JP6943703B2 - ノズル、処理装置、及び積層造形装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ノズル、処理装置、及び積層造形装置に関する。

レーザ加工機や積層造形装置のように、加工対象にエネルギー線を照射することで加工や造形を行う装置が知られる。このような装置は、エネルギー線を照射される部分と外気との反応を抑制するため、シールドガスのような流体を吐出する。シールドガスは、エネルギー線を照射される部分を囲むように吐出される。

米国特許第７，２２３，９３５号公報

例えば、吐出されたシールドガスが加工対象に衝突することで、シールドガスに乱流が生じることがある。乱流の発生により、外気がシールドガスの内側に入り込むおそれがある。

本発明が解決する課題の一例は、吐出された流体の内側に外気が入ることを抑制可能なノズル、処理装置、及び積層造形装置を提供することである。

一つの実施形態に係るノズルは、ノズル部と、ガイド面と、を備える。前記ノズル部は、エネルギー線が通る第１の通路と、流体が通る第２の通路と、が設けられる。前記ガイド面は、前記ノズル部に設けられる。前記第１の通路は、中心軸に沿って延び、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て前記ノズル部の外に開く第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て前記ノズル部の外に開くとともに前記第１の開口端よりも前記中心軸の径方向の外側に離間する第２の開口端と、前記第２の開口端の上流に位置するとともに第２の方向に延び、前記流体が前記第２の方向に流れる区間と、を含む。前記ガイド面は、前記第１の方向における当該ガイド面の端に位置する端縁を有し、少なくとも前記端縁で前記径方向の外側に露出し、前記端縁において第３の方向に沿い、前記第２の通路における前記流体の流れ又は前記第２の開口端から吐出された前記流体の流れが当該ガイド面に沿うとともに前記端縁で前記ノズル部から剥離して前記第３の方向に流れる。前記第３の方向は、前記中心軸に対して傾き且つ前記端縁から剥離した前記流体が前記中心軸に近づくように流れる方向であって、前記中心軸と当該方向との間の角度が、前記中心軸と、前記第２の方向と、の間の角度よりも小さい、方向、又は、前記中心軸と平行な方向、である。

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は、第１の実施形態のノズル及び対象物を示す断面図である。 図３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４は、第１の実施形態のノズルを示す断面図である。 図５は、第１の実施形態の変形例に係るノズル及び対象物を示す断面図である。 図６は、第２の実施形態に係るノズル及び対象物を示す断面図である。 図７は、第３の実施形態に係るノズル及び対象物を示す断面図である。 図８は、第３の実施形態のノズルを示す断面図である。 図９は、第４の実施形態に係るノズル及び対象物を示す断面図である。

（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５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。

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。積層造形装置１は、処理装置及び積層造形装置の一例である。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。

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。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。

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。

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。

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。

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と隣接する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

ノズル装置１４は、材料供給装置３１と、第１の流体供給装置３２と、第２の流体供給装置３３と、ノズル３４と、材料供給管３５と、第１の流体供給管３６と、第２の流体供給管３７と、移動機構３８とを有する。ノズル３４は、ノズル及びノズル部の一例である。第１の流体供給装置３２は、流体供給装置の一例である。

材料供給装置３１は、材料供給管３５を介してノズル３４へ材料３を送る。第１の流体供給装置３２は、第１の流体供給管３６を介してノズル３４へ流体を送る。第２の流体供給装置３３は、第２の流体供給管３７を介してノズル３４へ流体を送る。

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。このため、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。

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。

第１の流体供給装置３２は、第１の流体供給部３２ａを有する。第１の流体供給部３２ａは、流体であるシールドガスをノズル３４へ供給する。シールドガスは、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、第１の流体供給部３２ａは、例えば、シールドガスを収容するタンクと、当該タンクのシールドガスを第１の流体供給管３６へ流すポンプと、を有する。なお、第１の流体供給部３２ａは、例えば、水のような他の流体をノズル３４へ供給しても良い。

第２の流体供給装置３３は、第２の流体供給部３３ａを有する。第２の流体供給部３３ａは、流体であるパージガスをノズル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、第２の流体供給部３３ａ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第２の流体供給管３７へ流すポンプと、を有する。

図２は、第１の実施形態のノズル３４及び対象物２を示す断面図である。図２に示すように、ノズル３４は、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。

ノズル３４の先端３４ａは、間隔を介して対象物２に向く。ノズル３４に、出射路４１と、吐出路４２と、供給路４３とが設けられる。出射路４１は、第１の通路の一例である。吐出路４２は、第２の通路の一例である。供給路４３は、第３の通路の一例である。

出射路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。出射路４１の内径は、先端３４ａに近づくに従って小さくなる。出射路４１の内径は、一定であっても良い。出射路４１は、出射口４１ａを含む。出射口４１ａは、第１の開口端の一例である。

出射口４１ａ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）における出射路４１の端に位置する。Ｚ軸に沿う負方向は、中心軸に沿う第１の方向の一例である。出射口４１ａは、ノズル３４の先端３４ａで、ノズル３４の外に出射路４１が開口する部分を指す。レーザ光Ｌが、出射路４１を通り、出射口４１ａから出射される。

出射路４１は、図１の第２の流体供給管３７に連通される。このため、第２の流体供給部３３ａは、第２の流体供給管３７を介して、出射路４１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４１を通り、出射口４１ａから吐出される。

