(57)【要約】【課題】熱エネルギー効率性が良好で、かつ小型化が可能な造形装置、及び造形方法を提供する。【解決手段】造形装置１は、可撓性を有する造形材料１０をステージ２上の造形位置Ｐに搬送するテープ搬送機構６と、造形位置Ｐに搬送された造形材料１０の例えば先端部に加熱されたヒートプローブ７１を当接及び離隔させる押圧造形機構７と、造形位置Ｐをステージに対して相対的に移動させる移動機構４と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する造形材料をステージ上の造形位置に搬送する送り機構と、
前記造形位置に搬送された前記造形材料に加熱されたヒートプローブを当接及び離隔させる押圧造形機構と、
前記造形位置を前記ステージに対して相対的に移動させる移動機構と、
を備えたことを特徴とする造形装置。      
【請求項２】
請求項１に記載の造形装置において、
前記押圧造形機構は、前記造形位置に対向して設けられた前記ヒートプローブと、当該ヒートプローブを加熱する加熱部と、前記加熱部により加熱されたヒートプローブを前記造形位置の前記造形材料に対して進退させる押圧駆動部とを備えている
ことを特徴とする造形装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の造形装置において、
前記造形材料は、断面矩形状を有するテープ状材料である
ことを特徴とする造形装置。
【請求項４】
請求項３に記載の造形装置において、
前記造形材料は、断面視におけるテープ厚み寸法とテープ幅寸法とのアスペクト比が１０以上である
ことを特徴とする造形装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の造形装置において、
前記押圧造形機構は、前記造形材料のテープ幅方向に沿って前記ヒートプローブの当接位置を移動させる走査部を備えている
ことを特徴とする造形装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の造形装置において、
前記押圧造形機構は、複数のヒートプローブを備えている
ことを特徴とした造形装置。
【請求項７】
請求項６に記載の造形装置において、
前記押圧造形機構は、前記複数のヒートプローブをそれぞれ独立して前記造形位置の前記造形材料に対して進退させる押圧駆動部を備えている
ことを特徴とする造形装置。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の造形装置において、
前記造形材料は、断面矩形状を有するテープ状材料であり、
前記複数のヒートプローブは、前記造形位置に搬送される前記造形材料のテープ幅方向に沿って配置されている
ことを特徴とする造形装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の造形装置において、
前記押圧造形機構は、前記ヒートプローブを前記造形材料に当接された後、所定速度以上の速度で前記ヒートプローブを前記造形材料から離隔させる
ことを特徴とする造形装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の造形装置において、
前記移動機構は、前記押圧造形機構により前記造形材料から前記ヒートプローブを離隔させる際に、前記造形位置を前記ステージに対して相対的に移動させる
ことを特徴とする造形装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の造形装置において、
前記ヒートプローブは、前記造形位置に対向する送風孔を備え、
前記押圧造形機構は、前記ヒートプローブを前記造形材料から離隔させる際に、前記送風孔から前記ヒートプローブ及び前記造形位置の間に気体を導入する気体導入部を備えている
ことを特徴とする造形装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の造形装置において、
前記押圧造形機構は、不活性ガス雰囲気下で前記造形材料に前記ヒートプローブを当接させる
ことを特徴とする造形装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の造形装置において、
前記押圧造形機構は、除湿気体雰囲気下で前記造形材料に前記ヒートプローブを当接させる
ことを特徴とする造形装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の造形装置において、
前記造形材料は、金属により構成されている
ことを特徴とする造形装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の造形装置において、
前記造形材料は、難燃化又は不燃化処理されている
ことを特徴とする造形装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の造形装置において、
前記造形材料は、樹脂により構成されている
ことを特徴とする造形装置。
【請求項１７】
可撓性を有する造形材料をステージ上の造形位置に搬送し、
加熱されたヒートプローブを前記造形位置に搬送された前記造形材料に当接して溶融させ、前記造形位置に前記造形材料を積層し、かつ、前記造形位置を移動させることで前記造形材料の積層位置を変化させて造形物を造形する
ことを特徴とする造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形材料を積層して三次元造形物を造形する造形装置、及び造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入力データに基づいて三次元造形物を生成する造形装置（いわゆる、３Ｄプリンター）が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１に記載の装置は、基板及び小出しヘッドを備え、これらの基板及び小出しヘッドが相対的に移動可能に設けられている。小出しヘッドには、造形材料である固体ロッドが供給され、当該固体ロッドが小出しヘッド内で溶融点まで加熱され、流動状態で小出しヘッドのノズルから小出しされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１５８２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載のような装置では、小出しヘッド内に供給された固体ロッド（造形材料）を溶融し、溶融状態の材料を所定位置に小出しすることで、三次元造形物を造形する。このような構成では、造形材料を確実に溶融させる必要があり、加熱部の構成が大型化するとの課題があり、さらに、溶融に必要な熱量も大きくなるので、エネルギー効率性も悪化するとの課題がある。また、造形材料を溶融状態で押し出す必要があるので、完全溶融させるための加熱時間も長くなるとの課題もある。
【０００５】
本発明は、熱エネルギー効率性が良好で、かつ小型化が可能な造形装置、及び造形方法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】
【０００６】
本発明の造形装置は、可撓性を有する造形材料をステージ上の造形位置に搬送する送り機構と、前記造形位置に搬送された前記造形材料に加熱されたヒートプローブを当接及び離隔させる押圧造形機構と、前記造形位置を前記ステージに対して相対的に移動させる移動機構と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明では、ステージ上の造形位置まで造形材料を搬送し、搬送された造形材料の例えば先端部に対して、加熱されたヒートプローブを当接させて造形材料を溶融させ、ヒートプローブを造形位置から離隔させる。これにより、造形材料の必要な部分のみを溶融させることができ、溶融された造形材料を造形位置に積層することができる。そして、移動機構によりステージに対する造形位置を移動させて、順次造形材料の積層位置を変化させて、上記の造形処理を繰り返すことで、所望の形状の造形物を造形することができる。なお、本発明におけるステージ上の造形位置とは、ステージの所定位置が造形位置となるものに加え、ステージに造形された造形物における所定位置が造形位置となるものも含む。
