JP2023045104A - 損傷部品の補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べ、補修対象物品である基材に対して、補修材をより強固に結合させることができる補修方法を提供する。【解決手段】補修領域Ｒを除去加工により除去して凹状に形成する除去工程と、レーザヘッドＴＬからレーザ光を照射するとともに、レーザ光の照射位置に対して設定された位置に粉末材料を供給して、粉末材料を溶融しながら積層する付加加工により、凹状に形成された補修領域Ｒ内を肉盛りする工程とを実行する。除去工程では、補修領域Ｒを、水平な第１軸方向に沿った溝状の凹部に形成し、少なくとも、第１軸方向の両縁部を所定の曲率を有する凹曲面に形成する。肉盛り工程では、レーザヘッドＴＬから鉛直方向にレーザ光を照射し、少なくとも凹曲面に付加加工を施す際には、レーザヘッドＴＬと加工面との距離が一定となるように、凹曲面の曲率中心Ａ１を中心に、レーザヘッドＴＬに対して物品Ｗを揺動させる。【選択図】図８

Description

本発明は、表面が損傷した物品の損傷部分を補修する方法に関する。

表面が損傷した物品の損傷部分を補修する方法として、従来、例えば、特開２００７－１９２２２０号公報に開示された補修方法が知られている。

この補修方法は、ガスタービンエンジンのタービンブレードを補修する方法に関し、タービンブレードの表面に生じた穴などを補修するものである。ガスタービンエンジンは、その作動中に、高温のガスによって、タービンブレードなどの表面が腐食され、この腐食によって穴が頻繁に生じるという環境下にあり、また、この高温ガス、高温ガス中の微粒子、及び燃焼による煤などによってタービンブレードなどが摩耗するという環境下にある。そこで、損傷したタービンブレードなどを補修する方法が提案されている。

具体的には、まず、タービンブレードに生じた欠陥部分（穴や摩耗が生じた部分）を含む所定の領域（補修領域）を周知の切断装置により切断して除去した後、除去した補修領域内に、レーザクラッディング手法により、ブレードと同じ材質の充填材を充填して肉盛りする加工を行う。そして、この後、肉盛りした部分を機械加工により整形して元の形状を復元する。

尚、上記特開２００７－１９２２２０号公報には、除去加工及び肉盛り加工について、あまり詳しく説明されていないが、従来、この除去加工及び肉盛り加工には、以下のような態様が採られていた。

例えば、図１３に示すように、直方体形状をした部品Ｗ’の上面に所定深さの欠損部Ｎ’が生じている場合に、まず、フライス盤などの工作機械を用い、図１４に示すように、欠損部Ｎ’を含む補修領域Ｒ’をエンドミルなどの回転工具により加工して、所定深さの凹部Ｈ’を形成する除去加工を行う。この場合、凹部Ｈ’には、鉛直面である周壁Ｐｗ’が形成される。尚、図１３（ａ）は補修対象の部品Ｗ’を示した平面図であり、図１３（ｂ）は、その矢示Ｆ－Ｆ方向の断面図である。また、図１４（ａ）は、凹部Ｈ’が形成された補修対象部品Ｗ’を示した平面図であり、図１４（ｂ）は、その矢示Ｇ－Ｇ方向の断面図である。

次に、除去加工を施した補修対象部品Ｗ’の凹部Ｈ’に、付加加工装置を用いて肉盛り加工を行う。付加加工装置は、例えば、基材上に設定された焦点位置に集光されるようにレーザ光を照射するとともに、前記焦点位置に粉末材料（補修材料）をキャリアガスとともに吐出する加工ヘッドＡｈを備え、前記焦点位置において、吐出した粉末材料及び前記基材をレーザ光のエネルギーにより溶融させて、これらを一体化する装置である。

そして、この加工ヘッドＡｈと補修対象部品Ｗ’とを、三次元空間内で所定の経路で相対的に移動させることにより、順次、溶融された粉末材料が冷却固化され、これにより粉末材料に由来した堆積層が形成される。斯くして、加工ヘッドＡｈを、凹部Ｈ’に対応して設定された積層経路で相対的に移動させるとともに、この積層経路に沿った移動を、補修対象部品Ｗ’から徐々に遠ざかる方向に位置決めしながら繰り返して実行することにより、図１５に示すように、凹部Ｈ’内が粉末材料に由来した堆積層Ｌ’で埋め込まれ、更に基材から上方に突出するように肉盛りされる。尚、当然のことながら、粉末材料は基材である補修対象部品Ｗ’と同じ材質の物が使用される。

次に、補修対象部品Ｗ’の表面から上方に突出するように肉盛りされた部分を、上記フライス盤などの工作機械により除去加工して、補修部分を元の形状に復元する整形工程を実行する（図１６参照）。

