(57)【要約】【課題】三次元造形装置の小型化や三次元造形物の造形精度の向上を実現できる技術を提供する。【解決手段】三次元造形装置は、駆動モーターと、スクロール溝が形成されたスクロール溝形成面を有し、駆動モーターにより回転するフラットスクリューと、スクロール溝形成面に対面し、中心に連通孔が形成されヒーターを有するスクリュー対面部と、を有し、フラットスクリューの回転とヒーターによる加熱によりフラットスクリューとスクリュー対面部との間に供給された材料を可塑化して溶融材料に転化させる可塑化部と、連通孔から供給された溶融材料を射出するノズルと、を備える。【選択図】図１
2019018491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性の材料を用いて三次元造形物を製造する三次元造形装置であって、
駆動モーターと、
スクロール溝が形成されたスクロール溝形成面を有し、前記駆動モーターにより回転するフラットスクリューと、前記スクロール溝形成面に対面し、中心に連通孔が形成されヒーターを有するスクリュー対面部と、を有し、前記フラットスクリューの回転と前記ヒーターによる加熱により前記フラットスクリューと前記スクリュー対面部との間に供給された前記材料を可塑化して溶融材料に転化させる可塑化部と、
前記連通孔から供給された前記溶融材料を射出するノズルと、
を備える三次元造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元造形装置であって、
前記スクロール溝の深さが、前記フラットスクリューの外周側に向かうほど深い、三次元造形装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の三次元造形装置であって、
前記材料を前記フラットスクリューと前記スクリュー対面部との間に受け入れるための材料流入口が、前記フラットスクリューの側面に複数形成されている、三次元造形装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記フラットスクリューは、前記連通孔に向けて突出する滞留阻止部を中心に有する、三次元造形装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記スクロール溝は、径方向内側に位置する内側壁と、径方向外側に位置する外側壁と、底壁とにより画定されており、
前記スクロール溝は、前記材料を前記外側壁に向かって誘導する誘い溝部を含む、三次元造形装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記スクロール溝の底壁に凹部が形成された、三次元造形装置。
【請求項７】
熱可塑性の材料を用いて三次元造形物を製造する三次元造形方法であって、
フラットスクリューの回転とヒーターによる加熱により前記材料を可塑化して溶融材料に転化させる工程と、
ノズルを用いて前記溶融材料を射出して前記三次元造形物を形成する工程と、
を備える三次元造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形装置及び三次元造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、溶融樹脂を用いた押出堆積積層造形装置が記載されている。この装置は、ワイヤー状の熱可塑性材料を予熱器で溶融し、溶融した材料を長尺スクリューの回転を用いて押出ノズルから押し出すことによって三次元物体を製造する。また、押し出しによって製造される三次元物体は隙間が多く充填度が低いので、硬化した材料に溶剤を供給して硬化した材料を溶解させることによって、三次元物体の隙間を減少させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９２７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、長尺スクリュー状の回転を用いて溶融した材料を押し出しているので、装置全体の高さがかなり大きくなってしまい、小型化ができないという問題があった。また、ノズルから押し出した材料は隙間が多いので造形精度が低く、造形精度を高めるためには溶剤を用いる必要があるという問題があった。