(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流用のメッシュプレートを介してシールドガスを加工点に送給すると共に、粉末状の肉盛材料を供給して肉盛層を形成するレーザ肉盛において、
肉盛材料粉末の最大粒径より大きい目開きを有する複数枚のメッシュプレートを介してシールドガスを送給することを特徴とするレーザ肉盛時のガスシール方法。
【請求項２】
肉盛材料粉末の供給ノズルとシールドガスノズルとを同軸に配設したノズルを用いることを特徴とする請求項１記載のレーザ肉盛時のガスシール方法。
【請求項３】
３枚以上のメッシュプレートを重ねて使用することを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ肉盛時のガスシール方法。
【請求項４】
各メッシュプレートのワイヤ位置をそれぞれずらして配設することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ肉盛時のガスシール方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末状の肉盛材料を用いて行うレーザ肉盛技術に係わり、とくにレーザ肉盛におけるガスシール方法に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなレーザ肉盛において、同軸ノズルを使用してシールドガスと肉盛材料粉末の供給を同軸で行う場合、シールドガスの乱流によって材料粉末の供給が不安定となって、肉盛結果に悪影響を及ぼすことがある。また、同軸ノズルを使用することなく、シールドガスと肉盛材料粉末とを別個のノズルを介して供給する場合においても、両ノズルの位置関係によっては材料粉末の供給に対するシールドガスの悪影響が生じることがある。
【０００３】
そこで、従来、シールドガスノズルの先端部に、３００メッシュ程度のメッシュプレートを取付け、シールドガスを整流することによってシールドガスの影響を低減するようにしていた。
【０００４】
しかしながら、整流用に取付けたメッシュプレートの目開きが比較的小さいことから、肉盛時に発生するヒュームやスパッタがメッシュプレートに付着して目詰まりを起こし易く、肉盛時間の経過と共にシールドガスの整流効果が得られなくなる結果、肉盛品質が安定せず、安定した肉盛品質を得るためにはメッシュプレートの交換を頻繁に行うことが必要となって、作業時間のロスが大きくなるという問題点があり、このような問題点を解消して、高い生産性のもとに高品質の肉盛部を得ることが従来のレーザ肉盛における課題となっていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、整流効果を損なうことなく、メッシュプレートの目詰りを防止することができ、良好な品質を備えた肉盛部を安定、かつ高能率に得ることができるレーザ肉盛時のガスシール方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わるレーザ肉盛時のガスシール方法は、整流用のメッシュプレートを介してシールドガスを加工点に送給すると共に、粉末状の肉盛材料を供給して肉盛層を形成するレーザ肉盛において、肉盛材料粉末の最大粒径より大きい目開きを有する複数枚のメッシュプレートを介してシールドガスを送給する構成としており、レーザ肉盛時のガスシール方法におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としたことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明のガスシール方法の実施態様として請求項２に係わるレーザ肉盛時のガスシール方法においては、肉盛材料粉末の供給ノズルとシールドガスノズルとを同軸に配設したノズルを用いる構成とし、同じく実施態様として請求項３に係わるレーザ肉盛時のガスシール方法においては、３枚以上のメッシュプレートを重ねて使用する構成とし、請求項４に係わるレーザ肉盛時のガスシール方法においては、各メッシュプレートのワイヤ位置をそれぞれずらして配設する構成としたことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係わるレーザ肉盛時のガスシール方法においては、整流用のメッシュプレートとして肉盛材料粉末の最大粒径より大きい目開きのメッシュプレートを複数枚使用し、これらメッシュプレートを通してシールドガスを送給するようにしている。すなわち、メッシュプレートの目開きを粗くすることによって目詰まりを減少させる一方、メッシュプレートの数を増すことによってシールドガスの通過経路を複雑化し、シールドガスの整流性能を得るようにしている。
