(57)【要約】【課題】肉盛層の始端部の品質のばらつきを抑制すること。【解決手段】本発明の一態様に係る肉盛層の形成方法は、供給指令をオンに切り換えて基材上への金属粉の供給を開始すると共に、供給指令に対応したレーザ出力パターンに従って金属粉にレーザビームを照射して肉盛層を形成するものである。肉盛層を形成する前に、金属粉の流動度を取得するステップと、取得した流動度に応じて、レーザ出力パターンを変更するステップと、を備えている。【選択図】図５
2018134671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給指令をオンに切り換えて基材上への金属粉の供給を開始すると共に、前記供給指令に対応したレーザ出力パターンに従って前記金属粉にレーザビームを照射して肉盛層を形成する肉盛層の形成方法であって、
前記肉盛層を形成する前に、
前記金属粉の流動度を取得するステップと、
取得した前記流動度に応じて、前記レーザ出力パターンを変更するステップと、を備えた、
肉盛層の形成方法。
【請求項２】
前記流動度を取得するステップにおいて、
流動度推定式を用いて前記金属粉の嵩密度から前記流動度を算出する、
請求項１に記載の肉盛層の形成方法。
【請求項３】
前記流動度が大きくなるにつれて、
前記レーザ出力パターンにおいて、前記供給指令をオンに切り換えたタイミングからレーザ発振開始のタイミングまでの時間を長くする、
請求項１又は２に記載の肉盛層の形成方法。
【請求項４】
前記流動度が大きくなるにつれて、
前記レーザ出力パターンにおいて、レーザ発振開始のタイミングからレーザ出力が最高値に到達するタイミングまでの時間を長くする、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の肉盛層の形成方法。
【請求項５】
前記金属粉のロット毎に前記流動度を取得する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の肉盛層の形成方法。
【請求項６】
基材上へ金属粉を供給する粉供給部と、
前記金属粉に照射するレーザビームを発振するレーザ発振器と、
前記粉供給部に対して供給指令を出力すると共に、前記レーザ発振器に対して前記供給指令に対応したレーザ出力パターンを出力する制御部と、を備え、
前記供給指令をオンに切り換えて前記金属粉の供給を開始すると共に、前記レーザ出力パターンに従って前記レーザビームを発振して肉盛層を形成する肉盛層の形成装置であって、
前記制御部は、
前記金属粉の流動度を取得し、
取得した前記流動度に応じて、前記レーザ出力パターンを変更する、
肉盛層の形成装置。
【請求項７】
前記制御部は、流動度推定式を用いて前記金属粉の嵩密度から前記流動度を算出する、
請求項６に記載の肉盛層の形成装置。
【請求項８】
前記流動度が大きくなるにつれて、
前記レーザ出力パターンにおいて、前記供給指令をオンに切り換えたタイミングからレーザ発振開始のタイミングまでの時間を長くする、
請求項６又は７に記載の肉盛層の形成装置。
【請求項９】
前記流動度が大きくなるにつれて、
前記レーザ出力パターンにおいて、レーザ発振開始のタイミングからレーザ出力が最高値に到達するタイミングまでの時間を長くする、
請求項６〜８のいずれか一項に記載の肉盛層の形成装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記金属粉のロット毎に前記流動度を取得する、
請求項６〜９のいずれか一項に記載の肉盛層の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肉盛層の形成方法及び形成装置に関し、特に金属粉を基材上に供給しながらレーザビームを照射して肉盛層を形成する肉盛層の形成方法及び形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材上に肉盛層を形成することにより、耐摩耗性を向上させた耐摩耗部材が知られている。例えば、エンジンのシリンダヘッドに形成された吸気／排気ポートの燃焼室側の開口端周縁には、高温環境下においてバルブが繰り返し当接するため、耐摩耗性を有するバルブシートが設けられている。
