JP6078597B1 - 加工機械 - Google Patents

Abstract

【課題】指向性エネルギ堆積法による付加加工において、用いる材料粉末の種類に応じて加工条件を適切に調整することが可能な加工機械、を提供する。【解決手段】加工機械は、加工エリア２００内に不活性ガスを供給することにより、加工雰囲気の酸素濃度を調整する不活性ガス供給装置６１と、不活性ガス供給装置６１における不活性ガスの供給条件を制御する制御装置５１とを備える。制御装置５１は、材料粉末の種類と、加工エリア２００内において設定されるべき酸素濃度との関係に関するデータを記憶する記憶部５７と、付加加工に用いられる材料粉末の種類が入力され、入力された材料粉末の種類を記憶部５７に記憶されたデータに照らし合わせることにより、不活性ガス供給装置６１における不活性ガスの供給条件を決定する制御部５６と、不活性ガス供給装置６１に対して、決定された不活性ガスの供給条件を指令する通信部５８とを含む。【選択図】図６

Description

この発明は、一般的には、加工機械に関し、より特定的には、付加加工が可能な加工機械に関する。

従来の加工機械に関して、たとえば、特開２００４−３１４１６８号公報には、母材に割れを発生させることなく、迅速かつ正確に肉盛することを目的とした、ポンプ機器類のレーザ肉盛装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示されたレーザ肉盛装置は、アルゴンガスをキャリアガスとして金属材料（粉末）を供給する粉末供給機と、供給された金属材料をアルゴンガスと均一に混合し、同時にシールドガスとしてアルゴンおよび窒素の混合ガスを用いる過流式粉末供給ノズルと、過流式粉末供給ノズルを移動させる多軸ロボットとを有する。

また、特開２０１２−２０６１３７号公報には、人手を介さずに容易に肉盛溶接することを目的とした、補修装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された補修装置は、材料供給部と、レーザスポット光を照射するレーザ装置と、レーザスポット光を３次元方向に移動させる溶接ロボットとを有する。

特開２００４−３１４１６８号公報 特開２０１２−２０６１３７号公報

材料を付着することによってワークに３次元形状を作成するものとして、付加加工法（Additive manufacturing）がある。他方、材料を除去することによってワークに３次元形状を作成するものとして、除去加工法（Subtractive manufacturing）がある。付加加工では、加工前後でワークの質量が増加し、除去加工では、加工前後でワークの質量が減少する。

ここで付加加工法のうちの１つに指向性エネルギ堆積法（Directed Energy Deposition）がある。指向性エネルギ堆積法では、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射する。このような指向性エネルギ堆積法による付加加工においては、用いる材料粉末の種類によって最適な加工条件が異なる。

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、指向性エネルギ堆積法による付加加工において、用いる材料粉末の種類に応じて加工条件を適切に調整することが可能な加工機械を提供することである。

この発明の１つの局面に従った加工機械は、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射することにより、付加加工を行なう加工機械である。加工機械は、加工エリア内に不活性ガスを供給することにより、加工雰囲気の酸素濃度を調整する不活性ガス供給部と、不活性ガス供給部における不活性ガスの供給条件を制御する制御装置とを備える。制御装置は、付加加工に用いられる材料粉末の種類と、加工エリア内において設定されるべき酸素濃度との関係に関するデータを記憶する記憶部と、付加加工に用いられる材料粉末の種類が入力され、入力された材料粉末の種類を記憶部に記憶されたデータに照らし合わせることにより、不活性ガス供給部における不活性ガスの供給条件を決定する制御部と、不活性ガス供給部に対して、制御部にて決定された不活性ガスの供給条件を指令する通信部とを含む。記憶部に記憶されるデータは、材料粉末の種類が材料粉末Ｘ、材料粉末Ｙおよび材料粉末Ｚである場合に設定されるべき酸素濃度が、それぞれ、Ａ％以下、Ｂ％以下およびＣ％以下であるというデータを含む。制御部は、入力された材料粉末の種類が材料粉末Ｘ、材料粉末Ｙおよび材料粉末Ｚである場合に、それぞれ、加工エリア内における酸素濃度がＡ％以下、Ｂ％以下およびＣ％以下となるように、不活性ガス供給部における不活性ガスの供給条件を決定する。
この発明の別の局面に従った加工機械は、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射することにより、付加加工を行なう加工機械である。加工機械は、加工エリア内に不活性ガスを供給することにより、加工雰囲気の酸素濃度を調整する不活性ガス供給部と、不活性ガス供給部における不活性ガスの供給条件を制御する制御装置とを備える。制御装置は、付加加工に用いられる材料粉末の種類と、加工エリア内において設定されるべき酸素濃度との関係に関するデータを記憶する記憶部と、付加加工に用いられる材料粉末の種類が入力され、入力された材料粉末の種類を記憶部に記憶されたデータに照らし合わせることにより、不活性ガス供給部における不活性ガスの供給条件を決定する制御部と、不活性ガス供給部に対して、制御部にて決定された不活性ガスの供給条件を指令する通信部とを含む。

