特開 2024-4588 ３次元積層造形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024004588

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】３次元積層造形装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/18 20060101AFI20240110BHJP

   H01J 37/16 20060101ALI20240110BHJP

   H01J 37/147 20060101ALI20240110BHJP

   B22F 12/70 20210101ALI20240110BHJP

   B22F 12/44 20210101ALI20240110BHJP

   B22F 10/32 20210101ALI20240110BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20240110BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20240110BHJP

   B29C 64/364 20170101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

H01J37/18

H01J37/16

H01J37/147 E

B22F12/70

B22F12/44

B22F10/32

B22F10/28

B29C64/268

B29C64/364

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022104255

(22)【出願日】2022-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】弁理士法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 崇

(72)【発明者】

【氏名】木村 淳

(72)【発明者】

【氏名】山上 暢久

【テーマコード（参考）】

4F213

4K018

5C101

【Ｆターム（参考）】

4F213AC04

4F213WA25

4F213WL03

4F213WL13

4F213WL43

4F213WL67

4F213WL72

4F213WL78

4F213WL87

4K018CA44

4K018EA51

4K018EA60

5C101AA39

5C101BB01

5C101CC05

5C101DD16

5C101DD38

5C101EE12

5C101EE22

5C101EE75

5C101GG20

(57)【要約】

【課題】電子銃室の真空度を高めることができる３次元積層造形装置を提供する。
【解決手段】３次元積層造形装置１は、電子銃室２と、造形室３と、第１真空ポンプ５と、第２真空ポンプ６と、ビーム経路８と、を備えている。また、３次元積層造形装置１は、差動排気アパーチャー１４と、集束レンズ１２と、軸調整機構１３と、を備えている。差動排気アパーチャー１４は、ビーム経路８の内部空間を２つに分割し、電子ビームＬ１が通過可能な絞り孔１４ａを有する。集束レンズ１２は、電子ビームＬ１を差動排気アパーチャー１４の絞り孔１４ａで集束させる。軸調整機構１３は、電子ビームＬ１の光軸Ｌ２が絞り孔１４ａの中心及び集束レンズ１２の中心の両方を通過するように、電子ビームＬ１の軌道又は、集束レンズ１２及び差動排気アパーチャー１４の位置を調整する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子銃を収容する電子銃室と、
前記電子銃から出射された電子ビームが照射される造形ユニットを収容する造形室と、
前記電子銃室の気体を排気する第１真空ポンプと、
前記造形室の気体を排気する第２真空ポンプと、
前記電子銃室と前記造形室を連通し、前記電子ビームが通過するビーム経路と、
前記ビーム経路内に設けられて前記ビーム経路の内部空間を２つに分割し、前記電子ビームが通過可能な絞り孔を有する差動排気アパーチャーと、
前記電子銃から出射された前記電子ビームを前記差動排気アパーチャーの前記絞り孔で集束させる集束レンズと、
前記電子ビームの光軸が前記差動排気アパーチャーの前記絞り孔の中心及び前記集束レンズの中心の両方を通過するように、前記電子ビームの軌道又は、前記集束レンズ及び前記差動排気アパーチャーの位置を調整する軸調整機構と、
を備えた３次元積層造形装置。

【請求項2】

前記軸調整機構は、前記電子ビームの軌道を調整し、
前記電子ビームの光軸に沿って配置される第１調整部及び第２調整部を有する
請求項１に記載の３次元積層造形装置。

【請求項3】

前記軸調整機構は、電磁偏向器である
請求項２に記載の３次元積層造形装置。

【請求項4】

前記集束レンズ及び前記軸調整機構は、静電偏向器である
請求項２に記載の３次元積層造形装置。

【請求項5】

前記軸調整機構は、前記集束レンズを前記光軸と直交する方向に移動させる第１軸調整機構と、
前記差動排気アパーチャーを前記光軸と直交する方向に移動させる第２軸調整機構と、
を有する
請求項１に記載の３次元積層造形装置。

