JP5321158B2

JP5321158B2 - レーザクラッドバルブシート用シート材及びレーザクラッドバルブシート形成方法

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Publication number: JP5321158B2
Application number: JP2009056114A
Authority: JP
Inventors: 中島　　茂; 良次熨斗; 秀信松山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: JP2010209772A

Description

本発明は、レーザクラッドバルブシート用シート材及びレーザクラッドバルブシート形成方法に関する。

例えば、自動車エンジンでは、バルブシートとして従来の鋳鉄からなるシートリングを打ち込む方式に変えてバルブシート合金をシリンダーヘッドへ直接肉盛りする方式（レーザクラッド加工）が採用され初めている。このように、バルブシート合金をシリンダーヘッドに直接肉盛りすれば、シートリングの打ち込み方式に比べて熱伝導性を大幅に向上させることができ、冷却性能を高めることができる。

レーザクラッド加工は、シリンダーヘッドのバルブシート形成部位に金属粉末（肉盛り材料）を供給しながらレーザビームを照射し母材と共に溶融固化させて肉盛る技術である（例えば、特許文献１、２など参照）。その中でも、内燃機関用シリンダヘッドのバルブシート部に対してレーザクラッド加工を行い、リング形状のバルブシートを形成する手法をレーザクラッドバルブシート加工という。

金属粉末を供給しながらレーザビームを照射して肉盛るためには、シリンダーヘッドを傾け且つバルブ軸中心に回転させる必要があることから、回転装置構造が複雑化すると共に高価になるという課題がある。また、この方法では、シリンダーヘッドを回転させるため、バルブシートを１箇所づつしか加工することができず、生産性が上げられないという課題もある。

そこで、さらに従来では、シリンダーヘッドを回転させずに固定し、環状に押し固めた金属粉末をバルブシート形成部位に配置し、レーザビームを旋回させてこの金属粉末に照射する方法が考えられている。

特開平０９−１５５５８３号公報特開２００３−２７５８８２号公報

しかし、前記方法では、レーザ照射後の凝固収縮により加工終端部で肉盛り不足が発生することがある。また、レーザクラッド加工の溶着メカニズムとしては、加工開始時にクラッド材を溶融させると同時に、クラッド材と母材の界面を溶融させ金属結合させている。

そのため、環状に押し固めた金属粉末を使用した場合、クラッド後の肉厚確保のためクラッド材（押し固めた金属粉末）の厚みを肉厚としていることから、加工開始時にクラッド材と母材の界面を溶融させることが困難となり、クラッド材と母材との溶着強度が確保できず、凝固収縮で割れが発生する場合がある。また、クラッド材を肉厚の状態で界面まで溶融させると、レーザ出力が大きくなり、設備投資が増大してしまう。

そこで、本発明は、レーザクラッド加工終端部で肉盛り不足が発生せず且つレーザクラッド加工開始時にクラッド材と母材の界面を溶融させて溶着強度を確保し割れの発生を防止することのできるレーザクラッドバルブシート用シート材及びレーザクラッドバルブシート形成方法を提供する。

本発明のレーザクラッドバルブシート用シート材では、金属粉末からなるリング部と、このリング部の一部に切欠部を有して形成されるレーザ照射開始部と、このレーザ照射開始部の上方に前記リング部から起立したレーザ照射終端部と、からなる。レーザ照射終端部は、レーザ照射開始部の上に重なるようにオーバーラップして形成され、レーザ照射開始部の先端肉厚を、他の部位の肉厚よりも薄くしている。

本発明のレーザクラッドバルブシート形成方法では、レーザクラッドバルブシート用シート材を、金属粉末からなるリング部と、このリング部の一部に切欠部を有して形成されるレーザ照射開始部と、このレーザ照射開始部の上方に前記リング部から起立したレーザ照射終端部と、を有した形状とし、レーザ照射終端部を、レーザ照射開始部の上に重なるようにオーバーラップして形成し、更にレーザ照射開始部の先端肉厚を他の部位の肉厚よりも薄く形成している。そして本発明方法では、レーザクラッドバルブシート用シート材のレーザ照射開始部からレーザビームを照射し始めてリング部を円周上に順次照射して行き、レーザ照射終端部で照射を終了することにより、前記シート材を溶融するレーザ照射工程で、起立するレーザ照射終端部の根元にレーザビームを照射して該レーザ照射終端部を前記レーザ照射開始部の上に倒し、その倒したレーザ照射終端部を溶融する。