特開２００７－１９２２２０号公報

ところが、上記従来の補修方法では、除去加工により欠損部Ｎ’を除去することによって形成される凹部Ｈ’の内周壁Ｐｗ’が鉛直面となっているため、続く付加加工装置によるレーザクラッディング手法を用いた肉盛り加工において、当該内周壁Ｐｗ’と補修材とを強固に結合できないという問題があった。

即ち、前記肉盛り工程において、前記加工ヘッドＡｈから照射されるレーザ光の照射方向（光軸）は鉛直方向に設定され、凹部Ｈ’の内周壁Ｐｗ’と平行になっているため、この内周壁Ｐｗ’と接する部分において補修材を積層する際には、当該内周壁Ｐｗ’へのレーザ光の照射量が、凹部Ｈ’の底面に対する照射量よりも格段に低下することになる。このため、内周壁Ｐｗ’を十分に溶融させることができず、結果、内周壁Ｐｗ’部分の基材と補修材との融合が不十分となり、両者の結合強度が不十分となるのである。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、従来に比べ、補修対象物品である基材に対して、補修材をより強固に結合させることができる補修方法の提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、
表面が損傷した物品を補修する方法であって、
損傷領域を含む補修領域を除去加工により除去して凹状に形成する除去工程と、
レーザヘッドから加工面に対してレーザ光を照射するとともに、レーザ光の照射位置に対して設定された所定位置に粉末材料を供給して、該粉末材料を溶融しながら積層する付加加工により、凹状に形成された前記補修領域内を肉盛りする肉盛り工程とを含む補修方法において、
前記除去工程では、補修領域を、所定の水平な第１軸方向に沿った溝状の凹部に形成するとともに、少なくとも、前記第１軸方向の両縁部を所定の曲率を有する凹曲面に形成し、
前記肉盛り工程では、前記レーザヘッドから鉛直方向にレーザ光を照射するとともに、少なくとも前記凹曲面に前記付加加工を施す際には、前記レーザヘッドと加工面との距離が一定となるように、前記凹曲面の曲率中心を中心として、前記レーザヘッドに対して前記物品を揺動させながら前記付加加工を行うようにした損傷物品の補修方法に係る。

本発明に係る補修方法によれば、まず、除去装置を用いた除去工程を実施し、損傷領域を含む補修領域を除去加工により除去して、水平な第１軸方向に沿った溝状の凹部を形成するとともに、少なくとも、前記第１軸方向の両縁部を所定の曲率を有する凹曲面に形成する。尚、適用可能な前記除去加工装置としては、エンドミルなどの回転工具を用いた加工が可能なフライス盤やマシニングセンタなどを例示することができる。

また、前記補修領域が前記第１軸と直交する水平な第２軸方向において、前記回転工具の直径よりも広い幅を有する場合には、工具主軸を前記第２軸方向に所定ピッチで相対的に移動させながら、前記第１軸方向に相対的に移動させることによって前記凹部を形成する。また、前記凹曲面を加工する際には、工具を保持して回転させる工具主軸と補修対象物品とを、前記第１軸と直交する水平な旋回中心軸を中心として、相対的に旋回させることによって、前記凹曲面を形成することができる。

次に、レーザヘッドを備えた付加加工装置を用いて、前記補修領域としての凹部に対して、付加加工を行う。具体的には、前記レーザヘッドから前記凹部内の底面（加工面）に対してレーザ光を照射するとともに、レーザ光の照射位置に対して設定された所定位置に、補修対象物品と同じ材質の粉末材料を供給して、当該粉末材料をレーザ光のエネルギにより溶融しながら、前記レーザヘッドと補修対象物品とを、前記第１軸を含む垂直面内で相対的に移動させることにより、溶融した粉末材料を冷却，固化させて、これにより粉末材料に由来した層を順次上方に積層して、当該凹部内を粉末材料に由来した物質で肉盛りする。

尚、前記凹部が前記第２軸方向に広い幅を有する場合には、前記レーザヘッドを前記第２軸方向に所定ピッチで相対的に移動させながら、前記第１軸方向に相対的に移動させることにより前記凹部内に付加加工を行う。

また、前記凹曲面に対して付加加工を施す際には、前記レーザヘッドと加工面との距離が一定となるように、前記凹曲面の曲率中心を中心として、前記レーザヘッドに対して前記補修対象物品を揺動させながら前記付加加工を行う。

このようにして、補修対象物品を揺動させることにより、レーザヘッドから照射されるレーザ光を、常に、加工面に対して垂直に照射することができ、これにより、当該加工面に十分な照射量のレーザ光を照射することができる。斯くして、十分な照射量のレーザ光が照射されることで、凹曲面表層の基材を十分に溶融させることができるとともに、溶融した基材と粉末材料に由来する補修材とを十分に融合させることができ、これにより、両者を十分に強い強度で結合することができる。

このように、本発明によれば、補修領域の全周縁を垂直な側壁になるように除去加工していた従来に比べて、補修領域内において、補修対象物品と補修材とをより強い強度で結合することができるとともに、補修材層間においてもこれらをより強い強度で結合することができる。

