(57)【要約】【課題】より簡単な構成でもって、レーザ照射開始と金属粉末の加工部への供給のタイミングを適切にとることが可能であり、かつ、実機として長期にわたり安定して運転することが可能となるレーザクラッド加工装置およびその運転方法を提供する。【解決手段】レーザクラッド加工装置Ａは、金属粉末Ｓを加工部４１に供給する粉末供給装置１０と、加工部４１にレーザを照射して金属粉末Ｓを溶融させて肉盛りを行うレーザ照射装置３０と、制御手段５０とを備える。粉末供給装置１０は差圧計２２を備えており、制御手段５０は、ガス圧力により供給される金属粉末Ｓが肉盛り加工部４１へ到達した時の差圧計２２が計測するガス圧力値を初期値として記憶する。前記初期値を記憶した後の運転において、差圧計２２が初期値と同じ圧力を測定した時に、制御手段５０は、その時を基準時としてレーザ照射装置３０に対してレーザ照射の開始信号を発信する。【選択図】図１
2016087617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末を加工部に供給する粉末供給装置と、前記加工部にレーザを照射して前記金属粉末を溶融させて肉盛りを行うレーザ照射装置と、制御手段とを少なくとも備えたレーザクラッド加工装置であって、
前記粉末供給装置は、ガス圧力を利用して金属粉末を前記加工部へ供給する手段と、前記ガス圧力を測定するガス圧力測定手段とを備え、
前記制御手段は、前記ガス圧力により供給される金属粉末が前記加工部へ到達した時の前記ガス圧力測定手段の測定値を初期値として記憶する記憶手段を備え、前記制御手段は前記初期値を記憶した後の運転において前記ガス圧力測定手段が前記初期値と同じ圧力を測定した時に金属粉末が前記加工部へ到達したと判断することを特徴とするレーザクラッド加工装置。
【請求項２】
金属粉末を加工部に供給する粉末供給装置と、前記加工部にレーザを照射して前記金属粉末を溶融させて肉盛りを行うレーザ照射装置と、制御手段とを少なくとも備えたレーザクラッド加工装置であって、
前記粉末供給装置は、ガス圧力を利用して金属粉末を前記加工部へ供給する手段と、前記ガス圧力を測定するガス圧力測定手段とを備え、
前記制御手段は、前記ガス圧力により供給される金属粉末が前記加工部へ到達した時の前記ガス圧力測定手段の測定値を初期値として記憶する記憶手段と、前記初期値を記憶した後の運転において前記ガス圧力測定手段が前記初期値と同じ圧力を測定した時に、その時を基準時として前記レーザ照射装置に対してレーザ照射の開始信号を発信する照射タイミング決定手段とを備えることを特徴とするレーザクラッド加工装置。
【請求項３】
前記レーザ照射装置は前記加工部に金属粉末が到達したことを検知するノズル出口センサを着脱自在に備えており、前記ガス圧力測定手段は前記ノズル出口センサからの到達信号を受信したときのガスの圧力を測定し、前記制御手段はその値を初期値として記憶することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザクラッド加工装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザクラッド加工装置の運転方法であって、前記制御手段の前記記憶手段が前記初期値を記憶するまでの運転を、レーザ照射しない状態で行うことを特徴とするレーザクラッド加工装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザクラッド加工装置およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、内燃機関用シリンダーヘッドのバルブシート部（加工部）に対して、金属粉末を粉末供給装置から供給しつつレーザ発振器からレーザを照射することで、供給された金属粉末を肉盛り加工し、リング状のバルブシートを形成することが行われる。この加工方法は、一般に、レーザクラッド加工と呼ばれている。レーザクラッド加工において、良好な肉盛り状態を得るためには、レーザ照射の開始時と金属粉末の加工部への供給のタイミングを適切にとることが重要であり、クラッド開始点でレーザ照射と金属粉末供給のタイミングが適切でないと、未溶着になったり、母材と合金化して所望の品質での肉盛りすることができず、不良品となる恐れがある。
