(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸方向に沿って延びる筒状のエクステンション部と、
上記エクステンション部に内挿されており、溶射ワイヤを通すための一対のワイヤ導管と、
上記エクステンション部の先端側に着脱可能に設けられ、上記エクステンション部の先端側外方において互いの中心軸線が交わるように配置された一対の給電チップと、
上記一対のワイヤ導管にそれぞれが内挿され、上記溶射ワイヤを案内するための一対のガイドライナと、
上記エクステンション部の内部に設けられ、溶射ガスを流すためのガス流路と、を備え、
上記ガイドライナの先端部は、上記給電チップの基端部に内挿されるとともに当該給電チップの上記中心軸線に沿って延びており、
上記一対のワイヤ導管は、上記ガス流路内に配置されていることを特徴とする、溶射ガン。
【請求項２】
上記ワイヤ導管は、上記エクステンション部の基端側から外部に延びている、請求項１に記載の溶射ガン。
【請求項３】
上記ガイドライナは、上記ワイヤ導管の全長にわたって内挿されるとともに上記ワイヤ導管の基端から外部に延びている、請求項２に記載の溶射ガン。
【請求項４】
上記ガイドライナは、可撓性を有する樹脂からなる、請求項１ないし３のいずれかに記載の溶射ガン。
【請求項５】
上記エクステンション部の先端側には、互いが異なる方向を向く複数の吐出口が設けられており、
上記ガス流路は、各々が上記吐出口につながる複数の分岐流路と、これら複数の分岐流路の各々が連通する共通流路と、を含み、
上記一対のワイヤ導管は、上記共通流路に配置されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の溶射ガン。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか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。狭小部での溶射や長尺管材の内面での溶射などでは、長尺の溶射ガンが必要となるが、そのような長尺の溶射ガンを備えた溶射装置が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された溶射装置において、溶材Ｗ（溶射ワイヤ）は、一対の溶材導管２（ワイヤ導管）の内部に通されて一対の溶材ノズル１６（給電チップ）まで送給される。一対の溶材導管２は、互いが略平行となるように長手方向に延びている。一対の溶材ノズル１６は、溶材導管２の先端側に配置されている。これら溶材ノズル１６は、特許文献１の第５図に示されるように、溶材導管２に対して内向きに屈曲する姿勢とされる。一対の溶材ノズル１６の中心軸線は、溶材ノズル１６の先端側外方で交わっている（アーク点）。溶材導管２および溶材ノズル１６内を通過した溶材Ｗは、中心軸線上のアーク点に向って移動し、そこでアーク放電を行って溶滴化される。同文献の第４図に示されるように、溶材導管２と略平行に空気導管３（ガス流路）が設けられており、この空気導管３を流れたガスが、溶滴となった溶材に向かって噴出する。なお、同文献の第５図に示されるように、溶材導管２にはテフロン（登録商標）管１１（ガイドライナ）が内挿されており、このテフロン管１１の内部に溶材Ｗを通すことによって溶材の摺動抵抗の低減が図られている。
【０００４】
一方、特許文献２には、シリンダブロックのボア面（円筒内面）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（エクステンション部）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、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着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。
【０００５】
上記特許文献２に示されたような長尺の円筒部材内にワイヤ導管を配置する構成では、ワイヤ導管の経路が長くなるので、ワイヤ導管内でのワイヤの摺動抵抗が増加する。ワイヤの摺動抵抗低減のためにワイヤ導管内にガイドライナを挿入するのが好ましい。また、ワイヤの摺動抵抗を低減する観点から、ガイドライナの材質としては、テフロン樹脂などの樹脂製とするのが好ましい。
【０００６】
一方、円筒部材内に配置されたワイヤ導管については、放熱性が悪く、給電チップからの熱により高温になりやすい。ワイヤ導管にガイドライナを内挿する場合、当該ガイドライナを給電チップに近接させると、高温環境に晒されることによってガイドライナが軟化や変質等を来し、ワイヤを案内する機能を損なう虞がある。このような不具合を回避するためには、給電チップに供給する溶射電流を低減して高温化を抑制する、あるいはガイドライナを給電チップから遠ざけて配置する、などの対策が考えられるが、溶射処理速度の低下やワイヤ送給の不安定化によって生産性の低下を来すことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０３０４４２号公報
【特許文献２】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】
【０００８】
