JP6955063B2 - ３次元積層造形装置 - Google Patents

Description

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。

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。

従来の３次元積層造形装置の造形方法としては、例えば粉末材料を粉末台であるステージの上面に一層毎に敷き詰める。次に、ステージ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）。

また、特許文献１には、粉末供給部が造形ボックスの上方を移動する摺り切り動作によって粉末材料を均し、ステージに粉末層を形成することが記載されている。

特開２０１９−７０７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、長時間造形動作を行うと、造形物を収容する造形ボックスが加熱され熱膨張する。そのため、粉末供給機構の均し板と造形ボックスが干渉するおそれがあった。

さらに、特許文献１に記載された技術では、駆動部の振動が均し板に伝達し、粉末材料を平坦に均すことができない、という問題も有していた。

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、均し板と造形ボックスの干渉を防止し、粉末材料を平坦に均すことができる３次元積層造形装置を提供することにある。

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、ステージと、造形ボックスと、粉末供給機構と、を備えている。ステージは、造形物を形成するための粉末材料が積層される。造形ボックスは、ステージが摺動可能に配置される筒部を有する。粉末供給機構は、ステージに粉末材料を供給し、かつ粉末材料を均す。
粉末供給機構は、アーム部と、ガイド機構と、接続部と、駆動機構と、を備えている。アーム部には、粉末材料を均す均し板が固定されている。ガイド機構は、造形ボックスに固定され、アーム部をステージの一面と平行な方向である第１の方向に移動可能に支持する。接続部は、アーム部に接続し、アーム部に対して第１の方向へのみ力を伝達する。駆動機構は、造形ボックスとは異なる支持部材に固定され、接続部を第１の方向に移動させる駆動部を有する。アーム部は、ステージの一面と直交する方向を第３の方向とした場合に、接続部における第３の方向への力がアーム部に伝達されないよう、第３の方向に沿って変位可能な状態で接続部に接続されている。

本発明の３次元積層造形装置によれば、均し板と造形ボックスの干渉を防止し、粉末材料を平坦に均すことができる。

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。 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図１とは異なる方向から見た断面図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置における接続部とアーム部との接続状態を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置における造形ボックスを示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置における造形ボックス及び支持台を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置で造形物を形成した状態示す概略断面図である。 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示す概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の変形例を示すもので、図８Ａはアーム部を示す平面図、図８Ｂは粉末供給機構を示す概略断面図である。 本発明の第３の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の造形ボックス及び支持台を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の造形ボックス及び支持台を示す側面図である。 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示す概略断面図である。 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示す概略断面図である。 本発明の第６の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の造形ボックスを示す断面図である。 本発明の第６の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の造形ボックスを示す平面図である。 本発明の第７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。 本発明の第８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。 本発明の第８の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の接続部とアーム部との接続状態を拡大して示す斜視図である。 本発明の第８の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置のアーム部を示す正面図である。

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１８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。

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。

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。

図１に示すように、３次元積層造形装置１は、中空の処理室２と、造形ボックス３と、平板状のステージ４と、ステージ駆動機構５と、支持台６と、粉末供給機構７と、電子銃８と、粉末タンク９とを備えている。ここで、ステージ４の一面４ａと平行をなす方向を第１の方向Ｘとし、第１の方向Ｘと直交し、かつステージ４の一面４ａと平行をなす方向を第２の方向Ｙとする。また、ステージ４の一面４ａと直交する方向を第３の方向Ｚとする。

処理室２には、図示しない真空ポンプが接続されている。処理室２内の空気が真空ポンプにより排気されることで、処理室２内は、真空に維持されている。この処理室２内には、造形ボックス３と、ステージ４と、ステージ駆動機構５、支持台６、粉末供給機構７及び粉末タンク９が配置されている。処理室２の第３の方向Ｚの一端部側、すなわち処理室２の上部には、電子銃８が装着されている。また、電子銃８と第３の方向Ｚで対向する位置には、支持台６に支持された造形ボックス３が配置されている。

造形ボックス３は、筒部３ａと、基準板を示すフランジ部３ｂとを有している。筒部３ａの軸方向は、第３の方向Ｚと平行をなし、筒部３ａは、第３の方向Ｚの両端部が開口している。筒部３ａの筒孔内には、後述する粉末供給機構７によって供給された粉末材料Ｍ１及び粉末材料Ｍ１によって形成された造形物が収容される。

フランジ部３ｂは、筒部３ａにおける第３の方向Ｚの一端部側である上端部の外縁部に設けられている。フランジ部３ｂは、筒部３ａの外縁部から略垂直に屈曲している。そして、フランジ部３ｂは、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙと平行に配置される。また、フランジ部３ｂの外縁部には、第３の方向Ｚの一端部側に向けて突出する縁部３ｃ（図２参照）が設けられている。

フランジ部３ｂは、処理室２内に配置された支持台６に支持されている。そのため、造形ボックス３は、筒部３ａの軸方向の一端部、すなわち上端部側が固定端となり、筒部３ａの軸方向の他端部、すなわち下端部側が自由端となる。なお、造形ボックス３の詳細な構成及び支持台６における造形ボックス３の支持構造については、後述する。

また、フランジ部３ｂの第１の方向Ｘの両端部には、粉末材料Ｍ１を貯留する粉末タンク９が配置されている。粉末タンク９は、フランジ部３ｂにおける第３の方向Ｚの一端部側、すなわち上方に配置されている。粉末タンク９におけるフランジ部３ｂと対向する側には、所定量の粉末材料Ｍ１を排出する定量供給部が配置されている。この定量供給部からフランジ部３ｂに向けて所定量の粉末材料Ｍ１が供給される。

また、粉末タンク９とフランジ部３ｂとの間には、粉末供給機構７が配置されている。粉末供給機構７は、フランジ部３ｂに供給された粉末材料Ｍ１をステージ４に搬送し、かつステージ４に粉末材料Ｍ１を敷き詰める。粉末供給機構７の詳細な構成については、後述する。

造形ボックス３の筒部３ａの筒孔内には、ステージ４が第３の方向Ｚに沿って摺動可能に配置されている。ステージ４は、略平板状に形成されている。ステージ４における第３の方向Ｚの一端部側の一面４ａには、粉末材料Ｍ１が積層される。また、ステージ４の側端部には、耐熱性及び柔軟性を有する摺動部材１４が設けられている。摺動部材１４は、筒部３ａの内壁面に摺動可能に接触している。

また、ステージ４の一面４ａとは反対側の他面には、軸部４ｄが設けられている。軸部４ｄは、ステージ４の他面から第３の方向Ｚの他方に向けて突出している。軸部４ｄは、造形ボックス３の第３の方向Ｚの他端部側に配置されたステージ駆動機構５に接続されている。ステージ駆動機構５は、軸部４ｄを介してステージ４を第３の方向Ｚに沿って移動可能に支持する。ステージ駆動機構５としては、例えば、ラックとピニオンやボールねじからなる軸部４ｄを駆動する駆動部等が適用される。

ステージ４の一面４ａは、処理室２に装着された電子銃８と対向する。加熱機構の一例を示す電子銃８は、予め準備された設計上の造形物（３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データにより表された造形物）を所定の間隔でスライスした２次元形状に従い、粉末材料Ｍ１に対して電子ビームＬを出射する。電子銃８から出射された電子ビームＬにより、その２次元形状に対応する領域の粉末材料が溶融する。