このように構成された加工機械によれば、付加加工に用いられる材料粉末の種類に応じて、加工雰囲気の酸素濃度を適切に調整することができる。

また好ましくは、加工機械は、材料粉末が封入された容器に付随する識別子を読み取り、その情報を制御部に伝える読み取り部と、読み取り部にて識別子が読み取られた容器から材料粉末が投入され、加工エリア内に向けて材料粉末を供給する材料粉末供給部とをさらに備える。制御部は、読み取り部からの識別子の情報に基づいて、材料粉末の種類を判別する。

このように構成された加工機械によれば、制御部は、付加加工に用いられる材料粉末の種類をより的確に把握することができる。

また好ましくは、材料粉末供給部は、部屋の内部に設置される。加工機械は、部屋の内部に設けられ、部屋の外部から容器が収納される収納空間を形成する容器収納部と、開状態とされることにより、部屋の内部への進入、および／または、部屋の内部から収納空間に収納された容器の取り出しが可能となるように設けられる扉部と、扉部に設けられ、扉部の開状態への操作を規制するロック機構部とをさらに備える。制御部は、判別した材料粉末の種類が記憶部に記憶されたデータに含まれるか否かを判断する。通信部は、制御部が材料粉末の種類がデータに含まれると判断した場合に、ロック機構部に対して、扉部の開状態への操作の規制を解除するように指令する。

このように構成された加工機械によれば、記憶部に記憶されていない材料粉末が材料粉末供給部に投入されることを防止できる。

また好ましくは、加工機械は、材料粉末を収容するための密閉空間を形成するタンク部を有し、加工エリア内に向けて、タンク部に収容された材料粉末を供給する材料粉末供給部と、タンク部に設けられ、密閉空間における酸素濃度を検出する酸素濃度検出部とをさらに備える。記憶部は、タンク部に収容される材料粉末の種類と、時間経過に伴う密閉空間の酸素濃度の変化との関係に関するデータを記憶する。制御部は、時間経過に伴って酸素濃度検出部にて検出される酸素濃度を、記憶部に記憶されたデータに照らし合わせることにより、制御部に入力された材料粉末の種類が適正か否かを判断する。

このように構成された加工機械によれば、制御部は、入力された材料粉末の種類と、実際に材料粉末供給部のタンク部に収容された材料粉末の種類とが異なる場合に、そのような材料粉末の誤使用を検知することができる。

また好ましくは、記憶部は、付加加工に用いられる材料粉末の種類と、付加加工時の加工機械の動作条件との関係に関するデータを記憶する。制御部は、入力された材料粉末の種類を記憶部に記憶されたデータに照らし合わせることにより、付加加工時の加工機械の動作条件を決定する。

このように構成された加工機械によれば、付加加工に用いられる材料粉末の種類に応じて、加工機械の動作条件を適切に調整することができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、指向性エネルギ堆積法による付加加工において、用いる材料粉末の種類に応じて加工条件を適切に調整することが可能な加工機械を提供することができる。

この発明の実施の形態における加工機械を示す正面図である。 図１中の加工機械において、付加加工時の加工エリア内の様子を示す斜視図である。 工具主軸に対する付加加工用ヘッドの装着状態を示す図である。 付加加工時のワーク表面を拡大して示す断面図である。 図１中の工具主軸の旋回範囲を説明するための図である。 図１中の加工機械において、機内酸素濃度を調整するための機構を示すブロック図である。 図６中の記憶部に記憶されたデータの一例を示す表である。 図１中の加工機械の外観を示す斜視図である。 図８中のパウダーフィーダ設置室の外観を示す斜視図である。 図８中のパウダーフィーダ設置室の室内を示す斜視図である。 図１０中の２点鎖線ＸＩで囲まれた範囲を拡大して示す斜視図である。 図１中の加工機械において、機内酸素濃度を調整する流れを示すフロー図である。 図１０中の２点鎖線ＸＩＩＩに囲まれた範囲を拡大して示す斜視図である。 図６中の制御装置のハードウェア構成を示した図である。

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。

図１は、この発明の実施の形態における加工機械を示す正面図である。図１中には、加工機械の外観をなすカバー体を透視することにより、加工機械の内部が示されている。図２は、図１中の加工機械において、付加加工時の加工エリア内の様子を示す斜視図である。

図１および図２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。

まず、加工機械１００の全体構造について説明すると、加工機械１００は、ベッド１３６、第１主軸台１１１、第２主軸台１１６、工具主軸１２１および下刃物台１３１を有する。

ベッド１３６は、第１主軸台１１１、第２主軸台１１６、工具主軸１２１および下刃物台１３１を支持するためのベース部材であり、工場などの据付け面に設置されている。第１主軸台１１１、第２主軸台１１６、工具主軸１２１および下刃物台１３１は、スプラッシュガード２１０により区画形成された加工エリア２００に設けられている。

第１主軸台１１１および第２主軸台１１６は、水平方向に延びるＺ軸方向において、互いに対向して設けられている。第１主軸台１１１および第２主軸台１１６は、それぞれ、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第１主軸１１２および第２主軸１１７を有する。第１主軸１１２は、Ｚ軸に平行な中心軸２０１を中心に回転可能に設けられ、第２主軸１１７は、Ｚ軸に平行な中心軸２０２を中心に回転可能に設けられている。第１主軸１１２および第２主軸１１７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１１６は、各種の送り機構や案内機構、サーボモータなどにより、Ｚ軸方向に移動可能に設けられている。

