(57)【要約】【課題】  レーザの反射を低減でき、より広いレーザ出力の範囲に対応して希釈せずに連続した肉盛層の形成を可能とする肉盛用金属ワイヤーを提供する。【解決手段】  肉盛用金属ワイヤー３０ａは、母材２０上に肉盛層４０を形成する際に、レーザビームが照射されて溶融される肉盛用金属ワイヤー３０ａであって、表面に凹凸を形成したことを特徴とする。【選択図】            図２
2005220409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材上に肉盛層を形成する際に、レーザビームが照射されて溶融される肉盛用金属ワイヤーであって、
表面に凹凸を形成したことを特徴とする肉盛用金属ワイヤー。
【請求項２】
平均粗さが２．０μｍ以上の凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の肉盛用金属ワイヤー。
【請求項３】
母材上に肉盛層を形成する際に、レーザビームが照射されて溶融される肉盛用金属ワイヤーであって、
複数の金属ワイヤーがより合わされて形成されていることを特徴とする肉盛用金属ワイヤー。
【請求項４】
母材上に肉盛層を形成する際に、レーザビームが照射されて溶融される肉盛用金属ワイヤーであって、
金属ワイヤーが螺旋状に巻回されて形成されていることを特徴とする肉盛用金属ワイヤー。
【請求項５】
肉盛用金属ワイヤーよりも平均粗さが高いローラを該肉盛用金属ワイヤーに押圧しつつ、該肉盛用金属ワイヤーを送り出して、該ローラの表面形状を前記肉盛用金属ワイヤーに転写しながらレーザビームを照射して溶融させ、母材上に肉盛層を形成することを特徴とする肉盛形成方法。
【請求項６】
母材に向けて照射されるレーザビームに、肉盛用金属ワイヤーを送り出す肉盛用金属ワイヤー供給装置であって、
前記肉盛用金属ワイヤーよりも平均粗さが高い凹凸が形成されたローラを有し、
前記肉盛用金属ワイヤーを送り出す際に、前記ローラを前記肉盛用金属ワイヤーに押圧することにより、該ローラ表面形状を前記肉盛用金属ワイヤーに転写することを特徴とする肉盛用金属ワイヤー供給装置。
【請求項７】
前記ローラは、平均粗さが２．０μｍ以上の凹凸が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の肉盛用金属ワイヤー供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肉盛加工に用いる肉盛用金属ワイヤー、および肉盛用金属ワイヤーを母材上に供給する肉盛用金属ワイヤー供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材に、他の金属を肉盛加工する方法としてレーザクラッディングが知られている。レーザクラッディングでは、たとえば、アルミニウム母材上に、アルミニウムよりも高い融点を有する銅等の粉末を供給しつつ、レーザを照射し、銅を溶融させて、肉盛層を形成する（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
肉盛材として、銅粉末を供給する場合には、銅を粉末化するための手間によりコストが上がってしまうという問題がある。また、肉盛に欠陥が生じないために、所定の粒度分布以外の銅粉末を使用できないので、製造歩留まりが悪いという問題がある。
【０００４】
これに対し、粉末状ではなくワイヤー状の肉盛材を用いれば、粉末に比べ製造しやすく、粒度分布という問題もないため、肉盛加工のコストを低減できる（たとえば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−５０２７３号公報
【特許文献２】特開平８−１１８０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ワイヤー状の肉盛材（以下、金属ワイヤーという）は、金属粉末を供給して溶融される場合よりも表面積が小さいため、表面でレーザが反射する率が高いので、レーザ光から受ける熱量が粉末よりも低く、溶融し難い傾向がある。
【０００６】
