JP2022191647A

JP2022191647A - 可塑化装置、三次元造形装置および射出成形装置

Info

Publication number: JP2022191647A
Application number: JP2021099987A
Authority: JP
Inventors: 昌幸合津; Masayuki Aitsu
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2022-12-28
Also published as: US20220402210A1

Abstract

【課題】樹脂ペレットのブリッジ現象を抑制する可塑化装置を提供する。【解決手段】可塑化装置２１は、投入口１２ａを有し、ペレット状の樹脂ペレット１８を貯留する材料貯留部１２と、投入口１２ａに連通する供給口１４ａを有し、樹脂ペレット１８の少なくとも一部を可塑化して造形材料１９を生成する可塑化部１４と、投入口１２ａと供給口１４ａとをつなぐ接続経路１３ａを有する接続管１３と、接続経路１３ａ内の樹脂ペレット１８の残量を検出する第１材料センサー２３と、制御部７と、を備え、材料貯留部１２は樹脂ペレット１８を接続経路１３ａに供給する材料供給機構１７を有し、第１材料センサー２３によって検出される樹脂ペレット１８の残量が第１基準値未満であるとき、制御部７は材料供給機構１７を動作させて、所定量の樹脂ペレット１８を接続経路１３ａに供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、可塑化装置、三次元造形装置および射出成形装置に関するものである。

ペレット状の樹脂材料である樹脂ペレットを用いて構造物を成形する三次元造形装置及び射出成形装置には樹脂ペレットを可塑化する可塑化装置が用いられる。特許文献１に開示されている可塑化装置はフラットスクリュー方式である。可塑化装置は螺旋溝が形成されたローターと、ローターの端面と当接して中心に連通孔を有するバレルと、を備える。ローター及びバレルは対向して配置される。ローターはモーターにより回転させられる。バレル内にはヒーターが配置され、螺旋溝において樹脂ペレットが加熱されて可塑化させる。

材料となる樹脂ペレットはホッパー内に貯留される。樹脂ペレットはホッパーからローター側面に設けられた螺旋溝の入口に供給される。

特開２０１０－２４１０１６号公報

特許文献１の可塑化装置では、樹脂ペレットがローターに供給されるまでの間に樹脂ペレット自身の重みによって、樹脂ペレット同士が互いに干渉して詰まるブリッジ現象が生じる。ブリッジ現象が生じるときローターに樹脂ペレットが上手に供給されない。本願は、ブリッジ現象を抑制することを課題とする。

可塑化装置は、投入口を有し、ペレット状の可塑化材料を貯留する材料貯留部と、前記投入口に連通する供給口を有し、前記可塑化材料の少なくとも一部を可塑化して造形材料を生成する可塑化部と、前記投入口と前記供給口とをつなぐ接続経路を有する接続管と、前記接続経路内の前記可塑化材料の残量を検出する第１材料センサーと、制御部と、を備え、前記材料貯留部は前記可塑化材料を前記接続経路に供給する材料供給機構を有し、前記制御部は、前記第１材料センサーによって検出される前記残量が第１基準値未満であるとき、前記材料供給機構を動作させて、所定量の前記可塑化材料を前記接続経路に供給する。

三次元造形装置は、上記に記載の可塑化装置と、造形面を有するステージと、前記可塑化装置から供給された前記造形材料を前記造形面に向かって吐出するノズルと、を備える。

射出成形装置は、上記に記載の可塑化装置と、前記可塑化装置から供給された前記造形材料を金型に向けて射出するノズルと、を備える。

第１実施形態にかかわる三次元造形装置の構成を示す概略図。材料供給機構の構造を説明するための要部模式側断面図。材料供給機構の構造を説明するための要部模式平断面図。材料供給機構の構造を説明するための要部模式側断面図。材料供給機構の構造を説明するための要部模平断面図。接続管の構造を説明するための要部模式側断面図。接続管の構造を説明するための要部模式側断面図。可塑化部の構成を示す模式側断面図。フラットスクリューの溝形成面側の構成を示す概略斜視図。フラットスクリューと対向するバレルの対向面側の構成を示す模式平面図。第２実施形態にかかわる射出成形装置の構成を示す概略図。

第１実施形態
本実施形態では、可塑化装置を備える三次元造形装置の特徴的な例について、図に従って説明する。図１には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向に沿った矢印が表されている。Ｘ方向及びＹ方向は、水平方向に沿った方向であり、Ｚ方向は、鉛直方向に沿った方向である。重力方向はＺ負方向である。

図１に示すように、三次元造形装置１は基台２を備える。基台２上には移動部としてのＸＹテーブル３が設置される。ＸＹテーブル３ではＹテーブル４、Ｘテーブル５がこの順にＺ正方向に重ねて設置される。ＸＹテーブル３上にはステージ６が重ねて設置される。

