(57)【要約】  造形条件を変更する場合に、加工ノズルを交換する必要なく、材料の利用効率を向上させる加工装置を開示する。加工ノズルは、エネルギー線によって加工面上に形成した溶融プールに向けて加工材料を射出させて加工を行なう加工ノズルであって、エネルギー線が通過する経路を内部に備え、一端からエネルギー線を射出する筒状の内側筐体と、内側筐体を内包し、内側筐体から射出されるエネルギー線の射出方向に内面が絞られた筒状の外側筐体と、内側筐体に対する外側筐体の相対位置を、エネルギー線に沿って変化させるスライド機構と、を備える。そして、内側筐体の外面と外側筐体の内面との間隙が加工材料の射出口を形成し、スライド機構による相対位置の変化に応じて、射出口の大きさが変化する。
2016139775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー線によって加工面上に形成した溶融プールに向けて加工材料を射出させて加工を行なう加工ノズルであって、
前記エネルギー線が通過する経路を内部に備え、一端から前記エネルギー線を射出する筒状の内側筐体と、
前記内側筐体を内包し、前記内側筐体から射出される前記エネルギー線の射出方向に内面が絞られた筒状の外側筐体と、
前記内側筐体に対する前記外側筐体の相対位置を、前記エネルギー線に沿って変化させるスライド機構と、
を備え、
前記内側筐体の外面と前記外側筐体の内面との間隙が前記加工材料の射出口を形成し、前記スライド機構による前記相対位置の変化に応じて、前記射出口の大きさが変化することを特徴とする加工ノズル。
【請求項２】
前記スライド機構は、固定された前記内側筐体に対して前記外側筐体を、前記エネルギー線に沿ってスライドさせることを特徴とする請求項１に記載の加工ノズル。
【請求項３】
前記スライド機構は、固定された前記外側筐体に対して前記内側筐体を、前記エネルギー線に沿ってスライドさせることを特徴とする請求項１に記載の加工ノズル。
【請求項４】
前記エネルギー線は、レーザ光、電子ビームまたは電磁波であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の加工ノズル。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加工ノズルと、
前記エネルギー線を集束させる集束装置と、
を含むことを特徴とする加工ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の加工ヘッドと、
前記加工ヘッドに前記加工材料を供給する材料供給部と、
前記スライド機構を制御し、前記加工材料のスポット径を制御する制御部と、
を備えた加工装置。
【請求項７】
エネルギー線によって加工面上に形成した溶融プールに向けて加工材料を射出させて加工を行なうため、
前記エネルギー線が通過する経路を内部に備え、一端から前記エネルギー線を射出する筒状の内側筐体と、
前記内側筐体を内包し、前記内側筐体から射出される前記エネルギー線の射出方向に内面が絞られた筒状の外側筐体と、
を備えた加工ノズルの制御方法であって、
前記内側筐体に対する前記外側筐体の相対位置を、前記エネルギー線に沿って変化させることにより、前記内側筐体の外面と前記外側筐体の内面との間隙により形成された前記加工材料の射出口の大きさを変化させることを特徴とする加工ノズルの制御方法。
【請求項８】
エネルギー線を射出させることにより加工面上に形成した溶融プールに向けて加工材料を射出させて加工を行なうため、
前記エネルギー線が通過する経路を内部に備え、一端から前記エネルギー線を射出する筒状の内側筐体と、
前記内側筐体を内包し、前記内側筐体から射出される前記エネルギー線の射出方向に内面が絞られた筒状の外側筐体と、
を備えた加工ノズルの制御プログラムであって、
造形条件を入力する入力ステップと、
