JP2021104635A - 造形装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】造形材が加熱部から加圧部へ直接渡される場合と比して、加圧部に渡されたときの造形材の位置が、ばらつくのを抑制することができる造形装置を得る。【解決手段】規制部７０が、造形材１００の搬送方向において第一加熱部３２と加圧部４２のローラ部４４との間に配置され、第一加熱部３２から加圧部４２へ搬送される造形材１００の位置を規制する。【選択図】図２

Description

本発明は、造形装置に関する。
特許文献１には、フィラメント（線状の造形材）を積層させることで造形物を製造する造形装置が記載されている。
米国特許第１００５２８１３号明細書
従来の造形装置は、搬送される線状の造形材を加熱する加熱部と、加熱部によって加熱された造形材を造形面に加圧する加圧部とを備えている。この造形装置では、造形材が搬送される搬送経路において、加熱部と加圧部との間には、他の部材が配置されておらず、造形材が加熱部から加圧部へ直接渡される。このため、造形材に巻き癖等がついている場合に、加圧部へ渡されたときの造形材の位置が、ばらついてしまう。
本発明の課題は、造形材が加熱部から加圧部へ直接渡される場合と比して、加圧部に渡されたときの造形材の位置が、ばらつくのを抑制することである。
本発明の第１態様に係る造形装置は、造形物が造形される造形面を有した造形台と、線状の造形材を前記造形面に向けて搬送する搬送部と、前記搬送部によって搬送される前記造形材を加熱する加熱部と、前記造形台に対して相対移動し、前記加熱部によって加熱された前記造形材を前記造形面に加圧して前記造形材の層を複数重ねる加圧部と、前記造形材の搬送方向において前記加熱部と前記加圧部との間に配置され、前記加熱部から前記加圧部へ搬送される前記造形材の位置を規制する規制部とを備えることを特徴とする。
本発明の第２態様に係る造形装置は、第１態様に記載の造形装置において、前記搬送部は、複数本の前記造形材を前記造形面に向けて搬送することを特徴とする。
本発明の第３態様に係る造形装置は、第１又は２態様に記載の造形装置において、前記規制部は、前記加圧と共に前記造形台に対して相対移動し、前記規制部は、前記造形面に沿うと共に前記相対移動する方向に対して直交する直交方向における前記造形材の位置を規制することを特徴とする。
本発明の第４態様に係る造形装置は、第３態様に記載の造形装置において、前記規制部は、前記直交方向で前記造形材と接触して位置を規制する接触部と、前記造形材が前記接触部と接触するように、前記造形材を案内する案内部とを有することを特徴とする。
本発明の第５態様に係る造形装置は、第４態様に記載の造形装置において、前記接触部及び前記案内部には、離型性を有する離型処理が施されていることを特徴とする。
本発明の第６態様に係る造形装置は、第１〜第５態様の何れか１態様に記載の造形装置において、前記規制部は、前記造形面に直交する他の直交方向における前記造形材の位置を規制することを特徴とする。
本発明の第７態様に係る造形装置は、第６態様に記載の造形装置において、前記規制部は、前記他の直交方向で前記造形材と接触する他の接触部と、前記造形材が前記他の接触部と接触するように、前記造形材を案内する他の案内部とを有することを特徴とする。
本発明の第８態様に係る造形装置は、第７態様に記載の造形装置において、前記他の接触部及び前記他の案内部には、離型性を有する離型処理が施されていることを特徴とする。
本発明の第９態様に係る造形装置は、第１〜第８態様の何れか１態様に記載の造形装置において、前記加圧部は、前記造形面に沿うと共に前記相対移動する方向に対して直交する方向を軸方向として回転する断面円状で、前記造形材と接触して前記造形材を前記造形面に加圧するローラ部を有し、前記規制部は、板状で、前記ローラ部の回転軸方向から見て、前記ローラ部の外形に沿った湾曲状とされた湾曲部を有し、前記湾曲部に前記造形材の位置を規制する形状が形成されていることを特徴とする。
本発明の第１態様の造形装置によれば、造形材が加熱部から加圧部へ直接渡される場合と比して、加圧部に渡されたときの造形材の位置が、ばらつくのを抑制することができる。
本発明の第２態様の造形装置によれば、複数本の造形材が加熱部から加圧部へ直接渡される場合と比して、加圧部に渡されたときの複数本の造形材の位置が、ばらつくのを抑制することができる。
本発明の第３態様の造形装置によれば、造形材が加熱部から加圧部へ直接渡される場合と比して、加圧部に渡されたときの造形材の位置が、造形面に沿った直交方向でばらつくのを抑制することができる。
本発明の第４態様の造形装置によれば、造形材が加熱部から加圧部へ直接渡される場合と比して、加圧部に渡されたときの造形材の位置が、造形面に沿った直交方向でばらつくのを抑制することができる。
本発明の第５態様の造形装置によれば、素材の表面が露出している場合と比して、造形材と、接触部及び案内部との間で生じる摩擦力を小さくすることができる。
本発明の第６態様の造形装置によれば、造形材が加熱部から加圧部へ直接渡される場合と比して、加圧部に渡されたときの造形材の位置が、造形面に直交する他の直交方向でばらつくのを抑制することができる。
本発明の第７態様の造形装置によれば、造形材が加熱部から加圧部へ直接渡される場合と比して、加圧部に渡されたときの造形材の位置が、造形面に直交する他の直交方向でばらつくのを抑制することができる。
本発明の第８態様の造形装置によれば、素材の表面が露出している場合と比して、造形材と、他の接触部及び他の案内部との間で生じる摩擦力を小さくすることができる。
本発明の第９態様の造形装置によれば、規制部が平板状で、かつ、板厚方向が相対移動方向である場合と比して、加圧部に渡されたときの造形材の位置が、ばらつくのを抑制することができる。
