(57)【要約】【課題】簡単な構造で、かつ、造形材料の融点が５００℃近くの高い造形材料でも、即座に温度を上昇させることができる構造で、しかも、接合部の剥離などが生じない信頼性の高い造形材料の吐出ヘッドおよび造形方法を提供する。【解決手段】金属ブロック１０に、一端部が吐出口１２で、他端部に造形材料の供給口を有する造形材料の流路が形成された流路構造体１と、その流路構造体１の流路の側壁の一部を閉塞するように直接、または流路の側壁を閉塞する金属壁を介して接合され、絶縁基板２１に発熱抵抗体２２を有する加熱板２とを具備している。そして、流路構造体１が積層体からなる場合の積層体を形成する金属板の接合および流路構造体１と加熱板２との接合が、５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により接合されている。【選択図】図１Ｂ
2018065316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の積層体または金属ブロックに、一端部が吐出口で、他端部に造形材料の供給口を有する造形材料の流路が形成された流路構造体と、
前記流路構造体の前記流路の側面の露出部分を閉塞するように直接、または前記流路の側面を閉塞する金属壁を介して接合され、絶縁基板に発熱抵抗体を有する加熱板と、
を具備し、前記流路構造体が積層体からなる場合の前記積層体を形成する前記金属板の接合および前記流路構造体と前記加熱板との接合が、５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により接合されてなる立体造形用の造形材料吐出ヘッド。
【請求項２】
前記流路構造体が、細長の貫通孔が形成されると共に、細長の貫通孔の一端部側に貫通孔と連通して吐出口が形成された金属板が２枚以上重ねて接合されて積層体が形成され、前記積層体の貫通孔の両端が金属板または前記加熱板により閉塞され、前記金属板の前記貫通孔の他端部側が折り曲げられることにより前記貫通孔の前記他端部側が前記造形材料供給口とされる請求項１記載の造形材料吐出ヘッド。
【請求項３】
前記流路構造体が、金属ブロック体に先端部が細径とされた吐出口を有する貫通孔が形成されることにより前記流路が形成され、前記流路の側壁の一部が露出するか、または前記金属ブロックの一部が残存し、もしくは露出した流路を閉塞する金属板の貼付けにより、他の部分より薄い隔壁にされ、前記流路の露出部分を閉塞するように、または前記薄い隔壁に前記加熱板が接合されてなる請求項１記載の造形材料吐出ヘッド。
【請求項４】
前記金属ブロック体の外形の断面形状が円形または矩形である請求項３記載の造形材料吐出ヘッド。
【請求項５】
前記加熱板が、前記流路を挟んで対向する２面に形成されてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の造形材料吐出ヘッド。
【請求項６】
前記流路構造体と前記加熱板との接合は、前記加熱板の絶縁基板の裏面にメタライズ層が形成され、前記メタライズ層上に設けられた銀および銅を含む金属層が融解されることにより形成される合金により前記流路構造体と接合される請求項１〜５のいずれか１項に記載の造形材料吐出ヘッド。
【請求項７】
金属ブロックに、先端部に吐出口とする細い孔を有する貫通孔が形成され、または金属ブロックが幅広にされた板状体に、該板状体の厚さ方向と垂直方向に複数個の前記貫通孔が形成され、前記貫通孔を造形材料の流路とする流路構造体と、
前記金属ブロックの前記流路構造体の外壁面の少なくとも一部、または前記板状体の一面に密着して設けられる加熱板と、
を有し、前記加熱板が設けられる前記流路構造体の前記流路の側壁は、前記流路構造体の加熱板が設けられない部分の肉厚よりも薄肉に形成されてなる立体造形用の造形材料吐出ヘッド。
【請求項８】
前記流路構造体および前記加熱板の部分が外装ケースにより被覆されてなる請求項１〜７のいずれか１項に記載の吐出ヘッド。
【請求項９】
金属板の積層体または金属ブロックにより一端部に吐出口を有し、他端部に造形材料の供給口を有する流路の一部の側面が露出するか、または他の部分より薄い金属壁で閉塞された流路構造体を形成し、
前記流路構造体の前記流路の露出する側面を閉塞するように直接、または前記流路の側面を閉塞する金属壁を介して、絶縁基板に発熱抵抗体を形成した加熱板を５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により接合し、
前記造形材料供給口から造形材料を供給しながら前記流路で融解した造形材料を前記吐出口から吐出させる
ことにより、立体造形物を形成することを含む立体造形物の造形方法。
【請求項１０】
立体造形物の造形方法であって、一端部に吐出口を有し、他端部に造形材料供給材料供給する造形材料供給口を有する流路とする貫通孔を金属ブロック、または金属ブロックを幅広にした板状体に、該板状体の厚さ方向と垂直方向に形成することにより流路構造体を形成し、
前記流路構造体の前記流路の一側壁の肉厚を、加熱板が設けられない部分よりも薄肉に形成してセラミック基板に発熱抵抗体が形成された加熱板を密着し、
前記造形材料供給口から造形材料を供給しながら前記流路で融解した造形材料を前記吐出口から吐出させる
ことにより、立体造形物を形成することを含む立体造形物の造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元プリンタで立体造形物を製造する場合などに、造形材料を吐出する造形材料吐出ヘッドおよび３次元造形物の造形方法に関する。さらに詳しくは、造形材料が５００℃程度の高温で融解する材料でも、スイッチ投入後短時間で融解し、所望量の造形材料を吐出することができ、しかも信頼性の高い造形材料吐出ヘッドおよび造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータを利用して３次元プリンタにより立体造形物を製造することが盛んに行われている。しかも、造形物により高温に耐え得る材料や、添加物を加えて強度を強くし耐久性を有する造形物とするための材料など種々の材料が用いられる傾向にある。その結果、造形材料を融解して造形物を製造する場合でも、スイッチ投入後直ちに動作可能としながら、より高温にする必要が出てきている。
【０００３】
このような造形材料を吐出する装置としては、例えば図９に示されるような構造のものが知られている。すなわち、図９において、ヒータブロック６３の一端側にノズル６１がねじ込まれ、他端部側にバレル６２がねじ込まれ、バレル６２にワイヤ状または棒状の造形材料が挿入される。そして、バレル６２により造形材料が一定の割合で送り込まれ、ヒータブロック６３の熱により造形材料が加熱されて融解し、ノズル６１の先端部の吐出口６１ａから融解した造形材料が一定量ずつ吐出される。この吐出口６１ａの位置が、造形物を形成する造形テーブル（図示せず）とｘｙｚ方向に相対的に移動することにより、３次元の所望の造形物が製造される。このヒータブロック６３の内部には、図示しないシーズヒータなどが設けられており、ヒータブロック６３の全体の温度を上昇させて、その熱で造形材料が融解されるようになっている。そのため、ヒータブロック６３全体の温度を上昇させる必要があり、余計な熱量が必要となり、動作開始にも時間がかかるという問題がある。
【０００４】
一方、クイックスタートが可能で、少ない熱量で造形材料を融解して吐出する安価な吐出ヘッドとして、例えば板状体に流路とする貫通孔および吐出口を形成し、その板状体を複数枚重ねて固定することにより形成された流路構造体の一壁面に、セラミック基板に発熱抵抗体を形成して通電できるようにした加熱板を配置することが提案されている（例えば特許文献１および特許文献２参照）。このような板状体を用いることにより流路を形成することで、ヒータブロックとノズルやバレルとの組み立てを行う必要がなく、非常に簡単に流路構造体が形成される。また、セラミック基板に発熱抵抗体が形成された加熱板が用いられることにより、クイックスタートが容易で、スイッチの投入と共に直ちに流路内の造形材料を融解状態にすることができ、オンデマンドの動作をすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５９８１０７９号公報
