JP2021133542A - 予備成形装置及び予備成形方法、並びに樹脂成形システム及び樹脂成形方法 - Google Patents

予備成形装置及び予備成形方法、並びに樹脂成形システム及び樹脂成形方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2021133542A
JP2021133542A JP2020029509A JP2020029509A JP2021133542A JP 2021133542 A JP2021133542 A JP 2021133542A JP 2020029509 A JP2020029509 A JP 2020029509A JP 2020029509 A JP2020029509 A JP 2020029509A JP 2021133542 A JP2021133542 A JP 2021133542A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
granular material
stage
material layer
molding
granular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020029509A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7137227B2 (ja
Inventor
文夫 栗原
Fumio Kurihara
文夫 栗原
慎吾 香川
Shingo Kagawa
慎吾 香川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Micro AMS Inc
Original Assignee
Micro AMS Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Micro AMS Inc filed Critical Micro AMS Inc
Priority to JP2020029509A priority Critical patent/JP7137227B2/ja
Publication of JP2021133542A publication Critical patent/JP2021133542A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7137227B2 publication Critical patent/JP7137227B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

【課題】予備成形体の成形が容易であり、成形できる樹脂の種類の制約を少なくすることができる予備成形装置及び予備成形方法を提供する。【解決手段】予備成形装置５は、樹脂成形品１の成形に用いられる予備成形体２を成形する。予備成形装置５は、ステージ枠５１、ステージ枠５１に対して相対的に昇降し、最大外形が０．５〜５ｍｍの範囲内の粒状物２１１による粒状物層２１が形成されるステージ５２、ステージ５２における粒状物層２１に収束光Ｇを照射する光照射源５３、及び粒状物層２１の積層と収束光Ｇの照射とを繰り返し交互に行うよう制御する制御機器を備える。制御機器は、粒状物層２１における粒状物２１１の表面部位が溶融し、表面部位同士が接触する界面が互いに固着して、予備成形体としての粒状物結合体が成形されるよう、粒状物層２１への収束光Ｇの照射状態を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、予備成形装置及び予備成形方法、並びに樹脂成形システム及び樹脂成形方法に関する。
熱可塑性樹脂等の樹脂成形品を成形する方法としては、射出成形法、ブロー成形法、プレス成形法等がある。これらの成形方法においては、金属製の成形型である金型が使用されている。金型を製造する際には、金属材料を三次元的に切削加工する必要があり、この切削加工に手間がかかるといった弱点がある。一方、成形型を用いずに熱可塑性樹脂の成形を可能にした成形方法としては、３Ｄプリンター等として知られる積層造形法がある。積層造形法においては、成形型が不要である一方、成形された樹脂成形品に積層界面が残ることによる特性上の弱点がある。これらの成形方法の弱点が克服された成形方法として、例えば、特許文献１，２に示される、非金属材料からなる成形型及び電磁波を用いた熱可塑性樹脂の成形方法がある。
特許文献１の樹脂成形方法においては、金型の代わりにゴム型が用いられ、ゴム型の表面から照射される電磁波によって、ゴム型のキャビティ内の熱可塑性樹脂が加熱されて、熱可塑性樹脂の成形品が得られる。この樹脂成形方法においては、ゴム型のキャビティ内が真空手段によって真空状態にされ、キャビティ内に熱可塑性樹脂が充填されやすくしている。
また、特許文献２の熱可塑性樹脂成形品の成形方法においては、ゴム型内の熱可塑性樹脂が電磁波によって加熱されるときに、真空手段によってゴム型内の圧力が外部の圧力よりも低くなり、ゴム型を構成する一対のゴム型部が互いに接近して、容積が縮小したゴム型内に熱可塑性樹脂成形品が成形される。
特開２００７−２１６４４８号公報 特開２０１１−２４０５３９号公報
ところで、大型の成形体、複雑な形状を有する成形体等を成形する場合には、特許文献１，２等に示される熱可塑性樹脂の成形方法によっては、成形体の成形に改善の余地がある。この場合には、成形型のキャビティが大きくなる又は複雑になり、キャビティの全体に粒状の熱可塑性樹脂が充填されにくいことが判明した。
大型の成形体、複雑な形状を有する成形体等を成形する場合には、本成形を行う前に予備成形を行って予備成形体を一旦成形し、予備成形体を用いて本成形を行うことが考えられる。この場合に、予備成形体を成形するための新たな装置及び方法の開発が望まれる。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、予備成形体の成形が容易であり、成形できる樹脂の種類の制約を少なくすることができる予備成形装置及び予備成形方法、並びに樹脂成形システム及び樹脂成形方法を提供しようとして得られたものである。
本発明の第１態様は、樹脂成形品の成形に用いられる予備成形体を成形する予備成形装置であって、
鉛直上側に開口部を有する枠形状に形成されたステージ枠と、
前記ステージ枠の内側に配置されるとともに、前記ステージ枠に対して鉛直方向に沿って相対的に昇降し、かつ、最大外形が０．５〜５ｍｍの範囲内の、樹脂を含有する粒状物が、粒状物層として規定厚みの範囲内に繰り返し層状に敷き詰められるステージと、
前記鉛直方向に対して直交する水平方向に平面形状を描くよう、前記ステージに対して相対的に収束光を移動させながら、前記ステージにおける前記粒状物層に前記収束光を照射する光照射源と、
前記ステージへの前記粒状物層の積層と、前記光照射源による前記収束光の照射とを繰り返し交互に行うよう制御する制御機器と、を備え、
前記制御機器は、前記粒状物層における前記粒状物の表面部位が溶融し、前記表面部位同士が接触する界面が互いに固着して、前記予備成形体としての粒状物結合体が成形されるよう、前記粒状物層への前記収束光の照射状態を制御するよう構成されている、予備成形装置にある。
本発明の第２態様は、前記予備成形装置を含み、
前記予備成形体から前記樹脂成形品が成形されるキャビティを有する絶縁性の成形型と、
前記成形型に照射又は印加される電磁波によって、前記成形型を介して前記キャビティ内の前記予備成形体を加熱して溶融させる電磁波発生装置と、を備える、樹脂成形システムにある。
本発明の第３態様は、樹脂成形品の成形に用いられる予備成形体を成形する予備成形方法であって、
ステージ枠の内側に配置されたステージに、最大外形が０．５〜５ｍｍの範囲内の、樹脂を含有する粒状物が、規定厚みの範囲内に層状に敷き詰められた粒状物層が形成される粒状物層形成工程と、
前記ステージに対して光照射源による収束光が平面形状を描くように相対的に移動しながら、前記ステージにおける前記粒状物層に前記収束光が照射される光照射工程と、を含み、
前記粒状物層形成工程による前記粒状物層の積層と、前記光照射工程による前記収束光の照射とが繰り返し行われ、前記粒状物層における前記粒状物の表面部位が溶融し、前記表面部位同士が接触する界面が互いに固着して、前記予備成形体としての粒状物結合体が成形される、予備成形方法にある。
本発明の第４態様は、予備成形方法を含み、
成形型内に前記予備成形体が配置される配置工程と、
前記成形型を透過した電磁波、又は一対の電極によって印加される電磁波としての交番電界によって前記予備成形体が加熱されて溶融し、前記予備成形体を構成する前記粒状物によって前記成形型内に形成された隙間がなくなるように、溶融した材料が前記成形型内に充填される充填工程と、
前記溶融した材料が前記成形型内において冷却されて固化し、前記材料が一体化された樹脂成形品が前記成形型内に成形される冷却工程と、を含む樹脂成形方法にある。
（第１態様の予備成形装置）
前記第１態様の予備成形装置は、樹脂成形品の成形に用いられる予備成形体を成形するためのものである。予備成形体は、樹脂成形品を本成形するための材料として用いられるものであり、予備成形体の表面形状に精度は要求されない。一方、予備成形体には、成形が容易であり、成形できる樹脂の種類の制約が少ないことが求められる。予備成形装置は、粉末焼結積層造形法：ＳＬＳ（Selective Laser Sintering）に用いられる装置と類似するものの、粉末焼結積層造形法とは成形対象及び成形原理が異なるものである。
予備成形装置は、ステージ枠、ステージ、光照射源及び制御機器を備え、制御機器の制御を受けて、ステージへの粒状物層の積層と、光照射源による収束光の照射とを繰り返し交互に行うものである。粒状物層における、収束光が照射された隣接する粒状物同士は、溶融して互いに結合することになる。このとき、粒状物層における粒状物と、隣接する粒状物層における粒状物とも、溶融して互いに結合することになる。
予備成形装置においては、予備成形体を成形することを目的としているために、粒状物を完全に溶融させないようにする。具体的には、制御機器によって、光照射源による収束光の照射状態を制御し、収束光が照射された、粒状物層における粒状物の表面部位のみが溶融するようにしている。そして、粒状物の表面部位同士が接触する界面が互いに固着して、予備成形体としての粒状物結合体が成形される。
このような粒状物結合体を成形する装置は、予備成形装置によって初めて見出されたものである。粒状物層における粒状物は、表面部位のみが溶融して互いに結合することにより、例えば、融点を有する結晶性の樹脂、軟質樹脂等の予備成形体を成形する場合等に粒状物が溶融するときにおいても、粒状物の硬度が適切に保たれる。そのため、成形できる樹脂の種類の制約を少なくすることができる。一方、粉末焼結積層造形法においては、粒状物の表面部位のみを溶融させるといった発想はない。
また、表面部位のみが溶融して固着した粒状物結合体を成形するためには、最大外形が０．５〜５ｍｍの範囲内の粒状物を用いることが前提となる。そして、このような最大外形が大きな粒状物を用いて予備成形体を成形するため、例えば、最大外形が０．１ｍｍ未満の微粒子を用いずに予備成形体を成形することができ、予備成形体の成形が容易である。
