JPH0192381A

JPH0192381A - マイクロ溶着

Info

Publication number: JPH0192381A
Application number: JP62249239A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Inoue; 潔井上
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1987-10-02
Filing date: 1987-10-02
Publication date: 1989-04-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、ハサミ等の薄くて細長いもの、シリンダの
内面、ピストンの外面、或いは平面状の摺動面に金属、
合金、セラミックス、又はこれらの混合物を析出した後
、その析出した被覆層をレーザ等で処理するようにした
マイクロ溶着に関する。

〔従来の技術〕

従来、発明者はマイクロ溶接による被覆、溶接を提供し
てきた。

マイクロ溶接とは、マイクロ溶接合金、例えばＷＣ−Ｃ
ｏ超硬合金（粉末状又は比較的細棒状等）と母材とが接
触した状態で、レーザ、電子ビーム、プラズマ又は放電
等の熱を与えることにより、マイクロ溶接合金も一部以
上が溶融することがあるが、少なくとも母材表面の一部
を順次に溶融させて、マイクロ溶接合金を母材表面に順
次に溶着被覆させる技術をいうので、以上、放電による
マイクロ溶接を説明すると、これは従来放電衝撃被覆と
か放電被覆と言われていた技術を一部改良したもので、
後者の被覆法は、例えば特公昭５５−６，７０９号公報
、同５９−３５，９９０号公報に記載されているように
、マイクロ溶接合金電極を母材に対して接触開離移動す
る方向と直角に移動せしめつつ放゛辻被覆するか、又は
円形状回転電極を用いて放電被覆する方法装置により１
０〜２０μｍＲｍａｘ程度、又それ以下の表面粗さで平
坦度高く均一な厚さの放電被覆層を得るようにするとか
、例えば特公昭６１−２７，４６９号公報、特開昭５９
−５５，３６２丹公報や同５９−５５，３６３号公報に
記載の如く棒状電極に、中心軸に平行な軸の廻りの回転
を与えつつ放電被覆することにより表面粗さ約１０μｍ
ＲｍａＸ以下で平坦瓜の高く均一な厚さの被覆層を得る
ようにするとか、或いは更に特開昭５８−１４，８７７
号公報等に記載の放電被覆法を採用し得る外、例えば棒
状電極又は好ましくは細い針金状電極材の複数本を結束
して棒状にした電極を母材表面と１０μｍ程度、又はそ
れ以下好ましくは０．５〜５μｍ程度の微細間隙を形成
像たせた状態で、好ましくは電極中心軸又は該軸に平行
な軸の廻りに回転させつつ、電極と母材表面とを相対方
向と直角方向に所定の速度で相対的に走査移動させなが
ら間歇的な電圧パルス又は間歇的な電圧パルスを所定複
数個ずつ間歇的に印加して放電を行なわせることにより
、電極先端が順次消耗するのを母材表面に溶着被覆させ
る非振動型放電被覆方法により表面徂さの少ない被覆を
得るようにする技術が該当するものである。

尚、被覆材には所謂超硬物質の棒状電殉や粉末状の外、
例えば特願昭６１−８０，７９４号、同６１−８６，８
０８号、及び同６１−８６，８０９号等に記載した、軸
方向と直角方向の断面が同軸状に多層状、又は一方向に
平行多層状、或いは中心を通る交叉した一本以上の線に
よって分割された結束又は結合田の字状や放射状の分割
結束又は結合した放電被覆電極を用いるものも有効であ
り、更に一本又は上記複数本等の結合又は結束電極の一
部又は夫々を合金材に予め造っておいて用いるようにす
ることができる。又放電電源としてもコンデンサ利用の
ものの外、電圧パルスのパルス幅、パルス間休止幅、及
び放電電流振幅、或いは更に電圧パルス列の数等の選択
設定等が自在な電子スイッチオン・オフ方式の電圧パル
ス電源、例えば特公昭４６−２８．１６３号公報、同４
６−２８，６１２号公報とか、特公昭５８　１３．６２
３号公報、同５９−４３．’９８９号公報等に記載のも
のを利用し得るものである。

しかして、マイクロ溶接を適用する。例えば鋏の刃先部
のようなものは、寸法、形状が小ざくて薄く、熱容量も
小さいものであるから、マイクロ溶接時に、刃先部が溶
解、更に加温軟化変形等に至らないように、個々の放電
は勿論のこと、時間的な放電エネルギの与え方、刃先各
部に対する位置的、時間的放電エネルギの与え方も精密
に設定及び制御する必要があるものであり、順次溶着被
覆の走査実施に当っても、送り走査を数値制御等によっ
て精密に行なうことが必要なもので、又このことはレー
ザビームとかプラズマ等の熱エネルギを使用する場合も
同様で、このように精密に制御されたマイクロ溶接によ
って実現可能となるものであるが、鋏の刃先部は前述の
如く寸法、形状及び熱容船も小さいから、刃先部に例え
ば特公昭４０−１７，１９７号公報や同３７−１４７号
公報に記載の如き熱吸収体を当接させた状態で放電被覆
等マイクロ溶接を行なうことが、溶融や軟化、変形等の
防止上必要となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