【特許文献２】特許第５９８２７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の図９に示されるように、円筒状のノズル６１やバレル６２を別々に作製してヒータブロック６３に固定する構造では、材料費や製造コストが嵩むと共に、ヒータブロック６３に１個ずつ貫通孔を開け、ネジ孔を切る必要があり、組立工数も増加する結果、ヒータブロックを含めた全体としての吐出装置が大型化し、コストアップになるという問題がある。また、造形材料はヒータブロック６３の外部からヒータにより加熱されるため、間接加熱となり、熱効率が悪い。
【０００７】
さらに、吐出口６１ａがヒータブロック６３から離れることになるため、所望の場所に造形材料を吐出する前にノズル６１の先端部で融解した造形材料が固化してしまうという問題も生じやすい。しかも、一度固化してしまうと、ノズル６１の先端部の温度を上昇させるためには、ヒータブロック６３が必要以上に高温にされなければならない。しかし、ヒータブロック６３の温度自体が造形材料の融解温度以上に上げられると、バレル６２側で導入される線状または棒状の造形材料であるフィラメントが融解してしまい、一定量で押し出すことができなくなるという問題もある。そのため、バレル６２側に放熱板を設けて放熱する必要もあり、非常に無駄が多くなる。このような問題は、造形材料の融解温度が例えば５００℃などと高くなる程、より一層顕著になるという問題がある。
【０００８】
一方、流路構造体が板状体の積層体により形成されることにより、大量生産が容易になる利点がある。しかし、前述のように、造形材料の高融点化に伴い、流路構造体の温度が５００℃以上で、少なくとも６００℃程度の高温に耐え得る必要が生じてくると、有機材料からなる接着剤で接着するということができなくなる。特に、流路の側壁の一部を加熱板で閉塞する場合には、加熱板のセラミックスなどからなる絶縁基板と、流路構造体のステンレス板などの金属板とが、剥離しないように接合される必要がある。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、簡単な構造で、かつ、造形材料の融点が５００℃近くの高い造形材料でも、即座に温度を上昇させることができる構造で、しかも、接合部の剥離などが生じない信頼性の高い造形材料の吐出ヘッドおよび造形方法を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的は、流路構造体を板状体の接合によらなくても、加熱板による加熱を有効にして、高温で融解する造形材料にも適応できる構造の吐出ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、造形材料の融解温度が５００℃程度に高くなっても、絶縁基板に発熱抵抗体が設けられた加熱板により効率よく加熱することができ、クイックスタートができる高効率の吐出ヘッドを得るために鋭意検討を重ねた。その結果、流路板を積層して流路構造体が形成される場合には、その積層体を６００℃程度の温度にも耐え得る高温の無機材料からなるロウ材により接合し、流路の露出部分を閉塞するように、または薄い金属壁を介して加熱板を同様の高温ロウ材により接合することにより、信頼性が高く、かつ、造形材料の温度を５００℃程度まで直ちに上昇させることできることを見出した。また、流路構造体を数ミリ（ｍｍ）程度の厚さの厚い金属板からなる金属ブロックを用いる場合でも、流路の側壁に０.１〜０.５ｍｍ程度の非常に薄い金属壁を介して加熱板が密着して設けられることによっても、短時間で温度を上昇させることができ、融点が高温の造形材料でも、接合部の問題をなくしてクイックスタートをし得ることを見出した。
【００１２】
本発明の立体造形用の造形材料吐出ヘッドは、金属板の積層体または金属ブロックに、一端部が吐出口で、他端部に造形材料の供給口を有する造形材料の流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体の前記流路の側面の露出部分を閉塞するように直接、または前記流路の側面を閉塞する金属壁を介して接合され、絶縁基板に発熱抵抗体を有する加熱板と、を具備し、前記流路構造体が積層体からなる場合の前記積層体を形成する前記金属板の接合および前記流路構造体と前記加熱板との接合が、５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により接合されている。
【００１３】
ここに「５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料」とは、無機材料からなり、接合段階では５００℃以下の処理であっても、５００℃以上で接合状態を維持できる材料を意味する。具体的には、銀と銅、銀と銅と亜鉛、さらにニッケルなどを加えた、いわゆる銀ロウなどのロウ材の他、ナノ金属、無機接着剤、ガラス質（釉薬を含む）などの低温加熱硬化で高耐熱材である無機接合材料を含む。例えば、銀、銅、ニッケルなどの１００ｎｍ以下のナノ粒子からなるナノ金属、例えばナノ銀の有機銀化合物は、２５０℃程度の低い温度で焼結すると、１００％の銀となり、多孔質となるが接合する（物理的に粒子間結合）。しかし、銀の融点９６２℃まで融解せず、接合を維持する。また、銅メッキ膜にナノ銀で接合すると、２５０℃で焼結接合し、その後７８０℃で共晶となり融解するまで接合を維持する。セラミックスも表面に厚膜ＡｇＰｄ（Ｐｔ）金属からなるメタライズがされていることにより、Ａｇとナノ銀とが結合しやすい。また、無機接着剤とは、例えばセメント状で化学反応、結晶成長などにより低温加熱硬化する高耐熱材である。
【００１４】
本発明の造形材料吐出ヘッドの他の形態は、金属ブロックに、先端部に吐出口とする細い孔を有する貫通孔が形成され、または金属ブロックが幅広にされた板状体に、該板状体の厚さ方向と垂直方向に複数個の前記貫通孔が形成され、前記貫通孔を造形材料の流路とする流路構造体と、前記金属ブロックの前記流路構造体の外壁面の少なくとも一部、または前記板状体の一面に密着して設けられる加熱板と、を有し、前記加熱板が設けられる前記流路構造体の前記流路の側壁は、前記流路構造体の加熱板が設けられない部分の肉厚よりも薄肉に形成されている。ここに「前記流路構造体の加熱板」の加熱板には、流路内の造形材料を加熱する加熱板のみならず、後述される吐出制御用の第２加熱板も含む意味である。
【００１５】
本発明の立体造形物の造形方法は、金属板の積層体または金属ブロックにより一端部に吐出口を有し、他端部に造形材料の供給口を有する流路の一部の側面が露出するか、または他の部分より薄い金属壁で閉塞された流路構造体を形成し、前記流路構造体の前記流路の露出する側面を閉塞するように直接、または前記流路の側面を閉塞する金属壁を介して、絶縁基板に発熱抵抗体を形成した加熱板を５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により接合し、前記造形材料供給口から造形材料を供給しながら前記流路で融解した造形材料を前記吐出口から吐出させることにより、立体造形物を形成することを含んでいる。
【００１６】
本発明の造形方法の他の形態は、立体造形物の造形方法であって、一端部に吐出口を有し、他端部に造形材料供給材料供給する造形材料供給口を有する流路とする貫通孔を金属ブロック、または金属ブロックを幅広にした板状体に、該板状体の厚さ方向と垂直方向に形成することにより流路構造体を形成し、前記流路構造体の前記流路の一側壁の肉厚を、加熱板が設けられない部分よりも薄肉に形成してセラミック基板に発熱抵抗体が形成された加熱板を密着し、前記造形材料供給口から造形材料を供給しながら前記流路で融解した造形材料を前記吐出口から吐出させることにより、立体造形物を形成することを含んでいる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、金属板の積層体または金属ブロックにより形成された流路構造体の流路の側面を閉塞するように直接、または流路の側面に金属壁を介して絶縁基板に発熱抵抗体が形成された加熱板が、５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により接合されているので、造形材料の融解を繰り返しても、流路構造体と加熱板との接合が剥離することはない。しかも、加熱板と流路とは、直接接するか、または薄い（０.５ｍｍ以下の）金属壁（隔壁または流路を閉塞する金属板）を介してロウ材により接合されているので、流路内の造形材料に直接加熱板の熱が伝わり効率よく加熱される。薄い金属壁（隔壁）を介する場合でも、金属壁は破れて流路が露出しても構わないため、非常に薄くすることができ、しかも、その金属壁は加熱板とロウ材などの無機接合材料により接合されているため、加熱板の熱を有効に流路内の造形材料に伝達することができる。その結果、融点の高い造形材料でも、非常に短時間で、かつ、造形材料が浸み出すこともなく、確実に融解することができる。この場合、流路構造体が金属板の積層体からなる場合でも、各金属板の接合は５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により接合されるため、５００℃程度までの加熱では、何ら支障をきたさない。
