(57)【要約】【課題】造形材料中に混入している異物を除去できる技術を提供する。【解決手段】三次元造形装置は、溶融された造形材料を生成する生成部と、前記生成部で生成された前記造形材料を吐出するノズルと、前記ノズルに前記造形材料を導く流路と、前記流路と前記ノズルとの間に設けられ、前記流路から前記ノズルに向かう方向に直交する断面での断面積が、前記流路における前記造形材料の流れ方向に直交する断面での前記流路の断面積である流路断面積よりも大きいフィルター室と、前記造形材料が通過する細孔を有し、前記フィルター室に配置され、前記流路から前記ノズルに向かう方向に直交する断面での断面積が、前記流路断面積よりも大きいフィルターと、を備える。【選択図】図５
2020006625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形装置であって、
溶融された造形材料を生成する生成部と、
前記生成部で生成された前記造形材料を吐出するノズルと、
前記ノズルに前記造形材料を導く流路と、
前記流路と前記ノズルとの間に設けられ、前記流路から前記ノズルに向かう方向に直交する断面での断面積が、前記流路における前記造形材料の流れ方向に直交する断面での前記流路の断面積である流路断面積よりも大きいフィルター室と、
前記造形材料が通過する細孔を有し、前記フィルター室に配置され、前記流路から前記ノズルに向かう方向に直交する断面での断面積が、前記流路断面積よりも大きいフィルターと、
を備える、三次元造形装置。
【請求項２】
請求項１の三次元造形装置であって、
前記フィルターにおける前記細孔の孔径は、前記流路側から前記ノズル側に向かうにつれて次第に、増加、または、減少する、三次元造形装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の三次元造形装置であって、
前記フィルターは、前記フィルター室を、前記流路側の第１フィルター室と、前記ノズル側の第２フィルター室と、に仕切るように配置された主フィルターである、三次元造形装置。
【請求項４】
請求項３記載の三次元造形装置であって、
前記第１フィルター室には、前記造形材料を通過させる細孔を有する流路側フィルターが、前記主フィルターを覆うように配置され、
前記流路側フィルターにおける前記細孔の孔径の最小値は、前記主フィルターにおける前記細孔の孔径の最小値より大きい、三次元造形装置。
【請求項５】
請求項４記載の三次元造形装置であって、
前記流路側フィルターにおける前記細孔の孔径は、前記流路側から前記ノズル側に向かうにつれて次第に小さくなる、三次元造形装置。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記第２フィルター室には、前記造形材料を通過させる細孔を有するノズル側フィルターが、前記主フィルターを覆うように配置され、
前記ノズル側フィルターにおける前記細孔の孔径の最小値は、前記主フィルターにおける前記細孔の孔径の最小値より小さい、三次元造形装置。
【請求項７】
請求項６記載の三次元造形装置であって、
前記ノズル側フィルターにおける前記細孔の孔径は、前記流路側から前記ノズル側に向かうにつれて次第に大きくなる、三次元造形装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記フィルター室を含む凹部を有するユニット部材と、
前記ノズルを構成し、前記ユニット部材に着脱可能に取り付けられるノズル部材と、
を備え、
前記フィルターは、前記ユニット部材と前記ノズル部材との間における前記凹部内に着脱可能に固定される、三次元造形装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記流路には、前記流路を開閉する開閉機構と、前記流路から前記造形材料を吸引して前記流路に負圧を発生させる負圧発生機構と、のうちの少なくとも一方が設けられている、三次元造形装置。
【請求項１０】
請求項９記載の三次元造形装置であって、
前記流路には、前記負圧発生機構が設けられており、
前記負圧発生機構に発生させた負圧によって、前記フィルターの目詰まりを解消させる処理を実行する、三次元造形装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記生成部は、フラットスクリューを備え、前記フラットスクリューの回転によって、前記造形材料を生成する、三次元造形装置。
【請求項１２】
ノズルユニットであって、
三次元造形に用いられる溶融された造形材料を吐出するノズルと、
前記ノズルに前記造形材料を導く流路と、
前記流路と前記ノズルとの間に設けられ、前記流路から前記ノズルに向かう方向に直交する断面での断面積が、前記流路における前記造形材料の流れ方向に直交する断面での前記流路の断面積である流路断面積よりも大きいフィルター室と、
前記造形材料が通過する細孔を有し、前記フィルター室に配置され、前記流路から前記ノズルに向かう方向に直交する断面での断面積が、前記流路断面積よりも大きいフィルターと、
を備える、ノズルユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下記の特許文献１には、ノズルから溶融された造形材料を押し出して基台上に堆積させることによって三次元造形物を造形する三次元造形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】特開２００６−１９２７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、三次元造形装置では、造形材料中に混入している異物については、特に考慮されてこなかった。しかしながら、造形材料にそうした異物が混入していると、その異物によってノズルが閉塞されてしまう可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一形態は、三次元造形装置であって、溶融された造形材料を生成する生成部と、前記生成部で生成された前記造形材料を吐出するノズルと、前記ノズルに前記造形材料を導く流路と、前記流路と前記ノズルとの間に設けられ、前記流路から前記ノズルに向かう方向に直交する断面での断面積が、前記流路における前記造形材料の流れ方向に直交する断面での前記流路の断面積である流路断面積よりも大きいフィルター室と、前記造形材料が通過する細孔を有し、前記フィルター室に配置され、前記流路から前記ノズルに向かう方向に直交する断面での断面積が、前記流路断面積よりも大きいフィルターと、を備える、三次元造形装置として提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態における三次元造形装置の構成を示す概略図。
【図２】フラットスクリューの構成を示す概略斜視図。
【図３】スクリュー対面部の構成を示す概略平面図。
【図４】第１実施形態における流量制御部の構成を示す概略図。
【図５】第１実施形態におけるフィルター部の構成を示す概略図。
【図６】第１実施形態におけるフィルターの細孔の構成を示す概略図。
【図７】第２実施形態におけるフィルター部の構成を示す概略図。
【図８】第３実施形態におけるフィルター部の構成を示す概略図。
【図９】第４実施形態におけるフィルター部の構成を示す概略図。
【図１０】第５実施形態におけるフィルター部の構成を示す概略図。
【図１１】第６実施形態におけるノズルユニットの構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
１．第１実施形態：
図１は、第１実施形態におけるノズルユニット６０Ａを有する三次元造形装置１００の構成を示す概略図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印が示されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は、鉛直方向、つまり、重力方向とは反対の方向である。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印は、他の参照図においても、図示の方向が図１と対応するように適宜、図示してある。
【０００８】
三次元造形装置１００は、造形材料を堆積させることによって三次元造形物を造形する。以下では、「三次元造形装置」を単に「造形装置」とも呼び、三次元造形物を単に「造形物」とも呼ぶ。「造形材料」については後述する。造形装置１００は、造形装置１００を制御する制御部１０１と、造形材料を生成し、吐出する造形部１１０と、造形物の基台となる造形用のテーブル２１０と、造形材料の吐出位置を制御する移動機構２３０と、を備える。
【０００９】
