2022-017441

本願は、２０１７年（平成２９年）１２月１２日を国際出願日とする出願であって、出願後の手続の経緯は、概略、以下のとおりである。

１ 引用文献１の記載事項

当審拒絶理由通知において通知した引用文献１には、以下の記載事項及び図面がある。（下線部は、当審が付した。）

「【０００１】

本発明は、金属粉の供給量を制御する積層造形に関する。

・・・

【０００４】

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一般的に、プログラム指令経路に一致する（平行となる）加工面が得られる加工物が高精度な加工物とされる。しかし、加工ヘッドからレーザを照射するとともに金属粉を吹き付け、溶解層を積層するパウダスプレー方式の積層加工では、加工ヘッドの移動する速度や金属粉を吹き付ける面の凹凸によってプログラム指令経路どおりの加工面が得られないことがある。

【０００５】

図１は、屈曲するように進む加工ヘッドの経路の一例を模式的に示す図である。図１には、経路Ｎ１を直進した後、向きを変えて経路Ｎ２に屈曲する加工ヘッドの経路がＸＹ座標（平面）で示されている。経路Ｎ１から経路Ｎ２に曲がるコーナーでは、加工ヘッドの速度の減速が行われる。図２は、加工速度の変化によってプログラム指令経路どおりの加工面が得られなかった例を模式的に示す図である。図２に示すように、コーナーで加工ヘッドの移動する速度が減速すると、単位面積当たりに供給される金属粉が多くなり、その部分だけ溶解層が厚くなってしまう。

【０００６】

図３は、直線的に進む加工ヘッドの経路の一例を模式的に示す図である。図３には、直線的な経路Ｎ３が示されており、加工ヘッドは一定の速度で経路Ｎ３に沿って移動する。図４は、金属粉を吹き付ける面の凹凸によってプログラム指令経路どおりの加工面が得られない例を模式的に示す図である。図４に示すように、表面が凹んでいる部分では得られる加工面も凹んでしまい、表面が膨らんでいるところでは得られる加工面も膨らんでしまう。このように、直線的な経路Ｎ３を一定の速度で進むような場合でも、金属粉を吹き付ける面に凹凸があればプログラム指令経路どおりの加工面が得られなくなる。

【０００７】

特許文献１や特許文献２に開示されるような従来の技術では、上記のプログラム指令経路どおりの加工面が得られない状況に十分に対応できなかった。例えば、特許文献２には、得ようとする立体造形物の表層側の部位では粉末材料の供給速度を小さくし、得ようとする立体造形物の内層側の部位では粉末材料の供給速度を大きくすることが記載されているが、加工速度の変化や表面の凹凸が考慮されていなかった。

【０００８】

本発明は、レーザ照射を行うとともに吹き付ける金属粉の供給量を制御し、プログラム指令経路どおりの高精度な積層造形加工物を得ることができる積層造形加工方法及び積層造形加工装置を提供することを目的とする。

・・・

【００２０】

図５は、本発明の一実施形態に係る積層造形加工装置１の加工ヘッド１０を模式的に示す図である。本実施形態の積層造形加工装置１は、レーザ４の照射と同時に金属粉５を吹き付けるパウダスプレー方式の加工ヘッド１０によって硬化層を形成する積層造形加工に用いられる。本実施形態の加工ヘッド１０は、金属粉５の供給量を調整可能に構成されており、後述の制御装置２０の制御によってレーザ照射時に吹き付ける金属粉５の供給量が調整される。

【００２１】

図６は、積層造形加工装置１の電気的な接続関係を模式的に示すブロック図である。図６に示すように、積層造形加工装置１は、上述の加工ヘッド１０と、加工ヘッド１０が接続されるファイバレーザ装置４０と、加工ヘッド１０を移動させる加工ヘッド移動装置１１と、ギャップセンサ１２と、積層造形加工装置１の各種の制御を行う制御装置２０と、を備える。

