レーザ肉盛方法
【課題】シリンダヘッドのバルブシートの肉盛り層に生じる欠陥を更に抑制可能なレーザ肉盛方法を提供する。
【解決手段】シリンダヘッド１２のバルブシート１６に銅合金粉末１８を供給しながらレーザ光２０を照射することでレーザ照射位置Ｐに肉盛り層を形成しつつ、該レーザ照射位置Ｐを前記バルブシート１６に沿って円環状に移動させて肉盛りするレーザ肉盛方法において、前記肉盛りの開始時に、前記銅合金粉末１８の供給量Ｓを徐々に増加させながら該銅合金粉末１８の供給量Ｓに応じてレーザ光２０の出力Ｗを増加させて肉盛りの始端部５０を形成し、前記銅合金粉末１８の供給量Ｓ及び前記レーザ光２０の出力Ｗを一定に維持して肉盛りの通常部５１を形成し、前記始端部５０の手前から前記レーザ光２０の出力Ｗを一定のままで前記銅合金粉末１８の供給量Ｓを所定量Ｓｂまで減少させて肉盛りの終端部５２を形成し前記始端部５０に重ねる。
【解決手段】シリンダヘッド１２のバルブシート１６に銅合金粉末１８を供給しながらレーザ光２０を照射することでレーザ照射位置Ｐに肉盛り層を形成しつつ、該レーザ照射位置Ｐを前記バルブシート１６に沿って円環状に移動させて肉盛りするレーザ肉盛方法において、前記肉盛りの開始時に、前記銅合金粉末１８の供給量Ｓを徐々に増加させながら該銅合金粉末１８の供給量Ｓに応じてレーザ光２０の出力Ｗを増加させて肉盛りの始端部５０を形成し、前記銅合金粉末１８の供給量Ｓ及び前記レーザ光２０の出力Ｗを一定に維持して肉盛りの通常部５１を形成し、前記始端部５０の手前から前記レーザ光２０の出力Ｗを一定のままで前記銅合金粉末１８の供給量Ｓを所定量Ｓｂまで減少させて肉盛りの終端部５２を形成し前記始端部５０に重ねる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダヘッドのバルブシートに金属粉末を供給しつつ、該金属粉末にレーザを照射することにより溶融させて肉盛り層を形成するレーザ肉盛り方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用シリンダヘッドのバルブシートは、バルブに対して繰り返し接触する箇所であることから当該バルブシートに対して耐摩耗性を向上させる加工が施されている。この種の加工には、レーザを照射して金属粉末を溶融させながら該レーザ照射位置を円環状に移動して肉盛りを行うレーザ肉盛加工（レーザクラッドとも呼ばれる）が知られている。
このレーザ肉盛加工では、肉盛りの始端部と終端部が重なり合ってできるオーバーラップ部分に、未溶着部や空孔（ブローホール等）の欠陥が生じ易いことが知られている。そこで、従来、肉盛りの開始時に、金属粉末の供給量を徐々に増加させるとともに該金属粉末の供給量に応じてレーザの出力を増加させることで、厚みを緩やかに増加させた始端部を形成する技術が知られている。この技術によれば、始端部の厚みが他の箇所に比べて薄くなるため、この始端部と終端部のオーバーラップ部分における上記欠陥の発生を抑制することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２９９５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の技術においても、上記欠陥を依然としてなくすことができず、バルブシートの歩留まりを向上させるためには、更なる改良が求められている。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、シリンダヘッドのバルブシートに肉盛りするに当たり、肉盛り層に生じる欠陥を更に抑制可能な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】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明は、シリンダヘッドのバルブシートに金属粉末を供給しながらレーザを照射することでレーザ照射位置に肉盛り層を形成しつつ、該レーザ照射位置を前記バルブシートに沿って円環状に移動させて肉盛りするレーザ肉盛方法において、前記肉盛りの開始時に、前記金属粉末の供給量を徐々に増加させながら該金属粉末の供給量に応じてレーザ出力を増加させて肉盛りの始端部を形成し、前記金属粉末の供給量及び前記レーザの出力を一定に維持して肉盛りの通常部を形成し、前記始端部の手前から前記レーザの出力を一定のままで前記金属粉末の供給量を所定量まで減少させて肉盛りの終端部を形成し前記始端部に重ねることを特徴とする。
【０００５】
円環状にレーザ照射位置を移動させて肉盛りを行う場合、レーザ照射位置が始端部の手前まで来ると、始端部及び通常部形成の間にレーザ照射位置の上流側に溜まった残留粉が始端部に押されてレーザ照射位置に入り込み、このレーザ照射位置での粉量が増加する。
本発明によれば、始端部の手前から金属粉末の供給量を減少させて終端部の形成を開始するため、レーザ照射位置での粉量の変動が抑えられ、終端部での欠陥の発生が抑えられる。
【０００６】
本発明において、前記終端部の形成時には、前記始端部に重なる前までに、前記始端部に形成された傾斜に応じて、前記金属粉末の供給量を前記所定量まで徐々に減少させても良い。
すなわち、始端部に押されてレーザ照射位置に入り込む残留粉の量は、始端部の傾斜に応じて徐々に増加するため、この増加に合せて金属粉末の供給量を減少させることで、欠陥の発生を更に抑制することができる。
【０００７】
また本発明において、前記バルブシートのシート面に沿って溝部を形成し、該溝部に前記肉盛り層を形成しても良い。
溝部に前記肉盛り層を形成することで、バルブシートの更なる耐摩耗性の向上が図られる。また、肉盛り時に溝部に金属粉末が溜まり易くなるものの、上記のように、残留粉の量に合せて金属粉末の供給量が減少されることで欠陥の発生が抑制される。これにより、耐摩耗性の向上とともに欠陥の更なる抑制効果が得られる。
【０００８】
また本発明において、前記バルブシートの中央を中心に前記レーザ照射位置を円環状に移動させる場合、前記始端部から約２７０度〜約３１５度移動したタイミングで前記終端部の形成を開始しても良い。
バルブシートの肉盛り加工においては、始端部から約２７０〜３１５度移動したタイミングで、始端部に残留粉が押されてレーザ照射位置に入り込み始めるため、この時点から上記のように金属粉末の供給量を減少させて終端部の形成を開始することで、欠陥の発生を抑えた肉盛りを良好に行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、始端部の手前から金属粉末の供給量を減少させて終端部の形成を開始するため、レーザ照射位置の上流側に溜まっていた残留粉がレーザ照射位置に入り込んだ場合でもレーザ照射位置での粉量の変動が抑えられ、終端部での欠陥の発生が抑えられる。
