特許 7484296 造形材接続装置及び造形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】造形材接続装置及び造形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/307 20170101AFI20240509BHJP

   B29C 64/118 20170101ALI20240509BHJP

   B29C 64/295 20170101ALI20240509BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20240509BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240509BHJP

   B33Y 40/10 20200101ALI20240509BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240509BHJP

   B33Y 70/10 20200101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

B29C64/307

B29C64/118

B29C64/295

B29C64/393

B33Y30/00

B33Y40/10

B33Y50/02

B33Y70/10

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020055094

(22)【出願日】2020-03-25

(65)【公開番号】P2021154541

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2023-02-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000005496

【氏名又は名称】富士フイルムビジネスイノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 太一

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 渡

【審査官】今井 拓也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０７１２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６５５２７７０（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００ － ６４／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の連続繊維束に樹脂材が含浸されて構成された造形材を、前記連続繊維束の延びる方向を供給方向として供給する第１供給部と、前記第１供給部よりも前記供給方向の下流側に配置されて前記造形材を供給する第２供給部との間、又は前記第１供給部よりも前記供給方向の上流側に配置された造形材接続装置であって、
前記造形材に対して前記複数の連続繊維束の少なくとも一部を切断する切断部と、
前記切断部によって切断された切断部分よりも前記供給方向の下流側の前記造形材と前記供給方向の上流側の前記造形材とを加熱して前記樹脂材を接合するか、又は先行する造形材の末端部と後続する造形材の先端部とを加熱して前記樹脂材を接合する接合部と、
を備えた造形材接続装置。

【請求項2】

前記切断部分よりも前記供給方向の下流側の前記造形材と前記供給方向の上流側の前記造形材との間、又は前記先行する造形材の末端部と前記後続する造形材の先端部との間に前記樹脂材を接合するための樹脂材を補充する補充部を備えた請求項１に記載の造形材接続装置。

【請求項3】

前記切断部は、前記複数の連続繊維束の全部を切断する請求項１又は請求項２に記載の造形材接続装置。

【請求項4】

複数の連続繊維束に樹脂材が含浸されて構成された造形材を、前記連続繊維束の延びる方向を供給方向として供給する第１供給部と、
前記第１供給部よりも前記供給方向の下流側に配置され、前記造形材を供給する第２供給部と、
前記第２供給部によって供給される前記造形材を加熱し、載台へ供給する加熱部と、
前記載台へ供給された前記造形材を加圧する加圧部と、
前記第１供給部と前記第２供給部との間、又は前記第１供給部よりも前記供給方向の上流側に配置された請求項１～請求項３の何れか１項に記載の造形材接続装置と、
を備えた造形装置。

【請求項5】

造形物を造形する造形データから算出されたタイミングで前記造形材を切断できるように、前記第１供給部及び前記第２供給部による供給の停止と前記切断部による切断動作とを制御する制御部を備えた請求項４に記載の造形装置。

【請求項6】

前記加熱部は、前記制御部の制御により、前記載台に対して相対的に近接及び離間するように構成されており、
前記制御部は、
前記造形材の前記切断部分が前記載台に供給されるタイミングで、前記第１供給部及び前記第２供給部による供給を停止させるとともに、前記切断部分から前記造形材が切断されるように前記加熱部を前記載台から相対的に離間させる請求項５に記載の造形装置。

【請求項7】

前記制御部は、
前記先行する造形材の末端部が前記切断部に達するタイミングで、前記第２供給部の供給を停止させるとともに、前記後続する造形材の先端部が前記切断部に到達するように前記第１供給部の供給を制御する請求項５又は請求項６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、造形材接続装置及び造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

繊維の蛇行を抑制して、３次元部品の剛性の低下を抑制するようにした３次元造形物製造装置は、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－０８１２９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、造形材を接続して供給できる造形材接続装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記の目的を達成するために、本発明に係る第１の態様の造形材接続装置は、複数の連続繊維束に樹脂材が含浸されて構成され、前記連続繊維束の延びる方向が供給方向とされて供給される造形材に対して前記複数の連続繊維束の少なくとも一部を切断する切断部と、前記切断部によって切断された切断部分よりも前記供給方向の下流側の前記造形材と前記供給方向の上流側の前記造形材とを加熱して前記樹脂材を接合するか、又は先行する造形材の末端部と後続する造形材の先端部とを加熱して前記樹脂材を接合する接合部と、を備えている。

【0006】

また、第２の態様の造形材接続装置は、第１の態様の造形材接続装置であって、前記切断部分よりも前記供給方向の下流側の前記造形材と前記供給方向の上流側の前記造形材との間、又は前記先行する造形材の末端部と前記後続する造形材の先端部との間に前記樹脂材を接合するための樹脂材を補充する補充部を備えている。

