JPH05146882A - 肉盛方法及び装置と肉盛材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 摩擦圧接を利用した肉盛において、肉盛材料
のセッティング等の煩雑で面倒な作業を軽減して長大な
距離や広い面積に渡って連続的に肉盛をする。 【構成】 肉盛装置１は、ワークテーブル３上に載置・
固定した基材５の表面に摩擦圧接を利用して肉盛層７を
形成するための装置であって、本体枠１３の中に複数の
ベアリング１５を介して回転自在に支持された内枠１７
と、この内枠１７の上部に刻設された回転用ギヤ１９
と、本体枠１３に固定され、内枠１７の回転用ギヤ１９
に噛み合うギヤ２１に回転力を与える回転モータ２３
と、内枠１７内に回転自在に支持された２対の回転ロー
ル組２５，２７と、この回転ロール組２５，２７を駆動
する送りモータ３１，３３とを備え、内枠１７ごと肉盛
材料を回転すると共に、回転ロール組２５，２７により
下方へ送り出すことで、肉盛開始後の押し付け力を維持
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、摩擦圧接により基材表
面に肉盛層を形成する肉盛方法及び装置と肉盛材料に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、基材の表面に耐熱性や耐摩耗性を
付与したり磁気特性の良好な状態にするなどの表面改質
方法として、チャック部材から所定長さ突出させた線状
又は棒状の肉盛材料を回転又は振動させつつ基材に押し
付けると共に、この押し付け状態のままで基材表面に対
して相対的に肉盛材料を摺動させることにより、摩擦熱
で軟化した肉盛材料にて基材表面に肉盛層を形成する肉
盛方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、肉盛材料を基
材表面に押し付ける関係から、肉盛材料の湾曲や座屈の
問題があり、チャック部材からの突出量を大きくするこ
とができなかった。このため、１回に肉盛を行うことの
できる長さや面積が限られ、広い面積に渡って肉盛をす
る場合には肉盛材料のチャッキングのし直しや基材との
位置合わせのし直し等の作業を何度も行わなければなら
なかった。この結果、作業が煩雑で面倒であり、また何
度も中断が入ることで作業時間もかかるという問題があ
った。

【０００４】そこで、かかる煩雑で面倒な作業を必要と
せずに長大な距離や広い面積に渡って連続的に肉盛をす
ることのできる肉盛方法及び装置の提供を目的とすると
ともに、これらの方法及び装置において用いるのに特に
適した肉盛材料を提供することをも目的として本発明を
完成した。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】かかる目的を達
成するため、本発明の肉盛方法は、ガイド部材から所定
長さ突出させた線状又は棒状の肉盛材料を回転又は振動
させつつ基材に押し付けると共に、該押し付け状態のま
まで基材表面に対して相対的に肉盛材料を摺動させるこ
とにより、摩擦熱で軟化した肉盛材料にて基材表面に肉
盛層を形成する肉盛方法において、前記肉盛材料をガイ
ド部材を通過して基材側へ送り出すことによって肉盛開
始後の押し付け状態を維持しながら前記回転又は振動と
摺動とを行うことを特徴とする。

【０００６】この方法によれば、肉盛材料の突出長さが
肉盛の進行と共に短くなることなく、常にある長さをガ
イド部材から突出した状態に維持しつつ肉盛を続けるこ
とができ、長大な距離や広い範囲に渡って連続的に肉盛
を施すことができる。この肉盛方法を実現するには、例
えば、所定量突出させた線状又は棒状の肉盛材料を基材
表面に押し付ける押付手段と、該押付手段ごと前記肉盛
材料を回転又は振動させる動作手段と、該動作手段及び
押付手段により回転又は振動状態にて基材表面に押し付
けられた肉盛材料を、該基材表面に対して相対的に摺動
させる摺動手段とを備え、摩擦熱で軟化した肉盛材料に
て基材表面に肉盛層を形成する肉盛装置において、前記
肉盛材料の表面に当接するガイド手段と、前記押付手段
と一体に回転又は振動すると共に、前記肉盛材料を前記
ガイド手段を通過させて基材方向に送り出す送出手段と
を備えることを特徴とする肉盛装置を用いるとよい。

【０００７】この肉盛装置によれば、送出手段は押付手
段と一体に回転又は振動する構成としたから、動作手段
による動作を続行しながら肉盛材料を送り出すことがで
きる。従って、肉盛の進行後は、この送出手段によって
所定の突出長さを維持しつつ肉盛材料を基材表面に押し
付けることができ、長大な距離や広い範囲に渡って連続
的に肉盛を続行することができる。