本発明のレーザクラッドバルブシート用シート材によれば、レーザクラッド加工開始部位となるレーザ照射開始部はリング部の一部に切欠部を有して形成されるため、他の部位の肉厚に比べて切り欠かれた分だけ肉薄となることから、レーザクラッド加工開始時にシート材（クラッド材）と母材との界面を溶融させることができる。その結果、クラッド材と母材との溶着強度を高めることができ、凝固収縮でバルブシートに割れが生じることを防止できる。また、本発明によれば、レーザ照射終端部をレーザ照射開始部の上に重なるようにオーバーラップさせて形成しているので、レーザクラッド加工終端部において凝固収縮により肉盛り不足を生じさせることが無くなる。

本発明のレーザクラッドバルブシート形成方法によれば、レーザ照射工程でレーザ照射開始部の上にリング部から起立したレーザ照射終端部の根元にレーザビームを照射して該レーザ照射終端部を該レーザ照射開始部の上に倒し、その倒したレーザ照射終端部を溶融するため、オーバーラップするクラッド材分によってレーザクラッド加工終端部での肉盛り不足を解消することができる。また、本発明によれば、レーザ照射開始部はリング部の一部に切欠部を有して形成されているため、他の部位の肉厚に比べて切り欠かれた分だけ肉薄となることから、レーザクラッド加工開始時にシート材と母材との界面を溶融させることができる。その結果、クラッド材と母材との溶着強度を高めることができ、凝固収縮でバルブシートに割れが生じることを防止できる。

図１はレーザクラッドバルブシート形成装置を示す斜視図である。図２は実施形態１のレーザクラッドバルブシート用シート材の斜視図である。図３は図２のレーザクラッドバルブシート用シート材の要部拡大断面図である。図４は実施形態１のレーザクラッドバルブシート形成工程のうちシート材を治具で保持する工程を示す図である。図５はリング部に形成した切欠部を基準としてシート材を治具で位置決め保持する部位の要部拡大図である。図６は実施形態１のレーザクラッドバルブシート形成工程のうちシート材をバルブシート形成部位に配置する工程を示す図である。図７は実施形態１のレーザクラッドバルブシート形成工程のうちレーザ照射開始部とレーザ照射終端部にそれぞれレーザビームを照射する時のレーザ照射角度等を示す図である。図８は実施形態１のレーザクラッドバルブシート形成工程のうちレーザ照射終端部の根元にレーザビームを照射して該レーザ照射終端部をレーザ照射開始部の上に倒す工程を示す図である。図９（Ａ）はレーザクラッド加工終端部が均一な厚みに肉盛りされた状態を示す断面図、図９（Ｂ）は盛り上がって肉盛りされた状態を示す断面図である。図１０は実施形態３の一例を示す図である。図１１は実施形態３の他の例を示す図である。図１２は実施形態３の更に他の例を示すシート材の斜視図である。図１３は図１２の要部拡大図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「実施形態１」
先ず、レーザクラッドバルブシート形成装置の構成について説明する。

図１はレーザクラッドバルブシート形成装置の一例を示す斜視図である。レーザクラッドバルブシート形成装置は、図１に示すように、例えば自動車用内燃機関エンジンなどのシリンダーヘッド１のバルブシート形成部位２にレーザビームｈｖを照射するレーザ照射装置３を備えている。

レーザ照射装置３は、レーザビームｈｖを発振するレーザ発振器４と、このレーザ発振器４により出力されるレーザビームｈｖの強さなどを制御するレーザ発振器制御部５と、ＮＣ制御装置６と、レーザビームｈｖを集光してバルブシート形成部位２に照射させる光学系機構部７と、からなる。

レーザ発振器４で出力されたレーザビームｈｖは、レーザ発振器制御部５で制御されて光学系機構部７に供給され、この光学系機構部７で所定のスポット径とされてバルブシート形成部位２に照射される。このレーザクラッドバルブシート形成装置では、レーザ発振器４とレーザ発振器制御部５とＮＣ制御装置６とがそれぞれコンピュータ８によって制御されている。

