(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、三次元自由曲面を有する立体的な造形物を良好に製作することができる造形方法及びその装置を提供する。【解決手段】造形装置のＮＣデータに基づき、溶融した溶加ワイヤ５４の溶滴５５が滴下してファンネル用プランジャー１６の溶着される面１７が常に略水平となり、且つ溶加材トーチ１２と溶着される面１７とが所定の距離を保持するように、トーチ移動機構とワーク動作機構１８を駆動制御して溶着ビードを形成する。このように、溶滴５５が滴下してファンネル用プランジャー１６の溶着される面１７が常に略水平となるように制御することにより、溶滴５５によって新たな溶着ビードを形成する際に、既に形成された溶着ビードは溶加材トーチ１２の真下に常に位置するので、新たな溶着ビードを既に形成された溶着ビードの上に確実に形成することができる。【選択図】図２
2007275945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被形成体または被造形物に溶着ビードを形成することにより、三次元自由形状の造形物を製作する溶融材料による造形方法において、
ＮＣ制御によって、溶融した溶加材の溶滴が滴下して被形成体または被造形物の溶着される面が常に所定角度とされ、且つ溶加材トーチと前記溶着される面とが所定の距離を保持するように、前記被形成体または被造形物及び前記溶加材トーチを移動させながら溶着ビードを形成することを特徴とする溶融材料による造形方法。
【請求項２】
前記被形成体または被造形物の溶着される面の所定角度は、略水平であることを特徴とする請求項１に記載の溶融材料による造形方法。
【請求項３】
前記溶加材トーチと前記被形成体または被造形物とを相対的に直交する３軸方向に移動させるとともに、前記被形成体または被造形物を回転方向及び傾斜方向に動作させながら溶着ビードを形成することを特徴とする請求項１または２に記載の溶融材料による造形方法。
【請求項４】
前記溶加材トーチを直交する３軸方向に移動させるとともに、前記被形成体または被造形物を回転方向及び傾斜方向に動作させながら溶着ビードを形成することを特徴とする請求項1、２又は３のうちいずれか一つに記載の溶融材料による造形方法。
【請求項５】
前記溶加材トーチの中心軸を中心とする回転方向及び傾斜方向の角度を、前記被形成体または被造形物の溶着される面に対して変更しながら溶着ビードを形成することを特徴とする請求項１、２、３又は４のうちいずれか一つに記載の溶融材料による造形方法。
【請求項６】
前記造形物の製作は、所定の位置から所定の位置までが連続して行われることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５のうちいずれか一つに記載の溶融材料による造形方法。
【請求項７】
前記溶加材はガラス、金属、樹脂、セラミックス又はすくなくとも２以上の前記物質の混合材であることを特徴とする請求項１、２、３、４,５又は６のうちいずれか一つに記載の溶融材料による造形方法。
【請求項８】
前記被形成体または被造形物に滴下された溶加材の溶融物の流れを、溶着ビードが所望の形状となる様に、前記溶加材トーチおよび／または前記被形成体または被造形物の姿勢をＮＣ制御することを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一つに記載の溶融材料による造形方法。
【請求項９】
相対移動する前記溶加材トーチからの溶加材の溶滴が、前記被形成体または被造形物に対し所望の位置に滴下される様に、前記溶加材トーチおよび／または前記被形成体または被造形物の位置をＮＣ制御することを特徴とする請求項１から８のうちいずれか一つに記載の溶融材料による造形方法。
【請求項１０】
前記被形成体または被造形物に滴下された溶加材の溶融物が、所望の形状の溶着ビードとなる様に、前記溶加材トーチの姿勢をＮＣ制御することを特徴とする請求項１から９のうちいずれか一つに記載の溶融材料による造形方法。
【請求項１１】
被形成体または被造形物に溶着ビードを形成することにより、三次元自由形状の造形物を製作する溶融材料による造形装置において、
前記溶加材トーチと前記被形成体または被造形物とを相対的に直交する３軸方向に移動させるトーチの移動機構および／またはワーク移動機構と、前記トーチを前記トーチの中心軸を中心とする回転方向及び傾斜方向に動作させるトーチ回転機構及びトーチ傾斜機構と、前記被形成体または被造形物を回転方向及び傾斜方向に動作させるワーク動作機構と、溶加材を所定量供給する溶加材供給装置と、溶融した溶加材の溶滴が滴下して前記被形成体または被造形物の溶着される面が常に所定角度となり、且つ溶加材トーチと前記溶着される面とが所定の距離を保持するように、前記被形成体または被造形物及び前記溶加材トーチを制御するＮＣ制御部と、を有することを特徴とする溶融材料による造形装置。
