特許 7177463 作業爪の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-15

(45)【発行日】2022-11-24

(54)【発明の名称】作業爪の製造方法

(51)【国際特許分類】

   A01B 33/10 20060101AFI20221116BHJP

   C23C 4/06 20160101ALI20221116BHJP

   C23C 4/10 20160101ALI20221116BHJP

   B23K 26/342 20140101ALI20221116BHJP

【ＦＩ】

A01B33/10 A

C23C4/06

C23C4/10

B23K26/342

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018116340

(22)【出願日】2018-06-19

(65)【公開番号】P2019216644

(43)【公開日】2019-12-26

【審査請求日】2021-05-13

(73)【特許権者】

【識別番号】390010836

【氏名又は名称】小橋工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】中谷 公紀

(72)【発明者】

【氏名】甲斐 拓斗

(72)【発明者】

【氏名】海田 健児

【審査官】大澤 元成

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２０１９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００１４４５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１５５１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１８３９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－２２３１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５８１３４７５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ０１Ｂ ３３／００－３３／１６

Ｃ２３Ｃ ４／０６－ ４／１１

Ｂ２３Ｋ ２６／３４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機に備えられた回転軸に対して取り付け可能であり、前記回転軸を中心として回動することで圃場に作用する作業爪の母材に対して、前記母材よりも硬い第１硬質層をレーザークラッディング法によって帯状に形成し、
前記第１硬質層に沿って、前記第１硬質層の一部と重なるように、前記母材よりも硬い第２硬質層をレーザークラッディング法によって形成する作業爪の製造方法であって、
前記第１硬質層及び前記第２硬質層の各々が延びる方向に直交する幅方向において、前記母材を基準とした前記第１硬質層の頂点及び前記第２硬質層の頂点の各々の位置が、前記第１硬質層と前記第２硬質層との重畳領域に重ならないように、前記第１硬質層及び前記第２硬質層を形成する作業爪の製造方法。

【請求項2】

前記母材を基準とした前記第１硬質層の頂点の厚さＴ１に対する、前記幅方向における前記重畳領域における前記第１硬質層及び前記第２硬質層の合計の厚さＴ２の割合が５０％以上１２０％以下になるように前記第１硬質層及び前記第２硬質層を形成する、請求項１に記載の作業爪の製造方法。

【請求項3】

前記幅方向において、前記重畳領域の幅が前記第１硬質層又は前記第２硬質層の幅の５％以上２０％以下になるように、前記第１硬質層及び前記第２硬質層を形成する、請求項１又は２に記載の作業爪の製造方法。

【請求項4】

前記第１硬質層及び前記第２硬質層は、前記母材の刃縁部に沿って形成される、請求項１乃至３のいずれか一に記載の作業爪の製造方法。

【請求項5】

前記第１硬質層は前記母材の刃縁部側に沿って形成され、
前記第２硬質層は、前記第１硬質層を形成した後に形成される、請求項１乃至４のいずれか一に記載の作業爪の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は作業爪及び作業爪の製造方法に関する。特に、本発明は耐摩耗性を有する硬質層が表面にコーティングされた作業爪及び作業爪の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、農作業用のロータリー作業機などに装備する作業爪の耐摩耗性を向上させるため、刃縁部に耐摩耗性コーティング層が形成された作業爪に関する技術が知られている。耐摩耗性コーティング層としては、一般的に、作業爪の母材よりも硬度の高いクロム炭化物を含む合金層が用いられる。このような耐摩耗性コーティング層が設けられることにより、作業爪の耐久性を向上させることができる。

【0003】

作業爪に耐摩耗性コーティング層を形成する方法としては、高周波溶着、肉盛溶接、肉盛溶射等の技術が知られている。特に、近年、熱集中性の良いプラズマアークを熱源として用い、プラズマアーク中に合金粉末を供給することにより所望の合金層を形成するＰＰＷ（プラズマパウダウェルディング）法が注目されている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－２３５１６２号公報