また、終端部の形成時には、始端部に重なる前までに、始端部に形成された傾斜に応じて、金属粉末の供給量を前記所定量まで徐々に減少させることで、始端部の傾斜に応じて徐々に増加する残留粉に合せて金属粉末の供給量を減少させることができ、欠陥の発生を更に抑制することができる。
また、バルブシートのシート面に沿って溝部を形成し、該溝部に前記肉盛り層を形成することで、バルブシートの更なる耐摩耗性の向上が図られる。さらに、レーザ照射位置での粉量の変動を抑制するように金属粉末が減少されるため欠陥の発生が抑制される。
また、バルブシートの中央を中心に前記レーザ照射位置を円環状に移動させる場合、始端部から約２７０度〜約３１５度移動したタイミングで終端部の形成を開始することで、欠陥の発生を良好に抑えたバルブシートの肉盛りを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るバルブシート１６のレーザ肉盛方法で用いられるレーザクラッド装置１０を示す図であり、図２は、シリンダヘッド１２を示す図である。
レーザクラッド装置１０は、ワークであるシリンダヘッド１２における給排気用バルブ孔１４（図２参照）の周囲のバルブシート１６に対して、銅合金粉末（金属粉末）１８を供給しながら半導体レーザのレーザ光２０を照射して銅合金粉末１８を溶融及び固化させてレーザ照射位置Ｐに肉盛り層を形成し、このレーザ照射位置Ｐ（図２参照）を環状に移動しながら肉盛りをする装置である。
【００１１】
シリンダヘッド１２は４気筒型のエンジン用であり、図２に示すように、各気筒当たり４つのバルブシート１６が設けられている。このバルブシート１６のシート面１６Ａには、肉盛り用のＵ字溝部１７が周囲に沿って設けられている。シリンダヘッド１２はアルミ合金製であり軽量化が図られている。また、シリンダヘッド１２のバルブシート１６は、バルブに対して繰り返し接触し、シート面１６Ａのヘルツ面圧は高負荷で、なおかつ、この高負荷が連続的に付与されることから、上記のように該シート面１６Ａに肉盛りすることで耐摩耗性及び耐熱性の向上が図られている。銅合金粉末１８は、銅及びニッケルをベースとする合金の粉末であり、アトマイズ粉末となっている。
【００１２】
レーザクラッド装置１０は、シリンダヘッド１２を水平二軸方向に移動して位置決めを行うとともに所定のバルブシート１６を中心として回転させるテーブル２２と、該テーブル２２の制御を行うテーブルコントローラ２４と、バルブシート１６に対して銅合金粉末１８を供給するフィード機構２６と、このフィード機構２６を制御するフィードコントローラ２８とを有する。フィード機構２６の収納部２６ａには銅合金粉末１８が投入されており、フィードコントローラ２８の作用下にノズル２９を介して銅合金粉末１８をバルブシート１６の周囲の一部に供給可能である。この銅合金粉末１８の供給量Ｓは、フィードコントローラ２８により調整可能である。
【００１３】
また、レーザクラッド装置１０は、バルブシート１６に対して半導体レーザのレーザ光２０を照射するレーザ発振機構部３０と、該レーザ発振機構部３０を制御するレーザコントローラ３２と、バルブシート１６の拡大撮影を行うカメラ３４と、該カメラ３４により撮像された画像を表示するモニタ３６とを有する。カメラ３４は、例えば、ＣＣＤ式又はＭＯＳ式の撮像部を有するカメラである。さらに、レーザクラッド装置１０は、テーブルコントローラ２４、フィードコントローラ２８、レーザコントローラ３２及びカメラ３４を統合的に制御するメインコントローラ４０を有する。
【００１４】
レーザ発振機構部３０は、例えば、モジュール式でＧａａＡｌｂＡｓ型（ａ，ｂは固相比）のレーザ発振部を有し、半導体のＰＮ接合部からレーザ光２０を発生する装置であり、このレーザ光２０の波長は、半導体の成分により８００〜９５０［ｎｍ］の範囲の所定値となるように設定されている。また、レーザ発振機構部３０は、レーザコントローラ３２の作用下にレーザ光２０の出力Ｗを調整可能であって、具体的には、ＰＮ接合部に印加する制御電圧を変更することによりレーザ光２０の出力Ｗを調整する。レーザ光２０の出力Ｗは、印加電圧を変更することにより瞬時に変化し、応答遅れや出力Ｗの変化時のオーバシュート等がなく、印加電圧に対して極めて高い応答性を有する。従って、レーザ光２０の出力Ｗは、徐々に変化させることが可能であるとともに、段階的に変化させることも可能である。
また、このレーザ光２０の８００〜９５０［ｎｍ］の波長範囲は、銅合金粉末１８にエネルギーが吸収され易く、銅合金粉末１８を効率良く溶融させるため、半導体レーザは、１．２〜２．０［ｋＷ］程度の低出力で足り、シリンダヘッド１２に対する熱影響を低減できる。しかも銅合金粉末１８による溶融池は大きくなり肉盛り層の厚肉化が可能であり、例えば、５［ｍｍ］の厚さを形成することができる。
【００１５】
レーザ発振機構部３０は、バルブシート１６に対してシールドガスとして不活性ガス（アルゴンガス等）を吹きつけることができる。レーザ発振機構部３０はテーブル２２に対する高さ調整が可能である。
【００１６】
次に、このように構成されるレーザクラッド装置１０を用いてバルブシート１６に肉盛りを行う方法について説明する。
先ず、所定の手順によりテーブル２２上にシリンダヘッド１２を取り付け、テーブルコントローラ２４の作用下に所定のバルブシート１６が回転中心位置に配置されるように水平位置決めを行う。
次いで、図２に示すように、バルブシート１６の周囲の一部に対してフィード機構２６のノズル２９から銅合金粉末１８を供給するとともにレーザ発振機構部３０からレーザ光２０を照射し、テーブル２２を回転させる。テーブル２２、フィード機構２６及びレーザ発振機構部３０は、テーブルコントローラ２４、フィードコントローラ２８及びレーザコントローラ３２により制御され、それぞれメインコントローラ４０の作用下に同期し、同時に動作を開始する。また、シールドガスの噴出も同時に開始する。
【００１７】
このとき、テーブル２２の回転速度がバルブシート１６の大きさに応じた一定の速度に維持されつつ、銅合金粉末１８の供給量Ｓ及びレーザ光２０の出力Ｗは、図３に示すように、テーブル２２の回転に伴うバルブシート１６の回転角度［ｄｅｇ］に基づいて可変制御される。
