JP2022021479A - 可塑化装置、射出成形装置、および三次元造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】材料を交換する際に、捨てられる材料の量を低減することができる可塑化装置を提供する。【解決手段】材料を貯留するホッパーと連結され、前記ホッパーから前記材料が供給される供給通路を規定する通路規定部と、前記供給通路と連通する導入部、および、スクリューを有し、前記スクリューの回転によって、前記導入部から供給された前記材料を可塑化して、溶融材料を生成する可塑化部と、前記供給通路の前記材料の有無を検知する材料検知部と、を含む、可塑化装置。【選択図】図５

Description

本発明は、可塑化装置、射出成形装置、および三次元造形装置に関する。

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

例えば特許文献１には、ホッパーの所定位置に配置された検出センサーを備え、色替え条件に関する信号を受け取った後、センサーが材料切れを検出した場合に、色替え材料をホッパーに所定量供給する射出成形装置が記載されている。

特開平４－３０７２１５号公報

しかしながら、特許文献１では、検出センサーは、ホッパーに配置されているため、材料を交換する際に、ホッパーと可塑化部との間に残存している材料が捨てられることとなる。

本発明に係る可塑化装置の一態様は、
材料を貯留するホッパーと連結され、前記ホッパーから前記材料が供給される供給通路を規定する通路規定部と、
前記供給通路と連通する導入部、および、スクリューを有し、前記スクリューの回転によって、前記導入部から供給された前記材料を可塑化して、溶融材料を生成する可塑化部と、
前記供給通路の前記材料の有無を検知する材料検知部と、
を含む。

本発明に係る射出成形装置の一態様は、
材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置と、
前記可塑化装置から供給された前記溶融材料を金型に射出するノズルと、
を含み、
前記可塑化装置は、
前記材料を貯留するホッパーと連結され、前記ホッパーから前記材料が供給される供給通路を規定する通路規定部と、
前記供給通路と連通する導入部、および、スクリューを有し、前記スクリューの回転によって、前記供給通路から供給された前記材料を可塑化して、前記溶融材料を生成する可塑化部と、
前記供給通路の前記材料の有無を検知する材料検知部と、
を含む。

本発明に係る三次元造形装置の一態様は、
三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置と、
前記可塑化装置から供給された前記溶融材料をステージに向かって吐出させるノズルと、
を含み、
前記可塑化装置は、
前記材料を貯留するホッパーと連結され、前記ホッパーから前記材料が供給される供給通路を規定する通路規定部と、
前記供給通路と連通する導入部、および、スクリューを有し、前記スクリューの回転によって、前記供給通路から供給された前記材料を可塑化して、前記溶融材料を生成する可塑化部と、
前記供給通路の前記材料の有無を検知する材料検知部と、
を含む。

本実施形態に係る射出成形装置を模式的に示す側面図。 本実施形態に係る射出成形装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る射出成形装置のフラットスクリューを模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る射出成形装置のバレルを模式的に示す平面図。 本実施形態に係る射出成形装置を模式的に示す断面。 本実施形態に係る射出成形装置の供給管を模式的に示す図。 本実施形態の変形例に係る射出成形装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る三次元造形装置を模式的に示す断面図。

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

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

射出成形装置１００は、図１に示すように、ホッパー１０と、射出部２０と、型部３０と、型締部４０と、を含む。

ホッパー１０は、射出部２０に材料を貯留する。ホッパー１０には、ペレット状や粉末状の材料を貯留する。ホッパー１０に貯留される材料としては、例えば、ペレット状のＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂が挙げられる。

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

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

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

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

１．２． 具体的な構成
図２は、射出成形装置１００を模式的に示す図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。図２では、射出部２０、型部３０、および型締部４０を図示している。射出部２０は、図２に示すように、例えば、制御部５０および可塑化部６１を含む可塑化装置６０と、射出制御部７０と、ノズル８０と、を有している。

制御部５０は、例えば、プロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースと、を有するコンピューターによって構成されている。制御部５０は、例えば、主記憶装置に読み込んだプログラムをプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。具体的には、制御部５０は、型締部４０および可塑化部６１を制御する。なお、制御部５０は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。