【０００３】
それを解決するための手段の一例が、特許文献１に記載されており、そこに記載の金属粉末供給開始タイミング決定装置は、肉盛溶接を実施する際に照射するレーザ光が未照射の状態において、粉末供給手段から供給される金属粉末が肉盛部位（加工部）に到達する到達タイミングを測定する到達タイミング測定手段と、測定した到達タイミングに基づいて、溶接時のレーザ光の照射に対する金属粉末の供給開始のタイミングを決定する供給タイミング決定手段とを備えている。具体的には、加工部に粉末の到達タイミングを検知するための投光部と受光部とからなる光学センサを設置して、該光学センサからの信号に基づいて、溶接時のレーザ光の照射に対する金属粉末の供給開始のタイミングを決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０２６４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されるように、レーザ光が未照射の状態で粉末供給手段から供給される金属粉末が肉盛部位（加工部）に到達する到達タイミングを測定し、測定した到達タイミングに基づいて、金属粉末の供給開始のタイミングを決定する方法は、品質の悪い製品を作って無駄にしてしまうことがなくなり、生産時間およびコストを低減できる利点がある。しかし、到達タイミングを検知するための投光部と受光部とからなる光学センサを加工部に設置するようにしており、加工部すなわち金属粉末が溶融する部位の付近は、１０００℃以上の高温となるために、設置した光学センサを適切に保持していくことは困難となる。熱を発する加工点から遠ざけることで熱による損傷を回避できるが、計測誤差が生じてくる。また、レーザ光の反射や散乱光によって光学センサがダメージを受ける恐れもある。これらのことから、実機として用いることは困難となる。さらに、基本的に、溶接時のレーザ光の照射に対する金属粉末の供給開始のタイミングを決定するようにしており、金属粉末の供給開始のタイミングを制御するのに複雑な手段が必要となる。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、より簡単な構成でもって、レーザ照射と金属粉末の加工部への供給のタイミングを適切にとることが可能であり、かつ、実機として長期にわたり安定して運転することが可能となるレーザクラッド加工装置およびその運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるレーザクラッド加工装置の第１の形態は、基本的に、金属粉末を加工部に供給する粉末供給装置と、前記加工部にレーザを照射して前記金属粉末を溶融させて肉盛りを行うレーザ照射装置と、制御手段とを少なくとも備えたレーザクラッド加工装置であって、前記粉末供給装置は、ガス圧力を利用して金属粉末を前記加工部へ供給する手段と、前記ガス圧力を測定するガス圧力測定手段とを備え、前記制御手段は、前記ガス圧力により供給される金属粉末が前記加工部へ到達した時の前記ガス圧力測定手段の測定値を初期値として記憶する記憶手段を備え、前記制御手段は前記初期値を記憶した後の運転において前記ガス圧力測定手段が前記初期値と同じ圧力を測定した時に金属粉末が前記加工部へ到達したと判断することを特徴とする。
【０００８】
本発明によるレーザクラッド加工装置では、最初に、ガス圧力により供給される金属粉末が加工部へ到達した時のガス圧力測定手段の測定値を初期値として記憶する。金属粉末が加工部へ到達したかどうかの判断は、適宜のセンサによってもよく目視によってもよい。そして、前記初期値を記憶した後の運転においては、ガス圧力測定手段が前記初期値と同じ圧力を測定した時に、制御手段は金属粉末が加工部へ到達したと判断する。したがって、前記初期値を記憶した後の運転においては、金属粉末が加工部へ到達したかどうかをガス圧力のみによって判断することができ、金属粉末が加工部へ到達したかどうかを検知するセンサあるいは目視による監視を必要としない。そのために、レーザクラッド加工装置としての全体構成の簡素化が可能となる。
【０００９】
