特許 7643206 材料送出装置、三次元造形装置、および、射出成形装置

(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】2025-03-03

(45)【発行日】2025-03-11

(54)【発明の名称】材料送出装置、三次元造形装置、および、射出成形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/47 20060101AFI20250304BHJP

   B29C 64/106 20170101ALI20250304BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20250304BHJP

   B29C 64/321 20170101ALI20250304BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20250304BHJP

   B29C 64/295 20170101ALI20250304BHJP

【ＦＩ】

B29C45/47

B29C64/106

B29C64/209

B29C64/321

B33Y30/00

B29C64/295

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021104749

(22)【出願日】2021-06-24

(65)【公開番号】P2023003588

(43)【公開日】2023-01-17

【審査請求日】2024-04-16

(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】小林 宏貴

【審査官】藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－０１０６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２７７３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－００６３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１００２８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ４５／００－４５／８４

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スクリューを有し、前記スクリューの回転によって材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、
前記可塑化材料が流れる流路と、
前記流路に連通し、前記可塑化材料を外部に送出するノズル開口を有するノズルと、
前記流路に接続されるシリンダーと、
前記シリンダー内に挿入されるロッドと、
前記ロッドを介して前記流路内の前記可塑化材料の圧力を検出する第１圧力検出部と、
を備え、
前記ロッドは、前記ロッドの長手方向において、前記流路に面するロッド端面、及び、前記ロッド端面より前記流路から遠い伝達部を有し、前記ロッド端面で受けた前記圧力による力を、前記伝達部を介して前記第１圧力検出部に伝達し、
前記第１圧力検出部は、出力軸を有するモーターと、前記出力軸に接続され前記伝達部を介して伝達される前記力を受けるトルク部材と、を有し、
前記トルク部材は、受けた前記力によるトルクを前記出力軸に付与し、
前記第１圧力検出部は、前記トルクによって発生する前記モーターの電流値または電圧値に基づいて、前記圧力を検出する、材料送出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の材料送出装置であって、
前記トルク部材は、前記出力軸に沿って見た時に、前記出力軸の回転軸からずれた位置に、前記伝達部を介して伝達される前記力を受ける受力部を有する、材料送出装置。

【請求項3】

請求項２に記載の材料送出装置であって、
前記受力部は、カムフォロワーまたはローラーフォロワーによって構成されている、材料送出装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載の材料送出装置であって、
前記ノズルを加熱するノズルヒーターを備え、
前記スクリューは、溝が形成された溝形成面を有し、
前記可塑化部は、
前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に前記流路の少なくとも一部を形
成する連通孔が形成されたバレルと、
前記スクリューと前記バレルとの間に供給された前記材料を加熱する可塑化ヒーターと、を更に備え、
前記ノズルヒーターの設定温度は、前記可塑化ヒーターの設定温度よりも高い、材料送出装置。

【請求項5】

スクリューを有し、前記スクリューの回転によって材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、
前記可塑化材料が流れる流路と、
前記流路に連通し、前記可塑化材料を外部に送出するノズル開口を有するノズルと、
前記流路に接続されるシリンダーと、
前記シリンダー内に挿入されるロッドと、
前記ロッドを介して前記流路内の前記可塑化材料の圧力を検出する第１圧力検出部と、
前記スクリューと前記ノズル開口との間の前記流路に接続され、前記流路内の前記可塑化材料を吸引し、吸引した前記可塑化材料を前記ノズル開口に向かって押し出す吸引排出部と、
を備え、
前記ロッドは、前記ロッドの長手方向において、前記流路に面するロッド端面、及び、前記ロッド端面より前記流路から遠い伝達部を有し、前記ロッド端面で受けた前記圧力による力を、前記伝達部を介して前記第１圧力検出部に伝達し、
前記シリンダーは、前記吸引排出部と前記ノズル開口との間の前記流路、又は、前記スクリューと前記吸引排出部との間の前記流路に接続される、材料送出装置。

【請求項6】

材料送出装置と、
前記材料送出装置を制御する制御部と、
を備え、
前記材料送出装置は、
スクリューを有し、前記スクリューの回転によって材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、
前記可塑化材料が流れる流路と、
前記流路に連通し、前記可塑化材料を外部に送出するノズル開口を有するノズルと、
前記流路に接続されるシリンダーと、
前記シリンダー内に挿入されるロッドと、
前記ロッドを介して前記流路内の前記可塑化材料の圧力を検出する第１圧力検出部と、
前記流路において、前記流路と前記シリンダーとの接続部よりも上流に配置され、前記ノズル開口から送出される前記可塑化材料の流量を調整する送出量調整部と、
前記ノズルから送出される前記可塑化材料を堆積するステージと、
を有し、
前記ロッドは、前記ロッドの長手方向において、前記流路に面するロッド端面、及び、前記ロッド端面より前記流路から遠い伝達部を有し、前記ロッド端面で受けた前記圧力による力を、前記伝達部を介して前記第１圧力検出部に伝達する、三次元造形装置。

【請求項7】

請求項６に記載の三次元造形装置であって、
前記材料送出装置は、前記流路において、前記送出量調整部よりも上流の前記可塑化材料の圧力を検出する第２圧力検出部を有し、
前記制御部は、前記第２圧力検出部による検出値に基づいて、前記スクリューの回転を制御する、三次元造形装置。

【請求項8】

請求項６又は７に記載の三次元造形装置であって、
前記材料送出装置は、前記スクリューと前記ノズル開口との間の前記流路に接続され、前記流路内の前記可塑化材料を吸引し、吸引した前記可塑化材料を前記ノズル開口に向かって押し出す吸引排出部を有し、
前記吸引排出部は、前記流路において前記送出量調整部と前記ノズル開口との間に接続され、
前記制御部は、前記第１圧力検出部による検出値に基づいて前記吸引排出部を制御する、三次元造形装置。

【請求項9】

請求項６又は７に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、前記第１圧力検出部による検出値に基づいて、前記ロッドを前記流路に対して後退させて前記流路内の前記可塑化材料を前記シリンダー内に吸引する動作と、前記ロッドを前記流路に対して前進させて吸引した前記可塑化材料を前記ノズル開口に向かって押し出す動作と、を実行する、三次元造形装置。

【請求項10】

材料送出装置と、
前記材料送出装置を制御する制御部と、
を備え、
前記材料送出装置は、
スクリューを有し、前記スクリューの回転によって材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、
前記可塑化材料が流れる流路と、
前記流路に連通し、前記可塑化材料を外部に送出するノズル開口を有するノズルと、
前記流路に接続されるシリンダーと、
前記シリンダー内に挿入されるロッドと、
前記ロッドを介して前記流路内の前記可塑化材料の圧力を検出する第１圧力検出部と、
を有し、
前記ロッドは、前記ロッドの長手方向において、前記流路に面するロッド端面、及び、前記ロッド端面より前記流路から遠い伝達部を有し、前記ロッド端面で受けた前記圧力による力を、前記伝達部を介して前記第１圧力検出部に伝達し、
前記ノズルは、前記可塑化材料を成形型に送出する、射出成形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、材料送出装置、三次元造形装置、および、射出成形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

材料を可塑化して外部へ送出する材料送出装置に関して、特許文献１には、プランジャーによって金型に注入される注入樹脂の圧力を、圧力検出手段によって検出する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開１９９４－１９８６８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のような装置では、検出した圧力に基づいてプランジャー等の機構を制御することで、例えば、装置から送出される材料の過多や不足を抑制し、送出された材料によって形成される製品等の不良を抑制できる。この場合、圧力に基づいて機構をより精度良く制御するためには、その機構に近い流路等における樹脂の圧力を検出すると好ましい。しかしながら、例えば、圧力を検出したい部分の近くに熱源が設けられている場合や、その部分の近くに圧力検出手段の設置スペースを確保できない場合には、その部分における圧力を検出できない場合があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の第１の形態によれば、材料送出装置が提供される。この材料送出装置は、スクリューを有し、前記スクリューの回転によって材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、前記可塑化材料が流れる流路と、前記流路に連通し、前記可塑化材料を外部に送出するノズル開口を有するノズルと、前記流路に接続されるシリンダーと、前記シリンダー内に挿入されるロッドと、前記ロッドを介して前記流路内の前記可塑化材料の圧力を検出する第１圧力検出部と、を備える。前記ロッドは、前記ロッドの長手方向において、前記流路に面するロッド端面、及び、前記ロッド端面より前記流路から遠い伝達部を有し、前記ロッド端面で受けた前記圧力による力を、前記伝達部を介して前記第１圧力検出部に伝達する。

【0006】

本開示の第２の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、上記形態の材料送出装置と、前記ノズルから送出される前記可塑化材料を堆積するステージと、前記材料送出装置を制御する制御部と、前記流路において、前記流路と前記シリンダーとの接続部よりも上流に配置され、前記ノズル開口から送出される前記可塑化材料の流量を調整する送出量調整部と、を備える。

