特許 6942014 ノズル及び積層造形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6942014

(24)【登録日】2021年9月9日

(45)【発行日】2021年9月29日

(54)【発明の名称】ノズル及び積層造形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/209 20170101AFI20210916BHJP

   B22F 3/105 20060101ALI20210916BHJP

   B22F 3/16 20060101ALI20210916BHJP

   B29C 64/106 20170101ALI20210916BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20210916BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20210916BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20210916BHJP

   B22F 10/25 20210101ALI20210916BHJP

   B22F 12/53 20210101ALI20210916BHJP

【ＦＩ】

   B29C64/209

   B22F3/105

   B22F3/16

   B29C64/106

   B29C64/153

   B33Y30/00

   B29C64/268

   B22F10/25

   B22F12/53

【請求項の数】8

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-185420(P2017-185420)

(22)【出願日】2017年9月26日

(65)【公開番号】特開2019-59114(P2019-59114A)

(43)【公開日】2019年4月18日

【審査請求日】2020年6月17日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）（出願人による申告）平成２８年度 経済産業省「平成２８年度エネルギー使用合理化技術開発費補助金（省エネルギー型製造プロセス実現に向けた三次元積層造形技術の開発・実用化事業）」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】514227988

【氏名又は名称】技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】000003458

【氏名又は名称】芝浦機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大野 博司

(72)【発明者】

【氏名】津野 聡

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 光夫

(72)【発明者】

【氏名】山田 智彦

(72)【発明者】

【氏名】塩見 康友

(72)【発明者】

【氏名】藤巻 晋平

【審査官】 ▲高▼橋 理絵

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１７−５２４８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１７８１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１３５９０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１７７７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１９０５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１３９７７５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６４／００−６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００−９９／００

Ｂ２２Ｆ ３／１０５

Ｂ２２Ｆ ３／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心軸の径方向における外側に向く内側面と、前記径方向に間隔を介して前記内側面に向く外側面と、を有し、前記内側面から前記径方向における内側に離間し、前記中心軸に沿って延び、エネルギー線が通る、第１の通路と、前記内側面と前記外側面との間に設けられ、粉体及び流体が通る、第２の通路と、が設けられたノズル部、
を具備し、
前記第１の通路は、前記中心軸に沿う第１の方向における当該第１の通路の端に位置し、当該第１の通路の外に開く、第１の開口端を含み、
前記第２の通路は、前記第１の方向における当該第２の通路の端に位置し、前記中心軸から前記第１の開口端よりも前記径方向における外側に離間し、当該第２の通路の外に開く、第２の開口端を含み、
前記内側面である第１の面は、前記第１の方向における当該第１の面の端に位置する第１の端縁を含み、
前記外側面である第２の面は、前記第１の方向における当該第２の面の端に位置するとともに前記中心軸に沿う方向において前記第１の端縁から前記第１の方向に離間する第２の端縁を含み、
前記ノズル部は、前記第２の開口端から吐出された前記流体を、前記第２の面に沿って流し、前記第２の端縁で剥離を生じて前記ノズル部の外の加工点で収束するように前記ノズル部から離れさせ、
前記ノズル部は、前記第１の開口端及び前記第２の開口端に連通して前記エネルギー線と前記粉体と前記流体とが通る第３の通路が設けられ、
前記第３の通路は、前記第１の方向における当該第３の通路の端に位置し、前記ノズル部の外に開く、第３の開口端を含み、
前記第３の開口端は、前記第１の開口端よりも狭く、
前記第２の面は、前記中心軸を含む断面において、微分可能な関数で表現可能な輪郭線を有する、
ノズル。

【請求項2】

前記ノズル部は、前記内側面を有するとともに前記第１の通路が設けられた第１の筒部と、前記外側面を有する第２の筒部と、を有し、
前記第１の筒部は、前記第１の方向に向かうにつれて薄くなり、
前記第２の筒部は、前記第１の方向に向かうにつれて薄くなる、
請求項１のノズル。

【請求項3】

前記第１の筒部は、前記第１の開口端が開く第１の端部を有し、
前記第２の筒部は、前記第３の開口端が開く第２の端部を有し、
前記第２の端部における前記第２の筒部の厚さは、前記第１の端部における前記第１の筒部の厚さよりも薄い、
請求項２のノズル。

【請求項4】

前記第１の筒部は、前記第１の開口端が開く第１の端部と、前記第１の通路に面する第１の内周面と、前記第１の内周面と前記第１の端部との間に位置するとともに前記第１の方向に向かうにつれて前記内側面に近づく第２の内周面と、を有する、請求項２のノズル。

【請求項5】

前記第２の筒部の融点は、前記第１の筒部の融点よりも高い、請求項２のノズル。

【請求項6】

前記内側面は、前記第１の方向に向かうにつれて前記中心軸に近づく第２の方向に延び、
前記外側面は、前記第２の方向に延びる、
請求項１乃至請求項５のいずれか一つのノズル。

【請求項7】

中心軸の径方向における外側に向く内側面と、前記径方向に間隔を介して前記内側面に向く外側面と、を有し、前記内側面から前記径方向における内側に離間し、前記中心軸に沿って延び、エネルギー線が通る、第１の通路と、前記内側面と前記外側面との間で当該内側面と当該外側面とによって少なくとも部分的に区画され、粉体及び流体が通る、第２の通路と、が設けられたノズル部、
を具備し、
前記第１の通路は、前記中心軸に沿う第１の方向における当該第１の通路の端に位置し、当該第１の通路の外に開く、第１の開口端を含み、
前記第２の通路は、前記第１の方向における当該第２の通路の端に位置し、前記中心軸から前記第１の開口端よりも前記径方向における外側に離間し、当該第２の通路の外に開く、第２の開口端を含み、
前記外側面である第１の面は、前記第１の方向における当該第１の面の端に位置する第１の端縁を含み、
前記内側面である第２の面は、前記第１の方向における当該第２の面の端に位置するとともに前記中心軸に沿う方向において前記第１の端縁から前記第１の方向に離間する第２の端縁を含み、
前記第２の開口端から吐出された前記流体が、前記第２の面に沿って流れ、前記第２の端縁で剥離を生じて前記ノズル部から離れる、
ノズル。

