(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体が吐出されるよう構成された開口部を有する吐出部と、
前記粉体を旋回させるとともに旋回する当該粉体の周方向に加速させて前記開口部に送るよう構成された加速部と、
を具備するノズル。
【請求項２】
前記加速部は、磁場を発生させることで前記磁場の周りに前記粉体を旋回させるよう構成された磁場発生部を有する、請求項１のノズル。
【請求項３】
前記加速部は、電場を発生させることで旋回する前記粉体を加速させるよう構成された電場発生部をさらに有する、請求項２のノズル。
【請求項４】
前記加速部は、旋回する前記粉体の回転中心の周りに巡らされるよう構成されたガイドをさらに有し、
前記磁場発生部は、前記粉体が前記ガイドに沿って前記磁場の周りを旋回する前記磁場を発生させるよう構成された、
請求項２又は請求項３のノズル。
【請求項５】
前記開口部から吐出される前記粉体に磁場及び電場の少なくとも一方を作用させるよう構成された調整部、をさらに具備する請求項２乃至請求項４のいずれか一つのノズル。
【請求項６】
前記加速部は、回転可能な回転体と、前記回転体に前記粉体を供給するよう構成された供給部と、を有し、前記回転体を回転させることで、当該回転体に供給された前記粉体を旋回させるとともに加速させて前記開口部に送るよう構成された、請求項１のノズル。
【請求項７】
前記回転体は、内側から外側に向かって延びる複数の通路を有し、
前記供給部は、前記複数の通路に順次前記粉体を供給するよう構成された、
請求項６のノズル。
【請求項８】
前記吐出部は、前記開口部を複数の誘導部に区切る壁部を有し、
前記複数の誘導部は、前記回転体から送られた前記粉体が入るよう構成された入口と、前記粉体が吐出されるよう構成された出口と、をそれぞれ有し、前記入口から前記出口に向かうに従って前記開口部が向く同一の供給点に近づくように延びる、
請求項６又は請求項７のノズル。
【請求項９】
粉体が吐出されるよう構成された開口部を有する吐出部と、前記粉体を旋回させるとともに加速させて前記開口部に送るよう構成された加速部と、を有するノズルと、
前記吐出部から吐出された前記粉体を溶融又は焼結させるための光学装置と、
を具備する積層造形装置。
【請求項１０】
前記加速部は、前記粉体を、旋回する当該粉体の周方向に加速させる、請求項９の積層造形装置。
【請求項１１】
前記加速部は、磁場を発生させることで前記磁場の周りに前記粉体を旋回させるよう構成された磁場発生部を有する、請求項１０の積層造形装置。
【請求項１２】
前記加速部に供給される前記粉体を帯電させるよう構成された帯電部、をさらに具備する請求項１１の積層造形装置。
【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】
従来、積層造形物を付加的に形成する積層造形装置が知られている。積層造形装置は、ノズルから材料の粉体を供給するとともにレーザ光を出射することにより粉体を溶融させて材料の層を形成し、当該層を積み重ねることにより積層造形物を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９０５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の装置では、例えば、より確実にあるいはより効率良く材料を供給することができれば、有意義である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一つの実施の形態に係るノズルは、吐出部と、加速部とを備える。前記吐出部は、粉体が吐出されるよう構成された開口部を有する。前記加速部は、前記粉体を旋回させるとともに旋回する当該粉体の周方向に加速させて前記開口部に送るよう構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１の実施の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３】図３は、第１の実施形態のノズル、光学装置、及び対象物の一部を概略的に示す断面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態のノズル及び対象物の一部を概略的に示す側面図である。
【図５】図５は、第２の実施の形態に係るノズル、光学装置、及び対象物の一部を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、第２の実施形態のノズル及び対象物の一部を概略的に示す側面図である。
【図７】図７は、第３の実施の形態に係るノズルの一部を概略的に示す断面図である。
【図８】図８は、第３の実施形態のノズルの一部を概略的に示す側面図である。
【図９】図９は、第３の実施形態の吐出部の端部を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態の吐出部の端部及び対象物を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、第１の実施の形態について、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、実施形態に係る構成要素や、当該要素の説明について、複数の表現を併記することがある。当該構成要素及び説明について、記載されていない他の表現がされることは妨げられない。さらに、複数の表現が記載されない構成要素及び説明について、他の表現がされることは妨げられない。
【０００８】
図１は、第１の実施の形態に係る積層造形装置１を概略的に示す図である。図１に示されるように、積層造形装置１は、処理槽１１や、ステージ１２、移動装置１３、ノズル装置１４、光学装置１５、計測装置１６、制御装置１７を備える。
【０００９】
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。
【００１０】
積層造形装置１は、例えば、ステージ１２上に配置された対象物１１０に、ノズル装置１４で供給される材料１２１を層状に積み重ねることにより、所定の形状の積層造形物１００を造形する。材料１２１は、粉体の一例である。
【００１１】
対象物１１０は、ノズル装置１４によって材料１２１が供給される対象であって、ベース１１０ａ及び層１１０ｂを含む。複数の層１１０ｂがベース１１０ａの上面に積層される。材料１２１は、例えば、鉄粉のような粉末状の金属材料である。なお、材料１２１はこれに限られず、合成樹脂や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、一種類以上の材料１２１により、積層造形物１００を造形する。
【００１２】
処理槽１１に、主室２１と副室２２とが設けられる。副室２２は、主室２１と隣接して設けられる。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が気密状態になる。
【００１３】
