JPH10501463A - レーザーによる粉末金属クラッディングノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 レーザービームと粉末化金属とが装置から出る中央開口（２３）をもつ着脱自由の円錐形ノズル（１５）を含むレーザーパワーの金属クラッディング装置（１０）。開口（２３）は、ワークピース（２５）に近接しているノズルのフロント面（５３）へ延びている。ノズルのテーパー壁における軸方向の通路（５１）がフロント面（５３）から後方へ延び、開口（２３）を囲んで中心になるように配列されている。不活性ガスがこれらの軸方向の通路を通り、ノズルを冷却し、液状金属の溜め（２８）において酸化防止シールドを形成する。水又は他の冷却流体が孔（４１）の間のウオータージャケット（４０）を循環し、装置（１０）を冷却する。クラッディングのための粉末化金属が円錐形通路（３５）の入り口（３６）へ供給され、開口（２３）を経て放出される。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 レーザーによる粉末金属クラッディングノズル 発明の背景 この発明は、レーザーエネルギーと粉末金属を使って、金属製品の表 面の欠陥を補修するノズル装置に関するもので、さらに詳しくは、レーザー・ス プレイング・ノズル及び方法について、Ａ．Ｗ．ハムメケへ１９８８年２月９日 に交付されたアメリカ合衆国特許第４，７２４，２９９号に記載されたものの改 良である装置に関するものである。 アメリカ合衆国特許第４，７２４，２９９号に記載の装置は、トーチ ノズルであって、これは、レーザービームによりワークピースの面に形成された 溶融金属の浅いたまりに金属粉末をスプレイするようになっている。通常、レー ザービームは、該トーチのインサイドにあって、ワークピースの面または面の近 くに金属粉末が接触するようにフォーカスされている。前記ワークピースは、ス プレイノズルのアウトレットに近接して位置しており、これによって、前記ノズ ルは、レーザービームにより溶かされるワークピースから放散する高熱を受ける 。この放射エネルギーにより、前記スプレイノズルは、交換を頻繁に行わなけれ ばならいほどに加熱され、さらに、前記ワークピースからのスパッターで前記ノ ズルのアウトレットが閉塞されたり、部分的に閉じられたりするため、手入れを 頻繁に行わなければならない。さらに、アメリカ合衆国特許第４，７２４，２９ ９号の教示による構造のスプレイノズルは、嵩張り、クランプされた作業位置に おけるクラッディングに使用することができない。これに加え、前記レーザービ ームと同じアウトレットを介して粉末金属と共に流れる不活性ガスにより酸化を 防ぐシールが行われるが、そのようなシールでは、作られるウエルド状補修が確 実にクリーンなものになる（即ち、酸化せず、及び／または、他の汚染なしに） ことを保証するに十分なものではない。 ここの図１５に示した従来の技術は、上記した溶接酸化およびノズル 補修の頻度の多さの問題を、ノズルチップの外面にそい、かつ、補修すべき面に 向けて不活性の冷却ガスを流すことで解決しようとしている。さらに詳しく言う と、レーザービーム・ソース２１によって作られたレーザービームはフォーカス レンズ２２を通って下向きに投射され、リアユニット２１１の長さ方向通路２１ ９の前部にある出口２５６とフロントユニット２１５の前部にある出口２２３を 抜け、ワークピースの上面２４にフォーカスされて、溶融金属が浅く溜まる溜め ２６を作る。これと同時に、リアユニット２１１の外側とフロントユニット２１ ５の間のコニカル状通路２３５にそって下降し、出口２２３から溜め２６へ吹き 出される不活性ガスによって、金属粉末が溜め２６へ吹き付けられる。 ノズル装置２００のフロント部分は、面２４から輻射される極めて高 温の温度にさらされる。装置２００を冷却するために、水または、その他の冷媒 がフロントユニット２１５の内側カップ２１６と外側カップ２１７との間に形成 されたジャケット２４０内を循環する。不活性ガスをフロントユニット２１５を 囲む環状のジャケット２１９により形成されていて、ワークピースの面２４から 離れて位置するマニフォールド２７５へ大量の不活性ガスを流すことで、冷却効 果とシールド効果を向上できる。この冷却の不活性ガスは、マニフォールド２７ ５を構成するジャケット２１９のスクリーン状（網目）になっている下面２２０ を介してマニフォールド２７５から放出され、フロントユニット２１５の外側に そって流れ、面２４に吹き当たる。 マニフォールド２７５から不活性ガスが流れ出すことで、冷却効果が 上がり、溜め２６内の金属の酸化をさらに良く防ぐものであるが、ジャケット２ １９の構造そのものに問題がある。即ち、ジャケット２１６により、装置２００ のチップが嵩張り、限られた領域へ取り付けることができなくなる。