【0007】

本開示の第３の形態によれば、射出成形装置が提供される。この射出成形装置は、上記形態の材料送出装置と、前記材料送出装置を制御する制御部と、を備え、前記ノズルは、前記可塑化材料を成形型に送出する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す図である。

【図2】スクリューの溝形成面側の構成を示す概略斜視図である。

【図3】バレルのスクリュー対向面側の構成を示す図である。

【図4】第１実施形態における圧力検出ユニットの概略構成を示す図である。

【図5】図４におけるＶ－Ｖ断面を示す図である。

【図6】他の実施形態における検出トルクの伝達の例を示す図である。

【図7】第２実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す図である。

【図8】第３実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す図である。

【図9】第３実施形態における圧力検出ユニットを示す斜視図である。

【図10】図８におけるＸ－Ｘ断面を示す図である。

【図11】第３実施形態における検出部の動作を説明する図である。

【図12】第４実施形態における射出成形装置の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

Ａ．第１実施形態：
図１は、本実施形態における三次元造形装置１００の概略構成を示す図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が表されている。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向は、互いに直交する３つの空間軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿った方向であり、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿う一方側の方向と、その反対方向とを、両方含む。Ｘ軸およびＹ軸は、水平面に沿った軸であり、Ｚ軸は、鉛直線に沿った軸である。他の図においても、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図１におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向と、他の図におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向とは、同じ方向を表している。以下の説明において、向きを特定する場合には、矢印が指し示す正の方向を「＋」、反対側の負の方向を「－」として、方向表記に正負の符号を併用する。

【0010】

本実施形態における三次元造形装置１００は、材料送出装置１５０と、ステージ３００と、位置変更部４００と、制御部５００とを、備えている。

【0011】

制御部５００は、三次元造形装置１００全体の動作を制御して、三次元造形物を造形する造形処理を実行する。制御部５００は、１つ、または、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、を備えるコンピューターによって構成される。制御部５００は、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。なお、制御部５００の機能の一部を、ハードウェア回路により実現するようにしてもよい。制御部５００が実行する造形処理では、三次元造形物の造形データに従って、材料送出装置１５０と位置変更部４００とが制御される。

【0012】

材料送出装置１５０は、制御部５００の制御下で、固体状態の材料を溶融させてペースト状にした可塑化材料を外部へと送出する。本実施形態では、材料送出装置１５０は、可塑化材料を、三次元造形物の基台となる造形用のステージ３００上に吐出する。材料送出装置１５０は、可塑化材料に転化される前の材料の供給源である材料供給部２０と、スクリュー４０の回転によって材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部３０と、生成された可塑化材料が流れる流路６６と、流路６６に連通し可塑化材料を外部に送出するノズル６１と、流路６６に接続され流路６６内の可塑化材料の圧力を検出する圧力検出ユニット２００を備える。更に、本実施形態では、流路６６には、送出量調整部７０が配置され、吸引排出部７５が接続されている。

【0013】

材料供給部２０には、ペレットや粉末等の状態の材料が収容されている。本実施形態では、ペレット状に形成されたＡＢＳ樹脂が材料として用いられる。本実施形態における材料供給部２０は、ホッパーによって構成されている。材料供給部２０の下方には、材料供給部２０と可塑化部３０との間を接続する供給路２２が設けられている。材料供給部２０は、供給路２２を介して、可塑化部３０に材料を供給する。

【0014】

可塑化部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、スクリュー４０と、バレル５０と、可塑化ヒーター５８とを備えている。可塑化部３０は、材料供給部２０から供給された材料の少なくとも一部をスクリュー４０の回転によって可塑化し、流動性を有するペースト状の可塑化材料を生成する。そして、可塑化部３０は、スクリュー４０とノズル６１との間に設けられた流路６６を介して、生成した可塑化材料をノズル６１に供給する。「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。なお、本実施形態のスクリュー４０は、いわゆるフラットスクリューであり、「スクロール」と呼ばれることもある。

【0015】

スクリューケース３１は、スクリュー４０を収容するための筐体である。スクリューケース３１の下面には、バレル５０が固定されており、スクリューケース３１とバレル５０とによって囲まれた空間に、スクリュー４０が収容されている。スクリュー４０は、バレル５０に対向する面に、溝４５が形成された溝形成面４２を有している。スクリューケース３１の上面には、駆動モーター３２が固定されている。駆動モーター３２の回転軸は、スクリュー４０の上面４１側に接続されている。なお、駆動モーター３２は、直接、スクリュー４０と接続されていなくてもよく、例えば、スクリュー４０と駆動モーター３２とは、減速機を介して接続されていてもよい。駆動モーター３２は、制御部５００の制御下で駆動される。

【0016】

バレル５０は、スクリュー４０の下方に配置されている。バレル５０は、スクリュー４０の溝形成面４２に対向するスクリュー対向面５２を有している。バレル５０には、スクリュー４０の中心軸ＡＸ上に、連通孔５６が設けられている。本実施形態では、連通孔５６は、上述した流路６６の一部を形成している。より詳細には、流路６６は、連通孔５６と、供給流路６７とによって形成されている。供給流路６７は、連通孔５６とノズル６１とを接続する流路である。他の実施形態では、供給流路６７は設けられていなくてもよく、連通孔５６とノズル６１とが直接、接続されていてもよい。

【0017】

本実施形態では、可塑化ヒーター５８は、バレル５０の、スクリュー４０の溝４５に対向する位置に内蔵されている。可塑化ヒーター５８は、スクリュー４０とバレル５０との間に供給された材料を加熱する。可塑化ヒーター５８の温度は、制御部５００によって制御される。

【0018】

図２は、スクリュー４０の溝形成面４２側の構成を示す概略斜視図である。スクリュー４０の溝形成面４２の中央部４７は、溝４５の一端が接続されている窪みとして構成されている。中央部４７は、図２に示したバレル５０の連通孔５６に対向する。中央部４７は、中心軸ＡＸと交差する。溝４５は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝４５は、中央部４７から、スクリュー４０の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。溝形成面４２には、溝４５の側壁部を構成し、各溝４５に沿って延びている凸条部４６が設けられている。溝４５は、スクリュー４０の側面４３に形成された材料導入口４４まで連続している。材料導入口４４は、材料供給部２０の供給路２２を介して供給された材料を受け入れる部分である。材料導入口４４によって受け入れられた材料は、スクリュー４０とバレル５０との間に供給される。図２に示すように、本実施形態では、溝４５は、凸条部４６によって隔てられて３本分形成されている。なお、溝４５の数は、３本に限られず、１本でもよいし、２本以上であってもよい。溝４５は、渦状に限らず、螺旋状あるいはインボリュート曲線状であってもよいし、中央部４７から外周に向かって弧を描くように延びる形状であってもよい。

【0019】

図３は、バレル５０のスクリュー対向面５２側の構成を示す上面図である。上述したように、スクリュー対向面５２の中央には、連通孔５６が形成されている。スクリュー対向面５２における連通孔５６の周りには、複数の案内溝５４が形成されている。それぞれの案内溝５４は、その一端が連通孔５６に接続され、連通孔５６からスクリュー対向面５２の外周に向かって渦状に延びている。それぞれの案内溝５４は、可塑化材料を連通孔５６に導く機能を有している。なお、案内溝５４の一端が連通孔５６に接続されていなくてもよい。また、バレル５０には案内溝５４が形成されていなくてもよい。

【0020】

本実施形態における可塑化部３０は、上述したスクリュー４０、バレル５０および可塑化ヒーター５８によって、スクリュー４０とバレル５０との間に供給された材料を流路６６に向かって搬送しながら加熱して可塑化材料を生成し、生成した可塑化材料を、流路６６を介してノズル６１へと供給する。

【0021】

図１に示すように、ノズル６１は、ノズル流路６５と、ノズル開口６２が設けられた先端面６３とを備えている。ノズル流路６５は、ノズル６１内に形成された可塑化材料の流路であり、上述した流路６６に連通している。より具体的には、本実施形態では、ノズル流路６５は、上述した供給流路６７に接続されている。先端面６３は、ノズル６１の、造形面３１１に向かって－Ｚ方向に突出した先端部分を構成する面である。ノズル開口６２は、ノズル流路６５の大気に連通する側の端部に設けられた、ノズル流路６５の流路断面が縮小された部分である。可塑化部３０によって生成された可塑化材料は、流路６６を介してノズル６１へ供給され、ノズル流路６５を介してノズル開口６２から吐出される。

【0022】

本実施形態では、ノズル流路６５の周囲には、ノズルヒーター６８が設けられている。ノズルヒーター６８は、制御部５００による制御下において、ノズル６１を加熱し、ノズル流路６５内の可塑化材料を加熱する。制御部５００は、ノズルヒーター６８の出力を制御することによって、ノズル流路６５内における可塑化材料の流動性を調整できる。本実施形態では、ノズルヒーター６８の設定温度は、上述した可塑化部３０の可塑化ヒーター５８の設定温度よりも高い温度に設定される。

