(57)【要約】【課題】可塑化装置におけるローターの回転を安定化させる技術を提供する。【解決手段】可塑化装置は、回転方向に沿った溝が形成され、中心軸に直交する径方向に対して中心軸周りの周方向にわたって傾斜している溝形成面を有するローターと、前記周方向にわたって前記溝形成面に対して前記径方向に対面するように傾斜している対向面と、前記対向面と前記溝との間に供給される材料を加熱するヒーターと、前記ヒーターの熱で可塑化された前記材料が流通する連通孔と、を有する対面部と、回転駆動力を発生する駆動モーターと、前記ローターに対して前記駆動モーターの回転軸に沿った方向に嵌合し、前記駆動モーターの回転軸と前記ローターとを連結して、前記駆動モーターの回転駆動力を前記ローターに伝達する連結部と、前記ローターと前記連結部との間に配置された弾性部材と、を備える。【選択図】図１
2020059206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可塑化装置であって、
回転方向に沿った溝が形成され、中心軸に直交する径方向に対して中心軸周りの周方向にわたって傾斜している溝形成面を有するローターと、
前記周方向にわたって前記溝形成面に対して前記径方向に対面するように傾斜している対向面と、前記対向面と前記溝との間に供給される材料を加熱するヒーターと、前記ヒーターの熱で可塑化された前記材料が流通する連通孔と、を有する対面部と、
回転駆動力を発生する駆動モーターと、
前記ローターに対して前記駆動モーターの回転軸に沿った方向に嵌合し、前記駆動モーターの回転軸と前記ローターとを連結して、前記駆動モーターの回転駆動力を前記ローターに伝達する連結部と、
前記ローターと前記連結部との間に配置された弾性部材と、
を備える、可塑化装置。
【請求項２】
請求項１記載の可塑化装置であって、
前記弾性部材の少なくとも一部は、前記ローターの中心より外周端に近い位置に配置される、可塑化装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の可塑化装置であって、
前記連結部と前記ローターのうちの一方は、前記駆動モーターの回転軸に沿った方向に突起する嵌合凸部を有し、
前記連結部と前記ローターのうちの他方は、前記嵌合凸部が前記駆動モーターの回転軸に沿った方向に挿入される嵌合凹部を有し、
前記弾性部材は、前記嵌合凹部内に配置されている、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、
前記弾性部材は、前記ローターの外周に沿って配置されている、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、
前記弾性部材は、前記ローターの中心軸を囲む円環状の部材である、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、
前記連結部は、前記ローターと対向する面に、前記弾性部材を収容して固定する連結部側凹部を有している、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、
前記ローターは、前記弾性部材を収容して固定するローター側凹部を有している、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、
前記溝形成面と前記対向面との距離は、前記ローターの外周端から中心軸に近づくに従って小さくなる、可塑化装置。
【請求項９】
三次元造形装置であって、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の可塑化装置と、
前記可塑化装置によって可塑化された造形材料を吐出する吐出部と、
前記吐出部から吐出された前記造形材料が堆積される造形ステージと、
を備える、三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、可塑化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元造形や射出成形に用いられる材料を、熱を加えて溶融して可塑化する可塑化装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、三次元造形装置である３Ｄプリンターに搭載されている可塑化装置が開示されている。特許文献１の可塑化装置は、ローターであるディスクを回転させて、材料を、ディスクと加熱プレートとの間に設けられた螺旋状の流路において可塑化させながら出口へと誘導する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１７−５２３９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の可塑化装置では、螺旋状の流路内での材料の圧力を調整するために、ディスクは、その上面中央に取り付けられたばねによって、回転軸に沿った方向に変位可能に保持されている。こうした構成では、例えば流路内に材料が偏在するなどして、ばねが偏って伸縮した場合には、ディスクの回転軸が偏心して、ディスクの回転が不安定になってしまう可能性がある。特許文献１の可塑化装置に限らず、ローターを回転させ、ローターに設けられた溝内で材料を可塑化させる可塑化装置においては、材料を安定して可塑化させるためにも、ローターの回転を安定化させることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の技術の一形態は、可塑化装置として提供される。この形態の可塑化装置は、回転方向に沿った溝が形成され、中心軸に直交する径方向に対して中心軸周りの周方向にわたって傾斜している溝形成面を有するローターと、前記周方向にわたって前記溝形成面に対して前記径方向に対面するように傾斜している対向面と、前記対向面と前記溝との間に供給される材料を加熱するヒーターと、前記ヒーターの熱で可塑化された前記材料が流通する連通孔と、を有する対面部と、回転駆動力を発生する駆動モーターと、前記ローターに対して前記駆動モーターの回転軸に沿った方向に嵌合し、前記駆動モーターの回転軸と前記ローターとを連結して、前記駆動モーターの回転駆動力を前記ローターに伝達する連結部と、前記ローターと前記連結部との間に配置された弾性部材と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態の可塑化装置を備える三次元造形装置の構成を示す概略図。
【図２Ａ】ローターの構成を示す概略斜視図。
【図２Ｂ】ローターの他の構成例を示す概略斜視図。
【図３】対面部の構成を示す概略平面図。
【図４Ａ】駆動機構とローターと対面部の概略断面図。
【図４Ｂ】連結部と弾性部材の概略断面図。
【図５】弾性部材の有無による造形材料の吐出状態の変化の検証結果を示す説明図。
【図６Ａ】第２実施形態の連結部の構成を示す概略断面図。
【図６Ｂ】第２実施形態における弾性部材の配列構成を示す連結部の概略断面図。
【図７】第３実施形態の連結部の構成を示す概略断面図。
【図８Ａ】第４実施形態の連結部およびローターの構成を示す概略断面図。
【図８Ｂ】第４実施形態の連結部の構成を示す概略平面図。
