JPH10277761A - レーザ肉盛り方法及び装置 - Google Patents
レーザ肉盛り方法及び装置Info
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- JPH10277761A JPH10277761A JP9091108A JP9110897A JPH10277761A JP H10277761 A JPH10277761 A JP H10277761A JP 9091108 A JP9091108 A JP 9091108A JP 9110897 A JP9110897 A JP 9110897A JP H10277761 A JPH10277761 A JP H10277761A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 肉盛り用粉末をシリンダヘッドのバルブシー
ト部に供給し、かつレーザビームを照射して肉盛り部を
形成する際に、肉盛りの幅方向両端近傍において肉盛り
高さが低くなるのを防止し、歩留り等の向上を図る。 【解決手段】 シリンダヘッド１のバルブシート部に肉
盛り粉末を供給し、供給された肉盛り粉末に対して、レ
ーザビームを肉盛り方向（Ｐ）と垂直な幅方向（Ｌ）に
オシレートしつつ照射し、シリンダヘッドの一部及び肉
盛り粉末３を同時に溶融させて肉盛り部を形成する際
に、レーザビームの被肉盛り領域における見掛け上のパ
ワー密度分布のピーク位置及び被肉盛り領域に供給され
た肉盛り粉末３の肉盛り方向と垂直な幅方向（Ｌ）にお
ける供給密度分布のピーク位置を相対応する位置に設定
する。
ト部に供給し、かつレーザビームを照射して肉盛り部を
形成する際に、肉盛りの幅方向両端近傍において肉盛り
高さが低くなるのを防止し、歩留り等の向上を図る。 【解決手段】 シリンダヘッド１のバルブシート部に肉
盛り粉末を供給し、供給された肉盛り粉末に対して、レ
ーザビームを肉盛り方向（Ｐ）と垂直な幅方向（Ｌ）に
オシレートしつつ照射し、シリンダヘッドの一部及び肉
盛り粉末３を同時に溶融させて肉盛り部を形成する際
に、レーザビームの被肉盛り領域における見掛け上のパ
ワー密度分布のピーク位置及び被肉盛り領域に供給され
た肉盛り粉末３の肉盛り方向と垂直な幅方向（Ｌ）にお
ける供給密度分布のピーク位置を相対応する位置に設定
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸排気
バルブが着座するバルブシートを金属粉末を用いてレー
ザ肉盛りする方法及び装置に関する。
バルブが着座するバルブシートを金属粉末を用いてレー
ザ肉盛りする方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車用エンジンのアルミニウム合金製
シリンダヘッドにおいて、吸排気バルブの座面であるバ
ルブシートを肉盛りにより形成する場合、図１に示すよ
うに、シリンダヘッド１の被肉盛り領域２に対して供給
ノズル６から肉盛り材料としての金属粉末３を供給しつ
つ、加工用レーザビーム４を照射し、シリンダヘッド１
の一部と金属粉末３とを同時に溶融させて、肉盛り部５
を形成している。
シリンダヘッドにおいて、吸排気バルブの座面であるバ
ルブシートを肉盛りにより形成する場合、図１に示すよ
うに、シリンダヘッド１の被肉盛り領域２に対して供給
ノズル６から肉盛り材料としての金属粉末３を供給しつ
つ、加工用レーザビーム４を照射し、シリンダヘッド１
の一部と金属粉末３とを同時に溶融させて、肉盛り部５
を形成している。
【０００３】この種の肉盛りは、バルブシートの耐熱
性、耐摩耗性，耐蝕性等の向上を図るために行われてお
り、この肉盛りに用いられる金属粉末及び肉盛りの形成
手法としては、特開平８−３５０２７号公報、特開昭６
２−１５００１４号公報等に示されるものがある。
性、耐摩耗性，耐蝕性等の向上を図るために行われてお
り、この肉盛りに用いられる金属粉末及び肉盛りの形成
手法としては、特開平８−３５０２７号公報、特開昭６
２−１５００１４号公報等に示されるものがある。
【０００４】また、この従来のレーザ肉盛り方法におい
ては、図２に示すように、１つの粉末出口６ａを有する
供給ノズル６から肉盛り粉末３を供給しつつ、肉盛り方
向Ｐに対して垂直な幅方向Ｌに所定振り幅でオシレート
されるレーザビーム４を照射して肉盛り加工を行ってい
た。
ては、図２に示すように、１つの粉末出口６ａを有する
供給ノズル６から肉盛り粉末３を供給しつつ、肉盛り方
向Ｐに対して垂直な幅方向Ｌに所定振り幅でオシレート
されるレーザビーム４を照射して肉盛り加工を行ってい
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レーザ肉盛り方法にあっては、供給ノズル６から被肉盛
り領域２に供給された肉盛り粉末が、レーザビーム４の
