(57)【要約】【課題】材料を可塑化する装置を小型化する。【解決手段】可塑化装置は、第１軸に沿って第１貫通孔が設けられたバレルと、バレルと向かい合う面に第１軸を中心とした渦状の第１溝部が設けられ、バレルとは反対側を向く面の外周縁に沿って筒状の側壁が設けられ、第１軸に沿って第２貫通孔が設けられた第１スクリューと、側壁の内側に少なくとも一部が配置され、第１スクリューを挟んでバレルと向かい合う面に第１軸を中心とした渦状の第２溝部が設けられた第２スクリューと、第１スクリューと第２スクリューとを、バレルに対するそれぞれの角速度ベクトルを異ならせて第１軸を中心に回転させる駆動部とを備える。【選択図】図１
2020157596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置であって、
第１軸に沿って第１貫通孔が設けられたバレルと、
前記バレルと向かい合う面に前記第１軸を中心とした渦状の第１溝部が設けられ、前記バレルとは反対側を向く面の外周縁に沿って筒状の側壁が設けられ、前記第１軸に沿って第２貫通孔が設けられた第１スクリューと、
前記側壁の内側に少なくとも一部が配置され、前記第１スクリューを挟んで前記バレルと向かい合う面に前記第１軸を中心とした渦状の第２溝部が設けられた第２スクリューと、
前記第１スクリューと前記第２スクリューとを、前記バレルに対するそれぞれの角速度ベクトルを異ならせて前記第１軸を中心に回転させる駆動部と、
を備え、
前記第１スクリューは、前記バレルとの相対的な回転によって、前記第１溝部に供給された第１材料を可塑化して第１溶融材料を生成し、前記第１溶融材料を前記第１貫通孔から送出し、
前記第２スクリューは、前記第１スクリューとの相対的な回転によって、前記第２溝部に供給された第２材料を可塑化して第２溶融材料を生成し、前記第２溶融材料を前記第２貫通孔から送出する、
可塑化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の可塑化装置であって、
前記駆動部は、
前記第１スクリューと前記第２スクリューとのいずれか一方を回転させる駆動モーターと、
前記第１スクリューの前記側壁の内周面に設けられた第１歯部と、
前記第２スクリューの外周面に設けられた第２歯部と、
前記第１歯部と前記第２歯部とに噛み合う遊星歯車と、
を有する、可塑化装置。
【請求項３】
請求項２に記載の可塑化装置であって、
前記遊星歯車の外周の少なくとも一部を囲むように、前記遊星歯車と前記第１歯部との間、および、前記遊星歯車と前記第２歯部との間における異物の噛み込みを抑制する防汚板が設けられている、可塑化装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
前記バレルには、第１加熱部が設けられている、可塑化装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
前記第２スクリューには、第２加熱部が設けられている、可塑化装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
前記第１スクリューには、第３加熱部が設けられている、可塑化装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
前記第１軸に沿って前記第１スクリューと前記バレルとを視たときに、前記バレルに設けられた前記第１貫通孔の前記第１スクリュー側の開口部よりも内側に、前記第１スクリューに設けられた前記第２貫通孔の前記バレル側の開口部が位置する、可塑化装置。
【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可塑化装置であって、
前記第１スクリューは、前記第１軸に沿って前記バレルの前記第１貫通孔内まで延びる突出部を有し、
前記第１スクリューの前記第２貫通孔は、前記突出部の先端まで貫通する、可塑化装置。
【請求項９】
三次元造形装置であって、
請求項１に記載の前記可塑化装置と、
前記可塑化装置の前記駆動部を制御する制御部と、
前記可塑化装置から供給される前記溶融材料をステージに向かって吐出するノズルと、
を備える三次元造形装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の三次元造形装置であって、
前記駆動部は、前記第１スクリューを回転させる第１駆動モーターと、前記第２スクリューを回転させる第２駆動モーターとを有し、
前記制御部は、前記第１駆動モーターと前記第２駆動モーターとを制御することによって、前記バレルに対する前記第１スクリューの角速度ベクトルの向きと、前記第１スクリューに対する前記第２スクリューの角速度ベクトルの向きとを異ならせる、三次元造形装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、前記第１駆動モーターと前記第２駆動モーターとを制御することによって、前記バレルに対する前記第１スクリューの角速度ベクトルの向きと、前記バレルに対する前記第２スクリューの角速度ベクトルの向きとを異ならせる、三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、可塑化装置および三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、材料を可塑化して溶融材料にするユニットを、水平方向に複数備える三次元造形装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１８７７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、異なる種類の材料を組み合わせた複合材料をノズルから吐出する場合、それぞれの材料を一度に可塑化する必要が生じる。上述した装置のように、水平方向に複数のユニットを設けて、異なる種類の材料を一度に可塑化すると、装置が大型化する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態によれば、材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置が提供される。この可塑化装置は、第１軸に沿って第１貫通孔が設けられたバレルと、前記バレルと向かい合う面に前記第１軸を中心とした渦状の第１溝部が設けられ、前記バレルとは反対側を向く面の外周縁に沿って筒状の側壁が設けられ、前記第１軸に沿って第２貫通孔が設けられた第１スクリューと、前記側壁の内側に少なくとも一部が配置され、前記第１スクリューを挟んで前記バレルと向かい合う面に前記第１軸を中心とした渦状の第２溝部が設けられた第２スクリューと、前記第１スクリューと前記第２スクリューとを、前記バレルに対するそれぞれの角速度ベクトルを異ならせて前記第１軸を中心に回転させる駆動部と、を備える。前記第１スクリューは、前記バレルとの相対的な回転によって、前記第１溝部に供給された第１材料を可塑化して第１溶融材料を生成し、前記第１溶融材料を前記第１貫通孔から送出し、前記第２スクリューは、前記第１スクリューとの相対的な回転によって、前記第２溝部に供給された第２材料を可塑化して第２溶融材料を生成し、前記第２溶融材料を前記第２貫通孔から送出する。
【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概略構成を示す説明図。
【図２】第１実施形態における第１フラットスクリューの上面図。
【図３】第１実施形態における第１フラットスクリューのIII−III線断面図。
【図４】第１実施形態における第１フラットスクリューの底面図。
【図５】第１実施形態における第２フラットスクリューを示す斜視図。
【図６】第１実施形態におけるバレルの第１対向面の構成を示す上面図。
【図７】第１実施形態における角速度ベクトルを示す説明図。
【図８】ノズルから溶融材料が吐出される様子を示す説明図。
【図９】第２実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。
【図１０】第２実施形態における防汚板の構成を示す上面図。
【図１１】第３実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。
