JP6948995B2 - 切換バルブ - Google Patents

Description

本発明は、粉体をキャリアガスによって供給する供給路に設けられて、該粉体を含むキャリアガスの流れを２方向に切り換える切換バルブに関する。

従来、下記特許文献１に開示されるレーザ加工装置が知られている。このレーザ加工装置は付加加工装置に属するもので、適宜テーブル上にレーザ光を照射するレーザ光照射ヘッドを備え、このレーザ光照射ヘッドから照射されるレーザ光の集光部（焦点領域）に、付加材料となる粉体をキャリアガスとともに供給するように構成されている。レーザ光の集光部に粉体が供給されると、レーザ光のエネルギーにより粉体が加熱、溶融されて堆積される。この加工現象を一般的に「付加加工」と言う。

そして、前記レーザ光照射ヘッドの近傍には、前記粉体を含んだキャリアガスを吐出する供給ノズルが配設されており、この粉体は、当該粉体及びキャリアガスが貯留される適宜供給源に一方が接続され、他方が前記供給ノズルに接続された供給路を介して、前記供給ノズルから前記レーザ光の集光部に供給される。

また、レーザ光照射ヘッド及びテーブルは、少なくともその一方が適宜送り装置により駆動されて、当該レーザ光照射ヘッド及びテーブルが三次元空間内で相対的に移動し、この相対的な移動によって所定形状の堆積物が形成される。尚、前記供給ノズルは前記レーザ光照射ヘッドとともに前記テーブルに対して相対的に移動する。

ところで、前記送り装置によって実現される、前記レーザ光照射ヘッド及び供給ノズルと前記テーブルとの相対的な移動（相対移動）は、移動を開始する際には停止状態から加速された後、定速となり、移動を停止する際には定速状態から減速されて、停止される。また、前記相対移動の移動方向は堆積物の形成に応じて変更され、移動方向が変更される際には、その変更前に定速状態から減速され、変更後に加速される場合がある。

そして、供給ノズルの相対的な移動速度（以下、単に「移動速度」という）がこのように変化すると、供給ノズルから吐出される粉体の吐出レートが一定である場合には、テーブル上に設定された加工位置（即ち、粉体の供給位置であり、この供給位置は供給ノズルの移動によって刻々と変化する）への当該粉体の供給レート（言い換えれば、供給量）が変化することになり、このため、堆積物の形状を予定した形状に形成することができないという問題を生じる。

そこで、従来、供給ノズルの移動速度が変化する場合を考慮し、当該移動速度と粉体の供給レートとの比率が一定となるように、供給ノズルの移動速度に応じて、粉体の供給レートを調整する試みがなされている。そして、粉体の供給レートを調整する方法として、前記供給ノズルの近傍において、粉体の供給路に所謂３方向弁（３方向切換バルブ）を設けて、粉体を含むキャリアガスの流れを供給ノズルに向かう流れと前記供給源に還流される流れとの２方向に分流するとともに、３方向弁の各流路の開度を調整することで、供給ノズルに向かう流量と供給源に戻る流量とを調整する、即ち、供給ノズルに供給される粉体の供給レート（供給量）を調整する方法が提案されている。尚、このように、３方向弁を供給ノズルの近傍に設けるのは、３方向弁を供給ノズルから遠くに設けると、供給ノズルへの供給レートの変動に応答遅れを生じるため、供給ノズルの移動速度に合わせた供給レートの適切な調整ができないからである。

特開２０１８−８６６６７号公報

本発明者等が鋭意研究したところによると、供給ノズルの移動速度と粉体の供給レートとの比率がほぼ一定となるように制御するには、前記３方向弁により、粉体の供給レート（供給量）を大きな脈動を伴うことなく滑らかに変化させる必要があり、より好ましくは、粉体の供給量を略線形状態で変化させる必要がある。これは、前記３方向弁の操作によって、粉体の供給量が大きく脈動したり、非線形に変化すると、供給ノズルの移動速度に合わせた粉体供給量の適切な調整ができないからである。