【請求項6】

前記差動排気アパーチャーに前記電子ビームが照射されたことを検知するビーム検知ユニットを備えた
請求項１に記載の３次元積層造形装置。

【請求項7】

前記電子銃室と前記ビーム経路との接続箇所に配置され、前記電子ビームが通過可能な真空コンダクタンス部品と、
前記ビーム経路における前記差動排気アパーチャーで分割され、前記差動排気アパーチャーと前記真空コンダクタンス部品で形成される空間の気体を排気する第３真空ポンプと、を備えた
請求項１に記載の３次元積層造形装置。

【請求項8】

前記真空コンダクタンス部品は、前記電子銃を固定するアノードと一体に形成される
請求項７に記載の３次元積層造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステージ上に粉末材料を薄く敷いた層を一層ずつ重ねて造形する３次元積層造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、粉末材料を薄く敷いた層を一層ずつ重ねて造形する３次元積層造形技術が脚光を浴びており、粉末材料の材料や造形手法の違いにより多くの種類の３次元積層造形技術が開発されている。

【0003】

従来の３次元積層造形装置の造形方法としては、例えばステージの上面に設置されたベースプレート上に粉末材料を一層毎に敷き詰める。次に、ベースプレート上に敷き詰められた粉末材料に対し、造形物の一断面に相当する二次元構造部だけを電子ビームやレーザからなる加熱機構で溶融する。そして、そのような粉末材料の層を一層ずつ高さ方向（Ｚ方向）に積み重ねることにより造形物を形成している（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

また、電子ビームの発生源である電子銃には加速電圧をはじめとした高電圧が印加されるので放電を抑制するために、電子銃を収容する電子銃室は、高い真空度が求められている。また、電子源を、酸化等の化学反応の要因となる残留ガスから保護するために、電子銃室内は、真空ポンプにより排気されている。

【0005】

しかしながら、造形物を造形する造形ユニットが収容される造形室は、造形物や造形ユニットの入れ替えのために頻繁に大気開放する必要がある。さらに、粉末材料を電子ビームで溶融する際に、蒸気が発生し、造形室の真空度は、電子銃室の真空度よりも低くなる。

【0006】

また、電子銃室と造形室は、電子ビームが通過するビーム経路により物理的に連通している。そして、ビーム経路には、電子ビームだけでなく、造形室内のガスも通過する。そのため、ビーム経路を介して真空度の低い造形室から真空度の高い電子銃室にガスが通過する。

【0007】

そのため、電子銃室の真空度を高めるために、例えば、電子銃室と造形室にそれぞれ別の真空ポンプを接続し、別の真空ポンプにより電子銃室と造形室の気体を排気させる差動排気方式が用いられている。

【0008】

図７は、電子銃室と造形室の真空度の関係を示す説明図である。
図７に示すように、電子銃室１０２には、第１真空ポンプ１０５が接続され、造形室１０３には、第２真空ポンプ１０６が接続されている。また、電子銃室１０２と造形室１０３は、電子ビームが通過する経路を介して物理的に連通している。そして、経路を介して造形室１０３のガスが電子銃室１０２に流入する。

【0009】

ここで、電子銃室１０２の圧力が第１圧力Ｐ１（Ｐａ）、造形室１０３の圧力が第２圧力Ｐ２（Ｐａ）とする。そして、電子銃室１０２は、造形室１０３よりも高い真空度を有している（Ｐ１＜Ｐ２）。このとき、造形室１０３から電子銃室１０２に流れ込むガスの流量Ｑ（Ｐａ・Ｌ／ｓ）は、下記式１により求められる。なお、Ｃはコンダクタンスと呼ばれる気体の流れ易さを示す特性値である。
［式１］
Ｑ＝Ｃ（Ｐ２－Ｐ１）