【図１２】他の形態におけるスクリュー支持部の構成を示す上面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における三次元造形装置１００の概略構成を示す説明図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が表されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平方向に沿った方向であり、Ｚ方向は、鉛直方向に沿った方向である。他の図においても、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図１におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向と、他の図におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向とは、同じ方向を表している。
【０００８】
本実施形態における三次元造形装置１００は、造形ユニット２００と、ステージ３００と、移動機構４００と、制御部５００とを備えている。三次元造形装置１００は、制御部５００の制御下で、造形ユニット２００に設けられたノズル６０からステージ３００の造形面３１０に向かって溶融材料を吐出しつつ、移動機構４００を駆動して、ノズル６０と造形面３１０との相対的な位置を変化させることによって、造形面３１０上に所望の形状の三次元造形物を造形する。尚、溶融材料のことを造形材料と呼ぶこともある。
【０００９】
移動機構４００は、ノズル６０と造形面３１０との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動機構４００は、造形ユニット２００に対してステージ３００を移動させることによって、ノズル６０と造形面３１０との相対的な位置を変化させる。本実施形態における移動機構４００は、３つのモーターの駆動力によって、ステージ３００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。各モーターは、制御部５００の制御下にて駆動する。尚、移動機構４００は、ステージ３００を移動させる構成ではなく、ステージ３００を移動させずに造形ユニット２００を移動させることによって、ノズル６０と造形面３１０との相対的な位置を変化させる構成であってもよい。また、移動機構４００は、ステージ３００と造形ユニット２００との両方を移動させることによって、ノズル６０と造形面３１０との相対的な位置を変化させる構成であってもよい。
【００１０】
制御部５００は、１以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成されている。本実施形態では、制御部５００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、造形ユニット２００と移動機構４００との動作を制御して、三次元造形物を造形するための造形処理を実行する。動作には、造形ユニット２００とステージ３００との三次元の相対的な位置の移動が含まれる。尚、制御部５００は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。
【００１１】
造形ユニット２００は、第１材料の供給源である第１材料供給部２０と、第２材料の供給源である第２材料供給部２５と、第１材料供給部２０から供給された第１材料を可塑化して第１溶融材料にし、第２材料供給部２５から供給された第２材料を可塑化して第２溶融材料にする可塑化部３０と、可塑化部３０から供給された第１溶融材料と第２溶融材料とを造形面３１０に向かって吐出するノズル６０とを備えている。尚、「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。また、「溶融」とは、熱可塑性を有する材料がガラス転移点以上の温度に加熱されることにより軟化し、流動性が発現することをも意味する。第１材料と第２材料とのことを特に区別せずに、単に材料と呼ぶこともある。第１溶融材料と第２溶融材料とのことを特に区別せずに、単に溶融材料と呼ぶこともある。可塑化部３０のことを可塑化装置と呼ぶこともある。
【００１２】
第１材料供給部２０には、ペレットや粉末等の状態の第１材料が収容されている。本実施形態では、ペレット状に形成された熱可塑性樹脂であるＡＢＳ樹脂が第１材料として用いられる。本実施形態における第１材料供給部２０は、ホッパーによって構成されている。第１材料供給部２０の下方には、第１材料供給部２０と可塑化部３０との間を接続する第１供給路２１が設けられている。第１材料供給部２０は、第１供給路２１を介して、可塑化部３０に第１材料を供給する。
【００１３】
第２材料供給部２５には、ペレットや粉末等の状態の第２材料が収容されている。第１材料供給部２０と第２材料供給部２５とは、別個に設けられているため、第２材料供給部２５には、第１材料供給部２０に収容される第１材料とは異なる種類の第２材料を収容可能である。本実施形態では、ペレット状に形成された熱可塑性樹脂であるポリプロピレン樹脂（ＰＰ）が第２材料として用いられる。本実施形態における第２材料供給部２５は、ホッパーによって構成されている。第２材料供給部２５の下方には、第２材料供給部２５と可塑化部３０との間を接続する第２供給路２６が設けられている。第２材料供給部２５は、第２供給路２６を介して、可塑化部３０に第２材料を供給する。
【００１４】
可塑化部３０は、スクリューケース３１と、第１駆動モーター３２と、第１フラットスクリュー４０と、第２駆動モーター７２と、第２フラットスクリュー８０と、バレル５０とを備えている。可塑化部３０は、第１材料供給部２０から供給された固体状態の第１材料の少なくとも一部を溶融させてペースト状にした第１溶融材料をノズル６０に供給し、第２材料供給部２５から供給された固体状態の第２材料の少なくとも一部を溶融させてペースト状にした第２溶融材料をノズル６０に供給する。尚、第１フラットスクリュー４０のことを第１スクリューと呼ぶこともあり、第２フラットスクリュー８０のことを第２スクリューと呼ぶこともある。第１駆動モーター３２と、第２駆動モーター７２と、後述する歯車３４と、第１歯部４４とのことを駆動部と呼ぶこともある。
【００１５】
スクリューケース３１は、第１フラットスクリュー４０と第２フラットスクリュー８０とを収容するための筐体である。スクリューケース３１の下面には、バレル５０が固定されており、スクリューケース３１とバレル５０とによって囲まれた空間に、第１フラットスクリュー４０と第２フラットスクリュー８０とが収容されている。
【００１６】
第１駆動モーター３２は、スクリューケース３１の上面における第２材料供給部２５よりも外側に固定されている。第１駆動モーター３２は、Ｚ方向に平行な回転軸ＲＸ１を中心に回転する第１シャフト３３を有する。第１シャフト３３の先端には、歯車３４が固定されている。第１駆動モーター３２の回転は、制御部５００によって制御される。
【００１７】
第２駆動モーター７２は、スクリューケース３１の上面における中央に固定されている。第２駆動モーター７２は、Ｚ方向に平行な回転軸ＲＸ２を中心に回転する第２シャフト７３を有する。第２駆動モーター７２の回転は、制御部５００によって制御される。
【００１８】
第１フラットスクリュー４０は、円盤状の基部１１０と、基部１１０の外周縁に沿って設けられた円筒状の側壁部１２０とを有している。図１には、基部１１０と側壁部１２０との境界線を破線で表している。本実施形態では、基部１１０と側壁部１２０とが一体で設けられている。基部１１０の直径と、側壁部１２０の直径とは同じである。基部１１０の中心軸と、側壁部１２０の中心軸とは一致しており、これらの中心軸のことを第１フラットスクリュー４０の中心軸と呼ぶ。第１フラットスクリュー４０の中心軸に沿った方向の基部１１０と側壁部１２０とを合わせた高さは、基部１１０の直径および側壁部１２０の直径よりも小さい。第１フラットスクリュー４０は、その中心軸が回転軸ＲＸ２に沿うように、スクリューケース３１内に配置されている。第１フラットスクリュー４０は、図示しないベアリング等を介して、スクリューケース３１に支持されてもよい。例えば、第１フラットスクリュー４０は、第１材料供給部２０からの第１材料の供給が阻害されないように、基部１１０の下面の外周縁を支持されてもよいし、第１フラットスクリュー４０の外周面４３を支持されてもよい。尚、第１フラットスクリュー４０の外周面４３とは、基部１１０の外周面と側壁部１２０の外周面とを含んだ領域のことを意味する。
