レーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法
【課題】肉盛品質を向上することができるレーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法を提供する。
【解決手段】第１レーザ光を照射してワークに溝部を形成する第１レーザ照射手段と、第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する第２レーザ照射手段と、を有する。
【解決手段】第１レーザ光を照射してワークに溝部を形成する第１レーザ照射手段と、第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する第２レーザ照射手段と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法に関する。本発明は、特に、内燃機関のシリンダヘッドのバルブシート部を形成するレーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品、たとえば、内燃機関のシリンダヘッドの材料として、鉄に比べて軽量化を図れることから、アルミニウム系材料が用いられている。
【０００３】
アルミニウム系材料の耐熱性および耐摩耗性などを高める技術として、切削加工により溝部が形成された母材上に、銅などの粉末を供給するとともにレーザ光を照射し、銅を溶融および凝固させて肉盛部を形成するレーザクラッド加工方法が知られている（たとえば、特許文献１）。
【０００４】
しかしながら、このようなレーザクラッド加工方法では、切削加工における工具磨耗および加工ばらつきなどにより溝部の幅がレーザ光のビーム幅よりも狭く形成される場合、肉盛材料に母材が希釈して肉盛部が脆くなり割れが発生するといったおそれがある。
【特許文献１】特開２００２−１２９９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、肉盛品質を向上することができるレーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００７】
本発明のレーザ肉盛装置は、第１レーザ光を照射してワークに溝部を形成する第１レーザ照射手段と、前記第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を前記溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する第２レーザ照射手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明のレーザ肉盛方法は、第１レーザ光を照射してワークに溝部を形成する段階と、前記第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を前記溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する段階と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のレーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法によれば、肉盛部を形成するために溝部に照射するレーザ光のビーム幅と溝部の幅とを同一にすることができる。したがって、溝部の幅がレーザ光のビーム幅よりも狭いことに起因する肉盛部の割れが抑制され、肉盛品質を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下の実施の形態では、本発明のレーザ肉盛装置を用いて、内燃機関のシリンダヘッドにおけるバルブシート部を形成する場合を例にとって説明する。以下の実施の形態において、シリンダヘッド自体はアルミニウム合金から形成されており、バルブシート部の耐熱性および耐摩耗性などを高めるために、銅合金からなる肉盛部（肉盛層）が形成されてバルブシート部をなす。なお、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるレーザ肉盛装置の概略構成を示す図である。図１に示されるとおり、本実施の形態のレーザ肉盛装置１００は、レーザ照射部１０、肉盛材料供給部２０、移動部３０、および制御部４０を備える。
【００１２】
レーザ照射部１０は、シリンダヘッド５０に第１レーザ光を照射して溝部（前溝部）を形成するとともに、同じビーム幅の第２レーザ光を溝部に照射して肉盛部を形成するものである。レーザ照射部１０は、肉盛材料供給部２０から供給される肉盛材料に第２レーザ光を照射して肉盛材料を加熱溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する。本実施の形態のレーザ照射部１０は１台のレーザ発振器から構成され、第１および第２レーザ光は同一のレーザ発振器から照射される。レーザ照射部１０は、制御部４０に電気的に接続されており、レーザ光の出力にかかわらず、一定のビーム幅のレーザ光を照射することができる。レーザ照射部１０は、たとえば、複数の半導体レーザから構成されるダイレクトダイオードレーザ（以下、ＤＤＬと称する）発振器である。
【００１３】
肉盛材料供給部２０は、シリンダヘッド５０の溝部に粉体状の肉盛材料を供給するものである。肉盛材料供給部２０は、制御部４０に電気的に接続されており、レーザ照射部１０からのレーザ光の照射に合わせて、ノズル２１から粉体状の肉盛材料（たとえば、粉体状の銅合金）を溝部に供給することができる。本実施の形態では、肉盛材料供給部２０から供給される肉盛材料と第２レーザ光とが所定の位置で交わるように、レーザ照射部１０に対して肉盛材料供給部２０は配置される。なお、肉盛材料供給部２０自体は、一般的なクラッド加工に用いられる肉盛材料供給装置であるため詳細な説明は省略する。
【００１４】
移動部３０は、レーザ照射部１０および肉盛材料供給部２０とシリンダヘッド５０とを相対的に移動させるものである。本実施の形態における移動部３０は、直交３軸の直動駆動部と回転駆動部とから構成される。より具体的には、駆動部３０は、回転駆動部をＸ方向に移動させるＸステージ３１と、Ｘステージ３１の上方でレーザ照射部１０および肉盛材料供給部２０をＹ方向に移動させる門型の直動機構３２と、門型の直動機構３２上でレーザ照射部１０および肉盛材料供給部２０をＺ方向に移動させる直動機構３３とを有する。回転駆動部は、たとえば、回転ステージ３４であって、Ｘステージ３１上に設けられる。シリンダヘッド５０は、冶具６０を介して回転ステージ３４上に設置される。
【００１５】
制御部４０は、レーザ照射部１０、肉盛材料供給部２０、および駆動部３０を制御するものである。本実施の形態において、制御部４０は、駆動部３０に設置されたシリンダヘッド５０に第１レーザ光を照射して溝部を形成した後、引き続き溝部に第２レーザ光を照射して肉盛部を形成するようにレーザ照射部１０を制御する。
【００１６】
