(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のケース体と、
上記ケース体に内挿されており、溶射ワイヤを通すための一対のワイヤ導管と、
上記ケース体の先端側に設けられ、上記溶射ワイヤに電力を供給する一対の給電チップと、
上記ケース体の内部に設けられ、ガスを流すためのガス流路と、
上記ケース体の先端側に設けられ、上記ガス流路を経たガスを外部に噴出するためのノズルと、を備えた溶射ガンであって、
上記ノズルは、上記ケース体の軸方向に対して交差する方向を向く複数の吐出口を含み、
上記複数の吐出口は、上記ケース体の軸方向に対して直角である正面から見て略Ｕ字状に配列されており、
上記複数の吐出口は、それぞれの指向方向が前方に向かうにつれて互いに収束するように方向付けられており、
上記複数の吐出口の全体として指向方向が、前方に向かうにつれて上記ケース体の軸方向であって上記ケース体の先端側である第１方向に変位するように方向付けられており、
上記複数の吐出口それぞれの指向方向が、上記ケース体の軸方向に見た場合、および上記軸方向と正面視方向の双方に直角である側方から見た場合のいずれにおいても前方に向かうにつれて収束して所定の収束位置に向かうことを特徴とする、溶射ガン。
【請求項２】
上記収束位置は、上記ケース体の軸方向に見て上記ケース体と重なる位置にある、請求項１に記載の溶射ガン。
【請求項３】
請求項１または２に記載の溶射ガンと、上記溶射ガンに溶射ワイヤを送り込むワイヤ送給手段と、上記溶射ガンにガスを送り込むガス供給手段と、上記溶射ガンに電力を供給する電力供給手段と、備えることを特徴とする、溶射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶射物に溶射被膜を形成する溶射ガン、およびこれを備えた溶射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶射装置を用いて行うアーク溶射においては、溶射ワイヤを溶射ガンに送給させつつアーク放電によって溶射ワイヤを溶解させる。溶解した溶射ワイヤはノズルから噴出されるガス流によって被溶射物へ噴き付けられ、当該被溶射物の表面に溶射被膜が形成される（たとえば、特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１には、シリンダブロックのボア面にアーク溶射処理を行うための溶射装置が記載されている。同文献に記載された溶射装置は、比較的に長尺な溶射ガンを備えている。溶射ガンは、ワイヤ導管およびガス流路が円筒部材の内部に設けられた構成である。当該溶射ガンをシリンダボア内に挿入した状態にてノズルからガス流を噴出し、ボア面に溶射被膜を形成する。ボア面への溶射被膜の形成は、溶射ガンおよびシリンダブロック（ボア面）を相対移動させながら行う。ワイヤ導管およびガス流路が円筒部材内に配置されているため、ワイヤ導管およびガス流路に、溶射した際の反射粒子や微細粒子の酸化物（溶射ヒューム）等が直接付着することはなく、これらワイヤ導管およびガス流路は保護されている。
【０００４】
しかしながら、溶射処理時にノズルから噴出されるガスは次第に拡散する。このため、ボア内に溶射ガンを挿入して行う溶射処理においては、ボア面にて跳ね返った反射粒子や溶射ヒュームが溶射ガンに付着しやすい。溶射ヒューム等がノズル周辺に付着すると、ノズルから噴出されるガス流に乱れが生じたり、あるいはアークが適切に発生しない場合がある。このような場合には、意図した溶射被膜が形成されず、溶射被膜の品質低下を招くことになる。また、溶射ガンに溶射ヒューム等が付着すると、後にこれら付着物が剥がれてノズルからのガス流によって被溶射物の表面に噴き付けられる虞がある。このような事態を招くと、やはり溶射被膜の品質低下を招いてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４９６７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、溶着ヒューム等の付着を防止するのに適した溶射ガン、およびこれを備えた溶射装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。
【０００８】
本発明の第１の側面よって提供される溶射ガンは、筒状のケース体と、上記ケース体に内挿されており、溶射ワイヤを通すための一対のワイヤ導管と、上記ケース体の先端側に設けられ、上記溶射ワイヤに電力を供給する一対の給電チップと、上記ケース体の内部に設けられ、ガスを流すためのガス流路と、上記ケース体の先端側に設けられ、上記ガス流路を経たガスを外部に噴出するためのノズルと、を備えた溶射ガンであって、上記ノズルは、上記ケース体の軸方向に対して交差する方向を向く複数の吐出口を含み、上記複数の吐出口は、それぞれの指向方向が前方に向かうにつれて互いに収束するように方向付けられていることを特徴としている。