【0007】

また、第３の態様の造形材接続装置は、第１又は第２の態様の造形材接続装置であって、前記切断部は、前記複数の連続繊維束の全部を切断する。

【0008】

また、本発明に係る第４の態様の造形装置は、複数の連続繊維束に樹脂材が含浸されて構成された造形材を、前記連続繊維束の延びる方向を供給方向として供給する第１供給部と、前記第１供給部よりも前記供給方向の下流側に配置され、前記造形材を供給する第２供給部と、前記第２供給部によって供給される前記造形材を加熱し、載台へ供給する加熱部と、前記載台へ供給された前記造形材を加圧する加圧部と、前記第１供給部と前記第２供給部との間、又は前記第１供給部よりも前記供給方向の上流側に配置された第１～第３の何れかの態様の造形材接続装置と、を備えている。

【0009】

また、第５の態様の造形装置は、第４の態様の造形装置であって、造形物を造形する造形データから算出されたタイミングで前記造形材を切断できるように、前記第１供給部及び前記第２供給部による供給の停止と前記切断部による切断動作とを制御する制御部を備えている。

【0010】

また、第６の態様の造形装置は、第５の態様の造形装置であって、前記加熱部は、前記制御部の制御により、前記載台に対して相対的に近接及び離間するように構成されており、前記制御部は、前記造形材の前記切断部分が前記載台に供給されるタイミングで、前記第１供給部及び前記第２供給部による供給を停止させるとともに、前記切断部分から前記造形材が切断されるように前記加熱部を前記載台から相対的に離間させる。

【0011】

また、第７の態様の造形装置は、第５又は第６の態様の造形装置であって、前記制御部は、前記先行する造形材の末端部が前記切断部に達するタイミングで、前記第２供給部の供給を停止させるとともに、前記後続する造形材の先端部が前記切断部に到達するように前記第１供給部の供給を制御する。

【発明の効果】

【0012】

第１の態様の発明によれば、造形材を接続して供給することができる。

【0013】

第２の態様の発明によれば、造形材の樹脂材のみで接合する場合に比べて、造形材の樹脂材を容易に接合することができる。

【0014】

第３の態様の発明によれば、捩り部の直後に直線部を造形したい場合に対応することができる。

【0015】

第４の態様の発明によれば、接続されて供給された造形材によって造形することができる。

【0016】

第５の態様の発明によれば、第１供給部及び第２供給部による供給を停止させずに切断部による切断動作をする場合に比べて、造形材を精度良く接合することができる。

【0017】

第６の態様の発明によれば、造形材の切断部分が載台に供給されるタイミングに関係なく、加熱部が載台から相対的に離間される場合に比べて、造形材における余り部分の発生を抑制又は防止することができる。

【0018】

第７の態様の発明によれば、交換された造形材をスムーズに継ぎ足すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施形態に係る造形装置を示す模式図である。

【図2】本実施形態に係る造形装置の造形ユニットを示す模式図である。

【図3】本実施形態に係る造形材接続装置を示す斜視図である。

【図4】本実施形態に係る造形材接続装置で接続するときの造形材を示す斜視図である。

【図5】本実施形態に係る造形装置で造形する造形物を示す斜視図である。

【図6】本実施形態に係る造形材接続装置及び造形装置で使用する造形材を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、図１、図２において示す矢印Ｈは、造形装置１０の上方向（鉛直方向上側）を示し、矢印Ｗは、造形装置１０の幅方向（水平方向）を示す。また、矢印Ｈ及び矢印Ｗと直交する方向を造形装置１０の奥行方向（水平方向）とする。

【0021】

本実施形態に係る造形装置１０は、溶解積層方式（ＦＤＭ（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）方式）の３次元造形装置（３Ｄプリンタ）であって、３次元ＣＡＤによる立体情報などから、複数層の層データ（造形データ）を算出し、その層データに従って、層を重ねることにより、図５に示されるような造形物８０を造形する装置である。

【0022】

図６に示されるように、本実施形態に係る造形装置１０に使用される造形材（フィラメント）９０は、複数の連続繊維が撚り合わされずに束ねられた連続繊維束（以下、単に「繊維束」という）９２の各連続繊維同士の隙間に、ポリアミド合成樹脂等の樹脂材９４が含侵されて構成されている。

【0023】

連続繊維としては、一例として、直径０．００５ｍｍの東レ社製Ｔ３００の炭素繊維が用いられている。この連続繊維が１０００本以上（一例として３０００本）束ねられて、造形材９０が構成されている。なお、図６では、連続繊維の本数が少なく示されている。また、本実施形態における造形材９０（繊維束９２）の断面は、一例として、直径０．４ｍｍの円形状とされている。

【0024】

また、繊維束９２の延びる方向が造形材９０の供給方向とされている。したがって、以下においては、造形材９０の供給方向上流側を単に「上流側」といい、供給方向下流側を単に「下流側」という場合がある。

【0025】

図１に示されるように、造形装置１０は、造形室２０と格納室７０とを有している。そして、図２に示されるように、造形装置１０は、造形室２０内に、載台の一例としての造形台１４と、造形台１４の上方に配置されている造形ユニット１２と、造形ユニット１２を移動させる移動ユニット１８と、各部を制御する制御部１６と、を備えている。

【0026】

＜造形室＞
〔造形台〕
図１、図２に示されるように、造形台１４は、造形装置１０（造形室２０）において、下方側に配置されている。また、造形台１４は、上方を向くとともに水平面である造形面１４Ａを有している。

