JP6989016B2 - 部材およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、部材およびその製造方法に関し、特に、異種金属を積層造形により肉盛溶接した部材に関する。

複数種の金属を溶接するため、種々の積層造形技術が開発されている。例えば、特許文献１には、粉体プラズマ肉盛法により、圧延用ロール（例えばＳＣＭ４４０などの低合金鋼）に設けた溝に対して、高合金材質を肉盛することで、異種金属により形成される部材を製造することが開示されている。また、特許文献２には、溶接具を備えたティーチング可能な自動加工機を用いて金型を修正する方法として、目的とする修正部位に断面が階段状の加工を施したのち、階段状の部位に溶接材を肉盛りし、その後目的とする形状に修正加工することが開示されている。

特開平５−３０９４０４号公報 特開２００２−２１９５６７号公報

例えば、金型では、特定の箇所が摩耗し易い、または、破壊され易いような問題がある。このような特定の箇所に対して、上記の積層造形技術などを用いて金型の一部に部材（金型部材と呼ぶことがある）を設け、金型の一部の強度を向上させる、または、金型の一部を補修することが有効である。そして、異種金属により形成される部材においては、異種金属が接する境界面の接合力を向上させることで、信頼性を向上させることが望まれている。しかし、このような要望を満たす異種金属の部材の特徴及び製造方法について特許文献１及び２は開示していない。また、当該部材を製造するにあたり、レーザ光を用いた、例えばレーザ・メタル・デポジション（ＬＭＤ：Laser Metal Deposition）を用いる方法について開示していない。そのため製造した部材に空洞や亀裂が発生する恐れがある。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

一実施の形態である部材は、第１材料からなる第１金属領域と、前記第１材料とは異なる材料である第２材料からなる第２金属領域と、前記第１金属領域と前記第２金属領域との間に、前記第１材料および前記第２材料が混合された混合領域と、を有する。ここで、断面視において、前記第１金属領域と前記混合領域との界面は、前記第１金属領域側に凸となる第１曲線および前記第１金属領域側に凸となる第２曲線を有する線で示され、前記第１曲線と前記第２曲線との交点において、前記第１曲線の接線と前記第２曲線の接線とが前記第１金属領域側で成す角度は、７０度以上、１８０度未満である。

別な一実施の形態である部材は、第１材料からなる第１金属領域と、前記第１材料とは異なる材料である第２材料からなる第２金属領域と、を有する。ここで、断面視において、 前記第１金属領域と前記第２金属領域との界面は、前記第１金属領域側に凸となる第１曲線および前記第１金属領域側に凸となる第２曲線を有する線で示され、前記第１曲線と前記第２曲線との交点において、前記第１曲線の接線と前記第２曲線の接線とが前記第１金属領域側で成す角度は、７０度以上、１８０度未満である。

さらに別な一実施の形態である部材は、第１材料からなる第１金属領域と、前記第１材料とは異なる材料である第２材料からなる第２金属領域と、前記第１金属領域と前記第２金属領域との間に、前記第１材料および前記第２材料が混合された混合領域と、を有する。ここで、前記第１金属領域と前記第２金属領域との界面は、前記第１金属領域側に凸となる円弧状の第１曲面および前記第１金属領域側に凸となる円弧状の第２曲面を有する面で示され、前記第１曲面と前記第２曲面との夫々の接線の交線である稜線において、前記第１金属領域側で前記第１曲面と前記第２曲面とが成す開口角は、７０度以上、１８０度未満である。

さらに別な一実施の形態である部材の製造方法は、（ａ）第１材料からなる母材を準備する工程、（ｂ）前記母材を加工することで、上面、側面、および角をそれぞれ有する複数の段を階段状に形成する工程、（ｃ）レーザ光を照射しながら、前記レーザ光のスポット径内に、前記第１材料と異なる第２材料である粉末材料を供給する積層造形法を用いて、前記母材に造形物を肉盛溶接する工程、を有する。ここで、前記母材に対する前記レーザ光の照射は、少なくとも１つの前記角が照射されるように行われる。その他の実施の形態は以後明らかになるであろう。

本願において開示される一実施の形態によれば、異種金属により形成される部材の空洞や亀裂を無くし、部材の機械的強度の信頼性を向上させることができる。また、ＬＭＤ法を用いて前述のような部材を製造することができる。

実施の形態１に用いられるＬＭＤ法の概要を示す斜視図である。 実施の形態１の金型および金型部材を示す斜視図である。 実施の形態１の金型の要部を拡大した斜視図である。 実施の形態１の母材を示す斜視図である。 実施の形態１の金型部材の製造工程を示す断面図である。 図５に続く製造工程を示す断面図である。 図６に続く製造工程を示す断面図である。 図７に続く製造工程を示す断面図である。 図８に続く製造工程を示す断面図である。 図９に続く製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の金型部材を示す斜視図である。 実施の形態１の金型部材の要部を拡大した断面図である。 実施の形態２の母材を示す斜視図である。 実施の形態２の金型部材を示す斜視図である。 実施の形態３の母材を示す斜視図である。 実施の形態３の金型部材を示す斜視図である。 実施の形態４の金型部材を示す斜視図である。 実施の形態５の金型を示す斜視図である。 実施の形態５の金型の要部を拡大した斜視図である。 比較例１の母材を示す斜視図である。 比較例１の金型部材を示す斜視図である。 比較例２の母材を示す斜視図である。 比較例２の金型部材を示す斜視図である。 比較例２の金型部材の要部を拡大した断面図である。 側面が傾斜している部材の形状測定結果である。 側面が複数の階段で構成される部材の形状測定結果である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、主に、異種金属接合部材の一例として、金型に用いられる部材である金型部材について説明する。また、金型部材を、レーザ光を用いた積層造形技術によって製造する方法について説明する。

＜ＬＭＤ法による積層造形技術について＞
まず、本実施の形態で用いられる積層造形技術の１つであるＬＭＤ法について説明する。ＬＭＤ法は、レーザ金属堆積法またはレーザ粉体肉盛り法などと呼ばれる場合もある。以後の説明では、ＬＭＤ法による積層造形を肉盛溶接と称し、粉末材料としてサーメットの粉末を用いる場合を説明する。

図１は、一般的なＬＭＤ法の概要を示す斜視図である。また、図１には、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向が示されており、これらは互いに直交している。Ｚ方向は鉛直方向であり、母材１の厚さ方向である。Ｘ方向およびＺ方向によって形成される面は、Ｙ方向と垂直な断面であり、後述の母材１および金型部材２０Ａ〜２０ＦのＡ−Ａ線に沿った断面である。このような各方向の関係は、図２以降の各図面でも同様である。なお、上記Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向と断面の関係は代表して「Ａ−Ａ線に沿った断面」と記す。また、斜視図で金型部材又は部材を示す場合、斜視図上の同部材の最前面はＡ−Ａ線に沿った断面を示している。

図１に示されるレーザヘッド１２は、レーザ光出射装置の一部であり、レーザ光出射機構および粉末材料供給機構を備える。レーザヘッド１２からＺ方向に出射したレーザ光１３は、母材１に照射され、レーザ光１３が照射される領域には、レーザヘッド１２から粉末材料１４が供給される。レーザ光１３によって、母材１に含まれる金属と、粉末材料１４に含まれる金属とが溶融することで、母材１の一部に溶融池１５が形成される。