以上のとおり、構成される本実施の形態のレーザ肉盛装置１００によれば、第１レーザ光が照射されて溝部が形成された後、当該溝部に粉体状の肉盛材料が供給されるとともに第２レーザ光が照射され、当該溝部に肉盛部が形成される。以下、本実施の形態のレーザ肉盛装置１００において、バルブシート部をなす肉盛部をシリンダヘッド５０に形成する処理について述べる。
【００１７】
図２は、本実施の形態におけるレーザ肉盛装置において肉盛部を形成する処理を示すフローチャートである。本実施の形態では、シリンダヘッド５０が固定用冶具６０を介して回転ステージ３４に予め固定される。このとき、回転ステージ３４の回転軸と溝部および肉盛部が形成されてなるバルブシート部の軸線（すなわち、バルブの軸線）とが一致するように、シリンダヘッド５０は回転ステージ３４に位置決めされる。
【００１８】
図２に示されるとおり、本実施の形態のレーザ肉盛処理では、まず、シリンダヘッド５０が回転される（ステップＳ１０１）。より具体的には、制御部４０からの指示を受けて回転ステージ３４が所定の回転速度で回転することにより、バルブシート部が形成される円形状の開口部の軸線に沿って、シリンダヘッド５０が回転される。
【００１９】
次に、回転されるシリンダヘッド５０に対して第１レーザ光が照射される（ステップＳ１０２）。その結果、第１レーザ光が照射された状態でシリンダヘッド５０が回転することにより、バルブシート部が形成される位置に沿ってシリンダヘッド５０がレーザ加工され、溝部が形成される。
【００２０】
そして、レーザ加工が終了したか否かが判断される（ステップＳ１０３）。本実施の形態では、たとえば、第１レーザ光が照射された状態で、回転ステージ３４が一周したか否かを判断することによって、レーザ加工が終了したか否かが判断される。レーザ加工が終了していない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、加工が終了するまで第１レーザ光の照射を維持する。一方、レーザ加工が終了した場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、第１レーザ光の照射を停止する（ステップＳ１０４）。
【００２１】
以上のとおり、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４に示す処理によれば、シリンダヘッド５０においてバルブシート部が形成される位置にリング状の溝部が形成される。なお、第１レーザ光でのレーザ加工に要する時間を短縮するために、第１レーザ光により溝部が形成されるシリンダヘッド５０上の位置には、第１レーザ光のビーム幅よりも狭くかつ溝部の深さよりも深いリング状の凹部がシリンダヘッド５０の鋳造時に形成されていることが好ましい。
【００２２】
次に、レーザ光の出力が変更される（ステップＳ１０５）。より具体的には、レーザ照射部１０のレーザ出力が、レーザ加工可能な第１レーザ光のレーザ出力から肉盛材料を加熱溶融可能な第２レーザ光のレーザ出力に変更される。本実施の形態において、第１レーザ光のレーザ出力は、第２レーザ光のレーザ出力よりも大きい。
【００２３】
次に、回転されるシリンダヘッド５０の溝部に対して第２レーザ光が照射されるとともに、粉体状の肉盛材料が溝部に供給される（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。その結果、バルブシート部に対応する位置の溝部がクラッド加工されて肉盛部が形成される。上述したとおり、第２レーザ光のビーム幅は溝部を形成するために用いられた第１レーザ光のビーム幅と等しく、言い換えれば、本実施の形態では、溝部の幅と等しいビーム幅の第２レーザ光によってクラッド加工が実施される。
【００２４】
次に、クラッド加工が終了したか否かが判断される（ステップＳ１０８）。本実施の形態では、たとえば、第２レーザ光が照射された状態で、回転ステージ３４が一周したか否かを判断することによって、クラッド加工が終了したか否かが判断される。クラッド加工が終了していない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、加工が終了するまで第２レーザ光の照射および肉盛材料の供給を維持する。一方、クラッド加工が終了した場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、第２レーザ光の照射および肉盛材料の供給を停止する（ステップＳ１０９，Ｓ１１０）。そして、回転ステージ３４の回転が停止され（ステップＳ１１１）、処理が終了される。
【００２５】
以上のとおり、ステップＳ１０５〜Ｓ１１１に示す処理によれば、リング状の溝部に沿って当該溝部を覆うようにリング状の肉盛部が形成される。リング状の肉盛部はシリンダヘッド５０のバルブシート部をなす。そして、図２に示すフローチャートの処理によれば、溝部と肉盛部とを同一のレーザ発振器からのレーザ光を用いて加工することができるため、加工装置を取り替えたり、シリンダヘッド５０を回転ステージ３４から取り外したりする必要がなく、シリンダヘッド５０の取り外しに起因する第２レーザ光と溝部との位置ずれを抑制することができる。
【００２６】
以下、図３および図４を参照しつつ、上述したフローチャートに示すレーザ光の照射により溝部および肉盛部を形成する処理について、比較例とともに詳細に説明する。
【００２７】
図３は、本実施の形態におけるシリンダヘッドのバルブシート部をなす肉盛部を形成するレーザ肉盛方法を説明するための図である。上述したとおり、本実施の形態のレーザ肉盛方法では、第１レーザ光による溝加工の時間を短縮するために、第１レーザ光１２ａのビーム幅Ｗよりも狭くかつ溝部５１の深さＬよりも深い凹部５２がシリンダヘッド５０とともに鋳造により形成されている（図３（Ａ）参照）。凹部５２は、バルブシート部が形成される位置にリング状に形成されている。ここで、第１レーザ光１２ａで母材が溶融されることにより広がる凹部５２の幅方向の領域と、溶融された材料が流れ込んで浅くなる当該凹部５２の深さ方向の領域とが同じ大きさを有するように、凹部５２は形成されていることが好ましい。より具体的には、図３（Ｂ）に示されるとおり、溝部５１の断面において、溶融された材料が流れ落ちる凹部５２の角部および側面に対応する領域Ｓ１と、溶融した材料が流れ込んで溜まる凹部５２と溝部５１との深さの差に対応する領域Ｓ２とが同じ面積を有するように、凹部５２が形成される。
【００２８】
このような凹部５２に第１レーザ光１１が照射されることにより、溝部５１が形成される（図３（Ｂ）参照）。
【００２９】
そして、シリンダヘッド５０を冶具６０から取り外すことなく、引き続き第１レーザ光と同じビーム幅を有する第２レーザ光１２ｂが同一のレーザ発振器から照射されるとともに、粉体状の肉盛材料が供給される（図３（Ｃ）参照）。その結果、溝部５１を覆って上方に突出する肉盛部５３が形成される（図３（Ｄ）参照）。
【００３０】
このように、本実施の形態のレーザ肉盛方法によれば、シリンダヘッド５０を冶具６０から取り外すことなく、溝部５１と肉盛部５３とを連続的に形成することができる。したがって、シリンダヘッド５０の取り外しによる位置決め動作を省略できるとともに、第１レーザ光と第２レーザ光との位置ずれ、すなわち、溝部と第２レーザ光との位置ずれを抑制することができる。また、切削加工を用いることなく溝部を形成することができるため、切削加工の加工精度に依存することなく、溝部を形成することができる。