制御部１０１は、造形装置１００全体の動作を制御して、造形物を造形する造形処理を実行する。第１実施形態では、制御部１０１は、１つ、または、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、を備えるコンピューターによって構成される。制御部１０１は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。なお、制御部１０１の機能の一部を、ハードウェア回路により実現するようにしてもよい。制御部１０１が実行する造形処理では、制御部１０１は、造形物の造形データに従って、造形部１１０と移動機構２３０とを制御する。また、第１実施形態では、制御部１０１は、造形処理を実行していない間に、フィルター部８０Ａのメンテナンス処理を実行する。このメンテナンス処理の詳細については後述する。
【００１０】
造形部１１０は、制御部１０１の制御下において、溶融されたペースト状の造形材料をテーブル２１０上の目標位置に吐出する。造形部１１０は、造形材料に転化される前の原材料ＭＲの供給源である材料供給部２０と、原材料ＭＲを造形材料へと転化させる造形材料生成部３０と、造形材料を吐出するノズルユニット６０Ａと、を備える。
【００１１】
材料供給部２０は、造形材料生成部３０に、造形材料を生成するための原材料ＭＲを供給する。材料供給部２０は、例えば、原材料ＭＲを収容するホッパーによって構成される。材料供給部２０は、下方に排出口を有している。当該排出口は、連通路２２を介して、造形材料生成部３０に接続されている。第１実施形態では、原材料ＭＲは、ペレットや粉末等の形態で材料供給部２０に投入される。
【００１２】
造形材料生成部３０は、材料供給部２０から供給された原材料ＭＲを溶融させて流動性を発現させたペースト状の造形材料を生成し、ノズルユニット６０Ａへと導く。以下では、造形材料生成部３０を単に「生成部３０」とも呼ぶ。生成部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、フラットスクリュー４０と、スクリュー対面部５０と、を有する。
【００１３】
フラットスクリュー４０は、その中心軸に沿った方向である軸線方向における高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。フラットスクリュー４０は、その軸線方向がＺ方向に平行になるように配置され、円周方向に沿って回転する。第１実施形態では、フラットスクリュー４０の中心軸は、その回転軸ＲＸと一致する。図１には、フラットスクリュー４０の回転軸ＲＸを一点鎖線で図示してある。
【００１４】
フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。フラットスクリュー４０の上面４７側は駆動モーター３２に連結されており、フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内において回転する。駆動モーター３２は、制御部１０１の制御下において駆動する。
【００１５】
フラットスクリュー４０は、回転軸ＲＸと交差する面である下面４８に、溝部４２が形成されている。上述した材料供給部２０の連通路２２は、フラットスクリュー４０の側面から、当該溝部４２に接続されている。
【００１６】
フラットスクリュー４０の下面４８は、スクリュー対面部５０の上面５２に面しており、フラットスクリュー４０の下面４８の溝部４２と、スクリュー対面部５０の上面５２との間には空間が形成される。造形部１１０では、フラットスクリュー４０とスクリュー対面部５０との間のこの空間に、材料供給部２０から原材料ＭＲが供給される。フラットスクリュー４０およびその溝部４２の具体的な構成については後述する。
【００１７】
スクリュー対面部５０には、回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された原材料ＭＲを加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。フラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された原材料ＭＲは、溝部４２内において溶融されながら、フラットスクリュー４０の回転によって溝部４２に沿って流動し、造形材料としてフラットスクリュー４０の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入した流動性を発現しているペースト状の造形材料は、スクリュー対面部５０の中心に設けられた連通孔５６を介してノズルユニット６０Ａに供給される。なお、造形材料では、造形材料を構成する全ての種類の物質が溶融していなくてもよい。造形材料は、造形材料を構成する物質のうちの少なくとも一部の種類の物質が溶融することによって、全体として流動性を有する状態に転化されていればよい。
【００１８】
ノズルユニット６０Ａは、造形材料を吐出するノズル６１と、生成部３０で生成された造形材料をノズル６１に導く流路６５と、流路６５における造形材料の流量を制御する流量制御部７０と、造形材料中の異物を除去するためのフィルター部８０Ａと、を備える。本明細書において、「造形材料中の異物」は、予め決められた規定のサイズを越えた造形材料中に存在することが想定されていない物質を意味する。異物を構成する物質には、もともと造形材料に含有されることが予定されていない物質のみならず、造形材料を構成する物質として造形材料中に含有されている規定のサイズを超えた物質も含まれる。異物には、造形材料を構成する物質の熱劣化などにより生じた劣化材料のうち、そうした規定のサイズを超えるものや、造形材料の一部が固化して規定サイズより大きくなった造形材料の塊なども含まれる。
【００１９】
ノズル６１は、流路６５を通じて、スクリュー対面部５０の連通孔５６に接続されている。ノズル６１は、生成部３０において生成された造形材料を、先端の吐出口６２からテーブル２１０に向かって吐出する。なお、本明細書において、「造形材料を吐出する」とは、流動性を有する状態の造形材料に圧力を加えて流出させることを意味する。第１実施形態では、流路６５はＺ方向に沿って延びており、流路６５とノズル６１とはＺ方向に沿って配列されている。
【００２０】
流量制御部７０は、流路６５に設けられている。第１実施形態では、流量制御部７０は、流路６５を開閉する開閉機構７２と、開閉機構７２よりノズル６１側に設けられ、流路６５の造形材料を吸引して、流路６５に負圧を発生させる負圧発生機構７５と、を有する。流量制御部７０は、さらに、開閉機構７２を開閉動作させる駆動力を制御部１０１の制御下において発生させる第１駆動部７４と、負圧発生機構７５を駆動させる駆動力を制御部１０１の制御下において発生する第２駆動部７６と、を有する。流量制御部７０の詳細については後述する。
【００２１】
フィルター部８０Ａは、流量制御部７０よりノズル６１側に設けられている。フィルター部８０Ａは、造形材料中の規定のサイズを超える異物を補足して、当該異物が吐出口６２に到達することを抑制する。また、フィルター部８０Ａは、吐出口６２を通じてノズル６１内に侵入した異物が流路６５へと到達することを抑制する。フィルター部８０Ａの詳細については後述する。
【００２２】
ノズルユニット６０Ａは、さらに、フィルター部８０Ａよりノズル６１側に、ノズル６１の吐出口６２に連通するノズル流路６３を有する。ノズル流路６３の流路断面積は、吐出口６２の開口面積より大きい。第１実施形態では、ノズル流路６３の流路断面積は、流路６５とほぼ同じである。ここで、「流路断面積」とは、流路における造形材料の流れ方向に直交する断面、つまり、流路の中心軸に直交する断面における流路の開口面積を意味する。なお、流路６５における「造形材料の流れ方向」とは、流路６５に沿ってノズル６１に向かう方向を意味する。
【００２３】
テーブル２１０は、ノズル６１の吐出口６２に対向する位置に配置されている。第１実施形態では、ノズル６１の吐出口６２に対向するテーブル２１０の面２１１は、水平に、つまり、Ｘ，Ｙ方向に平行に、配置される。後述するように、造形装置１００は、造形処理において、テーブル２１０の面２１１に造形材料を堆積させることによって造形物を造形する。
【００２４】
移動機構２３０は、テーブル２１０とノズル６１との相対的な位置関係を変化させる。第１実施形態では、ノズル６１の位置が固定されており、移動機構２３０は、テーブル２１０を移動させる。移動機構２３０は、３つのモーターＭの駆動力によって、テーブル２１０をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に移動させる３軸ポジショナーによって構成される。移動機構２３０は、制御部１０１の制御下において、ノズル６１とテーブル２１０との相対的な位置関係を変更する。
【００２５】
なお、他の実施形態では、移動機構２３０によってテーブル２１０を移動させる構成の代わりに、テーブル２１０の位置が固定された状態で、移動機構２３０がテーブル２１０に対してノズル６１を移動させる構成が採用されてもよい。こうした構成であっても、テーブル２１０に対するノズル６１の相対的な位置を変化させることができる。また、他の実施形態では、移動機構２３０が、テーブル２１０とノズル６１とをそれぞれ移動させ、両者の相対的な位置を変化させる構成が採用されてもよい。
【００２６】
