特開 2024-111785 肉盛加工ノズル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024111785

(43)【公開日】2024-08-19

(54)【発明の名称】肉盛加工ノズル

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/342 20140101AFI20240809BHJP

【ＦＩ】

B23K26/342

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【公開請求】

(21)【出願番号】P 2023077195

(22)【出願日】2023-05-09

(71)【出願人】

【識別番号】592010070

【氏名又は名称】株式会社進和

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】秦野 晃一

(72)【発明者】

【氏名】別所 佑弥

(72)【発明者】

【氏名】飯領田 晃

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA32

4E168CB03

4E168CB08

4E168DA26

4E168EA17

4E168EA25

4E168FA01

4E168FB03

4E168KB03

(57)【要約】

【課題】アウタノズルに金属粉末が付着しにくい肉盛加工ノズルを提供する。
【解決手段】レーザが通過するレーザ通路を有するインナノズル５０と、インナノズル５０に外嵌されてインナノズル５０との間に金属粉末供給路５４を形成するアウタノズル６０とを備えた肉盛加工ノズル１６であって、前記アウタノズル６０は、金属粉末供給路５４を形成する内周部６２と前記内周部６２の外側に位置する外周部６３とを有しており、前記内周部６２と前記外周部６３との間に冷却材流路６５を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザが通過するレーザ通路を有するインナノズルと、前記インナノズルに外嵌されて前記インナノズルとの間に金属粉末供給路を形成するアウタノズルとを備えた肉盛加工ノズルであって、
前記アウタノズルは、前記金属粉末供給路を形成する内周部と前記内周部の外側に位置する外周部とを有しており、前記内周部と前記外周部との間に冷却材流路を有する肉盛加工ノズル。

【請求項2】

前記アウタノズルは前記内周部と前記外周部との先端間に位置する先端部を有し、前記冷却材流路は、前記先端部の内側に形成されている請求項１に記載の肉盛加工ノズル。

【請求項3】

前記冷却材流路は、前記アウタノズルの内部に形成された中空部であり、前記中空部の周方向の１箇所には前記中空部を周方向に仕切る仕切壁が形成されており、前記仕切壁を挟んで前記中空部へと冷却材を導入する導入孔と前記中空部から前記冷却材を排出する排出孔とが形成されている請求項１又は２に記載の肉盛加工ノズル。

【請求項4】

前記冷却材流路は、前記アウタノズル内において先端側と基端側とをジグザグ状に移動しながら前記アウタノズルを周回する形状である請求項３に記載の肉盛加工ノズル。

【請求項5】

前記冷却材流路は、前記アウタノズルの内部において前記仕切壁を挟み基端から先端に向けて延びる２本の案内路と前記両案内路に連絡して前記アウタノズル内を周回する周回路によって形成されている請求項３に記載の肉盛加工ノズル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、肉盛加工ノズルに関する。

【背景技術】

【0002】

被加工物表面の摩耗や変質の補修、あるいは被加工物の表面に耐摩耗性や耐食性を付与して被加工物の表面特性を改変したい場合などに、被加工物表面に肉盛加工をするレーザ肉盛方法が知られている。このレーザ肉盛方法では、被加工物の局所にレーザを照射して被加工物の表面が溶融した溶融池を形成し、溶融池に向けて金属粉末を供給する。供給された金属粉末は溶融して溶融池の表面を覆う形で堆積するため、被加工物の表面には新たな金属組織からなる肉盛り層が形成される。

【0003】

レーザ肉盛方法は、被加工物にレーザを照射して局所的に加熱するため、母材である被加工物への熱影響が少なく歪みの少ない加工が可能となる。また、レーザ肉盛方法は肉盛り層の厚みや幅などの制御が容易であり、肉盛りした金属組織の被加工物への溶け込みが少なく最小限の肉盛り厚で被加工物の表面特性を改変することができる。ところで、このレーザ肉盛方法では、被加工物にレーザを照射して形成した溶融池に金属粉末を吹き付ける。このため、レーザ肉盛方法に用いるレーザ肉盛装置は、レーザ通路と、レーザ通路に近接しレーザ通路を周回した金属粉末供給路が形成された肉盛加工ノズルを有している（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平０９－１４１４６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の肉盛加工ノズルは、レーザ通路を有するインナノズルと、これに外嵌されるアウタノズルとを備え、インナノズルとアウタノズルとの間に金属粉末が通過する粉末供給路を有し、その先端が開口している。肉盛加工ノズル、特にアウタノズルは被加工物の加工箇所に近接して配置されるため、レーザの反射光や加熱された被加工物の輻射熱を受けて高温になる。また、肉盛加工中にスパッタが発生し飛散することがあるが、アウタノズルが高温になっていると飛散したスパッタが付着しやすくなる。スパッタは肉盛加工ノズルへの付着箇所によっては粉末供給路を塞ぐこともあり、この場合は粉末供給路からの金属粉末の吐出が妨げられる場合がある。また、粉末供給路に限らずスパッタがアウタノズルに付着すると、スパッタによりノズル表面の品質が変化されてアウタノズルの寿命が低下する要因にもなる。