【０００３】
このバルブシートは、基材であるシリンダヘッド粗形材の吸気／排気ポートの開口端周縁に肉盛層を形成した後、肉盛層を切削加工することにより製造される。肉盛層の形成方法としては、例えば特許文献１に開示されているように、基材上に金属粉を供給しながらレーザビームを照射して肉盛層（クラッド層）を形成するいわゆるレーザクラッド法が知られている。
なお、非特許文献１については、実施形態の説明において言及する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２１７３９７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】川北公夫、種谷真一、「概論  粉体工学」、プラント工学社、１９６９年１０月１日発行、ｐ．１８３〜１９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者は、金属粉を基材上に供給しながらレーザビームを照射して肉盛層を形成する肉盛層の形成方法及び形成装置に関し、以下の課題を見出した。
金属粉の供給指令をオンに切り換え、基材上への金属粉の供給を開始する際、レーザ出力は、基材上の加工部位に到達する金属粉量の増加に合わせて、徐々に上昇させる必要がある。発明者は、供給指令をオンに切り換えてから金属粉が加工部位に到達するまでの時間や、加工部位における金属粉量が定常値に到達するまでの時間などが、金属粉の流動度によって変化することを見出した。そのため、金属粉の流動度が変化しているにもかかわらず、レーザ出力パターンが一定のままだと、加工部位に到達した金属粉量に対するレーザ出力が大き過ぎたり、小さ過ぎたりしてしまう。その結果、肉盛層において最初に形成される始端部の品質にばらつきが生じる虞があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みなされたものであって、肉盛層の始端部の品質のばらつきを抑制することができるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る肉盛層の形成方法は、
供給指令をオンに切り換えて基材上への金属粉の供給を開始すると共に、前記供給指令に対応したレーザ出力パターンに従って前記金属粉にレーザビームを照射して肉盛層を形成する肉盛層の形成方法であって、
前記肉盛層を形成する前に、
前記金属粉の流動度を取得するステップと、
取得した前記流動度に応じて、前記レーザ出力パターンを変更するステップと、を備えたものである。
【０００９】
本発明の一態様に係る肉盛層の形成方法では、肉盛層を形成する前に、金属粉の流動度を取得するステップと、取得した前記流動度に応じて、レーザ出力パターンを変更するステップと、を備えている。そのため、金属粉の流動度が変化しても、加工部位に到達した金属粉量に対するレーザ出力を適切な値に保持することができる。その結果、肉盛層の始端部の品質のばらつきを抑制することができる。
【００１０】
前記流動度を取得するステップにおいて、流動度推定式を用いて前記金属粉の嵩密度から前記流動度を算出してもよい。流動度を測定する手間を省略し、簡易に流動度を取得することができる。
【００１１】
前記流動度が大きくなるにつれて、前記レーザ出力パターンにおいて、前記供給指令をオンに切り換えたタイミングからレーザ発振開始のタイミングまでの時間を長くしてもよい。また、前記流動度が大きくなるにつれて、前記レーザ出力パターンにおいて、前記レーザ発振開始のタイミングからレーザ出力が最高値に到達するタイミングまでの時間を長くしてもよい。肉盛層の始端部の品質のばらつきをさらに抑制することができる。
【００１２】
さらに、前記金属粉のロット毎に前記流動度を取得してもよい。流動度の取得回数を削減することができる。
【００１３】
本発明の一態様に係る肉盛層の形成装置は、
基材上へ金属粉を供給する粉供給部と、
前記金属粉に照射するレーザビームを発振するレーザ発振器と、
前記粉供給部に対して供給指令を出力すると共に、前記レーザ発振器に対して前記供給指令に対応したレーザ出力パターンを出力する制御部と、を備え、