【００１９】
第１フラットスクリュー４０は、外周面４３に第１歯部４４を有している。第１歯部４４は、第１フラットスクリュー４０の円周方向に沿って複数の歯が設けられた部分である。本実施形態では、第１歯部４４は、側壁部１２０の外周面に設けられている。第１歯部４４は、基部１１０の外周面に設けられてもよい。第１歯部４４は、第１駆動モーター３２の第１シャフト３３の先端に設けられた歯車３４と噛み合っている。第１駆動モーター３２の発生させるトルクが、歯車３４を介して第１フラットスクリュー４０に伝達される。第１フラットスクリュー４０は、第１駆動モーター３２の発生させるトルクによって、スクリューケース３１内にて、回転軸ＲＸ２を中心に回転する。
【００２０】
第１フラットスクリュー４０は、基部１１０の下面に、第１溝形成面４２を有している。第１溝形成面４２には、回転軸ＲＸ２を中心に外周に向かって渦状に延びる第１溝部４５が設けられている。尚、第１溝部４５の詳細な構成については、図４を用いて後述する。
【００２１】
第１フラットスクリュー４０は、第２フラットスクリュー８０を収容する凹部１４０を有している。凹部１４０は、基部１１０の上面と、側壁部１２０の内周面とによって構成される部分である。凹部１４０は、第２フラットスクリュー８０の少なくとも一部を収容する。本実施形態では、第１フラットスクリュー４０の上面４１と第２フラットスクリュー８０の上面８１とが同じ高さになるように、第２フラットスクリュー８０が凹部１４０に収容されている。第１フラットスクリュー４０の上面４１よりも第２フラットスクリュー８０の上面８１の方が下方に位置するように、第２フラットスクリュー８０が凹部１４０に収容されてもよいし、第１フラットスクリュー４０の上面４１よりも第２フラットスクリュー８０の上面８１の方が上方に位置するように、第２フラットスクリュー８０が凹部１４０に収容されてもよい。
【００２２】
第１フラットスクリュー４０は、基部１１０の上面、換言すれば、第１溝形成面４２とは反対側の面に、後述する第２フラットスクリュー８０の第２溝形成面８２に対向する第２対向面１４２を有している。側壁部１２０の内周部分には、第２材料供給部２５から供給される第２材料を凹部１４０に受け入れるための材料受入部１４１が設けられている。
【００２３】
第１フラットスクリュー４０は、第１溝形成面４２から、後述するバレル５０の第１貫通孔５６内まで回転軸ＲＸ２に沿って延びる突出部１４３を有している。第２対向面１４２には、回転軸ＲＸ２に沿って第２貫通孔１４４が設けられている。
【００２４】
第２フラットスクリュー８０は、中心軸に沿った方向の高さが直径よりも小さい円柱形状を有している。第２フラットスクリュー８０は、中心軸が回転軸ＲＸ２に沿うように、スクリューケース３１内に配置されている。
【００２５】
第２フラットスクリュー８０の上面８１には、第２駆動モーター７２の第２シャフト７３が接続されている。第２駆動モーター７２が発生させるトルクによって、第２フラットスクリュー８０は、スクリューケース３１内にて、回転軸ＲＸ２を中心に回転する。
【００２６】
第２フラットスクリュー８０は、回転軸ＲＸ２に沿った方向における上面８１とは反対側に第２溝形成面８２を有している。第２溝形成面８２は、第１フラットスクリュー４０を挟んでバレル５０に対向する。第２溝形成面８２には、回転軸ＲＸ２を中心に外周に向かって渦状に延びる第２溝部８５が設けられている。尚、第２溝部８５の詳細な構成については、図５を用いて後述する。
【００２７】
第２フラットスクリュー８０には、スクリューヒーター８９が内蔵されている。スクリューヒーター８９は、第２溝部８５の上方に位置する。スクリューヒーター８９の温度は、制御部５００によって制御される。尚、スクリューヒーター８９のことを第２加熱部と呼ぶこともある。
【００２８】
バレル５０は、第１フラットスクリュー４０の下方に固定されている。バレル５０は、第１フラットスクリュー４０の第１溝形成面４２に対向する第１対向面５２を有している。第１対向面５２には、回転軸ＲＸ２に沿って第１貫通孔５６が設けられている。尚、バレル５０の第１対向面５２の詳細な構成については、図６を用いて後述する。
【００２９】
バレル５０には、バレルヒーター５８が内蔵されている。バレルヒーター５８は、第１フラットスクリュー４０の第１溝部４５の下方に位置する。バレルヒーター５８の温度は、制御部５００によって制御される。尚、バレルヒーター５８のことを第１加熱部と呼ぶこともある。
【００３０】
ノズル６０は、バレル５０の下面に設けられている。ノズル６０の内部には、ノズル流路６５が設けられている。ノズル流路６５は、第１貫通孔５６と第２貫通孔１４４とに連通している。ノズル６０には、ステージ３００の造形面３１０に対向する先端部分にノズル孔６２が設けられている。ノズル孔６２は、ノズル流路６５に連通している。ノズル６０は、第１貫通孔５６から送出された第１溶融材料と、第２貫通孔１４４から送出された第２溶融材料とを、ノズル孔６２から造形面３１０に向かって吐出する。本実施形態では、ノズル６０には、円形のノズル孔６２が設けられている。尚、ノズル６０には、円形ではなく、四角形等のノズル孔６２が設けられてもよい。
【００３１】
図２は、本実施形態における第１フラットスクリュー４０の上面図である。図３は、図２における第１フラットスクリュー４０のIII−III線断面図である。図２には、参考として、バレル５０の第１対向面５２における第１貫通孔５６の開口部を二点鎖線で表している。第１フラットスクリュー４０は、上述したとおり、第１歯部４４と、凹部１４０と、第２対向面１４２と、材料受入部１４１と、第２貫通孔１４４とを有している。
【００３２】
第１歯部４４は、第１フラットスクリュー４０における外周面４３の全周に亘って設けられている。第１歯部４４には、複数の歯が、第１フラットスクリュー４０の円周方向に沿って等間隔で配置されている。上述したとおり、第１駆動モーター３２の第１シャフト３３に設けられた歯車３４と第１歯部４４とが噛み合うため、歯車３４の回転に応じて、第１フラットスクリュー４０が回転する。
【００３３】
凹部１４０は、第１フラットスクリュー４０の内周部分に設けられている。凹部１４０には、上述したとおり、円柱形状を有する第２フラットスクリュー８０が収容される。第２対向面１４２は、凹部１４０の底に設けられている。第２対向面１４２は、第１フラットスクリュー４０の中心軸に垂直に設けられている。
【００３４】
材料受入部１４１は、側壁部１２０の内周部分に設けられている。材料受入部１４１は、第２供給路２６から供給された第２材料を凹部１４０に受け入れるための窪みである。本実施形態では、材料受入部１４１は、第２対向面１４２を挟んで２つ設けられている。第２供給路２６から供給された第２材料が第２溝部８５に向かいやすいように、材料受入部１４１の面は、第２対向面１４２に対して傾斜している。
【００３５】
第２貫通孔１４４は、第１フラットスクリュー４０の中心軸に沿って設けられている。第２貫通孔１４４は、第２対向面１４２と突出部１４３の先端との間を貫通している。突出部１４３の先端における第２貫通孔１４４の開口部は、第１対向面５２における第１貫通孔５６の開口部よりも小さい。そのため、図２に表したように、第１フラットスクリュー４０の中心軸に沿って第１フラットスクリュー４０とバレル５０とを視たときに、第１対向面５２に設けられた第１貫通孔５６の開口部よりも内側に、突出部１４３の先端に設けられた第２貫通孔１４４の開口部が位置する。
【００３６】
図４は、本実施形態における第１フラットスクリュー４０の底面図である。第１フラットスクリュー４０は、上述したとおり、第１溝形成面４２を有している。第１溝形成面４２には、第１中央部４６と、第１溝部４５とが設けられている。第１中央部４６は、第１フラットスクリュー４０の中心軸の周りに形成された円形の窪みである。第１中央部４６は、バレル５０の第１貫通孔５６に対向する。第１中央部４６からは、第１フラットスクリュー４０の中心軸に沿って突出部１４３が延びている。
【００３７】
