(57)【要約】【課題】ノズルの送出口から送出された溶融材料の断面の外形の変形が抑制されることができる三次元造形装置を提供する。【解決手段】三次元形状を有する部材を造形する三次元造形装置であって、連通孔が形成され、ヒーターを有する対面部と、前記対面部と対面する位置に溝部を有し、回転されて熱可塑性樹脂を溶融させて溶融材料とするとともに前記連通孔に前記溶融材料を供給するフラットスクリューと、前記連通孔と連通し、前記溶融材料を外部に送出する送出口を有するノズルと、を備え、前記送出口の断面形状は、前記送出口の断面形状の幾何中心に向かう方向に凸状の曲線部を少なくとも５つ有する。【選択図】図５
2019107820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元形状を有する部材を造形する三次元造形装置であって、
連通孔が形成され、ヒーターを有する対面部と、
前記対面部と対面する位置に溝部を有し、回転されて熱可塑性樹脂を溶融させて溶融材料とするとともに前記連通孔に前記溶融材料を供給するフラットスクリューと、
前記連通孔と連通し、前記溶融材料を外部に送出する送出口を有するノズルと、を備え、
前記送出口の断面形状は、前記送出口の断面形状の幾何中心に向かう方向に凸状の曲線部を少なくとも５つ有する、三次元造形装置。
【請求項２】
請求項１記載の三次元造形装置であって、
前記凸状の曲線部は、端部同士が接続されて前記幾何中心を囲む、三次元造形装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の三次元造形装置であって、
前記送出口の断面形状に内接する内接円の半径をＲ１とし、前記送出口の断面形状に外接する外接円の半径をＲ２としたとき、
Ｒ１に対するＲ２の比率が１．０９以上、５．００以下であって、Ｒ１とＲ２との差が０．２５ミリメートル以下である、三次元造形装置。
【請求項４】
三次元形状を有する部材を造形する三次元造形装置であって、
連通孔が形成され、ヒーターを有する対面部と、
前記対面部と対面する位置に溝部を有し、回転されて熱可塑性樹脂を溶融させて溶融材料とするとともに前記連通孔に前記溶融材料を供給するフラットスクリューと、
前記連通孔と連通し、前記溶融材料を外部に送出する送出口を有するノズルと、を備え、
前記送出口の断面形状は、
前記送出口の断面形状の幾何中心から離れる方向に凸状の曲線部と、
前記幾何中心に向かう方向に凸状の２つの曲線の端部同士が接続されて突出した形状をなす第一突出部と、を備え、
前記第一突出部は、前記幾何中心を挟んで前記凸状の曲線部と対向する位置に配される、三次元造形装置。
【請求項５】
請求項４記載の三次元造形装置であって、
更に、前記幾何中心に向かう方向に凸状の２つの曲線の端部同士が接続されて突出した形状をなす第二突出部を備え、
前記第二突出部は、前記幾何中心を挟んで前記凸状の曲線部と対向する位置に配される、三次元造形装置。
【請求項６】
三次元形状を有する部材を造形する三次元造形装置であって、
連通孔が形成され、ヒーターを有する対面部と、
前記対面部と対面する位置に溝部を有し、回転されて熱可塑性樹脂を溶融させて溶融材料とするとともに前記連通孔に前記溶融材料を供給するフラットスクリューと、
前記連通孔と連通し、前記溶融材料を外部に送出する送出口を有するノズルと、を備え、
前記送出口の断面形状は、
前記送出口の断面形状の幾何中心から離れる方向に凸状の曲線部と、
前記幾何中心から離れる方向に凸状の２つの曲線の端部同士が接続された第一凹部と、を備え、
前記第一凹部は、前記幾何中心を挟んで前記曲線部と対向する位置に配される、三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルの送出口の断面形状が円形や、中心から外向きに凸状の多角形に形成されている三次元造形装置が知られている。また、送出口の断面形状として、鋭角の複数のツノ部を有する形状を採用する三次元造形装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２１５５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、送出口の断面形状として円形を採用する態様の三次元造形装置においては、送出された下層の材料と上層の材料の堆積に適した形状とすることについて考慮されていない。送出口の断面形状として多角形を採用する態様の三次元造形装置においても同じである。
【０００５】
一方、送出口の断面形状として鋭角のツノ部を有する形状を採用する態様においては、ノズルの送出口の断面形状に円形を採用する態様と比べて、流路が材料の流通を妨げる力（以下、「流路抵抗」とも呼ぶ）が大きくなる。そのため、送出口から溶融材料が送出されにくくなり、溶融材料の流量が減少する。また、送出口の断面形状について、下層の形状と上層の形状とが材料の堆積に適した形状となるための考慮がされていない。その結果、三次元造形物の面粗さが大きくなり、造形精度が低下するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本開示の一形態によれば、三次元形状を有する部材を造形する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は：連通孔が形成され、ヒーターを有する対面部と；前記対面部と対面する位置に溝部を有し、回転されて熱可塑性樹脂を溶融させて溶融材料とするとともに前記連通孔に前記溶融材料を供給するフラットスクリューと；前記連通孔と連通し、前記溶融材料を外部に送出する送出口を有するノズルと；を備える。前記送出口の断面形状は、前記送出口の断面形状の幾何中心に向かう方向に凸状の曲線部を少なくとも５つ有する。