前記供給指令をオンに切り換えて前記金属粉の供給を開始すると共に、前記レーザ出力パターンに従って前記レーザビームを発振して肉盛層を形成する肉盛層の形成装置であって、
前記制御部は、
前記金属粉の流動度を取得し、
取得した前記流動度に応じて、前記レーザ出力パターンを変更するものである。
【００１４】
本発明の一態様に係る肉盛層の形成装置では、制御部が、金属粉の流動度を取得し、取得した前記流動度に応じて、レーザ出力パターンを変更する。そのため、金属粉の流動度が変化しても、加工部位に到達した金属粉量に対するレーザ出力を適切な値に保持することができる。その結果、肉盛層の始端部の品質のばらつきを抑制することができる。
【００１５】
前記制御部は、流動度推定式を用いて前記金属粉の嵩密度から前記流動度を算出してもよい。流動度を測定する手間を省略し、簡易に流動度を取得することができる。
【００１６】
前記流動度が大きくなるにつれて、前記レーザ出力パターンにおいて、前記供給指令をオンに切り換えたタイミングからレーザ発振開始のタイミングまでの時間を長くしてもよい。また、前記流動度が大きくなるにつれて、前記レーザ出力パターンにおいて、前記レーザ発振開始のタイミングからレーザ出力が最高値に到達するタイミングまでの時間を長くしてもよい。肉盛層の始端部の品質のばらつきをさらに抑制することができる。
【００１７】
さらに、前記制御部は、前記金属粉のロット毎に前記流動度を取得してもよい。流動度の取得回数を削減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、肉盛層の始端部の品質のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態に係る肉盛層の形成装置を模式的に示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る肉盛層の形成装置におけるレーザ加工ヘッド４０の断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る肉盛層の形成方法を示す斜視図である。
【図４】第１の実施形態に係る肉盛層の形成方法を示す加工部位の断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る肉盛層の形成方法を示すフローチャートである。
【図６】流動度の測定値と式（３）による流動度の推定値とを比較したグラフである。
【図７】金属粉の流動度が１５［ｓ／５０ｇ］の場合の供給指令とレーザ出力パターン（出力指令）との関係を示すグラフである。
【図８】金属粉の流動度が１７［ｓ／５０ｇ］の場合の供給指令とレーザ出力パターン（出力指令）との関係を示すグラフである。
【図９】供給指令をオンに切り換えたタイミングから加工部位に金属粉が到達し始めるまでの時間ｔ１、及び加工部位に金属粉が到達し始めてから金属粉量が定常値に到達するまでの時間ｔ２の流動度依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００２１】
（第１の実施形態）
＜肉盛層の形成装置＞
まず、図１を参照して、第１の実施形態に係る肉盛層の形成装置について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る肉盛層の形成装置を模式的に示すブロック図である。
図１に示すように、第１の実施形態に係る肉盛層の形成装置は、制御部１０、レーザ発振器、粉供給部３０、レーザ加工ヘッド４０を備えている。
【００２２】
制御部１０は、図１に示していないが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算部と、各種制御プログラムやデータなどが格納されたＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶部と、を備えている。
【００２３】