【0006】

一方、レーザ肉盛装置として、アウタノズルに冷却水流路を設けた構成がある。図９に冷却水流路を備えた肉盛加工ノズルの断面模式図を示す。同図に示すようにノズル本体５００には冷却水供給路５０１と冷却水排出路５０２とが周方向に１８０度離れた位置に形成されており、ノズル本体５００の先端面５０３にそれぞれ周方向に１８０度離間して開口している。そして、ノズル本体５００の先端面５０３にはアウタノズル５０４の基端面５０５が当接しており、図１０に示すようにアウタノズル５０４の基端面５０５には円環有底溝である冷却水流路５０６が形成されている。この冷却水流路５０６の円の直径は冷却水供給路５０１と冷却水排出路５０２の２つの開口間の距離と同径になっており、冷却水供給路５０１と冷却水排出路５０２は冷却水流路５０６に対向して開口する。また、レーザ肉盛装置は図示しない循環ポンプを有し、同じく図示しない配管が循環ポンプと冷却水供給路５０１及び冷却水排出路５０２を繋いでいる。この構成によりアウタノズル５０４の冷却水流路５０６に冷却水が供給される。

【0007】

しかし、図９、図１０に示すように、冷却水流路５０６はアウタノズル５０４の基端側にのみ形成された円環状の有底溝である。このため、スパッタが付着しやすいアウタノズル５０４の先端側の冷却には十分といえず、アウタノズルへのスパッタの付着を防止するには不十分であった。このため、一定時間ごとに肉盛加工を停止してアウタノズルに付着したスパッタを除去する作業を清掃しており、作業効率の低下を招いていた。

【0008】

そこで、本発明は上記問題点を解決するため、アウタノズルに金属粉末が付着しにくい肉盛加工ノズルを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため肉盛加工ノズルは、レーザが通過するレーザ通路を有するインナノズルと、前記インナノズルに外嵌されて前記インナノズルとの間に金属粉末供給路を形成するアウタノズルとを備えた肉盛加工ノズルであって、前記アウタノズルは、前記金属粉末供給路を形成する内周部と前記内周部の外側に位置する外周部とを有しており、前記内周部と前記外周部との間に冷却材流路を有する。

【0010】

また、前記アウタノズルは前記内周部と前記外周部との先端間に位置する先端部を有し、前記冷却材流路は、前記先端部の内側に形成されている。
前記冷却材流路は、前記アウタノズルの内部に形成された中空部であり、前記中空部の周方向の１箇所には前記中空部を周方向に仕切る仕切壁が形成されており、前記仕切壁を挟んで前記中空部へと冷却材を導入する導入孔と前記中空部から前記冷却材を排出する排出孔とが形成されている。

【0011】

前記冷却材流路は、前記アウタノズル内において先端側と基端側とをジグザグ状に移動しながら前記アウタノズルを周回する形状である。
前記冷却材流路は、前記アウタノズルの内部において前記仕切壁を挟み基端から先端に向けて延びる２本の案内路と前記両案内路に連絡して前記アウタノズル内を周回する周回路によって形成されている。

【発明の効果】

【0012】

本発明の肉盛加工ノズルによれば、アウタノズルに金属粉末が付着しにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態のレーザ肉盛装置の概要図。

【図2】肉盛加工ノズルの粉末供給路が位置する部分の断面模式図。

【図3】肉盛加工ノズルの冷却水供給路と冷却水排出路とが位置する部分の断面模式図。

【図4】図４（ａ）はアウタノズルの背面図、図４（ｂ）はアウタノズルから外周壁及び先端壁を除去した構成の正面図。

【図5】アウタノズルの他の実施形態の断面模式図。

【図6】アウタノズルから外周壁及び先端壁を除去した構成の正面図。

【図7】アウタノズルの他の実施形態の断面模式図。

【図8】アウタノズルから外周壁及び先端壁を除去した構成の正面図。

【図9】従来の肉盛加工ノズル断面模式図。

【図10】従来のアウタノズルの背面図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を具体化したレーザ肉盛装置１の一実施形態を図１～図４にしたがって説明する。
（レーザ肉盛装置１）
図１は、レーザ肉盛装置１の構成模式図である。レーザ肉盛装置１はレーザ発振器１１、粉体供給装置１２、吐出気体供給装置１３、冷却水循環装置１４、光学系１５、肉盛加工ノズル１６、ロボットアーム１７、テーブル１８を備える。