本発明によるレーザクラッド加工装置の第２の形態は、金属粉末を加工部に供給する粉末供給装置と、前記加工部にレーザを照射して前記金属粉末を溶融させて肉盛りを行うレーザ照射装置と、制御手段とを少なくとも備えたレーザクラッド加工装置であって、前記粉末供給装置は、ガス圧力を利用して金属粉末を前記加工部へ供給する手段と、前記ガス圧力を測定するガス圧力測定手段とを備え、前記制御手段は、前記ガス圧力により供給される金属粉末が前記加工部へ到達した時の前記ガス圧力測定手段の測定値を初期値として記憶する記憶手段と、前記初期値を記憶した後の運転において前記ガス圧力測定手段が前記初期値と同じ圧力を測定した時に、その時を基準時として前記レーザ照射装置に対してレーザ照射の開始信号を発信する照射タイミング決定手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
上記の形態のレーザクラッド加工装置では、レーザの照射開始と金属粉末の加工部への供給のタイミングをとるのに、予め測定しておいた金属粉末が肉盛り加工部へ到達した時のガスの圧力値をベースに行う。そのために、本発明によるレーザクラッド加工装置は、レーザの照射開始と金属粉末の加工部へ到達時のタイミングをとるためのシステム等を簡素化することができ、レーザクラッド加工装置としての全体構成も簡素化が可能である。また、この形態のレーザクラッド加工装置においても、前記初期値を記憶する段階では、金属粉末が加工部へ到達したかどうかの判断を、適宜のセンサによって、あるいは目視によって行うが、前記初期値を記憶した後の運転においては、ガス圧力測定手段が前記初期値と同じ圧力を測定した時に、制御手段は、金属粉末が加工部へ到達したと判断する。そして、その時を基準時として前記レーザ照射装置に対してレーザ照射の開始信号を発信する照射タイミング決定する。すなわち、前記初期値を記憶した後の運転においては、金属粉末が加工部へ到達したかどうかは、ガス圧力のみによって判断することができ、金属粉末が加工部へ到達したかどうかを検知するセンサあるいは目視による監視も必要としない。そのために、レーザクラッド加工装置としての全体構成の簡素化が可能となる。
【００１１】
なお、前記照射タイミング決定手段は、ガス圧力測定手段が前記初期値と同じ圧力を測定した時に、すぐにレーザ照射の開始信号を発信してもよく、わずかな時間差を持って発信するようにしてもよい。レーザクラッド加工条件に応じて選択される。
【００１２】
本発明によるレーザクラッド加工装置の一態様では、前記レーザ照射装置は前記加工部に金属粉末が到達したことを検知するノズル出口センサを着脱自在に備えており、前記ガス圧力測定手段は前記ノズル出口センサからの到達信号を受信したときのガスの圧力を測定し前記制御手段はその値を初期値として記憶することを特徴とする。
【００１３】
この態様のレーザクラッド加工装置では、前記初期値を記憶した段階で、ノズル出口センサを装置から切り離す。そのために、ノズル出口センサが熱により損傷するのを回避できる。なお、ガス圧力により供給される金属粉末が肉盛り加工部へ到達したかどうかは、単純にｏｎ−ｏｆｆ信号等で入手することができ、単純なセンサを加工部のノズル近傍に設置することで、十分に所期の目的を達成することができる。または、このようなセンサを使わずノズル出口を目視によって金属粉末が肉盛加工部へ到達したタイミングを決定してもよいが、以下では、従来技術と比較するためセンサを用いた場合で説明する。
【００１４】
本発明は、さらに、上記したレーザクラッド加工装置の運転方法であって、前記制御手段の前記記憶手段が前記初期値を記憶するまでの運転をレーザ照射しない状態で行い、前記初期値を記憶した後の運転において前記レーザ照射装置を作動してレーザ照射を行うことを特徴とするレーザクラッド加工装置の運転方法をも開示する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、より簡単な構成でもって、レーザ照射開始と金属粉末の加工部への供給のタイミングを適切にとることが可能であり、かつ、実機として長期にわたり安定して運転することが可能となるレーザクラッド加工装置およびその運転方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるレーザクラッド加工装置の全体を示す概略図。
