JP3232940B2 - レーザによる肉盛り方法 - Google Patents
レーザによる肉盛り方法Info
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- JP3232940B2 JP3232940B2 JP03344495A JP3344495A JP3232940B2 JP 3232940 B2 JP3232940 B2 JP 3232940B2 JP 03344495 A JP03344495 A JP 03344495A JP 3344495 A JP3344495 A JP 3344495A JP 3232940 B2 JP3232940 B2 JP 3232940B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム系母材に
対して銅系合金材料をレーザビームの照射により肉盛り
する方法に関する。
対して銅系合金材料をレーザビームの照射により肉盛り
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザビームを用いた肉盛り技術として
例えば特開昭６２−１６８９４号公報に記載されている
ものがある。この従来の肉盛り方法では、アルミニウム
系母材の肉盛り位置に、銅系肉盛り合金粉末を０．２〜
５．０ｍｍの厚さで塗布して乾燥させるか、もしくは前
記肉盛り位置に銅系肉盛り合金粉末を自動的に送給し、
この銅系肉盛り合金粉末の上から、レンズを介して直径
０．５〜５．０ｍｍの点熱源に絞り込んだレーザビーム
をレーザ出力密度８０〜２０，０００Ｗ／ｍｍ2で照射
することを基本としている。そして、前記レーザビーム
を加工進行方向と直交する方向に８０Ｈｚ以上でオシレ
ートしつつ、加工進行方向に１００〜３，０００ｍｍ／
ｍｉｎの加工速度で移動させるものである。
例えば特開昭６２−１６８９４号公報に記載されている
ものがある。この従来の肉盛り方法では、アルミニウム
系母材の肉盛り位置に、銅系肉盛り合金粉末を０．２〜
５．０ｍｍの厚さで塗布して乾燥させるか、もしくは前
記肉盛り位置に銅系肉盛り合金粉末を自動的に送給し、
この銅系肉盛り合金粉末の上から、レンズを介して直径
０．５〜５．０ｍｍの点熱源に絞り込んだレーザビーム
をレーザ出力密度８０〜２０，０００Ｗ／ｍｍ2で照射
することを基本としている。そして、前記レーザビーム
を加工進行方向と直交する方向に８０Ｈｚ以上でオシレ
ートしつつ、加工進行方向に１００〜３，０００ｍｍ／
ｍｉｎの加工速度で移動させるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の方
法では、レーザビームをオシレート（往復運動）させる
ためのオシレートミラーが実質的に振動するタイプのも
のであるため、その可動部のメンテナンス性が悪く、良
好な加工品質を長期にわたって維持することが困難にな
るという問題がある。
法では、レーザビームをオシレート（往復運動）させる
ためのオシレートミラーが実質的に振動するタイプのも
のであるため、その可動部のメンテナンス性が悪く、良
好な加工品質を長期にわたって維持することが困難にな
るという問題がある。
【０００４】また、レーザビームをオシレートさせた場
合の特殊性として、図８に示すようにオシレート方向が
変わるオシレート幅方向両端部でのパワー密度が他の部
分より高くなるためにその部分の入熱量が相対的に高く
なり、その結果として母材の溶融により銅系肉盛り合金
層側に母材質が溶け込んで希釈されてしまうという処理
不良が発生しやすい。
合の特殊性として、図８に示すようにオシレート方向が
変わるオシレート幅方向両端部でのパワー密度が他の部
分より高くなるためにその部分の入熱量が相対的に高く
なり、その結果として母材の溶融により銅系肉盛り合金
層側に母材質が溶け込んで希釈されてしまうという処理
不良が発生しやすい。
【０００５】加えて、振動するオシレートミラーが機能
劣化した場合には全体的なレーザパワー密度の低下が生
ずるが、前述したようにオシレート幅方向両端部のパワ
ー密度が高く中心部付近のパワー密度が低いために、そ
の中心部付近で母材と肉盛り合金層との未溶着部分が発
生しやすい。
劣化した場合には全体的なレーザパワー密度の低下が生