【0015】

レーザ発振器１１はレーザ肉盛に用いる半導体レーザを発生させる装置であり、光学系１５とはファイバーケーブル１１１にて接続されている。粉体供給装置１２は、レーザ肉盛に使用する金属粉末を肉盛加工ノズル１６に供給する装置であり、粉末供給管１２１が接続されている。また、粉末供給管１２１の下流には分配器１２２が設けられ、分配器１２２にて複数（４つ）の枝管１２３に分岐して肉盛加工ノズル１６に接続されている。吐出気体供給装置１３は、金属粉末を肉盛加工ノズル１６から一定の吐出圧で吐出する媒体となる気体を供給する装置であり、気体供給管１３１で肉盛加工ノズル１６に接続されている。ここで使用される気体はヘリウム、ネオン、アルゴン等の不活性気体となる。冷却水循環装置１４は、肉盛加工ノズル１６へ冷却材としての冷却水を供給し、また肉盛加工ノズル１６から冷却水を回収し循環する装置であり、図示しない循環ポンプ及び冷却装置を有する。冷却水循環装置１４は、冷却水供給管１４１と冷却水排水管１４２で肉盛加工ノズル１６に接続されている。光学系１５は、レーザ発振器１１で発生させたレーザを加工対象物１９に照射する装置であり、図示しないミラー、集光レンズ等を組み合わせて構成されている。肉盛加工ノズル１６は、加工対象物１９に肉盛り材料となる金属粉末を吐出する装置であり、光学系１５の先端に装着されている。ロボットアーム１７は光学系１５及び肉盛加工ノズル１６を移動させるものであり、多関節を有して光学系１５及び肉盛加工ノズル１６を３軸方向に移動させることができる。また、加工対象物１９はテーブル１８に載置されている。

【0016】

（肉盛加工ノズル１６）
図２、図３に肉盛加工ノズル１６の断面模式図を示す。
肉盛加工ノズル１６は光学系１５の先端に装着されており、連結部材２０、装着フランジ３０、ノズル本体４０、インナノズル５０、アウタノズル６０、固定ナット７０を有する。なお、図１に示す肉盛加工ノズル１６の上方を基端、下方を先端といい、レーザは肉盛加工ノズル１６の基端から先端に向けて照射される。また、基端と先端を結ぶ方向を軸方向、軸方向に直交する方向を径方向といい、肉盛加工ノズル１６において軸方向に対する回転方向を周方向という。

【0017】

連結部材２０は肉盛加工ノズル１６を光学系１５に連結する部材であり、光学系１５の先端及び装着フランジ３０にそれぞれ外嵌して図示しない締結部材により連結されている。

【0018】

装着フランジ３０は、円筒部３１とその先端に一体形成された円環状のフランジ部３２とを有する部材である。円筒部３１の中央は軸方向に貫通する一定直径の中空に形成されており、ここはレーザが通過するレーザ通路となる。円筒部３１の基端側は連結部材２０に内嵌されている。また、フランジ部３２は平坦な円環状の先端面３３を有し、この先端面３３にノズル本体４０が図示しない締結部材により締結固定されている。

【0019】

ノズル本体４０は、本体部材４１と、本体部材４１の内部に配置される内嵌部材４２とを有する。本体部材４１は、装着フランジ３０のフランジ部３２の外径と同等の外径を有する大径円筒部４１１と、大径円筒部４１１の先端側に大径円筒部４１１と一体形成されたより小径の小径円筒部４１２とを有する２段の円筒形状をなす。大径円筒部４１１の基端は円環状の平坦な面である基端平坦面４１３が形成されており、この基端平坦面４１３に装着フランジ３０のフランジ部３２の先端面３３が当接されて図示しない締結部材により締結固定されている。

【0020】

本体部材４１の中央は軸方向に貫通する中空に形成されており、この中空部分には大径円筒部４１１の径方向内側に位置する大径内周部４１４と小径円筒部４１２の径方向内側に位置する小径内周部４１５が同心で形成されている。大径内周部４１４と小径内周部４１５の境界には径方向に延びる円環面４１６が形成されている。小径内周部４１５には雌ネジが形成されており、小径円筒部４１２の外周面には雄ネジが形成されている。また、小径円筒部４１２の先端には円環状の平坦な先端平坦面４１７が形成されている。