１−２．粉末供給機構の構成
次に、粉末供給機構７の詳細な構成について図１から図３を参照して説明する。
図２は、３次元積層造形装置１を図１とは異なる方向から見た断面図である。

図１及び図２に示すように、粉末供給機構７は、アーム部２１と、均し板２２と、ガイド機構２３と、駆動機構２４と、接続部２５とを有している。

ガイド機構２３は、ガイドレール２３ａと、スライダ２３ｂとを有している。ガイドレール２３ａは、造形ボックス３のフランジ部３ｂにおける第２の方向Ｙの一端部に固定されている。ガイドレール２３ａは、第１の方向Ｘと平行に延在している。ガイドレール２３ａには、スライダ２３ｂが摺動可能に支持されている。スライダ２３ｂには、アーム部２１が接続されている。

アーム部２１は、所定の長さを有する長尺状の部材により形成されている。アーム部２１の長手方向の一端部には、スライダ２３ｂが固定されている。そして、アーム部２１は、ガイド機構２３に支持されて、その長手方向が第２の方向Ｙと平行に延在している。アーム部２１の長手方向の長さは、少なくともステージ４の第２の方向Ｙの一端部から他端部までの長さよりも長く設定されている。そのため、アーム部２１は、ステージ４における第２の方向Ｙの一端部から他端部に亘って延在する。アーム部２１の第３の方向Ｚの他端部、すなわち造形ボックス３やステージ４と対向する側の端部には、均し板２２が設けられている。

均し板２２は、略平板状に形成されている。均し板２２は、アーム部２１と同様に、その長手方向が第２の方向Ｙと平行に延在している。そして、アーム部２１及び均し板２２がガイド機構２３のガイドレール２３ａに沿って第１の方向Ｘに沿って移動することで、ステージ４の一面４ａに粉末材料Ｍ１を供給し、粉末材料Ｍ１を第３の方向Ｚに所定の高さで平坦に均す。これにより、ステージ４の一面４ａには、粉末材料Ｍ１からなる粉末層が形成される。

また、アーム部２１を支持するガイド機構２３が造形ボックス３に固定されている。そのため、造形ボックス３が熱膨張し、第３の方向Ｚに変位しても、アーム部２１及びガイド機構２３も造形ボックス３と共に第３の方向Ｚに変位する。これにより、アーム部２１及び均し板２２と、造形ボックス３との位置関係を一定に保つことができ、アーム部２１や均し板２２が造形ボックス３と干渉することを防ぐことができる。

また、アーム部２１の第２の方向Ｙの一端部には、接続部２５が接続されている。接続部２５は、駆動機構２４によって第１の方向Ｘに移動可能に支持されている。駆動機構２４は、処理室２における第２の方向Ｙの一端部側の内壁面に固定されている。また、駆動機構２４は、チェーン駆動、ベルト駆動やギア駆動等の駆動機構によって接続部２５を第１の方向Ｘに沿って移動させる。

図３は、接続部２５とアーム部２１の接続状態を示す平面図である。
図３に示すように、接続部２５には、アーム部２１の一端部が挿入される接続凹部２５ａが形成されている。接続凹部２５ａは、第２の方向Ｙの他端部から一端部に向かって凹んでいる。接続凹部２５ａにおける第３の方向Ｚの両端部と、第２の方向Ｙの他端部が開放されている。

アーム部２１の一端部を接続凹部２５ａに挿入した際、接続部２５は、アーム部２１の移動方向である第１の方向Ｘの両側からアーム部２１を支持する。さらに、接続凹部２５ａにおける第２の方向Ｙの一端部とアーム部２１との間には、隙間が形成されている。

また、接続凹部２５ａにおけるアーム部２１と第１の方向Ｘで対向する面には、略半球状の当接ピン２６が設けられている。当接ピン２６は、アーム部２１と点接触で当接する。当接ピン２６としては、駆動機構２４からの振動を吸収可能なＱ値が比較的低い衝撃吸収材を適用することが好ましい。

そして、接続部２５は、アーム部２１に対して第１の方向Ｘへの力を伝達する。なお、上述したように、接続凹部２５ａの第３の方向Ｚの両端部が開放されており、アーム部２１と接続凹部２５ａの第２の方向Ｙの一端部との間には、隙間が形成されている。すなわち、接続部２５は、アーム部２１に対してその移動方向である第１の方向Ｘへのみ力を伝達し、アーム部２１の移動方向とは異なる第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚへの力を伝達させない。

これにより、駆動機構２４における第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚへの振動がアーム部２１に伝達されることを防ぐことができる。その結果、粉末材料Ｍ１をアーム部２１に固定された均し板２２によって、粉末材料Ｍ１を平坦に均すことができる。

また、アーム部２１が造形ボックス３の熱膨張によって第３の方向Ｚに変位しても、アーム部２１は、接続凹部２５ａ内を第３の方向Ｚに沿って変位することができる。これにより、造形ボックス３の熱膨張によってアーム部２１と接続部２５との接続箇所に負荷がかかることを防ぐことができる。

また、駆動機構２４は、造形ボックス３とは異なる部材である処理室２の内壁面に固定されている。そのため、駆動機構２４が駆動する際に生じる振動が、造形ボックス３に伝達することを抑制することができる。

なお、本例では、駆動機構２４を支持する支持部材として処理室２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。支持部材としては、造形ボックス３とは異なる部材であればよく、例えば、支持部材を処理室２内に設けてもよい。

さらに、本例では、アーム部２１と接続部２５が接続する例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、接続部２５とガイド機構２３のスライダ２３ｂとを接続させてもよい。

１−３．造形ボックスの構成及び造形ボックスの支持構造
次に、造形ボックス３の構成例及び造形ボックス３の支持構造について図４及び図５を参照して説明する。
図４は、造形ボックス３を示す平面図、図５は、造形ボックス３及び支持台６を示す断面図である。

図４及び図５に示すように、造形ボックス３の筒部３ａは、円筒状に形成されており、フランジ部３ｂは、円板状に形成されている。また、フランジ部３ｂには、３つの支持溝３１が形成されている。支持溝３１は、フランジ部３ｂにおける第３の方向Ｚの他端部側の面、すなわち下面に形成されている。３つの支持溝３１は、筒部３ａを囲むようにして、フランジ部３ｂの周方向に沿って等間隔に形成されている。

支持溝３１は、フランジ部３ｂの下面から第３の方向Ｚの一端部側、すなわち上方に向けてＶ字状に凹ませた凹部である。支持溝３１における第３の方向Ｚの一端部側の頂部は、造形ボックス３の中心Ｑ１から放射状に延びている。この支持溝３１には、支持台６に設けた支持ピン３２が挿入される。そして、支持溝３１は、支持ピン３２により、筒部３ａの中心Ｑ１から放射状、すなわち半径方向に摺動可能に支持される。支持ピン３２は、支持台６における第３の方向Ｚの一端部側の面である支持面６ａに設けられている。この支持溝３１と支持ピン３２により造形ボックス３を支持する支持機構が構成される。

造形ボックス３が加熱された場合、筒部３ａだけでなくフランジ部３ｂも熱膨張する。そのため、従来の３次元積層造形装置では、造形ボックスにおける固定されている箇所と固定されていない箇所によって膨張率に差が発生し、造形ボックスに歪みが生じていた。その結果、従来の３次元積層造形装置では、造形ボックスが熱膨張した際に、造形ボックスの中心Ｑ１の位置が変化し、造形精度が低下していた。