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。

工具主軸１２１は、図示しないコラム等によりベッド１３６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や案内機構、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に装着された回転工具による加工位置は、３次元的に移動する。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。

なお、図１中には示されていないが、第１主軸台１１１の周辺には、工具主軸１２１に装着された工具を自動交換するための自動工具交換装置と、工具主軸１２１に装着する交換用の工具を収容する工具マガジンとが設けられている。

下刃物台１３１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１３１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。

より具体的には、下刃物台１３１は、旋回部１３２を有する。旋回部１３２は、Ｚ軸に平行な中心軸２０６を中心に旋回可能に設けられている。中心軸２０６を中心にその周方向に間隔を隔てた位置には、固定工具を保持するための工具ホルダが取り付けられている。旋回部１３２が中心軸２０６を中心に旋回することによって、工具ホルダに保持された固定工具が周方向に移動し、旋削加工に用いられる固定工具が割り出される。

下刃物台１３１は、図示しないサドル等によりベッド１３６上に支持されている。下刃物台１３１は、サドル等に設けられた各種の送り機構や案内機構、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。

加工機械１００は、付加加工用ヘッド２１をさらに有する。付加加工用ヘッド２１は、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射することにより付加加工を行なう（指向性エネルギ堆積法（Directed Energy Deposition））。エネルギー線としては、代表的に、レーザ光および電子ビームが挙げられる。本実施の形態では、付加加工にレーザ光が用いられる。

付加加工用ヘッド２１は、ヘッド本体（本体部）２２と、レーザツール（出射部）２６と、ケーブル継手２３とを有する。

ヘッド本体２２には、レーザ光および材料粉末が導入される。レーザツール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。付加加工用ヘッド２１に導入された材料粉末は、ノズル部２７を通じてワークに向けて吐出される。ケーブル継手２３は、後述するケーブル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。

加工機械１００は、材料粉末供給部としてのパウダーフィーダ７０と、レーザ発振装置７６と、ケーブル２４と、不活性ガス供給部としての不活性ガス供給装置６１と、機内酸素濃度計４１とをさらに有する。

パウダーフィーダ７０は、付加加工に用いられる材料粉末を、加工エリア２００内の付加加工用ヘッド２１に向けて供給する。パウダーフィーダ７０は、パウダーフィーダ設置室（部屋）２２０に設置されている。パウダーフィーダ７０は、タンク部としてのパウダーホッパー７２と、混合部７１とを有する。パウダーホッパー７２は、付加加工に用いられる材料粉末を収容するための密閉空間を形成する。混合部７１は、パウダーホッパー７２に収容された材料粉末と、材料粉末のキャリア用のガスとを混合する。

レーザ発振装置７６は、付加加工に用いられるレーザ光を発振する。ケーブル２４は、レーザ発振装置７６から付加加工用ヘッド２１に向けてレーザ光を導くための光ファイバと、パウダーフィーダ７０から付加加工用ヘッド２１に向けて材料粉末を導くための配管と、これらを収容する管部材とから構成されている。

ワークに材料粉末を吐出することにより付加加工を行なう指向性エネルギ堆積法においては、加工雰囲気の酸素濃度を調整する必要がある。加工機械１００においては、そのための手段として、不活性ガス供給装置６１および機内酸素濃度計４１が設けられている。

不活性ガス供給装置６１は、配管６２を通じて加工エリア２００内に不活性ガスを供給する。不活性ガスとしては、代表的に、アルゴンや窒素が挙げられる。不活性ガス供給装置６１は、加工エリア２００に供給する不活性ガスの流量を調節するための制御バルブ（不図示）を有する。機内酸素濃度計４１は、加工エリア２００内の酸素濃度（機内酸素濃度）を検出する。

なお、本実施の形態では、不活性ガスの供給により酸素濃度を調整する空間を、加工エリア２００として説明したが、本発明は、このような構成に限られない。不活性ガスの供給により酸素濃度を調整する空間は、材料粉末の粉塵が舞う可能性があるエリアである。たとえば、不活性ガスの供給により酸素濃度を調整する空間は、加工エリア２００内の加工点の周囲に留まってもよいし、加工エリア２００と気密性を持たないで隔てられた空間にまで及んでもよい。

図３は、工具主軸に対する付加加工用ヘッドの装着状態を示す図である。図１から図３を参照して、付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１に着脱可能に設けられている。付加加工用ヘッド２１のうちのヘッド本体２２が、工具主軸１２１に着脱可能に設けられている。

付加加工時、付加加工用ヘッド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、付加加工用ヘッド２１による付加加工の加工位置が３次元的に変位する。除去加工時、付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１から分離され、図示しないヘッドストッカに格納される。

工具主軸１２１には、クランプ機構が設けられており、工具主軸１２１に対する付加加工用ヘッド２１の装着時、そのクランプ機構が動作することによって、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１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。

