特許 5893189 金属粉末加工装置

(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】5893189

(24)【登録日】2016年3月4日

(45)【発行日】2016年3月23日

(54)【発明の名称】金属粉末加工装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 3/105 20060101AFI20160310BHJP

   B22F 3/10 20060101ALI20160310BHJP

   B22F 3/16 20060101ALI20160310BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20160310BHJP

   B22F 3/24 20060101ALN20160310BHJP

【ＦＩ】

   B22F3/105

   B22F3/10 K

   B22F3/16

   B33Y30/00

   !B22F3/24 G

【請求項の数】6

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-75007(P2015-75007)

(22)【出願日】2015年4月1日

(65)【公開番号】特開2015-200027(P2015-200027A)

(43)【公開日】2015年11月12日

【審査請求日】2015年4月16日

(31)【優先権主張番号】特願2014-77712(P2014-77712)

(32)【優先日】2014年4月4日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000146087

【氏名又は名称】株式会社松浦機械製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100084696

【弁理士】

【氏名又は名称】赤尾 直人

(72)【発明者】

【氏名】天谷 浩一

(72)【発明者】

【氏名】加藤 敏彦

(72)【発明者】

【氏名】松原 英人

(72)【発明者】

【氏名】吉田 光慶

【審査官】 米田 健志

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５２６２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５０９０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５４０１７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｆ １／００〜８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバー内のテーブルに金属粉末を順次積層し、かつレーザービーム又は電子線の照射による溶融に基づく金属粉末加工装置、又は当該溶融に引き続く回転工具による切削成形に基づく金属粉末加工装置において、テーブルの下側底部に接した状態にて温度調整部を設置すると共に、チャンバーの外側においてチャンバーの外壁に接した状態にて温度調整部を周設し、双方の温度調整部を同時に加熱又は冷却することを可能とすると共に、金属粉末備蓄タンク及び金属粉末供給パイプのうち、チャンバーに対し、金属粉末を落下させている金属粉末供給ユニットに金属粉末を供給している突出部以外の領域周囲を囲む部屋を設定し、当該部屋内に温度調整部を設置した上で、前記部屋内における温度調整部の温度を、チャンバーの外壁の温度を調整する温度調整部が作動するより前、又は当該作動と同時に、チャンバーの外壁の温度を調整する温度調整部における平均温度に等しい温度に設定することが可能であり、かつチャンバー内における溶融、又は溶融に引き続く成型が行われていない場合に、部屋内の温度を常温よりも低く設定すること、及び／又は部屋内の湿度を調整することが可能である金属粉末加工装置。

【請求項2】

チャンバーの上側において往復移動を行う金属粉末供給ユニットにおいて、金属粉末が落下して通過する内側壁部の温度を調整する温度調整部を周囲の外側壁部との間に配置し、かつチャンバーの外壁に対する温度調整部の下側端部における温度と等しい温度を設定することが可能であることを特徴とする請求項１記載の金属粉末加工装置。

【請求項3】

金属粉末供給ユニットの内壁と外壁との間を中空状態とし、加熱の場合に内壁に対し電熱線を巻着するか、又は熱湯若しくは水蒸気を供給及び排出し、冷却の場合に冷却水又は冷却空気を供給及び排出することを特徴とする請求項２記載の金属粉末加工装置。

【請求項4】

テーブルの下側底部における温度調整部のチャンバーの内側壁部側の端部における温度と、チャンバーの外壁に対する温度調整部の温度のうち、上記テーブルの下側底部の温度調整部と同一高さ位置にある温度とを等しい状態に制御することが可能であることを特徴とする請求項１、２、３の何れか一項に記載の金属粉末加工装置。

【請求項5】

金属粉末を加熱する場合に、チャンバーの外壁に対する温度調整部の温度を上側となるに従って高く設定し、金属粉末を冷却する場合に、チャンバーの外側における温度調整部の温度を上側となるのに従って低く設定することが可能であることを特徴とする請求項１、２、３、４の何れか一項に記載の金属粉末加工装置。

【請求項6】

金属粉末を加熱する場合に、テーブルの下側底部における温度調整部の温度をチャンバーの内側壁部側から中心位置に近付くに従って高く設定し、金属粉末を冷却する場合に、テーブルの下側底部における温度調整部の温度をチャンバーの内側壁部側から中心位置に近付くに従って、低く設定することが可能であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５の何れか一項に記載の金属粉末加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チャンバー内のテーブルに金属粉末を順次積層し、かつレーザービーム又は電子線の照射による溶融に基づく金属粉末加工装置、又は当該溶融に引き続く回転工具による切削成形に基づく金属粉末加工装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