【００３１】
図４は、比較例として、切削加工を用いた一般的なレーザ肉盛方法により形成されるバルブシート部を説明するための図である。一般的なレーザ肉盛方法では、切削加工を用いて溝部が形成される。より具体的には、一般的なレーザ肉盛方法では、鋳造されたシリンダヘッド５０に切削加工によって溝部５１が形成され、洗浄および乾燥工程を経た後、当該溝部５１にレーザ光が照射されるとともに肉盛材料が供給されて肉盛部５３が形成される。なお、肉盛部５３が仕上げ加工される点は、本実施の形態と同様である。
【００３２】
このような一般的なレーザ肉盛方法では、溝部の幅は切削加工の加工精度により決定されるため、切削加工時の工具磨耗および加工ばらつきなどがある場合、溝部の幅とレーザ光のビーム幅とが異なることがある。したがって、溝部の幅よりもレーザ光のビームの幅が大きい場合、母材の希釈による割れ５５が発生するおそれがある（図４（Ａ）参照）。一方、溝部の幅よりもレーザ光のビーム幅が小さい場合、肉盛材料が未溶着となり未溶着部が発生するおそれがある。
【００３３】
さらに、切削加工装置とレーザクラッド加工装置が個別に設けられる場合、切削加工済みのシリンダヘッド５０を切削加工装置から取り外してレーザクラッド加工装置に取り付けなければならず、取り付けの際に位置決め誤差（位置ずれ）が発生するおそれがある。したがって、このような位置ずれが存在する場合、レーザ光が照射されない部分では肉盛材料が未溶着となり未溶着部５６が発生するとともに、レーザ光が照射される母材部分では母材の希釈による割れ５５が発生するおそれがある（図４（Ｂ）参照）。そのため、一般的なレーザ肉盛方法では、シリンダヘッドをレーザクラッド加工装置に取り付ける際に溝部の位置を計測して計測結果をレーザ位置にフィードバックする溝位置計測装置が必要となり設備費が増大する。また、計測時間が必要となり加工タクトが増加する。
【００３４】
一方、本実施の形態では、肉盛部を形成するための第２レーザ光と同一のビーム幅を有する第１レーザ光によって溝部が形成されるため、溝部と当該溝部に照射される第２レーザ光との位置ずれを抑制することができ、母材希釈による割れおよび肉盛材料の未溶着を抑制することができる。さらに、第１レーザ光と第２レーザ光とが同一のレーザ発振器から照射されるため、シリンダヘッド５０を回転ステージ３４から取り外す必要がなく、シリンダヘッド５０の取り外しおよび取り付けによる第２レーザ光と溝部５１との位置ずれを抑制することができる。
【００３５】
以上のとおり、説明された本実施の形態は、以下の効果を奏する。
【００３６】
本実施の形態のレーザ肉盛装置は、第１レーザ光を照射してシリンダヘッドに溝部を形成するとともに、第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成するレーザ照射部を有する。したがって、溝部の幅がレーザ光のビーム幅よりも狭いことに起因する肉盛部の割れが抑制され、肉盛品質を向上することができる。また、切削加工により溝部を形成する工程を用いる必要がなく、工程数、ライン長、および設備投資を削減することができる。
【００３７】
本実施の形態のレーザ肉盛装置は、第１および第２レーザ光とシリンダヘッドとを相対的に移動させる移動部と、移動部に設置されたシリンダヘッドに第１レーザ光を照射して溝部を形成した後、引き続き溝部に第２レーザ光を照射して肉盛部を形成するようにレーザ照射部を制御する制御部と、をさらに有する。したがって、溝部を形成した後にシリンダヘッドを取り外す必要がなく、シリンダヘッドの取り付けばらつきおよび加工対象のバルブシート変更時の位置決めばらつきなどにより、溝部とレーザ光との位置ずれが発生することなく、健全なクラッド加工が実施されることができる。その結果、第２レーザ光が照射される位置と溝部との位置ずれに起因する母材希釈による割れの発生および肉盛材料の未溶着が抑制され、肉盛品質をさらに向上することができる。また、溝位置を計測する溝位置計測装置といった設備が必要なく、設備費が削減される。
【００３８】
本実施の形態のレーザ肉盛装置は、溝部に粉体状の肉盛材料を供給する肉盛材料供給部をさらに有する。したがって、リング状の肉盛材料のみならず、粉体状の肉盛材料を用いてクラッド加工を実施することができる。
【００３９】
シリンダヘッドは鋳造により形成されており、第１レーザ光により溝部が形成されるシリンダヘッド上の位置には、第１レーザ光のビーム幅よりも狭くかつ溝部の深さよりも深い凹部が鋳造により形成されている。したがって、レーザ加工により溝部を形成するための時間が短縮される。さらに、所望の幅および深さを備える溝部をレーザ加工により容易に形成することができる。
【００４０】
溝部が形成される際に、第１レーザ光によってシリンダヘッドの材料が溶融されることにより広がる凹部の幅方向の領域と、当該溶融した材料が流れ込んで浅くなる当該凹部の深さ方向の領域とが同じ大きさを有するように、凹部は形成されている。したがって、凹部の側面（とりわけ、凹部の角部）の材料が溶融して凹部の底面に流れ込み、溝部の底面を構成するため、溶融した材料を除去することなく所望の形状の溝部を容易に形成することができる。
【００４１】
本実施の形態のレーザ肉盛方法は、第１レーザ光を照射してワークに溝部を形成する段階と、第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する段階と、を有する。したがって、溝部の幅がレーザ光のビーム幅よりも狭いことに起因する肉盛部の割れが抑制され、肉盛品質を向上することができる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、第１レーザ光と第２レーザ光とが同一のレーザ発振器から照射される場合について述べた。本実施の形態では、第１レーザ光と第２レーザ光とが異なるレーザ発振器から照射される（デュアルレーザ）場合について述べる。
【００４３】
図５は、本発明の第２の実施の形態におけるレーザ肉盛装置の概略構成を示す図である。図５に示されるとおり、本実施の形態のレーザ肉盛装置１００は、第１レーザ照射部１０ａ、第２レーザ照射部１０ｂ、肉盛材料供給部２０、移動部３０、および制御部４０を備える。
【００４４】
第１レーザ照射部１０ａは、第１レーザ光を照射して溝部を形成するものであり、第２レーザ照射部１０ｂは、第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を照射して溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成するものである。本実施の形態において、第１レーザ照射部１０ａと第２レーザ照射部１０ｂとは、回転されるシリンダヘッド５０において、第１レーザ光が照射された位置に第２レーザ光が連続的に照射されるように、第１レーザ光のスポット位置と第２レーザ光のスポット位置とが所定の間隔で配置されている。また、肉盛材料供給部２０から供給される肉盛材料と第２レーザ光とが所定の位置で交わるように、第２レーザ照射部１０ｂに対して肉盛材料供給部２０は配置される。