【図９】第５実施形態の連結部の構成を示す概略断面図。
【図１０】第６実施形態のローターの構成を示す概略断面図。
【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実施形態における可塑化装置１０Ａを備える三次元造形装置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。矢印Ｘが示す方向であるＸ方向および矢印Ｙが示す方向であるＹ方向は、水平面に平行であり、矢印Ｚが示すＺ方向は、鉛直方向に一致する。鉛直方向は、重力方向と言い換えてもよい。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、可塑化装置１０Ａが可塑化させた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。「可塑化」とは、熱可塑性を有する物質に熱が加わり溶融することを意味する。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。
【０００９】
可塑化装置１０Ａは、造形材料に転化される前の原材料である材料ＭＲを供給する供給部２０と、材料ＭＲを造形材料へと転化させる生成部３０と、を備える。供給部２０は、材料ＭＲを貯蔵する材料供給源２１と、材料供給源２１の材料ＭＲを生成部３０に導出する接続管路２２と、を備える。
【００１０】
材料供給源２１は、例えば、材料ＭＲを収容するホッパーによって構成される。材料供給源２１は、下方に排出口を有している。当該排出口は、接続管路２２を介して、生成部３０に接続されている。第１実施形態では、材料ＭＲは、ペレットや粉末等の形態で材料供給源２１に投入される。
【００１１】
生成部３０は、材料供給源２１から供給された材料ＭＲを溶融させることによって、可塑化して流動性を発現したペースト状の造形材料を生成し、吐出部６０へと導く。生成部３０は、ケース３１と、駆動機構３２と、ローター４０と、対面部５０と、を有する。
【００１２】
ケース３１は、下方に開口する凹部空間を有しており、当該凹部空間内に、後述する駆動機構３２の連結部３５とローター４０とを収納する。ケース３１の下方の開口は、対面部５０によって閉塞される。上述した接続管路２２は、ケース３１内に設けられている。図示は省略するが、ケース３１内には、接続管路２２内の材料ＭＲの昇温を抑制するための冷媒が流れる冷媒流路が、ローター４０の外周を囲むように設けられている。
【００１３】
駆動機構３２は、ローター４０をケース３１内で回転させる。駆動機構３２は、回転駆動力を発生する駆動モーター３３と、駆動モーター３３とローター４０とを連結する連結部３５と、を備える。駆動モーター３３は、ケース３１の上方に配置されている。駆動モーター３３の回転軸３４は、ケース３１の天面部に設けられた貫通孔を通じて、連結部３５の中心軸上において、連結部３５に連結されている。
【００１４】
連結部３５は、ローター４０の上面を覆うように、ローター４０の上方に配置されている。連結部３５とローター４０とは、後述する嵌合凸部と嵌合凹部とが駆動モーター３３の回転軸に沿った方向に嵌合することによって互いに連結される。連結部３５は、駆動モーター３３の回転軸３４がローター４０の中心軸ＣＸ上に位置するように、駆動モーター３３とローター４０とを連結する。第１実施形態では、連結部３５は、内部に、図示していないギヤを有し、駆動モーター３３の減速機としての機能を有する。図示は省略するが、連結部３５は、Ｚ方向において２分割された構成を有し、駆動モーター３３側の部位がケース３１に固定され、ローター４０側の部位が駆動モーター３３よりも減速された速度で、ローター４０とともに回転する。なお、他の実施形態では、連結部３５は、前記のように分割された構成を有していなくてもよく、連結部３５全体が、内部の図示していないギヤによって駆動モーター３３よりも減速された速度で、ローター４０とともに回転する構成を有していてもよい。また、他の実施形態では、連結部３５は、減速機として構成されていなくてもよく、可動部を有しない部材として構成されていてもよい。
【００１５】
連結部３５は、ローター４０との間に、ローター４０の中心軸ＣＸを囲むように配置された弾性部材３７Ａを有する。弾性部材３７Ａは、ローター４０の中心軸ＣＸよりもローター４０の外周端に近い位置に配置されている。第１実施形態では、弾性部材３７Ａは、ローター４０の外周に沿って配置されている。また、第１実施形態では、弾性部材３７Ａは、円環状の弾性体によって構成されている。弾性部材３７Ａは、例えば、シリコーン樹脂や、テフロン（登録商標）などのフッ素樹脂、ゴムなどの樹脂材料によって構成される。他の実施形態では、弾性部材３７Ａは、コイルばねや、円環状の板バネ、波ワッシャ、円環状のメタルガスケットなど、弾性変形するように成形された金属部材によって構成されてもよい。
【００１６】
連結部３５は、弾性部材３７Ａの弾性変形によって、駆動モーター３３の回転軸３４に対するローター４０の姿勢変化を許容しながら、駆動モーター３３の回転駆動力をローター４０に伝達する。第１実施形態の可塑化装置１０Ａでは、ローター４０が回転するときに、ローター４０が、後述の対面部５０の対向面５２にガイドされた状態で、弾性部材３７Ａが弾性変形することにより、ローター４０の回転が安定化される。弾性部材３７Ａを介した連結部３５とローター４０との連結構造の詳細および弾性部材３７Ａによるローター４０の回転の安定化についての詳細は後述する。
【００１７】
ローター４０は、その中心軸ＣＸがＺ方向に平行になるように配置され、駆動機構３２が発生させる回転駆動力によって、中心軸ＣＸを回転軸として、ケース３１内において周方向に回転する。ローター４０は、回転方向に沿って形成された溝４２を有しており、回転により材料ＭＲを溝４２内で混練しながら可塑化して送り出す。「混練」とは、材料を混ぜながら練り合わせることを意味する。
【００１８】
第１実施形態では、ローター４０は、いわゆるフラットスクリューとして構成されており、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している。ローター４０は、Ｚ方向を向き、溝４２が形成された溝形成面４８を有している。溝形成面４８は、ローター４０の中心軸ＣＸに直交する径方向に対して中心軸ＣＸ周りの周方向にわたってわずかに傾斜している。第１実施形態では、溝形成面４８は、中心軸ＣＸ周りの周方向にわたって外周端から中心軸ＣＸに向かう方向に向くように傾斜している。つまり、溝形成面４８は、中心軸ＣＸに向かって窪むように傾斜している。ローター４０の中心軸ＣＸに直交する径方向に対する溝形成面４８の傾斜角は、例えば、１〜１０°程度としてよい。
【００１９】
後に参照する図２Ａにおいて図示されているように、溝４２は、いわゆるスクロール溝として構成されており、外周側面４１からローター４０の中心軸ＣＸが通る中央部４６に向かって渦巻き状に形成されている。溝４２はローター４０の外周側面４１まで形成されている。材料ＭＲは、ローター４０の外周側面４１において開口している溝４２の開口端部４４を通じて、接続管路２２から溝４２内の空間へと導入される。以下では、溝４２の開口端部４４を「材料導入部４４」とも呼ぶ。ローター４０および溝４２の具体的な構成については後述する。