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

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

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

フラットスクリュー１１０は、回転軸ＲＡ方向の大きさが、回転軸ＲＡ方向と直交する方向の大きさよりも小さい略円柱形状を有している。図示の例では、回転軸ＲＡは、Ｙ軸と平行である。駆動モーター６４が発生させるトルクによって、フラットスクリュー１１０は、回転軸ＲＡを中心に回転する。可塑化部６１は、フラットスクリュー１１０の回転によって、ホッパー１０から供給された材料を可塑化する。フラットスクリュー１１０は、上面１１１と、上面１１１とは反対側の溝形成面１１２と、上面１１１と溝形成面１１２とを接続する側面１１３と、を有している。ここで、図３は、フラットスクリュー１１０を模式的に示す斜視図である。なお、便宜上、図３では、図２に示した状態とは上下の位置関係を逆向きとした状態を示している。また、図２では、フラットスクリュー１１０を簡略化して図示している。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

１．３． 通路規定部および材料検知部
図５は、射出成形装置１００を模式的に示す断面図であって、図１に射出成形装置１００を、Ｙ軸およびＺ軸を含むＹＺ平面に平行な面で切断した場合の断面図である。可塑化装置６０は、図５に示すように、通路規定部１５０と、冷却部１６０と、材料検知部１７０と、を含む。なお、便宜上、図５では、可塑化装置６０を簡略化して図示している。

通路規定部１５０は、ホッパー接続管１６を介して、材料を貯留するホッパー１０と連結されている。図示の例では、ホッパー１０は、＋Ｚ軸方向に向かうにつれて徐々にＹ軸方向の大きさ大きくなるテーパー部１２と、テーパー部１２に接続されＹ軸方向の大きさが一定である幅一定部１４と、によって構成されている。幅一定部１４は、ホッパー１０内の材料をホッパー接続管１６に送る出口１５を有している。通路規定部１５０は、ホッパー接続管１６と一体的に設けられていてもよい。

通路規定部１５０は、ホッパー接続管１６を介して、ホッパー１０と可塑化部６１とを接続している。通路規定部１５０は、ホッパー１０から材料が供給される供給通路１５２を規定している。図示の例では、供給通路１５２のＹ軸方向の大きさと、ホッパー接続管１６の空洞部１７のＹ軸方向の大きさとは、同じである。通路規定部１５０のＹ軸方向の大きさは、ホッパー接続管１６のＹ軸方向の大きさよりも大きい。通路規定部１５０は、スクリューケース６２と一体に設けられていてもよい。この場合、供給通路１５２は、スクリューケース６２に設けられているといえ、通路規定部１５０は、スクリューケース６２であるといえる。

供給通路１５２は、可塑化部６１のフラットスクリュー１１０に設けられた第１溝１１４の材料導入部１１７に連通している。供給通路１５２は、第１溝１１４を介して、バレル１２０に設けられた連通孔１２６と連通している。ホッパー１０に貯留された材料は、供給通路１５２を通って、第１溝１１４に供給される。

通路規定部１５０は、材料検知部１７０を支持している。ここで、図６は、通路規定部１５０を模式的に示す図である。通路規定部１５０には、図５および図６に示すように、例えば、供給通路１５２と連通する連通孔１５４が設けられている。材料検知部１７０は、連通孔１５４に挿入されて、通路規定部１５０に固定されている。

冷却部１６０は、通路規定部１５０に設けられている。上記のように、通路規定部１５０は、スクリューケース６２と一体に設けられていてもよく、この場合、冷却部１６０は、スクリューケース６２に設けられているといえる。冷却部１６０は、フラットスクリュー１１０およびバレル１２０の少なくとも一方の外周を冷却する。すなわち、冷却部１６０は、フラットスクリュー１１０およびバレル１２０の両方を冷却してもよいし、フラットスクリュー１１０およびバレル１２０の一方のみを冷却してもよい。

冷却部１６０は、図６に示すように、材料検知部１７０を避けて、供給通路１５２を囲むように設けられている。そのため、加熱部１３０の熱によって材料検知部１７０が故障する可能性を小さくすることができる。冷却部１６０は、例えば、水などの冷媒が流れる冷却管である。冷却部１６０は、例えば、図示せぬ冷却管を介して、冷媒を送水するための循環装置、冷媒を冷却するための冷却装置に接続されている。