【文献】実用新案登録第３１１７４６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、ＰＰＷ法の熱源として用いられるプラズマアークは、１０，０００℃を超える熱量をもち、しかも母材と電極間にアークが発生する移行型アークであるため、母材自体が溶融して発熱する。つまり、母材への入熱が大きく、母材への溶け込みが大きい（母材の希釈率が高い）。したがって、作業爪に対してＰＰＷ法を用いて耐摩耗性コーティング層を形成した場合、強度や靭性が低下するという問題があった。また、この場合、熱歪みが大きくなり、作業爪が変形したりコーティング層の密着性が低下したりする問題があった。

【0006】

本発明は、作業爪の母材への負担を軽減しつつ、作業爪の耐摩耗性を向上させることを課題の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施形態による作業爪の製造方法は、作業爪（作業爪１０）の母材（母材１００）に対して、前記母材よりも硬い第１硬質層（第１硬質層２１０）をレーザークラッディング法によって帯状に形成し、前記第１硬質層に沿って、前記第１硬質層の一部と重なるように、前記母材よりも硬い第２硬質層（第２硬質層２２０）をレーザークラッディング法によって形成する。

【0008】

前記第１硬質層及び前記第２硬質層は、前記母材の刃縁部（刃縁部１５０）に沿って形成されてもよい。

【0009】

前記第１硬質層は前記母材の刃縁部側に沿って形成され、前記第２硬質層は、前記第１硬質層を形成した後に形成されてもよい。

【0010】

本発明の一実施形態による作業爪は、母材（母材１００）と、前記母材よりも硬く、帯状に設けられた第１硬質層（第１硬質層２１０）と、前記母材よりも硬く、前記第１硬質層に沿って設けられ、前記第１硬質層の一部と重なるように設けられた第２硬質層（第２硬質層２２０）と、を有する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、作業爪の母材への負担を軽減しつつ、作業爪の耐摩耗性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る作業爪の構成を示す図である。

【図2】図１のＡ－Ａ’断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る作業爪の製造方法を示す図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る作業爪の製造方法を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態の変形例に係る作業爪の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る作業爪及び作業爪の製造方法について説明する。但し、本発明の一実施形態に係る作業爪及び作業爪の製造方法は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は同一の符号の後にアルファベットを付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0014】

以下の実施形態では、作業爪として耕耘機に装着される耕耘爪について例示するが、この構成に限定されない。例えば、以下の実施形態に示す作業爪は、耕耘機以外に、代かき機、砕土機、畦塗り機などに用いられる作業爪であってもよい。また、以下の実施形態では、作業爪を回転させる回転軸に取り付けられたフランジに装着されるフランジタイプの作業爪について例示するが、この構成に限定されない。例えば、以下の実施形態に示す作業爪は、上記回転軸に取り付けられた爪ホルダに装着されるホルダタイプの作業爪であってもよい。以下の実施形態において、特に技術的な矛盾が生じない限り、異なる実施形態間の技術を組み合わせることができる。また、本発明の一実施形態に記載された硬質層は、農作業用の作業爪に限らず、農作業機を構成する部品のうち耐摩耗性を要求される部品全般に適用することができる。

【0015】

［耕耘爪の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る作業爪の構成を示す図である。図１に示すように、作業爪１０は母材１００及び硬質部材２００を有する。母材１００は、図面に向かって左から順に、取付基部１１０、縦刃部１２０、及び横刃部１３０を有する。取付基部１１０は平板状であり、Ｄ１方向に延びている。縦刃部１２０及び横刃部１３０は、取付基部１１０から連続してＤ１方向に延びながらＤ２方向及びＤ３方向（紙面の手前側から奥側に向かう方向）に湾曲しながら延びている。なお、横刃部１３０は、Ｄ３方向に略一定の曲率半径で湾曲している。ただし、横刃部１３０のＤ３方向への曲率は一定の曲率半径でなくてもよい。