これに対して、本例の造形ボックス３では、フランジ部３ｂが第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに向けて熱膨張した場合、３つの支持溝３１が支持ピン３２上を摺動する。また、３つの支持溝３１は、フランジ部３ｂの周方向に等間隔に配置されており、その頂部が中心Ｑ１に対して放射状に形成されているため、フランジ部３ｂ全体は、フランジ部３ｂの半径方向の外側に向けて等しく膨張する。これにより、造形ボックス３の熱膨張によって、造形ボックス３の中心Ｑ１の位置が変化することを防ぐことができ、造形精度を向上させることができる。

また、造形ボックス３の筒部３ａにおける第３の方向Ｚの他端部は固定されておらず、自由端となっている。そのため、造形ボックス３が熱膨張した場合、筒部３ａは、自由端である第３の方向Ｚの他端部側に向けて膨張する。これにより、造形ボックス３における第３の方向Ｚの一端部の位置が変化することを抑制することができる。

また、造形ボックス３の筒部３ａと支持台６の間には、不図示のヒートシールドが配置されている。このヒートシールドにより、造形ボックス３の筒部３ａから支持台６に熱が輻射されること及び熱が伝達することを防ぐことができる。

なお、本例では、フランジ部３ｂに支持溝３１を形成し、支持ピン３２によって摺動可能に支持する例を説明したが、造形ボックス３の支持機構は、これに限定されるものではない。支持機構としては、例えば、支持台６に支持溝を形成し、フランジ部３ｂに支持ピンを設けてもよく、あるいは、放射状に延びるレールによって造形ボックス３を支持してもよい。

また、造形ボックス３を３つの支持機構によって３点で支持する例を説明したが、これに限定されるものではなく、支持機構を４つ以上設け、４点以上で造形ボックス３を支持してもよい。

１−４．３次元積層造形装置の動作
次に、図１、図６を参照して上述した構成を有する３次元積層造形装置１の動作について説明する。
図６は、３次元積層造形装置１で造形物を形成した状態示す概略断面図である。

まず、図１に示すように、ステージ駆動機構５を駆動させて、造形ボックス３のフランジ部３ｂの上面より第３の方向Ｚに所定の間隔分下がった位置、又はステージ４の一面４ａとフランジ部３ｂの上面が同じ高さとなる位置にステージ４を配置する。この所定の間隔が、その後に敷き詰められる粉末材料Ｍの第３の方向Ｚの層厚に相当する。

次に、粉末供給機構７の駆動機構２４が駆動し、接続部２５が第１の方向Ｘに沿って移動する。これにより、接続部２５に接続されたアーム部２１は、ガイド機構２３のガイドレール２３ａに沿って移動し、粉末タンク９から排出された粉末材料Ｍ１をステージ４の一面４ａまで搬送する。さらに、アーム部２１が第１の方向Ｘに沿って移動することで、ステージ４の一面４ａには、均し板２２により粉末材料Ｍ１の層が形成される。

上述したように、駆動機構２４における第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚへの振動は、アーム部２１に伝達されないため、ステージ４の一面４ａに粉末材料Ｍ１の層を平坦に形成することができる。

予め準備された設計上の造形物を所定の厚さ間隔でスライスした２次元形状に従い、電子銃８から粉末材料Ｍ１の層に対して電子ビームＬが照射される。電子銃８から照射された電子ビームＬにより、その２次元形状に対応する粉末材料Ｍ１が溶融する。溶融した粉末材料Ｍ１は、材料に応じた所定時間が経過すると凝固し、凝固粉末Ｐ１となる。

一層分の粉末材料Ｍ１が溶融及び凝固した後、ステージ駆動機構５によりステージ４を所定の高さ分下げる。次に、粉末材料Ｍ１を直前に敷き詰められた層（下層）の上に敷き詰める。そして、その層に相当する２次元形状に対応する領域の粉末材料Ｍ１に電子ビームＬを照射し、粉末材料Ｍ１を溶融及び凝固させる。この一連の処理を繰り返し、溶融及び凝固した粉末材料Ｍ１の層を積み重ねることにより、図６に示すように、造形ボックス３の筒部３ａ内には、造形物Ｋ１が構築される。

なお、造形物Ｋ１を構築する際に、造形ボックス３が加熱されて熱膨張しても、上述したように、アーム部２１及び均し板２２を支持するガイド機構２３は、造形ボックス３に配置されている。これにより、アーム部２１及び均し板２２と造形ボックス３との位置関係を一定に維持することができ、アーム部２１や均し板２２が造形ボックス３と干渉することを防ぐことができる。

さらに、上述したように、熱膨張によって、造形ボックス３の中心Ｑ１の位置や、造形ボックス３における第３の方向Ｚの一端部の位置が、変化しないため、造形ボックス３と電子銃８との位置関係を一定に保つことができる。これにより、構築される造形物Ｋ１の造形精度を向上することができる。

２．第２の実施の形態例
２−１．第２の実施の形態例の構成例
次に、図７を参照して第２の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置ついて説明する。
図７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断面図である。

この第２の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置５１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、粉末供給機構の構成である。そのため、ここでは、粉末供給機構について説明し、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。

図７に示すように、粉末供給機構５７は、アーム部２１と、均し板２２と、第１ガイド機構２３Ａと、第２ガイド機構２３Ｂと、駆動機構２４と、接続部２５とを有している。第１ガイド機構２３Ａは、造形ボックス３のフランジ部３ｂにおける第２の方向Ｙの一端部に配置されている。第２ガイド機構２３Ｂは、造形ボックス３のフランジ部３ｂにおける第２の方向Ｙの他端部に配置されている。

アーム部２１の長手方向の一端部、すなわち第２の方向Ｙの一端部は、第１ガイド機構２３Ａによって支持されている。また、アーム部２１の長手方向の他端部、すなわち第２の方向Ｙの他端部は、第２ガイド機構２３Ｂによって支持されている。そのため、アーム部２１は、第１ガイド機構２３Ａと第２ガイド機構２３Ｂによって長手方向（第２の方向Ｙ）の両端部が支持されている。これにより、アーム部２１が第１の方向Ｘに移動する際に生じる振動を抑制することができる。

その他の構成は、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような粉末供給機構５７を有する３次元積層造形装置５１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。

２−２．変形例
次に、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、第２の実施の形態例にかかる３次元積層装置の変形例いついて説明する。
図８Ａはアーム部を示す平面図、図８Ｂは粉末供給機構を示す概略断面図である。

図８Ａに示すように、アーム部２１Ｂにおける長手方向（第２の方向Ｙ）の他端部には、固定孔２１ａが形成されている。固定孔２１ａは、第２の方向Ｙに所定の長さで延びる長孔である。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、固定孔２１ａには、固定ねじ５９の軸部が挿入されている。そして、アーム部２１Ｂの第２の方向Ｙの他端部は、固定ねじ５９によって第２ガイド機構２３Ｂのスライダ２３ｂに取り付けられている。

また、固定ねじ５９の頭部と、アーム部２１Ｂの他端部の間には、付勢部材として圧縮コイルばね５９ａが介在されている。そして、アーム部２１Ｂの他端部は、圧縮コイルばね５９ａによりスライダ２３ｂに向けて付勢されている。これにより、アーム部２１Ｂの他端部は、第２ガイド機構２３Ｂのスライダ２３ｂに第２の方向Ｙに摺動可能に支持される。

