(57)【要約】【課題】小型化・軽量化を図る。【解決手段】溶射ガン２と、制御用電源装置３１ならびにアーク電力用電源装置３２、および圧縮エアの開閉弁装置３８とを有する本体部３と、溶射ワイヤ貯蔵部と３９，３９と、エアコンプレッサ４とを備えるとともに、溶射時の搬線速度が２〜４ｍ／ｍｉｎの範囲内となるように、搬線駆動を制御する手段３３を備えるようにする。また、本体部３のエア出力圧を搬線速度と対応する圧力に制限するレギュレータ３７を介在させ、このレギュレータの制限圧よりも出力圧の大きいエアコンプレッサ４を用いる。エアコンプレッサ４から溶射ガン２までの圧縮エアの流路に圧力検出手段３６を設け、検出圧力に応じて溶射待機状態と溶射可能状態とを切り替えるように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の溶射ワイヤをそれぞれ引き込み、先端溶射部に送り込むための搬線駆動部と、前記各溶射ワイヤに電力を供給し、先端溶射部に送り込んだ各溶射ワイヤの先端間にアークを発生させるための電極と、前記先端溶射部に設けられた圧縮エアの吹出口とを有し、前記アークの発生により溶融した各溶射ワイヤの溶融金属を、前記吹出口からの圧縮エアに乗せて被溶射物に吹き付けるように構成してなる溶射ガンと；
前記溶射ガンの搬線駆動部ならびに電極に対して電力を供給するための電源装置と、出側が前記吹出口に対して接続された開閉弁装置とを有する本体部と；
溶射ワイヤが前記溶射ガンによる引き込みに応じて引き出し可能なように貯蔵された溶射ワイヤ貯蔵部と；
圧力タンクを有し、出側が前記開閉弁に対して接続されたエアコンプレッサとを備え；かつ
前記溶射時の搬線速度が２〜４ｍ／ｍｉｎの範囲内となるように、前記溶射ガンの搬線駆動部を制御する手段を備えた；
ことを特徴とする可般型アーク溶射機。
【請求項２】
前記エアコンプレッサから前記開閉弁装置までの圧縮エアの流路に、出力圧を前記搬線速度と対応する圧力に制限するレギュレータを介在させるとともに、このレギュレータの制限圧よりも出力圧の大きいエアコンプレッサを備えた、請求項１記載の可般型アーク溶射機。
【請求項３】
エアコンプレッサから溶射ガンまでの圧縮エアの流路におおけるエア圧を計測する圧力検出手段を設け、
前記圧力検出手段による検出圧力が所定圧力未満となったときに、前記開閉弁装置を強制的に閉じて圧縮エアの供給を停止するとともに前記溶射ガンの搬線を強制的に停止して溶射待機状態とし、前記圧力検出手段の検出圧力が前記所定圧力以上に回復した時に自動的に前記溶射待機状態を解除し溶射可能状態とする手段を設けた、
請求項１または２記載の可般型アーク溶射機。
【請求項４】
前記本体部は、前記溶射待機状態となったときに当該状態を作業者に知らせるための第１の告知手段と、前記溶射可能状態となったときに当該状態を作業者に知らせるための第２の告知手段とを備えている、請求項３記載のアーク溶射機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク溶射機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶射ガンを備えた可般型アーク溶射機は、橋脚部や鋼矢板、新造船等の施工・製造において、現場で対象部位に金属防食皮膜をスプレー塗装感覚で形成できることから汎用されている。
【０００３】
一般的な可般型アーク溶射機は、主に溶射ガンと、電源装置及び各種制御装置を内蔵する本体部と、本体部に設けられた或いは外部に別途容易された搬線ボックス（溶射ワイヤ貯蔵部）と、コンプレッサとを備えているのが一般的である（特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開平８−３１９７１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の可般型アーク溶射機は、可般型といっても、外部搬線ボックスを備えるもので重量が３５ｋｇ以上（搬線ボックス内蔵型にいたっては１００ｋｇ以上）あり、また大きさについても、容積換算で８００００ｃｃ以上もあり、重機を用いれば現場へ持ち込むことができるといったレベルのものであった。