【請求項１２】
被形成体または被造形物に溶着ビードを形成することにより、三次元自由形状の造形物を製作する溶融材料による造形装置において、
前記溶加材トーチを直交する３軸方向に移動させるトーチの移動機構と、前記トーチを前記トーチの中心軸を中心とする回転方向及び傾斜方向に動作させるトーチ回転機構及びトーチ傾斜機構と、前記被形成体または被造形物を回転方向及び傾斜方向に動作させるワーク動作機構と、溶加材を所定量供給する溶加材供給装置と、溶融した溶加材の溶滴が滴下して前記被形成体または被造形物の溶着される面が常に所定角度となり、且つ溶加材トーチと前記溶着される面とが所定の距離を保持するように、前記被形成体または被造形物及び前記溶加材トーチを制御するＮＣ制御部と、を有することを特徴とする溶融材料による造形装置。
【請求項１３】
前記被形成体または被造形物の溶着される面の所定角度は、略水平であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の溶融材料による造形装置。
【請求項１４】
前記ＮＣ制御部は、前記溶加材トーチおよび／または前記被形成体または被造形物を直交する３軸方向に移動させるトーチ移動機構および／またはワーク移動機構と、前記形成体及び被造形物を回転方向及び傾斜方向に動作させるワーク動作機構とを制御することを特徴とする請求項１１、１２又は１３のうちいずれか一つに記載の溶融材料による造形装置。
【請求項１５】
前記ＮＣ制御部は、前記溶加材トーチをその中心軸を中心とする回転方向及び傾斜方向に動作させるトーチ動作機構を制御することを特徴とする請求項１１、１２、１３または１４のうちいずれか一つに記載の溶融材料による造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は造形方法及びその装置に係り、溶接技術を用いて特に溶着ビードによって金型、機械部品等の造形物を製作する造形方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって設計された金型の形状を表現する形状データに基づき、溶接技術を用いて、溶着ビードの形成で金型を造形する造形装置が開示されている。この造形装置によれば、鋳造を経ることなく金型を製作することが可能なので、鋳造に必要とされる多大な工程を省略することができ、金型製作のためのリードタイムを短縮することができるという利点がある。
【０００３】
また、この造形装置は、ＮＣ加工機の溶加材トーチから供給される溶加材によって溶着ビードを形成するが、この溶加材トーチは、ＮＣ加工機の直交する３軸（ｘ、ｙ、ｚ）方向に移動自在なスライダに取り付けられ、ＮＣ加工機に供給されるＮＣデータによって所定の移動軌跡に沿って移動制御されることにより、金型を溶着ビードによって製作する。すなわち、前の溶着ビード上に溶加材を連続的に形成していくことにより、立体的な金型を造形する。
【０００４】
また、金型の設計にあたり、金型の形状データを生成する工程と、生成された形状データに基づいて、金型を等高線に沿った積層体に分割する工程と、得られた積層体の形状データに基づいて、溶加材トーチの移動経路を作成する工程とを有することが特許文献１に記載されている。特許文献１によれば、溶加材トーチは、積層体ごとに移動経路を移動しながら溶加材を供給していき、積層体ごとに溶着ビードを形成する。
【０００５】
特許文献２には、溶接具を備えた自動機を用いて、金型を修正する方法であって、加工データを容易に作成できる方法が開示されている。この方法では、まず修正を目的とする部位に断面が階段状となるように加工を施し、その階段状の部位のステップに溶接技術を用いて溶着ビードを形成するので、ＮＣデータを容易に作成できる。
【０００６】
しかし、この方法では事前に修正する部位に加工が必要であり、手間が掛かるとともに、新規に製作する造形物には対応できないという欠点があった。
【特許文献１】特開２０００−１５３６３号公報
【特許文献２】特開２００２−２１９５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