なお、付勢部材としては、圧縮コイルばね５９ａに限定されるものではなく、板ばねやゴム等のその他各種の弾性を有する部材を適用できるものである。

この変形例にかかる粉末供給機構５７Ｂによれば、アーム部２１Ｂが熱膨張により第２の方向Ｙに伸びた場合、アーム部２１Ｂの他端部は、固定ねじ５９に支持されて、第２の方向Ｙに沿ってスライドする。これにより、熱膨張によってアーム部２１Ｂや第１ガイド機構２３Ａ、第２ガイド機構２３Ｂに負荷がかかることを防ぐことができる。

その他の構成は、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような粉末供給機構５７Ｂを有する３次元積層造形装置によっても、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。

３．第３の実施の形態例
次に、図９及び図１０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９は、第３の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の造形ボックス及び支持台を示す平面図、図１０は、第３の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の造形ボックス及び支持台を示す側面図である。

この第３の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置が、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、造形ボックス及び支持台の構成である。そのため、ここでは、造形ボックス及び支持台について説明し、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。

図９及び図１０に示すように、造形ボックス６３は、四角筒状の筒部６３ａと、矩形状のフランジ部６３ｂとを有している。フランジ部６３ｂには、３つの支持溝７１が形成されている。支持溝７１は、フランジ部６３ｂにおける第３の方向Ｚの他端部側の面、すなわち下面に形成されている。

３つの支持溝７１は、仮想円Ｒ１の周方向に等間隔に配置されている。仮想円Ｒ１の中心Ｑ１は、造形ボックス６３の重心上に位置している。支持溝７１は、Ｖ字状に凹ませた凹部である。支持溝７１における第３の方向Ｚの一端部側の頂部は、中心Ｑ１から放射状に延びている。この支持溝７１には、後述する支持台６６に設けた支持ピン７２が挿入される。そして、造形ボックス６３は、支持台６６によってフランジ部６３ｂが支持されている。

支持台６６は、処理室２の内壁面に固定されている。支持台６６は、処理室２の内壁面から第１の方向Ｘに向けて突出している。支持台６６は、造形ボックス６３の筒部６３ａの周囲において、フランジ部６３ｂと対向する。また、支持台６６は、３つの支持部６６ａを有している。３つの支持部６６ａは、支持台６６における第３の方向Ｚの一端部側の一面から第３の方向Ｚの一端部側に向けて突出している。

また、３つの支持部６６ａは、フランジ部６３ｂに設けた３つの支持溝７１と対向する。この支持部６６ａには、支持溝７１に挿入される支持ピン７２が設けられている。そして、造形ボックス３のフランジ部６３ｂが熱膨張すると、支持溝７１は支持ピン７２上を摺動する。

その他の構成は、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような造形ボックス６３及び支持台６６を有する３次元積層造形装置によっても、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。

４．第４の実施の形態例
次に、図１１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１１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断面図である。

この第４の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置８１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、造形ボックス及び造形ボックスの支持機構の構成である。そのため、ここでは、造形ボックス及び造形ボックスの支持機構について説明し、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。

図１１に示すように、造形ボックス８３は、筒部８７と、平板状の基準板８８とを有している。基準板８８は、支持台６や処理室２の壁面に固定されている。この基準板８８には、粉末供給機構７のガイド機構が固定される。また、基準板８８の第３の方向Ｚの他端部側の面である下面には、筒部８７が着脱可能に装着される。

筒部８７の筒孔内には、ステージ駆動機構５によって第３の方向Ｚに沿って移動するステージ４が配置される。また、第３の方向Ｚの一端部は、基準板８８の下面に当接している。筒部８７の第３の方向Ｚの他端部には、押圧機構を示す押圧ばね８６が取り付けられている。

押圧ばね８６における第３の方向Ｚの一端部は、筒部８７に取り付けられており、押圧ばね８６における第３の方向Ｚの他端部は、処理室２に設置されたばね受け部８５に取り付けられている。そして、押圧ばね８６は、筒部８７を第３の方向Ｚの一端部側に向けて付勢している。これにより、筒部８７は、押圧ばね８６により基準板８８に向けて押圧されて、押圧ばね８６と基準板８８によって挟持される。

筒部８７が熱膨張した場合、基準板８８が固定されているため、筒部８７は、押圧ばね８６の付勢力に抗して、第３の方向Ｚの他端部側に向けて変位する。これにより、粉末供給機構７のガイド機構が固定された基準板８８が、熱膨張により第３の方向Ｚに向けて変位することを防ぐことができる。

また、基準板８８と押圧ばね８６によって筒部８７を挟持することで、造形ボックス８３の筒部８７を固定ねじ等の固定機構を用いずに保持することができる。これにより、造形ボックス８３の筒部８７を容易に脱着することができる。

なお、押圧機構として押圧ばね８６を用いた例を説明したが、これに限定されるものではなく、押圧機構としては、例えば、空圧を用いた空気ばねやエアシリンダー等を適用してもよい。

また、熱膨張によって造形ボックス８３の基準板８８における第３の方向Ｚへの変位は発生しないが、熱膨張によってステージ４を移動させる軸部４ｄが熱膨張により第３の方向Ｚの一端部側に向けて伸びる。そのため、軸部４ｄが熱膨張により、ステージ４の一面４ａにおける第３の方向Ｚの位置が変位し、ステージ４の移動量に誤差が発生する。その結果、従来の３次元積層造形装置では、ステージを移動させる移動機構の熱膨張によって所定の厚さの粉末層を形成することができない、という問題を有していた。

しかしながら、基準板８８の第３の方向Ｚの位置は変化しないため、基準板８８を基準とすることで、熱膨張により軸部４ｄが伸びた量を温度測定により算出することができる。そして、ステージ駆動機構５は、ステージ４の移動量を、算出した軸部４ｄの伸び量によって補正することで、ステージ４を適正な位置に移動させることができ、適正な厚さの粉末層を形成することができる。

その他の構成は、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する３次元積層造形装置８１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。

５．第５の実施の形態例
次に、図１２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１２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断面図である。

この第５の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置９１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、ステージ駆動機構５の設置位置である。そのため、ここでは、ステージ駆動機構５の設置位置について説明し、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。

図１２に示すように、ステージ駆動機構５は、取付部材９５を介して、造形ボックス３の筒部３ａにおける第３の方向Ｚの他端部に取り付けられている。ステージ４の軸部４ｄが、熱膨張により第３の方向Ｚの一端部側に向けて伸びる際には、造形ボックス３の筒部３ａは、熱膨張により第３の方向Ｚの他端部側に向けて伸びる。そのため、軸部４ｄの伸びと筒部３ａの伸びが互いに相殺される。これにより、熱膨張により、ステージ４の一面４ａの位置が変位することを抑制することができ、ステージ４を適正な位置に移動させることができる。

その他の構成は、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する３次元積層造形装置９１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。

６．第６の実施の形態例
次に、図１３及び図１４を参照して第６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１３及び図１４は、第６の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の造形ボックスを示す図である。図１４は、図１３に示すＡ−Ａ線から造形ボックスを見た平面図である。

この第６の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置が、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置と異なる点は、造形ボックス及び支持台の構成である。そのため、ここでは、造形ボックス及び支持台について説明し、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。

図１３及び図１４に示すように、造形ボックス１０３は、円筒状に形成されている。造形ボックス１０３の筒部１０３ａの外周面には、３つの支持ピン１１２が設けられている。支持ピン１１２は、筒部１０３ａの外周面から略垂直に突出し、半径方向の外側に向けて突出している。また、３つの支持ピン１１２は、筒部１０３ａの周方向に沿って等角度間隔に配置されている。そして、３つの支持ピン１１２は、造形ボックス１０３の中心Ｑ１から放射状に突出している。この支持ピン１１２は、後述する支持台１０６に設けた支持溝１１５に配置される。