【請求項8】

請求項１乃至請求項７のいずれか一つのノズルと、
前記第１の通路に前記エネルギー線を供給する光学装置と、
前記第２の通路に前記粉体及び前記流体を供給する供給装置と、
を具備し、
前記ノズルは、前記第２の開口端から吐出された前記粉体を前記エネルギー線により溶融又は焼結させる、
積層造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、ノズル及び積層造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ノズルから粉末状の材料を供給するとともに、レーザ光を照射することで当該材料を固化させ、固化した材料の層を形成する積層造形装置が知られる。固化した材料の層が積層されることで、立体形状の造形物が積層造形される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−０５５６６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ノズルは、レーザ光が照射される加工点に収束するように材料を供給する。しかし、ノズルの開口から吐出される際、材料が拡散することがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一つの実施形態に係るノズルは、中心軸の径方向における外側に向く内側面と、前記径方向に間隔を介して前記内側面に向く外側面と、を有し、前記内側面から前記径方向における内側に離間し、前記中心軸に沿って延び、エネルギー線が通る、第１の通路と、前記内側面と前記外側面との間に設けられ、粉体及び流体が通る、第２の通路と、が設けられたノズル部、を備える。前記第１の通路は、前記中心軸に沿う第１の方向における当該第１の通路の端に位置し、当該第１の通路の外に開く、第１の開口端を含む。前記第２の通路は、前記第１の方向における当該第２の通路の端に位置し、前記中心軸から前記第１の開口端よりも前記径方向における外側に離間し、当該第２の通路の外に開く、第２の開口端を含む。前記内側面である第１の面は、前記第１の方向における当該第１の面の端に位置する第１の端縁を含む。前記外側面である第２の面は、前記第１の方向における当該第２の面の端に位置するとともに前記中心軸に沿う方向において前記第１の端縁から前記第１の方向に離間する第２の端縁を含む。前記ノズル部は、前記第２の開口端から吐出された前記流体を、前記第２の面に沿って流し、前記第２の端縁で剥離を生じて前記ノズル部から離れさせる。前記ノズル部は、前記第１の開口端及び前記第２の開口端に連通して前記エネルギー線と前記粉体と前記流体とが通る第３の通路が設けられる。前記第３の通路は、前記第１の方向における当該第３の通路の端に位置し、前記ノズル部の外に開く、第３の開口端を含む。前記第３の開口端は、前記第１の開口端よりも狭い。前記第２の面は、前記中心軸を含む断面において、微分可能な関数で表現可能な輪郭線を有する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る積層造形装置を概略的に示す図である。

【図2】図２は、第１の実施形態のノズルの一部及び対象物の一部を示す断面図である。

【図3】図３は、第１の実施形態のノズルの一部を示す断面図である。

【図4】図４は、第１の実施形態の積層造形装置による造形処理の手順の一例を概略的に示す図である。

【図5】図５は、第２の実施形態に係るノズルの一部及び対象物の一部を示す断面図である。

【図6】図６は、第２の実施形態のノズルの一部を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

（第１の実施形態）
以下に、第１の実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、鉛直上方を上方向、鉛直下方を下方向と定義する。また、本明細書において、実施形態に係る構成要素及び当該要素の説明について、複数の表現が記載されることがある。複数の表現がされた構成要素及び説明は、記載されていない他の表現がされても良い。さらに、複数の表現がされない構成要素及び説明も、記載されていない他の表現がされても良い。

【0008】

図１は、第１の実施形態に係る積層造形装置１を概略的に示す図である。第１の実施形態の積層造形装置１は、レーザマテリアルデポジション方式の三次元プリンタである。なお、積層造形装置１はこの例に限らない。

【0009】

積層造形装置１は、例えば、対象物２に粉末状の材料３を層状に積み重ねることにより、所定の形状の造形物４を積層造形（付加製造）する。材料３は、粉体の一例である。図１に示されるように、積層造形装置１は、処理槽１１と、ステージ１２と、移動装置１３と、ノズル装置１４と、光学装置１５と、計測装置１６と、制御装置１８と、複数の信号線１９とを有する。

【0010】

各図面に示されるように、本明細書において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。Ｚ軸は、例えば鉛直方向に沿う。なお、積層造形装置１は、Ｚ軸が鉛直方向から傾斜するように配置されても良い。

【0011】

材料３は、ノズル装置１４により供給され、対象物２上に積み重ねられる。材料３は、例えば、粉末状の熱可塑性樹脂である。なお、材料３はこれに限られず、他の合成樹脂、金属、及びセラミックスのような他の材料であっても良い。積層造形装置１は、複数種類の材料３により、造形物４を積層造形しても良い。

【0012】

対象物２は、ノズル装置１４によって材料３が供給される対象である。対象物２は、ベース２ａ及び層２ｂを含む。ベース２ａは、例えば、材料３と同一の材料によって作られる。なお、ベース２ａは、他の材料によって作られても良い。ベース２ａは、板状に形成され、ステージ１２上に配置される。層２ｂは、ノズル装置１４により供給された材料３により作られ、ベース２ａの上面に積層される。

【0013】

処理槽１１に、主室２１と副室２２とが設けられる。主室２１内に、ステージ１２、移動装置１３、ノズル装置１４の一部、及び計測装置１６が配置される。副室２２は、主室２１と隣接して設けられる。

【0014】

主室２１と副室２２との間に、扉部２３が設けられる。扉部２３が開かれることで主室２１と副室２２とが連通され、扉部２３が閉じられることで主室２１と副室２２とが隔てられる。扉部２３が閉じられたとき、主室２１が気密状態にされても良い。

【0015】

主室２１に、給気口２１ａ及び排気口２１ｂが設けられる。例えば、処理槽１１の外に位置する給気装置が、給気口２１ａを介して主室２１内に窒素やアルゴンのような不活性ガスを供給する。例えば、処理槽１１の外に位置する排気装置が、排気口２１ｂを介して主室２１からガスを排出する。なお、積層造形装置１は、排気口２１ｂを介して主室２１からガスを排出することにより、主室２１を真空にしても良い。

【0016】

主室２１から副室２２に亘り、搬送装置２４が設けられる。搬送装置２４は、主室２１で処理された造形物４を、副室２２内に搬送する。すなわち、副室２２には、主室２１で処理された造形物４が収容される。造形物４が副室２２に収容された後、扉部２３が閉じられ、副室２２と主室２１とが隔てられる。

【0017】

ステージ１２は、対象物２を支持する。また、ステージ１２は、積層造形された造形物４を支持する。移動装置１３は、例えば、ステージ１２を互いに直交する三軸方向に移動させる。さらに、移動装置１３は、ステージ１２を互いに直交する二軸まわりに回動させても良い。

【0018】

ノズル装置１４は、ステージ１２上に位置された対象物２に材料３を供給する。また、レーザ光Ｌが、ノズル装置１４から、供給される材料３やステージ１２上に位置する対象物２に照射される。レーザ光Ｌは、エネルギー線の一例である。

【0019】

レーザ光Ｌが、材料３の供給と並行してノズル装置１４から照射される。ノズル装置１４から、レーザ光Ｌに限らず、他のエネルギー線が照射されても良い。エネルギー線は、レーザ光Ｌのように材料を溶融又は焼結できるものであれば良く、例えば、電子ビームや、マイクロ波乃至紫外線領域の電磁波であっても良い。

【0020】

ノズル装置１４は、材料供給装置３１と、流体供給装置３２と、ノズル３４と、材料供給管３５と、流体供給管３６と、移動機構３８とを有する。材料供給装置３１は、供給装置の一例である。ノズル３４は、ノズル及びノズル部の一例である。

【0021】

材料供給装置３１は、タンク３１ａと、材料供給部３１ｂとを有する。タンク３１ａは、材料３を収容する。材料供給部３１ｂは、タンク３１ａの材料３を、材料供給管３５を介してノズル３４へ供給する。すなわち、材料供給部３１ｂは、ノズル３４から材料３を対象物２へ供給し得る。

【0022】

材料供給部３１ｂは、例えば、キャリアガスにより材料３をノズル３４へ供給する。キャリアガスは、例えば、窒素やアルゴンのような不活性ガスである。このように、材料供給部３１ｂは、例えば、キャリアガスを収容するタンクと、当該タンクのキャリアガスを材料供給管３５へ流すポンプと、キャリアガスの流れにタンク３１ａの材料３を供給する装置と、を有する。なお、材料供給部３１ｂは、他の手段により材料３をノズル３４へ供給しても良い。