【0027】

〔移動ユニット〕
図２に示されるように、移動ユニット１８は、造形装置１０（造形室２０）において、上方側に配置されており、既知の機構を組み合わせることで構成されている。そして、移動ユニット１８は、造形ユニット１２を幅方向、奥行方向及び上下方向に移動させ、更に上下方向を軸方向として造形ユニット１２を回転させられるようになっている。

【0028】

〔造形ユニット〕
造形ユニット１２は、上下方向において、造形台１４と移動ユニット１８との間に配置されている。造形ユニット１２は、造形材９０が巻き掛けられたプーリ２２と、造形材９０を供給する第１供給部の一例としての送出ロール２４と、造形材９０の少なくとも一部を切断する切断部２８と、を備えている。

【0029】

そして、造形ユニット１２は、切断部２８によって切断された切断部分よりも下流側の造形材９０と上流側の造形材９０とを加熱して樹脂材９４を接合するか、又は図４に示されるように、先行する造形材９０Ｆの末端部と後続する造形材９０Ｓの先端部とを加熱して樹脂材９４を接合する接合部３０と、接合部３０（送出ロール２４）よりも下流側に配置され、造形材９０を供給する第２供給部の一例としての送出ロール２６と、を備えている。

【0030】

なお、切断部２８と接合部３０とで造形材接続装置５０が構成されている。また、切断部２８と接合部３０とは、造形材９０の供給方向において、送出ロール２４と送出ロール２６との間に配置されている。

【0031】

また、造形ユニット１２は、送出ロール２６によって供給される造形材９０を支持しつつ加熱し、造形台１４の造形面１４Ａへ供給する加熱部の一例としての第１加熱部３４と、造形台１４の造形面１４Ａへ供給された造形材９０を加圧する加圧部４０と、を備えている。

【0032】

そして、造形ユニット１２は、造形材９０に対して離れた位置から造形材９０を加熱する第２加熱部５２と、加圧部４０に対して離れた位置から加圧部４０を加熱する第３加熱部５６と、造形ユニット１２の全体を支持するユニット支持部６０と、を備えている。

【0033】

また、造形ユニット１２（造形材接続装置５０）は、切断部２８によって切断された切断部分よりも下流側の造形材９０と上流側の造形材９０との間、又は先行する造形材９０Ｆの末端部と後続する造形材９０Ｓの先端部との間に、樹脂材９４を接合するための新たな樹脂材（樹脂材９４と同等の樹脂材）を補充する補充部３３を備えている。なお、この補充部３３は、必須ではなく、備えられていなくてもよい。

【0034】

（プーリ）
図２に示されるように、プーリ２２は、造形ユニット１２において、造形装置１０の幅方向一方側の部分（図中右側の部分）に配置されており、プーリ２２の回転軸方向は、奥行方向とされている。

【0035】

プーリ２２は、円柱状のプーリ本体２２Ａと、プーリ本体２２Ａの回転軸を構成する軸部２２Ｂと、軸部２２Ｂを支持する支持ブラケット２２Ｃと、を備えている。支持ブラケット２２Ｃは、一対で設けられており、一対の支持ブラケット２２Ｃは、奥行方向で、プーリ本体２２Ａを間に置いて配置されている。

【0036】

具体的には、支持ブラケット２２Ｃは、上下方向に延びており、支持ブラケット２２Ｃの下端部に、軸部２２Ｂが支持されている。この構成において、プーリ２２には、４本の造形材９０が、奥行方向に並んで巻き掛けられている。

【0037】

（送出ロール）
図２に示されるように、送出ロール２４は、プーリ２２よりも下流側に配置されている。送出ロール２４は、駆動ロール２４Ａと、従動ロール２４Ｂと、駆動ロール２４Ａ及び従動ロール２４Ｂを支持する支持ブラケット２４Ｃと、を備えている。

【0038】

駆動ロール２４Ａの回転軸方向及び従動ロール２４Ｂの回転軸方向は、奥行方向とされている。そして、駆動ロール２４Ａと従動ロール２４Ｂとは、供給される造形材９０の下流側が上流側に対して下方となるように、プーリ２２を介して供給された４本の造形材９０を上下で挟み込んでいる。

【0039】

支持ブラケット２４Ｃは、一対で設けられており、一対の支持ブラケット２４Ｃは、奥行方向で、駆動ロール２４Ａと従動ロール２４Ｂとを間に置いて配置されている。具体的には、支持ブラケット２４Ｃは、上下方向に延びており、その下端部に、駆動ロール２４Ａと従動ロール２４Ｂとを支持している。

【0040】

送出ロール２６は、送出ロール２４（接合部３０）よりも下流側に配置されている。送出ロール２６は、駆動ロール２６Ａと、従動ロール２６Ｂと、駆動ロール２６Ａ及び従動ロール２６Ｂを支持する支持ブラケット２６Ｃと、を備えている。

【0041】

駆動ロール２６Ａの回転軸方向及び従動ロール２６Ｂの回転軸方向は、奥行方向とされている。そして、駆動ロール２６Ａと従動ロール２６Ｂとは、供給される造形材９０の下流側が上流側に対して下方となるように、送出ロール２４によって供給された４本の造形材９０を上下で挟み込んでいる。