【0021】

本体部材４１の大径内周部４１４には、内嵌部材４２が内嵌装着されている。内嵌部材４２は円筒形状をなし、中央は軸方向に貫通し先端に向かうほど径が小さくなる逆円錐状の中空に形成されたレーザ通路となる。また、内嵌部材４２は、基端側に大径内周部４１４に内接する円筒状の当接部４２１を有し、この当接部４２１より先端には段差を介してより小径の空間形成部４２２を有する。なお、この空間形成部４２２の外径は、本体部材４１の大径内周部４１４より小径で小径内周部４１５より大径である。また、空間形成部４２２の先端外周はより小径で外周に雄ネジが形成された螺合部４２３となっている。この螺合部４２３の雄ネジを本体部材４１の小径内周部４１５に形成された雌ネジに螺合して、内嵌部材４２は本体部材４１に固定されている。

【0022】

本体部材４１に内嵌部材４２を固定した状態では、本体部材４１の大径内周部４１４と、内嵌部材４２の空間形成部４２２との間に円筒状の金属粉末の拡散空間４２４が形成される。また、大径内周部４１４と小径内周部４１５との境界に形成される円環面４１６の一部も拡散空間４２４を構成する。

【0023】

図２に示すように、ノズル本体４０には、金属粉末を通すための粉末供給路４３が形成されている。ノズル本体４０の大径円筒部４１１には、周方向に９０度間隔で４本の第１粉末供給路４３１が形成されている。なお、図２では１８０度離間した２本の第１粉末供給路４３１を示す。各第１粉末供給路４３１は大径円筒部４１１の外周面に一端の開口４３１ａを有し、外周面から大径円筒部４１１の内部を径方向内方かつ先端側に向かって延び、他端が大径内周部４１４の拡散空間４２４に面した開口４３１ｂを有する孔である。

【0024】

また、ノズル本体４０のうち小径円筒部４１２には、複数の第２粉末供給路４３２が円環状に形成されている。各第２粉末供給路４３２は拡散空間４２４に面する円環面４１６に一端の開口４３２ａを有し、小径円筒部４１２の内部を軸方向に延び、小径円筒部４１２の先端平坦面４１７に他端の開口４３２ｂを有する孔である。これら第１粉末供給路４３１、拡散空間４２４及び第２粉末供給路４３２により粉末供給路４３が構成される。また、大径円筒部４１１の外周面に形成された各第１粉末供給路４３１の一端の開口４３１ａにはそれぞれ供給コネクタ４３３が装着されており、各供給コネクタ４３３には枝管１２３が接続されている。なお、図示しないがノズル本体４０の大径円筒部４１１には更に拡散空間４２４に連通する気体供給路が形成されており、この気体供給路には気体供給管１３１が接続されている。

【0025】

図３に示すように、ノズル本体４０には、１本の冷却水供給路４４が形成されている。冷却水供給路４４は大径円筒部４１１の外周面に一端の開口４４ａを有する。この開口４４ａは大径円筒部４１１の外周面において周方向に隣接する２つの第１粉末供給路４３１の開口４３１ａ間に形成されている。また、冷却水供給路４４は大径円筒部４１１の内部で軸方向に向きを変えて延び小径円筒部４１２の先端平坦面４１７に他端の開口４４ｂを有する。先端平坦面４１７における冷却水供給路４４の開口４４ｂは第２粉末供給路４３２の開口４３２ｂよりも径方向外側に位置する。大径円筒部４１１の外周面に形成された冷却水供給路４４の一端側の開口４４ａには給水コネクタ４４１が装着されており、給水コネクタ４４１には冷却水供給管１４１が接続されている。

【0026】

さらに、ノズル本体４０には１本の冷却水排出路４５が形成されている。冷却水排出路４５は冷却水供給路４４とは周方向に１８０度離間して対称形状に形成されている。また、冷却水排出路４５の形状も冷却水供給路４４と同じである。冷却水排出路４５は大径円筒部４１１の外周面に一端側の開口４５ａを有し、大径円筒部４１１の内部で軸方向に向きを変えて延び小径円筒部４１２の先端平坦面４１７に他端の開口４５ｂを有している。先端平坦面４１７における冷却水排出路４５の開口４５ｂは第２粉末供給路４３２の開口４３２ｂよりも径方向外側である。ただし、冷却水排出路４５と冷却水供給路４４とでは冷却水の流れ方向は逆向きである。大径円筒部４１１の外周面に形成された冷却水排出路４５の開口４５ａには排水コネクタ４４２が装着されており、排水コネクタ４４２には冷却水排水管１４２が接続されている。図２、図３に示すように、ノズル本体４０の先端には、インナノズル５０及びアウタノズル６０が装着されている。

