(57)【要約】【課題】ノズルからの吐出量を向上させた三次元造形装置を提案する。【解決手段】三次元造形装置は、駆動モーターと、溝が形成された溝形成面を有し、駆動モーターによって回転するスクリューと、溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、連通孔から供給された造形材料を吐出するノズルと、を備える。溝の最大断面積と最小断面積との相加平均である平均断面積Ｓｓと、溝の長さＬｓと、ノズルの断面積Ｓｎと、ノズルの長さＬｎとの関係は、下式（１）を満たすように構成される。  ０．０３≦（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）≦５．００  ・・・（１）【選択図】図１
2020049730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形装置であって、
駆動モーターと、
溝が形成された溝形成面を有し、前記駆動モーターによって回転するスクリューと、
前記溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、
前記連通孔から供給された造形材料を吐出するノズルと、
を備え、
前記溝の最大断面積と最小断面積との相加平均である平均断面積Ｓｓと、前記溝の長さＬｓと、前記ノズルの断面積Ｓｎと、前記ノズルの長さＬｎとの関係は、下式（１）を満たすように構成される、
三次元造形装置。
０．０３≦（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）≦５．００  ・・・（１）
【請求項２】
請求項１に記載の三次元造形装置であって、
前記関係は、下式（２）を満たすように構成される、三次元造形装置。
０．０３≦（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）≦２．００  ・・・（２）
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の三次元造形装置であって、
前記関係は、下式（３）を満たすように構成される、三次元造形装置。
０．１０≦（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）≦１．００  ・・・（３）
【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三次元造形装置であって、
前記ノズルの径は、２００μｍ以下である、三次元造形装置。
【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三次元造形装置であって、
前記溝の断面積は、前記連通孔に向かうにつれて小さくなる、三次元造形装置。
【請求項６】
三次元造形装置であって、
駆動モーターと、
ｎ条の溝が形成された溝形成面を有し、前記駆動モーターによって回転するスクリューと、
前記溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、
前記連通孔から供給された造形材料を吐出するノズルと、
を備え、
前記ｎ条の前記溝同士が、渦の中心側の端部において接続され、
前記ｎ条の前記溝それぞれの最大断面積と最小断面積との相加平均である平均断面積Ｓｓと、前記溝の長さＬｓと、前記ノズルの断面積Ｓｎと、前記ノズルの長さＬｎと、前記溝の条数ｎとの関係は、下式（４）を満たすように構成される、三次元造形装置、
０．０３≦ｎ１／２×（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）≦５．００  ・・・（４）
但し、ｎは自然数である。
【請求項７】
吐出ユニットであって、
駆動モーターと、
溝が形成された溝形成面を有し、前記駆動モーターによって回転するスクリューと、
前記溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、
前記連通孔から供給された造形材料を吐出するノズルと、
を備え、
前記溝の最大断面積と最小断面積との相加平均である平均断面積Ｓｓと、前記溝の長さＬｓと、前記ノズルの断面積Ｓｎと、前記ノズルの長さＬｎとの関係は、下式（５）を満たすように構成される、吐出ユニット。
０．０３≦（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）≦５．００  ・・・（５）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元造形装置および吐出ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、端面に螺旋溝が形成されたローターと、ローターの螺旋溝が形成された端面に対向し、中心に連通孔を有するバレルとを備えた可塑化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２０１０−２４１０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した可塑化装置によって材料を溶融して、ノズルから溶融材料を吐出する三次元造形装置において、寸法精度良く三次元造形物を造形するために、小径のノズルを用いた場合、吐出量が少なくなるため、造形速度が遅くなる。この点について、本願の発明者らは、鋭意検討を行った結果、ノズルの寸法と、螺旋溝の寸法とを適切に設定することによって、吐出量を向上させる余地があることを見出した。そこで、本願は、ノズルからの吐出量を向上させた三次元造形装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、駆動モーターと、溝が形成された溝形成面を有し、前記駆動モーターによって回転するスクリューと、前記溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、前記連通孔から供給された造形材料を吐出するノズルと、を備える。前記溝の最大断面積と最小断面積との相加平均である平均断面積Ｓｓと、前記溝の長さＬｓと、前記ノズルの断面積Ｓｎと、前記ノズルの長さＬｎとの関係は、下式（１）を満たすように構成される。
０．０３≦（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）≦５．００  ・・・（１）
【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実施形態におけるフラットスクリューの構成を示す斜視図。
【図３】第１実施形態における溝形成面の構成を示す底面図。
【図４】第１実施形態におけるフラットスクリューのIV−IV線断面図。
【図５】第１実施形態におけるフラットスクリューのＶ−Ｖ線断面図。
【図６】第１実施形態におけるバレルのスクリュー対向面の構成を示す上面図。
【図７】フラットスクリューの溝部を単純化した矩形管モデルの説明図。
【図８】矩形管内の造形材料の流れを示す第１の説明図。