また、支持ピン１１２の数は、３つに限定されるものではなく、４つ以上設けてもよい。なお、支持ピン１１２を４つ以上設ける場合でも、支持ピン１１２は、筒部１０３ａの中心Ｑ１の周りに等角度間隔、すなわち回転対称となる位置に配置されることが好ましい。

なお、造形ボックス１０３の筒部１０３ａの形状は、円筒状に限定されるものではなく、上述した第３の実施の形態例にかかる造形ボックス６３と同様に、四角筒状に形成してもよく、あるいは六角筒やその他各種の形状に形成してもよい。

支持台１０６における第３の方向Ｚの一端部側の面である支持面１０６ａには、３つの支持溝１１５が形成されている。支持溝１１５は、支持面１０６ａから第３の方向Ｚの他端部側、すなわち下方に向けて凹ませた凹部である。また、支持溝１１５は、支持台１０６における内壁面から半径方向の外側に向けて所定の長さで延在している。そして、支持溝１１５は、支持台１０６及びこの支持台１０６に支持される造形ボックス１０３の中心Ｑ１から放射状に延びている。この支持溝１１５には、支持ピン１１２が配置される。

また、支持溝１１５の幅方向の長さ及び深さ方向（第３の方向Ｚ）の長さは、支持ピン１１２の外径の長さと略等しく設定されている。そのため、支持ピン１１２を支持溝１１５に配置した際に、造形ボックス１０３が周方向への移動することを支持ピン１１２と支持溝１１５で規制することができる。

さらに、図１４に示すように、支持ピン１１２における筒部１０３ａとは反対側の端部、すなわち先端部と、支持溝１１５における支持台１０６の内壁面とは反対側の端部には、隙間Ｗ１が設けられている。隙間Ｗ１は、造形ボックス１０３及び支持ピン１１２が熱膨張した場合でも、造形ボックス１０３と支持台１０６が干渉しない長さ以上に設定されている。

造形ボックス１０３及び支持ピン１１２が第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに向けて熱膨張した場合、支持ピン１１２と支持溝１１５との間に設けた隙間Ｗ１により、支持ピン１１２は、支持溝１１５内を摺動することができる。また、３つの支持ピン１１２及び３つの支持溝１１５は、造形ボックス１０３の中心Ｑ１から放射状で、かつ回転対称に配置されている。そのため、３つの支持ピン１１２は、造形ボックス１０３の中心Ｑ１から半径方向の外側に向けて等しく熱膨張する。これにより、造形ボックス１０３の熱膨張によって、造形ボックス１０３の中心Ｑ１の位置が変化することを防ぐことができ、造形精度を向上させることができる。

また、支持台１０６の支持面１０６ａには、ピン押さえ部１０７が着脱可能に取り付けられている。ピン押さえ部１０７は、支持面１０６ａにおける支持溝１１５が形成された箇所に配置される。ピン押さえ部１０７は、固定ボルト１０７ａによって支持台１０６に取り付けられる。また、ピン押さえ部１０７は、支持溝１１５に配置された支持ピン１１２が第３の方向Ｚの一端部側、すなわち上下方向の上方への移動を規制している。

また、造形ボックス１０３及び支持台１０６における第３の方向Ｚの一端部側、すなわち上下方向の上方には、プレート１１０が配置される。このプレート１１０は、造形ボックス１０３の筒部１０３ａにおける第３の方向Ｚの一端部、すなわち上端部に例えば、固定ねじ等により固定されている。さらに、プレート１１０は、支持台１０６に接触していない。これにより、プレート１１０の熱が支持台１０６に伝達することを抑制することができる。なお、プレート１１０と支持台１０６との間に、ヒートシールドを配置し、プレート１１０から支持台１０６に熱が輻射されることを防止してもよい。

プレート１１０には、略円形の開口部１１０ａが形成されている。プレート１１０の開口部１１０ａは、造形ボックス１０３における筒部１０３ａの筒孔と略等しい大きさに形成されており。そして、プレート１１０の開口部１１０ａは、筒部１０３ａの筒孔及びステージ４を臨む。プレート１１０の第３の方向Ｚの一端部側の面、すなわち上面部には、粉末タンク９（図１等参照）から供給された粉末材料Ｍ１が載置される。そして、プレート１１０は、ピン押さえ部１０７を覆う。このプレート１１０は、上述した第１の実施の形態例にかかる造形ボックス３のフランジ部３ｂや第４の実施の形態例にかかる基準板８８の役割を有している。

その他の構成は、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する３次元積層造形装置によっても、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。

ここで、完成した造形物Ｋ１を取り出す際、ステージ４を第３の方向Ｚの一端部側、すなわち上下方向の上方に向けて上昇させる。また、造形処理中においても、粉末材料Ｍ１を敷き直す際に、ステージ４を一層分、又は所定数の層分だけ上昇させる場合がある。このようにステージ４を上昇させる際に、造形物Ｋ１や粉末材料Ｍ１、摺動部材１４と造形ボックスの摩擦により、造形ボックスがステージ４と共に浮き上がるおそれがあった。

これに対して、第６の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置では、上述したように、造形ボックス１０３に設けた支持ピン１１２は、ピン押さえ部１０７により第３の方向Ｚへの移動が規制されている。これにより、ステージ４を上昇させた際に、造形物Ｋ１や粉末材料Ｍ１、摺動部材１４との摩擦により、造形ボックス１０３がステージ４と共に浮き上がることを防止することができる。その結果、粉末材料Ｍ１を敷き直す際に、造形ボックス１０３における第３の方向Ｚの位置が変化することが防止することができ、粉末材料Ｍ１を精度良く敷き直すことができる。

７．第７の実施の形態例
次に、図１５を参照して第７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１５は、第７の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の概略構成を示す図である。

この第７の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置が、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置と異なる点は、粉末供給機構の構成である。そのため、ここでは、粉末供給機構について説明し、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。

図１５に示すように、粉末供給機構２０７は、アーム部２２１と、均し板２２と、第１ガイド機構２２３Ａと、第２ガイド機構２２３Ｂと、駆動機構２４と、接続部２５とを有している。なお、均し板２２、駆動機構２４及び接続部２５の構成は、第１の実施の形態例にかかる均し板２２、駆動機構２４及び接続部２５と同様であるため、その説明は省略する。

第１ガイド機構２２３Ａは、造形ボックス３における第２の方向Ｙの一端部に配置されている。第１ガイド機構２２３Ａは、スライダ２２６と、ガイドレール２２７とを有している。ガイドレール２２７は、造形ボックス３における第２の方向Ｙの一端部に配置されている。ガイドレール２２７は、第１の方向Ｘと平行に延在している。

ガイドレール２２７は、略円柱状のガイド部２２７ａを有している。ガイド部２２７ａは、ガイドレール２２７における第３の方向Ｚの一端部、すなわち上下方向の上部に配置されている。ガイド部２２７ａには、スライダ２２６が第１の方向Ｘに沿って摺動可能に支持されている。

また、スライダ２２６は、アーム部２２１における長手方向の一端部、すなわち第２の方向Ｙの一端部に配置されている。スライダ２２６は、ガイド部２２７ａの外周面の曲率に対応して、円形に凹んだ摺動面２２６ａを有している。そして、摺動面２２６ａは、ガイド部２２７ａの外周面を摺動する。そのため、スライダ２２６は、ガイドレール２２７に第１の方向Ｘだけでなく、ガイド部２２７ａの中心軸周りに沿って回動可能に支持されている。