【０００５】
そのため、作業員が一人で持ち運ぶことができず、多数個所にスポット的に溶射を行ったり、溶射不良個所の補修を行ったりするのが困難な点や、作業員数を減らすことができない点、搬施に相応の車両を要する点が問題であった。またそのため、施工面積が少なくても施工コストが嵩むことも重要な問題であった。
【０００６】
そこで、本発明の主たる課題は、小型・軽量の可般型アーク溶射機を提供し、もって多数個所のスポット溶射や補修時の対応の容易化、ならびに施工コストの低減を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は、次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
一対の溶射ワイヤをそれぞれ引き込み、先端溶射部に送り込むための搬線駆動部と、前記各溶射ワイヤに電力を供給し、先端溶射部に送り込んだ各溶射ワイヤの先端間にアークを発生させるための電極と、前記先端溶射部に設けられた圧縮エアの吹出口とを有し、前記アークの発生により溶融した各溶射ワイヤの溶融金属を、前記吹出口からの圧縮エアに乗せて被溶射物に吹き付けるように構成してなる溶射ガンと；
前記溶射ガンの搬線駆動部ならびに電極に対して電力を供給するための電源装置と、出側が前記吹出口に対して接続された開閉弁装置とを有する本体部と；
溶射ワイヤが前記溶射ガンによる引き込みに応じて引き出し可能なように貯蔵された溶射ワイヤ貯蔵部と；
圧力タンクを有し、の出側が前記開閉弁に対して接続されたエアコンプレッサとを備え；かつ
前記溶射時の搬線速度が２〜４ｍ／ｍｉｎの範囲内となるように、前記溶射ガンの搬線駆動部を制御する手段を備えた；
ことを特徴とする可般型アーク溶射機。
【０００８】
（作用効果）
アーク溶射機において重量を決めるのは、本体部の電源装置およびエアコンプレッサである。よって、一見すると、従来の可般型アーク溶射機において、単に電源装置やエアコンプレッサの容量を小さくすれば事足りるように考えられるが、実際にはそうではない。
【０００９】
すなわち、従来の装置において単に電源容量を小さくすると、アーク発生時の高電圧およびアーク持続のための大電流を確保しにくくなり、また単にエアコンプレッサの容量を小さくするとエア圧の安定性およびエア供給持続性の確保が困難となり、良質な溶射皮膜を形成しにくくなり、いずれにせよ満足な溶射は不可能である。したがって、アーク溶射機の小型・軽量化は、単に小型・軽量な構成機器を選定すれば達成できるものではなく、著しく困難なものであった。このため、従来は専ら溶射容量・溶射効率の増強ばかりが注目されており、一次側が２００Ｖ単相または三相の大容量電源装置を用い、発電機を重機で搬入したり、商用電源を仮設することが常識であり、またエアコンプレッサにしても大容量電源に対応させて大型のエンジンコンプレッサを使用することが常識であった。換言すれば、従来のアーク溶射機における考え方は大型化や噴射量の増加に向いており、小型・軽量化には不向きであった。
【００１０】
そこで本発明者らは、鋭意研究した結果、溶射時の搬線速度を２〜４ｍ／ｍｉｎに落とすことによって、小型軽量の電源装置およびエアコンプレッサを使用しても、アーク電源を十分に確保でき、また溶射に必要なエア圧及びエア流量も少なくてすむためエア圧の安定性およびエア供給持続性をより容易に確保でき、良好な溶射が行えることを知見し、本発明をなしたものである。
【００１１】
＜請求項２記載の発明＞
