(57)【要約】【課題】融解させた材料の積層による造形において、機械的強度の高い造形物を作製することができる３Ｄプリンタ用の加熱装置およびヘッドモジュールを提供する。【解決手段】３Ｄプリンタ用加熱装置１は、板状の本体２と本体２に備えられた発熱体３とを有し、３Ｄプリンタ用の造形材料吐出ヘッド１１の吐出口１１ａの近傍に配置され、本体２の一方の面を加熱面２ｂとして造形時に積層形成されている造形物Ａの表面と対向させることで造形物Ａの表面を加熱する。また、３Ｄプリンタ用ヘッドモジュール１０は、造形材料吐出ヘッド１１と、板状の本体２および本体２に備えられた発熱体３を有し、造形材料吐出ヘッド１１の吐出口１１ａの近傍に配置され、本体２の一方の面を加熱面２ｂとして造形時に積層形成されている造形物Ａの表面と対向させることで造形物Ａの表面を加熱する加熱板１とを備えている。【選択図】図１Ａ
2019064090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の本体と該本体に備えられた発熱体とを有し、３Ｄプリンタ用の造形材料吐出ヘッドの吐出口の近傍に配置され、前記本体の一方の面を加熱面として造形時に積層形成されている造形物の表面と対向させることで当該造形物の表面を加熱する、３Ｄプリンタ用加熱装置。
【請求項２】
板状の本体と前記板状の本体に備えられた発熱体とを有し、
前記本体は、
前記本体を貫通し、３Ｄプリンタ用の造形材料吐出ヘッドの吐出口を有する先端部が挿入される開口と、
前記造形材料吐出ヘッドに前記本体が装着されることで前記吐出口の周囲に吐出方向に向けて位置付けられ、造形時に前記吐出口から吐出された造形材料の積層により形成された造形物を加熱することができる加熱面と、を有する、３Ｄプリンタ用加熱装置。
【請求項３】
前記発熱体が、前記板状の本体に搭載された加熱ヘッドである、請求項１または２記載の３Ｄプリンタ用加熱装置。
【請求項４】
前記発熱体が、前記板状の本体に形成された電気抵抗体の膜によって構成されている、請求項１または２記載の３Ｄプリンタ用加熱装置。
【請求項５】
前記発熱体が、前記加熱面側に設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の３Ｄプリンタ用加熱装置。
【請求項６】
前記発熱体が、複数個設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の３Ｄプリンタ用加熱装置。
【請求項７】
前記加熱面が黒色にされている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の３Ｄプリンタ用加熱装置。
【請求項８】
前記加熱面が、前記吐出口から離れるにしたがって前記造形物の表面から離間するテーパー状に形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の３Ｄプリンタ用加熱装置。
【請求項９】
造形材料吐出ヘッドと、板状の本体および該本体に備えられた発熱体を有し、３Ｄプリンタ用の造形材料吐出ヘッドの吐出口の近傍に配置され、前記本体の一方の面を加熱面として造形時に積層形成されている造形物の表面と対向させることで当該造形物の表面を加熱する加熱板と、を備えた３Ｄプリンタ用ヘッドモジュール。
【請求項１０】
造形材料吐出ヘッドと、前記造形材料吐出ヘッド内の造形材料を加熱する吐出ヘッド用加熱ヘッドと、前記造形材料吐出ヘッドの吐出口を有する先端部を突出させて前記造形材料吐出ヘッド及び前記吐出ヘッド用加熱ヘッドを覆う吐出ヘッド用カバーを備えた３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールであって、
前記吐出ヘッド用カバーが、造形時に既に形成されている造形物を加熱する加熱板を備えており、
前記加熱板は、発熱体を備えていて前記吐出口の周囲を囲むように配置されている、３Ｄプリンタ用ヘッドモジュール。
【請求項１１】
前記発熱体が、発熱抵抗体を有する加熱ヘッドである請求項９または１０記載の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュール。
【請求項１２】
前記発熱体が、前記加熱板に形成された電気抵抗体の膜によって構成されている、請求項９または１０記載の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュール。
【請求項１３】
前記発熱体が、複数個設けられている、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の３Ｄプリンタ用ヘッドモュール。
【請求項１４】
複数個の前記発熱体を独立して温度制御できる温度制御部を備える、請求項１３記載の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄプリンタによる造形時に造形物を加熱することができる３Ｄプリンタ用加熱装置、および、造形時に造形物を加熱する加熱板を備えた３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金型などを必要とせずに所望の形状の立体を形成し得る３Ｄプリンタ（３次元プリンタ）が多くの分野で用いられており、各種工業製品の生産用途に留まらず、ホビー用などとして一般家庭にまで浸透している。３Ｄプリンタに用いられる造形方式としては、熱溶解積層法、光造形法、および、粉末焼結積層造形法などが知られている。このうち、熱溶解積層法は、比較的シンプルな構造の装置および比較的安価な材料を用いて造形できるという利点を有し、多くの３Ｄプリンタで用いられている。
【０００３】
熱溶解積層法では、熱可塑性樹脂などからなる造形材料が加熱されることによって融解し、その融解した造形材料がノズルの先端から造形ステージ上に吐出される。造形材料の吐出と共にノズルがＸＹ平面上において所望の経路で動かされることにより、一層の造形物が形成される。ＸＹ平面上でのノズルの移動および造形材料の吐出がノズルと造形ステージとを次第に離間させながら継続されることによって、ステージ上において造形材料が次々と積層され、その結果、造形材料の積層体からなる目標の造形物が作製される。特許文献１には、この熱溶解積層法を用いる３Ｄプリンタに備えられ得る造形材料吐出ヘッドが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
熱溶解積層法のように、造形材料の積層による造形物の作製では、各層を構成する造形材料同士の十分な接着強度が得られない場合、造形物全体の強度が低下したり、各層の境界線が露わになることによって美観を損ねたりすることがある。
【０００６】
本発明は、このような問題の解決のためになされたもので、融解させた造形材料の積層による造形において、シンプルな構造でありながら、各層の造形材料同士が本来の強度で接着することで高い機械的強度を有する造形物を作製することができる、３Ｄプリンタ用加熱装置、および、３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、造形物における各層間の接着強度が、上層の形成時における下層の温度と関係していることに着眼した。すなわち、既に吐出された造形材料の温度は、たとえ造形ステージを加熱していても、造形物が高くなると、その上に造形材料が吐出される前に自己放熱により低下し得る。下地となる下層の造形材料の温度が低下した状態でその上に造形材料が吐出されて上層が積層されると、その二つの層間において造形材料の十分な融合が得られないことがある。特に、近年３Ｄプリンタによる造形では、耐熱性や機械的強度の向上の観点から高融点の造形材料が用いられることがあり、その場合、吐出された材料の固化が短時間で進行するため、下層を形成する造形材料の温度低下による融合不足の発生が顕著になるおそれがある。
【０００８】
本発明者らは、このような状況に鑑みて、前述した課題の解決のために鋭意検討を重ね、各層（最下層を除く）を構成する造形材料の吐出時に、その下層を形成している造形物を加熱することによって、各層間において十分な接着強度が安定して得られることを見出した。また、本発明者らは、造形材料を吐出する吐出ヘッドの吐出口の周囲に熱源を配置して造形材料の吐出時に発熱させるだけで、放射および対流による熱伝達によってそのような接着強度の向上効果が得られることを見出した。さらに本発明者らは、スポット的では無く一定の面積を有する加熱板を用いてそのような加熱を行うことによって、造形の高速化を妨げることなく十分な接着強度を安定して得ることが可能となることを見出した。
【０００９】
本発明の一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置（加熱板）は、板状の本体と該本体に備えられた発熱体とを有し、３Ｄプリンタ用の造形材料吐出ヘッドの吐出口の近傍に配置され、前記本体の一方の面を加熱面として造形時に積層形成されている造形物の表面と対向させることで当該造形物の表面を加熱することができる。
【００１０】
本発明の別の一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置（加熱板）は、板状の本体と前記板状の本体に備えられた発熱体とを有し、前記本体は、前記本体を貫通し、３Ｄプリンタ用の造形材料吐出ヘッドの吐出口を有する先端部が挿入される開口と、前記造形材料吐出ヘッドに前記本体が装着されることで前記吐出口の周囲に吐出方向に向けて位置付けられ、造形時に前記吐出口から吐出された造形材料の積層により形成された造形物を加熱することができる加熱面と、を有する。
【００１１】
本発明の他の実施形態の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールは、造形材料吐出ヘッドと、板状の本体および該本体に備えられた発熱体を有し、３Ｄプリンタ用の造形材料吐出ヘッドの吐出口の近傍に配置され、前記本体の一方の面を加熱面として造形時に積層形成されている造形物の表面と対向させることで当該造形物の表面を加熱する加熱板と、を備えている。
【００１２】
本発明の別の他の実施形態の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールは、造形材料吐出ヘッドと、前記造形材料吐出ヘッド内の造形材料を加熱する吐出ヘッド用加熱ヘッドと、前記造形材料吐出ヘッドの吐出口を有する先端部を突出させて前記造形材料吐出ヘッド及び前記吐出ヘッド用加熱ヘッドを覆う吐出ヘッド用カバーを備えた３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールであって、前記吐出ヘッド用カバーが、造形時に既に形成されている造形物を加熱する加熱板を備えており、前記加熱板は、発熱体を備えていて前記吐出口の周囲を囲むように配置されている。
【００１３】