【００２０】
対面部５０は、ローター４０の溝形成面４８と面する上面である対向面５２を有する。対面部５０は、バレルと呼んでもよい。対向面５２は、ローター４０の溝形成面４８の傾斜に対応するように傾斜している。対向面５２は、ローター４０の中心軸ＣＸ周りの周方向にわたって、ローター４０の径方向に溝形成面４８と面するようにわずかに傾斜している。第１実施形態では、対向面５２は、外周端から中心に向かってわずかに隆起しており、対向面５２の中心は対向面５２の外周端よりも上方に位置している。対向面５２の中心と対向面５２の外周端との間のＺ方向における高低差は、例えば、２〜３ｍｍ程度としてよい。第１実施形態では、溝形成面４８と対向面５２の傾斜角度は同じではなく、溝形成面４８と対向面５２との距離は、ローター４０の外周端から中心軸ＣＸに近づくに従って小さくなる。
【００２１】
連結部３５のケース３１に対する配置位置は、ローター４０の溝形成面４８と対面部５０の対向面５２との間に、例えば、１０μｍ以下の隙間が形成されるように、固定される。溝形成面４８と対向面５２の少なくとも一方は、例えば、ＤＬＣコーティングされていることが望ましい。
【００２２】
ローター４０の中心軸ＣＸが通る対向面５２の中心位置には、造形材料が流入する連通孔５６が設けられている。また、対面部５０には、対向面５２の下方に、回転しているローター４０の溝４２内に供給された材料ＭＲを加熱するヒーター５８が埋め込まれている。生成部３０における材料ＭＲの可塑化は、ヒーター５８による加熱と、ローター４０の回転と、によって実現される。
【００２３】
溝４２内に供給された材料ＭＲは、溝４２内において混練され、溶融されながら、ローター４０の回転によって溝４２に沿って流動し、造形材料としてローター４０の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入した可塑化された造形材料は、連通孔５６を通じて生成部３０から流出する。第１実施形態の可塑化装置１０Ａでは、Ｚ方向に小型なサイズを有するローター４０の採用によって、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。
【００２４】
なお、可塑化装置１０Ａでは、材料ＭＲに含まれる全ての種類の物質が溶融によって可塑化されなくてもよい。可塑化装置１０Ａでは、材料ＭＲ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して可塑化することによって、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。造形材料を構成する物質の具体例については、各実施形態の説明の後に説明する。
【００２５】
造形装置１００は、さらに、造形装置１００を制御する制御部１０１と、可塑化装置１０Ａで生成された造形材料を吐出する吐出部６０と、造形物の基台となる造形用のテーブル１１０と、造形材料の吐出位置を制御する移動機構１３０と、を備える。
【００２６】
制御部１０１は、可塑化装置１０Ａと吐出部６０と移動機構１３０とを制御して、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、少なくとも１つのプロセッサーと、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。他の実施形態では、制御部１０１の機能の少なくとも一部を、ハードウェア回路により実現するようにしてもよい。
【００２７】
吐出部６０は、制御部１０１の制御下において、可塑化装置１０Ａから供給された造形材料をテーブル１１０上の目標位置に吐出する。吐出部６０は、造形材料を吐出する吐出口６２を有するノズル６１と、造形材料をノズル６１に導く流路６５と、を備える。
【００２８】
ノズル６１の吐出口６２は、テーブル１１０の造形面１１１に向かって、Ｚ方向に開口している。ノズル６１は、流路６５を通じて可塑化装置１０Ａの対面部５０の連通孔５６に接続されている。流路６５には造形材料の流量を制御するための弁機構が設けられていてもよい。生成部３０において生成された造形材料は、ノズル６１の先端に設けられた吐出口６２からテーブル１１０に向かって吐出される。
【００２９】
テーブル１１０は、吐出部６０の下方に配置されている。第１実施形態では、テーブル１１０の造形面１１１は、水平に、つまり、Ｘ，Ｙ方向に平行に配置される。造形装置１００は、造形データに従って予め決められたテーブル１１０の造形面１１１上の目標位置に造形材料を堆積させる処理を繰り返すことによって造形物を造形する。
【００３０】
移動機構１３０は、テーブル１１０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１３０は、テーブル１１０を移動させる。移動機構１３０は、３つのモーターＭの駆動力によって、テーブル１１０をＸ，Ｙ，Ｚ方向の三方向に移動させる３軸ポジショナーによって構成される。移動機構１３０は、制御部１０１の制御下において、ノズル６１とテーブル１１０との相対的な位置関係を変更する。
【００３１】
なお、他の実施形態では、移動機構１３０によってテーブル１１０を移動させる構成の代わりに、テーブル１１０の位置が固定された状態で、移動機構１３０がテーブル１１０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１１０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１３０が、テーブル１１０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。
【００３２】
図２Ａは、第１実施形態におけるローター４０の溝形成面４８側の構成を示す概略斜視図である。図２Ａには、ローター４０の中心軸ＣＸが一点鎖線で図示されている。また、図２Ａには、生成部３０においてローター４０が回転する回転方向ＲＤが図示されている。
【００３３】
第１実施形態のローター４０は、溝形成面４８側に、１条の凸条部４３と、１条の溝４２と、中央部４６と、を有する。凸条部４３は、溝４２の両側の側壁部を構成する壁部であり、ローター４０の外周端から中心軸ＣＸに向かって渦巻き状に延びている。ローター４０の溝形成面４８は、ローター４０の凸条部４３のＺ方向に向く端面を含み、当該端面によって規定される。中央部４６は、溝４２の一端が接続され、凸条部４３に囲まれている凹部として構成されている。中央部４６は、図１および後に参照する図３に図示されている対面部５０の連通孔５６に対向する。中央部４６は、中心軸ＣＸと交差する。
【００３４】
ローター４０の溝４２は、ローター４０の外周側面４１において開口している材料導入部４４から、中心軸ＣＸに向かって弧を描くように渦状に延びて、中央部４６に接続されている。溝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４２は、溝４２の流路断面積が、材料導入部４４から中央部４６に向かうにつれて小さくなるように構成されていることが望ましい。これにより、材料ＭＲを可塑化する際の中央部４６の圧力をより高めることができる。第１実施形態では、溝４２の幅と深さとが、材料導入部４４から中央部４６に向かうにつれて小さくなっている。
