(57)【要約】【課題】ガラス繊維等のフィラーが入った樹脂を用いてもヘッド詰まりを抑制でき、吐出可能な樹脂熔融型造形ヘッドを提供する。【解決手段】造形物の材料となる樹脂を保持する樹脂保持部２７と、樹脂保持部２７にある樹脂を加熱するヒータ２６と、加熱され熔融状態の樹脂を吐出する吐出部２９とを備え、樹脂保持部２７の内壁２７ａに、螺旋状の溝部４２を形成した。【選択図】図６
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【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と、
前記保持部にある樹脂を加熱するヒータと、
加熱され熔融状態の樹脂を吐出する吐出部と
を備え、
前記保持部の少なくとも一部に、凹部または凸部による螺旋構造を形成したことを特徴とする樹脂熔融型造形ヘッド。
【請求項２】
前記保持部は、前記吐出部と連通する貫通孔であり、前記貫通孔の内壁に、螺旋状の溝を形成したことを特徴とする請求項１記載の樹脂熔融型造形ヘッド。
【請求項３】
前記保持部は、前記吐出部と連通する貫通孔であり、前記貫通孔の内壁に、螺旋状の構造体を一つ以上配置したことを特徴とする請求項１記載の樹脂熔融型造形ヘッド。
【請求項４】
前記螺旋状の構造体の螺旋ピッチを段階的または連続的に変化させたことを特徴とする請求項３記載の樹脂熔融型造形ヘッド。
【請求項５】
前記貫通孔の内壁の前記吐出部側に第１の螺旋状の構造体を設け、前記貫通孔の内壁の樹脂投入部側に第２の螺旋状の構造体を設け、前記第２の螺旋状の構造体の螺旋ピッチを前記第１の螺旋状の構造体の螺旋ピッチから変化させたことを特徴とする請求項３記載の樹脂熔融型造形ヘッド。
【請求項６】
前記螺旋状の構造体の外径を前記貫通孔の内壁の内径よりも大きくしたことを特徴とする請求項３記載の樹脂熔融型造形ヘッド。
【請求項７】
前記螺旋状の構造体の内径を熔融前の前記樹脂の外径よりも小さくしたことを特徴とする請求項３記載の樹脂熔融型造形ヘッド。
【請求項８】
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熔融樹脂を吐出する樹脂熔融型造形ヘッドと
を備え、
前記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と、
前記保持部にある樹脂を加熱するヒータと、
加熱され熔融状態の樹脂を吐出する吐出部と
を備え、
前記保持部の少なくとも一部に、凹部または凸部による螺旋構造を形成したことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項９】
前記保持部は、前記吐出部と連通する貫通孔であり、前記貫通孔の内壁に、螺旋状の溝を形成したことを特徴とする請求項８記載の三次元造形装置。
【請求項１０】
前記保持部は、前記吐出部と連通する貫通孔であり、前記貫通孔の内壁に、螺旋状の構造体を一つ以上配置したことを特徴とする請求項８記載の三次元造形装置。
【請求項１１】
前記螺旋状の構造体の螺旋ピッチを段階的または連続的に変化させたことを特徴とする請求項８記載の三次元造形装置。
【請求項１２】
前記貫通孔の内壁の前記吐出部側に第１の螺旋状の構造体を設け、前記貫通孔の内壁の樹脂投入部側に第２の螺旋状の構造体を設け、前記第２の螺旋状の構造体の螺旋ピッチを前記第１の螺旋状の構造体の螺旋ピッチから変化させたことを特徴とする請求項８記載の三次元造形装置。
【請求項１３】
前記螺旋状の構造体の外径を前記貫通孔の内壁の内径よりも大きくしたことを特徴とする請求項８記載の三次元造形装置。
【請求項１４】
前記螺旋状の構造体の内径を熔融前の前記樹脂の外径よりも小さくしたことを特徴とする請求項８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三次元造形物（以下、単に造形物という）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】
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、該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】
一方、樹脂材は一般的に射出成型機等で製造されるが、強度や耐熱性を向上させるために、ガラス繊維やマイカをフィラーとして混ぜて樹脂材の機能を改善することが行われている。
【０００５】
しかしながら、上記のような熔融樹脂押し出し造形法を用いた三次元造形装置において、ガラス繊維等のフィラーが入った樹脂材で造形しようとすると、樹脂吐出時にフィラーが詰まってしまうこと等により、造形することが困難であった。
