(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形物の材料となる樹脂を保持する保持部及び該保持部と連通して形成され前記樹脂が溶融状態で吐出される吐出部を有する円筒状のヘッド本体と、
前記ヘッド本体の外周に配置されたヒータと、
前記ヒータの外周に前記ヒータの全体を覆うように配置され、前記ヘッド本体の中心方向に付勢した状態で取り付けられたらせん状の固定バネ体からなる弾性体と
を備えることを特徴とする樹脂溶融型造形ヘッド。
【請求項２】
前記弾性体の前記ヘッド本体の軸方向の長さは、前記ヒータの前記軸方向の長さよりも大きい、請求項１記載の樹脂溶融型造形ヘッド。
【請求項３】
前記ヒータは九十九折りヒータであることを特徴とする請求項１記載の樹脂溶融型造形ヘッド。
【請求項４】
前記九十九折りヒータは、前記ヘッド本体の軸方向に所定の長さだけ延び、周方向に所定の間隙を開け反対方向に折り返すことを繰り返したことを特徴とする請求項３記載の樹脂溶融型造形ヘッド。
【請求項５】
前記九十九折りヒータは、前記ヘッド本体の周方向に所定の長さだけ延び、軸方向に所定の間隙を開け反対方向に折り返すことを繰り返したことを特徴とする請求項３記載の樹脂溶融型造形ヘッド。
【請求項６】
前記九十九折りヒータは、複数の九十九折り部を備え、
前記周方向で隣接する２つの九十九折り部は、その折り返し部の前記軸方向の位置が互いに異なる、
請求項５記載の樹脂溶融型造形ヘッド。
【請求項７】
前記ヘッド本体と前記ヒータの間に第１の絶縁シートを設けた請求項１に記載の樹脂溶融型造形ヘッド。
【請求項８】
前記ヒータと前記弾性体の間に第２の絶縁シートを設けた請求項７記載の樹脂溶融型造形ヘッド。
【請求項９】
造形物が形成される造形ステージと、
前記造形ステージに対し前記造形物を形成するための溶融樹脂を吐出する樹脂溶融型造形ヘッドと
を備え、
前記樹脂溶融型造形ヘッドは、 
造形物の材料となる樹脂を保持する保持部及び該保持部と連通して形成され前記樹脂が 溶融状態で吐出される吐出部を有する円筒状のヘッド本体と、
前記ヘッド本体の外周に配置されたヒータと、
前記ヒータの外周に前記ヒータの全体を覆うように配置され、前記ヘッド本体の中心方向に付勢した状態で取り付けられたらせん状の固定バネ体からなる弾性体と
を備えることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１０】
前記ヒータは九十九折りヒータであることを特徴とする請求項９記載の三次元造形装置 。
【請求項１１】
前記九十九折りヒータは、前記ヘッド本体の軸方向に所定の長さだけ延び、周方向に所定の間隙を開け反対方向に折り返すことを繰り返したことを特徴とする請求項１０記載の三次元造形装置。
【請求項１２】
前記九十九折りヒータは、前記ヘッド本体の周方向に所定の長さだけ延び、軸方向に所定の間隙を開け反対方向に折り返すことを繰り返したことを特徴とする請求項１０記載の三次元造形装置。
【請求項１３】
前記九十九折りヒータは、複数の九十九折り部を備え、
前記周方向で隣接する２つの九十九折り部は、その折り返し部の前記軸方向の位置が互いに異なる、請求項１２記載の三次元造形装置。
【請求項１４】
前記ヘッド本体と前記ヒータの間に第１の絶縁シートを設け、
前記ヒータと前記弾性体の間に第２の絶縁シートを設けた
ことを特徴とする請求項９に記載の三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂熔融型造形ヘッド及びこの造形ヘッドを用いた三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元設計データに基づいて造形物を製造する三次元造形装置が、例えば、特許文献１により知られている。このような三次元造形装置の方式としては、光造形法、粉末焼結法、インクジェット法、熔融樹脂押し出し造形法など、様々な方式が提案され、製品化されている。【０００３】
例えば、熔融樹脂押し出し造形法を採用した三次元造形装置では、造形物の材料となる熔融樹脂を吐出するための造形ヘッドを三次元移動機構上に搭載し、造形ヘッドを三次元方向に移動させて熔融樹脂を吐出しつつ熔融樹脂を積層させて造形物を得る。【０００４】
このような三次元造形装置においては、樹脂を高温で熔かして造形ヘッド先端のノズルから押し出すため、ヘッド本体を加熱するヒータを備えている。【０００５】