【0023】

送出量調整部７０は、ノズル開口６２から送出される可塑化材料の流量を調整する。ノズル開口６２から外部へと送出される可塑化材料の流量のことを送出量と呼ぶこともある。本実施形態では、送出量調整部７０は、流路６６内で回転することにより流路６６の開度を変化させるバタフライバルブによって構成され、流路６６のうち、供給流路６７に配置されている。送出量調整部７０は、制御部５００による制御下において、ステッピングモーター等によって構成される第１駆動部７４によって駆動される。制御部５００は、第１駆動部７４を用いて、バタフライバルブの回転角度を制御することによって、流路６６の開度を調整する。これによって、制御部５００は、可塑化部３０からノズル６１に流れる可塑化材料の流量を調整し、送出量を調整することができる。送出量調整部７０は、流路６６の開度を０とすることによって、送出量を０とすることもできる。つまり、送出量調整部７０は、送出量を調整すると共に、可塑化材料の送出のオン／オフを制御する。

【0024】

吸引排出部７５は、流路６６において送出量調整部７０とノズル開口６２との間に接続されている。吸引排出部７５は、流路６６内の可塑化材料を吸引する吸引動作と、吸引した可塑化材料をノズル開口６２に向かって押し出す排出動作とを行う。本実施形態において、吸引排出部７５は、プランジャーにより構成されている。吸引排出部７５は、上述した吸引動作において、プランジャーを流路６６から遠ざかる方向へと後退させ、排出動作において、プランジャーを流路６６へと近付く方向に前進させる。吸引排出部７５は、制御部５００による制御下において、第２駆動部７６によって駆動される。第２駆動部７６は、例えば、ステッピングモーターや、ステッピングモーターの回転力をプランジャーの並進運動に変換するラックアンドピニオン機構等によって構成される。

【0025】

本実施形態において、制御部５００は、ノズル６１からの可塑化材料の送出を停止する際に吸引排出部７５による吸引動作を実行することによって、可塑化材料がノズル開口６２から糸を引くように垂れる尾引き現象を抑制する。この場合、制御部５００は、送出量調整部７０によって流路６６の開度を０とした後に吸引動作を実行することで、尾引き現象をより効果的に抑制できる。また、吸引排出部７５は、ノズル６１からの可塑化材料の送出を開始する際や再開する際に吸引排出部７５による排出動作を行うことで、ノズル６１からの可塑化材料の送出の応答性を高める。この場合、制御部５００は、送出量調整部７０によって流路６６の開度を０より大きくする前に吸引動作を実行することで、可塑化材料の送出の応答性をより高めることができる。

【0026】

ステージ３００は、ノズル６１の先端面６３に対向する位置に配置されている。三次元造形装置１００は、ノズル６１からステージ３００の造形面３１１に向けて可塑化材料を送出させ、可塑化材料の層を積層することによって三次元造形物を造形する。

【0027】

位置変更部４００は、材料送出装置１５０とステージ３００との相対的な位置を変化させることによって、ノズル６１とステージ３００との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、位置変更部４００は、材料送出装置１５０に対してステージ３００を移動させる。なお、ステージ３００に対する材料送出装置１５０やノズル６１の相対的な位置の変化を、単に、材料送出装置１５０やノズル６１の移動と呼ぶこともある。つまり、例えば、ステージ３００を＋Ｘ方向に移動させたことを、材料送出装置１５０やノズル６１を－Ｘ方向に移動させたと言い換えることもできる。本実施形態における位置変更部４００は、３つのモーターの駆動力によって、ステージ３００をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３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。各モーターは、制御部５００の制御下にて駆動する。なお、位置変更部４００は、ステージ３００を移動させる構成ではなく、ステージ３００を移動させずに材料送出装置１５０を移動させる構成であってもよい。また、位置変更部４００は、ステージ３００と材料送出装置１５０との両方を移動させる構成であってもよい。

【0028】

図４は、圧力検出ユニット２００の概略構成を示す図である。圧力検出ユニット２００は、流路６６に接続されるシリンダー２１０と、シリンダー２１０内に挿入されるロッド２２０と、ロッド２２０を介して流路６６内の可塑化材料の圧力を検出する第１圧力検出部２４０とを有している。更に、本実施形態における圧力検出ユニット２００は、力付与部材２３０を有している。本実施形態における第１圧力検出部２４０は、ロッド２２０および力付与部材２３０を介して、流路６６内の可塑化材料の圧力を検出する。

【0029】

本実施形態におけるシリンダー２１０は、その軸方向を長手方向とする筒状を有している。図１および図４に示すように、シリンダー２１０は、その長手方向がＸ方向に沿うように配置されている。図１に示すように、シリンダー２１０の－Ｘ方向の端部は、流路６６に向かって－Ｘ方向に開口している。シリンダー２１０の＋Ｘ方向の端部は、流路６６の＋Ｘ方向に位置している。流路６６は、シリンダー２１０を介して、流路６６の外部とＸ方向に連通している。

【0030】

本実施形態において、シリンダー２１０は、流路６６において、送出量調整部７０よりも下流に接続されている。つまり、送出量調整部７０は、流路６６において、流路６６とシリンダー２１０との接続部よりも上流に配置されている。また、シリンダー２１０は、流路６６において、吸引排出部７５よりも下流に接続されている。他の実施形態では、シリンダー２１０は、例えば、流路６６において、吸引排出部７５よりも上流に接続されていてもよい。

【0031】

ロッド２２０は、その軸方向を長手方向とする軸状を有している。本実施形態では、ロッド２２０は、工具鋼によって形成されている。図１および図４に示すように、ロッド２２０は、その長手方向がＸ方向に沿うように、シリンダー２１０に挿入されている。ロッド２２０は、Ｘ方向において、ロッド端面２２１と、ロッド端面２２１より流路６６から遠い伝達部２２２とを有している。本実施形態では、ロッド端面２２１は、ロッド２２０の－Ｘ方向の端面である。図１に示すように、ロッド端面２２１は、シリンダー２１０内において、流路６６に面している。本実施形態では、伝達部２２２は、ロッド２２０の長手方向におけるロッド端面２２１と反対側の端面であり、ロッド２２０の＋Ｘ方向の端面である。図４に示すように、本実施形態では、ロッド２２０は、＋Ｘ方向の端部に、ロッド２２０のＸ方向における他の部分より大きい径を有する結合部２２３を有している。本実施形態において、伝達部２２２は、結合部２２３の＋Ｘ方向の端面である。図１および図４に示すように、伝達部２２２は、シリンダー２１０の＋Ｘ方向の位置において、力付与部材２３０とＸ方向に接触している。

【0032】

ロッド２２０の側面と、シリンダー２１０の内側面との間隔は、ロッド２２０とシリンダー２１０との隙間を介して流路６６内の可塑化材料が外部に漏出するのを抑制する観点から、例えば、５０μｍ以下であると好ましく、２０μｍ以下であるとより好ましく、１０μｍ以下であると更に好ましい。また、流路６６内の可塑化材料から発生するガスをロッド２２０とシリンダー２１０との隙間を介して流路６６外へと排出する観点から、例えば、５μｍ以上であると好ましい。

【0033】

図１および図４に示すように、力付与部材２３０は、Ｘ方向において、ロッド２２０と第１圧力検出部２４０との間に配置されている。力付与部材２３０は、その軸方向を長手方向とする軸状を有し、長手方向がＸ方向に沿うように配置されている。本実施形態では、力付与部材２３０は、ステンレス鋼によって形成されている。力付与部材２３０の＋Ｘ方向の端面である力付与面２３１は、第１圧力検出部２４０に接触している。図４に示すように、力付与部材２３０の－Ｘ方向の端部には、－Ｘ方向に開口する凹部２３２が形成されている。上述したロッド２２０の＋Ｘ方向の先端部分は、凹部２３２の開口内に挿入されている。凹部２３２の開口内において、ロッド２２０の伝達部２２２は、凹部２３２の底部２３３とＸ方向に接触している。ロッド２２０と力付与部材２３０とは、力付与部材２３０の－Ｘ方向の端部の側面を覆う継手２３４によって連結されている。継手２３４は、ロッド２２０の結合部２２３の－Ｘ方向の面と係合する形状を有しており、ロッド２２０の力付与部材２３０に対する－Ｘ方向への移動を規制する。