冷却部１６０および加熱部１３０は、バレル１２０の外周から連通孔１２６に向かうにつれて温度が高くなる温度勾配を形成する。このような温度勾配により、フラットスクリュー１１０の材料導入部１１７から中央部１１５に、効率よく材料を供給することができる。例えばバレルの外周の温度が高すぎると、材料導入部に導入された時点で材料が溶融され、材料が外部に漏れてしまう場合がある。

材料検知部１７０は、図５に示すように、通路規定部１５０に支持されている。材料検知部１７０と第１溝１１４の材料導入部１１７との間の最短距離Ｄ１は、材料検知部１７０とホッパー１０の出口１５との間の最短距離Ｄ２よりも小さい。材料検知部１７０の先端１７２は、供給通路１５２に露出されている。図６に示すように、材料検知部１７０と冷却部１６０との間に供給通路１５２が位置している。図５に示すように、横断面からみたときに、上から材料検知部１７０、供給通路１５２、冷却部１６０の順で並んでいる。図示の例では、「横断面」は、可塑化装置６０をＹＺ平面に平行な面で切断した場合の断面であり、＋Ｙ軸方向に、材料検知部１７０、供給通路１５２、冷却部１６０の順で並んでいる。＋Ｙ軸方向は、例えば、溶融材料が吐出される方向である。

材料検知部１７０は、図５に示すように、加熱部１３０よりも冷却部１６０の近くに設けられている。すなわち、図６に示す材料検知部１７０と冷却部１６０との間の最短距離Ｄ３は、図５に示す材料検知部１７０と加熱部１３０との間の最短距離Ｄ４よりも小さい。Ｙ軸方向からみて、バレル１２０の中心Ｃから外側に向かって、加熱部１３０、冷却部１６０、材料検知部１７０の順に設けられている。図５に示す例では、冷却部１６０は、加熱部１３０よりも＋Ｚ軸方向に位置し、材料検知部１７０は、冷却部１６０よりも＋Ｚ軸方向に位置している。

材料検知部１７０は、供給通路１５２の材料の有無を検知する。材料検知部１７０は、例えば、高周波誘導式近接センサーや静電容量式近接センサーなどの近接センサーである。

材料検知部１７０が材料切れを検知した場合、制御部５０は、材料検知部１７０からの信号を受けて、設定されたパージ時間が経過した後、駆動モーター６４を介してフラットスクリュー１１０を制御して、フラットスクリュー１１０の回転を停止する。さらに、材料検知部１７０が材料切れを検知した場合、制御部５０は、材料検知部１７０からの信号を受けて、設定されたパージ時間が経過した後、プランジャー駆動部７６および型駆動部４２を制御してプランジャー７４の駆動、および可動型３６の移動を停止する。なお、パージ時間とは、材料を交換する際に、フラットスクリュー１１０に設けられた第１溝１１４に残存している材料や、バレル１２０に設けられた連通孔１２６に残存している材料を捨て打ちさせるための時間である。

材料検知部１７０が材料切れを検知しても、制御部５０は、加熱部１３０の駆動を停止させない。仮に、材料検知部１７０が材料切れを検知した場合に加熱部１３０の駆動が停止されると、例えばバレル１２０に設けられた連通孔１２６で材料が固まってしまい、復帰するのに時間がかかってしまう。

１．４． 作用効果
可塑化装置６０では、材料を貯留するホッパー１０と連結され、ホッパー１０から材料が供給される供給通路１５２を規定する通路規定部１５０と、供給通路１５２と連通する材料導入部１１７、および、フラットスクリュー１１０を有し、フラットスクリュー１１０の回転によって、材料導入部１１７から供給された材料を可塑化して、溶融材料を生成する可塑化部６１と、供給通路１５２の材料の有無を検知する材料検知部１７０と、を含む。そのため、材料検知部がホッパー内の材料の有無を検知する場合に比べて、材料を交換する際に、供給通路１５２に残存する材料の量を低減することができる。したがって、捨てられる材料の量を低減することができる。さらに、可塑化装置６０では、材料検知部１７０が通路規定部１５０に設けられているため、可塑化部６１の構造の簡素化を図ることができる。