前記光学系機構部７では、レーザ発振器４から照射されたレーザビームｈｖを、バルブシート形成部位２に対して旋回するように照射可能とされている。このため、シリンダーヘッド１は、回転機構を有せず治具に固定されたままとなる。この装置では、回転機構を持たないため、装置構造を簡略化することができると共に装置コストも低減できる。

次に、実施形態１のレーザクラッドバルブシート形成方法について説明する。図２は実施形態１のレーザクラッドバルブシート用シート材の斜視図、図３は図２のレーザクラッドバルブシート用シート材の要部拡大断面図、図４は実施形態１のレーザクラッドバルブシート形成工程のうちシート材を治具で保持する工程を示す図、図５はリング部に形成した切欠部を基準としてシート材を治具で位置決め保持する部位の要部拡大図、図６は実施形態１のレーザクラッドバルブシート形成工程のうちシート材をバルブシート形成部位に配置する工程を示す図、図７は実施形態１のレーザクラッドバルブシート形成工程のうちレーザ照射開始部とレーザ照射終端部にそれぞれレーザビームを照射する時のレーザ照射角度等を示す図、図８は実施形態１のレーザクラッドバルブシート形成工程のうちレーザ照射終端部の根元にレーザビームを照射して該レーザ照射終端部をレーザ照射開始部の上に倒す工程を示す図、図９（Ａ）はレーザクラッド加工終端部が均一な厚みに肉盛りされた状態を示す断面図、図９（Ｂ）は盛り上がって肉盛りされた状態を示す断面図である。

先ず、シリンダーヘッド１のバルブシート形成部位２に配置するためのレーザクラッドバルブシート用シート材（以下、単にシート材（クラッド材）という）を用意する。シート材９は、図２及び図３に示すように、熱伝導性に優れた銅等の金属粉末をバルブシート形状に押し固めて形成されたリング部９Ａと、このリング部９Ａの一部に切欠部１０を有して形成されるレーザ照射開始部９Ｂと、このレーザ照射開始部９Ｂの上方に前記リング部９Ａから起立し且つ肉盛り不足解消部となるレーザ照射終端部９Ｃと、からなる。

前記シート材９のうちレーザ照射開始部９Ｂとレーザ照射終端部９Ｃとの間には、厚みｔ１をほぼ均一としたリング部９Ａの一部を切り欠いた切欠部１０が形成されている。レーザ照射開始部９Ｂは、前記リング部９Ａの厚みｔ１よりもその先端肉厚ｔ２を薄く（ｔ２＜ｔ１なる関係）している。また、このレーザ照射開始部９Ｂの先端部には、レーザビームｈｖが照射されるレーザ照射面１１が形成されている。かかるレーザ照射面１１は、レーザ照射開始部９Ｂの先端面１２に行くに従って次第にその肉厚を薄くするような下り傾斜となる傾斜面とされている。

一方、レーザ照射終端部９Ｃは、レーザ照射開始部９Ｂの上方に斜めに傾斜するように前記リング部９Ａから起立すると共に、レーザ照射開始部９Ｂの上に重なるようにオーバーラップして形成されている。このレーザ照射終端部９Ｃは、先端面１３の先端肉厚ｔ３を根元における基端肉厚ｔ４よりも薄く（ｔ３＜ｔ４なる関係）している。また、このレーザ照射終端部９Ｃは、根元から先端に行くに従ってその厚みが徐々に薄くなっている。

前記レーザ照射終端部９Ｃの前記レーザ照射開始部９Ｂに対するオーバーラップ幅Ｗとオーバーラップ高さＨは、レーザクラッド加工終端部での肉盛り不足を解消することができようにそれらの寸法が決められる。また、このオーバーラップする部位のクラッド材の量は、レーザクラッド加工後のオーバーラップさせた部位の肉厚が図９（Ａ）で示すように一定となるように決められる。

次に、図４に示す治具１４にてシート材９を位置決め保持させてシリンダーヘッド１のバルブシート形成部位２に配置させる。治具１４は、リング部９Ａを載せる爪形状をなす載置部１５ａを有した３本の第１支持部材１５と、リング部９Ａに形成した切り欠きである切欠部１０を基準としてシート材９を保持する１本の第２支持部材１６と、からなる。