ところが、従来、粉体を含むキャリアガスに適用可能な汎用の３方向弁は存在しておらず、また、付加加工装置向けに開発された専用の３方向弁についても、粉体の供給量を大きな脈動を伴うことなく滑らかに調整することができるものや、粉体の供給量をほぼ線形状態で変化させることができるものは存在しなかった。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、粉体を含むキャリアガスの流れを２方向の流路に切り換えることが可能であり、且つ各流路における流量を滑らかに調整することができ、好ましくはほぼ線形状態で調整することが可能な切換バルブの提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、粉体をキャリアガスによって供給する供給路に設けられ、該粉体を含むキャリアガスの流れを２方向に切り換える切換バルブであって、
予圧が付与された状態で摺接する第１本体及び第２本体と、
前記第１本体と第２本体とを相対的に摺動させる駆動機構とを備えて構成され、
前記第１本体は、前記供給路に接続される第１入口開口部と、前記第２本体との摺接面に開口する第１出口開口部と、前記第１入口開口部と第１出口開口部とを連通させる第１流路とを備え、
前記第２本体は、前記第１本体との摺接面に相互に隣接して開口し、且つ前記摺動によって前記第１出口開口部と重なり合うことが可能な位置に形成された第２入口開口部及び第３入口開口部と、前記第２入口開口部に対応する第２出口開口部と、前記第３入口開口部に対応する第３出口開口部と、前記第２入口開口部と前記第２出口開口部とを連通させる第２流路と、前記第３入口開口部と前記第３出口開口部とを連通させる第３流路とを備えてなり、
更に、前記第２本体の前記第２入口開口部及び第３入口開口部は長手方向が隣接方向、及び前記第１出口開口部との相対移動方向に対して交差するように形成された長穴から構成され、
前記駆動機構は、前記第１本体と第２本体とを相対的に摺動させることにより、前記第２入口開口部の前記第１出口開口部に対する開口比率と、第３入口開口部の前記第１出口開口部に対する開口比率を変化させることができるように構成された切換バルブに係る。

この切換バルブによれば、前記駆動機構によって前記第１本体と第２本体とが相対的に摺動し、この摺動によって第１本体に形成された第１出口開口部と、第２本体に形成された第２入口開口部及び第３入口開口部とが重なり合った状態になるとともに、前記第１本体と第２本体との相対的な位置関係によって、第１出口開口部と第２入口開口部、及び第１出口開口部と第３入口開口部との重なり度合いがそれぞれ変化する。言い換えれば、第２入口開口部の第１出口開口部に対する開口比率、及び第３入口開口部の第１出口開口部に対する開口比率がそれぞれ変化する。

第１本体の第１入口開口部は粉体を含むキャリアガス（以下、「流体」という）の供給路に接続しており、この供給路内の流体が第１入口開口部を通して第１流路内に流入し、更に、第１出口開口部と第２入口開口部とが重なり合った開口部を通して第１流路内の流体が第２流路内に流入し、また、第１出口開口部と第３入口開口部とが重なり合った開口部を通して第１流路内の流体が第３流路内に流入する。そして、第２流路内に流入した流体は第２出口開口部から吐出され、第３流路内に流入した流体は第３出口開口部から吐出される。

本発明に係る切換バルブでは、相互に隣接する第２入口開口部及び第３入口開口部が長穴から構成され、それぞれの長手方向が隣接方向、及び第１出口開口部との相対移動方向に対して交差するように設けられている。したがって、第２入口開口部及び第３入口開口部をその長手方向が相互に平行になるように設けることで、これらの隣接する縁部間の間隔を可及的に小さくすることができ、このようにすることで、第１流路から第２流路及び第３流路への粉体の振り分けを滞留が生じることなくスムーズに行うことができ、結果、粉体の供給に脈動が生じるのを防止することができる。

そして、前記駆動機構により前記第１本体と第２本体とを相対的に摺動させて、第２入口開口部の第１出口開口部に対する開口比率と、第３入口開口部の第１出口開口部に対する開口比率とを適宜調整することにより、第１流路から第２流路に流入する粉体の流量、及び第１流路から第３流路に流入する粉体の流量を適宜所望の流量に調整することができる。

斯くして、この切換バルブを上述した従来の３方向切換バルブに代えて前記付加加工装置に適用し、前記供給ノズルに接続する供給路に第２出口開口部を接続させるとともに、前記供給源に接続する還流路に第３出口開口部を接続させることにより、供給ノズルに供給される粉体の流量を大きな脈動を伴うことなく滑らかに調整することができる。

尚、第１本体及び第２本体は予圧が付与された状態で摺接するように構成されているので、この予圧を適宜調整することにより、第１本体と第２本体との摺接面から流体が流出するのを適切の防止することができる。

