特開 2023-183341 造形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023183341

(43)【公開日】2023-12-27

(54)【発明の名称】造形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/393 20170101AFI20231220BHJP

   B29C 64/118 20170101ALI20231220BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20231220BHJP

   B29C 64/295 20170101ALI20231220BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20231220BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20231220BHJP

   B33Y 70/00 20200101ALI20231220BHJP

【ＦＩ】

B29C64/393

B29C64/118

B29C64/209

B29C64/295

B33Y30/00

B33Y50/02

B33Y70/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022096905

(22)【出願日】2022-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】390029218

【氏名又は名称】世紀株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123559

【弁理士】

【氏名又は名称】梶 俊和

(74)【代理人】

【識別番号】100177437

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 英子

(72)【発明者】

【氏名】戸田 寿之

(72)【発明者】

【氏名】バシャール サミウル

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213AK12

4F213AK13

4F213AP05

4F213AR06

4F213WA25

4F213WB01

4F213WF41

4F213WL02

4F213WL32

4F213WL74

4F213WL87

(57)【要約】

【課題】温度により粘性等の物性値が変化する粘性材料を用いた造形において、緻密な温度調整を可能として効率よくきれいな造形を実現することのできる造形装置を提供すること。
【解決手段】造形装置１は、粘性材料Ａを吐出するためのノズル４と、ノズル４へと粘性材料Ａを供給するための材料供給部２と、ノズル４から吐出された粘性材料Ａを受け止めるための上面６ａを備えたテーブル６と、材料供給部２の動作並びにノズル４の移動及び／又はテーブル６の移動を制御する制御部１０と、を備え、テーブル６の上面６ａ上にノズル４から吐出された粘性材料Ａによる造形物を造形するものであって、ノズル４に接触して配置され、かつノズル４に対して着脱可能な第１熱交換部１２を更に備え、第１熱交換部１２が制御部１０によって制御されることにより、ノズル４から吐出される粘性材料Ａの温度が調整される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粘性材料を吐出するためのノズルと、
前記ノズルへと前記粘性材料を供給するための材料供給部と、
前記ノズルから吐出された前記粘性材料を受け止めるための上面を備えたテーブルと、
前記材料供給部の動作並びに前記ノズルの移動及び／又は前記テーブルの移動を制御する制御部と、を備え、
前記テーブルの上面上に前記ノズルから吐出された前記粘性材料による造形物を造形する造形装置であって、
前記ノズルに接触して配置され、かつ当該ノズルに対して着脱可能な第１熱交換部を更に備え、
前記第１熱交換部が前記制御部によって制御されることにより、前記ノズルから吐出される前記粘性材料の温度が調整される造形装置。

【請求項2】

前記ノズルの温度を検出する第１温度センサを更に備え、
前記制御部は、前記第１温度センサからの温度情報に基づいて前記第１熱交換部を制御する、請求項１に記載の造形装置。

【請求項3】

前記材料供給部が前記粘性材料を貯留するための貯留部と、
前記貯留部に接触して配置され、かつ当該貯留部に対して着脱可能な第２熱交換部と、を更に備え、
前記第２熱交換部が前記制御部によって制御されることにより、前記貯留部内に貯留された前記粘性材料の温度が調整される、請求項１に記載の造形装置。

【請求項4】

前記貯留部の温度を検出する第２温度センサを更に備え、
前記制御部は、前記第２温度センサからの温度情報に基づいて前記第２熱交換部を制御する、請求項３に記載の造形装置。

【請求項5】

前記第１熱交換部が、ペルチェ素子を有して構成される、請求項１に記載の造形装置。

【請求項6】

前記第２熱交換部が、ペルチェ素子を有して構成される、請求項３に記載の造形装置。

【請求項7】

前記粘性材料が、食品材料である、請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、造形装置に係り、特に食品材料等の粘性材料を立体形状に造形するための造形装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

従前より、溶融樹脂等の粘性材料を用いた立体形状（いわゆる、３次元形状。）の造形が行われている。この造形においては、粘性材料をノズルから吐出しつつ、吐出された粘性材料をテーブル上に積層して造形を進めるのが一般的である。造形に際しては、ノズル及びテーブルの一方又は両方を直線的に移動させて双方の相対位置をＸＹ方向に調整する。そして、ノズルやテーブルの移動と共に吐出量を制御することにより、所望の形状を得る。この種の装置として、いわゆる３Ｄプリンタと呼ばれるものがある。