一方、粉末焼結積層造形法においては、粒径が５０μｍ程度の球状の微粒子が用いられる。そのため、ＣＯ2レーザー等によって微粒子に十分なエネルギーが与えられ、微粒子の全体が溶融して微粒子同士が互いに焼結されることになる。つまり、予備成形装置に用いられる材料と、粉末焼結積層造形法に用いられる材料とは全く異なる。
また、予備成形体の表面には、粒状物による大きな凹凸が存在することになる。ただし、予備成形体は、本成形を行う際に溶融されて樹脂成形品を構成するものであり、予備成形体の表面形状の精度は要求されない。
前記第１態様の予備成形装置によれば、予備成形体の成形が容易であり、成形できる樹脂の種類の制約を少なくすることができる。
（第２態様の樹脂成形システム）
前記第２態様の樹脂成形システムにおいては、前記第１態様の予備成形装置の他に、成形型及び電磁波発生装置を備える。前記第２態様の樹脂成形システムによれば、前記第１態様の予備成形装置による作用効果が得られる他に、予備成形装置によって成形された予備成形体を用いて、意匠外観性に優れるとともに強度等の機械的特性に優れる樹脂成形品を得ることができる。
（第３態様の予備成形方法）
前記第３態様の予備成形方法においては、前記第１態様の予備成形装置と同様に、最大外形が０．５〜５ｍｍの範囲内の、樹脂を含有するペレットとしての粒状物が用いられ、粒状物層における粒状物の表面部位のみが溶融して互いに結合する。前記第３態様の予備成形方法によれば、前記第１態様の予備成形装置と同様に、予備成形体の成形が容易であり、成形できる樹脂の種類の制約を少なくすることができる。
（第４態様の樹脂成形方法）
前記第４態様の樹脂成形方法においては、前記第３態様の予備成形方法の粒状物層形成工程及び光照射工程の他に、配置工程、充填工程及び冷却工程が含まれる。前記第４態様の樹脂成形方法によれば、前記第３態様の予備成形方法による作用効果が得られる他に、予備成形方法によって成形された予備成形体を用いて、意匠外観性に優れるとともに強度等の機械的特性に優れる樹脂成形品を得ることができる。
図１は、実施形態１にかかる、１回目の粒状物層形成工程が行われる予備成形装置を示す断面説明図である。 図２は、実施形態１にかかる、１回目の光照射工程が行われる予備成形装置を示す断面説明図である。 図３は、実施形態１にかかる、予備成形装置の光照射源を示す平面図である。 図４は、実施形態１にかかる、予備成形装置の粒状物供給体を示す平面図である。 図５は、実施形態１にかかる、２回目以降の粒状物層形成工程が行われる予備成形装置を示す断面説明図である。 図６は、実施形態１にかかる、２回目以降の光照射工程が行われる予備成形装置を示す断面説明図である。 図７は、実施形態１にかかる、予備成形体を成形した後の予備成形装置を示す断面説明図である。 図８は、実施形態１にかかる、予備成形装置及び電磁波成形装置を備える樹脂成形システムを示す断面説明図である。 図９は、実施形態１にかかる、粒状物層における粒状物を拡大して模式的に示す説明図である。 図１０は、実施形態１にかかる、粒状物層における粒状物同士が表面部位の界面において互いに固着した状態を拡大して模式的に示す説明図である。 図１１は、実施形態１にかかる、予備成形体を示す断面斜視図である。 図１２は、実施形態１にかかる、電磁波成形装置を示す断面説明図である。 図１３は、実施形態１にかかる、第１型部と第２型部とに分かれた状態の成形型を示す断面説明図である。 図１４は、実施形態１にかかる、他の電磁波成形装置を示す断面説明図である。 図１５は、実施形態１にかかる、他の電磁波成形装置を示す断面説明図である。 図１６は、実施形態１にかかる、予備成形方法及び樹脂成形方法を示すフローチャートである。 図１７は、実施形態１にかかる、成形型内に予備成形体が配置された状態を拡大して模式的に示す説明図である。 図１８は、実施形態１にかかる、成形型内に樹脂成形品が成形された状態を拡大して模式的に示す説明図である。 図１９は、実施形態１にかかる、樹脂成形品を示す断面斜視図である。 図２０は、実施形態２にかかる、２回目以降の光照射工程が行われる予備成形装置を示す断面説明図である。 図２１は、実施形態２にかかる、予備成形体を成形した後の予備成形装置を示す断面説明図である。 図２２は、実施形態２にかかる、予備成形体を示す断面斜視図である。 図２３は、実施形態３にかかる、２回目以降の粒状物層形成工程が行われる予備成形装置を示す断面説明図である。 図２４は、実施形態３にかかる、２回目以降の光照射工程が行われる予備成形装置を示す断面説明図である。 図２５は、実施形態３にかかる、予備成形方法及び樹脂成形方法を示すフローチャートである。
前述した予備成形装置及び予備成形方法、にかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態の予備成形装置５は、図１〜図７に示すように、樹脂成形品１の成形に用いられる予備成形体２を成形するものである。予備成形装置５は、ステージ枠５１、ステージ５２、光照射源５３及び予備成形用の制御機器６を備える。ステージ枠５１は、鉛直上側に上端開口部５１２を有する枠形状に形成されている。ステージ５２は、ステージ枠５１の内側に配置されるとともに、ステージ枠５１に対して鉛直方向に沿って相対的に昇降するよう構成されている。ステージ５２には、粒状物２１１としてのペレットが、粒状物層２１として規定厚みの範囲内に繰り返し層状に敷き詰められる。粒状物２１１は、樹脂を含有するものであり、０．５〜５ｍｍの範囲内の最大外形を有する。
図３、図６及び図８に示すように、光照射源５３は、鉛直方向に対して直交する水平方向に平面形状を描くよう、ステージ５２に対して相対的に収束光Ｇを移動させながら、ステージ５２における粒状物層２１に収束光Ｇを照射するよう構成されている。制御機器６は、ステージ５２への粒状物層２１の積層と、光照射源５３による収束光Ｇの照射とを繰り返し交互に行うよう制御するよう構成されている。
図９及び図１０に示すように、制御機器６は、粒状物層２１における粒状物２１１の表面部位２１２が溶融し、表面部位２１２同士が接触する界面２１４が互いに固着して、予備成形体２としての粒状物結合体が成形されるよう、光照射源５３による収束光Ｇの照射状態を制御するよう構成されている。図９は、粒状物層２１における粒状物２１１を拡大して模式的に示す。図１０は、粒状物層２１における粒状物２１１同士が表面部位２１２の界面２１４において互いに固着した状態を拡大して模式的に示す。
まず、本形態の予備成形装置５について詳説する。
（予備成形装置５）
図７及び図１１に示すように、予備成形装置５は、樹脂成形品１の本成形に用いられる予備成形体２を成形するものである。図１２に示すように、樹脂成形品１の本成形は、成形型３のキャビティ３３内に配置された予備成形体２に、電磁波Ｅが照射又は印加され、予備成形体２が溶融するとともに冷却されて行われる。予備成形体２は、仮の樹脂成形品であり、表面に粒状物２１１の形状に応じた大きな凹凸を有する。電磁波Ｅ及び成形型３を用いた本成形が行われることにより、予備成形体２における凹凸はなくなり、表面が平滑な樹脂成形品１が得られる。
図２、図６及び図７に示すように、予備成形装置５は、光照射源５３による収束光Ｇの照射によって粒状物層２１に二次元形状を描き、粒状物２１１の表面部位２１２同士が固着して形成された、規定厚みの範囲内の二次元形状のスライス部２２を形成する。また、今回の収束光Ｇの照射の際に形成されたスライス部２２が、前回の収束光Ｇの照射の際に形成されたスライス部２２の上に積層され、今回の収束光Ｇの照射の際にスライス部２２同士が固着されることが繰り返されて、三次元形状の予備成形体２が成形される。スライス部２２は、先に形成されたスライス部２２に固着されるため、単独では存在しない。
（ステージ枠５１）
図１及び図５に示すように、ステージ枠５１は、ステージ５２の外縁に配置される枠形状を有し、ステージ５２上に載置される粒状物２１１を囲んで、粒状物２１１がステージ５２上に維持されるようにするものである。本形態のステージ枠５１は固定されており、ステージ枠５１に対してステージ５２が昇降可能である。具体的には、ステージ５２上に粒状物層２１が積層されるごとに、粒状物層２１の厚みに応じた高さだけステージ枠５１に対してステージ５２が下降する。ステージ枠５１の上端面５１１は、ステージ５２の上面５２５から、ステージ５２上に形成される粒状物層２１の厚み分だけ突出する。そして、ステージ５２の上面５２５から突出する、ステージ枠５１の上端部の内側に粒状物層２１が繰り返し形成される。
（ステージ５２）
図１、図７及び図８に示すように、ステージ５２の上面５２５は、ステージ５２上に均一な厚みの粒状物層２１を形成するために、平坦面として形成されている。ステージ５２は、ステージ５２を鉛直方向としてのＺ方向に昇降させるための昇降機構５２１を有する。昇降機構５２１は、ステージ５２の昇降を案内する昇降案内部材５２２、及び制御機器６による制御を受けて駆動される昇降用モータ５２３を有する。ステージ５２は、制御機器６によって昇降用モータ５２３が駆動されることにより、昇降案内部材５２２によって案内されて、目標とする、粒状物層２１の厚み分だけ、逐次下降するよう構成されている。ステージ５２は、制御機器６による制御を受けて、目標とする量だけ昇降することが可能である。本形態のステージ５２は、四角形の平面形状に形成されている。
（粒状物供給体５５）
図１、図４及び図５に示すように、予備成形装置５は、ステージ枠５１によって囲まれたステージ５２上に粒状物２１１を供給する粒状物供給体５５を備える。粒状物供給体５５は、粒状物２１１を貯留するためのタンク部５５１と、タンク部５５１に連通して形成され、ステージ５２の幅に合った幅を有する供給口５５２と、供給口５５２を開閉する開閉弁５５３とを有する。粒状物供給体５５がステージ枠５１によって囲まれたステージ５２上を移動する際には、開閉弁５５３によって供給口５５２が開かれ、供給口５５２から流下する粒状物２１１がステージ５２の上面５２５又はステージ５２上の粒状物層２１の表面に供給される。ステージ５２上の粒状物層２１の一部は、光照射源５３から収束光Ｇが照射された後にスライス部２２を形成する。
粒状物供給体５５が移動しながら供給口５５２からステージ５２の上面５２５又は粒状物層２１の表面に粒状物２１１が流下することにより、この粒状物２１１によって、できるだけ均一の厚みで粒状物層２１を形成することができる。また、図１に示すように、粒状物供給体５５からステージ５２の上面５２５又は粒状物層２１の表面に流下した粒状物２１１は、均し部材５６を用いて平坦状になるよう均してもよい。
（光照射源５３）
図２及び図６に示すように、本形態の光照射源５３は、収束光Ｇとして、０．７８〜２μｍの波長領域を含む近赤外線を、直径が１〜１０ｍｍの範囲内のスポット光として、粒状物層２１の粒状物２１１に照射するよう構成されている。光照射源５３には、集光タイプのハロゲンランプが用いられる。光照射源５３においては、ハロゲンランプの光源５３１から発せられる近赤外線が集光部材５３２によって集光されて、粒状物層２１にスポット光として照射される。
近赤外線は、熱可塑性樹脂によって構成された粒状物２１１に吸収されて、粒状物２１１の表面部位２１２を溶融させるために適切である。収束光Ｇの直径が１ｍｍ未満である場合には、粒状物２１１の大きさに対して収束光Ｇの直径が小さく、粒状物２１１の表面部位２１２を迅速に溶融させることが難しくなるおそれがある。一方、収束光Ｇの直径が１０ｍｍ超過である場合には、粒状物２１１の大きさに対して収束光Ｇの直径が大きく、予備成形体２の輪郭形状Ｋに沿って適切に収束光Ｇを照射できないおそれがある。