このような形態とすれば、溶融材料の断面形状は、隣り合う凸状の曲線によって挟まれる位置に外向きに突出した凸部を備える。送出された溶融材料は、この凸部によって冷却されやすくなり、溶融材料の外側は、溶融材料の内側よりも早く硬化されることができる。よって、送出された溶融材料の断面の外形の変形が抑制されることができる。従って、ノズルの送出口が円形状である態様と比較して、送出された溶融材料を堆積に適した形状に維持し、三次元造形物の面粗さを制御することが容易となる。
【０００８】
（２）上記形態の三次元造形装置であって、前記凸状の曲線部は、端部同士が接続されて前記幾何中心を囲む、態様とすることもできる。
このような形態とすれば、溶融材料の断面形状は、複数の外向きに突出した凸部を有する。送出された溶融材料は、この凸部から冷却されやすくなり、溶融材料の外側は、溶融材料の内側よりも早く硬化されることができる。従って、ノズルの送出口から送出された後の溶融材料の断面の形状の変形が抑制されることができる。
【０００９】
（３）上記形態の三次元造形装置であって、前記送出口の断面形状に内接する内接円の半径をＲ１とし、前記送出口の断面形状に外接する外接円の半径をＲ２としたとき、Ｒ１に対するＲ２の比率が１．０９以上、５．００以下であって、Ｒ１とＲ２との差が０．２５ミリメートル以下である、態様とすることもできる。
このような形態とすれば、Ｒ１に対するＲ２の比率が５．００より大きい態様に比べて、送出口の中心近傍における流路抵抗を低減させ、溶融材料の流量の低減を抑制することができる。
【００１０】
（４）本開示の他の形態によれば、三次元形状を有する部材を造形する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は：連通孔が形成され、ヒーターを有する対面部と；前記対面部と対面する位置に溝部を有し、回転されて熱可塑性樹脂を溶融させて溶融材料とするとともに前記連通孔に前記溶融材料を供給するフラットスクリューと；前記連通孔と連通し、前記溶融材料を外部に送出する送出口を有するノズルと；を備える。前記送出口の断面形状は：前記送出口の断面形状の幾何中心から離れる方向に凸状の曲線部と；前記幾何中心に向かう方向に凸状の２つの曲線の端部同士が接続されて突出した形状をなす第一突出部と；を備える。前記第一突出部は、前記幾何中心を挟んで前記凸状の曲線部と対向する位置に配される。
このような形態とすれば、溶融材料の断面形状は外向きに突出した凸部を備える。送出された溶融材料は、この凸部によって外側から冷却されやすくなり、溶融材料の外側は、溶融材料の内側よりも早く硬化されることができる。よって、送出された溶融材料の断面の外形の変形が抑制されることができる。従って、ノズルの送出口が円形状である態様と比較して、送出された溶融材料を堆積に適した形状に維持し、三次元造形物の面粗さを制御することが容易となる。また、送出された溶融材料の断面は、中心から外向きに凸状の曲線を有する。この凸状の曲線が接地されるように溶融材料が送出されることによって、この曲線の両側が重力方向の下向きに変形し、上層の材料が下層の材料に追従して堆積される。従って、上層と下層との側面の隙間を小さくすることができる。
【００１１】
（５）上記形態の三次元造形装置であって、更に、前記幾何中心に向かう方向に凸状の２つの曲線の端部同士が接続されて突出した形状をなす第二突出部を備え、前記第二突出部は、前記幾何中心を挟んで前記凸状の曲線部と対向する位置に配される、態様とすることもできる。
このような形態とすれば、溶融材料の断面形状は少なくとも２つの外向きに突出した凸部を備える。従って、送出された溶融材料は、溶融材料の断面形状に１つの凸部を備える態様より冷却されやすくなり、溶融材料の断面の外形の変形が抑制されることができる。
【００１２】
（６）本開示の他の形態によれば、三次元形状を有する部材を造形する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は：連通孔が形成され、ヒーターを有する対面部と；前記対面部と対面する位置に溝部を有し、回転されて熱可塑性樹脂を溶融させて溶融材料とするとともに前記連通孔に前記溶融材料を供給するフラットスクリューと；前記連通孔と連通し、前記溶融材料を外部に送出する送出口を有するノズルと；を備える。前記送出口の断面形状は：前記送出口の断面形状の幾何中心から離れる方向に凸状の曲線部と；前記幾何中心から離れる方向に凸状の２つの曲線の端部同士が接続された第一凹部と；を備える。前記第一凹部は、前記幾何中心を挟んで前記曲線部と対向する位置に配される。
