JPWO2019155611A1

JPWO2019155611A1 - ３次元造形装置用の造形材料の吐出ヘッド

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Inventors: 谷口　秀夫; 秀夫谷口; 暢久石田
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Abstract

小型化、軽量化、省エネルギー化、長寿命化を図るとともに、高温動作可能による造形材料の選択自由度の向上を図る。そのため、フィラメントの供給口（１１）を有する供給部（１０）、供給されたフィラメントを融解する融解部（３０）、融解されたフィラメントを吐出する吐出口（４１）を有する吐出部（４０）、及び供給部（１０）と融解部（３０）との間の断熱部（２０）を一体的に成形した吐出ヘッドとすることで、融解部を高温に加熱しても融解部の熱が供給部へ伝導するのを効果的に抑制できるようにし、供給部の温度を適切な温度に保持でき、加熱した熱を融解部に効率的に利用できるようにした。

Description

本発明は、３次元造形装置（３次元プリンタ）用の造形材料の吐出ヘッド（ホットエンド）に関する。

近年、コンピュータを利用して３次元プリンタにより立体造形物を製造することが盛んに行われている。このような造形材料の吐出ヘッドとして、例えば図６に示されるような構造のものが知られている。この吐出ヘッドは、ヒータブロック９３の一端側に吐出部９１ａを突出するようにノズル９１がねじ込まれ、ヒータブロック９３の他端側に造形材料の供給部を導出させてバレル９２がねじ込まれた構造を備え、バレル９２にワイヤ状の造形材料（フィラメント９９）が挿入され、ヒータブロック９３により造形材料が加熱融解されて吐出部９１ａから吐出されるようになっている。このとき、フィラメント９９は、制御信号によって、バレル９２に必要に応じた量が送り込まれることで、吐出部９１ａから必要な量が吐出され、この吐出部９１ａの位置が、造形物を形成する造形テーブル（図示せず）とｘｙｚ方向に相対的に移動することにより、吐出された造形材料を積層していき所望の３次元造形物が形成される。

しかしながら、このような吐出ヘッドでは、ノズル９１、バレル９２内で適当な融解温度に保つために、ヒータブロック９３によりノズル９１を加熱してフィラメント９９を融解しようとするとバレル９２もノズル９１と同じ温度になってしまうことから、バレル９２においてもフィラメント９９が融けてしまうために、バレル９２に放熱フィン（図示せず）を設け、ファンによって強制的に冷却する必要があり、吐出ヘッドの小型化の妨げになっている。

そこで、本出願人は、先に、小型軽量化するとともに高温作動を図ることでより高融点造形材料をも使用できる吐出ヘッドを提案している（特許文献１）。この吐出ヘッドは、図７に示されるように、一端側に吐出部９４ａが形成され、他端側に取付部９４ｂが形成され、中間部を融解部とされた金属ブロック９４と、金属ブロック９４の取付部９４ｂに取付けられたバレル９５と、金属ブロック９４の融解部に取付けられた加熱板９６とを備え、加熱板９６を金属ブロック９４に５００℃以上の温度に耐え得る無機接合材料を用いて接合し、バレル９５を、断熱スペーサを介して金属ブロック９４の取付部９４ｂに取付けるようにされている。加熱板９６を高温でも耐えうるように接合し、断熱スペーサを用いることで金属ブロック９４の熱がバレル９５へ逃げるのを軽減することで、小型軽量化及び使用できる造形材料の選択の自由度を向上でき、またクイックスタートが可能になっている。

特許第６１５４０５５号公報

しかしながら、前述の吐出ヘッドでは、断熱スペーサを用いるために、金属ブロック９４、断熱スペーサ及びバレル９５といった複数の部品により組み立てられてなるために、また、金属ブロック９４、断熱スペーサ及びバレル９５が異なる材料から形成されているために、部品の管理、組み立て作業が煩わしく、さらなる小型軽量化、耐久性向上の妨げとなっているし、吐出ヘッドとしての信頼性の低下を招く原因となっている。

しかも、バレル９５の温度を常温近くにするのが理想であるが、断熱スペーサを用いるというだけでは、金属ブロック９４からバレル９５への熱伝導を十分に抑制できず、更なる冷却が必要な場合もある。

