JPH10296469A - レーザ肉盛り用粉末材料投入ノズル及び肉盛り構造並びに肉盛り方法 - Google Patents
レーザ肉盛り用粉末材料投入ノズル及び肉盛り構造並びに肉盛り方法Info
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- JPH10296469A JPH10296469A JP9109358A JP10935897A JPH10296469A JP H10296469 A JPH10296469 A JP H10296469A JP 9109358 A JP9109358 A JP 9109358A JP 10935897 A JP10935897 A JP 10935897A JP H10296469 A JPH10296469 A JP H10296469A
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 肉盛り層における始端部の先細形状を改善
し、始端部と終端部とが重なり合うオーバラップ部での
未溶着部の発生を防止する。 【解決手段】 アルミニウム合金としたエンジン用ピス
トンのピストンリング溝を形成する際に、耐摩耗性及び
耐久性を向上させる目的で、レーザビームの照射により
他金属材料による肉盛り層を形成し、この肉盛り層に対
し溝加工する。レーザビーム照射時には、溝３に粉末材
料投入ノズル２３より他金属材料である銅合金粉末を投
入し、投入された銅合金粉末が溶融して肉盛り層とな
る。粉末材料投入ノズル２３の吐出口２５の形状は楕円
であり、この楕円の長径寸法ａ方向が溝３の幅寸法Ｈ方
向と一致している。吐出口２５の長径寸法ａと溝３の幅
寸法Ｈとの比：ａ／Ｈは、１／３で、短径寸法ｂと長径
寸法ａとの比：ｂ／ａは、３／５である。
し、始端部と終端部とが重なり合うオーバラップ部での
未溶着部の発生を防止する。 【解決手段】 アルミニウム合金としたエンジン用ピス
トンのピストンリング溝を形成する際に、耐摩耗性及び
耐久性を向上させる目的で、レーザビームの照射により
他金属材料による肉盛り層を形成し、この肉盛り層に対
し溝加工する。レーザビーム照射時には、溝３に粉末材
料投入ノズル２３より他金属材料である銅合金粉末を投
入し、投入された銅合金粉末が溶融して肉盛り層とな
る。粉末材料投入ノズル２３の吐出口２５の形状は楕円
であり、この楕円の長径寸法ａ方向が溝３の幅寸法Ｈ方
向と一致している。吐出口２５の長径寸法ａと溝３の幅
寸法Ｈとの比：ａ／Ｈは、１／３で、短径寸法ｂと長径
寸法ａとの比：ｂ／ａは、３／５である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、金属母材表面
に、この金属母材に対して相対移動するレーザビームに
より、粉末状の他金属材料を溶融させて肉盛り層を形成
する際に、前記粉末材料を投入するためのレーザ肉盛り
用粉末材料投入ノズル及び肉盛り構造並びに肉盛り方法
に関する。
に、この金属母材に対して相対移動するレーザビームに
より、粉末状の他金属材料を溶融させて肉盛り層を形成
する際に、前記粉末材料を投入するためのレーザ肉盛り
用粉末材料投入ノズル及び肉盛り構造並びに肉盛り方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザビームを照射して他金属材料によ
る肉盛り層を金属母材上に形成する技術は、例えば自動
車用エンジンのピストンにおけるピストンリング溝に適
用されている。肉盛り層によるピストンリング溝の形成
作業は、図６に示すようにピストン１のピストンリング
が装着される部分に溝３を形成し、その溝３内に他金属
材料である銅合金を肉盛りし、この銅合金による肉盛り
層５を溝加工することでピストンリング溝７を形成する
（例えば特開平２−１２５９５２号公報参照）。これに
より、上記ピストン１を、軽量化などの観点からアルミ
ニウム合金とした場合での、ピストンリング溝７の耐摩
耗性及び耐久性の向上が図られる。
る肉盛り層を金属母材上に形成する技術は、例えば自動
車用エンジンのピストンにおけるピストンリング溝に適
用されている。肉盛り層によるピストンリング溝の形成
作業は、図６に示すようにピストン１のピストンリング
が装着される部分に溝３を形成し、その溝３内に他金属
材料である銅合金を肉盛りし、この銅合金による肉盛り
層５を溝加工することでピストンリング溝７を形成する
（例えば特開平２−１２５９５２号公報参照）。これに
より、上記ピストン１を、軽量化などの観点からアルミ
ニウム合金とした場合での、ピストンリング溝７の耐摩