レーザヘッド１２はＸ方向およびＹ方向に走査可能であり、レーザ光１３が他の領域へ移動することで、溶融池１５の各金属が凝固し、溶接物が形成される。そして、レーザ光１３の走査による加工を繰り返すことにより、母材１上に積層の溶接物が造形される。このような積層の溶接物が、後述の造形物２となる。なお、レーザ光１３の移動は、レーザヘッド１２と母材１との相対位置を変更させる移動機構（図示は省略）により行うことが一例である。移動機構の一例としては、母材１を固定させた可動式のステージ、またはレーザヘッド１２を可動保持可能なロボットアームである。

以下では、本実施の形態の金型部材２０Ａの構造およびその製造方法について説明するが、その前に、比較例１および比較例２について説明する。

＜比較例１の金型部材２０Ｅ＞
以下に、図２０および図２１を用いて、比較例１の金型部材２０Ｅについて説明する。図２０は、金型部材２０Ｅが完成する前の母材１の構造を示す斜視図である。図２１は、母材１に造形物２が形成された金型部材２０Ｅの構造を示す斜視図である。

図２０に示されるように、母材１には、母材１の最上面８０の高さよりも低い箇所である凹部（例えば溝または窪み）ＧＲが設けられ、そして凹部ＧＲは、底面６および側面７０を有する。ここで、比較例１の底面６と側面７０とが成す角度は垂直である。

図２１に示されるように、金型部材２０Ｅは、母材１と、母材１に溶接された造形物２とを有する。造形物２は、ＬＭＤ法によって母材１と粉末材料１４とを溶融することで形成された溶接物が堆積した領域である。混合領域３は、造形物２の一部であり、造形物２が母材１と接する領域である。すなわち、混合領域３は、母材１の材料に含まれる金属と、粉末材料１４に含まれる金属とが混合した領域である。界面４は、母材１と混合領域３との境界である界面を示している。

上述のように、混合領域３を含む造形物２を形成するために用いられるレーザ光１３は、Ｚ方向に沿って照射される。すなわち、レーザ光１３は、凹部ＧＲの底面６および母材１の最上面８０には直接照射されるが、凹部ＧＲの側面７０にはほぼ照射されない。このため、母材１と粉末材料１４とは、凹部ＧＲの底面６および母材１の最上面８０付近では溶融し易いが、凹部ＧＲの側面７０付近では溶融し難い。従って、図２１に示される黒塗りの箇所のように、側面７０付近において、母材１と造形物２との間に、空洞１１のような欠陥が発生してしまう恐れがある。このような空洞１１が発生すると、母材１と造形物２との密着性が低下し、造形物２が母材１から剥離されるような不具合が発生し易くなる。即ち、接合力が弱くなる。

＜比較例２の金型部材２０Ｆ＞
以下に、図２２〜図２４を用いて、比較例２の金型部材２０Ｆについて説明する。なお、以下では、比較例１との相違点を主に説明する。

図２２は、金型部材２０Ｆが完成する前の母材１の構造を示す斜視図である。図２３は、母材１に造形物２が形成された金型部材２０Ｆの構造を示す斜視図である。図２４は、図２３に示されるＡ−Ａ線に沿った断面図の一部であり、金型部材２０Ｆの要部を拡大した断面図である。なお、図２４は断面図であるが、図面を見易くするため、ハッチングを省略している。

図２２に示されるように、比較例２の母材１において、側面７０は、底面６に対して垂直ではなく、底面６から最上面８０にかけて、一定の角度で傾斜している。この傾斜角は、例えば４０度から６０度である。

このため、比較例２では、レーザ光１３が側面７０にも照射され易くなっている。従って、図２３に示されるように、比較例２の金型部材２０Ｆでは、母材１と造形物２との間に、比較例１の空洞１１のような欠陥が発生することを抑制できる。

しかしながら、本願発明者らの検討によれば、比較例２の金型部材２０Ｆは、混合領域３または造形物２に、亀裂が発生し易い場合があることが判った。混合領域３は、母材１に含まれる金属と、粉末材料１４に含まれる金属とが混合された領域であり、レーザ光１３の照射後に急速に凝固した領域である。凝固した混合領域３は、非平衡で不安定な領域であり、残留応力が生じやすい。

ここで、図２４に示されるように、断面視において、母材１と混合領域３との境界である界面４は、曲線４ａおよび曲線４ｂを有する線で示される。そして、曲線４ａと曲線４ｂとの交点である頂点５において、母材１側で曲線４ａと曲線４ｂとが成す角度θｄは、鋭角となることが多い。

このように頂点５が鋭角であればあるほど、上記の残留応力は頂点５に集中し易くなる。そうすると、上記の残留応力によって、この頂点５を起点として、混合領域３または造形物２に亀裂が生じ易い。このため、金型部材２０Ｆが、本来設計されていた形状及び／又は強度にならない恐れがある。更に、このような亀裂が界面４の多くの箇所で発生すると、造形物２が母材１から剥離されるような不具合が発生し、接合力が弱くなる。また、金型部材２０Ｆの外部から、亀裂を介して、水分または大気中の酸素などが浸透し、造形物２または母材１が、腐食するまたは酸化するなどの不具合が発生する恐れがある。特にサーメットを粉末材料１４として用いる場合は、造形物の硬度が高いため、亀裂が伝搬して金型部材２０Ｆ全体の破壊に至りやすい。

＜本実施の形態の金型１００および金型部材２０Ａ＞
図２は、本実施の形態の金型１００および金型部材２０Ａを示す斜視図であり、図３は、図２の破線で示される箇所であり、金型１００の要部を拡大した斜視図である。図３では、便宜上、界面４の形状を点線で示している。

図２に示されるように、金型１００は母材１によって構成され、本例では母材１の一部には、母材１を貫通するように鍵穴形状の切り欠きが設けられている。すなわち、本実施の形態で例示する金型１００は、柄杓型のプレス成型を行う時に用いられるメス型の金型である。本実施の形態では、金型１００の上面である最上面８０側を上方として扱う。

図２および図３に示されるように、金型１００の切り欠きの肩には、金型１００に用いられる部材である金型部材２０Ａが形成されている。金型部材２０Ａは、金型１００の切り欠きの肩のように、特に摩耗し易い、または、破壊され易い箇所を補強するため、母材１に、母材１より強度の高い造形物２が肉盛溶接された部材である。造形物２は、金型１００の上面から金型１００の側面に亘る肩において形成され、露出している。

また、金型部材２０Ａは、金型１００の一部であり、金型１００と一体化している。言い換えれば、金型１００の母材１は、金型部材２０Ａの母材１と一体化している。なお、金型１００は、複数の金型部材を含んでいてもよいが、本実施の形態では、このような複数の金型部材の１つである金型部材２０Ａについて説明する。

以下に、図４〜図１２を用いて、金型部材２０Ａの製造方法および構造と、これらの特徴について説明する。なお、図５〜図１０は、図４に示されるＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図４は、金型部材２０Ａが完成する前の母材（第１金属領域）１の構造を示す斜視図である。最終的には、この母材１の肩に造形物（第２金属領域）２が肉盛溶接され、図１１に示される金型部材２０Ａが製造される。