本発明の目的は、このような状況に鑑みてなされたもので、部品点数を減らして組み立て作業を軽減でき、小型化、軽量化、省エネルギー化及び長寿命化を図ることができる３Ｄ造形装置用の造形材料の吐出ヘッドを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、高温動作可能による造形材料の選択自由度の向上を図ることができる３Ｄ造形装置用の造形材料の吐出ヘッドを提供することにある。

本発明は、造形材料の供給部と融解部との間に断熱部を設けて、融解部で用いられた熱が供給部へ伝導することを抑制することで、吐出ヘッド又はヘッド本体を継ぎ目のない一体形成（一体成形）したことを特徴とする。

すなわち、本発明の３Ｄ造形装置用の造形材料の吐出ヘッドは、造形材料の供給口を有する供給部、加熱部材が取付けられ、供給された前記造形材料を融解する融解部、前記融解された造形材料を吐出する吐出口を有する吐出部、及び前記供給部と前記融解部との間であって、前記融解部の熱が前記供給部へ伝導するのを抑制する断熱部、を備え、前記供給部、前記融解部、前記吐出部及び前記断熱部を一体成形してなることを特徴とする。

また、本発明の別の観点における３Ｄ造形装置用の造形材料の吐出ヘッドは、造形材料の供給口を有する供給部、供給された前記造形材料を融解する融解部、前記融解された造形材料を吐出する吐出口を有する吐出部、及び前記供給部と前記融解部との間であって、前記融解部の熱が前記供給部へ伝導するのを抑制する断熱部、を有するヘッド本体と、前記融解部に取付けられる加熱部材と、を備え、前記ヘッド本体は、一体形成されており、前記加熱部材は、絶縁基板上に発熱抵抗体が形成された加熱ヘッドからなることを特徴とする。

これら吐出ヘッドによると、供給部と融解部との間に断熱部を形成するようにしたので、供給部から吐出部までを一体的に形成しても供給部の温度を適温において造形を行うことができる。また、融解部を加熱部材により加熱した熱が、断熱部によって、供給部側に逃げるのを抑制することができるので、当該熱を造形材料の融解に有効に利用できて省エネルギー化に寄与することができる。さらに、吐出ヘッド又はヘッド本体を一体形成できたことで、吐出ヘッドの小型化、軽量化、長寿命化を図ることができるとともに、部品点数が少ないこと（吐出ヘッドに関しては１点）による信頼性の向上を図ることができ、加えて部品の管理コスト、組立コスト、材料コスト等を低減できる。

本発明において、断熱部は、融解部よりも断面積が小さくなる加工がなされることで熱抵抗が大きくされているのが好ましい。つまり、断熱部は、熱抵抗（長さ／断面積）が大きくなるよう断面積が小さくなる加工が施される。断熱部の長さは、断面積と吐出ヘッド又はヘッド本体の材料の熱伝導率との関係で適宜決定することができる。

より具体的には、断熱部は、外壁の厚みを融解部よりも薄くした肉薄部及び／又は外壁に形成した開口部を有するのが好ましい。

このように断熱部を形成することで、断熱部の熱抵抗を大きくできて、融解部の熱が供給部へ伝導するのを効果的に抑制することができ、吐出ヘッド又はヘッド本体を一体形成した場合に使用できる材料の選択肢を拡げることができる。

本発明の吐出ヘッド又はヘッド本体の材料としては、例えば、鉄合金（ステンレス）、ニッケル合金、チタン、チタン合金等の金属材料、セラミック等の無機材料を好ましく使用することができる。これら材料は、熱伝導率が約２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下と、アルミニウム等に比べて一桁低く、断熱部の形状をより簡易なものとできる。しかも、金属材料は、強度、耐熱性により優れているので、断熱部の断面積を小さくできたり、肉薄部の厚さをより薄くできたり、開口部の面積をより大きくできるので、より小型化、軽量化を図ることができる。なかでも、６４チタン等のチタン合金は熱伝導率が低く、十分な強度、耐熱性を備えており、比重も小さいことから、より好ましく使用することができる。

また、本発明の吐出ヘッド又はヘッド本体に搭載する加熱部材として、絶縁基板上に発熱抵抗体を形成した加熱ヘッドを用いるときには、加熱部材を小型化できるとともに、エネルギー効率がよく熱応答性に優れたものとし得る。結果として、吐出ヘッドの小型化、軽量化、長寿命化を図ることができるとともに、省エネルギー化に寄与することができ、クイックスタート、オンデマンド造形を可能とすることができる。