耗性及び耐久性の向上が図られる。
【０００３】図７は、肉盛り作業を行っている状態を示
している。ピストン１は、その中心軸線Ｔが水平となる
よう横置き状態で、治具９により保持されつつ中心軸線
Ｔを中心として回転する。この状態で、粉末供給装置１
１により供給された銅合金粉末１３を、吐出口が円形と
なっている粉末材料投入ノズル１５からピストン１に形
成された溝３内に投入する。投入された銅合金粉末に対
し、レーザ発振器１７から発振して光学系１９で反射集
光されたレーザビーム２１を照射し溶融させ、これによ
り肉盛り層５が形成される。
している。ピストン１は、その中心軸線Ｔが水平となる
よう横置き状態で、治具９により保持されつつ中心軸線
Ｔを中心として回転する。この状態で、粉末供給装置１
１により供給された銅合金粉末１３を、吐出口が円形と
なっている粉末材料投入ノズル１５からピストン１に形
成された溝３内に投入する。投入された銅合金粉末に対
し、レーザ発振器１７から発振して光学系１９で反射集
光されたレーザビーム２１を照射し溶融させ、これによ
り肉盛り層５が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ピストンリ
ング溝のように、肉盛り層を環状部分の全周にわたって
形成する際には、図８に示すように、肉盛り層５の作業
開始部となる始端部Ｓに、作業終了部となる終端部Ｅを
重ね合わせてオーバラップ部Ｌを形成する必要がある。
図９は、ピストン１の溝３に形成した肉盛り層５の始端
部Ｓの平面視形状を示すもので、ここでの肉盛り作業に
おけるピストン１の回転方向は、紙面の右側から見て反
時計方向であり、始端部Ｓは先細形状となっている。
ング溝のように、肉盛り層を環状部分の全周にわたって
形成する際には、図８に示すように、肉盛り層５の作業
開始部となる始端部Ｓに、作業終了部となる終端部Ｅを
重ね合わせてオーバラップ部Ｌを形成する必要がある。
図９は、ピストン１の溝３に形成した肉盛り層５の始端
部Ｓの平面視形状を示すもので、ここでの肉盛り作業に
おけるピストン１の回転方向は、紙面の右側から見て反
時計方向であり、始端部Ｓは先細形状となっている。
【０００５】図１０は、溝３に対し全周にわたり肉盛り
作業を行った場合であり、始端部Ｓに終端部Ｅが重ね合
わされてオーバラップ部Ｌが形成されている。このと
き、始端部Ｓの先細形状により、溝３の延長方向に直交
する方向に対する始端部Ｓの側面Ｓａがなす角度θが大
きく、斜線で示すＡ部の領域が大きいと、図１０の拡大
されたＢ−Ｂ断面図である図１１に示すように、Ａ部に
て終端部Ｅが始端部Ｓに溶着しきれず、未溶着部となっ
て残り、クラック（亀裂）発生の原因となる。
作業を行った場合であり、始端部Ｓに終端部Ｅが重ね合
わされてオーバラップ部Ｌが形成されている。このと
き、始端部Ｓの先細形状により、溝３の延長方向に直交
する方向に対する始端部Ｓの側面Ｓａがなす角度θが大
きく、斜線で示すＡ部の領域が大きいと、図１０の拡大
されたＢ−Ｂ断面図である図１１に示すように、Ａ部に
て終端部Ｅが始端部Ｓに溶着しきれず、未溶着部となっ
て残り、クラック（亀裂）発生の原因となる。
【０００６】そこで、この発明は、肉盛り層における始
端部の先細形状を改善し、高品質な肉盛り層を得ること
を目的としている。
端部の先細形状を改善し、高品質な肉盛り層を得ること
を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、第１に、金属母材表面に形成した溝
に、前記金属母材に対し前記溝の延長方向に沿って相対
移動するレーザビームにより、粉末状の他金属材料を溶
融させて肉盛り層を形成する際に、前記粉末材料を投入
するためのレーザ肉盛り用粉末材料投入ノズルにおい
て、前記粉末材料が吐出される吐出口形状は、前記溝の
幅寸法Ｈと、この幅寸法Ｈに対応する方向の吐出口寸法
ａとが、１／３≦ａ／Ｈ≦２／３の関係にあり、かつ前
記吐出口寸法ａとこの寸法ａ方向に対し直交する方向の
吐出口寸法ｂとが、２／５≦ｂ／ａ≦４／５の関係にあ
る構成としてある。
に、この発明は、第１に、金属母材表面に形成した溝
に、前記金属母材に対し前記溝の延長方向に沿って相対
移動するレーザビームにより、粉末状の他金属材料を溶
融させて肉盛り層を形成する際に、前記粉末材料を投入
するためのレーザ肉盛り用粉末材料投入ノズルにおい
て、前記粉末材料が吐出される吐出口形状は、前記溝の
幅寸法Ｈと、この幅寸法Ｈに対応する方向の吐出口寸法
ａとが、１／３≦ａ／Ｈ≦２／３の関係にあり、かつ前
記吐出口寸法ａとこの寸法ａ方向に対し直交する方向の
