特許 7537180 可塑化装置、射出成形装置、および三次元造形装置

(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】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】可塑化装置、射出成形装置、および三次元造形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/00 20060101AFI20240814BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240814BHJP

   B33Y 40/00 20200101ALI20240814BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20240814BHJP

   B29C 64/321 20170101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

B29C45/00

B33Y30/00

B33Y40/00

B29C64/209

B29C64/321

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020141532

(22)【出願日】2020-08-25

(65)【公開番号】P2022037410

(43)【公開日】2022-03-09

【審査請求日】2023-06-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】丸山 英伸

(72)【発明者】

【氏名】丸山 和伸

(72)【発明者】

【氏名】菅野 誠人

【審査官】田村 佳孝

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０５５４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０００７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１０４６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－００２６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３４９５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１２９７３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０５１９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９２６２９６８（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２３９１５８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ４５／００

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ３３Ｙ ４０／００

Ｂ２９Ｃ ６４／２０９

Ｂ２９Ｃ ６４／３２１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

材料を受け入れる供給口を有し、前記材料を可塑化して溶融材料を生成する可塑化部と
、
前記供給口に連通する投入口を有し、前記投入口から前記材料を前記可塑化部に供給す
る材料供給部と、
前記投入口と前記供給口とをつなぐ供給経路に気体を吹き入れる送風部と、
を含み、
前記可塑化部は、
駆動モーターと、
前記駆動モーターによって回転し、溝が設けられた溝形成面を有するスクリューと、
前記溝形成面に対向し、前記溝と連通する連通孔が設けられた対向面を有するバレルと
、を有し、
前記溝は、前記供給口を有し、
前記連通孔の圧力を検出する圧力検出部をさらに含み、
前記送風部は、前記圧力検出部の検出結果に基づいて制御される、
可塑化装置。

【請求項2】

材料を受け入れる供給口を有し、前記材料を可塑化して溶融材料を生成する可塑化部と
、
前記供給口に連通する投入口を有し、前記投入口から前記材料を前記可塑化部に供給す
る材料供給部と、
前記投入口と前記供給口とをつなぐ供給経路に気体を吹き入れる送風部と、
を含み、
前記可塑化部は、
駆動モーターと、
前記駆動モーターによって回転するスクリューと、を有し、
前記送風部は、前記スクリューの回転に基づいて制御される、
可塑化装置。

【請求項3】

材料を受け入れる供給口を有し、前記材料を可塑化して溶融材料を生成する可塑化部と
、
前記供給口に連通する投入口を有し、前記投入口から前記材料を前記可塑化部に供給す
る材料供給部と、
前記投入口と前記供給口とをつなぐ供給経路に送風口から気体を吹き入れる送風部と、
前記供給経路の前記材料を検出する第２材料検出部と、
を含み、
前記可塑化部は、
駆動モーターと、
前記駆動モーターによって回転するスクリューと、を有し、
前記スクリューは、前記第２材料検出部が材料切れを検出した場合に、回転が停止され
、
前記送風口は、前記供給経路において、前記第２材料検出部と前記投入口側との間に設
けられている、
可塑化装置。

【請求項4】

請求項１又は２のいずれか１項において、
前記供給経路の前記材料を検出する第２材料検出部を含み、
前記スクリューは、前記第２材料検出部が材料切れを検出した場合に、回転が停止され
る、可塑化装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記材料供給部内の前記材料を検出する第１材料検出部と、
前記材料供給部に前記材料を補給する材料補給部と、
を含み、
前記材料補給部は、前記第１材料検出部の検出結果に基づいて、前記材料供給部に前記
材料を補給する、可塑化装置。

【請求項6】

請求項２ないし５のいずれか１項において、
前記スクリューは、溝が設けられた溝形成面を有し、
前記溝は、前記供給口を有し、
前記可塑化部は、前記溝形成面に対向する対向面を備えたバレルを有し、
前記対向面には、前記溝と連通する連通孔が設けられている、可塑化装置。

【請求項7】

請求項１において、
前記送風部は、前記圧力検出部で検出された圧力が所定値よりも小さい場合に起動され
る、可塑化装置。

【請求項8】

請求項２において、
前記送風部は、前記駆動モーターのトルク値が所定値よりも小さい場合に起動される、
可塑化装置。

【請求項9】

請求項１ないし８のいずれか１項において、
前記材料供給部は、金属粒子および熱可塑性樹脂を含む前記材料を供給する、可塑化装
置。

【請求項10】

請求項１ないし９のいずれか１項に記載の可塑化装置と、
前記可塑化装置から供給された前記溶融材料を成形型に射出するノズルと、
を含む、射出成形装置。

【請求項11】

請求項１ないし９のいずれか１項に記載の可塑化装置と、
前記可塑化装置から供給された前記溶融材料をステージに向かって吐出させるノズルと
、
を含む、三次元造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可塑化装置、射出成形装置、および三次元造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、可塑化装置によって可塑化された材料を、一対の金型で形成されたキャビティーに供給し、ノズルから射出させる射出成形装置が知られている。

