JP2015221511A

JP2015221511A - 複合成形品の成形方法、複合成形品の成形システム、および複合成形品

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Publication number: JP2015221511A
Application number: JP2014106274A
Authority: JP
Inventors: 菊川　雅之; Masayuki Kikukawa; 雅之菊川
Original assignee: Meiki Seisakusho KK
Current assignee: Meiki Seisakusho KK
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2015-12-10

Abstract

【課題】多品種少量生産に対応できてなおかつ生産性を備えた複合成形品の成形方法または複合成形品の成形システムを提供する。
【解決手段】三次元造形機１５により三次元造形された成形部Ｂと射出成形機１４により成形された成形部Ａを備えた複合成形品Ｃの成形方法であって、三次元造形機１５により三次元造形された成形部Ｂを射出成形機１４に取付けられた成形金型１２，１３にインサートし、射出成形を行って一体成形するか、または射出成形機１４により成形された成形部Ｄを成形金型１２，１３から取り出した後、三次元造形機１５に移載し、三次元造形機１５により三次元造形された成形部Ｅを一体成形する。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元造形機により三次元造形された成形部と射出成形機により成形された成形部を備えた複合成形品の成形方法、複合成形品の成形システム、および前記複合成形品の成形方法により成形された複合成形品に関するものである。

従来、樹脂等の材料で２色以上の多色或いは多材の複合成形品を成形する場合、特許文献１や特許文献２に記載された複合成形品用の射出成形機で成形がなされてきた。特許文献１は、２本の射出装置を備えるとともに横型の型締装置の可動盤に金型を取付けた回転テーブルを回転可能に設け、１本目の射出装置から金型内のキャビティに射出した後で型開して１次成形品を保持した状態で回転テーブルを１８０°回転させ、再び型閉して２本目の射出装置から射出を行うことにより２色の複合成形品を成形している。

また特許文献２では２枚の押圧板の間に両面に可動型が取付けられた回転板を回転可能に設け、1本目の射出装置から一方の可動型に射出した後に型開して一方の可動型を他方の可動型とともに１８０°回転させ、再び型閉して２本目の射出装置から射出を行うことにより２色の複合成形品を成形している。これらの特許文献１および特許文献２の射出成形機は前記方式により２色の複合成形品の成形が可能であるが、装置コストが高額になるという問題があった。即ち射出成形機にはそれぞれの樹脂に応じて２本（またはそれ以上）の射出装置を設ける必要がある上に、金型を回転させる機構の部分が複雑な構造になる。そして金型についても一般的な金型よりも複雑な構造になるという問題があった。従って複合成形品の生産数が非常に多い場合は、装置コストを十分に償却できるが、生産数が少ない場合は装置コストが複合成形品に反映される比率が上昇して複合成形品のコストアップを招いていた。

また特許文献１および特許文献２などの射出成形機の場合、成形できる成形物の形状が限定されるという問題もあった。即ち金型のキャビティは一般的に２個の金型が型合せして形成されるため、型開して成形品が取出せる形状に限定される。これらの点について金型内のコマを移動させる等して、ある程度複雑な形状の成形品を取出せるようにした金型も存在するが、金型構造が複雑化してコストアップとなる上に、それでも取出せる形状の成形品には限界があった。また射出成形により複雑な形状の成形品を成形する場合、射出時の溶融樹脂の流動時や冷却固化時にも問題となる場合がある。

更に特許文献１および特許文献２などの射出成形機の場合、複合成形品の材料の種類が４種類を上回るようになると射出装置の配置や金型の構造から実質的には対応が困難となる。そのため特許文献１および特許文献２などの射出成形機において、一般的な量産に向く複合成形品の材料の種類は、３種類程度が限界であった。

更にまた特許文献３のように射出成形機を用いて成形を行うものにおいて、キャビティ内で成形される成形品に部分的に塗装を行い、２色等の成形品を成形するものも存在する。しかしながら特許文献３は、異なる材料で成形されたものと比較して塗装された部分の立体感に欠けるという問題があった。また塗装された成形品は、使用時に塗装が剥げる可能性があるという問題もあった。更には金型に塗装装置を設けるため金型の構造およびメンテナンスも複雑になるという問題もあった。