図２、図３及び図６に示すように、光照射源５３は、平面移動機構５４に取り付けられており、平面移動機構５４によってステージ５２の二次元平面内における任意の部位に収束光Ｇを照射可能である。平面移動機構５４は、ステージ５２の二次元平面内の２つの直交する方向に光照射源５３を移動させるよう構成されている。ステージ５２の二次元平面は、ステージ５２が昇降する方向に対して垂直な面内のことをいう。
二次元平面は、Ｘ方向ｘとＹ方向ｙとによって構成される。平面移動機構５４は、光照射源５３のＸ方向ｘへの移動を案内するＸ方向案内部材５４１、光照射源５３をＸ方向ｘへ駆動するＸ軸モータ５４２、光照射源５３のＹ方向ｙへの移動を案内するＹ方向案内部材５４３、光照射源５３をＹ方向ｙへ駆動するＹ軸モータ５４４等を有する。制御機器６によって平面移動機構５４の動作が制御されることにより、光照射源５３から照射される近赤外線によって、粒状物層２１に二次元形状を描くことができる。
Ｘ方向案内部材５４１は、ベース部材５４０に取り付けられており、Ｙ方向案内部材５４３は、Ｘ方向案内部材５４１に取り付けられている。ベース部材５４０は、ステージ５２の上方において位置が固定されていてもよく、ロボット等によって、ステージ５２の上方の位置とステージ５２の上方から外れた位置とに移動してもよい。また、光照射源５３は、平面移動機構５４以外の装置によって、粒状物層２１の任意の平面部位に収束光Ｇを照射する構成としてもよい。
光照射源５３は、直径が１〜１０ｍｍの範囲内のスポット光を形成できる構成を有すれば、近赤外線以外の光を発生させるものとしてもよい。光の種類は、粒状物２１１に吸収されて、粒状物２１１を発熱させるものであればよい。
（予備成形用の制御機器６）
図８に示すように、予備成形用の制御機器６は、ステージ５２の昇降機構５２１の昇降用モータ５２３、光照射源５３による照射のオン・オフ、光照射源５３の平面移動機構５４におけるＸ軸モータ５４２及びＹ軸モータ５４４、粒状物供給体５５の移動、及び開閉弁５５３による供給口５５２の開閉の各動作を制御するよう構成されている。制御機器６は、コンピュータを用いて構成されている。制御機器６による制御を受けて、粒状物供給体５５が移動してステージ５２に粒状物層２１を積層する動作と、光照射源５３による収束光Ｇが粒状物層２１に照射されて粒状物層２１における粒状物２１１を半溶融させて固着させる動作とが、繰り返し交互に行われる。
制御機器６によって制御される、粒状物層２１への収束光Ｇの照射状態は、光照射源５３の収束光Ｇによって粒状物層２１に与えられるエネルギーとして示される。制御機器６は、光照射源５３の収束光Ｇによって粒状物層２１に与えられるエネルギーを、粒状物２１１の表面部位２１２のみが溶融する大きさになるよう制御するよう構成されている。粒状物層２１に与えられるエネルギーは、光照射源５３から照射される収束光Ｇの強度、粒状物層２１の同じ個所に収束光Ｇが照射される時間（光照射源５３の収束光Ｇの移動速度）等によって決まる。本形態においては、光のエネルギーとしての近赤外線が粒状物２１１に吸収され、熱エネルギーとなって粒状物２１１の表面部位２１２が溶融する。
光照射源５３によって溶融する、粒状物２１１の表面部位２１２とは、粒状物２１１の中心部位２１３に残る未溶融の樹脂の芯を除く部位のことをいう。表面部位２１２は、例えば、粒状物２１１の表面が溶融して、粒状物２１１の中心部位２１３に、粒状物２１１の体積の１／２以上が未溶融の樹脂の芯として残る範囲内で決定される。
（収束光Ｇの照射の仕方）
図２、図３及び図６に示すように、本形態においては、光照射源５３による収束光Ｇが、ステージ５２に形成された粒状物層２１における、樹脂成形品１の輪郭形状Ｋの内側領域Ｒの全体に照射される。換言すれば、光照射源５３による収束光Ｇが、ステージ５２に形成された粒状物層２１における、目標形状に対して中実状に照射される。図１０に示すように、粒状物層２１においては、輪郭形状Ｋの内側領域Ｒの全体の粒状物２１１の表面部位２１２が溶融したスライス部２２が形成され、粒状物２１１の表面部位２１２同士が固着される。また、粒状物層２１のスライス部２２同士も、粒状物２１１の表面部位２１２同士によって固着される。そして、成形される予備成形体２は、粒状物２１１の表面部位２１２同士が固着したものである。
また、換言すれば、ステージ５２上における、前回形成されたスライス部２２の上に今回のスライス部２２が形成される際に、それぞれのスライス部２２を形成する粒状物２１１の表面部位２１２同士が固着される。そして、成形される予備成形体２としての粒状物結合体は、粒状物結合体の三次元形状に沿って、複数の粒状物２１１の表面部位２１２同士が互いに固着されたものである。
（粒状物２１１，粒状物層２１）
図９に示すように、粒状物２１１を構成するペレットは、熱可塑性樹脂の原料が押出成形機から押し出されるときに、ストランド状に所定の長さに切断されて形成される。粒状物２１１を構成するペレットのサイズは、最大外形としての最大長さが０．５〜５ｍｍの範囲内のものである。最大長さが０．５〜５ｍｍの範囲内のペレットを用いることにより、ペレットの大きさが適切であり、予備成形体２の成形が容易になる。最大外形とは、例えば対角状に測る場合等、ペレットにおける最も長い部分の寸法のことをいう。最大外形が０．５ｍｍのペレットにおいては、０．５ｍｍ未満の長さの部分が存在する。
ペレットの最大外形が０．５ｍｍ未満である場合には、ペレットが小さく、ペレットの製造に手間が掛かるおそれがある。ペレットの最大外形が５ｍｍ超過である場合には、ペレットが大きく、必要な形状の粒状物結合体を成形できないおそれがある。
ペレットには、最大外形が０．５〜２ｍｍ程度のマイクロペレット、最大外形が２〜５ｍｍ程度の通常のペレットのいずれを使用してもよい。また、粒状物２１１には、ペレット以外の、最大外形が０．５〜５ｍｍの範囲内の粒体を用いてもよい。
粒状物２１１には、融点が存在する結晶性樹脂としてのＰＰ（ポリプロピレン樹脂）等を用いてもよい。また、粒状物２１１は、熱可塑性樹脂以外の種々の添加物を含有していてもよい。
粒状物層２１の規定厚みの範囲は、例えば、１〜５ｍｍの範囲内に設定することができる。この場合には、粒状物層２１の厚みが適切であり、光照射源５３から粒状物層２１に照射される収束光Ｇを、粒状物層２１の厚みの範囲の全体、及び先に形成された粒状物層２１に適切に到達させることが容易である。
図１、図２、図５〜図７においては、分かりやすくするために、複数の粒状物２１１による粒状物層２１の厚みを実際よりも大きくして示す。粒状物層２１の厚みは、粒状物２１１の最大外形、成形する予備成形体２の形状等に応じて適宜設定される。後述する実施形態２の図２０〜図２２においては、粒状物層２１の厚みを小さくして示す。
（予備成形体２）
ところで、粒状物２１１は、熱可塑性樹脂から構成されている。熱溶解積層法（ＦＤＭ）等によって予備成形体２を成形する場合には、熱可塑性樹脂の長尺状のフィラメントの全体を溶融させてから積層することになる。そのため、溶融時の粘度が低い樹脂、硬度が低い樹脂、融点が存在する結晶性樹脂等の熱可塑性樹脂については、フィラメントの形状を保つことが難しく、熱溶解積層法によって予備成形体２を成形することが難しいといった課題がある。
図１０及び図１１に示すように、本形態の予備成形装置５においては、粒状物２１１の全体を溶融させるのではなく、粒状物２１１の表面部位２１２のみを溶融させる。そのため、粒状物層２１に収束光Ｇが照射されて、粒状物２１１の表面部位２１２が溶融するときにおいても、この粒状物２１１の中心部位２１３には、未溶融の樹脂の芯が残っていることになる。これにより、溶融時の粘度が低い樹脂、硬度が低い樹脂、融点が存在する結晶性樹脂等の熱可塑性樹脂を粒状物２１１に用いた場合であっても、粒状物層２１における粒状物２１１の硬度を適切に維持し、粒状物２１１が溶融して形状を維持できなくなることが防止される。そのため、本形態の予備成形装置５によれば、熱溶解積層法等によっては成形が難しい熱可塑性樹脂の場合であっても、予備成形体２を容易に成形することができる。
光照射源５３による収束光Ｇが照射された粒状物２１１の表面部位２１２は、予備成形体２として成形される際に一旦溶融して固化した後、樹脂成形品１として成形される際に再び溶融して固化する。一方、予備成形体２における、個々の粒状物２１１の中心部位２１３、及び収束光Ｇが照射されていない粒状物２１１においては、ペレットの状態からの熱履歴がない。換言すれば、予備成形体２における、個々の粒状物２１１の中心部位２１３、及び収束光Ｇが照射されていない粒状物２１１においては、ペレットの状態から熱が加わったことがない。本形態の予備成形装置５によれば、予備成形体２を成形するための樹脂材料としての粒状物２１１に加わる熱履歴が少なく、樹脂材料の種々の機械的特性等を良好に保つことができる。
図１０に示すように、予備成形体２が成形されるときに、収束光Ｇが照射された部位においては、粒状物２１１の表面部位２１２同士が固着された固着部位としての界面２１４が形成される。予備成形体２においては、固着部位としての界面２１４が存在することにより、成形後の三次元形状が維持される。
本形態の予備成形体２は、樹脂成形品１の全体を形成するための樹脂材料として成形されている。予備成形体２は、樹脂成形品１の一部を形成するための樹脂材料として成形してもよい。
（樹脂成形システム１０）
図８に示すように、本形態の予備成形装置５は、成形型３及び電磁波発生器４２を備える電磁波成形装置４とともに、樹脂成形システム１０を構成する。成形型３は、予備成形体２から樹脂成形品１が成形されるキャビティ３３を有する絶縁性のものである。電磁波発生器４２は、成形型３に照射又は印加される電磁波Ｅによって、成形型３を介してキャビティ３３内の予備成形体２を加熱して溶融させるものである。
（電磁波成形装置４）
図１２に示すように、予備成形装置５によって成形された予備成形体２は、電磁波成形装置４によって樹脂成形品１に成形される。電磁波成形装置４は、成形型３、真空ポンプ４１及び電磁波発生器４２を備える。成形型３は、製品としての樹脂成形品１の形状が反転されたキャビティ３３を有する。真空ポンプ４１は、成形型３のキャビティ３３内を真空状態にするためのものである。電磁波発生器４２は、成形型３に照射する電磁波Ｅを発生させるものである。図８に示すように、真空ポンプ４１による成形型３のキャビティ３３内の真空引き、及び電磁波発生器４２による成形型３への電磁波Ｅの照射は、本成形用の制御機器４３の制御を受けて行われる。
（成形型３，真空ポンプ４１）
図１２及び図１３に示すように、本形態の成形型３は、ゴム材料によるゴム型によって構成されている。ゴム材料には、シリコーンゴムの他、種々のゴムが用いられる。成形型３は、複数に分割された型部３１，３２の組み合わせによって構成されている。本形態の成形型３は、一対の型部３１，３２に分割されており、一対の型部３１，３２としての第１型部３１と第２型部３２との間には、樹脂成形品１を成形するためのキャビティ３３が形成されている。
第１型部３１及び第２型部３２のいずれかには、キャビティ３３内を大気圧よりも低い真空状態にするための真空ポンプ４１が接続される真空口３４が形成されている。本形態の真空口３４は第２型部３２に形成されている。真空ポンプ４１によってキャビティ３３内が真空状態になることにより、成形型３の外部から内部へ型締め力を作用させることができる。この型締め力により、キャビティ３３内に配置されて溶融した予備成形体２の樹脂材料２０がキャビティ３３の成形面３３１に押し当てられ、キャビティ３３の成形面３３１の形状が表面に転写された樹脂成形品１が成形される。