【００１８】
すなわち、肉盛り開始時には、銅合金粉末１８の供給量Ｓを徐々に最適値Ｓａまで増加させながら、この銅合金粉末１８の供給量Ｓに応じてレーザ光２０の出力Ｗを徐々に最適値Ｗａまで増加させて肉盛りの始端部５０の形成が行われる（（Ｉ）始端部形成工程））。このように、銅合金粉末１８の供給量Ｓを徐々に増加させながら肉盛りが行われることで、図４に示すように、肉盛り層の厚みが緩やかに増加した始端部５０が形成されるため、後に説明する終端部５２がオーバーラップした際に、このオーバーラップ部５４での欠陥の発生が抑制される。
【００１９】
ところで、一般に、アルミニウムと銅との拡散層の厚みが５０［μｍ］以下となると未溶着によるブローホールの発生が多くなり、４００［μｍ］以上となると、アルミニウムと銅との合金化割れが発生しやすくなることが知られている。本レーザ肉盛方法では、供給量Ｓに合せて出力Ｗを調整することから、母材であるシリンダヘッド１２の溶融量が適正量となって、拡散層の厚さを５０〜４００［μｍ］とされる。これにより、合金化割れ及び未溶着を防止し、結果として欠陥の発生を防止することができる。
なお、レーザ光２０の出力Ｗの制御方法は、例えば、所定時間毎の供給量Ｓをタイマを用いて測定し、該供給量Ｓに合せて出力Ｗを制御するとよい。
【００２０】
次いで、銅合金粉末１８の供給量Ｓ及びレーザ光２０の出力Ｗを、それぞれ最適値Ｓａ、Ｗａに維持して肉盛りの通常部５１の形成が行われる（（ＩＩ）通常部形成工程）。これにより、図４に示すように、略一定の厚みの肉盛り層を有する通常部５１が形成される。上記最適値Ｓａ、Ｗａには、通常の厚みの肉盛り層を形成するときにシリンダヘッド１２の溶融量を適正量とする値が設定されており、これにより、当該通常部５１での欠陥の発生も抑制される。
【００２１】
その後、始端部５０に合流し重なり合う終端部５２の形成が行われる（（ＩＩＩ）終端部形成工程）。この終端部形成工程は、環状に移動したレーザ照射位置Ｐが始端部５０に至る前（回転角度３６０［ｄｅｇ］より前）のタイミングで開始される。また、終端部形成工程では、通常部形成工程と異なり、レーザ光２０の出力Ｗを最適値Ｗａに一定にしたままで銅合金粉末１８の供給量Ｓを所定量Ｓｂ（＜Ｓａ）まで減少させて終端部４２の形成が行われる。
【００２２】
さらに詳述すると、発明者らは、レーザ照射位置Ｐを高速度カメラで撮影し観察した結果、レーザクラッドにおいては、図５に示すように、ノズル２９から噴射された銅合金粉末１８が、レーザ照射位置Ｐ（溶融池６０）に対してワーク回転方向上流側のゾーンＫ１に残留し、また、始端部５０の面上のゾーンＫ２には赤熱した銅合金粉末１８が飛散するとの知見を得た。
【００２３】
すなわち、始端部５０及び通常部５１の形成の間、ゾーンＫ１に残留粉が溜まり込むこととなるが、レーザ照射位置Ｐが環状に移動し、当初の始端部５０の手前まで来ると、図４の（ＩＩＩ）終端部形成工程に示すように、ゾーンＫ１の残留粉が始端部５０に押されてレーザ照射位置Ｐに入り込む。
これにより、レーザ照射位置Ｐでは、銅合金粉末１８の供給量Ｓａに加えて残留粉の分だけ増加するため、銅合金粉末１８の粉量とレーザ光２０の出力Ｗのバランスが崩れる。このため、何ら対策を施さなければ、図６に示すように、レーザ照射位置Ｐが始端部５０に至る手前（回転角度が約−９０［ｄｅｇ］）の位置から始端部５０にかけた肉盛り層で欠陥が集中的に発生する。
特に、本レーザ肉盛り方法では、バルブシート１６の肉盛り用のＵ字溝部１７に沿ってレーザ肉盛りを行っているため、該Ｕ字溝部１７に残留粉が溜まり易くなる。
【００２４】
そこで、本レーザ肉盛り方法では、ゾーンＫ１の残留粉が始端部５０に押されてレーザ照射位置Ｐに入り込み始めるタイミングから終端部形成工程を開始し、この終端部形成工程において、銅合金粉末１８の供給量Ｓを所定量Ｓｂまで次第に減少させる。この結果、レーザ照射位置Ｐでの銅合金粉末１８の粉量の変動が抑制されるため、銅合金粉末１８の粉量とレーザ光２０の出力Ｗのバランスが維持され肉盛り層の欠陥の発生が抑制されることとなる。
【００２５】
この終端部形成工程においては、その開始時から銅合金粉末１８の供給量Ｓを、始端部５０に形成した傾斜に応じた減少率αで所定量Ｓｂまで減少させている。
詳述すると、始端部５０の傾斜面がゾーンＫ１の残留粉をレーザ照射位置Ｐに押し込むことから、押し込みの量の時間的変化は傾斜面の緩急に応じて変化する。すなわち、始端部５０の傾斜面が緩やかなほど、レーザ照射位置ＰへのゾーンＫ１の残留粉の押し込み量も緩やかに増加する。このように、押し込みの量の時間的変化に合せて銅合金粉末１８の供給量Ｓを徐々に減少させることで、レーザ照射位置Ｐでの銅合金粉末１８の粉量の変動が抑制され、欠陥の発生が更に抑制される。
【００２６】
また、本レーザ肉盛り方法では、始端部５０の傾斜面の角度θ（図５参照）が約３０〜４０度となるように、始端部形成工程での銅合金粉末１８の供給量Ｓ等が設定されている。この角度の傾斜面が始端部５０に形成されることで、始端部５０が残留粉をレーザ照射位置Ｐに押し込む際に、当該始端部５０の傾斜面上に回り込む残留粉も増える。これにより、レーザ照射位置Ｐに押し込まれる残留粉の時間的変化を、傾斜面の角度に対してより緩やかにすることができ、一層良好に終端部５２での欠陥の発生を抑制できる。また、傾斜面の角度をある程度大きくできるため、始端部形成工程において、銅合金粉末１８の供給量Ｓを微小変化させる必要がなく、始端部５０の形成が容易となる。
【００２７】
ここで、始端部５０の傾斜面上のゾーンＫ２（図５参照）には、上記の残留粉の回り込みに加え、レーザ照射位置Ｐの観察の結果、赤熱した粉末が飛散するとの知見が得られている。終端部形成工程では、レーザ照射位置Ｐが始端部５０に到達した後も、ノズル２９から銅合金粉末１８の供給を継続して、この始端部５０の上にオーバーラップ部５４を形成しており、始端部５０の傾斜面上のゾーンＫ２では粉量が増加した状態となる。このため、何ら対策を施さなければ、図６に示すように、オーバーラップ部５４においても比較的多くの欠陥が発生する。
そこで本レーザ肉盛り方法では、レーザ照射位置Ｐが始端部５０に重なった後も、銅合金粉末１８の供給量Ｓを所定量Ｓｂまで減少させた状態で、オーバーラップ部５４の形成を行う（（ＩＩＩ−Ａ）オーバーラップ部形成工程）。この結果、上記ゾーンＫ２での銅合金粉末１８の粉量の変動が抑えられるため、欠陥の発生が良好に抑制される。
【００２８】