ここに「発熱体」は、熱を発生させることを主目的として、吐出又は積層された造形材料を加熱するために３Ｄプリンタに用いられる加熱装置（加熱板）に備えられる素子、部材、その他の任意の構成要素を意味しており、特定の構造を有するものに限定されない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置によれば、３Ｄプリンタ用加熱装置は発熱体を備え、造形材料吐出ヘッドに装着されたときに吐出方向に向けられる加熱面を有しているので、造形時に、既に吐出されて造形物の一部となった造形材料を効果的に加熱することができる。また、本発明の他の実施形態の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールによれば、発熱体を備えていて造形時に既に形成されている造形物を加熱する加熱板が備えられている。そのため、融解させた造形材料の積層による造形物の作製において、既に吐出されて造形物の一部となった造形材料を昇温させることができる、機械的強度の高い造形物を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明の一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置の一例、および本発明の他の実施形態の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールの一例を示す図である。
【図１Ｂ】図１に示される３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールを加熱面側から見た図である。
【図２Ａ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置における加熱ヘッドの一例を示す図である。
【図２Ｂ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置における加熱ヘッドの取付け方法の一例を示す断面図である。
【図３Ａ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置における加熱ヘッドの配置の他の例を示す平面図である。
【図３Ｂ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置における加熱ヘッドの配置の他の例を示す平面図である。
【図３Ｃ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置の他の例を示す要部断面図である。
【図３Ｄ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置の他の例を示す要部断面図である。
【図４Ａ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置において加熱板に形成される発熱体の一例を示す平面図である。
【図４Ｂ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置において加熱板に形成される発熱体の他の例を示す平面図である。
【図４Ｃ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置において加熱板に形成される発熱体の他の例を示す平面図である。
【図４Ｄ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置において加熱板に形成される発熱体の他の例を示す平面図である。
【図５Ａ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置における加熱面の他の例の断面を拡大して示す図である。
【図５Ｂ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置における加熱面の他の例の断面を拡大して示す図である。
【図６Ａ】他の実施形態の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールに備えられる断熱カバーの一例を示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの断熱カバーの平面図である。
【図７Ａ】図１の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールが備える造形材料吐出ヘッドの一例を示す正面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの造形材料吐出ヘッドの側面図である。
【図７Ｃ】図７Ａの造形材料吐出ヘッドを吐出口側から見た底面図である。
【図８Ａ】他の実施形態の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールに備えられる吐出ヘッド用加熱ヘッドの一例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａの吐出ヘッド用加熱ヘッドを、カバー部材が取付けられた状態で示す図である。
【図９Ａ】他の実施形態の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールが備える造形材料吐出ヘッドの他の例を示す正面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの造形材料吐出ヘッドを吐出口側から見た底面図である。
【図９Ｃ】図９Ａの造形材料吐出ヘッドを、吐出ヘッド用加熱ヘッドが除去された状態で示す正面図である。
【図１０Ａ】他の実施形態の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールが備える造形材料吐出ヘッドの他の例を示す側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの造形材料吐出ヘッドを構成する流路板の一例を示す図である。
【図１１】他の実施形態の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールに備えられる温度制御回路の一例を示すブロック図である。
【図１２Ａ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置の他の例と組み合わされ得るマルチノズルタイプの造形材料吐出ヘッドにおける流路板の一例を示す図である。
【図１２Ｂ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置の他の例を示す図である。
【図１２Ｃ】一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置の他の例を示す図である。
【図１２Ｄ】他の実施形態の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールの他の例を示す図であって、（ａ）下面図及び（ｂ）Ｉ−Ｉ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
つぎに、図面を参照しながら一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置および他の実施形態の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールについて説明する。なお、以下の説明では、各実施形態の３Ｄプリンタ用加熱装置は、加熱面を有することから、３Ｄプリンタ用加熱板とも称される。図１Ａおよび１Ｂには、一実施形態の３Ｄプリンタ用加熱板１（以下、単に「加熱板１」ともいう）が示されている。図１Ａおよび１Ｂには、他の実施形態の３Ｄプリンタ用ヘッドモジュール１０（以下、単に「ヘッドモジュール１０」ともいう）も示されている。
【００１７】
図１Ａおよび１Ｂに示されるように、一実施形態の加熱板１は、板状の本体２と、本体２に備えられた発熱体３とを有している。本体２は、本体２を貫通し、３Ｄプリンタ用の造形材料吐出ヘッド１１の吐出口１１ａを有する先端部が挿入される開口２ａと、造形材料吐出ヘッド１１に加熱板１の本体２が装着されることで吐出口１１ａの周囲に造形材料の吐出方向に向けて位置付けられる加熱面２ｂとを有している。加熱板１は、加熱面２ｂが造形物Ａの表面と対向するように、吐出口１１ａの近傍に装着される。このように位置付けられることで、加熱面２ｂは、造形時に、吐出口１１ａから吐出された造形材料の積層により形成された造形物Ａを加熱することができる。
【００１８】
また、他の実施形態のヘッドモジュール１０は、造形材料吐出ヘッド１１と、造形材料吐出ヘッド１１内の造形材料Ａ１を加熱する吐出ヘッド用加熱ヘッド１２と、造形材料吐出ヘッド１１の吐出口１１ａを有する先端部を突出させて造形材料吐出ヘッド１１及び吐出ヘッド用加熱ヘッド１２を覆う吐出ヘッド用カバー１３を備えている。吐出ヘッド用カバー１３は、発熱体３を備える加熱板（図１Ａおよび１Ｂの例では一実施形態の加熱板１）を備えており、加熱板１は、造形材料の吐出方向に向けられた加熱面２ｂを有している。加熱板１は、加熱面２ｂで吐出口１１ａの周囲を囲むように配置されており、造形時に既に形成されている造形物Ａを加熱する。加熱板１は、加熱面２ｂが造形物Ａの表面と対向するように、吐出口１１ａの近傍に装着される。
【００１９】
このように加熱板１は、発熱体３を備えると共に、既に吐出されて造形物の一部となった造形材料（以下、このような吐出済みの造形材料に対しても、「造形物」という語句が符号Ａと共に用いられる）に向けられる加熱面２ｂを有している。そのため、造形物Ａの温度が低下しても、発熱体３から加熱面２ｂに伝導した熱を放射や対流によって造形物Ａに伝達させ、新たな吐出材料Ａ１が吐出される部分の温度を上昇させることができる。従って、造形物Ａと、その上に吐出される融解状態の造形材料Ａ１とを十分に融合させることができ、両者を強固に接着することができる。すなわち、本来得られるべき機械的強度を有する造形物Ａを作製することができる。
【００２０】
また、加熱板１は、特定のスポットに集光されるレーザー光などによる加熱と異なり、所定の面積で広がる加熱面２ｂを備える加熱手段によって造形物Ａを加熱する。そのため、造形物Ａのうち、その上に融解状態の造形材料Ａ１が吐出される部分（以下、「被吐出部」ともいう）を、その周囲も含めて素早く昇温させることができる。しかも、被吐出部は、被吐出部の上に吐出口１１ａが達する直前ではなく、その暫く前から加熱され得る。従って、造形物Ａの温度が低下している場合でも、被吐出部上に吐出口１１ａが達するまでに少なくとも被吐出部を所定の温度まで昇温させ易く、従って、昇温時間の確保のために造形材料吐出ヘッド１１の移動速度を遅くする必要性も生じ難い。従って、造形物Ａの温度を上昇させるために、造形の高速化が妨げられることもない。