さらに本実施の形態では、ヘッド本体２２に、実行する付加加工の条件に合わせて、複数のレーザツール２６（図３中では、レーザツール２６Ａ、レーザツール２６Ｂおよびレーザツール２６Ｃ）のうちいずれか１つのレーザツール２６が選択的に装着される。複数のレーザツール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。

図４は、付加加工時のワーク表面を拡大して示す断面図である。図２および図４を参照して、付加加工時、付加加工用ヘッド２１が装着された工具主軸１２１の移動、および／または、ワーク４００を保持する第１主軸台１１１の第１主軸１１２の回転によって、レーザツール２６をワーク４００に対向させつつ、付加加工用ヘッド２１およびワーク４００を相対的に移動させる。このとき、付加加工用ヘッド２１（レーザツール２６）からワーク４００に向けて、レーザ光３１１と、材料粉末３１２と、シールドおよびキャリア用のガス３１３とが吐出される。これにより、ワーク４００の表面に溶融点３１４が形成され、その結果、材料粉末３１２が溶着する。

具体的には、ワーク４００の表面に肉盛層３１６が形成される。肉盛層３１６上には、肉盛素材３１５が盛られる。肉盛素材３１５が冷却されると、ワーク４００の表面に加工可能な層が形成された状態となる。材料粉末としては、アルミニウム合金およびマグネシウム合金等の金属粉末や、セラミック粉末を利用することができる。

図５は、図１中の工具主軸の旋回範囲を説明するための図である。図５を参照して、工具主軸１２１は、中心軸２０４を中心に旋回可能に設けられている。工具主軸１２１の旋回範囲は、工具主軸１２１の主軸端面が下方を向く姿勢（図１中に示す姿勢）を基準にして±１２０°の範囲である。図５中には、図１中に示す姿勢から＋１２０°の角度だけ旋回する工具主軸１２１が示されている。工具主軸１２１の旋回範囲は、図１中に示す姿勢から±９０°以上の範囲であることが好ましい。

付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に装着される付加加工時、工具主軸１２１を旋回させると、付加加工用ヘッド２１も工具主軸１２１と一体となって旋回する。これにより、付加加工用ヘッド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）を自在に変化させることができる。

続いて、図１中の加工機械１００において、機内酸素濃度を調整するための機構について説明する。

図６は、図１中の加工機械において、機内酸素濃度を調整するための機構を示すブロック図である。図７は、図６中の記憶部に記憶されたデータの一例を示す表である。

図６および図７を参照して、加工機械１００は、制御装置５１をさらに有する。制御装置５１は、加工機械１００に備え付けられる制御盤（コントロールパネル）である。制御装置５１は、不活性ガス供給装置６１における不活性ガスの供給条件を制御する。制御装置５１は、記憶部５７と、制御部５６と、通信部５８とを含む。

記憶部５７には、付加加工に用いられる材料粉末の種類と、加工エリア２００内において設定されるべき酸素濃度との関係に関するデータが記憶されている。たとえば、図７中に示す例においては、記憶部５７に、材料粉末がアルミニウム、チタンおよびステンレスである場合に設定されるべき酸素濃度が、それぞれ、Ａ％以下、Ｂ％以下およびＣ％以下であると記憶されている。記憶部５７には、さらに、付加加工に複数種類の材料粉末が用いられた場合に、その混合比率に応じた酸素濃度が記憶されてもよい。

記憶部５７には、さらに、後述するバーコードの情報と、材料粉末の種類との対応関係が記憶されている。

制御部５６には、付加加工に用いられる材料粉末の種類が入力される。本実施の形態では、制御部５６に対する材料粉末の種類の入力手段が、材料粉末の容器に設けられたバーコード（識別子）を読み取る方法である（後述）。材料粉末の種類の入力手段は、このような方法に限られず、たとえば、作業者が加工機械１００の操作パネル８７（図８を参照）を通じて入力する方法であってもよい。

制御部５６は、入力された材料粉末の種類を記憶部５７に記憶されたデータに照らし合わせることにより、不活性ガス供給装置６１における不活性ガスの供給条件を決定する。たとえば、入力された材料粉末の種類がアルミニウムである場合、制御部５６は、加工エリア２００における酸素濃度がＡ％以下となるように、不活性ガス供給装置６１における不活性ガスの供給条件（本実施の形態では、制御バルブの開度）を決定する。

通信部５８は、不活性ガス供給装置６１に対して、制御部５６にて決定された不活性ガスの供給条件を指令する。

図８は、図１中の加工機械の外観を示す斜視図である。図９は、図８中のパウダーフィーダ設置室の外観を示す斜視図である。図１０は、図８中のパウダーフィーダ設置室の室内を示す斜視図である。図１１は、図１０中の２点鎖線ＸＩで囲まれた範囲を拡大して示す斜視図である。

図６から図１１を参照して、加工機械１００は、容器収納ボックス（容器収納部）９０と、外側扉９１と、内側扉（扉部）９３と、ロック機構部９５と、バーコードリーダ（読み取り部）９４とをさらに有する。

