(57)【要約】【課題】肉盛層における穴状欠陥の発生を抑制することができるレーザ肉盛方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係るレーザ肉盛方法は、シリンダヘッド粗形材９０において、ポートの燃焼室側開口端９１に円環状のザグリ溝９２を形成する工程と、レーザ出射孔１１９と同軸に形成された、複数の領域に仕切られた円環状の吐出孔１１７から金属粉５３を供給しつつ、レーザ出射孔１１９からレーザビームを照射してザグリ溝９２にバルブシート用の肉盛層９３を順次形成する工程と、を備えたレーザ肉盛方法であって、肉盛層を順次形成する工程において、ザグリ溝９２に沿ってレーザビームを進行させて肉盛層９３を形成する際、前記複数の領域のうち、レーザビームの進行方向前方に位置する領域のみから金属粉５３を供給する。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド粗形材において、ポートの燃焼室側開口端に円環状のザグリ溝を形成する工程と、
レーザ出射孔と同軸に形成された、複数の領域に仕切られた円環状の吐出孔から金属粉を供給しつつ、前記レーザ出射孔からレーザビームを照射して前記ザグリ溝にバルブシート用の肉盛層を順次形成する工程と、を備えたレーザ肉盛方法であって、
前記肉盛層を順次形成する工程において、
前記ザグリ溝に沿って前記レーザビームを進行させて前記肉盛層を形成する際、前記複数の領域のうち、前記レーザビームの進行方向前方に位置する領域のみから前記金属粉を供給する、
レーザ肉盛方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ肉盛方法に関し、特にバルブシート用の肉盛層を順次形成するレーザ肉盛方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バルブシート用の肉盛方法としては、ザグリ溝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を形成するレーザ肉盛方法（いわゆるレーザクラッド法）が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、レーザビームを出射する出射孔と同軸に形成された円環状の吐出孔から金属粉を供給するレーザ肉盛方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１９０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは、ザグリ溝に沿ってレーザビームを進行させて肉盛層を形成する際、レーザビームの進行方向前方においてザグリ溝に堆積した余剰な金属粉（余剰粉）が、レーザビームに近づくことにより半ば溶融して玉状の金属凝集体になった後、溶融プールに吸収されると、肉盛層内に穴状欠陥が発生することを見出した。そして、発明者らは、このような余剰粉は、吐出孔におけるレーザビーム進行方向後方側の吐出領域から吐出されていることを見出した。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、肉盛層における穴状欠陥の発生を抑制することができるレーザ肉盛方法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】
【０００７】
本発明の一態様に係るレーザ肉盛方法は、シリンダヘッド粗形材において、ポートの燃焼室側開口端に円環状のザグリ溝を形成する工程と、レーザ出射孔と同軸に形成された、複数の領域に仕切られた円環状の吐出孔から金属粉を供給しつつ、前記レーザ出射孔からレーザビームを照射して前記ザグリ溝にバルブシート用の肉盛層を順次形成する工程と、を備えたレーザ肉盛方法であって、前記肉盛層を順次形成する工程において、前記ザグリ溝に沿って前記レーザビームを進行させて前記肉盛層を形成する際、前記複数の領域のうち、前記レーザビームの進行方向前方に位置する領域のみから前記金属粉を供給する、方法である。