なお、銅合金粉末１８の供給量Ｓの所定値Ｓｂは、ゾーンＫ１の残留粉の堆積量、より詳細には、レーザ照射位置Ｐに押し込まれる残留粉の最大値に応じて決定される。詳細には、この最大値は、バルブシート１６のレーザ肉盛りにおいては略一定であるとの知見が得られており、所定値Ｓｂを、供給量Ｓの最適値Ｓａに対して約２０〜３０％の範囲で減少させることで欠陥を良好に抑制することができる。すなわち、所定値Ｓｂを最適値Ｓａよりも約３０％を超えて減少させるとレーザ光２０の出力が相対的に高くなり過ぎて肉盛り層にクラックが発生し、また、最適値Ｓａよりも約２０％を下回る程度に減少させるとレーザ照射位置Ｐでの粉末量が相対的に多くなり肉盛り層に欠陥が発生することとなる。
【００２９】
さらに、バルブシート１６のレーザ肉盛りにおいては、バルブシート１６の回転に伴い始端部５０の形成開始からレーザ照射位置Ｐが約２７０〜３１５度移動したタイミングでゾーンＫ１の残留粉が始端部５０に押され始めるとの知見が得られている。したがって、かかるタイミングで終端部形成工程を開始することで、レーザ照射位置Ｐで残留粉が押し込まれ始める適正なタイミングで銅合金粉末１８の供給量Ｓを減少させることができ、これにより欠陥を抑えた終端部５２を形成することができる。
【００３０】
このようなオーバーラップ部形成工程での肉盛りは、図３に示すように、始端部５０における肉盛り層が所定の一定厚さとなる位置まで続けられる。そして、その後に銅合金粉末１８の供給とレーザ光２０とを停止させ、バルブシート１６に対する肉盛りを終了する。なお、終了時には、供給量Ｓと出力Ｗとを徐々に減少させ、終端部５２のオーバーラップ部５４における肉盛り層が徐々に薄くなるようにして肉盛りを終了させてもよい。
さらにこの後、肉盛りの処理が行われていない他のバルブシート１６に対しても同様の肉盛り処理を順次行う。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態に係るバルブシート１６のレーザ肉盛方法によれば、始端部５０の手前から終端部形成工程を開始し、この終端部形成工程においては、銅合金粉末１８の供給量Ｓを減少させて終端部５２を形成することとした。これにより、レーザ照射位置Ｐの上流側のゾーンＫ１に溜まっていた残留粉が始端部５０に押されてレーザ照射位置Ｐに入り込んだ場合でも、このレーザ照射位置Ｐでの粉量の変動が抑えられるから、終端部５２での欠陥の発生が抑えられる。また、始端部５０が残留粉を押し込んだ際に、残留粉が始端部５０の面上に回り込むことで、始端部５０の傾斜面上での粉量が増加するものの、銅合金粉末１８の供給量Ｓを減少させたまま始端部５０とのオーバーラップ部５４を形成するため、オーバーラップ部５４での欠陥の発生も良好に抑制できる。
【００３２】
また、終端部形成工程では、レーザ照射位置Ｐが始端部５０に重なる前までに、始端部５０に形成された傾斜に応じた減少率αで銅合金粉末１８の供給量Ｓを所定量Ｓｂまで徐々に減少させている。
これにより、始端部５０の傾斜に応じてレーザ照射位置Ｐで徐々に増加する残留粉の押し込み量に合せて、銅合金粉末１８の供給量Ｓが減少することとなり、欠陥の発生を更に抑制して終端部５２を形成することができる。
【００３３】
また、バルブシート１６のシート面１６Ａに沿ってＵ字溝部１７を形成し、Ｕ字溝部１７に肉盛り層を形成している。このようにＵ字溝部１７に肉盛り層を形成することで、バルブシート１６の更なる耐摩耗性の向上が図られる。また、肉盛り時にＵ字溝部１７に銅合金粉末１８が溜まり易くなるものの、上記のように、終端部形成工程では、残留粉の粉量に合せて銅合金粉末１８の供給量Ｓが減少されるため、欠陥の発生を良好に抑制することができる。これにより、耐摩耗性の向上とともに欠陥の良好な抑制効果が得られる。
【００３４】
また、レーザ照射位置Ｐが始端部５０から円環状に約２７０度〜約３１５度移動したタイミングで終端部形成工程を開始している。これによれば、バルブシート１６のレーザ肉盛りにおいて、レーザ照射位置Ｐでの残留粉の押し込みが生じ始める適正なタイミングで銅合金粉末１８の供給量Ｓを減少させることができ、欠陥を抑えた終端部５２を形成することができる。
【００３５】
なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で任意に変形および応用が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザクラッド装置の機能ブロック図である。
【図２】バルブシートに半導体レーザを照射しながら肉盛りを行う工程を示す模式図である。
【図３】半導体レーザの出力及び銅合金粉末の供給量のチャートである。
【図４】始端部形成工程、通常部形成工程及び終端部形成工程の各工程を示す模式図である。
【図５】レーザ照射位置を拡大して示す模式図である。
【図６】肉盛り層に発生する欠陥分布の傾向を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０ レーザクラッド装置
１２ シリンダヘッド
１４ 給排気用バルブ孔
１６ バルブシート
１６Ａ シート面
１７ Ｕ字溝部
１８ 銅合金粉末（金属粉末）
２０ レーザ光
２９ ノズル
５０ 始端部
５１ 通常部
５２ 終端部
５４ オーバーラップ部
６０ 溶融池
Ｐ レーザ照射位置
Ｓｂ 所定値
Ｋ１、Ｋ２ ゾーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダヘッドのバルブシートに金属粉末を供給しつつ、該金属粉末にレーザを照射することにより溶融させて肉盛り層を形成するレーザ肉盛り方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用シリンダヘッドのバルブシートは、バルブに対して繰り返し接触する箇所であることから当該バルブシートに対して耐摩耗性を向上させる加工が施されている。この種の加工には、レーザを照射して金属粉末を溶融させながら該レーザ照射位置を円環状に移動して肉盛りを行うレーザ肉盛加工（レーザクラッドとも呼ばれる）が知られている。