このような形態とすれば、溶融材料の表面積は、ノズルの送出口が円形状である態様よりも大きくなるため、溶融材料は外側から冷却されやすい。それゆえ、溶融材料の外側は、溶融材料の内側よりも早く硬化されることができる。従って、溶融材料の断面の外形の変形が抑制されることができる。また、送出された溶融材料の断面は中心から外向きに凸状の曲線を有する。この凸状の曲線が接地されるように溶融材料が送出されることによって、この曲線の両側が重力方向の下向きに変形し、堆積される上層の材料と下層の材料との間における側面の隙間を小さくすることができる。また、接地される凸状の曲線と対向する位置に、断面形状の内向きに凹状の凹部が備えられる。従って、下層の上面の凹部に対し、上層の凸状の曲線を追従させて堆積させることができる。
【００１３】
上述した本開示の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部または全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部または全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部または全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部または全部を達成するために、上述した本開示の一形態に含まれる技術的特徴の一部または全部を上述した本開示の他の形態に含まれる技術的特徴の一部または全部と組み合わせて、本開示の独立した一形態とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態における三次元造形装置１００の構成を示す概略図である。
【図２】フラットスクリュー４０の下面４８側の構成を示す概略斜視図である。
【図３】対面部５０の上面５２側を示す概略平面図である。
【図４】三次元造形物ＯＢとノズル６１の送出口６２との位置関係を示す説明図である。
【図５】第１実施形態の三次元造形装置１００が備えるノズル６１の送出口６２の外形を示した説明図である。
【図６】第２実施形態の三次元造形装置１００ｂが備えるノズル６１ｂの送出口６２ｂの外形を示した説明図である。
【図７】第３実施形態の三次元造形装置１００ｃが備えるノズル６１ｃの送出口６２ｃの外形を示した説明図である。
【図８】他の形態の一例である三次元造形装置１００ｄが備えるノズル６１ｄの送出口６２ｄの外形を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。Ｘ方向およびＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は、重力方向とは反対の方向である。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印は、他の図においても、図１と対応するように、必要に応じて図示される。
【００１６】
三次元造形装置１００は、溶融材料供給装置１１０と、造形ステージ部２００と、制御部３００と、を備える。三次元造形装置１００は、制御部３００の制御下において、溶融材料供給装置１１０のノズル６１から、造形ステージ部２００の造形台２２０上に溶融材料を送出して、三次元形状を有する部材（以下、「三次元造形物」とも呼ぶ）を造形する。
【００１７】
溶融材料供給装置１１０は、材料供給部２０と、溶融部３０と、送出ユニット６０と、を備える。材料供給部２０は、ホッパーによって構成されており、下方の排出口が、連通路２２を介して、溶融部３０に接続されている。熱可塑性の樹脂材料は、ペレットや粉末等の固体材料の状態で材料供給部２０に投入される。
【００１８】
材料供給部２０に投入される熱可塑性樹脂の材料としては、例えば、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）等を使用可能である。これらの材料は、ペレットや粉末等の固体材料の状態で材料供給部２０に投入される。また、材料供給部２０に投入される熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック等が混入されていてもよい。
【００１９】
溶融部３０は、材料供給部２０から供給された材料を溶融させて送出ユニット６０へと流入させる。溶融部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、対面部５０と、を有する。
【００２０】
フラットスクリュー４０は、軸線方向（中心軸に沿った方向）の高さが直径よりも小さい略円柱状のスクリューであり、その回転軸ＲＸと交差する面である下面４８に、溝部４２が形成されている。上述した材料供給部２０の連通路２２は、フラットスクリュー４０の側面から、溝部４２に接続されている。フラットスクリュー４０の具体的な形状については後述する。
【００２１】
フラットスクリュー４０は、その軸線方向がＺ方向と平行になるように配置され、円周方向に沿って回転する。図１には、フラットスクリュー４０の回転軸ＲＸを一点鎖線で図示してある。第１実施形態において、フラットスクリュー４０の中心軸とその回転軸ＲＸとは一致する。
【００２２】
フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。フラットスクリュー４０の上面４７は、駆動モーター３２と連結されている。駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内においてフラットスクリュー４０が回転される。駆動モーター３２は、制御部３００の制御下において駆動する。