【0003】

例えば特許文献１には、螺旋溝が形成されたローターと、ローターの端面と当接して中心に螺旋溝と連通する材料流入通路が設けられたバレルと、を備えた可塑化送出装置が記載されている。材料となるペレット状の樹脂は、ホッパー内に貯留されており、ホッパーから螺旋溝の径方向外側端部に供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－２４１０１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のような可塑化送出装置では、材料がホッパーの投入口付近で詰まり、材料がローターに形成された螺旋溝に供給されない場合があった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る可塑化装置の一態様は、
材料を受け入れる供給口を有し、前記材料を可塑化して溶融材料を生成する可塑化部と、
前記供給口に連通する投入口を有し、前記投入口から前記材料を前記可塑化部に供給する材料供給部と、
前記投入口と前記供給口とをつなぐ供給経路に気体を吹き入れる送風部と、
を含む。

【0007】

本発明に係る射出成形装置の一態様は、
材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置と、
前記可塑化装置から供給された前記溶融材料を金型に射出するノズルと、
を含み、
前記可塑化装置は、
前記材料を受け入れる供給口を有し、前記材料を可塑化して溶融材料を生成する可塑化部と、
前記供給口に連通する投入口を有し、前記投入口から前記材料を前記可塑化部に供給する材料供給部と、
前記投入口と前記供給口とをつなぐ供給経路に気体を吹き入れる送風部と、
を含む。

【0008】

本発明に係る三次元造形装置の一態様は、
三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置と、
前記可塑化装置から供給された前記溶融材料をステージに向かって吐出させるノズルと、
制御部と、
を含み、
前記可塑化装置は、
前記材料を受け入れる供給口を有し、前記材料を可塑化して溶融材料を生成する可塑化部と、
前記供給口に連通する投入口を有し、前記投入口から前記材料を前記可塑化部に供給する材料供給部と、
前記投入口と前記供給口とをつなぐ供給経路に気体を吹き入れる送風部と、
を含む。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態に係る射出成形装置を模式的に示す側面図。

【図2】本実施形態に係る射出成形装置を模式的に示す断面図。

【図3】本実施形態に係る射出成形装置のフラットスクリューを模式的に示す斜視図。

【図4】本実施形態に係る射出成形装置のバレルを模式的に示す平面図。

【図5】本実施形態に係る射出成形装置を模式的に示す断面図。

【図6】本実施形態に係る射出成形装置を模式的に示す斜視図。

【図7】本実施形態に係る三次元造形装置を模式的に示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0011】

１． 射出成形装置
１．１． 全体の構成
まず、本実施形態に係る射出成形装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る射出成形装置１００を模式的に示す側面図である。なお、図１では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を示している。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、例えば、水平方向である。Ｚ軸方向は、例えば、鉛直方向である。

【0012】

射出成形装置１００は、図１に示すように、射出部２０と、型部３０と、型締部４０と、制御部５０と、を含む。

【0013】

射出部２０は、材料供給部１０から供給された材料を可塑化して、溶融材料にする。そして、射出部２０は、溶融材料を型部３０に向けて射出する。

【0014】

なお、可塑化とは、溶融を含む概念であり、固体から流動性を有する状態に変化させることである。具体的には、ガラス転移が起こる材料の場合、可塑化とは、材料の温度をガラス転移点以上にすることである。ガラス転移が起こらない材料の場合、可塑化とは、材料の温度を融点以上にすることである。

【0015】

型部３０には、成形品の形状に相当するキャビティーが形成される。射出部２０から射出された溶融材料は、キャビティーに流れ込む。そして、溶融材料が冷却されて固化され、成形品が生成される。

【0016】

型締部４０は、型部３０の開閉を行う。型締部４０は、溶融材料が冷却された固化された後に、型部３０を開く。これにより、成形品が外部に排出される。

【0017】

制御部５０は、例えば、プロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースと、を有するコンピューターによって構成されている。制御部５０は、例えば、主記憶装置に読み込んだプログラムをプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。具体的には、制御部５０は、射出部２０および型締部４０を制御する。なお、制御部５０は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。制御部５０の具体的な制御については、後述する。

【0018】

１．２． 具体的な構成
図２は、射出成形装置１００を模式的に示す図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。射出部２０は、図２に示すように、例えば、可塑化部６１を含む可塑化装置６０と、射出機構７０と、ノズル８０と、を有している。

【0019】

可塑化部６１は、材料供給部１０から供給された材料を可塑化し、流動性を有するペースト状の溶融材料を生成して射出機構７０へと導く。可塑化部６１は、例えば、スクリューケース６２と、駆動モーター６４と、フラットスクリュー１１０と、バレル１２０と、加熱部１３０と、逆止弁１４０と、圧力検出部１５０と、を有している。

【0020】

スクリューケース６２は、フラットスクリュー１１０を収容する筐体である。スクリューケース６２とバレル１２０とによって囲まれた空間に、フラットスクリュー１１０が収容されている。

【0021】

駆動モーター６４は、スクリューケース６２に設けられている。駆動モーター６４は、フラットスクリュー１１０を回転させる。駆動モーター６４は、制御部５０によって制御される。