【0042】

支持ブラケット２６Ｃは、一対で設けられており、一対の支持ブラケット２６Ｃは、奥行方向で、駆動ロール２６Ａと従動ロール２６Ｂとを間に置いて配置されている。具体的には、支持ブラケット２６Ｃは、上下方向に延びており、その下端部に、駆動ロール２６Ａと従動ロール２６Ｂとを支持している。

【0043】

この構成において、図示しないモータから駆動力が伝達された駆動ロール２４Ａが回転することで、送出ロール２４が、４本の造形材９０を造形面１４Ａに向けて供給するようになっている。そして、図示しないモータから駆動力が伝達された駆動ロール２６Ａが駆動ロール２４Ａと同じ回転数で回転することで、送出ロール２６が、４本の造形材９０を造形面１４Ａに向けて供給するようになっている。

【0044】

このように、プーリ２２を介して供給された４本の造形材９０は、送出ロール２４及び送出ロール２６によって、下流側が上流側に対して下方となるようにして、造形台１４の造形面１４Ａへ供給される。本実施形態では、一例として、３０ｍｍ／ｓｅｃ以上１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度で造形材９０が供給されるように、送出ロール２４、２６が回転する。

【0045】

（切断部）
切断部２８は、４本の造形材９０に対して、それぞれ個別に切断する４本の切断刃２８Ａを備えている。なお、本実施形態における「少なくとも一部を切断する」とは、繊維束９２の一部（造形材９０を引っ張ったときに容易に切断される程度の本数）を残して切断する場合と、繊維束９２の全部を切断する場合の両方を含む。

【0046】

（接合部）
図３に示されるように、接合部３０は、供給方向を長手方向とした矩形平板状の一対の挟持部材３２を備えている。互いに対向する一対の挟持部材３２の内面における中央部には、造形材９０を挟み込んで加圧する断面略半円弧形状の凹部３２Ａが長手方向に延びるように形成されている。

【0047】

そして、この一対の挟持部材３２は、図示しない既知の機構により、互いに接近（接触）する方向と互いに離間する方向とに移動可能に構成されている。なお、以下においては、一対の挟持部材３２が、互いの内面を接近（接触）させた状態を「閉状態」といい、互いの内面を離間させた状態を「開状態」という。

【0048】

また、一対の挟持部材３２が閉状態のときに、凹部３２Ａによって形成される断面円形状の孔部の内径は、造形材９０の外径よりも若干小さくされている。これにより、造形材９０が一対の挟持部材３２に挟み込まれて加圧される構成になっている。

【0049】

また、この一対の挟持部材３２の内部には、それぞれ板状のヒータ（図示省略）が埋設されている（一対の挟持部材３２に、それぞれヒータが内蔵されている）。このヒータが、一対の挟持部材３２で挟み込んで加圧した造形材９０を、一例として、２５０℃以上３００℃以下に加熱するようになっている。

【0050】

これにより、造形材９０の樹脂材９４を溶融し、切断部２８によって切断された切断部分よりも下流側の造形材９０と上流側の造形材９０とを接続したり、図４に示されるように、先行する造形材９０Ｆの末端部における末端面９０Ｅと後続する造形材９０Ｓの先端部における先端面９０Ｔとを接続したりするようになっている。

【0051】

なお、一対の挟持部材３２が開状態となることにより、加熱されていた造形材９０の温度が下がるが、造形材９０における樹脂材９４の接合を促進させるために、その造形材９０を冷却する冷却部（図示省略）を接合部３０の下流側で、かつ送出ロール２６の上流側に設けるようにしてもよい。

【0052】

（第１加熱部）
第１加熱部３４は、送出ロール２６よりも下流側に配置されている。第１加熱部３４は、造形材９０が通る管部材３５と、管部材３５を囲むように支持する本体部３６と、板状のヒータ（図示省略）と、支持ブラケット３８と、を備えている。

【0053】

管部材３５は、金属材料で形成されており、一例として、４本備えられている。４本の管部材３５は、奥行方向に並んでいる。また、奥行方向から見て、管部材３５の下流側の端部が、管部材３５の上流側の端部に対して下方に位置するように、管部材３５は、傾斜して造形材９０の供給方向に延びている。

【0054】

本体部３６は、金属材料で形成された直方体形状であり、奥行方向から見て、造形材９０の供給方向に延びる矩形状とされている。そして、管部材３５の一部が、本体部３６に囲まれている。また、本体部３６において、造形材９０の下流側の部分には、４本の管部材３５が上方へ露出するように、開口（図示省略）が形成されている。

【0055】

ヒータは、本体部３６の内部に配置されている。具体的には、ヒータは、造形材９０の供給方向において、本体部３６の上流側の部分に配置されており、ヒータが、本体部３６及び管部材３５を、一例として、２００℃以上２５０℃以下に加熱するようになっている。

【0056】

支持ブラケット３８は、一対で設けられており、一対の支持ブラケット３８は、奥行方向で、本体部３６を間に置いて配置されている。具体的には、支持ブラケット３８は、屈曲した状態で上下方向に延びており、その下端部に、本体部３６を支持している。

