JP7482227B2 - ワークの加工方法および加工機械 - Google Patents

Description

この発明は、ワークの加工方法および加工機械に関する。

たとえば、国際公開第２０１８／２１１５９４号（特許文献１）には、対向配置される第１アキシコンレンズおよび第２アキシコンレンズと、第１アキシコンレンズおよび第２アキシコンレンズの間に配置される凸レンズとを有し、第１アキシコンレンズに入射されたレーザ光をリング状レーザにして第２アキシコンレンズより出射するレーザ光形成部と、凸レンズをレーザ光の光軸方向に移動させるレンズ移動機構部とを備える付加加工用ヘッドが開示されている。

国際公開第２０１８／２１１５９４号

上述の特許文献１に開示されるように、ワークに向けてリング状のレーザ光を出射しつつ、そのリング状のレーザ光の内側からワーク表面に向けて材料粉末を供給する付加加工方法が知られている。このような付加加工方法においては、付加加工の対象となるワーク表面上の領域が様々であるため、そのワーク表面上の領域に合わせて、レーザ光の照射領域の大きさ（スポット径）を制御したいという要求がある。

一方、特許文献１に開示される付加加工用ヘッドでは、レーザ光形成部における凸レンズの移動によって、レーザ光の光軸方向における第１アキシコンレンズおよび凸レンズ間の距離を変化させ、ワーク表面上に形成されるレーザ光の照射領域の大きさを制御している。しかしながら、付加加工用ヘッドの内部に設けられる光学部品は、非常に繊細であるため、光学部品をできるだけ駆動させたくないという要求もある。

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、簡易な方法で、付加加工の対象となるワーク表面上の領域に合わせて、レーザ光の照射領域の大きさを制御することが可能なワークの加工方法と、そのようなワークの加工方法を実行する加工機械とを提供することである。

この発明に従ったワークの加工方法は、付加加工用ヘッドおよびワークを相対的に移動させながら、付加加工用ヘッドからワークに向けてリング状レーザ光を出射させつつ、リング状レーザ光の内側から材料粉末を噴出することによって、ワークに対して付加加工を行なう加工方法である。付加加工用ヘッドは、ワークに向けてリング状レーザ光を出射するレーザ光出射部を有する。ワークの加工方法は、ワークの第１領域を対象にして付加加工を行なうステップと、ワークの第２領域を対象にして付加加工を行なうステップとを備える。付加加工用ヘッドおよびワークの相対的な移動方向と、リング状レーザ光の中心軸方向とに直交する方向における第１領域の幅は、付加加工用ヘッドおよびワークの相対的な移動方向と、リング状レーザ光の中心軸方向とに直交する方向における第２領域の幅よりも小さい。第１領域を対象にして付加加工を行なうステップは、ワークおよびレーザ光出射部の間が第１距離となるように、付加加工用ヘッドおよびワークを相互に配置するステップを含む。第２領域を対象にして付加加工を行なうステップは、ワークおよびレーザ光出射部の間が第１距離よりも小さい第２距離となるように、付加加工用ヘッドおよびワークを相互に配置するステップを含む。

このように構成されたワークの加工方法によれば、相対的に小さい幅の第１領域を付加加工の対象とする場合には、ワークおよびレーザ光出射部の間を第２距離よりも大きい第１距離とすることによって、ワーク表面上におけるリング状レーザ光の照射領域を小さくする。これにより、ワークの第１領域に対して精密な付加加工を行なうことができる。また、相対的に大きい幅の第２領域を付加加工の対象とする場合には、ワークおよびレーザ光出射部の間を第１距離よりも小さい第２距離とすることによって、ワーク表面上におけるリング状レーザ光の照射領域を大きくする。これにより、ワークの第２領域に対して効率的な付加加工を行なうことができる。したがって、簡易な方法で、付加加工の対象となるワーク表面上の領域に合わせて、レーザ光の照射領域の大きさを制御することができる。

また好ましくは、付加加工用ヘッドは、リング状レーザ光の中心軸方向に直交する所定軸を中心に旋回可能である。ワークの加工方法は、第１領域を対象にして付加加工を行なうステップと、第２領域を対象にして付加加工を行なうステップとの間に、付加加工用ヘッドを所定軸を中心に旋回させることによって、付加加工用ヘッドの姿勢を変化させるステップをさらに備える。

このように構成されたワークの加工方法によれば、付加加工用ヘッドの旋回動作によって、付加加工用ヘッドを加工対象となる第１領域および第２領域に対するリング状レーザ光の出射に適した姿勢に変化させることができる。

また好ましくは、第２領域を対象にして付加加工を行なうステップにおいて、リング状レーザ光の中心軸が水平方向に延びるように、付加加工用ヘッドの姿勢を保持する。

このように構成されたワークの加工方法によれば、リング状レーザ光の中心軸が水平方向に延びる場合、リング状レーザ光の内側からワークに向けて噴出される材料粉末が重力の影響を受けて下方に垂れる現象が起こり得る。このため、ワークおよびレーザ光出射部の間を相対的に小さい第２距離とすることによって、材料粉末が下方に大きく垂れる前に材料粉末をワークに届けることができる。これにより、材料粉末の利用効率を向上させることができる。

また好ましくは、ワークは、リーディングエッジと、トレーリングエッジと、リーディングエッジおよびトレーリングエッジの間で延在する翼面と、翼面の端部に配置される平面状の側面とを有し、付加加工により修復されるタービンブレードである。リーディングエッジまたはトレーリングエッジは、第１領域を含む。側面は、第２領域を含む。

このように構成されたワークの加工方法によれば、ワーク表面上におけるリング状レーザ光の照射領域を小さくすることによって、タービンブレードのリーディングエッジまたはトレーリングエッジに生じた欠損等に対して精密な付加加工を施すことができる。また、ワーク表面上におけるリング状レーザ光の照射領域を大きくすることによって、タービンブレードの側面に生じた全面的な摩耗に対して効率的な付加加工を施すことができる。

また好ましくは、ワークは、リーディングエッジと、トレーリングエッジと、リーディングエッジおよびトレーリングエッジの間で延在する翼面と、翼面の端部に配置される平面状の側面とを有し、付加加工により補修されるタービンブレードである。翼面は、第１領域および第２領域を含む。

このように構成されたワークの加工方法によれば、ワーク表面上におけるリング状レーザ光の照射領域を小さくすることによって、タービンブレードの翼面に生じた比較的小さい亀裂等に対して精密な付加加工を施すことができる。また、ワーク表面上におけるリング状レーザ光の照射領域を大きくすることによって、タービンブレードの翼面に生じた比較的大きい窪み等に対して効率的な付加加工を施すことができる。

また好ましくは、付加加工用ヘッドは、水平方向に延びる所定軸を中心に旋回可能である。ワークの加工方法は、第１領域を対象にして付加加工を行なうステップ、および、第２領域を対象にして付加加工を行なうステップよりも前に、水平方向に延び、所定軸に直交する回転軸を有する主軸によって、リーディングエッジ、トレーリングエッジおよび翼面が、回転軸の半径方向外側を向いて配置され、側面が回転軸の軸方向を向くように、ワークを保持するステップを備える。