容器収納ボックス９０は、パウダーフィーダ設置室２２０に設けられている。容器収納ボックス９０は、材料粉末が封入された容器６０を収納可能な筐体形状を有する。

外側扉９１および内側扉９３は、容器収納ボックス９０に開閉可能に設けられている。外側扉９１および内側扉９３は、それぞれ、パウダーフィーダ設置室２２０の室外および室内に面して設けられている。外側扉９１が開状態とされることにより、パウダーフィーダ設置室２２０の室外より容器収納ボックス９０に容器６０を配置することが可能となる。内側扉９３が開状態とされることにより、パウダーフィーダ設置室２２０の室内より容器収納ボックス９０から容器６０を取り出すことが可能となる。

ロック機構部９５は、内側扉９３に設けられている。ロック機構部９５によるロック時、内側扉９３の開状態への操作が規制される。ロック機構部９５によるロックの解除時、内側扉９３の開状態への操作が許容される。

容器６０には、バーコード６３が付随して設けられている。バーコード６３は、容器６０に封入された材料粉末の種類を表す識別子として設けられている。識別子は、バーコードに限られず、たとえば、ＱＲコード（登録商標）であってもよい。バーコードリーダ９４は、容器収納ボックス９０内に設けられている。バーコードリーダ９４は、容器６０が容器収納ボックス９０に収納された状態において、その容器６０に付随したバーコード６３を読み取り可能なように構成されている。

加工機械１００は、読み取り開始ボタン９８と、投入完了ボタン９９とをさらに有する。読み取り開始ボタン９８は、パウダーフィーダ設置室２２０の室外に設けられている。読み取り開始ボタン９８は、容器収納ボックス９０に併設されている。投入完了ボタン９９は、パウダーフィーダ設置室２２０の室内に設けられている。投入完了ボタン９９は、容器収納ボックス９０に併設されている。

読み取り開始ボタン９８が押下されると、通信部５８は、バーコードリーダ９４に対して、バーコード６３の読み取りを開始するように指令する。投入完了ボタン９９が押下されると、制御部５６は、パウダーフィーダ７０への材料粉末の投入が完了したと認識して、次のステップに進む。

加工機械１００は、部屋扉（扉部）９６と、ロック機構部９７とをさらに有する。部屋扉９６は、パウダーフィーダ設置室２２０に設けられている。部屋扉９６が開状態とされることにより、作業者がパウダーフィーダ設置室２２０に進入することが可能となる。

ロック機構部９７は、部屋扉９６に設けられている。ロック機構部９７によるロック時に、部屋扉９６の開状態への操作が規制される。ロック機構部９７によるロックの解除時に、部屋扉９６の開状態への操作が許容される。

図１２は、図１中の加工機械において、機内酸素濃度を調整する流れを示すフロー図である。

図６から図１２を参照して、まず、材料粉末が封入された容器６０を容器収納ボックス９０に配置する（Ｓ１０１）。具体的には、容器収納ボックス９０の外側扉９１を開いて、容器６０を容器収納ボックス９０に配置する。容器収納ボックス９０の外側扉９１を閉じる。

次に、容器６０に付随するバーコード６３を読み取る（Ｓ１０２）。具体的には、読み取り開始ボタン９８を押下することにより、バーコードリーダ９４によるバーコード６３の読み取りを開始する。バーコードリーダ９４で得られたバーコード６３の情報は、通信部５８を通じて制御部５６に伝えられる。

次に、材料粉末の種類を判別する（Ｓ１０３）。具体的には、制御部５６は、バーコードリーダ９４からのバーコード６３の情報を記憶部５７に記憶されたデータに照合して、材料粉末の種類を判別する。

次に、Ｓ１０３のステップにて材料粉末の種類が判別されると、内側扉９３および部屋扉９６のロックを解除する（Ｓ１０４）。より具体的には、通信部５８からロック機構部９５への指令によって、ロック機構部９５によるロックが解除され、内側扉９３の開状態への操作が許容される。通信部５８からロック機構部９７への指令によって、ロック機構部９７によるロックが解除され、部屋扉９６の開状態への操作が許容される。

一方、Ｓ１０３のステップにて、バーコード６３の情報が記憶部５７に記憶されたデータに含まれない場合、ロック機構部９５による内側扉９３のロックを維持し、ロック機構部９７による部屋扉９６のロックを維持する。

この場合、容器６０に封入された材料粉末の種類が新規であるため、登録作業が必要となる（Ｓ１０５）。具体的には、パウダーフィーダ設置室２２０の室外に設けられたパウダー登録画面９２により、新規の材料粉末に関する情報を入力する。この登録作業は、事前にＩＤの入力を求めるなどして、特定の管理者のみが実施可能とする。

Ｓ１０４のステップの後、容器６０を容器収納ボックス９０から取り出す（Ｓ１０６）。具体的には、ロックが解除された部屋扉９６を開いて、パウダーフィーダ設置室２２０の室内に進入する。続いて、ロックが解除された内側扉９３を開いて、容器収納ボックス９０から容器６０を取り出す。