上記切換バルブにおいて、前記第２入口開口部及び第３入口開口部の各周縁の内周面は、それぞれ内側に向かう傾斜面となっているのが好ましい。上述したように、第２入口開口部及び第３入口開口部は、隣接する縁部間の間隔を可及的に小さくすることで、第１流路から第２流路及び第３流路への粉体の振り分けを滞留が生じることなくスムーズに行うことができるが、第２入口開口部及び第３入口開口部を相互に接近させるのに合わせて、第２流路及び第３流路を相互に接近させると、第２流路及び第３流路を隔てる壁が薄くなって強度上の問題を生じる。そこで、第２入口開口部及び第３入口開口部の各周縁の内周面は、それぞれ内側に向かう傾斜面とすることで、第２入口開口部及び第３入口開口部を相互に可及的に接近させながらも、第２流路及び第３流路については、その隔壁の厚さが強度上の問題を生じない程度の厚さとなるように、両者を離隔させることができる。また、傾斜面とすることで、第１流路から第２流路及び第３流路への粉体の滑らかな流動を実現することができる。

また、上記切換バルブにおいて、前記第１本体及び第２本体の各摺接部は、一方が他方よりも低い硬度となっているのが好ましい。このようにすることで、第１本体と第２本体との摺接面に粉体が噛み込んだ場合に、硬度の低い方が粉体により塑性変形し、この塑性変形によって第１本体と第２本体とは隙間の無い適切な摺接状態が維持される。この意味で、低い方の硬度は、粉体の硬度よりも低い硬度であることが好ましい。

また、上記切換バルブでは、前記第１出口開口部と前記第２入口開口部及び第３入口開口部との相対変位に伴って、前記各開口比率がほぼ線形状態で変化するように構成されているのが好ましい。このようにすることで、上記の如く、この切換バルブを付加加工装置に適用した場合に、供給ノズルに供給される粉体の流量を、供給ノズルの移動速度の変動に合わせて、供給ノズルの移動速度と粉体の供給レートとの比率がほぼ一定となるように、適切に調整することができる。

本発明に係る切換バルブによれば、第１流路から第２流路及び第３流路の２つの流路に分流する際に、粉体の滞留を生じることなくスムーズに分流させることができ、この結果、粉体の供給に脈動が生じるのを防止することができる。斯くして、第１流路から第２流路に流入する粉体の流量、及び第１流路から第３流路に流入する粉体の流量を適宜所望の流量に滑らかに調整することができる。

本発明の一実施形態に係る切換バルブを備えた付加加工装置の概略構成を示した説明図である。 本実施形態に係る切換バルブを示した正面図である。 図２における矢視Ａ−Ａ方向の断面図である。 図３における矢視Ｂ−Ｂ方向の断面図である。 第２本体の摺接面を一部拡大して示した平面図である。 図５における矢視Ｃ−Ｃ方向の断面図である。 図５における矢視Ｄ−Ｄ方向の断面図である。 本実施形態に係る切換バルブにおける粉体流量の変化を示したグラフである。 本発明の他の実施形態に係る切換バルブを示した斜視図である。 図９における矢視Ｅ−Ｅ方向の断面図である。

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。図１に示すように、本例の付加加工装置１はレーザ加工装置であり、レーザ光照射ヘッド２、加工テーブルＴ、供給ノズル３、粉体タンク４、ガスタンク５、セパレータ９及び切換バルブ１０などを備えて構成される。

前記レーザ光照射ヘッド２は、図示しないレーザ発振器に接続されており、このレーザ発振器によって生成され、適宜伝送路を介して伝送されたレーザ光を前記加工テーブルＴに向けて照射し、当該加工テーブルＴ上に集光させる。

また、前記供給ノズル３は、前記レーザ光照射ヘッド２から照射されたレーザ光が集光される前記加工テーブルＴ上の集光部（焦点領域）に、付加材料となる粉体を含んだキャリアガスを吐出する。斯くして、レーザ光の焦点領域に粉体が供給されると、当該粉体がレーザ光のエネルギにより加熱、溶融されて堆積され、所望の形状が形成される、即ち、付加加工される。

尚、前記レーザ光照射ヘッド２と加工テーブルＴとは、図示しない数値制御装置により制御される適宜送り装置によって少なくともその一方が駆動され、三次元空間内で相対的に移動する。数値制御される送り装置には従来公知の適宜送り機構を用いることができ、例えば、サーボモータによって駆動されるボールねじ機構を用いることができる。また、供給ノズル３は前記レーザ光照射ヘッド２に付設され、このレーザ光照射ヘッド２とともに移動する。