マイクロ溶着は放電やレーザを用い、更には電磁波を加
えて、金属、セラミックス等の基材を他の金属、セラミ
ックス、半導体の基体の表面にウェルディングしてμオ
ーダの厚さで溶着層を得るものであるが、基材と基体の
一部とを同時に溶融して溶着するものであるから、その
溶着層の質及び形状は一義的に定まるものであった。そ
こで本発明は金属溶液又は金属粉粒体を基体表面に供給
すると共にレーザ等のエネルギを供給して基体表面に金
属等を析出させるようにしたものであり、又その間、反
応ガス、還元ガス、不活性ガス等の媒体を制御し、その
媒体中で、合金化、窒化等して変化させた被覆層を得た
後に再び被覆層にレーザ等を照射して凹凸を平均化した
り、微小凹凸を設けてラビリンス効果を得、摩擦係数を
小さくするように被覆層の表面層を改質したものである
。

更にはハサミの刃等薄い基体の局部にレーザ等を照射し
て所定角度向げるようにしたマイクロ溶着を提供するも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

しかして本発明のマイクロ溶着をする基体は、通常用い
る機械部品の外に、刃物のように薄いもの、細いもの、
シリンダ又はピストン状のものや機械部品の１習動而で
あり、基体の材質は金属の伯にセラミックス等が利用さ
れる。その基体上に、ガス、真空等の媒体雰囲気の制御
の下に金属、合金、セラミックス、又はこれらの混合物
、粉粒体又は金属溶液を供給し、その供給した金属溶液
又は金属等粉粒体にレーザ、プラズマ又は放電等のエネ
ルギを供給して、基体上に金属又は化合物を析出して基
体を被覆する被覆層を設けるようにした後に、更にその
被覆層にレーザ等を照射して被ｔＪａｔの表面層の凹凸
面を平均化したり、微小凹凸を設けるようにしたもので
ある。基体がハサミの刃のように薄いものであり、電極
を通して、基体に放電電流又はプラズマを供給する場合
には基体の電流音度が電極の電流密度より充分小さいか
、はぼ等しい程度にする。

一方、薄い基体の特定の位置を照射し、且つその照射回
数を制御して、照射位置から所定の角度に曲げるように
したものである。又、特にセラミックスの基体に潤滑性
の金属等を被覆したり、レーザ等で被覆層に微小凹凸を
加工した摺動面を得るようにしたものである。

〔作用〕

本発明は基体にレーザ等のエネルギ供給の下に金属等を
析出させ、その析出した金属、金属化合物の被覆層にレ
ーザ等を照射するものであるから、マイクロ溶着をする
被覆層に微小凹凸を設けたり、ハサミのように薄い基体
に対しては特定の位置を照射して曲げることにより、刃
先の当りを良くする、すくい加工を同時に行なうことが
できるものである。

〔実施例〕

本発明を例示した図に基づいて説明する。第１図に於て
電極１はスピンドル２に着脱可能に取付け、スピンドル
２はトルクを制御することができる、例えばパウダクラ
ッチ３に取付ける。パウダ振動片４に取付け、振動片４
の端部をねじ等で取付けたヘッド５には撮動片４を振動
させる電磁石６を取付け、励磁コイル７で励磁をする。

ヘッド４を取付けたモータ、又はトルクモータ　８はベ
ース９に取付け、このベース９に取付けた分イド軸１０
は水平なアーム１１にスライドボールベアリング１２に
よって摺動可能に支持し、同じベース９に取付けたスク
リュ１３はアーム１１に、軸受け１４で支持したナツト
１５に螺合する。このナツト１５の回動はナツト１５に
固着したウオームホイール１６に噛合う図示していない
ウオームをアーム１１に取付けたサーボモータ１７で回
動することによってなされ、ベース９を７軸方向に移動
する。被加工体である基体１８は支持台１９に支持し、
この支持台１９は手動、若しくはサーボモータ２０でサ
ドル２１上をＸ軸方向に移動し、サドル２１は手動、若
しくはサーボモータ２２でテーブル２３上をＸ軸と直角
なＹ軸方向に移動する。このテーブル２３を固定したベ
ット２４にはアーム１１を取付けたコラム２５を固定す
るが、図示していないが、このコラム２５はベット２４
の上を移動するようにしてもよい。ベース９に取付けた
ブラケット２６に、ノズル２７を取付け、電極１の先端
部分に図示していない供給装置から金属溶液を供給し、
或いは空気、Ａｒのような不活性ガス、又はＮ２のよう
な反応ガスをボンベ２８から噴射させる。又、ブラケッ
ト２６には基体１８に弾性的に接触して回転するように
構成したＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｂｅ等の放熱材２９を設け
る。この放熱材２９の両端面にはセラミックスのコーテ
ィング２９′を設けることによって、電極１の金属が付
着するのを防止することができる。又電極１と基体１８
とをカバー３０でおおい、その中を減圧したり、ボンベ
２８から、Ａｒような不活性ガス、又はＮ２のような反
応ガスを供給する。