【0022】

フラットスクリュー１１０は、回転軸ＲＡ方向の大きさが、回転軸ＲＡ方向と直交する方向の大きさよりも小さい略円柱形状を有している。図示の例では、回転軸ＲＡは、Ｙ軸と平行である。駆動モーター６４が発生させるトルクによって、フラットスクリュー１１０は、回転軸ＲＡを中心に回転する。フラットスクリュー１１０は、主面１１１と、主面１１１とは反対側の溝形成面１１２と、主面１１１と溝形成面１１２とを接続する接続面１１３と、を有している。ここで、図３は、フラットスクリュー１１０を模式的に示す斜視図である。なお、便宜上、図３では、図２に示した状態とは上下の位置関係を逆向きとした状態を示している。また、図２では、フラットスクリュー１１０を簡略化して図示している。

【0023】

フラットスクリュー１１０の溝形成面１１２には、図３に示すように、第１溝１１４が設けられている。第１溝１１４は、例えば、中央部１１５と、溝接続部１１６と、材料導入部１１７と、を有している。中央部１１５は、バレル１２０に設けられた連通孔１２６と対向している。中央部１１５は、連通孔１２６と連通している。溝接続部１１６は、中央部１１５と材料導入部１１７とを接続している。図示の例では、溝接続部１１６は、中央部１１５から溝形成面１１２の外周に向かって渦状に設けられている。材料導入部１１７は、溝形成面１１２の外周に設けられている。すなわち、材料導入部１１７は、フラットスクリュー１１０の接続面１１３に設けられている。材料供給部１０から供給された材料は、材料導入部１１７から第１溝１１４に導入され、溝接続部１１６および中央部１１５を通って、バレル１２０に設けられた連通孔１２６に搬送される。なお、第１溝１１４の数は、特に限定されず、２つ以上の第１溝１１４が設けられていてもよい。

【0024】

バレル１２０は、図２に示すように、フラットスクリュー１１０に接続して設けられている。バレル１２０は、フラットスクリュー１１０の溝形成面１１２に対向する対向面１２２を有している。対向面１２２の中心には、連通孔１２６が設けられている。ここで、図４は、バレル１２０を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図２では、バレル１２０を簡略化して図示している。

【0025】

バレル１２０の対向面１２２には、図４に示すように、第２溝１２４と、連通孔１２６と、が設けられている。第２溝１２４は、複数設けられている。図示の例では、６つの第２溝１２４が設けられているが、その数は、特に限定されない。複数の第２溝１２４は、Ｙ軸方向からみて、連通孔１２６の周りに設けられている。第２溝１２４は、一端が連通孔１２６に接続され、連通孔１２６から対向面１２２の外周に向かって渦状に延びている。第２溝１２４は、溶融材料を連通孔１２６に導く機能を有している。

【0026】

なお、第２溝１２４の形状は、特に限定されず、例えば、直線状であってもよい。また、第２溝１２４は、対向面１２２に設けられていなくてもよい。ただし、連通孔１２６に溶融材料を効率よく導くことを考慮すると、第２溝１２４は、対向面１２２に設けられていることが好ましい。

【0027】

加熱部１３０は、フラットスクリュー１１０とバレル１２０との間に供給された材料を加熱する。加熱部１３０は、例えば、バレル１２０に設けられている。図示の例では、加熱部１３０は、バレル１２０に設けられた４本のヒーターによって構成されている。加熱部１３０の出力は、制御部５０によって制御される。可塑化部６１は、フラットスクリュー１１０、バレル１２０、および加熱部１３０によって、材料を連通孔１２６に向かって搬送しながら加熱して溶融材料を生成し、生成された溶融材料を、連通孔１２６から射出機構７０へと流出させる。

【0028】

逆止弁１４０は、図２に示すように、連通孔１２６に設けられている。逆止弁１４０ は、連通孔１２６からフラットスクリュー１１０に設けられた第１溝１１４への溶融材料の逆流を抑制する。

【0029】

圧力検出部１５０は、連通孔１２６に設けられている。圧力検出部１５０は、連通孔１２６の圧力を検出する圧力センサーである。

【0030】

射出機構７０は、例えば、シリンダー７２と、プランジャー７４と、プランジャー駆動部７６と、を有している。シリンダー７２は、連通孔１２６に接続された略円筒状の部材である。プランジャー７４は、シリンダー７２の内部を移動する。プランジャー７４は、モーターやギア等によって構成されたプランジャー駆動部７６によって駆動される。プランジャー駆動部７６は、制御部５０によって制御される。

【0031】

射出機構７０は、プランジャー７４をシリンダー７２内で摺動させることによって、計量操作および射出操作を実行する。計量操作とは、連通孔１２６から離れる－Ｘ軸方向にプランジャー７４を移動させることによって、連通孔１２６に位置する溶融材料をシリンダー７２内へと導いて、シリンダー７２内において計量する操作を指す。射出操作とは、連通孔１２６へ近付く＋Ｘ軸方向にプランジャー７４を移動させることによって、シリンダー７２内の溶融材料を、ノズル８０を介して型部３０に射出する操作を指す。

【0032】

ノズル８０には、連通孔１２６と連通しているノズル孔８２が設けられている。ノズル孔８２は、可塑化部６１から供給された溶融材料を型部３０の成形型３２に射出する。具体的には、上述した計量操作および射出操作が実行されることによって、シリンダー７２内で計量された溶融材料が、射出機構７０から連通孔１２６を介してノズル孔８２へと送られる。そして、溶融材料は、ノズル孔８２から型部３０へと射出される。