吐出路４２及び供給路４３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。吐出路４２は中心軸Ａｘを中心とするとともに出射路４１を囲む位置に設けられている。供給路４３は、中心軸Ａｘを中心とする吐出路４２に囲まれるとともに、出射路４１を囲む位置に設けられている。言い換えると、供給路４３は、中心軸Ａｘの径方向において、出射路４１と吐出路４２との間に位置する。径方向は、中心軸Ａｘと直交する方向である。

吐出路４２は、吐出口４２ａを含む。吐出口４２ａは、第２の開口端の一例である。吐出口４２ａは、Ｚ軸に沿う負方向における吐出路４２の端に位置する。吐出口４２ａは、ノズル３４の外に吐出路４２が開口する部分を指す。吐出口４２ａは、中心軸Ａｘから出射口４１ａよりも径方向の外側に離間する。

吐出路４２は、図１の第１の流体供給管３６に連通される。このため、第１の流体供給部３２ａは、第１の流体供給管３６を介して、吐出路４２にシールドガスＧを供給する。シールドガスＧは、流体の一例である。図２に矢印で示すように、第１の流体供給部３２ａから供給されたシールドガスＧが、吐出路４２を通り、吐出口４２ａからノズル３４の外に吐出される。

供給路４３は、供給口４３ａを含む。供給口４３ａは、第３の開口端の一例である。供給口４３ａは、Ｚ軸に沿う負方向における供給路４３の端に位置する。供給口４３ａは、ノズル３４の外に供給路４３が開口する部分を指す。供給口４３ａは、中心軸Ａｘから出射口４１ａよりも径方向の外側に離間する。また、吐出路４２の吐出口４２ａは、中心軸Ａｘから供給口４３ａよりも径方向の外側に離間する。

供給路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、ノズル３４の供給路４３に粉末状の材料３及びキャリアガスを供給する。材料供給部３１ｂから供給された材料３及びキャリアガスが、供給路４３を通り、供給口４３ａから対象物２に向かって吐出される。

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。

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の波長を変更可能であっても良い。

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。

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４１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４１にレーザ光Ｌを供給し、出射口４１ａからレーザ光Ｌを出射させる。

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。

第１のレンズ５１は、光源４５からケーブル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。

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。

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。第１乃至第３のガルバノミラー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。

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。

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。

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。第３のガルバノミラー５９の傾斜角度は、一定である。

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。

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。

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。

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。

制御装置１８は、移動装置１３、搬送装置２４、材料供給装置３１、第１の流体供給装置３２、第２の流体供給装置３３、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。

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、光源４５を含む積層造形装置１の各部を制御する。

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。

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、第１の流体供給装置３２を制御することで、シールドガスＧの供給の有無及び供給量を調整する。制御部１８ａは、第２の流体供給装置３３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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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、層２ｂ又は造形物４における所定の形状でない部位に照射して、当該部位を蒸発させる。

次に、図３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３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。

図３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。

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の供給口４３ａから噴射される材料３は、ノズル３４の出射口４１ａから出射されるレーザ光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。

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。

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。

次に、図３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。

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を比較する。

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。

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。

以下に、ノズル３４について詳しく説明する。図２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。

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４１と供給路４３とが設けられる。第１の筒部７１は、外周面７５と、第１の端面７６とを有する。

外周面７５は、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７５は、中心軸Ａｘから遠ざかる方向に向く。外周面７５は、第１の端面７６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。外周面７５は、この例に限られない。

本実施形態において、第１の端面７６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１の端面７６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１の端面７６に、出射口４１ａ及び供給口４３ａが開く。

第１の筒部７１は、内筒体８１と、中筒体８２とを有する。内筒体８１と中筒体８２とは、互いに別個の部品である。この例に限らず、内筒体８１と中筒体８２とは一体の部品であっても良い。

内筒体８１は、中心軸Ａｘに沿って延びる筒状に形成される。内筒体８１は、外面８１ａと、内面８１ｂと、端部８１ｃとを有する。外面８１ａは、径方向においてノズル３４の外側に向き、端部８１ｃに近づくに従って外径が小さくなる円筒状の面である。内面８１ｂは、径方向においてノズル３４の内側に向き、端部８１ｃに近づくに従って内径が小さくなる円筒状の面である。端部８１ｃは、Ｚ軸に沿う負方向における内筒体８１の端部であり、第１の筒部７１の第１の端面７６の一部を形成する。

中筒体８２は、中心軸Ａｘに沿って延びる筒状に形成される。中筒体８２は、外面８２ａと、内面８２ｂと、端部８２ｃとを有する。外面８２ａは、径方向においてノズル３４の外側に向き、端部８２ｃ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。外面８２ａは、第１の筒部７１の外周面７５の少なくとも一部を形成する。内面８２ｂは、径方向においてノズル３４の内側に向き、端部８２ｃに近づくに従って内径が小さくなる円筒状の面である。端部８２ｃは、Ｚ軸に沿う負方向における中筒体８２の端部であり、第１の筒部７１の第１の端面７６の一部を形成する。

内筒体８１の外面８１ａと、中筒体８２の内面８２ｂとの、中心軸Ａｘに対する傾斜角度は同じである。言い換えると、内筒体８１の外面８１ａと、中筒体８２の内面８２ｂとは、略平行な面である。なお、内筒体８１の外面８１ａと、中筒体８２の内面８２ｂ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。

内筒体８１の内側に、出射路４１が設けられる。言い換えると、内筒体８１の内面８１ｂが出射路４１を区画する。出射口４１ａは、内筒体８１の端部８１ｃに開く。

中筒体８２は、径方向に間隔を介して内筒体８１を囲む。このため、内筒体８１の外面８１ａと中筒体８２の内面８２ｂとは、間隔を介して向かい合う。内筒体８１の外面８１ａと中筒体８２の内面８２ｂとの間に、供給路４３が設けられる。言い換えると、内筒体８１の外面８１ａと中筒体８２の内面８２ｂとが、供給路４３の少なくとも一部を区画する。