【0057】

この構成において、第１加熱部３４は、ヒータによって４本の造形材９０を加熱し、造形材９０を構成している樹脂を軟化させる。そして、軟化された４本の造形材９０は、第１加熱部３４に備えられた４本の管部材３５を通って、造形台１４の造形面１４Ａへ供給される。

【0058】

このように、各造形材９０は、各管部材３５に通されることで、造形面１４Ａ（造形台１４）への供給位置が決められる。つまり、第１加熱部３４は、造形材９０の供給位置を決める位置決め部材としても機能している。なお、本実施形態では、造形材９０が管部材３５から排出される部分において、隣り合う造形材９０のピッチ（中心間距離）が、一例として、１ｍｍとされている。

【0059】

（加圧部）
加圧部４０は、第１加熱部３４よりも下流側に配置されている。加圧部４０は、ローラ部４２と、ローラ部４２を支持する支持部４８と、を備えている。ローラ部４２は、軸方向を奥行方向とし、第１加熱部３４から排出された４本の造形材９０を造形台１４の造形面１４Ａとの間で挟むように配置されている。

【0060】

そして、ローラ部４２は、奥行方向に延びる軸部４６と、断面円形状の本体部４４と、を有している。なお、奥行方向における本体部４４の長さは、その奥行方向において、最も手前側に配置された管部材３５から最も奥側に配置された管部材３５までの長さよりも長くなっている。

【0061】

また、支持部４８は、奥行方向でローラ部４２を間において配置されている一対の支持板４８Ａと、一対の支持板４８Ａの上端に連結される本体部４８Ｂと、ローラ部４２を造形台１４に向けて付勢する付勢部材（図示省略）と、を備えている。

【0062】

一対の支持板４８Ａは、板厚方向を奥行方向として上下方向に延びている。そして、支持板４８Ａの下端部には、ローラ部４２の軸部４６が取り付けられている。また、支持板４８Ａの上端部には、付勢部材を介して本体部４８Ｂの下端部が取り付けられている。更に、一方の支持板４８Ａに、第１加熱部３４に備えられた一方の支持ブラケット３８が取り付けられ、他方の支持板４８Ａに、第１加熱部３４に備えられた他方の支持ブラケット３８が取り付けられている。

【0063】

本体部４８Ｂは、上下方向に延びており、本体部４８Ｂの下端部に付勢部材を介して支持板４８Ａの上端部が取り付けられている。この構成において、加圧部４０は、付勢部材の付勢力によって、予め決められた荷重で造形材９０を造形台１４の造形面１４Ａに向かって加圧するようになっている。本実施形態では、一例として、２０Ｎ／ｃｍ^２以上５０Ｎ／ｃｍ^２以下の圧力で、加圧部４０が造形材９０を造形面１４Ａに向かって加圧するようになっている。

【0064】

（第２加熱部）
第２加熱部５２は、第１加熱部３４に対して上方側に配置されている。第２加熱部５２は、筐体５２Ａと、筐体５２Ａの内部に配置された赤外線ランプ（図示省略）と、支持ブラケット５４と、を備えている。

【0065】

筐体５２Ａは、第１加熱部３４側が開口した有底円筒状とされている。つまり、筐体５２Ａの開口は、第１加熱部３４及びローラ部４２へ向けられている。換言すれば、赤外線ランプは、筐体５２Ａの開口から赤外線を第１加熱部３４及びローラ部４２へ向けて照射するように配置されている。

【0066】

また、支持ブラケット５４は、奥行方向から見て、略「Ｌ」字状とされている。そして、支持ブラケット５４の一方側の部分が、筐体５２Ａの上端部に取り付けられ、支持ブラケット５４の他方側の部分が、支持部４８の本体部４８Ｂの側面に取り付けられている。

【0067】

この構成において、第２加熱部５２は、赤外線ランプによって、第１加熱部３４における本体部３６の開口から管部材３５を通っている部分の造形材９０を加熱する。また、第２加熱部５２は、赤外線ランプによって、第１加熱部３４から排出されてローラ部４２と造形面１４Ａとのニップ部Ｎに到達するまでの部分の造形材９０を加熱する。このように、第２加熱部５２は、第１加熱部３４から排出されてニップ部Ｎに到達するまでの部分の造形材９０を加熱する加熱手段として機能している。

【0068】

（第３加熱部）
第３加熱部５６は、造形装置１０の幅方向において、加圧部４０を間にして、第１加熱部３４の反対側に配置されている。第３加熱部５６は、筐体５６Ａと、筐体５６Ａの内部に配置された温風ヒータ（図示省略）と、支持ブラケット５８と、を備えている。

【0069】

筐体５６Ａは、加圧部４０のローラ部４２側が開口した有底円筒状とされている。つまり、筐体５６Ａの開口は、加圧部４０のローラ部４２へ向けられている。換言すれば、温風ヒータは、筐体５６Ａの開口から温風を加圧部４０のローラ部４２へ向けて吹き出すように配置されている。