吐出口寸法ｂとが、２／５≦ｂ／ａ≦４／５の関係にあ
る構成としてある。
【０００８】溝の幅方向に対応する吐出口寸法ａが、溝
における幅寸法Ｈの１／３未満であると、粉末材料の密
度分布が溝内でその幅方向に充分広がらず、始端部の側
面と溝の側面との間の領域が大きくなり、肉盛り層を、
その肉盛り作業開始部となる始端部に肉盛り作業終了部
となる終端部を重ね合わせたオーバラップ部を有するも
のとした場合に、そのオーバラップ部にて未溶着部が発
生する。一方、上記吐出口寸法ａが幅寸法Ｈの２／３を
越えると、粉末材料の密度分布が溝幅方向に広がりすぎ
て溝内に全粉末が入らず、その分溝内に投入される粉末
材料が少なくなることから、レーザビームによる金属母
材への入熱が過大となって金属母材の溶融量が増大し、
溶融状態の肉盛り層への金属母材の混入量が増大して凝
固後に肉盛り層にクラックが発生しやすいものとなる。
における幅寸法Ｈの１／３未満であると、粉末材料の密
度分布が溝内でその幅方向に充分広がらず、始端部の側
面と溝の側面との間の領域が大きくなり、肉盛り層を、
その肉盛り作業開始部となる始端部に肉盛り作業終了部
となる終端部を重ね合わせたオーバラップ部を有するも
のとした場合に、そのオーバラップ部にて未溶着部が発
生する。一方、上記吐出口寸法ａが幅寸法Ｈの２／３を
越えると、粉末材料の密度分布が溝幅方向に広がりすぎ
て溝内に全粉末が入らず、その分溝内に投入される粉末
材料が少なくなることから、レーザビームによる金属母
材への入熱が過大となって金属母材の溶融量が増大し、
溶融状態の肉盛り層への金属母材の混入量が増大して凝
固後に肉盛り層にクラックが発生しやすいものとなる。
【０００９】図３は、吐出口寸法ａと溝の幅寸法Ｈとの
比：ａ／Ｈに対する肉盛り層における欠陥発生頻度を示
したもので、上記比が１／３より小さい場合には、未溶
着による欠陥が発生し、２／３より大きい場合には、ク
ラックによる欠陥が発生している状態を示している。し
たがって、上記比を１／３以上２／３以下とすること
で、未溶着及びクラックの発生しない高品質な肉盛り層
が得られる。
比：ａ／Ｈに対する肉盛り層における欠陥発生頻度を示
したもので、上記比が１／３より小さい場合には、未溶
着による欠陥が発生し、２／３より大きい場合には、ク
ラックによる欠陥が発生している状態を示している。し
たがって、上記比を１／３以上２／３以下とすること
で、未溶着及びクラックの発生しない高品質な肉盛り層
が得られる。
【００１０】また、吐出口寸法の比：ｂ／ａが２／５よ
り小さいと、吐出口が、溝の幅寸法方向に長い扁平形状
となり、粉末の密度分布が幅方向に広がりすぎて溝内に
全粉末が入らず、金属母材への入熱が過大となってクラ
ック発生を引き起こし、逆に、上記比ｂ／ａが４／５よ
り大きいと、粉末の密度分布が溝幅方向に充分広がら
ず、始端部側面と溝の側面との間の領域が大きくなり、
始端部に終端部を重ね合わせたときに未溶着部が発生す
る。
り小さいと、吐出口が、溝の幅寸法方向に長い扁平形状
となり、粉末の密度分布が幅方向に広がりすぎて溝内に
全粉末が入らず、金属母材への入熱が過大となってクラ
ック発生を引き起こし、逆に、上記比ｂ／ａが４／５よ
り大きいと、粉末の密度分布が溝幅方向に充分広がら
ず、始端部側面と溝の側面との間の領域が大きくなり、
始端部に終端部を重ね合わせたときに未溶着部が発生す
る。
【００１１】図４は、上記比ｂ／ａに対する肉盛り層に
おける欠陥発生頻度を示したもので、ｂ／ａが２／５よ
り小さい場合には、クラックによる欠陥が発生し、同比
が４／５より大きい場合には、未溶着による欠陥が発生
している状態を示している。したがって、上記比を２／
５以上４／５以下とすることで、未溶着及びクラックの
発生しない高品質な肉盛り層が得られる。
おける欠陥発生頻度を示したもので、ｂ／ａが２／５よ
り小さい場合には、クラックによる欠陥が発生し、同比
が４／５より大きい場合には、未溶着による欠陥が発生
している状態を示している。したがって、上記比を２／
５以上４／５以下とすることで、未溶着及びクラックの
発生しない高品質な肉盛り層が得られる。
【００１２】第２に、吐出口形状は、長円形である。
【００１３】上記構成の粉末材料投入ノズルによれば、
投入される粉末材料は、溝内で適度な密度分布に広が
り、肉盛り層における始端部の側面と溝の側面との間の
領域も小さく、始端部に終端部を重ね合わせる際での未
溶着部の発生が回避される。
投入される粉末材料は、溝内で適度な密度分布に広が
り、肉盛り層における始端部の側面と溝の側面との間の
領域も小さく、始端部に終端部を重ね合わせる際での未
溶着部の発生が回避される。
