WO2006057284A1

WO2006057284A1 - 溶射ノズル装置およびそれを用いた溶射装置

Info

Publication number: WO2006057284A1
Application number: PCT/JP2005/021555
Authority: WO
Inventors: Tsuyoshi Oda; Hideo Hata; Yasushi Maeda; Kazuhisa Fukutani
Original assignee: Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2006-06-01
Also published as: JP3784404B1; EP1815912A4; US20090056620A1; JP2006175426A; EP1815912A1

Description

溶射ノズル装置およびそれを用いた溶射装置

技術分野

[0001] 本発明は、基材上に表面コーティング層を形成する溶射用ノズル、 3次元積層造形用の噴射ノズルとして多目的に使用することができる溶射ノズル装置およびそれを用いた溶射装置に関するものである。

背景技術

[0002] 今日、材料を溶融またはガス化させることなく不活性ガスとともに超音速流で固相状態のまま基材に衝突させて被膜を形成するコールドスプレー技術が広まりつつある (例えば、特許文献 1参照)。

[0003] コールドスプレー技術は、他の溶射方法と違!、、熱による材料の特性変化がなぐ被膜中の酸ィ匕を抑制することができるという利点があり、しかも、金属のみならず、榭脂にも適用することが可能である。この種のコールドスプレー技術は製膜を目的とするものが主であるが、これに限らず三次元造形の製造を目的とする溶射法に応用することち提案されている。

[0004] 三次元造形の製造が可能になった理由として、近年、急速に普及した三次元 CAD を利用した造形法がある。

[0005] 三次元 CADを利用して立体構造物を造形するいわゆる三次元積層造形法は、ラピッドプロトタイピング (rapid prototyping)と呼ばれ、三次元 CAD上で入力された形状データを用いて機械加工することなく一層ずつ積層しながら立体モデル (三次元モデル)を直接形成 (三次元積層造形)するものであり、当初は短時間で試作品等を造形するための方法として開発されたものである。

[0006] 最近ではこのラビッドプロトタイピングを利用して金型を造形することが可能になつたことから、試作品分野以外の、例えば自動車、家電等の製造業でも製品の開発から出荷までの時間を短縮できコスト削減が図れるという理由で幅広く普及しつつある

[0007] 三次元積層造形法には a)光硬化性榭脂を用いる光造形法、 b)粉末を用いる粉末積層法、 c)インクジェット法、 d)紙、プラスチックシートまたは金属等の薄板を積層する薄板積層法等が知られてヽる。

[0008] a)の光造形法としては、例えばカリフォルニア州バレンシアの 3Dシステムズ社が製造し販売している SLA1システムがある。このシステムは、 UVレーザーによってレーザ一光線が照射された表面の液体ポリマー ·プラスチック材料を重合させて層を形成し、次いでその層を下降させ、所望の層厚が得られるまでレーザー生成重合プロセスを順次繰り返すことによって造形を行うというものである。

[0009] b)の粉末積層法としては、テキサス州オースチンの DTM社による選択的レーザー焼結（SLS)と呼ばれる手法があり、この場合もレーザー光線を利用し、プラスチック粉体層を焼結するようになって、る。

[0010] c)のインクジェット法は、大別すると 2種類の方式があり、その一つはマサチューセッッ工科大学で開発されたもので、澱粉や石膏の粉末層に対しバインダーをインクジエツトで噴射し固めて積層造形する方法である。他の一つは造形用材料を直接噴射して積層造形する方法である。

[0011] インクジェットで噴射し固める方法は、噴射を終了した後で不要部分の粉末を除去しなければならず、除去時に粉末が飛散するという問題がある。一方、造形用材料を直接、インクジェットで噴射する方法は材料粒子の飛散がなく装置の取り扱、が簡便である。

[0012] d)の薄板積層法は、薄い金属箔層を用いて部品を形成するように適当な形状に切り取り、成形された積層ピースを相互に積み重ね、結合することによって関与する部品を形成するとヽぅものである。

[0013] このように広範囲に利用されているラビッドプロトタイピングのほとんどは、榭脂による造形を目的としており、金属造形が可能な方法は、上記 b)の選択的レーザー焼結による粉末積層法のみである。ところが、レーザー焼結による粉末積層法では、材料である金属粉末の表面をバインダーでコーティングする力、或、は低融点金属粉を混入させておく必要があり、材料コストが高くなる。また、焼結後にはバインダーが消失した部分が多孔状態となって残存するため、十分な強度が得られないという問題も解決されておらず、焼結後の熱歪を防止する目的で徐冷工程も必要である。このようにレーザー焼結による粉末積層法を金属造形として利用するには改善の余地があり、現状では研究段階にある。

[0014] このような状況の中、ノズル力突出させた物質をレーザー光で加熱溶解し、圧縮ガスの圧力で溶融状態のまま基材に吐出する技術 (例えば特許文献 2参照)や、ガス流と平行に供給した金属材料の線材を放電により溶解し、ガス流で空中に飛翔させる技術が提案されている (例えば特許文献 3参照)。

特許文献 1：特開 2004 - 76157号公報

特許文献 2：特開平 11― 165061号公報

特許文献 3：特開 2004 - 292940号公報

発明の開示

[0015] し力しながら、特許文献 2に記載のものは、溶射材を保持するための保持部と、その端面力所定の間隔を空けて対向配置される対向部とを有し、保持部から突出させた溶射材を対向部の基準面に当接させ、レーザービームで溶射材を加熱溶融し、溶融した溶射材に対しその溶射材と直交する方向から圧縮ガスのガス圧を加えるため、流路を妨げるように突出した溶射材によってガス流が乱され、基材上の積層状態をコントロールすることが困難であるという問題がある。

[0016] また、特許文献 3に記載のものは、ノズルを形成する噴射装置本体に、ガスを送出するための細孔を有し、この細孔内に線材を通すためのガイドパイプが設けられ、細孔の先端近くに第 1電極を、細孔から離れて線材の延長線上に第 2電極が設けられてヽる。そして各電極間に電圧を印加し電極間に位置する線材を溶融して溶融球を形成し、ガス流によってその溶融球を切り離し飛翔させるというものである。この特許文献 3によれば、溶融球の大きさを均一にして噴出させることができるものの、ノズル力放射状に噴出された後のガス流によって溶融球を飛翔させるため、この場合も基材上の積層状態をコントロールすることは困難である。

[0017] 本発明は以上のような従来の溶射方法における問題を考慮してなされたものであり、均一でし力も密な金属積層を精度良く実現することができる溶射ノズル装置およびそれを用いた溶射装置を提供するものである。