【０００９】
好ましい実施の形態においては、上記複数の吐出口の全体として指向方向が、前方に向かうにつれて上記ケース体の軸方向であって上記ケース体の先端側である第１方向に変位するように方向付けられている。
【００１０】
好ましい実施の形態においては、上記複数の吐出口それぞれの指向方向が所定の収束位置に向かう。
【００１１】
好ましい実施の形態においては、上記収束位置は、上記ケース体の軸方向に見て上記ケース体と重なる位置にある。
【００１２】
好ましい実施の形態においては、上記複数の吐出口は、正面から見て略Ｕ字状に配列されている。
【００１３】
本発明の第２の側面よって提供される溶射装置は、本発明の第１の側面に係る溶射ガンと、上記溶射ガンに溶射ワイヤを送り込むワイヤ送給手段と、上記溶射ガンにガスを送り込むガス供給手段と、上記溶射ガンに電力を供給する電力供給手段と、を備えることを特徴としている。
【００１４】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る溶射ガンを備えた溶射装置の一例を示す全体概略図である。
【図２】本発明に係る溶射ガンの一例を示す正面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。
【図５】図３の部分拡大図である。
【図６】図４の部分拡大図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視図である。
【図８】図２に示した溶射ガンを用いて溶射処理を行う状況を示し、溶射ガンの先端付近の拡大側面図（一部を断面で表す）である。
【図９】複数の吐出口の指向方向について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る溶射ガンを備えた溶射装置の一例を示す全体概略図である。溶射装置１００は、基台１１０と、この基台１１０上に起立する支持板１２０と、支持板１２０に設けられた一対のワイヤ送給機構１３０と、溶射ガン２００と、電源部３００と、ガス供給手段４００と、を備えている。
【００１８】
基台１１０には、載置テーブル１１１が設けられ、この載置テーブル１１１上にワーク５００（被溶射物）が置かれている。載置テーブル１１１は、ワーク移動機構１１２に支持されている。詳細な図示説明は省略するが、ワーク移動機構１１２は、水平面内でのスライド移動、昇降および回転の各動作を行うことが可能であり、ワーク移動機構１１２の動作によってワーク５００に所望の動きを与えることができる。
【００１９】
本実施形態において、ワイヤ送給機構１３０は、ワイヤリール１３１、ガイドローラ１３２、送給ローラ１３３、およびモータ１３４を備えており、ワイヤリール１３１に巻き取られた溶射ワイヤＷを溶射ガン２００に向けて送り出すものである。
【００２０】
ワイヤリール１３１は、たとえば水平方向に延びる軸心回りに回転可能なリールに溶射ワイヤＷが巻き取られた形態を有しており、回転しながら溶射ワイヤＷを繰り出すことができる。ワイヤリール１３１から繰り出される溶射ワイヤＷは、ガイドローラ１３２を経て下向きに方向を変え、溶射ガン２００に至っている。
【００２１】
送給ローラ１３３は、対をなすローラの少なくとも一方がモータ１３４によって駆動される。送給ローラ１３３は、ワイヤリール１３１に近接する位置と溶射ガン２００に近接する位置との２箇所に設けられている。本実施形態においては、一対のワイヤ送給機構１３０の駆動により、溶射ワイヤＷが対をなして溶射ガン２００に供給される。
【００２２】
電源部３００は、溶射ガン２００に電力を供給するものである。電源部３００からの電力は、定電圧制御されて給電ケーブル３１０を介して溶射ガン２００に供給され、後述のワイヤ導管２２０、給電部材２１５を介して給電チップ２３０に供給される。
【００２３】
ガス供給手段４００は、溶射ガン２００にガスを送り込むものであり、たとえばコンプレッサにより噴出された圧縮エアを、流量および圧力が制御された状態で溶射ガン２００に送り込む。
【００２４】
溶射ガン２００は、被溶射物にアーク溶射を行うものであり、適所に設けられたブラケット１４０を介して支持板１２０に支持されている。図２〜６に示すように、溶射ガン２００は、ケース体２１０と、一対のワイヤ導管２２０と、一対の給電チップ２３０と、一対のガイドライナ２４０と、ガス流路２５０とを備えている。
【００２５】
