JP2008142765A - レーザクラッド加工装置の粉末供給装置及び粉末供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル内部での引っ掛かりを低減して金属粉末を安定して加工部に供給することができ、肉盛りの厚みにばらつきが生じることなく高品質の肉盛りを形成することのできるレーザクラッド加工装置の粉末供給装置を提供する。
【解決手段】ノズル１０の先端から金属粉末４をバルブシート部２に供給しながらレーザｈｖを照射して肉盛りを行うレーザクラッド加工装置の粉末供給装置において、前記ノズル１０の先端から金属粉末４を噴き出す噴出口１６の形状を、平面視略楕円形状とした。さらに、噴出口１６の短軸Ｌ２側を、バルブシート部２の幅方向に向けて金属粉末４を供給するようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザクラッド加工装置の粉末供給装置及び粉末供給方法に関し、金属粉末を噴出するノズル噴出口の改良技術に関する。

例えば、自動車エンジンでは、バルブシートとして従来のシートリングを打ち込む方式に変えてバルブシート合金をシリンダーヘッドへ直接肉盛りする方式が採用され初めている。

このように、バルブシート合金をシリンダーヘッドに直接肉盛りすれば、シートリングの打ち込み方式に比べて熱伝導性を大幅に向上させることができ、冷却性能を高めることができる。

かかる肉盛り方式は、粉末供給装置のノズルから金属粉末を加工部に供給しながらレーザ発振器からレーザを照射することによって行われる（例えば、特許文献１など参照）。
特許第３６９３１６１号

ところで、レーザクラッド加工方法では、加工部の周囲に余分な金属粉末が飛び散らないように粉末の広がりを抑えるために、ノズルの内径を次第に基端から先端へ行くに従って細く絞るようにしてある。具体的には、基端側の断面形状を円形とし、この基端側から先端に向かって次第にその径を絞り先端側の断面形状をさらに小さなな円形としている。このため、供給する金属粉末の量によっては、絞られた部分で粉末が引っ掛かかる場合がある。金属粉末が引っ掛かると、加工部での粉末供給量に変動が生じ、肉盛りの厚みにばらつきが生じ、品質不良が発生する。

そこで、本発明は、ノズル内部での引っ掛かりを低減して金属粉末を安定して加工部に供給することができ、肉盛りの厚みにばらつきが生じることなく高品質の肉盛りを形成することのできるレーザクラッド加工装置の粉末供給装置及び粉末供給方法を提供する。

本発明は、ノズルの先端から金属粉末を加工部に供給しながらレーザを照射して肉盛りを行うレーザクラッド加工装置の粉末供給装置において、前記ノズルの先端から金属粉末を噴き出す噴出口の形状を、平面視略楕円形状としたことを特徴とする。

また、本発明は、ノズルの先端から金属粉末を加工部に供給しながらレーザを照射して肉盛りを行うレーザクラッド加工装置の粉末供給方法において、前記ノズルの先端から金属粉末を噴き出す噴出口の形状を、平面視略楕円形状とし、その噴出口の短軸側を、前記加工部の幅方向に向けて金属粉末を供給することを特徴とする。

本発明のレーザクラッド加工装置の粉末供給装置によれば、ノズル先端の噴出口の形状を平面視略楕円形状としたので、長円側に余裕ができることからノズル内部での金属粉末の引っ掛かりを防止することができる。その結果、本発明によれば、肉盛り開始時から金属粉末を安定して加工部に供給することができ、肉盛り部の品質を高めることができる。

本発明のレーザクラッド加工装置における粉末供給方法によれば、ノズル先端の噴出口の形状が平面視略楕円形状であるので、長円側に余裕ができることによりノズル内部での金属粉末の引っ掛かりを防止することができる。その結果、本発明によれば、肉盛り開始時から金属粉末を安定して加工部に供給することができ、肉盛り部の品質を高めることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１はレーザクラッド装置を示す斜視図、図２は粉末供給装置のノズル先端から金属粉末を加工部に供給している状態を示す図、図３は粉末供給装置のノズル部分を示し、（Ａ）は一方向から見たときのノズル先端部分の拡大縦断面図、（Ｂ）はノズルを先端側から見たときの平面図、（Ｃ）は他方向から見たときのノズル先端部分の拡大断面図、図４はノズル先端の噴出口の短軸側をバルブシート部の幅方向に向けて金属粉末を供給している状態を示す要部拡大断面図、図５は従来のノズル部分を示し、（Ａ）はノズル先端部の拡大縦断面図、（Ｂ）はノズルを先端側から見たときの平面図である。