[0018] 本発明に係る溶射ノズル装置は、ノズルの入口側にキャリアガスを導入してその内部全域に超音速のガス流を形成し、そのガス流によって溶射材をアトマイズし放出する溶射ノズル装置であって、線状に成形された溶射材をガス流と略平行な状態で入口側からノズル内に挿入する溶射材揷入部と、溶射材揷入部の先端近傍でその溶射材揷入部から突出した溶射材を加熱溶解する溶射材溶解手段とを備え、この溶射材溶解手段より溶解されアトマイズされた溶射材粒子をノズル内の超音速ガス流によつて急冷し、凝固状態若しくは半凝固状態で放出するように構成されて、ることを要旨とする。

[0019] 上記溶射ノズル装置における溶射材溶解手段として、溶射材揷入部の先端近傍で焦点が結ばれるレーザー装置を設けることができ、また、溶射材揷入部の先端近傍でアーク放電が通過するように対向した状態でノズル内壁に一対の放電電極を設けることちでさる。

[0020] さらにまた、複数本の溶射材をノズル内に挿入し得る溶射材揷入部を有し、各溶射材の先端部を、アーク放電を発生させる放電電極に構成することにより溶射材溶解手段とすることもできる。この場合、ノズルの入口側に設けられた中空室と、この中空室に連通しキャリアガスを対向流で導入するための二本のキャリアガス供給管とを有し、各キャリアガス供給管から中空室に吐出されるキャリアガスと衝突する位置に筒状の溶射材揷入部をそれぞれ配置すれば、ノズル流れ方向に垂直な断面内での旋回流れを減らすことができる。この結果、アーク溶解点における溶解液滴を壁面に向かつて吹き付ける流れ成分を減らすことができる。

[0021] 上記溶射ノズル装置において、溶射材揷入部としてノズルの中心軸上に中空円管を配置した場合、この中空円管の外壁の一部を厚肉に形成することによってノズル内壁との間に超音速ガス流形成用のスロート部を形成することができる。

[0022] 上記溶射ノズル装置において、ノズル内壁に付着する溶射材凝固粒子を融点以上まで加熱する加熱手段を設ければ、加熱と同時にキャリアガスのみ供給することにより、ノズル内壁に付着した溶射材粒子を除去するクリーニングを行うことができる。

[0023] また、この加熱手段を、溶射時にはノズル内の溶射材を加熱する構成にすれば、基材衝突時の溶射材粒子を所望の温度に設定することができるため、最適な付着が得られるようになる。 [0024] 上記加熱手段は、ノズルの周囲に高周波誘導コイルを卷回することによって構成することができ、また、ノズルの周囲にカーボンヒータを設けることによつても構成することができる。さらにまた、ノズノレ自体を、電極部を備えたカーボンまたはカーボンコンポジットで構成することにより、加熱手段とすることもできる。

[0025] 上記ノズル内の溶射材粒子温度を所定温度に調節する温度調節手段が設ければ、基材衝突時の溶射材粒子を所望の温度に設定することができるため、最適な付着が得られるようになる。

[0026] また、上記溶射材として異種材料から形成されたものを使用すれば、溶射材として合金を選択することができるようになる。

[0027] 本発明に係る溶射装置は、上記構成を有する溶射ノズル装置と、ノズルに対し管路を介して接続されキャリアガスを供給するキャリアガス供給装置と、線状に成形された溶射材を溶射材揷入部に送り込む溶射材供給装置と、溶射材溶解手段としての放電電極またはレーザー装置に対し電圧を印加する電源装置とを備えてなることを要旨とする。

[0028] 上記溶射装置において、管路に介設されキャリアガス供給装置力供給されるキヤリアガスの流量を制御する制御弁と、溶射材供給装置としての線状の溶射材を卷き取っているリールと、このリール力ゝら溶射材を卷き解きつつ溶射材揷入部に導入する駆動ローラと、制御弁の開閉、駆動ローラの回転'停止を制御する供給系制御部とを備えれば、基材に積層または堆積される溶射材を制御することができるようになる。

[0029] また、上記駆動ローラを回転させるモータを有するとともに、ノズルから既堆積面までの堆積直前の距離を計測する位置センサを備え、上記供給系制御部が、三次元 CADデータを読み込み、位置センサによって検出されたレベルと、三次元 CADデータにおける目標堆積面レベルとの差に応じてモータの回転を制御すれば、積層または堆積される溶射材をより正確に制御することができるようになる。

[0030] 上記溶射装置においては、放電電極に印加する電圧またはレーザー装置の出力を制御する出力制御部を備えることができる。

[0031] また、上記溶射材溶解手段としてレーザー装置およびこのレーザー装置とノズルとを接続するレーザー光伝送用光ファイバを有する場合、出力制御部はレーザー装置のシャツタの開閉を制御することにより、溶射材の溶融を制御することができる。

[0032] また、上記ノズルから吐出されるガス温度を検出する温度センサと、ノズルの周囲に設けられまたは上記ノズルとしての加熱手段と、上記ノズル内の溶射材粒子温度を所定温度に調節する温度調節手段とを有する場合、温度調節手段は、温度センサによって検出される検出温度に基づいて上記加熱手段に印加する電圧を制御することにより、ノズル内の溶射材粒子温度を正確に管理することができるようになる。

[0033] また、上記ノズルの姿勢を変位させる駆動機構と、この駆動機構を制御する駆動系制御部とを有し、上記駆動系制御部が、三次元 CADデータを読み込み、読み込まれた三次元 CADデータに基づ、て積層厚みにスライスした断面データを作成し、この断面データにしたがって上記溶射材溶解手段によって溶解した溶射材粒子を一層ずつ基材に堆積するように駆動機構を制御すれば、三次元立体モデルを造形することがでさるよう〖こなる。

[0034] 本発明の溶射ノズル装置によれば、均一でし力も密な金属積層を精度良く実現することがでさる。

[0035] 本発明の溶射ノズル装置によれば、溶射材揷入部がガス流と平行に配置されているためガス流を乱すことがなぐさらに、加熱手段を備えた溶射ノズル装置によれば、ノズル内壁に付着した溶射材粒子は加熱手段によって溶解剥離されるため、タリーユング効果を得ることができる。

[0036] 本発明の溶射装置によれば、基材に積層される溶射材を正確に制御することができ、また、三次元 CADデータに基づいてノズルの姿勢を制御する溶射装置によれば、三次元立体モデルを精度良く造形することができるようになる。