第２の筒部７２は、外筒体とも称され得る。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の中筒体８２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、内周面９１と、第２の端面９２とを有する。

内周面９１は、径方向においてノズル３４の内側に向く。言い換えると、内周面９１は中心軸Ａｘに近づく方向に向く。内周面９１は、第２の端面９２に近づくに従って内径が小さくなる円筒状の面である。内周面９１は、この例に限られない。

第２の端面９２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の端面９２は、第１の端面７６からＺ軸に沿う正方向（Ｚ軸の矢印が向く方向、図２における上方向）に離間する。

第２の筒部７２の内周面９１は、間隔を介して第１の筒部７１の外周面７５に向く。外周面７５の一部と内周面９１との間に、吐出路４２が設けられる。言い換えると、外周面７５の一部と内周面９１とが、吐出路４２の少なくとも一部を区画する。

第１の筒部７１の外周面７５は、第１の面７５ａと、第２の面７５ｂと、ガイド面７５ｃとを有する。言い換えると、ノズル３４に、第１の面７５ａと、第２の面７５ｂと、ガイド面７５ｃとが設けられる。第１の面７５ａは、内側面の一例である。第２の面７５ｂは、縮小面の一例である。

第１の面７５ａ、第２の面７５ｂ、及びガイド面７５ｃはそれぞれ、外周面７５の一部であり、中心軸Ａｘの周方向に連続する略筒状の面である。周方向は、中心軸Ａｘまわりに回転する方向である。

第１の面７５ａ、第２の面７５ｂ、及びガイド面７５ｃは、中心軸Ａｘに沿って並ぶ。ガイド面７５ｃは、第１の面７５ａと第２の面７５ｂとの間に位置する。第１の面７５ａは、ガイド面７５ｃとＺ軸に沿う正方向に隣接する。言い換えると、第１の面７５ａは、ガイド面７５ｃよりも第１の端面７６から離間する。第２の面７５ｂは、ガイド面７５ｃとＺ軸に沿う負方向に隣接する。第２の面７５ｂは、第１の端面７６とガイド面７５ｃとの間に位置する。

第１の面７５ａ及び第２の面７５ｂはそれぞれ、中心軸Ａｘに沿って延びるとともに、第１の端面７６に近づくに従って外径が小さくなる円筒状の面である。言い換えると、第１の面７５ａ及び第２の面７５ｂは、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて中心軸Ａｘに近づく円錐面である。

図２に示すような中心軸Ａｘを含む断面において、第１の面７５ａと第２の面７５ｂとの輪郭線は、中心軸Ａｘと斜めに交差する一つの直線上にある。言い換えると、中心軸Ａｘを含む断面における第１の面７５ａの輪郭線と第２の面７５ｂの輪郭線とは、互いに延長線上にある。輪郭線は、例えば、断面の縁、及び母線とも称され得る。また、第１の面７５ａと第２の面７５ｂとは、共通の接平面を有する。このため、第１の面７５ａと第２の面７５ｂとの、中心軸Ａｘに対する傾斜角度は同じである。

本実施形態におけるガイド面７５ｃは、外周面７５の他の面である第１の面７５ａ及び第２の面７５ｂから、中心軸Ａｘに向かって凸に窪んだ曲面である。言い換えると、ガイド面７５ｃは、第１の面７５ａ及び第２の面７５ｂから仮想的に延長された円錐面から中心軸Ａｘに向かって凸に窪んだ曲面である。このように、ガイド面７５ｃは、中心軸に向かって凸に曲がった第１の曲面の一例である。

ガイド面７５ｃは、第１の端縁７５ｄと、第２の端縁７５ｅとを含む。第１の端縁７５ｄは、端縁の一例である。第１の端縁７５ｄは、Ｚ軸に沿う負方向におけるガイド面７５ｃの端に位置する。第２の端縁７５ｅは、Ｚ軸に沿う正方向におけるガイド面７５ｃの端に位置する。

第１の端縁７５ｄは、第２の面７５ｂに接続される。言い換えると、第２の面７５ｂは、第１の端縁７５ｄから延びる。第２の端縁７５ｅは、第１の面７５ａに接続される。言い換えると、第１の面７５ａは、第２の端縁７５ｅから延びる。

図２に示すような中心軸Ａｘを含む断面において、ガイド面７５ｃは、円弧状の輪郭線を有する。すなわち、ガイド面７５ｃ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で表現可能な、滑らかに連続する輪郭線を有する。言い換えると、図２のＸ軸及びＺ軸により定まるＸ‐Ｚ座標系におけるガイド面７５ｃの輪郭線は、微分可能な関数で表現可能である。なお、ガイド面７５ｃは、例えば、楕円の円弧状の輪郭線や、放物線状の輪郭線を有しても良い。また、ガイド面７５ｃは、全微分可能な関数で表現可能な面である。

一方、中心軸Ａｘを含む断面において、第１の面７５ａ及び第２の面７５ｂ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が、外周面７５の全体としての輪郭線は連続性を有する微分可能な関数では表現できない。

中心軸Ａｘを含む断面において、外周面７５の輪郭線は、第１の面７５ａとガイド面７５ｃとの境界（第２の端縁７５ｅ）において連続するが微分可能ではない。言い換えると、第１の面７５ａとガイド面７５ｃとは滑らかに連続しない。