ＮＣ（数値制御）装置３１はサーボモータ１７，２０゜
２２の制御駆動、トルクモータ８の制御駆動、加工電源
３２の制御、パウダクラッチ３のトルクの制御装置３３
の制御及び励磁コイル７の励磁電源３４を制御する。

ＮＣ装置３１で制御するレーザ発］辰器３２から発撮す
るレーザ光３３はハウジング３４内の反射鏡３５で反射
しながら集束レンズ３６によって集束し、基体１８を照
射する。その反射位置にサブハウジング３７を介してボ
ンベ３８内の気体を噴射する。照射するエネルギはレー
ザ光３３の外にプラズマ、放電或いはマイクロウェーブ
等のエネルギが利用できるものであり、このレーザ光３
３等のエネルギを金属粉粒体３９、或いはノズル２７か
ら供給する金属溶液４０に加えて、基体１８上に金属、
或いは酸化物、化合物等を析出させるようにしたもので
あり、必要に応じて、ボンベ２８からカバー３０内に供
給する媒体雰囲気を制御するようにして行なうものであ
る。金属溶液４０とは塩類とか、アルキシドとかが使用
され、反応後のカバー内の排気は図示していない排気装
置で充分に行ない処理するようにして金属化する。

更に又、金属の粉粒体３９等はその金属そのまま使用す
る外に、金属化合物の粉粒体を使用したり、且つ又、金
属粉粒体３９と金属溶液４０とを混合したりして使用す
る。

実験で２００９／ノのシャン止金溶液を０，１１φのノ
ズル内径を有するノズル２７より噴射し、１．５ＣＣ／
秒のｍをＡノ２０３の基体１８上に噴射して、その部分
にＹＡＧレーザ光３光合３０４Ｗ／Ｃｌ１２の密度で照
射したとき、金を生成することができた。

この外に任愚の金属の析出も有効に行なうことができた
のである。又、Ｙ２　Ｂａ　３　ＣＵＯ７δとか、Ｙ　
　１，８Ｂａ　　１，２Ｃｕ　２　ｏｙとか、”ｙ’　
０．４１３　ａｏ、６ｃｕＯ３×の粉末を０２１８％、
Ａ　ｒ８２％の混合ガス中でガス噴射し、１０４Ｗ／ｃ
ｍ２電力密度に相当するＹＡＧレーザ光３光合３射した
とき、０．３ΩＣ１１の比抵抗体を作ることができた。

その基体１８上に生成したものを液体窒素で冷却したと
ころマ・イスナー効果を認めることができ、且つ超電導
状態となった。基体１８が第２図に示すハサミのように
細くて薄い基体１８ａ、或いは第３図に示す鋸刃のよう
な基体１８ｂ及び第５図Ａ、Ｂ、Ｃに示す基体１８Ｃ２
１８（Ｉに放電若しくはプラズマを利用してマイクロ溶
着をするとぎは被覆に使用する材料を電極１又は第４図
に示すパイプ状の電極４１として、この電極４１をＮＣ
装置３１の指令により、振動させながら杉動じ、基体１
８との間で放電（含プラズマ）を発生させて移動方向に
被覆するが、ノズル２７から被覆すべき金属粉粒体３９
、又は金属溶液４０を供給し、この金属粉粒体３９等を
介して電極４１と基体１８ａとの間で放電（含プラズマ
）させて被覆する。この場合電極４１が連続放電するよ
うにパイプ状とし、これを回転、若しくは左右振動、上
下振動を中独に又は組合せながらＮＣ装置３１で希望す
る形状に移動させるようにしたものである。しかして本
発明ではこのように薄い、細い被加工体である基体１８
ａと電極４１とに電流を流して放電させる場合は基体１
８ａの電流密度が電極４１の電流密度より充分に小さい
か、はぼ等しい程度にする。このように薄い、そして細
いハサミのような基体１８ａ１鋸、丸鋸のような基体１
８ｂ、　１８ｃ、　１８ｄの場合は被覆するところは刃
部弁が主で、Ｘ方向の刃と、Ｚ方向の刃と、Ｘ７方向の
刃等立体的に被覆するようになる。又、このように薄く
て細い基体１８ａの刃先は、少しの加熱で高温となり、
熱処理し、焼入れ組成を焼鈍させたり、酸化させたりす
るから、そのような場合は基体１８ａに放熱材２９ａを
バネ４２の弾力で当接するようにするとよい。

