特許 7155895 三次元造形装置

(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】

(24)【登録日】2022-10-11

(45)【発行日】2022-10-19

(54)【発明の名称】三次元造形装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 12/44 20210101AFI20221012BHJP

   B22F 12/41 20210101ALI20221012BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20221012BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20221012BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20221012BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20221012BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20221012BHJP

【ＦＩ】

B22F12/44

B22F12/41

B22F10/28

B29C64/268

B29C64/153

B33Y30/00

B33Y10/00

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018210340

(22)【出願日】2018-11-08

(65)【公開番号】P2020076128

(43)【公開日】2020-05-21

【審査請求日】2021-07-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】山本 直矢

【審査官】池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５３２７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／０２３２３５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１５－５０７０９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １／００－１２／９０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉末材料に対するエネルギビームの照射が行われる照射空間を形成する造形筐体部と、
前記エネルギビームのためのビーム源を収容するビーム源空間を形成するビーム源筐体部と、
前記造形筐体部と前記ビーム源筐体部との間に配置され、下部穴を介して前記造形筐体部の前記照射空間に連通すると共に、上部穴を介して前記ビーム源筐体部の前記ビーム源空間に連通する空間を形成する連結筐体部と、を備え、
前記造形筐体部、前記ビーム源筐体部及び前記連結筐体部は、前記照射空間及び前記ビーム源空間を含む減圧可能な閉鎖空間を形成し、
前記連結筐体部には、前記連結筐体部の内部にガスを供給するガス供給部が設けられ、
前記造形筐体部には、前記造形筐体部の内部である前記照射空間を減圧する造形排気部が設けられ、
前記ビーム源筐体部には、前記ビーム源筐体部の内部である前記ビーム源空間を減圧するビーム源排気部が設けられる、三次元造形装置。

【請求項2】

前記連結筐体部には、前記ガス供給部と、前記エネルギビームを制御するビーム制御部と、が設けられる、請求項１に記載の三次元造形装置。

【請求項3】

前記連結筐体部は、前記エネルギビームの出射軸の方向に沿って、前記ビーム源筐体部側に形成された上流室と、前記造形筐体部側に形成された下流室と、前記上流室と前記下流室とを仕切る仕切り板と、を有し、
前記上流室には、前記ガス供給部が設けられ、
前記下流室には、前記エネルギビームを制御するビーム制御部が設けられる、請求項１又は２に記載の三次元造形装置。

【請求項4】

前記連結筐体部は、前記エネルギビームの出射軸の方向に沿って、前記ビーム源筐体部側に配置された上流室と、前記造形筐体部側に配置された下流室と、前記上流室と前記下流室とを仕切る仕切り板と、を有し、
前記上流室には、前記エネルギビームを制御するビーム制御部が設けられ、
前記下流室には、前記ガス供給部が設けられる、請求項１又は２に記載の三次元造形装置。

【請求項5】

前記連結筐体部は、前記エネルギビームを制御するビーム制御部及び前記ガス供給部が設けられる複合室を有する、請求項１又は２に記載の三次元造形装置。

【請求項6】

前記ビーム源は、カソードとアノードとを有し、
前記ビーム源筐体部は、前記カソードと前記アノードとを収容する、請求項１～５の何れか一項に記載の三次元造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１及び特許文献２は、三次元造形装置に関する技術を開示する。例えば、特許文献１は、造形装置に用いる電子線源を開示する。また、特許文献２は、真空室および／または電子ビーム源の汚染の問題を提示し、電子ビーム源が配置される第２セクションの圧力と、粉末材料が配置される第１セクションの圧力との関係を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－２１６１８２号公報

【文献】特開２０１７－５３２７１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

真空環境下に配置された粉末材料に対してエネルギビームを照射すると、粉末材料に起因するイオンが発生する。このイオンは、エネルギビームを発生させるビーム源に衝突して、当該ビーム源にダメージを与えることがある。