オシレート方向Ｌにおいてその振り幅の両端に対応する
領域が低く、振り幅の中央に対応する領域が高くなるよ
うな形状に堆積されることになる。
レーザ肉盛り方法にあっては、供給ノズル６から被肉盛
り領域２に供給された肉盛り粉末が、レーザビーム４の
オシレート方向Ｌにおいてその振り幅の両端に対応する
領域が低く、振り幅の中央に対応する領域が高くなるよ
うな形状に堆積されることになる。
【０００６】従って、例えば、エンジンのバルブシート
を形成する際に、このように中央部が高く堆積した肉盛
り粉末にレーザビーム４を照射して肉盛り加工を施して
も、特にレーザビームのオシレート方向両端部領域にお
いて肉盛り高さが十分でなく、肉盛り部に機械加工を行
ってバルブシートの形状に仕上げようとしても欠損部が
生じて、要求される形状が得られない場合がある。
を形成する際に、このように中央部が高く堆積した肉盛
り粉末にレーザビーム４を照射して肉盛り加工を施して
も、特にレーザビームのオシレート方向両端部領域にお
いて肉盛り高さが十分でなく、肉盛り部に機械加工を行
ってバルブシートの形状に仕上げようとしても欠損部が
生じて、要求される形状が得られない場合がある。
【０００７】また、肉盛りが必要とされる被肉盛り領域
に対して、この肉盛り加工が微妙にずれた状態で行われ
ると、上述欠損部の発生をさらに助長することになる。
に対して、この肉盛り加工が微妙にずれた状態で行われ
ると、上述欠損部の発生をさらに助長することになる。
【０００８】その結果、上述従来の肉盛り加工方法にあ
っては、歩留りが悪くなり製造コストが高くなるという
問題があった。
っては、歩留りが悪くなり製造コストが高くなるという
問題があった。
【０００９】上記従来技術の問題点に鑑み、本発明は、
必要とされる肉盛り形状が安定して得られ、生産性に優
れたレーザ肉盛り方法及びその装置を提供することを目
的とする。
必要とされる肉盛り形状が安定して得られ、生産性に優
れたレーザ肉盛り方法及びその装置を提供することを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ肉盛
り方法は、請求項１に記載されているように、基材の被
肉盛り領域に肉盛り材料を供給し、供給された肉盛り材
料に対して、レーザビームを肉盛り方向と垂直な幅方向
にオシレートしつつ照射し、基材の一部及び肉盛り材料
を同時に溶融させて肉盛り部を形成するレーザ肉盛り方
法であって、上記レーザビームの被肉盛り領域における
見掛け上のパワー密度分布のピーク位置及び上記被肉盛
り領域に供給される肉盛り材料の肉盛り方向と垂直な幅
方向における供給密度分布のピーク位置を相対応する位
置に設定することを特徴としている。
り方法は、請求項１に記載されているように、基材の被
肉盛り領域に肉盛り材料を供給し、供給された肉盛り材
料に対して、レーザビームを肉盛り方向と垂直な幅方向
にオシレートしつつ照射し、基材の一部及び肉盛り材料
を同時に溶融させて肉盛り部を形成するレーザ肉盛り方
法であって、上記レーザビームの被肉盛り領域における
見掛け上のパワー密度分布のピーク位置及び上記被肉盛
り領域に供給される肉盛り材料の肉盛り方向と垂直な幅
方向における供給密度分布のピーク位置を相対応する位
置に設定することを特徴としている。
【００１１】また、本発明に係るレーザ肉盛り方法は、
請求項２に記載されているように、上記見掛け上のパワ
ー密度分布のプロフィルと上記肉盛り材料の供給密度分
布のプロフィルとを略同一形状に設定することを特徴と
している。
請求項２に記載されているように、上記見掛け上のパワ
ー密度分布のプロフィルと上記肉盛り材料の供給密度分
布のプロフィルとを略同一形状に設定することを特徴と
している。
【００１２】また、本発明に係るレーザ肉盛り方法は、
請求項３に記載されているように、上記肉盛り材料が、
少なくともその供給出口において２分された２つの通路
を介して被肉盛り領域に供給されることを特徴としてい
る。
請求項３に記載されているように、上記肉盛り材料が、
少なくともその供給出口において２分された２つの通路
を介して被肉盛り領域に供給されることを特徴としてい
る。
【００１３】また、本発明に係るレーザ肉盛り方法は、
請求項４に記載されているように、上記２つの通路の出
口の各々の中心位置と上記レーザビームのオシレート方
向における両端でのスポットの各々の中心位置とを一致
させることを特徴としている。
請求項４に記載されているように、上記２つの通路の出
口の各々の中心位置と上記レーザビームのオシレート方
向における両端でのスポットの各々の中心位置とを一致
させることを特徴としている。
【００１４】さらに、本発明に係るレーザ肉盛り装置
は、請求項５に記載されているように、基材の被肉盛り
領域に肉盛り材料を供給する供給手段と、供給された肉
盛り材料に対して、レーザビームを肉盛り方向と垂直な
幅方向にオシレートしつつ照射するレーザビーム照射手