【００４５】
制御部４０は、シリンダヘッド５０に第１レーザ光を照射して溝部を形成しつつ、当該形成直後の溝部に第２レーザ光を照射して肉盛部を形成するように第１および第２レーザ照射部１０ａ，１０ｂを制御する。なお、第１レーザ光が第１レーザ照射部１０ａから照射され、第２レーザ光が第２レーザ照射部１０ｂから照射されることを除いては、第１の実施の形態と同様であるため、各部についての詳細な説明は省略する。
【００４６】
以上のとおり構成される本実施の形態のレーザ肉盛装置１００によれば、図６に示されるとおり、第１レーザ光１２ａにより溝部５１が形成されつつ、当該形成直後の溝部５１に第２レーザ光１２ｂが照射されて肉盛部５３が形成される。本実施の形態では、回転されるシリンダヘッド５０の周方向に沿って第１レーザ光１２ａのスポット位置と第２レーザ光１２ｂのスポット位置とが隣接して配置されることにより、第１レーザ光１２ａにより溝部５１が形成されつつ、第２レーザ光１２ｂにより形成直後の溝部５１に肉盛部５３が形成される。すなわち、本実施の形態のレーザ肉盛装置によれば、溝部５１が形成されるのとほとんど同時に肉盛部５３が形成され、シリンダヘッド５０にバルブシート部を形成する時間が短縮される。
【００４７】
以上のとおり、説明された本実施の形態は、第１の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００４８】
本実施の形態のレーザ肉盛装置は、第１レーザ光を照射してシリンダヘッドに溝部を形成する第１レーザ照射部と、第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する第２レーザ照射部と、シリンダヘッドに第１レーザ光を照射して溝部を形成しつつ、当該形成直後の溝部に第２レーザ光を照射して肉盛部を形成するように第１および第２レーザ発振器を制御する制御部と、を有する。したがって、シリンダヘッドにバルブシート部を形成する時間を短縮することができる。さらに、第１レーザ光によりシリンダヘッドに予熱を与えることができるため、母材と肉盛材料の粉体との温度勾配により発生するひけを軽減することができ、肉盛品質をさらに向上することができる。
【００４９】
以上のとおり、第１および第２の実施の形態において、本発明のレーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、省略することができることはいうまでもない。
【００５０】
たとえば、第１および第２の実施の形態では、シリンダヘッドにバルブシート部を形成する場合を例に挙げ、シリンダヘッドを回転しつつレーザ光を照射する場合について説明した。しかしながら、本発明のレーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法は、シリンダヘッドへのバルブシート部の形成に限定されることなく、肉盛部が形成される任意のワークに適用され、ワークおよび肉盛部の形状に応じて構成が変更される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるレーザ肉盛装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すレーザ肉盛装置において肉盛部を形成する処理を示すフローチャートである。
【図３】図１に示すレーザ肉盛装置におけるシリンダヘッドのバルブシート部をなす肉盛部を形成するレーザ肉盛方法を説明するための図である。
【図４】一般的なレーザ肉盛方法により形成されるバルブシート部を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるレーザ肉盛装置の概略構成を示す図である。
【図６】図５に示すレーザ肉盛装置におけるシリンダヘッドのバルブシート部をなす肉盛部を形成するレーザ肉盛方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ レーザ照射部、
２０ 肉盛材料供給部、
３０ 移動部、
４０ 制御部、
５０ シリンダヘッド。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法に関する。本発明は、特に、内燃機関のシリンダヘッドのバルブシート部を形成するレーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品、たとえば、内燃機関のシリンダヘッドの材料として、鉄に比べて軽量化を図れることから、アルミニウム系材料が用いられている。
【０００３】
アルミニウム系材料の耐熱性および耐摩耗性などを高める技術として、切削加工により溝部が形成された母材上に、銅などの粉末を供給するとともにレーザ光を照射し、銅を溶融および凝固させて肉盛部を形成するレーザクラッド加工方法が知られている（たとえば、特許文献１）。
【０００４】
しかしながら、このようなレーザクラッド加工方法では、切削加工における工具磨耗および加工ばらつきなどにより溝部の幅がレーザ光のビーム幅よりも狭く形成される場合、肉盛材料に母材が希釈して肉盛部が脆くなり割れが発生するといったおそれがある。
【特許文献１】特開２００２−１２９９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、肉盛品質を向上することができるレーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００７】
本発明のレーザ肉盛装置は、第１レーザ光を照射してワークに溝部を形成する第１レーザ照射手段と、前記第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を前記溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する第２レーザ照射手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明のレーザ肉盛方法は、第１レーザ光を照射してワークに溝部を形成する段階と、前記第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を前記溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する段階と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のレーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法によれば、肉盛部を形成するために溝部に照射するレーザ光のビーム幅と溝部の幅とを同一にすることができる。したがって、溝部の幅がレーザ光のビーム幅よりも狭いことに起因する肉盛部の割れが抑制され、肉盛品質を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下の実施の形態では、本発明のレーザ肉盛装置を用いて、内燃機関のシリンダヘッドにおけるバルブシート部を形成する場合を例にとって説明する。以下の実施の形態において、シリンダヘッド自体はアルミニウム合金から形成されており、バルブシート部の耐熱性および耐摩耗性などを高めるために、銅合金からなる肉盛部（肉盛層）が形成されてバルブシート部をなす。なお、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるレーザ肉盛装置の概略構成を示す図である。図１に示されるとおり、本実施の形態のレーザ肉盛装置１００は、レーザ照射部１０、肉盛材料供給部２０、移動部３０、および制御部４０を備える。