【０００８】より具体的には、前記ガイド手段は、前記
押付手段に回転可能に取り付けられ、前記肉盛材料の表
面に押圧状態で当接される回転体であって、それ自身が
送り出し方向に回転することで前記送出手段を兼ねるこ
ととすれば簡単に構成することができ、さらに、この回
転体は、その表面に、肉盛材料表面に係合する係合部材
を備えたものとすることができる。表面に係合部材を備
えた回転体を用いることで、肉盛材料表面を的確に捉え
ることができ、それ自身の回転によって肉盛材料を滑る
ことなく基材方向へ確実に送り出すことができる。な
お、これらの回転体は、肉盛材料の長手方向に交差する
と共に、２以上の方向から肉盛材料を挟持する回転ロー
ルとすることができる。

【０００９】この様な肉盛装置により肉盛を実行するに
当り、表面に係合部材を有する回転体を送出手段とする
装置においては、通常の丸棒を肉盛材料として用いても
滑ることなく送り出しを実行することができる。しかし
ながら、こうした係合部材を備えない回転体を備えた装
置においては、動作手段が肉盛材料を回転させる手段で
ある場合に、丸棒ではその表面を回転体が捉え難くな
り、滑ってうまく送り出せないという事態が考えられ
る。

【００１０】そこで、多角形，楕円形，円形の一部を切
り欠いた形状又は星形等の円形以外の断面形状とした肉
盛材料を用いることとするとよい。なお、円形の一部を
切り欠いた形状の肉盛材料においては、その切り欠きの
底に回転体の全部又は一部を押し付ける様にして使用す
ることが望ましい。また、この円形の一部を切り欠いた
形状及び星形等も含み、長手方向に溝を形成した肉盛材
料を用いることとしてもよい。

【００１１】

【実施例】次に、本発明を一層明らかにするために、好
適な実施例を図面と共に説明する。実施例の肉盛装置１
は、図１，図２に示す様に、ワークテーブル３上に載置
・固定した基材５の表面に摩擦圧接を利用して肉盛層７
を形成するための装置であって、棒状の肉盛材料９を上
から挿入する挿入孔１１を有する本体枠１３と、この本
体枠１３の中に複数のベアリング１５を介して回転自在
に支持された内枠１７と、この内枠１７の上部に刻設さ
れた回転用ギヤ１９と、本体枠１３に固定され、内枠１
７の回転用ギヤ１９に噛み合うギヤ２１に回転力を与え
る回転モータ２３と、内枠１７内に回転自在に支持され
た２対の回転ロール組２５，２７と、この回転ロール組
２５，２７を駆動する送りモータ３１，３３とを備えて
いる。

【００１２】なお、使用される肉盛材料９は断面正方形
をしており、回転ロール組２５，２７はそれぞれ対向す
る２組の面を挟持する位置関係となる様に、９０度ずれ
た配置関係となっている。また、回転ロール組２５，２
７は、それぞれ対向するロールとの軸間距離を調整する
油圧機構３５，３７によって肉盛材料９の表面に押圧さ
れるように構成されている。この場合、油圧機構３５，
３７による調整位置ごとで、各回転ロール組２５，２７
とモータ３１，３３のギヤが噛み合うように、これらモ
ータ３１，３３のセッティング位置もシフトされるよう
に構成されている。

【００１３】一方、本体枠１３は、、ワークテーブル３
との高さを調整可能なように、ボールスクリュー機構３
９を介してフレーム４１に支持されている。加えて、ワ
ークテーブル３は、ＸＹ駆動機構４３によって水平面内
を移動可能に構成されている。

【００１４】この肉盛装置１においては、本体枠１３の
挿入孔１１から長い棒状の肉盛材料９を回転ロール組２
５，２７の間を挿通させて本体枠１３の下部開口４５か
ら所定量突出させると共に、ボールスクリュー機構３９
を駆動してこの肉盛材料９の下端を所定圧力で基材５の
表面に押し付ける。

【００１５】この状態において、今度は回転モータ２３
を駆動し、回転ロール組２５，２７にて挟持された肉盛
材料９を内枠１７ごと高速回転させる。すると、肉盛材
料９及び基材５の表面は摩擦により発生する熱で軟化状
態となる。この後、ワークテーブル３を移動させると共
に、さらに、送りモータ３１，３３を所定速度にて駆動
し続けることで、本体枠１３を下降させることなく肉盛
材料９を高速回転状態で基材５の表面に押し付け続ける
ことができる。