成形型３がゴム型によって構成されていることにより、成形型３の外部から内部へ圧力が作用するときには、成形型３が、キャビティ３３の容積を縮小させるように内側へ弾性変形することができる。この成形型３の弾性変形により、キャビティ３３内に成形する樹脂成形品１に、キャビティ３３の成形面３３１の形状を効果的に転写することができる。
図１４に示すように、第１型部３１と第２型部３２とは、互いに接近するようにスライドして、キャビティ３３の容積を縮小できるスライド構造とすることもできる。この場合には、第１型部３１及び第２型部３２には、これらが相対的にスライドするためのガイド部３５が形成されている。この場合には、キャビティ３３内に予備成形体２が配置され、キャビティ３３内が真空状態になってキャビティ３３内の圧力が成形型３の外部の圧力よりも低くなるときには、第１型部３１と第２型部３２とが互いに接近する。これにより、キャビティ３３の容積が縮小され、キャビティ３３内の溶融した予備成形体２の樹脂材料２０がキャビティ３３の成形面３３１に、より効果的に押し当てられる。
図１２に示すように、予備成形体２がキャビティ３３内に配置されたときに、予備成形体２の表面２０１とキャビティ３３の成形面３３１との間に隙間がほとんど形成されない場合には、第１型部３１と第２型部３２とはスライドしない固定構造とすることができる。一方、図１４に示すように、予備成形体２がキャビティ３３内に配置されたときに、予備成形体２の表面２０１とキャビティ３３の成形面３３１との間にある程度の隙間が形成される場合には、第１型部３１と第２型部３２とがスライドする構造とすることができる。
予備成形体２の形状は、成形型３の第１型部３１及び第２型部３２の相対的なスライド量を考慮して、目標形状とする樹脂成形品１の形状に比べて、第１型部３１及び第２型部３２の相対的なスライド方向に大きくしてもよい。
（成形型３の製造）
図１３に示すように、ゴム型による成形型３は、成形しようとする製品である樹脂成形品１のマスターモデルを転写させて製造することができる。より具体的には、型枠内にマスターモデルを配置し、この型枠内の隙間にゴム材料を注型して、このゴム材料を固化させる。その後、固化したゴム材料を切開して、その内部からマスターモデルを取り出し、ゴム材料による一対の型部３１，３２が形成される。また、ゴム材料が切開された位置が、一対の型部３１，３２の間の分割面（パーティングライン）３３２となる。
また、ゴム型による成形型３を構成する各型部３１，３２は、マスターモデルを用いて別々に製造してもよい。特に、一対の型部３１，３２がスライド可能な構造を有する場合には、各型部３１，３２にスライド用のガイド部３５を形成するために、各型部３１，３２を別々に製造することが好ましい。
マスターモデルは、製品の形状を有するものであり、種々の方法によって作製することができる。マスターモデルを、積層造形法によって作製する場合には、三次元造形物の積層界面による段差状の表面を、切削、研削、塗装等を行って、滑らかな表面にすることができる。例えば、マスターモデルは、積層造形法等によって三次元形状に成形された成形品の表面を切削又は研削して形成することができる。また、マスターモデルは、三次元形状に成形された成形品の表面に、樹脂を含有する塗料等を塗装して形成することもできる。また、マスターモデルは、既に製品として使用された樹脂成形品における欠損部を修復したものとすることもできる。
また、成形型３は、製品の三次元のデジタルデータ（ＣＡＤデータ等）を用いて、種々の積層造形法によって直接製造してもよい。例えば、成形型３は、三次元のデジタルデータを用い、紫外線（ＵＶ）によって硬化する液状樹脂に紫外線を当てて、層状の三次元造形物を形成する光造形法によって製造してもよい。また、成形型３は、インクジェット法（マテリアルジェッティング法）等によって製造してもよい。また、成形型３を形成する際には、三次元造形物の積層界面に応じて形成された段差状の表面を、切削、研削、塗装等を行って、滑らかな表面にしてもよい。
成形型３は、ゴム型以外にも、硬化性樹脂材料によって形成された樹脂型、セメント材料によって形成されたセメント型、又は石膏材料によって形成された石膏型によって構成してもよい。硬化性樹脂材料には、熱硬化性樹脂材料、光硬化性樹脂材料等がある。成形型３は、耐熱性のある、その他の種々の非金属材料によって構成してもよい。
（電磁波Ｅ，電磁波発生器４２）
図１２に示すように、電磁波発生器４２において使用する電磁波Ｅは、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波（近赤外線）Ｅ、０．０１〜１ｍの波長領域を含む電磁波（マイクロ波）Ｅ、又は１〜１００ｍの波長領域を含む電磁波（高周波）Ｅである。近赤外線を使用する場合には、成形型３には、近赤外線を透過しやすい透明又は半透明のゴム型等を用い、成形型３を透過した近赤外線によって、成形型３内の熱可塑性樹脂の予備成形体２を加熱し、溶融させてもよい。この場合には、成形型３における、近赤外線の透過率を、予備成形体２における、近赤外線の透過率よりも高くすることが好ましい。換言すれば、成形型３における、近赤外線の吸収率を、予備成形体２における、近赤外線の吸収率よりも低くすることが好ましい。
マイクロ波を使用する場合には、成形型３には、誘電損失（誘電体損失）が少ないゴム型等を用い、マイクロ波によって成形型３内の熱可塑性樹脂の予備成形体２に誘電損失を発生させて、予備成形体２を誘電加熱し、溶融させることができる。誘電損失とは、絶縁体に交番電界が加えられたときに、この絶縁体に生じるエネルギーロスのことをいう。このエネルギーロスによって絶縁体には熱が発生する。
マイクロ波を使用する場合には、成形型３の誘電力率（誘電正接，ｔａｎδ）を、予備成形体２の誘電力率よりも低くしてもよい。成形型３の誘電力率が予備成形体２の誘電力率よりも低いことにより、成形型３に比べて予備成形体２に誘電損失を多く発生させることができる。マイクロ波を使用する場合には、種々の配色がなされたゴム型等を用いてもよい。
電磁波発生器４２は、赤外線を発生させる場合には、ハロゲンランプ等としてもよい。また、電磁波発生器４２は、マイクロ波を発生させる場合には、マイクロ波発振器等としてもよい。また、電磁波発生器４２は、高周波を発生させる場合には、高周波発振器等としてもよい。
（誘電加熱器４４）
図１５に示すように、電磁波発生器４２を用いる代わりに誘電加熱器４４を用いてもよい。誘電加熱器４４は、一対の電極４４１に印加される高周波の交流電圧によって、成形型３のキャビティ３３内の樹脂材料２０及び成形型３に交番電界を印加するものである。より具体的には、誘電加熱器４４は、成形型３の両側に配置された一対の電極４４１の間に加わる交流電圧によって、キャビティ３３内の樹脂材料２０及び成形型３に交番電界を印加するものである。誘電加熱器４４は、一対の電極４４１によって交番電界を発生させる、電磁波Ｅとしての高周波を用いたものとする。誘電加熱器４４による交流電圧の周波数は、１ｍ〜１００ｍの波長領域を含む電磁波Ｅとしての高周波とする。
誘電加熱器４４とともに用いられる成形型３は、誘電損失によって発熱する性質を有する絶縁性のものである。誘電加熱器４４の一対の電極４４１によって成形型３に交番電界が印加されるときには、成形型３又は樹脂材料２０の少なくとも一方が誘電損失によって発熱し、樹脂材料２０が溶融する。誘電損失の値は、絶縁体としての物質の種類に応じて決まる。また、誘電損失は、誘電正接ｔａｎδの値に応じて決まる。
また、成形型３における、キャビティ３３の成形面３３１には、成形型３の他の部位である一般部に比べて誘電損失が大きい成形表面層を形成してもよい。成形表面層は、誘電損失を大きくするために、例えば、カーボンブラック、グラファイト、炭化珪素、フェライト、チタン酸バリウム、黒鉛及び二酸化マンガンよりなる群から選ばれた少なくとも１種の物質を含有していてもよい。
電極４４１の外形を成形型３の外形よりも大きくし、一対の電極４４１の間には、成形型３の全体を配置することができる。この場合には、一対の電極４４１と成形型３との位置関係は固定される。一方、電極４４１の外形を成形型３の外形よりも小さくし、一対の電極４４１の間には成形型３の一部が配置されるようにしてもよい。この場合には、一対の電極４４１に対して成形型３を相対的に移動させて、成形型３のキャビティ３３内の各部に位置する樹脂材料２０を順次溶融させてもよい。
（樹脂成形方法）
次に、予備成形方法及び電磁波成形方法による樹脂成形方法について詳説する。
樹脂成形方法は、図１６のフローチャートに示すように、粒状物層形成工程Ｓ１０１及び光照射工程Ｓ１０２を含む予備成形方法と、配置工程Ｓ１０４、充填工程Ｓ１０５及び冷却工程Ｓ１０６を含む電磁波成形方法とによって構成される。
（予備成形方法）
本形態の予備成形方法においては、予備成形装置５を用いて、樹脂成形品１の成形に用いられる予備成形体２を成形する。予備成形方法においては、粒状物層形成工程Ｓ１０１及び光照射工程Ｓ１０２が繰り返し行われて、予備成形体２が成形される。
図１に示すように、粒状物層形成工程Ｓ１０１においては、ステージ枠５１の内側に配置されたステージ５２に、最大外形が０．５〜５ｍｍの範囲内の、樹脂を含有するペレットとしての粒状物２１１が、規定厚みの範囲内に層状に敷き詰められた粒状物層２１が形成される。まず、予備成形用の制御機器６による昇降機構５２１の昇降用モータ５２３の制御により、ステージ枠５１の上端開口部５１２よりもステージ５２の上面５２５が、粒状物層２１の厚み分だけ下降した状態が形成される。
次いで、図１、図４及び図５に示すように、開閉弁５５３によって粒状物供給体５５の供給口５５２が開口されるとともに、ステージ５２に対して粒状物供給体５５が移動し、供給口５５２から流下する粒状物２１１がステージ５２の上面５２５又はステージ５２上の粒状物層２１の表面に載置されて、粒状物層２１が形成される。このとき、粒状物２１１の表面を均し部材５６によって均すことにより、粒状物層２１の厚みが均一になるように調整することができる。均し部材５６は、ステージ枠５１の上端面５１１に沿ってスライドさせることが可能な擦り切りプレート等によって形成される。
次いで、図２、図３及び図６に示すように、光照射工程Ｓ１０２においては、ステージ５２に対して光照射源５３による収束光Ｇが平面形状を描くように相対的に移動しながら、ステージ５２における粒状物層２１に収束光Ｇが照射される。制御機器６による平面移動機構５４の制御により、光照射源５３による収束光Ｇが、ステージ５２上における粒状物層２１に照射される。また、制御機器６においては、光照射源５３の収束光Ｇによって粒状物２１１に与えられるエネルギーが、粒状物２１１の表面部位２１２のみが溶融する大きさに設定されている。
また、光照射工程Ｓ１０２においては、光照射源５３による収束光Ｇは、０．７８〜２μｍの波長領域を含む近赤外線によって構成された、直径が１〜１０ｍｍの範囲内のスポット光として、粒状物層２１の粒状物２１１に照射される。このとき、図１０に示すように、粒状物層２１に照射される収束光Ｇは、予備成形体２の輪郭形状Ｋの内側領域Ｒに照射され、粒状物２１１の表面部位２１２が溶融する。そして、収束光Ｇの照射によって溶融した、複数の粒状物２１１の表面部位２１２同士が互いに固着され、スライス部２２が形成される。