【0005】

そこで、本発明は、ビーム源が受けるダメージを抑制する三次元造形装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る三次元造形装置は、粉末材料に対するエネルギビームの照射が行われる照射空間を形成する造形筐体部と、エネルギビームのためのビーム源を収容するビーム源筐体部と、造形筐体部とビーム源筐体部との間に配置され、造形筐体部に連通すると共にビーム源筐体部に連通する連結筐体部と、を備え、造形筐体部、ビーム源筐体部及び連結筐体部は、照射空間を含む減圧可能な閉鎖空間を形成し、連結筐体部には、連結筐体部の内部にガスを供給するガス供給部が設けられ、造形筐体部には、造形筐体部の内部を減圧する造形排気部が設けられる。

【0007】

ビーム源から出射されたエネルギビームを粉末材料に照射すると、イオンが生じる。このイオンは、荷電粒子であるので、ビーム源に向かって移動することがあり得る。つまり、造形筐体部から連結筐体部を介してビーム源筐体部へ向かうイオンの移動が生じ得る。ここで、減圧された連結筐体部の内部にガス供給部からガスが供給されると、連結筐体部の圧力は、造形筐体部及びビーム源筐体部の圧力よりも相対的に高くなる。そして、造形排気部が造形筐体部の内部を減圧すると、連結筐体部から造形筐体部へ向かうガスの流れが生じる。つまり、ガスの流れの向きは、イオンの移動の向きと逆である。その結果、ガスの流れは、ビーム源筐体部へ向かうイオンの移動を妨げる。従って、ビーム源筐体部へ到達するイオンの数が減少するので、ビーム源筐体部に収容されたビーム源が受けるダメージを抑制することができる。

【0008】

一態様において、ビーム源筐体部には、ビーム源筐体部の内部を減圧するビーム源排気部が設けられてもよい。この構成によれば、ビーム源筐体部が効率よく減圧される。その結果、ビーム源に起因するエネルギビームの発生効率の低下を抑制できる。

【0009】

一態様において、連結筐体部には、ガス供給部と、エネルギビームを制御するビーム制御部と、が設けられてもよい。この構成によれば、粉末材料に対して所望の態様を有するエネルギビームを照射することができる。

【0010】

一態様において、連結筐体部は、エネルギビームの出射軸の方向に沿って、ビーム源筐体部側に形成された上流室と、造形筐体部側に形成された下流室と、を有し、上流室には、ガス供給部が設けられ、下流室には、エネルギビームを制御するビーム制御部が設けられてもよい。この構成によれば、イオンの移動を良好に妨げることが可能になる。その結果、ビーム源に到達するイオンが少なくなるので、ビーム源が受けるダメージを抑制することができる。

【0011】

一態様において、連結筐体部は、エネルギビームの出射軸の方向に沿って、ビーム源筐体部側に配置された上流室と、造形筐体部側に配置された下流室と、を有し、上流室には、エネルギビームを制御するビーム制御部が設けられ、下流室には、ガス供給部が設けられてもよい。この構成によっても、イオンの移動が良好に妨げられるので、ビーム源が受けるダメージを抑制することができる。

【0012】

一態様において、連結筐体部は、エネルギビームを制御するビーム制御部及びガス供給部が設けられる複合室を有してもよい。この構成によっても、イオンの移動が良好に妨げられるので、ビーム源が受けるダメージを抑制することができる。

【0013】

一態様において、ビーム源は、カソードとアノードとを有し、ビーム源筐体部は、カソードとアノードとを収容してもよい。この構成によれば、ビーム源は、エネルギビームを良好に出射することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ビーム源が受けるダメージを抑制できる三次元造形装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明に係る三次元造形装置の構成を示す図である。

【図2】図２は、本発明に係る三次元造形装置の動作を示す図である。

【図3】図３は、本発明に係る三次元造形装置の圧力分布を示す概略図である。

【図4】図４は、変形例に係る三次元造形装置の構成を示す図である。

【図5】図５は、別の変形例に係る三次元造形装置の構成を示す図である。

【図6】図６は、別のいくつかの変形例に係る三次元造形装置が備えるガス供給部の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0017】