Ｙテーブル４はＹ軸モーター４ａ、ボールねじ、Ｙ軸スケール等を備える。Ｙテーブル４はステージ６をＹ方向に往復移動させる。Ｘテーブル５はＸ軸モーター５ａ、ボールねじ、Ｘ軸スケール等を備える。Ｘテーブル５はステージ６をＸ方向に往復移動させる。

三次元造形装置１は制御部７を備える。制御部７はＹテーブル４及びＸテーブル５の移動を制御する。制御部７はＹ軸スケールが出力する情報によりステージ６のＹ方向の位置を認識する。制御部７はＸ軸スケールが出力する情報によりステージ６のＸ方向の位置を認識する。制御部７はステージ６を移動させる目標の位置と現在位置との差が無くなるようにＹテーブル４及びＸテーブル５を移動させる。制御部７はステージ６を移動させる目標の位置を順次変更することにより、ステージ６が移動する軌跡を制御する。

基台２上にはＸ負方向側に移動部としての昇降テーブル８が設置される。昇降テーブル８は固定テーブル８ａを備え、固定テーブル８ａは基台２上に立脚される。固定テーブル８ａのＸ正方向側の面にはレール８ｂが設置される。レール８ｂのＸ正方向側には移動テーブル８ｃが設置される。移動テーブル８ｃはレール８ｂに沿ってＺ方向に往復移動する。

固定テーブル８ａのＺ正方向側にはＺ軸モーター８ｄが設置される。固定テーブル８ａは内部にボールねじ及びＺ軸スケールを備える。Ｙテーブル４及びＸテーブル５と同様に制御部７は移動テーブル８ｃが移動する軌跡を制御する。移動部にはＸＹテーブル３及び昇降テーブル８が含まれる。

移動テーブル８ｃのＸ正方向側にはユニット支持部９が設置される。ユニット支持部９のＸ正方向側には造形ユニット１１が設置され、ユニット支持部９は造形ユニット１１を支持する。造形ユニット１１には材料貯留部１２、接続管１３、可塑化部１４及び吐出部１５がＺ負方向に向かってこの順に設置される。

材料貯留部１２は内部に空洞を有する容器１６及び材料供給機構１７を備える。容器１６の内部にはペレット状の可塑化材料としての樹脂ペレット１８が貯留される。樹脂ペレット１８は樹脂の塊である。樹脂ペレット１８大きさは特に限定されないが、本実施形態では、例えば、５ｍｍから２０ｍｍの範囲内である。材料貯留部１２は材料供給機構１７に投入口１２ａを備える。接続管１３は内部に接続経路１３ａを備える。材料供給機構１７は樹脂ペレット１８を接続経路１３ａに供給する。容器１６は第３窓１６ｂ及び第４窓１６ｃを備える。第３窓１６ｂ及び第４窓１６ｃはガラス等の透明な材質で形成される。第３窓１６ｂは容器１６のＺ正方向側に配置される。第４窓１６ｃは容器１６のＺ負方向側に配置される。第３窓１６ｂ及び第４窓１６ｃを通して容器１６内の樹脂ペレット１８の残量が観察される。

接続管１３は材料貯留部１２の投入口１２ａと接続する。樹脂ペレット１８は自重により材料貯留部１２内から接続管１３内に移動する。接続管１３は可塑化部１４と接続する。可塑化部１４は投入口１２ａに連通する供給口１４ａを有する。接続経路１３ａは投入口１２ａと供給口１４ａとをつなぐ。樹脂ペレット１８は接続管１３から可塑化部１４に供給される。尚、樹脂ペレット１８の中には、熱可塑性材料の他に金属、セラミック等のその他の材料が含まれていても良い。また、樹脂ペレットの中に金属粉が含まれている場合には、可塑化部では樹脂ペレットの全てが可塑化するわけではないため、可塑化部では樹脂ペレットのうちの少なくとも一部が可塑化される。

可塑化部１４は樹脂ペレット１８の少なくとも一部を可塑化する。「可塑化」とは、溶融を含む概念であり、固体から流動性を有する状態に変化させることである。具体的には、ガラス転移が起こる材料の場合、可塑化とは、材料の温度をガラス転移点以上にすることである。ガラス転移が起こらない材料の場合、可塑化とは、材料の温度を融点以上にすることである。可塑化部１４は樹脂ペレット１８を可塑化させて造形材料１９を生成する。材料貯留部１２、接続管１３、可塑化部１４及び制御部７等により可塑化装置２１が構成される。

可塑化部１４は吐出部１５と接続する。吐出部１５はノズル２２を備える。ステージ６のノズル２２側の面が造形面６ａである。ステージ６は造形面６ａを有する。ノズル２２は可塑化装置２１から供給された造形材料１９を造形面６ａに向かって吐出する。ステージ６の造形面６ａはノズル２２から吐出された造形材料１９を受ける。ノズル２２が造形材料１９を吐出する間に制御部７がＸＹテーブル３を駆動してステージ６をＸ方向及びＹ方向に移動させる。これにより、三次元造形装置１はステージ６上に所定のパターンの図形を形成する。この図形が１段目の図形である。

