(57)【要約】【課題】  肉盛加工時のワイヤーの溶融量を調節できるレーザ肉盛装置を提供する。【解決手段】  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と、レーザビームに金属ワイヤー１２を送り出すノズル１４と、送り出される金属ワイヤー１２の、肉盛加工の終了時および開始時の少なくとも一方で先端に該当する部位に、凹凸形状を形成するローラ１６と、を有することを特徴とするレーザ肉盛装置。ローラ１６は、外周に複数の凹凸が形成されている。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材に向けて照射されるレーザビームに、金属ワイヤーを送り出し、該金属ワイヤーを先端から溶融していくことにより、母材表面に肉盛層を形成するレーザ肉盛方法であって、
肉盛加工の終了時に先端に位置する前記金属ワイヤーの表面に、予め凹凸形状を形成することを特徴とするレーザ肉盛方法。
【請求項２】
次回の肉盛加工の開始時に先端に位置する前記金属ワイヤーの表面に、予め凹凸形状を形成することを特徴とする請求項１に記載のレーザ肉盛方法。
【請求項３】
肉盛加工の終了時に先端に位置する前記金属ワイヤーの表面に、さらに前記凹凸形状よりも深い深溝を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ肉盛方法。
【請求項４】
母材に向けてレーザビームを照射するレーザ照射装置と、
前記レーザビームに金属ワイヤーを送り出す送り出し手段と、
送り出される前記金属ワイヤーの、肉盛加工の終了時および開始時の少なくとも一方で先端に該当する部位に、凹凸形状を形成する凹凸形成手段と、
を有することを特徴とするレーザ肉盛装置。
【請求項５】
前記凹凸形成手段は、外周に凹凸形状が形成されたローラを有し、送り出される前記金属ワイヤーの表面に前記ローラを押圧して、前記ローラ外周の凹凸形状を前記金属ワイヤーに転写することを特徴とする請求項４に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項６】
肉盛加工の終了時に前記金属ワイヤーの先端に位置する前記金属ワイヤーの部位に、前記凹凸形状よりも深い深溝を予め形成するカッターをさらに有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のレーザ肉盛装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、母材上に高融点材料を肉盛るレーザ肉盛方法およびレーザ肉盛装置に関する。
【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、上記のように連続するワイヤー状の肉盛材を用いた場合、一回の肉盛加工の終了時点で、溶融したワイヤー先端が細くなり、形状にばらつきが生じる。この状態で次の肉盛加工を行うと、肉盛の開始時にワイヤー先端の溶融が早く、母材の希釈が起こり、割れが発生するという問題がある。
【０００６】
また、先端が細くなったワイヤーを用いて肉盛した場合、加工開始時のワイヤーの溶融量が多くなってしまう。この結果、肉盛層の開始形状が盛り上がる。ここに、さらに肉盛層を重ねる場合には、開始形状の盛り上がりに邪魔されて、十分に重なりきらないため、未溶着部が発生し、重なり部で割れが発生するという問題がある。
【０００７】
さらに、ワイヤーは均等な太さに形成されているので、肉盛途中と肉盛終了時とでワイヤーの溶融量は変わらず、肉盛終了時にワイヤーの溶融量を低減するなどの調節ができない。このため、たとえば、互いに接近する方向に肉盛を形成し、その一部で重ね合わせる場合、重ね部の厚さが非常に厚くなり、重ね部に割れが生じる原因となってしまうという問題がある。
【０００８】
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、肉盛加工時のワイヤーの溶融量を調節できるレーザ肉盛方法およびレーザ肉盛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】