図面の簡単な説明

[0037] [図 1]本発明に係る溶射ノズル装置の構成を示す断面図である。

[図 2]溶射ノズルの加熱装置の構成を示す説明図である。

[図 3]ノズル内のスロート部断面積および加熱溶解部断面積の関係を示す説明図である。

[図 4](a)は窒素ガス使用時のノズル内粒子温度と粒子速度の関係を示すグラフであり、（b)は図 4(a)の要部を拡大したグラフである。 [図 5](a)はヘリウムガス使用時のノズル内粒子温度と粒子速度の関係を示すグラフであり、（b)は図 5(a)の要部を拡大したグラフである。

[図 6]本発明に係る溶射装置を製膜用として使用する場合の構成を示す構成図である。

[図 7]本発明に係る溶射装置を製膜用として使用する場合の別の構成を示す要部断面図である。

[図 8]本発明に係る溶射ノズルの他の実施形態を示す斜視図である。

[図 9]図 8に示す溶射ノズル内の粒子軌跡を示す側面断面図である。

[図 10]図 8に示す溶射ノズル内の粒子軌跡を示す平面断面図である。

[図 11]図 8に示す溶射ノズル内のキャリアガスの流れを示す側面断面図である。

[図 12] (a)は図 11の E— E断面におけるキャリアガスの流れを示す説明図であり、 (b) は図 11の F— F断面におけるキャリアガスの流れおよび粒子の状態を示す説明図である。

[図 13]ノズル内のキャリアガスの流速分布を示す説明図である。

[図 14]本発明に係る溶射装置を三次元堆積造形に使用する場合の構成を示すプロック図である。

[図 15]溶射材粒子の堆積量を制御する方法を示す説明図である。

[図 16]本発明に係る溶射ノズル加熱装置の他の実施形態を示す縦断面図である。

[図 17]図 16に示すカーボンヒータの構成を示す斜視図である。

[図 18]本発明に係る溶射ノズル加熱装置のさらに他の実施形態を示す縦断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0038] 以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

[0039] 図 1は、本発明に係る溶射ノズル装置 Nの構成を示したものである。

[0040] 同図において、ノズル 1の内部には内径が一定である通路 2が筒軸方向に形成されており、この通路 2の上流側（キャリアガスの流れ方向において）にはキャリアガスの供給口 3が設けられ、また、通路 2の上流側で且つ通路 2の中心軸上には溶射材料としてのワイヤ 4を下流側に向けて送り出すための中空円管力もなるガイド (溶射材揷入部） 5が設けられている。

[0041] このガイド 5の外面は下流側に向けて径が次第に拡張されており、それにより、通路 2内面との間で環状の隙間が最も狭くなるスロート部 6が形成されている。なお、このスロート部 6より下流側は再び前記外面の径は縮小されている。

[0042] また、ノズル 1の長さはその内径の 20〜40倍に設定され、長い直線部を持つことによりノズル 1内で溶解された溶射材粒子（以下、粒子と略称する）のほとんどはノズルと平行に飛行する。それにより、広がりが抑制され基材に対し命中精度を高めることができるようになつている。

[0043] ガイド 5の先端力若干下流側に離れた位置、すなわちスロート部 6よりも下流側において、通路 2を Y軸方向に横切るようにして、ノズル 1の一方の側面 laから入射して他方の側面へと Ybファイバーレーザー（以下、レーザー装置と略称する）の光軸が横断するようになっており、ガイド 5の先端力突出したワイヤ 4の先端に対し、レーザ一光線の焦点が結ばれるようになつている。なお、本実施形態に使用されるレーザー装置 (溶射材溶解手段）としては出力 500Wのものを使用することができる。図中 la ' はレーザー光入射部を示している。

[0044] また、溶射ノズル 1の周囲には、高周波電磁誘導コイル 7が巻かれており、このコィル 7は高周波電源 8に接続されている。高周波をコイル 7に印加することにより、タンダステン等の高融点金属でできたノズル 1を電磁誘導加熱するようになってヽる。

[0045] この加熱は二つの用途に使用される。第一の用途はノズル 1のクリーニングである。

粒子がノズル内壁 lcに凝固付着することがあり、定期的なノズル内部のクリーニングが必要となるからである。

[0046] そこで、図 2に示すように、溶射材融点以上で且つノズル金属融点を下回る条件でノズル 1を高周波電磁誘導加熱し、キャリアガスを噴射することにより、付着粒子の除去を行うようになって、る。熱電対 9aは溶射材融点以上にノズル 1が加熱されて、る力どうかを検出するためのものである。

[0047] また、第二の用途としてはノズル 1内のキャリアガス温度を所定の温度に調節するためにある。この場合、ノズル出口部に配置された熱電対 9bによってキャリアガス温度を直接モニタし、モニタされたガス温度はノズル加熱制御部 10に与えられる。 [0048] ノズル加熱制御部 10はノズル 1が溶射材融点以上になるように、またはキャリアガス温度が所定温度になるようにコイル 7に印加する電圧を制御する。キャリアガス温度を所定温度に調節する場合の上記加熱制御部 10は温度調節手段として機能する。

[0049] また、ノズル 1の近傍にはスポット放射温度計 11が配置されており、このスポット放射温度計 11によって検出された基材 12の表面温度もノズル加熱制御部 10に与えられるようになっている。すなわち、基材 12の温度が低い場合には粒子温度を高めにする必要があるため、スポット放射温度計 11により溶射直前の基材温度を計測し、フイードバック制御をかけて、る。

[0050] なお、上記コイル 7をクリーニング用の加熱手段として使用する場合は、溶射処理が実施されてヽなヽ時に所定の周期で加熱が行われ、粒子温度を調節する温度調節手段として使用する場合は、溶射処理時に加熱される。

[0051] 上記構成を有する溶射ノズル装置 Nを用い、スロート部 6よりも下流側でワイヤ 4をレ一ザ一によつて加熱溶解する。

[0052] このレーザーによる加熱溶解部は、ノズル 1内におけるキャリアガス流路においてスロート部 6よりも下流側に位置し、且つ、キャリアガス全圧 pが下記式 (1)を満足する状

0

態で動作するように構成されて、る。

[0053]

-M (1)

2

[0054] ここで、 p：キャリアガス全圧 (スロート上流側圧力）， p ：ノズル出口背圧， M :溶射

0 B

材溶解部におけるマッハ数， κ：キャリアガスの比熱比である。

[0055] また、溶射材溶解部におけるマッハ数 Mは式 (2)により、スロート部 6の断面積 A*および溶射材加熱溶解部の断面積 A (図 3参照）と関係づけられる。