【0033】

型部３０は、成形型３２を有している。成形型３２は、金型である。ノズル孔８２に送られた溶融材料は、ノズル孔８２から成形型３２のキャビティー３４に射出される。具体的には、成形型３２は、互いに対向する可動型３６および固定型３８を有し、可動型３６と固定型３８との間にキャビティー３４を有している。キャビティー３４は、成形品の形状に相当する空間である。可動型３６および固定型３８の材質は、金属である。なお、可動型３６および固定型３８の材質は、セラミックス、樹脂であってもよい。

【0034】

型締部４０は、例えば、型駆動部４２と、ボールねじ部４４と、を有している。型駆動部４２は、例えば、モーター、ギアなどによって構成されている。型駆動部４２は、ボールねじ部４４を介して可動型３６に接続されている。型駆動部４２の駆動は、制御部５０によって制御される。ボールねじ部４４は、型駆動部４２の駆動による動力を可動型３６に伝達する。型締部４０は、型駆動部４２およびボールねじ部４４によって可動型３６を移動させることによって、型部３０の開閉を行う。

【0035】

１．３． 送風部等
図５は、射出成形装置１００の可塑化装置６０を模式的に示す断面図であって、図１に射出成形装置１００を、Ｙ軸およびＺ軸を含むＹＺ平面に平行な面で切断した場合の断面図である。

【0036】

可塑化装置６０は、図５に示すように、上述した材料供給部１０および可塑化部６１と、材料補給部１６０と、連結部１７０と、第１材料検出部１８０と、第２材料検出部１８２と、送風部１９０と、を含む。なお、便宜上、図１では、材料補給部１６０の図示を省略している。

【0037】

材料補給部１６０は、材料供給部１０に材料Ｐを補給する。図示の例では、材料Ｐは、ペレット状である。材料Ｐは、例えば、金属粒子および熱可塑性樹脂を含むＭＩＭ材（Metal Injection Molding）である。

【0038】

材料Ｐに含まれる金属粒子の材質としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム （Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単一の金属、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金、また、マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金が挙げられる。

【0039】

材料Ｐに含まれる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアセタール（ＰＯＭ ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチック、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などのエンジニアリングプラスチックが挙げられる。

【0040】

材料供給部１０には、材料補給部１６０から材料Ｐが補給される。材料供給部１０は、補給された材料Ｐを可塑化部６１に供給する。材料供給部１０としては、例えば、ホッパーが用いられる。材料供給部１０には、材料Ｐが通る空洞１２が設けられている。空洞１２は、Ｙ軸方向の大きさが一定である幅一定部１２ａと、Ｙ軸方向の大きさが－Ｚ軸方向に向かうにつれて徐々に小さくなる逆テーパー部１２ｂと、を有している。材料供給部１０は、材料導入部１１７に連通する投入口１４を有している。図示の例では、投入口１４は、逆テーパー部１２ｂの－Ｚ軸方向の端である。材料供給部１０は、投入口１４から連結部１７０を介して材料Ｐを可塑化部６１に供給する。

【0041】

連結部１７０は、材料供給部１０と可塑化部６１とを連結している。連結部１７０の形状は、例えば、板状である。連結部１７０には、材料Ｐの経路となる供給経路１７２が設けられている。供給経路１７２は、投入口１４と材料導入部１１７とをつないでいる。投入口１４と材料導入部１１７とは、供給経路１７２を介して、連通している。図示の例では、供給経路１７２は、投入口１４から材料導入部１１７まで一定の幅で設けられている。可塑化部６１の材料導入部１１７は、材料Ｐを受け入れる供給口である。図示の例では、供給経路１７２は、連結部１７０およびスクリューケース６２に設けられている。連結部１７０および材料供給部１０は、可塑化部６１に材料Ｐを供給する材料供給装置１７４を構成している。

【0042】

第１材料検出部１８０は、材料供給部１０内の材料Ｐを検出する。第１材料検出部１８０は、例えば、材料供給部１０に支持されている。第１材料検出部１８０の先端１８１は、材料供給部１０に設けられた空洞１２の逆テーパー部１２ｂに位置している。第１材料検出部１８０は、材料供給部１０内の材料Ｐの有無を検知する。第１材料検出部１８０は、例えば、高周波誘導式近接センサーや静電容量式近接センサーなどの近接センサーである。

【0043】

第２材料検出部１８２は、供給経路１７２の材料Ｐを検出する。第２材料検出部１８２は、例えば、可塑化部６１に支持されている。第２材料検出部１８２の先端１８３は、可塑化部６１に設けられた供給経路１７２に位置している。第２材料検出部１８２は、供給経路１７２の材料Ｐの有無を検知する。第２材料検出部１８２は、例えば、高周波誘導式近接センサーや静電容量式近接センサーなどの近接センサーである。

【0044】

なお、第１材料検出部１８０および第２材料検出部１８２は、重量センサーや圧力センサーであり、材料Ｐの残量を数値化することによって検出してもよい。また、第１材料検出部１８０および第２材料検出部１８２の一方または両方が設けられていなくてもよいが、材料切れを確実に検出するためには、第１材料検出部１８０および第２材料検出部１８２の両方が設けられていることが好ましい。