【０００９】
本発明のレーザ肉盛方法は、母材に向けて照射されるレーザビームに、金属ワイヤーを送り出し、該金属ワイヤーを先端から溶融していくことにより、母材表面に肉盛層を形成するレーザ肉盛方法であって、肉盛加工の終了時に先端に位置する前記金属ワイヤーの表面に、予め凹凸形状を形成することを特徴とする。
【００１０】
本発明のレーザ肉盛装置は、母材に向けてレーザビームを照射するレーザ照射装置と、前記レーザビームに金属ワイヤーを送り出す送り出し手段と、送り出される前記金属ワイヤーの、肉盛加工の終了時および開始時の少なくとも一方で先端に該当する部位に、凹凸形状を形成する凹凸形成手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のレーザ肉盛方法によれば、肉盛加工の終了時に先端に位置する前記金属ワイヤーの表面に、予め凹凸形状を形成するので、該凹凸形状が形成された部位では、レーザビームの照射による溶融が促進される。したがって、肉盛加工終了時の金属ワイヤーの先端形状が先細りにならず、安定した形状にできる。この結果、次回の肉盛加工の開始時に母材の希釈が起こらず、割れが発生することを防止できる。
【００１２】
また、凹凸形状を形成しているので、肉盛加工の終了時の金属ワイヤーの溶融量を低減でき、肉盛層の終了形状の厚みを薄くできる。この結果、該肉盛層の終了形状に、他の肉盛層を重ねる場合、重なり部分の厚さが薄く、割れが発生することを防止できる。
【００１３】
本発明のレーザ肉盛装置によれば、肉盛加工の終了時に先端に位置する前記金属ワイヤーの表面に、予め凹凸形状を形成するので、該凹凸形状が形成された部位では、レーザビームの照射による溶融が促進される。したがって、肉盛加工終了時の金属ワイヤーの先端形状が先細りにならず、安定した形状にできる。この結果、次回の肉盛加工の開始時に母材の希釈が起こらず、割れが発生することを防止できる。
【００１４】
また、凹凸形状を形成しているので、肉盛加工の終了時の金属ワイヤーの溶融量を低減でき、肉盛層の終了形状の厚みを薄くできる。この結果、該肉盛層の終了形状に、他の肉盛層を重ねる場合、重なり部分の厚さが薄く、割れが発生することを防止できる。
【００１５】
さらに、肉盛加工の開始時に先端に該当する部位に凹凸形状を形成する場合には、金属ワイヤーへのレーザビームの吸収が高く、金属ワイヤーの溶融部の温度が高くなり粘性が低下する。したがって、肉盛層の開始形状は、急激に盛り上がることなく、なだらかな形状に形成される。これにより、次に、さらに他の肉盛層を重ねる場合に、該開始形状近傍に隙間が形成されず、割れを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明のレーザ肉盛装置の概略構成を示す図である。
【００１７】
レーザ肉盛装置は、レーザ照射装置１０と、ノズル（送り出し手段）１４と、ローラ（凹凸形成手段）１６と、を有する。
【００１８】
レーザ肉盛装置は、母材２０に向けて照射されるレーザビームに、金属ワイヤー１２を送り出し、該金属ワイヤー１２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３０を形成する。ここで、母材２０は、例えば、アルミニウムを含む金属層である。
【００１９】
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。
【００２０】
ノズル１４は、照射されている前記レーザビームに向かって、金属ワイヤー１２を送り出す装置である。
【００２１】
金属ワイヤー１２は、母材と同一材質か、母材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、銅が挙げられる。金属ワイヤー１２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上で肉盛層を形成する。ノズル１４は、金属ワイヤー１２を順次、母材２０上に送り出し、レーザビームに照射させる。