【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、ガラス繊維等のフィラーが入った樹脂を用いてもヘッド詰まりを抑制でき、吐出可能な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と、前記保持部にある樹脂を加熱するヒータと、加熱され熔融状態の樹脂を吐出する吐出部とを備え、前記保持部の少なくとも一部に、凹部または凸部による螺旋構造を形成したことを特徴とする。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】
【０００９】
本発明によれば、ガラス繊維等のフィラーが入った樹脂を用いても、ヘッド詰まりを抑制でき、造形物を造形することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態の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】従来の造形ヘッド２５の構造及び作用を示す概略図であり、（ａ）はフィラーを含まない樹脂を用いた場合、（ｂ）はフィラーを含む樹脂を用いた場合。
【図６】第１の実施の形態の樹脂熔融型造形ヘッド４０の構造を示す概略図である。
【図７】第１の実施の形態の樹脂熔融型造形ヘッド４０の作用を説明する模式図であり、（ａ）は従来のヘッドによる作用、（ｂ）は本実施形態のヘッドによる作用。
【図８】第２の実施の形態の樹脂熔融型造形ヘッド５０の構造を示す概略図である。
【図９】第２の実施の形態の樹脂熔融型造形ヘッドの変形例の構造を示す概略図である。
【図１０】第２の実施の形態の樹脂熔融型造形ヘッドの他の変形例の構造を示す概略図である。
【図１１】第２の実施の形態の樹脂熔融型造形ヘッドの更に他の変形例の構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
［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。
【００１３】
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。
【００１４】
（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。
【００１５】
（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。
【００１６】
（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。
【００１７】
（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３８）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３８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。
【００１８】
フィラメント３８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３８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。
【００１９】
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テーブル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。その場合、造形ヘッド２５は、それぞれ異なる色のフィラメントを供給されるものとすることができる。あるいは、造形ヘッド２５は、例えばそれぞれ異なる材料のフィラメントを供給されるものとすることができる。なお、造形ヘッド２５については、後に更に詳しく説明する。
【００２０】
（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。
【００２１】
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３８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。
【００２２】
電流スイッチ３０４は、ヒータ２６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２６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。
【００２３】
（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。