【0034】

本実施形態では、ロッド２２０の結合部２２３の側面と、凹部２３２の内側面との間には、空隙Ｇｐが形成されている。従って、ロッド２２０は、力付与部材２３０とＸ方向に接触する一方で、Ｙ方向やＺ方向には接触しない。これによって、例えば、ロッド２２０と力付与部材２３０との間に空隙Ｇｐが設けられていない場合と比較して、流路６６内の可塑化材料の熱がロッド２２０を介して力付与部材２３０に伝わることが抑制され、更に、可塑化材料の熱が第１圧力検出部２４０へと伝わることが抑制される。また、例えば、ロッド２２０と第１圧力検出部２４０とが力付与部材２３０を介さず直接、接触している形態と比較しても、可塑化材料の熱が第１圧力検出部２４０へ伝わることが抑制される。なお、本実施形態では、ロッド２２０の側面と結合部２２３との間にも空隙が形成されている。

【0035】

ロッド２２０は、流路６６内の可塑化材料の圧力を、第１圧力検出部２４０へと伝達する。より詳細には、ロッド２２０は、ロッド端面２２１において、流路６６内の可塑化材料の圧力による＋Ｘ方向の力を受け、伝達部２２２を介して、力付与部材２３０へと伝達する。伝達部２２２を介して力付与部材２３０へと伝達された力は、力付与部材２３０の力付与面２３１を介して、第１圧力検出部２４０へと伝達される。以下では、このように伝達部２２２を介して第１圧力検出部２４０へと伝達される力のことを、検出力と呼ぶこともある。

【0036】

図４に示すように、第１圧力検出部２４０は、出力軸２５１を有するモーター２５０と、出力軸２５１に接続されたトルク部材２６０とを有している。

【0037】

本実施形態では、モーター２５０は、出力軸２５１が、ロッド２２０の長手方向と直交するＺ方向に沿うように、出力軸２５１を－Ｚ方向に向けて配置されている。モーター２５０は、サーボモーターによって構成されている。第１圧力検出部２４０は、モーター２５０をサーボ制御するためのコントローラー２５５を備えている。本実施形態では、モーター２５０の駆動は、コントローラー２５５を介して、制御部５００によって制御される。

【0038】

本実施形態では、コントローラー２５５は、出力軸２５１の回転位置を保持するようにフィードバック制御する位置保持制御を行う。より詳細には、コントローラー２５５は、モーター２５０の駆動が停止している状態において、出力軸２５１に外部からトルクが付与された場合、そのトルクと逆方向のトルクを出力軸２５１に発生させることによって、出力軸２５１の回転位置の変化を規制する。また、外部から付与されたトルクによって出力軸２５１の回転位置が変化した場合、同様に、そのトルクと逆方向のトルクを出力軸２５１に発生させることによって、出力軸２５１の回転位置を元に戻す。このような位置保持制御は、サーボロックと呼ばれることもある。以下では、位置保持制御における、出力軸２５１の回転位置を保持するためのトルクのことを、位置保持トルクと呼ぶこともある。

【0039】

図５は、図４におけるＶ－Ｖ断面を示す図である。図４および図５に示すように、トルク部材２６０は、接続部２６１と、受力部２７０とを有している。

【0040】

本実施形態における接続部２６１は、Ｚ方向に沿って配置された略円柱状の部材である。接続部２６１には、モーター２５０の出力軸２５１を接続するための接続孔２６２と、受力部２７０を固定するための固定孔２６３とが形成されている。図４に示すように、接続孔２６２は、接続部２６１の＋Ｚ方向の端部において＋Ｚ方向に開口している。固定孔２６３は、接続部２６１の－Ｚ方向の端部において－Ｚ方向に開口している。図５には、Ｘ方向およびＹ方向における接続孔２６２の位置が二点鎖線によって示され、同様に、固定孔２６３の位置が一点鎖線によって示されている。図５に示すように、接続孔２６２は、Ｚ方向に沿って見た時に、接続部２６１の中心部に形成されている。固定孔２６３は、Ｚ方向に沿って見た時に、接続部２６１の中心部からずれた位置に形成されている。そのため、固定孔２６３は、Ｚ方向に沿って見た時に、出力軸２５１の回転軸ＲＸからずれた位置に位置している。接続孔２６２は、例えば、出力軸２５１の形状に応じて、例えば、Ｄカット形状に対応する形状やキー溝形状に対応する形状に形成されてもよい。

【0041】

本実施形態では、受力部２７０は、カムフォロワーによって構成され、軸２７１と外輪２７２とを有している。カムフォロワーは、トラックフォロワーと呼ばれることもある。軸２７１の＋Ｚ方向の端部は、上述した接続部２６１の固定孔２６３に挿入されている。外輪２７２は、軸２７１の側面に固定されたベアリング２７３によって、軸２７１を中心にその場で回転可能に支持されている。外輪２７２およびベアリング２７３は、接続部２６１の－Ｚ方向に配置されている。ベアリング２７３は、例えば、ボールベアリングであってもよいし、ニードルベアリングであってもよい。

【0042】

上述したように、固定孔２６３は、回転軸ＲＸからずれた位置に形成されている。そのため、図５に示すように、受力部２７０は、Ｚ方向に沿って見た時に、回転軸ＲＸからずれた位置に配置される。より詳細には、本実施形態において、受力部２７０は、Ｚ方向に沿って見た時に、回転軸ＲＸから－Ｙ方向に距離Ｌだけずれた位置に配置されている。

【0043】

トルク部材２６０は、上述した検出力を受け、検出力によるトルクを出力軸２５１に付与する。本実施形態におけるトルク部材２６０は、受力部２７０の外輪２７２によって検出力を受けることによって、出力軸２５１に接続された接続部２６１を回転させる回転力を発生させ、この回転力によって生じるトルクを出力軸２５１に付与する。以下では、出力軸２５１に付与される、検出力によって生じるトルクのことを、検出トルクと呼ぶこともある。

【0044】

本実施形態における第１圧力検出部２４０は、出力軸２５１に付与される検出トルクによって発生するモーター２５０の電流値又は電圧値に基づいて、流路６６内の可塑化材料の圧力を検出する。より詳細には、第１圧力検出部２４０は、上述したコントローラー２５５による位置保持制御を行っている状態で、検出トルクに応じた位置保持トルクを発生させるための電圧値を検出し、検出した電圧値に基づいて流路６６内の可塑化材料の圧力を検出する。これによって、第１圧力検出部２４０は、ロッド２２０や力付与部材２３０の＋Ｘ方向への移動を規制しつつ、圧力を検出できる。

【0045】

より具体的には、流路６６内の可塑化材料の圧力を圧力Ｐとすると、本実施形態において、圧力Ｐは下記式（１）によって表される。
Ｐ＝（Ｖ・Ｔ）／（Ｌ・Ｓ・ｃｏｓθ） （０＜θ＜１８０°）…（１）
電圧Ｖは、出力軸２５１に検出トルクが付与された際のモーター２５０の電圧値を表す。トルクＴは、モーター２５０の定格トルクを表す。面積Ｓは、ロッド２２０のロッド端面２２１の面積を表す。角度θは、検出力の伝達方向Ｄｆと、検出力を受けたトルク部材２６０の出力軸２５１を中心とした回転の回転方向Ｄｒと、が成す角の角度を表す。本実施形態では、伝達方向Ｄｆと回転方向Ｄｒとは共に＋Ｘ方向であるため、θは０°である。従って、本実施形態において、上記式（１）は、下記式（２）と同値である。
Ｐ＝（Ｖ・Ｔ）／（Ｌ・Ｓ）…（２）

【0046】

図６は、他の実施形態における検出トルクの伝達の例を示す図である。図６には、＋Ｚ方向に見た時に、トルク部材２６０が図５の場合よりも左回りに回転した状態で、力付与部材２３０と受力部２７０とが接触している様子が示されている。図６に示した例では、伝達方向Ｄｆと回転方向Ｄｒとが一致しないため、トルク部材２６０が検出力を受けた際、受けた検出力のうち、回転方向Ｄｒの成分のみが出力軸２５１への検出トルクの付与に寄与する。

【0047】

上記式（１）および（２）に示すように、同じ圧力Ｐを検出する場合、距離Ｌが小さいほど圧力Ｐの検出時にモーター２５０に生じる電圧Ｖは小さくなる。従って、距離Ｌをより小さくすることによって、圧力Ｐの検出時にモーター２５０に生じる負荷を小さくできる。圧力Ｐの検出において、モーター２５０に発生する電圧Ｖをモーター２５０の定格電圧以下とすると好ましいため、距離Ｌを小さくすることによって、検出可能な圧力Ｐの値の幅を広げることができると言い換えることもできる。また、距離Ｌをより大きくすることによって、圧力Ｐの変化に対する電圧Ｖの変化幅が大きくなるため、検出される圧力Ｐの分解能を高めることができる。