図２は、フラットスクリュー４０の下面４８側の構成を示す概略斜視図である。図２には、生成部３０でのフラットスクリュー４０の回転軸ＲＸの位置が一点鎖線で図示されている。図１を参照して説明したように、スクリュー対面部５０に対向するフラットスクリュー４０の下面４８には、溝部４２が設けられている。以下、下面４８を、「溝形成面４８」とも呼ぶ。
【００２７】
フラットスクリュー４０の溝形成面４８の中央部４６は、溝部４２の一端が接続されている凹部として構成されている。中央部４６は、図１に図示されているスクリュー対面部５０の連通孔５６に対向する。第１実施形態では、中央部４６は、回転軸ＲＸと交差する。
【００２８】
フラットスクリュー４０の溝部４２は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝部４２は、中央部４６から、フラットスクリュー４０の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。溝部４２は、螺旋状に延びるように構成されているとしてもよい。溝形成面４８には、溝部４２の側壁部を構成し、各溝部４２に沿って延びている凸条部４３が設けられている。
【００２９】
溝部４２は、フラットスクリュー４０の側面に形成された材料流入口４４まで連続している。この材料流入口４４は、図１に示す材料供給部２０の連通路２２を介して供給される原材料ＭＲを受け入れる部分である。
【００３０】
図２には、３つの溝部４２と、３つの凸条部４３と、を有するフラットスクリュー４０の例が図示されている。フラットスクリュー４０に設けられる溝部４２や凸条部４３の数は、３つには限定されない。フラットスクリュー４０には、１つの溝部４２のみが設けられていてもよいし、２以上の複数の溝部４２が設けられていてもよい。また、溝部４２の数に合わせて任意の数の凸条部４３が設けられてもよい。
【００３１】
図２には、材料流入口４４が３箇所に形成されているフラットスクリュー４０の例が図示されている。フラットスクリュー４０に設けられる材料流入口４４の数は、３箇所に限定されない。フラットスクリュー４０には、材料流入口４４が１箇所にのみ設けられていてもよいし、２箇所以上の複数の箇所に設けられていてもよい。
【００３２】
図３は、スクリュー対面部５０の上面５２側を示す概略平面図である。スクリュー対面部５０の上面５２は、上述したように、フラットスクリュー４０の溝形成面４８に対向する。以下、この上面５２を、「スクリュー対向面５２」とも呼ぶ。スクリュー対向面５２の中心には、造形材料をノズル６１に供給するための上述した連通孔５６が形成されている。
【００３３】
スクリュー対向面５２には、連通孔５６に接続され、連通孔５６から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝５４が形成されている。複数の案内溝５４は、フラットスクリュー４０の中央部４６に流入した造形材料を連通孔５６に導く機能を有する。図１を参照して説明したように、スクリュー対面部５０には、ヒーター５８が埋め込まれている。生成部３０における原材料ＭＲの溶融は、ヒーター５８による加熱と、フラットスクリュー４０の回転と、によって実現される。
【００３４】
図１および図２を参照する。フラットスクリュー４０が回転すると、材料流入口４４から供給された原材料ＭＲが、溝部４２に誘導されて、溝部４２内において加熱されながら中央部４６に向かって移動する。原材料ＭＲは、中央部４６に近づくほど、溶融し、流動性が高まっていき、造形材料へと転化する。中央部４６に集められた造形材料は、中央部４６で生じる内圧により、連通孔５６を通じてノズル６１の流路６５へと導かれ、吐出口６２から吐出される。
【００３５】
図１を参照する。造形部１１０では、Ｚ方向に小型なサイズを有するフラットスクリュー４０の採用によって、原材料ＭＲを溶融してノズル６１まで導くための経路がＺ方向に占める範囲が小さくなっている。このように、造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用していることによって、造形材料の生成機構が小型化されている。
【００３６】
造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用していることによって、流動性を有する造形材料を生成し、ノズル６１へと圧送する構成が簡易に実現されている。この構成によれば、ノズル６１からの造形材料の吐出量の制御がフラットスクリュー４０の回転数の制御によって可能であり、ノズル６１からの造形材料の吐出量の制御が容易化されている。「ノズル６１からの造形材料の吐出量」とは、ノズル６１の吐出口６２から流出する造形材料の流量を意味する。
【００３７】
フラットスクリュー４０を利用した造形材料の生成機構を有している造形装置１００では、流動性が発現した状態の造形材料が流路６５を通じてノズル６１へと導かれる。造形装置１００では、こうした流路６５に流量制御部７０が設けられていることによって、造形材料の吐出量の制御がさらに容易化されている。
【００３８】
造形装置１００において用いられる造形物の材料について説明する。造形装置１００では、例えば、熱可塑性を有する材料や、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料として造形物を造形することができる。ここで、「主材料」とは、造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料には、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。
【００３９】
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、生成部３０において、当該材料が可塑化することによって造形材料が生成される。「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。
【００４０】
熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記の熱可塑性樹脂材料を用いることができる。
＜熱可塑性樹脂材料の例＞
ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリ乳酸樹脂（ＰＬＡ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチック、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック
【００４１】
熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック、その他に、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、生成部３０において、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。熱可塑性を有する材料の溶融によって生成された造形材料は、ノズル６１から吐出された後、温度の低下によって硬化する。
【００４２】
熱可塑性を有する材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル６１から射出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳ樹脂は、ガラス転移点が約１２０℃であり、ノズル６１からの吐出時には約２００℃であることが望ましい。このように高温の状態で造形材料を吐出するために、ノズル６１の周囲にはヒーターが設けられてもよい。
【００４３】
造形装置１００では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、以下の金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、下記の金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、原材料ＭＲとして生成部３０に投入されることが望ましい。
＜金属材料の例＞
マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単一の金属、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金
＜前記合金の例＞
マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金
【００４４】
造形装置１００においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料を主材料として用いることが可能である。セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが使用可能である。主材料として、上述したような金属材料やセラミック材料を用いる場合には、テーブル２１０に配置された造形材料は焼結によって硬化されてもよい。
【００４５】