また、金属ワイヤーは、溶融するのに必要最低限の出力のレーザにより照射された場合、溶融状態の温度が低く、粘性が高くなってしまう。粘性が高い溶融金属は母材上で延びにくいので、該溶融金属が凝固してできる肉盛層が不連続な塊状に形成され、母材に十分に溶着しない虞がある。
【０００７】
一方で、金属ワイヤーは、溶融するのに十分な出力のレーザにより照射された場合でも、母材が肉盛層に希釈し、形成された肉盛層が割れる虞もある。
【０００８】
まとめると、金属ワイヤーを用いる場合、レーザ出力が弱すぎても、強すぎても、希釈せず連続した肉盛層を形成できない虞があり、レーザ出力の範囲が非常に限定されてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、レーザの反射を低減でき、より広いレーザ出力の範囲に対応して希釈せずに連続した肉盛層の形成を可能とする肉盛用金属ワイヤーおよび肉盛用金属ワイヤー供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明の肉盛用金属ワイヤーは、母材上に肉盛層を形成する際に、レーザビームが照射されて溶融される肉盛用金属ワイヤーであって、表面に凹凸を形成したことを特徴とする。
【００１１】
（２）本発明の他の肉盛用金属ワイヤーは、母材上に肉盛層を形成する際に、レーザビームが照射されて溶融される肉盛用金属ワイヤーであって、複数の金属ワイヤーがより合わされて形成されていることを特徴とする。
【００１２】
（３）本発明の他の肉盛用金属ワイヤーは、母材上に肉盛層を形成する際に、レーザビームが照射されて溶融される肉盛用金属ワイヤーであって、金属ワイヤーが螺旋状に巻回されて形成されていることを特徴とする。
【００１３】
（４）本発明の肉盛形成方法は、肉盛用金属ワイヤーよりも平均粗さが高いローラを該肉盛用金属ワイヤーに押圧しつつ、該肉盛用金属ワイヤーを送り出して、該ローラの表面形状を前記肉盛用金属ワイヤーに転写しながらレーザビームを照射して溶融させ、母材上に肉盛層を形成することを特徴とする。
【００１４】
（５）本発明の肉盛用金属ワイヤー供給装置は、母材に向けて照射されるレーザビームに、肉盛用金属ワイヤーを送り出す肉盛用金属ワイヤー供給装置であって、前記肉盛用金属ワイヤーよりも平均粗さが高い凹凸が形成されたローラを有し、前記肉盛用金属ワイヤーを送り出す際に、前記ローラを前記肉盛用金属ワイヤーに押圧することにより、該ローラ表面形状を前記肉盛用金属ワイヤーに転写することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上記（１）の肉盛用金属ワイヤーによれば、肉盛用金属ワイヤーは、表面に凹凸が形成されているので表面積が大きく、さらに、レーザビームが照射されたときに、表面でのレーザビームの反射を低減できる。したがって、レーザビームから受ける熱量が高くなる。この結果、肉盛用金属ワイヤーは、母材が希釈するほど強いレーザビームを照射しなくても十分に溶融し、また、従来よりも弱いレーザビームを照射しても十分に溶融して、連続した肉盛層に形成される。レーザビームの強度の範囲は、狭く限定されない。
【００１６】
上記（２）および上記（３）の肉盛用金属ワイヤーによれば、肉盛用金属ワイヤーは、通常のワイヤーよりも、表面積が大きいので、レーザビームから受ける熱量が高い。結果として、母材の希釈を防止でき、連続した肉盛層が得られる。
【００１７】
上記（４）の肉盛形成方法によれば、平均粗さが高いローラを肉盛用金属ワイヤーに押圧して、表面形状を転写した上で、レーザビームを照射する。したがって、肉盛用金属ワイヤーは、表面積が大きく、レーザビームから受ける熱量が高くなるので、母材が希釈するほど強いレーザビームを照射しなくても十分に溶融し、また、従来よりも弱いレーザビームを照射しても十分に溶融して、連続した肉盛層に形成される。
【００１８】
上記（５）の肉盛用金属ワイヤー供給装置によれば、肉盛加工の最中に容易に、レーザビームの吸収が良く、またレーザビームの反射を低減できる肉盛用金属ワイヤーが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して説明する。
【００２０】
本発明の特徴を説明する前に、肉盛用金属ワイヤーを用いて肉盛加工を行うレーザ肉盛装置の構成について説明する。
