溶射用複合ワイヤ製造装置
【課題】 製造効率の向上を図る事が出来、線径の異なる多品種のワイヤの製造に対応することが可能な溶射用複合ワイヤ製造装置の提供。
【解決手段】 平型フープ材１が巻回されたフープ材巻き出しローラ１２と、平型フープ材をＵ字成型、片丸成型、丸型成型と順次、成型作業を行う前段ワイヤ成型手段１４と、前段ワイヤ成型手段１４における平型フープ材１の成型時に、粉末状の機能発現物質を平型フープ材１に供給する粉末供給手段１６と、前段ワイヤ成型手段の出口側に設けられた中間巻き取りローラ１８と、前段ワイヤ成型手段１４によって成型されたチューブ状のワイヤを、さらに細径に成型する後段ワイヤ成型手段２０と、後段ワイヤ成型手段２０によって成型された溶射用複合ワイヤを巻き取る最終巻き取りローラ２２とを具備している。
【解決手段】 平型フープ材１が巻回されたフープ材巻き出しローラ１２と、平型フープ材をＵ字成型、片丸成型、丸型成型と順次、成型作業を行う前段ワイヤ成型手段１４と、前段ワイヤ成型手段１４における平型フープ材１の成型時に、粉末状の機能発現物質を平型フープ材１に供給する粉末供給手段１６と、前段ワイヤ成型手段の出口側に設けられた中間巻き取りローラ１８と、前段ワイヤ成型手段１４によって成型されたチューブ状のワイヤを、さらに細径に成型する後段ワイヤ成型手段２０と、後段ワイヤ成型手段２０によって成型された溶射用複合ワイヤを巻き取る最終巻き取りローラ２２とを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶射用複合ワイヤ製造装置に係わり、特に耐食性、耐摩耗性、撥水性、親水性などの機能性を付加した表面改質皮膜を溶射法によって作製する際に用いられる複合ワイヤの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶射法は、耐防食性、撥水性など各種の機能性皮膜を基材に付与することによって、基材に付加価値をもたらす表面改質方法であり、完全なドライプロセスで施工が可能であるため、現場施工にも適するなど多くの利点を有している。溶射皮膜の作製に使用される材料は、粉末やワイヤによるものが中心であり、粉末の場合は金属・セラミックス、サーメット、プラスチック等、数十種類もの材料が市販されているが、一般に高価格である一方、ワイヤによるものは、種類は少ないが、比較的低価格である。
【０００３】
このような粉末及びワイヤ双方の利点を取り入れた溶射用複合ワイヤとして、特許第３９９９３２８号公報（特許文献１）記載の溶射用ワイヤが本発明者によって提案され、既に特許登録されている。同公報記載の溶射材料は、軸心部分が中空に形成されたパイプ状の金属ワイヤ内部に、例えば溶射材料としてフッ化ピッチを充填することにより形成されている。当該ワイヤを溶射することによって作製される溶射皮膜は、撥水効果に優れるなどの特性を有しているが、その製造方法として、予めチューブ状に形成したワイヤに対し、粉末状の溶射材料を吸引することによって製造可能な旨、特許文献１には示唆されている。
【０００４】
その後、本発明者らが提案した特許第３９１２６７９号公報（特許文献２）に記載されている溶射用複合ワイヤ製造装置は、金属製のフープ材（帯状金属）を利用して複合ワイヤを製造する発明であり、ローラダイスを備えたワイヤ成型手段、溶射材料粉末を供給する粉末供給手段等を具備し、ワイヤ及び粉末双方の利点を備えた溶射用複合ワイヤを連続的に製造することが可能である。
同製造装置によれば、量産性の向上、製造コストに優れる等の特徴を有し、前述した特許第３９９９３２８号公報（特許文献１）に示唆されている手作業による製造方法から大きく飛躍し、溶射皮膜の可能性をさらに拡げる発明であった。
【０００５】
一方、フラックス入りの溶接用ワイヤを製造する方法として、特開２００５−７４４３８号公報（特許文献３）記載の発明が公知である。同公報記載の発明は、製造時の伸線性の向上並びに低水素特性を備えたワイヤを製造すべく、フラックスが充填された管状成型ワイヤを潤滑剤を用いて伸線する工程、潤滑剤を除去する工程、ワイヤ送給用潤滑剤を塗布する工程を備え、その後ローラダイスによって伸線並びに仕上げ伸線を行うようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９９９３２８号公報
【特許文献２】特許第３９１２６７９号公報
【特許文献３】特開２００５−７４４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した特許文献３に記載されているワイヤ製造方法は、伸線工程、仕上げ工程に際し潤滑剤の使用を前提としているが、潤滑剤を使用した場合には伸線工程の終了後にワイヤに塗布された潤滑剤を除去する工程、並びに機構が必要となるなど、ワイヤの製造工程の煩雑化、製造装置そのものの複雑化を招来するという課題があった。
また、製造されるワイヤの線径（外径）は、ワイヤ成型手段であるローラダイスのサイズに依存するため、例えば多種類の線径のワイヤを製造する場合には成型手段の交換作業が必要になるとともに、同時に潤滑剤を塗布する機構の構造もさらに複雑化するなど、製造効率の悪化を招く要因となる。
【０００８】
本発明は、このような諸事情に対処するために提案されたものであって、ワイヤの製造効率の向上を図る事が出来、線径（外径）の異なる多品種のワイヤの製造に対応することが可能な溶射用複合ワイヤ製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ワイヤの材料となる平型フープ材が巻回されたフープ材巻き出しローラと、前記平型フープ材を成型経路上にて、Ｕ字成型、片丸成型、丸型成型と順次、成型作業を行って該平型フープ材をチューブ状に成型する複数のローラダイスを組み合わせてなる前段ワイヤ成型手段と、前記前段ワイヤ成型手段における前記平型フープ材の成型時に、粉末状の機能発現物質を該平型フープ材に供給する粉末供給手段と、前記前段ワイヤ成型手段の出口側に設けられ、該出口側から送られてくるワイヤを巻き取ることによって、該前段ワイヤ成型手段による平型フープ材の成型作業に要する引張力を負担するとともに、巻き取り方向が水平となるように回転軸を鉛直方向に設けて設置された中間巻き取りローラと、前記前段ワイヤ成型手段によって機能発現物質が充填された成型後のチューブ状のワイヤを、さらに細径に成型する複数のローラダイスを組み合わせてなる後段ワイヤ成型手段と、前記後段ワイヤ成型手段によって成型された溶射用複合ワイヤを巻き取るとともに、前記中間巻き取りローラとの間に生じる回転差を吸収するクラッチを備えた最終巻き取りローラと、を具備したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１において、前記後段ワイヤ成型手段は、複数の個別ワイヤ外径成型部を備え、前記前段ワイヤ成型手段によって成型されたチューブ状のワイヤを、該複数の個別ワイヤ外径成型部によって対応する複数種の外径に成型するとともに、該複数の個別ワイヤ外径成型部は、成型経路上から待避或いは成型経路上に位置するように、装置架台に対し、スライドユニットを介して移動可能に設置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２において、前記粉末供給手段は、平型フープ材がＵ字成型された際に機能発現物質を該平型フープ材内に供給するシュートを有し、該シュートには振動を付与する振動付与部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のうち何れか１項において、前記粉末供給手段は、平型フープ材がＵ字成型された際に供給される粉末状の機能発現物質の供給量を計測するセンサを備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のうち何れか１項において、前記個別ワイヤ外径成型部におけるローラダイス間には、チューブ状のワイヤを巻き取り方向側へ送り出す補助送りローラが設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のうち何れか１項において、前記フープ材巻き出しローラには、巻回された平型フープ材の張力を一定に保持する定張力自動制御手段、電磁ブレーキを備え、これらの定張力自動制御手段、電磁ブレーキによって成型時におけるフープ材の張力を一定範囲内に保持するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上述のように、本発明によれば、多種類の線径のワイヤを１台の装置で製造することが可能となり、製造効率を大幅に向上させることが可能である。