本発明の実施形態に係る造形装置の構成を示した全体構成図である。 本発明の実施形態に係る造形装置に備えられた加圧部、第一加熱部、第二加熱部、及び第三加熱部等を示した構成図である。 本発明の実施形態に係る造形装置の要部を示した構成図である。 本発明の実施形態に係る造形装置に備えられた規制部、及び第一加熱部を示した斜視図である。 本発明の実施形態に係る造形装置に備えられた規制部、及び加圧部を示した斜視図である。 本発明の実施形態に係る造形装置に備えられた規制部に形成された凹部を示した正面図である。 本発明の実施形態に係る造形装置に備えられた制御部の制御系を示したブロック図である。 （Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に係る造形装置に用いられる繊維束、及び造形材を示した断面図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）本発明の実施形態に係る造形装置に用いられる造形材の搬送を示した工程図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）本発明の実施形態に係る造形装置に用いられる造形材の搬送を示した工程図である。 （Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に係る造形装置に用いられる造形材であって、加圧部によって加圧される前の状態と、後の状態とを示した断面図である。 （Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態の造形装置の加圧部に渡されたときの造形材の状態と、比較形態に係る造形装置の加圧部に渡されたときの造形材の状態とを示した模式図である。 本発明の実施形態に対する比較形態に係る造形装置の構成を示した全体構成図である。 （Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に対する比較形態に係る造形装置に用いられる造形材であって、加圧部によって加圧される前の状態と、後の状態とを示した断面図である。 本発明の実施形態に係る造形装置と比較形態に係る造形装置を用いて行った評価結果を表で示した図面である。 （Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に対する変形例に係る造形装置に備えられた規制部を示した図面である。 （Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に対する変形例に係る造形装置に備えられた規制部を示した図面である。 本発明の実施形態に対する変形例に係る造形装置に備えられた規制部を示した図面である。 （Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に対する変形例に係る造形装置の第一加熱部から排出された状態の造形材を示した断面図である。
本発明の実施形態に係る造形装置の一例について図１〜図１５に従って説明する。なお、図中に示す矢印Ｈは装置上下方向（鉛直方向）を示し、矢印Ｗは装置幅方向（水平方向）を示し、矢印Ｄは装置奥行方向（水平方向）を示す。
（造形装置１０）
造形装置１０は、溶解積層方式（ＦＤＭ方式（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ））の三次元造形装置（３Ｄプリンタ）であって、複数の層の層データに従って、層を複数重ねることで、造形物を造形する装置である。
造形装置１０は、図１に示されるように、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。
〔造形台１４、移動ユニット１８〕
造形台１４は、図１示されるように、造形装置１０において下方の部分に配置されている。さらに、造形台１４は、上方を向くと共に水平面である造形面１４ａを有している。
移動ユニット１８は、造形装置１０において上方の部分に配置されており、既知の機構を組み合わせることで構成され、造形ユニット１２を装置幅方向、装置奥行方向、及び装置上下方向に移動させ、さらに、上下方向を軸方向として造形ユニット１２を回転させるようになっている。
〔造形ユニット１２〕
造形ユニット１２は、図１に示されるように、装置上下方向において、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、連続繊維の束（以下「繊維束１１０」）に樹脂が含侵された造形材１００（フィラメント）が巻かれたリール２２と、搬送ロール２４と、搬送ロール２６と、造形材１００を切断する切断部２８とを備えている。さらに、造形ユニット１２は、搬送ロール２４、２６によって搬送される造形材１００を支持しつつ造形材１００を加熱する第一加熱部３２と、造形材１００を造形面１４ａに加圧する加圧部４２とを備えている。
また、造形ユニット１２は、造形材１００に対して離間した位置から造形材１００を加熱する第二加熱部５２と、加圧部４２に対して離間した位置から加圧部４２を加熱する第三加熱部５６と、ユニット全体を支持するユニット支持部６４とを備えている。さらに、造形ユニット１２は、搬送される造形材１００の位置を規制する規制部７０を備えている。
本実施形態では、図８（Ａ）に示す繊維束１１０は、複数の連続繊維が撚り合わされずに束ねられたものである。連続繊維には、一例として、直径０．００５〔ｍｍ〕の炭素繊維が用いられており、この連続繊維が１０００本以上束ねられている。そして、束ねられた状態で、繊維束１１０の断面は、一例として、直径（図中Ｄ１）は、０．５〔ｍｍ〕の円形状とされている。また、造形材１００は、図８（Ｂ）に示されるように、夫々の繊維間の隙間に、ポリプロピレン樹脂が含浸されており、造形材１００の断面は、一例として、直径０．５〔ｍｍ〕の円形状とされている。なお、図８（Ａ）（Ｂ）については、連続繊維の本数を少なくして断面が示されている。