【００１４】第３に、吐出口形状は、楕円形である。
【００１５】上記構成の粉末材料投入ノズルによれば、
溝内での粉末材料の密度分布の広がりが最適となり、始
端部に終端部を重ね合わせる際での未溶着部の発生が確
実に回避される。
溝内での粉末材料の密度分布の広がりが最適となり、始
端部に終端部を重ね合わせる際での未溶着部の発生が確
実に回避される。
【００１６】第４に、他金属材料を肉盛りする金属母材
表面の溝は、レーザビームに対する金属母材の移動方向
前方側が下部で同後方側が上部となるよう相対移動方向
に沿って傾斜している。
表面の溝は、レーザビームに対する金属母材の移動方向
前方側が下部で同後方側が上部となるよう相対移動方向
に沿って傾斜している。
【００１７】肉盛り作業開始時に溶融状態の粉末材料
が、傾斜している溝に沿って流れ落ち、始端部の形状が
変化しやすい。このような状況下で、溝幅寸法Ｈと吐出
口寸法ａとの関係を、１／３≦ａ／Ｈ≦２／３とし、か
つ吐出口寸法ａと吐出口寸法ｂとの関係を、２／５≦ｂ
／ａ≦４／５とすることで、未溶着部及びクラックの発
生を防止するのに、極めて有効なものとなる。
が、傾斜している溝に沿って流れ落ち、始端部の形状が
変化しやすい。このような状況下で、溝幅寸法Ｈと吐出
口寸法ａとの関係を、１／３≦ａ／Ｈ≦２／３とし、か
つ吐出口寸法ａと吐出口寸法ｂとの関係を、２／５≦ｂ
／ａ≦４／５とすることで、未溶着部及びクラックの発
生を防止するのに、極めて有効なものとなる。
【００１８】第５に、他金属材料を肉盛りする金属母材
表面の凹部は、エンジンにおけるピストンのピストンリ
ング溝を形成するものであって、前記ピストンをその中
心軸線が水平となるよう横置状態で回転させつつ、上方
から粉末材料の投入及びレーザビームの照射がなされる
ものである。
表面の凹部は、エンジンにおけるピストンのピストンリ
ング溝を形成するものであって、前記ピストンをその中
心軸線が水平となるよう横置状態で回転させつつ、上方
から粉末材料の投入及びレーザビームの照射がなされる
ものである。
【００１９】ピストンを横置き状態で回転させて肉盛り
層を形成すると、肉盛り作業開始時に溶融状態の粉末材
料がピストンの回転方向前方側に流れ落ちて始端部の形
状が変化しやすい。このような状況下で、溝幅寸法Ｈと
吐出口寸法ａとの関係を、１／３≦ａ／Ｈ≦２／３と
し、かつ吐出口寸法ａと吐出口寸法ｂとの関係を、２／
５≦ｂ／ａ≦４／５とすることで、未溶着部及びクラッ
クの発生を防止するのに、極めて有効なものとなる。
層を形成すると、肉盛り作業開始時に溶融状態の粉末材
料がピストンの回転方向前方側に流れ落ちて始端部の形
状が変化しやすい。このような状況下で、溝幅寸法Ｈと
吐出口寸法ａとの関係を、１／３≦ａ／Ｈ≦２／３と
し、かつ吐出口寸法ａと吐出口寸法ｂとの関係を、２／
５≦ｂ／ａ≦４／５とすることで、未溶着部及びクラッ
クの発生を防止するのに、極めて有効なものとなる。
【００２０】第６に、金属母材表面に形成した溝に、他
金属材料を投入しつつレーザビームを前記金属母材に対
して前記溝の延長方向に相対移動させて照射し、前記他
金属材料を溶融させて肉盛り層を形成するレーザビーム
による肉盛り構造において、前記肉盛り層は、その肉盛
り作業開始部となる始端部に、肉盛り作業終了部となる
終端部が重ね合わされるもので、前記始端部は、平面視
形状が先細となっており、前記溝の延長方向に直交する
方向に対する前記始端部側面のなす角度θが、θ≦３０
°となっている。
金属材料を投入しつつレーザビームを前記金属母材に対
して前記溝の延長方向に相対移動させて照射し、前記他
金属材料を溶融させて肉盛り層を形成するレーザビーム
による肉盛り構造において、前記肉盛り層は、その肉盛
り作業開始部となる始端部に、肉盛り作業終了部となる
終端部が重ね合わされるもので、前記始端部は、平面視
形状が先細となっており、前記溝の延長方向に直交する
方向に対する前記始端部側面のなす角度θが、θ≦３０
°となっている。
【００２１】上記したような肉盛り構造によれば、肉盛
り層における始端部の側面と溝の側面との間の領域が小
さくなり、肉盛り作業において、始端部に終端部を重ね
合わせた際の未溶着部が解消される。
り層における始端部の側面と溝の側面との間の領域が小
さくなり、肉盛り作業において、始端部に終端部を重ね
合わせた際の未溶着部が解消される。
【００２２】図５は、角度θに対する肉盛り層における
欠陥発生頻度を示したもので、角度θが３０°を越えた
場合に、未溶着部による欠陥が発生する状態を示してい
る。したがって、角度θを３０°以下とすることで、未