また、充填される機能発現物質である粉末の量をきめ細かく制御することが可能であり、多種類の溶射用粉末に対応することができる。
加えて、ワイヤの製造速度を大幅に向上させることが可能となり、製造コストの低減、効率向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の平面図である。
【図２】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の正面図である。
【図３−１】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、フープ材巻き出しローラの詳細図である。
【図３−２】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、巻き出しローラを側方から視た概略斜視図である。
【図４】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、前段ワイヤ成型手段を示す概略側面図である。
【図５】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、粉末供給手段を示した図である。
【図６】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、中間巻き取りローラを示した図である。
【図７】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、後段ワイヤ成型手段を示した図である。
【図８−１】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、後段ワイヤ成型手段の使用状況を示す説明図である。
【図８−２】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、後段ワイヤ成型手段の使用状況を示す説明図である。
【図９】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、最終巻き取りローラを示した図である。
【図１０】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、乱巻き防止部の概略斜視図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置を使用して連続自動運転によって製造された溶射用複合ワイヤの断面を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の好適な実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１及び図２は本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の平面図、正面図である。
図１及び図２に示されるように、本実施形態の溶射用複合ワイヤ製造装置１０は、フープ材巻き出しローラ１２、前段ワイヤ成型手段１４、粉末供給手段１６、中間巻き取りローラ１８、後段ワイヤ成型手段２０、最終巻き取りローラ２２等を具備して構成され、各部材は装置架台１１の所定箇所に設置されている。また、図示していないが、モータなどの各機器に接続された制御盤を備え、ワイヤ製造に際し各機器を制御するようになっている。
【００１８】
図３−１はフープ材巻き出しローラ１２の詳細図で、図３−１（ａ）は前面側から視た図、図３−１（ｂ）は正面側から視た図、図３−２は巻き出しローラ１２につき、側方から視た概略斜視図である。
これらの図に示されるように、フープ材巻き出しローラ１２は、フープ材１が巻回される円形ローラ部１２Ａ、定張力ユニット２４、電磁ブレーキ２６等を備えている。円形ローラ部１２Ａは、その中心部に回転軸１２Ｂの一端が固着され、回転軸１２Ｂは装置架台１１に取り付けられた軸受け２８，２８によって回転可能に軸支されている。
回転軸１２Ｂの他端は電磁ブレーキ２６と連結されており、必要に応じ円形ローラ部１２Ａの回転に対し制動をかけることができるようになっている。
【００１９】
定張力ユニット２４は、タッチロール部２４Ａ、アーム２４Ｂ、ピボットセンサ２４Ｃを備え、円形ローラ部１２Ａに巻回された平型フープ材の表面に対し、タッチロール部２４Ａが当接することにより、平型フープ材の巻き径変化をピボットセンサ２４Ｃによって検出するようになっている。つまり、アーム２４Ｂは、円形ローラ部１２Ａに巻回されている平型フープ材の巻き径（ロール径）の変化に対して追従し、ピボットセンサ２４Ｃを回転中心として円弧状に回動する。この回動動作をピボットセンサ２４Ｃによって、アーム２４Ｂの角度変化として捉えることにより、平型フープ材の巻き径（ロール径）を検出する。そして、その検出結果に基づいて電磁ブレーキ２６の制動力を制御し、平型フープ材に生じる張力を一定の範囲に保持するようになっている。
【００２０】
図４は前段ワイヤ成型手段１４を示す概略側面図である。同図に示されるように、前段ワイヤ成型手段１４は、計１３台のローラダイスを備え、１０１〜１０４の４基によって平型フープ材１を平型からＵ字型に成型する。
また、１０５〜１０８の４台によってＵ字型から丸型へ成型するとともに、１０９〜１１３の５台によって外径４ｍｍのチューブ状に成型するようになっている。さらに、１０４と１０５との間は７０ｍｍの間隔を有し、この上方部分に粉末供給手段１６が設置され、溶射皮膜の機能発現物質となる粉末が供給される。
【００２１】
各カセットローラーダイスには、図示しないロールギャップ調整用のボルトである圧下スクリューが取り付けられており、フープ材の材質および幅が変わった場合には所定の寸法となるよう調整することが可能である。
圧下スクリューは、カセットローラーダイス１台当り、下方に向かって左右に２本、または横方向に向かって上下に２本取り付けられている。カセットローラーダイスを、縦にセットするか、９０°横にセットするかによって、ボルトの位置は左右、または上下となる。圧下スクリューを１回転させると、ローラギャップは３ｍｍまたは２ｍｍ移動する。調整に際しては、被加工材料、例えばフープ材が、連結された全てのカセットローラーダイスの中心部を通過するように、圧下スクリューの回転角度を、左右または上下とも同じに設定する。
【００２２】
図５は粉末供給手段１６を示した図であり、図５（ａ）はローラダイスを省略した状態の概略図、図５（ｂ）は外観のうち、図５（ａ）を矢印Ｖｂ方向から視た図である。これらの図に示されるように、粉末供給手段１６は１次フィーダ３０、２次フィーダ３２、３次フィーダ３４を備えて構成されている。
１次フィーダ３０は、収納部３０Ａに収容された溶射材料の粉末を、その内部に配設された誘導羽根によって強制的に掻き出し、１次フィーダ３０と２次フィーダ３２との間に設けられたシュート３５を介して２次フィーダ３２のホッパ３８に定量的に供給する（一例として、高精度小型定量供給機 MO-180R （株）ヨシカワ製）。シュート３５の側面には、レーザセンサ３６が取り付けられており、１次フィーダ３０から２次フィーダ３２へ供給される粉末の量を計測し、粉末の途切れを検出するようになっている。
【００２３】
２次フィーダ３２は、微量の粉末を定量的に供給するスクリューフィーダ３９（一例として、FEEDCOM-μM 日清エンジニアリング株式会社製）等を備え、ホッパ３８に入っている粉末を、スクリューフィーダ３９における螺旋状のスクリューの回転により３次フィーダ３４側へ定量供給するようになっている。
３次フィーダ３４には、粉末を横方向に搬送する樋状に形成されたトラフ４０が図示しない板バネ、固定フレーム、振動付与部３７を介して装置架台１１上に設けられている。振動付与部３７には電磁石が設置されており、電磁石のコイルに交流半波脈動電流を通電し、当該電流に応じた電磁石の吸引力若しくは反発力によりトラフ４０を微振動させて、粉末を少しずつ移動させながら定量的に供給を行う（一例として、小型電磁フィーダ CF-1 神鋼電気（株）製）。
【００２４】
