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解 説

特集・レーザによる表面改質とそのトライボロジー応用“トライボロジスト”第 68 巻 第 1 号(2023) 000～000
原稿受付 2022 年 6 月 24 日

レーザクラッディング法による高度機能化技術と応用
辰巳 佳宏 ＊，林 良彦，土田 貴之

High Functionalization Technology by Laser Cladding Method and Its Application
Yoshihiro TATSUMI＊, Yoshihiko HAYASHI and Takayuki TSUCHIDA
Abstract
Surface modification technology is applied in various situations, and it is a method that can be made into a multi-material bycoating the material with different materials. For example, a tough metal can be coated with a high hardness material, or thecoating material itself can be combined to have multiple functions. Among them, wear-resistant coating used at high temperature
is an indispensable technique for extending the life of industrial members and requires multiple performances. One of the surface
modification methods Laser Metal Deposition (LMD) can control input energy precisely. Because of this, heat inputs reduced, andshow high functionality of coating.This report describes LMD technology and use cases.
Key Words : laser metal deposition, surface modification, heat resistant, abrasion resistance, ball bearing, brake discの原理，特長や表面処理層の特性とともに，その1. は じ め に応用事例について述べる．

表面高機能化を目的とした表面処理技術にレー

2. 従 来 の 表 面 改 質 法 と の 違 い と 各 種LMD 法

ザ ク ラ ッ デ ィ ン グ（ Laser Metal Deposition：LMD）法がある．この方法は，従来のアーク溶接

2.1 従 来 の 表 面 改 質 法

法と同様に基材，溶接材料を溶融し表面処理を行うが，熱源にレーザを用いる．そのため照射出力

Figure 1 に各種表面改質法の模式図を示す．溶やビームプロファィルの精密制御が可能となり，射（Fig. 1(a)）は粉末材料を溶融し，基材に吹き基材への熱影響がわずかながらも，高品質で強固付けることで皮膜形成する方法であり，基材を溶な密着力の皮膜形成を行うことができる．そのたかすことがないため入熱が小さい．しかし機械的め，今まで困難であった基材，部品への表面処理な接合であることから，密着力が溶融接合されたと機能性セラミック粉体施工も可能となった．

ものより劣る．一方，粉体アーク肉盛溶接（Plasma

表面高機能化処理に求められる性能は使用環境

Transferred Arc：PTA)(Fig. 1(b)）は粉末材料に応じて，耐食性，耐摩耗性，耐熱性など様々でを強力な熱量を持つプラズマアークなどの熱源をあり，いくつかの性能を複合的に向上させること用いて溶融し被覆層を形成するため密着力は高い．

が必要になる場合が多い．それら要求に応えるた

その反面基材への入熱が大きくなり，基材の材質

めに種々の表面処理技術が存在する．近年，ファによっては軟化や脆化などの問題が生じる．またイバによる導光が可能な波長域での高出力レーザ

溶込みが大きくなるため，基材に希釈され本来のが出回るようになり，利便性が高まってきたこと

皮膜性能を発揮できない場合もある．LMD（Fig.

から，レーザを利用した表面処理技術の研究開発

1(c)）は前述の通り精密な入熱制御が可能であるが多く行われている．本報告では各種 LMD 技術

ことから，皮膜の機能性を十分に発揮できるプロ：

大阪富士工業(株) 技術センター LPJ 研究所（〒661-0977 兵庫県尼崎市久々知 3 丁目 24-33)
LPJ Laboratory, Technology Center, OSAKA FUJI Corporation (24-33, Kukuchi 3‒chome, Amagasaki‒shi, Hyogo 661-0977)＊

Corresponding author：E‒mail : yoshihiro-tatsumi@ofic.co.jp

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2

トライボロジスト（a）Powder

第 68 巻 第 1 号 (2023)（b）
Plasma gas

Thermalsprayinggun

Substrate
Flame

Electrode

Cooling water

Cooling water
PowderShielding gas
Laser beam

Shielding gas
Coating
Molten particle

Fig. 1（c）

Coating

Substrate

Moltenpool

PowderSubstrate

Principle diagram of various surface modification technologies (a) Thermal spraying (b) PTA (c) LMD