このように構成されたワークの加工方法によれば、付加加工用ヘッドの旋回動作と、主軸の回転とによって、タービンブレードのリーディングエッジ、トレーリングエッジ、翼面および側面に対して連続的に付加加工を施すことができる。

この発明に従った加工機械は、上述のいずれかに記載のワークの加工方法を実行する加工機械である。加工機械は、レーザ光出射部を有する付加加工用ヘッドと、ワークを保持するワーク保持部と、付加加工用ヘッドおよびワーク保持部を相互に移動させる移動機構部とを備える。

このように構成された加工機械によれば、付加加工の対象となるワーク表面上の領域に合わせて、レーザ光の照射領域の大きさを制御することができる。

また好ましくは、付加加工用ヘッドは、光学レンズを有する。光学レンズは、レーザ光出射部からリング状レーザ光の焦点位置までの距離が一定となるように、付加加工用ヘッド内において固定されている。

このように構成された加工機械によれば、付加加工用ヘッドにおける光学系の信頼性を保つことができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、簡易な方法で、付加加工の対象となるワーク表面上の領域に合わせて、レーザ光の照射領域の大きさを制御することが可能なワークの加工方法と、そのようなワークの加工方法を実行する加工機械とを提供することができる。

加工機械を示す前面図である。 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。 図１および図２中の付加加工用ヘッドの内部構造を示す図である。 付加加工時のワーク表面を示す断面図である。 この発明の実施の形態１におけるワークの加工方法の第１ステップを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１におけるワークの加工方法の第２ステップを示す斜視図である。 図５中のワークの加工方法のステップにおけるワーク表面を示す平面図である。 図６中のワークの加工方法のステップにおけるワーク表面を示す平面図である。 タービンブレードを示す斜視図である。 図９中のタービンブレードを補修するステップの全体的な流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２におけるワークの加工方法のステップを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２におけるワークの加工方法の第１ステップを示す前面図である。 この発明の実施の形態２におけるワークの加工方法の第２ステップを示す前面図である。 この発明の実施の形態２におけるワークの加工方法の第３ステップを示す前面図である。 タービン側面を第１領域として補修するステップを示す前面図である。 タービン側面を第２領域として補修するステップを示す前面図である。 この発明の実施の形態３におけるワークの加工方法のステップを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３におけるワークの加工方法の第１ステップを示す前面図である。 この発明の実施の形態３におけるワークの加工方法の第２ステップを示す前面図である。

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。

（実施の形態１）
図１は、加工機械を示す前面図である。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。加工機械１００は、コンピュータによる数値制御によって、ワーク加工のための各種動作が自動化されたＮＣ（Numerically Control）加工機械である。

本明細書においては、加工機械１００の左右方向（幅方向）に平行で、水平方向に延びる軸を「Ｚ軸」といい、加工機械１００の前後方向（奥行き方向）に平行で、水平方向に延びる軸を「Ｙ軸」といい、鉛直方向に延びる軸を「Ｘ軸」という。図１中における右方向を「＋Ｚ軸方向」といい、左方向を「－Ｚ軸方向」という。図１中における紙面の手前方向を「＋Ｙ軸方向」といい、奥方向を「－Ｙ軸方向」という。図１中における上方向を「＋Ｘ軸方向」といい、下方向を「－Ｘ軸方向」という。

まず、本実施の形態におけるワークの加工方法を実行するための加工機械１００の構造について説明する。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、工場などの床面に設置されている。第１主軸台１１１（後述の第１主軸１１２）、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２０５により区画形成された加工エリア２００に設けられている。

加工エリア２００は、ワークの除去加工および付加加工が行なわれる空間であり、これらのワーク加工に伴う切屑、切削油またはヒューム等の異物が加工エリア２００の外側に漏出しないように密閉されている。

第１主軸台１１１および第２主軸台１１６は、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たり、回転工具を用いたミーリング加工時または除去加工時にワークを保持したりするための第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。

本実施の形態では、第１主軸台１１１の第１主軸１１２（本発明における「主軸」および「ワーク保持部」に対応）によってワークが保持されている。なお、本発明における「ワーク保持部」は、ワークを回転させることが可能なワーク主軸に限られず、たとえば、テーブルに装着されたパレット等であってもよい。

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。なお、第２主軸台１１６は、固定式であってもよい。

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、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、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軸に平行な旋回中心軸２０４を中心に旋回可能に設けられている（Ｂ軸旋回）。工具主軸１２１の旋回範囲は、工具主軸１２１の主軸端面１２３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。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。（以下、図１中に示す工具主軸１２１の姿勢を、「基準姿勢」ともいう。）
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（ＡＴＣ：Automatic Tool Changer）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複数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供給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））。材料粉末としては、たとえば、ステンレス、コバルト基合金、ニッケル基合金もしくはチタン等の金属粉末を利用することができる。なお、材料粉末は、金属粉末に限られない。

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。さらに、工具主軸１２１が、旋回中心軸２０４を中心に旋回することによって、付加加工用ヘッド２１も工具主軸１２１と一体となって旋回中心軸２０４（本発明における「所定軸」に対応）を中心に旋回する。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。

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。

加工機械１００は、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に向けて導入する。パウダーフィーダ７０は、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ーと、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、空気の流路となるエア配管と、不活性ガスの流路となるガス配管と、冷媒の流路となる冷却配管と、電気配線と、これらを収容する管部材とから構成されている。

続いて、付加加工用ヘッド２１の構造について詳細に説明する。図３は、図１および図２中の付加加工用ヘッドの内部構造を示す図である。

図３を参照して、付加加工用ヘッド２１は、外部から導入されたレーザ光をワークに向けて出射するための光学系として、レーザ光コリメート部３１と、リング状レーザ光形成部３２と、レーザ光案内部３３と、レーザ光出射部３４とを有する。

レーザ光コリメート部３１、リング状レーザ光形成部３２、レーザ光案内部３３およびレーザ光出射部３４は、挙げた順に、付加加工用ヘッド２１におけるレーザ光の光路の上流側から下流側に並ぶ。

レーザ光コリメート部３１には、ケーブル２４（図１および図２を参照のこと）からのレーザ光が光ファイバー４１を通じて導入される。レーザ光コリメート部３１は、コリメーションレンズ４２を有する。コリメーションレンズ４２は、中心軸１０２の軸上に設けられている。レーザ光コリメート部３１は、コリメーションレンズ４２により光ファイバー４１から入力されたレーザ光を平行光にして、リング状レーザ光形成部３２に向けて送る。