一方、前記凹部を形成する前記第２軸方向と直交する２つの側面（第１軸に沿った両側面）は垂直になっており、この側面と接する部分において、前記補修材料を積層する際には、依然として、十分な照射量のレーザ光の照射することができず、このため、当該側面と粉末材料に由来する補修材とを十分に融合させることができない虞がある。そこで、この垂直な側面に接する部分に補修材料を積層する際には、前記レーザヘッドを凹部の内側に傾斜させるのが好ましい。このようにすれば、当該側面に対して十分な照射量のレーザ光の照射することができ、当該側面と粉末材料に由来する補修材とを十分に融合させることができる。

また、前記除去工程では、前記補修領域の両凹曲面間を平面に形成し、前記肉盛り工程では、前記平面に前記付加加工を施す際には、前記レーザヘッドと前記物品とを、前記平面に沿って相対的に移動させるようにしても良い。

また、本発明は、表面が損傷した物品を補修する方法であって、
損傷領域を含む補修領域を除去加工により除去して凹状に形成する除去工程と、
レーザヘッドから加工面に対してレーザ光を照射するとともに、レーザ光の照射位置に対して設定された所定位置に粉末材料を供給して、該粉末材料を溶融しながら積層する付加加工によって、凹状に形成された前記補修領域内を肉盛りする肉盛り工程とを実施する補修方法において、
前記除去工程では、前記補修領域を凹球面に形成し、
前記肉盛り工程では、前記物品に、前記凹球面の中心軸回りに回転する動作と、前記凹球面の曲率中心を中心として揺動する動作との複合動作を行わせて、前記レーザヘッドから照射されるレーザ光の照射位置が、前記凹球面上で螺旋軌跡を描くようにした損傷物品の補修方法に係る。

この補修方法では、前記除去工程において、前記補修領域が凹球面形状に形成される。そして、前記肉盛り工程では、前記物品に、前記凹球面の中心軸回りに回転する動作と、前記凹球面の曲率中心を中心として揺動する動作との複合動作を行わせて、前記レーザヘッドから照射されるレーザ光の照射位置が、前記凹球面上で螺旋軌跡を描くようにする。これにより、レーザヘッドから照射されるレーザ光を、常に、加工面に対して垂直に照射することができ、当該加工面に十分な照射量のレーザ光を照射することができる。そして、このようにして、十分な照射量のレーザ光が照射されることで、凹曲面表層の基材を十分に溶融させることができるとともに、溶融した基材と粉末材料に由来する補修材とを十分に融合させることができ、これにより、両者を十分に強い強度で結合することができる。

以上のように、本発明によれば、補修対象物品を揺動させることにより、レーザヘッドから照射されるレーザ光を、常に、加工面に対して垂直に照射することができ、これにより、当該加工面に十分な照射量のレーザ光を照射することができる。そして、十分な照射量のレーザ光を照射することで、凹曲面表層の基材を十分に溶融させることができるとともに、溶融した基材と粉末材料に由来する補修材とを十分に融合させることができ、これにより、両者を十分に強い強度で結合することができる。斯くして、本発明によれば、補修領域の全周縁を垂直な側壁になるように除去加工していた従来に比べて、補修領域内において、補修対象物品と補修材とをより強い強度で結合することができるとともに、補修材層間においてもこれらをより強い強度で結合することができる。

本発明の一実施の形態に係る工作機械を示した斜視図である。 本実施形態に係る工作機械の揺動テーブル機構を示した側面図である。 本実施形態に係る工作機械を用いた除去加工について説明するための説明図である。 本実施形態に係る除去加工について説明するための説明図である。 本実施形態に係る除去加工について説明するための説明図であり、図４における矢視Ｄ－Ｄ方向の断面図である。 本実施形態に係る除去加工について説明するための説明図であり、図４における矢視Ｅ－Ｅ方向の断面図である。 本実施形態に係る工作機械を用いた付加加工について説明するための説明図である。 本実施形態に係る付加加工について説明するための説明図である。 本実施形態に係る付加加工について説明するための説明図である。 本発明に係る他の実施形態を説明するための説明図である。 本発明に係る他の実施形態を説明するための説明図である。 本発明に係る他の実施形態を説明するための説明図である。 （ａ）は補修対象物品の一例を示した平面図であり、（ｂ）はその矢視Ｆ－Ｆ方向の断面図である。 従来の補修方法を説明するための説明図であり、（ａ）は除去加工後の補修対象物品を示した平面図であり、（ｂ）はその矢視Ｇ－Ｇ方向の断面図である。 従来の補修方法における肉盛り工程を説明するための説明図である。 従来の補修方法における整形工程を説明するための説明図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、本例では、一例として、図４－図６に示した補修対象物品Ｗの欠損部Ｎを補修するものとし、図４－図６では欠損部Ｎを一点鎖線で示し、この欠損部Ｎを含む補修領域Ｒを実線で示している。