第２支持部材１６は、切欠部１０の中に進入してレーザ照射開始部９Ｂの先端面１２を突き当てる先端基準面１７ａと、レーザ照射終端部９Ｃの根元近傍を下から支える支持面１７ｂと、からなる位置基準出し部１７を有している。

シート材９は、切欠部１０の中に前記位置基準出し部１７を挿入させた後、レーザ照射開始部９Ｂの先端面１２を前記位置基準出し部１７の先端基準面１７ａに突き当て且つレーザ照射終端部９Ｃの根元近傍を前記支持面１７ｂに載せ、更にリング部９Ａを各載置部１５ａに載せることで治具１４に位置決め保持される。

そして、治具１４に位置決め保持させたシート材９を、図６に示すシリンダーヘッド１のバルブシート形成部位２に形成した環状凹溝１８に配置する。この時、前記切欠部１０を基準としてシート材９を、前記バルブシート形成部位２のレーザクラッド加工開始位置（レーザ照射開始位置）に合わせて配置する。

次に、バルブシート形成部位２の環状凹溝１８に配置されたシート材９にレーザビームｈｖを照射し、該シート材９と母材を共に溶融して肉盛りするレーザ照射工程を行う。先ず、シート材９のうちレーザ照射開始部９Ｂにレーザビームｈｖを照射する。

レーザ照射開始部９Ｂにレーザビームｈｖを照射し始める時に、図７に示すように、光学系機構部７を制御してレーザ照射終端部９Ｃの先端面１３にレーザビームｈｖが当たらないようにする。これは、レーザビームｈｖをシート材９に対して垂直に照射してしまうと、レーザ照射開始部９Ｂの上にオーバーラップするレーザ照射終端部９Ｃにレーザビームｈｖが照射されてしまうためである。そのため、実施形態１では、レーザ照射終端部９Ｃの先端面１３にレーザビームｈｖが当たらないようにすると共にレーザ照射開始部９Ｂのレーザ照射面１１にレーザビームｈｖが当たるように、前記光学系機構部７を制御してレーザ入射角度αを決定する。

前記レーザ照射開始部９Ｂのレーザ照射面１１にレーザビームｈｖが照射されると、この部位が加熱されて溶融する。このレーザ照射開始部９Ｂは、リング部９Ａに対してその厚みを薄くしてあるため、レーザビームｈｖによって加熱されて溶融され易い。その結果、レーザ照射開始部９Ｂと母材との界面も溶融させることができる。

そして、このレーザ照射開始部９Ｂからレーザビームｈｖを照射し始めてリング部９Ａを円周方向に順次照射して行き、シート材９と母材を共に溶融してバルブシート形成部位２に肉盛りを行う。レーザ照射終端部９Ｃまでレーザクラッド加工が進んだら、レーザ照射終端部９Ｃの先端面１３にレーザビームｈｖが当たらないようにする。レーザビームｈｖのレーザ入射角度によっては、レーザ照射終端部９Ｃに到達した時に、該レーザ照射終端部９Ｃの先端面１３にレーザビームｈｖが照射されてしまう可能性もある。

これを防止するため、必要に応じてレーザ照射終端部９Ｃをレーザクラッド加工する時に、前記レーザ照射開始部９Ｂを照射した時のレーザ入射角度αとは異なるレーザ入射角度βに変更する。レーザ照射開始部９Ｂの加工時でのレーザ入射角度αでレーザ照射終端部９Ｃの先端面１３にレーザビームｈｖが照射されない場合は、同じレーザ入射角度αのままレーザ照射終端部９Ｃのレーザクラッド加工を続ける。

そして、前記レーザ照射終端部９Ｃの根元（付け根）までレーザクラッド加工が進んだら、図８に示すように、前記レーザ照射終端部９Ｃの根元にレーザビームｈｖを照射して該レーザ照射終端部９Ｃを前記レーザ照射開始部９Ｂの上に倒す。レーザ照射終端部９Ｃの根元では、レーザビームｈｖを走査する旋回速度を遅くするか或いはレーザ出力を高くする。これにより、レーザ照射終端部９Ｃは、根元が溶けてレーザ照射開始部９Ｂの上に倒れることになる。

