(57)【要約】【課題】肉盛層に発生する残留応力を低減させて、ワレの発生を防止する肉盛方法及び鋳造部品を提供する。【解決手段】シリンダヘッド１のバルブシート部２に円弧状の凸部５を形成し、該凸部５上に肉盛り厚さを略一定にした肉盛層７を形成しているので、肉盛層７に発生する残留応力が低減されると共に均一になり、ワレの発生を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材表面に凸部を形成し、該凸部上に肉盛り厚さを略一定にした肉盛層を形成することを特徴とする肉盛方法。
【請求項２】
前記凸部の基部に溝部を形成し、前記凸部上から前記溝部上に亘って肉盛り厚さを略一定にした肉盛層を形成することを特徴とする請求項１に記載の肉盛方法。
【請求項３】
前記肉盛層の厚さは、該肉盛層に発生する残留応力が肉盛り材料の引張強度よりも小さくなるように設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の肉盛方法。
【請求項４】
前記母材表面は、シリンダヘッドのバルブシート部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の肉盛方法。
【請求項５】
鋳造粗材の表面に凸部を形成し、該凸部上に肉盛り厚さを略一定にした肉盛層を有することを特徴とする鋳造部品。
【請求項６】
前記鋳造粗材の表面は、シリンダヘッドのバルブシート部であることを特徴とする請求項５に記載の鋳造部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造粗材の一部位に局部的に肉盛層を形成する肉盛方法及び該肉盛方法が採用された鋳造部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、肉盛技術とは、被加工品が耐摩耗性に乏しい材料等で形成される場合、その被加工品の一部に局部的に耐摩耗性の高い肉盛層を形成したり、また、被加工品の一部位が摩耗等で変形した際、その被加工品全体を形成し直すのではなく、摩耗した一部位に局部的に肉盛層を形成して、被加工品全体を形成し直す時間やそのための費用を低減させることを目的としている。
【０００３】
しかしながら、肉盛り材料（肉盛層）は全般的に耐摩耗性については優れているが、靱性が低く、ワレ易いという問題がある。そのために、肉盛層に耐摩耗性を犠牲にしてワレ難い材料を選定して、被加工品の一部に局部的に肉盛層を形成すると、肉盛層の表面、あるいは母材の肉盛層との境界面に応力が集中して、ワレを誘発するという新たな問題が発生する。
なお、肉盛層にワレが生じる最大の理由は、肉盛層の表面に生じる引っ張り残留応力に起因する。この残留応力は、肉盛り材料の凝固過程において物理的に発生するもので、残留応力が、切り欠きや急速冷却等によって肉盛り材料の引張強度よりも上回った場合にワレが生じる。
そのため、一般的には、肉盛層の残留応力を低減させるために、レーザ照射の加工速度（冷却速度）を遅くしたり、ハンマーピーニング等を施していたが、残留応力は肉盛厚さが厚い程が大きくなり、ワレ易いという傾向があり、いずれも効果的ではなかった。
【０００４】
そこで、従来から、図４に示すように、エンジン用シリンダヘッド１には、吸気バルブ及び排気バルブが着座するバルブシート部２ａに耐摩耗性に優れた肉盛層７ａが形成される。該肉盛層７ａの形成は、例えばレーザなどの高密度熱源を用いて、バルブシート部２ａで、大径開口部３の内周面と小径開口部４を形成した平面との間の環状の傾斜加工面１０にレーザを照射することで肉盛り材料（耐摩耗性材料）を溶融し、該溶融した材料をバルブシート部２ａの傾斜加工面１０に溶着させることにより断面扇状の肉盛層７ａを環状に形成していた。
しかしながら、従来のように、吸気バルブ及び排気バルブが着座するバルブシート部２ａの傾斜加工面１０に断面扇状の肉盛層７ａを形成すると、肉盛層７ａの厚みが均一ではなく、最も厚い部位において最大残留応力が発生し、該最大残留応力が肉盛り材料の引張強度より大きくなることでその部位にワレが発生していた。
【０００５】
なお、従来の肉盛方法として、図５（ａ）に示すように、被加工部材２０の肉盛り部位に設ける溝２１の底面中央部を側端部よりも盛り上がった凸形状として、該溝２１を逆Ｍ字形状に、または図５（ｂ）に示すように、溝２１ａをＷ字状に形成し、該溝２１、２１ａ内に、被加工部材２０の表面に略平行な線状ないし偏平状に集光した高エネルギービームを肉盛り進行方向の前方側から所定の照射角度で照射して肉盛層２３を形成している（特許文献１の発明相当）。
【０００６】
また、特許文献２には、矯正ロールの表面に耐摩耗性肉盛層を形成するにあたり、あらかじめ耐摩耗性肉盛層を形成するための開先をロールの回転方向から見て凹状に形成した矯正ロールの製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１１７４６９号公報