このように、三次元造形技術に関しては、装置の小型化や、三次元造形物の造形精度の向上が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、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、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の第一の形態によれば、熱可塑性の材料を用いて三次元造形物を製造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、駆動モーターと；スクロール溝が形成されたスクロール溝形成面を有し、前記駆動モーターにより回転するフラットスクリューと、前記スクロール溝形成面に対面し、中心に連通孔が形成され内部にヒーターを有するスクリュー対面部と、を有し、前記フラットスクリューの回転と前記ヒーターによる加熱により前記スクロール溝形成面と前記スクリュー対面部との間に供給された前記材料を可塑化して溶融材料に転化させる可塑化部と；前記連通孔から供給された前記溶融材料を射出するノズルと；を備える。この形態の三次元造形装置によれば、フラットスクリューを有する可塑化部で材料の可塑化を行うので、装置の高さを小さくすることができ、装置全体を小型化することが可能である。
【０００７】
（２）上記形態の三次元造形装置において、前記スクロール溝の深さは、前記フラットスクリューの外周側に向かうほど深くなってもよい。このような形態であれば、材料の可塑化中にガスが発生したとしても、そのガスを効率的に外部に排出することができる。
【０００８】
（３）上記形態の三次元造形装置において、前記材料を前記フラットスクリューと前記スクリュー対面部との間に受け入れるための材料流入口が、前記フラットスクリューの側面に複数形成されていてもよい。このような形態であれば、材料を効率よく可塑化部に受け入れることができる。
【０００９】
（４）上記形態の三次元造形装置において、前記フラットスクリューは、前記連通孔に向けて突出する滞留阻止部を中心に有してもよい。このような形態であれば、溶融材料がスクロール溝の内側の端部にて滞留することが抑制され、溶融材料を連通孔に円滑に送出することができる。
【００１０】
（５）上記形態の三次元造形装置において、前記スクロール溝は、径方向内側に位置する内側壁と、径方向外側に位置する外側壁と、底壁とにより画定されており、前記スクロール溝は、前記材料を前記外側壁に向かって誘導する誘い溝部を含んでもよい。このような形態であれば、材料が外側壁へと誘導されるので、外側壁によって材料を効率よく混練することができる。
【００１１】
（６）上記形態の三次元造形装置において、前記スクロール溝の底壁に凹部が形成されてもよい。このような形態であれば、材料の可塑化に伴ってガスが生じた場合に、凹部を通じてそのガスを効率的に外部に排出することができる。
【００１２】
（７）本発明の第二の形態によれば、熱可塑性の材料を用いて三次元造形物を製造する三次元造形方法が提供される。この三次元造形方法は、フラットスクリューの回転とヒーターによる加熱により前記材料を可塑化して溶融材料に転化させる工程と；ノズルを用いて前記溶融材料を射出して前記三次元造形物を形成する工程と；を備える。この形態の三次元造形方法によれば、フラットスクリューを有する可塑化部で材料の可塑化を行うので、小型の装置を用いて三次元造形物を製造することが可能である。
【００１３】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、三次元造形装置や三次元造形方法の機能を実現するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムが記録された一時的でない有形な記録媒体等の形態で実現することができる。
【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の概念図である。
【図２】フラットスクリューの斜視図である。
【図３】スクリュー対面部の平面図である。