第１溝部４５は、第１渦状部４７と、第１材料導入部４８とを有している。第１渦状部４７は、第１フラットスクリュー４０の中心軸を中心として、第１溝形成面４２の外周に向かって弧を描くように渦状に延びる溝である。第１渦状部４７は、インボリュート曲線状や螺旋状に延びるように構成されてもよい。第１渦状部４７の一端は、第１中央部４６に接続されており、第１渦状部４７の他端は、第１材料導入部４８に接続されている。尚、本実施形態では、後述するように、第１フラットスクリュー４０がＺ軸上方から視て反時計回りに回転する。これに対して、第１フラットスクリュー４０がＺ軸上方から視て時計回りに回転する他の形態では、第１渦状部４７は、図４に表した渦の向きとは逆向きに渦巻くように設けられる。
【００３８】
第１材料導入部４８は、第１溝形成面４２の外周縁に設けられた第１渦状部４７よりも幅広な溝である。第１材料導入部４８は、第１フラットスクリュー４０の外周面４３まで連続している。第１材料導入部４８は、第１供給路２１を介して第１材料供給部２０から供給された第１材料を、第１渦状部４７に導入する。尚、図４には、第１フラットスクリュー４０の第１中央部４６から外周に向かって、１条の第１溝部４５が設けられた形態を表したが、第１フラットスクリュー４０の第１中央部４６から外周に向かって、複数条の第１溝部４５が設けられてもよい。
【００３９】
図５は、本実施形態における第２フラットスクリュー８０の第２溝形成面８２の構成を示す斜視図である。図５に示した第２フラットスクリュー８０は、技術の理解を容易にするために、図１に示した上下の位置関係を逆向きとした状態で示されている。第２フラットスクリュー８０の第２溝形成面８２には、第２中央部８６と、第２溝部８５とが設けられている。第２中央部８６は、第２フラットスクリュー８０の中心軸の周りに形成された円形の窪みである。第２中央部８６は、第１フラットスクリュー４０の第２貫通孔１４４に対向する。
【００４０】
第２溝部８５は、第２渦状部８７と、第２材料導入部８８とを有している。第２渦状部８７は、第２フラットスクリュー８０の中心軸を中心として、第２溝形成面８２の外周に向かって弧を描くように渦状に延びる溝である。第２渦状部８７は、インボリュート曲線状や螺旋状に延びるように構成されてもよい。第２渦状部８７の一端は、第２中央部８６に接続されており、第２渦状部８７の他端は、第２材料導入部８８に接続されている。尚、本実施形態では、後述するように、第２フラットスクリュー８０がＺ軸上方から視て時計回りに回転する。これに対して、第２フラットスクリュー８０がＺ軸上方から視て反時計回りに回転する他の形態では、第２渦状部８７は、図５に表した渦の向きとは逆向きに渦巻くように設けられる。
【００４１】
第２材料導入部８８は、第２溝形成面８２の外周縁に設けられた第２渦状部８７よりも幅広な溝である。第２材料導入部８８は、第２フラットスクリュー８０の側面８３まで連続している。第２材料導入部８８は、第２供給路２６を介して第２材料供給部２５から供給された第２材料を、第２渦状部８７に導入する。尚、図５には、第２フラットスクリュー８０の第２中央部８６から外周に向かって、１条の第２溝部８５が設けられた形態を表したが、第２フラットスクリュー８０の第２中央部８６から外周に向かって、複数条の第２溝部８５が設けられてもよい。
【００４２】
図６は、本実施形態におけるバレル５０の第１対向面５２の構成を示す上面図である。上述したとおり、第１対向面５２の中央には、ノズル６０に連通する第１貫通孔５６が設けられている。第１対向面５２における第１貫通孔５６の周りには、複数の案内溝５４が形成されている。それぞれの案内溝５４は、一端が第１貫通孔５６に接続され、第１貫通孔５６から第１対向面５２の外周に向かって渦状に延びている。それぞれの案内溝５４は、第１溶融材料を第１貫通孔５６に導く機能を有している。尚、本実施形態では、後述するように、第１フラットスクリュー４０がＺ軸上方から視て反時計回りに回転する。これに対して、第１フラットスクリュー４０がＺ軸上方から視て時計回りに回転する他の形態では、案内溝５４は、図６に表した渦の向きとは逆向きに渦巻くように設けられる。
【００４３】
図７は、第１フラットスクリュー４０の角速度ベクトルと、第２フラットスクリュー８０の角速度ベクトルとを示す説明図である。図７には、第１フラットスクリュー４０と第２フラットスクリュー８０とを上面から視たときの、第１フラットスクリュー４０のバレル５０に対する角速度ベクトルΩｂ１と、第２フラットスクリュー８０のバレル５０に対する角速度ベクトルΩｂ２と、第２フラットスクリュー８０の第１フラットスクリュー４０に対する角速度ベクトルΩｓ２とを表している。制御部５００、第１駆動モーター３２と第２駆動モーター７２とを制御することによって、第１フラットスクリュー４０のバレル５０に対する角速度ベクトルΩｂ１と、第２フラットスクリュー８０のバレル５０に対する角速度ベクトルΩｂ２とを異ならせて、第１フラットスクリュー４０と第２フラットスクリュー８０とを回転軸ＲＸ２を中心に回転させる。つまり、制御部５００は、回転数と回転方向との少なくともいずれか一方を異ならせて、第１フラットスクリュー４０と第２フラットスクリュー８０とを回転させる。
【００４４】
図７に表したように、本実施形態では、制御部５００は、第１フラットスクリュー４０と第２フラットスクリュー８０とを、互いに逆向きの回転方向に回転させる。制御部５００は、図７における反時計回りに第１フラットスクリュー４０を回転させ、図７における時計回りに第２フラットスクリュー８０を回転させる。本実施形態では、制御部５００は、第１フラットスクリュー４０と第２フラットスクリュー８０とを、同じ回転数で回転させる。制御部５００は、第１フラットスクリュー４０と第２フラットスクリュー８０とを、回転数を異ならせて回転させてもよい。第１フラットスクリュー４０の回転方向と、第２フラットスクリュー８０の回転方向とが逆向きであるため、第２フラットスクリュー８０の第１フラットスクリュー４０に対する角速度ベクトルΩｓ２の大きさは、第２フラットスクリュー８０のバレル５０に対する角速度ベクトルΩｂ２の大きさよりも大きい。
【００４５】
回転している第１フラットスクリュー４０とバレル５０との間に、第１材料供給部２０から第１材料が供給される。第１材料は、第１フラットスクリュー４０とバレル５０との相対的な回転によって、第１溝部４５に沿って外周から中心に向かって搬送される。第１溝部４５を搬送される間に、バレルヒーター５８による加熱と、第１フラットスクリュー４０とバレル５０との相対的な回転によるせん断を受けて、第１材料は、少なくとも一部が溶融され、第１溶融材料になる。第１溶融材料は、第１フラットスクリュー４０の第１中央部４６まで搬送されて、第１貫通孔５６から送出される。
【００４６】
回転している第２フラットスクリュー８０と第１フラットスクリュー４０との間に、第２材料供給部２５から第２材料が供給される。第２材料は、第２フラットスクリュー８０と第１フラットスクリュー４０との相対的な回転によって、第２溝部８５に沿って外周から中心に向かって搬送される。第２溝部８５を搬送される間に、スクリューヒーター８９による加熱と、第２フラットスクリュー８０と第１フラットスクリュー４０との相対的な回転によるせん断を受けて、第２材料は、少なくとも一部が溶融され、第２溶融材料になる。第２溶融材料は、第２フラットスクリュー８０の第２中央部８６まで搬送されて、第２貫通孔１４４から送出される。
【００４７】
図８は、ノズル６０から溶融材料ＭＡが吐出される様子を示す説明図である。第２貫通孔１４４から送出された第２溶融材料ＭＡ２は、ノズル６０内において、第１貫通孔５６から送出された第１溶融材料ＭＡ１に外周表面を覆われる。そのため、ノズル孔６２から吐出される溶融材料ＭＡは、第１溶融材料ＭＡ１と第２溶融材料ＭＡ２とが２層に重なった形態を有する。制御部５００は、移動機構４００を制御することによって、予め設定された経路に沿って、ステージ３００の造形面３１０に対してノズル６０を移動させつつ、ノズル孔６２から溶融材料ＭＡを造形面３１０に向かって吐出して、造形面３１０上に溶融材料ＭＡを積層する。このようにして、所望の形状の三次元造形物ＯＢが造形される。
【００４８】