【図９】矩形管内の造形材料の流れを示す第２の説明図。
【図１０】矩形管内の造形材料の流れを示す第３の説明図。
【図１１】Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第１のグラフ。
【図１２】Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第１の表。
【図１３】Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第２のグラフ。
【図１４】Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第２の表。
【図１５】Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第３のグラフ。
【図１６】Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第３の表。
【図１７】Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第４のグラフ。
【図１８】Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第４の表。
【図１９】ＡＢＳ樹脂の粘度についてのせん断速度依存性を示すグラフ。
【図２０】ポリプロピレンの粘度についてのせん断速度依存性を示すグラフ。
【図２１】第２実施形態における溝形成面の構成を示す底面図。
【図２２】複数の溝部が設けられた場合のＳ／Ｌ比と吐出量との関係を示すグラフ。
【図２３】溝部が２条の場合におけるＳ／Ｌ比と吐出量との関係を示す表。
【図２４】溝部が３条の場合におけるＳ／Ｌ比と吐出量との関係を示す表。
【図２５】他の形態としての射出成形装置の概略構成を示す説明図。
【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】
本実施形態の三次元造形装置１００は、ノズル６０と可塑化装置９０とを有する吐出ユニット２００と、造形テーブル３１０と、移動機構３２０と、制御部５００とを備えている。本実施形態の三次元造形装置１００では、制御部５００の制御下において、可塑化装置９０によって可塑化された造形材料がノズル６０に供給され、ノズル６０から吐出された造形材料が造形テーブル３１０上に積層されることによって、三次元造形物が造形される。尚、造形材料のことを溶融材料と呼ぶこともある。
【０００９】
移動機構３２０は、造形テーブル３１０と吐出ユニット２００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３２０は、吐出ユニット２００に対して、造形テーブル３１０を移動させる。本実施形態の移動機構３２０は、３つのモーターの駆動力によって、造形テーブル３１０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。
【００１０】
移動機構３２０は、造形テーブル３１０を移動させる構成ではなく、造形テーブル３１０を移動させずに、吐出ユニット２００を移動させる構成であってもよい。また、移動機構３２０は、造形テーブル３１０と吐出ユニット２００との両方を移動させる構成であってもよい。造形テーブル３１０と吐出ユニット２００との相対的な位置を変化させられる構成であればよい。
【００１１】
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、吐出ユニット２００と、移動機構３２０との動作を制御して、三次元造形物を造形する造形処理を実行する。動作には、造形テーブル３１０に対する吐出ユニット２００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。
【００１２】
可塑化装置９０は、材料供給部２０と、可塑化部３０とを備えている。材料供給部２０と可塑化部３０との間は、供給路２２によって連通している。可塑化部３０とノズル６０との間は、連通孔５５によって連通している。可塑化装置９０は、固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させてペースト状にした造形材料をノズル６０に供給する。
【００１３】
材料供給部２０には、ペレットや粉末等の状態の材料が収容されている。本実施形態の材料は、ペレット状のＡＢＳ樹脂である。本実施形態の材料供給部２０は、ホッパーによって構成されている。材料供給部２０に収容された材料は、材料供給部２０の下方に設けられた供給路２２を介して、可塑化部３０に供給される。
【００１４】
可塑化部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、バレル５０とを備えている。スクリューケース３１は、フラットスクリュー４０を収容する筐体である。スクリューケース３１の上面には、駆動モーター３２が固定されている。駆動モーター３２は、制御部５００の制御下で駆動することによって、回転軸ＲＸを中心にしてフラットスクリュー４０を回転させる。尚、フラットスクリュー４０のことを単にスクリューと呼ぶこともある。
【００１５】
本実施形態では、フラットスクリュー４０は、略円柱形状を有している。フラットスクリュー４０は、回転軸ＲＸがＺ方向に平行になるように、スクリューケース３１内に配置されている。フラットスクリュー４０の上面には、駆動モーター３２が接続されている。駆動モーター３２が発生させるトルクによって、フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内において、回転軸ＲＸを中心に回転する。フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が接続された面とは反対側に、回転軸ＲＸに垂直な溝形成面４１を有している。溝形成面４１には、渦状の溝部４５が形成されている。尚、フラットスクリュー４０の詳細な形状は、図２から図５を用いて後述する。
【００１６】
本実施形態では、バレル５０は、スクリューケース３１の下側に固定されている。バレル５０は、フラットスクリュー４０の溝形成面４１に対向するスクリュー対向面５１を有している。スクリュー対向面５１には、フラットスクリュー４０の回転軸ＲＸ上の位置に、ノズル６０に連通する連通孔５５が設けられている。バレル５０には、ヒーター５８が内蔵されている。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５０の詳細な形状は、図６を用いて後述する。
【００１７】