【0023】

流体供給装置３２は、流体供給部３２ａを有する。流体供給部３２ａは、流体であるパージガスを、流体供給管３６を介してノズル３４へ供給する。パージガスは、例えば、窒素やアルゴンのような不活性ガスである。このように、流体供給部３２ａは、例えば、パージガスを収容するタンクと、当該タンクのパージガスを流体供給管３６へ流すポンプと、を有する。

【0024】

図２は、第１の実施形態のノズル３４の一部及び対象物２の一部を示す断面図である。図３は、第１の実施形態のノズル３４の一部を示す断面図である。図２及び図３に示すように、ノズル３４は、主室２１に配置され、中心軸Ａｘに沿って延びる筒状に形成される。中心軸Ａｘは、Ｚ軸に沿って延びる。なお、中心軸Ａｘは、Ｚ軸に対して斜めに延びても良い。

【0025】

ノズル３４の先端３４ａは、間隔を介して対象物２に向く。先端３４ａは、Ｚ軸に沿う負方向（Ｚ軸の矢印の反対方向、図２における下方向）におけるノズル３４の端部である。Ｚ軸に沿う負方向は、中心軸Ａｘに沿う方向であり、第１の方向の一例である。

【0026】

ノズル３４に、通路４１と、出射路４２と、吐出路４３とが設けられる。通路４１は、第３の通路の一例である。出射路４２は、第１の通路の一例である。吐出路４３は、第２の通路の一例である。

【0027】

通路４１は、中心軸Ａｘに沿って延びる略円形の断面を有する孔である。通路４１の内径は、先端３４ａに近づくに従って小さくなる。通路４１は、開口４１ａを含む。開口４１ａは、第３の開口端の一例である。開口４１ａは、Ｚ軸に沿う負方向における通路４１の端に位置する。開口４１ａは、ノズル３４の先端３４ａで、ノズル３４の外に通路４１が開口する部分を指す。

【0028】

通路４１は、出射路４２及び吐出路４３に連通する。言い換えると、出射路４２及び吐出路４３は、通路４１で合流する。なお、出射路４２及び吐出路４３は、この例に限られない。

【0029】

出射路４２は、ノズル３４の内部に設けられ、中心軸Ａｘに沿って延びる略円形の断面を有する孔である。出射路４２の内径は、先端３４ａに近づくに従って小さくなる。出射路４２の内径は、一定であっても良い。

【0030】

出射路４２は、出射口４２ａを含む。出射口４２ａは、第１の開口端の一例である。出射口４２ａは、Ｚ軸に沿う負方向における出射路４２の端に位置する。出射口４２ａは、出射路４２の外に開き、通路４１に連通する。レーザ光Ｌが、出射路４２を通り、出射口４２ａから通路４１に出射される。

【0031】

出射路４２は、図１の流体供給管３６に連通される。このため、流体供給部３２ａは、流体供給管３６を介して、出射路４２にパージガスを供給する。当該パージガスは、レーザ光Ｌとともに、出射路４２を通り、出射口４２ａから通路４１に吐出される。

【0032】

吐出路４３は、ノズル３４の内部に設けられ、中心軸Ａｘに沿って延びる略円環状の断面を有する孔である。吐出路４３は、中心軸Ａｘから出射路４２よりも中心軸Ａｘの径方向における外側に離間し、出射路４２を囲むように設けられる。径方向は、中心軸Ａｘと直交する方向である。

【0033】

吐出路４３は、吐出口４３ａを含む。吐出口４３ａは、第２の開口端の一例である。吐出口４３ａは、Ｚ軸に沿う負方向における吐出路４３の端に位置する。吐出口４３ａは、吐出路４３の外に開き、通路４１に連通する。

【0034】

吐出路４３は、図１の材料供給管３５に連通される。このため、材料供給部３１ｂは、材料供給管３５を介して、吐出路４３にキャリアガスＧと材料３とを供給する。キャリアガスＧは、流体の一例である。図３に矢印で示すように、材料供給部３１ｂから供給されたキャリアガスＧと材料３とが、吐出路４３を通り、吐出口４３ａから通路４１に吐出される。

【0035】

上述のように、レーザ光Ｌが出射口４２ａから通路４１へ吐出され、キャリアガスＧ及び材料３が吐出口４３ａから通路４１へ吐出される。レーザ光Ｌ、キャリアガスＧ、及び材料３は、通路４１を通り、開口４１ａからノズル３４の外に出る。

【0036】

図１に示す移動機構３８は、ノズル３４を互いに直交する三軸方向に移動させる。さらに、移動機構３８は、ノズル３４を互いに直交する二軸まわりに回動させても良い。すなわち、移動機構３８は、ステージ１２に対してノズル３４を相対的に移動させる。移動装置１３も、ステージ１２に対してノズル３４を相対的に移動させる。

【0037】

光学装置１５は、光源４５と、光学系４６と、複数のケーブル４７とを有する。光源４５は、発振素子を有し、発振素子の発振によりレーザ光Ｌを出射する。光源４５は、出射されるレーザ光Ｌのパワーを変更可能である。さらに、光源４５は、出射されるレーザ光Ｌの波長を変更（選択）可能であっても良い。

【0038】

光源４５は、中空ファイバーのようなケーブル４７を介して光学系４６に接続される。光源４５は、出射されたレーザ光Ｌを、ケーブル４７を介して光学系４６に入射させる。レーザ光Ｌは、光学系４６を経てノズル３４に入る。

【0039】

光学系４６は、光源４５から出射されたレーザ光Ｌを、ノズル３４の出射路４２を通して対象物２や、対象物２に向けて噴射された材料３に照射する。このように、光学装置１５は、ノズル３４の出射路４２にレーザ光Ｌを供給し、出射口４２ａからレーザ光Ｌを出射させる。

【0040】

光学系４６は、例えば、第１のレンズ５１と、第２のレンズ５２と、第３のレンズ５３と、第４のレンズ５４と、ガルバノスキャナ５５とを有する。第１のレンズ５１、第２のレンズ５２、第３のレンズ５３、及び第４のレンズ５４は、固定される。なお、光学系４６は、第１のレンズ５１、第２のレンズ５２、第３のレンズ５３、及び第４のレンズ５４を、例えば、光路に対して交差（直交）する二軸方向に移動可能な調整装置を備えても良い。

【0041】

第１のレンズ５１は、ケーブル４７を介して光学系４６に入射されたレーザ光Ｌを、平行光に変換する。変換されたレーザ光Ｌは、ガルバノスキャナ５５に入射する。

【0042】

第２のレンズ５２、第３のレンズ５３、及び第４のレンズ５４はそれぞれ、ガルバノスキャナ５５から出射されたレーザ光Ｌを収束する。第２のレンズ５２で収束されたレーザ光Ｌは、ケーブル４７を経てノズル３４に至る。第３のレンズ５３及び第４のレンズ５４で収束されたレーザ光Ｌは、対象物２に照射される。

【0043】

ガルバノスキャナ５５は、第１のレンズ５１で変換された平行光を、第２のレンズ５２、第３のレンズ５３、及び第４のレンズ５４のそれぞれに入る光に分ける。ガルバノスキャナ５５は、第１のガルバノミラー５７と、第２のガルバノミラー５８と、第３のガルバノミラー５９と、を有する。各ガルバノミラー５７，５８，５９は、光を分けるとともに、傾斜角度（出射角度）を変化可能である。