次に、昇降テーブル８が造形ユニット１１をＺ正方向に所定の距離だけ移動する。三次元造形装置１は１段目の図形に重ねて２段目の図形を形成する。さらに、３段目以降の図形を順次重ねて形成することにより三次元造形装置１は立体的な構造物２０を形成する。

可塑化装置２１の可塑化部１４は材料貯留部１２の重力方向の下方に配置される。昇降テーブル８は可塑化部１４及び材料貯留部１２をステージ６に対して相対的に移動させる。昇降テーブル８は、材料貯留部１２を可塑化部１４の移動に連動させて移動させる。

この構成によれば、可塑化部１４と材料貯留部１２とが連動するので、可塑化部１４及び材料貯留部１２が移動するときに接続管１３は変形しなくてもよい。従って、接続管１３が変形するときに比べて、接続管１３を短くすることができる。

ＸＹテーブル３は造形面６ａを造形面６ａに沿った方向に移動させる。昇降テーブル８は可塑化部１４及び材料貯留部１２を、造形面６ａに垂直な方向に移動させる。

この構成によれば、可塑化部１４及び材料貯留部１２は重力方向及び重力方向の逆方向に移動する。可塑化部１４及び材料貯留部１２は慣性が大きい為、可塑化部１４及び材料貯留部１２を重力加速度方向と直交する平面に沿って移動させるときに比べて、早く移動させることができる。

接続経路１３ａの可塑化部１４側には第１材料センサー２３及び第２材料センサー２４が設置される。第１材料センサー２３及び第２材料センサー２４は接続経路１３ａ内の樹脂ペレット１８の残量を検出する。第２材料センサー２４は第１材料センサー２３と投入口１２ａとの間に配置される。第１材料センサー２３及び第２材料センサー２４が樹脂ペレット１８を検出する方式は特に限定されないが、本実施形態では例えば光学式を採用している。

可塑化装置２１は材料貯留部１２と可塑化部１４との間に送風部２５を備える。送風部２５はユニット支持部９に設置される。送風部２５は可塑化部１４及び接続管１３と連動して昇降する。送風部２５は送風ファン２６及び送風ノズル２７を備える。送風ファン２６が空気を流動させて送風ノズル２７に送風する。送風ノズル２７は第１材料センサー２３に向けて設置される。送風部２５は送風ノズル２７から第１材料センサー２３に向けて送風する。

この構成によれば、第１材料センサー２３に付着する粉末状の樹脂ペレット１８や塵を吹き飛ばすことができる。そして、第１材料センサー２３の感度が低下することを抑制できる。

送風部２５は第２材料センサー２４に向けて送風する送風ノズル２７を備えても良い。第２材料センサー２４に付着する粉末状になった樹脂ペレット１８や塵を吹き飛ばすことができる。そして、第２材料センサー２４の感度が低下することを抑制できる。

送風ファン２６は内部にイオナイザー２８を備える。イオナイザー２８は正または負の電荷を有する気体を生成する。気体の電荷を正にするか負にするかは設定可能である。イオナイザー２８は正と負との電荷を交互に生成することもできる。送風部２５は電荷を有する気体を送風する。この構成によれば、第１材料センサー２３に粉末状になった樹脂ペレット１８や塵が静電気により付着するときに、除電して粉末状になった樹脂ペレット１８や塵を除去し易くすることができる。

次に図２～図５を用いて、材料供給機構１７の構造を説明する。図３は図２をＡＡ線から見た図である。図５は図４をＡＡ線から見た図である。図２及び図３に示すように、材料供給機構１７はガイドケース２９を備える。ガイドケース２９の内部は空洞になっている。ガイドケース２９は容器１６側に材料入口１６ａを備える。ガイドケース２９は接続管１３側に投入口１２ａを備える。

ガイドケース２９は内部にスライド部材としての材料切出板３１を備える。材料切出板３１はガイドケース２９の内部をＸ方向に摺動して往復移動する。材料切出板３１は穴としての切出穴３１ａを備える。ガイドケース２９のＺ負方向側にはスライド駆動部としてのエアーシリンダー３２が設置される。エアーシリンダー３２は内部にピストンロッド３２ａを備える。ピストンロッド３２ａはＸ方向に往復移動する。ピストンロッド３２ａの一端が材料切出板３１に固定される。材料切出板３１はピストンロッド３２ａと連動する。

エアーシリンダー３２はＸ負方向側に第１空気圧ポート３２ｂを備える。エアーシリンダー３２はＸ正方向側に第２空気圧ポート３２ｃを備える。第１空気圧ポート３２ｂに圧縮空気が供給されるとき、ピストンロッド３２ａ及び材料切出板３１はＸ正方向側に移動する。第２空気圧ポート３２ｃに圧縮空気が供給されるとき、ピストンロッド３２ａ及び材料切出板３１はＸ負方向側に移動する。