【特許文献２】特開２０００−３１７５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、図４に示す従来の肉盛方法では、シリンダヘッド１のバルブシート部２ａの傾斜加工面１０に断面扇状の肉盛層７ａを形成し、バルブシート部２ａの耐摩耗性を向上させているが、肉盛層７ａの厚みが均一ではなく、最も厚い部位では、その残留応力が肉盛り材料の引張強度よりも大きくなってしまい、ワレが発生するという問題があった。
【０００８】
また、図５に示す従来の肉盛方法（特許文献１の発明相当）では、溝２１、２１ａの底面と側面との間の角度が小さいために、その部位（図５の点線範囲内）に空隙２５が生じる虞があり問題である。また、この従来の肉盛方法では、肉盛層２３の厚さが、溝幅に対して中央部分が両端部分よりも薄くなっているために、両端部分にワレが発生する虞がある。
【０００９】
さらに、特許文献２の発明では、肉盛層と母材との境界面を大きくすることで、境界面に発生する内部せん断応力を小さくすることができ、高い面圧負荷が作用した場合でも境界面での亀裂の発生を低減できるとしているが、肉盛層の中央部分の厚みが両端部分の厚みよりも厚いために、略中央部分の残留応力が両端部分よりも大きくなり、略中央部分にワレが発生する虞がある。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、肉盛層に発生する残留応力を低減させて、ワレの発生を防止する肉盛方法及び鋳造部品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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の肉盛方法は、母材表面に凸部を形成し、該凸部上に肉盛り厚さを略一定にした肉盛層を形成することを特徴としている。
また、本発明の鋳造部品は、鋳造粗材の表面に凸部を形成し、該凸部上に肉盛り厚さを略一定にした肉盛層を有することを特徴としている。
これにより、肉盛層に発生する残留応力が低減されると共に略均一になり、ワレの発生を防止する。
なお、本発明の肉盛方法及び鋳造部品の各種態様およびそれらの作用については、以下の発明の態様の項において詳しく説明する。
【００１２】
（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。なお、各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付して、必要に応じて他の項を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施の形態等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要件を付加した態様も、また、各項の態様から構成要件を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項〜（３）項，（５）項〜（７）項の各々が、請求項１〜６の各々に相当する。
【００１３】
（１）母材表面に凸部を形成し、該凸部上に肉盛り厚さを略一定にした肉盛層を形成することを特徴とする肉盛方法。
従って、（１）項の肉盛方法では、母材表面、特に、母材の角部に肉盛層を形成する場合、該角部に凸部を形成し、該凸部上に肉盛り厚さを略一定にした肉盛層を形成するので、肉盛層に発生する残留応力が低減されると共に均一になり、ワレの発生を防止する。
【００１４】
（２）前記凸部の基部に溝部を形成し、前記凸部上から前記溝部上に亘って肉盛り厚さを略一定にした肉盛層を形成することを特徴とする（１）項に記載の肉盛方法。
従って、（２）項の肉盛方法では、凸部の基部に溝部を形成し、凸部上から溝部上に亘って肉盛り厚さを略一定にした肉盛層を形成するので、凸部の基部に作用する応力集中が分散されて、ワレの発生を防止する。
【００１５】
（３）前記肉盛層の厚さは、該肉盛層に発生する残留応力が肉盛り材料の引張強度よりも小さくなるように設定されることを特徴とする（１）項または（２）項に記載の肉盛方法。
従って、（３）項の肉盛方法では、肉盛層に発生する残留応力が、肉盛り材料の引張強度よりも小さいので、ワレの発生を防止することができる。
【００１６】
（４）前記凸部及び前記溝部は、円弧状に形成されることを特徴とする（２）項または（３）項に記載の肉盛方法。
従って、（４）項の肉盛方法では、肉盛層と母材との境界面へ作用する応力集中を分散させることができる。
【００１７】
（５）前記母材表面は、シリンダヘッドのバルブシート部であることを特徴とする（１）項〜（４）項のいずれかに記載の肉盛方法。
従って、（５）項の肉盛方法では、シリンダヘッドのバルブシート部に肉盛層を形成する際に有効である。
【００１８】
（６）鋳造粗材の表面に凸部を形成し、該凸部上に肉盛り厚さを略一定にした肉盛層を有することを特徴とする鋳造部品。
