(57)【要約】  本発明は、エラストマー材料よりなる固体フィラメントを使用した場合であっても、当該固体フィラメントが安定して供給され、従って、熱融解した高分子材料を安定して吐出することができるディスペンスヘッド、並びにこのディスペンスヘッドを使用した立体造形装置および立体造形方法を提供することを目的とする。  本発明のディスペンスヘッドは、熱融解積層法によって立体形状物を作製するための立体造形装置に用いられるディスペンスヘッドであって、熱融解可能な高分子材料よりなる固体フィラメントを供給する材料供給手段と、前記材料供給手段によって供給された固体フィラメントを熱融解する加熱手段と、前記固体フィラメントが前記加熱手段によって加熱されることにより得られる融解状態の前記高分子材料を吐出する材料吐出手段とを備えてなることを特徴とする。
2016121796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱融解積層法によって立体形状物を作製するための立体造形装置に用いられるディスペンスヘッドであって、
熱融解可能な高分子材料よりなる固体フィラメントを供給する材料供給手段と、
前記材料供給手段によって供給された固体フィラメントを熱融解する加熱手段と、
前記固体フィラメントが前記加熱手段によって加熱されることにより得られる融解状態の前記高分子材料を吐出する材料吐出手段と
を備えてなることを特徴とするディスペンスヘッド。
【請求項２】
前記材料供給手段は、前記固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されており、当該駆動ローラ機構は、前記固体フィラメントの繰り出し方向に沿って配置された２つ以上のローラと、これらのローラの間に前記固体フィラメントに接するよう張架されたガイドベルトとを備えてなることを特徴とする請求項１に記載のディスペンスヘッド。
【請求項３】
前記材料供給手段は、前記固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されており、当該駆動ローラ機構は、前記固体フィラメントに接するよう配置されたローラを備えてなり、当該ローラにおける周面には、前記固体フィラメントにその長手方向に伸びるノッチを形成するノッチ形成部が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のディスペンスヘッド。
【請求項４】
前記材料供給手段は、前記固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されており、当該駆動ローラ機構は、前記固体フィラメントに接するよう配置されたローラを備えてなり、当該ローラは、ローラ本体と、このローラ本体の周面に前記固体フィラメントと接するよう配置された、当該ローラ本体の周面に沿って伸びるゴム状リング部材とよりなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のディスペンスヘッド。
【請求項５】
前記加熱手段は、前記固体フィラメントが通過する、厚み方向に伸びる貫通孔を有する加熱板を備えてなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のディスペンスヘッド。
【請求項６】
前記材料供給手段の端部から前記加熱手段までの距離が１０〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載のディスペンスヘッド。
【請求項７】
前記材料供給手段と前記加熱手段との間に、断熱手段および冷却手段の少なくとも一方が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のディスペンスヘッド。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のディスペンスヘッドと、このディスペンスヘッドを予め設定されたパターンに従って３次元的に移動させる移動手段と、前記ディスペンスヘッドにおける材料供給手段を制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする立体造形装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のディスペンスヘッドを予め設定されたパターンに従って３次元的に移動させながら、当該ディスペンスヘッドから融解状態の高分子材料を成形ステージに向かって吐出させることにより、当該成形ステージ上に立体形状物を作製することを特徴とする立体造形方法。
【請求項１０】