【００２１】
さらに、加熱板１は、図１Ａの例のように、好ましくは、造形材料吐出ヘッド１１の吐出口１１ａを有する先端部が挿入される開口２ａを有し、造形材料吐出ヘッド１１に装着されたときに、加熱面２ｂは、吐出口１１ａを囲むように、その周囲に位置付けられる。その場合、造形物Ａにおける一つの層の作製中に、造形材料吐出ヘッド１１がＸＹ平面において如何なる方向に移動しようとも、被吐出部に造形材料Ａ１が吐出される前にその被吐出部を加熱することができる。従って、造形材料吐出ヘッド１１の移動方向が変わるたびに、造形物Ａ用の加熱手段と吐出口１１ａとの位置関係を変更する、すなわち、造形材料吐出ヘッド１１の移動方向において常に加熱手段が吐出口１１ａよりも前方に位置するように両者の位置関係を変更する必要はない。そして、後述するように、発熱体３自体も複雑な機構を用いることなく構成することができる。従って、シンプルな構造の加熱板１でありながら、また、シンプルな構造のヘッドモジュール１０でありながら、機械的強度の高い造形物Ａを得ることができる。
【００２２】
図１Ａおよび１Ｂの例では、二つの発熱体３が、加熱面２ｂの反対面２ｃ（以下、第２面２ｃともいう）側に備えられている。二つの発熱体３は、開口２ａを挟んで、すなわち、造形材料吐出ヘッド１１に加熱板１が装着されたときには吐出口１１ａを挟んで互いに対向する位置に備えられている。発熱体３は、加熱板１の本体２に搭載されている加熱板用加熱ヘッド３０である。加熱板用加熱ヘッド３０は加熱板１の第２面２ｃに搭載されている。図１Ａおよび１Ｂは、通電により発熱する加熱板用加熱ヘッド３０の例を示しおり、加熱板用加熱ヘッド３０には、それぞれ、発熱体用リード線３ａが接続されている。加熱板用加熱ヘッド３０は、絶縁基板３０１および絶縁基板３０１上に形成された発熱抵抗体３２を含んでいる。また、ヘッドモジュール１０は、通電により発熱する吐出ヘッド用加熱ヘッド１２を備えており、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２への通電に用いられる吐出ヘッド用リード線１２１が造形材料吐出ヘッド１１に接続されている。
【００２３】
図１Ａおよび１Ｂの例では、加熱板１は、ボルト１３１を用いて吐出ヘッド用カバー１３に取付けられている。しかし、加熱板１の吐出ヘッド用カバー１３への取付け手段はボルト１３１に限定されず、任意の取付け手段が用いられ得る。たとえば、造形材料Ａ１の融解温度に対する耐熱性を有する接着剤、はんだ、または、ロウ材が、吐出ヘッド用カバー１３への加熱板１の取付けに用いられてもよい。なお、加熱板１は、必ずしも吐出ヘッド用カバー１３に備えられなくてもよい。加熱板１は、造形材料吐出ヘッド１１または吐出ヘッド用加熱ヘッド１２の周囲または近傍に配置されていて「カバー」以外の名称で呼ばれる任意の部材（たとえばケース、断熱部材、または保護部材など）に取付けられてもよく、これらの部材を介して造形材料吐出ヘッド１１と組み合わされてもよい。図１Ａに示されるように、加熱板１は、造形材料吐出ヘッド１１に装着されることによって、造形材料吐出ヘッド１１の吐出口１１ａを有する先端部に開口２ａを貫通させて加熱面２ｂから突出させている。そのため、吐出口１１ａを造形物Ａの直近まで近付けても、加熱面２ｂが造形物Ａに接触し難い。従って、造形物Ａの近くで造形材料Ａ１を吐出することができ、造形物Ａ上の所定の位置に正確に造形材料Ａ１を吐出することができる。なお、造形材料吐出ヘッド１１の先端部は、加熱板１と造形材料吐出ヘッド１１とが組み合わされたときに加熱面２ｂから必ずしも突出しなくてもよい。
【００２４】
図２Ａには、加熱板用加熱ヘッド３０の一例が示されている。なお、「加熱ヘッド」は、「加熱板用加熱ヘッド」および前述した「吐出ヘッド用加熱ヘッド」のいずれにおいても、一定の体積を有し、供給されるエネルギーに基づく熱を発生することによってその周囲に存在する物体の温度を上昇せしめる任意の部品を意味している。
【００２５】
図２Ａに示されるように、絶縁基板３０１の一面に一対の電極３３が形成され、電極３３に接触するように両端部それぞれを電極３３にオーバーラップさせて帯状の発熱抵抗体３２が形成されている。発熱抵抗体３２は、平面形状としてＵ字型の形状を有している。そして、発熱抵抗体３２の近傍に、温度測定素子として温度測定用抵抗体３４が設けられている。温度測定用抵抗体３４は、発熱抵抗体３２のＵ字型の形状の内側に発熱抵抗体３２に沿って形成されており、Ｕ字型の平面形状を有している。そして、温度測定用抵抗体３４の電気抵抗を測定するための一対の測定端子３５が、温度測定用抵抗体３４の両端それぞれに接触するように形成されている。これらにより加熱板用加熱ヘッド３０が構成されている。なお、発熱抵抗体３２および温度測定用抵抗体３４は、Ｕ字形状以外の任意の平面形状を有していてもよい。また、電極３３は、発熱抵抗体３２の両端だけではなく、発熱抵抗体３２における任意の位置に設けられていてもよい。同様に、測定端子３５も、温度測定用抵抗体３４における任意の位置に設けられ得る。図示されていないが、発熱抵抗体３２および温度測定用抵抗体３４を覆うカバー層が、アルミナ基板のような高い耐熱性を有する絶縁性材料を用いて形成されていてもよい。
【００２６】
電極３３には、発熱体用リード線３ａ（図１Ａ参照）が接続される。発熱体用リード線３ａを通じて発熱抵抗体３２に電力が供給され、流れる電流の大きさに応じて発熱抵抗体３２が発熱する。その熱が絶縁基板３０１を介して加熱板１（図１Ａ参照）に伝導し、加熱板１の温度が上昇する。その結果、加熱面２ｂからの放射や対流による熱伝達によって、造形物Ａ（図１Ａ参照）が加熱される。一方、測定端子３５には、測定用電源６２（図１１参照）が接続され、所定の大きさの電流が流される。それと共に、測定端子３５に接続された測定器（図示せず）によって、一対の測定端子３５間の電圧が測定される。測定された電圧、および、測定端子３５に流された電流から、温度測定用抵抗体３４の抵抗値が算定される。その抵抗値と、事前に測定された基準温度における抵抗値と、温度測定用抵抗体３４の既知の温度係数とに基づいて、温度測定用抵抗体３４の周囲の温度を知ることができる。この温度を用いて、発熱抵抗体３２に印加される電圧もしくは電流の大きさまたはデューティ比などが制御され得る。この制御方法は後述される。
【００２７】
絶縁基板３０１には、アルミナなどからなる熱伝導率の優れた絶縁性の基板が用いられる。その平面形状は、図２Ａの例のように矩形であってもよく、矩形以外の任意の形状であってもよい。また、絶縁基板３０１の寸法は、加熱板１の大きさや加熱板１に搭載される加熱板用加熱ヘッド３０の数量などに応じて適宜決定され得る。
【００２８】
発熱抵抗体３２は、たとえばＡｇ＋Ｐｄ＋ＲｕＯ2＋Ｐｔ＋金属酸化物＋ガラスなどを含む粉末をペースト状にして所定のパターンで塗布し、それらを焼成することにより形成される。発熱抵抗体３２となる抵抗膜のシート抵抗および温度係数は、上記粉末に混合される固形絶縁粉末の量によって変えられる。また、電極３３および測定端子３５は、ＡｇおよびＰｄまたはＡｇおよびＰｔを主材とするペースト状の材料を、印刷および焼成することにより形成され得る。
【００２９】
温度測定用抵抗体３４は、発熱抵抗体３２と同じ材料で形成されてもよいが、発熱抵抗体３２の材料と比べて、ＡｇとＰｄとの比率を変えたものや、全く別の材料で形成されてもよい。特に、正または負の大きな温度係数を有する材料が、温度測定用抵抗体３４の材料として好ましい。前述したように温度測定用抵抗体３４の抵抗値に基づいてその周囲の温度を測定する場合に、測定誤差を小さくすることができるからである。温度測定用抵抗体３４も、ペースト状の材料を所定のパターンで印刷し、焼成することによって形成され得る。
【００３０】
加熱板用加熱ヘッド３０は、図２Ａに示されるような構造に限定されず、任意の発熱素子を備えていてもよい。たとえば、発熱抵抗体３２に代えて、発熱用の半導体素子（たとえば大電力系のトランジスタまたはダイオードなど）が配置され、この半導体素子に電力を消費させることによって熱が生成されてもよい。この場合、半導体素子のｐ−ｎ接合部の順方向電圧の変化に基づいて周囲温度が算定されてもよい。従って、温度測定用抵抗体３４は必ずしも設けられなくてもよく、加熱板用加熱ヘッド３０の温度を測定する手段が全く設けられなくてもよい。
【００３１】
加熱板用加熱ヘッド３０は、任意の手段で加熱板１に固定され得る。たとえば、絶縁基板３０１における発熱抵抗体３２などが形成されている面の反対面の一部または全部が、金属材料の印刷および焼成、または蒸着などによってメタライズされ、そのメタライズ部分と、銅などの金属で形成された加熱板１とが、金属製のろう材やはんだなどによって接合されてもよい。また、特に絶縁基板３０１にメタライズが施されることなく、加熱板用加熱ヘッド３０と加熱板１とが接着剤で接着されてもよい。但し、このように、ロウ材、はんだ、または接着剤などの接合材を用いる場合は、発熱抵抗体３２によって発せられる熱に対する耐性を有する接合材を用いることが好ましい。
【００３２】
一方、図２Ｂには、そのように何らの接合材も用いられない方法で加熱板１に固定されている加熱板用加熱ヘッド３０の一例が示されている。図２Ｂは、そのような加熱板用加熱ヘッド３０における発熱抵抗体３２などが形成されている面と直交する面での断面図である。図２Ｂに示されるように、加熱板１における加熱板用加熱ヘッド３０が搭載される領域を挟んで対向するように二つの固定部２１が設けられている。加熱板用加熱ヘッド３０は、加熱板１から離間しないように、かつ、位置ずれしないように、二つの固定部２１によって保持されている。固定部２１は、加熱板用加熱ヘッド３０が搭載される領域において第２面２ｃ側に持ち上げられた、加熱板１の一部である。固定部２１の形成では、たとえば図１Ｂに二点鎖線Ｌで示すような軌跡を描きながらレーザー加工が加熱板１に施され、固定部２１となる部分が、一部の非分離部分を残してその周囲の部分から分離される。その周囲と分離された部分を第２面２ｃ側に持ち上げるべく非分離部分を折り曲げることによって、固定部２１が形成され得る。このような固定部２１を設けることによって、高い耐熱性を有する接合材を要することなく、加熱板用加熱ヘッド３０を加熱板１に固定することができる。なお、図示されていないが、異なる方向において一組の固定部２１が対向するように、二組またはそれ以上の固定部２１が形成されていてもよい。
【００３３】
図１Ａおよび１Ｂの例では、一つの方向において対向するように二つの加熱板用加熱ヘッド３０が配置されている。しかし、加熱板用加熱ヘッド３０の数や、加熱板１上でのレイアウトは、図１Ａおよび１Ｂの例に限定されない。また、加熱板１の本体２の断面形状も平面に限定されない。図３Ａおよび３Ｂには、加熱板用加熱ヘッド３０の配置の他の例が示されている。また、図３Ｃおよび３Ｄには、３Ｄプリンタ用加熱板（加熱装置）１の他の例が示されている。