【0003】

また、食品業界においても、立体形状の造形が必要とされる場合がある。例えば、ケーキの上面にクリーム等の食品材料を用いてバラの花等を象った、いわゆるフラワーケーキを造形装置で造形できれば効率がよい。また、あん、チョコレート、パン生地等の食品材料によって立体形状を効率よく造形したいとのニーズは存在する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－１４２４６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、一般に、食品材料は温度により粘度が大きく変化し、食品材料の種類ごとに造形に適した温度範囲が存在する。食品材料がその温度範囲外となると、固すぎたり柔らかすぎたりしてしまい、きれいな造形が難しくなる。したがって、効率よくきれいな造形を実現するためには、ノズルから吐出する際の食品材料の温度を緻密に調整することが必要である。

【0006】

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、温度により粘性等の物性値が変化する粘性材料を用いた造形において、緻密な温度調整を可能として効率よくきれいな造形を実現することのできる造形装置を提供することを例示的課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明の例示的側面としての造形装置は、粘性材料を吐出するためのノズルと、前記ノズルへと前記粘性材料を供給するための材料供給部と、前記ノズルから吐出された前記粘性材料を受け止めるための上面を備えたテーブルと、前記材料供給部の動作並びに前記ノズルの移動及び／又は前記テーブルの移動を制御する制御部と、を備え、前記テーブルの上面上に前記ノズルから吐出された前記粘性材料による造形物を造形する造形装置であって、前記ノズルに接触して配置され、かつ当該ノズルに対して着脱可能な第１熱交換部を更に備え、前記第１熱交換部が前記制御部によって制御されることにより、前記ノズルから吐出される前記粘性材料の温度が調整される。

【0008】

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、温度により粘性等の物性値が変化する粘性材料を用いた造形において、緻密な温度調整を可能として効率よくきれいな造形を実現することのできる造形装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る造形装置の全体構成の概略を示す構成図である。

【図2】図１に示すノズルの拡大構成図である。

【図3】図２に示す第１熱交換部の別例を示す図である。

【図4】図１に示すホッパーの拡大構成図である。

【図5】図４に示す第２熱交換部の別例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［実施形態］
＜造形装置１＞
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、実施形態に係る造形装置１の全体構成の概略を示す構成図である。造形装置１は、材料供給部２、ノズル４、テーブル６、モータ８、制御部１０を有して大略構成される。

【0012】

＜材料供給部２＞
材料供給部２は、粘性材料Ａをノズル４へと供給するためのものである。材料供給部２は、粘性材料Ａを貯留するためのホッパー２ａ及びホッパー２ａとノズル４とを接続する供給管２ｂを有している。

【0013】

材料供給部２は、粘性材料Ａをホッパー２ａからノズル４へと供給し、ノズル４の吐出口４ａから粘性材料Ａを吐出するためのアクチュエータ２ｃを有している。アクチュエータ２ｃとしては、例えばモータやエアシリンダ等を適用することができる。このアクチュエータ２ｃが後述する制御部１０と接続されており、制御部１０による制御信号に基づき、ノズル４からの粘性材料Ａの吐出量が制御される。

【0014】

ここで、粘性材料Ａは、粘性を有する材料であればあらゆる材料が適用可能であり、例えば流体状の樹脂材料、シリコンゴム等のゴム材料、ゲル状物質等が考えられる。粘性材料Ａとしては、例えば、あん、ゼリー、チョコレート、パン生地やクレープ生地等の食品材料も適用可能である。

【0015】

＜ノズル４＞
ノズル４は、材料供給部２から供給された粘性材料Ａをテーブル６に向けて吐出するためのものである。ノズル４は、粘性材料Ａを吐出するための吐出口４ａを備えており、吐出口４ａから吐出された粘性材料Ａがテーブル６の上面（テーブル面）６ａへと吐出される。なお、ノズル４は、造形物の形状に応じて適切な形状のものが適宜選択して用いられる。

【0016】

本実施形態では、ノズル４は固定されており、後述するモータ８によって駆動されたテーブル６が移動することにより、テーブル面６ａ上に粘性材料Ａによる造形物が造形されるようになっている。テーブル６の移動は、テーブル面６ａに沿って相互に直交するＸＹ方向への移動であってもよい。また、モータ８の動作は、制御部１０によって制御される。