【００２１】
図１は、レーザ肉盛装置の概略構成を示す図である。
【００２２】
レーザ肉盛装置は、レーザ照射装置１０と、ノズル１２（肉盛用金属ワイヤー供給装置）とを有する。レーザ肉盛装置は、母材２０に向けてレーザビームを照射しつつ、肉盛用金属ワイヤー３０を送り出し、該肉盛用金属ワイヤー３０を先端から溶融していくことにより、母材２０表面に肉盛層４０を形成する。たとえば、エンジンのバルブシートの加工に適用できる。母材２０は、例えば、アルミニウムを含む金属層である。
【００２３】
レーザ照射装置１０は、一般的なＹＡＧレーザ装置などであり、母材２０に向けてレーザビームを照射する。レーザ照射装置１０は、発振器１６と、集光ヘッド１７とを含む。ここで発振器１６は、レーザビームを発生させる装置である。また、集光ヘッド１７は、レンズ等を有し、発振器で発生されたレーザビームを母材に向けて収束させる。
【００２４】
ノズル１２は、前記レーザビームに向かって、肉盛用金属ワイヤー３０を吐出する吐出口であり、肉盛層４０の形成に際し、肉盛用金属ワイヤー３０を順次送り出す装置である。ノズル１２は、ワイヤー供給装置１８に接続されており、該ワイヤー供給装置１８内に収納された肉盛用金属ワイヤー３０がノズル１２に供給される。
【００２５】
肉盛用金属ワイヤー３０は、母材２０と同一材質か、母材２０よりも融点が高い金属を含み、ワイヤー状に形成されている。母材をアルミニウムとしたときに、これより高い融点の金属には、たとえば、銅や銅合金が挙げられる。銅合金としては、たとえば、（Ｃｕ−１４Ｎｉ−３Ｓｉ−１．５Ｆｅ−２Ｃｒ−１Ａｌ−２Ｖ−０．５Ｐ）からなるものがある。肉盛用金属ワイヤー３０は、レーザ照射装置１０から照射されるレーザビームにより、母材２０上で溶融し、該母材２０上で肉盛層４０に形成される。
【００２６】
レーザ肉盛装置を用いた肉盛方法について説明する。
【００２７】
レーザ肉盛装置は、レーザ照射装置１０を用いて、母材２０上で肉盛層４０を形成したい開始点にレーザビームを照射する。そして、ノズル１２を用いて、母材２０上の開始点に、肉盛用金属ワイヤー３０を供給する。肉盛層４０を形成したい方に、レーザ照射装置１０を移動し、これに合わせて、肉盛用金属ワイヤー３０を供給する位置を移動する。
【００２８】
レーザビームを吸収して肉盛用金属ワイヤー３０が溶融するので、ノズル１２の移動方向に沿って母材２０上に溶融された肉盛用金属ワイヤー３０が配置される。肉盛用金属ワイヤー３０は、溶融後に凝固し、肉盛層４０に形成される。
【００２９】
以上のように、レーザ肉盛装置を用いて、肉盛用金属ワイヤー３０は、肉盛層４０に形成される。
【００３０】
次に、本発明の肉盛用金属ワイヤー３０についてより詳細に説明する。なお、肉盛用金属ワイヤー３０としては、さまざまな態様のものが考えられるので、以下では、それらを具体的に例示する。
【００３１】
（第１態様）
図２は第１態様の肉盛用金属ワイヤーおよび肉盛用金属ワイヤーを送り出すノズルを示す図である。
【００３２】
第１態様の肉盛用金属ワイヤー３０ａは、通常の金属ワイヤーよりも表面の平均粗さＲａを高めたものである。ここで、金属ワイヤーの平均粗さＲａは、通常、０．１μｍよりも小さい。これに対し、本発明の肉盛用金属ワイヤー３０ａは、表面に加工を施すことにより、たとえば、平均粗さＲａを約２．０μｍ以上に向上させている。
【００３３】
平均粗さＲａを向上させるためには、たとえば、図２に示すように、ノズル１２に、表面に凹凸形状が形成された一組のローラ１４を設けることが考えられる。ここで、ローラ１４は、加工前で平均粗さＲａ＝０．１μｍの肉盛用金属ワイヤー３０ａよりも、表面の平均粗さＲａが高い。たとえば、ローラ１４表面は、平均粗さＲａ＝２．０μｍである。
【００３４】
該ローラ１４によって、肉盛用金属ワイヤー３０ａを両側から押圧しつつ、ノズル１２から肉盛用金属ワイヤー３０ａを送り出すことによって、ローラ１４が肉盛用金属ワイヤー３０ａ表面上で回転し、ローラ１４の表面形状が肉盛用金属ワイヤー３０ａに転写される。これにより、肉盛用金属ワイヤー３０ａは、平均粗さＲａ＝２．０μｍとなり、表面粗さが高く形成される。このように、肉盛用金属ワイヤー３０ａは、ノズル１２から送り出される際に、平均粗さＲａが向上される。