【図４】三次元造形物とノズル先端との位置関係を示す説明図である。
【図５】ノズル孔の一例を示す説明図である。
【図６】ノズル孔の形状及びノズル孔径と面粗さとの関係を示す図である。
【図７】ノズル孔の他の例を示す説明図である。
【図８】ノズル孔の更に他の例を示す説明図である。
【図９】ノズル孔の更に他の例を示す説明図である。
【図１０】第２実施形態におけるフラットスクリューの斜視図である。
【図１１】第３実施形態におけるフラットスクリューの斜視図である。
【図１２】第３実施形態におけるフラットスクリューの他の形態を示す図である。
【図１３】第４実施形態におけるフラットスクリューの斜視図である。
【図１４】第４実施形態におけるフラットスクリューの他の形態を示す図である。
【図１５】第５実施形態におけるフラットスクリューの斜視図である。
【図１６】第５実施形態におけるフラットスクリューの他の形態を示す図である。
【図１７】第６実施形態における三次元造形装置の概念図である。
【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１の概念図である。この三次元造形装置１は、射出ユニット１００と、移動機構２００と、制御部３００とを備える。図１には、互いに垂直な３つの方向Ｘ，Ｙ，Ｚが示されている。Ｘ方向とＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。他の図においても必要に応じてこれらの方向を図示している。
【００１６】
射出ユニット１００は、駆動モーター３０と、可塑化部９０と、ノズル６０とを有する。可塑化部９０は、フラットスクリュー４０とスクリュー対面部５０とを有する。フラットスクリュー４０は、スクリューケース１０内に収納されており、駆動モーター３０により回転する。スクリュー対面部５０は、スクロール溝形成面４８に対面しており、中心に連通孔５６が形成されている。スクリュー対面部５０は、内部にヒーター５８を有する。可塑化部９０は、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８による加熱によりフラットスクリュー４０とスクリュー対面部５０との間に供給された材料を可塑化して溶融材料に転化させる。溶融材料は、連通孔５６からノズル６０に供給される。ノズル６０は、連通孔５６から供給された溶融材料を射出する。ノズル６０の先端部は、ノズル孔径Ｄｎを有する。「可塑化」とは、材料に熱が加わり溶融することを意味する。なお、射出ユニット１００のことを、狭義の三次元造形装置と捉えることも可能である。
【００１７】
可塑化部９０には、連通路２２を介して、ホッパー２０から材料が供給される。ホッパー２０には、熱可塑性の材料が投入される。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。また、材料の形状としては、ペレットや粉末等の固体材料を使用可能である。また、熱可塑性の材料とは、熱可塑性の材料とその他の成分を含む組成物であってもよい。
【００１８】
移動機構２００は、テーブル２１０上に載置された造形台２２０を、Ｘ方向とＹ方向とＺ方向の３軸方向に移動させることが可能な３軸ポジショナーである。移動機構２００は、ノズル６０と造形台２２０との相対的な位置関係を変更する機能を有する。移動機構２００を用いてノズル６０と造形台２２０との相対的な位置関係を変更することにより、任意の形状の三次元造形物を製造できる。本実施形態では、移動機構２００は、造形台２２０を三次元的に移動させているが、移動機構２００としては、ノズル６０（すなわち射出ユニット１００）を三次元的に移動させる機構を採用してもよい。或いは、ノズル６０（すなわち射出ユニット１００）と造形台２２０の一方を１軸又は２軸方向に移動させ、他方を残りの軸方向に移動させる移動機構を採用してもよい。
【００１９】