【００２３】
フラットスクリュー４０の下面４８は、対面部５０の上面５２と対面している。下面４８に備えられた溝部４２と、対面部５０の上面５２との間に空間が形成される。溶融材料供給装置１１０において、材料供給部２０から供給された熱可塑性を有する材料が、この空間を流通する。溝部４２は、フラットスクリュー４０の回転によって回転されて、後述する連通孔５６に材料を送るとともに材料を溶融させて、連通孔５６に溶融材料を供給する。
【００２４】
対面部５０は、軸線方向（中心軸に沿った方向）の高さが直径よりも小さい略円柱状の部材である。対面部５０の一方の円状の面は、フラットスクリュー４０の下面４８と対向し、他方の円状の面は、送出ユニット６０と接続されている。対面部５０には、材料を加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。
【００２５】
溝部４２内に供給された材料は、ヒーター５８の加熱によって溶融されて溶融材料へと転化されつつ、フラットスクリュー４０の回転によって溝部４２に沿って流動し、後述するフラットスクリュー４０の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入した溶融材料は、対面部５０の中心に設けられた連通孔５６を介して、送出ユニット６０に供給される。
【００２６】
送出ユニット６０は、溶融部３０に接続された溶融材料の供給装置である。送出ユニット６０は、対面部５０から供給された溶融材料を内部の流路において流通させて、ノズル６１の送出口６２から外部に送出する。送出ユニット６０は、ノズル６１と、第１流路６５と、を備える。
【００２７】
第１流路６５は、送出ユニット６０の内部に備えられた空間であり、連通孔５６と送出口６２との間の溶融材料の流路である。第１実施形態において、第１流路６５は、重力方向に沿って直線状に構成される。第１流路６５内の溶融材料の流通方向に垂直な断面の形状は円形である。溶融部３０において溶融された溶融材料は、連通孔５６から第１流路６５を通って、ノズル６１へと流れる。
【００２８】
ノズル６１は、先端の送出口６２から溶融材料を外部に送出する機構を備える。送出口６２は、ノズル６１に形成された開口であり、第１流路６５を通じて連通孔５６と連通している。送出口６２の詳細については後述する。
【００２９】
造形ステージ部２００は、３軸方向に移動する機構を備える三次元造形物を造形するための台である。造形ステージ部２００は、送出ユニット６０のノズル６１と対向する位置に備えられる。造形ステージ部２００は、テーブル２１０と、テーブル２１０上に載置された造形台２２０と、造形台２２０を変位させる移動機構２３０と、を備える。造形台２２０は、溶融材料供給装置１１０が送出する溶融材料を受ける支持部である。移動機構２３０は、図１において「Ｍ」で示される３つのモーターを備える。移動機構２３０は、この３つのモーターの駆動力によって、造形台２２０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。造形ステージ部２００は、制御部３００の制御下において、移動機構２３０によって溶融材料供給装置１１０のノズル６１と造形台２２０との相対位置を変える。
【００３０】
制御部３００は、例えば、ＣＰＵなどのプロセッサーと、メインメモリーと、不揮発性メモリーとを含むコンピューターによって実現可能である。制御部３００内の不揮発性メモリーには、三次元造形装置１００を制御するためのコンピュータープログラムが格納されている。制御部３００は、溶融材料供給装置１１０を駆動して、造形データに応じた造形台２２０上の座標の位置に溶融材料を送出することによって、三次元造形物を造形する造形処理を実行する。
【００３１】
図２は、フラットスクリュー４０の下面４８側の構成を示す概略斜視図である。図２には、溶融部３０において回転するときのフラットスクリュー４０の回転軸ＲＸの位置が一点鎖線で図示されている。上述したように、対面部５０（図１）に対向するフラットスクリュー４０の下面４８には、溝部４２が設けられている。以下、下面４８を、「溝形成面４８」とも呼ぶ。
【００３２】
フラットスクリュー４０の溝形成面４８の中央部４６は、溝部４２の一端に備えられる凹部である。中央部４６は、対面部５０の連通孔５６（図１）に対向する。第１実施形態では、中央部４６は、回転軸ＲＸと交差する。
【００３３】
フラットスクリュー４０の溝部４２は、中央部４６から、フラットスクリュー４０の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。溝部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。なお、図２には、３つの溝部４２の側壁部を構成し、各溝部４２に沿って延びている３つの凸条部４３を有するフラットスクリュー４０の例が図示されている。
【００３４】
溝部４２は、フラットスクリュー４０の側面に形成された材料流入口４４まで連続している。この材料流入口４４は、材料供給部２０の連通路２２を介して供給された材料を受け入れる部分である。フラットスクリュー４０が回転すると、材料流入口４４から溝部４２内に供給された熱可塑性の樹脂材料が、ヒーター５８の発熱によって加熱されながら溶融し、溶融材料に転化される。溶融材料は、溝部４２を通じて中央部４６へと流動する。