レーザクラッド装置は、図１に示すように、例えば自動車用エンジンなどのシリンダーヘッド１の加工部であるバルブシート部２にレーザｈｖを照射するレーザ照射装置３と、バルブシート部２に金属粉末４を供給する粉末供給装置５とを備えている。

レーザ照射装置３は、レーザ発振器６と、このレーザ発振器６により発振されるレーザの強さなどを制御するレーザ発振器制御部７と、ＮＣ制御装置８と、レーザを集光してバルブシート部２に照射させる集光ヘッド９とからなる。レーザ発振器６で発振されたレーザは、レーザ発振器制御部７で制御されて集光ヘッド９に供給され、この集光ヘッド９で絞られてバルブシート部２に照射される。

なお、レーザｈｖは、例えば波長０．８〜９μｍ、出力２ｋＷ、照射速度１．２ｍ／分で照射される。

粉末供給装置５は、バルブシート部２に金属粉末４を供給するノズル１０（図１では図示を省略し図２に示す）と、金属粉末４を収容して置くホッパー１１と、金属粉末４の量を計測する荷重計１２と、ホッパー１１からノズル１０へと金属粉末４を送り込むフィーダ１３と、これらを制御する粉末制御部１４とからなる。ノズル１０の先端からは、ホッパー１１に収容された金属粉末４がフィーダ１３により送られることで、前記バルブシート部２へと吹き付けられる（注：粉末供給装置５の構成に関してはこの記載で良いかチェック頂きたいと存じます）。

なお、金属粉末４は、例えば銅合金が使用され、０．８ｇ／秒で供給される。

このレーザクラッド装置では、前記レーザ発振器６とレーザ発振器制御部７とＮＣ制御装置８と粉末供給制御部１４とがそれぞれコンピュータ１５によって制御されている。そして、このように構成されたレーザクラッド装置によりバルブシート部２に金属粉末４を供給しながらレーザを照射して肉盛りを行うことでバルブシート合金を形成するが、その際に、図２に示すように、シリンダーヘッド１を矢印Ａで示すように回転させながらレーザクラッド加工を行う。

特に、本実施の形態では、バルブシート部２の周辺に余分な金属粉末４を送給しないよう粉末の広がりを抑えるために、図３に示すように、ノズル１０の先端に形成される噴出口１６の形状を平面視略楕円形状とし、且つこの噴出口１６へと金属粉末４を供給するための粉末供給路１７を基端から先端に向かって細くなるように絞ってある。

具体的には、ノズル１０の先端に形成する噴出口１６は、図５に示す従来構造におけるように円形状とするのではなく平面視略楕円形状とする。さらに、この噴出口１６の長軸Ｌ１側における粉末供給路１７の断面形状をストレート形状とし、短軸Ｌ２側における粉末供給路１７の断面形状を基端側から噴出口１６に向かって先細り形状としている。

長軸Ｌ１側では、粉末供給路１７の基端から先端に亘り前記噴出口１６の開口幅Ｗ３でストレート形状とされている。この粉末供給路１７の流路壁１７ｄは、絞られることなく真っ直ぐ同一の開口幅Ｗ３として基端から先端に亘って保持されている。

これに対して、短軸Ｌ２側では、粉末供給路１７の基端から先端に向かって流路幅を途中で絞って先細りの形状とされている。この粉末供給路１７の基端側の流路壁１７ａは、先端側の流路壁１７ｃよりも広く、途中の傾斜する流路壁１７ｂにて先端側の流路壁１７ｃと繋がっている。そして、この短軸側の噴出口開口幅をＷ１、粉末供給路開口幅をＷ２としたときに、Ｗ１＜Ｗ２なる関係としている。これにより、流路壁１７ｂが段差形状になるので、金属粉末４が一時的に貯留され、途切れることなく供給される。