３軸移動構造のＮＣ加工機で、溶接技術を用いて溶加材トーチを移動させて新規造形物を製作したり、または既存の造形物（以下、形成物という。）を修理、修正したりする（以下、造形物等の製作等ともいう。）前記従来の造形装置では、単純な形状の造形物等の製作等は可能である。しかしながら、特にブラウン管ファンネルをプレス成型するプランジャー等のような複雑な三次元自由曲面を有する立体的な造形物等を製作等しようとすると、その曲面性により溶加材からの溶滴を修理及びリメイクしようとする被形成体またはゼロから被造形物の溶着される面（以下、被造形物等ともいう。）の上に確実に形成することが困難であった。すなわち、図６に示すように、溶加材トーチ１に加熱されて溶加材２から被造形物等の溶着される面、特に既に形成された溶着ビード３上に滴下した溶滴４が、既に形成された溶着ビード３上の所望の箇所に新たな溶着ビード３を形成できずに、既に形成された溶着ビード３上から流下してしまうため、意図する形状の造形物等に製作することは困難であった。また、上記原因により溶着ビードの肉厚が不均一となるため、肉厚を均一にする機械加工（研削、研磨）に長時間を要するという欠点があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、三次元自由曲面を有する立体的な造形物等を良好に製作等することができる造形方法及びその装置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】
請求項１に記載の方法発明は、前記目的を達成するために、被形成体または被造形物に溶着ビードを形成することにより、三次元自由形状の造形物を製作する溶融材料による造形方法において、ＮＣ制御によって、溶融した溶加材の溶滴が滴下して被形成体または被造形物の溶着される面が常に所定角度とされ、且つ溶加材トーチと前記溶着される面とが所定の距離を保持するように、前記被形成体または被造形物及び前記溶加材トーチを移動させながら溶着ビードを形成することを特徴とする。
【００１０】
請求項１１に記載の装置発明は、前記目的を達成するために、被形成体または被造形物に溶着ビードを形成することにより、三次元自由形状の造形物を製作する溶融材料による造形装置において、前記溶加材トーチと前記被形成体または被造形物とを相対的に直交する３軸方向に移動させるトーチの移動機構または／およびワーク移動機構と、前記トーチを前記トーチの中心軸を中心とする回転方向及び傾斜方向に動作させるトーチ回転機構及びトーチ傾斜機構と、前記被形成体または被造形物を回転方向及び傾斜方向に動作させるワーク動作機構と、溶加材を所定量供給する溶加材供給装置と、溶融した溶加材の溶滴が滴下して前記被形成体または被造形物の溶着される面が常に所定角度となり、且つ溶加材トーチと前記溶着される面とが所定の距離を保持するように、前記被形成体または被造形物及び前記溶加材トーチを制御するＮＣ制御部と、を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項１２に記載の装置発明は、前記目的を達成するために、被形成体または被造形物に溶着ビードを形成することにより、三次元自由形状の造形物を製作する溶融材料による造形装置において、前記溶加材トーチを直交する３軸方向に移動させるトーチの移動機構と、前記トーチを前記トーチの中心軸を中心とする回転方向及び傾斜方向に動作させるトーチ回転機構及びトーチ傾斜機構と、前記被形成体または被造形物を回転方向及び傾斜方向に動作させるワーク動作機構と、溶加材を所定量供給する溶加材供給装置と、溶融した溶加材の溶滴が滴下して前記被形成体または被造形物の溶着される面が常に所定角度となり、且つ溶加材トーチと前記溶着される面とが所定の距離を保持するように、前記被形成体または被造形物及び前記溶加材トーチを制御するＮＣ制御部を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項１、１１、１２に記載の発明によれば、ＮＣ制御によって、溶加材トーチからの溶滴が滴下して前記被造形物等の溶着される面が常に所定角度となり、且つ溶加材トーチと溶着される面とが所定の距離を保持するように、前記被造形物等及び／または溶加材トーチをＮＣ制御部により移動させながら溶着ビード形成するので、新たな溶着ビードを形成する際に、既に形成された溶着ビードは溶加材トーチが溶着ビードを形成するのに必要とする位置に常に位置することになる。これにより、新たな溶着ビードを既に形成された溶着ビードの上に確実に形成することができるので、特にブラウン管ファンネルをプレス製造するプランジャーのような複雑な三次元自由形状を有する造形物等を良好に製作することができる。また、この製法及び装置により、形成された溶着ビードの肉厚が所望の分布にすることができるので、機械加工が短時間で済む。更に、溶着の電圧、電流値と溶加材トーチの送り速度を調整することにより、溶着ビードの太さや表面の滑らかさを可変できるので、被造形物等の造形位置に応じて前記電圧、電流値と送り速度を制御することが好ましい。