トラフ４０の末端側には最終投入シュート４２が設けられ、この最終投入シュート４２から、ローラダイスＮｏ４．とＮｏ．５との間にて、粉末をＵ字型に成型されたフープ材１に投入する。投入シュート４２の側方にはバイブレータ４４、レーザセンサ４６が設置され、バイブレータ４４の振動により最終投入シュート４２への粉末の付着を防止するとともに、レーザセンサ４６によって供給される粉末の流れ、並びに、フープ材１に投入された粉末の量をモニタしている。粉末の量は、センサ４６から照射されるレーザ光の反射光を検出することによって最終投入シュート４２と粉末との間の距離を計測して粉末量を算出する。これによって、複合ワイヤに充填される粉末量をきめ細かく制御することができ、所望の充填率のワイヤ製造を可能ならしめている。
【００２５】
複合ワイヤでは粉末の充填率を極力一定にすることが重要であるが、充填材料の密度、粒度・粒径・流動性は、材料の種類によって各々異なる。このため、充填率を一定にするには供給方法の異なる３種類の供給装置、つまり１次フィーダ３０、２次フィーダ３２、３次フィーダ３４を採用するとともに、レーザセンサ４６等により的確に粉末の供給量を制御して定量的な供給を可能としたものである。粉末は図５の一点鎖線Ａに示される経路を通って各フィーダ３０，３２，３４から段階的に供給される。
【００２６】
図６は中間巻き取りローラ１８を示した図であり、図６(a)は概略図、図６（ｂ）は図６(a) を矢印ＶＩｂ方向から視た図である。
これらの図に示されるように、中間巻き取りローラ１８は、回転ローラ１８Ａ、ギヤボックス１８Ｂ、駆動モータ１８Ｃ等を備え、回転ローラ１８Ａは、所定の外径の円盤状をなしているとともに、その回転軸が縦方向に設置され、回転ローラ１８Ａは横方向に回転するようになっている。
ギヤボックス１８Ｂは駆動モータ１８Ｃと連結され、ギヤボックス１８Ｂによってモータ１８Ｃの回転を減速し、回転ローラ１８Ａを所定の回転数にて回転駆動する。回転ローラ１８Ａの外周部には前段ワイヤ成型手段１４によって成型されたチューブ状のワイヤが巻き取られ、ワイヤ成型手段１４と後段ワイヤ成型手段２０との間にて張力を分担させる。中間巻き取りローラ１８には巻付き防止のためにＭＣナイロン製ワイヤガイドを設置している。なお、回転ローラ１８Ａの回転方向を横方向としたのは、ワイヤ内に入っている粉末が重力によって移動し、結果的に充填ムラが生じる可能性を排除する、駆動モータ１８Ｃの設置位置は低い方が装置全体の重心を下げることができる等の理由からである。
【００２７】
即ち、前段ワイヤ成型手段１４によるフープ材の成型に必要な引張力を中間巻き取りローラ１８が負担し、中間巻き取りローラ１８と最終巻き取りローラ２２の間の複合ワイヤには、カセットローラーダイスでの成型に必要な張力、並びに、中間巻き取りローラ１８上でワイヤが滑らないための摩擦力に必要な張力だけしか、かからない構造になっている。このため、仮に最終巻き取りローラ２２のみでワイヤを巻き取った場合には成型による張力によって複合ワイヤが破断する虞があったが、上記構成を採用することにより、その可能性を大幅に低減することが可能となった。これによって、従来必要であった潤滑剤なども不要となり、製造工程の簡素化の一助となっている。
【００２８】
図７は後段ワイヤ成型手段２０を示した図であり、図７（ａ）は概略図、図８−１，２は図７を矢印ＶＩＩＩ方向から視た図で、後段ワイヤ成型手段２０の使用状況を示す説明図である。
図７に示されるように、後段ワイヤ成型手段２０は、４つの個別ワイヤ外径成型部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを具備し、これらの個別ワイヤ外径成型部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは複数のローラダイスを備えている。
図８にも示されるように、個別ワイヤ外径成型部２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、装置架台１１に対して前後動可能に支持されたスライドユニット４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄ上に設置されている。また、スライドユニット４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄは、スクリュウシャフト５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄによって装置架台１１に対し、移動可能に配設されており、各スクリュウシャフト５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄに取り付けられたハンドル５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄを回転させることにより、各成型部２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを前後に移動させて、成型経路上から退避、又は成型経路上に位置させることが可能となっている。
【００２９】
個別ワイヤ外径成型部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄのうち、成型部２０Ａは前段ワイヤ成型手段１４によって外径４ｍｍに成型された複合ワイヤ１を更に外径φ３．２ｍｍに、成型部２０Ｂは外径φ２．５ｍｍ、成型部２０Ｃは外径φ２．０ｍｍ、成型部２０Ｄは外径φ１．６ｍｍとなるように、それぞれ伸線する。
複合ワイヤ１を外径φ３．２ｍｍに伸線する場合は、図８−１（ａ）に示されるように、成型部２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを成型経路上から後退させて退避した状態として、成型部２０Ａによって伸線工程を行い、外径φ３．２ｍｍのワイヤへ成型する。また、外径φ２．５ｍｍに伸線する場合は、図８−１（ｂ）に示されるように、成型部２０Ｃ，２０Ｄを成型経路上から退避させて、成型部２０Ａ，２０Ｂを使用して伸線工程を行う。さらに、外径φ２．０ｍｍとする場合は、図８−２（ａ）に示されるように、成型部２０Ｄを成型経路上から退避させた状態で、成型部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃによって伸線工程を行う。外径φ１．６ｍｍとする場合は、図８−２（ｂ）に示されるように、すべての成型部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを使用して伸線工程を行うことにより、φ１．６ｍｍの複合ワイヤに成型する。
【００３０】
なお、図７及び図８−１，２に示されるように、個別ワイヤ外径成型部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄのカセットローラーダイスユニットの中間には、複合ワイヤ１に加わる張力を分散させるための補助送りローラ５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄが上下一対ずつ設けられており、各ローラ５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄは補助モータ５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄによって回転駆動され、成型中のワイヤ１に対し引張力（プル）及び押し出し力（プッシュ）を作用させて、ワイヤ１全体に生じる張力を分散させている。
また、上下の各ローラ５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄは、それらのうち一方或いは双方に、バネなどの弾性体を備えた押しボルトによって上下方向からワイヤ１に対する挟圧力を微調整することができるので、ワイヤ１の成型に最も適する挟圧力とすることが可能である。
さらに、各補助モータ５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄは、個別に回転数を選択して制御することができる。つまり、成型速度が最適となるように、フープ材巻き出しローラ１２の回転速度、後述する最終巻き取りローラ２２の回転速度と併せて、補助モータ５６Ａ〜Ｄも含めた総括的な自動制御を行うことで製造速度の向上を図ることができる。また、ワイヤにかかる張力の分散化がされるので、潤滑剤を使用しなくてもスムーズなワイヤ成型が可能となるとともに、成型時におけるワイヤ破断の防止を同時に達成することが可能となる。
【００３１】
図９は最終巻き取りローラ２２を示した図であり、図９（ａ）は概略図、図９（ｂ）は図９（ａ）をＩＸｂ方向から視た概略矢視図である。