従って、（６）項の鋳造部品では、鋳造粗材の表面、特に、鋳造粗材の角部に肉盛層を形成する場合、該角部に凸部を形成し、該凸部上に肉盛り厚さを略一定にした肉盛層を有するので、該肉盛層への残留応力が低減された鋳造部品を得ることができる。
【００１９】
（７）前記鋳造粗材の表面は、シリンダヘッドのバルブシート部であることを特徴とする（６）項に記載の鋳造部品。
従って、（７）項の鋳造部品では、シリンダヘッドのバルブシート部に形成される肉盛層に適用される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、肉盛層に発生する残留応力を低減させて、ワレの発生を防止する肉盛方法及び鋳造部品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図１〜図３に基いて詳細に説明する。なお、従来例と同一部材は同一符号を使用して説明する。
本発明の実施の形態に係る肉盛方法は、シリンダヘッド（鋳造粗材、母材）１の吸気バルブ及び排気バルブが着座するバルブシート部２に肉盛層７を形成する際に採用される。シリンダヘッド１は、アルミ合金または鋳鉄からなる鋳造成形にて成形されている。
本肉盛方法では、図１に示すように、シリンダヘッド１の吸気バルブ及び排気バルブが着座するバルブシート部２で、大径開口部３の内周面と小径開口部４を形成する平面との間の環状の傾斜加工面１０（図４参照）に円弧状の凸部５が環状に形成され、該凸部５の基部の両側に、円弧状の溝部６、６がそれぞれ環状に形成される。
【００２２】
そして、これら凸部５上及び各溝部６上に、図示しないレーザ照射装置からレーザを照射して肉盛り厚さを略一定とした肉盛層７が環状に形成される。
また、肉盛層７の厚みは、該肉盛層７に発生する残留応力が肉盛り材料（銅系）の引張強度よりも小さくなるように設定される。
なお、本実施の形態に係るレーザ条件は、肉盛り材料が銅系であり、レーザ出力は２．５〜３．０ｋｗに設定され、加工速度が５００〜１０００ｍｍ／ｍｉｎに設定されている。
【００２３】
また、図２から解るように、従来の肉盛方法を採用した場合の肉盛層７ａに発生する最大残留歪みが略１２００μstであるのに比べて、本肉盛方法を採用した場合の肉盛層７に発生する最大残留歪みは略８５０μstであり、最大残留歪みが略１／３程度低減していることが解る。
【００２４】
また、他の実施の形態に係る肉盛方法は、図３に示すように、シリンダヘッド１のバルブシート部２に設けた凸部５及び各溝部６の曲率を、図１に示す凸部５及び各溝部６の曲率よりも大きく形成している。特に、溝部６の形状は、肉盛り材料の物性や加工条件によって任意に形状を変更してもよいし、溝部６は、その位置における肉盛層７とシリンダヘッド１との境界面への応力集中が避けられるのであれば特に設ける必要はない。
【００２５】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、シリンダヘッド１のバルブシート部２に円弧状の凸部５が環状に形成されると共に、凸部５の基部の両側に、円弧状の溝部６、６がそれぞれ環状に形成され、これら凸部５上及び各溝部６上に、肉盛り厚さが略一定な環状の肉盛層７が形成される。また、肉盛層７の厚みは、該肉盛層７に発生する残留応力が肉盛り材料の引張強度よりも小さくなるように設定される。
これにより、肉盛層７に発生する残留応力が従来よりも低減されると共に略均一になるために、ワレの発生を防止することができる。しかも、凸部５の基部には、各溝部６が形成されているので、その位置における肉盛層７とシリンダヘッド１との境界面への応力集中が分散されて、ワレの発生を防止することができる。
【００２６】
なお、本発明の実施の形態では、バルブシート部２に肉盛層７を形成する際には、レーザを使用しているが、アーク、ＴＩＧ等を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る肉盛方法を説明するためのシリンダヘッドのバルブシート部に形成した肉盛層の断面図である。
【図２】図２は、従来の肉盛方法と本肉盛方法とにおいて、肉盛層へ発生する最大残留歪み量を比較した図である。
【図３】図３は、他の実施の形態に係る肉盛方法を説明するためのシリンダヘッドのバルブシート部に形成した肉盛層の断面図である。
【図４】図４は、従来の肉盛方法を説明するためのシリンダヘッドのバルブシート部に形成した肉盛層の断面図である。
【図５】図５は、図４とは別の従来の肉盛方法を説明するための肉盛層の断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  シリンダヘッド（鋳造粗材、母材），２  バルブシート部，５  凸部，６  溝部，７  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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【図５】
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