【0016】

横刃部１３０のＤ２方向の先端領域が頭頂部１４０である。頭頂部１４０は、後述する刃縁部１５０から峰縁部１６０まで曲線状に滑らかに延びている。縦刃部１２０及び横刃部１３０の下方の端部が刃縁部１５０である。詳細は後述するが、刃面１７０（図２参照）は、縦刃部１２０及び横刃部１３０の下端（つまり、刃縁部１５０）に向かって徐々に母材１００の厚さが小さくなる形状を有している。刃縁部１５０の反対側、つまり縦刃部１２０及び横刃部１３０の上方の端部が峰縁部１６０である。峰縁部１６０は、母材１００の２つの主面（第１面１０５及び第２面１０７）の間の側面に該当する部分であり、刃縁部１５０とは異なり、母材１００の厚さが略等間隔の形状を有している。第１面１０５は、湾曲した横刃部１３０の外側の面（外側湾曲面）である。第２面１０７は、湾曲した横刃部１３０の内側の面（内側湾曲面）である。なお、図１では、横刃部１３０がＤ３方向に湾曲しているため、横刃部１３０の先端付近の峰縁部１６０が見えている。

【0017】

取付基部１１０には、母材１００の２つの主面の間を貫通する貫通孔１０１、１０３が設けられている。取付基部１１０をフランジの取り付け位置に合わせて、ボルトなどの締結具を貫通孔１０１、１０３に通してフランジに固定することで、作業爪１０がフランジに固定される。

【0018】

硬質部材２００は、第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０を有する。硬質部材２００は、母材１００よりも硬い。第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０は、縦刃部１２０から横刃部１３０に亘って設けられている。第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０は、それぞれ刃縁部１５０に沿って帯状（又は、線状）に設けられている。具体的には、第１硬質層２１０は刃縁部１５０に沿って湾曲した帯状に設けられており、第２硬質層２２０は第１硬質層２１０に沿って湾曲した帯状に設けられている。つまり、第１硬質層２１０は第２硬質層２２０よりも刃縁部１５０側に設けられている。なお、詳細は後述するが、第２硬質層２２０は、第１硬質層２１０の一部と重なるように設けられている。なお、本実施形態では、硬質部材２００が２つの硬質層で構成された例を示したが、硬質部材２００が３つ以上の硬質層で構成されていてもよい。硬質部材２００が３つ以上の硬質層で構成される場合は、全ての隣接する硬質層が互いに重なるように設けられてもよく、少なくとも２つの硬質層が互いに重なるように設けられてもよい。

【0019】

第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０として、母材１００（例えば、ＳＵＰ６などのバネ鋼、ボロン鋼）よりも硬い合金層、例えばタングステン炭化物、クロム炭化物、又はニオブ炭化物等を含む合金層や自溶性合金層（例えばコルモノイ合金を含む合金層）を用いることができる。なお、ここで例示した合金層は一例に過ぎず、母材１００よりも硬い合金層を用いることができる。ここで、硬さは、母材１００と合金層との相対的な硬さの指標であればよく、例えば、ロックウェル硬さ、ビッカース硬さ、ブリネル硬さ等を用いて測定した硬さである。

【0020】

第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０は、同一材料であってもよく、異なる材料であってもよい。両者が異なる材料である場合、第１硬質層２１０が第２硬質層２２０より硬くてもよい。作業爪１０は、摩耗する前の状態（新品の状態）で、その性能が最も発揮されるように設計されている。上記のように、第１硬質層２１０に、より硬い材料を設けることで、作業爪１０の高い性能が発揮される状態を長く維持することができる。本実施形態では、レーザークラッディング法を用いて第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０を形成している。レーザークラッディング法は、母材への入熱が少ないため、母材へのダメージを抑制しつつ、上記の硬質層を形成することができる。