制御部７は電磁弁を備える。電磁弁には圧縮空気を供給する配管が接続される。電磁弁と第１空気圧ポート３２ｂ及び第２空気圧ポート３２ｃとは図示しない配管により連結される。制御部７が電磁弁を制御して、第１空気圧ポート３２ｂ及び第２空気圧ポート３２ｃの一方に圧縮空気を供給する。このようにして、制御部７は材料切出板３１の移動方向を制御する。

材料供給機構１７は、切出穴３１ａを有する材料切出板３１と、材料切出板３１をスライドさせるエアーシリンダー３２と、を有する。エアーシリンダー３２は材料切出板３１を駆動させる。

ピストンロッド３２ａには磁石片３２ｄが設置される。エアーシリンダー３２は第１空気圧ポート３２ｂ側に第３センサーとしての第１シリンダーセンサー３２ｅを備える。エアーシリンダー３２は第２空気圧ポート３２ｃ側に第３センサーとしての第２シリンダーセンサー３２ｆを備える。材料切出板３１がＸ負方向側に移動するとき、第１シリンダーセンサー３２ｅが磁石片３２ｄを検出する。材料切出板３１がＸ正方向側に移動するとき、第２シリンダーセンサー３２ｆが磁石片３２ｄを検出する。従って、第１シリンダーセンサー３２ｅ及び第２シリンダーセンサー３２ｆは材料切出板３１がＸ負方向側に位置するか、Ｘ正方向側に位置するか、中間点に位置するか、を検出する。

材料切出板３１がＸ正方向に位置する状態を第２状態とする。図３では材料切出板３１に破線のハッチングが施されている。Ｚ方向からみて第２状態では切出穴３１ａと投入口１２ａとが重なる。切出穴３１ａの中の樹脂ペレット１８の一部が接続管１３へと投入される。つまり、第２状態では材料貯留部１２内の樹脂ペレット１８が接続管１３へと投入される。

切出穴３１ａはＸ負方向側の側面が斜面３１ｇになっている。斜面３１ｇとＸ方向とが成す角度は２５度以上３５度以下が好ましい。この角度は安息角とよび、樹脂ペレット１８が斜面３１ｇで滑らない角度である。斜面３１ｇの角度が安息角のとき、樹脂ペレット１８が切出穴３１ａ内に留まるので、樹脂ペレット１８は材料入口１６ａから投入口１２ａへ連続して流動しない。さらに、樹脂ペレット１８が材料入口１６ａと斜面３１ｇとの間で詰まることを抑制できる。

図４及び図５に示すように、第２空気圧ポート３２ｃからエアーシリンダー３２に圧縮空気が供給される。ピストンロッド３２ａがＸ負方向に移動する。エアーシリンダー３２が材料切出板３１を駆動させて、材料切出板３１がＸ負方向に移動する。材料切出板３１がＸ負方向に位置する状態を第１状態とする。図５では材料切出板３１に破線のハッチングが施されている。Ｚ方向からみて第１状態では切出穴３１ａと投入口１２ａとが重ならない。従って、第１状態では材料貯留部１２内の樹脂ペレット１８が接続管１３へと投入されない。

Ｚ方向からみて第１状態では材料入口１６ａと切出穴３１ａとが重なる面積が第２状態より広くなる。樹脂ペレット１８が排出されて切出穴３１ａの空洞となった部分に材料入口１６ａから樹脂ペレット１８が投入される。制御部７はエアーシリンダー３２を駆動して第１状態と第２状態とを切り替える。材料切出板３１が一往復するとき、所定量の樹脂ペレット１８が投入口１２ａから接続経路１３ａへ投入される。制御部７は材料切出板３１を往復させる回数を制御することにより、接続経路１３ａへ投入される樹脂ペレット１８の量を制御する。

この構成によれば、第１状態において切出穴３１ａへ樹脂ペレット１８が投入される。第２状態において切出穴３１ａから接続管１３の接続経路１３ａへ樹脂ペレット１８が投入される。従って、エアーシリンダー３２等を用いた簡易な構成で、材料供給機構１７を構成することができる。

材料切出板３１がＸ負方向側に移動するとき、磁石片３２ｄは第１シリンダーセンサー３２ｅに接近する。第１シリンダーセンサー３２ｅが磁石片３２ｄを検出する。従って、第１シリンダーセンサー３２ｅは材料切出板３１がＸ負方向側に位置することを検出する。

材料供給機構１７は、材料切出板３１の樹脂ペレット１８の噛みこみを検知する第１シリンダーセンサー３２ｅ及び第２シリンダーセンサー３２ｆを有する。材料切出板３１がＸ負方向側に移動するとき、切出穴３１ａの側面と投入口１２ａの側面との間に樹脂ペレット１８が挟まることを噛みこみという。噛みこみが生じたとき、第１シリンダーセンサー３２ｅは磁石片３２ｄを検出しない。第１シリンダーセンサー３２ｅが磁石片３２ｄを検出しないとき、制御部７は噛みこみが生じたと判断する。そして、制御部７はエアーシリンダー３２を駆動して材料切出板３１を往復してスライドさせる。このように、第１シリンダーセンサー３２ｅが樹脂ペレット１８の噛みこみを検知した場合、エアーシリンダー３２は材料切出板３１をスライドさせる復帰動作を行う。