材料供給部２０に原材料ＭＲとして投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料は、単一の金属の粉末や合金の粉末、セラミック材料の粉末を、複数種類、混合した混合材料であってもよい。また、金属材料やセラミック材料の粉末材料は、例えば、上で例示したような熱可塑性樹脂、あるいは、それ以外の熱可塑性樹脂によってコーティングされていてもよい。この場合には、生成部３０において、その熱可塑性樹脂が溶融して流動性が発現されるものとしてもよい。
【００４６】
材料供給部２０に原材料ＭＲとして投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のような溶剤を添加することもできる。溶剤は、下記の中から選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
＜溶剤の例＞
水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ−ピコリン、２，６−ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）；ブチルカルビトールアセテート等のイオン液体等
【００４７】
その他に、材料供給部２０に原材料ＭＲとして投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のようなバインダーを添加することもできる。
＜バインダーの例＞
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）或いはその他の熱可塑性樹脂。
【００４８】
図４は、流量制御部７０の構成を模式的に示す概略図である。第１実施形態では、流量制御部７０の開閉機構７２は、バタフライバルブによって構成されている。開閉機構７２は、一方向に延びる軸状部材である駆動軸７３と、駆動軸７３の回転により回動する弁体７３ｖと、を備える。駆動軸７３は、流路６５において、造形材料の流れ方向に交差するように取り付けられている。第１実施形態では、駆動軸７３は流路６５に対して垂直に横切るように、Ｙ方向に平行に配置されている。駆動軸７３は、その中心軸７３ｘを中心に回転可能に取り付けられている。
【００４９】
弁体７３ｖは、流路６５内において回転する板状部材である。第１実施形態では、弁体７３ｖは、流路６５内に配置されている駆動軸７３の部位を板状に加工することによって形成されている。弁体７３ｖを、その板面に垂直な方向に見たときの形状は、弁体７３ｖが配置されている部位における流路６５の開口形状とほぼ一致する。
【００５０】
図１に図示されている開閉機構７２を駆動する第１駆動部７４は、例えば、ステッピングモーターによって構成される。第１駆動部７４は、制御部１０１の制御下において、駆動軸７３を回転させて弁体７３ｖを回転させる。
【００５１】
弁体７３ｖの板面が、図４において実線で示されているように、流路６５における造形材料の流れ方向に沿っている状態が、流路６５が開かれている状態である。この状態では、開閉機構７２よりノズル６１側への造形材料の流入が許容される。図４において破線で図示されているように、弁体７３ｖの板面が、流路６５における造形材料の流れ方向に対して垂直にされた状態が、流路６５が閉じられた状態である。この状態では、開閉機構７２よりノズル６１側への造形材料の流入が遮断され、ノズル６１の吐出口６２からの造形材料の吐出が停止される。
【００５２】
第１実施形態では、負圧発生機構７５は、流路６５に接続されている副流路７７と、副流路７７内において移動する移動体７８と、を備え、副流路７７内での移動体７８の移動により、流路６５に負圧を発生させる。副流路７７は、流路６５の側方に向かって直線状に延びている。移動体７８は、副流路７７に沿って延びる棒状の部材によって構成され、副流路７７内を往復移動可能に配置されている。移動体７８の側面と副流路７７の内壁面との間には、造形材料の漏洩を抑制するためのシール部材が配置されていることが望ましい。
【００５３】
図１に図示されている負圧発生機構７５を駆動させる第２駆動部７６は、例えば、ソレノイドによって構成される。第２駆動部７６は、制御部１０１の制御下において、副流路７７内での移動体７８の位置を変化させる。
【００５４】
第２駆動部７６は、通常は、図４に図示されているように、移動体７８を、その端部が流路６５に面する位置に位置させ、副流路７７への造形材料の流入を遮断する。流路６５に負圧を発生させる際には、第２駆動部７６は、図４において破線で図示されている位置へと、移動体７８を瞬発的に流路６５から離れる方向に移動させる。これによって、副流路７７において流路６５に連通している空間の容積が増大し、流路６５から副流路７７へと造形材料の一部が引き込まれ、流路６５に負圧が発生する。
【００５５】
制御部１０１は、例えば、造形処理において、ノズル６１からの造形材料の吐出を中断するために、開閉機構７２を閉じる際に、負圧発生機構７５によって、流路６５に負圧を発生させる。これによって、開閉機構７２によって流路６５が閉じられた後に、余分な造形材料がノズル６１から流出してしまうことを抑制することができる。制御部１０１は、開閉機構７２により流路６５を開いて、ノズル６１からの造形材料の吐出を再開する際には、移動体７８を元の通常時の位置に戻す。
【００５６】
第１実施形態では、制御部１０１は、負圧発生機構７５によって流路６５に負圧を発生させてフィルター部８０Ａにおけるフィルターの目詰まりを解消させるメンテナンス処理を実行する。制御部１０１は、このメンテナンス処理を、造形処理の実行が休止されている間などに実行する。制御部１０１は、負圧発生機構７５によって、流路６５に負圧を周期的に繰り返し発生させる。これによって、ノズル６１から流路６５の方へと向かう造形材料の逆流を断続的に生じさせ、それによって生じる造形材料の圧力によって、後述するフィルターの細孔から異物を離間させ、フィルターの目詰まりを解消させる。
【００５７】
図５は、フィルター部８０Ａの構成を模式的に示す概略図である。フィルター部８０Ａは、流路６５とノズル６１との間に設けられている。フィルター部８０Ａは、フィルター８１，８２，８３と、フィルター８１，８２，８３を収容するフィルター室８５と、を備える。
【００５８】
フィルター室８５は、流路６５とノズル６１との間に設けられ、流路６５のノズル６１側の端部に接続されている。第１実施形態では、流路６５のノズル６１側の端部は、フィルター室８５の流路６５側の壁面におけるほぼ中央に接続されている。フィルター室８５は、流路６５からノズル６１に向かう方向に直交する断面における断面積が、流路６５からノズル６１に向かう方向にわたって、流路６５の流路断面積よりも大きい。第１実施形態では、フィルター室８５での流路６５からノズル６１に向かう方向は、Ｚ方向の反対方向である。ここでのフィルター室８５の断面積は、フィルター８１，８２，８３が配置されていない状態での空間の断面積である。また、この断面積は、フィルター室８５を造形材料の流路として捉えた場合の流路断面積に相当する。
【００５９】
各フィルター８１，８２，８３は、膜状であり、積層された状態でフィルター室８５に収容されている。フィルター８１，８２，８３は、その積層方向が、流路６５からノズル６１に向かう造形材料の流れ方向に一致するように配置されている。
【００６０】
以下、積層方向において中央に配置され、後述するように細孔の径が最も小さいフィルター８１を「主フィルター８１」とも呼ぶ。フィルター８２は、主フィルター８１の流路６５側の面に積層されている。以下、フィルター８２を「流路側フィルター８２」とも呼ぶ。フィルター８３は、主フィルター８１のノズル６１側の面に積層されている。以下、フィルター８３を「ノズル側フィルター８３」とも呼ぶ。主フィルター８１は、流路側フィルター８２とノズル側フィルター８３とに挟まれている。流路側フィルター８２は、フィルター８１の流路６５側の面を覆い、ノズル側フィルター８３は、主フィルター８１のノズル６１側の面を覆う。
【００６１】
第１実施形態では、主フィルター８１は、フィルター室８５のＺ方向におけるほぼ中央に位置し、Ｘ方向およびＹ方向においてフィルター室８５全体にわたって配置されている。第１実施形態では、フィルター室８５は、主フィルター８１によって、第１フィルター室８６と第２フィルター室８７とに仕切られている。第１フィルター室８６は、主フィルター８１より流路６５側の領域である。流路側フィルター８２は、第１フィルター室８６に収容されている。第２フィルター室８７は、主フィルター８１とノズル６１との間の領域である。第１実施形態では、ノズル側フィルター８３は、第２フィルター室８７に収容されている。第１実施形態では、流路側フィルター８２がフィルター室８５の流路６５側の壁面に接し、ノズル側フィルター８３が、フィルター室８５のノズル６１側の壁面に接している。第１実施形態では、フィルター８１，８２，８３は、フィルター室８５の全体にわたって配置されている。
【００６２】