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、エクステンションノズルを具備する構成において、溶射処理の効率を改善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】
【０００９】
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。
【００１０】
本発明の第１の側面よって提供される溶射ガンは、所定の軸方向に沿って延びる筒状のエクステンション部と、上記エクステンション部に内挿されており、溶射ワイヤを通すための一対のワイヤ導管と、上記エクステンション部の先端側に着脱可能に設けられ、上記エクステンション部の先端側外方において互いの中心軸線が交わるように配置された一対の給電チップと、上記一対のワイヤ導管にそれぞれが内挿され、上記溶射ワイヤを案内するための一対のガイドライナと、上記エクステンション部の内部に設けられ、溶射ガスを流すためのガス流路と、を備え、上記ガイドライナの先端部は、上記給電チップの基端部に内挿されるとともに当該給電チップの上記中心軸線に沿って延びており、上記一対のワイヤ導管は、上記ガス流路内に配置されていることを特徴としている。
【００１１】
好ましい実施の形態においては、上記ワイヤ導管は、上記エクステンション部の基端側から外部に延びている。
【００１２】
好ましい実施の形態においては、上記ガイドライナは、上記ワイヤ導管の全長にわたって内挿されるとともに上記ワイヤ導管の基端から外部に延びている。
【００１３】
好ましい実施の形態においては、上記ガイドライナは、可撓性を有する樹脂からなる。
【００１４】
好ましい実施の形態においては、上記エクステンション部の先端側には、互いが異なる方向を向く複数の吐出口が設けられており、上記ガス流路は、各々が上記吐出口につながる複数の分岐流路と、これら複数の分岐流路の各々が連通する共通流路と、を含み、上記一対のワイヤ導管は、上記共通流路に配置されている。
【００１５】
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、備えることを特徴としている。
【００１６】
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】
【００１７】
【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】溶射ガンの作用を説明するための図６と同様の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。筒状本体２１１は、本発明でいうエクステンション部に相当する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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Ｏｘとして設定される。
【００３１】
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吐出口２１６が設けられている。本実施形態において、吐出口２１６は、第１吐出口２１６ａ、第２吐出口２１６ｂ、および第３吐出口２１６ｃを含んで構成される。これら第１ないし第３吐出口２１６ａ，２１６ｂ，２１６ｃは、互いに異なる方向を向いている。
【００３２】
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を向いている。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、方向ｘと交差する方向ｙを向いている。図６に表れているように、第２吐出口２１６ｂは、複数の長孔を含む。図５に示すように、第３吐出口２１６ｃは、下部カバー２１３の下垂部分に形成されている。第３吐出口２１６ｃは、方向ｘおよび方向ｙのいずれにも直角である方向に見て、方向ｙよりも方向ｘ側に傾く方向（第３方向）を向いている。第３吐出口２１６ｃは、第２吐出口２１６ｂよりもケース体２１０の基端側に位置する。
【００３３】
ガス流路２５０は、ケース体２１０の内部に設けられており、溶射ガスを吐出口２１６（２１６ａ，２１６ｂ，２１６ｃ）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分岐流路２５２は、第１吐出口２１６ａにつながっている。第２分岐流路２５３は、第２および第３吐出口２１６ｂ，２１６ｃにつながっている。第１および第２分岐流路２５２，２５３は、互いに分離している。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。第１および第２分岐流路２５２，２５３は、各々、共通流路２５１に連通している。
【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、可撓性を有する円筒形状とされており、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Ｏｘ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Ｏｘ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、吐出口２１６（第１ないし第３吐出口２１６ａ〜２１６ｃ）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の表面に溶射被膜が形成される。