［工作機械の概略構成］
まず、本発明の一具体例に係る補修方法を実施するための工作機械の概略構成について説明する。図１に示すように、本例の工作機械１は、ベッド２と、ベッド２に配設される第１サドル７及び揺動テーブル機構２０、前記第１サドル７に配設される第２サドル８、この第２サドル８に配設される主軸頭９などから構成される。

前記ベッド２は、平面視矩形状に形成された基部３と、この基部３の図示左右両側部に相互に対峙するようにそれぞれ立設された２つの側壁４，５と、基部３の奥側の前記側壁４，５間に、これらに連結するように立設された後部壁６とからなる。

前記第１サドル７は、平面から視た形状が矩形をした枠体であり、前記ベッド２の側壁４，５上に、これらに掛け渡されるように配設され、側壁４，５の上面にそれぞれ配設されたＹ軸案内機構３０，３１によって、水平な前後方向である矢示Ｙ軸方向に移動可能となっており、同じく側壁４，５の上面に配設されたＹ軸駆動機構３２，３３により駆動されて、前記Ｙ軸方向に移動する。

また、前記第２サドル８は、前記第１サドル７の枠内を貫通するように配設され、当該第１サドル７の矢示Ｘ軸に沿った両辺上にそれぞれ設けられたＸ軸案内機構３５，３６によって、前記Ｙ軸と直交する水平なＸ軸方向に移動可能となっており、同じく第１サドル７に配設されたＸ軸駆動機構３７により駆動されて、前記Ｘ軸方向に移動する。

また、前記主軸頭９は、前記第２サドル８に配設されたＺ軸案内機構（図示せず）によって、前記Ｘ軸及びＹ軸と直交する矢示Ｚ軸方向に移動可能に前記第２サドル８に保持されており、その両側に設けられたＺ軸駆動機構４０，４１により駆動されて、前記Ｚ軸方向に移動する。尚、この主軸頭９には、その下端から下方に延出するように主軸１０が設けられており、この主軸１０の下端に工具Ｔが装着される。また、主軸１０はその軸中心に回転可能に前記主軸頭９に保持されており、図示しない主軸モータによって軸中心に回転される。

前記揺動テーブル機構２０は、左側方から視た形状がＬ字形状を有するテーブルベース２１と、このテーブルベース２１の水平部２２に設けられるテーブル２４とを備えている。テーブルベース２１は、その垂直部２３が前記ベッド２の後部壁６に、前記Ｙ軸と平行な回転軸Ａ_１を中心として、矢示Ｂ軸方向に回転可能に保持され、図示しない旋回駆動機構により駆動されて前記Ｂ軸方向に旋回する。

また、前記テーブルベース２１の水平部２２上には、テーブル２４が配設され、このテーブル２４は、その上面と直交する前記Ｚ軸と平行な回転軸Ａ_２を中心として、矢示Ｃ軸方向に回転可能に前記水平部２２に保持されており、図示しない回転駆動機構により駆動されて前記Ｃ軸方向に回転する。

尚、前記Ｘ軸駆動機構３７、Ｙ軸駆動機構３２，３３及びＺ軸駆動機構４０，４１、旋回駆動機構（図示せず）、回転駆動機構（図示せず）及び主軸モータ（図示せず）は、それぞれ図示しない数値制御装置によってその作動が制御される。

斯くして、この工作機械１では、数値制御装置（図示せず）による制御の下で、主軸１０に装着された工具と、テーブル２４上に載置，固定されたワークとが、Ｘ軸駆動機構３７、Ｙ軸駆動機構３２，３３及びＺ軸駆動機構４０，４１によって、直交３軸の送り軸である前記Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動する。また、前記テーブル２４は、前記旋回駆動機構（図示せず）により駆動されて、回転送り軸であるＢ軸方向に旋回し、また、前記回転駆動機構（図示せず）により駆動されて、回転送り軸であるＣ軸方向に回転する。

そして、前記Ｘ軸駆動機構３７、Ｙ軸駆動機構３２，３３、Ｚ軸駆動機構４０，４１、旋回駆動機構（図示せず）及び回転駆動機構（図示せず）により、主軸１０に装着された工具Ｔと、テーブル２４上に載置，固定されたワークＷとを、相対的に前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸及びＣ軸方向に移動させることによって、テーブル２４上のワークＷが工具Ｔによって加工される。

［損傷物品の補修方法］
次に、上記工作機械１を用いた本実施形態の補修方法について、図３－図９に基づいて説明する。
まず、工作機械１の主軸１０に、前記工具Ｔとして、回転工具である工具Ｔ_Ｃを装着するとともに、前記ワークＷとして、表面に欠損部Ｎを有する補修対象物品Ｗを工作機械１のテーブル２４上に載置し、固定する。尚、本例では、工具Ｔ_Ｃとしてボールエンドミルを用いるがこれに限定されるものではない。また、本例では、欠損部Ｎの長手方向が前記Ｘ軸に沿うように、テーブル２４上に固定するが、これに限られるものではない。

