(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体造形用の素材を射出する複数の射出ノズル（１ａ，１ｂ…）が取り付けられ，所望の立体物を造形するように移動制御される３Ｄプリンタ用の射出ヘッド（１００）であって，
前記複数の射出ノズル（１ａ，１ｂ…）を取り付けるための複数の取付部（１１ａ，１１ｂ…）が角度的に間隔をおいて設けられた回転台（１０）と，
前記回転台（１０）が回転可能に固定された固定台（２０）と，
前記回転台（１０）を所定角度回転させることにより，射出位置に位置する前記射出ノズル（１ａ，１ｂ…）を切り換えるサーボ機構（３０）と，を備え，
前記回転台（１０）は，
前記射出位置に位置する取付部（１１ａ，１１ｂ…）に対して，他の取付部（１１ａ，１１ｂ…）が，上方に向かって所定角度傾斜する形状をなし，
前記複数の取付部（１１ａ，１１ｂ…）と連結された中心部（１２）を有し，
前記中心部（１２）において，前記固定台（２０）に回転可能に固定され，
前記中心部（１２）が傾斜していることにより，前記回転台（１０）の回転軸が垂直方向に対して所定角度傾いている
３Ｄプリンタ用の射出ヘッド。
【請求項２】
前記射出位置に位置している状態において，前記複数の射出ノズル（１ａ，１ｂ…）のそれぞれは，同一直線上に沿って前記素材を射出する
請求項１に記載の射出ヘッド。
【請求項３】
立体造形用の素材を射出する複数の射出ノズル（１ａ，１ｂ…）が取り付けられ，所望の立体物を造形するように移動制御される３Ｄプリンタ用の射出ヘッド（１００）であって，
前記複数の射出ノズル（１ａ，１ｂ…）を取り付けるための複数の取付部（１１ａ，１１ｂ…）が角度的に間隔をおいて設けられた回転台（１０）と，
前記回転台（１０）が回転可能に固定された固定台（２０）と，
前記回転台（１０）を所定角度回転させることにより，射出位置に位置する前記射出ノズル（１ａ，１ｂ…）を切り換えるサーボ機構（３０）と，を備え，
前記回転台（１０）は，前記取付部（１１ａ，１１ｂ…）に対応する数の回転台用磁性物（１４ａ，１４ｂ…）を有し，
前記固定台（２０）は，前記回転台用磁性物（１４ａ，１４ｂ…）に吸着する固定台用磁性物（２４）を有し，
ある１つの回転台用磁性物（１４ａ，１４ｂ…）が前記固定台用磁性物（２４）に吸着しているときに，当該回転台用磁性物（１４ａ，１４ｂ…）に対応するある１つの取付部（１１ａ，１１ｂ…）が前記射出位置に位置することとなる
３Ｄプリンタ用の射出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，３Ｄプリンタ（３次元造形装置）に備え付けられる射出ヘッドに関する。本発明の射出ヘッドに，立体造形用の素材（プラスチック素材など）を射出するための複数の射出ノズルが取り付けられる。本発明の射出ヘッドは，射出ノズルから射出される素材によって所望の立体物を造形できるように，３Ｄプリンタが備えるアクチュエータなどによって移動制御される。特に，本発明の射出ヘッドは，素材を射出する射出ノズルを切り換えることのできる機能を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，コンピュータグラフィックスにより生成された３Ｄデータに基づいて，実際の立体物を造形する３Ｄプリンタ（３次元造形装置）が知られている。例えば，３Ｄプリンタは，立体物の基礎データとなる３Ｄデータを，コンピュータの画面上で任意の姿勢に設定し，設定された姿勢に基づいて，高さ方向に平行な複数の面で切断した断面毎の２次元データを生成する。そして，３Ｄプリンタは，この各層に関する２次元データに基づいて，Ｘ軸，Ｙ軸，及びＺ軸の直交座標系で特定される位置に，立体造形用の素材（例えばプラスチック素材）を順次積層することよって立体造形を行う。
【０００３】
また，例えば，製品開発段階で試作品等を作成する際に用いられるラピッド・プロトタイピング（Rapid Prototyping）の分野において，３次元の立体物を造形するための手法として，積層造形法が知られている。積層造形法では，立体物の３次元ＣＡＤデータをスライスし，薄板を重ね合わせたようなものを製造の元データとして作成し，プラスチック素材などの素材を積層して試作品を作成する。このようなラピッド・プロトタイピングにおいて，３Ｄプリンタは有効に利用される。熱可塑性の樹脂素材を用いた積層造形法としては，液状の樹脂に紫外線などを照射して硬化させていくインクジェット方式や，熱で融解した液状の樹脂を冷却しながら積み重ねていくＦＤＭ方式（Fused Deposition Modeling： 熱溶解積層方式）が知られている。
【０００４】