【0017】

もちろん、テーブル６が固定されており、モータ８がノズル４をＸＹ方向に移動するものであってもよい。また、ノズル４とテーブル６の両方がモータ８によって移動するような構成であってもよく、その場合において、ノズル４がＸＹ方向のうち一方向へ移動可能であり、テーブル６がＸＹ方向のうち他方向へ移動可能であってもよい。なお、ノズル４には第１熱交換部１２が取り付けられるが、詳細は後述する。

【0018】

＜テーブル６＞
テーブル６は、吐出口４ａから吐出された粘性材料Ａをテーブル面６ａで受け止め、粘性材料Ａによる造形物を造形するための基台となる部分である。テーブル６は、モータ８によってＸＹ方向に移動可能である。モータ８の動作は、制御部１０によって制御される。

【0019】

＜モータ８＞
モータ８は、本実施形態では、テーブル６をＸＹ方向に移動する、すなわち、テーブル面６ａと平行な面内でテーブル６を自在に移動するためのものである。モータ８は、制御部１０と接続され、制御部１０からの制御信号に基づいてテーブル６の移動及び停止が制御されるようになっている。

【0020】

モータ８としては、サーボモータが適用可能であるが、例えばステッピングモータやその他のモータを適用することもできる。もちろん、移動及び停止位置の制御が可能な駆動源であれば、モータ８の代わりにそのような駆動源を用いることもできる。

【0021】

＜制御部１０＞
制御部１０は、材料供給部２の動作とテーブル６の移動とを制御するためのものである。制御部１０は、造形装置１内に組み込まれて、演算処理装置と記憶装置とを有するコンピュータでもよいし、造形装置１と別体とされたシーケンサやパーソナルコンピュータでもよい。

【0022】

制御部１０からの制御信号に基づいて、テーブル６がＸＹ移動しつつ粘性材料Ａがノズル４から吐出されることにより、テーブル面６ａ上に粘性材料Ａの造形物が造形される。なお、本実施形態ではテーブル６が移動するが、テーブル６でなくノズル４が移動する場合は、又はテーブル６に加えてノズル４も移動する場合は、制御部１０は、ノズル４を移動させるモータ（不図示）と接続されてそのモータに対して制御信号を送信することにより制御を実行する。

【0023】

＜粘性材料の温度調整＞

【0024】

［第１熱交換部１２］
制御部１０は、第１熱交換部１２及び第１温度センサ１４とも接続されている。図２は、ノズル４の概略構成を拡大して示す構成図である。ノズル４の吐出口４ａの近傍位置に、第１熱交換部１２及び第１温度センサ１４が取り付けられている。

【0025】

第１熱交換部１２は、ノズル４に接触して配置されており、ノズル４との間で熱交換を行うことによりノズル４の温度調整を行うものである。ノズル４の温度が調整された結果、吐出直前における粘性材料Ａの温度調整が実現する。実施形態では、第１熱交換部１２は、ノズル４に接触配置されたアルミブロック１２ａ及びアルミブロック１２ａに接触配置されたペルチェ素子１２ｂが適用される。第１熱交換部１２は、それらに加えて、冷却フィンやファンを有してもよい。このように、第１熱交換部１２を簡易な構成とすることにより、粘性材料Ａの温度調整のために大型の装置やコスト増を不要とすることができる。

【0026】

第１熱交換部１２の構成としてはこれに限られない。例えば、ノズル４の周囲に接触して巻き付けられた金属管（例えば、銅管。）１２ｃ、金属管１２ｃ内を流動する熱交換媒体１２ｄ、熱交換媒体１２ｄを循環させるポンプ１２ｅ、熱交換媒体１２ｄとの間で熱交換を行うための本体部１２ｆを有して第１熱交換部１２が構成されてもよい。（図３参照）。本体部１２ｆは、例えば、冷却フィンとファンとを有して構成されてもよい。本体部１２ｆは、例えばペルチェ素子を有して構成されてもよい。本体部１２ｆは、ペルチェ素子と冷却フィンとファンとを有して構成されてもよい。本体部１２ｆは、例えばヒータを有して構成されてもよい。