【0021】

耕耘作業時において、作業爪１０が図１の矢印Ｒの方向に向かって回転することで、作業爪１０は、圃場に対して、縦刃部１２０側の刃縁部１５０から横刃部１３０側の刃縁部１５０に向けて切り込まれる。この耕耘作業によって、作業爪１０の刃縁部１５０は、圃場の土、小石、及び藁等との摩擦によって大きな負荷を受けるが、刃縁部１５０に硬質部材２００が設けられていることで、当該摩擦を受けて作業爪１０が摩耗することを抑制することができる。

【0022】

図２は、図１のＡ－Ａ’断面図である。第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０は、母材１００の第１面１０５側に設けられている。刃面１７０は母材１００の第２面１０７側に設けられている。刃面１７０は一定の傾斜角のテーパ形状である。第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０は、重畳領域Ｌで重なっている。重畳領域Ｌにおいて、第１硬質層２１０は第２硬質層２２０と母材１００との間にある。図１では、第１硬質層２１０と第２硬質層２２０との間に明確な境界が存在するように図示されているが、このような境界が視認されない場合もある。図１において第１硬質層２１０が延びる方向に対して直交する方向において、第１硬質層２１０の厚さ分布は、中央部２１０１が第１硬質層２１０の端部２１０３、２１０５よりも厚い分布である。第２硬質層２２０の厚さ分布も第１硬質層２１０と同様の分布であるが、第２硬質層２２０の一部が第１硬質層２１０と重なっているため、第２硬質層２２０の形状は第１硬質層の形状とは異なる。重畳領域Ｌにおいて、第１硬質層２１０の端部２１０３と第２硬質層２２０の端部２２０５とが重なっているため、重畳領域Ｌにおける硬質部材２００の厚さは、端部２１０３及び端部２２０５の各々の厚さよりも大きい。

【0023】

ここで、第１硬質層２１０又は第２硬質層２２０の頂点の厚さ（例えば、第１硬質層２１０の頂点の厚さＴ１）に対する、重畳領域Ｌ及びその付近における第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０の合計の厚さＴ２の割合は、５０％以上１２０％以下であることが好ましく、７０％以上１００％以下であることがより好ましい。上記の厚さＴ１、Ｔ２は、硬質部材２００を任意の断面で切った場合における厚さとすることができる。厚さＴ１は、硬質部材２００の断面視において、第１硬質層２１０が最も厚い位置の厚さとすることができる。厚さＴ２は、重畳領域Ｌ及びその付近における硬質部材２００の断面視において、硬質部材２００が最も薄い位置の厚さとすることができる。仮に、図２のように、硬質部材２００の最も薄い位置が第２硬質層２２０の下端に相当する場合は、その位置における第１硬質層２１０の厚さをＴ２とすることができる。また、重畳領域Ｌ及びその付近における硬質部材２００の最も薄い位置が明確ではない場合、厚さＴ２を、上記断面視において、重畳領域Ｌの中央位置の硬質部材２００の厚さとすることができる。

【0024】

このように、それぞれの硬質層の厚さが小さい領域同士を重ねることで、硬質部材２００の厚さ分布の均一性を高めることができる。硬質部材２００の厚さの均一性が高くなることで、作業爪１０が圃場に作用したときに、土、泥、又は藁などが作業爪１０に付きにくくなる、作業爪１０にかかる抵抗が小さくなる、又は作業爪１０の場所によって耐久性に差が生じることが抑制される、という効果が得られる。また、硬質部材２００の厚さ分布の均一性が高くなることで、作業爪１０の外観の美化が損なわれない、という効果が得られる。

【0025】

図１では、第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０が、それぞれ刃縁部１５０に沿って湾曲した帯状である構成を示したが、この構成に限定されない。例えば、第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０が刃縁部１５０に沿わない直線状に延びる帯状であってもよい。又は、第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０が、複数の直線状に延びる帯状が屈曲しながら連結されることで、刃縁部１５０に沿うように屈曲した形状であってもよい。また、図１では、第１硬質層２１０が刃縁部１５０まで形成された構成を例示したが、第１硬質層２１０は、刃縁部１５０よりも母材１００の内側に設けられてもよい。つまり、第１硬質層２１０と刃縁部１５０との間にスペースが設けられていてもよい。