[0056] 式 (1)からわ力るように、キャリアガスが窒素ガスの場合 ( κ = 1. 4) ,スロート部 6下流のノズルマッハ数が例えばマッハ 3 (Μ = 3)の領域では ρ Ζρ≤0. 0272となり、

Β 0 スロート部 6上流側の圧力が 3. 7MPa (p = 3. 7 X 10⁶Pa)でも、スロート部 6通過後

0

の超音速域では圧力が 0. lMPa、ほぼ大気圧になる。従って、従来のコールドスプレーの粉体供給系とは異なり、特別な耐圧設計が不要になる。

[0057] レーザーによって溶解された溶射材は、超音速流れの気流による剪断作用を受け

、微粒子へとアトマイズされる。

[0058] ま 7こ、文献 (Atomization and ¾pray,Arthur

.Lefebvre,Taylor&Francis(publisher),p30-37)には、平行流によるアトマイズ効果の実験式として式 (3)が示されて!/、る。

= We, ：13 (3)

[0059] ここで、 p ：ガス密度， U ：ガス一粒子相対速度， D:粒子径， σ：液滴表面張力で

A A

ある。

[0060] 鉄系の材料を溶融させてマッハ数 3の気流中に注入すると、式 (3)より、 φ 10 /z m以下まで微粒化されることが予測される。

[0061] アトマイズ後の粒子は超音速気流によって加速と冷却の各作用を受け、最終的に超音速の速度を持ってノズル 1から噴出される。

[0062] この間の加速と冷却は数値解析により見積ることができる。具体的には、準一次元圧縮性流体保存形表示の質量保存、運動量保存、エネルギ保存式を式 (4)と、粒子の運動方程式 (6)とを連立させて解く。

— +— = s

dt etc

[0063] で、 f P "

ϋ =

レ J 、

1 p

E = - _g ² +- 1

H： ■ E+ P-

^{2 S} K -l ただし、ノズル壁 lbの乱流熱伝達には Johnson-Rubeshinの式 (5)を用いる

[0064] 2 4

Nu_x = 0.0296Pr³ Re (5)

[0065] また、 sと eはガス相と第二相間の相互作用を表す運動量生成項とエネルギ生成をそれぞれ表す。

[0066] 粒子の速度は、粒子の運動方程式 (6)を解くことにより得ることができる。

[0068] ただし、

）

[0069] ここで抗カ係数には Kurtenの式 (8)を用いて、る。

[0070] 粒子の温度は、粒子のエネルギ方程式 (9)を解くことにより得ることができる _c

dh' dh,

dt ox m.

[0071] ただし、ノズル壁 lbの温度がガス温度と等しくなる断熱壁の場合、 e 0 (10)

[0072] また、ノズル壁 lbを加熱した等温壁の場合、

(11)

Ρ d_s ^s p_su_sd_s

[0073] ここでヌセルト数には Ranz- Marshallの式 (12)を用いて!/、る。

1 1

N = 2 + 0.6Pr³ Re² (12)

[0074] ただし、上記各式中の記号の意味は下記の通りである。 A：ノズル断面積

C_D：粒子の抗カ係数

D：ノズル直径

d：粒子直径

/ ：壁面摩擦係数

g ：重力加速度

h ：匕ェンタノレピ

m：貧量流直

Nu：ヌセルト数

P ：ガス圧力

Pr ：プラントル数

Re：レイノルズ数

T ：温度

u ：流速

X ：ノズル流れ方向の距離

a ：ステフアン'ボノレツマン定数

€ ：放射率

：比熱比

λ ：熱伝導率

β ：粘性係数

Ρ ：密度

[0075] また、添字の意味は下記の通りである。

g :ガス

s:第二相 (液滴、粒子、粉体）

X：ノズルスロート部からの距離

W:ノズル壁面

[0076] 図 4および図 5は、キャリアガスとして窒素ガスとヘリウムガスをそれぞれ用いた場合について、スロート部 6からノズル出口までの距離に対するノズル内粒子温度及び粒子速度の関係を示したものである。

[0077] 図 4(a)に示すグラフは、キャリアガスとして窒素ガスを使用した場合を示し、横軸は「スロート部カゝらノズル出口までの距離」、縦軸は「粒子温度」と「粒子速度」を共通のスケールで示している。また、横軸において「ゼロ」はスロート部 6の位置に相当し、ダラフ中の特性 Aは粒子温度の推移を、特性 Bは粒子速度の推移をそれぞれ示して、る

[0078] 溶射条件としてキャリアガス温度が 600°Cとなるようにノズル壁を加熱し、窒素ガスの圧力を 3. 8MPa、ガス流量を lgZs、ワイヤ 4の供給量を 0. lgZsとした場合、アトマイズされた粒子の平均粒径は 10 μ mであった。

[0079] また、図 4(b)はゼロ〜 0. 05mまでの範囲を横軸方向に拡大したものである。

[0080] 両図に示されるように、スロート部 6から放出された粒子は約 0. 02mまでは急激に加速されるがそれ以上は加速の勾配は緩やかになる。そこでキャリアガスに窒素ガスを使用する場合のノズル長さとして 0. 02mを採用した。

[0081] 一方、粒子の温度はスロート部 6から放出された後、冷却され続け 0. 02mで約 170

OK (グラフ中、ポイント a参照）まで低下し、基材に衝突した時の衝突速度は約 400m

Zsである（グラフ中、ポイント b参照)。

[0082] このように窒素ガスを用いた場合、粒子が基材に衝突する時の温度が高いため、溶射成形した層の強度を高めるためにはその後、基材に対する何らかの熱処理が必要になる。ところが、熱処理を行うと造形直後の形状と比較して、ある程度の歪が避けられない。

[0083] したがって、溶射成形された形状において 0. 2mm程度の仕上り誤差を許容できる場合、或いは、溶射積層後に仕上げ機械加工が許されるような場合にはキャリアガスとして窒素ガスを使用することができる。また、その場合、粒子が凝固直後に基材に衝突するようにノズル長さを設定すればょヽ。

[0084] 詳しくは、溶射処理において粒子が凝固直後であることは材料の組織に良い影響を与える。平均粒径 10 mの粒子がノズル 1内を飛行している時、周囲のガスとの熱伝達および放射により 10⁴〜10 Zsの冷却速度で急冷され、それにより、粒子が付着して得られる材料は極めて緻密な組織が得られる。そこで、凝固が終了するまでノズル 1内を飛行することができるようにノズル長さを設定して！/ヽる。