また，従来から，立体物の色や物性を部位に応じて異ならせるために，異なる素材を射出する複数の射出ノズルが備えられた３Ｄプリンタが知られている（特許文献１）。このように，色や物性の異なる複数種類の素材を用いて立体物の造型を行う場合には，異なる素材が射出ノズル内で混合することを防止するために，各素材を異なる射出ノズルから射出する必要がある。例えば，特許文献１に記載の３Ｄプリンタでは，アクチュエータによって移動制御される射出ヘッドに，複数の射出ノズルが平行に並べて取り付けられている。そして，この従来の３Ｄプリンタは，立体像の基礎となる３Ｄデータに従って，素材を射出する射出ノズルを選択し，この選択した射出ノズルを適切な位置に移動させる微調整を行った後に，射出ノズルから素材を射出するように制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２８０３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら，上記した従来の３Ｄプリンタのように，アクチュエータによって移動制御される射出ヘッドに，複数の射出ノズルが平行に取り付けられていると，各射出ノズルの吐出口は，それぞれ平面方向（Ｘ−Ｙ軸の２次元方向）において異なる位置に位置することになる。このため，従来の３Ｄプリンタは，射出する素材を切り換える際に，射出ノズルを選択した後に，この選択した射出ノズルを適切な位置に位置させるために，射出ヘッド全体を移動制御させる必要があった。例えば，切換ポイントαにおいて，素材Ａから素材Ｂに射出する素材を切り換える必要がある場合には，第１の射出ノズルによって切換ポイントαまで素材Ａを射出し，その後，第２の射出ノズルによる素材Ｂの射出を開始する。しかし，切換時点において，第１の射出ノズルの吐出口は切換ポイントαに位置しているが，第２の射出ノズルの吐出口は切換ポイントαには位置していない。このため，第２の射出ノズルの吐出口が切換ポイントαに位置するように，複数の射出ノズルが取り付けられた射出ヘッド全体を移動制御する必要がある。従って，従来の３Ｄプリンタは，素材の切換時に，射出ヘッド全体をアクチュエータによって移動させなければならず，時間の遅延を招くものであった。
【０００７】
また，射出ノズルを切り換える際に射出ヘッド全体を移動制御させることとすると，その射出ヘッドの移動距離を予めプログラミングしておく必要があり，移動制御が複雑化するという問題がある。例えば，射出ノズルが３本以上備わっている場合に，第１の射出ノズルから第２の射出ノズルに切り換える際の移動距離と，第１の射出ノズルから第３の射出ノズルに切り換える際の移動距離とでは，それぞれ異なる移動制御（プログラム）が必要になる場合がある。このように，射出ノズルの切換時の処理をソフトウェアに依存させると，移動制御が複雑になるとともに，仮にプログラムが誤っている場合には３Ｄプリンタ全体が誤作動を起こすという問題があった。
【０００８】
そこで，本発明は，射出する素材の切り換え動作を，複数の射出ノズルが取り付けられた射出ヘッドを移動させることなく，瞬時に行うことができるようにすることを第１の目的とする。
【０００９】
また，従来の３Ｄプリンタのように，射出ヘッドに複数の射出ノズルが平行に取り付けられていると，各射出ノズルの吐出口は，ほぼ同じ高さに位置することとなる。そうすると，射出ヘッドを移動させたときに，射出されて積み重ねられた素材と，射出を行っていない射出ノズルの先端部分が衝突を起こすおそれがあった。また，このような衝突が生じると，既に積み重ねられている素材に，不必要な素材が混合するおそれがあり，正確に３Ｄデータに従った立体物を造型することができないという問題があった。
【００１０】
そこで，本発明は，射出されて積み重ねられた素材に対して，射出ノズルが衝突したり，不用意に異素材が混合するという事態を回避することを第２の目的とする。
【００１１】
本発明は，上述した第１の目的と第２の目的の少なくともいずれか一方を達成するための手段を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の発明者は，従来発明の問題を解決する手段について鋭意検討した結果，複数の射出ノズルを回転台に取り付け，この回転台をサーボ機構によって回転させるようにすることで，３Ｄプリンタ用の射出ヘッドに，射出ノズルの位置切換機能を付与することができるという知見を得た。このように，回転台を回転させて射出ノズルの位置の切り換えを行うことにより，射出ヘッド全体の位置を移動制御することなく，射出する素材の瞬時に切り換えることができる。また，射出ノズルの高さが変わるように，回転台を回転させることにより，積み重ねられた素材に，射出ノズルの先端が衝突したり，不用意に異素材が混合する事態を回避できる。そして，本発明者は，上記知見に基づけば，従来技術の課題を解決できることに想到し，本発明を完成させた。具体的に説明すると，本発明は以下の構成を有する。
【００１３】