セスと言える．

非モルテンプール型 LMD 法と呼ぶ（Fig. 2(b))1)．

2.2 各 種 LMD 法 に つ い て

従来法と違い，レーザによる入熱は基材側よりも2.2.1 モ ル テ ン プ ー ル 型 と 非 モ ル テ ン プ ー

粉末側に占める割合が大きく，基材入熱に起因す

Figure 2 1) に従来のモルテンる問題の抑制を図ることができる．これにより従プール型 LMD 法と非モルテンプール型 LMD 法

来法よりも精密な入熱制御が必要な歪みやすい薄の図を示す．従来法は基材にレーザ照射すること

肉の部材や，熱影響により変質しやすい材質に対で基材表面を加熱溶融させ，粉末材料を供給し，して非常に有効である．Figure 3 に各施工法によ

溶融させることで皮膜形成を行う．この時レーザ

るステライト合金のミクロ組織，硬度を示す．

照射部が溶融しプールを形成することからモルテ

LMD で形成した皮膜は従来のアーク溶接法に比

ル型法

1)

ンプール型と呼ばれる(Fig. 2(a)) ．一方，レーザ

べ冷却速度が速い影響により，緻密な組織で高硬中で粉末材料を溶融し基材表層で被覆する方法を

度の肉盛層となる．また，LMD 工法の違いにおい て も，冷 却 速 度 の 速 い 非 モ ル テ ン プ ー ル 型

（a）

（b）

Laser

LMD 法では，その傾向は顕著に認められる．こLaserの工法の特性上，高速化，薄膜化することが可能

Powderである．また従来の LMD 法と同等の密着力が確

PowderMelt poolとして期待されている．

Melt jast before substrateHAZ

2.2.2 矩 形 ビ ー ム 型 LMD 法

Figure 4 2)に矩形ビーム型のレーザクラッディング法を示す．

Substrate Shallow meltpool & HAZ

Substrate

Fig. 2保できることから溶射やめっきなどに代わる手法

基本的な原理は従来型と同じであるが，矩形にすることで進行方向の幅が小さく，横幅が広くなり，

Cladding images of (a) Molten pool LMD (b) Nonmolten pool LMD〔出典：文献 1)〕

1 ビードあたりの施工面積を広くすることができ

PTA

Molten pool LMD

Non-molten pool LMD

430

490

580

Metallographic
cross section

Hardness(Hv, 0.5 kgf)

Fig. 3

Metallographic cross section and hardness of Stellite alloy268-01-Exp-04 Page 2

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辰巳 ・ 林 ・ 土 田 ： レ ー ザ ク ラ ッ デ ィ ン グ 法 に よ る 高 度 機 能 化 技 術 と 応 用

3される．
現在，高効率サブマージアーク溶接法（バンドアーク法）では最大 75 mm 幅の表面改質が可能であるが，LMD においても矩形ビームの幅広化が進んでおり，将来には 100 mm 以上の高効率のLMD 施工が期待できる．

NozzelPowder

2.2.3 ビ ー ム プ ロ フ ァ イ ル 制 御 ( DOE ) を
使 用 し た LMD 法

DOE（Diffractive

Optical Elements：回折光学素子）とは，レーザを通過させるだけで，多点スポットへの変換が可能

Moltenpool

なスリットの一種である．Figure 6 2)にその模式図を示す．DOE を使用すれば 1 台のレーザ装置
で数百個のレーザスポットをつくることができ，一つのスポットごとに光強度分布の設定が可能である．またスポットの配列を自由に設定できるのFig. 4で，強度分布を持った矩形ビームを容易に実現で

Laser cladding with rectangular beam
〔出典：文献 2)〕

きる．DOE を入れ替えるだけで，レーザ照射部の形状と強度分布を変更することが可能である．

る．レーザ強度はパワー密度（出力／照射面積）

レーザそのものが均一な強度分布を持っていてに依存することから，円形のビームよりも低パも入熱分布は均一ではなく，中心付近に集中しやワーで施工効率を上げることが可能である．例えすい．そこで，両端の強度を中心の 2 倍となるよば ñ 5 mm の円形ビームは約 20 mm のスポット