金属粉末加工装置においては、上下動するテーブル上に載置された金属粉末は、テーブルの下側底部に設置されたヒータによって加熱されている。

【0003】

しかしながら、金属粉末がレーザービーム又は電子ビームの溶融及び回転工具による切削を伴って順次積層するに従って、テーブルからの距離が大きくなり、その結果テーブルの下側底部からのヒータによる加熱温度が順次低下することにならざるを得ない。

【0004】

このような温度変化によって、金属粉末の密度が微妙に変化し、ひいては寸法精度に影響を与えることを免れることができない。

【0005】

他方、湿度の高い環境内における加工の場合には、金属粉末の酸化及び流動性の悪化も発生しており、チャンバー内における冷却を必要とする場合がある。
更には、金属粉末がチャンバー内に供給される前段階において、金属粉末の温度を調整した場合には、チャンバー内における温度変化の程度を更に一層減少させることもできる。

【0006】

然るに、従来技術においては、チャンバーにおける冷却を伴う温度調整を行うこと、更にはチャンバー内に供給される前段階における温度調整の双方を採用することについては、格別の技術的配慮が講じられていない。

【0007】

因みに、特許文献１には、容器中の金属粉末に対する加熱制御による構成が開示されているが、容器内の金属粉末の温度を可能な限り一定にする構成を開示している訳ではない。

【0008】

特許文献２には、金型成形を繰り返しても金型の温度が常に所定温度範囲内となるように制御する構成を開示しているが、温度調整に関する具体的な構成を開示している訳ではなく、ましてや金属粉末加工装置において採用可能な温度制御を示唆している訳ではない。

【0009】

特許文献３、４は、チャンバーの外壁における温度調整に関する構成を開示するも、底部における温度調整が欠落しているため、外壁から順次内壁となるに従って、温度変化が生ずることに対する工夫が行われていない。

【0010】

前記特許文献１、２、３、４の何れにおいても、金属粉末がチャンバー内に供給される前段階における温度調整については何ら工夫が行われていない。

【0011】

これに対し、特許文献５の場合には、金属粉末がチャンバー内に供給される前段階における温度調整による構成を開示するも、チャンバーの周辺における温度調整については、格別の工夫が行われている訳ではない。

【0012】

このように、従来技術においては、チャンバーに供給される前後の各段階において温度調整を行うことによって、金属粉末加工装置における温度を適切に設定することに関する構成を全く開示及び示唆していない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特開２００１−２３４２０４号公報

【特許文献2】特開２００１−２３４２０５号公報

【特許文献3】特表２０１３−５４２８６７号公報

【特許文献4】特開２０１４−０２８９９６号公報

【特許文献5】特開２００９−２２０５７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明は、金属粉末加工装置内に順次積層される金属粉末に対する温度を可能な限り一定とすることによって、加工における寸法精度の低下、更には湿気による酸化並びに流動性の悪化等の品質の悪化を防止することを発明の課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記課題を解決するため、本発明の基本構成は、チャンバー内のテーブルに金属粉末を順次積層し、かつレーザービーム又は電子線の照射による溶融に基づく金属粉末加工装置、又は当該溶融に引き続く回転工具による切削成形に基づく金属粉末加工装置において、テーブルの下側底部に接した状態にて温度調整部を設置すると共に、チャンバーの外側においてチャンバーの外壁に接した状態にて温度調整部を周設し、双方の温度調整部を同時に加熱又は冷却することを可能とすると共に、金属粉末備蓄タンク及び金属粉末供給パイプのうち、チャンバーに対し、金属粉末を落下させている金属粉末供給ユニットに金属粉末を供給している突出部以外の領域周囲を囲む部屋を設定し、当該部屋内に温度調整部を設置した上で、前記部屋内における温度調整部の温度を、チャンバーの外壁の温度を調整する温度調整部が作動するより前、又は当該作動と同時に、チャンバーの外壁の温度を調整する温度調整部における平均温度に等しい温度に設定することが可能であり、かつチャンバー内における溶融、又は溶融に引き続く成型が行われていない場合に、部屋内の温度を常温よりも低く設定すること、及び／又は部屋内の湿度を調整することが可能である金属粉末加工装置、
からなる。