[0085] 次に、図 5(a)に示すグラフはキャリアガスとしてヘリウムガスを使用した場合のノズル内粒子の状態を示したものである。

[0086] 溶射条件としてキャリアガス温度が 600°Cとなるようにノズル壁を加熱し、ヘリウムガスの圧力を 3. 8MPa、ガス流量を 0. 5gZs、ワイヤ 4の供給量を 0. lgZsとした場合

、アトマイズされた粒子の平均粒径は 10 μ mであった。

[0087] なお、グラフ中の特性 Cは粒子温度の推移を、特性 Dは粒子速度の推移をそれぞれ示している。また、図 5(b)はゼロ〜 0. 05mの範囲を横軸方向に拡大したものである。

[0088] キャリアガスとしてヘリウムガスを使用した場合、ヘリウムの分子量が小さいために粒子は約 1400m/sまで加速され続ける。一方、溶射材粒子の温度についてはへリウムの熱伝導率が良いためにスロート部 6から放出された後、急冷されノズル出口部では 300Kまで低下する。

[0089] 図 5の測定結果から、一般に 540K以下であれば焼き戻しされることもないので、キャリアガスとしてヘリウムガスを使用した場合のノズル長さを 0. 04mmとした。粒子が基材に衝突する時の粒子温度は約 540K (グラフ中、ポイント d参照）、衝突速度は約 780m/s (グラフ中、ポイント c参照）である。

[0090] 粒子速度 780mZsは基材に衝突付着する条件としては十分な速度になって、る。

したがって、本実施形態の条件で溶射を行えば基材に粒子が堆積してヽくことになる。

[0091] また、基材衝突時の粒子温度は上記窒素ガスの場合（1700K)に比べて格段に低ぐそれにより造形後の熱処理は不要であり歪もほとんど生じない。し力も、衝突時の粒子速度は高速であるために、粒子が衝突した表面はクレーター状になりながら粒子の堆積が継続される。このとき、堆積層内部には空隙のない 100%密度の安定した厚みの被膜が得られる。

[0092] 三次元堆積造形法では、本発明の溶射ノズル装置の持つ特性が大きな効果をもたらす。

[0093] まず、選択的レーザー焼結 (SLS)と比較すると、成形材料 (溶射材)として線材に成形されたものを使用するためコストが低くなる。

[0094] また、 SLS法では熱可塑性榭脂でコーティングされた球状粒子を用いるため、金属成形体を得るのに 2段階の焼結工程が必要になる。具体的には、レーザー熱源によつて榭脂部分を溶融 ·固化するレーザー焼結と、レーザー焼結された成形体の結合剤を除去すると同時に金属粒子同士を固着させる本焼結である。

[0095] これに対し、本実施形態による溶射ノズル装置では粒子を榭脂コーティングする必要がなぐ結合剤が除去されることによって生じた多孔質の密度を高めるためにプロンズ等を溶浸させる必要もない。したがって、本実施形態によれば SLS法の欠点を克服して精度の高ヽ積層を得ることができるようになる。

[0096] 図 6は上記構成を有する溶射ノズル装置 Nで製膜処理を行う場合の構成を示したものである。

[0097] 同図において、ノズル 1の筒軸方向延長線上に基材 12が配置されている。

[0098] ワイヤ 4はワイヤリール (溶射材供給装置） 13から巻き解かれ、溶射ノズル 1の中心軸に沿って配置されているガイド 5内を通過しながらノズル 1内に供給されるようになつており、ワイヤ 4の先端はガイド 5の先端力突出するようになって、る。

[0099] 突出したワイヤ 4の先端に対し、レンズ 14によってレーザー光の焦点が結ばれ、ヮィャ 4の先端が溶解する。

[0100] 一方、キャリアガスは制御弁 15によって流量が制御され、スロート部 6上流側に供給される。供給されたキャリアガスはスロート部 6を通過することによって超音速にカロ速され、上記溶解されたワイヤ 4先端の溶射材をアトマイズする。

[0101] アトマイズされた粒子はスロート部 6から離れる際に急冷される力ノズル 1内はコィル 7によって加熱されていることにより、凝固点温度以下または変態点温度以下の高

V、温度に調節された状態で基材 12の表面に衝突する。

[0102] 図 7は本発明の溶射ノズル装置 Nの別の実施形態を示したものである。

[0103] 同図に示す溶射ノズル装置 Nにおいて、ノズル 20はセラミック製円筒からなり、その外周側にタングステン製力もなる円筒 21が同心円状に巻き付けられている。

[0104] ガイド 5の先端近傍におけるノズル 20内壁には、一対の放電電極 22a, 22bが対向する状態で配置されており、この電極間に直流電圧 23 (交流電圧、パルス電圧であつてもょ、）が印加されるようになって!/、る。

[0105] 各電極 22a, 22bに直流電圧が印加されると、電極間に放電が発生して電流が流れ、電極間に突出しているワイヤ 4の先端がジュール熱によって溶解される。この構成では、上記電極 22a, 22bおよび直流電圧 23が溶射材溶解手段として機能する。

[0106] 図 8は本発明の溶射ノズル装置 Nのさらに別の実施形態を示したものであり、ノズル内に挿入されるワイヤを一対とし、それらのワイヤを電極としてアーク放電を行うものである。

[0107] なお、同図では内部構造が分力るように、装置を Z— 方向に二分割した一方の断面を示している。

[0108] 溶射ノズル装置 Nは、内部に中空室 24aを備えた耐圧構造力もなる本体部 24と、

2

この本体部 24から Z' 軸方向に延設されたノズル部 25と、 X— X' 軸に沿って本体部 24に対し対向する側力接続された 2本のキャリアガス供給配管（以下供給管と略称する） 26, 27とを備えている。

[0109] 詳しくは、本体部 24内には Y—Y' 方向から見て三角形状をなし Z—Z' 方向から見て楕円形をなして、る中空室 24aが形成されて、る。この部屋 24a内に二本のワイャ 4, 4をガイドするためのガイド 28, 29が V字状に配置されており、各ガイド 28, 29 の先端力も送り出されるワイヤ 4, 4は、ノズル部 25の中心軸 p. a上で交わるようになつている。なお、上記ガイド 28, 29は Z' 方向に向けて先細に形成された筒状部材で構成されている。

[0110] 上記一対のワイヤ 4, 4の後端は直流電圧（図示しない）と接続されており、ワイヤ 4 , 4の先端はアーク放電を発生させるための電極を構成するようになっている。従って、上記ワイヤ 4, 4および直流電圧は溶射材溶解手段として機能する。

[0111] 上記ノズル部 25の基端部には、上記構成を有するガイド 28, 29の先端部およびヮィャ 4, 4をノズル部 25内に配置するための円錐状切欠部 25aが形成されている。