図１に示す三次元積層造形物製造装置（以下「三次元造形装置１」という）は、いわゆる３Ｄプリンタである。三次元造形装置１は、層状に配置した粉末材料１０１にエネルギを付与する。換言すると、三次元造形装置１は、粉末材料１０１の温度を上昇させる。その結果、粉末材料１０１は溶融又は焼結する。そして、三次元造形装置１がエネルギの付与を停止すると、溶融した粉末材料１０１の温度が下がるので、固化する。つまり、三次元造形装置１は、エネルギの付与と停止とを複数回繰り返すことにより、被製造物１０２を製造する。

【0018】

なお、粉末材料１０１は、金属粉末であり、例えばチタン系金属粉末、インコネル粉末、アルミニウム粉末等である。また、粉末材料１０１は、金属粉末に限定されず、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）など、炭素繊維と樹脂とを含む粉末であってもよい。また、粉末材料１０１は、導電性を有するその他の粉末でもよい。

【0019】

被製造物１０２は、例えば機械部品である。なお、被製造物１０２は、その他の構造物であってもよい。

【0020】

三次元造形装置１は、電子発生源２と、造形室３と、陽圧部４と、を有する。陽圧部４は、電子発生源２と造形室３との間に配置されている。つまり、陽圧部４は、電子発生源２の下流側に配置されていると言えるし、陽圧部４は、造形室３の上流側に配置されていると言える。ここで言う「上流」及び「下流」とは、電子ビーム１０３の出射方向を基準とした見方である。電子発生源２は、電子ビーム１０３（エネルギビーム）を発生させ、当該電子ビーム１０３を陽圧部４を介して造形室３に提供する。造形室３は、粉末材料１０１を収容し、電子ビーム１０３を受けて粉末材料１０１を溶融及び固化させる造形空間Ｓ１（照射空間）を形成する。

【0021】

電子発生源２は、電子銃６を有する。電子銃６は、電源６ａ、６ｆ、６ｇと、カソード６ｂと、アノード６ｃと、フィラメント６ｄと、グリッド電極６ｅと、を有する。電源６ａは、グリッド電極６ｅ及びアノード６ｃに電気的に接続されている。具体的には、電源６ａの負極はグリッド電極６ｅに接続される。電源６ａの正極は接地されると共にアノード６ｃに接続されている。電源６ａは、グリッド電極６ｅとアノード６ｃとの間に電位差を生じさせる。この電位差は、加速電圧である。電源６ａは、グリッド電極６ｅに例えば－６０ｋＶの電圧を提供すると共に、アノード６ｃにゼロボルト（接地電位）を提供する。従って、加速電圧は、例えば－６０ｋＶである。

【0022】

カソード６ｂは、フィラメント６ｄによって加熱される。加熱の結果、カソード６ｂは熱電子を放出する。熱電子は、マイナスの電荷を有し、アノード６ｃによって加速される。換言すると、熱電子は、カソード６ｂ及びアノード６ｃ間の電位差に応じて加速される。加速された熱電子は、電子ビーム１０３を構成する。電子ビーム１０３が出射される方向、つまり熱電子が加速される方向は、電子発生源２の出射方向である。そして、電子発生源２の出射方向を代表する仮想的な軸は、出射軸Ａである。

【0023】

電子発生源２は、さらにビーム源筐体７（ビーム源筐体部）と、ビーム源ポンプ８（ビーム源排気部）と、を有する。

【0024】

ビーム源筐体７は、カソード６ｂ、アノード６ｃ、フィラメント６ｄ及びグリッド電極６ｅを収容するビーム源空間Ｓ２を形成する。ビーム源筐体７は、フィラメント６ｄが取り付けられた上面と、当該上面に対向する下面とを有する。そして、下面には、ビーム源穴７ａを有する。ビーム源穴７ａは、下面において電子ビーム１０３の出射軸Ａを含む領域に設けられる。つまり、ビーム源穴７ａは、電子ビーム１０３を通過させる。また、下面において、ビーム源穴７ａの周囲には、アノード６ｃが配置されている。

【0025】

ビーム源ポンプ８は、ビーム源空間Ｓ２に存在するガスを排気する。換言すると、ビーム源ポンプ８は、ビーム源空間Ｓ２を減圧する。ビーム源ポンプ８は、いわゆる真空ポンプである。ビーム源筐体７の内部のガスを排気する、つまりビーム源筐体７の内部を高真空状態とすることにより、高温のカソード６ｂとガスとの化学反応の発生が抑制される。従って、カソード６ｂの表面に化合物による膜が生じることが抑制される。その結果、カソード６ｂから放出される熱電子の数の低下を抑制できる。