前記高分子材料がエラストマー材料であることを特徴とする請求項８に記載の立体造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱融解積層法によって立体形状物を作製するための立体造形装置に用いられるディスペンスヘッド、このディスペンスヘッドを使用した立体造形装置および立体造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体形状物を作製するための立体造形法の一つとして、熱融解積層法が知られている。この熱融解積層法による立体造形装置としては、ＡＢＳ樹脂やＰＬＡ樹脂等の熱可塑性樹脂よりなる固体フィラメントを造形材料として用いるものが知られている（例えば特許文献１参照。）。
かかる立体造形装置は３次元的に移動可能なディスペンスヘッドを有し、このディスペンスヘッドは、固体フィラメントを供給する材料供給手段と、この材料供給手段によって供給された固体フィラメントを熱融解する加熱手段と、融解状態の熱可塑性樹脂を吐出するオリフィスを有する材料吐出手段とにより構成されている。材料供給手段は、固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されている。この駆動ローラ機構は、適宜の駆動源によって回転駆動される駆動ローラと、駆動ローラに対向して配置された支持ローラとにより構成されている。駆動ローラの表面には、固体フィラメントとのスリップを防止または抑制するため、例えば平目のローレット加工が施されている（特許文献２および特許文献３参照。）。【０００３】
このような立体造形装置においては、固体フィラメントは、ディスペンスヘッドの材料供給手段における駆動ローラと支持ローラとの間に挟持されて繰り出されることにより、加熱手段に供給される。この加熱手段において、固体フィラメントが加熱されることにより、融解状態の熱可塑性樹脂が形成される。この融解状態の熱可塑性樹脂は、後続の固体フィラメントによって押し出されることにより、材料吐出手段のオリフィスから成形ステージに向かってストランド状に吐出される。そして、ディスペンスヘッドが、予め設定されたパターンに従って移動することにより、成形ステージ上に所要の立体形状物が作製される。【０００４】
しかしながら、上記の立体造形装置においては、固体フィラメントとしてエラストマー材料よりなるものを使用した場合に、以下のような問題があることが判明した。
エラストマー材料は、常温において柔らかく容易に変形しやすいものである。そのため、エラストマー材料よりなる固体フィラメントが、材料供給手段における駆動ローラと支持ローラとの間に挟持されると、当該固体フィラメントには、駆動ローラの表面に施されたローレット加工による凹凸に対応する凹凸が形成される。そして、固体フィラメントに凹凸が形成されると、その凹部の曲げ強度が低下するため、当該固体フィラメントは、その凹部において座屈してしまう。その結果、固体フィラメントを安定して供給することができず、従って、所要の立体形状物を得ることが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５３４１４９号公報
【特許文献２】特公平８−２５９８号公報
【特許文献３】特表２０１０−５２１３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、エラストマー材料よりなる固体フィラメントを使用した場合であっても、当該固体フィラメントが安定して供給され、従って、熱融解した高分子材料を安定して吐出することができるディスペンスヘッド、並びにこのディスペンスヘッドを使用した立体造形装置および立体造形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のディスペンスヘッドは、熱融解積層法によって立体形状物を作製するための立体造形装置に用いられるディスペンスヘッドであって、
熱融解可能な高分子材料よりなる固体フィラメントを供給する材料供給手段と、
前記材料供給手段によって供給された固体フィラメントを熱融解する加熱手段と、
前記固体フィラメントが前記加熱手段によって加熱されることにより得られる融解状態の前記高分子材料を吐出する材料吐出手段と
を備えてなることを特徴とする。【０００８】
本発明のディスペンスヘッドにおいては、前記材料供給手段は、前記固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されており、当該駆動ローラ機構は、前記固体フィラメントの繰り出し方向に沿って配置された２つ以上のローラと、これらのローラの間に前記固体フィラメントに接するよう張架されたガイドベルトとを備えてなることが好ましい。【０００９】
また、本発明のディスペンスヘッドにおいては、前記材料供給手段は、前記固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されており、当該駆動ローラ機構は、前記固体フィラメントに接するよう配置されたローラを備えてなり、当該ローラにおける周面には、前記固体フィラメントにその長手方向に伸びるノッチを形成するノッチ形成部が設けられていることが好ましい。【００１０】