【0027】

（インナノズル５０）
図２、図３に示すように、インナノズル５０は全体として先端に向かうほど縮径する逆円錐筒状をなし、クロム銅にて形成されている。インナノズル５０は先端に向かうほど径が小さくなる逆円錐状の内周面５１を有し、この内周面５１の内側は軸方向に貫通し先端に向かうほど径が小さくなる逆円錐状のレーザ通路となる。インナノズル５０の基端側には外周面に雄ネジを有する小径の装着部５２が形成されており、この装着部５２がノズル本体４０の小径内周部４１５に形成された雌ネジに螺合されて、インナノズル５０がノズル本体４０に固定されている。

【0028】

インナノズル５０のうち装着部５２より先端は装着部５２より大径で先端に向かうほど縮径する逆円錐筒状の外周面５３を有する。インナノズル５０の外周面５３の基端の直径は、小径円筒部４１２の先端平坦面４１７に複数形成された第２粉末供給路４３２の開口４３２ｂを結んで形成される円の直径よりも小さい。このため、インナノズル５０をノズル本体４０に装着した状態では、先端平坦面４１７における複数の第２粉末供給路４３２の開口４３２ｂはインナノズル５０に覆われることなくその外周側に露出する。また、外周面５３の軸方向に対する傾斜角度は内周面５１の軸方向に対する傾斜角度より大きく、インナノズル５０の厚みは先端に向かうほど順次小さくなる。なお、インナノズル５０は中実となっている。

【0029】

（アウタノズル６０）
図２、図３に示すように、アウタノズル６０は全体として先端に向かうほど縮径する逆円錐筒状をなし、クロム銅にて形成されている。アウタノズル６０は円環状の基部６１を有する。また、アウタノズル６０は基部６１の内周縁に連続し先端に向かうほど径が小さくなる逆円錐板状の内周部としての内周壁６２と、基部６１の外周縁に連続し先端に向かうほど径が小さくなる逆円錐板状の外周部としての外周壁６３を有する。外周壁６３は内周壁６２の外側にあり、さらにアウタノズル６０は内周壁６２と外周壁６３の先端間に位置する円環板状の先端部としての先端壁６４とを有する。これらによって構成されるアウタノズル６０の内部は中空部６５となっており、アウタノズル６０内部の冷却水流路を構成する。内周壁６２の軸方向に対する傾斜角度は、外周壁６３の軸方向に対する傾斜角度より小さく、中空部６５の厚みは先端に向かうほど順次小さくなる。

【0030】

基部６１の外径は先端平坦面４１７と同径に形成されている。また、基部６１の内径は小径円筒部４１２の先端平坦面４１７に複数形成された第２粉末供給路４３２の開口４３２ｂを結んで形成される円の直径よりも大きい。そして、基部６１と外周壁６３の基端側一部は円筒状に形成されて外周に雄ネジが形成されている。基部６１と小径円筒部４１２にまたがる形で雌ネジを有する固定ナット７０が螺合されてアウタノズル６０はインナノズル５０を外嵌した状態でノズル本体４０に固定されている。アウタノズル６０をノズル本体４０に装着した状態では、先端平坦面４１７における複数の第２粉末供給路４３２の開口４３２ｂはアウタノズル６０に覆われることなく基部６１の内周側に露出する。

【0031】

そして、図２に示すように、インナノズル５０の外周面５３とアウタノズル６０の内周壁６２との間には周方向にわたり一定厚みの逆円錐筒状の空間が形成されている。この空間は基端側において第２粉末供給路４３２の開口４３２ｂに面し、先端側は開放された金属粉末供給路５４となる。金属粉末供給路５４を構成する逆円錐筒の仮想上の頂点はインナノズル５０から照射されたレーザと重なる位置にある。肉盛に用いられる金属粉末は、これが貯留されている粉体供給装置１２から粉末供給管１２１を通り分配器１２２にて４つの枝管１２３に分岐しノズル本体４０の各第１粉末供給路４３１を通り拡散空間４２４に入る。金属粉末は拡散空間４２４で周方向に拡散し、また吐出気体供給装置１３から気体供給管１３１を経てノズル本体４０の気体供給路からの吐出気体とともに開口４３２ａから第２粉末供給路４３２を通り開口４３２ｂからノズル本体４０外に吐出される。第２粉末供給路４３２の開口４３２ｂは金属粉末供給路５４に面している。このため、金属粉末は逆円錐筒状の金属粉末供給路５４を通ってレーザが照射されている加工対象物１９の肉盛り箇所へと吹き付けられ、加工対象物１９に肉盛りが行われる。