【００２２】

ファイバレーザ装置４０は、レーザ４を出力するためのファイバレーザ発振器であり、加工ヘッド１０に接続される。ファイバレーザ装置４０は、後述する制御装置２０に電気的にされており、当該制御装置２０によって制御される。

【００２３】

加工ヘッド移動装置１１は、複数のサーボモータ１５を有するアーム型のロボットであり、先端に加工ヘッド１０が装着される。複数のサーボモータ１５は、サーボアンプ（図示省略）を介して後述する制御装置２０に接続されている。複数のサーボモータ１５は、左右方向の移動軸としてのＸ軸、前後方向の移動軸としてのＹ軸、加工ヘッド１０の上下方向の移動軸としてのＺ軸にそれぞれ対応しており、加工ヘッド１０を三次元的に移動させることが可能となっている。なお、加工ヘッド移動装置１１は、アーム型のロボットに限られず、加工ヘッド１０を移送させる適宜の手段を用いることができる。なお、図２では、３個のサーボモータ１５が図示されているが、サーボモータ１５の数や配置が限定されるわけではなく、事情に応じて適宜変更することができる。

・・・

【００２５】

制御装置２０は、レーザ照射及び加工ヘッド１０の移動を制御する機能を有するＣＮＣ（数値制御装置）である。

・・・

【００２７】

数値制御部２１は、インターフェース（図示省略）を介して設定されるプログラム指令経路に基づいて加工ヘッド１０が移動するように加工ヘッド移動装置１１の軸方向及び配置の異なる各サーボモータ１５を制御する数値制御装置として機能する。プログラム指令経路は、積層する加工面に対する経路であるが、加工対象や加工目的に応じて設定される加工ヘッド１０の経路でもあり、加工ヘッド１０は、このプログラム指令経路に平行する移動軌跡となる。

・・・

【００２９】

金属粉供給量設定部２３は、加工ヘッド１０の速度及び加工ヘッド１０から金属粉を吹き付ける面までの実距離Ｇに基づいて金属粉供給量Ｍｏｕｔを設定する。金属粉供給量Ｍｏｕｔの設定方法について説明する。

【００３０】

本実施形態では、基準金属粉供給量Ｍを加工ヘッド１０の実際の移動速度に基づいて算出し、この基準金属粉供給量Ｍに加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の実距離Ｇに基づいて設定された金属粉調整量Ａを加えることにより、加工ヘッド１０によって実際に供給される金属粉５の量を示す金属粉供給量Ｍｏｕｔが設定される。金属粉供給量Ｍｏｕｔは、次式によって表すことができる。

Ｍｏｕｔ＝Ｍ＋Ａ・・・（１）

Ｍｏｕｔ：金属粉供給量（Ｍｏｕｔ＞０）

Ｍ：基準金属粉供給量

Ａ：金属粉調整量

・・・

【００３９】

金属粉供給量設定部２３は、数値制御部２１が各軸のサーボモータ１５に出力する速度指令値に基づいて加工ヘッド１０の速度Ｆを取得する。この速度Ｆは、実際のサーボモータ１５によって制御される加工ヘッド１０の実速度情報であり、プログラム指令経路が屈曲する場合等における速度の減速や加速も反映される。そして、実速度情報としての速度Ｆ及び式（２）に基づいて基準金属粉供給量Ｍを算出する（ステップＳ１０３）。

【００４０】

次に、ギャップセンサ１２の検出値に基づいて加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の実距離Ｇを取得し（ステップＳ１０４）、式（３）に基づいて金属粉調整量Ａを算出する（ステップＳ１０５）。そして、ステップＳ１０３で算出した基準金属粉供給量Ｍと、ステップＳ１０５で算出した金属粉調整量Ａに基づいて金属粉供給量Ｍｏｕｔを算出する（ステップＳ１０６）。