次いで、図５に示すように、粒状物層形成工程Ｓ１０１が再び行われ、制御機器６による昇降用モータ５２３及び粒状物供給体５５の制御を受けて、ステージ５２上における前回の粒状物層２１の上に、今回の粒状物層２１が積層される。次いで、図６に示すように、光照射工程Ｓ１０２が再び行われ、今回の粒状物層２１における粒状物２１１の表面部位２１２が溶融するとともに、前回の粒状物層２１のスライス部２２における粒状物２１１の表面部位２１２も溶融する。そして、今回の粒状物層２１にスライス部２２が形成されるとともに、今回の粒状物層２１のスライス部２２における粒状物２１１の表面部位２１２と、前回の粒状物層２１のスライス部２２における粒状物２１１の表面部位２１２とが互いに固着される。
以降、予備成形の終了を確認する工程Ｓ１０３において、本成形用の制御機器４３が予備成形を終了するまでは、粒状物層形成工程Ｓ１０１による粒状物層２１の積層と、光照射工程Ｓ１０２による収束光Ｇの照射とが繰り返し行われる。そして、図７に示すように、粒状物層２１における粒状物２１１の表面部位２１２が溶融し、表面部位２１２同士が接触する界面２１４が互いに固着して、予備成形体２としての粒状物結合体が成形される。換言すれば、粒状物層形成工程Ｓ１０１及び光照射工程Ｓ１０２が繰り返し行われるごとに、各層の粒状物層２１のスライス部２２が順次互いに固着され、すべてのスライス部２２が一体化されて、予備成形体２が成形される。
本形態の光照射工程Ｓ１０２においては、光照射源５３による収束光Ｇが、ステージ５２に形成された粒状物層２１における、輪郭形状Ｋの内側領域Ｒの全体に照射される。そして、粒状物層２１においては、輪郭形状Ｋの内側領域Ｒの全体の粒状物２１１の表面部位２１２が溶融したスライス部２２が形成され、粒状物２１１の表面部位２１２同士が固着される。
（電磁波成形方法）
予備成形方法によって成形された予備成形体２は、電磁波成形方法によって樹脂成形品１を成形する際の樹脂材料２０として使用される。図１６に示すように、電磁波成形方法においては、予備成形体２を用いた、配置工程Ｓ１０４、充填工程Ｓ１０５及び冷却工程Ｓ１０６が行われて、熱可塑性樹脂の樹脂成形品１が製造される。
図１７に示すように、配置工程Ｓ１０４においては、成形型３内に予備成形体２が配置される。図１７は、成形型３内に予備成形体２が配置された状態を拡大して模式的に示す。図１８に示すように、充填工程Ｓ１０５においては、成形型３を透過した電磁波Ｅによって予備成形体２が加熱されて溶融し、予備成形体２を構成する粒状物２１１によって成形型３内に形成された隙間がなくなるように、溶融した樹脂材料２０が成形型３内に充填される。冷却工程Ｓ１０６においては、溶融した樹脂材料２０が成形型３内において冷却されて固化し、樹脂材料２０が一体化された樹脂成形品１が成形型３内に成形される。
図１７に示すように、配置工程Ｓ１０４においては、成形型３を構成する一対の型部３１，３２の間のキャビティ３３に予備成形体２が配置される。成形型３のキャビティ３３に予備成形体２が配置されたときには、キャビティ３３の成形面３３１と予備成形体２における凹凸状の表面２０１との間には、凹凸状の隙間Ｓ１が形成される。この凹凸状の隙間Ｓ１は、予備成形体２が粒状物結合体からなることに伴って形成される。
図１２に示すように、キャビティ３３に予備成形体２が配置される状態で一対の型部３１，３２が閉じられた後には、真空ポンプ４１によって、第２型部３２の真空口３４からキャビティ３３内が真空引きされる。このとき、キャビティ３３内の隙間が真空状態になる。また、成形型３は、大気圧以上の圧力環境下に配置されている。そして、成形型３の外部の圧力が成形型３の内部（キャビティ３３内）の圧力よりも高いことによって、成形型３の外部から内部に向けて型締め力を作用させることができる。
また、充填工程Ｓ１０５において、成形型３内を真空引きするときには、予備成形体２によって成形型３内に形成された隙間Ｓ１，Ｓ２を介して、成形型３内の残留気体が成形型３の外部へ抜き出される。特に、予備成形体２として、固体である粒状物結合体を利用することにより、成形型３内の残留気体を効果的に抜き出すことができる。
ところで、キャビティ３３に予備成形体２が配置されたときに、キャビティ３３の成形面３３１と予備成形体２の表面の全体とが密着している場合には、樹脂材料２０が溶融する際に発生するガス（水分等）の抜け道がなくなり、キャビティ３３内の真空引きが不十分となり、成形する樹脂成形品１にボイド（気泡）が残るおそれがある。これに対し、本形態の充填工程Ｓ１０５等においては、真空ポンプ４１によってキャビティ３３内が真空引きされるときには、キャビティ３３の成形面３３１と予備成形体２の凹凸状の表面２０１とによって隙間Ｓ１が形成される。
そして、キャビティ３３内を真空引きするときには、予備成形体２における凹凸状の表面２０１による隙間Ｓ１、及び予備成形体２を構成する粒状物２１１同士の間の隙間Ｓ２が、キャビティ３３内の残留ガスの通り道、及び樹脂材料２０が溶融する際に発生するガスの抜け道となる。これにより、キャビティ３３内の真空引きを十分に行うことができ、成形する樹脂成形品１にボイドが残らないようにすることができる。
また、配置工程Ｓ１０４においては、成形する樹脂成形品１の形状が複雑である場合には、成形型３内に、成形型３のキャビティ３３のそれぞれの部分の形状に沿った複数種類の予備成形体２を配置してもよい。また、配置工程Ｓ１０４においては、予備成形体２とともに、予備成形体２を構成する熱可塑性樹脂と同じ成分の熱可塑性樹脂の粉末材料を、キャビティ３３内に配置してもよい。この粉末材料は、例えば、キャビティ３３の成形面３３１と予備成形体２の表面２０１との間に形成される隙間に補充して、成形する樹脂成形品１の一部の形状を補う目的で使用することができる。
次いで、充填工程Ｓ１０５においては、電磁波発生器４２によって０．０１〜１ｍの波長領域を含む電磁波Ｅであるマイクロ波が発生し、このマイクロ波が成形型３に照射される。このとき、成形型３を構成するゴム材料の誘電力率が、予備成形体２を構成する樹脂材料２０の誘電力率よりも低いことにより、成形型３に比べて予備成形体２がマイクロ波をより多く吸収する。これにより、成形型３を透過したマイクロ波によって、予備成形体２がより高温に加熱されて、溶融する。
予備成形体２が溶融するときには、キャビティ３３内の圧力が成形型３の外部の圧力よりも低いことにより、成形型３が内側に若干潰れるように弾性変形する。そして、キャビティ３３の成形面３３１と予備成形体２の表面２０１との間の隙間Ｓ１、及び予備成形体２を構成する粒状物２１１同士の間の隙間Ｓ２に、溶融した樹脂材料２０が流れ込む。これにより、粒状物結合体を構成する粒状物２１１がなくなるとともに、キャビティ３３内の隙間Ｓ１，Ｓ２が埋められて、溶融した樹脂材料２０がキャビティ３３内に充填される。また、充填工程Ｓ１０５においては、真空ポンプ４１によるキャビティ３３内の真空引きを継続することができる。
また、図１４に示すように、一対の型部３１，３２が互いに接近するようスライド可能なスライド構造の成形型３を用いる場合には、キャビティ３３内の予備成形体２が溶融するときには、キャビティ３３内の圧力が成形型３の外部の圧力よりも低いことにより、一対の型部３１，３２が互いに接近して、縮小されたキャビティ３３内に溶融した樹脂材料２０が充填される。この場合には、溶融した樹脂材料２０によってキャビティ３３内の隙間Ｓ１，Ｓ２がより効果的に埋められて、溶融した樹脂材料２０がキャビティ３３の成形面３３１により効果的に押し当てられる。
また、キャビティ３３内に予備成形体２及び粉末材料が配置されている場合には、マイクロ波によって予備成形体２及び粉末材料が溶融したときには、粉末材料によって予備成形体２の三次元形状が補われる。また、キャビティ３３内に複数種類の予備成形体２が配置されている場合には、マイクロ波によって複数種類の予備成形体２が加熱されて溶融し、予備成形体２同士が境界部分（界面部分）において接合される。予備成形体２同士の間の境界部分とは、キャビティ３３内において予備成形体２同士が対面する部分のことをいう。
次いで、冷却工程Ｓ１０６においては、電磁波発生器４２による電磁波Ｅの発生が停止されるとともに、真空ポンプ４１によるキャビティ３３内の真空引きが継続される。そして、成形型３の外部の圧力がキャビティ３３内の圧力よりも高いことによって、一対の型部３１，３２に型締め力が作用する状態を維持する。また、冷却工程Ｓ１０６においては、キャビティ３３内に樹脂材料２０が充填された状態の成形型３が空気中に放置され、自然放冷又は強制放冷によって、成形型３及びキャビティ３３内の樹脂材料２０が冷却される。そして、溶融した樹脂材料２０が成形型３内において冷却されて固化する。
図１８及び図１９に示すように、充填工程Ｓ１０５及び冷却工程Ｓ１０６が行われたときには、成形型３内に、予備成形体２における粒状物２１１同士の間の隙間Ｓ２、及び予備成形体２の表面２０１の凹凸がなくなるように樹脂材料２０が一体化された樹脂成形品１が成形される。また、充填工程Ｓ１０５及び冷却工程Ｓ１０６が行われたときには、キャビティ３３の成形面３３１の形状が滑らかに転写された表面を有する樹脂成形品１が成形される。また、キャビティ３３の成形面３３１に、シボ加工、凹凸加工等の形状が形成されている場合には、この形状を樹脂成形品１の表面に転写することができる。また、キャビティ３３の成形面３３１の転写によって、樹脂成形品１の表面が鏡面になるようにすることもできる。
図１５に示すように、充填工程Ｓ１０５において、電磁波発生器４２の代わりに誘電加熱器４４が用いられる場合には、誘電加熱器４４の一対の電極４４１から成形型３に高周波の交番電界が印加され、この交番電界による誘電損失によって成形型３及びキャビティ３３内の予備成形体２（樹脂材料２０）の少なくとも一方が発熱する。成形型３が発熱する場合には、成形型３からの伝熱によってキャビティ３３内の予備成形体２が加熱される。また、成形型３に成形表面層が形成されているときには、交番電界によって成形表面層が発熱し、成形表面層からの伝熱によってキャビティ３３内の予備成形体２が加熱されてもよい。
（予備成形装置５及び予備成形方法による作用効果）
本形態の予備成形装置５及び予備成形方法は、樹脂成形品１の成形に用いられる予備成形体２を成形するためのものである。予備成形体２は、樹脂成形品１を本成形するための樹脂材料２０として用いられるものであり、予備成形体２の表面形状に精度は要求されない。一方、予備成形体２には、成形が容易であり、成形できる樹脂の種類の制約が少ないことが求められる。予備成形方法及び予備成形装置５は、粉末焼結積層造形法：ＳＬＳ（Selective Laser Sintering）及び粉末焼結積層造形法に用いられる装置と類似するものの、粉末焼結積層造形法とは成形対象及び成形原理が異なるものである。
予備成形装置５は、ステージ枠５１、ステージ５２、光照射源５３及び制御機器６を備え、制御機器６の制御を受けて、ステージ５２への粒状物層２１の積層と、光照射源５３による収束光Ｇの照射とを繰り返し交互に行うものである。粒状物層２１における、収束光Ｇが照射された隣接する粒状物２１１同士は、溶融して互いに結合することになる。このとき、粒状物層２１における粒状物２１１と、隣接する粒状物層２１における粒状物２１１とも、溶融して互いに結合することになる。
予備成形装置５及び予備成形方法においては、予備成形体２を成形することを目的としているために、粒状物２１１を完全に溶融させないようにする。具体的には、制御機器６によって、光照射源５３による収束光Ｇの照射状態を制御し、収束光Ｇが照射された、粒状物層２１における粒状物２１１の表面部位２１２のみが溶融するようにしている。そして、粒状物２１１の表面部位２１２同士が接触する界面２１４が互いに固着して、予備成形体２としての粒状物結合体が成形される。