溶着部の発生しない高品質な肉盛り層が得られる。
欠陥発生頻度を示したもので、角度θが３０°を越えた
場合に、未溶着部による欠陥が発生する状態を示してい
る。したがって、角度θを３０°以下とすることで、未
溶着部の発生しない高品質な肉盛り層が得られる。
【００２３】第７に、金属母材表面に形成した溝に、他
金属材料を投入しつつレーザビームを前記金属母材に対
して前記溝の延長方向に相対移動させて照射し、前記他
金属材料を溶融させて肉盛り層を形成するレーザビーム
による肉盛り方法において、前記肉盛り層は、その肉盛
り作業開始部となる始端部に、肉盛り作業終了部となる
終端部が重ね合わされるもので、前記始端部は、平面視
形状が先細となっており、前記溝の延長方向に直交する
方向に対する前記始端部側面のなす角度が、３０°以下
となるように肉盛り作業を行う肉盛り方法としてある。
金属材料を投入しつつレーザビームを前記金属母材に対
して前記溝の延長方向に相対移動させて照射し、前記他
金属材料を溶融させて肉盛り層を形成するレーザビーム
による肉盛り方法において、前記肉盛り層は、その肉盛
り作業開始部となる始端部に、肉盛り作業終了部となる
終端部が重ね合わされるもので、前記始端部は、平面視
形状が先細となっており、前記溝の延長方向に直交する
方向に対する前記始端部側面のなす角度が、３０°以下
となるように肉盛り作業を行う肉盛り方法としてある。
【００２４】上記したような肉盛り方法によれば、肉盛
り層における始端部の側面と溝の側面との間の領域が小
さい肉盛り構造となり、肉盛り作業において、始端部に
終端部を重ね合わせる際の未溶着部が解消される。
り層における始端部の側面と溝の側面との間の領域が小
さい肉盛り構造となり、肉盛り作業において、始端部に
終端部を重ね合わせる際の未溶着部が解消される。
【００２５】
【発明の効果】第１の発明によれば、投入された粉末材
料の溝内での幅方向への広がりが適切となって、肉盛り
層における始端部の側面と溝の側面との間の領域が小さ
くなり、肉盛り層を、その肉盛り作業開始部となる始端
部に肉盛り作業終了部となる終端部を重ね合わせたオー
バラップ部を有するものとした場合に、オーバラップ部
での未溶着部の発生及びクラックの発生を防止すること
ができる。
料の溝内での幅方向への広がりが適切となって、肉盛り
層における始端部の側面と溝の側面との間の領域が小さ
くなり、肉盛り層を、その肉盛り作業開始部となる始端
部に肉盛り作業終了部となる終端部を重ね合わせたオー
バラップ部を有するものとした場合に、オーバラップ部
での未溶着部の発生及びクラックの発生を防止すること
ができる。
【００２６】第２の発明によれば、投入される粉末材料
は、溝内でより適切な密度分布に広がり、始端部の側面
と溝の側面との間の領域もより小さく、始端部に終端部
を重ね合わせる際での未溶着部の発生及びクラックの発
生をより確実に回避することができる。
は、溝内でより適切な密度分布に広がり、始端部の側面
と溝の側面との間の領域もより小さく、始端部に終端部
を重ね合わせる際での未溶着部の発生及びクラックの発
生をより確実に回避することができる。
【００２７】第３の発明によれば、溝内での粉末材料の
密度分布の広がりがさらに適切となり、未溶着部の発生
及びクラックの発生をさらに確実に回避することができ
る。
密度分布の広がりがさらに適切となり、未溶着部の発生
及びクラックの発生をさらに確実に回避することができ
る。
【００２８】第４の発明によれば、肉盛り作業開始時に
溶融状態の粉末材料が、傾斜している溝に沿って流れ落
ちるので、始端部の形状が変化しやすく、このような状
況下で、溝幅寸法Ｈと吐出口寸法ａとの関係を、１／３
≦ａ／Ｈ≦２／３とし、かつ吐出口寸法ａと吐出口寸法
ｂとの関係を、２／５≦ｂ／ａ≦４／５とすることで、
未溶着部及びクラックの発生を防止するのに、極めて有
効なものとなる。
溶融状態の粉末材料が、傾斜している溝に沿って流れ落
ちるので、始端部の形状が変化しやすく、このような状
況下で、溝幅寸法Ｈと吐出口寸法ａとの関係を、１／３
≦ａ／Ｈ≦２／３とし、かつ吐出口寸法ａと吐出口寸法
ｂとの関係を、２／５≦ｂ／ａ≦４／５とすることで、
未溶着部及びクラックの発生を防止するのに、極めて有
効なものとなる。
【００２９】第５の発明によれば、ピストンを横置き状
態で回転させて肉盛り層を形成すると、溶融状態の粉末
材料がピストンの回転方向前方側に流れ落ちて始端部の
形状が変化しやすく、このような状況下で、溝幅寸法Ｈ
と吐出口寸法ａとの関係を、１／３≦ａ／Ｈ≦２／３と
し、かつ吐出口寸法ａと吐出口寸法ｂとの関係を、２／