【0048】

制御部５００は、第１圧力検出部２４０による圧力の検出値に基づいて、上述した吸引排出部７５の動作を制御する。本実施形態では、制御部５００は、圧力の検出値に基づいて、吸引動作や排出動作における吸引排出部７５のプランジャーの動作タイミングや、動作スピード、後退距離又は前進距離等を調整する。例えば、制御部５００は、吸引動作において、圧力の検出値が高いほどプランジャーの後退開始のタイミングを早める、あるいは、後退スピードを大きくすることで、ノズル開口６２からの可塑化材料の送出の停止の応答性をより高めることができる。また、制御部５００は、送出動作において、圧力の検出値が低いほどプランジャーの前進開始のタイミングを早める、あるいは前進スピードを大きくすることで、ノズル開口６２からの可塑化材料の送出の開始の応答性をより高めることができる。また、制御部５００は、例えば、圧力の検出値に基づいて、吸引排出部７５をフィードバック制御してもよい。この場合、制御部５００は、例えば、流路６６内の可塑化材料の圧力が高まりすぎた場合に吸引動作を実行し、圧力が低くなりすぎた場合に排出動作を実行してもよい。更に、制御部５００は、圧力の検出値に基づいて、例えば、送出量調整部７０をフィードバック制御して、流路６６内の可塑化材料の流量を調整してもよい。

【0049】

以上で説明した本実施形態における三次元造形装置１００によれば、ロッド２２０は、ロッド端面２２１で受けた可塑化材料の圧力による力を、伝達部２２２を介して第１圧力検出部２４０に伝達し、第１圧力検出部２４０は、流路６６内の可塑化材料の圧力を、ロッド２２０を介して検出する。これによって、第１圧力検出部２４０は、流路６６内の可塑化材料の圧力を、ロッド２２０を介して間接的に測定できる。そのため、圧力を測定したい部分の近くに熱源が設けられている場合や、その部分の近くの設置スペースが限られている場合であっても、その部分において圧力を検出できる可能性が高まる。

【0050】

また、本実施形態では、第１圧力検出部２４０は、出力軸２５１を有するモーター２５０と、受けた検出力による検出トルクを出力軸２５１に付与するトルク部材２６０とを有し、第１圧力検出部２４０は、検出トルクによって発生するモーター２５０の電流値または電圧値に基づいて流路６６内の可塑化材料の圧力を検出する。これによって、モーター２５０を用いて流路６６内の可塑化材料の圧力を検出できる。そのため、例えば、第１圧力検出部２４０が水晶等の圧電効果によって圧力を測定する圧電型のセンサーによって構成されている場合と比較して、第１圧力検出部２４０の耐熱性を容易に向上させることができる。

【0051】

また、本実施形態では、トルク部材２６０は、出力軸２５１に沿って見た時に、出力軸２５１の回転軸ＲＸからずれた位置に、検出力を受ける受力部２７０を有する。そのため、トルク部材２６０は、受力部２７０によって検出力を受けることで、簡易に検出トルクを出力軸２５１に付与できる。また、受力部２７０の回転軸ＲＸからの距離Ｌを調整することによって、第１圧力検出部２４０によって検出可能な圧力値の幅や分解能を簡易に調整できる。

【0052】

また、本実施形態では、受力部２７０は、カムフォロワーによって構成されている。これによって、検出力が受力部２７０へとより効率良く伝達される。そのため、受力部２７０に検出力が伝達される際の受力部２７０の摩耗や破損が抑制される。なお、他の実施形態では、受力部２７０はローラーフォロワーによって構成されていてもよく、この場合であっても、検出力が受力部２７０へとより効率良く伝達され、受力部２７０に検出力が伝達される際の受力部２７０の摩耗や破損が抑制される。

【0053】

また、本実施形態では、スクリュー４０は、溝４５が形成された溝形成面４２を有し、可塑化部３０は、バレル５０と、可塑化ヒーター５８とを備える。これによって、可塑化部３０を小型化できるため、材料送出装置１５０全体を小型化できる。

【0054】

また、本実施形態では、ノズルヒーター６８を備え、ノズルヒーター６８の設定温度は、可塑化ヒーター５８の設定温度よりも高い。そのため、ノズルヒーター６８によって、ノズル６１内の可塑化材料の流動性をより高め、ノズル開口６２から可塑化材料を外部へと効率良く送出できる。また、ノズルヒーター６８によってノズル６１近傍の流路６６等の温度が高まった場合であっても、第１圧力検出部２４０によって、ノズル６１近傍の流路６６等における可塑化材料の圧力を、ロッド２２０を介して簡易に検出できる。

【0055】

また、本実施形態では、三次元造形装置１００は、流路６６において、流路６６とシリンダー２１０との接続部よりも上流に配置された送出量調整部７０を備える。これによって、第１圧力検出部２４０は、流路６６において、送出量調整部７０よりも下流の可塑化材料の圧力を精度良く検出できる。特に、送出量調整部７０によって流路６６における送出量調整部７０よりも下流の可塑化材料の流量が小さく調整されている場合であっても、送出量調整部７０よりも下流の可塑化材料の圧力を精度良く検出できる。そのため、圧力検出ユニット２００が流路６６において送出量調整部７０よりも上流に接続される場合と比較して、流路６６において送出量調整部７０の下流に配置される機構等を、検出された圧力に基づいてより精度良く制御できる。また、検出される圧力に基づいて送出量調整部７０を制御することによって、ノズル開口６２からステージ３００へ向かって送出される可塑化材料の送出量をより精度良く調整できる。

【0056】

また、本実施形態では、三次元造形装置１００は、流路６６において送出量調整部７０とノズル開口６２との間に接続された吸引排出部７５を備え、制御部５００は、第１圧力検出部２４０による検出値に基づいて、吸引排出部７５を制御する。これによって、圧力検出ユニット２００と吸引排出部７５とが、共に、流路６６において送出量調整部７０とノズル開口６２との間に接続されるため、第１圧力検出部２４０によって検出される圧力に基づいて、吸引排出部７５をより精度良く制御できる。そのため、ノズル開口６２からの可塑化材料の送出の開始や停止の応答性をより高めることができる。

【0057】

Ｂ．第２実施形態：
図７は、第２実施形態における三次元造形装置１００ｂの概略構成を示す図である。本実施形態における三次元造形装置１００ｂは、第１実施形態と異なり、更に、第２圧力検出部２９８を備えている。三次元造形装置１００ｂの構成のうち、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様である。

【0058】

第２圧力検出部２９８は、流路６６において、送出量調整部７０よりも上流の可塑化材料の圧力を検出する。本実施形態では、第２圧力検出部２９８は、ダイアフラム式の圧力センサーによって構成されている。第２圧力検出部２９８は、バレル５０を－Ｘ方向に貫通する貫通孔５７内を－Ｘ方向から塞ぐように、貫通孔５７に挿入されている。第２圧力検出部２９８の＋Ｘ方向の先端２９９は、貫通孔５７内において連通孔５６に面している。第２圧力検出部２９８は、先端２９９で貫通孔５７内の可塑化材料の圧力を受けることによって、連通孔５６内の可塑化材料を検出する。他の実施形態では、第２圧力検出部２９８は、連通孔５６内ではなく、例えば、供給流路６７のうち、送出量調整部７０よりも上流の可塑化材料の圧力を検出してもよい。また、第２圧力検出部２９８は、例えば、圧電型の圧力センサーによって構成されていてもよいし、圧力検出ユニット２００の第１圧力検出部２４０と同様に、ロッドを介して間接的に圧力を測定する構成であってもよい。

【0059】

本実施形態では、制御部５００は、第２圧力検出部２９８によって検出される圧力の検出値に基づいて、スクリュー４０の回転を制御する。例えば、制御部５００は、第２圧力検出部２９８による検出値に基づいて駆動モーター３２をフィードバック制御することによって、流路６６において送出量調整部７０よりも上流の可塑化材料の圧力に基づいて、可塑化部３０によって生成される可塑化材料の量を調整できる。

【0060】

以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｂによっても、圧力を測定したい部分の近くに熱源が設けられている場合や、その部分の近くの設置スペースが限られている場合であっても、その部分において圧力を測定できる可能性が高まる。特に、本実施形態では、流路６６において、送出量調整部７０よりも上流の可塑化材料の圧力を検出する第２圧力検出部２９８を備え、制御部５００は、第２圧力検出部２９８による検出値に基づいて、スクリュー４０の回転を制御する。このような形態によれば、制御部５００は、送出量調整部７０よりも上流の可塑化材料の圧力に基づいて、可塑化部３０によって生成される可塑化材料の量を調整できる。これによって、流路６６において、送出量調整部７０よりも上流の可塑化材料の流量をより精度良く調整できるため、流路６６全体における可塑化材料の流量をより調整しやすくなる。そのため、ノズル開口６２から送出される可塑化材料の送出量をより精度良く調整できる可能性が高まる。