段とを備え、基材の一部及び肉盛り材料を同時に溶融さ
せて肉盛り部を形成するレーザ肉盛り装置であって、上
記供給手段は、少なくともその供給出口において２分さ
れた２つの通路を形成する供給ノズルを有することを特
徴としている。
は、請求項５に記載されているように、基材の被肉盛り
領域に肉盛り材料を供給する供給手段と、供給された肉
盛り材料に対して、レーザビームを肉盛り方向と垂直な
幅方向にオシレートしつつ照射するレーザビーム照射手
段とを備え、基材の一部及び肉盛り材料を同時に溶融さ
せて肉盛り部を形成するレーザ肉盛り装置であって、上
記供給手段は、少なくともその供給出口において２分さ
れた２つの通路を形成する供給ノズルを有することを特
徴としている。
【００１５】さらに、本発明に係るレーザ肉盛り装置
は、請求項６に記載されているように、上記供給ノズル
が、肉盛り方向と垂直な幅方向に配列された２つのノズ
ルからなることを特徴としている。
は、請求項６に記載されているように、上記供給ノズル
が、肉盛り方向と垂直な幅方向に配列された２つのノズ
ルからなることを特徴としている。
【００１６】さらに、本発明に係るレーザ肉盛り装置
は、請求項７に記載されているように、上記２つのノズ
ルの出口における中心間距離を調節する調節手段を有す
ることを特徴としている。
は、請求項７に記載されているように、上記２つのノズ
ルの出口における中心間距離を調節する調節手段を有す
ることを特徴としている。
【００１７】
【発明の効果】本発明の請求項１に係るレーザ肉盛り方
法によれば、レーザビームの被肉盛り領域における見掛
け上のパワー密度分布のピーク位置と被肉盛り領域に供
給される肉盛り材料の肉盛り幅方向における供給密度分
布のピーク位置とが相対応する位置に設定されることか
ら、レーザビームの高エネルギ領域に肉盛り材料がより
多く供給されることになる。
法によれば、レーザビームの被肉盛り領域における見掛
け上のパワー密度分布のピーク位置と被肉盛り領域に供
給される肉盛り材料の肉盛り幅方向における供給密度分
布のピーク位置とが相対応する位置に設定されることか
ら、レーザビームの高エネルギ領域に肉盛り材料がより
多く供給されることになる。
【００１８】従って、レーザビームのエネルギが効率良
く利用されて肉盛り材料等を溶融させ、肉盛りの幅方向
両端近傍においても所望の高さをもつ肉盛り部を安定し
て形成することができ、これにより、肉盛り製品の歩留
り及び生産性を向上させることができるという優れた効
果がもたらされる。
く利用されて肉盛り材料等を溶融させ、肉盛りの幅方向
両端近傍においても所望の高さをもつ肉盛り部を安定し
て形成することができ、これにより、肉盛り製品の歩留
り及び生産性を向上させることができるという優れた効
果がもたらされる。
【００１９】本発明の請求項２に係るレーザ肉盛り方法
によれば、レーザビームの被肉盛り領域における見掛け
上のパワー密度分布のプロフィルと被肉盛り領域に供給
される肉盛り材料の肉盛り幅方向における供給密度分布
のプロフィルとが略同一形状に設定されることから、肉
盛り材料が被肉盛り領域により均一に供給され、又、レ
ーザビームのエネルギがより一層効率良く利用されて肉
盛り材料等を溶融させることで、肉盛り幅方向両端近傍
においても所望の高さをもつ肉盛り部をより安定して形
成することができるという優れた効果がもたらされる。
によれば、レーザビームの被肉盛り領域における見掛け
上のパワー密度分布のプロフィルと被肉盛り領域に供給
される肉盛り材料の肉盛り幅方向における供給密度分布
のプロフィルとが略同一形状に設定されることから、肉
盛り材料が被肉盛り領域により均一に供給され、又、レ
ーザビームのエネルギがより一層効率良く利用されて肉
盛り材料等を溶融させることで、肉盛り幅方向両端近傍
においても所望の高さをもつ肉盛り部をより安定して形
成することができるという優れた効果がもたらされる。
【００２０】本発明の請求項３に係るレーザ肉盛り方法
によれば、肉盛り材料が、少なくともその供給出口にお
いて２分された２つの通路を介して被肉盛り領域に供給
されることから、肉盛り材料の供給密度分布において中
央から外れた両側に２つのピークを設けることができ、
これにより、この２つのピーク位置をレーザビームのパ
ワー密度分布のピーク位置に容易に対応させることがで
きるという優れた効果がもたらされる。
によれば、肉盛り材料が、少なくともその供給出口にお
いて２分された２つの通路を介して被肉盛り領域に供給
されることから、肉盛り材料の供給密度分布において中
央から外れた両側に２つのピークを設けることができ、
これにより、この２つのピーク位置をレーザビームのパ
ワー密度分布のピーク位置に容易に対応させることがで
きるという優れた効果がもたらされる。
【００２１】本発明の請求項４に係るレーザ肉盛り方法
によれば、肉盛り材料を供給する２つの通路の出口にお