５≦ｂ／ａ≦４／５とすることで、未溶着部及びクラッ
クの発生を防止するのに、極めて有効なものとなる。
態で回転させて肉盛り層を形成すると、溶融状態の粉末
材料がピストンの回転方向前方側に流れ落ちて始端部の
形状が変化しやすく、このような状況下で、溝幅寸法Ｈ
と吐出口寸法ａとの関係を、１／３≦ａ／Ｈ≦２／３と
し、かつ吐出口寸法ａと吐出口寸法ｂとの関係を、２／
５≦ｂ／ａ≦４／５とすることで、未溶着部及びクラッ
クの発生を防止するのに、極めて有効なものとなる。
【００３０】第６の発明または第７の発明によれば、肉
盛り層における始端部の側面と溝の側面との間の領域が
小さくなり、肉盛り作業において、始端部に終端部を重
ね合わせる際の未溶着部を解消することができる。
盛り層における始端部の側面と溝の側面との間の領域が
小さくなり、肉盛り作業において、始端部に終端部を重
ね合わせる際の未溶着部を解消することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき説明する。
面に基づき説明する。
【００３２】図１は、アルミニウム合金からなるピスト
ン１に形成したピストンリング溝となる溝３に、銅合金
粉末を投入する粉末材料投入ノズル２３の吐出口形状を
示したもので、投入された銅合金粉末に図示しないレー
ザビームが照射される。このレーザビームによる肉盛り
装置の全体の構成及び肉盛り方法は、前記図７に示した
ものと同様である。
ン１に形成したピストンリング溝となる溝３に、銅合金
粉末を投入する粉末材料投入ノズル２３の吐出口形状を
示したもので、投入された銅合金粉末に図示しないレー
ザビームが照射される。このレーザビームによる肉盛り
装置の全体の構成及び肉盛り方法は、前記図７に示した
ものと同様である。
【００３３】ここでは、粉末材料投入ノズル２３の吐出
口２５の形状が楕円となっている点及び、溝３の幅寸法
Ｈに対し、この幅寸法方向に対応する吐出口寸法、すな
わち吐出口２５における楕円の長径寸法ａを特定してい
る点が、図７のものと異なる。ここでは、ピストン１は
矢印Ｐ方向に回転移動するもので、溝幅寸法Ｈと、吐出
口２５の長径寸法ａとが、ａ／Ｈ＝１／２の関係にあ
り、かつ長径寸法ａとこの長径寸法ａ方向に対し直交す
る方向の吐出口寸法に相当する楕円の短径寸法ｂとは、
ｂ／ａ＝３／５の関係にある。
口２５の形状が楕円となっている点及び、溝３の幅寸法
Ｈに対し、この幅寸法方向に対応する吐出口寸法、すな
わち吐出口２５における楕円の長径寸法ａを特定してい
る点が、図７のものと異なる。ここでは、ピストン１は
矢印Ｐ方向に回転移動するもので、溝幅寸法Ｈと、吐出
口２５の長径寸法ａとが、ａ／Ｈ＝１／２の関係にあ
り、かつ長径寸法ａとこの長径寸法ａ方向に対し直交す
る方向の吐出口寸法に相当する楕円の短径寸法ｂとは、
ｂ／ａ＝３／５の関係にある。
【００３４】図２は、上記 ｂ／ａ比を、上記実施の形
態の３／５とした場合（実線図示）及び、従来における
１／１、つまり吐出口形状を円形とした場合（一点鎖線
図示）での、前記図１０におけるＢ−Ｂ断面に相当する
肉盛り層始端部の断面形状図である。これによれば、従
来による後者の場合は、肉盛り層が溝３の幅方向（図２
中で左右方向）に充分広がらず、全体として肉盛り層の
幅が狭く、一方本発明による前者の場合は、同幅方向に
適度に広がるものとなる。
態の３／５とした場合（実線図示）及び、従来における
１／１、つまり吐出口形状を円形とした場合（一点鎖線
図示）での、前記図１０におけるＢ−Ｂ断面に相当する
肉盛り層始端部の断面形状図である。これによれば、従
来による後者の場合は、肉盛り層が溝３の幅方向（図２
中で左右方向）に充分広がらず、全体として肉盛り層の
幅が狭く、一方本発明による前者の場合は、同幅方向に
適度に広がるものとなる。
【００３５】上記した粉末材料投入ノズル２３を用い、
前記図７と同様な肉盛り装置により、ピストンリング溝
を形成するための肉盛り作業を行うと、銅合金粉末は、
溝３からはみだすことなく、溝３内での幅方向への広が
りが適切となって前記図９に示した角度θが３０°以下
となる。これに伴い、肉盛り層における始端部Ｓの側面
Ｓａと溝３の側面との間の領域Ａが小さくなり、始端部
Ｓ上に終端部Ｅを重ね合わせた際の未溶着部の発生が防
止され、クラック発生も回避され、高品質な肉盛り層が
得られる。
前記図７と同様な肉盛り装置により、ピストンリング溝
を形成するための肉盛り作業を行うと、銅合金粉末は、
溝３からはみだすことなく、溝３内での幅方向への広が
りが適切となって前記図９に示した角度θが３０°以下
となる。これに伴い、肉盛り層における始端部Ｓの側面