【0027】

第１熱交換部１２は、ノズル４に対して着脱可能に構成される。第１熱交換部１２をノズル４に対して着脱可能とすると、温度調整範囲の異なる複数の第１熱交換部１２を予め準備しておくことで、第１熱交換部１２を適宜交換して使用することができる。粘性材料Ａの種類に応じて、すなわち必要な温度調整の範囲に応じて、適切な第１熱交換部１２を選択して使用することができる。

【0028】

ノズル４の吐出口４ａの近傍位置には、第１温度センサ１４も取り付けられている。第１温度センサ１４は、ノズル４の温度を検出するためのものであり、例えば、熱電対やサーミスタ等を適用することができる。実施形態では、第１温度センサ１４によって計測されたノズル４の温度情報が制御部１０に送信され、制御部１０が、その温度情報に基づいて、第１熱交換部１２での温度調整を制御するようになっている。それにより、適切なノズル４の温度管理が可能となり、ひいてはノズル４から吐出される粘性材料Ａの温度管理が可能となる。

【0029】

［第２熱交換部１６］
制御部１０は、第２熱交換部１６及び第２温度センサ１８とも接続されている。図４は、ホッパー２ａの概略構成を拡大して示す構成図である。ホッパー２ａには、第２熱交換部１６及び第２温度センサ１８が取り付けられている。

【0030】

第２熱交換部１６は、ホッパー２ａに接触して配置されており、ホッパー２ａとの間で熱交換を行うことによりホッパー２ａの温度調整を行うものである。ホッパー２ａの温度が調整された結果、ホッパー２ａ内に貯留された粘性材料Ａの温度調整が実現する。実施形態では、第２熱交換部１６の構成は第１熱交換部１２の構成と略同様である。すなわち、第２熱交換部１６としては、ホッパー２ａに接触配置されたアルミブロック１６ａ及びアルミブロック１６ａに接触配置されたペルチェ素子１６ｂが適用される。第２熱交換部１６は、それらに加えて、冷却フィンやファンを有してもよい。このように、第２熱交換部１６を簡易な構成とすることにより、粘性材料Ａの温度調整のために大型の装置やコスト増を不要とすることができる。

【0031】

第２熱交換部１６の構成としてはこれに限られない。例えば、ホッパー２ａの周囲に接触して巻き付けられた金属管（例えば、銅管。）１６ｃ、金属管１６ｃ内を流動する熱交換媒体１６ｄ、熱交換媒体１６ｄを循環させるポンプ１６ｅ、熱交換媒体１６ｄとの間で熱交換を行うための本体部１６ｆを有して第２熱交換部１６が構成されてもよい。（図５参照）。本体部１６ｆは、例えば、冷却フィンとファンとを有して構成されてもよい。本体部１６ｆは、例えばペルチェ素子を有して構成されてもよい。本体部１６ｆは、ペルチェ素子と冷却フィンとファンとを有して構成されてもよい。本体部１６ｆは、例えばヒータを有して構成されてもよい。

【0032】

第２熱交換部１６は、ホッパー２ａに対して着脱可能に構成される。第２熱交換部１６をホッパー２ａに対して着脱可能とすると、温度調整範囲の異なる複数の第２熱交換部１６を予め準備しておくことで、第２熱交換部１６を適宜交換して使用することができる。粘性材料Ａの種類に応じて、すなわち必要な温度調整の範囲に応じて、適切な第２熱交換部１６を選択して使用することができる。

【0033】

ホッパー２ａには、第２温度センサ１８も取り付けられている。第２温度センサ１８は、ホッパー２ａの温度を検出するためのものであり、例えば、第１温度センサ１４と同様に、熱電対やサーミスタ等を適用することができる。実施形態では、第２温度センサ１８によって計測されたホッパー２ａの温度情報が制御部１０に送信され、制御部１０が、その温度情報に基づいて、第２熱交換部１６での温度調整を制御するようになっている。それにより、適切なホッパー２ａの温度管理が可能となり、ひいてはホッパー２ａ内で貯留された粘性材料Ａの温度管理が可能となる。

【0034】

この造形装置１は、上記のような第１熱交換部１２、第１温度センサ１４、第２熱交換部１６、第２温度センサ１８を有しており、それらが制御部１０に接続されているので、ホッパー２ａにおいてもノズル４においても粘性材料Ａの緻密な温度調整が可能となる。粘性材料Ａの温度管理のために大型の装置やコスト増を必要としない。