また、中心軸Ａｘを含む断面において、外周面７５の輪郭線は、第２の面７５ｂとガイド面７５ｃとの境界（第１の端縁７５ｄ）において連続するが微分可能ではない。言い換えると、第２の面７５ｂとガイド面７５ｃとは滑らかに連続しない。

図４は、第１の実施形態のノズル３４を示す断面図である。図４に示すような中心軸Ａｘを含む断面において、第１の面７５ａ及び第２の面７５ｂの輪郭線の中心軸Ａｘに対する傾きは、角度θ１である。言い換えると、第１の面７５ａ及び第２の面７５ｂの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きは、角度θ１である。以下、当該角度θ１を正の角度として扱う。

中心軸Ａｘを含む断面において、ガイド面７５ｃの輪郭線の中心軸Ａｘに対する傾きは、ガイド面７５ｃ上の位置によって異なる。中心軸Ａｘを含む断面におけるガイド面７５ｃの輪郭線の中心軸Ａｘに対する傾きは、図２のＸ‐Ｚ座標系におけるガイド面７５ｃの輪郭線上の各点における当該輪郭線の傾きである。

本実施形態において、中心軸Ａｘを含む断面におけるガイド面７５ｃの輪郭線の中心軸Ａｘに対する傾きは、第２の端縁７５ｅから第１の端縁７５ｄに近づくに従って小さくなる。言い換えると、ガイド面７５ｃの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きは、第２の端縁７５ｅから第１の端縁７５ｄに近づくに従って減少する。別の表現によれば、ガイド面７５ｃ上の各点における接平面の法線ベクトルと、Ｚ軸に沿う負方向の単位ベクトルとが成す角度は、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて拡大する。

第１の端縁７５ｄにおけるガイド面７５ｃの輪郭線の中心軸Ａｘに対する傾きは、角度θ２である。言い換えると、第１の端縁７５ｄの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きは、角度θ２である。

角度θ２は、負の角度である。一方、第２の端縁７５ｅの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きは、正の角度である。第２の端縁７５ｅの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きは、第１の面７５ａの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きの角度θ１よりも大きい。ガイド面７５ｃの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きは、第２の端縁７５ｅから第１の端縁７５ｄに近づくに従って減少し、中心軸Ａｘと平行となり、さらに負の角度となる。

角度θ２は、第１の端縁７５ｄよりも第１の端面７６から離間した位置における外周面７５の接平面の中心軸Ａｘに対する傾きよりも小さい。例えば、角度θ２は、第１の端縁７５ｄよりも第１の端面７６から離間した位置におけるガイド面７５ｃの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きよりも小さく、且つ第１の面７５ａの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きの角度θ１よりも小さい。なお、角度θ２はこの例に限られない。

上述のように、ガイド面７５ｃは、中心軸Ａｘに向かって凸に窪む。このため、ガイド面７５ｃは、第２の端縁７５ｅから第１の端縁７５ｄに近づくに従って、一旦中心軸Ａｘに近づいた後、中心軸Ａｘから離間するような曲面となる。このため、ガイド面７５ｃは、第１の端縁７５ｄよりも中心軸Ａｘに近い部分を有する。第１の端縁７５ｄにおけるガイド面７５ｃの接平面は、Ｚ軸に沿う負方向に進むに従って中心軸Ａｘから離間する方向に延びる。

第２の筒部７２の第２の端面９２は、ガイド面７５ｃの第１の端縁７５ｄから、Ｚ軸に沿う正方向に離間する。さらに、第２の端面９２は、ガイド面７５ｃの第２の端縁７５ｅから、Ｚ軸に沿う負方向に離間する。すなわち、第２の端面９２は、中心軸Ａｘに沿う軸方向において、ガイド面７５ｃの第１の端縁７５ｄと第２の端縁７５ｅとの間に位置する。

上述のように、外周面７５の一部と内周面９１との間に、吐出路４２が設けられる。吐出路４２は、円錐状区間４２ｂを含む。円錐状区間４２ｂは、区間の一例である。円錐状区間４２ｂは、吐出口４２ａの上流に位置し、吐出口４２ａに隣接する。

円錐状区間４２ｂは、第１の筒部７１の外周面７５の第１の面７５ａ及びガイド面７５ｃの第２の端縁７５ｅを含む一部と、第２の筒部７２の内周面９１との間に設けられる。言い換えると、第１の筒部７１の外周面７５の第１の面７５ａ及びガイド面７５ｃの一部と、第２の筒部７２の内周面９１とは、円錐状区間４２ｂを区画し、円錐状区間４２ｂに位置する。

円錐状区間４２ｂは、収束方向Ｄｃに延びる略円錐状の流路である。収束方向Ｄｃは、第２の方向の一例である。なお、区間はこの例に限られない。収束方向Ｄｃ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。図１の第１の流体供給装置３２により供給されたシールドガスＧは、円錐状区間４２ｂで収束方向Ｄｃに流れる。収束方向Ｄｃの中心軸Ａｘに対する傾きは、図４の角度θ１である。

第１の筒部７１のガイド面７５ｃと、第２の筒部７２の内周面９１とが、吐出口４２ａを区画する。すなわち、ガイド面７５ｃと内周面９１との間の隙間である吐出口４２ａから、シールドガスＧが吐出される。