【００４１】
本実施形態の溶射ガン２００においては、長状の筒状本体２１１に内挿されたワイヤ導管２２０が、ガス流路２５０（共通流路２５１）内に配置されている。このような構成によれば、ガス流路２５０（共通流路２５１）を流れるガスによってワイヤ導管２２０が冷却される。溶射アークの発生時には、給電チップ２３０付近でのアークの輻射熱やワイヤ導管２２０での抵抗発熱によって給電チップ２３０ないしワイヤ導管２２０が高温になりやすい。長状の筒状本体２１１に内挿されるワイヤ導管２２０は、比較的に長尺であるので、このワイヤ導管２２０をガス流路２５０（共通流路２５１）に晒すことによって、ワイヤ導管２２０ないし給電チップ２３０を効率よく冷却することができる。その結果、ワイヤ導管２２０ないし給電チップ２３０が高温環境に晒されるのを回避することができる。
【００４２】
上述のようにワイヤ導管２２０ないし給電チップ２３０を効率よく冷却することにより、ワイヤ導管２２０ないし給電チップ２３０が高温環境に晒されるのを回避することができる。このため、ワイヤ導管２２０に内挿するガイドライナ２４０についてたとえば樹脂製のものを採用しても、給電チップ２３０側までガイドライナ２４０を挿入することができる。そして、本実施形態において、図６を参照して上述したように、ガイドライナ２４０の先端部２４１は、給電チップ２３０の基端部２３１に内挿され、当該給電チップ２３０の中心軸線Ｏ１に沿って延びている。このような構成によれば、溶射ワイヤＷをアーク点Ｏｘに向けて安定して送給することができるので、溶射被膜の品質向上を図ることができる。また、ガイドライナ２４０としてテフロン樹脂等のように摺動抵抗が小さいものを採用することができ、溶射ワイヤＷの送給安定性が向上する。
【００４３】
ガイドライナ２４０の先端部２４１が給電チップ２３０の基端部２３１に内挿される構成によれば、給電チップ２３０の雄ねじ２３１ａを緩めて当該給電チップ２３０を取り外すと、図７に示すように、ガイドライナ２４０の先端部２４１が筒状本体２１１の下端外方に臨む。これにより、ガイドライナ２４０を交換する際、使用済のガイドライナ２４０を筒状本体２１１の下部から抜き出すとともに、新しいガイドライナ２４０を筒状本体２１１の下部から挿入することができる。したがって、ガイドライナ２４０の交換作業性に優れている。
【００４４】
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とともにワイヤ導管２２０の基端から外部に延びている。このような構成によれば、ガイドライナ２４０の交換作業性を良好にしつつ、ガイドライナ２４０による溶射ワイヤＷの送給安定性をより向上させることができる。
【００４５】
ガス流路２５０は、各々が吐出口２１６ａ（２１６ｂ，２１６ｃ）につながる複数の分岐流路２５２，２５３と、これら複数の分岐流路２５２，２５３の各々が連通する共通流路２５１と、を含む。一対のワイヤ導管２２０は、共通流路２５１に配置されている。本実施形態においては、吐出口（２１６ａ，２１６ｂ，２１６ｃ）が３系統であるのに対し、ガス流路２５０については、共通流路２５１を経て各吐出口に対応する分岐流路（２５２，２５３）に向かわせる。このような構成によれば、共通流路２５１を流れるガスの流量は、各分岐流路２５２（２５３）を流れるガスの流量よりも多い。したがって、共通流路２５１に一対のワイヤ導管２２０を配置する構成は、当該ワイヤ導管２２０を効率よく冷却するのに適する。
【００４６】
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。
【００４７】
上記実施形態において、給電チップが１つの部材から構成される場合について説明したが、給電チップを２以上の部材によって構成してもよい。たとえば、給電チップを、ワイヤ導管側に位置する第１チップ部材と、この第１チップ部材に対して着脱可能に取り付けられる第２チップ部材とからなる２部材によって構成してもよく、この場合、ガイドライナの先端部は、第１チップ部材の全体から第２チップ部材の基端に至るまで内挿される。このような構成によれば、エクステンション部の先端側にある第２チップ部材を取り外すだけでガイドライナを交換することができる。
【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      吐出口
２１６ａ    第１吐出口
２１６ｂ    第２吐出口
２１６ｃ    第３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（先端部）
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）
Ｏ１        中心軸線
Ｏｘ        アーク点
Ｗ          溶射ワイヤ
ｘ          方向
ｙ          方向
【図１】
0006383673.tif 000002
【図２】
0006383673.tif 000003
【図３】
0006383673.tif 000004
【図４】
0006383673.tif 000005
【図５】
0006383673.tif 000006
【図６】
0006383673.tif 000007
【図７】
0006383673.tif 000008