レーザ照射終端部９Ｃがレーザ照射開始部９Ｂの上に倒れると、切欠部１０の上を覆ってレーザ照射開始部９Ｂの上にレーザ照射終端部９Ｃが重なる。そして、倒れたレーザ照射終端部９Ｃの根元から先端に向けてレーザビームｈｖを照射して加熱溶融させる。

この結果、レーザクラッド加工終端部１８では、図９（Ａ）に示すように、肉盛り不足が発生せず、割れの原因となる凹みが生じることはない。また、レーザクラッド加工終端部１８は、オーバーラップさせた部位の肉厚がほぼ一定の厚みになり、図９（Ｂ）の如く盛り上がることはない。

レーザ照射工程を終了したら得られた肉盛り層１９の表面を研削してレーザクラッドバルブシートとする。この研削工程において、実施形態１で得られた肉盛り層１９のレーザクラッド加工終端部１８では均一な肉厚とされているため、一定した切削代で研削できることから研削工具の工具寿命を延ばすことができる。この一方、図９（Ｂ）に示すようにレーザクラッド加工終端部１８が盛り上がっている場合は、切削代が多いため研削工具の工具寿命が短くなる。

実施形態１のレーザクラッドバルブシート用シート材では、レーザクラッド加工開始部位となるレーザ照射開始部９Ｂはリング部９Ａの一部に切欠部１０を有して形成されるため、他の部位の肉厚に比べて切り欠かれた分だけ肉薄となることから、レーザクラッド加工開始時にシート材（クラッド材）９と母材との界面を溶融させることができる。その結果、シート材９と母材との溶着強度を高めることができ、凝固収縮でバルブシートに割れが生じることを防止できる。その結果、本実施形態１のレーザクラッドバルブシート用シート材によれば、ヒビ割れ等の発生し難い品質の高いレーザクラッドバルブシートを得ることができる。

また、実施形態１のレーザクラッドバルブシート用シート材によれば、レーザ照射終端部９Ｃをレーザ照射開始部９Ｂの上に重なるようにオーバーラップさせて形成しているので、レーザクラッド加工終端部１８において凝固収縮により肉盛り不足を生じさせることが無くなる。

また、実施形態１のレーザクラッドバルブシート用シート材によれば、レーザ照射開始部９Ｂの先端肉厚を他の部位の肉厚よりも薄くしたので、レーザクラッド加工開始時にシート材９をレーザビームｈｖにて溶融させることができると共にレーザ照射開始部９Ｂと母材との界面も同時に溶融させることができる。そのため、レーザクラッド加工開始部における肉盛り層１９と母材との溶着強度を高めることができ、未溶着によるヒビ割れの発生防止を図ることができる。

また、実施形態１のレーザクラッドバルブシート用シート材によれば、レーザ照射開始部９Ｂの先端部にレーザビームｈｖが照射されるレーザ照射面１１を形成しているので、レーザクラッド加工開始時にシート材９を溶融させることができると共にシート材９と母材との界面も同時に溶融させることができる。また、このレーザ照射面１１のレーザ入射角度αを最適な角度に設定することで、レーザクラッド加工開始部の溶着状態の品質向上を図ることができる。

また、実施形態１のレーザクラッドバルブシート形成方法によれば、レーザ照射工程でレーザ照射開始部９Ｂの上方にリング部９Ａから起立するように重ねられてオーバーラップするレーザ照射終端部９Ｃの根元にレーザビームｈｖを照射して該レーザ照射終端部９Ｃを該レーザ照射開始部９Ｂの上に倒し、その倒したレーザ照射終端部９Ｃを溶融するため、オーバーラップするクラッド材分によってレーザクラッド加工終端部での肉盛り不足を解消することができる。

また、実施形態１のレーザクラッドバルブシート形成方法によれば、レーザ照射開始部９Ｂにレーザビームｈｖを照射し始める時に、レーザ照射終端部９Ｃの先端面１３にレーザビームｈｖが当たらないようにしているので、レーザ照射終端部９Ｃを溶融させてしまうことを防止することができる。

また、実施形態１のレーザクラッドバルブシート形成方法によれば、レーザ照射終端部９Ｃにレーザビームｈｖを照射し始める時に、レーザ照射終端部９Ｃの先端にレーザビームｈｖが当たらないようにするので、レーザ照射終端部９Ｃの根元から該レーザ照射終端部９Ｃを倒す前にレーザ照射終端部９Ｃの先端を溶融させてしまうことを防止できる。