前記粉体タンク４には、本例のレーザ加工装置１で用いられる適宜金属粉体が貯留され、また、前記ガスタンク５には、金属粉体を流通させるためのキャリアガスであるアルゴンガスが貯留されている。尚、本例では、金属粉体を用いるが、この金属粉体以外にも付加加工の目的に合わせて適宜粉体を用いることができる。また、キャリアガスについても、不活性なガスであれば特に制限はなく、アルゴンガスの他に、例えば窒素ガス、ヘリウムガス、二酸化炭素ガスなどを用いることができ、或いはアルゴンガスを含めたこれらの混合ガスを用いることができる。

前記粉体タンク４には供給管６ａが接続され、また、前記ガスタンク５には供給管６ｂが接続されており、これら供給管６ａ及び６ｂは前記供給ノズル１０に接続された供給管６に接続されている。斯くして、粉体タンク４から供給管６ａを通じて供給される金属粉体（以下、単に「粉体」という）は、ガスタンク５から供給管６ｂを通じて供給されるキャリアガスと混合され、混合された粉体を含むキャリアガス（以下、「流体」という）が供給管６を通じて切換バルブ１０に流通される。

前記切換バルブ１０は、前記供給ノズル３の手前であるその近傍において、前記供給管６に介在するように設けられ、供給管６を通じて流通した流体を、供給ノズル３に通じる供給管７と、前記粉体タンク４に通じる還流管８とに振り分ける。また、前記セパレータ９は還流管８に介在するように設けられ、前記流体をキャリアガスと粉体に分離し、分離した粉体を粉体タンク４に接続した還流管８ａを通じて当該粉体タンク４に還流させ、また、分離したキャリアガスをガスタンク５に接続した還流管８ｂを通じて当該ガスタンク５に還流させる。

図２に示すように、切換バルブ１０は、架台１１、この架台１１に配設されたサーボモータ１２、第１本体１６及び第２本体２５などを備えて構成される。そして、図４に示すように、第１本体１６は、下方に向かって順次小径となる、大径部１７ａ、中径部１７ｂ及び小径部１７ｃを有する段付き状の軸状部材１７と、この軸状部材１７の中径部１７ｂに外嵌されたリング部材１９とから構成される。軸状部材１７の小径部１７ｃは回転軸として機能し、その下端部にはプーリ１５が設けられている。このプーリ１５と、前記サーボモータ１２の出力軸に設けられたプーリ１３には、駆動ベルト１４が掛け回されており、この駆動ベルト１４を介してサーボモータ１２の動力が軸状部材１７に伝達され、当該軸状部材１７及びリング部材１９が前記小径部１７ｃを中心に回転する。尚、サーボモータ１２は前記数値制御装置（図示せず）によって制御されており、前記軸状部材１７及びリング部材１９はその回転角度位置が前記数値制御装置（図示せず）によって制御される。

また、軸状部材１７の小径部１７ｃには、下端部にフランジ部２３ａを有するスリーブ２３が外嵌され、更にこのスリーブ２３には環状をした前記第２本体２５が外嵌されている。そして、スリーブ２３のフランジ部２３ａと第２本体２５との間にはバネ体２４が設けられ、また、スリーブ２３は軸状部材１７の小径部１７ｃに係合されたスナップリング３５によって下方への移動が制止されており、この結果、第２本体２５はバネ体１４の付勢力によってリング部材１９側に付勢され、当該第２本体２５の上面とリング部材１９の下面とが摺接するようになっている。尚、第２本体２５は架台１１に固設されている。また、リング部材１９は第２本体２５よりも低い硬度の材料から構成されている。

第１本体１６を構成する軸状部材１７及びリング部材１９には、それぞれを上下に貫通するように第１流路となる円孔１８，２０が穿設されている。そして、軸状部材１７及びリング部材１９の接合部には円孔１８，２０を囲むようにシール２１が設けられている。また、軸状部材１７の上面に開口する円孔１８の開口部（第１入口開口部）には、供給管６が接続されたジョイント２２が設けられ、このジョイント２２を介して前記第１流路と供給管６の流路とが連通されている。また、リング部材１９の下面に開口する円孔２０の開口部（第１出口開口部）の内周面は、内側に向かう傾斜面となったテーパ状の面取りが施されている。

前記第２本体２５には、第２流路となる貫通穴２７、及び第３流路となる貫通穴３０がそれぞれ上下に貫通するように形成されており、その上部側及び下部側はそれぞれ上下方向に穿孔された円孔となっており、また、図３に示すように上部側と下部側とはそれぞれ中間流路によって連通されている。尚、各中間流路は、第２本体２５の外周面に形成した横溝部２５ａの底部から加工されており、各中間流路は横溝部２５ａの底部に設けられた封止部材２６によって封止されている（図４参照）。