本発明の吐出ヘッド又はヘッド本体の材料のなかでも６４チタン合金（アルミニウム６％、バナジウム４％を含むチタン合金）は、熱伝導率が低く、耐摩耗性、耐熱性、耐薬品性等が３次元造形装置の吐出ヘッドに必要とされる条件において優れており、最適の材料であるといえる。特に、加熱部材の絶縁基板としてアルミナセラミック、アルミナ・ジルコニアセラミック等のセラミックを用いたときには、熱膨張率が近いことから、ヒートサイクルによる接合不良を一層軽減することができることに加え、耐熱性が高く、熱衝撃に強く、接合強度の強い接合が得られる。また、例えば銀ペースト（ガラス、銅等を含有していてもよい）等の厚膜接合材料との相性がよいことから、厚膜技術によりヘッド本体の融解部に加熱部材を良好に接合することができ、より好ましく使用することができる。また、熱膨張率が近似していることから、例えばスーパーエンジニアリングプラスチック等の高温融解が必要な造形材料を用いた場合であっても、加熱部材（加熱ヘッド）の接合状態を良好に保つことができる。

なお、本明細書中において、吐出ヘッドとは、ヘッド本体を意味する場合もあるし、ヘッド本体に加熱部材を取付けたものを意味する場合もある。

本発明によれば、吐出ヘッドを一体形成しても、融解部を加熱した熱が供給部に伝導するのを効果的に抑制できて、供給熱量の大部分を造形材料の加熱融解に使用することができることから、吐出ヘッドの部品点数を減らして組み立て作業を軽減でき、吐出ヘッドの小型化、軽量化、省エネルギー化、長寿命化が図れ、また高温動作可能による造形材料の種類の選択肢を増加することができる。

本発明の一実施形態の造形材料の吐出ヘッドのヘッド本体の（Ａ）正面図、（Ｂ）側面図及び（Ｃ）底面図である。ヘッド本体に取付けられる加熱ヘッドの（Ａ）正面図及び（Ｂ）加熱ヘッドの電極端子とリードとの接続構造の一例を示す断面図である。ヘッド本体に加熱ヘッドを接合して取付けた状態の（Ａ）正面図及び（Ｂ）断面図である。加熱部材にカバーを取付けた状態の（Ａ）正面図及び（Ｂ）底面図である。加熱ヘッドの絶縁基板の温度を測定する回路図である。従来の吐出ヘッドの一例を示す側面図である。従来の吐出ヘッドの他の例を示す断面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明の一実施形態の３Ｄ造形装置用の造形材料の吐出ヘッドを説明する。図１に吐出ヘッドのヘッド本体１を示す。ヘッド本体１は、全長が例えば３２ｍｍで、直径が例えば４ｍｍφの、例えば６４チタン（チタンにアルミニウム６質量％、バナジウム４質量％を混ぜた合金）からなる円柱状の金属棒を、例えば切削加工してなるものである。

ヘッド本体１には、一端側のフィラメントの供給口１１から他端側の融解されたフィラメントを吐出する吐出口４１へ一直線に延びる、直径が例えば２ｍｍφの通路（貫通孔）２が形成されている。なお、ヘッド本体１及び通路２のサイズは、フィラメントのサイズに応じて適宜変更すればよい。

ヘッド本体１は、一端側（供給口１１）から他端側（吐出口４１）へ、供給部１０、断熱部２０、融解部３０及び吐出部４０とからなる。供給部１０は、例えば長さ５ｍｍ、直径４ｍｍφの円柱形状（円筒形状）とされている。供給部１０は、先端に供給口１１が形成され、例えば２ｍｍφの通路２が供給口１１近傍において供給口１１側に向けて、例えば３ｍｍφまで拡がるようにテーパ状に形成されている。供給部１０は、３Ｄ造形装置本体に取り付けるためのアダプター７０（図４（Ａ）参照）への取付部としての役割も兼ねている。

断熱部２０は、供給部１０と融解部３０との間に位置し、例えば長さ１１ｍｍ、直径３ｍｍφの円柱形状（円筒形状）とされている。断熱部２０は、上述のように直径３ｍｍφとされ、その中心部を貫通する直径２ｍｍφの通路２が形成されることから、外壁の肉厚が０．５ｍｍの肉薄部とされている。また、断熱部２０の中央部には、例えば長さ８ｍｍ、幅１．８ｍｍの開口部２１が、通路２を露出するように対向して一対で形成されている。開口部２１は、断熱部２０の平面側と背面側とから切削して開口させるように形成することができる。また、開口部２１は、長さ方向及び／又は幅方向に１つ又は複数設けてもよく、サイズも適宜決定すればよい。要は、熱抵抗との関係で断面積を、強度が保証される範囲内で適宜決定することができる。