−リール２２−
リール２２は、図１に示されるように、造形ユニット１２において装置幅方向の一方側の部分（図中右側の部分）に配置されており、リール２２の回転軸方向は、装置奥行方向とされている。
リール２２は、円柱状のリール本体２２ａと、リール本体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、一対設けられ、一対の支持ブラケット２２ｃは、装置奥行方向で、リール本体２２ａ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２２ｃは、上下方向に延びており、支持ブラケット２２ｃの下端部分に、軸部２２ｂが支持されている。
この構成において、リール２２には、４本の造形材１００が、装置奥行方向に並んで巻き付けられている。
−搬送ロール２４、搬送ロール２６−
搬送ロール２４は、図１に示されるように、リール２２に対して装置幅方向の他方側に配置されている。搬送ロール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。搬送ロール２４は、搬送部の一例である。
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、装置奥行方向とされており、駆動ロール２４ａと従動ロール２４ｂとは、リール２２と比して下方に配置されている。そして、駆動ロール２４ａと従動ロール２４ｂとは、搬送される造形材１００の装置幅方向の他方側が装置幅方向の一方側に対して下方となるように、リール２２から巻き出された４本の造形材１００を挟み込んでいる。
さらに、支持ブラケット２４ｃは、一対設けられ、一対の支持ブラケット２４ｃは、装置奥行方向で、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、支持ブラケット２４ｃの下端部分に、駆動ロール２４ａと従動ロール２４ｂが支持されている。
搬送ロール２６は、搬送ロール２４に対して装置幅方向の他方側に配置されている。搬送ロール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。搬送ロール２６は、搬送部の一例である。
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、装置奥行方向とされており、駆動ロール２６ａと従動ロール２６ｂとは、駆動ロール２４ａ及び従動ロール２４ｂと比して下方に配置されている。そして、駆動ロール２６ａと従動ロール２６ｂとは、搬送される造形材１００の装置幅方向の他方側が装置幅方向の一方側に対して下方となるように、搬送ロール２４によって搬送された４本の造形材１００を挟み込んでいる。
さらに、支持ブラケット２６ｃは、一対設けられ、一対の支持ブラケット２６ｃは、装置奥行方向で、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、支持ブラケット２６ｃの下端部分に、駆動ロール２６ａと従動ロール２６ｂが支持されている。
この構成において、図示せぬ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、搬送ロール２４が、４本の造形材１００を造形面１４ａに向けて搬送する。さらに、図示せぬ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と同様の回転数で回転することで、搬送ロール２６が、４本の造形材１００を造形面１４ａに向けて搬送する。
このように、搬送ロール２４及び搬送ロール２６によって、４本の造形材１００は、リール２２から巻き出され、搬送される造形材１００の装置幅方向の他方側が装置幅方向の一方側に対して下方となるように搬送される。本実施形態では、一例として、３０〔ｍｍ／ｓ〕以上１００〔ｍｍ／ｓ〕以下の速度で造形材１００が搬送されるように、搬送ロール２４、２６が回転する。
−切断部２８−
切断部２８は、図１に示されるように、装置幅方向において搬送ロール２４と搬送ロール２６との間に配置されている。切断部２８は、切断刃２８ａと、切断刃２８ａが内部に配置された本体部２８ｂと、本体部２８ｂを支持する支持ブラケット２８ｃとを備えている。
本体部２８ｂは、装置奥行方向に延びており、４本の造形材１００が、本体部２８ｂの内部を通るようになっている。支持ブラケット２８ｃは、上下方向に延びており、支持ブラケット２８ｃの下端部分に、本体部２８ｂが支持されている。
この構成において、切断部２８は、切断刃２８ａを稼働させることで、４本の造形材１００を一度に切断する。
−第一加熱部３２−
第一加熱部３２は、図２に示されるように、搬送ロール２６に対して装置幅方向の他方側に配置されている。第一加熱部３２は、図３、図４に示されるように、造形材１００が通る管部材３４と、管部材３４を囲むように支持する本体部３６と、板状のヒータ３８と、支持ブラケット４０とを備えている。第一加熱部３２は、加熱部の一例である。
管部材３４は、金属材料で形成されており、４本備えられている。４本の管部材３４は、装置奥行方向に並んでいる。さらに、装置奥行方向から見て、管部材３４の装置幅方向の他方側の端部が、管部材３４の装置幅方向の一方側の端部と比して下方に位置するように、管部材３４は、装置幅方向に対して傾斜している。そして、管部材３４は、造形材１００の搬送方向に延びている。本実施形態では、管部材３４の内径は、造形材１００の外径を１００とすると、１０１以上１０５以下とされている。これにより、管部材３４は、造形材１００を支持する支持手段として機能している。