さらに、ス クリーン状になっている面２２０の大きな水平面は、熱を輻射するソースからの 輻射熱の反射効率がよい鋭く傾斜した面に比べ、輻射熱をより多く吸収してしま う。さらに、ジャケット２１９の出口スクリーン２２０は、ノズル２１８のフロ ントの出口２２３からかなり離れているので、マニフォールド２４０からの冷却 用不活性ガスのチップ２１８に対する冷却効果が上がらず、補修部または溶着部 （溜め２８）で生ずる酸化作用を防ぐ効果もさほどではなく、さらに、スパッタ リング粒子を来たところから溶融金属の溜め２６へ戻し返す作用もあまり期待で きない。 発明の概要 金属粉末を溶融金属の浅い溜めへ供給するスプレイノズルの従来技術 の構造の特有の前記問題を解決するために、本発明は、比較的スリムのプロファ イルのノズルを有し、その結果、拘束された位置での使用が可能であるノズルを もった構造を提供するものである。そして、チップは、簡単に着脱、交換可能で あって、銅製であり、チップを冷却し、ウエルド部分をシールドする不活性ガス が流れる通路が設けてあるものである。即ち、これらの通路は、金属粉末とレー ザービームとが装置から出る出口開口をもつチップの面に位置している。これに よって熱を輻射するワークピースに最も近接する位置に、冷却ガスの出口を位置 させることになる。これらの出口は、アウトレット開口を囲むように円形に配置 されていて、これによって、不活性ガスは、アウトレット開口から出る金属粉末 を囲むカーテンを形成し、ウエルド領域をシールドし、該金属粉末が脇へまきち らからないようにする。同時に、この不活性ガスがノズルのアウトレット開口か らのスパッタリング金属の飛びを助け、レザービームによって作られた溶融金属 の溜めへ戻すようにする。 添付の図面は、この発明の三つの実施例を示す。これら三つの実施例 全ては、比較的大量の不活性ガスにより冷却される着脱容易な銅製チップを含む 。これらの実施例の内の二つのものにおいては（図１〜８Ａおよび図９〜１３） 、装置部分は、着脱自由のチップの後部に配置の装置の実質部分にとり内側のウ オータージャケットを流れる水または他の流体により冷却される。着脱自由のチ ップを冷却する不活性ガスはウオータージャケット内を通る複数本のチューブを 通ってチップへ供給される。これら二つの実施例の一方においては、ガスチュー ブは、ウオータージャケットの後部にある比較的大きな環状のマニフォールドと ウオータージャケットのフロントにある比較的小さな環状のマニフォールドとの 間に延びていて、ガス通路が着脱自由のチップを通り、小さいマニフォールドか ら前方へ延びている。この実施例においては、ガス通路は、着脱自由のチップの 薄い側壁のフロントとリアから軸方向に穿孔されていて、その側壁に平行で、そ の側壁の面の間にある。これら水冷の実施例の他方においては、ガス通路は、薄 い側壁の外側面における軸方向スロットを含み、これらスロットの側面は、動作 位置にされたとき、チップに着脱自由に取り付けられるコニカル状のリテーナー で閉塞されている。 第３の実施例（図１４）においては、リキッドを冷却に利用しない。 ここでは、不活性ガスを用いて、着脱自由のチップを冷却すると共に、チップの リアに配置されている装置の他の部分をも冷却するようになっている。そのよう な他の部分には、切頭コニカル状のガスジャケットが設けられていて、ガス通路 が着脱自由のチップへ入る前に、このジャケットを介してジャケットの大きなベ ースから小さなベースへ冷却ガスが流れる。 したがって、本発明の第１の目的は、金属ワークピースの選択された 領域にクラッディングを行うために粉末化された金属を用いる改良されたレーザ ーパワーのノズル装置を提供することである。 他の目的は、限られた場所で使用できる、このタイプの装置を提供す ることである。 さらに他の目的は、前記ノズルの加熱を抑える形状になっていて、ノ ズルを冷却する効率のよい手段が設けられている、このタイプの装置を提供する ことである。 さらにまた他の目的は、不活性ガスによりウエルド領域を効果的にシ ールドする、このタイプの装置を提供することである。 さらなる目的は、着脱と交換が簡単に行える比較的安価なチップを含 む、このタイプの装置を提供することである。 またさらなる目的は、不活性ガスを用いて装置のアウトレット開口か ら出る金属粉末を閉じ込め、スパッタリング溶融金属をワークピースへ強制的に 戻すように構成されている、このタイプの装置を提供することである。 図面の簡単な記述 この発明の此れ等の目的ならびに他の目的は、添付の図面の以下の記 述を読了すれば、直ちに明らかになるものであって、図面において： 図１は、本発明の教示により構成されたレーザーパワーの金属クラッ ディング装置の第１の実施例の軸方向または長さ方向の断面図であって、該装置 の一部は、シールド作用の不活性ガスにより冷却され、他の部分は、流体冷却さ れるもので、矢印１−１方向で見た図７の線１−１にそっての断面である。 