可塑化装置６０では、制御部５０を含み、制御部５０は、材料検知部１７０が材料切れを検知した場合、フラットスクリュー１１０の回転を停止する。そのため、可塑化装置６０では、ショートショットによる不良、および空回しによる装置の破損を防止することができる。

可塑化装置６０では、フラットスクリュー１１０は、第１溝１１４が設けられた溝形成面１１２を有し、可塑化部６１は、溝形成面１１２に対向する対向面１２２を有し、対向面１２２に連通孔１２６が設けられたバレル１２０と、を有する。そのため、可塑化装置６０では、供給通路１５２から第１溝１１４に材料を供給することができる。

可塑化装置６０では、可塑化部６１は、フラットスクリュー１１０とバレル１２０との間に供給された材料を加熱する加熱部１３０と、フラットスクリュー１１０およびバレル１２０の少なくとも一方の外周を冷却する冷却部１６０と、を有し、材料検知部１７０は、加熱部１３０よりも冷却部１６０の近くに設けられている。そのため、可塑化装置６０では、材料検知部が冷却部よりも加熱部の近くに設けられている場合に比べて、加熱部１３０の熱によって材料検知部１７０が故障する可能性を小さくすることができる。

可塑化装置６０では、通路規定部１５０は、フラットスクリュー１１０を収容するスクリューケース６２であってもよく、加熱部１３０は、バレル１２０に設けられ、冷却部１６０は、スクリューケース６２に設けられ、横断面からみたときに、上から材料検知部１７０、供給通路１５２、冷却部１６０の順で並んでいる。そのため、可塑化装置６０では、材料検知部、供給通路、冷却部の順で並んでいない場合に比べて、加熱部１３０の熱によって供給通路１５２の材料が溶融する可能性を小さくすることができる。供給通路の材料が溶融すると、材料を効率よくバレルに設けられた連通孔に導くことができない。

可塑化装置６０では、溝形成面１１２に垂直な方向からみて、バレル１２０の中心Ｃから外側に向かって、加熱部１３０、冷却部１６０、材料検知部１７０の順に設けられている。そのため、可塑化装置６０では、加熱部１３０の熱によって材料検知部１７０が故障する可能性を小さくすることができる。なお、図示の例では、溝形成面１１２に垂直な方向は、Ｙ軸方向である。

可塑化装置６０では、材料検知部１７０と材料導入部１１７との間の最短距離Ｄ１は、材料検知部１７０とホッパー１０の出口１５と間の最短距離Ｄ２よりも小さい。そのため、可塑化装置６０では、距離Ｄ１が距離Ｄ２よりも大きい場合に比べて、材料検知部１７０が材料切れを検知した場合の供給通路１５２に存在する材料の量を低減することができる。

なお、材料検知部１７０は、重量センサーや圧力センサーであり、材料の有無を、残量を数値化することによって検知してもよい。この場合、制御部５０は、数値化された情報を、図示せぬ表示部に表示させてもよい。数値化された情報としては、特に限定されないが、例えば、「生産停止まで３時間」などが挙げられる。

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

２． 射出成形装置の変形例
２．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る射出成形装置について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の第１変形例に係る射出成形装置２００を模式的に示す側面図である。

以下、本実施形態の第１変形例に係る射出成形装置２００において、上述した本実施形態に係る射出成形装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

射出成形装置２００では、図７に示すように、可塑化装置６０が供給装置２１０を含む点において、上述した射出成形装置１００と異なる。

射出成形装置２００では、材料検知部１７０が材料切れを検知した場合、制御部５０は、材料検知部１７０からの信号を受けて、設定されたパージ時間が経過した後、供給装置２１０を制御してホッパー１０に材料を供給する。このように射出成形装置２００では、材料検知部１７０が材料切れを検知した場合、自動で、供給装置２１０によってホッパー１０に材料を供給されるため、材料をホッパー１０に供給する手間を省くことができる。

２．２． 第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係る射出成形装置について説明する。上述した射出成形装置１００では、成形品を形成するための材料として、ペレット状のＡＢＳが用いられていた。

これに対し、本実施形態の第２変形例に係る射出成形装置は、可塑化部６１において用いられる材料として、例えば、ＡＢＳ以外の熱可塑性を有する材料、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料とした材料を挙げることができる。ここで、「主材料」とは、成形品の形状を形作っている中心となる材料を意味し、成形品において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した材料には、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。