【００２２】
ローラ１６は、ノズル１４から送り出される金属ワイヤー１２の、肉盛加工の終了時および開始時の少なくとも一方で先端に該当する部位に、凹凸形状を形成する。このために、ローラ１６は、外周に複数の凹凸が形成されている。ローラ１６は、ノズル１４の先端近傍に、金属ワイヤー１２を挟んで２つ設けられている。ローラ１６は、互いに接近して金属ワイヤー１２を押圧し、または、金属ワイヤー１２から離間できる。ローラ１６が金属ワイヤー１２を押圧すると、ローラ１６外周の凹凸形状が金属ワイヤー１２の表面に転写される。金属ワイヤー１２表面に形成された凹凸形状１５は、ノズル１４による金属ワイヤーの送り出しにより、次第に母材２０の方へ送られる。
【００２３】
次に、実際に肉盛加工する際のレーザ肉盛装置の作用について、図１〜図３を参照して説明する。
【００２４】
図２は肉盛加工終了時のレーザ肉盛装置の様子を示す図、図３は肉盛加工終了後のレーザ肉盛装置の様子を示す図である。
【００２５】
レーザ肉盛装置は、金属ワイヤー１２を母材２０上に供給しつつ、レーザ照射装置１０によりレーザ照射を行い、図１に示すように、矢印の方向に肉盛層３０を形成する。
【００２６】
肉盛加工の終了に近づくと、レーザ肉盛装置は、このまま金属ワイヤー１２を送り出していけば肉盛加工の終了時にちょうど先端にくる金属ワイヤー１２の表面部位に、凹凸形状１５を形成する。凹凸形状１５の形成の際には、レーザ肉盛装置は、金属ワイヤー１２にローラ１６を押圧して、ローラ１６の外周形状を転写する。
【００２７】
そして、レーザ肉盛装置は、肉盛加工の進行に合わせて、金属ワイヤー１２を送り出す。図２に示すように、レーザ肉盛装置は、肉盛加工の最後に、金属ワイヤー１２の凹凸形状１５を用いる。
【００２８】
肉盛加工が終了すると、レーザ肉盛装置は、図３に示すように、レーザ照射および金属ワイヤーの送り出しを停止する。
【００２９】
以上のように、レーザ肉盛装置では、肉盛加工の終了時に先端に位置する金属ワイヤー１２の表面に、予め凹凸形状１５を形成するので、該凹凸形状１５が形成された部位では、レーザビームの照射による溶融が促進される。したがって、肉盛加工の終了時に、レーザ照射が弱くなっても、金属ワイヤー１２先端が完全に溶融し、肉盛加工終了時の金属ワイヤー１２の先端形状が先細りにならず、安定した形状にできる。この結果、次回の肉盛加工の開始時に母材の希釈が起こらず、割れが発生することを防止できる。
【００３０】
次に、２つの肉盛層を重ねる際のレーザ肉盛装置の作用について、図４および図５を参照して説明する。図４は肉盛層を重ねて形成する様子を示す図、図５は重ねて形成された肉盛層を示す図である。
【００３１】
最初に、レーザ肉盛装置は、母材２０上に肉盛層３５を形成する。ここで、肉盛層３５の形成には、図３に示すように凹凸形状１５が先端に形成された金属ワイヤー１２を用いて、図４中左から右に形成する。
【００３２】
凹凸形状１５が形成された部位では、金属ワイヤー１２へのレーザビームの吸収が高く、金属ワイヤー１２の溶融部の温度が高くなり粘性が低下する。したがって、肉盛層３５の開始形状３６は、急激に盛り上がることなく、なだらかな形状に形成される。
【００３３】
次に、レーザ肉盛装置は、肉盛層３０を、予め形成されている肉盛層３５の方に向かって形成する。上述のように肉盛層３５の開始形状３６はなだらかなため、レーザビームにより溶融された溶融金属は隙間なく肉盛層３５と接触する。この結果、開始形状３６に隙間なく接触する肉盛層３０が形成される。
【００３４】
続けて、レーザ肉盛装置は、肉盛層３５上に、肉盛層３０を重ねて形成する。ここで、レーザ肉盛装置は、肉盛加工の終了時にちょうど先端にくる金属ワイヤー１２の表面部位に、凹凸形状１５を形成する。このまま肉盛加工を続けると、肉盛層３０の形成の終了時には、金属ワイヤー１２の先端に凹凸形状１５が形成された部位が位置する。
【００３５】
凹凸形状１５が形成された部位は、凹凸形状１５が形成されていない部位に比べて、断面積が小さい。このため、凹凸形状１５が形成された部位を肉盛加工の終了時に用いると、その溶融量は少なく、図５に示すように、肉盛層３５に重なる肉盛層３０の厚みが小さくなる。