【００３４】
図３Ａの例では、直交する二つの方向（Ｘ方向およびＹ方向）それぞれにおいて、矩形の平面形状を有する二つの加熱板用加熱ヘッド３０が開口２ａを挟んで配置されており、合計四つの加熱板用加熱ヘッド３０が配置されている。すなわち、発熱体３は、開口２ａの周囲に開口２ａから見て互いに異なる方向上に複数個設けられている。また、各加熱板用加熱ヘッド３０は、その長手方向が開口２ａを中心とする半径方向に沿う向きで配置されている。四つの加熱板用加熱ヘッド３０は、開口２ａを中心とする円周方向において９０°おきに配置されている。図３Ａの例のように加熱板用加熱ヘッド３０が配置されると、加熱板１における温度のムラは、図１Ｂに示される例よりも少ないと考えられる。なお、四つ以外の数の加熱板用加熱ヘッド３０が、図３Ａに示されるように、開口２ａの周囲に放射状に配置されてもよい。また、電極３３が、開口２ａの近位側となる向きで、各加熱板用加熱ヘッド３０が配置されてもよい。
【００３５】
図３Ｂの例では、六つの加熱板用加熱ヘッド３０が、開口２ａの周囲に円を描くように、開口２ａを中心として円周方向に列をなして配置されている。このように加熱板用加熱ヘッド３０を配置することによって、加熱板１における温度のムラをいっそう少なくできることがある。なお、複数の加熱板用加熱ヘッド３０は、開口２ａの周囲に複数の同心円描くように複数列にわたって配置されてもよい。このように、任意の数の加熱板用加熱ヘッド３０が、加熱板１上の任意の位置に搭載され得る。
【００３６】
図３Ｃの例では、本体２の加熱面２ｂが、段部２ｂａを有することで、開口２ａ（吐出口１１ａ）から離れるにつれて段階的に上方に向かう（造形物の表面から離間する）テーパー状に形成されている。すなわち、加熱面２ｂは、開口２ａが形成された下段面とその外側の上段面とを有する。そして、加熱板用加熱ヘッド３０が上段面（加熱面２ｂ側）に配置されている。加熱板用加熱ヘッド３０を加熱面２ｂ側に配置することで、エネルギー効率よく造形材料の積層表面を加熱することができる。
【００３７】
図３Ｄの例では、加熱板１（本体２）の加熱面２ｂが、すり鉢状に、造形材料の吐出方向に凸となるように湾曲することで、開口２ａ（吐出口１１ａ）から離れるにつれて上方に向かう（造形物の表面から離間する）テーパー状に形成されている。そして、加熱板用加熱ヘッド３０が本体２の反対面２ｃ側において開口２ａから離れる方向に、開口２ａの両側それぞれに２個（複数）配置されている。このように、加熱板用加熱ヘッド３０を複数個配置した場合には、これら加熱板用加熱ヘッド３０を個々に独立して温度制御するようにすることで、加熱面２ｂの加熱温度を部分的に異ならせることができ、用いる造形材料に応じてより適切な加熱を行うことができる。また、加熱面２ｂをテーパー状にすることによって、吐出口１１ａから吐出され積層された造形材料が加熱面２ｂに付着することをより確実に防止できるとともに、造形材料の造形（積層）状態を目視などで確認しやすくできる。
【００３８】
図１Ａおよび２Ａなどの例では、発熱体３は、加熱板用加熱ヘッド３０である。しかし、発熱体３は、加熱板１に直接形成されていてもよい。加熱板１の材料には、後述するように、金属だけではなく、セラミックスのような絶縁性の材料も用いることができる。その場合、加熱板１の上に直接、発熱体３として発熱抵抗体３２が形成され得る。図４Ａ〜４Ｄは、そのように、加熱板１の板状の本体２に直接形成された電気抵抗体の膜（発熱抵抗体３２ａなど）によって構成されている発熱体３の例を示している。このように、発熱体３を加熱板１上に直接形成することによって、加熱板１と別個に形成される加熱板用加熱ヘッド３０に発熱体３を形成する場合と比べて、絶縁基板３０１（図２Ａ参照）が不要になると共に、加熱板用加熱ヘッド３０の搭載作業が不要になる。
【００３９】
図４Ａに示される例では、上記の図２Ａに示される加熱板用加熱ヘッド３０に形成された発熱抵抗体３２と同様の平面形状を有する発熱抵抗体３２ａが、加熱板１の第２面２ｃに形成されている。また、Ｕ字型の平面形状を有する発熱抵抗体３２ａの内側には、図２Ａに示される温度測定用抵抗体３４と同様の温度測定用抵抗体３４ａが形成されている。発熱抵抗体３２ａの両端には電極３３が形成され、温度測定用抵抗体３４ａの両端には測定端子３５が形成されている。発熱抵抗体３２ａおよび温度測定用抵抗体３４ａは、発熱抵抗体３２および温度測定用抵抗体３４に関して前述した材料および形成方法と同様の材料および形成方法を用いてそれぞれ形成され得る（下記で参照する図４Ｂ〜４Ｄに示される発熱抵抗体３２ｂ〜３２ｅおよび温度測定用抵抗体３４ｂ〜３４ｄについても同様である）。
【００４０】
図４Ａの例では、直交する二つの方向（Ｘ方向およびＹ方向）それぞれにおいて、二つの発熱抵抗体３２ａが、開口２ａを挟んで配置されており、合計四つの発熱抵抗体３２ａが形成されている。従って、発熱体３は、開口２ａの周囲に開口２ａから見て互いに異なる方向上に複数個形成されている。それぞれ四つの発熱抵抗体３２ａおよび温度測定用抵抗体３４ａは、開口２ａを中心とする円周方向において９０°おきに形成されている。発熱抵抗体３２ａおよび温度測定用抵抗体３４ａは、図４Ａに二点鎖線で示されている吐出ヘッド用カバー１３と加熱板１との当接領域よりも外周側に形成されている（図４Ｂ〜４Ｄの例でも同様である）。
【００４１】
図４Ｂの例では、加熱板１における第２面２ｃ（図１Ａ参照）は、開口２ａを中心とする円周方向において略四等分されることによって四つの領域に分割され、各領域に、一組の発熱抵抗体３２ｂおよび温度測定用抵抗体３４ｂが形成されている。各発熱抵抗体３２ｂは、開口２ａを中心とする周方向において往復しつつ径方向において複数の帯状の抵抗体が並列する蛇行パターンを有しており、一つの領域全体にわたって形成されている。このようなパターンで発熱抵抗体３２ｂを形成することによって、加熱板１全体を加熱することができる。また、発熱抵抗体３２ｂに印加する電圧などを領域ごとに変えることによって領域ごとに温度制御することもできる。なお、各発熱抵抗体３２ｂの電極３３を、隣接する発熱抵抗体３２ｂの電極３３にジャンパ線などを用いて接続することによって、一部または全部の発熱抵抗体３２ｂが直列接続されてもよい。また、複数の発熱抵抗体３２ｂの一部または全部が並列接続されたうえで通電されてもよい。
【００４２】
図４Ｂの例では、温度測定用抵抗体３４ｂは、発熱抵抗体３２ｂよりも開口２ａの近くに形成されている。従って、造形材料吐出ヘッド１１の吐出口１１ａ（図１Ａ参照）の近傍の温度を測定することができる。
【００４３】
図４Ａおよび４Ｂ、ならびに、先に説明した図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、３Ａおよび３Ｂの例では、造形時に、造形材料吐出ヘッド１１の移動方向において吐出口１１ａ（図１Ａ参照）よりも前方に存在する発熱体３（発熱抵抗体３２など）だけに通電が行われてもよい。そのように通電することによって、造形物Ａ（図１Ａ参照）のうち直後に造形材料Ａ１が吐出される部分を適切に加熱しながら消費電力を低減できることがある。
【００４４】
図４Ｃの例では、開口２ａの周囲に、リング状の平面形状を有していて直径が互いに異なる複数（図４Ｃでは三つ）の発熱抵抗体３２ｃが形成されている。三つの発熱抵抗体３２ｃにおけるリング状の形状の中心は、いずれも、開口２ａの中心と略同じである。最も開口２ａに近い発熱抵抗体３２ｃのさらに内側に、温度測定用抵抗体３４ｃが形成されている。図４Ｃのような発熱抵抗体３２ｃおよび温度測定用抵抗体３４ｃでも、温度ムラを大きく生じさせずに加熱板１を加熱することができ、かつ、吐出口１１ａ（図１Ａ参照）の近傍の温度を測定することができると考えられる。また、図４Ｃの例では、複数個形成された発熱抵抗体３２ｃそれぞれの電極（第１〜第６の電極３３ａ〜３３ｆ）は、いずれも、隣接する他の発熱抵抗体３２ｃの電極（第１〜第６の電極３３ａ〜３３ｆ）のいずれかと隣接している。そのため、ジャンパ線などを用いて、各電極同士を容易に接続することができる。たとえば、第１電極３３ａと第４電極３３ｄ（もしくは第２電極３３ｂと第３電極３３ｃ）、および／または、第３電極３３ｃと第６電極３３ｆ（もしくは第４電極３３ｄと第５電極３３ｅ）とが接続されることによって、三つの発熱抵抗体３２ｃのうちの二つまたは全部が直列接続されてもよい。また、第１、第３および第５の電極３３ａ、３３ｃ、３３ｅが接続され、さらに、第２、第４および第６の電極３３ｂ、３３ｄ、３３ｆが接続されることによって三つの発熱抵抗体３２ｃが並列接続されてもよい。
【００４５】
図４Ｄに示される例では、図４Ｃの例と同様に、開口２ａの周囲に、リング状の平面形状を有する複数（図４Ｄの例では二つ）の発熱抵抗体３２ｄ、３２ｅが、開口２ａを中心として同心で形成されている。図４の例では、内側の発熱抵抗体３２ｄおよび外側の発熱抵抗体３２ｅそれぞれに接続されている電極３３は、互いに逆方向の半径方向上に設けられている。従って、発熱抵抗体３２ｄ、３２ｅの不連続部分が一箇所に集中せず、加熱板１における温度ムラが生じ難いと考えられる。
【００４６】
また、図４Ｄの例では、内側の発熱抵抗体３２ｄの幅は、外側の発熱抵抗体３２ｅの幅よりも狭い。このように、外側の発熱抵抗体３２ｅよりも短い内側の発熱抵抗体３２ｄの幅を外側の発熱抵抗体３２ｅの幅よりも狭くすることによって、内側の発熱抵抗体３２ｄと外側の発熱抵抗体３２ｅとを同じ幅で形成する場合よりも、両者の抵抗値の差を小さくすることができる。その場合、同じ大きさの電圧を各発熱抵抗体に印加した時に、各発熱抵抗体で消費される電力の差を小さくすることができる。従って、単に一つの電源から各発熱抵抗体に電圧を印加するだけで、加熱板１の外側の領域および内側の領域それぞれを差異の少ない熱量で加熱することができ、温度ムラが生じ難いように加熱板１を加熱できることがある。たとえば、外側の発熱抵抗体３２ｅの長さが内側の発熱抵抗体３２ｄの長さのα倍である場合、内側の発熱抵抗体３２ｄは、外側の発熱抵抗体３２ｅの幅の１／αの幅で形成され得る。
【００４７】
図４Ｄの例において、温度測定用抵抗体３４ｄは、内側の発熱抵抗体３２ｄと外側の発熱抵抗体３２ｅの間に形成されている。二つの発熱抵抗体３２ｄ、３２ｅの周囲の平均的な温度を測定することができると考えられる。以上のように、発熱体３として加熱板１上に直接形成される発熱抵抗体（発熱抵抗体３２ａなど）、および、温度測定素子として加熱板１上に直接形成される温度測定用抵抗体（温度測定用抵抗体３４ａなど）は、任意の位置に任意のパターンで形成され得る。
【００４８】
なお、発熱体３の近傍には、温度測定用抵抗体３４、３４ａ〜３４ｄではなく、市販のサーミスタまたは各種の温度センサが温度測定素子として設けられていてもよい。また、発熱体３および温度測定素子は、加熱板１の加熱面２ｂに設けられていてもよい。