材料切出板３１がＸ正方向側に移動するとき、切出穴３１ａの側面と材料入口１６ａの側面との間に樹脂ペレット１８が挟まることも噛みこみという。この噛みこみが生じたとき、第２シリンダーセンサー３２ｆは磁石片３２ｄを検出しない。第２シリンダーセンサー３２ｆが所定時間経過しても磁石片３２ｄを検出しないとき、制御部７は噛みこみが生じたと判断する。そして、制御部７はエアーシリンダー３２を駆動して材料切出板３１を往復してスライドさせる。このように、第２シリンダーセンサー３２ｆが樹脂ペレット１８の噛みこみを検知した場合、エアーシリンダー３２は材料切出板３１をスライドさせる復帰動作を行う。

この構成によれば、第１シリンダーセンサー３２ｅ及び第２シリンダーセンサー３２ｆが樹脂ペレット１８の噛みこみを検知する。そして、エアーシリンダー３２が材料切出板３１を往復してスライドさせて樹脂ペレット１８の噛みこみを解消する。従って、操作者が介在せずに樹脂ペレット１８の噛みこみを解消できる。

図６に示すように、第１材料センサー２３では第１発光部２３ａ及び第１受光部２３ｂがＹ方向に対向して配置される。接続管１３における樹脂ペレット１８が減少するとき、第１発光部２３ａと第１受光部２３ｂとの間から樹脂ペレット１８が無くなり、第１受光部２３ｂは第１発光部２３ａが発光する光を検出する。このとき、接続管１３の内部に存在する樹脂ペレット１８の残量が第１基準値である。第１材料センサー２３は樹脂ペレット１８の残量が第１基準値未満であることを検出する。

第１材料センサー２３によって検出される樹脂ペレット１８の残量が第１基準値未満であるとき、制御部７は材料供給機構１７を動作させて、所定量の樹脂ペレット１８を接続経路１３ａに供給する。

この構成によれば、材料貯留部１２に樹脂ペレット１８が貯留される。材料貯留部１２には接続管１３が接続される。材料貯留部１２の材料供給機構１７は接続管１３へ樹脂ペレット１８を供給する。材料供給機構１７が稼働しないとき樹脂ペレット１８は接続管１３に供給されない。接続管１３の接続経路１３ａには樹脂ペレット１８が溜まる。可塑化部１４に樹脂ペレット１８が移動すると接続経路１３ａの樹脂ペレット１８が減少する。接続管１３の接続経路１３ａには可塑化部１４で使用されていない樹脂ペレット１８が残される。第１材料センサー２３が接続経路１３ａに残された樹脂ペレット１８の残量を検出する。

接続経路１３ａ内の樹脂ペレット１８の残量が第１基準値未満のとき、制御部７は材料供給機構１７を駆動させて接続管１３の接続経路１３ａに所定量の樹脂ペレット１８を供給する。従って、接続管１３の接続経路１３ａの樹脂ペレット１８は第１基準値と所定量とを加算した量を超えない。第１基準値と所定量とを加算した量はブリッジ現象が生じない量である。その結果、樹脂ペレット１８自身の重みによって、樹脂ペレット１８同士が互いに干渉して詰まるブリッジ現象が生じることを抑制できる。

接続管１３は透明部材としての第１窓３３及び透明部材としての第２窓３４を備える。第１窓３３及び第２窓３４はガラス等の透明部材で構成される。従って、接続管１３の内部の様子が視認可能になっている。このように、接続管１３の少なくとも一部は透明部材で構成されている。この構成によれば、操作者が接続経路１３ａ内に保有される樹脂ペレット１８の残量を確認できる。

図７に示すように、第１材料センサー２３と投入口１２ａとの間に第２材料センサー２４が配置される。第２材料センサー２４は第２発光部２４ａ及び第２受光部２４ｂがＹ方向に対向して配置される。材料供給機構１７が接続経路１３ａに樹脂ペレット１８を供給し、接続経路１３ａ内に樹脂ペレット１８が徐々に増える。第２発光部２４ａと第２受光部２４ｂとの間に樹脂ペレット１８が無いとき、第２受光部２４ｂは第２発光部２４ａが発光する光を検出する。第２発光部２４ａと第２受光部２４ｂとの間に樹脂ペレット１８が有るとき、第２受光部２４ｂは第２発光部２４ａが発光する光を検出しない。第２材料センサー２４まで樹脂ペレット１８が供給されるときに、接続管１３の内部に存在する樹脂ペレット１８の残量が第２基準値である。第２材料センサー２４は樹脂ペレット１８の残量が第２基準値に達したことを検出する。