ずるが、前述したようにオシレート幅方向両端部のパワ
ー密度が高く中心部付近のパワー密度が低いために、そ
の中心部付近で母材と肉盛り合金層との未溶着部分が発
生しやすい。
【０００６】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、その目的とするところは、特に肉盛り合金
層の母材による希釈や未溶着部分の発生等の処理不良を
解消して、肉盛り加工品質の向上を図った肉盛り方法を
提供することにある。
れたもので、その目的とするところは、特に肉盛り合金
層の母材による希釈や未溶着部分の発生等の処理不良を
解消して、肉盛り加工品質の向上を図った肉盛り方法を
提供することにある。
【０００７】請求項１に記載の発明は、アルミニウム系
母材に対して銅系合金材料をレーザビームの照射により
肉盛りする方法であって、アルミニウム系母材の肉盛り
位置に銅系合金材料の粉末を連続供給するとともに、前
記銅系合金材料の粉末の上から、凹面鏡を含む光学系に
て線状にしたレーザビームをその長さ方向を肉盛り層の
幅方向に合わせてレーザパワー密度２００〜８００Ｗ／
ｍｍ2で照射し、前記アルミニウム系母材とレーザビー
ムとを１００〜２，０００ｍｍ／ｍｉｎで肉盛り層の長
さ方向に相対移動させながら肉盛りすることを特徴とし
ている。その上で、さらに前記光学系は、銅系合金材料
の粉末に対してレーザビームを直接照射する最終の凹面
鏡が、幅寸法を最終的に形成される線状のレーザビーム
の長さに一致させた複数の平面鏡をセグメントにもつ積
分鏡をもって形成されていて、前段にて楕円形に形成し
たレーザビームをその積分鏡にて集光したときに、各平
面鏡からの反射光を粉末上の同一照射位置にて相互に重
ね合わせることにより肉盛り層の幅に合わせた線状のレ
ーザビームを形成するものであることを特徴としてい
る。
母材に対して銅系合金材料をレーザビームの照射により
肉盛りする方法であって、アルミニウム系母材の肉盛り
位置に銅系合金材料の粉末を連続供給するとともに、前
記銅系合金材料の粉末の上から、凹面鏡を含む光学系に
て線状にしたレーザビームをその長さ方向を肉盛り層の
幅方向に合わせてレーザパワー密度２００〜８００Ｗ／
ｍｍ2で照射し、前記アルミニウム系母材とレーザビー
ムとを１００〜２，０００ｍｍ／ｍｉｎで肉盛り層の長
さ方向に相対移動させながら肉盛りすることを特徴とし
ている。その上で、さらに前記光学系は、銅系合金材料
の粉末に対してレーザビームを直接照射する最終の凹面
鏡が、幅寸法を最終的に形成される線状のレーザビーム
の長さに一致させた複数の平面鏡をセグメントにもつ積
分鏡をもって形成されていて、前段にて楕円形に形成し
たレーザビームをその積分鏡にて集光したときに、各平
面鏡からの反射光を粉末上の同一照射位置にて相互に重
ね合わせることにより肉盛り層の幅に合わせた線状のレ
ーザビームを形成するものであることを特徴としてい
る。
【０００８】上記の銅系合金材料の粉末としては、例え
ばＣｕ−１５．５％、Ｎｉ−１４．１％、Ｃｏ−０．９
１％、Ａｌ−１．５８％、Ｖ−１．８４％、Ｎｂ−２．
７８％、Ｓｉ−残部、からなるものを用いる。
ばＣｕ−１５．５％、Ｎｉ−１４．１％、Ｃｏ−０．９
１％、Ａｌ−１．５８％、Ｖ−１．８４％、Ｎｂ−２．
７８％、Ｓｉ−残部、からなるものを用いる。
【０００９】ここで、レーザビームのレーザパワー密度
を２００〜８００Ｗ／ｍｍ2としているのは、２００Ｗ
／ｍｍ2未満では入熱量不足による未溶着部分が発生
し、また８００Ｗ／ｍｍ2を越えると過剰な入熱量によ
って銅系合金層への母材の溶け込みが発生していわゆる
母材希釈を招くためである。
を２００〜８００Ｗ／ｍｍ2としているのは、２００Ｗ
／ｍｍ2未満では入熱量不足による未溶着部分が発生
し、また８００Ｗ／ｍｍ2を越えると過剰な入熱量によ
って銅系合金層への母材の溶け込みが発生していわゆる
母材希釈を招くためである。
【００１０】同様に、母材とレーザビームの相対移動速
度を１００〜２，０００ｍｍ／ｍｉｎとしているのは、
１００ｍｍ／ｍｉｎ未満では生産性が著しく低下する一
方、２，０００ｍｍ／ｍｉｎを越えると肉盛りできる銅
系合金層の幅や高さ寸法が著しく小さくなるためであ
る。
度を１００〜２，０００ｍｍ／ｍｉｎとしているのは、
１００ｍｍ／ｍｉｎ未満では生産性が著しく低下する一