次に、補修対象物品Ｗに対して、その欠損部Ｎが完全に含まれる補修領域Ｒを設定し、設定した補修領域Ｒを、前記工具Ｔ_Ｃを用いて除去する除去加工を行う（除去工程）。具体的には、前記旋回駆動機構（図示せず）により、前記回転軸Ａ_１を中心として、前記テーブル２４を前記Ｂ軸方向に揺動させながら、前記Ｙ軸駆動機構３２，３３、及びＺ軸駆動機構４０，４１を駆動して、主軸１０を前記Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動させて、工具Ｔ_Ｃにより、補修領域Ｒを加工する（図３及び図５参照）。尚、補修領域Ｒは、Ｘ軸に沿った溝状の領域であり、その底面は、前記回転軸Ａ_１を中心とした所定の曲率半径の円弧状の凹曲面に設定されている。

この除去加工のより具体的な態様は、様々な態様を採り得るが、その一例を挙げると、まず、前記補修領域Ｒの凹曲面の曲率中心が前記回転軸Ａ_１とほぼ一致するような前記テーブル２４上の位置に、前記補修対象物品Ｗを載置し、固定する。

次に、前記主軸１０を回転させた状態で、補修対象物品Ｗと工具Ｔ_Ｃとが干渉しないようにして、以下のように主軸１０を位置決めするとともに、テーブル２４をＢ軸プラス方向に揺動させる。即ち、
１）前記主軸１０を、前記Ｘ軸方向において、その軸線が前記回転軸Ａ_１と重なる位置に位置決めする（図３、図５参照）。
２）前記主軸１０を、前記Ｚ軸方向において、工具Ｔ_Ｃの下端が補修領域Ｒの底面と接する位置に位置決めする（図５参照）。
３）テーブル２４をＢ軸プラス方向に揺動させて、工具Ｔ_Ｃと補修対象物品Ｗとが干渉しない角度に振り上げる（図５の一点鎖線で示した左側の図を参照）。
４）前記主軸１０を、前記Ｙ軸方向において、前記工具Ｔ_Ｃの外周面が前記補修領域の仮想の内周面と接触する位置、本例では、Ｙ軸プラス方向側に位置決めする（図６参照）。

次に、前記テーブル２４をＢ軸マイナス方向に所定の切削送り速度で、工具Ｔ_Ｃと補修対象物品Ｗとが非接触となる角度まで揺動させて、補修対象物品Ｗの補修領域Ｒを切削加工する（図５の一点鎖線で示した右側の図を参照）。ついで、主軸１０をＹ軸マイナス方向に所定ピッチ（工具Ｔ_Ｃの直径のより小さい間隔）で移動させた後、前記テーブル２４をＢ軸プラス方向に前記切削送り速度で、工具Ｔ_Ｃと補修対象物品Ｗとが非接触となる角度まで揺動させて、補修対象物品Ｗの補修領域Ｒを切削加工する（図５及び図６参照）。以後、主軸１０をＹ軸マイナス方向に所定ピッチで移動させながら、前記テーブル２４を前記Ｂ軸方向に前記切削送り速度で揺動させる動作を繰り返して、設定された補修領域Ｒを工具Ｔ_Ｃによって除去加工した後、前記主軸１０を原位置に復帰させるとともに、テーブル２４を水平位置に戻す。

次に、前記主軸１０に、前記工具Ｔとしてのレーザ加工ヘッドＴ_Ｌを装着して、上述した除去加工により除去した補修領域Ｒ内に、補修材を埋め込むことによって肉盛りする肉盛り工程を実施する。尚、前記レーザ加工ヘッドＴ_Ｌは、その下端部から、鉛直下方に向けてレーザ光を照射するとともに、このレーザ光の照射位置（焦点位置）に対して設定された所定位置に、補修対象物品Ｗと同じ材質の粉末材料（補修材料）をキャリアガスとともに供給するように構成されており、供給した粉末材料及び基材をレーザ光のエネルギにより溶融しながら両者を融合させ、粉末材料に由来した堆積層を形成する付加加工を行う。

具体的には、前記旋回駆動機構（図示せず）により、前記回転軸Ａ_１を中心として、前記テーブル２４を前記Ｂ軸方向に揺動させながら、前記Ｙ軸駆動機構３２，３３、及びＺ軸駆動機構４０，４１を駆動して、主軸１０を前記Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動させて、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌにより、前記補修領域Ｒに付加加工を行う。この付加加工のより具体的な態様も、様々な態様を採り得るが、以下に、その一例を挙げる。