【0061】

Ｃ．第３実施形態：
図８は、第３実施形態における三次元造形装置１００ｃの概略構成を示す図である。本実施形態では、三次元造形装置１００ｃは、第１実施形態と異なり、吸引排出部７５を備えていない。そして、三次元造形装置１００ｃにおいて、圧力検出ユニット２００ｃが、流路６６内の可塑化材料の圧力を検出するとともに、第１実施形態における吸引排出部７５と同様の機能を発揮する。三次元造形装置１００ｃの構成のうち、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様である。

【0062】

図８に示すように、本実施形態おける力付与部材２３０ｃは、第１実施形態とは異なり、軸状部２３５と、挟持部２３６を有している。

【0063】

図９は、本実施形態における圧力検出ユニット２００ｃを示す斜視図である。図１０は、図８におけるＸ－Ｘ断面を示す図である。図１０には、第１実施形態で説明した図５と同様に、Ｘ方向およびＹ方向における接続孔２６２の位置が二点鎖線によって示され、Ｘ方向およびＹ方向における固定孔２６３の位置が一点鎖線によって示されている。また、図１０には、Ｘ方向およびＹ方向における接続部２６１の位置が破線によって示されている。図８および図９に示すように、軸状部２３５は、その軸方向を長手方向とする軸状の部材であり、長手方向がＸ方向に沿うように配置されている。軸状部２３５の－Ｘ方向の端部には、第１実施形態における力付与部材２３０と同様に、凹部２３２が形成されている。

【0064】

挟持部２３６は、軸状部２３５によってＸ方向に貫通されて、軸状部２３５に固定されている。挟持部２３６の＋Ｚ方向の端部には、Ｙ方向に沿って溝部２３７が形成されている。溝部２３７の－Ｘ方向には、第１壁部２３８が形成され、＋Ｘ方向には、第２壁部２３９が形成されている。溝部２３７内には、受力部２７０の外輪２７２が配置されている。つまり、外輪２７２は、Ｘ方向において、第１壁部２３８と第２壁部２３９とに挟まれている。

【0065】

本実施形態における力付与部材２３０ｃは、挟持部２３６を介して、第１圧力検出部２４０に検出力を伝達する。より詳細には、ロッド２２０の伝達部２２２を介して力付与部材２３０ｃの軸状部２３５に力が伝達されることによって、軸状部２３５とともに挟持部２３６が＋Ｘ方向に押される。そして、挟持部２３６の第１壁部２３８が受力部２７０の外輪２７２に接触して外輪２７２を＋Ｘ方向に押すことによって、受力部２７０に検出力を伝達する。これによって、トルク部材２６０は、出力軸２５１に検出トルクを付与できる。

【0066】

図１１は、第３実施形態における第１圧力検出部２４０の動作を説明する図である。本実施形態において、制御部５００は、第１圧力検出部２４０のモーター２５０を駆動させることによって、シリンダー２１０内でロッド２２０を摺動させる。例えば、制御部５００は、－Ｚ方向に沿って見た時に、モーター２５０を右回りに回転させてトルク部材２６０を右回りに回転させることによって、図１１に示すように、トルク部材２６０の受力部２７０によって挟持部２３６の第２壁部２３９を＋Ｘ方向に押すことができる。そして、挟持部２３６とともに力付与部材２３０ｃが＋Ｘ方向に移動し、力付与部材２３０ｃの移動に伴って、ロッド２２０が流路６６から遠ざかる＋Ｘ方向に後退する。これによって、シリンダー２１０内に流路６６内の可塑化材料が吸引される。同様に、制御部５００は、ロッド２２０を後退させる場合とは逆方向にモーター２５０を回転させることによって、トルク部材２６０によって第１壁部２３８を－Ｘ方向に押すことができる。これによって、ロッド２２０が、流路６６に近付く－Ｘ方向に前進し、シリンダー２１０内の可塑化材料がノズル開口６２に向かって押し出される。このように、制御部５００は、ロッド２２０をシリンダー２１０内で動作させることによって、第１実施形態で説明した吸引排出部７５の場合と同様に、吸引動作と排出動作を実行できる。

【0067】

本実施形態においても、第１圧力検出部２４０は、出力軸２５１に付与される検出トルクによって発生するモーター２５０の電流値又は電圧値に基づいて、流路６６内の可塑化材料の圧力を検出する。また、制御部５００は、第１圧力検出部２４０による検出値に基づいて、上述したロッド２２０の動作による吸引動作と排出動作とを実行する。より詳細には、第１圧力検出部２４０は、上述した吸引動作および排出動作を行う際にもモーター２５０の位置保持制御を行い、ロッド２２０による吸引動作や排出動作を行っている際にロッド２２０を介して検出力が伝達された場合、モーター２５０の出力軸２５１の回転位置を吸引動作や排出動作における制御位置に維持させるための位置保持トルクを発生させる。そして、第１圧力検出部２４０は、この位置保持トルクを発生させるための電圧値に基づいて、流路６６内の可塑化材料の圧力を検出する。また、制御部５００は、このロッド２２０による吸引動作および排出動作を、第１実施形態において第１圧力検出部２４０による検出値に基づいて吸引排出部７５による吸引動作および排出動作を実行するのと同様に、第１圧力検出部２４０による検出値に基づいて実行する。なお、ロッド２２０の前進または後退によって、図１０および図１１に示すように、検出力の伝達方向Ｄｆとトルク部材２６０の回転方向Ｄｒとが成す角の角度θが変化するが、第１圧力検出部２４０は、第１実施形態で説明した式（１）によって圧力Ｐを検出できる。

【0068】

また、本実施形態では、受力部２７０がカムフォロワーによって構成されているため、受力部２７０は、第１壁部２３８または第２壁部２３９と接触した状態で、溝部２３７内をＹ方向に沿って円滑に移動できる。そのため、受力部２７０は、検出力を第１壁部２３８から効率良く伝達されることができ、また、モーター２５０の回転による力を第１壁部２３８や第２壁部２３９に効率良く伝達することができる。

【0069】

以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｃによっても、圧力を測定したい部分の近くに熱源が設けられている場合や、その部分の近くの設置スペースが限られている場合であっても、その部分において圧力を測定できる可能性が高まる。特に、本実施形態では、制御部５００は、第１圧力検出部２４０によって検出される圧力に基づいて、ロッド２２０を流路６６に対して後退させて流路６６内の可塑化材料をシリンダー２１０内に吸引する動作と、ロッド２２０を流路６６に対して前進させて、吸引した可塑化材料をノズル開口６２に向かって押し出す動作とを実行する。このような形態によれば、第１圧力検出部２４０による検出値に基づいてシリンダー２１０内でロッド２２０を動作させることによって、シリンダー２１０およびロッド２２０とは別に可塑化材料の吸引や押し出しを行う部材を設けることなく、検出値に基づく可塑化材料の吸引および押し出しを実行できる。そのため、三次元造形装置１００ｃの省スペース化を実現し、かつ、ノズル開口６２からの可塑化材料の送出の停止や開始の応答性を高めることができる。

【0070】

Ｄ．第４実施形態：
図１２は、第４実施形態における射出成形装置１０１の概略構成を示す図である。射出成形装置１０１は、材料送出装置１５０ｄと、射出制御部６００と、成形型６１０と、型締装置６２０と、制御部５００ｄとを備えている。材料送出装置１５０ｄは、可塑化部３０ｄと、ノズル６１ｄと、圧力検出ユニット２００とを備えている。本実施形態における材料送出装置１５０ｄと、圧力検出ユニット２００と、制御部５００ｄとの構成は、特に説明しない限り、第１実施形態における構成と同様である。

【0071】

本実施形態における可塑化部３０ｄのバレル５０ｄに形成された連通孔５６は、流路６６の全部を形成している。連通孔５６には、射出制御部６００の射出シリンダー６０１が接続されている。

【0072】

本実施形態におけるノズル６１ｄは、可塑化部３０ｄによって生成された可塑化材料を、ノズル開口６２ｄから成形型６１０に送出する。より詳細には、ノズル６１ｄは、可塑化材料を、後述する成形型６１０のキャビティーＣｖへと射出する。

【0073】

成形型６１０は、互いに対面する可動型６１１および固定型６１２を有し、両者の間にキャビティーＣｖを有している。キャビティーＣｖは、成形品の形状に相当する空間である。本実施形態では、可動型６１１および固定型６１２は、金属によって形成されている。他の実施形態では、可動型６１１および固定型６１２は、セラミックス材料や樹脂材料によって形成されてもよい。

【0074】

型締装置６２０は、型駆動部６２１と、ボールネジ部６２２とを備えている。型駆動部６２１は、モーターやギア等によって構成され、ボールネジ部６２２を介して可動型６１１に接続されている。型駆動部６２１の駆動は、制御部５００によって制御される。ボールネジ部６２２は、型駆動部６２１の駆動による動力を可動型６１１に伝達する。型締装置６２０は、制御部５００の制御下で、型駆動部６２１およびボールネジ部６２２によって可動型６１１を移動させることによって、成形型６１０の開閉を行う。