【0026】

造形室３は、テーブル９と、昇降装置１１と、粉末供給装置１２と、を有する。

【0027】

テーブル９は、例えば板状を成し、被製造物１０２の原料である粉末材料１０１が配置される。テーブル９は、平面視において、矩形状である。テーブル９の形状は、矩形に限定されない。テーブル９は、円形でもよいし、その他の形状でもよい。昇降装置１１は、テーブル９を昇降させる。昇降装置１１は、例えばラックアンドピニオン方式の駆動機構を含む。なお、昇降装置１１は、ラックアンドピニオン方式の駆動機構に限定されず、例えば、ボールねじ、シリンダなどその他の機構であってもよい。粉末供給装置１２は、粉末材料１０１を、例えば層状に複数回に分けてテーブル９の上に配置する。粉末供給装置１２は、原料タンク１２ａと、粉末塗布機構１２ｂとを備える。原料タンク１２ａは、粉末材料１０１を貯留すると共にテーブル９上に粉末材料１０１を供給する。粉末塗布機構１２ｂは、テーブル９上の粉末材料１０１の表面を均す。なお、三次元造形装置１は、粉末塗布機構１２ｂに替えて、ローラー部、棒状部材、刷毛部などを備える機構を採用してもよいし、粉末材料１０１を散布する機構を採用してもよい。

【0028】

造形室３は、さらに、造形筐体１３（造形筐体部）と、造形ポンプ１４（造形排気部）と、を有する。造形筐体１３は、テーブル９、昇降装置１１及び粉末供給装置１２を収容する造形空間Ｓ１を形成する。造形筐体１３は、陽圧部４が連結された造形上面を有する。この造形上面には、造形穴１３ａが設けられる。造形穴１３ａは、造形上面において電子ビーム１０３の出射軸Ａを含む領域に設けられる。つまり、造形穴１３ａは、電子ビーム１０３を通過させる。

【0029】

造形ポンプ１４は、造形筐体１３の造形空間Ｓ１に存在するガスを排気し、造形空間Ｓ１の圧力を所定の値に設定する。造形ポンプ１４は、いわゆる真空ポンプである。

【0030】

陽圧部４は、電子発生源２と造形室３との間に圧力の高い部分を形成する。ここで言う圧力が高いとは、陽圧部４の圧力が、電子発生源２の圧力及び造形室３の圧力よりも高いことを言う。つまり、本実施形態における陽圧部４（陽圧空間Ｓ３）の「陽圧」とは、陽圧部４の圧力と電子発生源２の圧力との関係及び陽圧部４の圧力と造形室３の圧力との関係を意味するものであるので、三次元造形装置１の外部の空間の圧力や、大気圧よりも圧力が高い状態を意味するものではない。陽圧部４内（陽圧空間Ｓ３）の圧力は、三次元造形装置１の外部の空間の圧力や、大気圧よりも低い圧力であってよいし、真空といわれる範囲内の圧力でもよく、例えば低真空状態であってもよい。電子発生源２の圧力が高真空であるのに対し、陽圧部４が低真空であってもよい。陽圧部４は、電子発生源２と造形室３との間に配置される。換言すると、陽圧部４は、電子ビーム１０３の出射軸Ａの方向において電子発生源２の下流側に配置される。また、陽圧部４は、電子ビーム１０３の出射軸Ａの方向において造形室３の上流側に配置される。