本発明は，３Ｄプリンタ用の射出ヘッド１００に関する。
本発明の射出ヘッド１００は，立体造形用の素材を射出する複数の射出ノズル１ａ，１ｂ…が取り付けられる。また，射出ヘッド１００は，所望の立体物を造形するように，３Ｄプリンタが備えるアクチュエータなどによって移動制御されるものである。
射出ヘッド１００は，回転台１０と，固定台２０と，サーボ機構３０と，を備える。
回転台１０は，複数の射出ノズル１ａ，１ｂ…を取り付けるための複数の取付部１１ａ，１１ｂ…が角度的に間隔をおいて設けられた部材である。
固定台２０は，回転台１０が回転可能に固定される部材である。
サーボ機構３０は，回転台１０を所定角度回転させることにより，射出位置に位置する射出ノズル１ａ，１ｂ…を切り換える制御を行うための機構である。
【００１４】
上記構成のように，本発明の射出ヘッド１００は，回転台１０をサーボ機構３０によって回転させることで，立体造形用の素材を射出する射出ノズル１ａ，１ｂ…を切り換えることができる。このため，本発明の射出ヘッド１００を用いることで，射出する素材を切り換える際に，回転台１０を回転させるだけで，適切な射出ノズルを適切な位置に配置することができる。すなわち，本発明では，従来の発明とは異なり，射出ノズルを適切な位置に位置させるために，射出ヘッド全体を移動制御させる必要がなくなる。例えば，切換ポイントαにおいて，素材Ａから素材Ｂに射出する素材を切り換える必要がある場合には，第１の射出ノズル１ａによって切換ポイントαまで素材Ａを射出し，その後，第２の射出ノズル１ｂによる素材Ｂの射出を開始する。ただし，切換時点において，第１の射出ノズル１ａの吐出口は切換ポイントαに位置しているが，第２の射出ノズル１ｂの吐出口は切換ポイントαには位置していない。そこで，本発明では，回転台１０を回転させることで，第２の射出ノズル１ｂを，瞬時に切換ポイントαに位置させる。これにより，射出ヘッド１００全体を移動制御する必要がなくなるため，より短時間で射出素材の切り換えを行うことが可能となる。このように，本発明は，回転構造を採用しているため，射出ヘッド１００の移動切換時間がなく，ゼロ距離での切換動作が可能となり，さらには移動距離制御のソフトウェア依存性を低減することができる。
【００１５】
本発明の射出ヘッド１００は，射出位置に位置している状態において，複数の射出ノズル１ａ，１ｂ…のそれぞれは，同一直線上に沿って素材を射出するものであることが好ましい。
【００１６】
上記構成のように，本発明では，素材を射出するものとして選択された射出ノズルは，回転台１０の回転により一定の射出位置へと運ばれる。このとき，複数の射出ノズルはそれぞれ異なるタイミングで射出位置に位置することとなるが，射出位置に位置している射出ノズルはすべて，同一直線上に沿って素材を射出する。これにより，第１の射出ノズル１ａから第２の射出ノズル１ｂに切り換えたときに，射出ヘッド１００の位置を微調整することなく，そのままの状態で第２の射出ノズル１ｂによる射出を開始することができる。従って，瞬時に切換動作を行うことができる。
【００１７】
本発明の射出ヘッド１００において，回転台１０は，射出位置に位置する取付部１１ａ，１１ｂ…に対して，他の隣接する取付部１１ａ，１１ｂ…が，上方に向かって所定角度傾斜する形状をなしていることが好ましい。
【００１８】
上記構成のように，回転台１０の取付部１１ａ，１１ｂによる射出ノズル１ａ，１ｂ…の取り付け高さを異ならせる。これにより，射出されて積み重ねられた素材と，射出を行っていない射出ノズルの先端部分が衝突を起こす事態を回避することができる。また，積層した素材と射出ノズルの衝突を防止することで，積層した素材に，不必要な素材が混合する可能性を低減させることができる。その結果，本発明の射出ヘッド１００を用いることで，より正確に３Ｄデータに従った立体物を造型することが可能となる。
【００１９】
本発明の射出ヘッド１００において，回転台１０は，複数の取付部１１ａ，１１ｂ…と連結された中心部１２を有し，この中心部１２において，固定台２０に回転可能に固定されている。ここで，中心部１２が傾斜していることにより，回転台１０の回転軸が垂直方向に対して所定角度傾いていることが好ましい。
【００２０】
上記構成のように，回転台１０の回転軸を所定角度傾斜させることで，射出位置に位置する射出ノズル１ａ，１ｂ…を切り換えた場合であっても，切換前の射出ノズルの吐出口の高さと切換後の射出ノズルの吐出口の高さとを一定に維持することができる。これにより，よりスムーズに連続的な素材の射出が可能となる。
【００２１】