前記造形条件に応じて、前記内側筐体に対する前記外側筐体の相対位置を、前記エネルギー線の射出方向に沿って変化させることにより、前記内側筐体の外面と前記外側筐体の内面との間隙により形成された前記加工材料の射出口の大きさを変化させるステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする加工ノズルの制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工ノズル、加工ヘッド、加工装置、その制御方法および制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野において、特許文献１には、レーザ照射装置のノズルであって、加工点に材料を供給するため、レーザ光の光路の周囲に形成された隙間から材料を射出する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許５４１８３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記文献に記載の技術では、ノズルから射出した加工材料のスポット位置が固定されているため、例えば細書きから太書きに造形条件を変更しようとした場合、レーザ光の集光領域と加工材料のスポット領域が適切な関係にならない。供給した材料を効率よく造形に利用するには、細書き用、太書き用のノズルを用意しておき、条件切換え時にノズル本体を交換する必要があった。【０００５】
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明に係る加工ノズルは、
エネルギー線によって加工面上に形成した溶融プールに向けて加工材料を射出させて加工を行なう加工ノズルであって、
前記エネルギー線が通過する経路を内部に備え、一端から前記エネルギー線を射出する筒状の内側筐体と、
前記内側筐体を内包し、前記内側筐体から射出される前記エネルギー線の射出方向に内面が絞られた筒状の外側筐体と、
前記内側筐体に対する前記外側筐体の相対位置を、前記エネルギー線に沿って変化させるスライド機構と、
を備え、
前記内側筐体の外面と前記外側筐体の内面との間隙が前記加工材料の射出口を形成し、前記スライド機構による前記相対位置の変化に応じて、前記射出口の大きさが変化することを特徴とする。【０００７】
上記目的を達成するため本発明に係る加工ヘッドは、
上記加工ノズルと、エネルギー線を集束させる集束装置と、
を含むことを特徴とする。
上記目的を達成するため本発明に係る加工装置は、
上記加工ヘッドと、加工ヘッドに加工材料を供給する材料供給部と、
前記スライド機構を制御し、加工材料のスポット径を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする。【０００８】
上記目的を達成するため本発明に係る加工ノズルの制御方法は、
エネルギー線を射出させることにより加工面上に形成した溶融プールに向けて加工材料を射出させて加工を行なうため、
前記エネルギー線が通過する経路を内部に備え、一端から前記エネルギー線を射出する筒状の内側筐体と、
前記内側筐体を内包し、前記内側筐体から射出される前記エネルギー線の射出方向に内面が絞られた筒状の外側筐体と、
を備えた加工ノズルの制御方法であって、
前記内側筐体に対する前記外側筐体の相対位置を、前記エネルギー線に沿って変化させることにより、前記内側筐体の外面と前記外側筐体の内面との間隙により形成された前記加工材料の射出口の大きさを変化させることを特徴とする。【０００９】
上記目的を達成するため本発明に係る加工ノズルの制御プログラムは、
エネルギー線を射出させることにより加工面上に形成した溶融プールに向けて加工材料を射出させて加工を行なうため、
前記エネルギー線が通過する経路を内部に備え、一端から前記エネルギー線を射出する筒状の内側筐体と、
前記内側筐体を内包し、前記内側筐体から射出される前記エネルギー線の射出方向に内面が絞られた筒状の外側筐体と、
を備えた加工ノズルの制御プログラムであって、
造形条件を入力する入力ステップと、
前記造形条件に応じて、前記内側筐体に対する前記外側筐体の相対位置を、前記エネルギー線の射出方向に沿って変化させることにより、前記内側筐体の外面と前記外側筐体の内面との間隙により形成された前記加工材料の射出口の大きさを変化させるステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、造形条件を変更する場合にも、ノズルを交換する必要なく、材料の利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる加工ノズルの構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態にかかる加工ノズルの構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる加工ノズルの構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる加工ノズルの構成を示す概略断面図である。