第４図に示すものはバネ４２の取付台４３の軸４４に枢
支したコロ４５によって基体１８ａに倣いながら電極４
１と共に移動する。しかし、このようにしても被覆した
被覆層には凹凸があるものであり、その凹凸をもった被
覆層にレーザ光３３を照射することによって被覆層の凹
凸は平均化し、被覆層を直接刃物として利用できる表面
層荒さとし、又より強固な金属層を作ることができたも
のである。

放電を利用して被覆する場合は一般的に放電電流の波高
値ＩＤ１０〜１００Ａ程度、τ１００ｎ〜５００μｓ１
τｏｆｆ　１０μｓ〜１１１１３程度のパルス放電とし
、更にレーザ光３３はＣＯ２％　Ｙ　Ａ　Ｇ等が利用さ
れ、５０Ｗ〜ＩＫＷ程度で利用することができる。又金
属粉粒体３９等にはＷＣＳＢ４　Ｃ，Ｔｔ　Ｂｚ　、Ｔ
ｆＣ，Ｔｉ　Ｎ・・−”・・Ｓｉ　３Ｎ４　、Ｓｉ　Ｃ
，Ｚｒ　Ｃ。

ＭＯｚ　Ｃ，Ｈｆ　Ｃ，ＶＣ，Ａノｎ・・・・・・・・
・等を利用する。レーザ光３３、プラズマ等のエネルギ
を刃物のような薄い基体ｔ８ａに照射した場合は、第７
図Ｃに示すように、照射点は例えば１８００℃を中心と
して、１７００℃、１６００℃となるものであり、その
−部は溶融、軟化し、冷却時には第７図Ｂ、Ａに示すよ
うに、矢印方向の応力を生ずることによって、刃先が曲
るようになる。このことを利用して、第８図に示すよう
にレーザ光３３等により基体１８ａを所定角度αだけ曲
げることができるようになった。

例えば５４０Ｗのレーザ光３３を４　ｍｎ＋φの照射範
囲で１ｍ／ｍｉｎの速さで移動させて曲げることができ
たものであり、１，５ＫＷのレーザ光３３を５　ｍｍφ
の照射範囲で板厚１ｍｍのステンレス鋼板に照射した結
果を第９図に示した。第９図は縦軸に曲げ角度α、横軸
に照射回数をとり、レーザ光３３の移動速度、５ｍ／１
ｎ　、　１０　ｍ、’ｍ＋ｎ　、　１５　ｍ／ｌ１ｌｉ
ｎに於ける実験結果を線図にしたものである。

第１０図Ａ、Ｂに示すものは、シリンダ４６（含ピスト
ン）に於て、衝撃被覆とか放電被覆（含むプラズマ）、
又は電泳者によって被覆した後にレーザ処理するシリン
ダ処理装置を例示したものである。

従来は、シリンダの内面、ピストンの外面に銅の粉末と
ＢＮとを混合した層をＣＯ２レーザを用いて焼結したが
、充分な高密度層を得ることができなかった。本発明は
、この点を改良することができたものである。図に於て
シリンダ４６を、モータ４７で回転することができるロ
ーラ４８，４９．５０で支持し、シリンダ４６を適宜位
置に回転し保持する。

このシリンダ４６の内面又は図示していないピストンの
外周面を被覆する衝撃被覆は特公昭４９−１６．７０６
号公報で開示したものが利用される。第１０図に於ては
第１図等に於て既に説明した構成については、同一符号
を付して説明を省略する。ロー５５１．５１は図示しな
いモータで回動することによって、電極５２に枢支した
線状、帯状の金属、又は金属粉粒体３９を金属箔や破断
し易いポリエチレン等の膜で帯状に包んだ被覆材５３を
電極５４に向けて送り出す。一方、電極５２．５４には
直流電源５５の電気を蓄える大容旦のコンデンサ５６よ
りスイッチ５７を介して大電流を印加する。そして、電
極５４に接触、又は近接した被覆材５３に衝撃的大電流
を流して溶解気化し、はぼ同時に発生する電極５２．５
４間の放電により溶解微粒子となって数マツハオーダの
高速度なる被覆材をシリンダ４６の内面に射突溶着する
。

このようにして溶着した被１１を前述したようにレーザ
光３３による処理を施し、ボンベ３８から供給する反応
ガス等を利用したりして、Ｂ化、窒化、炭化、珪化、合
金化する。特に被覆材としてＶＣｌＷＣ，Ｔｉ　８２．
８４　Ｃ，Ｔｉ　Ｃ，Ｔｉ　３　Ｎ４、Ｓｉ　Ｃ１Ｓｉ
　ｚ　Ｎ４等が利用でき、更に複合層をも作ることがで
きるものである。