【００３５】
図３は、対面部５０の上面５２側を示す概略平面図である。対面部５０の上面５２は、上述したように、フラットスクリュー４０の溝形成面４８に対向する。以下、この上面５２を、「スクリュー対向面５２」とも呼ぶ。スクリュー対向面５２の中心には、溶融材料を第１流路６５に供給するための連通孔５６が、形成されている。
【００３６】
スクリュー対向面５２には、連通孔５６に接続され、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、溶融材料を連通孔５６に導く機能を有する。上述したように、対面部５０には、材料を加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている（図１参照）。溶融部３０における材料の溶融は、対面部５０のヒーター５８の発熱による加熱と、フラットスクリュー４０の回転と、によって実現される。以上のように、第１実施形態の三次元造形装置１００によれば、フラットスクリュー４０を用いることによって、装置の小型化や造形精度の向上が実現されている。
【００３７】
図４は、三次元造形物ＯＢとノズル６１の送出口６２との位置関係を示す説明図である。溶融材料は、ノズル６１の送出口６２から造形台２２０上に送出される。図４には、造形台２２０上において、三次元造形物ＯＢが造形されていく様子が模式的に示されている。
【００３８】
三次元造形装置１００では、ノズル６１の先端の送出口６２と、造形中の三次元造形物ＯＢの上面ＯＢｔとの間に、ギャップＧが保持されている。ここで、「三次元造形物ＯＢの上面ＯＢｔ」とは、送出口６２の直下の位置の近傍において送出口６２から送出された溶融材料が堆積される予定部位を意味する。
【００３９】
本実施形態の三次元造形装置１００では、移動機構２３０によって溶融材料供給装置１１０のノズル６１と造形台２２０との相対位置を変える。図４では、造形台２２０が移動機構２３０によってＸ方向と逆の向きに移動されることによって、上面ＯＢｔに対してＸ方向に溶融材料が堆積される様子が例示されている。このとき、送出口６２の断面形状のうちＸ方向の端部側から送出された溶融材料の端部が、上面ＯＢｔ側の端部（上面ＯＢｔと接触する端部）となる。すなわち、送出口６２の断面形状のうち、造形台２２０に対してノズル６１が相対的に移動する向きにおける端部側から送出された溶融材料の端部が、上面ＯＢｔと接触する側の端部（図４においてＸ方向の端部）となる。以下、送出口６２の断面形状のうちＸ方向の端部側から送出された溶融材料の端部が、上面ＯＢｔと接触する端部であることを例として、各実施形態の送出口６２について説明する。
【００４０】
図５は、第１実施形態の三次元造形装置１００が備えるノズル６１の送出口６２の断面形状を示した説明図である。図５は、図１のＺ方向における送出口６２の正面図であり、送出口６２の断面形状の幾何中心ＡＸが示されている。
【００４１】
第１実施形態の送出口６２の断面形状は、送出口６２の断面形状の幾何中心ＡＸに向かう方向（以下、「内向き」とも呼ぶ）に凸状の曲線である曲線部Ｃｉと、送出口６２の断面形状の幾何中心ＡＸから離れる方向（以下、「外向き」とも呼ぶ）に突出した突出部Ｔｐとを備える。送出口６２には、曲線部Ｃｉと、突出部Ｔｐはそれぞれ６つずつ備えられている。突出部Ｔｐは、曲線部Ｃｉの端部同士が接続されることによって形成された外向きに突出した凸部である。第１実施形態において、曲線部Ｃｉは円弧であり、６本の曲線部Ｃｉのそれぞれの長さおよび曲率が互いに同じである。曲線部Ｃｉは、端部同士が接続されて突出部Ｔｐを形成し、幾何中心ＡＸを囲むように曲線部Ｃｉと突出部Ｔｐとが交互に接続されている。第１実施形態の送出口６２の断面形状は、幾何中心ＡＸを対象点とする点対称であり、Ｘ方向と平行な直線であって幾何中心ＡＸを含む直線を対称軸としたとき、送出口６２の断面形状は線対称である。
【００４２】
なお、本明細書において、送出口の「断面形状」とは、溶融材料が送出口から送出される方向に垂直な断面の形状を示し、「幾何中心」とは、送出口の形状を図形としたときに、その図形の中心点を示す。
【００４３】
第１実施形態の送出口６２から送出された溶融材料は、送出される方向に垂直な断面の形状において、外向きに突出した凸部を備える。そのため、溶融材料の断面形状は、この凸部によって冷却されやすくなり、溶融材料の外側は、溶融材料の内側よりも早く硬化されることができる。よって、送出された溶融材料の断面の外形の変形が抑制されることができる。従って、ノズル６１の送出口６２が円形状である態様と比較して、送出された溶融材料を堆積に適した形状に維持し、三次元造形物の面粗さを制御することが容易となる。
【００４４】
図５には、送出口６２の断面形状の幾何中心ＡＸを中心として、送出口６２の断面形状に内接する内接円と、送出口６２の断面形状に外接する外接円が、二点鎖線によって示されている。なお、本明細書における「内接円」とは、送出口の断面形状の内側に存在し、送出口の断面形状のうち少なくとも一部と接する円のうち、最大の直径となる円を指す。本明細書における「外接円」とは、送出口の断面形状を内部に含み、送出口の断面形状のうち少なくとも一部と接する円のうち、最小の直径となる円を指す。