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。
【００２４】
一方、造形ヘッド２５内に押し込まれたフィラメントが造形ヘッド２５に設けられたヒータにより加熱されると、フィラメントは熔融し、熔融した熱可塑性樹脂が造形ヘッド２５の先端から外部に吐出される。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
以下、上記造形ヘッド２５の詳しい構造及び課題について説明する。
【００２８】
（造形ヘッド２５）
図５（ａ），（ｂ）は、従来の造形ヘッド２５の構造及び作用を示す概略図である。造形ヘッド２５は、ヒータ２６と、樹脂保持部２７と、吐出部２９と、温度センサ３７とを備えている。ヒータ２６は、造形ヘッド２５の温度を変化させるためのものである。樹脂保持部２７は、前述したフィラメント３８が進入する部分である。また、図示していないが、造形ヘッド２５内には、フィラメント３８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。エクストルーダモータによって樹脂保持部２７に進入した固体状態のフィラメント３８ａがヒータ２６により加熱されると、フィラメントは熔融し、熔融状態のフィラメント３８ｂが樹脂保持部２７内に溜まり、更に吐出部２９から外部に吐出される。
【００２９】
また、樹脂の熔融を制御するため、造形ヘッド２５の温度をヒータ２６で制御する。このため、温度センサ３７が樹脂保持部２７の内壁近傍に配置される。温度センサ３７は、造形ヘッド２５の所定箇所の温度（温度センサ３７周囲の造形ヘッド２５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ヒータ２６を制御する。
【００３０】
造形ヘッド２５本体は、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く、ヒータ２６にはカートリッジヒータが用いられる。
以下、造形ヘッド２５において、フィラーを含まない樹脂を用いた場合とフィラーを含む樹脂を用いた場合の作用の違いについて説明する。
【００３１】
（フィラーを含まない樹脂を用いた場合）
ヒータ２６により内壁２７ａの温度が上がると、フィラメント３８は、これに接する場所で熔融する。このため、図５（ａ）に示すように、フィラメント樹脂は加熱入口部２７ｂよりもノズル先端部２７ｃに近づく程、温度が上がり流動性が良くなっていく。しかし、流動性が上がっても内壁２７ａとの摩擦抵抗が大きく、流速は中心部の流速２８ａよりも壁面に近い部分の流速２８ｂの方が小さくなっている。これは、樹脂が熔融されながら押し出される時、樹脂内には流れの方向に沿って抵抗が分布し、流れに対してこれを妨げる方向に力（せん断力）が働いているためと推定される。樹脂が均一体である場合、このせん断力は一つの界面にある分子鎖を回転させる力として働くが、分子鎖自体が小さいため樹脂内部に渦は発生せず、流れは層流として扱うことができる。
【００３２】
（フィラーを含む樹脂を用いた場合）
これに対し、図５（ｂ）に示すように、ポリマーの分子鎖に対して十分に大きいガラス繊維などのフィラー３１が入った場合は、樹脂を均一体と見做すことはできない。このため、流速差として発生しているせん断力により、例えば図５（ｂ）の矢印で示す方向にフィラー３１を回転させる力を生んでしまうと考えられる。従って、流れが乱流となり、渦が発生してフィラー３１の動きはランダムになり、コントロールすることが出来なくなる。このため、フィラー３１が造形ヘッド２５の材料より硬いと内壁２７ａに突き刺さったり、吐出部２９に堆積したりして、熔融樹脂の吐出を妨げてしまうという状況が生じ得る。
【００３３】
このように、従来の造形ヘッド２５を用いた場合では、フィラー３１を含む樹脂材料を吐出することは困難である。このため、フィラー３１の方向を制御すべく本発明者が鋭意検討した結果、以下に示すような構造の造形ヘッドとすることによりフィラーに働く回転力を抑止し、フィラー３１の方向を制御できることを見出した。
【００３４】
（樹脂熔融型造形ヘッド４０）
図６に、第１の実施の形態の樹脂熔融型造形ヘッド４０の構造を示す。この樹脂熔融型造形ヘッド４０は、内壁２７ａに螺旋状の溝部４２を設けた点が造形ヘッド２５と異なっている。それ以外の構造は造形ヘッド２５と略同一で良いので、その説明は省略する。また、図６において、図５の造形ヘッド２５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。
【００３５】