しかしながら、上記ヒータとヘッド本体では材質の熱膨張係数が異なるため、確実に固定すると使用の度に加熱と冷却が繰り返されヒーターにストレスが溜まり、ヘッド本体とヒータの間に空隙が生じてしまう為、破損しやすくなるという問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４８６０７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ヘッドの全体を均一に加熱できるとともにヒータが破損しにくい樹脂熔融型造形ヘッド及びこのヘッドを用いた三次元造形装置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】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明の樹脂熔融型造形ヘッドは、造形物の材料となる樹脂を保持する保持部及び該保持部と連通して形成され前記樹脂が熔融状態で吐出される吐出部を有するヘッド本体と、前記ヘッドの外周に配置されたヒータと、前記ヒータの外周に配置され、前記ヘッド本体の中心方向に付勢した状態で取り付けられた弾性体とを備えることを特徴とする。【０００９】
また、本明細書において、「九十九折りの状態」または「九十九折りヒータ」の構造とは、後述する実施の形態で開示されている構造だけでなく、ヒータの伸びに対して空間的な受け皿や逃げ代を有する構造、言い換えれば、ヒータの伸びに対して余裕度のある構造をいう。【００１０】
また、本発明によれば、このような造形ヘッドを備えた三次元造形装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ヘッドの全体を均一に加熱できるとともにヒータが破損しにくい樹脂熔融型造形ヘッド及びこのヘッドを用いた三次元造形装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態に係る三次元造形装置に含まれる３Ｄプリンタ１００の概略構成を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係る三次元造形装置の概略構成を示す正面図である。
【図３】ＸＹステージ１２の構成を示す斜視図である。
【図４】ドライバ３００の構造の詳細について説明するブロック図である。
【図５】カートリッジヒータ３９を有する造形ヘッドの断面図である。
【図６】螺旋状ヒータ４８を有する造形ヘッドの概略図である。
【図７】第１の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド２５の概略図である。
【図８】第１の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド２５の製造方法を説明する概略図である。
【図９】第１の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド２５の製造方法を説明する概略図である。
【図１０】第１の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド２５の一部断面図である。
【図１１】九十九折りヒータの他の例を示す概略図であり、（ａ）は正弦波型の例、（ｂ）はヒータの折り曲げ部分の構造例である。
【図１２】第２の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド５０の概略図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド５０の製造方法を説明する概略図である。
【図１４】第３の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド６０の概略図である。
【図１５】第３の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド６０の製造方法を説明する概略図である。
【図１６】他の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド７０の概略図である。
【図１７】他の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド８０の概略図である。
【図１８】バネ体の他の構造を示す概略図である。
【図１９】バネ体のさらに他の構造を示す概略図であり、（ａ）は螺旋構造、（ｂ）は九十九折り構造、（ｃ）は組立状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
［第１の実施の形態］
（全体構成）
図１は、第１の実施の形態で用いる３Ｄプリンタ１００の概略構成を示す斜視図である。３Ｄプリンタ１００は、フレーム１１と、ＸＹステージ１２と、造形ステージ１３と、昇降テーブル１４と、ガイドシャフト１５とを備えている。
【００１５】
この３Ｄプリンタ１００を制御する制御装置としてコンピュータ２００が、この３Ｄプリンタ１００に接続されている。また、３Ｄプリンタ１００中の各種機構を駆動するためのドライバ３００も、この３Ｄプリンタ１００に接続されている。
【００１６】
（フレーム１１）