制御部１０は、粉供給部３０に対して、金属粉の供給を制御するための供給指令を出力する。また、制御部１０は、レーザ発振器２０に対して、供給指令に対応したレーザ出力パターンである出力指令を出力する。具体的には、金属粉の供給指令がオンに切り換わり、基材上への金属粉の供給を開始する際、基材上の加工部位に到達する金属粉量の増加に合わせて、レーザ出力を徐々に上昇させるようなレーザ出力パターンである。
【００２４】
さらに、図１に示すように、制御部１０には、使用する金属粉の嵩密度が入力される。制御部１０は、流動度推定式を用いて、入力された金属粉の嵩密度から金属粉の流動度を算出する。そして、算出した流動度に応じて、出力指令（すなわち供給指令に対応したレーザ出力パターン）を変更する。なお、本実施形態において使用する流動度推定式の求め方については後述する。
【００２５】
レーザ発振器２０は、出力指令に基づいて所定出力のレーザビームＬＢを発振する。レーザビームＬＢは、レーザ加工ヘッド４０を介して基材上の加工部位に供給される金属粉に照射される。
粉供給部３０は、原料である金属粉を貯蔵すると共に、供給指令に基づいて所定量の金属粉をキャリアガスと共にレーザ加工ヘッド４０に供給する。
【００２６】
上述の通り、供給指令がオンに切り換わってから金属粉が加工部位に到達するまでの時間や、加工部位における金属粉量が最高値に到達するまでの時間などが、金属粉の流動度によって変化する。そのため、金属粉の流動度が変化しているにもかかわらず、レーザ出力パターンが一定のままだと、加工部位に到達した金属粉量に対するレーザ出力が大き過ぎたり、小さ過ぎたりしてしまう。その結果、肉盛層において最初に形成される始端部の品質にばらつきが生じる虞があった。
【００２７】
これに対し、本実施形態に係る肉盛層の形成装置では、使用する金属粉の流動度に応じて、レーザ出力パターンを変更する。そのため、金属粉の流動度が変化しても、加工部位に到達した金属粉量に対するレーザ出力を適切な値に保持することができる。その結果、肉盛層の始端部の品質のばらつきを抑制することができる。
なお、本実施形態に係る肉盛層の形成装置では、使用する金属粉の流動度を、流動度推定式を用いて算出しているが、使用する金属粉の流動度の測定値を使用してもよい。
【００２８】
さらに、本実施形態に係る肉盛層の形成装置では、使用する金属粉の流動度を、流動度推定式を用いて、使用する金属粉の嵩密度から算出する。金属粉を購入する場合、金属粉の嵩密度は、金属粉の検査証明書にロット毎に記載されている。そのため、本実施形態に係る肉盛層の形成装置では、流動度を測定する手間を省略し、簡易に流動度を取得することができる。
【００２９】
ここで、図２は、第１の実施形態に係る肉盛層の形成装置におけるレーザ加工ヘッド４０の断面図である。図２を参照して、レーザ加工ヘッド４０の構成の詳細について説明する。レーザ加工ヘッド４０は、内側ノズル４１、外側ノズル４２、原料供給管４３を備えている。すなわち、レーザ加工ヘッド４０は、ともにレーザビームＬＢの光軸Ａ２を中心軸とする内側ノズル４１及び外側ノズル４２からなる同軸二重管構造を有している。
【００３０】
具体的には、内側ノズル４１からレーザビームＬＢが出射される。また、内側ノズル４１と外側ノズル４２との間からは、原料供給管４３を介して粉供給部３０から供給された金属粉がキャリアガスと共に吐出される。つまり、金属粉及びキャリアガスの吐出軸は、レーザビームＬＢの光軸Ａ２と同軸である。キャリアガスとしては、例えばアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを挙げることができる。
このように、レーザビームの照射と金属粉及び不活性ガスの供給とが一体化されることにより、装置をコンパクトにすることができる。
【００３１】
＜肉盛層の形成方法＞
次に、図３〜図５を参照して、第１の実施形態に係る肉盛層の形成方法について説明する。ここでは、エンジンのシリンダヘッドに形成するバルブシートを一例として、第１の実施形態に係る肉盛層の形成方法を説明する。しかしながら、第１の実施形態に係る肉盛層の形成方法は、バルブシート以外の用途にも適用可能である。
図３は、第１の実施形態に係る肉盛層の形成方法を示す斜視図である。
図４は、第１の実施形態に係る肉盛層の形成方法を示す加工部位の断面図である。
図５は、第１の実施形態に係る肉盛層の形成方法を示すフローチャートである。