ける各々の中心位置とレーザビームのオシレート方向に
おける両端でのスポットの各々の中心位置とを一致させ
ることから、肉盛り材料が最も多く供給される領域にレ
ーザビームの最もエネルギの高い領域が対応することに
なり、これにより、レーザビームのエネルギが肉盛り材
料全体により均一に導かれて、より均一化された高さを
もつ肉盛り部を形成することができるという優れた効果
がもたらさる。
によれば、肉盛り材料を供給する２つの通路の出口にお
ける各々の中心位置とレーザビームのオシレート方向に
おける両端でのスポットの各々の中心位置とを一致させ
ることから、肉盛り材料が最も多く供給される領域にレ
ーザビームの最もエネルギの高い領域が対応することに
なり、これにより、レーザビームのエネルギが肉盛り材
料全体により均一に導かれて、より均一化された高さを
もつ肉盛り部を形成することができるという優れた効果
がもたらさる。
【００２２】本発明の請求項５に係るレーザ肉盛り装置
によれば、出口にて２分された通路を形成する供給ノズ
ルを介して、肉盛り材料を被肉盛り領域に供給すること
で、肉盛り材料を幅方向に分散させて供給することがで
き、これにより、肉盛りの幅方向両端近傍においても所
望の高さをもつ肉盛り部を容易に形成することができる
という優れた効果がもたらされる。
によれば、出口にて２分された通路を形成する供給ノズ
ルを介して、肉盛り材料を被肉盛り領域に供給すること
で、肉盛り材料を幅方向に分散させて供給することがで
き、これにより、肉盛りの幅方向両端近傍においても所
望の高さをもつ肉盛り部を容易に形成することができる
という優れた効果がもたらされる。
【００２３】本発明の請求項６に係るレーザ肉盛り装置
によれば、肉盛り材料を供給する供給ノズルが、肉盛り
の幅方向に配列された２つのノズルにより形成されてい
ることから、肉盛り材料を幅方向に分散させて供給する
ことができるのはもちろんのこと、２つのノズルの出口
における中心間距離をレーザビームの見掛け上パワー密
度分布の両ピーク間隔に応じた所望の寸法に予め設定し
て形成することができ、これにより、上述の如き所望の
高さをもつ肉盛り部を安定して形成することができると
いう優れた効果がもたらされる。
によれば、肉盛り材料を供給する供給ノズルが、肉盛り
の幅方向に配列された２つのノズルにより形成されてい
ることから、肉盛り材料を幅方向に分散させて供給する
ことができるのはもちろんのこと、２つのノズルの出口
における中心間距離をレーザビームの見掛け上パワー密
度分布の両ピーク間隔に応じた所望の寸法に予め設定し
て形成することができ、これにより、上述の如き所望の
高さをもつ肉盛り部を安定して形成することができると
いう優れた効果がもたらされる。
【００２４】本発明の請求項７に係るレーザビームの肉
盛り装置によれば、２つのノズルの出口における中心間
距離を調節する調節手段を有することから、オシレート
幅の異なる種々のレーザビームでのパワー密度分布のピ
ーク位置に対して、２つのノズルの中心位置を容易に一
致させることができるという優れた効果がもたらされ
る。
盛り装置によれば、２つのノズルの出口における中心間
距離を調節する調節手段を有することから、オシレート
幅の異なる種々のレーザビームでのパワー密度分布のピ
ーク位置に対して、２つのノズルの中心位置を容易に一
致させることができるという優れた効果がもたらされ
る。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００２６】図３は、肉盛りが形成される基材としての
シリンダヘッド１のシリンダヘッドポート部１ａを示し
たものであり、この領域には、中央部に点火プラグ孔１
ｄ、そのまわりに径の大きい２つの吸気バルブ用バルブ
シート部１ｂ、径の小さい２つの排気バルブ用バルブシ
ート部１ｃがそれぞれ形成されている。また、図３にお
いては、吸気バルブ用の１つのバルブシート部１ｂに肉
盛り部５が形成された状態を示すが、これに限定される
ものではなく排気バルブ用のバルブシート部１ｅに肉盛
り部を形成してもよい。
シリンダヘッド１のシリンダヘッドポート部１ａを示し
たものであり、この領域には、中央部に点火プラグ孔１
ｄ、そのまわりに径の大きい２つの吸気バルブ用バルブ
シート部１ｂ、径の小さい２つの排気バルブ用バルブシ
ート部１ｃがそれぞれ形成されている。また、図３にお
いては、吸気バルブ用の１つのバルブシート部１ｂに肉
盛り部５が形成された状態を示すが、これに限定される
ものではなく排気バルブ用のバルブシート部１ｅに肉盛
り部を形成してもよい。
【００２７】図４は、レーザ肉盛り装置の一部をなす肉
盛り材料（粉末）供給装置９の一部斜視図である。本図
に示すように、この粉末供給装置９は、供給口１０ａ，
１１ａをそれぞれ有する２本のノズル１０，１１を備え
ており、この２本のノズル１０，１１は、内径２ｍｍ，
外形３ｍｍの銅製パイプを加工して形成されている。ま