リング状レーザ光形成部３２は、アキシコンレンズ４３およびアキシコンレンズ４５と、球面レンズ４４とを有する。アキシコンレンズ４３、球面レンズ４４およびアキシコンレンズ４５は、挙げた順に、付加加工用ヘッド２１におけるレーザ光の光路の上流側から下流側に並んで設けられている。アキシコンレンズ４３、球面レンズ４４およびアキシコンレンズ４５は、中心軸１０２の軸上に設けられている。

アキシコンレンズ４３は、円錐面からなる一方面４３ｍと、平面からなる他方面４３ｎとを有する。アキシコンレンズ４５は、円錐面からなる一方面４５ｍと、平面からなる他方面４５ｎとを有する。アキシコンレンズ４３およびアキシコンレンズ４５は、アキシコンレンズ４３の一方面４３ｍとアキシコンレンズ４５の一方面４５ｍとが向かい合わせとなるように配置されている。

リング状レーザ光形成部３２は、レーザ光コリメート部３１から入力されたレーザ光を、アキシコンレンズ４３、球面レンズ４４およびアキシコンレンズ４５によりリング状に形成する。リング状レーザ光形成部３２から出力されるレーザ光は、リング形状、言い換えれば、レーザ光の進行方向に直交する平面により切断された場合に中心軸１０２の軸周りで帯状に周回する形状を有する。本実施の形態では、リング状レーザ光形成部３２が、レーザ光コリメート部３１から入力されたレーザ光を、円形のリング形状に形成する。リング状レーザ光形成部３２から出射されるリング状レーザ光は、中心軸１０２を中心にしてその軸方向に進行する。

レーザ光案内部３３は、ガイドミラー４６およびガイドミラー４７を有する。ガイドミラー４６およびガイドミラー４７は、挙げた順に、付加加工用ヘッド２１におけるレーザ光の光路の上流側から下流側に並んで設けられている。ガイドミラー４６は、中心軸１０２の軸上に設けられている。ガイドミラー４６は、中心軸１０２に対して傾斜して設けられている。ガイドミラー４７は、中心軸１０２に平行な中心軸１０１の軸上に設けられている。ガイドミラー４７は、中心軸１０１に対して傾斜して設けられている。

レーザ光案内部３３は、ガイドミラー４６およびガイドミラー４７による反射により、リング状レーザ光形成部３２から入力されたリング状レーザ光をレーザ光出射部３４に向けて案内する。レーザ光案内部３３から出力されるリング状レーザ光は、中心軸１０１を中心にしてその軸方向に進行する。

レーザ光出射部３４は、集光レンズ５１および集光レンズ５４と、保護レンズ５６とを有する。集光レンズ５１、集光レンズ５４および保護レンズ５６は、挙げた順に、付加加工用ヘッド２１におけるレーザ光の光路の上流側から下流側に並んで設けられている。集光レンズ５１、集光レンズ５４および保護レンズ５６は、中心軸１０１の軸上に設けられている。

レーザ光出射部３４は、レーザ光案内部３３から入力されたリング状レーザ光をワークに向けて出射する。レーザ光出射部３４は、集光レンズ５１および集光レンズ５４により、ワークに向けて出射されるリング状レーザ光を集光させる。レーザ光出射部３４から出射されるリング状レーザ光は、中心軸１０１を中心にしてその軸方向に進行する。保護レンズ５６は、付加加工用ヘッド２１に内蔵されるレンズ系を外部雰囲気から保護するために設けられている。

なお、図１中に示される旋回中心軸２０４は、リング状レーザ光の中心軸方向（中心軸１０１の軸方向）に直交し、第１主軸１１２の回転軸である中心軸２０１に直交する。付加加工用ヘッド２１は、旋回中心軸２０４を中心に旋回可能である。

付加加工用ヘッド２１は、ワークに対して材料粉末を供給するための機構として、材料粉末供給部６１を有する。

材料粉末供給部６１は、材料粉末を送り出し可能なパイプ材からなる。材料粉末供給部６１は、中心軸１０１の軸上に沿って設けられている。材料粉末供給部６１には、ケーブル２４（図１および図２を参照のこと）からの材料粉末が導入される。材料粉末供給部６１は、噴出口６２を有する。噴出口６２は、材料粉末を噴出する材料粉末供給部６１の開口部である。材料粉末供給部６１は、噴出口６２からワークに向けて材料粉末を噴出する。噴出口６２は、円形の開口形状を有する。

噴出口６２は、レーザ光出射部３４から出射されるリング状レーザ光の内側に配置されている。このため、材料粉末供給部６１は、レーザ光出射部３４から出射されるリング状レーザ光の内側から材料粉末を噴出する。噴出口６２は、中心軸１０１の軸上に配置されている。噴出口６２からワークに向けた材料の供給と、レーザ光出射部３４からワークに向けたリング状レーザ光の出射とは、ともに中心軸１０１の軸上であって、共軸である。

噴出口６２は、付加加工用ヘッド２１におけるレーザ光の光路上において、集光レンズ５１および集光レンズ５４よりも下流側に配置されている。噴出口６２は、付加加工用ヘッド２１におけるレーザ光の光路上において、保護レンズ５６よりも下流側に設けられている。

ガイドミラー４７には、貫通孔４８が形成されている。貫通孔４８は、中心軸１０１の軸上においてガイドミラー４７を貫通するように形成されている。貫通孔４８は、中心軸１０１に直交する平面により切断された場合に、材料粉末供給部６１の断面よりも大きい開口面を有する。貫通孔４８には、材料粉末供給部６１が挿通されている。

集光レンズ５１、集光レンズ５４および保護レンズ５６には、それぞれ、貫通孔５２、貫通孔５５および貫通孔５７が形成されている。貫通孔５２、貫通孔５５および貫通孔５７は、中心軸１０１の軸上において、それぞれ、集光レンズ５１、集光レンズ５４および保護レンズ５６を貫通するように形成されている。貫通孔５２、貫通孔５５および貫通孔５７は、中心軸１０１に直交する平面により切断された場合に、材料粉末供給部６１の断面よりも大きい開口面を有する。貫通孔５２、貫通孔５５および貫通孔５７には、材料粉末供給部６１が挿通されている。

付加加工用ヘッド２１は、カバー体２６を有する。カバー体２６は、筐体形状を有し、集光レンズ５１、集光レンズ５４および保護レンズ５６を収容する空間を形成する。カバー体２６には、開口部２７が形成されている。開口部２７は、中心軸１０１の軸上に配置されている。開口部２７は、付加加工時にワーク表面と対面する位置に設けられている。開口部２７は、集光レンズ５１、集光レンズ５４および保護レンズ５６を収容する空間と、外部空間との間を連通させる。リング状のレーザ光は、レーザ光出射部３４から開口部２７を通じて外部空間に出射される。

噴出口６２は、中心軸１０１の軸方向において、開口部２７よりも外部空間側に突出した位置に設けられることが好ましい。この場合、噴出口６２をワークにより近接して配置することができる。