このレーザ肉盛加工では、肉盛りの始端部と終端部が重なり合ってできるオーバーラップ部分に、未溶着部や空孔（ブローホール等）の欠陥が生じ易いことが知られている。そこで、従来、肉盛りの開始時に、金属粉末の供給量を徐々に増加させるとともに該金属粉末の供給量に応じてレーザの出力を増加させることで、厚みを緩やかに増加させた始端部を形成する技術が知られている。この技術によれば、始端部の厚みが他の箇所に比べて薄くなるため、この始端部と終端部のオーバーラップ部分における上記欠陥の発生を抑制することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２９９５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の技術においても、上記欠陥を依然としてなくすことができず、バルブシートの歩留まりを向上させるためには、更なる改良が求められている。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、シリンダヘッドのバルブシートに肉盛りするに当たり、肉盛り層に生じる欠陥を更に抑制可能な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】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明は、シリンダヘッドのバルブシートに金属粉末を供給しながらレーザを照射することでレーザ照射位置に肉盛り層を形成しつつ、該レーザ照射位置を前記バルブシートに沿って円環状に移動させて肉盛りするレーザ肉盛方法において、前記肉盛りの開始時に、前記金属粉末の供給量を徐々に増加させながら該金属粉末の供給量に応じてレーザ出力を増加させて肉盛りの始端部を形成し、前記金属粉末の供給量及び前記レーザの出力を一定に維持して肉盛りの通常部を形成し、前記始端部の手前から前記レーザの出力を一定のままで前記金属粉末の供給量を所定量まで減少させて肉盛りの終端部を形成し前記始端部に重ねることを特徴とする。
【０００５】
円環状にレーザ照射位置を移動させて肉盛りを行う場合、レーザ照射位置が始端部の手前まで来ると、始端部及び通常部形成の間にレーザ照射位置の上流側に溜まった残留粉が始端部に押されてレーザ照射位置に入り込み、このレーザ照射位置での粉量が増加する。
本発明によれば、始端部の手前から金属粉末の供給量を減少させて終端部の形成を開始するため、レーザ照射位置での粉量の変動が抑えられ、終端部での欠陥の発生が抑えられる。
【０００６】
本発明において、前記終端部の形成時には、前記始端部に重なる前までに、前記始端部に形成された傾斜に応じて、前記金属粉末の供給量を前記所定量まで徐々に減少させても良い。
すなわち、始端部に押されてレーザ照射位置に入り込む残留粉の量は、始端部の傾斜に応じて徐々に増加するため、この増加に合せて金属粉末の供給量を減少させることで、欠陥の発生を更に抑制することができる。
【０００７】
また本発明において、前記バルブシートのシート面に沿って溝部を形成し、該溝部に前記肉盛り層を形成しても良い。
溝部に前記肉盛り層を形成することで、バルブシートの更なる耐摩耗性の向上が図られる。また、肉盛り時に溝部に金属粉末が溜まり易くなるものの、上記のように、残留粉の量に合せて金属粉末の供給量が減少されることで欠陥の発生が抑制される。これにより、耐摩耗性の向上とともに欠陥の更なる抑制効果が得られる。
【０００８】
また本発明において、前記バルブシートの中央を中心に前記レーザ照射位置を円環状に移動させる場合、前記始端部から約２７０度〜約３１５度移動したタイミングで前記終端部の形成を開始しても良い。
バルブシートの肉盛り加工においては、始端部から約２７０〜３１５度移動したタイミングで、始端部に残留粉が押されてレーザ照射位置に入り込み始めるため、この時点から上記のように金属粉末の供給量を減少させて終端部の形成を開始することで、欠陥の発生を抑えた肉盛りを良好に行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、始端部の手前から金属粉末の供給量を減少させて終端部の形成を開始するため、レーザ照射位置の上流側に溜まっていた残留粉がレーザ照射位置に入り込んだ場合でもレーザ照射位置での粉量の変動が抑えられ、終端部での欠陥の発生が抑えられる。
また、終端部の形成時には、始端部に重なる前までに、始端部に形成された傾斜に応じて、金属粉末の供給量を前記所定量まで徐々に減少させることで、始端部の傾斜に応じて徐々に増加する残留粉に合せて金属粉末の供給量を減少させることができ、欠陥の発生を更に抑制することができる。
また、バルブシートのシート面に沿って溝部を形成し、該溝部に前記肉盛り層を形成することで、バルブシートの更なる耐摩耗性の向上が図られる。さらに、レーザ照射位置での粉量の変動を抑制するように金属粉末が減少されるため欠陥の発生が抑制される。
また、バルブシートの中央を中心に前記レーザ照射位置を円環状に移動させる場合、始端部から約２７０度〜約３１５度移動したタイミングで終端部の形成を開始することで、欠陥の発生を良好に抑えたバルブシートの肉盛りを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るバルブシート１６のレーザ肉盛方法で用いられるレーザクラッド装置１０を示す図であり、図２は、シリンダヘッド１２を示す図である。
レーザクラッド装置１０は、ワークであるシリンダヘッド１２における給排気用バルブ孔１４（図２参照）の周囲のバルブシート１６に対して、銅合金粉末（金属粉末）１８を供給しながら半導体レーザのレーザ光２０を照射して銅合金粉末１８を溶融及び固化させてレーザ照射位置Ｐに肉盛り層を形成し、このレーザ照射位置Ｐ（図２参照）を環状に移動しながら肉盛りをする装置である。
【００１１】
シリンダヘッド１２は４気筒型のエンジン用であり、図２に示すように、各気筒当たり４つのバルブシート１６が設けられている。このバルブシート１６のシート面１６Ａには、肉盛り用のＵ字溝部１７が周囲に沿って設けられている。シリンダヘッド１２はアルミ合金製であり軽量化が図られている。また、シリンダヘッド１２のバルブシート１６は、バルブに対して繰り返し接触し、シート面１６Ａのヘルツ面圧は高負荷で、なおかつ、この高負荷が連続的に付与されることから、上記のように該シート面１６Ａに肉盛りすることで耐摩耗性及び耐熱性の向上が図られている。銅合金粉末１８は、銅及びニッケルをベースとする合金の粉末であり、アトマイズ粉末となっている。
【００１２】