主室２１に、給気口２１ａ及び排気口２１ｂが設けられる。給気装置（図示されず）の動作により、主室２１内に給気口２１ａを介して窒素やアルゴン等の不活性ガスが供給される。排気装置（図示されず）の動作により、主室２１から排気口２１ｂを介して主室２１内のガスが排出される。なお、積層造形装置１は、排気口２１ｂを介して主室２１内のガスを排出することにより、主室２１を真空にしても良い。
【００１４】
主室２１内に、移送装置（図示されず）が設けられる。また、主室２１から副室２２に亘り、搬送装置２４が設けられる。移送装置は、主室２１で処理された積層造形物１００を、搬送装置２４に渡す。搬送装置２４は、移送装置から渡された積層造形物１００を副室２２内に搬送する。すなわち、副室２２には、主室２１で処理された積層造形物１００が収容される。積層造形物１００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とが隔絶される。
【００１５】
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が設けられる。
【００１６】
ステージ１２は、対象物１１０を支持する。移動装置１３（移動機構）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。
【００１７】
ノズル装置１４は、ステージ１２上に位置された対象物１１０に材料１２１を供給する。ノズル装置１４は、複数の材料１２１を並行して供給すること、及び複数の材料１２１のうち一つを選択的に供給することが可能である。
【００１８】
ノズル装置１４は、供給装置３１、供給装置３１Ａ、排出装置３２、ノズル３３、供給管３４、供給管３４Ａ、及び排出管３５を有する。供給装置３１は、供給管３４を介してノズル３３へ材料１２１を送る。供給装置３１Ａは、供給管３４Ａを介してノズル３３へ気体を送る。また、材料１２１は、ノズル３３から排出管３５を介して排出装置３２へ送られる。なお、積層造形装置１は、供給装置３１Ａ、排出装置３２、供給管３４Ａ、及び排出管３５を有さなくても良い。
【００１９】
供給装置３１は、タンク３１ａと、供給部３１ｂと、帯電部３１ｃとを有する。タンク３１ａは、材料１２１を収容する。供給部３１ｂは、タンク３１ａの材料１２１をノズル３３へ供給する。帯電部３１ｃは、供給部３１ｂがノズル３３へ供給する材料１２１を、例えばコロナ放電によって負に帯電させる。なお、帯電部３１ｃは、他の手段によって材料１２１を帯電させても良いし、材料１２１を正に帯電させても良い。また、帯電部３１ｃは、タンク３１ａに収容された材料１２１を帯電させても良い。
【００２０】
供給装置３１Ａは、供給部３１ｂを有する。供給装置３１Ａは、キャリアガスやシールドガスのような気体をノズル３３へ供給する。当該気体は、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガスである。
【００２１】
排出装置３２は、分級装置３２ａと、排出部３２ｂと、タンク３２ｃ，３２ｄと、を有する。排出部３２ｂは、ノズル３３から気体を吸入する。分級装置３２ａは、排出部３２ｂが吸引した気体中の材料１２１とヒュームとを分離する。タンク３２ｃは材料１２１を収容し、タンク３２ｄはヒューム１２４を収容する。これにより、処理領域から、気体とともに、造形に用いられなかった材料１２１の粉体や、造形によって生成されたヒューム（金属ヒューム）、塵芥等が、排出される。排出部３２ｂは、例えば、ポンプである。
【００２２】
また、図１に示されるように、光学装置１５は、光源４１と、光学系４２と、を備える。光源４１は、発振素子（図示されず）を有し、発振素子の発振によりレーザ光２００を出射する。光源４１は、出射するレーザ光２００のパワー密度を変更可能である。
【００２３】
レーザ光２００は、エネルギー線の一例である。なお、光源４１は、レーザ光２００に限らず、他のエネルギー線を照射しても良い。エネルギー線は、レーザ光２００のように材料１２１を溶融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。
【００２４】
光源４１は、ケーブル２１０を介して光学系４２に接続される。光学系４２は、例えば、第１レンズ５１、第２レンズ５２、第３レンズ５３、及びガルバノスキャナ５５を備える。第１レンズ５１、第２レンズ５２、及び第３レンズ５３は、固定される。なお、光学系４２は、第１レンズ５１、第２レンズ５２、及び第３レンズ５３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。
【００２５】
第１レンズ５１は、ケーブル２１０を介して入射されたレーザ光２００を平行光に変換する。変換されたレーザ光２００は、ガルバノスキャナ５５に入射する。
【００２６】
第２レンズ５２は、ガルバノスキャナ５５から出射されたレーザ光２００を収束する。第２レンズ５２で収束されたレーザ光２００は、対象物１１０上に照射される。
【００２７】
第３レンズ５３は、ガルバノスキャナ５５から出射されたレーザ光２００を収束する。第３レンズ５３で収束されたレーザ光２００は、対象物１１０上に照射される。
【００２８】
ガルバノスキャナ５５は、第１レンズ５１で変換された平行光を、第２レンズ５２及び第３レンズ５３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ガルバノミラー５７と、第２ガルバノミラー５８と、を備える。各ガルバノミラー５７，５８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。
【００２９】
第１ガルバノミラー５７は、第１レンズ５１を通過したレーザ光２００の一部を通過させ、通過したレーザ光２００を第２ガルバノミラー５８に出射する。また、第１ガルバノミラー５７は、レーザ光２００の他の一部を反射させ、反射したレーザ光２００を第３レンズ５３に出射する。第１ガルバノミラー５７は、第３レンズ５３を通過したレーザ光２００の照射位置を、第１ガルバノミラー５７の傾斜角度に応じて変化させる。
【００３０】
第２ガルバノミラー５８は、レーザ光２００の他の一部を反射させ、反射したレーザ光２００を第２レンズ５２に出射する。第２ガルバノミラー５８は、第２レンズ５２を通過したレーザ光２００の照射位置を、第２ガルバノミラー５８の傾斜角度に応じて変化させる。
【００３１】
光学系４２は、第１ガルバノミラー５７、第２ガルバノミラー５８、及び第２レンズ５２を含む溶融装置４５を有する。溶融装置４５は、レーザ光２００の照射によって、対象物１１０や、ノズル３３から対象物１１０に供給された材料１２１（１２３）を加熱することにより、層１１０ｂを形成するとともにアニール処理を行う。
【００３２】
また、光学系４２は、第１ガルバノミラー５７及び第３レンズ５３を含む、材料１２１の除去装置４６を有する。除去装置４６は、ベース１１０ａ上又は層１１０ｂに形成された不要な部位をレーザ光２００の照射によって除去する。除去装置４６は、例えば、ノズル３３による材料１２１の供給時における材料１２１の飛散によって発生する不要部位や、層１１０ｂの形成時に発生する不要部位等の、積層造形物１００の所定の形状とは異なる部位を除去する。除去装置４６は、当該不要部位を除去可能なパワー密度を有するレーザ光２００を出射する。