【００４１】

以上の処理により、加工ヘッド１０の実際に移動する速度が反映されるとともに、加工対象のワーク３の表面の凹凸が反映された値として金属粉供給量Ｍｏｕｔが算出され、この金属粉供給量Ｍｏｕｔが加工作業で実際に加工ヘッド１０から供給される。

【００４２】

次に、金属粉供給量Ｍｏｕｔに基づいてレーザ出力の調整を行うレーザ出力制御部２４について説明する。レーザ出力制御部２４は、実際に供給される金属粉５の量に応じた最適なレーザ出力を設定する。

・・・

【００５０】

以上説明した実施形態の積層造形加工方法によれば、以下のような効果を奏する。

即ち、積層造形加工方法は、加工ヘッド１０の速度を示す速度指令値Ｆｃ及び速度指令値Ｆｃに対応する金属粉５の供給量を示す金属粉供給量指令値Ｍｃを設定する設定ステップ（ステップＳ１０１～Ｓ１０２）と、実際に移動する加工ヘッド１０の速度を示す速度Ｆ及び加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の間の実際の距離を示す実距離Ｇの両方を取得する取得ステップ（ステップＳ１０３～Ｓ１０５）と、プログラム指令経路と加工面が一致するように、速度Ｆ及び実距離Ｇに基づいて金属粉供給量指令値Ｍｃを補正して金属粉供給量Ｍｏｕｔを算出する供給量算出ステップ（ステップＳ１０６）と、を含む。

【００５１】

これにより、プログラム指令経路と加工面が一致するように、加工ヘッド１０の実際の移動速度及び加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の間の実測距離（実距離Ｇ）に応じてワーク３に吹き付けられる金属粉５の供給量が調整されるので、高精度な積層造形加工物を得ることができる。」

図５

「

［図：0001407310000001.jpg］

」

２ 記載事項から理解できる事項

（１）引用文献１の段落【０００４】の「加工ヘッドからレーザを照射するとともに金属粉を吹き付け、溶解層を積層するパウダスプレー方式の積層加工」、段落【００２０】の「本実施形態の積層造形加工装置１は、レーザ４の照射と同時に金属粉５を吹き付けるパウダスプレー方式の加工ヘッド１０によって硬化層を形成する積層造形加工に用いられる。」との記載などから、引用文献１には、加工物の表面（加工面）に金属粉５が供給されると同時に、それらの表面にレーザを照射して溶解層を形成することが記載されているといえる。また、レーザを照射するとともに金属粉を吹き付けることが記載されていることから、溶解層にも金属粉が供給されていることは明らかである。

（２）引用文献１の加工ヘッド１０は図５に図示される構造を有するものであり、金属粉５を供給するための金属粉供給部を備えることは明らかである。

（３）引用文献１の段落【００２３】等の記載から、加工ヘッド１０は加工ヘッド移動装置１１によって移動されるものであり、加工ヘッド１０をＸＹ平面で移動させることにより、加工物及び金属粉５と溶解層との位置関係が変更されることは明らかである。

（４）引用文献１の段落【００２３】の記載、図５の図示内容から、レーザ４がＺ軸方向に照射されることは明らかである。

（５）引用文献１において、溶解層は冷却されて固化して硬化層となることは明らかであるところ、図５から、ワーク３の表面には凹凸があり、プログラム指令経路と加工面が一致するように、Ｘ軸方向に沿ってワーク３の表面上に造形される硬化層の、レーザ４の照射方向であるＺ軸方向の厚さは、ワーク３の表面の形状に基づいて、連続的に変化していることが看取できる。

また、制御装置２０は、加工ヘッド１０（及びファイバレーザ装置４０）及び加工ヘッド移動装置１１を制御するものであり（段落【００２２】～【００２３】、【００２５】等を参照。）、プログラム指令経路と加工面が一致するように、Ｘ軸方向に沿ってワーク３の表面上に造形される硬化層の、レーザ４の照射方向であるＺ軸方向の厚さを、硬化層のＸ軸方向での位置に基づいて変えることによって、ワーク３の表面の形状に基づいて、硬化層のＺ軸方向の厚さが、硬化層において連続的に変化するように、加工ヘッド１０及び加工ヘッド移動装置１１を制御している。