このような本発明では、造形材料の先端部の造形位置に局所的に加熱されたヒートプローブを当接させるものであり、造形材料の全部を溶融させる必要がない。したがって、例えば溶融状態の造形材料を押し出す構成に比べて、必要となる熱エネルギーが少なく、エネルギー効率性が良い。よって、造形材料を溶融するための大型の加熱機構を必要とせず、装置の小型化を図ることができる。
【０００８】
本発明の造形装置において、前記押圧造形機構は、前記造形位置に対向して設けられた前記ヒートプローブと、当該ヒートプローブを加熱する加熱部と、前記加熱部により加熱されたヒートプローブを前記造形位置の前記造形材料に対して進退させる押圧駆動部とを備えていることが好ましい。
本発明では、ヒートプローブを加熱部により加熱し、押圧駆動部によって加熱されたヒートプローブを造形位置に対して進退させる。このような構成では、加熱部は、ヒートプローブのみを加熱すればよく、また、押圧駆動部によりヒートプローブを一方向に進退させる簡素な構成であり、装置構成の簡略化による小型化を図れる。
【０００９】
本発明の造形装置において、前記造形材料は、断面矩形状を有するテープ状材料であることが好ましい。
本発明では、テープ状の造形材料を用いる。断面円形や断面楕円形状の造形材料では、位置によって厚み寸法が異なり、造形位置に積層される造形材料の厚みが変動する。これに対して、断面矩形状のテープ状材料では、厚み寸法が均一であるため、造形位置に積層した際の厚み寸法も均一となり、精度の高い造形物を造形することができる。
また、順次送り出される造形材料は、通常、円筒状の巻芯（ボビン）に巻装して保管されるが、断面円形や断面楕円形状の造形材料をボビンに巻装する場合、上記のように、断面円形や断面楕円形状の造形材料は位置によって断面厚み寸法が異なるので、造形材料が互いに隣接するようにボビンに巻装した場合でも隙間が生じる。これに対して、テープ状の造形材料をボビンに巻装する場合では、テープ表面とテープ裏面とを密着させてボビンに巻装させることが可能となるので、断面円形や断面楕円形状の造形材料を用いる場合に比べて体積占有率を向上させることができる。すなわち、断面円形や断面楕円形状の造形材料を用いる場合に比べて、造形材料の巻装保管スペースを小さくでき、装置のさらなる小型化を図ることができる。
【００１０】
本発明の造形材料において、前記造形材料は、断面視におけるテープ厚み寸法とテープ幅寸法とのアスペクト比が１０以上であることが好ましい。
本発明では、アスペクト比（テープ幅寸法／テープ厚み寸法）が１０以上である。ここで、アスペクト比が１０未満である場合は、テープ幅寸法に対してテープ厚み寸法が大きすぎる場合と、テープ厚み寸法に対してテープ幅寸法が小さすぎる場合とが考えられる。前者の場合、造形材料の可撓性が不十分であり、送り機構による造形材料の搬送ハンドリング性が悪化する。また、後者では、捩れ等が生じ、搬送ハンドリング性が悪化する。これに対して、上記のようにアスペクト比を１０以上にすることで、可撓性を有する造形材料の搬送効率を向上させることができ、所望の造形位置に造形材料を効率的に搬送することができる。
【００１１】
本発明の造形装置において、前記押圧造形機構は、前記造形材料のテープ幅方向に沿って前記ヒートプローブの当接位置を移動させる走査部を備えていることが好ましい。
本発明では、テープ状造形材料の幅方向における一部にヒートプローブを局所的に当接して溶融させる。この際、押圧造形機構に走査部を設け、ヒートプローブが当接する位置をテープの幅方向に移動させる。これにより、例えば、テープ幅方向の一部を溶融させて、次にテープを搬送して再びテープ幅方向の一部を溶融させる構成等に比べて、テープ幅方向の造形材料を全て造形位置に積層させることができ、テープ状の造形材料を無駄なく使用することができる。
【００１２】
本発明の造形装置において、前記押圧造形機構は、複数のヒートプローブを備えていることが好ましい。
本発明では、複数のヒートプローブを備えているので、例えば、単一のヒートプローブを備えた構成に比べて、造形位置に搬送された造形材料の複数個所を同時に溶融することができる。これにより、造形物の造形速度の向上を図れる。
【００１３】
本発明の造形装置において、前記押圧造形機構は、前記複数のヒートプローブをそれぞれ独立して前記造形位置の前記造形材料に対して進退させる押圧駆動部を備えていることが好ましい。
本発明では、複数のヒートプローブをそれぞれ独立して駆動させるため、造形に必要な部分に対応するヒートプローブのみを駆動させることができ、高精度な造形物を造形することができる。
【００１４】
本発明の造形装置において、前記造形材料は、断面矩形状を有するテープ状材料であり、前記複数のヒートプローブは、前記造形位置に搬送される前記造形材料のテープ幅方向に沿って配置されていることが好ましい。
本発明では、複数のヒートプローブが造形材料のテープ幅方向に沿って配置されているので、例えば単一のヒートプローブを造形材料のテープ幅方向に沿って走査させる構成に比べて走査駆動が不要となり、より迅速な造形物の造形が可能となる。
【００１５】
本発明の造形装置において、前記押圧造形機構は、前記ヒートプローブを前記造形材料に当接された後、所定速度以上の速度で前記ヒートプローブを前記造形材料から離隔させることが好ましい。
ここで、所定速度としては、造形材料が溶融した際の粘度やヒートプローブに対する密着性、濡れ性等によって予め設定されており、造形材料からヒートプローブを引き離す際に、当該ヒートプローブへの造形材料を抑制可能な速度である。本発明では、上記構成により、造形材料のヒートプローブへの付着を抑制できるため、メンテナンス等の処理回数を減らすことができる。また、造形位置に積層させる造形材料の積層量の変動を抑えることができ、高精度に造形物を造形することができる。
【００１６】
本発明の造形装置において、前記移動機構は、前記押圧造形機構により前記造形材料から前記ヒートプローブを離隔させる際に、前記造形位置を前記ステージに対して相対的に移動させることが好ましい。
本発明では、造形材料からヒートプローブを引き離す際に、移動機構により造形位置を移動させる。これにより、引き離し直前にヒートプローブに付着している溶融状態の造形材料に対して、剪断応力を作用させることができ、ヒートプローブへの造形材料の付着をより効果的に抑制できる。
【００１７】
本発明の造形装置において、前記ヒートプローブは、前記造形位置に対向する送風孔を備え、前記押圧造形機構は、前記ヒートプローブを前記造形材料から離隔させる際に、前記送風孔から前記ヒートプローブ及び前記造形位置の間に気体を導入する気体導入部を備えていることが好ましい。
本発明では、ヒートプローブの先端に送風孔が設けられ、気体導入部により送風孔から気体が導入される。このような構成では、ヒートプローブを造形材料に押し付け溶融させた後、送風孔から気体をヒートプローブ及び溶融した造形材料間に導入することで、導入された気体によりヒートプローブから造形材料を引き剥がすことができ、ヒートプローブへの造形材料の付着をより効果的に抑制できる。
【００１８】
本発明の造形装置において、前記押圧造形機構は、不活性ガス雰囲気下で前記造形材料に前記ヒートプローブを当接させることが好ましい。
本発明では、不活性ガス雰囲気下で、造形材料が加熱されたヒートプローブの当接により加熱溶融される。このため、造形材料が化学変化等により変質することがなく、高品質な造形物を造形することができる。例えば、造形材料として金属素材を用いる場合、加熱で酸化等により造形物が変質することが考えられるが、本発明では、不活性ガスにより金属酸化を防止できる。