以上で説明した本実施形態の可塑化部３０を備える三次元造形装置１００によれば、第１フラットスクリュー４０とバレル５０との相対的な回転によって第１材料を可塑化でき、第１フラットスクリュー４０の凹部１４０に収容された第２フラットスクリュー８０と第１フラットスクリュー４０との相対的な回転によって第２材料を可塑化できる。そのため、小型な装置によって、異なる種類の材料を一度に可塑化することができる。特に、本実施形態では、第１フラットスクリュー４０の凹部１４０に、第１フラットスクリュー４０や第２フラットスクリュー８０を回転させるための歯車等が設けられていないため、歯車等に異物が噛み込まれて、第１フラットスクリュー４０の回転が阻害されることを抑制できる。
【００４９】
また、本実施形態では、バレル５０にバレルヒーター５８が設けられており、バレルヒーター５８によって、第１溝部４５に供給された第１材料を加熱できる。そのため、第１溝部４５における第１材料の可塑化を促進できる。
【００５０】
また、本実施形態では、第２フラットスクリュー８０にスクリューヒーター８９が設けられており、スクリューヒーター８９によって、第２溝部８５に供給された第２材料を加熱できる。そのため、第２溝部８５における第２材料の可塑化を促進することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、第２溶融材料ＭＡ２の外周表面が第１溶融材料ＭＡ１で覆われた形態の溶融材料ＭＡをノズル孔６２から吐出できる。そのため、三次元造形物ＯＢにおける外部から視認可能な部分の特性と、内部の特性とを異ならせることができる。特に、本実施形態では、三次元造形物ＯＢにおける外部から視認可能な部分をＡＢＳ樹脂によって構成し、内部をＡＢＳ樹脂よりも比重の軽いポリプロピレン樹脂（ＰＰ）によって構成することができるため、外観を変化させずに三次元造形物ＯＢの軽量化を図ることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、第１フラットスクリュー４０からバレル５０の第１貫通孔５６内まで突出部１４３が延びており、第２貫通孔１４４が第２対向面１４２から突出部１４３の先端との間を貫通するように設けられているため、第２貫通孔１４４から送出された第２材料が、第１フラットスクリュー４０とバレル５０との間に流出することを抑制できる。
【００５３】
尚、本実施形態では、ＡＢＳ樹脂の第１材料と、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）の第２材料とが造形ユニット２００において用いられる材料として用いられたが、造形ユニット２００において用いられる材料としては、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三次元造形物を造形する材料を採用することもできる。ここで、「主材料」とは、三次元造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、三次元造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した溶融材料には、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。
【００５４】
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、可塑化部３０において、当該材料が可塑化することによって溶融材料が生成される。上述したとおり、「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。また、「溶融」とは、熱可塑性を有する材料がガラス転移点以上の温度に加熱されることにより軟化し、流動性が発現することをも意味する。
【００５５】
熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記のいずれか一つまたは２以上を組み合わせた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（ＰＥＥＫ）などのエンジニアリングプラスチック。
【００５６】
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、可塑化部３０において、第１フラットスクリュー４０の回転と、バレルヒーター５８の加熱と、第２フラットスクリュー８０の回転と、スクリューヒーター８９の加熱とによって可塑化されて溶融した状態に転化される。また、そのように生成された溶融材料は、ノズル孔６２から吐出された後、温度の低下によって硬化する。
【００５７】
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孔６２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、ノズル孔６２からの射出時には約２００℃であることが望ましい。このように高温の状態で溶融材料を射出するために、ノズル孔６２の周囲にはヒーターが設けられてもよい。尚、「完全に溶融した状態」とは、未溶融の熱可塑性を有する材料が存在しない状態を意味し、例えばペレット状の熱可塑性樹脂を材料に用いた場合、ペレット状の固形物が残存しない状態のことを意味する。
【００５８】
造形ユニット２００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、溶融材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、可塑化部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。
＜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。
【００５９】
造形ユニット２００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、ステージ３００に配置された溶融材料は、例えばレーザーの照射や温風などによる焼結によって硬化されてもよい。
【００６０】
第１材料供給部２０や第２材料供給部２５に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、可塑化部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。
【００６１】
第１材料供給部２０や第２材料供給部２５に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。
【００６２】
その他に、第１材料供給部２０や第２材料供給部２５に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。
【００６３】
Ｂ．第２実施形態：
図９は、第２実施形態の三次元造形装置１００ｂの概略構成を示す説明図である。図９における第１フラットスクリュー４０ｂは、後述する図１０におけるIX−IX線で切断した第１フラットスクリュー４０ｂを表している。第２実施形態の三次元造形装置１００ｂでは、造形ユニット２００ｂが有する可塑化部３０ｂの構成が第１実施形態と異なる。より具体的には、可塑化部３０ｂに第１駆動モーター３２や歯車３４が設けられておらず、第２フラットスクリュー８０ｂの回転を第１フラットスクリュー４０ｂに伝達する遊星歯車９０が設けられていることが第１実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。
【００６４】
第１フラットスクリュー４０ｂは、遊星歯車９０を収容する段差部１４７を有している。段差部１４７は、第１フラットスクリュー４０ｂの上面４１の内周側に設けられた窪んだ部分である。段差部１４７は、第１フラットスクリュー４０ｂの全周に亘って設けられている。本実施形態では、第１歯部４４ｂは、第１フラットスクリュー４０ｂの外周面４３ではなく、段差部１４７の内周面１４８に設けられている。
【００６５】
第２フラットスクリュー８０ｂは、側面８３に、第２歯部８４を有する。第２歯部８４は、円柱状の第２フラットスクリュー８０ｂの円周方向に沿って複数の歯が設けられた部分である。第２歯部８４は、第２フラットスクリュー８０ｂにおける側面８３の全周に亘って設けられている。
【００６６】