【００１８】
そのため、流路構造体の接合、および流路構造体と加熱板との接合は、非常に信頼性良く接合されながら、加熱板の熱を有効に流路内の造形材料に伝達して加熱することができる。その結果、５００℃程度で融解する造形材料でも、クイックスタートでオンデマンド的に造形材料を融解して吐出することができ、予めヒータを点火しておく必要はなく、非常に省電力化され得る。また、剛性のある立体造形物を効率よく製作することができる。
【００１９】
また、流路構造体が金属ブロックからなり、流路周囲の金属壁を介して加熱板が設けられる場合でも、その金属壁を非常に薄くして、加熱板が密着されることにより加熱板の熱が効率よく流路内の造形材料に伝達され得る。この構造であれば、流路構造体自身をロウ付けする必要がなく、また、加熱板も密着していればよいため、例えばネジなどで締め付けることにより、ロウ付けの必要なく組み立てられる。この場合、金属壁は、薄いことが必要であるが、破れて流路が露出しないことが必要となる。金属壁が破れるような場合には、前述の５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により接合されることが好ましい。この加熱板が５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により接合されない場合でも、加熱板が接合される部分の流路構造体の金属壁は、加熱板が設けられない部分よりも肉薄に形成されているので、密着していれば造形材料への熱伝導が優れる。その結果、５００℃程度で融解する造形材料の場合でも、効率よく造形材料を融解して吐出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】本発明の一実施形態の造形材料吐出ヘッドを説明する正面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの吐出ヘッドの側面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの吐出ヘッドの吐出口側から見た底面図である。
【図１Ｄ】図１Ａの吐出ヘッドの造形材料の供給口側から見た上面図である。
【図２Ａ】本発明の他の実施形態の造形材料吐出ヘッド加熱板を除去した状態を説明する正面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの吐出ヘッドの側面図である。
【図２Ｃ】図２Ａの吐出ヘッドの吐出口側から見た平面図である。
【図２Ｄ】図２Ａの吐出ヘッドの加熱板を接合するための側壁を除去しない状態の側面図である。
【図３Ａ】本発明のさらに他の実施形態の造形材料吐出ヘッドを説明する正面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの吐出ヘッドの流路構造体用の流路板の一例の平面図である。
【図４Ａ】図１Ａの加熱板のカバー部材を除去した状態の平面説明図である。
【図４Ｂ】図４Ａにカバー部材を取り付けた状態の側面図である。
【図４Ｃ】図４Ａの加熱板の裏面を示す底面図である。
【図５Ａ】図３Ａに示される流路構造体で、加熱板の構造を変えると共に、その取り付け構造の他の例を説明する図である。
【図５Ｂ】図５Ａの構造により製造された吐出ヘッドの側面の説明図である。
【図５Ｃ】図５Ｂの吐出ヘッドの加熱板側から見た正面の説明図である。
【図５Ｄ】図２Ａに示される流路構造体で、図５Ａと同様の加熱板を取り付けた側面の説明図である。
【図５Ｅ】図５Ｄの構造を造形材料供給部側から見た上面図の一例である。
【図６Ａ】図５Ｄの吐出ヘッドに外装ケースを被せた状態の側面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの状態で吐出口側から外装ケースを透視して見た図で、外装ケースを簡略化して線で示した図である。
【図６Ｃ】図６Ａに示される吐出ヘッドで造形材料供給部側から見た図で、取付部の構造を一部変更すると共に、外装ケースを簡略化して線で示した図である。
【図６Ｄ】図５Ｂに外装ケースが被せられた状態で、取付部が除去された平面図で、外装ケースを簡略化して線で示した図である。
【図７Ａ】図６Ｂに示される外装ケースの一例を示す側面図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示される外装ケースの吐出口側から見た平面図である。
【図７Ｃ】外装ケースの他の一例を示す側面図である。
【図７Ｄ】図７Ｃの吐出口側見た平面図である。
【図８】例えば図３Ｂに示される流路板で流路を複数個並列してラインヘッドにした場合の流路構造体を説明する図である。
【図９】従来の造形材料の吐出用ノズルの一例を示す断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
つぎに、図面を参照しながら本発明の造形材料吐出ヘッドおよびその造形方法が説明される。図１Ａ〜１Ｄに、本発明の一実施形態による造形材料吐出ヘッドの加熱板２側から見た正面図、その側面図、吐出口側から見た平面図（底面図）、造形材料供給部側から見た上面図がそれぞれ示されている。本実施形態の造形材料吐出ヘッドは、図１Ｂにその側面図が示されるように、この例では、金属ブロック１０に、一端部が吐出口１２で、他端部に造形材料の供給口１３を有する造形材料の流路１１が形成された流路構造体１と、その流路構造体１の流路１１の側面の露出部を閉塞するように直接、または流路１１の側面を閉塞する金属壁（図示せず）を介して接合され、絶縁基板２１に発熱抵抗体２２を有する加熱板２と、流路構造体１の流路１１の造形材料の供給口１３に接続して設けられる造形材料供給部（バレルおよびフッ素樹脂系の円筒状リング）６と、を具備している。そして、流路構造体１が積層体（図示せず）からなる場合の積層体を形成する金属板の接合および流路構造体１と加熱板２との接合が、５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により接合されている。
【００２２】
この例では、図１Ｂに示されるように、加熱板２が流路構造体１の対向する両面に形成されているが、いずれか一方のみでもよい。その場合、その対向する面は流路１１を露出させないでおく（側壁を残す）こともできるし、ラインヘッドのようなマルチノズルにして、後述される各流路１１の吐出を制御する第２加熱板が薄い金属板（金属壁）を介して設けられてもよい。この加熱板２による加熱により、流路１１内で融解した造形材料９２が、造形材料供給部６側でフィラメントからなる造形材料９１の一定ピッチでの押し込みにより、吐出口１２から一定量だけ押し出される。なお、造形材料９１は、フィラメント形状ではなく、粒状や、粉末状でも、一定量ずつ押し込まれることにより、吐出口から一定量の融解した造形材料９２が押し出される。また、造形材料９１としては、タブレット（固体、紛体の仮成形品）、軟化粘液なども使用され得る。特に、高融点の造形材料の場合は、粉末状のものが多くなる。その結果、吐出ヘッドと造形テーブルとの相対移動により、所定の場所に融解した造形材料９２が吐出されることにより、造形物が形成される。
【００２３】
本実施形態の吐出ヘッドは、高融点の造形材料に対応していることに特徴がある。すなわち、従来の３次元造形物では、樹脂を積層して３次元の造形物を製作するもので、紫外線硬化樹脂を用いて液状の樹脂を硬化させたり、ＡＢＳなどを主体とする樹脂を融解して吐出した後の冷却により硬化させたりすることにより、造形物が製造されていた。そのため、樹脂を融解する場合でも、２００〜３００℃程度の温度に上昇させれば充分で、耐熱性の問題も殆どなかった。