第１材料センサー２３において、第１発光部２３ａが発光する光を第１受光部２３ｂが検出するとき、制御部７は第１材料センサー２３が出力する信号を受信して、樹脂ペレット１８の残量が第１基準値より減少したと判定する。このとき、第２材料センサー２４まで樹脂ペレット１８は達していない。第２材料センサー２４では第２発光部２４ａが発光する光を第２受光部２４ｂが検出する。制御部７は材料供給機構１７を動作させて、接続経路１３ａに樹脂ペレット１８を供給する。

第２材料センサー２４において、第２発光部２４ａが発光する光を第２受光部２４ｂが検出しないとき、制御部７は第２材料センサー２４が出力する信号を受信して、樹脂ペレット１８の残量が第２基準値に達したと判定する。制御部７は材料供給機構１７の動作を停止させて、接続経路１３ａへの樹脂ペレット１８の供給を停止する。

このように、第１材料センサー２３によって検出される樹脂ペレット１８の残量が第１基準値未満であるとき、第２材料センサー２４が検出する第２基準値まで材料供給機構１７は樹脂ペレット１８を供給する。

詳しくは、制御部７は第１材料センサー２３から樹脂ペレット１８の残量が第１基準値未満であることを示す信号を受信する。次に、制御部７は材料供給機構１７に樹脂ペレット１８を供給する指示信号を出力する。次に、制御部７は第２材料センサー２４から第２基準値まで樹脂ペレット１８が供給されたことを示す信号を受信する。次に、制御部７は材料供給機構１７に樹脂ペレット１８の供給を停止する指示信号を出力する。このように、制御部７は第１材料センサー２３、第２材料センサー２４及び材料供給機構１７と連携して第２基準値まで樹脂ペレット１８を供給する。

この構成によれば、材料供給機構１７が樹脂ペレット１８を接続経路１３ａに供給する供給量と残量とを加算した量を第２基準値に設定できる。第２基準値はブリッジ現象が生じない量である。接続経路１３ａに貯留する樹脂ペレット１８の供給量と残量とを加算した量が第２基準値になるまで投入できる。従って、少量の樹脂ペレット１８を多くの回数供給するときに比べての供給頻度を減らすことができる。

送風ノズル２７と第１材料センサー２３との間に樹脂ペレット１８があるときにも、送風部２５は第１材料センサー２３に向けて送風しても良い。送風は連続して行っても良く、所定の間隔を開けて行っても良い。

図８に示すように、可塑化部１４はスクリューケース３５を備える。スクリューケース３５は内部が空洞になっている。スクリューケース３５のＺ正方向側にはモーター３６が設置される。モーター３６の回転角度、回転速度、回転を開始するタイミング及び回転を停止するタイミングは制御部７が制御する。

モーター３６の回転軸３６ａには減速装置３７が接続される。回転軸３６ａが高速回転するとき、減速装置３７の外周側が減速された低速で回転する。減速装置３７は低速回転する外周側が出力軸３７ａとなる。減速装置３７の外周側にはベアリング３８が設置される。ベアリング３８はスクリューケース３５と減速装置３７との間に配置される。ベアリング３８は減速装置３７を回転可能に支持する。

減速装置３７の出力軸３７ａにスクリュー支持部３９が設置される。スクリュー支持部３９にフラットスクリュー４１が設置される。フラットスクリュー４１は出力軸３７ａと同期して回転する。フラットスクリュー４１はモーター３６によって回転する。フラットスクリュー４１の回転中心であるスクリュー回転中心４１ｄはモーター３６の回転中心であるモーター回転中心３６ｂと同軸である。

図８及び図９に示すように、フラットスクリュー４１は螺旋状の溝４１ｂが形成された溝形成面４１ａを有する。フラットスクリュー４１は、回転軸３６ａ方向の大きさが、回転軸３６ａ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、螺旋状につながる溝４１ｂが１つ設けられている。溝４１ｂの数は、特に限定されない。図示はしないが、溝４１ｂは、２つ以上設けられていてもよい。

スクリューケース３５は減速装置３７、スクリュー支持部３９及びフラットスクリュー４１を収容する。スクリューケース３５は接続管１３と接続する供給路３５ａを備える。供給路３５ａは接続管１３からフラットスクリュー４１まで続く。供給路３５ａのフラットスクリュー４１側の開口が通過口３５ｂである。スクリューケース３５にはフラットスクリュー４１に向かって樹脂ペレット１８が通過する通過口３５ｂが備えられる。

フラットスクリュー４１のＺ負方向側にはバレル４２が設置される。スクリューケース３５のＺ負方向側にはバレル４２を収容するバレルケース４３が設置される。フラットスクリュー４１はバレル４２に対して回転する。