融解部３０は、例えば長さ１３ｍｍ、直径４ｍｍφとされている。融解部３０には、平面側と背面側とから切削されて２つの平面部３２、３３が、例えば３ｍｍ隔てて対向するように形成されている。平面部３２、３３の中央部には、例えば長さ８ｍｍ、幅１ｍｍの開口部３１が、通路２を露出するように形成されている。開口部３１は、長さ方向に複数並設するようにしてもよい。なお、加えて、平面部３２、３３の表面を粗面化してもよいし、開口部３１を形成せずに粗面化のみしてもよい。また、融解部３０の吐出部４０近傍において、通路２が吐出部４０に向かってテーパ状に狭くされ、吐出部４０内で例えば直径０．６ｍｍφとされる。

吐出部４０は、例えば長さ３ｍｍとされ、正面側と背面側から切削されて、例えば幅３ｍｍとされ、両側面側は吐出部４０の長さ方向の途中まで、吐出口４１に向かってテーパ状に細められ、吐出口４１が形成された先端部は、例えば直径１．５ｍｍφとされ、吐出口４１は、例えば直径０．６ｍｍφとされる。

次に、ヘッド本体１の融解部３０の平面部３２、３３に取付けられる加熱ヘッド（加熱部材）５の一例を図２（Ａ）に示す。

加熱ヘッド５は、例えば厚さ０．３ｍｍ、長さ１２ｍｍ、幅５ｍｍの矩形板状のアルミナ・ジルコニアセラミック基板（絶縁基板）５１と、絶縁基板５１の表面に形成された帯状の発熱抵抗体５２と、絶縁基板５１の表面において発熱抵抗体５２の両端部のそれぞれに接続するように絶縁基板５１の長さ方向に沿う一端部に偏心させて形成された２つの電極５３、５３を有する。なお、発熱抵抗体５２の表面を、例えば図示しないフィラーを含むガラス等の保護層（誘電体層）でコートしてもよい。なお、絶縁基板５１の焼成温度は、約８５０℃である。

絶縁基板５１の長さ方向に沿う一方側の側縁には、４つの切欠部５１ａが長さ方向に並列するように、電極５３、５３ごとに２つずつ接触するように、所定間隔で設けられている。切欠部５１ａの窓口の幅は例えば０．４ｍｍ、深さは例えば０．６ｍｍとしている。

加熱ヘッド５は、絶縁基板５１に、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ｐｔ等の合金粉末や酸化ルテニウムを含む厚膜用ペースト等を所定のパターンに印刷、乾燥後、所定温度で焼成することで発熱抵抗体５２、電極５３、５３を形成することができる。

図２（Ｂ）に電極５３とリード（線）６との接続構造の説明図を示す。例えば銀、銀合金、銀メッキされた銅等の線材からなるリード６を、一対の加熱ヘッド５、５の８つの切欠部５１ａに、絶縁基板５１の端縁から絶縁基板５１の表裏面に交互に縫うように引っ掛ける。このとき、４つの電極５３、５３、５３、５３が一本のリード６で直列に接続され、リード６の両端は、一対の加熱ヘッド５、５の一方端側の切欠部５１ａ、切欠部５１ａの絶縁基板５１の裏面側から引き出された格好となっている。この状態で、電極５３と同系の材料、例えばＡｇ、ＡｇＰｄ、ＡｇＰｄＰｔ等の銀系の厚膜電極ペースト５４を塗布し、上記加熱ヘッド５の焼成温度８５０℃よりも少し低い温度、例えば約７５０℃にて焼成し、リード６を電極５３に接合固定する。リード６の接続に少し低い温度で焼成できる材料を選ぶのは、加熱ヘッド５において８５０℃で焼成された材料の変化を防ぐためである。その後、両方の加熱ヘッド５の電極５３、５３間の絶縁基板５１の裏面側においてリード６を切断することで、２つの加熱ヘッド５、５のそれぞれの発熱抵抗体５２を直列に接続してリード６を引き出したものとし得る。なお、２つの加熱ヘッド５、５を異なる温度となるよう、また制御パターンを異ならせることができるように独立させて駆動できるようにしてもよい。