本発明の射出ヘッド１００において，回転台１０は，取付部１１ａ，１１ｂ…に対応する回転台用磁性物１４ａ，１４ｂ…を有し，固定台２０は，回転台用磁性物１４ａ，１４ｂ…に吸着する固定台用磁性物２４を有することが好ましい。また，ある１つの取付部１１ａ，１１ｂ…が射出位置に位置しているときに，この取付部１１ａ，１１ｂ…に対応する回転台用磁性物１４ａ，１４ｂ…が固定台用磁性物２４に吸着していることが好ましい。なお，ここにいう「磁性物」としては，永久磁石や，電磁石，鉄などの強磁性体を用いればよい。
【００２２】
上記構成のように，ある１つの取付部１１ａ，１１ｂ…が射出位置に位置している状態において，回転台１０に設けられた回転台用磁性物１４ａ，１４ｂ…の少なくとも１つが固定台２０に設けられた固定台用磁性物２４に吸着していることで，回転台１０の回転が抑制されて安定するようになる。例えば，アクチュエータによって射出ヘッド１００を移動制御しているときであっても，回転台１０が磁力によって固定台２０に吸着されているため，機械駆動特有のブレによって回転台１０が不用意に回転することを防止できる。これにより，さらに精度の高い立体造形が可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明よれば，射出する素材の切り換え動作を，複数の射出ノズルが取り付けられた射出ヘッドを移動させることなく，瞬時に行うことができる。また，本発明によれば，射出されて積み重ねられた素材に対して，射出ノズルが衝突したり，不用意に異素材が混合する事態を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は，本発明の一実施形態に係る射出ヘッドを示した斜視図である。
【図２】図２は，射出ヘッドによって素材を射出する射出ノズルの切り換えを行う様子を示した模式図である。
【図３】図３は，射出ヘッドの動作の様子を示した斜視図と平面図である。
【図４】図４は，概念的に回転台，固定台，及び基台を抽出した構造を示した斜視図と側面図である。
【図５】図５は，回転台，固定台，及び基台を抽出した構造の断面図である。
【図６】図６は，他の実施形態に係る射出ヘッドの例を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。
【００２６】
本発明は，３Ｄプリンタに備え付けられる射出ヘッド１００に関するものである。図１〜図５には，本発明の一実施形態に係る射出ヘッド１００の構成の例が示されている。図１は，複数の射出ノズル１ａ，１ｂ，１ｃが射出ヘッド１００に取り付けられた状態を示している。本実施形態において，射出ヘッド１００には，最大，３本の射出ノズル１ａ，１ｂ，１ｃを取り付けることができるようになっている。図１に示されるように，本発明に係る射出ヘッド１００は，複数の射出ノズル１ａ〜１ｃを束ねて保持するための部材である。また，本発明に係る射出ヘッド１００は，複数の射出ノズル１ａ〜１ｃの位置の切り換えを行うことができ，その内の１つを素材の射出に適した射出位置に固定することができる。
【００２７】
射出ノズル１ａ〜１ｃは，３Ｄプリンタに備え付けられるものとして公知の物を適宜用いることができる。複数の射出ノズル１ａ〜１ｃは，それぞれ独立しており，射出ノズルのチューブには，それぞれ異なった立体造形用の素材が供給することができる。このため，各射出ノズル１ａ〜１ｃは，その吐出口からそれぞれ異なった素材を射出するものであることが好ましい。なお，本発明は，射出ヘッド１００を対象としたものであり，この射出ヘッド１００に取り付けられる射出ノズル１ａ〜１ｃは，本発明の構成要件とはなっていない。
【００２８】
また，射出ノズル１ａ〜１ｃに供給する立体造形用の素材としては，一般的な３Ｄプリンタにて利用される公知の素材を用いることができる。例えば，インクジェット方式の３Ｄプリンタの場合，射出ノズル１ａ〜１ｃには，立体造形用の素材として，紫外線などによって硬化する性質を持つ液状の樹脂を供給すればよい。なお，インクジェット方式の３Ｄプリンタは，射出ヘッド１００の他に，樹脂素材を硬化させる紫外線を放射するための照射装置（図示省略）を備えていてもよい。また，例えば，ＦＤＭ方式の３Ｄプリンタの場合，射出ノズル１ａ〜１ｃには，立体造形用の素材として，熱融解された液状の樹脂を供給すればよい。この場合，ＦＭＤ方式の３Ｄプリンタは，射出ヘッド１００の他に，樹脂素材を加熱するための加熱装置（図示省略）や，熱融解した樹脂素材を冷却するための冷却装置（図示省略）を備えていてもよい。
【００２９】