このような粒状物結合体を成形する装置及び方法は、予備成形装置５及び予備成形方法によって初めて見出されたものである。粒状物層２１における粒状物２１１は、表面部位２１２のみが溶融して互いに結合することにより、例えば、融点を有する結晶性の樹脂、高収縮性の樹脂、塑性変形せずに破壊しようとする高脆性の樹脂、硬度が低い軟質の樹脂、ガラスファイバー等の繊維によって強化された樹脂等の予備成形体２を成形する場合等に粒状物２１１が溶融するときにおいても、粒状物２１１の硬度が適切に保たれる。そのため、成形できる樹脂の種類の制約を少なくすることができる。一方、粉末焼結積層造形法においては、粒状物２１１の表面部位２１２のみを溶融させるといった発想はない。
また、表面部位２１２のみが溶融して固着した粒状物結合体を成形するためには、最大外形が０．５〜５ｍｍの範囲内の粒状物２１１を用いることが前提となる。そして、このような最大外形が大きな粒状物２１１を用いて予備成形体２を成形するため、ペレット等よりも小さな微粒子を用いずに予備成形体２を成形することができ、予備成形体２の成形が容易である。
一方、粉末焼結積層造形法においては、粒径が５０μｍ程度の微粒子が用いられる。そのため、ＣＯ2レーザー等によって微粒子に十分なエネルギーが与えられ、微粒子の全体が溶融して微粒子同士が互いに焼結されることになる。つまり、予備成形装置５に用いられる樹脂材料２０と、粉末焼結積層造形法に用いられる樹脂材料とは全く異なる。
また、予備成形体２の表面には、粒状物２１１による大きな凹凸が存在することになる。予備成形体２は、本成形を行う際に溶融されて樹脂成形品１を構成するものであり、予備成形体２の表面形状の精度は要求されない。一方、予備成形体２を用いて樹脂成形品１を成形する際には、予備成形体２の表面における凹凸、及び予備成形体２の粒状物２１１同士の間の隙間が、電磁波Ｅ及び成形型３を用いた樹脂成形品１の成形に有効となる。
本形態の予備成形装置５及び予備成形方法によれば、予備成形体２の成形が容易であり、成形できる樹脂の種類の制約を少なくすることができる。
（樹脂成形システム１０及び樹脂成形方法による作用効果）
本形態の樹脂成形システム１０及び樹脂成形方法において用いられる成形型３は、ゴム材料、硬化性樹脂材料、セメント材料、石膏材料等の非金属材料を用いて製造されている。金属材料の成形型３を製造する場合には切削加工等が必要になることに比べて、非金属材料を用いた成形型３の製造は、切削加工等が不要となって、容易である。また、本形態の樹脂成形方法は、成形型３の製造が容易であるため、小ロット（少量）の生産にも適している。
また、予備成形体２を用いた樹脂成形システム１０及び樹脂成形方法による樹脂成形品１においては、積層造形法等による樹脂成形品においては得られなかった特性を得ることができる。具体的には、本形態の樹脂成形システム１０及び樹脂成形方法によれば、積層造形法等によって成形された樹脂成形品における課題である、積層界面があることによって積層方向の強度が低いといった課題、樹脂成形品の密度が低いといった課題、樹脂成形品の表面に段差又は凹凸があるといった課題等を解決することができる。
積層造形法によって成形された成形体においては、積層された樹脂材料同士の間には、樹脂材料の表面同士が合わさった積層界面が、積層された数に応じて形成されている。そして、成形された成形体を樹脂材料の積層方向に引っ張る場合には、積層界面において剥がれが生じやすい。そのため、成形体における積層方向の強度は、成形体における他の方向の強度に比べて低くなる。
この強度の課題について、樹脂成形システム１０及び樹脂成形方法においては、予備成形体２の表面２０１における凹凸、及び粒状物２１１同士の間の隙間Ｓ２がなくなるように樹脂材料２０が一体化されることにより、樹脂成形品１において、粒状物結合体が用いられた痕跡がほとんど分からなくなる。そして、樹脂成形品１においては、特定の方向から加わる力に対する強度が低いといった、強度の偏りを解消することができる。
一方、積層造形法等によって成形された成形体においては、積層された樹脂材料同士の間には隙間が形成されている。この隙間は、成形体中に空隙として存在することになる。そして、この隙間が存在するだけ、成形体の密度は低くなり、成形体の強度が低くなる。
この密度の課題について、樹脂成形システム１０及び樹脂成形方法においては、予備成形体２における粒状物２１１同士の間の隙間Ｓ２が埋められる。そして、樹脂成形品１を構成する樹脂材料２０の密度が高くなり、樹脂成形品１の強度が高くなる。
また、積層造形法等によって成形された成形体の表面においては、成形体における積層界面の存在によって段差又は凹凸が形成されている。この段差又は凹凸の存在により、成形体の表面は、意匠外観性に優れない。
この意匠外観性の課題について、樹脂成形システム１０及び樹脂成形方法においては、予備成形体２の表面２０１における凹凸がなくなるように樹脂材料２０が一体化されている。これにより、樹脂成形品１の表面の意匠外観性を良好にすることができる。
また、成形型３内に配置された粉末樹脂材料を電磁波Ｅによって溶融させて樹脂成形品１を成形する従来の方法においては、円筒形状（中空形状）、深い立壁・リブ等の形状の樹脂成形品１を成形する際には、成形型３のキャビティ３３の端部まで粉末樹脂材料を充填することが難しい。また、その他、粉末樹脂材料が行き渡りにくい複雑な形状の部分を成形することも難しい。
本形態の樹脂成形システム１０及び樹脂成形方法においては、予備成形体２を用いた電磁波成形を行うため、粉末樹脂材料を用いた電磁波成形によっては困難であった形状の成形が可能になる。また、粉末樹脂材料の充填が難しかった肉厚形状を有する樹脂成形品１についても、予備成形体２を用いた電磁波成形によれば精度よく成形することが可能になる。
また、成形型３内に配置された粉末樹脂材料を電磁波Ｅによって溶融させて樹脂成形品を成形する従来の方法においては、粉末樹脂材料にペレットを用いる場合に、ペレットの角部、ペレットに形成された棘などの突起物等によって成形型３の成形面３３１に傷が入るおそれがある。これに対し、本形態の樹脂成形システム１０及び樹脂成形方法において用いられる予備成形体２の表面には、一旦溶融した後に固化した、粒状物２１１の表面部位２１２が配置される。また、粒状物２１１の表面部位２１２が溶融するときには、粒状物２１１としてのペレットに形成された、尖った角部、突起物等がなくなる。そのため、予備成形体２の表面に突起物等が存在しにくく、予備成形体２を成形型３内に配置する際に、成形型３の成形面３３１に傷が入るおそれがほとんどなくなる。
また、例えば硬度が低い熱可塑性樹脂、ゴム及び樹脂の中間的な性質を有する熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）等の、マイクロペレットの製造が困難な種類の樹脂材料２０についても、予備成形体２を用いて電磁波成形を行うことにより、意匠外観性及び強度に優れた樹脂成形品１を得ることができる。
このように、本形態の樹脂成形システム１０及び樹脂成形方法によれば、予備成形体２を用いて、意匠外観性に優れるとともに強度等の機械的特性に優れる樹脂成形品１を得ることができる。
＜実施形態２＞
本形態は、収束光Ｇの照射の仕方が実施形態１の場合と異なる、予備成形装置５及び予備成形方法について示す。
（本形態の予備成形装置５）
図２０及び図２１に示すように、本形態の光照射源５３による収束光Ｇは、ステージ５２に形成された粒状物層２１における、成形する予備成形体２の輪郭形状Ｋに沿って照射される。換言すれば、本形態においては、光照射源５３による収束光Ｇが、ステージ５２に形成された粒状物層２１における、目標形状に対して中空状に照射される。より具体的には、制御機器６は、光照射源５３の収束光Ｇを、ステージ５２における粒状物層２１に、成形する予備成形体２の輪郭形状Ｋに沿って照射し、粒状物２１１の表面部位２１２同士が環形状に固着された環固着部２２０を形成するとともに、環固着部２２０の内側に粒状物２１１が内包された粒状物結合体を成形するよう構成されている。
本形態においては、光照射源５３からステージ５２に形成された粒状物層２１に収束光Ｇが照射されるときには、予備成形体２の輪郭形状Ｋに沿ったスライス部２２としての環形状の環固着部２２０が形成される。環固着部２２０においては、予備成形体２の輪郭形状Ｋに沿った位置に存在する粒状物２１１の表面部位２１２同士が互いに固着されている一方、予備成形体２の輪郭形状Ｋに沿った位置に存在する粒状物２１１よりも内側領域Ｒに存在する粒状物２１１は固着されていない。
また、本形態においては、ステージ５２上における、前回形成された環固着部２２０の上に、今回の環固着部２２０が形成される際に、それぞれの環固着部２２０を形成する粒状物２１１の表面部位２１２同士が固着される。そして、図２２に示すように、成形される予備成形体２としての粒状物結合体は、粒状物結合体の三次元の輪郭形状Ｋに沿って粒状物２１１の表面部位２１２同士が互いに固着した外殻部２３と、外殻部２３の内側領域Ｒに配置された、互いに固着されていない内包粒状物２４とを有する。外殻部２３の厚みは、粒状物結合体の形状を維持できる剛性が確保される厚みとする。
スライス部２２において、環固着部２２０を形成する、表面部位２１２が互いに固着された粒状物２１１の幅は、所定の大きさにしてもよい。換言すれば、光照射源５３による収束光Ｇは、粒状物層２１における平面方向に所定の幅を有する状態で照射してもよい。この収束光Ｇの照射幅は、粒状物２１１の粒径、成形する予備成形体２の三次元形状を考慮して決定する。収束光Ｇの照射幅によって、粒状物結合体の外殻部２３の厚みが決定される。
（本形態の光照射工程Ｓ１０２）
本形態の予備成形方法の光照射工程Ｓ１０２においては、光照射源５３の収束光Ｇが、ステージ５２における粒状物層２１に、成形する予備成形体２の輪郭形状Ｋに沿って照射される。そして、粒状物層２１に、粒状物２１１の表面部位２１２同士が環形状に固着されたスライス部２２としての環固着部２２０が形成され、環固着部２２０における粒状物２１１の表面部位２１２が、他の環固着部２２０における粒状物２１１の表面部位２１２と固着される。また、粒状物層形成工程Ｓ１０１による粒状物層２１の積層と、光照射工程Ｓ１０２による収束光Ｇの照射とが繰り返し行われたときには、環固着部２２０の内側に粒状物２１１が内包された粒状物結合体が成形される。
本形態の樹脂成形システム１０及び樹脂成形方法については、実施形態１の場合と同様である。本形態の予備成形装置５及び予備成形方法における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。
＜実施形態３＞
本形態は、予備成形装置５及び予備成形方法において用いる均し部材５６に更なる工夫をした場合について示す。
（均しシート５６０）
図２３及び図２４に示すように、本形態の予備成形装置５は、ステージ５２上又はステージ５２上の粒状物層２１の表面に載置された粒状物２１１を均して、粒状物層２１を形成するための均し部材５６としての可撓性の均しシート５６０を備えている。均しシート５６０がステージ枠５１の上端開口部５１２を覆うように配置されるときに、規定厚みの範囲内の粒状物層２１が形成される。より具体的には、粒状物層２１は、ステージ枠５１の上端開口部５１２及び均しシート５６０と、ステージ５２の上面５２５又は粒状物層２１の表面との間に形成されるスペースに粒状物２１１が充填されることにより、規定厚みの範囲内に形成される。