一方最近では特許文献４のように、粉末材料の層に光ビームを照射して焼結または溶融固化させて三次元造形物を成形する等の方法による三次元造形機も存在する。三次元造形機の場合、成形金型を用いないので、特許文献１ないし特許文献３のような成形金型の型締装置も必要とせず、装置をコンパクトかつ廉価にできるという利点がある。しかしながら三次元造形機の場合、単色の成形品を成形する場合であっても多色の複合成形品を成形する場合であっても射出成形機と比較すると1個当たりの成形品の成形に非常に時間がかかり、生産性が劣る点が最大の障害となっていた。また三次元造形に用いる樹脂材料のコストも一般的な射出成形機に使用される樹脂材料のコストよりも高額であるという問題もあった。従って三次元造形機による複合成形品の成形は、試作品等の成形以外の成形品の生産を行う場合には普及してこなかった。また射出成形機の成形と三次元造形機では成形サイクルが全く異なるため、これらの成形品を複合的に組合わせることは今まで全く検討がなされてこなかった。

特開２０１２−１８３７７８号公報（請求項１、００２８、図１）特開昭６２−２５０２５号公報（請求項１、図１、図４）特開平６−３２８５０３号公報（請求項１、図１）特開２００９−７８５５８号公報（請求項１）

上記したように特許文献１および特許文献２の射出成形機は、装置コストが高額であるために、複合成形品の生産数が少ない場合は装置コストが複合成形品に反映される比率が上昇して複合成形品のコストアップを招いていた。しかしながら特に近年では消費者の需要の多様化により、多品種少量生産を行わざるを得ない場合が増加傾向にあり、対応に苦慮する場合もあった。また上記したように複合成形品の形状や色（材料）の数によっては特許文献１および特許文献２のような射出成形機では対応できない場合もあった。

一方特許文献３のように射出成形品に塗装を行う技術も存在するが、塗装部分が立体感に欠けるという問題や成形品を使用時に塗装が剥げるという問題から特許文献３が特許文献１および特許文献２の問題の解消の決め手にはならない場合が多かった。更に特許文献４の三次元造形機の技術も存在するが、生産性が劣る点が最大の障害となり試作品等の成形以外の一定個数以上の成形品の生産を行う場合には用いられていなかった。

本発明では上記の問題を鑑みて、多品種少量生産に対応できてなおかつ生産性を備えた複合成形品の成形方法または複合成形品の成形システムを提供することを目的とする。または射出成形では成形できない形状に対応できてなおかつ生産性を備えた複合成形品の成形方法または複合成形品の成形システムを提供することを目的とする。更にまた前記複合成形品の成形方法により成形された複合成形品を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の複合成形品の成形方法は、三次元造形機により三次元造形された成形部と射出成形機により成形された成形部を備えた複合成形品の成形方法であって、三次元造形機により三次元造形された成形部を射出成形機に取付けられた成形金型にインサートし、射出成形を行って一体成形することを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の複合成形品の成形方法は、三次元造形機により三次元造形された成形部と射出成形機により成形された成形部を備えた複合成形品の成形方法であって、射出成形機により成形された成形部を成形金型から取り出した後、三次元造形機に移載し、三次元造形機により三次元造形された成形部を一体成形することを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の複合成形品の成形システムは、成形部を成形する成形金型が取付けられる射出成形機と、前記射出成形機による成形部の生産能力に対応して複数台備えられ三次元造形された成形部を成形する三次元造形機と、前記射出成形機の成形金型から前記三次元造形機へ射出成形された成形部を移載あるいは前記三次元造形機から前記射出成形機の成形金型へ三次元造形機で三次元造形された成形部を移載する移載機とが、備えられたことを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の複合成形品は、三次元造形機により三次元造形された成形部と射出成形機により成形された成形部を備えた複合成形品であって、三次元造形機により三次元造形された成形部を射出成形機に取付けられた成形金型にインサートし、射出成形を行って一体成形することを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の複合成形品は、三次元造形機により三次元造形された成形部と射出成形機により成形された成形部を備えた複合成形品であって、射出成形機により成形された成形部を成形金型から取り出した後、三次元造形機に移載し、三次元造形機により三次元造形された成形部を一体成形することを特徴とする。

本発明の複合成形品の成形方法の一つは、三次元造形機により三次元造形された成形部と射出成形機により成形された成形部を備えた複合成形品の成形方法であって、三次元造形機により三次元造形された成形部を射出成形機に取付けられた成形金型にインサートし、射出成形を行って一体成形するので、多品種少量生産に対応できてなおかつ試作以外の一定個数の生産に対応する生産性を備える。また本発明の複合成形品の成形方法の他の一つは、三次元造形機により三次元造形された成形部と射出成形機により成形された成形部を備えた複合成形品の成形方法であって、射出成形機により成形された成形部を成形金型から取り出した後、三次元造形機に移載し、三次元造形機により三次元造形された成形部を一体成形するので、こちらも多品種少量生産に対応できてなおかつ一定個数の生産に対応する生産性を備える。