【0026】

具体的な構成は後述するが、硬質部材２００が第２面１０７側に設けられてもよい。つまり、硬質部材２００が刃面１７０の傾斜部分に設けられてもよい。硬質部材２００が第１面１０５側及び第２面１０７側の両方に設けられてもよい。また、刃面１７０の傾斜角は一定でなくてもよい。また、母材１００は、第１面１０５側に傾斜が設けられた片刃でもよく、第１面１０５側及び第２面１０７側の両方に傾斜が設けられた両刃であってもよい。母材１００が両刃である場合、両面の刃の角度を等しくしてもよく、異なるものとしてもよい。

【0027】

［耕耘爪の製造方法］
図３及び図４は、本発明の一実施形態に係る作業爪の製造方法を示す図である。本実施形態では、レーザークラッディング法を用いて硬質層を形成する方法について説明する。

【0028】

レーザークラッディング法とは、微細な合金粉末をレーザー光の照射領域に吹き付けることで、レーザー光のエネルギーを利用してワーク（処理対象）の母材及び合金粉末を溶解し、ワークの表面に合金層を形成する技術である。ワーク表面への合金層の形成を「肉盛り」と称することもあるため、ワーク表面に形成された合金層を「肉盛り層」と呼ぶ場合もある。

【0029】

通常、硬度の高い肉盛り層を形成する際に、ニッケル系やコバルト系の基合金にタングステン炭化物、クロム炭化物、又はニオブ炭化物などを含有させる。したがって、肉盛り層としては、通常は合金層が利用される。本実施形態においても、肉盛り層として合金層を形成する場合を例示して説明するが、肉盛り層として単一の金属元素からなる純金属層を用いてもよい。

【0030】

レーザークラッディング法は、レーザー光のエネルギーを利用するため、ワークの表面付近にしか熱的影響が及ばない（つまり、母材への入熱が少ない）という利点を有する。つまり、ワークに発生する熱歪みや熱影響部を低減することができるという利点を有する。また、レーザークラッディング法は、肉盛りの厚さの制御が容易であり、肉盛り層の表面も滑らかであるという利点がある。

【0031】

以降、レーザークラッディング法を用いてワークである作業爪１０に硬質部材２００を形成する方法について説明する。

【0032】

図３にレーザークラッディング装置３０を示す。図３において、ワーク３００は作業爪の母材である。本実施形態では、ワーク３００として、母材がＳＵＰ６などのバネ鋼である作業爪を用いる。ワーク３００は、作業台としての２軸ポジショナー（図示せず）の上に載置され、水平面内で自由に移動可能である。また、レーザークラッディング法は、ワーク３００の形状に依らず合金層を形成することができる。そのため、２軸ポジショナーは、その作業台上に様々な形状のワーク３００を固定可能な治具を備えている。

【0033】

ワーク３００の表面には、肉盛り層３１０が形成される。本実施形態では、肉盛り層３１０の原材料としてタングステン炭化物を含む合金粉末を用いるため、肉盛り層３１０としてはタングステン炭化物を含む合金層が形成される。なお、肉盛り層３１０が、図１及び図２に示した第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０に相当する。

【0034】

レーザー装置３２０は、筐体３２１の内部にレーザー光路３２３と、材料供給路３２５、３２７とを有する。レーザー光路３２３は、その内側に光学レンズ３２９を備え、レーザー光３３０をワーク３００の表面へと誘導する経路である。レーザー光３３０として、例えば、ＨＰＤＤＬ（高出力ダイレクトダイオードレーザー）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、ＣＯ₂レーザーなどを用いることができる。また、レーザー光３３０の断面形状は、光学レンズ３２９によって円形状にすることもできるし、矩形状（例えば線状）にすることもできる。