うな DOE を用いて比較を行った．強度がフラッである．ほぼ同じ面積である 10 􀃗􀃗 2 mm の矩形

トなビーム（以下フラットビーム），両端の強度が􎨲􎨲

2)

ビームを使用すると Fig. 5 で示すように円形中心の 2 倍であるビーム（以下，両端強化ビーム）

ビームに対して同じパワー密度で幅が 2 倍のビーで皮膜形成を行った．Figure 7 2)にその結果を示ドを形成できる．現行装置では，レーザクラッデ

す．フラットビームでは中心が高い山なりのビー

ィング用に 5 ～ 45 mm 幅でかつ均一な強度の矩ドになる（Fig. 7(a))2)．これはレーザ照射した際形ビーム（半導体レーザ）が使用されることが多に中心の温度が高くなり，中心の溶融池が端より（b）
Circular beam （a）Rectangular beamLaserequipment

Fig. 510 ｍｍ

Fig. 6

10 ｍｍ

ＤＯＥ

く，大型ロールなどの施工面積の広い部材で適用

DOE explanatory diagram〔出典：文献 2)〕

（a）
2 ｍｍ

（b）

5 ｍｍ
5 ｍｍ

Cladding layer (a) Rectangular beam (b) Circularbeam〔出典：文献 2)〕

Fig. 7

Cladding layer using DOE (a) Flat beam (b) Rein
forced beam at both ends
〔出典：文献 2)〕

368-01-Exp-04 Page 3

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トライボロジスト

第 68 巻 第 1 号 (2023)

も遅れて凝固するからである．一方，両端強化
ビームでは均一に溶融凝固するため，フラットなビードを形成することが可能である（Fig. 7(b))2)．
DOE の使用によるビームプロファイル制御により，ビードの凹凸を減らし，ビード間の重ね幅を小さくすることができる．そのため矩形ビームのOuter race

単位時間あたりの成膜面積を広くすることが可能

Cladding nozzle

である．

3. 耐 熱 ボ ー ル ベ ア リ ン グ の 開 発（応 用 事 例 ①）
3.1 耐 熱 ボ ー ル ベ ア リ ン グ に つ い て

Laser

高温対応のボールベアリングは 400℃を境に金Fig. 9Cladding image〔出典：文献 1)〕

属製とセラミック製に分かれる．しかしながら，
3.2 レ ー ザ 法 の 選 定

オールセラミック製のベアリングは衝撃による突発性の破損が懸念されるため大型装置部品向けと本試験で使用したベアリング，特に外輪においして，600℃対応の金属製ベアリングが求められては基材厚みが 3 mm と薄く，歪みや変形を抑制ている．そこで金属製ボールベアリングにセラミしながら表面改質を行う必要がある．LMD 法でック複合皮膜を LMD でコーティングすることで，あっても通常の方法では基材入熱を大幅に低減す

耐熱，耐摩耗性と靭性を有するボールベアリング

る 必 要 が あ る こ と か ら，非 モ ル テ ン プ ー ル 型の開発を行った事例を紹介する．Figure 8 1)にベLMD 法を適用した．

アリングの模式図を示す．内輪，外輪に分かれて

3.3 高 温 摩 耗 試 験 結 果
耐摩耗性の検証は，ボールオンディスク摩耗試

おり溝の部分にボールを入れることでしゅう動す1)

る．Figure 9 に示すようにこの部分に特殊合金

験法（Fig. 10)1)で行った．ボール材質は玉軸受でと セ ラ ミ ッ ク ス の 複 合 材 料 で 被 覆 す る．外 径用いられる 􀁓􀁓􀁩􀁩 􎨳􎨳􀁎􀁎 􎨴􎨴 ，ディスク材質は Ni 基の金属

ñ 34 mm 􀃗􀃗 内径 ñ 25 mm の内輪と，外径 ñ 52 mm

間化合物合金（NST-Nb）と 􀁃􀁃􀁲􀁲 􎨳􎨳􀁃􀁃 􎨲􎨲 または TiC を􀃗􀃗 内径 ñ 44 mm の外輪に試験施工した．

40 vol％添加した材料をレーザクラッドした肉盛
層 を 使 用 し た．そ の 他 の 試 験 条 件 に つ い て はTable 1 1)に示す．Figure 11 1)に示す試験結果のよ
うに炭化物添加による耐摩耗性の向上が確認され，硬質粒子を含まない NST-Nb に比べて，􀁃􀁃􀁲􀁲 􎨳􎨳􀁃􀁃 􎨲􎨲 お