本発明の実施形態の複合成形品の成形システムの全体図である。本発明の実施形態の複合成形品の成形システムの要部拡大図と複合成形品の断面図である。本発明の実施形態の複合成形品の成形システムに用いられる三次元造形機の概略図である。本発明の別の実施形態の複合成形品の成形システムの全体図である。本発明の別の実施形態の複合成形品の成形システムの要部拡大図と複合成形品の断面図である。

本発明の複合成形品の成形システム１１について図１および図３を参照して説明する。複合成形品の成形システム１１は、成形部Ａを成形する成形金型１２，１３が取付けられる射出成形機１４と、前記射出成形機１４による成形部Ａの生産能力に対応して複数台備えられ三次元造形された成形部Ｂを成形する三次元造形機１５（３Ｄプリンターとも称される）と、前記三次元造形機１５から前記射出成形機１４の成形金型１２または成形金型１３へ三次元造形機１５で三次元造形された成形部Ｂを移載する移載機１６を備える。

まず三次元造形機１５について説明すると、本実施形態の三次元造形機１５はＦＤＭ方式（熱溶融積層方式）の三次元造形機１５である。ＦＤＭ方式（熱溶融積層方式）の三次元造形機は、構造および原理が比較的簡単であり、ＡＢＳなどの比較的廉価な材料を使用できるという利点がある。図３を参照して三次元造形機の概略を説明すると、下側の基台１７にはＺ軸用のステッピングモータ１８が設けられ、上方に向けて設けられた駆動軸はボールネジ１９と固定され、回転自在に設けられたボールネジ１９の他方は上部の梁部材に軸支されている。また基台１７には垂直方向に設けられたボールネジ１９と平行にガイド２０が設けられている。そしてボールネジ１９にはボールネジナット２１が挿通され、ボールネジナット２１は成形台２２に固定されている。成形台２２の上面２２ａには成形物を置くステージが設けられている。成形台２２はステッピングモータ１８が駆動されボールネジ１９が回転されると、ボールネジナット２１とともにガイド２０にガイドされながら昇降する。

また三次元造形機１５の左右の支柱２３の一方にはＸ軸用のステッピングモータ２４が固定され、その駆動軸とボールネジ２５が固定され、水平方向に設けられたボールネジ２５の他方は支柱２３に軸支されている。また左右の支柱２３を接続してボールネジ２５と平行にガイド２６が設けられている。そしてボールネジ２５にはボールネジナット２７が挿通され、ボールネジナット２７は水平移動ブロック２８に固定されている。水平移動ブロック２８はステッピングモータ２４が駆動されボールネジ２５が回転されると、ボールネジナット２７とともに左右２本づつ設けられたガイド２６にガイドされながらＸ軸方向に移動する。また水平移動ブロック２８は図３において手前側と奥側のガイド２６の間にボールネジ２５の軸方向と直交方向に長く設けられ、その一端には図示しないＹ軸用のステッピングモータが固定され、その駆動軸とボールネジ２９とが固定されている。そしてボールネジ２９の他端は水平移動ブロック２８の他端に軸支されている。そしてボールネジ２９には図示しないボールネジナットが挿通され、ボールネジナットは、プリンタヘッド装着ブロック３０に固定されている。プリンタヘッド装着ブロック３０は図示しないステッピングモータが駆動されボールネジ２９が回転されると、ボールネジナットとともにガイド３１にガイドされながらＹ方向（図３において手前と奥方向）に移動する。そしてプリンタヘッド装着ブロック３０にはプリンタヘッド部３２が固定されている。

そしてプリンタヘッド部３２には供給された樹脂を溶融させるヒータ（図示せず）と溶融された樹脂を吐出口を絞ったノズル３３から吐出させるためのモータ（図示せず）が設けられている。更に三次元造形機１５は、図示は省略するがプリンタヘッド部３２に向けて線状の樹脂を供給する樹脂供給装置を備えている。更に三次元造形機１５は、図示は省略するが３Ｄデータを格納し３Ｄデータに基いて装置を作動させる制御装置を備えている。従って三次元造形機１５のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のステッピングモータ１８，２４等を複合的に移動または停止させることにより、成形台２２に対してノズル３３の位置が三次元的に自在に移動されるようになっている。

なお本実施形態の三次元造形機１５については例えば次のようなものでもよい。本実施形態では成形台２２が昇降するがノズル３３の側がＺ軸方向に昇降するものでもよい。またモータはサーボモータを使用してもよく、位置制御可能なリニアモータを使用してもよい。更にボールネジ１９，２５，２９やボールネジナット２１，２７等の配置も前記に限定されない。また樹脂材料の供給方式は粉末状の樹脂材料を圧搾空気により送る方式など他の方式でもよい。更に吐出して造形される溶融樹脂の冷却を促進させるための送風機や冷却機を設けてもよい。三次元造形機は、前記のＦＤＭ方式（熱溶融積層方式）以外に、インクジェット方式、光造形方式、粉末焼成積層方式などの方式の装置を用いてもよい。