主フィルター８１は、圧力損失の増大を抑制するためにも薄いほど好ましく、例えば、０．１ｍｍ以下の厚みを有していることが望ましい。これに対して、第１実施形態では、流路側フィルター８２とノズル側フィルター８３とはそれぞれ、主フィルター８１を支持する強度を得るために、主フィルター８１より大きい厚みを有していることが望ましい。流路側フィルター８２とノズル側フィルター８３とはそれぞれ、例えば、０．１〜１．０ｍｍの厚みを有していてよい。ただし、他の実施形態では、流路側フィルター８２とノズル側フィルター８３とは同じ厚みを有していてもよいし、互いに異なる厚みを有していてもよい。また、流路側フィルター８２とノズル側フィルター８３とは、主フィルター８１と同じ厚みを有していてもよいし、主フィルター８１よりも小さい厚みを有していてもよい。
【００６３】
各フィルター８１，８２，８３は、厚み方向に造形材料を通過させる細孔を有している。ここで、フィルター８１，８２，８３の厚み方向は、流路６５からノズル６１に向かう方向、または、ノズル６１から流路６５に向かう方向を意味する。第１実施形態では、各フィルター８１，８２，８３の細孔は、各フィルター８１，８２，８３を厚み方向に貫通し、面内に緊密に配列された微小な貫通孔によって構成されている。各フィルター８１〜８３の細孔は、エッチング加工やプレス加工によって形成される。各フィルター８１〜８３の細孔についての詳細は後述する。
【００６４】
流路６５からノズル６１に向かう方向に見たときに、フィルター８１，８２，８３は、流路６５のノズル６１側の端部と重なる位置に配置されている。また、フィルター８１，８２，８３の両面は、流路６５の流路断面積よりも大きい面積を有している。そのため、フィルター８１，８２，８３の流路６５からノズル６１に向かう方向に垂直な断面における断面積は、流路６５の流路断面積よりも大きい。フィルター８１，８２，８３の断面積は、細孔の開口面積を含む面積である。第１実施形態では、フィルター８１，８２，８３の断面積は、流路６５からノズル６１に向かう方向に見たときのフィルター８１，８２，８３の面積に相当する。主フィルター８１は、流路６５からノズル６１に向かう方向に見たときに、流路６５のノズル６１側の端部と重なる領域から外側に延び出ている外周部位８１ｆを有している。第１実施形態では、外周部位８１ｆの端部は、フィルター室８５の側壁面まで延びている。なお、他の実施形態では、外周部位８１ｆの端部は、フィルター室８５の側壁面まで延びていなくてもよく、フィルター室８５の側壁面の手前まで延びているだけでもよい。
【００６５】
ノズルユニット６０Ａは、流路６５とフィルター室８５を構成する空間を内部に有するユニット部材６７と、ノズル６１を構成し、内部にノズル流路６３を構成する空間を有するノズル部材６８と、を備える。ノズル部材６８は、ユニット部材６７に対して着脱可能に取り付けられる。第１実施形態では、ノズル部材６８は、ノズル流路６３の周囲に設けられたネジ溝により、ユニット部材６７に対してねじ止めにされている。他の実施形態では、ノズル部材６８は、ユニット部材６７に対して他の方法により着脱可能に取り付けられてよい。ノズル部材６８は、例えば、ネジやボルトなどによって、ユニット部材６７に着脱可能に取り付けられてよい。
【００６６】
ノズルユニット６０Ａの組立の際には、各フィルター８１，８２，８３がユニット部材６７におけるフィルター室８５を構成する凹部内に配置された後に、ノズル部材６８がユニット部材６７に固定される。第１実施形態では、フィルター８１，８２，８３は、その積層方向に、ユニット部材６７とノズル部材６８とに挟まれて、フィルター室８５に固定される。なお、フィルター８１，８２，８３は、ユニット部材６７やノズル部材６８に接合されないまま、ユニット部材６７とノズル部材６８とに挟まれた状態で着脱可能に固定されることが望ましい。フィルター８１，８２，８３が着脱可能な状態でノズルユニット６０Ａ内に固定されていることによって、各フィルター８１，８２，８３の洗浄や交換などのメンテナンスが容易になる。
【００６７】
なお、フィルター８１，８２，８３は、ノズルユニット６０Ａに組み付けられる前に、例えばスポット溶接などによって、予め接合されて一体化されていることが望ましい。これによって、ノズルユニット６０Ａの組立の際や、上述したメンテナンスの際に、フィルター８１，８２，８３の取り回しが容易化される。また、主フィルター８１が流路側フィルター８２とノズル側フィルター８３とに挟まれた状態で一体化されていれば、フィルター８１，８２，８３の取り回しの際に、主フィルター８１のきめ細かい細孔を、流路側フィルター８２とノズル側フィルター８３とによって保護することができる。
【００６８】
ノズルユニット６０Ａでは、主フィルター８１の細孔における孔径よりも大きいサイズを有する造形材料中の異物を、流路６５とノズル６１との間に設けられた主フィルター８１によって補足して除去できる。また、後述するように、主フィルター８１より流路６５側においても、流路側フィルター８２の細孔における孔径よりも大きいサイズを有する造形材料中の異物を補足して除去できる。よって、ノズル６１がそうしたサイズの異物によって閉塞されてしまうことや、造形物中に異物が混入して造形精度が低下してしまうことを抑制できる。
【００６９】
ノズルユニット６０Ａでは、フィルター部８０Ａが流量制御部７０の開閉機構７２よりノズル６１側に設けられている。そのため、開閉機構７２が閉じている間に、開閉機構７２よりノズル６１側で生じた劣化材料や造形材料の塊などをフィルター部８０Ｂにおいて補足することができる。また、ノズルユニット６０Ａでは、フィルター部８０Ａが流量制御部７０の負圧発生機構７５よりノズル６１側に設けられている。そのため、負圧発生機構７５の発生させる造形材料の逆流によるフィルター８１，８２，８３の目詰まりの解消が可能である。さらに、ノズルユニット６０Ａでは、以下に説明するように、細孔の径が小さい主フィルター８１によって、ノズルユニット６０Ａ内における造形材料の圧力損失が増大してしまうことが抑制されている。
【００７０】
ノズル６１から造形材料が吐出される際には、流路６５の造形材料の多くは、流路６５からノズル６１に向かう方向において、流路６５に面する領域内にある流路側フィルター８２の細孔を通過する。そして、その流路側フィルター８２の細孔と重なる位置にある主フィルター８１の細孔を通過し、さらに、その主フィルター８１の細孔と重なる位置にあるノズル側フィルター８３の細孔を通過する。
【００７１】
流路６５の造形材料の一部は、流路側フィルター８２表面の微小な凹凸によって第１フィルター室８６の壁面との間に形成される隙間と、流路側フィルター８２の細孔と、を介して、主フィルター８１の外周部位８１ｆの細孔へと至る。また、流路側フィルター８２を通過した造形材料の一部は、流路側フィルター８２と主フィルター８１との境界においてフィルター８１，８２表面の微小な凹凸によって形成されている隙間を介して、主フィルター８１の外周部位８１ｆの細孔へと至る。主フィルター８１の外周部位８１ｆの細孔を通過した造形材料は、主フィルター８１とノズル側フィルター８３との間の微小な隙間や、ノズル側フィルター８３と第２フィルター室８７の壁面との間の微小な隙間を介して、ノズル流路６３へと流れる。このように、フィルター部８０Ａでは、主フィルター８１の外周部位８１ｆにおける細孔が造形材料の流路として機能しており、その分だけ、主フィルター８１を配置したことによる造形材料の圧力損失の増大が抑制されている。
【００７２】
ノズルユニット６０Ａでは、上述したように、流路側フィルター８２が主フィルター８１の流路６５側の面を覆うように配置されている。これによって、主フィルター８１が流路側フィルター８２に支持され、造形材料の圧力による主フィルター８１の変形が抑制される。よって、主フィルター８１の耐久性が高められている。特に、流路側フィルター８２による主フィルター８１の支持は、図４で説明した流量制御部７０の負圧発生機構７５によって流路６５に負圧を発生させたときに生じる造形材料の逆流に対してより高い効果を得ることができる。
【００７３】
ノズルユニット６０Ａでは、上述したように、ノズル側フィルター８３が主フィルター８１のノズル６１側の面を覆うように配置されている。これによって、主フィルター８１が、流路６５からノズル６１に向かう造形材料の流れに対して、ノズル側フィルター８３によってノズル６１側から支持され、主フィルター８１の変形が抑制される。よって、主フィルター８１の耐久性が高められている。
【００７４】
図６を参照して、各フィルター８１，８２，８３の細孔ＰＰの詳細を説明する。図６には、各フィルター８１，８２，８３の細孔ＰＰの中心軸を通る概略断面が模式的に図示されている。なお、図６では、流路側フィルター８２およびノズル側フィルター８３のそれぞれにおける細孔ＰＰの孔径が等しく、それぞれの細孔ＰＰがＺ方向において重なり合うように配置されている構成が例示されている。ただし、図はあくまで模式図であるため、各フィルター８１，８２，８３における細孔ＰＰの構成は、図示された構成に限定されることはない。例えば、流路側フィルター８２およびノズル側フィルター８３の細孔ＰＰの孔径は等しくなくともよく、互いに異なっていてもよい。また、流路側フィルター８２およびノズル側フィルター８３の細孔ＰＰはＸ方向やＹ方向に互いにずれた位置に配置されていてもよい。
【００７５】