方、２，０００ｍｍ／ｍｉｎを越えると肉盛りできる銅
系合金層の幅や高さ寸法が著しく小さくなるためであ
る。
【００１１】
【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明の構成に加えて、前記銅系合金材料の粉末の供給
量が５〜１００ｇ／ｍｉｎであることを特徴としてい
る。
の発明の構成に加えて、前記銅系合金材料の粉末の供給
量が５〜１００ｇ／ｍｉｎであることを特徴としてい
る。
【００１３】ここで、銅系合金材料の粉末供給量を５〜
１００ｇ／ｍｉｎとしているのは、５ｇ／ｍｉｎ未満で
は充分な肉盛り層の幅や高さ寸法を確保できず、また１
００ｇ／ｍｉｎを越えた場合には溶融しない部分が発生
しやすいためである。
１００ｇ／ｍｉｎとしているのは、５ｇ／ｍｉｎ未満で
は充分な肉盛り層の幅や高さ寸法を確保できず、また１
００ｇ／ｍｉｎを越えた場合には溶融しない部分が発生
しやすいためである。
【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明の構成に加えて、前記アルミニウム系母
材の肉盛り位置が、内燃機関用のアルミニウム合金製シ
リンダヘッドのバルブシートであることを特徴としてい
る。
２に記載の発明の構成に加えて、前記アルミニウム系母
材の肉盛り位置が、内燃機関用のアルミニウム合金製シ
リンダヘッドのバルブシートであることを特徴としてい
る。
【００１５】
【作用】請求項１に記載の発明によると、凹面鏡で集光
することによって形成された線状のレーザビームは、肉
盛り幅方向の中心部付近でパワー密度が高い特性とな
る。そのため、レーザビームをオシレートすることなく
単にレーザビームと母材とを肉盛り層の長さ方向に相対
移動させるだけで、必要な幅と高さとを有する肉盛り層
を形成することができ、肉盛り幅方向の両端部での母材
希釈も生じにくいものとなる。とりわけ、平面鏡をセグ
メントにもつ積分鏡の特殊性として線状のレーザビーム
のエネルギー密度特性が肉盛り幅方向でほぼ均一なもの
となることから、その肉盛り幅方向での入熱量の部分的
なばらつきが生じにくく、特に肉盛り幅方向での部分的
な母材希釈のない良好な肉盛り層を形成することができ
る。
することによって形成された線状のレーザビームは、肉
盛り幅方向の中心部付近でパワー密度が高い特性とな
る。そのため、レーザビームをオシレートすることなく
単にレーザビームと母材とを肉盛り層の長さ方向に相対
移動させるだけで、必要な幅と高さとを有する肉盛り層
を形成することができ、肉盛り幅方向の両端部での母材
希釈も生じにくいものとなる。とりわけ、平面鏡をセグ
メントにもつ積分鏡の特殊性として線状のレーザビーム
のエネルギー密度特性が肉盛り幅方向でほぼ均一なもの
となることから、その肉盛り幅方向での入熱量の部分的
なばらつきが生じにくく、特に肉盛り幅方向での部分的
な母材希釈のない良好な肉盛り層を形成することができ
る。
【００１６】しかも、凹面鏡の機能劣化によりレーザ出
力が低下したような場合でも、肉盛り幅方向の中心部付
近でのレーザパワー密度が相対的に高いことに変わりは
なく、したがって肉盛り幅方向の中心部付近で未溶着部
分が発生することもなくなる。
力が低下したような場合でも、肉盛り幅方向の中心部付
近でのレーザパワー密度が相対的に高いことに変わりは
なく、したがって肉盛り幅方向の中心部付近で未溶着部
分が発生することもなくなる。
【００１７】
【００１８】請求項２に記載の発明によると、銅系合金
材料の粉末供給量を５〜１０ｇ／ｍｉｎとしたことによ
り、レーザパワー密度に対して最適な粉末供給量とする
ことができ、これにより過剰な粉末供給による母材上で
の未溶解物の生成や、過小な粉末供給による母材希釈を
未然に防止できるようになる。
材料の粉末供給量を５〜１０ｇ／ｍｉｎとしたことによ
り、レーザパワー密度に対して最適な粉末供給量とする
ことができ、これにより過剰な粉末供給による母材上で
の未溶解物の生成や、過小な粉末供給による母材希釈を
未然に防止できるようになる。
【００１９】請求項３に記載の発明によると、シリンダ
ヘッドのバルブシートに銅系合金の肉盛り層を形成する
ことによって、シリンダヘッドの冷却性が向上し、特に
バルブシート部付近の設計自由度の増大が図れるように
なる。