制御部３００は、射出ユニット１００の駆動モーター３０およびヒーター５８と、移動機構２００の制御を実行する。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で実現可能である。制御部３００内の不揮発性メモリーには、三次元造形装置１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、このコンピュータープログラムを実行することにより、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８による加熱により材料を可塑化して溶融材料に転化させる工程と、ノズル６０を用いて溶融材料を射出して三次元造形物を形成する工程と、を含む三次元造形方法を実現する。
【００２０】
図２は、フラットスクリュー４０の斜視図である。フラットスクリュー４０は、軸線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る。フラットスクリュー４０は、スクリュー対面部５０（図１）に対向する面に、複数のスクロール溝４２を有する。スクロール溝４２が形成されている面を、「スクロール溝形成面４８」と呼ぶ。スクロール溝４２は、スクロール溝形成面４８の中央部４６に向かって、フラットスクリュー４０の外周から渦巻状又は螺旋状に形成されている。スクロール溝４２の深さは、フラットスクリュー４０の外周側に向かうほど深くなっている。ただし、スクロール溝４２の一部（例えば、中央部４６付近の部分）の深さは一定であってもよい。フラットスクリュー４０の側面４３には、フラットスクリュー４０とスクリュー対面部５０との間に材料を受け入れるための材料流入口４４が複数形成されている。材料流入口４４は、スクロール溝４２に連続している。材料流入口４４には、ホッパー２０から連通路２２を介して材料が供給される。
【００２１】
スクロール溝４２は、径方向内側に位置する内側壁４２１と、径方向外側に位置する外側壁４２２と、底壁４２３とにより画定されている。内側壁４２１および外側壁４２２は、例えば、フラットスクリュー４０の回転中心と同心の円を基準とするインボリュート曲線に基づいてそれぞれの形状が設定されている。スクロール溝４２内に供給された材料は、フラットスクリュー４０が回転することにより、外側壁４２２側から内側壁４２１側に向かって誘導される。また、フラットスクリュー４０が回転すると、材料は、スクロール溝４２とスクリュー対面部５０との間において混練されるとともにヒーター５８によって加熱されることにより可塑化され、溶融材料に転化される。
【００２２】
図３は、スクリュー対面部５０の平面図である。スクリュー対面部５０は、フラットスクリュー４０のスクロール溝形成面４８に対向するスクリュー対向面５２を有する。スクリュー対向面５２には、渦巻状又は螺旋状に形成された複数の案内溝５４が形成されている。スクリュー対向面５２の中心には、溶融材料をノズル６０に供給するための連通孔５６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。図１に示したように、スクリュー対面部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。
【００２３】
溶融材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル６０から射出される。例えば、ＡＢＳ樹脂は、ガラス転移点が約１２０℃であり、ノズル６０からの射出時には約２００℃となる。このように高温の状態で溶融材料を射出するために、ノズル６０の周囲にヒーターを設けるようにしてもよい。
【００２４】
図４は、三次元造形物とノズル先端との位置関係を示す説明図である。造形台２２０の上には、製造中の三次元造形物ＯＢが載置されている。ノズル６０の先端と、三次元造形物ＯＢの上面ＯＢｔとの間には、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、ノズル６０の直下の位置の近傍においてノズル６０から射出された溶融材料が着地する予定部位を意味する。ギャップＧの大きさは、例えば、ノズル６０のノズル孔の孔径Ｄｎ（図１）の１．１倍以上１．５倍以下とすることが好ましく、１．１倍以上１．３倍以下とすることが特に好ましい。こうれば、ノズル６０の先端から射出される溶融材料が、製造中の三次元造形物ＯＢの上面ＯＢｔに押しつけられない自由な状態で三次元造形物ＯＢの上面ＯＢｔに堆積される。