【0032】

図３、図４（ａ）に示すように、基部６１には軸方向に延びる円孔である導入孔６６が形成されている。また、図４（ａ）に示すように、導入孔６６に時計回りに隣接した箇所には軸方向に延びる円孔である排出孔６７が形成されている。これら導入孔６６及び排出孔６７はアウタノズル６０内部の中空部６５に連通している。そして、基部６１には背面視で円弧状の連絡溝６８が形成されている。連絡溝６８は基部６１の基端側に開口する有底溝であり、一端６８ａに排出孔６７が位置し、他端６８ｂは導入孔６６と周方向に１８０度離間した位置にある。導入孔６６、排出孔６７及び連絡溝６８は１つの円上に形成されている。図３に示すように、アウタノズル６０の導入孔６６は、先端平坦面４１７における冷却水供給路４４の開口４４ｂに対向して位置する。また、アウタノズル６０の連絡溝６８の他端６８ｂは、先端平坦面４１７における冷却水供給路４４の開口４５ｂに対向して位置する。

【0033】

次に、アウタノズル６０の内部に形成されている冷却水流路についてより具体的に説明する。先に説明したとおり、アウタノズル６０の基部６１と内周壁６２と外周壁６３と先端壁６４とで構成されるアウタノズル６０の内部は中空部６５となっている。

【0034】

図４（ｂ）に基部６１と内周壁６２だけの正面図、すなわちアウタノズル６０から外周壁６３と先端壁６４とを除去した模式図を示す。この図ではアウタノズル６０の中空部６５が露出していることとなる。図４（ｂ）に示すように、中空部６５には、導入孔６６と排出孔６７との間に仕切壁６９が形成されている。仕切壁６９は中空部６５内をその形成箇所にて周方向に閉塞し、中空部６５は仕切壁６９により周方向の１箇所を閉塞された略Ｃ状に形成されている。このため、中空部６５内には導入孔６６から同図中時計回りに中空部６５内を周回して排出孔６７に至る流路が形成される。また、排出孔６７は連絡溝６８に連通し、連絡溝６８は導入孔６６から周方向に１８０度離れた位置に他端６８ｂを有する。これら導入孔６６、中空部６５、排出孔６７、連絡溝６８によりアウタノズル６０の冷却材流路としての冷却水流路が形成される。

【0035】

このような冷却水流路を有するアウタノズル６０を製造するには、基部６１と内周壁６２とが一体となった構成を第１部材として製造し、また、外周壁６３と先端壁６４とが一体となった構成を第２部材として製造する。さらに仕切壁６９を製造する。第１部材に仕切壁６９を溶接等により固定し、その後に第２部材を上から被せて接合部分を接着あるいは溶接等することによりアウタノズル６０を製造することができる。なお、金属３Ｄプリンタを用いることにより上記構成のアウタノズル６０を一体形成することも可能である。

【0036】

（肉盛加工ノズル１６における冷却水の流れ）
図３、図４に示すように、ノズル本体４０に形成された冷却水供給路４４は小径円筒部４１２の先端平坦面４１７に開口４４ｂを有する。また、ノズル本体４０に形成された冷却水排出路４５は小径円筒部４１２の先端平坦面４１７に開口４５ｂを有している。両開口４４ｂ、４５ｂは周方向に１８０度離間している。そして、冷却水供給路４４の開口４４ｂに対向してアウタノズル６０の導入孔６６が位置し、冷却水排出路４５の開口４５ｂに対向してアウタノズル６０の連絡溝６８の他端６８ｂが位置する。なお、連絡溝６８は基部６１の基端側が開口するが小径円筒部４１２の先端平坦面４１７にて閉塞される。

【0037】

冷却水は冷却水循環装置１４から冷却水供給管１４１を経てノズル本体４０に導入される。そして、冷却水はノズル本体４０の冷却水供給路４４を通り、対向する導入孔６６からアウタノズル６０の中空部６５に入る。冷却水は中空部６５内を排出孔６７に向けて図４（ｂ）中の時計回りに約３６０度周回しアウタノズル６０を冷却する。その後、冷却水は排出孔６７から中空部６５外に出るが排出孔６７は連絡溝６８の一端６８ａにつながっており、冷却水は連絡溝６８内を図４（ａ）の時計回り、図４（ｂ）の反時計回りに他端６８ｂへと移動する。連絡溝６８の他端６８ｂには冷却水排出路４５の開口４５ｂが対向しているため、冷却水は冷却水排出路４５をとおりノズル本体４０の外部へと排出され、冷却水排水管１４２を通って冷却水循環装置１４へと戻る。冷却水は冷却水循環装置１４にて冷却され、再び循環される。