均しシート５６０が用いられることにより、簡単な構成で、規定厚みの範囲内の粒状物層２１を形成することができる。
図２３及び図２４に示すように、均しシート５６０は、ステージ枠５１に囲まれたステージ５２の上面５２５又は粒状物層２１の表面に粒状物２１１が載置されたときに、ステージ枠５１の上端面５１１によってガイドされながら、粒状物２１１を平坦状に均すために用いられる。均しシート５６０は、ロール状に巻かれた状態で、ステージ枠５１の周囲の待機位置に待機し、ロール状に巻かれた状態から平板状に広がって、ステージ枠５１の上端面５１１の上の展開位置に展開される。
均しシート５６０の基端部は、ステージ枠５１に固定されており、均しシート５６０の先端部には、均しシート５６０の巻き付け及び展開を行うために可動する芯部材５６１が設けられている。芯部材５６１は、ロボット等の装置を用いて、移動、並びに巻き付け及び展開のための回転が可能である。
均しシート５６０は、収束光Ｇを透過させる性質を有する。本形態の均しシート５６０は、収束光Ｇとしての近赤外線を透過させる性質を有するシリコーンゴムのシートによって構成されている。均しシート５６０は、ステージ枠５１の上端開口部５１２を閉口して、粒状物層２１が内部に配置された、均しシート５６０、ステージ枠５１及びステージ５２によって囲まれた閉空間５０を形成するよう構成されている。ステージ枠５１の上端開口部５１２は、ステージ枠５１における、枠形状の上端面５１１に囲まれて形成される。
均しシート５６０は、粒状物２１１を均して粒状物層２１を形成する機能の他に、閉空間５０を形成する機能、及び閉空間５０内に粒状物層２１を維持する機能も有する。また、均しシート５６０が収束光Ｇを透過させる性質を有することにより、閉空間５０を形成したままで、光照射源５３から照射される収束光Ｇを透過させて、粒状物２１１に吸収させることができる。
（減圧ポンプ５７）
図２４に示すように、本形態の予備成形装置５は、均しシート５６０によって形成される閉空間５０内を減圧する減圧ポンプ５７を備える。減圧ポンプ５７は、粒状物２１１同士の間に形成される隙間、並びに粒状物２１１と、ステージ５２、ステージ枠５１及び均しシート５６０との間に形成される隙間を利用して、閉空間５０内を減圧する。減圧ポンプ５７は、均しシート５６０によって粒状物層２１及び閉空間５０が形成されるごとに、閉空間５０内を繰り返し減圧するよう構成されている。
予備成形装置５は、減圧ポンプ５７によって閉空間５０内が減圧された状態において、光照射源５３による収束光Ｇが、均しシート５６０を介して粒状物層２１に照射されるよう構成されている。均しシート５６０によって形成された閉空間５０内が減圧されることにより、空気にほとんど接触していない状態の粒状物層２１に対して、収束光Ｇを照射することができる。そのため、収束光Ｇが照射される粒状物２１１において酸化劣化が生じにくくすることができる。
また、閉空間５０内の空気は、窒素によって置換してもよい。この場合には、収束光Ｇが照射される際に粒状物２１１に酸化劣化が生じることを効果的に防止することができる。一方、粉末焼結積層造形法においては、空気中においてＣＯ2レーザー等によって微粒子が溶融するため、微粒子が酸化劣化する可能性が高い。
（本形態の予備成形方法）
本形態の予備成形方法の粒状物層形成工程Ｓ１０１においては、図２３に示すように、粒状物供給体５５から、ステージ５２の上面５２５又はステージ５２上の粒状物層２１の表面に粒状物２１１が供給された後に、図２４に示すように、ステージ５２及びステージ枠５１から退避した均しシート５６０が、ステージ枠５１の上端開口部５１２を覆うように配置される。このとき、均しシート５６０は、ロール状に巻かれた状態から平坦状に展開され、ステージ枠５１の上端開口部５１２の上に載置される。
そして、均しシート５６０が平坦状に展開されるときには、均しシート５６０によって、ステージ５２上に載置された粒状物２１１が平坦状に均される。また、均しシート５６０がステージ枠５１の上端開口部５１２を覆うように配置されるときに、粒状物層２１が形成される。均しシート５６０がステージ枠５１の上端開口部５１２に配置されたときには、上端開口部５１２が閉口され、粒状物層２１が内部に配置された、均しシート５６０、ステージ枠５１及びステージ５２によって囲まれた閉空間５０が形成される。
本形態においては、図２５のフローチャートに示すように、粒状物層形成工程Ｓ１０１が行われた後であって光照射工程Ｓ１０２が行われる前には、閉空間５０内が減圧される減圧工程Ｓ１０１Ａが行われる。減圧工程Ｓ１０１Ａにおいては、減圧ポンプ５７によって、粒状物層２１が配置された閉空間５０内の真空引きが行われる。このとき、真空引きによる吸引力を受けて、均しシート５６０がステージ枠５１の上端面５１１に引き寄せられ、ステージ枠５１の上端開口部５１２が密閉されるとともに、閉空間５０内が大気圧よりも低い減圧状態（真空状態）になる。均しシート５６０が可撓性を有することにより、均しシート５６０が、真空引きによる吸引力を受けてステージ枠５１の上端面５１１に密着しやすくすることができる。
次いで、光照射工程Ｓ１０２においては、均しシート５６０を介して、ステージ５２における粒状物層２１に収束光Ｇが照射される。このとき、収束光Ｇとしての近赤外線が均しシート５６０を透過して粒状物層２１に照射され、近赤外線のエネルギーが粒状物２１１に吸収される。そして、実施形態１の場合と同様に、収束光Ｇが照射された粒状物２１１の表面部位２１２が溶融し、粒状物２１１の表面部位２１２同士が固着される。
次いで、粒状物層形成工程Ｓ１０１が再び行われた後には、減圧工程Ｓ１０１Ａ及び光照射工程Ｓ１０２が再び行われる。そして、減圧ポンプ５７による閉空間５０内の真空引きは、均しシート５６０がステージ枠５１の上端開口部５１２を閉口して粒状物層２１が形成されるごとに行われる。こうして、粒状物層形成工程Ｓ１０１、減圧工程Ｓ１０１Ａ及び光照射工程Ｓ１０２が繰り返し行われて、予備成形体２としての粒状物結合体が成形される。
本形態の電磁波成形装置４及び樹脂成形方法については、実施形態１の場合と同様である。本形態の予備成形装置５及び予備成形方法における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。
本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。さらに、本発明から想定される様々な構成要素の組み合わせ、形態等も本発明の技術思想に含まれる。
１ 樹脂成形品
１０ 樹脂成形システム
２ 予備成形体（粒状物結合体）
２１ 粒状物層
２１１ 粒状物
２２ スライス部
３ 成形型
３１，３２ 一対の型部
３３ キャビティ
４ 電磁波成形装置
４１ 真空ポンプ
４２ 電磁波発生器
４４ 誘電加熱器
５ 予備成形装置
５０ 閉空間
５１ ステージ枠
５２ ステージ
５３ 光照射源
５５ 粒状物供給体
５６ 均し部材
５６０ 均しシート
６ 制御機器

Claims (18)

  1. 樹脂成形品の成形に用いられる予備成形体を成形する予備成形装置であって、
    鉛直上側に開口部を有する枠形状に形成されたステージ枠と、
    前記ステージ枠の内側に配置されるとともに、前記ステージ枠に対して鉛直方向に沿って相対的に昇降し、かつ、最大外形が０．５〜５ｍｍの範囲内の、樹脂を含有する粒状物が、粒状物層として規定厚みの範囲内に繰り返し層状に敷き詰められるステージと、
    前記鉛直方向に対して直交する水平方向に平面形状を描くよう、前記ステージに対して相対的に収束光を移動させながら、前記ステージにおける前記粒状物層に前記収束光を照射する光照射源と、
    前記ステージへの前記粒状物層の積層と、前記光照射源による前記収束光の照射とを繰り返し交互に行うよう制御する制御機器と、を備え、
    前記制御機器は、前記粒状物層における前記粒状物の表面部位が溶融し、前記表面部位同士が接触する界面が互いに固着して、前記予備成形体としての粒状物結合体が成形されるよう、前記粒状物層への前記収束光の照射状態を制御するよう構成されている、予備成形装置。
  2. 前記制御機器は、前記光照射源の前記収束光によって前記粒状物層に与えられるエネルギーを、前記粒状物の表面部位のみが溶融する大きさになるよう制御する、請求項１に記載の予備成形装置。
  3. 前記制御機器は、前記光照射源の前記収束光を、前記ステージにおける前記粒状物層に、成形する前記予備成形体の輪郭形状に沿って照射し、前記粒状物の前記表面部位同士が環形状に固着された環固着部を形成するとともに、前記環固着部の内側に前記粒状物が内包された前記粒状物結合体を成形するよう構成されている、請求項１又は２に記載の予備成形装置。
  4. 前記予備成形装置は、前記ステージ枠によって囲まれた前記ステージ上に前記粒状物を供給する粒状物供給体と、前記ステージ上に載置された前記粒状物を均して、粒状物層を形成するための均し部材とをさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の予備成形装置。
  5. 前記均し部材は、可撓性の均しシートによって構成されており、
    前記均しシートが前記ステージ枠の上端開口部を覆うように配置されるときに、前記粒状物層が形成される、請求項４に記載の予備成形装置。
  6. 前記均しシートは、前記収束光を透過させる性質を有するとともに、前記ステージ枠の上端開口部を閉口して、前記粒状物層が内部に配置された、前記均しシート、前記ステージ枠及び前記ステージによって囲まれた閉空間を形成するよう構成されており、
    前記閉空間が減圧された状態において、前記光照射源による前記収束光が、前記均しシートを介して前記粒状物層に照射される、請求項４又は５に記載の予備成形装置。
  7. 前記光照射源は、前記収束光として、０．７８〜２μｍの波長領域を含む近赤外線を、直径が１〜１０ｍｍの範囲内のスポット光として、前記粒状物層の前記粒状物に照射するよう構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の予備成形装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載された予備成形装置を含み、
    前記予備成形体から前記樹脂成形品が成形されるキャビティを有する絶縁性の成形型と、
    前記成形型に照射又は印加される電磁波によって、前記成形型を介して前記キャビティ内の前記予備成形体を加熱して溶融させる電磁波発生装置と、を備える、樹脂成形システム。
  9. 樹脂成形品の成形に用いられる予備成形体を成形する予備成形方法であって、
    ステージ枠の内側に配置されたステージに、最大外形が０．５〜５ｍｍの範囲内の、樹脂を含有する粒状物が、規定厚みの範囲内に層状に敷き詰められた粒状物層が形成される粒状物層形成工程と、
    前記ステージに対して光照射源による収束光が平面形状を描くように相対的に移動しながら、前記ステージにおける前記粒状物層に前記収束光が照射される光照射工程と、を含み、
    前記粒状物層形成工程による前記粒状物層の積層と、前記光照射工程による前記収束光の照射とが繰り返し行われ、前記粒状物層における前記粒状物の表面部位が溶融し、前記表面部位同士が接触する界面が互いに固着して、前記予備成形体としての粒状物結合体が成形される、予備成形方法。