【００３５】
図２Ｂは、ローター４０の他の構成例を示す概略図である。他の実施形態では、ローター４０の溝４２や凸条部４３の数はそれぞれ１条に限定されない。他の実施形態では、ローター４０は、図２Ｂに例示されているように、３条の溝４２と、３条の凸条部４３と、を有していてもよい。また、ローター４０は、２条の溝４２を有していてもよいし、４条以上の複数の溝４２を有していてもよい。また、ローター４０には、溝４２の数に合わせて任意の条数の凸条部４３が設けられてもよい。
【００３６】
第１実施形態では、ローター４０は、図２Ａに図示されているように、外周側面４１に材料導入部４４が１箇所のみ設けられている。これに対して、他の実施形態では、図２Ｂに示すように、材料導入部４４が３箇所に形成されていてもよい。ローター４０に設けられる材料導入部４４の数は、１箇所や３箇所に限定されない。ローター４０には、材料導入部４４が２箇所に設けられていてもよいし、４箇所以上の複数の箇所に設けられていてもよい。
【００３７】
図３は、対面部５０の対向面５２をＺ方向に見たときの概略平面図である。対向面５２は、対面部５０の中央に位置し、ローター４０の溝形成面４８とほぼ同径の円形形状を有している。図１を参照して説明したように、対面部５０の対向面５２には、ヒーター５８が埋め込まれている。対向面５２の中央には、上述した連通孔５６は設けられており、連通孔５６の周囲には、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、ローター４０の中央部４６に面し、中央部４６に流入した造形材料を連通孔５６に導く。
【００３８】
図１を参照する。第１実施形態の可塑化装置１０Ａでは、材料ＭＲは、接続管路２２を通じて、ローター４０の径方向外方からローター４０の外周側面４１の開口端部４４に供給されている。また、上述したように、第１実施形態の可塑化装置１０Ａでは、ローター４０の外周を囲むように図示されていない冷媒流路が設けられている。そのため、材料ＭＲが、溝４２に入る前に、ローター４０からの熱を受けてしまうことが抑制されるため、可塑化した材料ＭＲによって開口端部４４が閉塞されてしまうことが抑制される。
【００３９】
図１および図２Ａを参照する。ローター４０が回転すると、材料ＭＲは、可塑化されながら溝４２に沿って中央部４６に向かって移動し、中央部４６に近づくほど昇温して溶融する。中央部４６に集められた造形材料は、中央部４６で生じている内圧により、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。
【００４０】
ローター４０を用いている生成部３０によれば、材料ＭＲの可塑化の際に、溝４２内の圧力が中央部４６に近づくほど高くなるため、最終的に生成される造形材料の混練度が高められる。「混練度が高められる」とは、材料がより均一な状態になるように混練されることを意味する。また、材料ＭＲの空隙に存在する空気が、溝４２内に生じる圧力によって材料導入部４４側へと押し出されるため、造形材料の脱気が促進される。
【００４１】
造形装置１００では、可塑化装置１０Ａにおいてローター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ローター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る。
【００４２】
図４Ａおよび図４Ｂを参照して、弾性部材３７Ａを介した連結部３５とローター４０との連結構造と、弾性部材３７Ａを有する連結部３５の機能を説明する。図４Ａは、ローター４０の中心軸ＣＸを通る切断面における駆動機構３２とローター４０と対面部５０の概略断面図である。図４Ｂは、図４Ａに示す４Ｂ−４Ｂ切断における連結部３５と弾性部材３７Ａの概略断面図である。
【００４３】
連結部３５は、Ｚ方向の寸法が直径よりも小さい略円柱形状を有している。図４Ａに示すように、連結部３５のＺ方向における寸法は、ローター４０のＺ方向における寸法よりも大きい。連結部３５は、Ｚ方向に向く底面の中央にローター４０に向かって突起している嵌合凸部７０を有している。嵌合凸部７０は、円柱の側面の一部を切り欠いたような形状を有しており、図４Ｂに示すように、側面に、Ｚ方向に平行な平面である係合面７１を有している。
【００４４】
図４Ａに示すように、ローター４０の上面側には、嵌合凸部７０を収容する嵌合凹部７５が設けられている。嵌合凸部７０は、嵌合凹部７５に対して、駆動モーター３３の回転軸３４に沿った方向、つまり、ローター４０の中心軸ＣＸに沿った方向に挿入される。嵌合凹部７５の開口は、嵌合凸部７０の外周に嵌合する形状を有している。図４Ｂには、嵌合凸部７０が嵌合しているときの嵌合凹部７５の開口を一点鎖線で模式的に示してある。
【００４５】
嵌合凹部７５の内壁面は、嵌合凸部７０の係合面７１に平行な、係合面７１に対面する平面である被係合面７６を含んでいる。駆動モーター３３によって連結部３５の嵌合凸部７０が回転するときには、嵌合凸部７０の係合面７１と嵌合凹部７５の被係合面７６とが係合するため、ローター４０は、嵌合凸部７０とともに回転する。なお、他の実施形態では、係合面７１および被係合面７６は複数組が設けられていてもよい。
【００４６】
図４Ａおよび図４Ｂに示すように、連結部３５の外周縁部には、嵌合凸部７０を囲み、ローター４０の中心軸ＣＸに沿った方向に向く円環状の外周平面部７２が形成されている。図４Ａに示すように、ローター４０の上面側の外周縁部には、嵌合凹部７５を囲む円環状の外周平面部７７が形成されている。連結部３５の外周平面部７２とローター４０の外周平面部７７とはＺ方向に互いに対向する。第１実施形態では、連結部３５の弾性部材３７Ａは、外周平面部７２とローター４０の外周平面部７７との間に配置されている。弾性部材３７Ａは、連結部３５の外周平面部７２と、ローター４０の外周平面部７７とに接合されている。
【００４７】
ここで、互いに対面する嵌合凸部７０の側壁面と嵌合凹部７５の側壁面との間には、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度の微小な隙間が形成されている。そのため、ローター４０は、連結部３５に対する駆動モーター３３の回転軸３４に沿った方向への移動や、駆動モーター３３の回転軸３４に対する１°未満のわずかな傾斜が許容されている。弾性部材３７Ａが弾性変形することによって、連結部３５およびそれに連結されている駆動モーター３３の回転軸３４に対するローター４０の位置や角度が変化する。
【００４８】