ケース体２１０は、筒状本体２１１、上部カバー２１２、および下部カバー２１３を含んで構成される。筒状本体２１１は、所定の軸方向に長状に延びる円筒形状とされている。上部カバー２１２は筒状本体２１１の上端（基端）を塞いでおり、下部カバー２１３は筒状本体２１１の下端（先端）に設けられている。
【００２６】
ワイヤ導管２２０は、溶射ワイヤＷを通すものであり、たとえば銅管などの金属製パイプによって構成される。ワイヤ導管２２０は筒状本体２１１に内挿されており、ワイヤ導管２２０の下部は、ケース体２１０の下端寄りに設けられた絶縁部材２１４を介して当該ケース体２１０に支持されている。ワイヤ導管２２０の上部は、上部カバー２１２を貫通してケース体２１０の上端側（基端側）から外部に延びている。ワイヤ導管２２０は、筒状本体２１１の軸方向と略平行に延びている。各ワイヤ導管２２０の下端は、金属製の給電部材２１５に接続されている。詳細は後述するが、一対のワイヤ導管２２０は、ガス流路２５０内に配置されている。
【００２７】
給電チップ２３０は、給電部材２１５に取り付けられている。給電部材２１５は、ワイヤ導管２２０と給電チップ２３０との間に位置しており、一対の給電チップ２３０に対応するように対をなして設けられている。より詳細には、図６によく表れているように、給電部材２１５の先端部には雌ねじ２１５ａが形成され、また、給電チップ２３０の基端部２３１には雄ねじ２３１ａが形成されており、雌ねじ２１５ａに雄ねじ２３１ａを螺合することによって給電チップ２３０が給電部材２１５に取り付けられる。このようにして、給電チップ２３０はケース体２１０の下端側（先端側）に着脱可能に設けられている。
【００２８】
一対の給電部材２１５に形成された一対の雌ねじ２１５ａは、筒状本体２１１の軸方向に対して傾斜して延びる。そして、図６によく表れているように、一対の給電部材２１５に取り付けられた一対の給電チップ２３０については、互いの中心軸線Ｏ１がケース体２１０の先端に向かうほど近接している。これら中心軸線Ｏ１は、ケース体２１０の先端側外方において交わっており、当該交点がアーク点Ｐ１として設定される。
【００２９】
図５、図６に示すように、ケース体２１０の先端部には、溶射ガスを外部に噴出するためのノズル２１６が設けられている。本実施形態において、ノズル２１６は、第１吐出口２１６ａ、および第２吐出口２１６を含んで構成される。これら第１および第２吐出口２１６ａ，２１６ｂは、互いに異なる方向を向いている。
【００３０】
第１吐出口２１６ａは、ケース体２１０の下端付近に位置する絶縁部材２１７に形成されており、ケース体２１０の軸方向であって当該ケース体２１０の先端側である方向ｘ（第１方向）を向いている。
【００３１】
第２吐出口２１６ｂは、下部カバー２１３の下垂部分の先端に形成されている。第２吐出口２１６ｂは複数設けられており、各第２吐出口２１６ｂは方向ｘと交差する方向を向いている。複数の第２吐出口２１６ｂは、溶射ワイヤＷがアーク点Ｐ１で溶融した後、当該溶融金属を被溶射物に対して直接噴き付けるためのものであり、アーク点Ｐ１付近に向けられている。本実施形態において、図７、図８に示すように、複数の第２吐出口２１６ｂは、それぞれの指向方向が前方に向かうにつれて互いに収束するように方向付けられている。これら第２吐出口２１６ｂは、本発明でいう吐出口に相当する。なお、図７、図８においては、各第２吐出口２１６ｂの指向方向に沿った線分を一点鎖線で表している。
【００３２】
本実施形態においては、複数の第２吐出口２１６ｂは、それぞれの指向方向に対して直角である断面が円形状であり、正面から見て略Ｕ字状に配列されている（図６参照）。本実施形態においては、図８に示すように、これら第２吐出口２１６ｂの全体としての指向方向（図８において矢印Ｄ１で表す）が、前方に向かうにつれてケース体２１０の先端側である方向ｘに変位するように方向付けられている。また、図７、図８に示すように、複数の第２吐出口２１６ｂは、それぞれの指向方向が実質的に共通の収束点Ｐ２（収束位置）を向いている。図８によく表れているように、この収束点Ｐ２は、ケース体２１０の軸方向に見てケース体２１０と重なる位置にある。なお、図８において、第２吐出口２１６ｂが設けられた部分については第２吐出口２１６ｂが並ぶ方向に沿って切断した断面を表す。また、複数の第２吐出口２１６ｂは、それぞれの指向方向が共通の収束点Ｐ２を向くことを意図して形成されるが、実際には多少の誤差が生じうる。したがって、各第２吐出口２１６ｂの指向方向に沿った線分は、必ずしも収束点Ｐ２を通過するとは限らず、収束点Ｐ２の近傍を通過する場合もある。
【００３３】