図５に示すように、第２本体２５の上面に開口する貫通穴２７，３０の各開口部（第２入口開口部及び第３入口開口部）は前記円孔２０の第１出口開口部と同一のピッチ円上に設けられ、それぞれ長穴に形成されるとともに、その長手方向が平行になり、且つ相互間の中間位置を長手方向に沿って延伸させた線が第２本体２５の中心と一致するように形成されている。また、第２入口開口部及び第３入口開口部の各内周面２８，３１は、面取り加工によって内側に向かうテーパ状の傾斜面に形成されており、更に、貫通穴２７，３０の各円孔部と前記内周面２８，３１とが傾斜面２９，３２によって接続されている。尚、貫通穴２７の第２入口開口部及び貫通穴３０の第３入口開口部の長手方向の直線部分は、円孔２０の第１出口開口部の直径よりも長い寸法を有している。また、貫通穴２７と貫通穴３０とは、その内周面２８と内周面３１との間隔が可及的に小さくなるように接近して設けられている。

以上のように、貫通穴２７の第２入口開口部及び貫通穴３０の第３入口開口部と円孔２０の第１出口開口部とはそれぞれ上下に重なり合うことができるように配置され、貫通穴２７の第２入口開口部と円孔２０の第１出口開口部とが重なり合うことによって第１流路と第２流路とが連通され、これにより第１流路内を流通する流体が第２流路内に流入する。また、貫通穴３０の第３入口開口部と円孔２０の第１出口開口部とが重なり合うことによって第１流路と第３流路とが連通され、これにより第１流路内を流通する流体が第３流路内に流入する。斯くして、このような作用により切換バルブ１０は第１流路内の流体を第２流路及び第３流路に分流させる。

そして、上述の如く、軸状部材１７及びリング部材１９の回転角度位置は前記サーボモータ１２を制御する数値制御装置（図示せず）によって制御されており、この数値制御装置（図示せず）による制御の下で、軸状部材１７及びリング部材１９の回転角度位置を制御することにより、貫通穴２７の第２入口開口部と円孔２０の第１出口開口部との重なり度合い、及び貫通穴３０の第３入口開口部と円孔２０の第１出口開口部との重なり度合いを調整、即ち、第１出口開口部に対する第２入口開口部の開口比率、及び第１出口開口部に対する第３入口開口部の開口比率を調整することができ、これにより、第１流路から第２流路及び第３流路に分流される各流量を調整することができる。

因みに、本例の切換バルブ１０では、図８に示すように、第１出口開口部の角度に応じて、第２流路及び第３流路における粉体の流量が変化する。尚、図中、第１出口開口部の角度は、図５において、貫通穴２７と貫通穴３０との中間位置が０°、この中間位置より反時計回りが正、時計回りが負の値である。また、■でプロットされた細い破線が第２流路における実際の粉体の流量であり、●でプロットされた細い実線が第３流路における実際の粉体の流量である。また、太い破線は第２流路における設計上の粉体の流量であり、太い実線は第３流路における設計上の粉体の流量である。

この図８から分かるように、本例の切換バルブ１０では、第１出口開口部の角度位置が−３°〜３°の範囲で、第２流路及び第３流路における粉体の流量がほぼ線形状態で変化するように、言い換えれば、第１出口開口部に対する第２入口開口部の開口比率、及び第１出口開口部に対する第３入口開口部の開口比率がほぼ線形状態で変化するように設計されており、実際にも第１出口開口部の角度位置が−１°〜２°の範囲で、第２流路及び第３流路における粉体の流量がほぼ線形状態で変化し、また、各粉体の流量が脈流を生じることなく変化する。これは、貫通穴２７の第２入口開口部及び貫通穴３０の第３入口開口部が長穴から構成され、第２入口開口部及び第３入口開口部の長手方向が相互に平行になるように設けられるとともに、その内周面が内側に向う傾斜面に形成され、更に、これらの隣接する縁部間の間隔を可及的に小さくしていることによるものであり、このようにすることで、第１流路（円孔２０）から第２流路（貫通穴２７）及び第３流路（貫通穴３０）への粉体の振り分けを滞留が生じることなくスムーズに行うことができ、この結果、粉体の流通に脈動が生じるのが防止される。