フレーム１１は、図１に示すように、例えば直方体の外形を有し、アルミニウム等の金属材料の枠組を備えている。このフレーム１１の４つの角部に、例えば４本のガイドシャフト１５が、図１のＺ方向、すなわち造形ステージ１０の平面に対し垂直な方向に延びるように形成されている。ガイドシャフト１５は、後述するように昇降テーブル１４を上下方向に移動させる方向を規定する直線状の部材である。ガイドシャフト１５の本数は４本には限られず、昇降テーブル１４を安定的に維持・移動させることができる本数に設定される。
【００１７】
（造形ステージ１３）
造形ステージ１３は、造形物Ｓが載置される台であり、後述する造形ヘッドから吐出される熱可塑性樹脂が堆積される台である。
【００１８】
（昇降テーブル１４）
昇降テーブル１４は、図１及び図２に示すように、その４つの角部においてガイドシャフト１５を貫通させており、ガイドシャフト１５の長手方向（Ｚ方向）に沿って移動可能に構成されている。昇降テーブル１４は、ガイドシャフト１５と接触するローラ３４，３５を備えており、このローラ３４，３５がガイドシャフト１５上と接触しつつ回動することで、昇降テーブル１４はＺ方向にスムーズに移動することが可能とされている。また、昇降テーブル１４は、図２に示すように、モータＭｚの駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構により伝達することにより、上下方向に所定間隔（例えば０．１ｍｍピッチ）で移動する。モータＭｚは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。
【００１９】
（ＸＹステージ１２）
ＸＹステージ１２は、この昇降テーブル１４の上面に載置されている。図３は、このＸＹステージ１２の概略構成を示す斜視図である。ＸＹステージ１２は、枠体２１と、Ｘガイドレール２２と、Ｙガイドレール２３と、リール２４と、造形ヘッド２５と、造形ヘッドホルダＨを備えている。Ｘガイドレール２２は、その両端がＹガイドレール２３に嵌め込まれ、Ｙ方向に摺動自在に保持されている。リール２４は、造形ヘッドホルダＨに固定されており、造形ヘッドホルダＨによって保持された造形ヘッド２５の動きに追従してＸＹ方向を移動する。造形物Ｓの材料となる熱可塑性樹脂は、径が３〜１．７５ｍｍ程度の紐状の樹脂（フィラメント４３）であり、通常リール２４に捲かれた状態で保持されているが、造形時には後述する造形ヘッド２５に設けられたモータ（エクストルーダ）によって造形ヘッド２５内に送り込まれる。なお、リール２４を造形ヘッドホルダＨに固定せずに枠体２１等に固定し、造形ヘッド２５の動きに追従させない構成とすることもできる。また、フィラメント４３を露出した状態で造形ヘッド２５内に送り込まれる構成としたが、ガイド（例えば、チューブ、リングガイド等）を介在させて造形ヘッド２５内に送り込むようにしても良い。
【００２０】
フィラメント４３は、リール２４からチューブＴｂを介して造形ヘッド２５内に送り込まれる。造形ヘッド２５は、造形ヘッドホルダＨにより保持され、リール２４と共にＸ，Ｙのガイドレール２２，２３に沿って移動可能に構成されている。また、図２及び図３では図示を省略するが、造形ヘッド２５内には、フィラメント４３をＺ方向下方へ送り込むためのエクストルーダモータが配置される。造形ヘッド２５は、ＸＹ平面内においては互いに一定の位置関係を保って造形ヘッドホルダＨと共に移動可能とされていればよいが、ＸＹ平面においても、互いの位置関係が変更可能なように構成されていてもよい。
【００２１】
なお、図２及び図３では図示を省略するが、造形ヘッド２５をＸＹステージ１２に対し移動させるためのモータＭｘ、Ｍｙも、このＸＹステージ１２上に設けられている。モータＭｘ、Ｍｙは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。なお、この実施の形態では、説明の簡単化のため、造形ヘッドの数を１個としているが、２個以上の造形ヘッドを用いてもよい。なお、造形ヘッド２５については、後に更に詳しく説明する。
【００２２】
（ドライバ３００）
次に、図４のブロック図を参照してドライバ３００の構造の詳細について説明する。ドライバ３００は、ＣＰＵ３０１、フィラメント送り装置３０２、ヘッド制御装置３０３、電流スイッチ３０４、及びモータドライバ３０６を含んでいる。
【００２３】
ＣＰＵ３０１は、コンピュータ２００から入出力インタフェース３０７を介して各種信号を受信して、ドライバ３００の全体の制御を行う。フィラメント送り装置３０２は、ＣＰＵ３０１からの制御信号に従い、造形ヘッド２５内のエクストルーダモータに対して、フィラメント４３の造形ヘッド２５に対する送り量（押し込み量又は退避量）を指令し制御する。
【００２４】