図４に示されるように、母材１には、母材１の最上面８０の高さよりも低い箇所である凹部ＧＲが形成されている。凹部ＧＲには、凹部ＧＲの底面６から母材１の最上面８０にかけて、複数の段１０が階段状に形成されている（以下、階段状に形成された構造を単に「段」と言う）。段１０の各々は、側面７および上面８と、側面７および上面８によって構成された角９とを有する。なお、段１０のうち、最上段の段１０は、側面７および最上面８０によって構成されている。

角９において、側面７と上面８とが成す角度θａは、９０度以上、１２０度以下の範囲であることが好ましく、９０度であることが最も好ましい。９０度未満の角９を持つ場合（仮に「鋭角の角」と呼ぶ）、鋭角の角の直上から見たときに鋭角の角に隠れる側面７及び上面８の一部がある。その結果として、側面７及び上面８へのレーザ照射量が不足し、母材１の溶融不良が生じることがある。側面７の長さ（高さ）Ｌ１は、例えば０．２ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下の範囲であることが好ましく、０．６ｍｍであることが最も好ましい。上面８の長さ（幅）Ｌ２は、例えば０．３ｍｍ以上であることが好ましく、１．０ｍｍであることが最も好ましい。よって、上面８の長さＬ２に対する側面７の長さＬ１の比（長さＬ１／長さＬ２）は、４以下とすることができるが、１．２以下(小数点以下第１位を四捨五入した角度で表現すると５０度以下)であることが好ましく、０．６以下（小数点以下第１位を四捨五入した角度で表現すると３１度以下）であることがより好ましい。段１０の形状をこのように設定している理由については、後で詳細に説明する。

このような母材１を準備する工程を、図５および図６を用いて説明する。なお、図６は断面図であるが、図面を見易くするため、ハッチングを省略している。

まず、図５に示されるように、凹部ＧＲが設けられた第１材料からなる母材１（第1金属領域）を用意する。凹部ＧＲは、底面６および側面７０を有し、母材１の一部であり、母材１のうち、母材１の最上面８０の高さよりも低い箇所である。また、母材１は、例えば鋼（ステンレス鋼、工具鋼を含む）、ニッケル合金（ニッケル基合金を含む）のような金属材料からなる。

次に、図６に示されるように、例えば切削装置またはワイヤカット放電加工を用いて母材１の側面７０を加工することで、母材１に段１０を形成する。上述のように、段１０の各々は、側面７、上面８および角９を有する。これにより、凹部ＧＲが拡大する。

以下に、図７〜図１１を用いて、図５および図６の工程によって準備された第１材料からなる母材１（第1金属領域）に、第２材料からなる造形物２（第２金属領域）を肉盛溶接することで、金型部材２０Ａを形成する製造方法を説明する。本実施の形態では、図１で説明したＬＭＤ法、すなわち、レーザ光１３を照射しながら、レーザ光１３のスポット径内に、粉末材料１４を供給する積層造形法を用いる。

まず、図７に示されるように、図１で説明したレーザ光出射装置（レーザヘッド１２）を用いて、母材１に対してレーザ光１３を照射しながら、レーザ光１３のスポット径内に粉末材料１４を供給する。例えば、レーザ光１３の出力は３０００Ｗ以下であり、レーザ光１３のスポット径（直径）は１．６〜３．０ｍｍであり、種類はダイオードレーザである。なお、粉末材料１４を溶融できるのであれば、ファイバーレーザまたはＹＡＧレーザを採用してもよい。

また、第２材料として用いる粉末材料１４は、例えば粉末状のサーメットからなる。サーメットの一例は、下記の原料Ａと原料Ｂとを混合させた複合材料である。尚、本発明ではこのような複合材料も金属領域に含むものとする。

原料Ａ：タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）またはニオブ（Ｎｉ）の何れかの金属の炭化物、窒化物、硼化物または珪化物
原料Ｂ：鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）またはコバルト（Ｃｏ）の何れかの金属
なお、本明細書に於けるサーメットは、炭化タングステンなどの超硬合金も含むものとする。上述のように、金型部材２０Ａは、金型１００のうち、特に摩耗し易い、または、破壊され易い箇所を補強する目的で設けられている。そのため、金型部材２０Ａでは、造形物２は母材１よりも高い強度が求められる。従って、造形物２の主材料となる粉末材料１４に含まれるサーメットは、母材１に含まれる材料よりも、高い強度を有している点が好ましい理由の一つである。なお、本実施例における「高い強度」とは、高い硬度、高い耐摩耗性、又は／及び高い耐熱性（高い融点）である。

図７に示されるように、本実施の形態では、レーザ光１３は、少なくとも隣接する２つの上面８に跨るように照射される。言い換えれば、レーザ光１３のスポット径内には、少なくとも１つの角９が含まれる。図７では、レーザ光１３は、底面６および底面6に最も近い上面８に跨るように照射され、レーザ光１３のスポット径内に、１つの角９が含まれている場合を例示している。これにより、上面８および底面６だけでなく、側面７においても、母材１と粉末材料１４とが溶融される。

上述のように、比較例１では、凹部ＧＲの底面６から母材１の最上面８０までの高さが高いため、母材１と粉末材料１４とは、凹部ＧＲの底面６付近、および、母材１の最上面８０付近では溶融し易いが、凹部ＧＲの側面７０付近では溶融し難い問題があり、空洞１１が発生する恐れがあった。

これに対して、本実施の形態では、側面７の長さＬ１が０．６ｍｍ程度となり、かつ長さＬ１／長さＬ２の値が０．６以下となるように、段１０の形状を調整している。このように各段１０の側面７の長さＬ１が小さいので、角９に照射されるレーザ光１３によって、上面８付近だけでなく、側面７付近も十分に加熱される。すなわち、母材１と粉末材料１４とは、上面８付近だけでなく、側面７付近でも溶融する。従って、比較例１のような空洞１１が発生する恐れを抑制できる。

また、レーザ光１３が上面８だけを照射し、角９を照射しない場合には、上面８から伝わる熱が、例えば側面７の中間部まで伝導できない恐れがある。そうすると、側面７における加熱が十分ではなくなり、側面７において、比較例１のような空洞１１が発生する恐れがある。従って、レーザ光１３のスポット径内には、少なくとも１つの角９が含まれていることが重要である。上記レーザ光１３の照射によって角はより多く溶融することから、元々の角９が持っている角度「９０度以上、１２０度以下」より広がった角度を持つ界面４の頂点５（または稜線５−２）が形成され易くなる。

本実施の形態では、複数の段１０を形成しており、複数の段差が発生しているため、これらの段差が大きいと、レーザ光１３の焦点がずれ、母材１の一部は十分に加熱されない恐れがある。しかしながら、上記のように長さＬ１、および長さＬ２の値を調整することで、レーザ光１３のスポット径内において、レーザ光１３の焦点に若干のずれがあったとしても、母材１を十分に加熱することができる。従って、レーザ光１３のスポット径内において、母材１と粉末材料１４とを溶融させることができる。