このような方法によれば、レーザビームの進行方向前方に位置する領域のみから金属粉を供給するため、レーザビームの進行方向前方に堆積する余剰粉を抑制することができる。このため、肉盛層における穴状欠陥の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、肉盛層における穴状の欠陥の発生を抑制することができるレーザ肉盛方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかるレーザ肉盛装置の構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態１にかかる同軸ノズルの全体構成を示す断面模式図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面を示す模式図である。
【図４】実施の形態１にかかるレーザ肉盛装置における、金属粉の供給に関する構成を示す模式図である。
【図５】特許文献１における、金属粉の供給に関する構成を示す模式図である。
【図６】肉盛層に発生する空孔を示す模式図である。
【図７】特許文献１に記載された構成による加工の様子を示す模式図である。
【図８】加工点付近（図７の破線部分）の様子を拡大した模式図である。
【図９】取り代について示す模式図である。
【図１０】図４に示されるような構成の場合の実際の加工時の溶融プール付近の様子を示す写真である。
【図１１】図５に示されるような構成の場合の実際の加工時の溶融プール付近の様子を示す写真である。
【図１２】取り代の値の測定結果を示すグラフである。
【図１３】図５に示されるような構成の場合の金属粉の供給の様子を示す模式図である。
【図１４】図４に示されるような構成の場合の金属粉の供給の様子を示す模式図である。
【図１５】実施の形態２にかかるレーザ肉盛装置における、金属粉の供給に関する構成を示す模式図である。
【図１６】取り代の値の測定結果を示すグラフである。
【図１７】粉末金属充填空間の他の分割例について示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態に係るレーザ肉盛装置の構成を示す模式図である。
【００１１】
レーザ肉盛装置１は、加工部分に対し、粉末材料である金属粉を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装置である。より具体的には、レーザ肉盛装置１は、シリンダヘッド粗形材９０のポートの燃焼室側開口端９１に形成された円環状のザグリ溝９２に沿ってレーザビームを進行させて肉盛層９３を形成する。シリンダヘッド粗形材９０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。シリンダヘッド粗形材９０は、燃焼室を備えており、燃焼室は、吸気ポート及び排気ポートといったポートを備えている。これらポートのそれぞれにおいて、燃焼室側の開口の周縁に、開口を囲む円環状のザグリ溝９２が形成されている。ザグリ溝９２は、機械加工により形成される。レーザ肉盛装置１は、このザグリ溝９２に肉盛層９３を形成する。なお、金属粉は、例えば、銅粉末を含むものである。
【００１２】
レーザ肉盛装置１の後述する同軸ノズル１３から吐き出された金属粉及び不活性ガスは、ザグリ溝９２に吐出される。また、同軸ノズル１３からはレーザビームが出射され、ザグリ溝９２の加工点が照射される。ザグリ溝９２に金属粉が供給されつつ、レーザビームが照射されることにより、ザグリ溝９２において金属粉が溶融・凝固し、バルブシート用の肉盛層９３が形成される。なお、この溶融の際、肉盛層９３におけるレーザビームの対向面には溶融プールが形成される。
【００１３】
肉盛層９３の形成工程では、図１に示すように、同軸ノズル１３を、円環状のザグリ溝９２の中心軸Ａを軸として回転させる。中心軸Ａは、ザグリ溝９２の円環において直交する２つの直径に垂直で、円環の中心を通る軸をいう。このようにして、ザグリ溝９２の全周に肉盛層９３を形成する。なお、同軸ノズル１３を移動させる方向、すなわち、レーザビームの進行方向を加工方向９５という。
【００１４】
レーザ肉盛装置１は、レーザ加工ヘッド１０と、粉末材料供給装置２０と、切り替え弁３０と、配管ホース３１ａ、３１ｂとを備えている。より具体的には、レーザ加工ヘッド１０と、粉末材料供給装置２０とが、切り替え弁３０及び配管ホース３１ａ、３１ｂを介して接続されている。
【００１５】
まず、粉末材料供給装置２０について図１を参照して説明する。粉末材料供給装置２０は、レーザ加工ヘッド１０の後述する同軸ノズル１３へ金属粉をキャリアガスにより圧送供給する装置である。粉末材料供給装置２０は、粉末供給部（フィーダー）２１と、粉末供給部２１にキャリアガスによる圧力を供給するための圧力供給装置２２とを備える。キャリアガスは、例えば、窒素またはアルゴン等の不活性ガスである。