  10. 前記光照射工程においては、前記光照射源の前記収束光によって前記粒状物に与えられるエネルギーが、前記粒状物の表面部位のみが溶融する大きさに設定される、請求項９に記載の予備成形方法。
  11. 前記光照射工程においては、前記光照射源の前記収束光が、前記ステージにおける前記粒状物層に、成形する前記予備成形体の輪郭形状に沿って照射され、前記粒状物の前記表面部位同士が環形状に固着された環固着部が形成され、
    前記粒状物層形成工程による前記粒状物層の積層と、前記光照射工程による前記収束光の照射とが繰り返し行われたときには、前記環固着部の内側に前記粒状物が内包された前記粒状物結合体が成形される、請求項９又は１０に記載の予備成形方法。
  12. 前記粒状物層形成工程においては、均し部材によって、前記ステージ上又は前記ステージ上の前記粒状物層の表面に載置された前記粒状物が均されて、前記粒状物層が形成される、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の予備成形方法。
  13. 前記均し部材は、可撓性の均しシートによって構成されており、
    前記粒状物層形成工程においては、前記均しシートが前記ステージ枠の上端開口部を覆うように配置されるときに、前記粒状物層が形成される、請求項１２に記載の予備成形方法。
  14. 前記均しシートは、前記収束光を透過させる性質を有しており、
    前記光照射工程においては、前記均しシートを介して、前記ステージにおける前記粒状物層に前記収束光が照射される、請求項１３に記載の予備成形方法。
  15. 前記粒状物層形成工程においては、前記均しシートが、記ステージ枠の上端開口部を閉口するよう配置されて、前記粒状物層が内部に配置された、前記均しシート、前記ステージ枠及び前記ステージによって囲まれた閉空間が形成され、
    前記粒状物層形成工程の後であって前記光照射工程の前には、前記閉空間内の真空引きが行われることにより、前記均しシートが前記ステージ枠の上端面に引き寄せられて、減圧状態の前記閉空間が形成される減圧工程が行われる、請求項１３又は１４に記載の予備成形方法。
  16. 前記光照射工程においては、前記光照射源による前記収束光は、０．７８〜２μｍの波長領域を含む近赤外線によって構成された、直径が１〜１０ｍｍの範囲内のスポット光として、前記粒状物層の前記粒状物に照射される、請求項９〜１５のいずれか１項に記載の予備成形方法。
  17. 前記粒状物は、融点が存在する結晶性樹脂によって構成されている、請求項９〜１６のいずれか１項に記載の予備成形方法。
  18. 請求項９〜１７のいずれか１項に記載された予備成形方法を含み、
    成形型内に前記予備成形体が配置される配置工程と、
    前記成形型を透過した電磁波、又は一対の電極によって印加される電磁波としての交番電界によって前記予備成形体が加熱されて溶融し、前記予備成形体を構成する前記粒状物によって前記成形型内に形成された隙間がなくなるように、溶融した材料が前記成形型内に充填される充填工程と、
    前記溶融した材料が前記成形型内において冷却されて固化し、前記材料が一体化された樹脂成形品が前記成形型内に成形される冷却工程と、を含む樹脂成形方法。
JP2020029509A 2020-02-25 2020-02-25 予備成形装置及び予備成形方法、並びに樹脂成形システム及び樹脂成形方法 Active JP7137227B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020029509A JP7137227B2 (ja) 2020-02-25 2020-02-25 予備成形装置及び予備成形方法、並びに樹脂成形システム及び樹脂成形方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020029509A JP7137227B2 (ja) 2020-02-25 2020-02-25 予備成形装置及び予備成形方法、並びに樹脂成形システム及び樹脂成形方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021133542A true JP2021133542A (ja) 2021-09-13
JP7137227B2 JP7137227B2 (ja) 2022-09-14

Family

ID=77662330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020029509A Active JP7137227B2 (ja) 2020-02-25 2020-02-25 予備成形装置及び予備成形方法、並びに樹脂成形システム及び樹脂成形方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7137227B2 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006513055A (ja) * 2002-12-19 2006-04-20 アルカム アーベー 三次元製品の製造装置及び製造方法
JP2011240539A (ja) * 2010-05-17 2011-12-01 Techno Polymer Co Ltd 光照射成形装置及び方法
JP2018040003A (ja) * 2011-12-12 2018-03-15 アドヴァンスド レーザー マテリアルズ，リミティド ライアビリティー カンパニーＡｄｖａｎｃｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＬＬＣ 前処理された材料を用いたレーザー焼結のための方法およびシステム
JP2018099845A (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 株式会社 ミタテ工房 造形物造形方法
JP2019531927A (ja) * 2016-09-08 2019-11-07 カール ライビンガー メディツィンテヒニーク ゲーエムベーハー ウント コーカーゲーＫａｒｌ Ｌｅｉｂｉｎｇｅｒ Ｍｅｄｉｚｉｎｔｅｃｈｎｉｋ Ｇｍｂｈ ＆ Ｃｏ． Ｋｇ 抑制炭酸カルシウムを有する微細構造粒子を有する炭酸カルシウム含有複合粉末を含むインプラントの製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006513055A (ja) * 2002-12-19 2006-04-20 アルカム アーベー 三次元製品の製造装置及び製造方法
JP2011240539A (ja) * 2010-05-17 2011-12-01 Techno Polymer Co Ltd 光照射成形装置及び方法
JP2018040003A (ja) * 2011-12-12 2018-03-15 アドヴァンスド レーザー マテリアルズ，リミティド ライアビリティー カンパニーＡｄｖａｎｃｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＬＬＣ 前処理された材料を用いたレーザー焼結のための方法およびシステム
JP2019531927A (ja) * 2016-09-08 2019-11-07 カール ライビンガー メディツィンテヒニーク ゲーエムベーハー ウント コーカーゲーＫａｒｌ Ｌｅｉｂｉｎｇｅｒ Ｍｅｄｉｚｉｎｔｅｃｈｎｉｋ Ｇｍｂｈ ＆ Ｃｏ． Ｋｇ 抑制炭酸カルシウムを有する微細構造粒子を有する炭酸カルシウム含有複合粉末を含むインプラントの製造方法
JP2018099845A (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 株式会社 ミタテ工房 造形物造形方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7137227B2 (ja) 2022-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6190038B2 (ja) レーザ粉末積層造形装置及びレーザ粉末積層造形方法及び３次元積層造形装置
CN108076636B (zh) 具有加热装置的增材制造装置
CN104785780B (zh) 一种提高选择性激光烧结3d打印零件强度的装置及方法
JP5669908B2 (ja) 冷却部品を用いて反りの少ない３次元オブジェクトを積層方式で形成する製造方法
JP2015196252A (ja) 積層造形物の製造装置及び製造方法
JP6888259B2 (ja) 積層造形構造体、積層造形方法および積層造形装置
KR102089605B1 (ko) 3차원 프린터 및 이를 이용한 3차원 프린팅 방법
KR102024309B1 (ko) 경항공기 일체형 수평꼬리날개 제작방법
US10137642B1 (en) Methods to form 3D objects using cross-linkable or sinterable materials
JP6798269B2 (ja) 樹脂成形装置および樹脂成形方法
WO2019155897A1 (ja) 立体造形方法
CN108607992A (zh) 基于预置金属粉末的微束电弧选择性熔凝增材制造方法
JP7137228B2 (ja) 樹脂成形方法
JP7137229B2 (ja) 樹脂成形方法
KR102099575B1 (ko) 3차원 형상 조형물의 제조 방법 및 3차원 형상 조형물
KR102061729B1 (ko) 이종소재 공정을 위한 하이브리드 3d프린터
US20220168968A1 (en) Resin molding method
JP7137227B2 (ja) 予備成形装置及び予備成形方法、並びに樹脂成形システム及び樹脂成形方法
CN113733554A (zh) 一种微波与红外辐射复合成形高分子零件的方法与装置
CN109514862B (zh) 一种用于聚合物三维制品增材制造的方法
KR102476579B1 (ko) 3차원 프린터
JP2018118431A (ja) 樹脂成形装置および樹脂成形方法
CN113573865B (zh) 树脂成形方法
JP2001239592A (ja) 立体造形装置、立体造形法及び立体造形物
KR101873097B1 (ko) 3차원 프린터

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210830

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220524

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220531

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220704

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220802

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220826

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7137227

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150