また、本実施の形態では、レーザ光１３の照射方向は、重力方向（Ｚ方向に沿った方向、または、最上面８０と垂直な方向）と平行である場合について説明してきた。しかし、レーザ光１３の照射方向を、重力方向から所定の角度を傾けた方向から行うことも可能である。ただし、粉末材料の供給は重力落下を利用していることから、レーザ光出射装置を改造し、レーザ光の照射方向と粉末材料の供給方向を異なる方向に構成可能とする必要がある。よって、金型部材２０Ａを形成する場合は、金型部材２０Ａの最上面８０を重力方向と垂直とし、レーザ光１３の照射方向は、出来るだけ重力方向と平行とすることが好ましい。

図８は、図７で説明したレーザ光１３の照射後の状態を示している。

レーザ光１３によって母材１と粉末材料１４とが溶融し、レーザ光１３が他の領域へ走査された後、母材１に含まれる材料と、粉末材料１４に含まれる材料とを有する溶接物（ＬＭＤ法ではビードと呼ぶことがある）２ａが、母材１上に形成（肉盛り）される。これにより、溶融前の段１０の形状は変化する。図８では、溶接物２ａが形成された領域において、母材１と溶接物２ａとの境界を界面４として示している。なお、溶融物の幅は、レーザ光のスポット径とほぼ等しくなる。

図９は、図７の工程と図８の工程とを繰り返し行った状態を示している。

図９に示されるように、溶接物２ａの形成工程と同等な方法によって、溶接物２ｂ〜２ｆが順次形成される。溶接物２ａ〜２ｆは、レーザ光１３の照射位置をそれぞれ変更することで、溶接物２ａ、溶接物２ｂ、溶接物２ｃ、溶接物２ｄ、溶接物２ｅおよび溶接物２ｆの順番で形成される。即ち、図７で説明したように、レーザ光１３のスポット径内に角９を含んで、母材１の底面６と直ぐ上の上面８を跨ぐようにレーザ光を照射する。照射しながらスポット径内に粉末材料１４を供給することで、母材１の第１の上面に溶接物２ａが形成される。そして、レーザ光のスポット径内に次の角９を含んで、第１溶接物２ａと次の上面８を跨ぐようにレーザ光を照射する。照射しながらスポット径内に粉末材料１４を供給することで、母材１の第２の上面に溶接物２ａの表面に接する溶接物２ｂが形成される。次に、レーザ光のスポット径内に溶接物２ａと溶接物２ｂを跨ぐようにレーザ光を照射しながら、スポット径内に粉末材料１４を供給することで、溶接物２ａと溶接物２ｂの表面に接する溶接物２ｃが形成される。以後、溶接物２ｄ、２ｅ、２ｆを形成するものである。上述のように本発明の製造方法では、階段付近の溶接物の形成は、図の溶接物２ａ及び溶接物２ｂが示すように、母材１の角９を含む階段表面（溶接物形成後の位置でいえば界面４に接するように）と、既に形成された溶接物と、の両方に接するように次の溶接物を形成する工程を含んでいることにも特徴がある。このようにすることで界面付近での溶接物間で隙間が発生することを回避できる。

ここで、例えば溶接物２ｃは、溶接物２ａと粉末材料１４とを溶融することで形成される。すなわち、溶接物２ａに対してレーザ光１３を照射しながら、レーザ光１３のスポット径内に粉末材料１４を供給することで、溶接物２ａ上に溶接物２ｃが形成される。このため、溶接物２ｃは、溶接物２ａに含まれる材料と、粉末材料１４に含まれる材料とからなるので、溶接物２ｃに含まれる粉末材料１４（サーメット）の含有比率（以後、単に比率と呼ぶことがある）は、溶接物２ａに含まれる粉末材料１４（サーメット）の比率よりも大きい。すなわち、上層に形成される溶接物は、下層に形成される溶接物よりも、粉末材料１４であるサーメットの比率が大きくなっていく。

図１０は、図９の溶接物２ａ〜２ｆのような溶接物を順次形成し、これらの溶接物によって凹部ＧＲ内が充填された状態を示している。図１０では、これらの溶接物の集合を造形物（第２金属領域）２として示している。混合領域３は、母材１の材料に含まれる金属と、粉末材料１４の材料に含まれる金属とが混合した領域である。また、混合領域３は、造形物２の一部であり、且つ、母材１と接する領域であるが、本実施の形態では、発明の理解を容易にするため、造形物２と混合領域３とを分けて図示している。

造形物２内において、混合領域３から離れるにつれて、粉末材料１４の比率が、母材１に含まれる材料の比率よりも大きくなる。造形物２の表面付近においては、粉末材料１４の比率は、ほぼ１００％である。

また、造形物２の形成後には、複数の段１０の形状は全て変化しており、母材１と混合領域３との境界は界面４となる。断面視において、界面４は、複数の曲線からなる線で示される。この曲線を含む線は、概ね最上面８０へ向かう方向に延在する。上述のように、段１０の形状は、長さＬ１／長さＬ２の比を適切にすることによって、空洞または亀裂が発生することなく溶融することができる。

ここでは長さＬ１／長さＬ２の比が０．６以下となるように調整されていた。加えて、金型部材２０Ａを形成する場合は、金型部材２０Ａの最上面８０を重力方向と垂直とし、レーザ光１３の照射方向は、出来るだけ重力方向と平行となるよう調整していた。このようなことから断面視において、凹部ＧＲ外の母材１の最上面８０（金型部材２０Ａの最上面８０に相当）から凹部ＧＲの底面６にかけて、界面４を構成する線の平均的な傾斜を示す仮想直線と、最上面８０とが成す角度θｂを指標とすることができる。本実施の形態では、上述のＬ１／Ｌ２が１．２の比に相当する５０度以下とすることが好ましく、中でも０．６の比に相当する３１度以下を維持することが好適である。

ここで、断面視対象とする断面は、図４のＹ方向（別な言い方をすれば段１０の角９の伸長方向)と垂直に定義したり、図３および図１９の稜線５−２と垂直に定義したり、後述する角直線と垂直に定義すると、より特徴が確認できる。しかし、これら定義とはやや異なる角度で定義されていたとしても特徴が確認できる。また、部材２０形成後に消失してしまう角９の伸長方向と概ね同じ方向になる部材２０、または、部材２０を含む物体に、形状的な特徴があるのであれば、当該特徴を基準に断面を定義してもよい。たとえば、図２のメス型の場合、角９の伸長方向は柄杓の柄の伸長方向と同じ方向に準備する場合がある。この場合は、柄杓の伸長方向を前述の「物体の形状的な特徴」と捉え、柄杓の柄の伸長方向と直角（又は概ね直角に）に断面を定義してもよいということである。ただし、断面視対象とする断面はほかの基準で定義してもよい。

また、界面４を構成する線は、特定の箇所において、混合領域３側へ折れ曲がるように頂点を有し、この頂点で交差する２つの曲線の接線が母材１側で成す角度θｃは７０度以上であることが好ましい。このような直角または鈍角の頂点の特徴については、後で図１２などを用いて詳細に説明する。

図１１は、図１０に続く製造工程を示す斜視図であり、本実施の形態の金型部材２０Ａの構造を示す斜視図である。

図１１に示されるように、図１０で凹部ＧＲの外部に形成されていた造形物２を切削または研磨することで、造形物２の上面および側面を平坦化する。なお、本実施の形態では、造形物２の上面および側面が、平面となる場合を例示しているが、造形物２の上面および側面は、所望の形状に加工することができる。例えば、造形物２の上面は、母材１よりもＺ方向に盛り上がるような曲面であってもよいし、造形物２の側面は、母材１よりもＸ方向に盛り上がるような曲面であってもよい。以上のようにして、母材１に造形物２が肉盛溶接された金型部材２０Ａが製造される。