レーザクラッド装置１０は、シリンダヘッド１２を水平二軸方向に移動して位置決めを行うとともに所定のバルブシート１６を中心として回転させるテーブル２２と、該テーブル２２の制御を行うテーブルコントローラ２４と、バルブシート１６に対して銅合金粉末１８を供給するフィード機構２６と、このフィード機構２６を制御するフィードコントローラ２８とを有する。フィード機構２６の収納部２６ａには銅合金粉末１８が投入されており、フィードコントローラ２８の作用下にノズル２９を介して銅合金粉末１８をバルブシート１６の周囲の一部に供給可能である。この銅合金粉末１８の供給量Ｓは、フィードコントローラ２８により調整可能である。
【００１３】
また、レーザクラッド装置１０は、バルブシート１６に対して半導体レーザのレーザ光２０を照射するレーザ発振機構部３０と、該レーザ発振機構部３０を制御するレーザコントローラ３２と、バルブシート１６の拡大撮影を行うカメラ３４と、該カメラ３４により撮像された画像を表示するモニタ３６とを有する。カメラ３４は、例えば、ＣＣＤ式又はＭＯＳ式の撮像部を有するカメラである。さらに、レーザクラッド装置１０は、テーブルコントローラ２４、フィードコントローラ２８、レーザコントローラ３２及びカメラ３４を統合的に制御するメインコントローラ４０を有する。
【００１４】
レーザ発振機構部３０は、例えば、モジュール式でＧａａＡｌｂＡｓ型（ａ，ｂは固相比）のレーザ発振部を有し、半導体のＰＮ接合部からレーザ光２０を発生する装置であり、このレーザ光２０の波長は、半導体の成分により８００〜９５０［ｎｍ］の範囲の所定値となるように設定されている。また、レーザ発振機構部３０は、レーザコントローラ３２の作用下にレーザ光２０の出力Ｗを調整可能であって、具体的には、ＰＮ接合部に印加する制御電圧を変更することによりレーザ光２０の出力Ｗを調整する。レーザ光２０の出力Ｗは、印加電圧を変更することにより瞬時に変化し、応答遅れや出力Ｗの変化時のオーバシュート等がなく、印加電圧に対して極めて高い応答性を有する。従って、レーザ光２０の出力Ｗは、徐々に変化させることが可能であるとともに、段階的に変化させることも可能である。
また、このレーザ光２０の８００〜９５０［ｎｍ］の波長範囲は、銅合金粉末１８にエネルギーが吸収され易く、銅合金粉末１８を効率良く溶融させるため、半導体レーザは、１．２〜２．０［ｋＷ］程度の低出力で足り、シリンダヘッド１２に対する熱影響を低減できる。しかも銅合金粉末１８による溶融池は大きくなり肉盛り層の厚肉化が可能であり、例えば、５［ｍｍ］の厚さを形成することができる。
【００１５】
レーザ発振機構部３０は、バルブシート１６に対してシールドガスとして不活性ガス（アルゴンガス等）を吹きつけることができる。レーザ発振機構部３０はテーブル２２に対する高さ調整が可能である。
【００１６】
次に、このように構成されるレーザクラッド装置１０を用いてバルブシート１６に肉盛りを行う方法について説明する。
先ず、所定の手順によりテーブル２２上にシリンダヘッド１２を取り付け、テーブルコントローラ２４の作用下に所定のバルブシート１６が回転中心位置に配置されるように水平位置決めを行う。
次いで、図２に示すように、バルブシート１６の周囲の一部に対してフィード機構２６のノズル２９から銅合金粉末１８を供給するとともにレーザ発振機構部３０からレーザ光２０を照射し、テーブル２２を回転させる。テーブル２２、フィード機構２６及びレーザ発振機構部３０は、テーブルコントローラ２４、フィードコントローラ２８及びレーザコントローラ３２により制御され、それぞれメインコントローラ４０の作用下に同期し、同時に動作を開始する。また、シールドガスの噴出も同時に開始する。
【００１７】
このとき、テーブル２２の回転速度がバルブシート１６の大きさに応じた一定の速度に維持されつつ、銅合金粉末１８の供給量Ｓ及びレーザ光２０の出力Ｗは、図３に示すように、テーブル２２の回転に伴うバルブシート１６の回転角度［ｄｅｇ］に基づいて可変制御される。
【００１８】
すなわち、肉盛り開始時には、銅合金粉末１８の供給量Ｓを徐々に最適値Ｓａまで増加させながら、この銅合金粉末１８の供給量Ｓに応じてレーザ光２０の出力Ｗを徐々に最適値Ｗａまで増加させて肉盛りの始端部５０の形成が行われる（（Ｉ）始端部形成工程））。このように、銅合金粉末１８の供給量Ｓを徐々に増加させながら肉盛りが行われることで、図４に示すように、肉盛り層の厚みが緩やかに増加した始端部５０が形成されるため、後に説明する終端部５２がオーバーラップした際に、このオーバーラップ部５４での欠陥の発生が抑制される。
【００１９】
ところで、一般に、アルミニウムと銅との拡散層の厚みが５０［μｍ］以下となると未溶着によるブローホールの発生が多くなり、４００［μｍ］以上となると、アルミニウムと銅との合金化割れが発生しやすくなることが知られている。本レーザ肉盛方法では、供給量Ｓに合せて出力Ｗを調整することから、母材であるシリンダヘッド１２の溶融量が適正量となって、拡散層の厚さを５０〜４００［μｍ］とされる。これにより、合金化割れ及び未溶着を防止し、結果として欠陥の発生を防止することができる。
なお、レーザ光２０の出力Ｗの制御方法は、例えば、所定時間毎の供給量Ｓをタイマを用いて測定し、該供給量Ｓに合せて出力Ｗを制御するとよい。
【００２０】
次いで、銅合金粉末１８の供給量Ｓ及びレーザ光２０の出力Ｗを、それぞれ最適値Ｓａ、Ｗａに維持して肉盛りの通常部５１の形成が行われる（（ＩＩ）通常部形成工程）。これにより、図４に示すように、略一定の厚みの肉盛り層を有する通常部５１が形成される。上記最適値Ｓａ、Ｗａには、通常の厚みの肉盛り層を形成するときにシリンダヘッド１２の溶融量を適正量とする値が設定されており、これにより、当該通常部５１での欠陥の発生も抑制される。
【００２１】
その後、始端部５０に合流し重なり合う終端部５２の形成が行われる（（ＩＩＩ）終端部形成工程）。この終端部形成工程は、環状に移動したレーザ照射位置Ｐが始端部５０に至る前（回転角度３６０［ｄｅｇ］より前）のタイミングで開始される。また、終端部形成工程では、通常部形成工程と異なり、レーザ光２０の出力Ｗを最適値Ｗａに一定にしたままで銅合金粉末１８の供給量Ｓを所定量Ｓｂ（＜Ｓａ）まで減少させて終端部４２の形成が行われる。
【００２２】
さらに詳述すると、発明者らは、レーザ照射位置Ｐを高速度カメラで撮影し観察した結果、レーザクラッドにおいては、図５に示すように、ノズル２９から噴射された銅合金粉末１８が、レーザ照射位置Ｐ（溶融池６０）に対してワーク回転方向上流側のゾーンＫ１に残留し、また、始端部５０の面上のゾーンＫ２には赤熱した銅合金粉末１８が飛散するとの知見を得た。
【００２３】