【００４５】
第１実施形態において、内接円の中心と、外接円の中心と、送出口６２の幾何中心ＡＸとは一致している。第１実施形態の送出口６２の断面形状は、この内接円の半径をＲ１とし、外接円の半径をＲ２としたとき、Ｒ１に対するＲ２の比率が１．５であって、Ｒ１とＲ２との差が０．２５ミリメートルである。これにより、送出口６２の中心近傍における流路抵抗を低減させ、溶融材料の流量の低減を抑制することができる。
【００４６】
Ｂ．第２実施形態：
図６は、第２実施形態の三次元造形装置１００ｂが備えるノズル６１ｂの送出口６２ｂの断面形状を示した説明図である。第２実施形態の三次元造形装置１００ｂの構成は、第１実施形態のノズル６１の送出口６２の代わりに、第２実施形態のノズル６１ｂの送出口６２ｂが設けられている点以外は、第１実施形態の三次元造形装置１００の構成と同じである。図６には、送出口６２ｂの断面形状の幾何中心ＡＸが示されている。
【００４７】
第２実施形態の送出口６２ｂの断面形状は、外向きに凸状の曲線である曲線部Ｃｏ２と、外向きに突出する第一突出部Ｔｐ２１と、外向きに突出する第二突出部Ｔｐ２２と、外向きに突出する第三突出部Ｔｐ２３と、外向きに突出する第四突出部Ｔｐ２４と、内向きに凸状の曲線である曲線部Ｃｉ２と、を備える。曲線部Ｃｉ２は５つ備えられる。
【００４８】
第１実施形態において、曲線部Ｃｉ２は円弧であり、５つの曲線部Ｃｉ２のそれぞれの長さおよび曲率が互いに同じである。第一突出部Ｔｐ２１は、２つの曲線部Ｃｉ２の端部同士が接続されて外向きに突出した形状をなす。第二突出部Ｔｐ２２は、２つの曲線部Ｃｉ２の端部同士が接続されて外向きに突出した形状をなす。第三突出部Ｔｐ２３は、２つの曲線部Ｃｉ２の端部同士が接続されて外向きに突出した形状をなす。第四突出部Ｔｐ２４は、２つの曲線部Ｃｉ２の端部同士が接続されて外向きに突出した形状をなす。すなわち、５本の内向きに凸状の曲線部Ｃｉ２のそれぞれの間には、第一突出部Ｔｐ２１と、第二突出部Ｔｐ２２と、第三突出部Ｔｐ２３と、第四突出部Ｔｐ２４とが備えられる。
【００４９】
５本の曲線部Ｃｉ２と第一突出部Ｔｐ２１と第二突出部Ｔｐ２２と第三突出部Ｔｐ２３と第四突出部Ｔｐ２４とによって形成される形状の両端と、外向きに凸状である曲線部Ｃｏ２の両端とが接続されて送出口６２ｂの一つの外形をなす。第一突出部Ｔｐ２１、第二突出部Ｔｐ２２、第三突出部Ｔｐ２３および第四突出部Ｔｐ２４のそれぞれの位置は、幾何中心ＡＸを挟んで曲線部Ｃｏ２と対向する位置である。第２実施形態において、Ｘ方向と平行な直線であって幾何中心ＡＸを含む直線を対称軸としたとき、送出口６２ｂの断面形状は線対称である。
【００５０】
なお、本明細書において「曲線部と対向する位置」とは、曲線部が有する一つの曲線のうち少なくとも一部分と対向する位置であることを指す。図６では、第一突出部Ｔｐ２１、第二突出部Ｔｐ２２、第三突出部Ｔｐ２３および第四突出部Ｔｐ２４は、幾何中心ＡＸを挟んで曲線部Ｃｏ２のうちの一部分とそれぞれ対向する位置に備えられている。
【００５１】
第２実施形態の送出口６２ｂから送出された溶融材料の断面形状は、複数の凸部を備える。溶融材料は、この凸部によって外側から冷却されやすくなり、溶融材料の外側は、溶融材料の内側よりも早く硬化されることができる。よって、送出された溶融材料の断面の外形の変形が抑制されることができる。従って、ノズル６１ｂの送出口６２ｂが円形状である態様と比較して、送出された溶融材料を堆積に適した形状に維持し、三次元造形物の面粗さを制御することが容易となる。
【００５２】
また、送出された溶融材料の断面形状は、中心から外向きに凸状の曲線を有する。この凸状の曲線が接地されるように溶融材料が送出されることによって、この曲線の両側が重力方向の下向きに変形し、上層の材料が下層の材料に追従して堆積される。従って、上層と下層との側面の隙間を小さくすることができる。
【００５３】
Ｃ．第３実施形態：
図７は、第３実施形態の三次元造形装置１００ｃが備えるノズル６１ｃの送出口６２ｃの外形を示した説明図である。第３実施形態の三次元造形装置１００ｃの構成は、第１実施形態のノズル６１の送出口６２の代わりに、第３実施形態のノズル６１ｃの送出口６２ｃが設けられている点以外は、第１実施形態の三次元造形装置１００の構成と同じである。図６には、送出口６２ｃの断面形状の幾何中心ＡＸが示されている。
【００５４】
第３実施形態の送出口６２ｃの断面形状は、外向きに凸状の曲線である第一曲線部Ｃｏ３１と、外向きに凸状の曲線である第二曲線部Ｃｏ３２と、外向きに凸状の曲線である第三曲線部Ｃｏ３３と、第一凹部Ｔｐ３と、を備える。第３実施形態において、Ｘ方向と平行な直線であって幾何中心ＡＸを含む直線を対称軸としたとき、送出口６２ｃの断面形状は線対称である。
【００５５】
第一凹部Ｔｐ３は、外向きに凸状である第二曲線部Ｃｏ３２の一端と、外向きの凸状である第三曲線部Ｃｏ３３の一端との端部同士が接続されて、内向きに凸状となるように形成される。この接続によって形成される形状の両端（すなわち、第二曲線部Ｃｏ３２の他端および第三曲線部Ｃｏ３３の他端）と、外向きに凸状である第一曲線部Ｃｏ３１の両端とが接続されて送出口６２ｃの一つの外形をなす。第一凹部Ｔｐ３の位置は、幾何中心ＡＸを挟んで第一曲線部Ｃｏ３１と対向する位置である。