図４Ａを参照する。上述したように、ローター４０の溝形成面４８は、中心軸ＣＸ周りの周方向にわたって中心軸ＣＸに直交する径方向に対して傾斜している。また、対面部５０の対向面５２は、中心軸ＣＸ周りの周方向にわたって溝形成面４８と中心軸ＣＸに直交する径方向に面するように傾斜している。この構成により、ローター４０を高速回転させたときにローター４０の中心軸ＣＸが傾くと、２つの傾斜面４８，５２が接触し、ローター４０の中心軸ＣＸの角度を対向面５２の中心軸に近づける方向の反力が発生する。そのローター４０の中心軸ＣＸの傾きを正す方向に働く反力によって、弾性部材３７Ａが弾性変形して、ローター４０の傾きが補正される。このように、ローター４０は、対向面５２のガイドによって、溝形成面４８と対向面５２とが近づきすぎず、離れすぎないように、高速回転中の姿勢が適切に調整される。よって、ローター４０の偏心によってローター４０の回転が不安定になってしまうことが抑制され、溝４２内において材料ＭＲの可塑化が円滑におこなわれる。また、ローター４０の中央部４６での造形材料の圧力が安定化するため、連通孔５６からの造形材料の吐出を安定して良好におこなうことができる。
【００４９】
ローター４０を回転させて溝４２において材料ＭＲを可塑化させているときには、ローター４０の部位ごとに温度のばらつきが生じる場合がある。そのため、ローター４０の部位ごとに熱膨張量の差が生じ、ローター４０の溝形成面４８と対面部５０の対向面５２との間の距離にばらつきが生じ、溝形成面４８と対向面５２とが接触する部位が生じる可能性がある。可塑化装置１０Ａでは、溝形成面４８と対向面５２との接触部位が生じても、弾性部材３７Ａが弾性収縮することによって、溝形成面４８と対向面５２との間に、ローター４０の回転が停止されるほどの摩擦抵抗が生じることが抑制される。よって、溝形成面４８と対向面５２との接触によりローター４０の回転が停止してしまい、材料ＭＲの可塑化が滞ってしまうことが抑制される。
【００５０】
可塑化装置１０Ａでは、ローター４０が高速回転している間に、溝形成面４８と対向面５２とが接触すると、その衝撃によって弾性部材３７Ａが弾性変形して、溝形成面４８と対向面５２とが離れる方向にローター４０の姿勢が変化する。そのため、溝形成面４８と対向面５２とが接触し続けることによるローター４０および対面部５０の摩耗が抑制される。また、溝形成面４８と対向面５２との接触によって生じる衝撃が弾性部材３７Ａの弾性変形によって吸収されるため、ローター４０および対面部５０の耐久性の劣化が抑制される。
【００５１】
上述したように、可塑化装置１０Ａでは、弾性部材３７Ａは、ローター４０の中心軸ＣＸよりも外周端に近い位置に配置されている。そのため、弾性部材３７Ａが中心軸ＣＸに近い中央位置のみに配置されている場合よりも連結部３５に対する姿勢が安定する。よって、弾性部材３７Ａの弾性変形により、ローター４０の回転軸の角度が、駆動モーター３３の回転軸３４に対して、過度に変動してしまうことが抑制される。特に、第１実施形態では、弾性部材３７Ａは、ローター４０の外周に沿って配置されているため、ローター４０の姿勢がより安定化される。
【００５２】
第１実施形態の可塑化装置１０Ａでは、ローター４０のＺ方向における寸法は、少なくとも、連結部３５のＺ方向における寸法よりも小さい。そのため、ローター４０のＺ方向における寸法が連結部３５のＺ方向における寸法よりも大きい場合よりも、回転中のローター４０の中心軸ＣＸが傾いたときの連結部３５の中心軸に対する溝形成面４８の位置ずれ量が低減される。よって、ローター４０の姿勢変化に対する溝形成面４８の位置変動が抑制されるため、材料ＭＲの可塑化を、より安定しておこなうことができる。
【００５３】
可塑化装置１０Ａでは、ローター４０の外周端から中心軸ＣＸに近づくにつれて、ローター４０の溝形成面４８と対面部５０の対向面５２との間の距離が小さくなる。これによって、材料ＭＲの可塑化が十分ではなく、材料ＭＲの硬度が比較的高いローター４０の外周端に近い領域では、溝形成面４８と対向面５２との間の距離が大きい方が、材料ＭＲが移動しやすく、ローター４０および対面部５０の摩耗が抑制される。また、可塑化が進み、材料ＭＲの流動性が高くなっている中心軸ＣＸに近い領域では、溝形成面４８と対向面５２との間の距離が小さい方が、溶融した材料ＭＲが溝形成面４８と対面部５０との間に入り込んでしまうことが抑制される。
【００５４】
図５は、弾性部材３７Ａの有無による造形材料の吐出状態の変化を検証した実験の実験結果を示す説明図である。この実験では、弾性部材３７Ａを介して連結部３５とローター４０とを連結させた場合と、弾性部材３７Ａを省略して連結部３５とローター４０とを固定的に一体化した場合と、において、吐出部６０からの造形材料の吐出量の変動係数を計測した。変動係数は、ローター４０の回転数を、１０ｒｐｍ、２０ｒｐｍ、３０ｒｐｍとしたときのそれぞれについて、造形材料を３０秒間吐出させたときの吐出量を２０回計測し、その計測値を用いて算出した。なお、材料ＭＲとしては、平均粒径４μｍのステンレス鋼の粉体と、熱可塑性を有する材料を含有するバインダーと、を混合してペレット状に成形したものを用いた。
【００５５】
図５に示すように、この実験では、いずれの回転数においても、弾性部材３７Ａを用いた場合には、変動係数は、弾性部材３７Ａを用いなかった場合よりも著しく小さい値となった。このように、弾性部材３７Ａを用いて連結部３５に対するローター４０の姿勢変化を許容した状態で駆動モーター３３の回転軸３４とローター４０とを連結することによって、造形材料の吐出量の変動が抑制された。これは、ローター４０の回転が安定化され、溝４２において造形材料の可塑化が円滑におこなわれ、吐出部６０での吐出圧力が安定したためであると考えられる。
【００５６】
以上のように、第１実施形態の可塑化装置１０Ａによれば、弾性部材３７Ａの弾性変形によって連結部３５に対するローター４０の姿勢の変動が許容されており、回転中のローター４０の姿勢は、中心に向かって傾斜している対向面５２にガイドされて補正される。よって、回転中のローター４０の姿勢を安定化させることができ、材料ＭＲの可塑化を円滑化できる。また、第１実施形態の可塑化装置１０Ａを備える三次元造形装置１００によれば、吐出部６０からの造形材料の吐出量を安定化させることができ、造形物の造形精度が高められる。その他に、第１実施形態の可塑化装置１０Ａおよび造形装置１００によれば、本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。
【００５７】
２．第２実施形態：
図６Ａは、第２実施形態の可塑化装置１０Ｂが備える連結部３５の構成を示す概略断面図である。図６Ｂは、図６Ａに示す６Ｂ−６Ｂ切断における連結部３５の概略断面図であり、第２実施形態の弾性部材３７Ｂの配列構成を示している。第２実施形態の可塑化装置１０Ｂは、連結部３５が、円環状の弾性部材３７Ａの代わりに、複数の弾性部材３７Ｂを備えている点以外は、第１実施形態の可塑化装置１０Ａの構成とほぼ同じである。第２実施形態の可塑化装置１０Ｂは、第１実施形態の可塑化装置１０Ａと同様に、第１実施形態で説明した図１に示す造形装置１００に搭載される。
【００５８】