【図５Ａ】本発明の第２実施形態にかかる加工ノズルの作用を説明するための図である。
【図５Ｂ】本発明の第２実施形態にかかる加工ノズルの作用を説明するための図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる加工ノズルの構成を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態にかかる加工ノズルの構成を示す概略断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態にかかる加工ノズルの構成を示す概略断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態にかかる加工ノズルの作用を説明するための図である。
【図１０】本発明の第５実施形態にかかる加工装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての加工ノズル１００について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る加工ノズル１００の概略断面図である。加工ノズル１００は、エネルギー線１１０により加工面１２０上に形成した溶融プール１２１に向けて加工材料１３０を射出させて加工を行なうためのノズルである。加工ノズル１００は、内側筐体１０１と外側筐体１０２とスライド機構１０３とを備える。エネルギー線１１０の線源としては、ここではレーザ光源を用いることとするが、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、キセノンランプを用いることができる。材料の溶融に使うエネルギー線はレーザ光に限るものではなく、加工面で加工材料を溶融することができるものであればどのようなエネルギー線でもよい。例えば電子ビームや、マイクロ波から紫外線領域の電磁波などのエネルギー線であってもよい。
【００１４】
内側筐体１０１は、筒状であって、エネルギー線１１０が通過する経路を内部に備え、その一端からエネルギー線１１０を射出する。内側筐体１０１の外面は内側筐体１０１から射出されるエネルギー線１１０の射出方向に絞られている。ただし、必ずしも絞られている必要は無い。
【００１５】
外側筐体１０２も筒状であって、内側筐体１０１を内包し、内側筐体１０１から射出されるエネルギー線１１０の射出方向に内面が絞られている。このような構造にすることで、加工材料１３０を溶融プール１２１に向けて射出することができる。
【００１６】
スライド機構１０３は、内側筐体１０１に対する外側筐体１０２の相対位置を、エネルギー線１１０に沿って変化させる。
【００１７】
そして、内側筐体１０１の外面と外側筐体１０２の内面との間隙が加工材料１３０の射出口１０４を形成し、スライド機構１０３による相対位置の変化に応じて、射出口１０４の大きさが変化する。
【００１８】
図１では、内側筐体１０１および外側筐体１０２の下流端が共に円錐筒形状として表わされているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、両方が多角錐筒形状であってもよい。また、内側筐体１０１が円筒形状で、外側筐体１０２の下流端のみが円錐筒形状であってもよい。
【００１９】
以上の構成によれば、造形条件を変更する場合にも、加工ノズルを交換する必要なく、加工幅に合わせて加工材料の射出領域を変化させることができ、ひいては、加工精度および材料の利用効率を向上させることができる。
【００２０】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る加工ノズルについて、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る加工ノズル２００の内部構成を説明するための概略断面図である。
