特許 6983856 加工機械

(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】6983856

(24)【登録日】2021年11月26日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】加工機械

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/342 20140101AFI20211206BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/342

【請求項の数】9

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2019-209559(P2019-209559)

(22)【出願日】2019年11月20日

(65)【公開番号】特開2021-79413(P2021-79413A)

(43)【公開日】2021年5月27日

【審査請求日】2020年6月16日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000146847

【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】目澤 雄平

【審査官】 永井 友子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１８−０２４００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／０８１７６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 欧州特許出願公開第００７８０１９０（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特表２００５−５３３６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−０９０３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５９９３５５４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２１７３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１９４９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／１１５４０６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／３４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークに向けてレーザ光を照射し、ワークと相対移動可能な付加加工ヘッドと、
前記付加加工ヘッドに設けられ、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸周りにおいて、その全周の一部分に対応する位置に配置されるノズル部と、
前記ノズル部に向けてキャリアガスとともに材料粉末を供給する材料粉末供給装置とを備え、
前記ノズル部は、ワークに向けて材料粉末を吐出する複数の吐出口を有し、
前記材料粉末供給装置から前記複数の吐出口までの材料粉末の流路は、
分岐点を有し、前記材料粉末供給装置から前記分岐点まで延びる第１流路と、
前記分岐点よりも材料粉末流れの下流側に設けられ、前記複数の吐出口までそれぞれ延びる複数の第２流路とを含み、
前記ノズル部は、ブロック体または管部材から構成され、
前記ノズル部には、前記複数の第２流路をそれぞれ形成する複数の貫通孔が設けられ、各前記貫通孔の開口部が前記吐出口を構成し、
前記複数の吐出口の総開口面積は、前記第１流路の経路上のいずれの位置の流路面積よりも大きい、加工機械。

【請求項2】

前記ノズル部は、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸周りにおいて、ワークに対する前記付加加工ヘッドの進行方向の前方または後方の位相位置に配置される、請求項１に記載の加工機械。

【請求項3】

前記複数の吐出口は、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸に直交する平面内において、ワークに対する前記付加加工ヘッドの進行方向に直交する方向に並ぶ第１吐出口および第２吐出口を含む、請求項１または２に記載の加工機械。

【請求項4】

前記ノズル部は、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸周りにおいて周方向に移動可能に設けられている、請求項１に記載の加工機械。

【請求項5】

前記第１流路は、少なくとも前記材料粉末供給装置から前記付加加工ヘッドまで延びている、請求項１から４のいずれか１項に記載の加工機械。

【請求項6】

ワークに向けてレーザ光を照射し、ワークと相対移動可能な付加加工ヘッドと、
前記付加加工ヘッドに設けられ、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸周りにおいて、その全周の一部分に対応する位置に配置されるノズル部と、
前記ノズル部に向けてキャリアガスとともに材料粉末を供給する材料粉末供給装置とを備え、
前記ノズル部は、ワークに向けて材料粉末を吐出する複数の吐出口を有し、
前記材料粉末供給装置から前記複数の吐出口までの材料粉末の流路は、
分岐点を有し、前記材料粉末供給装置から前記分岐点まで延びる第１流路と、
前記分岐点よりも材料粉末流れの下流側に設けられ、前記複数の吐出口までそれぞれ延びる複数の第２流路とを含み、
前記複数の吐出口は、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸に直交する平面内に設けられ、互いに離れて配置される第１吐出口および第２吐出口を含み、
前記ノズル部は、前記第１吐出口および前記第２吐出口の間の距離が変化するように変形可能に設けられている、加工機械。

【請求項7】

前記ノズル部は、前記第１吐出口を有する第１ノズル片と、前記第２吐出口を有する第２ノズル片とを有し、さらに、
ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸に直交する平面方向において、前記第１ノズル片および前記第２ノズル片を移動させる第１移動機構部を備える、請求項６に記載の加工機械。

【請求項8】

ワーク表面から前記第１吐出口および前記第２吐出口が設けられる前記平面までの距離が変化するように、前記第１ノズル片および前記第２ノズル片を移動させる第２移動機構部をさらに備える、請求項７に記載の加工機械。

【請求項9】

ワークに向けてレーザ光を照射し、ワークと相対移動可能な付加加工ヘッドと、
前記付加加工ヘッドに設けられ、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸周りにおいて、その全周の一部分に対応する位置に配置されるノズル部と、
前記ノズル部に向けてキャリアガスとともに材料粉末を供給する材料粉末供給装置とを備え、
前記ノズル部は、ワークに向けて材料粉末を吐出する複数の吐出口を有し、
前記材料粉末供給装置から前記複数の吐出口までの材料粉末の流路は、
分岐点を有し、前記材料粉末供給装置から前記分岐点まで延びる第１流路と、
前記分岐点よりも材料粉末流れの下流側に設けられ、前記複数の吐出口までそれぞれ延びる複数の第２流路とを含み、
前記第１流路を形成する第１管部材をさらに備え、
前記複数の吐出口は、第３吐出口と、前記第３吐出口の周囲で開口する第４吐出口とを含み、
前記ノズル部は、
材料粉末流れの上流側で前記第１管部材に接続され、材料粉末流れの下流側で前記第４吐出口において開口し、材料粉末流れに直交する平面により切断された場合に前記第１管部材よりも大きい外形を有する第２管部材と、
前記第２管部材の内側に配置され、材料粉末流れの上流側で前記第１管部材と対向して開口し、材料粉末流れの下流側で前記第３吐出口において開口する第３管部材とをさらに有し、
前記第２管部材および前記第３管部材は、前記複数の第２流路を形成する、加工機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、加工機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の加工機械に関して、特開２００８−１７８８９５号公報（特許文献１）には、移動可能に設置され、肉盛対象部にレーザビームを照射するレーザ照射ノズルと、レーザ照射ノズルとともに移動可能に設置され、肉盛対象部に金属粉末を供給する粉末供給ノズルとを備えるレーザ肉盛装置が開示されている。

【0003】

また、特開２０１８−９４６２３号公報（特許文献２）には、粉末を案内するための第１の配管と、第１の配管に接続され、粉体を分岐する分岐コネクタと、分岐コネクタに接続され、分岐された粉末を案内する複数の第２の配管と、複数の第２の配管に接続され、被加工部位に対してレーザ光を照射するとともに、案内された粉体をレーザ光の周囲から吐出するノズルとを備えるレーザクラッド加工装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−１７８８９５号公報

【特許文献2】特開２０１８−９４６２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の特許文献に開示されるように、ワークに対して材料粉末を供給しながら、レーザ光を照射する指向性エネルギー堆積法（Directed Energy Deposition Method）によって、ワークに３次元形状を作成する加工機械が知られている。このような加工機械においては、ワークに対して供給される材料粉末のうちの一部が、不可避的にワークの付加加工に利用されることがないため、材料粉末の利用効率を可能な限り高めることが求められる。

【0006】

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、材料粉末の利用効率が高められる加工機械を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明の１つの局面に従った加工機械は、ワークに向けてレーザ光を照射し、ワークと相対移動可能な付加加工ヘッドと、付加加工ヘッドに設けられ、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸周りにおいて、その全周の一部分に対応する位置に配置されるノズル部と、ノズル部に向けてキャリアガスとともに材料粉末を供給する材料粉末供給装置とを備える。ノズル部は、ワークに向けて材料粉末を吐出する複数の吐出口を有する。材料粉末供給装置から複数の吐出口までの材料粉末の流路は、分岐点を有し、材料粉末供給装置から分岐点まで延びる第１流路と、分岐点よりも材料粉末流れの下流側に設けられ、複数の吐出口までそれぞれ延びる複数の第２流路とを含む。ノズル部は、ブロック体または管部材から構成される。ノズル部には、複数の第２流路をそれぞれ形成する複数の貫通孔が設けられ、各貫通孔の開口部が吐出口を構成する。複数の吐出口の総開口面積は、第１流路の経路上のいずれの位置の流路面積よりも大きい。
この発明の別の局面に従った加工機械は、ワークに向けてレーザ光を照射し、ワークと相対移動可能な付加加工ヘッドと、付加加工ヘッドに設けられ、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸周りにおいて、その全周の一部分に対応する位置に配置されるノズル部と、ノズル部に向けてキャリアガスとともに材料粉末を供給する材料粉末供給装置とを備える。ノズル部は、ワークに向けて材料粉末を吐出する複数の吐出口を有する。材料粉末供給装置から複数の吐出口までの材料粉末の流路は、分岐点を有し、材料粉末供給装置から分岐点まで延びる第１流路と、分岐点よりも材料粉末流れの下流側に設けられ、複数の吐出口までそれぞれ延びる複数の第２流路とを含む。複数の吐出口は、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸に直交する平面内に設けられ、互いに離れて配置される第１吐出口および第２吐出口を含む。ノズル部は、第１吐出口および第２吐出口の間の距離が変化するように変形可能に設けられている。
この発明の別の局面に従った加工機械は、ワークに向けてレーザ光を照射し、ワークと相対移動可能な付加加工ヘッドと、付加加工ヘッドに設けられ、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸周りにおいて、その全周の一部分に対応する位置に配置されるノズル部と、ノズル部に向けてキャリアガスとともに材料粉末を供給する材料粉末供給装置とを備える。ノズル部は、ワークに向けて材料粉末を吐出する複数の吐出口を有する。材料粉末供給装置から複数の吐出口までの材料粉末の流路は、分岐点を有し、材料粉末供給装置から分岐点まで延びる第１流路と、分岐点よりも材料粉末流れの下流側に設けられ、複数の吐出口までそれぞれ延びる複数の第２流路とを含む。加工機械は、第１流路を形成する第１管部材をさらに備える。複数の吐出口は、第３吐出口と、第３吐出口の周囲で開口する第４吐出口とを含む。ノズル部は、材料粉末流れの上流側で第１管部材に接続され、材料粉末流れの下流側で第４吐出口において開口し、材料粉末流れに直交する平面により切断された場合に第１管部材よりも大きい外形を有する第２管部材と、第２管部材の内側に配置され、材料粉末流れの上流側で第１管部材と対向して開口し、材料粉末流れの下流側で第３吐出口において開口する第３管部材とをさらに有する。第２管部材および第３管部材は、複数の第２流路を形成する。
この発明の別の局面に従った加工機械は、ワークに向けてレーザ光を照射し、ワークと相対移動可能な付加加工ヘッドと、付加加工ヘッドに設けられ、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸周りにおいて、全周の一部分に対応する任意の位相位置に配置されるノズル部と、ノズル部に向けてキャリアガスとともに材料粉末を供給する材料粉末供給装置とを備える。ノズル部は、ワークに向けて材料粉末を吐出する複数の吐出口を有する。材料粉末供給装置から複数の吐出口までの材料粉末の流路は、分岐点を有し、材料粉末供給装置から分岐点まで延びる第１流路と、分岐点よりも材料粉末流れの下流側に設けられ、複数の吐出口までそれぞれ延びる複数の第２流路とを含む。