図２は、図１に示した装置のフロントユニットの着脱自由のノズルチ ップの拡大側面図である。 図３は、図２に示した着脱自由のノズルチップの正面または底面図で ある。 図４は、図２に示した着脱自由のノズルチップの背面または平面図で ある。 図５は、そのノズルチップを外したフロントユニットの側面図である 。 図６は、図５のフロントユニット・エレメンツの正面または底面図で ある。 図７は、図５のフロントユニット・エレメンツの背面または平面図で ある。 図８は、そのノズルチップを外したフロントユニットの、矢印８−８ 線方向へ見た図１の８−８線にそった拡大横断断面図である。 図８Ａは、図８におけるサークルした部分８Ａの拡大図である。 図９は、この発明の特にスリムになった第２の実施例の長さ方向の断 面図であって、この実施例は、冷却流体を用い、その断面は、矢印９−９線方向 へ見た図１１の線９−９にそったものである。 図１０は、矢印１０−１０方向へ見た図１１の線１０−１０にそう第 ２の実施例の長さ方向の断面図である。 図１１は、そのディスクカバーを取り付ける前の第２実施例の本体の 正面図である。 図１２は、本体のフロントの一部と共の着脱自由のノズルチップの拡 大軸方向断面図である。 図１３は、図１２におけるノズルチップの正面図である。 図１４は、シールド作用を行う不活性ガスのみで専ら冷却される、こ の発明の第３の実施例を示す図１と同様の長さ方向断面図である。 図１５は、シールド作用を行う不活性ガスが装置の外側で、これを囲 むガスディストリビューターを介して、レーザービームおよびウエルディングに 用いる金属粒子の出口の背部に導かれるレーザーパワーの金属クラッディング装 置の従来技術の構造の長さ方向断面図である。 発明の詳細な説明 さて、図面、特に、図１から図８を参照すると、これらにおいては、 符号１０で示したレーザーパワーの金属クラッディング装置の冷却がシールド作 用を行う不活性ガスならびに水または他の適切なリキッドまたはガスといった他 の流体でなされる。装置１０は、３つのエレメンツ１２〜１４からなるリアまた はアッパーユニット１１と３つのエレメンツ１６〜１８からなるフロントまたは ボトムユニット１５を含む。エレメンツ１２〜１４と１６〜１８のすべては、横 断面が概ね円形のものである。 エレメント１２は、ユニット１１のリアにおけるチューブ、エレメン ト１４は、ユニット１１のフロントにおけるコニカル状のチップ、そしてエレメ ント１３は、エレメンツ１２，１４の間に介在している中間部材である。エレメ ント１２とエレメント１３とは、強制嵌合されており、エレメント１３の横方向 に貫通するネジ孔５７にネジ（図示せず）が通され、エレメント１４の環状の溝 ５８に入り、エレメント１４をエレメント１３に連結する。エレメンツ１２〜１ ４は、軸方向に正合していて、内部が中空であり、ソース２１から発射されるレ ーザービームの長さ方向に延びるビーム通路１９を形成するように協同する。該 ビームは、ユニット１１の後部にある調節自由（位置調節可能）のレンズ２２を 通り、コニカル状のチップ１４の狭窄している端部の開口５６を通り、そして、 ユニット１５のフロントのアウトレット開口２３から出て、ワークピースの上面 ２４に突き当たるもので、このワークピースは、出口開口２３の前面で、これに 近接して配置されている。既知のように、ウエルディングまたはクラッディング の間、このレーザービームは、面２４の局限された部分を加熱して、溶融金属が 溜る浅い溜め２６を作る。この溜め２６の形状は、ワークピース２５をマウント し、これを不動状態におかれているクラッディング装置１０に対してコントロー ルされながら水平方向に動かす装置（図示せず）により決まるものである。 エレメント１６は、内側のコニカル状カップであって、これは、外側 のコニカル状カップ１７内に配置され、内側カップ１６の環状の溝３１〜３３に ハンダ付けリング（図示せず）を入れてろう付けすることで外側カップに連結固 定される。カップ１６とカップ１７とを組み合わせて、カップアッセンブリーま たはカップ体３０（図５〜図７）が形成される。エレメント１８（図２〜図４） は、コニカル形のチップで、銅から作られ、外側カップ１７のフロントにネジ条 ２７を介して着脱自由に取り付けられる。リアユニット１１のフロント部分（エ レメンツ１３，１４）は、フロントユニット１５の開口後面からフロントユニッ ト１５内へ延びていて、内側カップ１６の後部側壁の内面とエレメント１２のフ ロント側壁の外面とにおける螺条２８と協同し、ユニット１１とユニット１５と を連結し、軸方向に調節してエレメント１４の外面とノズル１８の内面との間に 間隙またはスペースを作る。