【図２】本発明によるレーザクラッド加工装置の運転プロセスを説明するためのタイムチャートを示す図。
【図３】本発明によるレーザクラッド加工装置が奏することのできる付加的な作用効果を示す第１の図。
【図４】本発明によるレーザクラッド加工装置が奏することのできる付加的な作用効果を示す第２の図。
【図５】本発明によるレーザクラッド加工装置が奏することのできる付加的な作用効果を示す第３の図。
【図６】本発明によるレーザクラッド加工装置が奏することのできる付加的な作用効果を示す第４の図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明によるレーザクラッド加工装置の一実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明によるレーザクラッド加工装置の全体を示す概略図であり、基本的に、レーザクラッド加工装置Ａは、粉末供給装置１０とレーザ照射装置３０と制御手段５０とを備える。
【００１９】
粉末供給装置１０は、密閉容器１１を備え、該密閉容器１１内に、金属粉末Ｓの溜まりとしての機能を果たすホッパー１２と、該ホッパー１２内の金属粉末Ｓを送給するためのモータ１３と、送給される金属粉末Ｓを計量するロードセル１４と、供給される金属粉末Ｓをレーザ照射装置３０に向けて吐出する吐出口１５、などを備える。さらに、粉末供給装置１０は、金属粉末Ｓをレーザ照射装置３０に向けて圧送するための加圧ガスを供給するガス供給装置（ガスボンベ等）２０と、ガス供給装置２０から粉末供給装置１０内に送られるガスの流量を制御するガス流量制御装置（マスフロー）２１とを備えるとともに、送給されるガスに起因して変化する密閉容器１１内の圧力を測定するための差圧計２２を備える。なお、図中２３は、ガス供給装置２０からのガスの送りを停止するためのガスバルブである。
【００２０】
この形態の粉末供給装置１０それ自体は、例えば特許第３８２６０６３号公報に示されるような従来公知のものであり、より詳細な説明はここでは省略する。前記特許公報にも記載されるように、この形態の粉末供給装置１０では、前記した差圧計２２によって、金属粉末Ｓがガス圧力を利用して粉末供給装置１０からレーザ照射装置３０へ送られるときのガス圧力の変動を測定することができる。なお、差圧計２２を前記吐出口１５の近傍に取り付け、吐出口１５内の圧力を直接測定するようにしてもよい。
【００２１】
レーザ照射装置３０は、加熱熱源としてのレーザ発振機３１と加工ノズル３２とを備える。レーザ発振機３１および加工ノズル３２それ自体は、例えば特許第４２９９１５７号公報に示されるような従来公知のものであり、より詳細な説明はここでは省略する。
【００２２】
レーザ照射装置３０の加工ノズル３２と粉末供給装置１０の吐出口１５は、ホース３４によって連接されており、金属粉末Ｓは、制御手段５０からの信号により、粉末供給装置１０から加工ノズル３２に向けて、前記したガス供給装置２０から供給されるガスの圧力によって送給され、加工ノズル３２の先端から噴出する。
【００２３】
噴出する金属粉末Ｓは、加工ノズル３２から例えば内燃機関用シリンダーヘッドのバルブシート部であるワーク４０の肉盛り加工部４１に供給され、そこで、加工ノズル３２から照射するレーザ光Ｒによって加熱され溶融し、肉盛り状態となる。レーザクラッド加工中、ワーク４０にはＮＣなどであるワーク移動装置４２から所要の移動が付与される。また、レーザ照射装置３０にも制御手段５０からの信号により所要の移動が付与される。
【００２４】
なお、図示しないが、レーザ照射装置３０は、必須ではないが、加工ノズルの出口近傍にノズル出口センサを着脱自在に備えており、後記するように、実運転を行う前の「吐出時圧力Ｐ」の設定工程ではノズル出口センサが備えられるが、実運転においては、運転上必要とされないのでノズル出口センサは取り外される。
【００２５】
次に、上記レーザクラッド加工装置Ａの動作を、図２を参照して説明する。運転開始前は、図２でのＡ点の状態であり、前記したガスバルブ２３は閉じられており、マスフロー２１の出力（ガス量）は０である。差圧計２２の圧力値も０、ロードセル１４の計測値（金属粉末の粉量）も０であり、ノズル出口センサの信号圧力も０である。