【００３５】
したがって、肉盛加工の際には、平均粗さＲａが向上した肉盛用金属ワイヤー３０ａがレーザビームに照射されることになる。このように、肉盛加工に際し、平均粗さＲａを向上した状態で、肉盛用金属ワイヤー３０ａをレーザビームに照射させることで、次の効果が得られる。
【００３６】
肉盛用金属ワイヤー３０ａは、表面に凹凸が形成されているので、平均粗さＲａが高く、上記レーザ肉盛装置に適用されてレーザビームが照射されたときに、表面でのレーザビームの反射を低減でき、かつ、レーザビームから受ける熱量が高くなる。この結果、肉盛用金属ワイヤー３０ａは、母材が希釈するほど強いレーザビームを照射しなくても十分に溶融し、また、従来よりも弱いレーザビームを照射しても十分に溶融して、連続した肉盛層に形成される。レーザビームの強度の範囲は、狭く限定されない。
【００３７】
また、上述のように、ノズル１２にローラ１４を設けて、送り出される肉盛用金属ワイヤー３０ａを加工するので、肉盛加工の最中に容易に、レーザビームから受ける熱量が高く、またレーザビームの反射を低減できる肉盛用金属ワイヤー３０ａが得られる。
【００３８】
上記肉盛用金属ワイヤー３０ａを用いて、実際に肉盛層４０を形成して、効果を確認した。このとき、レーザ照射装置１０により照射するレーザビームは、波長を８０５ｎｍとし、平均出力を２．５ｋＷとし、移動速度を１ｍ／分とした。また、当初、直径３ｍｍで表面の平均粗さＲａ＝０．１μｍの肉盛用金属ワイヤー３０ａに、表面粗さＲａ＝２．０μｍのローラ１４を押圧して、ローラ１４の表面の凹凸を肉盛用金属ワイヤー３０ａ転写した。
【００３９】
上記条件で、肉盛加工を行ったところ、レーザビームにより十分に肉盛用金属ワイヤー３０ａが溶融され、母材２０が希釈することなく、連続した肉盛層４０が形成された。
【００４０】
（第２態様）
図３は、第２態様の肉盛用金属ワイヤーを示す図である。
【００４１】
第２態様の肉盛用金属ワイヤー３０ｂは、図３に示すように、複数の細い金属ワイヤーがより合わされて形成されたものである。すなわち、複数の細い金属ワイヤーを相互にからませて、一つの太い、肉盛用金属ワイヤー３０ｂが形成されている。
【００４２】
該肉盛用金属ワイヤー３０ｂを用いて、上記レーザ肉盛装置により、肉盛加工を行えば、次の効果が得られる。
【００４３】
肉盛用金属ワイヤー３０ｂは、細い金属ワイヤーが絡み合わされて形成されており表面積が大きいので、レーザビームが照射されたときに、レーザビームから受ける熱量が高い。結果として、母材２０の希釈が起こらず、また連続した肉盛層３０を形成できる。
【００４４】
（第３態様）
図４は、第３態様の肉盛用金属ワイヤーを示す図である。
【００４５】
第３態様の肉盛用金属ワイヤー３０ｃは、細い金属ワイヤーを螺旋状に巻き回して形成されたものである。すなわち、肉盛用金属ワイヤー３０ｃは、図４に示すように、ばね形状に形成されている。
【００４６】
この肉盛用金属ワイヤー３０ｃは、肉盛用金属ワイヤー３０ｂと同様に、表面積が大きい。したがって、肉盛用金属ワイヤー３０ｃを用いて、上記レーザ肉盛装置により、肉盛加工を行えば、第２態様と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】レーザ肉盛装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１態様の肉盛用金属ワイヤーおよび肉盛用金属ワイヤーを送り出すノズルを示す図である。
【図３】第２態様の肉盛用金属ワイヤーを示す図である。
【図４】第３態様の肉盛用金属ワイヤーを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…レーザ照射装置、
１２…ノズル、
１４…ローラ、
２０…母材、
３０、３０ａ〜ｃ…金属ワイヤー、
４０…肉盛層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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