前記エアコンプレッサから前記開閉弁装置までの圧縮エアの流路に、出力圧を前記搬線速度と対応する圧力に制限するレギュレータを介在させるとともに、このレギュレータの制限圧よりも出力圧の大きいエアコンプレッサを備えた、請求項１記載の可般型アーク溶射機。
【００１２】
（作用効果）
前述のように、本発明では搬線速度を落とすことにより必要エア流量を低減でき、エアコンプレッサを小容量化してもエア圧の安定性・エア供給持続性を確保しやすくなるが、さらに本請求項２記載の発明に従って、レギュレータを介在させ、そのレギュレーション圧力よりも出力圧の大きいエアコンプレッサを使用することにより、容易かつ確実にエア圧の安定化・エア供給持続性を確保できる。
【００１３】
＜請求項３記載の発明＞
エアコンプレッサから溶射ガンまでの圧縮エアの流路におおけるエア圧を計測する圧力検出手段を設け、
前記圧力検出手段による検出圧力が所定圧力未満となったときに、前記開閉弁装置を強制的に閉じて圧縮エアの供給を停止するとともに前記溶射ガンの搬線を強制的に停止して溶射待機状態とし、前記圧力検出手段の検出圧力が前記所定圧力以上に回復した時に自動的に前記溶射待機状態を解除し溶射可能状態とする手段を設けた、
請求項１または２記載の可般型アーク溶射機。
【００１４】
（作用効果）
エアコンプレッサを小容量化すると、エア圧を溶射可能なレベルに維持できる時間が短くなる。それでも、本発明では搬線速度を遅くしているため、溶射持続時間は十分に確保でき、小溶射範囲の施工や、ちょっとした補修に用いる場合は特に問題とならないものの、溶射持続時間が長い場合には溶射の途中で唐突に溶射不良を起こす場合が想定される。
【００１５】
他方、従来のアーク溶射機は、十分に大容量のエアコンプレッサを備えており、このようなエア圧の低下は装置の異常として自動的に装置を緊急停止する機能を装備したものはあったが、そのような事態が頻繁に起こることを想定したものではなかったため、単に小容量のエアコンプレッサを用いると、装置の停止が異状であるのか、また単にエアタンク内のエア量が低下しているだけで一時的に使用を停止すれば再び溶射可能な圧力に復帰させうる状態であるのか判断した後、装置を再起動するといった煩雑な作業を行わなければならない。
【００１６】
そこで本請求項３では、エア圧の低下を通常起こり得る状態と見て（従来はこのような観点はない）、圧力検出結果に応じて、溶射待機状態と溶射可能状態とを自動的に切り替えるように構成することとし、エア圧が復帰すれば自動的に溶射可能な状態に復帰するようにしたものである。これにより、小容量のエアコンプレッサを用いて、対象範囲が広くても、安心して且つ効率的に施工作業を行うことができるようになる。
【００１７】
＜請求項４記載の発明＞
前記本体部は、前記溶射待機状態となったときに当該状態を作業者に知らせるための第１の告知手段と、前記溶射可能状態となったときに当該状態を作業者に知らせるための第２の告知手段とを備えている、請求項３記載のアーク溶射機。
【００１８】
（作用効果）
エア圧に応じて、溶射待機状態と溶射可能状態とを自動的に切り替える場合、本請求項４記載のように、各状態を作業者に知らせるためのランプ等の告知手段を備えるのが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳説する。
図１は、本発明に係るアーク溶射機の一例を概略的に示したものである。本溶射機例１は、溶射ガン２と、本体部３と、エアコンプレッサ４とから主に構成されている。
【００２０】