ノズル６０内には、ノズル流路６２と、ノズル孔６１とが設けられている。ノズル流路６２には、連通孔５５を介して、可塑化装置９０から造形材料が供給される。ノズル流路６２に供給された造形材料は、ノズル孔６１から吐出される。ノズル孔６１は、ノズル６０における、大気に連通する側の端部に設けられた流路断面が縮小された部分である。ノズル孔６１の大気に連通する側の開口部における径のことをノズル径ｄｎと呼ぶ。ノズル径ｄｎと円周率πとを用いて、Ｓｎ＝π×ｄｎ２／４と表される流路断面積のことをノズル孔６１の断面積Ｓｎと呼ぶ。ノズル孔６１における可塑化装置９０側の端部から大気に連通する側の開口部までの長さのことをノズル孔６１の長さＬｎと呼ぶ。尚、ノズル孔６１の断面積Ｓｎのことを、単に、ノズルの断面積Ｓｎと呼ぶこともある。ノズル孔６１の長さＬｎのことを、単に、ノズルの長さＬｎと呼ぶこともある。本実施形態では、ノズル流路６２の径は、連通孔５５の径と同じである。ノズル流路６２の径は、連通孔５５よりも小さくてもよい。ノズル径ｄｎは、ノズル流路６２の径よりも小さい。
【００１８】
図２は、第１実施形態におけるフラットスクリュー４０の構成を示す斜視図である。図２に示したフラットスクリュー４０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。
【００１９】
本実施形態では、フラットスクリュー４０の溝形成面４１には、１条の溝部４５が形成されている。溝部４５は、中央部４６と、渦状部４７と、材料導入部４８とを有している。中央部４６は、フラットスクリュー４０の回転軸ＲＸの周りに形成された円形の窪みである。中央部４６は、バレル５０に設けられた連通孔５５に対向する。
【００２０】
渦状部４７の一端は、中央部４６に接続されている。渦状部４７は、中央部４６を中心として、溝形成面４１の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。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。
【００２１】
渦状部４７の他端は、材料導入部４８に接続されている。材料導入部４８は、スクリュー対向面５１の外周縁に設けられた渦状部４７よりも幅広な溝状の部分である。材料導入部４８は、フラットスクリュー４０の側面４２まで連続している。供給路２２を介して供給された材料は、材料導入部４８から渦状部４７へと導入される。
【００２２】
図３は、フラットスクリュー４０の溝形成面４１を示す底面図である。本実施形態では、渦状部４７の一端は、中央部４６に接続され、渦状部４７の他端は、材料導入部４８に接続されている。渦状部４７と中央部４６との接続部を出口側接続部１４１と呼び、渦状部４７と材料導入部４８との接続部を入口側接続部１４２と呼ぶ。出口側接続部１４１よりも渦状部４７の幅が１０％広くなった位置を、入口側接続部１４２とする。渦状部４７の長さＬｓは、入口側接続部１４２から出口側接続部１４１までの渦に沿った長さである。本実施形態では、渦状部４７の幅は、渦に沿って外周に向かうにつれて広くなっている。つまり、渦状部４７は、入口側接続部１４２において最も幅が広く、出口側接続部１４１において最も幅が狭い。尚、渦状部４７の長さＬｓのことを溝部４５の長さと呼ぶこともある。溝形成面４１の中心から出口側接続部１４１までの距離Ｒｍ１と、溝形成面４１の中心から入口側接続部１４２までの距離Ｒｍ２との相加平均を、渦状部４７の平均半径Ｒｍ＝（Ｒｍ１＋Ｒｍ２）と呼ぶ。
【００２３】
図４は、図３におけるフラットスクリュー４０のIV−IV線断面図である。IV−IV線断面は、出口側接続部１４１における渦状部４７の断面である。本実施形態では、渦の接線方向に垂直な渦状部４７の断面の形状は、正方形である。そのため、出口側接続部１４１における渦状部４７の断面積Ｓｓ１は、出口側接続部１４１における渦状部４７の幅Ｗ１と深さＨ１との積によって算出できる。
【００２４】
図５は、図３におけるフラットスクリュー４０のＶ−Ｖ線断面図である。入口側接続部１４２における渦状部４７の断面である。本実施形態では、渦の接線方向に垂直な渦状部４７の断面の形状は、正方形である。そのため、入口側接続部１４２における渦状部４７の断面積Ｓｓ２は、入口側接続部１４２における渦状部４７の幅Ｗ２と深さＨ２との積によって算出できる。入口側接続部１４２における渦状部の幅Ｗ２は、出口側接続部１４１における渦状部４７の幅Ｗ１の１．１倍であり、入口側接続部１４２における渦状部４７の深さＨ２は、出口側接続部１４１における渦状部４７の深さＨ１と同じである。したがって、断面積Ｓｓ２は、断面積Ｓｓ１の１．１倍である。
【００２５】
図６は、第１実施形態におけるバレル５０のスクリュー対向面５１の構成を示す上面図である。上述したとおり、スクリュー対向面５１の中央には、ノズル孔６１に連通する連通孔５５が形成されている。スクリュー対向面５１における連通孔５５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、一端が連通孔５５に接続され、連通孔５５からスクリュー対向面５１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、造形材料を連通孔５５に導く機能を有する。
【００２６】
上述した三次元造形装置１００の構成によれば、制御部５００によって三次元造形物を造形する造形処理が実行されると、材料供給部２０内の材料が、供給路２２を通って、回転しているフラットスクリュー４０の側面４２から材料導入部４８に供給される。材料導入部４８内に供給された材料は、フラットスクリュー４０の回転によって、渦状部４７内へと輸送される。渦状部４７内に輸送された材料は、フラットスクリュー４０の回転と、バレル５０に内蔵されたヒーター５８による加熱とによって、少なくとも一部が溶融されて、流動性を有するペースト状の造形材料となる。造形材料は、フラットスクリュー４０の回転によって、渦状部４７内を中央部４６に向かって輸送されて、中央部４６から連通孔５５に流入する。連通孔５５を介してノズル６０に供給された造形材料は、ノズル孔６１から造形テーブル３１０上に向かって吐出される。尚、ノズル孔６１から吐出される造形材料の体積流量のことを吐出量Ｑｏｕｔと呼ぶ。
【００２７】
図７は、フラットスクリュー４０の溝部４５を単純化したモデル４００の説明図である。このモデル４００では、フラットスクリュー４０の溝部４５と、バレル５０のスクリュー対向面５１とによって囲まれた空間が、一定断面を有する直線状の矩形管４１０として表されている。矩形管４１０は、渦状部４７の長さＬｓと同じ長さを有する。矩形管４１０は、出口側接続部１４１における渦状部４７の断面積Ｓｓ１と、入口側接続部１４２における渦状部４７の断面積Ｓｓ２との相加平均による平均断面積Ｓｓ＝（Ｓｓ１＋Ｓｓ２）／２と同じ断面積を有する。この矩形管４１０内を造形材料が流れる。尚、このモデル４００では、材料導入部４８と中央部４６とは、渦状部４７に比べて幅広であるため、無視できるとしている。また、渦状部４７の平均断面積Ｓｓのことを溝部４５の平均断面積と呼ぶこともある。
【００２８】
矩形管４１０は、造形材料が流入する入口部４１１と、造形材料が流出する出口部４１２とを有している。実際の吐出ユニット２００では、ノズル径ｄｎに比べて連通孔５５の径は十分に大きい。そのため、このモデル４００では、連通孔５５の流路抵抗は無視できるとして、矩形管４１０の出口部４１２には、造形材料が吐出されるノズル部４２０が直結されている。尚、ノズル部４２０は、ノズルの断面積Ｓｎと同じ断面積を有する。ノズル部４２０は、ノズルの長さＬｎと同じ長さを有する。そのため、ノズル部４２０内の流路抵抗は、矩形管４１０内の流路抵抗よりも大きい。