【００１６】
粉末供給部２１は、耐圧型の密閉容器２１１を有し、密閉容器２１１内に、超音波フィーダ２１２を備えている。密閉容器２１１は、金属粉を外部へ吐き出すための粉吐出口２１３が設けられる。また、密閉容器２１１には、密閉容器２１１の中の圧力（内圧）を検出するための圧力センサ２１４が設けられている。粉吐出口２１３は、切り替え弁３０と接続しており、密閉容器２１１からキャリアガスとともに吐き出された金属粉は、切り替え弁３０を及び配管ホース３１ａ、３１ｂを介して、加工ヘッドの同軸ノズル１３へと導かれる。
【００１７】
超音波フィーダ２１２は、密閉容器２１１に密閉収容されている。超音波フィーダ２１２は、ホッパー２１５、ロードセル２１６、超音波モータ２１７を備え、ホッパー２１５に収容された金属粉を、密閉容器２１１の粉吐出口２１３へ定量的に流動させるためのものである。この超音波フィーダ２１２は、超音波振動により金属粉を定量的かつ連続的に粉吐出口２１３へ送り出すようになっている。
【００１８】
ロードセル２１６は、ホッパー２１５等の重さを検出するための荷重センサである。ロードセル２１６による検出結果により、超音波フィーダ２１２からの金属粉の送り出し量が制御される。超音波モータ２１７は、ホッパー２１５の出口から配管ホース２１８を介して入力される金属粉に対し、超音波振動を付与する。ホッパー２１５に投入された粉体は、超音波モータ２１７の動作により、粉吐出口２１３から吐き出される。
【００１９】
圧力供給装置２２は、キャリアガスを密閉容器２１１の中に供給することにより、密閉容器２１１の粉吐出口２１３にキャリアガスによる圧力を供給するためのものである。圧力供給装置２２は、キャリアガスの供給源であるガス供給装置２２１と、マスフローコントローラ２２２と、ストップバルブ２２３とを備え、それらが配管ホース２２４により直列に接続される。マスフローコントローラ２２２の出力側は、密閉容器２１１に接続される。ガス供給装置２２１は、図示しないボンベ及びガスレギュレータなどにより構成されている。なお、ボンベには、窒素ガスなどのキャリアガスが貯留されている。キャリアガスは、ガスレギュレータで圧力調整された後、マスフローコントローラ２２２で所定流量に調整され、密閉容器２１１の中に導入される。配管ホース２２４の途中にはストップバルブ２２３が設けられており、ガス供給装置２２１から供給されるキャリアガスを規制することができる。
【００２０】
次に、レーザ加工ヘッド１０について説明する。
レーザ加工ヘッド１０は、レーザビーム発生部１１、集光レンズ１２、及び同軸ノズル１３を含んでいる。レーザビーム発生部１１は、レーザ発振器などにより構成され、レーザビームを出力する。集光レンズ１２は、レーザ発生部から発生したレーザビームを集光し、同軸ノズル１３に導く。
【００２１】
同軸ノズル１３について、図２及び図３を参照して説明する。図２は同軸ノズル１３の全体構成を示す断面模式図である。また、図３は図２のＸ−Ｘ断面を示す模式図である。
【００２２】
同軸ノズル１３は、円柱状の本体部１０１と、本体部１０１に同軸状に結合されたノズル部１０２とからなる。本体部１０１は外側部材１０３と外側部材１０３の中央空間に嵌めこまれた内側部材１０４とを備えており、外側部材１０３と内側部材１０４との間には不活性ガスを充填する円環状のガス充填空間１０５と、キャリアガスとともに金属粉を充填する粉末金属充填空間１０６とが形成されている。ガス充填空間１０５には、外側部材１０３に穿設されたガス供給路１０７と、内側部材の内壁に穿孔して形成した複数のガス吐出路１０８とが開口しており、ガス供給路１０７とガス吐出路１０８とはガス充填空間１０５を介して連通している。
【００２３】
粉末金属充填空間１０６には複数の供給路１０９が開口しており、粉末金属充填空間１０６は分割部（セパレータ）１１０によって各々の供給路１０９に対応する充填領域１１１に分割されている。また、粉末金属充填空間１０６の底部には粉末金属を同軸ノズル１３の先端の吐出孔１１７へ誘導する多数の誘導孔１１２が底部の円周に沿って軸線Ｈと平行に外側部材１０３の下面に開口するように形成されている。なお、軸線Ｈは、同軸ノズル１３の軸の中心線である。
【００２４】