三次元造形機１５の生産能力は射出成形機１４の生産能力よりも遅いので、射出成形機１４の生産能力に対応して三次元造形機１５の設置台数は定められる。一例として三次元造形機１５の生産能力が射出成形機１４の１／５の場合、計算上は射出成形機１４の５倍の５台の三次元造形機１５が必要となる。複合成形品の成形システム１１として三次元造形機１５による成形と完全に連動して射出成形機１４の成形を行う場合は、射出成形において最も早い成形サイクルの成形金型１２，１３（複合成形品）に応じて三次元造形機１５の台数が決定される。具体的には一例として２台ないし３０台の三次元造形機１５の設置が想定される。しかし射出成形機１４の稼動前から三次元造形機１５を稼動させるなどして三次元造形機１５の成形物Ｂを貯留しておくことも可能なので、厳密に、最も早い成形サイクルの成形金型１２，１３（複合成形品）に応じて三次元造形機１５の台数を準備しなければ複合成形品Ｃの成形ができない訳ではない。

次に射出成形機１４と三次元造形機１５の間に設けられた移載機１６について説明する。移載機１６自体は、公知の多関節ロボットであり、三次元造形機１５で三次元造形された成形部Ｂを前記射出成形機１４の成形金型１２，１３へを移載するために設けられる。そのため多関節ロボットの腕の先端部には前記成形部Ｂの吸着または把持を行う保持部３４を備える。移載機１６が配置される場所は、三次元造形機１５で成形された成形部Ｂを保持して前記射出成形機１４の成形金型１２，１３へ移載可能な位置であれば、射出成形機１４と三次元造形機１５の間の位置でなくてもよい。また移載機１６は、多関節ロボットでなくても１次元元ないし３次元方向に直線状に移動される移載機や円弧状に移動される移載機を組合わせたものでもよい。更に移載機１６により射出成形機１４の成形金型１２，１３で成形された複合成形品Ｃの取出しも行うものでもよい。更にまた本発明の複合成形品の成形方法において移載機１６は必須のものではなく、作業者が三次元造形機１５で成形された成形部Ｂを射出成形機１４の成形金型１２，１３へ移載してもよい。

次に射出成形機１４について説明する。射出成形機１４は、一般的な横型の射出成形機１４であってベッド４８の上に１本の射出装置３５と、固定盤３６、可動盤３７、受圧盤３８、およびトグル機構等の型締手段３９を備えた型締装置４０が設けられている。固定盤３６には固定金型１２（成形金型）、可動盤３７には可動金型１３（成形金型）が取付けられる。また可動盤３７にはエジェクタ装置４１が設けられ、成形された複合成形品Ｃの突出しを行う。更に図２に示されるように可動金型１３には後述する三次元造形機１５で三次元造形された成形部Ｂを挿入するインサート部４２が設けられている。なおインサート部４２は固定金型１２に設けてもよい。なお射出成形機１４のタイプについては射出装置３５や型締装置４０の種類は限定されず、縦方向に型締がされるものでもよい。そして更に縦方向に型締されるものにおいては、成形金型が取付けられる回転テーブルが固定盤等の盤面に設けられ、回転テーブル上の成形金型がインサート位置と型締位置の間で移動するものでもよい。また本発明は射出成形機において多色成形するものを全く除外するものでもない。

なお射出成形機１４の配置は、操作盤４３が設けられた操作側と三次元造形機１５少なくとも１台が対向するように設置することが望ましい。そのように設置することにより、１人の作業者が射出成形機１４の操作と三次元造形機１５の操作を行う際に、作業者の移動距離が短くて済み作業効率が向上する。なお作業者の作業領域については、移載機１６である多関節ロボットを不作動にするインタロックや各種の安全扉を設けることは当然行われる。

また射出成形機１４の固定盤３６の上部には複合成形品Ｃを保持する保持部４４を備えた取出用ロボット４５が取付けられている。また射出成形機１４の側方の床には複合成形品Ｃを搬送するコンベア４６と複合成形品Ｃを収納する収納箱４７が備えられている。取出用ロボット４５は、可動金型１３のキャビティ面とコンベア４６の上方の間を移動する。なお上記移載機１６が複合成形品Ｃの取出しを行う場合は、専用の取出用ロボット４５は不要である。