【0044】

第１のガルバノミラー５７は、第１のレンズ５１を通過したレーザ光Ｌの一部を通過させ、通過したレーザ光Ｌを第２のガルバノミラー５８に出射する。また、第１のガルバノミラー５７は、レーザ光Ｌの他の一部を反射させ、反射したレーザ光Ｌを第４のレンズ５４に出射する。第１のガルバノミラー５７は、第４のレンズ５４を通過したレーザ光Ｌの照射位置を、第１のガルバノミラー５７の傾斜角度に応じて変化させる。

【0045】

第２のガルバノミラー５８は、第１のガルバノミラー５７を通過したレーザ光Ｌの一部を通過させ、通過したレーザ光Ｌを第３のガルバノミラー５９に出射する。また、第２のガルバノミラー５８は、レーザ光Ｌの他の一部を反射させ、反射したレーザ光Ｌを第３のレンズ５３に出射する。第２のガルバノミラー５８は、第３のレンズ５３を通過したレーザ光Ｌの照射位置を、第２のガルバノミラー５８の傾斜角度に応じて変化させる。

【0046】

第３のガルバノミラー５９は、第２のガルバノミラー５８を通過したレーザ光Ｌを反射させ、第２のレンズ５２に出射する。

【0047】

光学系４６は、第１のガルバノミラー５７、第２のガルバノミラー５８、及び第３のレンズ５３を含む溶融装置４６ａを有する。溶融装置４６ａは、レーザ光Ｌの照射によって、ノズル３４から対象物２に供給された材料３を加熱することにより、層２ｂを形成するとともにアニール処理を行う。

【0048】

また、光学系４６は、第１のガルバノミラー５７及び第４のレンズ５４を含む除去装置４６ｂを有する。除去装置４６ｂは、ベース２ａ上又は層２ｂに形成された不要な部位をレーザ光Ｌの照射によって除去する。

【0049】

除去装置４６ｂは、例えば、ノズル３４による材料３の供給時における材料３の飛散によって発生する不要部位や、層２ｂの形成時に発生する不要部位等の、造形物４の所定の形状とは異なる部位を除去する。除去装置４６ｂは、当該不要部位を除去可能なパワーを有するレーザ光Ｌを出射する。

【0050】

計測装置１６は、固化した層２ｂの形状及び造形された造形物４の形状を計測する。計測装置１６は、計測した形状の情報を制御装置１８に送信する。計測装置１６は、例えば、カメラ６５と、画像処理装置６６と、を有する。画像処理装置６６は、カメラ６５で計測した情報に基づいて画像処理を行う。なお、計測装置１６は、例えば、干渉方式や光切断方式等によって、層２ｂ及び造形物４の形状を計測する。

【0051】

制御装置１８は、移動装置１３、搬送装置２４、材料供給装置３１、流体供給装置３２、移動機構３８、光源４５、ガルバノスキャナ５５、及び画像処理装置６６に、信号線１９を介して電気的に接続される。

【0052】

制御装置１８は、例えば、ＣＰＵのような制御部１８ａと、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＨＤＤのような記憶部１８ｂと、他の種々の装置とを有する。ＣＰＵがＲＯＭ又はＨＤＤに組み込まれたプログラムを実行することで、制御部１８ａは、積層造形装置１の各部を制御する。

【0053】

制御部１８ａは、移動装置１３を制御することで、ステージ１２を三軸方向に移動させる。制御部１８ａは、搬送装置２４を制御することで、造形した造形物４を副室２２に搬送する。

【0054】

制御部１８ａは、材料供給装置３１を制御することで、材料３の供給の有無及び供給量を調整する。制御部１８ａは、流体供給装置３２を制御することで、パージガスの供給の有無及び供給量を調整する。

【0055】

制御部１８ａは、移動機構３８を制御することで、ノズル３４の位置を制御する。制御部１８ａは、ガルバノスキャナ５５を制御することで、第１のガルバノミラー５７、第２のガルバノミラー５８、及び第３のガルバノミラー５９の傾斜角度を調整する。

【0056】

制御部１８ａは、光源４５を制御することで、光源４５から出射されるレーザ光Ｌのパワーを調整する。制御部１８ａは、光源４５を制御することで、光源４５から出射されるレーザ光Ｌの波長を調整しても良い。

【0057】

記憶部１８ｂに、例えば、造形される造形物４の形状（参照形状）を示すデータが記憶される。また、記憶部１８ｂに、三次元の処理位置（各点）毎のノズル３４とステージ１２との高さを示すデータが記憶される。

【0058】

制御部１８ａは、ノズル３４から複数の異なる材料３を選択的に供給し、複数の材料３の比率を調整する機能を備えても良い。この機能により、造形物４の位置によって複数の材料３の比率が変化する傾斜材料が造形可能になる。

【0059】

制御部１８ａは、層２ｂ又は造形物４の形状を判断する機能を備える。例えば、制御部１８ａは、計測装置１６で取得された層２ｂ又は造形物４の形状と、記憶部１８ｂに記憶された参照形状とを比較することで、所定の形状でない部位が形成されているか否かを判断する。

【0060】

また、制御部１８ａは、層２ｂ又は造形物４の形状の判断により所定の形状でない部位と判断された不要な部位を除去することで、層２ｂ又は造形物４を所定の形状にトリミング及びポリッシュする機能を備える。例えば、制御部１８ａは、まず、層２ｂ又は造形物４における所定の形状でない部位に、第１のガルバノミラー５７を介して第４のレンズ５４から出射されたレーザ光Ｌが材料３を蒸発可能なパワーとなるように光源４５を制御する。次いで、制御部１８ａは、第１のガルバノミラー５７を制御して、レーザ光Ｌを、当該部位に照射して当該部位を蒸発させる。

【0061】

次に、図４を参照し、積層造形装置１による造形物４の製造方法の一例について説明する。図４は、第１の実施形態の積層造形装置１による造形処理（製造方法）の手順の一例を概略的に示す図である。

【0062】

図４に示されるように、まず、積層造形装置１は、材料３の供給及びレーザ光Ｌの照射を行う。制御部１８ａは、材料３がノズル３４から所定の範囲に供給されるよう、材料供給装置３１及びノズル３４を制御する。さらに、制御部１８ａは、供給された材料３がレーザ光Ｌによって溶融又は焼結するよう、光源４５及び光学系４６を制御する。

【0063】

図２に示すように、光学系４６が、ノズル３４から噴射される材料３に、ノズル３４を通してレーザ光Ｌを照射する。ノズル３４の吐出口４３ａから吐出され、通路４１を通り開口４１ａから噴射される材料３は、レーザ光Ｌによって予備的に加熱されながら、ベース２ａ上の層２ｂを形成する範囲に供給される。なお、飛散中に溶融した材料３が、対象物２に到達しても良い。

【0064】

対象物２に供給された材料３は、レーザ光Ｌを照射されることで、溶融又は焼結して集合する。集合した材料３は、溶融領域２ｃを形成する。溶融領域２ｃは、供給された材料３のみならず、レーザ光Ｌを照射されたベース２ａや層２ｂの一部を含んでも良い。また、溶融領域２ｃは、完全に溶融した材料３のみならず、部分的に溶融した材料３同士が結合したものであっても良い。