また、第２ガイド機構２２３Ｂは、造形ボックス３における第２の方向Ｙの他端部に配置されている。第２ガイド機構２２３Ｂは、ガイドローラ２２８と、ガイド面部２２９とを有している。ガイド面部２２９は、略平板状に形成されており、造形ボックス３における第２の方向Ｙの一端部に配置されている。ガイド面部２２９は、第１の方向Ｘと平行に延在している。

ガイドローラ２２８は、アーム部２２１における長手方向の他端部、すなわち第２の方向Ｙの他端部に回転可能に配置されている。ガイドローラ２２８は、ガイド面部２２９における第３の方向Ｚの一端部側の一面、すなわち上面部に回転可能に接触している。また、ガイドローラ２２８におけるガイド面部２２９に接触する接触面２２８ａは、第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚに対して湾曲した曲面状に形成されている。

その他の構成は、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する３次元積層造形装置によっても、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。

ここで、造形ボックス３内の温度ムラや、粉末供給機構２０７の温度勾配、第１ガイド機構２２３Ａや第２ガイド機構２２３Ｂの熱伝導の違い等により、第１ガイド機構２２３Ａと第２ガイド機構２２３Ｂの第３の方向Ｚの位置にずれが生じるおそれがある。これに対して、第７の実施の形態例にかかる粉末供給機構２０７では、スライダ２２６がガイドレール２２７におけるガイド部２２７ａの中心軸周りに回動可能に支持されている。

そのため、第１ガイド機構２２３Ａと第２ガイド機構２２３Ｂの第３の方向Ｚの位置でずれが発生すると、スライダ２２６がガイド部２２７ａを中心に回動する。これより、第１ガイド機構２２３Ａと第２ガイド機構２２３Ｂが第３の方向Ｚに位置ずれが発生しても、スライダ２２６は、ガタつくことなく、ガイド部２２７ａをスムーズに摺動する。

また、第１ガイド機構２２３Ａと第２ガイド機構２２３Ｂの第３の方向Ｚの位置ずれにともなってアーム部２２１が第２の方向Ｙに対して傾く。しかしながら、ガイドローラ２２８の接触面２２８ａは、曲面状に形成されている。そのため、アーム部２２１が傾いた場合でも、ガイドローラ２２８の接触面２２８ａを確実にガイド面部２２９に接触させることができる。

このように、第７の実施の形態例にかかる粉末供給機構２０７によれば、各種部品に非対称な熱膨張が生じた場合でも、粉末供給機構２０７の動作に過剰な摩擦抵抗や負担等が発生することを抑制することができる。その結果、アーム部２２１及び均し板２２をスムーズに移動させることができるだけでなく、均し板２２と造形ボックス３が干渉することを防止することができ、粉末材料Ｍ１を平坦に均すことができる。

８．第８の実施の形態例
次に、図１６から図１８を参照して第８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１６は、第８の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の概略構成を示す図である。図１７は、接続部とアーム部との接続状態を拡大して示す斜視図、図１８は、アーム部お示す正面図である。

この第８の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置が、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置と異なる点は、粉末供給機構の構成である。そのため、ここでは、粉末供給機構について説明し、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。

図１６に示すように、粉末供給機構３０７は、アーム部３２１と、均し板２２と、第１ガイド機構３２３Ａと、第２ガイド機構３２３Ｂと、駆動機構２４と、接続部３２５とを有している。なお、均し板２２及び駆動機構２４の構成は、第１の実施の形態例にかかる均し板２２及び駆動機構２４と同様であるため、その説明は省略する。

アーム部３２１には、第１アーム支持部３３１と、第２アーム支持部３３２とを有している。第１アーム支持部３３１は、アーム部３２１における長手方向の一端部、すなわち第２の方向Ｙの一端部に配置されている。

第１アーム支持部３３１は、第１部材３３３と、第２部材３３４とを有している。第１部材３３３及び第２部材３３４は、互いに略平板状に形成されている。第１部材３３３と第２部材３３４は、固定ネジ３４０により固定されている。具体的には、第１部材３３３と第２部材３３４は、第３の方向Ｚの他端部、すなわち上下方向の下端部において互いに固定されている。また、第２部材３３４における第１部材３３３との固定箇所とは反対側の端部である第３の方向Ｚの一端部、すなわち上下方向の上端部は、アーム部３２１の長手方向の一端部に固定ネジ３４０によって固定されている。

第１部材３３３における第２部材３３４との固定箇所とは反対側の端部である第３の方向Ｚの一端部には、第１ガイド機構３２３Ａを構成するスライダ３２６が固定されている。スライダ３２６は、第７の実施の形態例にかかるスライダ２２６と同様に、円形に凹んだ摺動面３２６ａを有している。なお、第８の実施の形態例にかかるスライダ３２６は、摺動面３２６ａが第３の方向Ｚの一端部側、すなわち上下方向の上方を向いている。そして、スライダ３２６は、第１ガイド機構３２３Ａを構成するガイドレール３２７に摺動可能に支持されている。

ガイドレール３２７は、造形ボックス３における第２の方向Ｙの一端部に配置されている。ガイドレール３２７は、第７の実施の形態例にかかるガイドレール２２７と同様に、略円柱状のガイド部３２７ａを有している。なお、第８の実施の形態例にかかるガイド部３２７ａは、ガイドレール３２７における第３の方向Ｚの他端部、すなわち上下方向の下部に配置されており、上下方向の下方を向いている。これにより、第８の実施の形態例にかかるガイドレール３２７によれば、ガイド部３２７ａに粉末材料Ｍ１等が付着することを防止することができる。これにより、スライダ３２６をガイド部３２７ａに沿ってスムーズに摺動させることができる。

また、図１６及び図１７に示すように、第２部材３３４には、接続孔３３４ａが形成されている。接続孔３３４ａには、接続部３２５に設けた接続ピン３２５ａが挿入される。接続ピン３２５ａは、接続部３２５から第２の方向Ｙの他端部に向けて突出している。

第２部材３３４に設けた接続孔３３４ａは、第３の方向Ｚに沿って延びる長孔である。また、接続孔３３４ａにおける第１の方向Ｘの開口の長さは、接続ピン３２５ａの外径と略等しく設定されている。そのため、接続ピン３２５ａを接続孔３３４ａに挿入した際、接続ピン３２５ａは、接続孔３３４ａにおける第１の方向Ｘの側面部に当接する。これにより、接続部３２５は、接続ピン３２５ａを介してアーム部３２１に対して第１の方向Ｘへの力を伝達することができる。

また、接続孔３３４ａが第３の方向Ｚに沿って延びる長孔であるため、接続部３２５における第３の方向Ｚへの力は、第２部材３３４、すなわちアーム部３２１には伝達されない。さらに、接続部３２５と第２部材３３４との間には、第２の方向Ｙに沿って間隔が空いている。そのため、接続部３２５における第２の方向Ｙへの力も、第２部材３３４、すなわちアーム部３２１には伝達されない。

これにより、アーム部３２１に対して接続部３２５から第１の方向へのみ力を伝達させることができ、駆動機構２４における第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚへの振動がアーム部３２１に伝達されることを防ぐことができる。

なお、第８の実施の形態例では、接続部３２５に接続ピン３２５ａを設け、アーム部３２１である第２部材３３４に接続孔３３４ａを設けた例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、接続部３２５に接続孔を設け、第２部材３３４に接続ピンを設けてもよい。