なお、噴出口６２は、中心軸１０１の軸方向において開口部２７と重なる位置に設けられてもよいし、カバー体２６内に設けられてもよい。また、噴出口６２の位置は、レーザ光出射部３４から出射されるリング状レーザ光の内側であれば特に限定されず、中心軸１０１の軸上からずれた位置であってもよい。

材料粉末供給部６１は、複数本のパイプ材から構成されてもよい。また、噴出口６２は、円形の開口形状に限られず、たとえば、円形のリング状の開口形状を有してもよい。この場合、噴出口６２は、レーザ光出射部３４から出射されるリング状のレーザ光の内側から材料粉末をリング状に噴出し、噴出口６２から噴出された材料粉末は、ワーク表面上のリング状の領域に供給される。レーザ光出射部３４から離れるほど直径が小さくなるリング状レーザ光の形態に合わせて、材料粉末は、噴出口６２から離れるほどリング形状の直径が小さくなるように噴出されてもよい。

続いて、本実施の形態におけるワークの加工方法について説明する。図４は、付加加工時のワーク表面を示す断面図である。なお、図４中には、ワーク表面上における正規化されたレーザ光の密度分布を表わす曲線４１０が示されている。

図１から図４を参照して、本実施の形態におけるワークの加工方法では、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ながら、付加加工用ヘッド２１からワーク４００に向けてリング状レーザ光３１１を出射させつつ、リング状レーザ光３１１の内側から材料粉末を噴出することによって、ワーク４００に対して付加加工を行なう。

本実施の形態では、図４中の矢印２１０に示すように、付加加工用ヘッド２１が装着された工具主軸１２１を移動させることによって、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。なお、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方法として、ワーク４００を保持する第１主軸台１１１の第１主軸１１２を回転させてもよいし、付加加工用ヘッド２１の移動と、第１主軸１１２の回転との両方を実行してもよい。

工具主軸１２１を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能とする各種の送り機構や案内機構、サーボモータと、第１主軸１１２を回転させるモータとは、付加加工用ヘッド２１および第１主軸１１２を相互に移動させる移動機構部を構成している。

付加加工用ヘッド２１からワーク４００に向けてリング状レーザ光３１１を出射させることによって、ワーク表面にリング状のレーザ光照射領域３１２を形成する。さらに、リング状レーザ光３１１の内側からワーク４００に向けて材料粉末を噴出することによって、レーザ光照射領域３１２の外周縁３１２ｐよりも内側の範囲を含むワーク表面上の領域に材料粉末を供給する。これにより、ワーク表面に材料粉末を溶着させる。

図５および図６は、この発明の実施の形態１におけるワークの加工方法のステップを示す斜視図である。図７は、図５中のワークの加工方法のステップにおけるワーク表面を示す平面図である。図８は、図６中のワークの加工方法のステップにおけるワーク表面を示す平面図である。

図５から図８を参照して、ワークの加工方法は、ワーク４００の第１領域４６０を対象にして付加加工を行なうステップと、ワーク４００の第２領域４７０を対象にして付加加工を行なうステップとを備える。付加加工用ヘッド２１およびワーク４００の相対的な移動方向（矢印２１０に示される付加加工用ヘッド２１の移動方向）と、リング状レーザ光３１１の中心軸方向（中心軸１０１の軸方向）とに直交する方向（矢印２２０に示す方向）における第１領域４６０の幅Ｗａは、付加加工用ヘッド２１およびワーク４００の相対的な移動方向（矢印２１０に示される付加加工用ヘッド２１の移動方向）と、リング状レーザ光３１１の中心軸方向（中心軸１０１の軸方向）とに直交する方向（矢印２２０に示す方向）における第２領域４７０の幅Ｗｂよりも小さい（Ｗａ＜Ｗｂ）。

図５に示されるように、第１領域４６０を対象にして付加加工を行なうステップは、ワーク４００およびレーザ光出射部３４の間が第１距離Ｌａとなるように、付加加工用ヘッド２１およびワーク４００を相互に配置するステップを含む。図６に示されるように、第２領域４７０を対象にして付加加工を行なうステップは、ワーク４００およびレーザ光出射部３４の間が第１距離Ｌａよりも小さい第２距離Ｌｂとなるように（Ｌｂ＜Ｌａ）、付加加工用ヘッド２１およびワーク４００を相互に配置するステップを含む。

第１領域４６０および第２領域４７０は、互いに異なるワーク表面上の領域である。第１領域４６０および第２領域４７０は、不連続に配置されたワーク表面上の領域であってもよい。第１領域４６０および第２領域４７０は、互いに異なる方向を向くワーク表面上の領域であってもよい。第１領域４６０および第２領域４７０におけるワーク表面の形態は、平面であってもよいし、湾曲面であってもよい。第１領域４６０におけるワーク表面の形態と、第２領域４７０におけるワーク表面の形態とは、互いに同じであってもよいし、異なってもよい。

第１領域４６０の幅Ｗａは、付加加工用ヘッド２１およびワーク４００の相対的な移動に伴って、一定であってもよいし、変化してもよい。第２領域４７０の幅Ｗｂは、付加加工用ヘッド２１およびワーク４００の相対的な移動に伴って、一定であってもよいし、変化してもよい。第１領域４６０の幅Ｗａおよび／または第２領域４７０の幅Ｗｂが、付加加工用ヘッド２１およびワーク４００の相対的な移動に伴って変化する場合であっても、Ｗａ＜Ｗｂの関係が満たされる。

リング状レーザ光３１１の中心軸方向（中心軸１０１の軸方向）に直交する平面に投影した場合の第２領域４７０の面積は、リング状レーザ光３１１の中心軸方向（中心軸１０１の軸方向）に直交する平面に投影した場合の第１領域４６０の面積よりも大きい。リング状レーザ光３１１の中心軸方向に直交する平面に投影した場合の第２領域４７０の面積は、リング状レーザ光３１１の中心軸方向に直交する平面に投影した場合の第１領域４６０の面積と等しくてもよいし、リング状レーザ光３１１の中心軸方向に直交する平面に投影した場合の第１領域４６０の面積よりも小さくてもよい。

ワーク４００の第１領域４６０を対象にして付加加工を行なうステップと、ワーク４００の第２領域４７０を対象にして付加加工を行なうステップとの先後は、特に限定されない。

ワーク４００の第１領域４６０を対象にして付加加工を行なうステップの間、付加加工用ヘッド２１およびワーク４００の相対的な移動方向は、一定であってもよいし、連続的に変化してもよいし、断続的に変化してもよい。ワーク４００の第２領域４７０を対象にして付加加工を行なうステップの間、付加加工用ヘッド２１およびワーク４００の相対的な移動方向は、一定であってもよいし、連続的に変化してもよいし、断続的に変化してもよい。

ワーク４００の第１領域４６０を対象にして付加加工を行なうステップの間、ワーク４００およびレーザ光出射部３４間の第１距離Ｌａは、一定であってもよいし、変化してもよい。ワーク４００の第２領域４７０を対象にして付加加工を行なうステップの間、ワーク４００およびレーザ光出射部３４間の第２距離Ｌｂは、一定であってもよいし、変化してもよい。第１距離Ｌａおよび／または第２距離Ｌｂが変化する場合であっても、Ｌｂ＜Ｌａの関係が満たされる。