例えば、電流値を上げて送り速度を遅くすれば、太い溶着ビードを形成できる。また、防錆の必要な造形物等の場合には、下層を鉄で形成し、上層をステンレスで形成することにより、全てステンレスで製作された造形物等と比較して、溶加材にかかるコストを削減できる。なお、利用する溶接技術は、ティグ溶接、マグ溶接、ミグ溶接、レーザ溶接、サブマージ溶接等でも適用できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記被形成体または被造形物の溶着される面の所定角度は、略水平であることを特徴とする。
【００１４】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２において、前記被形成体または被造形物の溶着される面の所定角度は、略水平であることを特徴とする。
【００１５】
請求項２、１３に記載の発明によれば、前記被造形物等の溶着される面の所定角度は略水平であるので、新たな溶着ビードを既に形成された溶着ビードの上に確実に形成することができ、特にブラウン管ファンネルをプレス製造するプランジャーのような複雑な三次元自由形状を有する造形物等を良好に製作等することができる。
【００１６】
なお、前記被造形物等の溶着される面の角度は、溶融量、電流値、電圧値、パス間温度、被造形物等の温度、溶加材トーチの移動速度、被造形物等の動作速度、被造形物等の形状接面、及び法面角度等の条件により変化させる必要があり、ＮＣ制御により所望の角度を得ることができ、一般的に例えば水平面に対し＋５°〜−５°以内で好ましくは＋１°〜−１°程度である。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記溶加材トーチと前記被形成体または被造形物とを相対的に直交する３軸方向に移動させるとともに、前記被形成体または被造形物を回転方向及び傾斜方向に動作させながら溶着ビードの形成することを特徴とする。    
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２において、前記溶加材トーチを直交する３軸方向に移動させるとともに、前記被形成体または被造形物を回転方向及び傾斜方向に動作させながら溶着ビードの形成することを特徴とする。
【００１９】
請求項１４に記載の発明は、請求項１１、１２または１３において、前記ＮＣ制御部は、前記溶加材トーチおよび／または前記被形成体または被造形物を直交する３軸方向に移動させるトーチ移動機構および／またはワーク移動機構と、前記被形成体または被造形物を回転方向及び傾斜方向に動作させるワーク動作機構とを制御することを特徴とする。
【００２０】
請求項３、４，１４に記載の発明によれば、溶加材トーチおよび／または被造形物等を直交する３軸方向に移動させるトーチ移動機構および／またはワーク移動機構と、造形物を回転方向及び傾斜方向に動作させるワーク動作機構とをＮＣ制御部によって制御することにより、溶加材トーチからの溶滴が滴下して被造形物等の溶着される面が常に所定角度となり、且つ溶加材トーチと前記溶着される面とが所定の距離を保持するように、被造形物等及び溶加材トーチを移動させることができる。溶加材トーチと被造形物等は、相対的に直交する３軸方向に移動すればよく、溶加材トーチと被造形物等のどちらか1方を移動させても良く、両方併せて３軸方向の移動をさせてもよい。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１、２、３、又は４において、前記溶加材トーチの中心軸を中心とする回転方向及び傾斜方向の角度を、前記被形成体または被造形物の溶着される面に対して変更しながら溶着ビードを形成することを特徴とする。
【００２２】
請求項１５に記載の発明は、請求項１１、１２、１３または１４において、前記ＮＣ制御部は、前記溶加材トーチをその中心軸を中心とする回転方向及び傾斜方向に動作させるトーチ動作機構を制御することを特徴とする。
【００２３】