溶射ガン２は、図２に示すように、一対の溶射ワイヤ（例えばアルミニウムワイヤと亜鉛ワイヤ等）ｗ１，ｗ２をそれぞれ引き込み、先端溶射部２１に送り込むための搬線駆動部２２と、各溶射ワイヤｗ１，ｗ２に電力を供給し、先端溶射部２１に送り込んだ各溶射ワイヤｗ１，ｗ２の先端間にアークを発生させるための電極２３，２３と、先端溶射部２１に設けられた圧縮エアの吹出口２４とを備えている。搬線駆動部２２は、例えば、各ワイヤｗ１，ｗ２に対して一対設けられたローラ２２Ｒ，２２Ｒと、このローラ２２Ｒ，２２Ｒを駆動するための駆動源２２Ｍとから構成できる。この駆動源２２Ｍは後述するように、本体部３の制御回路から電源供給を受け、回転速度が制御される。一対のワイヤｗ１，ｗ２はローラ２２Ｒ，２２Ｒにより引き込まれ、筒状電極２３，２３内にそれぞれ通される。この際、両ワイヤｗ１，ｗ２は筒状電極２３，２３と接触されるとともに先端溶射部２１で交差する方向に方向転換がなされるようになっている。電極２３，２３に対しては本体部３から電力が供給される。かくして、先端溶射部２１では両ワイヤｗ１，ｗ２が近接されることによりアークが発生して溶融し、その際の短絡によりワイヤ先端が爆発して吹き飛び、これが吹出口２４からの圧縮エアに乗って被溶射物に向けて噴射されるようになっている。また溶射ガン２には、図示しない溶射スイッチが備えられており、その溶射開始信号および溶射停止信号が送信部２５により本体部３に対して出力されるようになっている。
【００２１】
本体部３は、例えば図３に示すような構成を採用できる。すなわち、電源入力ＡＣＩＮは主開閉器ＳＷ１を介して制御用電源装置３１に対して接続されるとともに、自動開閉器ＳＷ２を介してアーク用電源装置３２に対して接続される。アーク用電源装置３２は、所定のアーク電源出力を得るための電力変換装置により構成される。この電力変換装置としては、小型化及び軽量化を重視する場合にはインバータを用いることができるが、小型化・軽量化・低発熱をバランス良く達成するためにはカットコアトランスを用いるのが好ましい。アーク用電源装置３２の二次側はアーク電源出力端子ＯＰ１に接続されており、この端子ＯＰ１が電源ケーブルを介して前述の溶射ガン２の電極２３に対して接続される。制御用電源装置３１はアーク用のものほど大出力が要求されないが、直流出力が要求されるため、スイッチング電源が好適である。制御用電源装置３１の出力は後述の制御回路３３に供給される。また入力電源ＡＣＩＮは、従来と同様に交流２００Ｖの三相電源とすることもできるが、電源確保がより容易な交流１２０Ｖ以下の単層電源とするのが好ましい。後者の場合、制御用電源装置３１及びアーク用電源装置３２として、一次側が交流１２０Ｖ以下かつ容量１５００Ｗの単相のものを用いるのが望ましい。
【００２２】
また、本体部３は、圧縮エアの入力口ＡＩＮ、出力口ＡＯＰおよび両者をつなぐ流路に介在された自動弁３８を備えており、特に本例では自動弁３８の入側（すなわち入力口と自動弁との間）に、エア圧を調整するためのレギュレータ３７を備えている。また特に本例では、レギュレータ３７の入側（すなわちレギュレータ３７と入力口ＡＩＮとの間）に圧力センサ３６が設けられており、供給エア圧を検出できるように構成されている。圧力センサは、エアコンプレッサの出力圧の低下を検出できる位置に設ければ良く、したがってエアコンプレッサの出側から溶射ガン２の吹出口２４までのエア流路の何処に設けても良いが、より直接的にエアコンプレッサ４の出力圧を検出でき且つ取り付けも容易である点で、図示例のように本体部３のレギュレータ３７の入側に設けるのが好ましい。また、自動弁３８としては電磁弁を好適に使用できる。レギュレータとしては出力圧を搬線速度と対応する圧力、例えばレギュレータの下流側（溶射ガン２側）の圧損を無視した場合で４〜６ｋｇｆ／ｃｍ２以下に制限しうるものが好適である。
【００２３】
さらに、本体部３は、自動開閉器ＳＷ２の開閉制御、搬線速度制御（オンオフ制御含む）、および自動弁３８の開閉制御を行うための制御回路３３を備えている。制御回路３３に対しては、搬線速度・停止圧力・復帰圧力を設定するための設定入力部３４が接続されており、制御回路３３はこれらの設定値に応じて各種制御を行うようになっている。
【００２４】