樹脂熔融型造形ヘッド４０では、内壁２７ａのノズル先端部２７ｃ側に第１の溝部４２ａを設け、加熱入口部２７ｂ側に第２の溝部４２ｂを設けている。ここで、本実施の形態では、第１の溝部４２ａと第２の溝部４２ｂは同一の螺旋構造としたが、螺旋の溝の形状や幅、深さ、溝間のピッチ等はそれぞれ異なるものとすることもできる。また、鉛直方向に延びる内壁２７ａ方向に対して設ける溝の角度を所定の値に変更することもできる。また、螺旋状の溝を急勾配に形成した場合は、多条の螺旋を切ることができる。
【００３６】
また、第１の溝部４２ａと第２の溝部４２ｂは、それぞれ１本の溝としたが、複数本の溝としても良い。さらに、第１の溝部４２ａと第２の溝部４２ｂとを分けずに、一つの溝部４２とすることもできる。
【００３７】
内壁２７ａに螺旋状の溝部４２を設けることによって、樹脂を押し出す力の流れを層流ではなく強制的に渦流にすることができる。これによりフィラー３１に働く回転力を抑止し、フィラー３１の方向を樹脂と同じく渦流とすることによって、フィラー３１が内壁２７ａに突き刺さることが抑制され、またフィラー３１が吐出部２９に堆積することが抑制される。
【００３８】
（効果）
（１）樹脂熔融型造形ヘッド４０を用いた三次元造形装置によれば、ガラス繊維等のフィラー３１が入った樹脂を用いても、ヘッド詰まりを抑制でき、造形物Ｓを造形することが可能になる。
【００３９】
（２）ＦＤＭ（Fused Deposition Molding：熱溶解積層法）において、フィラー３１に働く回転力を抑止し、フィラー３１の方向を樹脂と同じ流れとしているので、造形ステージ１３に熔融樹脂を吐出する際に、熔融樹脂の直進性が良くなり、安定した造形が可能になる。
【００４０】
（３）ＦＤＭにおいて、熔融樹脂が渦流になっているため、吐出された力が堆積する面に対して垂直に働く他、渦流による回転力が潜り込む力として働くので、積層方向の密着が良くなる。即ち、従来のヘッドでは、図７（ａ）に示すように、吐出された力ＦはＺ方向下方のみであるので、造粒物Ｓ１に隣接して吐出され凝固した新たな造粒物Ｓ２は、造粒物Ｓ１と隙間が大きくなる。これに対して、本実施形態の樹脂熔融型造形ヘッド４０では、図７（ｂ）に示すように、堆積する面に対して垂直方向の回転力が働くので、この回転力によって新たな造粒物Ｓ２は、造粒物Ｓ１との隙間を埋めるように堆積する。このため、密着性が向上し、充填率も上がることとなる（隙間比率が低下し、造形物の密度は増大する）。よって副次的に、外から力を加えた際の変形量の減少、破壊限界強度の増大といった効果も発現する。
【００４１】
［第２の実施の形態］
図８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、内壁２７ａに螺旋状のバネ体５２を配置した点が造形ヘッド２５と異なっている。それ以外の構造は造形ヘッド２５と略同一で良いので、その説明は省略する。さらに、造形ヘッド２５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８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。
【００４２】
樹脂熔融型造形ヘッド５０では、内壁２７ａのノズル先端部２７ｃ側に第１のバネ体５２ａを配置し、加熱入口部２７ｂ側に第２のバネ体５２ｂを配置している。ここで、本実施の形態では、第１のバネ体５２ａと第２のバネ体５２ｂは同一の螺旋構造としたが、螺旋の形状やバネ体の幅、バネ体の材料、螺旋間のピッチ等はそれぞれ異なるものとすることもできる。また、鉛直方向に延びる内壁２７ａ方向に対して、螺旋の角度を所定の値に変更することもできる。また、第１のバネ体５２ａと第２のバネ体５２ｂとを分けずに、一つのバネ体５２とすることもできる。
【００４３】
内壁２７ａに螺旋状のバネ体５２を配置することによって、樹脂を押し出す力の流れを層流ではなく強制的に渦流にすることができる。これによりフィラー３１に働く回転力を抑止し、フィラー３１の方向を樹脂と同じく渦流とすることによって、フィラー３１が内壁２７ａに突き刺さることが抑制され、またフィラー３１が吐出部２９に堆積することが抑制される。
【００４４】
（効果）
（１）樹脂熔融型造形ヘッド５０を用いた三次元造形装置によれば、ガラス繊維等のフィラー３１が入った樹脂を用いても、ヘッド詰まりを抑制でき、造形物Ｓを造形することが可能になる。
【００４５】
（２）ＦＤＭ（Fused Deposition Molding：熱溶解積層法）において、フィラー３１に働く回転力を抑止し、フィラー３１の方向を樹脂と同じ流れとしているので、造形ステージ１３に熔融樹脂を吐出する際に、熔融樹脂の直進性が良くなり、安定した造形が可能になる。
【００４６】