【0010】

そして、電子銃室１０２に接続された第１真空ポンプ１０５の排気性能がガス流量Ｑよりも上回ると、電子銃室１０２を高い真空度に維持することができる。また、式１に示すようにコンダクタンスＣを小さく抑えることで、ガス流量Ｑを小さくすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１５－１６８２２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、電子銃より射出された電子ビームは、レンズで集束するまで広がり続けるため、電子銃室と造形室を連通するビーム経路は、その開口径を小さくすることが困難である。ビーム経路の開口径が大きくなることで、コンダクタンスＣが大きくなり、造形室から電子銃室に流れ込むガス流量Ｑも大きくなる。その結果、電子銃室の真空度が低下するだけでなく、より排気性能の優れた真空ポンプが必要となっていた。

【0013】

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、電子銃室の真空度を高めることができる３次元積層造形装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の３次元積層造形装置は、電子銃を収容する電子銃室と、電子銃から出射された電子ビームが照射される造形ユニットを収容する造形室と、第１真空ポンプと、第２真空ポンプと、ビーム経路と、を備えている。第１真空ポンプは、電子銃室の気体を排気する。第２真空ポンプは、造形室の気体を排気する。ビーム経路は、電子銃室と造形室を連通し、電子ビームが通過する。
また、３次元積層造形装置は、差動排気アパーチャーと、集束レンズと、軸調整機構と、を備えている。差動排気アパーチャーは、ビーム経路内に設けられてビーム経路の内部空間を２つに分割し、電子ビームが通過可能な絞り孔を有する。集束レンズは、電子銃から出射された電子ビームを差動排気アパーチャーの絞り孔で集束させる。軸調整機構は、電子ビームの光軸が差動排気アパーチャーの絞り孔の中心及び集束レンズの中心の両方を通過するように、電子ビームの軌道又は、集束レンズ及び差動排気アパーチャーの位置を調整する。

【発明の効果】

【0015】

本発明の３次元積層造形装置によれば、電子銃室の真空度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置を模式的に示す概略断面図である。

【図2】本発明の第２の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置を模式的に示す概略断面図である。

【図3】本発明の第３の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置を模式的に示す概略断面図である。

【図4】本発明の第４の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置を模式的に示す概略断面図である。

【図5】本発明の第５の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置を模式的に示す概略断面図である。

【図6】第５の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置におけるアノード周りを示す説明図である。

【図7】電子銃室と造形室の真空度の関係を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の３次元積層造形装置の実施の形態例について、図１～図７を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

【0018】

１．第１の実施の形態例
１－１．３次元積層造形装置の構成
まず、本発明の第１の実施の形態例（以下、「本例」という。）にかかる３次元積層造形装置の第１の実施の形態例について図１を参照して説明する。
図１は、本例の３次元積層造形装置を模式的に示す概略断面図である。

【0019】

図１に示す３次元積層造形装置１は、例えば、チタン、アルミニウム、鉄等の金属粉末からなる粉末材料に電子ビームを照射して粉末材料を溶融させ、この粉末材料が凝固した層を積み重ねて立体物を造形する装置である。

【0020】

図１に示すように、３次元積層造形装置１は、電子銃室２と、造形室３と、電子光学室４と、第１真空ポンプ５と、第２真空ポンプ６と、造形ユニット７と、ビーム経路８と、電子源１０とを備えている。電子銃室２及び造形室３は、中空に形成されている。電子銃室２には、第１真空ポンプ５が接続されており、造形室３には、第２真空ポンプ６が接続されている。そして、電子銃室２内の空気は第１真空ポンプ５により排気され、造形室３内の空気は第２真空ポンプ６により排気される。

【0021】

造形室３の内部には、造形ユニット７が配置されている。造形ユニット７において粉末材料が積層される。そして、積層された粉末材料に後述する電子源１０から電子ビームＬ１が照射されることで、溶融する。

【0022】

造形室３の上部には、電子光学室４が接続されている。電子光学室４には、筒状のビーム経路８が収容されている。ビーム経路８の下部は、造形室３に連通し、ビーム経路８の上部は、電子銃室２に連通している。