【0008】

このように構成された加工機械によれば、第１流路を流れる材料粉末を複数の第２流路に分流させ、第１流路の流路面積よりも複数の第２流路の総流路面積を大きくすることによって、複数の第２流路の各々を流れるキャリアガスの流量および流速を減少させることができる。その結果、複数の吐出口の各々からワークに向けて吐出される材料粉末の速度を遅くすることができる。これにより、複数の吐出口の各々からワークに向けて吐出された材料粉末がワーク表面上で飛び散る現象を抑制して、材料粉末の利用効率を高めることができる。また、ノズル部は、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸周りにおいて、全周の一部分に対応する任意の位相位置に配置される。これにより、ノズル部を、ワークに対する付加加工ヘッドの進行方向との関係において材料粉末の利用効率が良好となる位相位置に配置して、材料粉末の利用効率をさらに高めることができる。

【0009】

また好ましくは、ノズル部は、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸周りにおいて、ワークに対する付加加工ヘッドの進行方向の前方または後方の位相位置に配置される。

【0010】

このように構成された加工機械によれば、ノズル部が、ワークに対する付加加工ヘッドの進行方向との関係において材料粉末の利用効率が特に良好となる位相位置に配置される。このため、材料粉末の利用効率をさらに高めることができる。

【0011】

また好ましくは、複数の吐出口は、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸に直交する平面内において、ワークに対する付加加工ヘッドの進行方向に直交する方向に並ぶ第１吐出口および第２吐出口を含む。

【0012】

このように構成された加工機械によれば、第１吐出口および第２吐出口の双方を、ワーク表面におけるレーザ光の照射領域との関係において材料粉末の利用効率が良好となる位置に配置することが可能となる。これにより、材料粉末の利用効率をさらに高めることができる。

【0013】

また好ましくは、ノズル部は、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸周りにおいて周方向に移動可能に設けられている。

【0014】

このように構成された加工機械によれば、ワークに対する付加加工ヘッドの進行方向またはワークの加工条件などに対応させて、ノズル部を材料粉末の利用効率が良好となる位相位置に移動させることができる。

【0015】

また好ましくは、第１流路は、少なくとも材料粉末供給装置から付加加工ヘッドまで延びている。

【0016】

このように構成された加工機械によれば、少なくとも材料粉末供給装置から付加加工ヘッドまでの間において材料粉末が流れる流路の面積を小さく抑えることによって、材料粉末供給装置からの材料粉末の供給を、より小さい流量のキャリアガスで実現することができる。

【0017】

また好ましくは、複数の吐出口は、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸に直交する平面内に設けられ、互いに離れて配置される第１吐出口および第２吐出口を含む。ノズル部は、第１吐出口および第２吐出口の間の距離が変化するように変形可能に設けられている。

【0018】

このように構成された加工機械によれば、材料粉末が吐出されるワーク表面上の領域を、レーザ光のスポット径に合わせて変化させることができる。

【0019】

また好ましくは、ノズル部は、第１吐出口を有する第１ノズル片と、第２吐出口を有する第２ノズル片とを有する。加工機械は、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸に直交する平面方向において、第１ノズル片および第２ノズル片を移動させる第１移動機構部をさらに備える。

【0020】

このように構成された加工機械によれば、第１吐出口および第２吐出口を、互いに近づけたり遠ざけたりすることによって、材料粉末が吐出されるワーク表面上の領域の大きさを変化させることができる。

【0021】

また好ましくは、加工機械は、ワーク表面から第１吐出口および第２吐出口が設けられる上記平面からまでの距離が変化するように、第１ノズル片および第２ノズル片を移動させる第２移動機構部をさらに備える。

【0022】

このように構成された加工機械によれば、ワーク表面から第１吐出口および第２吐出口が設けられる平面までの距離を変化させることによって、材料粉末が吐出されるワーク表面上の領域の形状を調整することができる。

【0023】

また好ましくは、加工機械は、第１流路を形成する第１管部材をさらに備える。複数の吐出口は、第３吐出口と、第３吐出口の周囲で開口する第４吐出口とを含む。ノズル部は、材料粉末流れの上流側で第１管部材に接続され、材料粉末流れの下流側で第４吐出口において開口し、材料粉末流れに直交する平面により切断された場合に第１管部材よりも大きい外形を有する第２管部材と、第２管部材の内側に配置され、材料粉末流れの上流側で第１管部材と対向して開口し、材料粉末流れの下流側で第３吐出口において開口する第３管部材とをさらに有する。第２管部材および第３管部材は、複数の第２流路を形成する。

【0024】

このように構成された加工機械によれば、材料粉末が、第１管部材の内側に区画形成された第１流路から、第３管部材の内側に区画形成された第２流路と、第３管部材の外側であって、第２管部材の内側に区画形成された第２流路とに分流される。これにより、第３吐出口および第４吐出口からワークに向けて吐出される材料粉末の速度を遅くすることができる。

【0025】

この発明の別の局面に従った加工機械は、ワークに向けてレーザ光を照射し、ワークと相対移動可能な付加加工ヘッドと、ワークに向けて材料粉末を吐出する吐出口を有し、付加加工ヘッドに設けられるノズル部と、ノズル部に向けてキャリアガスとともに材料粉末を供給する材料粉末供給装置と、材料粉末供給装置から吐出口までの材料粉末の流路上から、キャリアガスの一部を排気させる排気機構部とを備える。

【0026】

このように構成された加工機械によれば、材料粉末供給装置から吐出口までの材料粉末の流路上から、キャリアガスの一部を排気させることによって、吐出口からワークに向けて吐出される材料粉末の速度を遅くすることができる。これにより、吐出口からワークに向けて吐出された材料粉末がワーク表面上で飛び散る現象を抑制して、材料粉末の利用効率を高めることができる。

【0027】

また好ましくは、材料粉末の流路には、排気機構部によって排気されるキャリアガスの一部が流れる排気流路が接続される。排気流路は、材料粉末の流路から排気流路へのキャリアガスの一部の流入方向が、少なくとも、材料粉末の流路における材料粉末流れの下流側から上流側に向かう方向の成分を含むように設けられる。

【0028】

このように構成された加工機械によれば、材料粉末の流路を流れる材料粉末が、キャリアガスとともに排気流路に流入することを抑制できる。これにより、材料粉末の利用効率をさらに高めることができる。

【発明の効果】

【0029】

以上に説明したように、この発明に従えば、材料粉末の利用効率が高められる加工機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】この発明の実施の形態１における加工機械を示す斜視図である。

【図2】図１中の付加加工ヘッドの内部構造を示す斜視図である。

【図3】図１中の付加加工ヘッドの内部構造を示す別の斜視図である。

【図4】図１中の付加加工ヘッドの光学系を模式的に表した図である。

【図5】図１中の付加加工ヘッドの先端部を示す斜視図である。

【図6】レーザ光の光路および材料粉末の流路を模式的に表わす図である。

【図7】付加加工時におけるノズル部およびワークを示す上面図である。

【図8】図７中の矢印ＶＩＩＩに示す方向に見たノズル部およびワークを示す側面図である。

【図9】付加加工時におけるノズル部の位相位置の変形例を示す上面図である。

【図10】ノズル部の第１変形例を示す上面図である。

【図11】図１０中のＸＩ−ＸＩ線上の矢視方向に見たノズル部およびワークを示す断面図である。

【図12】ノズル部の第２変形例を示す側面図である。

【図13】図１２中のノズル部が適用された場合のレーザ光の光路および材料粉末の流路を模式的に表わす図である。

【図14】材料粉末の流路の第１変形例を示す図である。

【図15】材料粉末の流路の第２変形例を示す図である。

【図16】この発明の実施の形態２における加工機械において、付加加工ヘッドの先端部を部分的に示す斜視図である。

【図17】図１６中の加工機械におけるノズル部を示す側面図である。

【図18】図１７中のノズル部（第１吐出口および第２吐出口間の距離の増大時）を示す側面図である。

【図19】図１８中のノズル部からワーク表面に吐出される材料粉末の領域を示す上面図である。

【図20】図１７中のノズル部（第１吐出口および第２吐出口間の距離の増大時、かつ、ワーク表面から第１吐出口および第２吐出口が設けられる平面までの距離の増大時）を示す側面図である。