本発明に係る射出ヘッド１００は，射出ノズル１ａ〜１ｃから素材を射出する位置を調整するために，３Ｄプリンタが備えるアクチュエータ（図示省略）によって，移動制御される。すなわち，本発明の射出ヘッド１００は，立体造型の基礎となるＣＡＤデータに基づいて，アクチュエータにより，左右方向（Ｘ軸方向），奥行方向（Ｙ軸方向），及び上下方向（Ｚ軸方向）に移動制御される。アクチュエータは，適宜公知の構造を採用することができる。例えば，アクチュエータは，射出ヘッド１００を，Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動制御するものであってもよい。また，例えば，アクチュエータは，射出ヘッド１００をＸ軸とＹ軸方向に移動させ，樹脂素材が積層されるステージ（図示省略）をＺ軸方向に移動させるものであってもよい。また，例えば，アクチュエータは，射出ヘッド１００をＸ軸とＺ軸方向に移動させ，樹脂素材が積層されるステージをＹ軸方向に移動させるものであってもよい。このように，３Ｄプリンタ自体の構造は特に限定されるものではなく，本発明の射出ヘッド１００は，適宜公知の３Ｄプリンタに取り付けることが可能である。
【００３０】
図１〜図５に示されるように，本発明の射出ヘッド１００は，基本的に，回転台１０と，固定台２０と，サーボ機構３０と，基台４０とを備える。本実施形態において，基台４０には，３Ｄプリンタのアクチュエータが連結されている。また，本実施形態において，基台４０は，Ｌ字型に形成されており，その底壁４１に固定台２０が取り付けられ，その側壁４２にサーボ機構３０が取り付けられている。また，固定台２０には，回転台１０が回転可能に固定されている。そして，この回転台１０には，複数の射出ノズル１ａ〜１ｃを取り付けることができる。これにより，アクチュエータを介して基台４０を移動させることで，この基台４０上に搭載されている回転台１０，固定台２０，及びサーボ機構３０，さらには複数の射出ノズル１ａ〜１ｃが全体的に移動するようになっている。以下，本発明に係る射出ヘッド１００の各部の構成について具体的に説明する。
【００３１】
図１に示されるように，回転台１０は，複数の射出ノズル１ａ〜１ｃを取り付けるための部材である。また，図４には，射出ノズル１ａ〜１ｃを取り付ける前の回転台１０の様子が示されている。図１及び図４に示されるように，本実施形態において，回転台１０は，複数の取付部１１ａ，１１ｂ，１１ｃと，中心部１２と，複数の補助部１３ａ，１３ｂ，１３ｃとによって構成されている。回転台１０は，中心部１２において，固定台２０に対して回転可能に固定される。また，この中心部１２から前端側に向かって，所定の角度間隔を空けて，複数の取付部１１ａ〜１１ｃが延出している。また，この中心部１２から後端側（取付部１１ａ〜１１ｃの延出方向とは反対側）に向かって，所定の角度間隔を空けて，複数の補助部１３ａ〜１３ｃが延出している。本実施形態において，取付部１１ａ〜１１ｃは，射出ノズル１ａ〜１ｃの数に合わせて，３箇所に形成されている。また，補助部１３ａ〜１３ｃは，取付部１１ａ〜１１ｃの数に合わせて，３箇所に設けられている。このように，回転台１０は，中心部１２を中心として，およそ放射状に，複数の取付部１１ａ〜１１ｃ及び複数の補助部１３ａ〜１３ｃが延出した形状となっている。
【００３２】
図１に示されるように，複数の取付部１１ａ〜１１ｃには，それぞれ，複数の射出ノズル１ａ〜１ｃが取り付けられる。例えば，図４に示されるように，取付部１１ａ〜１１ｃには，ネジ孔が形成されていてもよい。これにより，射出ノズル１ａ〜１ｃに形成されたネジ山を，取付部１１ａ〜１１ｃのネジ孔に嵌め合わせることで，両者を連結することができる。また，取付部１１ａ〜１１ｃは，射出ノズル１ａ〜１ｃの射出方向が垂直方向と一致するように，射出ノズル１ａ〜１ｃを保持することが好ましい。
【００３３】
中心部１２には，複数の取付部１１ａ〜１１ｃの一端部分が連結されている。図４に示されるように，回転台１０は，中心部１２において，固定台２０に対して回転可能に固定される。このため，回転台１０の回転軸（Ｒ）は，中心部１２を通るものとなる。また，中心部１２には，複数の補助部１３ａ〜１３ｃの一端部分が連結されている。本実施形態において，複数の取付部１１ａ〜１１ｃと複数の補助部１３ａ〜１３ｃは３箇所ずつ（合計６箇所）に形成されていることから，中心部１２は，およそ６角形状の領域となっている。
【００３４】
補助部１３ａ〜１３ｃは，回転台１０の動作を補助するための部位である。複数の補助部１３ａ〜１３ｂは，それぞれ，複数の取付部１１ａ〜１１ｃに対応して設けられる。具体的には，第１の取付部１１ａと中心部１２を通る直線上に，第１の補助部１３ａが位置する。また，第２の取付部１１ｂと中心部１２を通る直線上に，第２の補助部１３ｂが位置する。さらに，第３の取付部１１ｃと中心部１２を通る直線上に，第３の補助部１３ｃが位置する。このように，各補助部１３ａ〜１３ｃは，それに対応する各取付部１１ａ〜１１ｃと同一直線上に設けられている。また，詳しくは後述するが，各補助部１３ａ〜１３ｃには，それぞれ，回転台用磁性物１４ａ〜１４ｃが取り付けられている。
【００３５】