本実施の形態の金型部材２０Ａは、２種類以上の金属が溶接された異種金属接合部材である。金型１００では、特定の箇所が摩耗し易い、または、破壊され易いような問題がある。例えば、図２に示されるように、金型１００のうち金型部材２０Ａが形成されている箇所は、母材１の切り欠きの肩であり、このような箇所は、プレス成型時に大きな負荷が加えられる。このような箇所を、母材１よりも高い強度材料によって補強することが有効である。

金型部材２０Ａでは、母材１の凹部ＧＲに、造形物２を肉盛溶接している。造形物２内において、造形物２の表面に近づくほど、粉末材料１４に含まれる材料であるサーメットの比率が、母材１に含まれる材料の比率よりも大きくなる。造形物２の表面付近においては、粉末材料１４に含まれる材料の比率は、ほぼ１００％である。言い換えれば、造形物２内において、混合領域３よりも母材１から離れた領域における粉末材料１４の比率は、混合領域３における粉末材料１４の比率よりも大きい。すなわち、造形物２に含まれる材料は、母材１に含まれる材料よりも、高い強度を有する。従って、本実施の形態の金型部材２０Ａを用いることで、金型１００の特定の箇所における摩耗または破壊などの問題を抑制することができる。

また、金型部材２０Ａを含む金型１００を異種金属接合部材とせず、金型１００を構成する材料を全てサーメット（粉末材料１４に含まれる材料）とし、金型１００全体の硬度を高めることも考えられる。しかしながら、その場合には、金型１００の製造コストが大幅に増加する。本実施の形態のように、安価な母材１を基礎とし、特定の箇所のみ高価な造形物２によって補強することで、製造コストの増加を抑制することができる。

また、金型部材２０Ａの凹部ＧＲに充填する造形物２を、本実施の形態のようにＬＭＤ法を用いず、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、または、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法の一種であるスパッタリング法などを用いて形成することも考えられる。しかしながら、ＣＶＤ法またはスパッタリング法では、数ミクロンの補強層を形成することは可能であるが、本実施の形態のように、数ミリメートル以上の造形物２を形成することは現実的に困難である。また、母材１と造形物２との密着性を考慮した時、ＣＶＤ法またはスパッタリング法は、基本的に母材１の表面に補強物質を堆積する方法であり、この補強物質と母材１との接合性は、あまり高くない。本実施の形態のＬＭＤ法による肉盛溶接を用いることで、ＣＶＤ法またはスパッタリング法と比較して、母材１と造形物２との接合性を向上させることができる。

図１２は、図１１に示されるＡ−Ａ線に沿った断面図の一部であり、金型部材２０Ａの要部を拡大した断面図である。なお、図１２は断面図であるが、図面を見易くするため、ハッチングを省略している。

図１２に示されるように、断面視において、母材１と混合領域３との境界である界面４は、曲線４ａおよび曲線４ｂを有する線で示される。そして、曲線４ａと曲線４ｂとの交点である頂点５において、母材１側で曲線４ａと曲線４ｂとが成す角度θｃは、直角または鈍角であることが良い。すなわち、上記角度θｃは、９０度以上、１８０度未満である。

言い換えれば、断面視において、母材１（第１金属領域）と混合領域３との境界である界面４は、母材１側に凸となる円弧状の第１の曲線４ａおよび母材１側に凸となる円弧状の第２の曲線４ｂを有する線で示される。そして、前記第１の曲線４ａと第２の曲線４ｂとの交点（頂点５）において、前記第１の曲線４ａの接線と第２の曲線４ｂの接線とが母材１側で成す角度θｃは、直角または鈍角であることがより良い。すなわち、上記角度θｃは、９０度以上、１８０度未満である。

ここで、本実施の形態で説明した方法では、主に断面視の奥行き（又は手間）方向にレーザ光が移動しながら溶融池１５が形成されるため、曲線４ａと曲線４ｂとは母材１側に凸となる曲線（例えば円弧、楕円弧、トコロイド曲線の一部等の円弧状）となる。ただし、母材１及び粉末材料１４が部分的に不均質な場合もあるため、母材側に凸でない区間を曲線４ａ及び曲線４ｂが含んでもよい。

なお、ＬＭＤ法では図８の溶接物２ａは点状ではなく、溶接物が連なって線状に形成される。図８の例ではＹ方向と平行に（言い方を変えると、段１０の角９の線と奥に向かって平行に）、溶接物が連なって線状に形成される。よって、図３、図４及び図１１のような立体視をした場合、段１０の角９の概ね直線である周辺に於いて、図１２の断面図が角９の接線方向（図１２の奥行き方向、または、図３、図４及び図１１のＹ方向）に同じ形状で続く領域が存在することになる。なお、以後の説明では角９の線の中で概ね直線である部分を「角直線」と呼ぶことがある。たとえば後ほど説明する図１９のようなカーブした部位に対して本技術を用いる場合、図示は省略しているが、段１０の角９もカーブする。しかし、図１９のＢ−Ｂ’間に注目すれば、角９のカーブは概ね直線であることから「角直線」とみなすことができる。

図３及び図８に戻り説明すると、当該周辺では、曲線４ａは角直線方向には真っ直ぐである曲面４ａ−２となり、曲線４ｂは角直線方向には真っ直ぐである曲面４ｂ−２となる。そして、頂点５は角直線方向に真っ直ぐであり、曲面４ａ−２と曲面４ｂ−２が交差する線（すなわち稜線５−２）である。図１２では、頂点５がＹ方向（紙面方向）に伸びて形成される線が稜線５−２となる。よって、稜線に於いて、母材１側で曲面４ａ−２と曲面４ｂ−２との母材１側の交差角度θｃ（開口角）も９０度以上、１８０度未満が好ましい。下限側は鈍角であることが良く、好ましくは１２０度以上である。

図３では、稜線５−２、曲面４ａ−２及び曲面４ｂ−２を点線にて示している。なお、部材形成後は角直線は消失しているため、図３では図示はしていない。なお、ＬＭＤ法を用いる場合、溶接物２ａの形成速度を速くできるため、角９の角直線は長いほど溶接物２ａの形成速度が速い。そのため、造形物２が長手方向と短手方向を有する形状の場合、長手方向と稜線方向とは同じにしてもよい。

再び断面視における特徴について説明する。前述の通り、ＬＭＤを用いる場合、溶接物２ａの形成速度を向上させるため、角９の直線は長いほどＬＭＤによる溶接物２ａの形成速度が速い。そのため、造形物２が長手方向と短手方向とを有する形状の場合、長手方向と平行に角９の直線が形成されてもよい。この場合、角直線とは直角に断面定義を行って説明してきた図６乃至図１０、及び図１２の特徴は、造形物の長手方向とは垂直に定義された断面についての特徴であるとも言える。

以上、上述の比較例２では、図２４で説明したように、母材１側で曲線４ａと曲線４ｂとが成す角度θｄは、鋭角であった。このため、混合領域３に生じた残留応力が頂点５に集中し易くなり、頂点５を起点とした亀裂が発生し易いという問題があった。