図８及び図１０に示すように、バレル４２は溝形成面４１ａに対向する対向面４２ａを有する。バレル４２の内部には溝４１ｂと対向する場所にヒーター４４が設置される。ヒーター４４は溝形成面４１ａと対向面４２ａとの間に供給された樹脂ペレット１８を加熱する。加熱された樹脂ペレット１８は可塑化して造形材料１９になる。バレル４２には樹脂ペレット１８が可塑化した造形材料１９が流入する連通孔４５が設けられる。

対向面４２ａにおける連通孔４５の周りには、複数の案内溝４６が形成されている。それぞれの案内溝４６は、一端が連通孔４５に接続され、連通孔４５から対向面４２ａの外周に向かって渦状に延びている。各案内溝４６は、造形材料１９を連通孔４５に導く。尚、案内溝４６は一端が連通孔４５に接続されていなくてもよく、案内溝４６が対向面４２ａに形成されていなくてもよい。

フラットスクリュー４１における溝４１ｂの深さはスクリュー回転中心４１ｄに近い方が外周側より浅い。このため、溝４１ｂの断面積はスクリュー回転中心４１ｄに近い方が外周側より小さくなる。溝４１ｂ内の造形材料１９はスクリュー回転中心４１ｄ側の圧力が高くなり、連通孔４５に押し出される。フラットスクリュー４１は造形材料１９を移動させるポンプとして機能する。

この構成によれば、可塑化部１４がフラットスクリュー４１及びバレル４２で構成される形式である為、インラインスクリューで構成される形式に比べて、小型にできる。

この構成によれば、三次元造形装置１は上記の可塑化装置２１を備える。上記の可塑化装置２１はブリッジ現象が生じることを抑制できる。従って、三次元造形装置１は長時間にわたり樹脂ペレット１８を可塑化部１４に供給することができる。

第２実施形態
本実施形態は第１実施形態の可塑化装置２１を備える射出成形装置の例を紹介する。

図１１に示すように、射出成形装置５０は、可塑化装置５１と、射出制御機構５２と、ノズル５３と、金型５４と、型締装置５５とを備えている。可塑化装置５１には第１実施形態の可塑化装置２１が用いられる。

可塑化装置５１は、フラットスクリュー５６と、バレル５７とを有する。バレル５７の連通孔５８には、射出シリンダー５９が接続されている。可塑化装置５１は、制御部６１の制御下で、フラットスクリュー５６の溝部６２に供給された樹脂ペレット１８を可塑化し、流動性を有するペースト状の造形材料１９を生成して連通孔５８から射出制御機構５２へと導く。

他にも、可塑化装置５１は材料貯留部６９、接続管７１及び送風部７２を備える。材料貯留部６９、接続管７１、送風部７２はそれぞれ第１実施形態の材料貯留部１２、接続管１３、送風部２５に相当する。

射出制御機構５２は、射出シリンダー５９と、プランジャー６３と、プランジャー駆動部６４とを備える。射出制御機構５２は、射出シリンダー５９内の造形材料１９をキャビティー６５に射出する。射出制御機構５２は、制御部６１の制御下で、ノズル５３から射出される造形材料１９の射出量を制御する。射出シリンダー５９は、バレル５７の連通孔５８に接続された略円筒状の部材であり、内部にプランジャー６３を備えている。プランジャー６３は、射出シリンダー５９の内部を摺動し、射出シリンダー５９内の造形材料１９を、可塑化装置５１に接続されたノズル５３に圧送する。プランジャー６３は、モーターによって構成されるプランジャー駆動部６４により駆動される。

金型５４は可動金型６６及び固定金型６７を備える。可動金型６６と固定金型６７とは、互いに対面して設けられ、その間に成形品の形状に応じた空間であるキャビティー６５が形成される。キャビティー６５には射出制御機構５２によって圧送された造形材料１９がノズル５３を介して射出される。

型締装置５５は金型駆動部６８を備える。金型駆動部６８は可動金型６６と固定金型６７との開閉を行う。型締装置５５は、制御部６１の制御下で、金型駆動部６８を駆動して可動金型６６を移動させて可動金型６６と固定金型６７とを開閉させる。

射出成形装置５０では可塑化装置５１に第１実施形態の可塑化装置２１が用いられる。射出成形装置５０は、可塑化装置５１から供給された造形材料１９を金型５４に向けて射出するノズル５３を備える。

この構成によれば、射出成形装置５０は可塑化装置５１に上記の可塑化装置２１を備える。上記の可塑化装置２１は樹脂ペレット１８のブリッジ現象が生じることを抑制できる。従って、可塑化装置５１は長時間にわたり造形材料１９をノズル５３に供給することができる。

第３実施形態
前記第１実施形態では、ＸＹテーブル３がステージ６をＸ方向及びＹ方向に移動した。昇降テーブル８が吐出部１５をＺ方向に移動した。他にも、ステージ６をＺ方向に移動する昇降テーブルと吐出部１５をＸ方向及びＹ方向に移動するＸＹテーブルを備えても良い。他にも、ステージ６は移動せず、吐出部１５をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動するＸＹＺテーブルを備えても良い。他にも、吐出部１５は移動せず、ステージ６をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動するＸＹＺテーブルを備えても良い。いずれの形式においても、ステージ６上に立体的な構造物２０を形成することができる。