【００２４】
しかし、近年、リードなどを形成するため、導電性材料としての合金材料を吐出して形成することが要求されたり、強度の大きい造形物の要請から、樹脂などからなる造形材料に金属粉や金属酸化物などの融点の高いフィラーが混合された造形材料が要求されたり、各種センサ機能材料であることが要求されている。その結果、造形材料を融解するのに、５００℃程度の高温で融解するものが要求される方向にある。しかし、そのような高融点の造形材料を融解しながら吐出する吐出ヘッドはない。本発明者らは、前述のように、５００℃程度の融点の造形材料でも、スイッチの投入後、直ちに温度を上昇させて融解させクイックスタートを可能としながら、吐出ヘッドの耐久性を向上させるため鋭意検討を重ねた結果、金属板の積層体または金属ブロックに、貫通孔により流路を形成し、その流路に直接、または薄い金属壁を介して、セラミック基板に発熱抵抗体が形成された加熱板２のセラミック基板を高温ロウ材などの５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により接合することにより、流路１１内の造形材料をほぼ直接加熱することができ、効率的に温度を上昇させることができ、５００℃程度にも短時間で容易に上昇させることができながら、加熱ヘッドの耐久性も得られることを見出した。
【００２５】
すなわち、流路１内の造形材料９１に直接加熱板２を接触させることにより、即座に加熱板２の熱を流路１１内の造形材料９１に伝達することができる。また、加熱板２が無機材料からなるロウ材（高温ロウ材）などの５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により接合されていることにより、加熱板２と流路構造体１とが確実に密着しており、造形材料９１の樹脂が接合面に浸み込んで熱伝導が悪くなることもない。さらに、薄い金属壁（０.５ｍｍ程度厚以下の金属板）が介在されても、銀ロウなどの５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により完全に加熱板２と流路構造体１とが固着されることにより、熱伝導に優れ、同様に流路１１内の造形材料９１を加熱することができる。そして、この金属板１０ａ（図３Ｂ参照）の積層体または金属ブロック１０と加熱板２との接合、または金属板１０ａの積層体を製造する場合に、５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により接合することにより、加熱時の熱耐性、さらには、ヒートサイクルに対する耐久性を維持することができることを見出し、本発明を完成した。勿論、金属と接合されるセラミックス（加熱板２の絶縁基板）との熱膨張率が近いものが選定される。
【００２６】
図１Ａ〜１Ｄに示される例は、吐出口１２が１個のシングルタイプの吐出ヘッドで、流路構造体１の外形は四角形の例である。しかし、後述されるように、外形は四角形でなくて、円形でも構わないし、また、シングル構造ではなく、この流路構造体１の幅が横方向に延長して複数個形成されるような数ミリ（ｍｍ）の厚さ（板の厚さ方向と垂直方向に流路を形成し得る厚さ）の金属板によりラインヘッドのようなマルチノズルタイプの吐出ヘッドを形成することもできる。
【００２７】
図１Ａ〜１Ｄに示される流路構造体１は、外形が例えば４ｍｍ角の四角柱型の金属ブロック１０の中心部または中心から偏心した位置に、流路１１を構成するφ２ｍｍ程度の貫通孔が形成されており、その先端部は細くされて、例えばφ０.５ｍｍ程度の吐出口１２とされている。この吐出口１２の形状は、円形に限らず、矩形形状やシート状に形成され得る。図１Ｂに示されるように、流路構造体１の流路１１の両面に加熱板２が設けられる場合には、四角柱の金属ブロックの中心部に流路１１が形成され、その後、対向する２面の金属ブロックが削られることにより、流路１１である貫通孔の内部が露出するように削られている。この削られた後の金属ブロック１０の厚さＦ（図１Ｂ参照）は、例えばフィラメントの場合、１.７〜２.３ｍｍ程度である。そして、その露出した流路１１の側面に加熱板２が当て付けられてロウ付けなどがされることにより、流路１１の開口した部分が加熱板２により閉塞される。換言すると、流路１１の側面の一部が加熱板２の絶縁基板２１で覆われている。その結果、流路１１内を流動する造形材料は加熱板２により直接加熱される。そのため、融点が５００℃程度の造形材料でも、短時間で容易に融解され得る。
【００２８】
しかし、完全に流路１１が露出するまで金属ブロック１０の側壁が削られなくても、一部が露出し、またはその側壁の全体が非常に薄く（例えば０.１〜０.５ｍｍ程度に）されても、その金属壁と加熱板２とがロウ付けされることなどにより、加熱板１の熱が容易に流路内の造形材料に伝達され得る。なお、金属壁は、金属ブロック１０の側壁がそのまま残されなくてもよく、流路１１が完全に露出され、金属壁と同程度の薄い金属板が貼り付けられてもよい。その方が均一の厚さにしやすい。この場合の金属板の接合材料も、流路構造体１と加熱板２の接合と同様の接合材料が用いられる。
【００２９】
一方、流路構造体１と加熱板２とは、５００℃程度で造形材料を融解させるためには、５００℃程度以上の高温に対しても耐え得る接着力が必要となる。そのため、本実施形態では、流路構造体１と加熱板２との接合は、例えば銀と銅を主体とする銀ロウ、銅ロウ、アルミロウなど、すなわち無機材料からなるロウ材、またはナノ金属を用いた接合材料により接合されている。例えばＪＩＳ規格のＢＡｇ−７（Ａｇ５６％、Ｃｕ２２％、Ｚｎ１７％、Ｓｎ５％：ロウ付け温度６５０〜７６０℃程度）のロウ材により接合される。その結果、例えばステンレスからなる金属ブロック１０とセラミックスからなる加熱板２の絶縁基板２１との接合でも、しっかりと接合することができ、融解した造形材料が接合部から浸み出すこともない。その結果、非常に信頼性の高い吐出ヘッドが得られる。なお、ロウ材は、この例に限らず、例えばＪＩＳ規格ＢＡｇ−８（Ａｇ７２％、Ｃｕ２８％：ロウ付け温度７８０〜９００℃）、ＢＡｇ−７やＢＡｇ−８などの材料にさらに添加物を添加してロウ付け温度を変化させたものなど、無機材料を混合したものを使用することができる。
【００３０】
ナノ金属、例えばナノ銀の有機化合物である有機銀化合物をペースト状またはインク状にして塗付し、２５０℃程度で焼結することにより、１００％銀になり、粒子間結合により接合することができる。この場合、接合力はやや劣るが、剥離力が働かない限り、接合を維持することができる。必要によりその状態で融解する温度まで上昇させることにより、完全に接合することができる。Ａｇと合金を作りやすいＣｕなどを付着しておくことにより、融解温度を下げることができる。このようにして接合した銀は融点の９６２℃にならないと融解しないし、Ａｇ-Ｃｕ共晶では７８０℃程度まで温度を下げることができる。しかし、剥離力が無ければ、そのような非常に高温まで耐え得る。すなわち、低温で焼結硬化されながら、高温まで耐久性がある。
【００３１】
流路構造体１は、図１Ａ〜１Ｄに示される例では、長さＡが１０〜２５ｍｍ程度で、幅Ｂ１、Ｂ２が８〜１５ｍｍ程度の角柱の中心部に一辺Ｅが２〜１０ｍｍ程度の流路形成部分が形成され、その中心部に直径Ｇがφ１〜３.５ｍｍ程度の流路１１とする貫通孔が形成された金属ブロック１０により形成されている。この金属ブロック１０の流路形成部分の長さＣは、５〜１５ｍｍていどであり、その一端部が１〜３ｍｍ程度の長さＤでテーパ状に細くされ、中心部も流路１１が細くされて０.２〜１ｍｍ程度の吐出口１２が形成されている。この吐出口１２は、加熱板２が接合された後に形成されることが好ましい。加熱板２のロウ付けの際のロウ材が吐出口１２に流れ込んで閉塞されることを防止できるからである。また、他端部側は、流路１１の形成部分よりも大きい一辺Ｂが１２ｍｍ程度の矩形状の取付部１５が形成されている。取付部１５の外形は、φ９〜１５ｍｍ程度の円形にすることもできる。
【００３２】
金属ブロック１０の材料は熱膨張率が加熱板２の絶縁基板（セラミックス）と近いことが好ましく、その点からは鉄、鉄合金、ステンレス（ＳＵＳ）、Ｆｅ-Ｎｉ、Ｆｅ-Ｎｉ-Ｃｏ（コバール：登録商標）が好ましい。また、熱伝導率がよいことが好ましく、その観点からは、銅合金、アルミニウム合金、およびこれらのメッキなど表面処理が施されたもの、アルマイトなどが好ましい。その他、被粘着処理、表面硬化処理が施されることが好ましい。