なお、本実施の形態では、内側扉９３および部屋扉９６にそれぞれロック機構部９５およびロック機構部９７が設けられているが、このような構成に限られず、内側扉９３および部屋扉９６のいずれか一方にのみロック機構部が設けられてもよい。

次に、容器６０からパウダーフィーダ７０（パウダーホッパー７２）に材料粉末を投入する（Ｓ１０７）。

次に、空になった容器６０を容器収納ボックス９０に再び収納する（Ｓ１０８）。内側扉９３を閉じて、投入完了ボタン９９を押下することにより、パウダーフィーダ７０への材料粉末の投入を完了する。

次に、加工エリア２００内の酸素濃度を調整する（Ｓ１０９）。具体的には、制御部５６は、Ｓ１０３のステップにて判別した材料粉末の種類を、記憶部５７に記憶されたデータに照らし合わせることにより、不活性ガス供給装置６１における不活性ガスの供給条件（制御バルブの開度）を決定する。通信部５８は、不活性ガス供給装置６１に対して、制御部５６にて決定された不活性ガスの供給条件を指令する。

このような構成によれば、付加加工に用いられる材料粉末の種類に応じて、加工エリア２００に供給する不活性ガスの流量が調節されるため、機内酸素濃度を適切に調整することができる。

この際、容器６０に付随するバーコード６３を用いて材料粉末の種類を判別することによって、材料粉末の種類をより的確に把握することができる。また、容器６０に封入された材料粉末が新規である場合、作業者は、パウダーフィーダ設置室２２０の室内に進入することができず、また、容器収納ボックス９０から容器６０を取り出すことができない。このため、記憶部５７におけるデータが欠けていることを理由に、機内酸素濃度が適切に調整されない事態を回避することができる。

図１３は、図１０中の２点鎖線ＸＩＩＩに囲まれた範囲を拡大して示す斜視図である。図６および図１３を参照して、加工機械１００は、以下に説明する材料粉末の誤使用を検知する機構をさらに備える。

加工機械１００は、ホッパー内酸素濃度計（酸素濃度検出部）４４をさらに有する。ホッパー内酸素濃度計４４は、パウダーホッパー７２の内部に設けられている。ホッパー内酸素濃度計４４は、パウダーホッパー７２内の酸素濃度（ホッパー内酸素濃度）を検出する。

パウダーホッパー７２は、材料粉末を収容する空間を密閉空間として形成している。この場合、材料粉末の酸化の進行に起因して、パウダーホッパー７２内の酸素濃度が時間の経過とともに変化（低下）する。このホッパー内酸素濃度が変化するプロフィールは、材料粉末の種類によって異なる。

記憶部５７には、材料粉末の種類と、酸素濃度が変化するプロフィールとの関係に関するデータが記憶されている。時間経過に伴ってホッパー内酸素濃度計４４にて検出されるホッパー内酸素濃度は、通信部５８を通じて制御部５６に伝えられる。制御部５６は、ホッパー内酸素濃度計４４からのホッパー内酸素濃度の情報を、記憶部５７に記憶されたデータに照らし合わせることによって、制御部５６に入力された材料粉末の種類が適正か否かを判断する。

制御部５６は、制御部５６に入力された材料粉末の種類が適正でないと判断した場合、付加加工を強制的に中断したり、作業者に警告を発したりするプログラムを実行してもよい。

このような構成によれば、容器６０にバーコード６３に対応する材料粉末とは異なる種類の材料粉末が封入されていた場合などにおいて、材料粉末の誤使用を検知することができる。

記憶部５７には、さらに、材料粉末の種類と、付加加工時の加工機械の動作条件との関係に関するデータが記憶されてもよい。この場合、制御部５６は、入力された材料粉末の種類を記憶部５７に記憶されたデータに照らし合わせることにより、付加加工時の加工機械１００の動作条件を決定する。

付加加工時の加工機械１００の動作条件としては、たとえば、付加加工用ヘッド２１の送り速度（図６中の軸送り部８１）や、レーザ光の出力（レーザ発振装置７６）、材料粉末の供給量（パウダーフィーダ７０）、材料粉末のキャリア用のガスの流量（パウダーフィーダ７０）が挙げられる。

図１４は、図６中の制御装置のハードウェア構成を示した図である。図１４を参照して、制御装置５１は、プロセッサ５０１（典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit））と、メモリ５０２と、通信ＩＦ（InterFace）５０３と、操作キー５０４と、ディスプレイ５０５とを備える。メモリ５０２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）５０２ａと、ＲＡＭ（Random Access Memory）５０２ｂと、フラッシュメモリ５０２ｃとを有する。各部５０１〜５０５は、バスによって互いに通信可能に接続されている。

なお、メモリ５０２は、フラッシュメモリ５０２ｃの替わりに、書き込みが可能な他の不揮発性の記憶媒体（たとえば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive））を含んでいてもよい。あるいは、メモリ５０２は、フラッシュメモリ５０２ｃとともに、書き込みが可能な他の不揮発性の記憶媒体を含んでいてもよい。