【００２１】
加工ノズル２００は、エネルギー線としてのレーザ光２１０により加工面２２０上に形成された溶融プール２６０に向けて加工材料としての粉体２３０を射出させるためのノズルである。加工ノズル２００は、内側筐体２０１と外側筐体２０２とスライド機構２０３とを備える。
【００２２】
内側筐体２０１は、円筒形であって、レーザ光２１０が通過する経路を内部に備え、その一端からレーザ光２１０を射出する。外側筐体２０２も円筒形であって、内側筐体２０１を内包している。また、内側筐体２０１および外側筐体２０２は、それぞれレーザ光２１０の光軸に向けて絞られた構造となっている。
【００２３】
さらに、加工ノズル２００は、内側筐体２０１の外面と外側筐体２０２の内面との間隙に対して粉体を含むキャリアガスを供給する粉体供給部２５０を備えている。内側筐体２０１の外面と外側筐体２０２の内面上端との間には、例えばＯリングなどのシール部材２２１が設けられ、キャリアガスの漏洩を防いでいる。
【００２４】
内側筐体２０１の下流端の外面と外側筐体２０２の下流端の内面とは、コーン（円錐）形状であり、そのリング状の間隙が射出口２０４となる。
【００２５】
外側筐体２０２は、レーザ光２１０の光軸方向に沿ってスライド可能に設けられている。スライド機構２０３は、内側筐体２０１に対する外側筐体２０２の相対位置を、レーザ光２１０の光軸に沿って変化させる。スライド機構２０３による外側筐体２０２の位置変化に応じて、射出口２０４の大きさが変化する。ここで、スライド機構２０３は、不図示のリニアモータやボールネジを介して外側筐体２０２を移動させるものとするが、本発明はこれに限定されるものではなく、ラック＆ピニオンなど、他の機構を用いてもよい。
【００２６】
加工ノズル２００に供給された粉体は、外側筐体２０２の側面に接続された粉体供給部２５０から、内側筐体２０１と外側筐体２０２の隙間空間に供給される。供給された粉体材料は隙間空間内で拡散し、リング状の射出口２０４から加工面２２０に向かって射出される。ここで、内側筐体２０１に対して外側筐体２０２を光軸方向に沿ってスライドさせると、内側筐体２０１および外側筐体２０２の下端部の相対位置がずれ、射出口２０４の形状が変化することにより粉体の射出状態が変更される。
【００２７】
つまり、細書きモードとするためには、内側筐体２０１に対して外側筐体２０２を上方向にスライドさせることでリング状の射出口２０４のスリット幅を狭めることができ、材料のスポット径を小さくすることができる。一方、内側筐体２０１に対して外側筐体２０２を下方向にスライドさせることでリング状の射出口２０４のスリット幅を広げることができ、スポット径を大きくして太書きモードとすることができる。
【００２８】
図３は、図２におけるＡ−Ａ断面で切断した断面図である。図３に示すとおり、粉体供給部２５０は、外側筐体２０２に対して３個所から均等に粉体を供給するように配置されている。これにより、溶融プール２６０に対して、等方的に粉体が射出され、高精度加工を実現することができる。
【００２９】
図４は、レーザ光２１０の光線を絞り、図２の外側筐体２０２を図中上方にスライドした状態を示す図である。図２から図４に外側筐体２０２をスライドさせることにより、加工面２２０と外側筐体２０２との下端面との距離はｈ1からｈ2へと増加すると共に、射出口２０４のスリット幅が狭まり、粉体スポット径が小さくなることが分かる。図５Ａにその変化の前後の状態を示す。太書きモードから細書きモードへと遷移し、溶融プール２６０の幅がＤ1からＤ2に変化した場合に、それに合わせて粉体スポット径を変化させるため、ノズル高さをｈ1からｈ2へと変化させる。以下、図５Ａ、図５Ｂを用いて、ノズル高さの算出方法について説明する。
【００３０】
図５Ａに示すように、外側筐体２０２の射出口２０４側端部の内径をｄ、外側筐体２０２の内面の傾斜角をθとすると、溶融プール径Ｄ1、Ｄ2と同一の粉体スポット径を実現するモードでは、底辺ｄ、高さＨの三角形５０１を取り出した場合、図５Ｂのようにモデル化できる。これにより、加工面２２０と外側筐体２０２との距離ｈ1、ｈ2は、以下の式で表わされる。
ｈ1＝Ｈ−（Ｄ1／２）tanθ
＝（ｄ／２）tanθ−（Ｄ1／２）tanθ
＝｛（ｄ−Ｄ1）tanθ｝／２
ｈ2＝｛（ｄ−Ｄ2）tanθ｝／２