また、本実施形態では、絶縁基板５１の電極５３、５３の形成部に切欠部５１ａ、５１ａを２つずつ設けるようにしたが、切欠部の形成数は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。さらに、切欠部に代えて貫通孔（スルーホール）を１つ若しくは複数設けてもよいし、切欠部と貫通孔とを組み合わせて用いるようにしてもよい。つまり、切欠部や貫通孔を設けるのは、電極５３とリード６との接続強度を向上させるために、接続面積を増やしたり、アンカー効果等機械的係合が得られる対策をとることで、高温に加熱したり、２次元的又は３次元的に移動操作させた場合であっても接続不良が生じないようにしている。なかでも切欠部は、リード６を加熱ヘッド５に取付けやすく、接続作業を向上することができる。

図３に、ヘッド本体１に加熱ヘッド５を取付けた状態を示す。加熱ヘッド５は、その裏面（絶縁基板５１の裏面）側をヘッド本体１の融解部３０の平面部３２に、開口部３１を覆うように、例えば銀系の厚膜ペースト（Ａｇに例えばガラス、Ｃｕが含有されたもの）を接合材料として塗布、焼成して、接合されている。同様に、平面部３３にももう１つの加熱ヘッド５が接合されている。このとき、接合材料が開口部２１に入り込み、アンカー効果が得られることで、加熱ヘッド５、５をヘッド本体１の融解部３０に強固に接合して取付けることができる。

２つの加熱ヘッド５、５のそれぞれは、同じ方向に偏心させて融解部３０に結合されることで、加熱ヘッド５の側縁部を融解部３０の一方側縁から突出させて取付けられている。つまり、加熱ヘッド５の切欠部５１ａ、５１ａ及びリード６が融解部３０からはみ出した状態で取り付けられ、対向する一対の加熱ヘッド５、５から引き出されたリード６、６を融解部３０の同じ側縁側から供給部１０側に延出させることができる。

本実施の形態では、加熱ヘッド５の幅（５ｍｍ）を、ヘッド本体１の融解部３０の平面部３２、３３の幅（４ｍｍ）よりも僅かに広くし、加熱ヘッド５とリード６との接続部をヘッド本体１の融解部３０の平面部３２、３３の一方側の側縁から外方へ飛び出させて、ヘッド本体１に加熱ヘッド５、５を接合させるようにしている。

図４に吐出ヘッドにカバー部材６０を取付けた一例を示す。例えばステンレス等からカバー部材６０によって加熱ヘッド５、５を覆うようにする。カバー部材６０と加熱ヘッド５、５との間には、固定部材６１が充填されている。固定部材６１としては、例えばセラミックファイバーを編んでテープ状にされた織物を用いることができ、この織物を加熱ヘッド５、５に巻き付け、例えばセメント状無機質の接合用固化絶縁材料によって一部がカバー部材６０の内面に固定されている。このとき、接合用固化絶縁材料を用いてリード６をより固定するようにするのがよい。

また、本発明の吐出ヘッドを３Ｄ造形装置に取付ける際には、３Ｄ造形装置本体側に取付けられるアダプター７０に設けられた開口に吐出ヘッド側の供給部１０を挿し込み、横から、例えば押しネジ７２を用いて固定することができる。なお、アダプター７０には、供給部１０の供給口１１に連通する通路７１が形成されており、通路７１の入口の開口部は、フィラメントが挿通しやすいように、内部よりも大きな径の孔となっている。なお、本実施形態では、供給部１０を押しねじ７２を用いてアダプター７０に取り付けるようにしているが、供給部１０の外周にネジ溝を切って螺合によってアダプターに取付けることもできる。

図５は、上記吐出ヘッドで発熱抵抗体５２によって基板の温度測定もする場合の制御回路の一例を示すブロック図である。すなわち、この駆動回路は直流又は交流の電源８１で駆動する例で、電源８１としては、電池、商用電源又は商用電源をトランスなどにより電圧や印加時間を調整して、印加電力を調整する調整部８２を介して発熱抵抗体５２に接続されている。

商用の交流電源８１により供給される電圧は、電力の調整部８２により調整され、所望の温度になるように調整される。その結果、直流電源が不要で、電源冷却ファンも不要になる。しかし、電池による直流電源が用いられてもよい。また、図示されていないが、パルスを印加するパルス駆動により加熱がされてもよい。その場合、電圧を変える以外にもデューティサイクルを変えたり、位相制御などで発熱に関する実行印加電力が調整され得る。