複合成形品の成形システム１１の複数の三次元造形機１５、射出成形機１４、移載機１６、および取出用ロボット４５や各種の安全扉等は、図示しない中央制御装置にそれぞれ接続され、それぞれの作動状態は中央制御装置に送信され、また各種の指令も中央制御装置から送信されるようになっている。なお中央制御装置は射出成形機１４に設けられる場合もある。また作業者が三次元造形機１５の成形部Ｂの移載を行う場合は、中央制御装置は無い場合も有り得る。

次に三次元造形機１５により三次元造形された成形部Ｂと射出成形機１４により成形された成形部Ａを備えた複合成形品Ｃの成形方法について説明する。ここでは５台設置された三次元造形機１５により、それぞれ１次成形品である成形部Ｂが熱溶融積層方式により成形される。三次元造形機１５では制御装置に格納された３Ｄデータに基いて成形部Ｂの成形が行われる。三次元造形機１５では、プリンタヘッド部３２においてヒータにより溶融された溶融樹脂（一例としてＡＢＳ）が図示しないステッピングモータにより圧力をかけてノズル３３がら成形台２２に向けて吐出される。同時にプリンタヘッド部３２のノズル３３が水平方向のＸＹ方向に移動して成形台２２上に成形部Ｂを成形する。１段目が成形されると成形台２２がＺ方向に樹脂層の厚み分だけ下降して次に同様にノズル３３が移動して２段目が成形され、以後同様の手順を繰り返して三次元造形物である成形部Ａを積層成形する。なお成形部Ｂを成形する樹脂の種類は熱溶融積層方式の場合は熱可塑性樹脂が望ましいが種類は限定されない。

前記により三次元造形機１５を用いて成形部Ｂの形状は自在に形成でき、射出成形機１４の成形金型１２，１３だけでは成形できないような形状も成形できる。しかし成形金型１３のインサート部４２に挿入される当接部Ｂ１は、成形金型１３のインサート部４２の形状によって規定される。そして成形部Ｂは、当接部Ｂ１から基部Ｂ２がキャビティＣａｖ内に幾らか突出するようにインサートされる。この際に成形部Ｂの基部Ｂ２は、当接部Ｂ１の断面積よりも断面積を大きくし、成形金型１３のキャビティＣａｖ内でインサート部４２から遠ざかる側ほど広がっているようにすることが望ましい。そうすることにより射出成形機１４による成形部Ａを後から一体成形した際に成形部Ｂが成形部Ａから抜けないように成形できる。なお成形部Ｂについては、それぞれの三次元造形機１５で色を変えて成形部を成形してもよく、１個の成形部Ｂを多色に成形することも可能である。また複雑な形状の成形部Ｂを成形する場合は、サポート材を併用して形状を形成し、後で水などによりサポート材を溶かして成形部Ｂを完成させるものでもよい。

本実施形態では複数台の三次元造形機１５の成形は、成形完了時間をずらして成形される。そして１台の三次元造形機１５の成形台２２上で成形が完了すると移載機１６が三次元造形機１５に侵入して成形部Ｂを保持し、再び移動し、型開状態で待機している射出成形機１４の成形金型１３のインサート部４２に成形部Ｂをセットする。ここでは三次元造形機１５から射出成形機１４へ直接に成形部Ｂを移動させているが、三次元造形機１５で成形した成形部Ｂを、一旦、図示しない貯留部に貯留してから射出成形機１４に搬入するようにしてもよい。また成形部Ｂに別の仕上げや塗装を行うものを除外するものではない。

本実施形態では、成形金型１２，１３のうち可動金型１３に１個のインサート部４２が設けられ、１個の成形部Ｂの当接部Ｂ１が挿入される。可動金型１３のインサート部４２の奥は、広がっており、三次元造形機１５によって成形された成形部Ｂの当接部Ｂ１よりも先端側の先端側部分Ｂ３が複雑な形状であっても金型に当接せずに、射出時の圧力が当接部Ｂ１のみに加わって先端側部分Ｂ３に加わらないようになっている。なおインサート部４２に挿入される成形部Ｂの数は限定されない。可動金型１３に成形部Ｂのインサートが完了すると、射出成形機１４の成形金型１２，１３は型閉され、型締される。そして射出装置３５からスプル４７を介してキャビティＣａｖ内に溶融樹脂が射出され、成形部Ａの射出成形がなされる。キャビティ内に射出された溶融樹脂は、三次元造形された成形部Ｂの基部Ｂ２の周囲全体に充填される。従って成形部Ａと成形部Ｂは強固に結合されて複合成形品Ｃが一体成形される。射出成形による成形部Ａについては樹脂の種類は限定されず、樹脂温度、射出速度、射出圧力、保圧圧力、射出圧縮（キャビティ内圧縮）の有無等も限定されない。