上述のように、ガイド面７５ｃの第２の端縁７５ｅを含む一部は、吐出路４２の円錐状区間４２ｂを区画し、吐出路４２の円錐状区間４２ｂに位置する。一方、ガイド面７５ｃの第１の端縁７５ｄを含む一部は、径方向の外側に露出する。言い換えると、ガイド面７５ｃは、第１の端縁７５ｄで径方向の外側に露出する。このように、ガイド面７５ｃは、吐出路４２の内部から吐出路４２の外部まで続く。このため、図２に矢印で示すように、吐出口４２ａから吐出されたシールドガスＧの流れは、例えばコアンダ効果により、ガイド面７５ｃに沿う。

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、微分可能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。

ガイド面７５ｃに沿うシールドガスＧの流れは、第１の端縁７５ｄでノズル３４から剥離する。ガイド面７５ｃは、第１の端縁７５ｄにおいて剥離方向（射出方向）Ｄｓに沿うように設けられる。剥離方向Ｄｓは、第３の方向の一例であり、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて収束方向Ｄｃよりも中心軸Ａｘから離間する方向である。言い換えると、剥離方向Ｄｓは、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて収束方向Ｄｃよりも径方向の外側に逸れる方向である。剥離方向Ｄｓの中心軸Ａｘに対する傾きは、図４の角度θ２である。第１の端縁７５ｄでノズル３４から剥離したシールドガスＧの流れは、大よそ剥離方向Ｄｓに流れる。

本実施形態において、剥離方向Ｄｓは、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて中心軸Ａｘから離間する方向である。このため、第１の端縁７５ｄでノズル３４から剥離したシールドガスＧの流れは、Ｚ軸に沿う負方向に進むに従って中心軸Ａｘから離間する。すなわち、シールドガスＧは、Ｚ軸に沿う負方向に進むに従って広がるように流れる。なお、シールドガスＧの一部は、例えば圧力や若干のコアンダ効果により、Ｚ軸に沿う負方向に進むに従って中心軸Ａｘに近づく方向に流れても良い。

シールドガスＧは、広がるように流れることで互いに衝突することが抑制される。このため、シールドガスＧは層流を保ったまま対象物２に到達し、対象物２に沿って流れる。層流を保つシールドガスＧがレーザ光Ｌや溶融領域２ｃを囲むことで、外気がシールドガスＧの内側に入り溶融領域２ｃとの反応を生じることが抑制される。

図５は、第１の実施形態の変形例に係るノズル３４及び対象物２を示す断面図である。図５に示すように、軸方向において、第２の面７５ｂの長さが、ガイド面７５ｃの長さよりかなり短くても良い。また、第１の端縁７５ｄの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きが０°又は０°近辺であっても良い。言い換えると、第１の端縁７５ｄの接平面が中心軸Ａｘと略平行であっても良い。

以上説明された第１の実施形態に係るノズル３４を有する積層造形装置１において、吐出路４２はＺ軸に沿う負方向に向かうにつれて中心軸Ａｘに近づく収束方向Ｄｃに延びる円錐状区間４２ｂを有し、シールドガスＧが当該円錐状区間４２ｂにおいて収束方向Ｄｃに流れる。ガイド面７５ｃは、第１の端縁７５ｄで径方向の外側に露出し、第１の端縁７５ｄにおいてＺ軸に沿う負方向に向かうにつれて収束方向Ｄｃよりも中心軸Ａｘから離間する剥離方向Ｄｓに沿う。吐出路４２におけるシールドガスＧの流れ又は吐出口４２ａから吐出されたシールドガスＧの流れは、ガイド面７５ｃに沿うとともに、第１の端縁７５ｄでノズル３４から剥離する。このように、シールドガスＧは、例えばコアンダ効果によってガイド面７５ｃに沿って流れるとともに、剥離方向Ｄｓに沿う第１の端縁７５ｄにおいてノズル３４から剥離する。ノズル３４から剥離したシールドガスＧは剥離方向Ｄｓに流れる。これにより、シールドガスＧが収束方向Ｄｃに吐出される場合と比べ、吐出口４２ａから吐出されたシールドガスＧが急激に収束することによるシールドガスＧ同士の衝突が抑制される。従って、吐出口４２ａから吐出されたシールドガスＧが乱流を生じて当該シールドガスＧの内側に外気が入ることが抑制される。言い換えると、吐出口４２ａから吐出されたシールドガスＧの内側が外側から隔離されるため、例えば、レーザ光Ｌにより対象物２と外気とが反応することが抑制される。

さらに、ガイド面７５ｃが少なくとも第１の端縁７５ｄで径方向の外側に露出される。すなわち、コアンダ効果によりシールドガスＧをガイド面７５ｃに沿って流すことができるため、ガイド面７５ｃの全域を径方向の外側から覆う必要が無い。このため、ガイド面７５ｃを覆わずともシールドガスＧが流れる方向を中心軸Ａｘに対して所望の傾きに設定することができ、径方向にノズル３４をより小さくすることができる。従って、例えば、レーザ光Ｌを照射された対象物２から出る熱がノズル３４と対象物２との間に籠ったり、対象物２や材料３から生じるスパッタがノズル３４に付着したりすることが抑制される。

ガイド面７５ｃは、中心軸Ａｘに向かって凸に曲がった曲面である。これにより、径方向にノズル３４をより小さくすることができ、例えば、レーザ光Ｌを照射された対象物２から出る熱がノズル３４と対象物２との間に籠ったり、対象物２や材料３から生じるスパッタがノズル３４に付着したりすることが抑制される。