【００３１】
一方、粉体の無駄をより抑えるため、粉体スポット径を溶融プール径Ｄ1、Ｄ2の９０％にするモードでは、
ｈ1＝｛（ｄ−０．９Ｄ1）tanθ｝／２
ｈ2＝｛（ｄ−０．９Ｄ2）tanθ｝／２
となる。
【００３２】
また、逆に粉体を不足しないように大量に供給して加工速度を高めるため、粉体スポット径を溶融プール径Ｄ1、Ｄ2の１２０％にするモードでは、
ｈ1＝｛（ｄ−１．２Ｄ1）tanθ｝／２
ｈ2＝｛（ｄ−１．２Ｄ2）tanθ｝／２
となる。
【００３３】
例えば、θ＝６０度、ｄ＝１０ｍｍ、ｈ1＝５ｍｍとすると、ｈ2＝６．８２５ｍｍにしたときに、粉体スポット径が半分になり、ｈ1＝６ｍｍなら、ｈ2＝７．３２５ｍｍにしたときに粉体スポット径が半分になる。また、例えば、θ＝６０度、ｄ＝１０ｍｍ、ｈ1＝４ｍｍとすると、ｈ3＝７．１ｍｍにしたときに、粉体スポット径が３分の１になる。
【００３４】
以上の構成によれば、造形条件を変更する場合にも、加工ノズルを交換する必要なく、溶融プール径に合わせて加工材料の射出径および射出量を変化させることができ、ひいては、加工精度および材料の利用効率を向上させることができる。
【００３５】
なお、内側筐体の外面および外側筐体の内面に設けられたネジ溝を螺合させることにより、内側筐体２０１と外側筐体２０２との相対位置を変化させる構成でもよい。例えば、外側筐体２０２を固定して内側筐体２０１を回転させることにより、外側筐体２０２に対して内側筐体２０１を、光軸に沿ってスライドさせてもよい。
【００３６】
［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る加工ノズルについて、図６、図７を用いて説明する。図６、図７は、本実施形態に係る加工ノズル６００の内部構成を説明するための概略断面図である。本実施形態に係る加工ノズル６００は、上記第２実施形態と比べると、内側筐体２０１をスライドさせるためのスライド機構６０１を有する点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００３７】
図６においては、内側筐体２０１を下方にスライドさせている。これにより、射出口２０４を絞って、溶融プール２６０の径に合わせて粉体スポットを小さくすることができる。
【００３８】
一方、図７では、内側筐体２０１を上方にスライドさせている。これにより、射出口２０４の開口面積が大きくなり、射出される粉体の量が多くなるため、溶融プール２６０の径に合わせて粉体スポットを大きくすることができる。
【００３９】
以上の構成によれば、造形条件を変更する場合にも、加工ノズルを交換する必要なく、溶融プール径に合わせて加工材料の射出径および射出量を変化させることができ、ひいては、加工精度および材料の利用効率を向上させることができる。
【００４０】
［第４実施形態］
上記実施形態では、内側筐体と外側筐体とのいずれか一方のみをスライド移動させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、内側筐体と外側筐体の両方を同時に上下動させてもよい。例えばレーザ出力を上げて加工温度を上昇させる場合、ノズルと加工面間距離を大きく取り、加工点からの熱輻射によるノズルへのダメージを低減することが望まれるからである。
【００４１】
図８のように、粉体スポット径を変えることなく、内側筐体と外側筐体の両方を上方に移動させてもよい。この場合、図５Ｂと同様に図９に示すモデルを利用すれば、以下のようにｈ3を導くことができる。
ｈ3  ＝  （ｄ／２）ｔａｎθ＋（Ｄ3／２）ｔａｎθ
＝［（ｄ＋Ｄ3）／２］ｔａｎθ
同じ溶融プール径Ｄ1に対しては、Ｄ1×tanθだけ、ノズル全体を上方にずらせば、粉体スポット径を変えることなく、加工点からの熱輻射によるノズルへのダメージを低減できる。
【００４２】
以上、本実施形態によれば、粉体スポット径を維持しつつ、ノズルと加工面間距離を変更することができる。
【００４３】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態としての光加工装置(Optical Machining apparatus)８００について、図１０を用いて説明する。光加工装置１０００は、上述の実施形態で説明した加工ノズル１００、２００、６００のいずれかを含み、集光した光が生み出す熱で材料を溶融することにより三次元的な造形物（あるいは肉盛溶接）を生成する装置である。ここでは一例として、加工ノズル２００を備えた光加工装置１０００について説明する。