【００１９】
本発明の造形装置において、前記押圧造形機構は、除湿気体雰囲気下で前記造形材料に前記ヒートプローブを当接させることが好ましい。
本発明では、除湿気体雰囲気下で、造形材料を加熱溶融させる。このため、造形材料が水分子と化学反応して変質する不都合を防止でき、高品質な造形物を造形することができる。
本発明の造形装置において、前記造形材料は、金属により構成されていることが好ましい。
本発明は、造形材料として金属素材を用いているので、高強度な造形物を造形することができる。
【００２０】
本発明の造形装置において、前記造形材料は、難燃化又は不燃化処理されていることが好ましい。
本発明では、金属造形材料が難燃化処理又は不燃化処理されている。したがって、加熱されたヒートプローブを当接させた際に、金属材料が燃焼による化学反応を起こしにくく、高品質な造形物を造形することができる。
【００２１】
本発明の造形装置において、前記造形材料は、樹脂により構成されていることが好ましい。
本発明では、造形材料として樹脂素材を用いている。樹脂素材は、金属素材に比べて融点が低く、ヒートプローブの加熱温度も下げることができる。したがって、エネルギー効率性をより向上でき、かつ加熱部の構成をより簡略化できるので、装置の更なる小型化を図れる。
【００２２】
本発明の造形方法は、可撓性を有する造形材料をステージ上の造形位置に搬送し、加熱されたヒートプローブを前記造形位置に搬送された前記造形材料に当接して溶融させ、前記造形位置に前記造形材料を積層し、かつ、前記造形位置を移動させることで前記造形材料の積層位置を変化させて造形物を造形することを特徴とする。
本発明では、上記発明と同様に、ステージ上の造形位置まで造形材料を搬送し、搬送された造形材料の例えば先端部に対して加熱されたヒートプローブを当接させて溶融させ、その後、ヒートプローブを引き離すことで、造形位置に造形材料が積層される。これを、造形位置を移動させて繰り返すことで、所望の形状の造形物を造形することができる。また、造形材料の例えば先端部の造形位置に局所的にヒートプローブを当接させるため、造形材料の全部を溶融させる必要がなく、例えば溶融状態の造形材料を押し出す構成に比べて、エネルギー効率性の向上を図れる。また、造形材料を溶融するための大型の加熱機構を必要とせず、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る第一実施形態の造形装置の概略構成を示す図。
【図２】第一実施形態で用いられる造形材料の概略構成を示す斜視図。
【図３】第一実施形態のカセットの概略構成を示す断面図。
【図４】第一実施形態の押圧造形機構における押圧駆動部の概略構成を示す端面図。
【図５】第一実施形態のジョイント部の概略構成を示す断面図。
【図６】第一実施形態の造形装置を用いた造形物の造形方法（造形処理）を示すフローチャート。
【図７】第一実施形態において、造形処理により造形物が形成される過程を示す斜視図。
【図８】第一実施形態におけるコントローラーからの押圧駆動部に入力される当接パルス、ヒートプローブと造形材料との距離、及びヒートプローブの移動速度を示す図。
【図９】本発明に係る第二実施形態における押圧造形機構の概略構成を示す図。
【図１０】本発明に係る第三実施形態において、造形位置に搬送された造形材料に対して、各ヒートプローブの当接部が当接する当接位置を示す図。
【図１１】本発明に係る第四実施形態のヒートプローブの概略構成を示す断面図。
【図１２】他の実施形態における、押圧造形機構の概略構成を示す図。
【図１３】押圧造形機構の押圧駆動部の他の例を示す図。
【図１４】他の実施形態における、造形材料の保管構成を示す斜視図。
【図１５】他の実施形態における糸状造形材料を用いた場合の送出ローラーの構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態の造形装置について、図面に基づいて説明する。
［造形装置の概略構成］
図１は、第一実施形態の造形装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、造形装置１（積層造形装置）は、ステージ２と、造形ヘッド３と、移動機構４と、コントローラー５とを備えている。
この造形装置１は、例えばパーソナルコンピューター等のデータ出力装置からコントローラー５に入力された造形用データの断面形状に応じて、ステージ２上に造形材料を積層して三次元造形物を造形する装置である。具体的には、コントローラー５は、造形用データに基づいて移動機構４を制御して、造形ヘッド３を所定の造形位置Ｐに移動させる。そして、コントローラー５は、造形ヘッド３を制御して、ステージ２上の造形位置Ｐに造形材料１０を溶融積層させる。
なお、図示は省略するが、本実施形態において、ステージ２、造形ヘッド３、及び移動機構４は、チャンバー等の密閉された造形室内に設けられ、不活性化ガスが充填されている。
以下、各構成について、詳細に説明する。
【００２５】
［ステージ２の構成］
ステージ２は、造形物を造形するための台座であり、例えば、造形物を載置する平面を備えている。
【００２６】
［造形ヘッド３の構成］
造形ヘッド３は、ステージ２に対して移動機構４により移動可能に設けられており、図１に示すように、テープ搬送機構６と、押圧造形機構７と、を備えている。
［テープ搬送機構６の構成］
テープ搬送機構６は、本発明の送り機構を構成し、造形材料１０をステージ２上の造形位置Ｐに搬送する。このテープ搬送機構６は、造形材料１０を格納するカセット６１と、カセット６１から供給される造形材料１０をステージ２上の所定の造形位置Ｐに搬送する送出部６２とを備えている。
【００２７】
（造形材料１０の構成）
ここで、カセット６１に格納される造形材料１０について、説明する。
図２は、本実施形態で用いられる造形材料１０の概略構成を示す斜視図である。
図２に示すように、造形材料１０は、短辺（テープ厚み寸法）ａ、長辺（テープ幅寸法）ｂの扁平断面を有し、アスペクト比（ｂ／ａ）が１０以上の薄肉状（テープ状）に構成されている。ここで、アスペクト比が１０未満である場合、造形材料１０の搬送ハンドリング性が低下する。つまり、テープ幅寸法ｂに対してテープ厚み寸法ａを大きくすると、造形材料１０の可撓性が低下により、後述する送出ローラー対６２１や駆動ローラー対６２２における搬送効率が低下し、搬送時にハンドリング性（搬送のしやすさ）が低下する。また、本実施形態では、造形材料１０の可撓性を利用して、造形材料１０のステージ２側の面（テープ裏面）と、造形位置Ｐにおける造形物の上面（又はステージ２の面）とを当接させる。したがって、十分な可撓性を有さない場合、造形位置Ｐにおいて、造形物の上面（又はステージ２の面）と、造形材料１０のテープ裏面との間に隙間が生じ、造形材料１０を溶融して積層させた際の密着性が低下してしまう。また、テープ厚み寸法ａが十分に小さい場合でも、テープ幅寸法ｂが小さいと、搬送時に造形材料１０に捩れが発生するおそれがあり、搬送ハンドリング性が低下する。
これに対して、上記のようにアスペクト比を１０以上にすることで、可撓性を有する造形材料１０の搬送効率を向上させることができ、所望の造形位置に造形材料を効率的に搬送することができる。
【００２８】
このような造形材料１０としては、金属や樹脂等が例示できる。
造形材料１０として金属を用いる場合、樹脂よりも造形により得られる造形物の強度が高くなる。一方、造形材料１０では、ステージ２上の造形位置Ｐまで搬送する必要があり、可撓性が求められる。金属製の造形材料１０では、上記可撓性を確保するためにテープ厚み寸法がａ≦０．１ｍｍとすることが好ましい。テープ厚み寸法がａ＞０．１ｍｍである場合、造形材料１０が撓みにくく、搬送時において所望の造形位置Ｐに造形材料１０を搬送することが困難となる。