【0045】

送風部１９０は、供給経路１７２に気体を吹き入れる。送風部１９０は、例えば、ポンプ１９２と、ホース１９４と、を有している。ホース１９４は、ポンプ１９２からの気体を送る送風経路１９６を規定している。ここで、図６は、可塑化装置６０を模式的に示す斜視図である。図５および図６に示す例では、送風経路１９６は、さらに連結部１７０によって規定されている。なお、便宜上、図６では、ホース１９４の図示を省略している。

【0046】

送風部１９０の送風経路１９６は、供給経路１７２と連通している。送風部１９０は、送風口１９８から供給経路１７２に気体を吹き入れる。送風口１９８は、送風経路１９６の供給経路１７２側の端である。図示の例では、送風口１９８は、送風経路１９６の＋Ｙ軸方向の端である。送風口１９８は、供給経路１７２において、第２材料検出部１８２と投入口１４との間に設けられている。送風口１９８は、第２材料検出部１８２よりも投入口１４側に位置している。送風口１９８は、第２材料検出部１８２の先端１８３よりも供給経路１７２の上流側に位置している。図示の例では、送風口１９８は、先端１８３よりも＋Ｚ軸方向に位置している。

【0047】

送風部１９０は、供給経路１７２に対して、交差する方向に気体を吹き入れる。図示の例では、送風部１９０は、＋Ｙ軸方向に気体を吹き入れ、材料Ｐは、供給経路１７２を－Ｚ軸方向に進んで可塑化部６１に供給される。

【0048】

送風部１９０から送風される気体は、例えば、空気である。送風部１９０から送風される気体は、乾燥された空気であることが好ましい。これにより、材料Ｐが気体に含まれる水分によって反応することを抑制することができる。空気の乾燥方法は、特に限定されないが、例えば、モレキュラーシーブによる乾燥が挙げられる。

【0049】

送風部１９０から送風される気体は、アルゴンなどの希ガスであってもよい。これにより、材料Ｐが気体に含まれる酸素によって反応することを抑制することができる。例えば材料Ｐが熱硬化性樹脂を含む場合、材料Ｐは化学的に不安定であり、空気中の酸素と反応する場合がある。

【0050】

１．４． 制御部
制御部５０は、例えば、圧力検出部１５０の検出結果に基づいて、送風部１９０を制御する。具体的には、圧力検出部１５０で検出された圧力が所定値よりも小さい場合に、制御部５０は、送風部１９０を起動させる。送風部１９０は、圧力検出部１５０の検出結果に基づいて制御され、圧力検出部１５０で検出された圧力が所定値よりも小さい場合に起動される。圧力検出部１５０で検出された圧力が所定よりも小さい場合は、供給経路１７２において材料Ｐが詰まり、材料Ｐが材料導入部１１７に供給されていない可能性がある。したがって、圧力検出部１５０の検出によって供給経路１７２における材料Ｐの詰まりを検出することができる。特に投入口１４付近では、空洞１２の幅が狭くなるため、材料Ｐが詰まり易い。圧力検出部１５０で検出された圧力が所定よりも小さい場合に、制御部５０は、送風部１９０を起動させて気体を供給経路１７２に送風し、気体の空圧によって材料Ｐの詰まりを解消する。送風部１９０を起動させることにより圧力検出部１５０で検出される圧力が所定値より大きい通常の値となった場合、制御部５０は、送風部１９０による送風を停止させる。

【0051】

制御部５０は、例えば、フラットスクリュー１１０の回転に基づいて、送風部１９０を制御する。具体的には、制御部５０は、駆動モーター６４のトルク値を取得し、取得したトルク値が所定値よりも小さい場合に、送風部１９０を起動させる。送風部１９０は、フラットスクリュー１１０の回転に基づいて制御され、駆動モーター６４のトルク値が所定値よりも小さい場合に起動される。駆動モーター６４のトルク値が所定値よりも小さい場合は、供給経路１７２において材料Ｐが詰まり、材料Ｐが材料導入部１１７に供給されないために、フラットスクリュー１１０が空回りしている可能性がある。したがって、駆動モーター６４のトルク値によって供給経路１７２においる材料Ｐの詰まりを検出することができる。駆動モーター６４のトルク値が所定値よりも小さい場合に、制御部５０は、送風部１９０を起動させて気体を供給経路１７２に送風し、材料Ｐの詰まりを解消する。送風部１９０を起動させることにより駆動モーター６４のトルク値が所定値より大きい通常の値となった場合、制御部５０は、送風部１９０による送風を停止させる。なお、圧力検出部１５０の検出結果やフラットスクリュー１１０の回転によらず、送風部１９０は、供給経路１７２に連続的に気体を送風してもよい。

【0052】

制御部５０は、例えば、第１材料検出部１８０の検出結果に基づいて、材料補給部１６０を制御して材料供給部１０に材料Ｐを補給する。材料補給部１６０は、第１材料検出部１８０の検出結果に基づいて、材料供給部１０に材料Ｐを補給する。具体的には、第１材料検出部１８０が材料切れを検出した場合に、制御部５０は、材料補給部１６０を駆動して、材料供給部１０に材料Ｐを供給する。これにより、材料供給部１０の材料切れを解消することができる。

【0053】

制御部５０は、例えば、フラットスクリュー１１０を制御する。具体的には、第２材料検出部１８２が材料切れを検出した場合に、制御部５０は、駆動モーター６４を制御して、フラットスクリュー１１０の回転を停止させる。フラットスクリュー１１０は、第２材料検出部１８２が材料切れを検出した場合に、回転が停止される。これにより、フラットスクリュー１１０の空回りを防ぐことができる。