基体１８に金属粉粒体３９を被覆するのに前述したもの
外に特公昭４６−３２，４８７号公報で開示したように
、金属箔又は紙上の金属粉粒体３９を介して一対の電極
間にｉ撃放電を発生させ、金属粉粒体３９を音速以上の
速度で飛ばして、基体１８に衝突させ、熱拡散、イオン
拡散により被着した被覆層を得る粉体衝撃被覆を利用す
ることができ、この粉体衝撃被覆後、若しくは同時に、
不活性ガス体、真空、反応ガス、還元ガス等の媒体雰囲
気を制御しながら、レーザ処理して前述の被覆層、更に
複合層も作ることができるものである。

次に、セラミックスの基体１８の面上に潤滑性金属をレ
ーデ、プラズマ、又前述の衝撃被覆、爆着等によって溶
着、被覆し、その被覆層にレーザにより微小凹凸面を形
成したことによって摺動セラミックスが得られることを
例示する。この摺動材としての基体１８は金属セラミッ
クスとの合成材であるサーメットを主体としたものであ
ってもよく、この基体１８に利用するセラミックスには
、例えばＳｉ　Ｃ，Ｓｉ　３　Ｎ４　、ＰＳＺ　（安定
ＺＲ○２、Ｙ２Ｏ３）Ａノ２０３等があり、溶着被覆す
る金属にはＧＳＢＮ、ＭＯ８２、ＷＳ２　、Ａノ２０３
、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、ＣＵ等
が存在する。これ等の潤滑性金属をセラミックスの基体
１８に溶着して摺動セラミックスのテスト結果を第１５
図に示した。この図に於ける線図は縦軸に摩擦ｌ＋ｎｍ
＄、横軸に摺動距離ｋｍをとったものであり、加圧力１
晦、移動速度は１８Ｃ＋ｌ　／　ｓｅｃでテストした。

ＳｉＣと３ｉ　３　Ｎ４とを接触させた結果、無処理の
場合は線図１のようになり、ＦＣＤ材にレーザを照射し
、深さ３μｍ　Ｈｍａｘ　、フリネルＨＢＷ３１２のベ
イナイト層としてテストを行なった結果は、線図■のよ
うになった。それに対して、１０μｍのＦｅとＭＯを３
層設けた場合は線図■、２０．ｃｚｍのＴｉＮ５０％の
場合は線図■、ＢＮ５０％とＴｉＮ５０％の層の場合は
線図Ｖに示すものとなり、レーザ処理をしたマイクロ溶
着の被覆層を有するものは、線図■、■、■に示すよう
に耐摩耗性の効果が明らかとなったものである。

前述のように基体１８にセラミックス材を耐摩耗性材と
して摺動（含軸受）に利用するとき、表面に微小凹凸を
加工してなるもの、且つ合成層を生成するようにしたも
のであって、その際レーザｄｗ／ｄｔを制御するように
したことについて例示する。

基体１８として用いる石材とか、サーメット、セラミッ
クスは熱膨脹係数が小さく、耐熱性が高く、熱１云導度
が大きいから耐摩耗性材として摺動材、軸受材、バルブ
材等に利用される。しかし、これらは本質的に脆性材で
ある。結晶粒用の不均一性や気孔が存在することから安
定して利用するには大きな欠点があった。そして従来の
セラミックスの摺動面は摩耗によって生じたチップ類が
摺動部分に介在して更に摩耗を促進する。その欠点を阻
止するために、マイクロ溶着により合成層を設けたり、
その合成層、被覆層の表面をレーザ処理して微小凹凸を
設けることについて述べてきたが、次にその微小凹凸の
大きさによる効果の差を例示した図によって説明する。

第１１図に凹凸の断面第１２図に平面を示したが、その
凹凸の孔の径りと深さＨとの関係ト１：ｄが１：５〜１
：１０程度となるようにし、凹凸部の径りと間隔Ｔとの
関係Ｄ：王が１：１〜１：５程度をもった凹凸をつけ、
更に必要な材質を摺動面に合成するようにした。更にレ
ーザ等の光エネルギＷと供給時間Ｔとの関係を制御して
、より使用上有効な微小凹凸を作るようにしたものであ
る。実験ではＳｉＣの基体１８の表面上にピッチＴが１
５０μ、深さＨが５μ、径りが３０μの凹凸を設け、５
ｉＣ３Ｎ４の摺動面にＩ’ｅ／ｃｍ２の荷重で当接し、
１８ｃｍ／ｓｅａの速度で移動した結果を第１３図に示
した。

この図は左の縦軸に摩擦係数μ、左の縦軸に消耗ｆｆｌ
＋ｎｓ、横軸に移動距離ｋｍをとった線図にしたもので
あって、摩擦係数は線図ａ１摩耗ｍは線図すのような結
果となった。

ピッチＴが５００μ以上になれば摩擦係数μは線図Ａに
示すようにほぼ０．１８となって効果がうすれ又深さＨ
を１５μとしたとき、線図Ｂに示すように摩耗量が増大
するので、深さ）」は１０μｍａｘ程度が有利どなる。

