(57)【要約】      （修正有）【課題】三次元造形装置におけるヘッド機構の送出部、ヒーター部ならびにノズル部の既存の構成を変更することなく、三次元造形装置における造形速度を高速化する方法の提供。【解決手段】熱溶解積層法によりフィラメント樹脂を溶解して吐出することにより三次元造形物を作製する三次元造形装置におけるヘッド機構において、フィラメント樹脂を引き込んで送り出す送出部と、送出部から送り出されたフィラメント樹脂を溶解して溶解樹脂を生成するヒーター部と、ヒーター部で生成された溶解樹脂を吐出するノズル部とを有し、ヒーター部は、送出部から送り出されたフィラメント樹脂を導入するヒートブロックと、ヒートブロックを加熱してヒートブロック内に導入されるフィラメント樹脂を溶解する熱源とを有し、ヒートブロックとノズル部との間に、中空パイプ形状を備えたジョイント部を配設した。【選択図】図３
2018051999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱溶解積層法によりフィラメント樹脂を溶解して吐出することにより三次元造形物を作製する三次元造形装置におけるヘッド機構において、
フィラメント樹脂を引き込んで送り出す送出部と、
前記送出部から送り出された前記フィラメント樹脂を溶解して溶解樹脂を生成するヒーター部と、
前記ヒーター部で生成された溶解樹脂を吐出するノズル部と
を有し、
前記ヒーター部は、
前記送出部から送り出された前記フィラメント樹脂を導入するヒートブロックと、
前記ヒートブロックを加熱して前記ヒートブロック内に導入される前記フィラメント樹脂を溶解する熱源とを有し、
前記ヒートブロックと前記ノズル部との間に、中空パイプ形状を備えたジョイント部を配設した
ことを特徴とする三次元造形装置におけるヘッド機構。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元造形装置におけるヘッド機構において、
前記ジョイント部の外周にセラミック製の断熱材を被覆した
ことを特徴とする三次元造形装置におけるヘッド機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形装置におけるヘッド機構に関し、さらに詳細には、熱溶解積層法（ＦＤＭ（Ｆｕｓｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）法またはＦＦＦ（Ｆｕｓｅｄ  Ｆｉｌａｍｅｎｔ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）法とも称する。）により三次元造形物を作製する三次元造形装置におけるヘッド機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、作成する三次元造形物の形状を表す三次元データに基づいて、熱溶解積層法、即ち、線状に加工した熱可塑性樹脂（本明細書においては、「線状に加工した熱可塑性樹脂」を、「フィラメント樹脂」と適宜に称する。）を溶解して積層することにより三次元造形物を作製する三次元造形装置が知られている。
【０００３】
こうした三次元造形装置は、そのヘッド機構として、外部から供給されたフィラメント樹脂を送り出す送出部と、送出部から送り出されたフィラメント樹脂を溶解して溶解樹脂を生成するヒーター部と、ヒーター部で生成された溶解樹脂を吐出するノズル部とを備えている。
【０００４】
ここで、ヒーター部は、図１に示すように、送出部から送り出されたフィラメント樹脂Ｆ１を導入するヒートブロック１２０と、ヒートブロック１２０を加熱して当該ヒートブロック１２０内に導入されるフィラメント樹脂を溶解するヒーター１２４とを有して構成されている。
【０００５】
また、ノズル部１４０は、図１に示すように、ヒートブロック１２０の開口部１２０ａに直に接続されている。
【０００６】
なお、符号Ｆ２は、ノズル部１４０から吐出された溶解樹脂である。
【０００７】
ところで、上記した従来の三次元造形装置におけるヘッド機構のノズル部１４０においては、ノズル部１４０の容量に見合う限られた量の溶解樹脂しかノズル部１４０内に導入できないため、ノズル部１４０から吐出される溶解樹脂の吐出速度ならびに吐出量に制限があり、これが三次元造形装置における造形速度を高速化する際の隘路となっていたという問題点があった。
【０００８】
なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来の技術の有する上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、三次元造形装置におけるヘッド機構の送出部、ヒーター部ならびにノズル部の既存の構成を変更することなく、三次元造形装置における造形速度を高速化することのできる三次元造形装置におけるヘッド機構を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、熱溶解積層法によりフィラメント樹脂を溶解して吐出することにより三次元造形物を作製する三次元造形装置におけるヘッド機構において、フィラメント樹脂を引き込んで送り出す送出部と、上記送出部から送り出された上記フィラメント樹脂を溶解して溶解樹脂を生成するヒーター部と、上記ヒーター部で生成された溶解樹脂を吐出するノズル部とを有し、上記ヒーター部は、上記送出部から送り出された上記フィラメント樹脂を導入するヒートブロックと、上記ヒートブロックを加熱して上記ヒートブロック内に導入される上記フィラメント樹脂を溶解する熱源とを有し、上記ヒートブロックと上記ノズル部との間に、中空パイプ形状を備えたジョイント部を配設したものである。