すなわち、始端部５０及び通常部５１の形成の間、ゾーンＫ１に残留粉が溜まり込むこととなるが、レーザ照射位置Ｐが環状に移動し、当初の始端部５０の手前まで来ると、図４の（ＩＩＩ）終端部形成工程に示すように、ゾーンＫ１の残留粉が始端部５０に押されてレーザ照射位置Ｐに入り込む。
これにより、レーザ照射位置Ｐでは、銅合金粉末１８の供給量Ｓａに加えて残留粉の分だけ増加するため、銅合金粉末１８の粉量とレーザ光２０の出力Ｗのバランスが崩れる。このため、何ら対策を施さなければ、図６に示すように、レーザ照射位置Ｐが始端部５０に至る手前（回転角度が約−９０［ｄｅｇ］）の位置から始端部５０にかけた肉盛り層で欠陥が集中的に発生する。
特に、本レーザ肉盛り方法では、バルブシート１６の肉盛り用のＵ字溝部１７に沿ってレーザ肉盛りを行っているため、該Ｕ字溝部１７に残留粉が溜まり易くなる。
【００２４】
そこで、本レーザ肉盛り方法では、ゾーンＫ１の残留粉が始端部５０に押されてレーザ照射位置Ｐに入り込み始めるタイミングから終端部形成工程を開始し、この終端部形成工程において、銅合金粉末１８の供給量Ｓを所定量Ｓｂまで次第に減少させる。この結果、レーザ照射位置Ｐでの銅合金粉末１８の粉量の変動が抑制されるため、銅合金粉末１８の粉量とレーザ光２０の出力Ｗのバランスが維持され肉盛り層の欠陥の発生が抑制されることとなる。
【００２５】
この終端部形成工程においては、その開始時から銅合金粉末１８の供給量Ｓを、始端部５０に形成した傾斜に応じた減少率αで所定量Ｓｂまで減少させている。
詳述すると、始端部５０の傾斜面がゾーンＫ１の残留粉をレーザ照射位置Ｐに押し込むことから、押し込みの量の時間的変化は傾斜面の緩急に応じて変化する。すなわち、始端部５０の傾斜面が緩やかなほど、レーザ照射位置ＰへのゾーンＫ１の残留粉の押し込み量も緩やかに増加する。このように、押し込みの量の時間的変化に合せて銅合金粉末１８の供給量Ｓを徐々に減少させることで、レーザ照射位置Ｐでの銅合金粉末１８の粉量の変動が抑制され、欠陥の発生が更に抑制される。
【００２６】
また、本レーザ肉盛り方法では、始端部５０の傾斜面の角度θ（図５参照）が約３０〜４０度となるように、始端部形成工程での銅合金粉末１８の供給量Ｓ等が設定されている。この角度の傾斜面が始端部５０に形成されることで、始端部５０が残留粉をレーザ照射位置Ｐに押し込む際に、当該始端部５０の傾斜面上に回り込む残留粉も増える。これにより、レーザ照射位置Ｐに押し込まれる残留粉の時間的変化を、傾斜面の角度に対してより緩やかにすることができ、一層良好に終端部５２での欠陥の発生を抑制できる。また、傾斜面の角度をある程度大きくできるため、始端部形成工程において、銅合金粉末１８の供給量Ｓを微小変化させる必要がなく、始端部５０の形成が容易となる。
【００２７】
ここで、始端部５０の傾斜面上のゾーンＫ２（図５参照）には、上記の残留粉の回り込みに加え、レーザ照射位置Ｐの観察の結果、赤熱した粉末が飛散するとの知見が得られている。終端部形成工程では、レーザ照射位置Ｐが始端部５０に到達した後も、ノズル２９から銅合金粉末１８の供給を継続して、この始端部５０の上にオーバーラップ部５４を形成しており、始端部５０の傾斜面上のゾーンＫ２では粉量が増加した状態となる。このため、何ら対策を施さなければ、図６に示すように、オーバーラップ部５４においても比較的多くの欠陥が発生する。
そこで本レーザ肉盛り方法では、レーザ照射位置Ｐが始端部５０に重なった後も、銅合金粉末１８の供給量Ｓを所定量Ｓｂまで減少させた状態で、オーバーラップ部５４の形成を行う（（ＩＩＩ−Ａ）オーバーラップ部形成工程）。この結果、上記ゾーンＫ２での銅合金粉末１８の粉量の変動が抑えられるため、欠陥の発生が良好に抑制される。
【００２８】
なお、銅合金粉末１８の供給量Ｓの所定値Ｓｂは、ゾーンＫ１の残留粉の堆積量、より詳細には、レーザ照射位置Ｐに押し込まれる残留粉の最大値に応じて決定される。詳細には、この最大値は、バルブシート１６のレーザ肉盛りにおいては略一定であるとの知見が得られており、所定値Ｓｂを、供給量Ｓの最適値Ｓａに対して約２０〜３０％の範囲で減少させることで欠陥を良好に抑制することができる。すなわち、所定値Ｓｂを最適値Ｓａよりも約３０％を超えて減少させるとレーザ光２０の出力が相対的に高くなり過ぎて肉盛り層にクラックが発生し、また、最適値Ｓａよりも約２０％を下回る程度に減少させるとレーザ照射位置Ｐでの粉末量が相対的に多くなり肉盛り層に欠陥が発生することとなる。
【００２９】
さらに、バルブシート１６のレーザ肉盛りにおいては、バルブシート１６の回転に伴い始端部５０の形成開始からレーザ照射位置Ｐが約２７０〜３１５度移動したタイミングでゾーンＫ１の残留粉が始端部５０に押され始めるとの知見が得られている。したがって、かかるタイミングで終端部形成工程を開始することで、レーザ照射位置Ｐで残留粉が押し込まれ始める適正なタイミングで銅合金粉末１８の供給量Ｓを減少させることができ、これにより欠陥を抑えた終端部５２を形成することができる。
【００３０】
このようなオーバーラップ部形成工程での肉盛りは、図３に示すように、始端部５０における肉盛り層が所定の一定厚さとなる位置まで続けられる。そして、その後に銅合金粉末１８の供給とレーザ光２０とを停止させ、バルブシート１６に対する肉盛りを終了する。なお、終了時には、供給量Ｓと出力Ｗとを徐々に減少させ、終端部５２のオーバーラップ部５４における肉盛り層が徐々に薄くなるようにして肉盛りを終了させてもよい。
さらにこの後、肉盛りの処理が行われていない他のバルブシート１６に対しても同様の肉盛り処理を順次行う。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態に係るバルブシート１６のレーザ肉盛方法によれば、始端部５０の手前から終端部形成工程を開始し、この終端部形成工程においては、銅合金粉末１８の供給量Ｓを減少させて終端部５２を形成することとした。これにより、レーザ照射位置Ｐの上流側のゾーンＫ１に溜まっていた残留粉が始端部５０に押されてレーザ照射位置Ｐに入り込んだ場合でも、このレーザ照射位置Ｐでの粉量の変動が抑えられるから、終端部５２での欠陥の発生が抑えられる。また、始端部５０が残留粉を押し込んだ際に、残留粉が始端部５０の面上に回り込むことで、始端部５０の傾斜面上での粉量が増加するものの、銅合金粉末１８の供給量Ｓを減少させたまま始端部５０とのオーバーラップ部５４を形成するため、オーバーラップ部５４での欠陥の発生も良好に抑制できる。
【００３２】