【００２６】
加工開始にあたって、最初に、ガスバルブ２３を開く（図２のＢ点）。ガスバルブ２３の開により、ガスが粉末供給装置１０の密閉容器１１内に流入する。そのガス量はマスフロー２１の出力値によって検出される。ガス量は一旦オーバーシュートした後、あらかじめ設定された一定値となり、以降、ガスバルブ２３が閉じられるまでその値を維持する。差圧計２２の圧力値（この例では、密閉容器１１内の圧力値）は、ガスバルブ２３の開（図２のＢ点）とともに上昇し、供給されるガス量にほぼ比例して最大値まで上昇する（図２のＣ点）。その後、供給されるガス量の低下とともに低下し、ガス量の供給が一定値となった時点で、安定した圧力値となる（図２のＤ点）。
【００２７】
作業者または前記制御手段５０は、差圧計２２の計測値が安定した値となった時点で、粉末供給装置１０のモータ１３を作動して金属粉末Ｓのレーザ照射装置３０への供給を開始する。供給される金属粉末Ｓの粉量は粉末供給装置１０に設けたロードセル１４によって計量される。供給される金属粉末Ｓは、粉末供給装置１０の吐出口１５からホース３４を通ってレーザ照射装置３０の加工ノズル３２へ送られる。ロードセル１４が粉量を検出した時点から、その金属粉末Ｓが肉盛り加工部４１に到達するまでに、一定の時間を必要とする。ここでは、その時間差を「タイミングずれ時間Ｔｄ」ということとする。ノズル出口センサは、粉末供給装置１０が金属粉末Ｓの供給を開始した時点(図２のＤ点）では検知信号を発信することはなく、前記タイミングずれ時間Ｔｄの経過後(図２のＦ点）に、粉通過有の信号を発信する。
【００２８】
一般に、金属粉末Ｓは粒子径の異なるものが混在しており粒度分布を持っている。そのために、ホース３４を通過するときに、粒子径の小さいものが先にホース３４内に入り込む傾向があり、時間の経過とともに、金属粉末Ｓがホース３４内を流れる時の管路抵抗が大きくなっていく。そのために、図２の差圧計２２の圧力値に示されるように、密閉容器１１内の圧力は、前記した安定した圧力値（図２のＤ点）から次第に高くなり、金属粉末Ｓがホース３４内を定常流として流れる状態となるまで上昇し、その後、ほぼ安定した値となる。
【００２９】
制御手段５０は前記差圧計２２の測定値を継続的に検知するとともに、ガスの圧力により供給される金属粉末Ｓが肉盛り加工部４１へ到達した時の差圧計２２(ガス圧力測定手段)の測定値（図２のＧ点）を吐出時圧力Ｐとして記憶する。図２のＧ点以降も、金属粉末Ｓの供給は継続し、予め設定した所要時間の経過後に、制御手段５０は金属粉末Ｓの供給を停止する（図２のＨ点）。ホース３４内の抵抗がなくなることで、密閉容器１１内の圧力は次第に低下していき（図２のＩの領域）、前記した図２のＤ点での圧力値と同じ圧力値となる。
【００３０】
その時点で、制御手段５０は、ガスバルブ２３を閉じる（図２のＪ点）。ガスバルブ２３が閉じられることで、マスフロー２１の出力は０となり、密閉容器１１内の圧力も初期値である０となる（図２のＫ点）。金属粉末の粉量（ロードセル１４の出力）も０となり、少しの時間差を持って、ノズル出口センサの出力信号も０となる。なお、ここまでの運転は、レーザ照射装置３０を作動させることなく、運転の前作業として行われる。したがって、供給される金属粉末Ｓは未溶融のままであり、再使用が可能である。
【００３１】
次に、実運転時の操作手順を説明する。前記したように、このレーザクラッド加工装置Ａにおいて、ガス圧力により供給される金属粉末Ｓが肉盛り加工部４１へ到達した時のガス圧力値、すなわち差圧計２２が測定する密閉容器１１内の圧力値である前記した吐出時圧力Ｐは、レーザ照射装置３０を作動させることなく行った前作業において既に得られており、制御手段５０はその値Ｐを初期値として記憶している。実際の運転にあたっても、制御手段５０は、ガス圧力測定手段である差圧計２２の圧力値を継続して測定する。そして、測定値が前記した「吐出時圧力Ｐ」の値となった時に、金属粉末Ｓが前記加工部４１へ到達したと判断する。そして、制御手段５０はレーザ照射装置３０に対してレーザ照射の開始信号を発信する。「吐出時圧力Ｐ」を測定した時は、前記した前作業において、供給される金属粉末Ｓが肉盛り加工部４１へ実際に到達した時であり、実運転において、吐出時圧力Ｐを測定した時に金属粉末Ｓが肉盛り加工部４１へ到達する確率は極めて高い。すなわち、図２に示した「タイミングずれ時間Ｔｄ」（実際に生じたずれ時間）と「吐出時圧力Ｐから推定される時間Ｔｐ」とは一致あるいは極めて近似的に一致する可能性は高い。