電流スイッチ３０４は、ヒータ３１に流れる電流量を切換えるためのスイッチ回路である。電流スイッチ３０４のスイッチング状態が切り替わることにより、ヒータ３１に流れる電流が増加又は減少し、これにより造形ヘッド２５の温度が変化する。また、モータドライバ３０６は、ＣＰＵ３０１からの制御信号に従い、モータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを制御するためのパルス信号を発生させる。
【００２５】
（造形方法）
次に、上記のように構成された３Ｄプリンタ１００を用いて造形物Ｓを造形する方法について説明する。
【００２６】
まず、ＣＰＵ３０１からの制御信号に従い、モータドライバ３０６は、モータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを制御するためのパルス信号を発生する。該パルス信号によって、モータＭｚはその駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構により伝達することにより、昇降テーブル１４をＺ方向（上下方向）に移動させる。また、該パルス信号によって、モータＭｘ、ＭｙはＸＹステージ１２に対して造形ヘッド２５を所定位置に移動させる。
【００２７】
一方、造形ヘッド２５内に押し込まれたフィラメント４３が造形ヘッド２５に設けられたヒータにより加熱されると、フィラメント４３は熔融し、造形ヘッド２５の先端から外部に吐出される。
【００２８】
造形ヘッド２５を上記手法により三次元の所定位置に移動させつつ、造形ステージ１３に熔融樹脂を吐出し、熔融樹脂を積層させることによって、造形物Ｓを得る。
【００２９】
なお、上記実施形態では、造形ステージ１３を固定し、昇降テーブル１４をＺ方向（上下方向）に移動させることによって造形ヘッド２５をＺ方向に移動させたが、昇降テーブル１４のＺ方向の位置を固定して造形ヘッド２５のＺ方向の位置を固定し、造形ステージ１３をＺ方向（上下方向）に移動させることによって、造形を行う構成とすることもできる。
【００３０】
以下、本実施の形態に係る造形ヘッド２５について更に詳しく説明する。
【００３１】
（造形ヘッド）
図５は、カートリッジヒータ３９を使用した従来の造形ヘッド３０の概略図である。造形ヘッド３０は、ヘッド本体４１と、該ヘッド本体４１内に設けられた樹脂保持部３８と、該樹脂保持部３８と連通して形成されている吐出部２９と、ヘッド本体４１の温度を変化させるためのカートリッジヒータ３９と、ヘッド本体４１の温度を測定するための温度センサ４２とを備えている。
【００３２】
樹脂保持部３８は、前述したフィラメント４３が進入する部分であり、樹脂保持部３８に進入した固体状態のフィラメント４３がカートリッジヒータ３９により加熱されると、フィラメント４３は熔融し、熔融状態のフィラメント４３が樹脂保持部３８内に溜まり、更に吐出部２９から外部に吐出される。
【００３３】
しかし、カートリッジヒータ３９では、図５に示すように、ヘッド本体４１内の非対称な箇所に配置されているのでヘッド内部の樹脂を均一に加熱することができない。
【００３４】
そこで、図６に示すような構造を有する造形ヘッド４０が用いられる。
【００３５】
造形ヘッド４０は、図５に示すカートリッジヒータ３９の代わりに、螺旋状ヒータ４８を用いたものである。この造形ヘッド４０では、ヘッド本体４６の外周にポリイミド等からなる絶縁シート４７を介してヒータを螺旋状に巻き付けて螺旋状ヒータ４８を構成したものである。
【００３６】
このようにヒータをヘッド本体４６の外周に螺旋状に巻き付けることによって、ヒータがヘッド本体４６の中心軸に対して対称に配置されるため、ヘッドの中心軸から見て等方的に加熱することができる。
【００３７】
しかし、螺旋状ヒータ４８を構成するヒータとヘッド本体４６では材質の熱膨張係数が異なるため、確実に固定すると使用の度に加熱と冷却が繰り返されヒーターにストレスが溜まり、ヘッド本体とヒータの間に空隙が生じてしまう為、破損しやすくなるという問題が発生する。
【００３８】
（樹脂熔融型造形ヘッド２５）
上記課題を解決すべくなされた本実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド２５に関して、図７〜図１０に基づいて説明する。
【００３９】
図７及び図１０に、本実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド２５の構造を示す。この樹脂熔融型造形ヘッド２５は、ヘッド本体２８の外周に絶縁シート３２（図１０）を被覆し、さらにその上に、ヒータをヘッド軸方向（図中縦方向）に所定長さだけ距離を取りつつ反対方向に折り返すことを繰り返した九十九折り（つづらおり）の状態（以下、「縦方向九十九折り」と記す）で配置することにより縦方向九十九折りヒータ３１を設け、さらにその外周に絶縁シート３６を介して螺旋状の固定バネ体３７を弾性的に付勢された状態で取り付けたものである。