[0112] また、上記供給管 26, 27は中空室 24aと連通しており、供給管 26の出口 26a近傍には上記ガイド 28が配置され、供給管 27の出口 27a近傍には上記ガイド 29が配置されている。このように構成することにより、ガイド 28および 29は、供給管 26, 27から吐出されるキャリアガスの流れに衝突する衝突板として機能させることができ、それにより、キャリアガスの動圧成分を減衰させ、中空室 24a内を等方的に圧力が作用する静圧成分に変換することができるようになって!/、る。

[0113] その結果、中空室 24a内ではキャリアガスの流速が減衰させられて、旋回流れが弱まり、中空室 24aおよびそれに連通するノズル部 25を流れるキャリアガスの流速分布が一定になる。それにより、溶解されアトマイズされた後の溶射材粒子をノズル部 25 内に真つすぐ引き込むことが可能になる。

[0114] 図 9は上記溶射ノズル装置 Nを側面カゝら見たものであり、 p.tは溶射粒子の飛行軌

2

跡を示している。同図からわ力るように、溶射粒子はアーク溶解点 m力もノズル部 25 に向けてノズル内壁に衝突することなく、直進して!/ヽる。

[0115] 図 10は溶射ノズル装置 Nを平面カゝら見たものであり、溶射粒子の飛行軌跡 p.tは

2

左右方向に広がることなく直進して、ることがわかる。

[0116] ただし、図 9および図 10では数値解析により求めた溶射粒子の飛行軌跡を表示している。

[0117] また、図 11は中空室 24a内でのキャリアガスの流れを側面力も示したものである。

同図に示すように、アーク溶解点 m近傍ではキャリアガスの流れが中空室 24a内で上下に分かれる分岐点となっている。そして、キャリアガスの主な流れ方向はノズル部 2 5へと向力う軸方向成分のみとなつている。

[0118] 上記キャリアガスが上下に分かれる様子を図 12に示す模式図を用いて説明する。

[0119] 同図 (a)は図 11における E— E矢視断面を示し、同図 (b)は同じく F— F矢視断面を示している。

[0120] 図 12(a)において、供給管 26の出口 26aから吐出されたキャリアガスは、ガイド 28 の側壁に衝突することにより動圧成分が減衰されるとともに略上下二つの流れ fw , f wに分割される。また、供給管 27の出口 27aから吐出されたキャリアガスも同様にガ

2

イド 29の側壁に衝突することにより動圧成分が減衰された状態で略上下二つの流れ fw , fwに分割される。

3 4

[0121] 各ガイド 28および 29によって分割されたキャリアガス fw , fwおよび fw , fwは、

1 2 3 4 中空室 24aの中心に向けて対向流をなすとともに、中空室 24aの中心部で衝突し、アーク溶解点 mを点対象として回転する流れに変換される。それにより、アーク溶解点 m近傍では x— y断面内に速度を持たない流れの領域が形成される。

[0122] この状態でキャリアガスはノズル部 25に進み、ノズル部 25内では図 12(b)に示すようなキャリアガスの流れが形成される。その結果、溶解されアトマイズされた粒子 pは、キャリアガスの流れの間に挟まれた状態でノズル部 25内を飛行する。

[0123] 図 13はノズル部 25の中心軸 p. aを通るキャリアガスの流速分布を示したものである。流速分布は流れ方向に垂直な方向の複数の線で示される力中心軸に対して対称であるため、中心軸に集中する粒子 Pが壁面に接触することがほとんどない。

[0124] なお、上記溶射ノズル装置 Nでは二本のワイヤ 4, 4で構成した力ワイヤの本数は

2

それ以上の本数で構成することもでき、ワイヤを供給するガイドはワイヤの本数に応じた数を用意すればよい。

[0125] 図 14は上記溶射ノズル装置 Nを三次元堆積造形法に適用した場合の構成を示したものである。

[0126] 同図に示す溶射装置 NDにおいて、 30は 3D (三次元） CADデータを読み込むコントローラである。

[0127] コントローラ 30は、読み込んだ 3D (三次元） CADデータ力積層厚みにスライスした断面データを作成し、この断面データに基づいてレーザー光またはアーク放電によって溶解された溶射材粒子を一層ずっ基材 31に堆積することにより、所望の形状力もなる三次元立体モデル (造形物）を得るようになつている。なお、以下の説明ではレーザー光で溶射材を溶解する場合を例に取り説明する。

[0128] 基材 31は X軸、 Y軸 (紙面奥行き方向）、 Z軸方向に移動させることができる搬送テ一ブル 32上に設けられ、また、ノズル 33は図示しないロボットアームに取り付けられている。これら搬送テーブル 32およびロボットアーム力もなる駆動機構は、上記コントローラ 30の駆動系制御部 30aによってそれぞれ 3軸方向の移動が制御できるようになっている。

[0129] キャリアガスとしてのヘリウムは、ヘリウムボンべ 34からヘリウム容器 35にー且、貯留され、ヘリウム容器 35とノズル 33はガス供給路 36を介して接続されている。このガス供給路 36には電磁制御弁 37が介設されている。

[0130] この電磁制御弁 37は遮断位置 aと連通位置 bとを有し、通常、パネ圧によって遮断位置 aにある力コントローラ 30の供給系制御部 30bから開信号 SIが入力されている期間、連通位置 bに切り換わるようになつている。

[0131] ノズル 33に供給される溶射材としてのワイヤ 4はワイヤリール 13に巻き取られており

、このワイヤリール 13から巻き解かれるワイヤ 4は駆動ローラ 39によってノズル 33に供給される。なお、駆動ローラ 39はノルス制御可能なステッピングモータ 38によって回転するようになっており、ステッピングモータ 38は供給系制御部 30bによって制御されるようになつている。

[0132] 具体的には、供給系制御部 30bから送り信号 S2がステッピングモータ 38に与えられると、出力されたパルス数に応じて駆動ローラ 39が回転しワイヤリール 13が矢印 E 方向に回転しながらワイヤ 4が矢印 F方向に送り出され、ノズル 33の上端部 (入口側）

33a力らノズノレ 33内に導人される。

[0133] ノズル 33のガイド 5 (図 1参照）先端力ワイヤ 4の先端が突出すると、コントローラ 3

0の出力制御部 30cからレーザー装置 40に対してレーザー回路のシャツタを開くシャッタ開信号 S3が与えられ、レーザー装置 40から照射されたレーザー光は突出したヮィャ 4の先端で焦点を結びワイヤ 4を溶解する。