【００１２】
レーザ照射部１０は、シリンダヘッド５０に第１レーザ光を照射して溝部（前溝部）を形成するとともに、同じビーム幅の第２レーザ光を溝部に照射して肉盛部を形成するものである。レーザ照射部１０は、肉盛材料供給部２０から供給される肉盛材料に第２レーザ光を照射して肉盛材料を加熱溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する。本実施の形態のレーザ照射部１０は１台のレーザ発振器から構成され、第１および第２レーザ光は同一のレーザ発振器から照射される。レーザ照射部１０は、制御部４０に電気的に接続されており、レーザ光の出力にかかわらず、一定のビーム幅のレーザ光を照射することができる。レーザ照射部１０は、たとえば、複数の半導体レーザから構成されるダイレクトダイオードレーザ（以下、ＤＤＬと称する）発振器である。
【００１３】
肉盛材料供給部２０は、シリンダヘッド５０の溝部に粉体状の肉盛材料を供給するものである。肉盛材料供給部２０は、制御部４０に電気的に接続されており、レーザ照射部１０からのレーザ光の照射に合わせて、ノズル２１から粉体状の肉盛材料（たとえば、粉体状の銅合金）を溝部に供給することができる。本実施の形態では、肉盛材料供給部２０から供給される肉盛材料と第２レーザ光とが所定の位置で交わるように、レーザ照射部１０に対して肉盛材料供給部２０は配置される。なお、肉盛材料供給部２０自体は、一般的なクラッド加工に用いられる肉盛材料供給装置であるため詳細な説明は省略する。
【００１４】
移動部３０は、レーザ照射部１０および肉盛材料供給部２０とシリンダヘッド５０とを相対的に移動させるものである。本実施の形態における移動部３０は、直交３軸の直動駆動部と回転駆動部とから構成される。より具体的には、駆動部３０は、回転駆動部をＸ方向に移動させるＸステージ３１と、Ｘステージ３１の上方でレーザ照射部１０および肉盛材料供給部２０をＹ方向に移動させる門型の直動機構３２と、門型の直動機構３２上でレーザ照射部１０および肉盛材料供給部２０をＺ方向に移動させる直動機構３３とを有する。回転駆動部は、たとえば、回転ステージ３４であって、Ｘステージ３１上に設けられる。シリンダヘッド５０は、冶具６０を介して回転ステージ３４上に設置される。
【００１５】
制御部４０は、レーザ照射部１０、肉盛材料供給部２０、および駆動部３０を制御するものである。本実施の形態において、制御部４０は、駆動部３０に設置されたシリンダヘッド５０に第１レーザ光を照射して溝部を形成した後、引き続き溝部に第２レーザ光を照射して肉盛部を形成するようにレーザ照射部１０を制御する。
【００１６】
以上のとおり、構成される本実施の形態のレーザ肉盛装置１００によれば、第１レーザ光が照射されて溝部が形成された後、当該溝部に粉体状の肉盛材料が供給されるとともに第２レーザ光が照射され、当該溝部に肉盛部が形成される。以下、本実施の形態のレーザ肉盛装置１００において、バルブシート部をなす肉盛部をシリンダヘッド５０に形成する処理について述べる。
【００１７】
図２は、本実施の形態におけるレーザ肉盛装置において肉盛部を形成する処理を示すフローチャートである。本実施の形態では、シリンダヘッド５０が固定用冶具６０を介して回転ステージ３４に予め固定される。このとき、回転ステージ３４の回転軸と溝部および肉盛部が形成されてなるバルブシート部の軸線（すなわち、バルブの軸線）とが一致するように、シリンダヘッド５０は回転ステージ３４に位置決めされる。
【００１８】
図２に示されるとおり、本実施の形態のレーザ肉盛処理では、まず、シリンダヘッド５０が回転される（ステップＳ１０１）。より具体的には、制御部４０からの指示を受けて回転ステージ３４が所定の回転速度で回転することにより、バルブシート部が形成される円形状の開口部の軸線に沿って、シリンダヘッド５０が回転される。
【００１９】
次に、回転されるシリンダヘッド５０に対して第１レーザ光が照射される（ステップＳ１０２）。その結果、第１レーザ光が照射された状態でシリンダヘッド５０が回転することにより、バルブシート部が形成される位置に沿ってシリンダヘッド５０がレーザ加工され、溝部が形成される。
【００２０】
そして、レーザ加工が終了したか否かが判断される（ステップＳ１０３）。本実施の形態では、たとえば、第１レーザ光が照射された状態で、回転ステージ３４が一周したか否かを判断することによって、レーザ加工が終了したか否かが判断される。レーザ加工が終了していない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、加工が終了するまで第１レーザ光の照射を維持する。一方、レーザ加工が終了した場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、第１レーザ光の照射を停止する（ステップＳ１０４）。
【００２１】
以上のとおり、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４に示す処理によれば、シリンダヘッド５０においてバルブシート部が形成される位置にリング状の溝部が形成される。なお、第１レーザ光でのレーザ加工に要する時間を短縮するために、第１レーザ光により溝部が形成されるシリンダヘッド５０上の位置には、第１レーザ光のビーム幅よりも狭くかつ溝部の深さよりも深いリング状の凹部がシリンダヘッド５０の鋳造時に形成されていることが好ましい。
【００２２】
次に、レーザ光の出力が変更される（ステップＳ１０５）。より具体的には、レーザ照射部１０のレーザ出力が、レーザ加工可能な第１レーザ光のレーザ出力から肉盛材料を加熱溶融可能な第２レーザ光のレーザ出力に変更される。本実施の形態において、第１レーザ光のレーザ出力は、第２レーザ光のレーザ出力よりも大きい。
【００２３】
次に、回転されるシリンダヘッド５０の溝部に対して第２レーザ光が照射されるとともに、粉体状の肉盛材料が溝部に供給される（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。その結果、バルブシート部に対応する位置の溝部がクラッド加工されて肉盛部が形成される。上述したとおり、第２レーザ光のビーム幅は溝部を形成するために用いられた第１レーザ光のビーム幅と等しく、言い換えれば、本実施の形態では、溝部の幅と等しいビーム幅の第２レーザ光によってクラッド加工が実施される。
【００２４】