【００４４】
《装置構成》
光加工装置１０００は、光源１００１、光伝送部１０１５、ステージ１００５、材料収容装置１００６、材料供給部１０３０、加工ヘッド１００８および制御部１００７を備えている。
【００４５】
光源１００１としては、ここではレーザ光源を用いることとするが、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、キセノンランプを用いることができる。材料の溶融に使うエネルギー線はレーザ光に限るものではなく、加工点で粉体材料を溶融することができるものであればどのようなエネルギー線でもよい。例えば電子ビームや、マイクロ波から紫外線領域の電磁波などのエネルギー線であってもよい。
【００４６】
光伝送部１０１５は、例えばコア径がφ０．０１〜１ｍｍの光ファイバであり、光源１００１で発生した光を加工ヘッド１００８に導く。
【００４７】
材料収容装置１００６は、加工ヘッド１００８に対し、材料供給部１０３０を介して材料を含むキャリアガスを供給する。例えば、材料は金属粒子、樹脂粒子などの粒子である。キャリアガスは、不活性ガスであり、例えばアルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス、でよい。
【００４８】
材料供給部１０３０は例えば樹脂あるいは金属のホースであり、キャリアガスに材料を混入させた粉体流を加工ヘッド１００８へと導く。ただし、材料が線材の場合は、キャリアガスは不要となる。
【００４９】
加工ヘッド１００８は、エネルギー線としての光を集束させる集束装置を内部に備え、その集束装置の下流に、加工ノズル２００が取り付けられている。加工ヘッド１００８に供給されたレーザ光は、内部に設けられたレンズ等からなる光学系を介することで、加工面２２０において集光するように調整されており、加工ノズル２００内部を経て加工面２２０に照射される。光学系は、レンズ間隔等を制御することで、集光位置を制御可能に設けられている。
【００５０】
制御部１００７は、細書きまたは太書きなどの造形条件を入力し、入力した造形条件に応じて光源１００１からのレーザ光の出力値を変更すると共に、加工ノズル２００の外側筐体２０２をスライドさせる。これにより、加工ノズル２００から射出される粉体による粉体スポット径を溶融プール径に合わせて制御する。
【００５１】
《装置動作》
次に、光加工装置１０００の動作について説明する。造形物１０１０は、ステージ１００５の上で作成される。加工ヘッド１００８から射出される射出光は、造形物１０１０上の加工面２２０において集光される。加工面２２０は、集光によって昇温され、溶融され、一部に溶融プールを形成する。
【００５２】
材料は加工ノズル２００から加工面２２０の溶融プール２６０へと射出される。そして、溶融プール２６０に材料が溶け込む。その後、溶融プール２６０が冷却され、固化することで加工面２２０に材料が堆積され、３次元造形が実現する。
【００５３】
以上の構成によれば、レーザ光の集光位置を制御しつつ、粉体材料のスポット位置を制御し、溶融領域の大きさに合わせた調整を行うことができる。したがって、加工条件の変更に対応した調整を、都度加工ノズルを交換することなく行うことができるので、溶融領域に効率よく粉体材料を供給できる。
【００５４】
［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範疇で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する制御プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の範疇に含まれる。
【図１】
2016139775.tif 000003
【図２】
2016139775.tif 000004
【図３】
2016139775.tif 000005
【図４】
2016139775.tif 000006
【図５Ａ】
2016139775.tif 000007
【図５Ｂ】
2016139775.tif 000008