【0023】

電子銃室２の内部には、カソードを示す電子源１０と、ウエネルト１８と、アノード１７が収容されている。そして、電子源１０、ウエネルト１８及びアノード１７により電子銃が構成される。アノード１７は、電子銃室２におけるビーム経路８と連通する開口部に設けられている。電子源１０から出射された電子ビームＬ１は、ウエネルト１８を通過し、アノード１７を介してビーム経路８内に照射される。

【0024】

また、電子源１０及びウエネルト１８、アノード１７から放出される電子ビームＬ１の出力は、造形プロセスに応じて不図示の制御装置により可変可能に構成されている。

【0025】

電子光学室４には、対物レンズ１１と、集束レンズ１２と、軸調整機構１３と、差動排気アパーチャー（以下、「差動排気ＡＰ」という）１４とを有している。本例では、対物レンズ１１及び集束レンズ１２、磁場を発生させるコイルにより構成されている。

【0026】

差動排気ＡＰ１４は、ビーム経路８内において、後述する対物レンズ１１と集束レンズ１２の間に配置されている。差動排気ＡＰ１４には、電子ビームＬ１が通過可能な絞り孔１４ａが形成されている。差動排気ＡＰ１４は、ビーム経路８の内部空間を、電子銃室２側の空間と、造形室３側の空間の２つに分割する。

【0027】

差動排気ＡＰ１４を設けることで、造形室３側の空間から電子銃室２側の空間に気体が流れ難くなる。すなわち、差動排気ＡＰ１４によりコンダクタンスＣを小さくすることができ、造形室３からビーム経路８を通過して電子銃室２に気体が流入することを抑制できる。これにより、その結果、第１真空ポンプ５として高い排気性能を有する真空ポンプを用いなくても、電子銃室２の真空度を所望の真空度にすることができる。

【0028】

また、電子銃室２の真空度を高い真空度にすることができるため、電子銃室２に配置された電子源１０がガスにより劣化することを防止でき、電子源１０の製品寿命を高めることができる。

【0029】

対物レンズ１１は、電子光学室４内において差動排気ＡＰ１４よりも造形室３側に配置されている。そして、対物レンズ１１は、軸調整機構１３及び集束レンズ１２、差動排気ＡＰ１４を通過した電子ビームＬ１を造形ユニット７の造形面上において所定のビーム径となるように集束させる。

【0030】

集束レンズ１２は、電子光学室４内において差動排気ＡＰ１４よりも電子銃室２側、すなわち電子ビームＬ１の上流（電子源１０）側に配置されている。集束レンズ１２は、アノード１７を通過した電子ビームＬ１を差動排気ＡＰ１４の絞り孔１４ａを通過するように集束させる。具体的には、集束レンズ１２は、電子ビームＬ１のビーム径を絞り孔１４ａの開口径よりも小さく集束させる。また、集束レンズ１２の焦点位置は、差動排気ＡＰ１４の絞り孔１４ａの中心と一致するように調整される。

【0031】

集束レンズ１２により電子ビームＬ１のビーム径を絞ることで、差動排気ＡＰ１４の絞り孔１４ａの開口径をより小さくすることができる。その結果、差動排気ＡＰ１４によってコンダクタンスＣをより小さくすることができ、造形室３側の空間から電子銃室２側の空間に気体が流入を抑制する効果を高めることができる。

【0032】

また、集束レンズ１２が電子ビームＬ１のビーム径を差動排気ＡＰ１４の絞り孔１４ａの開口径よりも小さくすることで、電子ビームＬ１が差動排気ＡＰ１４に照射されることを防止できる。その結果、電子ビームＬ１が差動排気ＡＰ１４に当たり、差動排気ＡＰ１４が破損することを防止できる。