そしてキャビティＣａｖ内に射出された溶融樹脂の冷却固化が完了すると型開がなされる。型開完了後またはその直前から取出用ロボット４５が作動して可動金型１３に保持された複合成形品Ｃを吸着保持する。またほぼ同時に可動盤３７に設けられたエジェクタ装置４１が作動して可動金型１３に保持された複合成形品Ｃの突出が行われる。そして取出用ロボット４５の保持部４４に保持された複合成形品Ｃは射出成形機１４の外部に搬出され、コンベア４６を介してか或いは直接に収納箱４７に収納される。なおスプルやゲート跡は一般的な射出成形品と同様に適宜処理される。これらの射出成形機１４の成形サイクルの間も複数台の三次元造形機１５ではインサート用の成形部Ｂの三次元造形が並行して行われていることは言うまでもない。そして射出成形機１４の成形金型１２，１３から複合成形品Ｃが取出されると、移載機１６は次の三次元造形機１５で成形終了した成形部Ｂの取出しし、空になった成形金型１２，１３の少なくとも一方のインサート部４２にセッティングする。

なお本実施形態では複数台の三次元造形機１５は、１つの工場内の射出成形機１４の近傍に設置されている。しかしながら射出成形機１４と三次元造形機１５は、１つの工場内の遠方位置や別の工場に設置されたものでもよい。その場合三次元造形機１５で三次元造形された多数の成形部Ｂを射出成形機１４の近傍の貯留部に搬送し、インサートを行う移載用ロボットまたは作業者が射出成形機の成形金型１２，１３のインサート部４２に成形部Ｂをセッティングすることにより、同様に複合成形品Ｃの成形が可能となる。

このような三次元造形機１５により三次元造形された成形部Ｂと射出成形機１４により成形された成形部Ａを備えた複合成形品Ｃの成形は、次のような場合に有利である。
（１）複合成形品Ｃの生産速度は一定以上であることが望まれるが、一部の成形部Ｂの形状が異なったバリエーションが多い場合。
（２）複合成形品Ｃの生産速度は一定以上であることが望まれるが、一部の成形部Ｂの形状が型開時の抜きの問題、溶融樹脂の流動や冷却収縮の問題などにより射出成形機１４では成形が困難な場合。
（３）複合成形品Ｃの生産速度は一定以上であることが望まれるが、一部の成形部Ｂの色または材料が多種類であって射出成形機１４では成形が困難な場合。
（４）複合成形品Ｃの生産速度は一定以上であることが望まれるが、成形金型１２，１３を含む射出成形機１４のコストを抑制したい場合。
（５）複合成形品Ｃの樹脂のコストを一定以下に抑制するとともに成形金型１２，１３を含む装置全体のコストを抑制したい場合。

なお前記（１）ないし（４）において、生産速度が一定より低くてもよければ、全ての工程を三次元造形機１５で成形すればよい場合が多くなり、特別な事情が無い限り射出成形機１４と組合わせる意味は少なくなる。しかし複合成形品Ｃの主要な部分（体積比で過半の部分）を射出成形機１４で成形することにより、三次元造形機１５の生産速度が遅い点を補える。また射出成形機１５は一般的な射出成形機であるので、特許文献１および特許文献２のような特殊な射出成形機を使用しないでもよい。また前記（５）において、三次元造形用の樹脂の価格はＡＢＳを用いた場合でも射出成形用の樹脂の価格よりも割高である場合が殆どであるので、複合成形品Ｃの一定以上の部分を射出成形することにより、全部を三次元造形機１５で成形した場合よりも樹脂のコストを抑制できる。

そして三次元造形機１５により三次元造形された成形部Ｂを射出成形機１４に取付けられた成形金型１２，１３にインサートし、射出成形を行って一体成形した複合成形品Ｃは、成形後に分析した際に他の成形方法により成形した複合成形品との識別が容易にできる。即ち射出成形機のみによって成形された多色の複合成形品との比較においては、射出成形による成形品の表面と三次元造形物の表面では肌触り等が異なる上に、樹脂の配向等も異なるので識別可能である。また本実施形態のように先に成形した三次元造形物（成形部Ｂ）に対して後から射出成形した成形部Ａを付加した複合成形品Ｃと、射出成形した成形部Ｄに対して後から三次元造形物（成形部Ｅ）を付加した複合成形品Ｆ（別の実施形態として後述する複合成形品Ｆ）との比較においては、前者の接合部が強固である。即ち前者では多少のざらつきのある三次元造形物（成形部Ｂ）の基部Ｂ２の表面に対して、射出成形時に所定圧以上の溶融樹脂が接触するので、ざらつきの部分に射出成形された溶融樹脂が食い込んで成形されるので断面を見て識別可能である。また三次元造形機１５で成形したものの基部Ｂ２の形状が先端側ほど大きい場合、射出成形の成形金型から抜くことができない形状であったり、後から三次元造形機では完全に樹脂が充填できない形状であったりするので、先に三次元造形機１５で成形したものとして識別可能である。