ノズル部１０２は本体部１０１に結合した外側ノズル部材１１３と、外側ノズル部材１１３に内嵌された内側ノズル部材１１４とで構成されている。ノズル部１０２は結合部材１１５で本体部１０１に螺合されている。外側ノズル部材１１３と内側ノズル部材１１４との間には本体部１０１に形成された誘導孔１１２に連通する複数の粉末金属の吐出通路１１６がノズル部１０２の吐出孔１１７に開口するように設けられている。
【００２５】
また、内側ノズル部材１１４の内部には本体部１０１の内側部材１０４の中央空間に連通したレーザ通路１１８が形成されており、レーザ通路１１８は内側ノズル部材１１４の先端で開口してレーザ出射孔１１９を形成している。したがって、集光レンズ１２により導かれたレーザビームは、内側部材１０４の中央空間及びレーザ通路１１８を通過して、レーザ出射孔１１９から加工点Ｗに出射される。また、レーザ通路１１８はガス吐出路１０８から吐出された窒素ガスなどの不活性ガスの通路も兼ねており、不活性ガスはレーザ出射孔１１９から加工点Ｗへ噴射される。
【００２６】
このような構成により、キャリアガスとともに供給路１０９に供給された粉末金属は、粉末金属充填空間１０６の分割部１１０で区画された充填領域１１１に充填され、充填された粉末金属は、誘導孔１１２と吐出通路１１６を通って吐出孔１１７から加工点Ｗの周辺へ吐出される。そして、吐出された粉末金属は、レーザビームによって溶融し加工点に肉盛り層を形成する。
【００２７】
ここで、レーザ肉盛装置１における金属粉の供給に関して、さらに説明する。図４は、レーザ肉盛装置１における、金属粉の供給に関する構成を示す模式図である。上述の通り、粉末金属充填空間１０６は分割部１１０によって各供給路１０９に対応する充填領域１１１に分割されている。具体的には、図４に示されるように、粉末金属充填空間１０６は、充填領域１１１ａと充填領域１１１ｂとに分割されている。図４に示した例では、より詳細には、充填領域１１１ａと充填領域１１１ｂは、上述の軸線Ｈに対して点対象であり、それぞれ軸線Ｈに直交する平面上において軸線Ｈを基準にして略９０°の範囲を有している。充填領域１１１ａ及び充填領域１１１ｂのうち、一方は、加工方向９５の前方、すなわちレーザビームの進行方向前方に配置され、他方は、加工方向９５の後方、すなわちレーザビームの進行方向後方に配置される。
【００２８】
充填領域１１１ａには、供給路１０９の一つである供給路１０９ａが接続されている。また、充填領域１１１ｂには、供給路１０９の一つである供給路１０９ｂが接続されている。供給路１０９ａは、配管ホース３１ａに接続されており、配管ホース３１ａを介して切り替え弁３０に接続されている。同様に、供給路１０９ｂは、配管ホース３１ｂに接続されており、配管ホース３１ｂを介して切り替え弁３０に接続されている。
【００２９】
切り替え弁３０は、例えば、３方弁バルブにより構成されており、入力側が配管ホース１２０を介して粉末供給部２１に接続されており、出力側が配管ホース３１ａ、３１ｂを介して供給路１０９ａ、１０９ｂに接続されている。切り替え弁３０は、このような構成により、粉末供給部２１から流入する金属粉の流出先を切り替える。すなわち、切り替え弁３０は、金属粉の流出先が充填領域１１１ａ又は充填領域１１１ｂのいずれか一方となるよう切り替える。具体的には、充填領域１１１ａ及び充填領域１１１ｂのうち加工方向９５の前方に配置された方のみに金属粉が流入するよう、切り替え弁３０により切替えられる。これにより、複数の領域に仕切られた円環状の吐出孔１１７のうち、レーザビームの進行方向前方に位置する領域のみから金属粉がザグリ溝９２の加工点に供給されることとなる。なお、加工方向９５は、ザグリ溝の周方向に対し正転方向又は逆転方向に設定することができ、切り替え弁３０は、加工方向９５に応じて切り替えを行うこととなる。
【００３０】