横向きのネジ孔２９から内側カップ１６の後部環状 リップ３７へ通したネジ（図示せず）でユニット１１とユニット１５とをロック し、相対回転しないようにする。 フォワードユニット１５の内面と、これと対面するリアユニット１１ のフォワード部分の外面との間は、互いに僅かに空いていて、環状のコニカル状 通路３５が形成され、これを通ってクラッディング用の金属粉末がアウトレット 開口２３へ供給される。この金属粉末は、内側カップ１６の４つの孔３６を介し て通路３５へ入るもので、前記孔は、内側カップ１６の後部のリップ３７と肩部 ３８の中間に位置して、円形配列で等間隔に配置されている。対面し合うカップ １７の内面とカップ１６の外面は、協同して環状のコニカル形流体（例えば、水 ）ジャケット４０を形成し、このジャケットには、外側カップ１７を横方向に貫 通する２つの孔４１を介してアクセスできる。 流体（ウオーター）ジャケット４０の後部には、比較的大きなマニフ ォールド４２があり、これは、大部分が外側カップ１７で閉じられている内側カ ップ１６の外面の環状溝により形成されている。大きなマニフォールド４２には 、二つの孔４３によるガス入り口が設けてあり、これら孔は、外側カップ１７の 側部を貫通し、直径方向に対向している。マニフォールド４２には、その前面境 界にそって、等間隔配置の４つの出口４４が設けてある。各出口４４から薄い壁 のチューブ４５がそれぞれ前方へ延び、比較的小さいマニフォールド４６に達し ているもので、このマニフォールドは、カップ１６、カップ１７および着脱自由 のチップ１８三者によって形成される。内側カップ１６の前端部の環状リップ４ ８に４つの孔４７が貫通され、これらが小さいマニフォールド４６への入り口を 構成する。各チューブ４５は、大きいマニフォールド４２からの出口４４と小さ いマニフォールド４６への入り口４７との間にあって、所定位置にハンダ付けさ れ、マニフォールド４２、４６のいづれもウオータージャケット４０に連通しな いようになっている。４本のチューブ４５が位置するウオタージャケット４０の 部分を小さくするために、各チューブ４５の側壁の一部が内側カップ１６の外壁 の浅い溝５９（図８Ａ）それぞれに長さ方向に入り込んでいる。 小さいマニフォールド４６には、通路５１の形をした六個の出口が設 けてあり、これらは、チップの後部の棚５２からチップの先端面５３の間におい て、チップ１８のコニカル形外面５４に対しほぼ平行に延びている。図３に示さ れるように、面５３においては、通路５１の先端または出口は、開口２３を囲む 円形配列になっており、該開口を介して通路３５の金属クラッディング粉末が放 出され、ソース２１からのレーザービームが通路１９の狭くなったフロント開口 ５６から装置１０の外部へ放射され、ワークピース２５の面２４に突き当たる。 ウオーターまたは他の適切な冷却流体が孔４１の間のウオータージャ ケット４０内を循環するもので、該孔の一つが入り口として、他方が出口として 作用する。クラッディングのための粉末化金属は、４つの入り口３６すべてから コニカル形の通路３５へ供給され、開口２３から出てゆく。ウエルド領域をシー ルドし、着脱自由のチップを冷却するシールド作用の不活性ガスは、４つの入り 口４３すべてから大きいマニフォールド４２へ供給され、４本のチューブ４５を 流れ、前端部４７から小さいマニフォールド４６へ達する。不活性ガスは、小さ いマニフォールド４６から６本の通路５１を介してチップ１８の先端面５３へ流 れるもので、この流れは、ウエルド領域を有効的にシールドし、チップ１８を有 効的に冷却するに十分な量であるから、チップのワーキングライフを延命するこ とができる。直径方向に対向した二つのノッチ６１がチップ１８の外面に設けら れていて、チップの着脱を行うために、チップ１８を緩めたり、締め付けたりす るレンチ（図示せず）を受けるようになっている。 シールディングならびにクーリングの不活性ガスは、通路５１から放 出されてコニカル形のカーテンを形成し、ウエルド領域をシールドするもので、 形成されたカーテンは、開口２３から放射され、溜め２６にぶちあたる粉末金属 が脇に散乱しないように抑える。さらに、このガスのカーテンによりスパッタリ ングメタルを溜め２６へ強制的に戻し、これにより該メタルがチップ１８や装置 １０の他のエレメンツに蓄積せず、さらに、通路３５からのクラッディング金属 粉末の流れを阻害しなくなる。 通路５１における不活性ガスのシールディングおよびクーリング作用 は、通路３５内でクラッディング金属粉末のキャリアとして作用する不活性ガス および通路１９を流れる不活性ガスのもつシールディングならびにクーリング作 用よりも遥かに効果的であることが注目される。即ち、通路１９と通路３５を流 れる不活性ガスのヴォリュムは、比較的低く、通路５１を流れる不活性ガスは、 流量が多い。