（３）ＦＤＭにおいて、熔融樹脂が渦流になっているため、吐出された力が堆積する面に対して垂直に働く他、渦流による回転力が潜り込む力として働くので、積層方向の密着が良くなる。即ち、従来のヘッドでは、図７（ａ）に示すように、吐出された力ＦはＺ方向下方のみであるので、造粒物Ｓ１に隣接して吐出され凝固した新たな造粒物Ｓ２は、造粒物Ｓ１と隙間が大きくなる。これに対して、本実施形態の樹脂熔融型造形ヘッド５０では、図７（ｂ）に示すように、堆積する面に対して垂直方向の回転力が働くので、この回転力によって新たな造粒物Ｓ２は、造粒物Ｓ１との隙間を埋めるように堆積する。このため、密着性が向上し、充填率も上がることとなる（隙間比率が低下し、造形物の密度は増大する）。よって副次的に、外から力を加えた際の変形量の減少、破壊限界強度の増大といった効果も発現する。
【００４７】
（４）第１の実施の形態の樹脂熔融型造形ヘッド４０のように新たに溝を形成する必要がなく、螺旋状のバネを挿入するだけであえるので、製造が容易である。また、バネ体５２のピッチを変更することが容易で、吐出される樹脂材に対して最適な形状を設定することが可能になる。
【００４８】
［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。
（１）図９に示すように、樹脂熔融型造形ヘッド６０では、内壁２７ａのノズル先端部２７ｃ側に、内壁２７ａ方向に対して、螺旋の角度を大きく（ピッチを狭く）した第１のバネ体６２ａと、加熱入口部２７ｂ側に、螺旋の角度を小さく（ピッチを広く）した第２のバネ体６２ｂとを配置したバネ体６２を設けることができる。これにより、さらに効果的に渦流を形成することが可能になる。また、内壁２７ａのノズル先端部２７ｃ側から加熱入口部２７ｂ側に向かって連続的に角度（ピッチ）を変化させても良い。
【００４９】
（２）図１０に示すように、樹脂熔融型造形ヘッド７０では、内壁２７ａのノズル先端部２７ｃ側に、内壁２７ａの内径ｄ２よりも径の大きいバネ径ｄ１を有するバネ体７２を設けることができる。これにより、バネ体７２の剛性によって内壁２７ａ内にバネ体７２を固定することができる。従って、内壁２７ａ内に接着剤等の固定手段を設けることなく、簡易に固定することが可能になる。
【００５０】
（３）図１１に示すように、樹脂熔融型造形ヘッド８０では、内壁２７ａに挿入するバネ体８２の内径ｄ３を内壁２７ａに挿入されるフィラメント８１の径ｄ４よりも小さくすることができる。これにより、フィラメント８１がヒータ２６によって熔融した際に、確実にバネ体８２と接触することになるため、より確実に渦流を発生させることができる。
【００５１】
（４）第２の実施形態およびその変形例では内壁２７ａにバネ体を設けたが、バネ体だけでなく、単に螺旋形状のものであっても良い。また、リング状に形成したリング体を鉛直方向に多数配置したり、リング体とバネ体を交互に組み合わせて配置したりして螺旋状の構造体を形成することもできる。
【００５２】
（５）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】
【００５３】
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・・・フィラメントホルダ、２５・・・造形ヘッド、Ｈ・・・樹脂熔融型ヘッドホルダ、２６・・・ヒータ、２７・・・樹脂保持部、２７ａ・・・内壁、２７ｂ・・・加熱入口部、２７ｃ・・・ノズル先端部、２８ａ・・・中心部の流速、２８ｂ・・・壁面に近い部分の流速、２９・・・吐出部、３１・・・フィラー、３４、３５・・・ローラ、３７・・・温度センサ、３８・・・フィラメント、３８ａ・・・固体状態のフィラメント、３８ｂ・・・熔融状態のフィラメント、４０・・・樹脂熔融型造形ヘッド、４２・・・溝部、４２ａ・・・第１の溝部、４２ｂ・・・第２の溝部、５０・・・樹脂熔融型造形ヘッド、５２・・・バネ体（構造体）、５２ａ・・・第１のバネ体、５２ｂ・・・第２のバネ体、６０・・・樹脂熔融型造形ヘッド、６２・・・バネ体（構造体）、６２ａ・・・第１のバネ体、６２ｂ・・・第２のバネ体、７０・・・樹脂熔融型造形ヘッド、７２・・・バネ体（構造体）、８０・・・樹脂熔融型造形ヘッド、８１・・・フィラメント、８２・・・バネ体（構造体）、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、３０３・・・ヘッド制御装置、３０４・・・電流スイッチ、３０６・・・パルス発生器、３０７・・・インタフェース。
【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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