Ｓａと溝３の側面との間の領域Ａが小さくなり、始端部
Ｓ上に終端部Ｅを重ね合わせた際の未溶着部の発生が防
止され、クラック発生も回避され、高品質な肉盛り層が
得られる。
【００３６】なお、吐出口２５の形状は、楕円が最適で
あるが、長円形あるいは長方形もよく、要するに溝３の
幅方向に長い形状であればよい。
あるが、長円形あるいは長方形もよく、要するに溝３の
幅方向に長い形状であればよい。
【図１】この発明の実施の一形態に係わる粉末材料投入
ノズルの吐出口形状を示した説明図である。
ノズルの吐出口形状を示した説明図である。
【図２】図１に示した吐出口形状及び従来の吐出口形状
による肉盛り層始端部の断面形状を比較して示した説明
図である。
による肉盛り層始端部の断面形状を比較して示した説明
図である。
【図３】粉末材料投入ノズルにおける吐出口の長径寸法
ａと溝幅寸法Ｈとの比：ａ／Ｈに対する肉盛り層の欠陥
発生頻度を示した説明図である。
ａと溝幅寸法Ｈとの比：ａ／Ｈに対する肉盛り層の欠陥
発生頻度を示した説明図である。
【図４】粉末材料投入ノズルにおける吐出口の長径寸法
ａと短径寸法ａとの比：ｂ／ａに対する肉盛り層の欠陥
発生頻度を示した説明図である。
ａと短径寸法ａとの比：ｂ／ａに対する肉盛り層の欠陥
発生頻度を示した説明図である。
【図５】溝の延長方向に直交する方向に対して始端部側
面がなす角度に対する肉盛り層の欠陥発生頻度を示した
説明図である。
面がなす角度に対する肉盛り層の欠陥発生頻度を示した
説明図である。
【図６】肉盛り層上にピストンリング溝を形成した構造
を示すピストンの一部を断面とした側面図である。
を示すピストンの一部を断面とした側面図である。
【図７】レーザビームによる一般的な肉盛り作業を示す
簡略化した動作説明図である。
簡略化した動作説明図である。
【図８】肉盛り層における始端部と終端部とのオーバラ
ップ部周辺の断面図である。
ップ部周辺の断面図である。
【図９】ピストンのピストンリング溝となる溝に形成し
た肉盛り層における始端部の平面視形状図である。
た肉盛り層における始端部の平面視形状図である。
【図１０】図９の始端部に終端部を重ね合わせたオーバ
ラップ部の平面視形状図である。
ラップ部の平面視形状図である。
【図１１】図１０の拡大されたＢ−Ｂ断面図である。
１ ピストン（金属母材） ３ 溝 ５ 肉盛り層 ７ ピストンリング溝 １５，２３ 粉末材料投入ノズル ２１ レーザビーム ２５ 吐出口 Ｓ 始端部 Ｅ 終端部 Ｈ 溝の幅寸法 ａ 長径寸法（吐出口寸法） ｂ 短径寸法（吐出口寸法） Ｔ 中心軸線 θ 角度
Claims (7)
- 【請求項１】 金属母材表面に形成した溝に、前記金属
母材に対し前記溝の延長方向に沿って相対移動するレー
ザビームにより、粉末状の他金属材料を溶融させて肉盛
り層を形成する際に、前記粉末材料を投入するためのレ
ーザ肉盛り用粉末材料投入ノズルにおいて、前記粉末材
料が吐出される吐出口形状は、前記溝の幅寸法Ｈと、こ
の幅寸法Ｈに対応する方向の吐出口寸法ａとが、１／３
≦ａ／Ｈ≦２／３の関係にあり、かつ前記吐出口寸法ａ
とこの寸法ａ方向に対し直交する方向の吐出口寸法ｂと
が、２／５≦ｂ／ａ≦４／５の関係にあることを特徴と
するレーザ肉盛り用粉末材料投入ノズル。 - 【請求項２】 吐出口形状は、長円形であることを特徴
とする請求項１記載のレーザ肉盛り用粉末材料投入ノズ
ル。 - 【請求項３】 吐出口形状は、楕円形であることを特徴
とする請求項２記載のレーザ肉盛り用粉末材料投入ノズ
ル。 - 【請求項４】 他金属材料を肉盛りする金属母材表面の
溝は、レーザビームに対する金属母材の移動方向前方側
が下部で同後方側が上部となるよう相対移動方向に沿っ
て傾斜していることを特徴とする請求項１記載のレーザ
肉盛り用粉末材料投入ノズル。 - 【請求項５】 他金属材料を肉盛りする金属母材表面の
溝は、エンジンにおけるピストンのピストンリング溝を
形成するものであって、前記ピストンをその中心軸線が
水平となるよう横置状態で回転させつつ、上方から粉末
材料の投入及びレーザビームの照射がなされるものであ
ることを特徴とする請求項４記載のレーザ肉盛り用粉末
材料投入ノズル。 - 【請求項６】 金属母材表面に形成した溝に、他金属材
料を投入しつつレーザビームを前記金属母材に対して前
記溝の延長方向に相対移動させて照射し、前記他金属材
料を溶融させて肉盛り層を形成するレーザビームによる
肉盛り構造において、前記肉盛り層は、その肉盛り作業
開始部となる始端部に、肉盛り作業終了部となる終端部
が重ね合わされるもので、前記始端部は、平面視形状が