【００３３】
流路構造体１の他端部側（吐出口１２と反対側）には、前述の取付部１５に造形材料供給部材６（バレル６１とフッ素系樹脂のチューブ６２（図１Ｄ参照））が嵌め込まれている。このバレル６１は一例として、長さが２５〜３５ｍｍ程度で、直径がφ６ｍｍのねじで取付部１５に嵌め込まれ、中心部に内径φ３.２ｍｍの貫通孔が形成されている。その貫通孔にフッ素系樹脂などからなり、内径φ２ｍｍの円筒リング状のチューブ６２が挿入されている。このチューブ６２は、ワイヤ状のフィラメントと言われる造形材料９１が付着しないでスムースに送り込まれるようにするために設けられている。最近では、フィラメントに代って、樹脂も、各種フィラー混合物も粉末にして使用する方向にある。自動供給や装置の小形化の観点からである。
【００３４】
加熱板２（第１加熱板２）は、例えば図４Ａ〜４Ｃにその一例のカバー部材２６（図４Ｂ参照）を除去した平面図と、カバー部材２６が設けられた側面図と、底面図（裏面）がそれぞれ示されるように形成されている。加熱板２は、例えば図４Ａ〜４Ｃに示されるように、絶縁基板２１の一面に、絶縁基板２１を加熱する発熱抵抗体２２が形成されている。その発熱抵抗体２２には、その長手方向に電流を流すための電極２３が発熱抵抗体２２の両端部に接続して形成され、その端部は絶縁基板２１の端部に形成されているスルーホールを介して、絶縁基板２１の裏面まで延びる電極端子２３ａになっている。絶縁基板２１の裏面に導出されることによりリード２７の接続が容易になるが、必ずしもそうする必要はない。図４Ａに示される例では、さらに、第２の発熱抵抗体２２ａが吐出口１２側となる方向の半分くらいの長さに形成されている。吐出口１２側の温度を高くして吐出しやすくすると共に、造形材料９１の供給口１３側ではあまり温度が上昇しないようにするためである。しかし、発熱抵抗体２２の配置や形状はこの例には限定されず、例えば前述の特許文献１または２に記載されるように、種々の形状に形成され得る。要は、吐出口１２側の温度が造形材料供給口１３側よりも高くなるように形成されることが好ましい。また、発熱抵抗体２２の近傍に温度測定用抵抗体２４が形成されている。
【００３５】
この温度測定用抵抗体２４には、例えば両端部およびその中間部のように、所定の場所の電気抵抗を測定するための測定用配線２５を介して測温端子２５ａが形成されている。この測温端子２５ａも電極端子２３ａと同様に、絶縁基板２１のスルーホールを介して絶縁基板２１の裏面に導出されている。この発熱抵抗体２２や温度測定用抵抗体２４などの材料、形成方法なども前述の特許文献１または２に記載されているのと同様の材料で、同様の方法により形成される。これらの上にカバー部材２６（図４Ｂ参照）がガラス材またはセラミック基板などにより形成され、発熱抵抗体２２などの表面が保護されている。また、図４Ｃに示されるように、発熱抵抗体２２の電極端子２３ａや温度測定用抵抗体２４の測温端子２５ａと接続して、セラミック基板２１の裏面側で配線２３ｂ、２５ｂを介してリード２７（図１Ａも参照）が導出されている。この配線２３ｂ、２５ｂは無くて、直接リード２７が電極端子２３ａや測温端子２５ａに接続されてもよい。
【００３６】
このリード２７と配線２３ｂ、２５ｂや端子２３ａ、２５ａとの接続は、５００℃以上の温度に対して耐熱性を有する無機導電接着剤などで接続される。また、造形材料吐出ヘッドとして使用するには、発熱抵抗体２２の駆動回路や、絶縁基板２１の温度を測定する測定回路を含む制御手段が設けられる。制御手段は、発熱抵抗体２２の電流を制御して、絶縁基板２１の温度が所定の温度になるように駆動回路を制御するが、この制御も前述の特許文献１または２に記載の方法で行われ得る。なお、図示されていないが、リード２７と電極端子２３ａまたは測温端子２５ａなどとの接続部は、その接続部でリード２７が折れないように保護部材で保護される。なお、図４Ａでは、リード２７は、その接続部が絶縁基板２１の裏面側になるため、省略されている。
【００３７】
本実施形態では、この加熱板２の絶縁基板２１の裏面に、図４Ｃに示されるように、メタライズ２１ａが形成されている。このメタライズ２１ａは流路構造体１と接合するための接合領域に形成されている。すなわち、流路構造体１の金属ブロック１０の側壁が削られて露出する流路１１の周囲に形成され、流路１１の露出する部分には形成されていない。この部分にもメタライズが形成されても支障はないが、材料の無駄になるからである。吐出口１２側の端部は、吐出口１２が流路１１よりも細くなるため、金属ブロック１０の側面が削られて流路１１が露出しても、吐出口１２の近傍は露出せず、金属ブロック１０が残存する。そのため、その部分もロウ付けできるように絶縁基板２１にメタライズ２１ａが形成され、メタライズ２１ａの部分がＵ字状になっている。なお、吐出口１２側と反対側は、取付部１５と当て付けで加熱板２が設けられるため、セラミック系、ガラス系、金属系などの無機接着剤などからなる封止材を塗布して固化することにより、取付部１５と加熱板２とが接合されて、造形材料が流出しないようにされている。
【００３８】
このメタライズ２１ａは、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ｐｔなどを主成分とする材料をペースト状にして絶縁基板２１の裏面のメタライズの形成場所に塗布して６００〜８００℃程度で焼成することにより形成される。発熱抵抗体２１、温度測定用抵抗体２４、電極２３なども同様に、Ａｇ、Ｐｄなどを混合したペーストの塗布と焼成により形成されるので、どちらを先に行ってもよいが、同様の方法で形成され得る。メタライズを先に形成した方が、充分に高温で焼きつけられるし、発熱抵抗体２２などの抵抗値の変動を防止するという観点から好ましい。
【００３９】
このようにメタライズされた絶縁基板２１を有する加熱板２と流路構造体１との間にシート状もしくはワイヤ状にし、または塗布し得るようにペースト状にした銀ロウ（例えば前述のＪＩＳ規格ＢＡｇ−７を主成分とする銀ロウ）を挟んで重ねて７００℃程度に加熱し、フラックスで表面を活性化させることにより、ロウ付けがなされる。ロウ材は、このようなロウ材を用いなくても、流路構造体１のロウ付け部または絶縁基板２１のメタライズ部分に銀メッキと銅めっきなどを施しておくことにより、重ねて温度を上昇させるだけで、両金属が合金化し、７００℃程度で融解してロウ付けをすることができる。
【００４０】
加熱板２は、前述のように、絶縁基板２１の一面に発熱抵抗体１２などが形成され、その表面にカバー部材２６が形成されているが、露出面としては絶縁基板２１の他面（裏面）の方が平坦であること、絶縁基板２１の方が、厚さが厚いので、温度が均一になりやすい（発熱抵抗体２２の温度が一番高いが、その影響を受けにくい）こと、という点で絶縁基板２１の他面側を流路構造体１側にすることが好ましい。その構造にすることにより、前述のように、絶縁基板２１の他面側に予めメタライズ２１ａを形成することができる。
【００４１】
図１Ｃは、図１Ａを吐出口１２側から見た平面図（底面図）であり、図１Ｄは、図１Ａを材料供給部６側から見た平面図（上面図）である。図１Ａと同じ部分には同じ符号を付してその説明は省略されている。
【００４２】
図１Ａ〜１Ｄに示される例は、金属ブロック１０の外形が四角形の例であったが、外形は円形でもよい。円形であれば、自動旋盤で外形と流路１１とする貫通孔を同時に形成することができる。その例が、図２Ａ〜２Ｄに示されている。
【００４３】
図２Ａは外形が円柱状の金属ブロック１０の側壁の一部が削られて流路１１が露出した状態が示されている。この図２Ａでは、加熱板２が図示されないで、削られて露出した金属ブロック１０の壁面が斜線で示されている。すなわち、この斜線で示された部分で図示しない加熱板２がロウ付けなどにより接合される。吐出口１２、造形材料供給口１３および取付部１５は前述の例と同じである。図２Ｂは、図２Ａの側面図で、図２Ｂの左右の両面に流路１１が露出し、少なくとも一方は図示しない加熱板２により閉塞され、他方に加熱板２が設けられない場合には後述する第２加熱板で閉塞されてもよいし、薄い金属壁が残されてもよい。図２Ｃは、露出した流路１１の両面に加熱板２が設けられた状態で、吐出口１２側から見た平面図（図２Ａの両面に加熱板２が設けられた状態の底面図）を示す。また、図２Ｄは、流路１１を露出させるための側壁の除去が行われていない状態の流路構造体１の側面図である。加熱板２も図１Ｂに示される例と同じで、同じ部分には同じ符号を付してその説明は省略されている。