これに対して、本実施の形態では、母材１側で曲線４ａと曲線４ｂとが成す角度θｃは、直角に近くまたは鈍角であるため、混合領域３に生じた残留応力が、頂点５に集中することを緩和できる。このため、上記亀裂が発生する問題を抑制することができる。

また、図１２では、１つの頂点５のみを図示しているが、断面視における界面４には、複数の頂点５が存在する場合もある。本実施の形態では、全ての頂点５において、母材１側で曲線４ａと曲線４ｂとが成す角度θｃが、直角に近くまたは鈍角となっていることが好ましい。

以上のように、本実施の形態の技術を用いることで、母材１および造形物２のような異種金属が接する境界面の接合力を向上させることができ、空洞や亀裂などが無く、信頼性の高い金型部材２０Ａを形成することができるので、金型１００全体の強度を高めることができる。

（実施の形態２）
以下に、実施の形態２の金型部材２０Ｂを、図１３および図１４を用いて説明する。図１３は、金型部材２０Ｂが完成する前の母材１の構造を示す斜視図であり、図１４は、金型部材２０Ａの構造を示す斜視図である。なお、以下の説明では、実施の形態１との相違点を主に説明する。

実施の形態１において、母材１の凹部ＧＲ内には複数の段１０が形成されており、金型部材２０Ａは、造形物２の上面だけでなく造形物２の一方の側面が露出する構造であった。

実施の形態２では、図１３に示されるように、母材１の凹部ＧＲ内には、Ｘ方向において互いに対向するように、対の段１０が形成されている。このため、図１４に示されるように、金型部材２０Ｂでは、造形物２が凹部ＧＲ内に埋め込まれるように、造形物２が母材１に溶接されている。従って、造形物２の両側面（界面４）は母材１によって覆われ、造形物２の上面のみが露出している。

図２に示される金型１００において、鍵穴形状の切り欠きの肩には、実施の形態１の金型部材２０Ａを用いることが有効であるが、実施の形態２の金型部材２０Ｂは、切り欠きの肩以外の他の領域で用いられる。金型部材２０Ｂでは、造形物２の両側面は母材１によって覆われているため、金型部材２０Ａと比較して、造形物２が母材１から剥離され難い。このように、金型部材２０Ｂは、金型１００の上面の硬度を向上させたいような場合に有効な部材である。

（実施の形態３）
以下に、実施の形態３の金型部材２０Ｃを、図１５および図１６を用いて説明する。図１５は、金型部材２０Ｃが完成する前の母材１の構造を示す斜視図であり、図１６は、金型部材２０Ｃの構造を示す斜視図である。なお、以下の説明では、実施の形態１との相違点を主に説明する。

実施の形態１では、母材１に設けられた複数の段１０は、凹部ＧＲの底面６から母材１の最上面８０に向かって、一律に上昇していた。

実施の形態３では、図１５に示されるように、母材１に設けられた複数の段１０は、上昇領域１０ａ、上昇領域１０ａに接続された下降領域１０ｂ、および、下降領域１０ｂに接続された上昇領域１０ｃを有する。すなわち、母材１には、上昇領域１０ａと下降領域１０ｂとからなる突出領域１６ａが形成されている。

そして、図１６に示されるように、母材１に造形物２を溶接した後には、母材１には、凹部ＧＲの底面６から凹部ＧＲ外の母材１の最上面８０に向かう途中に、突出領域１６ａの形状が変化した突出部１６ｂが設けられている。

造形物２は、突出部１６ｂと母材１の最上面８０との間の窪みにも形成されている。このため、金型部材２０Ｃは、Ｘ方向のせん断力に対して強い構造となる。すなわち、母材１と造形物２とは溶接されているので、母材１と造形物２との接合力は高いが、造形物２に対して、Ｘ方向の強いせん断力が作用した場合に、実施の形態１では、造形物２が母材１から分離する恐れがある。これに対して、実施の形態３では、母材１に突出部１６ｂが存在しているため、造形物２が分離する恐れを抑制することができる。

また、このような突出部１６ａおよび突出部１６ｂは、２つ以上設けられていてもよい。その場合、Ｘ方向のせん断力に対して、より強い構造とすることができる。

また、実施の形態３に開示した技術を、実施の形態２の金型部材２０Ｂに適用することもできる。

（実施の形態４）
以下に、実施の形態４の金型部材２０Ｄを、図１７を用いて説明する。図１７は、金型部材２０Ｄの構造を示す斜視図である。なお、以下の説明では、実施の形態１との相違点を主に説明する。

実施の形態１では、母材１に造形物２を溶接した際に、造形物２のうち母材１に接する領域には、混合領域３が形成されていた。実施の形態４では、母材１に造形物２を肉盛溶接するが、造形物２には混合領域３が含まれていない。以後に説明する母材１及び造形物２の各々の材料は、たとえば純銅とステンレス鋼の例で見られる相分離が発生する組み合わせのためである。

実施の形態４でも、実施の形態１の図４に示される母材１が用いられ、図５〜図１１で説明した製造工程が行われるが、実施の形態４で用いられる粉末材料１４は、粉末状の純銅である。従って、図７の工程では、ＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼からなる母材１に対して、レーザ光１３を照射すると共に、純銅からなる粉末材料１４が供給される。そして、母材１に純銅からなる溶接物２ａ〜２ｆが順次溶接され、これらの溶接物からなる造形物２が形成される。なお、純銅の純度は、９９．９５％以上であることが好ましいが、６Ｎ（９９．９９９９％）以上であることがより好ましい。

実施の形態４では、母材１および粉末材料１４に上記の材料を用いることで、母材１に造形物２が肉盛溶接されるが、この造形時に混合領域３の内部で相分離が見られる。従って、実施の形態４の界面４は、ステンレス鋼からなる母材１と、純銅からなる造形物２との境界面である。

実施の形態４においても、実施の形態１の図１２のように、断面視において、界面４は、曲線４ａおよび曲線４ｂを有する線で示され、母材１側で曲線４ａと曲線４ｂとが成す角度θｃは、直角に近くまたは鈍角となる。そして、角度θｃは９０度以上、１８０度未満が好ましい。上限側は鈍角であることが良く、好ましくは１２０度以上である。従って、レーザ光１３を用いた溶接によって、純銅からなる造形物２に生じた残留応力が、頂点５に集中することを緩和できる。このため、造形物２に亀裂が発生するような問題を抑制することができる。

また、実施の形態４に使用する母材１は、実施の形態２または実施の形態３で開示した母材１であってもよく、その場合、実施の形態４の金型部材２０Ｄは、実施の形態２または実施の形態３と同様の効果を得られる。また、母材１及び造形物２の各々の材料は、相分離が発生する組み合わせであれば、他の材料であってもよい。

（実施の形態５）
以下に、実施の形態５の金型２００を、図１８および図１９を用いて説明する。図１８は、本実施の形態の金型２００および金型部材２０Ａを示す斜視図であり、図１９は、図１８の破線で示される箇所であり、金型２００の要部を拡大した斜視図である。図１９では、便宜上、金型部材２０Ａの形状を点線で示している。なお、以下の説明では、実施の形態１との相違点を主に説明する。