また、実施形態１のレーザクラッドバルブシート形成方法によれば、リング部９Ａに形成した切欠部１０を基準としてシート材９を保持する治具１４にて該シート材９を、バルブシート形成部位２のレーザクラッド開始位置に合わせて配置するため、レーザクラッド加工開始点の適切な位置にレーザ照射開始部９Ｂを配置することができる。これにより、得られるレーザクラッドバルブシートの品質安定性を高めることが可能となる。

また、実施形態１のレーザクラッドバルブシート形成装置では、シリンダーヘッド１を固定しレーザビームｈｖを旋回させてレーザクラッド加工する構造であるため、シリンダーヘッド１の回転機構が不要となり、装置構成の簡略化並びに装置コストを低減することができる。また、このレーザクラッドバルブシート形成装置の光学系機構部７を複数用意することで、複数のバルブシートを同時にレーザクラッド加工することが可能となる。

「実施形態２」
実施形態２では、レーザ照射開始部９Ｂとレーザ照射終端部９Ｃに対するレーザビームｈｖの焦点位置を高さ方向でずらして、それぞれのレーザ照射開始部９Ｂ及びレーザ照射終端部９Ｃをレーザビームｈｖの照射により溶融させる。

例えば、図７に示すように、レーザ照射開始部９Ｂをレーザクラッド加工する時のレーザ照射位置に対して、レーザ照射終端部９Ｃをレーザクラッド加工する時のレーザ照射位置を高くする（高低差Ｌを持たせる）と、レーザ照射開始部９Ｂにレーザビームｈｖを照射するときに誤ってレーザ照射終端部９Ｃにレーザビームｈｖが照射されてもエネルギー密度が低いため、レーザ照射終端部９Ｃを溶融させてしまうことを防止できる。

「実施形態３」
実施形態３では、レーザ照射開始部９Ｂの先端部に、レーザビームｈｖが照射される複数の角度からなるレーザ照射面を形成した例である。図１０は実施形態３の一例を示す図である。

図１０の例では、レーザ照射開始部９Ｂの先端部に、互いに異なる角度θ２、θ３を持った２つのレーザ照射面１１Ａ、１１Ｂを形成している。先端側のレーザ照射面１１Ｂは、前記リング部９Ａの表面２０とほぼ平行な面としている。他方のレーザ照射面１１Ａは、このリング部９Ａの表面２０から先端側に向かって下方へ傾斜する傾斜面とされている。

図１１の例では、図１０と同じく２つの異なる角度θ４、θ５を持ったレーザ照射面１１Ｃ、１１Ｄを形成している点では図１０と同一である。しかし、図１１では、先端側のレーザ照射面１１Ｄは、先端に向かって上方へ傾斜する傾斜面とされている点で図１０の例とは異なっている。

図１０と図１１の何れの場合も、レーザ照射開始部９Ｂに傾斜面が形成されることで、その部位の肉厚が薄くなり、レーザクラッド加工開始時にシート材（クラッド材）９と母材との界面を溶融させることができる。

実施形態１、２及び図１０、図１１では、何れもレーザ照射開始部９Ｂとレーザ照射終端部９Ｃとを切欠部１０を挟んで完全に分離させた構造であるが、図１２及び図１３の例では、分離させてない構造としている。具体的には、レーザ照射開始部９Ｂに切欠部１０は形成するもののレーザ照射開始部９Ｂとレーザ照射終端部９Ｃを、２つの異なる角度θ６、θ７を持ったレーザ照射面１１Ｅ、１１Ｆで繋いだ状態にある。この例のように２つのレーザ照射面１１Ｅ、１１Ｆでレーザ照射開始部９Ｂとレーザ照射終端部９Ｃを繋いだ構造としても、レーザ照射開始部９Ｂに形成されたレーザ照射面１１Ｅ、１１Ｆによってその部位の肉厚が薄くなり、レーザクラッド加工開始時にシート材９と母材との界面を溶融させることができる。