ワーク４００の第１領域４６０を対象にして付加加工を行なうステップの間、付加加工用ヘッド２１からのリング状レーザ光３１１の出射と、付加加工用ヘッド２１からの材料粉末の出射とが、連続的に実行されてもよいし、断続的に実行されてもよい。ワーク４００の第２領域４７０を対象にして付加加工を行なうステップの間、付加加工用ヘッド２１からのリング状レーザ光３１１の出射と、付加加工用ヘッド２１からの材料粉末の出射とが、連続的に実行されてもよいし、断続的に実行されてもよい。

ワーク４００の第１領域４６０を対象にして付加加工を行なうステップと、ワーク４００の第２領域４７０を対象にして付加加工を行なうステップとの間において、付加加工の加工条件（材料粉末の種類、レーザ光の発振エネルギー、または、付加加工用ヘッド２１およびワーク４００の相対的な移動速度（付加加工用ヘッド２１の送り速度）など）が、互いに同じであってもよいし、異なってもよい。

ワークの加工方法は、ワーク４００の第１領域４６０を対象にして付加加工を行なうステップと、ワーク４００の第２領域４７０を対象にして付加加工を行なうステップとの間に、付加加工用ヘッド２１からのリング状レーザ光３１１の出射と、付加加工用ヘッド２１からの材料粉末の出射とを停止しつつ、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ステップをさらに備えてもよい。この場合に、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ステップは、付加加工用ヘッド２１を旋回中心軸２０４（図１および図２を参照のこと）を中心に旋回させるステップを含んでもよい。

図５および図７に示されるように、ワーク表面上の相対的に小さい幅Ｗａの第１領域４６０を付加加工の対象とする場合には、ワーク４００およびレーザ光出射部３４の間を第２距離Ｌｂよりも大きい第１距離Ｌａとすることによって、ワーク表面上におけるリング状のレーザ光照射領域３１２の直径（スポット径）Ｄａを小さくする。これにより、ワーク４００の第１領域４６０に対して精密な付加加工を行なうことができる。

図６および図８に示されるように、ワーク表面上の相対的に大きい幅Ｗｂの第２領域４７０を付加加工の対象とする場合には、ワーク４００およびレーザ光出射部３４の間を第１距離Ｌａよりも小さい第２距離Ｌｂとすることによって、ワーク表面上におけるリング状のレーザ光照射領域３１２（スポット径）の直径Ｄｂを大きくする。これにより、ワーク４００の第２領域４７０に対して効率的な付加加工を行なうことができる。

指向性エネルギー堆積法によるワークの付加加工においてリング状レーザを用いた場合、ワーク表面上のスポット径が大きくなっても、レーザ光の強度分布が大きく低下することがなく、ワーク表面に形成されるメルトプールの温度を高く保つことができるという特徴がある。このため、レーザ光照射領域３１２（スポット径）の直径Ｄｂが大きい場合であっても、ワーク表面上に供給された材料粉末の効率的な溶着が可能となる。

以上に説明したように、本実施の形態におけるワークの加工方法によれば、簡易な方法で、付加加工の対象となるワーク表面上の領域に合わせて、レーザ光の照射領域の大きさを制御することができる。

図３を参照して、ワーク表面上のレーザ光照射領域３１２の直径を変化させる方法として、たとえば、リング状レーザ光形成部３２における光学レンズをレーザ光の光軸方向に駆動させる方法がある。この場合、付加加工用ヘッド２１に光学レンズの駆動装置を設ける必要があるため、付加加工用ヘッド２１の構造が複雑になったり、付加加工用ヘッド２１における光学系の信頼性が損なわれたりする可能性がある。

一方、本実施の形態におけるワークの加工方法においては、ワーク４００およびレーザ光出射部３４の距離を調整することにより、ワーク表面上のレーザ光照射領域３１２の直径を変化させる。このため、リング状レーザ光形成部３２における光学レンズ（アキシコンレンズ４３、球面レンズ４４およびアキシコンレンズ４５）が、レーザ光出射部３４からリング状レーザ光３１１の焦点位置までの距離が一定となるように、付加加工用ヘッド２１内で固定されている。したがって、付加加工用ヘッド２１の構造を簡易にしつつ、付加加工用ヘッド２１における光学系の信頼性を保つことができる。

なお、本実施の形態では、加工機械が、旋削機能とミーリング機能とを有する複合加工機をベースとしたＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機であ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、加工機械は、ミーリング機能を有するマシニングセンタをベースとしたＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機であってもよいし、付加加工のみが可能なＡＭ加工機であってもよい。

（実施の形態２）
本実施の形態では、加工機械１００を用いて、付加加工によりタービンブレードを補修するワークの加工方法について説明する。本実施の形態におけるワークの加工方法は、実施の形態１におけるワークの加工方法と比較して、基本的には同様の構成を備える。以下重複する構成については、その説明を繰り返さない。

図９は、タービンブレードを示す斜視図である。図９を参照して、まず、本実施の形態におけるワークの加工方法により補修されるタービンブレード５００の構造について説明する。

タービンブレード５００は、リーディングエッジ５１０と、トレーリングエッジ５２０と、翼面５４０と、一対のタービン側面５３０とを有する。

リーディングエッジ５１０は、タービンブレード５００の回転時に空気等の流体が流入するブレード前端部であり、エッジ形状をなしている。トレーリングエッジ５２０は、タービンブレード５００の回転時に流体が流出するブレード後端部であり、エッジ形状をなしている。

翼面５４０は、リーディングエッジ５１０およびトレーリングエッジ５２０の間で延在している。翼面５４０は、リーディングエッジ５１０およびトレーリングエッジ５２０の間において、湾曲しながら延在している。タービンブレード５００の回転時にリーディングエッジ５１０を通じて流入した流体は、翼面５４０上を流れてトレーリングエッジ５２０に向かう。翼面５４０は、正圧面５４０Ｐと、負圧面５４０Ｎとを有する。正圧面５４０Ｐには、翼面５４０上を流れる流体によって相対的に大きい圧力が作用し、負圧面５４０Ｎには、翼面５４０上を流れる流体によって相対的に小さい圧力が作用する。

一対のタービン側面５３０は、翼面５４０の両端部にそれぞれ配置されている。タービン側面５３０は、平面からなる。タービン側面５３０は、リーディングエッジ５１０およびトレーリングエッジ５２０の延伸方向に直交する平面からなる。

タービンブレード５００は、たとえば、ニッケル基合金、または、Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖなどの金属材料から構成されている。

タービンブレード５００の使用回数が増えると、リーディングエッジ５１０またはトレーリングエッジ５２０に欠損が生じたり、タービン側面５３０に全面的な摩耗が生じたり、翼面５４０に比較的小さな亀裂または比較的大きい窪みが生じたりする。このような欠損等が生じたタービンブレード５００に対して補修が行なわれる。