【図21】図２０中のノズル部からワーク表面に吐出される材料粉末の領域を示す上面図である。

【図22】この発明の実施の形態３における加工機械において、付加加工ヘッドの先端部に設けられたノズル部を示す斜視図である。

【図23】図２２中のノズル部を示す断面図である。

【図24】この発明の実施の形態４における加工機械において、付加加工ヘッドの先端部を示す斜視図である。

【図25】図２４中のジョイント内のキャリアガスの流れを模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

【0032】

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における加工機械を示す斜視図である。図１中には、加工機械の加工エリア内の様子が示されている。

【0033】

図１を参照して、加工機械１００は、ワークの付加加工（ＡＭ（Additive manufacturing）加工）と、ワークの除去加工（ＳＭ（Subtractive manufacturing）加工）とが可能なＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機である。加工機械１００は、ＳＭ加工の機能として、固定工具を用いた旋削機能と、回転工具を用いたミーリング機能とを有する。

【0034】

加工機械１００は、第１主軸台１１１と、第２主軸台（不図示）と、工具主軸１２１と、下刃物台（不図示）とを有する。第１主軸台１１１、第２主軸台、工具主軸１２１および下刃物台は、スプラッシュガード２０６により囲われた加工エリア２００内に設けられている。

【0035】

第１主軸台１１１は、固定工具を用いた旋削加工時にワークを回転させるための主軸１１２を有する。主軸１１２は、水平方向に延びるＺ軸に平行な中心軸２０１を中心に回転可能に設けられている。主軸１１２には、ワークを着脱可能に保持するためのチャック機構が設けられている。第２主軸台（不図示）は、第１主軸台１１１と同様の構造を有し、Ｚ軸方向において第１主軸台１１１と対向して設けられている。

【0036】

工具主軸（上刃物台）１２１は、回転工具を用いたミーリング加工時に回転工具を回転させる。工具主軸１２１は、鉛直方向に延びるＸ軸に平行な中心軸２０３を中心に回転可能に設けられている。工具主軸１２１には、回転工具を着脱可能に保持するためのクランプ機構が設けられている。

【0037】

工具主軸１２１は、図示しないコラム等によりベッド上に支持されている。工具主軸１２１は、コラム等に設けられた各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどにより、Ｘ軸方向、水平方向に延び、Ｚ軸方向に直交するＹ軸方向、および、Ｚ軸方向に移動可能に設けられている。工具主軸１２１がＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動することによって、工具主軸１２１に装着された回転工具による加工位置は、３次元的に変位する。工具主軸１２１は、さらに、Ｙ軸に平行な中心軸２０４を中心に旋回可能に設けられている。

【0038】

下刃物台（不図示）は、旋削加工のための複数の固定工具を装着する。下刃物台は、いわゆるタレット形であり、複数の固定工具が放射状に取り付けられ、旋回割り出しを行なう。下刃物台は、図示しないサドル等によりベッド上に支持されている。下刃物台は、サドル等に設けられた各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどにより、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に設けられている。

【0039】

加工機械１００は、付加加工ヘッド２１を有する。付加加工ヘッド２１は、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにレーザ光を照射することにより付加加工を行なう（指向性エネルギー堆積法（Directed Energy Deposition））。

【0040】

付加加工ヘッド２１は、ワークと相対移動可能なように構成されている。より具体的には、付加加工ヘッド２１は、工具主軸１２１に着脱可能に設けられている。付加加工時、付加加工ヘッド２１は、工具主軸１２１に装着される。工具主軸１２１が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動することによって、ワークに対する付加加工ヘッド２１の位置が３次元的に変位する。さらに本実施の形態では、工具主軸１２１が中心軸２０４を中心に旋回することによって、付加加工ヘッド２１による付加加工の向き（ワークに対するレーザ光の照射方向）が変化する。除去加工時、付加加工ヘッド２１は、工具主軸１２１から離脱される。

【0041】

なお、本発明において、付加加工ヘッドがワークと相対移動可能なように構成される構造は、特に限定されない。たとえば、付加加工ヘッド２１を移動させるためのヘッド移動機構が、工具主軸１２１とは別に設けられてもよいし、ワークを３軸移動させるためのワーク移動機構が設けられてもよい。

【0042】

付加加工ヘッド２１は、ヘッド本体２２と、付加加工ツール２６と、ケーブル継手２３とを有する。

【0043】

ヘッド本体２２には、レーザ光および材料粉末が導かれる。付加加工ヘッド２１のうちヘッド本体２２が、工具主軸１２１に着脱可能に設けられている。付加加工ツール２６は、ワークに向けてレーザ光を出射するとともに、ワークにおけるレーザ光の照射領域を定める。

【0044】

ケーブル継手２３は、ケーブル２４をヘッド本体２２に接続するための継手として設けられている。ケーブル２４には、材料粉末をヘッド本体２２に導くためのチューブと、レーザ光をヘッド本体２２に導くための光ファイバとが収容されている。

【0045】

図２は、図１中の付加加工ヘッドの内部構造を示す斜視図である。図３は、図１中の付加加工ヘッドの内部構造を示す別の斜視図である。図中には、付加加工ツール２６がヘッド本体２２から分離された状態が示されている。

【0046】

図２および図３を参照して、ヘッド本体２２および付加加工ツール２６は、それぞれ、連結部５１および連結部５２を有する。連結部５１および連結部５２には、クランプ機構が内蔵されており、ヘッド本体２２に対する付加加工ツール２６の装着時、そのクランプ機構が作動することによって、連結部５１および連結部５２が互いに連結される。クランプ機構の一例として、バネ力によりクランプ状態を得て、油圧によりアンクランプ状態を得る機構が挙げられる。

【0047】

ヘッド本体２２は、レーザ光入射管４２、レーザ光通路筐体４３、レーザ光通路管４４およびレーザ光通路筐体４５を有する。

【0048】

光ファイバ４１には、図１中のケーブル２４からレーザ光が導かれる。光ファイバ４１は、レーザ光入射管４２に接続されている。レーザ光入射管４２、レーザ光通路筐体４３、レーザ光通路管４４およびレーザ光通路筐体４５は、挙げた順に連なって設けられている。レーザ光入射管４２、レーザ光通路筐体４３、レーザ光通路管４４およびレーザ光通路筐体４５は、ヘッド本体２２におけるレーザ光の光路を形成している。

【0049】

付加加工ツール２６は、レーザ光通路筐体４８およびレーザ光出射筐体４９を有する。レーザ光通路筐体４８およびレーザ光出射筐体４９は、連なって設けられている。レーザ光通路筐体４８およびレーザ光出射筐体４９は、付加加工ツール２６におけるレーザ光の通路を形成している。

【0050】

ヘッド本体２２および付加加工ツール２６は、それぞれ、接続部４６および接続部４７を有する。ヘッド本体２２に対する付加加工ツール２６の装着時、接続部４６に接続部４７が接続されることによって、ヘッド本体２２および付加加工ツール２６間でレーザ光の通路が連通する。

【0051】

図４は、図１中の付加加工ヘッドの光学系を模式的に表した図である。図２から図４を参照して、ヘッド本体２２は、コリメーションレンズ６１、反射鏡６２、反射鏡６３および保護ガラス６４を有する。

【0052】

コリメーションレンズ６１は、レーザ光入射管４２に収容されている。コリメーションレンズ６１は、光ファイバ４１から入力されたレーザ光を平行光にして、反射鏡６２および反射鏡６３に向けて送る。反射鏡６２および反射鏡６３は、それぞれ、レーザ光通路筐体４３およびレーザ光通路筐体４５に収容されている。反射鏡６２および反射鏡６３は、コリメーションレンズ６１からのレーザ光を反射させて付加加工ツール２６に向けて送る。

【0053】

保護ガラス６４は、接続部４６に設けられている。保護ガラス６４は、ヘッド本体２２に内蔵された光学部品を外部雰囲気から保護するために設けられている。

【0054】

付加加工ツール２６は、保護ガラス６５、集光レンズ６６および保護ガラス６７を有する。集光レンズ６６は、レーザ光通路筐体４８に収容されている。集光レンズ６６は、レーザ光をワーク上に集光するためのレンズであり、ワークにおけるレーザ光の照射領域を定める光学部品として設けられている。ワークにおけるレーザ光の照射領域を定める光学部品は、集光レンズ６６に限られず、たとえば、ミラーであってもよい。

【0055】

保護ガラス６５および保護ガラス６７は、それぞれ、接続部４７およびレーザ光出射筐体４９に設けられている。保護ガラス６５および保護ガラス６７は、付加加工ツール２６に内蔵された光学部品を外部雰囲気から保護するために設けられている。

【0056】

ヘッド本体２２には、実行する付加加工の条件に合わせて、複数の付加加工ツール２６（図４中では、付加加工ツール２６Ａ、付加加工ツール２６Ｂおよび付加加工ツール２６Ｃ）のうちいずれか１つの付加加工ツール２６が選択的に装着される。複数の付加加工ツール２６は、ワーク上に定められるレーザ光の照射領域の形状や大きさが互いに異なる。

【0057】

図４中に示す例でいえば、付加加工ツール２６Ａは、集光レンズ６６Ａを有し、この集光レンズ６６Ａによって、ワーク上に直径２ｍｍの円形の照射領域を定める。付加加工ツール２６Ｂは、ホモジナイザー６８および集光レンズ６６Ｂを有し、このホモジナイザー６８および集光レンズ６６Ｂによって、ワーク上に３ｍｍ×８ｍｍの矩形の照射領域を定める。付加加工ツール２６Ｃは、集光レンズ６６Ｃを有し、この集光レンズ６６Ｃによって、ワーク上に直径４ｍｍの円形の照射領域を定める。