先細となっており、前記溝の延長方向に直交する方向に
対する前記始端部側面のなす角度θが、θ≦３０°とな
っていることを特徴とする肉盛り構造。 - 【請求項７】 金属母材表面に形成した溝に、他金属材
料を投入しつつレーザビームを前記金属母材に対して前
記溝の延長方向に相対移動させて照射し、前記他金属材
料を溶融させて肉盛り層を形成するレーザビームによる
肉盛り方法において、前記肉盛り層は、その肉盛り作業
開始部となる始端部に、肉盛り作業終了部となる終端部
が重ね合わされるもので、前記始端部は、平面視形状が
先細となっており、前記溝の延長方向に直交する方向に
対する前記始端部側面のなす角度が、３０°以下となる
ように肉盛り作業を行うことを特徴とする肉盛り方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10935897A JP3760560B2 (ja) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | レーザ肉盛り用粉末材料投入ノズル及び肉盛り構造並びに肉盛り方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10935897A JP3760560B2 (ja) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | レーザ肉盛り用粉末材料投入ノズル及び肉盛り構造並びに肉盛り方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10296469A true JPH10296469A (ja) | 1998-11-10 |
| JP3760560B2 JP3760560B2 (ja) | 2006-03-29 |
Family
ID=14508214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10935897A Expired - Fee Related JP3760560B2 (ja) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | レーザ肉盛り用粉末材料投入ノズル及び肉盛り構造並びに肉盛り方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3760560B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2409507A (en) * | 2003-12-22 | 2005-06-29 | Caterpillar Inc | Method of repairing a part, particularly a piston, using laser cladding |
| CN104250811A (zh) * | 2013-06-28 | 2014-12-31 | 丹阳宏图激光科技有限公司 | 铜合金表面的激光熔覆工艺 |
| CN121538637A (zh) * | 2026-01-21 | 2026-02-17 | 山西安顺达机械制造有限公司 | 一种激光熔覆同轴送粉喷嘴 |
-
1997
- 1997-04-25 JP JP10935897A patent/JP3760560B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2409507A (en) * | 2003-12-22 | 2005-06-29 | Caterpillar Inc | Method of repairing a part, particularly a piston, using laser cladding |
| CN104250811A (zh) * | 2013-06-28 | 2014-12-31 | 丹阳宏图激光科技有限公司 | 铜合金表面的激光熔覆工艺 |
| CN104250811B (zh) * | 2013-06-28 | 2016-12-28 | 丹阳宏图激光科技有限公司 | 铜合金表面的激光熔覆工艺 |
| CN121538637A (zh) * | 2026-01-21 | 2026-02-17 | 山西安顺达机械制造有限公司 | 一种激光熔覆同轴送粉喷嘴 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3760560B2 (ja) | 2006-03-29 |
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