【００４９】
つぎに、再度図１Ａおよび１Ｂを参照して加熱板１について説明する。加熱板１の本体２は、良好な熱伝導率を有する材料を用いて形成される。「良好な熱伝導性」は、造形物Ａにおける加熱板１の真下の部分全てが発熱体３からの熱によって温度への影響を受け得る程度に熱を伝導させる性質を意味している。加熱板１の材料としては、そのように良好な熱伝導性を有する材料であれば特に限定されない。銅、アルミニウム、亜鉛、炭素鋼、またはステンレス鋼のような合金鋼などの金属、および、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素などのセラミックスが加熱板１の材料として例示される。また、加熱板１の材料としては、加熱面２ｂにおいて高い放射率を有し得る材料が好ましいが、後述するように、加工や被膜の形成によって加熱面２ｂの放射率を高めることも可能である。
【００５０】
また、加熱板１は、図１Ｂに示されるように、本例では、略円形の平面形状を有している。従って、吐出口１１ａを中心としていずれの方位においても、吐出口１１ａからの距離に関して略同じ範囲内で造形物Ａを加熱することができる。しかし、加熱板１の平面形状は円形に限定されず、楕円、矩形、または矩形以外の多角形であってもよい。また、加熱板１は、適宜好ましい厚さに形成される。たとえば、図１Ａおよび１Ｂの例のように、加熱板１の第２面２ｃに発熱体３が配置される場合、発熱体３の熱を加熱面２ｂに素早く伝えるという観点、また加工性という観点では、加熱板１は薄い方が好ましい。一方、加熱板１において発熱体３が配置されている部分からそれ以外の部分への熱伝導性を高めるという観点、また強度という観点では、加熱板１は厚い方が好ましいこともある。たとえばこれらに鑑みて加熱板１の厚さは決定され得る。加熱板１の厚さは、好ましくは０．３ｍｍ以上、５ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以上、２ｍｍ以下である。また、加熱板１の直径又は半径は、加熱温度、造形速度、造形材料等によって、適宜好ましい長さとすればよく、公知の樹脂造形材料を用いる場合、例えば直径２５〜５０ｍｍとすることができる。
【００５１】
加熱板１の加熱面２ｂは、加熱板１を構成する材料そのものからなる平坦な面であってもよいが、加熱面２ｂから造形物Ａに熱が伝わり易いように、任意の加工が加熱面２ｂに施されていてもよい。たとえば、図５Ａに示されるように、加熱面２ｂに凹凸が形成されていてもよい。加熱面２ｂに凹凸を形成することによってその表面積が大きくなり、加熱面２ｂから放射される熱量を多くすることができる。その結果、造形物Ａ（図１Ａ参照）に多くの熱を伝えることができる。図５Ａに示される例では、規則的な角形の凹凸が形成されているが、加熱面２ｂに形成される凹凸は、ランダムな形状、深さおよびピッチを有していてもよい。このような凹凸は、加熱板１が金属材料を用いて形成される場合、プレス加工、ローレット加工、または鋳造金型の内壁面からの転写などによって形成され得る。また、このような凹凸は、加熱板１がセラミックスを用いて形成される場合、焼成前（グリーンシート状態）のセラミックス材に、表面に凹凸を有する金型などを押し当てることによって形成されてもよい。また、加熱面２ｂは、サンドブラストまたはエッチングなどによって粗面化され、その結果、表面積を広くされていてもよい。
【００５２】
また、放射による造形物Ａ（図１Ａ参照）への熱の伝達量を高めるという観点から、加熱面２ｂの色が黒色にされていることが好ましい。黒色にすることによって、加熱面２ｂの放射率を高めることができる。なお、「黒色にされている」は、加熱面２ｂに何らかの処理を施したり被膜を形成したりすることによって加熱板１の加熱面２ｂ側の面を黒色の表面にすること、および、黒色を呈する材料を用いて加熱板１（具体的には加熱面２ｂ）を形成すること、の両方を意味している。たとえば、図５Ｂに示されるように、加熱面２ｂに、熱放射層２ｂ１が形成され、熱放射層２ｂ１が黒色を呈するように形成されてもよい。たとえば、熱放射層２ｂ１としては、加熱板１がアルミニウムで形成されている場合には、陽極酸化処理によって形成される黒色アルマイト層が好ましい。また、熱放射層２ｂ１は、耐熱塗料の塗布および乾燥もしくは焼き付けなどによって形成された黒色の塗膜であってもよく、黒色ガラスまたはグラファイトなどによって形成される膜であってもよい。熱放射層２ｂ１は、黒以外の色を有しながらも高い（好ましくは０．８以上の）放射率を有し、かつ、必要な耐熱性を有する任意の材料を用いて形成されてもよい。また、加熱面２ｂの放射率は、前述したサンドブラストや化学処理を用いてその表面粗さを粗くすることによって高くすることもできる。たとえば、加熱面２ｂの表面粗さは、第２面２ｃの表面粗さより粗く（大きく）てもよい。
【００５３】
一方、加熱板１の第２面２ｃから放散される熱は少ない方が好ましい。発熱体３による加熱板１の加熱効率が高まり、加熱面２ｂの温度をより高くすることによって、より多くの熱を造形物Ａ（図１Ａ参照）に伝達することができるからである。その観点からは、加熱面２ｂには、図示されていないが、熱放射層２ｂ１の放射率よりも低く、好ましくは加熱板１の本体２と同等以上の熱伝導率を有する材料を用いて熱反射層が形成されていてもよい。たとえば、アルミニウムなどの低い（好ましくは０．２以下の）放射率を有する材料からなる金属膜が熱反射層として第２面２ｃ上に形成されていてもよい。
【００５４】
さらに、加熱板１の第２面２ｃ側がカバー部材で覆われていることが、第２面２ｃからの熱の放散をいっそう防止し得る点で好ましい。図６Ａには、そのように、加熱面２ｂの反対面２ｃを覆う断熱カバー４が加熱板１に設けられている例が示されており、図６Ｂには、断熱カバー４単体の平面図が示されている。断熱カバー４によって加熱板１の第２面２ｃが覆われることによって、第２面２ｃからの対流による放熱が抑制される。従って、発熱体３による加熱時に加熱板１を効率的に昇温させることができると共に、発熱体３の停止時には加熱板１の温度低下を緩やかにすることができる。
【００５５】
断熱カバー４は、平面形状において、加熱板１と略同じ形状を有し、図６Ａおよび６Ｂの例では略円形の形状を有している。断熱カバー４は、円板状の本体と、その周縁部に本体と略９０°の角度をなして加熱板１の側面を覆う側壁とを有し、側壁に囲まれた内部空間に加熱板１を収容し得るように形成されている。断熱カバー４は、加熱板１の直径と略同じ長さの内径を有し、加熱板１の直径よりも側壁の厚さの略２倍だけ長い外径を有している。また、断熱カバー４は、円板状の本体の略中央部に、吐出ヘッド用カバー１３が挿通される貫通孔４３を有している。また、断熱カバー４には、加熱板１と断熱カバー４とが組み合わされたときに加熱板１の第２面２ｃ上および発熱体３上に隙間が確保されるように、スペーサ４１が設けられている。図６Ａの例では、断熱カバー４は、加熱板１の第２面２ｃと共に、発熱体３（加熱板用加熱ヘッド３０）を覆っている。
【００５６】
また、図６Ａおよび６Ｂの例では、断熱カバー４における円板状の本体の一部に開口４２が設けられている。図６Ａに示されるように、開口４２を通して、発熱体用リード線３ａを断熱カバー４の外部に引き出すことができる。図６Ａおよび６Ｂの例では、発熱体３の数に合わせて二つの開口４２が設けられている。このように開口４２は、発熱体３の数に基づく数だけ設けられることが、発熱体用リード線３ａの長さを短くすることができ、しかも、加熱板１の第２面２ｃにおいて断熱カバー４に覆われない領域が少なくなる点で好ましい。しかし、開口４２は、必ずしも設けられなくてもよく、また、任意の数だけ設けられてもよい。なお、開口４２が設けられない場合、たとえば、吐出ヘッド用カバー１３の外径に対してマージンを有する内径の貫通孔４３が設けられ、その貫通孔４３を通して、発熱体用リード線３ａが引き出されてもよい。
【００５７】
断熱カバー４は、「断熱」との修飾語句がその名称に添えられているが、熱的特性に関して、特に限定されるものではない。すなわち、断熱カバー４は、加熱板１における第２面２ｃの上方（加熱面２ｂと反対方向）の空気の流動を制限する隔壁を形成し得るものであればよい。従って、断熱カバー４の材料は特に限定されないが、加熱板１の第２面２ｃからの熱放散を抑制するという目的上、低い熱伝導率および低い放射率を有し、かつ、必要な耐熱性を備える材料が、断熱カバー４の材料として好ましい。たとえば、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、および、各種フッ素系樹脂などの高耐熱性を有する樹脂が、断熱カバー４の材料として好適に用いられ得る。
【００５８】
本実施形態の加熱板１が装着される造形材料吐出ヘッド１１（図１Ａ参照）によって吐出される造形材料Ａ１としては、あくまで例として、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂、ＰＣ／ＡＢＳアロイ、ＰＰＳＦ（ポリフェニルスルホン）樹脂、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）樹脂などが挙げられるが、これらに限定されず、任意の熱可塑性樹脂が、造形材料Ａ１として用いられる。また、金属粉をこれらの熱可塑性樹脂に混合することによって調製された造形材料Ａ１を用いた造形に、本実施形態の加熱板１が適用されてもよい。造形物Ａを加熱することができる本実施形態の加熱板１は、このように金属粉を含むことなどによって高い融点を有する造形材料Ａ１を用いた造形に特に有効である。
【００５９】
本発明の他の実施形態のヘッドモジュール１０は、前述したように、吐出ヘッド用カバー１３に備えられて造形物Ａを加熱する加熱板として、上記の通り説明された一実施形態の加熱板１を好適に備え得る。従って、他の実施形態のヘッドモジュール１０では、発熱体３が、加熱板１に搭載された加熱板用加熱ヘッド３０であってもよく（図２Ａ、３Ａおよび３Ｂ参照）、加熱板１に形成された電気抵抗体の膜によって発熱体３が構成されていてもよい（図４Ａ〜４Ｄ参照）。また、他の実施形態のヘッドモジュール１０では、造形材料吐出ヘッド１１に装着された加熱板１において、造形材料吐出ヘッド１１の吐出口１１ａの周囲に、吐出口１１ａから見て互いに異なる方向上に複数個の発熱体３が設けられていてもよい（図３Ａ、４Ａおよび４Ｂ参照）。また、他の実施形態のヘッドモジュール１０では、発熱体３の近傍に温度測定用抵抗体３４または図示されない温度センサなどによって構成される温度測定素子が設けられていてもよい（図２Ａ、４Ａ〜４Ｄ参照）。さらに他の実施形態のヘッドモジュール１０では、加熱板１において造形物Ａに向けられる面（加熱面２ｂ）と反対の面（第２面２ｃ）が断熱カバー４で覆われていてもよい（図６Ａおよび６Ｂ参照）。これらの他にも、他の実施形態のヘッドモジュール１０には、各図面を参照しながら前述した発熱体３および加熱板１に関する各変形例が適用され得る。