溶加材トーチの進行方向に応じて、溶加材のアーク力により溶加棒、ワイヤ状の溶加材が微振動する現象が発生する。そこで請求項５、１５に記載の発明によれば、溶加棒や溶加材ワイヤの振動を軽減させることができる、経験的に得られた傾斜角及び回転方向位置に溶加材トーチの動作を制御する。これにより、溶滴を被造形物等の溶着される面の上、特に既に形成された溶着ビード上に安定的に形成させることができるので、溶着ビードの肉厚を所望の分布にすることができる。なお、溶着面に対する溶加材トーチの角度は溶融量、すなわち母材の溶融池と溶加材の溶滴量の双方のビード形成に影響するため、電流値、電圧値、パス間温度、被造形物等の温度、溶加材トーチの移動速度、被造形物等の動作速度、被造形物等の形状接面、及び法面角度により変化させる必要があり、一般的に例えば水平面に対し＋７０°〜−７０°以内で好ましくは＋８０°〜−８０°程度である。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項１、２、３、４又は５において、前記造形物の製作は、所定の位置から所定の位置までが連続して行われることを特徴とする。請求項６に記載の発明によれば、例えば、ブラウン管ファンネルを製造するプランジャーを造形する場合、その短軸方向及び長軸方向の幅は狭く、対角軸方向の幅は広い螺旋状の積層体データをあらかじめ作成し、その積層体データに基づいて、溶加材トーチをその積層体の幅方向に移動させるとともに螺旋状に沿って移動させながら造形物等を製作する。これにより、溶加材トーチを一筆書きの如く移動させて所定の位置から所定の位置まで連続して造形物等を製作することができる。
【００２５】
これにより以下の利点がある。
【００２６】
溶着開始、終了時の溶着条件の変化により溶着欠陥が生じることがあることが解っており、このように溶加材トーチを移動させて、一挙に溶着することは、その溶着欠陥発生リスクの機会を大幅に減らすことができる。例えば、前記プランジャーの場合、起点と終点で溶着欠陥発生リスクは２ヶ所であるが、特許文献１の如く、一定幅の積層体ごとに起点と終点を有する製造方法では、起点、終点の数は積層体の分割数の２倍となるので、欠陥リスクは本発明の一筆書き移動の数倍となる。したがって、安定した自動化のためには、一筆書き移動の如く継続条件で一挙に溶形成を済ませた方が有利である。また、一挙に全面が形成できるため、表面のつぎはぎがなくなり、機械加工（切削加工）が短時間でよい。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６において、前記溶加材はガラス、金属、樹脂、セラミックス又は少なくとも２以上の前記物質の混合材であることを特徴とする。請求項７に記載の発明によれば、溶加材として金属に限らずガラス、樹脂、セラミックス又は前記物質の混合材を適用することができる。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７において、前記被形成体または被造形物に滴下された溶加材の溶融物の流れを、溶着ビードが所望の形状となる様に、前記溶加材トーチおよび／または前記被形成体または被造形物の姿勢をＮＣ制御することを特徴とする。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項１から８において、相対移動する前記溶加材トーチからの溶加材の溶滴が、前記被形成体または被造形物に対し所望の位置に滴下される様に、前記溶加材トーチおよび／または前記被形成体または被造形物の位置をＮＣ制御することを特徴とする。
【００３０】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から９において、前記被形成体または被造形物に滴下された溶加材の溶融物が、所望の形状の溶着ビードとなる様に、前記溶加材トーチの姿勢をＮＣ制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の三次元自由形状の造形物等を製作する造形方法及びその装置によれば、溶加材トーチからの溶滴が滴下して被被造形物等の溶着される面が常に所定角度となり、且つ溶加材トーチと溶着される面とが所定の距離を保持するように、被造形物等及び溶加材トーチをＮＣ制御部により移動させながら溶着ビードを形成するので、三次元自由形状を有する造形物等を良好にかつ効率的に製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下添付図面に従って本発明に係る造形方法及びその装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００３３】
図１は、三次元自由形状の造形物等を製作可能な造形装置（ＮＣ加工機）１０の斜視図である。図１に示す造形装置１０は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを使用して設計された造形物の形状を表現する三次元自由形状のデータに基づいて、溶加材トーチ１２による溶着ビードを形成することにより、三次元自由形状の造形物等を製作等する造形装置であり、溶加材トーチ１２を直交する３軸（ｘ、ｙ、ｚ）方向に移動させるトーチ移動機構１４、被造形物等であるファンネル用プランジャー１６を回転方向及び傾斜方向に移動するワーク動作機構１８、及びトーチ移動機構１４とワーク動作機構１８とを前記三次元自由形状のデータに基づいて制御するＮＣコントローラ（駆動制御部）２０を主として構成されている。