ガイド面７５ｃ上の各点における接平面の法線ベクトルとＺ軸に沿う負方向の単位ベクトルとが成す角度は、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて拡大する。これにより、ガイド面７５ｃの接平面の法線ベクトルとＺ軸に沿う負方向の単位ベクトルとが成す角度が一定である場合と比べ、円錐状区間４２ｂからガイド面７５ｃへ移動するシールドガスＧの流れを滑らかに収束方向Ｄｃから剥離方向Ｄｓに近づけることができ、シールドガスＧが乱流を生ずることが抑制される。従って、吐出口４２ａから吐出されたシールドガスＧの内側に外気が入ることが抑制される。

ガイド面７５ｃは、第１の端縁７５ｄよりも中心軸Ａｘに近い部分を有する。これにより、径方向にノズル３４をより小さくすることができ、例えば、レーザ光Ｌを照射された対象物２から出る熱がノズル３４と対象物２との間に籠ったり、対象物２から出るスパッタがノズル３４に付着したりすることが抑制される。

第２の面７５ｂは、第１の端縁７５ｄから延び、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて中心軸Ａｘに近づく。これにより、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて径方向にノズル３４をより小さくすることができる。従って、例えば、レーザ光Ｌを照射された対象物２から出る熱やスパッタがノズル３４を損傷することが抑制される。

剥離方向Ｄｓは、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて中心軸Ａｘから離間する方向である。これにより、吐出口４２ａから吐出されたシールドガスＧが収束することによるシールドガスＧ同士の衝突が抑制され、シールドガスＧが乱流を生ずることが抑制される。従って、吐出口４２ａから吐出されたシールドガスＧの内側に外気が入ることが抑制される。

（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態について、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。

図６は、第２の実施形態に係るノズル３４及び対象物２を示す断面図である。図６に示すように、第２の実施形態の外周面７５は、第１の面７５ａとガイド面７５ｃとを有する。ガイド面７５ｃの第１の端縁７５ｄは、第１の端面７６に接続される。

以上説明された第２の実施形態のように、外周面７５において第１の実施形態の第２の面７５ｂが省略されても良い。これにより、シールドガスＧが第２の面７５ｂに沿って中心軸Ａｘに近づく方向に流れることが抑制される。

（第３の実施形態）
以下に、第３の実施形態について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、第３の実施形態に係るノズル３４及び対象物２を示す断面図である。図７に示すように、第３の実施形態のガイド面７５ｃは、中心軸Ａｘに向かって凸に曲がった曲面ではあるが、第１の面７５ａから窪んでおらず、第１の面７５ａと第２の面７５ｂとの間に設けられる。

第３の実施形態において、ガイド面７５ｃは、第１の面７５ａと滑らかに連続する。言い換えると、第１の面７５ａ及びガイド面７５ｃは、連続性を有する微分可能な関数で表現可能な、滑らかに連続する輪郭線を有する。

第２の端縁７５ｅの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きは、第１の面７５ａの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きの角度θ１と等しい。ガイド面７５ｃの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きは、第２の端縁７５ｅから第１の端縁７５ｄに近づくに従って減少する。

第１の面７５ａの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きと、第２の面７５ｂの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きとは等しい。一方、軸方向における同一位置において、第２の面７５ｂの接平面は、第１の面７５ａの接平面よりも中心軸Ａｘから離間する。

図８は、第３の実施形態のノズル３４を示す断面図である。図８に示すように、第１の端縁７５ｄの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きである角度θ２は、第１の面７５ａ及び第２の面７５ｂの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きである角度θ１よりも小さい。第３の実施形態において、角度θ１及び角度θ２はともに正の角度である。このため、第３の実施形態において、剥離方向Ｄｓは、Ｚ軸に沿う負方向に向かうにつれて収束方向Ｄｃよりも中心軸Ａｘから離間するが、第１の実施形態と異なりＺ軸に沿う負方向に向かうにつれて中心軸Ａｘに近づく。

軸方向において、第２の筒部７２の第２の端面９２は、ガイド面７５ｃの第２の端縁７５ｅよりも第１の端縁７５ｄに近い。このため、ガイド面７５ｃのより広い部分が第２の筒部７２によって覆われ、ガイド面７５ｃにスパッタが付着することが抑制される。

以上説明された第３の実施形態のノズル３４を有する積層造形装置１において、ガイド面７５ｃは、円錐状区間４２ｂに位置する第１の面７５ａと滑らかに連続する。これにより、円錐状区間４２ｂからガイド面７５ｃへ移動するシールドガスＧの流れを滑らかに収束方向Ｄｃから剥離方向Ｄｓに近づけることができ、シールドガスＧが乱流を生ずることが抑制される。従って、吐出口４２ａから吐出されたシールドガスＧの内側に外気が入ることが抑制される。

（第４の実施形態）
以下に、第４の実施形態について、図９を参照して説明する。図９は、第４の実施形態に係るノズル３４及び対象物２を示す断面図である。図９に示すように、第４の実施形態の外周面７５は、第１の面７５ａと、第２の面７５ｂと、ガイド面７５ｃと、接続面７５ｆとを有する。接続面７５ｆは、第２の曲面の一例である。

第４の実施形態において、ガイド面７５ｃの接平面の中心軸Ａｘに対する傾きは一定である。すなわち、ガイド面７５ｃは、円錐面又は円筒状の面である。ガイド面７５ｃは、剥離方向Ｄｓに延びる。

接続面７５ｆは、中心軸Ａｘに向かって凸に曲がるとともに、周方向に連続する略筒状の曲面である。接続面７５ｆは、ガイド面７５ｃと第１の面７５ａとの間に位置する。すなわち、接続面７５ｆは、第１の面７５ａに接続されるとともに、ガイド面７５ｃの第２の端縁７５ｅに接続される。