図４などに示されるように，固定台２０は，回転台１０が回転可能に取り付けられる部材である。具体的には，固定台２０には，回転台１０の中心部１２が固定される。固定台２０は，固定部２１と基礎部２２とに区分される。固定台２０の固定部２１は回転台１０の中心部１２が回転可能に固定される部位である。また，固定台２０の基礎部２２は，基台４０に対して不動で固定される部位である。このように，固定台２０は，回転台１０と基台４０とを中継する役割を担っている。
【００３６】
図１に示されるように，サーボ機構３０は，回転台１０を所定角度回転させるための機構である。図３には，サーボ機構３０の動作例が示されている。図１及び図３に示されるように，サーボ機構３０が回転台１０を所定角度回転させることで，回転台１０に取り付けられている射出ノズル１ａ〜１ｃの位置が変わる。複数（３本）の射出ノズル１ａ〜１ｃのうち，必ず１本は，素材を射出するのに適した「射出位置」に配置される。すなわち，「射出位置」とは，３Ｄプリンタの設計上，素材を射出する位置として特定された位置である。従って，射出位置に位置する射出ノズル１ａ〜１ｃから素材を射出することで，理論的には，ＣＡＤデータによって設計された立体物を正確に造形することができる。なお，回転台１０は，射出位置に位置する射出ノズル１ａ〜１ｃから垂直に素材が射出されるように，射出ノズル１ａ〜１ｃを保持可能な形状であることが好ましい。このように，サーボ機構３０は，回転台１０を所定角度回転させることにより，複数の射出ノズル１ａ〜１ｃのうち，射出位置に位置する射出ノズルの切り換えを行うものである。
【００３７】
図１及び図３等に示されるように，本実施形態において，サーボ機構３０は，サーボモータ３１と，クランク３２と，ロッド３３を備えている。サーボモータ３１は，バッテリ（図示省略）から供給される電気エネルギーを，機械的な回転運動（回転エネルギー）に変換する部材である。サーボモータ３１の回転軸の先端には，クランク３２が回転不能に固定されている。クランク３２は，サーボモータ３１の回転に応じて時計回り又は反時計回りに回動する部材である。クランク３２の一端は，サーボモータ３１の回転軸に回転不能に固定されており，クランク３２の他端は，ロッド（連結棒）３３に回転可能に連結している。ロッド３３には，サーボモータ３１及びクランク３２の回転運動を，回転台１０に伝達するための部材である。ロッド３３の一端は，クランク３２に回転可能に連結されており，ロッド３３の他端は，回転台１０の任意の一部分に回転可能に連結されている。サーボモータ３１の回転により，クランク３２と回転台１０の間の距離や位置関係は相対的に変動する。一方，クランク３２と回転台１０を繋ぐロッド３３の長さは不変である。このため，サーボモータ３１を回転させて，クランク３２の位置を調整することにより，ロッド３３を介して，回転台１０の姿勢（回転角度）を制御することができる。これにより，サーボ機構３０によって，回転台１０を所定角度回転させる制御を行うことができる。
【００３８】
図２及び図３は，サーボ機構３０を用いて回転台１０を回転させることで，射出ノズル１ａ〜１ｃの切り換えた動作の様子を示している。図２（ａ）及び図３（ａ）は，第１の射出ノズル１ａが射出位置に位置している状態を示し，図２（ｂ）及び図３（ｂ）は，第２の射出ノズル１ｂが射出位置に位置している状態を示し，図２（ｃ）及び図３（ｃ）は，第３の射出ノズル１ｃが射出位置に位置している状態を示している。特に，図２に示された例では，第１の射出ノズル１ａから素材Ａが射出され，第２の射出ノズル１ｂから素材Ｂが射出され，第３の射出ノズル１ｃから素材Ｃが射出されている。
【００３９】
図２（ａ）及び図３（ａ）に示されるように，第１の射出ノズル１ａが射出位置に位置している状態において，第１の射出ノズル１ａから素材Ａを垂直に射出することができる。このように，第１の射出ノズル１ａから素材Ａを射出しながら，射出ヘッド１００全体を移動制御することで，素材Ａを積層させて立体物の一部を造形することができる。次に，図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示されるように，サーボ機構３０を利用して回転台１０を回転させて，射出ノズル１ａ〜１ｃの位置を切り換えて，第２の射出ノズル１ｂを射出位置に位置させる。第２の射出ノズル１ｂが射出位置に位置している状態において，第２の射出ノズル１ｂから素材Ｂを垂直に射出することができる。このように，第２の射出ノズル１ｂから素材Ｂを射出しながら，射出ヘッド１００全体を移動制御することで，素材Ｂを積層させて立体物の一部を造形することができる。次に，図２（ｃ）及び図３（ｃ）に示されるように，サーボ機構３０を利用して回転台１０を回転させて，射出ノズル１ａ〜１ｃの位置を切り換えて，第３の射出ノズル１ｃを射出位置に位置させる。第３の射出ノズル１ｃが射出位置に位置している状態において，第３の射出ノズル１ｃから素材Ｃを垂直に射出することができる。このように，第３の射出ノズル１ｃから素材Ｃを射出しながら，射出ヘッド１００全体を移動制御することで，素材Ｃを積層させて立体物の一部を造形することができる。