【００３４】
なお、実施の形態では、トーチ移動機構を３軸、ワーク動作機構を２軸として例示するが、これに限定されるものではなく、５軸以上の多軸であっても適用できる。また、実施の形態では、溶加材トーチ１２としての利用溶接技術にティグ溶接を例示するが、これに限定されるものではなく、ミグ溶接、マグ溶接、レーザ溶接、サブマージ溶接等であっても適用できる。なお、ミグ溶接及びマグ溶接においては溶加ワイヤ（溶加材）５６が溶加材トーチ１２と一体化されている。また、造形物等として三次元自由形状を有するファンネル用プランジャー１６を例示するが、これに限定されるものではなく、その他のガラス製品製造用金型、機械装置の各種部品製造用金型、及び機械装置の各種部品等の製作、修理及び修正においても適用できる。
【００３５】
トーチ移動機構１４は、図１上でｘ軸方向に沿って配置された一対の門型フレーム２２、２２、一対の門型フレーム２２、２２に掛け渡されたｘスライダ２４、ｙスライダ２６、及び溶加材トーチ１２が垂直方向（鉛直方向）に取り付けられたｚスライダ２８等から構成される。
【００３６】
門型フレーム２２、２２はワーク動作機構１８を跨ぐように所定の間隔をもって配置される。また、門型フレーム２２の梁部には、ｘ軸方向に沿って配置された送りねじ３０と、ＮＣコントローラ２０からの制御信号により送りねじ３０の回転数、及び回転速度を制御するサーボモータ３２と、それぞれの梁部にはスライドガイド（図示せず）が設けられている。送りねじ３０には、ｘスライダ２４の両端部に設けられたナット部３４、が螺合され、このナット部３４、は門型フレーム２２の梁部に形成されたｘ溝３６、にスライド自在にガイドされるとともに回転止めされている。したがって、ＮＣコントローラ２０によってサーボモータ３２、が駆動されると、送りねじ３０、の送り作用によってｘスライダ２４がｘ軸方向に移動される。
【００３７】
ｘスライダ２４には、送りねじ３８がｙ軸方向に配設され、この送りねじ３８には、ＮＣコントローラ２０からの制御信号により駆動されるサーボモータ４０が連結されている。また、送りねじ３８には、ｙスライダ２６に形成されたナット部４２が螺合され、このナット部４２はｘスライダ２４に形成されたｙ溝４４にスライド自在にガイドされるとともに回転止めされている。したがって、ＮＣコントローラ２０によってサーボモータ４０が駆動されると、送りねじ３８の送り作用によってｙスライダ２６がｙ軸方向に移動される。
【００３８】
ｙスライダ２６には、送りねじ４６がｚ軸方向に配設され、この送りねじ４６には、ＮＣコントローラ２０からの制御信号により駆動されるサーボモータ４８が連結されている。また、送りねじ４６には、ｚスライダ２８に形成されたナット部５０が螺合される。また、ｚスライダ２８は、ｙスライダ２６に取り付けられた一対のｚレール５２、５２（１本は不図示）にスライド自在にガイドされるとともに回転止めされている。
【００３９】
したがって、ＮＣコントローラ２０によってサーボモータ４８が駆動されると、送りねじ４６の送り作用によってｚスライダ２８がｚ軸方向に移動される。したがって、ＮＣコントローラ２０によってサーボモータ３２、４０、４６を駆動制御すると、溶加材トーチ１２は、その垂直姿勢を保ちつつ、ｘｙｚ軸によって画成される三次元空間において、所望の軌跡に沿って所望の位置に移動される。
【００４０】
なお、実施の形態では、ｘスライダ２４、ｙスライダ２６、ｚスライダ２８の構成を送りねじとサーボーモータの組み合わせで例示したが、これに限定されるものではなく、サーボモータと駆動ベルト、歯車と駆動ベルト又はリニアーモータでも適用できる。また、実施の形態では、移動方向を直交するｘｙｚ軸方向として例示したが、これに限定されるものではなく、３次元空間において所望の軌跡を得られるのであれば、あらゆる方向に移動させてもよい。
【００４１】
また本実施例では、溶加材トーチ１２を移動させる構成を例示したが、ファンネル用プランジャー１６を移動させても良く、３次元空間において相対的に所望の軌跡を得られるのであれば、どちらを移動させてもよく、または両方を移動させてもよい。
【００４２】
溶加材トーチ１２には、ワイヤリール（不図示）から溶加ワイヤ（溶加材）５４が供給される。溶加材トーチ１２は、溶接電源（不図示）から供給される電流、電圧を利用して、供給されてくる溶加ワイヤ５４を溶融させる。溶融された溶加ワイヤ５４は、溶滴となって造形中のファンネル用プランジャー１６に向かって滴下する。この滴下した溶滴によって溶着ビードが形成され、この溶着ビードによってファンネル用プランジャー１６が製作される。