これらの図に示されるように、最終巻き取りローラ２２は、巻き取りローラ部２２Ａと、電磁クラッチ２２Ｂと、最終駆動モータ２２Ｃ等とを備えているとともに、巻き取り時に乱巻きが生じないように乱巻き防止部５８が設置されている。
複合ワイヤの製造過程での回転速度は、中間巻き取りローラ部１８で遅くなり、最終巻き取りローラ部２２にて早くなる。そこで本装置では、電磁クラッチ２２Ｂによって最終駆動モータ２２Ｃの駆動力を調節し、広範囲な速度変化に対応できる機構を採用している。
【００３２】
図１０は乱巻き防止部５８の概略斜視図である。
同図に示されるように、乱巻き防止部５８は、最終巻き取りローラ２２の回転軸６０に同軸プーリ６２が固着されているとともに、乱巻き防止部５８のガイドプーリ６４に対し、タイミングベルト６６が張設されている。乱巻き防止部５８は、横方方向に延出する一対のガイド棒６８，６８、乱巻き防止ガイド７０を備え、乱巻き防止ガイド７０はガイド棒６８，６８に沿ってスライドするようになっている。
ガイド棒６８，６８の外周面にはネジが切られており、タイミングベルト６６から伝達される回転力をガイドプーリ６４に伝え、ガイドプーリ６４の回転とともにガイド棒６８，６８が回転することによって、ガイド７０を横方向にスライドさせながら、ワイヤ１Ａの巻き取り位置をガイドするようになっている。つまり、最終巻き取りローラ２２に巻き取られる複合ワイヤ１Ａにつき、乱巻きが生じないように、ガイド７０によって複合ワイヤ１Ａを最終巻き取りローラ２２の外周面上の適正な位置に導くため、順序よく巻き取っていくことが可能になっている。
【００３３】
前述のように構成した本実施形態の溶射用複合ワイヤ製造装置１０は、ワイヤ製造に際し、以下のように運転される。複合ワイヤによる溶射法の実用化が進むと、要求されるワイヤの種類、すなわち、アルミニウムやステンレスなどの各種のフープ材と、機能発現物質となる各種の粉末粒子の組合せは極めて多種類に及び、ワイヤの製造条件もそれぞれ異なる。
そこで、本装置では複合ワイヤの製造において、まず、フープ材巻き出しローラ１２、前段ワイヤ成型手段１４、粉末供給手段１６、中間巻き取りローラ１８、後段ワイヤ成型手段２０の個別ワイヤ外径成型部２０Ａ〜Ｄ、最終巻き取りローラ２２等の各種機器を手動運転することによって、粉末供給量、モータの回転速度など、最適な製造条件を見出す実験を行った。実験の結果、平型フープ材の幅寸法、複合ワイヤの外径、粉末の種類などを勘案し、最も適する条件を運転用の制御データとして蓄積した。そして、これらの制御データに基づいて運転システムの制御プログラムを構築し、各機器を自動制御することによって連続的に効率よくワイヤ製造を行うようにしている。また、連続自動運転中の異常時においては、パトライトによる警報発信を行い、非常停止するシステムを同時に採用し、安全性を向上させた。
【００３４】
図１１は本実施形態の溶射用複合ワイヤ製造装置１０を使用して連続自動運転で製造された溶射用複合ワイヤの断面を示した図である。同図に示されるように、いずれの直径のワイヤもフープ材の両端が適度にラップされ、充填粉末が漏れ出るようなことは全くなかった。
また、ワイヤの真円度は良好で、実際の溶射作業においてもスムーズに定量供給を行うことができ、ガスフレーム溶射でのフラッシュバック現象やアーク溶射での不安定アークは全く見られず、作製された溶射皮膜も密着強度など、要求性能を達成することができた。
【００３５】
このように、本実施形態の溶射用複合ワイヤ製造装置によれば、溶射に用いられる複合ワイヤの製造効率の向上を図ることが可能となり、且つ線径（外径）の異なる多品種の複合ワイヤの製造に対応することが可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、多種類の線径のワイヤを製造する場合にも、成型手段の交換作業が不要になり、製造効率の向上を図ることができる。
また、潤滑剤を塗布する機構等も不要となり、装置自体の簡素化、製造工程の簡略化に寄与する。
【符号の説明】
【００３７】
１ 平型フープ材
１Ａ 複合ワイヤ
１０ 溶射用複合ワイヤ製造装置
１１ 装置架台
１２ フープ材巻き出しローラ
１４ 前段ワイヤ成型手段
１６ 粉末供給手段
１８ 中間巻き取りローラ
１８Ａ 回転ローラ
１８Ｂ ギヤボックス
１８Ｃ 駆動モータ
２０ 後段ワイヤ成型手段
２０Ａ ２０Ｂ ２０Ｃ ２０Ｄ 個別ワイヤ外径成型部
２２ 最終巻き取りローラ
２２Ａ 巻き取りローラ部
２２Ｂ 電磁クラッチ
２２Ｃ 最終駆動モータ２
２４ 定張力ユニット
２４Ａ タッチロール部
２４Ｂ アーム
２４Ｃ ピボットセンサ
２６ 電磁ブレーキ
３０ １次フィーダ
３０Ａ 収納部
３２ ２次フィーダ
３４ ３次フィーダ
３５ シュート
３６ レーザセンサ
３７ 振動付与部
３８ ホッパ
３９ スクリューフィーダ
４０ トラフ
４２ 最終投入シュート
４４ バイブレータ
４６ レーザセンサ
４８Ｂ ４８Ｃ ４８Ｄ スライドユニット
５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ スクリュウシャフト
５２Ｂ ５２Ｃ ５２Ｄ ハンドル
５４Ａ ５４Ｂ ５４Ｃ ５４Ｄ 補助送りローラ
５６Ａ ５６Ｂ ５６Ｃ ５６Ｄ 補助モータ
５８ 乱巻き防止部
６０ 回転軸
６２ 同軸プーリ
６４ ガイドプーリ
６６ タイミングベルト
６８ ガイド棒
７０ 乱巻き防止ガイド
１０１〜１１３ ローラダイス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶射用複合ワイヤ製造装置に係わり、特に耐食性、耐摩耗性、撥水性、親水性などの機能性を付加した表面改質皮膜を溶射法によって作製する際に用いられる複合ワイヤの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶射法は、耐防食性、撥水性など各種の機能性皮膜を基材に付与することによって、基材に付加価値をもたらす表面改質方法であり、完全なドライプロセスで施工が可能であるため、現場施工にも適するなど多くの利点を有している。溶射皮膜の作製に使用される材料は、粉末やワイヤによるものが中心であり、粉末の場合は金属・セラミックス、サーメット、プラスチック等、数十種類もの材料が市販されているが、一般に高価格である一方、ワイヤによるものは、種類は少ないが、比較的低価格である。
【０００３】
このような粉末及びワイヤ双方の利点を取り入れた溶射用複合ワイヤとして、特許第３９９９３２８号公報（特許文献１）記載の溶射用ワイヤが本発明者によって提案され、既に特許登録されている。同公報記載の溶射材料は、軸心部分が中空に形成されたパイプ状の金属ワイヤ内部に、例えば溶射材料としてフッ化ピッチを充填することにより形成されている。当該ワイヤを溶射することによって作製される溶射皮膜は、撥水効果に優れるなどの特性を有しているが、その製造方法として、予めチューブ状に形成したワイヤに対し、粉末状の溶射材料を吸引することによって製造可能な旨、特許文献１には示唆されている。
【０００４】
その後、本発明者らが提案した特許第３９１２６７９号公報（特許文献２）に記載されている溶射用複合ワイヤ製造装置は、金属製のフープ材（帯状金属）を利用して複合ワイヤを製造する発明であり、ローラダイスを備えたワイヤ成型手段、溶射材料粉末を供給する粉末供給手段等を具備し、ワイヤ及び粉末双方の利点を備えた溶射用複合ワイヤを連続的に製造することが可能である。
同製造装置によれば、量産性の向上、製造コストに優れる等の特徴を有し、前述した特許第３９９９３２８号公報（特許文献１）に示唆されている手作業による製造方法から大きく飛躍し、溶射皮膜の可能性をさらに拡げる発明であった。
【０００５】
一方、フラックス入りの溶接用ワイヤを製造する方法として、特開２００５−７４４３８号公報（特許文献３）記載の発明が公知である。同公報記載の発明は、製造時の伸線性の向上並びに低水素特性を備えたワイヤを製造すべく、フラックスが充填された管状成型ワイヤを潤滑剤を用いて伸線する工程、潤滑剤を除去する工程、ワイヤ送給用潤滑剤を塗布する工程を備え、その後ローラダイスによって伸線並びに仕上げ伸線を行うようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９９９３２８号公報
【特許文献２】特許第３９１２６７９号公報