【００５６】
第３実施形態の送出口６２ｃから送出された溶融材料の表面積は、ノズル６１ｃの送出口６２ｃが円形状である態様よりも大きくなるため、溶融材料は外側から冷却されやすい。それゆえ、溶融材料の外側は、溶融材料の内側よりも早く硬化されることができる。従って、溶融材料の断面の外形の変形が抑制されることができる。
【００５７】
また、送出された溶融材料の断面は、中心から外向きに凸状の曲線を有する。この凸状の曲線が接地されるように溶融材料が送出されることによって、この曲線の両側が重力方向の下向きに変形し、堆積される上層の材料と下層の材料との間における側面の隙間を小さくすることができる。接地される凸状の曲線と対向する位置に、断面形状の内向きに凹状の凹部が備えられる。従って、下層の上面の凹部に対し、上層の凸状の曲線を追従させて堆積させることができる。
【００５８】
Ｄ．他の形態：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような形態での実施も可能である。
【００５９】
Ｄ１．他の形態１：
（１）上記第１実施形態においては、送出口６２の断面形状は、６本の内向きに凸状の曲線である曲線部Ｃｉを備える（図５参照）。しかし、送出口の断面形状の内向きに凸状の曲線部は６本に限られない。内向きに凸状の曲線部を５本備える対応であってもよいし、７本以上備える対応であってもよい。このような構成においても上記第１実施形態と同様な効果を奏する。
【００６０】
（２）上記各実施形態において、送出口６２の断面形状は、幾何中心ＡＸを対象点とする点対称であり、Ｘ方向と平行な直線であって幾何中心ＡＸを含む直線を対称軸としたとき、送出口６２の断面形状は線対称である。しかし、送出口の断面形状は、点対称および線対称の形状には限定されない。このような構成においても上記各実施形態と同様な効果を奏する。
【００６１】
（３）上記第１実施形態においては、送出口６２の断面形状において、突出部Ｔｐは、曲線部Ｃｉの端部同士が接続されることによって形成される（図５参照）。しかし、突出部は、例えば、外向きに凸状の曲線が２つの内向きに凸状の曲線の間に接続されて形成されるように、外向きに凸状の曲線の端部同士が接続されて形成される態様には限定されない。このような構成においても上記第１実施形態と同様な効果が奏される。
【００６２】
（４）上記第１実施形態においては、第１実施形態の送出口６２の断面形状は、Ｒ１に対するＲ２の比率が１．５であって、Ｒ１とＲ２との差が０．２５ミリメートルである（図５参照）。しかし、本開示はこれに限定されない。Ｒ１に対するＲ２の比率が１．０９以上、５．００以下であって、Ｒ１とＲ２との差が０．２５ミリメートル以下であればよい。このような態様においては、Ｒ１に対するＲ２の比率が１．０９未満である態様に比べて、溶融材料は凸部から冷却されやすくなり、Ｒ１に対するＲ２の比率が５．００より大きい態様に比べて、流路抵抗が低減されることができる。
【００６３】
（５）上記第１実施形態の溶融材料供給装置１１０を備える三次元造形装置１００において、造形ステージ部２００は、移動機構２３０によって造形台２２０を３軸方向に移動させて、溶融材料供給装置１１０のノズル６１と造形台２２０との相対位置を変える。しかし、例えば、溶融材料供給装置がＺ方向の移動を行う機構を備える等、造形ステージ部以外の構成が３軸方向に移動する機構を備えることによってノズルと造形台との相対位置を変える態様とすることもできる。造形ステージ部と造形ステージ部以外の構成が、それぞれ３軸方向に移動する機構を備えてもよいし、造形ステージ部の移動機構と造形ステージ部以外の構成との組み合わせによってノズルと造形台との３軸方向における相対位置を変える態様であってもよい。造形ステージ部よりも高い機械精度を備える構成との組み合わせた態様の三次元造形装置であれば、より高い精度の三次元造形物を製造することができる。造形ステージ部と造形ステージ部以外の構成とのそれぞれが同時に３軸方向に移動できる態様であれば、造形ステージ部の予め定められた位置にノズルを相対的に移動させる速度が速められることができる。
【００６４】
（６）上記各実施形態の溶融材料供給装置を備える三次元造形装置において、ノズルは、溶融材料を送出する方向を中心軸として回転される機構を備えられていてもよい。溶融材料供給装置が回転されることによってノズルが回転される態様であってもよいし、送出ユニットが回転されることによってノズルが回転される態様であってもよい。このような態様であれば、溶融材料が堆積されていく向きの変更に合わせて、ノズルの送出口の端部の位置を変更することができる。
【００６５】
（７）上記第１実施形態の溶融材料供給装置１１０において、フラットスクリュー４０は、３つの溝部４２の側壁部を構成し、各溝部４２に沿って延びている３つの凸条部４３を有する。しかし、フラットスクリューに設けられる溝部や凸条部の数は、３つには限定されない。フラットスクリューには、１つの溝部のみが設けられていてもよいし、２以上の複数の溝部が設けられていてもよい。また、溝部の数に合わせて任意の数の凸条部が設けられてもよい。
【００６６】