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

熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック、その他に、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、可塑化部６１において、フラットスクリュー１１０の回転と、加熱部１３０の加熱と、によって可塑化されて溶融した状態に転化される。また、そのように生成された溶融材料は、ノズル８０から吐出された後、温度の低下によって硬化する。

熱可塑性を有する材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル８０から吐出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳは、ガラス転移点が約１２０℃であり、ノズル８０からの吐出時には約２００℃であることが望ましい。

可塑化部６１では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、金属材料を粉末状にした粉末材料に、溶融材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、可塑化部６１に投入されることが望ましい。

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

可塑化部６１においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料を主材料として用いることが可能である。セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが挙げられる。

ホッパー１０に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料は、単一の金属の粉末や合金の粉末、セラミック材料の粉末を、複数種類、混合した混合材料であってもよい。また、金属材料やセラミック材料の粉末材料は、例えば、上述の熱可塑性樹脂、あるいは、それ以外の熱可塑性樹脂によってコーティングされていてもよい。この場合には、可塑化部６１において、その熱可塑性樹脂が溶融して流動性が発現されるものとしてもよい。

ホッパー１０に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、溶剤を添加することもできる。溶剤としては、例えば、水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ－プロピル、酢酸ｉｓｏ－プロピル、酢酸ｎ－ブチル、酢酸ｉｓｏ－ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル－ｎ－ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ－ピコリン、２，６－ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）；ブチルカルビトールアセテート等のイオン液体等が挙げられる。

その他に、ホッパー１０に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、バインダーが添加されていてもよい。バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂またはＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、あるいはその他の熱可塑性樹脂が挙げられる。

３． 三次元造形装置
次に、本実施形態に係る三次元造形装置について、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る三次元造形装置３００を模式的に示す側面図である。

三次元造形装置３００は、例えば、図８に示すように、ホッパー１０と、可塑化装置６０と、ノズル８０と、ステージ３１０と、移動機構３２０と、制御部５０と、を含む。なお、図示はしないが、三次元造形装置３００は、上述した供給装置２１０を含んでもよい。

可塑化装置６０は、可塑化部６１と、通路規定部１５０と、材料検知部１７０と、を含む。可塑化部６１は、スクリューケース６２と、駆動モーター６４と、フラットスクリュー１１０と、バレル１２０と、加熱部１３０と、逆止弁１４０と、を有している。図示の例では、通路規定部１５０は、スクリューケース６２に設けられている。

ノズル８０は、可塑化装置６０から供給された溶融材料をステージ３１０に向かって吐出させる。具体的には、三次元造形装置３００は、ノズル８０からステージ３１０に溶融材料を吐出させつつ、移動機構３２０を駆動して、ノズル８０とステージ３１０との相対的な位置を変化させる。これにより、三次元造形装置３００は、ステージ３１０上に所望の形状の三次元造形物を造形する。

ステージ３１０は、移動機構３２０によって移動される。三次元造形物は、ステージ３１０の造形面３１２に形成される。

移動機構３２０は、ノズル８０とステージ３１０との相対的な位置を変化させる。図示の例では、移動機構３２０は、ノズル８０に対して、ステージ３１０を移動させる。移動機構３２０は、例えば、３つのモーター３２２の駆動力によって、ステージ３１０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に移動させる３軸ポジショナーによって構成される。モーター３２２は、制御部５０によって制御される。

なお、移動機構３２０は、ステージ３１０を移動させずに、ノズル８０を移動させる構成であってもよい。または、移動機構３２０は、ノズル８０およびステージ３１０の両方を移動させる構成であってもよい。

制御部５０は、予め取得した造形データに基づいて移動機構３２０および可塑化装置６０を制御することにより、ノズル８０からステージ３１０上の所定の位置に、溶融材料を吐出させることで、三次元造形物を造形する。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

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

上述した実施形態から以下の内容が導き出される。

可塑化装置の一態様は、
材料を貯留するホッパーと連結され、前記ホッパーから前記材料が供給される供給通路を規定する通路規定部と、
前記供給通路と連通する導入部、および、スクリューを有し、前記スクリューの回転によって、前記導入部から供給された前記材料を可塑化して、溶融材料を生成する可塑化部と、
前記供給通路の前記材料の有無を検知する材料検知部と、
を含む。