そして、上記のように搬送ハンドリング性を考慮してテープ幅寸法ｂが設定されており、テープ厚み寸法ａが０．１ｍｍの場合では、テープ幅寸法として、１ｍｍ以上とすることが好ましい。なお、テープ厚み寸法ａの設定値にもよるが、テープ幅寸法ｂの設定値としては、５ｍｍ≦ｂ≦１５ｍｍとすることがより好ましい。以上のような寸法ａ，ｂに形成されたテープ状の造形材料１０では、十分な可撓性を維持でき、かつ捩れ等によるハンドリング性の低下を抑制できる。
【００２９】
金属製の造形材料１０を用いる場合、より好ましくはＭｇを用いることが好ましい。Ｍｇは例えばＡｌ等に比べて、比重が小さく（Ｍｇ比重が１．７に対してＡｌ比重が２．７）、造形材料１０の軽量化を図れる。
さらに、金属製の造形材料１０では、融点近傍まで熱せられた際に酸化が発生しないように、難燃化処理又は不燃化処理を施されていることが好ましい。難燃化処理や不燃化処理としては、公知の技術を用いることができる。
上述のような金属製の造形材料１０は、例えば、圧延や押し出し等により成型されたものをカットすることで、大量かつ安価に製造することが可能となる。
【００３０】
一方、造形材料１０として、樹脂を用いる場合、金属に比べて融点が低く、後述する押圧造形機構７におけるヒートプローブ７１の加熱温度を低く設定でき、加熱機構の更なる簡略化を図れる。このような樹脂性の造形材料１０を用いる場合では、テープ厚み寸法がａ≦１ｍｍ、テープ幅寸法が５ｍｍ≦ｂとすることが好ましい。樹脂性の造形材料１０は、金属に比べて可撓性を確保しやすく厚み寸法を大きくできるが、テープ厚み寸法がａ＞１ｍｍの場合では、可撓性が不足し、ハンドリング性が低下する。また、テープ幅寸法が５ｍｍ＞ｂである場合は、捩れが生じやすく、ハンドリング性が低下する。以上から、上記のような寸法ａ，ｂの範囲でアスペクト比が１０以上となるように、造形材料１０を構成することが好ましい。
【００３１】
（カセット６１の構成）
次に、テープ搬送機構６のカセット６１について具体的に説明する。
図３は、本実施形態のカセット６１の概略構成を示す断面図である。
図３に示すように、カセット６１は、ケース６１１と、ボビン６１２と、ピンチローラー６１３と、を備えている。
ケース６１１は、例えば、内部空間を有する直方体形状であり、内部にボビン６１２、ボビン６１２に巻装された造形材料１０、及びピンチローラー６１３が格納されている。
また、ケース６１１の一部（本実施形態では、直方体の角部）に、送出口６１１Ａが設けられており、内部に収納された造形材料１０は、この送出口６１１Ａから外部に取り出される。
【００３２】
ボビン６１２は、軸状部材であり、ケース６１１における互いに対向する面に回転可能に支持されている。このボビン６１２には、上述した造形材料１０の一端部が固定され、当該造形材料１０がボビン６１２の周面に沿って巻装されている。より具体的には、テープ状の造形材料１０は、テープ裏面（ステージ２上に搬送された際に、ステージ２に対向する面）が、ボビン６１２に巻装された造形材料１０のテープ表面（テープ裏面とは反対側の面）に密着するように、同心円状に巻装され、ロール状で収納されている。
このような構成では、例えば断面円形状の造形材料をボビン６１２に巻装させた場合に比べて、体積占有率が高くなる。したがって、断面円形状の造形材料と、本実施形態のテープ状の造形材料１０とを、同量分だけボビンに巻装する場合、本実施形態の造形材料１０を用いる場合では、断面円形状の造形材料を用いる場合に比べて、体積を小さくでき、カセット６１の小型化を図ることができ、さらに、ボビン６１２への巻数も少なくなるので、製造効率性も良好となる。また、カセット６１のサイズが規定されている場合では、本実施形態のテープ状の造形材料１０を用いる場合では、体積占有率が大きいため、断面円形状の造形材料を用いる場合に比べて、カセット６１内により多くの造形材料１０を収納することが可能となる。
【００３３】
ピンチローラー６１３は、送出口６１１Ａの近傍に設けられ、造形材料１０が搬送方向をガイドする。ピンチローラー６１３は、一対設けられており、これらの一対のピンチローラー６１３により造形材料１０を挟み込んで送出口６１１Ａに案内する。また、ピンチローラー６１３により造形材料１０が挟み込まれることで、巻装された造形材料１０の弛みを抑制でき、送出口６１１Ａから送り出される造形材料１０の走行性（搬送性）が向上する。
【００３４】
また、カセット６１は、例えばケース６１１の外装部に図示略の係止ピンやガイド突起等による位置決め部が設けられており、これらの位置決め部を造形ヘッド３における所定位置に位置決めすることで、カセット６１を造形ヘッド３に装着することが可能となる。
【００３５】
（送出部６２の構成）
送出部６２は、図１に示すように、カセット６１から提供された造形材料１０をステージ２上の造形位置Ｐまで送り出す。
この送出部６２は、一対の送出ローラー６２１Ａ，６２１Ｂにより構成された送出ローラー対６２１と、駆動ローラー６２２Ａ及び従動ローラー６２２Ｂにより構成された駆動ローラー対６２２と、ガイド部６２２とを備えている。なお、本実施形態では、送出ローラー対６２１が１つ設けられる例を示すが、２つ以上設けられていてもよく、送出ローラー対６２１が設けられず、駆動ローラー対６２２のみが設けられる構成などとしてもよい。さらに、駆動ローラー対６２２が１つのみ設けられる例を示すが、２つ以上設けられる構成などとしてもよい。
【００３６】
送出ローラー対６２１は、送出ローラー６２１Ａ，６２１Ｂにより造形材料１０を挟み込み、造形材料１０の搬送をガイドする。ここで、送出ローラー対６２１は、カセット６１から送出された造形材料１０の巻癖（ボビン６１２への巻装方向）とは反対側に造形材料１０を湾曲させつつ、当該造形材料１０を搬送する。これにより、造形材料１０の巻癖を矯正することが可能となる。
【００３７】
駆動ローラー対６２２は、造形材料１０を引き込み、造形位置Ｐに向かって送出する。具体的には、駆動ローラー対６２２は、モーター等の駆動量により回転駆動される駆動ローラー６２２Ａと、駆動ローラー６２２Ａの駆動に追従する（モーター駆動力が伝達されない）従動ローラー６２２Ｂとを備えている。駆動ローラー６２２Ａ及び従動ローラー６２２Ｂにより、造形材料１０の定速度での搬送が可能となる。
ここで、駆動ローラー６２２Ａは、造形材料１０のテープ裏面に接することが好ましい。これにより、造形材料１０の巻癖により当該造形材料１０が駆動ローラー６２２Ａに付勢され、搬送時の滑り等を抑制でき、搬送効率性を向上できる。
なお、駆動ローラー６２２Ａがテープ表面に接する構成としてもよい。
また、駆動ローラー対６２２を構成する一対のローラーの双方を駆動ローラーとして駆動させる構成としてもよい。この場合、さらに、テープ裏面に接する駆動ローラーを、テープ表面に接する駆動ローラーに対して回転速度を僅かに上げることで、造形材料１０の巻癖をより確実に矯正することができる。
【００３８】
ガイド部６２２は、例えば、表面が耐摩耗処理された、耐久性の高い金属材により板バネ状に構成され、搬送方向に沿う両端にガイド壁（図示略）を備えている。
このガイド部６２２は、造形材料１０の弛みを取るとともに造形材料１０の搬送方向を矯正してステージ２上の造形位置Ｐへの搬送を案内する。
ガイド部６２２により案内された造形材料１０は、撓みにより先端部が造形位置Ｐに付勢当接され、後述の押圧造形機構７により熱された部分が溶融して造形位置Ｐに積層される。すなわち、本実施形態の造形材料１０は、ステージ２又はステージ２上の造形材料に対して、強い応力で押し付けられるものではなく、撓みによりその先端部のみが接触することで、造形位置Ｐに対して造形材料１０が搬送される。
【００３９】
［押圧造形機構７の構成］
押圧造形機構７は、図１に示すように、ヒートプローブ７１と、加熱部７２と、押圧駆動部７３と、ジョイント部７４と、走査駆動部７５と、を備えている。