Outer race

よび TiC 複合材料は摩耗損失部の断面積が半分程度にまで減少していた．また，􀁃􀁃􀁲􀁲 􎨳􎨳􀁃􀁃 􎨲􎨲 と TiC を
LoadInner race

Ball holder

Si₃N₄ ball

RotateWear markTest piece overlaid with LMD

Cladding layer

Built-in heater and thermocouple
Ceramic coverFig. 8Exterior of ball bearings〔出典：文献 1)〕

Fig. 10

Image of ball-on-disk wear test〔出典：文献 1)〕

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辰巳 ・ 林 ・ 土 田 ： レ ー ザ ク ラ ッ デ ィ ン グ 法 に よ る 高 度 機 能 化 技 術 と 応 用

Table 1

Ball-on-disk test parameters〔出典：文献 1)〕

Testtemperature

Load

Radius ofrotation

Sliding
speed

600 ℃

10 N

9 mm
100 mm/s(ñ 18 mm) (106 rpm)

Electric furnace

Times of test

Thermocouple

20000 laps
Test piece

NST-NbLoad

Fig. 13

NST-Nb + 40vol%Cr₃C₂

Operation tester〔出典：文献 1)〕

233h（Break）
1.0

Fig. 11

Wear loss, d/φmm

NST-Nb + 40vol%TiC

High temperature wear test results〔出典：文献 1)〕

比較すると，TiC 複合材料が 􀁃􀁃􀁲􀁲 􎨳􎨳􀁃􀁃 􎨲􎨲 複合材料よりも摩耗量が少なく，TiC 複合材料では NST-Nb 合
金単体に比べ摩耗量が約 45％にまで減少した．
3.4 実 ベ ア リ ン グ 試 験

0.8

Inner
race

0.6

Outer
race

0.4

Non-coatedbearing

0.2

TiC/NST-Nb
coated bearing

00Inner/Outer race
1500
2000
500
1000
Time for operating test, t/hFig. 14

NST-Nb 合 金 􀀫􀀫 40 vol％ TiC 材 を 非 モ ル テ ン

Result of operation tester test at 600 ℃〔出典：文献 1)〕

プール型 LMD 施工した内外輪を所定の寸法に仕上げ加工し，􀁓􀁓􀁩􀁩 􎨳􎨳􀁎􀁎 􎨴􎨴 ボールとカーボンセラミック

道面の摩耗損失厚さ）は外輪が平均 ñ 0.6 mm，内ス製リテーナの組合せで玉軸受を試作した（Fig.

輪が平均 ñ 0.8 mm であった．これに対し，開発

12)1)．これを Fig. 13 1) に示す運転試験機にて評

仕様の玉軸受は 2 000 h 耐久し，その摩耗量は外価試験を実施した．試験条件は，600℃大気雰囲

輪が ñ 0.05 mm，内輪が ñ 0.05 mm，摩擦係数は

気下，試験荷重 10 kgf，回転数は 50 rpm となる．

試験開始から 2 000 h を経過しても 0.05 を維持し

Figure 14 1) に試験結果を示す．現行仕様である

た．
今後は実機試用にて課題の確認と改良を重ね，SUS 440C 製内外輪で製作された玉軸受は，233 h

実用化を目指す予定である．

で摩耗量過多により回転ロックし，
その摩耗量
（軌
（a）

4. 次 世 代 高 速 鉄 道 用 ブ レ ー キ デ ィ ス クの 開 発 (応 用 事 例 ②）（b）

4.1 ブ レ ー キ デ ィ ス ク へ の 表 面 改 質 に つ

Inner race

いてSi₃N₄ Ball

高速鉄道の高速化に伴う熱負荷の増大で，現用

Outer race
Ceramic carbon retainer

Fig. 12の鍛鋼製ブレーキディスクの適用は限界に近づきつつある．さらに，将来計画されている時速 400

Prototype super heat-resistant ball bearing(a) Before assembly (b) After assembly〔出典：文献 1)〕

km 走行においては，しゅう動面が 1 000℃近く上昇するため，鍛鋼製では熱き裂や変形の問題が生568-01-Exp-04 Page 5

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トライボロジスト

第 68 巻 第 1 号 (2023)