【００３３】
計測装置１６は、固化した層１１０ｂの形状及び造形された積層造形物１００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１７に送信する。計測装置１６は、例えば、カメラ６１と、画像処理装置６２と、を備える。画像処理装置６２は、カメラ６１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１１０ｂ及び積層造形物１００の形状を計測する。
【００３４】
移動装置７１（移動機構）は、ノズル３３を互いに直交する三軸方向及び二軸の回転方向に移動させる。
【００３５】
制御装置１７は、移動装置１３、搬送装置２４、供給装置３１、供給装置３１Ａ、排出装置３２、光源４１、ガルバノスキャナ５５、画像処理装置６２、及び移動装置７１に、信号線２２０を介して電気的に接続される。
【００３６】
制御装置１７は、移動装置１３を制御することで、ステージ１２を三軸方向及び二軸の回転方向に移動させる。制御装置１７は、搬送装置２４を制御することで、造形した積層造形物１００を副室２２に搬送する。制御装置１７は、供給装置３１を制御することで、材料１２１の供給の有無及び供給量を調整する。制御装置１７は、排出装置３２を制御することで、材料１２１の粉体やヒュームの排出の有無及び排出量を調整する。制御装置１７は、光源４１を制御することで、光源４１から出射されるレーザ光２００のパワー密度を調整する。制御装置１７は、ガルバノスキャナ５５を制御することで、第１ガルバノミラー５７及び第２ガルバノミラー５８の傾斜角度を調整する。また、制御装置１７は、移動装置７１を制御することで、ノズル３３の位置を制御する。
【００３７】
制御装置１７は、記憶部１７ａを備えている。記憶部１７ａに、例えば、造形する積層造形物１００の形状（参照形状）を示すデータが記憶される。また、記憶部１７ａに、三次元の処理位置（各点）毎のノズル３３とステージ１２との高さを示すデータが記憶される。
【００３８】
制御装置１７は、ノズル３３から複数の異なる材料１２１を選択的に供給し、複数の材料１２１の比率を調整（変更）する機能を備える。例えば、制御装置１７は、記憶部１７ａに記憶された各材料１２１の比率を示すデータに基づいて、当該比率で材料１２１の層１１０ｂが形成されるよう、供給装置３１を制御する。この機能により、積層造形物１００の位置（場所）によって複数の材料１２１の比率が変化（漸減又は漸増）する傾斜材料（傾斜機能材料）が造形可能になる。例えば、層１１０ｂの形成に際し、制御装置１７が、積層造形物１００の三次元座標の各位置に対応して設定された（記憶された）材料１２１の比率となるように、供給装置３１を制御する。これにより、積層造形物１００を、材料１２１の比率が三次元の任意の方向に変化する傾斜材料（傾斜機能材料）として造形することが可能である。単位長さ当たりの材料１２１の比率の変化量（変化率）も、種々に設定することが可能である。
【００３９】
制御装置１７は、層１１０ｂ又は造形物１００の形状を判断する機能を備える。例えば、制御装置１７は、計測装置１６で取得された層１１０ｂ又は積層造形物１００の形状と、記憶部１７ａ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。
【００４０】
また、制御装置１７は、層１１０ｂ又は造形物１００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１１０ｂ又は造形物１００を所定の形状にトリミングする機能を備える。例えば、制御装置１７は、まず、層１１０ｂ又は造形物１００における所定の形状でない部位に、第１ガルバノミラー５７を介して第３レンズ５３から出射されたレーザ光２００が材料１２１を蒸発可能なパワー密度となるように光源４１を制御する。次いで、制御装置１７は、第１ガルバノミラー５７を制御して、レーザ光２００を、当該部位に照射して当該部位を蒸発させる。
【００４１】
次に、図２を参照し、積層造形装置１による積層造形物１００の製造方法の一例について説明する。図２は、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。
【００４２】
図２に示されるように、まず、積層造形装置１は、材料１２１の供給及びレーザ光２００の照射を行う。制御装置１７は、材料１２１がノズル３３から所定の範囲に供給されるよう供給装置３１及びノズル３３を制御するとともに、供給された材料１２１がレーザ光２００によって溶融又は焼結するよう、光源４１や溶融装置４５を制御する。これにより、図２に示されるように、ベース１１０ａ上の層１１０ｂを形成する範囲に、溶融又は焼結した材料１２３が所定の量だけ供給される。材料１２３は、ベース１１０ａや層１１０ｂに噴射されると、変形して層状又は薄膜状等の材料１２３の集合となる。または、材料１２３は、材料１２１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、粒状の集合となる。
【００４３】
次に、積層造形装置１は、アニール処理を行う。制御装置１７は、ベース１１０ａ上の材料１２３の集合にレーザ光２００が照射されるよう、光源４１や溶融装置４５を制御する。これにより、材料１２３の集合が再溶融されて層１１０ｂになる。
【００４４】
次に、積層造形装置１は、形状計測を行う。制御装置１７は、アニール処理が行われたベース１１０ａ上の材料１２３を計測するよう、計測装置１６を制御する。制御装置１７は、計測装置１６で取得された層１１０ｂ又は積層造形物１００の形状と、記憶部１７ａに記憶された参照形状と比較する。
【００４５】
次に、積層造形装置１は、トリミングを行う。制御装置１７は、形状計測及び参照形状との比較により、例えば、ベース１１０ａ上の材料１２３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１２３が蒸発するよう、光源４１や除去装置４６を制御する。一方、制御装置１７は、形状計測及び参照形状との比較により、層１１０ｂが所定の形状であったことが判明した場合には、トリミングを行わない。
【００４６】
上述した層１１０ｂの形成が終了すると、積層造形装置１は、当該層１１０ｂの上に、新たな層１１０ｂを形成する。積層造形装置１は、層１１０ｂを反復的に積み重ねることにより、積層造形物１００を造形する。
【００４７】
次に、図３及び図４を参照して、ノズル３３について詳しく説明する。図３は、ノズル３３、光学装置１５、及び対象物１１０の一部を概略的に示す断面図である。図４は、ノズル３３及び対象物１１０の一部を概略的に示す側面図である。図３及び図４に示すように、ノズル３３は、射出部３０１と、磁場発生部３０２と、電場発生部３０３と、調整部３０４とを有する。