【００１１】
また、本発明は、上記した本発明において、上記ジョイント部の外周にセラミック製の断熱材を被覆したものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上説明したように構成されているので、三次元造形装置におけるヘッド機構の送出部、ヒーター部ならびにノズル部の既存の構成を変更することなく、三次元造形装置における造形速度を高速化することができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、従来の三次元造形装置におけるヘッド機構のヒーター部およびノズル部の構成を示す概略断面説明図である。
【図２】図２は、本発明による三次元造形装置におけるヘッド機構の実施の形態の一例を備えた三次元造形装置の概略構成斜視説明図である。
【図３】図３は、本発明による三次元造形装置におけるヘッド機構のヒーター部およびノズル部の構成を示す概略断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による三次元造形装置におけるヘッド機構の実施の形態の一例を詳細に説明することとする。
【００１５】
図２には、本発明による三次元造形装置におけるヘッド機構の実施の形態の一例を備えた三次元造形装置が示されている。
【００１６】
この図２に示す三次元造形装置１０は、筐体１２内の底部に配置されたガイドレール１４上に、ＸＹＺ直交座標系におけるＹ軸方向に移動自在に配設されて三次元造形物が積層されるテーブル１６を備えている。
【００１７】
テーブル１６の上方側には、Ｘ軸方向に平行に延長し、筐体１２の左側面部１２ａと右側面部１２ｂにその両端部をそれぞれ係止される一対のガイドレール１８が配設されている。
【００１８】
一対のガイドレール１８には、移動部材２２がＸ軸方向に沿って移動可能に支持されて配設されている。
【００１９】
移動部材２２のＹ軸方向前方側には、左側面部１２ａに穿設された孔１２ａａから筐体１２内に引き込まれたフィラメント樹脂２００を溶解して吐出するヘッド機構１００が、ケース１００ａ内に収納されてＺ軸方向に移動自在に配設されている。
【００２０】
なお、この三次元造形装置１０の全体の動作は、マイクロコンピューター（図示せず。）により制御される。
【００２１】
図２は、ケース１００ａを取り外したヘッド機構１００のヒーター部およびノズル部の構成を示す概略断面説明図である。なお、図１に示す従来のヘッド機構のヒーター部およびノズル部と同一の構成については、図１において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その構成および作用の詳細な説明は省略する。
【００２２】
ヒーター部は、送出部から送り出されたフィラメント樹脂２００を導入するヒートブロック１２０と、ヒートブロック１２０を加熱して当該ヒートブロック１２０内に導入されるフィラメント樹脂２００を溶解するヒーター１２４とを有して構成されている。
【００２３】
ヒートブロック１２０の開口部１２０ａには、中空パイプ形状を備えたジョイント部５００の上方端部５００ａが連結されている。
【００２４】
また、ジョイント部５００の下方端部５００ｂには、ノズル部１４０が連結されており、ジョイント部５００を介してヒートブロック１２０の開口部１２０ａとノズル部１４０とが連通している。
【００２５】
ヒートブロック１２０とノズル部１４０との間にジョイント部５００を配設することにより、従来のヘッド機構と比較すると、ノズル部１４０の容量が実質的に増加し、これによりノズル部１４０に実質的に導入される溶解樹脂量も増加することになり、ノズル部１４０から吐出される溶解樹脂の吐出速度ならびに吐出量を増加することができる。
【００２６】
なお、上記したジョイント部５００に関連する構成を除くヘッド機構１００の構成、例えば、送出部などの構成は、従来のヘッド機構の構成と異なるところがないので、その構成ならびに作用の詳細な説明は省略する。
【００２７】
また、三次元造形装置１０においては、マイクロコンピューターの制御により駆動源（図示せず。）を駆動して、移動部材２２をＸ軸方向において左方側および右方側の任意の移動し、かつ、移動部材２２に配設されたヘッド機構１００をＺ軸方向において上方側および下方側の任意の移動し、かつ、テーブル１６をガイドレール１４上でＹ軸方向において前方側および後方側の任意の移動することにより、ヘッド機構１００のノズル部１４０とテーブル１６との相対的な位置関係が三次元で変化するような構成となっている。