第２実施形態の連結部３５が備える複数の弾性部材３７Ｂは、金属製のコイルばねによって構成される。なお、他の実施形態では、複数の弾性部材３７Ｂは、Ｚ方向に沿って配置される柱状の樹脂部材によって構成されてもよい。各弾性部材３７Ｂは、図６Ａに示すように、Ｚ方向に平行な方向を伸縮方向として、連結部３５の外周平面部７２とローター４０の外周平面部７７とにＺ方向に挟まれた状態で配置される。各弾性部材３７Ｂは、図６Ｂに示すように、ローター４０の中心軸ＣＸを囲むように配列されている。第２実施形態の可塑化装置１０Ｂによれば、各弾性部材３７Ｂの弾性係数や各弾性部材３７Ｂの配列間隔を調整することによって、駆動モーター３３の回転軸３４に対するローター４０の姿勢変化を調整することができる。その他に、第２実施形態の可塑化装置１０Ｂおよびそれを備える造形装置１００によれば、上記の第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。
【００５９】
３．第３実施形態：
図７は、第３実施形態の可塑化装置１０Ｃが備える連結部３５の構成を示す概略断面図である。第３実施形態の可塑化装置１０Ｃは、連結部３５が、弾性部材３７Ａの代わりに、弾性部材３７Ｃを備えている点以外は、第１実施形態の可塑化装置１０Ａの構成とほぼ同じである。第３実施形態の可塑化装置１０Ｃは、第１実施形態の可塑化装置１０Ａと同様に、第１実施形態で説明した図１に示す造形装置１００に搭載される。
【００６０】
第３実施形態の可塑化装置１０Ｃが備える連結部３５では、弾性部材３７Ｃは、シート状の弾性部材によって構成される。弾性部材３７Ｃは、ローター４０の嵌合凹部７５の底面に面する嵌合凸部７０の端面７３に設けられ、ローター４０の嵌合凹部７５内に配置される。弾性部材３７Ｃは、嵌合凹部７５内において、嵌合凹部７５の底面を覆うように配置される。弾性部材３７Ｃの外周端は、ローター４０の中心軸ＣＸより外周端に近い位置に位置する。つまり、弾性部材３７Ｃの少なくとも一部は、ローター４０の中心軸ＣＸより外周端に近い位置に位置する。第３実施形態の可塑化装置１０Ｃによれば、弾性部材３７Ｃが嵌合凹部７５内に配置されているため、連結部３５からの弾性部材３７Ｂの脱落が抑制される。また、弾性部材３７Ｂがシート状に構成されているため、弾性部材３７Ｂの配置姿勢が崩れてしまうことが抑制され、連結部３５に対するローター４０の姿勢をより安定させることができる。その他に、第３実施形態の可塑化装置１０Ｃおよびそれを備える造形装置１００によれば、上記の第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。
【００６１】
４．第４実施形態：
図８Ａは、第４実施形態の可塑化装置１０Ｄが備える連結部３５Ｄおよびローター４０Ｄの構成を示す概略断面図である。図８Ｂは、第４実施形態の連結部３５ＤをＺ方向とは反対の方向に見たときの概略平面図である。図８Ｂには、嵌合凸部７０Ｄに嵌合凹部７５Ｄが嵌合しているときのローター４０Ｄの中心軸ＣＸと、嵌合凹部７５Ｄの第１部位７８ａと第２部位７８ｂの開口が一点鎖線で図示されている。また、図８Ｂでは、便宜上、弾性部材３７Ｄにハッチングを付してある。
【００６２】
第４実施形態の可塑化装置１０Ｄは、連結部３５およびローター４０の代わりに、連結部３５Ｄおよびローター４０Ｄを備えている点以外は、第１実施形態の可塑化装置１０Ａの構成とほぼ同じである。第２実施形態の可塑化装置１０Ｂは、第１実施形態の可塑化装置１０Ａと同様に、第１実施形態で説明した図１に示す造形装置１００に搭載される。
【００６３】
第４実施形態の連結部３５Ｄの構成は、形状が異なる嵌合凸部７０Ｄを備えている点と、配置位置が異なる弾性部材３７Ｄを備えている点以外は、第１実施形態の連結部３５とほぼ同じである。また、第４実施形態のローター４０Ｄの構成は、嵌合凸部７０Ｄに適合する嵌合凹部７５Ｄを有している点以外は、第１実施形態のローター４０とほほ同じである。
【００６４】
図８Ａに示すように、第４実施形態の連結部３５Ｄでは、嵌合凸部７０Ｄは、径が異なる円柱状の部位が、互いに中心軸が一致するようにＺ方向に積層された形状を有している。嵌合凸部７０Ｄは、径が大きい第１部位７４ａを駆動モーター３３側に有しており、径が小さい第２部位７４ｂをローター４０Ｄ側に有している。第１部位７４ａは外周平面部７２からＺ方向に階段状に突出している。第２部位７４ｂは、第１部位７４ａから階段状にＺ方向に突出している。図８Ｂに示すように、係合面７１は第２部位７４ｂに設けられている。
【００６５】
図８Ａに示すように、第４実施形態のローター４０Ｄでは、嵌合凹部７５Ｄは、連結部３５Ｄ側に嵌合凸部７０Ｄの第１部位７４ａが嵌合する内径が大きい第１部位７８ａを有している。また、嵌合凹部７５Ｄは、対面部５０側に嵌合凸部７０Ｄの第２部位７４ｂが嵌合する内径が小さい第２部位７８ｂを有している。図８Ｂに示すように、第２部位７８ｂの内壁面は、嵌合凸部７０Ｄの係合面７１に面する被係合面７６を含んでいる。
【００６６】
第４実施形態の弾性部材３７Ｄは、略円環形状を有するシート状の樹脂部材によって構成されている。樹脂部材としては、第１実施形態で例示したものでよい。弾性部材３７Ｄは、図８Ａに示すように、嵌合凸部７０Ｄの第２部位７４ｂの基端部を囲む連結部側平面８１と、嵌合凹部７５Ｄの第２部位７８ｂの開口部を囲むローター側平面８２と、の間に挟まれている。図８Ｂに示すように、弾性部材３７Ｄは、ローター４０Ｄの中心軸ＣＸを囲むように配置されている。弾性部材３７Ｄは、嵌合凹部７５内において、ローター４０Ｄの外周に沿って配置されている。弾性部材３７Ｄの外周端は、ローター４０Ｄの中心軸ＣＸより外周端に近い位置に配置されている。弾性部材３７Ｄの少なくとも一部は、ローター４０Ｄの中心軸ＣＸより外周端に近い位置に配置されている。
【００６７】
なお、他の実施形態では、弾性部材３７Ｄは、コイルばねや、円環状の板バネ、波ワッシャ、円環状のメタルガスケットなど、弾性変形するように成形された金属部材によって構成されてもよい。また、第２実施形態のように、ローター４０Ｄの中心軸ＣＸを囲むように配列された複数の弾性部材によって構成されてもよい。
【００６８】
第４実施形態の可塑化装置１０Ｄによれば、弾性部材３７Ｄがローター４０Ｄの嵌合凹部７５Ｄ内に配置されているため、弾性部材３７Ｄが規定の配置位置から脱落してしまうことが抑制される。また、第４実施形態の可塑化装置１０Ｄによれば、嵌合凸部７０Ｄと嵌合凹部７５Ｄとがそれぞれの第１部位７４ａ，７８ａと第２部位７４ｂ，７８ｂにおいて嵌合するため、ローター４０Ｄが連結部３５Ｄからより一層脱落しにくくなっている。その他に、第４実施形態の可塑化装置１０Ｄおよびそれを備える造形装置１００によれば、上記の第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。
【００６９】
５．第５実施形態：
図９は、第５実施形態の可塑化装置１０Ｅが備える連結部３５Ｅの構成を示す概略断面図である。第５実施形態の可塑化装置１０Ｅは、連結部３５Ｅに連結部側凹部８５が設けられている点と、連結部３５Ｅが連結部側凹部８５内に一部が収容される弾性部材３７Ｅを備えている点以外は、第１実施形態の可塑化装置１０Ａの構成とほぼ同じである。第５実施形態の可塑化装置１０Ｅは、第１実施形態の可塑化装置１０Ａと同様に、第１実施形態で説明した図１に示す造形装置１００に搭載される。
【００７０】