各フィルター８１，８２，８３のうち、少なくとも主フィルター８１における細孔ＰＰの孔径の最小値は、ノズル６１における吐出口６２の開口径よりも小さい。細孔ＰＰの孔径の最小値は、各細孔ＰＰの厚み方向における各部位での直径のうちの最小値を意味する。また、吐出口６２の開口径は、吐出口６２が複数の開口が配列された構成を有している場合には、その複数の開口のそれぞれにおける開口径を意味する。ノズル６１の吐出口６２の開口径が、１００μｍ以下である場合、主フィルター８１における細孔ＰＰの孔径の最小値は、例えば、１００μｍ未満であるとしてよい。
【００７６】
流路側フィルター８２およびノズル側フィルター８３のそれぞれにおける細孔ＰＰの孔径の最小値は、主フィルター８１における細孔ＰＰの孔径の最小値よりも大きい。流路側フィルター８２およびノズル側フィルター８３のそれぞれにおける細孔ＰＰの孔径の最小値は、例えば、主フィルター８１における細孔ＰＰの孔径の最小値に対して５〜１０倍程度の孔径を有していてよい。
【００７７】
流路側フィルター８２における細孔ＰＰの孔径の最小値は、上記のように、主フィルター８１における細孔ＰＰの孔径の最小値よりも大きい。これによって、流路側フィルター８２を設けることによる造形材料の流路における圧力損失の増大が抑制されている。また、流路側フィルター８２の細孔ＰＰの孔径より大きいサイズを有する異物が主フィルター８１にまで到達することが抑制され、主フィルター８１の目詰まりの発生が抑制される。
【００７８】
ノズル側フィルター８３における細孔ＰＰの孔径の最小値は、上記のように、主フィルター８１における細孔ＰＰの孔径の最小値よりも大きい。これによって、ノズル側フィルター８３を設けることによる造形材料の流路における圧力損失の増大が抑制されている。また、ノズル６１の吐出口６２から侵入したノズル側フィルター８３の細孔ＰＰの孔径より大きいサイズを有する異物が、主フィルター８１にまで到達することが抑制される。そのため、主フィルター８１の目詰まりの発生が抑制される。
【００７９】
第１実施形態では、各フィルター８１，８２，８３における細孔ＰＰのそれぞれの孔径は、流路６５側からノズル６１側に向かうにつれて、次第に、増加、または、減少している。こうした形状は、各フィルター８１，８２，８３の基材となる膜状部材に細孔ＰＰを形成する際に、当該基材の片側の面からのみエッチング加工やプレス加工などの加工を施すことによって実現することができる。こうした各フィルター８１，８２，８３によれば、孔径の小さい部位において、その孔径より大きいサイズの異物を造形材料から除去できる一方で、孔径の大きい部位を有していることによって、造形材料の圧力損失が増大することが抑制される。
【００８０】
主フィルター８１は、流路６５側からノズル６１側に向かうにつれて細孔ＰＰの孔径が次第に小さくなるように配置されることが望ましい。これによって、流路６５側から主フィルター８１の細孔ＰＰに嵌まった異物を、主フィルター８１から流路６５側へと浮動しやすい状態にできるため、主フィルター８１の目詰まりの発生を抑制できる。また、例えば、上述したメンテナンス処理や造形処理において、流量制御部７０の負圧発生機構７５が、流路６５に負圧を発生させたときに、逆流する造形材料の圧力によって、主フィルター８１の目詰まりを解消しやすくなる。
【００８１】
流路側フィルター８２についても、主フィルター８１と同様に、流路６５側からノズル６１側に向かうにつれて細孔ＰＰの孔径が次第に小さくなるように配置されることが望ましい。これによって、流路６５側から流路側フィルター８２の細孔ＰＰに嵌まった異物を、流路側フィルター８２から流路６５側へと浮動しやすい状態にできるため、流路側フィルター８２の目詰まりの発生を抑制することができる。また、上述したように、負圧発生機構７５などによって造形材料の逆流を発生させたときに、流路側フィルター８２の目詰まりを容易に解消できるようになる。
【００８２】
ノズル側フィルター８３は、流路６５側からノズル６１側に向かうにつれて細孔ＰＰの孔径が次第に大きくなるように配置されることが望ましい。これによって、ノズル６１の吐出口６２から侵入して、ノズル側フィルター８３の細孔ＰＰに嵌まり込んだ異物を、造形材料の圧力によってノズル６１側へと押し戻すことができる。また、主フィルター８１を通過した微細な粒子がノズル側フィルター８３の細孔ＰＰ内に滞留してしまうことを抑制することができる。よって、ノズル側フィルター８３の目詰まりの発生を抑制できる。
【００８３】
以上のように、第１実施形態のノズルユニット６０Ａおよびそれを備える造形装置１００によれば、造形材料の流路にフィルター８１，８２，８３を有することによって、ノズル６１の吐出口６２が造形材料中の異物によって閉塞されてしまうことが抑制される。また、主フィルター８１の面積が流路６５の流路断面積より大きく、主フィルター８１の外周部位８１ｆの細孔を造形材料が通過することができる分だけ、主フィルター８１を設けたことによる造形材料の圧力損失の増大が抑制されている。その他に、第１実施形態のノズルユニット６０Ａおよびそれを備える造形装置１００によれば、第１実施形態中で説明した種々の作用効果を奏することができる。
【００８４】
２．第２実施形態：
図７は、第２実施形態におけるノズルユニット６０Ｂに設けられているフィルター部８０Ｂの構成を示す概略図である。第２実施形態のノズルユニット６０Ｂを備える造形装置は、第１実施形態で説明した造形装置１００とほぼ同じ構成を有している。第２実施形態のノズルユニット６０Ｂの構成は、第１実施形態のフィルター部８０Ａの代わりに、第２実施形態のフィルター部８０Ｂを備えている点以外は、第１実施形態のノズルユニット６０Ａの構成とほぼ同じである。第２実施形態のフィルター部８０Ｂの構成は、ノズル側フィルター８３と第２フィルター室８７とが省略されている点以外は、第１実施形態のフィルター部８０Ａの構成とほぼ同じである。第２実施形態のノズルユニット６０Ｂおよびそれを備える造形装置によれば、主フィルター８１や流路側フィルター８２など、第１実施形態と共通する構成によって、第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することが可能である。
【００８５】
３．第３実施形態：
図８は、第３実施形態におけるノズルユニット６０Ｃに設けられているフィルター部８０Ｃの構成を示す概略図である。第３実施形態のノズルユニット６０Ｃを備える造形装置は、第１実施形態で説明した造形装置１００とほぼ同じ構成を有している。第３実施形態のノズルユニット６０Ｃの構成は、第１実施形態のフィルター部８０Ａの代わりに、第３
実施形態のフィルター部８０Ｃを備えている点以外は、第１実施形態のノズルユニット６０Ａの構成とほぼ同じである。
【００８６】
第３実施形態のフィルター部８０Ｃは、フィルター室８５に単層構造のフィルター８１ａが収容されている。以下、フィルター８１ａを「単層フィルター８１ａ」とも呼ぶ。第３実施形態では、フィルター室８５は、単層フィルター８１ａによって満たされている。そのため、単層フィルター８１ａは、三次元構造の細孔を有していることが望ましい。これによって、造形材料を、単層フィルター８１ａの内部において面に沿った方向に拡散させつつ、厚み方向に通過させることができる。そのため、流路６５からノズル６１に向かう方向に見たときに流路６５のノズル６１側の端部と重なる領域より外側に位置する単層フィルター８１ａの外周部位８１ｆを、造形材料の流路として機能させることができる。第３実施形態のノズルユニット６０Ｃおよびそれを備える造形装置によれば、第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することが可能である。
【００８７】
４．第４実施形態：
図９は、第４実施形態におけるノズルユニット６０Ｄに設けられているフィルター部８０Ｄの構成を示す概略図である。第４実施形態のノズルユニット６０Ｄを備える造形装置は、第１実施形態で説明した造形装置１００とほぼ同じ構成を有している。第４実施形態のノズルユニット６０Ｄの構成は、第１実施形態のフィルター部８０Ａの代わりに、第４実施形態のフィルター部８０Ｄを備えている点以外は、第１実施形態のノズルユニット６０Ａの構成とほぼ同じである。第４実施形態のフィルター部８０Ｄは、流路側フィルター８２および第２フィルター室８７が省略されている点以外は、第１実施形態のフィルター部８０Ａの構成とほぼ同じである。第４実施形態のノズルユニット６０Ｄおよびそれを備える造形装置によれば、第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することが可能である。
【００８８】
５．第５実施形態：
図１０は、第５実施形態におけるノズルユニット６０Ｅに設けられているフィルター部８０Ｅの構成を示す概略図である。第５実施形態のノズルユニット６０Ｅを備える造形装置は、第１実施形態で説明した造形装置１００とほぼ同じ構成を有している。第５実施形態のノズルユニット６０Ｅの構成は、第１実施形態のフィルター部８０Ａの代わりに、第５実施形態のフィルター部８０Ｅを備えている点以外は、第１実施形態のノズルユニット６０Ａの構成とほぼ同じである。
【００８９】