したがって、冷却の不活性ガスは、ワークピース２５から輻射され るエネルギーの源であるウエルド領域に最も近接しているチップ１８の領域に対 し比較的大量に供給され、これによって、最も必要とされる部位をシールドし、 冷却するものであることが分かる。ボトムユニット１５の輻射加熱も軽減される もので、それは、その外面が比較的急峻で、ワークピースに対面する水平な面が 特に、前記したアメリカ合衆国特許第４，７２４，２９９号の装置における大径 のジャケット５４または図１５に示されたガスディストリビューター１１９と比 較して、小さい領域をもつからである。 適切なフィッティング（図示せず）を用いて、（１）二つの孔４３か ら大きいマニフォールド４２へ供給される不活性ガスのコネクション、（２）４ つの孔２６から環状のコニカル形通路３５へ供給される金属粉末のコネクション 、そして（３）二つの孔４１を介してのウオータージャケット４０へ出入する冷 却流体のコネクションを行うことは、当業者にとり自明なことである。 図９〜図１３を参照すると、そこには、本発明の第２実施例が図示さ れているものである。第１の実施例と第２の実施例との主な相違は、後者がレー ザーフォーカスレンズ１２２の焦点距離を長くして、特にスリムの状態に仕立て た点である。代表例を示せば、第２の実施例の該焦点距離は、７．５インチのオ ーダーであるが、第１の実施例の焦点距離は、４．５インチから７．５インチの オーダーになっている。さらに、着脱自由のノズルチップは、第１の実施例のも のがワンピース構造になっているのに比べ、第２の実施例のものがツーピース構 造になっている。後記から分かるように、このツーピース構造は、該ノズルのフ ロントへ軸方向に延びる不活性ガス通路の構造を極めて簡単なものにしている。 さらに、第２の実施例においては、ボデイの構造を第１の実施例に対し、短い筒 部材とシングルのカップを用いることで単純なものにしている。 さらに詳しくは、図９〜図１３の実施例においては、符号１００で示 されるレーザーパワーの粉末化金属クラッディング装置は、３個のエレメンツ１ １２〜１１４からなるリアユニット１１１と、４個の他のエレメンツ１１６〜１ １９からなるフロントユニット１１５を含む。これらエレメンツ１１２〜１１４ とエレメンツ１１６〜１１９のすべては、横断（水平）断面が概ね円形になって いる。 エレメント１１２は、リアユニット１１１におけるチューブ、エレメ ント１１４は、ユニット１１１のフロントにおけるコニカル形チップ、そしてエ レメント１１３は、エレメンツ１１２，１１４の間に介在する中間部材である。 エレメンツ１１２，１１３は、強制嵌合され、エレメント１１３の横向きネジ孔 １５７にネジ（図示せず）が通され、エレメント１１４の外面の環状の溝１５８ に入れられ、エレメント１１４がエレメント１１３に連結される。エレメンツ１ １２〜１１４は、軸方向に正合し、内部が中空で、ソース２１から投射されるレ ーザービームの長さ方向に延びるビーム通路を協同して構成する。該ビームは、 ユニット１１１のリアにある調節レンズ１２２を通り、コニカル形チップ１１４ の狭いフロントエンドを通り、ユニット１１５のフロントにあるアウトレット開 口１２３から放出されて、出口開口１２３の前面にあって、近接配置されている ワークピース２５の面２４に突き当たる。 エレメント１１６は、コニカル形の内側カップであって、その中央部 分は、短い筒１１７にぴったり嵌合し、好ましくは、ろう付けによりしっかり固 定され、カップアッセンブリーまたはカップボデイ１３０を構成する。エレメン ト１１８（図１２、１３）は、コニカル形チップまたはノズルであって、銅から 作られ、カップ１１６のフロントに着脱自由にマウントされ、外側コニカルリテ ーナー１１９によって、動作位置に保持される。後者は、螺条１２７によってチ ューブ１１７の外側に着脱自由に取り付けられる。その理由が以下明らかになる が、Ｏリングガスケット１９９がリテーナー１１９の後部環状エッジとカップ１ １６の前向き外側棚との間にねじこまれている。 リアユニット１１１のフロント部分（エレメンツ１１３，１１４）は 、フロントユニット１１５へ、その開口後面から入り込み、カップ１１６の後部 側壁部分の内面とエレメント１１２の前部側壁部分の外面との螺条１２８に螺合 し、ユニット１１１とユニット１１５とを軸方向に調節できるように接続し、エ レメント１１４のコニカルの外面とノズル１１８のコニカルの内面との間に間隙 またはスペースを形成する。固定ネジ（図示せず）がカップ１１６の横向きネジ 孔１２９（図１１）にねじこまれて、ユニット１１とユニット１１５をロックし 、相対回転しないようにする。 フォワードユニット１１５の内面部分と、これと対面するリアユニッ ト１１１のフォワード部分の外面部分は、互いにスペースをおいていて、協同し て、環状のコニカル形通路３５を構成し、この通路を介してクラッディングのた めの金属粉末がアウトレト開口２３へ供給される。