【００４８】
射出部３０１は磁場が透過することが出来る材料で作られ、部分的に螺旋状に巻かれた円筒状に形成される。射出部３０１は、円筒状の壁部３０７と、壁部３０７の内部に形成される通路３０８とを有する。通路３０８は、射出部３０１の一方の端部から他方の端部まで設けられる円形の孔である。
【００４９】
射出部３０１は、第１直部３１１と、螺旋部３１２と、第２直部３１３とを有する。螺旋部３１２は、ガイドの一例である。磁場発生部３０２と、電場発生部３０３と、螺旋部３１２とは、加速部の一例である。第２直部３１３は、吐出部の一例である。
【００５０】
射出部３０１の壁部３０７及び通路３０８は、第１直部３１１、螺旋部３１２、及び第２直部３１３に亘って設けられる。壁部３０７の内径（通路３０８の内径）は一定である。なお、壁部３０７の内径は部分的に異なっていても良い。
【００５１】
第１直部３１１は、Ｚ軸に沿う方向に延びる。第１直部３１１は、供給管３４を通じて、供給装置３１から材料１２１を供給される。言い換えると、供給装置３１は、供給管３４を通じて、第１直部３１１の通路３０８に材料１２１を供給する。
【００５２】
螺旋部３１２は、第１直部３１１と第２直部３１３との間に設けられる。螺旋部３１２は、Ｙ軸に沿う方向に延びる中心軸の周りに螺旋状に巡らされた射出部３０１の一部である。なお、本実施形態の螺旋部３１２は中心軸の周りを一回巡らされた部分であるが、複数回巡らされた部分であっても良い。中心軸の周りを巡らされる螺旋部３１２の外径は、例えば、１００ｍｍである。なお、螺旋部３１２の寸法はこれに限られない。
【００５３】
このような螺旋部３１２は、上記中心軸の周りを回転しながらＹ軸に沿う方向に向かう通路３０８を形成する。螺旋部３１２の通路３０８は、第１直部３１１の通路３０８に連続する。
【００５４】
第２直部３１３は、Ｚ軸に沿う方向に延びる。第１直部３１１は螺旋部３１２の一方の端部から上方に延びるが、第２直部３１３は螺旋部３１２の他方の端部から下方に延びる。すなわち、第２直部３１３は、第１直部３１１が延びる方向の反対方向に延びる。第２直部３１３の通路３０８は、螺旋部３１２の通路３０８に連続する。
【００５５】
第２直部３１３は、射出部３０１の端部３０１ａを形成する。射出部３０１の端部３０１ａは、下方に向き、所定の長さの隙間を介して対象物１１０に対向する。第２直部３１３は、射出部３０１の端部３０１ａに設けられた、通路３０８の開口部３０８ａを有する。開口部３０８ａは、射出部３０１の端部３０１ａに開口する通路３０８の端部である。
【００５６】
以上のような射出部３０１の通路３０８は、供給管３４に通じる一方の端部から第１直部３１１を通り、螺旋状に巡らされた螺旋部３１２を通り、第２直部３１３を通って開口部３０８ａに至る。このように、第１直部３１１、螺旋部３１２、及び第２直部３１３の通路３０８は、開口部３０８ａに通じる。
【００５７】
図４に示すように、磁場発生部３０２は、第１磁石３２１と、第２磁石３２２とを有する。第１磁石３２１及び第２磁石３２２は、例えば電磁石であるが、永久磁石のような他の磁石であっても良い。第１磁石３２１及び第２磁石３２２は、例えば、略同一半径を有する円盤状にそれぞれ形成される。円盤状の第１磁石３２１及び第２磁石３２２のそれぞれの中心軸は、螺旋部３１２の中心軸と略同一である。
【００５８】
第１磁石３２１と第２磁石３２２とは、Ｙ軸に沿う方向に向かい合う。言い換えると、第１磁石３２１と第２磁石３２２とは、螺旋部３１２の中心軸が延びる方向に向かい合う。螺旋部３１２は、第１磁石３２１と第２磁石３２２との間に位置する。第１直部３１１及び第２直部３１３の少なくとも一部は、第１磁石３２１と第２磁石３２２との間から外れて配置される。
【００５９】
制御部１７は、例えば駆動回路を制御することで、第１磁石３２１及び第２磁石３２２に磁場を発生させる。これにより、磁場発生部３０２は、第１磁石３２１から第２磁石３２２へ向かう磁場４０１を発生させる。なお、第２磁石３２２から第１磁石３２１へ向かう磁場を発生させてもよい。第１磁石３２１及び第２磁石３２２に、例えば、１〜１０万ボルトの電圧が印加される。なお、第１磁石３２１及び第２磁石３２２に印加される電圧はこれに限られない。
【００６０】
螺旋部３１２は、第１磁石３２１と第２磁石３２２とが発生させる磁場４０１の中に位置する。図３は、磁場４０１が発生する部分を二点鎖線で囲って示すとともに、磁場４０１の向きを示す記号を螺旋部３１２の中心軸に示す。なお、図３は、第１磁石３２１と第２磁石３２２との間の磁場４０１を示すが、第１磁石３２１と第２磁石３２２との間から外れた位置にも磁場が発生する。
【００６１】
電場発生部３０３は、第１電極３２５と、第２電極３２６とを有する。第１電極３２５及び第２電極３２６は、螺旋部３１２の周方向に沿って向かい合う。本実施形態において、第１電極３２５及び第２電極３２６が向かい合う方向は、螺旋部３１２に沿って傾斜する。
【００６２】
第１電極３２５及び第２電極３２６は、螺旋部３１２の外部に位置する。螺旋部３１２の一部は、第１電極３２５と第２電極３２６との間に位置する。なお、第１電極３２５及び第２電極３２６は、螺旋部３１２の内部に設けられても良い。
【００６３】
制御部１７は、例えば駆動回路を制御することで、第１電極３２５及び第２電極３２６に電圧を印加する（電流を流す）。これにより、電場発生部３０３は、第１電極３２５から第２電極３２６へ向かう電場４０２を発生させる。第１電極３２５及び第２電極３２６に、例えば、１〜１０万ボルトの電圧が印加される。なお、第１電極３２５及び第２電極３２６に印加される電圧はこれに限られない。螺旋部３１２の一部は、第１電極３２５と第２電極３２６とが発生させる電場４０２の中に位置する。
【００６４】
調整部３０４は、例えば、第２直部３１３の周りに配置されるコイルである。調整部３０４は、第２直部３１３に対して揺動可能である。制御部１７は、例えばアクチュエータを制御することで、調整部３０４を揺動させる。
【００６５】
制御部１７は、例えば駆動回路を制御することで、調整部３０４に電流を流す（電圧を印加する）。これにより、調整部３０４は、通路３０８の開口部３０８ａの付近に磁場を生じさせる。調整部３０４が揺動することで、調整部３０４が発生させる磁場も揺動する。さらに、制御部１７は、調整部３０４に流れる電流の方向を制御し、調整部３０４が発生させる磁場の方向を制御することも可能である。
【００６６】
以上説明したようなノズル３３に、供給装置３１が材料１２１を供給する。供給装置３１は、重力（自由落下）、押圧、電場、及び磁場のような種々の手段によって、材料１２１をノズル３３の射出部３０１に供給する。例えば、供給装置３１は、材料１２１を加速電場によって加速させ、供給管３４を介してノズル３３の射出部３０１に供給する。
【００６７】
材料１２１は、供給装置３１Ａが供給するキャリアガスによって加速され、供給装置３１から射出部３０１に供給されても良い。この場合、キャリアガスは射出部３０１に到達する前に外部に排出される。これにより、射出部３０１の内部と外部との気圧差が低減される。