実施の形態１では、メス型の金型１００を例示したが、金型の形状はこれに限られない。図１８に示されるように、金型２００はオス型の形状であってもよい。すなわち、金型２００は、母材１の一部が隆起した隆起部を有する形状である。図１８および図１９に示されるように、実施の形態５では、隆起部の肩に金型部材２０Ａを適用している。このように、金型２００においても、特定の箇所における摩耗または破壊などの問題を抑制することができる。

図１８に示されるように、本実施の形態では造形物２はカーブしていることから、全体として見た場合は、カーブさせた階段（段もカーブしているといえる）を肩に形成する（図示は省略）。しかしながら図１９のＢ−Ｂ’区間のように、特定の領域を拡大すれば上述の角直線を確保することができることから、上述の稜線に関する特徴を角直線周辺に関して持つとも言える。言い方を変えると、角直線周辺を部材とみなせば、上述の部材の特徴を有するということである。また、稜線５−２上の所定の点における接線と垂直な断面を定義すれば、図１２等で説明した断面視の特徴を有するとも言える。オス型の金型１００他、各実施の形態で説明した部材２０に言えることだが、たとえば角度θｃは７０度以上、１８０度未満が好ましいが、より好ましくは９０度以上である。また、部材２０の際上面を基準とした場合に、界面が成す平均の傾斜角度θbは５０度以下である。

また、オス型の金型２００の所望の箇所に、実施の形態２〜４で説明した金型部材２０Ｂ〜２０Ｄを、適宜適用することもできる。

（検証）
以上説明した技術にて部材を製造した結果を示す。製造は、下記の＜条件１＞〜＜条件９＞を用いて行った。

＜条件１＞粉末材料供給量：２．０ｇ／分
＜条件２＞粉末材料：超硬合金（炭化タングステン６０％、純コバルト４０％）、粒径３０〜１５０μｍ
＜条件３＞母材材料：インコネル７１８（インコネルは登録商標である）
＜条件４＞母材形状その１：図２２（側面７０は斜面左と斜面右と両側にあり、高さ６ｍｍ、底部長さ１０ｍｍ）
＜条件５＞母材形状その２：図１３（段１０の数は１０、各段１０は同形状で長さＬ１＝０．６ｍｍ、長さＬ２＝１．０ｍｍ、角９の角度θａは９０度）。ここで、母材は、Ｚ方向が重力及びレーザ光の照射方向と平行となるように設置される。

＜条件６＞レーザヘッド１２の軌道の移動ピッチ：Ｘ方向と平行に１．０ｍｍ移動（つまり、角９の伸長方向に垂直且つ段１０の上面８に平行にＬ２だけ移動）、Ｚ方向と平行に０．６ｍｍ移動（つまり、角９の接線方向に垂直且つ段１０の側面７に平行にＬ１だけ移動）。また、各角９にてレーザヘッドの距離と照射方向を同一とすることでばらつき低減を狙った。

＜条件７＞レーザ出力：１２００Ｗ（ダイオードレーザにより出力）
＜条件８＞レーザスポット径：３．０ｍｍ（Ｌ２より長く、前述のレーザーヘッド軌道の移動ピッチとの相互作用により、溶融物間の空洞発生を回避）
＜条件９＞レーザ送り速度：１００ｍｍ／分
ここで、上記＜条件１＞〜＜条件９＞及び図５〜１０等で説明した製造方法は、母材１に対して第１の軌道でレーザ光を照射しながら、前記レーザ光のスポット径内に、粉末材料を供給することで、母材１の第１の表面に第１溶接物をまずは形成し、次いで、第２の軌道で第１溶接物に対して前記レーザ光を照射しながら、前記レーザ光のスポット径内に前記粉末材料を供給することで、前記第１の表面に隣接する前記母材の第２の表面及び前記第１溶接物の表面に、第２溶接物を形成している、とも言える。

図９を例として説明すると、第１溶接物が溶接物２ａだとすれば、第２溶接物は溶接物２ｂである。ここで、第１及び第２の軌道のレーザ光の照射は、軌道毎にレーザヘッド１２を交換するのではなく、同じレーザーヘッド１２を前述の移動機構により、レーザヘッド１２と母材１との間の相対位置を変えることで実現する。なお、＜条件６＞の説明は、第２の軌道は、第１の軌道を、（ｉ）前記側面と平行且つ前記角の伸長方向に垂直な方向（図９の例ではＺ方向と平行な方向となる）にＬ１、及び（ｉｉ）前記上面と平行且つ前記角の伸長方向に垂直な方向（図９の例ではＸ方向と平行な方向となる）にＬ２、移動させた軌道を含んでいる、とも言える。ここで、＜条件５＞で説明の通り、Ｚ方向はレーザ光の照射方向と平行であり、Ｘ方向はレーザ光の照射方向とは垂直であることから、側面７のＺ方向の長さＬ１は、側面７におけるレーザ光の照射方向と並行方向の長さＬ１、とも言える。また、同様に、上面８のＸ方向の長さＬ２は、上面８における前記レーザ光の照射方向と垂直方向の長さＬ２、とも言える。

そうした上記＜条件１＞〜＜条件９＞によって部材を製造し、階段または斜面であった周辺を対象に形状測定と割れの有無の観察を行った。なお、形状測定と割れ観察は、製造した部材をＹ方向の断面で切断し、切断面をやすり及びバフにより磨いた後に顕微鏡で確認することで行った。図２５は、側面７０が傾斜している部材の測定結果である。図２６は、側面７０が複数の段１０で構成される部材の測定結果である。母材形状その１では、二か所の頂点５の周辺にて亀裂が発生し、その内一つについては亀裂が頂点５と重なったために頂点５の角度θｄ自体が測定不能となった。なお、亀裂が発生した時の最大角度は５７度であり、７０度では亀裂が発生していないことから、６０度台までは亀裂発生の可能性が高いと言える。また、母材形状その２では、段１０であった部分での亀裂は発生せず、また頂点５の角度θｃも最小で１１８度である。なお、母材形状その１及び母材形状その２は、共に空洞の発生は見られなかった。また、母材形状その２では段１０の数は１０個であるが残りの、３つの段１０も亀裂の発生は無かった。但し角度は観測が不可能な程、頂点５の角度θｃが１８０度近くになったものと考え記載していない。

以上の結果より、製造方法に関わらず、部材として頂点の角度と亀裂有無を評価した場合、上記測定によれば頂点の角度は７０度以上１８０度未満であれば、亀裂発生の可能性が抑制されると言える。ところで、部材製造後の品質確認の場にて角度を検証するとした場合、最も簡単に調達可能な角度指標（例えば小型の分度器）は９０度であり、次いで４５度や６０度である。しかし、４５度では上記測定にて亀裂が生じることから、製造時点で亀裂が発生していないとしてもその後の使用にて亀裂が生じる恐れがある。６０度も同様である。よって、現場では９０度を品質確認の基準として部材の頂点角度が９０度以上にあるか否かを確認することが好適である。