さらに、接続ピン３２５ａと接続孔３３４ａによる接続機構は、上述した第１から第７の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置に適用してもよい。

第２アーム支持部３３２は、アーム部３２１における長手方向の他端部、すなわち第２の方向Ｙの他端部に配置されている。第２アーム支持部３３２は、第１アーム支持部３３１と同様に、第１部材３３５と、第２部材３３６とを有している。

第１部材３３５及び第２部材３３６は、互いに略平板状に形成されている。第１部材３３５と第２部材３３６は、固定ネジ３４０により固定されている。具体的には、第１部材３３５と第２部材３３６は、第３の方向Ｚの他端部、すなわち上下方向の下端部において互いに固定されている。また、第２部材３３６における第１部材３３５との固定箇所とは反対側の端部である第３の方向Ｚの一端部、すなわち上下方向の上端部は、アーム部３２１の長手方向の他端部に固定ネジ３４０によって固定されている。

第１部材３３５における第２部材３３６との固定箇所とは反対側の端部である第３の方向Ｚの一端部には、第２ガイド機構３２３Ｂを構成するガイドローラ３２８が設けられている。第２ガイド機構３２３Ｂは、ガイドローラ３２８と、ガイド面部３２９とを有している。なお、ガイドローラ３２８とガイド面部３２９の構成は、第７の実施の形態例にかかるガイドローラ２２８とガイド面部２２９の構成と同様であるため、その説明は省略する。

また、第２アーム支持部３３２における第２部材３３６には、おもり３３８が固定されている。おもり３３８は、第２部材３３６における第２の方向Ｙの他端部に設けられている。おもり３３８を設けたことで、ガイドローラ３２８をガイド面部３２９に確実に接触させることができる。これにより、アーム部３２１をがたつきなくスムーズに移動させることができる。なお、おもり３３８をアーム部３２１に設ける構成は、上述した第１から第７の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置に適用してもよい。

次に、図１８を参照して、第１アーム支持部３３１と、第２アーム支持部３３２の詳細な構成について説明する。
第１アーム支持部３３１の第１部材３３３におけるスライダ３２６との固定箇所から第２部材３３４との固定箇所までの長さＳ１は、第２部材３３４における第１部材３３３との固定箇所からアーム部３２１との固定箇所までの長さＴ１よりも短く設定されている。すなわち、第１部材３３３の第３の方向Ｚの長さＳ１は、第２部材３３４の第３の方向Ｚの長さＴ１よりも短い。

同様に、第２アーム支持部３３２の第１部材３３５におけるガイドローラ３２８との固定箇所から第２部材３３６との固定箇所までの長さＳ２は、第２部材３３６における第１部材３３５との固定箇所からアーム部３２１との固定箇所までの長さＴ２よりも短く設定されている。すなわち、第１部材３３５の第３の方向Ｚの長さＳ２は、第２部材３３６の第３の方向Ｚの長さＴ２よりも短い。

第１アーム支持部３３１における第１部材３３３と第２部材３３４は、異なる材質で形成されており、同様に、第２アーム支持部３３２における第１部材３３５と第２部材３３６は、異なる材質で形成されている。具体的には、第１部材３３３、３３５は、第２部材３３４、３３６よりも線膨張係数が大きい材質で形成されている。また、第１部材３３３、３３５と第２部材３３４、３３６の第３の方向Ｚの長さの比Ｓ１：Ｔ１、Ｓ２：Ｔ２は、第１部材３３３、３３５と第２部材３３４、３３６の線膨張係数の逆比と略等しくなるように設定されている。

これにより、例えば、第１アーム支持部３３１が温度上昇により熱膨張した場合、第１部材３３３は、第２部材３３４との固定箇所から第３の方向Ｚの一端部側、すなわち上下方向の上方に向けて膨張する。これに対して、第２部材３３４は、アーム部３２１との固定箇所から第３の方向Ｚの他端部側、すなわち上下方向の下方に向けて膨張する。上述したように、第１部材３３３は第２部材３３４よりも線膨張係数が大きい材質で形成されているため、第１部材３３３における第３の方向Ｚへの熱膨張率は、第２部材３３４よりも大きくなる。

上述したように、第１部材３３３の第３の方向Ｚの長さＳ１は、第２部材３３４の第３の方向Ｚの長さＴ１よりも短く、その長さの比Ｓ１：Ｔ１は、第１部材３３３と第２部材３３４の線膨張係数の逆比と等しくなるように設定されている。これにより、第１部材３３３が第３の方向Ｚの一端部に向けて熱膨張する長さと、第２部材３３４が第３の方向Ｚの他端部に向けて熱膨張する長さは、ほぼ等しくなる。したがって、第１部材３３３における第３の方向Ｚへの熱膨張による伸びを、第２部材３３４における第３の方向Ｚへの熱膨張による伸びでキャンセルすることができる。

これより、第１ガイド機構３２３Ａのスライダ３２６やアーム部３２１における第３の方向Ｚの高さが変化することを抑制することができる。その結果、スライダ３２６をスムーズに摺動させることができると共に、アーム部３２１が造形ボックス３に干渉することを防ぐことができる。また、粉末供給機構３０７の熱膨張による粉末層の厚さが変わることを防ぐことができる。

なお、第２アーム支持部３３２においても、第１アーム支持部３３１と同様であるため、その説明は省略する。

また、第８の実施の形態例では、第１部材３３３、３３５の線膨張係数が、第２部材３３４、３３６の線膨張係数よりも大きい材質で形成する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１部材３３３、３３５の第３の方向Ｚの長さが、第２部材３３４、３３６の第３の方向Ｚの長さよりも長い場合、第１部材３３３、３３５は、その線膨張係数が第２部材３３４、３３６の線膨張係数よりも小さい材質で形成される。

また、第３の方向Ｚの長さに応じて線膨張係数が異なる２つの材質で形成した第１アーム支持部３３１及び第２アーム支持部３３２の構成は、上述した第１から第７の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置に適用してもよい。

その他の構成は、第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する３次元積層造形装置によっても、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。

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。

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。また、粉末材料を予熱や溶融させる加熱機構として電子ビームを照射する電子銃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。加熱機構としては、例えば、レーザを照射するレーザ照射部を適用してもよい。

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。

１、５１、８１、９１…３次元積層造形装置、 ２…処理室、 ３、６３、８３、１０３…造形ボックス、 ３ａ、８７、１０３ａ…筒部、 ３ｂ、８８、１１０…フランジ部（基準板、プレート）、 ４…ステージ、 ４ａ…一面、 ４ｄ…軸部、 ５…ステージ駆動機構、 ６、１０６…支持台、 ６ａ、１０６ａ…支持面、 ７、５７、５７Ｂ、２０７、３０７…粉末供給機構、 ８…電子銃（加熱機構）、 ９…粉末タンク、 ２１、２１Ｂ、２２１、３２１…アーム部、 ２１ａ…固定孔、 ２２…均し板、 ２３…ガイド機構、 ２３ａ…ガイドレール、２３ｂ…スライダ、 ２３Ａ、２２３Ａ、３２３Ａ…第１ガイド機構、 ２３Ｂ、２２３Ｂ、３２３Ｂ…第２ガイド機構、 ２４…駆動機構、 ２５、３２５…接続部、 ２５ａ…接続凹部、 ２６…当接ピン、 ３１、１１５…支持溝（支持機構）、 ３２、１１２…支持ピン（支持機構）、 ８６…押圧ばね（押圧機構）、 ９５…取付部材、 １０７…ピン押さえ部、 ２２６、３２６…スライダ、 ２２６ａ、３２６ａ…摺動面、 ２２７、３２７…ガイドレール、 ２２７ａ、３２７ａ…ガイド部、 ２２８、３２８…ガイドローラ、 ２２８ａ…接触面、 ２２９、３２９…ガイド面部、 ３２５ａ…接続ピン、 ３３１…第１アーム支持部、 ３３２…第２アーム支持部、 ３３３、３３５…第１部材、 ３３４、３３６…第２部材、 ３３４ａ…接続孔