ヘッドのバルブシートに銅系合金の肉盛り層を形成する
ことによって、シリンダヘッドの冷却性が向上し、特に
バルブシート部付近の設計自由度の増大が図れるように
なる。
【００２０】
【実施例】図１，２は本発明の一実施例を示す図で、内
燃機関のアルミニウム合金製シリンダヘッドのバルブシ
ートに肉盛り層を形成する場合の例を示している。
燃機関のアルミニウム合金製シリンダヘッドのバルブシ
ートに肉盛り層を形成する場合の例を示している。
【００２１】図１，２に示すように、アルミニウム系母
材としてのシリンダヘッド１は例えばＪＩＳ ＡＣ２Ａ
材に相当するアルミニウム合金にて形成されているとと
もに、図３にも示すように加工対象となるバルブシート
２の底面２ａ、すなわち予め断面円弧状の溝形状に形成
されたバルブシート２の底面２ａの法線ａが鉛直姿勢と
なるようにシリンダヘッド１全体が傾斜した姿勢で図示
外の治具に位置決めクランプされる。そして、肉盛り加
工時には、加工対象となるバルブシート２の軸心ｂを回
転中心としてシリンダヘッド１全体が所定速度で回転駆
動される。
材としてのシリンダヘッド１は例えばＪＩＳ ＡＣ２Ａ
材に相当するアルミニウム合金にて形成されているとと
もに、図３にも示すように加工対象となるバルブシート
２の底面２ａ、すなわち予め断面円弧状の溝形状に形成
されたバルブシート２の底面２ａの法線ａが鉛直姿勢と
なるようにシリンダヘッド１全体が傾斜した姿勢で図示
外の治具に位置決めクランプされる。そして、肉盛り加
工時には、加工対象となるバルブシート２の軸心ｂを回
転中心としてシリンダヘッド１全体が所定速度で回転駆
動される。
【００２２】また、前記バルブシート２の底面２ａには
その法線ａ方向からレーザビーム３が照射されるととも
に、レーザビーム３の光軸からバルブシート２の回転方
向後方側に所定角度傾斜した位置には粉末供給ノズル４
が設けられ、この粉末供給ノズル４からレーザビーム照
射部に対して銅系合金粉末５が所定量ずつ連続供給され
る。ここで使用される銅系合金粉末は、Ｃｕ−１５．５
％、Ｎｉ−１４．１％、Ｃｏ−０．９１％、Ａｌ−１．
５８％、Ｖ−１．８４％、Ｎｂ−２．７８％、Ｓｉ−残
部、の組成のものとする。
その法線ａ方向からレーザビーム３が照射されるととも
に、レーザビーム３の光軸からバルブシート２の回転方
向後方側に所定角度傾斜した位置には粉末供給ノズル４
が設けられ、この粉末供給ノズル４からレーザビーム照
射部に対して銅系合金粉末５が所定量ずつ連続供給され
る。ここで使用される銅系合金粉末は、Ｃｕ−１５．５
％、Ｎｉ−１４．１％、Ｃｏ−０．９１％、Ａｌ−１．
５８％、Ｖ−１．８４％、Ｎｂ−２．７８％、Ｓｉ−残
部、の組成のものとする。
【００２３】一方、前記レーザビーム３を照射するため
の光学系は図４に示すように複数のベンドミラー６，
７，８とシリンドリカルミラー（凹面円柱鏡）９、およ
び複数の細い平面鏡１０ａをセグメントにもつ積分鏡１
０とで構成されていて、レーザ発振機１１から出力され
たレーザビーム１３をベンドミラー６，７，８で反射さ
せるとともに、シリンドリカルミラー９および積分鏡１
０で特定方向に集光して、このレーザビーム３を最終的
にセグメント幅（平面鏡１０ａの幅）ｃと同一の長さ寸
法ｄの線状のレーザビーム２３を形成してこの線状のレ
ーザビーム２３を前記バルブシート２に照射することに
なる。
の光学系は図４に示すように複数のベンドミラー６，
７，８とシリンドリカルミラー（凹面円柱鏡）９、およ
び複数の細い平面鏡１０ａをセグメントにもつ積分鏡１
０とで構成されていて、レーザ発振機１１から出力され
たレーザビーム１３をベンドミラー６，７，８で反射さ
せるとともに、シリンドリカルミラー９および積分鏡１
０で特定方向に集光して、このレーザビーム３を最終的
にセグメント幅（平面鏡１０ａの幅）ｃと同一の長さ寸
法ｄの線状のレーザビーム２３を形成してこの線状のレ
ーザビーム２３を前記バルブシート２に照射することに
なる。
【００２４】前記シリンドリカルミラー９と積分鏡１０
とは、図５に示すようにその円柱状の鏡面の軸心が互い
に９０度ねじれた関係にあって、ベンドミラー８で反射
した円形のレーザビーム１３をシリンドリカルミラー９
により一方向に絞って楕円形に形成する一方、そのシリ
ンドリカルミラー９で反射した楕円形のレーザビーム３