【0065】

溶融領域２ｃが固化することで、ベース２ａや層２ｂの上に、層状又は薄膜状等の材料３の集合が形成される。なお、材料３は、材料３の集合への伝熱によって冷却されることにより、粒状で積層され、粒状の集合となっても良い。

【0066】

次に、図４に示すように、積層造形装置１は、アニール処理を行う。制御部１８ａは、ベース２ａ上の材料３の集合にレーザ光Ｌが照射されるよう、光源４５及び溶融装置４６ａを制御する。材料３の集合は、レーザ光Ｌにより再溶融又は再焼結され、固化することにより層２ｂになる。このように、光学系４６は、光源４５から出射されたレーザ光Ｌを材料３に照射して、当該材料３を溶融又は焼結し、固化した材料３の層２ｂを形成する。

【0067】

次に、積層造形装置１は、形状計測を行う。制御部１８ａは、アニール処理が行われたベース２ａ上の材料３を計測するよう、計測装置１６を制御する。制御部１８ａは、計測装置１６で取得された層２ｂ又は造形物４の形状と、記憶部１８ｂに記憶された参照形状と比較する。

【0068】

次に、積層造形装置１は、トリミングを行う。制御部１８ａは、形状計測及び参照形状との比較により、例えば、ベース２ａ上の材料３が所定の形状と異なる位置に付着していたことが判明した場合には、不要な材料３が蒸発するよう、光源４５及び除去装置４６ｂを制御する。一方、制御部１８ａは、形状計測及び参照形状との比較により、層２ｂが所定の形状であったことが判明した場合には、トリミングを省略する。

【0069】

上述した層２ｂの形成が終了すると、積層造形装置１は、当該層２ｂの上に、新たな層２ｂを形成する。積層造形装置１は、層２ｂを反復的に積み重ねることにより、造形物４を積層造形する。

【0070】

以下に、ノズル３４について詳しく説明する。図３に示すように、ノズル３４は、第１の筒部７１と、第２の筒部７２とを有する。本実施形態において、第１の筒部７１と第２の筒部７２とは、互いに別個の部品である。この例に限らず、第１の筒部７１と第２の筒部７２とは一体の部品であっても良い。

【0071】

第１の筒部７１は、例えば、真鍮のような金属によって作られる。第２の筒部７２は、例えば、タングステンのような金属によって作られる。第２の筒部７２の融点は、第１の筒部７１の融点よりも高い。なお、第１の筒部７１及び第２の筒部７２の融点はこの例に限られない。

【0072】

第１の筒部７１は、中心軸Ａｘに沿って延びる筒状に形成される。第１の筒部７１に、ノズル３４の出射路４２が設けられる。第１の筒部７１は、内側面７５と、第１の内周面７６と、第２の内周面７７と、第１の端部７８とを有する。

【0073】

内側面７５は、筒状の第１の筒部７１の外周面である。このため、内側面７５は、中心軸Ａｘの周方向に連続する略筒状の面であり、径方向においてノズル３４の外側に向く。言い換えると、内側面７５は、中心軸Ａｘから遠ざかる方向に向く。周方向は、中心軸Ａｘまわりに回転する方向である。

【0074】

内側面７５は、第１の端部７８に近づくに従って外径が小さくなる略円筒状に形成される。別の表現によれば、内側面７５は、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて中心軸Ａｘに近づく第１の収束方向Ｄ１に延びる円錐面である。第１の収束方向Ｄ１は、第２の方向の一例である。内側面７５は、この例に限られない。

【0075】

内側面７５は、第１の下端縁７５ａを含む。第１の下端縁７５ａは、Ｚ軸に沿う負方向における内側面７５の端に位置する。第１の実施形態において、内側面７５が第１の面の一例であり、第１の下端縁７５ａが第１の端縁の一例である。

【0076】

上述のように、内側面７５は円錐面である。このため、図３に示すような中心軸Ａｘを含む断面において、図３のＸ軸及びＺ軸により定まるＸ‐Ｚ座標系における内側面７５の輪郭線は、連続性を有する微分可能な関数で表現可能である。輪郭線は、例えば、断面の縁、及び母線とも称され得る。また、内側面７５は、全微分可能な関数で表現可能な面である。内側面７５は、例えば、中心軸Ａｘを含む断面において連続性を有する微分可能な関数で表現可能な輪郭線を有し、中心軸Ａｘに向かって凸又は中心軸Ａｘから遠ざかる方向に凸な曲面、のような他の形状を有しても良い。

【0077】

第１の内周面７６及び第２の内周面７７は、筒状の第１の筒部７１の内周面であるとともに、ノズル３４の内周面である。第１の内周面７６及び第２の内周面７７は、内側面７５の反対側に位置し、径方向においてノズル３４の内側に向く。言い換えると、第１の内周面７６及び第２の内周面７７は、中心軸Ａｘに近づく方向に向く。

【0078】

出射路４２は、筒状の第１の筒部７１の内側に設けられる。第１の内周面７６及び第２の内周面７７は、出射路４２を区画し、出射路４２に面する。出射路４２は、内側面７５から径方向における内側に離間する。

【0079】

第１の内周面７６は、第１の端部７８に近づくに従って外径が小さくなる略円筒状に形成される。別の表現によれば、第１の内周面７６は、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて中心軸Ａｘに近づく第２の収束方向Ｄ２に延びる円錐面である。第２の収束方向Ｄ２と中心軸Ａｘとが交差する角度は、第１の収束方向Ｄ１と中心軸Ａｘとが交差する角度よりも小さい。

【0080】

第２の内周面７７は、第１の内周面７６と第１の端部７８との間に位置する。第２の内周面７７のＺ軸に沿う正方向の端は、第１の内周面７６に接続される。第２の内周面７７のＺ軸に沿う負方向の端は、第１の端部７８に接続される。

【0081】

第２の内周面７７は、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて内側面７５に近づく。本実施形態において、第２の内周面７７は、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて中心軸Ａｘから遠ざかる円錐面である。なお、第２の内周面７７は、この例に限られない。

【0082】

第１の端部７８は、Ｚ軸に沿う負方向における第１の筒部７１の端に位置する。本実施形態において、第１の端部７８は、Ｚ軸に沿う負方向における第１の筒部７１の略円環状の端面である。第１の端部７８に、出射口４２ａが開く。

【0083】

内側面７５は、第１の下端縁７５ａにおいて第１の端部７８に接続される。言い換えると、内側面７５は、第１の端部７８から延びる。さらに、第２の内周面７７も、第１の端部７８から延びる。内側面７５及び第２の内周面７７はこの例に限られない。

【0084】

第１の筒部７１は、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて薄くなる。言い換えると、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて、径方向における内側面７５と第１の内周面７６又は第２の内周面７７との間の距離が短くなる。なお、第１の筒部７１はこの例に限られない。

【0085】

第２の筒部７２は、中心軸Ａｘに沿って延びる筒状に形成される。第２の筒部７２は、間隔を介して第１の筒部７１を囲む。言い換えると、第２の筒部７２は、第１の筒部７１の外側で中心軸Ａｘに沿って延びる。第２の筒部７２は、外側面８１と、外周面８２と、第２の端部８３とを有する。