【特許文献３】特開２００５−７４４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した特許文献３に記載されているワイヤ製造方法は、伸線工程、仕上げ工程に際し潤滑剤の使用を前提としているが、潤滑剤を使用した場合には伸線工程の終了後にワイヤに塗布された潤滑剤を除去する工程、並びに機構が必要となるなど、ワイヤの製造工程の煩雑化、製造装置そのものの複雑化を招来するという課題があった。
また、製造されるワイヤの線径（外径）は、ワイヤ成型手段であるローラダイスのサイズに依存するため、例えば多種類の線径のワイヤを製造する場合には成型手段の交換作業が必要になるとともに、同時に潤滑剤を塗布する機構の構造もさらに複雑化するなど、製造効率の悪化を招く要因となる。
【０００８】
本発明は、このような諸事情に対処するために提案されたものであって、ワイヤの製造効率の向上を図る事が出来、線径（外径）の異なる多品種のワイヤの製造に対応することが可能な溶射用複合ワイヤ製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ワイヤの材料となる平型フープ材が巻回されたフープ材巻き出しローラと、前記平型フープ材を成型経路上にて、Ｕ字成型、片丸成型、丸型成型と順次、成型作業を行って該平型フープ材をチューブ状に成型する複数のローラダイスを組み合わせてなる前段ワイヤ成型手段と、前記前段ワイヤ成型手段における前記平型フープ材の成型時に、粉末状の機能発現物質を該平型フープ材に供給する粉末供給手段と、前記前段ワイヤ成型手段の出口側に設けられ、該出口側から送られてくるワイヤを巻き取ることによって、該前段ワイヤ成型手段による平型フープ材の成型作業に要する引張力を負担するとともに、巻き取り方向が水平となるように回転軸を鉛直方向に設けて設置された中間巻き取りローラと、前記前段ワイヤ成型手段によって機能発現物質が充填された成型後のチューブ状のワイヤを、さらに細径に成型する複数のローラダイスを組み合わせてなる後段ワイヤ成型手段と、前記後段ワイヤ成型手段によって成型された溶射用複合ワイヤを巻き取るとともに、前記中間巻き取りローラとの間に生じる回転差を吸収するクラッチを備えた最終巻き取りローラと、を具備したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１において、前記後段ワイヤ成型手段は、複数の個別ワイヤ外径成型部を備え、前記前段ワイヤ成型手段によって成型されたチューブ状のワイヤを、該複数の個別ワイヤ外径成型部によって対応する複数種の外径に成型するとともに、該複数の個別ワイヤ外径成型部は、成型経路上から待避或いは成型経路上に位置するように、装置架台に対し、スライドユニットを介して移動可能に設置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２において、前記粉末供給手段は、平型フープ材がＵ字成型された際に機能発現物質を該平型フープ材内に供給するシュートを有し、該シュートには振動を付与する振動付与部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のうち何れか１項において、前記粉末供給手段は、平型フープ材がＵ字成型された際に供給される粉末状の機能発現物質の供給量を計測するセンサを備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のうち何れか１項において、前記個別ワイヤ外径成型部におけるローラダイス間には、チューブ状のワイヤを巻き取り方向側へ送り出す補助送りローラが設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のうち何れか１項において、前記フープ材巻き出しローラには、巻回された平型フープ材の張力を一定に保持する定張力自動制御手段、電磁ブレーキを備え、これらの定張力自動制御手段、電磁ブレーキによって成型時におけるフープ材の張力を一定範囲内に保持するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上述のように、本発明によれば、多種類の線径のワイヤを１台の装置で製造することが可能となり、製造効率を大幅に向上させることが可能である。
また、充填される機能発現物質である粉末の量をきめ細かく制御することが可能であり、多種類の溶射用粉末に対応することができる。
加えて、ワイヤの製造速度を大幅に向上させることが可能となり、製造コストの低減、効率向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の平面図である。
【図２】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の正面図である。
【図３−１】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、フープ材巻き出しローラの詳細図である。
【図３−２】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、巻き出しローラを側方から視た概略斜視図である。
【図４】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、前段ワイヤ成型手段を示す概略側面図である。
【図５】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、粉末供給手段を示した図である。
【図６】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、中間巻き取りローラを示した図である。
【図７】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、後段ワイヤ成型手段を示した図である。
【図８−１】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、後段ワイヤ成型手段の使用状況を示す説明図である。
【図８−２】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、後段ワイヤ成型手段の使用状況を示す説明図である。
【図９】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、最終巻き取りローラを示した図である。
【図１０】同じく、本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の構成要素のうち、乱巻き防止部の概略斜視図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置を使用して連続自動運転によって製造された溶射用複合ワイヤの断面を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の好適な実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１及び図２は本発明の一実施形態に係る溶射用複合ワイヤ製造装置の平面図、正面図である。
図１及び図２に示されるように、本実施形態の溶射用複合ワイヤ製造装置１０は、フープ材巻き出しローラ１２、前段ワイヤ成型手段１４、粉末供給手段１６、中間巻き取りローラ１８、後段ワイヤ成型手段２０、最終巻き取りローラ２２等を具備して構成され、各部材は装置架台１１の所定箇所に設置されている。また、図示していないが、モータなどの各機器に接続された制御盤を備え、ワイヤ製造に際し各機器を制御するようになっている。
【００１８】
図３−１はフープ材巻き出しローラ１２の詳細図で、図３−１（ａ）は前面側から視た図、図３−１（ｂ）は正面側から視た図、図３−２は巻き出しローラ１２につき、側方から視た概略斜視図である。
これらの図に示されるように、フープ材巻き出しローラ１２は、フープ材１が巻回される円形ローラ部１２Ａ、定張力ユニット２４、電磁ブレーキ２６等を備えている。円形ローラ部１２Ａは、その中心部に回転軸１２Ｂの一端が固着され、回転軸１２Ｂは装置架台１１に取り付けられた軸受け２８，２８によって回転可能に軸支されている。
回転軸１２Ｂの他端は電磁ブレーキ２６と連結されており、必要に応じ円形ローラ部１２Ａの回転に対し制動をかけることができるようになっている。
【００１９】