【0058】

なお、ヘッド本体２２に複数種類の付加加工ツール２６が選択的に装着される構成は、本発明において必須ではない。ワークにおけるレーザ光の照射領域を定める手段は、たとえば、付加加工ヘッド２１内における光学部品の動作により実現されてもよい。また、本発明は、付加加工ヘッド２１にレーザ光の光路を変更するための反射鏡６２，６３が設けられない構成であってもよい。

【0059】

図５は、図１中の付加加工ヘッドの先端部を示す斜視図である。図２から図５を参照して、付加加工ツール２６は、固定部材７１と、回転部材７６とを有する。固定部材７１は、レーザ光出射筐体４９と隣り合って設けられている。固定部材７１は、レーザ光出射筐体４９に対して、レーザ光通路筐体４８の反対側に設けられている。固定部材７１は、付加加工ツール２６を構成する他の部品に固定して設けられている。

【0060】

回転部材７６は、中心軸２２１（図５を参照のこと）を中心に回転可能に設けられている。中心軸２２１は、付加加工ヘッド２１（付加加工ツール２６）からワークに向けて照射されるレーザ光２３１の光軸に沿った方向に延びる。本実施の形態では、中心軸２２１が、レーザ光２３１の光軸と重なる。回転部材７６は、中心軸２２１の軸方向において、固定部材７１と連設されている。すなわち、回転部材７６および固定部材７１は、中心軸２２１の軸方向において並んで設けられている。

【0061】

固定部材７１には、中空部７４が設けられている（図５を参照のこと）。回転部材７６には、中空部７７が設けられている（図３を参照のこと）。レーザ光２３１は、中空部７４および中空部７７を通り、付加加工ヘッド２１（付加加工ツール２６）からワークに向けて照射される。

【0062】

固定部材７１は、基部７２および円筒部７３から構成されている。基部７２は、レーザ光出射筐体４９と隣り合って設けられている。円筒部７３は、中空部７４を備えた円筒形状を有する。円筒部７３は、基部７２からレーザ光２３１の光軸方向に沿って円筒状に延出するように設けられている。回転部材７６は、基部７２から円筒状に延出する円筒部７３の先端に設けられている。回転部材７６は、中空部７７を備えた円板形状を有する。

【0063】

ヘッド本体２２は、回転駆動源としてのサーボモータ３１と、クラッチ板３２とを有する。付加加工ツール２６は、クラッチ板３３と、回転シャフト３４と、プーリベルト３５とを有する。

【0064】

クラッチ板３２は、サーボモータ３１の出力軸に接続されている。回転シャフト３４は、クラッチ板３３に接続されている。ヘッド本体２２に対する付加加工ツール２６の装着時、クラッチ板３３がクラッチ板３２に摩擦係合することにより、サーボモータ３１から出力された回転が回転シャフト３４に伝達される。プーリベルト３５は、回転シャフト３４および回転部材７６に設けられたプーリ（不図示）間に掛け渡されている。回転シャフト３４の回転がプーリベルト３５を介して回転部材７６に伝達されることによって、回転部材７６が中心軸２２１を中心に回転する。

【0065】

なお、サーボモータ３１から回転部材７６に向けて回転を伝達する手段は、上記のプーリを用いた構成に限られず、たとえば、歯車を用いた構成であってもよい。

【0066】

図６は、レーザ光の光路および材料粉末の流路を模式的に表わす図である。図４から図６を参照して、加工機械１００は、レーザ発振装置１６１をさらに有する。レーザ発振装置１６１は、付加加工に用いられるレーザ光を発振する。

【0067】

図６に示されるように、レーザ発振装置１６１において発振されたレーザ光は、光路１６２を進行し、付加加工ヘッド２１からワークに向けて照射される。光路１６２は、図１中のケーブル２４に収容される光ファイバと、上述の付加加工ヘッド２１内に設けられた各種光学部品とによって規定されている。

【0068】

図２、図３、図５および図６を参照して、加工機械１００は、材料粉末供給装置１７１と、ノズル部１５１とをさらに有する（図２および図３中では、ノズル部１５１の図示が省略されている）。

【0069】

材料粉末供給装置１７１は、付加加工に用いられる材料粉末をキャリアガスとともにノズル部１５１に向けて供給する。材料粉末供給装置１７１は、材料粉末を貯留するタンク部と、材料粉末とキャリアガスとを混合する混合部とから構成されている。

【0070】

ノズル部１５１は、付加加工ヘッド２１に設けられている。ノズル部１５１は、回転部材７６により支持されている。ノズル部１５１は、ブラケット９４を介して、回転部材７６により支持されている。ノズル部１５１は、付加加工ヘッド２１からワークに向けて照射されるレーザ光２３１の光軸（中心軸２２１）の軸周りにおいて、全周の一部分に対応する任意の位相位置に配置されている。ノズル部１５１は、レーザ光２３１の光軸（中心軸２２１）からその半径方向に離れた位置に設けられている。

【0071】

ノズル部１５１は、回転部材７６が中心軸２２１を中心に回転するのに伴って、ワークに向けて照射されるレーザ光２３１の周りで周方向に移動する。特に本実施の形態では、回転部材７６の回転中心である中心軸２２１が、レーザ光２３１の光軸と重なるため、ノズル部１５１はレーザ光２３１の光軸を中心に回転移動する。

【0072】

ノズル部１５１は、ワークに向けて材料粉末を吐出する複数の吐出口１５６（第１吐出口１５６Ａ，第２吐出口１５６Ｂ）を有する。

【0073】

ノズル部１５１は、ブロック体からなる。ノズル部１５１には、第１貫通孔１５２および第２貫通孔１５３が設けられている。第１貫通孔１５２は、直線状に延び、その先端で開口している。第１吐出口１５６Ａは、第１貫通孔１５２の開口部により構成されている。第２貫通孔１５３は、直線状に延び、その先端で開口している。第２吐出口１５６Ｂは、第２貫通孔１５３の開口部により構成されている。第１吐出口１５６Ａの開口面積と、第２吐出口１５６Ｂの開口面積とは、互いに等しい大きさである。第１吐出口１５６Ａの開口面積と、第２吐出口１５６Ｂの開口面積とは、互いに異なる大きさであってもよい。本発明におけるノズル部は、ブロック体に限られず、たとえば、管部材から構成されてもよい。

【0074】

加工機械１００は、第１チューブ８１と、スプリッタ９１と、第２チューブ９２と、第３チューブ９３とをさらに有する（図２および図３中では、スプリッタ９１、第２チューブ９２および第３チューブ９３の図示が省略されている）。第１チューブ８１、スプリッタ９１、第２チューブ９２および第３チューブ９３は、付加加工ヘッド２１に設けられている。

【0075】

第１チューブ８１は、可撓性を有する。第１チューブ８１は、たとえば、樹脂製のフレキシブルチューブである。第１チューブ８１の内周面には、耐摩耗性を向上させるためのコーティング層が設けられてもよい。

【0076】

第１チューブ８１は、第２チューブ９２および第３チューブ９３よりも、付加加工ヘッド２１における材料粉末の流れの上流側に設けられている。第１チューブ８１は、配管継手８６を介して、連結部５２に接続されている。

【0077】

第１チューブ８１は、レーザ光２３１の周りで周回するように設けられている。第１チューブ８１の周回中心軸は、レーザ光２３１の光軸に略一致する。第１チューブ８１は、レーザ光２３１の周りで複数回、周回するように設けられている。図５中に示す例では、第１チューブ８１は、レーザ光２３１の周りで５回、周回するように設けられている。第１チューブ８１は、レーザ光２３１の光軸方向に沿って螺旋状に設けられている。すなわち、第１チューブ８１は、レーザ光２３１の光軸方向にずれながらレーザ光２３１の周りを周回している。

【0078】

第１チューブ８１は、固定部材７１（より具体的には、円筒部７３）の周りで周回するように設けられている。第１チューブ８１の周回中心軸は、回転部材７６の回転中心である中心軸２２１に略一致する。

【0079】

固定部材７１（より具体的には、基部７２）には、留め具８２が取り付けられている。回転部材７６には、留め具８３が取り付けられている。第１チューブ８１は、レーザ光２３１の周りで周回する区間の一方端にて、留め具８２により固定部材７１に支持され、レーザ光２３１の周りで周回する区間の他方端にて、留め具８３により回転部材７６に支持されている。

【0080】

付加加工ツール２６は、複数の保持ピン８８を有する。複数の保持ピン８８は、第１チューブ８１をレーザ光２３１（円筒部７３）の周りで周回する形態に保持するように構成されている。

【0081】

より具体的には、保持ピン８８は、ピン形状を有する。保持ピン８８は、円筒部７３の外周面から径方向外側に突出するように設けられている。複数の保持ピン８８は、円筒部７３における第１チューブ８１の経路に沿って設けられている。すなわち、複数の保持ピン８８は、中心軸２２１の軸方向に位置をずらしながら、中心軸２２１の周方向に所定間隔（本実施の形態では、９０°間隔）を隔てて設けられている。第１チューブ８１は、中心軸２２１の軸方向に隣り合う保持ピン８８の間に位置決めされることにより、レーザ光２３１の周りで周回する形態に保持されている。

【0082】

なお、周方向において保持ピン８８が設けられる間隔は、特に限定されず、たとえば、１２０°間隔であってもよいし、６０°間隔であってもよい。周方向において保持ピン８８が設けられる間隔は、等間隔であることが好ましい。第１チューブ８１をレーザ光２３１の周りで周回する形態に保持する機構は、上記のピン構造に限られず、たとえば、円筒部７３の外周面上において中心軸２２１を中心に螺旋状に延びるリブ構造であってもよい。また、第１チューブ８１がレーザ光２３１の周りで周回する回数は、特に限定されない。