【００３２】
そのために、本発明によるレーザクラッド加工装置Ａでは、前記「吐出時圧力Ｐ」を初期値として記憶した後の実運転において、ガス圧力測定手段（差圧計２２）が密閉容器１１内の圧力を継続して測定し、前記記憶した初期値と同じ圧力を検知した時に、制御手段５０は、レーザ照射装置３０に対してレーザ照射の開始信号を発信する（なお、この作動を行う手段が本発明でいう「照射タイミング決定手段」に相当する）ことで、レーザ照射開始と金属粉末Ｓの加工部４１への供給のタイミングを的確にとることが可能となる。したがって、本発明によるレーザクラッド加工装置Ａでは、前記「吐出時圧力Ｐ」を初期値として記憶した後の実運転においては、前記したノズル出口センサを用いることなく、すなわち、加工ノズル３２から金属粉末Ｓが実際に吐出したことを示す信号を用いることなく、レーザ照射開始と金属粉末Ｓの加工部４１への供給のタイミングを的確にとることが可能となる。このことは装置の簡素化と運転が容易となることに加え、実機として長期にわたり安定して運転することが可能となることを示している。
【００３３】
なお、実運転においては、記憶した初期値と同じ圧力を検知した時と同時にレーザ照射の開始信号を発信することで最適なレーザクラッド加工処理が進行する場合もあり、少し遅れて開始信号を発信することで最適なレーザクラッド加工処理が進行する場合もある。したがって、実運転において、「初期値と同じ圧力を測定した時」はあくまでもレーザ照射の開始信号を発信するときの基準時として用いられる「時」であり、レーザ照射の開始信号の発信はそれから遅れて発信される場合もありうる。また、ノズル出口センサは省略することも可能であり、作業者が目視で金属粉末Ｓが肉盛り加工部４１へ到達した時を認知して、その時のガス圧力測定手段（差圧計２２）の圧力値を「初期値」として記憶するようにしてもよい。また、実運転を継続する途中において、一旦レーザ照射装置の作動を停止して前記した初期値を記憶する前作業を行い、タイミングの再調整を行うことも可能である。
【００３４】
［実験例］
次に、本発明者が行った実験例を説明する。
【００３５】
［実験例１］（粉量の影響）
図１に示した構成のレーザクラッド加工装置Ａを準備した。粉末供給装置１０には、特許第３８２６０６３号公報に記載される構成のものを用い、レーザ発振機３１および加工ノズル３２には、特許第４２９９１５７号公報に記載される構成のものを用いた。粉末供給装置１０の吐出口１５から加工ノズル３２までのホース３４は、内径６ｍｍ、長さ２ｍのものを用いた。金属粉末Ｓの送りには窒素ガスを８Ｌ／ｍｉｎで供給した。また、市販の透過型光センサをノズル出口センサとして着脱自在に取り付けた。実験では、金属粉末Ｓの設定粉量を、０．８ｇ／ｓｅｃ、０．９ｇ／ｓｅｃ、１．０ｇ／ｓｅｃ、と変化させた。また、各設定粉量において、ノズル出口センサが粉体を検知した時での差圧計２２が検出する吐出時圧力Ｐが２．０ＫＰａとなるようにした。
【００３６】
レーザ発振機３１を作動することなく、前作業として、前記したようにして「タイミングずれ時間Ｔｄ」を計測した。その後の運転では、差圧計２２が事前に得た吐出時圧力Ｐ（２．０ＫＰａ）の値を測定した時と、粉末供給装置１０が金属粉末Ｓの供給を開始した時点(図２のＤ点）との間の時間を測定した。その結果を表１に示した。この時間を「吐出時圧力Ｐから推定される時間Ｔｐ」と呼ぶこととする。表１に示すように、両者はほぼ一致しており、金属粉末Ｓの供給粉量が異なっても、差圧計２２が事前に得た吐出時圧力Ｐの値を検知したときに、レーザ発振機３１を作動させることで、レーザ照射開始と金属粉末Ｓの加工部４１への供給のタイミングを的確に取れることを確認できた。
【００３７】
【表１】
2016087617.tif 000003
【００３８】
［実験例２］（ガス量の影響）