定張力ユニット２４は、タッチロール部２４Ａ、アーム２４Ｂ、ピボットセンサ２４Ｃを備え、円形ローラ部１２Ａに巻回された平型フープ材の表面に対し、タッチロール部２４Ａが当接することにより、平型フープ材の巻き径変化をピボットセンサ２４Ｃによって検出するようになっている。つまり、アーム２４Ｂは、円形ローラ部１２Ａに巻回されている平型フープ材の巻き径（ロール径）の変化に対して追従し、ピボットセンサ２４Ｃを回転中心として円弧状に回動する。この回動動作をピボットセンサ２４Ｃによって、アーム２４Ｂの角度変化として捉えることにより、平型フープ材の巻き径（ロール径）を検出する。そして、その検出結果に基づいて電磁ブレーキ２６の制動力を制御し、平型フープ材に生じる張力を一定の範囲に保持するようになっている。
【００２０】
図４は前段ワイヤ成型手段１４を示す概略側面図である。同図に示されるように、前段ワイヤ成型手段１４は、計１３台のローラダイスを備え、１０１〜１０４の４基によって平型フープ材１を平型からＵ字型に成型する。
また、１０５〜１０８の４台によってＵ字型から丸型へ成型するとともに、１０９〜１１３の５台によって外径４ｍｍのチューブ状に成型するようになっている。さらに、１０４と１０５との間は７０ｍｍの間隔を有し、この上方部分に粉末供給手段１６が設置され、溶射皮膜の機能発現物質となる粉末が供給される。
【００２１】
各カセットローラーダイスには、図示しないロールギャップ調整用のボルトである圧下スクリューが取り付けられており、フープ材の材質および幅が変わった場合には所定の寸法となるよう調整することが可能である。
圧下スクリューは、カセットローラーダイス１台当り、下方に向かって左右に２本、または横方向に向かって上下に２本取り付けられている。カセットローラーダイスを、縦にセットするか、９０°横にセットするかによって、ボルトの位置は左右、または上下となる。圧下スクリューを１回転させると、ローラギャップは３ｍｍまたは２ｍｍ移動する。調整に際しては、被加工材料、例えばフープ材が、連結された全てのカセットローラーダイスの中心部を通過するように、圧下スクリューの回転角度を、左右または上下とも同じに設定する。
【００２２】
図５は粉末供給手段１６を示した図であり、図５（ａ）はローラダイスを省略した状態の概略図、図５（ｂ）は外観のうち、図５（ａ）を矢印Ｖｂ方向から視た図である。これらの図に示されるように、粉末供給手段１６は１次フィーダ３０、２次フィーダ３２、３次フィーダ３４を備えて構成されている。
１次フィーダ３０は、収納部３０Ａに収容された溶射材料の粉末を、その内部に配設された誘導羽根によって強制的に掻き出し、１次フィーダ３０と２次フィーダ３２との間に設けられたシュート３５を介して２次フィーダ３２のホッパ３８に定量的に供給する（一例として、高精度小型定量供給機 MO-180R （株）ヨシカワ製）。シュート３５の側面には、レーザセンサ３６が取り付けられており、１次フィーダ３０から２次フィーダ３２へ供給される粉末の量を計測し、粉末の途切れを検出するようになっている。
【００２３】
２次フィーダ３２は、微量の粉末を定量的に供給するスクリューフィーダ３９（一例として、FEEDCOM-μM 日清エンジニアリング株式会社製）等を備え、ホッパ３８に入っている粉末を、スクリューフィーダ３９における螺旋状のスクリューの回転により３次フィーダ３４側へ定量供給するようになっている。
３次フィーダ３４には、粉末を横方向に搬送する樋状に形成されたトラフ４０が図示しない板バネ、固定フレーム、振動付与部３７を介して装置架台１１上に設けられている。振動付与部３７には電磁石が設置されており、電磁石のコイルに交流半波脈動電流を通電し、当該電流に応じた電磁石の吸引力若しくは反発力によりトラフ４０を微振動させて、粉末を少しずつ移動させながら定量的に供給を行う（一例として、小型電磁フィーダ CF-1 神鋼電気（株）製）。
【００２４】
トラフ４０の末端側には最終投入シュート４２が設けられ、この最終投入シュート４２から、ローラダイスＮｏ４．とＮｏ．５との間にて、粉末をＵ字型に成型されたフープ材１に投入する。投入シュート４２の側方にはバイブレータ４４、レーザセンサ４６が設置され、バイブレータ４４の振動により最終投入シュート４２への粉末の付着を防止するとともに、レーザセンサ４６によって供給される粉末の流れ、並びに、フープ材１に投入された粉末の量をモニタしている。粉末の量は、センサ４６から照射されるレーザ光の反射光を検出することによって最終投入シュート４２と粉末との間の距離を計測して粉末量を算出する。これによって、複合ワイヤに充填される粉末量をきめ細かく制御することができ、所望の充填率のワイヤ製造を可能ならしめている。
【００２５】
複合ワイヤでは粉末の充填率を極力一定にすることが重要であるが、充填材料の密度、粒度・粒径・流動性は、材料の種類によって各々異なる。このため、充填率を一定にするには供給方法の異なる３種類の供給装置、つまり１次フィーダ３０、２次フィーダ３２、３次フィーダ３４を採用するとともに、レーザセンサ４６等により的確に粉末の供給量を制御して定量的な供給を可能としたものである。粉末は図５の一点鎖線Ａに示される経路を通って各フィーダ３０，３２，３４から段階的に供給される。
【００２６】
図６は中間巻き取りローラ１８を示した図であり、図６(a)は概略図、図６（ｂ）は図６(a) を矢印ＶＩｂ方向から視た図である。
これらの図に示されるように、中間巻き取りローラ１８は、回転ローラ１８Ａ、ギヤボックス１８Ｂ、駆動モータ１８Ｃ等を備え、回転ローラ１８Ａは、所定の外径の円盤状をなしているとともに、その回転軸が縦方向に設置され、回転ローラ１８Ａは横方向に回転するようになっている。
ギヤボックス１８Ｂは駆動モータ１８Ｃと連結され、ギヤボックス１８Ｂによってモータ１８Ｃの回転を減速し、回転ローラ１８Ａを所定の回転数にて回転駆動する。回転ローラ１８Ａの外周部には前段ワイヤ成型手段１４によって成型されたチューブ状のワイヤが巻き取られ、ワイヤ成型手段１４と後段ワイヤ成型手段２０との間にて張力を分担させる。中間巻き取りローラ１８には巻付き防止のためにＭＣナイロン製ワイヤガイドを設置している。なお、回転ローラ１８Ａの回転方向を横方向としたのは、ワイヤ内に入っている粉末が重力によって移動し、結果的に充填ムラが生じる可能性を排除する、駆動モータ１８Ｃの設置位置は低い方が装置全体の重心を下げることができる等の理由からである。
【００２７】
即ち、前段ワイヤ成型手段１４によるフープ材の成型に必要な引張力を中間巻き取りローラ１８が負担し、中間巻き取りローラ１８と最終巻き取りローラ２２の間の複合ワイヤには、カセットローラーダイスでの成型に必要な張力、並びに、中間巻き取りローラ１８上でワイヤが滑らないための摩擦力に必要な張力だけしか、かからない構造になっている。このため、仮に最終巻き取りローラ２２のみでワイヤを巻き取った場合には成型による張力によって複合ワイヤが破断する虞があったが、上記構成を採用することにより、その可能性を大幅に低減することが可能となった。これによって、従来必要であった潤滑剤なども不要となり、製造工程の簡素化の一助となっている。
【００２８】
図７は後段ワイヤ成型手段２０を示した図であり、図７（ａ）は概略図、図８−１，２は図７を矢印ＶＩＩＩ方向から視た図で、後段ワイヤ成型手段２０の使用状況を示す説明図である。
図７に示されるように、後段ワイヤ成型手段２０は、４つの個別ワイヤ外径成型部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを具備し、これらの個別ワイヤ外径成型部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは複数のローラダイスを備えている。
図８にも示されるように、個別ワイヤ外径成型部２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、装置架台１１に対して前後動可能に支持されたスライドユニット４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄ上に設置されている。また、スライドユニット４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄは、スクリュウシャフト５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄによって装置架台１１に対し、移動可能に配設されており、各スクリュウシャフト５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄに取り付けられたハンドル５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄを回転させることにより、各成型部２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを前後に移動させて、成型経路上から退避、又は成型経路上に位置させることが可能となっている。