ガス流路２５０は、ケース体２１０の内部に設けられており、溶射ガスをノズル２１６（第１および第２吐出口２１６ａ，２１６ｂ）まで流すための流路である。本実施形態において、ガス流路２５０は、ケース体２１０の内部空間によって構成されており、共通流路２５１、第１分岐流路２５２、および第２分岐流路２５３を有する。共通流路２５１は、筒状本体２１１の内側空間の大部分を占めており、比較的に大きな容積である。筒状本体２１１の外径寸法に対して共通流路２５１の占有する断面積が比較的大きい。
【００３４】
ワイヤ導管２２０は、共通流路２５１において露出しており、このようにして、ワイヤ導管２２０は、共通流路２５１（ガス流路２５０）内に配置されている。第１および第２分岐流路２５２，２５３は、互いに分離しており、各々が共通流路２５１に連通している。第１および第２分岐流路２５２，２５３は、それぞれ第１および第２吐出口２１６ａ，２１６ｂにつながっている。本実施形態において、第１分岐流路２５２は、方向ｙに離間する２箇所に設けられている。
【００３５】
一対のガイドライナ２４０は、それぞれ一対のワイヤ導管２２０に内挿されている。ガイドライナ２４０は、可撓性を有する筒状とされており、溶射ワイヤＷを挿通させることによってこの溶射ワイヤＷを案内する機能を果たす。ガイドライナ２４０を構成する材料としては、溶射ワイヤＷの摺動抵抗の小さいものが好ましい。そのような材料としては、たとえばテフロン（登録商標）樹脂などの合成樹脂を挙げることができる。
【００３６】
各ガイドライナ２４０は、ワイヤ導管２２０の全長にわたって内挿される。図６によく表れているように、ガイドライナ２４０の下端部２４１（先端部）は、給電チップ２３０の基端部２３１に内挿されており、給電チップ２３０の中心軸線Ｏ１に沿って延びている。図３、図４に表れているように、ガイドライナ２４０の上端部（基端部）は、ワイヤ導管２２０の上端（基端）から突出して外部に延びている。
【００３７】
次に、上記した実施形態に係る溶射ガン２００および溶射装置１００の作用について説明する。
【００３８】
溶射装置１００を用いて行う溶射作業時には、ワイヤ送給機構１３０によって溶射ガン２００に溶射ワイヤＷが送給される。送給された溶射ワイヤＷは、ガイドライナ２４０内を挿通し、このガイドライナ２４０によってガイドされながらワイヤ導管２２０内を進む。そして、溶射ワイヤＷは、ガイドライナ２４０の下端部２４１を経て給電チップ２３０へ送られ、給電チップ２３０に接触しながら中心軸線Ｏ１に沿ってアーク点Ｐ１に向かう。
【００３９】
溶射ガン２００には電源部３００によって電力が供給される。溶射ワイヤＷが給電チップ２３０に接触することにより、給電部材２１５から給電チップ２３０を介して溶射ワイヤＷに電力供給される。そして、一対の給電チップ２３０から送り出された一対の溶射ワイヤＷがアーク点Ｐ１で短絡することによって、一対の溶射ワイヤＷの先端間にアークが発生する。
【００４０】
溶射ガン２００にはまた、ガス供給手段４００からの圧縮ガスが送り込まれる。当該ガスは、ガス流路２５０（共通流路２５１、第１および第２分岐流路２５２，２５３）を通過し、ノズル２１６（第１および第２吐出口２１６ａ，２１６ｂ）から噴出される。当該噴出されたガスは、溶射ワイヤＷの先端のアークに吹き付けられ、溶融金属が液滴や微粒子状となって被溶射物（ワーク５００）の表面に溶射被膜が形成される。ワーク５００としては、たとえばシリンダブロックが用いられ、このシリンダブロックのボア面に対して溶射処理を行う。図８に示されるように、ボア面Ｓに対する溶射処理は、溶射ガン２００（ケース体２１０）をボア面Ｓの内側に挿入した状態で行う。溶射処理に際し、ボア面Ｓ（被溶射物の表面）は、ワーク移動機構１１２（図１参照）によって回転や昇降などの動作を行う。
【００４１】
本実施形態の溶射ガン２００において、アーク点Ｐ１付近を向いた複数の第２吐出口２１６ｂは、それぞれの指向方向が前方に向かうにつれて互いに収束するように方向付けられている。複数の第２吐出口２１６ｂの各々から噴出されるガスは次第に拡散するが、これら第２吐出口２１６ｂは互いに収束するように方向付けられている。このため、複数の第２吐出口２１６ｂそれぞれから噴出されるガスは重畳し、流量および流速が大きく、また指向性が強いガス流が形成される。その結果、ボア面Ｓ（被溶射物の表面）にて跳ね返る反射粒子や溶射ヒュームが拡散しにくい。したがって、溶射ヒューム等がケース体２１０の先端付近に付着するのを防止することができる。
【００４２】
図７、図８を参照して上記したように、複数の第２吐出口２１６ｂそれぞれの指向方向は共通の収束点Ｐ２に向かう。この収束点Ｐ２は、ケース体２１０の軸方向に見てケース体２１０と重なる位置にある。このような構成によれば、図８等からも理解されるように、ケース体２１０に近接する位置にあるボア面Ｓ（被溶射物の表面）に対し、指向性の強いガス流を適切に噴き付けることができる。このことは、溶射ヒューム等がケース体２１０の先端付近に付着するのを防止するうえで好ましい。