接続面７５ｆは、第１の面７５ａに滑らかに連続するとともに、ガイド面７５ｃに滑らかに連続する。言い換えると、図９のような中心軸Ａｘを含む断面において、第１の面７５ａとガイド面７５ｃと接続面７５ｆは、連続性を有する微分可能な関数で表現可能な、滑らかに連続する輪郭線を有する。

以上説明された第４の実施形態のノズル３４を有する積層造形装置１において、接続面７５ｆは、中心軸Ａｘに向かって凸に曲がり、円錐状区間４２ｂに位置する第１の面７５ａと滑らかに連続するとともにガイド面７５ｃに滑らかに連続する。これにより、円錐状区間４２ｂから接続面７５ｆを介してガイド面７５ｃへ移動するシールドガスＧの流れを滑らかに収束方向Ｄｃから剥離方向Ｄｓに近づけることができ、シールドガスＧが乱流を生ずることが抑制される。従って、吐出口４２ａから吐出されたシールドガスＧの内側に外気が入ることが抑制される。

以上説明された少なくとも一つの実施形態において、シールドガスＧが流体の一例である。しかし、例えば、他のガス又は水のような液体が流体の一例であっても良い。吐出路４２から流体としての水が吐出される場合、レーザ光Ｌが照射される対象物２や材料３が冷却されやすい。

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の通路は第１の方向に向かうにつれて中心軸に近づく第２の方向に延びる区間を有し、流体が当該区間において第２の方向に流れる。ガイド面は、端縁で径方向の外側に露出し、端縁において第１の方向に向かうにつれて第２の方向よりも中心軸から離間する第３の方向に沿う。第２の通路における流体の流れ又は第２の開口端から吐出された流体の流れは、ガイド面に沿うとともに、端縁でノズル部から剥離する。ノズル部から剥離した流体は第３の方向に流れる。これにより、流体が第２の方向に吐出される場合と比べ、第２の開口端から吐出された流体が急激に収束することによる流体同士の衝突が抑制される。従って、第２の開口端から吐出された流体が乱流を生じて当該流体の内側に外気が入ることが抑制される。

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］
エネルギー線が通る第１の通路と、流体が通る第２の通路と、が設けられたノズル部と、
前記ノズル部に設けられたガイド面と、
を具備し、
前記第１の通路は、中心軸に沿って延び、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て前記ノズル部の外に開く第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て前記ノズル部の外に開くとともに前記第１の開口端よりも前記中心軸の径方向の外側に離間する第２の開口端と、前記第２の開口端の上流に位置するとともに第２の方向に延び、前記流体が前記第２の方向に流れる区間と、を含み、
前記ガイド面は、前記第１の方向における当該ガイド面の端に位置する端縁を有し、少なくとも前記端縁で前記径方向の外側に露出し、前記端縁において前記第１の方向に向かうにつれて前記第２の方向よりも前記中心軸から離間する第３の方向に沿い、前記第２の通路における前記流体の流れ又は前記第２の開口端から吐出された前記流体の流れが当該ガイド面に沿うとともに前記端縁で前記ノズル部から剥離する、
ノズル。
［２］
前記ガイド面は、少なくとも一部が前記第２の通路に位置する、［１］のノズル。
［３］
前記第２の方向は、前記第１の方向に向かうにつれて前記中心軸に近づく、［１］又は［２］のノズル。
［４］
前記ガイド面は、前記中心軸に向かって凸に曲がった第１の曲面を有する、［１］乃至［３］のいずれか一つのノズル。
［５］
前記ガイド面上の各点における接平面の法線ベクトルと前記第１の方向の単位ベクトルとが成す角度は、前記第１の方向に向かうにつれて拡大する、［４］のノズル。
［６］
前記ガイド面は、前記端縁よりも前記中心軸に近い部分を有する、［１］乃至［５］のいずれか一つのノズル。
［７］
前記ノズル部に設けられ、前記端縁から延び、前記第１の方向に向かうにつれて前記中心軸に近づく縮小面、をさらに具備する［１］乃至［６］のいずれか一つのノズル。
［８］
前記第３の方向は、前記第１の方向に向かうにつれて前記中心軸から離間する、［１］乃至［７］のいずれか一つのノズル。
［９］
前記ノズル部に設けられ、前記区間に位置するとともに前記径方向において前記ノズル部の外側に向く内側面、をさらに具備し、
前記ガイド面は、前記内側面と滑らかに連続する、
［１］乃至［８］のいずれか一つのノズル。
［１０］
前記ノズル部に設けられ、前記区間に位置するとともに前記径方向において前記ノズル部の外側に向く内側面と、
前記中心軸に向かって凸に曲がり、前記内側面に滑らかに連続するとともに前記ガイド面に滑らかに連続する第２の曲面と、
をさらに具備する、［３］のノズル。
［１１］
［１］乃至［１０］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の通路に前記流体を供給する流体供給装置と、
を具備する処理装置。
［１２］
［１］乃至［１０］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の通路に前記流体を供給する流体供給装置と、
前記ノズルに粉末状の材料を供給する材料供給装置と、
を具備し、
前記ノズル部は、前記材料が通る第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て前記ノズル部の外に開くとともに前記中心軸から前記第１の開口端よりも前記径方向の外側に離間する第３の開口端を含み、
前記第２の開口端は、前記中心軸から前記第３の開口端よりも前記径方向の外側に離間し、
前記ノズルは、前記第３の開口端から吐出された前記材料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。