本発明のディスペンスヘッドにおいては、前記固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されており、当該駆動ローラ機構は、前記固体フィラメントに接するよう配置されたローラを備えてなり、当該ローラは、ローラ本体と、このローラ本体の周面に前記固体フィラメントと接するよう配置された、当該ローラ本体の周面に沿って伸びるゴム状リング部材とよりなることが好ましい。【００１１】
本発明のディスペンスヘッドにおいては、前記加熱手段は、前記固体フィラメントが通過する、厚み方向に伸びる貫通孔を有する加熱板を備えてなることが好ましい。
また、前記材料供給手段の端部から前記加熱手段までの距離が１０〜３０ｍｍであることが好ましい。
また、前記材料供給手段と前記加熱手段との間に、断熱手段および冷却手段の少なくとも一方が設けられていることが好ましい。【００１２】
本発明の立体造形装置は、上記のディスペンスヘッドと、このディスペンスヘッドを予め設定されたパターンに従って３次元的に移動する移動手段と、前記ディスペンスヘッドにおける材料供給手段を制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする。【００１３】
本発明の立体造形方法は、上記のディスペンスヘッドを予め設定されたパターンに従って３次元的に移動させながら、当該ディスペンスヘッドから融解状態の高分子材料を成形ステージに向かって吐出させることにより、当該成形ステージ上に立体形状物を作製することを特徴とする。
本発明の立体造形方法は、前記高分子材料がエラストマー材料である場合に好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、エラストマー材料よりなる固体フィラメントを使用した場合であっも、当該固体フィラメントが安定して供給され、従って、熱融解した高分子材料を安定して吐出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のディスペンスヘッドの一例における構成を示す説明図である。
【図２】本発明のディスペンスヘッドの他の例における構成を示す説明図である。
【図３】図２に示すディスペンスヘッドにおける駆動ローラ機構の要部の構成を示す説明用断面図である。
【図４】本発明のディスペンスヘッドの更に他の例における構成を示す説明図である。
【図５】図４に示すディスペンスヘッドにおける駆動ローラ機構の要部の構成を示す説明用断面図である。
【図６】ノッチが形成された固体フィラメントを示す説明用断面図である。
【図７】本発明の立体造形装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明のディスペンスヘッドの一例における構成を示す説明図である。このディスペンスヘッド１０は、熱融解可能な高分子材料よりなる固体フィラメントＦを熱融解積層法によって造形して立体形状物を作製するための立体造形装置に搭載されるものである。
【００１７】
立体形状物を作製するための造形材料である固体フィラメントＦとしては、直径が例えば１．７５〜３ｍｍの線状のものが用いられる。
固体フィラメントＦを構成する高分子材料としては、熱融解可能な樹脂材料、エラストマー材料を用いることができ、特にエラストマー材料を用いる場合に、本発明のディスペンスヘッド１０は好適である。
樹脂材料の具体例としては、ＡＢＳ樹脂、ＰＬＡ樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
エラストマー材料の具体例としては、ジエン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマーが挙げられる。
【００１８】
ディスペンスヘッド１０は、固体フィラメントＦを供給する材料供給手段１１を有する。この材料供給手段１１は、固体フィラメントＦを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されている。この例の駆動ローラ機構は、固体フィラメントＦの繰り出し方向に沿って配置された、適宜の駆動源によって回転駆動される駆動ローラ１２ａおよびリターンローラ１２ｂと、駆動ローラ１２ａおよびリターンローラ１２ｂの間に固体フィラメントＦに接するよう張架された無端状のガイドベルト１３と、駆動ローラ１２ａおよびリターンローラ１２ｂの各々にガイドベルト１３を介して対向して固体フィラメントＦに接するよう配置された２つの支持ローラ１４ａ，１４ｂとにより構成されている。固体フィラメントＦに接する支持ローラ１４ａ，１４ｂの周面およびガイドベルト１３の表面は、いずれもローレット加工が施されていない平滑面とされている。