【０００９】
すなわち、目開きの大きさに応じてメッシュプレートの数を増すことによって、必要な整流性能を確保することができ、肉盛材料粉末の供給が安定なものとなって、肉盛品質へのシールドガスの悪影響が解消されることになる。また、スパッタやヒュームによるメッシュプレートの目詰まりを完全に防止することはできないにしても、その交換頻度が大幅に減少することから、肉盛作業能率が向上することになる。さらに、メッシュプレートの目開きを大きくすることによって、メッシュワイヤの径も大きくなることから、メッシュプレートの強度が増すと共に、その清掃作業（ヒュームやスパッタの除去）も容易なものとなり、メッシュプレートの耐用寿命が向上することになる。
【００１０】
これらメッシュプレートは、請求項３に記載しているように、３枚以上を重ねて使用することが望ましく、これにより、メッシュプレートが２枚の場合に較べてシールドガスの通過経路が格段に複雑化することから、シールドガスの整流性能が大幅に向上することになる。
【００１１】
さらには、請求項４に記載しているように、各メッシュプレートのワイヤ位置をそれぞれ互いにずらして配設すること、例えば、各メッシュワイヤを隣接するメッシュプレートのワイヤに対して平行にずらすことによって、メッシュプレートをノズルの軸方向から見た場合に、各メッシュプレートのワイヤ同士が重なって見えるように配置することが望ましい。これによって、シールドガスの通過経路がさらに複雑化され、より少ない数でより優れた整流性能が得られることになる。このとき、上記のように各メッシュプレートのワイヤ同士が平行になるようにずらすこともできるが、各メッシュプレートのワイヤの角度位置をそれぞれ変えることによってワイヤ位置をずらすこともでき、メッシュプレートを回転移動させて配設するだけでよいので、各メッシュプレートの位置決めがより容易なものとなる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わるレーザ肉盛時のガスシール方法は、上記構成、すなわち肉盛材料粉末の最大粒径より大きい目開きを有する複数枚のメッシュプレートによってシールドガスを整流するようにしているので、整流性を損なうことなく、メッシュプレートの目詰まりを防止することができ、肉盛材料粉末の供給を長期間安定に保持して、良好な品質を備えた肉盛部を高い生産性のもとに安定して得ることができるという極めて優れた効果をもたらすものである。
【００１３】
本発明によるガスシール方法の実施態様として請求項２に係わるレーザ肉盛時のガスシール方法においては、肉盛材料粉末の供給ノズルとシールドガスノズルとを同軸に配設したノズルを用いるようにしているので、シールドガスおよび材料粉末の供給がしやすくなって作業性が向上すると共に、肉盛材料粉末の安定供給に対するシールドガスの影響がより深刻な同軸ノズルにおいても、肉盛材料粉末の供給を安定に保持して、健全な肉盛部を得ることができるようになり、同じく実施態様として請求項３に係わるレーザ肉盛時のガスシール方法においては、メッシュプレートを３枚以上重ねて使用するようにしているので、メッシュプレートが２枚の場合に較べてシールドガスの整流性能を格段に向上させることができ、請求項４に係わるレーザ肉盛時のガスシール方法においては、各メッシュプレートのワイヤ位置をそれぞれずらして配設するようにしているので、シールドガスの送給経路をさらに複雑化することができ、シールドガスの整流性能をより一層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。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて、さらに具体的に説明する。
【００１５】
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明に係わるレーザ肉盛時のガスシール方法の一実施例に用いるレーザ肉盛用同軸ノズルの構造を示すものである。
【００１６】