【0035】

また、第１熱交換部１２及び第２熱交換部１６はそれぞれノズル４及びホッパー２ａに対して着脱可能であるので、粘性材料Ａに応じて適切な熱交換部１２、１６を適宜選択して使用することができる。第１熱交換部１２と共に第１温度センサ１４もノズル４に対して着脱可能であってもよく、また、第２熱交換部１６と共に第２温度センサ１８もホッパー２ａに対して着脱可能であってもよい。

【0036】

第１熱交換部１２や第２熱交換部１６の構成は、上記に説明したものに限られず、制御部１０による制御が可能で熱交換効率がよく、かつ小型で着脱可能であれば、種々の構成を適用することができる。第１温度センサ１４や第２温度センサ１８の素子についても上記に説明したものに限定されない。

【0037】

粘性材料Ａを用いた造形において、粘性材料Ａの温度を適切に調整するために、造形装置１が第１熱交換部１２及び第１温度センサ１４を有していれば充分であれば、第２熱交換部１６及び第２温度センサ１８を不要とすることができる。また、粘性材料Ａの温度を適切に調整するために、造形装置１が第２熱交換部１６及び第２温度センサ１８を有していれば充分であれば、第１熱交換部１２及び第１温度センサ１４を不要とすることができる。

【0038】

造形装置１が第１熱交換部１２を有する場合において、より簡易な構成とするために第１温度センサ１４を不要とすることができる。造形装置１が第２熱交換部１６を有する場合において、より簡易な構成とするために第２温度センサ１８を不要とすることができる。

【0039】

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。

【0040】

なお、本発明は以下の趣旨を含むものとする。
(趣旨１)
粘性材料を吐出するためのノズルと、
前記ノズルへと前記粘性材料を供給するための材料供給部と、
前記ノズルから吐出された前記粘性材料を受け止めるための上面を備えたテーブルと、
前記材料供給部の動作並びに前記ノズルの移動及び／又は前記テーブルの移動を制御する制御部と、を備え、
前記テーブルの上面上に前記ノズルから吐出された前記粘性材料による造形物を造形する造形装置であって、
前記ノズルに接触して配置され、かつ当該ノズルに対して着脱可能な第１熱交換部を更に備え、
前記第１熱交換部が前記制御部によって制御されることにより、前記ノズルから吐出される前記粘性材料の温度が調整される造形装置。

【0041】

（趣旨２）
前記ノズルの温度を検出する第１温度センサを更に備え、
前記制御部は、前記第１温度センサからの温度情報に基づいて前記第１熱交換部を制御してもよい。

【0042】

（趣旨３）
前記材料供給部が前記粘性材料を貯留するための貯留部と、
前記貯留部に接触して配置され、かつ当該貯留部に対して着脱可能な第２熱交換部と、を更に備え、
前記第２熱交換部が前記制御部によって制御されることにより、前記貯留部内に貯留された前記粘性材料の温度が調整されてもよい。

【0043】

（趣旨４）
前記貯留部の温度を検出する第２温度センサを更に備え、
前記制御部は、前記第２温度センサからの温度情報に基づいて前記第２熱交換部を制御してもよい。

【0044】

（趣旨５）
前記第１熱交換部が、ペルチェ素子を有して構成されてもよい。

【0045】

（趣旨６）
前記第２熱交換部が、ペルチェ素子を有して構成されてもよい。

【0046】

（趣旨７）
前記粘性材料が、食品材料であってもよい。

【符号の説明】

【0047】

Ａ：粘性材料
１：造形装置
２：材料供給部
２ａ：ホッパー
２ｂ：供給管
２ｃ：アクチュエータ
４：ノズル
４ａ：吐出口
６：テーブル
６ａ上面（テーブル面）
８：モータ
１０：制御部
１２：第１熱交換部
１２ａ、１６ａ：アルミブロック
１２ｂ、１６ｂ：ペルチェ素子
１２ｃ、１６ｃ：金属管
１２ｄ、１６ｄ：熱交換媒体
１２ｅ、１６ｅ：ポンプ
１２ｆ、１６ｆ：本体部
１４：第１温度センサ
１６：第２熱交換部
１８：第２温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】