【0086】

外側面８１は、筒状の第２の筒部７２の内周面である。外側面８１は、径方向においてノズル３４の内側に向く。言い換えると、外側面８１は、内側面７５が向く方向の反対方向であって中心軸Ａｘに近づく方向に向く。

【0087】

外側面８１は、第２の端部８３に近づくに従って内径が小さくなる略円筒状に形成される。別の表現によれば、外側面８１は、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて中心軸Ａｘに近づく第１の収束方向Ｄ１に延びる円錐面である。外側面８１は、この例に限られない。

【0088】

上記のように、第１の筒部７１の内側面７５と第２の筒部７２の外側面８１とは、共に第１の収束方向Ｄ１に延びる。すなわち、内側面７５と外側面８１との中心軸Ａｘに対する傾斜角度は同じであり、内側面７５と外側面８１とは、略平行な面である。なお、内側面７５と外側面８１との、中心軸Ａｘに対する傾斜角度は互いに異なっても良い。

【0089】

外側面８１は、第２の下端縁８１ａを含む。第２の下端縁８１ａは、Ｚ軸に沿う負方向における外側面８１の端に位置する。第１の実施形態において、外側面８１が第２の面の一例であり、第２の下端縁８１ａが第２の端縁の一例である。

【0090】

上述のように、外側面８１は円錐面である。このため、図３に示すような中心軸Ａｘを含む断面において、図３のＸ軸及びＺ軸により定まるＸ‐Ｚ座標系における外側面８１の輪郭線は、微分可能な関数で表現可能である。また、外側面８１は、全微分可能な関数で表現可能な面である。外側面８１は、例えば、中心軸Ａｘを含む断面において微分可能な関数で表現可能な輪郭線を有し、中心軸Ａｘに向かって凸又は中心軸Ａｘから遠ざかる方向に凸な曲面、のような他の形状を有しても良い。

【0091】

外周面８２は、筒状の第２の筒部７２の外周面であるとともに、ノズル３４の外周面である。このため、外周面８２は、中心軸Ａｘの周方向に連続する略筒状の面であり、外側面８１の反対側に位置し、径方向においてノズル３４の外側に向く。言い換えると、外周面８２は、中心軸Ａｘから遠ざかる方向に向く。外周面８２は、第２の端部８３に近づくに従って外径が小さくなる略円筒状に形成される。

【0092】

第２の端部８３は、Ｚ軸に沿う負方向における第２の筒部７２の端に位置する。本実施形態において、第２の端部８３は、Ｚ軸に沿う負方向における第２の筒部７２の略円環状の端面である。

【0093】

第２の端部８３は、ノズル３４の先端３４ａを形成する。なお、先端３４ａはこの例に限らない。第２の端部８３に、開口４１ａが開く。第２の端部８３は、Ｚ軸に沿う負方向に向き、間隔を介して対象物２に向く。第２の端部８３は、第１の端部７８からＺ軸に沿う負方向に離間する。

【0094】

外側面８１は、第２の下端縁８１ａにおいて第２の端部８３に接続される。言い換えると、外側面８１は、第２の端部８３から延びる。さらに、外周面８２も、第２の端部８３から延びる。外側面８１及び外周面８２はこの例に限られない。

【0095】

第２の筒部７２は、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて薄くなる。言い換えると、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて、径方向における外側面８１と外周面８２との間の距離が短くなる。なお、第２の筒部７２はこの例に限られない。

【0096】

第２の端部８３における第２の筒部７２の厚さＴｏは、第１の端部７８における第１の筒部７１の厚さＴｉよりも薄い。すなわち、径方向において、第２の端部８３における外側面８１と外周面８２との間の距離は、第１の端部７８における内側面７５と第２の内周面７７との間の距離よりも短い。

【0097】

第２の筒部７２の外側面８１の一部は、径方向に間隔を介して第１の筒部７１の内側面７５に向く。内側面７５と外側面８１の一部との間に、吐出路４３が設けられる。言い換えると、内側面７５と外側面８１の一部とが、吐出路４３の少なくとも一部を区画する。

【0098】

内側面７５及び外側面８１の間に設けられる吐出路４３は、第１の収束方向Ｄ１に延びる。このため、図１の材料供給装置３１により供給されたキャリアガスＧ及び材料３は、吐出路４３で第１の収束方向Ｄ１に流れる。

【0099】

吐出路４３の吐出口４３ａは、第１の筒部７１の内側面７５の第１の下端縁７５ａと、第２の筒部７２の外側面８１とによって区画される。なお、吐出口４３ａはこの例に限られない。吐出口４３ａは、中心軸Ａｘから出射路４２の出射口４２ａよりも径方向における外側に離間する。

【0100】

第２の筒部７２の外側面８１の第２の下端縁８１ａを含む一部は、通路４１の少なくとも一部を区画する。さらに、通路４１の開口４１ａは、外側面８１の第２の下端縁８１ａによって区画される。なお、開口４１ａはこの例に限られない。中心軸Ａｘに沿う方向において、第２の下端縁８１ａは、内側面７５の第１の下端縁７５ａからＺ軸に沿う負方向に離間する。

【0101】

開口４１ａの内径は、出射口４２ａの内径よりも短い。言い換えると、開口４１ａは、出射口４２ａよりも狭い。なお、開口４１ａの内径は、出射口４２ａの内径と同じかより長くても良い。

【0102】

上述のように、外側面８１の一部は、吐出路４３の少なくとも一部を区画し、吐出路４３に位置する。一方、外側面８１の第２の下端縁８１ａを含む一部は、通路４１を区画し、通路４１に位置する。このように、外側面８１は、吐出路４３の内部から、吐出路４３の外部である通路４１まで続く。このため、図３に矢印で示すように、吐出口４３ａから吐出されたキャリアガスＧの流れは、例えばコアンダ効果により、外側面８１に沿う。コアンダ効果に加え、例えば、出射口４２ａから吐出されるパージガスの圧力が、キャリアガスＧの流れを外側面８１に沿わせる。

【0103】

コアンダ効果により、流体は、連続性を有する微分可能な関数により表現可能な輪郭線を有する面に沿って流れる。別の表現によれば、流体は、全微分可能関数により表現可能な面に沿って流れる。流体は、連続性を有する微分可能な関数により表現可能な輪郭線を有する面の端縁に到達すると、当該端縁で剥離を生じる。

【0104】

外側面８１は、中心軸Ａｘを含む断面において、連続性を有する微分可能な関数により表現可能な輪郭線を有する。一方、外側面８１と第２の端部８３とを一体として考えた場合、外側面８１及び第２の端部８３は、第２の下端縁８１ａにおいて連続するが微分可能ではない。言い換えると、外側面８１と第２の端部８３とは滑らかに連続しない。このため、外側面８１に沿うキャリアガスＧの流れは、第２の下端縁８１ａで剥離を生じ、ノズル３４から離れる。

【0105】

第２の下端縁８１ａでノズル３４から離れたキャリアガスＧの流れは、大よそ第１の収束方向Ｄ１に流れる。吐出口４３ａから吐出された材料３は、キャリアガスＧに乗って、外側面８１に沿って第１の収束方向Ｄ１に流れ、第２の下端縁８１ａによって区画される開口４１ａからノズル３４の外へ吐出される。