同軸ノズル１は、図１（ａ）に示すように、シールドガスと粉末状の肉盛材料を同軸に供給するようになっており、ノズル本体２と、当該ノズル本体２の中央部から延出し、この実施例では内径３ｍｍのパイプ状をなす粉末供給ノズル３と、この粉末供給ノズル３の周囲を覆う円筒状のガスノズル４から主に構成されている。
【００１７】
粉末供給ノズル３は、ノズル本体２の軸芯部に形成された粉末供給路２ａに連通するように、当該ノズル本体２の先端側中央部にねじ結合されており、この粉末供給路２ａを介して外部から導入される粉末状の肉盛材料を図示しないレーザビームが照射される加工点の近傍位置に供給するようになっている。
【００１８】
ガスノズル４は、ノズル本体２の先端側の外周部にねじ結合される基端側円筒部４ａと、この基端側円筒部４ａの先端側にさらにねじ結合される先端側円筒部４ｂからなり、これら基端側および先端側円筒部４ａおよび４ｂの間に、この実施例では２０メッシュ（目開き：０．８３ｍｍ）の金網からなる５枚のメッシュプレート５が配設され、シールドガスの整流部が形成されている。
【００１９】
これらメッシュプレート５は、４０ｍｍの外径を有し、この実施例では、図１（ｂ）に示すように、５枚のメッシュプレート５のワイヤの方向をそれぞれα＝１５°ずつ回転移動させることによって、各メッシュプレート５のワイヤの位置が重ならないようにずらして配設されている。
【００２０】
シールドガスは、ノズル本体２に設けたガス導入路２ｂを介して粉末供給ノズル３とガスノズル４の間の開口部に供給され、前記５枚のメッシュプレート５を通過することによって整流されたのち、加工点に向けて放出される。
【００２１】
図２は、このような構造を備えた同軸ノズル１を用いた場合のシールドガスの整流状態を可視化するために、約２０μｍ径のガラスビーズを混合したシールドガスを上記同軸ノズル１によって送給し、薄い板状に集光したレーザビームをガス流に平行に照射したときのガラスビーズからの反射光を撮影したものであって、図３に示した整流用のメッシュプレートとして３００メッシュのものを用いた従来の同軸ノズルの場合に比べて、シールドガスの広がりが少なく、乱流の少ないシールドガス流が得られ、優れた整流効果が確認された。
【００２２】
さらに、上記構造の同軸ノズル１を使用して、アルミニウム合金（ＪＩＳ  ＡＣ２Ａ材）製のシリンダヘッドのバルブシート部に４５〜１８０μｍの粒径を有する銅合金粉末（Ｃｕ−８．９％Ｎｉ−３．２％Ｓｉ−１．５％Ｆｅ−２．０％Ｃｏ−０．９％Ａｌ−２．０％Ｖ−０．５Ｐ）を用いてレーザ肉盛を行ない、メッシュプレート５の目詰まりによる整流効果の劣化状況を調査した（ビームモード：リングモード、レーザ出力：３．１ｋＷ、レーザ照射方向：母材肉盛面の法線方向、粉末供給ノズル角度：母材肉盛面に対して７５°、加工速度：０．８ｍ／ｍｉｎ．、スタンドオフ：２２ｍｍ）。
【００２３】
その結果、整流手段として３００メッシュのメッシュプレートを取付けた従来の同軸ノズルを使用した場合には、バルブシート数にして８０箇所程度のレーザ肉盛を行うとメッシュプレートに目詰まりが発生し、累積肉盛時間にして約１０分ごとにメッシュプレートの交換が必要であったのに対し、上記同軸ノズル１の使用によって本発明に係わるガスシール方法を適用した場合には、１０００箇所以上のバルブシート部を肉盛したのちにもメッシュプレート５に目詰まりは認められず、２時間以上の連続肉盛加工が可能で、大幅な生産性の向上が達成できることが確認された。
【００２４】
なお、上記実施例においては、粉末供給ノズル３とガスノズル４とが一体化された同軸ノズル１を用いた例について説明したが、粉末供給ノズルとは別体構造のガスノズルを使用した場合にも、同様の整流効果および目詰まり防止効果が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）  本発明に係わるレーザ肉盛時のガスシール方法に用いる同軸ノズルの構造例を示す断面図である。
（ｂ）  図１（ａ）に示したメッシュプレートの配設状況を示す説明図である。
【図２】図１に示した同軸ノズルによるシールドガスの整流状況を示す図である。
【図３】従来の同軸ノズルによるシールドガスの整流状況を示す図である。
【符号の説明】
５  メッシュプレート
【図１】
0003663618.tif 000002
【図２】
0003663618.tif 000003
【図３】
0003663618.tif 000004