【００４０】
縦方向九十九折りヒータ３１において、用いられるヒータの材質、厚み、長手方向の任意の箇所で切断した場合の断面形状、ヘッド軸方向への長さ（ｌ）、折返し数（ｎ）、ピッチ間隔（ｐ）等は任意に設定することができる。例えば、ヒータの断面形状は、真円状、楕円状、矩形状等の任意の形状とすることができる。真円状の場合の径、矩形状の場合のアスペクト比も任意の値に設定することが可能である。
また、九十九折りヒータとしては、図１１（ａ）に示すように、ヒータ３３を正弦波（サインカーブ）型の形状とすることもでき、さらに、この正弦波のピッチも任意の値とすることができる。また、直線と半円形を組み合わせた形状としたり、矩形波の角の部分を丸くした形状とすることもできる。この場合、角の部分は、図１１（ｂ）に示すように、ヒータ３３における角部のｒ１〜ｒ４の径が全て同じになることが余裕度の点から最も好ましいが、それ以外の構造でも良い。さらに、ヘッド本体２８の外周にヒータを１重だけでなく多重に巻く構成であっても良い。
このような九十九折りヒータは、伸び縮みに対する余裕度があるので、熱膨張があってもストレスが溜まりづらく、ヘッド本体とヒータの間に空隙が生じることがなく、破損し辛くなる。
【００４１】
また、固定バネ体３７は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３１又はインコネル(Inconel（Ｒ）)等、高耐熱のバネ材を用いることができる。
固定バネ体３７のヘッド軸方向長さ（Ｌ）は、図７に示すように、縦方向九十九折ヒータ３１のヘッド軸方向長さ（ｌ）よりも大きくする。固定バネ体３７の内径ｄは、ヘッド本体２８の外径Ｄよりも小さく設定する。また、固定バネ体３７の内径ｄは、ヘッド軸方向長さ（Ｌ）全体に渡って一定の値でも良いし、一部を異なる値にしたり、連続的に変化させたりしても良い。さらに、バネ体を構成する１本のバネの断面形状が真円状の場合の径や矩形状の場合のアスペクト比、厚みも任意の値に設定することができる。
【００４２】
また、固定バネ体３７のピッチ間隔等は任意に設定することができる。ピッチ間隔は、ヘッド軸方向長さ（Ｌ）全体に渡って一定の値でも良いし、一部を異なる値にしたり、連続的に変化させたりしても良い。また、バネ体のヘッド軸方向に対する角度も任意の値に設定することが可能である。また、本実施の形態では、固定バネ体３７の両端を開放端とし周方向に対する余裕度を確保したが、一方が固定されていても良い。固定バネ体３７は、樹脂熔融型造形ヘッド２５の最外周に設けることができる。
【００４３】
さらに、絶縁シート３２，３６は、ヒータによる加熱温度よりも約１００℃以上耐熱温度が高いものを用いることが好ましく、例えば、ポリイミドフィルム、マイカフィルム、フッ素樹脂フィルム、ガラステープ、シリカテープ、アルミナテープ等の耐熱性、絶縁性に優れたものを用いることができる。また、絶縁シート３２と絶縁シート３６は、同一の材料を用いても良いし、異なる材料を用いても良い。
【００４４】
また、ヘッド本体２８内には、図１０に示すように、吐出部２９と連通して樹脂保持部３８が設けられ、かつ、ヘッド本体２８の温度を測定するための温度センサ４２が設置されている。
【００４５】
樹脂保持部３８は、フィラメント４３が進入する部分である。また、図示していないが、ヘッド本体２８内には、フィラメント４３をＺ方向下方へ送り込むためのエクストルーダモータが配置される。樹脂保持部３８に進入した固体状態のフィラメント４３が縦方向九十九折ヒータ３１により加熱されると、フィラメント４３は熔融し、熔融状態のフィラメント４３が樹脂保持部３８内で押し込まれた状態で吐出部２９から外部に吐出される。
【００４６】
また、樹脂の熔融を制御するため、ヘッド本体２８の温度が縦方向九十九折りヒータ３１及び温度センサ４２を用いて制御される。このため、温度センサ４２が樹脂保持部３８の内壁近傍に配置される。温度センサ４２は、ヘッド本体２８内の所定箇所の温度を測定し、その測定結果をコンピュータ２００に向けてフィードバックする。コンピュータ２００は、このフィードバックされた結果に従って縦方向九十九折ヒータ３１を制御する。造形ヘッド２５のヘッド本体４１は、熱伝導を良くするため、アルミ合金で作製されることが多い。
【００４７】
（樹脂熔融型造形ヘッド２５の製造方法）
樹脂熔融型造形ヘッド２５は、以下の手順によって製造することができる。まず、図８に示すように、ヘッド本体２８の外側に順に、絶縁シート３２、縦方向九十九折りヒータ３１、絶縁シート３６を用意し、ヘッド本体２８の外周に絶縁シート３２を被覆した後、縦方向九十九折りヒータ３１をその外周に沿って配置する（図９参照）。さらに、その表面に絶縁シート３６を被覆した後、内径（ｄ）がヘッド本体２８の外径（Ｄ）よりも小さな固定バネ体３７を用意する。この固定バネ体３７の内径（ｄ）をヘッド本体２８の外径（Ｄ）よりも拡張した状態で、絶縁シート３６が被覆されたヘッド本体２８に被せる。これによって、縦方向九十九折りヒータ３１は、固定バネ体３７により中心に向かった弾性力で付勢され、支持される。