本体部３６は、金属材料で形成された直方体状で、図３に示されるように、装置奥行方向から見て、造形材１００の搬送方向に延びる矩形状とされている。そして、図４に示されるように、管部材３４の一部が本体部３６に囲まれている。本体部３６において造形材１００の搬送方向の下流側の部分には、４本の管部材３４が上方に露出するように、開口３６ａが形成されている。また、４本の管部材３４において造形材１００の搬送方向の下流側の部分、及び上流側の部分は、本体部３６から突出している。
ヒータ３８は、本体部３６の内部に配置されている。具体的には、ヒータ３８は、造形材１００の搬送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３８が、本体部３６及び管部材３４を、一例として、２００〔℃〕以上２５０〔℃〕以下に加熱する。
支持ブラケット４０は、一対設けられ、一対の支持ブラケット４０は、装置奥行方向で、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４０は、図３に示されるように、屈曲した状態で上下方向に延びており、支持ブラケット４０の下端部分に、本体部３６が支持されている。
この構成において、４本の造形材１００は、第一加熱部３２に備えられた４本の管部材３４を通って搬送される。第一加熱部３２は、ヒータ３８によって４本の造形材１００を加熱し、造形材１００を構成している樹脂を軟化させる。なお、本実施形態では、造形材１００が管部材３４から排出される部分では、隣り合う造形材１００のピッチ（中心間距離）が、一例として、１〔ｍｍ〕とされている。
以上説明したように、第一加熱部３２は、管部材３４を通っている造形材１００を加熱する。このように、造形材１００を管部材３４に通すことで、造形材１００の搬送位置が規制される。つまり、第一加熱部３２は、造形材１００の搬送位置を規制する位置規制手段としても機能している。
−加圧部４２−
加圧部４２は、図２に示されるように、第一加熱部３２に対して装置幅方向の他方側に配置されている。加圧部４２は、ローラ部４４と、ローラ部４４を支持する支持部４６と、を備えている。
ローラ部４４は、軸方向を装置奥行方向とし、第一加熱部３２から排出された４本の造形材１００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。そして、ローラ部４４は、装置奥行方向に延びる軸部４４ａと、断面円状の本体部４４ｂとを有している。換言すれば、軸部４４ａは、造形面１４ａに沿うと共に加圧部４２と造形台１４との相対移動する方向に対して直交する方向に延びている。
具体的には、図５に示されるように、装置奥行方向における本体部４４ｂの長さ（図中Ｌ０１）は、装置奥行方向において一端に配置された管部材３４の内周面から他端に配置された管部材３４の内周面までの最大長さ（図４のＬ０２）と比して長くなっている。
また、支持部４６は、図２に示されるように、装置奥行方向でローラ部４４を間において配置されている一対の支持板４６ａと、支持板４６ａの上端に連結される本体部４６ｂと、ローラ部４４を造形台１４に向けて付勢する付勢部材４６ｃとを備えている。
一対の支持板４６ａは、板厚方向を装置奥行方向とし、上下方向に延びている。そして、支持板４６ａの下端部分には、ローラ部４４の軸部４４ａが取り付けられている。支持板４６ａの上端部分には、付勢部材４６ｃを介して本体部４６ｂの下端部分が取り付けられている。また、一方の支持板４６ａに、第一加熱部３２に備えられた一方の支持ブラケット４０が取り付けられ、他方の支持板４６ａに、第一加熱部３２に備えられた他方の支持ブラケット４０が取り付けられている。
本体部４６ｂは、上下方向に延びており、前述したように、本体部４６ｂの下端部分に付勢部材４６ｃを介して支持板４６ａの上端部分が取り付けられている。
この構成において、加圧部４２は、付勢部材４６ｃの付勢力によって、予め決められた荷重で造形材１００を造形台１４の造形面１４ａに加圧する。本実施形態では、一例として、２０〔Ｎ／ｃｍ２〕以上５０〔Ｎ／ｃｍ２〕以下の加圧力で、加圧部４２が造形材１００を造形面１４ａに加圧する。
−第二加熱部５２−
第二加熱部５２は、図２に示されるように、第一加熱部３２に対して上方側に配置されている。第二加熱部５２は、筐体５２ａと、筐体５２ａの内部に配置された加熱手段の一例としての赤外線ランプ５２ｂと、支持ブラケット５２ｃとを備えている。
筐体５２ａは、第一加熱部３２側が開口した有底円筒状とされている。そして、筐体５２ａの開口は、第一加熱部３２及びローラ部４４へ向けられている。換言すれば、赤外線ランプ５２ｂは、筐体５２ａの開口から赤外線を第一加熱部３２及びローラ部４４へ向けて照射するように配置されている。
また、支持ブラケット５２ｃは、Ｌ字状とされている。そして、支持ブラケット５２ｃ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５２ｃの他方側の部分が支持部４６の本体部４６ｂの側面に取り付けられている。
この構成において、第二加熱部５２は、赤外線ランプ５２ｂによって、第一加熱部３２における本体部３６の開口３６ａ（図４参照）から 管部材３４を通っている部分の造形材１００を加熱する。また、第二加熱部５２は、赤外線ランプ５２ｂによって、第一加熱部３２から排出されてローラ部４４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１００を加熱する。このように、第二加熱部５２は、第一加熱部３２から排出され、ローラ部４４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１００を加熱する加熱手段として機能している。