【００２８】
以上の構成において、本発明による三次元造形装置１０においては、ヘッド機構１００のノズル部１４０とテーブル１６との相対的な位置関係を三次元で変化させて三次元造形物を作製する。
【００２９】
ヘッド機構１００においては、ヒートブロック１２０とノズル１４０との間にジョイント部５００が設けられているため、従来のヘッド機構と比較すると、ノズル部１４０の容量が実質的に増加し、これによりノズル部１４０に実質的に導入される溶解樹脂量も増加することになり、ノズル部１４０から吐出される溶解樹脂の吐出速度ならびに吐出量を増加することができる。
【００３０】
以上において説明したように、本発明による三次元造形装置１０におけるヘッド機構１００によれば、ヘッド機構１００の送出部、ヒーター部ならびにノズル部１４０の既存の構成を変更することなく、ノズル部１４０から吐出される溶解樹脂の吐出速度ならびに吐出量を増加することができ、三次元造形装置１０における造形速度を高速化することができるようになる。
【００３１】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（６）に示すように変形するようにしてもよい。
【００３２】
（１）上記した実施の形態において、ジョイント部５００の外周にセラミック製の断熱材を被覆するようにしてもよい。このようにすると、ジョイント部５００内に導入された溶解樹脂の保温効果が向上するとともに、ユーザーがジョイン部５００に誤って触れた際におけ火傷の発生を防止することができる。
【００３３】
（２）上記した実施の形態においては、ジョイント部５００の長さや容量についての詳細な説明は省略したが、ヒートブロック１２０やノズル部１４０の設計条件などに応じて、ジョイント部５００の長さや容量は適宜に選択すればよい。勿論、ジョイント部５００についても、既存の中空パイプ形状を備えた構造物を用いてもよい。
【００３４】
（３）上記した実施の形態においては、ヒートブロック１２０の開口部１２０ａとジョイント部５００の上方端部５００ａとの接続方法や、ノズル１４０とジョイント部５００の下方端部５００ｂとの接続方法についての詳細な説明は省略したが、こうした接続方法は特に限定されるものではない。例えば、開口部１２０ａの内周面にネジ溝を形成するとともにジョイント部５００の上方端部５００ａの外周面にネジ山を形成して、両者をネジ結合すればよい。同様に、ノズル１４０の開口部の内周面にネジ溝を形成するとともにジョイント部５００の下方端部５００ｂの外周面にネジ山を形成して、両者をネジ結合すればよい。
【００３５】
（４）上記した実施の形態においては、ジョイント部５００の材料についての詳細な説明は省略したが、こうした材料は特に限定されるものではない。ジョイント部５００の材料としては、例えば、比較的熱伝導率の低い真鍮などを用いることができる。
【００３６】
（５）上記した実施の形態においては、ヘッド機構１００がＸ軸方向およびＺ軸方向に移動するようにし、テーブル１６がＹ軸方向に移動するようにして、ヘッド機構１００とテーブル１６との位置関係が三次元で変化するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。即ち、テーブル１６が固定され、ヘッド機構１００がＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動するような構成としてもよいし、ヘッド機構１００が固定され、テーブル１６がＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動するような構成としてもよく、要は、ヘッド機構１００とテーブル１６との位置関係が三次元で変化するような構成であれば、どのような構成としてもよい。
【００３７】
（６）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（５）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、溶解したフィラメント樹脂を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置に用いて好適である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  三次元造形装置、１２  筐体、１２ａ  左側面部、１２ｂ  右側面部、１２ａａ  孔、１４  ガイドレール、１６  テーブル、１８  ガイドレール、２２  移動部材、１００  ヘッド機構、１００ａ  ケース、１２０  ヒートブロック、１２０ａ  開口部、、１２４  ヒーター、１４０  ノズル部、５００  ジョイント部、５００ａ  上方端部、５００ｂ  下方端部
【図１】
2018051999.tif 000003
【図２】
2018051999.tif 000004
【図３】
2018051999.tif 000005