【００３６】
以上のように、肉盛層３５、３０を重ねる場合において、まず、重ねられる方の肉盛層３５の開始形状３６を、金属ワイヤー１２の凹凸形状１５が形成された部位を用いて形成している。開始形状３６がなだらかに形成されるので、後から肉盛層３０を重ねても、肉盛層３５の開始形状３６と肉盛層３０とが隙間なく融着する。したがって、開始形状３６近傍に未融着部分が発生せず、未融着部分による割れの発生を防止できる。
【００３７】
さらに、肉盛層３０では、肉盛加工終了時に凹凸形状１５が形成された金属ワイヤー１２を用いている。したがって、肉盛層３５と肉盛層３０との重なり部での厚みを薄くでき、重なり部の厚みが大きいために割れが発生することを防止できる。
【００３８】
（改良例）
次に、上記実施形態の改良例を説明する。
【００３９】
上記実施形態では、金属ワイヤー１２に凹凸形状１５を形成することによって、肉盛加工後に残る金属ワイヤー１２の先端形状が先細りになることを防止し、安定した形状にしていた。凹凸形状１５の形成に加えて、該凹凸形状１５よりも深い深溝を形成することによって、肉盛加工終了後の金属ワイヤー１２の先端形状をより安定させることができる。
【００４０】
図６を参照して説明する。図６は、肉盛加工装置の改良例を示す図である。なお、図６では、上記実施形態で示したローラ１６を省略している。
【００４１】
図６に示すように、改良例では、レーザ肉盛装置は、カッター４０を有する。他の構成については、上記実施形態と同様であるので、同様の参照番号を付し、その説明は省略する。
【００４２】
カッター４０は、ローラ１６と干渉しないように、ノズル１４の先端近傍に設けられている。カッター４０は、ローラ１６により形成される凹凸形状１５よりも深い深溝を金属ワイヤー１２に形成できる。レーザ肉盛装置の作用は、次の通りである。
【００４３】
レーザ肉盛装置は、上記実施形態と同様に、レーザビームを照射しつつ、金属ワイヤー１２を送り出して、母材２０上に肉盛層３０を形成する。ここで、レーザ肉盛装置は、このまま金属ワイヤー１２を送り出していけば肉盛加工の終了時にちょうど先端にくる金属ワイヤー１２の表面部位に、カッター４０により深溝を形成する。
【００４４】
このまま肉盛加工を続けると、金属ワイヤー１２に形成された深溝は、肉盛加工の終了時に丁度金属ワイヤー１２の先端に位置する。ここで、肉盛加工を停止すると、金属ワイヤー１２は、深溝の手前まで溶融され、深溝の後ろは溶融されない。深溝が形成された部位は、他の部位より断面積が小さく溶融が促進されるものの、深溝より後ろは、断面積が大きく、溶融が促進されないからである。したがって、カッター４０により形成した深溝より後が、金属ワイヤー１２の先端形状として残る。
【００４５】
したがって、金属ワイヤー１２の先端形状が先細りとならず、安定した先端形状が得られる。結果として、次回の肉盛加工に同じ金属ワイヤー１２を使用しても、次回の肉盛加工の開始時に母材の希釈が起こらず、割れが発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のレーザ肉盛装置の概略構成を示す図である。
【図２】肉盛加工終了時のレーザ肉盛装置の様子を示す図である。
【図３】肉盛加工終了後のレーザ肉盛装置の様子を示す図である。
【図４】肉盛層を重ねて形成する様子を示す図である。
【図５】重ねて形成された肉盛層を示す図である。
【図６】肉盛加工装置の改良例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０…レーザ照射装置、
１２…金属ワイヤー、
１４…ノズル、
１５…凹凸形状、
１６…ローラ、
２０…母材、
３０、３５…肉盛層、
３６…開始形状、
４０…カッター。
【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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