−第三加熱部５６−
第三加熱部５６は、図２に示されるように、加圧部４２に対いて装置幅方向の他方側に配置されている。換言すれば、第三加熱部５６は、装置幅方向において、加圧部４２を間に置いて、第一加熱部３２の反対側に配置されている。第三加熱部５６は、筐体５８と、筐体５８の内部に配置された加熱手段の一例としての温風ヒータ６０と、支持ブラケット６２とを備えている。
筐体５８は、加圧部４２のローラ部４４側が開口した有底円筒状とされている。つまり、筐体５８の開口は、加圧部４２のローラ部４４へ向けられている。換言すれば、温風ヒータ６０は、筐体５８の開口から温風を加圧部４２のローラ部４４へ向けて吹き出すように配置されている。
また、支持ブラケット６２は、Ｌ字状の本体部６２ａと、筐体５８が取り付けられている筐体支持部６２ｂとを備えている。筐体支持部６２ｂは、上下方向に延びており、筐体支持部６２ｂの下端部分に筐体５８が取り付けられている。また、Ｌ字状の本体部６２ａの一方側の部分に筐体支持部６２ｂの上端側の部分が取り付けられている。さらに、本体部６２ａの他方側の部分が支持部４６の本体部４６ｂの側面に取り付けられている。
この構成において、第三加熱部５６は、温風ヒータ６０によって、加圧部４２のローラ部４４を加熱する。つまり、ローラ部４４は、装置幅方向の一方側から第二加熱部５２によって加熱され、装置幅方向の他方側から第三加熱部５６によって加熱される。このように、第三加熱部５６は、加圧部４２のローラ部４４を加熱する加熱手段として機能している。
−ユニット支持部６４−
ユニット支持部６４は、図１に示されるように、移動ユニット１８の下方側に配置されており、各装置が取り付けられる本体部６６と下端部が本体部６６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６８とを備えている。
本体部６６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６６の下面６６ａには、加圧部４２の本体部４６ｂの上端、搬送ロール２４の支持ブラケット２４ｃの上端、及び搬送ロール２６の支持ブラケット２６ｃの上端が取り付けられている。さらには、本体部６６の下面６６ａには、切断部２８の支持ブラケット２８ｃの上端、及びリール２２の支持ブラケット２２ｃの上端が取り付けられている。
この構成において、ユニット支持部６４が、移動ユニット１８によって、装置幅方向、装置奥行方向、及び装置上下方向に移動する。換言すれば、造形ユニット１２が、移動ユニット１８によって、装置幅方向、装置奥行方向、及び装置上下方向に移動する。具体的には、搬送ロール２４、２６によって搬送される造形材１００が、ローラ部４４と造形面１４ａとのニップ部Ｎで順次押し付けられるように、造形ユニット１２が、移動ユニット１８によって移動する。
−規制部７０−
規制部７０は、図３に示さるように、造形材１００の搬送方向において第一加熱部３２と加圧部４２との間に配置され、加圧部４２の支持板４６ａの第一加熱部３２側の部分に取り付けられている。この規制部７０は、矩形状の金属板を用いて形成され、装置奥行方向から見て上下方向に延びて板厚方向が装置幅方向とされた平面状の平面部７２と、ローラ部４４の外形に沿った湾曲状とされた湾曲部７４とを有している。換言すれば、湾曲部７４は、ローラ部４４の外形に近づくように湾曲している。本実施形態では、規制部７０は、厚さ０．５〔ｍｍ〕のステンレス鋼板を用いて形成されている。さらに、規制部７０には、フッ素コーティングが施されている。フッ素コーティングは、離型性を有する離型処理の一例である。ここで、「離型性を有する離型処理」とは、造形材１００との間で生じる摩擦力を低減させることができる処理である。
規制部７０は、図４、図５に示されるように、造形材１００の搬送方向から見て、下端部分に下方が開口した切欠き７６が形成された上下方向に延びる矩形状とされている。また、装置奥行方向における規制部７０の長さ（図４のＬ０３）は、装置奥行方向において一端に配置された管部材３４の内周面から他端に配置された管部材３４の内周面までの最大長さ（図４のＬ０２）と比して長くなっている。
さらに、平面部７２の装置奥行方向の一端側の部分が、一方の支持板４６ａの端面に接触し、平面部７２の装置奥行方向の他端側の部分が、他方の支持板４６ａの端面に接触している。この状態で、規制部７０は、一対の支持板４６ａに取り付けられている。
湾曲部７４は、平面部７２の下端に連結されており、装置奥行方向から見て、図３に示されるように、造形材１００の搬送方向において、ローラ部４４と造形面１４ａとのニップ部Ｎと、第一加熱部３２との間に配置されている。
湾曲部７４には、図４、図５に示されるように、下方が開口した切欠き７６が形成されている。切欠き７６は、上下方向に延びる一対の端面７８と、装置奥行方向に延びて一対の端面７８の上端と夫々接続する端面８０とによって形成されている。
さらに、端面７８は、図９（Ｃ）に示されるように、造形材１００の搬送方向の下流側のエッジ７８ａと、造形材１００の搬送方向の上流側のエッジ７８ｂとの間に形成されている。そして、端面７８は、造形材１００の搬送方向の下流側の部分が上流側の部分に対して搬送される造形材１００に近づくように、造形材１００の搬送方向に対して傾斜している。エッジ７８ａは、接触部の一例であって、端面７８は、案内部の一例である。
さらに、端面８０は、図１０（Ｃ）に示されるように、造形材１００の搬送方向の下流側のエッジ８０ａと、造形材１００の搬送方向の上流側のエッジ８０ｂとの間に形成されている。そして、端面８０は、造形材１００の搬送方向の上流側の部分が下流側の部分に対して搬送される造形材１００に近づくように、造形材１００の搬送方向に対して傾斜している。また、湾曲部７４においてエッジ８０ｂの上方側の外面８２は、造形材１００の搬送方向に対して傾斜している。具体的には、外面８２は、造形材１００の搬送方向の下流側の部分が上流側の部分に対して搬送される造形材１００に近づくように、造形材１００の搬送方向に対して傾斜している。エッジ８０ｂは、他の接触部の一例であって、外面８２は、他の案内部の一例である。