【0033】

集束レンズ１２と電子銃室２との間、すなわち集束レンズ１２よりも電子ビームＬ１の上流（電子源１０）側には、軸調整機構１３が配置されている。軸調整機構１３は、第１調整部１３ａと、第２調整部１３ｂとを有している。第１調整部１３ａ及び第２調整部１３ｂは、電子ビームＬ１の光軸Ｌ２に沿って配置される。第１調整部１３ａ及び第２調整部１３ｂは、磁場を発生する電磁偏向器である。また、第１調整部１３ａ及び第２調整部１３ｂとしては、例えば、鞍型のコイルやその他各種の電磁偏向器が適用される。

【0034】

第１調整部１３ａ及び第２調整部１３ｂは、アノード１７を通過した電子ビームＬ１の光軸Ｌ２が光軸Ｌ２と直交する方向（以下、第２方向という）において、集束レンズ１２の磁場中心及び差動排気ＡＰ１４の絞り孔１４ａの開口中心と一致するように電子ビームＬ１の軌道を調整する。すなわち、電子源１０から出射された電子ビームＬ１は、軸調整機構１３により全て差動排気ＡＰ１４の絞り孔１４ａを通過する。これにより、電子ビームＬ１の軌道が第２方向において、絞り孔１４ａからずれることを防止でき、確実に電子ビームＬ１が絞り孔１４ａを通過させることができる。その結果、電子ビームＬ１が差動排気ＡＰ１４に照射されて差動排気ＡＰ１４が破損することを確実に防止でき、より３次元積層造形装置１の安全性を高めることができる。

【0035】

また、軸調整機構１３として、第１調整部１３ａと第２調整部１３ｂの２つの調整部を設けたことで、光軸Ｌ２を集束レンズ１２の中心と絞り孔１４ａの中心の２つの中心を通過するように調整することができる。

【0036】

上述したように、電子源１０から放出される電子ビームＬ１の出力は、ウエネルト１８に印加される電圧に応じて、変化する。電子ビームＬ１の出力が変化すると、電子ビームＬ１の広がりも変化する。そのため、制御装置は、電子ビームＬ１の出力に応じて、集束レンズ１２及び軸調整機構１３を制御することが可能である。これにより、電子ビームＬ１の出力が変化した場合でも、電子ビームＬ１の光軸Ｌ２を集束レンズ１２の磁場中心及び差動排気ＡＰ１４の絞り孔１４ａの開口中心に通過させることができる。さらに、集束レンズ１２の焦点位置を差動排気ＡＰ１４の絞り孔１４ａの開口中心の位置に合わせることができる。

【0037】

２．第２の実施の形態例
次に、図２を参照して第２の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置について説明する。
図２は、第２の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置を示す概略構成図である。

【0038】

第２の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１Ａが、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と異なる点は、集束レンズ及び軸調整機構の構成である。そのため、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置と共通する部分には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0039】

図２に示すように、３次元積層造形装置１Ａは、集束レンズ２２と、軸調整機構２３とを有している。第２の実施の形態例にかかる集束レンズ２２は、静電レンズであり、軸調整機構２３は、静電偏向器である。すなわち、集束レンズ２２及び軸調整機構２３は、電圧を印加される互いに対向する複数の電極により構成されている。そして、集束レンズ２２及び軸調整機構２３は、電極に電圧を印加することで、ビーム経路８内に電界を発生させて、電子ビームＬ１の集束及び軌道を制御する。

【0040】

その他の構成は、第１の実施の形態にかかる３次元積層造形装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような集束レンズ２２及び軸調整機構２３を有する３次元積層造形装置１Ａによっても、上述した第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と同様の作用効果を得ることができる。

【0041】

３．第３の実施の形態例
次に、図３を参照して第３の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置について説明する。
図３は、第３の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置を示す概略構成図である。

【0042】

第３の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１Ｂが、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と異なる点は、軸調整機構の構成である。そのため、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と共通する部分には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0043】

図３に示すように、３次元積層造形装置１Ｂは、第１軸調整機構３２と、第２軸調整機構３３とを有している。第１軸調整機構３２は、集束レンズ１２に接続されており、第２軸調整機構３３は、差動排気ＡＰ１４に接続されている。また、第１軸調整機構３２は、集束レンズ１２を光軸Ｌ２と直交する方向である第２方向に沿って移動可能に支持する。そして、第１軸調整機構３２は、電子ビームＬ１の光軸Ｌ２が集束レンズ１２の中心を通過するように、集束レンズ１２の位置を調整する。