【0035】

レーザー光路３２３の内側には、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスで構成されるシールドガス３３１が充填されている。このシールドガス３３１は、レーザー光３３０の出射口からワーク３００の表面に吹き付けられ、被処理部３０１を不活性雰囲気にする。このシールドガス３３１によって被処理部３０１は外気から保護される。これにより、肉盛り層３１０に不要な酸化物が不純物として混入されることを防ぐことができる。

【0036】

材料供給路３２５、３２７は、内部がノズル状になっており、肉盛り層３１０の原材料としての合金粉末３４０をワーク３００の表面へと噴射可能になっている。レーザークラッディング法の場合、レーザー光３３０のエネルギーで瞬間的に合金粉末３４０を溶融することができる。そのため、原材料として使用可能な合金粉末３４０の選択の幅が広がり、従来よりも硬度の高い肉盛り層３１０を形成することができる。

【0037】

上記のレーザー装置３２０を用いて、ワーク３００の表面に対してレーザー光３３０を照射しつつ合金粉末３４０を供給することで、ワーク３００の被処理部３０１には、溶融層（メルティングプール）３１１が形成される。そして、レーザー装置３２０を３次元的に移動させることにより、ワーク３００の表面に沿って溶融層３１１を移動させ、ワーク３００の表面の所望の位置に肉盛り層３１０を形成することができる。

【0038】

溶融層３１１の形成は瞬間的に行われ、ただちに冷却されて肉盛り層３１０が形成されるため、ワーク３００の母材に対する入熱が少なく、さらに母材への合金の溶け込みも少ない。したがって、レーザークラッディング法を作業爪の肉盛りに適用した場合においても、従来に比べて母材の熱歪みや熱的影響が小さく、作業爪の強度や靭性の低下を抑えることができる。

【0039】

さらに、レーザー光３３０による瞬間的な高温加熱によりワーク３００の母材と合金粉末３４０とが強固に結合するため、合金層が薄い場合であっても、母材に対する密着性の高い肉盛り層３１０を形成することができる。つまり、従来よりも少ない肉盛り量で従来と同等の密着性を確保できるため、製造コストの低減が可能である。

【0040】

また、一般的に、焼入れ処理が施されている鋼に対して熱が付加されると焼き戻し現象により鋼が軟化する。したがって、従来のＰＰＷ法のようにワークに対する熱影響がある方法により肉盛りを行った場合、焼き戻し現象によりワークの軟化も無視できなくなる。

【0041】

これに対し、レーザークラッディング法を用いた場合、ワークに対して局所的に高温部分が形成されるため、その周囲のワーク自体が冷却媒体として機能する。つまり、ワーク３００において、レーザー光３３０が照射された領域（溶融層３１１の直下の領域）は、瞬間的に高温になり、すぐに急冷される。したがって、ワーク３００のうち急冷された領域は、焼入れ処理が施された場合と同様に、母材が硬化する。そのため、従来のＰＰＷ法のように、熱影響により母材が軟化するといった問題を回避することができる。また、レーザークラッディング法を用いた場合、ワーク３００への入熱時間が少ないため、ワーク３００の歪みを抑制することができる。

【0042】

以上のように、本実施形態では、作業爪に対して耐摩耗性コーティング層を形成する際の肉盛り作業にレーザークラッディング法を用いる。これにより、作業爪の母材に対する負担（特に、熱的負担）を軽減することができ、耐摩耗性が高く、信頼性の高い作業爪を製造することが可能となる。

【0043】

図３に示したレーザー装置３２０は非常にコンパクトな装置であるため、複数の可動軸を有する多関節ロボットのアーム部の先端に取り付けることができ、三次元空間を自由に移動させることが可能である。特に、本実施形態のように、湾曲面を有する作業爪に肉盛り作業を行うにあたり、作業爪の表面に沿って細やかにレーザー装置３２０の位置を制御することができるという特長は、加工精度の向上という観点からも有利である。