第５実施形態のフィルター部８０Ｅの構成は、以下に説明する点以外は、第１実施形態のフィルター部８０Ａの構成とほぼ同じである。フィルター部８０Ｅでは、フィルター室８５に単層構造の主フィルター８１が配置されている。フィルター部８０Ｅでは、第１フィルター室８６に流路側フィルター８２が配置されておらず、第２フィルター室８７にノズル側フィルター８３が配置されていない。主フィルター８１は、外周端部がユニット部材６７とノズル部材６８とに挟まれてフィルター室８５に保持されている。第５実施形態においても、第１フィルター室８６および第２フィルター室８７の流路６５からノズル６１に向かう方向に垂直な断面における断面積は、流路６５の流路断面積より大きい。ただし、第５実施形態のフィルター部８０Ｅでは、第１フィルター室８６の断面積は、流路６５側からノズル６１側に向かうにつれて大きくなっている。また、第２フィルター室８７の断面積は、流路６５側からノズル６１側に向かうにつれて小さくなっている。
【００９０】
フィルター部８０Ｅにおいても、主フィルター８１の外周部位８１ｆにおける細孔を、造形材料の流路として機能させることができる。そのため、主フィルター８１を設けることによる造形材料の流路における圧力損失の増大を抑制することができる。その他にも、第５実施形態のノズルユニット６０Ｅおよびそれを備える造形装置によれば、第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することが可能である。
【００９１】
６．第６実施形態：
図１１は、第６実施形態におけるノズルユニット６０Ｆの構成を示す概略図である。第６実施形態のノズルユニット６０Ｆを備える造形装置は、第１実施形態で説明した造形装置１００とほぼ同じ構成を有している。第６実施形態のノズルユニット６０Ｆの構成は、第１実施形態で説明したノズル部材６８の代わりに、構成が異なるノズル部材６８Ｆを有している点以外は、第１実施形態のノズルユニット６０Ａの構成とほぼ同じである。
【００９２】
第６実施形態のノズル部材６８Ｆは、金属製の板状部材によって構成され、ボルトＢＬによってユニット部材６７に固定されている。吐出口６２は、ノズル部材６８を厚み方向に貫通する貫通孔として設けられている。ノズル部材６８Ｆは、吐出口６２がノズル側フィルター８３に面するように配置されている。ノズルユニット６０Ｆでは、フィルター部８０Ａとノズル６１との間のノズル流路６３が省略されている。
【００９３】
第６実施形態のノズルユニット６０Ｆおよびそれを備える造形装置によれば、ノズル部材６８Ｆによって、装置構成が簡素化されている。その他に、第６実施形態のノズルユニット６０Ｆおよびそれを備える造形装置によれば、第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。
【００９４】
７．他の実施形態：
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することが可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の各実施形態と同様に、発明を実施するための形態の一例として位置づけられる。
【００９５】
（１）他の実施形態１：
上記第１実施形態、第２実施形態、第４実施形態、第５実施形態、第６実施形態において、主フィルター８１は、第３実施形態の単層フィルター８１ａのように、三次元メッシュ構造を有する部材によって構成されてもよい。流路側フィルター８２およびノズル側フィルター８３についても同様である。上記の第５実施形態を除く各実施形態において、フィルター室８５は、流路６５側とノズル６１側の少なくとも一方にフィルターが配置されていない空間を有していてもよい。
【００９６】
（２）他の実施形態２：
上記の各実施形態において、主フィルター８１は、細孔の孔径が厚み方向に増大する構成を有していなくてもよい。主フィルター８１は、細孔の孔径が厚み方向にほぼ一定である構成を有していてもよいし、細孔の孔径が厚み方向における中央から両面側に向かって増大する構成を有していてもよい。流路側フィルター８２およびノズル側フィルター８３についても同様である。また、上記の各実施形態において、主フィルター８１は、流路６５側からノズル６１側に向かうにつれて細孔の孔径が次第に大きくなるように配置されてもよい。流路側フィルター８２についても同様である。上記の各実施形態において、ノズル側フィルター８３は、流路６５側からノズル６１側に向かうにつれて細孔の孔径が次第に小さくなるように配置されてもよい。
【００９７】
（３）他の実施形態３：
上記各実施形態のノズルユニット６０Ａ〜６０Ｆでは、流量制御部７０は省略されてもよい。また、流量制御部７０のうち、開閉機構７２の一方のみを有していてもよいし、負圧発生機構７５のみを有していてもよい。上記各実施形態のノズルユニット６０Ａ〜６０Ｆにおいて、開閉機構７２はバタフライバルブによって構成されていなくてもよく、例えば、流路６５を開閉するように駆動するシャッターやプランジャーによって構成されていてもよい。負圧発生機構７５は、副流路７７において移動体７８を移動させて流路６５に負圧を発生させる構成を有していなくてもよく、代わりに、例えば、吸引ポンプによって副流路７７を通じて流路６５に負圧を発生させる構成を有していてもよい。
【００９８】
（４）他の実施形態４：
上記の各実施形態において、フィルター８１，８１ａはノズルユニット６０Ａ〜６０Ｆに着脱可能に固定されていなくてもよい。フィルター８１，８１ａは、例えば、フィルター室８５の壁面に外周端部が接合されて固定されていてもよい。上記の第６実施形態におけるノズル部材６８Ｆを、上記の第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態のノズルユニット６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ，６０Ｅに適用してもよい。
【００９９】
（５）他の実施形態５：
生成部３０は、フラットスクリュー４０を利用している構成の代わりに、例えば、Ｚ方向の長さが直径よりも長いインラインスクリューを回転させてノズル６１から造形材料を押し出す構成を有していてもよい。また、造形装置１００は、フラットスクリュー４０や上述したインラインスクリューを用いる構成ではなく、通常のＦＤＭ方式（熱融解積層方式）を採用していてもよい。造形装置１００では、熱可塑性樹脂からなるフィラメントが巻き回されたボビンから、ノズルへと、フィラメントを繰り出し、ノズル内に設けられたヒーターによって、そのフィラメントを溶融させ、造形材料としてノズルから吐出させる構成が採用されてもよい。
【０１００】
（６）他の実施形態６：
上記の各実施形態において、材料供給部２０は、複数のホッパーを備える構成を有していてもよい。この場合には、各ホッパーからフラットスクリュー４０へと異なる材料が供給され、フラットスクリュー４０の溝部４２内において混合されて、造形材料が生成されてもよい。例えば、上記実施形態で説明した主材料となる粉末材料と、それに添加される溶媒やバインダーなどが別々のホッパーから並行してフラットスクリュー４０に供給されてもよい。
【０１０１】
８．他の形態：
本発明は、上述の各実施形態や実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態（aspect）によって実現することができる。例えば、本発明は以下の形態として実現可能である。以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する上記の各実施形態中の技術的特徴は、本発明の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本発明の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中において必須であると説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【０１０２】
（１）第１の形態は、三次元造形装置であって、溶融された造形材料を生成する生成部と、前記生成部で生成された前記造形材料を吐出するノズルと、前記ノズルに前記造形材料を導く流路と、前記流路と前記ノズルとの間に設けられ、前記流路から前記ノズルに向かう方向に直交する断面での断面積が、前記流路における前記造形材料の流れ方向に直交する断面での前記流路の断面積である流路断面積よりも大きいフィルター室と、前記造形材料が通過する細孔を有し、前記フィルター室に配置され、前記流路から前記ノズルに向かう方向に直交する断面での断面積が、前記流路断面積よりも大きいフィルターと、を備える、三次元造形装置として提供される。
この形態の三次元造形装置によれば、流路とノズルとの間に配置されているフィルターによって造形材料に混入している異物を除去できる。そのため、そうした異物によってノズルが閉塞されてしまうことや、三次元造形物に異物が混入して三次元造形物の造形精度が低下してしまうことを抑制することができる。また、フィルターの断面積が、流路の断面積より大きい分だけ、フィルターにおいて造形材料の流路として機能する部位が増えるため、フィルターを設けることによる造形材料の圧力損失の増大を抑制することができる。