【0083】

第１チューブ８１は、直線状のチューブ材であってもよいし、予め螺旋状に成形されたチューブ材であってもよい。

【0084】

スプリッタ９１は、ブラケット９５およびブラケット９４を介して、回転部材７６により支持されている。スプリッタ９１は、回転部材７６が中心軸２２１を中心に回転するのに伴って、ノズル部１５１とともに、ワークに向けて照射されるレーザ光２３１の周りで周方向に移動する。

【0085】

スプリッタ９１は、チューブ分岐用のジョイントである。スプリッタ９１は、チューブ分岐用のＹ型ジョイントである。スプリッタ９１には、付加加工ヘッド２１における材料粉末の流れの上流側から第１チューブ８１が接続され、付加加工ヘッド２１における材料粉末の流れの下流側から第２チューブ９２および第３チューブ９３が接続されている。スプリッタ９１は、第１チューブ８１を、第２チューブ９２および第３チューブ９３に分岐している。

【0086】

第２チューブ９２および第３チューブ９３は、スプリッタ９１およびノズル部１５１の間において互いに並列に延びている。第２チューブ９２は、第１貫通孔１５２に連通するようにノズル部１５１に接続されている。第３チューブ９３は、第２貫通孔１５３に連通するようにノズル部１５１に接続されている。

【0087】

図６に示されるように、材料粉末供給装置１７１から複数の吐出口１５６（１５６Ａ，１５６Ｂ）までの材料粉末の流路は、分岐点１７６を有する第１流路１７２と、複数の第２流路１７３（１７３Ａ，１７３Ｂ）とを含む。

【0088】

第１流路１７２は、材料粉末供給装置１７１から分岐点１７６まで延びている。分岐点１７６は、材料粉末流れの下流側における第１流路１７２の端部である。第１流路１７２には、材料粉末供給装置１７１からの材料粉末が供給されている。第１流路１７２は、少なくとも材料粉末供給装置１７１から付加加工ヘッド２１まで延びている。本実施の形態では、第１流路１７２が、さらに付加加工ヘッド２１を越えて、スプリッタ９１が設けられた位置まで延びている。

【0089】

複数の第２流路１７３は、分岐点１７６よりも材料粉末流れの下流側に設けられている。複数の第２流路１７３は、それぞれ、複数の吐出口１５６まで延びている。複数の第２流路１７３は、第１流路１７２から分岐し、複数の吐出口１５６に向けて材料粉末を送る。第２流路１７３Ａおよび第２流路１７３Ｂは、分岐点１７６において第１流路１７２から分岐する。第２流路１７３Ａは、第１流路１７２の分岐点１７６から第１吐出口１５６Ａまで延びている。第２流路１７３Ａは、第１流路１７２からの材料粉末を第１吐出口１５６Ａに向けて送る。第２流路１７３Ｂは、第１流路１７２の分岐点１７６から第２吐出口１５６Ｂまで延びている。第２流路１７３Ｂは、第１流路１７２からの材料粉末を第２吐出口１５６Ｂに向けて送る。

【0090】

第１流路１７２は、付加加工ヘッド２１において、第１チューブ８１およびスプリッタ９１により形成されている。第１流路１７２の分岐点１７６は、スプリッタ９１内に設けられている。第２流路１７３Ａは、スプリッタ９１、第２チューブ９２およびノズル部１５１（第１貫通孔１５２）により形成されている。第２流路１７３Ｂは、スプリッタ９１、第３チューブ９３およびノズル部１５１（第２貫通孔１５３）により形成されている。

【0091】

スプリッタ９１は、分岐点１７６において、第１流路１７２を第２流路１７３Ａおよび第２流路１７３Ｂに分岐させている。

【0092】

図７は、付加加工時におけるノズル部およびワークを示す上面図である。図７中では、ワークＷに対する付加加工ヘッド２１の進行方向が白抜きの矢印により示されている。図８は、図７中の矢印ＶＩＩＩに示す方向に見たノズル部およびワークを示す側面図である。

【0093】

図６から図８を参照して、ノズル部１５１は、ワークＷに向けて照射されるレーザ光の光軸（中心軸２２１）の軸周りにおいて、ワークＷに対する付加加工ヘッド２１の進行方向の前方の位相位置に配置されている。

【0094】

第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂは、ワークＷに向けて照射されるレーザ光の光軸（中心軸２２１）に直交する平面３１０内において、ワークＷに対する付加加工ヘッド２１の進行方向に直交する方向（矢印３２０に示す方向）に並んでいる。

【0095】

ノズル部１５１における第１貫通孔１５２および第２貫通孔１５３は、互いに非平行に延びている。第１貫通孔１５２の中心軸をワークＷに向けて延長した直線と、第２貫通孔１５３の中心軸をワークＷに向けて延長した直線とは、ワークＷに向けて照射されるレーザ光の光軸（中心軸２２１）に重なる位置で互いに交わる。ワークＷにおけるレーザ光の照射領域２４１に対する第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂの位置関係は、ワークＷに向けて照射されるレーザ光の光軸（中心軸２２１）と、ワークＷに対する付加加工ヘッド２１の進行方向とを含む平面を挟んで対称となっている。

【0096】

本実施の形態における加工機械１００では、第１流路１７２を流れる材料粉末を、スプリッタ９１内の分岐点１７６において第２流路１７３Ａおよび第２流路１７３Ｂに分岐させることで、第２流路１７３Ａおよび第２流路１７３ｂの各流路の流路面積を第１流路１７２の流路面積と変化させず、第２流路１７３Ａおよび第２流路１７３Ｂの総流路面積を第１流路１７２の流路面積よりも大きくすることができる。これにより、第２流路１７３Ａおよび第２流路１７３Ｂの各流路を流れるキャリアガスの流量や流速が減少するため、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂの各吐出口１５６からワークＷに向けて吐出される材料粉末の速度を遅くすることができる。その結果、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂの各吐出口１５６からワークＷに向けて吐出された材料粉末がワークＷの表面上で飛び散る現象を抑制して、材料粉末の利用効率を高めることができる。

【0097】

また、ワークＷに対する付加加工ヘッド２１の進行方向と、ワークＷに対する材料粉末の吐出方向との間には、ワークＷへの材料粉末の付着が良好となる最適な角度関係が存在する。これに対して、本実施の形態では、ノズル部１５１が、ワークＷに向けて照射されるレーザ光の光軸（中心軸２２１）の軸周りにおいて、全周の一部分に対応する任意の位相位置（本実施の形態では、ワークＷに対する付加加工ヘッド２１の進行方向の前方の位相位置）に配置されている。これにより、材料粉末の利用効率をさらに高めることができる。

【0098】

また、ワークＷに対する付加加工ヘッド２１の進行方向は、付加加工の進行に伴って刻々と変化する。さらに、ワークＷへの材料粉末の付着が良好となる位相位置は、ワークＷの加工条件によって異なる。これに対して、本実施の形態では、ノズル部１５１が、ワークＷに向けて照射されるレーザ光の光軸（中心軸２２１）の軸周りにおいて周方向に移動可能に設けられている。このため、ワークＷに対する付加加工ヘッド２１の進行方向またはワークの加工条件に対応させて、ノズル部１５１を材料粉末の利用効率が良好となる位相位置に移動させることができる。

【0099】

また、本実施の形態では、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂが、ワークＷに向けて照射されるレーザ光の光軸（中心軸２２１）に直交する平面３１０内において、ワークＷに対する付加加工ヘッド２１の進行方向に直交する方向に並んでいる。このような構成により、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂの双方を、ワークＷにおけるレーザ光の照射領域２４１との関係において材料粉末の利用効率が良好となる位置に配置することが可能となる。これにより、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂから吐出される材料粉末をワークＷにおけるレーザ光の照射領域２４１により効率的に吐出して、材料粉末の付着効率をさらに向上させることができる。

【0100】

また、本実施の形態では、第１流路１７２が、少なくとも材料粉末供給装置１７１から付加加工ヘッド２１まで延びている。このような構成により、少なくとも材料粉末供給装置１７１から付加加工ヘッド２１までの間において、材料粉末が流れる流路の面積を小さく抑えることができる。これにより、材料粉末供給装置１７１からの材料粉末の供給を、より小さい流量のキャリアガスで実現することができる。

【0101】

図９は、付加加工時におけるノズル部の位相位置の変形例を示す上面図である。図９は、図７に対応する図である。

【0102】

図９を参照して、本変形例では、ノズル部１５１が、ワークＷに向けて照射されるレーザ光の光軸（中心軸２２１）の軸周りにおいて、ワークＷに対する付加加工ヘッド２１の進行方向の後方の位相位置に配置されている。本変形例に示されるように、ワークＷへの材料粉末の付着が良好となるノズル部１５１の位相位置は、特に限定されない。

【0103】

図１０は、ノズル部の第１変形例を示す上面図である。図１０は、図７に対応する図である。図１１は，図１０中のＸＩ−ＸＩ線上の矢視方向に見たノズル部およびワークを示す断面図である。

【0104】

図１０および図１１を参照して、本変形例では、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂが、ワークＷに向けて照射されるレーザ光の光軸（中心軸２２１）と、ワークＷに対する付加加工ヘッド２１の進行方向とを含む平面内において、ワークＷに対する付加加工ヘッド２１の進行方向に沿って並んでいる。

【0105】

このような構成によれば、ワークＷに対する付加加工ヘッド２１の進行方向に直交する方向におけるノズル部１５１の厚みを小さくすることができる。これにより、たとえば、ワークの互いに直交する２面の隅部に沿って付加加工を行なう場合に、付加加工ヘッド２１をその隅部と対向させながら移動させたとしても、ノズル部１５１がワークと干渉し難くなる。