この結果、ノズル６０から射出された溶融材料の横断面形状を維持したままで堆積を行うことができるので、三次元造形物ＯＢの面粗さを低減することが可能である。また、高温の状態で溶融材料を射出するためにノズル６０の周囲にヒーターを設けた場合には、ノズル６０によって溶融材料を三次元造形物ＯＢの上面ＯＢｔに押しつけた状態で堆積を実行すると、堆積した材料をノズル６０によって加熱し続けることになるので、材料を過熱させてしまい、変色、劣化等の問題を引き起こす可能性がある。一方、ノズル６０の先端と三次元造形物ＯＢの上面ＯＢｔとの間にギャップＧを形成するようにすれば、このような材料の過熱を防止できるという利点もある。また、ギャップＧがノズル孔の孔径Ｄｎ（図１）の１．５倍よりも大きいと、溶融材料が着地する予定部位に対する精度や、製造中の三次元造形物ＯＢの上面ＯＢｔに対する密着性が低くなってしまう等の問題を引き起こす可能性がある。
【００２５】
また、本実施形態の射出ユニット１００は、フラットスクリュー４０を用いて材料を可塑化して溶融状態に変化させ、その溶融材料をノズル６０から射出して三次元造形物を製造するので、多様な材質及び形状の材料を用いて三次元造形物を製造可能である。この点は、通常のＦＤＭ方式（熱融解積層方式）の３Ｄプリンターが、材料のフィラメントを必要とするのに対して大きな利点である。
【００２６】
図５は、ノズル孔の一例を示す説明図である。このノズル６０ａのノズル孔６２ａは、その横断面が略四角形形状を有している。正確に言えば、このノズル孔６２ａの横断面は正方形であり、その４つの角部がＲ０．１でＲ面取りされている。このようなノズル６０ａを使用すれば、ノズル孔６２ａから射出される溶融材料の横断面が、円形よりも正方形に近い形状となる。この結果、堆積される線状の溶融材料同士の隙間を小さくすることができる。なお、ノズル孔６２ａの横断面の形状は、四角形以外の多角形（例えば六角形）に近い形状としてもよい。
【００２７】
図５の説明において、ノズル６０ａ及びノズル孔６２ａの符号の末尾に付された小文字の「ａ」は、具体的な形状例であることを示すために付された追加的な符号である。このような追加的な符号が不要な場合には、「ａ」を省略して説明する。後述する他の例における符号「ｂ」「ｃ」等も同様である。
【００２８】
図６は、ノズル孔６２の形状及びノズル孔径と面粗さとの関係を示す図である。ここでは、ノズル６０として、ノズル孔６２の横断面形状が円形のもの（ノズル番号＃１，＃２）と、四角形のもの（ノズル番号＃３）を使用した。なお、ノズル番号＃３のノズルは、前述した図６に示したノズル６０ａである。ノズル孔６２の孔径は、ノズル番号＃１，＃２ではφ１ｍｍ及びφ０．３ｍｍであり、ノズル番号＃３では一辺１ｍｍである。これらの３種類のノズル６０をそれぞれ用いて３種類の三次元造形物を製造し、その面粗さＲｚを測定した。面粗さＲｚは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３で規定されている「最大高さＲｚ」である。
【００２９】
本明細書において、「ノズル孔６２の孔径」は、ノズル孔６２の横断面が円形である場合にはその直径を意味する。また、ノズル孔６２の横断面が正方形である場合にはその一辺の長さを意味する。更に、ノズル孔６２の横断面が四角形である場合には、その長辺の長さを意味する。
【００３０】
ノズル孔６２の横断面が円形であるノズル番号＃１，＃２のノズル６０を用いた場合には、面粗さＲｚは、ノズル孔６２の孔径の約半分であった。これは、横断面が円形であるノズル孔６２からは、断面略円形の線状の溶融材料が射出されるので、その線状の材料が堆積するとその直径の半分が三次元造形物の面粗さ（最大高さＲｚ）になるからであると推測される。一方、ノズル孔６２の横断面が四角形（正確には正方形）であるノズル番号＃３のノズル６０を用いた場合には、面粗さＲｚはノズル孔６２の孔径（一辺１ｍｍ）の半分よりも大幅に小さかった。この理由は、横断面が四角形であるノズル孔６２からは、断面略四角形の線状の溶融材料が射出されるので、その線状の材料が堆積すると略四角形の角同士の小さな隙間が三次元造形物の面粗さ（最大高さＲｚ）になるからであると推測される。この結果から考えると、ノズル６０のノズル孔６２の横断面としては、円形よりも四角形に近いものとすることが好ましい。