プロセッサ５０１は、メモリ５０２に格納されたプログラムを実行する。ＲＯＭ５０２ａは、不揮発性の記憶媒体であり、典型的には、ＢＩＯＳ（Basic Input Output System）およびファームウェアを格納している。ＲＡＭ５０２ｂは、各種のプログラム、プロセッサ５０１によるプログラムの実行により生成されたデータ、およびユーザによって入力されたデータを一時的に格納する。フラッシュメモリ５０２ｃは、ＮＣプログラム本体、およびユーザによって生成されたプログラムを記憶している。

なお、プロセッサ５０１は、図６における制御部５６に対応する。より詳しくは、プロセッサ５０１がメモリ５０２に格納されたプログラムを実行することにより、制御部５６が実現される。メモリ５０２は、図６における記憶部５７に対応する。通信ＩＦ５０３は、図６における通信部５８に対応する。

メモリ５０２に格納されるプログラム等のソフトウェアは、メモリカード、その他の記憶媒体に格納されて、プログラムプロダクトとして流通している場合もある。あるいは、ソフトウェアは、いわゆるインターネットに接続されている情報提供事業者によってダウンロード可能なプログラムプロダクトとして提供される場合もある。このようなソフトウェアは、メモリカードリーダライタ、その他の読取装置によりその記憶媒体から読み取られて、あるいは、インターフェイスを介してダウンロードされた後、半導体メモリＲＡＭ５０２ｂに一旦格納される。そのソフトウェアは、プロセッサ５０１によってＲＡＭ５０２ｂから読み出され、さらにフラッシュメモリ５０２ｃに実行可能なプログラムの形式で格納される。プロセッサ５０１は、そのプログラムを実行する。

同図に示される制御装置５１を構成する各構成要素は、一般的なものである。したがって、本発明の本質的な部分は、メモリ５０２、メモリカード、その他の記憶媒体に格納されたソフトウェア、あるいはネットワークを介してダウンロード可能なソフトウェアであるともいえる。

なお、記録媒体は、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）−ＲＯＭ、ＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ、ＦＤ（Flexible Disk）、ハードディスクに限られない。たとえば、磁気テープ、カセットテープ、光ディスク（ＭＯ（Magnetic Optical Disc）／ＭＤ（Mini Disc））、光カード、マスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（Electronically Programmable Read-Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory）、フラッシュＲＯＭなどの半導体メモリ等の固定的にプログラムを担持する媒体でもよい。また、記録媒体は、当該プログラム等をコンピュータが読取可能な一時的でない媒体であって、搬送波等の一時的な媒体を含まない。

さらに、ここでいうプログラムとは、ＣＰＵにより直接実行可能なプログラムだけでなく、ソースプログラム形式のプログラム、圧縮処理されたプログラム、暗号化されたプログラム等を含む。

本実施の形態に係るプログラムは、不活性ガス供給装置６１における不活性ガスの供給条件を制御する制御装置５１を制御する。ある局面に従うと、当該プログラムは、付加加工に用いられる材料粉末の種類の入力を受け付けるステップと、入力された材料粉末の種類をメモリ５０２に記憶されたデータ（詳しくは、付加加工に用いられる材料粉末の種類と、加工エリア内において設定されるべき酸素濃度との関係に関するデータ）に照らし合わせることにより、不活性ガス供給装置６１における不活性ガスの供給条件を決定するステップと、決定された供給条件を不活性ガス供給装置６１に送信するように通信ＩＦ５０３に命令するステップとを、プロセッサ５０１に実行させる。

以上に説明した、この発明の実施の形態における加工機械１００の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における加工機械１００は、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射することにより、付加加工を行なう加工機械である。加工機械１００は、加工エリア２００内に不活性ガスを供給することにより、加工雰囲気の酸素濃度を調整する不活性ガス供給部としての不活性ガス供給装置６１と、不活性ガス供給装置６１における不活性ガスの供給条件を制御する制御装置５１とを備える。制御装置５１は、付加加工に用いられる材料粉末の種類と、加工エリア２００内において設定されるべき酸素濃度との関係に関するデータを記憶する記憶部５７と、付加加工に用いられる材料粉末の種類が入力され、入力された材料粉末の種類を記憶部５７に記憶されたデータに照らし合わせることにより、不活性ガス供給装置６１における不活性ガスの供給条件を決定する制御部５６と、不活性ガス供給装置６１に対して、制御５６部にて決定された不活性ガスの供給条件を指令する通信部５８とを含む。

このように構成された、この発明の実施の形態における加工機械１００によれば、指向性エネルギ堆積法による付加加工において、用いる材料粉末の種類に応じて機内酸素濃度を適切に調整することができる。