【図６】
2016139775.tif 000009
【図７】
2016139775.tif 000010
【図８】
2016139775.tif 000011
【図９】
2016139775.tif 000012
【図１０】
2016139775.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月11日(2016.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー線によって加工面上に形成した溶融プールに向けて加工材料を射出させて加工を行なう加工ノズルであって、
前記エネルギー線が通過する経路を内部に備え、一端から前記エネルギー線を射出する筒状の内側筐体と、
前記内側筐体を内包し、前記内側筐体から射出される前記エネルギー線の射出方向に内面が絞られた筒状の外側筐体と、
前記内側筐体に対する前記外側筐体の相対位置を、前記エネルギー線に沿って変化させるスライド機構と、
を備え、
前記外側筐体の射出口側端部の内径をｄ、前記外側筐体の内面の傾斜角をθ、溶融プール径をＤ、溶融プール径に対する粉体スポット径の比の値をαとすると、加工面から外側筐体までの距離ｈは、以下の式で表わされることを特徴とする加工ノズル。
ｈ＝｛（ｄ−αＤ）tanθ｝／２
【請求項２】
加工面からの熱輻射によるノズルへのダメージを低減させるために、溶融プール径Ｄに対して、Ｄ×tanθだけ、前記内側筐体及び前記外側筐体を上方にずらす請求項１に記載の加工ノズル。
【請求項３】
請求項１または２に記載の加工ノズルと、
前記エネルギー線を集束させる集束装置と、
を含むことを特徴とする加工ヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載の加工ヘッドと、
前記加工ヘッドに前記加工材料を供給する材料供給部と、
前記スライド機構を制御し、前記加工材料のスポット径を制御する制御部と、
を備えた加工装置。
【請求項５】
エネルギー線によって加工面上に形成した溶融プールに向けて加工材料を射出させて加工を行なうため、
前記エネルギー線が通過する経路を内部に備え、一端から前記エネルギー線を射出する筒状の内側筐体と、
前記内側筐体を内包し、前記内側筐体から射出される前記エネルギー線の射出方向に内面が絞られた筒状の外側筐体と、
前記内側筐体に対する前記外側筐体の相対位置を、前記エネルギー線に沿って変化させるスライド機構と、
前記エネルギー線を集束させる集束装置と、
を備えた加工ヘッドと、
前記加工ヘッドに前記加工材料を供給する材料供給部と、
前記外側筐体の射出口側端部の内径をｄ、前記外側筐体の内面の傾斜角をθ、溶融プール径をＤ、溶融プール径に対する粉体スポット径の比の値をαとすると、加工面から外側筐体までの距離ｈが、以下の式で表わされるように制御する制御部と、
ｈ＝｛（ｄ−αＤ）tanθ｝／２
を備えた加工装置。
【請求項６】
エネルギー線によって加工面上に形成した溶融プールに向けて加工材料を射出させて加工を行なうため、前記エネルギー線が通過する経路を内部に備え、一端から前記エネルギー線を射出する筒状の内側筐体と、前記内側筐体を内包し、前記内側筐体から射出される前記エネルギー線の射出方向に内面が絞られた筒状の外側筐体と、を備えた加工ノズルを用いる加工方法であって、
前記内側筐体に対する前記外側筐体の相対位置を、前記エネルギー線に沿って変化させることにより、前記内側筐体の外面と前記外側筐体の内面との間隙により形成された前記加工材料の射出口の大きさを変化させ、
前記外側筐体の射出口側端部の内径をｄ、前記外側筐体の内面の傾斜角をθ、溶融プール径をＤ、溶融プール径に対する粉体スポット径の比の値をαとすると、前記加工面から前記外側筐体までの距離ｈが、以下の式で表わされるように制御することを特徴とする加工方法。
ｈ＝｛（ｄ−αＤ）tanθ｝／２
【請求項７】
エネルギー線を射出させることにより加工面上に形成した溶融プールに向けて加工材料を射出させて加工を行なうため、前記エネルギー線が通過する経路を内部に備え、一端から前記エネルギー線を射出する筒状の内側筐体と、前記内側筐体を内包し、前記内側筐体から射出される前記エネルギー線の射出方向に内面が絞られた筒状の外側筐体と、を備えた加工ノズルの制御プログラムであって、