しかして深さＨは２〜１０μ程度が実用的であった。こ
のようにして表面に耐摩、高硬度材の合成層を生成する
物質としては金属炭化物、窒化物、硼化物、炭素（含ダ
イヤ）酸化物、珪化物、カルコゲン等の混合物が主体と
なる。

実験では基体１８の摺動面がＳｉＣとＳｉＣとの組合せ
とか、一方がＳｉＣであるときの摩擦係数μは約０．２
程度になったものであり、このＳｉＣの基体１８の表面
に炭素を含む炭化水素、軽油を塗着して、これに照射す
るＹＡＧレーザは、立ち上りｄｗ／ｄｔに於ける、ｄｗ
は　１００ＫＷ、　ｄｔＧよ２０　ｎ秒とした後、矩形
的にビークパワー３００ＫＷで約１５０ｎ秒のパルスを
加えたとき、断面が滑らかな微小凹凸となり、その微小
凹凸はラビリンスとしての目的も達することができ“た
。そして、レーザを照射した結果生成したした黒鉛の存
在が有効に作用し、摩擦係数μは０．０１〜０．０８程
−度となり、摩耗も極めて少なく、比摩耗＠　Ｗ　＝　
０．３ｘ　１０’ｌ　ｍｍ２／晦となり有効であった。

次の実験では、ＰＳＺ　（Ｚｒ　Ｏｚ　、Ｙ２０３　）
の部分安定化ジルコニヤ材を基体１８とし、この基体１
８の表面にＡノ２０３−５０ＷＯ３の平均粒径１μφの
層を０．３ｍｍ　ｔ　（厚さ）に塗着く水バインダ）し
た後レーザ照射したとき、１．５　ｍ／ｍｉｎの速度で
表面層にＡノ２０３．２Ａノ２０３３ＷＯ３で、硬さ）
（ｖ３１００の層を生成溶着することができ、そのとき
の表面層の微小凹凸の径り値は１０μ、深さＨ値は６μ
となって、摩擦係数μは０．１８比摩耗ｆｆ１Ｗは６ｘ
　１０’ｌ　ｍｍ２　／　ｋｔとなった。又、これに限
らず基体１８の母層と表面層とを任意に制御することが
できたものである。

又、窒素ガス中でＢＮＩＵを生成したときｒ！ｌｔａ係
数μは、０．０６となり極めて有効であった。又材料と
してはＴｉ　Ｂ２　、Ｃｒ　８２　、Ｚｒ　Ｂｌ！　Ｎ
ｂ　Ｂｚ、ＭＯＢＳＴａＢｚ、Ｗｅ、Ｂ４Ｃ，Ｔｉｃ、
ＶＣ，Ｚｒ　Ｃ１Ｎｂ　Ｃ，Ｍｏ　Ｃ，Ｔａ　Ｃ，ＢＮ
、ＡＩ！Ｎ、Ｔｉ　Ｎ、ＶＮＳＺｒ　Ｎ、Ｔａ　Ｎ、Ｍ
Ｏ２Ｓｔ、ＴｉＳｉ２、ＶＳｉ２、Ｃｒ５ｔｚ、Ｚｒ５
ｉｚ、Ｎ１）Ｓ！ｚ、ＭＯ８ｉ２ＴａＳｔ２．ＷＳｉ２
等を混合、複合して利用することができ、−船釣１．：
Ｇ；ｔｓｉ　３　Ｎｓ　、Ｓｉ　Ｃ，ＡＪ’２０３、Ｚ
ｒｏｚ系のものが主に利用される。又天然石材が基体１
８の母材として利用され、特に大型寸法のものでは有利
となり、その母材の組合せデータを第１４図に示した。

次に、基体１８の摺動面に於て、ｖｆＪ撃的若しくは放
電（含プラズマ、電泳肴）によって粉体若しくは固体（
含焼結体）で表面被覆した後若しくは同時にレーザ処理
して微小凹凸形状の面とした実験例を記載する。

この基体１８の摺動面は、ネジ面、ナツト面、更に工作
機械等の摺動面等精密なテーブルとか種々する面の接触
面を改良することができるものである。従来のこれらの
摺動部分の多くはボールとかローラ等を用いた転動体に
よって製作されているものが多い。しかしこのような構
成は加圧が変化すると、加圧点に於けるローラとかボー
ルの接点は３ケ所程度であるから、加圧力が増大するこ
とにより歪みながら次々に接するようになるために一種
のステックスリップ動作となる欠点がある。

又、このような摺動部材には熱彫版係数の制御された材
料を用いたものであり、焼入れバーは通常１０Ｘ　１０
’程度の彫版係数の材料を用いて作り、このバーにロー
ラ、ボール等を組合せて用いるが、往々にして熱彫版係
数の制御された任意の材料が利用できないという欠点が
ある。又精度を出すためにネジとかテーブルの摺動面に
ブレードを加えると一般的にＩ！！擦係数は０．１程度
に大きくなる等の欠点があったが、本発明のマイクロ溶
告面はこれ等の欠点を完全に防止したものである。