ヒートプローブ７１は、円柱状の金属部材（例えば鉄等）であり、ステージ２側の先端部が、先端に向かうに従って断面積が小さくなるテーパ状に構成されている。ヒートプローブ７１の造形位置Ｐに対向する当接部７１１は、平坦面であり、例えば円形状等に形成されている。この当接部７１１の当接径寸法（ステージ２の法線方向Ｄ２に直交する面の径寸法）は、造形装置１において造形する造形物の精度により適宜設定されるが、例えば５０μｍ以上に形成されている。
【００４０】
加熱部７２は、コントローラー５の制御の下、ヒートプローブ７１を、造形材料１０を溶融するために必要な温度まで加熱する。この際、ヒートプローブ７１に温度センサーを設け、当該温度センサーにより検出された温度に基づいて加熱部７２の加熱温度をフィードバック制御してもよい。
加熱部７２としては、例えば、ヒートプローブ７１の周囲にコイルを巻装し、当該コイルに高周波交流電流を流すことで、ヒートプローブ７１中に渦電流を発生させて加熱する誘電加熱が挙げられる。また、加熱部７２としては、その他、セラミックヒーターを用いてヒートプローブ７１を加熱する構成、電熱線によりヒートプローブ７１を加熱する構成等を用いてもよく、ヒートプローブ７１を所望の必要温度まで加熱可能な構成であればいかなる構成を用いてもよいが、上記構成とすることで加熱部７２の構成の簡略化を図れ、装置の小型化を促進できる。
【００４１】
押圧駆動部７３は、ヒートプローブ７１を軸心方向に沿って（ステージ２の法線方向Ｄ２に沿って）進退移動させる。
図４は、押圧駆動部７３の概略構成を示す図である。
本実施形態の押圧駆動部７３は、図４に示すように、フレーム７３１と、コア７３２と、ソレノイドコイル７３３と、ヨーク７３４と、付勢ばね７３５と、駆動伝達軸７３６と、を備えている。
フレーム７３１は磁性材料により構成され、底部７３１Ａ及び底部７３１Ａから立ち上がるヨーク接続部７３１Ｂを備える。コア７３２は、磁性材料からなり、フレーム７３１の底部７３１Ａに設置される。ソレノイドコイル７３３は、コア７３２に巻装されており、コントローラー５の制御の下、図示略の電源から電流が流される。
ヨーク７３４は、長手状に形成され、基端部がフレーム７３１のヨーク接続部７３１Ｂに回動自在に保持されている。また、ヨーク７３４は、コア７３２と対向するアーマチュア７３４Ａを備えている。ソレノイドコイル７３３が通電されることで、コア７３２とアーマチュア７３４Ａとの間で＋−の磁極が現れる。これにより、アーマチュア７３４Ａがコア７３２に近接する方向に、ヨーク７３４が基端部を中心に回動する。
付勢ばね７３５は、ヨーク７３４とフレーム７３１の底部７３１Ａとの間に設けられ、ヨーク７３４をフレーム７３１から離れる方向（初期位置の方向）に付勢する。
駆動伝達軸７３６は、ヨーク７３４の先端部に揺動自在に設けられており、ヨーク７３４の回動移動を、ステージ２の法線方向Ｄ２に沿った進退移動に変換してヒートプローブ７１を駆動させる。
【００４２】
図５は、駆動伝達軸７３６とヒートプローブ７１とを連結するジョイント部７４の構成図である。
ジョイント部７４は、図５に示すように、駆動伝達軸７３６の先端部に設けられた支持軸側プレート７３６Ａと、ヒートプローブ７１の基端部（当接部７１１とは反対側）に設けられたプローブプレート７１２とを断熱材７４１を介して接続する。断熱材７４１としては、例えば耐熱セラミック等が挙げられる。これにより、ヒートプローブ７１の熱が押圧駆動部７３へ伝達することによる、押圧駆動部７３における各部材の熱変形や、熱影響による駆動特性の変化を抑制できる。
【００４３】
走査駆動部７５は、本発明の走査部であり、ヒートプローブ７１、加熱部７２、押圧駆動部７３及びジョイント部７４を含む加熱ユニットを造形材料１０のテープ幅方向に沿って移動させる。これにより、当接部７１１の当接箇所を造形材料１０のテープ幅方向に沿って走査移動させることが可能となり、テープ状の造形材料１０を無駄なく消費することができる。
この走査駆動部７５としては、図示は省略するが、例えば、テープ幅方向に沿って配置されたガイド、ガイドに沿って加熱ユニットを移動可能に保持する保持部材を有し、例えばアクチュエーター等の駆動機構により加熱ユニットを移動させる構成が例示できる。
【００４４】
［移動機構４の構成］
移動機構４は、造形ヘッド３をステージ２に対してＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各軸方向に移動させて、造形ヘッド３におけるテープ搬送機構６の造形材料１０の搬送先（造形位置Ｐ）、及び押圧造形機構７を所望の位置に移動させる。すなわち、移動機構４は、造形位置Ｐをステージに対して移動させる。
具体的な構成としては、例えばＹ軸方向に沿って敷設されたＹガイド上で移動可能なコラム、コラム上に設けられてＸ軸方向に延びるＸガイドを備えたスライダ、Ｘガイドに沿って移動可能でＺ方向に沿ったＺガイドを備えたラムを備え、ラムのＺガイドに沿って移動可能に造形ヘッド３が設けられる構成等が例示できる。また、複数のアーム部材を連結し、アームの連結角度を制御することで、造形ヘッド３を３次元空間で移動可能な構成などとしてもよい。
また、本実施形態では、移動機構４により造形ヘッド３をステージ２に対して移動させる構成を例示するがこれに限定されず、例えば、ステージ２を造形ヘッド３に対して移動させる構成などとしてもよい。さらには、ステージ２をＺ方向に沿って移動させ、造形ヘッド３をＸＹ軸に沿って移動させる構成などとしてもよい。
【００４５】
［コントローラー５の構成］
コントローラー５は、例えばメモリー等の記憶部、ＣＰＵとの演算回路等により構成され、造形装置１の全体動作を制御する。記憶回路には、造形装置１を制御するための各種プログラムや各種データが記録される。また、コントローラー５の演算回路は、記憶部に記憶されたプログラムを読み込み実行することで、図１に示すように、データ取得手段５１、移動制御手段５２、及び造形制御手段５３として機能する。なお、本実施形態では、各機能構成は、ハードウェアである演算回路と、プログラム（ソフトウェア）との協働により実現される例を示すが、例えば各機能を有する集積回路（ハードウェア）を組み合わせることで実現される構成などとしてもよい。
データ取得手段５１は、例えば、コントローラー５に通信可能に接続されるパーソナルコンピューター等の外部機器から造形用データを取得する。なお、コントローラー５が記録媒体を読み込むドライブ装置を備え、当該ドライブ装置に装着された記録媒体から直接造形用データを取得する構成などとしてもよい。
移動制御手段５２は、造形用データに基づいて、移動機構４を制御し、造形ヘッド３を移動させる。
造形制御手段５３は、造形ヘッド３を制御する。具体的には、造形制御手段５３は、送出部６２の駆動ローラー対６２２、及び押圧造形機構７を制御し、造形位置Ｐに造形材料１０を溶融積層させて造形物を造形する。
【００４６】
［造形装置１による造形物の製造方法］
次に、上述のような造形装置１を用いた造形物の造形方法について図面に基づいて説明する。
図６は、本実施形態の造形装置１を用いた造形物の造形方法（造形処理）を示すフローチャートである。図７は、造形処理により造形物が形成される過程を示す斜視図である。
造形装置１により、造形物を造形するには、まず、コントローラー５のデータ取得手段５１は、造形用データを取得する（ステップＳ１）。具体的には、データ取得手段５１は、操作者の操作に基づいて、例えばコントローラー５に接続されたパーソナルコンピューター等の外部機器から入力される造形用データ、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録された造形用データ、インターネット等の通信回線を介して取得された造形用データ等を取得する。
【００４７】