【0031】

陽圧部４は、陽圧筐体１６（連結筐体部）と、ビーム整形部１７（ビーム制御部）と、ガス供給部１８と、圧力調整部１９と、を有する。

【0032】

陽圧筐体１６は、仕切り板２２を有する。陽圧筐体１６は、当該仕切り板２２によって互いに隔てられた陽圧空間Ｓ３（上流室）及びビーム整形空間Ｓ４（下流室）を含む。陽圧空間Ｓ３は、電子発生源２に隣接する。ビーム整形空間Ｓ４は、造形室３に隣接する。仕切り板２２は、出射軸Ａと交差する位置を含む領域に形成された中央陽圧穴１６ａを有する。また、陽圧筐体１６において、ビーム源筐体７側の端面には、上部陽圧穴１６ｂが設けられる。上部陽圧穴１６ｂは、ビーム源穴７ａと連通する。つまり、ビーム源筐体７及び陽圧筐体１６は、ビーム源穴７ａ及び上部陽圧穴１６ｂによって互いに連通する。造形筐体１３側の端面には、下部陽圧穴１６ｃが設けられる。下部陽圧穴１６ｃは、造形穴１３ａと連通する。つまり、造形筐体１３及び陽圧筐体１６は、造形穴１３ａ及び下部陽圧穴１６ｃによって互いに連通する。従って、ビーム源筐体７、造形筐体１３及び陽圧筐体１６は、気密に構成されたひとつの閉鎖空間Ｓを形成する。換言すると、閉鎖空間Ｓは、造形空間Ｓ１と、ビーム源空間Ｓ２と、陽圧空間Ｓ３と、ビーム整形空間Ｓ４と、を含む。

【0033】

なお、上記の説明では、三次元造形装置１は、ビーム源筐体７、造形筐体１３及び陽圧筐体１６がそれぞれ別個の部品であるように説明した。例えば、三次元造形装置１は、少なくとも一個の筐体において、当該筐体の内部を貫通孔を有する仕切り板によって隔てることにより、ビーム源筐体部、造形筐体部及び陽圧筐体部を構成することとしてもよい。

【0034】

ビーム整形部１７は、電子発生源２から出射された電子ビーム１０３を整形する。

【0035】

ビーム整形部１７は、陽圧筐体１６において、ビーム整形空間Ｓ４を形成する側壁部に配置される。ビーム整形部１７は、電子発生源２の前方領域に磁場を形成する。前方領域とは、電子ビーム１０３の出射軸Ａの方向における前方（下流側）の領域である。ビーム整形部１７は、収差修正コイル１７ａと焦点コイル１７ｂと偏向コイル１７ｃを含む。収差修正コイル１７ａ、焦点コイル１７ｂ及び偏向コイル１７ｃは、電子ビーム１０３の出射軸Ａの方向において、例えば電子発生源２側からこの順番で配置されている。また、収差修正コイル１７ａ、焦点コイル１７ｂ及び偏向コイル１７ｃは、電子発生源２から出射される電子ビーム１０３を囲むように配置されている。収差修正コイル１７ａは、電子ビーム１０３の非点収差を補正する。焦点コイル１７ｂは、電子ビーム１０３を細く収束する。偏向コイル１７ｃは、収束された電子ビーム１０３を偏向する。電磁的なビーム偏向は、機械的なビーム偏向と比べて、走査速度を高速にし得る。このような構成によれば、電子発生源２から出射された電子ビーム１０３は、収差修正コイル１７ａにより非点収差が補正され、焦点コイル１７ｂにより細く収束され、偏向コイル１７ｃにより偏向された後に、所定の位置に照射される。

【0036】

ガス供給部１８は、陽圧空間Ｓ３に配置される。つまり、ガス供給部１８は、電子発生源２より下流側（造形室３の側）に配置されていると言えるし、カソード６ｂ及びアノード６ｃより下流側に配置されているとも言える。さらに、ガス供給部１８は、造形室３より上流側（電子発生源２の側）に配置されていると言いえるし、後述するビーム整形部１７よりも上流側（電子発生源２の側）に配置されているとも言える。

【0037】

ガス供給部１８は、ガスタンク１８ａと、ガスバルブ１８ｂと、を有する。ガスタンク１８ａは、三次元造形装置１に提供されるガスを収容する。ガスは、例えば、水素ガスまたはヘリウムガスといった原子数の小さいガスである。以下では、ガス供給部１８が供給するガスを水素として説明しているが、ガスは水素には限定されず、その他のガス、例えばヘリウムガスなどであってもよい。ガスバルブ１８ｂは、ガスの供給開始と供給停止とを制御する。