まず、主軸１０の回転を停止させた状態で、補修対象物品Ｗとレーザ加工ヘッドＴ_Ｌとが干渉しないようにして、以下のように主軸１０を位置決めするとともに、テーブル２４をＢ軸プラス方向に揺動させる。即ち、
１）前記主軸１０を、前記Ｘ軸方向において、その軸線が前記回転軸Ａ_１と重なる位置に位置決めする（図７、図８参照）。
２）前記主軸１０を、前記Ｚ軸方向において、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌの下端が補修領域Ｒの底面より上方に位置し、レーザ光の照射位置（焦点位置）が補修領域Ｒの底面上に位置するように位置決めする（図８参照）。
３）テーブル２４をＢ軸プラス方向に揺動させて、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌと補修対象物品Ｗとが干渉しない角度に振り上げる（図８の一点鎖線で示した左側の図を参照）。
４）前記主軸１０を、前記Ｙ軸方向において、前記レーザ加工ヘッドＴ_Ｌの外面が前記補修領域Ｒの内周面から所定距離だけ内側に離れた位置、本例では、Ｙ軸プラス方向側に位置決めする（図９参照）。

次に、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌからレーザ光を照射するとともに、前記粉末材料を供給した状態で、前記テーブル２４をＢ軸マイナス方向に所定の送り速度で、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌと補修対象物品Ｗとが非接触となる角度まで揺動させる（図８の一点鎖線で示した右側の図を参照）。これにより、供給された粉末材料とレーザ光が照射される基材（最初は補修対象物品Ｗ）とが、レーザ光のエネルギにより溶融されることによって融合され、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌと補修対象物品Ｗとの相対移動によって溶融物が冷却、固化されて、粉末材料に由来した堆積層（補修材層）が形成される。尚、このとき、堆積層は、その両端部の高さ位置が、補修対象物品Ｗの上面よりも高くなるように形成される。

次に、主軸１０をＹ軸マイナス方向に所定ピッチ（例えば、前記堆積層の幅より少し狭い間隔）で移動させた後、前記テーブル２４をＢ軸プラス方向に前記送り速度で、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌと補修対象物品Ｗとが非接触となる角度まで揺動させることにより、同じく粉末材料に由来した堆積層（補修材層）を形成する。

以後、主軸１０をＹ軸マイナス方向に所定ピッチで移動させて、前記テーブル２４を矢示Ｂ軸方向に前記送り速度で揺動させる動作を繰り返すことにより、即ち、ジグザク状の軌跡を描くように、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌと補修対象物品Ｗとを相対移動させることにより、前記補修領域Ｒの底面全域に、第１層となる堆積層を形成する。

次に、主軸１０を、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌの下端が前記第１層より所定距離だけ上方に位置するように、Ｚ軸プラス方向に移動させた状態で、上記と同様にして、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌと補修対象物品Ｗとがジグザク状の軌跡を描くように相対移動させることにより、前記第１層上の全面に第２層となる堆積層（補修材層）を形成する。そして、以後同様にして、補修領域Ｒ内の全域に、その上面より高い位置まで補修材層を順次積層して肉盛りした後、前記主軸１０を原位置に復帰させるとともに、テーブル２４を水平位置に戻す。

そして、この肉盛り工程後、主軸１０に、エンドミルやフライスなどの平面切削工具を装着して、補修対象物品Ｗの上面から上方に突出した部分を前記平面切削工具により切削して除去する。以上により、補修対象物品Ｗの欠損部Ｎが補修される。

このように、本例によれば、除去加工において、補修領域ＲのＸ軸に沿った底面の両側を加工する際に、テーブル２４を、回転軸Ａ_１を中心としてＢ軸方向に揺動させて、当該両側を所定の曲率半径の円弧状の凹曲面に加工するとともに、付加加工において、この凹曲面に補修材を積層する際には、同様に、テーブル２４を、前記回転軸Ａ_１を中心として揺動させながら付加加工を行うようにしているので、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌから照射されるレーザ光を、常に、加工面に対して垂直に照射することができ、これにより、当該加工面に十分な照射量のレーザ光を照射することができる。

そして、十分な照射量のレーザ光が照射されることで、凹曲面表層の基材を十分に溶融させることができるとともに、溶融した基材と粉末材料に由来する補修材とを十分に融合させることができ、これにより、両者を十分に強い強度で結合することができる。

斯くして、本例の補修方法によれば、補修領域Ｒの全周縁を垂直な側壁になるように除去加工していた従来に比べて、補修領域内において、補修対象物品Ｗと補修材とをより強い強度で結合することができるとともに、補修材層間においてもこれらをより強い強度で結合することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、上例の態様に限定されるものではない。

例えば、上例では、補修領域Ｒの前記Ｙ軸と直交する両側面（Ｘ軸に沿った両側面）は垂直になっており、この側面と接する部分において、前記補修材を積層する際には、依然として、十分な照射量のレーザ光の照射することができず、このため、当該側面と補修材とを十分に融合させることができない虞がある。