【0044】

次に、図４を用いて、レーザークラッディング装置３０を用いた母材１００への硬質部材２００の形成方法について説明する。図４（Ａ）に示すように、まずは、母材１００の刃縁部１５０に第１硬質層２１０を形成する。第１硬質層２１０は、図１に示すように、刃縁部１５０の曲線に沿って帯状に形成される。続いて、図４（Ｂ）に示すように、第１硬質層２１０よりも母材１００の内側の領域に、第１硬質層２１０の一部と重なるように第２硬質層２２０を形成する。第２硬質層２２０は、図１に示すように、第１硬質層２１０の曲線に沿って帯状に形成される。このようにして、図２に示すような硬質部材２００を形成する。

【0045】

なお、第１硬質層２１０を形成した直後は、第１硬質層２１０が形成された付近の母材１００が高温になる。その状態で、第２硬質層２２０を形成すると、第１硬質層２１０が形成された付近の母材１００はさらに高温になり、母材１００が溶けてしまう場合がある。特に、母材１００の厚さが小さい場合、このような問題が起きてしまう可能性が高くなる。刃縁部１５０の母材１００は、他の領域の母材１００よりも薄い。さらに、刃縁部１５０の母材１００は熱の逃げ場がないため、高温状態なったときに放熱されにくい。しかし、本実施形態のように、先に刃縁部１５０側の母材１００に第１硬質層２１０を形成し、その後に第２硬質層２２０を形成することで、刃縁部１５０の母材１００が高温になって溶けてしまうことを抑制することができる。

【0046】

本実施形態では、レーザークラッディング装置３０によって形成される第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０の幅（形成幅Ｗ）は約１５ｍｍである。また、第１硬質層２１０及び第２硬質層２２０の重なり幅（重畳幅ＯＶ）は約２ｍｍである。ただし、形成幅Ｗ及び重畳幅ＯＶは上記の数値に限定されない。例えば、重畳幅ＯＶは形成幅Ｗの５％以上２０％以下であることが好ましく、１０％以上１８％以下であることがより好ましい。

【0047】

以上のように、本実施形態に係る作業爪１０によると、第１硬質層２１０と第２硬質層２２０とが一部重なることで、両者の頂点間の段差が小さくなるため、硬質部材２００の厚さの均一性を高くすることができる。これによって、作業爪１０が圃場に作用したときに、土、泥、又は藁などが作業爪１０に付きにくくなるという効果が得られる。又は、作業爪１０が圃場に作用したときの作業爪１０にかかる抵抗が小さくなるという効果が得られる。又は、作業爪１０の場所によって耐久性に差が生じることが抑制されるという効果が得られる。又は、作業爪１０の外観の美化が損なわれないという効果が得られる。

【0048】

〈変形例〉
図５は、本発明の一実施形態の変形例に係る作業爪の断面図である。

【0049】

図５（Ａ）に示す作業爪１０Ａは、母材１００Ａの第２面１０７Ａ側に硬質部材２００Ａが設けられた構成を有している。刃面１７０Ａの根元部１７１Ａは、重畳領域Ｌの範囲内に位置している。換言すると、根元部１７１Ａに対応する位置に設けられた硬質部材２００Ａは、第１硬質層２１０Ａ及び第２硬質層２２０Ａが重畳した構造である。根元部１７１Ａにおける硬質部材２００Ａの厚さが小さい場合、早い段階で母材１００Ａが削れてしまう問題が起きてしまう場合があるが、上記の構造によって、根元部１７１Ａにおける硬質部材２００Ａの厚さを確保することで、母材１００Ａが削れてしまうことを抑制することができる。