【0038】

圧力調整部１９は、陽圧空間Ｓ３の圧力を調整する。圧力調整部１９は、陽圧筐体１６において陽圧空間Ｓ３を形成する部分に配置される。圧力調整部１９は、排気調整バルブ１９ａと、陽圧ポンプ１９ｂと、を有する。

【0039】

以下、三次元造形装置１の動作について説明する。

【0040】

三次元造形装置１は、電源６ａを制御して、フィラメント６ｄに電流を供給する。具体的には、図１及び図２に示されるように、フィラメント６ｄの先端にカソード６ｂが設けられている。そして、電源６ａは、フィラメント６ｄ及びアノード６ｃにそれぞれに接続されている。例えば、電源６ａの一端は、アノード６ｃに接続され、他端は電源６ｆを介してグリッド電極６ｅに接続されている。グリッド電極６ｅは、電子抑制電極であり、カソード６ｂから提供される電流量を制御する。電源６ａは、アノード６ｃとグリッド電極６ｅとの間に、電源６ａ、６ｆに対応する電位差を生じさせる。また、電源６ａの他端は、フィラメント６ｄの一端に接続されると共に、電源６ｇを介してフィラメント６ｄの他端に接続される。その結果、フィラメント６ｄは、電源６ｇに対応する電流が生じる。そうすると、フィラメント６ｄの温度が上昇し、当該フィラメント６ｄの温度上昇に伴って、カソード６ｂの温度も上昇する。このカソード６ｂの温度上昇によって、熱電子Ｐ１が発生する。さらに、三次元造形装置１は、カソード６ｂに所定の電圧（－６０ｋＶ）を提供すると共に、アノード６ｃにも所定の電圧（ゼロボルト）。そうすると、負の電荷を有する熱電子Ｐ１は、カソード６ｂに対して相対的に高い電位を有するアノード６ｃに引張られる。つまり、アノード６ｃは、熱電子Ｐ１を加速させる。その結果、複数の加速された熱電子Ｐ１による電子ビーム１０３が出射される。

【0041】

電子ビーム１０３は、ビーム源空間Ｓ２から陽圧空間Ｓ３に導かれる。さらに、電子ビーム１０３は、陽圧空間Ｓ３からビーム整形空間Ｓ４に導かれる。ここで、電子ビーム１０３は、ビーム整形空間Ｓ４のビーム整形部１７によって、整形される。さらに、電子ビーム１０３は、造形空間Ｓ１に導かれる。そして、電子ビーム１０３は、粉末材料１０１に照射される。粉末材料１０１に電子ビーム１０３が照射されると、粉末材料１０１の温度が上昇し、当該温度が融点を超えると粉末材料１０１が溶融する。

【0042】

粉末材料１０１に電子ビーム１０３を照射したとき、当該粉末材料１０１のイオンＰ２が発生することがある。粉末材料１０１が金属である場合には、比較的質量の大きい金属イオンが発生する。イオンＰ２は、電子ビーム１０３の出射軸Ａの方向（熱電子Ｐ１の移動方向）に対して逆方向に移動することも生じ得る。イオンＰ２はプラスの電荷を有するので、アノード６ｃが発生する電界によって加速されて、カソード６ｂに衝突することもあり得る。金属イオンは質量が大きいので、衝突によりカソード６ｂが受けるダメージは増大しやすい。

【0043】

ここで、実施形態の三次元造形装置１は、電子発生源２と造形室３との間に設けられた陽圧部４を有する。陽圧部４には、ガス供給部１８から水素ガスＧが供給される。造形筐体１３に設けられた造形ポンプ１４が動作して、造形室３の排気が行われると、陽圧部４から造形室３に向かう水素Ｐ３の流れが生じる。この水素Ｐ３の移動の向きは、上述した造形室３から電子発生源２へ向かうイオンＰ２の移動方向とは逆向きである。従って、陽圧部４から造形室３に向かう当該水素Ｐ３の流れによって、イオンＰ２の移動が阻害される。従って、電子発生源２へ到達するイオンＰ２の数が低減されるので、カソード６ｂが受けるダメージを好適に低減することができる。