【００３１】
図７は、ノズル孔６２の他の例を示す説明図である。このノズル６０ｂのノズル孔６２ｂは、糸巻き状に歪んだ横断面形状を有している。すなわち、ノズル孔６２ｂの横断面は、その４つの辺が、角部から中央に向けて凹状に湾曲した形状を有している。このノズル孔６２ｄの横断面の形状も、略四角形の一種である。このようなノズル６０ｂを使用すれば、ノズル孔６２ｂから射出される溶融材料の横断面を、図５のノズル６０ａよりも更に四角形又は正方形に近い形状とすることができる。この結果、堆積される線状の溶融材料同士の隙間を更に小さくすることができるという利点がある。
【００３２】
上述した図５及び図７の例から理解できるように、ノズル孔６２の横断面形状は、ノズル孔６２から射出される溶融材料の横断面が円形よりも多角形（特に四角形）に近い形状となるように形成されていることが好ましい。こうよれば、ノズル孔６２から射出される溶融材料の横断面が円形よりも多角形に近い形状となるので、堆積される線状の溶融材料同士の隙間を小さくすることができる。この結果、三次元造形物の面粗さが小さくなるので、造形精度を向上させることが可能である。
【００３３】
図８は、ノズル孔６２の更に他の例を示す説明図である。このノズル６０ｃは、４つのノズル孔６２ｃが行列状に配列されている。また、各ノズル孔６２ｃの横断面は、略四角形形状を有する。この例のように、複数のノズル孔６２ｃを設けるようにすれば、ノズル６０ｃから射出される溶融材料の形状を、複数のノズル孔６２ｃの配列によって調整できる。従って、面粗さの低減や、三次元造形物の意匠の向上などを実現可能である。なお、複数のノズル孔６２ｃの配列としては、行列状以外の他の配列を採用することも可能である。但し、複数のノズル孔６２ｃを行列状に配列すれば、ノズル６０ｃから射出される溶融材料全体の横断面形状を四角形に近い形状とすることができるので、面粗さを更に低減できるという利点がある。
【００３４】
図９は、ノズル孔６２の更に他の例を示す説明図である。このノズル６０ｄは、５つのノズル孔６２ｄがサイコロの「５」の目の位置に配列されている。このようなノズル孔６２ｄの配列を採用すれば、ノズル６０ｄから射出される溶融材料の形状を、意図的に凹凸のある独特な形状とすることができる。従って、三次元造形物の表面における意匠性を高めることが可能である。
【００３５】
なお、図５、図７〜図９に示したノズル孔６２の横断面形状や配列は例示であり、これら以外の種々の横断面形状や配列を採用することが可能である。
【００３６】
以上のように、本実施形態の三次元造形装置１によれば、フラットスクリュー４０を有する可塑化部９０で材料の可塑化を行うので、装置の高さを小さくすることができ、装置全体を小型化することが可能である。また、ノズル６０のノズル孔６２の形状、数、及び配列を工夫することによって、三次元造形物の造形精度や意匠性を向上させることが可能である。
【００３７】
また、本実施形態の三次元造形装置１では、スクロール溝４２の深さが、フラットスクリュー４０の外周側に向かうほど深くなるように設定されているので、材料の可塑化中にガスが発生したとしても、そのガスを効率的に外部に排出することができる。この結果、溶融材料にガスが混入することを抑制することができ、三次元造形物の造形精度を向上させることができる。また、スクロール溝４２の深さが、フラットスクリュー４０の外周側に向かうほど深くなるように設定されているので、フラットスクリュー４０の中心に向けて材料を円滑に圧送することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、フラットスクリュー４０の側面４３に、複数の材料流入口４４が設けられているので、材料を効率よく可塑化部９０内に受け入れることができる。
【００３９】
Ｂ．第２実施形態：
図１０は、第２実施形態におけるフラットスクリュー４０Ａの斜視図である。第２実施形態におけるフラットスクリュー４０Ａは、スクリュー対面部５０に設けられた連通孔５６に向けて突出する滞留阻止部４９を備えている。滞留阻止部４９は、略円錐状の形状を有しており、フラットスクリュー４０Ａのスクロール溝形成面４８における回転中心に設けられている。滞留阻止部４９の先端は、スクリュー対面部５０の連通孔５６の開口端よりも連通孔５６の内部に配置される。