じることから，高速対応ブレーキディスク開発は

PTA（250 ℃）
LMD（350 ℃）

500
Hardness, Hv 10 kg

必須である．そのため，優れた耐熱性を有する特殊金属材料を鍛鋼製ディスクの摩擦しゅう動面にのみに付与することができる方法として，PTA
による肉盛ブレーキディスクの開発を行った．しかし，入熱が大きく溶込み量も多いため，変形や熱き裂が発生し，安定した品質を得るのが困難で

400
300
200

て，LMD の適用検討を行い，新たなブレーキデ

Fig. 15

ィスクの開発を行った事例を紹介する．

SubstrateOverlaying

1000あった．PTA に代わる高品質な溶接肉盛法とし

PTA（250 ℃）
LMD（350 ℃）
HAZ

0

Underlaying

2
4
6
8
10
12
Distance from the surface, mm

14Hardness distribution comparison〔出典：文献 3)〕

4.2 高 融 点 複 合 材 料 に つ い て
皮膜のマトリックス素材には Ni 基合金のハスれているのがわかる．
4.3 LMD で 皮 膜 形 成 し た 場 合 の 高 温 強 度

テロイ C 系（Ni，Cr，Mo，W，Fe，C，Mn，Si）を用いた．この素材は凝固組織をなしており，冷肉盛の有無による高温環境下での材料強度試験

却過程で組織変態を生じない特性を持つ．また，を実施した．温度条件は，室温から 1 200℃まで

ヤング率と線膨張係数がディスク基材とほぼ同等とした．Figure 17 3)に引張強さおよび伸び測定ので溶接密着性（濡れ性）が良いこと，ディスク基

結果を示す．いずれの性質も溶接方法による違い

材と上盛の熱応力に起因する剪断力を緩和する効は認められなかった．現用のディスク基材は，果が期待できることから下盛材に適用した．ライ

600℃付近で引張強さが著しく低下する鉄系材料

ニングと摩擦しゅう動し，膨大な摩擦入熱を受け特有の性質を示したのに対し，耐熱性の高い Ni

る上盛材には Ni 基合金と未溶解の高融点金属

基合金を用いた肉盛材では温度が高くなるにつれ（W，Mo，Nb，Ta）複合材料を用いた．溶接方法て低下傾向はみられるが，1 200℃の高温時においの違いによるディスク基材への熱影響を評価するても高い強度を維持した．伸び測定の結果では，にあたり，試験片の片面に PTA と LMD をそれ

ディスク基材が 600℃付近で著しい増加が生じてぞれ行い，溶接断面の観察を行った．ただし，予いる．肉盛材ではこれとは反対に，温度が高くな

熱温度は 250℃，350℃の 2 種類，LMD は下盛 1

るにつれて伸びが減少する性質を示した．
高速サーモカメラの観察結果から，ブレーキ中層，上盛 2 層とし，PTA は下盛 2 層，上盛 2 層の3)のディスク摩擦しゅう動面の最高温度は約

肉盛を各溶接法で行った．Figure 15 にマイクロ3)

ビッカース硬さを，Fig. 16 に予熱

PTA

温度 250℃施工品の断面観察の比較

LMDを示す．硬度測定の結果をみると基材の熱影響層（Heat Affected Zone：
HAZ）は下盛層からの距離が，PTA

Macro observation

Overlaying

Overlaying

Substrate

Substrate

で 4 mm，LMD で 2 mm であること

5 mmがわかり，LMD の方がディスク基材に与える熱影響が低く抑えられていることがわかる．ディスク断面観
察をみると，LMD 上盛部のマトリックスには高融点金属が溶解した析