次に、移動制御手段５２は、造形用データから造形物の断面形状を解析し、図９に示すように、造形ヘッド３を造形物断面に相当する造形位置Ｐに移動させる（ステップＳ２）。
具体的には、テープ搬送機構６により搬送される造形材料１０の先端部が造形用データに基づいて示される造形位置Ｐに位置するように移動機構４を制御して造形ヘッド３の位置を設定し、かつ、造形材料１０のテープ幅方向における当接部７１１の当接位置を、走査駆動部７５を制御して設定する。
【００４８】
この後、造形制御手段５３は、造形ヘッド３等を制御し、造形位置Ｐに対して造形材料１０を溶融して積層させ、図７に示すように、造形物を形成する（ステップＳ３）。
図８は、本実施形態における、コントローラー５から押圧駆動部７３に入力される指令（当接パルス）、ヒートプローブ７１と造形材料１０との距離、及びヒートプローブ７１の移動速度をそれぞれ示した図である。
図８に示すように、造形制御手段５３は、押圧駆動部７３に対して当接パルスを入力する。これにより、ソレノイドコイル７３３が通電され、ヒートプローブ７１が所定速度でステージ２側に移動される。そして、加熱部７２により必要温度まで加熱された当接部７１１が、造形位置に搬送された造形材料１０のテープ幅方向における所定の当接位置に当接され、その熱と押圧力により、溶融された造形材料１０が造形位置に積層される。
【００４９】
この後、造形制御手段５３は、押圧駆動部７３を制御してヒートプローブ７１を引き離す（ステージ２から離隔させる）と同時に、移動制御手段５２は、移動機構４を制御して、ステージ２に対する造形位置（造形ヘッド３の位置）を例えばＸ，Ｙ方向に所定量移動させる。
この際、押圧駆動部７３は、図８に示すように、ヒートプローブ７１を造形材料１０に当接させる際の当接速度よりも速い離隔速度で、ヒートプローブ７１を移動させる。この離隔速度としては、溶融された造形材料１０の粘度やヒートプローブ７１に対する濡れ性等の各種要件により予め設定される、ヒートプローブ７１に密着した溶融状態の造形材料１０を、当該ヒートプローブ７１から引き離すための速度以上に設定されている。当該速度は例えば、実験データに基づいて求められている。
これに加え、上記のように、移動制御手段５２により移動機構４が駆動されて、造形ヘッド３がステージ２に対して相対的にＸＹ方向に所定量移動される。この移動量としては、ヒートプローブ７１に付着した溶融状態の造形材料１０に対して、ステージ２の法線方向Ｄ２に直交する剪断方向への剪断力が作用し、この剪断力によりヒートプローブ７１から造形材料１０が引き剥がされる。
以上により、ヒートプローブ７１へ付着した造形材料１０を好適に引き剥がすことができ、造形位置Ｐに適切な分量の溶融された造形材料１０が積層されることになる。
【００５０】
この後、造形制御手段５３は、造形用データに基づいた造形物の造形処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ４）。
ステップＳ４で「Ｎｏ」と判定された場合は、ステップＳ２及びステップＳ３に戻り、造形ヘッド３の移動及び造形材料の溶融積層を繰り返す。
この際、造形制御手段５３は、走査駆動部７５をコントロールし、ヒートプローブ７１の当接位置をテープ幅方向に沿って移動させ、かつ移動機構４を移動させて、当接位置が造形用データに基づいた造形位置Ｐとなるように、造形ヘッド３の位置を制御する。
また、造形制御手段５３は、テープ幅方向に沿った造形材料１０が溶融及び積層された場合は、送出部６２の駆動ローラー６２２Ａを駆動させることで、造形材料１０を所定量送り出し、先端部を造形位置Ｐに移動させる。送出部６２により送り出された造形材料１０は、可撓性を有するため自重により撓み、造形位置Ｐに付勢当接される。この後、ステップＳ３と同様に、造形位置Ｐに対して造形材料１０を溶融させて積層させる。
そして、ステップＳ４において、「Ｙｅｓ」と判定されると、造形処理を終了させる。
【００５１】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の造形装置１は、造形物が造形されるステージ２と、可撓性を有する造形材料１０をステージ２上の所定の造形位置Ｐに搬送するテープ搬送機構６と、造形位置Ｐに搬送された造形材料１０に対して加熱されたヒートプローブ７１を当接させて溶融させる押圧造形機構７と、押圧造形機構７が組み込まれる造形ヘッド３を造形位置Ｐが造形用データに基づく所望位置に位置するように移動させる移動機構４とを備えている。
このような構成では、造形材料１０の搬送供給と加熱されたヒートプローブ７１の当接とを別機構により実施し、造形材料１０の必要な個所のみを局所的にヒートプローブ７１で溶融する。したがって、例えば溶融された造形材料１０を押し出して造形位置Ｐに積層する場合に比べて、造形材料１０の溶融量及び溶融面積（体積）が小さく、熱エネルギーも少なくて済む。よって、加熱機構の構成を小型化でき、造形装置１の小型化、製造コストの低コスト化を図ることができる。
【００５２】
本実施形態では、造形材料１０は、断面矩形状を有するテープ状に形成されている。このようなテープ状の造形材料１０は、厚み寸法が均一であるため、造形位置Ｐに積層された造形材料１０の厚みが変動することなく、高精度な造形物を造形することができる。
また、造形材料１０をボビン６１２が同心円状に巻装する場合に、テープ裏面とテープ表面とを密着させることで、隙間をなくすことができ、例えば、断面円形状の造形材料を用いる場合に比べて、体積占有率が高くなる。つまり、同量の造形材料をカセット６１内に収納する場合に、断面円形状の造形材料に比べて、カセット６１の小型化を図ることができる。カセット６１のサイズが固定である場合は、断面円形状の造形材料を用いる場合に比べて、より多くの造形材料１０をボビンに巻装させることができる。
また、造形材料として粉体を用いる構成もあるが、このような粉体は球状となるため、断面円形状の造形材料と同様、カセット６１に格納した際に体積占有率が小さくなり、また、カセットの送出口６１１Ａを閉塞する蓋部等を設ける必要も生じる。これに対して、本実施形態の造形材料１０では、粉体の造形材料よりも体積占有率を大きくでき、かつ送出口６１１Ａに蓋部を設ける必要もなく、取扱いが容易となる。
【００５３】
本実施形態では、テープ状の造形材料１０のテープ厚み寸法ａとテープ幅寸法ｂとの比であるアスペクト比（ａ／ｂ）が１０以上である。このため、十分に造形材料１０の可撓性を確保することができ、かつ捩れや撓み等により造形材料１０の搬送ハンドリング性の悪化も抑制できる。
【００５４】
ここで、本実施形態の造形材料１０としては、金属製及び樹脂性のいずれかを選択することができる。
金属製の造形材料１０を用いる場合は、樹脂性の造形材料１０に比べて耐久性が高い品質の造形物を造形でき、樹脂性の造形材料１０を用いる場合では、金属製の造形材料１０に比べて、溶融に必要な加熱温度が低く、ヒートプローブ７１の加熱温度を低くできる。
また、金属製の造形材料１０を用いる場合では、比重の小さいＭｇを用いることで造形材料１０の軽量化を図れ、造形される造形物も軽量のものとなる。また、このような金属を用いる場合では、加熱による酸化反応を抑制するために、難燃化処理又は不燃化処理が施される。これにより、ヒートプローブ７１を当接させた際に金属酸化を効果的に抑制でき、変質による造形物の品質低下を防止できる。
【００５５】
本実施形態では、押圧造形機構７は、走査駆動部７５を備えている。このため、コントローラー５により走査駆動部７５を駆動させることで、当接部７１１の当接位置を造形材料１０のテープ幅方向に沿って走査させることができる。これにより、テープ状の造形材料１０を無駄なく使用することができる。
【００５６】
本実施形態では、ステージ２、造形ヘッド３、及び移動機構４が、不活性ガス雰囲気下に維持されたチャンバー等の造形室内に配置されている。すなわち、押圧造形機構７は、不活性ガス雰囲気下で造形材料１０に対してヒートプローブ７１を当接させる。
