって同時に溶射を行うことができる。
また、基材に対する溶射部分を変える場合等にはガスの供給経路を切り換えることで、窒素ガスを噴射するガス噴射ノズル３５，３６を切り換えて、容易に溶射方向を切り換えることもできる。
【００６０】
この結果、基材の形状や溶射部分等に応じて、通常時には、図１３（ａ）に示すように、アーク発生点Ｐ１の真横方向に対して溶射を行うとともに、溶射ガンの先端部分が挿入できない細い円筒状の基材の内周面等に対して溶射する場合には、図１３（ｂ）に示すように、斜め方向に溶射することができる。よって、図１４に示すように、基材１５１における垂直面と傾斜面とにそれぞれガス噴射ノズル３５，３６からガスを同時に噴射することができる。
【００６１】
（Ｄ）
上記実施形態では、アーク発生点Ｐ１の真横からガスを噴き付けて、ワイヤＷの供給方向に対する略垂直な一方向に溶射を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ガス噴射ノズルから噴射されるガスの方向が一方向である場合でも、上述した図１３（ｂ）に示すように、溶射ガン１０の先端側斜め方向に向かって溶射を行う溶射ガンであってもよい。
この場合には、溶射ガンの先端部分が挿入できないような細い円筒状の基材の内周面に対しても容易に溶射を実施することができる。
【００６２】
（Ｅ）
上記実施形態では、ガス噴射ノズル３５の噴射口３５ａからアーク発生点Ｐ１に対して噴射されるガスとして、窒素ガスを用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６３】
例えば、窒素ガス以外にも、乾燥させた空気（ドライエア）やアルゴンガス等の不燃性のガスを用いてもよい。
ただし、空気を用いた場合には空気中の水分を除去するために乾燥させる必要があり、また、アルゴンガスを用いた場合には窒素ガスよりもコストアップにつながるという観点等から、窒素ガスを用いることが望ましい。
【００６４】
（Ｆ）
上記実施形態では、サーボモータＭの回転駆動力を第１・第２ギア３３ａ，３３ｂを介して第１回転体３１ａに伝達する構成を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ギアの代わりに、ベルトを介して回転駆動力を伝達するような構成を採用してもよい。
【００６５】
（Ｇ）
上記実施形態では、本発明に係る溶射ガン１０の制御装置としてのコントローラ１４による制御方法について説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図９に示すフローチャートに従って実施される溶射ガンの制御方法をコンピュータに実行させる溶射ガンの制御プログラムとして、本発明を実現することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の溶射ガンの制御装置は、ワークの形状に関わらず、常時、被溶射面に対して均一な溶射を行って、溶射面の品質を向上させることができるという効果を奏することから、各種素材からなる基材へ溶射を行う溶射装置に対して広く適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０      溶射ガン
１１      ロボットアーム（駆動部）
１１ａ〜１１ｆ  第１〜第６駆動軸
１２，１３  溶射電源装置
１４      コントローラ（制御部）
１４ａ    ＰＣ
１４ｂ    コントロールボード
１４ｃ    サーボモータドライバ
１５      入力部
１５ａ    ティーチング操作盤
２０      ガン本体部
２１ａ，２１ｂ  ワイヤ導管
２２ａ，２２ｂ  チップ
２３      固定部
３０      回転駆動部
３１ａ    第１回転体
３１ｂ    第２回転体
３１ｃ    第３回転体
３２      ベアリング
３３ａ    第１ギア（ギア）
３３ｂ    第２ギア（ギア）
３４      ガス導管
３５      ガス噴射ノズル（ガス吹付け部）
３５ａ    噴射口
３６      ガス噴射ノズル（ガス吹付け部）
３７      Ｏリング
５０      シリンダブロック
５１，５２，５３  円筒部
５１ａ，５２ａ，５３ａ  内径部
１００      溶射システム
１１０      溶射ガン
１２３      固定部
１５０      基材
１５１      基材
Ｌ１    溶射被膜
Ｍ      サーボモータ
Ｐ１    アーク発生点
Ｑ１，Ｑ２  点（ティーチングポイント）
Ｒ      ガス供給経路
Ｒａ    溝部分
Ｒ１    ガス供給経路（第１経路）
Ｒ２    ガス供給経路（第２経路）
Ｓ      ステップ
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２  ワイヤ（金属性ワイヤ）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６８】
【特許文献１】特開２００８−２４００２０号公報（平成２０年１０月９日公開）
【図１】
2011001612.tif 000003
【図２】
2011001612.tif 000004
【図３】
2011001612.tif 000005
【図４】
2011001612.tif 000006
【図５】
2011001612.tif 000007
【図６】
2011001612.tif 000008
【図７】
2011001612.tif 000009
【図８】
2011001612.tif 000010
【図９】
2011001612.tif 000011
【図１０】
2011001612.tif 000012
【図１１】
2011001612.tif 000013
【図１２】
2011001612.tif 000014
【図１３】
2011001612.tif 000015
【図１４】
2011001612.tif 000016