【００１６】この結果、基材５の表面に対する押し付け
力及び肉盛材料９の太さの関係から、座屈等を考慮して
当初は図示の長さｈ（ただし、ｈは肉盛材料の直径の３
〜４倍以下）しか肉盛材料９を突出させておかなかった
が、その後の送り出しにより、長大な距離や広い範囲に
渡って基材５の表面に連続的に肉盛層７を形成すること
ができる。

【００１７】この肉盛装置１に、図３に示す様に、実際
にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の２０ｍｍ角の正方形
断面をした角棒９を装着し、下記表１の諸条件にて板厚
３２ｍｍの軟鋼（ＳＳ４１）の基材上に直線上に肉盛層
を形成した。なお、表中の送り速度は、移動速度等との
関係から当初の押し付け力を維持し続けることのできる
速度として計算により、あるいは実験により決定するこ
とができる性質のものである。

【００１８】

【表１】

【００１９】一方、この実施例に対応する従来の肉盛方
法として、実施例の様な肉盛材料送り出し機能を備え
ず、単に肉盛材料を所定長さだけ突出させてチャッキン
グすることのできるチャック部材と、このチャック部材
を回転自在に支持する本体と、本体をチャック部材ごと
上下動させる上下動部材とを備えた従来公知の回転式の
摩擦肉盛装置を使用して、チャック部材ごと肉盛材料を
回転させつつ、上下動部材を駆動することで上記表１の
押し付け力１０ｋｇｆ／ｍｍ² を保って実施例と同様に
肉盛を行った。なお、肉盛材料の突出長さは、押し付け
力１０ｋｇｆ／ｍｍ² 及び断面寸法の関係からほぼ最大
とすることのできる６０ｍｍとした。

【００２０】両肉盛結果を比較して表２に示す。なお、
表中のＷ，Ｈ，Ｌは、図４に示す様に、基材５の表面に
形成した肉盛層７の幅，高さ，長さである。

【００２１】

【表２】

【００２２】表２から分かる様に、実施例では長さＬを
６００ｍｍ以上とすることができた。なお、実験はここ
で止めたが、実施例の方法によれば、６００ｍｍ以上さ
らに長く肉盛層を形成できたことはいうまでもない。一
方、従来例では長さＬが１５０ｍｍ以上となる肉盛層を
形成することはできなかった。

【００２３】次に、第２実施例について説明する。第２
実施例の肉盛装置１０１は、図５に示す様に、内枠１１
７が本体枠１１３内を水平方向に振動可能なようにベア
リング配置されており、本体枠１１３に固定された振動
モータ１２３及びクランク機構１１９を介して水平方向
に振動可能に構成されている。送りモータ等は第１実施
例同様であるため詳しい説明は省略する。

【００２４】この肉盛装置１０１においては、第１実施
例と同様に、正方形断面をした長い棒状の肉盛材料９を
回転ロール組２５，２７の間を挿通させて所定量突出さ
せると共に、ボールスクリュー機構３９を駆動して所定
圧力で基材５の表面に押し付け、振動モータ１２３を駆
動して振動を与えることで摩擦熱を生じさせ、以後は、
ワークテーブル３を移動させると共に、さらに、送りモ
ータ３１，３３を所定速度にて駆動し続けることで、本
体枠１１３を下降させることなく肉盛材料９を振動状態
で基材５の表面に押し付け続けることができる。

【００２５】この装置を用いて第１実施例の場合と同様
に、実際にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の２０ｍｍ角
の正方形断面をした角棒を用い、下記表３の諸条件にて
板厚３２ｍｍの軟鋼（ＳＳ４１）の基材上に直線上に肉
盛層を形成した。

【００２６】

【表３】

【００２７】一方、この実施例２に対応する従来の肉盛
方法として、実施例の様な送り出し機能を備えず、単に
肉盛材料をチャッキングするだけのチャック部材を備
え、回転ではなく振動させる機構を備えた振動式の摩擦
肉盛装置を用いて、上記表１の押し付け力１０ｋｇｆ／
ｍｍ² を保って実施例と同様に肉盛を行った。なお、こ
の場合にも、肉盛材料のチャッキング時の突出長さは、
押し付け力１０ｋｇｆ／ｍｍ² 及び断面寸法の関係から
ほぼ最大とすることのできる６０ｍｍとした。

【００２８】両肉盛結果を比較した結果を表４に示す。
なお、表中のＷ，Ｈ，Ｌは、図４に示す様に、基材５の
表面に形成した肉盛層７の幅，高さ，長さである。

【００２９】

【表４】

【００３０】表４から分かる様に、第２実施例では長さ
Ｌ＝６００ｍｍ以上と、きわめて広い範囲に渡って連続
して肉盛層を形成することができた。次に、第１実施例
の肉盛装置１に種々の断面形状の肉盛材料を装着するこ
ととし、この断面形状に合わせて回転ロール組２５，２
７の形状及び配置を種々に変更した場合の肉盛層の状態
を観察し、本実施例方法を用いる場合の最適な肉盛材料
の形状及び回転ロール組の形状を検討した。