ここで、比較例について説明する。図５は、特許文献１における、金属粉の供給に関する構成を示す模式図である。特許文献１に記載の構成では、図５に示されるように、粉末金属充填空間１０６は、４つの充填領域５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄに分割されている。また、４の充填領域５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄのそれぞれは、供給路５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄが接続されており、供給路５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄ及び配管ホース５０２を介して粉末供給部２１に接続されている。ここで、特許文献１における構成では、切り替え弁３０が設けられていないため、粉末供給部２１からの金属粉は、コネクター５０３で分岐し、４つの充填領域５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄに同時に供給される。
【００３１】
発明者らは、図５に示される構成により、加工を行った場合、肉盛層９３において図６に示されるような空孔（穴状欠陥）５０が発生すること発見した。そして、この空孔の発生により、未溶着といった問題も発生する。
【００３２】
そして、発明者らは、特許文献１に記載された構成による加工においてレーザビームの進行方向前方においてザグリ溝９２に余剰粉が堆積し、この堆積した余剰粉がレーザビームに近づくことにより半ば溶融して玉状の金属凝集体になった後、溶融プール（レーザビームが金属粉を溶かしている部分）に吸収されることで、このような穴状欠陥が発生することを見出した。図７は、特許文献１に記載された構成による加工の様子を示す模式図である。また、図８は加工点付近（図７の破線部分）の様子を拡大した模式図である。つまり、穴状欠陥は、図７及び図８に示されるように溶融プール５１よりも前方に吹き飛ばされてこぼれた金属粉（余剰粉）５２がある場合に、発生する。このような、こぼれた余剰粉５２は、加工の進行方向後方の供給路５０１ｃから供給された金属粉がキャリアガスとともに流されて溶融プール５１を通り過ぎることにより生じる。なお、図８において破線で示される矢印が、加工の進行方向後方からの金属粉の供給方向である。
【００３３】
これに対し、本実施の形態にかかるレーザ肉盛装置１は、上述の通り、レーザビームの進行方向前方に位置する領域のみから金属粉を供給するため、レーザビームの進行方向前方に堆積する余剰粉を抑制することができる。このため、肉盛層における穴状欠陥の発生を抑制することができる。
【００３４】
また、特許文献１に記載の構成では、図５に示すように、供給路５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄへ延びる４本の配管ホース５０２によってキャリアガスとともに金属粉が供給されるため、吐出孔から吐出される粉量は、４本の配管ホース５０２のそれぞれを流れる粉量に左右される。しかしながら、配管ホース５０２を分岐するコネクター５０３の影響で必ずしも４本の配管ホース５０２で均等な粉量とはならない。このため、同軸ノズルの吐出孔から出る粉量は、円周で均等にならない場合がある。このような不均衡が生じると、取り代の減少を招く。なお、取り代とは、肉盛層の表面と、肉盛層を製品形状（図９における破線）の表面との幅であり、図９において取り代Ｔとして示されている。
【００３５】
これに対し、本実施の形態にかかるレーザ肉盛装置１は、上述の通り、レーザビームの進行方向前方に位置する領域のみから金属粉を供給するため、円周方向の複数の領域における吐出量の不均衡という問題が回避され、取り代の減少を抑制することができる。
【００３６】
ここで、本実施の形態にかかるレーザ肉盛装置１を用いるレーザ肉盛方法について説明する。このレーザ肉盛方法では、まず、シリンダヘッド粗形材９０において、ポートの燃焼室側開口端９１に円環状のザグリ溝９２を形成する。次に、レーザ出射孔１１９と同軸に形成された、複数の領域に仕切られた円環状の吐出孔１１７から金属粉を供給しつつ、レーザ出射孔１１９からレーザビームを照射してザグリ溝９２にバルブシート用の肉盛層９３を順次形成する。ただし、肉盛層の形成工程においては、ザグリ溝９２に沿ってレーザビームを進行させて肉盛層９３を形成する際、吐出孔１１７の複数の領域のうち、レーザビームの進行方向前方に位置する領域のみから金属粉を供給する。
【００３７】
次に、本実施の形態にかかるレーザ肉盛装置１についての実験結果を説明する。ここでは、図４に示されるような構成が採用されている。また、主な加工条件は、次の通りである。粉末供給部２１に供給されるガスは、流量５Ｌ／ｍｉｎの窒素であり、粉末供給部２１から供給される粉量は０．７５ｇ／ｓである。また、２．９ｋｗの出力のレーザビームを加工点に照射した。また、同軸ノズル１３の先端の移動速度は、１５ｍｍ／ｓとした。