【００４０】
このような構成のフラットスクリュー４０Ａによれば、溶融材料がスクロール溝４２の内側の端部において滞留することが抑制されるので、溶融材料をスクリュー対面部５０の連通孔５６に円滑に送出することができる。この結果、フラットスクリュー４０の中央部４６付近において溶融材料が過熱されることにより、材料に変色や劣化等が生じることを抑制することができる。
【００４１】
Ｃ．第３実施形態：
図１１は、第３実施形態におけるフラットスクリュー４０Ｂの斜視図である。第３実施形態におけるフラットスクリュー４０Ｂは、スクロール溝４２を２つ備えている。そして、各スクロール溝４２は、材料を外側壁４２２に向かって誘導する誘い溝部４２４を含んでいる。誘い溝部４２４は、スクロール溝４２の材料流入口４４が設けられている部分に備えられている。誘い溝部４２４における底壁４２３は、スクロール溝形成面４８とのなす角が、スクロール溝４２の他の部分よりも相対的に大きくなっている（例えば６０度程度）。つまり、スクロール溝４２の底壁４２３は、誘い溝部４２４が存在する部分において他の部分よりも一層傾斜している。
【００４２】
誘い溝部４２４は、スクロール溝４２の外周部分において、内側壁４２１から外側壁４２２まで、円弧を描くように延在している。そして、誘い溝部４２４は、内側壁４２１側から外側壁４２２側に向かうにつれ、その径方向に沿った幅が細く収束する。細く収束した終端では、誘い溝部４２４は、スクロール溝４２の他の部分と合流し、その深さが、他のスクロール溝４２の部分と同等になる。誘い溝部４２４の底面は、フラットスクリュー４０の回転中心を軸とする円錐面の一部を構成する。
【００４３】
このような形状のフラットスクリュー４０Ｂによれば、フラットスクリュー４０Ｂの材料流入口４４に供給された材料は、誘い溝部４２４に当たって、外側壁４２２側へと誘導される。そのため、外側壁４２２によって効率よく材料を混錬することができる。なお、誘い溝部４２４は、複数のスクロール溝４２のうちの一部にのみ設けられていてもよい。
【００４４】
図１２は、第３実施形態におけるフラットスクリューの他の形態を示す図である。図１２に示したフラットスクリュー４０Ｃは、第３実施形態のフラットスクリュー４０Ｂに対して、図１０（第２実施形態）に示した滞留阻止部４９を設けた構成を有している。このような形態のフラットスクリュー４０Ｃによれば、誘い溝部４２４によって外側壁４２２によって効率よく材料を混練することができ、また、滞留阻止部４９によって、溶融材料をスクリュー対面部５０の連通孔５６に円滑に送出することができる。なお、本実施形態における誘い溝部４２４は、本実施形態に限らず、第１実施形態、第２実施形態、および、後述する第４〜６実施形態の全ての実施形態に適用可能である。
【００４５】
Ｄ．第４実施形態：
図１３は、第４実施形態におけるフラットスクリュー４０Ｄの斜視図である。上述した各実施形態におけるフラットスクリュー４０が、複数のスクロール溝４２を備えているのに対して、第４実施形態におけるフラットスクリュー４０Ｄは、スクロール溝４２を１つのみ備えている。そのため、材料流入口４４も、１つのみ設けられている。このような構成であっても、第１実施形態と同様に、三次元造形装置１の高さを小さくすることができ、装置全体を小型化することが可能である。なお、スクロール溝４２は、１〜３本に限らず、４本以上形成されていてもよい。
【００４６】
図１４は、第４実施形態におけるフラットスクリューの他の形態を示す図である。図１４に示したフラットスクリュー４０Ｅは、第４実施形態のフラットスクリュー４０Ｄに対して、図１０（第２実施形態）に示した滞留阻止部４９を設けた構成となっている。このように、滞留阻止部４９は、スクロール溝４２の数にかかわらず、種々の形態のフラットスクリューに適用可能である。
【００４７】
Ｅ．第５実施形態：
図１５は、第５実施形態におけるフラットスクリュー４０Ｆの斜視図である。本実施形態におけるフラットスクリュー４０Ｆは、各スクロール溝４２の底壁４２３に、凹部４２５が形成されている。凹部４２５は、フラットスクリュー４０Ｆの最外周から、スクロール溝４２の内側の端部に向かって、スクロール溝４２の幅方向の中央部に、スクロール溝４２の延在方向に沿うように設けられている。