また、図６に示されるように、造形材１００の搬送方向から見て、一方のエッジ７８ａは、一端に配置された管部材３４の内周面３４ａにおける最も外側の部分と重なっている。また、造形材１００の搬送方向から見て、他方のエッジ７８ａは、他端に配置された管部材３４の内周面３４ａにおける最も外側の部分と重なっている。ここで、「外側」とは、装置奥行方向における４本の管部材３４の中心位置から遠ざかる側である。
また、造形材１００の搬送方向から見て、エッジ８０ｂは、管部材３４の内周面３４ａにおける最も上側の部分と重なっている。
この構成において、搬送される造形材１００が、エッジ７８ａと接触することで、造形面１４ａに沿った方向の造形材１００の位置が規制される。具体的には、搬送される造形材１００が、エッジ７８ａと接触することで、造形面１４ａに沿うと共に 造形ユニット１２の移動方向に対して直交する直交方向（以下「造形材幅方向」と記載することがある）における造形材１００の位置が規制される。造形材幅方向は、直交方向の一例である。
また、搬送される造形材１００が、エッジ８０ｂと接触することで、造形面１４ａに直交する直交方向（以下「造形材高さ方向」と記載することがある）の位置が規制される。造形材高さ方向は、装置上下方向と同様であって、他の直交方向の一例である。
−制御部１６−
制御部１６は、入力された造形物の三次元データに基づいて、図７に示されるように、移動ユニット１８、搬送ロール２４、２６、第一加熱部３２のヒータ３８、第二加熱部５２の赤外線ランプ５２ｂ、第三加熱部５６の温風ヒータ６０、及び切断部２８を制御する。なお、制御部１６による各部の制御については、後述する作用と共に説明する。
（作用）
造形装置１０を用いて造形物を造形する造形方法について、比較形態に係る造形装置５１０を用いた場合と比較しつつ説明する。先ず、比較形態に係る造形装置５１０の構成について、造形装置１０に対して異なる部分を主に説明する。
〔造形装置５１０の構成〕
造形装置５１０は、図１３に示されるように、規制部７０を備えていない点を除いて、造形装置１０と同様の構成とされている。つまり、造形装置５１０では、造形材１００が第一加熱部３２から加圧部４２へ直接渡されるようになっている。
〔造形装置１０、５１０の作用〕
図１、図１３に示す造形装置１０、５１０を用いて造形物を造形する造形方法では、制御部１６は、造形物の三次元データから作成された複数の層データに基づいて各部を制御する。なお、造形装置１０、５１０の非稼働状態では、造形材１００は、搬送ロール２４、２８に挟まれ、造形材１００の先端側の部分は、第一加熱部３２の管部材３４の内部に挿入されている。
造形装置１０、５１０が非稼働状態から稼働状態に切り替えられると、図２に示す第一加熱部３２のヒータ３８、及び第二加熱部５２の赤外線ランプ５２ｂが、稼働して造形材１００において先端側の部分を加熱する。さらに、第三加熱部５６の温風ヒータ６０が、稼働して加圧部４２のローラ部４４を加熱する。
また、図１、図１３に示す移動ユニット１８は、造形ユニット１２、５１２を装置奥行方向に移動させつつ、造形ユニット１２、５１２を回転させ、造形ユニット１２を装置幅方向へ往復移動させる。さらに、搬送ロール２４、２６は、４本の造形材１００を搬送し、４本の造形材１００がリール２２から巻き出される。
造形ユニット１２、５１２が移動しながら、第一加熱部３２から排出された造形材１００が、ローラ部４４と造形台１４の造形面１４ａとのニップ部Ｎで、加圧部４２によって造形面１４ａに加圧されることで形成された層が一層形成されると、移動ユニット１８は、造形ユニット１２、５１２を上方側へ移動させ、前述した工程を繰り返し、層を複数重ねることで、造形物が造形される。
ここで、造形装置５１０には、規制部７０が備えられていない。このため、造形材１００に巻き癖等がついていると、第一加熱部３２から排出された造形材１００が、図１２（Ｂ）に示されるように、造形材幅方向に広がってしまうことがある。換言すれば、造形装置５１０では、第一加熱部３２から加圧部４２に渡されたときの造形材１００の位置が、造形材幅方向で、ばらついてしまう。また、図示は省略するが、造形装置５１０では、第一加熱部３２から加圧部４２に渡されたときの造形材１００の位置が、造形材の高さ方向で、ばらついてしまう。
このため、造形装置５１０では、図１４（Ａ）（Ｂ）に示されるように、加圧部４２によって加圧された造形材１００は、造形材幅方向（紙面左右方向）に広がってしまう。また、加圧部４２によって加圧された造形材１００の表面が波打ってしまう。
これに対して、造形装置１０には、規制部７０が備えられている。このため、造形材１００に巻き癖等がついていても、第一加熱部３２から排出された造形材１００が、図１２（Ａ）に示されるように、造形材幅方向に広がるのが抑制される。換言すれば、造形装置１０では、第一加熱部３２から加圧部４２に渡されたときの造形材１００の位置が、造形材幅方向でばらつくのが抑制される。また、図示は省略するが、造形装置１０では、第一加熱部３２から加圧部４２に渡されたときの造形材１００の位置が、造形材の高さ方向でばらつくのが抑制される。
具体的には、造形材１００に巻き癖等がついており、第一加熱部３２から加圧部４２に向けて排出された造形材１００が、造形材幅方向で設計値に対してずれてしまうことがある。このような場合には、図９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示されるように、造形材１００の先端が、端面７８に当たり、端面７８に沿って移動する。そして、造形材１００の外周面がエッジ７８ａと接触することで、造形材幅方向における造形材１００の位置が規制される。