１…三次元造形装置、３…移動部としてのＸＹテーブル、６…ステージ、６ａ…造形面、７…制御部、８…移動部としての昇降テーブル、１２…材料貯留部、１２ａ…投入口、１３，７１…接続管、１３ａ…接続経路、１４…可塑化部、１４ａ…供給口、１７…材料供給機構、１８…可塑化材料としての樹脂ペレット、１９…造形材料、２１，５１…可塑化装置、２２，５３…ノズル、２３…第１材料センサー、２４…第２材料センサー、２５，７２…送風部、３１…スライド部材としての材料切出板、３１ａ…穴としての切出穴、３２…スライド駆動部としてのエアーシリンダー、３２ｅ…第３センサーとしての第１シリンダーセンサー、３２ｆ…第３センサーとしての第２シリンダーセンサー、３３…透明部材としての第１窓、３４…透明部材としての第２窓、３６…モーター、４１，５６…フラットスクリュー、４１ａ…溝形成面、４１ｂ…溝、４２，５７…バレル、４２ａ…対向面、４５…連通孔、５０…射出成形装置、５４…金型。

Claims

投入口を有し、ペレット状の可塑化材料を貯留する材料貯留部と、
前記投入口に連通する供給口を有し、前記可塑化材料の少なくとも一部を可塑化して造形材料を生成する可塑化部と、
前記投入口と前記供給口とをつなぐ接続経路を有する接続管と、
前記接続経路内の前記可塑化材料の残量を検出する第１材料センサーと、
制御部と、を備え、
前記材料貯留部は前記可塑化材料を前記接続経路に供給する材料供給機構を有し、
前記制御部は、前記第１材料センサーによって検出される前記残量が第１基準値未満であるとき、前記材料供給機構を動作させて、所定量の前記可塑化材料を前記接続経路に供給することを特徴とする可塑化装置。
請求項１に記載の可塑化装置であって、
前記第１材料センサーと前記投入口との間に配置された第２材料センサーを備え、
前記制御部は、前記第１材料センサーによって検出される前記残量が第１基準値未満であるとき、前記第２材料センサーが検出する第２基準値まで前記可塑化材料を供給することを特徴とする可塑化装置。
請求項１または２に記載の可塑化装置であって、
前記材料供給機構は、穴を有するスライド部材と、前記スライド部材をスライドさせるスライド駆動部と、を有し、
前記スライド駆動部は、前記スライド部材を駆動させて、前記材料貯留部内の前記可塑化材料が前記接続管へと投入されない第１状態と、前記材料貯留部内の前記可塑化材料が前記接続管へと投入される第２状態と、を切り替えることを特徴とする可塑化装置。
請求項３に記載の可塑化装置であって、
前記材料供給機構は、前記スライド部材の前記可塑化材料の噛みこみを検知する第３センサーを有し、
前記スライド駆動部は、前記第３センサーが前記可塑化材料の噛みこみを検知した場合、前記スライド部材をスライドさせる復帰動作を行うことを特徴とする可塑化装置。
請求項１～４のいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
前記第１材料センサーに向けて送風する送風部を備えることを特徴とする可塑化装置。
請求項５に記載の可塑化装置であって、
前記送風部は電荷を有する気体を送風することを特徴とする可塑化装置。
請求項１～６のいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
前記可塑化部は、
モーターと、
螺旋状の溝が形成された溝形成面を有し、前記モーターによって回転するフラットスクリューと、
前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記造形材料が流入する連通孔が設けられたバレルと、を備えることを特徴とする可塑化装置。
請求項１～７のいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
前記接続管の少なくとも一部は透明部材で構成されていることを特徴とする可塑化装置。
請求項１～８のいずれか一項に記載の可塑化装置と、
造形面を有するステージと、
前記可塑化装置から供給された前記造形材料を前記造形面に向かって吐出するノズルと、
を備えることを特徴とする三次元造形装置。
請求項９に記載の三次元造形装置であって、
前記可塑化装置の前記可塑化部は前記材料貯留部の重力方向の下方に配置され、
前記可塑化部及び前記材料貯留部を前記ステージに対して相対的に移動させる移動部を備え、
前記移動部は、前記材料貯留部を前記可塑化部の移動に連動させて移動させることを特徴とする三次元造形装置。
請求項１０に記載の三次元造形装置であって、
前記移動部は、前記造形面を前記造形面に沿った方向に移動させ、かつ、前記移動部は前記可塑化部及び前記材料貯留部を、前記造形面に垂直な方向に移動させることを特徴とする三次元造形装置。
請求項１～８のいずれか一項に記載の可塑化装置と、
前記可塑化装置から供給された前記造形材料を金型に向けて射出するノズルと、
を備えることを特徴とする射出成形装置。