その温度は、発熱抵抗体５２を利用して、その抵抗値の変化によって検出することができる。発熱抵抗体５２の抵抗値の変化は、図５に示されるように、発熱抵抗体５２と直列にシャント抵抗８３が接続され、その両端の電圧を測定することによって、電流の変化を検出できる。発熱抵抗体５２に印加する電圧が一定のとき、電流の変化が分れば、抵抗値の変化を知ることができる。すなわち、発熱抵抗体５２の抵抗値は温度によって変る温度特性を有している。そのため、その温度特性（温度係数）を予め検出しておくことによって、抵抗値が分れば、発熱抵抗体５２、すなわち絶縁基板５１の温度を知ることができる。この温度検出は、制御手段８４によってなされる。この発熱抵抗体５２の温度係数は材料によって定まり、前述したように、正の温度係数で、その絶対値ができるだけ大きい（例えば＋３３００ｐｐｍ／℃）方が好ましい。また、シャント抵抗８３は、発熱の影響を避けるため温度検知が可能な限り抵抗値の低い方がよい。また、できるだけ温度係数の小さい抵抗が好ましく、電流による発熱を避けるため、電流が小さくなるように設定される。この温度測定によって、発熱抵抗体５２に印加される電圧が調整部８２で調整されるように、制御手段８４から制御信号が出される。このように、絶縁基板５１の温度測定が発熱抵抗体５２と共用されることによって、電極の端子を減らすことができ、図４のように、２本のリード６、６としてヘッド本体１の一方側から引き出すことができる。

上述した実施形態の吐出ヘッドは、５００℃の高温に迅速昇温可能で、しかも低消費電力において動作できることを確認している。また、耐熱温度が高いスーパーエンジニアリングプラスチックとして知られるＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）をフィラメントに用いて良好に造形できることも確認している。このとき、ヘッド本体１の断熱部２０において効果的に熱伝導を抑制できており、供給部１０において通路２がフィラメントの融解によって不具合が生じることはなく、ヘッド本体１と加熱ヘッド５、加熱ヘッド５とリード６との結合部、接続部において一切の不良も見られず、良好に動作することも確認している。

また、上述の実施形態の吐出ヘッドは、全体として長さ３２ｍｍ、幅５ｍｍとされ、現存する吐出ヘッドに比べて格段に小型となっている。また、ヘッド本体１を６４チタン合金で形成する場合には、小型と相俟って極めて軽量化されている。よって、本実施形態の吐出ヘッドを２次元又は３次元に移動させて造形を行うようにした場合であっても、駆動エネルギーの省力化ができる。また、小型であることから、複数の吐出ヘッドを取付治具（アダプター）等により、各々の吐出ヘッドの吐出口４１を近接して配置して束ねることができるので、マルチノズルヘッド、マルチノズルラインヘッドとして使用することもできる。これらマルチノズルヘッド又はマルチノズルラインヘッドを用いてマルチマテリアルの高速造形用として好適に使用することもできる。

また、本発明の吐出ヘッドは、高温加熱可能であることから、造形材料として固定融点金属類や低融点カラス類にも使用することができる。

さらに、上述の実施形態では、加熱部材として加熱ヘッド５を用いるようにしているので、小型化、軽量化を図ることができるとともに、加熱の低消費電力化を図ることができ、ヘッド本体１の供給部１０と融解部３０との間に設けた断熱部２０と相俟って、高温対応、迅速昇温も可能となっている。また、実施の形態では、ヘッド本体１の融解部３０の平面部３２に加熱ヘッド５を１つ搭載するようにしているが、長さ方向に分割して複数の加熱ヘッドを搭載してもよく、これら複数の加熱ヘッドを異なる温度又は異なる昇降温パターンに加熱制御できるようにしてもよい。

加えて、加熱ヘッド５の発熱抵抗体５２の途中（中間）に電極を追加し、ここから別のリードを引き出すことで、２つの発熱抵抗体として別々に制御することもできるし、２つの加熱ヘッド５、５の発熱抵抗体５２、５２を並列に接続するようにリードを引き出して、加熱ヘッド５、５を別々に制御することもできる。