図１０は、図９中のタービンブレードを補修するステップの全体的な流れを示すフローチャートである。

図９および図１０を参照して、タービンブレード５００を補修するステップの全体的な流れについて説明する。まず、第１主軸台１１１の第１主軸１１２によりタービンブレード５００を保持する（Ｓ１０１）。

本ステップにおいて、リーディングエッジ５１０、トレーリングエッジ５２０および翼面５４０が、第１主軸１１２の回転軸である中心軸２０１の半径方向外側を向いて配置され、タービン側面５３０が、中心軸１０１の軸方向を向いて配置されるように、タービンブレード５００を保持する（後出の図１２等を参考のこと）。

次に、補修前のタービンブレード５００の計測を行なう（Ｓ１０２）。本ステップにおいて、工具主軸１２１に保持された計測プローブ等を用いて、タービンブレード５００の形状を計測し、タービンブレード５００の補修箇所を特定する。なお、Ｓ１０２および後出のＳ１０６におけるタービンブレード５００の計測は、非接触式で行なわれてもよい。Ｓ１０２および後出のＳ１０６におけるタービンブレード５００の計測は、加工機械１００ではなく、専用の計測装置により行なわれてもよい。

次に、タービンブレード５００に付加加工前の切削加工を行なう（Ｓ１０３）。本ステップでは、先のステップで特定されたタービンブレード５００の補修箇所において、亀裂部分を除去したり、付加加工に適した表面形状に整地したりする。

次に、タービンブレード５００に付加加工を行なう（Ｓ１０４）。本ステップにおいて、タービンブレード５００を構成する金属材料と同じ材料粉末を用いて付加加工を行なうことにより、タービンブレード５００の補修箇所に肉盛りする。

次に、タービンブレード５００に付加加工後の切削加工を行なう（Ｓ１０５）。本ステップにおいて、先のステップでタービンブレード５００に付加された肉盛りを切削加工することによって、タービンブレード５００の表面を仕上げる。

次に、タービンブレード５００の計測を行なう（Ｓ１０６）。本ステップにおいて、補修されたタービンブレード５００の形状を最終確認する。

なお、以上に説明したタービンブレード５００を補修するステップにおいて、Ｓ１０３およびＳ１０５におけるタービンブレード５００の切削加工のステップと、Ｓ１０２およびＳ１０６におけるタービンブレード５００の計測のステップとは、必ずしも実施される必要はない。

本実施の形態におけるワークの加工方法は、本発明におけるワークの加工方法を、上記のＳ１０４におけるタービンブレード５００の付加加工に適用したものである。以下、本実施の形態におけるワークの加工方法について詳細に説明する。

図１１は、この発明の実施の形態２におけるワークの加工方法のステップを示すフローチャートである。図１２から図１４は、この発明の実施の形態２におけるワークの加工方法のステップを示す前面図である。図１２から図１４中には、第１主軸台１１１の第１主軸１１２に保持されたタービンブレード５００と、タービンブレード５００に生じた欠損５１１，５２１とが模式的に示されている。図１０中のＳ１０３における付加加工前の切削加工が行なわれた場合、欠損５１１，５２１は、欠損部分が切削加工された加工跡に対応している。

図１１および図１２を参照して、まず、付加加工用ヘッド２１をトレーリングエッジ５２０に対して対向配置する（Ｓ１１０）。

本ステップにおいて、トレーリングエッジ５２０が中心軸２０１の上方に配置されるように、第１主軸１１２を回転させる。工具主軸１２１を基準姿勢としつつ、工具主軸１２１に装着された付加加工用ヘッド２１を、トレーリングエッジ５２０に生じた欠損５２１から上方に離れた位置に配置する。このとき、Ｘ軸方向におけるレーザ光出射部３４および欠損５２１の間の距離をＬ１とする。

次に、トレーリングエッジ５２０に生じた欠損５２１（第１領域４６０）を補修する（Ｓ１２０）。本ステップは、本発明における「ワークの第１領域を対象にして付加加工を行なうステップ」に対応している。

本ステップにおいて、レーザ光出射部３４および欠損５２１の間の距離Ｌ１を維持しながら、付加加工用ヘッド２１をＸ軸方向に沿って移動させる。付加加工用ヘッド２１から欠損５２１に向けてリング状レーザ光３１１を出射させつつ、リング状レーザ光３１１の内側から材料粉末を噴出する。

上記付加加工によって、トレーリングエッジ５２０に生じた欠損５２１に、材料粉末が溶着した金属層を肉盛りする。トレーリングエッジ５２０に対して必要な付加加工を終えたら、付加加工用ヘッド２１からのリング状レーザ光３１１の出射と、材料粉末の噴出とを停止させる。

図１１および図１３を参照して、次に、付加加工用ヘッド２１をリーディングエッジ５１０に対して対向配置する（Ｓ１３０）。

本ステップにおいて、第１主軸１１２を１８０°回転させる。工具主軸１２１を基準姿勢としたまま、工具主軸１２１に装着された付加加工用ヘッド２１を、リーディングエッジ５１０に生じた欠損５１１から上方に離れた位置に配置する。このとき、Ｘ軸方向におけるレーザ光出射部３４および欠損５１１の間の距離をＬ２とする。距離Ｌ１および距離Ｌ２の大小関係は、特に限定されない。距離Ｌ１および距離Ｌ２は、互いに等しい値であってもよい。

次に、リーディングエッジ５１０に生じた欠損５１１（第１領域４６０）を補修する（Ｓ１４０）。本ステップは、本発明における「ワークの第１領域を対象にして付加加工を行なうステップ」に対応している。

本ステップにおいて、レーザ光出射部３４および欠損５１１の間の距離Ｌ２を維持しながら、付加加工用ヘッド２１をＸ軸方向に沿って移動させる。付加加工用ヘッド２１から欠損５１１に向けてリング状レーザ光３１１を出射させつつ、リング状レーザ光３１１の内側から材料粉末を噴出する。

上記付加加工によって、リーディングエッジ５１０に生じた欠損５１１に、材料粉末が溶着した金属層を肉盛りする。リーディングエッジ５１０に対して必要な付加加工を終えたら、付加加工用ヘッド２１からのリング状レーザ光３１１の出射と、材料粉末の噴出とを停止させる。

図１１および図１４を参照して、次に、付加加工用ヘッド２１をタービン側面５３０に対して対向配置する（Ｓ１５０）。

本ステップにおいて、工具主軸１２１を基準姿勢から時計回りに９０°旋回させる。工具主軸１２１とともに付加加工用ヘッド２１を旋回中心軸２０４を中心に旋回させることによって、付加加工用ヘッド２１の姿勢を変化させる。工具主軸１２１に装着された付加加工用ヘッド２１を、タービン側面５３０から＋Ｚ軸方向に離れた位置に配置する。このとき、Ｚ軸方向におけるレーザ光出射部３４およびタービン側面５３０の間の距離をＬ３とする。距離Ｌ３は、距離Ｌ１よりも小さく、距離Ｌ２よりも小さい（Ｌ３＜Ｌ１，Ｌ２）。