このため、不活性ガス雰囲気下で造形材料１０がヒートプローブ７１により加熱されることになり、加熱溶融時に造形材料１０が化学変化等により変質することがなく、高品質な造形物を造形することができる。
【００５７】
本実施形態では、押圧造形機構７は、コントローラー５の制御の下、ヒートプローブ７１の離隔速度を押圧速度に比べて大きくし、当該離隔速度が実験等により予め求められたヒートプローブ７１に付着した溶融状態の造形材料１０を引き剥がすために必要な速度以上に設定されている。このため、ヒートプローブ７１を初期位置にステージ２から離隔する方向に移動させる際に、ヒートプローブ７１に付着した造形材料１０を引き剥がすことができ、造形位置Ｐに対して所望量の造形材料１０を積層させることができる。また、ヒートプローブ７１に対する造形材料１０の付着を抑制できるため、メンテナンスの回数も減らすことができる。
【００５８】
本実施形態では、移動機構４は、押圧造形機構７を造形材料１０から離隔させる際に、造形ヘッド３をステージ２に対してＸＹ方向に移動させる。このため、造形位置に積層された溶融状態の造形材料１０とヒートプローブ７１とが密着している場合に、剪断力を加えて、これを引き剥がすことができる。
【００５９】
［第二実施形態］
次に、本発明に係る第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態では、押圧造形機構７が、１つのヒートプローブ７１を備える構成を例示した。これに対して、第二実施形態では、押圧造形機構が複数のヒートプローブを備える点で、上記第一実施形態と相違する。
【００６０】
図９は、本発明に係る第二実施形態における押圧造形機構７Ａの概略構成を示す図である。なお、以降の説明に当たり、既に説明した構成については同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。なお、図９において、走査駆動部７５の構成は省略している。
図９に示すように、本実施形態の押圧造形機構７Ａは、２本のヒートプローブ７１を備え、それぞれ、ジョイント部７４を介して押圧駆動部７３に接続されている。また、駆動伝達軸７３６は、それぞれ平行が維持されるよう軸ガイド７３７により案内されている。
【００６１】
上記のような構成では、２つのヒートプローブ７１が設けられているため、これらの２つのヒートプローブ７１を同時に造形位置Ｐに当接させることで、造形位置において、２か所で造形材料１０を溶融及び積層させることができる。これにより、第一実施形態に比べて、より効率的に造形物を造形することができる。
【００６２】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
上記第二実施形態において、複数のヒートプローブ７１が造形材料１０の搬送方向Ｄ１に沿って並ぶ例を示したが、本実施形態では、テープ幅方向に配置される点で相違する。
図１０は、本実施形態において、造形位置に搬送されたテープ状の造形材料１０に対して、各ヒートプローブ７１の当接部７１１が当接可能な位置１１を示した図である。
本実施形態では、図１０（Ａ）に示すように、テープ幅方向に沿ってヒートプローブ７１が配置されており、各ヒートプローブ７１が独立して駆動可能となっている。
このような構成では、押圧造形機構７に走査駆動部７５を設ける必要がなく、例えば、テープ幅方向に配置されたヒートプローブ７１を一端側から順次進退させることで、テープ幅方向の造形材料１０を無駄なく溶融して造形位置Ｐに積層することが可能となる。
【００６３】
また、図１０（Ｂ）に示すように、テープ幅方向を列、搬送方向Ｄ１を行とした際に、各行において、所定個数（図１０（Ｂ）では２個）間隔で当接可能な位置１１が配置される構成としてもよい。この場合でも、搬送位置に搬送する造形材料１０の搬送量を調整することで、走査駆動部７５が不要となる。この場合では、送出部６２の駆動ローラー対６２２として反転可能な構成などとしてもよい。
【００６４】
［第四実施形態］
次に、本発明に係る第四実施形態について、図面に基づいて説明する。
第四実施形態は、上記第一から第三実施形態におけるヒートプローブ７１に対して、ヒートプローブをステージから引き離す際に、当接部と造形材料との間に気体を導入する点で、上記各実施形態と相違する。
【００６５】
図１１は、本実施形態におけるヒートプローブ７１Ａの概略構成を示す断面図である。
図１１に示すように、本実施形態では、ヒートプローブ７１Ａの当接部７１１には、送風孔７１３が設けられており、当該送風孔７１３は、ヒートプローブ７１Ａの中心軸を通り、気体導入部７１４に接続されている。気体導入部７１４は、コンプレッサーであり、圧縮気体を送風孔７１３から導入（吹付）する。
【００６６】
本実施形態では、図６におけるステップＳ３において、ヒートプローブ７１を造形材料１０に押し当てて造形材料１０を溶融し、当該ヒートプローブ７１をステージ２から離れる方向に離隔させる際に、コントローラー５は、気体導入部７１４を制御して、送風孔７１３から気体を吹き付ける。これにより、当接部７１１と、当接部７１１に付着した溶融状態の造形材料１０との間に気体が入り込み、当接部７１１から造形材料１０が引き剥がされる。これにより、上述した各実施形態に比べて、さらに当接部７１１への造形材料１０の付着、残留を抑制することができる。
【００６７】
また、送風孔７１３から導入される気体としては、不活性ガスが好ましい。不活性ガスを吹き付けることで、造形材料１０の酸化等の化学変化を抑制でき、高品質な造形物を造形することが可能となる。
また、大気雰囲気下においては、空気等の気体を吹き付けてもよく、この場合、除湿された気体を導入することが好ましい。これにより、水分子による造形材料１０の変質を抑制できる。
【００６８】
なお、上記において、ヒートプローブ７１を離隔させる際に送風孔７１３から気体を導入する例を示したが、ヒートプローブ７１を造形材料１０に当接させる直前に、加熱気体を造形材料１０に吹き付けてもよく、当接時と離隔時の双方において加熱気体を導入してもよい。当接時に加熱気体を吹き付ける場合、造形材料１０を積層させる造形位置の造形物を予熱することで、積層された造形材料１０と造形物との密着性を向上させることができ、高品質な造形物を造形することができる。この際も、上記のように、不活性ガスや除湿された気体を吹き付けることで、造形物や造形材料１０の変質を抑制できる。
【００６９】
また、図１１では、送風孔７１３が当接部７１１の中心部に１つ設けられる構成を例示したが、これに限定されず、例えば、当接部７１１の外周縁に沿って複数の送風孔が設けられる構成などとしてもよい。
本実施形態のヒートプローブ７１Ａは、第一から第三実施形態の各種ヒートプローブ７１に適用できる。
【００７０】
［その他の実施形態］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記第一実施形態において、ヒートプローブ７１の当接部の形状として、円形状を例示したが、例えば、図１１に示したように矩形状に形成されていてもよい。矩形状の場合では、当接位置をテープ幅方向に走査させることで、造形材料１０をより無駄なく使用することができる。
また、当接部が平坦面である例を示したが、例えば円錐体形状や半球形状等、凸状等に形成されていてもよい。このような構成では、当接部に対する溶融した造形材料１０の付着をより確実に抑制でき、また、当接部の面積が小さくなるので、より精度の高い造形物を造形することが可能となる。
【００７１】
上記第一及び第二実施形態において、押圧駆動部７３をテープ幅方向に移動させる走査駆動部７５を例示したこれに限定されない。例えば、図１２に示すように、押圧駆動部７３を搬送方向に対して平行な揺動軸７５１で揺動可能に保持する構成などとしてもよい。この場合、モーター等の駆動力により押圧駆動部７３を揺動させることで、当接位置をテープ幅方向に移動させる。