本発明は、バルブシート合金をシリンダーヘッドへ直接肉盛りする技術に利用することができる。

１…シリンダーヘッド
２…バルブシート部位
３…レーザ照射装置
４…レーザ発振器
５…レーザ発振器制御部
７…光学系機構部
９…シート材（レーザクラッドバルブシートシート材）
９Ａ…リング部
９Ｂ…レーザ照射開始部
９Ｃ…レーザ照射終端部
１０…切欠部（切り欠き）
１１（１１Ａ〜１１Ｆ）…レーザ照射面
１２…レーザ照射開始部の先端面
１３…レーザ照射終端部の先端面
１４…治具
１７…位置基準出し部
１７ａ…先端基準面
１７ｂ…支持面
１８…環状凹溝
１９…肉盛り層

Claims

シリンダーヘッドのバルブシート形成部位に配置され、レーザビームの照射により溶融されて該バルブシート形成部位に肉盛りされることによりレーザクラッドバルブシートとなるレーザクラッドバルブシート用シート材において、
金属粉末からなるリング部と、このリング部の一部に切欠部を有して形成されるレーザ照射開始部と、このレーザ照射開始部の上方に前記リング部から起立したレーザ照射終端部と、からなり、
前記レーザ照射終端部は、前記レーザ照射開始部の上に重なるようにオーバーラップして形成され、
前記レーザ照射開始部の先端肉厚を、他の部位の肉厚よりも薄くした
ことを特徴とするレーザクラッドバルブシート用シート材。
請求項１に記載のレーザクラッドバルブシート用シート材であって、
前記レーザ照射開始部の先端部に、前記レーザビームが照射される一つ又は複数の角度からなるレーザ照射面が形成されている
ことを特徴とするレーザクラッドバルブシート用シート材。
シリンダーヘッドのバルブシート形成部位に、レーザクラッドバルブシート用シート材を配置した後、このシート材にレーザビームを照射し溶融させて該バルブシート形成部位を肉盛ることによりレーザクラッドバルブシートを形成するレーザクラッドバルブシート形成方法において、
前記レーザクラッドバルブシート用シート材を、金属粉末からなるリング部と、このリング部の一部に切欠部を有して形成されるレーザ照射開始部と、このレーザ照射開始部の上方に前記リング部から起立したレーザ照射終端部と、を有した形状とし、レーザ照射終端部は、レーザ照射開始部の上に重なるようにオーバーラップして形成し、更にレーザ照射開始部の先端肉厚を他の部位の肉厚よりも薄く形成しており、
前記レーザビームを前記レーザ照射開始部から照射し始めて前記リング部を円周上に順次照射して行き、前記レーザ照射終端部で照射を終了することにより、前記シート材を溶融するレーザ照射工程で、起立する前記レーザ照射終端部の根元にレーザビームを照射して前記レーザ照射終端部を前記レーザ照射開始部の上に倒し、その倒したレーザ照射終端部を溶融する
ことを特徴とするレーザクラッドバルブシート形成方法。
請求項３に記載のレーザクラッドバルブシート形成方法であって、
前記レーザ照射開始部に前記レーザビームを照射し始める時に、前記レーザ照射終端部の先端に前記レーザビームが当たらないようにする
ことを特徴とするレーザクラッドバルブシート形成方法。
請求項３または請求項４に記載のレーザクラッドバルブシート形成方法であって、
前記レーザ照射終端部に前記レーザビームを照射し始める時に、前記レーザ照射終端部の先端に前記レーザビームが当たらないようにする
ことを特徴とするレーザクラッドバルブシート形成方法。
請求項３から請求項５のうち何れか１項に記載のレーザクラッドバルブシート形成方法であって、
前記レーザ照射開始部と前記レーザ照射終端部に対する前記レーザビームの焦点位置を高さ方向でずらして、それぞれのレーザ照射開始部及びレーザ照射終端部を前記レーザビームの照射により溶融させる
ことを特徴とするレーザクラッドバルブシート形成方法。
請求項３から請求項６のうち何れか１項に記載のレーザクラッドバルブシート形成方法であって、
前記レーザクラッドバルブシート用シート材を前記バルブシート形成部位に配置する際に、前記リング部に形成した切欠部を基準として前記シート材を保持する治具を使用し、この治具にて前記シート材を、前記バルブシート形成部位のレーザクラッド開始位置に合わせてに配置する
ことを特徴とするレーザクラッドバルブシート形成方法。