【００４３】
ワーク動作機構１８は、図２に示すように造形されるファンネル用プランジャー１６が載置されるテーブル５６と、このテーブル５６を鉛直軸Ａを中心に回転させる旋回部５８と、テーブル５６を鉛直軸Ａに対して軸５９を中心に傾斜させる傾斜部６０とから構成される。これらの旋回部５８及び傾斜部６０を駆動するアクチュエータ（不図示）は、ＮＣコントローラ２０によって制御されている。なお、符号６１は、回転部５８及び傾斜部６０を支持する基台である。
【００４４】
一方、溶加材トーチ１２はトーチ動作機構６２によって、鉛直軸Ｕを中心に回転されるとともに、鉛直軸Ｕに対して傾斜される。このトーチ動作機構６２のアクチュエータ（不図示）は、ＮＣコントローラ２０によって制御されている。
【００４５】
したがって、実施の形態の造形装置１０によれば、溶加材トーチ１２の三次元空間における位置や溶加材トーチ１２の回転、傾斜動作、及びファンネル用プランジャー１６の回転、傾斜動作は、ＮＣコントローラ２０によって制御される。
【００４６】
次に、前記の如く構成された造形装置１０の作用について説明する。
【００４７】
まず、ＮＣコントローラ２０には、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムから与えられたファンネル用プランジャー１６のＮＣプログラムデータがあらかじめ入力されている。そして、ＮＣコントローラ２０は、そのＮＣデータに基づき、図２の如く、溶融した溶加ワイヤ５４の溶滴５５が溶着する造形中のファンネル用プランジャー１６の溶着される面１７が常に略水平となり、且つ溶加材トーチ１２と溶着される面１７とが所定の距離を保持するように、トーチ移動機構１４とワーク動作機構１８を制御して溶着ビード６４を形成する。
【００４８】
このように、溶滴５５が溶着する造形中のファンネル用プランジャー１６の溶着される面１７が常に略水平となるように、且つ溶加材トーチ１２と溶着される面１７とが所定の距離を保持するように制御することにより、図３の如く溶滴５５によって新たな溶着ビード６４を形成する際に、溶着される面１７、例えば既に形成された溶着ビード６４は溶加材トーチ１２の所望の位置、例えば真下に常に位置する。これにより、新たな溶着ビードを所望の位置、例えば既に形成された溶着ビード６４の上に確実に形成することができる。
【００４９】
したがって、特にファンネル用プランジャー１６のような複雑な三次元自由形状を有する造形物等を良好に製作等することができる。また、この造形装置１０により、形成された溶着ビード６４、６４…の肉厚が所望の分布となるので、機械加工が短時間で済む。
【００５０】
更に、溶着の電流値、電圧値と溶加材トーチ１２の送り速度をＮＣコントローラ２０によって制御することにより、溶着ビード６４の太さや表面の滑らかさを可変できるので、作成する造形物等の造形位置に応じて前記、電流値、電圧値と前記送り速度を制御することが好ましい。例えば、電流値を上げて送り速度を遅くすれば、太い溶着ビード６４を形成することができる。また、ＮＣコントローラ２０によって、被造形物等の表面温度を制御することにより、より安定した溶着ビードを得ることができる。
【００５１】
一方、防錆の必要な造形物等の場合には、下層を鉄で造成し、上層（表層）をステンレスで造成することにより、全てステンレスで製作された造形物等と比較して、溶加材にかかるコストを削減できる。なお、溶加材としては金属に限定されず、ガラス、樹脂、セラミック及びこれら物質の混合材でも適用できる。
【００５２】
ところで、溶加材トーチ１２の進行方向に応じて、溶着のアーク力により溶加ワイヤ５４が微振動する現象が生じ、この現象により溶着ビード６４の肉厚が不均一になるという不具合が生じる。
【００５３】
そこで、実施の形態の造形装置１０は、上記不具合を防止するために、トーチ動作機構６２によって溶加材トーチ１２を、鉛直軸（溶加材トーチ１２の中心軸）Ｕを中心とする回転方向及び傾斜方向の角度を、溶加材トーチ１２の進行方向に応じて、ファンネル用プランジャー１６の溶着される面１７に対して変更しながら溶着ビード６４を形成する。すなわち、溶加ワイヤ５４の振動を軽減させることができる、経験的に得られた傾斜角及び回転方向位置に溶加材トーチ１２を制御しながら溶着ビード６４の形成を行う。これにより、溶滴５５を所望の溶着される面１７に、特に既に形成された溶着ビード６４上に安定的に滴下させることができるので、形成された溶着ビード６４、６４…の肉厚を所望の厚さにできる。