【００３２】
まず、図３を参照して、基材であるシリンダヘッド粗形材５０の構成について説明する。シリンダヘッド粗形材５０は、例えば鋳鉄やアルミニウム合金などからなる鋳物である。図３に示すように、シリンダヘッド粗形材５０は、複数の燃焼室５３を備えている。各燃焼室５３は、吸気ポート５１及び排気ポート５２を備えている。そして、吸気ポート５１及び排気ポート５２のそれぞれにおいて、燃焼室５３側の開口端周縁に、機械加工により肉盛層形成用のザグリ溝５４が形成されている。
【００３３】
図３に示されたシリンダヘッド粗形材５０は、４気筒１６バルブ用であって、４つの燃焼室５３のそれぞれに吸気ポート５１及び排気ポート５２を２つずつ備えている。当然のことながら、燃焼室５３や吸気ポート５１及び排気ポート５２の個数は図３の例に限定されるものではなく、適宜決定されるものである。
【００３４】
図３に示すように、レーザ加工ヘッド４０からザグリ溝５４に肉盛用の金属粉を供給しつつ、レーザビーム（光軸Ａ２）を照射して肉盛層を形成する。レーザ加工ヘッド４０が、円環状のザグリ溝５４の中心軸Ａ１を軸として１回転することにより、ザグリ溝５４の全周に肉盛層を形成することができる。中心軸Ａ１は、ザグリ溝５４の中心を通り、ザグリ溝５４の底面に垂直な軸である。吸気ポート５１や排気ポート５２のそれぞれにおいて、ザグリ溝５４の中心軸Ａ１が鉛直方向と一致するように、シリンダヘッド粗形材５０の姿勢を調整してから肉盛層を形成する。なお、図３では、レーザ加工ヘッド４０の原料供給管４３は省略されている。
【００３５】
さらに、図４を参照して、第１の実施形態に係る肉盛層の形成方法についてより詳細に説明する。なお、吸気ポート５１側と排気ポート５２側とにおいて同様であるから、吸気ポート５１側について説明する。
【００３６】
まず、図４に示すように、吸気ポート５１の燃焼室５３側の開口端周縁に形成された環状のザグリ溝５４に金属粉を供給しつつ、レーザビームＬＢを照射する。これにより、ザグリ溝５４の内部において金属粉が溶融・凝固し、バルブシート用の肉盛層６０が形成される。
【００３７】
ここで、図３に示したように、レーザビームＬＢ（光軸Ａ２）はレーザ加工ヘッド４０から照射される。そして、レーザ加工ヘッド４０は、環状のザグリ溝５４の中心軸Ａ１を軸として１回転するため、ザグリ溝５４の全周に肉盛層６０を形成することができる。図４に示すように、レーザビームＬＢの光軸Ａ２の傾斜角θ１は、４５°程度である。
【００３８】
図４に示すように、ザグリ溝５４は、底面５４ａ、斜面５４ｂ、側壁５４ｃを備え、例えば機械加工により形成されている。ザグリ溝５４の角部では肉盛層６０に欠陥が発生しやすい。しかしながら、底面５４ａと側壁５４ｃとの間に設けられた斜面５４ｂにより、ザグリ溝５４の角部における肉盛層６０の欠陥が抑制される。
【００３９】
次に、図５を参照して、第１の実施形態に係る肉盛層の形成方法の全体のフローについて説明する。
まず、図５に示すように、予め求めておいた流動度推定式を用いて、使用する金属粉の嵩密度から流動度を算出する（ステップＳＴ１）。本実施形態に係る肉盛層の形成方法に用いる流動度推定式の求め方の詳細については後述する。
【００４０】
次に、算出した流動度に応じて、供給指令に対応したレーザ出力パターンを決定する（ステップＳＴ２）。すなわち、算出した流動度に応じて、レーザ出力パターンを変更する。供給指令に対応したレーザ出力パターンの決定方法については後述する。
【００４１】
次に、決定したレーザ出力パターンを用いて肉盛層を形成する（ステップＳＴ３）。上記において説明した図３、図４は、ステップＳＴ３において肉盛層を形成する様子を示している。
【００４２】
次に、使用する金属粉のロットを変更しない場合（ステップＳＴ４ＮＯ）、ステップＳＴ３に戻り、同じレーザ出力パターンで肉盛層を形成する。すなわち、使用する金属粉のロットが同じ間、同じレーザ出力パターンでの肉盛層の形成を繰り返す。そのため、流動度の算出回数を削減することができる。一方、使用する金属粉のロットを変更した場合（ステップＳＴ４ＹＥＳ）、終了する。そして、ステップＳＴ１からの処理を繰り返す。すなわち、使用する金属粉のロット毎に、金属粉の嵩密度から流動度を算出し、算出した流動度に応じてレーザ出力パターンを変更する。