【００６８】
射出部３０１に供給される材料１２１は、帯電部３１ｃによって帯電される。材料１２１の電荷は、例えば１μＣ／ｋｇである。また、供給装置３１は、所定量の材料１２１を射出部３０１に供給する。供給される材料１２１の密度は、例えば７．８ｇ／ｃｃである。なお、材料１２１の電荷及び密度はこれに限られない。
【００６９】
材料１２１は、射出部３０１の第１直部３１１から、螺旋部３１２に向かう。第１直部３１１から螺旋部３１２に入るとき、Ｘ軸及びＹ軸が形成する平面における材料１２１の位置は不定である。さらに、材料１２１の速度も不定である。
【００７０】
材料１２１が螺旋部３１２に入ると、螺旋部３１２の壁部３０７を透過した磁場４０１の中に、材料１２１が入る。磁場４０１は、帯電した材料１２１に、ローレンツ力Ｆを作用させる。
【００７１】
材料１２１は、Ｙ軸に沿う磁場４０１の向きと交差する方向（Ｚ軸に沿う方向）に速度Ｖを有する。この場合、磁場４０１は、材料１２１に向心力となるローレンツ力Ｆを作用させ、磁場４０１の周りに材料１２１を旋回させる。言い換えると、磁場４０１は、磁場４０１と交差する方向に材料１２１を旋回させる。材料１２１が旋回する方向は、螺旋部３１２が巡らされる方向と同じである。
【００７２】
磁場４０１によって旋回する材料１２１と、材料１２１の旋回の中心との間の距離である運動半径Ｒは、下記の（数１）式によって表される。
Ｒ＝ｍ・Ｖ／（ｅ・Ｂ）    …（数１）
上記（数１）式において、ｍは材料１２１の質量、ｅは材料１２１の電荷、Ｂは材料１２１に作用する磁束密度である。
【００７３】
一方、螺旋部３１２の壁部３０７は、旋回する材料１２１の回転中心の周りに巡らされるように延びる。言い換えると、螺旋部３１２の壁部３０７は、旋回する材料１２１の周りを囲む。
【００７４】
螺旋部３１２の壁部３０７の内面は、螺旋部３１２の中心軸から最も離れた外端部３０７ａを有する。外端部３０７ａは、螺旋部３１２の中心軸から距離Ｌだけ離れて螺旋状に延びる。
【００７５】
螺旋部３１２に入った材料１２１の運動半径Ｒは距離Ｌよりも短い。このため、旋回する材料１２１は、壁部３０７の外端部３０７ａから離間して旋回する。なお、螺旋部３１２に入った材料１２１の運動半径Ｒは、距離Ｌと同じかそれより長くても良い。
【００７６】
螺旋部３１２の内部において、螺旋部３１２の壁部３０７を透過した電場４０２の中に、材料１２１が入る。電場４０２は、帯電した材料１２１にエネルギーを印加する。このように、電場４０２は、加速電場として材料１２１を加速させる。
【００７７】
第１電極３２５及び第２電極３２６は、螺旋部３１２の周方向に沿って向かい合う。このため、電場４０２によって、旋回する材料１２１の周方向の速度Ｖが増加する。速度Ｖが増加することで、旋回する材料１２１の運動半径Ｒも長くなる。
【００７８】
速度Ｖが増加すると、旋回する材料１２１の運動半径Ｒは、距離Ｌと同じかそれよりも大きくなる。このため、旋回する材料１２１は、壁部３０７の外端部３０７ａに沿って、磁場４０１の周りを旋回する。
【００７９】
材料１２１は、螺旋部３１２の壁部３０７にガイドされることで、旋回しながらＹ軸に沿う方向に移動する。なお、材料１２１はこれに限らない。例えば、ノズル３３は、電極によってＹ軸に沿う方向の電場を発生させても良い。当該電場（ドリフト電場）によって、旋回する材料１２１がＹ軸に沿う方向に移動させられても良い。
【００８０】
材料１２１は、壁部３０７の外端部３０７ａに沿って移動し、螺旋部３１２から第２直部３１３に入る。材料１２１は、第２直部３１３に入ることで、磁場４０１から外れる。これにより、材料１２１に作用するローレンツ力Ｆが低減又は消失する。
【００８１】
螺旋部３１２の壁部３０７の外端部３０７ａに沿って移動した材料１２１は、第２直部３１３に入っても、第２直部３１３の壁部３０７に沿って移動する。なお、第２直部３１３において、材料１２１が壁部３０７から離間して移動しても良い。
【００８２】
材料１２１は、第２直部３１３が延びる方向である下方に向かう。材料１２１は、通路３０８の端部である開口部３０８ａから、対象物１１０に向かって吐出される。材料１２１は、螺旋部３１２の壁部３０７の外端部３０７ａに沿って、通路３０８の開口部３０８ａに送られるため、略同一位置から略同一方向に向かって開口部３０８ａから吐出される。
【００８３】
制御部１７が調整部３０４に電流を流すとともに、調整部３０４を揺動させた場合、開口部３０８ａから吐出される材料１２１に調整部３０４の磁場が作用する。これにより、開口部３０８ａから吐出される材料１２１の向きが、調整部３０４の磁場に応じて変わる。制御部１７は、調整部３０４の電流（電圧）及び向きを制御することで、開口部３０８ａから吐出される材料１２１の向きを調整する。なお、調整部３０４は、開口部３０８ａから吐出される材料１２１に電場を作用させることで、材料１２１の向きを調整しても良い。
【００８４】
光学装置１５の溶融装置４５が、レーザ光２００を対象物１１０に照射するとともに、対象物１１０に供給される材料１２１をレーザ光２００によって溶融させる。これにより、対象物１１０に、溶融した材料１２３が供給される。溶融した材料１２３が供給されたり、対象物１１０の表面にレーザ光２００が照射されたりすることで、対象物１１０に溶融プールＰが形成される。
【００８５】
ノズル３３は、材料１２１とレーザ光２００とが対象物１１０の表面における大よそ同一地点に向かうように、材料１２１を吐出する。これにより、ノズル３３は、材料１２１を溶融プールＰに向かって開口部３０８ａから吐出する。
【００８６】
ノズル３３は、シールドガスの噴射装置や、材料１２１の回収装置をさらに有しても良い。シールドガスの噴射装置は、供給装置３１Ａから供給されるシールドガスを、射出部３０１の周りから対象物１１０に向かって噴射する。材料１２１の回収装置は、材料１２１の粉体やヒュームを吸引する。
【００８７】
第１の実施の形態に係る積層造形装置１において、磁場発生部３０２、電場発生部３０３、及び螺旋部３１２は、材料１２１を旋回させるとともに加速させて開口部３０８ａに送る。旋回する材料１２１にはローレンツ力Ｆのような向心力や遠心力が作用するため、材料１２１の軌道は制限しやすい。例えば、磁場発生部３０２が発生させる磁場４０１の磁束密度Ｂを制御することで、旋回する材料１２１の運動半径Ｒが制御される。さらに、例えば電場発生部３０３が材料１２１を加速させることで、材料１２１の速度のばらつきが低減し、材料１２１の軌道のばらつきも低減する。加えて、電場発生部３０３が材料１２１を加速させることで、材料１２１の旋回が止まることも抑制される。このように旋回及び加速によって材料１２１の軌道が収束されるため、キャリアガス無しで材料１２１を目標に導くことができ、開口部３０８ａの内部と外部との気圧差によって開口部３０８ａ付近で広がるキャリアガスによって材料１２１が飛散することが抑制される。このため、材料１２１がより正確に目標に供給される。
【００８８】