３を積分鏡１０により上記方向に対して９０度異なる方
向に集光し、最終的には積分鏡１０を構成している各平
面鏡１０ａからの反射光を同一焦点位置である前記バル
ブシート２上のレーザビーム照射位置で相互に重ね合わ
せることにより、細い線状のレーザビーム２３が形成さ
れる。そして、ここで得られた線状のレーザビーム２３
の幅ｅはシリンドリカルミラー９の曲率等に依存するこ
とになるものの、その長さ寸法ｄは積分鏡１０を形成し
ている各平面鏡１０ａの幅寸法ｃと同一のものとなり、
かつ前記積分鏡１０がシリンドリカルミラー９と同様の
単純な凹面円柱鏡である場合には前記線状のレーザビー
ム２３のレーザエネルギー密度の分布が図６のようにな
るのに対して、前記積分鏡１０で形成された線状のレー
ザビーム２３のレーザエネルギー密度の分布は図７に示
すようにビーム長さ方向で均一なものとなる特性があ
る。
とは、図５に示すようにその円柱状の鏡面の軸心が互い
に９０度ねじれた関係にあって、ベンドミラー８で反射
した円形のレーザビーム１３をシリンドリカルミラー９
により一方向に絞って楕円形に形成する一方、そのシリ
ンドリカルミラー９で反射した楕円形のレーザビーム３
３を積分鏡１０により上記方向に対して９０度異なる方
向に集光し、最終的には積分鏡１０を構成している各平
面鏡１０ａからの反射光を同一焦点位置である前記バル
ブシート２上のレーザビーム照射位置で相互に重ね合わ
せることにより、細い線状のレーザビーム２３が形成さ
れる。そして、ここで得られた線状のレーザビーム２３
の幅ｅはシリンドリカルミラー９の曲率等に依存するこ
とになるものの、その長さ寸法ｄは積分鏡１０を形成し
ている各平面鏡１０ａの幅寸法ｃと同一のものとなり、
かつ前記積分鏡１０がシリンドリカルミラー９と同様の
単純な凹面円柱鏡である場合には前記線状のレーザビー
ム２３のレーザエネルギー密度の分布が図６のようにな
るのに対して、前記積分鏡１０で形成された線状のレー
ザビーム２３のレーザエネルギー密度の分布は図７に示
すようにビーム長さ方向で均一なものとなる特性があ
る。
【００２５】本実施例では、図２に示したシリンダヘッ
ド１に加工送りとしてバルブシート２の軸心ｂを回転中
心として０．８ｍ／ｍｉｎの回転送りを与える一方、粉
末供給ノズル４から４５ｇ／ｍｉｎで銅系合金材料の粉
末５を前記バルブシート２に連続供給しながら、レーザ
出力が４．０ｋＷで出力モードがリングモードのＣＯ2
のレーザビーム３を図５に示すように線状に形成してそ
のレーザビーム２３の幅方向を加工送り方向に合わせて
照射しながらバルブシート２の肉盛り加工を行って肉盛
り層１２を形成した。
ド１に加工送りとしてバルブシート２の軸心ｂを回転中
心として０．８ｍ／ｍｉｎの回転送りを与える一方、粉
末供給ノズル４から４５ｇ／ｍｉｎで銅系合金材料の粉
末５を前記バルブシート２に連続供給しながら、レーザ
出力が４．０ｋＷで出力モードがリングモードのＣＯ2
のレーザビーム３を図５に示すように線状に形成してそ
のレーザビーム２３の幅方向を加工送り方向に合わせて
照射しながらバルブシート２の肉盛り加工を行って肉盛
り層１２を形成した。
【００２６】なお、図２の法線ａに対する粉末供給ノズ
ル４の傾斜角度θは２０度、レーザビーム照射部から粉
末供給ノズル４の先端までの距離（スタンドオフ）ｆを
１０ｍｍ、粉末供給ノズル４の内径Ｄを３．４ｍｍとし
た。また、レーザビーム１３の元径を４５ｍｍ、図５に
示す線状のレーザビーム２３の長さ寸法ｄを６ｍｍ、幅
寸法ｅを１．５ｍｍとした。
ル４の傾斜角度θは２０度、レーザビーム照射部から粉
末供給ノズル４の先端までの距離（スタンドオフ）ｆを
１０ｍｍ、粉末供給ノズル４の内径Ｄを３．４ｍｍとし
た。また、レーザビーム１３の元径を４５ｍｍ、図５に
示す線状のレーザビーム２３の長さ寸法ｄを６ｍｍ、幅
寸法ｅを１．５ｍｍとした。
【００２７】その結果、肉盛り層１２側への母材の溶け
込みによるいわゆる母材希釈の全くない良好な肉盛り層
１２がバルブシート２に形成できたことが確認された。
込みによるいわゆる母材希釈の全くない良好な肉盛り層
１２がバルブシート２に形成できたことが確認された。
【００２８】このように本実施例によれば、図５〜７に
も示したようにシリンドリカルミラー９と積分鏡１０と
で特定方向に集光したことによって形成される線状のレ