次に、全面的な摩耗が生じたタービン側面５３０（第２領域４７０）を補修する（Ｓ１６０）。本ステップは、本発明における「ワークの第２領域を対象にして付加加工を行なうステップ」に対応している。

本ステップにおいて、レーザ光出射部３４およびタービン側面５３０の間の距離Ｌ３を維持しながら、付加加工用ヘッド２１をＸ軸方向（またはＹ軸方向）に沿って往復移動させる。付加加工用ヘッド２１からタービン側面５３０に向けてリング状レーザ光３１１を出射させつつ、リング状レーザ光３１１の内側から材料粉末を噴出する。

上記付加加工によって、全面的な摩耗が生じたタービン側面５３０に、材料粉末が溶着した金属層を設ける。タービン側面５３０に対して必要な付加加工を終えたら、付加加工用ヘッド２１からのリング状レーザ光３１１の出射と、材料粉末の噴出とを停止させる。

このような構成によれば、リーディングエッジ５１０およびトレーリングエッジ５２０に生じた欠損５１１，５２１に対して精密な付加加工を施すとともに、タービン側面５３０に生じた全面的な摩耗に対して効率的な付加加工を施すことができる。

また、タービンブレード５００を保持する第１主軸１１２を回転させたり、付加加工用ヘッド２１を旋回中心軸２０４を中心に旋回させたりすることによって、タービンブレード５００を第１主軸１１２により保持したまま、リーディングエッジ５１０、トレーリングエッジ５２０およびタービン側面５３０を連続的に加工することができる。

図１５は、タービン側面を第１領域として補修するステップを示す前面図である。図１６は、タービン側面を第２領域として補修するステップを示す前面図である。

図１５および図１６を参照して、タービン側面５３０を補修するステップ時、付加加工用ヘッド２１から出射されたリング状レーザ光３１１の中心軸１０１は、水平方向に延び、付加加工用ヘッド２１から噴出された材料粉末は、その水平方向に延びる中心軸１０１に沿ってタービン側面５３０に向かう。

図１５に示されるように、タービン側面５３０を第１領域４６０として付加加工する場合、レーザ光出射部３４およびタービン側面５３０の間の距離Ｌａが相対的に大きい値に設定される（Ｌａ＞Ｌｂ）。このため、付加加工用ヘッド２１から噴出された材料粉末が、重力によって、付加加工用ヘッド２１から離れるに従って垂れ下がり、タービン側面５３０の表面に形成されるレーザ光照射領域３１２から外れた領域に供給される可能性が生じる。

図１６に示されるように、これに対して、タービン側面５３０を第２領域４７０として付加加工する場合、レーザ光出射部３４およびタービン側面５３０の間の距離Ｌｂが相対的に小さい値に設定される（Ｌｂ＜Ｌａ）。これにより、付加加工用ヘッド２１から噴出された材料粉末の垂れ下がり量を抑制して、より多くの材料粉末をレーザ光照射領域３１２（図８中の外周縁３１２ｐ）の内側に供給することができる。結果、材料粉末の利用効率を向上させることができる。

このように構成された、この発明の実施の形態２におけるワークの加工方法によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に奏することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態におけるワークの加工方法は、実施の形態２におけるワークの加工方法と比較して、基本的には同様の構成を備える。以下重複する構成については、その説明を繰り返さない。

図１７は、この発明の実施の形態３におけるワークの加工方法のステップを示すフローチャートである。図１８および図１９は、この発明の実施の形態３におけるワークの加工方法のステップを示す前面図である。図１８および図１９中には、第１主軸台１１１の第１主軸１１２に保持されたタービンブレード５００と、タービンブレード５００に生じた亀裂５４１および窪み５４２とが模式的に示されている。図１０中のＳ１０３における付加加工前の切削加工が行なわれた場合、亀裂５４１および窪み５４２は、亀裂部分および窪み部分が切削加工された加工跡に対応している。

図１７および図１８を参照して、まず、付加加工用ヘッド２１を翼面５４０の負圧面５４０Ｎに対して対向配置する（Ｓ２１０）。

本ステップにおいて、翼面５４０の負圧面５４０Ｎが中心軸２０１の上方に配置されるように、第１主軸１１２を回転させる。工具主軸１２１を基準姿勢としつつ、工具主軸１２１に装着された付加加工用ヘッド２１を、負圧面５４０Ｎに生じた亀裂５４１から上方に離れた位置に配置する。このとき、Ｘ軸方向におけるレーザ光出射部３４および亀裂５４１の間の距離をＬ４とする。

次に、負圧面５４０Ｎに生じた亀裂５４１（第１領域４６０）を補修する（Ｓ２２０）。本ステップは、本発明における「ワークの第１領域を対象にして付加加工を行なうステップ」に対応している。

本ステップにおいて、レーザ光出射部３４および亀裂５４１の間の距離Ｌ４を維持しながら、付加加工用ヘッド２１をＸ軸方向に沿って移動させる。付加加工用ヘッド２１から亀裂５４１に向けてリング状レーザ光３１１を出射させつつ、リング状レーザ光３１１の内側から材料粉末を噴出する。

上記付加加工によって、負圧面５４０Ｎに生じた亀裂５４１に、材料粉末が溶着した金属層を肉盛りする。負圧面５４０Ｎに対して必要な付加加工を終えたら、付加加工用ヘッド２１からのリング状レーザ光３１１の出射と、材料粉末の噴出とを停止させる。

図１７および図１９を参照して、次に、付加加工用ヘッド２１を翼面５４０の正圧面５４０Ｐに対して対向配置する（Ｓ２３０）。

本ステップにおいて、第１主軸１１２を１８０°回転させる。工具主軸１２１を基準姿勢としたまま、工具主軸１２１に装着された付加加工用ヘッド２１を、正圧面５４０Ｐに生じた窪み５４２から上方に離れた位置に配置する。このとき、Ｘ軸方向におけるレーザ光出射部３４および窪み５４２の間の距離をＬ５とする。距離Ｌ５は、距離Ｌ４よりも小さい（Ｌ５＜Ｌ４）。

次に、正圧面５４０Ｐに生じた窪み５４２（第２領域４７０）を補修する（Ｓ２４０）。本ステップは、本発明における「ワークの第２領域を対象にして付加加工を行なうステップ」に対応している。

本ステップにおいて、レーザ光出射部３４および窪み５４２の間の距離Ｌ５を維持しながら、付加加工用ヘッド２１をＸ軸方向に沿って往復移動させる。付加加工用ヘッド２１から窪み５４２に向けてリング状レーザ光３１１を出射させつつ、リング状レーザ光３１１の内側から材料粉末を噴出する。