【0106】

図１２は、ノズル部の第２変形例を示す側面図である。図１２は、図８に対応する図である。図１３は、図１２中のノズル部が適用された場合のレーザ光の光路および材料粉末の流路を模式的に表わす図である。図１３は、図６に対応する図である。

【0107】

図１２および図１３を参照して、本変形例では、ノズル部１５１が、ワークに向けて材料粉末を吐出する複数の吐出口１５６（第１吐出口１５６Ａ，第２吐出口１５６Ｂ，第３吐出口１５６Ｃ，第４吐出口１５６Ｄ）を有する。

【0108】

ノズル部１５１には、第１貫通孔１５２および第２貫通孔１５３に加えて、第３貫通孔１５４および第４貫通孔１５５が設けられている。第３貫通孔１５４は、直線状に延び、その先端で開口している。第３吐出口１５６Ｃは、第３貫通孔１５４の開口部により構成されている。第４貫通孔１５５は、直線状に延び、その先端で開口している。第４吐出口１５６Ｄは、第４貫通孔１５５の開口部により構成されている。

【0109】

第１吐出口１５６Ａの開口面積と、第２吐出口１５６Ｂの開口面積と、第３吐出口１５６Ｃの開口面積と、第４吐出口１５６Ｄの開口面積とは、互いに等しい大きさである。第１吐出口１５６Ａ、第２吐出口１５６Ｂ、第３吐出口１５６Ｃおよび第４吐出口１５６Ｄは、互いに異なる大きさの開口面積を有する複数の吐出口を含んでもよい。

【0110】

第３吐出口１５６Ｃおよび第４吐出口１５６Ｄは、ワークＷに向けて照射されるレーザ光の光軸（中心軸２２１）に直交する平面内において、ワークＷに対する付加加工ヘッド２１の進行方向に直交する方向に並んでいる。第３吐出口１５６Ｃおよび第４吐出口１５６Ｄは、それぞれ、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂの上方に設けられている。

【0111】

加工機械１００は、複数のスプリッタ９１（９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ）を有する。スプリッタ９１Ａは、分岐点１７６において、第１流路１７２を中間流路１７４Ａおよび中間流路１７４Ｂに分岐させている。スプリッタ９１Ｂは、中間流路１７４Ａを、第２流路１７３Ａおよび第２流路１７３Ｂに分岐させている。スプリッタ９１Ｃは、中間流路１７４Ｂを、第２流路１７３Ｃおよび第２流路１７３Ｄに分岐させている。

【0112】

第２流路１７３Ａ、第２流路１７３Ｂ、第２流路１７３Ｃおよび第２流路１７３Ｄは、それぞれ、第１吐出口１５６Ａ、第２吐出口１５６Ｂ、第３吐出口１５６Ｃおよび第４吐出口１５６Ｄまで延びている。第２流路１７３Ａ、第２流路１７３Ｂ、第２流路１７３Ｃおよび第２流路１７３Ｄは、それぞれ、第１吐出口１５６Ａ、第２吐出口１５６Ｂ、第３吐出口１５６Ｃおよび第４吐出口１５６Ｄに向けて材料粉末を送る。

【0113】

本変形例に示されるように、ノズル部１５１に設けられる吐出口１５６の数は、３つ以上の複数であってもよい。

【0114】

図１４は、材料粉末の流路の第１変形例を示す図である。図１４は、図６に対応する図である。図１４を参照して、本変形例では、付加加工ヘッド２１に図６中のスプリッタ９１が設けられていない。第１流路１７２の分岐点１７６は、ノズル部１５１内に設けられている。ノズル部１５１は、分岐点１７６において、第１流路１７２を第２流路１７３Ａおよび第２流路１７３Ｂに分岐している。

【0115】

図１５は、材料粉末の流路の第２変形例を示す図である。図１５は、図６に対応する図である。図１５を参照して、本変形例では、スプリッタ９１が、材料粉末が材料粉末供給装置１７１から付加加工ヘッド２１に導かれる経路上に設けられている。第１流路１７２は、材料粉末が材料粉末供給装置１７１から付加加工ヘッド２１に導かれる経路上の分岐点１７６において、第２流路１７３Ａおよび第２流路１７３Ｂに分岐されている。

【0116】

なお、本実施の形態では、付加加工ヘッドを備える加工機械がＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機械である場合を説明したが、本発明はこれに限られない。付加加工ヘッドを備える加工機械は、たとえば、旋盤ベースのＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機械であってもよいし、マシニングセンタベースのＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機械であってもよい。また、付加加工ヘッドを備える加工機械は、付加加工のみ実行可能な加工機械であってもよい。

【0117】

（実施の形態２）
図１６は、この発明の実施の形態２における加工機械において、付加加工ヘッドの先端部を部分的に示す斜視図である。図１７は、図１６中の加工機械におけるノズル部を示す側面図である。本実施の形態における加工機械は、実施の形態１における加工機械１００と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。

【0118】

図１６および図１７を参照して、本実施の形態では、ノズル部１５１が、第１ノズル片１５１Ａと、第２ノズル片１５１Ｂと、接続部１８１とを有する。

【0119】

第１ノズル片１５１Ａおよび第２ノズル片１５１Ｂは、互いに分割されたブロック体からなる。第１ノズル片１５１Ａは、第１吐出口１５６Ａを有する。第２ノズル片１５１Ｂは、第２吐出口１５６Ｂを有する。第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂは、ワークＷに向けて照射されるレーザ光の光軸（中心軸２２１）に直交する平面３１０内に設けられている。第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂは、その平面３１０内において互いに離れて配置されている。

【0120】

接続部１８１は、第１ノズル片１５１Ａおよび第２ノズル片１５１Ｂを接続している。接続部１８１は、第１アーム１８３と、第２アーム１８４と、アーム接合部１８２とを有する。第１アーム１８３は、アーム形状を有する。第１アーム１８３の一方端は、第１ノズル片１５１Ａに接続されている。第２アーム１８４は、アーム形状を有する。第２アーム１８４の一方端は、第２ノズル片１５１Ｂに接続されている。アーム接合部１８２は、第１アーム１８３および第２アーム１８４の他方端同士を接合している。接続部１８１は、アーム接合部１８２を角部とし、第１アーム１８３および第２アーム１８４が互いに所定の角度をなしながら、アーム接合部１８２から離れる方向に延伸するＶ字形状を有する。

【0121】

図１８は、図１７中のノズル部（第１吐出口および第２吐出口間の距離の増大時）を示す側面図である。図１９は、図１８中のノズル部からワーク表面に吐出される材料粉末の領域を示す上面図である。

【0122】

図１６から図１９を参照して、ノズル部１５１は、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂの間の距離が変化するように変形可能に設けられている。

【0123】

本実施の形態における加工機械は、第１移動機構部１９１をさらに有する。第１移動機構部１９１は、平面３１０の平面方向において第１ノズル片１５１Ａおよび第２ノズル片１５１Ｂを移動させる。

【0124】

第１移動機構部１９１は、サーボモータ１９２と、ギヤ１９４と、スクリューシャフト１９３とを有する。

【0125】

サーボモータ１９２は、ギヤ１９４に対して回転を出力する。スクリューシャフト１９３は、ギヤ１９４と一体に設けられている。スクリューシャフト１９３は、ギヤ１９４を貫通し、ギヤ１９４の回転中心軸に沿って延びている。スクリューシャフト１９３の外周面には、雄ねじが設けられている。スクリューシャフト１９３に設けられる雄ねじの方向は、ギヤ１９４を挟んだ一方の側と他方の側とで逆向きである。スクリューシャフト１９３は、第１アーム１８３および第２アーム１８４に螺合されている。ギヤ１９４は、第１アーム１８３および第２アーム１８４の間に配置されている。

【0126】

サーボモータ１９２から出力された回転は、ギヤ１９４に伝達される。たとえば、サーボモータ１９２から順方向の回転がギヤ１９４に伝達された場合、スクリューシャフト１９３がギヤ１９４と一体となって順方向に回転する。このとき、接続部１８１が、第１アーム１８３および第２アーム１８４がなす角度が大きくように変形することによって、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂの間の距離が増大する。サーボモータ１９２から逆方向の回転がギヤ１９４に伝達された場合、スクリューシャフト１９３がギヤ１９４と一体となって逆方向に回転する。このとき、接続部１８１が、第１アーム１８３および第２アーム１８４がなす角度が小さくように変形することによって、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂの間の距離が減少する。

【0127】

図１７に示されるノズル部１５１（１５１Ａ，１５１Ｂ）においては、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂの間の距離がＷ１に設定されている。

【0128】

第１吐出口１５６Ａから吐出される材料粉末と、第２吐出口１５６Ｂから吐出される材料粉末とによって、ワークＷの表面には、材料粉末の吐出領域２５１が形成されている。吐出領域２５１は、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂの並び方向において、幅Ｂ１を有する。

【0129】

図１８および図１９に示されるノズル部１５１（１５１Ａ，１５１Ｂ）においては、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂの間の距離がＷ１よりも大きいＷ２に設定されている（Ｗ２＞Ｗ１）。

【0130】

第１吐出口１５６Ａから吐出される材料粉末と、第２吐出口１５６Ｂから吐出される材料粉末とによって、ワークＷの表面には、材料粉末の吐出領域２５２が形成されている。吐出領域２５２は、２つの円が、各円の中心同士が第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂの並び方向にずれた形態により繋がった形状を有する。吐出領域２５２は、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂの並び方向において、幅Ｂ１よりも大きい幅Ｂ２を有する（Ｂ２＞Ｂ１）。