【００３１】検討対象とした肉盛材料断面形状及び使用
した回転ロール組の形状と配置関係を図６に示す。な
お、符号Ｒ１〜Ｒ７はそれぞれ回転ロールであり、Ｒ１
は単純円筒状のロール、Ｒ２は中央に大径部を有する段
付ロール、Ｒ３は中央に算盤玉状の突部を有する段付ロ
ール、Ｒ４は周囲に円筒の周囲に係合爪を形成されたロ
ール、Ｒ５は中央の大径部に係合爪を形成された段付ロ
ールである。なお、Ｎｏ．２はロール組を１対だけと
し、Ｎｏ．４は図示のものと全く同じ状態にもう１対、
即ち上下２対の都合４対のロール組としたが、それ以外
は図示の通りに各２対とした。また、円形あるいは円形
に切欠を有する断面形状のものはいずれも外径が２０ｍ
ｍであり、正方形断面のものは１辺が１７ｍｍである。
なお、いずれの肉盛材料も材質はステンレス鋼（ＳＵＳ
３０４）である。

【００３２】これらを用いて第１実施例で説明した回転
圧接により摩擦熱を発生するタイプの肉盛装置を用いて
下記表５の諸条件にて板厚３２ｍｍの軟鋼（ＳＳ４１）
の基材上に直線上に肉盛層を形成した。

【００３３】

【表５】

【００３４】そして、できあがった肉盛層７の最大幅Ｗ
max と最小幅Ｗmin を計測し、両者の差の最大値である
振れ量評価値ｍａｘ△Ｗを下記数１により求めた。な
お、この振れ量評価値ｍａｘ△Ｗは、小さいほど好まし
い。

【００３５】

【数１】

【００３６】各断面形状ごとの振れ量評価値ｍａｘ△Ｗ
を表６に示す。

【００３７】

【表６】

【００３８】Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４の結果から分かる様
に、回転ロール組の数が多いほど振れ量評価値ｍａｘ△
Ｗの値が小さくなる。また、Ｎｏ．１，Ｎｏ．３の結果
から、断面形状は円形よりも正方形の方が好ましいこと
が分かった。さらに、Ｎｏ．７，Ｎｏ．８の結果から、
回転ロールの表面に係合爪を設けた方がよいということ
が分かった。加えて、Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８に示した様
に、長手方向に溝を有する断面であれば、この溝と回転
ロールとを係合させることで滑りを防止することがで
き、良好な結果を得ることができた。

【００３９】これらの結果から、振れ量の発生には、肉
盛材料と回転ロールの滑りが原因していることが分か
り、特に、断面形状が円形の場合には滑りが大きくなる
ということが分かった。以上の結果から、実施例の装置
において使用する肉盛材料としては、断面形状が円形以
外の方が望ましく、回転ロールも係合爪を有する方が望
ましいことが分かった。

【００４０】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこれら実施例に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲内で種々なる態様にて実現することがで
きることはいうまでもない。例えば、肉盛材料の断面形
状は、図７にＮｏ．１１〜Ｎｏ．１４として示す様に、
三角形や楕円形等他の断面形状も回転で摩擦熱を発生す
る場合の回転ロールとの滑りを防止する断面形状として
好ましい。また、楕円形との組合せでは中央のくぼんだ
回転ロールＲ１０も好ましい。

【００４１】また、実施例の肉盛装置は、本発明方法を
実施するに当たっての一例であって、ガイド部材から所
定長さ突出させた線状又は棒状の肉盛材料を回転又は振
動させつつ基材に押し付けると共に、該押し付け状態の
ままで基材表面に対して相対的に肉盛材料を摺動させる
ことにより、摩擦熱で軟化した肉盛材料にて基材表面に
肉盛層を形成する肉盛方法において、前記肉盛材料をガ
イド部材を通過して基材側へ送り出すことにより肉盛開
始後の押し付け状態を維持しながら、前記回転又は振動
と摺動とを行うことのできる肉盛装置ならば、実施例に
示した以外の形態の肉盛装置により実施する方法も、本
発明方法に他ならないことはいうまでもない。