ここで、本明細書において「付勢」とは、中心方向に力が掛かっているが、固定されておらず、移動可能な状態をいう。
【００４８】
（樹脂熔融型造形ヘッド２５の作用・効果）
本実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド２５では、ヘッド本体２８の外周に、絶縁シート３２を介して、ヒータをヘッド軸方向に所定長さだけ伸ばして反対方向に折り返すことを繰り返す縦方向九十九折りヒータ３１を設けているので、使用の度に加熱が繰り返されても、ヒータが絶縁シート３２の表面に沿って伸長するため、絶縁シート３２との界面に隙間が生じにくい。しかも、その外側に配置されている固定バネ体３７によって付勢されているため、ヒータが伸長する際に隙間が生じることが防止される。
【００４９】
このため、従来の螺旋状ヒータとは異なり、熱によるストレスが溜まりにくく、ヒータが破損しにくくなる。
【００５０】
従って、本実施の形態によれば、ヘッドの全体を均一に加熱できるとともにヒータが破損しにくい樹脂熔融型造形ヘッド及びこのヘッドを用いた三次元造形装置を提供することが可能になる。
【００５１】
［第２の実施の形態］
次に、図１２及び図１３を参照して、第２の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド及び三次元造形装置について説明する。この第２の実施の形態では、樹脂熔融型造形ヘッドの構成が第１の実施の形態とは異なっている。それ以外の三次元造形装置の構造、及び造形物の製造方法は第１の実施の形態と略同一で良いので、その説明は省略する。また、図１２及び図１３において、第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、以下ではその詳細な説明は省略する。
【００５２】
図１２に、第２の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド５０の構造を示す。この樹脂熔融型造形ヘッド５０は、ヒータをヘッドの外周方向（図中横方向）に所定長さだけ延びつつ反対方向に折り返すことを繰り返す九十九折りの状態（以下、「横方向九十九折り」と記す）で配置することで横方向九十九折りヒータ５１を設けた以外は、第１の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド２５と同様に形成されている。
【００５３】
横方向九十九折りヒータ５１において、用いられるヒータの材質、厚み、長手方向の任意の箇所で切断した場合の断面形状、ヘッド軸方向への長さ（ｌ）、折返し数（ｎ）、ピッチ間隔（ｐ）等は任意に設定することができる。例えば、ヒータの断面形状は、真円状、楕円状、矩形状等の任意の形状とすることができる。真円状の場合の径、矩形状の場合のアスペクト比も任意の値に設定することが可能である。また、この横方向九十九折りヒータ５１のヘッド軸方向長さ（ｌ）は、固定バネ体３７のヘッド軸方向長さ（Ｌ）よりも小さくなるように設定される。さらに、図１３に示すように、隣接する九十九折り部５２，５３において、その折返し点５２ａ及び５３ａはヘッド軸方向において同一位置ではなく、互いにずらした位置に配置される。
【００５４】
樹脂熔融型造形ヘッド５０は、図１３に示すように、ヘッド本体２８の外側に順に、絶縁シート３２、横方向九十九折ヒータ５１、絶縁シート３６を用意し、ヘッド本体２８の外周に絶縁シート３２を被覆した後、横方向九十九折ヒータ５１をその外周に沿って配置する。さらに、その表面に絶縁シート３６を被覆した後、内径（ｄ）がヘッド本体２８の外径（Ｄ）よりも小さな固定バネ体３７を用意し、その内径（ｄ）をヘッド本体２８の外径（Ｄ）よりも拡張した状態で、絶縁シート３６が被覆されたヘッド本体２８に被せる。これによって、横方向九十九折りヒータ５１は、固定バネ体３７により中心に向かった弾性力で付勢され、支持される。
【００５５】
本実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド５０では、ヘッド本体２８の外周に、絶縁シート３２を介して、ヒータをヘッドの外周方向に所定長さだけ延びつつ反対方向に折り返すことを繰り返す横方向九十九折りヒータ５１を設けているので、使用の度に加熱が繰り返されても、ヒータが絶縁シート３２の表面に沿って伸長するため、絶縁シート３２との界面に隙間が生じにくい。しかも、その外側に配置されている固定バネ体３７によって加圧されているため、ヒータが伸長する際に隙間が生じることが防止される。
【００５６】