【0044】

第２軸調整機構３３は、差動排気ＡＰ１４を第２方向に沿って移動可能に支持する。そして、第２軸調整機構３３は、電子ビームＬ１の光軸Ｌ２が差動排気ＡＰ１４の絞り孔１４ａの中心を通過するように、差動排気ＡＰ１４の位置を調整する。

【0045】

その他の構成は、第１の実施の形態にかかる３次元積層造形装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような第１軸調整機構３２及び第２軸調整機構３３を有する３次元積層造形装置１Ｂによっても、上述した第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と同様の作用効果を得ることができる。

【0046】

４．第４の実施の形態例
次に、図４を参照して第４の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置について説明する。
図４は、第４の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置を示す概略構成図である。

【0047】

第４の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１Ｃが、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と異なる点は、ビーム検知ユニット４５を設けた点である。そのため、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と共通する部分には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0048】

図４に示すように、３次元積層造形装置１Ｃは、ビーム検知ユニット４５を備えている。ビーム検知ユニット４５は、差動排気ＡＰ１４に電子ビームＬ１が照射されたことを検知する。ビーム検知ユニット４５としては、例えば、電流検知や温度検知、あるいはＸ線検知等その他各種のビーム検知の構成が適用される。

【0049】

そして、３次元積層造形装置１Ｃの不図示の制御装置は、ビーム検知ユニット４５の検知信号により差動排気ＡＰ１４に電子ビームＬ１が照射されたことを検知すると、電子源１０からの電子ビームＬ１の放出を停止させる。これにより、電子ビームＬ１が差動排気ＡＰ１４に照射されて、差動排気ＡＰ１４が破損することを防止できる。

【0050】

また、制御装置は、ビーム検知ユニット４５の検知信号に基づいて、軸調整機構１３を制御してもよい。すなわち、制御装置は、ビーム検知ユニット４５の検知信号に基づいて、電子ビームＬ１が差動排気ＡＰ１４に当たらないように軸調整機構１３を制御する。これにより、軸調整機構１３による電子ビームＬ１の調整作業を容易に行うことができる。また、軸調整機構１３の調整作業時では、電子源１０から照射される電子ビームＬ１の出力を弱める。その結果、調整作業時に差動排気ＡＰ１４が破損することを防止できる。

【0051】

その他の構成は、第１の実施の形態にかかる３次元積層造形装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このようなビーム検知ユニット４５を有する３次元積層造形装置１Ｃによっても、上述した第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と同様の作用効果を得ることができる。

【0052】

５．第５の実施の形態例
次に、図５及び図６を参照して第５の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置について説明する。
図５は、第５の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置を示す概略構成図である。図６は、第５の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置におけるアノード周りを示す説明図である。

【0053】

第５の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１Ｄが、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と異なる点は、第３真空ポンプ及び真空コンダクタンス部品を設けた点である。そのため、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と共通する部分には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0054】

図５に示すように、３次元積層造形装置１Ｄは、第３真空ポンプ５７と、真空コンダクタンス部品５２とを有している。また、ビーム経路８における差動排気ＡＰ１４よりも電子銃室２側には、排気通路５８が形成されている。排気通路５８は、第３真空ポンプ５７に接続されている。第３真空ポンプ５７は、ビーム経路８内において差動排気ＡＰ１４で分割された電子銃室２側の空間の空気を排気する。

【0055】

図５及び図６に示すように、真空コンダクタンス部品５２は、ビーム経路８内におけるアノード１７の近傍に配置されている。具体的には、真空コンダクタンス部品５２は、アノード１７の開口における電子ビームＬ１の下流側、すなわち電子銃室２とビーム経路８との接続箇所に配置される。