ーザビーム２３は、その長さ方向でのレーザエネルギー
密度の分布が比較的均一であって、より厳密にはその長
手方向の両端のエネルギー密度が急激に低下する傾向に
あるため、前述したように予め断面円弧状に形成された
バルブシート２の底面２ａに銅系合金材料の粉末５を供
給しながら肉盛り加工を行った場合にも、その肉盛り層
１２の幅方向両端部での入熱量の過剰による肉盛り層１
２側への母材の溶け込みが発生しにくく、品質の向上に
貢献できることになる。
も示したようにシリンドリカルミラー９と積分鏡１０と
で特定方向に集光したことによって形成される線状のレ
ーザビーム２３は、その長さ方向でのレーザエネルギー
密度の分布が比較的均一であって、より厳密にはその長
手方向の両端のエネルギー密度が急激に低下する傾向に
あるため、前述したように予め断面円弧状に形成された
バルブシート２の底面２ａに銅系合金材料の粉末５を供
給しながら肉盛り加工を行った場合にも、その肉盛り層
１２の幅方向両端部での入熱量の過剰による肉盛り層１
２側への母材の溶け込みが発生しにくく、品質の向上に
貢献できることになる。
【００２９】しかも、上記の線状のレーザビーム２３の
エネルギー密度の分布特性は、肉盛り層１２の幅方向両
端部ではその肉厚が小さいために肉盛り加工に必要な熱
投与量が小さく、かつ肉盛り層１２の幅方向中央部では
その肉厚が大きくなるために必要とされる熱投与量が大
きいという要求特性とも合致することになる。したがっ
て、前記シリンドリカルミラー９や積分鏡１０の機能低
下により全体的にレーザビームエネルギー密度が低下し
たような場合でも、深さが最も大きいバルブシート２の
底部２ａ付近での肉盛り層１２の未溶着部分の発生を未
然に防止できるようになる。
エネルギー密度の分布特性は、肉盛り層１２の幅方向両
端部ではその肉厚が小さいために肉盛り加工に必要な熱
投与量が小さく、かつ肉盛り層１２の幅方向中央部では
その肉厚が大きくなるために必要とされる熱投与量が大
きいという要求特性とも合致することになる。したがっ
て、前記シリンドリカルミラー９や積分鏡１０の機能低
下により全体的にレーザビームエネルギー密度が低下し
たような場合でも、深さが最も大きいバルブシート２の
底部２ａ付近での肉盛り層１２の未溶着部分の発生を未
然に防止できるようになる。
【００３０】なお、前記肉盛り層１２が形成されたシリ
ンダヘッド１のバルブシート２は、図３に示すようにそ
の肉盛り層１２の一部を切除するような切削加工が後工
程で施されて、製品機能の上で必要とされる所定のシー
ト面形状２ｂに仕上げられる。
ンダヘッド１のバルブシート２は、図３に示すようにそ
の肉盛り層１２の一部を切除するような切削加工が後工
程で施されて、製品機能の上で必要とされる所定のシー
ト面形状２ｂに仕上げられる。
【００３１】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、アルミ
ニウム系母材の肉盛り位置に銅系合金材料の粉末を連続
供給するとともに、その粉末の上から線状のレーザビー
ムを照射し、レーザビームをオシレートさせることなく
アルミニウム系母材とレーザビームとを肉盛り層の長さ
方向に相対移動させながら肉盛りするようにしたことに
より、従来と異なりレーザ光学系に可動部分がないため
にメンテナンス性がよく、良好な加工品質を長期にわた
って維持できる効果がある。
ニウム系母材の肉盛り位置に銅系合金材料の粉末を連続
供給するとともに、その粉末の上から線状のレーザビー
ムを照射し、レーザビームをオシレートさせることなく
アルミニウム系母材とレーザビームとを肉盛り層の長さ
方向に相対移動させながら肉盛りするようにしたことに
より、従来と異なりレーザ光学系に可動部分がないため
にメンテナンス性がよく、良好な加工品質を長期にわた
って維持できる効果がある。
【００３２】とりわけ、レーザビームを照射する最終の
凹面鏡を、平面鏡をセグメントにもつ積分鏡としたこと
により、線状のレーザビームの長さ方向でのエネルギー
密度分布が均一なものとなることから、肉盛り層側への
部分的な母材の溶け込みのない一段と良好な肉盛り品質
が得られる。
凹面鏡を、平面鏡をセグメントにもつ積分鏡としたこと
により、線状のレーザビームの長さ方向でのエネルギー