【００６０】
つぎに、他の実施形態のヘッドモジュール１０の他の構成要素について説明する。本実施形態のヘッドモジュール１０は、前述したように、造形材料吐出ヘッド１１と、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２と、吐出ヘッド用カバー１３とを備えている。本実施形態のヘッドモジュール１０に備えられるうえで造形材料吐出ヘッド１１および吐出ヘッド用加熱ヘッド１２に求められる追加的な機能は特に存在しない。吐出ヘッド用カバー１３にも、造形材料吐出ヘッド１１および吐出ヘッド用加熱ヘッド１２を収容可能な容積を有していて加熱板１を備え得ること以外に、特別な機能または形状などは求められない。従って、たとえば既存の造形材料吐出ヘッド１１および吐出ヘッド用加熱ヘッド１２、ならびに、それらに適合する一般的な吐出ヘッド用カバー１３であっても、前述した加熱板１と組み合わされることによって、本実施形態のヘッドモジュール１０を構成し得る。以下では、これらの構成要素について、一つまたは複数の例を示す図面を参照して説明するが、各構成要素は、以下の説明に例示される構造、形状、材料およびサイズなどに限定されるものではない。
【００６１】
図７Ａ〜７Ｃには、本実施形態のヘッドモジュールが備える造形材料吐出ヘッド１１の一例の正面図、側面図および底面図（吐出口１１ａ側から見た図）が、それぞれ示されている。造形材料吐出ヘッド１１には、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２が接合されている。図７Ａ〜７Ｃに示されるように、この例の造形材料吐出ヘッド１１は、金属ブロック５０に造形材料Ａ１の流路５１が形成され、その一端部に吐出口１１ａを有し、他端部に造形材料Ａ１の供給口５３を有する流路構造体５と、流路構造体５の供給口５３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）５４と、を備えている。造形材料供給部５４は、流路構造体５の他端部に形成された取付け部５５に嵌め込まれている。流路５１は、流路構造体５単体の状態では、その側面を覆われておらず、流路構造体５の対向する二つの表面において露出しており、その露出部を閉塞するように吐出ヘッド用加熱ヘッド１２が接合されている。吐出ヘッド用加熱ヘッド１２は、流路５１の側面を閉塞する金属壁（図示せず）を介して流路構造体５に接合されていてもよい。
【００６２】
流路構造体５と吐出ヘッド用加熱ヘッド１２は、造形材料Ａ１を融解させる温度に耐えるべく高耐熱性を有する接合材料を用いて、好ましくは、５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料を用いて接合されている。吐出ヘッド用加熱ヘッド１２における流路構造体５と反対側の表面は、カバー部材１２２によって覆われている。なお、図７Ｂでは、流路構造体５の対向する二つの表面それぞれに吐出ヘッド用加熱ヘッド１２が設けられているが、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２は、いずれか一方の表面だけに設けられていてもよい。その場合、他方の表面は流路５１を覆っていてもよいし、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２以外の閉塞部材（図示せず）で流路５１の露出部分が塞がれていてもよい。
【００６３】
造形材料吐出ヘッド１１では、造形材料供給部５４側から、たとえばフィラメント状の造形材料Ａ１が一定ピッチで押し込まれ、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２からの熱によって流路５１内で融解した造形材料Ａ２が、吐出口１１ａから所定量だけ押し出される。造形材料吐出ヘッド１１と造形ステージＳＴ（図１Ａ参照）との相対移動により、所望の造形物が形成される。なお、造形材料Ａ１は、フィラメント状ではなく、粒状や、粉末状であってもよい。本実施形態のヘッドモジュール１０は、各種の造形材料Ａ１を用いた造形に適用され得るが、加熱板１（図１Ａ参照）を備える本実施形態のヘッドモジュール１０は、前述したように、融点の高い造形材料Ａ１を用いた造形に、特に有効である。
【００６４】
また、図７Ａ〜７Ｃ（ならびに下記において参照する図９Ａ〜９Ｃ、１０Ａ、および１０Ｂ）に示される造形材料吐出ヘッド１１および吐出ヘッド用加熱ヘッド１２の例では、流路５１内に投入された造形材料Ａ１が、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２から直接加熱され得る。すなわち、高融点の造形材料Ａ１であっても、速やかに融解させることができる。従って、加熱板１を備える本実施形態のヘッドモジュール１０は、図７Ａなどに例示される構造と同様の構造を有する造形材料吐出ヘッドおよび加熱ヘッドを備えることで、需要の増大が見込まれる、５００℃程度の融点を有する造形材料を用いた造形において、いっそう有効なものとなり得る。
【００６５】
流路構造体５と吐出ヘッド用加熱ヘッド１２とは、たとえば、５００℃程度の温度においても接着力を維持するように、銀と銅を主体とする銀ロウ、銅ロウ、またはアルミロウのような無機材料からなるロウ材などにより接合され得る。例えばＪＩＳ規格のＢＡｇ−７（Ａｇ５６％、Ｃｕ２２％、Ｚｎ１７％、Ｓｎ５％：ロウ付け温度６５０〜７６０℃程度）、もしくは、ＪＩＳ規格ＢＡｇ−８（Ａｇ７２％、Ｃｕ２８％：ロウ付け温度７８０〜９００℃）などのロウ材、または、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。
【００６６】
金属ブロック５０の材料としては、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２との間で、熱膨張率を大きく相違させないものが好ましく、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）が好ましいが、高熱伝導性の観点から、銅合金、アルミニウム合金などが用いられてもよい。造形材料供給部材５４は、一例として円筒形状を有し、外周側面に設けられたねじ山を用いて取付け部５５にねじ込まれている。造形材料供給部材５４には、フィラメント状の造形材料Ａ１がスムーズに送られるように、フッ素系樹脂などからなるチューブ（図示せず）が挿入されている。
【００６７】
図８Ａには、本実施形態のヘッドモジュール１０に用いられる吐出ヘッド用加熱ヘッド１２の一例が示され、図８Ｂには、その吐出ヘッド用加熱ヘッド１２の側面が、カバー部材を取付けられた状態で示されている。図８Ａおよび８Ｂに示されるように、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２は、絶縁基板１２ａの一面に、絶縁基板１２ａを加熱する発熱抵抗体１２ｂが形成されている。発熱抵抗体１２ｂの両端それぞれには配線パターン１２ｃを介して電極端子１２ｄが接続されている。電極端子１２ｄは、スルーホールを介して絶縁基板１２ａの裏面側にも延びている。発熱抵抗体１２ｂの近傍には、温度測定用抵抗体１２ｅが形成されている。温度測定用抵抗体１２ｅには、所定の場所の電気抵抗を測定するために測定用配線１２ｆを介して測温端子１２ｇが形成されている。この測温端子１２ｇも電極端子１２ｄと同様にスルーホールを介して絶縁基板１２ａの裏面にも延びている。発熱抵抗体１２ｂおよび温度測定用抵抗体１２ｅには、前述した加熱板用加熱ヘッド３０（図２Ａ参照）の発熱抵抗体３２および温度測定用抵抗体３４と同様の材料および形成方法が適用され得る。従って、その説明は省略される。なお、発熱抵抗体１２ｂおよび温度測定用抵抗体１２ｅの配置や形状は図８Ａの例に限定されず、各抵抗体は、任意の形状および任意の配置で形成され得る。
【００６８】
図８Ｂに示されるように、発熱抵抗体１２ｂなどの上には、ガラス板またはセラミック基板などで形成され得るカバー部材１２２が取付けられ、発熱抵抗体１２ｂなどの表面が保護される。また、発熱抵抗体１２ｂなどが形成された面の裏面１２ｈ側において、吐出ヘッド用リード線１２１が電極端子１２ｄおよび測温端子１２ｇ（図８Ａ参照）それぞれに接続されている。吐出ヘッド用リード線１２１と各端子は、好ましくは、５００℃以上の温度に対して耐熱性を有する無機導電性接着剤などで接続される。造形時には、吐出ヘッド用リード線１２１を通じて発熱抵抗体１２ｂに電力が供給されることによって発熱抵抗体１２ｂが発熱し、その熱が絶縁基板１２ａを介して流路構造体５（図７Ａ参照）の流路５１内の造形材料Ａ１に伝達し、造形材料Ａ１が融解する。一方、測温端子１２ｇには、測定用電源６２（図１１参照）が接続され、通電されると共に一対の測温端子１２ｇ間の電圧が測定され、その測定結果を用いて、温度測定用抵抗体１２ｅの周囲の温度が算定される。この温度を用いて、発熱抵抗体１２ｂに印加される電圧もしくは電流の大きさまたはデューティ比などが制御されてもよい。この制御方法については後述する。
【００６９】
吐出ヘッド用加熱ヘッド１２では、絶縁基板１２ａの裏面１２ｈが部分的にメタライズされ、このメタライズ部分を用いて吐出ヘッド用加熱ヘッド１２が流路構造体５に接合される。たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔなどを主成分とする材料が、ペースト状にされて絶縁基板１２ａの裏面１２ｈにおけるメタライズ領域（図示せず）に塗布され、６００〜８００℃程度で焼成される。このメタライズは、発熱抵抗体１２ｂ、温度測定用抵抗体１２ｅおよび各端子１２ｄ、１２ｇなどの形成よりも後に、または同時に行われてもよいが、好ましくは、発熱抵抗体１２ｂなどの抵抗値の変動を防止するという観点から、これらの形成よりも先に行われる。そして、絶遠基板１２ａのメタライズされた領域と流路構造体５との間に、たとえば、ペースト状などの任意の状態の銀ロウ（例えば前述したＪＩＳ規格ＢＡｇ−７を主成分とする銀ロウ）を挟んで両者を重ね合せ、７００℃程度に加熱することによって、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２が流路構造体５にロウ付けされる。なお、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２の造形材料供給部５４側は、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け部５５と接合され得る。
【００７０】