磁場発生部３０２は、磁場４０１を発生させることで当該磁場４０１の周りに材料１２１を旋回させる。磁場４０１の周りを旋回する材料１２１の運動半径Ｒは上述の（数１）式によって求められる。このように、材料１２１の質量、材料１２１の速度、材料１２１の電荷、及び磁場４０１の磁束密度によって材料１２１の軌道がおおよそ決まるため、材料１２１がより正確に目標に供給される。
【００８９】
電場発生部３０３は、電場４０２を発生させることで旋回する材料１２１を加速させる。これにより、材料１２１の速度のばらつきが低減し、材料１２１の軌道のばらつきも低減する。さらに、キャリアガス無しで材料１２１を加速させることができるため、キャリアガスによって材料１２１が飛散することが抑制される。したがって、材料１２１がより正確に目標に供給される。加えて、材料１２１が加速すると、材料１２１の運動半径Ｒが大きくなる。旋回する材料１２１の運動半径Ｒを大きくすることで、材料１２１を磁場４０１から外して開口部３０８ａに送ることができる。
【００９０】
さらに、キャリアガス無しで材料１２１を加速させることができるため、処理槽１１の主室２１を真空にしても、材料１２１を開口部３０８ａからより正確に吐出させることができる。処理槽１１の主室２１を真空にすることで、対象物１１０の層１１０ｂに不純物が混ざることが抑制される。
【００９１】
材料１２１は、磁場発生部３０２の磁場４０１によって、旋回する当該材料１２１の回転中心の周りに巡らされる螺旋部３１２に沿って旋回させられる。このように、材料１２１の軌道が螺旋部３１２によって制限されるため、材料１２１がより正確に目標に供給される。
【００９２】
調整部３０４は、開口部３０８ａから吐出される材料１２１に例えば磁場を作用させる。開口部３０８ａから吐出される材料１２１の軌道は、調整部３０４の磁場によって変わる。このように、調整部３０４によって材料１２１の軌道が制御されるため、材料１２１がより正確に目標に供給される。
【００９３】
帯電部３１ｃが、射出部３０１に供給される材料１２１を帯電させる。これにより、磁場４０１や電場４０２によって材料１２１の軌道を制御でき、材料１２１がより正確に目標に供給される。
【００９４】
以下に、第２の実施の形態について、図５及び図６を参照して説明する。なお、以下の複数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。
【００９５】
図５は、第２の実施の形態に係るノズル３３、光学装置１５、及び対象物１１０の一部を概略的に示す断面図である。図６は、ノズル３３及び対象物１１０の一部を概略的に示す側面図である。第２の実施形態の螺旋部３１２の形状は、第１の実施形態の螺旋部３１２の形状と異なる。
【００９６】
第２の実施形態の螺旋部３１２は、Ｙ軸に沿う方向に延びる中心軸の周りに渦巻き状に巡らされた射出部３０１の一部である。このような、螺旋部３１２は、中心軸の周りを回転しながら中心軸との間の距離が増減する通路３０８を形成する。通路３０８は、Ｚ軸及びＸ軸によって形成される平面上で巡らされ、Ｙ軸に沿う方向に変位しない。
【００９７】
第１直部３１１の通路３０８は、螺旋部３１２の通路３０８の内側の端部（螺旋の開始点）に連続する。螺旋部３１２の通路３０８の内側の端部は、螺旋部３１２の中心軸から僅かにずれた位置に設けられる。なお、螺旋部３１２の中心軸と略同一の位置に設けられてもよい。一方、螺旋部３１２の通路３０８の外側の端部は、第２直部３１３の通路３０８に連続する。
【００９８】
第２の実施形態において、第１直部３１１の一部は、磁場発生部３０２の第１磁石３２１と第２磁石３２２との間に位置する。このため、第１直部３１１を通過する材料１２１に、ローレンツ力Ｆが作用する。また、螺旋部３１２の通路３０８の内側の端部が、螺旋部３１２の中心軸から僅かにずれている。このため、第１直部３１１から螺旋部３１２に入る材料１２１は、螺旋部３１２の中心軸を中心とする円の周方向に速度Ｖを有する。
【００９９】
材料１２１が磁場４０１の向きと交差する方向に速度Ｖを有するため、螺旋部３１２に入った材料１２１は、ローレンツ力Ｆによって旋回する。材料１２１が旋回する方向は、螺旋部３１２が巡らされる方向と同じである。
【０１００】
螺旋部３１２の内部において、螺旋部３１２の壁部３０７を透過した電場４０２の中に、材料１２１が複数回入る。電場４０２は、材料１２１が電場４０２に入る度に材料１２１を加速させる。
【０１０１】
材料１２１の運動半径Ｒは、材料１２１が電場４０２によって加速される度に増大する。一方、螺旋部３１２の壁部３０７の外端部３０７ａと中心軸との間の距離Ｌは、第２直部３１３に向かうに従って増大する。すなわち、第２直部３１３に向かうに従って、材料１２１の運動半径Ｒと、壁部３０７の外端部３０７ａと中心軸との間の距離Ｌとが共に増大する。
【０１０２】
材料１２１は、電場４０２に複数回加速されることで、壁部３０７の外端部３０７ａに沿って、磁場４０１の周りを旋回する。材料１２１は、壁部３０７の外端部３０７ａに沿って移動し、螺旋部３１２から第２直部３１３に入る。材料１２１は、第２直部３１３に入ることで、磁場４０１から外れる。これにより、材料１２１に作用するローレンツ力Ｆが低減又は消失する。
【０１０３】
材料１２１は、第２直部３１３が延びる方向である下方に向かう。材料１２１は、通路３０８の端部である開口部３０８ａから、対象物１１０に向かって吐出される。第１の実施形態と同様に、材料１２１は、螺旋部３１２の壁部３０７の外端部３０７ａに沿って、通路３０８の開口部３０８ａに送られるため、略同一位置から略同一方向に向かって開口部３０８ａから吐出される。
【０１０４】
第２の実施形態の積層造形装置１において、電場発生部３０３は、電場４０２によって旋回する材料１２１を複数回加速させる。これにより、材料１２１がより加速し、螺旋部３１２で材料１２１が止まることが抑制される。
【０１０５】
螺旋部３１２は、磁場４０１と交差する平面上で巡らされる。これにより、螺旋部３１２に沿って旋回する材料１２１が磁場４０１に沿う方向に移動する必要が無い。したがって、材料１２１が減速したり、材料１２１を移動させるためのドリフト電場を設けたりする必要が無くなる。
【０１０６】
なお、第２の実施形態における螺旋部３１２は、内側から外側に向かって渦巻き状に巡らされる。しかし、螺旋部３１２は、外側から内側に向かって渦巻き状に巡らされても良い。
【０１０７】
また、第１及び第２の実施形態において、電場発生部３０３は、常に同一方向の電場４０２を発生させる。しかし、電場発生部３０３はこれに限らず、所定の周波数で電場４０２の方向を変化させても良い。例えば、材料１２１が螺旋部３１２を半周する周波数と、電場４０２の方向が変化する周波数とを合わせることで、材料１２１がより効率的に加速され得る。
【０１０８】
さらに、第１及び第２の実施形態において、射出部３０１は、螺旋部３１２を有さなくても良い。例えば、供給装置３１が略同一の質量ｍ、電荷ｅ、及び速度Ｖを有する材料１２１を、射出部３０１の略同一位置に供給した場合、磁場発生部３０２の磁場４０１によって旋回する材料１２１の軌道は略同一となる。このような略同一軌道で旋回する材料１２１を電場発生部３０３の電場４０２が加速することで、当該材料１２１が磁場４０１から外れ、開口部３０８ａから吐出する。これにより、材料１２１がより正確に目標に供給される。