Precipitate

Metallographic
cross section
100 µm

出物がみられ，LMD の基材熱影響部は PTA に比べて薄い領域に限定されており，熱影響が小さく抑えら

5 mm

Fig. 16100 µm

Metallographic cross section comparison (preheat：250 ℃)〔出典：文献 3)〕

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辰巳 ・ 林 ・ 土 田 ： レ ー ザ ク ラ ッ デ ィ ン グ 法 に よ る 高 度 機 能 化 技 術 と 応 用（a）100Tensile strength

Tensile elongation

Substrate

60
40
20
0

PTA

1000

LMD

80

Fig. 17（b） 1200

PTA

LMD
Substrate

800
600
400
200

0

0

400
800
1200
Temperature，℃

0

400
800
1200
Temperature，℃High temperature tensile test (a) Tensile strength, (b) Tensile elongation〔出典：文献 3)〕

1 000℃の高温状態であることがわかっている．

LMD においても高融点金属との粒界をなす肉盛したがって，ブレーキ時の摩擦熱によってディス層の強度が PTA に比べて向上しているものと考ク基材は強度が低下し，さらに伸びが増大するこえられる．

とで熱き裂が発生しやすい状態になっているもの

4.5 実 物 大 台 上 試 験と考えられる．一方，肉盛材では高温環境下でも4.5.1 耐 久 試 験 の 概 要

強度低下が抑えられ，加えて伸びが抑制されるこ締結型ディスクの摩擦しゅう動面に，LMD を用とから熱き裂が発生し難い状態になっている．まいて下盛層（厚さ 2 mm）と上盛層（厚さ 3 mm）

た，肉盛層が緩衝領域となってディスク基材へのを形成して耐熱性を向上したディスクを試作し，直接的入熱を緩和する役割を果たし，基材の強度台上試験による性能を確認した．ただし，締結ボ低下も低く抑えられることが期待できる．

ルト孔周りは下盛材で肉盛溶接を施し，耐き裂性

4.4 肉 盛 マ ト リ ッ ク ス の 組 織 分 析を向上した．ディスク形状は中央締結型，ライニ

現用の実物大中央

表面改質法の違いによる肉盛層の性質を比較するため，肉盛マト
リックスの詳細な組織分析を実施

（a）
（a）

（b）
（b）

した．分析用の試験片は，幅 60mm 􀃗􀃗 長 さ 150 mm 􀃗􀃗 厚 さ 40mm のディスク基材（特殊鍛鋼）に下盛 2 mm，上盛 3 mm の肉盛

500 µm500 µm層を形成したものを用いた．
Figure 18 3) に各肉盛層の SEM観察の結果を示す．下盛を比べると，LMD の方が微細化しており，

500 µm500 µm(a) PTA underlaying

（c）
（c）

(b) LMD underlaying

（d）
（d）

強度が向上しているものと考えられる．一方，上盛については差異がみられなかった．一般に，高硬度下での結晶粒界破壊を防ぐため

500 µm500 µm500 µm500 µm(c) PTA overlaying(d) LMD overlayingにはオーステナイト結晶粒の微細化による結晶粒界強度の向上が有
効 と 言 わ れ て い る こ と か ら，Fig. 18

SEM image comparison〔出典：文献 3)〕

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トライボロジスト

第 68 巻 第 1 号 (2023)

クおよびライニングの外観を示す．耐久試験では，
初速度 300 km/h からの非常ブレーキを 105 回繰
り返す条件とした．ライニングの押付制御は通常の押付力制御とした．
4.5.2 耐 久 試 験 結 果 ( デ ィ ス ク の 耐 摩 耗 性 )Figure 20 3)に耐久試験後の供試体外観を示す．

ディスクの摩擦しゅう動面には目立ったき裂およ

Depth direction, mm

ング形状は等面圧型とした．Figure 19 3)にディス

0.4 Inner edge
0.2
0
-0.2
-0.4

Before endurance

-0.6
-0.8
-10

Fig. 21

び荒損もなく，良好な状態であった．また，ライ

39 th Outer edge

New disk 73 th

ニング外観も同様の結果であった．耐久試験後の10105 th30
50
70
90
Radial direction, mm

110

130

Disk shape of after brake test〔出典：文献 3)〕
0.8

Wear amount of disk, mm

ディスクを解体した後，摩擦しゅう動面の浸透探傷試験を行った結果，摩擦しゅう動面のき裂は認
3)