【００３８】
なお、比較のため、図５に示されるような構成を用いた場合についても実験を行った。主な加工条件は、粉末供給部２１に供給されるガスが流量１０Ｌ／ｍｉｎの窒素である点を除き、上記加工条件と同じである。
【００３９】
図１０は、図４に示されるような構成の場合の実際の加工時の溶融プール５１付近の様子を示す写真である。また、図１１は、図５に示されるような構成の場合の実際の加工時の溶融プール５１付近の様子を示す写真である。図１０及び図１１において、写真中の矢印の先に、レーザビームの進行方向前方に堆積した余剰粉が示されているが、図に示されるように、図４に示されるような構成の場合の方がこの余剰粉は少ないことがわかる。また、肉盛層における内部欠陥すなわち穴状欠陥の発生についても、図５に示されるような構成の場合には発見されたものの、図４に示されるような構成の場合には発見されなかった。
【００４０】
図１２は、取り代の値の測定結果を示すグラフである。なお、図１２に示したグラフでは、図４に示されるような構成の場合（実施の形態１）の測定結果と、図５に示されるような構成の場合（比較例）の測定結果とが示されている。なお、比較例の測定結果では、４本の配管ホース５０２の粉量誤差が５％以下である場合の測定結果と、１０％の場合の測定結果とが示されている。また、測定結果については、レーザビームの進行方向が正転の場合の結果と逆転の場合の結果が併記されている。図１２では、測定結果として、測定の最大値から最小値までの範囲が図示されている。また、測定結果の図示における丸印は、平均値を示している。
【００４１】
図１２に示されるように、図４に示されるような構成による加工による取り代Ｔは、比較例に比べて、大きい。なお、比較例にかかる構成では、取り代Ｔの値の範囲は、±０．２５ｍｍ程度であったのに対し、図４に示されるような構成の場合の構成では、取り代Ｔの値の範囲は、±０．１３ｍｍ程度であり、約２倍の安定性が得られた。また、比較例では、正転か逆転か、粉量誤差がどの程度であるか、により取り代にばらつきがあるが、図４に示されるような構成では、そのようなばらつきが抑制されている。
【００４２】
また、歩留りは、次のような結果となった。なお、歩留りは、供給した粉量に対する肉盛層（クラッド）の重量の割合であり、下記式（１）のように表される。
歩留り＝（肉盛層の重量）／（供給した粉量）×１００％  ・・・（１）
【００４３】
図４に示されるような構成の場合の歩留りは、８６〜９２％であった。また、図５に示されるような構成で、４本の配管ホース５０２の粉量誤差が５％以下である場合の歩留りは、８３〜８８％であった。さらに、図５に示されるような構成で、４本の配管ホース５０２の粉量誤差が１０％である場合の歩留りは、正転のとき８４〜９０％であり、逆転のとき８３〜８６％であった。なお、ここで示す歩留りの値は、測定結果の範囲（３σ）である。このように、図４に示されるような構成の場合、比較例に比べて、歩留りが向上する。なお、測定結果の歩留りの中央値も、向上している。
【００４４】
このように本実施の形態にかかるレーザ肉盛装置１において、余剰粉の抑制及び歩留りの向上ができるのは、比較例の場合、図１３に示すように、加工方向の後方からの金属粉５３が溶融プール５１の前方に多くこぼれるのに対し、本実施の形態の場合、図１４に示すように、加工方向の前方のみから金属粉５３が供給されるため、溶融プール５１の前方にこぼれる金属粉５３が少なく、金属粉５３が溶融プール５１に取り込まれやすいためである。
【００４５】
実施の形態２
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態１にかかるレーザ肉盛装置１では、切り替え弁３０によって、吐出孔１１７のうち、レーザビームの進行方向後方に位置する領域からはガスが出なくなる。この場合、加工点からのスパッタ又はヒュームが、吐出孔１１７の当該領域の吐き出し部分につきやすくなる。そこで、本実施の形態では、図１５に示されるように、吐出孔１１７のうちレーザビームの進行方向後方に位置する領域から窒素などの不活性ガスを吐出するように、切り替え弁３２を設けている。
【００４６】