遊星歯車９０は、第１フラットスクリュー４０ｂと第２フラットスクリュー８０ｂとの間に設けられている。遊星歯車９０は、軸部９１によって支持されており、軸部９１を中心に回転する。軸部９１は、スクリューケース３１に固定されている。本実施形態では、第１フラットスクリュー４０ｂと第２フラットスクリュー８０ｂとの間に、２つの遊星歯車９０が設けられている。各遊星歯車９０は、第１フラットスクリュー４０ｂの第１歯部４４ｂと噛み合っている。各遊星歯車９０は、第２フラットスクリュー８０ｂの第２歯部８４とも噛み合っている。
【００６７】
第１フラットスクリュー４０ｂと第２フラットスクリュー８０ｂとのいずれか一方を、回転軸ＲＸ２を中心に回転させると、一方の回転が遊星歯車９０を介して他方に伝達されて、第１フラットスクリュー４０ｂと第２フラットスクリュー８０ｂとの両方が回転軸ＲＸ２を中心に回転する。この際、第１フラットスクリュー４０ｂの回転方向と、遊星歯車９０と第２フラットスクリュー８０ｂとの回転方向とは逆向きになる。つまり、第１フラットスクリュー４０ｂと第２フラットスクリュー８０ｂと遊星歯車９０は、遊星歯車機構としての機能を有する。第２フラットスクリュー８０ｂが遊星歯車機構における太陽歯車として機能し、第１フラットスクリュー４０ｂが遊星歯車機構における内歯車として機能する。尚、第１フラットスクリュー４０ｂと第２フラットスクリュー８０ｂとの間に設けられる遊星歯車９０の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。尚、第２駆動モーター７２と、第１歯部４４ｂと、第２歯部８４と、遊星歯車９０とのことを駆動部と呼ぶこともある。
【００６８】
図１０は、本実施形態における防汚板１５１〜１５３の構成を示す上面図である。第１フラットスクリュー４０ｂの第１歯部４４ｂを覆うように、第１防汚板１５１が設けられている。第１防汚板１５１は、第１歯部４４ｂに異物が付着することを抑制するための板状部材である。第１防汚板１５１は、第１歯部４４ｂと遊星歯車９０との接触を阻害しないように設けられている。
【００６９】
第２フラットスクリュー８０ｂの第２歯部８４を覆うように、第２防汚板１５２が設けられている。第２防汚板１５２は、第２歯部８４に異物が付着することを抑制するための板状部材である。第２防汚板１５２は、第２歯部８４と遊星歯車９０との接触を阻害しないように設けられている。
【００７０】
各遊星歯車９０の外周を囲むように、第３防汚板１５３が設けられている。第３防汚板１５３は、遊星歯車９０に異物が付着することを抑制するための板状部材である。第３防汚板１５３は、第１歯部４４ｂと遊星歯車９０との接触を阻害せず、かつ、第２歯部８４と遊星歯車９０との接触を阻害しないように設けられている。
【００７１】
以上で説明した本実施形態の可塑化部３０ｂを備える三次元造形装置１００ｂによれば、制御部５００が第２駆動モーター７２を制御することによって、第１フラットスクリュー４０ｂのバレル５０に対する角速度ベクトルΩｂ１と、第２フラットスクリュー８０ｂのバレル５０に対する角速度ベクトルΩｂ２とを異ならせて、第１フラットスクリュー４０ｂと第２フラットスクリュー８０ｂとを回転軸ＲＸ２を中心に回転させることができる。そのため、第１フラットスクリュー４０ｂとバレル５０との相対的な回転によって第１材料を可塑化でき、第１フラットスクリュー４０ｂの凹部１４０に収容された第２フラットスクリュー８０ｂと第１フラットスクリュー４０ｂとの相対的な回転によって第２材料を可塑化できる。特に、本実施形態では、複数の駆動モーターを用いなくても、第１フラットスクリュー４０ｂのバレル５０に対する角速度ベクトルΩｂ１と、第２フラットスクリュー８０ｂのバレル５０に対する角速度ベクトルΩｂ２とを異ならせることができるので、複数の駆動モーターを用いる形態よりも可塑化部３０ｂの小型化を図ることができる。
【００７２】
また、本実施形態では、防汚板１５１〜１５３が設けられているため、遊星歯車９０と第１歯部４４ｂとの間や、遊星歯車９０と第２歯部８４との間に異物が噛み込まれて、第１フラットスクリュー４０ｂや第２フラットスクリュー８０ｂの回転が阻害されることを抑制できる。
【００７３】
Ｃ．第３実施形態：
図１１は、第３実施形態の三次元造形装置１００ｃの概略構成を示す説明図である。第３実施形態の三次元造形装置１００ｃでは、造形ユニット２００ｃが有する可塑化部３０ｃの構成が第１実施形態と異なる。より具体的には、可塑化部３０ｂに設けられた第１駆動モーター３２ｃが、中空モーターによって構成されていることが第１実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。尚、第１駆動モーター３２ｃと第２駆動モーター７２とのことを駆動部と呼ぶこともある。
【００７４】
第１駆動モーター３２ｃは、上述したとおり、中空モーターによって構成されている。中空モーターとは、回転中心が中空に構成されているモーターのことを意味する。第１駆動モーター３２ｃは、筒状の第１シャフト３３ｃを有している。第１シャフト３３ｃの外周に第１駆動モーター３２ｃの本体部が設けられている。第１駆動モーター３２ｃの本体部は、スクリューケース３１の上面に固定されている。第１シャフト３３ｃは、第１フラットスクリュー４０ｃの上面４１に固定されている。
【００７５】
第１駆動モーター３２ｃの第１シャフト３３ｃの内側には、スクリュー支持部１６０が設けられている。スクリュー支持部１６０は、スクリューケース３１に固定されているため、第１シャフト３３ｃに対して回転しない。スクリュー支持部１６０の上面には、第２駆動モーター７２が固定されている。第２駆動モーター７２の第２シャフト７３は、スクリュー支持部１６０を貫通するように設けられている。尚、スクリュー支持部１６０と第１シャフト３３ｃとは、ベアリングやローラーを介して接触してもよい。スクリュー支持部１６０と第２シャフト７３とは、ベアリングやローラーを介して接触してもよい。
【００７６】
第２材料供給部２５は、スクリュー支持部１６０上に設けられている。第２供給路２６ｃは、スクリュー支持部１６０を貫通するように設けられている。
【００７７】
スクリュー支持部１６０には、放熱孔１６２が設けられており、第２駆動モーター７２の第２シャフト７３は、放熱孔１６２を通る。放熱孔１６２は、第２シャフト７３の放熱を促進するための孔である。スクリュー支持部１６０に放熱孔１６２を設けることによって、第２シャフト７３を介して、第２駆動モーター７２の本体部や、第１駆動モーター３２ｃの本体部に熱が伝達することを抑制できる。スクリュー支持部１６０の内部には、スクリュー支持部１６０を冷却するために、冷媒が流通する冷媒流路が設けられてもよい。スクリュー支持部１６０は、例えば、アルミニウム合金や銅等のように、熱伝導率の高い材料によって構成されることが好ましい。
【００７８】
以上で説明した本実施形態の可塑化部３０ｃを備える三次元造形装置１００ｃによれば、制御部５００が、第１駆動モーター３２ｃと第２駆動モーター７２とを制御することによって、第１フラットスクリュー４０ｃのバレル５０に対する角速度ベクトルΩｂ１と、第２フラットスクリュー８０ｃのバレル５０に対する角速度ベクトルΩｂ２とを異ならせて、第１フラットスクリュー４０ｃと第２フラットスクリュー８０ｃとを回転軸ＲＸ２を中心に回転させることができる。そのため、第１フラットスクリュー４０ｃとバレル５０との相対的な回転によって第１材料を可塑化でき、第１フラットスクリュー４０ｃの凹部１４０に収容された第２フラットスクリュー８０ｃと第１フラットスクリュー４０ｃとの相対的な回転によって第２材料を可塑化できる。特に、本実施形態では、第１フラットスクリュー４０ｃの凹部１４０に、第１フラットスクリュー４０ｃや第２フラットスクリュー８０ｃを回転させるための歯車等が設けられていないため、歯車等に異物が噛み込まれて、第１フラットスクリュー４０ｃや第２フラットスクリュー８０ｃの回転が阻害されることを抑制できる。また、第１駆動モーター３２ｃの第１シャフト３３ｃ回転中心と、第２駆動モーター７２の第２シャフト７３の回転中心とを、ともに回転軸ＲＸ２上に設けることができるため、水平方向における可塑化部３０ｃの小型化を図ることができる。
【００７９】
Ｄ．他の実施形態：