【0106】

本実施形態において、第１の収束方向Ｄ１は、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて中心軸Ａｘに近づく方向である。このため、第２の下端縁８１ａでノズル３４から離れたキャリアガスＧの流れと、当該キャリアガスＧに運ばれる材料３とは、Ｚ軸に沿う負方向に進むに従って中心軸Ａｘに近づく。これにより、キャリアガスＧに運ばれる材料３は、図２に示す加工点Ｐに集まる。加工点Ｐは、中心軸Ａｘ上に位置するとともに、対象物２上又は対象物２中に位置する。当該加工点Ｐに、又は加工点Ｐ近傍にレーザ光Ｌが照射されることで、ノズル３４から吐出された材料３がレーザ光Ｌによって溶融又は焼結させられる。

【0107】

以上説明された第１の実施形態に係るノズル３４を備える積層造形装置１において、内側面７５と外側面８１との間に吐出路４３が設けられ、外側面８１は、中心軸Ａｘに沿う方向において第１の下端縁７５ａからＺ軸に沿う負方向に離間する第２の下端縁８１ａを含む。吐出口４３ａから吐出されたキャリアガスＧは、外側面８１に沿って流れ、第２の下端縁８１ａで剥離を生じてノズル３４から離れる。すなわち、吐出口４３ａから吐出されたキャリアガスＧは、コアンダ効果により、内側面７５及び外側面８１のうちよりＺ軸に沿う負方向により長く延びた方に沿って流れ得る。第２の下端縁８１ａにおいてコアンダ効果が切れ、キャリアガスＧはノズル３４から離れて対象物２に向かって放たれる。従って、本実施形態のノズル３４は、内側面７５又は外側面８１に沿って材料３及びキャリアガスＧを収束させることが可能であり、より微細な領域に材料３を供給することができる。例えば、本実施形態のような積層造形装置１において、より微細な解像度（積層ピッチ）で積層造形を行うことが可能となる。さらに、ノズル３４のうち内側面７５を有する第１の筒部７１をより短くすることができるため、ノズル３４をより軽くすることができる。

【0108】

出射口４２ａ及び吐出口４３ａが通路４１に連通し、通路４１の開口４１ａは出射口４２ａよりも狭い。すなわち、レーザ光Ｌが通る出射口４２ａがより広く形成され、レーザ光Ｌがノズル３４に干渉することが抑制される。従って、ノズル３４がレーザ光Ｌにより損傷することが抑制されるとともに、レーザ光Ｌの出力を高くして融点が高い材料３を溶融させるとともにスパッタの発生を抑制することができる。また、レーザ光Ｌを太くした場合に、レーザ光Ｌがノズル３４に干渉することを抑制でき、より広い範囲の材料３をレーザ光Ｌで溶融又は焼結することができる。さらに、材料３が開口４１ａからノズル３４の外に吐出される。当該開口４１ａが出射口４２ａよりも狭いため、より微細な領域に材料３を供給することができる。

【0109】

第１の筒部７１及び第２の筒部７２は、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて薄くなる。これにより、対象物２に近い第２の端部８３において、第２の筒部７２がより薄くなる。従って、レーザ光Ｌや当該レーザ光Ｌを照射される対象物２により第２の筒部７２に伝わった熱がより効率良く放出され得る。

【0110】

第２の端部８３における第２の筒部７２の厚さＴｏは、第１の端部７８における第１の筒部７１の厚さＴｉよりも薄い。これにより、対象物２により近い第２の筒部７２にレーザ光Ｌや当該レーザ光Ｌを照射される対象物２から伝わった熱が、より効率良く放出され得る。

【0111】

第１の筒部７１は、出射口４２ａが開く第１の端部７８と、出射路４２に面する第１の内周面７６と、第１の内周面７６と第１の端部７８との間に位置するとともにＺ軸に沿う負方向に向かうにつれて内側面７５に近づく第２の内周面７７と、を有する。これにより、第１の端部７８により近い第２の内周面７７をレーザ光Ｌから離間させることが可能となり、レーザ光Ｌが第１の筒部７１に干渉することが抑制される。

【0112】

第２の筒部７２の融点は、第１の筒部７１の融点よりも高い。これにより、対象物２により近い第２の筒部７２が、レーザ光Ｌや当該レーザ光Ｌを照射される対象物２により損傷することが抑制される。

【0113】

加工点Ｐにレーザ光Ｌが照射された対象物２からノズル３４に伝わる熱の影響は、出射路４２を通るレーザ光Ｌからノズル３４の第１の筒部７１に伝わる熱の影響よりも大きい。第２の筒部７２は、第１の筒部７１よりも対象物２に近い位置まで延びる。このため、第１の筒部７１と第２の筒部７２とのうち、対象物２により近い第２の筒部７２は、対象物２からより遠い第１の筒部７１よりも高い融点を有するように設定され、レーザ光Ｌを照射された対象物２からノズル３４に伝わる熱の影響を軽減する。

【0114】

外側に位置する第２の筒部７２は、内側に位置する第１の筒部７１よりも、加工点Ｐにレーザ光Ｌを照射された対象物２から伝わる熱の影響を受けやすい。このため、第１の筒部７１の第１の端部７８と対象物２との距離が、第２の筒部７２の第２の端部８３と対象物２との距離に等しい場合、第２の筒部７２の融点は、第１の筒部７１の融点よりも高く設定される。

【0115】

内側面７５及び外側面８１は、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて中心軸Ａｘに近づく第１の収束方向Ｄ１に延びる。これにより、本実施形態のノズル３４は、内側面７５又は外側面８１に沿って材料３及びキャリアガスＧを収束させることが可能であり、より微細な領域に材料３を供給することができる。

【0116】

（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。

【0117】

図５は、第２の実施形態に係るノズル３４の一部及び対象物２の一部を示す断面図である。図６は、第２の実施形態のノズル３４の一部を示す断面図である。図５及び図６に示すように、第２の実施形態において、第１の筒部７１の内側面７５の第１の下端縁７５ａが、中心軸Ａｘに沿う方向において、第２の筒部７２の外側面８１の第２の下端縁８１ａからＺ軸に沿う負方向に離間する。このように、第２の実施形態において、内側面７５が第２の面の一例であり、第１の下端縁７５ａが第２の端縁の一例であり、外側面８１が第１の面の一例であり、第２の下端縁８１ａが第１の端縁の一例である。

【0118】

第２の実施形態のノズル３４において、出射路４２及び吐出路４３が設けられるが、通路４１は設けられない。出射路４２の出射口４２ａと、吐出路４３の吐出口４３ａとは、ノズル３４の外に開く。

【0119】

第１の筒部７１の内側面７５の一部と、第２の筒部７２の外側面８１との間に、吐出路４３が設けられる。言い換えると、内側面７５の一部と外側面８１とが、吐出路４３の少なくとも一部を区画する。吐出路４３の吐出口４３ａは、第１の筒部７１の内側面７５と、第２の筒部７２の外側面８１の第２の下端縁８１ａとによって区画される。

【0120】

上述のように、内側面７５の一部は、吐出路４３の少なくとも一部を区画し、吐出路４３に位置する。一方、内側面７５の第１の下端縁７５ａを含む一部は、吐出路４３の外に位置し、径方向の外側に露出する。このように、内側面７５は、吐出路４３の内部から、吐出路４３の外部まで続く。このため、図６に矢印で示すように、吐出口４３ａから吐出されたキャリアガスＧの流れは、例えばコアンダ効果により、内側面７５に沿う。