例えば、５００ｘ３００　＋ｎｍの大きさで耐荷重５０
０　ｋｓのテーブルに於て比較したとき、次のような結
果どなり、本発明の効果が明らかとなった。

次にパルス放電を利用してマイクロ溶着をした実験例を
記載する。

実験例１：ＷＣに８３％、Ｎｉ４％、Ｆｅ２％を含む電
慢１を２５０Ｏｒｐｍで回転させながら、１５０ｍｍ　
／ｍｉ０の速度で移動し、その電極１に電流波高値Ｉｐ
４０Ａ、　ｒｏｎ１５μｓ　１ｒａｆｒ１５μｓのパル
ス電流を印加して処理した。電極内よりＷＣ粉を供給し
て層の厚さ５５μｍとした後１０’Ｗ／ｃｍ２のＹＡＧ
レーザを、１２０μｍの径で照射し、１．５　ｍ／ｍｉ
ｎの速さで移動しながら処理した結果、円形の線を連続
しで連ねた模様の表面どなり、レーザ処理後凹凸は４μ
ｍとなった。

実験２：ＷＣに３％Ｎｉを含む電極を用い、ＷＣ５０％
どＴｉ０５０％との粉末を混合した粒径５μφのパウダ
をＮ２気流噴出中で、電極に電流波高値Ｉ　ｐ　４０Ａ
、　ｒｏｎ２０μｓ　、τｏｆｆ　２０μｍｓのパルス
電流印加して、１５０　ｍｍ／ｍｉｎの速度で電極を移
動し処理したところ、厚さ５５μｍの層となり、その層
をレーザ処理した後の凹凸は６μｍとなった。

′ｆＪ撃被覆は前述した線爆着、放電粉体被覆の外にＨ
２Ｏ２（含アセヂレン酸素等）燃焼衝撃被覆等があり、
その外に金属粉粒体３９を１００〜１ｏｏｏ。

ｋｇｒ／ｃｍ２で加圧又は回転加圧した後にレーデ（含
プラズマ）で焼結、接着して表面硬化する方法をも提供
するものである。又、これ等の作業は窒素ガス中で処理
し、金属粉粒体３９に磁性材を選ぶことができるもので
ある。

〔発明の効果〕

本発明のマイクロ溶着は基体に供給して金属、合金、セ
ラミックス又はこれ等の混合物、粉粒体又は金属溶液に
レーザ、放電（含プラズマ）等のエネルギを供給して基
体表面に金属又は化合物を析出するものであるから、従
来のように被覆材をそのまま溶着して被覆するのではな
く、溶着する過程で、特定の金属等を析出させ、又媒体
ガスと反応させて化合物等を析出させて、溶着するもの
である。その作用は溶着と同時か、溶着後再度供給する
レーザ処理に於てなすこともでき、そのレーザ処理によ
って生成した微小凹凸は耐摩性を増長する効果を有する
。従って本発明によれば例えば特殊な用途に用いる薄く
て、細いハサミの刃先に、従来熱処理では得られなかっ
た硬質の被覆層、耐１１耗性の被覆層を得ることができ
、レーザ処理するレーザを利用して、所定角度曲げるこ
とによって必質なずくい角を形成することができたもの
である。