【００１９】
ガイドベルト１３において、固体フィラメントＦに接する領域における繰り出し方向の長さは、２０〜４０ｍｍであることが好ましい。
ガイドベルト１３と支持ローラ１４ａ，１４ｂと間のギャップの距離は、固体フィラメントＦの径の０．１〜０．８倍である。
ガイドベルト１３を構成する材料としては、ポリウレタン・エラストマーなどを用いることができ、補強材料としてはガラス繊維、アラミド繊維などを用いることができる。
固体フィラメントＦに接する支持ローラ１４ａ，１４ｂを構成する材料としては、回転部の回転軸には、ステンレス、焼結金属、ポリアミド、ポリアセタール（ＰＯＭ），ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いることができ、また、回転部のフィラメントとの接触部としては、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ、ＦＦＫＭ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ウレタンゴムなどを用いることができる。
【００２０】
材料供給手段１１の下方には、材料供給手段１１によって供給された固体フィラメントＦを熱融解する加熱手段２０が設けられている。この例の加熱手段２０は、固体フィラメントＦが通過する、厚み方向に伸びる貫通孔２２を有する金属製の加熱板２１によって構成されている。
加熱手段２０として加熱板２１を用いることにより、固体フィラメントＦに対する長手方向の加熱範囲が小さくなる。そのため、融解状態の高分子材料に対して、後続の固体フィラメントＦによる押圧力を十分に作用させることができ、その結果、融解状態の高分子材料を、後述する材料吐出手段３０のオリフィス３２から確実に吐出させることができる。
加熱板２１の厚みは、０．１〜３ｍｍであることが好ましい。この厚みが過大である場合には、固体フィラメントＦに対する長手方向の加熱範囲が大きいため、融解状態の高分子材料に対して、後続の固体フィラメントＦによる押圧力を十分に作用せず、融解状態の高分子材料を、材料吐出手段３０のオリフィス３２から確実に吐出させることが困難となることがある。
加熱板２１の貫通孔２２の内径は、例えば固体フィラメントＦの径の１．１〜１．２倍である。
【００２１】
また、材料供給手段１１の端部から加熱手段２０までの距離は１０〜３０ｍｍであることが好ましい。この距離が上記範囲であれば、固体フィラメントＦが座屈することを確実に防止することができる。この距離が過小である場合には、材料供給手段１１において、固体フィラメントＦが加熱手段２０からの熱により軟化する虞が生ずる。一方、この距離が過大である場合には、材料供給手段１０と加熱手段２０との間において、固体フィラメントＦの座屈が生じやすくなることがある。
【００２２】
材料供給手段１１と加熱手段２０との間には、固体フィラメントＦを案内する筒孔２６を有する筒状の断熱部材２５が設けられている。
断熱部材２５の筒孔２６の内径は、例えば固体フィラメントＦの径の１．１〜１．２倍である。また、断熱部材２５の筒孔２６の内径は、加熱板２１の貫通孔２２の内径と比較して大きいことが好ましく、例えば加熱板２１の貫通孔２２の内径の１．１〜１．２倍である。
断熱部材２５を構成する材料としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリ間（ＬＣＰ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などを用いることができる。
このような断熱部材２５を設けることにより、加熱手段２０からの熱が後続の固体フィラメントＦに伝達されることを防止または抑制することができる。その結果、固体フィラメントＦが軟化または融解することを防止または抑制することができ、従って、固体フィラメントＦが座屈することを確実に防止することができる。
【００２３】
加熱板２１の下面には、固体フィラメントＦが加熱手段２０によって加熱されることにより得られる融解状態の高分子材料を吐出する材料吐出手段３０が設けられている。この例の材料吐出手段３０は、固体フィラメントＦが加熱されて得られる融解状態の高分子材料が流通する材料流路３１と、この材料流路３１に連通して形成された、融解状態の高分子材料が吐出されるオリフィス３２とを有する金属製のノズルによって構成されている。この材料吐出手段３０は、加熱板２１の下面において、材料流路３１が加熱板２１の貫通孔２２に連通すると共に、オリフィス３２が水平な成形ステージＳに対向するよう配置されている。
材料吐出手段３０における材料流路３１の内径は、例えば固体フィラメントＦの径の１．０５〜１．１倍である。
また、材料吐出手段３０におけるオリフィス３２の内径は、例えば０．５〜３ｍｍである。
【００２４】