【００２９】
このモデル４００では、矩形管４１０の底面であるバレル部４１３が、矩形管４１０の入口部４１１から出口部４１２に向かって一定の速度ｖで移動することによって、実際の吐出ユニット２００におけるフラットスクリュー４０とバレル５０との相対的な移動が表されている。速度ｖは、回転するフラットスクリュー４０の角速度と、渦状部４７の平均半径Ｒｍとを用いて設定される。
【００３０】
図８から図１０は、上述したモデル４００における矩形管４１０内の造形材料の流れを示す説明図である。図８から図１０には、矩形管４１０の幅方向から見た、矩形管４１０内の造形材料の流量の分布を表している。このモデル４００では、造形材料の流れは、矩形管４１０の幅方向について一様である。
【００３１】
図８は、矩形管４１０内の造形材料の流れを示す第１の説明図である。バレル部４１３が速度ｖで移動することによって、矩形管４１０内の造形材料には、せん断流れが発生する。このせん断流れによって、入口部４１１から出口部４１２へと向かって、矩形管４１０内を造形材料が輸送される。矩形管４１０内を入口部４１１から出口部４１２へと向かって、輸送される造形材料の流量を輸送量Ｑｉｎと呼ぶ。
【００３２】
図９は、矩形管４１０内の造形材料の流れを示す第２の説明図である。ノズル部４２０の流路抵抗が矩形管４１０内の流路抵抗よりも大きいため、矩形管４１０内を造形材料が輸送されるにつれて、矩形管４１０内の出口部４１２における造形材料の圧力である背圧が上昇する。背圧が上昇して入口部４１１と出口部４１２との間に差圧ΔＰが生じることによって、輸送された造形材料の一部が、出口部４１２側から入口部４１１側に向かって矩形管４１０内を還流する。矩形管４１０内を還流する造形材料の流量を還流量Ｑｒｅｖと呼ぶ。
【００３３】
図１０は、矩形管４１０内の造形材料の流れを示す第３の説明図である。さらに背圧が上昇すると、入口部４１１と出口部４１２との間の差圧ΔＰがさらに大きくなるため、矩形管４１０内の還流量Ｑｒｅｖは増加する。
【００３４】
したがって、還流量Ｑｒｅｖが増加し過ぎると、十分な吐出量Ｑｏｕｔが得られなくなる。そのため、吐出量Ｑｏｕｔを増加させるためには、還流量Ｑｒｅｖと吐出量Ｑｏｕｔとが等しくなることが好ましいと考えられる。
【００３５】
矩形管４１０における入口部４１１の圧力と、ノズル部４２０における矩形管４１０とは反対側の端部の圧力とは、ともに大気圧である。そのため、矩形管４１０における圧力損失と、ノズル部４２０における圧力損失との関係は、下式（１）のように表される。
｛１２８×μ（γｒｅｖ）×Ｌｓ／π×ｄｓ４｝×Ｑｒｅｖ＝｛１２８×μ（γｉｎ）×Ｌｎ／π×ｄｎ４｝×Ｑｏｕｔ  ・・・（１）
上式（１）において、μ（γｒｅｖ）は、矩形管４１０内を還流する造形材料についてのせん断速度依存粘度を表している。Ｌｓは、矩形管４１０の長さを表している。ｄｓは、矩形管４１０の断面積Ｓｓと等価な断面積を有する円管の直径を表している。μ（γｉｎ）は、ノズル部４２０から吐出される造形材料についてのせん断速度依存粘度を表している。Ｌｎは、ノズル部４２０の長さを表している。ｄｎは、ノズル部４２０の断面積Ｓｎと等価な断面積を有する円管の直径を表している。尚、以下の説明において、輸送量Ｑｉｎと、還流量Ｑｒｅｖと、吐出量Ｑｏｕｔとについて、これらを特に区別せずに説明する際には、添え字を省略して単にＱと表す。矩形管４１０内を輸送される造形材料の平均せん断速度γｉｎと、矩形管４１０内を還流する造形材料の平均せん断速度γｒｅｖとについて、これらを特に区別せずに説明する際には、添え字を省略して単にγと表す。矩形管４１０の断面積Ｓｓと、ノズル部４２０の断面積Ｓｎとについて、これらを特に区別せずに説明する際には、添え字を省略して単にＳと表す。
【００３６】
せん断速度依存粘度μ（γ）は、せん断速度に依存しないニュートン流体であるとした場合の造形材料の粘度μ０と、造形材料に作用するせん断応力τと、造形材料の平均せん断速度γとを用いて、下式（２）のように表される。
μ（γ）＝μ０／（１＋（τ×γ）α  ・・・（２）
矩形管４１０の断面積Ｓｓは、矩形管４１０の断面積Ｓｓと等価な断面積を有する円管の直径ｄｓを用いて、下式（３）のように表される。
π×ｄｓ２／４＝Ｓｓ  ・・・（３）
ノズル部４２０の断面積Ｓｎは、ノズル部４２０の断面積Ｓｎと等価な断面積を有する円管の直径ｄｎを用いて、下式（４）のように表される。
π×ｄｎ２／４＝Ｓｎ  ・・・（４）
【００３７】
矩形管４１０内の還流量Ｑｒｅｖとノズル部４２０からの吐出量Ｑｏｕｔとが同じであることは、下式（５）のように表される。
Ｑｒｅｖ＝Ｑｏｕｔ  ・・・（５）
上式（１）より、矩形管４１０内の還流量Ｑｒｅｖと、ノズル部４２０からの吐出量Ｑｏｕｔとが同じとなるためには、下式（６）の関係が成立する必要がある。
｛μ（γｒｅｖ）×Ｌｓ／Ｓｓ｝＝｛μ（γｉｎ）×Ｌｎ／Ｓｎ｝  ・・・（６）
【００３８】
フラットスクリュー４０は、高せん断領域で用いられるため、せん断速度依存粘度μ（γ）は、せん断速度に依存しないニュートン流体であるとした場合の造形材料の粘度μ０と、せん断応力τと、せん断速度γとを用いて、下式（７）のように近似できる。尚、αの値は、溶融した樹脂の場合、０．６〜０．８程度であるため、２／３に近似できる。
μ（γ）＝μ０／（τ×γ）α  ・・・（７）
また、平均せん断速度γは、流量Ｑと、断面積Ｓとを用いて、下式（８）のように表される。
γ＝Ｑ／Ｓ３／２・・・（８）
【００３９】
上式（５）と上式（７）と上式（８）とを用いて、上式（６）を整理すると、下式（９）に表す関係が導き出される。
Ｓｓ／Ｌｓ＝Ｓｎ／Ｌｎ  ・・・（９）
したがって、（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）の値が、１．００近傍となる場合に、吐出量Ｑｏｕｔが増加すると考えられる。つまり、（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）の値が、１．００近傍となるように、渦状部４７の断面積Ｓｎおよび長さＬｓと、ノズル孔６１の断面積Ｓｎおよび長さＬｎとを設定することによって、ノズル孔６１からの造形材料の吐出量が増加すると考えられる。尚、以下では、（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）のことをＳ／Ｌ比と呼ぶ。ノズル孔６１の長さＬｎに対するノズル孔６１の断面積Ｓｎの比Ｓｎ／Ｌｎのことを、ノズル比と呼ぶ。渦状部４７の長さＬｓに対する渦状部４７の平均断面積Ｓｓの比Ｓｓ／Ｌｓのことを、溝部比と呼ぶ。つまり、Ｓ／Ｌ比とは、ノズル比Ｓｎ／Ｌｎに対する溝部比Ｓｓ／Ｌｓの比のことを意味する。
【００４０】