この可塑化装置によれば、材料検知部がホッパー内の材料の有無を検知する場合に比べて、材料を交換する際に、供給通路に残存する材料の量を低減することができる。したがって、捨てられる材料の量を低減することができる。

前記可塑化装置の一態様において、
制御部を含み、
前記制御部は、前記材料検知部が材料切れを検知した場合、前記スクリューを制御して、前記スクリューの回転を停止してもよい。

この可塑化装置によれば、ショートショットによる不良、および空回しによる装置の破損を防止することができる。

前記可塑化装置の一態様において、
前記ホッパーに前記材料を供給する供給装置と、
制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記材料検知部が材料切れを検知した場合、前記供給装置を制御して前記ホッパーに前記材料を供給してもよい。

この可塑化装置によれば、材料検知部が材料切れを検知した場合、自動で、供給装置によってホッパーに材料を供給されるため、材料をホッパーに供給する手間を省くことができる。

前記可塑化装置の一態様において、
前記スクリューは、溝が設けられた溝形成面を有し、
前記可塑化部は、前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に連通孔が設けられたバレルを有してもよい。

この可塑化装置によれば、供給通路から溝に材料を供給することができる。

前記可塑化装置の一態様において、
前記可塑化部は、
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加熱部と、
前記スクリューおよび前記バレルの少なくとも一方の外周を冷却する冷却部と、
を有し、
前記材料検知部は、前記加熱部よりも前記冷却部の近くに設けられていてもよい。

この可塑化装置によれば、材料検知部が冷却部よりも加熱部の近くに設けられている場合に比べて、加熱部の熱によって材料検知部が故障する可能性を小さくすることができる。

前記可塑化装置の一態様において、
前記通路規定部は、前記スクリューを収容するケースであり、
前記加熱部は、前記バレルに設けられ、
前記冷却部は、前記ケースに設けられ、
横断面からみたときに、上から前記材料検知部、前記供給通路、前記冷却部の順で並んでいてもよい。

この可塑化装置によれば、前記材料検知部、前記供給通路、前記冷却部の順で並んでいない場合に比べて、加熱部の熱によって供給通路の材料が溶融する可能性を小さくすることができる。

前記可塑化装置の一態様において、
前記溝形成面に垂直な方向からみて、前記バレルの中心から外側に向かって、前記加熱部、前記冷却部、前記材料検知部の順に設けられていてもよい。

この可塑化装置によれば、加熱部の熱によって材料検知部が故障する可能性を小さくすることができる。

前記可塑化装置の一態様において、
前記材料検知部と前記導入部との間の最短距離は、前記材料検知部と前記ホッパーの前記材料の出口との間の最短距離よりも小さくてもよい。

この可塑化装置によれば、材料検知部が材料切れを検知した場合の供給通路に存在する材料の量を低減することができる。

射出成形装置の一態様は、
材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置と、
前記可塑化装置から供給された前記溶融材料を金型に射出するノズルと、
を含み、
前記可塑化装置は、
前記材料を貯留するホッパーと連結され、前記ホッパーから前記材料が供給される供給通路を規定する通路規定部と、
前記供給通路と連通する導入部、および、スクリューを有し、前記スクリューの回転によって、前記供給通路から供給された前記材料を可塑化して、前記溶融材料を生成する可塑化部と、
前記供給通路の前記材料の有無を検知する材料検知部と、
を含む。

三次元造形装置の一態様は、
三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置と、
前記可塑化装置から供給された前記溶融材料をステージに向かって吐出させるノズルと、
を含み、
前記可塑化装置は、
前記材料を貯留するホッパーと連結され、前記ホッパーから前記材料が供給される供給通路を規定する通路規定部と、
前記供給通路と連通する導入部、および、スクリューを有し、前記スクリューの回転によって、前記供給通路から供給された前記材料を可塑化して、前記溶融材料を生成する可塑化部と、
前記供給通路の前記材料の有無を検知する材料検知部と、
を含む。