[0134] レーザー装置 40によるワイヤ 4の溶解動作は供給系制御部 30bから開信号 S1が出力されていることを前提とし、ヘリウム容器 35からキャリアガスがノズル 33内に送り込まれている。したがって、溶解した粒子は超音速のキャリアガスによってノズル 33から基材 31〖こ対し噴射されることになる。

[0135] なお、ノズル 33およびそのロボットアーム、搬送テーブル 32は気密状態が得られるチャンバ 41内に収納されており、そのチャンバ 41内は真空ポンプ 42によって真空引きされることにより、酸素が除去されるようになっている。また、コントーラ 30内の符号 1

0は図 2に示したノズル加熱制御部である。

[0136] 図 15は、供給系制御部 30bによって粒子の堆積量を制御する方法を示したものである。

[0137] ノズル 33の移動方向前側には位置センサ 44が備えられ、この位置センサ 44はノズル 33の先端と基材 12に堆積された既積層面との距離を計測し、供給系制御部 30b に与えている。 [0138] 供給系制御部 30bは、検出された距離に応じ、駆動ローラ 39を駆動させるベくステッビングモータ 38を制御する。例えば、範囲 R1では目標堆積レベルに対し、既堆積レベル L1が低く堆積量が不足している。したがってこの場合は、ステッピングモータ 3 8を駆動させ駆動ローラ 39を介しワイヤ 4をレーザー焦点に向けて送り続ける。

[0139] 一方、位置センサ 44が目標堆積レベルを満足してヽる既堆積レベル L2を検出すると、堆積の必要がないため、ステッピングモータ 38を停止させる。それにより、ワイヤ 4が供給されず溶射力 Sストップする。

[0140] 次に、位置センサ 44が既堆積レベル L3を検出すると、堆積不足であるため再度、ステッピングモータ 38を駆動させ、ワイヤ 4の供給を再開させる。それにより、目標積層レベルに到達するように溶射材粒子が溶射される。

[0141] 図 14に戻って説明する。

[0142] また、 43はヘリウムを回収するためのヘリウム圧縮機であり、チャンバ 41内のへリウムを圧縮して高圧にしヘリウム容器 35に戻すようになつている。それにより、高価なへリウムを再利用するようになって、る。

[0143] なお、上記実施形態に示したワイヤ 4は単独の素材力なる金属であってもよぐ複数の金属素材を撚り合わせたものであってもよい。また、図 8に示した溶射ノズル装置 Nを使用する場合には、一方のワイヤ 4と他方のワイヤ 4の素材を変えることもでき

2

る。

[0144] 次に、図 16はノズルを加熱する加熱手段に係る他の実施形態を示したものである。

[0145] 先に説明した実施形態では、ノズル 1の周囲に配置したコイル 7を用いてノズル 1を高周波誘導加熱しノズル 1の内面に付着した金属をクリーニングするように構成し、それにより、ノズル 1内に付着した金属によってキャリアガスの流れが乱され溶射の精度が低下することを防止している（図 2参照)。

[0146] しかしながら、この加熱方法ではコイル 7から放出された電磁波のエネルギーの一部がノズル 1の加熱に利用されな、こと力ら、コイル 7に付与した電気的エネルギーに対しノズル 1の加熱に供せされる熱エネルギーの割合が低い。そこで、ノズルの温度調節時およびノズルクリーニング時のエネルギー効率を高めるために、図 16に示すような加熱装置 50を用いることができる。 [0147] 同図に示す加熱装置 50は、ノズル 1の周囲を囲むように設けられたカーボンヒータ 51を備えている。

[0148] このカーボンヒータ 51は図 17に示すように、円筒状の発熱部 51aと、この発熱部 51 aの上部において相反する方向に配置された一対の電極部 51b, 51bと、これらの電極部 51b, 51bと発熱部 51aの上端とを接続する電極接続部 51c, 51cとから構成されている。

[0149] 上記発熱部 51aは、円筒体の上下両側から交互に一定の長さ形成されたスリット 5

Id, 51eによって複数部分に分割されている。

[0150] また、図 16に示したように、カーボンヒータ 51の外側周囲を囲むようにしてカーボン繊維からなる筒状の断熱材 52が配置され、この断熱材 52を収容する容器 53がさらに備えられている。

[0151] なお、容器 53内にはカーボン製部品の酸ィ匕を防止する目的で不活性ガスが封入されており、上記電極部 5 lbの先端はシールされた状態で上記容器 53の側壁 53a を貫通して外部に延設され、図示しな!、電源と接続できるようになって!/、る。

[0152] 次に、上記構成を有する加熱装置 50によってクリーニング動作を行う場合について説明する。

[0153] 図示しない電源から電極部 5 lb, 51b、電極接続部 51c, 51cを通じて発熱部 51a に電力を供給すると、カーボンヒータ 51は、通電によるジュール発熱によって内部から発熱する。それにより、タングステン製またはモリブデン等の高融点金属製、或いはセラミックス製のノズル 1は発熱部 51aからの輻射伝熱によって約 2000°Cに加熱され、ノズル 1内壁に付着した金属が溶融される。

[0154] 次いでキャリアガスをノズル 1内に噴射することにより、溶融した金属がノズル 1外に排出されクリーニングが行われる。

[0155] 図 18は加熱装置のさらに他の実施形態を示したものである。

[0156] 図 16に示した加熱装置 50ではノズル 1の周囲にカーボンヒータ 51を配置してノズル 1を加熱した力図 18に示す加熱装置 60では高融点金属またはセラミックス製からなるノズルをカーボン製ノズル 61に代え、そのノズル 61を直接、加熱するように構成している。なお、同図において図 16と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

[0157] 加熱装置 60は、ノズル 61自体がカーボンまたはカーボンコンポジットにより構成されており、発熱部として機能するようになっており、ノズル 61の上端部には相反する方向に一対の電極部 51b, 51bが接続されている。

[0158] 次に、上記構成を有する加熱装置 60によってクリーニング動作を行う場合について説明する。

[0159] 図示しない電源から電極部 5 lb, 5 lbを通じてノズル 61に電力を供給すると、ノズル 61は、通電によるジュール発熱によって内部力発熱する。それにより、ノズル 61 は約 2000°Cに加熱され、ノズル 61内壁に付着した金属が溶融される。

[0160] 次いでキャリアガスをノズル 1内に噴射することにより、溶融した金属がノズル 61外に排出されクリーニングが行われる。

[0161] 上記したようにノズルを加熱する手段としてカーボンヒータ 51を使用すると、高周波誘導コイルを用いて溶射ノズルを誘導加熱する場合に比べ、溶射ノズルの加熱に供せられるエネルギーの利用効率を高めることができる。