た、ノズル１０，１１は、それぞれノズルホルダ１２，
１３により支持されており、このノズルホルダ１２，１
３は、装置本体１４に形成されてノズル中心間距離を調
節する調節手段としての一部をなす２条の平行案内溝１
４ａ，１４ｂに沿って、Ｌ方向すなわちレーザビームの
オシレート方向に移動調節可能となっている。
盛り材料（粉末）供給装置９の一部斜視図である。本図
に示すように、この粉末供給装置９は、供給口１０ａ，
１１ａをそれぞれ有する２本のノズル１０，１１を備え
ており、この２本のノズル１０，１１は、内径２ｍｍ，
外形３ｍｍの銅製パイプを加工して形成されている。ま
た、ノズル１０，１１は、それぞれノズルホルダ１２，
１３により支持されており、このノズルホルダ１２，１
３は、装置本体１４に形成されてノズル中心間距離を調
節する調節手段としての一部をなす２条の平行案内溝１
４ａ，１４ｂに沿って、Ｌ方向すなわちレーザビームの
オシレート方向に移動調節可能となっている。
【００２８】ここで、両ノズル１０，１１内の通路は、
両ノズルホルダ１２，１３内の通路にそれぞれ連通して
おり、さらに、これらノズルホルダ１２，１３内の通路
は、装置本体１４内に配置されその端面１４ｃにおいて
少なくともＬ方向に移動自在な２つのフレキシブルパイ
プ（不図示）に接続され、このフレキシブルパイプは、
その上流部において、肉盛り材料としての金属粉末を収
容する１つのホッパに、あるいは２つのホッパ（不図
示）にそれぞれ接続されている。
両ノズルホルダ１２，１３内の通路にそれぞれ連通して
おり、さらに、これらノズルホルダ１２，１３内の通路
は、装置本体１４内に配置されその端面１４ｃにおいて
少なくともＬ方向に移動自在な２つのフレキシブルパイ
プ（不図示）に接続され、このフレキシブルパイプは、
その上流部において、肉盛り材料としての金属粉末を収
容する１つのホッパに、あるいは２つのホッパ（不図
示）にそれぞれ接続されている。
【００２９】従って、粉末を被肉盛り領域に供給する際
は、ホッパに収容された粉末が、フレキシブルパイプを
通り、ノズルホルダ１２，１３内の通路、さらにノズル
１０，１１内の通路を通って、２つの供給口１０ａ，１
１ａからそれぞれ供給されることとなる。
は、ホッパに収容された粉末が、フレキシブルパイプを
通り、ノズルホルダ１２，１３内の通路、さらにノズル
１０，１１内の通路を通って、２つの供給口１０ａ，１
１ａからそれぞれ供給されることとなる。
【００３０】さらに、両ノズル１０，１１は、それらの
配列方向Ｌに移動調節可能となっていることから、レー
ザビームの振り幅あるいは被肉盛り領域の幅に応じて、
両供給口１０ａ，１１ａの中心Ｃ１，Ｃ２間距離Ｄを適
宜調整することができる。
配列方向Ｌに移動調節可能となっていることから、レー
ザビームの振り幅あるいは被肉盛り領域の幅に応じて、
両供給口１０ａ，１１ａの中心Ｃ１，Ｃ２間距離Ｄを適
宜調整することができる。
【００３１】ここで、粉末を供給するノズルについて
は、上述中心間距離Ｄを一定にして、特定の肉盛り加工
に用いる場合、図５（ａ），（ｂ）に示すように、１つ
のノズル２０から出口部が２つの供給口２０ａ，２０ｂ
として形成されたもの、あるいは１つのノズル２１の出
口端部に仕切り壁２１ａを設けて出口端部での粉末の流
れを２分するようなものを適用することも可能である。
尚、図５（ｂ）に示すノズル２１の場合は、ノズル２１
を水平にして粉末を供給するのが好ましい。
は、上述中心間距離Ｄを一定にして、特定の肉盛り加工
に用いる場合、図５（ａ），（ｂ）に示すように、１つ
のノズル２０から出口部が２つの供給口２０ａ，２０ｂ
として形成されたもの、あるいは１つのノズル２１の出
口端部に仕切り壁２１ａを設けて出口端部での粉末の流
れを２分するようなものを適用することも可能である。
尚、図５（ｂ）に示すノズル２１の場合は、ノズル２１
を水平にして粉末を供給するのが好ましい。
【００３２】図６は、肉盛り方向Ｐに対して垂直な方向
Ｌにオシレートされるレーザビームの見掛け上のパワー
密度分布を説明するための図である。ここで、レーザビ
ームの見掛け上のパワー密度分布を測定するにあたり、
スポット径２ｍｍ，オシレート幅６ｍｍ，オシレート周
波数１３０Ｈｚ，加工出力４．５ｋＷのレーザビームを
図６（ａ）に示すようなアクリル樹脂３０に２秒間照射
して、その時のバンパターン３１から樹脂の溶け込み深
さを測定した。
Ｌにオシレートされるレーザビームの見掛け上のパワー
密度分布を説明するための図である。ここで、レーザビ
ームの見掛け上のパワー密度分布を測定するにあたり、
スポット径２ｍｍ，オシレート幅６ｍｍ，オシレート周
波数１３０Ｈｚ，加工出力４．５ｋＷのレーザビームを
図６（ａ）に示すようなアクリル樹脂３０に２秒間照射
して、その時のバンパターン３１から樹脂の溶け込み深
さを測定した。
【００３３】この時のレーザビームの見掛け上の幅Ｗは