【００４２】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の肉盛方法に
よれば、煩雑で面倒な作業を必要とせずに長大な距離や
広い面積に渡って連続的に肉盛をすることができる。ま
た、本発明の肉盛装置によれば、所定の突出長さを維持
しつつ肉盛材料を基材表面に押し付けることができ、広
い範囲に渡って連続的に肉盛を続行することができ、具
体的に本発明の肉盛方法を実施することができる。その
態様として、請求項３〜請求項５のいずれかに記載の様
に構成すれば、回転又は振動中の肉盛材料を確実に送り
出すことができ、特に請求項４の如く係合部材を備える
回転体を用いることとすれば、送りの際の滑りを防止し
て特に安定した送り動作とすることができる。

【００４３】さらに、請求項６又は請求項７に記載の肉
盛材料によれば、動作手段が肉盛材料を回転させる手段
である場合に、滑りの発生を防止し、安定した送り動作
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例の肉盛装置の構成を示す断面図で
ある。

【図２】 第１実施例の肉盛装置の構成を示す断面図で
ある。

【図３】 第１実施例の肉盛装置における肉盛材料の送
り出しの様子を示す斜視図である。

【図４】 第１実施例による肉盛の例を示す斜視図であ
る。

【図５】 第２実施例の肉盛装置の構成を示す断面図で
ある。

【図６】 第１実施例の肉盛装置において適性を検討し
た肉盛材料の断面形状と回転ロールの挟持の状態を示す
説明図である。

【図７】 肉盛材料として適した他の断面形状と回転ロ
ールの挟持の状態を例示する説明図である。

【符号の説明】

１，１０１・・・肉盛装置、３・・・ワークテーブル、
５・・・基材、７・・・肉盛層、９・・・肉盛材料、１
１・・・挿入孔、１３，１１３・・・本体枠、１５・・
・ベアリング、１７，１１７・・・内枠、１９・・・回
転用ギヤ、２１・・・ギヤ、２３・・・回転モータ、２
５，２７・・・回転ロール組、３１，３３・・・送りモ
ータ、３５，３７・・・油圧機構、３９・・・ボールス
クリュー機構、４１・・・フレーム、４３・・・ＸＹ駆
動機構、４５・・・下部開口、１１９・・・クランク機
構、１２３・・・振動モータ、Ｒ１〜Ｒ５，Ｒ１０・・
・回転ロール。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガイド部材から所定長さ突出させた線状
   又は棒状の肉盛材料を回転又は振動させつつ基材に押し
   付けると共に、該押し付け状態のままで基材表面に対し
   て相対的に肉盛材料を摺動させることにより、摩擦熱で
   軟化した肉盛材料にて基材表面に肉盛層を形成する肉盛
   方法において、 前記肉盛材料をガイド部材を通過して基材側へ送り出す
   ことによって肉盛開始後の押し付け状態を維持しなが
   ら、前記回転又は振動と摺動とを行うことを特徴とする
   肉盛方法。
2. 【請求項２】 所定量突出させた線状又は棒状の肉盛材
   料を基材表面に押し付ける押付手段と、 該押付手段ごと前記肉盛材料を回転又は振動させる動作
   手段と、 該動作手段及び押付手段により回転又は振動状態にて基
   材表面に押し付けられた肉盛材料を、該基材表面に対し
   て相対的に摺動させる摺動手段とを備え、摩擦熱で軟化
   した肉盛材料にて基材表面に肉盛層を形成する肉盛装置
   において、 前記肉盛材料の表面に当接するガイド手段と、 前記押付手段と一体に回転又は振動すると共に、前記肉
   盛材料を前記ガイド手段を通過させて基材方向に送り出
   す送出手段とを備えることを特徴とする肉盛装置。
3. 【請求項３】 前記ガイド手段は、前記押付手段に回転
   可能に取り付けられ、前記肉盛材料の表面に押圧状態で
   当接される回転体であって、それ自身が送り出し方向に
   回転することで前記送出手段を兼ねることを特徴とする
   請求項２に記載の肉盛装置。
4. 【請求項４】 前記回転体は、その表面に、肉盛材料表
   面に係合する係合部材を備えたことを特徴とする請求項
   ３に記載の肉盛装置。
5. 【請求項５】 前記回転体は、肉盛材料の長手方向に交
   差すると共に、２以上の方向から肉盛材料を挟持する回
   転ロールであることを特徴とする請求項３又は請求項４
   に記載の肉盛装置。
6. 【請求項６】 摩擦圧接肉盛用の線状又は棒状の肉盛材
   料において、多角形，楕円形，円形の一部を切り欠いた
   形状又は星形等の円形以外の断面形状としたことを特徴
   とする肉盛材料。
7. 【請求項７】 摩擦圧接肉盛用の線状又は棒状の肉盛材
   料において、長手方向に溝を形成したことを特徴とする
   肉盛材料。