【0075】

射出制御部６００は、射出シリンダー６０１と、射出プランジャー６０２と、第３駆動部６０３とを備えている。射出シリンダー６０１は、連通孔５６に接続されている。射出プランジャー６０２は、射出シリンダー６０１内に挿入されている。射出シリンダー６０１は、第３駆動部６０３によって駆動され、射出シリンダー６０１内を摺動する。第３駆動部６０３は、例えば、第１実施形態で説明した第２駆動部７６と同様に、ステッピングモーターやラックアンドピニオン機構等によって構成される。

【0076】

射出制御部６００は、制御部５００の制御下で、射出プランジャー６０２を射出シリンダー６０１内で摺動させることによって、計量操作と射出操作とを実行する。計量操作とは、第１実施形態で説明した吸引排出部７５による吸引動作と同様に、射出プランジャー６０２を流路６６から遠ざかる方向に後退させることによって、流路６６内の可塑化材料を射出シリンダー６０１内へと導いて、射出シリンダー６０１内に可塑化材料を計量する操作を指す。射出操作とは、第１実施形態で説明した吸引排出部７５による排出動作と同様に、射出プランジャー６０２を流路６６へと近付く方向に前進させることによって、射出シリンダー６０１内の可塑化材料を、ノズル６１ｄを介して成形型６１０に射出する操作を指す。

【0077】

圧力検出ユニット２００のシリンダー２１０は、第１実施形態と同様に、流路６６に接続されている。より詳細には、本実施形態では、シリンダー２１０は、連通孔５６において、射出制御部６００の射出シリンダー６０１よりも下流に接続されている。他の実施形態では、シリンダー２１０は、例えば、流路６６において、射出シリンダー６０１よりも上流に接続されていてもよい。本実施形態では、シリンダー２１０およびロッド２２０は、Ｚ方向に沿って配置され、シリンダー２１０は、流路６６の＋Ｚ方向から流路６６に接続されている。また、シリンダー２１０およびロッド２２０の＋Ｚ方向には、図１に示した第１圧力検出部２４０と同様に構成された、図示しない圧力検出部が配置されている。図１２には、Ｘ方向およびＹ方向におけるシリンダー２１０およびロッド２２０の位置が示されている。

【0078】

本実施形態においても、制御部５００は、圧力検出ユニット２００の第１圧力検出部によって検出される圧力に基づいて、例えば、射出制御部６００の駆動を制御できる。制御部５００は、例えば、計量操作を行う際、連通孔５６内の可塑化材料の圧力に応じて、射出プランジャー６０２の後退スピードを調整することで、射出シリンダー６０１に過剰な可塑化材料が引き込まれることや、射出シリンダー６０１内の可塑化材料に空気が混入することを抑制できる。また、制御部５００は、例えば、射出操作を行う際、連通孔５６内の可塑化材料の圧力に応じて、射出プランジャー６０２を前進させる速さを調整することで、成形型６１０に射出される可塑化材料の量の不足や、可塑化材料が過剰な圧力で成形型６１０射出されることによる残留応力の発生を抑制できる。更に、制御部５００は、例えば、第１圧力検出部によって検出される圧力に応じて、可塑化部３０ｄの駆動モーター３２の回転数や、型締装置６２０を駆動させる速さや時間等を調整してもよい。

【0079】

以上で説明した本実施形態における射出成形装置１０１によっても、圧力を測定したい部分の近くに熱源が設けられている場合や、その部分の近くの設置スペースが限られている場合であっても、その部分において圧力を測定できる可能性が高まる。

【0080】

なお、他の実施形態では、射出成形装置１０１は、例えば、流路６６において、圧力検出ユニット２００よりも上流に、第２実施形態で説明した第２圧力検出部２９８と同様に構成された他の圧力検出部を備えていてもよい。また、例えば、射出成形装置１０１に射出制御部６００が設けられず、圧力検出ユニット２００が射出制御部６００として機能してもよい。この場合、制御部５００ｄは、第３実施形態において圧力検出ユニット２００ｃに吸引排出部７５と同様の機能を発揮させる場合と同様に、第１圧力検出部による検出値に基づいて、ロッド２２０を後退させて可塑化材料をシリンダー２１０内に吸引する動作と、ロッド２２０を前進させて吸引した可塑化材料をノズル開口６２に向かって押し出す動作とを実行する。このような形態によれば、第３実施形態と同様に、第１圧力検出部による検出値に基づいてシリンダー２１０内でロッド２２０を動作させることによって、シリンダー２１０およびロッド２２０とは別に可塑化材料の吸引や押し出しを行う部材を設けることなく、検出値に基づく可塑化材料の吸引および押し出しを実行できる。そのため、射出成形装置１０１の省スペース化を実現できる。

【0081】

Ｅ．他の実施形態：
（Ｅ－１）上記実施形態では、伝達部２２２は、ロッド２２０の長手方向におけるロッド端面２２１と反対側の端面である。これに対して、伝達部２２２は、ロッド２２０の長手方向におけるロッド端面２２１と反対側の端面でなくてもよい。例えば、伝達部２２２は、ロッド２２０の長手方向における両端面の間の部分の側面であってもよいし、ロッド２２０の長手方向における両端面の間の部分の側面に設けられた凹凸であってもよい。

【0082】

（Ｅ－２）上記実施形態では、圧力検出ユニット２００は、力付与部材２３０を有している。これに対して、圧力検出ユニット２００は力付与部材２３０を有していなくてもよい。例えば、ロッド２２０の伝達部２２２が、流路６６内の可塑化材料の圧力による力を、第１圧力検出部２４０に直接、伝達してもよい。

【0083】

（Ｅ－３）上記実施形態では、第１圧力検出部２４０は、可塑化材料の圧力を検出する際、モーター２５０の位置保持制御を行っている。これに対して、第１圧力検出部２４０は、可塑化材料の圧力を検出する際、モーター２５０の位置保持制御を行わなくてもよい。この場合、第１圧力検出部２４０は、例えば、出力軸２５１に検出トルクが付与された際にモーター２５０に生じる回生電力の電流値や電圧値に基づいて、流路６６内の可塑化材料の圧力を検出してもよい。

【0084】

（Ｅ－４）上記実施形態では、第１圧力検出部２４０は、モーター２５０を有している。これに対して、第１圧力検出部２４０は、モーター２５０を有していなくてもよい。例えば、第１圧力検出部２４０は、圧電型の圧力センサーによって構成されていてもよいし、ダイアフラム式の圧力センサーによって構成されていてもよい。

【0085】

（Ｅ－５）上記実施形態では、受力部２７０は、カムフォロワー又はローラーフォロワーによって構成されている。これに対して、受力部２７０は、カムフォロワーによって構成されていなくてもよいし、ローラーフォロワーによって構成されていなくてもよい。

【0086】

（Ｅ－６）上記実施形態では、材料送出装置１５０の可塑化部３０は、フラットスクリューによって材料を可塑化し、可塑化材料を生成している。これに対して可塑化部３０は、例えば、インラインスクリューを回転させることによって材料を可塑化して可塑化材料を生成するものであってもよい。また、三次元造形装置１００において、材料送出装置１５０は、フィラメント状の材料を可塑化してノズル開口６２から可塑化材料を送出する構成であってもよい。

【0087】

（Ｅ－７）上記実施形態では、ノズルヒーター６８の設定温度は、可塑化ヒーター５８の設定温度よりも高い。これに対して、ノズルヒーター６８の設定温度は、可塑化ヒーター５８の設定温度以下であってもよい。また、例えば、ノズルヒーター６８が設けられていなくてもよい。

【0088】

（Ｅ－８）上記実施形態では、送出量調整部７０は、流路６６において、流路６６とシリンダー２１０との接続部よりも上流に配置されている。これに対して、送出量調整部７０は、例えば、流路６６とシリンダー２１０との接続部よりも下流に配置されてもよい。また、送出量調整部７０が設けられていなくてもよい。

【0089】

（Ｅ－９）上記実施形態では、吸引排出部７５は、流路６６において、送出量調整部７０とノズル開口６２との間に接続されている。これに対して、吸引排出部７５は、例えば、流路６６において、送出量調整部７０よりも上流に配置されてもよい。

【0090】

Ｆ．他の形態：
本開示は、上述した実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【0091】

（１）本開示の第１の形態によれば、材料送出装置が提供される。この材料送出装置は、スクリューを有し、前記スクリューの回転によって材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、前記可塑化材料が流れる流路と、前記流路に連通し、前記可塑化材料を外部に送出するノズル開口を有するノズルと、前記流路に接続されるシリンダーと、前記シリンダー内に挿入されるロッドと、前記ロッドを介して前記流路内の前記可塑化材料の圧力を検出する第１圧力検出部と、を備える。前記ロッドは、前記ロッドの長手方向において、前記流路に面するロッド端面、及び、前記ロッド端面より前記流路から遠い伝達部を有し、前記ロッド端面で受けた前記圧力による力を、前記伝達部を介して前記第１圧力検出部に伝達する。
このような形態によれば、第１圧力検出部は、流路内の可塑化材料の圧力を、ロッドを介して間接的に測定できる。そのため、圧力を測定したい部分の近くに熱源が設けられている場合や、その部分の近くの設置スペースが限られている場合であっても、その部分において圧力を検出できる可能性が高まる。