８ｍｍであり、また、オシレート方向において、１ｍｍ
間隔で測定したアクリル樹脂３０の溶け込み深さは、図
６（ｂ）に示すような結果となった。
８ｍｍであり、また、オシレート方向において、１ｍｍ
間隔で測定したアクリル樹脂３０の溶け込み深さは、図
６（ｂ）に示すような結果となった。
【００３４】すなわち、オシレートレーザビームの見掛
け上のパワー密度分布におけるパワーのピークは、オシ
レートの中央（ビーム振り幅の中心）から約２．５ｍｍ
の位置の左右２ケ所に存在することが確認された。
け上のパワー密度分布におけるパワーのピークは、オシ
レートの中央（ビーム振り幅の中心）から約２．５ｍｍ
の位置の左右２ケ所に存在することが確認された。
【００３５】図７は、本発明の装置を用いて粉末を供給
する際の肉盛り領域に供給される粉末の堆積状況、すな
わち、レーザビームのオシレート方向における粉末供給
密度分布を説明するための図である。本図に示すよう
に、粉末の密度分布の測定にあたり、図４に示す供給装
置９を用いて、各ノズル１０，１１からの粉末供給量２
５ｇ／ｍｉｎ，総供給量５０ｇ／ｍｉｎにて２秒間、平
滑板３２の上面に粉末を供給し、その際に堆積した粉末
３３の平滑平面からの堆積高さを測定した。尚、この時
の両ノズル１０，１１の中心間距離Ｄは４ｍｍに設定し
て行った。
する際の肉盛り領域に供給される粉末の堆積状況、すな
わち、レーザビームのオシレート方向における粉末供給
密度分布を説明するための図である。本図に示すよう
に、粉末の密度分布の測定にあたり、図４に示す供給装
置９を用いて、各ノズル１０，１１からの粉末供給量２
５ｇ／ｍｉｎ，総供給量５０ｇ／ｍｉｎにて２秒間、平
滑板３２の上面に粉末を供給し、その際に堆積した粉末
３３の平滑平面からの堆積高さを測定した。尚、この時
の両ノズル１０，１１の中心間距離Ｄは４ｍｍに設定し
て行った。
【００３６】ここで、ノズル１０，１１の配列方向にお
いて、１ｍｍ間隔で測定した粉末の堆積高さは、図８
（ａ）に示すような結果となった。
いて、１ｍｍ間隔で測定した粉末の堆積高さは、図８
（ａ）に示すような結果となった。
【００３７】すなわち、２つのノズル１０，１１の供給
口１０ａ，１１ａそれぞれの中心Ｃ１，Ｃ２に対応する
位置に堆積高さのピークが存在するような分布になるこ
とが確認された。
口１０ａ，１１ａそれぞれの中心Ｃ１，Ｃ２に対応する
位置に堆積高さのピークが存在するような分布になるこ
とが確認された。
【００３８】一方、従来の如き１つのノズル６を用いて
粉末を供給した場合の粉末密度分布は、図８（ｂ）に示
すように、ノズル内径の中心に対応する位置に堆積高さ
のピークが存在するような分布となる。
粉末を供給した場合の粉末密度分布は、図８（ｂ）に示
すように、ノズル内径の中心に対応する位置に堆積高さ
のピークが存在するような分布となる。
【００３９】上述のような本発明に係る粉末供給装置９
及び下記表１の条件を満たす最大出力５ｋＷのＣＯ２レ
ーザを用いて、シリンダヘッド１に肉盛り加工を施した
実施例を以下に説明する。
及び下記表１の条件を満たす最大出力５ｋＷのＣＯ２レ
ーザを用いて、シリンダヘッド１に肉盛り加工を施した
実施例を以下に説明する。
【００４０】
【表１】
【００４１】尚、この肉盛り加工は、１９９８ｃｃ直列
４気筒ＤＯＨＣ型エンジンのアルミニウム系鋳造合金
（ＪＩＳ規格ＡＣ２Ａ材）製シリンダヘッド１に対し
て、吸排気バルブ用のバルブシート部計１６ケ所につき
行った。
４気筒ＤＯＨＣ型エンジンのアルミニウム系鋳造合金
（ＪＩＳ規格ＡＣ２Ａ材）製シリンダヘッド１に対し
て、吸排気バルブ用のバルブシート部計１６ケ所につき
行った。
【００４２】また、肉盛り用粉末材料としては、その成
分組成が重量％で、Ｃｏ：１２．５％、Ｆｅ：６．４
％、Ｎｉ：１２．７％、Ｖ：１．９％、Ｎｂ：２．２
％、Ｍｎ：１．２％、残部Ｃｕ及び不純物からなる銅合
金粉末を用いた。
分組成が重量％で、Ｃｏ：１２．５％、Ｆｅ：６．４
％、Ｎｉ：１２．７％、Ｖ：１．９％、Ｎｂ：２．２
％、Ｍｎ：１．２％、残部Ｃｕ及び不純物からなる銅合
金粉末を用いた。
【００４３】さらに、粉末供給装置９において、両ノズ
ル１０，１１の中心Ｃ１，Ｃ２間距離Ｄを４ｍｍに設定
し、各ノズル１０，１１からの粉末供給量２５ｇ／ｍｉ
ｎ，総供給量５０ｇ／ｍｉｎにてバルブシート部への粉
末供給を行った。
ル１０，１１の中心Ｃ１，Ｃ２間距離Ｄを４ｍｍに設定
し、各ノズル１０，１１からの粉末供給量２５ｇ／ｍｉ
ｎ，総供給量５０ｇ／ｍｉｎにてバルブシート部への粉
末供給を行った。
【００４４】すなわち、レーザビームを肉盛り方向に対
して垂直な方向にオシレートして照射する際のその見掛
け上のパワー密度のプロフィルと、被肉盛り領域に供給
される肉盛り粉末の供給密度分布のプロフィルとが、お
互いに対応する位置又はその近傍にピークをもつように
して肉盛り加工を行った。