（８）上記第１実施形態の溶融材料供給装置１１０において、フラットスクリュー４０には、材料流入口４４が３箇所に形成されている。しかし、フラットスクリューに設けられる材料流入口の数は、３箇所に限定されない。フラットスクリューには、材料流入口が１箇所にのみ設けられていてもよいし、２箇所以上の複数の箇所に設けられていてもよい。
【００６７】
（９）第１実施形態の送出口６２の断面形状において、６本の内向きに凸状の曲線部Ｃｉは円弧であり、それぞれの長さおよび曲率が互いに同じである。しかし、送出口の断面形状が備える内向きに凸状の曲線部は、例えば、放物線の一部や双曲線の一部が用いられる等、内向きに凸状の緩やかに曲がった線であればよい。
【００６８】
Ｄ２．他の形態２：
上記第２実施形態の送出口６２ｂの断面形状は、外向きに突出する第一突出部Ｔｐ２１と、外向きに突出する第二突出部Ｔｐ２２と、外向きに突出する第三突出部Ｔｐ２３と、外向きに突出する第四突出部Ｔｐ２４と、を備える（図６参照）。しかし、外向きに凸状である曲線部と送出口の断面形状の幾何中心を挟んで対向する位置に備えられる態様において、外向きに突出する突出部は、一つのみ備える態様であってもよいし、２以上備える態様であってもよい。
【００６９】
（１）図８は、他の形態の一例である三次元造形装置１００ｄが備えるノズル６１ｄの送出口６２ｄの外形を示した説明図である。三次元造形装置１００ｄの構成は、第１実施形態のノズル６１の送出口６２の代わりに、ノズル６１ｄの送出口６２ｄが設けられている点以外は、第１実施形態の三次元造形装置１００の構成と同じである。図８には、送出口６２ｄの断面形状の幾何中心ＡＸが示されている。送出口６２ｄの断面形状は、外向きに凸状の曲線である曲線部Ｃｏ４と、外向きに突出する第一突出部Ｔｐ２５と、を備える。第一突出部Ｔｐ２５の位置は、幾何中心ＡＸを挟んで曲線部Ｃｏ４と対向する位置である。このような形態であっても、送出された溶融材料の断面は凸部を備える。溶融材料は、この凸部によって外側から冷却されやすくなり、溶融材料の外側は、溶融材料の内側よりも早く硬化されることができる。よって、送出された溶融材料の断面の外形の変形が抑制されることができる。また、送出された溶融材料の断面は、中心から外向きに凸状の曲線を有する。この凸状の曲線が接地されるように溶融材料が送出されることによって、この曲線の両側が重力方向の下向きに変形し、上層の材料が下層の材料に追従して堆積される。従って、上層と下層との側面の隙間を小さくすることができる。
【００７０】
（２）第２実施形態の送出口６２ｂの断面形状において、５本の内向きに凸状の曲線部Ｃｉ２は円弧であり、それぞれの長さおよび曲率が互いに同じである。しかし、送出口の断面形状が備える内向きに凸状の曲線部は、例えば、放物線の一部や双曲線の一部が用いられる等、内向きに凸状の緩やかに曲がった線であればよい。
【００７１】
Ｄ３．他の形態３：
（１）上記第３実施形態の送出口６２ｃの断面形状は、外向きに凸状の曲線である第一曲線部Ｃｏ３１と、外向きに凸状の曲線である第二曲線部Ｃｏ３２と、外向きに凸状の曲線である第三曲線部Ｃｏ３３と、第一凹部Ｔｐ３と、を備える（図７参照）。しかし、外向きに凸状の曲線である曲線部と、送出口の断面形状の幾何中心を挟んで対向する位置に第一凹部とを備える態様において、外向きに凸状である曲線部は、一つのみ備える態様であってもよいし、２以上備える態様であってもよい。
【００７２】
本開示は、上述の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構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述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。
【符号の説明】
【００７３】
２０…材料供給部、２２…連通路、３０…溶融部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４２…溝部、４３…凸条部、４４…材料流入口、４６…中央部、４７…上面、４８…下面（溝形成面）、５０…対面部、５２…上面（スクリュー対向面）、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…送出ユニット、６１…ノズル、６１ｂ…ノズル、６１ｃ…ノズル、６１ｄ…ノズル、６２…送出口、６２ｂ…送出口、６２ｃ…送出口、６２ｄ…送出口、６５…第１流路、１００…三次元造形装置、１００ｂ…三次元造形装置、１００ｃ…三次元造形装置、１００ｄ…三次元造形装置、１１０…溶融材料供給装置、１１０ｂ…溶融材料供給装置、１１０ｃ…溶融材料供給装置、１１０ｄ…溶融材料供給装置、２００…造形ステージ部、２１０…テーブル、２２０…造形台、２３０…移動機構、３００…制御部、ＡＸ…幾何中心、Ｃｉ…曲線部、Ｃｉ２…曲線部、Ｃｏ２…曲線部、Ｃｏ３１…第一曲線部、Ｃｏ３２…第二曲線部、Ｃｏ３３…第三曲線部、Ｃｏ４…曲線部、Ｇ…ギャップ、ＯＢ…三次元造形物、ＯＢｔ…上面、ＲＸ…回転軸、Ｔｐ…突出部、Ｔｐ２１…第一突出部、Ｔｐ２２…第二突出部、Ｔｐ２３…第三突出部、Ｔｐ２４…第四突出部、Ｔｐ２５…第一突出部、Ｔｐ３…第一凹部
【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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