そこで、付加加工において、この垂直な両側面に接する部分に補修材を積層する際には、前記レーザ加工ヘッドＴ_Ｌを、図１０に示すように、前記Ｙ軸を含む垂直面内において、補修領域Ｒの内側に傾斜させるのが好ましい。このようにすれば、当該側面に対して十分な照射量のレーザ光の照射することができるので、当該側面（基材）と補修材とを十分に融合させることができ、両者を十分に強い強度で結合することができる。斯くして、この態様によれば、補修領域内全体において、補修対象物品Ｗと補修材とをより強い強度で結合することができるとともに、補修材層間においても、これらをより強い強度で結合することができる。

また、上例では、前記補修領域Ｒを、Ｘ軸に沿った溝状の領域とし、その底面を、前記回転軸Ａ_１を中心とした所定の曲率半径の円弧状の凹曲面に設定したが、これに限られるものでは無い。例えば、図１１に示すように、前記補修領域Ｒの底面を、前記回転軸Ａ_１を含む垂直面を境としたＸ軸方向の両凹曲面部Ｒ_１，Ｒ_３間に平面部Ｒ_２を形成した態様としても良い。

この場合、例えば、前記テーブル２４上にＸ軸方向に移動可能な送り装置を設け、この送り装置上に補修対象物品Ｗを載置、固定して、上記除去工程及び肉盛り工程を行うようにした態様を採ることができる。除去工程では、上例と同様に除去加工の１）－４）の動作を行った後、前記テーブル２４をＢ軸マイナス方向に所定の切削送り速度で揺動させてテーブル２４の上面を水平にすることで、前記凹曲面部Ｒ_１を形成し、ついで、テーブル２４の揺動を停止させた状態で、前記送り装置により補修対象物品ＷをＸ軸マイナス方向に移動させることで、平面部Ｒ_２を形成し、この後、再度、テーブル２４をＢ軸マイナス方向に所定の切削送り速度で工具Ｔ_Ｃと補修対象物品Ｗとが非接触となる角度まで揺動させることで、前記凹曲面部Ｒ_３を形成する。

次に、主軸１０をＹ軸マイナス方向に所定ピッチで移動させた後、前記テーブル２４をＢ軸プラス方向に前記切削送り速度で揺動させて、テーブル２４の上面を水平にすることで、前記凹曲面部Ｒ_３を形成し、ついで、テーブル２４の揺動を停止させた状態で、前記送り装置により補修対象物品ＷをＸ軸プラス方向に移動させることで、平面部Ｒ_２を形成し、この後、再度、テーブル２４をＢ軸プラス方向に所定の切削送り速度で工具Ｔ_Ｃと補修対象物品Ｗとが非接触となる角度まで揺動させることで、前記凹曲面部Ｒ_１を形成する。以後、主軸１０をＹ軸マイナス方向に所定ピッチで移動させながら、前記テーブル２４のＢ軸方向の揺動及び前記送り装置のＸ軸方向への移動を繰り返して、補修領域Ｒを工具Ｔ_Ｃによって除去加工する。

また、付加加工では、上例と同様に、付加加工の１）－４）の動作を行った後、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌからレーザ光を照射するとともに、前記粉末材料を供給した状態で、前記テーブル２４をＢ軸マイナス方向に所定の送り速度で揺動させて、テーブル２４の上面を水平にすることで、前記凹曲面部Ｒ_１上に補修材層を積層し、ついで、テーブル２４の揺動を停止させた状態で、前記送り装置により補修対象物品ＷをＸ軸マイナス方向に移動させることで、前記平面部Ｒ_２上に補修材層を積層し、この後、再度、テーブル２４をＢ軸マイナス方向に所定の送り速度で、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌと補修対象物品Ｗとが非接触となる角度まで揺動させることで、前記凹曲面部Ｒ_３上に補修材層を積層する。

次に、主軸１０をＹ軸マイナス方向に所定ピッチで移動させた後、前記テーブル２４をＢ軸プラス方向に前記送り速度で揺動させて、テーブル２４の上面を水平にすることで、前記凹曲面部Ｒ_３上に補修材層を積層し、ついで、テーブル２４の揺動を停止させた状態で、前記送り装置により補修対象物品ＷをＸ軸プラス方向に移動させることで、前記平面部Ｒ_２上に補修材層を積層し、この後、再度、テーブル２４をＢ軸プラス方向に所定の送り速度で、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌと補修対象物品Ｗとが非接触となる角度まで揺動させることで、前記凹曲面部Ｒ_１上に補修材層を積層する。この後、主軸１０をＹ軸マイナス方向に所定ピッチで移動させながら、前記テーブル２４のＢ軸方向の揺動及び前記送り装置のＸ軸方向への移動を繰り返して、補修領域Ｒに第１層となる補修材層を形成する。

この後、主軸１０を、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌの下端が前記第１層より所定距離だけ上方に位置するように、Ｚ軸プラス方向に移動させた状態で、上記と同様にして、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌと補修対象物品Ｗとがジグザク状の軌跡を描くように相対移動させることにより、第１層上の全面に第２層となる補修材層を形成する。そして、以後同様にして、補修領域Ｒ内の全域に、その上面より高い位置まで補修材層を順次上方に積層して肉盛りする。