【0038】

上記実施形態の肉盛加工ノズル１６によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、アウタノズル６０に冷却水流路が形成されている。このため、アウタノズル６０に形成された冷却水流路を流れる冷却水によりアウタノズル６０を冷却することができる。

【0039】

（２）アウタノズル６０が冷却水により冷却されることにより、肉盛中に飛散したスパッタがアウタノズル６０の表面に付着しにくくなる。
（３）アウタノズル６０の表面にスパッタが付着しにくくなるため、肉盛中に作業を中断して清掃作業を行う回数を減らすことができ、連続作業時間を長く確保することができる。

【0040】

（４）アウタノズル６０を基部６１、内周壁６２、外周壁６３、先端壁６４によって形成される構成の内部が中空部６５となって冷却水流路を構成している。このため、アウタノズル６０の外周壁６３、先端壁６４の内側にも冷却水が通り、アウタノズル６０の先端を冷却することができる。

【0041】

（５）アウタノズル６０の中空部６５には導入孔６６と排出孔６７とが隣接して連通し、その間は仕切壁６９で周方向に仕切られている。このため、冷却水は中空部６５内を約３６０度周回することができ、アウタノズル６０の全体を冷却することができる。

【0042】

（６）アウタノズル６０の基部６１には、排出孔６７に連通する連絡溝６８が導入孔６６から周方向に１８０度離間した位置まで形成されている。このため、図９に示すような既存の冷却水流路を有するノズル本体４０にも本実施形態のアウタノズル６０を用いることができる。

【0043】

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・冷却に用いる媒体は水としたが、水、水と他の冷媒の混合、あるいは水以外の冷媒以外でもよい。アウタノズル６０の冷却に使用できるものであればよい。

【0044】

・アウタノズル６０の先端では内周壁６２と外周壁６３とが接合しており、先端壁６４がない構成でもよい。
（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化したアウタノズル６０の第２の実施形態を図５～図６にしたがって説明する。なお、第２の実施形態のアウタノズル６０は、第１の実施形態のアウタノズル６０の冷却水流路を構成する中空部６５の構成を変更したものであるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

【0045】

図５にアウタノズル６０の断面図を示す。また、図６に基部６１と内周壁６２だけの正面図、すなわちアウタノズル６０から外周壁６３と先端壁６４とを除去した模式図を示す。この図ではアウタノズル６０の中空部６５が露出していることとなる。また、仕切壁６９は第１実施形態と同様に形成されている。

【0046】

そして、図６に示すように、中空部６５には仕切壁６９を基準として周方向に５本の第１壁１６１が６０度間隔で形成されている。また、仕切壁６９及び／又は第１壁１６１の間には６本の第２壁１６２が６０度間隔で形成されている。すなわち、アウタノズル６０内の中空部６５には、仕切壁６９を基準として周方向に３０度間隔で第２壁１６２と第１壁１６１とが交互に形成されている。図５に示すように第１壁１６１と第２壁１６２は、仕切壁６９と同様に中空部６５において内周壁６２と外周壁６３とにわたって形成されている。

【0047】

一方、仕切壁６９は基部６１から先端壁６４に至る形でも形成されているが、図５、図６に示すように、第１壁１６１は中空部６５において先端壁６４に当接しているものの基端側は基部６１との間に空間が存在する。また、第２壁１６２は中空部６５において基部６１に当接しているものの先端側は先端壁６４との間に空間が存在する。

【0048】

このため、図６に示すように、アウタノズル６０の中空部６５内では、第１壁１６１と第２壁１６２とにより、周方向において先端側と基端側が交互に閉塞されたジグザク状の冷却水流路が形成される。冷却水は中空部６５内をジグザク状に移動しながらアウタノズル６０を冷却することとなる。

【0049】

上記実施形態の肉盛加工ノズル１６によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、アウタノズル６０内の中空部６５に第１壁１６１と第２壁１６２が形成されており、中空部６５内の冷却水流路はジグザグ状となっている。このため、中空部６５内には第１壁１６１と第２壁１６２により形作られた流路が形成され、冷却水はアウタノズル６０の先端の冷却効率が向上する。

【0050】

（２）第１壁１６１と第２壁１６２によりアウタノズル６０内部の冷却水流路がジクザク状に形成されるため、アウタノズル６０全体が均等に冷却される。
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。