１…積層造形装置、３…材料、１５…光学装置、３１…材料供給装置、３２…第１の流体供給装置、３４…ノズル、４１…出射路、４１ａ…出射口、４２…吐出路、４２ａ…吐出口、４２ｂ…円錐状区間、４３…供給路、４３ａ…供給口、７５…外周面、７５ａ…第１の面、７５ｂ…第２の面、７５ｃ…ガイド面、７５ｄ…第１の端縁、７５ｆ…接続面、Ｌ…レーザ光、Ａｘ…中心軸、Ｇ…シールドガス、Ｄｃ…収束方向、Ｄｓ…剥離方向。

Claims (12)

1. エネルギー線が通る第１の通路と、流体が通る第２の通路と、が設けられたノズル部と、
   前記ノズル部に設けられたガイド面と、
   を具備し、
   前記第１の通路は、中心軸に沿って延び、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て前記ノズル部の外に開く第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て前記ノズル部の外に開くとともに前記第１の開口端よりも前記中心軸の径方向の外側に離間する第２の開口端と、前記第２の開口端の上流に位置するとともに第２の方向に延び、前記流体が前記第２の方向に流れる区間と、を含み、
   前記ガイド面は、前記第１の方向における当該ガイド面の端に位置する端縁を有し、少なくとも前記端縁で前記径方向の外側に露出し、前記端縁において第３の方向に沿い、前記第２の通路における前記流体の流れ又は前記第２の開口端から吐出された前記流体の流れが当該ガイド面に沿うとともに前記端縁で前記ノズル部から剥離して前記第３の方向に流れ、
   前記第３の方向は、
   前記中心軸に対して傾き且つ前記端縁から剥離した前記流体が前記中心軸に近づくように流れる方向であって、前記中心軸と当該方向との間の角度が、前記中心軸と、前記第２の方向と、の間の角度よりも小さい、方向、又は、
   前記中心軸と平行な方向、である、
   ノズル。
2. エネルギー線が通る第１の通路と、流体が通る第２の通路と、が設けられたノズル部と、
   前記ノズル部に設けられたガイド面と、
   を具備し、
   前記第１の通路は、中心軸に沿って延び、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て前記ノズル部の外に開く第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て前記ノズル部の外に開くとともに前記第１の開口端よりも前記中心軸の径方向の外側に離間する第２の開口端と、前記第２の開口端の上流に位置するとともに第２の方向に延び、前記流体が前記第２の方向に流れる区間と、を含み、
   前記ガイド面は、前記第１の方向における当該ガイド面の端に位置する端縁を有し、少なくとも前記端縁で前記径方向の外側に露出し、前記端縁において第３の方向に沿い、前記第２の通路における前記流体の流れ又は前記第２の開口端から吐出された前記流体の流れが当該ガイド面に沿うとともに前記端縁で前記ノズル部から剥離して前記第３の方向に流れ、
   前記第３の方向は、前記中心軸に対して傾き且つ前記端縁から剥離した前記流体が前記中心軸から離間するように流れる方向であり、
   前記ガイド面は、前記中心軸に向かって凸に曲がった第１の曲面を有し、
   前記ガイド面上の各点における接平面の法線ベクトルと前記第１の方向の単位ベクトルとが成す角度は、前記第１の方向に向かうにつれて拡大する、
   ノズル。
3. 前記ガイド面は、少なくとも一部が前記第２の通路に位置する、請求項１又は請求項２のノズル。
4. 前記第２の方向は、前記第１の方向に向かうにつれて前記中心軸に近づく、請求項１乃至請求項３のいずれか一つのノズル。
5. 前記ガイド面は、前記中心軸に向かって凸に曲がった第１の曲面を有する、請求項１のノズル。
6. 前記ガイド面上の各点における接平面の法線ベクトルと前記第１の方向の単位ベクトルとが成す角度は、前記第１の方向に向かうにつれて拡大する、請求項５のノズル。
7. 前記ガイド面は、前記端縁よりも前記中心軸に近い部分を有する、請求項１乃至請求項６のいずれか一つのノズル。
8. 前記ノズル部に設けられ、前記端縁から延び、前記第１の方向に向かうにつれて前記中心軸に近づく縮小面、をさらに具備する請求項１乃至請求項７のいずれか一つのノズル。
9. 前記ノズル部に設けられ、前記区間に位置するとともに前記径方向において前記ノズル部の外側に向く内側面、をさらに具備し、
   前記ガイド面は、前記内側面と滑らかに連続する、
   請求項１乃至請求項８のいずれか一つのノズル。
10. 前記ノズル部に設けられ、前記区間に位置するとともに前記径方向において前記ノズル部の外側に向く内側面と、
    前記中心軸に向かって凸に曲がり、前記内側面に滑らかに連続するとともに前記ガイド面に滑らかに連続する第２の曲面と、
    をさらに具備する、請求項４のノズル。
11. 請求項１乃至請求項１０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の通路に前記流体を供給する流体供給装置と、
    を具備する処理装置。
12. 請求項１乃至請求項１０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の通路に前記流体を供給する流体供給装置と、
    前記ノズルに粉末状の材料を供給する材料供給装置と、
    を具備し、
    前記ノズル部は、前記材料が通る第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て前記ノズル部の外に開くとともに前記中心軸から前記第１の開口端よりも前記径方向の外側に離間する第３の開口端を含み、
    前記第２の開口端は、前記中心軸から前記第３の開口端よりも前記径方向の外側に離間し、
    前記ノズルは、前記第３の開口端から吐出された前記材料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。

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