次に図４、図５に示される別の実施形態の三次元造形機１５と射出成形機１４を備えた複合成形品の成形システム５１と、三次元造形機１５により三次元造形された成形部Ｅと射出成形機１４により成形された成形部Ｄを備えた複合成形品Ｆの成形方法について説明する。図４、図５に示される別の実施形態では、射出成形機１４により成形された１次成形品である成形部Ｄを成形金型１２，１３から取り出した後、三次元造形機１５に移載し、三次元造形機１５により三次元造形された成形部Ｅを一体成形する。

複合成形品の成形システム５１の三次元造形機１５や射出成形機１４等の各装置の構成は図１等の実施形態と同じであるので、各装置の詳細な説明は図１および図３とその説明を援用して省略する。射出成形機１４には成形金型１２，１３が取付けられているが図５に示されるように、成形金型１２，１３にはインサート部４２は設けられていない。しかし一方の成形金型である可動金型１３のキャビティ面の一部には突部５２が設けられている。前記突部５２は、射出成形される成形部Ｄに凹部Ｄ１を形成し、成形部Ｄに対して後から三次元造形機１５により三次元造形部である成形部Ｅを造形する際に前記凹部Ｄ１により接触面積を増加させて結合を強固にすることを目的に形成されている。なお成形金型１３は、突部５２に替えて凹部を設けることによっても三次元造形機１５により成形部Ｅを造形する際に接触面積を増加させて結合を強固にすることができる。また前記突部５２や凹部は固定金型１２に設けられたものでもよく必須のものでもない。更に他方の成形金型である固定金型１２のキャビティ面１２ａにもテーパー状の突部５３が形成されている。固定金型１２の突部５３は三次元造形機１５に射出成形された成形部Ｄを載置する際の位置決めを行うことを目的に形成されている。なお突部５２が固定金型１２に設けられる場合、突部５３は可動金型１３に設けられる。

射出成形機１４の側方には射出成形機１４と三次元造形機１５の時間当たりの生産性を考慮して複数台の三次元造形機１５が設置されている。三次元造形機１５の成形台２２には、図示は省略するが、位置決め用のテーパー状の突部が形成されている。そして射出成形機１４と三次元造形機１５の間には前記射出成形機１４の成形金型１２，１３から前記三次元造形機１５へ射出成形された成形部Ｄを移載するための移載機１６が設けられている。また前記移載機１６の近傍には複合成形品Ｆの収納箱が設置されている。

そして複合成形品Ｆを成形する際には、まず射出成形機１４により成形部Ｄを連続成形する。射出成形された成形部Ｄは、エジェクタ装置４１により突出されるとともに移載機１６により保持されて、成形が終了して空いている三次元造形機１５の成形台２２の上面２２ａの載置用のステージに移載される。この際に成形台２２のステージの位置決め用の突部に対して、成形部Ｄの位置決め用に形成された凹部が嵌合されることにより正確な位置に位置決めができる。なお成形台２２に対する成形部Ｄの位置決めは別の当止め手段や移載用ロボットの制御手段による位置決め機能を用いてもよい。

そして次に成形部Ｄの上面に形成された凹部Ｄ１の部分に三次元造形機１５による三次元造形が行われる。この際に成形部Ｄの厚みの分だけ三次元造形機１５のＺ軸方向の値が補正されて制御がなされる。別の実施形態では三次元造形機１５で三次元造形される成形部Ｅは、前記凹部Ｄ１を埋めた後は自由な形状に成形が可能であり、後でインサートを行う際の制約は考慮する必要は無い。そして三次元造形が終了して複合成形品Ｆの一体成形が完了すると移載機１６が複合成形品Ｆを保持して収納箱５４へ搬送する。なお複合成形品Ｆに別の仕上げや塗装を行うものを除外するものではない。

三次元造形機１５により三次元造形される成形部Ｅの体積については限定されるものではないが、体積が大きいものは現在の三次元造形機１５の成形速度の点では不利である（将来的には三次元造形機１５の成形速度の問題が現在よりも解消される方向の進むと思われる）。現状では好ましくは１０ｃｍ^３、より一層好ましくは５ｃｍ^３以下の成形部Ｅを付加的に追加成形するもの有利である。特には立体的に造形される文字、記号、レリーフ等の加飾部分の追加成形が成形対象として有望である。