【発明の効果】

【0016】

前記基本構成によって、本発明の金属粉末加工装置においては、従来技術の場合に比し、積層に伴う温度変化の程度を小さくし、ひいては従来技術に比し、寸法精度の低下、更には品質の劣化の程度を小さくすることができ、チャンバー内における溶融、又は溶融及び加工が行われていない普段の時期において、金属粉末の酸化を確実に防止し、かつ変質しないような保存を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の基本構成のうち、テーブルの下側底部及びチャンバーの外壁に対する温度調整部を設置した状態を示す断面図である。

【図2】本発明の基本構成のうち、金属粉末供給ユニット、金属粉末備蓄タンク及び金属粉末供給パイプからなる金属粉末供給装置と本発明の金属粉末加工装置の配置状態を示す見取り図である。

【図3】中空状の金属粉末供給ユニットに対し、熱湯又は水蒸気、及び冷却水又は冷却空気を供給及び排出する状態を示す上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

前記基本構成は、図１に示すように、チャンバー１内のテーブル２に金属粉末７を順次積層し、かつレーザービーム又は電子線の照射による溶融に基づく金属粉末加工装置、又は当該溶融に引き続く回転工具の切削による成形を行う金属粉末加工装置において、テーブル２の下側底部に従来技術のようなヒータに代えて温度調整部２０を設置している。

【0019】

チャンバー１の外側においてチャンバー１の外壁の温度を調整する温度調整部１０を周設すると共に、双方の温度調整部１０，２０を同時に加熱又は冷却することを可能としている。

【0020】

このような双方の温度調整部１０，２０を設けることによって、チャンバー１内において金属粉末７がレーザービーム又は電子ビームによる溶接、更には工具による切削に伴う積層が順次蓄積しても、チャンバー１内につき、加熱の場合及び冷却の場合の何れにおいても従来技術の場合に比し、温度変化を少ない状態とすることができる。

【0021】

具体的には、加熱する場合にチャンバー１の外壁に対する周囲からの加熱によって従来技術の場合に比し、加熱温度の低下をより小さい状態とすることができると共に、冷却段階においても、双方の温度調整部１０，２０にて設定する温度によって、チャンバー１内の温度を略一定の状態にて冷却することもできる。

【0022】

テーブル２の下側底部における温度調整部２０及びチャンバー１の外壁における温度調整部１０による温度調整は、加熱の場合には、電熱線の配置又は熱湯若しくは加熱水蒸気の供給及び排出によって実現することができ、冷却の場合には、冷却水、冷却エアー又は液体アンモニウムの供給及び排出によって実現することができ、その結果、前記効果を達成することが可能となる。

【0023】

図１においては、温度調整部１０がチャンバー１の外壁に当接した状態を示すが、特に温度調整部１０がチャンバー１の全外壁に接した状態であることを特徴とする実施形態を採用した場合には、外壁に対する効率的な温度調整を実現することができる。

【0024】

前記基本構成は、図２に示すように、金属粉末備蓄タンク４及び金属粉末供給パイプ５のうち、チャンバー１に対し、金属粉末７を落下させている金属粉末供給ユニット３に金属粉末７を供給している突出部以外の領域周囲を囲む部屋６を設定し、当該部屋内に温度調整部（図示せず）を設置した上で、当該温度調整部の温度を、チャンバー１の外壁に対する温度調整部１０が作動するより前、又は当該作動と同時に、上記温度調整部１０における平均温度に等しい温度に設定することを可能としている。

【0025】

金属粉末供給パイプ５から金属粉末供給ユニット３に対し金属粉末７が供給された段階においては、後述するような金属粉末供給ユニット３における温度調整は、必ずしも必要不可欠な要件ではない。

【0026】

前記基本構成においては、テーブル２の下側底部における温度調整部２０のチャンバー１の内側壁部側の端部における温度と、チャンバー１の外壁に対する温度調整部２０の温度のうち、上記テーブル２の下側底部の温度調整部２０と同一高さ位置にある温度とを等しい状態に制御することが可能とする実施形態を採用することが多いが、その根拠は、チャンバー１の内壁の下端端部及びテーブル２の内壁側の端部の位置の温度が等しい状態であることが、チャンバー１内の温度を略均一な状態とするうえで好ましいことに由来している。

【0027】

以下、実施例にしたがって説明する。

【実施例1】

【0028】

前記基本構成のように、前記部屋６内の温度を事前にチャンバー１の外壁の温度を調節する温度調整部１０の平均温度と等しい状態に設定したとしても、部屋６内の温度は現実に溶融が行われた段階におけるチャンバー１の外壁の温度と必ずしも正確に一致するとは限らない。