１０…ホッパー、１２…テーパー部、１４…幅一定部、１５…出口、１６…ホッパー接続管、１７…空洞部、２０…射出部、３０…型部、３２…成形型、３４…キャビティー、３６…可動型、３８…固定型、４０…型締部、４２…型駆動部、４４…ボールねじ部、５０…制御部、６０…可塑化装置、６１…可塑化部、６２…スクリューケース、６４…駆動モーター、７０…射出制御部、７２…シリンダー、７４…プランジャー、７６…プランジャー駆動部、８０…ノズル、８２…ノズル孔、１００…射出成形装置、１１０…フラットスクリュー、１１１…上面、１１２…溝形成面、１１３…側面、１１４…第１溝、１１５…中央部、１１６…溝接続部、１１７…材料導入部、１２０…バレル、１２２…対向面、１２４…第２溝、１２６…連通孔、１３０…加熱部、１４０…逆止弁、１５０…通路規定部、１５２…供給通路、１５４…連通孔、１６０…冷却部、１７０…材料検知部、１７２…先端、２００…射出成形装置、２１０…供給装置、３００…三次元造形装置、３１０…ステージ、３１２…造形面、３２０…移動機構、３２２…モーター

Claims (10)

1. 材料を貯留するホッパーと連結され、前記ホッパーから前記材料が供給される供給通路を規定する通路規定部と、
   前記供給通路と連通する導入部、および、スクリューを有し、前記スクリューの回転によって、前記導入部から供給された前記材料を可塑化して、溶融材料を生成する可塑化部と、
   前記供給通路の前記材料の有無を検知する材料検知部と、
   を含む、可塑化装置。
2. 請求項１において、
   制御部を含み、
   前記制御部は、前記材料検知部が材料切れを検知した場合、前記スクリューを制御して、前記スクリューの回転を停止する、可塑化装置。
3. 請求項１において、
   前記ホッパーに前記材料を供給する供給装置と、
   制御部と、
   を含み、
   前記制御部は、前記材料検知部が材料切れを検知した場合、前記供給装置を制御して前記ホッパーに前記材料を供給する、可塑化装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記スクリューは、溝が設けられた溝形成面を有し、
   前記可塑化部は、前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に連通孔が設けられたバレルを有する、可塑化装置。
5. 請求項４において、
   前記可塑化部は、
   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加熱部と、
   前記スクリューおよび前記バレルの少なくとも一方の外周を冷却する冷却部と、
   を有し、
   前記材料検知部は、前記加熱部よりも前記冷却部の近くに設けられている、可塑化装置。
6. 請求項５において、
   前記通路規定部は、前記スクリューを収容するケースであり、
   前記加熱部は、前記バレルに設けられ、
   前記冷却部は、前記ケースに設けられ、
   横断面からみたときに、上から前記材料検知部、前記供給通路、前記冷却部の順で並んでいる、可塑化装置。
7. 請求項６において、
   前記溝形成面に垂直な方向からみて、前記バレルの中心から外側に向かって、前記加熱部、前記冷却部、前記材料検知部の順に設けられている、可塑化装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項において、
   前記材料検知部と前記導入部との間の最短距離は、前記材料検知部と前記ホッパーの前記材料の出口との間の最短距離よりも小さい、可塑化装置。
9. 材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置と、
   前記可塑化装置から供給された前記溶融材料を金型に射出するノズルと、
   を含み、
   前記可塑化装置は、
   前記材料を貯留するホッパーと連結され、前記ホッパーから前記材料が供給される供給通路を規定する通路規定部と、
   前記供給通路と連通する導入部、および、スクリューを有し、前記スクリューの回転によって、前記供給通路から供給された前記材料を可塑化して、前記溶融材料を生成する可塑化部と、
   前記供給通路の前記材料の有無を検知する材料検知部と、
   を含む、射出成形装置。
10. 三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
    材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置と、
    前記可塑化装置から供給された前記溶融材料をステージに向かって吐出させるノズルと、
    を含み、
    前記可塑化装置は、
    前記材料を貯留するホッパーと連結され、前記ホッパーから前記材料が供給される供給通路を規定する通路規定部と、
    前記供給通路と連通する導入部、および、スクリューを有し、前記スクリューの回転によって、前記供給通路から供給された前記材料を可塑化して、前記溶融材料を生成する可塑化部と、
    前記供給通路の前記材料の有無を検知する材料検知部と、
    を含む、三次元造形装置。

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