実験例１と同じ装置を用いた。ただし、ここでは、金属粉末Ｓの設定粉量を１．０ｇ／ｓｅｃとし、金属粉末Ｓの送りのための窒素ガスを７、８、９Ｌ／ｍｉｎと３段階に変化させた。また、ここでも、各ガス量において、ノズル出口センサが粉体を検知した時での差圧計２２が検出する吐出時圧力Ｐが２．０ＫＰａとなるようにした。
【００３９】
実験１と同じようにして、タイミングずれ時間Ｔｄと吐出時圧力Ｐから推定される時間Ｔｐを測定した。その結果を表２に示した。表２に示すように、ここでも両者はほぼ一致しており、ガス量が異なっても、差圧計２２が事前に得た吐出時圧力Ｐの値を検知したときに、レーザ発振機３１を作動させることで、レーザ照射開始と金属粉末Ｓの加工部４１への供給のタイミングを的確に取れることを確認できた。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
［本発明のレーザクラッド加工装置Ａがもたらす他の作用効果］
次に、本発明のレーザクラッド加工装置Ａがもたらす他の作用効果について、実験例とともに説明する。
【００４２】
［実験例３］
実験例１と同じ装置を用いた。ただし、金属粉末Ｓの供給粉量を１．０ｇ／ｓｅｃ、金属粉末Ｓの送りのための窒素ガスを８Ｌ／ｍｉｎとした。レーザ発振機３１を作動することなく、装置の運転を行った。そのときの、粉末供給装置１０の密閉容器１１内の圧力を、装置側の状態を意識的に変えて測定した。その結果を図３〜図６に示した。
【００４３】
図３は装置が正常の場合であり、図４はホース３４内に金属粉末Ｓを残留させた場合であり、図５はホース３４に破損もしくは外れを生じさせた場合であり、図６はホース３４に途中で折れを形成してガスを流れ難くした場合である。
【００４４】
図３に示すように、正常時には、ガスＯＮ時の最高圧＝３ＫＰａであり、安定時＝２ＫＰａであったが、ホース３４内に金属粉末Ｓを残留させた場合には、図４に示すように、ガスＯＮ時の最高圧＝３．５ＫＰａであり、安定時＝２ＫＰａとなった。これは、ガスＯＮ時に、ホース３４内で金属粉末Ｓが詰まっているため、それを乗り越える過程で、ガスＯＮ時の最高圧が正常時より高くなったためである。このことから、実運転において、ガスＯＮ時の最高圧を正常時と比較して高くなっている場合には、ホース３４内に詰まりが生じているものと推測することができる。
【００４５】
ホース３４が途中で破損もしくは外れている場合は、図５に示すように、ガスＯＮ時の最高圧＝２．７ＫＰａであり、安定時＝１．８ＫＰａとなった。これは、ガスＯＮ時に、ホース３４からガスが漏れるために、密閉容器１１内の圧力が上がらず、最高圧および安定圧が正常値よりも低くなっているためである。このことから、実運転において、ガスＯＮ時に、最高圧および安定圧の双方が正常値よりも低い場合には、ホース３４が破損もしくは外れている障害が発生しているものと推定できることとなる。
【００４６】
ホース３４が途中で折れている場合は、図６に示すように、ガスＯＮ時の最高圧＝３．６ＫＰａであり、安定時＝３ＫＰａとなった。これは、ガスＯＮ時に、ガスが流れにくいために密閉容器１１内の圧力が上昇し、最高圧および安定圧がともに正常値よりも高くなったためである。このことから、実運転において、ガスＯＮ時に、最高圧および安定圧の双方がともに正常値よりも高い場合には、ホース３４が途中で折れる障害が発生しているものと推定できることとなる。
【００４７】
このように、本発明によるレーザクラッド加工装置Ａでは、実運転において粉末供給装置１０の密閉容器１１内の圧力を監視することで、ホース３４に含む異常を検知することが可能となるという、付加的な作用効果ももたらされる。
【符号の説明】
【００４８】
Ａ…レーザクラッド加工装置、Ｓ…金属粉末、Ｒ…レーザ光、１０…粉末供給装置、１１…密閉容器、１２…ホッパー、１３…モータ、１４…ロードセル、１５…金属粉末の吐出口、２０…ガス供給装置、２１…ガス流量制御装置（マスフロー）、２２…密閉容器内の圧力を測定するための差圧計、２３…ガスバルブ、３０…レーザ照射装置、３１…レーザ発振機、３２…加工ノズル、３４…ホース、４０…ワーク、４１…加工部、４２…ワーク移動装置、５０…制御手段。
【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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