【００２９】
個別ワイヤ外径成型部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄのうち、成型部２０Ａは前段ワイヤ成型手段１４によって外径４ｍｍに成型された複合ワイヤ１を更に外径φ３．２ｍｍに、成型部２０Ｂは外径φ２．５ｍｍ、成型部２０Ｃは外径φ２．０ｍｍ、成型部２０Ｄは外径φ１．６ｍｍとなるように、それぞれ伸線する。
複合ワイヤ１を外径φ３．２ｍｍに伸線する場合は、図８−１（ａ）に示されるように、成型部２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを成型経路上から後退させて退避した状態として、成型部２０Ａによって伸線工程を行い、外径φ３．２ｍｍのワイヤへ成型する。また、外径φ２．５ｍｍに伸線する場合は、図８−１（ｂ）に示されるように、成型部２０Ｃ，２０Ｄを成型経路上から退避させて、成型部２０Ａ，２０Ｂを使用して伸線工程を行う。さらに、外径φ２．０ｍｍとする場合は、図８−２（ａ）に示されるように、成型部２０Ｄを成型経路上から退避させた状態で、成型部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃによって伸線工程を行う。外径φ１．６ｍｍとする場合は、図８−２（ｂ）に示されるように、すべての成型部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを使用して伸線工程を行うことにより、φ１．６ｍｍの複合ワイヤに成型する。
【００３０】
なお、図７及び図８−１，２に示されるように、個別ワイヤ外径成型部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄのカセットローラーダイスユニットの中間には、複合ワイヤ１に加わる張力を分散させるための補助送りローラ５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄが上下一対ずつ設けられており、各ローラ５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄは補助モータ５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄによって回転駆動され、成型中のワイヤ１に対し引張力（プル）及び押し出し力（プッシュ）を作用させて、ワイヤ１全体に生じる張力を分散させている。
また、上下の各ローラ５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄは、それらのうち一方或いは双方に、バネなどの弾性体を備えた押しボルトによって上下方向からワイヤ１に対する挟圧力を微調整することができるので、ワイヤ１の成型に最も適する挟圧力とすることが可能である。
さらに、各補助モータ５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄは、個別に回転数を選択して制御することができる。つまり、成型速度が最適となるように、フープ材巻き出しローラ１２の回転速度、後述する最終巻き取りローラ２２の回転速度と併せて、補助モータ５６Ａ〜Ｄも含めた総括的な自動制御を行うことで製造速度の向上を図ることができる。また、ワイヤにかかる張力の分散化がされるので、潤滑剤を使用しなくてもスムーズなワイヤ成型が可能となるとともに、成型時におけるワイヤ破断の防止を同時に達成することが可能となる。
【００３１】
図９は最終巻き取りローラ２２を示した図であり、図９（ａ）は概略図、図９（ｂ）は図９（ａ）をＩＸｂ方向から視た概略矢視図である。
これらの図に示されるように、最終巻き取りローラ２２は、巻き取りローラ部２２Ａと、電磁クラッチ２２Ｂと、最終駆動モータ２２Ｃ等とを備えているとともに、巻き取り時に乱巻きが生じないように乱巻き防止部５８が設置されている。
複合ワイヤの製造過程での回転速度は、中間巻き取りローラ部１８で遅くなり、最終巻き取りローラ部２２にて早くなる。そこで本装置では、電磁クラッチ２２Ｂによって最終駆動モータ２２Ｃの駆動力を調節し、広範囲な速度変化に対応できる機構を採用している。
【００３２】
図１０は乱巻き防止部５８の概略斜視図である。
同図に示されるように、乱巻き防止部５８は、最終巻き取りローラ２２の回転軸６０に同軸プーリ６２が固着されているとともに、乱巻き防止部５８のガイドプーリ６４に対し、タイミングベルト６６が張設されている。乱巻き防止部５８は、横方方向に延出する一対のガイド棒６８，６８、乱巻き防止ガイド７０を備え、乱巻き防止ガイド７０はガイド棒６８，６８に沿ってスライドするようになっている。
ガイド棒６８，６８の外周面にはネジが切られており、タイミングベルト６６から伝達される回転力をガイドプーリ６４に伝え、ガイドプーリ６４の回転とともにガイド棒６８，６８が回転することによって、ガイド７０を横方向にスライドさせながら、ワイヤ１Ａの巻き取り位置をガイドするようになっている。つまり、最終巻き取りローラ２２に巻き取られる複合ワイヤ１Ａにつき、乱巻きが生じないように、ガイド７０によって複合ワイヤ１Ａを最終巻き取りローラ２２の外周面上の適正な位置に導くため、順序よく巻き取っていくことが可能になっている。
【００３３】
前述のように構成した本実施形態の溶射用複合ワイヤ製造装置１０は、ワイヤ製造に際し、以下のように運転される。複合ワイヤによる溶射法の実用化が進むと、要求されるワイヤの種類、すなわち、アルミニウムやステンレスなどの各種のフープ材と、機能発現物質となる各種の粉末粒子の組合せは極めて多種類に及び、ワイヤの製造条件もそれぞれ異なる。
そこで、本装置では複合ワイヤの製造において、まず、フープ材巻き出しローラ１２、前段ワイヤ成型手段１４、粉末供給手段１６、中間巻き取りローラ１８、後段ワイヤ成型手段２０の個別ワイヤ外径成型部２０Ａ〜Ｄ、最終巻き取りローラ２２等の各種機器を手動運転することによって、粉末供給量、モータの回転速度など、最適な製造条件を見出す実験を行った。実験の結果、平型フープ材の幅寸法、複合ワイヤの外径、粉末の種類などを勘案し、最も適する条件を運転用の制御データとして蓄積した。そして、これらの制御データに基づいて運転システムの制御プログラムを構築し、各機器を自動制御することによって連続的に効率よくワイヤ製造を行うようにしている。また、連続自動運転中の異常時においては、パトライトによる警報発信を行い、非常停止するシステムを同時に採用し、安全性を向上させた。
【００３４】
図１１は本実施形態の溶射用複合ワイヤ製造装置１０を使用して連続自動運転で製造された溶射用複合ワイヤの断面を示した図である。同図に示されるように、いずれの直径のワイヤもフープ材の両端が適度にラップされ、充填粉末が漏れ出るようなことは全くなかった。
また、ワイヤの真円度は良好で、実際の溶射作業においてもスムーズに定量供給を行うことができ、ガスフレーム溶射でのフラッシュバック現象やアーク溶射での不安定アークは全く見られず、作製された溶射皮膜も密着強度など、要求性能を達成することができた。
【００３５】
このように、本実施形態の溶射用複合ワイヤ製造装置によれば、溶射に用いられる複合ワイヤの製造効率の向上を図ることが可能となり、且つ線径（外径）の異なる多品種の複合ワイヤの製造に対応することが可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、多種類の線径のワイヤを製造する場合にも、成型手段の交換作業が不要になり、製造効率の向上を図ることができる。
また、潤滑剤を塗布する機構等も不要となり、装置自体の簡素化、製造工程の簡略化に寄与する。
【符号の説明】
【００３７】
１ 平型フープ材
１Ａ 複合ワイヤ
１０ 溶射用複合ワイヤ製造装置
１１ 装置架台
１２ フープ材巻き出しローラ
１４ 前段ワイヤ成型手段
１６ 粉末供給手段
１８ 中間巻き取りローラ
１８Ａ 回転ローラ
１８Ｂ ギヤボックス
１８Ｃ 駆動モータ
２０ 後段ワイヤ成型手段
２０Ａ ２０Ｂ ２０Ｃ ２０Ｄ 個別ワイヤ外径成型部
２２ 最終巻き取りローラ
２２Ａ 巻き取りローラ部
２２Ｂ 電磁クラッチ
２２Ｃ 最終駆動モータ２