次に、母材形状その２のように、本実施の形態でのレーザ光１３のスポット径内には少なくとも一つの角９が含まれることから、元々の角９が持っている角度「９０度以上、１２０度以下」より広がった角度を持つ頂点が形成される、と説明した。母材形状その２の測定結果でもこうした特徴が計測されることから、実施の形態にて説明した製造方法は高い強度の接合力を実現していると言える。また、母材形状その２の測定結果は、長さＬ１／長さＬ２の比が０．６の場合に高い強度の接合力を実現していると言える結果である。なお、当該比が０．６以下である場合に、よりレーザ照射条件が向上することから、より高い強度の接合力を実現できることは、本測定結果より導かれる考察である。

（バリエーション）
以上、本願発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。また、各実施の形態は単独で用いてもよいが、他の実施の形態と併用してもよい。また、前記実施の形態は例えば下記のバリエーションが考えられる。

これまでの説明では金型部材を部材の一例として説明してきたが、部材の他の例としては機械部品や、装飾品等の物品の一部であってもよい。また、物品の一部において、これまで説明した製造方法以外の方法（その他製造方法）にて、同種の粉末材料で部材を製造してもよい。また、これまで説明した製造方法で製造した造形物２と、その他製造方法にて製造した造形物と、が接してもよい。また、物品中の部材と部材外との境界は任意の形状であってよい。

また、母材１の段１０の数と同数の頂点５又は稜線５−２が界面４に含まれていなくてもよい。また、界面４の曲線の例として曲率中心が造形物２側に存在する曲線を用いたが、曲線の途中で曲率中心が母材１側に存在するような曲線であってもよい。

また、部材製造中に、異なる種類の粉末材料（例えば界面４に接する領域は第１の粉末材料を用い、その後第２の粉末材料を用いる）に切り替えて部材製造を行ってもよい。母材１の材料と第２の粉末材料との肉盛溶接結果が良好でない（溶接自体の良否に加え、熱膨張係数等の物性値の差異に伴う破壊が予見されることも含む）場合に、両材料との親和性が良い第１の粉末材料を用いてもよい。

また、母材１の中の界面４に接する領域に、母材１の主要材料（例えば鋼）とは異なる材料（例えばニッケル基合金）の領域を設けてもよい。既存の物品を改良する場合は、粉末材料１４との溶接結果が良好な材料で母材１が製造されているとは限らないためである。また、母材１の主要材料と粉末材料１４の材料との溶接結果が良好でない場合の対策として、当該構成を採用してもよい。

また、界面４の全ての頂点５の角度θｃ（又は稜線５−２の開口角）が９０度以上、１８０度以下であることは望ましいが、必ずしも全てが満足しなくてもよい。前述のその他製造方法を用いる場合があるためである。加えて、隣接する複数の頂点５または稜線５−２が９０度以上、１８０度以下であれば、当該頂点５（又は稜線５−２）間は亀裂が生じないため、有用であるからである。

また、第２材料（粉末材料１４）として、サーメット以外の材料を用いても良い。例えば、第２材料に、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、マルエージング鋼、チタン合金のうち、母材１の材料と異なる材料を用いてもよい。また、第１材料（母材１の材料）として、前述のインコネル７１８（インコネルは登録商標である）以外にもステンレス鋼または工具鋼が用いられてもよく、他の金属が用いられてもよい。

また、複数の段１０の各々の上面８の長さや側面７の長さや角度θａが異なっていてもよい。また、ある段１０の上面８および側面７の長さが、部分的に異なっていてもよい。

また、隣接するレーザヘッドの二つの軌道（例えば前述の第１の軌道および第２の軌道）は、移動ピッチだけずらした場合に始点から終点まで完全に同一である必要はなく、部分的に同一であってもよい。複雑な形状の造形物２を造成する場合はこのような状況があり得る。

また、複数の段１０を有する母材１を準備する者と、当該母材１に造形物２を形成する者とは同じでも良いが異なっていてもよい。異なる場合、造形物２を形成する者は、複数の段１０を有する母材１を受け取る工程を行うことになる。

１ 母材（第１金属領域）
２ 造形物（第２金属領域）
２ａ〜２ｆ 溶接物
３ 混合領域
４ 界面
４ａ、４ｂ 曲線
４ａ−２、４ｂ−２ 曲面
５ 頂点
５−２ 稜線
６ 底面
７ 側面
８ 上面
９ 角
１０ 段
１０ａ、１０ｃ 上昇領域
１０ｂ 下降領域
１１ 空洞
１２ レーザヘッド
１３ レーザ光
１４ 粉末材料
１５ 溶融池
１６ａ、１６ｂ 突出領域
２０Ａ〜２０Ｅ 金型部材（異種金属接合部材）
７０ 側面
８０ 最上面
１００、２００ 金型
ＧＲ 溝（凹部）
Ｌ１、Ｌ２ 長さ
θａ〜θｄ 角度

Claims (7)

1. （ａ）第１材料からなる母材を準備する工程、
   （ｂ）前記母材を加工することで、上面、側面、および角をそれぞれ有する複数の段を階段状に形成する工程、
   （ｃ）レーザ光を照射しながら、前記レーザ光のスポット径内に、前記第１材料と異なる第２材料である粉末材料を供給する積層造形法を用いて、前記母材に造形物を肉盛溶接する工程、
   を有し、
   前記母材に対する前記レーザ光の照射は、少なくとも１つの前記角が照射されるように行われる、部材の製造方法。
2. 請求項１に記載の部材の製造方法において、
   前記粉末材料は、サーメットからなる材料である、部材の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の部材の製造方法において、
   前記（ｃ）工程は、
   （ｃ１）前記母材に対して前記レーザ光を照射しながら、前記レーザ光のスポット径内に、前記粉末材料を供給することで、前記母材の第１の表面に第１溶接物を形成する工程、
   （ｃ２）前記第１溶接物に対して前記レーザ光を照射しながら、前記レーザ光のスポット径内に前記粉末材料を供給することで、前記第１の表面に隣接する前記母材の第２の表面及び前記第１溶接物の表面に、第２溶接物を形成する工程、
   を有する、部材の製造方法。
4. 請求項１又は２に記載の部材の製造方法において、
   前記（ｃ）工程は、
   （ｃ３）第１の軌道にて、前記レーザ光を出射するレーザヘッドを移動させつつ、前記造形物の一部を形成する工程、
   （ｃ４）第２の軌道にて、前記レーザヘッドを移動させつつ、前記造形物の別な一部を形成する工程、
   とを有し、
   前記側面における前記レーザ光の照射方向と並行方向の長さをＬ１、前記上面における前記レーザ光の照射方向と垂直方向の長さをＬ２とした時、前記レーザ光のスポット径は、Ｌ２より長く、
   前記第２の軌道は、前記第１の軌道の一部を、
   （ｉ）前記側面と平行且つ前記角の伸長方向に垂直な方向にＬ１、
   （ｉｉ）前記上面と平行且つ前記角の伸長方向に垂直な方向にＬ２、
   移動させた軌道を含む、部材の製造方法。
5. 請求項１乃至４に記載の部材の製造方法において、
   前記側面の長さをＬ１とし、前記上面の長さをＬ２とした時、各々の段のＬ１／Ｌ２の値は４以下である、部材の製造方法。
6. 請求項１乃至５に記載の部材の製造方法において、
   前記複数の段の各々の前記角の角度は、９０度以上、１２０度以下である、部材の製造方法。
7. 請求項１乃至６に記載の部材の製造方法において、
   前記部材は、金型の一部を構成する金型部材である、部材の製造方法。

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