上記のディスペンスヘッド１０においては、固体フィラメントＦが、材料供給手段１１におけるガイドベルト１３と支持ローラ１４ａ，１４ｂとの間に挟持されて繰り出されることにより、断熱部材２５の筒孔２６を介して加熱手段２０における加熱板２１の貫通孔２２に供給される。加熱手段２０においては、固体フィラメントＦが加熱板２１によって加熱されることにより、融解状態の高分子材料が形成される。そして、融解状態の高分子材料は、後続の固体フィラメントＦによって押し出されることにより、材料吐出手段３０の材料流路３１を介してオリフィス３２からストランド状に吐出される。
以上において、加熱手段２０による固体フィラメントＦの加熱温度は、固体フィラメントＦの材質に応じて適宜設定されるが、通常、１４０〜１８０℃である。
また、材料吐出手段３０のオリフィス３２から吐出される高分子材料の吐出量は、例えば４００〜５０００ｍｍ3 ／ｍｉｎである。
【００２５】
このようなディスペンスヘッド１０によれば、材料供給手段１１を構成する駆動ローラ機構がガイドベルト１３を有するため、当該駆動ローラ機構における固体フィラメントＦに対する接触面積が相当に大きくなる。これにより、固体フィラメントＦに接する支持ローラ１４ａ，１４ｂの周面およびガイドベルト１３の表面が、ローレット加工が施されていない平滑面とされていても、材料供給手段１１における固体フィラメントＦのスリップを防止または抑制することができる。そして、支持ローラ１４ａ，１４ｂの周面およびガイドベルト１３の表面にローレット加工を施すことが不要であるため、材料供給手段１１によって固体フィラメントＦを供給する際には、当該固体フィラメントＦに凹凸が形成されることが回避される。このため、固体フィラメントＦとしてエラストマー材料よりなるものを使用した場合であっても、固体フィラメントＦが座屈することがない。その結果、固体フィラメントＦが安定して供給され、従って、熱融解した高分子材料を安定して吐出することができる。
【００２６】
図２は、本発明のディスペンスヘッドの他の例における構成を示す説明図である。このディスペンスヘッド１０は、材料供給手段１１の構成を除き、図１に示すディスペンスヘッド１０と同様の構成である。
【００２７】
このディスペンスヘッド１０における材料供給手段１１は、固体フィラメントＦを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されている。この例の駆動ローラ機構は、固体フィラメントＦを介して互いに対向して当該固体フィラメントＦに接するよう配置された、適宜の駆動源によって回転駆動される駆動ローラ１５および支持ローラ１８により構成されている。図３にも示すように、駆動ローラ１５は、ローラ本体１６と、このローラ本体１６の周面に設けられた、それぞれ断面円形の２つのゴム状リング部材１７とにより構成されている。具体的に説明すると、ローラ本体１６の周面には、それぞれ周方向に伸びる２つの溝１６ａおよび１６ｂが互いに軸方向に離間して形成されている。そして、ゴム状リング部材１７の各々は、ローラ本体１６の溝１６ａおよび１６ｂに固定されることにより、ローラ本体１６の周面に沿って伸び、ローラ本体１６の軸方向に互いに離間して配置されている。
【００２８】
ゴム状リング部材１７における断面の直径は、例えば１．０〜２．０ｍｍである。
ゴム状リング部材１７におけるローラ本体１６の表面からの突出高さは、例えば０．５〜１．０ｍｍである。
ゴム状リング部材１７を構成する材料としては、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ、ＦＦＫＭ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ウレタンゴムなどを用いることができる。
【００２９】
上記のディスペンスヘッド１０においては、固体フィラメントＦが、材料供給手段１１における駆動ローラ１５のゴム状リング部材１７と支持ローラ１８との間に挟持されて繰り出されることにより、断熱部材２５の筒孔２６を介して加熱手段２０における加熱板２１の貫通孔２２に供給される。加熱手段２０においては、固体フィラメントＦが加熱板２１によって加熱されることにより、融解状態の高分子材料が形成される。そして、融解状態の高分子材料は、後続の固体フィラメントＦによって押し出されることにより、材料吐出手段３０の材料流路３１を介してオリフィス３２からストランド状に吐出される。
【００３０】