この態様によれば、補修領域ＲがＸ軸方向に広い場合に、好適に対応することができる。

また、前記補修領域Ｒを溝状の形状に設定したが、これに限られるものでは無く、補修領域Ｒを凹球面形状に設定しても良い。

この場合、上記除去工程では、前記テーブル２４に、Ｂ軸回りの揺動動作、及びＣ軸回りの回転動作の複合動作を行わせるとともに、主軸１０をＺ軸方向に移動させることにより、補修対象物品Ｗと工具Ｔ_Ｃとを、その相対的な移動奇跡が、例えば中心から外周方向に向けて螺旋を描くように、或いは、外周から中心に向けて螺旋を描くように、相対移動させることによって、前記補修領域Ｒを凹球面形状に加工することができる。

また、付加加工では、同様に、前記テーブル２４に、Ｂ軸回りの揺動動作、及びＣ軸回りの回転動作の複合動作を行わせるとともに、主軸１０をＺ軸方向に移動させることにより、補修対象物品Ｗとレーザ加工ヘッドＴ_Ｌとを、その相対的な移動軌跡が、例えば中心から外周方向に向けて螺旋を描くように、或いは、外周から中心に向けて螺旋を描くように、相対移動させることによって、凹球面形状の補修領域Ｒ内を補修材で埋め込むことができる。

この態様によっても、レーザ加工ヘッドＴ_Ｌら照射されるレーザ光を、常に、加工面に対して垂直に照射することができ、当該加工面に十分な照射量のレーザ光を照射することができる。そして、このようにして、十分な照射量のレーザ光が照射されることで、凹曲面表層の基材を十分に溶融させることができるとともに、溶融した基材と粉末材料に由来する補修材とを十分に融合させることができ、これにより、両者を十分に強い強度で結合することができる。

繰り返しになるが、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

１ 工作機械
２ ベッド
１０ 主軸
２０ 揺動テーブル機構
２４ テーブル
Ａ_１ 回転軸
Ｎ 欠損部
Ｒ 補修領域
Ｔ_Ｃ 工具
Ｔ_Ｌ レーザ加工ヘッド
Ｗ 補修対象物品（ワーク）

Claims (5)

1. 表面が損傷した物品を補修する方法であって、
   損傷領域を含む補修領域を除去加工により除去して凹状に形成する除去工程と、
   レーザヘッドから加工面に対してレーザ光を照射するとともに、レーザ光の照射位置に対して設定された所定位置に粉末材料を供給して、該粉末材料を溶融しながら積層する付加加工により、凹状に形成された前記補修領域内を肉盛りする肉盛り工程とを含む補修方法において、
   前記除去工程では、補修領域を、所定の水平な第１軸方向に沿った溝状の凹部に形成するとともに、少なくとも、前記第１軸方向の両縁部を所定の曲率を有する凹曲面に形成し、
   前記肉盛り工程では、前記レーザヘッドから鉛直方向にレーザ光を照射するとともに、少なくとも前記凹曲面に前記付加加工を施す際には、前記レーザヘッドと加工面との距離が一定となるように、前記凹曲面の曲率中心を中心として、前記レーザヘッドに対して前記物品を揺動させながら前記付加加工を行うようにしたことを特徴とする損傷物品の補修方法。
2. 前記除去工程では、前記補修領域の両凹曲面間を平面に形成し、
   前記肉盛り工程では、前記平面に前記付加加工を施す際には、前記レーザヘッドと前記物品とを、前記平面に沿って相対的に移動させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の損傷物品の補修方法。
3. 前記肉盛り工程では、前記レーザヘッドと前記物品とを前記第１軸と直交する第２軸方向に所定ピッチで相対的に移動させ、且つ前記レーザ光を、前記物品に対して、前記第１軸を含む鉛直平面内で相対的に走査させることによって前記付加加工を施すようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の損傷物品の補修方法。
4. 前記肉盛り工程では、前記第１軸に沿った両側面と底面との接続部に前記付加加工を施す際に、前記レーザヘッドを溝内側に傾斜させるようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の損傷物品の補修方法。
5. 表面が損傷した物品を補修する方法であって、
   損傷領域を含む補修領域を除去加工により除去して凹状に形成する除去工程と、
   レーザヘッドから加工面に対してレーザ光を照射するとともに、レーザ光の照射位置に対して設定された所定位置に粉末材料を供給して、該粉末材料を溶融しながら積層する付加加工によって、凹状に形成された前記補修領域内を肉盛りする肉盛り工程とを実施する補修方法において、
   前記除去工程では、前記補修領域を凹球面に形成し、
   前記肉盛り工程では、前記物品に、前記凹球面の中心軸回りに回転する動作と、前記凹球面の曲率中心を中心として揺動する動作との複合動作を行わせて、前記レーザヘッドから照射されるレーザ光の照射位置が、前記凹球面上で螺旋軌跡を描くようにしたことを特徴とする損傷物品の補修方法。
   

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