密度分布が均一なものとなることから、肉盛り層側への
部分的な母材の溶け込みのない一段と良好な肉盛り品質
が得られる。
【００３３】また、凹面鏡で線状にしたレーザビームの
エネルギー密度の分布特性が肉盛り層の断面形状に近似
した特性となるため、肉盛り層の幅方向両端部において
過剰な熱量投与による肉盛り層側への母材の溶け込みが
発生しにくいのに加えて、線状のレーザビームのエネル
ギー密度が全体的に低下した場合でも肉盛り層の幅方向
中央部に未溶着部分が発生しにくく、加工品質の向上に
大きく貢献できる。
エネルギー密度の分布特性が肉盛り層の断面形状に近似
した特性となるため、肉盛り層の幅方向両端部において
過剰な熱量投与による肉盛り層側への母材の溶け込みが
発生しにくいのに加えて、線状のレーザビームのエネル
ギー密度が全体的に低下した場合でも肉盛り層の幅方向
中央部に未溶着部分が発生しにくく、加工品質の向上に
大きく貢献できる。
【００３４】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明における銅系合金材料の粉末供給量を５〜
１００ｇ／ｍｉｎとしたことにより、過剰な粉末供給に
よる母材上での未溶解物の生成や、粉末供給量不足によ
る肉盛り層側への母材の溶け込みを未然に防止でき、こ
れによってもまた肉盛り品質の向上に貢献できる利点が
ある。
に記載の発明における銅系合金材料の粉末供給量を５〜
１００ｇ／ｍｉｎとしたことにより、過剰な粉末供給に
よる母材上での未溶解物の生成や、粉末供給量不足によ
る肉盛り層側への母材の溶け込みを未然に防止でき、こ
れによってもまた肉盛り品質の向上に貢献できる利点が
ある。
【００３５】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
または２に記載の発明をシリンダヘッドのバルブシート
の肉盛り加工に適用したことにより、そのバルブシート
に耐熱性、耐摩耗性および耐食性を効率よく付与するこ
とができ、これによってシリンダヘッドの冷却性向上と
併せて、バルブシート付近の設計自由度の増大に貢献で
きる利点がある。
または２に記載の発明をシリンダヘッドのバルブシート
の肉盛り加工に適用したことにより、そのバルブシート
に耐熱性、耐摩耗性および耐食性を効率よく付与するこ
とができ、これによってシリンダヘッドの冷却性向上と
併せて、バルブシート付近の設計自由度の増大に貢献で
きる利点がある。
【図１】本発明の一実施例を示す図で、図２のＡ−Ａ線
に沿う断面図。
に沿う断面図。
【図２】本発明の一実施例を示す要部断面説明図。
【図３】図２の要部拡大図。
【図４】レーザビーム照射系の説明図。
【図５】図４の要部拡大斜視図。
【図６】シリンドリカルミラーで集光したレーザビーム
の特性図。
の特性図。
【図７】平面鏡をセグメントにもつ積分鏡で集光したレ
ーザビームの特性図。
ーザビームの特性図。
【図８】従来の方法で用いられるレーザビームの特性
図。
図。
１…シリンダヘッド（アルミニウム系母材） ２…バルブシート ３…レーザビーム ４…粉末供給ノズル ５…銅系合金材料の粉末 ９…シリンドリカルミラー １０…積分鏡 １０ａ…平面鏡 １２…肉盛り層 １３…線状のレーザビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 1/24 Ｆ０２Ｆ 1/24 Ｆ (56)参考文献 特開 平７−32173（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−45089（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−84889（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−180796（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−34690（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 B23K 26/06 B23K 35/30 F01L 3/24 F02F 1/24
Claims (3)
- 【請求項１】 アルミニウム系母材に対して銅系合金材
料をレーザビームの照射により肉盛りする方法であっ