別の実施形態のように、射出成形機１４により先に成形された成形部Ｄに対して三次元造形機１５により後から三次元造形した場合は、上記の本実施形態のよう三次元造形機により先に三次元造形したものに後から射出成形を行ったものよりも次の場合に有利である。
（１）インサート部の形状に拘束されないため三次元造形部の形状が複雑な場合。
（２）例えば文字等のように三次元造形部の数が多い場合。
しかし別の実施形態は上記の本実施形態よりも次の場合に不利である。
（１）三次元造形部と射出成形部の結合は、本実施形態よりも弱くなりがちであるので、結合部に強度を求められる場合。
（２）射出成形された成形部の三次元造形機への位置決めに工夫が必要となり場合によっては成形部の形状に影響を与えるがそれが問題となる場合。
（３）射出成形され載置された成形部Ｄを考慮する必要があるので三次元造形機の制御値の設定入力が複雑になるがそれが問題となる場合。
（４）三次元造形機として光造形方式は使用できなくなるなど制限を受けるがそれが問題となる場合。

そして射出成形機１４により成形された成形部Ｄを成形金型１２，１３から取り出した後、三次元造形機１５に移載し、三次元造形機１５により三次元造形された成形部Ｅを一体成形した複合成形品Ｆは、成形後に複合成形品Ｆを分析した際に他の成形方法により成形した複合成形品との識別が容易にできる。即ち射出成形機のみによって成形された多色の複合成形品との比較においては、射出成形による成形品の表面と三次元造形物である成形部Ｅの表面では肌触り等が異なる上に、樹脂の配向等も異なるので識別可能である。また別の実施形態の先に射出成形した成形部Ｄに対して後から三次元造形物である成形部Ｅを付加した複合成形品Ｆと、本実施形態の先に成形した三次元造形物である成形部Ｂに対して後から射出成形した成形部Ａを付加した複合成形品との比較においては、射出成形された凹部Ｄ１等の接合部に対して、後で充填された三次元造形物である成形部Ｅが単に付着する形で当接されるので、後で射出成形された場合のように樹脂が食い込んでおらず、断面を見て識別が可能である。

また本発明の複合成形品の成形システム１１，５１は、複合成形品Ｃ，Ｆに応じて成形金型１１，１２を交換し制御装置のシーケンスプログラムを対応するプログラムに変更すれば、図１に記載される三次元造形機により三次元造形された成形部を射出成形機に取付けられた成形金型にインサートし、射出成形を行って一体成形する成形方法にも、図４に記載される射出成形機により成形された成形部を成形金型から取り出した後、三次元造形機に移載し、三次元造形機により三次元造形された成形部を一体成形する成形方法にも切換えて使用することができる。

本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。三次元造形機により成形される成形部は各種の樹脂の他、金属でもよい。また射出成形機により成形される成形部は、各種の樹脂の他、金属、セラミック等の無機物でもよい。

１１，５１複合成形品の成形システム
１２，１３成形金型
１４射出成形機
１５三次元造形機
１６移載機
Ａ，Ｄ射出成形機により成形された成形部
Ｂ，Ｅ三次元造形機により三次元造形された成形部
Ｃ．Ｆ複合成形品

Claims

三次元造形機により三次元造形された成形部と射出成形機により成形された成形部を備えた複合成形品の成形方法であって、
三次元造形機により三次元造形された成形部を射出成形機に取付けられた成形金型にインサートし、射出成形を行って一体成形することを特徴とする複合成形品の成形方法。
三次元造形機により三次元造形された成形部と射出成形機により成形された成形部を備えた複合成形品の成形方法であって、
射出成形機により成形された成形部を成形金型から取り出した後、三次元造形機に移載し、
三次元造形機により三次元造形された成形部を一体成形することを特徴とする複合成形品の成形方法。
成形部を成形する成形金型が取付けられる射出成形機と、
前記射出成形機による成形部の生産能力に対応して複数台備えられ三次元造形された成形部を成形する三次元造形機と、
前記射出成形機の成形金型から前記三次元造形機へ射出成形された成形部を移載あるいは
前記三次元造形機から前記射出成形機の成形金型へ三次元造形機で三次元造形された成形部を移載する移載機とが、備えられたことを特徴とする複合成形品の成形システム。
三次元造形機により三次元造形された成形部と射出成形機により成形された成形部を備えた複合成形品であって、
三次元造形機により三次元造形された成形部を射出成形機に取付けられた成形金型にインサートし、射出成形を行って一体成形することを特徴とする複合成形品。
三次元造形機により三次元造形された成形部と射出成形機により成形された成形部を備えた複合成形品であって、
射出成形機により成形された成形部を成形金型から取り出した後、三次元造形機に移載し、
三次元造形機により三次元造形された成形部を一体成形することを特徴とする複合成形品。