【0070】

また、支持ブラケット５８は、奥行方向から見て、略「Ｌ」字状の本体部５８Ａと、筐体５６Ａが取り付けられている筐体支持部５８Ｂと、を備えている。筐体支持部５８Ｂは、略上下方向に延びており、筐体支持部５８Ｂの下端部に筐体５６Ａが取り付けられている。また、本体部５８Ａの一方側の部分に筐体支持部５８Ｂの上端側の部分が取り付けられており、本体部５８Ａの他方側の部分が、支持部４８の本体部４８Ｂの側面に取り付けられている。

【0071】

この構成において、第３加熱部５６は、温風ヒータによって、加圧部４０のローラ部４２を加熱する。つまり、ローラ部４２は、造形装置１０の幅方向の一方側から第２加熱部５２によって加熱され、造形装置１０の幅方向の他方側から第３加熱部５６によって加熱される。このように、第３加熱部５６は、加圧部４０のローラ部４２を加熱する加熱手段として機能している。

【0072】

（ユニット支持部）
ユニット支持部６０は、移動ユニット１８の下方側に配置されており、各部が取り付けられる本体部６２と、下端部が本体部６２に取り付けられ、上端部が移動ユニット１８に取り付けられる中間部６４と、を備えている。

【0073】

本体部６２は、板厚方向を上下方向とする板状とされている。そして、本体部６２の下面６２Ａには、加圧部４０の本体部４８Ｂの上端、送出ロール２４の支持ブラケット２４Ｃの上端、送出ロール２６の支持ブラケット２６Ｃの上端及びプーリ２２の支持ブラケット２２Ｃの上端が取り付けられている。

【0074】

この構成において、ユニット支持部６０（造形ユニット１２）が、制御部１６によって制御された移動ユニット１８により、幅方向、奥行方向及び上下方向に移動する。これにより、第１加熱部３４が造形面１４Ａ（造形台１４）に対して相対的に近接及び離間する構成になっており、第１加熱部３４の管部材３５から供給された造形材９０が所望のニップ部Ｎへ供給可能になっている。

【0075】

〔制御部〕
制御部１６は、入力された造形物８０の３次元データに基づく層データ（造形データ）により、移動ユニット１８、送出ロール２４、２６、第１加熱部３４のヒータ、第２加熱部５２の赤外線ランプ、第３加熱部５６の温風ヒータ、切断部２８及び接合部３０などを制御する。

【0076】

特に、制御部１６は、造形物８０を造形する３次元データに基づく層データ（造形データ）から算出されたタイミングで造形材９０を切断できるように、送出ロール２４及び送出ロール２６による供給の停止と、切断部２８による切断動作と、を制御するようになっている。

【0077】

また、制御部１６は、造形材９０の切断部２８によって切断された切断部分が造形面１４Ａに供給されるタイミングで、送出ロール２４及び送出ロール２６による供給を停止させるとともに、その切断部分から造形材９０が切断されるように、第１加熱部３４を造形面１４Ａ（造形台１４）から相対的に離間させる制御をするようになっている。

【0078】

更に、制御部１６は、先行する造形材９０Ｆの末端部（末端面９０Ｅ）が切断部２８に達するタイミングで、送出ロール２６の供給を停止させるとともに、後続する造形材９０Ｓの先端部（先端面９０Ｔ）が切断部２８に到達するように、送出ロール２４の供給を制御するようになっている。

【0079】

＜格納室＞
図１に示されるように、格納室７０の上部には、造形材９０が巻回されたリール７２が回転可能に設けられている。すなわち、リール７２は、奥行き方向に４本並べられており、各リール７２から繰り出された造形材９０が、造形室２０に設けられたプーリ６６と、上記したプーリ２２とを介して送出ロール２４へ供給されるようになっている。

【0080】

また、格納室７０の下部には、造形材９０が巻回された交換用のリール７４が設けられている。交換用のリール７４の本数は、特に限定されないが、リール７２と同様に奥行き方向に複数本並べられている。また、リール７２から繰り出される造形材９０が先行する造形材９０Ｆであり、リール７４から繰り出される造形材９０が後続する造形材９０Ｓである。

【0081】

＜造形物＞
図５に示されるように、本実施形態における造形物８０は、一例として、外径及び内径の異なる有底円筒状の大径部８２と小径部８４とを平板状の連結部８６で連結した形状のものである。この造形物８０の質量は２．５９ｋｇであり、その長手方向の幅は０．６８ｍである。したがって、この造形物８０を作製するための造形材９０は、４本並列の同時成形の場合で、１本当たり２．５９ｋｇ／４＝６４７．５ｇとなる。

【0082】

ここで、１本のリール７２に巻かれている造形材９０の巻き量（巻き長さ）は１５９０ｍであり、その質量は５００ｇである。そのため、６４７．５ｇの造形材９０が必要な造形物８０を作製する際には、少なくとも１本のリール７２は、交換用のリール７４に交換（継ぎ足し）する必要がある。

【0083】

以上のような構成とされた造形材接続装置５０及び造形装置１０において、次にその作用について説明する。

【0084】

上記したように、造形物８０を作製する際には、４本のリール７２だけでは足りず、もう１本のリール７４が必要となる。ここで、本実施形態に係る造形装置１０には、造形材接続装置５０としての接合部３０が設けられている。したがって、造形材９０が途絶えることなく接続されて供給される。