次に、クラッド加工が終了したか否かが判断される（ステップＳ１０８）。本実施の形態では、たとえば、第２レーザ光が照射された状態で、回転ステージ３４が一周したか否かを判断することによって、クラッド加工が終了したか否かが判断される。クラッド加工が終了していない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、加工が終了するまで第２レーザ光の照射および肉盛材料の供給を維持する。一方、クラッド加工が終了した場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、第２レーザ光の照射および肉盛材料の供給を停止する（ステップＳ１０９，Ｓ１１０）。そして、回転ステージ３４の回転が停止され（ステップＳ１１１）、処理が終了される。
【００２５】
以上のとおり、ステップＳ１０５〜Ｓ１１１に示す処理によれば、リング状の溝部に沿って当該溝部を覆うようにリング状の肉盛部が形成される。リング状の肉盛部はシリンダヘッド５０のバルブシート部をなす。そして、図２に示すフローチャートの処理によれば、溝部と肉盛部とを同一のレーザ発振器からのレーザ光を用いて加工することができるため、加工装置を取り替えたり、シリンダヘッド５０を回転ステージ３４から取り外したりする必要がなく、シリンダヘッド５０の取り外しに起因する第２レーザ光と溝部との位置ずれを抑制することができる。
【００２６】
以下、図３および図４を参照しつつ、上述したフローチャートに示すレーザ光の照射により溝部および肉盛部を形成する処理について、比較例とともに詳細に説明する。
【００２７】
図３は、本実施の形態におけるシリンダヘッドのバルブシート部をなす肉盛部を形成するレーザ肉盛方法を説明するための図である。上述したとおり、本実施の形態のレーザ肉盛方法では、第１レーザ光による溝加工の時間を短縮するために、第１レーザ光１２ａのビーム幅Ｗよりも狭くかつ溝部５１の深さＬよりも深い凹部５２がシリンダヘッド５０とともに鋳造により形成されている（図３（Ａ）参照）。凹部５２は、バルブシート部が形成される位置にリング状に形成されている。ここで、第１レーザ光１２ａで母材が溶融されることにより広がる凹部５２の幅方向の領域と、溶融された材料が流れ込んで浅くなる当該凹部５２の深さ方向の領域とが同じ大きさを有するように、凹部５２は形成されていることが好ましい。より具体的には、図３（Ｂ）に示されるとおり、溝部５１の断面において、溶融された材料が流れ落ちる凹部５２の角部および側面に対応する領域Ｓ１と、溶融した材料が流れ込んで溜まる凹部５２と溝部５１との深さの差に対応する領域Ｓ２とが同じ面積を有するように、凹部５２が形成される。
【００２８】
このような凹部５２に第１レーザ光１１が照射されることにより、溝部５１が形成される（図３（Ｂ）参照）。
【００２９】
そして、シリンダヘッド５０を冶具６０から取り外すことなく、引き続き第１レーザ光と同じビーム幅を有する第２レーザ光１２ｂが同一のレーザ発振器から照射されるとともに、粉体状の肉盛材料が供給される（図３（Ｃ）参照）。その結果、溝部５１を覆って上方に突出する肉盛部５３が形成される（図３（Ｄ）参照）。
【００３０】
このように、本実施の形態のレーザ肉盛方法によれば、シリンダヘッド５０を冶具６０から取り外すことなく、溝部５１と肉盛部５３とを連続的に形成することができる。したがって、シリンダヘッド５０の取り外しによる位置決め動作を省略できるとともに、第１レーザ光と第２レーザ光との位置ずれ、すなわち、溝部と第２レーザ光との位置ずれを抑制することができる。また、切削加工を用いることなく溝部を形成することができるため、切削加工の加工精度に依存することなく、溝部を形成することができる。
【００３１】
図４は、比較例として、切削加工を用いた一般的なレーザ肉盛方法により形成されるバルブシート部を説明するための図である。一般的なレーザ肉盛方法では、切削加工を用いて溝部が形成される。より具体的には、一般的なレーザ肉盛方法では、鋳造されたシリンダヘッド５０に切削加工によって溝部５１が形成され、洗浄および乾燥工程を経た後、当該溝部５１にレーザ光が照射されるとともに肉盛材料が供給されて肉盛部５３が形成される。なお、肉盛部５３が仕上げ加工される点は、本実施の形態と同様である。
【００３２】
このような一般的なレーザ肉盛方法では、溝部の幅は切削加工の加工精度により決定されるため、切削加工時の工具磨耗および加工ばらつきなどがある場合、溝部の幅とレーザ光のビーム幅とが異なることがある。したがって、溝部の幅よりもレーザ光のビームの幅が大きい場合、母材の希釈による割れ５５が発生するおそれがある（図４（Ａ）参照）。一方、溝部の幅よりもレーザ光のビーム幅が小さい場合、肉盛材料が未溶着となり未溶着部が発生するおそれがある。
【００３３】
さらに、切削加工装置とレーザクラッド加工装置が個別に設けられる場合、切削加工済みのシリンダヘッド５０を切削加工装置から取り外してレーザクラッド加工装置に取り付けなければならず、取り付けの際に位置決め誤差（位置ずれ）が発生するおそれがある。したがって、このような位置ずれが存在する場合、レーザ光が照射されない部分では肉盛材料が未溶着となり未溶着部５６が発生するとともに、レーザ光が照射される母材部分では母材の希釈による割れ５５が発生するおそれがある（図４（Ｂ）参照）。そのため、一般的なレーザ肉盛方法では、シリンダヘッドをレーザクラッド加工装置に取り付ける際に溝部の位置を計測して計測結果をレーザ位置にフィードバックする溝位置計測装置が必要となり設備費が増大する。また、計測時間が必要となり加工タクトが増加する。
【００３４】
一方、本実施の形態では、肉盛部を形成するための第２レーザ光と同一のビーム幅を有する第１レーザ光によって溝部が形成されるため、溝部と当該溝部に照射される第２レーザ光との位置ずれを抑制することができ、母材希釈による割れおよび肉盛材料の未溶着を抑制することができる。さらに、第１レーザ光と第２レーザ光とが同一のレーザ発振器から照射されるため、シリンダヘッド５０を回転ステージ３４から取り外す必要がなく、シリンダヘッド５０の取り外しおよび取り付けによる第２レーザ光と溝部５１との位置ずれを抑制することができる。
【００３５】
以上のとおり、説明された本実施の形態は、以下の効果を奏する。
【００３６】
本実施の形態のレーザ肉盛装置は、第１レーザ光を照射してシリンダヘッドに溝部を形成するとともに、第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成するレーザ照射部を有する。したがって、溝部の幅がレーザ光のビーム幅よりも狭いことに起因する肉盛部の割れが抑制され、肉盛品質を向上することができる。また、切削加工により溝部を形成する工程を用いる必要がなく、工程数、ライン長、および設備投資を削減することができる。
【００３７】
本実施の形態のレーザ肉盛装置は、第１および第２レーザ光とシリンダヘッドとを相対的に移動させる移動部と、移動部に設置されたシリンダヘッドに第１レーザ光を照射して溝部を形成した後、引き続き溝部に第２レーザ光を照射して肉盛部を形成するようにレーザ照射部を制御する制御部と、をさらに有する。したがって、溝部を形成した後にシリンダヘッドを取り外す必要がなく、シリンダヘッドの取り付けばらつきおよび加工対象のバルブシート変更時の位置決めばらつきなどにより、溝部とレーザ光との位置ずれが発生することなく、健全なクラッド加工が実施されることができる。その結果、第２レーザ光が照射される位置と溝部との位置ずれに起因する母材希釈による割れの発生および肉盛材料の未溶着が抑制され、肉盛品質をさらに向上することができる。また、溝位置を計測する溝位置計測装置といった設備が必要なく、設備費が削減される。