て、 アルミニウム系母材の肉盛り位置に銅系合金材料の粉末
を連続供給するとともに、 前記銅系合金材料の粉末の上から、凹面鏡を含む光学系
にて線状にしたレーザビームをその長さ方向を肉盛り層
の幅方向に合わせてレーザパワー密度２００〜８００Ｗ
／ｍｍ2で照射し、 前記アルミニウム系母材とレーザビームとを１００〜
２，０００ｍｍ／ｍｉｎで肉盛り層の長さ方向に相対移
動させながら肉盛りするようにしてなり、 前記光学系は、銅系合金材料の粉末に対してレーザビー
ムを直接照射する最終の凹面鏡が、幅寸法を最終的に形
成される線状のレーザビームの長さに一致させた複数の
平面鏡をセグメントにもつ積分鏡をもって形成されてい
て、前段にて楕円形に形成したレーザビームをその積分
鏡にて集光したときに、各平面鏡からの反射光を粉末上
の同一照射位置にて相互に重ね合わせることにより肉盛
り層の幅に合わせた線状のレーザビームを形成するもの
であることを 特徴とするレーザによる肉盛り方法。 - 【請求項２】 前記銅系合金材料の粉末の供給量が５〜
１００ｇ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１記載
のレーザによる肉盛り方法。 - 【請求項３】 前記アルミニウム系母材の肉盛り位置
が、内燃機関用のアルミニウム合金製シリンダヘッドの
バルブシートであることを特徴とする請求項１または２
記載のレーザによる肉盛り方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03344495A JP3232940B2 (ja) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | レーザによる肉盛り方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03344495A JP3232940B2 (ja) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | レーザによる肉盛り方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08224680A JPH08224680A (ja) | 1996-09-03 |
| JP3232940B2 true JP3232940B2 (ja) | 2001-11-26 |
Family
ID=12386711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03344495A Expired - Fee Related JP3232940B2 (ja) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | レーザによる肉盛り方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3232940B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020019296A (ko) * | 2000-09-05 | 2002-03-12 | 이계안 | 레이저 클래딩 공법으로 제조된 밸브시트용 소결합금 |
| KR100418457B1 (ko) * | 2001-01-15 | 2004-02-14 | 현대중공업 주식회사 | 선박용 피스톤 및 피스톤 링의 레이저 경화법 및 장치 |
| JP6729461B2 (ja) | 2017-03-22 | 2020-07-22 | トヨタ自動車株式会社 | 肉盛層の製造方法及びその製造装置 |
| JP2018158379A (ja) * | 2017-12-11 | 2018-10-11 | トヨタ自動車株式会社 | バルブシート合金 |
-
1995
- 1995-02-22 JP JP03344495A patent/JP3232940B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08224680A (ja) | 1996-09-03 |
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