[0162] また、カーボンヒータ 51を使用する構成に比べて部品点数を削減することができるため、メンテナンスが容易になると、う利点がある。

[0163] このように、上記構成を有する加熱装置 50および加熱装置 60によれば、ノズルの温度調節時或いはノズルクリーニング時にぉ、て、コイル 7を用いてノズル 1を加熱する場合に比べ、ノズルの加熱に使われるエネルギーのロスを低減することができる。産業上の利用可能性

[0164] 本発明の溶射ノズル装置及びそれを用いた溶射装置は、基材上に、均一でしかも密な金属積層の形成を要求される分野において好適である。

Claims

請求の範囲

[1] ノズルの入口側にキャリアガスを導入してその内部全域に超音速のガス流を形成し

、そのガス流によって溶射材をアトマイズし放出する溶射ノズル装置であって、線状に成形された溶射材をガス流と略平行な状態で入口側カゝらノズル内に挿入する溶射材揷入部と、上記溶射材揷入部の先端近傍でその溶射材揷入部から突出した上記溶射材を加熱溶解する溶射材溶解手段とを備え、この溶射材溶解手段より溶解されアトマイズされた溶射材粒子をノズル内の超音速ガス流によって急冷し、凝固状態若しくは半凝固状態で放出するように構成されてヽることを特徴とする溶射ノズル装置。

[2] 上記溶射材溶解手段として、上記溶射材揷入部の先端近傍で焦点が結ばれるレ一ザ一装置が設けられている請求項 1記載の溶射ノズル装置。

[3] 上記溶射材溶解手段として、上記溶射材揷入部の先端近傍でアーク放電が発生するように対向した状態でノズル内壁に一対の放電電極が設けられている請求項 1 記載の溶射ノズル装置。

[4] 複数本の上記溶射材を上記ノズル内に挿入し得る上記溶射材揷入部を有し、上記溶射材溶解手段として、各溶射材の先端部がアーク放電を発生させる放電電極に構成されて!/ヽる請求項 1記載の溶射ノズル装置。

[5] 上記ノズルの入口側に設けられた中空室と、この中空室に連通し上記キャリアガスを対向流で導入するための二本のキャリアガス供給管とを有し、各キャリアガス供給管から上記中空室に吐出されるキャリアガスと衝突する位置に筒状の上記溶射材揷入部をそれぞれ配置してなる請求項 4記載の溶射ノズル装置。

[6] 上記溶射材揷入部として上記ノズルの中心軸上に中空円管が配置され、この中空円管の外壁の一部が厚肉に形成されることによって上記ノズル内壁との間にスロート部が形成されている請求項 1〜3のいずれ力 1項に記載の溶射ノズル装置。

[7] 上記ノズル内壁に付着する溶射材凝固粒子を融点以上まで加熱する加熱手段が設けられている請求項 1〜6のいずれ力 1項に記載の溶射ノズル装置。

[8] 上記加熱手段が、溶射時に上記ノズル内の溶射材粒子を加熱するように構成されて、る請求項 7記載の溶射ノズル装置。

[9] 上記加熱手段として上記ノズルの周囲に高周波誘導コイルが卷回されている請求項 7または 8記載の溶射ノズル装置。

[10] 上記加熱手段として上記ノズルの周囲にカーボンヒータが設けられている請求項 7 または 8記載の溶射ノズル装置。

[11] 上記加熱手段として上記ノズル自体が電極部を備えたカーボンまたはカーボンコンポジットで構成されている請求項 7または 8記載の溶射ノズル装置。

[12] 上記ノズル内の溶射材粒子温度を所定温度に調節する温度調節手段が設けられて、る請求項 1〜： L 1の、ずれか 1項に記載の溶射ノズル装置。

[13] 上記溶射材は異種材料力も形成されたものである請求項 1〜12のいずれ力 1項に記載の溶射ノズル装置。

[14] 請求項 1〜13のいずれか 1項に記載の溶射ノズル装置と、

上記ノズルに対し管路を介して接続されキャリアガスを供給するキャリアガス供給装置と、

上記線状に成形された溶射材を上記溶射材揷入部に送り込む溶射材供給装置と上記溶射材溶解手段としての放電電極またはレーザー装置に対し電圧を印加する電源装置と、

を備えてなることを特徴とする溶射装置。

[15] 上記管路に介設され上記キャリアガス供給装置力供給されるキャリアガスの流量を制御する制御弁と、

上記溶射材供給装置としての上記線状の溶射材を卷き取っているリールと、このリールから上記溶射材を卷き解きつつ上記溶射材揷入部に導入する駆動ローラと、

上記制御弁の開閉、上記駆動ローラの回転'停止を制御する供給系制御部と、を備えてなる請求項 14記載の溶射装置。

[16] 上記駆動ローラを回転させるモータを有するとともに、上記溶射ノズルから既堆積面までの堆積直前の距離を計測する位置センサを備え、上記供給系制御部は、三次元 CADデータを読み込み、上記位置センサによって検出されたレベルと、三次元 CADデータにおける目標堆積面レベルとの差に応じて上記モータの回転を制御するように構成されて、る請求項 15記載の溶射装置。

[17] 上記放電電極に印加する電圧またはレーザー装置の出力を制御する出力制御部を備えてなる請求項 14〜16のいずれ力 1項に記載の溶射装置。

[18] 上記溶射材溶解手段としてレーザー装置およびこのレーザー装置と上記ノズルとを接続するレーザー光伝送用光ファイバを有し、上記出力制御部は上記レーザー装置のシャツタの開閉を制御するように構成されている請求項 17記載の溶射装置。

[19] 上記ノズルから吐出されるガス温度を検出する温度センサと、上記ノズルの周囲に設けられまたは上記ノズルとしての加熱手段と、上記ノズル内の溶射材粒子温度を所定温度に調節する温度調節手段とを有し、この温度調節手段は上記温度センサによって検出される検出温度に基づいて上記加熱手段に印加する電圧を制御するように構成されて、る請求項 14〜18の、ずれか 1項に記載の溶射装置。

[20] 上記ノズルの姿勢を変位させる駆動機構と、この駆動機構を制御する駆動系制御部とを有し、上記駆動系制御部は、三次元 CADデータを読み込み、読み込まれた三次元 CADデータに基づいて積層厚みにスライスした断面データを作成し、この断面データにしたがって上記溶射材溶解手段によって溶解した溶射材粒子を一層ずつ基材に堆積するように上記駆動機構を制御する請求項 14〜 19のいずれか 1項に記載の溶射装置。