【００４８】
本実施形態では、スクロール溝４２に凹部４２５が設けられているので、材料の可塑化中に、材料からガスが発生したとしても、そのガスを凹部４２５に沿って効率的に外部に排出することができる。なお、凹部４２５の幅は、ホッパー２０に投入される材料の径よりも小さいことが好ましい。凹部４２５の幅が、材料の径よりも小さければ、材料によって凹部４２５が閉塞されてしまうことを抑制できる。また、凹部４２５は、複数のスクロール溝４２のうちの一部のスクロール溝４２に形成されていてもよい。
【００４９】
図１６は、第５実施形態におけるフラットスクリューの他の形態を示す図である。図１６に示したフラットスクリュー４０Ｇは、第５実施形態のフラットスクリュー４０Ｆに対して、図１０（第２実施形態）に示した滞留阻止部４９を設けた構成となっている。このような形態のフラットスクリュー４０Ｇによれば、溶融材料にガスが混入することを抑制できるとともに、滞留阻止部４９によって、溶融材料をスクリュー対面部５０の連通孔５６に円滑に送出することができる。
【００５０】
なお、第５実施形態のフラットスクリュー４０Ｆ，４０Ｇに対して、図１２（第３実施形態）に示した誘い溝部４２４を設ける場合、誘い溝部４２４には凹部４２５を設けなくてもよい。誘い溝部４２４は傾斜が大きく、ガスが抜けやすいからである。ただし、誘い溝部４２４に凹部４２５を設けてももちろん構わない。
【００５１】
Ｆ．第６実施形態：
図１７は、第６実施形態における三次元造形装置１Ａの概念図である。この三次元造形装置１Ａは、２つの射出ユニット１００ａ，１００ｂを有する点で図１に示した実施形態と異なっており、他の構成は図１と同じである。なお、各射出ユニット１００ａ，１００ｂの構成は、図１に示した射出ユニット１００と同一なので説明を省略する。
【００５２】
この三次元造形装置１Ａは、２つの射出ユニット１００ａ，１００ｂを有しているので、２種類の異なる材料を用いて三次元造形物を製造することが可能である。２種類の材料の組み合わせとしては、例えば以下のいずれかを採用可能である。
（１）異なる色を有する材料
異なる色を有する材料を用いれば、２色の異なる色を有する三次元造形物を製造できる。
（２）サポート材用の材料と造形用の材料
サポート材とは、三次元造形物の形状を保持するための部材であり、造形の終了後に除去される部材である。まず、２つの射出ユニット１００ａ，１００ｂの一方からサポート材を射出してサポート材を製造し、そのサポート材を利用して三次元造形物を製造すれば、より複雑で多様な三次元造形物を製造できる。
（３）異なる材質の材料
例えば、２種類の異なる材質の材料を用いれば、三次元造形物の用途に応じて、適切な材質の材料で三次元造形物を製造できる。
【００５３】
なお、射出ユニット１００の数は、２に限らず、３つ以上の射出ユニット１００を設けるようにしてもよい。
【００５４】
本発明は、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】
【００５５】
１，１Ａ…三次元造形装置、１０…スクリューケース、２０…ホッパー、２２…連通路、３０…駆動モーター、４０，４０Ａ〜４０Ｇ…フラットスクリュー、４２…スクロール溝、４３…側面、４４…材料流入口、４６…中央部、４８…スクロール溝形成面、４９…滞留阻止部、５０…スクリュー対面部、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０，６０ａ〜６０ｄ…ノズル、６２ａ〜６２ｄ…ノズル孔、９０…可塑化部、１００，１００ａ，１００ｂ…射出ユニット、２００…移動機構、２１０…テーブル、２２０…造形台、３００…制御部、４２１…内側壁、４２２…外側壁、４２３…底壁、４２４…誘い溝部、４２５…凹部、Ｄｎ…ノズル孔径、Ｇ…ギャップ、ＯＢ…三次元造形物、ＯＢｔ…上面
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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