上記付加加工によって、正圧面５４０Ｐに生じた窪み５４２に、材料粉末が溶着した金属層を肉盛りする。正圧面５４０Ｐに対して必要な付加加工を終えたら、付加加工用ヘッド２１からのリング状レーザ光３１１の出射と、材料粉末の噴出とを停止させる。

このような構成によれば、負圧面５４０Ｎに生じた亀裂５４１に対して精密な付加加工を施すとともに、正圧面５４０Ｐに生じた窪み５４２に対して効率的な付加加工を施すことができる。また、タービンブレード５００を保持する第１主軸１１２を回転させることによって、タービンブレード５００を第１主軸１１２により保持したまま、翼面５４０の負圧面５４０Ｎおよび正圧面５４０Ｐを連続的に加工することができる。

なお、本発明におけるワークの加工方法は、翼面５４０の同じ面内に亀裂および窪みが生じた場合に適用されてもよいし、翼面５４０に大小の窪みが生じた場合に適用されてもよい。実施の形態２において説明したタービンブレードを補修するステップと、本実施の形態において説明したタービンブレードを補修するステップとが、適宜組み合わされてもよい。

このように構成された、この発明の実施の形態３におけるワークの加工方法によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に奏することができる。

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請求の範囲によって示され、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、ワークの付加加工に適用される。

２１ 付加加工用ヘッド、２４ ケーブル、２６ カバー体、２７ 開口部、３１ レーザ光コリメート部、３２ リング状レーザ光形成部、３３ レーザ光案内部、３４ レーザ光出射部、４１ 光ファイバー、４２ コリメーションレンズ、４３，４５ アキシコンレンズ、４３ｍ，４５ｍ 一方面、４３ｎ，４５ｎ 他方面、４４ 球面レンズ、４６，４７ ガイドミラー、４８，５２，５５，５７ 貫通孔、５１，５４ 集光レンズ、５６ 保護レンズ、６１ 材料粉末供給部、６２ 噴出口、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、１００ 加工機械、１０１，１０２，２０１，２０２，２０３，２０６ 中心軸、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、１２３ 主軸端面、１３１ 刃物台、１３２ 旋回部、１３６ ベッド、２００ 加工エリア、２０４ 旋回中心軸、２０５ スプラッシュガード、３１１ リング状レーザ光、３１２ レーザ光照射領域、３１２ｐ 外周縁、４００ ワーク、４１０ 曲線、４６０ 第１領域、４７０ 第２領域、５００ タービンブレード、５１０ リーディングエッジ、５１１，５２１ 欠損、５２０ トレーリングエッジ、５３０ タービン側面、５４０ 翼面、５４０Ｎ 負圧面、５４０Ｐ 正圧面、５４１ 亀裂。

Claims (8)

1. 付加加工用ヘッドおよびワークを相対的に移動させながら、前記付加加工用ヘッドから前記ワークに向けてリング状レーザ光を出射させつつ、前記リング状レーザ光の内側から材料粉末を噴出することによって、前記ワークに対して付加加工を行なう加工方法であって、
   前記付加加工用ヘッドは、前記ワークに向けて前記リング状レーザ光を出射するレーザ光出射部を有し、
   前記加工方法は、
   前記付加加工用ヘッドに設けられている光学レンズを前記レーザ光出射部から前記リング状レーザ光の焦点位置までの距離が一定となるように、前記付加加工用ヘッド内において固定するステップと、
   前記ワークの第１領域を対象にして付加加工を行なうステップと、
   前記ワークの第２領域を対象にして付加加工を行なうステップとを備え、
   前記付加加工用ヘッドおよび前記ワークの相対的な移動方向と、前記リング状レーザ光の中心軸方向とに直交する方向における前記第１領域の幅は、前記付加加工用ヘッドおよび前記ワークの相対的な移動方向と、前記リング状レーザ光の中心軸方向とに直交する方向における前記第２領域の幅よりも小さく、
   前記第１領域を対象にして付加加工を行なうステップは、前記ワークおよび前記レーザ光出射部の間が第１距離となるように、前記付加加工用ヘッドおよび前記ワークを相互に配置するステップを含み、
   前記第２領域を対象にして付加加工を行なうステップは、前記ワークおよび前記レーザ光出射部の間が前記第１距離よりも小さい第２距離となるように、前記付加加工用ヘッドおよび前記ワークを相互に配置するステップを含む、ワークの加工方法。
2. 前記付加加工用ヘッドは、前記リング状レーザ光の中心軸方向に直交する所定軸を中心に旋回可能であり、さらに、
   前記第１領域を対象にして付加加工を行なうステップと、前記第２領域を対象にして付加加工を行なうステップとの間に、前記付加加工用ヘッドを前記所定軸を中心に旋回させることによって、前記付加加工用ヘッドの姿勢を変化させるステップを備える、請求項１に記載のワークの加工方法。
3. 前記第２領域を対象にして付加加工を行なうステップにおいて、前記リング状レーザ光の中心軸が水平方向に延びるように、前記付加加工用ヘッドの姿勢を保持する、請求項２に記載のワークの加工方法。
4. 前記ワークは、リーディングエッジと、トレーリングエッジと、前記リーディングエッジおよび前記トレーリングエッジの間で延在する翼面と、前記翼面の端部に配置される平面状の側面とを有し、付加加工により修復されるタービンブレードであり、
   前記リーディングエッジまたは前記トレーリングエッジは、前記第１領域を含み、
   前記側面は、前記第２領域を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のワークの加工方法。
5. 前記ワークは、リーディングエッジと、トレーリングエッジと、前記リーディングエッジおよび前記トレーリングエッジの間で延在する翼面と、前記翼面の端部に配置される平面状の側面とを有し、付加加工により補修されるタービンブレードであり、
   前記翼面は、前記第１領域および前記第２領域を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のワークの加工方法。
6. 前記付加加工用ヘッドは、水平方向に延びる所定軸を中心に旋回可能であり、さらに、
   前記第１領域を対象にして付加加工を行なうステップ、および、前記第２領域を対象にして付加加工を行なうステップよりも前に、水平方向に延び、前記所定軸に直交する回転軸を有する主軸によって、前記リーディングエッジ、前記トレーリングエッジおよび前記翼面が、
   前記回転軸の半径方向外側を向いて配置され、前記側面が前記回転軸の軸方向を向くように、前記ワークを保持するステップを備える、請求項４または５に記載のワークの加工方法。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のワークの加工方法を実行する加工機械であって、
   前記レーザ光出射部を有する前記付加加工用ヘッドと、
   前記ワークを保持するワーク保持部と、
   前記付加加工用ヘッドおよび前記ワーク保持部を相互に移動させる移動機構部とを備える、加工機械。
8. 前記付加加工用ヘッドは、前記光学レンズを有し、
   前記光学レンズは、前記レーザ光出射部から前記リング状レーザ光の焦点位置までの距離が一定となるように、前記付加加工用ヘッド内において固定されている、請求項７に記載の加工機械。

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