【0054】

なお、上記では、１つの制御部５０において、圧力検出部１５０の検出結果に基づく送風部１９０の制御と、フラットスクリュー１１０の回転に基づく送風部１９０と、第１材料検出部１８０の検出結果に基づく材料補給部１６０の制御と、第２材料検出部１８２の検出結果に基づくフラットスクリュー１１０の制御と、を行う例について説明したが、制御ごとに別個の制御部を設けてもよい。ただし、装置の小型化を考慮すると、１つの制御部で上記の制御を行うことが好ましい。また、制御部５０は、上記の制御の全てを行ってもよいし、いずれか１つの制御を行ってもよく、その数は、特に限定されない。

【0055】

１．５． 作用効果
可塑化装置６０では、材料Ｐを受け入れる供給口としての材料導入部１１７を有し、材料Ｐを可塑化して溶融材料を生成する可塑化部６１と、材料導入部１１７に連通する投入口１４を有し、投入口１４から材料Ｐを可塑化部６１に供給する材料供給部１０と、投入口１４と材料導入部１１７をつなぐ供給経路１７２に気体を吹き入れる送風部１９０と、を含む。そのため、可塑化装置６０では、仮に供給経路１７２において材料Ｐが詰まったとしても、送風部１９０からの気体によって材料Ｐを攪拌させて材料Ｐの詰まりを解消することができる。これにより、材料Ｐが可塑化部６１に供給されないことによるブリッジ現象の発生を抑制することができる。

【0056】

さらに、可塑化装置６０では、送風部１９０からの気体によって材料Ｐを冷却させることができる。これにより、材料Ｐが供給経路１７２において溶融して凝集することを抑制することができる。供給経路１７２において材料Ｐが凝集すると、詰まりが発生し易くなる。

【0057】

さらに、可塑化装置６０では、送風部１９０を設けることにより材料Ｐの詰まりを解消できるため、例えば、機械的に供給経路の材料Ｐを攪拌させて詰まりを解消させる場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。

【0058】

可塑化装置６０では、材料供給部１０内の材料Ｐを検出する第１材料検出部１８０と、材料供給部１０に材料Ｐを補給する材料補給部１６０と、を含み、材料補給部１６０は、前記第１材料検出部の検出結果に基づいて、前記材料供給部に前記材料を補給する。そのため、可塑化装置６０では、第１材料検出部１８０が材料切れを検知した場合、自動で、材料補給部１６０によって材料供給部１０に材料が補給されるため、材料Ｐを材料供給部１０に供給する手間を省くことができる。

【0059】

可塑化装置６０では、フラットスクリュー１１０は、第１溝１１４が設けられた溝形成面１１２を有し、第１溝１１４は、材料導入部１１７を有し、可塑化部６１は、溝形成面１１２に対向する対向面１２２を備えたバレル１２０を有し、対向面１２２には、第１溝１１４と連通する連通孔１２６が設けられている。そのため、可塑化装置６０では、材料Ｐを、第１溝１１４を介して連通孔１２６に供給することができる。さらに、スクリューとして回転軸ＲＡ方向に長い棒状のインラインスクリューを用いる場合に比べて、省スペース化を図ることができる。

【0060】

可塑化装置６０では、連通孔１２６の圧力を検出する圧力検出部１５０を含み、送風部１９０は、圧力検出部１５０の検出結果に基づいて制御される。可塑化装置６０では、圧力検出部１５０の検出結果によって供給経路１７２における材料Ｐの詰まりを検出することができ、送風部１９０によって材料Ｐの詰まりを解消することができる。

【0061】

可塑化装置６０では、送風部１９０は、圧力検出部１５０で検出された圧力が所定値よりも小さい場合に起動される。そのため、可塑化装置６０では、材料Ｐの詰まりを解消することができる。

【0062】

可塑化装置６０では、送風部１９０は、フラットスクリュー１１０の回転に基づいて制御される。可塑化装置６０では、フラットスクリュー１１０の回転によって供給経路１７２における材料Ｐの詰まりを検出することができ、送風部１９０によって材料Ｐの詰まりを解消することができる。

【0063】

可塑化装置６０では、送風部１９０は、駆動モーター６４のトルク値が所定値よりも小さい場合に起動される。そのため、可塑化装置６０では、材料Ｐの詰まりを解消することができる。

【0064】

可塑化装置６０では、供給経路１７２の材料Ｐを検出する第２材料検出部１８２を含み、フラットスクリュー１１０は、第２材料検出部１８２が材料切れを検出した場合に、回転が停止される。そのため、可塑化装置６０では、フラットスクリュー１１０の空回りを防ぐことができる。

【0065】

可塑化装置６０では、送風部１９０は、送風口１９８から供給経路１７２に気体を吹き入れ、送風口１９８は、供給経路１７２において、第２材料検出部１８２と投入口１４との間に設けられている。そのため、可塑化装置６０では、送風部１９０からの気体によって材料Ｐが舞い上がり、第２材料検出部１８２が誤動作する可能性を小さくすることができる。