【００３８】
本実施の形態のレーザ肉盛装置は、溝部に粉体状の肉盛材料を供給する肉盛材料供給部をさらに有する。したがって、リング状の肉盛材料のみならず、粉体状の肉盛材料を用いてクラッド加工を実施することができる。
【００３９】
シリンダヘッドは鋳造により形成されており、第１レーザ光により溝部が形成されるシリンダヘッド上の位置には、第１レーザ光のビーム幅よりも狭くかつ溝部の深さよりも深い凹部が鋳造により形成されている。したがって、レーザ加工により溝部を形成するための時間が短縮される。さらに、所望の幅および深さを備える溝部をレーザ加工により容易に形成することができる。
【００４０】
溝部が形成される際に、第１レーザ光によってシリンダヘッドの材料が溶融されることにより広がる凹部の幅方向の領域と、当該溶融した材料が流れ込んで浅くなる当該凹部の深さ方向の領域とが同じ大きさを有するように、凹部は形成されている。したがって、凹部の側面（とりわけ、凹部の角部）の材料が溶融して凹部の底面に流れ込み、溝部の底面を構成するため、溶融した材料を除去することなく所望の形状の溝部を容易に形成することができる。
【００４１】
本実施の形態のレーザ肉盛方法は、第１レーザ光を照射してワークに溝部を形成する段階と、第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する段階と、を有する。したがって、溝部の幅がレーザ光のビーム幅よりも狭いことに起因する肉盛部の割れが抑制され、肉盛品質を向上することができる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、第１レーザ光と第２レーザ光とが同一のレーザ発振器から照射される場合について述べた。本実施の形態では、第１レーザ光と第２レーザ光とが異なるレーザ発振器から照射される（デュアルレーザ）場合について述べる。
【００４３】
図５は、本発明の第２の実施の形態におけるレーザ肉盛装置の概略構成を示す図である。図５に示されるとおり、本実施の形態のレーザ肉盛装置１００は、第１レーザ照射部１０ａ、第２レーザ照射部１０ｂ、肉盛材料供給部２０、移動部３０、および制御部４０を備える。
【００４４】
第１レーザ照射部１０ａは、第１レーザ光を照射して溝部を形成するものであり、第２レーザ照射部１０ｂは、第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を照射して溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成するものである。本実施の形態において、第１レーザ照射部１０ａと第２レーザ照射部１０ｂとは、回転されるシリンダヘッド５０において、第１レーザ光が照射された位置に第２レーザ光が連続的に照射されるように、第１レーザ光のスポット位置と第２レーザ光のスポット位置とが所定の間隔で配置されている。また、肉盛材料供給部２０から供給される肉盛材料と第２レーザ光とが所定の位置で交わるように、第２レーザ照射部１０ｂに対して肉盛材料供給部２０は配置される。
【００４５】
制御部４０は、シリンダヘッド５０に第１レーザ光を照射して溝部を形成しつつ、当該形成直後の溝部に第２レーザ光を照射して肉盛部を形成するように第１および第２レーザ照射部１０ａ，１０ｂを制御する。なお、第１レーザ光が第１レーザ照射部１０ａから照射され、第２レーザ光が第２レーザ照射部１０ｂから照射されることを除いては、第１の実施の形態と同様であるため、各部についての詳細な説明は省略する。
【００４６】
以上のとおり構成される本実施の形態のレーザ肉盛装置１００によれば、図６に示されるとおり、第１レーザ光１２ａにより溝部５１が形成されつつ、当該形成直後の溝部５１に第２レーザ光１２ｂが照射されて肉盛部５３が形成される。本実施の形態では、回転されるシリンダヘッド５０の周方向に沿って第１レーザ光１２ａのスポット位置と第２レーザ光１２ｂのスポット位置とが隣接して配置されることにより、第１レーザ光１２ａにより溝部５１が形成されつつ、第２レーザ光１２ｂにより形成直後の溝部５１に肉盛部５３が形成される。すなわち、本実施の形態のレーザ肉盛装置によれば、溝部５１が形成されるのとほとんど同時に肉盛部５３が形成され、シリンダヘッド５０にバルブシート部を形成する時間が短縮される。
【００４７】
以上のとおり、説明された本実施の形態は、第１の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００４８】
本実施の形態のレーザ肉盛装置は、第１レーザ光を照射してシリンダヘッドに溝部を形成する第１レーザ照射部と、第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する第２レーザ照射部と、シリンダヘッドに第１レーザ光を照射して溝部を形成しつつ、当該形成直後の溝部に第２レーザ光を照射して肉盛部を形成するように第１および第２レーザ発振器を制御する制御部と、を有する。したがって、シリンダヘッドにバルブシート部を形成する時間を短縮することができる。さらに、第１レーザ光によりシリンダヘッドに予熱を与えることができるため、母材と肉盛材料の粉体との温度勾配により発生するひけを軽減することができ、肉盛品質をさらに向上することができる。
【００４９】
以上のとおり、第１および第２の実施の形態において、本発明のレーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、省略することができることはいうまでもない。
【００５０】
たとえば、第１および第２の実施の形態では、シリンダヘッドにバルブシート部を形成する場合を例に挙げ、シリンダヘッドを回転しつつレーザ光を照射する場合について説明した。しかしながら、本発明のレーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法は、シリンダヘッドへのバルブシート部の形成に限定されることなく、肉盛部が形成される任意のワークに適用され、ワークおよび肉盛部の形状に応じて構成が変更される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるレーザ肉盛装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すレーザ肉盛装置において肉盛部を形成する処理を示すフローチャートである。
【図３】図１に示すレーザ肉盛装置におけるシリンダヘッドのバルブシート部をなす肉盛部を形成するレーザ肉盛方法を説明するための図である。
【図４】一般的なレーザ肉盛方法により形成されるバルブシート部を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるレーザ肉盛装置の概略構成を示す図である。
【図６】図５に示すレーザ肉盛装置におけるシリンダヘッドのバルブシート部をなす肉盛部を形成するレーザ肉盛方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ レーザ照射部、