第５実施形態の連結部３５Ｅは、ローター４０の嵌合凹部７５の底面に面する嵌合凸部７０の端面７３に連結部側凹部８５が設けられている。連結部側凹部８５は、ローター４０の中心軸ＣＸを囲むように形成された円環状の溝部によって構成される。連結部側凹部８５は、ローター４０の中心軸ＣＸよりも外周端に近い位置に設けられている。第５実施形態の弾性部材３７Ｅは、連結部側凹部８５内に配置されており、連結部側凹部８５から突出して嵌合凹部７５の底面に接している点以外は、第１実施形態の弾性部材３７Ａとほぼ同じである。第５実施形態の可塑化装置１０Ｅによれば、弾性部材３７Ｅの位置ずれが抑制されるため、弾性部材３７Ｅの位置ずれに起因する回転中のローター４０の偏心が抑制される。その他に、第５実施形態の可塑化装置１０Ｅおよびそれを備える造形装置１００によれば、上記の第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。
【００７１】
６．第６実施形態：
図１０は、第６実施形態の可塑化装置１０Ｆが備えるローター４０Ｆの構成を示す概略断面図である。第６実施形態の可塑化装置１０Ｆは、ローター４０Ｆにローター側凹部８６が設けられている点と、連結部３５がローター側凹部８６内に一部が収容される弾性部材３７Ｆを備えている点以外は、第１実施形態の可塑化装置１０Ａの構成とほぼ同じである。第６実施形態の可塑化装置１０Ｆは、第１実施形態の可塑化装置１０Ａと同様に、第１実施形態で説明した図１に示す造形装置１００に搭載される。
【００７２】
第６実施形態のローター４０Ｆは、嵌合凹部７５の底面にローター側凹部８６が設けられている。ローター側凹部８６は、ローター４０の中心軸ＣＸを囲むように形成された円環状の溝部によって構成される。ローター側凹部８６は、ローター４０の中心軸ＣＸよりも外周端に近い位置に設けられている。第６実施形態の弾性部材３７Ｆは、ローター側凹部８６内に配置されており、ローター側凹部８６から突出して、連結部３５の嵌合凸部７０の端面７３に接している点以外は、第１実施形態の弾性部材３７Ａとほぼ同じである。第６実施形態の可塑化装置１０Ｆによれば、弾性部材３７Ｆの位置ずれが抑制されるため、弾性部材３７Ｆの位置ずれに起因する回転中のローター４０の偏心が抑制される。その他に、第６実施形態の可塑化装置１０Ｆおよびそれを備える造形装置１００によれば、上記の第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。
【００７３】
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、本開示の技術を実施するための形態の一例として位置づけられる。
【００７４】
（１）他の実施形態１：
上記の各実施形態において、溝形成面４８は、ローター４０，４０Ｄ，４０Ｆの中心軸ＣＸ周りの周方向にわたって中心軸ＣＸから外周端に向かう方向、つまり、径方向外側に向くように傾斜していてよい。この場合には、対向面５２は、ローター４０，４０Ｄ，４０Ｆの中心軸ＣＸ周りの周方向にわたって、外周端から中心軸ＣＸに向かう方向、つまり、径方向内側に向くように傾斜する。
【００７５】
（２）他の実施形態２：
上記の各実施形態においては、嵌合凸部７０，７０Ｄがローター４０，４０Ｄ，４０Ｆに設けられ、嵌合凹部７５，７５Ｄが連結部３５，３５Ｄ，３５Ｅに設けられている。これに対して、嵌合凸部７０がローター４０，４０Ｄ，４０Ｆに設けられ、嵌合凸部７０，７０Ｄが連結部３５，３５Ｄ，３５Ｅに設けられていてもよい。つまり、ローター４０，４０Ｄ，４０Ｆと連結部３５，３５Ｄ，３５Ｅとのうちの一方に嵌合凸部７０，７０Ｄが設けられ、他方に、嵌合凸部７０，７０Ｄに対応する嵌合凹部７５が設けられていればよい。なお、嵌合凸部７０，７０Ｄは略円柱形状でなくてもよく、例えば、多角柱形状を有していてもよい。
【００７６】
（３）他の実施形態３：
上記の各実施形態においては、ローター４０，４０Ｄ，４０Ｆの溝形成面４８と対面部５０の対向面５２との間の距離は、ローター４０の外周端から中心軸ＣＸに近づくにつれて小さくなっている。これに対して、溝形成面４８と対向面５２との間の距離は、ローター４０の径方向においてほぼ一定であるとしてもよい。あるいは、溝形成面４８と対向面５２との間の距離は、ローター４０の外周端から中心軸ＣＸに近づくにつれて大きくなってもよい。
【００７７】
（４）他の実施形態４：
上記の第１実施形態や第２実施形態において、第５実施形態の連結部側凹部８５や第６実施形態で説明したローター側凹部８６に弾性部材３７Ａ，３７Ｂが収容されてもよい。上記の第３実施形態において、弾性部材３７Ｃの代わりに、第２実施形態で説明した複数の弾性部材３７Ｂが、嵌合凹部７５の底面の全体にわたって配列されていてもよい。
【００７８】
（５）他の実施形態５：
上記の各実施形態の可塑化装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、造形装置１００に搭載されていなくてもよく、他の可塑化された材料を用いる装置に搭載されていてもよい。可塑化装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、例えば、射出成形装置に搭載されてもよい。この場合には、対面部５０の連通孔５６は金型のキャビティに接続される。
【００７９】
８．造形材料の例：
上記の各実施形態の造形装置１００において用いられる造形材料の具体例について説明する。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、可塑化装置１０Ａにおいて生成される造形材料の中心となる材料を意味し、当該造形材料において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。
【００８０】
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、当該主材料が可塑化することによって造形材料が生成される。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。
【００８１】
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、ローター４０の回転とヒーター５８の加熱によって溶融し、可塑化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。
【００８２】
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。
【００８３】
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して可塑化する成分が混合されて、材料ＭＲとして生成部３０に供給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、ステンレス鋼、コバルトクロムモリブデン鋼、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。
【００８４】
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１１０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。
【００８５】