２４ 定張力ユニット
２４Ａ タッチロール部
２４Ｂ アーム
２４Ｃ ピボットセンサ
２６ 電磁ブレーキ
３０ １次フィーダ
３０Ａ 収納部
３２ ２次フィーダ
３４ ３次フィーダ
３５ シュート
３６ レーザセンサ
３７ 振動付与部
３８ ホッパ
３９ スクリューフィーダ
４０ トラフ
４２ 最終投入シュート
４４ バイブレータ
４６ レーザセンサ
４８Ｂ ４８Ｃ ４８Ｄ スライドユニット
５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ スクリュウシャフト
５２Ｂ ５２Ｃ ５２Ｄ ハンドル
５４Ａ ５４Ｂ ５４Ｃ ５４Ｄ 補助送りローラ
５６Ａ ５６Ｂ ５６Ｃ ５６Ｄ 補助モータ
５８ 乱巻き防止部
６０ 回転軸
６２ 同軸プーリ
６４ ガイドプーリ
６６ タイミングベルト
６８ ガイド棒
７０ 乱巻き防止ガイド
１０１〜１１３ ローラダイス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤの材料となる平型フープ材が巻回されたフープ材巻き出しローラと、
前記平型フープ材を成型経路上にて、Ｕ字成型、片丸成型、丸型成型と順次、成型作業を行って該平型フープ材をチューブ状に成型する複数のローラダイスを組み合わせてなる前段ワイヤ成型手段と、
前記前段ワイヤ成型手段における前記平型フープ材の成型時に、粉末状の機能発現物質を該平型フープ材に供給する粉末供給手段と、
前記前段ワイヤ成型手段の出口側に設けられ、該出口側から送られてくるワイヤを巻き取ることによって、該前段ワイヤ成型手段による平型フープ材の成型作業に要する引張力を負担するとともに、巻き取り方向が水平となるように回転軸を鉛直方向に設けて設置された中間巻き取りローラと、
前記前段ワイヤ成型手段によって機能発現物質が充填された成型後のチューブ状のワイヤを、さらに細径に成型する複数のローラダイスを組み合わせてなる後段ワイヤ成型手段と、
前記後段ワイヤ成型手段によって成型された溶射用複合ワイヤを巻き取るとともに、前記中間巻き取りローラとの間に生じる回転差を吸収するクラッチを備えた最終巻き取りローラと、を具備したことを特徴とする溶射用複合ワイヤ製造装置。
【請求項２】
前記後段ワイヤ成型手段は、複数の個別ワイヤ外径成型部を備え、前記前段ワイヤ成型手段によって成型されたチューブ状のワイヤを、該複数の個別ワイヤ外径成型部によって対応する複数種の外径に成型するとともに、該複数の個別ワイヤ外径成型部は、成型経路上から待避或いは成型経路上に位置するように、装置架台に対し、スライドユニットを介して移動可能に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の溶射用複合ワイヤ製造装置。
【請求項３】
前記粉末供給手段は、平型フープ材がＵ字成型された際に機能発現物質を該平型フープ材内に供給するシュートを有し、該シュートには振動を付与する振動付与部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶射用複合ワイヤ製造装置。
【請求項４】
前記粉末供給手段は、平型フープ材がＵ字成型された際に供給される粉末状の機能発現物質の供給量を計測するセンサを備えていることを特徴とする請求項１〜３のうち、何れか１項に記載の溶射用複合ワイヤ製造装置。
【請求項５】
前記個別ワイヤ外径成型部におけるローラダイス間には、チューブ状のワイヤを巻き取り方向側へ送り出す補助送りローラが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のうち、何れか１項に記載の溶射用複合ワイヤ製造装置。
【請求項６】
前記フープ材巻き出しローラには、巻回された平型フープ材の張力を一定に保持する定張力自動制御手段、電磁ブレーキを備え、これらの定張力自動制御手段、電磁ブレーキによって成型時におけるフープ材の張力を一定範囲内に保持するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のうち、何れか１項に記載の溶射用複合ワイヤ製造装置。
【請求項１】
ワイヤの材料となる平型フープ材が巻回されたフープ材巻き出しローラと、
前記平型フープ材を成型経路上にて、Ｕ字成型、片丸成型、丸型成型と順次、成型作業を行って該平型フープ材をチューブ状に成型する複数のローラダイスを組み合わせてなる前段ワイヤ成型手段と、
前記前段ワイヤ成型手段における前記平型フープ材の成型時に、粉末状の機能発現物質を該平型フープ材に供給する粉末供給手段と、
前記前段ワイヤ成型手段の出口側に設けられ、該出口側から送られてくるワイヤを巻き取ることによって、該前段ワイヤ成型手段による平型フープ材の成型作業に要する引張力を負担するとともに、巻き取り方向が水平となるように回転軸を鉛直方向に設けて設置された中間巻き取りローラと、
前記前段ワイヤ成型手段によって機能発現物質が充填された成型後のチューブ状のワイヤを、さらに細径に成型する複数のローラダイスを組み合わせてなる後段ワイヤ成型手段と、
前記後段ワイヤ成型手段によって成型された溶射用複合ワイヤを巻き取るとともに、前記中間巻き取りローラとの間に生じる回転差を吸収するクラッチを備えた最終巻き取りローラと、を具備したことを特徴とする溶射用複合ワイヤ製造装置。
【請求項２】
前記後段ワイヤ成型手段は、複数の個別ワイヤ外径成型部を備え、前記前段ワイヤ成型手段によって成型されたチューブ状のワイヤを、該複数の個別ワイヤ外径成型部によって対応する複数種の外径に成型するとともに、該複数の個別ワイヤ外径成型部は、成型経路上から待避或いは成型経路上に位置するように、装置架台に対し、スライドユニットを介して移動可能に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の溶射用複合ワイヤ製造装置。
【請求項３】
前記粉末供給手段は、平型フープ材がＵ字成型された際に機能発現物質を該平型フープ材内に供給するシュートを有し、該シュートには振動を付与する振動付与部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶射用複合ワイヤ製造装置。
【請求項４】
前記粉末供給手段は、平型フープ材がＵ字成型された際に供給される粉末状の機能発現物質の供給量を計測するセンサを備えていることを特徴とする請求項１〜３のうち、何れか１項に記載の溶射用複合ワイヤ製造装置。
【請求項５】
前記個別ワイヤ外径成型部におけるローラダイス間には、チューブ状のワイヤを巻き取り方向側へ送り出す補助送りローラが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のうち、何れか１項に記載の溶射用複合ワイヤ製造装置。
【請求項６】
前記フープ材巻き出しローラには、巻回された平型フープ材の張力を一定に保持する定張力自動制御手段、電磁ブレーキを備え、これらの定張力自動制御手段、電磁ブレーキによって成型時におけるフープ材の張力を一定範囲内に保持するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のうち、何れか１項に記載の溶射用複合ワイヤ製造装置。
【図１】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８−１】
【図８−２】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８−１】
【図８−２】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１５２７７７（Ｐ２０１２−１５２７７７Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３３２２（Ｐ２０１１−１３３２２）
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（５０３２６３１０４）株式会社倉本鉄工所 (4)
【出願人】（５９１２８４６８９）北辰土建株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（５０３２６３１０４）株式会社倉本鉄工所 (4)
【出願人】（５９１２８４６８９）北辰土建株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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