【0131】

本実施の形態における加工機械によれば、ワーク表面上におけるレーザ光のスポット径に合わせて、材料粉末の吐出領域の大きさを変化させることができる。これにより、ワーク表面に向けて吐出された材料粉末のうちの、レーザ光により溶融される材料粉末の割合が増大するため、材料粉末の利用効率をさらに高めることができる。

【0132】

図２０は、図１７中のノズル部（第１吐出口および第２吐出口間の距離の増大時、かつ、ワーク表面から第１吐出口および第２吐出口が設けられる平面までの距離の増大時）を示す側面図である。図２１は、図２０中のノズル部からワーク表面に吐出される材料粉末の領域を示す上面図である。

【0133】

図１６、図２０および図２１を参照して、本実施の形態における加工機械は、第２移動機構部１９６をさらに有する。第２移動機構部１９６は、ワークＷの表面から第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂが設けられる平面３１０までの距離が変化するように、第１ノズル片１５１Ａおよび第２ノズル片１５１Ｂを移動させる。第２移動機構部１９６は、第１吐出口１５６Ａからの材料粉末の吐出方向（第１貫通孔１５２が延びる直線方向）と、第２吐出口１５６Ｂからの材料粉末の吐出方向（第２貫通孔１５３が延びる直線方向）とがなす角度の二等分線方向において、第１ノズル片１５１Ａおよび第２ノズル片１５１Ｂを移動させる。

【0134】

第２移動機構部１９６は、サーボモータ１９７と、ピニオン１９８と、ラック１９９とを有する。

【0135】

サーボモータ１９７は、ピニオン１９８に対して回転を出力する。ピニオン１９８は、接続部１８１に取り付けられている。ピニオン１９８は、アーム接合部１８２によって回転可能なように支持されている。ラック１９９は、ピニオン１９８と噛合している。ラック１９９は、ラック１９９に設けられる複数の歯が、第１吐出口１５６Ａからの材料粉末の吐出方向と、第２吐出口１５６Ｂからの材料粉末の吐出方向とがなす角度の二等分線上に沿って並ぶように設けられている。ピニオン１９８の回転中心軸は、ラック１９９に設けられる複数の歯の並び方向に直交する方向に延びている。

【0136】

サーボモータ１９７から出力された回転は、ピニオン１９８に伝達される。たとえば、サーボモータ１９７から順方向の回転がピニオン１９８に伝達された場合、ピニオン１９８が順方向に回転する。このとき、ピニオン１９８とラック１９９との噛み合いによって、第１ノズル片１５１Ａおよび第２ノズル片１５１Ｂは、レーザ光が照射されるワーク表面から遠ざかるように移動する。サーボモータ１９７から逆方向の回転がピニオン１９８に伝達された場合、ピニオン１９８が逆方向に回転する。このとき、ピニオン１９８とラック１９９との噛み合いによって、第１ノズル片１５１Ａおよび第２ノズル片１５１Ｂは、レーザ光が照射されるワーク表面に近づくように移動する。

【0137】

図１７および図１８に示されるノズル部１５１（１５１Ａ，１５１Ｂ）においては、ワーク表面から第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂが設けられる平面３１０までの距離がＨ１に設定されている。

【0138】

図２０および図２１に示されるノズル部１５１（１５１Ａ，１５１Ｂ）においては、ワーク表面から第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂが設けられる平面３１０までの距離が、Ｈ１よりも大きいＨ２に設定されている。

【0139】

第１吐出口１５６Ａから吐出される材料粉末と、第２吐出口１５６Ｂから吐出される材料粉末とによって、ワークＷの表面には、材料粉末の吐出領域２５３が形成されている。吐出領域２５３は、第１吐出口１５６Ａおよび第２吐出口１５６Ｂの並び方向において、幅Ｂ１よりも大きい幅Ｂ３を有する（Ｂ３＞Ｂ１）。吐出口２５２は、円形状（近似的な円形状）を有する。

【0140】

このような構成によれば、ワーク表面上におけるレーザ光のスポット径に合わせて、材料粉末の吐出領域の大きさに加えて、吐出領域の形状を円形に近づけることができる。これにより、材料粉末の利用効率をさらに高めることができる。

【0141】

なお、本実施の形態において説明した第１移動機構部１９１および第２移動機構部１９６に構造は一例であって、特に限定されるものではない。たとえば、本発明における第１移動機構部および第２移動機構部は、手動により動作するものであってもよい。

【0142】

（実施の形態３）
図２２は、この発明の実施の形態３における加工機械において、付加加工ヘッドの先端部に設けられたノズル部を示す斜視図である。図２３は、図２２中のノズル部を示す断面図である。本実施の形態における加工機械は、実施の形態１における加工機械１００と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については、その説明を繰り返さない。

【0143】

図２２および図２３を参照して、加工機械は、第１管部材としての第１チューブ８１を有する。第１チューブ８１は、第１流路１７２を形成している。

【0144】

本実施の形態では、図５中のスプリッタ９１、第２チューブ９２および第３チューブ９３が設けられていない。ノズル部１５１は、第２管部材としての外管２６２と、第３管部材としての内管２６３と、複数の吐出口１５６としての第３吐出口１５６Ｅおよび第４吐出口１５６Ｆとを有する。

【0145】

外管２６２は、中心軸２２６に沿って延びている。内管２６３は、外管２６２の内側に配置されている。内管２６３は、中心軸２２６に沿って延びている。

【0146】

第１チューブ８１、外管２６２および内管２６３は、ノズル部１５１における材料粉末流れに直交する平面（中心軸２２６の軸方向に直交する平面）により切断された場合に、円形の外形を有する。外管２６２および内管２６３は、共軸となるように設けられている。なお、外管２６２および内管２６３は、ノズル部１５１における材料粉末流れに直交する平面により切断された場合に、円形の外形に限られず、たとえば、四角形等の多角形の外形を有してもよいし、楕円形の外形を有してもよい。

【0147】

ノズル部１５１における材料粉末流れに直交する平面により切断された場合の外管２６２の外形（直径）は、ノズル部１５１における材料粉末流れに直交する平面により切断された場合の第１チューブ８１の外形（直径）よりも大きい。ノズル部１５１における材料粉末流れに直交する平面により切断された場合の外管２６２の外形（直径）は、ノズル部１５１における材料粉末流れに直交する平面により切断された場合の内管２６３の外形（直径）よりも大きい。

【0148】

ノズル部１５１における材料粉末流れに直交する平面により切断された場合の内管２６３の外形（直径）は、ノズル部１５１における材料粉末流れに直交する平面により切断された場合の第１チューブ８１の外形（直径）よりも小さくてもよいし、ノズル部１５１における材料粉末流れに直交する平面により切断された場合の第１チューブ８１の外形（直径）以上であってもよい。

【0149】

外管２６２は、ノズル部１５１における材料粉末流れの上流側で、第１チューブ８１に接続されている。外管２６２は、ノズル部１５１における材料粉末流れの下流側で第４吐出口１５６Ｆにおいて開口している。外管２６２は、第２流路１７３Ｆを形成している。第２流路１７３Ｆは、外管２６２の内側であって、内管２６３の外側に区画形成されている。第４吐出口１５６Ｆは、中心軸２２６を中心とするリング形状の開口面を形成している。

【0150】

内管２６３は、ノズル部１５１における材料粉末流れの上流側で、第１チューブ８１と対向して開口している。内管２６３は、ノズル部１５１における材料粉末流れの下流側で第３吐出口１５６Ｅにおいて開口している。内管２６３は、第２流路１７３Ｅを形成している。第２流路１７３Ｅは、内管２６３の内側に区画形成されている。第２流路１７３Ｅは、内管２６３によって第２流路１７３Ｆと区画されている。第２流路１７３Ｆは、第２流路１７３Ｅをその外周上から取り囲むように設けられている。第３吐出口１５６Ｅは、中心軸２２６を中心とする円形の開口面を形成している。

【0151】

第１流路１７２を流れる材料粉末は、第２流路１７３Ｅおよび第２流路１７３Ｆを通り、それぞれ第３吐出口１５６Ｅおよび第４吐出口１５６ＦからワークＷに向けて吐出される。このとき、第２流路１７３Ｅを形成する内管２６３は、材料粉末流れの上流側で、第１流路１７２を形成する第１チューブ８１と対向して開口しているため、第２流路１７３Ｅには、材料粉末が相対的に密に流れ、第２流路１７３Ｆには、材料粉末が相対的に疎に流れる。

【0152】

このような構成によれば、第１流路１７２を流れる材料粉末を、ノズル部１５１において第２流路１７３Ｅおよび第２流路１７３Ｆに分岐させることによって、第２流路１７３Ｅおよび第２流路１７３Ｆの総流路面積を第１流路１７２の流路面積よりも大きくすることができる。これにより、第２流路１７３Ｅおよび第２流路１７３Ｆの各流路を流れるキャリアガスの流量や流速が減少するため、第３吐出口１５６Ｅおよび第４吐出口１５６Ｆの各吐出口１５６からワークＷに向けて吐出される材料粉末の速度を遅くすることができる。その結果、第３吐出口１５６Ｅおよび第４吐出口１５６Ｆの各吐出口１５６からワークＷに向けて吐出された材料粉末がワークＷの表面上で飛び散る現象を抑制して、材料粉末の利用効率を高めることができる。

【0153】

また、ワークＷの表面にレーザ光が照射されることによって、ワークＷからノズル部１５１に対して輻射熱が加わる。本実施の形態では、外管２６２の内側の第２流路１７３Ｆにキャリアガスが流れることによって、ノズル部１５１を効率的に冷却することができる。