【００５４】
次に、ファンネル用プランジャー１６を製作する場合のファンネル用プランジャー１６に対する溶加材トーチ１２の相対的な移動軌跡の一例について説明する。
【００５５】
図４には、ファンネル用プランジャー１６を製作する場合の溶加材トーチ１２の移動軌跡６６の一例が実線で示されている。図４に示す移動軌跡６６よれば、ファンネル用プランジャー１６の形状データを所定の幅を有する螺旋状に沿った積層体に分割し、溶加材トーチ１２をその積層体の幅方向に移動させるとともに螺旋状に沿って移動させながらファンネル用プランジャー１６を製作することが示されている。すなわち、このようなファンネル用プランジャー１６を製作する場合、その短軸方向及び長軸方向の幅は狭く、対角軸方向の幅は広い螺旋状の積層体データを作成し、溶加材トーチ１２を積層体の幅方向に移動させるとともに螺旋状に沿って移動させながらファンネル用プランジャー１６を製作することが好ましい。これにより、溶加材トーチ１２を一筆書きの如く移動させて連続してファンネル用プランジャー１６を製作することができる。
【００５６】
溶着欠陥は溶着開始、終了時の溶着条件の変化により発生することが多く、一挙に溶着することは、そのリスク機会を大幅に減らすことができる。例えば、ファンネル用プランジャー１６の場合、起点６８と終点７０で欠陥発生リスクは２ヶ所であるが、特許文献１の如く、一定幅の積層体ごとに起点と終点を有する製造方法では、起点、終点の数は積層体の分割数の２倍となるので、溶着の欠陥発生リスクは一筆書き移動の数倍となる。したがって、安定した自動化のためには、一筆書き移動の如く継続条件で一挙に溶着を済ませた方が有利である。また、一挙に全面が形成できるため、表面のつぎはぎがなくなり、切削加工が短時間でよい。
【００５７】
図５（Ａ）、（Ｂ）には、実施の形態の造形装置１０を使用して、ファンネル用プランジャー１６を溶着ビード６４によって修理している状態が示されている。この場合も、溶融した溶加ワイヤ５４の溶滴５５が滴下してファンネル用プランジャー１６の溶着される面１７（被形成物の面）が常に略水平となり、且つ溶加材トーチ１２と溶着される面１７とが一定の距離を保持するように、トーチ移動機構１４とワーク動作機構１８（図２参照）を制御して溶着ビード６４をファンネル用プランジャー１６に形成する。
【００５８】
図５（Ｃ）は、実施の形態の造形装置１０を使用して、ファンネル用ボトム金型７２を溶着ビード６４によって修理している状態が示されている。この場合も、溶融した溶加ワイヤ５４の溶滴５５が滴下してファンネル用ボトム金型７２の溶着される面１７（被形成物の面）が常に略水平となり、且つ溶加材トーチ１２と溶着される面１７とが一定の距離を保持するように、トーチ移動機構１４とワーク動作機構１８（図２参照）を制御して溶着ビード６４をファンネル用ボトム金型７２に形成する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】造形装置（ＮＣ加工機）の全体構成を示す図
【図２】ワーク動作機構とトーチ移動機構の構成を示した要部断面図
【図３】溶着される面が略水平に位置された状態で溶着ビードが形成されるトーチ進行方向の一部断面説明図
【図４】溶着ビードを形成してファンネル用プランジャーを製作する場合の溶加材トーチの移動軌跡の一例を示した説明図
【図５】ファンネル用プランジャーやファンネル用ボトム金型を溶着ビードによって修理する場合の説明図
【図６】従来の溶着ビードの積層方法を示したトーチ進行方向の一部断面説明図
【符号の説明】
【００６０】
１０…造形装置（ＮＣ加工機）、１２…溶加材トーチ、１４…トーチ移動機構、１６…ファンネル用プランジャー、１７…溶着される面、１８…ワーク動作機構、２０…ＮＣコントローラ、２２…門型フレーム、２４…ｘスライダ、２６…ｙスライダ、２８…ｚスライダ、３０…送りねじ、３２…サーボモータ、３４…ナット部、３６…ｘ溝、３８…送りねじ、４０…サーボモータ、４２…ナット部、４４…ｙ溝、４６…送りねじ、４８…サーボモータ、５０…ナット部、５２…ｚレール、５４…溶加ワイヤ（溶加材）、５５…溶滴、５６…テーブル、５８…旋回部、６０…傾斜部、６２…トーチ動作機構、６４…溶着ビード、６６…起点、６８…終点、７２…ファンネル用ボトム金型
【図１】
2007275945.tif 000003
【図２】
2007275945.tif 000004
【図３】
2007275945.tif 000005
【図４】
2007275945.tif 000006
【図５】
2007275945.tif 000007
【図６】
2007275945.tif 000008