【００４４】
前述の各例は、角柱または円柱からなる金属ブロック１０で流路構造体１が形成されていた。このような金属ブロック１０からなる流路構造体であれば、流路構造体１自身の接合はないため、流路構造体１と加熱板２との接合部だけであり、高温動作に対しても耐性を得やすい。しかし、前述のロウ材などの５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料により接合されれば、板状体１０ａ（図３Ｂ参照）を複数枚重ねて接合された積層体からなる流路構造体１でも、その流路１１の露出部分を閉塞するように加熱板２が設けられることにより、積層体自体、および積層体からなる流路構造体１と加熱板２との接合を信頼性良く接合することができ、しかも直接加熱により、５００℃程度の融点を有する造形材料にも対応することができる。
【００４５】
その一例が、図３Ａ〜３Ｂに示されている。すなわち、図３Ｂに示されるような流路板１０ａが用いられる。この流路板１０ａは、例えば厚さが１ｍｍ程度で、幅Ｗが４ｍｍ程度、長さＨが２０ｍｍ程度の板状体に、幅Ｌが２ｍｍ程度の流路１１とする貫通孔が形成され、その先端部は流路１１と連通するように、幅Ｍが０.３ｍｍ程度で深さが０.１５ｍｍ程度の吐出口１２とする溝が形成されている。この流路板１０ａは、吐出口１２の先端からの長さＪが１３ｍｍ程度の位置Ｐで折り曲げられ、流路１１と反対側の端部は取付部１５ａとされる。この取付部１５ａには、取付用の孔１６がφ２.２ｍｍ程度の大きさで形成され、図３Ａに示される取付板５などに取り付けられるようになっている。なお、図３Ａに示される例では、取付部１５ａと取付板５との間に断熱スペーサ８が挿入されている。この取付部１５ａの長さＫは６.８ｍｍ程度で形成されているが、そのうち１.８ｍｍ程度は折り曲げ部に費やされる。そのため、図示されていないが、折り曲げやすいように、１.８ｍｍ程度の幅で０.６ｍｍ程度の深さの溝が形成されている。これらの孔や溝はエッチングにより形成されるが、打抜き金型により外形の形成と共に同時に形成されてもよい。この場合、貫通孔は金型により形成され、溝はエッチングにより形成されてもよい。
【００４６】
このような流路板１０ａが、例えば２枚の取付部１５がそれぞれ反対方向に折り曲げられてから、流路１１などが一致するように重ねて接合されることにより流路構造体１が形成されている。この流路板１０ａの貼り付けが、前述の流路構造体１と加熱板２との貼り付けと同様に、高温の銀ロウによりロウ付けなどにより接合される。この場合、例えばステンレスなどからなる金属板同士の接合であるため、メタライズの必要はなく、直接シート状のロウ材またはリボン状のロウ材などを点在させてフラックスを塗布して重ねた上で加熱炉により融解させることによりロウ付けすることができる。なお、真空炉または還元雰囲気炉でロウ付けすることにより、フラックスが無くてもロウ付けすることができる。このようにして形成された流路構造体１は、流路板１０ａに形成された縦長の貫通孔が流路１１となるため、２枚の流路板１０ａが接合されても、貫通孔の両端は開放されているので、流路１１の対向する２つの側面が開放している。その両面に、図１Ａ等に示される例と同様に、加熱板２が貼り付けられることにより、図３Ａに示される吐出ヘッドが形成される。
【００４７】
図３Ａで、加熱板２の構造は図１Ａに示される例と同じで、図４Ａ〜４Ｃに示される構造であり、同じ部分には同じ符号を付してその説明は省略されている。この加熱板２の接合は、流路構造体１が形成された後に流路構造体１と加熱板２とが接合されてもよいが、流路板１０ａを重ねて加熱板２と同時にロウ付けされてもよい。図３Ａに示される例では、流路構造体１と取付板５との間に断熱スペーサ８が介在されている。この断熱スペーサ８は流路構造体１の熱が取付板５の方にできるだけ伝達しないようにするものである。取付板５の方に熱が伝導すると、造形材料供給部６側で造形材料９１が融解し、送り込みがし難くなるからである。このような断熱スペーサ８としては、例えば多孔質ガラス、多孔質セラミックス、などからなり、厚さが１〜２ｍｍ程度の板材が用いられ得る。
【００４８】
以上の各例では、加熱板２が図４Ａ〜４Ｃに示されるような構造になっていたが、前述のように、発熱抵抗体１２の形状、リード２７の取り出し構造などは種々の構造に変更され得る。その変更例が、図５Ａ〜５Ｅに示されている。すなわち、図５Ａに示される例は、２個の加熱板２が流路構造体１の厚さ分の間隔をあけて同じ向きに並べて配置され、その状態で２個の加熱板２で共通端子とされ得る２つの電極端子２３ｃ同士、および測温端子２５ｃ同士が、それぞれリード２７ｃ、２７ｄで接続されている。その状態で２個の加熱板２が流路構造体１を挟むように折り曲げられ、流路構造体１と２個の加熱板２とが同時にロウ付けなどにより接合されることにより形成される。
【００４９】
なお、加熱板２の構造は絶縁基板２１上に発熱抵抗体２２および温度測定用抵抗体２４および電極端子２３、測温用端子２５などが形成されることは同じであり、その説明は省略される。この例では、発熱抵抗体２２がＵ字状に形成され、吐出口側の温度を高くできるようにされていると共に、温度測定用抵抗体２４がＬ字状に形成されている。図５Ａで、カバー部材２６は省略されている。また、絶縁基板２１の裏面のメタライズの形成およびその場所なども前述の図４Ｃに示される例と同じで、端子の配線も同様に形成されるが、その配線２３ｂ、２５ｂやスルーホールの位置は異なっている。同じ機能の部分には同じ符号を付して、その詳細の説明は省略される。図５Ａで、範囲Ｌは流路１１の幅（図３Ｂ参照）を、範囲Ｗは、流路板１０ａの幅（図３Ｂ参照）をそれぞれ示している。この例では、流路１１の位置に対して、発熱抵抗体２２のＵ字形状の中心線の位置が対称になっていないが、流路構造体１の両面に設けられる加熱板２の左右が逆になるため、両加熱板に２による加熱は流路１１に対して対称になる。なお、加熱板２の裏面に形成されるメタライズに、必要に応じてロウ材とする銀メッキと銅メッキとが施されてもよい。
【００５０】
このようにして形成された吐出ヘッドの側面図が図５Ｂに示されている。図５Ｂには、リード２７の接続構造を主として模式的に示されている。すなわち、この例では、後述される図６Ｂに示されるように、リード２７は、流路構造体１の加熱板２が設けられない側面で、２個の加熱板２により挟まれたリード空間２８をリード２７が延び、造形材料供給部６側に延びるように導出されている。図５Ｂと垂直な側面図が図５Ｃに示されている。なお、加熱板２とリード２７との接続は、図４Ｃに示されるように、絶縁基板２１上の配線２７ｂを介して接続されてもよいし、端子２３ａ、２５ａで直接リード２７と接続されて、リード２７としてまとめて造形材料供給部６側に導出されてもよい。
【００５１】
図５Ｄは、図２Ａに示される流路構造体１の両面に図５Ａに示される加熱板２が接合された図５Ｂと同様の側面図である。この構造では、リード２７の取り出しは前述の図５Ｂに示される例と同じであるが、図５Ｅに造形材料供給部６側から見た上面図が示されるように、取付部１５の側面に形成された溝１５ｂに、リード２７を埋め込むことができるため、非常に簡潔な構造になる。リード２７は、溝１５ｂに埋め込むのではなく、後述される図６Ｃに示されるように、取付部１５に形成された貫通孔１５ｃ内を通してもよい。
【００５２】
これらの造形材料吐出ヘッドは、加熱板２やリード２７の配線などがむき出しになっていると、高温で危険であるため、外装ケース７で被覆されることが好ましい。その例が図６Ａに示されている。すなわち、図６Ａに示される例は、図５Ｄに示される吐出ヘッドに外装ケース７が被せられた構造である。この状態の吐出ヘッドを吐出口側から外装ケース７を透視して見た平面図が図６Ｂに示され、造形材料供給部６側から見た平面図が図６Ｃにそれぞれ示されている。これらの図で、外装ケース７は簡略化のため、厚さを表現せず、線のみで示されている。この外装ケース７は、アルミニウムにより形成され、外表面は黒アルマイト処理がなされ、絶縁化と腐食防止や外観を良くする処理が行われる。内面にも絶縁処理がなされてもよいし、さらに、ガラス繊維、無機絶縁硬化材などが充填されて電気的絶縁が図られてもよい。
【００５３】