第１６図に於て示す写真は丸鋸の刃先であり、このよう
な刃先形状の丸鋸で厚さ３０１１１ｍの木材を総計１２
００　ｍの長さに渡って切断した結果、従来の丸い鋸の
刃先は第１１図に於ける写真のように多く摩耗したが、
本発明のマイクロ溶着を施した刃先は第１８図に於て示
す写真のように摩耗が少ないものであった。両者の摩耗
を測定した結果、第１９図に示すように従来の刃先の摩
耗線８以上の摩耗量が約２．４２ｍｍ　３であるのに対
して、本発明のマイクロ溶着を施した刃先の摩耗線す以
上の摩耗量は約０．８１ｍｍ　３であり、本発明のマイ
クロ溶着層は約３倍の耐摩耗性の効果があることを示し
たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する装置を例示した図、第２図、
第３図は本発明を実施して効果のあるも、の示した図、
第４図は本発明の実施例を例示した図、第５図Ａは本発
明を実施して効果のあるものを例示した図、第５図Ｂは
第５図Ａを７矢視した側面図、第５図Ｃは第５図Ｂの変
形した他の実施例図、第６図は本発明の実施を例示した
図、第７図Ａ、Ｂ、Ｃは本発明実施の経緯状態を例示し
た図、第８図は本発明の作用を例示した図、第９図は第
８図に於ける本発明の効果を示した図、第１０図Ａは本
発明を実施する他の装置を例示した図、第１０図Ｂは第
１０図Ａ＠Ｘ矢視した部分の図、第１１図は本発明に於
けるレーザ処理したマイクロ♂着層の断面図、第１２図
は本発明に於けるレーザ処理したマイクロ溶着層の平面
図、第１３図は本発明に於けるマイクロ溶着層の効果を
示した図、第１４図は本発明を実施した複数のもの組合
せによる効果を示した図、第１５図は本発明を実施した
ことによる効果を示した図、第１６図は丸鋸の刃先を写
真で例示した図、第１７図は従来の丸鋸を使用した後刃
先を写真で例示した図、第１８図は本発明を施した丸鋸
を使用した後の刃先を写真で例示した図、第１９図は第
１６図、第１７図、第１８図を図面として比較した図で
ある。１・・・・・・・・・電極１８・・・・・・・・・基体２７・・・・・・・・・ノズル２８・・・・・・・・・ボンベ２９・・・・・・・・・放熱材３０・・・・・・・・・カバー３１・・・・・・・・・ＮＣ装置３２・・・・・・・・・レーザ発振機３３・・・・・・・・・レーザ光３８・・・・・・・・・ボンベ３９・・・・・・・・・金属粉粒体４０・・・・・・・・・金属溶液４１・・・・・・・・・電極４６・・・・・・・・・シリンダ５２・・・・・・・・・被覆材第７図　　　　　　　　第８図８ｃａ減第１２図０　　１０　２０　　：ＳＯ４０５０ｋｔｒＬ摺動長さ
ｋｍ摩　　　　第１５図徽４ ■ 慴勧ｋｎ第７６）〕第７７）招第７．！Ｐ図第１ブ　圓手　　続　　ネｆｌｆ　　　ｉＥ　　　書（方式）％式
％１、事件の表示昭和６２年　特　許願　第２４９，２３９号２、発明の
名称マイクロ溶着３、補正をする者事件との関係　　　　特許出願人住　所　神奈川県横浜市緑区長津田町字道正５２８９番
地４、補正命令の日付　　　昭和６２年１２月２２日５
６補正の対象　　図面の簡単な説明の欄づ（１）明ＩＩ書第３０頁第１９行〜第３１頁第２行の［
第１６図は・・・・・・・・・例示した図」を「第１６
図は丸鋸の刃先を顕微鏡で拡大した金属！ｌ織の写真、
第１７図は従来の丸鋸を使用した後の刃先を顕微鏡で拡
大した金属組織の写真、第１８図は本発明を施した丸鋸
を使用した後の刃先を顕微鏡で拡大した金属組織の写真
、」と補正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マイクロ溶着をする基体と、この基体に金属溶液
又は金属粉粒体を供給し、この供給した金属溶液又は金
属粉粒体にレーザ、放電、又はプラズマ等のエネルギを
供給して金属溶液又は溶融した金属粉粒体から前記を基
体に金属又は金属化合物を析出して基体を被覆する被覆
層を設け、その被覆層に再度前記エネルギを供給して、
微小凹凸、高密度或いは平滑化する等被覆層の表面層を
改質するマイクロ溶着。
（２）金属又は金属化合物を析出し、析出した表面層の
改質をするのが、ガス、霧等の媒体中でなされ、且つそ
の媒体を制御する特許請求の範囲第１項に記載のマイク
ロ溶着。
（３）基体が薄いもの、細いものであるとき、基体の電
流密度が、基体に放電電流を流す電極の電流密度以下に
なるようにした特許請求の範囲第１項に記載のマイクロ
溶着。
（４）表面層が凹凸をレーザで平均化されてなる特許請
求の範囲第１項に記載のマイクロ溶着。
（５）基体が薄いものである場合に、供給したレーザ又
はプラズマを制御し、その照射した位置から基体を所定
角度曲げるようにした特許請求の範囲第１項に記載のマ
イクロ溶着。
（６）基体がシリンダ又はピストン等の摺動体である場
合に、金属を供給するのが衝撃被覆による特許請求の範
囲第１項に記載のマイクロ溶着。
（７）表面層が不活性ガス、反応ガス、還元ガス等の媒
体を制御し、且つレーザを照射してＢ化、窒化、炭化、
珪化、又は合金化等の処理をした特許請求の範囲第１項
に記載のマイクロ溶着。
（８）表面層がレーザで微小凹凸を設けてなる特許請求
の範囲第１項に記載のマイクロ溶着。
（９）基体がセラミックスであり、且つ溶着して被覆す
る金属が潤滑性金属である特許請求の範囲第１項に記載
のマイクロ溶着。
（１０）基体がセラミックスであり、表面にレーザ等で
微小凹凸を加工してなる特許請求の範囲第１項に記載の
マイクロ溶着。
（１１）基体に金属粉粒体を供給するのが、金属粉粒体
を基体に加圧してなる特許請求の範囲第１項に記載のマ
イクロ溶着。