【0044】

また、実施形態の三次元造形装置１が奏する作用効果は、以下のように説明することも可能である。つまり、ビーム源筐体７、造形筐体１３、陽圧筐体１６は、細い穴（ビーム源穴７ａ、造形穴１３ａ、上部陽圧穴１６ｂ、下部陽圧穴１６ｃ）によって、互いに連通する。そして、ビーム源ポンプ８、造形ポンプ１４及び陽圧ポンプ１９ｂによって排気される。この構成によれば、図３に示されるように、ビーム源筐体７の圧力Ｂ２、造形筐体１３の圧力Ｂ４、陽圧筐体１６の圧力Ｂ３の間において、所定の圧力差を保つことができる。

【0045】

その結果、電子発生源２と造形室３との間に、電子発生源２の圧力Ｂ２及び造形室３の圧力Ｂ３よりも大きい圧力Ｂ４の領域が形成される。例えば、造形室３と陽圧部４との間には、出射軸Ａの方向に沿って負の圧力勾配が形成されているといえる。ここで、造形室３に存在する粒子が電子発生源２に移動する場合を想定する。この移動にあっては、造形室３の圧力Ｂ３と陽圧部４の圧力Ｂ４の圧力差に逆らう必要があるので、造形室３から電子発生源２への粒子の移動が阻害される。従って、電子発生源２へ到達するイオンＰ２の数が低減されるので、カソード６ｂが受けるダメージを好適に低減することができる。

【0046】

また、ビーム源筐体７には、ビーム源筐体７の内部を減圧するビーム源ポンプ８が設けられる。この構成によれば、ビーム源筐体７の内部が効率よく減圧される。その結果、カソード６ｂにおける熱電子Ｐ１の発生効率を高めることができる。

【0047】

陽圧筐体１６には、ガス供給部１８と、電子ビーム１０３を整形するビーム整形部１７と、が設けられる。この構成によれば、粉末材料１０１に対して所望の態様を有する電子ビーム１０３を照射することができる。

【0048】

陽圧筐体１６は、電子ビーム１０３の出射軸Ａの方向に沿って、ビーム源筐体７の側に形成された陽圧空間Ｓ３と、造形筐体１３の側に形成されたビーム整形空間Ｓ４と、を有する。陽圧空間Ｓ３には、ガス供給部１８が設けられる。ビーム整形空間Ｓ４には、電子ビーム１０３を整形するビーム整形部１７が設けられる。この構成によれば、イオンＰ２の移動を良好に妨げることが可能になる。その結果、カソード６ｂに到達するイオンＰ２が少なくなるので、電子銃６のダメージを抑制することができる。

【0049】

本発明に係る三次元造形装置は、上記実施形態に限られない。

【0050】

例えば、図４に示すように、三次元造形装置１Ａは、上記実施形態とは異なる陽圧部４Ａを有する。陽圧部４Ａは、電子ビーム１０３の出射軸Ａの方向に沿って、ビーム源筐体７の側に形成されたビーム整形空間Ｓ４と、造形筐体１３の側に形成された陽圧空間Ｓ３と、を有する。そして、陽圧筐体１６において、陽圧空間Ｓ３を形成する側壁には、ガス供給部１８及び圧力調整部１９が設けられる。また、陽圧筐体１６において、ビーム整形空間Ｓ４を形成する側壁には、ビーム整形部１７が設けられる。つまり、陽圧部４Ａにおいて、ガス供給部１８及びビーム整形部１７が設けられる位置が、三次元造形装置１に対して逆になっている。このような構成においても、ビーム源筐体７へ到達するイオンの数が減少するので、ビーム源筐体７に収容されたカソード６ｂが受けるダメージを抑制することができる。

【0051】

例えば、図５に示すように、三次元造形装置１Ｂは、上記実施形態とは異なる陽圧部４Ｂを有する。陽圧部４Ｂは、複合空間Ｓ５（複合室）を有する。そして、陽圧筐体１６において複合空間Ｓ５を形成する側壁には、電子ビーム１０３を整形するビーム整形部１７及びガス供給部１８が設けられる。つまり、変形例２に係る三次元造形装置１Ｂは、陽圧部４Ｂがひとつの空間を形成する点で、三次元造形装置１とは異なっている。このような構成においても、ビーム源筐体７へ到達するイオンの数が減少するので、ビーム源筐体７に収容されたカソード６ｂが受けるダメージを抑制することができる。