められなかった．Figures 21 ，22 に最も摩耗形状が顕著であったフランジ側のディスク形状を示
す．LMD ディスクは，現用の鍛鋼製ディスク比
で約 3 倍，耐摩耗性が大幅に向上した．これは，肉盛層の硬度が 1.2 倍に向上していること，結晶0.6Streak wear part0.4
0.2

粒の微細化により粒界強度が向上していることな
どの肉盛層の耐摩耗性向上に加え，ライニング材

Fig. 22

がディスク摩擦しゅう動面へ移着して自己潤滑層

0Forgedsteel disc

PTA

LMD

Abrasion loss compared of after brake testを形成し，ディスク摩擦しゅう動面が保護された（a）Wheel

Brake disc

ことが理由として考えられる．事実，73 回目のデ（b）

ィスク形状は耐久試験前よりも摩耗状態が改善されている．この性質は現用の鍛鋼製ディスクではみられないことから，LMD を適用したことによ

Cladding

る特質の一つと言える．また PTA と比較してどLining

ちらも健全な皮膜であれば差は見られないものの
PTA では高融点粒子の分散むらにより耐摩耗性にもばらつきが生じ，鍛鋼製ディスクよりも摩耗する部位が見られる．LMD ではそれが見られな

Fig. 19

Test material before brake test (a) Disk (b) Lining〔出典：文献 3)〕

（a）

（b）

いことから安定した品質を確保することが可能である．

5. お わ り に
表面高機能化処理は，産業用機械やプラント部
品のメンテナンス負担軽減に効果があり，耐用度の向上によるイニシャルコストやランニングコス
トを含めた総合的なコスト低減，長寿命化要求に対応できる技術である．しかし，従来の表面処理技術である溶接，溶射，めっき，焼入れなど種々

Fig. 20の方法においては，満足いく結果が得られなかっ

Test material after endurance test (a) Disk(b) Lining〔出典：文献 3)〕た部品が多くある．
868-01-Exp-04 Page 8

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辰巳 ・ 林 ・ 土 田 ： レ ー ザ ク ラ ッ デ ィ ン グ 法 に よ る 高 度 機 能 化 技 術 と 応 用

LMD は，レーザ設備の急速な進歩とレーザ光

9

著者プロフィール

の特性を活かし幅広い産業分野への適用開発が活辰巳佳宏

発に行われている．今後の発展性の課題は高効率の製造技術を確立し経済面をクリアすることである．しかしながらレーザは開発要素の幅が広く波長，密度（レーザ出力分布），照射形状などの技術

1980 年大阪富士工業(株)入社．アーク
溶接，PTA，LMD の研究開発に従事．現
在，レーザプラズマ接合研究所 執行役員
所長．（一社)レーザプラットフォーム協議会理事．（一財)大阪科学技術センター ニューマテリアルセンター運営委員．

と生産技術の融合により適用がより加速するものと考えられる．

林

良彦

本稿には，中小企業庁 戦略的基盤技術高度化支援事業による成果が含まれている．

文

献1) 北村裕樹・辰巳佳宏・金野泰幸・宗兼圭司・塚本雅裕・
山口拓人：非モルテンプール型レーザクラッディングによる超耐熱玉軸受 (ボールベアリング) の開発, レーザ
加工学会誌, 29, 1 (2022) 17-22.
2) 林 良彦・安積一幸・阿部信行・塚本雅裕：DOE (回折光学素子) を使用したレーザークラッディングの技術開発, 光アライアンス, 32, 4 (2021) 24-29.
3) 辰巳佳宏・嵯峨信一・阿部信行・坂口篤司・宮部成央・
米山三樹男・松井祥司：レーザクラッディング表面機能化技術による次世代高速鉄道用ブレーキディスクの開発, レーザ加工学会誌, 25, 1 (2018) 24-29.

土田貴之

2005 年大阪富士工業(株)入社．溶射，LMD の技術開発に従事．2013 年より大阪大学接合科学研究所大阪富士工業先進機能性加工共同研究部門 特任助教．溶接学会に在籍．

2015 年大阪富士工業(株)入社．溶射，肉盛溶接，LMD の技術開発に従事．

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