図６Ｂで、２８は前述のように、リード２７を通す空間を示す。また、図６Ｃで、１５ｃも前述のように、リード２７を通す孔であるが、図５Ｅに示されるように溝１５ｂにすることもできる。また、加熱板２は、カバー部材２６が発熱抵抗体２２などの層よりも小さく描かれているが、前述の例のように、絶縁基板２１と同じ大きさでもよい。例えば、図６Ｂで、絶縁基板２１の長さ（幅）Ｒが７.８ｍｍ程度、２個の加熱板２のカバー部材２６の両外面の間隔Ｓは７ｍｍ程度であり、外装ケース７の内径は、９ｍｍか１０ｍｍ程度であり、内径１０ｍｍの外装ケース７にすれば充分に余裕がある。また、後述されるように、外装ケース７の形状を四角形にすることもできる。これらの図で、前述の例と同じ部分には同じ符号を付して、その説明は省略される。
【００５４】
図６Ｄは、図５Ｂに示される吐出ヘッド（流路構造体１が板状体１０ａにより形成された吐出ヘッド）の取付板５および造形材料供給部６を除去した状態の造形材料供給口１３側から見た平面図を示す。この例も、加熱板２の構造および外装ケース７は図６Ｂに示される例と同じであり、造形材料供給部６が取り付けられた状態の平面図は図６Ｃに示される構造と同じになるので省略されている。
【００５５】
図７Ａは、このような外装ケース７が円筒状の場合の一例を示す側面図であり、図７Ｂはその吐出口側から見た平面図である。前述のように、この外装ケース７は、板厚が１.５ｍｍ程度のアルミニウム系材料（例えばＡｌ-Ｍｇ系Ａ５０５２）で形成され、外面は黒アルマイト処理がなされている。この例で、流路構造体１の取付部１５（図２Ａ参照）を被覆する根本部７１の外径はφ１２ｍｍ程度、その高さは７.５ｍｍ程度であり、流路１１の部分および加熱板２の部分を覆う円筒部７２の外径は、例えばφ１０〜１２ｍｍ程度で、その長さは１２.５ｍｍ程度である。融解した造形材料を吐出するため、吐出口１２に対応した部分に２.２ｍｍ×４.２ｍｍの矩形状開口７３が形成されている。
【００５６】
図７Ｃは、外装ケース７が角筒の場合の例で、図１Ａのような流路構造体１の外形が四角形のものに適しているが、図２Ａに示されるような円形の流路構造体１にも適用できる。この例では、根本部７４の一辺の長さは１２ｍｍ程度であり、その高さは５ｍｍ程度である。また、加熱板２の部分を覆う角筒部７５の一辺は１０ｍｍ程度であり、その長さは１２.５ｍｍ程度である。開口７３は前述の例と同じである。表面処理などは前述の例と同じである。
【００５７】
以上の説明では、流路１１が１個だけのシングルヘッドタイプの例であったが、流路が複数個配列されるマルチヘッドタイプでも同様に５００℃以上で融解する造形材料に対応する吐出ヘッドを得ることができる。例えば図３Ｂに示されるような流路板１０ａを幅方向に並べた構造で一体化したもので、図８に示されるような流路板１０ｂを形成することができる。図８に示される例は、造形材料の供給口は、複数の流路１１に対して共通で流路１１のみが多数に分離される例が示されている。そのため、造形材料供給口１３から、各流路１１に造形材料を供給するため、全体に共通した共通流路１１ａが形成され、共通流路１１ａ内で融解した造形材料が各流路１１に供給されるようになっている。
【００５８】
この場合、造形材料供給口１３側から造形材料を押し込んで特定の吐出口から吐出させることができないので、各流路１１に融解した造形材料を吐出するように駆動する駆動機構が必要になる。このような駆動機構は、前述の特許文献１または２に記載されているバイメタル方式など、第２加熱板３を用いて、制御することができる。その詳細については省略するが、第２加熱板３の発熱抵抗体３２が想像線で示されるように、例えば図３Ａに示される２個の加熱板２の一方を第２加熱板３に変更して、この発熱抵抗体３２の熱膨張により、流路１１内の融解した造形材料９２を押し出せるように形成されている。
【００５９】
図８に示される例では、同じ造形材料を複数の吐出口１２の特定の吐出口１２から融解した造形材料を吐出することができる。しかし、例えば図３Ａに示される吐出ヘッドが並べられた構造を一体的に形成し、造形材料供給口１３も別々に形成し、別々の供給材料９１が供給される構造にすることもできる。
【００６０】
図８に示される例では、流路構造体１の一方の面には、前述の加熱板（第１加熱板）２が流路を閉塞するように貼り付けられており、流路構造体１の他面には、各流路を駆動する第２加熱板３が形成される。図８では、この両方の加熱板が想像線で重ねて示されている。すなわち加熱板２は、個々の発熱抵抗体は示されておらず、絶縁基板の全体の位置関係が二点鎖線で示されている。また、第２加熱板３は、その発熱抵抗体３２の部分だけが同様に示されているが、この第２加熱板３も、第１加熱板２と同様に、絶縁基板上に発熱抵抗体やその電極、温度測定用抵抗体などが形成されている。しかし、特定の流路１１のみが加熱され、しかも短時間の加熱により瞬間的に温度を上昇させて流路１１内の造形材料を吐出させるため、カバー部材側が流路構造体１に接合される。従って、完全に流路を閉塞しにくい場合には、薄い金属板などで流路１１を閉塞し、その上に第２加熱板３が設けられてもよい。前述の図３Ａに示される吐出ヘッドを複数個並べてマルチヘッドに形成されてもよいが、図８に示されるように、１枚の流路板に複数の流路を形成した方が、各流路間の間隔を狭くすることができ、より精細な吐出ヘッドを得ることができる。なお、図８に示される例では、流路板１０ｂの取付部の方は図示されていない。
【００６１】
このようなマルチノズルの吐出ヘッドは、流路板１０ｂを用いる場合に限らず、前述の図１Ａに示されるような金属ブロックを用いてマルチノズルヘッドとすることもできる。すなわち、図１ＢのＢ２（Ｂ１とほぼ同じ）に示される厚さの金属板（金属ブロック）に、厚さ方向と直角方向に流路１１用の孔を複数個並べて開けることにより、マルチノズルの流路構造体１が形成され得る。この場合も、複数個の流路１１を纏めて加熱する加熱板２が配置され、反対側には流路駆動用の第２加熱板が配置される。要するに、板状体の積層体により流路構造体１が形成される場合には、板状体の厚さ方向に貫通孔が形成されて流路が形成されるが、金属ブロックの場合は、厚い金属板の厚さ方向と垂直方向に多数の孔を開けて流路とすることにより、金属ブロック（厚い金属板）を用いたマルチノズルの吐出ヘッドが形成される。
【００６２】
前述の各例では、加熱板２が流路１１を閉塞するように流路構造体１に無機材料からなるロウ材などにより接合されるか、薄い金属壁を介してロウ付けなどにより接合される例であった。しかし、前述のように、金属ブロックにより流路構造体１が形成されることにより、流路構造体１自信は接合されることなく形成される。そのため、無機材料からなるロウ材などにより接合する必要はない。一方、加熱板２は、流路構造体１と密着していれば、加熱板の熱を容易に流路構造体１に伝達することができる。そのため、例えば加熱板が密着する流路構造体１の流路との隔壁（金属壁または流路１１を閉塞する金属板）が０.１〜０.５ｍｍ程度と非常に薄くなれば、ロウ付けなどがされていなくても、その隔壁に加熱板２が密着していることにより、加熱板２の熱が流路１１内の造形材料に容易に伝達することができる。
【００６３】
すなわち、本発明の吐出ヘッドの他の形態は、金属ブロックに、先端部に吐出口とする細い孔を有する貫通孔が形成され、または前記貫通孔が板状体に、その板状体の厚さ方向と垂直方向に形成され、その貫通孔を造形材料の流路とする流路構造体と、その金属ブロックの流路構造体の外壁面の少なくとも一部、または前述の板状体の一面に密着して加熱板が設けられ、流路構造体の流路の他端部に、流路の他端部と連通するように造形材料の供給部が形成される構造であっても、加熱板が設けられる流路構造体の流路の側壁が、流路構造体の加熱板が設けられない部分の肉厚よりも薄肉に形成されていれば、５００℃程度の融点を有する造形材料でも、短時間で造形材料を融解して吐出させることができる。換言すると、加熱板が設けられない部分よりも金属ブロックの側壁を非常に薄く（例えば０.１〜０.５ｍｍ程度の厚さに）形成し、その金属壁に加熱板を密着させることにより、５００℃近い融点の造形材料であっても、簡単に融解して吐出させることができる。密着には、ネジなどにより締め付けられる場合も含む。
【符号の説明】
【００６４】
１    流路構造体
２    加熱板（第１加熱板）
３    第２加熱板
５    取付板
６    造形材料供給部
８    断熱スペーサ
１０    金属ブロック
１０ａ  板状体
１０ｂ  板状体
１１    流路