また、ヘッド本体１の材料としてチタン合金（例えば、６４チタン）及び加熱ヘッド５の絶縁基板５１としてセラミック基板（例えば、アルミナジルコニア基板）を用いた場合には、チタン合金とセラミックとの熱膨張率が近いこともあって、造形動作による加熱、冷却のサイクルによる接合不良を効果的に防止することができる。また、アルミナジルコニア基板は、アルミナ基板に比して機械的強度が高いことから薄くでき、加熱ヘッドの小型軽量化をより一層図ることができる。

しかも、ヘッド本体１と加熱ヘッド５とリード６との接合、接続を同金属系の厚膜ペースト（例えば、銀系ペースト）を用いて行うことができ、ヘッド本体１と加熱ヘッド５との接合、加熱ヘッド５の電極５３とリード６との接続において良好とし得、加熱ヘッド５を高温に加熱した場合であっても、接合不良、接続不良を防止することができる。また、厚膜技術により加熱ヘッド５をヘッド本体１に接合することができるので、電子素子の特性変化を防止することもできる。

本発明では、ヘッド本体を一体形成（一体成形）とし、部品の接合箇所を少なくし、特にヘッド本体（チタン合金）と加熱ヘッド（セラミック）との接合部においては、ヘッド本体の金属の酸化物の性質も加わり強固に耐熱接合できるので、一段と信頼性を向上することができる。

また、本実施形態では、断熱部２０に肉薄部と開口部とを形成するようにしたが、断熱部は、ヘッド本体１に用いる材料の熱電導率、その長さ、加熱ヘッド５による加熱温度（使用する造形材料の融点）等を加味して、適切な熱抵抗となる断面積になるよう、厚さや開口部のサイズ、数を決定することができる。

１ヘッド本体
２通路
５加熱ヘッド
６リード
１０供給部
２０断熱部
３０融解部
４０吐出部
６０カバー部材
７０アダプター

Claims

造形材料の供給口を有する供給部、
加熱部材が取付けられ、供給された前記造形材料を融解する融解部、
前記融解された造形材料を吐出する吐出口を有する吐出部、及び
前記供給部と前記融解部との間であって、前記融解部の熱が前記供給部へ伝導するのを抑制する断熱部、を備え、
前記供給部、前記融解部、前記吐出部及び前記断熱部を一体成形してなることを特徴とする３次元造形装置用の造形材料の吐出ヘッド。
前記断熱部は、前記融解部よりも断面積が小さくなる加工がなされることで熱抵抗が大きくされている請求項１に記載の３次元造形装置用の造形材料の吐出ヘッド。
前記断熱部は、外壁の厚みを前記融解部よりも薄くした肉薄部及び／又は前記外壁に形成した開口部を有する請求項１に記載の３次元造形装置用の造形材料の吐出ヘッド。
ステンレス、ニッケル合金、チタン、チタン合金又はセラミックからなる請求項１〜３のいずれかに記載の３次元造形装置用の造形材料の吐出ヘッド。
６４チタン合金からなる請求項１〜３のいずれかに記載の３次元造形装置用の造形材料の吐出ヘッド。
造形材料の供給口を有する供給部、供給された前記造形材料を融解する融解部、前記融解された造形材料を吐出する吐出口を有する吐出部、及び前記供給部と前記融解部との間であって、前記融解部の熱が前記供給部へ伝導するのを抑制する断熱部、を有するヘッド本体と、
前記融解部に取付けられる加熱部材と、を備え、
前記ヘッド本体は、一体形成されており、
前記加熱部材は、絶縁基板上に発熱抵抗体が形成された加熱ヘッドからなることを特徴とする３次元造形装置用の造形材料の吐出ヘッド。
前記断熱部は、前記融解部よりも断面積が小さくなる加工がなされることで熱抵抗が大きくされている請求項６に記載の３次元造形装置用の造形材料の吐出ヘッド。
前記断熱部は、外壁の厚みを前記融解部よりも薄くした肉薄部及び／又は前記外壁に形成した開口部を有する請求項６に記載の３次元造形装置用の造形材料の吐出ヘッド。
前記ヘッド本体が、ステンレス、ニッケル合金、チタン、チタン合金又はセラミックからなる請求項６〜８のいずれかに記載の３次元造形装置用の造形材料の吐出ヘッド。
前記ヘッド本体が、６４チタン合金からなる請求項６〜８のいずれかに記載の３次元造形装置用の造形材料の吐出ヘッド。