また、終端部形成工程では、レーザ照射位置Ｐが始端部５０に重なる前までに、始端部５０に形成された傾斜に応じた減少率αで銅合金粉末１８の供給量Ｓを所定量Ｓｂまで徐々に減少させている。
これにより、始端部５０の傾斜に応じてレーザ照射位置Ｐで徐々に増加する残留粉の押し込み量に合せて、銅合金粉末１８の供給量Ｓが減少することとなり、欠陥の発生を更に抑制して終端部５２を形成することができる。
【００３３】
また、バルブシート１６のシート面１６Ａに沿ってＵ字溝部１７を形成し、Ｕ字溝部１７に肉盛り層を形成している。このようにＵ字溝部１７に肉盛り層を形成することで、バルブシート１６の更なる耐摩耗性の向上が図られる。また、肉盛り時にＵ字溝部１７に銅合金粉末１８が溜まり易くなるものの、上記のように、終端部形成工程では、残留粉の粉量に合せて銅合金粉末１８の供給量Ｓが減少されるため、欠陥の発生を良好に抑制することができる。これにより、耐摩耗性の向上とともに欠陥の良好な抑制効果が得られる。
【００３４】
また、レーザ照射位置Ｐが始端部５０から円環状に約２７０度〜約３１５度移動したタイミングで終端部形成工程を開始している。これによれば、バルブシート１６のレーザ肉盛りにおいて、レーザ照射位置Ｐでの残留粉の押し込みが生じ始める適正なタイミングで銅合金粉末１８の供給量Ｓを減少させることができ、欠陥を抑えた終端部５２を形成することができる。
【００３５】
なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で任意に変形および応用が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザクラッド装置の機能ブロック図である。
【図２】バルブシートに半導体レーザを照射しながら肉盛りを行う工程を示す模式図である。
【図３】半導体レーザの出力及び銅合金粉末の供給量のチャートである。
【図４】始端部形成工程、通常部形成工程及び終端部形成工程の各工程を示す模式図である。
【図５】レーザ照射位置を拡大して示す模式図である。
【図６】肉盛り層に発生する欠陥分布の傾向を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０ レーザクラッド装置
１２ シリンダヘッド
１４ 給排気用バルブ孔
１６ バルブシート
１６Ａ シート面
１７ Ｕ字溝部
１８ 銅合金粉末（金属粉末）
２０ レーザ光
２９ ノズル
５０ 始端部
５１ 通常部
５２ 終端部
５４ オーバーラップ部
６０ 溶融池
Ｐ レーザ照射位置
Ｓｂ 所定値
Ｋ１、Ｋ２ ゾーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドのバルブシートに金属粉末を供給しながらレーザを照射することでレーザ照射位置に肉盛り層を形成しつつ、該レーザ照射位置を前記バルブシートに沿って円環状に移動させて肉盛りするレーザ肉盛方法において、
前記肉盛りの開始時に、前記金属粉末の供給量を徐々に増加させながら該金属粉末の供給量に応じてレーザ出力を増加させて肉盛りの始端部を形成し、
前記金属粉末の供給量及び前記レーザの出力を一定に維持して肉盛りの通常部を形成し、
前記始端部の手前から前記レーザの出力を一定のままで前記金属粉末の供給量を所定量まで減少させて肉盛りの終端部を形成し前記始端部に重ねる
ことを特徴とするレーザ肉盛方法。
【請求項２】
前記終端部の形成時には、前記始端部に重なる前までに、前記始端部に形成された傾斜に応じて、前記金属粉末の供給量を前記所定量まで徐々に減少させ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】
前記バルブシートのシート面に沿って溝部を形成し、該溝部に前記肉盛り層を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ肉盛方法。
【請求項４】
前記バルブシートの中央を中心に前記レーザ照射位置を円環状に移動させる場合、前記始端部から約２７０〜３１５度移動したタイミングで前記終端部の形成を開始することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ肉盛方法。
【請求項１】
シリンダヘッドのバルブシートに金属粉末を供給しながらレーザを照射することでレーザ照射位置に肉盛り層を形成しつつ、該レーザ照射位置を前記バルブシートに沿って円環状に移動させて肉盛りするレーザ肉盛方法において、
前記肉盛りの開始時に、前記金属粉末の供給量を徐々に増加させながら該金属粉末の供給量に応じてレーザ出力を増加させて肉盛りの始端部を形成し、
前記金属粉末の供給量及び前記レーザの出力を一定に維持して肉盛りの通常部を形成し、
前記始端部の手前から前記レーザの出力を一定のままで前記金属粉末の供給量を所定量まで減少させて肉盛りの終端部を形成し前記始端部に重ねる
ことを特徴とするレーザ肉盛方法。
【請求項２】
前記終端部の形成時には、前記始端部に重なる前までに、前記始端部に形成された傾斜に応じて、前記金属粉末の供給量を前記所定量まで徐々に減少させ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】
前記バルブシートのシート面に沿って溝部を形成し、該溝部に前記肉盛り層を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ肉盛方法。
【請求項４】
前記バルブシートの中央を中心に前記レーザ照射位置を円環状に移動させる場合、前記始端部から約２７０〜３１５度移動したタイミングで前記終端部の形成を開始することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ肉盛方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２０７８４９（Ｐ２０１０−２０７８４９Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５６１０４（Ｐ２００９−５６１０４）
【出願日】平成２１年３月１０日（２００９．３．１０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１０日（２００９．３．１０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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