【0066】

可塑化装置６０では、材料供給部１０は、金属粒子および熱可塑性樹脂を含む材料Ｐを供給する。このようなＭＩＭ材からなる材料Ｐは、例えば樹脂のみからなる場合に比べて、質量が大きく詰まりが発生し易い。しかし、可塑化装置６０では、このようなＭＩＭ材を用いても、送風部１９０からの気体によって材料Ｐの詰まりを解消することができる。さらに、ＭＩＭ材からなる材料Ｐは、例えば樹脂のみからなる場合に比べて、熱伝導率が高い。そのため、材料Ｐに可塑化部６１の熱が伝わり易すく、材料Ｐが溶融して凝集し易くなる。しかし、可塑化装置６０では、送風部１９０からの気体によって材料Ｐを冷却することができるため、このようなＭＩＭ材を用いても、材料Ｐの溶融を抑制することができる。

【0067】

なお、材料Ｐは、金属粒子および熱可塑性樹脂の他に、セラミックスが混入されていてもよい。セラミックスとしては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが挙げられる。さらに、材料Ｐには、例えば、顔料、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。

【0068】

さらに、材料Ｐには、バインダーが添加されていてもよい。バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂またはＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）が挙げられる。

【0069】

また、上記の例では、スクリューとして、回転軸ＲＡ方向の大きさが回転軸ＲＡ方向と直交する方向の大きさよりも小さいフラットスクリュー１１０を用いたが、フラットスクリュー１１０の代わりに、回転軸ＲＡ方向に長い棒状のインラインスクリューを用いてもよい。

【0070】

また、上記では、射出成形装置１００が制御部５０を有し、可塑化装置６０が制御部を有しない例について説明したが、可塑化装置６０が制御部５０を有していてもよい。

【0071】

２． 三次元造形装置
次に、本実施形態に係る三次元造形装置について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態に係る三次元造形装置２００を模式的に示す側面図である。

【0072】

三次元造形装置２００は、例えば、図７に示すように、可塑化装置６０と、ノズル８０と、ステージ２１０と、移動機構２２０と、制御部５０と、を含む。なお、便宜上、図７では、材料Ｐの図示を省略している。

【0073】

可塑化装置６０は、材料供給部１０と、可塑化部６１と、材料補給部１６０と、連結部１７０と、第１材料検出部１８０と、第２材料検出部１８２と、送風部１９０と、を含む。可塑化部６１は、スクリューケース６２と、駆動モーター６４と、フラットスクリュー１１０と、バレル１２０と、加熱部１３０と、逆止弁１４０と、圧力検出部１５０と、を有している。

【0074】

ノズル８０は、可塑化装置６０から供給された溶融材料をステージ２１０に向かって吐出させる。具体的には、三次元造形装置２００は、ノズル８０からステージ２１０に溶融材料を吐出させつつ、移動機構２２０を駆動して、ノズル８０とステージ２１０との相対的な位置を変化させる。これにより、三次元造形装置２００は、ステージ２１０上に所望の形状の三次元造形物を造形する。

【0075】

ステージ２１０は、移動機構２２０によって移動される。三次元造形物は、ステージ２１０の造形面２１２に形成される。

【0076】

移動機構２２０は、ノズル８０とステージ２１０との相対的な位置を変化させる。図示の例では、移動機構２２０は、ノズル８０に対して、ステージ２１０を移動させる。移動機構２２０は、例えば、３つのモーター２２２の駆動力によって、ステージ２１０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に移動させる３軸ポジショナーによって構成される。モーター２２２は、制御部５０によって制御される。

【0077】

なお、移動機構２２０は、ステージ２１０を移動させずに、ノズル８０を移動させる構成であってもよい。または、移動機構２２０は、ノズル８０およびステージ２１０の両方を移動させる構成であってもよい。

【0078】

制御部５０は、予め取得した造形データに基づいて移動機構２２０および可塑化装置６０を制御することにより、ノズル８０からステージ２１０上の所定の位置に、溶融材料を吐出させることで、三次元造形物を造形する。

【0079】

また、上記では、三次元造形装置２００が制御部５０を有し、可塑化装置６０が制御部を有しない例について説明したが、可塑化装置６０が制御部５０を有していてもよい。

【0080】

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【0081】

上述した実施形態から以下の内容が導き出される。

【0082】

可塑化装置の一態様は、
材料を受け入れる供給口を有し、前記材料を可塑化して溶融材料を生成する可塑化部と、
前記供給口に連通する投入口を有し、前記投入口から前記材料を前記可塑化部に供給する材料供給部と、
前記投入口と前記供給口とをつなぐ供給経路に気体を吹き入れる送風部と、
を含む。

【0083】

この可塑化装置によれば、仮に供給経路において材料が詰まったとしても、送風部からの気体によって材料を攪拌させて材料の詰まりを解消することができる。これにより、材料が可塑化部に供給されないことによるブリッジ現象の発生を抑制することができる。

【0084】

前記可塑化装置の一態様において、
前記材料供給部内の前記材料を検出する第１材料検出部と、
前記材料供給部に前記材料を補給する材料補給部と、
を含み、
前記材料補給部は、前記第１材料検出部の検出結果に基づいて、前記材料供給部に前記材料を補給してもよい。

【0085】

この可塑化装置によれば、第１材料検出部が材料切れを検知した場合、自動で、材料補給部によって材料供給部に材料が補給されるため、材料を材料供給部に供給する手間を省くことができる。