図９Ａ〜９Ｃならびに１０Ａおよび１０Ｂを参照し、造形材料吐出ヘッド１１の他に例を簡単に説明する。金属ブロック５０の外形は、図７Ａ〜７Ｃの例では四角柱状であったが、図９Ａ〜９Ｃに示されるように、円柱状であってもよい。図９Ａには、円柱状の金属ブロック５０を有する造形材料吐出ヘッド１１の正面図が示され、図９Ｂには、図９Ａの造形材料吐出ヘッド１１を吐出口１１ａ側から見た底面図が示されている。また、図９Ｃには、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２の接合前の流路５１が露出した状態の流路構造体５が示されている。図９Ｃにおいて、斜線で示された部分に、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２の絶縁基板１２ａ（図８Ａ参照）がロウ付けなどにより接合される。図９Ａ〜９Ｃの例の造形材料吐出ヘッド１１にも、図８Ａに例示される吐出ヘッド用加熱ヘッド１２が組み合され得る。吐出口１１ａ、造形材料の供給口５３および取付け部５５は、図７Ａ〜７Ｃの例と同じである。これらの構成要素には、図９Ａ〜９Ｃにおいて図７Ａ〜７Ｃに付された符号と同じ符号が付され、再度の説明は省略される。
【００７１】
また、造形材料吐出ヘッド１１の流路構造体５は、図７Ａなどに例示の金属ブロック５０のような柱状の基材を用いるのではなく、図１０Ａおよび１０Ｂに示されるような板状体（流路板５６）を重ねて接合された積層体によって構成されていてもよい。流路板５６は、例えば厚さが１ｍｍ程度で、幅Ｗが４ｍｍ程度、長さＨが２０ｍｍ程度のステンレスなどからなる板状体であり、流路５１となる２ｍｍ程度の幅Ｌを有する貫通孔を有し、流路５１と連通して吐出口１１ａとなる溝が先端部に形成されている。流路板５６は、吐出口１１ａの先端からの長さＪが１３ｍｍ程度の位置Ｐで折り曲げられ、吐出口１１ａと反対側の端部は固定部５５ａとされる。貫通孔における位置Ｐ付近の部分は、造形材料の供給口５３となる。固定部５５ａには固定用の孔５５ｂが形成されている。
【００７２】
位置Ｐで折り曲げられた２枚の流路板５６が、図１０Ａに示されるように、固定部５５ａを相反する方向に向けて接合されることにより流路構造体５が形成される。流路板５６同士の接合は、前述した流路構造体５と吐出ヘッド用加熱ヘッド１２との接合と同様に、銀ロウなどを用いてロウ付けなどにより行われる。このようにして形成された流路構造体５では流路板５６の貫通孔が流路（図示せず）となるため、流路構造体５の対向する二つの面に流路が露出することとなる。その両面に、図７Ａなどの例と同様に、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２が、ロウ付けなどによって接合される。図１０Ａおよび１０Ｂの例の造形材料吐出ヘッド１１にも、図８Ａに例示される吐出ヘッド用加熱ヘッド１２が好適に組み合される。図１０Ａに示されるように固定部５５ａは取付け板５５ｃなどに取り付けられ、取付け板５５ｃと共に流路構造体５の取付け部５５を構成している。図１０Ａに示される例では、造形材料供給部５４の近傍で造形材料Ａ１が融解することによってその送り込みが困難になることを回避すべく、固定部５５ａと取付け板５５ｃとの間に断熱スペーサ５５ｄが挿入されている。断熱スペーサ５５ｄとしては、例えば多孔質ガラス、多孔質セラミックスなどが用いられる。
【００７３】
造形材料吐出ヘッド１１などを覆う吐出ヘッド用カバー１３（図１Ａ参照）は、たとえば、アルミニウムにより形成され、好ましくは、外表面に黒アルマイト処理がなされ、絶縁化と腐食の防止とが図られる。吐出ヘッド用カバー１３は、マグネシウムを含むアルミニウム系材料（例えばＡｌ−Ｍｇ系Ａ５０５２）で形成されてもよく、その材料は特に限定されない。吐出ヘッド用カバー１３の各部の厚さも特に限定されないが、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ程度の厚さが例示される。また、吐出ヘッド用カバー１３には、その内面にも絶縁処理がなされてもよいし、造形材料吐出ヘッド１１との隙間に、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。吐出ヘッド用カバー１３は、好ましくは、造形材料吐出ヘッド１１の外形と同様の形状で、造形材料吐出ヘッド１１を収容した際に大きな隙間が生じない程度の大きさに形成される。たとえば、吐出ヘッド用カバー１３の外径は、概して円筒状であってもよく、角筒状であってもよい。
【００７４】
吐出ヘッド用カバー１３において、造形材料Ａ１の供給側と反対側の端面は、加熱板１と当接される。従って、吐出ヘッド用カバー１３は、必ずしも加熱板１側に底板を有していなくてもよい。その場合、造形材料吐出ヘッド１１は、加熱板１の第２面２ｃ上に直接載置される。しかし、吐出ヘッド用カバー１３は、加熱板１側に底板を有していてもよく、その場合、その底板において造形材料吐出ヘッド１１の吐出口１１ａに対応する部分には開口（図示せず）が設けられる。また、前述したように、加熱板１が吐出ヘッド用カバー１３にボルトで取付けられる場合は、吐出ヘッド用カバー１３における加熱板１側の端面または底板にネジ穴が設けられる。さらに、図１には明示されていないが、吐出ヘッド用カバー１３には、造形材料吐出ヘッド１１の造形材料供給部５４および吐出ヘッド用リード線１２１が挿通される開口が形成されている。
【００７５】
つぎに、図１１を参照して、他の実施形態のヘッドモジュール１０に備えられる、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２（図８Ａ参照）の温度を制御する温度制御回路について説明する。吐出ヘッド用加熱ヘッド１２が図８Ａに示されるように発熱抵抗体１２ｂへの通電によって発熱する加熱ヘッドである場合、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２に印加される電力が制御される。他の実施形態のヘッドモジュール１０は、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２の温度制御を実行する温度制御部６１を備えている。たとえば、温度制御部６１は、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２に備えられた温度測定素子（温度測定用抵抗体１２ｅ、図８Ａ参照）で測定された温度に基づいて吐出ヘッド用加熱ヘッド１２の温度制御を実行する。また、温度制御部６１は、その温度制御を、加熱板１に備えられた発熱体３（図１Ａ参照）の近傍に設けられた温度測定素子（温度測定用抵抗体３４、３４ａ〜３４ｄ、図２Ａおよび４Ａ〜４Ｄ参照）で測定された温度に基づいて実行することができるように構成されていてもよい。
【００７６】
図１１に示されるように、ヘッドモジュール１０の温度制御回路は、測定用電源６２、温度制御部６１、および調整部６６を備えている。測定用電源６２は、温度測定素子６４ａ、６４ｂに接続されている。なお、二つの温度測定素子６４ａ、６４ｂの一方は、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２に備えられた温度測定用抵抗体１２ｅ（図８Ａ参照）を意味し、他方は、加熱板１の発熱体３（図１Ａ参照）の近傍に設けられた温度測定用抵抗体３４、３４ａ〜３４ｄ（図２Ａなど参照）を意味している。測定用電源６２から定電流が供給され、符号６８で示される切り換え手段によって選択された温度測定素子６４ａ、６４ｂのいずれかに印加される。そして、選択された温度測定素子６４ａ、６４ｂのいずれかの電圧（温度測定素子の端子間電圧または接地電位に対する電位）が温度制御部６１に入力される。なお、切り換え手段６８は、メカニカルスイッチや電磁リレーなどのハードウェアによるものであってもよく、所定の温度測定素子を選択するように構成され、温度制御部６１に組み込まれたソフトウェアなどであってもよい。また、測定用電源６２からは、温度測定素子６４ａ、６４ｂの両方に電流が流され、いずれか一方の電圧だけが選択されて温度制御部６１に入力されてもよい。なお、切り換え手段６８は、必ずしも設けられなくてもよく、事前に決定された温度測定用抵抗体（温度測定用抵抗体１２ｅ、３４、３４ａ〜３４ｄのいずれか）だけに測定電流が流され、その温度測定用抵抗体の電圧が温度制御部６１に入力されてもよい。
【００７７】
調整部６６は、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２の発熱抵抗体１２ｂと加熱用電源６７との間に接続されている。温度制御部６１は、前述したように、温度測定素子６４ａまたは温度測定素子６４ｂから入力される電圧値に基づいて、温度測定素子６４ａまたは温度測定素子６４ｂの周囲の温度を算出し、その算出した温度と目標温度との関係に応じて調整部６６の動作を制御する。調製部６６は、電池または商用電源により構成される加熱用電源６７からの供給電圧もしくは供給電流またはそれらの印加時間を調整し、発熱抵抗体１２ｂに印加される電力を調整する。調整部６６は、たとえば、トランスやスイッチング素子（図示せず）などによって発熱抵抗体１２ｂへの印加電力を調整する。調整部６６は、単に、温度制御部６１の出力に基づいて発熱抵抗体１２ｂへの電力の供給と遮断とを切り換える継電器であってもよい。なお、温度制御部６１は、単に二つの電圧の大小を比較するコンパレータなどであってもよく、内蔵プログラムに基づいて所定の動作を実行するマイコンなどであってもよい。温度制御部６１および調整部６６は、造形材料吐出ヘッド１１の内部に配置されていてもよく、各電源６２、６７と造形材料吐出ヘッド１１との間に配置されていてもよい。
【００７８】
温度制御部６１は、温度測定素子６４ａ、６４ｂの電圧に基づいて算出した温度が目標温度よりも高ければ、発熱抵抗体１２ｂに印加される電力が小さくなるように調整部６６を制御し、逆の場合は、発熱抵抗体１２ｂへの印加電力が大きくなるように調整部６６を制御する。このようにして、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２の温度が適切に制御される。加熱板１に備えられた温度測定素子（温度測定用抵抗体３４など）で測定された温度に基づいて吐出ヘッド用加熱ヘッド１２が制御されると、造形物Ａ（図１Ａ参照）の近傍の温度に基づいて吐出ヘッド用加熱ヘッド１２の温度が制御され得る。そのため、造形物Ａと、その上に吐出される融解状態の造形材料Ａ１との強固な接着力を得る点で、より適切に温度を制御できることがある。
【００７９】
なお、加熱板１に備えられる発熱体３の温度制御も、図１１に示されるような温度制御回路を用いて、同様に行われる。この発熱体３の温度制御は、好ましくは、発熱体３の近傍、または発熱体（加熱板用加熱ヘッド）３内に設けられた温度測定素子（温度測定用抵抗体３２など）で測定された温度に基づいて行われる。しかし、各実施形態の加熱板１において、必ずしも温度測定用抵抗体がなくてもよく発熱抵抗体があればよい。また、発熱抵抗体に温度測定を兼ねさせることもできる。また、図１Ａ、３Ａ、３Ｂおよび４Ａ〜４Ｄなどに示されるように、複数個の発熱体３が加熱板１に設けられる場合は、温度制御部６１および調整部６６は、好ましくは、各発熱抵抗体に印加される電力を独立して調整できるように構成される。そうすることで、複数個の発熱体３それぞれを独立して温度制御することができる。