【0085】

具体的には、４本のリール７２のうち、最先で造形材９０が終了するリール７２から供給される造形材９０の末端部（末端面９０Ｅ）が切断部２８に到達する位置で、送出ロール２４、２６を停止させる。そして、最先で空になったリール７２を取り外し、交換用のリール７４を取り付け、そのリール７４の造形材９０をプーリ２２に巻き掛け、その先端部（先端面９０Ｔ）が切断部２８に到達する位置まで送出ロール２４を駆動させる。

【0086】

これにより、先行する造形材９０Ｆの末端部における末端面９０Ｅに、リール７４から繰り出された後続する造形材９０Ｓの先端部における先端面９０Ｔが突き合わされ（図４参照）、その突き合わされた状態の造形材９０Ｆと造形材９０Ｓとが接合部３０に配置される。なお、このような配置は、制御部１６で制御される。

【0087】

すなわち、制御部１６は、先行する造形材９０Ｆの末端部（末端面９０Ｅ）が切断部２８に達するタイミングで、送出ロール２４、２６の供給を停止させる。そして、後続する造形材９０Ｓの先端部（先端面９０Ｔ）が切断部２８に到達するように、送出ロール２４の供給を制御する。この状態で送出ロール２４と送出ロール２６とが同期して予め決められた量だけ回転することにより、先行する造形材９０Ｆの末端面９０Ｅと後続する造形材９０Ｓの先端面９０Ｔとが突き合わされた状態で、開状態とされた一対の挟持部材３２の間に配置される。

【0088】

その後、造形材９０Ｆの末端部と造形材９０Ｓの先端部とを、一対の挟持部材３２を閉状態にして加圧し、かつ、その内部に設けられているヒータによって、例えば２７０℃に加熱する。これにより、造形材９０Ｆの末端部における樹脂材９４と造形材９０Ｓの先端部における樹脂材９４とが互いに溶融して接合される。なお、このとき接合されるのは、樹脂材９４であって、繊維束９２ではない。つまり、繊維束９２は接合されない。

【0089】

しかしながら、樹脂材９４同士が接合されているので、一対の挟持部材３２が開状態とされて送出ロール２４及び送出ロール２６によって造形材９０が供給される際、造形材９０Ｆに接続された造形材９０Ｓが送出ロール２６によって引っ張られても、造形材９０Ｆと造形材９０Ｓとの接合面が離間することはない。よって、接続されて供給された造形材９０Ｓにより、造形が続行される。

【0090】

このように、本実施形態によれば、造形装置１０において、交換された後続する造形材９０Ｓが、先行する造形材９０Ｆにスムーズに継ぎ足される。したがって、造形時における層形成効率の低下が抑制されるとともに、パーティングライン等の不良部分の発生が抑制される。なお、継ぎ足し部分は、造形物８０において、強度に支障がない部分に来るように、制御部１６によって制御されることが好ましい。

【0091】

また、後続する造形材９０Ｓは、先行する造形材９０Ｆに接合された状態で供給される。そのため、後続する造形材９０Ｓが、先行する造形材９０Ｆに接合されない状態で供給される構成に比べて、後続する造形材９０Ｓが管部材３５の出口で軟化されても、その造形材９０Ｓが管部材３５の出口で詰まるような不具合が起きない。

【0092】

なお、造形材９０Ｆの末端面９０Ｅと造形材９０Ｓの先端面９０Ｔとを接合する際、補充部３３から樹脂材を補充するようにしてもよい。これによれば、造形材９０の樹脂材９４のみで接合する場合に比べて、造形材９０Ｆの末端面９０Ｅにおける樹脂材９４と、造形材９０Ｓの先端面９０Ｔにおける樹脂材９４と、が容易に接合される。

【0093】

また、造形装置１０において、送出ロール２６が、造形材９０の供給方向を軸方向として回転するように構成されている場合がある。つまり、造形材９０を捻った状態で造形面１４Ａへ供給して湾曲したものを造形する場合がある。そして、この場合において、途中から造形材９０を捻らない通常の状態で造形面１４Ａへ供給して造形する場合がある。

【0094】

この場合において、本実施形態は対応可能となる。すなわち、造形材９０において、捻られた状態の捩り部と、捻られていない通常の状態の直線部と、の境界部分を切断部２８によって切断する。この場合の切断とは、繊維束９２の全部を切断することである。また、切断部２８によって切断するときには、送出ロール２４及び送出ロール２６の回転は停止している。

【0095】

そして、送出ロール２４と送出ロール２６とを同期して回転させ、切断部２８で切断された切断部分を接合部３０に配置する。すなわち、一対の挟持部材３２で切断部分を挟持し（加圧し）、加熱して接合する（このとき、補充部３３から樹脂材を補充するようにしてもよい）。これにより、切断部分よりも下流側が、捻られた状態の（捩り部となっている）造形材９０となり、切断部分よりも上流側が、捻られていない通常の（直線部となっている）造形材９０となる。