２０ 肉盛材料供給部、
３０ 移動部、
４０ 制御部、
５０ シリンダヘッド。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レーザ光を照射してワークに溝部を形成する第１レーザ照射手段と、
前記第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を前記溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する第２レーザ照射手段と、を有することを特徴とするレーザ肉盛装置。
【請求項２】
前記第１レーザ照射手段と前記第２レーザ照射手段とは、同一のレーザ発振器からなることを特徴とする請求項１に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項３】
前記第１および第２レーザ光と前記ワークとを相対的に移動させる移動手段と、
前記移動手段に設置された前記ワークに前記第１レーザ光を照射して溝部を形成した後、引き続き前記溝部に前記第２レーザ光を照射して肉盛部を形成するように前記レーザ発振器を制御する制御手段と、をさらに有することを特徴とする請求項２に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項４】
前記第１レーザ照射手段と前記第２レーザ照射手段とは異なるレーザ発振器からなり、
前記レーザ肉盛装置は、前記ワークに前記第１レーザ光を照射して溝部を形成しつつ、当該形成直後の溝部に前記第２レーザ光を照射して肉盛部を形成するように前記第１および第２レーザ照射手段を制御する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項５】
前記溝部に粉体状の肉盛材料を供給する肉盛材料供給手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項６】
前記ワークは鋳造により形成されており、
前記第１レーザ光により溝部が形成される前記ワーク上の位置には、当該第１レーザ光のビーム幅よりも狭くかつ前記溝部の深さよりも深い凹部が鋳造により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項７】
前記溝部が形成される際に、前記第１レーザ光によって前記ワークの材料が溶融されることにより広がる前記凹部の幅方向の領域と、当該溶融した材料が流れ込んで浅くなる当該凹部の深さ方向の領域とが同じ大きさを有するように、前記凹部は形成されていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項８】
前記ワークは内燃機関のシリンダヘッドであって、前記肉盛部はバルブシート部をなすことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項９】
第１レーザ光を照射してワークに溝部を形成する段階と、
前記第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を前記溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する段階と、を有することを特徴とするレーザ肉盛方法。
【請求項１】
第１レーザ光を照射してワークに溝部を形成する第１レーザ照射手段と、
前記第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を前記溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する第２レーザ照射手段と、を有することを特徴とするレーザ肉盛装置。
【請求項２】
前記第１レーザ照射手段と前記第２レーザ照射手段とは、同一のレーザ発振器からなることを特徴とする請求項１に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項３】
前記第１および第２レーザ光と前記ワークとを相対的に移動させる移動手段と、
前記移動手段に設置された前記ワークに前記第１レーザ光を照射して溝部を形成した後、引き続き前記溝部に前記第２レーザ光を照射して肉盛部を形成するように前記レーザ発振器を制御する制御手段と、をさらに有することを特徴とする請求項２に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項４】
前記第１レーザ照射手段と前記第２レーザ照射手段とは異なるレーザ発振器からなり、
前記レーザ肉盛装置は、前記ワークに前記第１レーザ光を照射して溝部を形成しつつ、当該形成直後の溝部に前記第２レーザ光を照射して肉盛部を形成するように前記第１および第２レーザ照射手段を制御する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項５】
前記溝部に粉体状の肉盛材料を供給する肉盛材料供給手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項６】
前記ワークは鋳造により形成されており、
前記第１レーザ光により溝部が形成される前記ワーク上の位置には、当該第１レーザ光のビーム幅よりも狭くかつ前記溝部の深さよりも深い凹部が鋳造により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項７】
前記溝部が形成される際に、前記第１レーザ光によって前記ワークの材料が溶融されることにより広がる前記凹部の幅方向の領域と、当該溶融した材料が流れ込んで浅くなる当該凹部の深さ方向の領域とが同じ大きさを有するように、前記凹部は形成されていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項８】
前記ワークは内燃機関のシリンダヘッドであって、前記肉盛部はバルブシート部をなすことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザ肉盛装置。
【請求項９】
第１レーザ光を照射してワークに溝部を形成する段階と、
前記第１レーザ光と同じビーム幅の第２レーザ光を前記溝部に照射して、当該溝部に供給される肉盛材料を溶融および凝固させることにより肉盛部を形成する段階と、を有することを特徴とするレーザ肉盛方法。
【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２００８−１４２７３７（Ｐ２００８−１４２７３７Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３２３１６（Ｐ２００６−３３２３１６）
【出願日】平成１８年１２月８日（２００６．１２．８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月８日（２００６．１２．８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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