【0092】

（２）上記形態の材料送出装置において、前記第１圧力検出部は、出力軸を有するモーターと、前記出力軸に接続され前記伝達部を介して伝達される前記力を受けるトルク部材と、を有し、前記トルク部材は、受けた前記力によるトルクを前記出力軸に付与し、前記第１圧力検出部は、前記トルクによって発生する前記モーターの電流値または電圧値に基づいて、前記圧力を検出してもよい。このような形態によれば、モーターを用いて流路内の可塑化材料の圧力を検出できる。そのため、例えば、第１圧力検出部が圧電効果によって圧力を測定するセンサーによって構成されている場合等と比較して、第１圧力検出部の耐熱性を容易に向上させることができる。

【0093】

（３）上記形態の材料送出装置において、前記トルク部材は、前記出力軸に沿って見た時に、前記出力軸の回転軸からずれた位置に、前記伝達部を介して伝達される前記力を受ける受力部を有していてもよい。このような形態によれば、トルク部材は、受力部によって力を受けることで、簡易にトルクを出力軸に付与できる。また、受力部の回転軸からの距離を調整することによって、検出可能な圧力値の幅や分解能を簡易に調整できる。

【0094】

（４）上記形態の材料送出装置において、前記受力部は、カムフォロワーまたはローラーフォロワーによって構成されていてもよい。このような形態によれば、検出力が受力部へとより効率良く伝達される。そのため、受力部に検出力が伝達される際の、受力部の摩耗や破損が抑制される。

【0095】

（５）上記形態の材料送出装置において、前記スクリューは、溝が形成された溝形成面を有し、前記可塑化部は、前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に前記流路の少なくとも一部を形成する連通孔が形成されたバレルと、前記スクリューと前記バレルとの間に供給された前記材料を加熱する可塑化ヒーターと、を更に備えていてもよい。このような形態によれば、可塑化部を小型化できるため、材料送出装置全体を小型化できる。

【0096】

（６）上記形態の材料送出装置において、前記ノズルを加熱するノズルヒーターを備え、前記ノズルヒーターの設定温度は、前記可塑化ヒーターの設定温度よりも高くてもよい。このような形態によれば、ノズルヒーターによって、ノズル内の可塑化材料の流動性をより高め、ノズル開口から可塑化材料を外部へと効率良く送出できる。また、ノズルヒーターによってノズル近傍の流路等の温度が高まった場合であっても、第１圧力検出部によってノズル近傍の流路等における可塑化材料の圧力を、ロッド２２０を介して簡易に検出できる。

【0097】

（７）本開示の第２の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、上記形態の材料送出装置と、前記ノズルから送出される前記可塑化材料を堆積するステージと、前記材料送出装置を制御する制御部と、前記流路において、前記流路と前記シリンダーとの接続部よりも上流に配置され、前記ノズル開口から送出される前記可塑化材料の流量を調整する送出量調整部と、を備える。このような形態によれば、第１圧力検出部は、流路において、送出量調整部よりも下流の可塑化材料の圧力を精度良く検出できる。特に、送出量調整部によって流路における送出量調整部よりも下流の可塑化材料の流量が小さく調整されている場合であっても、送出量調整部よりも下流の可塑化材料の圧力を精度良く検出できる。そのため、流路において送出量調整部の下流に配置される機構等を、第１圧力検出部によって検出される圧力に基づいてより精度良く制御できる。

【0098】

（８）上記形態の三次元造形装置では、前記流路において、前記送出量調整部よりも上流の前記可塑化材料の圧力を検出する第２圧力検出部を備え、前記制御部は、前記第２圧力検出部による検出値に基づいて、前記スクリューの回転を制御してもよい。このような形態によれば、制御部は、送出量調整部よりも上流の可塑化材料の圧力に基づいて、可塑化部によって生成される可塑化材料の量を調整できる。これによって、流路において、送出量調整部よりも上流の可塑化材料の流量をより精度良く調整できるため、流路全体における可塑化材料の流量をより調整しやすくなる。そのため、ノズル開口から送出される可塑化材料の送出量をより精度良く調整できる可能性が高まる。

【0099】

（９）上記形態の三次元造形装置では、前記流路において前記送出量調整部と前記ノズル開口との間に接続され、前記流路内の前記可塑化材料を吸引し、吸引した前記可塑化材料を前記ノズル開口に向かって押し出す吸引排出部を備え、前記制御部は、前記第１圧力検出部による検出値に基づいて前記吸引排出部を制御してもよい。このような形態によれば、シリンダーと吸引排出部とが、共に、流路において送出量調整部とノズル開口との間に接続されるため、シリンダー内に挿入されたロッドを介して第１圧力検出部によって検出される圧力に基づいて、吸引排出部をより精度良く制御できる。そのため、ノズル開口からの可塑化材料の送出の開始や停止の応答性をより高めることができる。

【0100】

（１０）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記第１圧力検出部による検出値に基づいて、前記ロッドを前記流路に対して後退させて前記流路内の前記可塑化材料を前記シリンダー内に吸引する動作と、前記ロッドを前記流路に対して前進させて吸引した前記可塑化材料を前記ノズル開口に向かって押し出す動作と、を実行してもよい。このような形態によれば、第１圧力検出部による検出値に基づいてシリンダー内でロッドを動作させることによって、シリンダーおよびロッドとは別に可塑化材料の吸引や押し出しを行う部材を設けることなく、検出値に基づく可塑化材料の吸引および押し出しを実行できる。そのため、三次元造形装置の省スペース化を実現し、かつ、ノズル開口からの可塑化材料の送出の停止や開始の応答性を高めることができる。

【0101】

（１１）本開示の第３の形態によれば、射出成形装置が提供される。この射出成形装置は、上記形態の材料送出装置と、前記材料送出装置を制御する制御部と、を備え、前記ノズルは、前記可塑化材料を成形型に送出する。

【0102】

（１２）上記形態の射出成形装置において、前記制御部は、前記第１圧力検出部による検出値に基づいて、前記ロッドを前記流路に対して後退させて前記流路内の前記可塑化材料を前記シリンダー内に吸引する動作と、前記ロッドを前記流路に対して前進させて吸引した前記可塑化材料を前記ノズル開口に向かって押し出す動作と、を実行してもよい。このような形態によれば、第１圧力検出部による検出値に基づいてシリンダー内でロッドを動作させることによって、シリンダーおよびロッドとは別に可塑化材料の吸引や押し出しを行う部材を設けることなく、可塑化材料の吸引および押し出しを実行できる。そのため、射出成形装置の省スペース化を実現できる。

【符号の説明】

【0103】

２０…材料供給部、２２…供給路、３０，３０ｄ…可塑化部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…スクリュー、４１…上面、４２…溝形成面、４３…側面、４４…材料導入口、４５…溝、４６…凸条部、４７…中央部、５０，５０ｄ…バレル、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５７…貫通孔、５８…可塑化ヒーター、６１，６１ｄ…ノズル、６２，６２ｄ…ノズル開口、６３…先端面、６５…ノズル流路、６６…流路、６７…供給流路、６８…ノズルヒーター、７０…送出量調整部、７４…第１駆動部、７５…吸引排出部、７６…第２駆動部、１００，１００ｂ，１００ｃ…三次元造形装置、１０１…射出成形装置、１５０，１５０ｄ…材料送出装置、２００，２００ｃ…圧力検出ユニット、２１０…シリンダー、２２０…ロッド、２２１…ロッド端面、２２２…伝達部、２２３…連結部、２３０，２３０ｃ…力付与部材、２３１…力付与面、２３２…凹部、２３３…底部、２３４…継手、２３５…軸状部、２３６…挟持部、２３７…溝部、２３８…第１壁部、２３９…第２壁部、２４０…第１圧力検出部、２５０…モーター、２５１…出力軸、２５５…コントローラー、２６０…トルク部材、２６１…接続部、２６２…接続孔、２６３…固定孔、２７０…受力部、２７１…軸、２７２…外輪、２７３…ベアリング、２９８…第２圧力検出部、２９９…先端、３００…ステージ、３１１…造形面、４００…位置変更部、５００，５００ｄ…制御部、６００…射出制御部、６０１…射出シリンダー、６０２…射出プランジャー、６０３…第３駆動部、６１０…成形型、６１１…可動型、６１２…固定型、６２０…型締装置、６２１…型駆動部、６２２…ボールネジ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】