【0052】

例えば、図１及び図６の（ａ）部に示すように、ガス供給部１８は、陽圧空間Ｓ３に加えて、ビーム整形空間Ｓ４に水素ガスＧを提供する構成を有してもよい。つまり、ガスバルブ１８ｂから延びるガス導入管は、陽圧筐体１６に接続される。さらに、当該ガス導入管から分岐する分岐ガス導入管は、ビーム整形部１７に接続される。このような構成によれば、ガスバルブ１８ｂの開閉制御によって、陽圧空間Ｓ３及びビーム整形空間Ｓ４に対して同時に水素ガスＧを提供することができる。

【0053】

例えば、図６の（ｂ）部に示すように、ガス供給部１８Ａは、ガスバルブ１８ｂに代えて、ガスバルブ１８ｄを有してもよい。ガスバルブ１８ｄは、陽圧空間Ｓ３及びビーム整形空間Ｓ４のいずれか一方に対して、選択的に水素ガスＧを供給する。

【0054】

例えば、図６の（ｃ）部に示すように、ガス供給部１８Ｂは、ガスタンク１８ａとガスバルブ１８ｂとを接続するガス導入管から分岐すると共に、ガスバルブ１８ｃを有するガス導入管を有してもよい。この構成によれば、ガスバルブ１８ｂ、１８ｃを制御することにより、水素ガスＧを陽圧空間Ｓ３のみに提供し、ビーム整形空間Ｓ４に提供しない第１の態様と、水素ガスＧをビーム整形空間Ｓ４のみに提供し、陽圧空間Ｓ３に提供しない第２の態様と、水素ガスＧを陽圧空間Ｓ３及びビーム整形空間Ｓ４に同時に提供する第３の態様と、を取り得る。

【0055】

例えば、図６の（ｄ）部に示すように、ガス供給部１８Ｃは、ビーム整形空間Ｓ４に水素ガスＧを提供し、陽圧空間Ｓ３には水素ガスＧを提供しない構成としてもよい。つまり、ガス供給部１８Ｃは、ビーム整形部１７に接続されたガスバルブ１８ｃを有する。

【0056】

また、陽圧部の一部は、造形筐体１３に入り込んでいてもよい。

【符号の説明】

【0057】

１，１Ａ，１Ｂ 三次元造形装置
２ 電子発生源
３ 造形室
４，４Ａ，４Ｂ 陽圧部
６ 電子銃
６ａ，６ｆ，６ｇ 電源
６ｂ カソード
６ｃ アノード
６ｄ フィラメント
６ｅ グリッド電極
７ ビーム源筐体（ビーム源筐体部）
７ａ ビーム源穴
８ ビーム源ポンプ（ビーム源排気部）
９ テーブル
１１ 昇降装置
１２ 粉末供給装置
１２ｂ 粉末塗布機構
１２ａ 原料タンク
１３ 造形筐体（造形筐体部）
１３ａ 造形穴
１４ 造形ポンプ（造形排気部）
１６ 陽圧筐体（連結筐体部）
１７ ビーム整形部（ビーム制御部）
１７ａ 収差修正コイル
１７ｂ 焦点コイル
１７ｃ 偏向コイル
１８，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ ガス供給部
１８ａ ガスタンク
１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ ガスバルブ
１９ 圧力調整部
１９ａ 排気調整バルブ
１９ｂ 陽圧ポンプ
２２ 仕切り板
４Ａ 陽圧部
１６ａ 中央陽圧穴
１６ｂ 上部陽圧穴
１６ｃ 下部陽圧穴
１０１ 粉末材料
１０２ 被製造物
１０３ 電子ビーム（エネルギビーム）
Ａ 出射軸
Ｇ 水素ガス
Ｓ 閉鎖空間
Ｓ１ 造形空間（照射空間）
Ｓ２ ビーム源空間
Ｓ３ 陽圧空間（上流室）
Ｓ４ ビーム整形空間（下流室）
Ｓ５ 複合空間（複合室）
Ｐ１ 熱電子
Ｐ２ イオン
Ｐ３ 水素

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】