【0154】

以上に説明した、この発明の実施の形態１〜３における加工機械の構造をまとめると、加工機械は、ワークに向けてレーザ光を照射し、ワークと相対移動可能な付加加工ヘッド２１と、付加加工ヘッド２１に設けられ、ワークに向けて照射されるレーザ光の光軸周りにおいて、全周の一部分に対応する任意の位相位置に配置されるノズル部１５１と、ノズル部１５１に向けてキャリアガスとともに材料粉末を供給する材料粉末供給装置１７１とを備える。ノズル部１５１は、ワークに向けて材料粉末を吐出する複数の吐出口１５６を有する。材料粉末供給装置１７１から複数の吐出口１５６までの材料粉末の流路は、分岐点を有し、材料粉末供給装置１７１から分岐点まで延びる第１流路１７２と、分岐点よりも材料粉末流れの下流側に設けられ、複数の吐出口１５６までそれぞれ延びる複数の第２流路１７３とを含む。

【0155】

このように構成された、この発明の実施の形態１〜３における加工機械によれば、複数の吐出口１５６の各々からワークに向けて吐出される材料粉末の速度を遅くすることによって、材料粉末の飛び散り現象を防ぐことができる。また、ノズル部１５１を、材料粉末の利用効率が良好となる位相位置に配置することができる。これらの理由により、材料粉末の利用効率を十分に高めることができる。

【0156】

（実施の形態４）
図２４は、この発明の実施の形態４における加工機械において、付加加工ヘッドの先端部を示す斜視図である。本実施の形態における加工機械は、実施の形態１における加工機械１００と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については、その説明を繰り返さない。

【0157】

図２４を参照して、本実施の形態における加工機械は、付加加工ヘッド２１と、材料粉末供給装置１７１（不図示）と、ノズル部３４１と、排気機構部３３１とを有する。

【0158】

ノズル部３４１は、実施の形態１におけるノズル部１５１に替わって、付加加工ヘッド２１に設けられている。ノズル部３４１は、ワークに向けて材料粉末を吐出する吐出口３４３を有する。ノズル部３４１には、貫通孔３４２が設けられている。貫通孔３４２は、直線状に延び、その先端で開口している。吐出口３４３は、貫通孔３４２の開口面により構成されている。

【0159】

排気機構部３３１は、材料粉末供給装置１７１から吐出口３４３までの材料粉末の流路３１１上から、キャリアガスの一部を排気させる。排気機構部３３１は、吐出口３４３よりも流路３１１における材料粉末流れの上流側に設けられている。排気機構部３３１は、ノズル部３４１よりも流路３１１における材料粉末流れの上流側に設けられている。

【0160】

本実施の形態における加工機械は、第１チューブ８１と、ジョイント３２１と、第２チューブ３２６とをさらに有する。

【0161】

第１チューブ８１、ジョイント３２１、第２チューブ３２６およびノズル部１５１は、材料粉末供給装置１７１から吐出口３４３までの材料粉末の流路３１１の一部を形成している。第１チューブ８１、ジョイント３２１、第２チューブ３２６およびノズル部１５１は、付加加工ヘッド２１から吐出口３４３までの区間において流路３１１を形成している。

【0162】

第１チューブ８１、ジョイント３２１、第２チューブ３２６およびノズル部３４１は、付加加工ヘッド２１に取り付けられている。第１チューブ８１、ジョイント３２１、第２チューブ３２６およびノズル部３４１は、挙げた順に、流路３１１における材料粉末流れの上流側から下流側に並んで設けられている。第１チューブ８１は、流路３１１における材料粉末流れの上流側からジョイント３２１に接続されている。第２チューブ３２６は、流路３１１における材料粉末流れの下流側からジョイント３２１に接続されている。第２チューブ３２６は、流路３１１における材料粉末流れの上流側からノズル部３４１に接続されている。

【0163】

図２５は、図２４中のジョイント内のキャリアガスの流れを模式的に示す断面図である。図２４および図２５を参照して、ジョイント３２１は、排気機構部３３１を取り付け可能なエア継手である。ジョイント３２１は、主流路部３２２と、排気流路部３２３とを有する。

【0164】

主流路部３２２は、流路３１１の一部を形成している。主流路部３２２は、直線状に延びる流路を形成している。主流路部３２２には、流路３１１における材料粉末流れの上流側から第１チューブ８１が接続され、流路３１１における材料粉末流れの下流側から第２チューブ３２６が接続されている。排気流路部３２３は、主流路部３２２に接続されている。排気流路部３２３は、排気流路３１２を形成している。排気流路３１２は、流路３１１に接続されている。

【0165】

排気流路部３２３には、排気機構部３３１が設けられている。排気機構部３３１は、エア抜きバルブである。排気機構部３３１を開弁することによって、排気流路３１２が外部空間に開放される。流路３１１の圧力が外部の圧力よりも高い条件下において、流路３１１を流れるキャリアガスの一部が、排気流路３１２に流入する。排気流路３１２に流入したキャリアガスの一部は、排気機構部３３１を通じて外部空間に排出される。

【0166】

このような構成によれば、材料粉末供給装置１７１から吐出口３４３までの材料粉末の流路３１１上からキャリアガスの一部を排気させることによって、吐出口３４３からワークに向けて吐出される材料粉末の速度を遅くすることができる。これにより、吐出口３４３からワークに向けて吐出された材料粉末がワーク表面上で飛び散る現象を抑制して、材料粉末の利用効率を高めることができる。

【0167】

図２５に示されるように、排気流路３１２は、流路３１１から排気流路３１２へのキャリアガスの一部の流入方向が、少なくとも、流路３１１における材料粉末流れの下流側から上流側に向かう方向の成分を含むように設けられている。ジョイント３２１は、材料粉末流れの上流側の流路３１１と、排気流路３１２とが、９０°よりも小さい角度θをなすように設けられている（θ＜９０°）。

【0168】

このような構成によれば、流路３１１を流れる材料粉末が、キャリアガスとともに排気流路３１２に流入することを抑制できる。これにより、材料粉末の利用効率をさらに高めることができる。

【0169】

なお、本実施の形態では、排気機構部３３１がジョイント３２１に設けられる場合を説明したが、このような構成に限られない。たとえば、排気機構部３３１は、ノズル部３４１に設けられてもよい。また、本実施の形態におけるノズル部３４１が、実施の形態１における複数の吐出口１５６が設けられたノズル部１５１に置き換えられる構成であってもよい。

【0170】

以上に説明した、この発明の実施の形態４における加工機械の構造をまとめると、加工機械は、ワークに向けてレーザ光を照射し、ワークと相対移動可能な付加加工ヘッド２１と、ワークに向けて材料粉末を吐出する吐出口３４３を有し、付加加工ヘッド２１に設けられるノズル部３４１と、ノズル部３４１に向けてキャリアガスとともに材料粉末を供給する材料粉末供給装置１７１と、材料粉末供給装置１７１から吐出口３４３までの材料粉末の流路３１１上から、キャリアガスの一部を排気させる排気機構部３３１とを備える。

【0171】

このように構成された、この発明の実施の形態４における加工機械によれば、吐出口３４３からワークに向けて吐出される材料粉末の速度を遅くすることによって、材料粉末の飛び散り現象を防ぐことができる。これにより、材料粉末の利用効率を高めることができる。

【0172】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0173】

本発明は、付加加工ヘッドを備える加工機械に適用される。

【符号の説明】

【0174】

２１ 付加加工ヘッド、２２ ヘッド本体、２３ ケーブル継手、２４ ケーブル、２６，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ 付加加工ツール、３１，１９２，１９７ サーボモータ、３２，３３ クラッチ板、３４ 回転シャフト、３５ プーリベルト、４１ 光ファイバ、４２ レーザ光入射管、４３，４５，４８ レーザ光通路筐体、４４ レーザ光通路管、４６，４７ 接続部、４９ レーザ光出射筐体、５１，５２ 連結部、６１ コリメーションレンズ、６２，６３ 反射鏡、６４，６５，６７ 保護ガラス、６６，６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ 集光レンズ、６８ ホモジナイザー、７１ 固定部材、７２ 基部、７３ 円筒部、７４，７７ 中空部、７６ 回転部材、８１ 第１チューブ、８２，８３ 留め具、８６ 配管継手、８８ 保持ピン、９１，９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ スプリッタ、９２ 第２チューブ、９３ 第３チューブ、９４，９５ ブラケット、１００ 加工機械、１１１ 第１主軸台、１１２ 主軸、１２１ 工具主軸、１５１ ノズル部、１５２ 第１貫通孔、１５３ 第２貫通孔、１５４ 第３貫通孔、１５５ 第４貫通孔、１５６ 吐出口、１５６Ａ 第１吐出口、１５６Ｂ 第２吐出口、１５６Ｃ，１５６Ｅ 第３吐出口、１５６Ｄ，１５６Ｆ 第４吐出口、１６１ レーザ発振装置、１６２ 光路、１７１ 材料粉末供給装置、１７２ 第１流路、１７３，１７３Ａ，１７３Ｂ，１７３Ｃ，１７３Ｄ 第２流路、１７４Ａ，１７４Ｂ 中間流路、１７６ 分岐点、１８１ 接続部、１８２ アーム接合部、１８３ 第１アーム、１８４ 第２アーム、１９１ 第１移動機構部、１９３ スクリューシャフト、１９４ ギヤ、１９６ 第２移動機構部、１９８ ピニオン、１９９ ラック、２０１，２０３，２０４，２２１，２２６ 中心軸、２０６ スプラッシュガード、２３１ レーザ光、２４１ 照射領域、２５１，２５２，２５３ 吐出領域、２６２ 外管、２６３ 内管、３１０ 平面、３１１ 流路、３１２ 排気流路、３２１ ジョイント、３２２ 主流路部、３２３ 排気流路部、３３１ 排気機構部、３４２ 貫通孔。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】