【００８０】
図７Ａなどを参照して説明した造形材料吐出ヘッド１１の例は、吐出口１１ａが１個のシングル構造の吐出ヘッドの例である。しかし、一実施形態の加熱板１が装着される造形材料吐出ヘッドおよび他の実施形態のヘッドモジュール１０に備えられる造形材料吐出ヘッドは、複数の吐出ヘッドが一列に配列されたマルチヘッド構造を有していてもよく、一列に配列された複数の流路および吐出口を一つの吐出ヘッド内に備えるマルチノズルタイプの吐出ヘッドであってもよい。すなわち、一実施形態の加熱板１が装着される造形材料吐出ヘッドおよび他の実施形態のヘッドモジュール１０に備えられる造形材料吐出ヘッドは、ラインヘッドタイプの吐出ヘッドであってもよい。また、シングル構造またはラインヘッドタイプの吐出ヘッドを複数組み合わせたマルチシングルヘッドタイプまたはマルチラインヘッドタイプであってもよい。
【００８１】
例えば図１０Ｂに示されるような流路板５６を複数個幅方向に並べて一体化することによって、図１２Ａに示されるようなマルチノズルタイプ用の流路板５７を形成することができる。流路板５７の一面（たとえば図１２Ａにおける前面）に、流路板５７に適合する大きさの吐出ヘッド用加熱ヘッド１２（図８Ａ参照）が接合され、この一面の反対面（たとえば図１２Ａにおける背面）にも、同様に吐出ヘッド用加熱ヘッド１２が接合されることによって、流路板５７の両面において開口が閉塞される。そうすることで、吐出口１１ａと供給口５３に連通する複数の流路５１が得られる。
【００８２】
図１２Ｂには、ラインヘッドタイプの造形材料吐出ヘッドに装着され得る、一実施形態の加熱板の他の例である加熱板１ａが示されている。図１２Ｂに示されるように、加熱板１ａは、一列に配列された複数の開口２ａを有している。複数の開口２ａを囲むように複数の発熱体３が、加熱板１ａの第２面２ｃ上に配置されている。発熱体３は、簡略化して示されているが、図２Ａに示されるような加熱板用加熱ヘッド３０が搭載されていてもよく、図４Ａ〜４Ｄに示されるように発熱抵抗体３２ａ〜３２ｅが加熱板１に直接形成されていてもよい。なお、発熱体３は、必ずしも、複数の開口２ａの周囲全体にわたって設けられていなくてもよい。
【００８３】
複数の開口２ａには、ラインヘッドタイプの造形材料吐出ヘッドに装着されたときに、造形材料吐出ヘッドが備える吐出口１１ａ（図１２Ａ参照）を有する複数の先端部が挿入される。従って、複数の開口２ａは、造形材料吐出ヘッドが備える複数の吐出口１１ａの配置ピッチと略同じピッチで配列され、好ましくは、全ての開口２ａそれぞれに、吐出口１１ａを有する一つの先端部が挿入される。しかし、ラインヘッドタイプの造形材料吐出ヘッドに装着される加熱板１ａにおいて、開口２ａの数が、吐出口１１ａの数より少なくてもよい。すなわち、複数の吐出口１１ａが一つの開口２ａに露出し得るような、大きさおよび位置に個々の開口２ａが設けられていてもよい。たとえば、複数個並ぶ吐出口１１ａの配列方向における全体の長さよりも長い、長軸方向の長さを有する楕円または長方形の開口２ａが一つだけ設けられ、その一つの開口２ａに、吐出口１１ａを有する複数の先端部の全てが挿入されてもよい。
【００８４】
図１２Ｂの例では、加熱板１ａは、開口２ａの配列方向を長軸方向とする楕円形の平面形状を有している。従って、一列に並ぶ吐出口１１ａの近傍の造形物Ａ（図１Ａ参照）だけを効率良く加熱することができる。しかし、加熱板１ａの平面形状は、開口２ａの配列方向を長軸方向とする長方形であってもよく、任意の形状であり得る。加熱板１ａは、開口２ａの数、形状、および発熱体３の配置を除いて、図１Ａなどに示される加熱板１と略同様の構成を有し得る。従って、その材料などについての再度の説明は省略される。
【００８５】
なお、図１２Ａに示される流路板５７の例では、流路５１は複数個設けられているが、供給口５３は一つしか設けられていない。この構造では、供給口１３側から造形材料を挿入するだけでは特定の吐出口１１ａから吐出させることができないため、所望の吐出口１１ａから造形材料を吐出させる駆動機構が必要になる。このような駆動機構は、前述した特許文献１に記載されているバイメタル方式などを用いて実現することができる。その詳細については省略するが、図１２Ａに二点鎖線で示される駆動用発熱抵抗体５８を有する駆動用加熱板５９が、吐出ヘッド用加熱ヘッド１２の代わりに流路板５７の他面側に接合される。そして、所望の流路５１に面する駆動用発熱抵抗体５８に対して通電が行われ、通電された駆動用発熱抵抗体５８の発熱に伴う熱膨張によって、その所望の流路５１内の造形材料が吐出される。なお、複数の供給口５３を複数の流路５１ごとに設け、流路５１ごとに造形材料を供給口５３から供給できるようにしてもよい。
【００８６】
マルチノズルの造形材料吐出ヘッドは、流路板５７を用いる構造に限らず、図７Ａなどに示される金属ブロック５０を、吐出方向と直交する任意の方向に延伸し、その方向に沿って、流路５１用の貫通孔を複数個並べて開けることによって形成することもできる。また、単に、図７Ａ、８Ａまたは１０Ａに示される造形材料吐出ヘッド１１が複数個並べられた構造を一体的に形成することによってマルチヘッド構造の吐出ヘッドを構成することもできる。
【００８７】
また、図７Ａなどに示される造形材料吐出ヘッド１１などのシングル構造の吐出ヘッドを複数個、１枚の加熱板１上に離間して配置してマルチシングルヘッドタイプのヘッドモジュールとすることもできる。図１２Ｃの例では、加熱板１の本体２の中央部に三角形状（多角形状）に３個（複数個）の開口２ａが並べて設けられ、これら開口２ａのそれぞれには造形材料吐出ヘッド１１が、吐出口１１ａを有する先端部を挿通して装着される。また、本体２の第２面２ｃの開口２ａの周囲には３つ（複数個）の加熱板用加熱ヘッド３０が搭載されている。このように、複数の造形材料吐出ヘッド１１を１枚の加熱板１に装着する場合、開口２ａによって各造形材料吐出ヘッド１１の取り付けの位置決めを容易に行うことができる。
【００８８】
図１２Ｄ（ａ）、（ｂ）には、複数の吐出口１１１ａがライン状に設けられたラインヘッドタイプの造形材料吐出ヘッドが複数（４列）組み合わされたマルチラインヘッドタイプの造形材料吐出ヘッド１１１の長手両側に平面形状が矩形状の加熱板２２２が配置された３Ｄプリンタ用ヘッドモジュールの例が示されている。加熱板２２２は、加熱面２ｂを構成する平面視矩形状の加熱板部２２２ａと該加熱板部２２２ａの一端から上方へ延設された取付け板部２２２ｂとを有し、断面視略Ｌ字形状を有する。取付け板部２２２ｂは、造形材料吐出ヘッド１１１の図示しないカバー（ケース）の長手両側面に取り付けられている。加熱板部２２２ａの加熱面２ｂ（下面）は、取付板部２２２ｂとの連結部から離れるにしたがって上方へ向かうテーパー状とされ、最下部（上記連結部の下面）が吐出口１１１ａの位置よりも上方に位置するもしくは同じ高さに配置されている。また、加熱板部２２２ａの反対面２ｃ（上面）には、その長手方向（複数の吐出口１１１ａが並ぶ方向）に沿って１つまたは複数の加熱板用加熱ヘッド３０が搭載されている。ここでは、造形材料吐出ヘッド１１１の長手両側に加熱板２２２を取り付けた例を示したが、加熱板２２２は、造形材料吐出ヘッド１１１の長手両側のうち一方側に設けるようにしてもよい。なお、造形材料吐出ヘッド１１１用の加熱ヘッドは図示を省略している。
【００８９】
各実施形態の加熱板およびヘッドモジュールにおいて、図３Ｄ、４Ｃ、４Ｄに示したように、発熱体３である加熱板用加熱ヘッド３０または発熱抵抗体３２を開口２ａから離れる方向に複数設ける場合には、加熱板１の本体２の開口２ａの近傍とその周囲とで異なる温度に制御できるように、これら発熱体それぞれを独立して温度制御できるようにするのが好ましい。
【符号の説明】
【００９０】
１、１ａ  ３Ｄプリンタ用加熱板（３Ｄプリンタ用加熱装置）
１０      ３Ｄプリンタ用ヘッドモジュール
１１    造形材料吐出ヘッド
１１ａ  吐出口
１２    吐出ヘッド用加熱ヘッド
１２２  カバー部材
１２ｂ  発熱抵抗体
１２ｅ  温度測定用抵抗体
１３    吐出ヘッド用カバー
２      本体
２ａ    開口
２ｂ    加熱面
２ｂ１  熱放射層
２ｃ    反対面（第２面）
３      発熱体
３０    加熱板用加熱ヘッド
３２、３２ａ〜３２ｅ  発熱抵抗体
３４、３４ａ〜３４ｄ  温度測定用抵抗体
３ａ    発熱体用リード線
４      断熱カバー
５      流路構造体
５１    流路
５６    流路板
６１    温度制御部
６４ａ、６４ｂ    温度測定素子
６７    加熱用電源
６８    切り換え手段
Ａ      造形物
Ａ１    造形材料
【図１Ａ】
2019064090.tif 000003
【図１Ｂ】
2019064090.tif 000004
【図２Ａ】
2019064090.tif 000005
【図２Ｂ】
2019064090.tif 000006
【図３Ａ】
2019064090.tif 000007
【図３Ｂ】
2019064090.tif 000008
【図３Ｃ】
2019064090.tif 000009
【図３Ｄ】
2019064090.tif 000010
【図４Ａ】
2019064090.tif 000011
【図４Ｂ】
2019064090.tif 000012
【図４Ｃ】
2019064090.tif 000013
【図４Ｄ】
2019064090.tif 000014
【図５Ａ】
2019064090.tif 000015
【図５Ｂ】
2019064090.tif 000016
【図６Ａ】
2019064090.tif 000017
【図６Ｂ】
2019064090.tif 000018
【図７Ａ】
2019064090.tif 000019
【図７Ｂ】
2019064090.tif 000020
【図７Ｃ】
2019064090.tif 000021
【図８Ａ】
2019064090.tif 000022
【図８Ｂ】
2019064090.tif 000023
【図９Ａ】
2019064090.tif 000024
【図９Ｂ】
2019064090.tif 000025
【図９Ｃ】
2019064090.tif 000026
【図１０Ａ】
2019064090.tif 000027
【図１０Ｂ】
2019064090.tif 000028
【図１１】
2019064090.tif 000029
【図１２Ａ】
2019064090.tif 000030
【図１２Ｂ】
2019064090.tif 000031
【図１２Ｃ】
2019064090.tif 000032
【図１２Ｄ】
2019064090.tif 000033