１２    吐出口
１３    造形材料供給口
１５    取付部
１６    取付孔
２１    絶縁基板
２２    発熱抵抗体
２２ａ  第２の発熱抵抗体
２３    電極
２３ａ  電極端子
２４    温度測定用抵抗体
２５    測温用配線
２５ａ  測温端子
２６    カバー部材
２７    リード
【図１Ａ】
2018065316.tif 000003
【図１Ｂ】
2018065316.tif 000004
【図１Ｃ】
2018065316.tif 000005
【図１Ｄ】
2018065316.tif 000006
【図２Ａ】
2018065316.tif 000007
【図２Ｂ】
2018065316.tif 000008
【図２Ｃ】
2018065316.tif 000009
【図２Ｄ】
2018065316.tif 000010
【図３Ａ】
2018065316.tif 000011
【図３Ｂ】
2018065316.tif 000012
【図４Ａ】
2018065316.tif 000013
【図４Ｂ】
2018065316.tif 000014
【図４Ｃ】
2018065316.tif 000015
【図５Ａ】
2018065316.tif 000016
【図５Ｂ】
2018065316.tif 000017
【図５Ｃ】
2018065316.tif 000018
【図５Ｄ】
2018065316.tif 000019
【図５Ｅ】
2018065316.tif 000020
【図６Ａ】
2018065316.tif 000021
【図６Ｂ】
2018065316.tif 000022
【図６Ｃ】
2018065316.tif 000023
【図６Ｄ】
2018065316.tif 000024
【図７Ａ】
2018065316.tif 000025
【図７Ｂ】
2018065316.tif 000026
【図７Ｃ】
2018065316.tif 000027
【図７Ｄ】
2018065316.tif 000028
【図８】
2018065316.tif 000029
【図９】
2018065316.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月28日(2017.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の積層体または金属ブロックに、一端部が吐出口で、他端部に造形材料の供給口を有する造形材料の流路が形成された流路構造体と、
前記流路構造体の前記流路の側面の露出部分を閉塞するように直接、または前記流路の側面を閉塞する金属壁を介して接合され、絶縁基板に発熱抵抗体を有する加熱板と、
を具備し、前記流路構造体が積層体からなる場合の前記積層体を形成する前記金属板の接合および前記流路構造体と前記加熱板との接合が、５００℃以上の温度に耐え得る無機材料からなるロウ材により接合されてなる立体造形用の造形材料吐出ヘッド。
【請求項２】
前記流路構造体が、細長の貫通孔が形成されると共に、細長の貫通孔の一端部側に貫通孔と連通して吐出口が形成された金属板が２枚以上重ねて接合されて積層体が形成され、前記積層体の貫通孔の両端が金属板または前記加熱板により閉塞され、前記金属板の前記貫通孔の他端部側が折り曲げられることにより前記貫通孔の前記他端部側が前記造形材料供給口とされる請求項１記載の造形材料吐出ヘッド。
【請求項３】
前記流路構造体が、金属ブロックに先端部が細径とされた吐出口を有する貫通孔が形成されることにより前記流路が形成され、前記流路の側壁の一部が露出するか、または前記金属ブロックの一部が残存し、もしくは露出した流路を閉塞する金属板の貼付けにより、他の部分より薄い隔壁にされ、前記流路の露出部分を閉塞するように、または前記薄い隔壁に前記加熱板が接合されてなる請求項１記載の造形材料吐出ヘッド。
【請求項４】
前記金属ブロックの外形の断面形状が円形または矩形である請求項３記載の造形材料吐出ヘッド。
【請求項５】
前記加熱板が、前記流路を挟んで対向する２面に形成されてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の造形材料吐出ヘッド。
【請求項６】
前記流路構造体と前記加熱板との接合は、前記加熱板の絶縁基板の裏面にメタライズ層が形成され、前記メタライズ層上に設けられた銀および銅を含む金属層が融解されることにより形成される合金により前記流路構造体と接合される請求項１〜５のいずれか１項に記載の造形材料吐出ヘッド。
【請求項７】
金属板の積層体または金属ブロックに、一端部が吐出口で、他端部に造形材料の供給口を有する造形材料の流路が形成された流路構造体と、
前記流路構造体の前記流路の側面の露出部分を閉塞するように直接、または前記流路の側面を閉塞する金属壁を介して接合され、絶縁基板に発熱抵抗体を有する加熱板と、
を具備し、前記流路構造体と前記加熱板との接合は、前記加熱板の絶縁基板の裏面にメタライズ層が形成され、前記メタライズ層上に設けられた銀および銅を含む金属層が融解されることにより形成される合金により前記流路構造体と接合されてなる立体造形用の造形材料吐出ヘッド。
【請求項８】
前記流路構造体および前記加熱板の部分が外装ケースにより被覆されてなる請求項１〜７のいずれか１項に記載の吐出ヘッド。
【請求項９】
金属板の積層体または金属ブロックにより一端部に吐出口を有し、他端部に造形材料の供給口を有する流路の一部の側面が露出するか、または他の部分より薄い金属壁で閉塞された流路構造体を形成し、
前記流路構造体の前記流路の露出する側面を閉塞するように直接、または前記流路の側面を閉塞する金属壁を介して、絶縁基板に発熱抵抗体を形成した加熱板を５００℃以上の温度に耐え得る無機材料からなるロウ材により接合し、
前記造形材料供給口から造形材料を供給しながら前記流路で融解した造形材料を前記吐出口から吐出させる
ことにより、立体造形物を形成することを含む立体造形物の造形方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の立体造形用の造形材料吐出ヘッドは、金属板の積層体または金属ブロックに、一端部が吐出口で、他端部に造形材料の供給口を有する造形材料の流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体の前記流路の側面の露出部分を閉塞するように直接、または前記流路の側面を閉塞する金属壁を介して接合され、絶縁基板に発熱抵抗体を有する加熱板と、を具備し、前記流路構造体が積層体からなる場合の前記積層体を形成する前記金属板の接合および前記流路構造体と前記加熱板との接合が、５００℃以上の温度に耐え得る無機材料からなるロウ材により接合されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の造形材料吐出ヘッドの他の形態は、金属板の積層体または金属ブロックに、一端部が吐出口で、他端部に造形材料の供給口を有する造形材料の流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体の前記流路の側面の露出部分を閉塞するように直接、または前記流路の側面を閉塞する金属壁を介して接合され、絶縁基板に発熱抵抗体を有する加熱板と、を具備し、前記流路構造体と前記加熱板との接合は、前記加熱板の絶縁基板の裏面にメタライズ層が形成され、前記メタライズ層上に設けられた銀および銅を含む金属層が融解されることにより形成される合金により前記流路構造体と接合されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の立体造形物の造形方法は、金属板の積層体または金属ブロックにより一端部に吐出口を有し、他端部に造形材料の供給口を有する流路の一部の側面が露出するか、または他の部分より薄い金属壁で閉塞された流路構造体を形成し、前記流路構造体の前記流路の露出する側面を閉塞するように直接、または前記流路の側面を閉塞する金属壁を介して、絶縁基板に発熱抵抗体を形成した加熱板を５００℃以上の温度に耐え得る無機材料からなるロウ材により接合し、前記造形材料供給口から造形材料を供給しながら前記流路で融解した造形材料を前記吐出口から吐出させることにより、立体造形物を形成することを含んでいる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】