図１１、図１３、図１５、図１７は、Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係を示すグラフである。図１１、図１３、図１５、図１７の横軸には、Ｓ／Ｌ比を表しており、縦軸には、ノズル孔６１からの造形材料の吐出量を表している。図１１、図１３、図１５、図１７に表した吐出量については、図１１におけるＳ／Ｌ比が４．５８のときの吐出量を基準とした割合で表している。尚、従来の三次元造形装置では、Ｓ／Ｌ比は、２０．００程度に設定されていたと考えられる。以下では、図１１、図１３、図１５、図１７を参照しつつ、Ｓ／Ｌ比の値が１．００近傍である場合に、吐出量が増加することを確かめるために行った実験の結果を説明する。この実験では、渦状部４７の平均断面積Ｓｓを６．２５×１０−８〜３．６０×１０−５ｍ２の範囲内において変化させることによって、Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係が調べられた。
【００４１】
図１１は、Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第１のグラフである。図１１に結果を示した実験では、ノズル径ｄｎ＝５０μｍ、ノズル長さＬｎ＝２００μｍのノズル６０が用いられた。材料として、ＡＢＳ樹脂が用いられた。材料の温度が摂氏２００．０度となるようにヒーター５８の温度が設定された。フラットスクリュー４０の回転数は、６０ｒｐｍに設定された。渦状部４７の平均半径Ｒｍ＝１６ｍｍ、渦状部４７の長さＬｓ＝２００ｍｍのフラットスクリュー４０が用いられた。尚、図１１では、Ｓ／Ｌ比が５．００以上の場合については図示を省略している。
【００４２】
図１２は、平均断面積ＳｓとＳ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第１の表である。図１２には、図１１にて、丸印で表した位置における、渦状部４７の平均断面積Ｓｓと、Ｓ／Ｌ比と、ノズル孔６１からの吐出量との関係を表している。尚、図１１では、Ｓ／Ｌ比が５．００以上の場合については図示を省略しているが、図１２には、Ｓ／Ｌ比が５．００以上の場合についても表されている。Ｓ／Ｌ比が１８．３３のとき、吐出量は１１％である。Ｓ／Ｌ比が１２．７３のとき、吐出量は２０％である。Ｓ／Ｌ比が８．１５のとき、吐出量は４０％である。Ｓ／Ｌ比が６．２４のとき、吐出量は５０％である。Ｓ／Ｌ比が４．５８のとき、吐出量は１００％である。Ｓ／Ｌ比が３．１８のとき、吐出量は１６７％である。Ｓ／Ｌ比が２．０４のとき、吐出量は３３３％である。Ｓ／Ｌ比が１．１５のとき、吐出量は７６７％である。Ｓ／Ｌ比が０．５１のとき、吐出量は１５７７％である。Ｓ／Ｌ比が０．２９のとき、吐出量は１５８７％である。Ｓ／Ｌ比が０．１３のとき、吐出量は１０００％である。Ｓ／Ｌ比が０．０３のとき、吐出量は３２０％である。
【００４３】
上述した実験の結果、ノズル孔６１からの吐出量を増加させるためには、Ｓ／Ｌ比の上限と下限とを、以下のように設定することが好ましいことが判明した。Ｓ／Ｌ比の上限については、５．００以下とすることが好ましく、２．００以下とすることがより好ましく、１．００以下とすることがさらに好ましいことが判明した。Ｓ／Ｌ比の下限については、０．０３以上とすることが好ましく、０．１０以上とすることがより好ましく、０．２０以上とすることがさらに好ましいことが判明した。
【００４４】
図１３は、Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第２のグラフである。図１３に結果を示した実験では、ノズル径ｄｎ＝５０μｍ、ノズル長さＬｎ＝２００μｍのノズル６０が用いられた。材料として、ポリプロピレン（ＰＰ）が用いられた。材料の温度が摂氏２００．０度となるようにヒーター５８の温度が設定された。フラットスクリュー４０の回転数は、６０ｒｐｍに設定された。渦状部４７の平均半径Ｒｍ＝１６ｍｍ、渦状部４７の長さＬｓ＝２００ｍｍのフラットスクリュー４０が用いられた。
【００４５】
図１４は、平均断面積ＳｓとＳ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第２の表である。図１４には、図１３にて、丸印で表した位置における、渦状部４７の平均断面積Ｓｓと、Ｓ／Ｌ比と、ノズル孔６１からの吐出量との関係を表している。Ｓ／Ｌ比が１８．３３のとき、吐出量は５％である。Ｓ／Ｌ比が１２．７３のとき、吐出量は１２％である。Ｓ／Ｌ比が８．１５のとき、吐出量は２９％である。Ｓ／Ｌ比が６．２４のとき、吐出量は４３％である。Ｓ／Ｌ比が４．５８のとき、吐出量は１２３％である。Ｓ／Ｌ比が３．１８のとき、吐出量は２６３％である。Ｓ／Ｌ比が２．０４のとき、吐出量は４９９％である。Ｓ／Ｌ比が１．１５のとき、吐出量は８３３％である。Ｓ／Ｌ比が０．５１のとき、吐出量は１３７７％である。Ｓ／Ｌ比が０．２９のとき、吐出量は１５３３％である。Ｓ／Ｌ比が０．１３のとき、吐出量は１１００％である。Ｓ／Ｌ比が０．０３のとき、吐出量は３３７％である。
【００４６】
上述した実験の結果、ノズル孔６１からの吐出量を増加させるためには、Ｓ／Ｌ比の上限と下限とを、以下のように設定することが好ましいことが判明した。Ｓ／Ｌ比の上限については、５．００以下とすることが好ましく、２．００以下とすることがより好ましく、１．００以下とすることがさらに好ましいことが判明した。Ｓ／Ｌ比の下限については、０．０３以上とすることが好ましく、０．１０以上とすることがより好ましく、０．２０以上とすることがさらに好ましいことが判明した。
【００４７】
図１５は、Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第３のグラフである。図１５に結果を示した実験では、ノズル径ｄｎ＝１００μｍ、ノズル長さＬｎ＝２００μｍのノズル６０が用いられた。材料として、ＡＢＳ樹脂が用いられた。材料の温度が摂氏２００．０度となるようにヒーター５８の温度が設定された。フラットスクリュー４０の回転数は、６０ｒｐｍに設定された。渦状部４７の平均半径Ｒｍ＝１６ｍｍ、渦状部４７の長さＬｓ＝２００ｍｍのフラットスクリュー４０が用いられた。尚、図１５では、Ｓ／Ｌ比が５．００以上の場合については図示を省略している。
【００４８】
図１６は、平均断面積ＳｓとＳ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第３の表である。図１６には、図１５にて、丸印で表した位置における、渦状部４７の平均断面積Ｓｓと、Ｓ／Ｌ比と、ノズル孔６１からの吐出量との関係を表している。尚、図１５では、Ｓ／Ｌ比が５．００以上の場合については図示を省略しているが、図１６には、Ｓ／Ｌ比が５．００以上の場合についても表されている。Ｓ／Ｌ比が４．５８のとき、吐出量は２６７％である。Ｓ／Ｌ比が３．１８のとき、吐出量は５００％である。Ｓ／Ｌ比が２．０４のとき、吐出量は１０３３％である。Ｓ／Ｌ比が１．５６のとき、吐出量は１６００％である。Ｓ／Ｌ比が１．１５のとき、吐出量は２４３３％である。Ｓ／Ｌ比が０．８０のとき、吐出量は３８００％である。Ｓ／Ｌ比が０．５１のとき、吐出量は５６６７％である。Ｓ／Ｌ比が０．２９のとき、吐出量は６２３３％である。Ｓ／Ｌ比が０．１３のとき、吐出量は４０００％である。Ｓ／Ｌ比が０．０７のとき、吐出量は２５６７％である。Ｓ／Ｌ比が０．０３のとき、吐出量は１２６７％である。Ｓ／Ｌ比が０．０１のとき、吐出量は３３３％である。