さらに、隣接する九十九折り部５２の折返し点５２ａと九十九折り部５３の折返し点５３ａはヘッド軸方向において同一位置ではなく、互いにずらした位置に配置されているので、ヒータが熱により伸長しても接触してショートすることがない。
【００５７】
以上のことにより、従来の螺旋状ヒータとは異なり、熱によるストレスが溜まりにくく、ヒータが破損しにくくなる。
【００５８】
従って、本実施の形態によれば、ヘッドの全体を均一に加熱できるとともにヒータが破損しにくい樹脂熔融型造形ヘッド及びこのヘッドを用いた三次元造形装置を提供することが可能になる。
【００５９】
［第３の実施の形態］
次に、図１４及び図１５を参照して、第３の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド及び三次元造形装置について説明する。この第３の実施の形態では、樹脂熔融型造形ヘッドの構成が第１の実施の形態とは異なっている。それ以外の三次元造形装置の構造、及び造形物の製造方法は第１の実施の形態と略同一で良いので、その説明は省略する。また、図１４及び図１５において、第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、以下ではその詳細な説明は省略する。
【００６０】
図１４に、第３の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド６０の構造を示す。この樹脂熔融型造形ヘッド６０は、混合九十九折りヒータ６１を設けた以外は、第１の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド２５と同様に形成されている。この混合九十九折りヒータ６１は、第２の実施の形態で示した横方向九十九折りヒータの一部（横方向九十九折り部６１ａ）と第１の実施の形態で示した縦方向九十九折りヒータの一部（縦方向九十九折り部６１ｂ）とを交互に組み合わせて構成されている。
【００６１】
混合九十九折りヒータ６１において、用いられるヒータの材質、厚み、長手方向の任意の箇所で切断した場合の断面形状、ヘッド軸方向への長さ（ｌ）、折返し数（ｎ）、ピッチ間隔（ｐ）等は任意に設定することができる。例えば、ヒータの断面形状は、真円状、楕円状、矩形状等の任意の形状とすることができる。真円状の場合の径、矩形状の場合のアスペクト比も任意の値に設定することが可能である。また、この混合九十九折りヒータ６１のヘッド軸方向長さ（ｌ）は、固定バネ体３７のヘッド軸方向長さ（Ｌ）よりも小さくなるように設定される。
【００６２】
樹脂熔融型造形ヘッド６０は、図１５に示すように、ヘッド本体２８の外側に順に、絶縁シート３２、混合九十九折りヒータ６１、絶縁シート３６を用意し、ヘッド本体２８の外周に絶縁シート３２を被覆した後、混合九十九折りヒータ６１をその外周に沿って配置する。さらに、その表面に絶縁シート３６を被覆した後、内径（ｄ）がヘッド本体２８の外径（Ｄ）よりも小さな固定バネ体３７を用意し、その内径（ｄ）をヘッド本体２８の外径（Ｄ）よりも拡張した状態で、絶縁シート３６が被覆されたヘッド本体２８に被せる。これによって、混合九十九折りヒータ６１は、固定バネ体３７により中心に向かった弾性力で付勢され、支持される。
【００６３】
本実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド６０では、ヘッド本体２８の外周に、絶縁シート３２を介して、混合九十九折りヒータ６１を設けているので、使用の度に加熱が繰り返されても、ヒータが絶縁シート３２の表面に沿って伸長するため、絶縁シート３２との界面に隙間が生じにくい。しかも、その外側に配置されている固定バネ体３７によって加圧されているため、ヒータが伸長する際に隙間が生じることが防止される。
【００６４】
以上のことにより、従来の螺旋状ヒータとは異なり、熱によるストレスが溜まりにくく、ヒータが破損しにくくなる。
【００６５】
従って、本実施の形態によれば、ヘッドの全体を均一に加熱できるとともにヒータが破損しにくい樹脂熔融型造形ヘッド及びこのヘッドを用いた三次元造形装置を提供することが可能になる。
【００６６】
［その他の実施の形態］
以上、各種実施の形態を説明したが、これらの実施の形態において、例えば以下のような変形、置換、追加等が可能である。
【００６７】
（１）上記実施の形態では、ヘッド本体２８とヒータとの間、ヒータと固定バネ体３７との間にそれぞれ絶縁シート３２、３６を介在させたが、ヒータの表面が絶縁被覆されたものを用いれば、ヘッド本体２８や固定バネ体３７とショートする虞もないため、絶縁シート３２、３６の片方又は両方を省略することもできる。
【００６８】
（２）上記実施の形態では、ヘッドを加熱するヒータとして縦、横及び混合九十九折りヒータの例を示したが、図１６に示すように、ヘッド本体２８の外周に絶縁シート３２を介してヒータを多数の波型に形成したものを多重に巻き付けた波型ヒータ７１を用い、さらにその外周に絶縁シート３６を介して固定バネ体３７を設けても良い。