【0086】

前記可塑化装置の一態様において、
前記可塑化部は、
駆動モーターと、
前記駆動モーターによって回転するスクリューと、
を有してもよい。

【0087】

前記可塑化装置の一態様において、
前記スクリューは、溝が設けられた溝形成面を有し、
前記溝は、前記供給口を有し、
前記可塑化部は、前記溝形成面に対向する対向面を備えたバレルを有し、
前記対向面には、前記溝と連通する連通孔が設けられていてもよい。

【0088】

この可塑化装置によれば、材料を、溝を介して連通孔に供給することができる。

【0089】

前記可塑化装置の一態様において、
前記連通孔の圧力を検出する圧力検出部を含み、
前記送風部は、前記圧力検出部の検出結果に基づいて制御されてもよい。

【0090】

この可塑化装置によれば、圧力検出部の検出結果によって供給経路における材料の詰まりを検出することができ、送風部によって材料の詰まりを解消することができる。

【0091】

前記可塑化装置の一態様において、
前記送風部は、前記圧力検出部で検出された圧力が所定値よりも小さい場合に起動されてもよい。

【0092】

この可塑化装置によれば、材料の詰まりを解消することができる。

【0093】

前記可塑化装置の一態様において、
前記送風部は、前記スクリューの回転に基づいて制御されてもよい。

【0094】

この可塑化装置によれば、スクリューの回転によって供給経路における材料の詰まりを検出することができ、送風部によって材料Ｐの詰まりを解消することができる。

【0095】

前記可塑化装置の一態様において、
前記送風部は、前記駆動モーターのトルク値が所定値よりも小さい場合に起動されてもよい。

【0096】

この可塑化装置によれば、材料の詰まりを解消することができる。

【0097】

前記可塑化装置の一態様において、
前記供給経路の前記材料を検出する第２材料検出部を含み、
前記スクリューは、前記第２材料検出部が材料切れを検出した場合に、回転が停止されてもよい。

【0098】

この可塑化装置によれば、スクリューの空回りを防ぐことができる。

【0099】

前記可塑化装置の一態様において、
前記送風部は、送風口から前記供給経路に前記気体を吹き入れ、
前記送風口は、前記供給経路において、前記第２材料検出部と前記投入口側との間に設けられていてもよい。

【0100】

この可塑化装置によれば、送風部からの気体によって材料が舞い上がり、第２材料検出部が誤動作する可能性を小さくすることができる。

【0101】

前記可塑化装置の一態様において、
前記材料供給部は、金属粒子および熱可塑性樹脂を含む前記材料を供給してもよい。

【0102】

この可塑化装置によれば、材料として詰まり易いＭＩＭ材を用いても、送風部からの気体によって材料の詰まりを解消することができる。

【0103】

射出成形装置の一態様は、
材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置と、
前記可塑化装置から供給された前記溶融材料を金型に射出するノズルと、
を含み、
前記可塑化装置は、
前記材料を受け入れる供給口を有し、前記材料を可塑化して前記溶融材料を生成する可塑化部と、
前記供給口に連通する投入口を有し、前記投入口から前記材料を前記可塑化部に供給する材料供給部と、
前記投入口と前記供給口とをつなぐ供給経路に気体を吹き入れる送風部と、
制御部と、
を含む。

【0104】

三次元造形装置の一態様は、
三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
前記材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置と、
前記可塑化装置から供給された前記溶融材料をステージに向かって吐出させるノズルと、
制御部と、
を含み、
前記可塑化装置は、
材料を受け入れる供給口を有し、前記材料を可塑化して前記溶融材料を生成する可塑化部と、
前記供給口に連通する投入口を有し、前記投入口から前記材料を前記可塑化部に供給する材料供給部と、
前記投入口と前記供給口とをつなぐ供給経路に気体を吹き入れる送風部と、
を含む。

【符号の説明】

【0105】

１０…材料供給部、１２…空洞、１２ａ…幅一定部、１２ｂ…逆テーパー部、１４…投入口、２０…射出部、３０…型部、３２…成形型、３４…キャビティー、３６…可動型、３８…固定型、４０…型締部、４２…型駆動部、４４…ボールねじ部、５０…制御部、６０…可塑化装置、６１…可塑化部、６２…スクリューケース、６４…駆動モーター、７０…射出機構、７２…シリンダー、７４…プランジャー、７６…プランジャー駆動部、８０…ノズル、８２…ノズル孔、１００…射出成形装置、１１０…フラットスクリュー、１１１…主面、１１２…溝形成面、１１３…接続面、１１４…第１溝、１１５…中央部、１１６…溝接続部、１１７…材料導入部、１２０…バレル、１２２…対向面、１２４…第２溝、１２６…連通孔、１３０…加熱部、１４０…逆止弁、１５０…圧力検出部、１６０…材料補給部、１７０…連結部、１７２…供給経路、１７４…材料供給装置、１８０…第１材料検出部、１８１…先端、１８２…第２材料検出部、１８３…先端、１９０…送風部、１９２…ポンプ、１９４…ホース、１９６…送風経路、１９８…送風口、２００…三次元造形装置、２１０…ステージ、２１２…造形面、２２０…移動機構、２２２…モーター

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】