（Ｄ１）図１２は、他の形態としてのスクリュー支持部１６０を示す上面図である。上述した第３実施形態の三次元造形装置１００ｃでは、スクリュー支持部１６０がスクリューケース３１に固定されている。これに対して、スクリュー支持部１６０は、スクリューケース３１に固定されておらず、図１２に表したように、第１駆動モーター３２ｃの第１シャフト３３ｃに固定され、第１シャフト３３ｃとともに回転してもよい。この場合であっても、制御部５００は、第１駆動モーター３２ｃと第２駆動モーター７２とを制御することによって、第１フラットスクリュー４０ｃとバレル５０との相対的な回転によって第１材料を可塑化でき、第１フラットスクリュー４０ｃの凹部１４０に収容された第２フラットスクリュー８０ｃと第１フラットスクリュー４０ｃとの相対的な回転によって第２材料を可塑化できる。尚、スクリュー支持部１６０が第１シャフト３３ｃとともに回転する場合には、第２材料供給部２５は、スクリューケース３１に固定されることが好ましい。この場合、スクリュー支持部１６０の上面における第２供給路２６ｃの開口部の形状は、例えば、図１２に表したように、扇状であることが好ましい。第２供給路２６ｃの開口部の形状を扇状にすることによって、スクリュー支持部１６０の回転中における、第２材料供給部２５の底面に設けられた開口部と、第２供給路２６ｃの開口部とが重なる期間を長くすることができるので、第２材料供給部２５から第２供給路２６ｃに第２材料を円滑に供給できる。
【００８０】
（Ｄ２）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｂ，１００ｃにおいて、第１フラットスクリュー４０，４０ｂ，４０ｃにヒーターが内蔵されてもよい。この場合、当該ヒーターによって、第１溝部４５に供給された第１材料と、第２溝部８５に供給された第２材料とを加熱できるので、第１溝部４５における第１材料の可塑化と、第２溝部８５における第２材料の可塑化とを促進できる。尚、当該ヒーターのことを第３加熱部と呼ぶこともある。
【００８１】
（Ｄ３）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｂ，１００ｃにおいて、バレル５０にはバレルヒーター５８が内蔵されており、第２フラットスクリュー８０，８０ｂ，８０ｃにはスクリューヒーター８９が内蔵されている。これに対して、バレルヒーター５８と、スクリューヒーター８９とのいずれか一方が設けられていなくてもよいし、バレルヒーター５８とスクリューヒーター８９との両方が設けられていなくてもよい。
【００８２】
（Ｄ４）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｂ，１００ｃにおいて、第１フラットスクリュー４０，４０ｂ，４０ｃに突出部１４３が設けられておらず、第２貫通孔１４４は、第２対向面１４２と第１中央部４６との間を貫通してもよい。
【００８３】
（Ｄ５）上述した第２実施形態の三次元造形装置１００ｂにおいて、可塑化部３０ｂには、第１防汚板１５１と第２防汚板１５２と第３防汚板１５３とのうち少なくともいずれか１つが設けられていなくてもよい。
【００８４】
（Ｄ６）上述した第１実施形態の三次元造形装置１００において、第１駆動モーター３２の第１シャフト３３に設けられた歯車３４と第１フラットスクリュー４０の第１歯部４４とが接触しておらず、例えば、歯車３４と第１歯部４４とにベルトやチェーンが掛け渡されてもよい。この場合、ベルトやチェーンによって、第１駆動モーター３２の発生させるトルクを、第１フラットスクリュー４０に伝達できる。
【００８５】
（Ｄ７）上述した第２実施形態の三次元造形装置１００ｂにおいて、可塑化部３０ｂは、第２フラットスクリュー８０ｂを回転させる第２駆動モーター７２を備えている。これに対して、可塑化部３０ｂは、第２フラットスクリュー８０ｂを回転させる第２駆動モーター７２を備えておらず、第１実施形態と同じ第１駆動モーター３２と歯車３４とを備え、第１フラットスクリュー４０ｂの外周面４３に第１歯部４４が設けられてもよい。この場合、制御部５００は、第１駆動モーター３２を制御することによって、バレル５０と第１フラットスクリュー４０ｂとを相対的に回転させるとともに、第１フラットスクリュー４０ｂと第２フラットスクリュー８０ｂとを相対的に回転させることができる。
【００８６】
（Ｄ８）上述した第１実施形態および第３実施形態の三次元造形装置１００，１００ｃにおいて、制御部５００は、第１駆動モーター３２，３２ｃと第２駆動モーター７２とを制御することによって、第１フラットスクリュー４０，４０ｃと第２フラットスクリュー８０，８０ｃとを、逆向きの回転方向に回転させている。これに対して、制御部５００は、第１駆動モーター３２，３２ｃと第２駆動モーター７２とを制御することによって、第１フラットスクリュー４０，４０ｃと第２フラットスクリュー８０，８０ｃとを、同じ回転方向に、異なる回転数で回転させてもよい。この場合であっても、第１フラットスクリュー４０，４０ｃとバレル５０との相対的な回転によって第１材料を可塑化でき、第２フラットスクリュー８０，８０ｃと第１フラットスクリュー４０，４０ｃとの相対的な回転によって第２材料を可塑化できる。
【００８７】
（Ｄ９）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｂ，１００ｃにおいて、ノズル６０とは異なる第２のノズルが設けられてもよい。例えば、第１貫通孔５６は、ノズル６０に連通し、第２貫通孔１４４は、第２のノズルに連通してもよい。この場合、第１貫通孔５６から送出された第１溶融材料をノズル６０から吐出することができ、第２貫通孔１４４から送出された第２溶融材料を第２のノズルから吐出することができる。
【００８８】
（Ｄ１０）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｂ，１００ｃにおいて、第１フラットスクリュー４０，４０ｂ，４０ｃの基部１１０の直径と側壁部１２０の直径とは、同じである。これに対して、側壁部１２０の直径よりも基部１１０の直径の方が大きくてもよい。つまり、第１フラットスクリュー４０，４０ｂ，４０ｃは、側壁部１２０よりも基部１１０の方が外側に突き出した形態であってもよい。
【００８９】
（Ｄ１１）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｂ，１００ｃにおいて、第１材料としてＡＢＳ樹脂が用いられ、第２材料としてポリプロピレン樹脂（ＰＰ）が用いられている。つまり、第１材料および第２材料には、樹脂材料が用いられている。これに対して、第１材料と第２材料とのうち、少なくともいずれか一方には、金属材料やセラミック材料が含まれる材料が用いられてもよい。
【００９０】
（Ｄ１２）上述した各実施形態の可塑化部３０，３０ｂ，３０ｃは、三次元造形装置１００，１００ｂ，１００ｃではなく、射出成形装置に用いられてもよい。
【００９１】
Ｅ．他の形態：
本開示は、上述した実施形態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で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示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必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【００９２】
（１）本開示の第１の形態によれば、材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置が提供される。この可塑化装置は、第１軸に沿って第１貫通孔が設けられたバレルと、前記バレルと向かい合う面に前記第１軸を中心とした渦状の第１溝部が設けられ、前記バレルとは反対側を向く面の外周縁に沿って筒状の側壁が設けられ、前記第１軸に沿って第２貫通孔が設けられた第１スクリューと、前記側壁の内側に少なくとも一部が配置され、前記第１スクリューを挟んで前記バレルと向かい合う面に前記第１軸を中心とした渦状の第２溝部が設けられた第２スクリューと、前記第１スクリューと前記第２スクリューとを、前記バレルに対するそれぞれの角速度ベクトルを異ならせて前記第１軸を中心に回転させる駆動部と、を備える。前記第１スクリューは、前記バレルとの相対的な回転によって、前記第１溝部に供給された第１材料を可塑化して第１溶融材料を生成し、前記第１溶融材料を前記第１貫通孔から送出し、前記第２スクリューは、前記第１スクリューとの相対的な回転によって、前記第２溝部に供給された第２材料を可塑化して第２溶融材料を生成し、前記第２溶融材料を前記第２貫通孔から送出する。