この金属粉末は、３本のドッ グレッグしたチューブ１３６により通路１３５へ供給されるもので、該通路は， 環状のウオータージャケット１３７を通る。ウオータージャケット１３７のフロ ントおよびリアにおける孔１９７，１９８に、チューブ１３６を位置させ、これ らチューブは、また、カップエレメント１１６のリアにおけるスリムの放射状ノ ッチ１９６に配置される。ノッチ１９６と孔１９７，１９８および通路１９２， １９３が形成された後、カバーディスク１９４がエレメント１１６の後部の位置 にろう付けされる。 ２本の通路１９２と２本の通路１９３とがウオータージャケット１３ ７から軸方向後方へ延びている。各通路１９２の後端は、アウトボード端部にフ ィッティング１９１をもつ個々の放射状通路１９０と交わる。冷却水が一方のフ ィッティング１９１からジャケット１３７内へ流れ込み、他方のフィッティング １９１を介してジャケット１３７から流出する。 各通路１９３の後端部は、冷却の不活性ガスがフロントセクション１ １５へ導入されるアウトボード端部におけるフィッティング１８８をもつ個々の 放射状通路１８９と交わる。各通路１９３を通って前方へチューブ１８７が延び 、このチューブは、ジャケット１３７を抜けてマニフォールド１８６へ達する。 後者は、カップエレメント１１６の外面における環状の凹陥部であり、ジャケッ ト１３７の僅か前方に位置する。不活性ガスがフィッティング１８８を介してマ ニフォールド１８６へ供給される。 図１２に最もよく示されているように、ノズル１１８のリアエッジに は、環状の内側へ凹んでいる凹陥部が形成されていて、エレメント１１６のフロ ントエッジには、環状の外側へ突き出る凸部が形成されており、その結果、アウ トサイドの環状マニフォールド１８５がエレメント１１６のフロントエッジに係 合するノズル１１８のリアエッジにそって、エレメント１１６に形成される。ノ ズル１１８の外側コニカル形面の大部分は、エレメント１１６のフォワード部分 における外側コニカル面と連続しているようになっている。ノズル１１６と、エ レメント１１６のこのフォワード部分の両者は、リテーナー１１９内に配置され て、そのコニカル内面に当接する。カップエレメント１１６のコニカル外面部分 における二つの軸方向スロット１８１は、マニフォールド１８５とマニフォール ド１８６を結ぶ通路を構成する。 ８つの細い軸方向のスロット１７８が等間隔で配置されて、ノズル１ １８の全長にそい延び、マニフォールド１８５とノズル１１８のフロント面１８ ０との間に延びるガス通路を構成する。通路１７８の前端部または出口端部は、 中央開口１２３を囲む円形配置になっていて、この開口を介して、ソース２１か らのレーザービームとコニカル通路１３５を流れる粉末化金属が装置１００から 出て、ワークピース２５の面２４に打ち当たる。通路１７８によって不活性ガス のカーテンが作られ、これによって酸化を防ぎ、ノズル１１８，１１９のフロン トをクリーンにする。 ここには記載されていないが、必要に応じて、第２実施例のエレメン ツを動作位置に保持するために、ろう付け及び／または他の固定手段が用いられ ることは、当業者自明なことである。 本発明の第３実施例を図解する図１４を参照すると、そこでは、レー ザーパワーの金属クラッディング装置６５は、流体冷却ジャケットなしで、シー ルド作用の不活性ガスのみで冷却される。第１実施例（図１〜８Ａ）と第３実施 例（図１４）との両者に共通のエレメンツは、同一の符号が付してあり、装置８ ５の記載について、それらの記述を繰り返さない。図１の装置１０と、図１４の 装置６５とのベーシックな相違は、装置６５のフロントユニットまたは下位ユニ ット６６が装置１０のフロントユニット１５に代わっている点である。 フロントユニット６６は、外側カップ６７、外側カップの大きい開口 後端部から外側カップ６７内へ延びている内側カップ６８およびカップ６７，６ ８の小さい前端部にある着脱自由で交換できるフロント・チップ１８を含む。カ ップ６７，６８の両者は、コニカル形であって、ろう付けによって互いに接合さ れている。対面し合うカップ６７，６８の側面の間には、空間があり、薄いコニ カル形のジャケット７０を形成し、このジャケットを介して大量の不活性ガスが 環状のマニフォールド４６へ送られ、このマニフォールドは、チップ１８を貫通 する通路５１の後端に連通している。外側カップ６７の側面の後端寄りに、直径 方向に対向する孔４３があけられていて、これらがカップアッセンブリー６７， ６８を冷却する不活性ガスをジャケット７０内へ送る二つの入り口を構成する。 この不活性ガスは、また、６本の通路５１を流れてチップ１８を冷却し、チップ １８のフロント面５３から放出されて、図１〜図８Ａの実施例のように、酸化シ ールドおよび飛びはねシールドとして機能する。 