【００４０】
本発明の射出ヘッド１００は，基本的に，上記した構成及び動作によって，素材を射出する射出ノズル１ａ〜１ｃの位置を切り換えるものである。回転台１０を回転させて，射出ノズル１ａ〜１ｃの切り換えを行うことで，切換前の射出ノズルの吐出口と切換後の射出ノズルの吐出口とをほぼ同じ位置に位置させることが可能である。このため，射出する素材を切り換える動作は，回転台１０を所定角度回転させるだけで済むため，射出ヘッド１００全体を移動させる必要がない。これにより，効率的かつ迅速に，射出する素材の切り換えを実行することができる。
【００４１】
続いて，本発明係る射出ヘッド１００のさらなる特徴的な構造について説明を行う。
【００４２】
図１〜図５に示されるように，回転台１０は，平坦な平面状ではなく，立体的に傾斜（隆起）した特殊な形状となっている。特に図２に示されるように，回転台１０の複数の取付部１１ａ〜１１ｃは，それぞれ，射出ノズル１ａ〜１ｃを保持する高さ及び角度が異なっている。すなわち，図２に示されるように，回転台１０は，射出位置に位置する取付部１１ａ〜１１ｃに対して，他の取付部１１ａ〜１１ｃが，上方に向かって所定角度傾斜する形状をなしている。例えば，射出位置に位置する取付部に対し，これに隣接する取付部が上方に向かって傾斜する角度は，３度〜６０度，５度〜４５度，又は１０度〜３０度とすればよい。
【００４３】
例えば，図２（ａ）に示された例では，第１の射出ノズル１ａを保持する第１の取付部１１ａが，射出位置に位置している。このとき，射出位置に位置する第１の取付部１１ａに対して，第２の取付部１１ｂ及び第３の取付部１１ｃが上方に向かって傾斜している。図２（ｂ）に示された例では，第２の射出ノズル１ｂを保持する第２の取付部１１ｂが，射出位置に位置している。このとき，射出位置に位置する第２の取付部１１ｂに対して，第１の取付部１１ａ及び第３の取付部１１ｃが上方に向かって傾斜している。同様に，図２（ｃ）に示された例では，第３の射出ノズル１ｃを保持する第３の取付部１１ｃが，射出位置に位置している。このとき，射出位置に位置する第３の取付部１１ｃに対して，第１の取付部１１ａ及び第２の取付部１１ｂが上方に向かって傾斜している。このように，回転台１０の取付部１１ａ〜１１ｃを立体的に傾斜させることで，これらの取付部１１ａ〜１１ｃによって取り付けられている射出ノズル１ａ〜１ｃは立体方向に展開され，それぞれ高さと角度が異なるものとなる。従って，例えば，第１の射出ノズル１ａによって素材Ａを射出している状態において，他の射出ノズル１ｂ，１ｃが積層された素材に衝突する事態を回避できる。さらに，例えば，第１の射出ノズル１ａによって素材Ａを射出している状態において，第２の射出ノズル１ｂの先端に付着している素材Ｂが，素材Ａに混合されるような事態を回避できる。これにより，安全かつ正確に，ＣＡＤデータに従って立体物を造形することが可能となる。
【００４４】
また，図４に示されるように，回転台１０と固定台２０は特殊な固定構造を形成している。また，図５は，図４に示された構造一部の断面形状を概念的に示している。図４及び図５に示されるように，回転台１０の中心部１２と固定台２０の固定部２１とが傾斜して，互いに固定されている。具体的には，回転台１０の中心部１２と固定台２０の固定部２１とを貫通して，両者を回転可能に固定する固定棒２３が傾斜している。これにより，図５に示されるように，回転台１０の回転軸（Ｒ）が垂直方向に対して所定角度（θ）で傾斜することとなる。回転台１０の回転軸（Ｒ）は，射出ノズルが固定される前端側に向かって傾倒するものである。垂直方向に対する回転台１０の回転軸（Ｒ）の傾斜角（θ）は，例えば，３度〜４５度，又は５度〜３０度であることが好ましく，１０度〜２０度であることが特に好ましい。
【００４５】
また，図５に示されるように，回転台１０は，中心部１２が傾斜しているのに対し，射出位置に位置する取付部１１とこれに対応する補助部１３は，地面（素材が積層されるプレート）対して平行に延びている。このため，射出位置に位置する取付部１１は，地面（素材が積層されるプレート）に対して垂直に射出ノズルを保持することができる。図５において，射出位置に位置する取付部１１によって保持された射出ノズルによる射出方向（以下，「射出軸」という）が符号Ｉで示されている。射出軸Ｉが地面に対して垂直に維持されることで，射出ノズルから吐出された素材を正確に積層させることが可能となる。
【００４６】
また，図４に示されるように，回転台１０は，複数の取付部１１ａ〜１１ｃが傾斜した形状となっている。それにも関わらず，回転台１０の回転軸（Ｒ）を前端側に向かって傾倒させることで，図４に示されるように，どの取付部１１ａ〜１１ｃを射出位置に位置させた場合であっても，射出ノズルの射出軸（Ｉ）と射出高さを一定に維持することができる。