より詳細には、制御回路３３は、制御信号入力端子ＩＮを介して溶射ガン２からの溶射開始信号を受信すると自動開閉器ＳＷ２を開となし、溶射ガン２にアーク用電力を供給するとともに、搬線速度設定値に応じて所定の電力を駆動部電力出力端子ＯＰ２に対して出力し、溶射ガン２の搬線駆動部２２を設定速度で駆動させ、また、自動弁３８を開となして圧縮エアを溶射ガン２に対して供給する。かくして溶射が開始される。
【００２５】
反対に、制御回路３３は、溶射ガン２からの停止信号を受信すると、自動開閉器ＳＷ２を閉じてアーク用電力の供給を停止させるとともに、駆動部電力出力端子ＯＰ２に対する出力も停止して搬線を停止させ、また、自動弁３８を閉じて圧縮エアの供給も停止させる。
【００２６】
本発明では、溶射時の搬線速度は２〜４ｍ／ｍｉｎの範囲内となるように制御される。すなわち、この搬線速度範囲内であれば、溶射時の搬線速度を変化させても一定であっても良い。
【００２７】
特に、本例の制御回路３３では、圧力センサ３６の検出信号が入力されるようになっており、制御回路３３はこの検出圧力が所定圧力未満、例えばエアコンプレッサからレギュレータまでの圧損を無視した場合で３ｋｇｆ／ｃｍ２以下となったときに、エアコンプレッサ４のタンク内貯留エア量が溶射に十分な圧力を確保できないレベルまで低下したと判断し、自動弁３８を強制的に閉じて圧縮エアの供給を停止するとともに駆動部電源出力ＯＰ２を停止して溶射ガン２の搬線を強制的に停止し、溶射ガン２からの溶射開始信号の入力を受け付けない溶射待機状態となる。しかる後、圧力センサ３６の検出圧力が所定圧力以上に回復すると、溶射待機状態を解除し、溶射ガ２ンからの溶射開始信号の入力を受け付ける溶射可能状態となるように構成されている。また、本例の制御回路３３は、溶射待機状態または溶射可能状態になると、各状態を表示するための表示部３５に表示出力を行うようになっている。
【００２８】
図４に、本体部３の設定入力部３４およ表示部３５等の一例を示した。設定入力部３４における搬線速度、停止圧力および回復圧力の設定は、無段階設定できるようにしても良いし、より簡素に段階的に切替設定するようにしても良い。なお、図４に示す例では溶射電圧も設定可能な構成となっている。表示部３５としてはランプのような簡易なもの（図示例）で十分であるが、液晶表示装置等の高度な表示が可能なものも利用できる。圧縮エアの入力口（図示せず）出力口ＡＯＰは、溶射ガン２との接続ホースが着脱自在に接続されるようになっているのが好ましいが、着脱不可能なように接続されるようになっていても良い。同様に、アーク電力出力端子ＯＰ１、駆動部電源出力端子ＯＰ２、ならびに制御信号入力端子ＩＮは、溶射ガン２との接続ケーブルが着脱自在に接続されるようになっているのが好ましいが、着脱不可能なように接続されるようになっていても良い。
【００２９】
他方、図１に示すように、本例の溶射機１では、本体部３に、溶射ワイヤｗ１，ｗ２が溶射ガン２による引き込みに応じて引き出し可能なように貯蔵された溶射ワイヤ貯蔵部３９，３９を備えた構成となっているが、溶射ワイヤｗ１，ｗ２の貯蔵量を多くしたい場合等、必要に応じて、本体部外に別途のいわゆる搬線ボックスとして備えていても良い。本体部３に溶射ワイヤ貯蔵部３９，３９を備える場合、溶射ワイヤ貯蔵部３９，３９は本体部３のケース内に内臓させても良いし、外面に着脱自在もしくは固定的に取り付けても良い。本体部３に溶射ワイヤ貯蔵部３９，３９を備えると、溶射機１全体の運搬性に優れるが、その量が多くなると本体部３の重量が増すため、多くても溶射ワイヤの貯蔵量は二本合計で１０ｋｇ以下、特に２ｋｇ以下とするのが望ましく、別途搬線ボックスを用意するにしてもそのワイヤ貯蔵量は２０ｋｇ以下とするのが望ましい。
【００３０】