切り替え弁３２は、切り替え弁３０と同様、例えば、３方弁バルブにより構成されている。また、切り替え弁３２に接続した入力側の配管ホース３４からはガスが流入し、切り替え弁３２は、切り替え弁３２の出力側に接続した配管ホース３５ａ、３５ｂのうち一方からガスを流出させる。配管ホース３５ａは、配管ホース３１ａに接続しており、配管ホース３５ｂは、配管ホース３１ｂに接続している。
【００４７】
切り替え弁３２は、このような構成により、ガスの流出先を切り替える。加工の際、充填領域１１１ａ及び充填領域１１１ｂのうち加工方向の後方に配置された方のみにガスが流入するよう、切り替え弁３２により切替えられる。
【００４８】
次に、実施の形態２にかかるレーザ肉盛装置１についての実験結果を説明する。主な加工条件は、上述と同様である。ただし、切り替え弁３２にも、流量５Ｌ／ｍｉｎの窒素を供給し、加工の際、加工方向の後方に配置された方のみからガスを吐出するよう切り替え弁３２を切り替えた。実験結果では、実施の形態２にかかるレーザ肉盛装置１においても内部欠陥は発生しなかった。
【００４９】
図１６は、取り代の値の測定結果を示すグラフである。なお、図１６に示したグラフでは、図１５に示されるような構成の場合（実施の形態２）の測定結果に加え、図４に示されるような構成の場合（実施の形態１）の測定結果が示されている。また、歩留りは、８４〜９０％であった。さらに、取り代Ｔの値の範囲は、±０．１６ｍｍ程度であった。実施の形態１の場合に比べて、０．０３ｍｍ悪化しているが、吐出孔１１７にスパッタ又はヒュームが付着する恐れがなくなり、上述の通り実施の形態１と同様の効果を確認することができた。
【００５０】
なお、本発明は上記実施の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。例えば、分割部１１０により、図１７に示すように、粉末金属充填空間が充填領域１２１ａ、１２１ｂに分割されてもよい。図１７に示した例では、充填領域１２１ａと充填領域１２１ｂは、軸線Ｈに対して点対象であり、それぞれ軸線Ｈに直交する平面上において軸線Ｈを基準にして略１８０°の範囲を有している。
【符号の説明】
【００５１】
１    レーザ肉盛装置
１０    レーザ加工ヘッド
１１    レーザビーム発生部
１２    集光レンズ
１３    同軸ノズル
２０    粉末材料供給装置
２１    粉末供給部
２２    圧力供給装置
３０、３２    切り替え弁
３１ａ、３１ｂ、３４、３５ａ、３５ｂ、１２０、２１８、２２４、５０２    配管ホース
５１    溶融プール
５２    余剰粉
５３    金属粉
９０    シリンダヘッド粗形材
９１    燃焼室側開口端
９２    ザグリ溝
９３    肉盛層
９５    加工方向
１０１    本体部
１０２    ノズル部
１０３    外側部材
１０４    内側部材
１０５    ガス充填空間
１０７    ガス供給路
１０６    粉末金属充填空間
１０８    ガス吐出路
１０９、１０９ａ、１０９ｂ、５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄ    供給路
１１０    分割部
１１１、１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂ、５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ    充填領域
１１２    誘導孔
１１３    外側ノズル部材
１１４    内側ノズル部材
１１５    結合部材
１１６    吐出通路
１１７    吐出孔
１１８    レーザ通路
１１９    レーザ出射孔
２１１    密閉容器
２１２    超音波フィーダ
２１３    粉吐出口
２１４    圧力センサ
２１５    ホッパー
２１６    ロードセル
２１７    超音波モータ
２２１    ガス供給装置
２２２    マスフローコントローラ
２２３    ストップバルブ
５０３    コネクター
Ａ    中心軸
Ｈ    軸線
Ｗ    加工点
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１０】
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【図１１】
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