また、第一加熱部３２から加圧部４２に向けて排出された造形材１００が、造形材高さ方向で設計値に対してずれてしまうことがある。このような場合には、図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示されるように、造形材１００の先端が、外面８２に当たり、外面８２に沿って移動する。そして、造形材１００の外周面がエッジ８０ｂと接触することで、造形材高さ方向における造形材１００の位置が規制される。
このため、造形装置１０では、図１１（Ａ）（Ｂ）に示されるように、加圧部４２によって加圧された造形材１００が、造形材幅方向（紙面左右方向）に広がるのが抑制される。また、加圧部４２によって加圧された造形材１００の表面の波打ちが抑制される。
ここで、造形装置１０と造形装置５１０とを用いて、加圧部４２によって４本の造形材１００が造形面１４ａに加圧された後の一体化された造形材１００の幅寸法を測定した。
図１５に測定結果の表が示されている。図１５の表に示されるように、加圧部４２による加圧力を、３０〔Ｎ／ｃｍ２〕としたときも４５〔Ｎ／ｃｍ２〕としたときも、造形装置１０を用いると、造形装置５１０を用いる場合と比して、造形材１００の幅寸法が小さくなる。換言すれば、造形装置１０では、造形装置５１０を用いた場合と比して、造形材１００の位置が規制される。さらに換言すれば、造形装置１０では、造形装置５１０を用いた場合と比して、加圧部４２によって加圧された状態で造形材１００の幅寸法がばらつくのが抑制される。
また、目視で４本の造形材１００が一体化された状態を確認すると、造形装置５１０を用いて加圧された４本の造形材１００の表面は、造形装置１０を用いて加圧された４本の造形材１００の表面と比して波打っている（図１４（Ｂ）、図１１（Ｂ）参照）。
（まとめ）
以上説明したように、造形装置１０では、規制部７０が備えられている。このため、造形材１００が第一加熱部３２から加圧部４２へ直接渡される造形装置５１０を用いる場合と比して、加圧部４２に渡されたときの造形材１００の位置が、ばらつくのを抑制することができる。
また、造形装置１０では、複数個の造形材１００が搬送ロール２４、２６によって搬送される。このため、複数本の造形材１００が第一加熱部３２から加圧部４２へ直接渡される場合と比して、加圧部４２に渡されたときの複数本の造形材１００の位置が、ばらつくのを抑制することができる。
また、造形装置１０では、規制部７０は、造形材幅方向で造形材１００の位置を規制する。このため、造形材１００が第一加熱部３２から加圧部４２へ直接渡される造形装置５１０を用いる場合と比して、加圧部４２に渡されたときの造形材１００の位置が、造形材幅方向でばらつくのを抑制することができる。
また、造形装置１０では、規制部７０は、造形材幅方向で造形材１００と接触するエッジ７８ａと、造形材１００がエッジ７８ａと接触するように造形材１００を案内する端面７８を有する。このため、造形材１００が第一加熱部３２から加圧部４２へ直接渡される造形装置５１０を用いる場合と比して、加圧部４２に渡されたときの造形材１００の位置が、造形材幅方向でばらつくのを抑制することができる。
また、造形装置１０では、規制部７０には、フッ素コーティングが施されている。つまり、エッジ７８ａ及び端面７８にもフッ素コーティングが施されている。このため、素材の表面が露出している場合と比して、端面７８と造形材１００との摩擦力、及びエッジ７８ａと造形材１００との摩擦力を小さくすることができる。
また、造形装置１０では、規制部７０は、造形材高さ方向で造形材１００の位置を規制する。このため、造形材１００が第一加熱部３２から加圧部４２へ直接渡される造形装置５１０を用いる場合と比して、加圧部４２に渡されたときの造形材１００の位置が、造形材の高さ方向でばらつくのを抑制することができる。
また、造形装置１０では、規制部７０は、造形材高さ方向で造形材１００と接触するエッジ８０ｂと、造形材１００がエッジ８０ｂと接触するように造形材１００を案内する外面８２を有する。このため、造形材１００が第一加熱部３２から加圧部４２へ直接渡される造形装置５１０を用いる場合と比して、加圧部４２に渡されたときの造形材１００の位置が、造形材の高さ方向でばらつくのを抑制することができる。
また、造形装置１０では、規制部７０には、フッ素コーティングが施されている。つまり、エッジ８０ｂ及び外面８２にもフッ素コーティングが施されている。このため、素材の表面が露出している場合と比して、外面８２と造形材１００との摩擦力、及びエッジ８０ｂと造形材１００との摩擦力を小さくすることができる。
また、造形装置１０では、規制部７０は、ローラ部４４の回転軸方向から見て、ローラ部の外形に沿った湾曲部７４を有している。そして、湾曲部７４に、造形材１００の位置を規制するエッジ７８ａ、及びエッジ８０ｂが形成されている。このため、規制部が平板状で、かつ、板厚方向が水平方向である場合と比して、造形材１００の位置を規制するエッジが、ローラ部４４と造形台１４の造形面１４ａとのニップ部Ｎに近接することで、加圧部４２に渡されたときの造形材１００の位置が、ばらつくのを抑制することができる。
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、造形ユニット１２を造形台１４に対して移動させたが、造形ユニット１２が造形台１４に対して相対的に移動すればよく、造形ユニット１２及び造形台１４の少なくとも一方が移動すればよい。