このようなディスペンスヘッド１０によれば、材料供給手段１１を構成する駆動ローラ１５には、その周面に沿って伸びるゴム状リング部材１７が設けられているため、駆動ローラ１５における固体フィラメントＦに対する摩擦力が相当に大きくなる。これにより、駆動ローラ１５のローラ本体１６の周面および支持ローラ１８の周面がローレット加工が施されていない平滑面とされていても、材料供給手段１１における固体フィラメントＦのスリップを防止または抑制することができる。そして、駆動ローラ１５のローラ本体１６の周面および支持ローラ１８の周面にローレット加工を施すことが不要であるため、材料供給手段１１によって固体フィラメントＦを供給する際には、当該固体フィラメントＦに凹凸が形成されることが回避される。このため、固体フィラメントＦとしてエラストマー材料よりなるものを使用した場合であっても、固体フィラメントＦが座屈することがない。その結果、固体フィラメントＦが安定して供給され、従って、熱融解した高分子材料を安定して吐出することができる。
【００３１】
図４は、本発明のディスペンスヘッドの更に他の例における構成を示す説明図である。このディスペンスヘッド１０は、材料供給手段１１の構成を除き、図１に示すディスペンスヘッド１０と同様の構成である。
【００３２】
このディスペンスヘッド１０における材料供給手段１１は、固体フィラメントＦを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されている。この例の駆動ローラ機構は、固体フィラメントＦを介して互いに対向して当該固体フィラメントＦに接するよう配置された、適宜の駆動源によって回転駆動される駆動ローラ１５および支持ローラ１８により構成されている。図５にも示すように、駆動ローラ１５は、ローラ本体１６と、このローラ本体１６の周面に設けられた、それぞれ断面円形の２つのゴム状リング部材１７とにより構成されている。具体的に説明すると、ローラ本体１６の周面には、それぞれ周方向に伸びる２つの溝１６ａおよび１６ｂが互いに軸方向に離間して形成されている。そして、ゴム状リング部材１７の各々は、ローラ本体１６の溝１６ａおよび１６ｂに固定されることにより、ローラ本体１６の周面に沿って伸び、ローラ本体１６の軸方向に互いに離間して配置されている。ゴム状リング部材１７は、図２および図３に示す材料供給手段１１におけるゴム状リング部材１７と同様の構成である。
【００３３】
駆動ローラ１５の周面および支持ローラ１８の周面の各々には、固体フィラメントＦにその長手方向に伸びるノッチを形成するノッチ形成部１６ｃ，１８ｃが設けられている。具体的に説明すると、駆動ローラ１５においては、ローラ本体１６の２つの溝１６ａ，１６ｂの間に、断面が三角形の突条よりなるノッチ形成部１６ｃが形成されている。また、支持ローラ１８においては、その周面に、それぞれ周方向に伸びる２つのＶ字型の溝１８ａ，１８ｂが隣接して形成されることにより、断面が三角形の突条よりなるノッチ形成部１８ｃが形成されている。
ノッチ形成部１６ｃ，１８ｃを構成する突条の高さは、例えば固体フィラメントＦの直径の０．１〜０．４倍である。
ノッチ形成部１６ｃ，１８ｃを構成する突条の幅は、例えば固体フィラメントＦの直径の０．１〜０．４倍である。
ノッチ形成部１６ｃ，１８ｃを構成する突条の頂部の角度は、例えば３０〜９０°である。
【００３４】
上記のディスペンスヘッド１０においては、固体フィラメントＦが、材料供給手段１１における駆動ローラ１５と支持ローラ１８との間に挟持されて繰り出されることにより、断熱部材２５の筒孔２６を介して加熱手段２０における加熱板２１の貫通孔２２に供給される。このとき、固体フィラメントＦが、駆動ローラ１５におけるローラ本体１６のノッチ形成部１６ｃおよび支持ローラ１８のノッチ形成部１８ｃの各々に押圧されることにより、図６に示すように、固体フィラメントＦには、その長手方向（図６において紙面に垂直な方向）に伸びるノッチＮが形成される。加熱手段２０においては、固体フィラメントＦが加熱板２１によって加熱されることにより、融解状態の高分子材料が形成される。そして、融解状態の高分子材料は、後続の固体フィラメントＦによって押し出されることにより、材料吐出手段３０の材料流路３１を介してオリフィス３２からストランド状に吐出される。
【００３５】
このようなディスペンスヘッド１０によれば、材料供給手段１１における駆動ローラ１５および支持ローラ１８に設けられたノッチ形成部１６ｃ，１８ｃによって、固体フィラメントＦには、その長手方向に伸びるノッチＮが形成される。これにより、固体フィラメントＦにおける材料供給手段１１による挟圧方向（図６において左右方向）の断面二次モーメントが増加する。そのため、固体フィラメントＦとしてエラストマー材料よりなるものを使用した場合であっても、固体フィラメントＦが座屈することを確実に防止することができる。その結果、固体フィラメントＦが安定して供給され、従って、熱融解した高分子材料を安定して吐出することができる。
また、材料供給手段１１を構成する駆動ローラ１５には、その周面に沿って伸びるゴム状リング部材１７が設けられているため、駆動ローラ１５における固体フィラメントＦに対する摩擦力が相当に大きくなる。これにより、駆動ローラ１５のローラ本体１６の周面および支持ローラ１８の周面がローレット加工が施されていない平滑面とされていても、材料供給手段１１における固体フィラメントＦのスリップを防止または抑制することができる。