また、本実施の形態では、図４に示すように、噴出口１６の短軸側を、バルブシート部２の幅方向に向けて金属粉末４を供給するようにしている。噴出口１６の長軸側をバルブシート部２の幅方向に向けた場合には、バルブシート部２の周辺に余分な金属粉末４が飛び散ることになり、肉盛り部の品質に影響が出てしまう。しかし、本実施の形態におけるように、噴出口１６の短軸側をバルブシート部２の幅方向に向ければ、バルブシート部２の周囲に余分な金属粉末４が飛散することなくレーザクラッドするに足る金属粉末４を安定して供給することができ、肉盛り部の加工品質も安定させることができる。

以上のように構成されたレーザクラッド装置でバルブシート合金を形成するには、先ず、図４に示すように、ノズル１０の噴出口１６の短軸側をバルブシート部２の幅方向に向けた後、粉末供給装置５からノズル１０に金属粉末４を供給する。そして、レーザ照射装置３によりレーザｈｖをバルブシート部２に照射させ、シリンダーヘッド１を回転させながらレーザクラッド加工を行う。

このように、本実施の形態によれば、ノズル先端の噴出口１６の形状を平面視略楕円形状としたので、長円側に余裕ができることからノズル１０内部での金属粉末４の引っ掛かりを防止することができる。その結果、本発明によれば、肉盛り開始時から金属粉末４を安定してバルブシート部２に供給することができ、肉盛り部の品質を高めることができる。

また、本実施の形態によれば、噴出口１６の短軸側をバルブシート部２の幅方向に向けて金属粉末４を供給しているので、バルブシート部２の周辺に余分な金属粉末４が飛散するのを防止でき、肉盛り部の品質を安定させることができる。

レーザクラッド装置を示す斜視図である。 粉末供給装置のノズル先端から金属粉末を加工部に供給している状態を示す図である。 粉末供給装置のノズル部分を示し、（Ａ）は一方向から見たときのノズル先端部分の拡大縦断面図、（Ｂ）はノズルを先端側から見たときの平面図、（Ｃ）は他方向から見たときのノズル先端部分の拡大断面図である。 ノズル先端の噴出口の短軸側をバルブシート部の幅方向に向けて金属粉末を供給している状態を示す要部拡大断面図である。 従来のノズル部分を示し、（Ａ）はノズル先端部の拡大縦断面図、（Ｂ）はノズルを先端側から見たときの平面図である。

符号の説明

１…シリンダーヘッド
２…バルブシート部（加工部）
３…レーザ照射装置
４…金属粉末
５…粉末供給装置
６…レーザ発振器
９…集光ヘッド
１０…ノズル
１６…噴出口
１７…粉末供給路
Ｌ１…噴出口の長軸
Ｌ２…噴出口の短軸

Claims (4)

1. ノズルの先端から金属粉末を加工部に供給しながらレーザを照射して肉盛りを行うレーザクラッド加工装置の粉末供給装置において、
   前記ノズルの先端から金属粉末を噴き出す噴出口の形状を、平面視略楕円形状とした
   ことを特徴とするレーザクラッド加工装置の粉末供給装置。
2. 請求項１に記載のレーザクラッド加工装置の粉末供給装置であって、
   前記噴出口の短軸側を、前記加工部の幅方向に向けて金属粉末を供給する
   ことを特徴とするレーザクラッド加工装置の粉末供給装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のレーザクラッド加工装置の粉末供給装置であって、
   前記噴出口の長軸側における粉末供給路の断面形状をストレート形状とし、短軸側における粉末供給路の断面形状を基端側から噴出口に向かって先細り形状とし、その短軸側の噴出口開口幅をＷ１、粉末供給路開口幅をＷ２としたときにＷ１＜Ｗ２である
   ことを特徴とするレーザクラッド加工装置の粉末供給装置。
4. ノズルの先端から金属粉末を加工部に供給しながらレーザを照射して肉盛りを行うレーザクラッド加工装置における粉末供給方法において、
   前記ノズルの先端から金属粉末を噴き出す噴出口の形状を、平面視略楕円形状とし、その噴出口の短軸側を、前記加工部の幅方向に向けて金属粉末を供給する
   ことを特徴とするレーザクラッド加工装置における粉末供給方法。

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