【0121】

内側面７５に沿うキャリアガスＧの流れは、第１の下端縁７５ａで剥離を生じ、ノズル３４から離れる。第１の下端縁７５ａでノズル３４から離れたキャリアガスＧの流れは、大よそ第１の収束方向Ｄ１に流れる。吐出口４３ａから吐出された材料３は、キャリアガスＧに乗って、内側面７５に沿って第１の収束方向Ｄ１へ流れ、第１の下端縁７５ａから対象物２へ放たれる。

【0122】

第１の下端縁７５ａでノズル３４から離れたキャリアガスＧの流れと、当該キャリアガスＧに運ばれる材料３とは、Ｚ軸に沿う負方向に進むに従って中心軸Ａｘに近づく。これにより、キャリアガスＧに運ばれる材料３は、図５に示す加工点Ｐに集まる。当該加工点Ｐに、又は加工点Ｐ近傍にレーザ光Ｌが照射されることで、ノズル３４から吐出された材料３がレーザ光Ｌによって溶融又は焼結させられる。

【0123】

以上説明された第２の実施形態のノズル３４を備える積層造形装置１において、吐出口４３ａから吐出された材料３及びキャリアガスＧは、内側面７５に沿って第１の下端縁７５ａまで流れる。従って、本実施形態のノズル３４は、内側面７５に沿って材料３及びキャリアガスＧを収束させることが可能であり、より微細な領域に材料３を供給することができる。さらに、内側面７５を形成する第１の筒部７１と外側面８１を形成する第２の筒部７２との厚さを同一量減らす場合に、第２の筒部７２は、第１の筒部７１よりも径方向の外側に位置するため、断面積の減少量が大きくなる。このため、本実施形態のノズル３４は、第２の筒部７２の断面積をより小さくすることができるため、ノズル３４をより軽くすることができる。

【0124】

第２の実施形態において、第１の端部７８は、第２の端部８３からＺ軸に沿う負方向に離間する。すなわち、第１の筒部７１は、第２の筒部７２よりも対象物２に近い位置まで延びる。このため、対象物２により近い第１の筒部７１は、対象物２からより遠い第２の筒部７２よりも高い融点を有するように設定され、レーザ光Ｌを照射された対象物２からノズル３４に伝わる熱の影響を軽減する。例えば、第１の筒部７１がタングステンによって作られ、第２の筒部７２が真鍮によって作られる。なお、第１の筒部７１及び第２の筒部７２の融点はこの例に限られない。

【0125】

以上説明された少なくとも一つの実施形態によれば、第２の開口端から吐出された流体は、コアンダ効果により、内側面及び外側面のうちより第１の方向に長く延びた方に沿って流れ得る。第２の端縁においてコアンダ効果が切れ、流体はノズル部から離れて対象物に向かって放たれる。従って、本実施形態のノズルは、内側面又は外側面に沿って粉体及び流体を収束させることが可能であり、より微細な領域に粉体を供給することができる。

【0126】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、出願当初の特許請求の範囲の内容を付記する。
［１］
中心軸の径方向における外側に向く内側面と、前記径方向に間隔を介して前記内側面に向く外側面と、を有し、前記内側面から前記径方向における内側に離間し、前記中心軸に沿って延び、エネルギー線が通る、第１の通路と、前記内側面と前記外側面との間に設けられ、粉体及び流体が通る、第２の通路と、が設けられたノズル部、
を具備し、
前記第１の通路は、前記中心軸に沿う第１の方向における当該第１の通路の端に位置し、当該第１の通路の外に開く、第１の開口端を含み、
前記第２の通路は、前記第１の方向における当該第２の通路の端に位置し、前記中心軸から前記第１の開口端よりも前記径方向における外側に離間し、当該第２の通路の外に開く、第２の開口端を含み、
前記内側面と前記外側面とのうち一方の第１の面は、前記第１の方向における当該第１の面の端に位置する第１の端縁を含み、
前記内側面と前記外側面とのうち他方の第２の面は、前記第１の方向における当該第２の面の端に位置するとともに前記中心軸に沿う方向において前記第１の端縁から前記第１の方向に離間する第２の端縁を含み、
前記第２の開口端から吐出された前記流体が、前記第２の面に沿って流れ、前記第２の端縁で剥離を生じて前記ノズル部から離れる、
ノズル。
［２］
前記内側面が前記第１の面であり、
前記外側面が前記第２の面であり、
前記ノズル部は、前記第１の開口端及び前記第２の開口端に連通して前記エネルギー線と前記粉体と前記流体とが通る第３の通路が設けられ、
前記第３の通路は、前記第１の方向における当該第３の通路の端に位置し、前記ノズル部の外に開く、第３の開口端を含み、
前記第３の開口端は、前記第１の開口端よりも狭い、
［１］のノズル。
［３］
前記ノズル部は、前記内側面を有するとともに前記第１の通路が設けられた第１の筒部と、前記外側面を有する第２の筒部と、を有し、
前記第１の筒部は、前記第１の方向に向かうにつれて薄くなり、
前記第２の筒部は、前記第１の方向に向かうにつれて薄くなる、
［２］のノズル。
［４］
前記第１の筒部は、前記第１の開口端が開く第１の端部を有し、
前記第２の筒部は、前記第３の開口端が開く第２の端部を有し、
前記第２の端部における前記第２の筒部の厚さは、前記第１の端部における前記第１の筒部の厚さよりも薄い、
［３］のノズル。
［５］
前記第１の筒部は、前記第１の開口端が開く第１の端部と、前記第１の通路に面する第１の内周面と、前記第１の内周面と前記第１の端部との間に位置するとともに前記第１の方向に向かうにつれて前記内側面に近づく第２の内周面と、を有する、［３］のノズル。
［６］
前記第２の筒部の融点は、前記第１の筒部の融点よりも高い、［３］のノズル。
［７］
前記内側面は、前記第１の方向に向かうにつれて前記中心軸に近づく第２の方向に延び、
前記外側面は、前記第２の方向に延びる、
［１］乃至［６］のいずれか一つのノズル。
［８］
前記外側面が前記第１の面であり、
前記内側面が前記第２の面である、
［１］のノズル。
［９］
［１］乃至［８］のいずれか一つのノズルと、
前記第１の通路に前記エネルギー線を供給する光学装置と、
前記第２の通路に前記粉体及び前記流体を供給する供給装置と、
を具備し、
前記ノズルは、前記第２の開口端から吐出された前記粉体を前記エネルギー線により溶融又は焼結させる、
積層造形装置。

【符号の説明】

【0127】

１…積層造形装置、３…材料、１５…光学装置、３１…材料供給装置、３４…ノズル、４１…通路、４１ａ…開口、４２…出射路、４２ａ…出射口、４３…吐出路、４３ａ…吐出口、７１…第１の筒部、７２…第２の筒部、７５…内側面、７５ａ…第１の下端縁、７６…第１の内周面、７７…第２の内周面、７８…第１の端部、８１…外側面、８１ａ…第２の下端縁、８３…第２の端部、Ｌ…レーザ光、Ａｘ…中心軸、Ｇ…キャリアガス、Ｄ１…第１の収束方向、Ｔｏ，Ｔｉ…厚さ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】