【0056】

真空コンダクタンス部品５２は、電子ビームＬ１が通過可能な筒孔５２ａを有している。筒孔５２ａの開口径は、ビーム経路８の開口径よりも小さく設定されている。筒孔５２ａは、電子ビームＬ１の光軸Ｌ２に沿って形成されている。また、筒孔５２ａは、電子ビームＬ１の広がりに合わせてテーパー状に形成されている。これにより、筒孔５２ａの軸方向の長さを確保しながら、電子ビームＬ１が真空コンダクタンス部品５２に当たることを防ぐことができる。そして、真空コンダクタンス部品５２は、ビーム経路８から電子銃室２の内部空間に気体が流れ難くしている。

【0057】

真空コンダクタンス部品５２を設けたことで、ビーム経路８の内部空間は、差動排気ＡＰ１４よりも造形室３側の空間と、差動排気ＡＰ１４と真空コンダクタンス部品５２で囲まれた空間に分割される。そのため、第５の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１Ｄは、電子銃室２で形成される第１空間と、造形室３と差動排気ＡＰ１４で形成される第２空間と、ビーム経路８内において差動排気ＡＰ１４と真空コンダクタンス部品５２で形成される中間空間を有する。

【0058】

さらに、第１空間、第２空間及び中間空間は、それぞれ第１真空ポンプ５、第２真空ポンプ６及び第３真空ポンプ５７の別々の真空ポンプにより排気される。このように、真空コンダクタンス部品５２と差動排気ＡＰ１４により中間空間を形成することで、造形室３側である第２空間から、電子銃室２側である第１空間に気体が流れ込むことをより抑制することができる。その結果、電子銃室２の真空度をより高めることができる。

【0059】

なお、真空コンダクタンス部品５２とアノード１７を別部材とした例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、アノード１７と真空コンダクタンス部品５２を一体に形成、すなわちアノード１７に図６に示すような筒孔５２ａを形成してもよい。

【0060】

その他の構成は、第１の実施の形態にかかる３次元積層造形装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような第３真空ポンプ５７及び真空コンダクタンス部品５２を有する３次元積層造形装置１Ｄによっても、上述した第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と同様の作用効果を得ることができる。

【0061】

また、第５の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１Ｄに、第２から第４の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの構成を適用してもよい。

【0062】

なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

【0063】

上述した実施の形態例では、電子銃として、電子源（カソード）１０及びウエネルト１８、アノード１７の３極構造を適用した例を説明したが、これに限定されるものではない。電子銃としては、ウエネルト１８を有さない２極構造でもよく、あるいは電極の数をさらに増やしてもよい。

【0064】

例えば、上述した実施の形態例では、粉末材料としてチタン、アルミニウム、鉄等の金属粉末を適用した例を説明したが、これに限定されるものではなく、粉末材料としては、樹脂等を用いてもよい。

【0065】

なお、本明細書において、「平行」及び「直交」等の単語を使用したが、これらは厳密な「平行」及び「直交」のみを意味するものではなく、「平行」及び「直交」を含み、さらにその機能を発揮し得る範囲にある、「略平行」や「略直交」の状態であってもよい。

【符号の説明】

【0066】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…３次元積層造形装置、 ２…電子銃室、 ３…造形室、 ４…電子光学室、 ５…第１真空ポンプ、 ６…第２真空ポンプ、 ７…造形ユニット、 ８…ビーム経路、 １０…電子源、 １１…対物レンズ、 １２、２２…集束レンズ、 １３、２３…軸調整機構、 １３ａ…第１調整部、 １３ｂ…第２調整部、 １４…差動排気アパーチャー、 １４ａ…絞り孔、 １７…アノード、 １８…ウエネルト、 ３２…第１軸調整機構 ３３…第２軸調整機構、 ４５…ビーム検知ユニット、 ５２…真空コンダクタンス部品、 ５２ａ…筒孔、 ５７…第３真空ポンプ、 ５８…排気通路、 Ｌ１…電子ビーム、 Ｌ２…光軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】