【0050】

図５（Ｂ）に示す作業爪１０Ｂは、母材１００Ｂの第１面１０５Ｂ及び第２面１０７Ｂの両側に硬質部材２００Ｂが設けられた構成を有している。具体的には、第２面１０７Ｂ側に第１硬質層２１０Ｂ及び第２硬質層２２０Ｂが互いに重なるように設けられており、第１面１０５Ｂ側に第３硬質層２３０Ｂが設けられている。第３硬質層２３０Ｂは、刃縁部１５０Ｂに対応する領域に設けられている。

【0051】

図５（Ｃ）に示す作業爪１０Ｃは、母材１００Ｃの第２面１０７Ｃ側に、図５（Ａ）の硬質部材２００Ａと同様の硬質部材２００Ｃが設けられており、第１面１０５Ｃ側に、硬質部材２００Ｃとは異なる第４硬質層２４０Ｃが設けられている。第４硬質層２４０Ｃは、第２硬質層２２０Ｃの上端を越えて設けられており、硬質部材２００Ｃよりも広い範囲に設けられている。第４硬質層２４０Ｃは、第１硬質層２１０Ｃ及び第２硬質層２２０Ｃとは異なる材料及び異なる方法で形成された硬質層である。例えば、第４硬質層２４０Ｃは、ＰＰＷ法を用いて形成された硬質層である。このように、従来の方法とレーザークラッディング法とを併用して母材１００Ｃの両面側に硬質層を形成することができる。

【0052】

図５（Ｄ）に示す作業爪１０Ｄは、図５（Ｃ）の作業爪１０Ｃの第４硬質層２４０Ｃの上に第３硬質層２３０Ｄが設けられた構成を有している。第３硬質層２３０Ｄは、刃縁部１５０Ｄに対応する領域に設けられている。

【0053】

図５（Ｂ）及び図５（Ｄ）において、第１面１０５Ｂ、１０５Ｄ側に設けられた第３硬質層２３０Ｂ、２３０Ｄに隣接して、第３硬質層２３０Ｂ、２３０Ｄの一部と重畳するように、第２硬質層２２０Ｂ、２２０Ｄと同様の硬質層が設けられていてもよい。また、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）において、第４硬質層２４０Ｃ、２４０Ｄは第２面１０７Ｃ、１０７Ｄ側に設けられていてもよく、第１面１０５Ｃ、１０５Ｄ及び第２面１０７Ｃ、１０７Ｄの両側に設けられていてもよい。

【0054】

上記の実施形態では、第２面１０７（内側湾曲面）に刃面１７０が設けられた構成を例示したが、刃面１７０は第１面１０５（外側湾曲面）に設けられていてもよい。また、刃面１７０が第１面１０５及び第２面１０７の両方に設けられていてもよい。

【0055】

以上、本発明について図面を参照しながら説明したが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0056】

１０：作業爪、 ３０：レーザークラッディング装置、 １００：母材、 １０１：貫通孔、 １０３：貫通孔、 １０５：第１面、 １０７：第２面、 １１０：取付基部、 １２０：縦刃部、 １３０：横刃部、 １４０：頭頂部、 １５０：刃縁部、 １５１Ａ：根元部、 １６０：峰縁部、 １７０：刃面、 ２００：硬質部材、 ２１０：第１硬質層、 ２２０：第２硬質層、 ２３０Ｂ：第３硬質層、 ２４０Ｃ：第４硬質層、 ３００：ワーク、 ３０１：被処理部、 ３１０：層、 ３１１：溶融層、 ３２０：レーザー装置、 ３２１：筐体、 ３２３：レーザー光路、 ３２５：材料供給路、 ３２７：材料供給路、 ３２９：光学レンズ、 ３３０：レーザー光、 ３３１：シールドガス、 ３４０：合金粉末、 ２１０１：中央部、 ２１０３：端部、 ２１０５：端部、 ２２０５：端部、 Ｌ：重畳領域、 ＯＶ：重畳幅、 Ｗ：形成幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】