なお、本実施の形態では、付加加工および除去加工が可能な加工機械１００について説明したが、本発明は、除去加工のみ可能な加工機械に適用することも可能である。

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。

この発明は、主に、付加加工が可能な加工機械に適用される。

２１ 付加加工用ヘッド、２２ ヘッド本体、２３ ケーブル継手、２４ ケーブル、２６，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ レーザツール、２７ ノズル部、４１ 機内酸素濃度計、４４ ホッパー内酸素濃度計、５１ 制御装置、５６ 制御部、５７ 記憶部、５８ 通信部、６０ 容器、６１ 不活性ガス供給装置、６２ 配管、６３ バーコード、７０ パウダーフィーダ、７１ 混合部、７２ パウダーホッパー、７６ レーザ発振装置、８１ 軸送り部、８７ 操作パネル、９０ 容器収納ボックス、９１ 外側扉、９２ パウダー登録画面、９３ 内側扉、９４ バーコードリーダ、９５，９７ ロック機構部、９６ 部屋扉、９８ 読み取り開始ボタン、９９ 投入完了ボタン、１００ 加工機械、１１１ 第１主軸台、１１２ 第１主軸、１１６ 第２主軸台、１１７ 第２主軸、１２１ 工具主軸、１３１ 刃物台、１３２ 旋回部、１３６ ベッド、２００ 加工エリア、２０１，２０２，２０３，２０４，２０６ 中心軸、２１０ スプラッシュガード、２２０ パウダーフィーダ設置室、３１１ レーザ光、３１２ 材料粉末、３１３ ガス、３１４ 溶融点、３１５ 肉盛素材、３１６ 肉盛層、４００ ワーク、５０１ プロセッサ、５０２ メモリ、５０２ａ ＲＯＭ、５０２ｂ ＲＡＭ、５０２ｃ フラッシュメモリ、５０４ 操作キー、５０５ ディスプレイ。

Claims (5)

1. ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射することにより、付加加工を行なう加工機械であって、
   加工エリア内に不活性ガスを供給することにより、加工雰囲気の酸素濃度を調整する不活性ガス供給部と、
   前記不活性ガス供給部における不活性ガスの供給条件を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   付加加工に用いられる材料粉末の種類と、加工エリア内において設定されるべき酸素濃度との関係に関するデータを記憶する記憶部と、
   付加加工に用いられる材料粉末の種類が入力され、入力された材料粉末の種類を前記記憶部に記憶されたデータに照らし合わせることにより、前記不活性ガス供給部における不活性ガスの供給条件を決定する制御部と、
   前記不活性ガス供給部に対して、前記制御部にて決定された不活性ガスの供給条件を指令する通信部とを含み、
   前記記憶部に記憶されるデータは、材料粉末の種類が材料粉末Ｘ、材料粉末Ｙおよび材料粉末Ｚである場合に設定されるべき酸素濃度が、それぞれ、Ａ％以下、Ｂ％以下およびＣ％以下であるというデータを含み、
   前記制御部は、入力された材料粉末の種類が材料粉末Ｘ、材料粉末Ｙおよび材料粉末Ｚである場合に、それぞれ、加工エリア内における酸素濃度がＡ％以下、Ｂ％以下およびＣ％以下となるように、前記不活性ガス供給部における不活性ガスの供給条件を決定する、加工機械。
2. 材料粉末が封入された容器に付随する識別子を読み取り、その情報を前記制御部に伝える読み取り部と、
   前記読み取り部にて前記識別子が読み取られた容器から材料粉末が投入され、加工エリア内に向けて材料粉末を供給する材料粉末供給部とをさらに備え、
   前記制御部は、前記読み取り部からの前記識別子の情報に基づいて、材料粉末の種類を判別する、請求項１に記載の加工機械。
3. 前記材料粉末供給部は、部屋の内部に設置され、
   前記部屋の内部に設けられ、前記部屋の外部から前記容器が収納される収納空間を形成する容器収納部と、
   開状態とされることにより、前記部屋の内部への進入、および／または、前記部屋の内部から前記収納空間に収納された前記容器の取り出しが可能となるように設けられる扉部と、
   前記扉部に設けられ、前記扉部の開状態への操作を規制するロック機構部とをさらに備え、
   前記制御部は、判別した材料粉末の種類が前記記憶部に記憶されたデータに含まれるか否かを判断し、
   前記通信部は、前記制御部が材料粉末の種類がデータに含まれると判断した場合に、前記ロック機構部に対して、前記扉部の開状態への操作の規制を解除するように指令する、請求項２に記載の加工機械。
4. 材料粉末を収容するための密閉空間を形成するタンク部を有し、加工エリア内に向けて、前記タンク部に収容された材料粉末を供給する材料粉末供給部と、
   前記タンク部に設けられ、前記密閉空間における酸素濃度を検出する酸素濃度検出部とをさらに備え、
   前記記憶部は、前記タンク部に収容される材料粉末の種類と、時間経過に伴う前記密閉空間の酸素濃度の変化との関係に関するデータを記憶し、
   前記制御部は、時間経過に伴って前記酸素濃度検出部にて検出される酸素濃度を、前記記憶部に記憶されたデータに照らし合わせることにより、前記制御部に入力された材料粉末の種類が適正か否かを判断する、請求項１から３のいずれか１項に記載の加工機械。
5. 前記記憶部は、付加加工に用いられる材料粉末の種類と、付加加工時の加工機械の動作条件との関係に関するデータを記憶し、
   前記制御部は、入力された材料粉末の種類を前記記憶部に記憶されたデータに照らし合わせることにより、付加加工時の加工機械の動作条件を決定する、請求項１から４のいずれか１項に記載の加工機械。

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