なお、このような構成では、当接部７１１が平坦面である場合、揺動傾斜角度により、当接部７１１が造形材料１０に当接する面積が変化するおそれがある。したがって、本構成を採用する場合には、当接部７１１を例えば半球形状や円錐体形状、搬送方向Ｄ１と平行な軸線を中心とした円柱形状などとすることで、揺動による当接面積の変動を抑制する構成とすることが好ましい。
さらに、例えばテープ搬送機構６として、例えば送出部６２をテープ幅方向に移動させる幅方向移動機構を備える構成としてもよい。この場合、テープ搬送機構６により、造形材料１０をテープ幅方向に移動させることができるため、押圧造形機構７をテープ幅方向に移動させる走査部（走査駆動部７５）の構成を不要にできる。
【００７２】
上記第一実施形態において、押圧駆動部７３の構成例として、図４に示すような磁気回路を用いた駆動機構を例示したがこれに限定されない。
図１３は、押圧駆動部７３の他の例を示す図である。
例えば、図１３（Ａ）に示すように、例えば断面楕円形状のカム部材７３２Ａを回転駆動させることで、ヨーク７３４の突出部７３４Ｂを押込み、駆動伝達軸７３６を進退させる押圧駆動部７３Ａを用いてもよい。
また、図１３（Ｂ）に示すように、空圧シリンダ７３８のピストンに駆動伝達軸７３６を接続し、吸排気口７３８Ａ，７３８Ｂから空圧シリンダ７３８内にエアを交互に吸気及び排気させることで、駆動伝達軸７３６を進退駆動させる押圧駆動部７３Ｂを用いてもよい。
さらに、図１３（Ｃ）に示すように、サーボモータ７３９の回転駆動軸の回転駆動を、変換ギア７３９Ａを用いて進退駆動に変換し、当該変換された駆動力を駆動伝達軸７３６に伝達させて進退駆動させる押圧駆動部７３Ｃを用いてもよい。
その他、いかなる構成により駆動伝達軸７３６を進退駆動させてよい。
【００７３】
上記第一実施形態において、ヒートプローブ７１を造形位置から離隔させる際に、移動機構４をＸＹ方向に対して移動させる例を示したが、これに限定されない。例えば、さらにＺ方向（ヒートプローブ７１をステージ２から離隔させる方向）に移動させてもよい。
この場合、押圧駆動部７３によるヒートプローブ７１の移動速度に、移動機構４による移動速度が加算されることで、ヒートプローブ７１と溶融状態の造形材料１０との密着性がより強い力で断ち切られ、ヒートプローブ７１への造形材料１０の付着をより確実に抑制できる。なお、第二から第四実施形態においても同様である。
【００７４】
上記実施形態において、造形室内が不活性ガス雰囲気下で維持されている構成を例示したが、これに限定されない。例えば、除湿された大気雰囲気下に維持されていてもよい。この場合でも、水分子によって造形材料１０が酸化されることなく、高品質な造形物を造形することが可能となる。
さらに、造形室内にステージ２、造形ヘッド３、移動機構４が設けられる例を示したが、これに限定されない。造形材料１０として、加熱等により変質しない素材を用いる場合は、造形室がなくてもよい。また、ヒートプローブ７１の当接位置に対して、不活性ガス（又は除湿された空気）を吹き付けるガス噴出部を設ける構成としてもよい。このガス噴出部としては、例えば、第四実施形態のように、当接部７１１に送風孔７１３を設ける構成としてもよく、別途、送風用のノズルを設ける等してもよい。
【００７５】
造形材料１０として、アスペクト比が１０以上となる断面矩形状のテープ状材料を例示したが、これに限定されない。例えば、造形材料１０の材質等によって、十分な可撓性を有し、かつテープ搬送機構６における造形材料１０の搬送ハンドリング性が良好であれば、アスペクト比が１０未満となるテープ状材料を用いてもよい。
【００７６】
上記第一実施形態において、離隔速度を押圧速度よりも速くしたが、離隔速度と押圧速度とを同じ速度としてもよく、遅くしてもよい。ただし、ヒートプローブ７１から溶融状態の造形材料１０を引き剥がすための速度以上であることが好ましい。
また、第一実施形態において、ヒートプローブ７１の離隔速度を所定速度以上に設定し、かつ、離隔時に移動機構４を移動させる構成を例示したが、いずれか一方の処理のみによりヒートプローブ７１への造形材料１０の付着を抑制してもよい。
【００７７】
上記実施形態では、造形材料１０は、カセット６１に収納される構成としたが、これに限定されない。例えば、図１４に示すように、軸芯６１４に造形材料１０を巻装することで、造形材料１０をロール状に保持してもよい。この場合、軸芯６１４の中心軸に沿って装着孔６１５を設け、例えば造形ヘッド３に設けられた係止ピンを装着孔６１５に挿通することで、造形材料１０が巻装された軸芯６１４を造形ヘッド３に装着できる。また、軸芯６１４の軸方向の両端部に、造形材料１０のテープ幅方向の両端縁を保持するフランジ部６１６を設ける構成とすることで、造形材料１０の弛み等を防止できる。
【００７８】
上記実施形態では、造形材料１０がテープ状材料である例を示したが、例えば糸状に構成されていてもよい。この場合でも、図３に示すようなカセット６１のボビン６１２や図１４に示す軸芯６１４に糸状造形材料を巻装させることで、造形材料を保持することができる。一方、このような糸状造形材料を用いる場合、搬送時の捩れ等が発生しやすく、搬送ハンドリング性が悪化する場合がある。
この場合、送出部６２の駆動ローラー対６２２として、図１５に示すような断面形状のローラー６２４Ａ，６２４Ｂを用いることが好ましい。駆動ローラー６２４Ａの表面を例えばゴムやエラストマー等の孔摩擦係数を有する弾性部材により構成されたローラーである。また、従動ローラー６２４Ｂは、糸状造形材料１０Ａに対して２点で接し、糸状造形材料１０Ａの半分以上が入り込む断面三角形状の溝６２４Ｂ１が周方向に沿って形成されたローラーである。このような構成では、溝６２４Ｂ１に対して糸状造形材料１０Ａを弾性力で付勢しつつ、搬送方向に送り出すことで、安定した定量搬送が可能となる。
【００７９】
上記実施形態では、移動機構４として、造形ヘッド３をＺＹＺの３軸方向に移動させる例を示したが、これに限定されず、例えば、上述したように、ステージ２を３軸方向に移動させる構成としてもよく、ステージ２をＺ軸方向に移動させ、造形ヘッドをＸＹ軸方向に移動させる構成としてもよい。さらに、図７に示すように、断面円形（円筒形）の造形物を造形する場合等では、ステージ２に回転機構を設ける等して、ステージ２に対して造形ヘッド３を相対に回転移動可能な構成としてもよい。
【００８０】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。
【符号の説明】
【００８１】
１…造形装置、２…ステージ、３…造形ヘッド、４…移動機構、５…コントローラー、６…テープ搬送機構、７，７Ａ…押圧造形機構、１０…造形材料、１０Ａ…糸状造形材料、６１…カセット、６２…送出部、７１，７１Ａ…ヒートプローブ、７２…加熱部、７３，７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ…押圧駆動部、７４…ジョイント部、７５…走査駆動部、６２２Ａ…駆動ローラー、６２２Ｂ…従動ローラー、６２４Ａ…駆動ローラー、６２４Ｂ…従動ローラー、７１１…当接部、７１２…プローブプレート、７１３…送風孔、７１４…気体導入部、７３１…フレーム、７３１Ａ…底部、７３１Ｂ…ヨーク接続部、７３２…コア、７３３…ソレノイドコイル、７３４…ヨーク、７３４Ａ…アーマチュア、７３４Ｂ…突出部、７３５…付勢ばね、７３６…駆動伝達軸、７３８…空圧シリンダ、７３８Ａ…吸排気口、７３８Ｂ…吸排気口、７３９…サーボモータ、７３９Ａ…変換ギア、Ｄ１…搬送方向、Ｄ２…法線方向、Ｐ…造形位置。
【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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