本発明は、特定の実施例に関して記述したが、他の多くのバリエーシ ョンおよびモディフィケーションおよび他の使用は、当業者にとり明らかなもの である。したがって、本発明は、ここにおける特定の記述に限定されるものでは なく、添付の請求の範囲によってのみ限定されることが好ましい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． フロントユニットと、前記フロントユニット内へ、該フロントユニッ トの開放後部から延びているリアユニットとを含むレーザーパワーの金属クラッ ディング装置であり； 前記リアユニットは、そのフロントからそのリアヘ延びるビーム通路 を有し、そして、前記フロントユニットは、前記ビーム通路に正合するフロント 開口を有し、これによって、前記ビーム通路を通って前方へ投射されたレーザー ビームが前記フロント開口を経て前記装置から放出され、加熱する金属ワークピ ースの面に突き当たり、これによって、該ワークピースの局限された面部分を溶 解し、液化された金属の浅い溜めを形成し； 前記装置は、また、金属クラッディング粉末の供給源に連結される環 状の通路を含んでいて、前記環状の通路は、金属パウダーを該通路にそって前方 へ移動させ、前記フロント開口から放出させ、前記浅い溜めへ入り込ませるよう に位置し、そして、そのように形作られており； 前記フロントユニットは、その先端にノズルを含み、前記ノズルは、 先端部とコニカル形の側壁を含み、該側壁は、外向きに、そして、前記先端部か ら後方へかけてテーパーがついており、前記フロント開口は、前記先端部に位置 し； 前記コニカル形の側壁には、複数の細く、ほぼ軸方向に延びるガス通 路があって、前記ガス通路は、前記先端部に出口端部を有し、前記出口端部は、 前記フロント開口を囲むように配列されており； 前記ガス通路は、前記先端部から後方へ延びて、不活性ガス源と接続 し、不活性ガスは、前記ノズルを冷却するに十分な量で前記ガス通路を通って前 方へ流れるようになっている。 ２． 前記出口端部は、ガスがそこから出るて、環状のカーテンを構成する ように位置しており、該カーテンは、前記溜めにある液化金属が酸化されないよ うにシールドし、前記パウダーが前記フロント開口から出るときに、放射状に散 らないように抑えるものである請求の範囲１に記載のレーザーパワーの金属クラ ッディング装置。 ３． 該フロントユニットは、流体供給源に接続可能の流体ジャケットと、 前記流体を前記流体ジャケットを介して循環させ、前記装置を冷却する手段とを 含む請求の範囲１に記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置。 ４． 水が前記流体ジャケットを介して循環する流体である請求の範囲３に 記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置。 ５． フロントユニットは、また、前記ノズルの背後にあるボディを含み、 外側カップと前記外側カップ内へ延びている内側カップを含んでおり； 前記内側カップは、環状の外壁を有し、前記外側カップは、前記外壁 に対し間隔をあけて対面し、これによって、前記内側の壁と外側の壁とが前記ウ オータージャケットを構成している； 請求の範囲３に記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置。 ６． 前記ガス通路の各々が前記不活性ガスの環状マニフォールドと連通す る後部入り口を有し； 前記リアユニットは、不活性ガスの別のマニフォールドを含み、この マニフォールドは、前記環状のマニフォールドの後方に位置しており、そして、 前記内側の壁と外側の壁の間に複数のチューブが配置されて、該チューブは、前 記マニフォールドに交わっている； 請求の範囲５に記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置。 ７． 前記チューブの数よりも沢山の前記ガス通路がある請求の範囲６に記 載のレーザーパワーの金属クラッディング装置。 ８． 前記チューブのそれぞれは、前記ガス通路それぞれの断面領域を越え る断面領域をもつる請求の範囲７に記載のレーザーパワーの金属クラッディング 装置。 ９． 前記チューブは、前記外側の壁に長さ方向で接触し、前記内側の壁か ら離れている請求の範囲６に記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置。 １０． 前記ノズルは、着脱自由で交換できるユニットである請求の範囲１に 記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置。 １１． ネジ手段で前記ノズルを前記フロントユニットの他の部分へ着脱自由 に取り付ける請求の範囲１０に記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置 。 １２． 前記ノズルは、主に銅で作られている請求の範囲１０に記載のレーザ ーパワーの金属クラッディング装置。 １３． 前記フロントユニットは、また、前記ノズルの背後にあるボディを含 み、外側カップと前記外側カップ内へ延びている内側カップを含んでいる請求の 範囲１に記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置であり、； 前記内側カップは、環状の外壁を有し、前記外側カップは、前記外壁 に対し間隔をあけて対面し、これによって、前記内側の壁と外側の壁とが前記ウ オータージャケットを構成しており； 前記ガス通路の各々が前記不活性ガスの環状マニフォールドと連通す る後部入り口を有し； 前記リアユニットは、不活性ガスの別のマニフォールドを含み、この マニフォールドは、前記環状のマニフォールドの後方に位置しており、そして、 前記マニフォールドに交わっている前記ジャケットをもち、これによって、前記 不活性ガスがまた前記外側カップを冷却するもの。 １４． 前記ジャケットが円錐形である請求の範囲１３に記載のレーザーパワ ーの金属クラッディング装置。 １５． 前記リアユニットは、また、テーパーがついた先端部を含み、この先 端部は、前記先端部の後部開口を通って、前記フロントユニットのテーパーがつ いた内側面と対面し、前記環状通路が前記テーパーのついた先端部と前記内側面 との間の空間により構成され； 協同するネジ手段は、前記フロントユニットと前記リアユニットとを 相対的に長さ方向へ動けるように連結し、前記環状の通路を選択的に調節するも のである； 請求の範囲１に記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置。 １６． 前記フロントユニットと前記リアユニットとが他方に対し相対回転し ないようにし、これによって前記環状の通路をその選択的に調節した状態に保た せる手段をも含む請求の範囲１５に記載のレーザーパワーの金属クラッディング 装置。 １７． 前記円錐形の側壁が前記ガス通路を構成する複数の溝を有する円錐形 外面を含む請求の範囲１０に記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置。 １８． フロントユニットは、また、リテーナーを含み、このリテーナーは、 前記リテーナー内に配置された動作位置に前記ノズルを維持するもので、前記リ テーナーは、前記円錐形の外面が突き当たる円錐形の内面を有する請求の範囲１ ７に記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置。 １９． 前記フロントユニットは，また、前記ノズルの背後にあるボディを含 み； 前記ボディは、内側カップと、前記内側カップの部分を囲む外側筒状 部材を含み； 前記内側カップは、前記部分に環状の外壁を有し、前記筒状部材は、 間隔をおいた状態で前記外壁に対面する環状の内壁を有し、これによって、前記 内壁と外壁は、協同して前記ウオータージャケットを区画する境界部分を構成す る； 請求の範囲３に記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置。 ２０． 前記円錐形側壁は、前記ガス通路を構成する複数の溝を有する円錐形 外面を含み； 前記フロントユニットは、また、リテーナーを含み、このリテーナー は、前記リテーナー内に配置された動作位置に前記ノズルを維持するもので、前 記リテーナーは、前記円錐形の外面が突き当たる円錐形の内面を含み；そして、 ネジ手段が前記リテーナーを前記ボディに着脱自由に固定する； 請求の範囲１９に記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置。 ２１． 前記ネジ手段の一部が前記筒状部材の外壁に形成されている請求の範 囲２０に記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置。 ２２． 前記リテーナーの後ろ向き環状エッジと、前記内側カップの前向き面 との間に押し込められていて、前記先端部の背後のポイントから前記装置を脱出 する前記不活性ガスを抑えるリングガスケットを含む請求の範囲２０に記載のレ ーザーパワーの金属クラッディング装置。 ２３． 前記レーザービームが通るレンズ手段を含み、前記レンズ手段は、前 記フロントユニットの後部にあって、約７．５インチの焦点距離をもつ請求の範 囲１に記載のレーザーパワーの金属クラッディング装置。 ２４． 前記レーザービームが通るレンズ手段を含み、前記レンズ手段は、前 記フロントユニットの後部にあって、約４．５インチから約７．５インチの間の レンジ内にある焦点距離をもつ請求の範囲１に記載のレーザーパワーの金属クラ ッディング装置。