【００４３】
このように、本実施形態に係る肉盛層の形成方法では、ステップＳＴ３において肉盛層を形成する前に、使用する金属粉の流動度を取得し（ステップＳＴ１）、取得した流動度に応じて、レーザ出力パターンを変更する（ステップＳＴ２）。そのため、金属粉の流動度が変化しても、加工部位に到達した金属粉量に対するレーザ出力を適切な値に保持することができる。その結果、肉盛層の始端部の品質のばらつきを抑制することができる。
【００４４】
＜流動度推定式の求め方＞
次に、本実施形態に係る肉盛層の形成装置及び形成方法に用いる流動度推定式の求め方の詳細について説明する。
本実施形態に係る肉盛層の形成方法に用いる流動度推定式は、非特許文献１（ｐ．１９０）に記載されたリンチェフスキーの式を変形した上で、流動度の測定値と整合するように定数項を導入することにより求めた。
【００４５】
リンチェフスキーの式を式（１）に示す。
Ｗ［ｔ／ｈ］＝１．５４・ρＢ［ｔ／ｍ３］・Ｄ０２．５［ｍｍ］×１０-４・・・式（１）
ここで、Ｗは重量流出速度、ρＢは粒子の嵩密度、Ｄ０はオリフィス径である。
【００４６】
まず、式（１）の流動度推定式への変形について説明する。
１［ｔ／ｈ］＝２７８［ｇ／ｓ］、１［ｔ／ｍ３］＝１［ｇ／ｃｍ３］であるから、式（１）を単位換算すると、次式（２）が得られる。
Ｗ［ｇ／ｓ］＝４２８・ρＢ［ｇ／ｃｍ３］・Ｄ０２．５［ｍｍ］×１０-４・・・式（２）
【００４７】
従って、ＪＩＳ  Ｚ２５０２に準拠した流動度測定方法による流動度［ｓ／５０ｇ］を、次式（３）によって推定することができる。
流動度［ｓ／５０ｇ］
＝５０［ｇ］／Ｗ［ｇ／ｓ］
＝５０［ｇ］／（４２８・ρＢ［ｇ／ｃｍ３］・Ｄ０２．５［ｍｍ］×１０-４）
＝１１６９／（ρＢ［ｇ／ｃｍ３］・Ｄ０２．５［ｍｍ］）・・・式（３）
【００４８】
ＪＩＳ  Ｚ２５０２においてオリフィス径は２．５ｍｍに定められているため、式（３）において、Ｄ０＝２．５である。そのため、式（３）を用いることにより、粒子の嵩密度ρＢのみから流動度［ｓ／５０ｇ］を推定することができる。
【００４９】
そこで、ゆるめ嵩密度ρＢの異なる３種類の原料金属粉Ａ、Ｂ、Ｃを用いて、流動度の測定値と式（３）による流動度の推定値とを比較した。金属粉Ａ、Ｂ、Ｃのゆるめ嵩密度ρＢを異なる値にするために、篩分けにより粒径を調整した。表１に金属粉Ａ、Ｂ、Ｃの流動度［ｓ／５０ｇ］の測定値、嵩密度ρＢ［ｇ／ｃｍ３］、化学成分［ｍａｓｓ％］、平均粒径［μｍ］を示す。
【００５０】
流動度［ｓ／５０ｇ］は、ＪＩＳ  Ｚ２５０２に準拠した流動度測定方法を用いて測定した。平均粒径［μｍ］は、ＪＩＳ  Ｚ８８１５に準拠した篩分け試験方法を用いて粒度分布を測定し、積算篩下５０％を平均粒径とした。
【００５１】
【表１】
2018134671.tif 000003
【００５２】
図６は、流動度の測定値と式（３）による流動度の推定値とを比較したグラフである。図６に示すように、式（３）による流動度の推定値は、流動度の測定値と大きく乖離しており、式（３）をそのまま流動度推定式として使用することができないことが分かった。一方、図６に示すように、式（３）による流動度の推定値と流動度の測定値との差は一定であった。
【００５３】
そのため、本実施形態に係る肉盛層の形成方法に用いる流動度推定式は、流動度の測定値と整合するように、式（３）に対して定数項ａを導入した次式（４）で示すことができる。
流動度［ｓ／５０ｇ］
＝１１６９／（ρＢ［ｇ／ｃｍ３］・Ｄ０２．５［ｍｍ］）＋ａ・・・式（４）
【００５４】
定数項ａは、図６のグラフに示したような実験により、予め定めておく。そのため、式（４）を用いることにより、原料である金属粉の嵩密度ρＢのみから流動度［ｓ／５０ｇ］を推定することができる。また、金属粉を購入する場合、金属粉の嵩密度ρＢは、金属粉の検査証明書にロット毎に記載されているため、使用時に測定する必要もない。従って、本実施形態に係る肉盛層の形成装置及び形成方法では、金属粉の嵩密度を測定する手間をも省略し、式（４）を用いた計算のみにより、精度良く簡易に流動度を推定することができる。