材料供給源２１に材料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。
【００８６】
材料供給源２１に材料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。
【００８７】
その他に、材料供給源２１に材料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。
【００８８】
９．形態例：
本開示の技術は、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によって実現することができる。例えば、本開示の技術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、本開示の技術が達成すべき課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示の技術が奏すべき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。
【００８９】
（１）第１の形態は、可塑化装置として提供される。この形態の可塑化装置は、回転方向に沿った溝が形成され、中心軸に直交する径方向に対して中心軸周りの周方向にわたって傾斜している溝形成面を有するローターと、前記周方向にわたって前記溝形成面に対して前記径方向に対面するように傾斜している対向面と、前記対向面と前記溝との間に供給される材料を加熱するヒーターと、前記ヒーターの熱で可塑化された前記材料が流通する連通孔と、を有する対面部と、回転駆動力を発生する駆動モーターと、前記ローターに対して前記駆動モーターの回転軸に沿った方向に嵌合し、前記駆動モーターの回転軸と前記ローターとを連結して、前記駆動モーターの回転駆動力を前記ローターに伝達する連結部と、前記ローターと前記連結部との間に配置された弾性部材と、を備える。
この形態の可塑化装置によれば、弾性部材の弾性変形によって、駆動モーターの回転軸に対するローターの姿勢変化が許容された状態で、駆動モーターの回転駆動力が連結部によってローターに伝達される。そのため、ローターの回転軸の偏心が改善されるように、ローターが回転している間の姿勢を、溝形成面に対面し、中心に向かって傾斜している対向面のガイドによって補正させることができる。よって、ローターの回転を安定化させることができ、ローターの溝内での材料の安定した可塑化を実現することができる。
【００９０】
（２）上記形態の可塑化装置において、前記弾性部材の少なくとも一部は、前記ローターの中心より外周端に近い位置に配置されてよい。
この形態の可塑化装置によれば、弾性部材によってローターの姿勢が不安定になってしまうことが抑制されるため、ローターをより安定して回転させることができる。
【００９１】
（３）上記形態の可塑化装置において、前記連結部と前記ローターのうちの一方は、前記駆動モーターの回転軸に沿った方向に突起する嵌合凸部を有し、前記連結部と前記ローターのうちの他方は、前記嵌合凸部が前記駆動モーターの回転軸に沿った方向に挿入される嵌合凹部を有し、前記弾性部材は、前記嵌合凹部内に配置されてよい。
この形態の可塑化装置によれば、ローターと連結部との連結を嵌合凸部と嵌合凹部との嵌合によって簡易に実現することができる。また、弾性部材が嵌合凹部内に配置されているため、弾性部材の連結部からの脱落が抑制される。
【００９２】
（４）上記形態の可塑化装置において、前記弾性部材は、前記ローターの外周に沿って配置されてよい。
この形態の可塑化装置によれば、ローターの回転軸の偏心をより一層抑制することができる。
【００９３】
（５）上記形態の可塑化装置において、前記弾性部材は、前記ローターの中心軸を囲む円環状の部材であってよい。
この形態の可塑化装置によれば、連結部の構成を簡素化できる。また、連結部における弾性部材の設置を容易化することができる。
【００９４】
（６）上記形態の可塑化装置において、前記連結部は、前記ローターと対向する面に、前記弾性部材を収容して固定する連結部側凹部を有してよい。
この形態の可塑化装置によれば、弾性部材の位置ずれを抑制することができる。
【００９５】
（７）上記形態の可塑化装置において、前記ローターは、前記弾性部材を収容して固定するローター側凹部を有してよい。
この形態の可塑化装置によれば、弾性部材の位置ずれを抑制することができる。
【００９６】
（８）上記形態の可塑化装置において、前記溝形成面と前記対向面との距離は、前記ローターの外周端から中心軸に近づくに従って小さくなってよい。
この形態の可塑化装置によれば、可塑化し始めたばかりの材料によって、ローターおよび対面部の外周端側の部位が摩耗することが抑制される。
【００９７】
（９）第２の形態は、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は、上記のいずれかの形態の可塑化装置と、前記可塑化装置によって可塑化された造形材料を吐出する吐出部と、前記吐出部から吐出された前記造形材料が堆積される造形ステージと、を備える。
この形態の三次元造形装置によれば、可塑化装置において安定して可塑化がおこなわれるため、吐出部からの造形材料の吐出を安定させることができ、三次元造形物の造形精度を高めることができる。
【００９８】
本開示の技術は、可塑化装置や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、材料を可塑化する可塑化方法や、可塑化装置を備えた射出成形装置などの形態で実現することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１０Ａ…可塑化装置、１０Ｂ…可塑化装置、１０Ｃ…可塑化装置、１０Ｄ…可塑化装置、１０Ｅ…可塑化装置、１０Ｆ…可塑化装置、２０…供給部、２１…材料供給源、２２…接続管路、３０…生成部、３１…ケース、３２…駆動機構、３３…駆動モーター、３４…回転軸、３５…連結部、３５Ｄ…連結部、３５Ｅ…連結部、３７Ａ…弾性部材、３７Ｂ…弾性部材、３７Ｃ…弾性部材、３７Ｄ…弾性部材、３７Ｅ…弾性部材、３７Ｆ…弾性部材、４０…ローター、４０Ｄ…ローター、４０Ｆ…ローター、４１…外周側面、４２…溝、４３…凸条部、４４…材料導入部、４６…中央部、４８…溝形成面、５０…対面部、５２…対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、６２…吐出口、６５…流路、７０…嵌合凸部、７０Ｄ…嵌合凸部、７１…係合面、７２…外周平面部、７３…端面、７４ａ…第１部位、７４ｂ…第２部位、７５…嵌合凹部、７５Ｄ…嵌合凹部、７６…被係合面、７７…外周平面部、７８ａ…第１部位、７８ｂ…第２部位、８１…連結部側平面、８２…ローター側平面、８５…連結部側凹部、８６…ローター側凹部、１００…三次元造形装置、１０１…制御部、１１０…テーブル、１１１…造形面、１３０…移動機構、ＣＸ…中心軸、Ｍ…モーター、ＭＲ…材料、ＲＤ…回転方向
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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