【００４９】
上述した実験の結果、ノズル孔６１からの吐出量を増加させるためには、Ｓ／Ｌ比の上限と下限とを、以下のように設定することが好ましいことが判明した。Ｓ／Ｌ比の上限については、５．００以下とすることが好ましく、２．００以下とすることがより好ましく、１．００以下とすることがさらに好ましいことが判明した。Ｓ／Ｌ比の下限については、０．０３以上とすることが好ましく、０．１０以上とすることがより好ましく、０．２０以上とすることがさらに好ましいことが判明した。
【００５０】
図１７は、Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第４のグラフである。図１７に結果を示した実験では、ノズル径ｄｎ＝２００μｍ、ノズル長さＬｎ＝１０００μｍのノズル６０が用いられた。材料として、ＡＢＳ樹脂が用いられた。材料の温度が摂氏２００．０度となるようにヒーター５８の温度が設定された。フラットスクリュー４０の回転数は、６０ｒｐｍに設定された。渦状部４７の平均半径Ｒｍ＝１６ｍｍ、渦状部４７の長さＬｓ＝２００ｍｍのフラットスクリュー４０が用いられた。尚、図１７では、Ｓ／Ｌ比が５．００以上の場合については図示を省略している。
【００５１】
図１８は、平均断面積ＳｓとＳ／Ｌ比と吐出量との関係を示す第４の表である。図１８には、図１７にて、丸印で表した位置における、渦状部４７の平均断面積Ｓｓと、Ｓ／Ｌ比と、ノズル孔６１からの吐出量との関係を表している。尚、図１７では、Ｓ／Ｌ比が５．００以上の場合については図示を省略しているが、図１８には、Ｓ／Ｌ比が５．００以上の場合についても表されている。Ｓ／Ｌ比が５．７３のとき、吐出量は３３３％である。Ｓ／Ｌ比が３．９８のとき、吐出量は６６７％である。Ｓ／Ｌ比が２．５５のとき、吐出量は１４００％である。Ｓ／Ｌ比が１．９５のとき、吐出量は２２００％である。Ｓ／Ｌ比が１．４３のとき、吐出量は３５３３％である。Ｓ／Ｌ比が０．９９のとき、吐出量は５８００％である。Ｓ／Ｌ比が０．６４のとき、吐出量は７０００％である。Ｓ／Ｌ比が０．３６のとき、吐出量は７０００％である。Ｓ／Ｌ比が０．１６のとき、吐出量は４１６７％である。Ｓ／Ｌ比が０．０９のとき、吐出量は２６３３％である。Ｓ／Ｌ比が０．０４のとき、吐出量は１０００％である。Ｓ／Ｌ比が０．０１のとき、吐出量は３３３％である。
【００５２】
上述した実験の結果、ノズル孔６１からの吐出量を増加させるためには、Ｓ／Ｌ比の上限と下限とを、以下のように設定することが好ましいことが判明した。Ｓ／Ｌ比の上限については、５．００以下とすることが好ましく、２．５０以下とすることがより好ましく、１．５０以下とすることがさらに好ましいことが判明した。Ｓ／Ｌ比の下限については、０．０４以上とすることが好ましく、０．１０以上とすることがより好ましく、０．１５以上とすることがさらに好ましいことが判明した。
【００５３】
図１９は、上述した実験に用いたＡＢＳ樹脂の粘度についてのせん断速度依存性を示すグラフである。図１９の横軸には、せん断速度を表しており、縦軸には、粘度を表している。図１９には、摂氏１８０．０度と、摂氏２００．０度と、摂氏２２０．０度と、摂氏、２４０．０度と、摂氏２６０．０度との場合における、せん断速度と粘度との関係を両対数グラフによって表している。
【００５４】
図２０は、上述した実験に用いたポリプロピレンの粘度についてのせん断速度依存性を示すグラフである。図２０の横軸には、せん断速度を表しており、縦軸には、粘度を表している。図２０には、摂氏１８０．０度と、摂氏２０６．７度と、摂氏２３３．３度と、摂氏、摂氏２６０．０度との場合における、せん断速度と粘度との関係を両対数グラフによって表している。
【００５５】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００によれば、Ｓ／Ｌ比が０．０３以上、かつ、５．００以下の範囲内になるように、フラットスクリュー４０の渦状部４７の平均断面積Ｓｓおよび長さＬｓと、ノズル孔６１の断面積Ｓｎおよび長さＬｎとを設定することによって、ノズル孔６１からの造形材料の吐出量を増加させることができる。特に、本実施形態では、Ｓ／Ｌ比が０．０３以上、かつ、２．００以下の範囲内である場合に、ノズル孔６１からの造形材料の吐出量をさらに増加させることができる。
【００５６】
また、本実施形態では、Ｓ／Ｌ比が０．１０以上、かつ、１．００以下の範囲内になるように、フラットスクリュー４０の渦状部４７の平均断面積Ｓｓおよび長さＬｓと、ノズル孔６１の断面積Ｓｎおよび長さＬｎとを設定することによって、ノズル孔６１からの造形材料の吐出量を顕著に増加させることができる。
【００５７】
また、本実施形態では、ノズル径ｄｎが２００μｍ以下の小径なノズル６０であっても、Ｓ／Ｌ比を適切に設定することによって、ノズル孔６１からの造形材料の吐出量の低下を抑制できる。
【００５８】
また、本実施形態では、渦状部４７が、材料導入部４８から中央部４６に向かうにつれて、狭くなっているため、渦状部４７内において、材料を効果的に溶融および輸送できる。
【００５９】
Ｂ．第２実施形態：
図２１は、第２実施形態の三次元造形装置１００ｂにおけるフラットスクリュー４０ｂの溝形成面４１を示す底面図である。第２実施形態の三次元造形装置１００ｂでは、フラットスクリュー４０ｂの溝形成面４１に、２条の溝部４５が形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。
【００６０】
本実施形態では、それぞれの溝部４５において、渦状部４７の出口側接続部１４１の断面積Ｓｓ１と、入口側接続部１４２の断面積Ｓｓ２とは同じである。それぞれの溝部４５において、渦状部４７の長さＬｓは同じである。
【００６１】
溝部４５が複数条設けられた場合には、矩形管４１０内の還流量Ｑｒｅｖとノズル部４２０からの吐出量Ｑｏｕｔとが同じであることは、溝部４５の条数ｎを用いて、下式（１０）のように表される。尚、ｎは自然数である。
ｎ×Ｑｒｅｖ＝Ｑｏｕｔ  ・・・（１０）
そのため、上述した式（１）から式（４）と、式（６）から式（８）とを用いて、下式（１１）によって表される関係が導き出される。
ｎ１／２×Ｓｓ／Ｌｓ＝Ｓｎ／Ｌｎ  ・・・（１１）
したがって、溝部４５が複数条設けられた場合には、ｎ１／２×（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）が１．００近傍の値となる場合に、吐出量が増加すると考えられる。つまり、溝部４５が２条設けられた形態では、Ｓ／Ｌ比が０．７１近傍の値となる場合に、吐出量が増加し、溝部４５が３条設けられた形態では、Ｓ／Ｌ比が０．５８近傍の値となる場合に、吐出量が増加すると考えられる。尚、以下では、ｎ１／２×（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）のことを修正Ｓ／Ｌ比と呼ぶ。