【０１０９】
以下に、第３の実施の形態について、図７乃至図１０を参照して説明する。図７は、第３の実施の形態に係るノズル３３の一部を概略的に示す断面図である。図８は、第３の実施形態のノズル３３の一部を概略的に示す側面図である。図７に示すように、第３の実施形態のノズル３３は、供給部３５１と、加速部３５２と、吐出部３５３と、排出部３５４とを有する。
【０１１０】
供給部３５１は、円筒状に形成された管である。供給部３５１は、供給装置３１に接続される。供給装置３１は、供給管３４を介して、供給部３５１に材料１２１を供給する。供給部３５１の端部３５１ａは、加速部３５２に接続される。
【０１１１】
加速部３５２は、回転体３６１と、周壁３６２とを有する。回転体３６１は、略円盤状に形成され、周方向に回転可能である。制御部１７は、例えば駆動回路を制御することでモータを駆動し、当該モータによって回転体３６１を回転させる。回転体３６１は、複数の通路３６４を有する。
【０１１２】
複数の通路３６４は、回転体３６１の中心から放射状に延びる孔である。言い換えると、複数の通路３６４は、回転体３６１の内側から外側に向かって延びる。なお、本実施形態において、通路３６４は直線状に延びるが、例えば曲線状に延びても良い。通路３６４は、内側端部３６４ａと、外側端部３６４ｂとをそれぞれ有する。各通路３６４の内側端部３６４ａは、回転体３６１の中心部分で互いに接続される。
【０１１３】
回転体３６１の中心に、供給部３５１の端部３５１ａが開口する。このため、複数の通路３６４の内側端部３６４ａは、供給部３５１の端部３５１ａに面する。なお、供給部３５１の端部３５１ａは、他の位置で開口しても良い。
【０１１４】
周壁３６２は、回転体３６１を囲む。このため、周壁３６２は、通路３６４の外側端部３６４ｂを塞ぐ。周壁３６２は、接続口３６８と、排出口３６９とを有する。回転体３６１が回転することで通路３６４の外側端部３６４ｂが接続口３６８に面すると、接続口３６８は、当該通路３６４を吐出部３５３に接続する。回転体３６１が回転することで通路３６４の外側端部３６４ｂが排出口３６９に面すると、排出口３６９は、当該通路３６４を排出部３５４に接続する。
【０１１５】
排出口３６９は、回転体３６１の回転方向において、接続口３６８よりも下流に位置する。このため、回転体３６１が回転すると、通路３６４の外側端部３６４ｂは、接続口３６８に面した後に、排出口３６９に面する。
【０１１６】
吐出部３５３は、円筒状に形成された管である。吐出部３５３は、通路３７２を有する。吐出部３５３の通路３７２は、接続口３６８によって、回転体３６１の通路３６４に接続される。
【０１１７】
吐出部３５３は、端部３５３ａを有する。吐出部３５３の端部３５３ａは、下方に向き、所定の長さの隙間を介して対象物１１０に対向する。吐出部３５３は、端部３５３ａに設けられた、通路３７２の開口部３７２ａを有する。開口部３７２ａは、吐出部３５３の端部３５３ａに開口する通路３７２の端部である。
【０１１８】
図９は、吐出部３５３の端部３５３ａを示す斜視図である。図１０は、吐出部３５３の端部３５３ａ及び対象物１１０を示す断面図である。図９に示すように、吐出部３５３の端部３５３ａは、周壁部３７５と、壁部３７６とを有する。
【０１１９】
周壁部３７５は、開口部３７２ａに向かうに従って径が縮小するテーパ状に形成される。壁部３７６は、周壁部３７５の内側に設けられる。壁部３７６は、開口部３７２ａを、複数の誘導部３８０に区切る。
【０１２０】
誘導部３８０は、入口３８０ａと、出口３８０ｂとを有する。誘導部３８０は、入口３８０ａから出口３８０ｂに向かうに従って断面積が縮小する孔である。入口３８０ａは、吐出部３５３の通路３７２に面する。出口３８０ｂは、入口３８０ａの反対側に位置する。
【０１２１】
図１０に示すように、開口部３７２ａは、レーザ光２００が照射される溶融プールＰに向く。複数の誘導部３８０は、入口３８０ａから出口３８０ｂに向かうに従って、同一の溶融プールＰに近づくように延びる。溶融プールは、供給点の一例である。言い換えると、複数の誘導部３８０は、入口３８０ａから出口３８０ｂに向かうに従って収束するように延びる。
【０１２２】
図７に示す排出部３５４は、排出口３６９によって回転体３６１の通路３６４に接続される管である。排出部３５４は、排出管３５を介して排出装置３２に接続される。
【０１２３】
以上のようなノズル３３を有する積層造形装置１において、供給装置３１は、材料１２１を供給部３５１に供給する。本実施形態の材料１２１は、帯電部３１ｃによって帯電させられなくても良い。
【０１２４】
図７に矢印で示すように、供給部３５１は、回転体３６１の中心から、通路３６４に材料１２１を供給する。材料１２１は、回転体３６１の中心に開口する供給部３５１の端部３５１ａから、例えば重力によって、下方に位置する通路３６４の内側端部３６４ａに入る。
【０１２５】
制御部１７は、回転体３６１を一定の角速度で回転させる。このため、供給部３５１の端部３５１ａの下方に位置する通路３６４は、順次入れ替わる。供給部３５１は、入れ替わる通路３６４に順次材料１２１を供給する。
【０１２６】
回転体３６１が回転するため、通路３６４に供給された材料１２１が旋回する。材料１２１が旋回することで、当該材料１２１に遠心力が作用する。材料１２１は、遠心力によって、通路３６４の内側端部３６４ａから外側端部３６４ｂに向かって移動する。
【０１２７】
回転する回転体３６１の通路３６４の外側端部３６４ｂが接続口３６８に面するタイミングで、材料１２１は外側端部３６４ｂに到達する。材料１２１は、遠心力により、接続口３６８から吐出部３５３の通路３７２に送られる。
【０１２８】
回転体３６１が回転している間の、通路３６４の内側端部３６４ａから材料１２１までの距離ｒ（ｔ）は、下記の（数２）式によって表される。
ｒ（ｔ）＝Ｒ（ｅωｔ−ｅ−ωｔ）／ｅ２π    …（数２）
上記（数２）式において、Ｒは通路３６４の内側端部３６４ａから外側端部３６４ｂまでの距離、ｅは自然対数、ωは回転体３６１の角速度、ｔは材料１２１が通路３６４に入ってから経過した時間である。このような（数２）式を用いることで、通路３６４の外側端部３６４ｂが接続口３６８に面するタイミングで、材料１２１が外側端部３６４ｂに到達する回転体３６１の角速度ωが求められる。制御部１７は、当該角速度ωで回転体３６１を回転させる。
【０１２９】
回転体３６１が回転することで、旋回する材料１２１は回転体３６１の周方向に向く速度Ｖを有する。材料１２１の速度Ｖは、下記の（数３）式によって表される。
Ｖ＝ｒ（ｔ）・ω    …（数３）
【０１３０】
上記の（数２）式及び（数３）より、材料１２１が遠心力により通路３６４の内側端部３６４ａから離れるに従って、材料１２１の速度Ｖが増大する。材料１２１の速度Ｖは、材料１２１が通路３６４の外側端部３６４ｂに到達するときに最大となる。すなわち、回転体３６１は、材料１２１を旋回させ、遠心力を利用して当該材料１２１を加速させる。