して垂直な方向にオシレートして照射する際のその見掛
け上のパワー密度のプロフィルと、被肉盛り領域に供給
される肉盛り粉末の供給密度分布のプロフィルとが、お
互いに対応する位置又はその近傍にピークをもつように
して肉盛り加工を行った。
【００４５】尚、上述の両プロフィルは、単にピークの
位置が肉盛りの幅方向において同じ又は近傍に位置する
だけでなく、同一形状あるいは近似形状をなすように設
定することもできる。
位置が肉盛りの幅方向において同じ又は近傍に位置する
だけでなく、同一形状あるいは近似形状をなすように設
定することもできる。
【００４６】以上の条件のもとで得られた肉盛り部につ
き、その幅方向における所定位置からの肉盛り高さを測
定した結果を図９に示す。図９から明らかなように、点
線で示した従来の肉盛り形状に比べて、中央部分の高さ
が低くなり、かつ幅方向両側が厚肉に形成されている。
き、その幅方向における所定位置からの肉盛り高さを測
定した結果を図９に示す。図９から明らかなように、点
線で示した従来の肉盛り形状に比べて、中央部分の高さ
が低くなり、かつ幅方向両側が厚肉に形成されている。
【００４７】従って、肉盛り部の幅方向両側に機械加工
を施しても、欠損部分の発生が防止されて所望のバルブ
シート形状を安定して得ることができる。
を施しても、欠損部分の発生が防止されて所望のバルブ
シート形状を安定して得ることができる。
【００４８】さらに、供給された粉末に対して、レーザ
ビームのエネルギが効率良く均一に伝わるようになるた
め、肉盛り形状（肉盛り高さ）のばらつきも抑制され、
安定して均一な肉盛り形状を得ることができる。
ビームのエネルギが効率良く均一に伝わるようになるた
め、肉盛り形状（肉盛り高さ）のばらつきも抑制され、
安定して均一な肉盛り形状を得ることができる。
【図１】従来のレーザ肉盛り方法を説明するための概略
図である。
図である。
【図２】エンジンのバルブシートをレーザ肉盛りにより
形成する従来の方法を説明するための概略図である。
形成する従来の方法を説明するための概略図である。
【図３】本発明に係るレーザ肉盛り方法を用いてバルブ
シートを形成する際のシリンダヘッドポート部の斜視図
である。
シートを形成する際のシリンダヘッドポート部の斜視図
である。
【図４】本発明に係るレーザ肉盛り装置の一部をなす粉
末供給装置の一部斜視図である。
末供給装置の一部斜視図である。
【図５】本発明に係るレーザ肉盛り装置の一部となる粉
末供給ノズルの他の実施例を示す斜視図である。
末供給ノズルの他の実施例を示す斜視図である。
【図６】本発明に係るレーザビームの見掛け上のパワー
密度分布を説明するための図であり、（ａ）はアクリル
樹脂にレーザビームを照射した際のアクリルの溶け込み
形状を示すものであり、（ｂ）は見掛け上のビーム幅に
対しての溶け込み深さを示したものである。
密度分布を説明するための図であり、（ａ）はアクリル
樹脂にレーザビームを照射した際のアクリルの溶け込み
形状を示すものであり、（ｂ）は見掛け上のビーム幅に
対しての溶け込み深さを示したものである。
【図７】本発明に係る供給粉末の密度分布を測定する手
法を説明するための概略斜視図である。
法を説明するための概略斜視図である。
【図８】（ａ）は図７に示す測定手法により得られた供
給粉末の幅方向に対しての堆積高さを示した図であり、
（ｂ）は従来のノズルを用いた場合の供給粉末の幅方向
に対しての堆積高さを示した図である。
給粉末の幅方向に対しての堆積高さを示した図であり、
（ｂ）は従来のノズルを用いた場合の供給粉末の幅方向
に対しての堆積高さを示した図である。
【図９】本発明に係るレーザ肉盛り方法及び装置を用い
てエンジンのシリンダヘッドに肉盛りを施した際の肉盛
り高さを示す図である。
てエンジンのシリンダヘッドに肉盛りを施した際の肉盛
り高さを示す図である。
１ シリンダヘッド １ａ シリンダヘッドポート部 １ｂ 吸気バルブ用バルブシート部 １ｃ 排気バルブ用バルブシート部 １ｄ 点火プラグ孔 ２ 被肉盛り領域 ３ 肉盛り粉末 ４ レーザビーム ５ 肉盛り部 ９ 粉末供給装置 １０，１１ 供給ノズル １０ａ，１０ｂ 供給口 １２，１３ ノズルホルダ １４ 本体 １４ａ，１４ｂ 案内溝 ２０，２１ 供給ノズル ３０ アクリル樹脂 ３２ 平滑板
Claims (7)
- 【請求項１】 基材の被肉盛り領域に肉盛り材料を供給
し、供給された肉盛り材料に対して、レーザビームを肉
盛り方向と垂直な幅方向にオシレートしつつ照射し、基
材の一部及び肉盛り材料を同時に溶融させて肉盛り部を
形成するレーザ肉盛り方法であって、 前記レーザビームの被肉盛り領域における見掛け上のパ
ワー密度分布のピーク位置及び前記被肉盛り領域に供給
される肉盛り材料の肉盛り方向と垂直な幅方向における
供給密度分布のピーク位置を相対応する位置に設定する
ことを特徴とするレーザ肉盛り方法。 - 【請求項２】 前記見掛け上のパワー密度分布のプロフ