【００６２】
図２２は、溝部４５が複数条設けられた場合における、Ｓ／Ｌ比と吐出量との関係を示すグラフである。図２２の横軸には、Ｓ／Ｌ比を表しており、縦軸には、ノズル孔６１からの造形材料の吐出量を表している。図２２に表した吐出量については、溝部４５が１条である場合におけるＳ／Ｌ比が４．５８のときの吐出量を基準とした割合で表している。図２２は、溝部４５が２条設けられた形態では、Ｓ／Ｌ比が０．７１近傍の値となる場合に、吐出量が増加し、溝部４５が３条設けられた形態では、Ｓ／Ｌ比が０．５８近傍の値となる場合に、吐出量が増加することを確かめるために行った実験の結果である。
【００６３】
図２２に結果を示した実験では、溝部４５が１条である場合と、溝部４５が２条である場合と、溝部４５が３条である場合との、それぞれについて、ノズル径ｄｎ＝５０μｍ、ノズル長さＬｎ＝２００μｍのノズル６０が用いられた。材料として、ＡＢＳ樹脂が用いられた。材料の温度が摂氏２００．０度となるようにヒーター５８の温度が設定された。フラットスクリュー４０の回転数は、６０ｒｐｍに設定された。渦状部４７の平均半径Ｒｍ＝１６ｍｍ、渦状部４７の長さＬｓ＝２００ｍｍのフラットスクリュー４０ｂが用いられた。尚、図２２では、Ｓ／Ｌ比が５．００以上の場合については図示を省略している。溝部４５が１条である場合の結果は、図１１および図１２を用いて説明した結果と同じである。
【００６４】
図２３は、溝部４５が２条である場合における平均断面積ＳｓとＳ／Ｌ比と吐出量との関係を示す表である。図２３には、図２２にて、丸印で表した位置における、渦状部４７の平均断面積Ｓｓと、Ｓ／Ｌ比と、ノズル孔６１からの吐出量との関係を表している。Ｓ／Ｌ比が１８．３３のとき、吐出量は９％である。Ｓ／Ｌ比が１２．７３のとき、吐出量は１８％である。Ｓ／Ｌ比が８．１５のとき、吐出量は３９％である。Ｓ／Ｌ比が６．２４のとき、吐出量は６５％である。Ｓ／Ｌ比が４．５８のとき、吐出量は１０２％である。Ｓ／Ｌ比が３．１８のとき、吐出量は１８６％である。Ｓ／Ｌ比が２．０４のとき、吐出量は３５７％である。Ｓ／Ｌ比が１．１５のとき、吐出量は７７０％である。Ｓ／Ｌ比が０．５１のとき、吐出量は１７２０％である。Ｓ／Ｌ比が０．２９のとき、吐出量は２３４０％である。Ｓ／Ｌ比が０．１３のとき、吐出量は１７８０％である。Ｓ／Ｌ比が０．０３のとき、吐出量は５５０％である。
【００６５】
図２４は、溝部４５が３条である場合における平均断面積ＳｓとＳ／Ｌ比と吐出量との関係を示す表である。図２４には、図２２にて、丸印で表した位置における、渦状部４７の平均断面積Ｓｓと、Ｓ／Ｌ比と、ノズル孔６１からの吐出量との関係を表している。Ｓ／Ｌ比が１８．３３のとき、吐出量は９％である。Ｓ／Ｌ比が１２．７３のとき、吐出量は１８％である。Ｓ／Ｌ比が８．１５のとき、吐出量は３９％である。Ｓ／Ｌ比が６．２４のとき、吐出量は６４％である。Ｓ／Ｌ比が４．５８のとき、吐出量は１０２％である。Ｓ／Ｌ比が３．１８のとき、吐出量は１８７％である。Ｓ／Ｌ比が２．０４のとき、吐出量は３５７％である。Ｓ／Ｌ比が１．１５のとき、吐出量は７９０％である。Ｓ／Ｌ比が０．５１のとき、吐出量は１８９３％である。Ｓ／Ｌ比が０．２９のとき、吐出量は２８１３％である。Ｓ／Ｌ比が０．１３のとき、吐出量は２３４０％である。Ｓ／Ｌ比が０．０３のとき、吐出量は８５３％である。
【００６６】
上述した実験の結果、溝部４５が２条である場合には、溝部４５が１条である場合よりも、Ｓ／Ｌ比が小さい側に吐出量のピーク位置が表れている。さらに、溝部４５が３条である場合には、溝部４５が２条である場合よりも、Ｓ／Ｌ比が小さい側に吐出量のピーク位置が表れている。
【００６７】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｂによれば、複数の溝部４５が設けられた場合であっても、修正Ｓ／Ｌ比が０．０３以上、かつ、５．００以下の範囲内になるように、フラットスクリュー４０の渦状部４７の平均断面積Ｓｓおよび長さＬｓと、ノズル孔６１の断面積Ｓｎおよび長さＬｎとを設定することによって、ノズル孔６１からの造形材料の吐出量を増加させることができる。特に、本実施形態では、修正Ｓ／Ｌ比が０．０３以上、かつ、２．００以下の範囲内である場合に、ノズル孔６１からの造形材料の吐出量をさらに増加させることができる。
【００６８】
また、本実施形態では、複数の溝部４５が設けられた場合であっても、修正Ｓ／Ｌ比が０．１０以上、かつ、１．００以下の範囲内になるように、フラットスクリュー４０の渦状部４７の平均断面積Ｓｓおよび長さＬｓと、ノズル孔６１の断面積Ｓｎおよび長さＬｎとを設定することによって、ノズル孔６１からの造形材料の吐出量を顕著に増加させることができる。
【００６９】
Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ１）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｂにおいて、複数の吐出ユニット２００が設けられてもよい。この場合、吐出ユニット２００から造形材料を吐出できる。
【００７０】
（Ｃ２）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｂにおいて、バレル５０のスクリュー対向面５１に、複数の連通孔５５が設けられてもよい。この場合、複数のノズル６０から造形材料を吐出できる。
【００７１】
（Ｃ３）図２５は、他の形態としての射出成形装置１１０の概略構成を示す説明図である。吐出ユニット２００，２００ｂは、三次元造形装置１００，１００ｂの他に、射出成形装置１１０に用いられてもよい。図２５に示した射出成形装置１１０では、吐出ユニット２００は、可塑化装置９０と、ノズル６０とに加えて、射出部６００を備える。可塑化装置９０の構成や機能は、上述したとおりである。尚、図２５では、材料供給部２０および供給路２２の図示を省略している。射出部６００は、可塑化装置９０から供給される溶融材料を計量して、型締め状態において、ノズル６０から、上型７１０と図示しない下型とにより区画される空間へと射出する。射出部６００は、射出シリンダー６１０と、射出プランジャー６２０と、逆止弁６３０と、射出モーター６４０とを有する。射出モーター６４０の駆動によって、射出プランジャー６２０が連通孔５５側とは反対側に摺動することにより、連通孔５５内の溶融材料が射出シリンダー６１０内に引き込まれて計量される。射出モーター６４０の駆動によって、射出プランジャー６２０が連通孔５５側に摺動することにより、射出シリンダー６１０内の溶融材料がノズル６０側へと圧送されて、上型７１０と下型とにより区画される空間へと射出される。
【００７２】
Ｄ．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。
【００７３】