また、本例の溶射機１は、圧力タンクを有するエアコンプレッサ４を備える。エアコンプレッサ４としては適宜選択できるが、本例のようにレギュレータ３７を設ける場合には、安定した圧力を得るためには、レギュレータの制限圧（上限）よりも高圧、例えば１ｋｇ／ｃｍ２程度、特に公的には２ｋｇ／ｃｍ２程度高圧のエアを出力できるものが好適である。また、電源確保の容易性から、電源が交流１２０Ｖ以下の単相のエアコンプレッサが好ましい。さらに、本例のように溶射待機および復帰制御を行う場合や、小面積施工用途の場合には、出力圧３〜８ｋｇｆ／ｃｍ２における流量が５０〜３５０／ｍｉｎの非常に小型・軽量なものでも十分に利用できる。
【００３１】
【実施例】
図１〜図４に示す構成で、アーク用電源装置としてカットコアトランス（容量１５００Ｗ、一次側ＡＣ１００Ｖ、二次側ＡＣ１３Ｖ）を使用し、制御用電源装置としてスイッチング電源（容量１００Ｗ、一次側ＡＣ１００Ｖ、二次側ＤＣ２４Ｖ）を使用し、その他の部品は特に軽量化を想定していない従来と同様のもの及び汎用品を用いて溶射機を試作した。本発明に係る試作機の本体部と従来の一般的な可搬型アーク溶射機の本体部とのサイズ・重量の対比を図５に示した。なお、一般的な作業員が手にもって運搬できる上限は２０ｋｇ程度であり、本発明では本体部、溶射機、エアコンプレッサともに２０ｋｇ以下であることが望ましいことはいうまでもない。
【００３２】
また、上記試作機を使用して溶射試験を行った。溶射ワイヤとしてアルミニウムワイヤ及び亜鉛ワイヤを使用し、搬線速度は３ｍ／分に設定した。エアコンプレッサ４としては、タンク容量９リットル、電源ＡＣ１００Ｖ単相、消費電力１３００Ｗ、重量１８ｋｇの釘打ち機用コンプレッサ（従来、溶射機用として知られているものには、このような小型・軽量なものがなかった）を用いた。また、特に本体部３の出力エア圧を計測した。レギュレータ３７の制限圧は、６ｋｇ／ｃｍ２、７ｋｇ／ｃｍ２、ならびに８ｋｇ／ｃｍ２の各場合について試験を行った。なお、レギュレータ３７の下流側の圧損は２ｋｇ／ｃｍ２であり、エアコンプレッサとレギュレータ３７間の圧損は無視できるレベルであった。
【００３３】
その結果、表１に示すように、約９〜１１秒は本体部３の出力エア圧を十分に維持でき、溶射不良を起こさないレベルで溶射が可能であった。このレベルであれば補修等のスポット的な溶射には十分である。なお、溶射不良を起こし始めるエアコンプレッサ４の出力圧（圧力センサ６による検出圧）は３．０ｋｇ／ｃｍ２であった。また本体部２の出力圧が３．０ｋｇ／ｃｍ２未満で溶射不良となった。また、この結果からも判るように、レギュレータの設定圧は、溶射不良を起こすまでの間、レギュレータ３７の下流側のエア圧が実質的に一定となる値に設定することにより、安定したエア圧力で最も長い時間溶射が可能になる。
【００３４】
【表１】
2004269967.tif 000003
【００３５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、小型化・軽量化を図ることができ、もって多数個所のスポット溶射や補修時の対応の容易化、ならびに施工コストの低減を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可般型アーク溶射機の概略図である。
【図２】溶射ガンの概要図である。
【図３】本体部の概要図である。
【図４】本体部正面の外観図である。
【図５】本体部の重量およびサイズの対比図である。
【符号の説明】
１…アーク溶射機、２…溶射ガン、３…本体部、４…エアコンプレッサ、３１…制御用電源装置、３２…アーク用電源装置、３３…制御回路、３６…圧力検出器、３７…レギュレータ、３８…自動弁、３９…溶射ワイヤ貯蔵部、ＳＷ１…主開閉器、ＳＷ２…アーク用開閉器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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