尚、第２本体２５の下面に開口する貫通穴２７の開口部（第２出口開口部）には、供給管７が接続されたジョイント３３が設けられ、このジョイント３３を介して前記第２流路と供給管７の流路とが連通されている。更に、第２本体２５の下面に開口する貫通穴３０の開口部（第３出口開口部）には、還流管８が接続されたジョイント３４が設けられ、このジョイント３４を介して前記第３流路と還流管８の流路とが連通されている。

以上の構成を備えた本例の付加加工装置１によれば、レーザ発振器（図示せず）から適宜伝送路を介してレーザ光照射ヘッド２にレーザ光が伝送され、伝送されたレーザ光が当該レーザ光照射ヘッド２から加工テーブルＴに向けて照射され、照射されたレーザ光が当該加工テーブルＴ上に集光される。一方、粉体タンク４から供給される粉体と、ガスタンク５から供給されるキャリアガスとが供給管６において混合され、混合された粉体を含むキャリアガス（流体）が供給ノズル３に供給される。そして、この供給ノズル３から加工テーブルＴ上のレーザ光集光部（焦点領域）に向けて流体が吐出され、吐出された流体に含まれる粉体がレーザ光のエネルギにより加熱、溶融されてその場に堆積される。

レーザ光照射ヘッド２と加工テーブルＴとは、数値制御装置（図示せず）による制御の下で、適宜送り装置（図示せず）により駆動されて三次元空間内で相対的に移動しており、このような移動によって、加工テーブルＴ上で付加加工が実行され、所望の立体形状の造形物が形成される。

また、供給ノズル３への流体の供給量は、数値制御装置（図示せず）による制御の下で、切換バルブ１０によって調整される。即ち、切換バルブ１０のサーボモータ１２は数値制御装置（図示せず）により制御されており、当該数値制御装置（図示せず）による制御の下で、指令された角度位置に第１本体１６を回転させる。これにより、第１出口開口部に対する第２入口開口部の開口比率、及び第１出口開口部に対する第３入口開口部の開口比率が第１本体１６の角度位置に応じて調整され、第１流路（円孔１８，２０）から第２流路（貫通穴２７）及び第３流路（貫通穴３０）に分流される各流量が調整される。そして、このようにして流量調整された一方の流体が供給管７を通じて供給ノズル３に供給され、他方の流体は還流管８を通じて還流され、セパレータ９によりキャリアガスと粉体に分離された後、分離された粉体は還流管８ａを通じて粉体タンク４に還流され、キャリアガスは還流管８ｂを通じてガスタンク５に還流される。

上述したように、レーザ光照射ヘッド２と加工テーブルＴとの相対移動において、移動を開始したり、或いは移動を停止し、更には移動方向を変える際には、その相対移動の速度が変化し、レーザ光照射ヘッド２に付設される供給ノズル３の移動速度も変化する。そして、供給ノズル３の移動速度が変化すると、供給ノズル３から吐出される粉体の吐出レートが一定である場合には、加工テーブルＴ上に設定された加工位置への当該粉体の供給レートが変化するため、堆積物の形状を予定した形状に形成することができないという問題を生じる。

本例の付加加工装置１では、供給ノズル３に供給される流体の供給量を切換バルブ１０によって調整することができ、また、切換バルブ１０は、円孔２０の第１出口開口部と貫通穴２７の第２入口開口部及び貫通穴３０の第３入口開口部との各開口比率をほぼ線形状態で変化させるように構成されているので、供給ノズル３に供給される流体の供給量を、当該供給ノズル３の移動速度と流体の供給レートとの比率がほぼ一定となるように、適切且つ容易に調整することができ、これにより、付加加工における加工形状を予定した形状に高精度に仕上げることが可能となる。また、上述したように、本例の切換バルブ１０では、供給ノズル３に供給される粉体の流量を、脈動を生じさせることなく滑らかに調整することができ、このような作用によっても、付加加工における加工形状を予定した形状に高精度に仕上げることができる。

また、本例の切換バルブ１０では、第２本体２５がバネ体２４によってリング部材２０側に付勢され、第２本体２５とリング部材２０とが予圧を付与された状態で摺接するように構成されているので、この予圧を適宜調整することにより、リング部材２０と第２本体２５との摺接面から流体が流出するのを適切に防止することができる。