【００５５】
＜レーザ出力パターンの決定方法＞
次に、図７〜図９を参照して、供給指令に対応したレーザ出力パターンの決定方法ついて説明する。
図７は、金属粉の流動度が１５［ｓ／５０ｇ］の場合の供給指令とレーザ出力パターン（出力指令）との関係を示すグラフである。
図８は、金属粉の流動度が１７［ｓ／５０ｇ］の場合の供給指令とレーザ出力パターン（出力指令）との関係を示すグラフである。
図９は、供給指令をオンに切り換えたタイミングから加工部位に金属粉が到達し始めるまでの時間ｔ１、及び加工部位に金属粉が到達し始めてから金属粉量が定常値に到達するまでの時間ｔ２の流動度依存性を示すグラフである。
【００５６】
図７、図８では、いずれも上段に供給指令［ｇ／ｓ］、中段に加工部位粉量、下段に出力指令［Ｗ］（レーザ出力パターン）が示されている。いずれのグラフも横軸は時間［ｓ］であって、共通である。また、図７、図８において上段に示した供給指令のグラフは同一である。中段に示した加工部位粉量はセンサによる測定値である。そして、下段に示した出力指令（レーザ出力パターン）を、加工部位粉量に基づいて作成する。
【００５７】
図７と図８とを比較すると分かるように、流動度が１５から１７［ｓ／５０ｇ］へ増加すると、供給指令をオンに切り換えたタイミングから加工部位に金属粉が到達し始めるまでの時間ｔ１が長くなる。そのため、これに合わせて、出力指令［Ｗ］（レーザ出力パターン）における供給指令をオンに切り換えたタイミングからレーザ発振開始のタイミングまでの時間も長くする。図９には、図７、図８に示した流動度が１５［ｓ／５０ｇ］及び１７［ｓ／５０ｇ］に加えて流動度が１６の場合の時間ｔ１が併せて示されている。
【００５８】
同様に、流動度が１５から１７［ｓ／５０ｇ］へ増加すると、加工部位に金属粉が到達し始めてから金属粉量が定常値に到達するまでの時間ｔ２も長くなる。そのため、これに合わせて、出力指令［Ｗ］（レーザ出力パターン）におけるレーザ発振開始のタイミングからレーザ出力が最高値に到達するタイミングまでの時間までの時間も長くする。図９には、図７、図８に示した流動度が１５［ｓ／５０ｇ］及び１７［ｓ／５０ｇ］に加えて流動度が１６の場合の時間ｔ２が併せて示されている。
【００５９】
このように、金属粉の流動度に応じて、供給指令に対応したレーザ出力パターンを変更する。また、図７、図８に示したような異なる流動度でのレーザ出力パターンを予め作成し、図１に示した制御部１０の記憶部に格納しておくことが好ましい。そして、使用する金属粉の流動度に応じて、レーザ出力パターンを選択する。このような構成により、金属粉の流動度に応じてレーザ出力パターンを変更する場合にも、肉盛層の形成を中断せずに継続することができる。
【００６０】
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０            制御部
２０            レーザ発振器
３０            粉供給部
４０            レーザ加工ヘッド
４１            内側ノズル
４２            外側ノズル
４３            原料供給管
５０            シリンダヘッド粗形材
５１            吸気ポート
５２            排気ポート
５３            燃焼室
５４            ザグリ溝
５４ａ            底面
５４ｂ            斜面
５４ｃ            側壁
６０            肉盛層
【図１】
2018134671.tif 000004
【図２】
2018134671.tif 000005
【図３】
2018134671.tif 000006
【図４】
2018134671.tif 000007
【図５】
2018134671.tif 000008
【図６】
2018134671.tif 000009
【図７】
2018134671.tif 000010
【図８】
2018134671.tif 000011
【図９】
2018134671.tif 000012