【0029】

このような状況に対処するため、前記基本構成に立脚した上で、実施例１においては、図２、３に示すように、チャンバー１の上側において往復移動を行う金属粉末供給ユニット３において、金属粉末７が落下して通過する内側壁部の温度を調整する温度調整部３０を周囲の外側壁部との間に配置し、かつチャンバー１の外壁に対する温度調整部３０の下側端部における温度と等しい温度を設定することが可能であることを特徴としている。

【0030】

このように、金属粉末供給ユニット３においてチャンバー１の外壁に対する温度調整部１０の下側端部における温度と同等の温度を設定した場合には、前記溶融及び前記加工に伴って積層が蓄積することによって、テーブル２側の温度と積層の上側の温度との相違の程度を更に一層少なくすることができる。

【0031】

上記温度設定は、図３に示すように、金属粉末供給ユニット３の内壁と外壁との間を中空状態とし、加熱の場合に内壁に対し電熱線を巻着するか、又は熱湯若しくは水蒸気を供給及び排出し、冷却の場合に冷却水又は冷却空気を供給及び排出することによって実現することができる。

【実施例2】

【0032】

テーブル２の下側底部における加熱又は冷却の影響は、積層が蓄積するに従って順次低下することを避けることができない。

【0033】

このような影響の低下に対処するため、実施例２においては、前記基本構成に立脚した上で、金属粉末７を加熱する場合に、チャンバー１の外壁に対する温度調整部１０の温度を上側となるに従って高く設定し、金属粉末７を冷却する場合に、チャンバー１の外側における温度調整部１０の温度を上側となるのに従って低く設定することが可能であることを特徴とする構成を採用しており、その結果、上記影響の低下の程度を少なくすることができる。

【0034】

上記構成を実現するためには、加熱の場合に温度調整部１０の温度を上側となるに従って高く設定するためには、上側となるに従って電熱線をチャンバー１の外壁に巻着する程度を増加させることによって単位面積当たりの発熱量を多くするか、又は温度調整部１０に供給する熱湯若しくは加熱水蒸気を上側から供給し、かつ下側から排出し、しかも熱湯若しくは加熱水蒸気の通過量及び温度を適宜選択することによって、適切な温度勾配を設定すると良い。

【0035】

同様に、冷却の場合に上側となるに従って低温とするためには、冷却水、冷却空気又は液体アンモニウムを上側から供給し、かつ下側から排出し、しかも冷却水又は冷却空気の温度及び通過量を適宜選択することによって、適切な温度勾配を設定すると良い。

【0036】

チャンバー１の外壁側からの温度調整による影響は、当該外壁から内側となるに従って、順次低下することを避けることができない。

【0037】

このような影響の低下に対処するため、実施例２においては、前記基本構成に立脚した上で、金属粉末７を加熱する場合には、テーブル２の下側底部における温度調整部２０の温度をチャンバー１の内側壁部側から中心位置に近付くに従って高く設定し、金属粉末７を冷却する場合に、テーブル２の下側底部における温度調整部２０の温度をチャンバー１の内側壁部側から中心位置に近付くに従って、低く設定することが可能であることを特徴とする構成を採用しており、その結果、上記影響の低下の程度を少なくすることができる。

【0038】

上記構成を実現するためには、加熱の場合に、中心となるに従って高温とするためには、底部の中心となるに従って、電熱線を配設する程度を増加させることによって、単位面積当たりの発熱量を多くするか、又は温度調整部２０に供給する熱湯又は加熱水蒸気をチャンバー１の内側端から供給し、かつ中心位置から排出し、しかも冷却水又は冷却空気の温度及び通過量を適宜選択することによって適切な温度勾配を設定すると良い。

【0039】

同様に、冷却の場合には温度調整部２０に対する冷却水、又は冷却空気をチャンバー１の外壁側から供給し、かつ中心位置から排出し、しかも冷却水又は冷却空気の温度及び通過量を適宜選択することによって、適切な温度勾配を設定すると良い。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本発明は、金属粉末に対する溶融及び切削による金属粉末加工装置の全分野において利用することができ、当該利用による技術的効果は絶大である。

【符号の説明】

【0041】

１ チャンバー
１０ チャンバーに対する温度調整部
２ テーブル
２０ テーブルの下側底部における温度調整部
３ 金属粉末供給ユニット
３０ 金属粉末供給ユニットの内壁に対する温度調整部
４０ 供給及び排出用のパイプ
４ 金属粉末備蓄タンク
５ 金属粉末供給パイプ
６ 温度調整室
７ 金属粉末
７０ 金属粉末における溶融及び切削領域

【図1】

【図2】

【図3】