(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材の表面に粉末状の被覆用金属を供給しながらレーザービームを照射することにより前記母材の表面に前記被覆用の他金属を肉盛りする方法において、
第１層目と第２層目とが重なるラップ部が始まる前に、前記被膜用金属の粉末供給量を増加させることを特徴とするレーザービームによる肉盛方法。
【請求項２】
粉末供給量を増加させるタイミングは、第１層目の開始部の形状および被加工物の内径に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載のレーザービームによる肉盛方法。
【請求項３】
粉末供給量を増加させるタイミングは、前記ラップ部が始まる位置から６０°またはそれ以内であることを特徴とする請求項２に記載のレーザービームによる肉盛方法。
【請求項４】
粉末供給量の増加量は、第１層目の開始部の形状および被加工物の内径に応じて変化させることを特徴とする請求項１記載のレーザービームによる肉盛方法。
【請求項５】
粉末供給量の増加量は、定常部での粉末供給量の４０％以下であることを特徴とする請求項４に記載のレーザービームによる肉盛方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザービームによる肉盛方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溝部を有する円筒内面等に対してそのベースとなる金属（母材）に特殊な性質を持った他の金属（被覆材）を肉盛りする方法として、レーザービームを用いて肉盛り加工を行うようにしたものがある。例えば、自動車エンジンのシリンダーヘッドのバルブシートにおいては、その溝部に粉末状の肉盛り用金属を供給しながらレーザービームを照射することにより、アルミニウム系母材のバルブシート（の溝部）に耐熱性、耐磨耗性、耐蝕性などに優れた銅系の肉盛り用合金材料を肉盛りすることが行われている。
【０００３】
バルブシートにリング状の肉盛り部を形成する場合、図５に示すように、肉盛り部１をその開始位置（肉盛り始端部）と終了位置（肉盛り終端部）との間でオーバーラップさせる。つまり、第１層目の開始部（以下単に「開始部」という）に重ねて第２層目を肉盛りする（以下、第１層目と第２層目とが重なる部分を「ラップ部」という）。オーバーラップさせないとリング部の形成に必要な肉盛り量を確保できないからである。
【０００４】
このとき、従来は、肉盛り用合金材料の粉末（以下単に「粉末」という）を供給する際に、図６に示すように、粉末供給量を開始部では増加させ、開始部とラップ部との間の定常部では一定の値に維持し、ラップ部では減少させるようにして、ラップ部にて第１層目と第２層目とが滑らかにつながるようにしている。なお、このとき、レーザービーム２と粉末供給ノズル３から噴出される粉末４とを完全に同軸とすることはできないので、粉末４の投入位置はレーザービーム２の前方または後方となる（図５参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の方法にあっては、溝部に他金属を肉盛りする際に、開始部や定常部では、第１層目の加工であるため、図７（Ａ）に示すように、粉末供給ノズル３から供給される粉末４はほとんど全て母材５の溝部６内にとどまるが、ラップ部では、既に第１層目が存在するため、図７（Ｂ）に示すように、粉末供給ノズル３から供給される粉末４は第１層目にけられて外部へ飛散し、加工点に実質的に投入される粉末量は予定された量よりも減少する。このため、ラップ部直前の肉盛り部１表面に凹部（欠肉）７が形成され、凝固収縮応力の集中や入熱過多による母材５の希釈により割れ（クラック）８が発生する場合があり（図４参照）、品質が不安定になりがちである。
【０００６】
本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、粉末供給量の制御に起因して生じうる凹部や割れの発生を有効に抑制することができるレーザービームによる肉盛方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
（１）本発明に係るレーザービームによる肉盛方法は、母材の表面に粉末状の被覆用金属を供給しながらレーザービームを照射することにより前記母材の表面に前記被覆用の他金属を肉盛りする方法において、第１層目と第２層目とが重なるラップ部が始まる前に、前記被膜用金属の粉末供給量を増加させることを特徴とする。
【０００８】
これにより、ラップ部の第１層目にけられて飛散する粉末量が補われ、加工点に実質的に投入される粉末の供給量が安定化される。その結果、ラップ部直前の凹部の形成や割れの発生が抑制でき、品質の向上と安定化が図られる。
（２）粉末供給量を増加させるタイミングは、第１層目の開始部の形状および被加工物の内径に応じて変化させる。
【０００９】
これにより、第１層目の開始部の形状や被加工物（例えば、バルブシート）の内径が変わっても対応することができる。
（３）粉末供給量を増加させるタイミングは、前記ラップ部が始まる位置から６０°またはそれ以内である。
【００１０】
実験などの結果として、６０°を超える位置から粉末供給量を増加させた場合、定常部において粉末過多による未溶着の不具合が発生したからである。
（４）粉末供給量の増加量は、第１層目の開始部の形状および被加工物の内径に応じて変化させる。
【００１１】
これにより、第１層目の開始部の形状や被加工物（例えば、バルブシート）の内径が変わっても対応することができる。
（５）粉末供給量の増加量は、定常部での粉末供給量の４０％以下である。