また、本例の切換バルブ１０では、貫通穴２７の内周面２８及び貫通穴３０の内周面３１を内側に向かう傾斜面としているので、相互間の間隔を可及的に小さくしても、貫通穴２７及び貫通穴３０との間の隔壁の厚さを強度上の問題が生じない程度の厚さとすることができる。また、傾斜面とすることで、第１流路から第２流路及び第３流路への粉体の滑らかな流動を実現することができる。

また、本例の切換バルブ１０では、リング部材２０が第２本体２５よりも低い硬度の材料から構成されているので、リング部材２０と第２本体２５との摺接面に粉体が噛み込んだ場合に、リング部材２０が粉体により塑性変形し、この塑性変形によってリング部材２０と第２本体２５とは隙間の無い適切な摺接状態が維持される。尚、この意味で、リング部材２０の硬度は、粉体の硬度よりも低い硬度であることが好ましい。

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明が採り得る態様は何ら上例のものに限定されるものではない。

例えば、上例では切換バルブ１０の第１本体１６と第２本体２５とを回転によって摺動させるように構成したが、このような構成に限られるものではなく、第１本体と第２本体とを直線方向に摺動させる構成としても良い。このような切換バルブの一例を図９及び図１０に示す。尚、図９はこの切換バルブを示した斜視図であり、図１０は、図９における矢視Ｅ−Ｅ方向の断面図である。

図９及び図１０に示すように、この切換バルブ５０は、サーボモータ１２’、第１本体１６’並びに下部ブロック２５’及び上板２５”から構成される第２本体などを備えて構成される。第１本体１６’は縦断面がアルファベットの逆Ｔ字状をした形状を有し、その下側の両側部が鉤状をした押え部材５２，５２により保持された状態で前記上板２５”上に配設されている。尚、押え部材５２，５２と第１本体１６’との間には適宜バネ体（図示せず）が設けられており、このバネ体（図示せず）によって第１本体１６’が上板２５”側に付勢され、第１本体１６’は当該バネ体（図示せず）の付勢力によって予圧が付与された状態で上板２５”に当接している。

前記上板２５”にはブラケット５１が設けられ、このブラケット５１にサーボモータ１２’が取り付けられている。また、サーボモータ１２’の出力軸にはねじ軸５４が連結され、このねじ軸５４がブラケット５１を貫通して、前記第１本体１６’に固設されたナット部材５３に螺合している。尚、上例と同様に、サーボモータ１２’は適宜数値制御装置（図示せず）によって制御される。斯くして、数値制御装置（図示せず）によりサーボモータ１２’が駆動されると、ねじ軸５４とナット部材５３との螺合関係によって、第１本体１６’がねじ軸５４に沿って矢示方向に進退する。

図１０に示すように、第１本体１６’には、上下に貫通するように第１流路となる円孔１８’が穿設されており、上面に開口する円孔１８’の開口部（第１入口開口部）には、供給管６が接続されたジョイント２２が設けられ、このジョイント２２を介して前記第１流路と供給管６の流路とが連通されている。また、第１本体１６’の下面に開口する円孔１８’の開口部（第１出口開口部）の内周面は、内側に向かう傾斜面となったテーパ状の面取りが施されている。

前記第２本体を構成する下部ブロック２５’及び上板２５”には、それぞれ第２流路となる貫通穴２７’，２７”、及び第３流路となる貫通穴３０’，３０”がそれぞれ上下に貫通するように形成されており、その上部側及び下部側はそれぞれ上下方向に穿孔された円孔となっており、また、上部側と下部側とはそれぞれ中間流路によって連通されている。尚、各中間流路は、下部ブロック２５’の側面に形成した横溝部２５ａ’の底部から加工されており、各中間流路は横溝部２５ａ’の底部に設けられた封止部材２６’によって封止されている。また、下部ブロック２５’及び上板２５”の接合部には、貫通穴２７’，２７”及び貫通穴３０’，３０”をそれぞれ囲むようにシール５６，５７設けられている。

上板２５’の上面に開口する貫通穴２７”，３０”の各開口部（第２入口開口部及び第３入口開口部）は、前記矢示方向に進退する第１本体１６’の円孔１８’と重なり合うことができる位置に設けられており、それぞれ長穴に形成されるとともに、その長手方向が平行になり、且つ第１本体１６’の進退方向と直交するように形成されている。また、上例と同様に、第２入口開口部及び第３入口開口部の各内周面２８’，３１’は、面取り加工によって内側に向かうテーパ状の傾斜面に形成されており、更に、貫通穴２７”，３０”の各円孔部と前記内周面２８’，３１’とが傾斜面によって接続されている。また、貫通穴２７”の第２入口開口部及び貫通穴３０”の第３入口開口部の長手方向の直線部分は、円孔１８’の第１出口開口部の直径よりも長い寸法を有している。また、貫通穴２７”と貫通穴３０”とは、その内周面２８’と内周面３１’との間隔が可及的に小さくなるように接近して設けられている。