【０１３１】
外側端部３６４ｂに到達した材料１２１は、接続口３６８から、吐出部３５３の通路３７２に入る。すなわち、速度Ｖが最大になった材料１２１が、吐出部３５３に送られる。なお、材料１２１は、他の材料１２１と干渉したり、摩擦力を受けたりすることで減速しても良い。
【０１３２】
材料１２１は、吐出部３５３の通路３７２を通り、開口部３７２ａに到達する。図１０に示すように、回転体３６１の通路３６４から送られた材料１２１は、種々の角度で、いずれかの誘導部３８０の入り口３８０ａに入る。
【０１３３】
材料１２１は、誘導部３８０を通過して、出口３８０ｂから対象物１１０の溶融プールＰに向かって吐出される。複数の誘導部３８０が出口３８０ｂに向かうに従って溶融プールＰに近づくように延びるため、いずれの誘導部３８０に入った材料１２１も、溶融プールＰに向かう。例えば、材料１２１は、周壁部３７５及び壁部３７６に衝突すると、溶融プールＰ方向に向かう方向とは異なる方向の移動成分を減少させ、当該周壁部３７５及び壁部３７６から跳ね返ることで溶融プールＰに向かう。
【０１３４】
図７の回転体３６１において、通路３６４の材料１２１が、吐出部３５３に送られないまま通路３６４に残る場合がある。この場合、回転体３６１がさらに回転することで、通路３６４の外側端部３６４ｂが、排出口３６９に接続される。通路３６４に残った材料１２１は、遠心力によって、排出口３６９から排出部３５４に送られる。
【０１３５】
排出装置３２は、通路３６４から排出部３５４に送られた材料１２１を、例えば吸引によって回収する。排出装置３２は、通路３６４から回収した材料１２１を、タンク３２ｃに排出しても良いし、供給装置３１のタンク３１ａに戻して再利用しても良い。
【０１３６】
第３の実施形態の積層造形装置１において、加速部３５２は、回転体３６１を回転させることで材料１２１を旋回させるとともに加速させて吐出部３５３の開口部３７２ａに送る。旋回する材料１２１の軌道は、回転体３６１の角速度ωによって大よそ決まる。これにより、材料１２１がより正確に目標に供給される。
【０１３７】
さらに、材料１２１をキャリアガス無しで材料１２１を加速させることができるため、キャリアガスによって材料１２１が飛散することが抑制される。また、処理槽１１の主室２１を真空にしても、材料１２１を開口部３７２ａからより正確に吐出させることができる。処理槽１１の主室２１を真空にすることで、対象物１１０の層１１０ｂに不純物が混ざることが抑制される。
【０１３８】
供給部３５１は、回転体３６１の複数の通路３６４に順次材料１２１を供給する。これにより、回転体３６１が吐出部３５３の開口部３７２ａに材料１２１を送ってから次の材料１２１を送るまでの間の時間がより短縮される。したがって、材料１２１がより効率的に目標に供給される。
【０１３９】
吐出部３５３の壁部３７６は開口部３７２ａを、材料１２１が入る入口３８０ａと、材料１２１が吐出される出口３８０ｂと、をそれぞれ有する複数の誘導部３８０に区切る。複数の誘導部３８０は、入口３８０ａから出口３８０ｂに向かうに従って開口部３７２ａが向く溶融プールＰに近づくように延びる。これにより、材料１２１がいずれの誘導部３８０の入り口３８０ａに入ったとしても、同一の溶融プールＰに近づくように出口３８０ｂから吐出される。したがって、材料１２１がより正確に目標に供給される。
【０１４０】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、加速部は、粉体を旋回させて開口部に送る。これにより、粉体がより正確に目標に供給される。
【０１４１】
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、出願当初の特許請求の範囲の内容を付記する。
［１］粉体が吐出される開口部を有する吐出部と、
前記粉体を旋回させるとともに加速させて前記開口部に送る加速部と、
を具備するノズル。
［２］前記加速部は、磁場を発生させることで前記磁場の周りに前記粉体を旋回させる磁場発生部を有する、［１］のノズル。
［３］前記加速部は、電場を発生させることで旋回する前記粉体を加速させる電場発生部をさらに有する、［２］のノズル。
［４］前記加速部は、旋回する前記粉体の回転中心の周りに巡らされるガイドをさらに有し、
前記磁場発生部は、前記粉体が前記ガイドに沿って前記磁場の周りを旋回する前記磁場を発生させる、
［２］又は［３］のノズル。
［５］前記開口部から吐出される前記粉体に磁場及び電場の少なくとも一方を作用させる調整部、をさらに具備する［２］乃至［４］のいずれか一つのノズル。
［６］前記加速部は、回転可能な回転体と、前記回転体に前記粉体を供給する供給部と、を有し、前記回転体を回転させることで、当該回転体に供給された前記粉体を旋回させるとともに加速させて前記開口部に送る、［１］のノズル。
［７］前記回転体は、内側から外側に向かって延びる複数の通路を有し、
前記供給部は、前記複数の通路に順次前記粉体を供給する、
［６］のノズル。
［８］前記吐出部は、前記開口部を複数の誘導部に区切る壁部を有し、
前記複数の誘導部は、前記回転体から送られた前記粉体が入る入口と、前記粉体が吐出される出口と、をそれぞれ有し、前記入口から前記出口に向かうに従って前記開口部が向く同一の供給点に近づくように延びる、
［６］又は［７］のノズル。
［９］粉体が吐出される開口部を有する吐出部と、前記粉体を旋回させるとともに加速させて前記開口部に送る加速部と、を有するノズルと、
前記吐出部から吐出された粉体を溶融又は焼結させるための光学装置と、
を具備する積層造形装置。
［１０］前記加速部に供給される前記粉体を帯電させる帯電部、をさらに具備する［９］の積層造形装置。
【符号の説明】
【０１４２】
１…積層造形装置、３１ｃ…帯電部、３３…ノズル、１２１，１２３…材料、３０１…射出部、３０２…磁場発生部、３０３…電場発生部、３０４…調整部、３０７…壁部、３０８…通路、３０８ａ…開口部、３１１…第１直部、３１２…螺旋部、３１３…第２直部、３５１…供給部、３５２…加速部、３５３…吐出部、３６１…回転体、３７２…通路、３７２ａ…開口部、３７６…壁部、３８０…誘導部、３８０ａ…入口、３８０ｂ…出口、４０１…磁場、４０２…電場、Ｐ…溶融プール。
【要約】      （修正有）【課題】三次元積層造形装置に使用するノズルで、材料の粉体がより正確に目標に供給されるノズルの提供。【解決手段】ノズル３３は、吐出部と３０１ａ、加速部３１２とを備え、吐出部３０１ａは、粉体が吐出される開口部３０８ａを有し、加速部３１２は、前記粉体を旋回させるとともに加速させて前記開口部３０１ａに送るノズル３３。【選択図】図３【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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