Claims (23)

1. 造形物を形成するための粉末材料が積層されるステージと、
   前記ステージが摺動可能に配置される筒部を有する造形ボックスと、
   前記ステージに前記粉末材料を供給し、かつ前記粉末材料を均す粉末供給機構と、を備え、
   前記粉末供給機構は、
   前記粉末材料を均す均し板が固定されたアーム部と、
   前記造形ボックスに固定され、前記アーム部を前記ステージの一面と平行な方向である第１の方向に移動可能に支持するガイド機構と、
   前記アーム部に接続し、前記アーム部に対して前記第１の方向へのみ力を伝達する接続部と、
   前記造形ボックスとは異なる支持部材に固定され、前記接続部を前記第１の方向に移動させる駆動部を有する駆動機構と、
   を備え、
   前記アーム部は、前記ステージの一面と直交する方向を第３の方向とした場合に、前記接続部における前記第３の方向への力が前記アーム部に伝達されないよう、前記第３の方向に沿って変位可能な状態で前記接続部に接続されている
   ３次元積層造形装置。
2. 前記接続部は、前記アーム部が挿入される接続凹部が形成され、
   前記接続凹部は、前記ステージの一面と直交する方向が開放されている
   請求項１に記載の３次元積層造形装置。
3. 前記接続凹部には、前記アーム部と接触する衝撃吸収材からなる当接ピンが設けられて
   いる
   請求項２に記載の３次元積層造形装置。
4. 前記当接ピンは、半球状に形成されて、前記アーム部と点接触する
   請求項３に記載の３次元積層造形装置。
5. 前記接続部及び前記アーム部の一方には、前記第１の方向と直交する第２の方向に向けて突出する接続ピンが設けられ、
   前記接続部及び前記アーム部の残りの他方には、前記接続ピンが挿入される接続孔が設けられ、
   前記接続孔は、前記第１の方向と直交し、前記第２の方向とも直交する前記第３の方向に沿って延在する長孔である
   請求項１に記載の３次元積層造形装置。
6. 前記ガイド機構は、
   前記アーム部における前記ステージの一面と平行をなし、かつ前記第１の方向と直交する第２の方向の一端部を支持する第１ガイド機構と、
   前記アーム部における前記第２の方向の他端部を支持する第２ガイド機構と、を有する
   請求項１に記載の３次元積層造形装置。
7. 前記第２ガイド機構は、前記アーム部の前記他端部を前記第２の方向に摺動可能に支持する
   請求項６に記載の３次元積層造形装置。
8. 前記第１ガイド機構は、
   前記アーム部に設けられたスライダと、
   前記第１の方向に沿って延在するガイドレールと、を有し、
   前記ガイドレールは、前記スライダを前記第１の方向に沿って摺動可能に支持する円柱状のガイド部を有し、
   前記スライダは、前記ガイド部の外周面の曲率に対応して円形に凹み、前記ガイド部の外周面を摺動する摺動面を有し、
   前記スライダは、前記ガイド部の中心軸周りに回動可能に支持される
   請求項６又は７に記載の３次元積層造形装置。
9. 前記ガイド部は、前記ガイドレールにおける上下方向の下部に設けられる
   請求項８に記載の３次元積層造形装置。
10. 前記第２ガイド機構は、
    前記アーム部に設けられたガイドローラと、
    前記第１の方向に沿って延在し、前記ガイドローラが摺動するガイド面部と、を有し、
    前記ガイドローラにおける前記ガイド面部と接触する接触面は、曲面状に形成されている
    請求項８又は９に記載の３次元積層造形装置。
11. 前記アーム部における前記第２の方向の一端部に設けられたアーム支持部を備え、
    前記アーム支持部は、
    前記第１ガイド機構の前記スライダが固定された第１部材と、
    前記第１部材に固定され、かつ前記アーム部における前記第２の方向の一端部に固定される第２部材と、を有し、
    前記第１部材と前記第２部材は、線膨張係数が異なる材質により形成される
    請求項８又は９に記載の３次元積層造形装置。
12. 前記第１部材における前記スライダとの固定箇所から前記第２部材との固定箇所の長さと、前記第２部材における前記アーム部との固定箇所から前記第１部材との固定箇所の長さの比は、前記第１部材と前記第２部材の線膨張係数に応じて設定される
    請求項１１に記載の３次元積層造形装置。
13. 前記第１部材における前記スライダとの固定箇所から前記第２部材との固定箇所の長さと、前記第２部材における前記アーム部との固定箇所から前記第１部材との固定箇所の長さの比は、前記第１部材と前記第２部材の線膨張係数の逆比である
    請求項１２に記載の３次元積層造形装置。
14. 前記支持部材は、前記造形ボックスを収容する処理室である
    請求項１に記載の３次元積層造形装置。
15. 前記造形ボックスは、支持台によって支持されて、
    前記筒部の軸方向の一端部側が固定端となり、前記筒部の軸方向の他端部側が自由端となる
    請求項１に記載の３次元積層造形装置。
16. 前記造形ボックスは、
    前記筒部の軸方向の一端部側に設けられ、前記ステージの一面と平行をなし、前記支持台によって支持される基準板を有する
    請求項１５に記載の３次元積層造形装置。
17. 前記筒部の軸方向の一端部は、前記基準板に当接し、
    前記筒部を前記基準板に向けて押圧する押圧機構をさらに備えた
    請求項１６に記載の３次元積層造形装置。
18. 前記ステージを前記ステージの一面と直交する方向に移動させるステージ駆動機構をさらに備え、
    前記ステージ駆動機構は、前記造形ボックスにおける前記筒部の軸方向の他端部に取り付けられる
    請求項１５に記載の３次元積層造形装置。
19. 前記造形ボックス及び前記支持台に設けられ、前記造形ボックスを支持する支持機構を備え、
    前記支持機構は、前記造形ボックスを前記ステージの一面と平行をなす方向に摺動可能に支持する
    請求項１５に記載の３次元積層造形装置。
20. 前記支持機構は、前記筒部を囲むようにして、等間隔に複数配置される
    請求項１９に記載の３次元積層造形装置。
21. 複数の前記支持機構は、前記筒部の中心から放射状に配置されて、前記造形ボックスを摺動可能に支持する
    請求項２０に記載の３次元積層造形装置。
22. 前記支持機構は、
    前記筒部の外周面に設けられ、前記外周面から外側に向けて突出する支持ピンと、
    前記支持台における上下方向の上端部に設けられ、前記支持ピンが配置される支持溝と、
    前記支持溝に配置された前記支持ピンを前記上下方向の上方から押さえるピン押さえ部と、を有する
    請求項１９から２１のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
23. 前記支持ピンにおける前記筒部の外周面とは反対側の端部と、前記支持溝における前記支持台の内壁面とは反対側の端部には、隙間が形成されている
    請求項２２に記載の３次元積層造形装置。

Images