また、上記実施形態では、規制部７０にフッ素コーティングを施すことで、規制部７０と造形材１００との間で生じる摩擦力を小さくしたが、規制部７０は、離型性を有していればよく、離型処理が施されていればさらによく、フッ素コーティング又はシリコーンコーティングが施されていれば最もよい。
また、上記実施形態では、規制部７０は、金属板を用いて形成されたが、ガラス板を用いて形成されてもよい。この場合には、第二加熱部５２の赤外線ランプ５２ｂから照射された赤外線が規制部を通過して搬送される造形材１００に達することで、造形材１００を加熱することができる。
また、上記実施形態では、規制部７０は、エッジ８０ｂに搬送される造形材１００を接触させて、造形材１００の高さ方向（他の直交方向の一例）における位置を規制したが、図１６（Ａ）に示されるように、造形材１００の高さ方向における造形材１００の位置を規制する部位が規制部に設けられなくてもよい。しかし、この場合には、造形材１００の高さ方向における造形材１００の位置を規制することで奏する作用は奏しない。
また、上記実施形態では、規制部７０は、エッジ７８ａに搬送される造形材１００を接触させて、造形材１００の幅方向（直交方向の一例）における位置を規制したが、図１６（Ｂ）に示されるように、造形材１００の幅方向における造形材１００の位置を規制する部位が規制部に設けられなくてもよい。しかし、この場合には、造形材１００の幅方向における造形材１００の位置を規制することで奏する作用は奏しない。
また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、リールに繊維束１１０を巻き付け、造形ユニット１２が、繊維束１１０に樹脂を含侵させる含侵部を備えてもよい。
また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、規制部７０の加圧部４２に対する取付け位置を調整できるようにしてもよい。これより、例えば、造形材１００の径寸法が変わった場合等に規制部７０の位置を調整することができる。
また、上記実施形態では、規制部７０に形成された切欠き７６は、上下方向に延びる一対の端面７８と、装置奥行方向に延びる端面８０とによって形成されたが、図１７（Ａ）に示されるように、凹部が湾曲状であてもよく、図１７（Ｂ）に示されるように、凹部が台形状であってもよい。
また、上記実施形態では、規制部７０に切欠き７６が形成されることで、造形材１００の位置を規制したが、図１８に示されるように、矩形状の開口を形成されることで、造形材１００の位置を規制してもよい。
また、上記実施形態では、４本の造形材１００を用いて造形物を製造したが、１本の造形材１００を用いてもよく、４本以外の複数本の造形材１００を用いてもよい。この場合には、例えば、図１９（Ａ）に示されるように、複数の造形材１００を千鳥状に配置してもよく、図１９（Ｂ）に示されるように、複数の造形材１００を上下方向で重ねてもよい。
また、上記実施形態では、造形材１００は、繊維束１１０を備えたが、繊維束を備えなくてもよい。
１０ 造形装置
１４ 造形台
１４ａ 造形面
２４ 搬送ロール（搬送部の一例）
２６ 搬送ロール（搬送部の一例）
３２ 第一加熱部（加熱部の一例）
４２ 加圧部
４４ ローラ部
７０ 規制部
７４ 湾曲部
７８ 端面（案内部の一例）
７８ａ エッジ（接触部の一例）
８０ｂ エッジ（他の接触部の一例）
８２ 外面（他の案内部の一例）
１００ 造形材

Claims (9)

  1. 造形物が造形される造形面を有した造形台と、
    線状の造形材を前記造形面に向けて搬送する搬送部と、
    前記搬送部によって搬送される前記造形材を加熱する加熱部と、
    前記造形台に対して相対移動し、前記加熱部によって加熱された前記造形材を前記造形面に加圧して前記造形材の層を複数重ねる加圧部と、
    前記造形材の搬送方向において前記加熱部と前記加圧部との間に配置され、前記加熱部から前記加圧部へ搬送される前記造形材の位置を規制する規制部と、
    を備える造形装置。
  2. 前記搬送部は、複数本の前記造形材を前記造形面に向けて搬送する請求項１に記載の造形装置。
  3. 前記規制部は、前記加圧と共に前記造形台に対して相対移動し、
    前記規制部は、前記造形面に沿うと共に前記相対移動する方向に対して直交する直交方向における前記造形材の位置を規制する請求項１又は２に記載の造形装置。
  4. 前記規制部は、前記直交方向で前記造形材と接触して位置を規制する接触部と、前記造形材が前記接触部と接触するように、前記造形材を案内する案内部とを有する請求項３に記載の造形装置。
  5. 前記接触部及び前記案内部には、離型性を有する離型処理が施されている請求項４に記載の造形装置。
  6. 前記規制部は、前記造形面に直交する他の直交方向における前記造形材の位置を規制する請求項１〜５の何れか１項に記載の造形装置。
  7. 前記規制部は、前記他の直交方向で前記造形材と接触する他の接触部と、前記造形材が前記他の接触部と接触するように、前記造形材を案内する他の案内部とを有する請求項６に記載の造形装置。
  8. 前記他の接触部及び前記他の案内部には、離型性を有する離型処理が施されている請求項７に記載の造形装置。
  9. 前記加圧部は、前記造形面に沿うと共に前記相対移動する方向に対して直交する方向を軸方向として回転する断面円状で、前記造形材と接触して前記造形材を前記造形面に加圧するローラ部を有し、
    前記規制部は、板状で、前記ローラ部の回転軸方向から見て、前記ローラ部の外形に沿った湾曲状とされた湾曲部を有し、前記湾曲部に前記造形材の位置を規制する形状が形成されている請求項１〜８の何れか１項に記載の造形装置。
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