【0096】

このように、本実施形態では、捩り部の直後に直線部を造形したい場合に対応可能となる（捩り部と直線部とを接続して供給することが可能となる）。なお、送出ロール２４及び送出ロール２６による供給の停止と切断部２８による切断動作とは制御部１６によって制御される。したがって、送出ロール２４及び送出ロール２６による供給を停止させずに切断部２８による切断動作をする場合に比べて、造形材９０が精度良く接合される。

【0097】

また、造形装置１０において、Ｎ層目（Ｎ：自然数）を造形した後にＮ＋１層目を造形する際、Ｎ層目の終わりで造形材９０を切断する場合がある。そのため、従来の造形装置（図示省略）では、第１加熱部３４の下流側に、そのための切断部（図示省略）が設けられていた。

【0098】

しかしながら、この場合、切断部が設けられる位置に制約があるため、Ｎ層目の終わりで、造形材９０が余った状態で残留する部分が形成されてしまっていた。また、Ｎ層目の終わりで造形材９０を切断しない場合には、Ｎ層ごとの長さとされた造形材９０を準備する必要があった。

【0099】

本実施形態によれば、このような問題も解決される。まず、造形物８０の３次元データに基づく層データ（造形データ）からＮ層目の終端部を制御部１６が検出する。そして、制御部１６は、その検出結果から、Ｎ層目の終端部までの造形材９０の残りの必要量（長さ）を算出し、それに応じた長さで切断部２８によって造形材９０を切断する。

【0100】

なお、この場合は、繊維束９２の全部を切断してもよいし、繊維が数本だけ残るように、繊維束９２の一部だけを切断してもよい。但し、切断しないで残す繊維の本数は、第１加熱部３４が造形面１４Ａから離間する動作に伴って容易に切断される程度の本数とされる。

【0101】

次いで、切断された造形材９０（切断部分よりも下流側の造形材９０と上流側の造形材９０と）を接合部３０へ送り、上記のように加圧及び加熱して、樹脂材９４を溶融して接合する（このとき、補充部３３から樹脂材を補充するようにしてもよい）。接合後は、加熱及び加圧を停止し、造形材９０を送出ロール２４、２６によって造形面１４Ａへ供給し、Ｎ層目を造形する。

【0102】

すると、Ｎ層目の造形終了時には、造形材９０の切断部分で終了する。したがって、そのタイミングで、送出ロール２４、２６の駆動を停止させ、第１加熱部３４を造形面１４Ａ（造形台１４）から離間させると、造形材９０は、樹脂材９４のみ（又は樹脂材９４と数本の繊維のみ）でしか接合されていないため、引っ張られるだけで、その切断部分から容易に破断（切断）される。

【0103】

このように、造形材９０は、Ｎ層目を造形する分だけとなるように、予め切断されて供給される（樹脂材９４のみが接合された状態で供給される）ため、Ｎ層目の造形の最後で造形材９０を破断（切断）したときに、造形材９０が余った状態で残留するという問題が改善される。

【0104】

換言すれば、制御部１６が、造形材９０の切断部分が造形台１４の造形面１４Ａに供給されるタイミングに関係なく、第１加熱部３４を造形台１４から相対的に離間させる場合に比べて、造形材９０における余り部分の発生が抑制又は防止される。

【0105】

そして、造形材９０は、第１加熱部３４を造形台１４の造形面１４Ａから離間させるだけで、その切断部分から容易に破断（切断）されるため、造形材９０を切断するための切断部を第１加熱部３４の下流側に設ける必要がない。したがって、切断部で切断した場合に生じる切断面における形状不良の発生も抑制又は防止される。

【0106】

以上、本実施形態に係る造形材接続装置５０及び造形装置１０について、図面を基に説明したが、本実施形態に係る造形材接続装置５０及び造形装置１０は、図示のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能なものである。

【0107】

例えば、４本のリール７２のうち、１本のリール７２から繰り出された造形材９０の途中を切断部２８によって切断し、その１本のリール７２を交換用のリール７４に交換して、そのリール７４から造形材９０を繰り出し、リール７２から繰り出されていた先行する造形材９０Ｆに、リール７４から繰り出した造形材９０Ｓを接合するようにしてもよい。

【0108】

これによれば、途中から繊維束９２の本数が異なる（例えば３０００本ではなく、５０００本に変更された）造形材９０で造形したい場合、又は造形材９０の材料を（例えば炭素繊維ではない繊維束の造形材、又はポリアミド合成樹脂ではない樹脂材の造形材に）交換したい場合などに対応可能となる。

【0109】

また、図１において仮想線にて示されるように、接合部３０（切断部２８及び補充部３３を含む）は、プーリ６６の下流側で、かつプーリ２２の上流側に設けられていてもよい。つまり、接合部３０（切断部２８及び補充部３３を含む）は、送出ロール２４よりも上流側に設けられていてもよい。

【符号の説明】

【0110】

１０ 造形装置
１４ 造形台（載台の一例）
１６ 制御部
２４ 送出ロール（第１供給部の一例）
２６ 送出ロール（第２供給部の一例）
２８ 切断部
３０ 接合部
３３ 補充部
３４ 第１加熱部（加熱部の一例）
４０ 加圧部
５０ 造形材接続装置
９０ 造形材
９２ 繊維束（連続繊維束の一例）
９４ 樹脂材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】