【0051】

・第１壁１６１及び第２壁１６２の数、第１壁１６１の基端側、第２壁１６２の先端側の空間の長さ等を変更しても良い。
（第３の実施形態）
次に、本発明を具体化したアウタノズル６０の第３の実施形態を図７～図８にしたがって説明する。なお、第３の実施形態も、第１の実施形態のアウタノズル６０の冷却水流路を構成する中空部６５を変更した構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

【0052】

図７にアウタノズル６０の断面図を示す。また、図８に基部６１と内周壁６２だけの正面図、すなわちアウタノズル６０から外周壁６３と先端壁６４とを除去した模式図を示す。この図ではアウタノズル６０の中空部６５が露出していることとなる。また、仕切壁６９は第１実施形態と同様に形成されている。

【0053】

図８に示すように、アウタノズル６０内で中空部６５は仕切壁６９を挟んで一部に形成されている。すなわち、基部６１の導入孔６６と排出孔６７の付近から先端壁６４に向けた部分と先端壁６４の内側から基端に向けた一定範囲の全周が中空部６５となっており、図８に示す正面視で中空部６５は逆Ω状をなす。これはアウタノズル６０内部に基部６１から先端壁６４の途中まで延び、周方向の一部を欠く正面視Ｃ字状の中実部１６６が形成されていることによる。なお、図７では中実部１６６を基部６１、内周壁６２及び外周壁６３とは別の構成として図示しているがこれらと一体に形成してもよい。

【0054】

アウタノズル６０内部に中実部１６６があることにより、中空部６５は導入孔６６に連通し先端側に延びる流入案内路１６３と、仕切壁６９を挟んで線対称形状に形成され、排出孔６７に連通する排出案内路１６４とを有する。流入案内路１６３と排出案内路１６４とが案内路となる。また、中空部６５は流入案内路１６３及び排出案内路１６４に連絡し、アウタノズル６０の先端壁６４の内側を含む領域を周回する周回路１６５を有する。この中空部６５により構成される冷却水流路では、導入孔６６から中空部６５内に導入された冷却水は流入案内路１６３に沿ってアウタノズル６０の先端側に移動する。そして、周回路１６５に沿ってアウタノズル６０の先端側を周回しつつ冷却し、排出案内路１６４により基端側へと移動し、排出孔６７から中空部６５外へと排出される。

【0055】

上記実施形態の肉盛加工ノズル１６によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、冷却水流路として、アウタノズル６０内に先端を周回する周回路１６５を有する。このため、特にアウタノズル６０の先端を集中して冷却することができる。

【0056】

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・流入案内路１６３、排出案内路１６４の幅、周回路１６５の先端側から基端側までの長さを変更してもよい。

【符号の説明】

【0057】

１…肉盛り加工装置
１６…肉盛加工ノズル
５０…インナノズル
５４…金属粉末供給路
６０…アウタノズル
６１…基部
６２…内周壁（内周部）
６３…外周壁（外周部）
６４…先端壁（先端部）
６５…中空部（冷却水流路）
６６…導入孔（冷却水流路）
６７…排出孔（冷却水流路）
６８…連絡溝（冷却水流路）
６９…仕切壁
１６５…周回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2024-05-15

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザが通過するレーザ通路を有するインナノズルと、前記インナノズルに外嵌されて前記インナノズルとの間に金属粉末供給路を形成するアウタノズルとを備えた肉盛加工ノズルであって、
前記アウタノズルは、前記金属粉末供給路を形成する内周部と前記内周部の外側に位置する外周部とを有しており、前記内周部と前記外周部との間に冷却材流路を有し、
前記アウタノズルは、前記内周部と前記外周部との先端間に位置する先端部を有し、前記冷却材流路は、前記先端部の内側に形成されている肉盛加工ノズル。

【請求項2】

前記冷却材流路は、前記アウタノズルの内部に形成された中空部であり、前記中空部の周方向の１箇所には前記中空部を周方向に仕切る仕切壁が形成されており、前記仕切壁を挟んで前記中空部へと冷却材を導入する導入孔と前記中空部から前記冷却材を排出する排出孔とが形成されている請求項１に記載の肉盛加工ノズル。

【請求項3】

前記冷却材流路は、前記アウタノズル内において先端側と基端側とをジグザグ状に移動しながら前記アウタノズルを周回する形状である請求項２に記載の肉盛加工ノズル。

【請求項4】

前記冷却材流路は、前記アウタノズルの内部において前記仕切壁を挟み基端から先端に向けて延びる２本の案内路と前記両案内路に連絡して前記アウタノズル内を周回する周回路によって形成されている請求項２に記載の肉盛加工ノズル。