この形態の可塑化装置によれば、第１スクリューとバレルとの相対的な回転によって第１材料を可塑化でき、第１スクリューの側壁の内側に配置された第２スクリューと第１スクリューとの相対的な回転によって第２材料を可塑化できる。そのため、小型な装置によって、異なる種類の材料を一度に可塑化することができる。
【００９３】
（２）上記形態の可塑化装置において、前記駆動部は、前記第１スクリューと前記第２スクリューとのいずれか一方を回転させる駆動モーターと、前記第１スクリューの前記側壁の内周面に設けられた第１歯部と、前記第２スクリューの外周面に設けられた第２歯部と、前記第１歯部と前記第２歯部とに噛み合う遊星歯車と、を有してもよい。
この形態の可塑化装置によれば、複数の駆動モーターを用いなくても、第１スクリューのバレルに対する角速度ベクトルと、第２スクリューのバレルに対する角速度ベクトルとを異ならせることができるため、装置をより小型化できる。
【００９４】
（３）上記形態の可塑化装置において、前記遊星歯車の外周の少なくとも一部を囲むように、前記遊星歯車と前記第１歯部との間、および、前記遊星歯車と前記第２歯部との間における異物の噛み込みを抑制する防汚板が設けられてもよい。
この形態の可塑化装置によれば、遊星歯車と第１歯部との間、および、遊星歯車と第２歯部との間における異物の噛み込みを抑制できるので、異物の噛み込みによって第１スクリューの回転や第２スクリューの回転が阻害されることを抑制できる。
【００９５】
（４）上記形態の可塑化装置において、前記バレルには、第１加熱部が設けられてもよい。
この形態の可塑化装置によれば、第１加熱部によって、第１溝部に供給された第１材料を加熱できるので、第１溝部における第１材料の可塑化を促進できる。
【００９６】
（５）上記形態の可塑化装置において、前記第２スクリューには、第２加熱部が設けられてもよい。
この形態の可塑化装置によれば、第２加熱部によって、第２溝部に供給された第２材料を加熱できるので、第２溝部における第２材料の可塑化を促進できる。
【００９７】
（６）上記形態の可塑化装置において、前記第１スクリューには、第３加熱部が設けられてもよい。
この形態の可塑化装置によれば、第３加熱部によって、第１溝部に供給された第１材料と、第２溝部に供給された第２材料とを加熱できるので、第１溝部における第１材料の可塑化と、第２溝部における第２材料の可塑化とを促進できる。
【００９８】
（７）上記形態の可塑化装置において、前記第１軸に沿って前記第１スクリューと前記バレルとを視たときに、前記バレルに設けられた前記第１貫通孔の前記第１スクリュー側の開口部よりも内側に、前記第１スクリューに設けられた前記第２貫通孔の前記バレル側の開口部が位置してもよい。
この形態の可塑化装置によれば、第２溶融材料の外周表面が第１溶融材料で覆われた状態で、第１溶融材料と第２溶融材料とを第１貫通孔から送出できる。
【００９９】
（８）上記形態の可塑化装置において、前記第１スクリューは、前記第１軸に沿って前記バレルの前記第１貫通孔内まで延びる突出部を有し、前記第１スクリューの前記第２貫通孔は、前記突出部の先端まで貫通してもよい。
この形態の可塑化装置によれば、第２貫通孔から送出された第２溶融材料が、第１スクリューとバレルとの間に流出することを抑制できる。
【０１００】
（９）本開示の第２の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、本開示の第１の形態における可塑化装置と、前記可塑化装置の前記駆動部を制御する制御部と、前記可塑化装置から供給される前記溶融材料をステージに向かって吐出するノズルと、を備える。
この形態の三次元造形装置によれば、第１スクリューとバレルとの相対的な回転によって第１材料を可塑化でき、第１スクリューの側壁の内側に配置された第２スクリューと第１スクリューとの相対的な回転によって第２材料を可塑化できる。そのため、小型な装置によって、異なる種類の材料を一度に可塑化して、ノズルから吐出できる。
【０１０１】
（１０）上記形態の三次元造形装置において、前記駆動部は、前記第１スクリューを回転させる第１駆動モーターと、前記第２スクリューを回転させる第２駆動モーターとを有し、前記制御部は、前記第１駆動モーターと前記第２駆動モーターとを制御することによって、前記バレルに対する前記第１スクリューの角速度ベクトルの向きと、前記第１スクリューに対する前記第２スクリューの角速度ベクトルの向きとを異ならせてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、バレルに対する第１スクリューの角速度ベクトルの向きと、第１スクリューに対する第２スクリューの角速度ベクトルの向きとが同じ形態よりも、第１スクリューと第２スクリューとの相対的な回転を高めやすいため、第２材料をより効果的に可塑化できる。
【０１０２】
（１１）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記第１駆動モーターと前記第２駆動モーターとを制御することによって、前記バレルに対する前記第１スクリューの角速度ベクトルの向きと、前記バレルに対する前記第２スクリューの角速度ベクトルの向きとを異ならせてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、バレルに対する第１スクリューの角速度ベクトルの向きと、バレルに対する第２スクリューの角速度ベクトルの向きとが同じ形態よりも、第１スクリューと第２スクリューとの相対的な回転を高めやすいため、第２材料をより効果的に可塑化できる。
【０１０３】
本開示は、可塑化装置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、射出成形装置等の形態で実現することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
２０…第１材料供給部、２１…第１供給路、２５…第２材料供給部、２６，２６ｃ…第２供給路、３０，３０ｂ，３０ｃ…可塑化部、３１…スクリューケース、３２，３２ｃ…第１駆動モーター、３３，３３ｃ…第１シャフト、３４…歯車、４０，４０ｂ，４０ｃ…第１フラットスクリュー、４１…上面、４２…第１溝形成面、４３…外周面、４４，４４ｂ…第１歯部、４５…第１溝部、４６…第１中央部、４７…第１渦状部、４８…第１材料導入部、５０…バレル、５２…第１対向面、５４…案内溝、５６…第１貫通孔、５８…バレルヒーター、６０…ノズル、６２…ノズル孔、６５…ノズル流路、７２…第２駆動モーター、７３…第２シャフト、８０，８０ｂ，８０ｃ…第２フラットスクリュー、８１…上面、８２…第２溝形成面、８３…側面、８４…第２歯部、８５…第２溝部、８６…第２中央部、８７…第２渦状部、８８…第２材料導入部、８９…スクリューヒーター、９０…遊星歯車、９１…軸部、１００，１００ｂ，１００ｃ…三次元造形装置、１１０…基部、１２０…側壁部、１４０…凹部、１４１…材料受入部、１４２…第２対向面、１４３…突出部、１４４…第２貫通孔、１４７…段差部、１４８…内周面、１５１…第１防汚板、１５２…第２防汚板、１５３…第３防汚板、１６０…スクリュー支持部、１６２…放熱孔、２００，２００ｂ，２００ｃ…造形ユニット、３００…ステージ、３１０…造形面、４００…移動機構、５００…制御部
【図１】
2020157596.tif 000003
【図２】
2020157596.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020157596.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020157596.tif 000009
【図８】
2020157596.tif 000010
【図９】
2020157596.tif 000011
【図１０】
2020157596.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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