３ 引用発明

上記１～２より、引用文献１には次の発明（以下「引用発明」という。）が記載されているものと認められる。

「加工物及び金属粉５の表面にレーザ４を照射して前記表面に溶解層を形成するファイバレーザ装置４０と、前記溶解層に金属粉５を供給する金属粉供給部とを有する加工ヘッド１０と、

前記加工物及び金属粉５と前記溶解層との位置関係を変更する加工ヘッド移動装置１１と、

制御装置２０と

を備え、

前記制御装置２０は、

前記加工ヘッド１０を移動させて前記加工物及び金属粉５と前記溶解層とのＸ軸方向における位置関係を変更しつつ前記溶解層に前記金属粉５を供給することによって前記Ｘ軸方向に沿ってワーク３の表面上に造形される硬化層の、前記レーザ４の照射方向であるＺ軸方向の厚さを、前記硬化層の前記Ｘ軸方向での位置に基づいて変えることによって、前記ワーク３の表面の形状に基づいて、前記硬化層の前記Ｚ軸方向の厚さは、前記硬化層において連続的に変化するように、前記加工ヘッド１０及び前記加工ヘッド移動装置１１を制御する

積層造形加工装置。」

１ 主張の概要

（１）引用文献１には、「制御装置２０が、Ｘ方向に沿って造形される硬化層（溶解層）のＺ軸方向の高さを硬化層のＸ方向での位置に基づいて変えるように、加工ヘッド１０及び加工ヘッド移動装置１１を制御する」という発明とは真逆の、「制御装置２０が、Ｘ方向に沿って造形される硬化層（溶解層）のＺ軸方向の高さを硬化層のＸ方向での位置に基づいて変えない（高さを一定にする）ように、加工ヘッド１０及び加工ヘッド移動装置１１を制御する」という発明が記載されているに過ぎない。

（２）引用文献１には、溶解層が造形される面であるワークＷの表面の形状に関する情報をあらかじめ取得しておき、当該取得したワークＷの表面の形状に関する情報に基づいて、Ｘ方向に沿って造形される硬化層（溶解層）のＺ軸方向の高さを硬化層のＸ方向での位置に基づいて変える（硬化層のＺ軸方向の高さを連続的に変化させる）ように、硬化層（溶解層）が造形されることは、記載も示唆もされていない。

２ 検討

（１）上記１（１）について検討する。

引用発明の「硬化層の」「厚さ」が本願発明の「構成層の」「高さ」に相当するから、本願発明における、構成層の高さの点で、本願発明と引用発明とが相違しないことは、上記第５の１及び２のとおりであり、さらに、本願発明における、構成層の「高さ」が、構成層の上面の第２方向（Ｚ軸方向）における絶対座標上の高さを意味すると解しても、引用発明に基づく設計事項の範ちゅうにすぎないことは、上記第５の３のとおりである。

さらに、本願の請求項１１に係る発明では、「前記構成層の、前記造形面と反対側の表面は平面である」と特定されていることに鑑みれば、本願発明は構成層の高さを一定にする実施形態を排除していないとも考えられ、引用発明が、硬化層（溶解層）のＺ軸方向の高さを一定にしている点で本願発明と相違している旨の請求人の主張は採用できない。

（２）上記１（２）について検討する。

引用文献１（段落【００２９】～【００３０】、【００４０】～【００４２】、【００５０】等を参照。）には、「加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の間の実際の距離を示す実距離Ｇ」を取得してから制御を開始することが記載されており、ワークＷの表面の形状に関する情報をあらかじめ取得し、当該取得したワークＷの表面の形状に関する情報に基づいて制御しているといえるから、請求人の主張は採用できない。