また、下部ブロック２５’の下面に開口する貫通穴２７’の開口部（第２出口開口部）には、供給管７が接続されたジョイント３３が設けられ、このジョイント３３を介して前記第２流路と供給管７の流路とが連通されている。更に、下部ブロック２５’の下面に開口する貫通穴３０’の開口部（第３出口開口部）には、還流管８が接続されたジョイント３４が設けられ、このジョイント３４を介して前記第３流路と還流管８の流路とが連通されている。

斯くして、以上の構成を有する切換バルブ５０では、上例の切換バルブ１０と同様の効果が奏される。即ち、数値制御装置（図示せず）による制御の下で、第１本体１６’の矢示方向における位置を制御することにより、貫通穴２７”の第２入口開口部と円孔１８’の第１出口開口部との重なり度合い、及び貫通穴３０”の第３入口開口部と円孔１８’の第１出口開口部との重なり度合いが調整され、即ち、第１出口開口部に対する第２入口開口部の開口比率、及び第１出口開口部に対する第３入口開口部の開口比率が調整され、これにより、第１流路から第２流路及び第３流路に分流される各流量を調整することができる。

また、上例では、貫通穴２７，３０の各開口部（第２入口開口部及び第３入口開口部）は、その長手方向がリング部材２０の回転方向と略直交するように設けたが、これに限られるものではなく、前記長手方向がリング部材２０の回転方向と交差するように設けられていれば良い。

また、上例では、リング部材１９を第２本体２５よりも低い硬度の材料から構成したが、逆に、第２本体２５をリング部材１９よりも低い硬度の材料から構成しても良い。同様に、図９及び図１０に示した例において、第１本体１６’及び上板２５’のいずれか一方を他方よりも低い硬度の材料から構成することができる。

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 付加加工装置
２ レーザ光照射ヘッド
３ 供給ノズル
４ 粉体タンク
５ ガスタンク
９ セパレータ
１０ 切換バルブ
１１ 架台
１２ サーボモータ
１６ 第１本体
１７ 軸状部材
１８，２０ 円孔
１９ リング部材
２５ 第２本体
２７，３０ 貫通穴

Claims (4)

1. 粉体をキャリアガスによって供給する供給路に設けられ、該粉体を含むキャリアガスの流れを２方向に切り換える切換バルブであって、
   予圧が付与された状態で摺接する第１本体及び第２本体と、
   前記第１本体と第２本体とを相対的に摺動させる駆動機構とを備えて構成され、
   前記第１本体は、前記供給路に接続される第１入口開口部と、前記第２本体との摺接面に開口する第１出口開口部と、前記第１入口開口部と第１出口開口部とを連通させる第１流路とを備え、
   前記第２本体は、前記第１本体との摺接面に相互に隣接して開口し、且つ前記摺動によって前記第１出口開口部と重なり合うことが可能な位置に形成された第２入口開口部及び第３入口開口部と、前記第２入口開口部に対応する第２出口開口部と、前記第３入口開口部に対応する第３出口開口部と、前記第２入口開口部と前記第２出口開口部とを連通させる第２流路と、前記第３入口開口部と前記第３出口開口部とを連通させる第３流路とを備えてなり、
   更に、前記第２本体の前記第２入口開口部及び第３入口開口部は長手方向が隣接方向、及び前記第１出口開口部との相対移動方向に対して交差するように形成された長穴から構成され、
   前記駆動機構は、前記第１本体と第２本体とを相対的に摺動させることにより、前記第２入口開口部の前記第１出口開口部に対する開口比率と、第３入口開口部の前記第１出口開口部に対する開口比率を変化させることができるように構成されていることを特徴とする切換バルブ。
2. 前記第２入口開口部及び第３入口開口部の各周縁の内周面は、それぞれ内側に向かう傾斜面となっていることを特徴とする請求項１記載の切換バルブ。
3. 前記第１本体及び第２本体の各摺接部は、一方が他方よりも低い硬度となっていることを特徴とする請求項１又は２記載の切換バルブ。
4. 前記第１出口開口部と前記第２入口開口部及び第３入口開口部との相対変位に伴って、前記各開口比率がほぼ線形状態で変化するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの切換バルブ。

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