【００４７】
このように，回転台１０の回転軸（Ｒ）を所定角度（θ）で傾斜させつつ，射出ノズルによる射出軸を垂直に維持することで，射出ノズルを切り換えの前後において，射出ノズルから素材が吐出される位置を一定に保つことができる。つまり，切換前の射出ノズルの吐出口と切換後の射出ノズルの吐出口の位置及び高さを一定に維持することができる。このため，射出ノズルを切り換えた際に，射出ヘッド１００全体を移動させて，切換後の射出ノズルよる素材の吐出位置を微調整する必要がなくなる。これにより，よりスムーズに連続的な素材の射出が可能となる。
【００４８】
さらに，図１〜図５に示されるように，回転台１０の複数の補助部１３ａ〜１３ｃには，それぞれ，回転台用磁性物１４ａ，１４ｂ，１４ｃが取り付けられている。また，図５の断面図に示されるように，固定台２０の基礎部２２には，固定台用磁性物２４が取り付けられている。これらの回転台用磁性物１４ａ〜１４ｃ及び固定台用磁性物２４としては，互いに磁力によって吸着（吸引）し合う部材が選択される。例えば，回転台用磁性物１４ａ〜１４ｃと固定台用磁性物２４の両方を永久磁石としてもよいし，一方を永久磁石として他方を鉄などの強磁性を有する金属としてもよい。また，回転台用磁性物１４ａ〜１４ｃと固定台用磁性物２４として電磁石を採用することも可能である。
【００４９】
図１〜図５に示されるように，複数の補助部１３ａ〜１３ｃは，射出ノズル１ａ〜１ｃを取り付けるための複数の取付部１１ａ〜１１ｃに対応して設けられている。このため，第１の取付部１１ａが射出位置に位置しているときに，この第１の取付部１１ａの延長線上に位置する第１の補助部１３ａに設けられた第１の回転台用磁性物１４ａが，固定台２０に設けられた固定台用磁性物２４に吸着する。同様に，例えば，第２の取付部１１ｂが射出位置に位置しているときに，この第２の取付部１１ｂの延長線上に位置する第２の補助部１３ｂに設けられた第２の回転台用磁性物１４ｂが，固定台２０に設けられた固定台用磁性物２４に吸着する。このように，回転台１０の補助部１３ａ〜１３ｃと固定台２０の基礎部２２に磁性物１４ａ〜１４ｃ，２４を設けることで，磁性物の吸着力を利用して，取付部１１ａ〜１１ｃが射出位置に位置している状態を安定化させることができる。すなわち，回転台用磁性物１４ａ〜１４ｃと固定台用磁性物２４とが吸着している状態においては，取付部１１ａ〜１１ｃが射出位置において安定するため，射出ヘッド１００全体を移動させた場合であっても，射出位置に位置する取付部１１ａ〜１１ｃがブレることを防止できる。このため，射出位置に位置する取付部１１ａ〜１１ｃによって，正確に素材を吐出することが可能となる。また，例えば永久磁石などを利用すれば，取付部１１ａ〜１１ｃの位置ブレを防止するために複雑な機構を設ける必要がなく，簡易な構造によって位置ブレを防止することができる。
【００５０】
図６は，図１〜図５で説明した実施形態と異なる実施形態を示している。図６（ａ）に示されるように，本発明に係る射出ヘッド１００は，２本の射出ノズル１ａ，１ｂが取り付けられる構造であってもよい。また，図６（ｂ）に示されるように，本発明に係る射出ヘッド１００は，４本の射出ノズル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが取り付けられる構造であってもよい。さらに，図示は省略するが，本発明に係る射出ヘッド１００は，５本以上の射出ノズルを取り付ける構造とすることも可能である。
【００５１】
以上，本願明細書では，本発明の内容を表現するために，図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし，本発明は，上記実施形態に限定されるものではなく，本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。
【符号の説明】
【００５２】
１…射出ノズル        １０…回転台            １１…取付部
１２…中心部          １３…補助部            １４…回転台用磁性物
２０…固定台          ２１…固定部            ２２…基礎部
２３…固定棒          ２４…固定台用磁性物    ３０…サーボ機構
３１…サーボモータ    ３２…クランク          ３３…ロッド
４０…基台            ４１…底壁              ４２…側壁
１００…射出ヘッド
【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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