【００３６】
図７は、本発明の立体造形装置の一例における構成の概略を示す説明図である。この立体造形装置は、熱融解可能な高分子材料よりなる固体フィラメントＦが巻き回された材料保持リール４０と、固体フィラメントＦを熱融解して吐出するディスペンスヘッド１０と、このディスペンスヘッド１０を移動させる移動手段４５と、ディスペンスヘッド１０における材料供給手段１１および移動手段４５を制御する制御手段５０とを備えてなる。
ディスペンスヘッド１０は、図１、図２または図４に示す構成のものである。
移動手段４５は、ディスペンスヘッド１０を３次元的に移動する、すなわち成形ステージＳに対してその面方向（ｘ方向およびｙ方向）および垂直方向（ｚ方向）に移動するものである。
制御手段５０は、材料供給手段１１における駆動ローラ（図示省略）を制御することによって、材料吐出手段３０から吐出される高分子材料の吐出量を調整すると共に、ディスペンスヘッドが予め設定されたパターンに従って３次元的に移動するよう、移動手段４５を制御するものである。
【００３７】
上記の立体造形装置においては、材料保持リール４０に保持された固体フィラメントＦが、ディスペンスヘッド１０の材料供給手段１１によって加熱手段２０に供給され、加熱手段２０によって加熱される。これにより、固体フィラメントＦが融解して融解状態の高分子材料が形成され、この高分子材料が材料吐露出手段３０のオリフィス（図示省略）から成形ステージＳに向かって吐出される。また、ディスペンスヘッド１０は、移動手段４５によって、予め設定されたパターンに従って３次元的に移動する。これにより、成形ステージＳ上には、多数の高分子材料層が積層されてなる立体形状物が作製される。
以上において、移動手段４５によるディスペンスヘッド１０の移動速度は、例えば１０〜２００ｍｍ／ｍｉｎである。
また、立体形状物を構成する高分子材料層の厚みは、例えば０．２〜１．５ｍｍである。
【００３８】
このような立体造形装置によれば、熱融解した高分子材料を安定して吐出することができるディスペンスヘッド１０を備えてなるため、所要の立体形状物を確実に作製することができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、例えば以下のような種々の変更を加えることが可能である。
（１）ディスペンスヘッド１０において、材料供給手段１１と加熱手段２０との間に設けられた断熱部材２５は必須のものではない。また、材料供給手段１１と加熱手段２０との間には、断熱部材２５の代わりに固体フィラメントＦを案内する筒孔を有する筒状の冷却部材が設けられていてもよく、断熱部材２５および冷却部材の両方が設けられていてもよい。
（２）加熱手段２０としては、加熱板２１を有するものに限定されず、種々の形態のものを採用することができる。
（３）図１に示すディスペンスヘッド１０においては、ガイドベルト１３の表面および支持ローラ１４ａ若しくは支持ローラ１４ｂの周面のいずれか一方または両方に、固体フィラメントＦにその長手方向に伸びるノッチを形成するノッチ形成部が設けられていてもよい。
（４）図４および図５に示すディスペンスヘッド１０においては、駆動ローラ１５および支持ローラ１８のいずれか一方のみに、ノッチ形成部が設けられていてもよい。
また、駆動ローラ１５が、周面に平目のローレット加工が施されたローラ本体のみよりなるものであってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ディスペンスヘッド
１１  材料供給手段
１２ａ  駆動ローラ
１２ｂ  リターンローラ
１３  ガイドベルト
１４ａ，１４ｂ  支持ローラ
１５  駆動ローラ
１６  ローラ本体
１６ａ，１６ｂ  溝
１６ｃ  ノッチ形成部
１７  ゴム状リング部材
１８  支持ローラ
１８ａ，１８ｂ  溝
１８ｃ  ノッチ形成部
２０  加熱手段
２１  加熱板
２２  貫通孔
２５  断熱部材
２６  筒孔
３０  材料吐出手段
３１  材料流路
３２  オリフィス
４０  材料保持リール
４５  移動手段
５０  制御手段
Ｆ  固体フィラメント
Ｎ  ノッチ
Ｓ  成形ステージ
【図１】
2016121796.tif 000003
【図２】
2016121796.tif 000004
【図３】
2016121796.tif 000005
【図４】
2016121796.tif 000006
【図５】
2016121796.tif 000007
【図６】
2016121796.tif 000008
【図７】
2016121796.tif 000009
【国際調査報告】
2016121796.tif 000010
2016121796.tif 000011
2016121796.tif 000012
2016121796.tif 000013