造形条件を入力する入力ステップと、
前記造形条件に応じて、前記内側筐体に対する前記外側筐体の相対位置を、前記エネルギー線の射出方向に沿って変化させることにより、前記内側筐体の外面と前記外側筐体の内面との間隙により形成された前記加工材料の射出口の大きさを変化させるステップと、
前記外側筐体の射出口側端部の内径をｄ、前記外側筐体の内面の傾斜角をθ、溶融プール径をＤ、溶融プール径に対する粉体スポット径の比の値をαとすると、前記加工面から前記外側筐体までの距離ｈが、以下の式で表わされるように制御するステップと、
ｈ＝｛（ｄ−αＤ）tanθ｝／２
をコンピュータに実行させることを特徴とする加工ノズルの制御プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明に係る加工ノズルは、
エネルギー線によって加工面上に形成した溶融プールに向けて加工材料を射出させて加工を行なう加工ノズルであって、
前記エネルギー線が通過する経路を内部に備え、一端から前記エネルギー線を射出する筒状の内側筐体と、
前記内側筐体を内包し、前記内側筐体から射出される前記エネルギー線の射出方向に内面が絞られた筒状の外側筐体と、
前記内側筐体に対する前記外側筐体の相対位置を、前記エネルギー線に沿って変化させるスライド機構と、
を備え、
前記外側筐体の射出口側端部の内径をｄ、前記外側筐体の内面の傾斜角をθ、溶融プール径をＤ、溶融プール径に対する粉体スポット径の比の値をαとすると、加工面から外側筐体までの距離ｈは、以下の式で表わされることを特徴とする。
ｈ＝｛（ｄ−αＤ）tanθ｝／２
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明に係る加工ノズルの制御方法は，
エネルギー線によって加工面上に形成した溶融プールに向けて加工材料を射出させて加工を行なうため、前記エネルギー線が通過する経路を内部に備え、一端から前記エネルギー線を射出する筒状の内側筐体と、前記内側筐体を内包し、前記内側筐体から射出される前記エネルギー線の射出方向に内面が絞られた筒状の外側筐体と、を備えた加工ノズルを用いる加工方法であって、
前記内側筐体に対する前記外側筐体の相対位置を、前記エネルギー線に沿って変化させることにより、前記内側筐体の外面と前記外側筐体の内面との間隙により形成された前記加工材料の射出口の大きさを変化させ、
前記外側筐体の射出口側端部の内径をｄ、前記外側筐体の内面の傾斜角をθ、溶融プール径をＤ、溶融プール径に対する粉体スポット径の比の値をαとすると、前記加工面から前記外側筐体までの距離ｈが、以下の式で表わされるように制御することを特徴とする。
ｈ＝｛（ｄ−αＤ）tanθ｝／２
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明に係る加工ノズルの制御プログラムは、
エネルギー線を射出させることにより加工面上に形成した溶融プールに向けて加工材料を射出させて加工を行なうため、前記エネルギー線が通過する経路を内部に備え、一端から前記エネルギー線を射出する筒状の内側筐体と、前記内側筐体を内包し、前記内側筐体から射出される前記エネルギー線の射出方向に内面が絞られた筒状の外側筐体と、を備えた加工ノズルの制御プログラムであって、
造形条件を入力する入力ステップと、
前記造形条件に応じて、前記内側筐体に対する前記外側筐体の相対位置を、前記エネルギー線の射出方向に沿って変化させることにより、前記内側筐体の外面と前記外側筐体の内面との間隙により形成された前記加工材料の射出口の大きさを変化させるステップと、
前記外側筐体の射出口側端部の内径をｄ、前記外側筐体の内面の傾斜角をθ、溶融プール径をＤ、溶融プール径に対する粉体スポット径の比の値をαとすると、前記加工面から前記外側筐体までの距離ｈが、以下の式で表わされるように制御するステップと、
ｈ＝｛（ｄ−αＤ）tanθ｝／２
をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
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【国際調査報告】
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