【００６９】
（３）また、図１７に示すように、波型ヒータ７１を用いる代わりに、スリット８１を入れて伸びに対する余裕度を持たせたバンド状（帯状）ヒータ６３を用いて加熱する構造としても良い。  
【００７０】
（４）上記実施の形態では、絶縁シート３２、３６の固定に接着剤を用いない例を示したが、片方又は双方の固定に際して適宜接着剤を使用しても良い。
【００７１】
（５）上記実施の形態では、ヘッド本体の軸方向全体に渡って内径が同一の固定バネ体３７を用いてヒータを付勢して支持したが、図１８に示すように、中央部の内径が最も小さくなるような螺旋状バネ体９０を用いても良い。この場合、螺旋状バネ体９０を構成するバネ４５の中央部の内径ｄ１、端部の内径をｄ２、ヘッド本体２８の外径をＤとすると、ｄ１＜ｄ２＜Ｄの関係を満たすように設定される。また、バネ４５として、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３１又はインコネル(Inconel（Ｒ）)等の高耐熱の弾性体を用いても良い。
【００７２】
（６）上記実施の形態では、バネ形状として図１９（ａ）に示すように、螺旋構造を有する固定バネ体３７ａを用いたが、他の構造であっても良いことは言うまでもない。例えば、図１９（ｂ）に示すように、九十九折り構造を有する固定バネ体３７ｂを用いることもできる。九十九折り構造を有する固定バネ体３７ｂも螺旋構造を有する固定バネ体３７ａと同様に、バネの自然径（内径）をｄとすると、ヘッド本体２８の外径Ｄよりも小さく設定され、その内径ｄをヘッド本体２８の外径Ｄよりも拡張した状態で、絶縁シート３６が被覆されたヘッド本体２８に被せることによって組み立てられる。
【００７３】
（７）以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・基礎テーブル、１１・・・フレーム、１２・・・ＸＹステージ、１３・・・造形ステージ、１４・・・昇降テーブル、１５・・・ガイドシャフト、２１・・・枠体、２２・・・Ｘガイドレール、２３・・・Ｙガイドレール、２４・・・リール、２５・・・樹脂熔融型造形ヘッド（造形ヘッド）、Ｈ・・・造形ヘッドホルダ、２８・・・ヘッド本体、２９・・・吐出部、３０・・・造形ヘッド、３１・・・縦方向九十九折りヒータ、３２・・・絶縁シート、３３・・・ヒータ、３４、３５・・・ローラ、３６・・・絶縁シート、３７・・・固定バネ体、３７ａ・・・螺旋構造を有する固定バネ体、３７ｂ・・・九十九折り構造を有する固定バネ体、３８・・・樹脂保持部、３９・・・カートリッジヒータ、４０・・・造形ヘッド、４１・・・ヘッド本体、４２・・・温度センサ、４３・・・フィラメント、４５・・・バネ体、４６・・・ヘッド本体、４７・・・絶縁シート、４８・・・螺旋状ヒータ、５０・・・樹脂熔融型造形ヘッド、５１・・・横方向九十九折りヒータ、５２・・・九十九折り部、５２ａ・・・折返し点、５３・・・九十九折り部、５３ａ・・・折返し点、６０・・・樹脂熔融型造形ヘッド、６１・・・混合九十九折りヒータ、６１ａ・・・横方向九十九折り部、６１ｂ・・・縦方向九十九折り部、６３・・・バンド状（帯状）ヒータ、７０・・・樹脂熔融型造形ヘッド、７１・・・波型ヒータ、８０・・・樹脂熔融型造形ヘッド、８１・・・スリット、９０・・・螺旋状バネ体、１００・・・３Ｄプリンタ、２００・・・コンピュータ、３００・・・ドライバ、３０１・・・ＣＰＵ、３０２・・・フィラメント送り装置、３０４・・・電流スイッチ、３０６・・・モータドライバ、３０７・・・インタフェース。
【図１】
0006550455.tif 000002
【図２】
0006550455.tif 000003
【図３】
0006550455.tif 000004
【図４】
0006550455.tif 000005
【図５】
0006550455.tif 000006
【図６】
0006550455.tif 000007
【図７】
0006550455.tif 000008
【図８】
0006550455.tif 000009
【図９】
0006550455.tif 000010
【図１０】
0006550455.tif 000011
【図１１】
0006550455.tif 000012
【図１２】
0006550455.tif 000013
【図１３】
0006550455.tif 000014
【図１４】
0006550455.tif 000015
【図１５】
0006550455.tif 000016
【図１６】
0006550455.tif 000017
【図１７】
0006550455.tif 000018
【図１８】
0006550455.tif 000019
【図１９】
0006550455.tif 000020