【００４３】
図８に示したように、複数の第２吐出口２１６ｂの全体としての指向方向Ｄ１が、前方に向かうにつれてケース体２１０の先端側である方向ｘに変位するように方向付けられている。すなわち、複数の第２吐出口２１６ｂは、全体としてケース体２１０から当該ケース体２１０の先端側に遠ざかるように方向付けられている。このような構成によれば、ボア面Ｓ（被溶射物の表面）にて跳ね返った反射粒子がケース体２１０側に向かうのを抑制することができる。このことは、溶射ヒューム等がケース体２１０の先端付近に付着するのを防止するうえで好ましい。
【００４４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は上記した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本発明の範囲に包摂される。
【００４５】
上記実施形態においては、複数の第２吐出口２１６ｂそれぞれの指向方向が共通の収束点Ｐ２を向くように構成されていたが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、複数の吐出口それぞれの指向方向が所定の収束位置に向かって互いに収束するように方向付けられておればよい。たとえば、図９に示すように、複数の吐出口それぞれの指向方向が所定の収束エリアＳ２に向かっており、当該収束エリアＳ２を通過する構成でもよく、また、複数の吐出口それぞれの指向方向が所定の収束線Ｌ２に向かっており、当該収束線Ｌ２を通過する構成でもよい。
【００４６】
上記実施形態においては、複数の第２吐出口２１６ｂの全体としての指向方向Ｄ１が前方に向かうにつれてケース体２１０の軸方向であって当該ケース体２１０先端側である方向ｘ（第１方向）に変位するように方向付けられていたが、これに限定されない。たとえば、複数の吐出口の全体としての指向方向がケース体２１０の軸方向に直角である方向に向いていてもよい。
【００４７】
上記実施形態では、溶射ガスを外部に噴出するためのノズル２１６として、第１吐出口２１６ａおよび第２吐出口２１６ｂを備える場合を例に挙げて説明したが、これら第１吐出口および第２吐出口とは異なる方向を向いた別の吐出口を追加的に設けてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１００      溶射装置
１１０      基台
１１１      載置テーブル
１１２      ワーク移動機構
１２０      支持板
１３０      ワイヤ送給機構
１３１      ワイヤリール
１３２      ガイドローラ
１３３      送給ローラ
１３４      モータ
１４０      ブラケット
２００      溶射ガン
２１０      ケース体
２１１      筒状本体
２１２      上部カバー
２１３      下部カバー
２１４      絶縁部材
２１５      給電部材
２１５ａ    雌ねじ
２１６      ノズル
２１６ａ    第１吐出口
２１６ｂ    第２吐出口（吐出口）
２１７      絶縁部材
２２０      ワイヤ導管
２３０      給電チップ
２３１      （給電チップの）基端部
２３１ａ    雄ねじ
２４０      ガイドライナ
２４１      （ガイドライナの）下端部
２５０      ガス流路
２５１      共通流路
２５２      第１分岐流路
２５３      第２分岐流路
３００      電源部
３１０      給電ケーブル
４００      ガス供給手段
５００      ワーク（被溶射物）
Ｄ１        指向方向（複数の吐出口の全体としての指向方向）
Ｌ２        収束線（収束位置）
Ｏ１        中心軸線
Ｐ１        アーク点
Ｐ２        収束点（収束位置）
Ｓ          ボア面
Ｓ２        収束エリア（収束位置）
Ｗ          溶射ワイヤ
ｘ          方向（第１方向）
ｙ          方向
【図１】
0006434320.tif 000002
【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】
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【図８】
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【図９】
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