ィルと前記肉盛り材料の供給密度分布のプロフィルとを
略同一形状に設定することを特徴とする請求項１記載の
レーザビーム肉盛り方法。 - 【請求項３】 前記肉盛り材料は、少なくともその供給
出口において２分された２つの通路を介して被肉盛り領
域に供給されることを特徴とする請求項１又は２記載の
レーザ肉盛り方法。 - 【請求項４】 前記２つの通路の出口の各々の中心位置
と前記レーザビームのオシレート方向における両端での
スポットの各々の中心位置とを一致させることを特徴と
する請求項３記載のレーザビーム肉盛り方法。 - 【請求項５】 基材の被肉盛り領域に肉盛り材料を供給
する供給手段と、供給された肉盛り材料に対して、レー
ザビームを肉盛り方向と垂直な幅方向にオシレートしつ
つ照射するレーザビーム照射手段とを備え、基材の一部
及び肉盛り材料を同時に溶融させて肉盛り部を形成する
レーザ肉盛り装置であって、 前記供給手段は、少なくともその供給出口において２分
された２つの通路を形成する供給ノズルを有することを
特徴とするレーザ肉盛り装置。 - 【請求項６】 前記供給ノズルは、前記肉盛り方向と垂
直な幅方向に配列された２つのノズルからなることを特
徴とする請求項５記載のレーザ肉盛り装置。 - 【請求項７】 前記２つのノズルの出口における中心間
距離を調節する調節手段を有することを特徴とする請求
項６記載のレーザ肉盛り装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9091108A JPH10277761A (ja) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | レーザ肉盛り方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9091108A JPH10277761A (ja) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | レーザ肉盛り方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10277761A true JPH10277761A (ja) | 1998-10-20 |
Family
ID=14017339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9091108A Pending JPH10277761A (ja) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | レーザ肉盛り方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10277761A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2314411A3 (en) * | 2009-10-20 | 2011-06-15 | Hitachi Ltd. | Laser processing head and laser cladding method |
| JP2013128973A (ja) * | 2011-12-22 | 2013-07-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザ肉盛溶接方法 |
| JP2015139819A (ja) * | 2014-01-30 | 2015-08-03 | 三菱重工業株式会社 | 肉盛溶接方法及びタービンブレード |
-
1997
- 1997-04-09 JP JP9091108A patent/JPH10277761A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2314411A3 (en) * | 2009-10-20 | 2011-06-15 | Hitachi Ltd. | Laser processing head and laser cladding method |
| US8735769B2 (en) | 2009-10-20 | 2014-05-27 | Hitachi, Ltd. | Laser processing head and laser cladding method |
| JP2013128973A (ja) * | 2011-12-22 | 2013-07-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザ肉盛溶接方法 |
| JP2015139819A (ja) * | 2014-01-30 | 2015-08-03 | 三菱重工業株式会社 | 肉盛溶接方法及びタービンブレード |
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