【００１２】
実験などの結果として、定常部の４０％を超えて粉末供給量を増加させた場合、定常部およびラップ部において粉末過多による未溶着の不具合が発生したからである。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、請求項ごとに以下のような効果を奏する。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、ラップ部が始まる前に粉末供給量を増加させるので、ラップ部の第１層目にけられて飛散する粉末量が補われ、加工点に実質的に投入される粉末の供給量が安定化されるため、従来粉末供給量の制御に起因して生じる場合があったラップ部直前の凹部の形成や割れの発生を有効に抑制することが可能となり、品質の向上と安定化が図られる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、粉末供給量を増加させるタイミングを第１層目の開始部の形状および被加工物の内径に応じて変化させるので、第１層目の開始部の形状や被加工物（例えば、バルブシート）の内径が変わっても対応することが可能である。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、粉末供給量を増加させるタイミングを好適に限定したので、定常部における粉末過多による未溶着不具合の発生を有効に防止することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、粉末供給量の増加量を第１層目の開始部の形状および被加工物の内径に応じて変化させるので、第１層目の開始部の形状や被加工物（例えば、バルブシート）の内径が変わっても対応することが可能である。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、粉末供給量の増加量を好適に限定したので、定常部における粉末過多による未溶着不具合の発生を有効に防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態に係る粉末供給量の制御特性図である。
【００２０】
同図に示すように、本発明では、第１層目と第２層目とが重なるラップ部が始まる前に粉末供給量を増加させる。これにより、ラップ部の第１層目にけられて飛散する粉末量が補われ、加工点に実質的に投入される粉末の供給量が安定化されるため、ラップ部直前の凹部の形成や割れの発生を抑制することができるようになる。
【００２１】
その際、好ましくは、粉末供給量を増加させるタイミングと量を第１層目の開始部の形状や被加工物の内径に応じて変化させる。第１層目の開始部の形状や被加工物（例えば、バルブシート）の内径が変わっても対応できるようにするためである。
【００２２】
また、好ましくは、粉末供給量を増加させるタイミングは、ラップ部が始まる位置から６０°またはそれ以内とする。実験などの結果として、６０°を超える位置から粉末供給量を増加させた場合には、定常部において粉末過多による未溶着の不具合が発生したからである。
【００２３】
また、好ましくは、粉末供給量の増加量は、定常部での粉末供給量の４０％以下とする。実験などの結果として、定常部の４０％を超えて粉末供給量を増加させた場合には、定常部およびラップ部において粉末過多による未溶着の不具合が発生したからである。
【００２４】
【実施例】
図２は、本発明の一実施例に係る粉末供給量の制御特性図である。
【００２５】
ここでは、アルミニウム合金製（ＪＩＳによるＡＣ２Ａ材）のシリンダーヘッドのバルブシートを母材５とし、これに肉盛りする合金材料として、銅合金粉末（Ｃｕ−８．９Ｎｉ−３．２Ｓｉ−１．５Ｆｅ−２．０Ｃｒ−０．９Ａｌ−２．０Ｖ−０．５Ｐ）を用いた。
【００２６】
加工条件は、次のとおりである。
・ビームモード：リングモード
・レーザー出力：３．６ｋＷ
・レーザー照射方向：母材底面の法線方向
・加工速度：０．８ｍ／ｍｉｎ
・粉末供給量：図２に示すとおり
・粉末供給ノズル角度：７５°（母材底面から）
・スタンドオフ：２２ｍｍ
・ノズル内径：φ３．０ｍｍ
・バルブシート内径：φ２４．３ｍｍ
・粉末供給量増加タイミング：ラップ部前４５°（図２参照）
・粉末供給量の増分：定常部の約３４％（図２参照）
なお、比較例として、他の条件は同じにした上で、図２中の破線で示すような従来の粉末供給量制御を行ってみた。
【００２７】
以上の条件の下で肉盛り加工を行ったところ、本実施例では、図３に示すように、ラップ部の直前に凹部（欠肉）や割れ（クラック）のない良好なクラッド品が得られたが、比較例では、図４に示すような欠陥（凹部７や割れ８）が発生した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る粉末供給量の制御特性図である。
【図２】本発明の一実施例に係る粉末供給量の制御特性図である。
【図３】図２の実施例の結果を示す円周方向要部断面図である。
【図４】図２の比較例の結果を示す円周方向要部断面図である。
【図５】レーザービームによる肉盛り方法の説明図である。
【図６】従来の粉末供給量の制御特性図である。
【図７】図６の制御特性による不具合を説明するための径方向要部断面図である。
【符号の説明】
１…肉盛り部、
２…レーザービーム、
３…粉末供給ノズル、
４…粉末、
５…母材、
６…溝部、
７…凹部、
８…割れ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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