（１）本開示の一形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、駆動モーターと、溝が形成された溝形成面を有し、前記駆動モーターによって回転するスクリューと、前記溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、前記連通孔から供給された造形材料を吐出するノズルと、を備える。前記溝の最大断面積と最小断面積との相加平均である平均断面積Ｓｓと、前記溝の長さＬｓと、前記ノズルの断面積Ｓｎと、前記ノズルの長さＬｎとの関係は、下式（１）を満たすように構成される。
０．０３≦（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）≦５．００  ・・・（１）
この形態の三次元造形装置によれば、（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）の値が０．０３以上、かつ、５．００以下の範囲内になるように、スクリューの溝の寸法と、ノズルの寸法とを設定することによって、ノズルからの造形材料の吐出量を増加させることができる。
【００７４】
（２）上記形態の三次元造形装置において、前記関係は、下式（２）を満たすように構成されてもよい。
０．０３≦（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）≦２．００  ・・・（２）
この形態の三次元造形装置によれば、（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）の値が０．０３以上、かつ、２．００以下の範囲内になるように、スクリューの溝の寸法と、ノズルの寸法とを設定することによって、ノズルからの造形材料の吐出量をさらに増加させることができる。
【００７５】
（３）上記形態の三次元造形装置において、前記関係は、下式（３）を満たすように構成されてもよい。
０．１０≦（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）≦１．００  ・・・（３）
この形態の三次元造形装置によれば、（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）の値が０．１０以上、かつ、１．００以下の範囲内になるように、スクリューの溝の寸法と、ノズルの寸法とを設定することによって、ノズルからの造形材料の吐出量を顕著に増加させることができる。
【００７６】
（４）上記形態の三次元造形装置において、前記ノズルの径は、２００μｍ以下であってもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、ノズルの径が２００μｍ以下であっても、（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）の値を適切に設定することによって、ノズルからの造形材料の吐出量の低下を抑制できる。
【００７７】
（５）上記形態の三次元造形装置において、前記溝の断面積は、前記連通孔に向かうにつれて小さくなってもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、スクリューの溝内において、材料を効果的に溶融および輸送できる。
【００７８】
（６）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、駆動モーターと、ｎ条の溝が形成された溝形成面を有し、前記駆動モーターによって回転するスクリューと、前記溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、前記連通孔から供給された造形材料を吐出するノズルと、を備える。前記ｎ条の前記溝同士が、渦の中心側の端部において接続され、前記ｎ条の前記溝それぞれの最大断面積と最小断面積との相加平均である平均断面積Ｓｓと、前記溝の長さＬｓと、前記ノズルの断面積Ｓｎと、前記ノズルの長さＬｎと、前記溝の条数ｎとの関係は、下式（４）を満たすように構成される。
０．０３≦ｎ１／２×（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）≦５．００  ・・・（４）
但し、ｎは自然数である。
この形態の三次元造形装置によれば、ｎ１／２×（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）の値が０．０３以上、かつ、５．００以下の範囲内になるように、スクリューの溝の寸法と、ノズルの寸法とを設定することによって、ノズルからの造形材料の吐出量を増加させることができる。
【００７９】
（７）本開示の第３の形態によれば、吐出ユニットが提供される。この吐出ユニットは、駆動モーターと、溝が形成された溝形成面を有し、前記駆動モーターによって回転するスクリューと、前記溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、前記連通孔から供給された造形材料を吐出するノズルと、を備える。前記溝の最大断面積と最小断面積との相加平均である平均断面積Ｓｓと、前記溝の長さＬｓと、前記ノズルの断面積Ｓｎと、前記ノズルの長さＬｎとの関係は、下式（５）を満たすように構成される。
０．０３≦（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）≦５．００  ・・・（５）
この形態の吐出ユニットによれば、（Ｓｓ／Ｌｓ）／（Ｓｎ／Ｌｎ）の値が０．０３以上、かつ、５．００以下の範囲内になるように、スクリューの溝の寸法と、ノズルの寸法とを設定することによって、ノズルからの造形材料の吐出量を増加させることができる。
【００８０】
本開示は、三次元造形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、吐出ユニットや、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】
【００８１】
２０…材料供給部、２２…供給路、３０…可塑化部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０，４０ｂ…フラットスクリュー、４１…溝形成面、４２…側面、４５…溝部、４６…中央部、４７…渦状部、４８…材料導入部、５０…バレル、５１…スクリュー対向面、５４…案内溝、５５…連通孔、５８…ヒーター、６０…ノズル、６１…ノズル孔、６２…ノズル流路、９０…可塑化装置、１００，１００ｂ…三次元造形装置、１１０…射出成形装置、１４１…出口側接続部、１４２…入口側接続部、２００…吐出ユニット、３１０…造形テーブル、３２０…移動機構、４００…モデル、４１０…矩形管、４１１…入口部、４１２…出口部、４１３…バレル部、４２０…ノズル部、５００…制御部、６００…射出部、６１０…射出シリンダー、６２０…射出プランジャー、６３０…逆止弁、６４０…射出モーター、７１０…上型。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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