【０１０３】
（２）上記形態の三次元造形装置において、前記フィルターにおける前記細孔の孔径は、前記流路側から前記ノズル側に向かうにつれて次第に、増加、または、減少してよい。
この形態の三次元造形装置によれば、細孔における孔径の小さい部位において、より細かいサイズの異物を除去することができる。また、細孔が孔径の大きい部位を有していることによって、フィルターにおける圧力損失の増大を抑制することができる。加えて、細孔の孔径が流路からノズルに向かう方向に小さくなるように、フィルターを配置することによって、細孔に補足された異物をフィルターから流路側へと浮動させやすくすることができ、フィルターの目詰まりの発生を抑制することができる。
【０１０４】
（３）上記形態の三次元造形装置において、前記フィルターは、前記フィルター室を、前記流路側の第１フィルター室と、前記ノズル側の第２フィルター室と、に仕切るように配置された主フィルターでよい。
この形態の三次元造形装置によれば、第１フィルター室と第２フィルター室を有することによって、流路からノズルに向かう方向に見たときに流路のノズル側の端部と重なる領域の外側に位置する主フィルターの外周部位に、造形材料を導きやすくなる。よって、フィルターを設けることによる造形材料の圧力損失の増大を、さらに抑制することができる。
【０１０５】
（４）上記形態の三次元造形装置において、前記第１フィルター室には、前記造形材料を通過させる細孔を有する流路側フィルターが、前記主フィルターを覆うように配置され、前記流路側フィルターにおける前記細孔の孔径の最小値は、前記主フィルターにおける前記細孔の孔径の最小値より大きくてよい。
この形態の三次元造形装置によれば、細孔の孔径が大きい流路側フィルターに主フィルターを支持させることにより、圧力損失の増大を抑制しつつ、主フィルターの耐久性を高めることができる。また、流路側フィルターにおいてサイズの大きい異物を補足させた上で、主フィルターにサイズの小さい異物を補足させることができるため、主フィルターの目詰まりの発生を抑制できる。
【０１０６】
（５）上記形態の三次元造形装置において、前記流路側フィルターにおける前記細孔の孔径は、前記流路側から前記ノズル側に向かうにつれて次第に小さくなってよい。
この形態の三次元造形装置によれば、流路側フィルターの細孔に補足された異物を、流路側フィルターから流路側へと浮動しやすい状態にすることができる。
【０１０７】
（６）上記形態の三次元造形装置において、前記第２フィルター室には、前記造形材料を通過させる細孔を有するノズル側フィルターが、前記主フィルターを覆うように配置され、前記ノズル側フィルターにおける前記細孔の孔径の最小値は、前記主フィルターにおける前記細孔の孔径の最小値より小さくてよい。
この形態の三次元造形装置によれば、細孔の孔径が大きいノズル側フィルターに主フィルターを支持させることにより、圧力損失の増大を抑制しつつ、主フィルターの耐久性を高めることができる。また、ノズル側フィルターによって、ノズルから侵入した異物が主フィルターに到達してしまうことを抑制することができる。
【０１０８】
（７）上記形態の三次元造形装置において、前記ノズル側フィルターにおける前記細孔の孔径は、前記流路側から前記ノズル側に向かうにつれて次第に大きくなってよい。
この形態の三次元造形装置によれば、ノズル側フィルターに補足された異物を、造形材料の圧力により除去しやすくなるため、ノズル側フィルターの目詰まりが抑制される。
【０１０９】
（８）上記形態の三次元造形装置は、前記フィルター室を含む凹部を有するユニット部材と、前記ノズルを構成し、前記ユニット部材に着脱可能に取り付けられるノズル部材と、
を備え、前記フィルターは、前記ユニット部材と前記ノズル部材との間における前記凹部内に着脱可能に固定されてよい。
この形態の三次元造形装置によれば、フィルターのメンテナンスを容易におこなうことができる。
【０１１０】
（９）上記形態の三次元造形装置は、前記流路には、前記流路を開閉する開閉機構と、前記流路から前記造形材料を吸引して前記流路に負圧を発生させる負圧発生機構と、のうちの少なくとも一方が設けられてよい。
この形態の三次元造形装置によれば、開閉機構や負圧発生機構を用いて造形材料の吐出量を制御できるため、三次元造形物の造形精度を高めることができる。また、開閉機構や負圧発生機構よりノズル側において生じた異物をフィルターによって除去することができる。
【０１１１】
（１０）上記形態の三次元造形装置において、前記流路には、前記負圧発生機構が設けられており、前記負圧発生機構に発生させた負圧によって、前記フィルターの目詰まりを解消させる処理を実行してよい。
この形態の三次元造形装置によれば、フィルターの目詰まりによるノズルからの造形材料の吐出不良の発生を抑制できる。
【０１１２】
（１１）上記形態の三次元造形装置において、前記生成部は、フラットスクリューを備え、前記フラットスクリューの回転によって、前記造形材料を生成してよい。
この形態の三次元造形装置によれば、フラットスクリューの利用により、装置の小型化が可能である。また、造形材料の吐出量の制御精度を高めることができる。
【０１１３】
（１２）第２の形態は、ノズルユニットであって、三次元造形に用いられる溶融された造形材料を吐出するノズルと、前記ノズルに前記造形材料を導く流路と、前記流路と前記ノズルとの間に設けられ、前記流路から前記ノズルに向かう方向に直交する断面での断面積が、前記流路における前記造形材料の流れ方向に直交する断面での前記流路の断面積である流路断面積よりも大きいフィルター室と、前記造形材料が通過する細孔を有し、前記フィルター室に配置され、前記流路から前記ノズルに向かう方向に直交する断面での断面積が、前記流路断面積よりも大きいフィルターと、を備える、ノズルユニットとして提供される。
この形態のノズルユニットによれば、流路とノズルとの間に配置されているフィルターによって造形材料に混入している異物を除去できる。そのため、そうした異物によってノズルが閉塞されてしまうことや、三次元造形物に異物が混入して三次元造形物の造形精度が低下してしまうことを抑制することができる。また、フィルターの断面積が、流路の断面積より大きい分だけ、フィルターにおいて造形材料の流路として機能する部位が増えるため、フィルターを設けることによる造形材料の圧力損失の増大を抑制することができる。
【０１１４】
本発明は、三次元造形装置やノズルユニット以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、三次元造形装置やノズルユニットに用いられるフィルター、造形材料の吐出装置、三次元造形装置やノズルユニットにおける流路構造、フィルターの配置構造などの形態で実現することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
２０…材料供給部、２２…連通路、３０…生成部／造形材料生成部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４２…溝部、４３…凸条部、４４…材料流入口、４６…中央部、４８…下面／溝形成面、５０…スクリュー対面部、５２…上面／スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０Ａ…ノズルユニット、６０Ｂ…ノズルユニット、６０Ｃ…ノズルユニット、６０Ｄ…ノズルユニット、６０Ｅ…ノズルユニット、６０Ｆ…ノズルユニット、６１…ノズル、６２…吐出口、６３…ノズル流路、６５…流路、６７…ユニット部材、６８…ノズル部材、６８Ｆ…ノズル部材、７０…流量制御部、７２…開閉機構、７３…駆動軸、７３ｖ…弁体、７３ｘ…中心軸、７４…第１駆動部、７５…負圧発生機構、７６…第２駆動部、７７…副流路、７８…移動体、８０Ａ…フィルター部、８０Ｂ…フィルター部、８０Ｃ…フィルター部、８０Ｄ…フィルター部、８０Ｅ…フィルター部、８１…フィルター／主フィルター、８１ａ…フィルター／単層フィルター、８１ｆ…外周部位、８２…フィルター／流路側フィルター、８３…フィルター／ノズル側フィルター、８５…フィルター室、８６…第１フィルター室、８７…第２フィルター室、１００…造形装置／三次元造形装置、１０１…制御部、１１０…造形部、２１０…テーブル、２１１…面、２３０…移動機構、ＢＬ…ボルト、Ｍ…モーター、ＭＲ…原材料、ＰＰ…細孔、ＲＸ…回転軸
【図１】
2020006625.tif 000003
【図２】
2020006625.tif 000004
【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】
2020006625.tif 000009
【図８】
2020006625.tif 000010
【図９】
2020006625.tif 000011
【図１０】
2020006625.tif 000012
【図１１】
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